(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンに駆動されて交流電流を発電するとともに、車両の始動時に前記エンジンを駆動するスタータとして機能するモータジェネレータと、
前記車両を駆動するモータと、
前記モータジェネレータが発電した交流電流を整流するダイオード整流器と、
前記ダイオード整流器と前記モータとの間の給電経路に接続され、該給電経路の直流電流を交流電流に変換する第１のインバータと、
前記第１のインバータと並列に前記給電経路に接続された第２のインバータと、
前記給電経路に接続されるバッテリと、
前記第２のインバータを前記モータに接続するモータ給電モードと前記第２のインバータを介して前記バッテリを前記モータジェネレータに接続するスタータ給電モードとの何れかに択一的に切り換え可能なスイッチング手段と
を備えていることを特徴とするハイブリッド車両。
【請求項２】
請求項１記載のハイブリッド車両において、
前記スイッチング手段は、リレースイッチである
ことを特徴とするハイブリッド車両。
【請求項３】
請求項２記載のハイブリッド車両において、
前記リレースイッチを切り換える際に第２のインバータがＯＮのときは、一旦、前記第２のインバータをＯＦＦにしてから前記リレースイッチを切り換える制御手段を備えている
ことを特徴とするハイブリッド車両。
【請求項４】
請求項１から３の何れか１項に記載のハイブリッド車両において、
前記スイッチング手段に設けられる負荷用給電経路と、
前記第２のインバータから給電可能に前記負荷用給電経路に接続される電気機器と
を備えている
ことを特徴とするハイブリッド車両。
【請求項５】
請求項４記載のハイブリッド車両において、
前記電気機器は、１００Ｖの交流電源装置である
ことを特徴とするハイブリッド車両。
【請求項６】
請求項４記載のハイブリッド車両において、
前記電気機器は、車室内用の空調ユニットである
ことを特徴とするハイブリッド車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はハイブリッド車両に関し、特にシリーズハイブリッド車両に好適なハイブリッド車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリーズハイブリッド車両とは、例えば特許文献１に開示されているように、エンジンによって発電機を駆動し，該発電機からモータに電力を供給し、該モータで駆動輪を駆動する車両である。パラレルハイブリッド車両とは異なり、シリーズハイブリッド車両では、エンジンは発電専用に使用され、エンジンが発生した動力は機械的には駆動輪に伝達されない。
【０００３】
ところで、かかるハイブリッド車両の効率を向上するために、特許文献１の構成では、エンジンに駆動されるモータジェネレータの発電電流をダイオード整流器によって整流することにより、発電系の損失を低減し、車両の駆動系に接続されるモータを駆動する構成が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−２０４３７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された先行例のように、モータジェネレータの出力電流をダイオード整流器によって整流した場合には、発電系の損失が低減される。
【０００５】
しかしながら、ダイオード整流器は、モータジェネレータの出力した電流を一方向にしか流すことができないため、モータジェネレータに給電してエンジンのスタータとして機能させることができない。そのため、エンジン始動時にモータジェネレータに給電するためには、ダイオード整流器とモータとの間に介在するインバータを利用することが考えられる。しかし、その場合には、エンジン始動時は、モータの駆動が必要な場合であっても、モータを駆動することができなくなるという問題があった。
【０００６】
他方、車両の運転状況においては、インバータに必要な容量が大きく変化するため、定格よりも遙かに小さい出力で運転する運転領域では、インバータの負荷率が低下する分、インバータ自身の効率が低下するため、インバータを効率的に利用することができないという問題もあった。
【０００７】
本発明は上記不具合に鑑みてなされたものであり、インバータの有効利用や高効率運転を図ることのできるハイブリッド車両を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明は、エンジンに駆動されて交流電流を発電するとともに、車両の始動時に前記エンジンを駆動するスタータとして機能するモータジェネレータと、前記車両を駆動するモータと、前記モータジェネレータが発電した交流電流を整流するダイオード整流器と、前記ダイオード整流器と前記モータとの間の給電経路に接続され、該給電経路の直流電流を交流電流に変換する第１のインバータと、前記第１のインバータと並列に前記給電経路に接続された第２のインバータと、前記給電経路に接続されるバッテリと、前記第２のインバータを前記モータに接続するモータ給電モードと前記第２のインバータを介して前記バッテリを前記モータジェネレータに接続するスタータ給電モードとの何れかに択一的に切り換え可能なスイッチング手段とを備えていることを特徴とするハイブリッド車両である。この態様では、エンジンによって駆動されるモータジェネレータにダイオード整流器を接続することにより、発電系の効率を高め、損失の少ない給電系を構成することができる。しかも、ダイオード整流器が接続される給電経路に並列に接続された２つのインバータが設けられているので、例えば、エンジン始動時にモータの駆動が必要な場合に、モータを第１のインバータで駆動しつつ、モータジェネレータを第２のインバータで駆動することが可能になる。また、複数のインバータを設けているので、給電に要する電流が小さい場合には、一方のインバータをＯＦＦにして運転することにより、稼動しているインバータの負荷率を高め、インバータの効率を高めて給電系全体の効率を向上することも可能になる。「スイッチング手段」の要素としては、リレースイッチの他、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：  Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等を好適に用いることができる。
