JP2022109402A - ハイブリッド車両 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトな車両に適した内燃機関及び蓄電装置を選択し、最低限の動力性能を確保しながら燃費性能、コスト、重量、搭載スペース等の複数の背反する要素をバランスさせる。【解決手段】総排気量１．５ｌ以下の内燃機関を搭載するハイブリッド車両を設計・開発するにあたり、蓄電装置を、内燃機関の燃料消費率が最小に近い運転領域Ａにおける最小出力Ｐ2に相当する大きさの電力を受容し充電できる能力を有するものとし、並びに、蓄電装置から走行用電動機に供給できる電力の上限を、法規に基づく燃料測定モードに則って走行するときに走行用電動機が発生させる最大出力に、法規に基づく最高速度にて所定の勾配の登坂路を走行するときの抵抗を打ち消すために走行用電動機が発生させる出力を加え、そこから運転領域Ａにおける内燃機関の最大出力Ｐ1を減じたものに相当する大きさの電力に、０．５以上１．５以下の範囲内の係数を乗じた値に設定する。【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関により発電機を駆動して発電した電力を蓄電装置に充電しまたは走行用電動機に供給する態様のハイブリッド車両に関する。

近時、内燃機関及び電動機の二種の動力源を備えるハイブリッド車両が一定の普及を見ている。シリーズ方式のハイブリッド車両（例えば、下記特許文献を参照）は、内燃機関により発電用モータジェネレータを駆動して発電を行い、発電した電力を蓄電装置、即ちリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等のバッテリ及び／またはキャパシタに蓄えるとともに、走行用モータジェネレータに供給する。そして、走行用モータジェネレータによって車両の駆動輪を回転させて走行する。

発電用モータジェネレータのみならず、走行用モータジェネレータもまた、回生制動により発電を行い、発電した電力を蓄電装置に蓄えることができる。蓄電装置の容量一杯まで既に電荷が蓄えられている場合には、回生制動により得られる電力を敢えて発電用モータジェネレータに供給し、これを電動機として作動させて内燃機関を回転駆動するモータリングを行うことで、余剰の電力を消費する。

燃料を燃焼させて内燃機関を運転するファイアリングを行う際には、エンジン回転数毎の目標エンジントルク（または、エンジン負荷率、スロットルバルブ開度、吸入空気量、燃料噴射量）を結ぶ動作線に沿って、内燃機関の運転を制御することが通例である。一般に、目標エンジントルクは、対応するエンジン回転数の下で熱効率が最大化するような値に設定する。

ハイブリッド車両では、内燃機関をファイアリングしなくとも、走行用モータジェネレータが蓄電装置に蓄えた電荷を消費して回転駆動力を出力し、車両を走行させることが可能である。よって、車両の運用中であっても、内燃機関の回転を停止している状態が継続することがある。

蓄電装置に蓄えている電荷の量が減少したときや、走行用モータジェネレータに対する要求出力が大きいときには、内燃機関を始動しその気筒に燃料を供給してこれを燃焼させ、内燃機関の出力する回転駆動力により発電用モータジェネレータを駆動し、発電を実行して蓄電装置を充電、または走行用モータジェネレータに供給する電力を増強する。

シリーズ方式のハイブリッド車両にあって、発電用モータジェネレータは、停止した内燃機関を始動する準備として内燃機関をモータリング、即ちクランキングする役割を兼ねる。クランキング時には、蓄電装置から必要な電力の供給を受ける。

特開２０２０－１５６１３４号公報

現在上市されているハイブリッド車両では、キビキビとした走行フィーリングを実現するべく、走行用の電動機に対して大電力を供給可能な大形の蓄電装置が搭載されている。実のところ、既存のハイブリッド車両に搭載されている蓄電装置及び電動機の出力は、必要十分な最低限の動力性能に対して過剰なスペックとなっている。

他方、軽自動車や小型自動車に匹敵するコンパクトなハイブリッド車両を設計・開発するにあたっては、コスト面、さらに車体における搭載スペースの制約から、できる限り小形かつ軽量な蓄電装置を採用することが要望される。しかしながら、小形バッテリは、容量が小さく、端子電圧が低く、入出力可能な電力の大きさがどうしても制限される。

