JP6364720B2

JP6364720B2 - 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異常診断方法

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Publication number: JP6364720B2
Application number: JP2013165682A
Authority: JP
Inventors: 憲仁岩田
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2013-08-09
Filing date: 2013-08-09
Publication date: 2018-08-01
Anticipated expiration: 2033-08-09
Also published as: JP2015033909A

Description

本発明は、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、ハイブリッド車両、及びハイブリッドシステムの異常診断方法に関し、より詳細には、クランク軸と電動発電機との間の動力伝達を断接する動力断接装置の異常を診断し、安全性を確保することが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異常診断方法に関する。

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。

そのようなハイブリッド車両において、各装置の異常を診断することは、安全性を確保するためには必須である。これに関して、車両が動かない程度の所定量のトルクが電動発電機に付与されたときの、電動発電機の入出力軸及び無段変速機の入力軸の回転状態の検出結果に基づいて、結合機構（動力断接装置）の接続良否を判定する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、上記の装置では、動力断接装置の異常を診断するために、無段変速機構の各装置の状態を検知するセンサを別途設けたり、診断するロジックが複雑化したりするという問題がある。

特開２００２−３３７５７１号公報

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その課題は、クランク軸と電動発電機との間の動力伝達を断接する動力断接装置の異常を単純なロジックで診断し、安全性を確保することが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異常診断方法を提供することである。

上記の課題を解決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結して無段変速機構を設け、該無段変速機構に前記電動発電機を連結すると共に、前記クランク軸と前記電動発電機との間を断接する動力断接装置を設けて構成され、前記ハイブリッドシステム、前記無段変速機構、及び前記動力断接装置を制御する制御装置を備えて、前記制御装置が、前記動力断接装置により前記クランク軸と前記電動発電機との間を断接する断接手段、前記電動発電機の回転数が予め定めた高効率回転領域に限定されるように設定された前記電動発電機の目標回転数と前記内燃機関の回転数に基づいて前記無段変速機構の変速比を変化させる変速比変化手段、及び前記電動発電機の回転数が前記目標回転数に向って変動するか否かに基づいて前記動力断接装置の異常を診断する異常診断手段を有し、前記電動発電機を駆動させた後に、前記断接手段により前記動力断接装置を断状態から接状態にする制御を行ない、前記変速比変化手段により前記無段変速機構の変速比を変化させたうえで、前記異常診断手段により前記電動発電機の回転数が前記目標回転数に向って変動するか否かを判断し、変動しないと判断されたときに、前記動力断接装置に異常があると診断することを特徴とする。

なお、ここでいう断接手段による電動発電機の回転数の変動がないとは、電動発電機の
回転数が断接手段による目標の回転数にならないことを示している。例えば、断接手段を実施する制御が行われた場合に、動力断接装置に異常がなければ、電動発電機の回転数は目標の回転数に変動するが、仮に、動力断接装置に異常が発生すれば、電動発電機の回転数はその目標の回転数にならない。

よって、この断接手段による電動発電機の回転数の変動がないことは、断接手段を実施する制御がなされた後に、電動発電機の回転数が全く変動しない、つまり回転数の変動がゼロの場合、電動発電機の回転数が殆ど変動しない場合、及び電動発電機の回転数が目標の回転数にならない場合を含む。

この構成によれば、動力断接装置により内燃機関のクランク軸と電動発電機との間を断接する制御がなされた場合で、電動発電機の電動機として駆動させていないにも関わらず、クランク軸と電動発電機との間の断接による電動発電機の回転数の変動がないないと判断されたときに、動力断接装置に異常があると診断することができる。

例えば、従来技術において、内燃機関と駆動輪との間に設けられた動力断接装置の故障を検知する場合には、動力断接装置のアクチュエータの作動の有無、アクチュエータを作動させるための油圧機構の油圧状況、あるいは、動力断接装置に入力される回転数と出力される回転数などを検知するセンサを新たに追加する必要があり、更に、異常を診断するロジックが複雑になる。

