JP4102220B2

JP4102220B2 - Hybrid system

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Publication number: JP4102220B2
Application number: JP2003047774A
Authority: JP
Inventors: 充弘中垣
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2003-02-25
Filing date: 2003-02-25
Publication date: 2008-06-18
Anticipated expiration: 2023-02-25
Also published as: JP2004255972A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッドシステムに関し、特に、エンジンによる航走、エンジンおよび電動機器による航走、並びに電動機器による航走の駆動形態を切換可能としたハイブリッドシステムに関する。なお、本発明における「ハイブリッド」とは、エンジンと電動機器から機械的駆動力を得るという意味である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エンジンによる航走、エンジンおよび電動機器による航走、並びに電動機器による航走の駆動形態を切換可能としたハイブリッドシステムが知られており、例えば、電気自動車や船舶等に用いられている。このハイブリッドシステムにおいて、電動機器による航走（モータ単独航走）を行う場合、中立状態では、モータを停止させる制御を行っていた。つまり、動力伝達装置のクラッチ中立時においては、モータを回転させないことにより、動力伝達を停止させていた（例えば図５の破線）。また、エンジンおよび電動機器による航走（エンジンアシスト）を行う場合、動力伝達装置のクラッチの嵌入を次のように制御していた。クラッチ嵌入の操作と同時にエンジンの回転数を制御し、エンジン回転数がモータ回転数と一致、または、エンジン回転数がモータ回転数を上回ったときに、クラッチの嵌入を行うように制御していた。そして、レギュレータレバーのような１つの操作具で、エンジン回転数とモータ回転数を制御することとしていた（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−３０４５１３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のハイブリッドシステムにおいては、次のような不具合があった。前述のモータ単独航走の場合には、エンジン駆動時の航走の場合と比べて、操船者にとって操作感覚が異なり、違和感を生じていた。このため、本発明においては、モータ単独航走の場合にも、エンジン駆動時の航走の場合と、略同様の操作感覚を得ることを課題とする。また、前述のエンジンアシストの場合には、要求するトルク（回転数）になるまでの応答時間が遅く、立ち上がりが緩やかなエンジンと、応答時間が早く、立ち上がりも機敏な電動機器との異なる特性の２つの動力源を利用するため、航走駆動力が不連続でスムースさに欠けていた。また、レギュレータレバー１つでエンジン回転数とモータ回転数を制御して動力伝達装置のクラッチの嵌入を行うとき、この応答性の違いのため、嵌入タイミングが合わず、嵌入ショックが大きく、そのショック音も大きなものとなっていた。このため、本発明においては、エンジンアシストを行う場合に、動力伝達装置のクラッチを嵌入するタイミングの制御と、エンジンおよび電動機器の回転数の制御とを適切に行うことにより、クラッチの嵌入ショック等の低減を図ることを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
請求項１においては、エンジンと出力軸とを動力伝達装置を介して連結し、電動機器と出力軸とは常時連結とし、エンジンのみによる航走、エンジンおよび電動機器による航走、並びに電動機器のみによる航走の駆動形態を有するハイブリッドシステムにおいて、電動機器の回転数を調節する電動機器回転数調節手段を備えるとともに、前進・中立・後進を切り換える操作具を備えて、電動機器のみによる航走を行う場合には、動力伝達装置にてエンジンの駆動力を断って、操作具を中立位置に操作した中立状態においても、予め設定された目標回転数にて電動機器を駆動して出力軸へ最低限の駆動力を伝達するものである。
【０００６】
請求項２においては、請求項１記載のハイブリッドシステムにおいて、中立状態での目標回転数を手動により調整する目標回転数調整手段を備えるものである。
【０００７】
請求項３においては、エンジンと出力軸とを動力伝達装置を介して連結し、電動機器と出力軸とは常時連結とし、エンジンのみによる航走、エンジンおよび電動機器による航走、並びに電動機器のみによる航走の駆動形態を有するハイブリッドシステムにおいて、船体の進行方向を切り換える操作具の操作速度を検出する操作速度検出手段と、エンジンの回転数を一定に維持可能なエンジン回転数調節手段と、電動機器の回転数を増減する電動機器回転数調節手段とを備え、エンジンおよび電動機器による航走時に、操作具の中立位置では動力伝達装置のクラッチにてエンジンの駆動力を断って、電動機器の駆動力を出力軸に伝達し、操作具の中立位置からの操作速度が所定速度以上であった場合には、クラッチの嵌入の開始から完了までの間は、エンジンの回転数をエンジン回転数調節手段により予め設定されたアイドル回転数に維持するとともに、電動機器回転数調節手段により電動機器の回転数がエンジンのアイドル回転数よりも低い目標回転数となった時に、クラッチの嵌入を開始して、電動機の回転数がエンジンのアイドル回転数まで増加した時にクラッチの嵌入を完了するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について添付の図面を用いて説明する。図１は本発明の「エンジン、モータ、および動力伝達装置」よりなるハイブリッドシステムを示す図、図２はハイブリッドシステムの動作モードの一例を示す図、図３はハイブリッドシステムの操作部と動力伝達装置内部を示す図、図４は操作レバーの動作を示す説明図、図５は操作レバーの操作位置とモータ回転数の関係を示す図、図６は操作レバーのレバー位置、クラッチ嵌入のショック音、クラッチの切換位置、およびエンジンとモータの回転数の時間変化を示す図である。
【０００９】
本発明のハイブリッドシステムについて説明する。ハイブリッドシステムは、図１に示すような構成である。本システムでは、水中推進用に備えられるプロペラ４の駆動を、エンジン２とモータ５との両方により可能としている。図１において、システム１は、エンジン２および動力伝達装置３を有しており、該動力伝達装置３としてはセイルドライブが用いられ、その後下部にはプロペラ４が接続されている。これにより、システム１は船舶の推進システムとして利用することができる。
【００１０】
エンジン２からプロペラ４までの動力伝達経路を説明する。図３に示すように、エンジン２のクランク軸２ｃと、略水平方向に配置される動力伝達装置３の入力軸３ａとが接続されている。動力伝達装置３内部において、入力軸３ａは、クラッチ３ｄを介してクランク軸２ｃに連結され、第一ギア部３ｅで、入力軸３ａ・３ｇおよび伝達軸３ｂの上端部が噛み合っており、伝達軸３ｂの下端部と出力軸３ｃとが第二ギア部３ｆで噛み合っている。クラッチ３ｄは、ドグクラッチやコーンクラッチ等の機械式クラッチで構成されている。動力伝達装置３の出力軸３ｃは、プロペラ４の駆動軸４ａと接続されている。そして、エンジン２の駆動力は、クランク軸２ｃからクラッチ３ｄを介して動力伝達装置３の入力軸３ａに伝達され、その後、第一ギア部３ｅ、伝達軸３ｂ、第二ギア部３ｆおよび出力軸３ｃを通じて、プロペラ４の駆動軸４ａに伝えられる。クラッチ３ｄは、入力軸３ａと伝達軸３ｂとの連結・非連結（断接）を切り換えるとともに、入力軸３ａの回転を伝達軸３ｂへ伝達する際に、その回転方向（正転・逆転）を切り換える機能を有している。すなわち、エンジン２の駆動力は、クラッチ３ｄにより断接され、または正転・逆転を切り換えられてプロペラ４へ伝達されることとしている。クラッチ３ｄの切換操作は、後述するように操作部８に配設される操作レバー５１により行われる。
【００１１】
なお、本実施例においては、システム１は動力伝達装置３がエンジン２の下方へ大きく延出し、該動力伝達装置３に直接プロペラ４が取り付けられたセイルドライブに構成されているが、動力伝達装置３の後端部に、プロペラ４のプロペラ軸が装着されるマリンギアに構成することもできる。
【００１２】
また、本システムにおいては、エンジン２と動力伝達装置（セイルドライブ）３との間に、発電機器である発電機１０を介装している。エンジン２により発電機１０を駆動して、該発電機１０により発電された電力は、電動機駆動用に用いられたり、船内電力として供給されたりするようにしている。
【００１３】
発電機１０は、例えば、高周波発電機に構成されており、該発電機１０の出力部には、リレー（電磁開閉器）１１、整流機器１２、インバータ１５が接続されている。また、発電機１０は前記整流機器１２を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ（直流／直流コンバータ）１３と接続されている。
【００１４】
整流機器１２は、例えば、平滑用コンデンサで構成されており、発電機１０により発電された交流電力を整流・平滑化して、直流に変換する。整流機器１２からＤＣ／ＤＣコンバータ１３に送られた電力は、該ＤＣ／ＤＣコンバータ１３により所定の電圧に変圧されて、リレー１７を介してバッテリ１４を充電する。
【００１５】
一方、整流機器１２からインバータ１５に送られた電力は、該インバータ１５により交流に変換されて、切換機器１９を介して出力ソケット２０から交流電力として船内供給可能とされ、商用電源（外部電源）から電力を供給できない場合であっても、船室内に備えられた電化製品等に対しても電力を供給することができる。また、切換機器１９にて商用電源とインバータ１５により変換された交流電力とを切換可能としている。このように、インバータ１５を介して電気負荷（ＡＣ出力）が接続できるようにしている。なお、切換機器１９を切換スイッチで構成して手動により切り換えを行ってもよく、また、電磁接触器で構成してインバータ出力と商用電源との切り換えを自動で行ってもよい。電磁接触器で構成する場合には、該電磁接触器にシステムコントローラ７からオン・オフ信号が入力されるように、システムコントローラ７と接続しておく。そして、インバータ１５には、リレー１５ａが内蔵されており、該リレー１５ａはシステムコントローラ７と接続されている。
【００１６】
動力伝達装置３の上端部には電動機器（モータ）５が設置されており、該モータ５の駆動力によりプロペラ４を回転可能としている。図３に示すように、モータ５の出力軸５ａと、略垂直方向に配置される動力伝達装置３の入力軸３ｇとが接続され、該入力軸３ｇは伝達軸３ｂと第一ギア部３ｅを介して連結されている。モータ５の回転方向（正転・逆転）を切り換えることにより、正転・逆転を切り換えてプロペラ４へ動力を伝達する。モータ５からプロペラ４までの動力伝達経路は、モータ５の出力軸５ａ→入力軸３ｇ→第一ギア部３ｅ→伝達軸３ｂ→第二ギア部３ｆ→出力軸３ｃ→プロペラ４の駆動軸４ａとなっている。
【００１７】
また、モータ５はモータコントローラ６と接続されており、該モータコントローラ６によりモータ５を制御する構成としている。また、モータコントローラ６はシステムコントローラ７と接続されており、該システムコントローラ７からの指令がモータコントローラ６へ入力されるようにしている。モータコントローラ６は、リレー１８を介して、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ１３とバッテリ１４に接続されており、バッテリ１４、またはＤＣ／ＤＣコンバータ１３を介して発電機１０から電力供給を受けて、フィールド電流（界磁電流）で発生させた磁界とアマチュア電流（電機子電流）によりモータ５を駆動する。そして、モータコントローラ６がこれらの電流または電圧を制御してモータ５の回転数およびトルクを制御する。モータコントローラ６はモータ５の回転数調節手段として機能する。
【００１８】
船体の前後進の切り換えやエンジン２の駆動力の調節は、船舶の操作部８に配設されるレバー等の操作具を操作することによって行われる。図３に示すように、操作部８には操作レバー５１、モード切換スイッチ５２、および後述する調整つまみ５３が配置されており、それぞれシステムコントローラ７と接続されている。また、操作レバー５１の近傍には、該操作レバー５１の操作位置を検出する位置センサ（図示略）が付設されており、該位置センサはシステムコントローラ７と接続されている。
【００１９】
