JP2009255611A - 車両の省エネ装置及び方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】電気エネルギーへの変換を要することなく車両の動力をバックアップすることができ、走行と停止を繰り返す運転パターンであっても効果的に燃費を改善して省エネ効果を発揮することができる車両の省エネ装置及び方法を提供する。
【解決手段】車両1の駆動軸1aと連結されて動力を入出力可能に構成された動力伝達機構2と、動力伝達機構2に連結された第一クラッチ3と、第一クラッチ3に連結されたパワーアシストタービン4と、パワーアシストタービン4に連結された第二クラッチ5と、第二クラッチに連結された圧縮機6と、圧縮機6により生成された圧縮空気を貯蔵可能かつ貯蔵された圧縮空気をパワーアシストタービン4に供給可能に構成された貯蔵タンク9と、第一クラッチ3及び第二クラッチ5の嵌脱並びに貯蔵タンク9の操作を制御する制御装置11と、を有する。
【選択図】図6

Description

本発明は、車両の省エネ装置及び方法に関し、特に、走行と停止を繰り返す運転パターンに適した車両の省エネ装置及び方法に関する。
一般に、自動車等の車両は、化石燃料である石油や原油から精製されるガソリンや軽油等を燃料とし、その排ガスは大気中に放出されている。排ガスには、二酸化炭素(CO2)、一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)、窒素酸化物(NOx)等の成分を含んでいる。二酸化炭素(CO2)は、地球温暖化の要因となる温室効果ガスであり、排出規制の対象となっている。また、一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)、窒素酸化物(NOx)等は大気汚染物質であり光化学スモッグや酸性雨を引き起こすため、エンジンの空燃比制御や三元触媒により処理され、発生量を極力抑えるようにしている。これらの温室効果ガスや大気汚染物質の排出を抑制するためには、石油代替エネルギーを使用する、エンジンの燃費を向上させる等の手法が考えられる。
石油代替エネルギーを使用する手法では、電気自動車、メタノール自動車、圧縮天然ガス自動車及びハイブリッド自動車等のいわゆる低公害車が注目を浴びている。ただし、ハイブリッド自動車は、石油代替エネルギー性よりも燃費向上性に優れている。ここで、ハイブリッド自動車とは、エンジンである内燃機関に蓄電池と電動機を組み合わせたものであり、電動機と一体にされた発電機を有し、エンジンの燃費が良い回転域走行時及びブレーキング時の制動エネルギーにより発電できるように構成されている。そして、回収した電気エネルギーを蓄電池に充電し、自動車の始動時や加速時等に電動機を駆動させて動力をアシストし、燃費を改善している。したがって、ハイブリッド自動車における蓄電池及び電動機は、車両の省エネ装置の一つと考えることができる。
一方、エンジンの燃費を向上させる手法では、エンジンの排ガス出口にターボチャージャーを設け、排ガスエネルギーの一部を利用してエンジンの運転効率を向上させる手法が一般的である。また、通常の自動車において、ハイブリッド自動車のようにブレーキング時の制動エネルギーを回収するようにした手法も既に提案されている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。これらの特許文献に記載された発明やターボチャージャー等も車両の省エネ装置の一つである。
特開平2−248635号公報 特開平8−158883号公報
上述したハイブリッド自動車は装置構成が大がかりであり、大型の発電機、大容量高出力の蓄電池等を設けているため、イニシャルコストが非常に高いという問題がある。また、ハイブリッド自動車に使用されている蓄電池は、寿命が短く性能が落ち易いため、購入後数年単位で交換する必要があり、ランニングコストが嵩むという問題がある。さらに、ハイブリッド自動車では、ブレーキングの制動エネルギーを回収する際に一旦発電機で発電した電気を蓄電池に貯めて、エンジンの駆動動力をアシストする際に蓄電池に貯められた電気により電動機を駆動する構造となっており、それぞれのエネルギー変換効率が約30%程度と低く、エネルギー回収率が悪く省エネ効果が低いという問題がある。また、ハイブリッド自動車においても、通常の自動車と同様に、高温の排ガスエネルギーのほとんどが回収されることなく大気中へ放出されている。
上述したターボチャージャーを車両に配置した場合であっても、エンジンから排出される高温の排ガスエネルギーのほとんどが回収されることなく大気中へ放出されているのが実情である。また、ターボチャージャーでは、一定した高回転域では過給効果を効率的に得ることができるが、市街地のような渋滞し易い場所における走行と停止を繰り返す運転パターンでは省エネ効果がほとんど得られないという問題がある。
上述した特許文献1に記載された発明は、圧縮タンクに蓄積された圧縮空気を車両の加速ないし発進に際して内燃機関において生じた過給空気不足を補償するために使用される排気タービン過給式内燃機関の加速補助手段に関する。しかしながら、特許文献1に記載された発明は、エンジンにおける過給空気不足を補償して大気汚染物質の発生を抑制しようとするものであり、燃費を改善して省エネ効果を高めようとしたものではない。また、過給機(ターボチャージャー)の性能を補うための補助手段であるため、上述したターボチャージャーを車両に配置した場合と同じ問題が生じる。
また、特許文献2に記載された発明は、動力発生装置から物体への動力伝達が断たれた後に慣性により運動する物体の運動エネルギーを、圧縮ガスの内部エネルギーとして回収でき、複雑なシステムを要することなく小エネルギーを回収できる動力回生装置に関する。しかしながら、小エネルギーとあるように、特許文献1に記載された発明は、回収したエネルギーで駆動される対象は、空調装置やドアの開閉用アクチュエータであり、省エネ効果が低いという問題がある。また、省エネ効果を高めるための具体的な手段に関する記載もない。
本発明は、上述の課題に鑑み創案された発明であり、電気エネルギーへの変換を要することなく車両の動力をバックアップすることができ、走行と停止を繰り返す運転パターンであっても効果的に燃費を改善して省エネ効果を発揮することができる車両の省エネ装置及び方法を提供することを目的とする。
本発明によれば、車両の駆動軸と連結されて動力を入出力可能に構成された動力伝達機構と、該動力伝達機構に連結された第一クラッチと、該第一クラッチに連結されたパワーアシストタービンと、該パワーアシストタービンに連結された第二クラッチと、該第二クラッチに連結された圧縮機と、該圧縮機により生成された圧縮空気を貯蔵可能かつ貯蔵された圧縮空気を前記パワーアシストタービンに供給可能に構成された貯蔵タンクと、前記第一クラッチ及び前記第二クラッチの嵌脱並びに前記貯蔵タンクの操作を制御する制御装置と、を有し、前記制御装置は、前記車両の減速状態を検知した場合に前記第一クラッチ及び前記第二クラッチを嵌状態にして前記動力伝達機構の出力により前記圧縮機を作動させて圧縮空気を前記貯蔵タンクに貯蔵し、前記車両の加速状態を検知した場合に前記第一クラッチを嵌状態及び前記第二クラッチを脱状態にして前記貯蔵タンク内の圧縮空気により前記パワーアシストタービンを作動させて前記動力伝達機構に動力を入力する、ことを特徴とする車両の省エネ装置が提供される。
