JP2007022244A - ハイブリッド自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド自動車の内燃機関または電動発電機の回転を検知する回転センサが故障して、制御回路に回転情報が到来しなくなったときに、内燃機関が始動できなくなることがないように構成する。車両の路上故障を回避する。
【解決手段】回転センサから正常な回転情報が到来しないとき、制御回路は回転情報の取込みを中止し、内燃機関の温度情報を取込み、その温度にしたがって内燃機関の始動に適する回転動力を電動発電機から供給する。この状態で内燃機関が始動されれば、ハイブリッド自動車としてではなく、通常の内燃機関による自動車として取りあえず運行を継続させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関および電動発電機を併用して走行のために必要な動力を発生するハイブリッド自動車に関する。とくにハイブリッド自動車に搭載された内燃機関を始動させるための装置に関する。

一つの車両の走行駆動源として内燃機関および電動発電機を備え、走行状態および電池の充電状態に応じて、走行のために必要な動力を内燃機関から供給する、あるいは電動機モードに設定された電動発電機から供給する、もしくは内燃機関および電動発電機からともに供給するなどの制御を行うハイブリッド自動車が広く知られている。車両が下り坂を走行するあるいは制動状態にあるときに、電動発電機を発電機モードに設定して、車両に対して電気ブレーキとして作用させるとともに、そのとき発生する電気エネルギを車両に搭載した電池に回生することができる。このような装置は、内燃機関および電動発電機の回転情報、車速情報、電池の充電状態の情報、その他を入力情報として、電動発電機の界磁巻線に供給する電流の回転位相を演算制御するプログラム制御置により制御されている。

本願出願人が製造販売するハイブリッド自動車には、車両走行の動力源となる内燃機関に始動電動機を装備することなく、車両走行駆動用の電動発電機を電動機モードに設定して内燃機関の始動を行うように構成した設計が多数行われている。そして内燃機関を始動させるために、走行駆動用の電動発電機を電動機として利用する場合には、内燃機関の回転速度を回転センサを介して監視しながら、その回転速度が内燃機関を始動させるための適当な速度になるように、その電動発電機に供給する電流を自動的に調節制御するように構成されている。

特開２０００−５０４１４号公報（本田技研） 特開２０００−２８２９０９号公報（エクォス・リサーチ） 特開２００４−２４８４５８号公報（東芝）

上記のようにしてハイブリッド自動車の内燃機関を始動させるときに、何らかの原因により、内燃機関の回転情報がハイブリッド自動車の制御回路に到来しなくなると、始動モードに設定された電動発電機に供給する電流を調節することができなくなる。その原因として最も可能性の高いものは内燃機関に設けた回転センサの故障である。回転センサは比較的高価な部品であるとともに、めったに故障しない安定な部品である。したがって回転センサの故障をカバーするために、回転センサを二重化するとの設計は装置価格を高くすることになるから、設計方針としてはよい選択ではない。また回転センサの故障時を配慮して、ハイブリッド自動車用の内燃機関に始動電動機を装備するという設計も考えられるが、めったに利用しない部品あるいは要素を装置に常設的に装備することになり適当でない。

内燃機関の始動制御を回転センサの出力情報に依存するように設計すると、回転センサの故障により正しい回転速度が得られなくなったときに、内燃機関を始動することができなくなる。このような状況が車両の運行先で発生すると、基地からの救援を必要とする車両の路上故障の原因となる。

一方、本願発明者らは内燃機関を始動させる場合に必要な内燃機関の回転速度の範囲を検討したところ、その回転速度は厳密に設定する必要がなく、相応に大まかな範囲の回転速度に制御することにより内燃機関は始動できることがわかった。そして始動のために必要な外部動力により内燃機関を回転させる場合に必要な回転速度は、内燃機関の温度に依存することがわかった。

すなわち本発明は、ハイブリッド自動車の内燃機関始動に際して、内燃機関の回転情報が到来しないときにも、電動発電機を電動機として駆動し、内燃機関を始動させることができる装置を提供することを目的とする。本発明は、回転センサの故障により車両が走行不能、もしくは路上故障に陥ることを回避する装置を提供することを目的とする。本発明は、内燃機関の回転情報が到来しないときに、その制御モードを操作により、もしくは自動的に転換して、内燃機関を始動させることができる装置を提供することを目的とする。本発明は、内燃機関の回転情報が到来しない場合を配慮して、回転情報を送出する回転センサを二重化する必要のない装置を提供することを目的とする。

本発明は、内燃機関の回転情報に代えて、その内燃機関の温度情報を参照して、電動発電機に供給する内燃機関始動のための電流を制御することを最大の特徴とする。

すなわち本発明は、内燃機関（１）と、電動発電機（２）と、前記電動発電機（２）を電動機モードに設定してその回転動力を利用して前記内燃機関（１）を始動させる手段とを備えたハイブリッド自動車において、前記始動させる手段は前記内燃機関（１）の温度情報にしたがって前記電動発電機（２）に供給する電流を制御するモードを備えたことを特徴とする。

