TWI314609B - Power unit provided with combustion engine and stirling engine - Google Patents

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TWI314609B
TWI314609B TW093112994A TW93112994A TWI314609B TW I314609 B TWI314609 B TW I314609B TW 093112994 A TW093112994 A TW 093112994A TW 93112994 A TW93112994 A TW 93112994A TW I314609 B TWI314609 B TW I314609B
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Masayoshi Mori
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Honda Motor Co Ltd
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Description

1314609 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明關於一種動力單元，i m 比 八匕括一做為動力源之燃 T、—使用燃機之廢熱做為熱源之史特林引擎、及辅機。 更明確地說，本發明關於一種動 力早70，其包括—燃機、 史特林引擎及輔機，且可利用—由 電機所生電力以驅動辅機。 ’ 驅動之發 【先前技術】 用於驅動一發電機之史特林引擎揭露於JP 64_75865 A及 JP 2002_266701 A内，Jp 64_75865 A内所揭露之史特林引擎 =-包括在熱泉内之冷媒壓縮機及—發電機。當史特林 引擎之引擎速度因為空調負載及大氣負载變化而改變時， 一包括在發電機内之磁場調節器即調節發電機之磁場，以 ^史特林引擎之引擎速度。因此，㈣之負載變化係由 電力負載補償，以維持史特林引擎之負載恒定。 JP 2002-266701八内所揭露之史特林引擎係使用由一觸 媒轉換器所生之反應熱做為熱源，而觸媒轉換器設於1 燃機之排氣系統内以做排氣控制，内燃機即汽車之動力單 元。由史特林引擎所生之機械性能量係用於驅動一發電: 及輔機。 儘官JP 64-75865 A内所揭露之史特林引擎使用史特林引 擎内之-燃燒器所生之燃氣熱能以加熱工作氣體，： 考ΐ利用史特林引擎之制動馬力減少燃燒器之燃料消耗。 JP ·2·2667()1 Α内提到之史特林引擎係使用觸媒轉換器 92702.doc 1314609 做為加熱器，觸媒轉換器則 熱能加熱。由於史特林引擎之制動=之排=熱能及反應 ^ m m aii ^ 馬力驅動汽車之辅機， 之姆m玄 j 乂㈣料耗率操作且用於運轉 之燃枓扁耗率得以改善。惟， 益法以1本… 軋，皿度低、觸媒轉換器 …法乂 /、活恕溫度加熱、及史特林 能Φ，产甘U_ 个Ή I之制動馬力低之狀
心、中在某些例子中，辅機即無法以1 τ Α 4α A 無法充分達到其功能。 /…呆驅動’且 /: 64-75865 A内提到透過發電機負载觸之史特林引擎 ^之控制可保持驅動冷媒壓縮機時之史特林引擎負載恒 疋，因此史特林引擎即以最大熱效率操作 擎之熱效率在最大值時之 史特林引 竽迷度亚未一致於史特林引擎 之㈣馬力在最大值時之引擎速度。經常，熱效率在最大 值時之引擎速度係低於制料力在最大料之引擎速度。 因此’發電機之發電能力無法保持在高水準且發電機無法 產生足夠電力。 本發明即鑑於此狀況而為之，且本發明之主要目的在減 少-做為原動機之内燃機之燃料消耗，其排放廢熱以做為 -史特林引擎之高溫熱源，並確實驅動輔機，使其功能充 分發揮，即使是史特林引擎之制動馬力低。