JP2014234024A - ハイブリッド車 - Google Patents

Abstract

【課題】ガソリンまたは軽油等の燃料油と水素との双方を燃料として用いるハイブリッド車において、電気分解によって水素を生成させるための水を貯える水タンク内の水の凍結防止および凍結した場合でも早期に溶融できるようにする。【解決手段】ガソリンまたは軽油の燃料油と水素の双方を燃焼することのできるエンジン２を備えたハイブリッド自動車１であって、水を電気分解することにより前記エンジン２に供給する水素および酸素を生成する水素発生装置１４と、前記水素発生装置１４へ供給する水を貯える水タンク１２とを備え、前記水タンク１２を、前記エンジン２の近傍に配置して成る。【選択図】図１

Description

本発明は、ガソリンまたは軽油等の燃料油と水素との双方を燃料として用いるハイブリッド車に関する。

近年、ガソリンや軽油等の燃料油以外の自動車の燃料として、水素が注目されている。水素を利用したエンジンの技術としては、例えば、特許文献１や特許文献２に記載のものがある。

特許文献１に記載の発明は、ガソリンと水素との双方を燃料として運転可能な内燃機関とモータとを備え、排気浄化触媒の暖気中には、水素タンクからの水素のみを燃料として内燃機関を運転すると共に、動力の補助として併せてモータを作動させることにより走行するハイブリッド車である。

特許文献２に記載の発明は、ガソリンを燃料とする自動車において、エンジンから排出される排ガス中に含まれる水を回収して電気分解することにより水素を生成し、当該水素をガソリンに添加して、燃焼効率を上げるようにしたものである。

特開２００７−２６９２２７号公報 特開平５−３０２５４９号公報

ガソリンまたは軽油等の燃料油と水素との双方を燃料として運転可能な内燃機関を備えるハイブリッド車を構成するには、特許文献１に記載の水素タンクを搭載せずに、また、多量の水素を生成できるようにするため、水を電気分解することにより水素および酸素を生成する水素発生装置および当該水素発生装置へ水を供給する水タンクを装備することが考えられる。

しかし、ガソリンや軽油等の燃料油あるいは水素に比べて水の凝固点は高いので、当該ハイブリッド車を使用する環境が低温環境下である場合においては、水タンク内の水が凍結してしまい、水素を生成することができない虞がある。そして、低温環境下においては、水タンク内の水が凍結したまま走行を続けたとしても、水タンク内の水は溶けず、水素発生装置へ水を供給することができないので、水素の燃焼によって走行することができない。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、ガソリンまたは軽油等の燃料油と水素との双方を燃料として用いるハイブリッド車において、電気分解によって水素を生成させるための水を貯える水タンク内の水の凍結防止および凍結した場合でも早期に溶融できるようにすることを目的とする。

上記課題を解決する第一の発明に係るハイブリッド車は、ガソリンまたは軽油の燃料油と水素の双方を燃焼することのできるエンジンを備えたハイブリッド自動車であって、水を電気分解することにより前記エンジンに供給する水素を生成する水素発生装置と、前記水素発生装置へ供給する水を貯える水タンクとを備え、前記水タンクを、前記エンジンの近傍に配置したことを特徴とする。

上記課題を解決する第二の発明に係るハイブリッド車は、第一の発明に係るハイブリッド車において、前記水タンクの配置位置を、前記エンジンからの熱線が照射され得る位置とすることを特徴とする。

上記課題を解決する第三の発明に係るハイブリッド車は、第一または第二の発明に係るハイブリッド車において、前記水タンクは、略直方体であり、当該水タンクにおける長手の面が前記エンジンにおける長手の面と対向して配置されることを特徴とする。

上記課題を解決する第四の発明に係るハイブリッド車は、第一から第三のいずれかの発明に係るハイブリッド車において、前記水タンクは、水を貯えるための槽部と、前記エンジンと対向する側における前記槽部の外側に設けられる遮光部と、前記遮光板と連結して前記槽部の内側へ延びる伝熱部とを有することを特徴とする。

上記課題を解決する第五の発明に係るハイブリッド車は、第一から第四のいずれかの発明に係るハイブリッド車において、ラジエター装置を備え、前記水タンクを、前記エンジンと前記ラジエター装置との間以外の領域に配置したことを特徴とする。

