JP2005538303A - ハイブリッド駆動装置を備えた自動車、および自動車のハイブリッド駆動装置をアイドリング制御する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、ハイブリッド駆動装置を備えた自動車と、自動車のハイブリッド駆動装置をアイドリング制御する方法に関する。ここではハイブリッド駆動装置には、機関制御部（４８）を有する内燃機関（１０）と、アイドリング時に該内燃機関（１０）のドライブシャフト（１２）に連結され、回転数制御される電気機器（２２）とが設けられている。ここで提案されているのは、該内燃機関（１０）がアイドリング時に機関制御部（４８）によって、該自動車の車載電源網（３４）の所要電力に依存して制御または調整されるように構成することである。

Description

本発明は、機関制御部を有する内燃機関と、アイドリング時に該内燃機関のドライブシャフトに連結され回転数制御される少なくとも１つの電気機器とが設けられているハイブリッド駆動装置を備えた自動車に関する。本発明はさらに、内燃機関と、アイドリング時に該内燃機関のドライブシャフトに連結される電気機器とを有し、回転数制御される前記電気機器によってアイドリング時に該内燃機関の所定のアイドリング回転数を調整または維持する自動車のハイブリッド駆動装置のアイドリング調整方法にも関する。

従来の技術
ハイブリッド駆動装置を備えた自動車と称されるのは、通常の内燃機関の他に、次のような所属の電気機器を１つ備えているか、または場合によっては複数備えている自動車である。すなわち、自動車の駆動系にあるドライブシャフトに連結可能であるかまたは固定的に連結されており、ジェネレータ運転時にも機関運転時にも動作できる電気機器を備えている自動車である。このような自動車は、ジェネレータ運転時には内燃機関によって駆動され、自動車の負荷に給電するための電流を生成し、かつ機関運転時には車両バッテリーから電流が供給され、自動車のための駆動エネルギーまたは内燃機関のための始動エネルギーに変換される。蓄電池である車両バッテリーの他に、運動エネルギーのためのフライホイールまたは別の蓄積器を設けることもできる。このフライホイールまたは別の蓄積器によってたとえば、制動時に解放される運動エネルギーを蓄積し、電気機器を介して自動車の負荷へ出力するか、または後で再び自動車の駆動系に出力することができる。

回転数調整による内燃機関のアイドリング運転時には、この電気機器は自動的にジェネレータモードで運転される。

内燃機関および電気機器の運転のために必要な制御タスクおよび調整タスクは、ハイブリッド駆動装置を備えた自動車では一般的に、従来の自動車と同様に分担されている。すなわち内燃機関の回転数の制御は、電子的な機関制御部に委ねられている。この機関制御部は回転数を測定し、適切な調整手法によって、たとえば内燃機関の噴射量、点火角または空気量等の調整量を計算することによって所定のアイドリング回転数を調整または維持する。それに対して自動車の電気的な車載電源網の電圧調整ないしはバッテリーの充電調整は、電気機器の制御装置を使用して、車載電源網またはバッテリーの充電に必要な電力を該電気機器によって供給することによって行われる。

しかし、内燃機関の回転数を調整するために機関制御部で実行される機能は非常に面倒である。というのもこの調整はその都度、アイドリング調整を適度に迅速にし、かつシリンダ数に応じて多かれ少なかれ低雑音にするために、内燃機関の点火時期でのみ行うことができるからだ。さらに、すべての運転条件のもとで調整を安定的にし、妨害量の数が多くても保証しなければならないので、比較的大きな手間をかけなければならない。

それに対して電気機器の場合、回転数を比較的簡単に調整することができ、かつトルク制御を小さな手間で、大きな成果を伴って実現することができる。

ＤＥ１９５３２１６３Ａ１からすでに、冒頭に記載された形式のハイブリッド駆動装置を備えた自動車と、自動車のハイブリッド駆動装置のアイドリング調整方法が公知である。この公知のアイドリング調整方法は、シャフトの回転の不均一性、とりわけ内燃機関のドライブシャフトの回転の不均一性を低減するために使用され、該ドライブシャフトに連結されているかまたは連結可能な電気機器が制御されることにより、該ドライブシャフトの回転不均一性が低減される。さらにこの刊行物では、電気機器の制御を担当する制御装置が、その速さおよび性能のために、機関制御部のタスクを引き継ぐために使用されることも開示されている。この機関制御部のタスクには、アイドリング時に内燃機関の回転数を制御するタスクも含まれる。それとは逆に、機関制御部が電気機器の制御装置の１つまたは複数のタスクを引き継ぐこともできる。このタスクはたとえば、電気機器のトルクを制御するタスクである。

