JP7191469B2 - 車両用システム - Google Patents

Description

本発明は、電動機及び内燃機関を搭載した車両の出荷前に行う検査の効率化に関する。

近時、電動機及び内燃機関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１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（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車軸ひいては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ことで、余剰の電力を消費する。

ハイブリッド車両では、内燃機関が燃料を燃焼させて回転駆動力を発生させなくとも、走行用モータジェネレータが出力する回転駆動力により車両を走行させることが可能である。故に、車両の運用中であっても、内燃機関の運転を停止している状態が継続することがある。

蓄電装置が現在蓄えている電荷の量が所定量を下回っている場合、または走行用モータジェネレータに要求される出力駆動力が極大である場合には、内燃機関を始動し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を以て発電用モータジェネレータを駆動し、発電を実施して蓄電装置を充電し、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（または、クランキング）する役割を兼ねる。モータリング時には、蓄電装置から必要な電力の供給を受ける。

ところで、組み立てられた内燃機関を検査するに際しては、組立工場その他の試験場所において、車両に搭載する前の内燃機関を電動機を包有するモータリング試験装置に接続し、電動機により内燃機関を強制的に回転させて、吸気圧力や動弁系の作動状態等に異常がないかどうかを確認することが通例となっている（例えば、下記特許文献２を参照）。このようなものであると、当然のことながら、専用のモータリング試験装置を要する上、検査開始前に内燃機関の回転軸とモータリング試験装置の電動機の回転軸とを連結する作業、並びに検査終了後に両者を再び切り離す作業が必要となる。

特開２０１６－０６４７３５号公報 国際公開第２００５／０５７１５９号

本発明は、電動機及び内燃機関を搭載した車両の出荷前に行う検査の効率化を図ることを所期の目的としている。

本発明では、車両に搭載され当該車両の運用時に稼働する内燃機関と、前記内燃機関に連結されて前記車両に搭載され当該車両の運用時に稼働する、内燃機関を回転駆動可能なモータリング用電動機と、前記車両に搭載され当該車両の運用時に前記内燃機関及び前記モータリング用電動機を制御するとともに、組み立てられた内燃機関を検査する目的で当該車両の出荷前にモータリング用電動機により内燃機関を回転駆動するべく制御する制御装置とを具備する車両用システムを構成した。

本発明では、車両に搭載され当該車両の運用時に稼働する内燃機関と、前記内燃機関に連結されて前記車両に搭載され当該車両の運用時に稼働する、内燃機関を回転駆動可能なモータリング用電動機と、前記車両に搭載され当該車両の運用時に前記内燃機関及び前記モータリング用電動機を制御するとともに、組み立てられた内燃機関を検査する目的で当該車両の出荷前にモータリング用電動機により内燃機関を回転駆動するべく制御する制御装置と、前記内燃機関に設置し、前記制御装置に接続されるセンサとを具備する車両用システムであって、前記検査は、少なくとも前記内燃機関と前記モータリング用電動機とを結合し、ＰＣＵ若しくはインバータをモータリング用電動機に接続し、かつそれらと前記制御装置とを接続したコンポーネントを車両に搭載する前に実施するものであり、前記制御装置は、内燃機関の前記検査時において前記モータリング用電動機を作動させて前記内燃機関を回転駆動させ、前記センサによって得られるセンシング情報に基づき、内燃機関の吸気通路を流通する吸気の圧力または、吸気の流量、排気通路を流通する排気の圧力、クランクシャフト及びカムシャフトの回転速度、クランクシャフトの回転角度または姿勢に対するカムシャフトの回転角度または姿勢、可変動弁機構を含む吸排気バルブの動作、の何れかの異常の有無を確認する、車両用システムを構成した。

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要を示す図。 同実施形態のハイブリッド車両の出荷前の内燃機関の検査時の最小限構成を示す図。

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車軸ひいては駆動輪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、換言すれば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が充分な電荷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は、例えば複数の気筒を包有する４ストロークエンジンである。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モータリング（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。

但し、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。

蓄電装置３は、典型的にはリチウムイオンバッテリ、ニッケル水素バッテリ等であり、走行用電動機たる走行用モータジェネレータ４、及びモータリング用電動機たる発電用モータジェネレータ２のそれぞれに必要な電力を供給する。

