专利名称：混合动力车的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有发动机和作为动力源的电机的混合动力车。
背景技术：
在本领域中已经公知的是，混合动力车用来减少燃料消耗并抑制由于排放有害物而带来的污染。该混合动力车能将发动机动力和电机动力一起传递到驱动轮，并不仅用在两轮机车上，而且也能用在三轮或四轮机车上。在两轮的混合动力车上，当节气门开度角度增加以把发动机速度提高到预定速度或更高时，电机开始使一个曲柄轴旋转，从而增加该曲柄轴的输出扭矩(例如，参见专利文献1)。
另外，混合动力车具有通过利用电机来辅助发动机的结构，从而减少了燃料消耗，同时抑制了由于排放有害物而导致的污染(例如，参见专利文献2)。通过吸入由空气和燃料组成的空气-燃料混合物并使空气-燃料混合物在燃烧室内燃烧，发动机产生动力。在把空气-燃料混合物吸到燃烧室的过程中，进气阀打开，而在把废气从燃烧室中排出过程中，排气阀打开。
在专利文献2中公开的混合动力车为四轮机车，根据机车的行驶条件，该机车只由电机或只由发动机，或者由电机和发动机两者来驱动。不仅在减速或者停车而且也在恒定速度行驶(巡航行驶)过程中，通过操作电机对电池充电。在恒定速度行驶过程中，发动机驱动驱动轮，同时驱动发电机来对电池充电。
(专利文献1)第2000-103384日本专利公开文件(第0014和0071段，以及图2和图14)(专利文献2)第HEI11-220808号日本专利公开文件(第0014和0019段，以及图6)
发明内容
(本发明要解决的问题)在这种混合动力车中，电机动力作为辅助动力，机车的最大动力因此设定成较高动力。因此，可采用具有较大额定动力的电机。然而，在许多情况下，这种具有较大额定动力的电机在尺寸和重量上较大。结果，当在这种机车主体上安装电机时，带来的问题是，很难设计电机，同时需要对主体框架增强。在这样情况下，有可能增加设计成本和制造成本。另外，从有效利用能量的观点来看，需要提高对电机的有效利用。
因此，本发明的第一目的是提供这样的混合动力车，其中该机车可有效地获得需要的动力，而不需对悬架或框架进行加强。
在如两轮混合动力车的混合动力车中，其中具有较高工作速度型发动机并采用可变阀定时系统，有这样的可能性，即进气阀和排气阀均可以叠加方式打开。如果该叠加量较大，则在燃烧室内的废气可返回到进气管，或可停留在缸体内。因此，可能的是，要吸入到燃烧室内的空气-燃料量可降低。在这种情况下，必须增加燃料喷射量，以得到需要的发动机动力，从而使燃料消耗增加。具体地说，当发动机处于较低负载状态时，节气门的开度较小，同时在下一个进气冲程中要吸入的新的空气-燃料混合物体积变小。因此，上述的返回到进气管或停留在缸体内的废气的负面效应变大。
因此，本发明的第二个目的是提供这样的混合动力车，其中该机车可避免在预定的负载区域中燃料消耗的增加，以降低总的燃料消耗。
(解决问题的手段)根据权利要求1限定的发明，提供一种能把来自发动机(如在第一优选实施例中的发动机20)的发动机动力(如在第一优选实施例中的发动机动力PE)和来自电机(如在第一优选实施例中的电机21)的电机动力(如在第一优选实施例中的电机动力PM)结合传递到驱动轮(如在第一优选实施例中的后轮WR)的混合动力车，该混合动力车具有根据所述发动机的发动机速度(如在第一优选实施例中发动机速度Ne)来控制所述电机的第一控制装置(如在第一优选实施例中的第一控制单元7)；其中所述第一控制装置控制所述电机，从而使作为所述发动机动力和所述电机动力之和的合成动力(如在第一优选实施例中合成动力PC)小于或等于所述发动机的最大动力(如在第一优选实施例中的最大动力PEm)。
根据这种混合动力车，在发动机速度较低而合成动力不超过发动机最大动力的发动机速度范围内，电机辅助发动机。当发动机动力随着发动机速度增加而增加从而导致合成动力超过发动机最大动力时，电机动力减小或无效。这样，电机辅助发动机，从而使合成动力不超过发动机的最大动力。因此，可采用具有较低速率动力的电机。结果，电机可在尺寸上减小，并且当在机车主体上安装电机时，有效地确保了电机的安装空间。另外，不需要改变主体框架，从而降低了制造成本。
根据权利要求2限定的发明，提供一种能把来自发动机的发动机动力和来自电机的电机动力结合传递到驱动轮的混合动力车，所述混合动力车具有根据所述发动机的发动机速度来控制所述电机的第一控制装置；其中所述第一控制装置控制所述电机，从而随着所述发动机速度增加而增加所述电机动力，直到所述发动机速度达到第一转速(如在第一优选实施例中第一转速N1)，同时在所述发动机速度超过所述第一转速后，随着所述发动机速度增加而降低所述电机动力。
根据这种混合动力车，由传感器探测的发动机速度和预先记录在控制装置中的发动机速度(第一转速)相互比较，如果传感器探测到的发动机速度小于或等于第一转速，则控制装置随着发动机速度增加而增加电机动力。因此，可在不超过第一转速的发动机速度范围内提高加速性能。相反，如果传感器探测到的发动机速度超过第一转速，则控制装置随着发动机速度增加而降低电机动力。因此，可在不超过第一转速的发动机速度范围内，以恰当值来保持作为发动机动力和电机动力之和的合成动力。
