(57)【要約】【課題】    パラレル方式のハイブリッド・エンジンの機能をシリーズ・パラレル方式並に改善させる事及びエンジンの吸・排気特性や燃焼特性を改善させる事である。【解決手段】プログラムとクランク角度の信号とから、電子制御回路が二種類の運転モードＡとＢを切り替え、一つのシリンダーの点火時から次に点火するシリンダーの点火時までと同じ長さのクランク角度期間に、一対以上の二種類の運転モード期間を作る。すると、発電期間Ｂの後半ＢＢと隣接する駆動期間Ａの前半ＡＡとの和の時間が、従来例より長くなる。また、シリーズ・パラレル方式の動力分割機構とほぼ同様の機能を得られる。【選択図】  図２
2004340123.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動運転モードと発電運転モードの二種類の運転モードの電気的な切り替えが可能な電動モーターをクランク軸に連接して設置する事に加えて電気的な切り替えを制御する回路とクランク角度を検出するセンサーとを設けたパラレル方式のハイブリッド・エンジンにおいて、                         
予め作成してあるプログラムと前記のクランク角度を検出するセンサーからの情報とによって、前記の制御する回路が前記の二種類の運転モードの期間を切り替え、一つのシリンダーの点火時から次に点火するシリンダーの点火時までと同じ長さのクランク角度の期間中に、一対以上の前記の二種類の運転モードの期間を作り、前記の二種類の運転モードの運転を交互に続ける事を特徴とするハイブリッド・エンジンの運転方法。
【請求項２】
時間軸の直前側に隣接した前記の駆動運転モードの期間の加速作用の影響によって減速効果が打ち消される前記の発電運転モードの期間の前期を除いた前記の発電運転モードの期間と時間軸の直前側に隣接した前記の発電運転モードの期間の減速作用の影響が加速効果を打ち消してしまう前記の駆動運転モードの期間の前期との和である期間内に、前記の予め作成してあるプログラムと前記のクランク角度を検出するセンサーからの情報とによって、前記の制御する回路が前記のエンジンの吸気工程の開弁時から開弁期間初期のリフト量の小さな時期までの期間を設定し、この運転方法を４サイクルエンジンに適用する事を特徴とする前記請求項１に記載したハイブリッド・エンジンの運転方法。
【請求項３】
時間軸の直前側に隣接した前記の駆動運転モードの期間の加速作用の影響によって減速効果が打ち消される前記の発電運転モードの期間の前期を除いた前記の発電運転モードの期間と時間軸の直前側に隣接した前記の発電運転モードの期間の減速作用の影響が加速効果を打ち消してしまう前記の駆動運転モードの期間の前期との和である期間内に、前記の予め作成してあるプログラムと前記のクランク角度を検出するセンサーからの情報とによって、前記の制御する回路が排気工程の開弁時付近から排気工程の下死点時付近までの期間を設定し、この運転方法を４サイクルエンジンに適用する事を特徴とする前記請求項１に記載したハイブリッド・エンジンの運転方法。
【請求項４】
時間軸の直前側に隣接した前記の駆動運転モードの期間の加速作用の影響によって減速効果が打ち消される前記の発電運転モードの期間の前期を除いた前記の発電運転モードの期間と時間軸の直前側に隣接した前記の発電運転モードの期間の減速作用の影響が加速効果を打ち消してしまう前記の駆動運転モードの期間の前期との和である期間内に、前記の予め作成してあるプログラムと前記のクランク角度を検出するセンサーからの情報とによって、前記の制御する回路が４サイクルエンジンの燃焼継続期間を設定する事を特徴とする前記請求項１に記載したハイブリッド・エンジンの運転方法。
【請求項５】
時間軸の直前側に隣接した前記の駆動運転モードの期間の加速作用の影響によって減速効果が打ち消される前記の発電運転モードの期間の前期を除いた前記の発電運転モードの期間と時間軸の直前側に隣接した前記の発電運転モードの期間の減速作用の影響が加速効果を打ち消してしまう前記の駆動運転モードの期間の前期との和である期間内に、前記の予め作成してあるプログラムと前記のクランク角度を検出するセンサーからの情報とによって、前記の制御する回路が排気口の開口時から掃気口の開口時までの期間を設定し、この運転方法を２サイクル式に適用する事を特徴とする前記請求項１に記載したハイブリッド・エンジンの運転方法。
【請求項６】
時間軸の直前側に隣接した前記の発電運転モードの期間の減速作用の影響によって加速効果が打ち消される前記の駆動運転モードの期間の前期を除いた前記の駆動運転モードの期間と時間軸の直前側に隣接した前記の駆動運転モードの期間の加速作用の影響が減速効果を打ち消してしまう前記の発電運転モードの期間の前期との和である期間内に、前記の予め作成してあるプログラムと前記のクランク角度を検出するセンサーからの情報とによって、前記の制御する回路が４サイクル火花点火式エンジンの燃焼継続期間を設定する事を特徴とする前記請求項１に記載したハイブリッド・エンジンの運転方法。
【請求項７】
前記の運転方法を奇数気筒式に適用する事を特徴とする前記請求項２に記載したハイブリッド・エンジンの運転方法。
【請求項８】
前記の運転方法を偶数気筒式の圧縮着火式に適用する事を特徴とする前記請求項２に記載したハイブリッド・エンジンの運転方法。