一方、上記の構成によれば、動力断接装置によりクランク軸と電動発電機との間の動力伝達を断接する制御がなされた場合に、ハイブリッドシステムを運用する上で必要となる電動発電機の回転数を検知し、その変動をモニタリングするだけでよく、動力断接装置の異常を診断するための部品点数の増加や、制御の複雑化を抑制することができ、単純なロジックで、迅速且つ正確に動力断接装置の故障を診断することができる。これにより、動力断接装置に予期せぬ異常が発生した場合に、その異常を容易に診断して、システム全体の安全性を確保することができる。

また、電動発電機の動力伝達に無段変速機構を介すことで、例えば、内燃機関と電動発電機の回転数比を連続的に変更できるレシオ可変機構として、ＣＶＴ等の無段変速機構を用いて、内燃機関のクランク軸の動力を電動発電機に伝達するので、内燃機関のクランク軸の回転数の変動に依存することなく、電動発電機の回転軸の回転数を電動発電機の発電又は駆動に適した回転数に制御することができる。

そのため、電動発電機における回転数の使用回転域が限定されることにより、電気的特性の効率が高い状態で電動発電機を使用することが可能となり、発電時及び電動駆動時のエネルギー効率を高めることができる。また、電動発電機側において、過大な回転数で使用できるように信頼性を確保するために必要とされる過剰な構成の軸受け構造及び高強度の構造体を採用する必要が無くなる。その結果、電動発電機及びハイブリッドシステムの小型化及び軽量化を図ることができる。

また、上記のハイブリッドシステムにおいて、前記制御装置が、前記電動発電機の回転数が予め定めた高効率回転領域に限定されるように設定された前記電動発電機の目標回転数と前記内燃機関の回転数に基づいて前記無段変速機構の変速比を変化させる変速比変化手段を有し、前記異常診断手段を、前記断接手段によって、前記動力断接装置により前記クランク軸と前記電動発電機との間を接続する制御がなされた後で、前記電動発電機の回転数が前記目標回転数にならないと判断されたときに、前記動力断接装置に異常があると診断する手段とするように構成されることが望ましい。

加えて、上記のハイブリッドシステムにおいて、前記異常診断手段を、前記断接手段によって、前記動力断接装置により前記クランク軸と前記電動発電機との間を切断する制御がなされた後で、前記電動発電機の回転数がゼロにならないと判断されたときに、前記動力断接装置に異常があると診断する手段とするように構成されることが望ましい。

なお、ここでいう目標回転数とは、電動発電機の電気的特性の効率の高い、つまり駆動効率や回生効率の高い高効率回転領域内の値に設定される電動発電機の回転数の目標値である。この目標回転数は、無段変速機構の変速比を可変する際に使用され、無段変速機構の変速比は、電動発電機の回転数をその目標回転数にするように、その目標回転数と内燃機関の回転数に基づいて可変される。

以上の構成によれば、クランク軸と電動発電機との間を接続する制御がなされた後の電動発電機の回転数が目標回転数にならないと判断されたときと、クランク軸と電動発電機との間を切断する制御がなされた後の電動発電機の回転数がゼロにならないと判断されたときに、つまり、目標の回転数と実際の回転数との乖離が許容値を超えたと判断されたきに、動力断接装置に異常があると診断する。これにより、より正確且つ迅速に動力断接装置の異常を診断することができる。また、ハイブリッドシステムを運用する上で必要となる電動発電機の回転数とその目標回転数、あるいはゼロとを比較するだけでよく、新たなセンサを追加することなく、容易に異常を診断することができる。

そして、上記の課題を解決するための本発明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て構成される。この構成によれば、システムに設けられた装置の異常を診断することで、安全性を確保したハイブリッド車両を提供することができる。

そして、上記の課題を解決するための本発明のハイブリッドシステムの異常診断方法は、内燃機関と電動発電機を有し、前記内燃機関のクランク軸に直結して無段変速機構を設け、該無段変速機構に前記電動発電機を連結すると共に、前記クランク軸と前記電動発電機との間の動力伝達を断接する動力断接装置を設けて構成されるハイブリッドシステムの異常診断方法であって、前記電動発電機を駆動した後に、前記動力断接装置を断状態から接状態にし、前記電動発電機の回転数が予め定めた高効率回転領域に限定されるように設定された前記電動発電機の目標回転数と前記内燃機関の回転数に基づいて前記無段変速機構の変速比を変化させて、前記電動発電機の回転数を検知し、検知した前記電動発電機の回転数が前記目標回転数に向って変動するか否かを判断し、前記電動発電機の回転数が前記目標回転数に向って変動しないと判断したときに、前記動力断接装置に異常があると診断することを特徴とする方法である。