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）の一部をなす。

制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）０は、運転者が車両を運転する運用時に、内燃機関１、発電用モータジェネレータ２、走行用モータジェネレータ４、ＰＣＵ及び蓄電装置３を制御する。ＥＣＵ０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を制御するエンジンコントローラ、発電用モータジェネレータ２及び発電機インバータ２１を制御する発電機コントローラ、蓄電装置３を制御するバッテリコントローラ、走行用モータジェネレータ４及び駆動機インバータ４１を制御する駆動機コントローラ等が、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ことがある。ＥＣＵ０のメモリには、車両の運用時に内燃機関１、発電用モータジェネレータ２、走行用モータジェネレータ４、ＰＣＵ、蓄電装置３の各々を制御するためのプログラムがインストールされる。

ＥＣＵ０は、センサを介してセンシングしている、運転者によるアクセルペダルの踏込量や、シフトポジション即ちシフトレバー若しくはセレクタレバーの位置またはスイッチのＯＮ／ＯＦＦ、現在の車両の車速、路面の勾配、蓄電装置３の蓄電量、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が出力する走行用の回転駆動力、走行用モータジェネレータ４が発電する回生電力、内燃機関１が出力する回転駆動力、発電用モータジェネレータ２が発電する電力、発電用モータジェネレータ２が出力するモータリング用の回転駆動力の大きさを増減制御する。

蓄電装置３が現在充分な電荷を蓄えており、走行用モータジェネレータ４に要求される出力駆動力が極大でない場合、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が現在蓄えている電荷の量が所定量を下回っている場合、または走行用モータジェネレータ４に要求される出力駆動力が極大である場合には、内燃機関１を始動し気筒に燃料を供給してこれを燃焼させ、内燃機関１の出力する回転駆動力を以て発電量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。とりわけ、蓄電装置３単独で走行用モータジェネレータ４に供給できる電力の大きさに制限があると、運転者が強くアクセルペダルを踏み込んで車両の速やかなる加速を要求したときに、発電用モータジェネレータ２の発電電力を合わせて走行用モータジェネレータ４に供給しなければ、要求された加速度を達成するのに必要十分な駆動力を発生させて駆動輪６２に入力することができない。

内燃機関１の気筒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を始動しようとするとき、発電用モータジェネレータ２が内燃機関１の始動のためのモータリングを行う。内燃機関１の始動のためのモータリングは、内燃機関１が燃料を燃焼させて自立的に回転できるようになるまで続行する。より具体的には、センシングしている内燃機関１のクランクシャフトの回転速度が始動に必要な最低限度の値以上に高まり、かつモータリングの開始から内燃機関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た時点で、モータリングを終了する。内燃機関１の始動が完了し、内燃機関１のモータリングを終了して以降は、発電用モータジェネレータ２への電力供給を０まで低下させる。

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た、という条件は、内燃機関１の各気筒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、と置き換えてもよい。当然ながら、各気筒の行程に合わせて適切なタイミングで燃料を噴射し、また適切なタイミングで燃料を着火燃焼させるためには、ＥＣＵ０が各気筒の現在の行程を知る必要がある。気筒判別は、内燃機関１のクランクシャフトが所定角度回転する都度パルス信号を発するクランク角センサと、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトが所定角度回転する都度パルス信号を発するカム角センサとを用いて行う。気筒判別の手法は周知であるので、ここではその説明を割愛する。

しかして、本実施形態では、車両の運用時に内燃機関１を始動する目的でモータリングする発電用モータジェネレータ２を、車両の出荷前に内燃機関１を検査する目的でモータリングする用途にも援用する。

組み立てられた内燃機関１の検査は、例えば、図２に示すように、少なくとも内燃機関１と発電用モータジェネレータ２とを結合し、ＰＣＵ若しくはインバータ２１を発電用モータジェネレータ２に接続し、かつそれらとＥＣＵ０とを接続した段階で実施する。内燃機関１、発電用モータジェネレータ２、ＰＣＵ若しくはインバータ２１、そしてＥＣＵ０は、既述の通り、本実施形態のハイブリッド車両のコンポーネントとして車両に搭載されて運用されるものである。内燃機関１の検査を、これらコンポーネントを車両に搭載した後に実施することも可能である。

