JP2013001133A

JP2013001133A - ハイブリッド自動車

Info

Publication number: JP2013001133A
Application number: JP2011130649A
Authority: JP
Inventors: Masashi Aikawa; 政士相川
Original assignee: GKN Driveline Japan Ltd
Current assignee: GKN Driveline Japan Ltd
Priority date: 2011-06-10
Filing date: 2011-06-10
Publication date: 2013-01-07

Abstract

【課題】電動機駆動の過給機により内燃機関の出力を向上させながら、過給機及びこれを駆動する電動機の使用効率を高め、低速走行時など内燃機関が稼働していないときでも車室内暖房を可能にするハイブリッド自動車を提供する。
【解決手段】走行駆動を行うための駆動用電動機Ｍと、走行駆動用内燃機関Ｅと、内燃機関Ｅの吸気管１１ａ、１１ｂに設けられた過給機１と、この過給機１を駆動するための過給用電動機３と、車室内を暖房するための空調システム５と、この空調システム５を過給機１の吐出側に出力切換弁１７を介して接続する分岐配管１５と、内燃機関Ｅの稼働時は過給機１の圧縮空気を内燃機関Ｅに過給し停止時は空調システム５へ分岐管１５を介して供給し空調熱源とするように出力切換弁１７を切換制御する制御部２１とを備えたことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、ハイブリッド自動車に関する。

従来のハイブリッド自動車には、特許文献1の車両用廃熱利用装置を備えたもの、特許文献２の電動過給装置を備えたものがある。

特許文献１は、エンジン及びモータを走行用駆動源としており、エンジンを冷却するエンジン冷却回路と、モータを冷却するモータ冷却回路とを有するハイブリッド車両に適用される車両用廃熱利用装置である。

この車両用廃熱利用装置は、サイクル内に流体を循環させる圧縮機の低圧側で、流体に吸熱する吸熱器と、圧縮機の高圧側で流体の熱を放熱する放熱器とを有するヒートポンプ・サイクルを備え、吸熱器を、モータ冷却回路に配設し、放熱器を、エンジン冷却回路に配設している。

したがって、低速走行時など内燃機関が稼働していないときでもモータの排熱を利用した車室内暖房を行わせることができる。

しかし、モータの排熱利用では、十分な暖房ができないという問題がある。

一方、内燃機関の出力を高め燃費の向上を図る装置として過給機があり、この過給機を電動機で駆動するようにした装置が特許文献２に示されている。

この装置をハイブリッド自動車に適用すると、低速走行時など内燃機関が稼働していないときは過給機の使用がなされず、過給機及びこれを駆動する電動機の使用効率が低くなるという問題があった。

特開２００６−３２１３８９号公報特開２００７−１６７２１号公報

解決しようとする問題点は、モータの排熱利用では、十分な暖房ができない点、及び電動機駆動の過給機をハイブリッド自動車に適用すると、過給機及びこれを駆動する電動機の使用効率が低くなる点である。

本発明は、ハイブリッド自動車において、電動機駆動の過給機により内燃機関の出力を向上させながら、過給機及びこれを駆動する電動機の使用効率を高め、低速走行時など内燃機関が稼働していないときでも車室内暖房を可能にするため、走行駆動を行うための駆動用電動機と、走行駆動用又は前記駆動用電動機へ給電するために発電する発電機を駆動する内燃機関と、前記内燃機関の吸気管に設けられた過給機と、この過給機を駆動する過給用電動機と、車室内を暖房するための空調部と、この空調部を前記過給機の吐出側に出力切換弁を介して接続する分岐配管と、前記内燃機関の稼働時は前記過給機の圧縮空気を前記内燃機関に過給し停止時は前記空調部へ前記分岐管を介して供給し空調熱源とするように前記出力切換弁を切換制御する制御部とを備えたことを特徴とする。

本発明は、上記構成であるから、制御部による切換制御により、内燃機関の稼働時は過給機の圧縮空気を内燃機関に過給して内燃機関の出力を向上させ、燃費、電費の向上等を図ることができる。また、内燃機関の小型、軽量化が可能となる。

内燃機関の停止時は、過給機の圧縮空気を空調部へ供給して空調熱源とし、車室内暖房に供することができる。

このため、電動機駆動の過給機により内燃機関の出力を向上させながら、過給機及びこれを駆動する過給用電動機の使用効率を高め、低速走行時など内燃機関が稼働していないときでも車室内暖房を可能にする。

