JP2010036808A - 車両 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの動力変動に起因する振動を効果的に抑制することができるハイブリッド型の車両を提供する。
【解決手段】 動力ユニット３は、エンジン２５と、エンジン２５の動力によって発電する発電機２７と、この発電機２７が発生する電力を蓄積する蓄電ユニット５５と、この蓄電ユニット５５に蓄積された電力によって動力を発生する電動モータ２６とを備えている。動力制御ユニット６５は、エンジン２５の動力変動を補償するように発電機２７の発電負荷および電動モータ２６の発生トルクを制御する。
【選択図】図４

Description

この発明は、エンジンおよび電動モータを動力源とする車両に関する。

エンジンおよび電動モータが発生する駆動力を共通に駆動軸に伝達可能としたハイブリッド型車両が知られている。たとえば、特許文献１には、パラレル方式のハイブリッド型車両が開示されている。パラレル方式のハイブリッド型車両では、負荷の小さい運転域では電動機のみが動力源とされ、負荷が大きくなるとエンジンが始動される。したがって、走行中負荷が大きくなった状態でのエンジンの始動が必要になることがある。このエンジン始動時のトルク変動に起因して、振動が生じる。特許文献１の発明では、エンジン始動時の振動を抑制するためのトルクを電動モータから発生させるようにしている。
特許第３４５４１６７号公報

特許文献１の先行技術では、エンジン始動時の振動は抑制されるが、始動後にエンジンから生じる振動についての対策はなされていない。
しかし、エンジンの燃焼サイクル中にもトルク変動が生じるから、このトルク変動に起因する振動が問題となる場合もある。とくに、二輪車両に搭載されるエンジンは、気筒数が少なく、単気筒エンジンが搭載される場合もあるから、燃焼サイクル中のトルク変動が大きい。したがって、乗員の快適性を高め、かつ、静粛性を高めるうえで、始動後の定常運転状態においても、エンジンの振動を抑制することが好ましい。

そこで、この発明の目的は、エンジンの動力変動に起因する振動を効果的に抑制することができるハイブリッド型の車両を提供することである。

この発明の車両は、車輪を支持する駆動軸と、エンジンと、前記エンジンの動力によって発電する発電機と、この発電機が発生する電力を蓄積する蓄電ユニットと、この蓄電ユニットに蓄積された電力によって動力を発生する電動モータと、前記エンジンおよび電動モータの動力を駆動軸に伝達する伝達機構と、前記エンジンの動力変動を補償するように前記発電機の発電負荷および前記電動モータの発生トルクを制御する動力制御ユニットとを含む。

この構成によれば、エンジンの動力によって発電機が駆動されることで、蓄電ユニットに電力が蓄積される。この蓄電ユニットに蓄積された電力によって電動モータが駆動される。そして、エンジンおよび電動モータの動力が伝達機構によって駆動軸に伝達される。こうして、ハイブリッド型の車両が構成されている。発電機の発電負荷および電動モータの発生トルク（以下「モータトルク」という。）は、エンジンの動力変動を補償するように制御される。これにより、エンジンの動力変動に起因する振動を抑制でき、乗員の快適性および車両の静粛性を高めることができる。むろん、エンジン始動時に限らず、始動後の定常運転状態においても、発電負荷およびモータトルクの制御によって、エンジンの動力変動を補償でき、車両の振動を抑制できる。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る車両である自動二輪車の構成を説明するための側面図であり、フロントカバー、レッグシールド、およびサイドカバー等の外装部品を取り除いた構成が示されている。
自動二輪車１は、車体フレーム２と、動力ユニット３と、前輪４と、後輪５とを備えている。車体フレーム２の前部には、ヘッドパイプ６が設けられている。このヘッドパイプ６に、フロントフォーク７が左右方向への揺動が可能なように支持されている。このフロントフォーク７の下端に前輪４が軸支されている。フロントフォーク７の上端には、自動二輪車１を操向するためのハンドル８が固定されている。

車体フレーム２の後部上方には、二人乗り用の鞍乗型シート９が取り付けられている。また、車体フレーム２の後部下方には、ユニットスイング式の動力ユニット３が上下自在に取り付けられている。より具体的には、車体フレーム２の後部下方に懸架部材１０が左右に一対設けられている。動力ユニット３には左右一対のピボット部１１が設けられている。各ピボット部１１は左右方向に延びるピボット軸１２を備えている。このピボット軸１２が、懸架部材１０に形成された挿通孔に挿通されている。これにより、動力ユニット３は、車体フレーム２に対して、ピボット軸１２を中心として上下揺動自在に支持されている。この動力ユニット３の後端部に、後輪５が軸支されている。

