JP2012210936A - エンジン駆動システム - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料消費を低減可能なエンジン駆動システムを提供する。
【解決手段】 エンジン駆動システムは、エンジン１００に連結され、能動的に有段または無段変速が可能な前側変速機１０２、後段変速機１０３および回転電機１２１を備えている。前側変速装置１０２、後段変速機１０３および回転電機１２１を制御することで、出力端から起動、及び低速から高速までの加速出力を行えるので、負荷物に起動を行い、また、低速から高速までの加速過程及びその後の運転を駆動する場合、エンジン１００が正味燃料消費率の比較的高い回転速度領域に運転することで、燃料を節約することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジン駆動システムに関するものである。

エンジンが異なる回転速度及び異なるトルクを出力する場合、キロワット（ＫＷ）ごとのガソリン消耗量の差が大きい。図５は従来の内燃エンジンの正味燃料消費率の参考例である。図５中において、同心円を呈する各領域で表示される数字はガソリン消耗量の一例である。可及的にエンジンを正味燃料消費率の比較的高い領域に運転させることで、有効に燃料を節約可能であることがわかる。
通常、エンジンの機械動力の回転出力端に、制御可能な有段または無段の変速機を結合して動力システムを構成し、車、船またはその他機械等の負荷物を駆動することで、負荷物が必要な起動及び最高回転速度まで加速する場合の異なる回転速度の出力、または異なる回転方向の出力及び異なる回転トルクの出力を提供する。

特開昭６１−１３２４３２号公報

上述の従来のエンジン動力システムでは、エンジンが起動した後、加速装置を制御して、エンジンを駆動して段々加速するし、制御可能な変速比の有段または無段変速比の変速装置または自動変速装置に合わせて、負荷物を駆動する。即ち、エンジンの回転速及び制御可能な変速比を変更することで、負荷物を起動するし、低いほうから高いほうへ加速する。また、加速する場合、エンジンが低速から高速までを加速することが必要であるが、エンジンが低速である場合の正味燃料消費率が非常に悪いので、起動する場合及び低いほうから高いほうへ加速する場合、または市街地で運転する場合、または車が込んでいる道で運転する場合、中低速で駆動しなければならないので、ガソリンの消耗が多くなるし、環境を汚染する物質の排出量も増えるのである。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料消費を低減可能なエンジン駆動システムを提供することである。

本発明は、エンジン駆動システムに関するものである。これを利用することで、エンジンが静止状態から起動、及び低速から加速して駆動する過程に、エンジンを制御して、定速または定速に近い速度で正味燃料消費率がより高い回転速度領域に運転させることができる。また、エンジンが正味燃料消費率の比較的高い回転速度領域で運転するように、能動的に前側変速機の後段出力変速機の変速比および回転電機の駆動を制御することで、エンジンが起動し、車両が低速から加速して駆動する過程で、燃料を節約することができる。

本発明の第１実施形態によるエンジン駆動システムのブロック説明図である。 図１のエンジン駆動システムの正味燃料消費率の特性図である。 図１のエンジン駆動システムの人工操作インタフェース及び駆動制御装置によって制御を行う運転機能リストである。 本発明の第２実施形態によるエンジン駆動システムのブロック説明図である。 従来の内燃エンジンの正味燃料消費率の参考例である。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）
図１に示す本発明の第１実施形態によるエンジン駆動システムは、エンジン即時停止及び起動機能を有し、その主要な構成は下記のものを含む。
エンジン１００は、各種のガソリン、ディーゼル・オイル、グリース、水素、ガス、生物燃料、またはその他の燃料で駆動する内燃機関から構成されている。エンジン１００は、起動装置、回転速度検知装置、回転速度制御装置、電気装置、燃料供給装置、点火装置、排気処理装置、冷却装置等の運転状態に関する周辺装置を適宜備えている。

クラッチ１０１、２０１は、人力、機械力、電磁力、流力または遠心力等で駆動するクラッチ装置である。クラッチ１０１は、エンジン１００の出力側と、回転電機１２１との間に設けられ、クラッチ２０１は、回転電機１２１と前側変速機１０２との間に設けられている。

前側変速機１０２は、能動調整制御装置１０２０を設けることで、人力により直接に能動制御を行うか、駆動制御装置１０５を通して間接に能動制御を行うことにより変速比を切り換え可能な変速機である。前側変速機１０２は、ギア、摩擦ホイール、ベルトホイール、チェーンホイール、流力伝動装置、電磁気伝動装置、またはその他従来の伝動装置で構成されている。前側変速機１０２の出力特性は、零出力または選定された比較的低速で出力する定格出力を起動ポイントとして、人力による直接能動制御を行い、または駆動制御装置１０５を通して、間接に能動制御を行うことで、変速比を変更して加速することによって、比較的高速の出力を行う。前側変速機１０２の出力端には、後段出力変速機および図示しない作動ギアセットを介して負荷物が連結される。