以上に着目してなされた本発明は、コンパクトなハイブリッド車両に適した内燃機関及び蓄電装置を選択し、必要十分な最低限の動力性能を確保しながら、燃費性能、コスト、重量、搭載スペースといった複数の背反する要素をうまくバランスさせることを所期の目的としている。

本発明では、総排気量が１．５ｌ以下の内燃機関により発電機を駆動して発電した電力を蓄電装置に充電しまたは走行用電動機に供給するハイブリッド車両であって、前記蓄電装置が、前記内燃機関をファイアリングして運転する際の燃料消費率が最小に近い所定の運転領域における当該内燃機関の最小出力またはその近傍の所定の出力に相当する大きさの電力を受容して充電できる能力を有し、並びに、前記蓄電装置から前記走行用電動機に供給できる電力の上限を、法規に基づく所定の燃料測定モードに則って走行するときに走行用電動機が発生させる最大出力に、法規に基づく最高速度にて所定の大きさの勾配の登坂路を走行するときの走行抵抗を打ち消すために走行用電動機が発生させる出力を加え、そこから前記所定の運転領域における前記内燃機関の最大出力またはその近傍の所定の出力を減じたものに相当する大きさの電力に、０．５以上１．５以下の範囲内の所定の係数を乗じた値に設定したハイブリッド車両を構成した。

本発明によれば、コンパクトなハイブリッド車両に適した内燃機関及び蓄電装置を選択し、必要十分な最低限の動力性能を確保しながら、燃費性能、コスト、重量、搭載スペースといった複数の背反する要素をうまくバランスさせることができる。

本発明の一実施形態におけるシリーズ方式のハイブリッド車両及び制御装置の概略構成を示す図。 同実施形態のハイブリッド車両に搭載される内燃機関の概要を示す図。 同実施形態の制御装置が制御するハイブリッド車両の要求出力の区分を示す図。 同実施形態の制御装置が制御する内燃機関の運転条件を示す図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態におけるハイブリッド車両の主要システムの概略構成を示している。このハイブリッド車両は、内燃機関１と、内燃機関１により駆動されて発電を行う発電用モータジェネレータ２と、発電用モータジェネレータ２が発電した電力を蓄える蓄電装置３と、発電用モータジェネレータ２及び／または蓄電装置３から電力の供給を受けて車両の駆動輪６２を駆動する走行用モータジェネレータ４とを備えている。

本実施形態のハイブリッド車両は、内燃機関１を発電にのみ使用するシリーズハイブリッド方式の電気自動車であり、車両の駆動輪６２には専ら走行用モータジェネレータ４から走行のための駆動力を供給する。内燃機関１と駆動輪６２との間は機械的に切り離されており、元来両者の間で回転駆動力の伝達がなされない。つまり、内燃機関１は、走行用モータジェネレータ４及び駆動輪６２から完全に独立して回転し、また完全に独立して停止することが可能である。従って、イグニッションスイッチ（パワースイッチ、またはイグニッションキー）がＯＮに操作されている車両の運用中、運転者がアクセルペダルを踏むことで車両が走行可能な状態にあっても、蓄電装置３が十分な電荷を蓄え、かつブレーキブースタ１５が十分な負圧を蓄えている状況下では、燃料の燃焼を伴う内燃機関１の運転を実施しないことがある。

内燃機関１の回転軸であるクランクシャフトは、発電用モータジェネレータ２の回転軸と、歯車機構を介してまたは軸を直結して機械的に接続している。そして、内燃機関１が出力する回転駆動力を発電用モータジェネレータ２に入力することで、発電用モータジェネレータ２が発電する。発電した電力は、蓄電装置３に充電し、及び／または、走行用モータジェネレータ４に供給する。また、発電用モータジェネレータ２は、自らが回転駆動力を発生させて内燃機関１のクランクシャフトを回転駆動するモータリング用の電動機としても機能する。例えば、発電用モータジェネレータ２は、停止している内燃機関１を始動する準備としてのクランキングを実行する。