また、前記圧縮空気の圧縮効率を高めるために前記圧縮機と前記貯蔵タンクとを結ぶ流路に冷却装置を配置してもよいし、前記圧縮機と前記貯蔵タンクとを結ぶ流路に圧縮空気を前記貯蔵タンクに送気する貯蔵流路と圧縮空気を排気する排気流路とに切換可能な制御弁を配置してもよいし、前記貯蔵タンクと前記パワーアシストタービンとを結ぶ流路に前記車両の排ガスと熱交換可能な廃熱回収装置を配置してもよいし、前記パワーアシストタービンと前記圧縮機の配置を入れ替えてもよい。
また、前記制御装置が、前記車両の下り坂運転状態を検知した場合に前記第一クラッチ及び前記第二クラッチを嵌状態にして前記動力伝達機構の出力により前記圧縮機を作動させて圧縮空気を前記貯蔵タンクに貯蔵するようにしてもよいし、前記車両の安定運転状態又は省エネ装置の故障を検知した場合に前記第一クラッチを脱状態にするようにしてもよい。
さらに、前記圧縮機に連結された第三クラッチと、該第三クラッチに連結された排ガスタービンと、該排ガスタービンに前記車両の排ガスを供給可能に配置された制御弁と、を設け、前記制御装置により、前記車両の高負荷状態を検知した場合に前記第二クラッチを脱状態及び前記第三クラッチを嵌状態にするとともに前記排ガスを前記排ガスタービンに供給するように前記制御弁を制御するようにしてもよい。
また、本発明によれば、車両の減速時に生じる慣性力又は車両の走行時における駆動力により圧縮空気を生成して貯蔵し、車両の加速時又は高速運転時に前記圧縮空気をパワーアシストタービンに供給して動力を生成し、該動力を前記車両の駆動軸に出力して車両の走行を補助する、ことことを特徴とする車両の省エネ方法が提供される。また、前記圧縮空気を廃熱回収装置に通してから前記パワーアシストタービンに供給することによりエネルギー効率を高めるようにしてもよい。
上述した本発明の車両の省エネ装置及び方法によれば、車両の減速時に生じる慣性力により圧縮空気を生成して貯蔵し、車両の加速時に貯蔵した圧縮空気により動力を生成し、車両の駆動軸に動力を伝達することにより内燃機関の出力をバックアップすることができ、燃料の消費を抑制することができ、燃費を向上させることができる。特に、市街地のように走行と停止を繰り返す運転パターンにおいても安定して燃費を向上させることができる。本発明では、電気エネルギーに変換することなく動力をバックアップしているため、エネルギー変換に伴うロスが少なく高効率な省エネ効果を図ることができる。また、燃料電池等の特殊な機器を使用していないため、イニシャルコスト及びランニングコストを低減することができる。また、本発明の省エネ装置はクラッチにより接続されているため、既存の車両に後付けで搭載することができ汎用性に優れ、省エネ装置が故障した場合であっても省エネ装置を切り離して運転することができ信頼性に優れる。また、廃熱回収装置を設置した場合には、排ガスの廃熱を回収することができ、より省エネ効果を向上させることができる。さらに、高速運転時には、排ガスエネルギーを利用して圧縮空気を貯蔵することができ、より省エネ効果を向上させることができる。
以下、本発明の実施形態について図1〜図9を用いて説明する。ここで、図1は、本発明に係る車両の省エネ装置の第一実施形態を示す構成図である。なお、図1において、実線は駆動・機器系、破線は圧縮空気系、一点鎖線は排ガス系、二点鎖線は制御系を示している。
図1に示した省エネ装置は、車両1の駆動軸1aと連結されて動力を入出力可能に構成された動力伝達機構2と、動力伝達機構2に連結された第一クラッチ3と、第一クラッチ3に連結されたパワーアシストタービン4と、パワーアシストタービン4に連結された第二クラッチ5と、第二クラッチに連結された圧縮機6と、圧縮機6に連結された第三クラッチ7と、第三クラッチ7に連結された排ガスタービン8と、圧縮機6により生成された圧縮空気を貯蔵可能かつ貯蔵された圧縮空気をパワーアシストタービン4に供給可能に構成された貯蔵タンク9と、排ガスタービン8に車両1の排ガスを供給可能に配置された排ガス制御弁10と、第一クラッチ3、第二クラッチ5及び第三クラッチ7の嵌脱並びに貯蔵タンク9及び排ガス制御弁10の操作を制御する制御装置11と、を有する。
前記車両1は、動力を発生させる内燃機関1bと、走行面に接地して摩擦力を発生させる複数の車輪1cと、を有し、内燃機関1bに燃料(ガソリン等)を供給して燃焼させることにより動力を発生させ、駆動軸1a及び車輪1cを回転させている。ここでは、駆動軸1a(プロペラシャフト)が後輪に動力を伝達させるフロントエンジンリアドライブ(FR)方式又は4WD方式の場合を図示しているが、これに限定されるものではなく前輪駆動であるフロントエンジンフロントドライブ(FF)方式の車両であってもよい。内燃機関1bで生じた排ガスは排ガス排気ライン1dにより外部に排出される。排ガス排気ライン1dには、騒音を低減するマフラーや廃熱回収を行うサイホン等の排ガス処理装置1eを配置してもよい。なお、車両1は、一般的には乗用車やトラックであるが、内燃機関1bを備えた貨物車や特殊作業車であってもよい。
前記動力伝達機構2は、駆動軸1aと省エネ装置との間で動力のやり取りを行う装置である。具体的には、例えば、駆動軸1aに接続された第一プーリー2aと、省エネ装置の第一クラッチ3に接続された第二プーリー2bと、第一プーリー2a及び第二プーリー2bに掛け回されたベルト2cと、から構成される。なお、動力伝達機構2は、車両1の駆動軸1aと省エネ装置のクラッチ3との間で動力を入出力することができる機構であれば、図示されたものに限定されるものではない。
前記第一クラッチ3、第二クラッチ5及び第三クラッチ7は、入力軸と出力軸を機械的又は電磁的に結合して入力軸の回転を出力軸に伝達し、その結合を解くことにより回転の伝達を停止することができる装置である。これらのクラッチ3,5,7は、後述する制御装置11により嵌(ON)・脱(OFF)が制御される。また、各クラッチ3,5,7は、オーバートルクが生じた場合に自動的に滑りを生じる構成としてもよい。第一クラッチ3とパワーアシストタービン4との間には、図示したように、増速機31を配置するようにしてもよい。増速機31を配置することにより、効率よくパワーアシストタービン4を回転させることができる。なお、車両1のタイプによっては、増速機31を減速機に置き換えるようにしてもよい。