少なくとも内燃機関１の検査時において、ＥＣＵ０のメモリには、内燃機関１、発電用モータジェネレータ２、並びにＰＣＵ若しくはインバータ２１を制御するための検査用プログラムがインストールされている。ＥＣＵ０は、プログラムに従い、発電用モータジェネレータ２を電動機として作動させて内燃機関１を回転駆動する。そして、内燃機関１の吸気通路を流通する吸気の圧力（または、吸気の流量）や、排気通路を流通する排気の圧力、クランクシャフト及びカムシャフトの回転速度、クランクシャフトの回転角度（姿勢）に対するカムシャフトの回転角度（姿勢）、可変動弁機構を含む吸排気バルブの動作等について、異常の有無を確認する。

吸気圧力を検出する吸気圧センサ（または、吸気流量を検出するエアフローメータ）や、排気圧力を検出する排気圧センサ、クランクシャフトの回転速度及び回転角度を検出するクランク角センサ、カムシャフトの回転速度及び回転角度並びに可変動弁機構の作動位相角を検出するカム角センサ等といった、内燃機関１の検査に用いるセンサの一部または全部は、車両に搭載される内燃機関１に予め設置し、かつＥＣＵ０に接続して、車両の運用時に内燃機関１の制御に用いるものである。車両の運用時に内燃機関１の制御に用いないセンサは、内燃機関１の検査の終了後に撤去してもよい。また、検査用プログラムは、内燃機関１の検査の終了後にＥＣＵ０のメモリから消去することがあり得る。

内燃機関１の検査時にモータリングを行う発電用モータジェネレータ２に電力を供給する電源７は、組立工場その他の試験場所に設営されているものを用いてもよいし、車両に搭載される蓄電装置３を用いてもよい。

本実施形態では、車両に搭載され当該車両の運用時に稼働する内燃機関１と、前記内燃機関１に連結されて前記車両に搭載され当該車両の運用時に稼働する、内燃機関１を回転駆動可能なモータリング用電動機２と、前記車両に搭載され当該車両の運用時に前記内燃機関１及び前記モータリング用電動機２を制御するとともに、組み立てられた内燃機関１を検査する目的で当該車両の出荷前にモータリング用電動機２により内燃機関１を回転駆動するべく制御する制御装置０とを具備する車両用システムを構成した。

本実施形態によれば、車両の出荷前の段階で、組み立てられた内燃機関１を、特別なモータリング試験装置を用意することなく検査することが可能となる。しかも、検査前に内燃機関１とモータリング試験装置とを連結し、検査後にそれらを解結する工数を削減できる。検査に使用するモータリング用電動機２は、車両に搭載されて運用されるものであるから、元来内燃機関１に連結するべきものであり、内燃機関１から脱離する必要がない。総じて、電動機２及び内燃機関１を搭載した車両の出荷前に行う検査の効率化を図ることができる。

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、本発明の適用対象となる車両は、シリーズハイブリッド車両に限定されない。

その他、各部の具体的な構成や処理の内容は、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。

本発明は、電動機及び内燃機関を搭載した車両の出荷前の検査に適用することができる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
１…内燃機関
２…モータリング用電動機（発電用モータジェネレータ）
４…走行用電動機（走行用モータジェネレータ）
３…蓄電装置
６２…駆動輪
７…検査用電源

Claims (1)

1. 車両に搭載され当該車両の運用時に稼働する内燃機関と、
   前記内燃機関に連結されて前記車両に搭載され当該車両の運用時に稼働する、内燃機関を回転駆動可能なモータリング用電動機と、
   前記車両に搭載され当該車両の運用時に前記内燃機関及び前記モータリング用電動機を制御するとともに、組み立てられた内燃機関を検査する目的で当該車両の出荷前にモータリング用電動機により内燃機関を回転駆動するべく制御する制御装置と、
   前記内燃機関に設置し、前記制御装置に接続されるセンサと
   を具備する車両用システムであって、
   前記検査は、少なくとも前記内燃機関と前記モータリング用電動機とを結合し、ＰＣＵ若しくはインバータをモータリング用電動機に接続し、かつそれらと前記制御装置とを接続したコンポーネントを車両に搭載する前に実施するものであり、
   前記制御装置は、内燃機関の前記検査時において前記モータリング用電動機を作動させて前記内燃機関を回転駆動させ、前記センサによって得られるセンシング情報に基づき、内燃機関の吸気通路を流通する吸気の圧力または、吸気の流量、排気通路を流通する排気の圧力、クランクシャフト及びカムシャフトの回転速度、クランクシャフトの回転角度または姿勢に対するカムシャフトの回転角度または姿勢、可変動弁機構を含む吸排気バルブの動作、の何れかの異常の有無を確認する、車両用システム。

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