JP2015033914A - Hybrid system, hybrid vehicle and power transmission method for hybrid system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ハイブリッドシステム、ハイブリッド車両、及びハイブリッドシステムの動力伝達方法に関し、より詳細には、内燃機関の始動時及びアイドリングストップの再始動時に必要とされるスタータの発生トルクを小さくできる、ハイブリッドシステム、ハイブリッド車両、及びハイブリッドシステムの動力伝達方法に関する。 The present invention relates to a hybrid system, a hybrid vehicle, and a power transmission method of the hybrid system, and more particularly, a hybrid system capable of reducing a generated torque of a starter required when starting an internal combustion engine and restarting an idling stop. The present invention relates to a hybrid vehicle and a power transmission method for a hybrid system.
内燃機関と電動発電機の両方を搭載するハイブリッド車両(HEV)では、内燃機関の出力により電動発電機を駆動して発電して、この発電した電力をバッテリに充電したり、このバッテリに充電した電力で電動発電機を駆動して内燃機関の出力をアシストしたりしている。この内燃機関で電動発電機を駆動する場合には、内燃機関の駆動力を電動発電機に伝達する必要がある。 In a hybrid vehicle (HEV) equipped with both an internal combustion engine and a motor generator, the motor generator is driven by the output of the internal combustion engine to generate power, and the generated power is charged into a battery or charged into this battery. The motor generator is driven by electric power to assist the output of the internal combustion engine. When driving a motor generator with this internal combustion engine, it is necessary to transmit the driving force of the internal combustion engine to the motor generator.
この動力伝達に関しては、いくつかの方法が提案されており、例えば、エンジン(内燃機関)と変速機との間に電動モータ(電動発電機)を設けて、この電動モータをエンジンの駆動軸(クランク軸)に連結したハイブリッド車両が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 For this power transmission, several methods have been proposed. For example, an electric motor (motor generator) is provided between the engine (internal combustion engine) and the transmission, and the electric motor is connected to the engine drive shaft ( A hybrid vehicle connected to a crankshaft has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
一方で、内燃機関の始動開始時には、スタータを用いてクランク軸を回転駆動して、気筒(シリンダ)内のピストンを燃料噴射可能な位置及び着火可能な回転速度まで加速・移動させている。 On the other hand, when starting the internal combustion engine, the crankshaft is rotationally driven using a starter, and the piston in the cylinder (cylinder) is accelerated and moved to a position where fuel can be injected and a rotational speed where ignition is possible.
しかしながら、この始動開始前のエンジンが停止する時は、燃料噴射を停止した後、クランク軸は慣性でピストンの移動を行いながら回転しているが内燃機関のフリクションにより停止する。この停止は、通常は、フリクションが最大となるクランク角の位置で停止する。 However, when the engine before starting is stopped, after stopping the fuel injection, the crankshaft rotates while moving the piston by inertia but stops due to the friction of the internal combustion engine. This stop is normally stopped at a crank angle position where the friction is maximum.
そのため、この停止後の始動時にはフリクションが最大のクランク角の位置にある状態からのクランキングとなり、始動時に必要とされるスタータの発生トルクが大きくなってしまい、始動時におけるエネルギーロスが大きいという問題がある。 Therefore, at the time of starting after this stop, the cranking starts from the state where the friction is at the maximum crank angle position, the torque generated by the starter required at the time of starting becomes large, and the energy loss at the time of starting is large. There is.
本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の始動時及びアイドリングストップの再始動時に必要とされるスタータの発生トルクを小さくできる、ハイブリッドシステム、ハイブリッド車両、及びハイブリッドシステムの動力伝達方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a hybrid system, a hybrid vehicle, and a hybrid system, a hybrid vehicle, which can reduce the generated torque of a starter that is required when starting an internal combustion engine and restarting an idling stop. And a power transmission method for a hybrid system.