第一の発明に係るハイブリッド車によれば、水素発生装置に供される水を貯える水タンクを、エンジンの近傍に配置することにより、水タンクはエンジンの熱によって熱せられ、水タンク内の水の温度は上昇するので、水タンク内の水が凍結している場合において、早期に溶融することができる。また、水タンク内の水が凍結していない場合においても、運転中における水タンク内の水の凍結を防止することができる。

第二の発明に係るハイブリッド車によれば、エンジンからの熱線を照射され得るエンジンの近傍に配置することにより、水タンクはエンジンからの熱線を照射されて熱せられ、水タンク内の水の温度は上昇するので、水タンク内の水が凍結している場合において、早期に溶融することができる。また、水タンク内の水が凍結していない場合においても、運転中における水タンク内の水の凍結を防止することができる。

第三の発明に係るハイブリッド車によれば、水タンクを、略直方体形状に形成し、当該水タンクにおける長手の面をエンジンにおける長手の面と対向するように配置することにより、水タンクがエンジンからの熱線を照射され易くなるので、水タンク内において凍結した水をより早期に溶融させることができ、また、運転中における水タンク内の水の凍結を防止することができる。

第四の発明に係るハイブリッド車によれば、水タンクが、水を貯えるための槽部と、エンジンと対向する側における槽部の外側に設けられる遮光部と、遮光板と連結して槽部の内側へ延びる伝熱部とを有することにより、槽部を樹脂等の伝熱率の低い材料で形成した場合においても、遮光部および伝熱部を熱伝導率の高い材料で形成し、エンジンからの熱線が照射されることによって温度の上昇する遮光部の熱を伝熱部に効率的に伝達することができる。つまり、槽部を樹脂等の材料で形成しても、水タンク内において凍結した水を早期に溶融させることができ、また、運転中における水タンク内の水の凍結を防止することができる。

第五の発明に係るハイブリッド車によれば、水タンクを、エンジンとラジエター装置との間以外の領域でエンジンの近傍に配置させることにより、ラジエター装置におけるファンの送風によるエンジンの冷却効率向上が阻害されないと共に、ラジエター装置におけるファンの送風によって水タンク内において凍結した水の溶融が阻害されない。よって、水タンク内において凍結した水をより早期に溶融させることができ、また、運転中における水タンク内の水の凍結を防止することができる。

実施例１に係るハイブリッド車の構成を示す説明図である。 実施例１に係るハイブリッド車におけるエンジンおよび水タンクを示す説明図である。 実施例１に係るハイブリッド車における駆動形式と異なる駆動形式を採用した例の構成を示す説明図である。 図３における駆動形式とは異なる駆動形式を採用した例の構成を示す図３と同様の説明図である。

以下に、本発明に係るハイブリッド車の実施例について、添付図面を参照して詳細に説明する。もちろん、本発明は以下の実施例に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各種変更が可能であることは言うまでもない。

本発明の実施例１に係るハイブリッド車の構造について、図１および図２を参照して説明する。

図１に示すように、本実施例におけるハイブリッド車１は、ガソリンと水素の双方を燃焼することのできるエンジン（内燃機関）２を備え、トランスミッション３を介して当該エンジン２の出力を前輪軸４およびタイヤ（前輪）５に伝えることにより走行する。なお、車両に搭載するエンジン・コントロール・ユニット（以下、本明細書においてＥＣＵという）６は、ガソリンを燃焼させて走行する通常走行モードと水素を燃焼させて走行するエコ走行モードのいずれか一方の走行モードで走行するように制御すると共に、エンジン２における点火タイミング等をガソリンまたは水素の燃焼タイミングに調整する。

車両の右側部には給油口７が設けられ、給油口７と連通するガソリンタンク８にガソリンが貯えられる。ガソリンタンク８は、給油配管９と燃料切替装置（切替制御弁）１０と燃料供給配管１１とを介してエンジン２と連通可能となっている。

給油配管９と燃料供給配管１１との連結部に設置される燃料切替装置１０は、ＥＣＵ６によって、前述した通常走行モードにおいては、ガソリンがエンジン２へ供給されるように給油配管９と燃料供給配管１１とを連通すると共に水素および酸素がエンジン２へ供給されないように制御され、前述したエコ走行モードにおいては、ガソリンがエンジン２へ供給されないように給油配管９と燃料供給配管１１との連通を遮断すると共に水素および酸素がエンジン２へ供給されるように制御される。