本發明之另— 目的在盡可能恢復廢熱之熱能’以進一步減少燃機之燃料 消耗’及確定##機可以令人滿意地驅動，即使是在發電機 及電池所供給之電力不足以正常地驅動辅機時。 【發明内容】 一做為原動機以驅 依本發明所示，一種動力單元包括 92702.doc 1314609 動裝置之燃機’’用於燃機之辅機，· 及-利用工作氣體操作以驅動該發之焉達，·—發電機； 中史特林引擎具有一加敎号， 史特林引擎；其 加熱工作氣體，電池連接於 彳產生之廢熱以 电助馬達以供雪 發電機連接於電動馬達與電 〃冑動馬達， 及電動馬達連接於辅機以驅至電動馬達與電池， 當燃機所產生之廢熱有足夠熱能，且由 之發電機可產生足以驅動辅機之姓引擎驅動 達驅動，燃機不需要驅動輔機，因此做：：係由電動馬 機之燃機之燃科消耗因而減少。當燃機所產生之廢埶：！ 不足，史特林？1擎之制動馬力低， —、- 電機無法產生足以 機==輔機可依—模式㈣，其利用由發電 電池所供給之電力而充分執行其功能。 …枯 包含—引擎速度控制裝置， 田 擎速度凋整至史特林引擎產生最大或 貝貝上取大制動馬力時之一最佳引擎速度。 史特林引擎之引擎速度可調整至史特林引擎產生 取大制動馬力時之最佳引擎速度，即使是史特林引擎之輸 絲廢熱熱能變化而改變。因此，發電機係由最大 或實貝上取大制動馬力驅動，以產生最大或實質上最大之 電力。 本心明具有以下效果，由最大或實質上最大制動馬力驅 =之發電機產生最大或實質上最大之電力，因Α，廢熱熱 最大可Sb部分得以恢復，且由充足電力驅動之電動 92702.doc 1314609 馬達驅動辅機之頻率即·^ Λ 以進—步減少。了增加’因此内燃機之燃料消耗可 較佳為，輔機係-包括複數個辅機在内 群之辅機係透過-包括離合器在内之傳動機槿：機 驅動複數個辅機，及馬達結合或脫離，以 達驅動之輔機數。統選擇性地決定欲由電動馬 /此，當發電機之發電不足以用電動馬達驅動所有預定 :量之輔機時’欲由電動馬達驅動之輔機數即依發= ^電而改變，燃機之燃料消耗因而減少。當由於廢教 =及史特林引擎之制動馬力低，發電機無法產生二 力日τ，燃機即驅動辅機. 電 ^此以下效果即可取得。由於電動馬達係依發 發，而儘可能驅動複數個辅機，燃機之燃料消耗因而減 =即使是發電機及電池無法供料夠電力，辅 燃機穩定地驅動。 J田 依本發明之一實施例所示，燃機利用一第一 結於複數個辅機中之第—者，聯結㈣機之辅機則利用^ 合15以聯結於電動馬達，電動馬達係在操作上連接 於其餘辅機，且第-及第二離合器皆由一控制系統控制接 、利於依據動力單①之操作狀況而結合或脫離。因此 機仍可選擇由燃機或電動馬達穩定地驅動。 較’、體的疋，當燃機係在_低負載操作範圍内操作且電 力不足以供給至電動馬達時，控制系統可在操作上結合第 92702.doc -10- 1314609 —及第二離合器，以利於操作上將燃機連接於所有辅機。 依本發明所示，當僅用於驅動不含第—辅機在内之輔機 ’電力供給至電動馬達’同時燃機係在—中負載操作範圍 2知作時，控制系統可在操作上脫離第二離合器，且將不 含第一辅機在内之辅機連接於電動馬達，因此，不含第一 辅機在内之辅機即由電動馬達驅動。 依本發明所示，當足以驅動所有辅機的電力供給至電動 馬達，同時燃機係在一高負載操作範圍内操作時，控制系 統可在操作上脫離第一及第二離合器，且將所有輔機連接 於所有辅機。因此’所有辅機皆由電動馬達驅動。 【實施方式】 本發明之一較佳實施例將參考圖1至4說明於後。
