JP6264775B2 - 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、内燃機関を確実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。
近年、燃費向上と環境対策などの観点から、内燃機関と電動発電機とを備えたハイブリッドシステムが注目されている（例えば、特許文献１を参照）。
このハイブリッドシステムにおいては、省エネルギー化及び省スペース化を目的として、従来のスターターを廃止して、無段変速機を介して内燃機関に接続された電動発電機を用いて内燃機関をクランキングすることが提案されている。
しかしながら、内燃機関を確実に始動させるためには、始動初期にクランク軸に対して回転開始に必要な大きさのトルクを与える必要があるが、無段変速機の状態によっては困難な場合がある。
特開２００２−２３８１０５号公報
本発明の目的は、電動発電機で内燃機関を確実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にクランク軸用断接装置を介して連結すると共に前記内燃機関の動力を前記電動発電機に伝達する無段変速機構と、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、前記クランク軸用断接装置は、前記内燃機関と前記無段変速機構の動力伝達を断接する装置であり、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、前記クランク軸用断接装置を断状態にし、前記電動発電機を回転駆動し、前記電動発電機から前記クランク軸への伝達トルクが大きくなるように前記無段変速機構を制御してから該電動発電機を停止し、前記クランク軸用断接装置を接状態にした後に、前記電動発電機を回転駆動して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、内燃機関及び電動発電機を有し、前記内燃機関のクランク軸にクランク軸用断接装置を介して連結する無段変速機構を介して、前記電動発電機から前記内燃機関に動力を伝達するハイブリッドシステムの制御方法において、前記クランク軸用断接装置は、前記内燃機関と前記無段変速機構の動力伝達を断接する装置であり、前記内燃機関の始動要求が発生したときには、前記クランク軸用断接装置を断状態にすることで前記内燃機関と前記無段変速機構の動力伝達を断にし、前記電動発電機を回転駆動し、前記電動発電機から前記クランク軸への伝達トルクが大きくなるよう前記無段変速機構を制御してから該電動発電機を停止し、前記クランク軸用断接装置を接状態にすることで前記内燃機関と前記無段変速機構の動力伝達を接にした後に、前記電動発電機を回転駆動して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、内燃機関のクランク軸と電動発電機とを、クランク軸と切り離し可能な無段変速機構を介して接続し、内燃機関の始動時にはクランク軸を内燃機関から切り離して、電動発電機を利用してクランク軸側が常に高トルク状態になるように無段変速機構を制御するようにしたので、内燃機関の始動時には常にクランク軸側が高トルク状態になるため、電動発電機で内燃機関を確実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２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２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とターボ過給機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にクランク軸用断接装置１７を介して連結して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をクランク軸用断接装置１７を介して直結するとともに、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。
クランク軸用断接装置１７はハイブリッドシステム用制御装置４１により制御される。このクランク軸用断接装置１７は、エンジン１０のクランク軸１５の動力で電動発電機２１を発電する場合や電動発電機２１の駆動力でエンジン１０の駆動力をアシストする場合には、接状態にしてクランク軸１５と電動発電機２１の間での動力の伝達を行う。一方、電動発電機２１での発電が不要な場合には、断状態にしてエンジン１０と電動発電機２１間の動力伝達を切る。
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の伝達経路は異なっていてもよい。
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、クランク軸用断接装置１７を断状態にする（Ｓ２０）ことで第１プーリー１６ａをクランク軸１５から切り離す。
次に、第１バッテリ２４Ａに充電された電力を供給することで電動発電機２１を回転駆動し（Ｓ３０）、第１プーリー１６ａのプーリー径を最大にした（Ｓ４０）後に電動発電機２１を停止させる（Ｓ５０）。
そして、クランク軸用断接装置１７を接状態する（Ｓ６０）ことで第１プーリー１６ａをクランク軸１５に直結した後に、電動発電機２１を再び回転駆動する（Ｓ７０）ことで、エンジン本体１１をクランキングする（Ｓ８０）。
このような制御を行うことにより、エンジン本体１１の始動開始時には、常にクランク軸１５が高トルクかつ低回転の状態になっているので、電動発電機２１によりエンジン本体１１を確実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
１７ クランク軸用断接装置
２１ 電動発電機
４１ ハイブリッドシステム用制御装置

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にクランク軸用断接装置を介して連結すると共に前記内燃機関の動力を前記電動発電機に伝達する無段変速機構と、
    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、
    前記クランク軸用断接装置は、前記内燃機関と前記無段変速機構の動力伝達を断接する装置であり、
    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、前記クランク軸用断接装置を断状態にし、前記電動発電機を回転駆動し、前記電動発電機から前記クランク軸への伝達トルクが大きくなるように前記無段変速機構を制御してから該電動発電機を停止し、前記クランク軸用断接装置を接状態にした後に、前記電動発電機を回転駆動して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. 内燃機関及び電動発電機を有し、前記内燃機関のクランク軸にクランク軸用断接装置を介して連結する無段変速機構を介して、前記電動発電機から前記内燃機関に動力を伝達するハイブリッドシステムの制御方法において、
    前記クランク軸用断接装置は、前記内燃機関と前記無段変速機構の動力伝達を断接する装置であり、
    前記内燃機関の始動要求が発生したときには、前記クランク軸用断接装置を断状態にすることで前記内燃機関と前記無段変速機構の動力伝達を断にし、前記電動発電機を回転駆動し、前記電動発電機から前記クランク軸への伝達トルクが大きくなるよう前記無段変速機構を制御してから該電動発電機を停止し、前記クランク軸用断接装置を接状態にすることで前記内燃機関と前記無段変速機構の動力伝達を接にした後に、前記電動発電機を回転駆動して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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