しかし、自動車の電気的な車載電源網の所要電力において問題が発生することがある。その理由は、電気機器を使用して所定のアイドリング回転数に調整および維持しなければならない場合、このような車載電源網はアイドリング調整の要求より下位に置かねばならないからだ。たとえば自動車の始動直後に、内燃機関がアイドリング中である場合、たとえばリアウィンドウデフォッガ等の電気的負荷がスイッチオンされると同時に、自動車のバッテリー充電制御回路が車両バッテリーの充電のために給電を必要とすると、そのために必要な電気機器の電力を即座に供給することはできない。というのも、このこともまた、内燃機関の回転数の調整に悪影響を及ぼすことがあるからだ。

本発明の利点
それに対して、請求項１に記載された特徴を有する本発明の自動車、および請求項９に記載された特徴を有する本発明の方法は、車載電源網の要求に相応して内燃機関を制御または調整することにより、アイドリング時に回転数制御を考慮することなく該車載電源網の電力要求を即座に、かつ実質的に完全に満たせるという利点を有する。アイドリング時に内燃機関の回転数制御回路の代わりに、回転数制御による少なくとも１つの電気機器を使用することによって、制御品質をさらに向上させ、アイドリング制御回路を適用する手間を格段に低減させることができる。さらに、機関側のアイドリング制御回路を停止することによって、負荷および排ガスを格段に低減することができる。

本願の枠内で車載電源網の所要電力と称されるのは、自動車のバッテリーを充電するために必要な電力であり、有利には、同時に自動車の電気的負荷によって消費される電力も含まれる。

本発明の有利な実施形態では、その都度の所要電力に依存して内燃機関の所望トルクまたは目標トルクを検出することにより、該内燃機関の出力電力が自動車の車載電源網のその都度の所要電力に適合され、電気機器から出力された電力が該車載電源網の所要電力にほぼ相応するように構成されている。

内燃機関のこの所望トルクまたは目標トルクを検出する際、有利には、車載電源網の出力要求を満たすために電気機器によって供給しなければならない電力が推定される。

既述のように、この電力は基本的に、車両バッテリーを充電するために必要な電力と、アイドリング時に自動車の電気的負荷によって消費される電力とから成る。

バッテリーを充電するために必要な電力は、バッテリー電圧を測定することによって最も簡単に検出される。または本発明の有利な実施形態では、付加的にバッテリーのその都度の充電状態を検出し、前記バッテリー電圧と並行して、該バッテリーを充電するのに必要な電力を求めるための計算に使用することによって検出される。

アイドリング時に自動車の電気的負荷によって必要とされる電気エネルギーを検出するためには、該当するすべての負荷のスイッチオン状態が問い合わせされ、その都度スイッチオンされている負荷の公称電力が加算される。考えられる負荷はたとえば、自動車のリアウィンドウデフォッガまたはシートヒータ、または照明装置、または該照明装置の一部であり、これらはしばしば、自動車の始動直後にスイッチオンされ、該自動車がアイドリング状態にある場合にもスイッチオンされている。また、ここでは自動車の電気制御装置も含まれており、これは自動車の始動時に自動的に作動し、運転中に電気エネルギーを必要とする。

これらのパラメータから、車載電源網の出力要求を満たすために電気機器によって供給しなければならない電力が計算され、その後、この電力のために必要な内燃機関の所望トルクまたは目標トルクに換算される。その際にはパイロット制御部を介して、有利には内燃機関のその時点の機関温度および／または回転数が別の影響パラメータとして考慮される。このパイロット制御部は目的に応じて、基本的には、適用すべき特性マップから成り、この特性マップには上記の別の影響パラメータが入力される。このパイロット制御部によって、内燃機関により駆動される電気機器の測定された出力電力が、計算された所要電力にほぼ相応するようになる。

