JP2005205928A - 車輌慣性エネルギを補機作動流体圧として回生する車輌 - Google Patents

Abstract

車輌制動時に車輌の慣性エネルギを回収して有効に活用する新規の手段を備えた車輌を提供する。
【課題】
【解決手段】車輌制動時に車輌の慣性エネルギより得られる回生エネルギをブレーキブースタ、パワーステアリング、フューエルインジェクタ、エアーインジェクタ、エンジンクーリングシステム、エンジンリューブリケーションシステムの如き車輌補機の作動流体の圧力エネルギとして貯える。
【選択図】図１

Description

本発明は、車輌制動時に車輌の慣性エネルギを回収する技術に係わる。

車輌の燃費を改善し、燃料資源の節減を図るとともに排気による大気汚染を抑制すべく、車輌制動時に車輌の慣性エネルギを回収して有効に利用する技術が種々提案されている。例えば、下記の特許文献１には、減速時に車輌の慣性エネルギを車輌の主電源である第１の電源とは別の第２の電源に吸収させ、減速時に於ける電動発電機の回生運転効率を改善することが提案されている。下記の特許文献２には、制動中にバッテリが満充電またはそれに近い状態にあって回生電力を充電できないとき、回生発電機により発生された電力によって補機の電動機を駆動することが提案されている。下記の特許文献３には、バッテリが満充電の状態にあって回生電力を充電できないとき、回生電力をキャニスタのヒータへ供給することが提案されている。下記の特許文献４には、車輌制動時、バッテリの充電量が小さいときにはエンジンブレーキの効きを小さくし、回生発電量を高めてバッテリの充電度を上げ、バッテリの充電量が大きいときには回生発電量を下げ、エンジンブレーキの効きを大きくすることが提案されている。下記の特許文献５には、バッテリが満充電の状態にあって回生電力を充電できないとき、回生電力により空調装置の冷媒用蓄熱手段或いは車室内または車外用電熱手段を作動させることが提案されている。
特開２００１-３１７３８６ 特開２００３-１２５５０１ 特開平１１-３４３８９０ 特開２０００-２８２９０８ 特許３３５３２９９

本発明は、車輌制動時に車輌の慣性エネルギを回収して有効に活用する他の手段を備えた車輌を提供することを課題としている。

上記の課題を解決するものとして、本発明は、流体圧によって作動される少なくとも一つの補機と、車輌制動時に車輌の慣性エネルギを回生する車輌慣性エネルギ回生手段とを有する車輌にして、回生エネルギを前記補機の作動流体の圧力エネルギとして貯えることを特徴とする車輌を提案するものである。

前記補機はブレーキブースタ、パワーステアリング、フューエルインジェクタ、エアーインジェクタ、エンジンクーリングシステム、エンジンリューブリケーションシステムのいずれかであってよい。

流体圧によって作動される補機が一つ以上あり、第一の補機の作動流体の圧力が所定値以上であるときには、回生エネルギは第二の補機の作動流体の圧力エネルギとして貯えられるようになっていてよい。この場合、第二の補機はエアーコンディショナとされてよい。

回生エネルギの補機作動流体圧エネルギへの変換は電力を介して行われるようになっていてよい。車輌はハイブリット車であり、車輌制動時の車輌慣性エネルギの電気エネルギによる回生は車輪駆動系に連結された発電機により行われるようになっていてよい。

回生エネルギを補機作動流体圧エネルギとして貯えることは、車輌のバッテリの充電量が所定値以上のときとされるようになっていてよい。また、前記補機の作動流体の圧力エネルギの貯え量の上限が制御されるようになっていてよい。

近年の自動車等の車輌は、多くの場合、ブレーキブースタ、パワーステアリング、フューエルインジェクタ、エアーインジェクタ、エンジンクーリングシステム、エンジンリューブリケーションシステムの如く車輌の運転中には常時負圧または加圧流体を作動流体として作動する補機を備えている。そこで、この種の流体圧によって作動される少なくとも一つの補機と、車輌制動時に車輌の慣性エネルギを回生する車輌慣性エネルギ回生手段とを有する車輌に於いて、回生エネルギをかかる補機の作動流体の圧力エネルギとして貯えれば、車輌制動時に得られる回生エネルギを一先ずバッテリに充電し、しかる後バッテリを電源として補機を作動させる場合に不可避的に生ずる発電損失、充電損失および放電損失によるエネルギ損失を回避し、回生エネルギ発生時期と補機駆動エネルギ需要時期との間に例えば蓄熱によるエネルギ保存に比して遥かに大きなずれを許容しつつ、制動時車輌慣性エネルギの有効回生を達成することができる。