上記の目的を達成するための本発明のハイブリッドシステムは、内燃機関と電動発電機を有するハイブリッドシステムにおいて、前記内燃機関のクランク軸に直接又は間接に前記電動発電機を連結すると共に、前記電動発電機を制御するハイブリッド用制御装置が、前記内燃機関の停止操作時に、前記電動発電機の駆動力により前記クランク軸を回転して、前記クランク軸の停止したときのクランク角を前記クランク軸の回転のフリクションが最小になる位置又はその近傍の位置にする制御を行うように構成される。 In order to achieve the above object, a hybrid system of the present invention is a hybrid system having an internal combustion engine and a motor generator, wherein the motor generator is connected directly or indirectly to a crankshaft of the internal combustion engine, and the motor generator The hybrid control device that controls the engine rotates the crankshaft by the driving force of the motor generator during the stop operation of the internal combustion engine, and determines the crank angle when the crankshaft is stopped. It is configured to perform control so that the position where the friction is minimized or a position in the vicinity thereof.
この構成によれば、内燃機関の始動時及びアイドリングストップの再始動時に必要とされるスタータの発生トルクを小さくして、走行開始までの時間を短縮できる。従って、このハイブリッドシステムを搭載したハイブリッド車両の走行特性を改善できる。 According to this configuration, it is possible to reduce the generated torque of the starter required when starting the internal combustion engine and restarting the idling stop, thereby shortening the time until the start of traveling. Therefore, the traveling characteristics of a hybrid vehicle equipped with this hybrid system can be improved.
なお、この最小位置又はその近傍の位置とは、回転のフリクションが最小及び最小に近い範囲となるクランク角の位置で有り、例えば、燃料無噴射時の最大フリクションと最小フリクションのフリクション幅の例えば20%程度、好ましくは10%程度最小フリクションより大きい目標フリクションよりもフリクションが小さくなるような範囲である。 The minimum position or a position near the minimum position is a crank angle position where the rotational friction is in a range close to the minimum and minimum. For example, the maximum friction when no fuel is injected and the friction width of the minimum friction are, for example, 20 It is a range in which the friction becomes smaller than the target friction larger than the minimum friction by about%, preferably about 10%.
そして、上記の目的を達成するためのハイブリッド車両は、上記のハイブリッドシステムを搭載したことを特徴とすると、上記のハイブリッドシステムと同様の効果を奏することができる。 And if the hybrid vehicle for achieving said objective mounts said hybrid system, it can have an effect similar to said hybrid system.
そして、上記の目的を達成するためのハイブリッドシステムの動力伝達方法は、内燃機関と電動発電機を有するハイブリッドシステムの動力伝達方法において、前記内燃機関の停止操作時に、前記内燃機関のクランク軸に直接又は間接に連結された前記電動発電機の駆動力により前記クランク軸を回転して、前記クランク軸の停止したときのクランク角を前記クランク軸の回転のフリクションが最小になる位置又はその近傍の位置にすることを特徴とする方法である。 A hybrid system power transmission method for achieving the above-described object is a hybrid system power transmission method including an internal combustion engine and a motor generator, which is directly applied to a crankshaft of the internal combustion engine when the internal combustion engine is stopped. Alternatively, the crankshaft is rotated by the driving force of the motor generator that is indirectly connected, and the crank angle when the crankshaft is stopped is the position where the friction of rotation of the crankshaft is minimized or a position near it. It is the method characterized by making.
この方法によれば、内燃機関の始動時及びアイドリングストップの再始動時に必要とされるスタータの発生トルクを小さくして、走行開始までの時間を短縮できる。従って、このハイブリッドシステムを搭載したハイブリッド車両の走行特性を改善できる。 According to this method, it is possible to reduce the torque generated by the starter required at the time of starting the internal combustion engine and restarting the idling stop, thereby shortening the time until the start of traveling. Therefore, the traveling characteristics of a hybrid vehicle equipped with this hybrid system can be improved.
本発明のハイブリッドシステム、ハイブリッド車両、及びハイブリッドシステムの動力伝達方法によれば、内燃機関の始動時及びアイドリングストップの再始動時に必要とされるスタータの発生トルクを小さくして、走行開始までの時間を短縮でき、ハイブリッド車両の走行特性を改善できる。 According to the hybrid system, the hybrid vehicle, and the power transmission method of the hybrid system of the present invention, it is possible to reduce the starter generation torque required when starting the internal combustion engine and restarting the idling stop, And the running characteristics of the hybrid vehicle can be improved.
