JP2010524751A - ハイブリッド駆動列 - Google Patents

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Abstract

本発明は、乗物のハイブリッド駆動列、特に、内燃機関（１）と電気機械（２）とを有しており、駆動列が液圧作業機械を有している自走車両のハイブリッド駆動列に関する。

Description

本発明は、乗物、特に、内燃機関（１）と電気機械（２）とを有している自走車両のハイブリッド駆動列に関する。
この種のハイブリッド駆動列は、ＡＴＺ ７−８／２００２（６６４〜６７４頁）に開示されている。この例においては、電気機械は、内燃機関に、そそしてトランスミッションに接続している。そのトランスミッションは、乗物の駆動輪に接続している。その開示実施例において、電気機械は主に、スタータ／ジェネレータとして使われて、更に、僅かであるが内燃機関のトルクを補助することを意図している。
ＡＴＺ ７−８／２００２（６６４〜６７４頁）
本発明の目的は、乗物のこの種のハイブリッド駆動列を改良することである。
本発明の目的は、駆動列が液圧機械を具備することにより達成される。
本発明は、以下の効果を達成する。
内燃機関の能力の平均的な使用の増加による燃料節減
駆動装置の動特性の改良
パワー出力の削減により、内燃機関のより良い排出量クラスへの格付け
〔構成要素の構成〕
内燃機関と液圧機械とを有する、自走車両の従来の駆動列が、フライホイールに代わりに並列配置されている電気機械を具備するように改良されている。その電気機械は、電気エネルギー蓄積装置から電力制御電子装置を介して給電されて、４つの象限全てで動作することができる。
〔動作モード〕
上記した装置において、ディーゼル／電気のハイブリッド機関は、速度制御で作動される。すなわち、運転者が意図した速度は、設定回転速度と解釈される。この動作モードは、自走車両の分野では確立したモードとなっている。この意図は、（作業液圧装置及び他の出力によって生じさせられる）変動負荷下でも、ディーゼル／電気のハイブリッド機関が発生するトルクを調整して、運転者が望む回転速度にできる限り早く到達することである。
〔始動／停止機能〕
従来の駆動装置とは対照的に、内燃機関（ＩＣＥ）は、別のスタータ・モータによって始動されるのではなく、電気機械によって直接始動させられる。従来の駆動列の構成と異なり、ＩＣＥは非常に短い一時（＜２００ミリ秒）以内で始動させることができ、自動始動／停止機能の便利さをもたらすことができる。
その始動／停止機能は、ＩＣＥが実際に必要とされるときにだけ、ＩＣＥが作動されることを意味する。すなわち、ＩＣＥが或る時間の長さの間、低アイドリング速度である場合、ＩＣＥが始動／停止装置によって自動的に停止させられる。
運転者が操作要素（例えば駆動ペダル、作業液圧装置のステアリング装置制御装置その他）を作動するとすぐに、ＩＣＥは直ちに再始動させられる。その結果、運転者は実質的には遅れを感じない。不必要なアイドリング期間をなくすことによって、この機能は、燃料節減をすることができる。
〔ブースター機能〕
適切な動作点で、電気機械は、モータとして作動され、駆動装置全体のトルクを増大させる。運転者が望む回転速度を維持するめに必要とされる必要トルクは、制御アルゴリズムによって計算されて、電力制御電子装置によって変換される。ここに開示する装置は、（例えば電池の充電状態、個々の構成要素の温度、その他）ような関係状態を考慮する。
この機能は、内燃機関を低パワー出力で使用することを可能にする。過渡状態のピークパワー出力は、モータとして作動される電気機械の支援により満たすことができ、その結果、内燃機関は、必要な又は所望のピークパワー出力に合わせて設計される必要はもはやない。
ピークパワー出力を満たすときのブースター機能の他に、駆動列の駆動力を増大するために、モータとして作動される電気機械を使用することも可能である。
特に内燃機関の燃料吹込量が「充填圧力に依存する充填制限」によってシーリング曲線以下に制限されるときに、十分な充填圧力がこの充填制限をもはや必要としなくなるまで、駆動力を増大するために電気機械の駆動力出力を印加することが可能である。
〔充電機能〕
電気エネルギー蓄積装置は、動作時に電気機械の発電トルクの生成によって充電することができる。この場合、生成される発電トルクは、電池の充電状態、内燃機関の能力の利用状態、及び様々な装置の状態の関数として、変化する。このトルクは、レギュレータの制御変数として重畳することもでき、また制御可能に重畳することもできる。
〔回収機能〕
ここで、用語「回収」は、機械的な制動エネルギーの電気エネルギーとしての回収を意味すると解釈される一般的な用語である。
従来の自走車両において、ブレーキ・エネルギーの全ては、高回転速度での内燃機関のエンジン・ブレーキによって、そして液圧負荷を意図的に加えることによって、実質的に得られる。
ハイブリッド駆動装置の本発明の構成においては、制動エネルギーは、制動トルクを電気機械に加えることによって得られる。このことは、一方において、高エンジン速度を避けるのに役立ち、他方において、電気機械及び電力制御電子装置を介して電気エネルギー蓄積装置に制動エネルギーを供給するのに役立つ。
〔負荷ポイントシフト機能〕
本発明による構成要素、すなわち、内燃機関（ディーゼル機関）と、コンバータを有する電気機械と、電気エネルギー蓄積装置と、運転や駆動のための液圧装置並びに駆動装置とを具備する、自走車両のハイブリッド駆動列において、それらに構成要素の中で負荷ポイントシフト機能がＣＯ2エミッション及び燃料消費を削減するために使用される。
この機能によって、内燃機関（回転速度の関数としてのトルク）の特性図内のそれぞれの動作点は、何時でも最適燃費範囲内に内燃機関の動作点を移すために、一定の出力曲線（パワー出力放物線）に沿って変位させられる。
この機能を実行するために、電子的に制御可能な液圧駆動装置（液圧ポンプ及び液圧モータ）が必要とされ、その液圧駆動装置によって連続的なトランスミッション調整を行うことができる。駆動列の自由度の結果としての増加は、具体的な限度内の内燃機関の設定回転速度を自由に選択するために使用することができる。それに加えて、液圧駆動装置の能力は、自走車両の最大走行速度が最適燃費での内燃機関の動作点で実現されるように調節することができる。
