JP2005139942A - 電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】浄化率を飛躍的に高めバラツキの少ない排ガス浄化の結果が得られる。
【解決手段】エンジン１０によって発電機１３を駆動し、この発電機１３の発電電力で駆動モータ１８を駆動して走行する電動車両であって、エンジン１０の吸気通路１０ｆに接続した吸気管１１ａに燃料を供給するキャブレタ１１ｂと、キャブレタ１１ｂへ供給する燃料流量を制御する燃料制御弁１１ｂ１とを備える。
【選択図】図６

Description

この発明は、エンジンによって発電機を駆動し、この発電機の発電電力で駆動モータを駆動して走行する電動車両に関するものである。

従来、電動車両の一つとして、駆動輪を駆動する駆動モータに給電するバッテリに走行中に充電するエンジン駆動式の発電機を搭載したハイブリッド式電動車両があり、この電動車両は発電機の発電電力とバッテリの電力とを駆動モータに給電し、この駆動モータの動力で走行する構成を採っているものがある（例えば、特許文献１）。
特開２００１−１０５８９９号公報

このような電動車両のエンジンには、燃料の供給にキャブレタが用いられるが、エンジン排ガスの観点からキャブレタを評価すると、燃料と空気の混合を機械的に行うことから生産バラツキが大きく、精密な燃料と空気の混合比が得られない。例えば、一酸化炭素濃度で２％から１０％程度のバラツキがあり、これはＣＯ排出濃度で５倍のバラツキに相当する。

特に、電動車両のエンジンは、一定回転数、一定負荷で運転されるが、キャブレタにスロットルが装着されていると、オーバースペックとなる。また、エンジン停止してバッテリで駆動モータを回転して運転されるが、このエンジン停止を点火ＯＦＦにより行うと、点火ＯＦＦ後の空転分の燃料が無駄に排出される。

また、排ガスを浄化する目的で酸化触媒を利用する場合には、排ガス中に２次エアを導入する必要がある。しかし、電動車両のように全負荷領域でエンジンを運転する場合には２次エアの導入は排気管圧力が高く必要な量を確保することが難しい。このため、希薄燃焼と触媒の組み合わせに頼らざるを得ないが、混合気のバラツキがあり、安定した希薄燃焼を行なうことが困難で、触媒の浄化率が大きくバラついてしまう等の問題がある。

この発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、浄化率を飛躍的に高めバラツキの少ない排ガス浄化が可能な電動車両を提供することを目的としている。

前記課題を解決し、かつ目的を達成するために、この発明は、以下のように構成した。

請求項１に記載の発明は、エンジンによって発電機を駆動し、この発電機の発電電力で駆動モータを駆動して走行する電動車両であって、
前記エンジンの吸気通路に接続した吸気管に燃料を供給するキャブレタと、
前記キャブレタへ供給する燃料流量を制御する燃料制御弁とを備えることを特徴とする電動車両である。

請求項２に記載の発明は、エンジンによって発電機を駆動し、この発電機の発電電力で駆動モータを駆動して走行する電動車両であって、
前記エンジンの吸気通路に接続した吸気管に供給する燃料流量を制御する燃料制御弁を備えることを特徴とする電動車両である。

請求項３に記載の発明は、前記燃料制御弁の電流通電時間を制御して燃料流量を調整し希薄燃焼を行う制御手段を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動車両である。

請求項４に記載の発明は、前記発電機の発電電流波形に基づき前記燃料制御弁の燃料流量を制御することを特徴とする請求項３に記載の電動車両である。

前記構成により、この発明は、以下のような効果を有する。

請求項１に記載の発明では、エンジンの吸気通路に接続した吸気管に燃料を供給するキャブレタへ供給する燃料流量を燃料制御弁により制御することで、混合気制御を精密に行うことができる。また、エンジン停止時は勿論、燃料の供給を停止して走行する場合でも無駄な燃料排出を制限できる。

