(57)【要約】【課題】ハイブリッド自動車の燃料消費量をさらに経済化する。走行を開始してから内燃機関が起動するときに発生する振動または音響を低減する。【解決手段】車両を発進させるときに、内燃機関に対する燃料供給を実質的に零にするとともに、電動機として作用している電動発電機により内燃機関を連れ回すように制御し、内燃機関が所定の回転速度になるまで車両とともに加速させる。所定の回転速度に達した後に内燃機関に燃料供給を開始する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関出力軸にクラッチを介して電動発電機の回転軸が連結されたハイブリッド自動車において、
車両の発進加速に伴い前記クラッチを接状態に制御するとともに前記電動発電機を電動機モードに設定制御する手段と、前記発進加速による内燃機関の回転速度が所定値に達するまでその内燃機関に供給する燃料供給量をアイドリング時の値以下に制御する手段とを備えたことを特徴とするハイブリッド自動車。
【請求項２】
内燃機関の出力軸がクラッチを介して電動発電機に連結される形態のハイブリッド自動車の発進加速時における制御方法であって、
車両の発進開始時には前記電動発電機を電動機モードに制御して車両を発進させ、前記内燃機関の回転速度が前記電動発電機の回転速度とほぼ等しくなったときに前記クラッチを接に制御し、以降相応の車速に加速されるまで前記内燃機関を連れ回すとともにその内燃機関に対する燃料供給を停止もしくは制限することを特徴とするハイブリッド自動車の制御方法。
【請求項３】
停車状態で内燃機関が始動された後に、クラッチを断に制御して内燃機関をアイドリング状態に保持させる請求項２記載のハイブリッド自動車の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド自動車の発進加速時における制御方法および制御装置に関する。とくに車両の発進加速時に内燃機関に対する燃料供給を制限もしくは遮断することにより、全体の走行距離あたりの燃料消費量を小さく制限する技術に関する。本発明は内燃機関としてディーゼル機関を利用する車両について発明された装置または方法であるが、ディーゼル機関以外の内燃機関を利用するハイブリッド自動車に広く実施することができる。
【背景技術】
【０００２】
現今、貨物車両、バス用車両、その他営業用車両として、ハイブリッド自動車が採用されるようになった。ハイブリッド自動車は液体燃料のみの車両に比べて、車両に搭載する装置が複雑化するから、車両価格が高価になることは避けられない。営業用車両、とくに貨物輸送用車両にハイブリッド自動車を採用するか否かは、全寿命期間にわたる経済的な理由が最優先される。とくに、その車両を利用する長期間の累積走行距離について、その車両の燃料消費量の評価がきわめて重要な要素である。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１１２１１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本願発明者は、ハイブリッド自動車の実用的な利用形態において、長期間の走行距離あたりの燃料消費量について評価されるとき、その支配的な要素は、圧倒的に車両の発進時における燃料消費量であることに着目した。つまりハイブリッド自動車の長期間にわたる燃料消費量を総合的に経済化するためには、車両の発進加速時に内燃機関に供給する燃料流量を制限するように設計することが最も合理的である。とくに宅配便などの配送用車両については、車速零の状態から発進加速する運行形態がひんぱんに発生するから、このときに電気動力を最大限に利用して、発進に伴う消費燃料をほとんど零にするように設計することが可能であると考えるに至った。
【０００５】
車両の発進時に内燃機関に対する燃料供給を停止させるなど、実質的に内燃機関の回転を停止させておき、車両速度が定常速度に近くなってから内燃機関を起動させるように制御する方式も知られている。しかしこの方式は、走行を開始した後、内燃機関の起動を実行することが必要であり、この時に車両に振動が発生することになる。とくに内燃機関がディーゼル機関であるときには、内燃機関が起動するときに振動が発生することは、現設計ではほとんど回避することができない。
