JP2006298186A - ハイブリッド駆動装置及びハイブリッド駆動方式の鞍乗型車両 - Google Patents

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Abstract

【課題】 シリーズ・ハイブリッド駆動方式を用いた鞍乗型車両において、発電される電力の不足によって走行不能に陥ることを回避することができるハイブリッド駆動装置及びハイブリッド駆動方式の鞍乗型車両を提供する。
【解決手段】 本発明に係るハイブリッド駆動装置は、車輪を駆動する電気モータと、電気モータに接続されているバッテリを充電する発電機と、発電機を回転させる内燃機関とを備えるハイブリッド駆動装置であって、内燃機関の出力は、全ての車速域において電気モータの出力よりも高い。
【選択図】 図４

Description

本発明は、車輪を駆動する電気モータと、当該電気モータに接続されているバッテリを充電する発電機と、当該発電機を回転させる内燃機関とを備えるハイブリッド駆動装置及びハイブリッド駆動方式の鞍乗型車両に関する。
これまで、車輪を駆動するための動力源として、エンジン（内燃機関）と電気モータとを用いるハイブリッド駆動方式（いわゆるパラレル・ハイブリッド駆動方式）の鞍乗型車両が提案されている。
また、車輪を駆動する動力源としての電気モータと、当該電気モータに接続されているバッテリを充電する発電機と、当該発電機を回転させるエンジンとを備えるハイブリッド駆動方式（いわゆるシリーズ・ハイブリッド駆動方式）の鞍乗型車両も提案されている。
このようなシリーズ・ハイブリッド駆動方式の鞍乗型車両では、電気モータの出力不足をエンジンによって補うことが基本思想とされており、電気モータよりも小出力なエンジンが搭載されることが一般的である（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３４５１０９号公報（第３−４頁、第２−３図）
しかしながら、上述したように、電気モータよりも小出力なエンジンが搭載されるシリーズ・ハイブリッド駆動方式を用いた鞍乗型車両には、次のような問題があった。
上述したように、シリーズ・ハイブリッド駆動方式を用いた鞍乗型車両では、電気モータのみの出力を用いて車輪が駆動される。このため、電気モータの高出力状態（例えば、いわゆるゴー＆ストップが頻繁に行われるような運転モード）が連続する場合、電気モータよりも小出力なエンジンでは、電気モータが必要とする電力を充分に発電機に発電させることができなくなる。
すなわち、シリーズ・ハイブリッド駆動方式を用いた鞍乗型車両では、電気モータの高出力状態が連続すると、バッテリの充電量（ＳＯＣ：State of Charge）が徐々に低下し、最後には走行不能に陥るといった問題があった。
そこで、本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、シリーズ・ハイブリッド駆動方式を用いた鞍乗型車両において、発電される電力の不足によって走行不能に陥ることを回避することができるハイブリッド駆動装置及びハイブリッド駆動方式の鞍乗型車両を提供することを目的とする。
上述した問題を解決するため、本発明は、次のような特徴を有している。まず、本発明の第１の特徴は、車輪（後輪９０）を駆動する電気モータ（電気モータユニット８０）と、前記電気モータに接続されているバッテリ（バッテリ６１）と、前記バッテリを充電する発電機（発電機ユニット６０）と、前記発電機を回転させる内燃機関（エンジン４０）とを備えるハイブリッド駆動装置（ハイブリッド駆動装置１００）であって、前記内燃機関の出力は、全ての車速域において前記電気モータの出力よりも高いことを要旨とする。
このような特徴によれば、内燃機関の出力が、全ての車速域において電気モータの出力よりも高く設定されているため、ゴー＆ストップを頻繁に繰り返すような走行モードが連続しても、発電機による発電が追いつかなくなることはなく、バッテリの充電量（ＳＯＣ）を高い水準に維持することができる。
つまり、このような特徴によれば、発電される電力の不足によって走行不能に陥ることを回避することができる。