根据包括权利要求2的权利要求3限定的发明，所述第一控制装置控制所述电机，从而使作为所述发动机动力和所述电机动力之和的合成动力小于或等于所述发动机的最大动力，并且在所述发动机速度超过所述第一转速后，接近所述最大动力。
在这种混合动力车中，第一转速设定为比发动机动力变为最大值的第二转速较小的值。在从第一转速到第二转速的发动机速度范围内，电机动力随着发动机速度增加而减少。此时，对电机进行控制，以便使合成动力在不超过发动机最大动力的极限内变大。因此，可采用具有较低速率动力的电机。
根据权利要求4限定的发明，提供一种把来自发动机(如在第二优选实施例中的发动机20)的发动机动力和来自电机(如在第二优选实施例中的电机21)的电机动力结合驱动轮(如在第二优选实施例中的后轮WR)进行传递的混合动力车，所述混合动力车具有控制所述发动机和所述电机的第二控制装置(如在第二优选实施例中的第二控制单元7a)；其中所述发动机具有第一负载区域(如在第二优选实施例中的第一负载区域FLA)和第二负载区域(如在第二优选实施例中的第二负载区域SLA)，在第一负载区域，燃料消耗(如在第二优选实施例中的燃料消耗FC)大致与在所述发动机上负载成正比变化，而在第二负载区域，随着负载减少而在燃料消耗上的减小小于在所述第一负载区域的情况；以及当在所述发动机上的负载落入到第二负载区域时，所述第二控制装置将所述电机作为发电机操作，而当在所述发动机上的负载落入到所示第一负载区域时，所述第二控制装置将所述电机作为动力装置操作。
根据这种混合动力车，通过切换电机的操作模式来改变发动机的负载区域，以避免发动机在燃料消耗增加的负载区域内操作。也就是说，当发动机在第二负载区域操作时，电机作为发电机，从而增加发动机上的负载，因此把发动机的负载区域变化到第一负载区域。可利用由电机发电得到的电能，以辅助发动机。
根据由权利要求5限定的发明，所述第二负载区域包括这样的负载区域，其中所述发动机在较低负载下以较高速度操作。
利用这种结构，在发动机以高速在较低负载下操作的条件下，通过第二控制装置，发动机的负载区域变换到第一负载区域。因此，可避免在正常行驶过程中发动机在第二负载区域内操作。
图1为根据本发明优选实施例的混合动力车的局部透明侧视图；图2为在第一或第二优选实施例中混合动力车中第一或第二动力单元的水平剖面图；图3为在第一优选实施例中混合动力车的方框图；图4为在第一优选实施例中与发动机速度有关的制动马力和制动扭矩的曲线；图5为在第一优选实施例中具有较低速率动力的电机的驱动效率和发电效率的曲线；图6为在第一优选实施例中具有较高速率动力的电机的驱动效率和发电效率的曲线；图7为在第二优选实施例中混合动力车轮廓的方框图；图8为在第二优选实施例中制动马力或平均制动有效压力与平均有效压力或燃料消耗之间的关系的曲线；图9为燃料消耗和制动马力或平均制动有效压力之间的关系的曲线，该曲线示出了在优选实施例中燃料消耗的降低。
(标号说明)7第一控制单元(第一控制装置)7a第二控制单元(第二控制装置)16进气阀17节气门18喷射器19真空度传感器20发动机21电机Ne发动机速度N1第一转速WR后轮(驱动轮)PE发动机动力PM电机动力PC合成动力PEm最大动力
PLA第一负载区域SLA第二负载区域FC燃料消耗具体实施方式
(实现发明的模式)下面参照附图来详细描述本发明的优选实施例如图1所示，根据第一和第二优选实施例的混合动力车为两轮机车或摩托车，该混合动力车具有在该机车前部支撑前轮WF的前叉1。该前叉1可转动地支撑在头管2上，并可通过操作转向柄3来转向。下管4从该头管2向后和向下延伸，中间框架5从下管4的下端大致水平向后延伸。另外，后架6从该中间框架5的后端向后和向上延伸。这样，头管2、下管4、中间框架5和后架6构成了主体框架10。包括电源的动力单元11在其一端(前端)可转动地支撑在主体框架10上。作为驱动轮的后轮WR可转动地安装到动力单元11的另一端(后端)。该动力单元11通过安装到后架6上的后减震器12而在其后部悬挂，从而使动力单元11可围绕枢轴摆动。另外，主体框架10覆盖有主体罩13。操作者的座14在其后部固定到主体罩13的上表面。在座14的前侧，作为操作者脚踏板的踏板15形成在主体罩13的中间部上。
如图3所示，第一动力单元11包括作为内燃机的发动机20，用于通过燃烧可燃空气-燃料混合物而得到能量。另外，作为动力装置或发电机的电机21同轴设置在发动机20的曲柄轴22上，连续可变的变速器(CVT)23连接到曲柄轴22上。来自发动机20和电机21中至少一个的输出经过CVT23和曲柄轴22传递到后轮WR。
参见图2，发动机20包括经过连接杆24连接到曲柄轴22上的活塞25，其中该曲柄轴22具有在机车的侧向延伸的轴。活塞25可滑动地与形成在气缸体26内的气缸27配合。该气缸体26设计成气缸27的轴在机车的纵向大致水平方向延伸。气缸盖28固定到气缸体26的前端表面。燃烧空气-燃料混合物的燃烧室20a由气缸盖28、气缸27和活塞25来形成。