前記パワーアシストタービン4は、貯蔵した圧縮空気により駆動されて動力を生成する装置である。パワーアシストタービン4の入口側は、貯蔵タンク9の出口側と連結された圧縮空気供給ライン41に接続され、パワーアシストタービン4の出口側は、仕事を終えた圧縮空気を外部に排気するための圧縮空気排気ライン42に接続されている。なお、圧縮空気排気ライン42は、図示したように、マフラーやサイホン等の排ガス処理装置1eに接続してもよい。
パワーアシストタービン4と貯蔵タンク9とを結ぶ流路である圧縮空気供給ライン41には、排ガス排気ライン1dと熱交換可能な廃熱回収装置12が配置されている。廃熱回収装置12は、一般的なヒートパイプ方式により構成され、高温の排ガスと低温の圧縮空気とを熱交換することにより、圧縮空気を膨張させて流量を増大させることができ、効率よくパワーアシストタービン4を回転させることができる。また、従来、捨てていた排ガスの熱エネルギーを動力の発生に利用することにより、省エネ効果を向上させることができる。なお、圧縮空気供給ライン41への圧縮空気の供給は貯蔵タンク9の出口側に接続された圧縮空気出口制御弁91により制御される。
前記圧縮機6は、外気から空気を吸入して圧縮空気を生成する装置である。圧縮機6の入口側は吸気口61aを有する吸気ライン61に接続され、圧縮機6の出口側は貯蔵タンク9に連結された圧縮空気貯蔵ライン62に接続されている。吸気口61aは、例えば、車両1のフロントグリル等に配置される。また、圧縮機6と貯蔵タンク9とを結ぶ流路である圧縮空気貯蔵ライン62には冷却装置13が配置されている。冷却装置13は、いわゆるインタークーラーであり、圧縮空気を冷却することにより圧縮効率を向上させることができる。また、圧縮空気貯蔵ライン62の貯蔵タンク9の入口側には、圧縮空気入口制御弁92が配置されている。この圧縮空気入口制御弁92は、三方弁により構成されており、圧縮空気を貯蔵タンク9に送気する貯蔵流路92aと圧縮空気を排気する排気流路92bとに切換可能になっている。
前記排ガスタービン8は、排ガスエネルギーを回収する装置である。排ガスタービン8は、排ガス排気ライン1dに配置された排ガス制御弁10から分岐された排ガス分岐ライン81に配置されている。排ガス制御弁10は、三方弁により構成されされており、内燃機関1bから排出された排ガスを外部に排気する流路と排ガス分岐ライン81とに切換可能になっている。また、排ガス分岐ライン81は、排ガスタービン8に供給された排ガスを再び排ガス排気ライン1dに戻すように構成されている。
前記貯蔵タンク9は、圧縮空気を貯蔵する圧力容器である。上述したように、貯蔵タンク9の入口側は圧縮空気貯蔵ライン62に接続され、貯蔵タンク9の出口側は圧縮空気供給ライン41に接続されている。そして、圧縮空気貯蔵ライン62には圧縮空気の貯蔵を制御する圧縮空気入口制御弁92が配置され、圧縮空気供給ライン41には圧縮空気の供給を制御する圧縮空気出口制御弁91が配置されている。また、貯蔵タンク9には、安全弁93及び圧力計94が接続されている。安全弁93は、貯蔵タンク9内の圧力が所定の圧力以上に達すると自動的に圧縮空気を外部に排出して過加圧を防止する装置である。安全弁93の作動圧は、一般的には貯蔵タンク9の許容圧力に設定される。また、高負荷運転中に圧縮空気を貯蔵する場合には、圧縮空気入口制御弁92の故障等を考慮して内燃機関1bの出力が大幅に下がらないような圧力に設定してもよい。圧力計94は、貯蔵タンク9内の圧力を計測して制御装置11にデータを送信する。制御装置11は、圧力計94のデータに基づいて貯蔵タンク9内の圧力を制御するように圧縮空気入口制御弁92の開閉を行う。
前記制御装置11は、第一クラッチ3、第二クラッチ5及び第三クラッチ7の嵌脱、増速機31のギアチェンジ並びに貯蔵タンク9(圧縮空気入口制御弁92、圧縮空気出口制御弁91等)及び排ガス制御弁10の操作を制御する装置である。一般的には、車両1の搭載された電子制御ユニット(ECU)が統括して制御することが好ましい。制御装置11は、車両1のアクセルペダル1f、ブレーキペダル1g、加速度センサ(図示せず)等に接続されており、車両1の減速状態、加速状態等の走行状態を把握できるように構成されている。また、制御装置11は、車両1の暖機が終了するまでは省エネ装置を作動させないようにインターロックする機能を備えていてもよい。暖機が終了したか否かは、排ガス排気ライン1d中の排ガスや三元触媒の温度により判断してもよいし、車両1の始動から経過した時間により判断してもよい。また、制御装置11は、運転状況や乗員の選択に応じて、省エネ装置の作動(ON)・非作動(OFF)を行うようにしてもよい。
次に、上述した省エネ装置の作用について説明する。ここで、図2は車両の走行状態を示した模式図であり、(A)は第一走行状態、(B)は第二走行状態を示している。また、図3は減速モード及び加速モードの処理フローを示す図であり、(A)は減速モード、(B)は加速モードを示している。また、図4は安定運転モードの処理フローを示す図であり、(A)は低負荷運転モード、(B)は高付加運転モードを示している。また、図5は下り坂運転モード及び圧縮空気入口制御弁の圧力制御の処理フローを示す図であり、(A)は下り坂運転モード、(B)は圧縮空気入口制御弁の圧力制御を示している。
図2(A)及び(B)に示した走行状態の模式図において、縦軸は速度、横軸は時間を表示している。したがって、右上がり線は加速状態、左下がり線は減速状態、時間軸に平行な線は安定運転状態を示している。なお、安定運転状態とは、加速も減速もしていない運転状態を意味し、加速や減速の変化率が小さい状態(微少な加減速)や加速や減速の時間が短い状態(瞬間的な加減速)を含む趣旨である。具体的には、制御装置11に加速や減速の変化率及び時間の閾値を設定し、一定の範囲内における加減速の場合には安定運転状態と判断させるようにすればよい。また、ここでは、一定の速度αを超えた安定運転状態(高負荷運転モード)と、一定の速度αを超えない安定運転状態(低負荷運転モード)と区別して省エネ装置を制御する場合を図示している。なお、速度αは、例えば、高速道路における走行と市街地における走行とを区別する指標であり、普通自動車の法定速度である60km/時よりも高い値(例えば、70〜100km/時の範囲の数値)に設定されることが好ましい。
図2(A)に示したように、車両1は、加速、安定運転、減速及び停止を繰り返して目的地に到着する。ここで、車両1の走行状態を、加速モードa、減速モードb、安定運転モード(低負荷運転モードc・高負荷運転モードd)で表現すれば、図2(A)に示した車両の第一走行状態は、加速モードa→低負荷運転モードc→加速モードa→低負荷運転モードc→減速モードb→停止→加速モードa→低負荷運転モードc→加速モードa→低負荷運転モードc→加速モードa→高負荷運転モードd→減速モードb→高負荷運転モードd→減速モードb→低負荷運転モードc→減速モードb→停止の履歴を辿る。以下、各モードにおける省エネ装置の処理フローについて説明する。