また、上記のハイブリッドシステムの異常診断方法において、前記動力断接装置により前記クランク軸と前記電動発電機との間の動力伝達が行われる制御がなされた後で、前記電動発電機の回転数が予め定めた高効率回転領域に限定されるように設定された前記電動発電機の目標回転数にならないと判断されたときに、前記動力断接装置に異常があると診断することが望ましい。

加えて、上記のハイブリッドシステムの異常診断方法において、前記動力断接装置により前記クランク軸と前記電動発電機との間の動力伝達が行われる制御がなされた後で、前記電動発電機の回転数がゼロにならないと判断されたときに、前記動力断接装置に異常があると診断することが望ましい。

この方法によれば、動力断接装置によるクランク軸と電動発電機との間の動力伝達を接続する制御がなされた後の電動発電機の回転数と目標回転数とを、あるいは動力伝達を切る制御がなされた後の回転数とゼロとを比較するという容易な方法で、ハイブリッドシステムに設けた動力断接装置の異常を診断することができる。

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異常診断方法によれば、単純なロジックにより、迅速且つ正確に動力断接装置の異常を診断することができる。詳しくは、動力断接装置により内燃機関のクランク軸と電動発電機との間の動力伝達を断接する制御がなされた場合で、クランク軸と電動発電機との間の動力伝達の断接による電動発電機の回転数の変動がないと判断されたときに、動力断接装置に異常があると診断することができる。そのため、動力断接装置の異常を診断するために新たなセンサなどを追加することなく、動力断接装置に予期せぬ異常が発生した場合に、単純なロジックで、その異常を迅速且つ正確に診断し、安全性を確保することができる。

本発明に係る実施の形態のハイブリッドシステム及びハイブリッド車両の構成を示す図である。本発明に係る実施の形態のハイブリッドシステムの動力伝達方法の接続された動力伝達を切断する方法を示すフローチャートである。本発明に係る実施の形態のハイブリッドシステムの動力伝達方法の切断された動力伝達を接続する方法を示すフローチャートである。

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異常診断方法について説明する。

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に搭載されてい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。

図１の例に示すように、ハイブリッドシステム２は、エンジン１０にエンジン本体（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１０のクランク軸１５に直結してベルト又はチェーン式の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１６ａを設けると共に、電動発電機２１にＣＶＴ１６の第２プーリー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。

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Ｖ字形状の動力伝達部材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。

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。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搭載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。

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。

また、クランク軸１５と第１プーリー１６ａとの間に、クランク軸１５と電動発電機２１との間の動力の伝達を断接するクランク軸用クラッチ１７を設けて構成する。

このクランク軸用クラッチ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。このクランク軸用クラッチ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クランク軸用クラッチ１７を断状態にして、エンジン１０と電動発電機２１間の動力伝達を切る。これにより、エンジン１０のクランク軸１５に電動発電機２１側及びＣＶＴ１６側のフリクションが加わることを回避することができるので、燃費を向上することができる。

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、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、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。

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、更に、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。

尚、エンジン１０の搭載方式によっては、エンジン本体１１から車輪３５まで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。

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Ｎｍ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。

上記の第１の実施の形態のハイブリッドシステム２において、各装置の異常を診断することはシステムの安全性を向上するために必要である。そこで、この実施の形態のハイブリッドシステム２は、上記のクランク軸用クラッチ１７に予期せぬ異常が発生した場合に、その異常を診断するために、ハイブリッドシステム用制御装置４１が、断接手段Ｍ１と変速比変化手段Ｍ２と異常診断手段Ｍ３と警報手段Ｍ４を有して構成される。

断接手段Ｍ１は、クランク軸用クラッチ１７を接状態及び断状態にする手段である。この断接手段Ｍ１を実施することで、クランク軸用クラッチ１７を接状態にして、エンジン１０と電動発電機２１との間を接続し、一方、クランク軸用クラッチ１７を断状態にして、エンジン１０と電動発電機２１間を切断する。