適用可能なハイブリッド自動車に係り、（Ａ）は、パラレル方式、（Ｂ）は、シリーズ・パラレル方式、（Ｄ）は、シリーズ方式の概念図である。（実施例１）パラレル方式のハイブリッド自動車の駆動部を示す構成図である。（実施例２）（Ａ）は、パラレル方式のハイブリッド自動車の駆動部の構成図、（Ｂ）は、（Ａ）のIIIＢ部を示す拡大構成図である。（実施例２）パラレル方式のハイブリッド自動車の駆動部を示す構成図である。（実施例３）パラレル方式のハイブリッド自動車の駆動部を示す構成図である。（実施例４）

ハイブリッド自動車において、電動機駆動の過給機により内燃機関の出力を向上させながら、過給機及びこれを駆動する電動機の使用効率を高め、低速走行時など内燃機関が稼働していないときでも車室内暖房を可能にするという目的を、内燃機関の吸気管に設けられた過給機と、この過給機を駆動する過給用電動機と、車室内を暖房するための空調部と、この空調部を前記過給機の吐出側に出力切換弁を介して接続する分岐配管と、前記内燃機関の稼働時は前記過給機の圧縮空気を前記内燃機関に過給し停止時は前記空調部へ前記分岐管を介して供給し空調熱源とするように前記出力切換弁を切換制御する制御部とにより実現した。

図1は、適用可能なハイブリッド自動車に係り、（Ａ）は、パラレル方式、（Ｂ）は、シリーズ・パラレル方式、（Ｄ）は、シリーズ方式の概念図である。

図1において、何れも駆動用電動機Ｍ及び内燃機関Ｅ、バッテリＢを備え、シリーズ・パラレル方式及びシリーズ方式は、さらに発電機Ｇを備えている。

これら何れの方式でも、内燃機関Ｅが稼働せず、駆動用電動機Ｍのみによる走行モードを有する駆動システムとなっている。

すなわち、パラレル方式は、駆動用電動機Ｍ及び内燃機関Ｅの双方を走行駆動力として用い、状況に応じて駆動用電動機Ｍと内燃機関Ｅとを使い分ける。

シリーズ式は、内燃機関Ｅが発電機Ｇを動かす動力になっていて、車を走らせるのは駆動用電動機Ｍであり、駆動用電動機Ｍの電力は、発電機Ｇでつくりだされる。

シリーズ・パラレル方式は、パラレル方式及びシリーズ式双方の特性を併せ持つ。

図２は、パラレル方式のハイブリッド自動車の駆動部を示す構成図である。

図２のように、駆動用電動機Ｍ及び内燃機関Ｅを備える他、過給機１、過給用電動機３、空調部として空調システム５を備えている。

駆動用電動機Ｍ及び内燃機関Ｅは、トランス・アクスル７に連動連結され、トランス・アクスル７は、断続クラッチを備え、車両走行状態に応じて駆動用電動機Ｍと内燃機関Ｅとを使い分け、例えば前輪車軸側へ駆動力を伝達するようになっている。

内燃機関Ｅのインテーク・マニホールド９には、吸気管１１ａが接続され、この吸気管１１ａに過給機１の吐出側が接続されている。過給機１の吸い込み側には、吸気管１１ｂが接続され、この吸気管１１ｂにエアクリーナ１３が取り付けられている。

過給機１には、前記過給用電動機３が取り付けられ、この過給用電動機３により過給機１が駆動されるようになっている。

空調システム５は、車室内を暖房するものであり、サイクルの吸い込み側が分岐配管１５により過給機１の吐出側で吸気管１１ａに出力切換弁１７を介して接続されている。空調システム５の吐出側は、配管１９により吸気管１１ｂに接続されている。

出力切換弁１７は、制御部２１に電気的に接続され、制御部２１は、出力切換弁１７を電気的に切換制御し、内燃機関Ｅの稼働時は過給機１の圧縮空気を内燃機関Ｅに過給し停止時は空調システム５へ分岐管１５を介して供給し空調熱源とする。

空調システム５は、例えばヒートポンプ・エアコンディショナであり、凝縮器、蒸発器等を備え、過給機１を含めて配管１９、吸気管１１ｂ、分岐管１５と共にヒートポンプ・サイクルを構成している。

なお、駆動用電動機Ｍ及び過給用電動機３、出力切換弁１７の電気的な駆動部、制御部２１は、バッテリィ（図示せず）に接続され、電力供給がなされる。

内燃機関Ｅで駆動される発電機によりバッテリィに充電させることもできる。

バッテリィには、プラグインで充電させることができる。

［走行駆動及び暖房］
高速走行時や加速走行時等には、制御部２１の制御で駆動用電動機Ｍ及び内燃機関Ｅが稼働状態となる走行モードであり、トランス・アクスル７を介して例えば前輪側が駆動される。

