混合动力车的制作方法
【专利摘要】混合动力车包括：发动机；能够再生的行驶用的马达，其示出如下马达特性：当负荷为最大负荷的10％以上时，在马达效率为最高时点的转速的1.5倍的转速下，马达效率达到90％以上；以及变速器，将所述发动机的动力传递至车轮驱动轴，其中，所述马达不经由所述变速器而连接于所述车轮驱动轴。
【专利说明】
混合动力车
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及一种混合动力车。
【背景技术】
[0002]以往，已知有一种并行式的混合动力车，其具备发动机和能够再生的马达，且主要使用发动机驱动车轮，并根据要求输出驱动马达(例如专利文献I)。该混合动力车在车辆的要求输出为发动机的耗油率(燃料消耗率)极高的低输出侧的运转区域，使发动机停止而只用马达驱动车轮，在其以外的运转区域，在耗油率低的运转区域驱动发动机而并用发动机和马达来改善耗油量。另一方面，该混合动力车在车辆减速时，利用马达的再生制动，将运动能量转换为电力(再生电力)而蓄电(回收)，从而确保马达驱动用的电力。
[0003]在该混合动力车中，马达经由变速器连接于螺桨轴等驱动轴，对于使用三相感应电动机等IPM马达(Inter1r Permanent Magnet Synchronous马达)的此种混合动力车来讲是适合的结构。即，在IPM马达中，由于其构造上的问题产生反电动势，因此，在高转速区域难以产生转矩，但是通过如上所述地连接于变速器而马达的转速区域受到限制，从而能够在广泛的速度区域无障碍地产生转矩，也就是说，能够进行动力的输出以及再生。
[0004]然而，在马达经由变速器连接于驱动轴的上述以往的混合动力车中，在高速行驶的制动时等，尽管车轮以高速旋转，但马达只能在被变速器限制的转速范围内回收再生电力。也就是说，不能说是一定能高效率地回收高速旋转的车轮的运动能量来作为再生电力。此外，在上述以往的混合动力车中，由于经由变速器向马达输入运动能量，因此，在此产生能量损失。因此，在此点上，也难以高效率地回收运动能量来作为再生电力。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献I:日本专利公开公报特开2000-343965号【实用新型内容】
[0008]本实用新型的目的在于提供一种混合动力车，能够更高效率地回收行驶中的运动能量来作为再生电力。
[0009]本实用新型一方面所涉及的混合动力车，是并行式的混合动力车，其包括:发动机，其为汽油发动机并具有如下的耗油率特性，即、在高负荷的运转区域，空气过剩率λ被设定为I并且点火模式被设定为通过点火塞的驱动而点燃燃烧室内的混合气的火花点火模式，在中负荷至低负荷的运转区域，空气过剩率λ被设定为2?8并且点火模式被设定为使燃烧室内的混合气压缩自点燃的压缩自点火模式，以便只在最高输出的10%以下的运转区域示出比最低耗油率高15?20%的耗油率的发动机输出；能够再生的行驶用的马达，其为开关磁阻马达并示出如下马达特性:当负荷为最大负荷的10%以上时，在马达效率为最高时点的转速的1.5倍的转速下，马达效率达到90%以上；蓄电池，供给用于使所述马达作为电动机而工作的电力，并且，能够将所述马达再生的电力充电；以及变速器，将所述发动机的动力传递至车轮驱动轴，其中，所述马达不经由所述变速器而连接于所述车轮驱动轴。
【附图说明】
[0010]图1是本实用新型的实施方式所涉及的混合动力车的概略结构图。
[0011]图2是表示图1所示的混合动力车的发动机的特性(耗油率特性)的曲线图。
[0012]图3是表示图1所示的混合动力车的马达和逆变器(电力电路)的结构的图。
[0013]图4是表示图1所示的混合动力车的马达的特性的曲线图。
[0014]图5是马达的剖视略图。
[0015]图6(A)和图6(B)是马达的布局的变形例。
【具体实施方式】
