JP2009518579A - モータビークル用補助動力システム - Google Patents

Abstract

メインエンジンが運転されていないときにメインエンジンの補機を駆動するために用いられるモータビークルのメインエンジン用補助動力システム。システムは流体ポンプを駆動する補助エンジンを備える。流体ポンプは流体モータに接続される。流体モータはメインエンジンの補機ベルト伝動システムと一体化される。補助エンジンはメインエンジンが運転されていないときに流体ポンプと流体モータを通してＡＢＤＳシステムを駆動し、それによりメインエンジンが停止されているときに空調などの様々なメインエンジンの補機の作動を可能にする。メインエンジンのクランクシャフトに設けられた一方向クラッチは、流体モータがベルトを駆動しているときにメインエンジンのクランクシャフトが回転することを防止する。流体モータに設けられた一方向クラッチは、メインエンジンが運転されているときにそれが駆動されることを防止する。

Description

本発明は、モータビークル用補助動力システム、すなわち、メインエンジンが運転していないときにメインエンジンの補機を駆動するために使用される補助エンジンに関する。

毎年約２００万台の長距離トラックが全米に渡って様々な商品を配送している。殆どの長距離トラックは、何らかの形式のディーゼルエンジンを使用している。長距離トラックにとって年間１５０，０００マイル走行されることは珍しくない。

荷積および荷下し作業中を含め移動の間、トラックのエンジンは平均的に１９００時間に渡ってアイドル状態で運転される。大型ディーゼルエンジンのアイドリングは、トラックの機器、大出力のライト、設備品、コミュニケーションギア、キャビンあるいはドライバが休んでいるときの睡眠区画用のエアコンや暖房を作動させるのに必要な電力を供給するのに必要である。大型トラックのエンジンをアイドリングさせるには、現在の燃料価格およびメンテナンス価格において、燃料に毎時約１．２５ドル、定期的メンテナンスに毎時約０．０７ドル、オーバーホールに毎時約０．０７ドルかかる。

エンジンのアイドリングは、ドライバにとっての快適な環境を維持するのに必要な電力を提供するものの無駄が大きい。軽負荷の下、低いＲＰＭで高馬力のディーゼルエンジンを運転すると燃料の不完全燃焼をもたらし、望ましくない排気ガスを発生させる。加えて、ディーゼルエンジンの低速での運転は、負荷速度でのＲＰＭに比べて内部部品を２倍磨耗させる。

メインエンジンのアイドリングを著しく低減しながらも動力を提供する補助動力ユニット（ＡＰＵ）が知られている。ＡＰＵを使用することへのインセンティブには、燃料消費およびエンジンの磨耗を抑えること、エンジンの寿命を延ばすこと、メンテナンス費用を削減すること、長期間のエンジンアイドリングにおける約７０％〜９０％のディーゼルの排気を削減することなどが挙げられる。

補助動力ユニットは、ポータブルなトラック搭載システムで、メインディーゼルエンジンをアイドル運転することなく、トラックに空調制御と電力を提供することができる。従来のシステムは、一般的に様々な補機が搭載された小型内燃機関（通常ディーゼル）から構成される。

ＡＰＵディーゼルシステムは、メインディーゼルエンジンと同じ冷却剤と冷却システムを使用する。メインディーゼルが切られ停車中には、ＡＰＵディーゼルは、冬期のイージスタートのために冷却剤をメインディーゼルに循環させて暖めておく。この冷却剤はドライバに暖房を提供するためにキャビン内のヒータコアにも送られる。ＡＰＵオルタネータは、室内照明、マーカーライトに電力を供給でき、バッテリを充電する。インバータはオルタネータからの直流をテレビや電子レンジに使用される１１０Ｖの交流に変換することができる。ＡＰＵエアコン用コンプレッサは、メインエンジンに装備された冷媒、拡張バルブ、蒸発装置、送風装置を用いてキャビンに冷却され乾燥された空気を供給する。ＡＰＵは冷媒からの熱を排出するための独自のコンデンサを備える。

例えば、ジェネレータとオルタネータを駆動する２気筒ディーゼルエンジンのＡＰＵが知られている。ジェネレータは１１０ＶのＨＶＡＣ（暖房、換気空調）システム（工場で装備されたエアコンシステムとは別個のシステム）と電子レンジやテレビなどに使用される電気コンセントに電力を供給する。オルタネータはバッテリを充電しマーカーライトを点灯するのに使用される。いつかの例では、小型ディーゼルエンジンは、冬期におけるエンジン始動のため、大型ディーゼルエンジンに冷却剤を循環させるウォータポンプを駆動する。

別の従来例のＡＰＵとしては、ジェネレータを駆動する小型ディーゼルエンジンがある。ジェネレータは、エアコン用コンプレッサやウォータポンプなど電気的に駆動される補機に電力を供給する。補機は電気モータにより駆動され、それらにはＡＰＵから電力が供給されるので、メインディーゼルエンジンは停止しておくことができる。各補機の速さは個別に制御できるので、そのときに必要とされる調整された空気、あるいはその他のパワーのみが供給される。補機は、エンジン速度に対して特定の固定された速度比での回転を強制されない。

この技術の代表は、ツジイ等の米国特許第６，０４８，２８８号（２０００年）であり、電力消費を低減するためにエンジンが停止され、補助機関がモータジェネレータによって運転されるエンジンを開示する。

必要とされているのは、モータビークルのメインエンジンが停止されているときに、補助エンジンにより流体システムおよび一方向クラッチを介して、モータビークルのエンジンのベルト伝動補機を駆動するモータビークル用補助動力システムである。本発明はこの要求に合致する。