図示は省略するが、車体フレーム２は、ヘッドパイプ６の前側がフロントカバーで覆われており、ヘッドパイプ６の後側がレッグシールドで覆われており、シート９の下方の周囲がサイドカバーで覆われている。
図２は動力ユニット３の拡大側面図であり、図３は動力ユニット３の一部断面を示す平面図である。動力ユニット３は、ハイブリッド型原動機ユニット２０（以下単に「原動機ユニット２０」という。）と、無段変速機構２１が収容された伝動ケース２２とを備え、これらを一体化して構成されている。

原動機ユニット２０は、エンジン２５と、電動モータ２６と、発電機２７とを備えている。エンジン２５は、たとえば、水冷式単気筒エンジンであり、クランクケース３０と、シリンダブロック３１と、シリンダヘッド３２とを結合して構成されている。すなわち、クランクケース３０にシリンダブロック３１が結合され、シリンダブロック３１にシリンダヘッド３２が結合されている。クランクケース３０内には、クランク軸３４が回転自在に収容されている。このクランク軸３４に、コンロッド３５を介してピストン３６が結合されている。ピストン３６は、シリンダブロック３１内に、往復摺動可能に収容されている。シリンダヘッド３２には、点火プラグ３７が配置されている。点火プラグ３７の放電部は、空気と燃料との混合気が導入される燃焼室に臨んでいる。

クランク軸３４は、自動二輪車１の左右方向に沿って配置されている。このクランク軸３４の一端部である右側端部３４ａに、電動モータ２６が結合されている。この電動モータ２６は、クランク軸３４に対してトルクを付与することができる。また、クランク軸３４の他端部である左側端部３４ｂは、無段変速機構２１に結合されている。さらに、クランク軸３４の左側端部３４ｂ寄りの途中部に、発電機２７が結合されている。この発電機２７は、クランク軸３４の回転によって電力を生じるものである。

無段変速機構２１は、駆動側シーブ３８と、従動側シーブ３９と、これらの間に巻き掛けられた無端状のＶベルト４０とを備え、これらが伝動ケース２２に収容されている。伝動ケース２２は、ケース本体２３と、このケース本体２３に着脱可能に装着されたケースカバー２４（図２では図示を省略した。）とを有している。ケース本体２３は、クランクケース３０の左側に一体的に形成され、後輪５の中心部まで延びている。

駆動側シーブ３８は、クランク軸３４の左側端部３４ｂに固定された固定シーブ３８ａと、この固定シーブ３８ａよりも発電機２７側に設けられた可動シーブ３８ｂとを有している。固定シーブ３８ａおよび可動シーブ３８ｂの間に形成されるＶ字形の溝内にＶベルト４０が収容されている。
固定シーブ３８ａは、クランク軸３４に固定されていて、クランク軸３４の軸方向に関する移動も、クランク軸３４に対する相対回転もできないようになっている。つまり、クランク軸３４に対する相対位置が不変であり、クランク軸３４とともに回転するようになっている。可動シーブ３８ｂは、クランク軸３４の軸方向に対する移動が可能であるが、クランク軸３４に対する相対回転ができないように、クランク軸３４に取り付けられている。より具体的には、クランク軸３４の外周面には、その軸方向に沿ってキー４１が形成されている。可動シーブ３８ｂは、クランク軸３４が挿通されるボスを中心部に有しており、このボスの内周面には、キー４１に係合するキー溝が形成されている。すなわち、可動シーブ３８ｂは、クランク軸３４に対してスプライン結合している。

従動側シーブ３９は、固定シーブ３９ａと、可動シーブ３９ｂとを備えており、これらは伝動ケース２２の後端部に軸支された従動軸４５に装着されている。固定シーブ３９ａは、従動軸４５に対する相対回転が可能であるが、従動軸４５の軸方向移動が不能であるように設けられている。可動シーブ３９ｂは、固定シーブ３９ａとともに回転し、かつ、従動軸４５の軸方向に対する移動が可能であるように設けられている。より具体的には、固定シーブ３９ａの中央にはボス４３が形成されており、このボス４３に従動軸４５が挿通している。さらに、可動シーブ３９ｂの中央に形成されたボスに、固定シーブ３９ａのボス４３が挿通している。固定シーブ３９ａのボス４３には、従動軸４５の軸方向に沿ってキー（図示せず）が形成されている。このキーに係合するキー溝が、可動シーブ３９ｂのボスの内周面に形成されている。すなわち、可動シーブ３９ｂは、固定シーブ３９ａのボス４３に対してスプライン結合している。可動シーブ３９ｂは、圧縮コイルばね４６によって、固定シーブ３９ａに向けて付勢されている。