モード切換スイッチ５２を操作すると、該モード切換スイッチ５２の切換位置に対応したモード信号がシステムコントローラ７に入力され、該システムコントローラ７により本システムの航走モード（駆動形態）が切り換えられて、各航走モードに対応した制御が行われるようにしている。モード切換スイッチ５２の切換位置には、「エンジンドライブ」、「エンジン＋モータ」、および「モータドライブ」の三位置がある。モード切換スイッチ５２を「エンジンドライブ」の位置に切り換えると、プロペラ４の駆動をエンジン２のみにより駆動するエンジン単独航走を行うモードとなり、また、「エンジン＋モータ」の位置に切り換えると、エンジン２により駆動しつつモータ５により駆動をアシストするエンジンアシストを行うモードとなり、さらに、「モータドライブ」の位置に切り換えると、モータ５のみにより駆動するモータ単独航走を行うモードとなる（図２参照）。
【００２０】
操作レバー５１を操作すると、該操作レバー５１の操作位置が位置センサにより検出され、操作位置に応じた信号がシステムコントローラ７に入力され、該システムコントローラ７は入力された信号に基づいてシフトアクチュエータ２１およびレギュレータアクチュエータ２２を作動させる。シフトアクチュエータ２１は動力伝達装置３のクラッチ３ｄに接続されており、該シフトアクチュエータ２１の作動によりクラッチ３ｄを作動させるように制御している。こうして、前述したように、クラッチ３ｄを作動させることにより、エンジン２の駆動力が断接され、あるいは正転・逆転を切り換えられて、プロペラ４へ伝達される。モータ５の駆動力についても同様である。レギュレータアクチュエータ２２はエンジン２のレギュレータに接続されており、該レギュレータアクチュエータ２２の作動により、エンジン２における燃料噴射量を調節して、エンジン２の駆動力（回転数）を調節可能としている。レギュレータアクチュエータ２２は、エンジン２の回転数調節手段として機能する。ただし、後述するように本システムの航走モードがモータ単独航走となっている場合には、レギュレータアクチュエータ２２の作動によるエンジン２の燃料噴射量の調節は行われない。モータ単独航走の場合には、レギュレータアクチュエータ２２の作動に替えて、モータコントローラ６の制御が行われる。モータコントローラ６の制御により、前述したように界磁電流で発生させた磁界と電機子電流を制御してモータ５の回転数を調節する。このように、操作レバー５１を操作して、その操作位置を調節することにより、船体の前進・中立・後進を切り換えるとともに、エンジン２の駆動力（回転数）またはモータ５の駆動力（回転数）の調節を行っている。なお、本システムの航走モードがエンジンアシストとなっている場合には、モータ５の回転数をエンジン２の回転数に連動させて制御することとしている。
【００２１】
エンジン２内にはエンジン２始動用のスタータモータ２ａと機関付発電機であるオルタネータ２ｂが備えられており、該スタータモータ２ａはリレー２５を介してスタータバッテリ２４と接続され、該スタータバッテリ２４はオルタネータ２ｂと接続されている。また、スタータモータ２ａ、オルタネータ２ｂ、スタータバッテリ２４はメインリレー２６を介して前記システムコントローラ７と接続されている。オルタネータ２ｂからの発電出力は、エンジン２のスタータモータ２ａを駆動するためのスタータバッテリ２４に充電され、該スタータバッテリ２４に蓄積された電力をエンジン２始動の際に用いるようにしている。
【００２２】
以上のように構成される本システムにおいて、メインコントローラとしてのシステムコントローラ７は次のように機能して、本システムの制御を行う。前述したように、システムコントローラ７は操作部８の操作レバー５１、モード切換スイッチ５２、調整つまみ５３、および操作レバー５１に付設される位置センサと接続されている。また、システムコントローラ７はシフトアクチュエータ２１およびレギュレータアクチュエータ２２と接続されている。
【００２３】
また、システムコントローラ７はエンジン２と接続されており、該エンジン２からシステムコントローラ７にエンジン回転数が入力される。エンジン２の回転数は、エンジン２に付設される回転数センサ３５により検出される。また、システムコントローラ７はモータ５と接続されており、該モータ５からシステムコントローラ７にモータ回転数およびモータ５の温度が入力される。モータ５の回転数は、モータ５に付設される回転数センサ３６により検出され、モータ５の温度は、サーミスタ等の温度センサ（図示せず）により検出される。
【００２４】
また、システムコントローラ７はモータコントローラ６と接続されており、該システムコントローラ７はモータコントローラ６に対して回転方向信号、出力信号、モード信号等を出力する。一方、モータコントローラ６は、モータ５に異常が発生した場合には、アラーム信号をシステムコントローラ７へ送る。また、システムコントローラ７は発電機１０と接続されており、該発電機１０からシステムコントローラ７に発電機１０の温度が入力される。発電機１０の温度は、サーミスタ等の温度センサ（図示せず）により検出される。
【００２５】
また、システムコントローラ７はリレー１１・１５ａ・１７・１８と接続されており、該システムコントローラ７は、図２に示すように、リレー１１・１５ａ・１７・１８のオン・オフ（開閉）を制御する。このオン・オフ制御は、船舶の航走状態、バッテリ１４の充放電状態、インバータ１５に接続される電気負荷（インバータ負荷）等の状態に基づいて行われている。また、システムコントローラ７はＤＣ／ＤＣコンバータ１３に接続されており、該システムコントローラ７はＤＣ／ＤＣコンバータ１３に対して充電電流指示を送る。
【００２６】
また、システムコントローラ７はバッテリ１４と接続されており、該バッテリ１４からシステムコントローラ７にバッテリ１４の充放電状態を表す電圧値・電流値が入力される。バッテリ１４の電圧値および電流値はそれぞれ、電圧センサ３３、電流センサ３４により検出される。
【００２７】
また、システムコントローラ７はインバータ１５に接続されており、該システムコントローラ７はインバータ１５（リレー１５ａ）に対してオン・オフ信号を出力する。一方、インバータ１５はシステムコントローラ７に対してインバータ１５に接続される電気負荷の状態を表すインバータ入力電圧値、インバータ入力電流値、アラーム信号を出力する。インバータ入力電圧値およびインバータ入力電流値は、それぞれ、電圧センサ３１および電流センサ３２により検出される。
【００２８】
また、システムコントローラ７は表示モニタ２３と接続されており、該表示モニタ２３はシステムコントローラ７に入力される種々の検出値等を表示して、操船者が本システムの状態を把握できるようにしている。
【００２９】
本システムでは、例えば、図２に示すようなＨ１からＨ１６までの動作モードがある。以下、各モードについて説明する。
【００３０】
Ｈ１およびＨ２は、モータ５のみでセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動してモータ単独航走を行うモードであり、モータ５の駆動源はバッテリ１４である。これらのモードによりエンジン停止状態でも航行可能となる。
【００３１】
Ｈ３およびＨ８は、エンジン２およびモータ５の両方によりセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動するモードであり、モータ５の駆動源はバッテリ１４である。これらのモードにより、発電機１０が損傷等でその電力が使用できない場合であっても、モータ５によるエンジンアシストが可能となる。なお、本実施例で「エンジンアシスト」とは、セイルドライブ３およびプロペラ４の駆動負荷の一部をモータ５により賄うことを意味し、エンジンアシストには、「定常アシスト」と「加速アシスト」がある。
【００３２】
Ｈ４およびＨ９は、エンジン２およびモータ５の両方によりセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動するモードであり、モータ５の駆動源は発電機１０の電力である。これらのモードにより、バッテリ１４が損傷等でその電力が使用できない場合であっても、モータ５によるエンジンアシストが可能となる。
【００３３】
Ｈ５およびＨ１０は、エンジン２およびモータ５の両方によりセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動し、モータ５を駆動するに当たって発電機１０の電力が不足するときはバッテリ１４の放電により不足電力を補い、発電機１０の電力に余裕があるときはバッテリ１４を充電するモードである。これらのモードにより、モータ５の所要駆動力を確保してバッテリ１４の充電が可能となる。
【００３４】
Ｈ６およびＨ１１は、エンジン２および発電機１０の電力により駆動されるモータ５の両方によりセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動しつつ、インバータ１５を介して発電機１０の電力を供給するモードである。これらのモードにより、インバータ１５の電気負荷への電力供給とモータ５によるエンジンアシストの両立が可能となる。
【００３５】
Ｈ７およびＨ１２は、エンジン２およびモータ５の両方によりセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動しつつ、インバータ１５を介して発電機１０の電力を供給し、モータ５を駆動するに当たって発電機１０の電力が不足するときはバッテリ１４の放電により不足電力を補い、モータ５の駆動およびインバータ１５を介しての電力供給に当たって発電機１０の電力に余裕があるときはバッテリ１４を充電するモードである。これらのモードにより、インバータ１５を介しての電力供給を安定化できるとともに、モータ５の所要駆動力を確保してエンジンアシストが可能となる。
【００３６】
Ｈ１３はエンジン２のみでセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動するのみであり発電機１０はエンジン２と同期回転するが実質停止しているモードである。このモードにより、インバータ１５を介しての電力供給およびモータ５の駆動が不要またはこれらの機器の損傷等により不能の場合にあってもエンジン航行が可能となる。
【００３７】
Ｈ１４はエンジン２のみでセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動しつつ、発電機１０の電力でバッテリ１４を充電するモードである。このモードにより、航行しながらバッテリ１４の充電が可能となる。
【００３８】
Ｈ１５はエンジン２のみでセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動しつつ、発電機１０の電力でバッテリ１４を充電およびインバータ１５を介して電力供給を行うモードである。このモードにより、航行、インバータ１５を介しての電力供給およびバッテリ１４の充電を並立できる。
【００３９】
Ｈ１６はエンジン２のみでセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動しつつ、インバータ１５を介して発電機１０の電力を供給するモードである。このモードにより、航行およびインバータ１５を介しての電力供給を並立できる。
【００４０】
なお、Ｈ１とＨ２との違いは、本システムを搭載した船舶が定常（＝定速）航行状態（定常アシスト）か、加速航行状態（加速アシスト）かの違いである。Ｈ３とＨ８との違い、Ｈ４とＨ９との違い、Ｈ５とＨ１０との違い、Ｈ６とＨ１１との違い、およびＨ７とＨ１２との違いについても同様である。また、モータ５によるエンジンアシストによりエンジン２を燃費の良い回転域で使用することができ、かつ、モータ５の駆動源もバッテリ１４またはエンジン２により駆動される発電機１０の電力であるので本システムの燃費性を向上できる。一方、エンジン２により駆動される発電機１０の電力を、インバータ１５を介して電気負荷へ供給できるので別個の発電機が不要とでき、本システムを搭載した船舶の空間利用性を向上できる。
【００４１】
次に、本システムにおけるモータ単独航走を行う場合の制御について、図３、図４、図５を用いて説明する。この制御は、前述した本システムにおける動作モードＨ１およびＨ２（図２）における制御である。図３に示すように、モータ単独航走を行う場合には、モード切換スイッチ５２を「モータドライブ」の位置に切り換える。前述したようにモータ単独航走では、操作レバー５１はモータ５の回転数調節レバーとしても機能し、該操作レバー５１を操作することにより、モータ５の回転数を調節することを可能としている。
【００４２】
図４に示すように、操作レバー５１を基準位置（図４の「０」の位置）から操作すると、その操作位置（レバー位置）が位置センサにより検出され、このとき、検出されたレバー位置に応じた信号がシステムコントローラ７に入力される。システムコントローラ７は入力されたレバー位置の信号に基づいて、船体の前進・中立・後進が切り換わる。図４おいては、操作レバー５１のレバー位置に対応させて、基準位置を挟んでその前後に中立位置、中立位置から向こう側（図４の「Ｆｍａｘ」側）を前進位置、中立位置から手前側（図４の「Ｒｍａｘ」側）を後進位置としている。
【００４３】
図５では、操作レバー５１のレバー位置とモータ５の回転数との関係を示しており、実線を本システムにおける場合、破線を従来のシステムにおける場合としている。図５に示すように、操作レバー５１が前進位置にある場合には、レバー位置がＦｍａｘに近づくに比例してモータ５の回転数が増加し、船体の前進速度が大きくなる。一方、操作レバー５１が後進位置にある場合には、レバー位置が、Ｒｍａｘに近づくに比例してモータ５の回転数が増加し、船体の後進速度が大きくなる。