【請求項９】
前記の運転方法を２気筒式または３気筒式または４気筒式または６気筒式または７気筒式に適用する事を特徴とする前記請求項３に記載したハイブリッド・エンジンの運転方法。
【請求項１０】
１サイクル中の工程の一部分の時間が短い事で問題が発生する場合に、時間軸の直前側に隣接した前記の駆動運転モードの期間の加速作用の影響によって減速効果が打ち消される前記の発電運転モードの期間の前期を除いた前記の発電運転モードの期間と時間軸の直前側に隣接した前記の発電運転モードの期間の減速作用の影響が加速効果を打ち消してしまう前記の駆動運転モードの期間の前期との和である期間内に、前記の制御する回路がその問題を発生する期間を設定する事を特徴とする前記請求項１に記載したハイブリッド・エンジンの運転方法。
【請求項１１】
１サイクル中の工程の一部分の時間が長い事で問題が発生する場合に、時間軸の直前側に隣接した前記の発電運転モードの期間の減速作用の影響によって加速効果が打ち消される前記の駆動運転モードの期間の前期を除いた前記の駆動運転モードの期間と時間軸の直前側に隣接した前記の駆動運転モードの期間の加速作用の影響が減速効果を打ち消してしまう前記の発電運転モードの期間の前期との和である期間内に、前記の制御する回路がその問題を発生する期間を設定する事を特徴とする前記請求項１に記載したハイブリッド・エンジンの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パラレル方式のハイブリッド・エンジンの機能向上及び熱効率や燃焼特性の改善に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の一サイクル中の各工程の一部分の期間の時間は、その期間のクランクに蓄えられた回転運動のエネルギーの大きさによって決まる。その期間の回転運動のエネルギーに対して内燃機関の外から負の仕事や正の仕事が加わらない場合は、内燃機関の一サイクル中の各工程の一部分の期間の時間と他の一部分の期間の時間との割合は変化せず、一サイクル中の各工程の一部分だけを、他の一部分に対して、早くしたり遅くしたりできなかった。
その為に、内燃機関は、以下の第一から第五までの問題点が解決できなかった。
第一から第四までの問題点では、工程の一部分の時間が短い事が問題であり、第五の問題点では、その工程の一部分の時間が長い事が問題である。
【０００３】
第一の問題点を説明する。
第一の問題点は、吸気抵抗に関する。
空気にも質量があるので慣性が働く。従って、開弁前に吸気の流れが止まっているので、吸・排気弁の開弁時にはシリンダー内への吸気の流入が遅れる。加えて、図１２の吸・排気カムの開弁期間初期Ｍ１はリフト・カーブが緩やかで、開弁期間中期以降のＭ２よりも縦軸方向のリフト量が極端に少ない。４サイクルエンジンでは、高速回転になるほど、図１２の開弁期間初期Ｍ１の時間が短くなる。
その結果、開弁期間初期Ｍ１のシリンダー内の圧力は、ピストンの裏のクランクケース内側の圧力よりも低くなる。
この状態でピストンは、クランクケース内側からの圧力が加わる方向に逆らって下降し続けるので、負の仕事量が増える。この負の仕事量だけ、吸気抵抗による損失量が増加して、トルクが低下する。
実際に、山海堂発行の雑誌『内燃機関』１９９５年１１月号・No. ４３４の９０ページに記載されている３ＲＺ-ＦＥエンジンと２２Ｒ-Ｅエンジンの出力とトルクの図である図１１で、最大トルク値Ｌ１・Ｌ２よりも高速な回転速度域では、トルクカーブの頂点時Ｌ１・Ｌ２よりもトルクが低下している。また、Ｌ１・Ｌ２に隣接した低速側でトルクカーブが緩やかになる回転域でも、高速回転になるほど、回転速度の増加率に対するトルクの増加率が減少している。
これらのトルクの低下については、第二の問題点で示す排気抵抗による損失量の増加も原因の一つになっている。
また、エネルギー保存の法則により、吸気損失量の増加はシリンダー内に流入するの吸気温度の上昇を招く。従って、吸気温度の上昇分だけ、火花点火式の耐ノッキング性が低下する。
【０００４】
第二の問題点を説明する。
吸気カムと同様に、排気カムの開弁期間初期もリフト・カーブが緩やかで、開弁期間中期よりも極端にリフト量が少ない。そして、回転速度が高速になるほど、排気弁の開弁時から排気工程の下死点時までの時間がより低い回転時よりも短くなる。その結果、下死点時のシリンダー内圧力値がより低速な回転時よりも高くなる。この結果、下死点時直後の排気工程時に、排気抵抗による損失量が増加する。
これに対して、排気バルブの開弁時期を早めると排気抵抗による損失量の増加を制限できるが、この方法は、膨張行程の正の仕事量の期間を短くする事であり、仕事量が減少する。すなわち、排気損失量の減少と仕事量の減少とのトレード・オフの関係にあるので、根本的な解決になっていない。
【０００５】
第三の問題点を説明する。
燃焼行程時のエネルギー変換効率は、主に、混合気の燃焼スピードとビストンの下降スピードとによって規定されている。ビストンの下降スピードは燃焼スピードによって規定され、燃焼スピードは燃料供給量によって規定されている。その為に、燃料供給量以外に、燃焼行程時のエネルギー変換効率を支配する要素を持たなかった。
第四の問題点を説明する。