气缸盖28带有进气阀和排气阀(未示出)，这两个阀用于控制空气-燃料混合物进入到燃烧室20a或从燃烧室20a中排出，同时气缸盖28还带有火花塞29。通过支撑在气缸盖28上的凸轮轴30的旋转来打开或关闭进气阀或排气阀。从动链轮31固定到凸轮轴30的一端，而主动链轮32固定到曲柄轴22上。环形凸轮链33绕在从动链轮31和主动链轮32之间。因此，凸轮轴30可随着曲柄轴22一起旋转。另外，冷却发动机20的水泵34设置在凸轮轴30的一端。水泵34具有与凸轮轴30一体形成的旋转轴35。因此，当凸轮轴30旋转时，水泵34可进行操作。
水泵34具有与旋转轴35一起旋转的转子36和构成定子的外壳38。多个磁铁37设置在转子36的内圆周上，同时多个磁铁39也设置在外壳38的内表面上，从而辅助转子36的旋转。在转子36和外壳38之间限定了空间。该空间作为压力室41，该压力室41用于利用安装在转子36上的叶轮40来对冷却水加压。该冷却水从水泵34的一端的入口42引入到压力室41内，并从水泵34另一端的出口43排放到发动机20。恒温器44设置在出口43的上游，从而根据冷却水的温度来间歇地使冷却水流动停止。该恒温器44包括密封件45、设置在密封件45内的蜡46和对密封件45进行偏压的弹簧47。当随着蜡46温度升高而膨胀时，密封件45压向弹簧47而移动，从而确保冷却水通过。
电机21设置在定子壳体49上，该定子壳体49与支撑曲柄轴22的曲柄轴箱48的侧端连接。该电机21为外转子型电机，其定子带有线圈51，该线圈51包括固定到定子壳体49上的齿50和缠绕在齿50上的导体。该电机21包括固定到曲柄轴22上的转子52。该转子52具有大致为圆筒状，从而可环绕在定子的外圆周上。磁体53设置在转子52的内圆周表面上。冷却电机21的风扇54安装到转子52上。当风扇54随着曲柄轴22的旋转而转动时，冷却空气可从穿过定子壳体49的罩55侧面55a而形成的空气入口而引入。
电机21作为启动发动机20或辅助发动机20增加动力的动力装置，同时也作为把曲柄轴22的旋转变换成电能并把该电能充到存储电池(图2中没有示出)中的充电器(发电机)。控制电机21的PWM(脉冲宽度调制)信号输入到终端56，同时可再生的电能从终端56输出。在后面将要详细描述的是，电机21具有比安装在这种类型普通混合动力车上电机的小的最大动力。
定子壳体49带有探测转子52转速的转子传感器57。当转子52旋转时，该转子传感器57输出周期性的脉冲信号。该转子52带突起，该突起周期性地沿着旋转方向设置，以输出该脉冲信号。由于转子52随着曲柄轴22而旋转，而不管电机21的操作模式，则曲柄轴22的转速，即发动机速度Ne可利用转子传感器57探测到。
用来把曲柄轴22的旋转传递到后轮WR的CVT 23为带型CVT，该CVT包括主动带轮58、从动带轮62和绕在主动带轮58和从动带轮62之间的环形V型带63。主动带轮58连接到伸出到曲柄轴箱48外的曲柄轴22的另一端。该从动带轮62通过离心式离合器61安装到从动轴60上，其中该从动轴60可转动地支撑到变速箱59上。从动轴60与曲柄轴22平行延伸。
主动带轮58包括固定到曲柄轴22上的固定半片带轮58a和通过离心机构58b可沿曲柄轴22轴向滑动的可动半片带轮58c。环形V型带63与彼此相对的固定半片带轮58a和可动半片带轮58c之间的槽配合。
另一方面，从动带轮62包括固定半片带轮62a和可动半片带轮62b，其中该固定半片带轮62a可旋转地安装到从动轴60上，而可动半片带轮62b通过弹簧64在从动轴60的轴向朝固定半片带轮62a偏压。环形V型带63与形成在彼此相对的固定半片带轮62a和可动半片带轮62b之间的槽配合。
当曲柄轴22的转速增加时，离心力被施加到主动带轮58上离心机构58b的离心重量上，从而使可动半片带轮58c朝固定半片带轮58a滑动。结果，形成在固定半片带轮58a和可动半片带轮58c之间的槽的宽度减少了与可动半片带轮58c滑动量对应的量。因此，主动带轮58和环形V型带63之间的接触位置向主动带轮58外侧的径向而移动，从而在主动带轮58的环形V型带63的缠绕直径增加。与之相关，在从动带轮62的固定半片带轮62a和可动半片带轮62b之间形成的槽的宽度也增加。这样，环形V型带63的缠绕直径可根据曲柄轴22的转速连续变化，借此，CVT23可根据曲柄轴22的旋转而动和以无级方式来改变齿轮比。
该CVT 23的变速箱59带有与脚蹬起动踏板连接的脚踏轴66和根据脚蹬起动踏板把脚踏轴66的转动传递到曲柄轴22上的脚踢启动器67。
另外，减速齿轮系69位于后轮WR的CVT23和轴68之间。该减速齿轮系69具有容纳在齿轮箱70中的齿轮71和72，其中齿轮箱70侧向连接到变速箱59的后端，从而把从动轴60的旋转传递到与之平行的轴68上。
