JP2019180143A - Power generator for vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車又は軌道車両の走行時にショックアブソーバの振動緩衝作動において発生する振動エネルギー、ブレーキ操作などによる制動エネルギー及び車両の原動機で発生する排熱エネルギーを総合的に一本化して電気エネルギーに変換する車両用発電装置に関する。 The present invention comprehensively unifies vibration energy generated during shock absorbing operation of a shock absorber during traveling of an automobile or track vehicle, braking energy generated by a brake operation, etc., and exhaust heat energy generated by a motor of the vehicle into electric energy. The present invention relates to a vehicular power generation device to be converted.
近年の地球温暖化防止により化石燃料削減の要請が高まっており、その対策として、従来の石油燃料を使用する内燃機関自動車に代わってハイブリッド車が普及すると共に、化石燃料を使用しない電気自動車や燃料電池自動車などの研究開発が加速している。 In recent years, there has been a growing demand for fossil fuel reduction due to the prevention of global warming. As a countermeasure, hybrid vehicles have spread in place of conventional internal combustion engine vehicles that use petroleum fuel, and electric vehicles and fuels that do not use fossil fuels. Research and development of battery cars are accelerating.
また、従来の自動車などの車両が走行中に発生する振動エネルギーや熱エネルギーの大半が回収されることなく失われていることに鑑みて、これらのエネルギーを電気エネルギーとして回収する技術の研究開発が加速している。 In addition, in view of the fact that most of the vibrational energy and heat energy generated during the travel of conventional vehicles such as automobiles are lost without being recovered, research and development of technology to recover these energy as electrical energy has been conducted. Accelerating.
特許文献1には、車輪のサスペンションに備えられているショックアブソーバが、走行中には多くの振動緩衝作動を繰り返し、その運動エネルギーの大半は熱となって失われていることに着目し、路面からの振動を吸収するショックアブソーバのシリンダ内の作動油をシリンダのピストンの動作で吐出させ、吐出した作動油が油圧式モータ発電機を作動させて発電をすることにより、振動エネルギーを電気エネルギーに変換する車両用発電装置が開示されている。 Patent Document 1 focuses on the fact that the shock absorber provided in the suspension of the wheel repeats many vibration buffering operations during traveling, and most of the kinetic energy is lost as heat. The hydraulic fluid in the cylinder of the shock absorber that absorbs the vibration from the cylinder is discharged by the operation of the piston of the cylinder, and the discharged hydraulic oil operates the hydraulic motor generator to generate power, thereby converting the vibration energy into electrical energy. A vehicular power generation device to be converted is disclosed.
特許文献2には、車両の加速時に油圧モータや圧搾空気を利用したモータの回転エネルギーを動輪に伝え主動力の補助動力として使い、主動力の回転が、この補助動力の回転より上がったらクラッチにより切り離す補助動力装置や、油圧モータや圧搾空気モータが加速時に発電機で発電した電力を蓄電装置に送り、主動力の初期加速の補助動力に使う方法が開示されている。
In
しかし、特許文献1で開示された装置は、車両のブレーキを踏んだときの制動エネルギーを電気エネルギーとして有効に回収することや、原動機から排出される熱エネルギーを電気エネルギーとして回収することができないという問題がある。 However, the device disclosed in Patent Literature 1 cannot effectively recover braking energy when the vehicle brakes are depressed as electric energy, or recover thermal energy discharged from the prime mover as electric energy. There's a problem.
特許文献2で開示された装置は、車両の加速時に油圧モータや圧搾空気を利用したモータの回転エネルギーを動輪に伝え、主動力の回転が補助動力の回転より上がったら切り離すという、主動力の加速時の補助に使う技術の開示であり、総合的なエネルギー回収をするものではないという問題がある。
The apparatus disclosed in
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、自動車や軌道車両において、ショックアブソーバの振動緩衝作動において発生する振動エネルギーを電気エネルギーに変換することに加え、さらにブレーキ操作により失われる制動エネルギーを電気エネルギーに変換すると共に、自動車や電気駆動部を備えた軌道車両から排出される熱エネルギーを電気エネルギーに変換して回収し、総合的にエネルギーの再利用を促進する車両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 in automobiles and track vehicles, in addition to converting vibration energy generated in the vibration buffering operation of the shock absorber into electric energy, and further by braking operation. For vehicles that convert braking energy that is lost into electrical energy, and convert thermal energy discharged from automobiles and track vehicles equipped with electric drive units into electrical energy and recover it for overall energy reuse An object is to provide a power generator.
