(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク軸を回転させる内燃機関と、
該クランク軸と同一軸上に配置された回転軸を回転させる発電電動機と、
該クランク軸と該回転軸との間に設けられ、両者を切断又は接続する電磁クラッチと、
該内燃機関、該発電電動機及び該電磁クラッチを制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記クランク軸のクランク角を検出するクランク角検出手段と、
前記回転軸の回転角を検出する回転角検出手段と、
該クランク角と該回転角とが所定位相になるように該クランク軸と該回転軸とを接続する位相調整手段とを有し、
前記位相調整手段は、前記クランク軸と前記回転軸とが切断された時の前記回転角を切断時回転角として記憶する記憶手段と、
現実の該回転角と該切断時回転角との角度差を算出する算出手段と、
前記クランク角に基づき、該角度差がないように該クランク軸と該回転軸とを再度接続させる再接続手段とを有し、
前記位相調整手段は、前記クランク角検出手段によって前記内燃機関の停止が判定されている間に前記記憶手段、前記算出手段及び前記再接続手段を実行させることを特徴とするパラレルハイブリッドパワートレーン。
【請求項２】
クランク軸を回転させる内燃機関と、
該クランク軸と同一軸上に配置された回転軸を回転させる発電電動機と、
該クランク軸と該回転軸との間に設けられ、両者を切断又は接続する電磁クラッチと、
該内燃機関、該発電電動機及び該電磁クラッチを制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記クランク軸のクランク角を検出するクランク角検出手段と、
前記回転軸の回転角を検出する回転角検出手段と、
該クランク角と該回転角とが所定位相になるように該クランク軸と該回転軸とを接続する位相調整手段とを有し、
前記位相調整手段は、該クランク軸と該回転軸とを切断前の位相で接続した仮接続状態を仮定し、該仮接続状態における前記クランク角と該回転角とがなす第１相対角度を算出する第１算出手段と、
現実の該クランク角と該回転角とがなす第２相対角度を算出する第２算出手段と、
該第１相対角度が該第２相対角度になるように該クランク軸と該回転軸とを接続する再接続手段とを有し、
前記位相調整手段は、前記クランク角検出手段によって前記内燃機関が動作中であると判定されている間に前記第１算出手段、前記第２算出手段及び前記再接続手段を実行させることを特徴とするパラレルハイブリッドパワートレーン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はパラレルハイブリッドパワートレーンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、クランク軸を回転させる内燃機関と、クランク軸と同一軸上に配置された回転軸を回転させる電動機と、クランク軸と回転軸との間に設けられ、両者を接続又は切断する電磁クラッチと、内燃機関、電動機及び電磁クラッチを制御する制御手段とを備えたパラレルハイブリッドパワートレーンが知られている（特許文献１）。このパラレルハイブリッドパワートレーンでは、電動機の回転軸が車両の駆動輪に伝達されるようになっている。また、内燃機関が多気筒のピストン式である場合には、各ピストンの上下動によって内燃機関がトルク変動を生じるため、制御手段はそのトルク変動を抑制するように電動機を制御する。
【０００３】
このパラレルハイブリッドパワートレーンでは、電磁クラッチによってクランク軸と回転軸とが切断されておれば、電動機によって駆動輪が駆動されることとなる。他方、電磁クラッチによってクランク軸と回転軸とが接続されておれば、内燃機関によって駆動輪が駆動されることとなる。そして、このパラレルハイブリッドパワートレーンでは、制御装置が内燃機関の運転状態に基づいて電動機を駆動することから、内燃機関のトルク変動が抑制される。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３２６０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記従来のパラレルハイブリッドパワートレーンでは、クランク軸と回転軸との接続をクランク軸のクランク角及び回転軸の回転角にかかわらずに行っている。