(57)【要約】      （修正有）【課題】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、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。【解決手段】内燃機関１０と電動発電機２１を有するハイブリッドシステムにおいて、内燃機関１０のクランク軸１５に直接又は間接に電動発電機２１を連結すると共に、電動発電機２１を制御するハイブリッド用制御装置４１が、内燃機関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の停止したときのクランク角よりもクランク軸１５の回転のフリクションが小さいクランク角度にするように制御する。【選択図】図１
2015033914.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
請求項１に記載のハイブリッドシステムを搭載したことを特徴とするハイブリッド車両。
【請求項３】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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）。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−７５５４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【発明の効果】
【００１５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の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。
【図２】クランク軸用断接装置を備えた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。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【符号の説明】
【００３９】
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
【図１】
2015033914.tif 000003
【図２】
2015033914.tif 000004