【００４４】
また、図５に示すように、操作レバー５１の中立位置にある場合には、モータ５は所定の目標回転数Ｎで回転している。つまり、モータ単独航走における中立状態の場合、モータ５を停止させずに作動させて、最低回転数である目標回転数Ｎを維持するように制御している。このとき、モータ５が一定の目標回転数を維持するように、モータコントローラ６からモータ５に供給される電流量を一定量としている。そしてこの目標回転数Ｎの中立状態から、モータ５の回転数を増加させた回転数の前進または後進の状態に移行できるようにしている。つまり、エンジン２のアイドル状態と同様に、モータ５を最低回転数である目標回転数Ｎにて作動させている。従来のシステムでは、モータ単独航走における中立状態ではモータを停止させていたが、本システムでは、モータ５を目標回転数Ｎにて回転させる制御とすすることにより、モータ単独航走を行なう場合に、船体に最低限の行き足をつけることでエンジン２の駆動時と同様な操作感覚が得られる。また、操船者にとって違和感を低減でき、船体を安定させて航行することができる。
【００４５】
そして、図３に示す操作部８に配設されている目標回転数調整手段としてとしての調整つまみ５３を操作することで、モータ５の目標回転数Ｎを手動により調整することができる。このとき、目標回転数Ｎの調整範囲は、０からＮｍａｘの範囲となっている。目標回転数が０の場合には、従来の場合と同様に、モータ５は回転せず、停止する。このようにして、目標回転数Ｎを操船者の手元で調整できるようにしている。これにより、本システムでは、モータ単独航走を行う場合に、操船者の感覚に応じた船体に最低限の行き足をつけることができ、船体を安定させて航行することができる。
【００４６】
次に、本システムにおけるエンジンアシストを行う場合のクラッチ嵌入制御について、図３、図６を用いて説明する。この制御は、主として、前述した本システムにおける動作モードＨ８からＨ１２までの加速アシスト（図２）を行う場合の制御である。ただし、このクラッチ嵌入制御は、動作モードＨ３からＨ７までの定常アシスト（図２）を行う場合にも適用可能である。「クラッチ嵌入」とは、操作レバー５１を操作することにより、クラッチ３ｄを、「断」である中立の状態から、「接」である前進または後進の状態に切り換えることをいう。クラッチ３ｄが「断」である中立状態の場合にはエンジン２はアイドル状態にある。クラッチ３ｄの嵌入により、該クラッチ３ｄを介してエンジン２の駆動力がプロペラ４に伝達される。そして、クラッチ３ｄの嵌入完了後には加速アシストによる航走を行う。なお、本実施例のクラッチ嵌入制御は、モータ５の駆動力を、プロペラ４に伝達している状態で、エンジン２の駆動力をクラッチ３ｄの嵌入によりプロペラ４に伝達する制御である。クラッチ３ｄの嵌入により、クラッチ３ｄを介してエンジン２の駆動力がプロペラ４に伝達可能となり、エンジン２とモータ５との駆動力によりプロペラ４が回転される。そして、このとき、後述するようにクラッチ３ｄを嵌入するタイミングの制御と、エンジン２およびモータ５の回転数の制御とが行われる。
【００４７】
図６に示すように、操作レバー５１を中立位置から前進位置に切り換えることにより、クラッチ３ｄを嵌入し、加速アシストへの切り換えが検出された時刻をｔ１としている。加速アシストへの切り換えは、操船者による該操作レバー５１の操作速度を検出することにより、検出する。操作レバー５１を操作すると、該操作レバー５１の操作位置が位置センサにより検出され、該位置センサにより検出された操作位置がシステムコントローラ７に入力される。そして、操作レバー５１の操作位置の時間変化率、つまり操作レバー５１の操作速度が算出され、操作レバー５１の操作速度が予め設定された所定値を超えたとき、加速アシストへの切り換えと検知し、このときの時刻をｔ１とする。システムコントローラ７および位置センサは、操作レバー５１の操作速度検出手段として機能する。
【００４８】
時刻ｔ１においては、クラッチ３ｄの嵌入をただちに始めないこととしている。クラッチ３ｄの嵌入は、時刻ｔ２において開始し、時刻ｔ３において完了するように制御している。後述するように、時刻ｔ２はモータ５の回転数が目標回転数Ｒｍとなる時刻、時刻ｔ３はエンジン２の回転数とモータ５の回転数とがエンジン２のアイドル回転数Ｒｅとなる時刻である。
【００４９】
操作レバー５１が操作された時刻ｔ１では、エンジン２の回転数とモータ５の回転数の制御が開始される。エンジン２の回転数は、エンジン２のレギュレータを制御して、エンジン２の燃料噴射量を調節することにより制御される。前述したように、レギュレータアクチュエータ２２を作動させることにより燃料噴射量を調節する。モータ５の回転数は、該モータ５にモータコントローラ６から供給される電流量を調節することにより制御される。加速アシストを行う場合、クラッチ嵌入制御を行わない通常航走時においては、モータ５の回転数をエンジン２の回転数に連動させて制御するが、クラッチ嵌入制御を行うときには、エンジン２の回転数とモータ５の回転数を、それぞれ制御することとしている。
【００５０】
クラッチ３ｄの嵌入を開始する前は、エンジン２はアイドル状態にあり、一定のアイドル回転数Ｒｅで作動している。そして、時刻ｔ１からｔ３の間では、エンジン２の回転数がアイドル回転数Ｒｅを維持するように制御する。このとき、エンジン２の燃料噴射量を一定量に調節して、エンジン回転数をアイドル回転数Ｒｅに保つようにする。
【００５１】
また、時刻ｔ１において、モータ５の回転数が予め設定された目標回転数Ｒｍと異なっている場合には、モータ５の回転数を増減させて、目標回転数Ｒｍになるように制御する。モータ５の回転数が目標回転数Ｒｍよりも低い場合には（図６の太い実線）、モータ５の回転数を増加させる制御を行う。一方、高い場合には（図６の太い破線）、モータ５の回転数を減少させる制御を行う。目標回転数Ｒｍはエンジン２のアイドル回転数よりも低い回転数に設定しておく（Ｒｍ＜Ｒｅ）。このとき、モータ５へ供給される電流量を増減させて、モータ５の回転数を増減するようにする。
【００５２】
モータ５の回転数が変化して目標回転数Ｒｍと等しくなった時刻をｔ２とする。このとき、クラッチ３ｄの嵌入を開始する。なお、時刻ｔ１において、モータ５の回転数が目標回転数Ｒｍと等しい場合には、この時刻ｔ１でクラッチ３ｄの嵌入を開始する。時刻ｔ１で開始されたクラッチ３ｄの嵌入は、時刻ｔ３において完了される。時刻ｔ２から時刻ｔ３までは、モータ５の回転数を増加させて、エンジン２のアイドル回転数Ｒｅと等しくなるように制御する。このとき、モータ５へ供給される電流量を増加させて、モータ５の回転数を増加するようにする。そして、モータ５の回転数がエンジン２のアイドル回転数Ｒｅと等しくなった時刻ｔ３で、クラッチ３ｄの嵌入を完了する。これにより、クラッチ３ｄが「接」の状態になり、該クラッチ３ｄを介してエンジン２の駆動力がプロペラ４に伝達される。なお、クラッチ３ｄの嵌入完了後の時刻ｔ３以降においては、加速アシストによる通常航走となり、モータ５の回転数をエンジン２の回転数に連動させて制御する。図６においては、モータ５の回転数をエンジン２の回転数の増加に合わせて、増加するようにしている。また、操作レバー５１を中立位置から後進位置に切り換えた場合にも略同様の制御を行うこととしている。
【００５３】
本システムでは、以上のようなタイミングでクラッチ３ｄの嵌入制御を行っている。つまり、エンジン２の回転数とモータ５の回転数とを調節して、モータ５の回転数が目標回転数Ｒｍとなったときにクラッチ３ｄの嵌入を開始し、モータ５の回転数がエンジン２のアイドル回転数Ｒｅとなったときにクラッチ３ｄの嵌入を完了するようにしている。これにより、クラッチ３ｄを嵌入する際のショックを低減することができる。クラッチ３ｄの嵌入によるショック音は図６に示すように変化する。図６において、細い実線はエンジン単独航走の場合、太い実線は加速アシストによる航走の場合、破線は定常アシストによる通常航走の場合である。クラッチ３ｄの嵌入によるショック音は、クラッチ３ｄの嵌入が完了した時刻ｔ３において発生している。このときのショック音は、エンジン単独航走の場合に比べて加速アシストの場合は、低減している。加速アシストの場合には、モータ５の駆動力を、プロペラ４に伝達している状態で、エンジン２の駆動力をクラッチ３ｄの嵌入によりプロペラ４に伝達する制御としているため、モータ５を作動させないエンジン単独航走の場合に比べて、クラッチ３ｄの嵌入ショックを低減できる。また、従来のシステムにおけるクラッチ嵌入制御では、エンジン回転数がモータ回転数を上回った場合に、エンジン回転数を制御して、モータ回転数に近づけるように制御していた。これに対し、本システムでは、エンジン２の回転数を一定に制御して、モータ５の回転数をエンジン２の回転数に近づけるように制御している。エンジン２とモータ５を比較すると、モータ５のほうが応答性がよいので、エンジン２に比べてモータ５は、目標とする回転数に達するまでの時間が短く、立ち上がりが早いため、本システムでは、クラッチ３ｄの嵌入が早くなる。また、モータ５の回転数により、クラッチ３ｄの嵌入タイミングをとるため、モータ５がエンジン２によって回されたり、エンジンが負荷となったりすることがなく、スムースにクラッチ３ｄの嵌入を行うことができる。なお、図６に示すように、定常アシストの場合は、加速アシストの場合よりも、クラッチ３ｄの嵌入完了後の通常航走時のショック音が低減される。
【００５４】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成したので、以下に示すような効果を奏する。
請求項１に示す如く、エンジンと出力軸とを動力伝達装置を介して連結し、電動機器と出力軸とは常時連結とし、エンジンのみによる航走、エンジンおよび電動機器による航走、並びに電動機器のみによる航走の駆動形態を有するハイブリッドシステムにおいて、電動機器の回転数を調節する電動機器回転数調節手段を備えるとともに、前進・中立・後進を切り換える操作具を備えて、電動機器のみによる航走を行う場合には、動力伝達装置にてエンジンの駆動力を断って、操作具を中立位置に操作した中立状態においても、予め設定された目標回転数にて電動機器を駆動して出力軸へ最低限の駆動力を伝達するので、モータ単独航走を行う場合に、船体に最低限の行き足をつけることでエンジン駆動時と同様な操作感覚が得られ、また、操船者にとって違和感を低減でき、船体を安定させて航行することができる。
【００５５】
請求項２に示す如く、請求項１記載のハイブリッドシステムにおいて、中立状態での目標回転数を手動により調整する目標回転数調整手段を備えるので、モータ単独航走を行う場合に、操船者の手元で目標回転数を調整でき、また、船体に最低限の行き足をつけることができ、船体を安定させて航行することができる。
【００５６】
請求項３に示す如く、エンジンと出力軸とを動力伝達装置を介して連結し、電動機器と出力軸とは常時連結とし、エンジンのみによる航走、エンジンおよび電動機器による航走、並びに電動機器のみによる航走の駆動形態を有するハイブリッドシステムにおいて、船体の進行方向を切り換える操作具の操作速度を検出する操作速度検出手段と、エンジンの回転数を一定に維持可能なエンジン回転数調節手段と、電動機器の回転数を増減する電動機器回転数調節手段とを備え、エンジンおよび電動機器による航走時に、操作具の中立位置では動力伝達装置のクラッチにてエンジンの駆動力を断って、電動機器の駆動力を出力軸に伝達し、操作具の中立位置からの操作速度が所定速度以上であった場合には、クラッチの嵌入の開始から完了までの間は、エンジンの回転数をエンジン回転数調節手段により予め設定されたアイドル回転数に維持するとともに、電動機器回転数調節手段により電動機器の回転数がエンジンのアイドル回転数よりも低い目標回転数となった時に、クラッチの嵌入を開始して、電動機の回転数がエンジンのアイドル回転数まで増加した時にクラッチの嵌入を完了するので、電動機器の駆動力を、クラッチを介してプロペラに伝達している状態で、エンジンの駆動力をクラッチの嵌入によりプロペラに伝達する制御としているため、電動機器を作動させないエンジン単独航走の場合に比べて、クラッチの嵌入ショックを低減できる。
また、電動機器の回転数により、クラッチの嵌入タイミングをとるため、電動機器がエンジンによって回されたり、エンジンが負荷となったりすることがなく、スムースにクラッチの嵌入を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のハイブリッドシステムを示す図。
【図２】ハイブリッドシステムの動作モードの一例を示す図。
【図３】ハイブリッドシステムの操作部と動力伝達装置内部を示す図。
【図４】操作レバーの動作を示す説明図。
【図５】操作レバーの操作位置とモータ回転数の関係を示す図。
【図６】操作レバーのレバー位置、クラッチ嵌入のショック音、クラッチの切換位置、およびエンジンとモータの回転数の時間変化を示す図。
【符号の説明】
１システム
２エンジン
３動力伝達装置
３ｄクラッチ
４プロペラ
５電動機器
６モータコントローラ
