(57)【要約】【課題】エンジンと可逆型回転機械が互いに結合しているハイブリッド自動車において、回生バッテリ或いは油圧アキュムレータの充電能力を最大化すべく、回生制動の間のエンジンのモータリング動力を最小化する。【解決手段】ハイブリッド自動車(10)が、回生制動の間に内燃機関（14）の駆動に必要とされる動力の量を最小化し、且つ、エンジン(14)、自動車（10）の車輪（12）、及び、エネルギー貯蔵装置（26）に動作可能に接続された可逆型回転機械(18)によって再貯蔵されるエネルギー貯蔵装置（26）内に貯蔵されるエネルギーを最大化すべく制御される吸気ポペット・バルブ（50）及び排気ポペット・バルブ（54）を持つ往復運動型内燃機関(14)を含む。【選択図】図３
2008189302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハイブリッド自動車において、
クランクシャフト及び各々が内部にピストンを往復運動可能に収容する複数の作動シリンダを持つ、往復運動型内燃機関と、
上記各作動シリンダ用の、少なくとも一つの吸気バルブ及び少なくとも一つの排気バルブと、
上記内燃機関に連結され、少なくとも一つの車輪に接続される変速機と、
上記ハイブリッド自動車に動力を提供し、上記ハイブリッド自動車の制動中に上記牽引バッテリを回生充電するために、上記内燃機関、上記変速機及びエネルギー貯蔵装置に動作可能に接続された、可逆型回転機械と、
上記ハイブリッド自動車の回生制動の間、上記バルブの一部を、上記バルブが、そこにおいて上記ピストンの動作方向が変わる上記クランクシャフトの回転位置に関して略対称の位置において開閉するように動作させることにより、上記作動シリンダの少なくとも一部を休止するための内燃機関制御器とを有する
ことを特徴とするハイブリッド自動車。
【請求項２】
複数の吸気ポート・スロットルを更に有し、
上記スロットルの一つが上記各吸気バルブの近傍に設けられ、
上記内燃機関制御器が、上記排気バルブを、そこにおいて上記ピストンの動作方向が変わる上記クランクシャフトの回転位置に関して略対称の位置において開閉するように動作させながら、休止される作動シリンダの上記ポート・スロットルを閉じるように構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド自動車。
【請求項３】
上記内燃機関制御器が、上記休止される作動シリンダの吸気バルブを、該吸気バルブが、そこにおいて上記各ピストンの動作方向が変わる上記クランクシャフトの回転位置に関して略対称の位置において開閉するように動作させる
ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド自動車。
【請求項４】
上記内燃機関制御器が、上記休止される作動シリンダの排気バルブを、該排気バルブが、そこにおいて上記各ピストンの動作方向が変わる上記クランクシャフトの回転位置に関して略対称の位置において開閉するように動作させる
ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド自動車。
【請求項５】
上記バルブの各々がカムシャフトによって作動され、上記制御器が、上記カムシャフトを動かし、且つ、上記内燃機関のクランクシャフトに関して上記カムシャフトの回転位置を調節するためにカム位相調節器を更に有する
ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド自動車。
【請求項６】
上記吸気バルブの各々が第一カムシャフトによって作動され、
上記排気バルブの各々が第二カムシャフトによって作動され、
上記制御器が、上記第一カムシャフトに動力を与えて、
上記第一カムシャフトの上記内燃機関のクランクシャフトに関する回転位置を調節するための第一位相調節器と、
上記第二カムシャフトに動力を与えて、上記第二カムシャフトの上記内燃機関のクランクシャフトに関する回転位置を調節するための第二位相調節器とを更に有する
ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド自動車。
【請求項７】
上記可逆型回転機械が、上記内燃機関を介して上記変速機に連結されている
ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド自動車。
【請求項８】
上記上記可逆型回転機械が、上記内燃機関を介して固定されたギア比で上記変速機に連結されている
ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド自動車。
【請求項９】
