JP4315374B2 - 車両用ハイブリッド駆動システム - Google Patents

Description

本発明は、空気モータおよび燃焼エンジンを備えたハイブリッド駆動システムに関する。このシステムでは、前記燃焼エンジンの燃料消費を低減する目的と、モータおよびエンジンを組み合わせた駆動を前記システムの関連クラッチに提供する目的とのため、空気モータによってオーバーフィーディングを行う。

このシステムでは、空気モータおよび燃焼エンジンを機械的および空気圧的に結合させることで、空気モータの排気を燃焼エンジンの入力に接続して、オーバーフィーディングを提供する点に基づく。このシステムではまた、前記モータと前記エンジンとの間の機械的接続による駆動（例えば、その駆動総量が前記システムの関連クラッチへと伝達されるようにそのクランク軸を通じて行われる駆動）も提供される。

前記駆動システムの本質は、モータおよびエンジンにあり、これらのモータおよびエンジンは、当該駆動モデルに応じて、常に空気圧的および機械的に接続される。

燃焼エンジンをオーバーフィーディングする技術は長年用いられてきた技術であり、その目的は、燃料節約および前記エンジンのパワー増大である。

燃焼エンジンの入力中の流体を圧縮するコンプレッサに基づいた機械的動作を通じたオーバーフィーディング技術は公知ではあるものの、数年間の実験結果から、このような方法によるオーバーフィーディングの場合、自然誘導エンジンと比較してエンジン中の消費の点で不利であるため、拒否されるようになってきている。最も広範囲に用いられている方法としては、その別の形態としてのターボ圧縮がある。

燃焼エンジンをオーバーフィーディングするための別の技術では、燃焼エンジンにしっかりと連結された空気モータの排気ガスを用いることでオーバーフィーディングを外部で行い、また、タンク中の圧縮空気を収容し、この空気を特定の圧力で釣り合わせることで、空気モータにより、実際の燃焼エンジンそのものに適合するその排気中に適切な空気流を（たとえ、空気モータの排気が大気圧ではなく燃焼エンジンのオーバーフィーディングになり、性能が下がる場合にでも）発生させなければならない。

欧州特許０７７９４１９（出願番号第９６５０００４１号）において、燃焼エンジンに作用する電気コンプレッサに基づいたオーバーフィーディングシステムについての記載がある。
欧州特許０７７９４１９（出願番号第９６５０００４１号）

現在まで多数の燃焼エンジンオーバーフィーディングシステムが公知となっているが、いずれの場合にしても、最適な性能を達成しているものは無い。その理由として、理論的には性能が高くなるものの、消費が低減しない点がある。

そのため、本発明の目的は、空気モータの排気ガスによって生成されるオーバーフィーディングを設計することである。空気モータは、例えばそのクランク軸を結合することにより燃焼エンジンに機械的に連結され、その結果ハイブリッド駆動が定義される。

提供される燃焼エンジンのオーバーフィーディングによるハイブリッド駆動システムは、燃焼エンジン／空気モータ間の結合に基づく一方、従来の始動モータを必要としない燃焼エンジンを備えた、例えばモータおよびエンジンのクランク軸間の機械的接続にも基づき、また、モータ／エンジン間の接続または結合は空気的なものであり、この場合、前記空気モータの排気は前記燃焼エンジンの入力へと接続され、これにより、後者に燃焼（ｃｏｍｂｕｒｅｎｔ）を過給する。

当然のことながら、前記空気モータは、以下のようなシステム上で支持される。このシステムは、複数の高圧空気タンクと、再充電用電気コンプレッサと、制御バルブと、調節システムなどとを含み、前記空気的システムそのものの実際の容量は、前記燃焼エンジン中に保存された燃料に比例する。

モータおよびエンジンのどちらも、異なる位置で結合してもよい（すなわち、モータおよびエンジン両方のクランク軸を連結するための結合システムを用いて前記空気モータを前記クラッチに隣接させて、燃焼エンジンの排気を結合解除して雰囲気に開放することにより、この種の接続において（前記燃焼エンジンの動作無しに）駆動が得られるようにする）。別の種類の結合では、燃焼エンジンをクラッチに隣接して配置した場合、駆動を達成するように前記クラッチを動作させる必要があるのに対し、第３の場合または様式による接続または結合は第１に述べた場合と類似しているが、燃焼エンジンをオーバーフィーディングすることにより（燃焼エンジンへの機械的接続無しに）空気的接続を保持し、コンプレッサを用いて、空気タンクからの再充電を行う。

モータ／エンジン間の接続は好適には、燃焼エンジンが車両のクラッチに隣接して配置されかつ空気モータが前記燃焼エンジンのクランク軸の他端に接続されるよう、行われるべきである。このような接続は、半自動式トランスミッションを用いて、また、４２ボルトのオルタネータ技術を含めて行われる。その理由は、この電気容量により、動作時および停止時の自動充電が可能になるからである。