能動調整制御装置１０２０は、機械構造、電機構造、気圧または液圧、スプリング、真空吸引力、電磁気吸引力、排斥力、またはその他制御駆動を受けてから変位を生じる物理構造で構成される。能動調整制御装置１０２０は、人力または機械力、パワー信号、光学信号の制御を受けることで、能動的に前側変速機１０２の変速制御を行うことができる。

後段出力変速機１０３は、人力により直接に能動制御を行うか、駆動制御装置１０５を通して間接に能動制御を行うことにより変速比を切り換え可能な変速機である。後段出力変速機１０３は、ギア、摩擦ホイール、ベルトホイール、チェーンホイール、流力伝動装置、電磁気伝動装置、またはその他従来の伝動装置で構成されている。後段出力変速機１０３には、回転方向を逆にするバック機能を有している。後段出力変速機１０３の出力は、人力で制御するか、微処理機で自動変速制御を行い、また、零出力または選定された比較的低速で出力することを起動ポイントとする。また、後段出力変速機１０３は、スピードの変更によって比較的高速で出力することができる。後段出力変速機１０３は、差動ギアセットを通して負荷物を駆動することができる。

人工操作インタフェース１０４は、人力で操作する機械装置、パワースイッチ、または光制御、音制御等の各種の物理インタフェース装置で構成されている。人工操作インタフェース１０４は、直接または駆動制御装置１０５を通して、エンジン１００、クラッチ１０１、クラッチ２０１、能動調整制御装置１０２０、前側変速機１０２、後段出力変速機１０３を操作することができる。

駆動制御装置１０５は、機械装置、電気装置、電子装置、または微処理機と、関連するソフトとで構成されている。また、駆動制御装置１０５は、人工操作インタフェース１０４の伝動操作、パワー信号、電波信号、光信号、または音信号による操作を受けることで、エンジン１００、クラッチ１０１、クラッチ２０１および能動調整制御装置１０２０等を制御して、関連する運転を行わせるものである。
回転電機１２１は、交流式または直流式であり、ブラシレス式またはブラシ式であり、同期式または非同期式の回転電機である。回転電機１２１は、クラッチ１０１と前側変速機１０２との間に直列に設けられている。その機能は下記（１）および（２）を含む。

（１）回転電機１２１が発電機として使われる場合、電気回路制御装置１２２を通して蓄放電装置１２３の充電を行うか、その他パワーの負荷物を駆動して給電する。この時、クラッチ１０１は係合状態であり、クラッチ２０１は係合状態または解放状態を選ぶことができる。
（２）蓄放電装置１２３のパワーが電気回路制御装置１２２を通して、回転電機１２１をモーター機能として運転させることで、エンジンまたはその他機械を起動して負荷物を駆動する。この時、クラッチ１０１は係合状態であり、クラッチ２０１が必要によって、係合状態または解放状態を選ぶことができる。

電気回路制御装置１２２は、機電パーツまたは電子パーツで構成され、人工操作インタフェース１０４及び駆動制御装置１０５の制御を受けることで、蓄放電装置１２３のパワーを制御して、回転電機１２１をモーター機能として運転させる。また、電気回路制御装置１２２は、回転電機１２１をモーター機能として運転させる場合、電流、電圧、回転速度、回転トルク等の特性を制御する。また、電気回路制御装置１２２は、回転電機１２１を発電機能として運転させる場合、回転電機１２１の出力パワー、蓄放電装置１２３へ充電する電圧、電流、充電開始のタイミング及び充電飽和の自動停電機能を制御する。
蓄放電装置１２３は、蓄電または放電を行える各種の充放電電池、コンデンサーまたは超コンデンサー等で構成される。

上述システムのエンジン１００を起動した後、エンジン１００が正味燃料消費率の比較的高い回転速度領域で定速運転または定速運転に近い運転を行い、更に、前側変速機を制御することにより低いほうから高いほうへの出力を行うことで、良い燃料消費率を得ることができる。
また、前側変速機１０２の出力が所定の回転速度または回転トルクになる場合、その回転速度または回転トルクが増加しているため、駆動制御装置１０５によって、人工操作インタフェース１０４を制御することでエンジン１００をより高い回転速度範囲の変速運転を行わせることができる。
また、前側変速機１０２は、直接人工操作インタフェース１０４の制御を受けて、または能動調整制御装置１０２０の制御を通して、相対的なスピード変換の出力を行うことができる。
また、後段出力変速機１０３のスピードを制御することで、相対的な変速スピードの出力を行うことができる。
図２は、本実施形態の正味燃料消費率の特性図である。