【０００９】
好ましい態様において、前記スイッチング手段は、リレースイッチである。この態様では、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ等を採用した場合に比べ、損失の少ない回路を構成することができる。
【００１０】
好ましい態様において、前記リレースイッチを切り換える際に第２のインバータがＯＮのときは、一旦、前記第２のインバータをＯＦＦにしてから前記リレースイッチを切り換える制御手段を備えているものである。この態様では、スイッチング手段としてのリレースイッチに通電がされていない状態で切換動作が実行されるので、リレースイッチの劣化を抑制し、長寿命化を図ることができる。
【００１１】
好ましい態様において、前記スイッチング手段に設けられる負荷用給電経路と、前記第２のインバータから給電可能に前記負荷用給電経路に接続される電気機器とを備えている。この態様では、第１のインバータのみで電力を賄うことのできる運転領域では、第２のインバータから所定の電気機器に給電することにより、各インバータの効率向上と稼働率の維持とを図ることができる。
【００１２】
好ましい態様において、前記電気機器は、１００Ｖの交流電源装置である。
【００１３】
好ましい態様において、前記電気機器は、車室内用の空調ユニットである。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明は、複数のインバータを設けて、一方のインバータをモータジェネレータに接続し、エンジンを始動可能に構成しているので、ダイオード整流器を採用しているにも拘わらずエンジンの始動と車両の駆動とを同時に並行して実行することができるとともに、モータの駆動時に、稼動されるインバータを選択することにより、インバータ自身の効率を高めることができるので、インバータの有効利用や高効率運転を図ることができるという顕著な効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の形態について説明する。
【００２０】
なお、以下の各実施形態において、同等の部材には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２１】
図１は本発明の実施の一形態に係るハイブリッド車両の概略構成図であり、図２は同ハイブリッド車両の要部を示す配線図である。
【００２２】
図１を参照して、本実施形態に係るハイブリッド車両は、エンジン１０と、このエンジン１０によって駆動されるモータジェネレータ２０とを有しているシリーズハイブリッド車両である。
【００２３】
エンジン１０は、例えば多気筒４サイクルガソリンエンジンであり、シリンダヘッドとシリンダブロックとによって要部が構成される本体１１と、この本体１１に形成される複数列の気筒１２と、各気筒１２に新気を導入するインテークマニホールド１４と、各気筒１２の既燃ガスを排出するエキゾーストマニホールド１５とを備えている。本体１１には、各気筒１２に対応して設けられた燃料噴射弁１６および点火プラグ１７が取り付けられている。そして、各気筒１２に設けられたピストンを昇降させることにより、当該ピストンに接続されたクランク軸１０ａを駆動するように構成されている。また、インテークマニホールド１４には、新気の量を調整するためのスロットル弁１８が設けられており、スロットルボディのアクチュエータ１９によって駆動されるようになっている。
【００２４】
図２も参照して、モータジェネレータ２０は、エンジン１０のクランク軸１０ａに連結された例えば３相の多相電動発電機であり、エンジン１０に駆動されることによって交流電流を出力するとともに、交流電流を供給されることによってエンジン１０を始動するモータとしても機能するように構成されている。モータジェネレータ２０には、その出力電流を検出するジェネレータ出力電流センサＳＷ１と、回転速度を検出するジェネレータ回転速度センサＳＷ２とが設けられている。
【００２５】
モータジェネレータ２０は、ダイオード整流器２１に接続されている。ダイオード整流器２１は、モータジェネレータ２０の相数ｎに対応した複数組のダイオードＤ１〜Ｄ６を有している。ダイオード整流器２１の出力端子は、給電経路としてのＤＣバスライン２２に接続されている。
【００２６】
ＤＣバスライン２２には、コンデンサＣ１が接続されている。また、ＤＣバスライン２２には、当該ＤＣバスライン２２の電圧を検出するＤＣバスライン電圧センサＳＷ３が接続されている。
【００２７】
本実施形態においては、このＤＣバスライン２２に第１、第２のインバータ２３、２４が並列に接続されている。各インバータ２３、２４は、それぞれ負荷となる多相モータ２５の相数に応じた複数組の素子Ｑ１１〜Ｑ１６、Ｑ２１〜Ｑ２６を有している。各素子Ｑ１１〜Ｑ１６、Ｑ２１〜Ｑ２６は、それぞれトランジスタやダイオード等で構成されている。