以下、本発明に係る実施の形態のハイブリッドシステム、ハイブリッド車両、及びハイブリッドシステムの動力伝達方法について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a hybrid system, a hybrid vehicle, and a power transmission method of the hybrid system according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1の実施例の形態のハイブリッドシステム2は、エンジン(内燃機関)10と電動発電機(M/G)21を有するハイブリッドシステムである。なお、ここでは、このハイブリッドシステム2はハイブリッド車両(HEV:以下車両とする)1に搭載されるものとして説明するが、必ずしも、車両に搭載されるものに限定されない。 A hybrid system 2 in the form of the embodiment of FIG. 1 is a hybrid system having an engine (internal combustion engine) 10 and a motor generator (M / G) 21. Here, the hybrid system 2 is described as being mounted on a hybrid vehicle (HEV: hereinafter referred to as a vehicle) 1, but is not necessarily limited to that mounted on the vehicle.
図1に示すように、この実施の形態のハイブリッドシステム2のエンジン10は、エンジン本体(ENG)11と排気通路12とターボ過給器13と、排気通路12に設けられた排気ガス浄化装置(後処理装置)14を備えている。この排気ガス浄化装置14により、エンジン10から排出される排気ガス中のNOx(窒素酸化物)、PM(微粒子状物質)等を浄化処理している。この浄化処理された排気ガスは、マフラー(図示しない)等を経由して大気中に放出される。
As shown in FIG. 1, the
このエンジン10のクランク軸15に直接又は間接に電動発電機21を連結して構成する。図1の構成では、エンジン10のクランク軸15に間接に電動発電機21を連結している。つまり、エンジン10のクランク軸15に直結してCVT(無段変速機構:レシオ可変機構)16を設け、このCVT16に電動発電機21を連結する。つまり、エンジン10のクランク軸15にCVT16の第1プーリー(第1動力伝達部)16aを設けると共に、電動発電機21にCVT16の第2プーリー(第2動力伝達部)16bを設けて構成し、第1プーリー16aと第2プーリー16bを介してクランク軸15と電動発電機21との間の動力伝達を行うように構成する。この第1プーリー16aと第2プーリー16bとの間には無端状のベルト又はチェーン(動力伝達部材)16cが掛けられており、クランク軸15から第1プーリー16aと動力伝達部材16cと第2プーリー16bを経由して電動発電機21に、また逆に、電動発電機21から第2プーリー16bと動力伝達部材16cと第1プーリー16aを経由してクランク軸15に、動力が伝達される。
A
このCVT16では、2個一組の第1プーリー16aと第2プーリー16bに動力伝達部材16cをかけ、個々のプーリー16a、16bの幅を変えることにより、プーリー16a、16bと動力伝達部材16cの接する位置を変えるようにしており、幅が拡げられて動力伝達部材16cの接する位置が内側に(軸に近く)なれば直径が小さくなり、逆に幅が狭められて動力伝達部材16cの接する位置が外側なれば(外周側に移動すれば)直径が大きくなるように構成されている。そして、電子制御による油圧又は電動機構(図示しない)で2個のプーリー16a、16bの幅の拡縮が互いに逆になるように変化させる制御を行うことにより、動力伝達部材16cをたるませることなく、変速を連続的に行うことができる。
In this
このCVT16を、エンジン10において、クランク軸15の一方に変速機31が接続されており、クランク軸15の他方にCVT16が接続されているように構成すると、CVT16が、エンジン10に関して、変速機31とは反対側のクランク軸15に設けられていることになるので、これにより、エンジン10と変速機31の間にCVT16を設ける必要がなくなる。そのため、ハイブリッドシステムを考慮していない、既存のエンジンと変速機との組み合わせ(パワートレイン)に対しても、電動発電機を容易に設けることができ、ハイブリッドシステムを適用できるパワートレインの種類を拡大することが容易にできる。
When the CVT 16 is configured such that the
なお、この場合、従来技術では、エンジンに関して、変速機とは反対側には、クランク軸から駆動力を得ている冷却ファンや冷却水ポンプや潤滑油ポンプ等の補機が配置されているので、これらの補機は電動化して、クランク軸から直接駆動力を得ることなく、電動発電機で発電した電力で駆動されるようにすることが好ましい。これにより、補機類のレイアウトに関して自由性が増し、更には状況に応じて補機による負荷損失のないエンジン出力を駆動力に活用できるというメリットが生じる。 In this case, in the prior art, on the opposite side of the transmission with respect to the engine, an auxiliary machine such as a cooling fan, a cooling water pump, or a lubricating oil pump that obtains driving force from the crankshaft is arranged. These auxiliary machines are preferably electrified so as to be driven by the electric power generated by the motor generator without obtaining the driving force directly from the crankshaft. This increases the freedom with respect to the layout of the auxiliary machinery, and further has the advantage that the engine output without load loss due to the auxiliary machinery can be used as the driving force depending on the situation.