固定シーブ３９ａの回転は、遠心式クラッチ４８を介して従動軸４５に伝達されるようになっている。遠心式クラッチ４８は、固定シーブ３９ａの回転速度が所定の回転速度に達するとクラッチインして、固定シーブ３９ａの回転を従動軸４５に伝達する。この従動軸４５の回転は、メイン軸４９を含む減速機構によって減速されて駆動軸５０に伝達され、この駆動軸５０に装着された後輪５に伝達される。

このように、エンジン２５および電動モータ２６の動力がクランク軸３４に共通に与えられる。そして、その動力が、駆動側シーブ３８およびＶベルト４０を介して従動側シーブ３９に伝達され、さらに、従動側シーブ３９から遠心式クラッチ４８等を介して駆動軸５０に伝達されるようになっている。
図示は省略するが、可動シーブ３８ｂの内側（固定シーブ３８ａとは反対側）には、遠心機構が配置されている。この遠心機構は、カムプレートと、ローラウェイトとを含む。カムプレートは、可動シーブ３８ｂに対向配置され、クランク軸３４から離れるに従って可動シーブ３８ｂに接近するカム面を有する。ローラウェイトは、カムプレートのカム面と可動シーブ３８ｂとの間に配置されている。

クランク軸３４の回転に伴ってローラウェイトがクランク軸３４の周りで回転する。このとき、遠心力によってローラウェイトはクランク軸３４から離れる方向へと移動し、カムプレートと可動シーブ３８ｂとの間隔を広げる。これにより、可動シーブ３８ｂが固定シーブ３８ａに向かって移動する。
可動シーブ３８ｂがクランク軸３４の軸方向に移動することによって、固定シーブ３８ａと可動シーブ３８ｂとの間に形成されるＶ溝の幅が変化する。これに応じて、Ｖベルト４０のクランク軸３４からの距離が変化し、その巻き掛け径が変化することになる。具体的には、クランク軸３４の回転が高速であるほど、可動シーブ３８ｂが固定シーブ３８ａに接近し、それに応じて、Ｖベルト４０の巻き掛け径が大きくなる。

駆動側シーブ３８におけるＶベルト４０の巻き掛け径の変化に応じて、従動側シーブ３９におけるＶベルト４０の巻き掛け径も変化する。具体的には、駆動側シーブ３８での巻き掛け径が大きくなると、従動側シーブ３９では、可動シーブ３９ｂが圧縮コイルばね４６のばね力に抗して固定シーブ３９ａから離反変位する。逆に、駆動側シーブ３８での巻き掛け径が小さくなると、従動側シーブ３９では、可動シーブ３９ｂが圧縮コイルばね４６のばね力によって固定シーブ３９ａへと接近する。このようにして、駆動側シーブ３８と従動側シーブ３９とにおけるＶベルト４０の巻き掛け径の比が変化し、クランク軸３４から従動軸４５への減速比が変化する。

図４は、動力ユニット３に関する電気的構成を説明するためのブロック図である。動力ユニット３は、エンジン２５、電動モータ２６および発電機２７を有する。発電機２７には蓄電ユニット５５が結合されている。この蓄電ユニット５５は、電動モータ２６の電源として用いられるようになっている。蓄電ユニット５５は、バッテリやキャパシタ等からなり、発電機２７によって発生された電力を蓄積し、蓄積した電力を電動モータ２６に供給することができるものである。

エンジン２５、電動モータ２６および発電機２７の動作は、電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）６０によって制御されるようになっている。電子制御ユニット６０は、所定のプログラムに従って動作するコンピュータを備えている。このコンピュータが前記プログラムに従って動作することによって、電子制御ユニット６０は、複数の機能処理ユニットとして動作することができる。具体的には、電子制御ユニット６０は、回転速度検出ユニット６１、点火時期検出ユニット６２、クランク角検出ユニット６３、失火判定ユニット６４、および動力制御ユニット６５としての機能を実現する。さらに、動力制御ユニット６５の機能は、発電負荷制御ユニット６６としての機能と、電動モータ制御ユニット６７としての機能を含む。