走行用モータジェネレータ４は、車両の走行のための駆動力を発生させ、その駆動力を減速機６１を介して駆動輪６２に入力する。また、走行用モータジェネレータ４は、駆動輪６２に連れ回されて回転することで発電し、車両の運動エネルギを電気エネルギとして回収する。この回生制動により発電した電力は、蓄電装置３に充電する。

尤も、既に蓄電装置３の容量一杯まで電荷が蓄えられており、それ以上の充電が困難であるならば、走行用モータジェネレータ４が回生発電した電力を敢えて発電用モータジェネレータ２に供給し、発電用モータジェネレータ２を電動機として稼働させて内燃機関１を回転駆動する。これにより、車両の制動性能を維持しながら、余剰の電力を消尽する。また、このとき、内燃機関１の回転が保たれることから、内燃機関１の気筒への燃料供給を一時的に停止する燃料カットを実行することができる。

発電機インバータ２１は、発電用モータジェネレータ２が発電する交流電力を直流電力に変換する。そして、その直流電力を蓄電装置３または駆動機インバータ４１に入力する。並びに、発電機インバータ２１は、発電用モータジェネレータ２を電動機として作動させる際に、蓄電装置３及び／または駆動機インバータ４１から供給される直流電力を交流電力に変換した上で発電用モータジェネレータ２に入力する。

駆動機インバータ４１は、蓄電装置３及び／または発電機インバータ２１から供給される直流電力を交流電力に変換した上で走行用モータジェネレータ４に入力する。並びに、駆動機インバータ４１は、車両の回生制動を行うときに走行用モータジェネレータ４が発電する交流電力を直流電力に変換した上で蓄電装置３または発電機インバータ２１に入力する。発電機インバータ２１及び駆動機インバータ４１は、ＰＣＵ（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）０２の一部をなす。

蓄電装置３は、バッテリ及び／またはキャパシタ等である。バッテリは、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等の、エネルギ密度の大きい高電圧の二次電池である。蓄電装置３は、発電用モータジェネレータ２及び走行用モータジェネレータ４の各々が発電する電力を充電して蓄える。並びに、蓄電装置３は、発電用モータジェネレータ２及び走行用モータジェネレータ４の各々を電動機として作動させるための電力を放電し、それらモータジェネレータ２、４に必要な電力を供給する。

図２に、本実施形態のハイブリッド車両に搭載される内燃機関１の概要を示している。内燃機関１は、例えば火花点火式の４ストロークレシプロエンジンであり、複数の気筒１１（例えば、三気筒。図２には、そのうち一つを図示する）を包有している。各気筒１１の吸気ポート近傍には、吸気ポートに向けて燃料を噴射するインジェクタ１１１を設けている。また、各気筒１１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１１２を取り付けてある。点火プラグ１１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。

吸気を供給するための吸気通路１３は、外部から空気を取り入れて各気筒１１の吸気ポートへと導く。吸気通路１３上には、エアクリーナ１３１、電子スロットルバルブ１３２、サージタンク１３３、吸気マニホルド１３４を、上流からこの順序に配置している。エアクリーナ１３１は、吸気通路１３における最上流の位置、即ち空気を取り入れる吸気口に所在する。吸気口は、冷たい空気を取り入れて内燃機関の充填効率を上げるために、車両の前方に開口している。

排気を排出するための排気通路１４は、気筒１１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路１４上には、排気マニホルド１４２及び排気浄化用の三元触媒１４１を配置している。

ＥＧＲ装置１２は、排気通路１４と吸気通路１３とを連通する外部ＥＧＲ通路１２１と、ＥＧＲ通路１２１上に設けたＥＧＲクーラ１２２と、ＥＧＲ通路１２１を開閉し当該ＥＧＲ通路１２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ１２３とを要素とする。ＥＧＲ通路１２１の入口は、排気通路１４における触媒１４１の下流の箇所に接続している。ＥＧＲ通路１２１の出口は、吸気通路１３におけるスロットルバルブ１３２の下流の箇所（特に、サージタンク１３３または吸気マニホルド１３４）に接続している。