請求項２に記載の発明では、エンジンの吸気通路に接続した吸気管に供給する燃料流量を燃料制御弁により制御することで、混合気制御を精密に行うことができる。また、エンジン停止時は勿論、燃料の供給を停止して駆動モータにより走行する場合でも無駄な燃料排出を制限できる。

請求項３に記載の発明では、燃料制御弁の電流通電時間を制御して燃料流量を調整し希薄燃焼を行うことで、希薄燃焼領域で常に運転することが可能になり、またエンジンそのものや環境（気温・気圧・機械の劣化・燃料の種類等）の変化に対しても適合できることから、より一層の省エネ・排ガス浄化に貢献することができる。

請求項４に記載の発明では、発電機の発電電流波形に基づき燃料制御弁の燃料流量を制御する。例えば失火気味であれば電流波形が、波形の山谷の高さや周期が乱れるため、この乱れ方に応じて通電時間を調整することでいつも希薄燃焼限界ぎりぎりでエンジンを運転することができる。

以下、この発明のハイブリッド式電動車両の実施の形態について説明するが、この発明は、この実施の形態に限定されない。また、この発明の実施の形態は、発明の最も好ましい形態を示すものであり、この発明の用語はこれに限定されない。

図１はハイブリッド式電動車両の側面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図、図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図、図４は図１のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図、図５はハイブリッド式電動車両の動力伝達を説明する図である。 図１乃至図４において、この実施の形態のハイブリッド式電動車両１は、車体２の前端部２ａに回動自在に支持させたフロントフォーク３を有する。このフロントフォーク３には、下部に操向輪４である前輪が支持される。フロントフォーク３の上部には、操向ハンドル５が設けられる。

車体２の後端部２ｂには、左右一対のアーム２ｃが後方に伸び、この左右一対のアーム２ｃには駆動輪７である後輪の車軸８が支持されている。また、車体２の後端部２ｂには、サドル支持部２ｄが上方へ伸びるように設けられ、このサドル支持部２ｄにサドル９が取り付けられている。

車体２の前端部２ａと後端部２ｂとの間に、車体フートボード２ｅが設けられ、この車体フートボード２ｅは、図２に示すように、左右一対のアーム２ｃの幅よりやや広幅になっており、サドル９に着座したライダーの足載せスペースを確保している。

この車体２の車体フートボード２ｅの内部には、前側にエンジン１０がシリンダ軸を上下方向にして配置され、平面視においてエンジン１０の車両走行方向右側に吸気系１１が配置され、車両走行方向左側に排気系１２が配置されている。エンジン１０は空冷式の４サイクルエンジンである。

吸気系１１は、図２に示すように、吸気管１１ａ、キャブレタ１１ｂ、エアクリーナ１１ｃから構成される。吸気管１１ａがエンジン１０の気筒１０ａの車両走行方向右側に接続され、この吸気管１１ａにキャブレタ１１ｂが配置されている。エアクリーナ１１ｃの後部には吸気取入管１１ｄが接続されている。このキャブレタ１１ｂには、燃料供給管１４ａを介して燃料タンク１４が接続され、キャブレタ１１ｂに備えられる燃料制御弁１１ｂ１によって燃料供給が行なわれる。

排気系１２は、排気管１２ａ、マフラ１２ｂから構成される。排気管１２ａがエンジン１０の気筒１０ａの車両走行方向左側に接続され、この排気管１２ａにマフラ１２ｂが接続されている。このマフラ１２ｂには、排気ガス放出管１２ｂ１が下方に延びるように配置されている。この排気ガス放出管１２ｂ１は、図３に示すように、エンジン側に屈曲し、この屈曲部１２ｂ２によって開口部１２ｂ３がエンジン１０より下方に位置し、かつ車両中心方向の路面に向かって排気ガスを放出するようになっている。

また、図２に示すように、エンジン１０の後方位置に発電機１３が配置され、この発電機１３はエンジン１０によって発電する。このエンジン１０の上方位置には、エンジン１０の燃料を貯留する燃料タンク１４が配置されている。