回転速度検出ユニット６１の機能は、クランク角センサ５７の出力信号から、クランク軸３４の回転速度を演算することである。クランク角センサ５７は、エンジン２５に付設されており、クランク軸３４のクランク角（クランク軸３４の回転角）を表す信号を出力する。点火時期検出ユニット６２の機能は、点火プラグ３７の作動時期、すなわち、エンジン２５の燃焼室内の混合気に点火する時期を検出することである。クランク角検出ユニット６３の機能は、クランク角センサ５７の出力信号に基づいてクランク角を演算することである。この演算されたクランク角に基づいて、点火時期検出ユニット６２による点火時期の検出が行われる。失火判定ユニット６４の機能は、点火タイミング直後の回転速度の変化から、燃焼が生じたか、燃焼に失敗したか（失火したか）を判定することである。

発電負荷制御ユニット６６の機能は、発電機２７による発電負荷（クランク軸３４に与えられる負荷トルク）を制御することである。さらに具体的には、発電負荷制御ユニット６６は、エンジン２５の行程および回転速度に応じて発電機２７による発電負荷を制御する。発電負荷の制御は、たとえば、界磁電流の量および位相を制御することによって行うことができる。

また、電動モータ制御ユニット６７の機能は、電動モータ２６が発生するトルクを制御することである。より具体的には、電動モータ制御ユニット６７は、エンジン２５の行程および回転速度に応じて、電動モータ２６の発生トルクを制御する。
図５は、単気筒エンジンにおける回転速度とエンジン平均トルクとの関係の一例を示す図である。４サイクルエンジンの燃焼サイクルは、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程（膨張行程）および排気行程からなる。エンジン平均トルクとは、燃焼行程、排気行程、吸気行程および圧縮行程においてエンジン２５が発生する瞬時トルクの平均値である。

エンジン平均トルクは、エンジン２５の回転速度に依存している。具体的には、エンジン平均トルクは、回転速度に対して山形の変化を示し、所定の回転速度（たとえば５０００ｒｐｍ）で極大値をとる。エンジン平均トルクの最大値は、たとえば、約２０Ｎｍである。
図６は、単気筒４サイクルエンジンの燃焼サイクル中における回転速度の変動の一例を示す図である。燃焼室内の混合気への点火は、圧縮行程の末期に行われる。これにより、エンジン２５の回転速度は、その後の燃焼行程において急加速され、排気行程から圧縮行程にかけて減速していく。燃焼行程における瞬時加速トルクは、たとえば、約２００Ｎｍである。

無段変速機構２１は、クランク軸３４に出力される平均トルクおよび瞬時トルクを考慮して、これらに対して充分な耐久性を有するように強度設計がなされる必要がある。より具体的には、クランク軸３４に設けられたキー４１、および従動側シーブ３９に備えられた前述のキーの強度設計の際には、クランク軸３４に出力される平均トルクおよび瞬時加速トルクを考慮する必要がある。したがって、もしもエンジン２５の出力トルクがそのままクランク軸３４に現れるとすれば、エンジン平均トルクおよび瞬時加速トルクを考慮して、これらに対して充分な耐久性を有するように無段変速機構２１の強度設計がなされる必要がある。

図７(a)はエンジン２５が発生するエンジン瞬時トルクおよびエンジン平均トルクの変動を示している。エンジン瞬時トルクは、燃焼行程において急減に立ち上がり、その後の排気行程、吸気行程および圧縮行程においては小さくなる。より詳細には、燃焼行程においては、エンジン平均トルクよりも大きなエンジン瞬時トルクが発生するが、排気行程、吸気行程および圧縮行程におけるエンジン瞬時トルクはエンジン平均トルクを下回り、負の値となる期間も存在する。とくに、圧縮行程の末期のエンジン瞬時トルクは、絶対値の比較的大きな負の値となっている。燃焼行程においては、その初期にエンジン瞬時トルクが急峻に立ち上がる。そして、エンジン瞬時トルクは、燃焼行程の前半にピーク（極大点）を迎えた後は減少傾向となり、燃焼行程の末期には零となる。

図７(b)は発電負荷制御ユニット６６による制御によって変動する発電負荷を説明するための図である。発電機２７がクランク軸３４に作用する負荷トルク（発電負荷）は、エンジン２５の回転を妨げる方向のトルク、すなわち、負の値である。この発電負荷は、エンジン瞬時トルクが大きくなる燃焼行程において、絶対値が比較的大きな負の値に制御される。その後の排気行程、吸気行程および圧縮行程における発電負荷は零に制御される。より詳細には、燃焼行程における発電負荷の変動は、エンジン瞬時トルクの変動を正負反転した特性に倣う。ただし、発電負荷によってエンジン瞬時トルクを全て打ち消すのではなく、エンジン瞬時トルクをある比率（たとえば５０％）で打ち消すように、発電負荷が制御される。これにより、燃焼行程において、エンジン瞬時トルクを緩和しながら、クランク軸３４に駆動トルクを与えることができる。そして、発電負荷に応じた電力が発電機２７から発生し、蓄電ユニット５５に蓄積される。