4參閱圖1 ’本發明較佳實施例之一動力單元包括一水A 式多汽缸内燃機1、預定數量之輔機、一電動馬達2、―; 電機3、一用於驅動發電機3之史特林引擎4、一電池5、及 一包括一控制單元（文後稱為”ECU”）40在内之控制系統。動 力單元安裝於一車輛上，且内燃機丨使用做為一供驅動車輛 之原動機。 内燃機1具有裝設於汽缸内以做往復運動之活塞，及—可 由活塞轉動之曲柄軸la。活塞係藉由燃料注入閥嘴入汽叙 内之燃料’與通過燃燒室内進氣系統之節流閥而供仏5 + 之空氣’所產生之空氣-燃料混合物燃燒生成之燃氣壓力 驅動。曲柄軸la之動力傳動通過一包括傳動器在内之動力 傳動系統，到達車輛之驅動輪，以驅動車輛運轉。 92702.doc -11 · 1314609 自α燃燒室排放之燃氣’亦即排氣，其流人—備有觸媒轉 換器之排氣系統，亦即排氣排放控制裝置。 娜軋利用觸媒 轉換器而呈無害性，而無害之排氣則供給至史特林引擎納 之加熱器27l、272(圖2) ’無害之排氣係在熱轉移至加熱器 27!、27〗後再排放至大氣。 包括在一辅機群A内之預定數量之辅機為四具辅機，即— 包括在空調系統内之壓縮機6、一包括在動力推進系統内之 動力推U7、-包括在冷卻系統内供循環冷卻水通過内燃 機1以冷卻内燃機i之水泵8、及一供泵送油至内燃機鴻滑 組件之油泵9。動力單元包括一輔助發電機16，其可在發電 機3無法發電時產生最少之所需電力。
辅機群A係在操作上利用一包括離合器1〇、13在内之傳動 機構τ以連接於曲柄軸13，壓縮機6、三具泵7、8、9、及辅 助發電機16皆由内燃機丨旋轉驅動。傳動機構τ包括一第一 傳動機構^，其在操作上將壓縮機6與輔助發電機16之各軸 6a、16a連接於曲柄軸ia，及一第二傳動機構A，其在操作 上將動力推進泵7之軸7a、水泵8之軸8a、及油泵9之軸連接 於電動馬達2之軸2a，及用於電動馬達2與壓縮機6之各軸 2a、6a連接與斷接之離合器1〇，離合器1〇係一電磁離合器。 第一傳動機構Τ!包括一傳動機構12，其具有一在操作上 互連曲柄軸la、一從動軸丨丨與軸i6a之傳動皮帶12a，及離 合器13 ’用於從動軸11與軸6 a之連接與斷接，離合器13係 一電磁離合器。第二傳動機構丁2具有一傳動機構14，其包 括一捲繞於軸2a、7a、8a之傳動機構丨4a，以在操作上互連 92702.doc •12- 1314609 轴與油泵9之轴。水泵8及油泵9共同具有軸8a， 水泵8及油泵9可以個別具有同軸向聯結之軸。辅助發電機 16之軸16a係透過-電磁離合器17而連接於曲柄心。當輔 助發電機16不需要發電時，靖脫離電磁離合器17。 電動馬達2係由發電機3與電池5所供給之電力驅動，且可 旋轉驅動壓縮機6及泵7、8、9。電力由電池5供給至電動馬 達2’而電動馬達2透過壓縮機6及第一傳動機構乃而旋轉地 驅動曲柄軸la，以利於空轉停止狀態中重新啟動内燃機【。 ECU 40依據操作狀況而結合或脫離離合器i〇、13，例如 内燃機1之空轉停止、發電機3之發電率及電池5之充電狀 態。壓縮機6及泵7、8、9係由内燃機1及電動馬達2選擇性 地驅動，且欲由電動馬達2驅動之辅機數係藉由正確地結合 或脫離離合器10、13而決定β 具體而言，在一第一驅動模式中，離合器1〇、13結合， 辅機群Α之所有輔機皆由曲柄軸1&驅動，即壓縮機6及泵7、 8、9。在第一驅動模式中，電動馬達2並未產生任何驅動力 且呈空轉。在一第二驅動模式中，離合器13結合而離合器 10脫離’僅有辅機群A之壓縮機6由曲柄軸1 a驅動，栗7、8、 9則由電動馬達2驅動。在一第三驅動模式中，離合器I]脫 離而離合器10結合，所有輔機群A之辅機皆由電動馬達2驅 動，即壓縮機6及泵7、8、9。 基本上為輔機且為車輛運轉與内燃機1操作上不可或缺 之泵7、8、9係由第二傳動機構T2恆定地互聯，且同時停止 及操作。辅機群Α内之辅機僅有泵7、8、9係在發電機3以較 92702.doc -13- 1314609 且其不如泵 驅動，而獨 1 低發電率發電之例子中由電動馬達驅動。 壓縮機6為辅機群入内之辅機中最大之負载 7、8、9頻繁操作’因此，i縮機6即由 立於泵7、8、9。 、 請參閱圖2，史特林引擎4係 ^ 1包括組合成之一第 引擎早儿2〇1及一第二5|擎單元2〇2，史特林引擎*旦有一 曲柄軸26、二汽缸21l、2l2、一結合於汽心丨、&且界定 曲柄軸室23以容置曲柄軸26之曲柄箱。、分別裝設於汽 缸21!