本発明の第２の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記発電機の出力は、全ての車速域において前記電気モータの出力よりも高いことを要旨とする。
本発明の第３の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記内燃機関の出力、前記発電機の出力及び前記電気モータの出力は、全ての車速域において、前記内燃機関の出力＞前記発電機の出力＞前記電気モータの出力の関係を満足することを要旨とする。
本発明の第４の特徴は、請求項１乃至３の何れかのハイブリッド駆動装置を備えるハイブリッド駆動方式の鞍乗型車両であることを要旨とする。
本発明の特徴によれば、シリーズ・ハイブリッド駆動方式を用いた鞍乗型車両において、発電される電力の不足によって走行不能に陥ることを回避することができるハイブリッド駆動装置及びハイブリッド駆動方式の鞍乗型車両を提供することができる。
（本実施形態に係る鞍乗型車両の構成）
次に、本発明に係る鞍乗型車両（自動二輪車）の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。
したがって、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
（１）自動二輪車の概略構成
まず、図１を参照して、本実施形態に係る鞍乗型車両である自動二輪車１０の概略構成について説明する。
図１に示すように、自動二輪車１０は、前輪２０及び後輪９０を備える鞍乗型の二輪車である。自動二輪車１０は、いわゆるハイブリッド駆動方式（具体的には、シリーズ・ハイブリッド駆動方式）の鞍乗型車両であり、後輪車軸９１の前方に配設されている電気モータユニット８０（電気モータ）によって、後輪９０が回転させられる。
電気モータユニット８０などに供給される電力を蓄えるバッテリ６１には、発電機ユニット６０（図２参照）が接続されている。発電機ユニット６０は、エンジン４０によって回転させられ、発電した電力をバッテリ６１に蓄える。
エンジン４０の前方には、発電機ユニット６０及び電気モータユニット８０を制御するコントローラ３０が配設されている。
本実施形態では、コントローラ３０、エンジン４０、発電機ユニット６０（バッテリ６１を含む）及び電気モータユニット８０によって、ハイブリッド駆動装置１００（図３参照）が構成される。
（２）ハイブリッド駆動装置の構成
次に、上述したハイブリッド駆動装置１００に含まれるエンジン４０、発電機ユニット６０及び電気モータユニット８０の具体的な構成について説明する。図２は、図１に示したＦ２−Ｆ２方向の断面図である。
エンジン４０は、電気モータユニット８０が回転するために必要な電力を発電する発電機ユニット６０を回転させる。エンジン４０は、単気筒の４サイクルエンジンであり、ピストン４１を往復させることによって、コンロッド４２を介して接続されているクランク軸４３を回転させる。
発電機ユニット６０よりも車幅方向外側のクランク軸４３の端部には、発電機冷却ファン５０が取り付けられている。一方、発電機ユニット６０側と反対側のクランク軸４３の端部には、エンジン４０（ラジエターユニット４５）を冷却するラジエター冷却ファン７０が取り付けられている。
発電機冷却ファン５０及びラジエター冷却ファン７０は、クランク軸４３の回転に伴って回転し、発電機冷却ファン５０は発電機ユニット６０を、ラジエター冷却ファン７０はラジエターユニット４５をそれぞれ冷却する。
電気モータユニット８０は回転軸８１を有している。回転軸８１は、変速ギア（不図示）を介して後輪車軸９１を回転させる。後輪車軸９１が電気モータユニット８０によって回転させられると、後輪車軸９１に固定されている後輪９０も回転させられる。
（３）ハイブリッド駆動装置の論理ブロック構成
図３は、ハイブリッド駆動装置１００の論理ブロック構成を示している。図３に示すように、ハイブリッド駆動装置１００は、エンジン４０、発電機ユニット６０、バッテリ６１及び電気モータユニット８０によって構成されている。
上述したように、エンジン４０は、発電機ユニット６０を回転させる。発電機ユニット６０が回転させられると、発電機ユニット６０によって電力が発電され、発電された電力がバッテリ６１に蓄えられる。