２サイクルエンジンでは、高速回転時になるほど、低速回転時よりも混合気量が増加するにもかかわらず、排気口の開口時から掃気口の開口時までの時間が、低速回転時よりも短くなる。そのため、掃気行程開始時のシリンダー内圧力値が低速回転時よりも高くなる。この結果、高速回転時になるほど、掃気流によるシリンダー内の残留排気ガスの掃気効率が低下する。その結果、混合気の充填率が低下し、その分だけトルクが低下する。      
【０００６】
第五の問題点を説明する。
火花点火式内燃機関の高負荷時は、点火時の燃焼室内の混合気の濃度が増加する。その為、火炎伝播経路の末端部への火炎の伝播以前に、既燃焼部の燃焼による圧力履歴が高くなり過ぎて、火炎伝播経路の末端部の全てが同時に自己着火する。この時、燃焼室壁に接した消炎層も破壊される為に、燃焼室壁に流入する熱量が増加する。そして、燃焼室壁がメルト・ダウンする。
通常は、この様なノッキングが発生しない様に、圧縮比を低く設定している。この為に、熱効率が制限される。                      
【０００７】
第六の問題点を説明する。    
シリーズ・パラレル方式のハイブリッド・エンジンは、動力分割機構を持っているので、一方で直接車輪を駆動しながら、他方は発電に使用でき、その使用割合も自在に制御できます。
しかし、余分に発電機を備える必要があり、動力分割機構も必要で、パラレル方式よりも構成が複雑になる。
【発明の開示】
【発明の効果】
【０００８】
内燃機関の一サイクル中の短い時間中に二種類のモード期間ＡとＢとが存在するので、後記の基本的な構成では、発電運転と駆動運転を同時に行っているのと近似していて、制御する回路４は電子制御式なので、一サイクル未満の短い期間に二種類のモード期間ＡとＢとの割合も自由に変更できる。この点で、シリーズ・パラレル方式の動力分割機構とほぼ同様といえる。その為、複数のサイクルにわたって発電運転モードを続ける従来のパラレル方式の例と比べると、高速回転時に発電運転を続ける場合に、発電運転モードの前後に駆動運転モードで内燃機関が加速されるので、本願の構成の方が回転速度の上限が高い。
しかも基本的な構成では、パラレル方式であるので、シリーズ・パラレル方式よりも構成要素が簡略化できる。
加えて、後記の基本的な構成では、一サイクル中の各工程中の一部分と同一工程中の他の一部分との時間の割合を、気筒数に関わらず、任意に変更でき、それらの事が連続したサイクルで再現できる。これによって、第一から第五までの問題点を解決する為の、前提条件が整う事になる。
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、パラレル方式のハイブリッド・エンジンの機能をシリーズ・パラレル方式並に改善させる事及びエンジンの吸・排気特性や燃焼特性を改善させる事である。
【課題を解決する為の手段】
【００１０】
駆動運転モードと発電運転モードの電気的な切り替えが可能な電動モーターをクランク軸に連接して設置する事に加えて前記の二種類の運転モードの電気的な切り替えを制御する電子制御回路とクランク角度を検出するセンサーとを設けたパラレル方式のハイブリッド・エンジンにおいて、
予め作成してあるプログラムと前記のクランク角度を検出するセンサーからの信号とによって、前記の電子制御回路が前記の二種類の運転モードの期間を切り替え、一つのシリンダーの点火時から次に点火するシリンダーの点火時までと同じ長さのクランク角度の期間中に、一対以上の前記の二種類の運転モードの期間を作り、前記の二種類の運転モードの運転を交互に続ける。  
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
内燃機関の一サイクル中の各工程の一部分の期間の時間と他の一部分の期間の時間との割合を変化させるには、駆動運転モードと発電運転モードの電気的な切り替えが可能な電動モーターと内燃機関とを併用して、短い期間に、内燃機関に対して電動モーターによる正の仕事や負の仕事を加える事が有効である。
しかし、前記の二種類の期間の時間の割合を変化させるだけでは不十分である。或るサイクル中の各工程の或る一部の期間に電動モーターが行った運転モードと同じ運転モードに、他のサイクル中の前記と同じ期間の運転モードが設定できないと、複数のサイクルにわたって同一の作用を一サイクル中の同一の部分に継続的に及ぼす事ができない。
それらの条件を満たすには、以下の基本的な構成が必要である。
また、以下の基本的な構成は、第六の問題点も解決する。
【００１２】
まず、図１と図２を使って、本発明の基本的な構成を説明する。
図１は、本発明の運転方法を適用するパラレル方式のハイブリッド・エンジンの図である。
１はエンジンであり、
２はエンジンのクランクシャフトであり、
３は電動モーターであり
４は電子制御回路であり、
５はクランク角度を検出するセンサーである。
エンジン１のクランクシャフト２またはそれに接続される軸に、電動モーター３が結合されている。その電動モーター３は、駆動モーターと発電機を兼ねる。そして、駆動運転モードと発電運転モードの切り替えを電子的に制御する回路４とクランク角度を検出するセンサー５を装備する。
そして、以下の様に電動モーター３を制御する。
一つのシリンダーの点火時から次に点火するシリンダーの点火時までと同じ長さのクランク角度の期間中に、予め作成してあるプログラムとクランク角度を検出するセンサー５からの信号とによって、電子制御回路４が一対または複数対の図２の駆動・加速運転モード期間Ａと図２の発電運転モード期間Ｂとを作る。