負荷ポイントをシフトする場合、ハイブリッドシステム・コントロールユニットは、パラメータ、すなわち、内燃機関の現在のトルク、電気機械の現在のトルク、エネルギー貯蔵装置の充電状態、内燃機関及び電気機械の現在の回転速度の関数として、ハイブリッドシステム・コントロールユニットにおいて実施されている動作操作戦略によって、最適設定速度を決定し、それを設定値として、出力側に接続した速度調整装置に伝達する。
ここで、速度調整装置は、ハイブリッドシステム・コントロールユニットに設けられている。設定速度と実際の速度との間の差は、速度調整装置のための入力変数として機能する。内燃機関及び電気機械の並列配置のために、１つの速度調整装置が、両方の構成要素のために使用される。速度調整装置は、内燃機関及び電気機械の最小及び最大の合計トルクによって制限される。速度調整装置の出力変数は、トルク制御変数であり、そして、そのトルク制御変数は、速度調整装置に続く操作戦略処理において、『最適燃費』及び『最適動力学』の目標基準を考慮して、２つの構成要素、すなわち、内燃機関（ディーゼル機関）と電気機械の間で分けられ、それぞれの設定トルクとしてそれら構成要素に伝達される。
ハイブリッド駆動装置を有する負荷ポイントシフト機能の使用により、自走車両の従来の駆動列に勝る以下の利点が得られる。
内燃機関の動作時の運転及び駆動のための装置のまさに動的な負荷変化のために、従来の駆動装置では、負荷変化に適切に応答することが可能であるように大きな予備パワーが維持されていた。特にスーパーチャージャー付きの内燃機関の場合、充填圧力を立ち上げるために要する時間を減らすためにこの予備パワーは必要とされる。これに対して、本発明のハイブリッド駆動列においては、内燃機関のこの予備パワーを削減することが可能である。動的な負荷変化において、要求されるパワー出力を十分供給できる動作点に内燃機関が到達する時間まで、電気機械は駆動パワー出力を供給する。この戦略は、電気機械の急速トルク調整装置によってアシストされる。
従来の駆動装置においては、より低い回転速度、従って、より高いトルクの方への負荷ポイントのシフトは、最大限、最大トルクを出力する内燃機関の速度まで可能である。その理由は、最大トルク速度未満の回転速度では、負荷変化により内燃機関がたちまち停止状態になったり又はならなかったりする。これに対して、ハイブリッド駆動列においては、電気機械の駆動パワー出力が、内燃機関をパワー出力を独立して供給することができる動作点に内燃機関に移行させるためにも使用される。
本発明のその他の有利な特徴は、添付図面を参照する以下の記載において説明する。以下の記載において、図示した本発明の典型的な実施例を更に詳細に説明する。
装置の概略図及び個々の構成要素の相互作用を示す。 負荷ポイントシフト機能の特性図を示す。 『負荷ポイントシフト』機能の特性図を示す。
内燃機関１、特に圧縮点火式内燃機関（ディーゼル機関）が、電気機械２に直接接続されており、その電気機械２は、フライホイール式の代わりに、内燃機関１のクランクシャフトに接続されている。この電気機械２のステータがクランク室に接続されており、そして、ロータがクランクシャフトに接続されている。ロータは更に、ギヤポンプ３に、そして、アキシアルピストンポンプ４に接続されている。ギヤポンプ３の出口は、（例えば）比例弁５を介して、作動シリンダ６、リフトシリンダ７及びステアリングシリンダ８に接続されている。
ギヤポンプ３及びアキシアルピストンポンプ４は、液圧機械である。
アキシアルピストンポンプ４はアキシアルピストンモータ９に接続されており、そのアキシアルピストンモータ９はトランスミッション手段１０を介して自走車両の一つ以上の駆動輪１１に接続されている。トランスミッション手段１０は、通常、固定減速比を有しており、更に、マニュアルシフトトランスミッションとして具体化されることもある。無段変速トランスミッションの使用もまた実施可能である。この無段変速トランスミッションは、第２のアキシアルピストンポンプ４の入力軸とアキシアルピストンモータ８の出力軸との間の（広範囲にわたって調整可能な）トランスミッション比と共に、所与の車両速度で、駆動輪１１の回転速度（従って車両速度）だけでなく、内燃機関１のクランクシャフトの回転速度も、広範囲にわたって調整することができる。
電気機械２は、四象限コンバータ１２を経由して電気エネルギー蓄積装置１３に接続されている。更に、ハイブリッドシステム・コントロールユニットが設けられており、そのハイブリッドシステム・コントロールユニットは、構成要素の個々の制御モジュール全てを、特に駆動列及び電気エネルギー蓄積装置を、調和的に動作させるように機能する。
図２は、内燃機関（回転速度の関数としてのトルク）の代表的特性図を示す。内燃機関によって達成可能な最大トルクＭdmaxは、この特性図のシーリング曲線として書き入れてある。このシーリング曲線の下で、一定の具体的な（燃料）消費を有する線は、コンコイドとして表され、ｂｅmin線から始まる更なる線は、連続的に上昇する燃料消費を示している。最後に、内燃機関の一定パワー出力Ｐkonst（パワー双曲線）の曲線を書き入れてある。ポイントＰ1で一定のパワー出力Ｐkonstで動作させられている内燃機関は、ポイントＰ2（しかし、ポイントＰ2はｂｅmin領域にある）で同一の一定のパワー出力Ｐkonstで基本的に動作させることができる。この調整によって、内燃機関の燃料消費の削減が、同じパワー出力で成し遂げられる。
しかし、従来の型のこの種の駆動列にまつわる問題は、図３に示すような調整には、達成可能な最大トルクのシーリング曲線に近似させることが常に伴っている。この調整中に、図３に示すように、パワー出力ポイントＰ2でシーリング曲線に当たるならば、内燃機関は、小さい負荷変化の場合でさえ、いかなるより多くの予備パワーを既に失っており、そして、内燃機関は停止する。しかし、本発明の開発によって、電気機械によって加えることができるパワーは依然として追加的に利用可能である。換言すれば、負荷の変動により内燃機関の停止の恐れなしに、パワー調整は燃料消費を削減するためにＭdmax曲線に容易に達することができる。なぜならば、電気機械が追加するパワーがこの事態を満足するようの利用可能であるからである。
〔参照符号〕
１：内燃機関
２：電気機械
３：ギヤポンプ
４：アキシアルピストンポンプ
５：比例弁
６：作動シリンダ
７：リフトシリンダ
８：ステアリングシリンダ
９：アキシアルピストンモータ
１０：トランスミッション手段
１１：駆動輪
１２：四象限コンバータ
１３：エネルギー貯蔵装置