上記作動シリンダの各々が、回生制動の間に停止される
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一つに記載のハイブリッド自動車。
【請求項１０】
上記可逆型回転機械が、電気モータ/ジェネレータを有する
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一つに記載のハイブリッド自動車。
【請求項１１】
上記可逆型回転機械が、油圧式モータ/ポンプを有する
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一つに記載のハイブリッド自動車。
【請求項１２】
上記可逆型回転機械が、気体圧力式モータ/ポンプを有する
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一つに記載のハイブリッド自動車。
【請求項１３】
ハイブリッド自動車の往復運動型内燃機関の上記自動車の回生制動の間の制御方法において、
上記内燃機関に連結され、変速機を介して少なくとも一つの車輪に連結された可逆型回転機械を動力吸収機として作動させる工程と、
上記内燃機関の作動シリンダに付随する吸気バルブ及び排気バルブを、該バルブが、そこにおいて上記内燃機関のピストンの動作方向が変わる上記エンジンのクランクシャフトの回転位置に関して略対称の位置において開閉するように、作動させる工程とを有する
ことを特徴とする方法。
【請求項１４】
回生制動中のハイブリッド自動車の中の内燃機関を、該内燃機関を駆動するのに必要とされる動力を低減して回生を最大化するように駆動するための方法において、
一つ以上の車輪と上記内燃機関に連結された可逆型回転機械を、エネルギー貯蔵装置に接続する発電機として作動させる工程と、
上記内燃機関の作動シリンダに付随する吸気バルブ及び排気バルブを、該バルブが、そこにおいて上記内燃機関のピストンの動作方向が変化する上記エンジンのクランクシャフトの回転位置に関して略対称の位置において開閉するように作動させることによって、上記各作動シリンダを停止させる工程とを有する
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関（エンジン）及びエンジンに連結された可逆型回転機械を持つハイブリッド自動車及びハイブリッド自動車内のエンジンの制御方法に関連し、より具体的には、非回生制動中には駆動輪に対して両方からの動力を供給し得る一方で、回生制動の間には、エンジンのモータリング動力を最小化すべくエンジン・シリンダ・バルブを動作させることによって回生制動能力を強化し得るハイブリッド自動車及びハイブリッド自動車内のエンジンの制御方法に関連する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車は多くの形式をとり得る。いわゆる”マイルド”ハイブリッドの一般的な形式は、変速機を介して車輪を駆動する内燃機関（エンジン）を含む。マイルド・ハイブリッドの場合、電気モータ/ジェネレータ、或いは、油圧モータ/ポンプのような可逆型回転機械が、エンジンのクランク軸と一緒に回転すべくエンジンに連結されている。したがって、可逆型回転機械は、エンジンが回転しているときは常に回転する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
エンジンが可逆型回転機械と同期して回転しているので、自動車の回生制動は、回生制動の間に回転機械が自動車の車輪によって駆動されることのみならず、エンジンが車輪によって駆動（モータリング）されることを必要とする。これは、エンジンによって吸収される動力が再生可能に得られないので、再生能力を最大化するという観点からすれば、好ましくない状態である。
【０００４】
エンジンと可逆型回転機械が互いに結合しているハイブリッド自動車の回生バッテリ或いは油圧アキュムレータのエネルギー貯蔵能力を最大化すべく、回生制動の間のエンジンのモータリング動力を最小化することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の観点の一つによれば、ハイブリッド自動車がクランクシャフトと複数の作動シリンダを持つ往復運動型内燃機関（エンジン）を含み、各シリンダは、往復運動可能に収容されたピストンを中に備える。吸気ポペット・バルブの少なくとも一つと排気ポペット・バルブの少なくとも一つが、各エンジン・シリンダ（作動シリンダ）を使用可能にする。変速機は、エンジン及び少なくとも一つの車輪に接続される。エンジン、変速機及び牽引バッテリのようなエネルギー貯蔵装置に動作可能に接続された可逆型回転機械が、変速機に動力を供給し、そして、自動車の制動の間、牽引バッテリもしくは他の貯蔵装置を回生的に充電する。自動車の回生制動の間、エンジン制御器が、ポペット・バルブの少なくとも一部を、ピストンの動作方向が変化するクランクシャフトの回転位置に関して略対称な位置で開閉操作することにより、作動シリンダの少なくとも一部を休止させる。
