JP6867060B1 - 車両駆動装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】車両から発生する騒音を低減することができる車両駆動装置を提供する。【解決手段】本発明の車両駆動装置１１は、エンジン１３と、エンジン１３に過給する過給装置１８と、を具備し、エンジン１３が停止している際に、過給装置１８がガスタービンとして機能する。これにより、大きな駆動力が必要とされる際にはエンジン１３により車体１２を駆動し、静粛性が必要とされる際にはガスタービン１６で車体１２を駆動することで、車体１２の状況に応じて駆動性と静粛性を両立することができる。【選択図】図２

Description

本発明は、車両駆動装置に関し、特に、駆動源としてモータおよびエンジンを備えた車両に搭載される車両駆動装置に関する。
従来から、駆動源としてモータおよびエンジンを備えたハイブリッド自動車が用いられている。ハイブリッド自動車は、低速走行時等の走行負荷が小さいときには、バッテリから給電されたモータから駆動力を得る。一方、ハイブリッド自動車は、高速走行時等の走行負荷が大きいときには、エンジンから駆動力を得る。このように制御することで、ハイブリッド自動車では、燃費を向上することができる。係るハイブリッド自動車は、例えば特許文献１に記載されている。
特開２０００−８９２４号公報
しかしながら、上記した一般的なハイブリッド自動車では、車両が走行する状況に合わせた駆動に関して改良の余地があった。
具体的には、例えば都市部の道路に於いて車両に多少大きな駆動力が必要な場合、上記した従来型のハイブリッド自動車では、エンジンから駆動力を得ることから、エンジンが運転されることで大きな騒音および振動が問題となることが考えられる。
更にまた、バッテリの残容量が一定以下となると、エンジンで発電機を駆動することでバッテリを充電するが、この充電のためのエンジン駆動が騒音源および振動源となる課題も考えられる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、車両から発生する騒音および振動を低減することができる車両駆動装置を提供することにある。
本発明の車両駆動装置は、エンジンと、前記エンジンに過給する過給装置と、車体に駆動力を与えるモータと、前記モータに給電するバッテリと、前記エンジン、前記モータ、前記過給装置の駆動を制御する演算制御手段と、を具備し、前記演算制御手段は、第１運転状態と、第２運転状態と、第３運転状態と、を切り替えることができ、前記第１運転状態では、前記エンジンが前記車体に駆動力を与え、前記第２運転状態では、前記バッテリから供給される電力により駆動する前記モータが前記車体に駆動力を与え、前記第３運転状態では、前記エンジンを停止させた状態で、前記過給装置で発電機を回転することで発電された電力により駆動する前記モータが、前記車体に駆動力を与えることを特徴とする。
また、本発明の車両駆動装置では、前記演算制御手段は、前記車両の車速および走行負荷に応じて、運転状態を切り替えることを特徴とする。
また、本発明の車両駆動装置では、前記演算制御手段は、前記バッテリの残容量が一定以上であれば、前記第２運転状態を実行し、前記バッテリの残容量が一定未満であり、且つ、走行負荷が一定以上または走行速度が一定以上であれば、前記第１運転状態を実行し、前記バッテリの残容量が一定未満であり、且つ、前記走行負荷が一定未満であり、且つ、前記走行速度が一定未満であれば、前記第３運転状態を実行することを特徴とする。
本発明の車両駆動装置は、エンジンと、前記エンジンに過給する過給装置と、車体に駆動力を与えるモータと、前記モータに給電するバッテリと、前記エンジン、前記モータ、前記過給装置の駆動を制御する演算制御手段と、を具備し、前記演算制御手段は、第１運転状態と、第２運転状態と、第３運転状態と、を切り替えることができ、前記第１運転状態では、前記エンジンが前記車体に駆動力を与え、前記第２運転状態では、前記バッテリから供給される電力により駆動する前記モータが前記車体に駆動力を与え、前記第３運転状態では、前記エンジンを停止させた状態で、前記過給装置で発電機を回転することで発電された電力により駆動する前記モータが、前記車体に駆動力を与えることを特徴とする。