図3(A)に示したように、減速モードbでは、制御装置11がアクセルペダル1f、ブレーキペダル1g、加速度センサ等の情報から車両1が減速中か否かを判断する。制御装置11が減速中ではない(N)と判断した場合には現状のモードを維持(現状維持)する。そして、制御装置11が減速中である(Y)と判断した場合(すなわち、車両1の減速状態を検知した場合)には、第一クラッチ3及び第二クラッチ5を嵌状態(ON)にして動力伝達機構2の出力により圧縮機6を作動させて圧縮空気を貯蔵タンク9に貯蔵する。具体的には、制御装置11は、図3(A)に示したように以下の処理を行う。なお、(1)〜(6)の処理は、必ずしも記載した順序に行われる必要はなく、実質的には略同時に処理される工程である。
(1)圧縮空気出口制御弁91を栓止側に切り換えて圧縮空気をパワーアシストタービン4に供給しない状態にする。既に圧縮空気出口制御弁91が閉められている場合には、その状態を維持する。
(2)圧縮空気入口制御弁92をタンク側(貯蔵流路92a側)に切り換えて圧縮空気を貯蔵タンク9に貯蔵できる状態にする。既に圧縮空気入口制御弁92がタンク側に切り換えられている場合には、その状態を維持する。
(3)排ガス制御弁10を排気側に切り換えて排ガスを排ガスタービン8に供給しない状態にする。既に排ガス制御弁10が排気側に切り換えられている場合には、その状態を維持する。
(4)第一クラッチ3を嵌状態(ON)にして駆動軸1aの動力を動力伝達機構2を介して省エネ装置に伝達できる状態にする。既に第一クラッチ3が嵌状態(ON)である場合には、その状態を維持する。
(5)第二クラッチ5を嵌状態(ON)にして動力を圧縮機6に伝達できる状態にする。既に第二クラッチ5が嵌状態(ON)である場合には、その状態を維持する。このように第二クラッチ5を嵌状態(ON)にすることにより駆動軸1aから省エネ装置に出力された動力により圧縮機6を回転させて圧縮空気を生成することができる。
(6)第三クラッチ7を脱状態(OFF)にして動力が排ガスタービン8に伝達しない状態にする。既に第三クラッチ7が脱状態(OFF)である場合には、その状態を維持する。このように第三クラッチ7が脱状態(OFF)にすることにより、圧縮機6の負荷を低減し、効率よく圧縮空気を生成することができる。
図3(B)に示したように、加速モードaでは、制御装置11がアクセルペダル1f、ブレーキペダル1g、加速度センサ等の情報から車両1が加速中か否かを判断する。制御装置11が加速中ではない(N)と判断した場合には現状のモードを維持(現状維持)する。そして、制御装置11が加速中である(Y)と判断した場合(すなわち、車両1の加速状態を検知した場合)には、第一クラッチ3を嵌状態(ON)及び第二クラッチ5を脱状態(OFF)にして貯蔵タンク9内の圧縮空気によりパワーアシストタービン4を作動させて動力伝達機構2に動力を入力し、駆動軸1aの動力をバックアップする。具体的には、制御装置11は、図3(B)に示したように以下の処理を行う。なお、(1)〜(6)の処理は、必ずしも記載した順序に行われる必要はなく、実質的には略同時に処理される工程である。
(1)圧縮空気入口制御弁92を排気側(排気流路92b側)に切り換えて圧縮空気を貯蔵タンク9に貯蔵しない状態にする。既に圧縮空気入口制御弁92が排気側に切り換えられている場合には、その状態を維持する。
(2)圧縮空気出口制御弁91を供給側に切り換えて圧縮空気をパワーアシストタービン4に供給できる状態にする。既に圧縮空気出口制御弁91が開いている場合には、その状態を維持する。パワーアシストタービン4に圧縮空気が供給されると、パワーアシストタービン4は回転して動力を生成することができる。
(3)排ガス制御弁10を排気側に切り換えて排ガスを排ガスタービン8に供給しない状態にする。既に排ガス制御弁10が排気側に切り換えられている場合には、その状態を維持する。
(4)第一クラッチ3を嵌状態(ON)にしてパワーアシストタービン4により生成された動力を動力伝達機構2を介して駆動軸1aに伝達できる状態にする。既に第一クラッチ3が嵌状態(ON)である場合には、その状態を維持する。
(5)第二クラッチ5を脱状態(OFF)にしてパワーアシストタービン4により生成された動力を圧縮機6に伝達しない状態にする。既に第二クラッチ5が脱状態(OFF)である場合には、その状態を維持する。このように第二クラッチを脱状態(OFF)にすることによりパワーアシストタービン4の負荷を低減し、圧縮空気により効率よく動力を生成することができる。
(6)第三クラッチ7を脱状態(OFF)にして動力が排ガスタービン8に伝達しない状態にする。既に第三クラッチ7が脱状態(OFF)である場合には、その状態を維持する。なお、排ガス制御弁10を排気側に切り換えてあるため、この第三クラッチ7が嵌状態(ON)であっても排ガスタービン8が駆動されることがなく、また第二クラッチが脱状態(OFF)であるため、第三クラッチ7の嵌脱状態は加速モードaの動力補助に影響を与えることがない。すなわち、排ガス制御弁10を排気側に切り換えるか、第三クラッチ7を脱状態(OFF)にするか、いずれか一方を行えば十分であるが、ここでは冗長的に両方の処理を行っている。
図4(A)に示したように、低負荷運転モードcでは、制御装置11がアクセルペダル1f、ブレーキペダル1g、加速度センサ、速度メーター等の情報から車両1が安定運転状態か否か及び低負荷運転中か否かを判断する。制御装置11が低負荷運転中ではない(N)と判断した場合には現状のモードを維持(現状維持)する。そして、制御装置11が低負荷運転中である(Y)と判断した場合(すなわち、車両1の低負荷の安定運転状態を検知した場合)には、第一クラッチ3を脱状態(OFF)にして駆動軸1aと省エネ装置との間における動力の入出力を行わないニュートラル状態にする。具体的には、制御装置11は、図4(A)に示したように以下の処理を行う。なお、(1)〜(6)の処理は、必ずしも記載した順序に行われる必要はなく、実質的には略同時に処理される工程である。
(1)圧縮空気出口制御弁91を栓止側に切り換えて圧縮空気をパワーアシストタービン4に供給しない状態にする。既に圧縮空気出口制御弁91が閉められている場合には、その状態を維持する。
(2)圧縮空気入口制御弁92を排気側(排気流路92b側)に切り換えて圧縮空気を貯蔵タンク9に貯蔵しない状態にする。既に圧縮空気入口制御弁92が排気側に切り換えられている場合には、その状態を維持する。
(3)排ガス制御弁10を排気側に切り換えて排ガスを排ガスタービン8に供給しない状態にする。既に排ガス制御弁10が排気側に切り換えられている場合には、その状態を維持する。
(4)第一クラッチ3を脱状態(OFF)にして駆動軸1aと省エネ装置との間における動力の入出力を行わない状態にする。既に第一クラッチ3が脱状態(OFF)である場合には、その状態を維持する。低負荷運転中は、省エネ装置を駆動させるメリットが少なく、寧ろ車両1の安定運転状態を阻害するおそれがあるため、第一クラッチ3を脱状態(OFF)にしている。