【０００６】
本発明の別の観点によれば、ハイブリッド自動車が多数の吸気ポート・スロットルを含み、そのスロットルの一つが各吸気バルブに近接して設けられ、エンジン制御器が、休止させられるシリンダのポート・スロットルを閉じても良い。
【０００７】
本発明の更に別の観点によれば、エンジン制御器が休止させられるシリンダの排気バルブのみでなく休止させられるシリンダの吸気バルブも、吸気バルブと排気バルブの両方が、各ピストンの動作方向が変化するクランクシャフトの回転位置に関して対称の位置で開閉するように動作させても良い。
【０００８】
本発明の別の観点によれば、従来のポペット・バルブがクランクシャフトによって作動され、エンジン制御器が、カムシャフトに動力を供給してエンジンのクランクシャフトに対するカムシャフトの回転位置を調整するためのカム位相調節器（cam phaser）を更に含む。複数のカムシャフト及びカム位相調節器が、吸気バルブ及び排気バルブに使用され得る。
【０００９】
本発明の別の観点によれば、本発明の回転電気機械が、エンジンを介して固定ギア比で自動車の変速機に連結される。
【００１０】
本発明の別の観点によれば、自動車の回生制動の間のハイブリッド自動車内の往復運動型エンジンの運転方法が、エンジンに連結され且つ、変速機を介して車輪の少なくとも一つに連結される、電気式作動機械もしくは油圧作動機械のような可逆型回転機械を、動力吸収器として作動させる工程と、エンジンの作動シリンダに付随する吸気ポペット・バルブ及び排気ポペット・バルブを、全バルブがエンジンのピストンの動作方向が変化するエンジンのクランクシャフトの回転位置に関して略対称な位置で開閉操作し、それにより、回生制動の間にエンジンを動かすために必要とされる動力が最小化されるように動作させる工程とを含む。
【００１１】
本発明の別の観点によれば、回生制動の間、エンジンを動かすのに必要とされる動力を最小化し、そして、牽引バッテリの再生充電が最大化されるように、ハイブリッド自動車内の往復運動型エンジンを動かす方法が、少なくとも一つの車輪とエンジンに連結された可逆型回転機械を、ストレージ・バッテリ或いは他のエネルギー貯蔵装置に接続されたジェネレータとして作動させながら、エンジンの作動シリンダに付随する吸気ポペット・バルブ及び排気ポペット・バルブを、そこにおいてエンジンのピストンの動作方向が変化するエンジンのクランクシャフトの回転位置に関して略対称な位置で開閉するように作動させる工程を含む。
【００１２】
本発明に従った方法及び装置の利点は、その中においてエンジンとモータ/ジェネレータが回転に関して互いに固定されるハイブリッド自動車の回生能力を改善することである。
【００１３】
本発明の方法及び装置の別の利点が、回生に付随する燃料経済性の改善が、エンジンの一つ以上のシリンダ内のバルブを完全に停止する能力を持つシリンダ・バルブ作動のハード構成を必要することなく達成され得る点である。本発明によれば、バルブの停止は、吸気ポート・スロットル操作と排気バルブタイミング調節の組み合わせか、吸気バルブと排気バルブの両方のタイミングの調整のいずれにより、達成されるので、このメリットがもたらされる。バルブが周期的に動作を抑制されるような如何なる技術も必要とされない。
【００１４】
本明細書を読むことにより、本発明の特徴及び他の利点が、明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１に示すように、自動車10は、内燃機関としてのエンジン14、モータ/ジェネレータ18、及び、変速機22によって動作させられる複数の車輪12を持つ。車輪13は、動力を供給されない。エンジン14及びモータ/ジェネレータ18は、エンジン14が概してモータ/ジェネレータ18と一緒に回転するように、回転に関して共に結合されている。この配列は、回生能力を犠牲にするが小さな初期コストの利点を提供する、いわゆる”マイルド”ハイブリッド自動車において見られる。上述したように、本発明は、本来なら自動車10に利用可能な回生能力を増大させることを意図している。
【００１６】