これにより、本発明の車両駆動装置によれば、バッテリおよび車両の走行状況に応じて、過給装置により発電した電力でモータを回転させることで、静粛性を保ちつつ、駆動源から発生する騒音を低減することができる。
また、本発明の車両駆動装置では、前記演算制御手段は、前記車両の車速および走行負荷に応じて、運転状態を切り替えることを特徴とする。これにより、本発明の車両駆動装置によれば、車両の車速および走行負荷に応じて、運転状態を切り替えることで、例えば郊外に於いては車両を高速で走行させることができ、また、都市内では車両の静粛性を確保することができる。
また、本発明の車両駆動装置では、前記演算制御手段は、前記バッテリの残容量が一定以上であれば、前記第２運転状態を実行し、前記バッテリの残容量が一定未満であり、且つ、走行負荷が一定以上または走行速度が一定以上であれば、前記第１運転状態を実行し、前記バッテリの残容量が一定未満であり、且つ、前記走行負荷が一定未満であり、且つ、前記走行速度が一定未満であれば、前記第３運転状態を実行することを特徴とする。これにより、本発明の車両駆動装置によれば、バッテリの残容量、走行負荷および走行速度を勘案して各状態を実行するので、車両およびバッテリの状態に応じて、高速走行および静粛性を実現することができる。
本発明の実施形態に係る車両駆動装置を備えた車両を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る車両駆動装置を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る車両駆動装置の機能を示すフローチャートである。
以下、図を参照して本実施形態に係る車両駆動装置１１を説明する。以下の説明では、同一の部材には原則的に同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。
図１は、車両駆動装置１１を含む車両１０を示す模式図である。車両１０は、車体１２と、車体１２に備えられたエンジン１３、モータ１４、バッテリ１５、発電機３６、ガスタービン１６および演算制御手段１７を備えている。
車両１０としては、ＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、ＨＥＶ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）またはＰＨＥＶ（Ｐｌｕｇ−ｉｎ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）等を採用することができる。また、車両１０がハイブリッド機構を備える場合は、シリーズハイブリッド形式でも良いし、パラレルハイブリッド形式でも良い。ここでは、車両１０として乗用車を例示しているが、車両駆動装置１１を他の車両に適用することもできる。
エンジン１３は、車体１２に駆動力を与える内燃機関であり、具体的には、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等を採用することができる。また、エンジン１３は、車体１２に駆動力を与え、更に、発電機３６にも駆動力を与える。後述するように、エンジン１３には、過給装置１８が備えられても良い。
モータ１４は、車体１２に駆動力を与える。モータ１４は、バッテリ１５、発電機３６、またはガスタービン１６と連結された後述する発電機２５から供給される電力で駆動する。
ガスタービン１６は、エンジン１３が停止している間に、バッテリ１５またはモータ１４に電力を供給する装置である。ガスタービン１６としては、バッテリ１５またはモータ１４に電力を供給するための専用機構として設けられても良いし、後述する過給装置１８の別機能として設けられてもよい。ここで、ガスタービン１６はマイクロガスタービンとも称される。
バッテリ１５は、例えば、リチウムイオン電池等の充電可能な二次電池である。バッテリ１５は、モータ１４や車両１０の電装品に電力を供給する。更に、バッテリ１５は、エンジン１３により稼働される発電機３６、または、バッテリ１５により稼働される後述する発電機２５により充電される。
演算制御手段１７は、ＣＰＵから成り、車体１２に取り付けられた図示しない各種センサの出力に基づいて、モータ１４、バッテリ１５、エンジン１３、ガスタービン１６および発電機３６の動作を制御する。