本発明の車両用発電装置の実施態様は、自動車や軌道車両において、車両のショックアブソーバの振動緩衝作動を油圧モータの作動に変換して油圧モータの作動により発電機を作動させて蓄電池充電を行う発電系統と、ブレーキペダルの作動操作を検知して油圧ポンプと原動機からの駆動軸との断続操作を行い駆動軸連結による油圧ポンプの作動によって油圧モータの作動を介して発電機を作動させて蓄電池充電を行うブレーキペダルによる発電系統と、原動機の排気熱を利用して高温高圧空気を生成し高温高圧空気によって空気モータを介して発電機を作動させて蓄電池充電を行う排気熱回収による発電系統と、よりなることを特徴とする。 According to an embodiment of the vehicle power generator of the present invention, in an automobile or a track vehicle, the vibration shock absorbing operation of the shock absorber of the vehicle is converted into the operation of the hydraulic motor, and the generator is operated by the operation of the hydraulic motor to charge the storage battery. Detecting the operation of the power generation system and the brake pedal, intermittent operation between the hydraulic pump and the drive shaft from the prime mover, and the operation of the hydraulic motor by the operation of the hydraulic pump by the drive shaft connection, the storage battery A power generation system with a brake pedal that performs charging, and a power generation system with exhaust heat recovery that generates high-temperature and high-pressure air using the exhaust heat of the prime mover and operates the generator via the air motor with the high-temperature and high-pressure air to charge the storage battery It is characterized by comprising.
本発明によれば、自動車や電気駆動部を備えた軌道車両において、ショックアブソーバの振動緩衝作動を油圧モータの作動に変換して油圧モータの作動により発電機を作動させて蓄電池充電を行う発電系統と、ブレーキペダルの作動操作を検知して油圧ポンプと原動機からの駆動軸との断続操作を行い駆動軸連結による油圧ポンプの作動によって油圧モータの作動を介して発電機を作動させて蓄電池充電を行うブレーキペダルによる発電系統と、原動機の排気熱を利用して高温高圧空気を生成し高温高圧空気によって空気モータを介して発電機を作動させて蓄電池充電を行う排気熱回収による発電系統と、より構成することにより総合的に一本化してエネルギーの再利用を促進する車両用発電装置を提供することができ、従来技術の問題点を悉く解消することができる効果を奏する。 According to the present invention, in a track vehicle having an automobile or an electric drive unit, a power generation system for charging a storage battery by converting a vibration buffering operation of a shock absorber into an operation of a hydraulic motor and operating a generator by the operation of the hydraulic motor. And detecting the operation of the brake pedal, intermittently operating the hydraulic pump and the drive shaft from the prime mover, and operating the hydraulic motor by the operation of the hydraulic pump by connecting the drive shaft to charge the storage battery. A power generation system with a brake pedal to perform, a power generation system with exhaust heat recovery that generates high-temperature and high-pressure air using the exhaust heat of the prime mover, operates the generator via the air motor with high-temperature and high-pressure air and charges the storage battery, and more By constructing, it is possible to provide a vehicular power generation device that integrates the overall and promotes the reuse of energy. An effect that can be Ku eliminated.
以下、本発明による車両用発電装置の実施の形態におけるエネルギー回収の系統の概要について自動車と軌道車両の内、自動車を例にして図面に基づき説明する。ただし、図面は模式的なものであり、各部の配置や寸法の比率等は現実のものとは必ずしも一致しない。図1は、本発明の一実施の形態に係る車両用発電装置の振動エネルギー及び制動エネギーを電気エネルギーに変換する系統の説明図である。また、図2、図3は、本発明の一実施の形態に係る車両用発電装置の排熱エネルギーを電気エネルギーに変換する系統の説明図である。 Hereinafter, an outline of an energy recovery system in an embodiment of a vehicle power generator according to the present invention will be described with reference to the drawings, taking an automobile as an example of an automobile and a tracked vehicle. However, the drawings are schematic, and the arrangement of each part, the ratio of dimensions, and the like do not necessarily match the actual ones. FIG. 1 is an explanatory diagram of a system that converts vibration energy and braking energy of a vehicle power generation device according to an embodiment of the present invention into electric energy. 2 and 3 are explanatory diagrams of a system for converting the exhaust heat energy of the vehicle power generation device according to the embodiment of the present invention into electric energy.
本発明の第一のエネルギー回収の系統は、図1に示すように、ショックアブソーバの振動エネルギーを電気エネルギーとして回収する系統である。この系統は、ショックアブソーバのピストン内の作動油を振動緩衝作動により吐出させ、吐出した作動油を貯油室に貯留し、貯留した作動油の油圧により油圧モータを回転させ、これにより発電機を作動して発電し、発電した電気エネルギーを蓄電池に充電するものである。 As shown in FIG. 1, the first energy recovery system of the present invention is a system that recovers vibration energy of a shock absorber as electric energy. This system discharges the hydraulic oil in the shock absorber piston by vibration damping operation, stores the discharged hydraulic oil in the oil storage chamber, rotates the hydraulic motor by the hydraulic pressure of the stored hydraulic oil, and operates the generator Power is generated, and the storage battery is charged with the generated electrical energy.
