JP2010173630A

JP2010173630A - 電気式車両向けのモジュール型補助パワーユニットアセンブリ

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Publication number: JP2010173630A
Application number: JP2010009602A
Authority: JP
Inventors: Michael-Wolfgang Waszak; ミヒャル−ウォルフガング・ワスザック; Parag Vyas; パラグ・ヴャス; Jan Hemmelmann; ヤン・ヘンメルマン; Robert D King; ロバート・ディーン・キング
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2009-01-29
Filing date: 2010-01-20
Publication date: 2010-08-12
Also published as: US20100187031A1; US8376070B2; CN101817342B; US20130158765A1; EP2213502A2; US8695739B2; CN101817342A; EP2213502A3

Abstract

【課題】電気式車両向けに補助パワーを効率よく供給する。
【解決手段】推進システムのためのシステムは、電動機と、該電動機に主パワーを供給するように構成されたエネルギー蓄積ユニットと、電動機とエネルギー蓄積ユニットのうちの少なくとも一方に副次的パワーを供給するように構成された複数の補助パワーユニット（ＡＰＵ）を含む。複数のＡＰＵの各々は、機械的出力を発生させるように構成された１つのフリーピストンエンジンと、該機械的出力を電気的パワーに変換するように構成された１つのリニア発電機と、１つの制御器と、を含む。この制御器は、電動機及び／またはエネルギー蓄積ユニットからパワーコマンドを受け取り、該パワーコマンドを満たすのに要する副次的パワー量を決定し、かつ該副次的パワーの必要量を発生させるように複数のＡＰＵのうちの幾つかを選択的に起動する。
【選択図】図１

Description

本発明は全般的には電気式車両（ｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅ）に関し、またより具体的にはハイブリッド電気式車両（ＨＥＶ）用の補助パワーユニット（ＡＰＵ）としてのモジュール型内燃エンジンの利用に関する。

純粋に電気的な車両は典型的には、車両を推進させる電動機にパワー供給するために蓄積しておいた電気エネルギーを用いている。電気式車両は、エネルギー蓄積に関する固有の問題を有しており、このためドライブレンジが制限される。したがって、電気式車両のパワーシステムに対する追加的な電気を発生させるためのＡＰＵが必要である。これらのＡＰＵは、必要に応じて車両に副次的エネルギー源を供給すること、並びに車両の主エネルギー源を再充電することの両方を行う。これらのＡＰＵは電気式車両の主エネルギー源を連続的に再充電することを目的としているため、これらは車両の平均的なパワー需要に従って査定されなければならない。

これまでは、必要な補助的すなわち副次的パワーを発生させるために従来式の燃焼エンジンまたはタービンが使用されてきた。しかし、いずれの選択肢も車両パワー発生に関してそれに関連する欠点を有しており、このためにＡＰＵの有効性が低下する。すなわち、補助パワー源として有効にするには、そのＡＰＵは効率が高く、信頼度が高く、複雑性が低く、かつ容積が小さいことが望ましい。スタータとクランクシャフトの両者は電気パワーの発生に必要でないため、従来の燃焼エンジンはＡＰＵとして使用するにはあまりにも複雑である。一方タービンは、その発生させるパワーが電気式車両内で使用するためにスケールダウンされることが多いために効率が非常に低い。

米国特許第４３８５５９７号米国特許第６５４１８７５号

したがって、補助パワーを電動機に効率よく供給することが可能なＡＰＵアセンブリがあることが望ましい。さらに、ＡＰＵアセンブリをその効率を最適化するような方式で動作させることが望ましい。

本発明は、電気式車両用のモジュール型補助パワーアセンブリのためのシステム及び方法を提供する。本モジュール型補助パワーアセンブリは、その各々が１つのフリーピストンエンジン及び１つのリニア発電機を含むような多数のＡＰＵを備える。各ＡＰＵは、起動状態と非起動状態のいずれかとするように個別に制御することが可能である。各ＡＰＵは起動を受けると、その総動作容量のうちのある選択可能な百分率で動作するように制御することが可能である。制御器によって、電動機及び／またはエネルギー蓄積ユニットにより要求される補助パワー量を決定し、該所望の補助パワーを発生させるような数のＡＰＵを選択的に起動している。

