JP3785383B2 - ハイブリッド動力システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド動力システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年においては、エンジンとモータジェネレータとを併用した燃費性能の高いハイブリッド自動車の開発が進められているが、この種のハイブリッド自動車では、低負荷での運転時にエンジンを停止してモータジェネレータによる電力走行を行い、中負荷での運転時にエンジンを始動してエンジン走行に切り替え、高負荷での運転時には、エンジン出力にモータアシストを加えてエンジン電力併用走行を行うようにしたものがある。
【０００３】
そして、このように走行中に負荷に応じてエンジンが始動・停止を繰り返すようなハイブリッド自動車においては、低負荷での電力走行時に所定速度を超えた段階でモータジェネレータによりエンジンを無噴射で連れ回し、アクセルを更に踏み込んで中負荷に移行した際におけるエンジンの始動のレスポンスを上げることが考えられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、エンジンを無噴射で連れ回す際のフリクション（シリンダ内のガス圧縮力と各部の摩擦抵抗）が大きいためにモータジェネレータの負荷が増大し、これによりバッテリに充電するためのエンジン駆動の頻度が増えて燃費が悪化するという問題があった。
【０００５】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、エンジンの連れ回し時におけるフリクションを低減して燃費の向上を図り得るようにしたハイブリッド動力システムを提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、燃料により駆動するエンジンと、駆動と発電を兼ねた二つのモータジェネレータとを備え、一方のモータジェネレータを車両の駆動軸に連結し且つ他方のモータジェネレータをエンジンの出力軸に連結すると共に、各モータジェネレータの相互をクラッチ機構を介し適宜に動力伝達の断続ができるように接続し、低負荷で所定速度以下の場合にエンジンを停止して一方のモータジェネレータによる電力走行を行い、低負荷で所定速度を超えた場合に他方のモータジェネレータによりエンジンを無噴射で連れ回し、負荷が中負荷以上となった場合にエンジンを始動するようにしたハイブリッド動力システムにおいて、
エンジンのシリンダ内の圧力を適宜に開放するデコンプレッション装置を装備し、該デコンプレッション装置の使用時のクランキングトルクが非使用時のクランキングトルクを超えてしまうエンジン回転数以下での連れ回し時に前記デコンプレッション装置を作動させるように構成したことを特徴とするものである。
【０００７】
而して、デコンプレッション装置の使用時のクランキングトルクが非使用時のクランキングトルクを超えてしまうエンジン回転数以下での連れ回し時にデコンプレッション装置を作動させると、エンジンの圧縮行程でシリンダ内の圧力が開放されて圧力上昇が極めて小さくなり、これによりクランキングトルクが大幅に低減されてフリクションが少なくなるので、エンジンの所定回転数以下の連れ回し時における燃費が向上される。
【０００８】
即ち、エンジンの所定回転数以下の連れ回し時に、無噴射のエンジンを連れ回す際におけるフリクションが少なくて済むことにより、エンジンの出力軸に連結されたモータジェネレータの負荷が大幅に軽減され、バッテリに充電するためのエンジン駆動の頻度が減少して燃費の向上が図られることになる。
【０００９】
エンジンの連れ回し時における回転数が所定回転数を超えてしまった場合には、デコンプレッション装置を作動させることによりクランキングトルクが却って増えてしまう現象が起こることが発明者らにより確認されているので、所定回転数を超えたエンジンの連れ回し時には、デコンプレッション装置を解除させるようにしている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１１】