本発明の第１の目的は、モータビークルのメインエンジンが停止されているときに、補助エンジンにより流体システムおよび一方向クラッチを介して、モータビークルのエンジンのベルト伝動補機を駆動する補助動力システムを提供することである。

本発明のその他の目的は、本発明の以下の説明と添付された図面により指摘され明らかとされる。

本発明は、メインエンジンが運転されていないときにメインエンジンの補機を駆動するモータビークルのメインエンジン用補助動力システムに関する。システムは、流体ポンプを駆動する補助エンジンを備える。流体モータは、メインエンジンに設けられた補機ベルト伝動システムと一体化される。補助エンジンは、メインエンジンが運転されていないときに、流体ポンプと流体モータを通してＡＢＤＳシステムを駆動し、メインエンジンが停止されている間、空調など様々なメインエンジンの補機の運転を可能にする。メインエンジンのクランクシャフトに設けられた一方向クラッチは、流体モータがベルトを駆動しているときに、メインエンジンクランクシャフトが回転されることを防止する。流体モータに設けられた一方向クラッチは、メインエンジンが運転されているときに、流体モータが駆動されることを防止する。

この明細書に組み込まれその一部を構成する添付図面は、本発明の好ましい実施形態を示し、説明とともに本発明の原理を説明するために用いられる。

大型トラックのメインディーゼルエンジンが停止されているときに、キャビンに電力を供給するとともに居住性を提供する従来の補助動力ユニット（ＡＰＵ）の解決方法は最適ではなかった。従来のシステムの多くは、重複する補機を備えており既存のシステムに統合するのが煩雑である。

ＡＰＵとして、例えばジェネレータとオルタネータを駆動する２気筒のディーゼルエンジンが従来知られている。図１は従来システムの模式図である。２気筒ディーゼルエンジン（Ｄ）はジェネレータ（Ｇ）を駆動する。ジェネレータは、工場においてメインエンジンに搭載されたＡＣシステムとは別個独立した、１１０Ｖの暖房、換気および空調システム（ＡＣ）に電力を供給する。

１１０Ｖの電力は、電子レンジやテレビなどの他の負荷（Ｌ）にも供給される。オルタネータ（Ａ）は、バッテリ（Ｂ）を充電し、例えばマーカーライトを点灯するのに使用されるか、あるいは他のＤＣ負荷（ＡＬ）に電力を供給する。小型ディーゼルエンジン（Ｄ）は、メインディーゼルエンジンへと冷却剤を循環させ、冬期のイージスタートのためメインディーゼルエンジンを暖めておくウォータポンプ（不図示）を駆動する。

図２は、別の従来システムの模式図である。ＡＰＵはジェネレータを駆動する。ＡＰＵのジェネレータは、車両（乗り物）の電気システムに接続されている。それは、メインディーゼルエンジンが停止しているときに、暖房、換気および空調システム（ＨＶＡＣ）、補機の電気的な負荷（ＥＬ）、電動ウォータポンプ（ＷＰ）へ電気エネルギを供給する。無論、メインディーゼルエンジンが運転しているときには、メインディーゼルエンジンが上述のシステムに電力を供給するジェネレータを駆動する。メインディーゼルが運転されているときには、ＡＰＵは、上記システムから切り離される。

図３は、本発明のシステムの模式図である。本発明のシステム１００は、ベルト１０１０を通してエンジン１０１によって駆動される流体ドライバ１０２を備える。エンジン１０１は、２気筒ディーゼルエンジンである。２気筒ディーゼルエンジンは、容易に入手できるとともに本発明の好ましい実施形態の１つではあるものの、本発明のシステムは、このようなエンジンに限定されるものではない。選択されたエンジンが流体ドライバ１０２を駆動するのに必要なトルクとスピードをもつものであれば、入手可能な他の適切なエンジンを使用してもよい。ディーゼルは大型トラックで最も一般的に使用される燃料なので、この実施形態ではディーゼルエンジンが採用されている。

流体ドライバ１０２は、従来この分野で知られている適切な流体（油圧）ポンプであればよい。流体ドライバ１０２は、流体（油圧）配管１０４により流体（油圧）駆動モータ１０７に接続される。流体駆動モータ１０７は、従来この分野で知られている他の置き換え可能な流体モータの何れであってもよい。過剰な作動流体は、貯留タンク１０３に貯留される。

流体系統配管１０４は、供給ホース１０４ａと戻りホース１０４ｂを備える。供給ホース１０４ａは、高圧流体を流体ポンプ１０２から流体モータ１０７へ導出する。流体ホース１０４は、例えば流体モータロータのロックなどのシステム不良による過剰圧力を開放するリリーフバルブ１０５を備える。リリーフバルブ１０５から開放された流体はホース１０６を通してタンク１０３へ戻される。

本発明のシステムでは、流体駆動流体モータ１０７は、メインエンジン（ＰＥ）に配置された補機ベルト伝動システム（ＡＢＤＳ）に組み込まれる。殆どの場合、それらが大型トラックにおいて最も一般的であることから、ＰＥはディーゼルエンジンである。しかし、ガソリンや天然ガスを燃料とするエンジンなど、他のシステムを利用してもよいので、これは限定的なものではない。

ＡＢＤＳは、流体駆動モータ１０７と、エアコン用コンプレッサ（Ａ＿Ｃ）、パワーステアリングポンプ（Ｐ＿Ｓ）、オルタネータ（ＡＬＴ）の各プーリとの間に掛け回される多軸掛けベルト（Ｂ１）を備える。テンショナ（Ｔ１）は、この分野で従来知られているものであり、適正なベルト張力を維持する。