名前が示すように、モータ/ジェネレータ18は、牽引バッテリ26からの動力を受けて車輪12に動力を供給する牽引モータとして機能するだけでなく、回生制動の間に自動車10に付随する運動エネルギーが変速機22を介してモータ/ジェネレータ18に伝達され、そこにおいてエネルギーが牽引バッテリ26の中に貯蔵される電力に変換されるように、発電機としても機能する。エンジン14とモータ/ジェネレータ18が共に連結されているので、回生制動の間、エンジン14も回転する。その結果、さもなければ牽引バッテリ２６の中に貯蔵され得るエネルギーの一部が、エンジン14内の動摩擦によって消散される。上述したように、モータ/ジェネレータ18は油圧作動式ポンプ/モータ、或いは、気体圧力式ポンプ/モータに置き換えられ得る。いずれの場合にも、牽引バッテリ26は作動油或いは気体圧の貯蔵タンク或いはアキュムレータに置き換えられるであろう。このように、ここで使用される“モータ/ジェネレータ”という用語は、電気式モータ/ジェネレータ、油圧作動式モータ/ポンプ、或いは、空気圧式モータ/ポンプのような可逆的回転機械のことを指し、“牽引バッテリ”とは、電気ストレージ・バッテリ、流体アキュムレータ、或いは、この明細書の開示内容によって示唆され、電気エネルギー貯蔵装置、流体エネルギー貯蔵装置、或いは、気体エネルギー貯蔵装置としての使用に適した、本技術分野の当業者に公知の更に別の種類のエネルギー貯蔵装置として具現化され得るエネルギー貯蔵装置のことを指す。
【００１７】
制御器30はカム位相調節器38を作動させ、そして、任意にポート・スロットル34を作動させ、エンジン14を動かすために必要とされる動力を低減してモータ/ジェネレータ18の回生能力を最大化する。「駆動する」「動かす」という動詞は、ここで「モータリングする」という通常の意味で使用され、モータ/ジェネレータ18、変速機22、及び、車輪12によるエンジン14の回転のことを指す。制御器30は、少なくとも図２に示す排気カムシャフト46の位置を制御するカム位相調節器38の少なくとも一つを作動させる。
【００１８】
図２がエンジン14の種々の詳細構造を示す。図のように、クランクシャフト66が連結ロッド70によってピストン74に連結される。吸気バルブ50及び排気バルブ54がそれぞれの、空気及び燃料とエンジンのシリンダからの排気の進入及び排出を制御する。空気が吸気ポート58を介して入り、排気が排気ポート62を介して出て行く。吸気カムシャフト42が吸気バルブ50を作動させ、そして、排気カムシャフト46が排気バルブを作動させる。ポート・スロットル34が、吸気ポート58内に配置されるのが示されている。
【００１９】
制御器30が、自動車の回生動作の間、排気バルブ54が、ピストン74の動作方向が変化するクランクシャフト66の回転位置に関して略対称の位置において開閉するよう、排気バルブ54を第一の態様で作動させることにより、カム位相調節器38及びポート・スロットル34を作動させる。これは、図３及び図４に示される。
【００２０】
図３において、排気バルブ54が、エンジン14の特定のシリンダの排気行程の上死点（top dead center: TDC）に関して略対称に開閉するのが示される。図３において、エンジン14のシリンダ内の圧力は、膨張行程の下死点（bottom dead center:BDC）における負の値から、排気行程の間の略大気圧の値に変わる。その結果、排気行程において達成される大気圧が、排気バルブが閉じられるまで、吸気行程の一部の間、維持される。その後、シリンダ内の圧力は、（ポート・スロットル34が閉じられているので）吸気行程のBDCにおける準大気圧（大気圧より低い値）まで低減し、そして、圧縮行程の間、大気圧を超える値まで増加する。その後、シリンダ内の圧力は圧縮行程に続く膨張行程の間、低減される。排気行程においてピストン74がBDCからTDCへ移動するときに生じる圧力の準大気圧から大気圧への上昇は、それに続くBDCへの膨張の間、同じ準大気圧まで低減されるので、最終的な効果は、シリンダ内の気体を圧縮するのに必要とされる仕事が、吸気行程の膨張の間に引き出され、その結果、エンジン・シリンダ（作動シリンダ）内で消散されるエネルギーが非常に小さくなることである。
【００２１】
もし、カム位相調節器38が、排気バルブ54でのみ使用されるならば、ポート・スロットル34はエンジン駆動トルク（モータリング・トルク）を最小化するために使われるべきである。しかしながら、構成によっては、バルブ・タイミングの制御における柔軟性を大きくしてポート・スロットル34を不要とするために、吸気カムシャフト42に対して第一位相調節器を使用し、排気カムシャフト46に対して第二位相調節器を使用することも可能であり得る。
【００２２】