したがって、本発明の一態様では推進システムは、電動機と、該電動機に主パワーを供給するように構成されたエネルギー蓄積ユニットと、を含む。本推進システムはさらに、電動機とエネルギー蓄積ユニットのうちの少なくとも一方に副次的パワーを供給するように構成された複数のＡＰＵを含む。これら複数のＡＰＵの各々は機械的出力を発生させるように構成された１つのフリーピストンエンジンと、該機械的出力を電気的パワーに変換するように構成された１つのリニア発電機と、１つの制御器と、を含む。この制御器は、電動機及び／またはエネルギー蓄積ユニットからパワーコマンドを受け取り、該パワーコマンドを満たすのに要する副次的パワー量を決定し、かつ該副次的パワーの必要量を発生させるように複数のＡＰＵのうちの幾つかを選択的に起動する。

本発明の別の態様では、車両に補助パワーを供給するための方法は、電動機、エネルギー蓄積デバイス及びＤＣリンクを備えた車両推進システムを提供する工程を含む。本方法はさらに、電動機とエネルギー蓄積デバイスを電気的に接続する工程と、無クランクシャフトエンジンとリニア発電機の複数の組み合わせの各々をＤＣリンクに電気的に接続する工程と、車両推進システムのパワー要件を決定する工程と、を含む。さらに本方法は、車両推進システムパワー要件に基づいてＤＣリンクにパワーを提供するために無クランクシャフトエンジンとリニア発電機の複数の組み合わせのうちの幾つかを選択的に起動する工程を含む。

本発明のまた別の態様では、補助パワーアセンブリは、副次的パワーを発生させるように構成された、その各々が１つのフリーピストン燃焼エンジン（ＦＰＥ）及び１つのリニア発電機を含む複数の補助パワーユニットを含む。本補助パワーアセンブリはさらに、電動機とエネルギー蓄積デバイスのうちの少なくとも一方のパワー要件を検知すること、該検知したパワー要件に基づいて複数のＡＰＵに対する最適動作方針を決定すること、及び該最適動作方針に従って複数のＡＰＵを動作させ電動機とエネルギー蓄積デバイスのうちの該少なくとも一方に副次的パワーを提供すること、を行うように構成された制御器を含む。

別の様々な特徴及び利点については以下の詳細な説明及び図面から明らかとなろう。

図面では、本発明を実施するために目下のところ企図されている好ましい一実施形態を図示している。

本発明の一実施形態によるフリーピストン内燃エンジンの断面図である。本発明の別の実施形態によるワークユニットの断面図である。本発明の一実施形態による車両パワーシステムの概要図である。本発明の一実施形態による車両パワーシステムを制御するための技法を表した図である。

図１及び２を参照すると、本発明で使用するためのＡＰＵ１０、１２の実施形態を表している。ＡＰＵ１０、１２のこれらの実施形態の各々は、無クランクシャフトまたはフリーピストン内燃エンジン（ＦＰＥ）と発電機ユニットとの組み合わせを目的としている。本発明の実施形態では、図１または２の複数のＡＰＵ１０、１２は、ハイブリッド電気式車両（ＨＥＶ）内に副次的パワーを供給する補助パワーモジュール内に含まれている。ＨＥＶのバンド制限された瞬時的パワー要件に基づいて、補助パワーモジュール内のＡＰＵのうちの幾つかが選択的に起動され、その瞬時的パワー要件を満たすのに必要な量の副次的パワーを発生させている。

図１を参照すると、本発明の一実施形態で用いられるＡＰＵ１０を断面図で表している。ＡＰＵ１０はその内部に、無クランクシャフトまたはＦＰＥ１４及び発電機ユニット１６を含む。図１に示すように、ＦＰＥ１４は１つのピストン１８及び１つのスプリング２０で構成されることがある。ＦＰＥ１４はさらに、その内部にピストン１８を往復移動自在に配置させている燃焼室２２と、該ピストン１８に結合されたピストンロッド２４と、を含む。ハウジング２６上には、エアーバルブ２８、燃料インジェクタ３０及び排気オリフィス３２が装着されている。燃焼室２２内部でシーリング３４がピストンロッド２４をガイドしている。ピストン１８は、膨張行程では上死点（ＴＤＣ）位置と下死点（ＢＤＣ）位置の間で往復式に移動可能であり、また圧縮行程ではＢＤＣ位置とＴＤＣ位置の間で移動可能である。