内燃機関１、発電用モータジェネレータ２、蓄電装置３、インバータ２１、４１及び走行用モータジェネレータ４の制御を司る制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。ＥＣＵ０は、複数基のＥＣＵ、即ち内燃機関１を制御するＥＦＩ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｆｕｅｌ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）ＥＣＵ０１、モータジェネレータ２、４及びインバータ２１、４１を制御するＭＧ（Ｍｏｔｏｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）ＥＣＵ０２、蓄電装置３を制御するＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）ＥＣＵ０３等、並びに、それらの制御を統括する上位のコントローラであるＨＶ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）ＥＣＵ００が、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の電気通信回線を介して相互に通信可能に接続されてなるものである。

ＥＣＵ０に対しては、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、内燃機関１のクランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するクランク角センサから出力されるクランク角信号ｂ、運転者によるアクセルペダルの踏込量をアクセル開度（いわば、運転者が車両（の走行用モータジェネレータ４）に対して要求している駆動力）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、内燃機関１の気筒１１に連なる吸気通路１３（特に、サージタンク１３３または吸気マニホルド１３４）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｄ、内燃機関１の冷却水の温度を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｅ、内燃機関１の気筒１１を内包しているシリンダブロックの振動の大きさを検出する振動式のノックセンサから出力される振動信号ｆ、蓄電装置３に蓄えている電荷量を検出するセンサ（特に、バッテリ電流及び／またはバッテリ電圧センサ）から出力されるバッテリＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）信号ｇ、ブレーキブースタ１５の定圧室に蓄えている負圧を検出する負圧センサから出力される負圧信号ｈ等が入力される。

そして、ＥＣＵ０は、各種センサを介してセンシングしている、運転者が操作するアクセルペダルの踏込量や、現在の車両の車速、蓄電装置３が蓄えている電荷の量、発電用モータジェネレータ２の発電電力等に応じて、走行用モータジェネレータ４が出力する回転駆動力、内燃機関１が出力する回転駆動力、及び発電用モータジェネレータ２が発電する電力の大きさを増減制御する。

原則として、蓄電装置３が現在十分な電荷を蓄えており、走行用モータジェネレータ４に対して要求される出力が小さいならば、内燃機関１への燃料の供給を遮断して内燃機関１を運転しない。翻って、蓄電装置３が蓄えている電荷の量が下限値を下回り、または走行用モータジェネレータ４に対して要求される出力が大きいならば、内燃機関１を始動し気筒１１に燃料を供給してこれを燃焼させるファイアリングを実行し、内燃機関１の出力する回転駆動力により発電機モータジェネレータ２を駆動し、発電を実施して蓄電装置３を充電し、または走行用モータジェネレータ４に供給する電力を増強する。

図３に、車両の運転者が要求する出力と、内燃機関１及び発電用モータジェネレータ２の運転の要否との関係を示している。要求出力は、運転者が操作するアクセルペダルの踏込量及び車速によって決まる。駆動輪６２に与えるべき駆動力は、アクセル開度が大きいほど大きくなる。要求出力は、駆動輪６２に与えるべき駆動力が大きいほど大きくなり、車速が高くなるほど大きくなる。図３上、右上方に向かうほど要求出力が大きいということになる。

ＥＣＵ０は、駆動輪６２に与えるべき駆動力が比較的小さく、車速も比較的低い低出力領域Ｉでは、内燃機関１に燃料を供給せずにその運転を停止し、発電用モータジェネレータ２を発電機として稼働させない。低出力領域Ｉでは、走行用モータジェネレータ４が、蓄電装置３のみから電力供給を受けて、車両の走行のための駆動力を出力する。低出力領域Ｉは、典型的には、アクセル開度が０または所定値以下に小さいとき、あるいは車両の減速走行中である。

対して、ＥＣＵ０は、駆動輪６２に与えるべき駆動力がある程度以上大きい、または車速がある程度以上高い中高出力領域II、IIIでは、内燃機関１に燃料を供給してこれを運転し、発電用モータジェネレータ２を発電機として稼働させる。要求出力が顕著に大きくない中出力領域IIでは、走行用モータジェネレータ４が、主として発電用モータジェネレータ２から電力供給を受けて、車両の走行のための駆動力を出力する。このとき、蓄電装置３からは、少量の電力供給を受けるか、または全く電力供給を受けない。要求出力が顕著に大きい高出力領域IIIでは、走行用モータジェネレータ４が、発電用モータジェネレータ２及び蓄電装置３の双方から電力供給を受けて、車両の走行のための駆動力を出力する。