電気モータユニット８０は、バッテリ６１に蓄えられている電力を用いて、または発電機ユニット６０によって発電された電力を直接用いて、回転軸８１（図２参照）を回転させ、変速ギア（不図示）を介して後輪９０を駆動する。
コントローラ３０は、バッテリ６１のＳＯＣ（State of Charge）、つまり、バッテリ６１の充電量、及び電気モータユニット８０の回転状態に応じて、エンジン４０の動作、具体的にはエンジン４０の始動・停止や回転数を制御する。
また、コントローラ３０は、発電機ユニット６０によって発電された電力をバッテリ６１に蓄えるか電気モータユニット８０に供給するかを制御したり、自動二輪車１０の減速時に電気モータユニット８０が発電した電力をバッテリ６１に蓄えさせたりすること（いわゆる回生制動）もできる。
図４に示すように、エンジン４０（内燃機関）の出力は、全ての車速（低速〜高速）域において電気モータユニット８０（電気モータ）の出力よりも高く設定されている。
また、発電機ユニット６０（発電機）の出力は、全ての車速（低速〜高速）域において電気モータユニット８０（電気モータ）の出力よりも高く設定されている。
さらに、図４に示すように、エンジン４０の出力、発電機ユニット６０の出力及び電気モータユニット８０の出力は、全ての車速（低速〜高速）域において、エンジン４０の出力＞発電機ユニット６０の出力＞電気モータユニット８０の出力の関係を満足する。
（作用・効果）
次に、上述したハイブリッド駆動装置１００を搭載した自動二輪車１０の作用及び効果について説明する。
図５は、ハイブリッド駆動装置１００を搭載した自動二輪車１０の走行性能曲線図を示している。図５において、細い実線は、走行抵抗（登坂抵抗）を示している。
比較例に係る自動二輪車は、後輪９０を駆動する動力源としてエンジンを用いている。比較例に係る自動二輪車の性能は、標準的な小型の自動二輪車（Ｌｏｗ及びＴｏｐギア付き）が具備するものであり、図５には、当該比較例に係る自動二輪車の走行性能曲線（Ｌｏｗギア及びＴｏｐギア）を示している。
また、図５には、自動二輪車１０（実施例）の走行性能曲線が示されており、自動二輪車１０（実施例）の走行性能は、比較例と遜色のないものとなっている。
次に、図６（ａ）及び（ｂ）を参照して、自動二輪車１０に搭載されているバッテリ６１のＳＯＣの変化について説明する。
図６（ａ）は、全ての車速域において、エンジン４０の出力＞発電機ユニット６０の出力＞電気モータユニット８０の出力（以下、エンジン＞発電機＞電気モータ）の関係を満足する自動二輪車１０と比較するため、全ての車速域において、電気モータ＞エンジンの関係にあるハイブリッド駆動装置を搭載する自動二輪車におけるバッテリＳＯＣ（単位：％）、バッテリへの充電量（単位：ｋＷ）及び車速（単位：ｋｍ／ｈ）の関係を示している。
図６（ｂ）は、全ての車速域において、エンジン４０の出力＞発電機ユニット６０の出力＞電気モータユニット８０の出力の関係を満足する自動二輪車１０におけるバッテリＳＯＣ（単位：％）、バッテリへの充電量（単位：ｋＷ）及び車速（単位：ｋｍ／ｈ）の関係を示している。
図６（ａ）及び（ｂ）とも、車速を示す一点鎖線は、時間の経過に応じて上下方向に大きく振れており、信号機での停止と発進（ゴー＆ストップ）を頻繁に繰り返すような走行モードである。
図６（ａ）、つまり、全ての車速域において、電気モータ＞エンジンの関係にあるハイブリッド駆動装置を搭載する自動二輪車では、電気モータの消費する電力が大きくなるゴー＆ストップを頻繁に繰り返すような走行モードが連続すると、発電機による発電が追いつかなくなり、バッテリＳＯＣが徐々に低下している。
図６（ａ）に示す自動二輪車では、ゴー＆ストップを頻繁に繰り返すような走行モードがさらに連続した場合、最後には走行不能に陥る。
一方、図６（ｂ）に示す本実施形態に係る自動二輪車１０、つまり、全ての車速域において、エンジン＞発電機＞電気モータの関係を満足する自動二輪車１０では、ゴー＆ストップを頻繁に繰り返すような走行モードが連続しても、発電機による発電が追いつかなくなることはなく、バッテリＳＯＣも高い水準に維持されている。