図１に示した実施形態では、ＡＰＵ１０のＦＰＥ１４は単一の燃焼室２２、対応する単一のピストン１８及び１つの復帰用スプリング２０を含む。ＡＰＵ１０はさらに、ピストン１８に対してロッド２４により強固に接続された少なくとも１つの受動移動子３６並びに該受動移動子３６と関連付けして位置決めされた静止発電機部分３８を有する発電機／電動機１６を含む。静止発電機部分３８は例えば、ロッド２４及び移動子３６を囲繞する連続した巻き線コイルとすることがある。一実施形態ではその受動移動子３６は同期した永久磁石の形態をとるが、受動移動子３６は例えば誘導マシンや切替式リラクタンスマシンなど静止発電機部分３８への電気的接続を必要としない多種多様な移動子のいずれかとすることができる。燃焼室２２内で燃焼が発生しピストン１８がＴＤＣ位置からＢＤＣ位置まで移動する際に、移動子３６はコイル３８を通過して進み、これによりコイル３８内部に電流を誘導させる。

ここで図２を参照すると、本発明の別の実施形態で用いられるＡＰＵ１２を断面図で表している。ＡＰＵ１２はＦＰＥ４０及び発電機４２を含む。ＦＰＥ４０では、図１の復帰用スプリング２０が第２のピストン４４に置き換わっている。このためＦＰＥ４０は、ピストンロッド４８により互いに対して接続された２つのピストン４４、４６で構成されている。各ピストン４４、４６は、その範囲がハウジング５４、５６により規定されるような燃焼室５０、５２内部で往復移動自在に配置されている。各ハウジング５４、５６に対しては、１つの燃料インジェクタ５８、多数のエアーバルブ６０、及び１つの排気オリフィス６２が接続されている。燃料インジェクタ５８の点火によってピストン４４、４６の動きを制御し、コイル６６を通過して直線的経路で移動子６４を移動させ、これによりコイル６６内部に電流を誘導させる。

ここで図３を参照すると、本発明の一実施形態によるＨＥＶ用車両推進システムなどの車両パワーシステム６８の概要を表している。この車両パワーシステム６８内には、エネルギー蓄積ユニット７０及び電動機７２が含まれる。エネルギー蓄積ユニット７０は、車両のホイール（図示せず）に対して駆動関係で結合された電動機７２を駆動するための主パワーを供給するように構成されている。車両パワーシステム６８内にはさらに、補助または副次的パワーを発生させるための補助パワーアセンブリ７４（すなわち、補助パワーモジュール）も含まれており、この補助パワーアセンブリ７４は、その各々が単一のピストン／復帰用スプリング（図１のＡＰＵ１０）、デュアルピストン（図２のＡＰＵ１２）、または同様の任意の直線型ピストン構成として構成され得る多数のＡＰＵ７６、７８、８０、８２、８４から構成されている。一実施形態では、ＡＰＵ７６〜８４は実質的に同一のパワー発生容量を有しており、このため各ＡＰＵ７６〜８４は、車両パワーシステム６８の平均パワー需要で査定した際に補助パワーアセンブリ７４の総パワー定格に対する等しい割合を供給することが可能である。図３では補助パワーアセンブリ７４が５つのＡＰＵ７６〜８４を有するように表しているが、ＡＰＵの数は、例えば所望の補助パワー、車両のサイズやタイプ、車両パワーシステム６８を伴った構成としたエネルギー蓄積ユニット７０や電動機７２のサイズやタイプを含む多くの要因に基づいて選択されることがある。したがって、補助パワーアセンブリ７４のパワー容量は１つまたは複数のＡＰＵを追加または削減することによって増減することができる。

図３に示すように、車両パワーシステム６８は第１組の制御ライン８８を介して補助パワーアセンブリ７４に接続された制御器８６を含む。制御器８６はさらに、第２組の制御ライン９０を介してエネルギー蓄積ユニット７０または電動機７２に接続されると共に、これからパワーコマンドを受け取っている。すなわち制御器８６は、エネルギー蓄積ユニット７０の検知された充電状態（ＳＯＣ）または電圧が事前決定のしきい値を下回ったときにエネルギー蓄積ユニット７０から再充電要求を受け取れるようにエネルギー蓄積ユニット７０と連絡している。同様にして制御器８６は、電動機７２の動作時に電動機７２に関するバンド制限された瞬時的パワー要件を受け取れるように電動機７２と連絡している。エネルギー蓄積ユニット７０及び／または電動機７２から受け取ったパワーコマンドに基づいて制御器８６は、受け取ったパワーコマンドに従ったエネルギー蓄積ユニット７０の再充電及び／または電動機７２の駆動のための必要量の副次的パワーを効率よく提供するような補助パワーアセンブリ７４に関する最適動作方針を決定することが可能である。この最適動作方針は、各ＡＰＵ７６〜８４の効率及び補助パワーアセンブリ７４全体の効率を最大化させる制御アルゴリズムに基づかせることがある。