(5)第二クラッチ5を脱状態(OFF)にして動力を圧縮機6に伝達しない状態にする。既に第二クラッチ5が脱状態(OFF)である場合には、その状態を維持する。なお、第一クラッチ3が脱状態(OFF)であり、圧縮空気出口制御弁91が栓止側に切り換えられているため、動力伝達機構2及びパワーアシストタービン4から圧縮機6に動力が入力されることがないため、第二クラッチ5は必ずしも脱状態(OFF)にする必要はないが、ここでは冗長的に第二クラッチ5を脱状態(OFF)にしている。
(6)第三クラッチ7を脱状態(OFF)にして動力が排ガスタービン8に伝達しない状態にする。既に第三クラッチ7が脱状態(OFF)である場合には、その状態を維持する。なお、排ガス制御弁10を排気側に切り換えてあるため、この第三クラッチ7が嵌状態(ON)であっても排ガスタービン8が駆動されることがなく、また第二クラッチが脱状態(OFF)であるため、第三クラッチ7は必ずしも脱状態(OFF)にする必要はないが、ここでは冗長的に第三クラッチ7を脱状態(OFF)にしている。
図4(B)に示したように、高負荷運転モードdでは、制御装置11がアクセルペダル1f、ブレーキペダル1g、加速度センサ、速度メーター等の情報から車両1が安定運転状態か否か及び高負荷運転中か否かを判断する。制御装置11が高負荷運転中ではない(N)と判断した場合には現状のモードを維持(現状維持)する。そして、制御装置11が高負荷運転中である(Y)と判断した場合(すなわち、車両1の高負荷の安定運転状態を検知した場合)には、第二クラッチ5を脱状態(OFF)及び第三クラッチ7を嵌状態(ON)にするとともに排ガスを排ガスタービン8に供給するように排ガス制御弁10を制御する。かかる制御により、排ガスタービン8を介して圧縮機6を作動させることができ、圧縮空気を生成することができる。また、第二クラッチ5を脱状態(OFF)にしているため圧縮機6と分離してパワーアシストタービン4を回転させることができ、駆動軸1aの動力をバックアップすることができる。高負荷運転中は、駆動軸1aと省エネ装置との間で動力の入出力を行っても安定運転状態に与える影響が少ないため、圧縮空気を貯蔵しつつ省エネ装置により動力をバックアップするようにしている。具体的には、制御装置11は、図4(B)に示したように以下の処理を行う。なお、(1)〜(6)の処理は、必ずしも記載した順序に行われる必要はなく、実質的には略同時に処理される工程である。
(1)圧縮空気入口制御弁92をタンク側(貯蔵流路92a側)に切り換えて圧縮空気を貯蔵タンク9に貯蔵できる状態にする。既に圧縮空気入口制御弁92がタンク側に切り換えられている場合には、その状態を維持する。
(2)圧縮空気出口制御弁91を栓止側又は供給側に切り換えて圧縮空気をパワーアシストタービン4に供給しない状態又は供給できる状態にする。高負荷運転モードdでは、パワーアシストタービン4と圧縮機6とを個別に作動させることができるため、必要に応じて圧縮空気出口制御弁91を栓止側又は供給側に切り換えるようにすればよい。駆動軸1aの動力をバックアップさせたい場合には、圧縮空気出口制御弁91を供給側に切り換えればよい。例えば、高負荷運転モードdでは、常に圧縮空気出口制御弁91を栓止側となるように制御してもよいし、常に圧縮空気出口制御弁91を供給側となるように制御してもよいし、乗員の手動操作により圧縮空気出口制御弁91の開閉を制御するようにしてもよいし、速度又は負荷に閾値を設定して閾値を超えた場合に圧縮空気出口制御弁91を供給側となるように制御してもよい。
(3)排ガス制御弁10をタービン側に切り換えて排ガスを排ガスタービン8に供給できる状態にする。既に排ガス制御弁10がタービン側に切り換えられている場合には、その状態を維持する。このように排ガス制御弁10をタービン側に切り換えることにより、排ガスタービン8を回転させることができる。特に、高負荷運転中は排ガスエネルギーが高いため、効率よく排ガスタービン8を回転させることができる。
(4)第一クラッチ3を嵌状態(ON)にして駆動軸1aと省エネ装置との間で動力の入出力を行うことができる状態にする。既に第一クラッチ3が嵌状態(ON)である場合には、その状態を維持する。
(5)第二クラッチ5を脱状態(OFF)にしてパワーアシストタービン4と圧縮機6とが連動しない状態にする。既に第二クラッチ5が脱状態(OFF)である場合には、その状態を維持する。このように第二クラッチ5を脱状態(OFF)にすることにより、パワーアシストタービン4と圧縮機6とを個別に回転させることができる。
(6)第三クラッチ7を嵌状態(ON)にして排ガスタービン8の回転を圧縮機6に伝達できる状態にする。既に第三クラッチ7が嵌状態(ON)である場合には、その状態を維持する。上述したように排ガス制御弁10がタービン側に切り換えられているため、排ガスエネルギーにより排ガスタービン8が回転され、その動力を圧縮機6に伝達して圧縮空気を生成させることができる。
図2(B)に示した第二走行状態は、図2(A)に示した第一走行状態に下り坂運転モードeを追加したものである。図2(B)に示したように、時間t1〜t2の間は下り坂を運転しているものとする。下り坂の場合には、動力を与えなくても車両1は慣性力により走行するため、下り坂運転モードeは、その慣性力を利用して圧縮空気を貯蔵するモードである。なお、図2(B)の第二走行状態において、下り坂運転モードe以外は図2(A)に示した第一走行状態と同じであるため、他のモードの説明を省略する。
図5(A)に示したように、下り坂運転モードeでは、制御装置11がアクセルペダル1f、ブレーキペダル1g、加速度センサ、姿勢検知センサ等の情報から車両1が下り坂運転状態か否かを判断する。下り坂運転状態か否かは、傾斜が低い場合や下り坂が短い場合には下り坂運転と判断しないように所定の閾値を制御装置11に持たせるようにしてもよい。そして、制御装置11が下り坂運転中ではない(N)と判断した場合には現状のモードを維持(現状維持)し、制御装置11が下り坂運転中である(Y)と判断した場合、すなわち、車両1の下り坂運転状態を検知した場合には、第一クラッチ3及び第二クラッチ5を嵌状態(ON)にして動力伝達機構2の出力により圧縮機6を作動させて圧縮空気を貯蔵タンク9に貯蔵する。具体的には、制御装置11は、図5(A)に示したように以下の処理を行う。なお、(1)〜(6)の処理は、必ずしも記載した順序に行われる必要はなく、実質的には略同時に処理される工程である。
(1)圧縮空気出口制御弁91を栓止側に切り換えて圧縮空気をパワーアシストタービン4に供給しない状態にする。既に圧縮空気出口制御弁91が閉められている場合には、その状態を維持する。
(2)圧縮空気入口制御弁92をタンク側(貯蔵流路92a側)に切り換えて圧縮空気を貯蔵タンク9に貯蔵できる状態にする。既に圧縮空気入口制御弁92がタンク側に切り換えられている場合には、その状態を維持する。
(3)排ガス制御弁10を排気側に切り換えて排ガスを排ガスタービン8に供給しない状態にする。既に排ガス制御弁10が排気側に切り換えられている場合には、その状態を維持する。