【００２８】
第１のインバータ２３は、モータ２５に接続されている。モータ２５は、ハイブリッド車両のディファレンシャル機構２６に接続され、このディファレンシャル機構２６を介してハイブリッド車両の後輪２７側の車軸２８を駆動するものである。また、本実施形態におけるモータ２５は、バッテリ回生用の発電機としても機能するように構成されている。
【００２９】
第２のインバータ２４は、スイッチング手段としてのリレースイッチ２９に接続されている。このリレースイッチ２９は、第２のインバータ２４をモータジェネレータ２０に接続する通常運転用給電経路２９ａと、第２のインバータ２４をモータ２５に接続するスタータ運転用給電経路２９ｂとの接点になっており、第２のインバータ２４を何れかの経路２９ａ、２９ｂに択一的に接続できるように構成されている。この結果、第２のインバータ２４は、運転状態に応じて、第１のインバータ２３とともにモータ２５に交流電流を流したり、モータジェネレータ２０に通電して始動時のエンジン１０を駆動したりできるようになっている。
【００３０】
さらに、ＤＣバスライン２２には、電源装置３０が接続されている。電源装置３０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１と、このＤＣ−ＤＣコンバータ３１に接続されるバッテリ３２とを備えている。
【００３１】
ＤＣ−ＤＣコンバータ３１は、昇圧用素子Ｑ１と、降圧用素子Ｑ２と、リアクトルＬとを備えている。各素子Ｑ１、Ｑ２は、トランジスタを含んでおり、所定タイミングで昇圧用素子Ｑ１のトランジスタをＯＮ／ＯＦＦし、降圧用素子Ｑ２のトランジスタをＯＦＦに維持することにより、リアクトルＬに蓄電してバッテリ３２側を高電圧にし、バッテリ３２からＤＣバスライン２２に電流を流すことができるとともに、所定タイミングで降圧用素子Ｑ２のトランジスタをＯＮ／ＯＦＦし、昇圧用素子Ｑ１のトランジスタをＯＦＦに維持することにより、ＤＣバスライン２２側を高電圧にし、ＤＣバスライン２２からバッテリ３２に電流が流れるように構成されている。
【００３２】
電源装置３０には、バッテリ３２を流れる電流をバッテリ電流Ｉｂとして検出するバッテリ電流センサＳＷ４と、バッテリ３２の電圧をバッテリ電圧Ｖｂとして検出するバッテリ電圧センサＳＷ５が設けられている。
【００３３】
さらに、ハイブリッド車両には、当該車両の運転状態を検出するために、車速センサＳＷ６、アクセル開度センサＳＷ７、ブレーキセンサＳＷ８が設けられている。
【００３４】
図３は、図１に示したハイブリッド車両を示すブロック図である。
【００３５】
図３を参照して、図１に示したハイブリッド車両は、制御手段としての制御ユニット（ＰＣＭ：Ｐｏｗｅｒｔｒａｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｍｏｄｕｌｅ）１００によって制御される。
【００３６】
制御ユニット１００は、ＣＰＵ、メモリ等を備えたマイクロプロセッサであり、プログラムモジュールによって、入力要素からの検出信号を読み取り、所定の演算処理を実行して制御信号を出力要素に出力するものである。なお、図示の例では、一つのユニットとして制御ユニット１００を表しているが、具体的な態様としては、複数のユニットを組み合わせたモジュールアッセンブリであってもよい。
【００３７】
制御ユニット１００の入力要素としては、ジェネレータ出力電流センサＳＷ１、ジェネレータ回転速度センサＳＷ２、ＤＣバスライン電圧センサＳＷ３、バッテリ電流センサＳＷ４、バッテリ電圧センサＳＷ５、車速センサＳＷ６、アクセル開度センサＳＷ７、並びにブレーキセンサＳＷ８が含まれている。
【００３８】
また、制御ユニット１００の出力要素としては、燃料噴射弁１６、点火プラグ１７、スロットル弁アクチュエータ１９、第１、第２インバータ２３、２４、リレースイッチ２９、並びにＤＣ−ＤＣコンバータ３１が含まれる。また、具体的には図示していないが、エンジン１０の燃焼制御のために、エンジン１０に装備されている種々のセンサ（水温センサ、回転角度センサ、スロットル開度センサ等）も接続されている。
【００３９】
図示の例において、制御ユニット１００は、運転状態判定部１０１と、エンジン１０の運転制御を実行する燃焼制御部１１０と、リレースイッチ２９の制御による給電制御を実行するリレー制御部１１１と、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１を制御するバッテリ制御部１１２と、インバータ制御部１１３とを論理的に備えている。
【００４０】
運転状態判定部１０１は、ハイブリッド車両の運転状態を各センサＳＷ１〜ＳＷ７の検出に基づいて判定するものである。本実施形態において、運転状態判定部１０１は、ハイブリッド車両のエンジン運転要求の有無を判定する機能も備えている。
【００４１】
燃焼制御部１１０は、燃料噴射弁１６、点火プラグ１７、スロットル弁アクチュエータ１９等を制御することにより、エンジン１０の回転速度を制御して、ジェネレータ２０の回転速度を制御できるように構成されている。
【００４２】
リレー制御部１１１は、運転状態判定部１０１の判定結果に基づいて、リレースイッチ２９を切り換えることにより、第２のインバータ２４を通常運転用給電経路２９ａからモータ２５に接続するモータ給電モードと、第２のインバータ２４をスタータ運転用給電経路２９ｂからジェネレータ２０に接続して、ジェネレータ２０をモータとして駆動し、エンジン１０を始動するスタータ給電モードとに切り換えるものである。
【００４３】