この最適動作方針に従って制御器８６は、各ＡＰＵ７６〜８４の燃料インジェクタ５８及びエアーバルブ６０（図２）に（制御ライン８８を介して）コマンド命令を伝達し、ＡＰＵのそれぞれの電流生成を制御する。制御器８６は、制御ライン８８を用いて各ＡＰＵ７６〜８４にコマンド命令を個別に伝達し、このそれぞれのＡＰＵを起動及び起動停止させかつ起動させたＡＰＵが発生させる電流をそのパワーコマンドに基づいて調節することがある。ＡＰＵが起動停止しているときに制御器８６は、ヒステリシス回路を介してリミットサイクリング及び／またはショートサイクリングを調節することがある。起動されるＡＰＵの数並びに受け取ったパワーコマンドに基づいて制御器８６は、起動させた各ＡＰＵを通過する気体、液体または別の媒質の流れを調節しその冷却を制御することがある。各ＡＰＵ７６〜８４と電気的に接続させた整流器または双方向変換器９２、９４、９６、９８、１００は、そのそれぞれのＡＰＵ７６〜８４が発生させたＡＣ電流をＤＣ出力に変換しており、このＤＣ出力はＤＣリンク１０２を介してエネルギー蓄積デバイス７０（例えば、電池）及び／または電動機７２に分配されることがある。エネルギー蓄積デバイス７０は鉛蓄電池、ゲル電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、Ｎｉ−Ｃｄ電池、ウルトラキャパシタ、燃料電池、その他のうちの任意の１つとすることができる。さらにエネルギー蓄積デバイス７０は、個々の電池を１つまたは任意の数として構成することができる。

本発明の実施形態では、補助パワーアセンブリ７４は図４に示すような技法１０４に従って制御器８６により制御を受けることがある。技法１０４は、ある車両向けの総パワー要件を決定し、個々のＡＰＵについてその各々にこの総パワー要件の指定の割合を伝達するようにスケジュール設定するような補助パワーアセンブリのための制御方針を表している。本発明の例示的な一実施形態では技法１０４は、車両パワーシステムの効率を最適化するような方式でＡＰＵを動作させる。

技法１０４は車両を始動させるステップ１０６で開始される。車両が動き始めると、技法１０４はステップ１０８において車両推進システムのリアルタイムのパワー要件を決定する。このパワー要件は、エネルギー蓄積ユニット、電動機、車両補助駆動電動機（複数のこともある）及び／または電気的負荷から受け取ったパワーコマンドに基づいて決定される。すなわちこのパワーコマンドは、その検知されたＳＯＣ／電圧が事前決定のしきい値を下回ったときにエネルギー蓄積ユニットを再充電させるための再充電要求、及び／またはリアルタイムのパワー要件に基づいて要求される電動機出力を発生させるように電動機に追加的なパワーを供給させるための副次的パワー要求を含むことがある。要求される電動機出力は、車両の瞬時速度、事前設定または推定されるルートからＧＰＳを用いて決定した情報、並びに車両のサイズや電動機のサイズまたは構成など車両特異的なパラメータを含む要因によって決定することが可能である。要求される電動機出力に基づいて技法１０４はステップ１１０において、ＡＰＵ向けの最適動作方針を決定する。この最適動作方針は、電気信号のエラー性ノイズや超高速過渡事象に基づくＡＰＵの過剰な起動を回避するための信号に対する適当なフィルタ処理または平滑化を含み得るバンド制限されたリアルタイムパワー要件を満たすのに必要な副次的パワー量を効率よく提供するような補助パワーアセンブリ内のＡＰＵに関する動作／起動スケジュールを決定している。