前記システムはまた、制御センタも含む。この制御センタにより、モータおよびエンジン両方（すなわち、モータおよびエンジンのクランク軸）を自動的に結合解除することができる。このデバイスは、結合解除をスムーズにするための電気クラッチであり得る。

前記システムはまた、空気モータの排気出口と燃焼エンジンの入力との接続箇所に適合された電子バルブも含む。この電子バルブは、空気フィルタを通じて外側と連通し、その際、モータおよびエンジンはどちらとも同時に動作し、前記空気モータは、圧縮空気を前記燃焼エンジンの入力に供給し、モータおよびエンジンの２つの駆動は、共に前記燃焼エンジンの関連クラッチへと伝達される。

前述の電子バルブは閉口され、クランク軸双方間の結合システムは結合され、これにより、前記空気モータの非動作時、前記電子バルブは開口し、これにより、前記燃焼エンジンの空気供給が保証され、前記クランク軸双方間の結合はフリーとなる。

前記システムはまた、圧縮空気タンクと、バルブ制御と、自動充電システムと、高容量バッテリと、燃料タンクと、外部圧縮空気テイクオフと、外部電気テイクオフとを含む。この外部圧縮空気テイクオフは前記圧縮空気タンクと接続され、この外部電気テイクオフは、前記自動充電システムへの供給および前記空気タンクの再充電を行うためのものであるため、電気テイクオフと呼ばれるものは、前記高容量バッテリに接続されてもよい。

前記駆動システムを前記オーバーフィーディングシステムから分離できない理由としては、前記システムでは、燃焼エンジンの供給および燃料消費低減の達成を空気モータの排気ガスを用いて行う際、モータ／エンジン間の機械的および空気的接続に基づいて行うためである。すなわち、ハイブリッド燃焼空気的駆動を達成するには、前記燃焼エンジンのオーバーフィーディングが必要となる。

後述の図面に基づけば、本発明のシステムが燃焼エンジン１および空気モータ２を含む様態が理解可能となる。燃焼エンジン１および空気モータ２はどちらとも、結合３によって接続される。この結合３は、直接的なものまたはベルトおよび滑車を介したものであってもよく、また、モータおよびエンジンのクランク軸４および５それぞれと、燃焼エンジン１および空気モータ２に対応する。

燃焼エンジン１は、関連クラッチ６およびそのギアボックス７を有する。関連クラッチ６およびそのギアボックス７を通じて、従来と同様に運動が車輪に伝達される。

それでもなお、本発明によれば、前記クラッチデバイス６および前記ギアボックスは空気モータ２側にあることがわかる。

燃焼エンジン１および空気モータ２のクランク軸４／５間の機械的接続または結合３とは別に、これらの間に空気的な接続または結合がある。この空気的な接続または結合の本質は、前記燃焼エンジンの入力９に接続する空気モータ２のガスの出口または排気８にあり、この排気８は圧力パイプ１０を介し、電子バルブ１１は、空気フィルタ１２を通じて外部と連通する。

空気モータ２によって燃焼エンジン１へと提供される空気オーバーフィーディングは、双方のクランク軸４／５間の機械的接続と組み合わさることで、双方のクランク軸を始動モータを必要としない燃焼エンジン１に接続すると、（燃焼エンジン１への燃焼オーバーフィーディングの達成と、空気モータの排気８から燃焼エンジン１の入力９への燃焼オーバーフィーディングの達成とは別に）パワー総量を達成する。

前記空気モータは、以下のような空気的システムによって補完される。この空気的システムは、圧縮空気タンク１３を含む。この圧縮空気タンク１３は、空気モータ２上で動作する際に駆動を提供し、その駆動を燃焼エンジン１のクランク軸またはパワーテイクオフに伝達し、それと同時に、燃焼エンジン１が必要とする空気を後者の入力９を通じて伝達する。

前記システムはまた、外部圧縮空気テイクオフ１５と、外部電気パワーテイクオフ１６と、自動充電システム１７と、例えば、電気コンプレッサと、燃焼エンジン１用の燃料タンク１８と、（オペレータ２０および２１によって生成される電気信号用の）制御エントリ１９２および１９３を通じた加速装置２０およびブレーキ２１の関連オペレータに関連する制御ユニットまたはセンタｌ９とを含む。

車両の加速装置２０からの要求があると、制御センタ１９は、空気モータ２の制御バルブ１４および燃焼エンジン１の燃料噴射モジュールを制御して、（結合が直接的な場合）同じ速度で回転を生成し、（滑車およびベルトが用いられている場合）別の速度で回転を生成する。前記空気的システムの容量および電気的または空気的再充電の可能性は、その低消費の使用を限定する。

モータ１および２のクランク軸４／５間の結合３は、制御ユニットまたはセンタそのもの１９による伝達順に結合解除してもよい。

このように、エンジン１およびモータ２双方が同時に動作すると、空気モータ２は、パイプ１０を通じて圧縮空気を燃焼エンジン１の入力９へと供給し、これらの駆動双方を前記クラッチ６へと伝達する。前記電子バルブ１１が閉口され、結合３が結合されて、空気モータ２が動作していない場合、電子バルブ１１は開口し、これにより、前記燃焼エンジン１への空気が保証され、結合３はフリーのままとなる。

