JP6748988B2 - 車両用発電装置 - Google Patents

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。

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。

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。

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。

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。

特許第４５７１２１１号 特開２００８−１８９２８７号

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。

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。

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。

本発明の車両用発電装置の実施態様は、自動車又は軌道車両において、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を行う第１の発電系統と、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第２の発電系統と、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第３の発電系統と、を備えるとともに、前記第２の発電系統は、ブレーキペダルの作動操作によって加圧された作動油が前記油圧ポンプから圧送される貯油室と、この貯油室から圧送される作動油が前記油圧モータで昇圧され、その一部が作動油戻し管を介して圧送されてくる貯油タンクと、を備えるとともに、この貯油タンクに圧送されて高圧状態となった作動油が取込管を介して前記油圧ポンプへ還流し油圧ポンプ内部の作動油がさらに加圧されて油圧モータへ圧送されるように構成し、前記第３の発電系統は、回転力で駆動するエアコンプレッサにより取り込まれて圧縮された空気を貯留するエアタンクと、前記原動機からの排気ガスを排気する排気管が内部を通過するとともに、この排気管内を通過する排気ガス熱で前記エアタンクからの空気を加熱する、前記エアタンクの下流側に設けたサブエアタンクと、このサブエアタンク内で高温高圧となった空気を一気に膨張させて前記空気モータへ圧送させるために前記サブエアタンクより下流側に設けた絞り弁と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、自動車又は軌道車両において、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を行う第１の発電系統と、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第２の発電系統と、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第３の発電系統と、を備えるとともに、前記第２の発電系統は、ブレーキペダルの作動操作によって加圧された作動油が前記油圧ポンプから圧送される貯油室と、この貯油室から圧送される作動油が前記油圧モータで昇圧され、その一部が作動油戻し管を介して圧送されてくる貯油タンクと、を備えるとともに、この貯油タンクに圧送されて高圧状態となった作動油が取込管を介して前記油圧ポンプへ還流し油圧ポンプ内部の作動油がさらに加圧されて油圧モータへ圧送されるように構成し、前記第３の発電系統は、回転力で駆動するエアコンプレッサにより取り込まれて圧縮された空気を貯留するエアタンクと、前記原動機からの排気ガスを排気する排気管が内部を通過するとともに、この排気管内を通過する排気ガス熱で前記エアタンクからの空気を加熱する、前記エアタンクの下流側に設けたサブエアタンクと、このサブエアタンク内で高温高圧となった空気を一気に膨張させて前記空気モータへ圧送させるために前記サブエアタンクより下流側に設けた絞り弁と、を備えた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。特に、第２の発電系統では、油圧モータで昇圧され一部が作動油戻し管を介して圧送されてくる貯油タンクと、貯油タンクに圧送されて高圧状態となった作動油が取込管介して油圧ポンプへ還流し油圧ポンプ内部の作動油がさらに加圧されて油圧モータへ圧送されるよう構成されているので、発電効率がさらにアップする。また、第３の発電系統では、サブエアタンクより下流側に設けた絞り弁により、サブエアタンク内で高温高圧となった空気を一気に膨張させることで、発電特性について高効率な発電機能を付与しており、これらの構成によって、大幅に性能アップを図ることができる。

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側面の概略断面図である。 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平面の概略説明図である。 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他の例の平面の概略説明図である。 図３の排熱エネルギーを電気エネルギーに変換する系統の制御フローチャートである。 本発明の一実施の形態に係る車両用発電装置に使用するサブエアタンクの斜視図である。 図５のサブエアタンクのＡ視断面図である。 図５のサブエアタンクの他の実施の形態の斜視図である。

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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (1)

1. 自動車又は軌道車両において、
   自動車又は軌道車両のショックアブソーバ(３)の振動緩衝作動を油圧モータ（５）の作動に変換して油圧モータの作動により発電機（６）を作動させて蓄電池（１１）を行う第１の発電系統と、
   ブレーキペダル（９７）の作動操作を検知して油圧ポンプ（９）と原動機（８）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（９）の作動によって油圧モータ（５）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第２の発電系統と、
   原動機（８）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（１６）を介して発電機（６）を作動させて蓄電池充電を行う排気熱回収による第３の発電系統と、
   を備えるとともに、
   前記第２の発電系統は、
   ブレーキペダル（９７）の作動操作によって加圧された作動油が前記油圧ポンプ（９）から圧送される貯油室（４）と、
   この貯油室（４）から圧送される作動油が前記油圧モータ（５）で昇圧され、その一部が作動油戻し管（４３）を介して圧送されてくる貯油タンク（７）と、
   を備えるとともに、
   この貯油タンク（７）に圧送されて高圧状態となった作動油が取込管（７６）を介して前記油圧ポンプ（９）へ還流し油圧ポンプ（９）内部の作動油がさらに加圧されて油圧モータ（５）へ圧送されるように構成し、
   前記第３の発電系統は、
   回転力で駆動するエアコンプレッサ（１３）により取り込まれて圧縮された空気を貯留するエアタンク（１４）と、
   前記原動機（８）からの排気ガスを排気する排気管（８３）が内部を通過するとともに、この排気管（８３）内を通過する排気ガス熱で前記エアタンク（１４）からの空気を加熱する、前記エアタンク（１４）の下流側に設けたサブエアタンク（１
   ５）と、
   このサブエアタンク（１５）内で高温高圧となった空気を一気に膨張させて前記空気モータ（１６）へ圧送させるために前記サブエアタンク（１５）より下流側に設けた絞り弁（２８）と、
   を備えた
   ことを特徴とする車両用発電装置。

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