JP2011163180A - On-vehicle power generation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関により駆動する発電機を備えた車載用発電装置に関するものである。 The present invention relates to an in-vehicle power generation device including a generator driven by an internal combustion engine.
近年の環境問題の高まりを受け、燃料の消費量や排気ガスの排出量を低減可能な車両の開発が進んでいる。このような車両として、内燃機関と電動モータの両方を駆動源とするハイブリッド車両や、電動モータのみを駆動源として利用する電気自動車などがあり、これらについては種々の改良を加えたものが知られている。 In response to growing environmental problems in recent years, development of vehicles capable of reducing fuel consumption and exhaust gas emissions is progressing. Examples of such vehicles include hybrid vehicles that use both an internal combustion engine and an electric motor as drive sources, and electric vehicles that use only an electric motor as a drive source. These are known with various improvements. ing.
ハイブリッド車両の一例としては、特許文献1に示されたものがある。このハイブリッド車両は、モータ駆動の冷却水循環用ポンプを備えており、内燃機関を駆動させなくても冷却水が循環できるよう構成されている。その結果、内燃機関を停止させて走行できる領域が拡大され、燃費向上を図ることが可能とされている。 An example of a hybrid vehicle is disclosed in Patent Document 1. This hybrid vehicle includes a motor-driven cooling water circulation pump, and is configured to circulate cooling water without driving the internal combustion engine. As a result, an area where the internal combustion engine can be stopped can be expanded, and fuel consumption can be improved.
電気自動車の一例としては、特許文献2に示されたものがある。この電気自動車は、空調装置駆動用の小型エンジンを有しており、空調のためにバッテリが消費されないように構成されている。このように、バッテリよりも安価な小型エンジンにより空調を行うことにより、電気自動車の駆動系の低廉化を図りつつ、走行可能距離の延長が可能なものとなっている。
An example of the electric vehicle is disclosed in
しかし、ハイブリッド車両の一般的性質として、内燃機関が車両の駆動源として利用される場合には、ある程度の排気量を備えた内燃機関が必要となるため、排気ガスの抑制にも限界がある。これは、特許文献1に開示されているハイブリッド車両においても言えることである。この点においては、電気自動車は車両を駆動させるための内燃機関が不要であるので、排気ガス抑制という観点からは好ましい。特許文献2の電気自動車のように、空調装置駆動用の内燃機関を搭載していたとしても、その排気量は車両駆動用のものと比較すると小さい。
However, as a general property of a hybrid vehicle, when an internal combustion engine is used as a drive source for the vehicle, an internal combustion engine having a certain amount of displacement is required, and thus there is a limit to suppression of exhaust gas. This is also true for the hybrid vehicle disclosed in Patent Document 1. In this respect, the electric vehicle is preferable from the viewpoint of exhaust gas suppression because an internal combustion engine for driving the vehicle is unnecessary. Even if an internal combustion engine for driving an air conditioner is mounted as in the electric vehicle of
ところが、電気自動車は内燃機関の代わりにバッテリを搭載する必要がある。バッテリは価格や重量の面において、電気自動車全体の相当部分を占めることになるため、その搭載可能容量は限られている。その結果、電気自動車は航続距離がハイブリッド車両よりも短くなるのが一般的であり、航続距離を延ばしつつ、価格や重量を抑えることが課題となっている。特許文献2に記載の電気自動車に搭載されている小型エンジンは、空調装置駆動用であり走行用ではないので、空調を使用しない場合にはこの小型エンジンを搭載することの効果を享受できず、航続距離の延長を図ることはできない。
However, an electric vehicle needs to be equipped with a battery instead of an internal combustion engine. Since the battery occupies a considerable portion of the entire electric vehicle in terms of price and weight, its mountable capacity is limited. As a result, an electric vehicle generally has a cruising distance shorter than that of a hybrid vehicle, and there is a problem of reducing the price and weight while extending the cruising distance. Since the small engine mounted on the electric vehicle described in
本発明は以上の課題に鑑みてなされたもので、搭載バッテリの容量増大を伴わずに、必要に応じて容易に航続距離の調整を可能とする車載用発電装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an in-vehicle power generation device that can easily adjust a cruising distance as needed without increasing the capacity of an on-board battery. .