図２を参照して、車両駆動装置１１の構成を詳述する。図２は車両駆動装置１１を構成するエンジン１３、過給装置１８、インバータ２６およびバッテリ１５を示す模式図である。
エンジン１３は、シリンダ３５、ピストン３３、コネクティングロッド３４およびクランクシャフト３２を有している。また、シリンダ３５には、吸気口２３および排気口２４が連通している。
過給装置１８は、圧縮部１９およびタービン部２１を有している。圧縮部１９およびタービン部２１の内部には夫々回転羽根が内蔵されており、回転羽根は回転軸３１に対して相対回転不能に接続されている。また、回転軸３１の端部には発電機２５の回転子が相対回転不可能に接続されている。
燃焼部２０は、後述するバイパス径路２９に介装されており、燃焼部２０には燃料供給部２２が繋がっている。燃料供給部２２から、燃焼部２０にガソリン等の燃料が噴射される。
過給装置１８の発電機２５は、インバータ２６と接続されており、インバータ２６はバッテリ１５と接続されている。発電機２５は交流電力を発電し、インバータ２６は当該交流電力を直流電力に変換し、当該直流電力はバッテリ１５に蓄電される。
過給装置１８の圧縮部１９と、エンジン１３の吸気口２３とは、吸気径路２７を介して連通している。また、エンジン１３の排気口２４と過給装置１８のタービン部２１とは、排気径路２８を介して連通している。吸気径路２７の途中部分と、吸気径路２７の途中部分とは、バイパス径路２９で連通している。
バイパス径路２９と吸気径路２７との接続箇所には弁３０が介装されており、バイパス径路２９と排気径路２８との接続箇所には弁３７が介装されている。
上記した構成の車両駆動装置１１の動作を説明する。圧縮部１９およびタービン部２１が過給装置１８として用いられる際には、弁３０は、吸気径路２７の上流側と下流側を連通し、吸気径路２７とバイパス径路２９とを遮断している。かかる構成により、圧縮部１９からの圧縮空気が、不用意に燃焼部２０に供給されることを防止できる。また、弁３７は、排気径路２８の上流側と下流側とを連通し、排気径路２８とバイパス径路２９とを遮断する。かかる構成により、排気口２４から排気される排気ガスが、不必要に燃焼部２０の側に進入することを防止できる。
エンジン１３のシリンダ３５には、吸気径路２７を介してガソリン等の燃料を含有する混合気が送り込まれる。エンジン１３にて、吸入、圧縮、燃焼、排気を繰り返すことで、ピストン３３は上下方向に往復運動する。この往復運動に伴い、コネクティングロッド３４を介してピストン３３に回転可能に接続されているクランクシャフト３２は、所定方向に回転する。クランクシャフト３２から取り出される動力により、車両１０および上記した発電機３６が駆動される。
エンジン１３の運転に伴い、シリンダ３５から排出される排気ガスは、排気径路２８を介して過給装置１８のタービン部２１に導入し、タービン部２１に内蔵された回転羽根を回転させる。これにより、圧縮部１９に内蔵された回転羽根も回転し、圧縮部１９の内部で吸気ガスが圧縮される。圧縮された吸気ガスは、吸気径路２７および吸気口２３を経由して、シリンダ３５に送り込まれる。係る構成により、シリンダ３５に吸気ガスは過給され、エンジン１３の出力を大きくすることができる。
エンジン１３が運転されている際は、弁３０および弁３７により、吸気径路２７および排気径路２８とバイパス径路２９とは遮断されている。このようにすることで、吸気径路２７および排気径路２８からバイパス径路２９に気体が進入することを防止できる。また、エンジン１３が運転されている際は、発電機２５で発電を行い、インバータ２６を介してバッテリ１５を充電することもできる。
次に、エンジン１３を停止した状態で、過給装置１８をガスタービン１６として用いる方法を説明する。
先ず、弁３０と弁３７とを切り替え、吸気径路２７、バイパス径路２９および排気径路２８を連通する。これより、圧縮部１９、吸気径路２７、弁３０、燃焼部２０、バイパス径路２９、弁３７、排気径路２８が、連通する。これにより、過給装置１８で圧縮された混合気は、燃焼部２０で燃焼した後に、タービン部２１に送られる。
一方、弁３０が介装された部分で吸気径路２７を遮断し、これにより圧縮部１９が圧縮した混合気が不必要にシリンダ３５に送られない。また、弁３７が介装された部分で２８を遮断する。これにより、燃焼部２０で燃焼された気体が、排気径路２８から排気口２４側に向かって進入することは無い。