図７(c)は、電動モータ制御ユニット６７の制御によって変動する電動モータ２６の発生トルク（モータトルク）を示す図である。モータトルクは、エンジン瞬時トルクがエンジン平均トルクを下回る期間、すなわち、エンジン瞬時トルクが不足する期間に、その不足分を補うように制御される。具体的には、燃焼行程の末期まではモータトルクは零に保持される。そして、燃焼行程の末期から、モータトルクが零よりも大きな値で変動するように制御される。より詳細には、モータトルクの変動は、エンジン瞬時トルクとエンジン平均トルクとの差分を補償するように制御される。とくに、排気行程、吸気行程および圧縮行程においては、エンジン瞬時トルクが負の値となるので、エンジン平均トルクよりも大きなモータトルクが電動モータ２６から発生させられる。

図７(d)は、エンジン２５の瞬時トルク、発電負荷およびモータトルクを合成した合成トルクを示す図である。発電負荷によって、主として燃焼行程における過剰なエンジン瞬時トルクが抑制される。また、モータトルクによって、主として、排気行程、吸気行程および圧縮行程におけるトルク不足が補われる。その結果、全体の合成トルクは、燃焼行程の初期に立ち上がった後に排気行程にかけて徐々に減少し、その後は次の燃焼行程まで平均トルクに近似した値となる。

このようにして、発電負荷およびモータトルクによってエンジン瞬時トルクの変動が抑制される。とくに、エンジン２５が単気筒エンジンであっても、多気筒エンジン並みの滑らかなトルク出力が実現される。これにより、振動を抑制できるうえ自動二輪車１の走行が滑らかになるので、快適性を向上でき、併せて静粛性を向上できる。
図８は、電子制御ユニット６０の動作を説明するためのフローチャートであり、所定の制御周期（たとえば、１／１００秒）ごとに繰り返し実行される処理が示されている。電子制御ユニット６０は、クランク軸３４の回転速度を調べることによって、エンジン２５が運転中かどうかを判断する（ステップＳ１）。より具体的には、クランク角センサ５７の出力信号を処理することによって、クランク軸３４の回転速度が求められる（回転速度検出ユニット６１の機能）。この回転速度が所定の閾値以上であればエンジン２５が運転中であると判断し、回転速度が当該閾値未満であればエンジン２５が停止中であると判断する。エンジン２５が停止中であれば（ステップＳ１：ＮＯ）、以後の処理は行わない。

エンジン２５が運転中であるときは（ステップＳ１：ＹＥＳ）、上死点時期および点火時期の検出が行われる（ステップＳ２：点火時期検出ユニット６２の機能）。すなわち、クランク角センサ５７の出力信号に基づいてクランク角が求められ（クランク角検出ユニット６３の機能）、そのクランク角から、ピストン３６が上死点に至る時期が検出され、さらに、点火プラグ３７による点火時期が検出される。

点火時期が検出されると、次に、電子制御ユニット６０は、エンジン２５の回転速度の変動（前制御周期からの変動）を検出する（ステップＳ３）。そして、この検出された回転速度の変動に基づいて、エンジン２５が燃焼しているか失火しているかを判断する（ステップＳ４：失火判定ユニット６４の機能）。回転速度の変動が、点火後の瞬時回転速度上昇に匹敵する値であれば、その回転速度に応じて、発電負荷が演算される（ステップＳ５：発電負荷制御ユニット６６の機能）。この演算された発電負荷に基づいて、発電機２７の発電負荷が制御され（ステップＳ６：発電負荷制御ユニット６６の機能）。これにより、主として、燃焼行程においてエンジン２５が発生する過剰な瞬時トルクが抑制される。

さらに、電子制御ユニット６０は、エンジン２５の回転速度に応じて、クランク軸３４に付与すべきモータトルク（アシスト量）を演算する（ステップＳ７：電動モータ制御ユニット６７の機能）。この演算されたモータトルクが発生されるように、電動モータ２６が駆動される（ステップＳ８：電動モータ制御ユニット６７の機能）。これにより、主として、排気行程、吸気行程および圧縮行程におけるエンジン瞬時トルクの不足が補われる。