所望トルクまたは目標トルクを検出する際に簡略化するという目的からすると、考えられるすべての影響パラメータを考慮するのは有利でないが、電気機器の計算された出力電力と実際の出力電力との間の比較的小さなずれも考慮しなければならないので、本発明の別の有利な実施形態では、電気機器の実際の出力電力を測定し、測定された出力電力と計算された出力電力との間に場合によって生じたずれを、両値を比較することによって検出し、その後に接続された機関制御部の低速の制御回路によって、または電気機器の制御装置によってこのずれを補償するように構成されている。その際には、内燃機関の所望トルクまたは目標トルクを前記比較の結果に相応して適合する。

ディーゼル内燃機関の場合、所望トルクまたは目標トルクの適合は、噴射量を適切に変更することによって調整される。それに対してガソリン内燃機関の場合、有利には空気量を適切に変更することによって調整される。しかし択一的に、点火時期を変更することによって調整することもできる。

図面
本発明を以下の実施例で、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図１ 内燃機関および電気機器を備えた自動車のハイブリッド駆動装置を概略的に示した図である。

図２ 前記ハイブリッド駆動装置のアイドリング制御の信号のフローチャートである。

実施例の説明
図１に示された自動車のハイブリッド駆動装置は、公知のように内燃機関１０を有する。この内燃機関１０のクランクシャフト１２は、２つの歯車１４，１６およびクラッチ１８を介して該自動車の電気機器２２のドライブシャフト２０に連結可能になっている。

電気機器２２は制御装置２４を有しており、該制御装置２４を介して該自動車のバッテリー２６に接続されている。このバッテリー２６は、該自動車の車載電源網３４に設けられている複数の負荷２８，３０，３２等に直流電流を供給する。負荷２８，３０，３２は、該自動車の電動式のすべてのサブユニットを有しており、これらはたとえば、リアウィンドウデフォッガ、ラジオ、グロープラグおよび照明装置の個々の照明器具である。制御装置２４はさらに、クランクシャフト１２の回転数を検出するために角度センサ３６に接続されている。

電気機器２２は、自動車１０のためのスタータジェネレータとして使用される。自動車の各始動時にまず、この電気機器２２はバッテリー２６からの給電によって、所定の回転数まで回転数を上昇させると、クラッチ１８が閉成され、内燃機関１０が電気機器２２によってトルク制御または回転数制御によって始動される。内燃機関１０が所定のアイドリング回転数に達すると直ちに、制御装置２４によって角度センサ３６からの信号に基づいて、始動完了が判定される。次に内燃機関１０は、電気機器２２および制御装置２４によって回転数制御される。その際には電気機器２２によって、所定のアイドリング回転数が維持される。電気機器２２は、回転数制御によるアイドリング運転時には自動的に、バッテリー２６によって給電されるジェネレータモードに移行する。

電気機器２２の制御装置２４にはコンピュータ３８が設けられており、自動車の中央車載コンピュータ４０によってこのコンピュータ３８に、車載電源網３４の個々の負荷２８，３０，３２のスイッチオン状態が伝達される。コンピュータ３６はメモリ４２も有しており、このメモリ４２には個々の負荷２８，３０，３２の公称電力が記憶されている。さらにコンピュータ３８は、バッテリー制御回路４４にも接続されている。このバッテリー制御回路４４は、バッテリー２６のその時点の端子電圧およびその時点の充電状態を検出し、必要な場合には、たとえば７０％の充電状態を下回る場合には、バッテリー２６の充電を行う。

車載コンピュータ４０およびバッテリー制御回路４４からの信号に基づき、アイドリング時にはコンピュータ３８によって、バッテリー２６の充電のために必要とされるその時点の電力と、スイッチオンされた負荷２８，３０，３２のその時点の所要電力が検出される。この所要電力は、スイッチオンされた負荷２８，３０，３２の公称電力を加算することによって得られる。アイドリング運転時のこの所要電力は実質的に、ジェネレータモード時に動作する電気機器２２によって供給しなければならない車載電源網３４の全所要電力に相応する。