(4)第一クラッチ3を嵌状態(ON)にして駆動軸1aの動力を動力伝達機構2を介して省エネ装置に伝達できる状態にする。既に第一クラッチ3が嵌状態(ON)である場合には、その状態を維持する。
(5)第二クラッチ5を嵌状態(ON)にして動力を圧縮機6に伝達できる状態にする。既に第二クラッチ5が嵌状態(ON)である場合には、その状態を維持する。このように第二クラッチ5を嵌状態(ON)にすることにより駆動軸1aから省エネ装置に出力された動力により圧縮機6を回転させて圧縮空気を生成することができる。
(6)第三クラッチ7を脱状態(OFF)にして動力が排ガスタービン8に伝達しない状態にする。既に第三クラッチ7が脱状態(OFF)である場合には、その状態を維持する。このように第三クラッチ7が脱状態(OFF)にすることにより、圧縮機6の負荷を低減し、効率よく圧縮空気を生成することができる。
最後に、圧縮空気入口制御弁92の圧力制御について説明する。図5(B)に示したように、制御装置11は圧力計94の信号から貯蔵タンク9の圧力は正常か否かを判断する。ここで「正常か否か」とは、貯蔵タンク9の内圧が所定の圧力以下であるか否かという意味である。そして、貯蔵タンク9の圧力が正常(Y)である場合(貯蔵タンク9の内圧が所定の圧力以下である場合)には現在の状態を維持(現状維持)し、貯蔵タンク9の圧力が異常(N)である場合(貯蔵タンク9の内圧が所定の圧力以上である場合)には、圧縮空気入口制御弁92を排気側に切り換えて貯蔵流路92aに圧縮空気が送気されないようにする。かかる圧縮空気入口制御弁92の圧力制御により、貯蔵タンク9が過加圧状態とならないようにすることができる。なお、貯蔵タンク9が過加圧状態になってしまった場合には安全弁93が作動して貯蔵タンク9内の圧力を開放する。具体的には、制御装置11は、図5(B)に示したように以下の処理を行う。
(1)圧縮空気入口制御弁92を排気側(排気流路92b側)に切り換えて圧縮空気を貯蔵タンク9に貯蔵しない状態にする。既に圧縮空気入口制御弁92が排気側に切り換えられている場合には、その状態を維持する。
(2)所定時間経過後、制御装置11は圧力計94の信号から貯蔵タンク9の圧力は正常か否かを再度判断する。未だ貯蔵タンク9の圧力が正常に戻らない場合には、圧縮空気入口制御弁92を排気側に切り換えたままにしておく。
(3)貯蔵タンク9の圧力が正常に戻った場合には、制御装置11は現在の省エネ装置のモードを確認する。そして、圧縮空気を貯蔵しないモード(例えば、加速モードaや低負荷運転モードc)の場合には、圧縮空気入口制御弁92を排気側にしておく必要があるため、そのままの状態を維持する。
(4)圧縮空気を貯蔵するモード(例えば、減速モードb、高負荷運転モードd、下り坂モードe)の場合には、圧縮空気入口制御弁92をタンク側に切り換えて、圧縮空気を貯蔵タンク9に貯蔵できる状態にする。
以上、図1に示した省エネ装置の第一実施形態の構成及び作用について説明したが、上述した省エネ装置を使用することにより、車両1の減速時に生じる慣性力又は車両1の走行時における駆動力により圧縮空気を生成して貯蔵し、車両1の加速時又は高速運転時に圧縮空気により動力を生成し、車両1の駆動軸1aに動力を出力して車両1の走行を補助する省エネ方法を実現することができる。
次に、本発明に係る省エネ装置の第二実施形態について説明する。ここで、図6は、本発明に係る車両の省エネ装置の第二実施形態を示す構成図である。なお、図6において、実線は駆動・機器系、破線は圧縮空気系、一点鎖線は排ガス系、二点鎖線は制御系を示している。
図6に示した省エネ装置は、車両1の駆動軸1aと連結されて動力を入出力可能に構成された動力伝達機構2と、動力伝達機構2に連結された第一クラッチ3と、第一クラッチ3に連結されたパワーアシストタービン4と、パワーアシストタービン4に連結された第二クラッチ5と、第二クラッチに連結された圧縮機6と、圧縮機6により生成された圧縮空気を貯蔵可能かつ貯蔵された圧縮空気をパワーアシストタービン4に供給可能に構成された貯蔵タンク9と、第一クラッチ3及び第二クラッチ5の嵌脱並びに貯蔵タンク9の操作を制御する制御装置11と、を有する。
すなわち、図6に示した第二実施形態は、図1に示した省エネ装置の第一実施形態から、第三クラッチ7、排ガスタービン8及び排ガス制御弁10を除外したものである。したがって、図4(B)の高負荷運転モードdのように排ガスエネルギーを回収して圧縮空気を貯蔵することができないが、減速モードaや下り坂モードeにより圧縮空気を貯蔵タンク9に貯蔵することができる。よって、第二実施形態においては、安定運転状態において低負荷運転モードcと高負荷運転モードdの区別を行う必要がなく、第一実施形態における低負荷運転モードc及び高負荷運転モードdは安定運転モードfとして認識される。なお、その他の構成については、第一実施形態と同じであるため、ここでは重複した説明を省略する。
次に、上述した省エネ装置の第二実施形態の作用について説明する。ここで、図7は車両の走行状態を示した模式図であり、(A)は第一走行状態、(B)は第二走行状態を示している。また、図8は減速モード及び加速モードの処理フローを示す図であり、(A)は減速モード、(B)は加速モードを示している。また、図9は安定運転モード及び下り坂運転モードの処理フローを示す図であり、(A)は安定運転モード、(B)は下り坂運転モードを示している。
図7(A)及び(B)に示した走行状態の模式図は、図2(A)及び(B)に示した走行状態と同じ走行状態を示している。ただし、第二実施形態では高負荷運転モードdを識別していないため、図7(A)に示した車両の第一走行状態は、加速モードa→安定運転モードf→加速モードa→安定運転モードf→減速モードb→停止→加速モードa→安定運転モードf→加速モードa→安定運転モードf→加速モードa→安定運転モードf→減速モードb→安定運転モードf→減速モードb→安定運転モードf→減速モードb→停止の履歴を辿る。また、高負荷運転モードdの閾値である速度αも設定されていない。以下、各モードにおける省エネ装置の処理フローについて説明する。
図8(A)に示したように、減速モードbでは、制御装置11がアクセルペダル1f、ブレーキペダル1g、加速度センサ等の情報から車両1が減速中か否かを判断する。制御装置11が減速中ではない(N)と判断した場合には現状のモードを維持(現状維持)する。そして、制御装置11が減速中である(Y)と判断した場合(すなわち、車両1の減速状態を検知した場合)には、第一クラッチ3及び第二クラッチ5を嵌状態(ON)にして動力伝達機構2の出力により圧縮機6を作動させて圧縮空気を貯蔵タンク9に貯蔵する。具体的には、制御装置11は、図8(A)に示したように以下の処理を行う。なお、(1)〜(4)の処理は、必ずしも記載した順序に行われる必要はなく、実質的には略同時に処理される工程である。
(1)圧縮空気出口制御弁91を栓止側に切り換えて圧縮空気をパワーアシストタービン4に供給しない状態にする。既に圧縮空気出口制御弁91が閉められている場合には、その状態を維持する。