７システムコントローラ
８操作部
２２レギュレータアクチュエータ
５１操作レバー
５２モード切換スイッチ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a hybrid system, and more particularly, to a hybrid system in which driving modes of traveling by an engine, traveling by an engine and an electric device, and traveling by an electric device can be switched. In the present invention, “hybrid” means that mechanical driving force is obtained from the engine and the electric device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a hybrid system that can switch driving modes of traveling by an engine, traveling by an engine and an electric device, and traveling by an electric device, and is used in, for example, an electric vehicle and a ship. In this hybrid system, when traveling by electric equipment (motor independent traveling), control is performed to stop the motor in the neutral state. That is, when the clutch of the power transmission device is neutral, power transmission is stopped by not rotating the motor (for example, a broken line in FIG. 5). Further, when sailing (engine assist) is performed with an engine and electric equipment, the engagement of the clutch of the power transmission device is controlled as follows. The engine speed was controlled simultaneously with the clutch insertion operation, and the engine was controlled to be engaged when the engine speed matched the motor speed or when the engine speed exceeded the motor speed. . And it was supposed to control an engine speed and a motor speed with one operation tool like a regulator lever (for example, refer patent document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-304513
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional hybrid system has the following problems. In the case of the above-described motor-only traveling, the operational feeling is different for the vessel operator compared with the case of traveling when the engine is driven, and there is a sense of incongruity. For this reason, in this invention, also in the case of motor independent traveling, it makes it a subject to obtain the operation feeling substantially the same as the case of the traveling at the time of engine drive. In the case of the above-mentioned engine assist, the response time until the required torque (rotation speed) is reached is slow, and the engine with a slow start-up and the electric device with a quick response time and quick start-up have different characteristics. Because two power sources are used, the driving force is discontinuous and lacks smoothness. Further, when the clutch of the power transmission device is inserted by controlling the engine speed and the motor speed with one regulator lever, the insertion timing does not match due to the difference in response, and the insertion shock is large. The sound was also loud. For this reason, in the present invention, when engine assist is performed, the clutch insertion shock and the like are appropriately controlled by appropriately controlling the timing at which the clutch of the power transmission device is inserted and the number of revolutions of the engine and the electric device. It is an object to reduce this.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The problem to be solved by the present invention is as described above. Next, means for solving the problem will be described.
In claim 1, The engine and the output shaft are connected via a power transmission device, and the electric device and the output shaft are always connected. engine only Navigation by engine, navigation by engine and electric equipment, and electric equipment only In the hybrid system having the driving mode of cruising by the electric device, the electric device has an electric device rotation speed adjusting means for adjusting the rotation speed of the electric device, and an operation tool for switching forward, neutral, and reverse. only When sailing by The driving force of the engine was cut off by the power transmission device, and the operation tool was operated to the neutral position. Even in the neutral state, the electric device is driven at a preset target speed. To transmit the minimum driving force to the output shaft Is.
[0006]
According to a second aspect of the present invention, the hybrid system according to the first aspect is provided with target rotational speed adjusting means for manually adjusting the target rotational speed in the neutral state.
[0007]
In claim 3, The engine and the output shaft are connected via a power transmission device, and the electric device and the output shaft are always connected. engine only Navigation by engine, navigation by engine and electric equipment, and electric equipment only In the hybrid system having the driving mode of traveling by the operation speed detecting means for detecting the operating speed of the operating tool for switching the traveling direction of the hull, the engine speed adjusting means capable of maintaining the engine speed constant, and the electric Electric equipment rotation speed adjustment means to increase or decrease the rotation speed of the equipment, and when sailing with the engine and electric equipment, At the neutral position of the operation tool, the engine driving force is cut off by the clutch of the power transmission device, and the driving force of the electric device is transmitted to the output shaft. When the operating speed from the neutral position of the operating tool is equal to or higher than the predetermined speed, the engine speed is set in advance by the engine speed adjusting means between the start and completion of clutch engagement. The number of rotations of the electric device by the electric device rotation number adjusting means. But Lower than engine idle speed Goal Rotational speed At this time, the clutch engagement is started, and the clutch engagement is completed when the motor speed increases to the engine idle speed. Is.