車両の前方部には、水素生成用の水を貯えるための水タンク１２が備えられ、水タンク１２は給水配管１３を介して水素発生装置１４と連通している。水タンク１２に貯えられた水は、給水配管１３に設けたポンプ１５によって、水素発生装置１４へ送られる。

水タンク１２は、水タンク１２内の水の凍結防止および凍結時の早期溶融を目的として、エンジン２の近傍に配置される。本実施例においては、水タンク１２を、エンジン２の車両前後方向後方側近傍に配置する。

図２に示すように、本実施例に係るハイブリッド車における水タンク１２は、腐食や錆などを防ぐために樹脂等から成る槽部１２ａと、槽部１２ａの外側における熱を槽部１２ａの内側へ伝熱させるための熱伝導率の高い材質である銅やアルミなどの金属板から成る伝熱部材１２ｂとから構成される。

伝熱部材１２ｂは、水タンク１２におけるエンジン２との対向側（図２におけ左方側）に露出するように設置されて当該水タンク１２の側面と略同じ大きさの銅板である遮光部１２ｃと、遮光部１２ｃと連結されて槽部１２ａ内に延びる略Ｌ字形状の銅板である伝熱部１２ｄとから成る。

エンジン２においてガソリンまたは水素が燃焼することにより、エンジン２周辺の環境温度が上昇すると共に、エンジン２から熱線が照射されることによって、伝熱部材１２ｂにおける遮光部１２ｃは昇温される。遮光部１２ｃの熱は伝熱部１２ｄを介して水タンク１２内の水へ伝わるので、水タンク１２内の水も昇温される。よって、水タンク１２内の水の凍結を防止し、水タンク１２内の水が凍結している場合には、凍結した水をより早期に溶融することができる。なお、遮光部１２ｃには、エンジン２から放射される赤外線から樹脂製の槽部１２ａを保護する効果もある。

また、水タンク１２における槽部１２ａの上部には、槽部１２ａに水を供給するための給水口１２ｅが設けられ、槽部１２ａの下部には、槽部１２ａからポンプ１５の作動によって水素発生装置１４へ供給するための排水口１２ｆが設けられている。すなわち、給水口１２ｅから槽部１２ａ内へ供給された水は、槽部１２ａ内に貯えられ、ポンプ１５が作動することにより、排水口１２ｆから給水配管１３を介して水素発生装置１４へ供給される。

水素発生装置１４においては、送られた水が電気分解されることにより、所定量の水素および酸素が生成される。水素発生装置１４は、給水素配管１６と前述した燃料切替装置１０および燃料供給配管１１を介してエンジンと連通可能となっている。

給水素配管１６と燃料供給配管１１との連結部に設置される燃料切替装置１０は、ＥＣＵ６によって、前述したようにガソリンのエンジン２への供給が制御されると共に、前述した通常走行モードにおいては、水素および酸素がエンジン２へ供給されないように給水素配管１６と燃料供給配管１１との連通を遮断すると共にガソリンがエンジン２へ供給されるように制御され、前述したエコ走行モードにおいては、水素および酸素がエンジンへ供給されるように給水素配管１６と燃料供給配管１１とを連通すると共にガソリンがエンジン２へ供給されないように制御される。

また、車両には蓄電池１７が設けられ、水素発生装置１４において水タンク１２から供給される水を電気分解するために必要な電力は、この蓄電池１７から水素発生装置１４へ供給される。なお、本実施例においては、車両の後輪軸１８に発電モータ１９を備え、車両の制動動作の一部を回収して発電した電力を、蓄電池１７において蓄えるようにしている。

車両の前方部には、エンジン２を冷却するためのラジエター装置２０が備えられ、ラジエター装置２０の後方側（図１における右方側）には、冷却水の冷却効率を向上させるために、ファン２１が設けられている。このファン２１によって、エンジン２には前方側（図１における左方側）から空気が送られるので、エンジン２の前方側であるラジエター装置２０と対向する側は、エンジン２の後方側に比べて、冷却効率が向上される。

本実施例においては、エンジン２のラジエター装置２０と反対の側すなわちエンジン２の車両前後方向後方側に、水素生成用の水を貯えるための水タンク１２を備える。このように、水タンク１２をエンジン２とラジエター装置２０との間以外の領域に配置することにより、ラジエター装置２０のファン２１の送風によるエンジン２の冷却が妨げられることはなく、また、ファン２１の送風によって水タンク１２が冷却されることもない。