次に、回転軸３１に接続された回転羽根が圧縮部１９の内部で回転することで、圧縮部１９の内部で空気が圧縮される。圧縮された空気は、吸気径路２７、バイパス径路２９および排気径路２８を介して、燃焼部２０に導入される。燃焼部２０では、燃料供給部２２から噴出された燃料が燃焼し、この燃焼によりタービン部２１の内部で回転羽根が回転する。
これにより、当該回転羽根に接続されている回転軸３１が回転し、発電機２５による発電が行われる。発電機２５により発電された交流電力は、インバータ２６で直流電力に変換され、当該直流電力によりバッテリ１５は充電される。また、発電機２５で発電した電力により、バッテリ１５を経由せずに、上記したモータ１４を駆動させることもできる。
図３のフローチャートを参照して、上記した車両駆動装置１１の動作を説明する。
ステップＳ１０では、演算制御手段１７は、バッテリ１５の残容量が規定値未満であるか否かを判断する。ここで、バッテリ１５の残容量は、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）とも称される。例えばリチウムイオン電池であるバッテリ１５は、ＳＯＣが３０％以上８０％以下の範囲となるように制御される。
ステップＳ１０でＹＥＳの場合、即ちバッテリ１５の残容量が一定未満の場合は、演算制御手段１７は、ステップＳ１１に移行する。これにより、バッテリ１５の残量が更に減少することを防止できる。
一方、ステップＳ１０でＮＯの場合、即ちバッテリ１５の残容量が一定以上の場合は、演算制御手段１７は、ステップＳ１６に移行する。これにより、バッテリ１５およびガスタービン１６を運転することなく、モータ１４で車両１０を走行させることができる。
ステップＳ１１では、演算制御手段１７は、車両１０の走行速度Ｖが規定車速以上であるか否かを判断する。ここで、規定車速Ｖとは例えば、３０Ｋｍ／ｈである。
ステップＳ１１でＹＥＳの場合、即ち車両１０の走行速度Ｖが規定車速以上の場合は、演算制御手段１７は、ステップＳ１２に移行する。即ち、演算制御手段１７は、車両１０が市街地等以外の例えば郊外を走行していると判断し、静粛性よりも駆動性を優先した状態で車両１０を走行させる。
一方、ステップＳ１１でＮＯの場合、即ち車両１０の走行速度が規定車未満の場合は、演算制御手段１７は、ステップＳ１６に移行し、バッテリ１５から発生する電力により回転するモータ１４から発生する動力で、車両１０を駆動する。即ち、演算制御手段１７は、車両１０が市街地等を走行していると判断し、静粛性を優先した状態で車両１０を走行させる。
ステップＳ１２では、演算制御手段１７は、車両１０の走行負荷が規定負荷未満であるか否かを判断する。ここで、走行負荷とは車両１０が走行することで生じている負荷であり、例えば、アクセルの開度である。ここでは、規定開度としてアクセルの開度θが２０％であることを採用している。
ステップＳ１２でＹＥＳの場合、即ちアクセルの開度θが規定開度未満の場合は、演算制御手段１７は、ステップＳ１３に移行する。即ち、演算制御手段１７は、車両１０にそれほど大きな駆動性が必要とされていないと判断し、静粛性と駆動性を両立する走行状態を実現する。
一方、ステップＳ１２でＮＯの場合、即ちアクセルの開度θが規定開度以上の場合は、演算制御手段１７は、ステップＳ１５に移行する。即ち、演算制御手段１７は、大きな駆動力が必要されていると判断し、高速走行性を優先した走行状態を実現する。
ステップＳ１３では、演算制御手段１７は、車両１０の走行速度Ｖが規定車速未満であるか否かを判断する。ここで、規定車速とは、例えば８０Ｋｍ／ｈである。
ステップＳ１３でＹＥＳの場合、即ち車両１０の走行速度Ｖが規定車速未満の場合は、演算制御手段１７は、ステップＳ１４に移行する。即ち、演算制御手段１７は、車両１０にそれほど大きな駆動性が必要とされていないと判断し、静粛性を優先した走行状態を実現する。
一方、ステップＳ１３でＮＯの場合、即ち車両１０の走行速度Ｖが規定車速以上の場合は、演算制御手段１７は、ステップＳ１５に移行する。即ち、演算制御手段１７は、大きな駆動力が必要されていると判断し、高速走行性を優先した走行状態を実現する。