図１〜図７は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１に示す本形態例のハイブリッド動力システムにおいては、燃料により駆動するエンジン１と、駆動と発電を兼ねた二つのモータジェネレータ２，３とを備え、これら各モータジェネレータ２，３に対し充放電可能なバッテリ４がインバータ５を介して接続されている。
【００１２】
更に、一方のモータジェネレータ２が車両の駆動軸６に連結されていると共に、他方のモータジェネレータ３はエンジン１の出力軸７に連結されるようになっており、各モータジェネレータ２，３の相互はクラッチ機構８を介し適宜に動力伝達の断続ができるように接続されている。
【００１３】
即ち、ここで例示しているハイブリッド動力システムでは、クラッチ機構８を切り離して一方のモータジェネレータ２により車両の駆動軸６に動力を出力している間に、他方のモータジェネレータ３によりエンジン１の始動や連れ回しを実行したり、エンジン１により他方のモータジェネレータ３を駆動して発電したりすることが可能であり、更には、クラッチ機構８を接続してエンジン１の出力を各モータジェネレータ２，３によりトルク変換して駆動軸６に伝達したり、エンジン１の出力に各モータジェネレータ２，３の出力を加えて駆動軸６に伝達したり、エンジン１の出力の余剰分や制動時のエンジン１の惰性回転により発電したりすることが可能な構造となっている。
【００１４】
このようなハイブリッド動力システムの基本的な走行時における運転制御としては、低負荷での運転時にエンジン１を停止して一方のモータジェネレータ２による電力走行を行い、中負荷での運転時に他方のモータジェネレータ３によりエンジン１を始動してエンジン走行に切り替え、高負荷での運転時にエンジン１の出力に各モータジェネレータ２，３の出力（モータアシスト）を加えてエンジン電力併用走行を行うようにする一方、低負荷での電力走行時に所定速度を超えた場合には、再加速によるエンジン１の始動に備えて他方のモータジェネレータ３によるエンジン１の無噴射での連れ回しを行うようになっている。
【００１５】
そして、本形態例においては、以下に詳述する如きエンジン１のシリンダ内の圧力を適宜に開放するデコンプレッション装置９がエンジン１に装備されており、このデコンプレッション装置９の作動は、エンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit；エンジン側とモータジェネレータ側とで別構成とすることも可能）を成す制御装置１０からの指令信号１０ａにより実行されるようになっている。
【００１６】
尚、デコンプレッション装置９とは、旧式のディーゼルエンジンに搭載されていた始動補助装置として良く知られているが、この種のハイブリッド動力システムのエンジン１に装備するのに適したデコンプレッション装置９としては、既に本発明の出願人が特願２００１−３０５５１５号として出願しているようなエンジン高が高くならなくて済む搭載性の良いコンパクトなデコンプレッション装置９を採用することが好ましい。
【００１７】
この既出願のデコンプレッション装置９の詳細に関し、図２〜図４を用いて簡単に説明すると、その基本的な構成は、バルブリフト時にロッカアーム２０の基端側に駒１１を挿入してロッカアーム２０の復帰を規制することでバルブの着座を阻止し、これによりバルブを開放した状態のまま保持するようにしたものとなっている。
【００１８】
より具体的に述べると、複数のロッカサポート２１を貫通して延びるロッカシャフト２２の複数箇所には、バルブの開閉作動を担うロッカアーム２０が傾動自在に外嵌装着されており、該ロッカアーム２０の基端側を図示しないプッシュロッドで突き上げることによりロッカシャフト２２を中心にロッカアーム２０を傾動させ、その先端側でバルブを押し下げさせることにより開弁させるようにしてあるが、ここに図示しているデコンプレッション装置９では、これら各ロッカアーム２０の復帰時（閉弁時）に夫々の頂部に鶏冠状に形成した掛止片部が丁度当接するように、該各ロッカアーム２０の基端側にロッカシャフト２２と平行な方向へ延びる背板１２を設置し、該背板１２に沿いロッカシャフト２２と平行な方向へスライド自在に滑り板１３を配設し、該滑り板１３の動きと連動しつつ前記背板１２に沿いスライド自在となるよう前記滑り板１３の複数箇所に対し駒１１を装着している。