このため、トルク変動をクランク角にかかわらずに電動機によって抑制しようとする場合には、電動機の制御が複雑となり、効果的な振動低減効果が得られ難い。一方、電動機は、ステータとロータとを有し、周方向にある程度の不連続性を伴うことから、内燃機関と電動機とを電動機の回転角にかかわらずに接続すると、必ずしもトルク変動を十分に抑制できない。このため、このパラレルハイブリッドパワートレーンを採用する場合には、これが搭載される車両等に振動を生じやすく、静粛性に満足が得られにくい。
【０００６】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、搭載される車両等の静粛性をより向上させることのできるパラレルハイブリッドパワートレーンを提供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のパラレルハイブリッドパワートレーンは、クランク軸を回転させる内燃機関と、
該クランク軸と同一軸上に配置された回転軸を回転させる発電電動機と、
該クランク軸と該回転軸との間に設けられ、両者を切断又は接続する電磁クラッチと、
該内燃機関、該発電電動機及び該電磁クラッチを制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記クランク軸のクランク角を検出するクランク角検出手段と、
前記回転軸の回転角を検出する回転角検出手段と、
該クランク角と該回転角とが所定位相になるように該クランク軸と該回転軸とを接続する位相調整手段とを有し、
前記位相調整手段は、前記クランク軸と前記回転軸とが切断された時の前記回転角を切断時回転角として記憶する記憶手段と、
現実の該回転角と該切断時回転角との角度差を算出する算出手段と、
前記クランク角に基づき、該角度差がないように該クランク軸と該回転軸とを再度接続させる再接続手段とを有し、
前記位相調整手段は、前記クランク角検出手段によって前記内燃機関の停止が判定されている間に前記記憶手段、前記算出手段及び前記再接続手段を実行させることを特徴とする。
【０００８】
本発明のパラレルハイブリッドパワートレーンでは、クランク角検出手段がクランク軸のクランク角を検出し、回転角検出手段が回転軸の回転角を検出する。そして、位相調整手段は、クランク角と回転角とが所定位相になるようにクランク軸と回転軸とを接続する。このため、例えば、内燃機関が多気筒のピストン式であることによりトルク変動が生じる場合には、クランク角から予測されるそのトルク変動に対し、発電電動機の周方向の不連続性を考慮した負荷を効果的に作用させることができる。
【０００９】
したがって、本発明のパラレルハイブリッドパワートレーンによれば、搭載される車両等の静粛性をより向上させることが可能である。
【００１０】
位相調整手段は、クランク角と回転角とが同一位相となるようにクランク軸と回転軸とを接続するものであってもよく、クランク角と回転角とが一定の位相だけずれるようにクランク軸と回転軸とを接続するものであってもよい。
【００１１】
なお、特開平９−１３３０４１号公報には、クランク軸を回転させる内燃機関と、クランク軸と同一軸上に配置された回転軸を回転させる発電電動機とを備えたパラレルハイブリッドパワートレーンが開示されている。しかしながら、このパラレルハイブリッドパワートレーンは、クランク軸と回転軸とを切断又は接続する電磁クラッチを備えておらず、内燃機関のクランク軸と発電電動機の回転軸とが常に連れ回りし、内燃機関や発電電動機の動力損失を生じる。この点、本発明のパラレルハイブリッドパワートレーンは、電磁クラッチによってクランク軸と回転軸とを切断又は接続可能である。クランク軸と回転軸とが切断された状態では、発電電動機が回転軸を駆動している間に内燃機関の負荷が作用せず、発電電動機に動力損失を生じない。また、クランク軸と回転軸とが接続された状態では、内燃機関が駆動している間に発電電動機によって発電を行いながら負荷を内燃機関に付与してトルク変動を抑制することができる。また、本発明のパラレルハイブリッドパワートレーンは、こうして発電電動機によってトルク変動を抑制できることから、例えば特開２００１−１３６６０５号公報や特開２００４−３１２８５７号公報に開示されているようなダンパをクランク軸と回転軸との間に設ける必要性も低めることが可能になる。