在第一优选实施例中，图3中示出的第一控制单元7控制发动机20和电机21。该第一控制单元7为具有CPU(中央处理单元)、ROM(只读存储器)和RAM(随机存取存储器)的第一控制装置。该第一控制单元7输入来自用于探测节气门开口角度的节气门开度传感器8、机车速度传感器9和转子传感器57的探测信号，并把预定的控制信号输出到驱动电机21的驱动电路和操作发动机20上火花塞29的点火装置73(见图2)上。在该优选实施例中，第一控制单元7通过利用作为参数的发动机速度Ne来控制电机21(见图4)。更具体地说，来自电机21的动力随着发动机速度Ne增加而增加，直到发动机速度Ne达到预定的转速，而在发动机速度Ne超过预定转速后，来自电机21的动力随着发动机速度Ne进一步增加而减少。
存储电池74为通过放电而把电能提供到电机21上的电能供应装置。例如，存储电池74可以是镍金属混合动力电池。通过在电机21中发电而得到的再生能量可把电能充到存储电池74上。另外，在该混合动力车中，电能可从外部充电器75充到存储电池74。当仅通过电机21发电而得到的再生能量充入到存储电池74中的量不足时，外部充电器75用于附加地从插座等中把电能充到存储电池74。外部充电器75可以是混合动力车的部件，或者需要的话，也可以是可拆卸地安装到混合动力车上的独立装置。
下面参照图4来描述第一优选实施例中第一控制单元7对发动机20和电机21的控制。在图4中，水平轴表示发动机速度Ne(rpm)，而垂直轴表示曲柄轴22的制动马力PS(kW)和制动扭矩T(N.m)。另外，线LM1表示电机动力PM，而线LM2表示电机21的输出扭矩TM。该线LE1表示发动机动力PE，而线LE2表示发动机20的输出扭矩TE。线LC1表示发动机动力PE和电机动力PM之和的合成动力PC。
如图4中线LE1所示，发动机动力PE随着发动机速度Ne增加而从较低的空转速度N0(例如3000rpm到4000rpm)逐渐增加。当发动机速度Ne超过第一转速N1到达第二转速N2(例如7500rpm到8500rpm)时，就得到了最大动力PEm。如线LE2所示，发动机20的输出扭矩TE在比第二转速N2低的发动机速度Ne处具有最大值。在该发动机20中，不进行缸的停止操作。
如LM1所示，电机动力PM随着发动机速度Ne增加而从较低的空转速度N0逐渐增加。直到发动机速度Ne达到第一转速N1，并在发动机速度Ne超过第一转速N1时，接着就逐渐减少。如线LM2所示，随着发动机速度Ne的增加，电机21的输出扭矩TM几乎没有变化，直到发动机速度Ne达到第一转速N1，并在发动机速度Ne超过第一转速N1后，接着逐渐减少。在发动机速度Ne达到第二转速N2前，电机21的电机动力PM和输出扭矩TM变为零。
如线LC1所示，随着从较低空转速度N0到第一转速N1的发动机速度Ne的增加，通过用电机动力PM来辅助增加发动机动力PE而得到的复合动力PC也增加。在从第一转速N1到第二转速N2的范围内，发动机动力PE增加，但电机动力PM逐渐地随着发动机速度Ne增加而成反比减少。因此，该合成动力PC在该转速范围内增加很少量或者几乎不增加。另外，电机动力PM在发动机速度Ne到达第二转速N2前变成零，其中在该第二转速N2，发动机动力PE变成最大动力PEm。结果，合成动力PC没有超过发动机20的最大动力PEm。
在第一控制单元7中设定电机动力PM的过程包括，例如，对发动机速度Ne乘以预定系数。在这种情况下，预定系数包括在从较低空转速度N0到第一转速N1范围内采用的逐渐增加的系数和在比第一转速N1更大的范围内采用的逐渐减少的系数。这些系数预先存储在第一控制单元7的ROM内。该第一控制单元7通过利用作为地址的发动机速度Ne来搜索ROM，以得到需要的系数。逐渐增加的系数具有预定值，从而比第一转速N1较大的发动机速度范围内的合成能量变成比发动机20的最大动力PEm小，同时接近该最大动力PEm。
第一转速N1大致与发动机速度Ne对应，其中该发动机速度通过操作节气门手控拉钮(未示出)从空转状态下对机车加速而得到增加。例如，该第一转速N1与第二转速N2的70％到80％范围内的发动机速度对应。通过用这种方式来设定第一转速，可提高比第一转速N1较低的发动机速度范围(在较低发动机速度范围或中等发动机速度范围)内的加速性能。如果该第一转速设定成比上述给定值大，则合成动力可不期望地轻易超过发动机20的最大动力PM。在图4中，在第一转速N1的电机动力PM对应于电机21的最大动力PMm。
安装在混合动力车上的电机21只需要具有足以辅助处于较低发动机速度范围和中等发动机速度范围内的发动机20的动力。因此，具有比安装到该类型其他混合动力车上电机最大动力较小的最大动力的电机可作为电机21。结果，该电机21可在尺寸和重量上减少，并也可在驱动效率(电子到机械转换效率)和发电效率(机械到电子转换效率)上提高。
下面参照图5和6来描述电机21的驱动效率和发电效率的第一具体实例。在图5和图6中每一幅图中，水平轴表示电机转速(rpm)，而垂直轴表示输出电流(A)。另外，虚线示出了驱动效率曲线，而双点划线示出了发电效率曲线。图5示出了作为在该优选实施例中混合动力车中采用的、较低动力电机21的实例的、具有0.6kw最大动力的电机的驱动效率(线ESM1)和发电效率(线ESM2)。相比之下，图6示出了具有3kw最大动力的电机的驱动效率(线ELM1)和发达效率(线ELM2)。在图6中，通过输入与具有0.6kW最大动力的电机的相同电流而得到驱动效率，而通过输出与具有0.6kW最大动力的电机的相同电流而得到发电效率。