この最適動作方針に従って技法１０４はステップ１１０において、多数のＡＰＵを一緒に動作させて車両に合成した補助（すなわち、副次的）パワーを提供させるようにＡＰＵをスケジュール設定する。ＡＰＵは、最適動作方針に従って個別にスケジュール設定／制御を受ける。本発明の一実施形態ではそのＡＰＵのそれぞれは、厳密に「オン」（すなわち、起動）または「オフ」（すなわち、非起動）動作条件で動作するようにスケジュール設定されることがある。別法としてこれらＡＰＵのそれぞれは、補助パワーアセンブリの動作効率を向上させる目的でその個々のパワー発生容量のうちの指定されたある百分率（例えば、８０％）であるいはこれを超えて動作するようにスケジュール設定されることがある。すなわちこれらのＡＰＵのそれぞれは、その総容量のうちの規定された最小効率しきい値を超えるようなある百分率で動作するようにスケジュール設定されることがある。例えば補助パワーアセンブリが個別の３つのＡＰＵで構成される場合、技法１０４は第１のＡＰＵを８０％容量で動作するように、第２のＡＰＵを８０％容量で動作するように、かつ第３のＡＰＵをオフ状態にするようにスケジュール設定することがある。この動作方針は、あるＡＰＵに対して規定される最小効率しきい値を８０％とするように決定した場合、第３のＡＰＵをオフ状態にして第１のＡＰＵを１００％容量とし第２のＡＰＵを６０％容量とした動作と比べてより高効率となり得る。

一実施形態では、ＡＰＵをスケジュール設定する際に技法１０４は（制御器８６を介して）より高い（あるいは、より低い）動作効率への無クランクシャフトＡＰＵの各シリンダの円滑な遷移を可能にさせるような遷移方針を決定する。この遷移方針は、個々のＡＰＵの１つまたは複数のシリンダを点火するためのタイミングシーケンスを含む。一実施形態ではそのタイミングシーケンスによって無クランクシャフトＡＰＵの各シリンダをその個々のパワー発生容量の第１の百分率（例えば、６０％）での動作からそのパワー発生容量の第２の最適百分率（例えば、８０％）へ円滑に遷移させている。この遷移方針はさらに、第１の動作容量から第２の動作容量へ遷移させるように第１のＡＰＵの動作容量を調節する一方、第２のＡＰＵは例えば０％容量から開始して所望の最適容量（例えば、８５％）まで増加させることがある。こうした遷移方針は、各ＡＰＵの個別の効率及び／または補助パワーアセンブリの全体としての効率を最大化するために使用されることがある。

別の実施形態では、ＡＰＵをスケジュール設定する際に技法１０４は（制御器８６を介して）個々のＡＰＵの１つまたは複数のシリンダを点火するためのタイミングシーケンスを決定する。このタイミングシーケンスは、補助パワーアセンブリ内部の可聴性ノイズ及び振動を最小化するために、「オン」動作条件にある各ＡＰＵに関連付けされた燃料インジェクタ（複数のこともある）の点火時間を制御する。別の実施形態では、各「オン」ＡＰＵの動作に由来するノイズ及び振動を、そのそれぞれのＡＰＵの臨界または固有周波数以外の周波数で動作させるように個々の各燃料インジェクタの点火周波数を調節／制御することにより制御することがある。さらにこのタイミングシーケンスは、個々の各「オン」ＡＰＵの最大直線速度が所定の最大値未満となるように点火時間を制御することによって個々の各「オン」ＡＰＵの効率を最適化するために使用されることがある。例えばこのタイミングシーケンスは、ＡＰＵの複数のシリンダを同時点火ではなくある規定のシーケンスで点火させるように燃料インジェクタを制御することがある。

ステップ１１２ではバンド制限されたリアルタイムのパワー要件を満たすのに必要な副次的パワー量を発生させるようにスケジュール設定されたＡＰＵが起動される。スケジュール設定されたＡＰＵが起動されると本技法は、スケジュール設定したＡＰＵが要求された電動機出力を満たすのに必要な副次的パワーの要求量を発生させているか否かを評価／判定するステップ１１４で継続される。車両が追加的な副次的パワーを必要としなければ（１１６）、技法１０４はステップ１１８において副次的パワー要件の変化の監視を開始する。副次的パワー要件の変化は例えば、利用可能な電池パワーサプライの低下、車両速度の変化、あるいは道路条件や道路等級の変化に由来することがある。ステップ１２０では、パワー要件が変化したか否かの判定が実施される。補助パワー要件に変化がなければ（１２２）、技法１０４はステップ１１８に戻り変化の監視を継続する。しかしステップ１２０において副次的パワー要件の変化が検出された場合（１２４）は、技法１０４は必要な新たな副次的パワーを決定するためにステップ１０８に戻る。