本発明の第二のエネルギー回収の系統は、図1に示すように、アクセルやブレーキの操作による車両の制動エネルギーを電気エネルギーとして回収する系統である。この系統は、アクセルやブレーキ操作を検出し、減速操作時にプロペラシャフトに油圧ポンプを連結し、油圧ポンプにより前記作動油を前記貯油室に貯留し、貯留した作動油の油圧により前記油圧モータを回転させ、これにより発電機を作動して発電し、発電した電気エネルギーを蓄電池に充電するものである。 As shown in FIG. 1, the second energy recovery system of the present invention is a system that recovers braking energy of the vehicle by operating an accelerator or a brake as electric energy. This system detects accelerator and brake operations, connects a hydraulic pump to the propeller shaft during deceleration operation, stores the hydraulic oil in the oil storage chamber by the hydraulic pump, and rotates the hydraulic motor by the hydraulic pressure of the stored hydraulic oil Thus, the generator is operated to generate power, and the generated electric energy is charged in the storage battery.
本発明の第三のエネルギー回収の系統は、図2、図3に示すように、排熱エネルギーを電気エネルギーとして回収する系統である。この系統は、アクセル操作やブレーキ操作などを検出し、所定の場合に、プロペラシャフトにエアコンプレッサを連結し、エアコンプレッサにより圧縮空気を生成してエアタンクに貯留し、排気管に周設した排熱回収機能を備えたサブエアタンクに圧送し、サブエアタンクで高温高圧の空気を生成し、絞り弁により高温高圧の空気を一気に膨張させて、その圧力と流量により空気モータを作動させ、これにより発電機が発電し、発電した電気エネルギーを蓄電池に充電するものである。
以下、各エネルギー回収の系統について説明する。
The third energy recovery system of the present invention is a system that recovers exhaust heat energy as electrical energy, as shown in FIGS. This system detects accelerator operation, brake operation, etc., and in certain cases, an air compressor is connected to the propeller shaft, compressed air is generated by the air compressor, stored in the air tank, and exhaust heat installed around the exhaust pipe Pumped to a sub-air tank equipped with a recovery function, generated high-temperature and high-pressure air in the sub-air tank, expanded high-temperature and high-pressure air at once with a throttle valve, and operated the air motor with that pressure and flow rate, thereby Generates electricity and charges the storage battery with the generated electrical energy.
Hereinafter, each energy recovery system will be described.
<振動エネルギーを電気エネルギーとして回収する系統>
まず、第一の本発明のエネルギー回収の系統について説明する。図1に示すように、車体2に備えられたそれぞれ4つの車輪21には、車体2を懸架するショックアブソーバ3が、それぞれの車輪21に対応して配設されている。ショックアブソーバ3は、シリンダ31と、シリンダ31の内部に上下動自在に設けられたピストン32とを有しており、ピストン32の下面にはピストンロッド33が接続され、このピストンロッド33はシリンダ31の下端部に設けられた挿通孔34を通して外部に延伸している。
<System to recover vibration energy as electrical energy>
First, the energy recovery system of the first aspect of the present invention will be described. As shown in FIG. 1,
ピストンロッド33の下端部は、車輪21に設けられた支持プレート23に連結されている。ピストンロッド33の外周部にはコイル状のスプリング35が伸縮自在に装着され、スプリング35の上端部は車体2の図示しないシャーシに設けられた支持プレート22に支持され、その下端部は支持プレート23に支持されている。
The lower end portion of the