このとき、出力切換弁１７は、制御部２１の制御で吸気管１１ａ側を開き、分岐管１５側を閉じる。このため、制御部２１の制御で過給用電動機３により過給機１が駆動されると、吸気管１１ａを介してインテーク・マニホールド９に圧縮空気が送られ、内燃機関Ｅが過給運転される。

このため、内燃機関Ｅは、小型、軽量でありながら高出力が期待でき、燃費の改善等に寄与する。また、内燃機関Ｅが熱源となるため、内燃機関Ｅの冷却回路を流れる冷却水温度により車室内の暖房が可能となる。

低速走行時等は、制御部２１の制御で内燃機関Ｅが停止され、駆動用電動機Ｍのみによる走行モードとなる。この内燃機関Ｅの停止により、過給機１による内燃機関Ｅの過給は不要になる。

このとき制御部２１は、出力切換弁１７を切り替え、吸気管１１ａ側を閉じ、分岐管１５側を開く。

したがって、過給機１から高温高圧の圧縮空気が分岐管１５を通って空調システム５の凝縮器に冷媒として流れ込む。凝縮器では、高温高圧の空気の凝縮で放熱し、車室内暖房に供することができる。凝縮器を通った液状の空気は、蒸発器で蒸発吸熱して配管１９を通り吸気管１１ｂから過給機１に戻り、再度圧縮されて高温高圧となる。

［実施例１の効果］
本発明実施例１のハイブリッド自動車は、走行駆動を行うための駆動用電動機Ｍと、走行駆動用内燃機関Ｅと、内燃機関Ｅの吸気管１１ａ、１１ｂに設けられた過給機１と、この過給機１を駆動するための過給用電動機３と、車室内を暖房するための空調システム５と、この空調システム５を過給機１の吐出側に出力切換弁１７を介して接続する分岐配管１５と、内燃機関Ｅの稼働時は過給機１の圧縮空気を内燃機関Ｅに過給し停止時は空調システム５へ分岐管１５を介して供給し空調熱源とするように出力切換弁１７を切換制御する制御部２１とを備えた。

このため、高速走行時や加速走行時等には、過給用電動機３により駆動される過給機１が内燃機関Ｅに過給して内燃機関Ｅの燃費を向上させことができる。過給により内燃機関Ｅの出力が高まり、駆動用電動機Ｍの駆動電力を削減することができ、電費の向上等を図ることもできる。

過給により内燃機関Ｅの出力を高めるため、内燃機関Ｅを小型、軽量にすることも可能となる。

低速走行時等には、内燃機関Ｅの停止により、暖房の熱源を失うが、過給機１からの圧縮空気が空調システム５に送られて車室内暖房に供することができる。

したがって、内燃機関Ｅ過給用の過給機１を利用して内燃機関Ｅの停止時でも、車室内暖房を円滑に行わせることができる。

しかも、過給機１及び過給用電動機３を共用することで、使用効率を向上させることができる。

図３は、本発明の実施例２に係り、（Ａ）は、パラレル方式のハイブリッド自動車の駆動部の構成図、（Ｂ）は、（Ａ）のIIIＢ部を拡大構成図である。なお、基本的な構成は実施例１と同様であり、同一構成部分には同符号を付し、重複した説明は省略する。

図３のように、本実施例のハイブリッド自動車では、内燃機関Ｅと過給用電動機３との間を断続クラッチである電磁クラッチ２３を介してベルト２５により連動構成し、電磁クラッチ２３を接続して過給用電動機３により内燃機関Ｅの始動を行わせるようにした。電磁クラッチ２３の断続制御は、制御部２１が行う。ベルト２５は、内燃機関Ｅのクランク・シャフトに取り付けられたプーリ２７と、過給機１の回転軸に取り付けられたプーリ２９との間に掛け回され、プーリ２９と過給機１の回転軸とが電磁クラッチ２３により結合、遮断されることで内燃機関Ｅと過給用電動機３との間の連動を断続可能としている。

トランス・アクスル７には、クラッチＡ、Ｂが設けられ、制御部２１がクラッチＡ、Ｂの断続制御を行う。

クラッチＢの接続で、駆動用電動機Ｍから、例えばフロント・アクスル側のフロント・デファレンシャル装置２５へ走行駆動力が伝達される。

クラッチＡ、Ｂの接続で駆動用電動機Ｍ及び内燃機関Ｅから走行駆動力が伝達される。

内燃機関Ｅが停止し、クラッチＡが切断された状態で、加速走行のために内燃機関Ｅを始動させるときは、制御部２１の制御により電磁クラッチ２３が結合され、過給用電動機３の駆動によりベルト２５を介して内燃機関Ｅを始動させることができる。