内燃機関１の気筒１１に燃料を供給して内燃機関１を運転しておらず、走行用モータジェネレータ４により駆動輪６２を駆動して車両を走行させている最中に、内燃機関１を始動して発電用モータジェネレータ２による発電を実行しようとするためには、まず、発電用モータジェネレータ２を電動機として作動させ、これにより内燃機関１の始動のためのクランキングを行う。そして、内燃機関１のクランクシャフトが所定回数以上または所定角度以上回転し、内燃機関１の各気筒１１の現在の行程またはピストンの位置を知得する気筒判別が完了したならば、内燃機関１の各気筒１１の行程に合わせて適切なタイミングで燃料を噴射し、かつ適切なタイミングで燃料を着火燃焼させるファイアリングを開始する。内燃機関１のクランクシャフトの回転角度及び回転速度即ちエンジン回転数は、発電用モータジェネレータ２に付帯するレゾルバを介して（ＭＧ ＥＣＵ０２において）検出することができ、内燃機関１に付帯するクランク角センサを介して（ＥＦＩ ＥＣＵ０１において）検出することもできる。

内燃機関１が自立的に回転し発電のために必要な回転駆動力を出力可能な状態となった、つまり発電用モータジェネレータ２の出力を低減させてもなおエンジン回転数が上昇傾向を維持できるようになったならば、電動機として作動させている発電用モータジェネレータ２の出力を０まで低減させてクランキングを終了し、今度は内燃機関１により発電用モータジェネレータ２を回転駆動する。さらに、発電用モータジェネレータ２を発電機として作動させ、その発電電力を０から増大させる。

その後、エンジン回転数を段階的に引き上げられる目標回転数に追従させるように、内燃機関１の気筒１に供給する吸気量及び燃料噴射量、並びに発電用モータジェネレータ２の発電電力を増減調整する。最終的な目標回転数は、内燃機関１を最適または最適に近い効率で運転でき燃料消費率にとって最も有利な回転数、あるいは、内燃機関１が最大トルク若しくは最大出力またはこれに近いトルク若しくは出力を達成できるような回転数に設定する。

ＥＣＵ０の一部をなすＥＦＩ ＥＣＵ０１は、内燃機関１の運転制御に必要な各種情報ｂ、ｄ、ｅ、ｆを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１１に吸入される空気量を推算する。そして、吸入空気量に見合った（目標空燃比を具現するために必要な）要求燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング（一度の燃焼に対する点火の回数を含む）、要求ＥＧＲ率（または、ＥＧＲガス量）等といった内燃機関１の運転パラメータを決定する。ＥＦＩ ＥＣＵ０１は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌを、出力インタフェースを介して点火プラグ１１２のイグナイタ、インジェクタ１１１、スロットルバルブ１３２、ＥＧＲバルブ１２３等に対して出力する。

ＥＣＵ０の一部をなすＨＶ ＥＣＵ００のメモリには予め、内燃機関１をファイアリングして運転する際の運転条件、特にエンジン回転数とエンジントルクとの関係を規定する動作線Ｌのマップデータを記憶保持している。図４中、細い破線は、内燃機関１の出力が一定となる等出力線を表している。エンジン回転数を横軸にとり、エンジントルクを縦軸にとると、エンジン回転数とエンジントルクとの積であるエンジン出力が一定となる等出力線が双曲線の形で描かれる。細い鎖線は、内燃機関１の正味燃料消費率（Ｂｒａｋｅ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｆｕｅｌ Ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ）が一定となるエンジン回転数及びエンジントルクの組である等燃料消費率線を表している。燃料消費率は、内燃機関１が単位量の機械エネルギを出力するために消費する燃料の量［ｇ／ｋＷｈ］であって、燃料消費率線はその等高線である。当然ながら、燃料消費率が小さいほど、内燃機関１の熱効率は高い。