本発明に係る車載用発電装置の第1特徴構成は、内燃機関と、前記内燃機関により駆動する発電機と、前記内燃機関からの排気を浄化する排気浄化装置と、少なくとも前記内燃機関を冷却する冷却手段と、これらのうち少なくとも1つが取り付けられるベース部材と、を備えて一体に構成されている点にある。 A first characteristic configuration of an in-vehicle power generation device according to the present invention includes an internal combustion engine, a generator driven by the internal combustion engine, an exhaust purification device that purifies exhaust gas from the internal combustion engine, and cools at least the internal combustion engine. The cooling means and the base member to which at least one of them is attached are provided integrally.
本特徴構成によれば、内燃機関により駆動する発電機を備えた車載用発電装置が、内燃機関、排気浄化装置及び冷却手段とともに一体に構成されているので、バッテリとの電気配線以外に他部品との配線や配管が不要となり、容易に車体への取り付け・取り外しが可能となる。したがって、走行予定距離やバッテリ残量等に応じて本車載用発電装置を搭載するか否かを決めることができる。 According to this characteristic configuration, the in-vehicle power generation device provided with the generator driven by the internal combustion engine is integrally formed with the internal combustion engine, the exhaust purification device, and the cooling means, so that other parts besides the electrical wiring with the battery Wiring and piping are not required, and it can be easily attached to and removed from the vehicle body. Therefore, it is possible to decide whether or not to mount the in-vehicle power generator according to the planned travel distance, the remaining battery level, and the like.
例えば、走行予定距離が短い場合やバッテリ残量が十分な場合には、車載用発電装置を取り外して車体を軽量化することにより、省電力化を図ることができる。また、走行予定距離が長い場合やバッテリ残量が少ない場合には、本車載用発電装置を搭載すれば、バッテリ容量を増大させることなく、航続距離の延長を図ることができる。また、車載用発電装置を複数搭載可能に構成すれば、さらなる航続距離の延長を容易に実現できる。 For example, when the planned travel distance is short or when the remaining battery capacity is sufficient, power saving can be achieved by removing the in-vehicle power generation device and reducing the weight of the vehicle body. In addition, when the planned travel distance is long or when the battery remaining amount is low, the cruising distance can be extended without increasing the battery capacity by installing the in-vehicle power generation device. Further, if a plurality of in-vehicle power generation devices can be mounted, the cruising distance can be further easily extended.
第2特徴構成は、前記冷却手段が冷媒を循環させる冷却回路を有し、前記冷却回路は前記排気浄化装置を冷却可能に構成されている点にある。 The second characteristic configuration is that the cooling means includes a cooling circuit for circulating the refrigerant, and the cooling circuit is configured to be able to cool the exhaust purification device.
本車載用発電装置は構成部品が一体に構成されているので、内燃機関と排気浄化装置との間の排気管の長さが短くなる。すると、内燃機関から排出された高温の排気ガスが十分に冷却されない状態で排気浄化装置に流入するおそれがある。このような場合に、本特徴構成によれば、水冷式の冷却手段が排気浄化装置を冷却可能に構成されているので、排気浄化装置が高温となること、ひいては車載用発電装置が高温となることを防止することができる。 Since the in-vehicle power generation apparatus is configured integrally with components, the length of the exhaust pipe between the internal combustion engine and the exhaust purification apparatus is shortened. Then, the high-temperature exhaust gas discharged from the internal combustion engine may flow into the exhaust purification device without being sufficiently cooled. In such a case, according to the present characteristic configuration, the water-cooled cooling means is configured to cool the exhaust purification device, so that the exhaust purification device becomes high temperature, and consequently the in-vehicle power generation device becomes high temperature. This can be prevented.