変速比変化手段Ｍ２は、ＣＶＴ１６のプーリー比（変速比）Ｒを変化させる手段であり、詳しくは、電動発電機２１の回転数Ｎｍが予め定めた高効率回転領域に限定されるように設定された電動発電機２１の目標回転数Ｎｍ’とエンジン１０のエンジン回転数Ｎｅに基づいてＣＶＴ１６のプーリー比Ｒを変化させる手段である。

高効率回転領域は、電動発電機２１の回生効率及び駆動効率に基づいて、それらの電気的特性の効率が高くなるように最適化された回転領域であり、電動発電機２１の最大トルクや最大馬力などの特性によって定められる回転領域である。

この変速比変化手段Ｍ２は、まず、ハイブリッドシステム用制御装置４１に予め記憶された高効率回転領域内の目標回転数Ｎｍ’を設定する。次に、内燃機関回転数検知手段として、クランク角センサなどの回転数センサでエンジン回転数Ｎｅを検知する。次に、エ
ンジン回転数Ｎｅと目標回転数Ｎｍ’に基づいて、ハイブリッドシステム用制御装置４１に予め記憶されたプーリー比制御マップを参照し、ＣＶＴ１６に設けた図示しないアクチュエータにより、第１プーリー１６ａと第２プーリー１６ｂのそれぞれ幅を拡縮して、それぞれのプーリー径を変化させて、プーリー比Ｒを変化させる。

この変速比変化手段Ｍ２は、特に、エンジン１０の運転領域が高負荷高回転領域になっている場合でも、電動発電機２１の回転数を高効率回転領域内に限定することができるので、電動発電機２１の回転数Ｎｍが電気的特性の効率が悪い高回転数になることを防止して、電動発電機２１のエネルギー損失が増加することを回避することができる。

異常診断手段Ｍ３は、断接手段Ｍ１を実施する制御がなされた場合で、電動発電機回転数検知手段として設けられた回転数センサなどから検知された電動発電機２１の回転数Ｎｍが断接手段Ｍ１による目標の回転数にならないと判断したときに、クランク軸用クラッチ１７に異常があると診断する手段である。

詳しくは、断接手段Ｍ１が実施され、クランク軸用クラッチ１７によりクランク軸１５と電動発電機２１との間を接続される制御がなされた後で、電動発電機２１の回転数Ｎｍが目標回転数Ｎｍ’にならないと判断したときと、断接手段Ｍ１が実施され、クランク軸用クラッチ１７によりクランク軸１５と電動発電機２１との間を切断する制御がなされた後で、電動発電機２１の回転数Ｎｍがゼロにならないと判断したときに、クランク軸用クラッチ１７に異常があると診断する手段である。

例えば、クランク軸用クラッチ１７に異常がなければ、クランク軸用クラッチ１７を接状態にしている状態から断状態にして、クランク軸１５と電動発電機２１との間の動力伝達を切る場合は、電動発電機２１への電力の供給が停止される。その後、電動発電機２１の回転数Ｎｍはゼロに近づく。しかし、クランク軸用クラッチ１７に予期せぬ異常が発生し、動力伝達を切ることができない場合は、エンジン１０により電動発電機２１は連れ回るので、回転数Ｎｍはゼロに向かって下降しない。

一方、クランク軸用クラッチ１７に異常がなければ、クランク軸用クラッチ１７を断状態から接状態にして、クランク軸１５と電動発電機２１との間の動力伝達を行う場合は、ＣＶＴ１６のプーリー比Ｒに従って、電動発電機２１の回転数Ｎｍは、電動発電機２１の電気的特性の効率のよい目標回転領域内に設定された目標回転数Ｎｍ’に近づく。しかし、クランク軸用クラッチ１７に予期せぬ異常が発生し、動力伝達を行えない場合は、回転数Ｎｍは目標回転数Ｎｍ’に向かって上昇しない。

よって、この異常診断手段Ｍ３は、上記のように、断接手段Ｍ１を実施する制御がなされた後で、ゼロ又は目標回転数Ｎｍ’に向かって、電動発電機２１の回転数Ｎｍが変動しないと判断したときに、クランク軸用クラッチ１７に異常があると診断することができる。