、2丨2内以做往復運動之移位活塞24ι、2心、分別裝設 於/飞缸21丨、2丨2内以做往復運動之動力活塞25】、Μ〗，動力 活塞25!、252連接及驅動曲柄軸26，加熱器27ι、η]、再生 器28丨、282、及冷卻器29丨、分別屬於引擎單元2〇ι、2〇2。 在引擎單元2(h、2〇2中，可變容之高溫空間3〇1、3〇2係由 汽缸21丨、2丨2之上部分及移位活塞24丨、24z界定，且可變容 之低溫空間3 1〗、3 12係分別形成於移位活塞24ι、242與動力 活基25丨、252之間。高溫空間3〇丨、302及低溫空間3 1 i、3 12 分別利用通道而恒定地連接於加熱器27i、272、再生器28, 282、及冷卻器29丨、2L，高溫空間3(h、3〇2、低溫空間31!、 3 12、及通道填注高壓氦氣以做為工作氣體。 移位活塞24!、242與動力活塞25!、252係分別利用運動轉 換機構以連接於曲柄軸室2 3内之曲柄軸2 6，以將往復運動 轉換成旋轉運動，反之亦然。運動轉換機構將平行於汽缸 2U、212軸線之動力活塞25i、252之往復運動轉換成曲柄軸 26之旋轉運動，及將曲柄轴26之旋轉運動轉換成平行於汽 92702.doc -14- 1314609 缸2 1! 2 12軸線之移位活塞2 4丨、2 4 2之往復運動 同時請參閱圖3 内燃機1排放之排氣係流過排氣系統 及排氣供給管32而被供應至加熱器271及272,該等加熱器係 使用由内燃機1所產生之廢熱（亦即高溫熱源）來加熱該工作 氣體。在此實施例中，排氣流經排氣供應管32而進入第一 引擎單元20A加熱器27l、自第一加熱器2'流入第二引擎 單元2〇2之加熱器272、及自排放管33排入大氣。分別連接於 高溫空間3()1與再生器281以及高溫空間3〇2與再生器叫之 加熱器27^ 272即利用排氣之熱以加熱工作氣體，即一加熱 流體。 冷卻至低溫之冷卻水係流過冷卻系統内之一轄射器以冷 卻内燃機！且利用水泵8㈣，其流過一連接於水果8排放孔 之供給管34而進入冷卻器29ι、292，接著通過一排放管35 而流向輻射器。分別設置於低溫空間川與再生器28ι之間以 及低溫空間3 12與再生、人/、 , 态心之間之冷卻器29丨、292係利用冷 卻水以冷卻工作氣體，即一冷卻流體。 在第-引擎單元20A第二引擎單元％中，移位活塞 A、％之各相位分別相對於動力活塞叫、％者前進大約 在移位活塞24l、242之各運動之間有18〇。之相位差， 因此’由於移位活塞24l、242與動力活塞％、％之往復運 動，工作氣體即依據南溫空間3 〇 1、 之體積變化而經由加熱器27丨及272 , 3〇2與低溫空間3h、312 再生器28丨及282以及冷 卻器29l，292而流動於高溫空間3〇1與低溫空間％之間以及 高溫空間3〇2與低溫空間312之n 私丄 間。當尚溫空間3〇1(3〇2)之體 92702.doc -15- 1314609 積牦加日τ，咼溫空間3〇1 (3〇2)及低溫空間3 1! (3〗2)内之工作 氣體之yg力增力σ ’且動力活塞25丨（252)由高壓工作氣體之屢 力驅動，以轉動曲柄軸26。 請參閱圖2,發電機3容置於曲柄軸室23内，發電機3係由 ^柄軸26驅動，即一輸出軸。曲柄軸％分成一用於第一引 擎單元2〇α第—曲柄軸段26ι、及_用於第二引擎單元瑪 之第二曲柄軸段262，發電機3設置於曲柄軸段26l、262之 間。發電機3之軸3a之相對端係聯結於曲柄軸段冰、％， 以利於操作上透過發電機3而連接曲柄軸段261、2一 請參閱圖卜由發電機3產生之電力係用於驅動電動馬達2 及用於充電電池5’電池5可供給電力至車輛之所有電動裝 置，此包括頭燈、尾燈m $ 且及彳τ皁込在内之燈光系統、音響裝 置包括導向糸統在内之指千哭 _ 知不态、及通信系統。ECU 40控 制一包括一電壓調節器輿及相 興反相态在内之控制器19，以利於 供給由發電機3產生之電力、 乂發電機3產生之電力充電電 池5、及自電池5供給雷力 电力至电動馬達2與電動裝置。 