これ以後の実施例では、便宜上、一つのシリンダーの点火時から次に点火するシリンダーの点火時までと同じ長さのクランク角度の期間中に、一対を成す二種類のモード期間ＡとＢとを作るものとして、説明する。
一つのシリンダーの点火時から次に点火するシリンダーの点火時までと同じ長さのクランク角度の期間は、気筒数によって異なる。従って、電動モーター３の駆動運転モード期間Ａと発電運転モード期間Ｂを足した期間の長さも、気筒数によって異なる。一対の駆動・加速運転モード期間Ａと発電運転モード期間Ｂとを作った場合は、４サイクル式エンジンでは、７２０°を気筒数で割ったクランク角度の期間であり、２サイクル式エンジンでは、３６０°を気筒数で割ったクランク角度の期間である。
電動モーター３の駆動・加速運転モード期間Ａと発電運転モード期間Ｂとの割合は、任意である。
そして、駆動運転モード期間Ａの運転と発電運転モード期間Ｂの運転を交互に続ける。
これ以後は、駆動・加速運転モード期間Ａと発電運転モード期間Ｂを、二種類の運転モード期間ＡとＢと表記する。
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【００１３】
基本的な構成の作用を説明する。
電動モーター３が駆動運転モード期間Ａで駆動・加速運転する直後に、電子制御回路４によって発電運転モード期間Ｂに切り替わり、二種類のモード期間ＡとＢの運転を交互に続けるので、極短期間にバッテリーが消耗と充電を交互に繰り返す。
発電運転モード期間Ｂの割合を多くすると、バッテリーの充電量が増加するが、エンジン１が発生させた仕事量を減少させて、トルクが減少して、毎分あたりの回転数も低下する。
逆に、駆動運転モード期間Ａの割合を多くすると、エンジン１が発生させた仕事量を増加してトルクが増加して、毎分あたりの回転数も上昇する。しかし、バッテリーの消耗量が増える。
また、二種類のモード期間ＡとＢの割合を調節して、毎分あたりの回転数を従来例と同様に維持する事もできる。
【００１４】
加えて、基本的な構成の作用として、以下の重要な作用がある。  
一つのシリンダーの点火時から次に点火するシリンダーの点火時までと同じ長さのクランク角度の期間中に、一対を成す二種類のモード期間ＡとＢとを任意の数だけ作る事によって、或るサイクル中の各工程の或る一部の期間に電動モーターが行った運転モードと同じ運転モードに、他のサイクル中の前記と同じ期間の運転モードが設定できる。しかも、この事が気筒数に関わらず可能になる。
そして、エンジン１が燃焼によって発生させた仕事量は、発電運転をする事で減少するので、発電運転モード期間Ｂのクランクの回転速度は低下する。
しかし実際には、直前の駆動運転モード期間Ａの影響がある。
二種類のモード期間ＡとＢとの割合が等しい場合は、駆動運転モード期間Ａの後半の期間ＡＡＡに加速された影響によって、発電運転モード期間Ｂの前半の期間ＢＢＢの時間は、水平線Ｈで示す従来例の時間より時間が長くならず、発電運転モード期間Ｂの後半の期間ＢＢとそれに隣接する駆動運転モード期間Ａの前半の期間ＡＡとの和の間隔の広い斜線群で示す期間での時間が、従来例より長くなり、駆動運転モード期間Ａの後半の期間ＡＡＡとそれに隣接する発電運転モード期間Ｂの前半の期間ＢＢＢとの和で間隔の狭い斜線群で示す期間での時間が、従来例より短くなる。
【００１５】
二種類のモード期間ＡとＢとの割合は自由に設定できるので、電動モーター３が二種類の運転モードの運転を切り替えて運転する事で従来例の時間より時間が長くできる期間は、時間軸の直前側に隣接した駆動運転モード期間Ａの加速作用の影響によって減速効果が打ち消される発電運転モード期間の前期を除いた発電運転モード期間の期間と時間軸の直前側に隣接した発電運転モード期間Ｂの減速作用の影響が加速効果を打ち消してしまう駆動運転モード期間前期の期間との和である期間内という事になる。  
また、従来例の時間より時間が短くできる期間は、時間軸の直前側に隣接した発電運転モード期間Ｂの減速作用の影響によって加速効果が打ち消される駆動運転モード期間前期を除いた駆動運転モード期間と時間軸の直前側に隣接した駆動運転モード期間Ａの加速作用の影響が減速効果を打ち消してしまう発電運転モード期間前期との和である期間内という事になる。
これ以後の実施例では、発電運転モード期間Ｂの終了時期Ｆや駆動運転モード期間Ａの終了時期Ｇを具体的に説明する場合に、二種類のモード期間ＡとＢとの割合が決められていないと説明し難いので、便宜上、二種類のモード期間ＡとＢとの割合が等しいものとして説明する。
図２のＩで示す矢印は、時間の経過する方向を示す。
電動モーター３の容量が大きい程、図２の縦軸で示す時間の従来例との偏差量が大きくなる。
【００１６】
また、前記の基本的な構成に加えて、二種類のモード期間ＡとＢを後記の様に適切に設定すると、従来の技術の欄の第一から第五までの問題点が解決できる。これ以降の実施例は、上記の二種類のモード期間ＡとＢとをどのように設定するかが異なるだけなので、基本的な構成に加える構成部分のみ説明する。