車輌がハイブリット車であるときには、電動駆動のために通常の化石燃料車に比して大容量のバッテリを備えてはいるが、その充電のために車輪駆動系に連結された発電機または電動発電機の発電量も通常の化石燃料車のものに比して大きいことから、長い下り坂等では車輌の慣性エネルギより回収された豊富な電力も、バッテリが満杯となることによって最早バッテリでは吸収できない事態も生じ得る。このようなとき、本発明によれば、それを更に圧力エネルギという別の形態に於いて蓄積することができる。

流体圧によって作動される補機が一つ以上あり、第一の補機の作動流体の圧力が所定値以上であるときには、回生エネルギが第二の補機の作動流体の圧力エネルギとして貯えられるようになっていれば、一つの補機の作動流体の圧力が満圧であることによって補機による回生エネルギの有効利用ができなくなる事態の発生を回避し、車輌制動時に於ける車輌慣性エネルギの有効回収率を高めることができる。この場合に、第二の補機がエアーコンディショナとされれば、エアーコンディショナが限られた季節に於いてのみ作動される地域に於いて運転される車輌に於いても、これを第一の補機として車輌の運転中常時作動される補機と組み合わせて用いれば、一つの補機のみによって本発明を実施する場合に比して、車輌慣性エネルギの有効回収率をより高めることができる。

回生エネルギの補機作動流体圧エネルギへの変換は、車輌制動時に車輪駆動系に於ける回転部材に補機作動流体を付勢するポンプ等を電磁クラッチ等により一時機械的に連結することによりそれを直接駆動することによって行われてもよく、これによって車輌制動時の車輌慣性エネルギを直接圧力エネルギに変換して蓄えることができるが、これが電力を介して行われるようになっていれば、ハイブリット車に於ける如く車輪駆動系に発電機または電動発電機が組み込まれている場合に、それを利用して車輌制動時に車輌慣性エネルギにより補機作動流体付勢ポンプ等を駆動する構成を容易に達成することができる。

車輌制動時に回生エネルギを補機作動流体圧力エネルギとして貯えることが、車輌のバッテリの充電量が所定値以上のときとされるようになっていれば、車輌が通常の化石燃料車であるかハイブリット車であるかを問わず、車輌の正常な運転性を確保する上で極めて重要なバッテリの充電状態を確保しつつ車輌慣性エネルギを有効に回収することができる。

また、補機の作動流体の圧力エネルギの貯え量の上限が制御されるようになっていれば、車輌制動時に補機ポンプの駆動し過ぎにより該ポンプやそれに対応する補機を傷めるような事態の発生を防止することができる。補機作動流体圧力エネルギ貯え量の上限制御は、作動流体の圧力制限やポンプ駆動時間の制限等により容易に達成できる。

図１は本発明による車輌慣性エネルギを補機作動流体圧として回生する車輌の本発明に係る要部をいくつかの実施の形態が複合して含まれる形態にて示す概略図である。

図１に於いて、１０は、マイクロコンピュータを備え、図には示されていない車輌の運転を総合的に制御する電子式制御装置（ＥＣＵ）である。この電子式制御装置１０には、車速を検出する車速センサ１２、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルセンサ１４、変速機に於いて設定されている変速段を検出する変速段センサ１６、ブレーキの作動を検出するブレーキセンサ１８、バッテリの充電状態を検出するバッテリセンサ２０よりそれぞれの検出信号が入力されるようになっている。

車輌には、図には示されていないブレーキの作動をアシストするブレーキブースタ２２、パワーステアリング２４、フューエルインジェクタ２６、排気系に空気を注入するエアーインジェクタ２８、図には示されていないエンジンのクーリングシステム３０、エンジンのリューブリケイションシステム３２、エアーコンディショナ３４が設けられており、これらはそれぞれ電子式制御装置１０により直接または間接的に（即ち、電子式制御装置１０による車輌運転制御の影響を受けて）その作動が制御されるようになっている。

ブレーキブースタ２２はブレーキブースタポンプ３６より導管３８を経て負圧を供給されており、ブレーキブースタポンプ３６の作動は電子式制御装置１０により制御されている。導管３８には蓄圧スペース（Ｒ）４０が接続されている。尚、かかる蓄圧スペースは格別の容器状部材によって与えられていてよいが、ブレーキブースタ２２とブレーキブースタポンプ３６の間に延在する導管３８を含む蓄圧能力を有する空間によって与えられるようになっていてもよい。このことは他の補機についてのＲにて示す蓄圧スペースについても同じである。

パワーステアリング２４はパワーステアリングポンプ４２より導管４４を経て加圧された作動油を供給されており、パワーステアリングポンプ４２の作動は電子式制御装置１０により制御されている。導管４４には蓄圧スペース（Ｒ）４６が接続されている。

フューエルインジェクタ２６はフューエルポンプ４８より導管５０を経て加圧された燃料を供給されており、フューエルポンプ４８の作動は電子式制御装置１０により制御されている。導管５０には蓄圧スペース（Ｒ）５２が接続されている。