制御装置２６は、電気機器２２から車載電源網３４へ流れる電流の電流強度を測定するための測定装置４６も有しており、この電流強度から、車載電源網３４の電圧と関連づけて、実際に電気機器２２から車載電源網３４へ出力された電力が計算される。

ディーゼル内燃機関として構成された内燃機関１０は機関制御部４８を有している。この機関制御部４８は従来の内燃機関と異なり、内燃機関１０のアイドリング回転数を調整するために使用されるのではなく、アイドリング時に、噴射されたディーゼル燃料の量を、要求されて制御装置２４から線路５０を介して機関制御部４０へ伝送された所望トルクまたは目標トルクＭＷに依存して制御する。内燃機関１０がアイドリング時に電気機器２２を介して回転数制御される場合、この要求された所望トルクまたは目標トルクＭＷを介して電気機器２２の出力電力が制御され、車載電源網３４のその都度の所要電力に適合される。

図２に最もよく示されているように、要求された所望トルクまたは目標トルクＭＷは、第１のステップ１００にて制御部２４で、コンピュータ３８によって車載電源網３４のその都度の全所要電力を上記のように検出することによって求められる。この全所要電力から、場合による損失電力を考慮して第２のステップ１０１にて、この所要電力をカバーするために電気機器２２から車載電源網３４へ出力しなければならない電力が計算される。この所要電力は第３のステップ１０２にてパイロット制御部５２を介して、所望トルクまたは目標トルクＭＷ１に換算される。このパイロット制御部５２は基本的に、適用すべき特性マップから成る。ここでは別の入力量Ｅとして、内燃機関１０のその時点の機関温度と、場合によっては回転数も考慮される。

パイロット制御部５２によって出力された所望トルクまたは目標トルクＭＷ１は、線路５０を介して機関制御部４８へ供給される。これに基づいて機関制御部４８は、噴射されるディーゼル燃料を、内燃機関１０が所望トルクまたは目標トルクＭＷ１をクランクシャフト１２へ出力するように適合する。

この所望トルクまたは目標トルクＭＷ１では、電気機器２２から車載電源網３４へ実際に出力された出力電力は実質的に、計算された所要電力に相応する。場合によっては起こりうるずれを識別し、電気機器２２の出力電力をより良好に車載電源網３４の所要電力に適合するために第４のステップ１０４にて、電気機器２２の実際の出力電力が、測定装置４６を使用してコンピュータ３８によって検出され、比較回路またはコンピュータ３８の相応のソフトウェアによって、ステップ１０１で計算された出力電力と比較される。

上方または下方にずれが存在する場合、このずれは第５のステップ１０５にて、その後に接続された低速の制御回路５４によって補償され、制御装置２４から出力量として所望トルクまたは目標トルクＭＷ２が機関制御部４８へ出力される。この所望トルクまたは目標トルクＭＷ２は、所望トルクまたは目標トルクＭＷ１に対するずれに相応して、ある程度大きくなっているかないしは小さくなっている。ステップ１０５におけるこの低速の制御部は数秒の応答時間で応答し、この応答時間中に前記ずれは、バッテリー２６を介して緩衝される。

内燃機関および電気機器を備えた自動車のハイブリッド駆動装置を概略的に示した図である。 前記ハイブリッド駆動装置のアイドリング制御の信号のフローチャートである。

Claims (18)