ステップＳ１４（第３運転状態）では、演算制御手段１７は、マイクロガスタービンであるガスタービン１６を運転し、ガスタービン１６と接続された発電機２５で発電した電力により車両１０を駆動させる。例えば、発電機２５で発電した電力でモータ１４を回転させ、これにより車両１０の駆動力を得る。また、ガスタービン１６で駆動された発電機２５で得られた電力を一旦バッテリ１５に蓄電し、バッテリ１５からの電力によりモータ１４を駆動することもできる。ステップＳ１４では、エンジン１３は停止状態で良い。
タービン部２１が運転時に発生させる騒音は、エンジン１３が運転時に発生させる騒音よりも遙かに小さい。よって、ステップＳ１４でタービン部２１を用いて車両１０に駆動力を与えることで、バッテリ１５の残容量が少なくても、エンジン１３を運転する必要が無いので、車両１０が走行時に発生する騒音を小さくすることができる。特に、都市部等に於いては車両１０に要求される静粛性は厳しいことから、バッテリ１５のＳＯＣが低い状況に於いて、このような地域で高速走行が必要とされる際に、ガスタービン１６を用いて車両１０を駆動させることで、車両１０に必要とされる静粛性を充分に満たすことができる。
ステップＳ１５（第１運転状態）では、演算制御手段１７は、エンジン１３のみにより得られる駆動力により車両１０を駆動する。この時、モータ１４およびガスタービン１６は停止状態としても良い。アクセルの開度が大きい場合、または、車両１０が高速で走行している場合は、車両１０は郊外を走行していると判断できる。このような場合は、車両１０には静粛性はそれほど必要とされないので、エンジン１３の大きな駆動力で車両１０を効果的に高速走行させることができる。
ステップＳ１６（第２運転状態）では、バッテリ１５から発生する電力により回転するモータ１４から発生する動力で、車両１０を駆動する。ステップＳ１６では、モータ１４のＳＯＣが充分であるので、モータ１４の駆動力で静粛性および低振動を保った状態で車両１０は走行することができる。ステップＳ１６では、エンジン１３は停止状態で良い。
以上が車両駆動装置１１の動作に関する説明である。
以上、本発明の実施形態を示したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。また、上記した各形態は相互に組み合わせることが可能である。
１０ 車両
１１ 車両駆動装置
１２ 車体
１３ エンジン
１４ モータ
１５ バッテリ
１６ ガスタービン
１７ 演算制御手段
１８ 過給装置
１９ 圧縮部
２０ 燃焼部
２１ タービン部
２２ 燃料供給部
２３ 吸気口
２４ 排気口
２５ 発電機
２６ インバータ
２７ 吸気径路
２８ 排気径路
２９ バイパス径路
３０ 弁
３１ 回転軸
３２ クランクシャフト
３３ ピストン
３４ コネクティングロッド
３５ シリンダ
３６ 発電機
３７ 弁

Claims (3)

  1. エンジンと、
    前記エンジンに過給する過給装置と、
    車体に駆動力を与えるモータと、
    前記モータに給電するバッテリと、
    前記エンジン、前記モータ、前記過給装置の駆動を制御する演算制御手段と、を具備し、
    前記演算制御手段は、車速および走行負荷に基づいて、第１運転状態と、第２運転状態と、第３運転状態と、を切り替えることができ、
    前記第１運転状態では、前記エンジンが前記車体に駆動力を与え、
    前記第２運転状態では、前記バッテリから供給される電力により駆動する前記モータが前記車体に駆動力を与え、
    前記第３運転状態では、前記エンジンを停止させた状態で、前記過給装置で発電機を回転することで発電された電力により駆動する前記モータが、前記車体に駆動力を与えることを特徴とする車両駆動装置。
  2. 前記演算制御手段は、車速および走行負荷に応じて、運転状態を切り替えることを特徴とする請求項１に記載の車両駆動装置。
  3. 前記演算制御手段は、
    前記バッテリの残容量が一定以上であれば、前記第２運転状態を実行し、
    前記バッテリの残容量が一定未満であり、且つ、前記走行負荷が一定以上または走行速度が一定以上であれば、前記第１運転状態を実行し、
    前記バッテリの残容量が一定未満であり、且つ、前記走行負荷が一定未満であり、且つ、前記走行速度が一定未満であれば、前記第３運転状態を実行することを特徴とする請求項２に記載の車両駆動装置。
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