このエンジン１０と発電機１３との間に、エンジン冷却ファン８０が配置されている。エンジン１０のクランク軸１０ｂが車両走行方向に配置され、このクランク軸１０ｂと発電機１３のロータ軸１３ａとはそれぞれの軸端を対向させる方向でカップリング９９にて連結されている。したがって、エンジン１０のクランク軸１０ｂの駆動力は、発電機１３のロータ軸１３ａに伝達される。このクランク軸１０ｂにエンジン冷却ファン８０を設けている。

このようにエンジン１０と発電機１３との間に、エンジン冷却ファン８０を配置しており、エンジン冷却ファン８０を配置したことで、小型で、かつ簡単な構造でエンジン１０及び発電機１３を冷却することができる。

また、車体２の車体フートボード２ｅには、発電機１３の後方位置にバッテリ１５が配置され、さらにバッテリ１５の後方位置にハイブリッド制御コントローラ１６とモータコントローラ１７で構成される制御装置Ａが配置されている。このハイブリッド制御コントローラ１６とモータコントローラ１７の後方には、駆動モータ１８が配置されている。この駆動モータ１８のスプロケット１８ａはチェーン１９を介して駆動輪７のホイール２０のスプロケット２１に連結されている。

駆動モータ１８と駆動輪７の車軸部の距離を短くするため、駆動モータ１８はエンジン１０より車両走行方向後側に設けられる。

このように駆動モータ１８の動力はチェーン１９を介して駆動輪７側へ伝達されるが、ドライブシャフトを介して駆動輪７側へ伝達するようにしてもよい。チェーン１９としては通常自転車等に用いられる金属製のチェーンやゴムベルトを炭素繊維で強化したチェーンが用いられる。

バッテリ１５は、図５に示すように、多数のバッテリセル１５ａと、バッテリ残量計１５ｂ、バッテリ温度計１５ｃとから構成している。バッテリセル１５ａは、従来からよく知られているニッケル水素単電池またはニッケルカドミウム単電池などからなり、それぞれを直列に接続している。バッテリ残量計１５ｂはバッテリ残量情報をハイブリッド制御コントローラ１６へ送り、バッテリ温度計１５ｃは、バッテリ温度情報をハイブリッド制御コントローラ１６へ送る。

この実施の形態のハイブリッド式電動車両１は、操向輪４と駆動輪７とを備え、この操向輪４と駆動輪７の間には、エンジン１０、発電機１３、バッテリ１５、ハイブリッド制御コントローラ１６、モータコントローラ１７及び駆動モータ１８が車体フートボード２ｅの内部に配置されている。このエンジン１０によって駆動する発電機１３の発電電力とバッテリ１５の電力とを駆動モータ１８に給電し、この駆動モータ１８の動力を駆動輪７に伝達して走行する。この駆動輪７のホイール２０には変速機４０が配置されている。

この実施の形態の駆動モータ１８は、図２及び図４に示すように、モータ３６と変速機３７が配置されている。変速機３７は、モータ３６の回転を変速して駆動輪７を駆動する。

ハイブリッド制御コントローラ１６は、バッテリ１５の充放電と、エンジン１０の回転数を制御するためのもので、図５に示すように、エンジン制御手段１６ａ、バッテリ１５の残存容量を設定する残存容量設定手段１６ｂなどを備えるとともに、表示装置５０を接続している。表示装置５０は、図示していない警告灯を備えており、操向ハンドル５の近傍に設けている。バッテリ１５が劣化しているときにハイブリッド制御コントローラ１６が警告灯を点灯させる。バッテリ１５の劣化は、バッテリ残量計１５ｂのバッテリ残量情報に基づき残存容量設定手段１６ｂが検出する。