【００１９】
即ち、特に図３に分解して示してある通り、前記駒１１はロッカシャフト２２と平行な方向へ延びる軸部１７を有し、該軸部１７を弾性部材１４と張出部材１８と弾性部材１５とに順次通してから先端部に対し止め輪１９を取り付けることで抜け止めが成されており、前記張出部材１８を前記滑り板１３に一体的に組み付けることで該滑り板１３に対する駒１１の装着が成されるようにしてある。
【００２０】
そして、前記滑り板１３の長手方向中央部には、油圧シリンダ等のアクチュエータ２３が連結部材１６を介して連結され、このアクチュエータ２３によりデコンプレッション作動時に前記滑り板１３が作動方向へスライドし、ロッカアーム２０の揺動によるバルブリフト時に拡張されるロッカアーム２０頂部の掛止片部と背板１２との間隙に前記駒１１が差し挟まれ、デコンプレッション解除時には前記滑り板１３が解除方向へスライドし、ロッカアーム２０頂部の掛止片部と背板１２との間隙から駒１１が引き抜かれるようになっている。
【００２１】
この駒１１の作動を図４により更に補足説明すると、通常運転状態（デコンプレッション解除状態）では、図４（Ａ）に示すように、駒１１はロッカアーム２０頂部の掛止片部から離反しており、この状態からデコンプレッションを開始するために、アクチュエータ２３を収縮動作させ、連結部材１６を介して滑り板１３を作動方向へ移動させると、図４（Ｂ）に示すように、滑り板１３と一体の張出部材１８も作動方向へ移動することになる。
【００２２】
ここで、バルブがリフトしていない箇所のロッカアーム２０頂部の掛止片部と背板１２との間隙は狭いため、駒１１はロッカアーム２０の側面に接触し、弾性部材１４が縮んだ状態となる。
【００２３】
続いて、エンジン１が回転し、前記バルブがリフトして開弁する時に、ロッカアーム２０頂部の掛止片部と背板１２との間隙が拡張され、前記縮んだ状態の弾性部材１４の付勢力により、図４（Ｃ）に示すように、駒１１がロッカアーム２０頂部の掛止片部と背板１２との間隙に滑り込み、これにより前記バルブが微小量だけ開放された状態に保持されてデコンプレッション状態となる。
【００２４】
一方、デコンプレッション解除時には、前記アクチュエータ２３を伸張動作させ、連結部材１６を介して滑り板１３を解除方向へ移動させると、図４（Ｄ）に示すように、滑り板１３と一体の張出部材１８も解除方向へ移動するが、駒１１は、ロッカアーム２０頂部の掛止片部と背板１２との間隙に挟まれたまま保持されるために弾性部材１５が縮んだ状態となる。ただし、エンジン１が回転してバルブがリフトする時に、ロッカアーム２０頂部の掛止片部と背板１２との間隙が拡張され、前記縮んだ状態の弾性部材１５の付勢力により、図４（Ａ）に示すように、駒１１がロッカアーム２０頂部の掛止片部と背板１２との間隙から引き抜かれ、通常運転状態（デコンプレッション解除状態）に戻ることになる。
【００２５】
他方、以上のように構成されたデコンプレッション装置９を制御する制御装置１０側においては、エンジン１の回転数を検出する回転センサ２４からの回転数信号２４ａと、図示しない運転席のアクセルの開度をエンジン１の負荷として検出するアクセルセンサ２５（負荷センサ）からのアクセル開度信号２５ａと、車両の速度を検出する車速センサ２６からの車速信号２６ａと、デコンプレッション装置９の滑り板１３のスライド位置を検出する位置検出センサ２７からの位置検出信号２７ａが夫々入力されるようになっており、これらの各種の信号に基づいてエンジン１の始動時及び停止時と所定回転数以下の連れ回し時にデコンプレッション装置９へ向け指令信号１０ａして該デコンプレッション装置９を作動させるようにしてある。
【００２６】