第２の多軸掛けベルト（Ｂ２）は、クランクシャフト（ＣＳ）プーリと燃料ポンプ（Ｆ＿Ｐ）プーリとの間に掛け回される。テンショナ（Ｔ２）は、従来この分野で知られているものであり、ベルト（Ｂ２）における適正なベルト張力を維持する。無論、プーリ（ＣＳ）はデュアルプーリを備えるもので、これによりベルト（Ｂ１）、（Ｂ２）の各々を掛け回すことができる。

ベルト（Ｂ１）、（Ｂ２）は、この分野で従来知られているマルチリブベルトであるが、システムのデザインによっては、Ｖベルトや平ベルトであってもよい。他のシステムは、異なる構成で他の従動補機を備えていてもよい。この構成における、これらのコンポーネントは、例示的なもので限定的ものではない。

メインエンジンのクランクシャフトプーリ（ＣＳ）には、一方向オーバーランニングクラッチ１０８が設けられる。また、一方向オーバーランニングクラッチ１０９は流体駆動モータのプーリ（ＭＰ）にも設けられる。適切な一方向クラッチは、限定するものではないが、ボーグワーナー(Borg Warner)や、ワーナーエレクトリック(Warner Electric)のフォームスプラグクラッチディビジョン(Formsprag Clutch Div.)など、多様なサプライヤから入手できる。

本発明のシステムは、メインエンジンが本来アイドル状態となる期間にメインエンジンの補機を駆動する。この場合、メインエンジンはＡＰＵシステムが運転している間停止している。ＡＰＵエンジン１０１は、ベルト１０１０を介して流体ドライバ１０２を駆動する。流体ポンプ１０２は、パイプ１０４ａを通して高圧な作動流体を流体モータ１０７へと送り込む。流体モータ１０７は、ベルト（Ｂ１）を駆動し、上述の補機を駆動する。クランクシャフトプーリ（ＣＳ）は、ＡＢＤＳとともに流体駆動モータ１０７により駆動されるが、一方向クラッチ１０８は、クランクシャフトとクランクシャフトプーリ（Ｃ）の連結を切り離すので、メインエンジンのクランクシャフトは回転しない。Ａ＿Ｃもベルト（Ｂ２）により駆動される。

テンショナＴ１、Ｔ２は、何れの運転状態、すなわち、本発明のＡＰＵシステムが運転していて流体モータ１０７がＡＢＤＳシステムを駆動しているとき、あるいはメインエンジンが運転していてクランクシャフトプーリ（ＣＳ）がＡＢＤＳを駆動し、ＡＰＵは停止しているとき、においても適正なベルト張力を維持する。

両エンジンは、同じ冷却システムを共有する。メインエンジンのベルト伝動冷却用ポンプ（Ｃ＿Ｐ）は、エンジン１０１によって暖められた冷却剤をパイプ４００，４０１、４０２を通して循環させる。冷却剤は、従来知られているラジエータなどの熱交換機（Ｈ＿Ｅ）も循環する。暖められた冷却剤は、メインエンジンを通過してこれを暖めるとともに、ＨＶＡＣシステムを通してキャビンに熱を供給する。

オルタネータは、ライト、送風機、１１０Ｖインバータに電力を供給する。Ａ／Ｃコンプレッサは、メインエンジン（ＰＥ）が運転されているときと同じように作動される。車両キャビン内の空調制御は、メインエンジンが運転されている場合のように、温度の設定を調整するために用いられる。

メインエンジンが運転しているとき、ＡＰＵシステムの連結は切り離され、ＡＰＵシステムは停止される。メインエンジンが運転しているときに、一方向クラッチ１０８が連結することから、ＰＥのクランクシャフトは、ＡＢＤＳシステムを駆動する。流体駆動モータに設けられた一方向クラッチ１０９は、連結が切られるので、プーリ（ＭＰ）はベルト（Ｂ１）とともに回転するが、流体モータ１０７のシャフトは静止状態に維持される。

本発明のシステムは、ＡＰＵを信頼性およびロバスト性が高い流体連結を介してメインエンジンに単に連結するだけである。流体連結はメインエンジンのＡＢＤＳに必要な動力を伝達すので、ＡＢＤＳは、通常はメインエンジンのアイドル状態に当たるような場合など、メインエンジンが必要でないときに経済的に運転され得る。本発明のシステムは、恐らくスタータ回路と最小限の制御回路を除いて、ＡＰＵとメインエンジンシステムの間に介在する割高で複雑な電気的な接続を完全に除去する。単純な流体ホースがＡＰＵ出力をメインエンジンの補機ベルト伝動システムへ連結するのに使用される。上述された一方向クラッチは、メインエンジンのＡＢＤＳが何れの運転モードにおいても、すなわち、メインエンジンがオン／オフ何れのときにも十分に利用できるようにする。本発明のシステムは、例えばジェネレータなどの補機を重複させる必要性を完全に排除する。

以下の計算は、メインディーゼルエンジンが停止しているときにＡＢＤＳを駆動するための十分なトルクを提供する流体駆動モータを備えたシステムの一例である。僅か１立方インチ程の容積の流体駆動モータで十分である。１８００ＲＰＭにおいて約５０Ｎｍのトルクを伝達するには、３０００ｐｓｉにおいて約９．３ｇａｌ／分の作動流体の流量が必要とされる。速度比３．０では、ＡＢＤＳの補機はメインエンジンがあたかも６００ＲＰＭでアイドリングしているように運転される。