その部分において、前記制御ユニットまたはセンタ１９は、制御バルブ１４、結合３、電子バルブ１１、クラッチ６、ギアボックス７を調節して、（前記燃焼エンジンおよび前記空気モータ双方の上述のパラメータの調節と別に）加速装置２０またはブレーキ２１に反応する。その結果、スムーズな動作が生成され、いくつかのプログラムまたは機能（例えば、空気モータによる制動、タンク１３への空気注入、またはオルタネータ２２のモニタリング）が可能となることとなり、その結果、前記バッテリの充電状態が保持される。

最後に、前記システムはバッテリ２３によって補完される。このバッテリ２３も、外部電気テイクオフデバイス１６を通じて再充電が可能であり、その結果、外部接続無しに、空気タンク１３が再充電され、自己再充電システム（１７）が活性化される。

上記図面中の非連続線は、制御ユニット１９および自己再充電システム１７と、制御バルブ１４と、クラッチおよび前記電子バルブ１ｌとの間の接続を示す。制御ユニット１９の制御出口はそれぞれ、自己再充電システム１７およびオルタネータ２２を制御するように機能し、参照符号ｌ９０および１９１で示される。

本明細書には、一枚の図面が添付されており、その目的は、上述の説明を補足することおよび本発明の特徴の理解を深めることである。この図面は本発明の本質を形成するものであり、燃焼エンジンのオーバーフィーディングシステムを模式的に示し、全ての点において本発明の目的に沿い、前記燃焼エンジンが車両のクラッチに隣接している例を優先的に示している。

Claims (10)

1. 車両用ハイブリッド駆動システムであって、空気入力（９）、オルタネータ（２２）、および燃料タンク（１８）を備える燃焼エンジン（１）と、
   電子空気的制御バルブ（１４）、空気排気（８）、および圧縮された空気（外気）を収容する圧縮空気タンク（１３）を備えた空気的圧縮空気モータ（２）と、
   前記燃焼エンジンおよび空気モータ（１、２）の駆動を付加するためのクラッチ（６）およびギアボックス（７）と、
   を備え、
   前記各燃焼エンジン（１）および空気モータ（２）を結合／結合解除して、前記各燃焼エンジン（１）および空気モータ（２）の駆動を組み合わせるための機械的結合デバイス（３）と、
   空気的チューブ（１０）、電子空気的バルブ（１１）、および外部への出口付き空気フィルタ（１２）から構成される空気的結合デバイスであって、前記空気モータ（２）の空気排気（８）を前記燃焼エンジン（１）の空気入力（９）へと直接接続して、前記燃焼エンジン（１）に燃焼過給を提供する空気的結合デバイスと、
   前記デバイスおよびアイテム（１、３、６、７、１１、１４、２２）を支配するための電子制御ユニット（１９）と、
   をさらに備えることを特徴とする、システム。
2. 前記クラッチ（６）および前記ギアボックス（７）は前記燃焼エンジン側（１）に適合されることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
3. 前記クラッチ（６）および前記ギアボックス（７）は前記空気モータ側（２）に適合されることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
4. 前記空気モータ（２）を前記クラッチ（６）に適合させるだけで、前記空気的結合デバイスは、前記圧縮空気タンク（１３）を再充電するコンプレッサ（１７）を動作させる燃焼エンジンのオーバーフィーディングに適応することを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
5. 前記機械的結合（３）は、前記燃焼エンジン（１）のクランク軸（４）と前記空気モータ（２）のクランク軸（５）との間に配置されることを特徴とする、前記請求項１に記載のシステム。
6. 前記機械的結合（３）は直接的結合であることを特徴とする、請求項５に記載のシステム。
7. 前記機械的結合（３）はベルトおよび滑車による結合であることを特徴とする、請求項５に記載のシステム。
8. 前記圧縮空気タンク（１３）は、高容量電気バッテリ（２３）によって電気的に供給される前記圧縮空気自動充電システム（１７）に空気圧的に接続されることを特徴とする、前記請求項に記載のシステム。
9. 前記圧縮空気自己再充電システム（１７）の代替電気パワー供給のために、外部電気テイクオフ（１６）が提供されることを特徴とする、請求項８に記載のシステム。
10. 前記高容量電気バッテリ（２３）によって供給される前記電子制御ユニット（１９）はまた、前記圧縮空気自動充電システム（１７）を制御するための制御出力（１９０）および前記オルタネータ（２２）を制御するための別の制御出力（１９１）と、前記車両の加速装置システム（２０）およびブレーキシステム（２１）から生成される電気信号用の各制御入力（１９２、１９３）とを有することを特徴とする、前記請求項８，９に記載のシステム。

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