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram showing a hybrid system comprising the “engine, motor, and power transmission device” of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing an example of an operation mode of the hybrid system, and FIG. 3 is an operation unit and a power transmission device of the hybrid system. FIG. 4 is an explanatory diagram showing the operation of the operating lever, FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the operating position of the operating lever and the motor rotation speed, and FIG. 6 is the lever position of the operating lever, the shock noise of clutch engagement, It is a figure which shows the time change of the switching position of a clutch, and the rotation speed of an engine and a motor.
[0009]
The hybrid system of the present invention will be described. The hybrid system is configured as shown in FIG. In this system, the propeller 4 provided for underwater propulsion can be driven by both the engine 2 and the motor 5. In FIG. 1, a system 1 has an engine 2 and a power transmission device 3, a sail drive is used as the power transmission device 3, and a propeller 4 is connected to the lower part thereafter. Thereby, the system 1 can be utilized as a ship propulsion system.
[0010]
A power transmission path from the engine 2 to the propeller 4 will be described. As shown in FIG. 3, the crankshaft 2c of the engine 2 and the input shaft 3a of the power transmission device 3 arranged in a substantially horizontal direction are connected. In the power transmission device 3, the input shaft 3a is connected to the crankshaft 2c via the clutch 3d, and the first gear portion 3e meshes the upper ends of the input shafts 3a and 3g and the transmission shaft 3b. The lower end portion of 3b and the output shaft 3c are engaged with each other by the second gear portion 3f. The clutch 3d is composed of a mechanical clutch such as a dog clutch or a cone clutch. The output shaft 3 c of the power transmission device 3 is connected to the drive shaft 4 a of the propeller 4. The driving force of the engine 2 is transmitted from the crankshaft 2c to the input shaft 3a of the power transmission device 3 via the clutch 3d, and then the first gear portion 3e, the transmission shaft 3b, the second gear portion 3f, and the output shaft It is transmitted to the drive shaft 4a of the propeller 4 through 3c. The clutch 3d switches connection / disconnection (connection / disconnection) between the input shaft 3a and the transmission shaft 3b, and also transmits the rotation direction (forward / reverse rotation) when transmitting the rotation of the input shaft 3a to the transmission shaft 3b. It has a switching function. That is, the driving force of the engine 2 is transmitted to the propeller 4 by being connected / disconnected by the clutch 3d or switching between normal rotation and reverse rotation. The switching operation of the clutch 3d is performed by an operation lever 51 provided in the operation unit 8 as described later.
[0011]
In this embodiment, the system 1 is configured as a sail drive in which the power transmission device 3 extends greatly below the engine 2 and the propeller 4 is directly attached to the power transmission device 3. It is also possible to configure a marine gear in which the propeller shaft of the propeller 4 is attached to the rear end portion of the propeller 3.
[0012]
Further, in the present system, a generator 10 that is a power generator is interposed between the engine 2 and a power transmission device (sail drive) 3. The generator 10 is driven by the engine 2, and the electric power generated by the generator 10 is used for driving the electric motor or supplied as inboard power.
[0013]
The generator 10 is configured, for example, as a high-frequency generator, and a relay (electromagnetic switch) 11, a rectifier 12, and an inverter 15 are connected to an output portion of the generator 10. Further, the generator 10 is connected to a DC / DC converter (DC / DC converter) 13 through the rectifying device 12.
[0014]
The rectifying device 12 is constituted by, for example, a smoothing capacitor, and rectifies and smoothes AC power generated by the generator 10 and converts it into DC. The electric power sent from the rectifier 12 to the DC / DC converter 13 is transformed to a predetermined voltage by the DC / DC converter 13 and charges the battery 14 via the relay 17.
[0015]
On the other hand, the electric power sent from the rectifying device 12 to the inverter 15 is converted into alternating current by the inverter 15 and can be supplied to the ship as alternating current power from the output socket 20 via the switching device 19, and commercial power (external power) Even if it is a case where electric power cannot be supplied from, the electric power can be supplied also to electrical appliances and the like provided in the cabin. The switching device 19 can switch between the commercial power source and the AC power converted by the inverter 15. In this way, an electrical load (AC output) can be connected via the inverter 15. Note that the switching device 19 may be configured by a changeover switch and manually switched, or may be configured by an electromagnetic contactor to automatically switch between the inverter output and the commercial power supply. When the electromagnetic contactor is used, the magnetic contactor is connected to the system controller 7 so that an on / off signal is input from the system controller 7 to the electromagnetic contactor. The inverter 15 incorporates a relay 15a, and the relay 15a is connected to the system controller 7.