バッテリ制御部１１２は、バッテリ電流センサＳＷ４およびバッテリ電圧センサＳＷ５の出力に基づいて、通常は、電源装置３０の使用時におけるバッテリ３２からの出力電流を一定に維持したり、バッテリ回生時の過電流を防止したりする機能を果たしている。
【００４４】
インバータ制御部１１３は、運転状態判定部１０１の判定結果に基づき、第１、第２のインバータ２３、２４のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御して、各インバータ２３、２４の給電対象に対する負荷状態を最適に制御するものである。
【００４５】
制御ユニット１００は、運転状態判定部１０１の判定結果に基づき、エンジン１０、モータジェネレータ２０、第１、第２のインバータ２３、２４、モータ２５、リレースイッチ２９、並びにＤＣ−ＤＣコンバータ３１等を制御する。その制御により、車両の始動時や低トルク時の運転領域には、リレースイッチ２９を切り換えて第２のインバータ２３をモータ２５に接続し、バッテリ３２の電力を第１、第２のインバータ２３、２４からモータ２５に供給し、車両をバッテリ３２の給電に基づいて駆動する。また、要求負荷が中高トルクの運転領域では、リレー制御部１１１が後述するフローチャートに基づいてリレースイッチ２９をスタータ給電モードに切り換えることにより、エンジン１０を始動してモータジェネレータ２０を発電機として利用し、エンジン１０を始動した後は、モータジェネレータ２０から供給される電流で、主として第１のインバータ２３からモータ２５を駆動するようにしている。
【００４６】
次に、図４を参照して、本実施形態において、エンジン１０が始動されていない運転領域からエンジン１０を始動する場合の制御例について説明する。
【００４７】
図４および図５は、図１の実施形態において、エンジン始動時の制御例を示すフローチャートである。
【００４８】
図４および図５に示す制御例において、運転状態判定部１０１は、バッテリ電圧センサＳＷ５、車速センサＳＷ６、アクセル開度センサＳＷ７、ブレーキセンサＳＷ８を初めとする入力要素の検出信号から、エンジン１０の始動要求を判定する（ステップＳ１、Ｓ２）。具体的には、ブレーキが踏み込まれておらず、アクセルが踏み込まれている車両の中高負荷運転領域で運転されている場合には、エンジン１０の始動要求があると判定する。エンジン１０の始動要求があったと判定した場合、運転状態判定部１０１は、第２のインバータ２４がＯＦＦであるか否かを判定する（ステップＳ３）。仮に第２のインバータ２４がＯＮになっている場合には、まず、第２のインバータ２４をＯＦＦにする（ステップＳ４）。第２のインバータ２４がＯＦＦであった場合、または第２のインバータ２４をＯＦＦに切り換えた場合、運転状態判定部１０１は、リレースイッチ２９がスタータ給電モード（第２のインバータ２４をモータジェネレータ２０に接続しているモード）であるか否かを判定する（ステップＳ５）。仮に、リレースイッチ２９がスタータ給電モードでない場合、すなわち、モータ給電モード（第２のインバータ２４をモータ２５に接続しているモード）である場合、リレー制御部１１１は、リレースイッチ２９をスタータ給電モードに切り換え、第２のインバータ２４をモータジェネレータ２０に接続する（ステップＳ６）。リレースイッチ２９がスタータ給電モードであった場合、またはスタータ給電モードに切り換えられた場合、インバータ制御部１１３が第１、第２のインバータ２４をともにＯＮにする（ステップＳ７）。また、この際、バッテリ３２の電圧ＶｂよりもＤＣバスライン２２の電圧Ｖｄｃの方が低ければ、バッテリ制御部１１２がＤＣ−ＤＣコンバータ３１の昇圧動作を実行する。これにより、電源装置３０から電流がＤＣバスライン２２を経由して第１、第２のインバータ２３、２４に流れ、第１のインバータ２３からはモータ２５を駆動する駆動電流が流れるとともに、第２のインバータ２４からは、モータジェネレータ２０を駆動する駆動電流が流れる。この結果、モータジェネレータ２０はモータとして機能し、エンジン１０のクランク軸１０ａを駆動してエンジン１０を始動する一方、このエンジン始動と並行してモータ２５が駆動され、車両を駆動する。このように本実施形態では、複数のインバータ２３、２４を採用することにより、モータジェネレータ２０によるエンジン１０の始動動作と、モータ２５による車両の駆動動作とを同時に並行して実行することができる。
【００４９】
エンジン１０が駆動されると、モータジェネレータ２０の回転速度Ｎｅ（従ってエンジン回転速度）が所定の始動速度Ｎ１以上に達するのを待機する（ステップＳ８）。
【００５０】
モータジェネレータ２０の回転速度Ｎｅが始動速度Ｎ１に達すると、制御ユニット１００は、モータジェネレータ２０の回転速度Ｎｅが始動速度Ｎ１に維持されるように供給電流量を制御する（ステップＳ９）。具体的には、バッテリ制御部１１２によるＤＣ−ＤＣコンバータ３１のスイッチング動作や、インバータ制御部１１３による第２のインバータ２４の制御によって供給電流量が制御される。
【００５１】
次いで、燃焼制御部１１０は、エンジン１０の吸気圧や燃料噴射量、燃料噴射タイミング、並びに点火タイミングを周知のエンジン制御方法に基づいて制御し、エンジン１０の燃焼制御を実行する（ステップＳ１０）。次いで、制御ユニット１００は、モータジェネレータ２０の回転速度Ｎｅが所定の始動終了速度Ｎ２以上に達するのを待機する（ステップＳ１１）。
【００５２】
そして、モータジェネレータ２０の回転速度Ｎｅが始動終了速度Ｎ２以上に達すると、インバータ制御部１１３は、第２のインバータ２４を一旦ＯＦＦにし（ステップＳ１２）、クランクキング動作を終了する。
【００５３】