第一から第五までの従来のエンジンの問題点は、基本的な構成の設定に加えて、１サイクル中の工程の一部分の時間が短い事で問題が発生する場合にはその問題を発生する期間の時間を長く変更し、１サイクル中の工程の一部分の時間が長い事で問題が発生する場合にはその問題を発生する期間の時間を短く変更すれば解決できる。電動モーター３が二種類の運転モードの運転を切り替えて運転する事で従来例の時間より時間を短く又は長く変更できる期間内については、基本的な構成の作用の部分で説明されている。
従って、１サイクル中の工程の一部分の時間が短い事で問題が発生する場合には、その問題が発生する期間を後記の時間を長く変更できる期間内に設定すれば良い。また逆に、１サイクル中の工程の一部分の時間が長い事で問題が発生する場合には、短く変更できる期間内に設定すれば良い。
また、上記の二種類のモード期間ＡとＢとをどのように設定するかについては、予め作成してあるプログラムとクランク角度を検出するセンサーからの情報とによって制御する回路が設定する。勿論、どのような場合に二種類のモード期間ＡとＢとをどのように設定するかをプログラミングしておく。
第一から第四までの問題点を解決する実施例は、一サイクル中の工程の問題のある一部分の期間の時間を短くさせるという共通点がある。従って、第二から第四までの問題点を解決する実施例では、後に述べる各気筒式の発電運転モード期間Ｂの終了時期Ｆや駆動運転モード期間Ａの終了時期Ｇは、第一の問題点を解決する実施例の場合を参照して決定できる。この為、説明は省略する。
【実施例１】
【００１７】
従来の技術の第一の問題点を解決する実施例を説明する。
時間軸の直前側に隣接した駆動運転モード期間Ａの加速作用の影響によって減速効果が打ち消される発電運転モード期間の前期を除いた発電運転モード期間の期間と時間軸の直前側に隣接した発電運転モード期間Ｂの減速作用の影響が加速効果を打ち消してしまう駆動運転モード期間前期の期間との和である期間内に、４サイクルエンジンの吸気工程の開弁時から開弁期間初期のリフト量の小さな時期までの期間を設定する。
図２の間隔の広い斜線群で示す期間は、気筒数によって決まり、広い斜線群で示す期間と狭い斜線群で示す期間が同じ長さの場合、７２０°を気筒数で割った値の半分のクランク角度で４０°である。
そして、広い斜線群で示す期間をクランク角度で４０°とした場合は、１気筒式から９気筒式まで選択できる。また、広い斜線群で示す期間をクランク角度で６０°とした場合は、１気筒式から６気筒式まで選択できる。
【００１８】
一例として、４サイクル４気筒式の場合を図４で説明する。
図４の右方向に時間が流れる。そして、図４の下方向に同一時間の他の気筒の工程が第一気筒から順に示されている。
円周の０時方向の丸で表す地点は、吸気上死点を表し、円周の０時方向の二重丸で表す地点は、圧縮上死点を表す。
円周の６時方向の丸で表す地点は、吸気下死点を表し、円周の６時方向の二重丸で表す地点は、排気下死点を表す。
吸気カムのリフト量の小さな期間を、４１Ａに示す第一気筒の吸気工程の開始時から吸気工程の上死点後２５°までの期間Ｃと仮定する。一般的に、吸気工程の開始時は吸気上死点前５°付近である。この仮定した期間は、クランク角度で約３０°である。そして、図２の二種類のモード期間ＡとＢとが等しいとすると、４気筒式では、間隔の広い斜線群で示す期間はクランク角度で約９０°である。
【００１９】
前記の仮定では、発電運転モード期間Ｂの終了時期Ｆが吸気工程の上死点後１０°である場合に、図２の縦軸の時間の偏差量が最も大きくなる。この場合、図２の縦軸の時間が長くなり始める時点は、すなわち発電運転モード期間Ｂの中間点は、吸気工程の上死点後１０°から前記の９０°の半分の４５°手前の、吸気上死点前３５°である。図２の縦軸の時間が長くなっている期間の最後の時点は、すなわち駆動運転モード期間Ａの中間点は、吸気上死点後１０°から４５°後の、吸気上死点後５５°である。
発電運転モード期間Ｂの終了時期Ｆは、吸気工程の上死点前５０°から吸気工程の上死点後７０°までのクランク角度の期間とその期間が１８０°移動した期間の内から選べる。
他の気筒式の発電運転モード期間Ｂの終了時期Ｆや駆動運転モード期間Ａの終了時期Ｇも、４気筒式の場合を参照して決定できる。この為、説明は省略する。
【００２０】
第一の問題点を解決する実施例の作用を説明する。  
発電の進行に伴って、負荷が増して、クランク・スピードが遅くなり、発電の終了時にピストン・スピードが大きく減速する。すると、減速した分だけ、開弁期間初期のリフト量の小さな期間の時間が長くなる。すると、発電の終了時のシリンダー内圧力値が従来例よりも高くなる。すると、ピストンの裏側からの圧力に逆らってピストンが下降する時の、負の仕事量が従来例よりも減少する。すると、吸気損失量が減少する。
この実施例の効果を説明する。
吸気損失量の減少分だけ、トルクが従来例よりも向上する。しかも、このトルクの向上率は、高速化するほど良くなる。そして、トルクの向上は、ハイブリッド・エンジンの中のエンジン部の変換効率の向上を意味する。
また、本実施例は、４サイクルエンジンなら、火花点火式にも圧縮着火式のエンジンにも適用できる。火花点火式に適用すると、吸気損失量の減少分だけ、従来例よりも、減速時のシリンダー内の吸気温度が低下して、火花点火式の耐ノッキング性が向上する。
また本実施例は、吸気弁の開弁時期を吸気上死点よりも大幅に早く設定する必要がない。この為に、三元触媒による排気三成分の浄化もできる