在图5所示的效率图中，从线ESM1和发电效率曲线中可以知道，在4000rpm处的驱动效率大约为77％。另外，从线ESM2和发电效率曲线中可以知道，在4000rpm处的发电效率大约为35％。同样地，在6000rpm处的驱动效率大约为65％，而在6000rpm处的发电效率大约为75％。另外，在7000rpm处的发电效率大约为60％，而在7000rpm处的发电效率大约为85％。
相反，在图6所示的效率图中，从线ELM1和发电效率曲线中可以知道，在4000rpm处的驱动效率大约为60％。另外，从线ELM2和发电效率曲线中可以知道，在4000rpm处的发电效率大约为50％。同样地，在6000rpm处的驱动效率大约为55％，而在6000rpm处的发电效率大约为53％。另外，在7000rpm处的驱动效率大约为40％，而在7000rpm处的发电效率大约为60％。
与具有较低额定动力的电机(见图5)和具有较高额定动力的电机(见图6)相比，当把提供相同电流以驱动电机时，具有较低额定动力电机的驱动效率比具有较高额定动力电机的较高。另外，当通过发电得到相同电流时，具有较低额定动力电机的发电效率比具有较高额定动力电机的较高。也就是说，通过采用具有在动力极限附近范围内的较低额定动力的电机，驱动效率和发电效率均可得到提高。特别是，即使在较低转速时，具有较低额定动力的电机可得到驱动效率和发电效率的较大有效值。
下面描述包括具有较低额定动力电机的混合动力车的操作。
当启动混合动力车中发动机20以启动行驶时，转子传感器57输出随着转子52旋转而产生的周期性信号，并该周期信号提供给第一控制单元7。该第一控制单元7通过利用该来自转子传感器57的周期性信号输入来计算发动机速度Ne。该第一控制单元7把上述计算的当前发动机速度Ne与存储在ROM内的第一转速N1进行比较。如果当前的发动机速度Ne小于或等于第一转速N1，则第一控制单元7把PWM信号输出到电机21上，从而随着发动机速度Ne增加而逐渐增加电机动力PW。电机21根据该PWM信号来辅助发动机20。
更具体地说，当通过由曲柄轴22的旋转而使凸轮轴30转动、进而操作进气和排气阀、从而把空气-燃料混合物吸入到发动机20的燃烧室20a内时，第一控制单元7把预定定时的控制信号输出到点火装置73，以点燃燃烧室20a内的空气-燃料混合物。因此，活塞25可通过上述的空气-燃料燃烧来在气缸27内滑动运动。活塞25的直线运动转换成曲柄轴22的旋转运动。另一方面，第一控制单元7把电能从存储电池74中经过终端56供应到线圈51，从而使转子52旋转。因此，曲柄轴22的旋转可通过旋转转子52来辅助。由电机21辅助的曲柄轴22的旋转经过CVT23和减速齿轮系69而传递到轴68，从而使后轮WR旋转。此时，混合动力车的动力成为图4中线LC1示出的合成动力PC。
当通过操作者来操作节气门手控拉钮以增加发动机速度Ne时，以及由转子传感器57探测到的发动机速度Ne超过第一转速N1时，第一控制单元7把PWM信号输出到电机21，从而随着发动机速度Ne的增加而逐渐减少电机动力PM。根据该PM信号，电机21辅助发动机20。此时，随着发动机速度Ne增加，电机动力PM逐渐减少，从而在比第一转速N1较大的发动机速度范围内的合成动力PC变化比小于或等于第一转速N1发动机速度范围内的变化小。另外，在发动机速度Ne达到第二转速N2前，从第一控制单元7到电机21的命令值输出变为零，从而停止了电机21的操作(旋转)。因此，通过只来自较高发动机速度Ne的发动机20的动力来驱动混合动力车。
在该混合动力车中，采用了具有抑制最大动力PMm的电机21，同时第一控制单元7控制电机21，从而使合成动力PC不超过发动机20的最大动力PEm。因此，混合动力车的最大动力可维持在恰当的值。另外，由于不需要具有较大额定动力的电机，于是不需要对主体框架10和包括制动器的悬架增强，从而减轻了重量。因此，可利用传统主体框架以降低设计成本和制造成本。另外，该机车主体可在重量上降低，同时可有效地确保电机21的安装空间。此外，电机21的驱动效率和发电效率比具有较高额定动力的电机的要高，从而减少了燃料消耗。
另外，电机21辅助来自处于发动机20的较低速度范围(较低转速范围)和中等速度范围(中等转速范围)内的发动机20的动力。因此，即使利用较小节气门手控拉钮的操作量，也能得到较高加速性能，从而可缩短达到目标车辆速度的时间间隔。当第一控制单元7控制电机21、从而在比第一转速N1较大的较高速度范围内制动后，可由电机21实现发电，即再发电，则进一步降低了燃料消耗。
混合动力车可以是三轮机车或四轮机车，而不是图1所示的两轮机车或摩托车。
第一控制单元7可计算发动机20的实际发动机动力和最大动力之间的偏差，并控制来自电机21的动力，从而使该偏差变为零。另外，第一控制单元7可通过把发动机动力PE乘以预定系数来计算来自电机21的目标动力。此时，需要在第一控制单元7的ROM中储存以下两个系数，即在不大于第一转速N1的发动机速度时逐渐增加的系数和在大于第一转速N1的发动机速度时逐渐减少的系数。