前記内燃機関（１）の回転情報が始動制御手段に到来しない場合に、前記温度情報にしたがって前記電動発電機（２）に電流を供給するモードを自動的に設定する手段を含む構成とすることができる。

前記内燃機関（１）の回転情報が始動制御手段に到来しない場合に、前記温度情報にしたがって前記電動発電機（２）に電流を供給するモードを運転者の操作により設定する手段を含む構成とすることができる。

本発明の手段により内燃機関が始動された後に、なお内燃機関の回転情報が制御回路に到来しない状態が継続する場合には、いわゆるハイブリッド自動車としての制御は不能であり、電動機による補助動力の供給や、発電機による回生制動などの制御は実質的に不可能になる。このような場合には、電動発電機を空転させた状態にして（あるいは電動発電機の回転軸を動力系から切り離して）、内燃機関のみで車両を走行させ、適当な車両基地あるいは整備工場まで運転して修理を施すことになる。

本発明により、内燃機関または電動発電機の回転センサの故障その他の原因により、回転センサの情報が得られなくなったときに、その地点で車両故障として車両の運行が不能になることはなくなる。つまり回転センサの不良により車両が路上故障の状態に陥ることはなくなる。本発明を実施することにより、回転センサの故障が発生しても、内燃機関を始動させて内燃機関のみにより走行して、車両基地またはサービス工場まで車両を運行させることができることになる。本発明を実施するために付加する部品はわずかであり、しかも付加する部品に高価なものはなく、本発明はきわめて経済的に実施することができる。

図１は本発明実施例ハイブリッド自動車の構成を説明するブロック構成図である。この実施例装置は、その内燃機関１はディーゼル機関であり、その出力軸に電動発電機２の回転軸が固定的に連結されている形態のものである。電動発電機２はこの実施例では三相交流の回転機であり、界磁巻線に供給される三相交流の位相回転速度が、回転子の回転速度より大きいときにこの装置は電動機として作用し、回転子の回転速度より小さいときにこの電動発電機２は発電機、すなわち車両としては電気制動機として作用する。この電動発電機２の回転軸にはクラッチ３を介して変速機４が連結され、変速機４の出力軸はプロペラ軸を介して差動歯車１０に連結され、差動歯車１０の二つの出力軸にはそれぞれ車輪１１が設けられている。電動発電機２に三相交流を供給する３つの端子は、インバータ５の交流端子に接続されている。インバータ５の直流端子には車載の電池６が接続される。この電池６は端子電圧数百ボルト（例、２６０Ｖ）のきわめて大型の充放電可能な電池である。インバータ５の交流出力位相は、プログラム制御回路を含む制御回路７により制御される。この制御回路７にはその入力情報として内燃機関１の回転センサ８からの回転情報、内燃機関１の温度センサ９からの温度情報、および燃料供給弁１２の開度情報、すなわちアクセル・ペダルの踏込み量を示すアクセル操作情報ＡＣＣが入力する。

この図１に示す装置は、よく知られたハイブリッド自動車の基本的な構成であるが、はじめにこの装置の一般的な動作を簡単に説明する。内燃機関１の始動を説明すると、電池６から供給される直流エネルギを利用して、インバータ５が三相交流を発生する。この三相交流を電動発電機２に供給し、この電動発電機２を電動機モードに設定して、その出力回転力を内燃機関１に供給して始動を実行する。すなわち始動時には、制御回路７は変速機４がニュートラル位置に設定されていることを確認し、回転センサ８から到来する内燃機関の回転情報を監視しながら、インバータ５が発生する三相交流の位相回転を制御する。この位相回転は、電動発電機２が内燃機関１の正しい回転方向に回転するように、かつ内燃機関１の始動に適する回転速度になるように、制御回路７に含まれるプログラム制御回路により調節制御される。内燃機関１の始動に適する回転速度は、内燃機関１の温度により変化するので、内燃機関１の冷却水温度を温度センサ９が検出し、この情報を制御回路７に供給し、そのソフトウエアに含まれるテーブルを参照して電動発電機２の回転速度が制御される。

内燃機関１が始動されその回転速度が上昇し、その温度が走行可能な適温に達するまでいわゆる暖機運転が行われる。内燃機関１の温度は温度センサ９により継続的に監視され、その温度情報は制御回路７に取込まれる。内燃機関１の温度が所定の適温に達すると、運転操作にしたがって車両を走行させることができる。

車両を発進させ加速するときには、アクセル・ペダルの操作にしたがって、内燃機関1に燃料を供給するとともに、電動発電機２の界磁巻線に供給する三相交流の位相回転速度を内燃機関１の機械的な回転速度よりわずかに高く制御する。これにより電動発電機２は電動機として作用し、これが内燃機関１が発生する走行用動力の補助動力として作用する。このとき電池６は蓄えているエネルギを電気エネルギとして放出する状態となる。

車両の運転操作にしたがって、アクセル操作情報ＡＣＣの開度が小さくなり、車両が減速状態になったときに、内燃機関１はいわゆるエンジン・ブレーキの状態になる。このとき制御回路７はインバータ５を制御し、その位相回転速度を小さくして、電動発電機２が発電機として作用するように制御する。これにより車両の速度は減速するとともに、走行エネルギの一部は電動発電機２により電気エネルギに変換され、インバータ５を介して直流電流として電池６に供給される。これはいわゆる回生制動の状態である。