次いで、図５に示すように、電流が止まるとリレー制御部１１１は、リレースイッチ２９をモータ給電モードに切り換え（ステップＳ１４）、その後は、通常運転モードに移行して（ステップＳ１５）、両インバータ２３、２４のＯＮ／ＯＦＦ動作やＤＣ−ＤＣコンバータ３１のスイッチング動作が制御される。本実施形態においては、リレースイッチ２９をモータ給電モードに切り換えた後も、運転状況に応じて第２のインバータ２４をＯＮ／ＯＦＦすることにより、第１のインバータ２３自身の効率を向上し、給電系の効率を全体として高めることも可能になる。
【００５４】
図６は、図４および図５の制御において、クランキング動作を開始してからクランキング動作を終了するまでの電流の流れを示す状態遷移図である。
【００５５】
本実施形態ではリレースイッチ２９で運転モードの切り換えを実現しているので、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを利用したスイッチング手段に比べ、損失は少ないものの、給電中の切り換えは、劣化が大きくなり好ましくない。そこで、本実施形態では、図６に示すように、運転モードの切り換えを要する運転状況では、まず、リレースイッチ２９の通電をＯＦＦにし（図４のステップＳ４、ステップＳ１２）、通電がＯＦＦになってからリレースイッチ２９を切り換え（図４のステップＳ６、図５のステップＳ１４）、その後、改めて通電するようにしている。
【００５６】
これにより、リレースイッチ２９の劣化を防止しつつ、損失の少ない回路構成を実現することが可能になっている。
【００５７】
以上説明したように本実施形態では、エンジン１０によって駆動されるモータジェネレータ２０にダイオード整流器２１を接続することにより、発電系の効率を高め、損失の少ない給電系を構成することができる。しかも、ダイオード整流器２１が接続されるＤＣバスライン２２に並列に接続された２つのインバータ２３、２４が設けられており、リレースイッチ２９によって、第２のインバータ２４を介して電源装置３０がモータジェネレータ２０並びにモータ２５に対し選択的に接続可能に構成されているので、例えば、エンジン始動時にモータ２５の駆動が必要な場合に、モータ２５を第１のインバータ２３で駆動しつつ、モータジェネレータ２０を第２のインバータ２４で駆動することが可能になる。
【００５８】
図７は、インバータの特性図である。
【００５９】
図７を参照して、一般的なインバータは、図２に示した素子Ｑ１１〜Ｑ１６、Ｑ２１〜Ｑ２６のようにダイオードを有している。そのため、負荷率（出力電流）が低い稼動領域では、効率が著しく低下する特性を持つ。この点、本実施形態においては、複数のインバータ２３、２４を設けているので、給電に要する電流が小さい場合には、一方のインバータ（主として第２のインバータ２４）をＯＦＦにして運転することにより、稼動しているインバータの負荷率を高め、インバータ自身の効率を高めて給電系全体の効率を向上することも可能になるのである。
【００６０】
また本実施形態では、スイッチング手段としてリレースイッチ２９を採用している。このため本実施形態では、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ等を採用した場合に比べ、損失の少ない回路を構成することができる。
【００６１】
また本実施形態では、リレースイッチ２９を切り換える際に第２のインバータ２４がＯＮのときは、一旦、第２のインバータ２４をＯＦＦにしてからリレースイッチ２９を切り換えて、その後、第２のインバータ２４をＯＮにするものである。このため本実施形態では、リレースイッチ２９に通電がされていない状態で切換動作が実行されるので、リレースイッチ２９の劣化を抑制し、長寿命化を図ることができる。
【００６２】
上述した実施形態は本発明の好ましい具体例を示したものに過ぎず、本発明は上述した実施形態に限定されない。
【００６３】
図８は本発明の別の実施形態に係る回路図である。
【００６４】
図８に示す実施形態では、スイッチング手段として、第２のインバータ２４を３経路に切換可能なリレースイッチ２９を採用し、このリレースイッチ２９に、負荷用経路２９ｃを接続している。この負荷用経路２９ｃには、電気機器５０が接続されているとともにこの電気機器５０とリレースイッチ２９との間には、ＯＮ／ＯＦＦ用のリレースイッチ５１が接続されている。
【００６５】
電気機器５０としては、車載用の電源装置（ＡＣ１００Ｖ）や、車室用エアコンが例示される。これらの電気機器５０は、第２のインバータ２４がモータ２５に給電を要しない運転領域において、リレー制御部（図３のリレー制御部１１１に相当のもの）の切換動作により、第２のインバータ２４から電気機器５０に給電するように構成されている。これにより、個々のインバータ２３、２４の効率向上と稼働率の維持とを両立させることが可能になる。
【００６６】
また、「スイッチング手段」の要素としては、リレースイッチの他、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ等を好適に用いることができる。
【００６７】
次に、本発明のさらに別の実施形態について説明する。
【００６８】
図９は本発明の実施の一形態に係るハイブリッド車両の概略構成図である。
【００６９】
図９を参照して、本実施形態に係るハイブリッド車両は、モータジェネレータ２０、ＤＣバスライン２２、並びにインバータ２３が３相の第１の給電経路を構成している一方、モータジェネレータ２０とモータ２５との間には、第１の給電経路と並列に第２の給電経路を構成するバイパス回路４０が設けられている。
【００７０】