シリンダ31の内部はピストン32によって上下に気密的に仕切られ、ピストン32の上側にはシリンダ上室36が形成され、空気が収容されている。また、その下側にはシリンダ下室37が形成され、作動油が収容されている。そして、車両が走行した際に路面の凹凸によって生じる振動緩衝作動により、ピストンロッド33が上下動し、これに連動して、ピストン32が上昇したときに作動油を吸入し、ピストン32が下降したときに作動油を吐出する。ピストン32は車体2の上下動により、この動作を繰り返す。
The interior of the
貯油室4は、ピストン32が吐出した作動油を、それぞれのシリンダ下室37と連結した作動油供給管41を介して一か所に収集し、貯留するタンクである。貯油室4の入口には、貯留した作動油が逆流しないよう逆止弁42を設けている。なお、図1において、作動油の流動する向きを矢印で示す。
The oil storage chamber 4 is a tank that collects and stores the hydraulic oil discharged from the
油圧モータ5は、貯油室4に貯留した作動油の圧力と流量によりトルクを発生し、油圧モータ5の回転軸が回転する。油圧モータ5の回転軸は発電機6のローターに接続され、当該回転軸の回転により発電機6のローターが回転して発電する。
The
発電機6により発電された電気は給電線61を介して蓄電池11に充電され、各電気系統に送給される。また、発電機6が交流式の場合には図示しない整流装置を介して直流に変換して蓄電池11に充電する。油圧モータ5の回転に使用された作動油は作動油戻し管43を経由して貯油タンク7に貯留される。
The electricity generated by the
貯油タンク7は、シリンダ31よりも上方に配設されており、その内部には、作動油を貯留する貯油空間71と、空気が収容された空気空間72とが形成されている。また、貯油タンク7の上端部には、空気空間72内の空気の圧力を調節するための圧力調節弁73が設けられている。そして、貯油空間7に貯留された作動油は、逆止弁74を介して、第2作動油戻し管75を経由してそれぞれのシリンダ下室37に戻される。
The
以上のように、それぞれのショックアブソーバ3からの作動油が油圧モータ5に送給されて発電機6を作動し、発電が行われ、蓄電池11に充電されることによって、振動エネルギーを電気エネルギーとして回収することができる。
As described above, the hydraulic oil from each
<制動エネルギーを電気エネルギーとして回収する系統>
次に、本発明の第二のエネルギー回収の系統について説明する。図1に示すように、車体2の前部には車両走行の駆動源である原動機8と、原動機8の主回転軸に接続された変速機12が配設されている。そして、変速機12の出力軸はジョイント25を介してプロペラシャフト26に連結され、差動装置27により後輪21に動力を伝達する。
<System that recovers braking energy as electrical energy>
Next, the second energy recovery system of the present invention will be described. As shown in FIG. 1, a
油圧ポンプ9は、変速機12の出力軸と伝達装置91を介して連結している。伝達装置91は、例えば、電磁式クラッチや機械式クラッチなどのクラッチ機構92と駆動伝達ベルト機構93から構成されている。
The
クラッチ機構92は、変速機12の出力軸と駆動伝達ベルト機構93との連結を開閉するもので、閉にすることにより変速機12の出力軸が駆動伝達ベルト機構93に連結される。駆動伝達ベルト機構93は、変速機12の出力軸の回転運動を油圧ポンプ9の駆動軸に伝達する。
The
回転の伝達比は、例えば、駆動伝達ベルト機構93を直径大小のローラとベルトから構成し、直径大のローラにベルトを懸架すれば伝達比小(Lと表記する。)となり、直径小のローラにベルトを懸架すれば伝達比大(Hと表記する。)となる。このように2段階に切替可能にすることで伝達比が変更可能に構成されている。
For example, if the drive
以上のようにして、変速機12の出力軸は伝達装置91を介して油圧ポンプ9の駆動軸に連結され、油圧ポンプ9が作動する。
As described above, the output shaft of the
油圧ポンプ9は、前記駆動軸が回転することにより、貯油タンク7に貯留されている作動油を作動油取込管76経由で吸入し、第二作動油供給管95を経由して貯油室4へ圧送する。貯油室4に圧送された作動油は、前記第二のエネルギー回収の系統の構成の場合と同様に、油圧モータ5により、発電機6を作動して発電する。発電機6により発電された電気は給電線61を介して蓄電池11に充電され、各電気系統に送給される。
The
ここで、油圧ポンプ9の駆動軸が駆動伝達ベルト機構93を介して連結される場合は、車体2に設けたアクセルペダル96を離したときと、ブレーキペダル97を踏んだときである。以下に詳しく説明する。
Here, the drive shaft of the
アクセルペダル96を離すと、原動機8の回転数が減少する。アクセル操作検出部98は、アクセルペダル96を離したことを検出し、伝達装置91は変速機12の出力軸と油圧ポンプ9の駆動軸を、伝達比Lに連結する。これにより、油圧ポンプ9が回転し、貯油タンク7に貯留されている作動油を作動油取込管76経由で吸入し、第二作動油供給管95を経由して貯油室4へ圧送する。貯油室4に圧送された作動油は、前記第二のエネルギー回収の系統の構成の場合と同様に、油圧モータ5により、発電機6を作動して発電する。
When the
また、ブレーキペダル97を踏むと、減速するとともに原動機8の回転数が減少する。ブレーキ操作検出部99は、ブレーキペダル97を踏んだことを検出し、伝達装置91は、変速機12の出力軸と油圧ポンプ9の駆動軸を、伝達比Hに連結する。これにより油圧ポンプ9は、アクセルペダル96を離したときよりも、回転数を上げて回転するため、貯油タンク7に貯留されている作動油を、第二作動油供給管95を経由して多量に貯油室4へ圧送する。
When the