【００２１】
第一の問題点を解決する実施例の説明を追加する。
複数気筒式の場合は、１サイクル中に複数対の二種類のモード期間ＡとＢとが存在する。従って、気筒式によっては、一つの気筒の吸入工程初期と他の気筒の燃焼工程が同じ時間になってしまう場合がある。
４気筒式場合では、図４の４１Ｂと同じ時期に、第三気筒を示す４３Ｂは吸入工程の上死点後１０°である。
図４の４１Ｂに示す第一気筒の燃焼工程Ｄ時点の第一気筒は、１サイクル中で最もクランクシャフトの回転を加速して、同時に、吸気カムのリフト量の小さな期間４３Ｂにある第三気筒も加速させる。この為に、４気筒式では、本実施例の作用を制限してしまう。
この制限作用は、４気筒以外の偶数気筒の場合も発生する。６気筒式では図６の６１Ｂの期間Ｄと６４Ｂの期間Ｄとが、８気筒式では図８の８１Ｂの期間Ｄと８５Ｂの期間Ｄとが、第一気筒の燃焼工程と同じ時間に他の気筒に吸入工程の初期が存在する事を示している。また、２気筒式や１０気筒式や１２気筒式や１４気筒式や１６気筒式でも、同様の事が存在するが、図示を省略する。
なお、偶数気筒式でも、吸気工程の上死点時以前に時間を長くする設定をしている場合は、燃焼時に加速されても、吸気工程の上死点時以前に従来例よりも減速している分だけ、吸気損失量を減少させる作用がある。              
【００２２】
偶数気筒式を採用した場合の問題点の解決策は、奇数気筒式を採用することである。  
３気筒式の例では、図３の第一気筒３１Ｂの燃焼工程と同じ時間の期間Ｄは、３２Ｂに示す第二気筒の排気工程の中期と３３Ｂに示す吸入工程の中期とであり、吸気工程の初期に相当する気筒がない。
同様に、５気筒式では５４Ｂに示す第四気筒は吸入工程の中期であり、７気筒式では７５Ｂに示す第五気筒は吸入工程の中期であり、７６Ｂに示す第六気筒は吸入工程の後期であり、９気筒式では図を省略するが、第五気筒は吸入工程の上死点後３８°から５０°であり、各気筒式の吸入工程の初期に相当する気筒がない事が示されている。また、他の奇数気筒式も同様である。この為に、発電運転モード期間に、偶数気筒式よりも、吸気損失量を減少させる効果が大きい。
複数気筒式の場合は、１サイクル中に複数対の二種類のモード期間ＡとＢとが存在する。第一から第五までの問題点を解決する実施例では、二種類のモード期間ＡとＢと設定する期間がそれぞれ異なる。従って、第一から第五までの問題点を解決する実施例を併用する場合に、二種類のモード期間ＡとＢとが同じ時間に存在させたくなる事があるが、それは不可能である。その場合には、これまで説明した気筒式を選択する事や二種類のモード期間ＡとＢとの割合を変更したり位相をずらしたりする事が有効な手段になる。この事に関して本願では、制御する回路４は電子制御式なので、二種類のモード期間ＡとＢとの割合を自由に変更でき、この事が、実施例を併用する場合自由度を広げる効果を生む。
【実施例２】
【００２３】
第二の問題点を解決する実施例を説明する。
時間軸の直前側に隣接した駆動運転モード期間Ａの加速作用の影響によって減速効果が打ち消される発電運転モード期間の前期を除いた発電運転モード期間の期間と時間軸の直前側に隣接した発電運転モード期間Ｂの減速作用の影響が加速効果を打ち消してしまう駆動運転モード期間前期の期間との和である期間内に、排気工程の開弁時から排気工程の下死点時付近までを設定する。
一例として、４サイクル４気筒式の場合を説明する。
４気筒式では、図２の間隔の広い斜線群で示す期間は、クランク角度で約９０°である。
排気弁の開弁時を排気工程の下死点前４０°とすると、図２の縦軸方向の時間の偏差量が最も大きくなる発電運転モード期間Ｂの終了時期Ｆが図４の４１Ｃの期間Ｅの中間時の排気工程の下死点前２０°である場合に、効果が大きくなる。そして発電運転モード期間Ｂの終了時期Ｆは、排気工程の下死点前８５°から排気工程の下死点後４５°までのクランク角度の期間とその期間が１８０°移動した期間の内から選べる。
なお、この実施例を行うエンジンは、ピストンを持つ４サイクル式なら、火花点火式でも圧縮着火式でも適用できる。
【００２４】
この実施例の作用を説明する。
上記の様に設定した期間では、発電の進行に伴って、クランク軸の回転スピードが遅くなり、ピストンのスピードも減速する。すると、排気弁の開弁開始時から下死点時までの期間の時間が長くなる。すると、膨張行程の期間を短くする事無しに、下死点時のシリンダー内圧力値が従来例よりも低下して、下死点時以降にピストンを上昇させる事で発生する排気損失量が減少する。
第二の実施例の効果を説明する。
排気損失量の減少分だけ、トルクが従来例よりも向上する。しかも、このトルクの向上率は、高速化するほど良くなる。そして、トルクの向上は、ハイブリッド・エンジンの中のエンジン部の変換効率の向上を意味する。
図２の間隔の広い斜線群で示す期間は、気筒数によって決まる。排気弁の開弁時を圧縮上死点後１４０°とすると、７２０°を排気下死点までの期間４０°で割った値の半分は９である。従って、１気筒式から９気筒式までに本実施例を適用した場合は、充分な効果を得られるが、９よりも大きな数の気筒式では、時間が長くなる期間が４０°未満になってしまい、１気筒式から９気筒式よりも効果が制限される。
この実施例も、第一の問題点を解決する実施例と同様に、問題にしている期間と他のシリンダーの燃焼によって加速される期間とが同一時間に並列に存在する気筒式では、効果が制限される。