一用於控制發電機3之备 栌制裝詈m '载杨調節器15,亦即一負載 抆制I置，其連接於發電機3 控制發電機3之負載。 “調即心調節場電流以 史特林引擎4之制動馬力 改變，實際上，相^ 依内燃機1之操作狀況而 乂於冷郃水溫度變化 圍内變化之排氣熱能即㈤而了在廣泛範 對應於排氣敎能特定# 、？丨擎4之制動馬力。有關 … ^大制動馬力時之史特林引擎4之引擎速度係 92702.doc -16- 1314609 取決於對應於操作狀況之制動 市j動馬力特喊。鑑於回復最高效 率時之排氣熱能，較佳為去丨〖田立r i 仫為利用制動馬力特徵之最大制動馬 力驅動發電機3，使發電機3產生最大電力。 刪㈣収特林；丨擎4而以内燃⑴之操作狀況為基 礎，設定-理想之引擎速度以適用於生成最大制動馬力， 更明確地說，即排氣之埶# ^ <、、、b狀況。ECU 40透過磁場調節器 15之控制而控制發電機3 $ έ # ^ 电钱·3之負載，以利控制史特林引擎4之 引擎速度。因此，磁場調筋哭彳ς介 他劳碉即益15亦做為一引擎速度控制
置。 用於控制史特林引學4輸出之卿4〇與離合之操 作狀況將參考圖1、4說明於後。 凊參閱圖卜除了具有CPU(中央處理單元）之ecu4〇,控 制系統尚包括一以曲柄軸26之轉速為基礎而量測史特㈣ 擎1 之轉速N之引擎速度感測器41、一用於量測發電機3所生 肊里之所生此里1測裝置42、一用於量測電池5電壓之電壓 感測器43用於里測加熱器27“如圖3)入口處排氣溫度之
溫度感測器44、—用於量測冷卻器29l、292(如圖3)入口處 冷卻水溫度之溫度感測器45、及一用於感測内燃⑴操作狀 況之操作狀況感測單元。 用於感測内燃機！操作狀況之操作&況感測單元包括一 用:量測内燃m引擎速度之引擎速度感測器46、—用於感 測机過進氣系統之進氣流動量之氣流感測器47、一用於決 定節流閥開孔處之内燃機！負載之負載感測器48、—用於量 測内燃機1引擎溫度之引擎溫度感測器49、一用於量測大氣 92702.doc •17- 1314609 溫度之大氣溫度感測器5〇。 制 ΕΓΤΤ ° 3、控制器丨9及燃料注入閥， ECU 40接收來自感測哭 ' 0之信號，ECU 40之CPU即以 啫輸入k號為基礎而執行瞀 ft .v ^ ^ "'何運斤，且ECU 40提供控制信 虓以控制磁场調節器j 5、人 離D态10、13、控制器19及燃料 /土八闕。 圖4揭示Μ林引擎4之制動馬力特徵，她中，曲線〇 为別代表車速在心5時史特林引擎4之制動馬力， 燃機係以穩態操作且車輪以定速運轉，車速之增加 順序為 VI、v2、V3、V4、V5。 内燃機1之負載係隨著車速之增加而增加，因此，第一弓I 之加熱器27l入口處之排氣入口溫度上昇，加熱器 1 口灸之質罝流動率增加’且可得自排氣之熱能增加。 圖4所不之制動馬力特徵曲線係假設不同車速時供給至A 卻器291、292之冷卻水溫度皆不變。 文 ，著供給至加熱器27ι、272之排氣熱能增加，在引擎速度 叫之制動馬力L及各制動馬力特徵之最大制動馬力亦增 加’且制動馬力達到最大值時之最佳引擎速度、至〜增 加。士内燃機1完成暖機後，由内燃機1加熱之冷卻水即冷卻， 同時其流過韓射器。因此，由水泵8供給至冷卻器29ι、29 之冷卻水溫度實質上保持恆定。 2 動力早兀之ECU 40決定-最佳引擎速度，即史特林引擎4 利用以下程序產生最大或實質上最大制動馬力時之最佳弓丨 92702.doc -18- 1314609 擎速度N。 量測第一引擎單元2(^之加熱器27i入口處之排氣入口溫 度及質量流動率，亦即排氣之熱能狀態量。入口溫度係由 一用於量測排氣溫度之溫度感測裝置或一用於計算排氣溫 度之溫度計算裝置決定，質量流動率係由一質量流動率計 算裝置計算，而質量流動率計算裝置構成一熱能計算裝 置，以計算排氣之熱能。 