【０００６】
本発明はハイブリッド自動車の燃料消費量を経済化することを目的とする。さらに詳しくは本発明は、発進加速時に内燃機関に供給する燃料消費量を可能なかぎり小さくすることができるハイブリッド自動車を提供することを目的とする。本発明はとくに内燃機関をディーゼル機関とするハイブリッド自動車に利用するに適する装置であって、発進加速時に内燃機関の燃料消費量をきわめて小さくするとともに、内燃機関が起動することによる車両の振動を回避することができる装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第一の観点はハイブリッド自動車であって、内燃機関出力軸にクラッチを介して電動発電機の回転軸が連結されたハイブリッド自動車において、
車両の発進加速に伴い前記クラッチを接状態に制御するとともに前記電動発電機を電動機モードに設定制御する手段と、前記発進加速による内燃機関の回転速度が所定値に達するまでその内燃機関に供給する燃料供給量をアイドリング時の値以下に制御する手段とを備えたことを特徴とする（請求項１）。
【０００８】
本発明は、内燃機関がディーゼル機関である車両に実施することができるし、それが効果的であり、前記アイドリング時の値以下に制御する手段は燃料供給を遮断する手段を含む構成とすることができる。
【０００９】
本発明の第二は制御方法の発明であり、内燃機関の出力軸がクラッチを介して電動発電機および変速装置の入力軸を駆動する形態のハイブリッド自動車の発進加速時における制御方法であって、車両の発進開始時には前記電動発電機を電動機モードに制御して車両を発進させ、前記内燃機関の回転速度が前記電動発電機の回転速度と相応に等しくなったときに前記クラッチを接に制御し、以降相応の車速に加速されるまで前記内燃機関を電動発電機の回転により連れ回すとともに、内燃機関に対する燃料供給を停止もしくは制限することを特徴とする（請求項２）。
【００１０】
この制御方法は、停車状態で内燃機関が始動操作された後に、自動的にクラッチを断に制御して内燃機関をアイドリング状態に保持させ、発進時には自動的にクラッチを接に制御するとともに、燃料供給を遮断もしくは制限するように制御することができる（請求項３）。内燃機関の温度が低温であるときには、とくにディーゼル機関では、始動後のアイドリング期間を長くすることが望ましいことから、このような制御を実行する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、ハイブリッド自動車の発進加速時に、内燃機関に対する燃料供給を実質的に停止した状態として、内燃機関の回転を車両の加速とともに連れ回すように制御するものである。車両の発進加速がほぼ終了する適当なタイミングで、すでに回転している内燃機関に対して燃料供給を開始する。これにより発進加速に必要なエネルギの大部分は電動機から供給されることになり、走行中あるいは制動中に電気エネルギとして回収された制動エネルギが、ほとんど最大限に発進加速に利用されることになる。また内燃機関の回転軸を加速が終了してから駆動系に連結するのではなく、加速の始めから駆動系に連結しておき、燃料を（ほとんどあるいはまったく）供給しない状態で連れ回すことにより、内燃機関が始動したときに発生する機械的な振動は実質的になくなる。連れ回される内燃機関は車両を加速する電動機にとって余分な負荷となるが、これは車両が発進加速するために電動機から車軸に供給されるエネルギに比べて小さく、または小さくするように設計することができる。
【００１２】
本発明は、近年電池の性能が向上し、車載の電池についてその容積および重量に対して、その充電容量が大きくなった特性を利用するものである。本発明を実施することにより、ハイブリッド車両の走行距離あたりの燃料消費に係る経済性はさらに向上するとともに、発進時に遅れて内燃機関が起動することに伴う振動や音響のない装置が得られる。内燃機関がディーゼル機関であるときには、内燃機関が始動するときに発生する振動や音響が比較的大きいことから、ディーゼル機関に実施してとくに有用である。
【００１３】