[0016]下面，参照附图详细说明本实用新型的优选的一实施方式。
[0017]图1是本实用新型所涉及的混合动力车I的概略结构图。如该图所示，混合动力车I具备车轮10、车轴12(相当于本实用新型的车轮驱动轴)、发动机14、变速器16、差动齿轮17、马达18、逆变器20、蓄电池22以及控制器24(相当于本实用新型的控制单元)。
[0018]混合动力车I是所谓的并行式的混合动力车。发动机14以及马达18作为输出混合动力车I的驱动力的驱动源而发挥作用，在该混合动力车I中，根据运转条件实现只利用发动机14的行驶或只利用马达18的行驶。也就是说，不进行利用发动机和马达双方的行驶。此夕卜，如后所述，马达18只在车辆的要求输出低的运转区域，例如车辆的出发时以及其后的低速行驶时被驱动，其以外的情况下只利用于再生。
[0019]发动机14是串联四缸汽油发动机，经由变速器16连接于车轴12。
[0020]虽省略详细图示，但发动机14的几何压缩比ε被设定为13以上且18以下的高压缩比。此外，发动机14至少在部分负荷的运转区域(换言之，中负荷至低负荷的运转区域)具有进行稀薄运转的运转区域。在该运转区域，设空气过剩率λ为2以上(优选2.5以上)且8以下、或设G/F (表示相对于EGR气体以及新气体量的燃料量的比的空燃比)为30以上且120以下而使混合气稀薄化。
[0021]此外，发动机14在低负荷至中负荷区域的运转区域，通过将吸气阀关闭时期设定为比下止点迟规定量，从而使发动机I的有效膨胀比高于有效压缩比。另一方面，发动机14在高负荷的运转区域不进行此种吸气阀控制，有效压缩比与有效膨胀比大概一致。也就是说，该发动机14的相对于有效压缩比的有效膨胀比的比率在低负荷至中负荷的运转区域高于高负荷的运转区域。
[0022]此外，该发动机14中，在暖期，在包含全负荷的高负荷的运转区域设空气过剩率λ=I的情况下，点火模式被设为通过点火塞的驱动对燃烧室内的混合气点火的火花点火模式，在如将空气过剩率λ设为2?8(或设G/F30?120)的、其以外的运转区域(换言之，中负荷至低负荷的运转区域)，点火模式被设为使燃烧室内的混合气压缩自点燃的压缩自点火模式。
[0023]通过此种结构，发动机14的图不的热效率提尚，耗油性能大幅度提尚。图2是表不该发动机14的输出(kw)与耗油率(燃料消耗率;g/kwh)之间的关系(耗油率特性)的曲线图。如该图所示，该发动机14中，随着输出的上升耗油率下降(改善)，在特定的输出耗油率达到最低耗油率F_MIN。并且，在超过该输出的运转区域耗油率几乎平移，维持最低耗油率F_MIN或接近该最低耗油率F_MIN的耗油率。例如，在该发动机14中，示出比最低耗油率F_MIN高15%?20% (图示的例子中为15% (F_15))的耗油率的该发动机的输出为最高输出的10%。因此，在超过该输出(0_10)的运转区域，维持最低耗油率F_MIN或接近该最低耗油率F_MIN的耗油率。
[0024]在此，最高输出的1%以下的输出例如在该混合动力车I中是指在车辆的出发时以及其后的低速行驶时等低负荷时被要求的输出，因此，在该混合动力车中I，在中负荷起至高负荷的运转区域实现低耗油率，即、最低耗油率F_MIN至低于比该最低耗油率?_1]高15%的耗油率。
[0025]所述马达18连接于车轴12并经由逆变器20连接于蓄电池22。来自蓄电池14的电力被逆变器20转换为交流电力并被供给至马达18。马达18接收该电力供给而作为电动机工作。也就是说，马达18的驱动力经由车轴12传递至左右的车轮10从而车辆行驶。此外，马达18在车辆减速时作为发电机而工作。在马达18产生的交流电力在逆变器20被转换为直流电力后充电至蓄电池22。另外，关于该马达18在后面详述。
