JP2021085330A - 電気自動車用制動トルク発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大きな圧縮・膨張比を確保しながら、ピストン連通路の排気抵抗を抑えて、十分な制動トルクを得る。【解決手段】シリンダ１０ｂと、シリンダヘッド１０ｃと、ピストン１４との間に空気室１４ａを有して、ピストン１４を往復させる機構１２を有する電気自動車用制動トルク発生装置であって、ピストン１４の空気室１４ａ側に凹部１４ｃを形成して、該凹部１４ｃに対応する凸部１０ｄをシリンダヘッド１０ｃに形成して、空気室１４ａが圧縮された状態で凸部１０ｄが凹部１４ｃに入り込むように構成した。【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリーや燃料電池を動力源として電気モーターで駆動する車両（電気自動車）において、一般的なブレーキとは別に制動トルクを発生させる電気自動車用制動トルク発生装置に関する。

従来、この種の電気自動車用制動トルク発生装置としては、有底筒状のシリンダと該シリンダ内を往復するピストンおよびクランク軸等からなる圧縮膨張機関（たとえば、特許文献１）が知られている。

特許６５９３７３８号公報

上記従来の電気自動車用制動トルク発生装置にあっては、空気の圧縮・膨張を行うピストン２１４に形成した、ピストン連通路２１５ｂを通って空気を排出する構成になっている。このピストン連通路２１５ｂは細くて長い孔であり、圧縮空気を排出する際に抵抗になって掃気効率を下げるため、特に高速回転において制動トルクの発生を阻害する。また、ピストン連通路２１５ｂの容積は圧縮・膨張比（吸入容積／圧縮容積）を小さくする方向に作用するので、回転速度に関係なく得られる制動トルクが小さくなるという問題があって、この面でも効果的な制動力を得ることを阻害する。したがって、掃気効率を確保しようとしてピストン連通路２１５ｂの直径を太くすると、圧縮・膨張比がますます小さくなるという二律背反の関係になって十分な制動トルクが得られない。

解決しようとする問題点は、掃気効率と圧縮比が二律背反の関係になっていて、十分な制動トルク（制動力）が得られないという点である。

本発明の目的は、大きな圧縮・膨張比を確保しながら、ピストン連通路の排気抵抗を抑えて、十分な制動トルクを得ることにある。

本発明の電気自動車用制動トルク発生装置は、シリンダと、シリンダヘッドと、ピストンとの間に空気室を有して、ピストンを往復させる機構を有する電気自動車用制動トルク発生装置であって、ピストンの空気室側に凹部を形成して、該凹部に対応する凸部をシリンダヘッドに形成して、空気室が圧縮された状態で凸部が凹部に入り込むように構成したことを特徴とする。

本発明の電気自動車用制動トルク発生装置は、ピストン連通路の排気抵抗を抑え、且つ圧縮・膨張比を大きくすることが可能であり、回転速度に関係なく大きな制動トルクを得ることができて、より小型の装置で十分な制動力を確保することができる。

本発明の実施例１に係る電気自動車用制動トルク発生装置の吸入行程がほぼ終了した状態を示す断面図である。 実施例１における吸入スリットが閉じた状態を示す断面図である。 実施例１における排気行程がほぼ終了した状態を示す断面図である。 実施例１における排気孔の連通が閉じた状態を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態に係る電気自動車用制動トルク発生装置を、実施例に基づき図とともに説明する。

図１乃至図４は、本発明の実施例１に係る電気自動車用制動トルク発生装置（以下、「トルク発生装置」という）の断面図であり、周知の自動車用エンジンが備えるのと同様のシリンダブロック１０、クランク軸１２、ピストン１４、連接棒１６などを有している。

はじめに図１乃至図４について概要を説明する。図１は後述する吸入行程がほぼ終了した状態の断面図であり、ピストン１４が最も下がった下死点にあって、シリンダ１０ｂに形成した吸気スリット１０ｅが開口しており、ここから空気が流入可能になっている。図２は図１からクランク軸１２が反時計回りに少し回転して、それに伴ってピストン１４が上昇して吸気スリット１０ｅが閉口した直後の状態を描いている。

図３は、後述する圧縮行程がほぼ終了した状態であり、図１からクランク軸１２が１８０°回転してピストン１４が最も上がった上死点にあって、ピストン１４に形成した排気孔１４ｂとシリンダ１０ｂに形成した排気口１０ｆが連通していて、ここを通って空気室１４ａから空気が排出可能になっている。また図４は、図３からクランク軸１２が反時計回りに少し回転して、それに伴ってピストン１４が下降して排気孔１４ｂと排気口１０ｆの連通が閉じた直後の状態である。