また、エンジン２の近傍はガソリンまたは水素の燃焼熱によって温められ、エンジン２周辺の環境温度はある程度の温度に収束され、一般に、エンジン２の直近から８０℃前後の範囲ａ、７０℃前後の範囲ｂ、６０℃前後の範囲ｃに区分けすることができる。

本実施例においては、図１に示すように、エンジン２の後方側は、７０℃前後の範囲ｂ、６０℃前後の範囲ｃが広いのに対し、エンジン２の前方側は、７０℃前後の範囲ｂ、６０℃前後の範囲ｃが狭い。よって、本実施例においては、前述した水タンク１２を配置する場所として、広範囲で高温の状態にあるエンジン２の後方側近傍が好ましい。

もちろん、本実施例におけるエンジン２周辺の環境温度分布は一例であり、ハイブリッド車１の駆動形式（本実施例に係るハイブリッド車１の駆動形式はフロントエンジン／フロント駆動（ＦＲ車）である）によっても異なるので、水タンク１２を配置するのに好ましい場所も異なる。

例えば、図３に示すように、ハイブリッド車１０１の駆動形式がリアエンジン／リア駆動（ＲＲ車）である場合には、車両の後方部に備えられたエンジン１０２のラジエター装置１２０と反対の側、すなわち、エンジン１０２の前方側に水タンク１１２を配置することが好ましい。また、例えば、図４に示すように、ハイブリッド車２０１の駆動形式がフロントエンジン／リア駆動（ＦＲ車）である場合には、車両の前方部に備えられたエンジン２０２の側方側に水タンク１１２を配置することが好ましい。なお、図３および図４において、その他の構成部材に関しては、図１に示した構成部材と同一の構成部材に、同一の符号を付して表してある。

本発明に係るハイブリッド車における水タンクの配置については、本実施例、図３および図４に示す例に限定されず、エンジンによる昇温が期待されるエンジン近傍であれば良い。

なお、車両には、水タンク１２に貯えられた水量すなわち貯水量を検出する図示しない貯水量センサが設けられ、貯水量センサによって得られた検出結果はＥＣＵ６へ送られる。また、車両には、蓄電池１７に蓄えられた電力量を検出する図示しない蓄電量センサが設けられ、蓄電量センサによって得られた検出結果はＥＣＵ６へ送られる、すなわち、本実施例におけるＥＣＵ６は、バッテリー・マネージメント・ユニット（ＢＭＵ）の機能を有する。

本実施例においては、ＥＣＵ６は、図示しない貯水量センサよって、貯水量が水タンク１２の貯水容量の１０％以上であることを判断し、かつ、図示しない蓄電量センサによって、蓄電量が蓄電池１７の蓄電容量の２０％以上であることを判断した場合に、通常走行モードからエコ走行モードへの切替制御を行う。

具体的には、ＥＣＵ６は、水タンク１２の貯水量および蓄電池１７の蓄電量の情報に基づいて、ハイブリッド車１の走行モードを選択、すなわち、エンジン２で燃焼させる燃料としてガソリンと水素を選択してエンジン２へ送るように燃料切替装置１０を制御すると共に、ポンプ１５による水タンク１２から水素発生装置１４への水の供給および水素発生装置１４による水の電気分解を停止または作動する制御を行う。

また、ＥＣＵ６は、エコ走行モードにおいては、図示しないスロットルの開度等を検出することにより、走行に適した水素量および酸素量を算出し、過不足なく適量の水素および酸素をエンジン２へ供給することができるように、水素発生装置１４への水の供給量を決めるポンプ１５の作動および生成される水素および酸素の量を決める水素発生装置１４の作動を制御する。

本実施例に係るハイブリッド車１は、エコ走行モードにおいて、走行に必要な水素および酸素だけを順次生成するので、エンジン２へ供給する水素および酸素を一時的に貯えるタンクを搭載する必要がない。

次に、本実施例に係るハイブリッド車における運転動作について、図１を参照して説明する。

水タンク１２に貯えられた水が凍結しない環境においては、水タンク１２の貯水量および蓄電池１７の蓄電量が十分にあれば、常に、ポンプ１５によって水タンク１２内の水を水素発生装置１４に供給し、水素発生装置１４において必要な量の水素および酸素を生成し、給水素配管１６、燃料切替装置１０、燃料供給配管１１を介してエンジン２に水素および酸素を供給することができる。よって、エンジン２の始動時に、水素発生装置１４によって水素および酸素を生成し、当該水素および酸素をエンジン２に供給して、水素の燃焼による運転を行うことができる。