[0026]所述控制器24基于来自各种传感器的输入信号，进行发动机14以及马达18的驱动控制，以获得驾驶者要求的行驶状态，并且，进行马达18的再生控制等，以确保必要的电力。该控制器24是以周知的微电脑为基础的控制器，具备执行程序的中央运算处理装置(CPU)、例如由RAM以及ROM构成且存储程序以及数据的存储器以及输入输出电信号的输入输出(I/O)总线。控制器24包含主控制器24a、控制发动机14的发动机控制器24b以及控制马达18的马达控制器24c(相当于本实用新型的马达控制单元)来作为与本实用新型相关的功能结构。此外，各控制器24a?24c可作为互相独立的控制器而构成，也可作为一个控制器而构成。
[0027]从设置在车辆的多个传感器向该控制器24输入各种信息。若在本实用新型的说明所需的范围进行说明，在车辆I设有检测与加速踏板的踩入量相对应的加速器开度的加速器开度传感器30、检测制动踏板的踩入量的制动传感器32以及检测车辆的行驶速度的车速传感器34，来自这些传感器30?34的信号被输入至控制器24。
[0028]控制器24中尤其是主控制器24a基于来自所述加速器开度传感器30以及车速传感器34的输入信号计算运转条件、即车辆的要求输出(驱动转矩)，并基于所计算出的要求输出决定发动机14以及马达18的驱动/停止。在此，主控制器24a判断计算出的车辆的要求输出是否在规定的下限值以下，如果是下限值以下，停止发动机14而只利用马达18驱动车轮10，在超过该下限值的情况下，只利用发动机14驱动车轮10。在该例子中，所述下限值被设定为发动机14的最高输出的10%的值。因此，在该混合动力车I中，发动机14仅在超过其最高输出的10%的运转区域(图2的影线区域以外的区域)被驱动。另一方面，马达18仅在车辆的要求输出为上述下限值以下的运转区域被驱动，在超过该下限值的运转区域只利用于再生。
[0029]主控制器24a在使发动机驱动时向发动机控制器24b输出发动机的驱动指令信号，在使马达驱动时向马达控制器24c输出马达的驱动指令信号。
[0030]发动机控制器24b在车辆的要求输出超过所述下限值的情况下，将要求输出设定为目标输出(目标驱动转矩)，并且，基于该目标驱动转矩计算出节流阀开度、燃料喷射脉冲等，并向节流阀、喷射器等输出控制信号。
[0031]此外，马达控制器24c在车辆的要求输出在所述下限值以下的情况下，将该要求输出设定为目标输出(目标驱动转矩)，并且，基于该目标驱动转矩向逆变器20 (后述的电力电路)输出控制信号。据此，对马达18进行驱动控制。此外，在从制动传感器32输入了信号的情况下，马达控制器24c基于该信号计算目标再生转矩，并且，基于该目标再生转矩向逆变器20(后述的电力电路)输出控制信号。据此，对马达18进行再生控制。
[0032]图3表示所述马达18和向该马达18供给电力的电力电路50的结构。
[0033]在该例子中，作为马达18使用开关磁阻马达(以下称为SR马达)。该马达18具备转子42和以包围该转子42的方式设置的定子44，转子42具备由朝向径向外侧突出的磁性体形成的多个转子突极部42a，定子44具有朝向内侧突出的多个定子突极部44a。在该例子中，转子42由铁芯形成，且具有4个转子突极部42a。此外，定子44具有6个定子突极部44a，各定子突极部44a分别被卷线而形成U、V、W相的三相励磁线圈Lu、Lv、Lw。也就是说，在该马达18，定子44的各励磁线圈Lu、Lv、Lw依次被通电，转子突极部42a被定子突极部44a磁力吸引，从而在转子42产生驱动转矩以及再生转矩。
[0034]所述电力电路50通过所述马达控制器24c的PffM控制，将蓄电池22的电力供给至马达18，也就是说，向各励磁线圈Lu、Lv、Lw通电。该电力电路50包含在所述逆变器20中。