【００２５】
第二の実施例の説明を追加する。
２気筒式では膨張下死点時付近で、図３気筒式では図３の３２Ｂに示す様に膨張下死点後５０°付近で、４気筒式では図４の４２Ｂに示す様に膨張下死点時付近で、図５気筒式では図５の５２Ｂに示す様に圧縮上死点後１５４°付近で、６気筒式では６２Ｂに示す様に圧縮上死点後１３０°付近で、図７気筒式では図７の７２Ｂに示す様に圧縮上死点後１１３°付近で、８気筒式では図８の８２Ｂと８３Ｂに示す様に圧縮上死点後１００°付近と圧縮上死点後１９０°付近で、９気筒式では圧縮上死点後９０°付近と圧縮上死点後１７０°付近で、他のシリンダーの燃焼工程によって急速に加速される。
従って、２気筒式と３気筒式と４気筒式と６気筒式と７気筒式では問題の二種類の時期が重なる事が無いが、５気筒式と９気筒式では、上記の様に、効果が制限されてしまう。
【実施例３】
【００２６】
従来の技術の第三の問題点を解決する実施例について、説明する。
時間軸の直前側に隣接した駆動運転モード期間Ａの加速作用の影響によって減速効果が打ち消される発電運転モード期間の前期を除いた発電運転モード期間の期間と時間軸の直前側に隣接した発電運転モード期間Ｂの減速作用の影響が加速効果を打ち消してしまう駆動運転モード期間前期の期間との和である期間内に、エンジンの燃焼行程の期間を設定する。
この実施例を行うエンジンは、４サイクル式でも２サイクル式でも適用でき、火花点火式でも圧縮着火式でも適用できる。
この実施例では、第一および第二の問題点を解決する実施例の様な、気筒式によって効果が制限される事は無い。
この実施例の作用を説明する。
上記の様に減速時期を設定すると、燃焼行程でクランク軸の回転スピードが加速される時期であっても、発電の進行に伴って、負荷が増して、クランク軸の回転スピードが遅くなり、ピストンの下降スピードも減速する。すると、ピストンの下降による燃焼圧力値の減少要因が減って、従来例よりも燃焼行程時のシリンダー内の圧力値が増加する。
【００２７】
この実施例の効果を説明する。
燃焼行程時のシリンダー内の圧力値が増加する分だけ、トルクが従来例よりも向上する。そして、トルクの向上は、ハイブリッド・エンジンの中のエンジン部の変換効率の向上を意味する。
また、燃料供給量以外に、燃焼行程時のエネルギー変換効率を支配する要素を持つ事になる。-
高負荷時は燃焼スピードが早くなり過ぎてノッキングが発生し易いので、この実施例を適用できない。従って、高負荷時以外の場合に効果が挙がる。
なお、高負荷時には、第五の実施例を適用すると良い。    
【実施例４】
【００２８】
従来の技術の第四の問題点を解決する実施例を説明する。
時間軸の直前側に隣接した駆動運転モード期間Ａの加速作用の影響によって減速効果が打ち消される発電運転モード期間の前期を除いた発電運転モード期間の期間と時間軸の直前側に隣接した発電運転モード期間Ｂの減速作用の影響が加速効果を打ち消してしまう駆動運転モード期間前期の期間との和である期間内に、２サイクルエンジンの排気口の開口時から掃気口の開口時までの期間を設定する。
この実施例を行うエンジンは、火花点火式でも圧縮着火式でも適用できる。
一例として、２サイクル２気筒式の場合を図９で説明する。
円周の０時方向の丸で表す地点は、上死点である。
円周の６時方向の丸で表す地点は、下死点を表す。
図２の間隔の広い斜線群で示す期間は、クランク角度で約１８０°である。
発電運転モード期間Ｂの終了時期Ｆが排気口の開口時から掃気口の開口時までの中間点である場合に、効果が大きくなる。そして発電運転モード期間Ｂの終了時期Ｆは、排気口の開口時の９０°前から排気口の開口時の９０°後までのクランク角度の期間とその期間が１８０°移動した期間の内から選べる。  
燃焼工程Ｄにある第一気筒１２１Ａは、同じ時間に下死点直後の掃気工程の期間Ｄにある第２気筒１２２Ａも一緒に加速させるが、直前の時期である下死点前の排気工程Ｈの期間にある第２気筒１２２Ｂを加速させない。
【００２９】
他の一例として、２サイクル３気筒式の場合を図１０で説明する。
１３１ＡのＤに示す第一気筒の燃焼工程と同じ時間の第２気筒の１３２ＡのＤに示す期間は、下死点前の排気工程の開始時期に近い。従って、３気筒式では、この実施例の効果が制限される。
第四の問題点を解決する実施例の作用と効果を説明する。
上記の様に減速時期を設定すると、排気口の開口時から掃気口の開口時までの時間が、従来例よりも長くなる。そのため、掃気行程開始時のシリンダー内圧力値が従来例よりも低くなる。この結果、高負荷になるほど、従来例よりも掃気流によるシリンダー内の残留排気ガスの掃気効率と混合気の充填率が向上し、その分だけトルクが向上する。
第四までの問題点を解決する実施例に示す様に、問題になっている期間を減速するだけでなく、次の実施例に示す様な、問題になっている期間を加速する実施例もある。
【実施例５】
【００３０】
従来の技術の第五の問題点を解決する実施例を説明する。
時間軸の直前側に隣接した発電運転モード期間Ｂの減速作用の影響によって加速効果が打ち消される駆動運転モード期間前期を除いた駆動運転モード期間と時間軸の直前側に隣接した駆動運転モード期間Ａの加速作用の影響が減速効果を打ち消してしまう発電運転モード期間前期との和である期間内に、４サイクル火花点火式エンジンの高負荷時の燃焼継続期間Ｄを設定する。