[0016]
An electric device (motor) 5 is installed at the upper end of the power transmission device 3, and the propeller 4 can be rotated by the driving force of the motor 5. As shown in FIG. 3, the output shaft 5a of the motor 5 and the input shaft 3g of the power transmission device 3 arranged in a substantially vertical direction are connected, and the input shaft 3g connects the transmission shaft 3b and the first gear portion 3e. Are connected through. By switching the rotation direction (forward / reverse) of the motor 5, power is transmitted to the propeller 4 by switching between forward / reverse. The power transmission path from the motor 5 to the propeller 4 is as follows: the output shaft 5a of the motor 5 → the input shaft 3g → the first gear portion 3e → the transmission shaft 3b → the second gear portion 3f → the output shaft 3c → the drive shaft 4a of the propeller 4 It has become.
[0017]
The motor 5 is connected to a motor controller 6, and the motor 5 is controlled by the motor controller 6. The motor controller 6 is connected to the system controller 7 so that a command from the system controller 7 is input to the motor controller 6. The motor controller 6 is connected to the DC / DC converter 13 and the battery 14 via a relay 18, receives electric power from the generator 10 via the battery 14 or the DC / DC converter 13, and receives a field current. The motor 5 is driven by a magnetic field generated by (field current) and an amateur current (armature current). The motor controller 6 controls these currents or voltages to control the rotation speed and torque of the motor 5. The motor controller 6 functions as means for adjusting the rotational speed of the motor 5.
[0018]
Switching between forward and backward movement of the hull and adjustment of the driving force of the engine 2 are performed by operating an operation tool such as a lever provided in the operation unit 8 of the ship. As shown in FIG. 3, an operation lever 51, a mode switch 52, and an adjustment knob 53 described later are disposed in the operation unit 8, and each is connected to the system controller 7. A position sensor (not shown) for detecting the operation position of the operation lever 51 is attached in the vicinity of the operation lever 51, and the position sensor is connected to the system controller 7.
[0019]
When the mode changeover switch 52 is operated, a mode signal corresponding to the changeover position of the mode changeover switch 52 is input to the system controller 7, and the system controller 7 switches the traveling mode (driving form) of this system. Control corresponding to the traveling mode is performed. There are three switching positions of the mode switch 52: “engine drive”, “engine + motor”, and “motor drive”. When the mode selector switch 52 is switched to the “engine drive” position, the propeller 4 is driven by the engine 2 alone, and the engine 2 is switched to the “engine + motor” position. In this mode, the engine assist mode is performed to assist the drive by the motor 5 while being driven by the motor 5. Further, when the motor is switched to the “motor drive” position, the mode is a mode in which the motor 5 is driven solely by the motor 5 (see FIG. 2). .
[0020]
When the operation lever 51 is operated, the operation position of the operation lever 51 is detected by the position sensor, and a signal corresponding to the operation position is input to the system controller 7, and the system controller 7 receives the shift actuator 21 based on the input signal. And the regulator actuator 22 is operated. The shift actuator 21 is connected to the clutch 3d of the power transmission device 3, and is controlled to operate the clutch 3d by the operation of the shift actuator 21. Thus, as described above, by operating the clutch 3d, the driving force of the engine 2 is connected or disconnected, or forward / reverse is switched and transmitted to the propeller 4. The same applies to the driving force of the motor 5. The regulator actuator 22 is connected to the regulator of the engine 2, and the operation force of the engine 2 can be adjusted by adjusting the fuel injection amount in the engine 2 by the operation of the regulator actuator 22. The regulator actuator 22 functions as a rotation speed adjusting means of the engine 2. However, as will be described later, when the traveling mode of the present system is the motor independent traveling, the fuel injection amount of the engine 2 by the operation of the regulator actuator 22 is not adjusted. In the case of motor independent traveling, the motor controller 6 is controlled instead of the operation of the regulator actuator 22. Under the control of the motor controller 6, as described above, the magnetic field generated by the field current and the armature current are controlled to adjust the rotational speed of the motor 5. In this way, by operating the operation lever 51 and adjusting the operation position, the forward / neutral / reverse movement of the hull is switched, and the driving force (number of revolutions) of the engine 2 or the driving force (number of revolutions) of the motor 5 is switched. ) Is being adjusted. When the navigation mode of this system is engine assist, the rotational speed of the motor 5 is controlled in conjunction with the rotational speed of the engine 2.
[0021]
The engine 2 is provided with a starter motor 2a for starting the engine 2 and an alternator 2b which is a generator with an engine. The starter motor 2a is connected to a starter battery 24 via a relay 25, and the starter battery 24 is It is connected to the alternator 2b. The starter motor 2a, alternator 2b, and starter battery 24 are connected to the system controller 7 via a main relay 26. The power generation output from the alternator 2b is charged to the starter battery 24 for driving the starter motor 2a of the engine 2, and the electric power stored in the starter battery 24 is used when starting the engine 2.
[0022]
In the system configured as described above, the system controller 7 as a main controller functions as follows to control the system. As described above, the system controller 7 is connected to the operation lever 51, the mode switch 52, the adjustment knob 53, and the position sensor attached to the operation lever 51 of the operation unit 8. The system controller 7 is connected to the shift actuator 21 and the regulator actuator 22.
[0023]
The system controller 7 is connected to the engine 2, and the engine speed is input from the engine 2 to the system controller 7. The rotational speed of the engine 2 is detected by a rotational speed sensor 35 attached to the engine 2. The system controller 7 is connected to the motor 5, and the motor speed and the temperature of the motor 5 are input from the motor 5 to the system controller 7. The rotation speed of the motor 5 is detected by a rotation speed sensor 36 attached to the motor 5, and the temperature of the motor 5 is detected by a temperature sensor (not shown) such as a thermistor.
[0024]
The system controller 7 is connected to the motor controller 6, and the system controller 7 outputs a rotation direction signal, an output signal, a mode signal, and the like to the motor controller 6. On the other hand, the motor controller 6 sends an alarm signal to the system controller 7 when an abnormality occurs in the motor 5. The system controller 7 is connected to the generator 10, and the temperature of the generator 10 is input from the generator 10 to the system controller 7. The temperature of the generator 10 is detected by a temperature sensor (not shown) such as a thermistor.
[0025]
Further, the system controller 7 is connected to the relays 11, 15 a, 17, and 18, and the system controller 7 controls on / off (open / close) of the relays 11, 15 a, 17, and 18 as shown in FIG. To do. This on / off control is performed based on the state of the ship, the state of charge / discharge of the battery 14, the electrical load connected to the inverter 15 (inverter load), and the like. The system controller 7 is connected to a DC / DC converter 13, and the system controller 7 sends a charge current instruction to the DC / DC converter 13.
[0026]
In addition, the system controller 7 is connected to the battery 14, and a voltage value and a current value representing the charge / discharge state of the battery 14 are input from the battery 14 to the system controller 7. The voltage value and current value of the battery 14 are detected by a voltage sensor 33 and a current sensor 34, respectively.
[0027]
The system controller 7 is connected to an inverter 15, and the system controller 7 outputs an on / off signal to the inverter 15 (relay 15a). On the other hand, the inverter 15 outputs an inverter input voltage value, an inverter input current value, and an alarm signal representing the state of the electric load connected to the inverter 15 to the system controller 7. The inverter input voltage value and the inverter input current value are detected by the voltage sensor 31 and the current sensor 32, respectively.
[0028]
The system controller 7 is connected to a display monitor 23. The display monitor 23 displays various detection values input to the system controller 7 so that the operator can grasp the state of the system. Yes.
[0029]
In this system, for example, there are operation modes from H1 to H16 as shown in FIG. Hereinafter, each mode will be described.
[0030]
H <b> 1 and H <b> 2 are modes in which the sail drive 3 and the propeller 4 are driven only by the motor 5 to run the motor alone, and the drive source of the motor 5 is the battery 14. These modes enable navigation even when the engine is stopped.
[0031]
H3 and H8 are modes in which the sail drive 3 and the propeller 4 are driven by both the engine 2 and the motor 5, and the drive source of the motor 5 is the battery 14. In these modes, even when the generator 10 is damaged and the power cannot be used, engine assist by the motor 5 is possible. In this embodiment, “engine assist” means that a part of the driving load of the sail drive 3 and the propeller 4 is covered by the motor 5. The engine assist includes “steady assist” and “acceleration assist”. is there.
[0032]
H4 and H9 are modes in which the sail drive 3 and the propeller 4 are driven by both the engine 2 and the motor 5, and the drive source of the motor 5 is the electric power of the generator 10. With these modes, even when the battery 14 is damaged and the power cannot be used, engine assist by the motor 5 is possible.
[0033]
H5 and H10 drive the sail drive 3 and the propeller 4 by both the engine 2 and the motor 5, and when the electric power of the generator 10 is insufficient in driving the motor 5, the insufficient power is compensated for by the discharge of the battery 14. In this mode, the battery 14 is charged when the power of the machine 10 is sufficient. With these modes, the required driving force of the motor 5 can be secured and the battery 14 can be charged.