貯油室4に圧送された作動油は、アクセルペダル96を離した場合よりも、高い回転数で油圧モータ5を回転させ、発電機6を作動して高出力の発電をする。発電機6により発電された電気は給電線61を介して蓄電池11に充電され、各電気系統に送給される。
The hydraulic oil pumped to the oil storage chamber 4 rotates the
このようにブレーキペダル97を踏むと、作動油が貯油室4から油圧モータ5に圧送される作動油の流量が増加し、これにより発電機6の発電出力を高めることができる。また、プロペラシャフト26の回転駆動力が油圧ポンプ9の駆動軸に伝達されることによって、プロペラシャフト26の回転に制動力(負荷)が作用し、車両の走行状態が減速走行(所謂、エンジンブレーキ走行)となり、エンジンブレーキ効果を得ることができる。
When the
以上のように、アクセルペダル96を離したことやブレーキペダル97を踏んでいることを検出し、油圧ポンプ9により油圧モータ5が、発電機6を作動して発電することにより、車両の加速性能に影響を与えることなく、制動エネルギーを電気エネルギーとして回収することができる。
As described above, it is detected that the
<排熱エネルギーを電気エネルギーとして回収する系統>
次に、本発明の第三のエネルギー回収の系統である排熱エネルギーを電気エネルギーとして回収する系統について図2、図3により説明する。なお、第三のエネルギー回収の系統は、単独で又は第一、第二のエネルギー回収の系統と併用可能であるため、併用している場合には、第三のエネルギー回収の系統と同時に第一、第二のエネルギー回収の系統も作動するが、説明が繁雑となるため、同時に作動する他の系統の説明は省略する。なお、図2、図3に示す原動機8、変速機12、プロペラシャフト26及び発電機6などの図1と同一符合のものは、同一又は相当するものである。
<System to recover waste heat energy as electrical energy>
Next, a system for recovering exhaust heat energy as electric energy, which is a third energy recovery system of the present invention, will be described with reference to FIGS. Note that the third energy recovery system can be used alone or in combination with the first and second energy recovery systems. The second energy recovery system also operates, but the explanation is complicated, so the description of other systems that operate simultaneously is omitted. 2 and 3 that are the same as in FIG. 1 such as the
図2に示すように、原動機8が発生する排気熱は、エキゾーストマニホールド81、触媒コンバーター82を経由し、車体2の後部方向に延設された排気管83を通過し、車体2の後端下部に配設されたマフラー84を介して大気中に放出される。そして、後述する排気熱を回収するサブエアタンク15は、車体2の底面に配設された触媒コンバーター82の直近の後段の排気管83に周設されている。なお、上述した内容は内燃機関に限定されるわけではなく、電気駆動部を備えた車両や軌道車両についても同様に原動機8から生じる排気熱を回収して利用することができる。
As shown in FIG. 2, the exhaust heat generated by the
図1の場合と同様に、アクセルペダル96を離すと、原動機8の回転数が減少する。アクセル操作検出部98は、アクセルペダル96を離したことを検出し、伝達装置91は、変速機12の出力軸とエアコンプレッサ13を、伝達比Lに連結する。
As in the case of FIG. 1, when the
これにより、エアコンプレッサ13は、回転し、外部から空気を取り入れて圧縮し、車体2に配設されたエアタンク14に貯留される。この貯留された圧縮空気は、サブエアタンク15に圧送される。なお、図2、図3において、空気の動きを矢印で示す。
Thereby, the
また、図1の場合と同様に、ブレーキペダル97を踏むと、減速するとともに原動機8の回転数が減少する。ブレーキ操作検出部99は、ブレーキペダル97を踏んだことを検出し、伝達装置91は、変速機12の出力軸とエアコンプレッサ13を、伝達比Hに連結する。
Similarly to the case of FIG. 1, when the
これにより、エアコンプレッサ13は、回転数を上げて回転し、アクセルペダル96を離したときよりも多量に外部から空気を取り入れて圧縮し、エアタンク14に貯留する。貯留された圧縮空気は、サブエアタンク15に圧送される。
As a result, the
サブエアタンク15は、排気管83から排気熱を回収する装置であり、図5の斜視図及び図6の断面図に示すように、金属で形成された略円筒形状をしており、その中心部を長手方向に排気管83が貫通し、排気管83に接する周面に長手方向に沿って略ハニカム構造の通気孔15bが多数挿通され、圧送された圧縮空気が当該通気孔15bを通過する際に加熱されるよう構成している。
The
また、図5に示すように、原動機8から排出された排気ガスは、左側の矢印方向から排気管83に入り、右側の矢印から排出される。エアタンク14から圧送される圧縮空気は給気口15aから入り、排気口15cから排出される。もっとも、構造上はその逆も可である。また、図示していない圧力調節弁29を備えている。
Further, as shown in FIG. 5, the exhaust gas discharged from the