Claims (7)

  1. 乗物、特に、内燃機関及び電気機械を有する自走車両のハイブリッド駆動列にして、駆動列が液圧機械を更に具備していることを特徴とするハイブリッド駆動列。
  2. 前記液圧機械がアキシアルピストンポンプ（４）であ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列。
  3. 前記液圧機械に、液圧モータ、特にアキシアルピストンモータ（９）が接続していることを特徴とする請求項１又は２に記載のハイブリッド駆動列。
  4. 前記液圧機械に、少なくとも一つの液圧作動要素、特に、作動シリンダ（６）、リフトシリンダ（７）及び／又はステアリングシリンダ（８）が、１つ以上の比例弁（５）を介して制御可能に接続されていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のハイブリッド駆動列。
  5. 当該駆動列がその回転速度が制御するように動作されていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載のハイブリッド駆動列。
  6. 内燃機関（１）に対する負荷ポイントシフトが調整可能であるように当該ハイブリッド駆動列が制御されることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載のハイブリッド駆動列。
  7. 負荷ポイントシフトが、内燃機関の最大トルクが達成される範囲内で生じ、前記電気機械（２）がモータとして作動されることを特徴とする請求項６に記載のハイブリッド駆動列。
JP2010503391A 2007-04-20 2008-04-15 ハイブリッド駆動列 Pending JP2010524751A (ja)

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