エンジン制御手段１６ａは、残存容量設定手段１６ｂが設定した残存容量が予め定めた下限値を下回ったときにエンジン１０を始動して発電機１３による発電・充電を開始させ、残存容量が予め定めた上限値に達したときにエンジン１０を停止して発電機１３による発電・充電を中止する構成を採用している。すなわち、バッテリ１５の残存容量が下限値を下回ったときには、残存容量が上限値に達するまでエンジン１０によって発電機１３を駆動し、発電機１３が発電する電力でバッテリ１５を充電する。

また、エンジン制御手段１６ａは、車速センサ５１が検出した車速が予め定めた値を上回っている高速時には、エンジン１０を停止する構成を採用している。また、車速センサ５１の検出で、ハイブリッド式電動車両１が走行しないで停止している時には、エンジン１０を停止する構成となっている。

ライダーのアクセル操作によって出力されるアクセル信号がモータコントローラ１７に入力され、このモータコントローラ１７は、アクセル操作力の大きさに略比例するように駆動モータ１８の動力を制御する。

この実施の形態のエンジン１０の始動は、発電機１３でクランク軸１０ｂを駆動することによって実施し、エンジン１０の停止は、ハイブリッド制御コントローラ１６が点火回路を開くことによって実施する。

この実施の形態では、変速機３７を駆動モータ１８の部分に配置し、変速機４０を駆動輪７の車軸部に配置し、駆動モータ１８の動力を、チェーン１９で駆動輪側に伝達することで、速度レンジを幅広くすることができる。したがって、小型の駆動モータ１８でも十分な発進性能を確保しながら、最高速度も効率よく達成することができる。駆動モータ１８は駆動輪７のタイヤ外周部７ａよりも車両走行方向前側に配置されている。

また、変速機３７，４０を駆動モータ側と駆動輪の両方に設置することで、その構造を小型で簡単にすることが可能になる。また、駆動輪側の重量増加を最小に抑えながら、変速機３７，４０を取り入れることも可能になる。

また、変速機３７，４０によってモータ最大または定格出力の小さなものを利用しても十分な速度での走行性能を維持できることから、小型エンジン発動機を搭載した省エネルギーで排気ガスの少ないクリーンな小型・軽量の新型ハイブリッド式電動車両１を構成することが可能になる。

また、変速機３７，４０は、自動変速機であり、更に操縦者の操作を簡便にできることで、操縦性能・走行性能を高めることが可能になる。なお、変速機３７または変速機４０の一方のみを自動変速機としてもよい。また、この実施の形態では、駆動モータ１８の動力を、チェーン１９に代えてドライブシャフトで駆動輪側に伝達するようにしてもよい。

この実施の形態のハイブリッド式電動車両１では、エンジン１０、発電機１３、バッテリ１５、制御装置Ａ、駆動モータ１８の順に、進行方向に前側から直列にかつ車体フートボード２ｅの内部に配置し、これにより車体をスリムにすることができる。

また、車体フートボード２ｅは、図１に示すように、側面から視て操向輪４と駆動輪７の上端を結ぶ線Ｌ１より下方に位置し、車体フートボード２ｅが側面から視て操向輪４と駆動輪７の上端を結ぶ線Ｌ１より下方に位置することで、車体の空気抵抗を大幅に低減できる。

また、車体フートボード２ｅには、冷却風の冷却風吸込口９０が吸気系側側方に開口して形成され、冷却風吸込口９１がエンジン上方前側に開口して形成され、冷却風吸込口９２が駆動モータ側下方に開口して形成されている。下側カバー２ｇには、冷却風吸込口９６が吸気系側下方に開口して形成され、また、冷却した後の冷却風の冷却風排出口９５が排気系側下方に開口して形成されている。