サブエアタンク15内に圧送された圧縮空気は、先述のように通気孔15bを通過する際に排気管83の熱により加熱され、高温高圧の空気を生成する。生成された高温高圧の空気は空気モータ16に圧送され、絞り弁28により高温高圧の空気を一気に膨張させて、その圧力と流量により空気モータ16を作動させ、これにより発電機6が発電する。発電機6により発電された電気は給電線61を介して蓄電池11に充電され、各電気系統に送給される。また、空気モータ16の回転に使用された高温高圧の空気は、降温減圧し大気中に放出される。
The compressed air fed into the
また、エアタンク14に貯留された圧縮空気は上述した充電用途以外にも車両の発進時のアシスト機能としてプロペラシャフトを回転させるように制御することもできる。エアタンク14に貯留された圧縮空気はサブタンク15の給気口15aから進入し、排気口15cから高温高圧状態で排出される。このサブタンク15から排出された圧縮空気はその流通経路上にある絞り弁28によりさらに圧縮高圧状態となり、その後プロペラシャフト26と連結する変則機12の回転運動に利用されることで、車両始動時の高負荷始動をアシストして車両の滑らかな発進を可能とする。
Further, the compressed air stored in the
以上のように、アクセル操作やブレーキ操作を検出し、コンプレッサ13とエアタンク14、及びサブエアタンク15で生成した高温高圧の空気を一気に膨張させて、空気モータ16が作動し、これにより発電機6が発電することにより、車両の加速性能に影響を及ぼすことなく排熱エネルギーを電気エネルギーとして回収することができる。また、高温高圧の空気を電気エネルギーとして充電に利用するだけでなく、直接にプロペラシャフト26を回転させる車両始動時のアシストエネルギーとして利用することもできる。なお、発電機6は、前記油圧モータ5と空気モータ16の両方を駆動元として発電可能な構成としている。
As described above, the accelerator operation and the brake operation are detected, the high-temperature and high-pressure air generated in the
<排熱エネルギーを電気エネルギーとして回収する系統の他の例>
次に、第2図の実施の形態の他の例について、図3の概略説明図及び図4の制御フローチャートにより説明する。なお、図3と図2の相違点の一つは、サブエアタンク15に触媒コンバーター82を内蔵して両者を一体化したことである。また、相違点のもう一つは、アクセル操作やブレーキ操作の検出に加えてサブエアタンク15内の温度を計測して伝達装置91及び絞り弁28の制御を行う制御回路100を設けたことである。
<Other examples of systems that recover waste heat energy as electrical energy>
Next, another example of the embodiment of FIG. 2 will be described with reference to a schematic explanatory diagram of FIG. 3 and a control flowchart of FIG. Note that one of the differences between FIG. 3 and FIG. 2 is that the
図3におけるサブエアタンク15は、図7に示すように、図5における排気管83を触媒コンバーター82に置き替えた構造である。すなわち、略楕円筒形状の中心部を長手方向に触媒コンバーター82が貫通し、触媒コンバーター82に接する周面に長手方向に沿って略ハニカム構造の通気孔15bが多数挿通され、圧送された圧縮空気が当該通気孔15bを通過する際に加熱されるよう構成している。
The
なお、図7に示すサブエアタンク15の外観が、図5に較べて扁平状であるのは、車両の底面に配設するために厚みを薄くする必要があるからである。温度センサ47及び圧力調節弁29は図示していないが、車体2における配設位置や配管、配線の向きに応じて最適な位置に設けることはいうまでもない。
The reason why the appearance of the
また、図7に示すように、原動機8から排出された排気ガスは、左側の矢印方向から触媒コンバーター82に入り、右側の矢印から排出される。エアタンク14から圧送される圧縮空気はサブエアタンク15の給気口15aから入り、排気口15cから排出されるが、その逆も可である。
Also, as shown in FIG. 7, the exhaust gas discharged from the
本実施の形態の制御を行う制御回路100は、図3に示すように、例えば、マイクロコンピュータ101と入出力回路102から構成され、マイクロコンピュータ101の内部は、演算処理を行うCPU、制御プログラムを収容したROM、データ等を一時記憶するRAM、温度信号などのアナログ信号入力をデジタル信号に変換するA/D変換器、接点信号などの入出力信号の処理を行うI/Oポートなどから構成されている。
As shown in FIG. 3, the
制御回路100は、プリント基板に実装され、基板ケースに収納して車両の内部に配設される。制御回路100は、先述のアクセル操作検出部98の信号、ブレーキ操作検出部99の信号及び温度センサ47の信号の入力処理並びに伝達装置91の制御を行う。
The
以下、図2の説明と重複するところは省略し、主に制御動作について、図4のフローチャートにより説明する。図4のステップ(S01)において、制御回路100は、アクセル操作検出部98の信号を入力して、アクセルペダル96を踏んでいるか否かを判断する。アクセルペダル96が踏まれている場合は、ステップ(S02)において、伝達装置91に対し、クラッチ機構92により変速機12の出力軸とエアコンプレッサ13を切り離す(開にする)制御信号を出力する。そして、ステップ(S06)へ行く。