これら等出力線と等燃料消費率線とを組み合わせることで、ある要求出力を達成するときに最も燃料消費率が小さくなる（よくなる）エンジン回転数及びエンジントルクの組を、様々な出力についてプロットすることができる。それが、最適燃費線となる動作線Ｌである。通常、ＥＣＵ０は、最適燃費線Ｌに沿って、即ち最適燃費線Ｌ上またはその近傍の範囲内に、エンジン回転数及びエンジントルクを制御する。

図４中、内燃機関１の燃料消費率が最小に近い運転領域（いわば、「燃費の目玉」）Ａを、網点を付して表している。当該運転領域Ａにおいて、内燃機関１の出力が最大となる点がＰ₁であり、内燃機関１の出力が最小となる点がＰ₂である。

本実施形態では、軽自動車や小型自動車に匹敵するコンパクトなハイブリッド車両を実現することを念頭に置いている。本実施形態では、各気筒１１の排気量を合算した総排気量が１．５ｌ以下である内燃機関１、例えば総排気量１．５ｌ以下の四気筒エンジン、総排気量１．２ｌ以下の四気筒エンジン、総排気量１ｌ以下の三気筒エンジン、総排気量６６０ｃｃ以下の三気筒エンジンまたは二気筒エンジン等を採用することを想定している。このような内燃機関１の一気筒１１あたりの排気量は、４００ｃｃ未満である。

車体に搭載するモータジェネレータ２、４、ＰＣＵ０２及び蓄電装置３についても、同様である。とりわけ、蓄電装置３は、コスト、重量、及び車体のエンジンコンパートメント（エンジンルーム）を占有するスペースに及ぼす影響が大きく、できる限り小形かつ軽量であることが望まれる。一方で、小形の蓄電装置３は、その容量が小さく、端子電圧が低く、入出力可能な電力の大きさがどうしても制限される。

そこで、本実施形態では、採用する蓄電装置３を、以下に記載するルール（１）及び（２）に則って選定することとしている。

（１）蓄電装置３が、燃料消費率が最小に近い運転領域Ａにおける内燃機関１の最小出力Ｐ₂またはその近傍の所定の出力に相当する大きさの電力を受容し充電できる能力を有していること：
車両の停車中は、走行用モータジェネレータ４が電力を消費せず、内燃機関１により発電用モータジェネレータ２を駆動して発電した電力の殆どまたは全てを蓄電装置３の充電に振り向けることが可能である。このときには、（蓄電装置３に現在蓄えている電荷量が極端に少なくなっている場合を除き）内燃機関１を、上記の運転領域Ａにて、しかもその出力を極小化してファイアリング運転し、発電及び充電を実行することが好ましい。後の回生制動による充電を考慮すると、内燃機関１の出力を徒に増大させて蓄電装置３を急速に満充電せず、蓄電装置３の空き容量をある程度残しておくことが得策だからである。

（２）なおかつ、上記の運転領域Ａにおける内燃機関１の最大出力Ｐ₁と、蓄電装置３が出力する最大電力とを合わせることで、一般的な運転者が所望する必要最低限の動力性能を達成できること：
法規に基づく所定の燃料測定モードに従って走行する際の最大出力に、法規に基づく最高速度にて所定の大きさの勾配の登坂路を走行する際の走行抵抗に相当する出力を合算したものが、一般的な運転者のニーズの目安となる。その合算出力以上の出力を走行用モータジェネレータ４において発生させることができるよう、発電用モータジェネレータ２及び蓄電装置３から電力を供給できることが求められる。

具体例を挙げて述べる。内燃機関１の運転領域Ａにおける燃料消費率が約２５０ｇ／ｋＷｈ以下であり、そのときの最小出力Ｐ₂が約６．５ｋＷであるとする。この場合において、蓄電装置３に対する電力の入出力における総体的な効率が約０．９であるとすると、蓄電装置３が少なくとも約７．２ｋＷ（≒６．５ｋＷ／０．９）以上の大きさの電力を受容し充電できる能力を有していれば、上掲の条件（１）が充足される。