また、発電が断続的に行われる場合には、先の発電により冷媒に蓄えられた熱が、次の発電時に内燃機関を暖めることができるので暖機運転の時間を短縮し、効率的に発電を行うことができる。同様に、排気浄化装置内の触媒についても、次の発電時に前回発電時に冷媒に蓄えられた熱により、速やかに触媒の昇温を図り、排気浄化を速やかに行うことが可能となる。 In addition, when power generation is performed intermittently, the heat stored in the refrigerant by the previous power generation can warm the internal combustion engine during the next power generation, thus shortening the warm-up time and generating power efficiently. It can be performed. Similarly, with respect to the catalyst in the exhaust purification device, the temperature of the catalyst can be quickly raised by the heat stored in the refrigerant at the time of the previous power generation at the next power generation, and the exhaust gas purification can be performed quickly.
第3特徴構成は、前記冷却回路上において、前記内燃機関は前記排気浄化装置の下流側に配設され、前記排気浄化装置と前記内燃機関との間に前記冷媒の放熱を行う熱交換器を備えている点にある。 According to a third characteristic configuration, on the cooling circuit, the internal combustion engine is disposed downstream of the exhaust purification device, and a heat exchanger that radiates the refrigerant between the exhaust purification device and the internal combustion engine is provided. It is in the point to have.
第3特徴構成によれば、排気浄化装置を冷却する際に温度が上昇した冷媒の放熱を熱交換器で行ってから、冷媒が内燃機関内を循環することになる。したがって、排気浄化装置を冷却しつつ、内燃機関も確実に冷却することができ、本車載用発電装置全体として温度が上昇することを抑制することができる。 According to the third characteristic configuration, when the exhaust purification device is cooled, the refrigerant whose temperature has increased is radiated by the heat exchanger, and then the refrigerant circulates in the internal combustion engine. Therefore, the internal combustion engine can be reliably cooled while cooling the exhaust purification device, and the temperature rise of the entire on-vehicle power generation device can be suppressed.
第4特徴構成は、前記内燃機関、前記発電機及び前記排気浄化装置を収納する筐体を備えるとともに、前記冷却回路の一部が前記筐体の外面に配設され、この外面に配設された冷却回路の少なくとも一部に放熱フィンが設けられている点にある。 The fourth characteristic configuration includes a housing that houses the internal combustion engine, the generator, and the exhaust purification device, and a part of the cooling circuit is disposed on the outer surface of the housing, and is disposed on the outer surface. Further, at least a part of the cooling circuit is provided with heat radiating fins.
第4特徴構成によれば、冷却回路内の冷媒が走行風により効率的に冷却されるので、冷却手段の冷却機能が一層強化される。また、筐体の外側にある冷却回路は筐体の外面に配設されるので、他部品で支持する必要はなく、本車載用発電装置を一体化したことによる独立性を損なうことはない。なお、前述のベース部材は筐体の一部として構成してもよいし、ベース部材と筐体とが別部材となるように構成してもよい。 According to the fourth characteristic configuration, since the refrigerant in the cooling circuit is efficiently cooled by the traveling wind, the cooling function of the cooling means is further enhanced. Further, since the cooling circuit outside the casing is disposed on the outer surface of the casing, it is not necessary to support the cooling circuit with other components, and the independence due to the integration of the in-vehicle power generator is not impaired. The base member described above may be configured as a part of the casing, or may be configured such that the base member and the casing are separate members.
以下、本発明に係る車載用発電装置の実施形態について図1〜図3を用いて説明する。 Hereinafter, an embodiment of an in-vehicle power generator according to the present invention will be described with reference to FIGS.