Hereinafter, the description overlapping with the description of FIG. 2 is omitted, and the control operation will be mainly described with reference to the flowchart of FIG. In step (S01) of FIG. 4, the
この制御信号により伝達装置91は、クラッチ機構92が変速機12の出力軸とエアコンプレッサ13を切り離し、エアコンプレッサ13は圧縮空気の生成を停止する。
With this control signal, in the
アクセルペダル96が踏まれていない場合は、ステップ(S03)において、ブレーキ操作検出部99の信号を入力して、ブレーキペダル97を踏んでいるか否かを判断する。ブレーキペダル97が踏まれていない場合は、ステップ(S04)において、伝達装置91に伝達比をLにする制御信号を出力する。そして、ステップ(S06)へ行く。
If the
この制御信号により伝達装置91は、変速機12の出力軸とエアコンプレッサ13を、伝達比Lに連結し、エアコンプレッサ13は空気を外部から取り入れて圧縮し、エアタンク14に貯留する。
With this control signal, the
ブレーキペダル96が踏まれている場合は、ステップ(S05)において、伝達装置91に伝達比をHにする制御信号を出力する。そして、ステップ(S06)へ行く。
When the
この制御信号により伝達装置91は、変速機12の出力軸とエアコンプレッサ13を、伝達比Hに連結し、エアコンプレッサ13は、回転数を上げて回転し、外部から空気を取り入れて圧縮し、アクセルペダル96を離したときよりも多量にエアタンク14に貯留する。
With this control signal, the
ステップ(S06)において、制御回路100は、サブエアタンク15の内部に設けた温度センサ47の信号を入力し、当該信号を内蔵のA/D変換器によりデジタル信号に変換し、温度を計測する。そして、温度が第一設定値に達しているか否か判断する。温度が第一設定値に達していない場合は、ステップ(S07)において、絞り弁28を閉にする。そして、ステップ(S01)へ戻る。
In step (S06), the
温度が第一設定値に達していない場合は、原動機8が始動直後の暖機運転状態にあると判断する。絞り弁28を閉にするのは、触媒コンバーター82は、ある程度温度が上がらないと効果を発揮しないため、温度が上がっていない状態で排気熱を回収することは、環境保護の観点から好ましくないからである。
When the temperature does not reach the first set value, it is determined that the
温度が第一設定値を超えている場合は、ステップ(S08)において、温度が第二設定値に達しているか否か判断する。温度が第二設定値に達していない場合は、ステップ(S09)において、絞り弁28を開にする。そして、ステップ(S01)へ戻る。
If the temperature exceeds the first set value, it is determined in step (S08) whether or not the temperature has reached the second set value. If the temperature does not reach the second set value, the
絞り弁28を開にすることにより高温高圧の空気を一気に膨張させて、その圧力と流量により空気モータ16を作動させ、これにより発電機6が発電する。発電機6により発電された電気は給電線61を介して蓄電池11に充電され、各電気系統に送給される。
By opening the
温度が第二設定値を超えている場合は、ステップ(S10)において、絞り弁28を全開にする。そして、ステップ(S01)へ戻る。触媒の温度が上がりすぎると触媒活性が低下するため、絞り弁28を全開にして、サブエアタンク15の圧縮空気流量を増加させ、触媒コンバーター82の温度を下げることが望ましいからである。
If the temperature exceeds the second set value, the
この場合において、ステップ(S10)にステップ(S05)にあるような、伝達装置91に伝達比をHにする制御信号を出力して、圧縮空気を多量に生成するように作動するプログラム構成とすることもできる。
In this case, as in step (S05) in step (S10), a control signal for setting the transmission ratio to H is output to the
以上のように、アクセル操作やブレーキ操作の検出及びサブエアタンク15内の温度に応じて、コンプレッサ13とサブエアタンク15で生成した高温高圧空気により、空気モータ16が作動し、発電機6が発電することにより、車両の加速性能に影響を与えることなく、排熱エネルギーを電気エネルギーとして回収することができる。また、触媒コンバーター82をサブエアタンク15に内蔵し、温度計測と制御を行うことにより排気ガスの浄化機能をより一層向上させ、環境保護に資することができる。
As described above, the
本発明は以上のような構成とすることにより、3つのエネルギーの回収の系統を実現することができ、総合的に一本化してエネルギーの再利用を促進する車両用発電装置を提供することができる。 The present invention can provide a power generation apparatus for a vehicle that can realize a system for recovering three types of energy and promotes the reuse of energy in a comprehensive manner by adopting the above-described configuration. it can.