バイパス回路４０は、モータジェネレータ２０等の各相（ｕ相、ｖ相、ｗ相）に対応して相毎に設けられたＡＣバイパススイッチ４１〜４３で構成されている。
【００７１】
図１０は、図９のバイパス回路４０のＡＣバイパススイッチ４１〜４３の詳細を示す回路図である。
【００７２】
図１０も参照して、各ＡＣバイパススイッチ４１〜４３は、モータジェネレータ２０からモータ２５へ流れる方向の電流を制御する順方向用トランジスタ４１ａ〜４３ａと、モータ２５からモータジェネレータ２０へ流れる方向の電流を制御する逆方向用トランジスタ４１ｂ〜４３ｂと二つ一組で構成した半導体スイッチで具体化されている。各トランジスタ４１ａ〜４３ａ、４１ｂ〜４３ｂは、制御ユニット１００によってＯＮ／ＯＦＦ動作が制御されるように構成されている。
【００７３】
図１１を参照して、図９に示したハイブリッド車両の制御ユニット１００には、入力要素として、モータ２５自身の運転状態や給電方法等を制御するために、モータ２５に設けられたモータ電流センサＳＷ９と、モータ回転角センサＳＷ１０とが接続されている。
【００７４】
また、制御ユニット１００の出力要素としては、燃料噴射弁１６、点火プラグ１７、スロットル弁アクチュエータ１９、モータジェネレータ２０、ダイオード整流器２１、インバータ２３の他、ＡＣバイパススイッチ４１〜４３が含まれる。
【００７５】
図９の実施形態においては、制御ユニット１００が論理的に構成する運転状態判定部１０１は、モータジェネレータ２０によるエンジン１０のクランキングの要否をも、この運転状態判定部１０１で判定するように構成されている。制御ユニット１００のメモリには、予め、実験等によって得られたクランキングの要否を判定するデータマップが記憶されており、車速センサＳＷ６、アクセル開度センサＳＷ７、ブレーキセンサＳＷ８、バッテリ電圧センサＳＷ５の出力値に基づいて、クランキングの要否を判定することができるようになっている。
【００７６】
さらに、図９の実施形態において、エンジン制御ユニット１００は、クランキング制御部１１４を論理的に構成している。
【００７７】
クランキング制御部１１４は、モータジェネレータ２０を用いてエンジン１０を始動する制御を司る論理的なモジュールである。本実施形態において、クランキング制御部１１４は、モータジェネレータ２０によるエンジン１０のクランキング動作の際、モータジェネレータ２０に給電する際の電流値や、インバータ２３並びにＡＣバイパススイッチ４１〜４３によるスイッチング制御をも司り、これによって、電源装置３０から出力された直流電流をインバータ２３によって単相の交流電流に変換したり、直流のままＡＣバイパススイッチ４１〜４３に流したり、バイパス回路４０を流れる電流をＡＣバイパススイッチ４１〜４３で三相交流電流に変換したりすることができるように構成されている。
【００７８】
図１２は、本実施形態に係る制御ユニット１００の各モジュールによる制御例を示すフローチャートである。
【００７９】
図１２を参照して、本実施形態における制御ユニット１００は、車両の停止中も各入力要素からの信号をモニタしている。この状態で、車速センサＳＷ６、アクセル開度センサＳＷ７、ブレーキセンサＳＷ８、バッテリ電圧センサＳＷ５の出力値を読み取り（ステップＳ２１）、これらの出力結果と予めマッピングされているクランキング条件とを照合して、モータジェネレータ２０によるクランキングの要否を判定する（ステップＳ２２）。
【００８０】
仮に、クランキング動作が不要であると判定された場合には、モータ２５への給電制御サブルーチンを実行し（ステップＳ２７）、その後、ステップＳ２１に移行する。モータ２５への給電制御サブルーチンＳ２７は、第１の給電経路としてのダイオード整流器２１やインバータ２３による一次電流Ｇｉの変換を経てモータ２５の駆動に好適な二次電流Ｄｉを生成し、モータ２５に供給する方法で周知の構成と同様に行われるが、本実施形態においては、第２の給電経路としてのバイパス回路４０が設けられていることから、運転状況に応じて、バイパス回路４０を用いてモータジェネレータ２０からの一次電流ＧｉをＡＣバイパススイッチ４１〜４３で二次電流Ｄｉに変換し、モータ２５に供給するようにしてもよい。
【００８１】
他方、ステップＳ２２において、クランキング動作が必要であると判定した場合、制御ユニット１００は、さらに車両が停止中であるか否かを判定する（ステップＳ２４）。
【００８２】
仮に、車両が停止中である場合、詳しくは後述するモータジェネレータ２０への給電制御サブルーチンを実行し（ステップＳ２５）、このサブルーチンによってエンジン１０のクランキングを実行する。次いでクランキングが終了したか否かが判定され（ステップＳ２６）、終了していない場合には、ステップＳ２４に移行するとともに、終了している場合には、ステップＳ２７のサブルーチンを実行する。本実施形態において、ステップＳ２４やステップＳ２６における判定は、エンジン１０の回転速度を検出し、この回転速度が所定の値以下であるか否かによって判定されるようになっている。
【００８３】
他方、ステップＳ２４において、車両が走行中であった場合、制御ユニット１００は、モータジェネレータ２０とモータ２５の双方に給電する制御を実行する。具体的には、モータジェネレータ２０の駆動に必要な３相交流電流と、モータ２５の駆動に必要な３相交流電流の合成波を演算し（ステップＳ２８）、演算された合成波が出力されるように電源装置３０から出力される直流電流をインバータ２３で変換させる（ステップＳ２９）。これにより、モータ２５は、合成波のうち、当該モータ２５を駆動するための交流成分によって、駆動される。さらに、制御ユニット１００は、モータジェネレータ２０が駆動されるのに好適な３相交流電流に合成波が変換されるようにＡＣバイパススイッチ４１〜４３を制御する。この結果、モータジェネレータ２０も好適な電流によって駆動され、エンジン１０をクランキングすることになる（ステップＳ３０）。その後、ステップＳ２６に移行し、上述した処理が繰り返される。