流体システム

要求入力 出力パラメータ
シャフトスピード（ＲＰＭ） １８００ 容積 （ｃｍ＾３） １７．８６８６１
（ｉｎ＾３） １．０９０４０９
トルク（Ｎｍ） ５０ ４４２．５３７ｌｂｓ 流量 （Ｌ／分） ３４．９６０３２
（ｇ／分） ９．２３５５４２
機械効率 ０．８５ 出力 （ｋＷ） ９．４２４７７８
（ｈｐ） １２．６３８８３
容積効率 ０．９２
圧力差（Ｂａｒ）２０６．８４２７
２９９９．９９９ＰＳＩ

これらの基準を満たす流体モータと流体ポンプは従来知られており、モーションインダストリーズ(Motion Industries)、パーカーハニフィンコーポレーション(Parker Hannifin Corporation)、デニソンハイドロリックス(Denison Hydraulics)、イートンハイドロリックス(Eaton Hydraulics)、ホワイトハイドロリックス(White Hydraulics, Inc.)や同様のその他の会社を含む様々なサプライヤから入手可能である。

２気筒ディーゼルエンジン１０１には、限定的なものではないが、クボタのＺ６０２型がある。

流体ポンプ１０２（ドライバ）と流体駆動モータ（１０７）の予測効率は以下の通りである。

ホースや必要なシステムのバルブにおけるロスを考慮すると、流体ドライバへの入力と流体駆動モータの出力との間の機械効率全体は、約７５％〜８０％の範囲にある必要がある。

図４は、別の実施形態の模式図である。メインエンジンが運転されているとき、クランクシャフトプーリに設けられた一方向クラッチ１０８はオバーランニングすることがないので、クランクシャフトがＡＢＤＳシステムを駆動する。しかし、代替的なソリューションでは、前述した流体に基づくシステムの代わりに、エンジン１０１とメインエンジンのＡＢＤＳをベルト（Ｂ３）により連結する機械的動力系を用いる。この実施形態では、メインエンジン（ＰＥ）とＡＰＵエンジン１０１は両方ともそれらのクランクシャフトが実質的に平行となるように据え付けられる。ＡＰＵディーゼルエンジンは、ベルト（Ｂ３）を介して従動プーリ（Ｐ４）に連結されたクランクシャフトが取り付けられたプーリＰ２を駆動する。ベルト（Ｂ３）は、Ｖベルトあるいはマルチリブベルトである。従動プーリ（Ｐ４）は、ＡＢＤＳの補機シャフトの１つに連結されたデュアルプーリである。プーリ（Ｐ４）はデュアルプーリを備え、ベルト（Ｂ１）にも係合されている。ＡＢＤＳシステムは、メインエンジンが運転されていないときに、（Ｂ３）により駆動される。一方向クラッチ１０８、１０９は、流体ＡＰＵシステムに対して上記説明と同じように作動される。すなわち、ＰＥのクランクシャフトは、ＡＰＵシステムが運転されているときに連結が切られ、ＡＰＵはＰＥが運転しているときに一方向クラッチ１０９を介して連結が切られる。この代替的なシステムでは、ＡＰＵシステムの効率を約９０％〜９２％まで増大させることができる。

制御方法
制御方法は、メインエンジンの運転状態に基づき、自動的に実行できるものである。従来ならばメインエンジンがアイドル状態とされるときに、メインエンジンは、ドライバによって例えばイグニッションキーを切ることにより停止される。メインエンジンが停止されると、車両（乗り物）のＥＣＵにより信号がＡＰＵのエンジンスタータへと送られる。ＡＰＵエンジンは、始動されるとメインエンジンが停止している限り運転される。このとき、メインエンジンのＡＢＤＳの補機は、上述されたようにＡＰＵシステムにより駆動される。トラックドライバがイグニッションキーを入れた場合など、ＥＣＵによるメインエンジンの始動信号を受信すると、ＡＰＵはメインエンジンのスタータの関与に先だって自動的に停止される。その後メインエンジンが始動され通常のように運転される。

車両（乗り物）の完全な停止が望まれるような場合には、ＡＰＵの始動信号は破棄されてもよい。例えば、特定のイグニッションキーの位置がＡＰＵエンジンの作動を開始し、第２のイグニッションキーの位置が、メインエンジンとＡＰＵエンジンの両方を停止する。第３のイグニッションキーの位置は、メインエンジンの始動に対応し、第４のイグニッションキーの位置は、メインエンジンの運転状態に対応する。この説明は限定的なものではなく、様々な運転要求に対して同等の成果をもたらす他の制御スキームを展開してもよい。

図５は、ＡＰＵエンジンとメインエンジンのＡＢＤＳ駆動装置との間を連結する機械的な駆動列３０３を備えた別の実施形態である。本実施形態では、プーリ３００は、ＡＰＵエンジン１０１のクランクシャフトに取り付けられる。ベルト３０１は、プーリ３００とプーリ３０２の間に係合される。ベルト３０１は、例えばマルチリブベルトまたはシングルＶベルトであり、各々この分野において従来から知られているものである。ベルト３０１の使用によりプーリ３０２は、車両（乗り物）の設計によって規定されるであろうエンジン１０１に隣接した手頃な位置に配置可能となる。

プーリ３０２は、駆動シャフト３０３ａに連結され、それによって駆動シャフト３０３ｂ、３０３ｃ、３０３ｄ、３０３ｅにそれぞれ連結される。駆動シャフト３０３ｅは、図３に示されるように、プーリＭＰと一方向クラッチ１０９に係合される。この別の実施形態では、流体モータ１０７は使用されない。