警報手段Ｍ４は、異常診断手段Ｍ３でクランク軸用クラッチ１７に異常があると診断された場合に、その診断結果を、警報器４３により、運転手に報知する手段である。具体的には、運転席に設けられたブザー４３ａを鳴らしたり、インジケータ４３ｂを点灯させたりして、運転手に報知する手段である。これにより、運転手はＣＶＴ１６に異常が発生したことを早期に知ることができ、その異常に対して迅速に対応することができるので、安全性を確保することができる。

そして、上記の手段を実施して行われる第１の実施の形態におけるハイブリッドシステム２の異常診断方法は、クランク軸用クラッチ１７によりクランク軸１５と電動発電機２
１との間を断接する制御がなされた後で、電動発電機２１の回転数Ｎｍが目標の回転数にならないと判断したときに、詳しくは、クランク軸１５と電動発電機２１との間の動力伝達が行われる制御がなされた後で、電動発電機２１の回転数Ｎｍが目標回転数Ｎｍ’にならないと判断したときと、クランク軸１５と電動発電機２１との間の動力伝達が切られる制御がなされた後で、電動発電機２１の回転数Ｎｍがゼロにならないと判断したときに、クランク軸用クラッチ１７に異常があると診断することを特徴とする方法である。

この異常診断方法について、図２及び図３のフローチャートを参照しながら説明する。

図２に示すクランク軸用クラッチ１７を接状態から断状態にする場合は、まず、断接手段Ｍ１を実施して、クランク軸用クラッチ１７によりクランク軸１５と電動発電機２１との間で動力伝達が切られる制御を実施するステップＳ１０を行う。

次に、異常診断手段Ｍ３を実施して、比較値としてゼロを設定するステップＳ２０を行う。次に、電動発電機２１の回転数Ｎｍを検知するステップＳ３０を行う。次に、電動発電機２１の回転数Ｎｍがゼロに向かって変動するか否かを判定するステップＳ４０を行う。このステップＳ４０で回転数Ｎｍがゼロに向かって変動する場合は、ステップＳ１０により正常にクランク軸用クラッチ１７が動作したことになるので、クランク軸用クラッチ１７に異常がないと診断されて、この異常診断方法を終了する。一方、ステップＳ４０で回転数Ｎｍがゼロに向かって変動しない場合は、エンジン１０により、電動発電機２１が連れ回っていることになり、クランク軸用クラッチ１７に異常があると診断される。

クランク軸用クラッチ１７に異常があると診断されると、次に、警報手段Ｍ４を実施して、警報器４３で異常を警報するステップＳ５０を行って、この異常診断方法を終了する。

図３に示すクランク軸用クラッチ１７を断状態から接状態にする場合は、まず、断接手段Ｍ１を行う前に、電動発電機２１を駆動するステップＳ１１０を行う。次に、断接手段Ｍ１を実施して、クランク軸用クラッチ１７によりクランク軸１５と電動発電機２１との間で動力伝達が行われる制御を実施するステップＳ１２０を行う。

次に、変速比変化手段Ｍ２を実施して、電動発電機２１の回転数Ｎｍが予め定めた高効率回転領域に限定されるように設定された電動発電機２１の目標回転数Ｎｍ’を設定するステップＳ１３０が行われる。次に、エンジン回転数Ｎｅを検知するステップＳ１４０を行う。次に、目標回転数Ｎｍ’とエンジン回転数Ｎｅに基づいて、ＣＶＴ１６のプーリー比Ｒを可変するステップＳ１５０が行われる。

次に、異常診断手段Ｍ３を実施して、比較値として目標回転数Ｎｍ’を設定するステップＳ１６０を行う。次に、ステップＳ３０を行う。次に、電動発電機２１の回転数Ｎｍが目標回転数Ｎｍ’に向かって変動するか否かを判定するステップＳ１７０を行う。このステップＳ１７０で回転数Ｎｍが目標回転数Ｎｍ’に向かって変動する場合は、クランク軸用クラッチ１７に異常がないと診断されて、この異常診断方法を終了する。一方、ステップＳ１７０で回転数Ｎｍが目標回転数Ｎｍ’に向かって変動しない場合は、クランク軸用クラッチ１７に異常があると診断される。