[0035]电力电路50包括:电容51;具有互相串联连接的IGBT(绝缘栅双极型晶体管)52和二极管58的第一电路部；具有互相串联连接的IGBT53和二极管59的第二电路部；具有互相串联连接的IGBT54和二极管60的第三电路部;具有互相串联连接的IGBT55和二极管61的第四电路部；具有互相串联连接的IGBT56和二极管62的第五电路部；以及具有互相串联连接的IGBT57和二极管63的第六电路部，且电力电路50具有这些电容51以及电路部等与蓄电池22分别并联连接的电路结构。并且，在第一电路部的IGBT52与二极管58的连接点连接有马达18的线圈Lu的一端，在第二电路部的IGBT53与二极管59的连接点连接有线圈Lu的另一端。此外，在第三电路部的IGBT54与二极管60的连接点连接有马达18的线圈Lv的一端，在第四电路部的IGBT55与二极管61的连接点连接有线圈Lv的另一端。另外，在第五电路部的IGBT56与二极管62的连接点连接有马达18的线圈Lw的一端，在第六电路部的IGBT57与二极管63的连接点连接有线圈Lw的另一端。
[0036]也就是说，在对马达18进行驱动/再生控制的情况下，从马达控制器24c向电力电路50的IGBT52、54、56输出具有与目标驱动转矩/目标再生转矩相对应的占空比的控制信号(PffM信号)，从而该IGBT52、54、56导通、截止。此外，基于从马达18的未图示的旋转角传感器输出的转子42的旋转角，从马达控制器24c向IGBT53、55、57输出用于切换IGBT53、55、57的导通截止的控制信号。
[0037]另外，在该马达18(SR马达)，转子42以及定子44不使用永久磁铁，因此，不会产生IPM马达那样的反电动势。因此，该马达18与IPM马达相比，在高转速区域，可维持高马达效率。图4示出了马达负荷为最大负荷的10%以上时的马达18(SR马达)的马达转速与转矩(驱动转矩/再生转矩)的关系以及IPM马达的马达转速与转矩的关系。在图4中，实线表示马达18(SR马达)，点划线表示IPM马达，虚线表示等输出线。
[0038]如图4所示，在IPM马达，如果转速达则转矩急剧降低而偏离等输出线。相对于此，马达18(SR马达)即使超过转速S_IPM也沿着等输出线，且在偏离等输出线的区域，其转矩的下降也缓慢，能够在更高的转速区域获得高转矩。具体而言，在该例的马达18中，当马达负荷为最大负荷的10 %以上时，确保如下的马达特性，即:转速S_MSE的1.5倍的转速S_X1.5下的马达效率达到90%以上的马达特性，其中，转速S_MSE是相对于理论上的最大输出转矩T_0的马达18的产生转矩1'_31?的比例最高的转速。
[0039]另外，在该混合动力车I，所述马达18如图1所示地不经由变速器16而直接连接于车轴12。详细而言，如图5所示，马达18是所谓的中空结构的马达(中空马达)，具有例如在圆筒状的壳体18a的内周面固定所述定子44，在该定子44的内侧配置所述转子42的结构。并且，马达18以车轴12贯通转子42以及定子44的方式配置于该车轴12，在此基础上，所述转子42被固定于车轴12。据此，马达18与车轴12配置在同轴上，在此基础上，该马达18直接连接于车轴12。
[0040]根据如上所述的混合动力车I，如上所述，马达18不经由变速器16而在差动齿轮17与车轮10之间的位置直接连接于车轴12。因此，能够更高效率地进行利用马达18的车轮10的驱动以及再生电力的回收。即，在马达18驱动时，不会在变速器16等损失其驱动力而能够直接传递至车轴12，另一方面，在马达18再生时，不会在变速器16等损失制动时的运动能量而从车轴12输入到马达18。而且，在该混合动力车I，当马达负荷为最大负荷的10%以上时，适用SR马达作为上述马达18，因此，在高速行驶过程中，能够有效地回收高速旋转的车轴12的运动能力来作为再生电力，其中，SR马达具有在马达效率为最高的转速S_MSE的1.5倍的转速S_X1.5下的马达效率达到90%以上的马达特性。因此，根据该混合动力车I，与IPM马达经由变速器连接于车轴的以往的此种混合动力车相比，能够将马达18产生的运动能量高效率地使用于混合动力车I的行驶，并且，能够更高效率地将制动时的运动能量作为再生电力回收。