駆動シャフトを車両のシャーシやエンジンルームにおける障害物を避けるように配設するために、ユニバーサルジョイント３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ、３０４ｅが必要に応じて駆動シャフトに沿って配置される。また各駆動シャフトを支持し、アライメントを維持するために、ベアリング３０５、３０６、３０７が駆動列に沿って配置される。ベアリング３０５、３０６、３０７は、従来からこの分野で知られているピローブロックや、他の適当な形式のベアリングであればどのようなものでもよい。更に、各駆動シャフトは、例えばベアリング３０６、３０７の間での軸方向への膨張を許容するためにスプライン加工されていてもよい。図５に示されたスプラインの位置は、一例であり限定的なものではない。この設備に適当な駆動シャフトは、この分野では、レコプロップ(Reco-Prop)（イギリス）やＮＤＥクラークトランスミッション株式会社(NDE Clarke Transmission Ltd.)などから入手できるが、これらは限定的なものではない。

エンジン１０１が運転されているとき、トルクは駆動列３０３を通してプーリＭＰに伝達される。プーリＭＰは、メインディーゼルエンジンに設けられたＡＢＤＳシステムにおけるベルト（Ｂ１）に係合されている。一方向クラッチ１０９は、メインエンジンが運転されていないときに、本明細書の別のところで説明されたように、ベルト３０１を介してＡＰＵのエンジン１０１からメインエンジンのＡＢＤＳシステムへとトルクと動力が伝達されることを可能にする。このモードでは、一方向クラッチ１０８は、本明細書の他の部分で説明されたように、連結が切られる。

メインエンジンが運転されていて、ベルト（Ｂ１）がメインエンジンのクランクシャフトにより駆動されているとき、一方向クラッチ１０９は連結が切られるため、ベルト３０１を介してエンジン１０１へとトルクが逆に伝達されることはない。

ＡＰＵエンジンからメインエンジンへと動力を伝達する駆動列を備えたこの別の実施形態により、エンジン１０１が実質的にいかなる方向にも据え付け可能となることが理解されるであろう。すなわち、エンジン１０１のクランクシャフトは、図４に示されたベルト伝動システムの場合のように、メインエンジン（ＰＥ）のクランクシャフトと平行である必要はない。

図６は、メインエンジンの補機ベルト伝動装置を駆動するのに電気的な動力を用いる別の実施形態である。モータビークル用の補助動力システムは主に、ベルトＢ１と少なくとも１つの従動プーリ３０８を有する補機ベルト伝動システムを備える第１のすなわちメインエンジン（ＰＥ）を備え、ベルトは原動プーリ１０８０により駆動可能であり、原動プーリは更に一方向クラッチ１０８を備える。原動プーリ１０８０は、メインエンジンクランクシャフトに配置される。補機ベルト伝動システムは、モータなどの補機ベルト伝動システムを駆動するための原動装置と、例えばジェネレータ４００などの発電装置を駆動するために作動可能な第２エンジン１０１を更に備える。発電装置は電気的にモータに接続される。モータは、第１エンジンＰＥが運転されていないときに補機ベルト伝動システムを駆動するために発電装置により駆動可能である。補機ベルト伝動システムがモータにより駆動されるときには、一方向クラッチ１０８はトルクを伝達しない。その他の実施形態も同様のかたちで提示される。

図６〜９に示される構成は、異なって示されるものを除いては、略全て図３に示されている。電気ジェネレータ４００は、エンジン１０１の出力シャフト１０１１に連結されたベルトＢ４によって駆動される。ジェネレータ４００は、回線５００により原動部４０１に電気的に接続される。この実施形態では、原動部４０１は電気モータである。またジェネレータ４００は、ベルトＢ４を介する代わりに、継手によりエンジン１０１に直接連結されてもよい。

モータ４０１は、プーリ４０８を介してベルトＢ１と係合して動力を伝達する。一方クラッチ４０７は、モータ４０１とベルトＢ１との間にあってプーリ４０８内に配置され、ベルトＢ１をメインエンジンＰＥにより駆動できるようにする。すなわち、一方向クラッチ４０７は、メインエンジンが運転しているときにモータ４０１を切り離す。一方向クラッチ４０７は、メインエンジンＰＥが停止されたときにつながれ、モータ４０１がベルトＢ１を駆動する。一方向クラッチ４０７は、エンジンのＥＣＵ２７により制御される例えば電磁クラッチを含む従来この分野で知られているどのようなものであってもよい。

バッテリ４０２は、回線５０１によりジェネレータ４００に、また回線５０２によりモータ４０１に電気的に接続される。モータ４０１は、ジェネレータ４００またはバッテリ４０１の何れかにより駆動できる。バッテリ４０２は、エンジン１０１が運転しているときにジェネレータ４００により再充電することができる。目的とするシステムとそれらのコンポーネントの動作電圧は、設備にとって適切であればよく、例示的には１２Ｖ、４２Ｖ、１２０Ｖなどがある。

陸電電源部４０３は、例えばトラック駐車場の１２０Ｖ電源などの外部電源にシステムを接続可能にする。陸電電源部４０３は、バッテリの再充電を可能にするために回線５０３によりバッテリ４０２に接続される。陸電電源部４０３は、回線５０４により電気モータ４０１にも接続され、メインエンジンが停止されているときの要求に応じて、電気モータ４０１が陸電を用いてメインエンジンの補機ベルト伝動システムを作動させることを可能にする。陸電からバッテリを再充電するのには従来知られているコンポーネントが用いられる。バッテリの再充電に陸電を使用している間、メインエンジンに設けられたオルタネータＡＬＴは、エネルギの不効率な使用を避けるために電気的に切り離される。