つづいて各部の構成を説明する。シリンダブロック１０の下部の開口部１０ａにクランク軸１２が回転可能に設けられ、該クランク軸１２は図示しないクラッチ等を介して必要に応じて車軸と連結された場合に、トルク発生装置で必要とするトルクが制動力として車軸に作用して、車両が走行するうえで負荷になる。

シリンダブロック１０にはシリンダ１０ｂが形成され、該シリンダ１０ｂの上部にシリンダヘッド１０ｃが一体になっている。シリンダ１０ｂ内には、図１の上下方向に摺動するピストン１４が設けられ、ピストン１４とクランク軸１２とは連接棒１６で連結されており、クランク軸１２が回転することでピストン１４は上下に往復運動をするようになっている。そして、ピストン１４の上方のシリンダ１０ｂおよびシリンダヘッド１０ｃとピストン１４との間に空気室１４ａが形成される。

ピストン１４には、上部に円錐台形状の凹部１４ｃが形成され、該凹部１４ｃの下側には前述した排気孔１４ｂを有している。シリンダヘッド１０ｃはピストン１４の凹部１４ｃに対応した円錐台形状の凸部１０ｄが形成されている。図３に見るように、後述の圧縮行程でピストン１４が上方へ移動した際に、凹部１４ｃと凸部１０ｄが上下方向にオーバーラップして、凸部１０ｄが凹部１４ｃに入り込む。詳細の図示は省略するが、シリンダヘッド１０ｃの凸部１０ｄの内部に空気圧調整弁１８が設けてある。なお、開口部１０ａは大気圧であるように、図示しないブリーザーを有する。

また、図示は省略するが、シリンダブロック１０にはこれを冷却するためのフィンが設けてある。また、一般的なエンジンのようにピストンリングを備えてもよく、吸気スリット１０ｅの外側にゴミの吸入を防ぐためにエアクリーナーを設けてもよい。

つぎに、図１、図２に示したトルク発生装置の作用を説明する。はじめに、本トルク発生装置が作用するのは、前述したようにクランク軸１２が図示しないクラッチ等を介して車軸と連結されて、クランク軸１２が回転する際である。ここでは図１の状態から説明する。

図１は、前述したように吸気スリット１０ｅがピストン１４の上端に開口しているので、ここから空気室１４ａに空気が入っている。この状態からクランク軸１２が反時計回りに回転すると、ピストン１４が図１に示すδ１だけ上方へ移動したところで吸気スリット１０ｅの開口が閉じて空気室１４ａが密閉され、図２はその直後の状態を示す。

つづいて、図２の状態からクランク軸１２がさらに回転するには空気室１４ａの空気を圧縮することになり、ピストン１４が上に移動するとともに空気室１４ａの空気圧が上昇して、クランク軸１２を回転させるのに要するトルクが大きくなっていく。

そして、やがてピストン１４が図３に示す上死点までδ２の位置に達したところで、前述したピストン１４の排気孔１４ｂとシリンダ１２ｂの排気口１０ｆが連通し始めると圧縮行程が終わり、圧縮された空気室１４ａの空気が排気孔１４ｂと排気口１０ｆから排出を始めて、やがて図３のようにピストン１４が下死点に到達したところで空気室１４ａの内部はほぼ大気圧に近い状態になる。

つづいて、図３の状態からクランク軸１２がさらに反時計回りに回転すると、ピストン１４が図２に示すδ２だけ下方へ移動したところで排気孔１４ｂと排気口１０ｆの連通が終了して再び空気室１４ａは密閉され、図４はその直後の状態を示す。そして、クランク軸１２がさらに回転するには空気室１４ａの空気を膨張させることになり、ピストン１４が下に移動するとともに空気室１４ａは真空に近づき、クランク軸１２を回転させるのに要するトルクが大きくなっていく。

そして、再び図１に示すようにピストン１４が下死点に近づいたところで、吸気スリット１０ｅが開口を始めると膨張行程が終わり、ここから空気が空気室１４ａに吸入され、やがて図２のようにピストン１４が下死点に到達して、トルク発生装置の１サイクルが終了する。
このように、吸入、圧縮、排出、膨張のサイクルを繰り返すことで、クランク軸１２を回転させるのに要するトルクが図示しない車軸に制動トルクとして作用する。