エアーインジェクタ２８はエアーポンプ５４より導管５６を経て加圧された空気を供給されており、エアーポンプ５４の作動は電子式制御装置１０により制御されている。導管５６には蓄圧スペース（Ｒ）５８が接続されている。

エンジンクーリングシステム３０はウォータポンプ６０より導管６２を経て加圧された水を供給されており、ウォータポンプ６０の作動は電子式制御装置１０により制御されている。導管６２には蓄圧スペース（Ｒ）６４が接続されている。

エンジンのリューブリケイションシステム３２はオイルポンプ６６より導管６８を経て加圧された潤滑油を供給されており、オイルポンプ６６の作動は電子式制御装置１０により制御されている。導管６８には蓄圧スペース（Ｒ）７０が接続されている。

エアーコンディショナ３４はエアーコンディショナポンプ７２より導管７４を経て加圧された冷媒を供給されており、エアーコンディショナポンプ７２の作動は電子式制御装置１０により制御されている。導管７４には蓄圧スペース（Ｒ）７６が接続されている。

尚、図１は上記の通り本発明のいくつかの実施の形態を複合して含むものであり、本発明はブレーキブースタ２２、パワーステアリング２４、フューエルインジェクタ２６、エアーインジェクタ２８、エンジンクーリングシステム３０、エンジンリューブリケイションシステム３２、エアーコンディショナ３４の全てを含む車輌のみを対象とするものではなく、本発明はこの種の補機の一つ、またはこれら以外の補機であって流体圧により作動される任意の補機を備えた車輌について適用されてよいものである。また、本発明はハイブリット車に適しているが、車輌の慣性エネルギを回生する手段が設けられば、通常の化石燃料車にも適用可能である。

図２は、本発明により車輌制動時に車輌の慣性エネルギを補機の作動流体の圧力エネルギとして貯える要領を一つの実施の形態について示すフローチャートである。

制御が開始されると、ステップ１０に於いて必要な信号の読み込みが行われ、それに基づいてステップ２０に於いて車輌制動に伴う制動回生中であるか否かが判断される。答がイエスであれば、制御はステップ３０へ進み、バッテリの充電量が差し当り特に充電を急がなくてもよいような或る所定値以上であるか否かが判断される。答がイエスであれば、制御はステップ４０ へ進み、図１に示したブレーキブースタその他の如きある所定の補機Ａの作動流体圧が所定の満圧の状態にあるか否かが判断される。この答がノーであれば、制御はステップ５０ へ進み、補機Ａの作動流体圧を上げる（ブレーキブースタの如く作動流体圧が負圧の場合には下げる）ことによる回生エネルギの回収が行われる。

車輌の制動状態が長く続くかまたはその頻度が高く、ステップ５０を通る制御が繰り返されているうちに補機Ａの作動流体圧が満圧状態になると、ステップ４０の答はノーからイエスに転じる。このときには、制御はステップ６０ へ進む。また、ステップ３０の答がノーであるとき、即ち、バッテリの充電量が左程高くなく、その充電が早期に行われることが望まれるような状態であるときには、制御はステップ３０より直ちにステップ６０へ進む。

ステップ６０に於いては、バッテリの充電量がそれ以上の充電を要せず或はそれ以上の充電が好ましくない満杯の状態にあるか否かが判断される。答がノーのときには、制御はステップ７０へ進み、バッテリの充電による回生エネルギの回収行われる。制御がステップ３０より直接ステップ６０に至ったときには、当初の答は当然ノーであるが、ステップ７０を通る制御が繰り返されるうちにバッテリの充電量がステップ３０に於ける所定値に達すると、それより制御はステップ３０よりステップ４０へ進むようになる。また、いずれにしてもバッテリの充電量が満杯となり、ステップ６０の答がイエスになると、制御はステップを８０へ進み、このときには回生電流は抵抗を通して放電され、回生エネルギの回収は行われないが、制動回生による車輌の制動効果が得られる。

図３は、本発明により車輌制動時に車輌の慣性エネルギを補機の作動流体の圧力エネルギとして貯える要領を他の一つの実施の形態について示すフローチャートである。この実施の形態は、図２に示す実施の形態にステップ４１、４２、５１，５２を追加したものである。ステップ１０〜８０に係る作動は図２について説明したものと同じであるので、これらの部分についての重複した説明は、明細書の冗長化を避けるため省略する。