【００１２】
また、特開２００２−３７１８８３号公報には、クランク軸を回転させる内燃機関と、回転軸を回転させる発電電動機と、クランク軸と回転軸との間に設けられ、両者を切断又は接続する電磁クラッチとを備えたパラレルハイブリッドパワートレーンが開示されている。しかしながら、このパラレルハイブリッドパワートレーンは、クランク軸と回転軸とが同一軸上に配置されておらず、動力伝達機構の存在によって体格が大きくなる懸念がある。この点、本発明のパラレルハイブリッドパワートレーンは、クランク軸と回転軸とが同一軸上に配置されていることから、動力伝達機構の必要性を低下させ、小型化も実現可能である。
【００１３】
本発明のパラレルハイブリッドパワートレーンにおいては、位相調整手段は、クランク軸と回転軸とが切断された時の回転角を切断時回転角として記憶する記憶手段と、現実の回転角と切断時回転角との角度差を算出する算出手段と、クランク角に基づき、角度差がないようにクランク軸と回転軸とを再度接続させる再接続手段とを有する。
【００１４】
この場合、切断時回転角は変化しないものの、発電電動機が駆動する回転軸によって動力が活用されている場合には、現実の回転角は変化している。この間、内燃機関が駆動している場合には、クランク角も変化している。内燃機関が停止している場合には、クランク角は変化しない。このため、クランク軸と回転軸とを再度接続する際には、再接続手段は、それらクランク角に基づき、現実の回転角と切断時回転角との角度差がないようにする。これにより、クランク軸と回転軸とは切断前の位相で再接続されることとなり、発電電動機による内燃機関のトルク変動の抑制等を継続することが可能になる。
【００１５】
この際、位相調整手段は、クランク角検出手段によって内燃機関の停止が判定されている間に記憶手段、算出手段及び再接続手段を実行させる。内燃機関が停止しておればクランク角が変化しないため、クランク軸と回転軸との接続が容易になる。
【００１６】
また、本発明のパラレルハイブリッドパワートレーンは、クランク軸を回転させる内燃機関と、
該クランク軸と同一軸上に配置された回転軸を回転させる発電電動機と、
該クランク軸と該回転軸との間に設けられ、両者を切断又は接続する電磁クラッチと、
該内燃機関、該発電電動機及び該電磁クラッチを制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記クランク軸のクランク角を検出するクランク角検出手段と、
前記回転軸の回転角を検出する回転角検出手段と、
該クランク角と該回転角とが所定位相になるように該クランク軸と該回転軸とを接続する位相調整手段とを有し、
前記位相調整手段は、該クランク軸と該回転軸とを切断前の位相で接続した仮接続状態を仮定し、該仮接続状態における前記クランク角と該回転角とがなす第１相対角度を算出する第１算出手段と、
現実の該クランク角と該回転角とがなす第２相対角度を算出する第２算出手段と、
該第１相対角度が該第２相対角度になるように該クランク軸と該回転軸とを接続する再接続手段とを有し、
前記位相調整手段は、前記クランク角検出手段によって前記内燃機関が動作中であると判定されている間に前記第１算出手段、前記第２算出手段及び前記再接続手段を実行させることを特徴とする。
【００１７】
この場合、発電電動機が駆動する回転軸によって動力が活用されている場合には、現実の回転角は変化している。この間、内燃機関が駆動している場合には、クランク角も変化している。内燃機関が停止している場合には、クランク角は変化しない。このため、クランク軸と回転軸とを再度接続する際、まず、第１算出手段はクランク軸と回転軸とを接続した仮接続状態を仮定する。この仮接続状態では、クランク軸と回転軸とが切断前の位相で再接続されているとは限らないことから、第１算出手段は、仮接続状態におけるクランク角と回転角とがなす第１相対角度を算出する。一方、第２算出手段は現実のクランク角と回転角とがなす第２相対角度を算出する。そして、再接続手段は、第１相対角度が第２相対角度になるようにクランク軸と回転軸とを接続する。これにより、クランク軸と回転軸とは、仮接続状態からのずれが是正されて切断前の位相で再接続されることとなり、発電電動機によるトルク変動の抑制等を継続することが可能になる。