クランク軸用クラッチ１７に異常があると診断されると、次に、ステップＳ５０を行って、この異常診断方法を終了する。

なお、クランク軸用クラッチ１７を断状態から接状態にする場合は、前回のクランク軸用クラッチ１７を断状態にしたときの目標回転数Ｎｍ’を異常診断手段Ｍ３に記憶させて
おき、動力伝達を接続した直後に電動発電機２１の回転数Ｎｍがその前回の目標回転数Ｎｍ’に向かって変動するか否かを判定してもよい。

本発明の実施の形態のハイブリッドシステム２、ハイブリッド車両１、及びその異常診断方法によれば、クランク軸１５と電動発電機２１との間の動力伝達を断接するクランク軸用クラッチ１７の異常を診断し、安全性を確保することができる。

詳しくは、電動発電機２１の回転数Ｎｍが、動力伝達が行われる制御がなされた後で目標回転数Ｎｍ’にならないと判断したときと、動力伝達が切られる制御がなされた後でゼロにならないと判断したときに、クランク軸用クラッチ１７に異常があると診断することができる。

そのため、クランク軸用クラッチ１７の異常を診断するための部品点数の増加や、制御の複雑化を抑制することができ、正確に且つ迅速にクランク軸用クラッチ１７の故障を診断することができる。これにより、クランク軸用クラッチ１７に予期せぬ異常が発生した場合に、その異常を単純なロジックで診断して、システム全体の安全性を確保することができる。

また、上記の効果に加えて、ＣＶＴ１６を用いて、エンジン１０のクランク軸１５の動力を電動発電機２１に伝達するので、エンジン１０のクランク軸１５の回転数Ｎｅの変動に依存することなく、電動発電機２１の回転軸の回転数Ｎｍを電動発電機２１の発電又は駆動に適した高効率回転領域に限定するように制御することができる。

そのため、電動発電機２１における回転数Ｎｍの使用回転域が限定されることにより、電気的特性の効率が高い状態で電動発電機２１を使用することが可能となり、発電時及び電動駆動時のエネルギー効率を高めることができる。

更に、電動発電機２１側において、過大な回転数で使用できるように信頼性を確保するために必要とされる過剰な構成の軸受け構造及び高強度の構造体を採用する必要が無くなり、その結果、電動発電機２１及びハイブリッドシステム２の小型化及び軽量化を図ることができる。

なお、上記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、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンに適用することができ、その気筒数や配列は限定されない。

また、電動発電機２１は、一般的なスタータモータなどに用いられる高回転になるに従ってトルクが低下する直巻きＤＣモータとは異なり、力行運転により駆動力をアシストしたり、余剰な駆動力により回生運転されると、発電したりできるモータであって、ある回転までは一定のトルクを発生する誘導モータや同期モータが望ましい。

このような誘導モータや同期モータを電動発電機２１として用いる場合は、前述したように、ＣＶＴ１６のプーリー比Ｒを変化させることにより、電動発電機２１の回転数Ｎｍを電気的特性の効率の良い高効率回転領域に限定することで、常に電動発電機２１の駆動効率や回生効率を向上することができる。

加えて、上記のハイブリッドシステム２は、電動発電機２１に別の電動発電機を直列に配置して、電動発電機を複数設けるように構成することができる。複数の電動発電機を設けることで、設計の自由度が増加するので、多様な仕様に対応することができる。また、標準仕様で電動発電機２１の１個にした場合でも、オプションとして容易に、後から別の電動発電機を追加できるので、基本レイアウトを同一とすることができ、部品点数、重量
、コストを削減することができる。

このように、電動発電機２１に別の電動発電機を直列に配置した場合は、電動発電機２１と別の電動発電機との間に動力断接装置を設けるとよい。この動力断接装置の予期せぬ異常は、上記の異常診断方法と同様にして診断することができる。詳しくは、別の電動発電機の回転数が、動力伝達を接続した後で目標回転数に向かって変動しないときと、動力伝達を切断した後でゼロに向かって変動しないときに、その動力断接装置に異常があると診断することができる。

加えて、クランク軸用クラッチ１７は、エンジン１０のクランク軸１５と、電動発電機２１の駆動軸とを切り離すことが可能な装置であればよく、例えば、摩擦式クラッチ、電磁式クラッチ（パウダークラッチ）の他に、流体継手などを用いることができる。このクランク軸用クラッチ１７は、変速機３１に設けられ、エンジン１０と変速機３１との間の動力伝達を断接するクラッチとは別に設けられたものである。