このハイブリッド式電動車両１が走行する時に、エンジン冷却ファン８０の駆動によって車体フートボード２ｅの内部が負圧となる。このため、図３に示すように、冷却風が冷却風吸込口９０によって吸気系側側方から吸い込まれ、また、冷却風が冷却風吸込口９１によってエンジン上方前側から吸い込まれる。また、冷却風が冷却風吸込口９６によって吸気系側下方から吸い込まれる。また、図３に示すように、冷却風が冷却風吸込口９２によって駆動モータ側下方から吸い込まれ、冷却風が駆動モータ１８、制御装置Ａ、バッテリ１５、発電機１３とエンジン１０を冷却する。これらの冷却風は、さらに排気系１２を構成する排気管１２ａ、マフラ１２ｂの順に温度の低い方から冷却することで冷却効率を向上することができ、シンプルな構造で十分な冷却が行えることで小型、軽量、安価なハイブリッド車両を構成できる。

この実施の形態では、図６乃至図９に示す燃料供給装置が備えられている。図６は燃料供給装置を備えるエンジンを走行方向前側から視た前面図、図７は燃料供給装置を備えるエンジンを走行方向左側から視た側面図、図８は燃料供給装置の断面図、図９は希薄燃焼の制御フローチャート、図１０は発電機の発電電流波形を示す図である。

この実施の形態の燃料供給装置１００は、エンジン１０の吸気通路１０ｆに接続した吸気管１１ａに燃料を供給するキャブレタ１１ｂと、キャブレタ１１ｂへ供給する燃料流量を制御する燃料制御弁１１ｂ１とを備えている。

キャブレタ１１ｂは、図８に示すように、固定ベンチュリ１１ｂ２にニードルジェット１１ｂ３を備え、このニードルジェット１１ｂ３の作動で燃料通路１１ｂ４から燃料を供給する。このニードルジェット１１ｂ３の上流側に燃料制御弁１１ｂ１が配置され、この燃料制御弁１１ｂ１は電磁弁で構成される。

この燃料制御弁１１ｂ１は、図７に示すように、制御手段であるハイブリッド制御コントローラ１６によって制御される。このハイブリッド制御コントローラ１６は、発電機１３の発電電流波形に基づき燃料制御弁１１ｂ１の燃料流量を制御する。この燃料制御弁１１ｂ１の制御は、電流通電時間を制御して燃料流量を調整し希薄燃焼を行う。ここで、希薄燃焼とは、空燃比を理論空燃比よりも希薄側に制御して行なう燃焼をいう。

このように、エンジン１０の吸気通路１０ｆに接続した吸気管１１ａに燃料を供給するキャブレタ１１ｂへ供給する燃料流量を燃料制御弁１１ｂ１により制御することで、混合気制御を精密に行うことができる。また、エンジン停止時は勿論、燃料の供給を停止して走行する場合でも無駄な燃料排出を制限できる。

この実施の形態のハイブリッド式電動車両１では、エンジン１０が発電機１３を駆動し、発電機１３が発電する。このため、発電機１３を駆動するエンジン１０は、一定回転数、一定負荷で運転される。ここでいう一定回転数とは、所定の範囲に回転数をコントロールすることをいい、一定負荷とは、負荷を一定範囲にコントロールすることをいう。

このエンジン１０の希薄燃焼の制御は、図９に示すように行なう。まず、ステップｓ１において、図１０に示す発電機１３の発電電流波形を取り込む。この発電機１３の発電電流波形は、クランク２回転で爆発、排気、吸気、圧縮の行程を繰り返し、例えば失火気味であれば電流波形の山谷の高さや周期が乱れる。

ステップｓ２において、発電電流波形の判定を行ない、波形の山谷の高さや周期が乱れていると、燃料が不足していると判断して燃料流量を増加する（ステップｓ３）。

また、ステップｓ２において、発電電流波形の判定を行ない、波形の山谷の高さや周期が乱れがなく、かつ波形の大きさが閾値以上であると、燃料が過剰していると判断して燃料流量を減少する（ステップｓ４）。

そして、ステップｓ５において、エンジン温度の判定を行ない、エンジン温度が所定温度以下の場合は、エンジン始動と判断してステップｓ３へ移行して燃料流量を増加する。一方、エンジン温度が所定温度以上の場合は、通常運転と判断してステップｓ１へ移行して繰り返す。