ステップ１１４に戻りスケジュール設定されたＡＰＵが要求量の補助パワーを発生していなければ（１２６）、技法１０４はステップ１２８において副次的パワーの追加量を計算し、さらにステップ１３０において要求される追加の副次的パワーを発生させる必要に応じた数の追加的なパワーユニットをスケジュール設定しかつ起動させる。次いで技法１０４はステップ１１４に戻り、追加のＡＰＵが要求した副次的パワーを発生させているか否かを判定する。これにより技法１０４は、車両パワーシステムの効率を最適化させる方式でＡＰＵを選択的かつ独立に動作させるような補助パワーアセンブリ向けの制御方針を提供することができる。

したがって、本発明の一実施形態では推進システムは、電動機と、該電動機に主パワーを供給するように構成されたエネルギー蓄積ユニットと、を含む。本推進システムはさらに、電動機とエネルギー蓄積ユニットのうちの少なくとも一方に副次的パワーを供給するように構成された複数のＡＰＵを含む。これら複数のＡＰＵの各々は、機械的出力を発生させるように構成された１つのフリーピストンエンジンと、該機械的出力を電気的パワーに変換するように構成された１つのリニア発電機と、１つの制御器と、を含む。この制御器は、電動機及び／またはエネルギー蓄積ユニットからパワーコマンドを受け取り、該パワーコマンドを満たすのに要する副次的パワー量を決定し、かつ該副次的パワーの必要量を発生させるように複数のＡＰＵのうちの幾つかを選択的に起動する。

本発明の別の実施形態では、車両に補助パワーを供給するための方法は、電動機、エネルギー蓄積デバイス及びＤＣリンクを備えた車両推進システムを提供する工程を含む。本方法はさらに、電動機とエネルギー蓄積デバイスを電気的に接続する工程と、無クランクシャフトエンジンとリニア発電機の複数の組み合わせの各々をＤＣリンクに電気的に接続する工程と、車両推進システムのパワー要件を決定する工程と、を含む。本方法はさらに、車両推進システムパワー要件に基づいてＤＣリンクにパワーを提供するために無クランクシャフトエンジンとリニア発電機の複数の組み合わせのうちの幾つかを選択的に起動する工程を含む。

本発明のさらに別の実施形態では、補助パワーアセンブリは、副次的パワーを発生させるように構成された、その各々が１つのＦＰＥ及び１つのリニア発電機を含む複数の補助パワーユニットを含む。本補助パワーアセンブリはさらに、電動機とエネルギー蓄積デバイスのうちの少なくとも一方のパワー要件を検知すること、該検知したパワー要件に基づいて複数のＡＰＵに対する最適動作方針を決定すること、及び該最適動作方針に従って複数のＡＰＵを動作させ電動機とエネルギー蓄積デバイスのうちの該少なくとも一方に副次的パワーを提供すること、を行うように構成された制御器を含む。

この記載では、本発明（最適の形態を含む）を開示するため、並びに当業者による任意のデバイスやシステムの製作と使用及び組み込んだ任意の方法の実行を含む本発明の実施を可能にするために例を使用している。本発明の特許性のある範囲は本特許請求の範囲によって規定していると共に、当業者により行われる別の例を含むことができる。こうした別の例は、本特許請求の範囲の文字表記と異ならない構造要素を有する場合や、本特許請求の範囲の文字表記と実質的に差がない等価的な構造要素を有する場合があるが、本特許請求の範囲の域内にあるように意図したものである。

１０補助パワーユニット（ＡＰＵ）
１２補助パワーユニット（ＡＰＵ）
１４ＦＰＥ
１６発電機ユニット
１８ピストン
２０スプリング
２２燃焼室
２４ピストンロッド
２６ハウジング
２８エアーバルブ
３０燃料インジェクタ
３２排気オリフィス
３４シーリング
３６受動移動子
３８静止発電機部分
４０ＦＰＥ
４２発電機
４４ピストン
４６ピストン
４８ピストンロッド
５０燃焼室
５２燃焼室
５４ハウジング
５６ハウジング
５８燃料インジェクタ
６０エアーバルブ
６２排気オリフィス
６４移動子
６６コイル
６８車両パワーシステム
７０エネルギー蓄積ユニット
７２電動機
７４補助パワーアセンブリ
７６補助パワーユニット（ＡＰＵ）
７８補助パワーユニット（ＡＰＵ）
８０補助パワーユニット（ＡＰＵ）
８２補助パワーユニット（ＡＰＵ）
８４補助パワーユニット（ＡＰＵ）
８６制御器
８８制御ライン
９０制御ライン
９２整流器、双方向変換器
９６整流器、双方向変換器
９８整流器、双方向変換器
１００整流器、双方向変換器