図1に基づいて、車載用発電装置(以下、発電装置と称す)10を搭載した電気自動車の車両1の全体構成を説明する。車両1の前後には、図示されないサスペンションを介して組み付けられた前輪2と後輪3とが、それぞれ左右一対配設されている。ここでは前輪2が駆動輪であり、モータ13が駆動すると、その動力がドライブシャフト4を介して前輪2に伝達される。なお、車両1は前輪駆動車に限らず、後輪駆動車や四輪駆動車であっても構わない。
Based on FIG. 1, an overall configuration of an electric vehicle 1 equipped with an in-vehicle power generation device (hereinafter referred to as a power generation device) 10 will be described. A pair of left and right
車両1の下部にはモータ13の電源となるバッテリ11が搭載され、その後方に充電器14が備わっている。充電器14は、例えば一般家庭用のコンセントと接続できるように構成されており、充電器14を介してバッテリ11が充電される。なお、充電器14の接続先は一般家庭用のコンセントに限られるものではなく、高速充電用の専用装置等に接続する形態としてもよい。
A
バッテリ11とモータ13との間には、インバータや昇圧回路を備えたパワーコントロールユニット(以下、PCUと称す)12が電気的に接続される。バッテリ11からの直流電流は、PCU12で昇圧され交流電流に変換されることにより、モータ13を駆動できるように構成されている。車両1の減速時に、モータ13が発電機として機能し、モータ13で発電された電気によりPCU12を介してバッテリ11への回生充電が行われるように構成すると好ましい。
A power control unit (hereinafter referred to as PCU) 12 including an inverter and a booster circuit is electrically connected between the
発電装置10は、バッテリ11と電気的に接続された状態で設置される。バッテリ11の蓄電量が一定量まで減少すると、図示しないECUが発電装置10による発電を開始するよう指令を発し、バッテリ11への充電が行われる。発電装置10で発電している間は、発電装置10からPCU12経由で直接モータ13に電気を供給してもよいし、バッテリ11に一旦蓄電するようにしてもよい。さらには、発電装置10から直接モータ13に電気を供給しつつ、発電された電気の一部をバッテリ11に蓄電するように構成することも可能である。発電装置10による発電は、バッテリ11が満充電になったとECUが認識したら終了する。
The
図2に基づいて、発電装置10の構成について説明する。発電装置10の主な構成部品として、エンジン(内燃機関)20、発電機21、排気浄化装置22及び冷却回路30が挙げられる。エンジン20は、図示しない燃料タンクから供給される燃料を燃焼させて動力を取り出す。この燃料タンクは、後述の筐体40に収納してもよいし、筐体40に外付けしてもよい。発電機21は、エンジン20で取り出された動力を電気エネルギーに変換して、モータ13の駆動に必要な電気を供給する。排気浄化装置22は、排気ガスを浄化するための触媒を備えており、エンジン20からの排気ガスを浄化する。
Based on FIG. 2, the structure of the electric
これらの構成部品は、箱型に構成された筐体40に収納され、発電装置10が一体的に扱えるように構成されている。筐体40は、ベース部(ベース部材)40a、側面部40b及び上面部からなり、各構成部品はベース部40aに固定されている。図2においては、発電装置10の内部構成を明確にするため、側面部40bの一部と上面部の全部を非表示としている。なお、本実施形態では各構成部品を筐体40の一部であるベース部40aに固定する構成としたが、筐体40とは別の部材に固定し、その部材が筐体40に対して固定されるようにしてもよい。
These components are housed in a box-shaped
側面部40bの外側に配置されたコンバータ23は、発電機21で発生した交流電流を、バッテリ11で蓄電可能な直流電流に変換する。コンバータ23は空冷構造としており、走行風を受けて冷却されやすいように側面部40bの外側に配置されている。ただし、コンバータ23を筐体40に収納するよう構成してもよいし、水冷構造により冷却するようにしてもよい。
The
冷却回路30は冷却水(冷媒)を内部に有し、冷却水がリザーバタンク31、冷却ポンプ32、排気浄化装置22、熱交換器33、エンジン20の順に循環するよう構成されている。冷却回路30のうち、エンジン20とリザーバタンク31との間に亘る外部冷却回路30aは、筐体40の下方に配設されている。外部冷却回路30aはつづら折状に形成されるとともに、放熱フィン34を備えている。
The
以上のように、発電装置10の構成部品が筐体40と一体的に構成されているので、バッテリ11との電気配線以外に他部品との配線や配管が不要となり、容易に車両1への取り付け・取り外しが可能となる。したがって、走行予定距離やバッテリ残量等に応じて発電装置1を搭載するか否かを決めることができる。また、発電装置1を複数搭載可能に構成すれば、さらなる航続距離の延長を容易に実現できる。