アクセル操作情報ＡＣＣにしたがって、ふたたび車両が加速状態になったときには、インバータ５は電動発電機２を電動機となるように制御して、すなわち機械的な回転速度より回転磁界の回転速度が大きくなるように制御して、電気的な補助動力を与える。この作用により、減速時に蓄えられた電気エネルギを加速時に放出して、内燃機関１が消費する燃料を経済化することができる。

ここで本発明の特徴であるこの装置の始動動作に異常な状態が発生した場合について説明する。上で説明したように装置かすべて正常に動作しているときには、内燃機関始動時には電動発電機２が電動機となるように制御して、その状態の電動発電機２が内燃機関１を所定の回転速度で強制的に回転させるように制御する。しかし本発明の課題として説明したように、なんらかの原因により回転センサ９から制御回路７に回転情報が適正に到来しないときには、制御回路７は電動発電機２に供給する電流の位相回転速度を適正に制御することができなくなる。このとき制御回路７はインバータ５を制御して位相回転速度の小さい交流を発生させたにもかかわらず、回転センサ８にそれに見合う適正な回転速度の情報が到来しないことにより、回転センサ警報が発生されて運転者は異常状態を認識することになる。

図２にこの場合の制御回路７の制御フローチャートを示す。すなわちエンジン始動のために電動発電機２を電動機として制御し、内燃機関１の回転軸に回転動力を発生するように制御したにもかかわらず、回転センサ８の出力情報が設定された範囲にならないことにより、制御回路７は異常な状態にあることを検知する。これは運転席に異常表示として表示される。具体的には警報ランプを点灯させる。これにより制御回路７は回転センサ８を切り離した状態になる。これを見た運転者は始動操作を中断する。すなわちキーを始動位置に操作している状態から手を離す。

ここで運転者のキーが再度始動位置に操作されることにより、以下の始動手順が実行される。すなわち制御回路７は温度センサ９からエンジン温度の情報を取込み、これを所定の基準にしたがって「高い」と「低い」との二種類に区分する。この温度区分にしたがって、プログラム制御回路にそれぞれ高温定数または低温定数を設定して、電動発電機２を始動電動機として制御する。すなわち高温定数の状態では比較的小さい電流で電動発電機２を駆動するように、低温定数の状態では比較的大きい電流で電動発電機２を駆動するように制御する。この駆動電流の大きさはそれぞれ車種により適切な値を設定しておく。運転者は音響または体感により、内燃機関１が始動したことを確認してキーを始動位置から戻すことによりこの始動操作は終了する。

この状態で内燃機関１が始動されたときには、回転センサ８の情報が制御回路７に適正に取込まれていないから、運転席には、ハイブリッド装置としての運転は不可能であり、内燃機関のみで走行可能である旨の非常モードの表示が行われる。この状態では制御回路７の制御モードは非常モードに転換され、ハイブリッド自動車としての機能は遮断される。すなわち補助加速または補助制動などのモードはない状態で運行することになる。運転者は非常モードの表示が行われていることにより、車両のハイブリッド制御が正常でないことを知る。しかしこの状態で、通常のディーゼル機関が装備された車両として、この車両を自力走行させることができる。運転者はこの非常モードの状態を維持して、保守サービスを受けることができる車両基地その他へこの車両を回送することになる。この場合にはハイブリッド自動車としてではなく、一般のディーゼル機関を備えた自動車として運行することになる。このようにして、回転センサの故障があっても、車両の運行をその場所で停止することなく、すなわち車両が路上故障となることを回避することができる。

図２に示す制御では、エンジン温度について「高温」または「低温」の二つに区分して制御を行うように説明したが、これはさらに区分を細かくして３つまたは４つに区分して精密な制御を行うことができる。

内燃機関はディーゼル機関であるとして説明したが、内燃機関は通常の４サイクル・ガソリン内燃機関であっても同様に実施することができる。

本発明実施例装置のブロック構成図。 回転センサの発生情報が異常であるときときの制御フローチャート。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 電動発電機
３ クラッチ
４ 変速機
５ インバータ
６ 電池
７ 制御回路
８ 回転センサ
９ 温度センサ
１０ 差動歯車
１１ 駆動輪
１２ 燃料供給弁

Claims (3)

1. 内燃機関と、電動発電機と、前記電動発電機を電動機モードに設定してその回転動力を利用して前記内燃機関を始動させる手段とを備えたハイブリッド自動車において、
   前記始動させる手段は、前記内燃機関の温度情報にしたがって前記電動発電機に供給する電流を制御するモードを備えたことを特徴とするハイブリッド自動車。
2. 前記内燃機関の回転情報が到来しない場合に、前記モードを自動的に設定する手段を含む請求項１記載のハイブリッド自動車。
3. 前記内燃機関の回転情報が到来しない場合に、前記モードを運転操作により設定する手段を含む請求項１記載のハイブリッド自動車。

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