図６に示されたＡＰＵシステムは、空調システムとそれらのコンポーネントを含む、メインエンジンのベルト駆動される既存の補機システムの完全な利用を可能にする。メインエンジンの空調システムは、ベルトＢ１により駆動されるエアコン用コンプレッサ（ＡＣ）からなる。それは通常、メインエンジンＰＥが運転している期間において、メインエンジンによって駆動される。メインエンジンが停止されているとき、ＡＣはモータ４０１によって駆動される。メインエンジンの補機ベルト伝動システムに求められる唯一の変更は、モータ４０１を組み入れることである。メインエンジンの補機システムの他のコンポーネントとしては、オルタネータ（ＡＬＴ）やパワーステアリングポンプ（Ｐ＿Ｓ）などがある。図示されないが、他の補機としては、燃料ポンプやウォータポンプなどがある。

電気バッテリ４０２は、エアコン用コンプレッサＡＣの循環のオン／オフによるエンジン１０１のピーク負荷を低減する電力バッファの機能も提供する。すなわち、バッテリ４０２は、ピーク負荷時に例えば補助電力を一時的に提供する。したがって、本実施形態では、ジェネレータの負荷が実質的に一定である。その結果、エンジン１０１における負荷も同様に実質的に一定である。これにより、エンジン１０１の容量を、ピーク電力消費ではなくて、平均電力消費に基づいて決定することができる。したがって、特に休憩時の燃料消費が大幅に改善されることから燃費が向上する。

別の実施形態では、クラッチ４０７（一方向クラッチ、あるいは電磁クラッチ）を省くことができる。この実施形態では、電気モータ４０１は、メインエンジンＰＥが運転しておりかつモータ４０１に電力が供給されていないとき、メインエンジンのベルト伝動システムとともに回転する。

図７は、ＡＰＵとメインエンジンのベルト伝動装置との間で電気動力を用いている別の実施形態である。本実施形態では、原動部は、メインエンジンの補機ベルト伝動システムに組み込まれた電気モータ／ジェネレータ６００を備える。電力が供給されると、モータ／ジェネレータ６００はベルトＢ１を駆動する。

一方向クラッチ１０８は、クランクシャフトプーリ１０８０、あるいはこのシステムに適した他の原動プーリに配置される。一方向クラッチ１０８は、メインエンジンが運転されていないモータモードにおいて、ベルトＢ１がモータ／ジェネレータ６００により駆動されることを可能にする。メインエンジンＰＥが運転しているときには、クラッチ１０８がつがれ、それによってクランクシャフトプーリからベルトＢ１へとトルクが伝達される。

ジェネレータ４００は、回線５０５によりモータ／ジェネレータ６００に接続される。陸電電源部４０３は、回線５０３によりバッテリ４０２に、回線５０６によりモータ／ジェネレータ６００に接続される。陸電電源部４０３は、モータモードにおいて使用されるとき、モータ／ジェネレータ６００に電力を与えるために使用でき、それによってベルトＢ１とメインエンジンの補機を駆動する。

メインエンジンの補機ベルト伝動システムは、モータ／ジェネレータ６００のデュアルモードに適合するように多少変更されている。ここで例示されるテンショナＴ５は、モータ／ジェネレータがジェネレータとして使用されるときに適正なベルト張力を保証するために、オルタネータの緊張側、モータとして使用される場合には逆に、テンショナＴ５が緩み側となる位置に配置される。すなわち、モータ／ジェネレータ６００に対するベルトの「緊張」側は、モータ／ジェネレータ６００の運転モードに依存する。

メインエンジンＰＥが運転されている期間において、モータ／ジェネレータ６００は、回線５０７を介してバッテリ４０２に再充電し、さもなければ、照明や他の車両電気コンポーネントなど、他の車両システムへ電力を供給するジェネレータとして使用される。

図８は、ＡＰＵとメインエンジンのベルト伝動装置との間で電気動力を用いている別の実施形態である。この実施形態では、原動部、すなわち電気モータ５００は、直接エアコン用コンプレッサＡＣに接続される。ＡＣは、メインエンジンの補機ベルト伝動システムの１コンポーネントである。モータ５００は、メインエンジンＰＥが運転されていないときにＡＣを駆動するために用いられる。

本実施形態において、ＡＣコンプレッサは、ベルトＢ１をＡＣプーリ３０８につなぐ、または切り離すクラッチ２０８を備える。クラッチ２０８は、例えば従来知られている電磁クラッチである。ＡＣコンプレッサが、そのプーリをベルトＢ１につなぐ、あるいは切り離す独自の電磁クラッチ２０８を有することから、メインエンジンＰＥのクランクシャフトに設けられた一方向クラッチ１０８は必要ではないが、別の実施形態では、ＡＣに加えて別の補機にも動力を与えるようにベルトＢ１が駆動するように、一方向クラッチ１０８を備えていてもよい（図７参照）。言い換えれば、一方向クラッチ１０８がシステムに含まれる場合、それはメインエンジンが運転されていないときにトルクを伝達しない。