溫度感測裝置係溫度感測器44，溫度計算裝置包括一操 作，用於以氣流感測器47所量測之進氣流及ECU 40從一溫 度圖表中計算得到之燃料供給率為基礎而修正排氣溫度， 該溫度圖表顯示出以參數指定之排氣溫度，亦即進氣流動 率、燃料注入閥喷出燃料時之燃料注入率、及内燃機1操作 之引擎速度，及ECU 40之算術運算使用大氣溫度感測器50 所量測之大氣溫度以校正由溫度圖表修正之溫度。質量流 動率計算裝置包括由ECU 40實施之算術運算及過程，例 如，將燃料供給率加至由氣流感測器47所量測之進氣流動 率。 對應於所量測或計算之入口溫度與質量流動率之設定引 擎速度係由一顯示出參數指定引擎速度之引擎速度圖表修 正，諸參數即入口溫度與質量流動率。修正後之引擎速度 即利用相關於史特林引擎4最大制動馬力之因數校正，以決 定史特林引擎4產生最大或實質上最大制動馬力時之最佳 引擎速度。若供給至冷卻器29!、292之冷卻水溫度係用於校 正所設定之引擎速度，則對應於冷卻水溫度之一校正係數 92702.doc -19- 1314609 p由以> Ή 度做為—項參數而決定之校正係數圖表修 正，修正後之校正係數用於校正所設定之引擎速度。 ECU40控制磁場調節器15而控制發電機3之負載，以利調 整引擎速度N至最佳之引擎速度。磁場調節器15之控制變數 可用一顯示出控制變數值與對應最佳引擎速度之圖表為基 礎而決K者可藉由量測引擎速^及執行—回授控制操 作而決定’以將所量測之引擎速度㈣整至最佳引擎速度。 因此，發電機3即由以最佳引擎速度旋轉之曲柄轴咐區 動，且發電機3產生最大或實f上最大能量，其對應於史特 林引擎4制動馬力特徵。 ECU 40以所生能量量測裝置42量測<胃㈣ 制離合器10、13之操作方式將參考圖（說明於後。 當決定内燃機1以低負載操作範圍操作且發電機3未能產 生足以驅動輔機群A之所有輔機之電力時，亦即壓縮機认 栗7、8、9’ ECU4G依第-驅動模式結合於離合㈣、13， 以驅動辅機群A。 當決定内燃機1以中負載操作範圍操作，發電機3未能產 生足以驅動輔機群A之所有輔機之電力，亦即壓縮機6及果 7、8、9’且發電機3產生足轉動三泵7、8、9之電力時， 腳職第二驅動模式脫離於離合器職結合於離合器 13，以驅動辅機群A。 當決定内燃機1以高負載接伟$ θ戟探作觀圍操作且發電機3可產生 足以驅動輔機群Α之所有辅機之電力時，亦即壓縮機6及果 7、8、9, ECU 40依第三切離於離合㈣、13，以 92702.doc -20- 1314609 13可結合以協助電動馬達2對於 驅動輔機群A。離合器 曲柄軸la之驅動。 右Ίχ電機3所產生之雷a I π , 之電力不足以驅動辅機群A，而由電壓 感測益43量測之資料得知電池5 电里兄疋％，電力即自電 5供給以利依第二或第二 乂弟—驅動杈式驅動辅機群A。若電 電量充足’辅機群A可依第一瓶叙γ ^ j依弟驅動杈式，即由電池5供給之 電力驅動。 當得知由電麼感測器43量測之電池5電壓為需要充電之 下限電麼時’若電力足以驅動電動馬達2及充電電池5, Ecu籲 4〇即利用發電機3所生之電力驅動電動馬達2及充電電池 5。若發電機3所生之電力不足以驅動電動馬達2及充電電池 5，ECU40優先充電電池5且停止供電於電動馬達：。在此例 子中ECU 40至少結合於離合器1〇或離合器13，以利用内 燃機1驅動輔機，而替代電動馬達2。 動力單元之操作及效果將闡釋於後。 在動力單元中，用於史特林引擎4之高溫熱源為内燃機】 所排放之排氣，且發電機3所生之電力用於驅動電動馬達2籲 充電4池5 “排氣有足夠熱能，且由史特林引擎4驅動 之發電機3可以產生足以驅動壓縮機6及泵7、8、9之電力 ΒχΓ電動馬達2即驅動壓縮機6及泵7、8、9，且内燃機1不 需要驅動之。因此，内燃機1之燃料消耗，亦即車輛之原動 機，將隨之減少，且運轉用之燃料消耗得以改善。當史特 林引辜4之制動馬力l係因排氣之熱能小而降低，且發電機3 热法產生足以驅動壓縮機6及泵7、8、9之電力時，該壓縮 92702.doc -21 - 1314609 機6及泵7、8、9式i 士 之雷、、，心部分可由發電機3所供給電力充電 之制動U驅動。