更に、このクランク軸用クラッチ１７は、上記の実施の形態では、エンジン１０とＣＶＴ１６との間に設けられたが、本発明はこれに限定されずに、例えば、ＣＶＴ１６と電動発電機２１との間に設けることもできる。但し、エンジン１０とＣＶＴ１６との間に設けると、クランク軸１５と電動発電機２１との間の動力伝達を切断したときに、エンジン１０にＣＶＴ１６側のフリクションが加わることを回避できるため望ましい。

加えて、電動発電機２１の回転数Ｎｍを検知する回転数検知手段として、回転数センサを用いた例を説明したが、これらの回転数センサの代わりに、インバータ２３で制御されている周波数などから求めることもできる。

本発明のハイブリッドシステム、及びハイブリッドシステムの異常診断方法は、動力断接装置に予期せぬ異常が発生した場合に、単純なロジックで、その異常を迅速且つ正確に診断し、安全性を確保することができるので、ディーゼルエンジンと電動発電機とを組み合わせたハイブリット車両に利用することができる。

１車両（ハイブリッド車両：ＨＥＶ）
２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
１６ＣＶＴ（無段変速機構）
１７クランク軸用クラッチ（動力断接装置）
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（Ｂ）
２４Ｂ第２バッテリ（Ｂ）
２５ＤＣ−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

Claims

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結して無段変速機構を設け、該無段変速機構に前記電動発電機を連結すると共に、前記クランク軸と前記電動発電機との間を断接する動力断接装置を設けて構成され、
前記ハイブリッドシステム、前記無段変速機構、及び前記動力断接装置を制御する制御装置を備えて、
前記制御装置が、前記動力断接装置により前記クランク軸と前記電動発電機との間を断接する断接手段、前記電動発電機の回転数が予め定めた高効率回転領域に限定されるように設定された前記電動発電機の目標回転数と前記内燃機関の回転数に基づいて前記無段変速機構の変速比を変化させる変速比変化手段、及び前記電動発電機の回転数が前記目標回転数に向って変動するか否かに基づいて前記動力断接装置の異常を診断する異常診断手段を有し、前記電動発電機を駆動させた後に、前記断接手段により前記動力断接装置を断状態から接状態にする制御を行ない、前記変速比変化手段により前記無段変速機構の変速比を変化させたうえで、前記異常診断手段により前記電動発電機の回転数が前記目標回転数に向って変動するか否かを判断し、変動しないと判断されたときに、前記動力断接装置に異常があると診断することを特徴とするハイブリッドシステム。
前記制御装置が、前記断接手段により前記動力断接装置を接状態から断状態にする制御を行なったうえで、前記異常診断手段により前記電動発電機の回転数がゼロに向かって変動するか否かを判断し、変動しないと判断されたときに、前記動力断接装置に異常があると診断することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドシステム。
請求項１又は２に記載のハイブリッドシステムを搭載することを特徴とするハイブリッド車両。
内燃機関と電動発電機を有し、前記内燃機関のクランク軸に直結して無段変速機構を設け、該無段変速機構に前記電動発電機を連結すると共に、前記クランク軸と前記電動発電機との間の動力伝達を断接する動力断接装置を設けて構成されるハイブリッドシステムの異常診断方法であって、
前記電動発電機を駆動した後に、前記動力断接装置を断状態から接状態にし、
前記電動発電機の回転数が予め定めた高効率回転領域に限定されるように設定された前
記電動発電機の目標回転数と前記内燃機関の回転数に基づいて前記無段変速機構の変速比を変化させて、
前記電動発電機の回転数を検知し、検知した前記電動発電機の回転数が前記目標回転数に向って変動するか否かを判断し、
前記電動発電機の回転数が前記目標回転数に向って変動しないと判断したときに、前記動力断接装置に異常があると診断することを特徴とするハイブリッドシステムの異常診断方法。
前記動力断接装置を接状態から断状態にし、
前記電動発電機の回転数を検知し、検知した前記電動発電機の回転数がゼロに向って変動するか否かを判断し、
前記電動発電機の回転数がゼロに向って変動しないと判断したときに、前記動力断接装置に異常があると診断することを特徴とする請求項４に記載のハイブリッドシステムの異常診断方法。