もちろん、メインエンジンが運転されていて、それによりベルトを駆動しているとき、電磁クラッチ２０８は、運転における通常の役割としてＡＣを駆動するためにつながれる。

電気モータ５００が、ＡＣコンプレッサを直接駆動するとき、メインエンジンが運転されていないので、本実施形態ではベルトＢ１は動いていない。

クラッチ５０１は、ＡＣコンプレッサと電気モータ５００の間に配置される。クラッチ５０１は、例えば一方向クラッチまたは電磁クラッチの何れであってもよく、それぞれは周知である。クラッチ５０１は、例えばメインエンジンのＥＣＵから受信される制御信号によりつながれる。ＥＣＵはメインエンジンの運転状態を検出してモータ５００を始動させ、それに応じて、メインエンジンが運転されておらず、かつエアコン用コンプレッサＡＣの運転要求がまだある場合にはクラッチ５０１をつなぐ。

別の実施形態では、クラッチ５０１は省略されてもよく、つまりモータ５００は直接ＡＣコンプレッサシャフトに連結され、ベルトＢ１を介してメインエンジンＰＥにより駆動されるＡＣコンプレッサとともに回転される。

電気モータ５００は、回線５０９によりジェネレータ４００に、回線５１０によりバッテリ４０２に、回線５０８により陸電電源部４０３に電気的に接続される。これらの電源（４００、４０２、４０３）の何れも、システムの要求およびメインエンジンの運転状態に従ってモータ５００を駆動できる。システムは、１２Ｖ、４２Ｖ、１２０Ｖの何れであってもよく、またシステムによって要求される他の適切ないかなる電圧であってもよい。

別の実施形態では、クラッチ５０１は、クラッチ１０８と同一形式の一方向クラッチ、例えばスプラグ式、であってもよい。一方向クラッチ５０１は、ＡＣがベルトＢ１によって駆動されていないときに、ＡＣをモータ５００が駆動するようにする。

この実施形態では、エアコン用コンプレッサＡＣの容積(displacement)は一定である。別の実施形態では、ＡＣの容積は可変であり、クラッチ５０１は存在しない。これは、モータ５００が作動しているときには、ＡＣが連続的に作動されていることを意味する。

ベルトＢ１は、従来この分野で知られているテンショナＴ７によって張力が与えられている。ベルトＢ２は、従来この分野で知られているテンショナＴ２によって張力が与えられている。

図９は、ＡＰＵとメインエンジンのベルト伝動装置との間で電気動力を用いている別の実施形態である。この実施形態では、エアコン用コンプレッサＡＣに設けられたモータ５００は、メインエンジンＰＥが運転されていないときに、バッテリ４０３のみによって駆動可能である．バッテリ４０２は、別のエネルギ源を用いて再充電される。別のエネルギ源には、燃料電池や太陽電池７００などが含まれる。燃料電池や太陽電池は回線５１１によりバッテリ４０２に接続され、バッテリ４０２の再充電を可能とする。バッテリ４０２は、回線５０９によりモータ５００に接続される。図５において説明されたように、モータ５００への電力供給に陸電電源を用いることもできる。この実施形態はエンジン１０１を含まない。

ＡＣコンプレッサは、プーリ３０８と係合された電磁クラッチ２０８を備え、クラッチはＡＣをベルトＢ１につなぎ、または切り離す。メインエンジンＰＥのクランクシャフトに設けられた一方向クラッチ１０８は、この実施形態では必要ないが、別の実施形態では、ＡＣに加えて別の補機に動力を与えるために、モータ５００がベルトＢ１を駆動するように一方向クラッチ１０８を備えていてもよい（図７参照）。言い換えれば、一方向クラッチがシステムに含まられるとき、それはメインエンジンが運転されていないときにトルクを伝達しない。

電気モータ５００がＡＣコンプレッサを直接駆動するとき、本実施形態では、メインエンジンが運転されておらずクラッチ２０８は切り離されているので、ベルトＢ１は動いていない。電磁クラッチ２０８がこの分野で知られている。無論、メインエンジンが運転され、ベルトＢ１が駆動されているときには、電磁クラッチ２０８は通常の役割としてＡＣを駆動するためにつながれていてもよい。

ＡＣコンプレッサは、定量容積、可変容積の何れであってもよい。

可変容積のＡＣコンプレッサの場合には、クラッチ２０８はプーリ３０８をベルトＢ１から切り離すために、１）ＰＥが運転状態にあるがＡＣは必要でない場合、あるいは２）ＰＥが運転状態になく、かつＡＣが電気モータにより作動されている場合に使用される。

この分野では燃料電池が知られており、例えば、電解膜として高分子膜を用いたフッ化炭素イオン交換を利用するプロトン交換膜燃料電池（ＰＥＭ）などがある。ＰＥＭ電池は、比較的低い温度で作動し、出力要求の変化に適合するようにその出力を変化させることができる。これらの電池は、車両（乗り物）へのアプリケーションにおいて有力な候補である。他の燃料電池としては、酸化ジルコニウムの薄い層を固体セラミックス電解質とし、ランタンマンガン酸塩カソードとニッケルジルコニアアノードを備える固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）がある。他の燃料電池としては、高分子膜を電解質とする点においてＰＥＭ電池に類似したダイレクトメタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）がある。更に、水酸化カリウムなどをアルカリ電解質として用いるアルカリ燃料電池などもある。それは水素をエネルギ源とする車両（乗り物）に応用される。