[0041]此外，该混合动力车I具备发动机14，该发动机14具有示出比最低耗油率高15%的耗油率的发动机输出只为最高输出的10 %以下的运转区域的耗油率特性，在车辆的要求输出为发动机14的最高输出的10%以下的运转区域(发动机14的耗油率比最低耗油高15%以上的运转区域)使发动机14停止而只利用马达18行驶，在要求输出超过所述最高输出的10%的运转区域(发动机的耗油率为最低耗油率F_MIN起至低于比该最低耗油率F_MIN高15%的耗油率的运转区域)只利用发动机14行驶。也就是说，根据该混合动力车I，在示出最低耗油起至低于15%的耗油率的运转区域只驱动发动机14，而对于马达18，只在车辆的出发时以及其后的低速行驶时等低负荷时驱动。因此，在全运转区域维持低耗油率并能适用比较低输出的小型马达，据此，具有减轻车辆重量，进而实现耗油率的提高以及车辆成本的低廉的优点。
[0042]另外，根据上述混合动力车I，马达18不经由变速器16而直接连接于车轴12，因此，也能够减轻控制器24(马达控制器24c)的控制负担。即，在马达经由变速器连接于车轴的以往的混合动力车中，需要追随变速器的切换而使马达产生适当转矩(驱动转矩/再生转矩)的复杂的转矩控制，但根据该混合动力车I，无需此种复杂的转矩控制，相应地能够减轻控制器24(马达控制器24c)的控制负担。
[0043]另外，根据该混合动力车I，马达18不经由变速器16而直接连接于车轴12，因此，能够将马达18配置在发动机室中发动机后方的比较有余裕的部位。尤其在该混合动力车I，马达18以车轴12贯通该马达18的内侧的方式与车轴12配置在同轴上，由此马达18与车轴12的占有空间局部重复。因此，还具有能够在狭窄的空间高效率地配置马达18的优点。
[0044]另外，在该实施方式的混合动力车I中，如图1所示，马达18在车轴12中，在差动齿轮17与右侧的车轮10之间的位置连接于车轴12，但例如也可以在差动齿轮17与左侧的车轮1之间的位置连接于车轴12。
[0045]此外，如图6(A)所示，在与车轴12相比位于车辆后方的位置，以转子旋转轴与车轴12平行的状态配置马达18后，经由PT0(Power Take Off) 19将该马达18连接于车轴12。此时，如图6(B)所示，也能以转子旋转轴与车轴12垂直的状态配置马达18。此时，还可考虑如如图中的两点划线所示，利用驾驶席和副驾驶席之间的比较有余裕的空间配置马达18。
[0046]以上说明了本实用新型的混合动力车I，但该混合动力车I只是本实用新型所涉及的混合动力车的优选的实施方式的例示，其具体的结构可在不脱离本实用新型的主旨的范围适当变更。
[0047]概括以上说明的本实用新型则如下所述。
[0048]为了解决上述问题，本实用新型的并行式的混合动力车，包括:发动机;能够再生的行驶用的马达，其示出如下马达特性:当负荷为最大负荷的10%以上时，在马达效率为最高时点的转速的I.5倍的转速下，马达效率达到90 %以上；以及变速器，将所述发动机的动力传递至车轮驱动轴，其中，所述马达不经由所述变速器而连接于所述车轮驱动轴。
[0049]根据该混合动力车，马达不经由变速器而连接于车轮驱动轴，因此，不会在变速器损失制动时的运动能量而输入到马达。而且，马达具有在负荷为最大负荷的10%以上时，在马达效率为最高的转速的1.5倍的转速下的马达效率为90%以上的马达特性，因此，在IPM马达的情况下难以实现的高转速区域也能高效率地产生再生转矩，因此，能够有效地将高速旋转的车轮的运动能量作为再生电力而回收。
[0050]此时，根据开关磁阻马达，具有当负荷为最大负荷的10%以上时，在马达效率为最高时点的转速的1.5倍的转速下的马达效率为90%以上的上述的马达特性，因此，适合作为上述混合动力车的马达。