以上説明したように、自動二輪車１０（ハイブリッド駆動装置１００）によれば、エンジン４０（内燃機関）の出力が、全ての車速域において、電気モータユニット８０（電気モータ）の出力よりも高く設定されているため、ゴー＆ストップを頻繁に繰り返すような走行モードが連続しても、発電機ユニット６０（発電機）による発電が追いつかなくなることはなく、バッテリＳＯＣを高い水準に維持することができる。
つまり、自動二輪車１０（ハイブリッド駆動装置１００）によれば、発電される電力の不足によって走行不能に陥ることを回避することができる。
また、自動二輪車１０（ハイブリッド駆動装置１００）によれば、従来のハイブリッド駆動方式の鞍乗型車両（ハイブリッド駆動装置）と比較して、全ての車速域において出力の高いエンジン４０が搭載されるため、燃料消費率が低く、回転数も低い領域を活用することができる。
このため、エンジン４０の騒音や振動、及び燃費を抑制することができる。さらに、エンジン４０がより低回転域で運転されるため、エンジン４０やエンジン４０に連結される駆動系の寿命を延ばすことができる。
（その他の実施形態）
上述したように、本発明の一実施形態を通じて本発明の内容を開示したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態が明らかとなろう。
例えば、上述した本発明の実施形態では、出力が、全ての車速域のおいて、エンジン＞発電機＞電気モータの関係を満足する形態としたが、出力は、必ずしもエンジン＞発電機＞電気モータの関係を満足しなくてもよく、少なくともエンジン４０（内燃機関）の出力が、全ての車速域において、電気モータユニット８０（電気モータ）の出力よりも高ければよい。
このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は、上述の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
本発明の実施形態に係る自動二輪車の左側面図である。 図１に示したＦ２−Ｆ２方向の断面図である。 本実施形態に係るハイブリッド駆動装置の論理ブロック構成図である。 本発明の実施形態に係るハイブリッド駆動装置に含まれるエンジン、発電機ユニット及び電気モータの出力特性を示す図である。 本発明の実施形態に係る自動二輪車及び比較例に係る自動二輪車の走行性能曲線を示す図である。 本発明の実施形態に係る自動二輪車及び比較例に係る自動二輪車のバッテリＳＯＣ、バッテリへの充電量及び車速の関係を示す図である。
符号の説明
１０…自動二輪車、２０…前輪、３０…コントローラ、４０…エンジン、４１…ピストン、４２…コンロッド、４３…クランク軸、４５…ラジエターユニット、５０…発電機冷却ファン、６０…発電機ユニット、６１…バッテリ、７０…ラジエター冷却ファン、８０…電気モータユニット、８１…回転軸、９０…後輪、９１…後輪車軸、１００…ハイブリッド駆動装置

Claims (4)

  1. 車輪を駆動する電気モータと、前記電気モータに接続されているバッテリと、前記バッテリを充電する発電機と、前記発電機を回転させる内燃機関とを備えるハイブリッド駆動装置であって、
    前記内燃機関の出力は、全ての車速域において前記電気モータの出力よりも高いことを特徴とするハイブリッド駆動装置。
  2. 前記発電機の出力は、全ての車速域において前記電気モータの出力よりも高いことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド駆動装置。
  3. 前記内燃機関の出力、前記発電機の出力及び前記電気モータの出力は、
    全ての車速域において、前記内燃機関の出力＞前記発電機の出力＞前記電気モータの出力
    の関係を満足することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド駆動装置。
  4. 請求項１乃至３の何れかのハイブリッド駆動装置を備えることを特徴とするハイブリッド駆動方式の鞍乗型車両。
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