(2)圧縮空気入口制御弁92をタンク側(貯蔵流路92a側)に切り換えて圧縮空気を貯蔵タンク9に貯蔵できる状態にする。既に圧縮空気入口制御弁92がタンク側に切り換えられている場合には、その状態を維持する。
(3)第一クラッチ3を嵌状態(ON)にして駆動軸1aの動力を動力伝達機構2を介して省エネ装置に伝達できる状態にする。既に第一クラッチ3が嵌状態(ON)である場合には、その状態を維持する。
(4)第二クラッチ5を嵌状態(ON)にして動力を圧縮機6に伝達できる状態にする。既に第二クラッチ5が嵌状態(ON)である場合には、その状態を維持する。このように第二クラッチ5を嵌状態(ON)にすることにより駆動軸1aから省エネ装置に出力された動力により圧縮機6を回転させて圧縮空気を生成することができる。
図8(B)に示したように、加速モードaでは、制御装置11がアクセルペダル1f、ブレーキペダル1g、加速度センサ等の情報から車両1が加速中か否かを判断する。制御装置11が加速中ではない(N)と判断した場合には現状のモードを維持(現状維持)する。そして、制御装置11が加速中である(Y)と判断した場合(すなわち、車両1の加速状態を検知した場合)には、第一クラッチ3を嵌状態(ON)及び第二クラッチ5を脱状態(OFF)にして貯蔵タンク9内の圧縮空気によりパワーアシストタービン4を作動させて動力伝達機構2に動力を入力し、駆動軸1aの動力をバックアップする。具体的には、制御装置11は、図8(B)に示したように以下の処理を行う。なお、(1)〜(4)の処理は、必ずしも記載した順序に行われる必要はなく、実質的には略同時に処理される工程である。
(1)圧縮空気入口制御弁92を排気側(排気流路92b側)に切り換えて圧縮空気を貯蔵タンク9に貯蔵しない状態にする。既に圧縮空気入口制御弁92が排気側に切り換えられている場合には、その状態を維持する。
(2)圧縮空気出口制御弁91を供給側に切り換えて圧縮空気をパワーアシストタービン4に供給できる状態にする。既に圧縮空気出口制御弁91が開いている場合には、その状態を維持する。パワーアシストタービン4に圧縮空気が供給されると、パワーアシストタービン4は回転して動力を生成することができる。
(3)第一クラッチ3を嵌状態(ON)にしてパワーアシストタービン4により生成された動力を動力伝達機構2を介して駆動軸1aに伝達できる状態にする。既に第一クラッチ3が嵌状態(ON)である場合には、その状態を維持する。
(4)第二クラッチ5を脱状態(OFF)にしてパワーアシストタービン4により生成された動力を圧縮機6に伝達しない状態にする。既に第二クラッチ5が脱状態(OFF)である場合には、その状態を維持する。このように第二クラッチを脱状態(OFF)にすることによりパワーアシストタービン4の負荷を低減し、圧縮空気により効率よく動力を生成することができる。
図9(A)に示したように、安定運転モードfでは、制御装置11がアクセルペダル1f、ブレーキペダル1g、加速度センサ、速度メーター等の情報から車両1が安定運転状態か否かを判断する。制御装置11が安定運転中ではない(N)と判断した場合には現状のモードを維持(現状維持)する。そして、制御装置11が安定運転中である(Y)と判断した場合(すなわち、車両1の安定運転状態を検知した場合)には、第一クラッチ3を脱状態(OFF)にして駆動軸1aと省エネ装置との間における動力の入出力を行わないニュートラル状態にする。具体的には、制御装置11は、図9(A)に示したように以下の処理を行う。なお、(1)〜(4)の処理は、必ずしも記載した順序に行われる必要はなく、実質的には略同時に処理される工程である。
(1)圧縮空気出口制御弁91を栓止側に切り換えて圧縮空気をパワーアシストタービン4に供給しない状態にする。既に圧縮空気出口制御弁91が閉められている場合には、その状態を維持する。
(2)圧縮空気入口制御弁92を排気側(排気流路92b側)に切り換えて圧縮空気を貯蔵タンク9に貯蔵しない状態にする。既に圧縮空気入口制御弁92が排気側に切り換えられている場合には、その状態を維持する。
(3)第一クラッチ3を脱状態(OFF)にして駆動軸1aと省エネ装置との間における動力の入出力を行わない状態にする。既に第一クラッチ3が脱状態(OFF)である場合には、その状態を維持する。安定運転中は、省エネ装置を駆動させるメリットが少なく、寧ろ車両1の安定運転状態を阻害するおそれがあるため、第一クラッチ3を脱状態(OFF)にしている。
(4)第二クラッチ5を脱状態(OFF)にして動力を圧縮機6に伝達しない状態にする。既に第二クラッチ5が脱状態(OFF)である場合には、その状態を維持する。なお、第一クラッチ3が脱状態(OFF)であり、圧縮空気出口制御弁91が栓止側に切り換えられているため、動力伝達機構2及びパワーアシストタービン4から圧縮機6に動力が入力されることがないため、第二クラッチ5は必ずしも脱状態(OFF)にする必要はないが、ここでは冗長的に第二クラッチ5を脱状態(OFF)にしている。
図7(B)に示した第二走行状態は、図7(A)に示した第一走行状態に下り坂運転モードeを追加したものである。図7(B)に示したように、時間t1〜t2の間は下り坂を運転しているものとする。下り坂の場合には、動力を与えなくても車両1は慣性力により走行するため、下り坂運転モードeは、その慣性力を利用して圧縮空気を貯蔵するモードである。なお、図7(B)の第二走行状態において、下り坂運転モードe以外は図7(A)に示した第一走行状態と同じであるため、他のモードの説明を省略する。
図9(B)に示したように、下り坂運転モードeでは、制御装置11がアクセルペダル1f、ブレーキペダル1g、加速度センサ、姿勢検知センサ等の情報から車両1が下り坂運転状態か否かを判断する。下り坂運転状態か否かは、傾斜が低い場合や下り坂が短い場合には下り坂運転と判断しないように所定の閾値を制御装置11に持たせるようにしてもよい。そして、制御装置11が下り坂運転中ではない(N)と判断した場合には現状のモードを維持(現状維持)し、制御装置11が下り坂運転中である(Y)と判断した場合、すなわち、車両1の下り坂運転状態を検知した場合には、第一クラッチ3及び第二クラッチ5を嵌状態(ON)にして動力伝達機構2の出力により圧縮機6を作動させて圧縮空気を貯蔵タンク9に貯蔵する。具体的には、制御装置11は、図9(B)に示したように以下の処理を行う。なお、(1)〜(4)の処理は、必ずしも記載した順序に行われる必要はなく、実質的には略同時に処理される工程である。
(1)圧縮空気出口制御弁91を栓止側に切り換えて圧縮空気をパワーアシストタービン4に供給しない状態にする。既に圧縮空気出口制御弁91が閉められている場合には、その状態を維持する。
(2)圧縮空気入口制御弁92をタンク側(貯蔵流路92a側)に切り換えて圧縮空気を貯蔵タンク9に貯蔵できる状態にする。既に圧縮空気入口制御弁92がタンク側に切り換えられている場合には、その状態を維持する。