ここで、圧縮・膨張比について説明する。上記したサイクルの中で、吸気スリット１０ｅの開口が０になって密閉された時点の空気室１４ａの容積をＡとして、排気孔１４ｂと排気口１０ｆの連通が終了して密閉された時点の空気室１４ａの容積をＢとした場合、Ａ／Ｂが圧縮・膨張比である。一般的に圧縮・膨張比が大きいほどクランク軸１２を回転させるのに要する最大トルクが大きくなり、結果としてトルク発生装置の制動力が増す。

つぎに、空気圧調整弁１８の作用を説明する。空気圧調整弁１８は空気室１４ａの空気圧の上限を調整する作用を有し、周知の圧力調整弁であるので詳細の説明は省略するが、空気圧調整弁１８の最大圧力を調整することで制動力を変化させるものである。

空気圧調整弁１８は、単に閉じたり開いたりする機能であっても制動力を変化させることができる。すなわち、空気圧調整弁１８が開いた状態にあっては上記したように制動力を発揮し、空気圧調整弁１８を閉じると上記した制動作用を阻害するようになって制動力が減るので、空気圧調整弁１８の開閉制御で制動力を２段階に変化させることになる。

以上が実施例１の作用であるが、実施例１では以下のような効果を得ることができる。上記したように、ピストン１４の上部に円錐台形状の凹部１４ｃを有し、シリンダ１０ｂ側にこれと対向するように円錐台形状の凸部１０ｄを形成したため、ピストン１４の排気孔１４ｂの長さが従来例より大幅に短い。

このため、圧縮された空気が空気室１４ａから排出する際の抵抗が少なく、いわゆる掃気効率が高まるので、より効果的に制動トルクを発生させることで制動効果が増大する。また、排気孔１４ｂの容積は上記したＡおよびＢに含まれるので、排気孔１４ｂの長さが短くなると圧縮・膨張比を大きくする方向に作用する。このため、排気孔１４ｂの長さ短縮はこの面でも制動効果が増大する。

したがって、同じ制動効果を得るのに、シリンダ１０ｂおよびピストン１４をより小さく設計できるので、トルク発生装置の小型化が可能になる。また、シリンダヘッド１０ｃの内部に空気圧調整弁１８を設けることができるので、これもトルク発生装置の小型化に貢献する。

以上、説明したように本発明の電気自動車用制動トルク発生装置にあっては、ピストン１４の上部に円錐台形状の凹部１４ｃを有し、シリンダ１０ｂ側にこれと対向するように円錐台形状の凸部１０ｄを形成したため、制動効果が増大するとともに、装置の小型化が可能である。上記は、一般的な往復エンジンと同様のクランク軸１２を用いる構成で説明したが、クランク軸１２に相当する軸とピストン１４の間に別の往復運動機構を用いてもよい。

本発明の電気自動車用制動トルク発生装置は、長い降坂路において電気自動車の制動力を確保するため必要であり、安全性を重視する乗用車や車両重量の大きな商用車などに適用することができる。

１０ シリンダブロック
１０ａ 開口部
１０ｂ シリンダ
１０ｃ シリンダヘッド
１０ｄ 凸部
１０ｅ 吸気スリット
１０ｆ 排気口
１２ クランク軸
１４ ピストン
１４ａ 空気室
１４ｂ 排気孔
１４ｃ 凹部
１６ 連接棒
１８ 空気圧調整弁

Claims (3)

1. シリンダと、シリンダヘッドと、ピストンとの間に空気室を有して、前記ピストンを往復させる機構を有する電気自動車用制動トルク発生装置であって、前記ピストンの前記空気室側に凹部を形成して、該凹部に対応する凸部を前記シリンダヘッドに形成して、前記空気室が圧縮された状態で前記凸部が前記凹部に入り込むように構成したことを特徴とする電気自動車用制動トルク発生装置。
2. 前記シリンダに吸気スリットを形成して、前記ピストンが下死点にあった場合に前記吸気スリットが開口し、前記ピストンが前記下死点から少し上昇したところで前記吸気スリットが閉口するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電気自動車用制動トルク発生装置。
3. 前記凸部に空気圧調整弁を設けたことを特徴とする請求項１もしくは２に記載の電気自動車用制動トルク発生装置。
   

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