図３に示されるものは、人工操作インタフェース１０４及び駆動制御装置１０５によって行われる制御機能に関するものであり、以下（３）〜（７）が含まれる。
（３）待機機能：この時、エンジン１００が停止または低速から運転であっても良い。クラッチ１０１は釈放状態であり、前側変速機１０２は停止している。

（４）起動→低速→中速駆動機能：この時、エンジン１００が正味燃料消費率の比較的高い回転速度領域に定速運転または定速運転に近い運転を行い、クラッチ１０１は係合状態であり、前側変速機１０２は、人工操作インタフェース１０４の能動操作によって、または駆動制御装置１０５を通して間接に能動操作を行うことで、低速から中速まで加速する出力を生じてから、後段出力変速機１０３を通して負荷物を駆動する。

（５）中速→高速駆動機能：システムに高速駆動出力機能を持つ場合、人工操作インタフェース１０４及び駆動制御装置１０５によりエンジン１００の回転速度を中速から高速までアップしてから、後段出力変速機１０３を通して負荷物を駆動する。

（６）エンジンブレーキ機能：人工操作インタフェース１０４及び駆動制御装置１０５により、エンジン１００に減速させることができる。また、クラッチ１０１は係合状態であり、負荷物側の慣性動力が逆方向でエンジン１００に伝送して、エンジン１００の内部摩擦によるブレーキ機能を生じさせることができる。

（７）バック機能：この時、エンジン１００が定速または定速に近い速度で正味燃料消費率がより良い回転速度領域に運転する。また、クラッチ１０１は係合状態であり、前側変速機１０２は人工操作インタフェース１０４による逆方向の回転伝達を行う。逆回転方式は、出力端に逆回転出力を制御できるバック機能のある伝動装置を増設することを使っても、逆回転出力を制御できるバック機能を前側変速機１０２または後段出力変速機１０３に設けることを使っても良い。

本発明の第１実施形態によるエンジン駆動システムは、エンジン１００を起動した後、エンジン１００によって定速運転を行うし、各種の能動的に有段または無段変速を制御できる前側変速機１０２および後段変速機１０３を設けることで、負荷物を起動すること及び起動してから加速を行う駆動過程に、エンジン１００を制御して、定速または定速に近い速度で正味燃料消費率がより高い回転速度領域に運転させることができる。また、エンジン１００に連結された前側変速装置１０２、後段変速機１０３および回転電機１２１を制御することで、出力端から起動、及び低速から高速までの加速出力を行えるので、負荷物に起動を行い、また、低速から高速までの加速過程及びその後の運転を駆動する場合、エンジン１００が正味燃料消費率の比較的高い回転速度領域に運転することで、燃料を節約することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態によるエンジン動力システムを図４に基づき説明する。
第２実施形態では、回転電機１３１は、クラッチ１０１と前側変速機１０２との間に伝動装置アセンブリ１３０を介して並列的に連結されている。このように構成しても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（他の実施形態）
本発明の他の実施形態では、回転電機は、エンジンの回転軸の前端または後端に直列的に連結されてもよいし、エンジンと前側変速機との間で伝動装置アセンブリを介して並列的に連結されてもよい。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１００・・・・・・エンジン
１０１、２０１・・クラッチ
１０２・・・・・・前側変速機
１０３・・・・・・後段出力変速機
１０４・・・・・・人工操作インタフェース
１０５・・・・・・駆動制御装置
１２１・・・・・・回転電機
１２２・・・・・・電気回路制御装置
１２３・・・・・・蓄放電装置
１３０・・・・・・伝動装置アセンブリ
１３１・・・・・・回転電機
１０２０・・・・・能動調整制御装置

Claims (3)