接着，图7中示出了第二优选实施例。在第二优选实施例中的动力单元11A包括作为内燃机的发动机20，该内燃机通过燃烧空气-燃料混合物来得到动力。另外，作为动力装置或发电机的电机21同轴设置在发动机20的曲柄轴22上，同时连续可变传输装置23(CVT)连接到曲柄轴22上。来自发动机20和电机21中至少之一的输出经过CVT23传递到后轮WR。此外，存储电池74连接到电机21上。当电机21作为动力装置时，该存储电池74用于把电能提供到电机21上，或者当电机21作为发电机时，该存储电池74用再生的动力充电。发动机20和电机21由作为第二控制装置的第二控制单元7a来控制。
由空气和燃料组成的空气-燃料混合物经过进气管16吸入到发动机20内，然后在发动机20内燃烧。节气门17用于控制吸入到发动机20内的空气量，该节气门17可旋转地设置在进气管16内。节气门17根据由操作者操作的节气门手控拉钮(未示出)的操作量来旋转。喷射燃料的喷射器18和探测在进气管16内真空度的真空度传感器19设置在节气门17和发动机20之间。当节气门手控拉钮的操作量较大时，节气门17的打开角度也大，从而经过进气管16进入的空气量较大，同时由真空度传感器19探测到的进气真空度于是就较小。因此，吸入到发动机20内的空气和燃料量很大。相反，当节气门手控拉钮的操作量较小时，节气门17的打开角度也小，从而经过进气管16进入的空气量较小，同时由真空度传感器19探测到的进气真空度于是就较大。因此，吸入到发动机20内的空气和燃料量很小。
定子壳体49带有用于探测转子52转速的转子传感器57。由于转子52随着曲柄轴22旋转，于是可利用转子传感器57来探测发动机转速Ne。
用于在中央控制发动机20和电机21的第二控制单元7a为具有CPU(中央处理单元)、ROM(只读存储器)和RAM(随机存取存储器)的第二控制装置。该第二控制单元7a输入来自探测节气门17的打开角度的节气门开口传感器(未示出)、真空度传感器19和转子传感器57的探测信号，并把预定控制信号输出到电机21和点火装置73的驱动电路上，其中点火装置73用于操作发动机20上的火花塞29。第二控制单元7a包括根据发动机20的进气真空度来计算在发动机20上的负载的装置、根据来自转子传感器57的探测信号来计算发动机速度Ne的装置、通过把发动机速度Ne乘以预定系数来计算制动马力PS的装置、确定上述在发动机20上的负载是否落入在后面将要详细描述的第二负载区域SLA内的装置，以及根据由上述确定装置的确定结果把电机21的操作模式切换成动力装置模式或发电机模式的装置。
在具有第二优选实施例中上述结构的混合动力车操作中，电机21用于在启动发动机20时使曲柄轴22旋转。通过使曲柄轴22旋转，活塞25可滑动地在气缸27内运动，同时，通过曲柄轴22的旋转，凸轮轴30借助于环形凸轮链33而旋转。通过旋转凸轮轴30，进气阀和排气阀以预定的时间打开和关闭。当操作者操作节气门手控拉钮的打开在进气管16内的节气门17时，根据节气门17打开角度量的空气被吸入到发动机20的燃烧室20a内。此时，第二控制单元7a通过把进入量乘以预定空气-燃料比率来计算燃料喷射量，以从喷射器18中喷射此计算量的燃料。因此，要吸入的空气与燃料混合，从而得到空气-燃料混合物。
吸入到燃烧室20a内的空气-燃料混合物被活塞25压缩并接着由火花塞29点燃。通过空气-燃料混合物的燃烧，活塞25朝曲柄轴22返回，从而使曲柄轴22旋转。结果，在曲柄轴22产生制动马力PS。该制动马力PS大致与吸入到燃烧室20a内的空气-燃料混合物即燃料消耗FC的体积成正比。
经过CVT23和减速齿轮系69，曲柄轴22的旋转传递到68轴，从而使后轮WR旋转。当排气阀打开时，在燃烧后的空气-燃料混合物作为废气从燃烧室20a内排出。
当发动机20为较高工作速度型以及进气阀和排气阀由可变阀定时系统操作时，出现了这样情况，即进气阀和排气阀均打开，也就是说，出现了重叠。如果该重叠量较大，则在燃烧后的排气可返回到进气管16内，或者可停留在气缸27内，在这种情况下，在接下来的进气冲程中的要吸入到燃烧室20a内的空气-燃料混合物的体积减少，从而制动马力PS降低。因此，必须吸入增加的空气-燃料混合物(燃料)量，以得到需要的制动马力PS，从而制动马力PS和燃料消耗FC之间的正比例关系不能保持。
下面具体参见图8，描述制动马力PS和燃料消耗FC之间的关系以及制动马力PS和平均有效压力MEP之间关系。在图8中，水平轴表示制动马力PS(KW)或基本上与之成正比的平均制动有效压力BMEP(kPa)。垂直轴表示平均有效压力MEP(kPa)和燃料消耗FC(g/h)。
线LMP示出了平均有效压力MEP。如线LMP所示，该平均有效压力MEP随着制动马力PS增加而减少。平均有效压力MEP由抽吸损耗PMEP和机械损耗FMEP组成，其中抽吸损耗PMEP由通过节气门17对吸入到发动机20内的空气流限制而产生，而机械损耗FMEP由曲柄轴22的牵引阻力而形成。机械损耗FMEP基本上为常数，而与制动马力PS无关，但抽吸损耗PMEP随着制动马力PS增加而减少。