ステップＳ４において、エンジン２５が失火していると判定されると、ステップＳ５およびステップＳ６の処理（すなわち、発電負荷の制御）が省かれ、電動モータ２６によるアシスト制御（ステップＳ７，Ｓ８）だけが実行される。
発電負荷の発生からモータトルク発生への移行時間は、たとえば、エンジン２５の回転速度に応じて定めればよい。具体的には、回転速度を複数の領域に区分し、個々の領域ごとに移行時間を予め定めてパターン化しておけばよい。

図９は、エンジン回転速度に対する発電負荷の設定例（図８のステップＳ５）を説明するための特性図である。前述の図５を参照して説明したとおり、エンジン平均トルクは、所定の回転速度（たとえば５０００ｒｐｍ）で極大点を有するように山形の変化を示す。そこで、図９の例では、エンジン平均トルクの変動に対応するように、回転速度に応じて山形の変化を示すように発電負荷が設定されるようになっている。このような設定値をマップとして保存しておくことにより、エンジン回転速度に応じた適切な発電負荷を、複雑な演算を要することなく設定することができる。

図１０は、エンジン回転速度に対するモータトルクの設定例（図８のステップＳ７）を説明するための特性図である。前述の図５を参照して説明したとおり、エンジン平均トルクは、所定の回転速度（たとえば５０００ｒｐｍ）で極大点を有するように山形の変化を示す。そこで、図１０の例では、エンジン平均トルクの変動に対応するように、回転速度に応じて山形の変化を示すようにモータトルクが設定されるようになっている。このような設定値をマップとして保存しておくことにより、エンジン回転速度に応じた適切なモータトルクを、複雑な演算を要することなく設定することができる。

図１０に示すように、パワーモード、通常モードおよび充電モードのいずれかを選択して電動モータ２６を制御できるようにしておくことが好ましい。
パワーモードとは、発電機２７が蓄電ユニット５５に蓄積するエネルギー（発電エネルギー）よりも電動モータ２６が発生するエネルギー（放出エネルギー）が大きな運転モードである。このパワーモードは、ライダーが急加速のためのアクセル操作を行ったときに、電子制御ユニット６０によって自動的に選択されることが好ましい。これにより、エンジン２５の発生トルクを電動モータ２６が発生するトルクによって補うことができるから、ライダーの操作意図に従う加速が可能になる。

通常モードとは、発電機２７が蓄電ユニット５５に蓄積するエネルギーと電動モータ２６が発生するエネルギーとがほぼ等しい運転モードである。定速走行中や通常の加速時には、電子制御ユニット６０によって、通常モードが自動的に選択されることが好ましい。
充電モードとは、発電機２７が蓄電ユニット５５に蓄積するエネルギーよりも電動モータ２６が発生するエネルギーが少ない運転モードである。減速時、アイドリング時、および蓄電ユニット５５の蓄積電力が少ないときには、電子制御ユニット６０によって、充電モードが自動選択されるようにすることが好ましい。

このように、電動モータ２６の運転モードを適切に選択されることによって、ライダーの操作意図に従って自動二輪車１を走行させることができる。それとともに、発電機２７によって発生されて蓄電ユニット５５に蓄積されたエネルギーを電動モータ２６によって適切に用いることができる。
以上のように、この実施形態によれば、エンジン２５の瞬時トルクが大きくなる燃焼行程においては、発電機２７による発電を行い、蓄電ユニット５５に電力が蓄積される。そして、エンジン２５の瞬時トルクが小さくなる排気行程、吸気行程および圧縮行程においては、蓄電ユニット５５に蓄積された電力を用いて電動モータ２６が駆動され、不足トルクが補われる。このようにして、エンジン２５が発生するエネルギーを燃焼サイクル中で分散することにより、クランク軸３４に出力されるトルクが平滑化される。これにより、エネルギー効率を阻害することなく、トルク変動を抑制することができる。その結果、自動二輪車１に生じる振動を抑制でき、かつ、静粛性を高めることができる。この効果は、エンジン２５の始動時のみならず、始動後の定常運転中にも終始得ることができ、回転速度にも依存しない。

さらにまた、クランク軸３４に出力されるトルクが平滑化されるため、無段変速機構２１の強度設計を緩やかにすることができ、それに応じて、コストの低減を図ることができる。
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は、さらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、単気筒エンジンに本発明が適用された例について説明したが、多気筒エンジンに対しても本発明を適用して、トルク変動の抑制が図られてもよい。また、前述の実施形態では、車両の一例として自動二輪車を例にとったが、この発明は、四輪車両のような他の形態の車両にも適用可能である。また、前述の実施形態では、電動モータ２６の運転モードを電子制御ユニット６０によって自動選択する例について説明したが、操作スイッチによって運転モードを手動切換えするようにしてもよい。その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