このように、燃料制御弁１１ｂ１の電流通電時間を制御して燃料流量を調整し希薄燃焼を行うことで、希薄燃焼領域で常に運転することが可能になり、またエンジン１０そのものや環境（気温・気圧・機械の劣化・燃料の種類等）の変化に対しても適合できることから、より一層の省エネ・排ガス浄化に貢献することができる。

また、例えば失火気味であれば電流波形が乱れる。波形の山谷の高さや周期が乱れるため、この乱れ方に応じて通電時間を調整することでいつも希薄燃焼限界ぎりぎりでエンジン１０を運転することができる。

次に、燃料供給装置１００の他の実施の形態を図１１及び図１２に示す。図１１は燃料供給装置を備えるエンジンを走行方向前側から視た前面図、図１２は燃料制御弁の断面図である。

この実施の形態の燃料供給装置１００は、エンジン１０の吸気通路１０ｆに接続した吸気管１１ａに供給する燃料流量を制御する燃料制御弁１１ｂ１０を備えている。この燃料制御弁１１ｂ１０は、図１２に示すように、電磁弁で構成される。燃料制御弁１１ｂ１０は、導入口１１ｂ１００を燃料タンク１４側に接続し、吐出口１１ｂ１０１を吸気管１１ａ側に接続している。弁体１１ｂ１０２はスプリング１１ｂ１０３によって燃料通路１１ｂ１０４を塞ぐ方向に付勢されており、コイル１１ｂ１０５に電圧を印加することで燃料通路１１ｂ１０４を開く。 この燃料制御弁１１ｂ１０は、図６乃至図９の実施の形態と同様に制御される。このように、エンジン１０の吸気通路に接続した吸気管１１ａに供給する燃料流量を燃料制御弁１１ｂ１０により制御することで、混合気制御を精密に行うことができる。また、エンジン停止時は勿論、燃料の供給を停止して駆動モータにより走行する場合でも無駄な燃料排出を制限できる。

この発明は、エンジンによって発電機を駆動し、この発電機の発電電力で駆動モータを駆動して走行する電動車両に適用できる。

ハイブリッド式電動車両の側面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。 図１のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。 ハイブリッド式電動車両の動力伝達を説明する図である。 燃料供給装置を備えるエンジンを走行方向前側から視た前面図である。 燃料供給装置を備えるエンジンを走行方向左側から視た側面図である。 燃料供給装置の断面図である。 希薄燃焼の制御フローチャートである。 発電機の発電電流波形を示す図である。 燃料供給装置を備えるエンジンを走行方向前側から視た前面図である。 燃料制御弁の断面図である。

符号の説明

１ ハイブリッド式電動車両
２ 車体
４ 操向輪
７ 駆動輪
１０ エンジン
１０ｆ 吸気通路
１１ａ 吸気管
１１ｂ１ 燃料制御弁
１４ 燃料タンク
１４ａ 燃料供給管
１５ バッテリ
１６ ハイブリッド制御コントローラ
１７ モータコントローラ
１８ 駆動モータ

Claims (4)

1. エンジンによって発電機を駆動し、この発電機の発電電力で駆動モータを駆動して走行する電動車両であって、
   前記エンジンの吸気通路に接続した吸気管に燃料を供給するキャブレタと、
   前記キャブレタへ供給する燃料流量を制御する燃料制御弁とを備えることを特徴とする電動車両。
2. エンジンによって発電機を駆動し、この発電機の発電電力で駆動モータを駆動して走行する電動車両であって、
   前記エンジンの吸気通路に接続した吸気管に供給する燃料流量を制御する燃料制御弁を備えることを特徴とする電動車両。
3. 前記燃料制御弁の電流通電時間を制御して燃料流量を調整し希薄燃焼を行う制御手段を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動車両。
4. 前記発電機の発電電流波形に基づき前記燃料制御弁の燃料流量を制御することを特徴とする請求項３に記載の電動車両。

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