第一の問題点を解決する実施例を参考にすれば、各気筒式の駆動運転モード期間Ａの終了時期Ｇや発電運転モード期間Ｂの終了時期Ｆは決定できる。
一例として、４サイクル４気筒式の場合を説明する。
４気筒式では、前記の図２の間隔の狭い斜線群で示す期間は、クランク角度で約９０°である。
駆動運転モード期間Ａの終了時期Ｇが図４のＤで示す燃焼継続期間の中間点である場合に、効果が大きくなる。そして駆動運転モード期間Ａの終了時期Ｇは、圧縮工程の上死点前４０°から圧縮工程の上死点後５０°までのクランク角度の期間内から選べる。
本実施例と第三の問題点を解決する実施例とは相反する。しかし二つの実施例は適用する負荷時が異なり、本実施例は高負荷時に適用され、第三の問題点を解決する実施例は高負荷時以外に適用される。
【００３１】
第五の問題点を解決する実施例の作用を説明する。
上記の様に設定すると、毎分当たりの回転数が同じ従来例の場合に比べて、燃焼工程時のクランク軸の回転速度を加速できる。この結果、ピストンが下降する事で燃焼室容積が増加する事による圧力の減少要素が増加して、高速に加速する程、ノッキングが発生し難くなる。
第五の問題点を解決する実施例の効果を説明する。
その結果、従来よりも多くの混合気をノッキング無しに燃焼できる。従って、高速時のトルクが向上する。
また、毎分当たりの回転数が従来例よりも低い回転域で、耐ノッキング性の改善が得られる。
この実施例は、加速に関する時期を決めているのであるから、気筒式によって効果が制限されてしまうという事は無い。            
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】基本的な構成の説明図。
【図２】電動モーターによってクランク軸を駆動する期間・発電運転する期間と実際に従来例より時間が短くなる期間・長くなる期間との関係を説明する図で、本発明のすべての実施例を共通に説明する図である。
【図３】本発明の第一から第五までの実施例を説明する円図群で、第一気筒の工程の進行に伴って各シリンダーがどの工程にあるのかをクランク角度で示してあって、左側のＡ列は第一の問題点を解決する実施例を示し、中央のＢ列は第三と第五の問題点を解決する実施例を示し、右側のＣ列は第二の問題点を解決する実施例を示し、一番上の一行目は第一気筒を示し、二行目は第二気筒を示し、図３は４サイクル３気筒式に適用した場合の円図である。
【図４】図３とほぼ同様の説明図で、相違点は４サイクル４気筒式に適用した点である。
【図５】図３とほぼ同様の説明図で、相違点は４サイクル５気筒式に適用した点である。
【図６】図３とほぼ同様の説明図で、相違点は４サイクル６気筒式に適用した点である。
【図７】図３とほぼ同様の説明図で、相違点は４サイクル７気筒式に適用した点である。
【図８】図３とほぼ同様の説明図で、相違点は４サイクル８気筒式に適用した点である。
【図９】本発明の第四の実施例を説明した円図群で、左側のＡ列は第一気筒の燃焼行程時と同じ時間の各気筒の工程を示し、右側のＢ列は第一気筒の燃焼行程時直後と同じ時間の各気筒の工程を示し、２サイクル２気筒式に適用した場合の円図である。
【図１０】図９とほぼ同様の説明図で、相違点は２サイクル３気筒式に適用した点である。
【図１１】３ＲＺ-ＦＥエンジンと２２Ｒ-Ｅエンジンの出力とトルクを示す従来例の図。
【図１２】吸・排気カムのリフト・カーブを示す従来例の図。
【符号の説明】
【００３３】
１          エンジン
２          クランクシャフト
３          電動モーター
４          電子制御回路
５          クランク角度を検出するセンサー
Ａ          Ｂに隣接する図２の駆動・加速運転モード期間  
ＡＡ        駆動運転モード期間Ａの前半の期間
ＡＡＡ      駆動運転モード期間Ａの後半の期間
Ｂ          Ａに隣接する図２の発電運転モード期間
ＢＢ        発電運転モード期間Ｂの後半の期間
ＢＢＢ      発電運転モード期間Ｂの前半の期間
Ｄ          燃焼工程と同じ時間の全ての気筒の工程
Ｆ          図２の発電運転モード期間の終了時期
Ｇ          図２の駆動運転モード期間の終了時期
Ｈ          図２の従来例との時間の偏差量を示す基準になる水平線
Ｉ          図２の時間の経過する方向を示す矢印
Ｌ１        ３ＲＺ-ＦＥエンジンの最大トルク値
Ｌ２        ２２Ｒ-Ｅエンジンの最大トルク値
Ｍ１        図１２の吸・排気カムの開弁期間初期
Ｍ２        図１２の吸・排気カムの開弁期間中期  
【図１】
2004340123.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2004340123.tif 000010
【図９】
2004340123.tif 000011
【図１０】
2004340123.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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