この明細書の記載から把握されるべき特徴を以下に記す。
１．車輪を支持する駆動軸と、エンジンと、前記エンジンの動力によって発電する発電機と、この発電機が発生する電力を蓄積する蓄電ユニットと、この蓄電ユニットに蓄積された電力によって動力を発生する電動モータと、前記エンジンおよび電動モータの動力を駆動軸に伝達する伝達機構と、前記エンジンの動力変動を補償するように前記発電機の発電負荷および前記電動モータの発生トルクを制御する動力制御ユニットとを含む、車両。

この構成によれば、エンジンの動力によって発電機が駆動されることで、蓄電ユニットに電力が蓄積される。この蓄電ユニットに蓄積された電力によって電動モータが駆動される。そして、エンジンおよび電動モータの動力が伝達機構によって駆動軸に伝達される。こうして、ハイブリッド型の車両が構成されている。発電機の発電負荷および電動モータの発生トルク（以下「モータトルク」という。）は、エンジンの動力変動を補償するように制御される。これにより、エンジンの動力変動に起因する振動を抑制でき、乗員の快適性および車両の静粛性を高めることができる。むろん、エンジン始動時に限らず、始動後の定常運転状態においても、発電負荷およびモータトルクの制御によって、エンジンの動力変動を補償でき、車両の振動を抑制できる。

より具体的には、エンジンの動力が過剰な期間には、発電負荷を大きくするとともにモータトルクを抑制するとよい。また、エンジンの動力が不足する期間には発電負荷を小さくするとともにモータトルクを大きくするとよい。これにより、エンジンの過剰な動力を利用して発電を行い、この発電によって蓄電ユニットに蓄積された電力を、エンジンの動力が不足する期間における電動モータの駆動に利用することができる。こうして、エネルギー効率を高めながら、エンジンの動力変動に起因する振動を抑制することができる。
２．前記エンジンは、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程および排気行程を循環的に実行する４サイクルエンジンであり、前記動力制御ユニットは、前記燃焼行程の少なくとも一部において前記発電機の発電負荷によって前記エンジンの動力を抑制する発電負荷制御ユニットを含む、前記１項記載の車両。

エンジンは、燃焼行程において大きな動力を発生し、その他の行程においては動力が小さくなる。そこで、燃焼行程の少なくとも一部において発電負荷を大きくすることで、エンジンの動力を抑制できる。これにより、燃焼サイクル中の過剰な動力を利用して発電を行いつつ、動力変動を抑制できる。これにより、エネルギー効率を高めつつ、振動を抑制できる。しかも、燃焼サイクル中の動力変動を抑制できることから、エンジンの始動時のみならず、始動後の定常運転状態のときでも、エンジンの動力変動を抑制できる。
３．前記動力制御ユニットは、前記吸気行程、圧縮行程および排気行程において、前記電動モータからトルクを発生させる電動モータ制御ユニットを含む、前記２項記載の車両。

吸気行程、圧縮行程および排気行程では、エンジンが発生する動力は小さくなる。そこで、これらの行程において、電動モータからトルクを発生させることで、エンジンの動力変動を抑制できる。すなわち、燃焼行程の少なくとも一部において発電負荷を大きくすることでエンジンの過剰な動力を抑制する一方で、吸気行程、圧縮行程および排気行程では、モータトルクによってエンジンの動力不足を補うようにしている。これにより、燃焼サイクル中の動力変動を一層抑制することができるから、振動をさらに抑制できる。しかも、燃焼行程の過剰な動力を利用して発電した電力を、吸気行程、圧縮行程および排気行程における電動モータの駆動に利用できるから、エネルギー効率を高めることができ、環境性能を向上できる。むろん、燃焼サイクル中の動力変動を抑制できることから、エンジン始動時のみならず、エンジン定常運転中の動力変動も抑制できる。これにより、乗員の快適性および車両の静粛性を一層向上できる。
４．前記エンジンの回転速度を検出する回転速度検出ユニットをさらに含み、前記発電負荷制御ユニットは、前記回転速度検出ユニットによって検出される回転速度に応じて発電負荷を可変設定するものである、前記２項または３項記載の車両。