【００１８】
この際、位相調整手段は、クランク角検出手段によって内燃機関が動作中であると判定されている間に第１算出手段、第２算出手段及び再接続手段を実行させる。内燃機関が駆動しておればクランク角は変化しているが、仮接続状態からのずれを是正することで、クランク軸と回転軸との再接続を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明のパラレルハイブリッドパワートレーンをハイブリッドフォークリフトに具体化した実施例１、２を図面を参照しつつ説明する。
【実施例１】
【００２０】
実施例１のパラレルハイブリッドパワートレーンは、図１に示すように、多気筒のピストン式内燃機関１を備えている。内燃機関１はクランク軸１ａを回転させるようになっており、クランク軸１ａと同一軸上には発電電動機２の回転軸２ａが配置されている。また、クランク軸１ａと回転軸２ａとの間には、両者を切断又は接続する電磁クラッチ３が設けられている。発電電動機２の回転軸２ａは荷役用ポンプ４を駆動するように構成されている。発電電動機２にはインバータ５が接続されており、インバータ５はバッテリ６に接続されている。
【００２１】
このパラレルハイブリッドパワートレーンは、クランク軸１ａと回転軸２ａとが電磁クラッチ３によって切断された状態では、発電電動機２が回転軸２ａを駆動している間に内燃機関１の負荷が作用せず、発電電動機２に動力損失を生じない。また、クランク軸１ａと回転軸２ａとが接続された状態では、内燃機関１が駆動している間に発電電動機２によって発電を行いながら負荷を内燃機関１に付与してトルク変動を抑制することができる。
【００２２】
このパラレルハイブリッドパワートレーンの特徴的な構成として、内燃機関１にはクランク軸１ａのクランク角αを検出するクランク角検出手段としてのクランク角センサ７が設けられている。また、発電電動機２には回転軸２ａの回転角βを検出する回転角検出手段としてのレゾルバ８が設けられている。クランク角センサ７、電磁クラッチ３、レゾルバ８及びインバータ５はコントローラ９に接続されている。
【００２３】
コントローラ９は、クランク角センサ７と電気的に接続されたエンジン制御基板１０と、電磁クラッチ３と電気的に接続されたクラッチ制御基板１１と、レゾルバ８及びインバータ５と電気的に接続されたモータコントロール基板１２とを有している。エンジン制御基板１０及びクラッチ制御基板１１はモータコントロール基板１２に信号を送信可能になっている。クランク角センサ７、レゾルバ８及びコントローラ９が制御手段であり、コントローラ９が位相調整手段である。
【００２４】
コントローラ９は、図２に示すように、クランク角センサ７及びレゾルバ８からの入力信号が入力され、電磁クラッチ３に出力信号を出力するマイコン２０と、マイコン２０と電気的に接続されたメモリ等の記憶手段２１とを有している。
【００２５】
マイコン２０は、電磁クラッチ３から出力される信号によってクランク軸１ａと回転軸２ａとが切断された瞬間を把握し、この時の回転角βを変化しない切断時回転角βOFFとして記憶手段２１に記憶させる。
【００２６】
また、マイコン２０には、インストールされているプログラムによって算出手段２０ａと再接続手段２０ｂとが構成されている。マイコン２０は、クランク角センサ７からの入力信号によって内燃機関１の停止が判定されている間、以下の処理を行う。
【００２７】
発電電動機２が駆動する回転軸２ａによって荷役ポンプ４が駆動されている場合、算出手段２０ａは、レゾルバ８からの入力信号によって現実の回転角βXを常時把握しつつ、この現実の回転角βXと記憶手段２１に記憶されている切断時回転角βOFFとの角度差Δβを算出する。
【００２８】
そして、再接続手段２０ｂは、内燃機関１が停止した瞬間のクランク角αに基づき、角度差Δβがないようにクランク軸１ａと回転軸２ａとを再度接続させる出力信号を発する。再接続手段２０ｂが発した出力信号によって電磁クラッチ３が動作を行う。この際、電磁クラッチ３の動作による遅れを加味して角度差Δβがないようにする。
【００２９】