相反，燃料消耗FC随着制动马力PS增加而趋于增加。如虚线LECi所示，最初，燃料消耗FC需要以恒定速率随着制动马力PS增加而增加。然而，如线LFCr所示，燃料消耗FC实际上具有这样的特征，即它在中间负载区域和较大负载趋于大致与制动马力PS成正比，同时在较低负载区域，燃料消耗FC变得比最初燃料消耗较大。在下面描述中，第一负载区域FLA由制动马力PS大于或等于预定量(如0.8kw到0.9kw)的负载区域限定，同时特定燃料消耗(如在燃料消耗FC中随着制动马力PS的变化)大致是恒定的，从而在发动机20上的负载和燃料消耗FC大致成正比关系。相反，第二负载区域SLA由制动马力PS小于上述预定量的负载区域来限定，同时特定燃料消耗随着制动马力PS增加而增加，从而使在发动机20的负载和燃料消耗FC不成正比关系。
第二负载区域SLA与这样的状态对应，即在较高速度，节气门17设定为接近完全打开节气门开度的打开角度，同时该区域为在接下来进气冲程中废气留在气缸27内的区域，因此，要吸入气缸27内的新空气-燃料混合物的量减少。在第二负载区域SLA中，需要比在线性近似(见线LFCi)情况中燃料消耗较多的燃料消耗FC(见线LECr)，使燃料消耗增加。
为了应对这种情况，第二控制单元7a控制操作在第一负载区域FLA中而不是在第二负载区域SLA的发动机20和电机21。也就是说，当制动马力PS落入到第二负载区域SLA时，该第二控制单元7a向电机21的驱动电路输出控制信号，以把电机21的操作模式切换成发电机模式。当电机21启动产生电能时，在发动机20的负载增加以落入到第一负载区域FLA内。此时，燃料消耗FC临时增加。然而，存储在存储电池74内的由电机21产生的电能在后面用于操作作为动力装置的电机21，从而辅助发动机20的旋转。结果，燃料消耗FC完全降低了。
下面参见图9所示的第二具体实例来更详细描述这种效果。图9示出了发动机速度Ne设定为3000rpm的情况中燃料消耗FC，该空气-燃料比设定成14.7，而混合动力车以20km/h操作1小时，之后以50km/h操作1小时。在图9中，水平轴表示制动马力PS(kw)或平均制动有效压力BMEP(kpa)，而垂直轴表示燃料消耗FC(g/h).
在现有技术的情况，如点A1所示，即混合动力车在20km/h下操作，同时不改变发动机20的负载，制动马力PS大约为0.3kw，而燃料消耗为245g/h。如当A2所示，在混合动力车以50km/h下操作，制动马力PS大约为1.2kw，且燃料消耗为420g/h。结果，在现有技术中整个燃料消耗为665g/h。
相反，在第二优选实施例中的第二控制单元7a操作作为发电机的电机21，从而提高在发动机20上的负载。例如，当电机21用作发电机，同时机车速度保持在20km/h，在发动机20上的负载增加对应于制动马力PS为0.5kw的量。这样在负载上的增加对应于沿着LFCr的点A1到A3的变化。在点A3，燃料消耗FC为320g/h.。这样，在混合动力车以20km/h行驶的过程中，当电机21作为发电机时，燃料消耗FC增加了75g/h。假定电机21的发电效率为0.81，则存储在存储电池74内由电机21产生的电能变为0.4kw。
在以50km/h行驶的情况中，存储在存储电池74内的0.4kw的电能用来使电机21旋转，从而辅助发动机20。在电机21的驱动效率为0.81时，通过提供0.4kw的电能，由电机21产生0.32kw的输出。也就是说，当制动马力PS保持在点A2时，在发动机20上的负载从在50km/h处的制动马力PS减少0.32kW，该0.32kW由电机21辅助而产生。因此，需要得到在50km/h的发动机20上的负载可减少到对应于在点A4处制动马力PS的负载。结果，燃料消耗FC降低到332g/h。这样，当该混合动力车保持50km/h的行驶速度时，在21的辅助下，发动机20的燃料消耗FC减少88g/h。
结果，当通过从电机21发电增加在发动机20上负载的情况中，整个的燃料消耗FC变为652g/h。该燃料消耗FC对应于在不通过发电增加负载的情况中传统燃料消耗FC(＝665g/h)的大约98％。这样，燃料消耗FC可比现有技术改善大约2％。需要注意的是，上述特定值仅仅是示意性的，可根据机车类型和行驶条件而变化。
如上所述，混合动力车具有第一负载区域FLA和第二区域SLA，其中在第一区域，燃料消耗FC大致与制动马力PS和在发动机20上的负载成正比，而在第二区域，不满足这种比例关系，同时需要的燃料消耗FC增加。在该混合动力车中，当制动马力PS落入到该第二负载区域SLA时，该第二控制单元7a操作作为发电机的电机21，从而提高在发动机20上的负载，因此维持在第一负载区域FLA内的发动机20和电机21的负载区域。根据制动马力PS，第二控制单元7a切换发动机21的操作模式，从而改变在发动机20上的负载，于是可避免在第二负载区域SLA上的发动机20的操作。在通过电机21的发电过程中，燃料消耗FC临时增加。然而，通过利用由该发电而产生的电能来辅助发动机20，整个燃料消耗FC可降低。这样导致的结果是，在整个负载区域中的燃料消耗FC可得到抑制。另外，当第二负载区域SLA设定为发动机20在较低负载下以较高速度旋转的负载区域，行驶的感觉得到改善。