この制御装置１０内におけるデコンプレッション装置９の作動とその解除に関する具体的な切り替え手順を図５のフローチャートにより詳述すると、先ずステップＳ１にて制御装置１０に信号入力されている各種のデータが読み込まれ、次いで、ステップＳ２にてエンジン１に指示すべき運転状態が「停止」「連れ回り」「出力」のうちから決定されるようになっており、例えば、ステップＳ２で「停止」が決定された場合には、ステップＳ３へと進んでエンジン１の実際の運転状態が確認されるようになっている。
【００２７】
ここで、エンジン１の現在の運転状態が既に「停止」の状態にあると確認された場合には、スタートへ戻されてステップＳ１からの手順が遣り直されることになるが、エンジン１の現在の運転状態が「連れ回り」及び「出力」の何れかであった場合には、次のステップＳ４へと進んで燃料が噴射中であるか否かが判定されるようになっており、ここで噴射中と判定された場合には、ステップＳ５に進んで燃料の噴射が停止された後にステップＳ６へと進むが、ステップＳ４で噴射中ではないと判定された場合には、ステップＳ６へと直接進むようになっている。
【００２８】
そして、ステップＳ６においては、現在のエンジン１の回転数が１２００回転以下か否かが判定されるようになっており、現在のエンジン１の回転数が１２００回転以下であると判定された場合に限りステップＳ７へ進んでデコンプレッション装置９が作動され、先のステップＳ６で現在のエンジン１の回転数が１２００回転を超えていると判定された場合には、スタートへ戻されてステップＳ１からの手順が遣り直される、即ち、現在のデコンプレッション装置９の状態がそのまま保持されるようになっている。
【００２９】
また、先のステップＳ２で「連れ回り」が決定された場合には、ステップＳ８へと進んでエンジン１の実際の運転状態が確認され、ここで、エンジン１の現在の運転状態が既に「連れ回り」の状態にあると確認された場合には、スタートへ戻されてステップＳ１からの手順が遣り直されることになるが、エンジン１の現在の運転状態が「停止」及び「出力」の何れかであった場合には、次のステップＳ９へと進んで燃料が噴射中であるか否かが判定されるようになっており、ここで、噴射中と判定された場合には、ステップＳ１０に進んで燃料の噴射が停止された後にステップＳ１１へと進むが、ステップＳ９で噴射中ではないと判定された場合には、ステップＳ１１へと直接進むようになっている。
【００３０】
そして、このステップＳ１１においては、現在のエンジン１の回転数が１２００回転を超えているか否かが判定されるようになっており、現在のエンジン１の回転数が１２００回転を超えていると判定された場合は、ステップＳ１２へ進んでデコンプレッション装置９の作動が解除され、先のステップＳ１１で現在のエンジン１の回転数が１２００回転以下であると判定された場合には、ステップＳ１３でデコンプレッション装置９が作動された後にスタートへと戻されてステップＳ１からの手順が遣り直される、即ち、現在のデコンプレッション装置９の状態がそのまま保持されるようになっている。
【００３１】
更に、先のステップＳ２で「出力」が決定された場合には、ステップＳ１４へと進んでエンジン１の実際の運転状態が確認され、ここで、エンジン１の現在の運転状態が既に「出力」の状態にあると確認された場合には、スタートへ戻されてステップＳ１からの手順が遣り直されることになるが、エンジン１の現在の運転状態が「停止」であった場合には、ステップＳ１５でエンジン１がモータジェネレータ３により始動され、次のステップＳ１６で現在のエンジン１の回転数が６００回転を超えたことが確認された時にステップＳ１４へと進んでデコンプレッション装置９の作動が解除されるようになっている。
【００３２】
ここで、エンジン１を「停止」の状態から「出力」に移行させる際に、先のステップＳ１６でデコンプレッション装置９の解除判定に用いた６００回転という回転数は、エンジン１の始動時振動を抑え得る最低限の回転数として例示したものであり、より具体的には、エンジン１の固有の共振回転数より若干高めの値で設定した回転数のことを指している。
【００３３】