Claims

電動機（７２）と、
前記電動機（７２）に主パワーを供給するように構成されたエネルギー蓄積ユニット（７０）と、
前記電動機（７２）とエネルギー蓄積ユニット（７０）の少なくとも一方に副次的パワーを供給するように構成された複数の補助パワーユニット（ＡＰＵ）（１０、１２、７４、７８、８０、８２、８４）と、を備える推進システム（６８）であって、
該複数のＡＰＵ（１０、１２、７４、７８、８０、８２、８４）の各々は、
機械的出力を発生させるように構成されたフリーピストンエンジン（１４）と、
前記機械的出力を電気的パワーに変換するように構成されたリニア発電機（４２）と、
制御器（８６）であって、
電動機（７２）とエネルギー蓄積ユニット（７０）の前記少なくとも一方からパワーコマンドを受け取ること、
前記パワーコマンドを満たすのに必要な副次的パワーの量を決定すること、
前記必要な副次的パワー量を発生させるように前記複数のＡＰＵ（１０、１２、７４、７８、８０、８２、８４）のうちの幾つかを選択的に起動すること、
を行うように構成された制御器（８６）と、
を備えている、推進システム（６８）。
前記電動機（７２）とエネルギー蓄積ユニット（７０）とをこれらの間でパワーが分配されるように電気的に接続するＤＣリンク（１０２）をさらに備えており、
複数のＡＰＵ（１０、１２、７４、７８、８０、８２、８４）により供給される前記副次的パワー（１１６）は前記エネルギー蓄積ユニット（７０）、電動機（７２）及び補助負荷のうちの少なくとも１つに分配させるようにＤＣリンク（１０２）に供給される、請求項１に記載の推進システム（６８）。
前記フリーピストンエンジン（１４）は駆動アセンブリを有する内燃エンジンを含む、請求項１に記載の推進システム（６８）。
前記駆動アセンブリは、
ロッド（２４、４８）と、
前記ロッド（２４、４８）の第１の端部に結合された第１のピストン（１８）と、
前記ロッド（２４、４８）の第２の端部に結合された復帰用スプリング（２０）と第２のピストン（４４）のうちの一方と、
を備える、請求項３に記載の推進システム。
前記制御器（８６）は、前記必要な副次的パワー量に基づいて前記複数のＡＰＵ（１０、１２、７４、７８、８０、８２、８４）の各々をオン条件とオフ条件の一方の条件で個別に動作させるように構成されている、請求項１に記載の推進システム（６８）。
前記制御器（８６）は、オン条件にある前記複数のＡＰＵ（１０、１２、７４、７８、８０、８２、８４）の各々を最小効率しきい値を超えて動作させるように構成されている、請求項５に記載の推進システム（６８）。
前記制御器（８６）は、オン条件にある複数のＡＰＵ（１０、１２、７４、７８、８０、８２、８４）の各々の動作効率を変更するための遷移方針を決定するように構成されている、請求項６に記載の推進システム（６８）。
前記複数のＡＰＵ（１０、１２、７４、７８、８０、８２、８４）の各々は副次的パワーをある割合で発生させるように構成されている、請求項１に記載の推進システム（６８）。
前記制御器（８６）は、電動機（７２）の瞬時的パワー要件とエネルギー蓄積デバイス（７０）向けの再充電コマンドのうちの一方を受け取るように構成されている、請求項１に記載の推進システム（６８）。
前記複数のＡＰＵ（１０、１２、７４、７８、８０、８２、８４）の各々はさらに、フリーピストンエンジン（１４）の点火を制御するように構成された少なくとも１つの燃料インジェクタ（３０）を備えており、
前記制御器（８６）は、選択的に起動させた複数のＡＰＵ（１０、１２、７４、７８、８０、８２、８４）の各々の少なくとも１つの燃料インジェクタ（３０）の点火シーケンスを調節し、選択的に起動させた複数のＡＰＵ（１０、１２、７４、７８、８０、８２、８４）のノイズ及び振動出力と該推進システム（６８）の動作効率との少なくとも一方を選択的に管理するように構成されている、請求項１に記載の推進システム（６８）。