太陽電池、すなわち光電池もこの分野において知られている。太陽電池は、半導体材料から形成され、太陽光を直接電力に変換する。太陽電池には結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）が含まれ、幾つかの形式で使用されている：単結晶シリコン、多結晶シリコン、帯状（リボン）および板状（シート）シリコン、薄膜シリコン。他には、ガラス、可撓性プラスチック、あるいはステンレス鋼などの支持体に張り付けられた僅か数マイクロメートル厚さの半導体材料の層を用いた薄膜光電池がある。薄膜に使用される半導体材料は、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、２セレン化銅インジウム（ＣＩＳ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）などである。他には、周期表における第３族および第５族の元素にもとづく光電池の技術が含まれる。この形式の単結晶セルは、通常ガリウムアルセナイド（ＧａＡｓ）から形成される。ガリウムアルセナイドは、太陽光の異なるエネルギに反応する半導体を形成するため、インジウム、リン、アルミニウムなどの元素とともに合金とすることができる。

ここでは、本発明の複数の形態について説明されたが、当業者にとっては、ここで説明された本発明の精神と範囲を逸脱することなく、その構成や構成部の関係を様々に変形することは容易である。

従来技術のシステムの模式図である。 従来技術のシステムの模式図である。 本発明のシステムの模式図である。 別の実施形態の模式図である。 ＡＰＵとメインエンジンのベルト伝動装置との間が駆動列で連結された別の実施形態である。 ＡＰＵとメインエンジンのベルト伝動装置との間で電気動力を用いている別の実施形態である。 ＡＰＵとメインエンジンのベルト伝動装置との間で電気動力を用いている別の実施形態である。 ＡＰＵとメインエンジンのベルト伝動装置との間で電気動力を用いている別の実施形態である。 ＡＰＵとメインエンジンのベルト伝動装置との間で電気動力を用いている別の実施形態である。

Claims (17)

1. ベルトと少なくとも１つの従動プーリを備える補機ベルト伝動システムを有し、前記ベルトが原動プーリにより駆動可能であり、前記原動プーリが第１の一方向クラッチを備え、前記補機ベルト伝動システムが、前記補機ベルト伝動システムを駆動するための原動部を備える第１エンジンと、
   電源部を作動するために運転可能であり、前記電源部が前記原動部に電気的に接続され、前記原動部が、前記第１エンジンが運転されていないときに前記補機ベルト伝動システムを駆動するように前記電源部により駆動可能であり、前記補機ベルト伝動システムが前記原動部により駆動されるとき、前記第１の一方向クラッチがトルクを伝達しない第２エンジンと
   を備えることを特徴とするモータビークル用補助動力システム。
2. 前記電原部がジェネレータを備えることを特徴とする請求項１に記載のモータビークル用補助動力システム。
3. 前記原動部が直接補機に連結されることを特徴とする請求項１に記載のモータビークル用補助動力システム。
4. 前記原動部がモータ／ジェネレータを備え、前記モータ／ジェネレータが、前記第１エンジンにより駆動されるときに電力を発生するように作動可能であることを特徴とする請求項１に記載のモータビークル用補助動力システム。
5. 前記電源部がバッテリを備えることを特徴とする請求項１に記載のモータビークル用補助動力システム。
6. 前記電源部が燃料電池を備えることを特徴とする請求項１に記載のモータビークル用補助動力システム。
7. 前記電源部が陸電電源部を備えることを特徴とする請求項１に記載のモータビークル用補助動力システム。
8. 前記原動部が、クラッチを介して補機ベルト伝動システムに係合されることを特徴とする請求項１に記載のモータビークル用補助動力システム。
9. ベルトと少なくとも１つの従動プーリを備える補機ベルト伝動システムを有し、前記ベルトが原動プーリにより駆動可能であり、前記原動プーリが第１の一方向クラッチを備え、前記補機ベルト伝動システムが、前記補機ベルト伝動システムを駆動するための原動部を備える第１エンジンと、
   前記原動部に電気的に接続される電源部とを備え、
   前記第１エンジンが運転されていないときに、前記補機ベルト伝動システムを駆動するように前記電源部により前記原動部が駆動可能であり、前記補機ベルト伝動システムが前記原動部により駆動されるとき、前記第１の一方向クラッチがトルクを伝達しない
   ことを特徴とするモータビークル用補助動力システム。
10. 前記電源部がバッテリを備えることを特徴とする請求項９に記載のモータビークル用補助動力システム。
11. 前記電源部が前記バッテリに電気的に接続された燃料電池を備えることを特徴とする請求項１０に記載のモータビークル用補助動力システム。
12. 前記電源部が前記バッテリに電気的に接続された太陽電池を備えることを特徴とする請求項１０に記載のモータビークル用補助動力システム。
13. ベルトと少なくとも１つの従動プーリを備える補機ベルト伝動システムを有し、前記ベルトが原動プーリにより駆動可能であり、前記補機ベルト伝動システムが補機を備える第１エンジンと、
    前記補機に連結された原動部と、
    前記原動部に電気的に接続される電源部とを備え、
    前記第１エンジンが運転されていないときに、前記原動部が前記補機を駆動するように前記電源部により駆動可能である
    ことを特徴とするモータビークル用補助動力システム。
14. 前記補機と前記補機ベルト伝動システムとの間に配置されるクラッチを備え、前記第１エンジンが運転されていないときに前記クラッチがトルクを前記補機ベルト伝動システムに伝達することを特徴とする請求項１３に記載のモータビークル用補助動力システム。
15. 前記原動部と前記補機との間に配置されるクラッチを備えることを特徴とする請求項１３に記載のモータビークル用補助動力システム。
16. 前記補機にエアコン用コンプレッサが含まれることを特徴とする請求項１３に記載のモータビークル用補助動力システム。
17. 前記第１エンジンと前記原動プーリとの間に配置される一方向クラッチを備え、前記一方向クラッチは、前記第１エンジンが運転されていないときにトルクを伝達しないことを特徴とするモータビークル用補助動力システム。

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