また、重量が約９００ｋｇの車両が、現行法規下における燃費に関する国際的な試験法であるＷＬＴＣ（Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ－ｈａｒｍｏｎｉｚｅｄ Ｌｉｇｈｔ ｖｅｈｉｃｌｅｓ Ｔｅｓｔ Ｃｙｃｌｅ）モードに従って走行する際の最大の要求出力が約１８ｋＷ、現行法規（道路構造令）下における高速道路または自動車専用道路の標準的な縦断勾配５％の登坂路を現行法規（道路交通法施行令）下における最高速度（特に、高速自動車国道の法定速度）１００ｋｍ／ｈで走行する際の走行抵抗に対抗する要求出力が約１２ｋＷであるとする。因みに、走行抵抗［Ｎ］は、車両が受ける空気抵抗、車輪の転がり抵抗、路面勾配による勾配抵抗、及び車速が加速するときの加速抵抗の総和であるが、車速が一定である（１００ｋｍ／ｈから加速も減速もしない）と仮定すれば加速抵抗は０となって無視できる。この場合において、必要最低限の動力性能を確保するために走行用モータジェネレータ４が発生させるべき出力、換言すれば発電用モータジェネレータ２及び蓄電装置３の双方から走行用モータジェネレータ４に供給するべき合算の電力の大きさは、約３０ｋＷ（＝１８ｋＷ＋１２ｋＷ）である。その上で、内燃機関１の運転領域Ａにおける最大出力Ｐ₁が約２３．５ｋＷであるとすると、蓄電装置３が少なくとも約６．５ｋＷ（＝３０ｋＷ－２３．５ｋＷ）以上の電力を放電し走行用モータジェネレータ４に供給できる能力を有していれば、上掲の条件（２）が充足される。

条件（２）について補足すると、車両の動力性能に余裕を持たせ、登坂路上での加速性を確実に担保するためには、上記の６．５ｋＷ（または、これから効率０．９を除算した７．２ｋＷ）に１よりも大きく１．５以下である係数を乗じ、蓄電装置３の出力電力の上限を６．５ｋＷないし９．７５ｋＷ（または、１０．８ｋＷ）の範囲内の値に設定することが考えられる。

あるいは、蓄電装置３に要するコストの削減や、蓄電装置３のより一層の小形軽量化を目論むのであれば、上記の６．５ｋＷ（または、７．２ｋＷ）に０．５以上で１よりも小さい係数を乗じ、蓄電装置３の出力電力の上限を３．２５ｋＷ（または、３．６ｋＷ）ないし６．５ｋＷ（または、７．２ｋＷ）の範囲内の値に設定する。但し、運転者が要求する出力を達成するために、内燃機関１の出力を運転領域Ａにおける最大出力Ｐ₁よりも増大させる必要が生じる可能性がある。そうなれば、運転領域Ａ外で内燃機関１を運転することになり、その分熱効率は低下する。

上述した係数の範囲は０．５以上１．５以下であるが、具体的な数値はこれに限定されず、例えば係数を０．９以上１．１以下の範囲内に定めてもよい。

本実施形態では、総排気量が１．５ｌ以下の内燃機関１により発電機２を駆動して発電した電力を蓄電装置３に充電しまたは走行用電動機４に供給するハイブリッド車両を設計・開発するにあたり、前記蓄電装置３を、前記内燃機関１をファイアリングして運転する際の燃料消費率が最小に近い所定の運転領域Ａにおける当該内燃機関１の最小出力Ｐ₂またはその近傍の所定の出力に相当する大きさの電力（上記例では、６．５ｋＷまたは７．２ｋＷ）を受容して充電できる能力を有するものとし、並びに、前記蓄電装置３から前記走行用電動機４に供給できる電力の上限を、法規に基づく所定の燃料測定モードに則って走行するときに走行用電動機４が発生させる最大出力（上記例では、１８ｋＷ）に、法規に基づく最高速度にて所定の大きさの勾配の登坂路を走行するときの走行抵抗を打ち消しまたは打ち勝つ（拮抗する）ために走行用電動機４が発生させる出力（上記例では、１２Ｗ）を加え、そこから前記所定の運転領域Ａにおける前記内燃機関１の最大出力Ｐ₁またはその近傍の所定の出力（上記例では、２３．５ｋＷ）を減じたものに相当する大きさの電力（上記例では、６．５ｋＷまたは７．２ｋＷ）に、０．５以上１．５以下の範囲内の所定の係数を乗じた値（上記例では、３．２５ｋＷないし１０．８ｋＷの範囲内の値）に設定することとした。