(3)第一クラッチ3を嵌状態(ON)にして駆動軸1aの動力を動力伝達機構2を介して省エネ装置に伝達できる状態にする。既に第一クラッチ3が嵌状態(ON)である場合には、その状態を維持する。
(4)第二クラッチ5を嵌状態(ON)にして動力を圧縮機6に伝達できる状態にする。既に第二クラッチ5が嵌状態(ON)である場合には、その状態を維持する。このように第二クラッチ5を嵌状態(ON)にすることにより駆動軸1aから省エネ装置に出力された動力により圧縮機6を回転させて圧縮空気を生成することができる。
以上、図6に示した省エネ装置の第二実施形態の構成及び作用について説明したが、上述した省エネ装置を使用することにより、車両1の減速時に生じる慣性力における駆動力により圧縮空気を生成して貯蔵し、車両1の加速時に圧縮空気により動力を生成し、車両1の駆動軸1aに動力を出力して車両1の走行を補助する省エネ方法を実現することができる。また、パワーアシストタービン4と圧縮機6の配置を入れ替えるようにしてもよい。このとき、パワーアシストタービン4を回転させて駆動軸1aの動力をバックアップする場合に、圧縮機6も同時に回転されることになるため、パワーアシストタービン4の負荷を低減すべく圧縮空気入口制御弁92を排気流路92b側に切り換えておくことが好ましい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、圧縮空気供給ライン91及び圧縮空気排気92は高温の場合に備えて配管に防熱施工を施すようにしてもよい等、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々変形することができる。
本発明に係る車両の省エネ装置の第一実施形態を示す構成図である。 車両の走行状態を示した模式図であり、(A)は第一走行状態、(B)は第二走行状態を示している。 減速モード及び加速モードの処理フローを示す図であり、(A)は減速モード、(B)は加速モードを示している。 安定運転モードの処理フローを示す図であり、(A)は低負荷運転モード、(B)は高付加運転モードを示している。 下り坂運転モード及び圧縮空気入口制御弁の圧力制御の処理フローを示す図であり、(A)は下り坂運転モード、(B)は圧縮空気入口制御弁の圧力制御を示している。 本発明に係る車両の省エネ装置の第二実施形態を示す構成図である。 車両の走行状態を示した模式図であり、(A)は第一走行状態、(B)は第二走行状態を示している。 減速モード及び加速モードの処理フローを示す図であり、(A)は減速モード、(B)は加速モードを示している。 安定運転モード及び下り坂運転モードの処理フローを示す図であり、(A)は安定運転モード、(B)は下り坂運転モードを示している。
符号の説明
1 車両
1a 駆動軸
1b 内燃機関
1c 車輪
1d 排ガス排気ライン
1e 排ガス処理装置
1f アクセルペダル
1g ブレーキペダル
2 動力伝達機構
2a 第一プーリー
2b 第二プーリー
2c ベルト
3 第一クラッチ
4 パワーアシストタービン
5 第二クラッチ
6 圧縮機
7 第三クラッチ
8 排ガスタービン
9 貯蔵タンク
10 排ガス制御弁
11 制御装置
12 廃熱回収装置
13 冷却装置
31 増速機
41 圧縮空気供給ライン
42 圧縮空気排気ライン
61 吸気ライン
61a 吸気口
62 圧縮空気貯蔵ライン
81 排ガス分岐ライン
91 圧縮空気出口制御弁
92 圧縮空気入口制御弁
92a 貯蔵流路
92b 排気流路
93 安全弁
94 圧力計

Claims (10)

  1. 車両の駆動軸と連結されて動力を入出力可能に構成された動力伝達機構と、該動力伝達機構に連結された第一クラッチと、該第一クラッチに連結されたパワーアシストタービンと、該パワーアシストタービンに連結された第二クラッチと、該第二クラッチに連結された圧縮機と、該圧縮機により生成された圧縮空気を貯蔵可能かつ貯蔵された圧縮空気を前記パワーアシストタービンに供給可能に構成された貯蔵タンクと、前記第一クラッチ及び前記第二クラッチの嵌脱並びに前記貯蔵タンクの操作を制御する制御装置と、を有し、
    前記制御装置は、前記車両の減速状態を検知した場合に前記第一クラッチ及び前記第二クラッチを嵌状態にして前記動力伝達機構の出力により前記圧縮機を作動させて圧縮空気を前記貯蔵タンクに貯蔵し、前記車両の加速状態を検知した場合に前記第一クラッチを嵌状態及び前記第二クラッチを脱状態にして前記貯蔵タンク内の圧縮空気により前記パワーアシストタービンを作動させて前記動力伝達機構に動力を入力する、ことを特徴とする車両の省エネ装置。
  2. 前記圧縮機と前記貯蔵タンクとを結ぶ流路に冷却装置が配置されている、ことを特徴とする請求項1に記載の車両の省エネ装置。
  3. 前記圧縮機と前記貯蔵タンクとを結ぶ流路に、圧縮空気を前記貯蔵タンクに送気する貯蔵流路と圧縮空気を排気する排気流路とに切換可能な制御弁を配置した、ことを特徴とする請求項1に記載の車両の省エネ装置。
  4. 前記貯蔵タンクと前記パワーアシストタービンとを結ぶ流路に前記車両の排ガスと熱交換可能な廃熱回収装置が配置されている、ことを特徴とする請求項1に記載の車両の省エネ装置。
  5. 前記制御装置は、前記車両の下り坂運転状態を検知した場合に前記第一クラッチ及び前記第二クラッチを嵌状態にして前記動力伝達機構の出力により前記圧縮機を作動させて圧縮空気を前記貯蔵タンクに貯蔵する、ことを特徴とする請求項1に記載の車両の省エネ装置。
  6. 前記制御装置は、前記車両の安定運転状態又は省エネ装置の故障を検知した場合に前記第一クラッチを脱状態にする、ことを特徴とする請求項1に記載の省エネ装置。
  7. 前記パワーアシストタービンと前記圧縮機の配置を入れ替えた、ことを特徴とする請求項1に記載の車両の省エネ装置。
  8. 前記圧縮機に連結された第三クラッチと、該第三クラッチに連結された排ガスタービンと、該排ガスタービンに前記車両の排ガスを供給可能に配置された制御弁と、を有し、前記制御装置は、前記車両の高負荷の安定運転状態を検知した場合に前記第二クラッチを脱状態及び前記第三クラッチを嵌状態にするとともに前記排ガスを前記排ガスタービンに供給するように前記制御弁を制御する、ことを特徴とする請求項1に記載の車両の省エネ装置。
  9. 車両の減速時に生じる慣性力又は車両の走行時における駆動力により圧縮空気を生成して貯蔵し、車両の加速時又は高速運転時に前記圧縮空気をパワーアシストタービンに供給して動力を生成し、該動力を前記車両の駆動軸に出力して車両の走行を補助する、ことを特徴とする車両の省エネ方法。
  10. 前記圧縮空気を廃熱回収装置に通してから前記パワーアシストタービンに供給することによりエネルギー効率を高めた、ことを特徴とする請求項9に記載の車両の省エネ方法。
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