1. エンジン（１００）と、
   人力、機械力、電磁力、流体力または遠心力で作動するクラッチ装置からなり、エンジン（１００）の出力側に連結されるクラッチ（１０１）と、
   自動的または手動的に変速比を切り換え可能な変速機からなり、ギア、摩擦ホイール、ベルトホイール、チェーンホイール、流体伝動装置または電磁気伝動装置で構成され、クラッチ（１０１）の出力側に連結される前側変速機（１０２）と、
   機械構造、電機構造、或いは、気圧または液圧による力、スプリング力、真空吸引力、電磁気吸引力または電磁気排斥力を受けてから変位を生じる物理構造で構成され、人力または機械力を受けるか、電気信号を受けることで前側変速機（１０２）を制御して前側変速機（１０２）の変速を行うことができる能動調整制御装置（１０２０）と、
   自動的または手動的に変速比を切り換え可能な変速機からなり、ギア、摩擦ホイール、ベルトホイール、チェーンホイール、流体伝動装置または電磁気伝動装置で構成され、前側変速機（１０２）の出力側に連結される後段出力変速機（１０３）と、
   人力で操作する機械装置で構成され、直接的または間接的にエンジン（１００）、クラッチ（１０１）、能動調整制御装置（１０２０）、前側変速機（１０２）及び後段出力変速機（１０３）の作動を制御可能な人工操作インタフェース（１０４）と、
   機械装置、電気装置、電子装置または微処理機から構成され、人工操作インタフェース（１０４）の伝動操作を受けるか、電気信号、電波信号、光信号または音信号を受けることで、エンジン（１００）、クラッチ（１０１）、能動調整制御装置（１０２０）及び後段出力変速機（１０３）の作動を制御する駆動制御装置（１０５）と、
   交流または直流を入力とし、ブラシレス式またはブラシ式であり、同期式または非同期式であり、前側変速機（１０２）に対しエンジン（１００）側の動力伝達経路上で直列的または並列的に設けられている回転電機（１２１、１３１）と、
   充電の蓄積または放電の出力を行うことができる充放電電池、コンデンサーまたは超コンデンサーから構成される蓄放電装置（１２３）と、
   機電パーツまたは電子パーツで構成され、人工操作インタフェース（１０４）及び駆動制御装置（１０５）の制御を受けることで蓄放電装置（１２３）のパワーを制御し、回転電機（１２１、１３１）をモーターとして機能させるし、モーターとして機能させる場合の電流、電圧、回転速度、回転トルク等の特性を制御し、回転電機（１２１、１３１）を発電機として機能させるし、回転電機（１２１、１３１）を発電機として機能させる場合、回転電機（１２１、１３１）からのパワーで蓄放電装置（１２３）を充電する電圧、電流、充電開始のタイミング、及び充電飽和の自動停電機能を制御する電気回路制御装置（１２２）と、
   を備え、
   回転電機（１２１、１３１）が発電機の機能として使われる場合、クラッチ（１０１）は係合状態であり、クラッチ（２０１）は係合状態または解放状態であり、回転電機（１２１、１３１）は電気回路制御装置（１２２）を通して蓄放電装置（１２３）を充電し、
   回転電機（１２１、１３１）がモーターの機能として使われる場合、クラッチ（１０１）は係合状態であり、クラッチ（２０１）は係合状態または解放状態であり、蓄放電装置（１２３）のパワーが電気回路制御装置（１２２）を通して回転電機（１２１、１３１）に供給されることにより、エンジンまたはその他の装置を駆動して負荷物を駆動し、
   人工操作インタフェース（１０４）及び駆動制御装置（１０５）は、
   即時停止及び起動機能の運転を行い、負荷物が停止する場合エンジン（１００）の運転も停止し、蓄放電装置（１２３）のパワーを制御して回転電機（１２１、１３１）をモーターとして機能させることでエンジン（１００）および／または負荷物を駆動可能であり、
   回転電機（１２１、１３１）をモーターとして機能させる場合、電流、電圧、回転速度、回転方向、回転トルク等の特性を制御し、
   前側変速機（１０２）および後段出力変速機（１０３）を制御することで、前側変速機（１０２）および後段出力変速機（１０３）の出力が相対的に高速から低速までの運転を行うことができ、
   前側変速機（１０２）の出力が所定の回転速度または回転トルクになる場合、その回転速度または回転トルクが増加されるため、駆動制御装置（１０５）によって人工操作インタフェース（１０４）を制御することで、エンジン（１００）をより高い回転速度範囲で変速運転させることができ、
   回転電機（１２１、１３１）を発電機能として運転させる場合、回転電機（１２１、１３１）からのパワーを蓄放電装置（１２３）へ充電するときの電圧、電流、充電開始のタイミング及び充電飽和の自動停電機能を制御し、
   負荷物の慣性によって、速度を下げる場合、坂を下る場合、またはブレーキをかける場合、回転電機（１２１、１３１）を連動させて発電機として機能させ、蓄放電装置（１２３）またはその他パワーで駆動する負荷物に給電することで、ブレーキ機能を生じることができ、
   エンジン（１００）が正味燃料消費率の比較的高い回転速度領域で定速運転または定速運転に近い運転を行うように、駆動制御装置（１０５）が前側変速機（１０２）および後段出力変速機（１０３）の変速比を切り換えることを特徴とするエンジン駆動システム。
2. 回転電機（１２１）は、クラッチ（１０１）と前側変速機（１０２）との間に直列的に連結されているか、エンジン（１００）の回転軸の前端または後端に直列的に連結されていることを特徴とする請求項１に記載のエンジン駆動システム。
3. 回転電機（１３１）は、クラッチ（１０１）と前側変速機（１０２）との間に伝動装置アセンブリ（１３０）を介して並列的に連結されていることを特徴とする請求項１に記載のエンジン駆動システム。

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