そして、電力システム20の一部である電動発電機21は、発電機として、エンジン10の駆動力を受けて発電をしたり、又は、車両1のブレーキ力等の回生力発生による回生発電をしたりすると共に、モータとして駆動して、その駆動力をエンジン10のクランク軸15に伝達して、エンジン10の駆動力(出力:トルク)をアシストしたりする。
The
なお、発電して得た電力は、配線22を経由してインバータ(INV)23で変換して第1バッテリ(充電器:B1)24Aに充電される。また、電動発電機21を駆動するときは、第1バッテリ24Aに充電された電力をインバータ23で変換して電動発電機21に供給する。
The electric power generated by the power generation is converted by the inverter (INV) 23 via the
図1の構成では、更に、DC−DCコンバータ(CON)25と第2バッテリ(B2)24Bを第1バッテリ24Aに直列に設けて、第1バッテリ24Aの、例えば、一般的な12Vや24V以上の高い電圧の電力を、DC−DCコンバータ25で、例えば、12Vに電圧降下させて、第2バッテリ24Bに充電して、この第2バッテリ24Bから補機の冷却ファン26A、冷却水ポンプ26B、潤滑油ポンプ26C等に電力を供給するように構成している。
In the configuration of FIG. 1, a DC-DC converter (CON) 25 and a second battery (B2) 24B are further provided in series with the
このハイブリッドシステム2を搭載したハイブリッド車両(以下車両)1においては、エンジン10の動力は、動力伝達システム30の変速機(トランスミッション)31に伝達され、さらに、変速機31より推進軸(プロペラシャフト)32を介して作動装置(デファレンシャルギア)33に伝達され、作動装置33より駆動軸(ドライブシャフト)34を介して車輪35に伝達される。これにより、エンジン10の動力が車輪35に伝達され、車両1が走行する。
In a hybrid vehicle (hereinafter referred to as a vehicle) 1 equipped with the hybrid system 2, the power of the
一方、電動発電機21の動力に関しては、第1バッテリ24Aに充電された電力がインバータ23を介して電動発電機21に供給され、この電力により電動発電機21が駆動され動力を発生する。この電動発電機21の動力は、CVT16を介してクランク軸15に伝達されて、エンジン10の動力伝達経路を伝達して、車輪35に伝達される。
On the other hand, regarding the power of the
これにより、電動発電機21の動力がエンジン10の動力と共に車輪35に伝達され、車両1が走行する。なお、回生時には、逆の経路で、車輪35の回生力、又はエンジン10の回生力が電動発電機21に伝達されて、電動発電機21で発電が可能となる。
Thereby, the power of the
また、ハイブリッドシステム用制御装置41が設けられ、エンジン10の回転数Neや負荷Q等の運転状態や電動発電機21の回転数Na等の運転状態や第1バッテリ24A,第2バッテリ24Bの充電量(SOC)の状態をモニターしながら、CVT16、電動発電機21、インバータ23、DC−DCコンバータ25等を制御する。このハイブリッドシステム用制御装置41は、通常は、エンジン10や車両1を制御する全体制御装置40に組み込まれて構成される。この全体制御装置40は、エンジン10の制御では、シリンダ内燃焼やターボ過給器13や排気ガス浄化装置14や補機の冷却ファン26A、冷却水ポンプ26B、潤滑油ポンプ26Cなどを制御している。
Also, a hybrid
また、図2に示すハイブリッドシステム2A、及びハイブリッド車両1Aのように、クランク軸15と電動発電機21との間にクランク軸用断接装置17を設けて構成すると、これにより、電動発電機21をモータとしても発電機としても使用しないときには、クランク軸用断接装置17を断状態にして、電動発電機21側のフリクションの影響なしにエンジン10を運転することができるのでより好ましい。特に、クランク軸15と第1プーリー16aとの間にクランク軸用断接装置17を設けて構成すると、電動発電機21側に加えてCVT16側のフリクションの影響なしにエンジン10を運転することができる。
Further, when the crankshaft connecting / disconnecting
そして、本発明においては、電動発電機21を制御するハイブリッド用制御装置41は、エンジン10の停止操作時に、電動発電機21の駆動力によりクランク軸15を回転して、クランク軸15のクランク角θがクランク軸15の回転のフリクションTfが最小の位置θmin又はその近傍の位置(θ1〜θ2)になるように制御するように構成される。