下面描述控制在发动机20上负载的过程的实例。
通过从制动马力PS中减去电机21的动力分布，在第二优选实施例中的第二控制单元7a计算在发动机20上的负载，并确定上述计算的负载是否落入在第一负载区域FLA或第二负载区域SLA中。当在发动机20的负载落入在第一负载区域FLA时，在没有变化情况下操作发动机20，同时操作作为动力装置的电机21以辅助发动机20。辅助发动机20的电机21的输出设定为小于或等于在第二负载区域SLA中需要的制动马力PS和制动马力PS最大值之间的差。这样设定的原因是，通过电机21的辅助来阻止在发动机20上的负载落入到第二负载区域SLA内。相反地，当在发动机20上的负载落入到该第二负载区域SLA中时，电机21作为发电机操作。通过来自电机21发电而增加的发动机20上的负载设定成这样的值，通过该值，合成的发动机负载落入到第一负载区域FLA内，也就是说，该值大于或等于对应于在发电前在发动机20上负载的制动马力PS和在第一负载区域FLA内制动马力PS的最小值之间的差。
该混合动力车可以是包括较高工作速度型发动机20的三轮或四轮机车。特别是，该混合动力车适合于运动汽车、ATV(全地形汽车)、雪橇和PWC(个人水艇)。
(发明效果)根据权利要求1，电机辅助发动机，从而使被辅助的发动机动力不超过发动机最大动力。因此，可采用具有较低速率动力的电机。结果，机车主体可在重量上减小，同时电机的安装空间可有效地保证。另外，电机的驱动效率和发电效率可提高，从而降低了燃料消耗。
根据权利要求2，当发动机速度小于或等于第一转速时，该电机动力随着发动机速度增加而增加，从而在较低发动机速度和中间发动机速度下加速性能可得到提高，因此提高了反应特征。相反，当发动机速度超过第一转速时，电机动力随着发动机速度增加而减少，从而可避免额外辅助力的产生。另外，机车主体可在重量上减少，同时电机的安装空间也得到有效地保证。
根据权利要求3，第一控制装置控制电机，从而使合成动力变得较大，在发动机动力极限内但不超过最大动力。因此，可采用具有较低速率动力的电机。结果，机车主体可在重量上减少，同时电机的安装空间也得到有效保证。
根据权利要求4，当在操作中发动机负载区域落入到第二负载区域内时，在该发动机上的负载增加，以在第一负载区域内操作发动机。虽然燃料消耗临时增加，但可避免在该第二负载区域内的燃料消耗上的增加，同时通过利用来自电机发电得到的电能以辅助发动机，可减少在第一负载区域上的燃料消耗。结果，整个燃料消耗可降低。
根据权利要求5，在第二负载区域，不操作发动机。因此，降低了整个燃料消耗，同时改善了行驶上的感觉。
权利要求
1.一种混合动力车，能将来自发动机的发动机动力和来自电机的电机动力结合传递到驱动轮，所述混合动力车具有根据所述发动机的发动机速度来控制所述电机动力的第一控制装置；其中所述第一控制装置控制所述电机，从而使作为所述发动机动力和所述电机动力之和的合成动力小于或等于所述发动机的最大动力。
2.一种混合动力车，能将来自发动机的发动机动力和来自电机的电机动力结合传递到驱动轮，所述混合动力车具有根据所述发动机的发动机速度来控制所述电机动力的第一控制装置；其中所述第一控制装置控制所述电机，从而随着所述发动机速度增加而增加所述电机动力，直到所述发动机速度达到第一转速；并且在所述发动机速度超过所述第一转速后，随着所述发动机速度增加而降低所述电机动力。
3.根据权利要求2的混合动力车，其中所述第一控制装置控制所述电机，从而使作为所述发动机动力和所述电机动力之和的合成动力小于或等于所述发动机的最大动力，并且在所述发动机速度超过所述第一转速后，接近所述最大动力。
4.一种混合动力车，能将来自发动机的发动机动力和来自电机的电机动力结合传递到驱动轮，所述混合动力车具有控制所述发动机和所述电机动力的第二控制装置；其中所述发动机具有第一负载区域和第二负载区域，在第一负载区域，燃料消耗大致与在所述发动机上负载成正比变化，而在第二负载区域，随着负载的减少而在燃料消耗上的减小小于在所述第一负载区域的情况；以及当在所述发动机上的负载落入到第二负载区域时，所述第二控制装置将所述电机作为发电机操作，而当在所述发动机上的负载落入到所述第一负载区域时，所述第二控制装置将所述电机作为动力装置操作。
5.根据权利要求4的混合动力车，其中所述第二负载区域包括这样的负载区域，其中所述发动机在较低负载下以较高速度操作。
全文摘要
一种混合动力车。为了在不对悬架或框架增强的情况下有效地得到需要的动力。在具有发动机和电机的混合动力车中，线LM1所示，随着发动机速度Ne增加，第一控制单元逐渐增加电机动力PM，直到发动机速度Ne超过第一转速N1。在发动机速度Ne超过第一转速N1时，随着发动机速度Ne增加，第一控制单元使电机动力PM逐渐降低，从而作为发动机动力PE和电机动力PM之和的合成动力不超过发动机的最大动力PEm。
文档编号B62M23/02GK1572565SQ20041004299
公开日2005年2月2日 申请日期2004年6月14日 优先权日2003年6月13日
发明者堤崎高司, 黒木正宏, 田中邦彦 申请人:本田技研工业株式会社