図３の実施の形態に於いては、補機Ａの作動流体が満圧であり、ステップ４０に於ける判断の答がイエスであるときには、制御はステップ４１へ進み、他の一つの補機Ｂの作動流体圧が満圧であるか否かが判断される。そして、答がノーであれば、制御はステップ５１へ進み、補機Ｂの作動流体についてその流体圧による回生エネルギの回収が行われる。同様に、ステップ４１の答がイエスであるときには、制御は更にステップ４２へ進み、更に他の一つの補機Ｃの作動流体圧が満圧であるか否かが判断される。そして、答がノーであれば、制御はステップ５２へ進み、補機Ｃの作動流体についてその流体圧による回生エネルギの回収が行われる。以下、同様に更なる他の補機についての制御を付加してよいことは明らかであろう。尚、補機のうちでも、エアーコンディショナの如く、車輌の運行中であっても季節によっては作動されない補機は、補機Ｂ、Ｃ等の、回生エネルギ回収の対象としての順位が下位となる位置付けにて利用されればよい。

かくして、本発明によれば、車輌制動時に得られる回生エネルギを補機の作動流体の圧力エネルギとして貯え、またそれを図３に示す実施の形態に於ける如くより一層徹底して遂行することにより、回生エネルギを一先ずバッテリに充電し、しかる後バッテリを電源として補機を作動させる場合に不可避的に生ずる充電損失および放電損失によるエネルギ損失を回避し、車輌の運行に於ける総合的エネルギ効率を改善することができる。ただ、その場合にも、総合的エネルギ効率の改善はそれとして、やはり車輌に於いては、バッテリの充電量が或る所定のレベル以上に確保されていることが極めて重要であることから、図２或いは図３に示したような実施の形態によれば、バッテリの充電量をそのような所定のレベル以上に確保しつつ、本発明の目的を達成することができる。

以上に於いては本発明をいくつかの実施の形態について詳細に説明したが、これらの実施の形態について本発明の範囲内にて種々の変更が可能であることは当業者にとって明らかであろう。

本発明により車輌慣性エネルギを補機作動流体圧として回生する車輌の本発明に係る要部をいくつかの実施の形態が複合して含まれる形態にて示す概略図。 本発明により車輌制動時に車輌の慣性エネルギを補機の作動流体の圧力エネルギとして貯える要領を一つの実施の形態について示すフローチャート。 本発明により車輌制動時に車輌の慣性エネルギを補機の作動流体の圧力エネルギとして貯える要領を他の一つの実施の形態について示すフローチャート。

符号の説明

１０…電子式制御装置（ＥＣＵ）、１２…車速センサ、１４…アクセルセンサ、１６…変速段センサ、１８…ブレーキセンサ、２０…バッテリセンサ、２２…ブレーキブースタ、２４…パワーステアリング、２６…フューエルインジェクタ、２８…エアーインジェクタ、３０…エンジンクーリングシステム、３２…エンジンリューブリケイションシステム、３４…エアーコンディショナ、３６…ブレーキブースタポンプ、３８…導管、４０…蓄圧スペース（Ｒ）、４２…パワーステアリングポンプ、４４…導管、４６…蓄圧スペース（Ｒ）、４８…フューエルポンプ、５０…導管、５２…蓄圧スペース（Ｒ）、５４…エアーポンプ、５６…導管、５８…蓄圧スペース（Ｒ）、６０…ウォータポンプ、６２…導管、６４…蓄圧スペース（Ｒ）、６６…オイルポンプ、６８…導管、７０…蓄圧スペース（Ｒ）、７２…エアーコンディショナポンプ、７４…導管、７６…蓄圧スペース（Ｒ）

Claims (8)

1. 流体圧によって作動される少なくとも一つの補機と、車輌制動時に車輌の慣性エネルギを回生する車輌慣性エネルギ回生手段とを有する車輌にして、回生エネルギを前記補機の作動流体の圧力エネルギとして貯えることを特徴とする車輌。
2. 前記補機はブレーキブースタ、パワーステアリング、フューエルインジェクタ、エアーインジェクタ、エンジンクーリングシステム、エンジンリューブリケーションシステムのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の車輌。
3. 流体圧によって作動される補機は一つ以上あり、第一の補機の作動流体の圧力が所定値以上であるときには、前記回生エネルギは第二の補機の作動流体の圧力エネルギとして貯えられることを特徴とする請求項１または２に記載の車輌。
4. 前記第二の補機はエアーコンディショナであることを特徴とする請求項３に記載の車輌。
5. 前記回生エネルギの前記補機作動流体圧エネルギへの変換は電力を介して行われることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の車輌。
6. 車輌はハイブリット車であり、車輌制動時の車輌慣性エネルギの電気エネルギによる回生は車輪駆動系に連結された発電機により行われることを特徴とする請求項５に記載の車輌。
7. 前記回生エネルギを前記補機作動流体圧力エネルギとして貯えることは、車輌のバッテリの充電量が所定値以上のときとされることを特徴とする請求項５または６に記載の車輌。
8. 前記補機の作動流体の圧力エネルギの貯え量の上限が制御されるようになっていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の車輌。
   

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