JP6197464B2 - ハイブリッドシステム及びその制御方法 - Google Patents

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Description

本発明はハイブリッドシステム及びその制御方法に関し、更に詳しくは、極低大気温時においても内燃機関を容易に始動させることができるハイブリッドシステム及びその制御方法に関する。
ハイブリッドシステムにおける内燃機関の始動は、従来と同じように、スターターを用いたクランキングにより行われる。このスターターに用いられるスターターモーターには、回転数がゼロのときに最大トルクを発生する特性をもつブラシ付き直流直巻きモーターが好適に採用されている（例えば、特許文献１を参照）。
しかしながら、極低大気温時などで内燃機関の着火まで長時間を要する場合には、バッテリの容量も含めて、ブラシ付き直流直巻きモーターではクランク軸の回転速度を維持することは困難である。
このようなことから、極低大気温時においてもハイブリッドシステムの内燃機関を容易に始動できるようにすることが求められている。
特開平５−７１４５０号公報
本発明の目的は、極低大気温時においても内燃機関を容易に始動させることができるハイブリッドシステム及びその制御方法を提供することにある。
上記の目的を達成する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と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の一端に直結すると共に前記電動発電機から前記内燃機関に動力を伝達する無段変速機構と、前記クランク軸の他端に連結され、スターターモータのピニオンに噛合可能なリングギアと、前記ハイブリッドシステムを制御する制御手段とを設け、前記制御手段は、前記内燃機関の始動要求が発
生したときには、前記スターターモータと前記電動発電機とを回転駆動させてから、前記ピニオンを前記リングギアに噛合させることで前記内燃機関をクランキングすることを特徴とするものである。
上記の目的を達成する本発明のハイブリッドシステムの制御方法は、内燃機関と、電動発電機と、前記内燃機関のクランク軸の一端に前記電動発電機から前記内燃機関に動力を伝達する無段変速機構とを有するハイブリッドシステムの制御方法において、前記内燃機関の始動要求が発生したときには、前記内燃機関を始動するスターターモータを回転駆動させると共に前記電動発電機を回転駆動させてから、前記スターターモータの動力を前記内燃機関に伝達することで前記内燃機関をクランキングすることを特徴とするものである。
本発明のハイブリッドシステム及びその制御方法によれば、ハイブリッドシステムの内燃機関の始動時に、従来のスターターに加えて電動発電機によりクランキングを行うようにしたので、極低大気温時などで内燃機関の着火まで長時間を要する場合でも、クランキングを継続することができるため、内燃機関を容易に始動させることができる。
本発明の実施の形態からなるハイブリッドシステムの構成を示す図である。 本発明の実施の形態からなるハイブリッドシステムの制御方法を説明するフロー図である。
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態からなるハイブリッドシステムを示す。
この実施の形態のハイブリッドシステム１は、エンジン（内燃機関）１０と電動発電機（Ｍ/Ｇ）２１を有している。なお、ここでは、このハイブリッドシステム１はハイブリッド車両（ＨＥＶ：以下車両とする）２に搭載されているものとして説明するが、必ずしも限定されるものではない。
ハイブリッドシステム１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。
エンジン本体１１のクランク軸１５の一端に連結してＣＶＴ（無段変速機構：レシオ可変機構）１６を設けるとともに、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を直結するとともに、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と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。
これらの第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が掛け回されており、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、それぞれ動力が伝達される。
このＣＶＴ１６では、第１プーリー１６ａと第２プーリー１６ｂの幅をそれぞれ変化させることにより、プーリー１６ａ、１６ｂと動力伝達部材１６ｃの接する径方向位置を変えるようにしており、動力伝達部材１６ｃの接する位置が内側になればプーリー径が小さくなり、逆に外側になればプーリー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することにより、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。
エンジン本体１１のクランク軸１５の他端の周りには、フライホイール４２を介してリングギア４３が取り付けられている。このリングギア４３は、スターター４４のスターターモータ４５の回転軸４６に取り付けられたピニオン４７と噛合可能に構成されている。スターターモータ４５の回転軸４６は電磁ソレノイド式のアクチュエータ４８によってリングギア４３に向けて伸縮可能になっている。
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２のブレーキ力等の回生力発生による回生発電をしたり、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の駆動力をアシストしたりする。
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。
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。
ハイブリッドシステム１を搭載した車両２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２が走行する。なお、エンジン１０の搭載方式によっては、エンジン１０から車輪３５の動力の伝達経路は異なってもよい。
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。
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２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での発電が可能となる。
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の充電容量（ＳＯＣ）の状態をモニターしながら、ＣＶＴ１６や電動発電機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２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。
このようなハイブリッドシステム１を搭載した車両２における制御方法を図２に基づいて以下に説明する。
ハイブリッドシステム用制御装置４１は、エンジン本体１１の始動要求（アイドリングストップ時の再始動要求も含む）が発せられたかを判定し（Ｓ１０）、始動要求が発せられたときには、スターターモータを回転駆動させ（Ｓ２０）、アクチュエータ４８を起動して（Ｓ３０）、回転するピニオン４７をリングギア４３に向けて押し出して噛み合わせる（Ｓ４０）ことにより、フライホイール４２を介してクランク軸１５を他端側から強制回転させる（Ｓ５０）。
また、始動要求が発せられたと同時に、バッテリ２４Ａから電力を供給して電動発電機２１を回転駆動させて（Ｓ６０）、ＣＶＴ１６を介してクランク軸１５を一端側から強制回転させる（Ｓ７０）。
このような制御を行うことにより、従来のスターター４２に加えて、電動発電機２１によってもクランク軸１５を強制回転させるので、極低大気温時などでエンジン本体１１での着火まで長時間を要する場合でも、クランキングを継続することができるため、エンジン１０を容易に始動させることができる。
１ ハイブリッドシステム
２ ハイブリッド車両
１０ エンジン
１１ エンジン本体
１５ クランク軸
１６ ＣＶＴ
１６ａ 第１プーリー
１６ｂ 第２プーリー
２１ 電動発電機
２４Ａ 第１バッテリ
４１ ハイブリッドシステム用制御装置
４４ スターター
４５ スターターモータ

Claims (2)

  1. 内燃機関と電動発電機と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の一端に直結すると共に前記電動発電機から前記内燃機関に動力を伝達する無段変速機構と、
    前記クランク軸の他端に連結され、スターターモータのピニオンに噛合可能なリングギアと、
    前記ハイブリッドシステムを制御する制御手段とを設け、
    前記制御手段は、前記内燃機関の始動要求が発生したときには、前記スターターモータと前記電動発電機とを回転駆動させてから、前記ピニオンを前記リングギアに噛合させることで前記内燃機関をクランキングすることを特徴とするハイブリッドシステム。
  2. 内燃機関と、電動発電機と、前記内燃機関のクランク軸の一端に前記電動発電機から前記内燃機関に動力を伝達する無段変速機構とを有するハイブリッドシステムの制御方法において、
    前記内燃機関の始動要求が発生したときには、前記内燃機関を始動するスターターモータを回転駆動させると共に前記電動発電機を回転駆動させてから、前記スターターモータの動力を前記内燃機関に伝達することで前記内燃機関をクランキングすることを特徴とするハイブリッドシステムの制御方法。
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