【００８４】
図１３および図１４は、図１２のフローチャートにおけるモータジェネレータ２０への給電制御サブルーチンの具体例をそれぞれ示し、（Ａ）は当該サブルーチンのフローチャート、（Ｂ）は、（Ａ）のサブルーチンを実行した場合の通電特性図である。
【００８５】
まず、図１３（Ａ）（Ｂ）に示す例では、電源装置３０から出力された直流電流をそのままインバータ２３からバイパス回路４０のＡＣバイパススイッチ４１〜４３に流し（ステップＳ２５１）、ＡＣバイパススイッチ４１〜４３で直流電流を交流電流に変換して、モータジェネレータ２０で駆動トルクが出力されるようにしている（ステップＳ２５２）。
【００８６】
具体的には、図１３（Ｂ）に示すように、３相のうちの一つのライン（図示の例ではｕ相）に正の電圧を供給し、他のライン（ｖ相、ｗ相）については、負の電圧を供給して、全体として、直流が流れるように電源装置３０が制御されている。図示の例では、負の電圧が印加されるラインの電圧ｎ（Ｖ）の絶対値に対して、正の電圧が印加されるラインの電圧の絶対値を２倍に設定している。なお、図１３（Ｂ）の態様は、一例であって、例えば、正の電圧が複数のラインであってもよい。
【００８７】
このように、クランキング制御ステップ（ステップＳ２５）として、電源装置３０から供給された直流電流をＡＣバイパススイッチ４１〜４３で交流電流に変換してモータジェネレータ２０に供給するステップを採用している場合には、電源装置３０からインバータ２３を経由してバイパス回路４０に送電する際、インバータ２３から一部の電流がモータ２５に流れることになる。しかし、インバータ２３から出力される電流は直流であるため、この電流がモータ２５に流れてもモータ２５が不随意に作動することがない。従って、特別な手段を講じることなく、モータジェネレータ２０に給電し、安全にモータジェネレータ２０によるエンジン１０の始動（クランキング）を図ることができる。また、インバータ２３での複雑な変換制御が不要になるので、制御が簡素化し、信頼性も高くなる。
【００８８】
他方、図１４（Ａ）（Ｂ）の具体例では、電源装置３０から電力をインバータ２３に供給し（ステップＳ５０１）、インバータ２３によって、図１４（Ｂ）に示すように、例えばｕ相、ｖ相、ｗ相の順に流れる単相交流電流に変換し（ステップＳ５０２）、この単相交流電流をＡＣバイパススイッチ４１〜４３でモータジェネレータ２０の駆動に好適な交流電流に変換し、モータジェネレータ２０に供給するようにしている（ステップＳ５０３）。図１４（Ａ）（Ｂ）の具体例では、インバータ２３から出力された単相交流電流がモータ２５にも供給されることになるが、多相電動機であるモータ２５は、図１４（Ｂ）に示すような単相交流電流では駆動されないので、モータ２５が不随意に作動することはない。
【００８９】
このように、モータジェネレータ２０が、多相交流器２０であり、クランキング制御ステップ（ステップＳ２５）が、電源装置３０から出力される直流電流をインバータ２３によって高周波の単相交流電流に変換した後、ＡＣバイパススイッチ４１〜４３で、当該モータジェネレータ２０の相数に対応する多相交流電流に変換し、モータジェネレータ２０に給電するステップである場合、多相交流器２０に電源装置３０から電流を供給するに当たり、インバータ２３によって高周波の単相交流電流が生成されるので、この電流がモータ２５に流れても、モータ２５が不随意に作動することがない。その上で、ＡＣバイパススイッチ４１〜４３でモータジェネレータ２０を作動させることができるので、車両の停止時において、安全にモータジェネレータ２０によるエンジン１０の始動（クランキング）を図ることができる。
【００９０】
上述した実施形態において、バイパス回路４０は、一次電流Ｇｉの波形を変換可能な各種の変換回路を採用することが可能であり、例えば、双方向のＯＮ／ＯＦＦスイッチを有し、入力側にフィルタ回路を備えたマトリックスコンバータで構成されていてもよい。
【００９１】
さらに、図１２のフローチャートにおいて、ステップＳ３０を省略し、モータジェネレータ２０とモータ２５の合成波をそのままモータジェネレータ２０に通電してもよい。
【００９２】
以上要するに本発明は、エンジン１０に駆動されて交流電流を発電するとともに、車両の始動時にエンジン１０を駆動するスタータとして機能するモータジェネレータ２０と、車両を駆動するモータ２５と、モータジェネレータ２０が発電した交流電流を整流するダイオード整流器２１と、ダイオード整流器２１とモータ２５との間の給電経路に接続され、該給電経路の直流電流を交流電流に変換するインバータ２３と、ダイオード整流器２１とインバータ２３との間に接続される電源装置３０と、ダイオード整流器２１とインバータ２３とを直列に経由して電流を車両駆動用のモータ２５に供給する第１の給電経路と、少なくともダイオード整流器２１をバイパスして、モータジェネレータ２０と電源装置３０とを導通可能な第２の給電経路（図１の第２のインバータ２４、リレースイッチ２９、スタータ運転用給電経路２９ｂ等或いは、図９のバイパス回路４０）と、第２の給電経路に設けられた交流変換器（図１の第２のインバータ２４、或いは図９のＡＣバイパススイッチ４１〜４３）とを設けていることを特徴とするハイブリッド車両である。