In the present invention, the
これにより、エンジン10が停止した時のクランク軸15が、フリクションTfが最大となるクランク角θmaxで停止して、次回の始動時又はアイドリングストップ等の再度始動時に必要なスタータ(図示しない)の発生トルクTsが大きくなることを回避して、これにより、エンジン10の始動時及びアイドリングストップ等の再始動時に必要とされるスタータの発生トルクTsを小さくして、走行開始までの時間を短縮する。
As a result, the
なお、この最小位置θmin又はその近傍の位置(θ1〜θ2)とは、クランク軸15の回転のフリクションTfが最小及び最小に近い範囲となるクランク角θの位置で有り、例えば、燃料無噴射時の最大フリクションTfmaxと最小フリクションTfminのフリクション幅ΔTf(=Tfmax−Tfmin)の例えば20%程度、好ましくは10%程度、最小フリクションTfminより大きい目標フリクションTfo(=Tfmin+0.2×ΔTf)よりもフリクションTfが小さくなるような目標範囲(θ1〜θmin〜θ2)である。
The minimum position θmin or a position in the vicinity thereof (θ1 to θ2) is a position of the crank angle θ in which the rotation friction Tf of the
この制御は、通常エンジン10の制御のために備えられているクランク角センサ(図示しない)や別に備えるエンジン角度検出センサ(図示しない)により、エンジン10の停止直前のクランク角θを検出して、このクランク角θが予め実験等で設定した目標範囲(θ1〜θ2)内になるように電動発電機21の回転を制御する。
This control is performed by detecting the crank angle θ immediately before the stop of the
このとき、CVT16を備えている場合には、第1プーリー16aの実働直径Daに対する第2プーリー16bの実働直径Dbの直径比Rd(=Db/Da)を変更することで、同じ電動発電機21の駆動力Tmと回転角度θmであっても、クランク軸15に伝達される駆動力Tcとクランク角(回転角度)θを変化させることができるので、CVT16の直径比Rdをこのクランク角θの停止位置の制御に最適な状態にしてから、クランク軸15の停止制御を行うことが好ましい。
At this time, when the
そして、この実施の形態におけるハイブリッドシステムの動力伝達方法は、エンジン10と電動発電機21を有するハイブリッドシステム2の動力伝達方法であり、エンジン10の停止操作時に、エンジン10のクランク軸15に直接又は間接に連結された電動発電機21の駆動力によりクランク軸15を回転して、クランク軸15のクランク角θがクランク軸15の回転のフリクションTfが最小の位置θmin又はその近傍の位置(θ1〜θ2)にすることを特徴とする方法である。
The power transmission method of the hybrid system in this embodiment is a power transmission method of the hybrid system 2 having the
本発明の実施の形態のハイブリッドシステム2、2A、ハイブリッド車両1、1A及びハイブリッドシステムの動力伝達方法によれば、エンジン10の始動時及びアイドリングストップの再始動時に必要とされるスタータの発生トルクTsを小さくして、走行開始までの時間を短縮でき、ハイブリッド車両1、1Aの走行特性を改善できる。
According to the hybrid system 2, 2A,
1、1A 車両(ハイブリッド車両:HEV)
2、2A ハイブリッドシステム
10 エンジン(内燃機関)
11 エンジン本体
12 排気通路
13 ターボ過給器
14 排気ガス浄化装置
15 クランク軸
16 CVT(無段変速機構)
17 クランク軸用断接装置
20 電力システム
21 電動発電機(M/G)
22 配線
23 インバータ(INV)
24A 第1バッテリ(B1)
24B 第2バッテリ(B2)
25 DC−DCコンバータ(CON)
26A 冷却ファン(補機)
26B 冷却水ポンプ(補機)
26C 潤滑油ポンプ(補機)
30 動力伝達システム
31 変速機(トランスミッション)
32 推進軸(プロペラシャフト)
33 差動装置(デファレンシャルギア)
34 駆動軸(ドライブシャフト)
35 車輪
40 全体制御装置
41 ハイブリッドシステム用制御装置
Da 第1プーリーの実働直径
Db 第2プーリーの実働直径
Rd CVTの直径比
Tc クランク軸に伝達される駆動力
Tf クランク軸の回転のフリクション
Tfo 目標フリクション