1. ハイブリッド駆動装置を備えた自動車であって、
   機関制御部を有する内燃機関と、アイドリング時に該内燃機関のドライブシャフトに連結され、回転数制御される少なくとも１つの電気機器とが設けられている形式のものにおいて、
   該機関制御部（４８）は、アイドリング時に該内燃機関（１０）を、該自動車の車載電源網（３４）の所要電力に依存して制御または調整するように構成されていることを特徴とする自動車。
2. アイドリング時に該車載電源網（３４）の所要電力を検出するための装置（２４，３８，４０，４４）が設けられている、請求項１記載の自動車。
3. アイドリング時に該車載電源網（３４）の所要電力を検出するための前記装置（２４，３８，４０，４４）は、該自動車（２６）のバッテリー（２６）の端子電圧を測定し、および／または該バッテリー（２６）の充電状態を検出するための装置（４４）を有している、請求項２記載の自動車。
4. アイドリング時に該車載電源網（３４）の所要電力を検出するための前記装置（２４，３８，４０，４４）は、スイッチオンされている負荷（２８，３０，３２）を検出し、スイッチオンされている負荷（２８，３０，３２）の公称電力を加算するための装置（３８，４０）を有している、請求項２または３記載の自動車。
5. アイドリング時に該車載電源網（３４）の所要電力を該内燃機関（１０）の所望トルクまたは目標トルク（ＭＷ，ＭＷ１）に換算するためのパイロット制御部（５２）が設けられている、請求項２から４までのいずれか１項記載の自動車。
6. 該電気機器（２２）の出力電力を測定するための装置（４６）が設けられている、請求項１から５までのいずれか１項記載の自動車。
7. 該車載電源網（３４）の所要電力から計算された該電気機器（２２）の出力電力と、該電気機器（２２）の測定された出力電力とを比較するための装置（３８）が設けられている、請求項６記載の自動車。
8. 場合によって該内燃機関（１０）の所望トルクまたは目標トルク（ＭＷ，ＭＷ２）を前記比較装置（３８）の出力量に相応して適合するための低速の制御回路（５４）が設けられている、請求項７記載の自動車。
9. 自動車のハイブリッド駆動装置をアイドリング制御する方法であって、
   該ハイブリッド駆動装置は、内燃機関と、アイドリング時に該内燃機関のドライブシャフトに連結される電気機器とを有し、
   回転数制御される前記電気機器によってアイドリング時に該内燃機関の所定のアイドリング回転数を調整または維持する形式の方法において、
   アイドリング時に該内燃機関（１０）を、該自動車の車載電源網（３４）の所要電力に依存して制御または調整することを特徴とする方法。
10. 該内燃機関（１０）の出力電力を、該自動車の車載電源網（３４）のその都度の所要電力に適合する、請求項９記載の方法。
11. 該車載電源網（３４）の出力電力に依存して、該内燃機関（１０）の目標トルク（ＭＷ，ＭＷ１）を検出して、該内燃機関（１０）の噴射量および／または空気量および／または点火角を、検出された前記目標トルク（ＭＷ，ＭＷ１）に適合する、請求項９または１０記載の方法。
12. 該車載電源網（３４）の電力要求を満たすために必要な電気機器（２２）の出力電力を計算して、該内燃機関（１０）の目標トルク（ＭＷ，ＭＷ１）を求める、請求項９から１１までのいずれか１項記載の方法。
13. 計算された前記出力電力を、パイロット制御部（５２）を介して所望トルクまたは目標トルク（ＭＷ，ＭＷ１）に換算する、請求項１２記載の方法。
14. 前記パイロット制御部（５２）は基本的に、適用すべき特性マップから成り、
    前記特性マップは別の入力量（Ｅ）として、該内燃機関（１０）の機関温度および／または回転数を考慮する、請求項１３記載の方法。
15. 該電気機器（２２）の出力電力を測定し、計算された前記出力電力と比較する、請求項１１から１４までのいずれか１項記載の方法。
16. 該電気機器（２２）の測定された出力電力と該電気機器（２２）の計算された出力電力とがずれている場合、目標トルク（ＭＷ，ＭＷ２）を低速で増加ないしは減少させる、請求項１５記載の方法。
17. 該車載電源網（３４）の所要電力を求めるため、該自動車のバッテリー（２６）の端子電圧および／または充電状態を測定し、場合によっては、該バッテリー（２６）を充電するのに適した電流強度も考慮する、請求項９から１６までのいずれか１項記載の方法。
18. 該車載電源網（３４）の所要電力を求めるため、該車載電源網（３４）の負荷（２８，３０，３２）のスイッチオン状態を問い合わせ、スイッチオンされている負荷（２８，３０，３２）の公称電力を加算する、請求項９から１７までのいずれか１項記載の方法。

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