[0034]
H6 and H11 are modes in which the power of the generator 10 is supplied via the inverter 15 while the sail drive 3 and the propeller 4 are driven by both the engine 2 and the motor 5 driven by the power of the generator 10. With these modes, both power supply to the electric load of the inverter 15 and engine assist by the motor 5 can be achieved.
[0035]
H7 and H12 supply the power of the generator 10 via the inverter 15 while driving the sail drive 3 and the propeller 4 by both the engine 2 and the motor 5, and when the motor 5 is driven, When the power is insufficient, the battery 14 is discharged to make up for the insufficient power. When the motor 5 is driven and the power is supplied via the inverter 15, the battery 14 is charged when there is enough power in the generator 10. With these modes, power supply via the inverter 15 can be stabilized, and the required driving force of the motor 5 can be secured to assist the engine.
[0036]
H13 is a mode in which only the engine 2 drives the sail drive 3 and the propeller 4, and the generator 10 rotates in synchronization with the engine 2 but is substantially stopped. This mode enables engine navigation even when power supply via the inverter 15 and driving of the motor 5 are unnecessary or impossible due to damage to these devices.
[0037]
H14 is a mode in which the battery 14 is charged with the electric power of the generator 10 while the sail drive 3 and the propeller 4 are driven only by the engine 2. In this mode, the battery 14 can be charged while navigating.
[0038]
H15 is a mode in which only the engine 2 drives the sail drive 3 and the propeller 4 while charging the battery 14 with power from the generator 10 and supplying power via the inverter 15. In this mode, navigation, power supply via the inverter 15 and charging of the battery 14 can be performed side by side.
[0039]
H16 is a mode in which the power of the generator 10 is supplied via the inverter 15 while driving the sail drive 3 and the propeller 4 only by the engine 2. In this mode, navigation and power supply via the inverter 15 can be arranged side by side.
[0040]
The difference between H1 and H2 is whether the ship equipped with this system is in a steady (= constant speed) navigation state (steady assist) or an accelerated navigation state (acceleration assist). The same applies to the difference between H3 and H8, the difference between H4 and H9, the difference between H5 and H10, the difference between H6 and H11, and the difference between H7 and H12. Further, since the engine 2 can be used in a rotational range with good fuel consumption by the engine assist by the motor 5, and the drive source of the motor 5 is also the electric power of the generator 10 driven by the battery 14 or the engine 2, the present system Can improve fuel efficiency. On the other hand, since the electric power of the generator 10 driven by the engine 2 can be supplied to the electric load via the inverter 15, a separate generator can be dispensed with, and the space utilization of the ship equipped with this system can be improved.
[0041]
Next, the control in the case of performing the motor independent traveling in this system will be described with reference to FIGS. 3, 4, and 5. This control is the control in the operation modes H1 and H2 (FIG. 2) in the system described above. As shown in FIG. 3, when the motor is traveling alone, the mode switch 52 is switched to the “motor drive” position. As described above, in the motor independent traveling, the operation lever 51 also functions as a rotation speed adjustment lever of the motor 5, and the rotation speed of the motor 5 can be adjusted by operating the operation lever 51.
[0042]
As shown in FIG. 4, when the operation lever 51 is operated from the reference position (position “0” in FIG. 4), the operation position (lever position) is detected by the position sensor, and at this time, the detected lever position is detected. A corresponding signal is input to the system controller 7. Based on the input lever position signal, the system controller 7 switches forward, neutral and reverse of the hull. In FIG. 4, in accordance with the lever position of the operation lever 51, the neutral position is located before and after the reference position, and the side away from the neutral position (the “Fmax” side in FIG. 4) is the forward position and the front side from the neutral position. The side (the “Rmax” side in FIG. 4) is the reverse position.
[0043]
FIG. 5 shows the relationship between the lever position of the operation lever 51 and the number of rotations of the motor 5. The solid line indicates the case in the present system, and the broken line indicates the case in the conventional system. As shown in FIG. 5, when the operation lever 51 is in the forward position, the rotation speed of the motor 5 increases in proportion to the lever position approaching Fmax, and the forward speed of the hull increases. On the other hand, when the control lever 51 is in the reverse position, the rotational speed of the motor 5 increases in proportion to the lever position approaching Rmax, and the reverse speed of the hull increases.
[0044]
As shown in FIG. 5, when the operation lever 51 is in the neutral position, the motor 5 rotates at a predetermined target rotational speed N. That is, in the neutral state in the motor independent traveling, the motor 5 is operated without being stopped, and control is performed so as to maintain the target rotational speed N that is the minimum rotational speed. At this time, the amount of current supplied from the motor controller 6 to the motor 5 is made constant so that the motor 5 maintains a constant target rotational speed. Then, it is possible to shift from the neutral state of the target rotational speed N to the forward or reverse state of the rotational speed obtained by increasing the rotational speed of the motor 5. That is, similarly to the idling state of the engine 2, the motor 5 is operated at the target rotational speed N that is the minimum rotational speed. In the conventional system, the motor is stopped in the neutral state in the motor independent traveling. However, in the present system, the motor 5 is controlled by rotating the motor 5 at the target rotational speed N to perform the motor independent traveling. In addition, the same operational feeling as when the engine 2 is driven can be obtained by adding a minimum foot to the hull. Further, it is possible to reduce a sense of incongruity for the operator and to navigate with a stable hull.
[0045]
And the target rotational speed N of the motor 5 can be manually adjusted by operating the adjustment knob 53 as a target rotational speed adjustment means arrange | positioned at the operation part 8 shown in FIG. At this time, the adjustment range of the target rotational speed N is a range from 0 to Nmax. When the target rotational speed is 0, the motor 5 does not rotate and stops as in the conventional case. In this way, the target rotational speed N can be adjusted by the operator. Thereby, in this system, when carrying out motor independent traveling, the minimum voyage can be attached to the hull according to the feeling of the operator, and the hull can be navigated stably.
[0046]
Next, clutch insertion control when engine assist is performed in the present system will be described with reference to FIGS. This control is mainly performed when the acceleration assist (FIG. 2) from the operation modes H8 to H12 in the present system described above is performed. However, this clutch insertion control is also applicable when performing steady assist (FIG. 2) from the operation modes H3 to H7. “Clutch engagement” refers to switching the clutch 3 d from the neutral state of “disengaged” to the forward or reverse state of “contact” by operating the operation lever 51. In the neutral state where the clutch 3d is “disengaged”, the engine 2 is in an idle state. By the engagement of the clutch 3d, the driving force of the engine 2 is transmitted to the propeller 4 through the clutch 3d. Then, after the engagement of the clutch 3d is completed, the vehicle travels with acceleration assistance. The clutch insertion control of this embodiment is a control for transmitting the driving force of the engine 2 to the propeller 4 by inserting the clutch 3d in a state where the driving force of the motor 5 is transmitted to the propeller 4. By fitting the clutch 3d, the driving force of the engine 2 can be transmitted to the propeller 4 via the clutch 3d, and the propeller 4 is rotated by the driving force of the engine 2 and the motor 5. At this time, as will be described later, control of the timing of inserting the clutch 3d and control of the rotational speeds of the engine 2 and the motor 5 are performed.
[0047]
As shown in FIG. 6, the time when the clutch 3d is engaged by switching the operation lever 51 from the neutral position to the forward position and the switching to the acceleration assist is detected is t1. Switching to acceleration assist is detected by detecting the operation speed of the operation lever 51 by the operator. When the operation lever 51 is operated, the operation position of the operation lever 51 is detected by the position sensor, and the operation position detected by the position sensor is input to the system controller 7. Then, the time change rate of the operation position of the operation lever 51, that is, the operation speed of the operation lever 51 is calculated, and when the operation speed of the operation lever 51 exceeds a predetermined value set in advance, it is detected that the operation is switched to acceleration assist. The time at this time is t1. The system controller 7 and the position sensor function as operation speed detection means for the operation lever 51.
[0048]
At time t1, the engagement of the clutch 3d is not started immediately. The engagement of the clutch 3d is controlled to start at time t2 and to complete at time t3. As will be described later, time t2 is the time when the rotational speed of the motor 5 becomes the target rotational speed Rm, and time t3 is the time when the rotational speed of the engine 2 and the rotational speed of the motor 5 become the idle rotational speed Re of the engine 2. .
[0049]
At time t1 when the operation lever 51 is operated, control of the rotational speed of the engine 2 and the rotational speed of the motor 5 is started. The rotational speed of the engine 2 is controlled by controlling the regulator of the engine 2 and adjusting the fuel injection amount of the engine 2. As described above, the fuel injection amount is adjusted by operating the regulator actuator 22. The rotation speed of the motor 5 is controlled by adjusting the amount of current supplied to the motor 5 from the motor controller 6. When performing acceleration assist, during normal travel without clutch insertion control, the rotational speed of the motor 5 is controlled in conjunction with the rotational speed of the engine 2, but when performing clutch insertion control, the rotational speed of the engine 2 is controlled. And the number of rotations of the motor 5 are controlled.
[0050]
Before starting the engagement of the clutch 3d, the engine 2 is in an idle state and operates at a constant idle speed Re. And between time t1 and t3, it controls so that the rotation speed of the engine 2 maintains idle rotation speed Re. At this time, the fuel injection amount of the engine 2 is adjusted to a constant amount so that the engine speed is kept at the idle speed Re.