これにより、クランク軸１ａと回転軸２ａとは切断前の位相で再接続されることとなる。このため、クランク角αから予測される内燃機関１のトルク変動に対し、発電電動機２の周方向の不連続性を考慮した負荷を効果的に作用させ、内燃機関１のトルク変動の抑制等を継続することが可能になる。
【００３０】
したがって、実施例１のハイブリッドフォークリフトは優れた静粛性を実現できる。また、実施例１のパラレルハイブリッドパワートレーンは、クランク軸１ａと回転軸２ａとの間に電磁クラッチ３を有し、かつクランク軸１ａと回転軸２ａとが同一軸上に配置されていることから、クランク軸１ａと回転軸２ａとの間にダンパや動力伝達機構を設ける必要がなく、小型化も実現可能である。
【実施例２】
【００３１】
実施例２のパラレルハイブリッドパワートレーンでは、図１に示すコントローラ９は、図３に示すように、クランク角センサ７及びレゾルバ８からの入力信号が入力され、電磁クラッチ３に出力信号を出力するマイコン３０を有している。
【００３２】
マイコン３０には、インストールされているプログラムによって第１算出手段３０ａと第２算出手段３０ｂと再接続手段３０ｃとが構成されている。他の構成は実施例１と同様である。マイコン３０は、クランク角センサ７からの入力信号によって内燃機関１が動作中であると判定されている間、以下の処理を行う。
【００３３】
第１算出手段３０ａは、クランク軸１ａと回転軸２ａとを接続した仮接続状態を仮定する。この仮接続状態では、クランク軸１ａと回転軸２ａとが切断前の位相で再接続されているとは限らないことから、第１算出手段３０ａは、仮接続状態におけるクランク角αPと回転角βPとが切断前になす第１相対角度θR1を算出する。
【００３４】
一方、第２算出手段３０ｂは、現実のクランク角αXと回転角βXとがなす第２相対角度θR2を算出する。
【００３５】
そして、再接続手段３０ｃは、第１相対角度θR1が第２相対角度θR2になるようにクランク軸１ａと回転軸２ａとを再度接続する出力信号を発する。再接続手段３０ｃが発した出力信号によって電磁クラッチ３が動作を行う。この際、電磁クラッチ３の動作による遅れを加味して第１相対角度θR1が第２相対角度θR2になるようにする。
【００３６】
これにより、クランク軸１ａと回転軸２ａとは、仮接続状態からのずれが是正されて切断前の位相で再接続されることとなり、実施例１と同様、発電電動機２によるトルク変動の抑制等を継続することが可能になる。他の作用効果は実施例１と同様である。
【００３７】
なお、実施例１、２の各例において、発電電動機２の回転軸２ａは荷役ポンプ４を駆動するように構成されているが、車両駆動用にパラレルハイブリッドパワートレーンを構成することも可能であり、発電電動機２の回転軸２ａは車両駆動輪を駆動するよう構成してもよい。
【００３８】
以上において、本発明を実施例１、２に即して説明したが、本発明は上記実施例１、２に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明のパラレルハイブリッドパワートレーンは、フォークリフト等の産業車両に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】実施例１、２のパラレルハイブリッドパワートレーンの模式構成図である。
【図２】実施例１のコントローラのブロック構成図である。
【図３】実施例２のコントローラのブロック構成図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ａ…クランク軸
１…内燃機関
２ａ…回転軸
２…発電電動機
３…電磁クラッチ
７、８、９…制御手段
α…クランク角
７…クランク角検出手段（クランク角センサ）
８…回転角検出手段（レゾルバ）
β…回転角
９…位相調整手段（コントローラ）
βOFF…切断時回転角
２１…記憶手段
βX…現実の回転角
Δβ…角度差
２０ａ…算出手段
２０ｂ…再接続手段
αP…仮接続状態におけるクランク角
βP…仮接続状態における回転角
θR1…第１相対角度
３０ａ…第１算出手段
αX…現実のクランク角
θR2…第２相対角度
３０ｂ…第２算出手段
３０ｃ…再接続手段
【図１】
0005193515.tif 000002
【図２】
0005193515.tif 000003
【図３】
0005193515.tif 000004