本実施形態によれば、大容量だがオーバスペックで高価な大形の蓄電装置３を採用せずとも、効率がよく必要十分な動力性能が確保されたハイブリッド車両を実現することが可能となる。消費電力が最小に近くなる車両の停車時には、内燃機関１を燃費の目玉の領域Ａ内の最小出力Ｐ₂またはこれに近い出力で運転し、発電機２を駆動して発電した電力を余さず蓄電装置３に充電することができる。つまり、蓄電装置３の電力受容能力の不足により折角発電した電力を無駄に捨ててしまうことを抑制できる。

走行用電動機４に対する要求出力が大きい高負荷運転時には、蓄電装置３が出力する電力に内燃機関１及び発電機２が出力する電力を上乗せして走行用電動機４に供給し、必要な動力性能を確保できる。重量が８００ｋｇないし１ｔ程度のハイブリッド車両において、高速で登坂路を走行するケースを含め、蓄電装置３の出力６．５ｋＷに内燃機関１及び発電機２の出力２３．５ｋＷを足した３０ｋＷの電力を走行用電動機４に印加できる性能を備えていれば、大半の走行条件をカバーできる。２３．５ｋＷは、内燃機関１を燃費の目玉の領域Ａ内の最大出力Ｐ₁またはこれに近い出力で運転することにより得られ、熱効率が高く、ひいては良好な実用燃費性能を達成することができる。

既存の軽自動車に搭載されている内燃機関の最大出力の一例が３８ｋＷ（これは、燃費の目玉から外れた領域での値である）であるが、その内燃機関を高圧縮比化したりアトキンソンサイクル（ミラーサイクル）化したりして効率をより高めた内燃機関１を設計し、その最大出力が３０ｋＷ（これもまた、燃費の目玉Ａから外れた領域での値である）となったとしても、短時間であれば蓄電装置３と合わせて３６．５ｋＷの電力を走行用電動機４に供給できる。従って、既存の軽自動車または小型自動車に匹敵する最高走行性能、最高加速性能を発揮することができる。

車両に搭載する蓄電装置３として小容量かつ小形軽量のものを選択でき、蓄電装置３に費やすコストを低減できるだけでなく、蓄電装置３が占有するスペースを削減でき、代わりに人が搭乗する車室や荷物室を拡張することができる。このことは、車両の利便性、商品性及び魅力の向上に繋がる。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、本発明を適用する対象は、シリーズ方式のハイブリッド車両には限定されない。

その他、各部の具体的な構成や処理の内容等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

１…内燃機関
２…発電機（発電用モータジェネレータ）
３…蓄電装置（バッテリ及び／またはキャパシタ）
４…走行用電動機（走行用モータジェネレータ）
Ａ…内燃機関の燃料消費率が最小に近い所定の運転領域
Ｐ₁…所定の運転領域における内燃機関の最大出力
Ｐ₂…所定の運転領域における内燃機関の最小出力

Claims (1)

1. 総排気量が１．５ｌ以下の内燃機関により発電機を駆動して発電した電力を蓄電装置に充電しまたは走行用電動機に供給するハイブリッド車両であって、
   前記蓄電装置が、前記内燃機関をファイアリングして運転する際の燃料消費率が最小に近い所定の運転領域における当該内燃機関の最小出力またはその近傍の所定の出力に相当する大きさの電力を受容して充電できる能力を有し、
   並びに、前記蓄電装置から前記走行用電動機に供給できる電力の上限を、法規に基づく所定の燃料測定モードに則って走行するときに走行用電動機が発生させる最大出力に、法規に基づく最高速度にて所定の大きさの勾配の登坂路を走行するときの走行抵抗を打ち消すために走行用電動機が発生させる出力を加え、そこから前記所定の運転領域における前記内燃機関の最大出力またはその近傍の所定の出力を減じたものに相当する大きさの電力に、０．５以上１．５以下の範囲内の所定の係数を乗じた値に設定したハイブリッド車両。

Images