[0051 ]另外，在该混合动力车中，优选:所述发动机具有如下耗油率特性:只在最高输出的10 %以下的运转区域示出比最低耗油率高15?20 %的耗油率的发动机输出。
[0052]根据该构成，在发动机输出超过最高输出的10%的运转区域，发动机始终维持低耗油率(每输出的燃料消耗量少)，因此，车辆在广泛的运转区域利用发动机行驶，能够将对马达要求的运转区域限制在车辆的要求输出极低的运转区域。
[0053]此时，例如能够构成为:还包括控制单元，控制所述发动机以及所述马达的驱动，其中，所述控制单元根据所述混合动力车的运转状态计算出所述发动机的目标输出，在所述目标输出为所述最高输出的10%以下的运转区域，让所述发动机停止运转并且让所述马达驱动所述混合动力车，另一方面，在所述目标输出为所述最高输出的10%以下的运转区域以外的运转区域，让所述发动机驱动所述混合动力车并且让所述马达只进行再生动作。
[0054]根据该构成，马达只在车辆的出发时以及其后的低速行驶时等被驱动，在其以外的运转区域，马达只利用于再生(发电)。因此，作为马达能够适用低输出的小型马达，据此，能够实现车重量的轻量化，进而实现耗油率的提高以及车辆成本的低廉化。
[0055]另外，在上述的混合动力车中，优选:所述马达具有中空结构，所述马达以所述车轮驱动轴贯通该马达的内部的状态配置在与该车轮驱动轴相同的轴上。
[0056]根据该构成，能够将马达和车辆驱动轴紧凑地配置在同轴上，因此，在布局方面有利。
[0057]此外，在上述的混合动力车中，也可为:所述马达以转子旋转轴垂直于所述车轮驱动轴的状态连接于该车轮驱动轴。
[0058]根据该构成，如利用驾驶席和副驾驶席之间的空间等配置马达，能够有效地使用车辆的空余空间配置马达。
【主权项】
1.一种混合动力车，是并行式的混合动力车，其特征在于包括: 发动机，其为汽油发动机并具有如下的耗油率特性，即、在高负荷的运转区域，空气过剩率λ被设定为I并且点火模式被设定为通过点火塞的驱动而点燃燃烧室内的混合气的火花点火模式，在中负荷至低负荷的运转区域，空气过剩率λ被设定为2?8并且点火模式被设定为使燃烧室内的混合气压缩自点燃的压缩自点火模式，以便只在最高输出的10%以下的运转区域示出比最低耗油率高15?20%的耗油率的发动机输出； 能够再生的行驶用的马达，其为开关磁阻马达并示出如下马达特性:当负荷为最大负荷的10 %以上时，在马达效率为最高时点的转速的1.5倍的转速下，马达效率达到90 %以上； 蓄电池，供给用于使所述马达作为电动机而工作的电力，并且，能够将所述马达再生的电力充电；以及 变速器，将所述发动机的动力传递至车轮驱动轴，其中， 所述马达不经由所述变速器而连接于所述车轮驱动轴。2.根据权利要求1所述的混合动力车，其特征在于还包括: 控制单元，控制所述发动机以及所述马达的驱动，其中， 所述控制单元根据所述混合动力车的运转状态计算出所述发动机的目标输出，在所述目标输出为所述最高输出的10%以下的低负荷运转区域，让所述发动机停止运转并且让所述马达驱动所述混合动力车。3.根据权利要求2所述的混合动力车，其特征在于: 所述控制单元在所述目标输出为所述10%以下的运转区域以外的运转区域，让所述发动机驱动所述混合动力车并且让所述马达只进行再生动作。4.根据权利要求1至3中任一项所述的混合动力车，其特征在于: 所述马达具有中空结构，所述马达以所述车轮驱动轴贯通该马达的内部的状态配置在与该车轮驱动轴相同的轴上。5.根据权利要求1至3中任一项所述的混合动力车，其特征在于: 所述马达以转子旋转轴垂直于所述车轮驱动轴的状态连接于该车轮驱动轴。
【文档编号】B60K6/26GK205661306SQ201490000796
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2014年6月3日
【发明人】高原慎二, 武藤充宏, 齐藤智明
【申请人】马自达汽车株式会社