即ち、これ以下の回転数でデコンプレッション装置９を解除してしまうと、その解除時にエンジン１の始動時振動が生じてしまう懸念があるが、いたずらに解除の回転数を大きくとってしまうと、エンジン１の始動に要する電力が増加してモータジェネレータ３の負荷が大きくなってしまうので、エンジン１の固有の共振回転数より高い回転数のうちで極力低い回転数を設定しているのである。
【００３４】
また、ステップＳ１４でのエンジン１の現在の運転状態が「連れ回り」であった場合には、次のステップＳ１７へと進んでデコンプレッション装置９の作動が解除されるようになっており、次のステップＳ１８にてデコンプレッション装置９の作動解除の動作が完了されたことが確認されるのを待って、ステップＳ１９にて燃料の噴射が開始されるようになっている。
【００３５】
尚、この図５のフローチャートにおいて、ステップＳ２でエンジン１に指示すべき運転状態を決定するにあたっては、回転センサ２４からの回転数信号２４ａと、アクセルセンサ２５からのアクセル開度信号２５ａと、車速センサ２６からの車速信号２６ａとを斟酌して決定されるようになっており、また、ステップＳ３、ステップＳ８、ステップＳ１４でエンジン１の実際の運転状態を確認するにあたっても、これらの信号が用いられることになる。
【００３６】
また、燃料が噴射中であるか否かを判定するに際しては、制御装置１０が当然にして図示しない燃料噴射装置の燃料噴射制御も担っているので、この燃料噴射装置の制御が現在どのようになっているかを確認すれば済むことである。
【００３７】
更に、ステップＳ１８におけるデコンプレッション装置９の作動解除の動作が完了したか否かについての判定は、デコンプレッション装置９の滑り板１３のスライド位置を検出する位置検出センサ２７からの位置検出信号２７ａに基づいて判定すれば良いが、デコンプレッション装置９の作動の解除が指令されてからの時間の経過で判定することも可能である。
【００３８】
而して、このように構成された制御装置１０によりデコンプレッション装置９を制御すれば、エンジン１の始動初期と停止終期におけるデコンプレッション装置９は必ず作動状態となり、しかも、エンジン１が連れ回りの状態で且つ１２００回転以下の回転数となっている場合にも必ず作動状態となるので、これらのデコンプレッション装置９の作動時において、図６にグラフで示す如く、エンジン１の圧縮行程でシリンダ内の圧力が開放されて圧力上昇が極めて小さくなり、これによりクランキングトルクが大幅に低減されてフリクションが少なくなる結果、エンジン１の始動時及び停止時における振動発生がほぼ完全に抑制され、また、エンジン１の１２００回転以下の連れ回し時における燃費が向上される。
【００３９】
より具体的には、エンジン１の始動時にモータジェネレータ３をスタータとして少ないフリクションでエンジン１の回転数を上げてからデコンプレッション装置９の作動を解除して燃料噴射を開始させることが可能となるので、エンジン１の始動時における振動発生がほぼ完全に抑制されることになる。
【００４０】
特に本形態例においては、エンジン１の始動時に作動させたデコンプレッション装置９をエンジン振動を抑え得る最低限の回転数で解除させるようにしているので、エンジン１の始動時に作動させたデコンプレッション装置９を解除するに際し、その解除時におけるエンジン振動が確実に抑えられ、しかも、エンジン１の始動に要する電力が最小限で済むことになる。
【００４１】
また、エンジン１の停止時には、燃料噴射を停止した上でデコンプレッション装置９を作動させ、これにより少ないフリクションでエンジン１を無噴射で惰性回転させてから回転停止状態へ移行させることが可能となるので、エンジン１の停止時における振動発生がほぼ完全に抑制されることになる。
【００４２】
更に、エンジン１の１２００回転以下の連れ回し時には、無噴射のエンジン１を連れ回す際におけるフリクションが少なくて済むことによりモータジェネレータ３の負荷が大幅に軽減され、バッテリ４に充電するためのエンジン駆動の頻度が減少して燃費の向上が図られることになる。
【００４３】