図４において、排気バルブ54が、エンジン14の特定の気筒の膨張行程の下死点（bottom dead center: BDC）付近で略対称に開閉し、一方で、吸気バルブ50が吸気行程の下死点に関して略対称に開閉するのが示される。その結果、気体が吸気バルブ50又は排気バルブ54を介して引き込み、引き出されるので、サイクルの殆どにおいて大気圧が保持される。各TDC付近において、吸気バルブ50と排気バルブ54は共に閉じられ、その結果、圧力が上昇するが、最終的な効果は、シリンダ内の気体を圧縮するのに必要とされる仕事が膨張の間に取り出され、エンジン・シリンダ（作動シリンダ）内で消散されるエネルギーが非常に小さくなることである。
【００２３】
シングル・オーバーヘッド・カム（single overhead cam: SOHC）エンジン、或いは、プッシュロッドによって駆動されるバルブを持ついわゆるOHV（Over Head Valve）エンジンのような一部のエンジンの場合、図３及び図４に関連して記述したように排気カム位相調節を、吸気カム位相調節から切り離して制御することが実現できない可能性がある。そのような場合、エンジン駆動トルクは、吸気イベントと排気イベントを等しく位相調節することによって最小化され得る。図５において、吸気バルブが、図４と同様に、吸気行程の下死点に関して略対称に開閉するのが示される。切り離された制御がないので、排気バルブの開閉は、TDC或いはBDCに関して対称ではなく、膨張行程の終わりにおける負の仕事が、排気行程の開始の間に部分的にのみ回収される。したがって、図５の方法は、図３及び図４の方法ほどは効率的ではない。しかしながら、この方法は、従来のエンジンの使用よりは効率的であり、他の図示された方法に比べてより安価で且つ、実現可能性がより高いという有利点を持つ。
【００２４】
本技術分野の当業者は、この明細書を考慮して、カム位相調節器38を提供する目的のため、種々のカムシャフト位相調節器（カム位相調節器）機構が採用され得ることを理解するであろう。例えば、米国特許5,107,804号明細書が、本発明の観点に従った使用に適したカム位相調節器機構を開示する。
【００２５】
もしエンジン14がポート・スロットルを任意に含むならば、回生制動の間、制御器30は、エンジンを動かすのに必要とされる動力を最小化するため、図３の実施形態におけるポート・スロットル34を閉じながら排気バルブ位相を変化することによって、或いはその代わりに、図４及び図５に示す方法で吸気バルブ50及び排気バルブ54の両方を位相を変えることによって、カム位相調節器及びポート・スロットル34を作動させる。このように、エンジン14は車輪12及びモータ/ジェネレータ18によって、より簡単に動かされ、或いは、回転させられるので、エンジン14を摩擦に抗して動かすのに必要なエネルギーが小さくなり、それに付随して、モータ/ジェネレータ18をジェネレータとして作動させることにより、より多くの自動車10の運動エネルギーが、牽引バッテリ26の中に獲得される。
【００２６】
本発明を特定の実施形態に関連して記述してきたが、特許請求の範囲に示された本発明の技術思想及び範囲から逸脱することなく、種々の修正、変更、及び、適用が行なわれ得ることは、本技術分野の当業者によって理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の観点に従ったハイブリッド自動車を示す概略図である。
【図２】図１のハイブリッド自動車に使用されるエンジンの一部を示す概略図である。
【図３】本発明に従った、シリンダ・バルブ制御装置を持つエンジンのシリンダ圧及びクランクシャフト位置を示す図である。
【図４】本発明に従った、代替のタイミング配置を持つエンジンのシリンダ圧及びクランクシャフト位置を示す図である。
【図５】本発明に従った、更に代替のタイミング配置を持つエンジンのシリンダ圧及びクランクシャフト位置を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
10.  ハイブリッド自動車
12.  車輪
14.  エンジン（内燃機関）
18.  モータ/ジェネレータ
22.  変速機
26.  牽引バッテリ（エネルギー貯蔵装置）
30.  制御器
34.  ポート・スロットル
38.  カム位相調節器（カムシャフト位相調節器）
50.  吸気バルブ（吸気ポペット・バルブ）
54.  排気バルブ（排気ポペット・バルブ）
66.  クランクシャフト
74.  ピストン
【図１】
2008189302.tif 000003
【図２】
2008189302.tif 000004
【図３】
2008189302.tif 000005
【図４】
2008189302.tif 000006
【図５】
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