また、本発明に係る車両用発電装置1は、以上のように説明した実施の形態に限定されず、本発明の趣旨に沿う範囲で、種々の態様を採用することができる。 Moreover, the vehicle power generation device 1 according to the present invention is not limited to the embodiment described above, and various modes can be adopted within the scope of the gist of the present invention.
第一、第二のエネルギー回収の系統の実施の形態において、原動機8はガソリン車やデーゼル車の内燃機関であっても、電気自動車やハイブリッド車など電気駆動部を備えた車両、または電気駆動による軌道車両のモータであってもよい。
In the first and second energy recovery system embodiments, even if the
また、上述した実施の形態において、伝達装置91は、クラッチ機構92と駆動伝達ベルト機構93から構成されている例について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ギヤを使用して、ギヤ比を切り替えるよう構成するものであってもよい。
In the above-described embodiment, the
また、サブエアタンク15の熱交換の内部構造は、図5に示すようなハニカム構造に限定されるものではなく、排気管83からの熱を圧縮空気に伝達する機能を有するものであれば、どのような構造や形状であっても差し支えない。
Further, the internal structure of the heat exchange of the
また、サブエアタンク15の内部に設けた温度センサ47の信号を入力して温度を計測し、温度が第一設定値に達しているか否か、あるいは温度が第二設定値に達しているか判断を行い、それに基づく絞り弁28の閉、開、全開の不連続の三段階制御を行ったが、計測値に基づいて、マイクロコンピュータ101がPID演算処理を行い、絞り弁28の開度の連続的な制御を行うことはもちろん可能である。
In addition, the
また、図1、図2の実施の形態の説明において、アクセル操作やブレーキ操作の検出及び伝達装置91の制御は、制御回路100を使用しないで説明したが、制御回路100を使用すれば、より簡単に実現できることはいうまでもない。
Further, in the description of the embodiment of FIGS. 1 and 2, the detection of the accelerator operation and the brake operation and the control of the
1 車両用発電装置
2 車体
3 ショックアブソーバ
4 貯油室
5 油圧モータ
6 発電機
7 貯油タンク
8 原動機
9 油圧ポンプ
11 蓄電池
12 変速機
13 コンプレッサ
14 エアタンク
15 サブエアタンク
16 空気モータ
21 車輪
28 絞り弁
31 シリンダ
32 ピストン
33 ピストンロッド
47 温度センサ
82 触媒コンバーター
83 排気管
91 伝達装置
92 クラッチ機構
93 駆動伝達ベルト機構
96 アクセルペダル
97 ブレーキペダル
98 アクセル操作検出部
99 ブレーキ操作検出部
100 制御回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vehicle
Claims (1)
自動車又は軌道車両のショックアブソーバの振動緩衝作動を油圧モータの作動に変換して油圧モータの作動により発電機を作動させて蓄電池充電を行う発電系統と、
ブレーキペダルの作動操作を検知して油圧ポンプと原動機からの駆動軸との断続操作を行い駆動軸連結による油圧ポンプの作動によって油圧モータの作動を介して発電機を作動させて蓄電池充電を行うブレーキペダルによる発電系統と、
原動機の排気熱を利用して高温高圧空気を生成し高温高圧空気によって空気モータを介して発電機を作動させて蓄電池充電を行う排気熱回収による発電系統と、
よりなる車両用発電装置。
A power generation system for charging a storage battery by converting a vibration absorbing operation of a shock absorber of an automobile or a track vehicle into an operation of a hydraulic motor and operating a generator by the operation of the hydraulic motor;
Brake that detects the operation of the brake pedal, performs intermittent operation between the hydraulic pump and the drive shaft from the prime mover, and operates the hydraulic motor by the operation of the hydraulic pump by connecting the drive shaft to charge the storage battery A power generation system with pedals,
A power generation system by exhaust heat recovery that generates high-temperature and high-pressure air using the exhaust heat of the prime mover and operates the generator via the air motor with the high-temperature and high-pressure air to charge the storage battery,
A vehicular power generator.
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