尚、図７にグラフで示す如く、モータジェネレータ３によるエンジン１の連れ回し時のクランキングトルク（フリクション）は、エンジン１の回転数が低い領域ほど少なくて済むが、エンジン１の回転数が上がってくるのに従い増加して所定回転数（図７のグラフでは１２００回転）を超えてしまった段階でデコンプレッション装置９を使用しない場合よりも大きくなってしまうことが発明者らにより確認されているので、所定回転数（本形態例では１２００回転）を超えたエンジン１の連れ回し時には、デコンプレッション装置９を解除させるようにしているのである。
【００４４】
即ち、エンジン１の回転数が高まることによりピストン速度が速くなると、圧縮行程でのシリンダ内の圧力上昇が徐々に大きくなるが、その最高圧力がデコンプレッション装置９を作動させない場合の最高圧力より小さくても、デコンプレッション装置９の作動状態では、圧縮行程から膨張行程にかけて圧力が抜け続けるため、所定回転数を超えた時に圧縮行程と膨張行程の圧力差がデコンプレッション装置９を作動させない場合よりも大きくなってしまうことになり、負の仕事が大きくなってしまうのである。
【００４５】
従って、上記形態例によれば、走行中に頻繁に行われるエンジン１の始動及び停止の際における振動発生をほぼ完全に抑制することができるので、ハイブリッド動力システムを採用した車両のドライバビリティを著しく改善することができ、しかも、エンジン１の連れ回し時におけるフリクションを低減してモータジェネレータ３の負荷を軽減することで燃費の大幅な向上を図ることもできる。
【００４６】
尚、本発明のハイブリッド動力システムは、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００４７】
【発明の効果】
上記した本発明のハイブリッド動力システムによれば、走行中に頻繁に行われるエンジンの始動及び停止の際における振動発生をほぼ完全に抑制することができるので、ハイブリッド動力システムを採用した車両のドライバビリティを著しく改善することができ、しかも、エンジンの連れ回し時におけるフリクションを低減することができ、エンジンの出力軸に連結されたモータジェネレータの負荷を軽減することで燃費の大幅な向上を図ることもできる、という優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【図２】図１のデコンプレッション装置の詳細を示す斜視図である。
【図３】図２からデコンプレッション装置の構成要素を抽出して示す分解斜視図である。
【図４】図２及び図３の駒の作動を説明する拡大図である。
【図５】デコンプレッション装置の作動とその解除に関するフローチャートである。
【図６】デコンプレッション装置作動時のシリンダ内の圧力変化を示すグラフである。
【図７】エンジンの回転数と連れ回し時のクランキングトルクとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ エンジン
２ モータジェネレータ
３ モータジェネレータ
９ デコンプレッション装置
１０ 制御装置
１０ａ 指令信号

Claims (1)

1. 燃料により駆動するエンジンと、駆動と発電を兼ねた二つのモータジェネレータとを備え、一方のモータジェネレータを車両の駆動軸に連結し且つ他方のモータジェネレータをエンジンの出力軸に連結すると共に、各モータジェネレータの相互をクラッチ機構を介し適宜に動力伝達の断続ができるように接続し、低負荷で所定速度以下の場合にエンジンを停止して一方のモータジェネレータによる電力走行を行い、低負荷で所定速度を超えた場合に他方のモータジェネレータによりエンジンを無噴射で連れ回し、負荷が中負荷以上となった場合にエンジンを始動するようにしたハイブリッド動力システムにおいて、
   エンジンのシリンダ内の圧力を適宜に開放するデコンプレッション装置を装備し、該デコンプレッション装置の使用時のクランキングトルクが非使用時のクランキングトルクを超えてしまうエンジン回転数以下での連れ回し時に前記デコンプレッション装置を作動させるように構成したことを特徴とするハイブリッド動力システム。

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