この構成によれば、エンジンの回転速度に応じて発電負荷が可変設定されることで、エンジンの動力変動をより一層効果的に抑制できる。
５．前記エンジンは単気筒エンジンである、前記１項〜４項のいずれか一項に記載の車両。
単気筒エンジンの場合には、燃焼サイクル中の動力変動が大きい。そこで、前記１項等の特徴を適用することで、その動力変動を効果的に抑制できるから、振動を著しく減少させることができる。これにより、単気筒エンジンを用いたハイブリッド型車両において、乗員の快適性および車両の静粛性を向上することができる。
６．前記電動モータ制御ユニットは、前記回転速度検出ユニットによって検出される回転速度に応じて前記電動モータの発生トルクを可変設定するものであってもよい。これにより、エンジンの動力変動に起因する振動をより一層効果的に抑制できる。また、回転速度の上昇に伴ってエンジンの動力不足が生じるときには、回転速度に応じた適切なモータトルクによって動力不足を補うことができる。
７．前記動力制御ユニットは、点火後の回転速度変動に基づいて失火判定を行う失火判定ユニットをさらに含んでいてもよい。この場合に、前記発電負荷制御ユニットは、前記失火判定ユニットによって失火していると判定されたときには、前記発電負荷を零とするものであることが好ましい。失火しているときには、燃焼行程において過剰な動力が生じることはないので、発電負荷を零とすることによって、エンジンの回転を促すことができる。

この発明の一実施形態に係る車両である自動二輪車の構成を説明するための側面図である。 動力ユニットの拡大側面図である。 動力ユニットの一部断面を示す平面図である。 動力ユニットに関する電気的構成を説明するためのブロック図である。 単気筒エンジンにおける回転速度とエンジン平均トルクとの関係の一例を示す図である。 単気筒４サイクルエンジンの燃焼サイクル中における回転速度の変動の一例を示す図である。 (a)はエンジン瞬時トルクおよびエンジン平均トルクの変動を示す。(b)は発電負荷の変動を示す。(c)はモータトルクの変動を示す。(d)はエンジン瞬時トルク、発電負荷およびモータトルクを合成した合成トルクを示す。 電子制御ユニットの動作を説明するためのフローチャートである。 エンジン回転速度に対する発電負荷の設定例を説明するための特性図である。 エンジン回転速度に対するモータトルクの設定例を説明するための特性図である。

符号の説明

１ 自動二輪車
３ 動力ユニット
４ 前輪
５ 後輪（駆動軸に支持された車輪）
２０ ハイブリッド型原動機ユニット
２１ 無段変速機構（伝達機構）
２５ エンジン
２６ 電動モータ
２７ 発電機
３４ クランク軸
３６ ピストン
３８ 駆動側シーブ（伝達機構）
３９ 従動側シーブ（伝達機構）
４０ Ｖベルト（伝達機構）
４８ 遠心式クラッチ（伝達機構）
５０ 駆動軸
５５ 蓄電ユニット
６０ 電子制御ユニット
６１ 回転速度検出ユニット
６２ 点火時期検出ユニット
６３ クランク角検出ユニット
６４ 失火判定ユニット
６５ 動力制御ユニット
６６ 発電負荷制御ユニット
６７ 電動モータ制御ユニット

Claims (5)

1. 車輪を支持する駆動軸と、
   エンジンと、
   前記エンジンの動力によって発電する発電機と、
   この発電機が発生する電力を蓄積する蓄電ユニットと、
   この蓄電ユニットに蓄積された電力によって動力を発生する電動モータと、
   前記エンジンおよび電動モータの動力を駆動軸に伝達する伝達機構と、
   前記エンジンの動力変動を補償するように前記発電機の発電負荷および前記電動モータの発生トルクを制御する動力制御ユニットとを含む、車両。
2. 前記エンジンは、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程および排気行程を循環的に実行する４サイクルエンジンであり、
   前記動力制御ユニットは、前記燃焼行程の少なくとも一部において前記発電機の発電負荷によって前記エンジンの動力を抑制する発電負荷制御ユニットを含む、請求項１記載の車両。
3. 前記動力制御ユニットは、前記吸気行程、圧縮行程および排気行程において、前記電動モータからトルクを発生させる電動モータ制御ユニットを含む、請求項２記載の車両。
4. 前記エンジンの回転速度を検出する回転速度検出ユニットをさらに含み、
   前記発電負荷制御ユニットは、前記回転速度検出ユニットによって検出される回転速度に応じて発電負荷を可変設定するものである、請求項２記載の車両。
5. 前記エンジンは単気筒エンジンである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両。

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