As described above, since the components of the
一方、発電装置10の構成部品を筐体40の内部に収納したために、大量の熱を発生させるエンジン20を効率的に冷却することが不可欠となる。そこで、本発電装置10は水冷方式を採用している。図3に基づいて、冷却水の流れ(実線の矢印)について説明する。
On the other hand, since the components of the
リザーバタンク31は、冷却回路30の内部圧力が一定となるように、冷却水の循環量を調整する。リザーバタンク31の冷却水は、冷却ポンプ32が駆動することにより冷却回路30を循環する。冷却ポンプ32を経た冷却水は、排気浄化装置22に形成された回路を流れ、排気浄化装置22を冷却する。このように排気浄化装置22を冷却することにより、エンジン20と排気浄化装置22との間の排気管の長さが短いために排気ガスが高温状態のまま排気浄化装置22に流入する場合でも、排気浄化装置22が高温となることを防止することができる。
The
排気浄化装置22の後、冷却水は熱交換器33を経由してからエンジン20に送られる。このように、排気浄化装置22の直後に冷却水が熱交換器33を経由することにより、排気浄化装置22で昇温した冷却水を熱交換器33で冷却してからエンジン20に送ることになるため、エンジン20の冷却効率が向上する。エンジン20を冷却した冷却水は、筐体40の下方に配設された外部冷却回路30aに送られる。外部冷却回路30aはつづら折状に形成され、回路延長により冷却効果を高めるとともにとともに、放熱フィン34を備えてさらなる冷却効率の向上が図られている。
After the
次に、空気の流れについて説明する。図3における破線のブロック矢印が空気の流れを示す。発電機21はファン21aを有しており、発電機21の駆動時にはファン21aが回転して、筐体40に形成された吸入口41から空気を取り込むように構成されている。ファン21aにより取り込まれた空気は、発電機21、エンジン20、排気浄化装置22、熱交換器33を空冷しつつ、排出口42から筐体40の外部へ排気される。このように、発電装置10での発電時に駆動するファン21aを空冷式の冷却手段として用いることにより、筐体40の内部で熱がこもり、発電装置10の温度が上昇することを抑制できる。
Next, the air flow will be described. The broken block arrows in FIG. 3 indicate the air flow. The
本発明に係る発電装置10は、以上説明してきた実施形態に限らず他の形態をとってもよい。例えば、熱交換器33を筐体40の外部に配設して、走行時の空冷効果の向上を図ってもよい。また、発電機21を空冷に頼るだけでなく、冷却回路30により冷却するように構成してもよい。
The
また、上述の実施形態では発電装置10及びバッテリ11を車両1の下部に設置したが、これらをエンジンルームやトランクルームにしても設置するようにしてもよい。また、発電装置10を設置する向きは、空冷効果や設置スペースを考慮して適宜決定すればよく、上述の実施形態に示したような横置き状態に限らない。
In the above-described embodiment, the
本発明は、内燃機関により駆動する発電機を備えた車載用発電装置に適用することができる。 The present invention can be applied to an in-vehicle power generation device including a generator driven by an internal combustion engine.
1 車両
10 発電装置
11 バッテリ
12 PCU
13 モータ
20 エンジン(内燃機関)
21 発電機
22 排気浄化装置
23 コンバータ
30 冷却回路(冷却手段)
30a 外部冷却回路(冷却手段)
33 熱交換器
34 放熱フィン
40 筐体
40a ベース部(ベース部材)
1
13
21
30a External cooling circuit (cooling means)
33
Claims (4)
前記内燃機関により駆動する発電機と、
前記内燃機関からの排気を浄化する排気浄化装置と、
少なくとも前記内燃機関を冷却する冷却手段と、
これらのうち少なくとも1つが取り付けられるベース部材と、を備えて一体に構成されている車載用発電装置。 An internal combustion engine;
A generator driven by the internal combustion engine;
An exhaust purification device for purifying exhaust from the internal combustion engine;
Cooling means for cooling at least the internal combustion engine;
And a base member to which at least one of them is attached.
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