因此’可以確定的是即使史特林引擎4 低’⑽6及果7、8、9仍可驅動而有令人滿 周即為15之功能在於將史特林引擎4之引擎速 度Ν調整至史特林引擎 制動馬力增加到一最大或實質上最 大帝J動馬力時之最佳引肇 , 引擎速度，故史特林引擎4之引擎速度 Ν可調整至史特林引擎 到一最大或實質上最 入市彳勤馬力時之最/去3丨欺_、志 ,y 擎速度，即使史特林引擎4之制動馬 力特徵係依排氣埶能之壯 孔4之狀况而改變。因此，由最大或實質 上取大制動馬力驅動之發雷祕I， 勒（發電機3可以產生最大或實質上最 大之電力，因此，排氣教# „ 、、 孔熱斯1之一攻大可能部分得以恢復， 不同电力驅動之電動馬達2所驅動之壓縮機6及果7、 二9之頻率即可增加’結果，内燃機!之燃料消耗可以進一 /減ν進步改善運轉用之燃料消耗。 辅機群A係利用包括離合考】〇 1 從雕口盗10、13在内之傳動機構τ而聯 釔於内燃機1之軸1 a，離合器 疼σ盗10、13結合與脫離以利於選擇 性地由内燃機1或電動馬達2藤動壓縮機6及泵7、8、9,且 欲由電動馬達2驅動之趙地^ 動之補機數亦改變。#發電機3之發電不 足以驅動辅機群A之所有四箱姑# 種辅枚日守，欲由電動馬達2驅動 之輔機數即依發電機3之於雷而私α , 電而改變。當輔機群Α依第二驅 動模式驅動時，即泵7、8^ 係由卷動馬達2驅動而壓縮機6 由内燃機1驅動，内燃機1之燃料消耗減少，且運轉用之燃 料消耗得以改善。當排韻孰At | 徘孔熱此小’史特林引擎4之制動馬力 92702.doc -22· 1314609 氐發包機3無法產生足夠電力，且電池5無法供給足量電 :以驅動輔機時’輔機群A可依第-驅動模式而由内燃機! 穩定地驅動。 基本上為輔機且為車輛運轉與内燃機丨操作上不可或缺 之泵7 8、9可藉由脫離離合器1〇以令壓縮機6斷接於電動 馬達2而斷接比泵7、8、9更少用之壓縮機6。因此，當發 電機3無法產生足夠電力時，利用電動馬達2驅動栗7、$、9 員率S加，因此，内燃機1之燃料消耗增加即可抑低至極 限，且運轉用之燃料消耗可進一步改善。 利用電動馬達2頻繁地驅動之泵7、8、9之操作速度可依 内燃機1之負载而控制，無關於内燃機丨之引擎速度，因此， ^ 9可以充分執行其功能。由於供給冷卻水至史特林 >之冷卻器29!、292的水泵8經常由電動馬達2驅動，冷 部水可藉由電動馬達2驅動水泵8，而以—高到足以有效冷 部工作氣體之流動率供給至冷卻m、292,因此，史特林 引擎4之制動馬力L得以增加。 -體Λ施本發明之前述動力單元之變換型式將說明之。 史特林引擎4可為具有單—引擎單元之單段式史特林引 擎’ ^具有三或多個引擎單元之多段式史特林引擎。儘管 只她例中史4寸林引擎4之曲柄軸26係直接聯結於發電 機3之軸乂驅動發電機3，曲柄轴％亦可透過電機3之轴以 外之t間軸而連接’即透過巾間軸以驅動發電機3。儘管 在此貫施例中發電機3及其外罩皆容置於由曲柄箱22界定 之曲柄軸室23内’發電機3之外罩可為曲柄箱之一部分，亦 92702.doc •23- 1314609 即’史特林引擎4之曲柄箱可具有_包括在第一引擎單— 2〇ι内之第一曲柄箱、一包括在第二引擎單元％内之第^ 柄箱、及介置於第一及第二曲柄箱之間且與之接合 機3外罩。 曲 之發電 儘管在此實施例中曲柄㈣係用於驅動輔機群A之驅動 曲柄軸la亦可透過一驅動轴以驅動辅機群a。辅機群a 可包括單一辅機，或四或多具輔機。 儘管在此實施例中排氣係自第—弓丨擎單元2〇1之加熱器 流入第二引擎單元瑪之加熱器272，排氣亦可透過排氣 管32直接供給至加熱m ^。當排氣係透㈣氣管^ 直接供給至加熱器27l、272時，排氣之人口溫度與質量流動 率即在加熱器27!、272之各入口處量測。 儘管本發明已用假設方式說明於前，即内燃機丄為汽車引 擎，然而該内燃機亦可為船用推進器，例如具有一垂直曲 柄軸之船外引擎。