[0051]
Further, when the rotational speed of the motor 5 is different from the preset target rotational speed Rm at time t1, the rotational speed of the motor 5 is increased or decreased to control the target rotational speed Rm. When the rotational speed of the motor 5 is lower than the target rotational speed Rm (thick solid line in FIG. 6), control for increasing the rotational speed of the motor 5 is performed. On the other hand, when it is high (thick broken line in FIG. 6), control is performed to reduce the rotational speed of the motor 5. The target rotational speed Rm is set to a rotational speed lower than the idle rotational speed of the engine 2 (Rm <Re). At this time, the amount of current supplied to the motor 5 is increased or decreased to increase or decrease the rotational speed of the motor 5.
[0052]
The time when the rotation speed of the motor 5 changes and becomes equal to the target rotation speed Rm is set to t2. At this time, insertion of the clutch 3d is started. If the rotation speed of the motor 5 is equal to the target rotation speed Rm at time t1, the engagement of the clutch 3d is started at this time t1. The engagement of the clutch 3d started at time t1 is completed at time t3. From time t2 to time t3, the number of revolutions of the motor 5 is increased and controlled to be equal to the idling number of revolutions Re of the engine 2. At this time, the amount of current supplied to the motor 5 is increased to increase the rotation speed of the motor 5. Then, at time t3 when the rotational speed of the motor 5 becomes equal to the idle rotational speed Re of the engine 2, the engagement of the clutch 3d is completed. As a result, the clutch 3d is in the “contact” state, and the driving force of the engine 2 is transmitted to the propeller 4 via the clutch 3d. In addition, after time t3 after the completion of the engagement of the clutch 3d, normal traveling is performed with acceleration assist, and the rotational speed of the motor 5 is controlled in conjunction with the rotational speed of the engine 2. In FIG. 6, the rotational speed of the motor 5 is increased as the rotational speed of the engine 2 increases. Further, substantially the same control is performed when the operation lever 51 is switched from the neutral position to the reverse position.
[0053]
In this system, the fitting control of the clutch 3d is performed at the timing as described above. In other words, the rotational speed of the engine 2 and the rotational speed of the motor 5 are adjusted, and when the rotational speed of the motor 5 reaches the target rotational speed Rm, the engagement of the clutch 3d is started. The engagement of the clutch 3d is completed when the idle rotational speed Re is reached. Thereby, the shock at the time of inserting the clutch 3d can be reduced. The shock noise caused by the engagement of the clutch 3d changes as shown in FIG. In FIG. 6, the thin solid line is the case of the engine alone traveling, the thick solid line is the case of traveling by acceleration assist, and the broken line is the case of normal traveling by steady assist. The shock noise caused by the engagement of the clutch 3d is generated at time t3 when the engagement of the clutch 3d is completed. The shock noise at this time is reduced in the case of acceleration assist as compared to the case of engine traveling alone. In the case of acceleration assist, since the driving force of the engine 5 is transmitted to the propeller 4 while the driving force of the engine 2 is transmitted to the propeller 4 by the engagement of the clutch 3d, the motor 5 is not operated. Compared to the case of engine traveling alone, the engagement shock of the clutch 3d can be reduced. Further, in the clutch insertion control in the conventional system, when the engine speed exceeds the motor speed, the engine speed is controlled so as to approach the motor speed. On the other hand, in this system, the rotational speed of the engine 2 is controlled to be constant, and the rotational speed of the motor 5 is controlled to approach the rotational speed of the engine 2. When the engine 2 and the motor 5 are compared, the responsiveness of the motor 5 is better. Therefore, compared to the engine 2, the motor 5 has a shorter time to reach the target number of revolutions and rises quickly. The engagement of the clutch 3d is accelerated. In addition, since the clutch 3d is inserted according to the rotational speed of the motor 5, the motor 5 is not rotated by the engine 2 and the engine is not loaded, and the clutch 3d can be smoothly inserted. . As shown in FIG. 6, in the case of steady assist, the shock noise during normal traveling after completion of the engagement of the clutch 3d is reduced compared to the case of acceleration assist.
[0054]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, the following effects can be obtained.
As shown in claim 1 The engine and the output shaft are connected via a power transmission device, and the electric device and the output shaft are always connected. engine only Navigation by engine, navigation by engine and electric equipment, and electric equipment only In the hybrid system having the driving mode of cruising by the electric device, the electric device has an electric device rotation speed adjusting means for adjusting the rotation speed of the electric device, and an operation tool for switching forward, neutral, and reverse. only When sailing by The driving force of the engine was cut off by the power transmission device, and the operation tool was operated to the neutral position. Even in the neutral state, the electric device is driven at a preset target speed. To transmit the minimum driving force to the output shaft Therefore, when the motor is traveling alone, it is possible to obtain the same feeling of operation as when the engine is driven by adding a minimum amount of foot to the hull. can do.
[0055]
According to a second aspect of the present invention, the hybrid system according to the first aspect is provided with the target rotational speed adjusting means for manually adjusting the target rotational speed in the neutral state. The target rotation speed can be adjusted with this, the minimum hull can be added to the hull, and the hull can be navigated stably.
[0056]
As shown in claim 3, The engine and the output shaft are connected via a power transmission device, and the electric device and the output shaft are always connected. engine only Navigation by engine, navigation by engine and electric equipment, and electric equipment only In the hybrid system having the driving mode of traveling by the operation speed detecting means for detecting the operating speed of the operating tool for switching the traveling direction of the hull, the engine speed adjusting means capable of maintaining the engine speed constant, and the electric Electric equipment rotation speed adjustment means to increase or decrease the rotation speed of the equipment, and when sailing with the engine and electric equipment, At the neutral position of the operation tool, the engine driving force is cut off by the clutch of the power transmission device, and the driving force of the electric device is transmitted to the output shaft. When the operating speed from the neutral position of the operating tool is equal to or higher than the predetermined speed, the engine speed is set in advance by the engine speed adjusting means between the start and completion of clutch engagement. The number of rotations of the electric device by the electric device rotation number adjusting means. But Lower than engine idle speed Goal Rotational speed At this time, the clutch engagement is started, and the clutch engagement is completed when the motor speed increases to the engine idle speed. Therefore, since the driving force of the electric device is transmitted to the propeller through the clutch, the engine driving force is transmitted to the propeller by inserting the clutch. Compared to the case, the clutch insertion shock can be reduced.
Further, since the clutch insertion timing is determined by the number of rotations of the electric device, the electric device is not rotated by the engine and the engine is not loaded, and the clutch can be smoothly inserted.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a hybrid system of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of an operation mode of a hybrid system.
FIG. 3 is a diagram showing an operation unit of the hybrid system and the inside of a power transmission device.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the operation of the operation lever.
FIG. 5 is a diagram illustrating a relationship between an operation position of an operation lever and a motor rotation number.
FIG. 6 is a diagram showing temporal changes in the lever position of the operation lever, the shock noise of clutch engagement, the clutch switching position, and the engine and motor rotation speeds.
[Explanation of symbols]
1 system
2 Engine
3 Power transmission device
3d clutch
4 Propeller
5 Electric equipment
6 Motor controller
7 System controller
8 Operation part
22 Regulator actuator
51 Control lever
52 Mode selector switch

Claims

The engine and the output shaft are connected via a power transmission device, and the electric device and the output shaft are always connected, and the driving mode of traveling by the engine alone , traveling by the engine and the electric device, and traveling only by the electric device in the hybrid system with, provided with a motorized device rotational speed adjusting means for adjusting the rotational speed of the electric equipment, and an operation member for switching the forward and neutral-reverse, when performing cruising only by the electric equipment, power Even in the neutral state where the driving force of the engine is cut off by the transmission device and the operating tool is operated to the neutral position, the electric device is driven at the preset target rotational speed to transmit the minimum driving force to the output shaft. A hybrid system characterized by

2. The hybrid system according to claim 1, further comprising target rotational speed adjusting means for manually adjusting the target rotational speed in a neutral state.

The engine and the output shaft are connected via a power transmission device, and the electric device and the output shaft are always connected, and the driving mode of traveling by the engine alone , traveling by the engine and the electric device, and traveling only by the electric device In the hybrid system having the above, the operating speed detecting means for detecting the operating speed of the operating tool for switching the advancing direction of the hull, the engine speed adjusting means capable of maintaining the engine speed constant, and the speed of the electric device increased or decreased When the engine and the electric device are cruising , the driving force of the electric device is cut off by the clutch of the power transmission device at the neutral position of the operating tool and the driving force of the electric device is used as the output shaft. transmission and, when the operation speed from the neutral position of the operation tool is equal to or larger than a predetermined speed, during the initiation and completion of the fitting of the clutch, the rotation of the engine The while maintaining the idle rotational speed set in advance by the engine rotational speed adjusting means, by an electric device rpm adjusting means when the rotational speed of the electric device becomes lower target revolution speed than the engine idle speed, clutch The hybrid system is characterized in that the insertion of the clutch is completed when insertion of the motor is started and the rotational speed of the electric motor increases to the idle rotational speed of the engine .