本発明の装置および制御方法は、車両に搭載するハイブリッド車両用電池が改良されて、その重量あたりの充電容量、体積あたりの充電容量、および充電容量に対する電池価格が小さくなる近い将来において、さらに有用になるものと考えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（実施例）
具体的な実施例を用いて本発明をさらに詳しく説明する。はじめに本発明を実施するハイブリッド自動車の構造要部を説明する。図１は本発明実施例ハイブリッド自動車について、その動力系を説明するブロック構成図である。内燃機関１の出力軸はクラッチ・ユニット２を介して、変速機３の入力軸に連結され、変速機３の出力軸は差動歯車４の入力軸に連結されている。差動歯車４の出力軸は両側の車輪５の駆動軸に連結されている。内燃機関１にはスタータ９が設けられている。
【００１５】
ここでクラッチ・ユニット２の内部には、その入力軸が内燃機関出力軸に連結されたクラッチ６、このクラッチ６の出力軸に連結された電動発電機７、およびこのクラッチ６を開閉制御する油圧駆動系を備えている。クラッチ６の油圧駆動系については、よく知られた構造であり図面が複雑になるので、ここでは図示を省略する。この電動発電機７は三相交流に対応する同期回転機の形態である。電動発電機７はクラッチ６の出力軸に固着されて回転する回転子７ａ、およびクラッチ・ユニット２のフレーム内側に固定的に取り付けられた固定子７ｂを含む。
【００１６】
この電動発電機７は、固定子７ｂに供給される三相交流電流により回転軸の軸まわりに発生する回転磁界に同期して、回転子７ａが機械的に回転する。この構造はよく知られているように、固定子７ｂの巻線に供給される三相交流により発生する界磁の位相回転速度が、回転子７ａの機械的な回転速度より大きいときに、この電動発電機７は電動機として作用する。固定子７ｂの巻線に供給される三相交流により発生する界磁の位相回転速度が、回転子７ａの機械的な回転速度より小さいときには、この電動発電機７は発電機として作用する。固定子７ｂに供給される電流により発生する位相回転速度が、回転子７ａの機械的な回転速度と等しいときには、この電動発電機７は負荷も駆動力も発生しない実質的な空転状態になる。
【００１７】
この固定子巻線はインバータ１１の三相交流端子に接続されている。インバータ１１の直流端子にはハイブリッド用のバッテリ１２が接続されている。このインバータ１１の制御系は、ハイブリッド制御回路１３およびエンジン制御回路１４と制御ネットワーク（ＣＡＮ）により連結されている。エンジン制御回路１４は内燃機関１の回転にしたがってその燃料噴射量を制御する。変速機３は変速機制御回路１５により制御される。
【００１８】
この装置では、内燃機関１の出力はクラッチ６を介して、変速機３の入力軸を駆動するとともに、このクラッチ６の出力軸には電動発電機７の回転子が連結されている。変速機３の入力軸および出力軸の回転情報はそれぞれ変速機制御回路１５に取込まれている。したがって、ハイブリッド制御回路１３は、インバータ１１により制御される電動発電機７の固定子巻線７ｂに供給する三相交流の位相にしたがって、電動発電機７の回転子の回転を駆動加速し、もしくは制動減速させるように制御することができる。電動発電機７が電動機として作用するときには、バッテリ１２から供給される電気エネルギは、インバータ１１により三相交流電流に変換され、電動発電機７の電機子を回転加速する。電動発電機７が発電機として作用するときには、変速機３の入力軸により駆動される電動発電機７の回転子の回転は制動状態になり、これにより電動発電機７の固定子巻線に三相交流電流が発生し、インバータ１１を介して直流電流に変換されてバッテリ１２を充電する。
【００１９】
ここで本発明の課題は上記説明のように、このハイブリッド車両の燃料消費量をさらに経済化することにある。とくに車速が零またはきわめて低速であるときから加速するときの内燃機関１に供給する燃料を小さくすることにある。図２は本発明実施例装置の動作説明図である。横軸に時間経過をとり、縦軸にそれぞれ回転速度、内燃機関の状態、制御モード、およびクラッチの状態をとる。図２を参照して、時刻ｔ０で内燃機関１はアイドリング状態にあり、クラッチ６は「断」の状態にある。車両は停車状態にある。これは例えば内燃機関始動後の暖機中の状態である。
【００２０】