内燃機可為一往復式内燃機以外之内燃 機，例如燃氣渦輪機，而該燃機可為一外燃機。 【圖式簡單說明】 ^ 圖1係示意圖，揭示本發明較佳實施例之一動力單元，其 包括一内燃機及一史特林引擎； 八 圖2係圖1所示史特林引擎之縱向截面圖； 圖3係圖2所示史特林引擎之平面圖；及 圖4係圖表，揭示圖2所示史特林引擎之制動馬力特徵。 【主要元件符號說明】 内燃機 92702.doc •24- 1314609 la ' 26 曲柄軸 2 電動馬達 2a、6a、7a ' 8a、16a 轴 3 發電機 4 史特林引擎 5 電池 6 壓縮機 7 動力推進泵 8 水泵 9 油泵 10、13 離合器 11 從動軸 12、14、T、T!、T2 傳動機構 12a、14a 傳動皮帶 15 磁場調節器 16 辅助發電機 17 電磁離合器 19 控制器 2〇! 第一引擎單元 202 第二引擎單元 21i ' 212 汽缸 22 曲柄箱 23 曲柄軸室 24! ' 242 移位活塞 92702.doc -25- 1314609 25ι ' 252 動力活塞 20! 第一曲柄軸段 262 第二曲柄軸段 27i 、 272 加熱器 28i ' 282 再生器 29! > 292 冷卻器 30, ' 302 高溫空間 31i ' 312 低溫空間 32 排氣供給管 33 ' 35 排放管 34 供給管 40 控制單元 41、46 引擎速度感測器 42 量測裝置 43 電壓感測器 44 ' 45 溫度感測器 47 氣流感測器 48 負載感測器 49 引擎溫度感測器 50 大氣溫度感測器 92702.doc -26-

Claims (1)

1314609 十、申請專利範圚·· 1. -種動力單元，包含··一做 用於燃機之輔機· 原動機以驅動裝置之燃機； 、稍機，一電動馬 — 作氣體操作以驅動該”機，及一利用工 其中步心 俄之史特林引擎； 、林引擎具有一加埶5|，# 廢熱以加埶工作^ .、、、益’其使用燃機所產生之 動馬達，發矣於動馬達以供電至電 七^機連接於電動馬碴&而 達與電池，且電動…姑 、電池以供電至電動馬 2. 如請求们之動力單元，尚包含一機二動辅機。 將史特林引擎之引墾、# _ 弓1擎速度控制裝置，以 實質上最丄 至史特林引擎產生最大或 ，質上取大制動馬力時之-最佳引擎速度。 3. 如請求項1或2之動力輩+，甘+ 、 ^ ^ ，^、中輔機係一包括複數個辅 機在内之輔機群， 灵裂似稀 内之值“機係透過-包括離合器在 :動機構以連接於燃機，離合器係選 或電動馬逵姓人 W槪機 ▲ 、 &或脫離，以驅動複數個輔機，且-控制 系統選擇性地決定欲由雷動 成疋欲由電動馬達驅動之辅機數。 .如請求項3之動力單元，其中燃機利用一第一離合 結於複數個辅機中之第一者， ^ 一嚷 &中之$者.結於燃機之輔機則利用 弟-離合器以聯結於電動馬達’電動馬達係在操作上 連接於其餘輔機，且第一及第 批制 市雕σ态白由一控制系統 -，以利於依據動力單元之操作狀況而結合或脫離。 .=，項4之動力單元’其中當燃機係在—低負載操作範 2操作且電力不足以供給至電動馬達時，控制系統可 术作上結合第一及第二離合器，以利於操作上將燃機 92702.doc 1314609 連接於所有輔機。 6·如請求項4之動力單开， 在内之編： 當僅用於驅動不含第-辅機 牡巧之輔機的電力供給 吃 負載摔作f阁 电動馬達，同時燃機係在一中 貝戰奋作耗圚内操作時 ^ 離合器，且將不入楚 ’、、，，可在4呆作上脫離第二 達，因此不含第一辅機在内 幾連接於電動馬 、如請求項4之動力罩_ 電動馬達驅動。 勒力早疋’其中當足以 供給至電動馬達’同時燃機係在一”有輔機的電力 作時，控制系統可在操作上脫離第==操作範圍内操 將所有輔機連接於電動馬達。 帛-離合器，且 92702.doc
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