一方、水タンク１２に貯えられた水が凍結する環境においては、水タンク１２内の貯水量および蓄電池１７の蓄電量が十分であっても、ポンプ１５によって水タンク１２内の凍結した水を水素発生装置１４に供給することができないので、水素発生装置１４によって水素および酸素を生成することができず、水素のエンジン２への供給、すなわち、水素の燃焼による走行を行うことができない。よって、エンジン２の始動時には、ガソリンをエンジン２に供給して、ガソリンの燃焼による運転を行う。

ガソリンの燃焼による運転を続けると、エンジン２が温まる。エンジン２の昇温によってエンジン２周辺の空気が昇温されることにより、エンジン２の近傍に設置された水タンク１２が温められると共に、エンジン２から放射される赤外線によってエンジン２に対向するように設置された水タンク１２における伝熱部材１２ｂの遮光部１２ｃが温められる。遮光部１２ｃの熱は、伝熱部材１２ｂの伝熱部１２ｄを介して水タンク１２内の水に伝わるので、水タンク１２内の水を早期に溶融することができる。また、エンジン２の運転中においては、同様の原理で、水タンク１２内の水の凍結を防止することができる。

よって、早期に溶融された水タンク１２内の水をポンプ１５によって水素発生装置１４に供給し、水素発生装置１４において必要な量の水素および酸素を生成し、給水素配管１６、燃料切替装置１０、燃料供給配管１１を介してエンジン２に供給することができる。

つまり、本実施例に係るハイブリッド車においては、水タンク１２に貯えられた水が凍結する環境においても、エンジン２の始動後、凍結した水を早期に溶融することができるので、水素の燃焼による運転を早期に行うことができ、エンジン２の運転中には、水タンク１２内の水の凍結を防止することができるので、安定した運転を行うことができる。

また、水タンク１２に貯えられた水が凍結する環境において、水タンク１２内の水の溶融に伴い、ＥＣＵ６によって走行モードを通常走行モードからエコ走行モードへと切替える場合に、例えば、水タンク１２に図示しない温度センサを取付け、温度センサによる検出結果に基づいて、ＥＣＵ６による走行モードの制御を行うようにしても良い。

１ ハイブリッド車
２ エンジン
３ トランスミッション
４ 前輪軸
５ タイヤ
６ エンジン・コントロール・ユニット（ＥＣＵ）
７ 給油口
８ ガソリンタンク
９ 給油配管
１０ 燃料切替装置
１１ 燃料供給配管
１２ 水タンク
１２ａ 水タンクの槽部
１２ｂ 水タンクの伝熱部材
１２ｃ 水タンクの伝熱部材における遮光部
１２ｄ 水タンクの伝熱部材における伝熱部
１２ｅ 水タンクの槽部における給水口
１２ｆ 水タンクの槽部における排水口
１３ 給水配管
１４ 水素発生装置
１５ ポンプ
１６ 給水素配管
１７ 蓄電池
１８ 後輪軸
１９ 発電モータ
２０ ラジエター装置
２１ ファン

Claims (5)

1. ガソリンまたは軽油の燃料油と水素の双方を燃焼することのできるエンジンを備えたハイブリッド自動車であって、
   水を電気分解することにより前記エンジンに供給する水素を生成する水素発生装置と、前記水素発生装置へ供給する水を貯える水タンクとを備え、
   前記水タンクを、前記エンジンの近傍に配置した
   ことを特徴とするハイブリッド車。
2. 前記水タンクの配置位置を、前記エンジンからの熱線が照射され得る位置とする
   ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車。
3. 前記水タンクは、略直方体であり、当該水タンクにおける長手の面が前記エンジンにおける長手の面と対向して配置される
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のハイブリッド車。
4. 前記水タンクは、水を貯えるための槽部と、前記エンジンと対向する側における前記槽部の外側に設けられる遮光部と、前記遮光板と連結して前記槽部の内側へ延びる伝熱部とを有する
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のハイブリッド車。
5. ラジエター装置を備え、
   前記水タンクを、前記エンジンと前記ラジエター装置との間以外の領域に配置した
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のハイブリッド車。