車両の発進動作は、運転者が変速機３に発進ギヤを設定し、時刻ｔ１で運転者がアクセル・ペダルを踏み始めたときから始まる。このとき車速は零であり、電動機モードで作用する電動発電機７には、バッテリ１２から供給される電流が、インバータ１１を経由して交流電流に変換されて供給される。車両は走行を開始する。電動発電機７の回転速度が時刻ｔ２で内燃機関１の回転速度と等しくなる。このときクラッチ制御手段（変速機制御回路が兼ねる）はクラッチ６を接状態に制御する。そして同時にエンジン制御回路１４は内燃機関１に供給する燃料を遮断し、その流量を実質的に零に絞るように制御する。この後、電動機モードにある電動発電機７は、運転者のアクセル・ペダルの操作にしたがって回転速度を上昇させる。
【００２１】
図２に示すように、時刻ｔ３で電動発電機７により加速された車両の車速があらかじめ設定された車速Ｘｋｍ／ｈに達したときに、エンジン制御回路１４は内燃機関１に対して燃料供給を開始する。この時刻ｔ３から以降は、運転者により操作されているアクセル・ペダルの踏込み量にしたがって内燃機関１に燃料が供給され、よく知られた通常のハイブリッド自動車の走行状態となる。
【００２２】
このように内燃機関１はアイドリング状態にあるところから、車速がＸｋｍ／ｈに達するまでの期間にわたり、燃料供給を遮断され（もしくはほとんど遮断され）る。燃料供給が遮断されているから、内燃機関１は電動発電機７により強制的に回転駆動される、すなわち連れ回されることになる。装置をこのように動作させることにより、電動発電機７の出力負荷の一部は内燃機関１の回転を加速させるために利用されることになるが、車速がＸｋｍ／ｈに達するまで、内燃機関１の始動に伴う振動がいっさい発生しない。同時に車速がＸｋｍ／ｈに達するまで、内燃機関１に対する燃料供給を停止またはほとんど停止しているので、この間の加速はそれ以前の停車または減速時に蓄積された電気エネルギが利用されることになる。
【００２３】
図３は本発明実施例装置の発進時における制御を説明するフローチャートである。本発明の装置および制御方法では、車速が零またはきわめて低速であるときから加速されるまで、車両の発進に伴う必要なエネルギを内燃機関１からではなく、電気エネルギでまかなうことにする。このとき内燃機関１の回転軸はクラッチ６を介して電動発電機７とともに回転し、内燃機関１は電動発電機７の回転軸および変速装置３の入力軸とともに回転して、電動機として作用する電動発電機７の負荷となる。したがって、このとき変速機制御回路１５は、内燃機関１の特性ではなく、電動機として作用する電動発電機７の特性にしたがって制御される。さらに詳しくは、実質的に燃料が供給されていない内燃機関１の回転系が負荷として連結された状態の特性にしたがって制御される。車両が加速されて適当な車速に達したときに、エンジン制御回路１４の制御により内燃機関１に燃料が供給される。このとき電動機として作用する電動発電機７は、その役割は補助的になり、内燃機関１の出力により車両はさらに加速される。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明の装置および方法により、車両の発進時に必要なエネルギの大部分は電気エネルギとして供給されることになり、全体の走行距離あたりの燃料消費量を大幅に改善することができる。本発明による装置または制御方法は、体積あたりの電気容量の大きい次世代のハイブリッド用電池を利用する形態できわめて有効になるものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明実施例装置の構造を説明するブロック構成図。
【図２】本発明実施例装置の要部動作タイムチャート。
【図３】本発明実施例装置の要部制御フローチャート。
【符号の説明】
【００２６】
１    内燃機関
２    クラッチ・ユニット
３    変速機
４    差動歯車
５    車輪
６    クラッチ
７    電動発電機
７ａ  回転子
７ｂ  固定子
９    スタータ
１１    インバータ
１２    バッテリ
１３    ハイブリッド制御回路
１４    エンジン制御回路
１５    変速機制御回路
【図１】
2008213565.tif 000003
【図２】
2008213565.tif 000004
【図３】
2008213565.tif 000005