Tfmax 最大フリクション
Tfmin 最小フリクション
Tm 電動発電機の駆動力(駆動トルク)
Ts スタータの発生トルク
θ クランク軸のクランク角
θm 電動発電機の回転角度
θmax クランク軸の回転のフリクションが最大の位置
θmin クランク軸の回転のフリクションが最小の位置
θ1〜θ2 最小位置の近傍の位置
ΔTf フリクション幅
1, 1A vehicle (hybrid vehicle: HEV)
2,
DESCRIPTION OF
17 Connecting /
22
24A First battery (B1)
24B Second battery (B2)
25 DC-DC converter (CON)
26A Cooling fan (auxiliary machine)
26B Cooling water pump (auxiliary machine)
26C Lubricating oil pump (auxiliary machine)
30
32 Propeller shaft
33 Differential (differential gear)
34 Drive shaft
35
Ts Generated torque of starter θ Crank angle of crankshaft θm Motor generator rotation angle θmax Position of maximum crankshaft friction θmin Position of minimum crankshaft rotation θ1-θ2 Position near minimum position ΔTf Friction width
Claims (3)
前記電動発電機を制御するハイブリッド用制御装置が、前記内燃機関の停止操作時に、前記電動発電機の駆動力により前記クランク軸を回転して、前記クランク軸の停止したときのクランク角よりも前記クランク軸の回転のフリクションが小さいクランク角度にする制御を行うように構成されることを特徴とするハイブリッドシステム。 In a hybrid system having an internal combustion engine and a motor generator, the motor generator is connected directly or indirectly to the crankshaft of the internal combustion engine,
The hybrid control device that controls the motor generator rotates the crankshaft by the driving force of the motor generator during the stop operation of the internal combustion engine, and the crank angle when the crankshaft is stopped A hybrid system configured to perform control so that crankshaft rotation friction is a small crank angle.
前記内燃機関の停止操作時に、前記内燃機関のクランク軸に直接又は間接に連結された前記電動発電機の駆動力により前記クランク軸を回転して、前記クランク軸の停止したときのクランク角よりも前記クランク軸の回転のフリクションが小さいクランク角度にすることを特徴とするハイブリッドシステムの動力伝達方法。 In a power transmission method of a hybrid system having an internal combustion engine and a motor generator,
During the stop operation of the internal combustion engine, the crankshaft is rotated by the driving force of the motor generator directly or indirectly connected to the crankshaft of the internal combustion engine, and the crank angle when the crankshaft is stopped A power transmission method for a hybrid system, wherein the crankshaft has a small crank angle so that the friction of rotation of the crankshaft is small.
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