内燃機関Ｅの始動によりクラッチＡを接続すると、駆動用電動機Ｍ及び内燃機関Ｅでの走行駆動を行わせることができる。

駆動用電動機Ｍのみによる走行モードのときに、加速走行等の必要が生じ、駆動用電動機Ｍにより内燃機関Ｅを始動すると、一時的に走行駆動力が低下し、その後の内燃機関Ｅの始動による走行駆動力の大幅な上昇との間で滑らかさを失い、円滑な加速走行等の障害となる。

そこで、上記のように過給用電動機３の駆動により内燃機関Ｅを始動させ、円滑な加速走行等を行わせる。

その他、本実施例でも、実施例１と同様な作用効果を奏することができる。

図４は、本発明の実施例３に係り、パラレル方式のハイブリッド自動車の駆動部を示す構成図である。なお、基本的な構成は実施例１と同様であり、同一構成部分には同符号を付し、重複した説明は省略する。

図４のように、本実施例のハイブリッド自動車では、過給機１が駆動用電動機Ｍに直結で連動連結された。

したがって、過給機１用の電動機を不要とし、構造を簡単にすることができる。

図５は、本発明の実施例４に係り、パラレル方式のハイブリッド自動車の駆動部を示す構成図である。なお、基本的な構成は実施例１と同様であり、同一構成部分には同符号を付し、重複した説明は省略する。

図５のように、本実施例のハイブリッド自動車では、過給機１が駆動用電動機Ｍにトランス・アクスル７内のギヤ３１を介して連動連結された。

したがって、過給機１用の電動機を不要として構造を簡単にすることができ、過給機１を駆動用電動機Ｍにより増速駆動させることができる。

その他、本実施例でも、実施例１と同様な作用効果を奏することができる。
［その他］
内燃機関は、駆動用電動機へ給電するために発電する発電機を駆動する構成とし、バッテリィへの充電が十分行われて内燃機関が停止し、駆動用電動機のみによる走行モードを有する態様にも適用できる。

空調システムは、過給機の圧縮空気をダイレクトに車室内へ供給する構成にすることもできる。

空調システムを、過給機とは別に閉じたヒートポンプ・サイクルとし、このヒートポンプ・サイクルの蒸発器側に過給機の圧縮空気を送り、蒸発器での熱交換を行わせることで暖房に供することもできる。

過給機からの圧縮空気により内燃機関の冷却サイクルの水温を上昇させることで暖房に供することもできる。

１過給機
３過給用電動機
５空調システム（空調部）
１７出力切換弁
１９分岐配管
２１制御部
２３電磁クラッチ（断続クラッチ）
２５ベルト
３１ギヤ
Ｅ内燃機関
Ｍ駆動用電動機

Claims

走行駆動を行うための駆動用電動機と、
走行駆動用の又は前記駆動用電動機へ給電するために発電する発電機を駆動する内燃機関と、
前記内燃機関の吸気管に設けられた過給機と、
この過給機を駆動するための過給用電動機と、
車室内を暖房するための空調部と、
この空調部を前記過給機の吐出側に出力切換弁を介して接続する分岐配管と、
前記内燃機関の稼働時は前記過給機の圧縮空気を前記内燃機関に過給し停止時は前記空調部へ前記分岐管を介して供給し空調熱源とするように前記出力切換弁を切換制御する制御部と、
を備えたことを特徴とするハイブリッド自動車。
請求項１記載のハイブリッド自動車であって、
前記内燃機関と前記過給用電動機との間を断続クラッチを介して連動構成し、
前記断続クラッチを接続して前記過給用電動機により前記内燃機関の始動を行わせる、
ことを特徴とするハイブリッド自動車。
走行駆動を行うための駆動用電動機と、
走行駆動用の又は前記走行電動モータへ給電するために発電する発電機を駆動する内燃機関と、
前記内燃機関の吸気管に設けられ前記駆動用電動機により駆動される過給機と、
車室内を暖房するための空調部と、
この空調部を前記過給機の吐出側に出力切換弁を介して接続する分岐配管と、
前記内燃機関の稼働時は前記過給機の圧縮空気を前記内燃機関に過給し停止時は前記空調部へ供給して空調熱源とするように前記出力切換弁を切換制御する制御部と、
を備えたことを特徴とするハイブリッド自動車。
請求項３記載のハイブリッド自動車であって、
前記過給機は、前記走行駆動を行うための駆動用電動機に直結又はギヤにより連動連結された、
ことを特徴とするハイブリッド自動車。