このため上述した各実施形態では、エンジン１０によって駆動されるモータジェネレータ２０にダイオード整流器２１を接続することにより、発電系の効率を高め、損失の少ない給電系を構成することができる。しかも、少なくともこのダイオード整流器２１をバイパスして電源装置３０とモータジェネレータ２０とを導通可能な第２の給電経路が設けられて、この第２の給電経路に交流変換器が設けられているので、例えば、モータジェネレータ２０によるエンジン１０のクランキングが必要な場合には、電源装置３０からの電力を第２の給電経路からモータジェネレータ２０に供給することができる。従って、モータ２５への給電が必要な場合はもちろん、モータ２５への給電が不要な場合においても、モータジェネレータ２０によるエンジン１０のクランキングを実行することができる。「交流変換器」としては、図１に示した第２のインバータ２４や図９に示した半導体スイッチからなるＡＣバイパススイッチ４１〜４３の他、マトリックスコンバータを好適に採用することができる。
【００９３】
上述した各実施形態では、第１の給電経路と第２の給電経路への通電を制御する制御ユニット１００を備え、制御ユニット１００は、エンジン１０のモータジェネレータ２０によるクランキングの要否を判定する機能を含み、車両の運転状態を判定する運転状態判定部１０１と、クランキングが必要であると判定された場合に、電源装置３０の電力を第２の給電経路を介してモータジェネレータ２０に供給する手段（例えば、図９のクランキング制御部１１４）とを備えている。このため上述した各実施形態では、モータジェネレータ２０によるクランキング要請が生じた場合には、電源装置３０からの電力をインバータ２３から第２の給電経路を経由してモータジェネレータ２０に供給することができる。
【００９４】
図９に示した実施形態では、交流変換器は、半導体スイッチである。このため図９に示した実施形態では、簡素な電子部品の構成で、モータジェネレータ２０への給電を実現することができる。これとは別に、図１に示した実施形態のように、交流変換器を第１の給電経路と並列に設けたインバータ２４で構成してもよい。
【００９５】
その他、本発明の特許請求の範囲内で種々の変更が可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の実施の一形態に係るハイブリッド車両の概略構成図である。
【図２】同ハイブリッド車両の要部を示す配線図である。
【図３】図１に示したハイブリッド車両を示すブロック図である。
【図４】図１の実施形態において、エンジン始動時の制御例を示すフローチャートである。
【図５】図１の実施形態において、エンジン始動時の制御例を示すフローチャートである。
【図６】図４および図５の制御において、クランキング動作を開始してからクランキング動作を終了するまでの電流の流れを示す状態遷移図である。
【図７】インバータの特性図である。
【図８】本発明の別の実施形態に係る回路図である。
【図９】本発明の実施の一形態に係るハイブリッド車両の概略構成図である。
【図１０】図９のバイパス回路の半導体スイッチの詳細を示す回路図である。
【図１１】図９に示したハイブリッド車両の制御装置としての制御ユニットを示すブロック図である。
【図１２】本実施形態に係る制御例を示すフローチャートである。
【図１３】図１２のフローチャートにおけるモータジェネレータへの給電制御サブルーチンの具体例をそれぞれ示し、（Ａ）は当該サブルーチンのフローチャート、（Ｂ）は、（Ａ）のサブルーチンを実行した場合の通電特性図である。
【図１４】図１２のフローチャートにおけるモータジェネレータへの給電制御サブルーチンの具体例をそれぞれ示し、（Ａ）は当該サブルーチンのフローチャート、（Ｂ）は、（Ａ）のサブルーチンを実行した場合の通電特性図である。
【符号の説明】
【００９７】
１０  エンジン
２０  モータジェネレータ
２１  ダイオード整流器（第１の給電経路の要部）
２３  第１のインバータ（第１の給電経路の要部）
２４  第２のインバータ
２５  モータ
２９  リレースイッチ（スイッチング手段の一例）
２９ａ  通常運転用給電経路
２９ｂ  スタータ運転用給電経路
２９ｃ  負荷用経路
３０  電源装置
４０  バイパス回路（第２の給電経路の一例）
４１-４３  ＡＣバイパススイッチ
５０  電気機器
５１  リレースイッチ
１００  制御ユニット
１０１  運転状態判定部
１１４  クランキング制御部
ＳＷ１  ジェネレータ出力電流センサ
ＳＷ２  ジェネレータ回転速度センサ
ＳＷ３  バスライン電圧センサ
ＳＷ４  バッテリ電流センサ
ＳＷ５  バッテリ電圧センサ
ＳＷ６  車速センサ
ＳＷ７  アクセル開度センサ
ＳＷ８  ブレーキセンサ
ＳＷ９  モータ電流センサ
ＳＷ１０  モータ回転角センサ
【図１】
0005104258.tif 000002
【図２】
0005104258.tif 000003
【図３】
0005104258.tif 000004
【図４】
0005104258.tif 000005
【図５】
0005104258.tif 000006
【図６】
0005104258.tif 000007
【図７】
0005104258.tif 000008
【図８】
0005104258.tif 000009
【図９】
0005104258.tif 000010
【図１０】
0005104258.tif 000011
【図１１】
0005104258.tif 000012
【図１２】
0005104258.tif 000013
【図１３】
0005104258.tif 000014
【図１４】
0005104258.tif 000015