JPH05502200A - 車両用エンジンユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 車両用エンジンユニット 本発明は車両用エンジンユニットに関する。

最も近年の２輪又は４輪車両は、出力軸を回転するために燃料と空気の混合気を 膨張を利用した熱機関によって推進され、その回転はギアや減速装置によって車 輪に伝達される。

この熱機関の始動はバッテリによって供給される電気スタータによってなされる 。始動の際に、バッテリはスタータのモータに対して電流を供給し、スタータは りジューサや適当な連動装置（“ペンディックス”）によって慣性盤のクラウン 、又は駆動軸に固定されたフライホイールを駆動する。熱機関が始動されるや否 や、ペンディックスは慣性盤からスタータモータを切り離し、軸の駆動は熱機関 のみによって続行されることになる。

更に、熱機関は従来よりブーりとベルトから成るギア装置によってオルタネータ を駆動する。電子的な調整装置によって、オルタネータは電流をバッテリの再チ ャージを可能にする電流を供給する。

上述したようなバッテリと熱機関との電子機械的接続の組み合わせは、比較的複 雑であって故障の感知可能な源となっている。

更に、それらの使用は始動やバッテリ再チャージの上記機能に限られている。

電気的なエンジニアリングやエレクトロニクスにおける進歩は、大きな可能性の ある実施態様をシンプル化するために問題を完全に再考することを可能にする。

即ち、本発明の目的はこれら電子機械的装置をシンプル化するべく熱機関と電気 モータとの最新の関係を提供することにあり、同時にそれらの装置が付加機能を 達成可能にすることを目的とする。

本発明によれば、熱機関と電気モータから成る車両用エンジンユニットは、電気 モータが低速回転において熱機関の抵抗トルクよりも高い駆動トルクを有し、こ の電気モータは、熱機関が作動速度で回転する時、熱機関より機械的に接続解除 されることなく作動できるようになっている。

エンジンの抵抗トルクによって、エンジンの摩擦やシリンダ内に発生する圧縮に 打ち勝つのに必要なトルクが決められる。

上記電気モータは熱機関を始動するためのスタータとして作用することができる 。しかしながら従来のスタータに反して、この電気モータは熱機関に永久的に取 り付けることができ、熱機関と同時に回転することができる。

その電気モータは熱機関の抵抗トルクよりも高いトルクを持つため、故障した熱 機関と車両それ自体の双方を少ない距離に亙って運転することができる。しかし ながら、結合解除（クラッチ又は単に“かみ合いクラッチ”）がモ、−夕とエン ノンとの間に提供されるならば、電気モータは燃料が供給されない熱機関によっ てもはや制動されるものではないため、車両を良好な状頼で運転することかで今 、仮に電気モータとバッテリが十分な大きさであるならば完全な電気自動車と同 じような働きをすることができる。少なくとも市街地で認められた速度に等しい 速度でかつ数１０キロメートルに亙る自刃走行が容易に達成することができ、こ れより騒音や環境破壊することなく市街地を通過することができる。

しかしながらこの電気モータはスタータとしての機能以外の機能も果たすことが できる。

即ち電気モータは、それがＩ又はそれ以上のバッテリを再チャージするために熱 機関によって回転されているときジェネレータとして作用することが可能である 。

この電気モータはスタータと熱機関に関係するオルタネータとの双方に置き換え ることができる。

本発明の好ましい実施例によれば、電気モータのロータは熱機関の安定作動を可 能にするほど十分な慣性を有する。

代わることができる。

本発明は更に複数の好機を与える。特にバッテリに対する電流の循環が反転でき 、回路は始動電流のために定格化されているため、熱機関のトルクに加えられる 高いトルクを供給できる。−例として補助トルクは速度ゼロで熱機関の最大トル クのそれに比較できるほどの大きさのオーダをとることができ、一方低速では熱 機関は低トルクを有する。即ちブーストは比例して高い。

従って電気モータは、市街地走行や急勾配登りやクロスカントリ−車両などにと って、純正な始動“ブースター”となる。仮にこのトルクが速度と共に減少する ものだとしても若干低速からの車両の“急加速能力”を改善するのに非常に有効 となる。

本発明の好ましい実施例によれば、電気モータのパワーは車両を少なくとも低速 で運転するのに十分である。この電気モータは、例えば熱機関が故障したときや 或はエンジンに関連するものが故障したとき熱機関とは別個に車両を運転するこ とができる。しかしながら、ブレーキを構成する熱機関を回転しなければならな いというハンディキャップを持つことになる。

これに対し、仮に結合解除装置が熱機関の出力軸と電気モータとの間に設けられ たならば、上記ハンディキャップは除去される。

従って車両の運転は、例えば市街地では騒音や汚染を発生することなく電気モー タのみで達成されることになる。電気モータは、バッテリを再チャージする目的 を持って車両制動時、車両のリターダやエネルギ回復装置として作動するように 制御することもできる。

従って、下り坂では電気モータは車両の従来の摩擦制動を軽減することができ、 同時に電気エネルギを回復する。

このシステムは、バッテリの再チャージを伴い、その対称的な同義語、即ち制動 又は減速（例えば、下り坂における）によって達成することができる。勿論、バ ッテリは、これによって提供される機能に対し見積もられなければならないこと になる。異なる電圧を持つ第２バツテリも使用することができる。従って、重量 の物品を運ぶ車両のために、リターダを使用することが可能となり、下り坂で急 に加熱する代わりにバッテリを再チャージするためのエネルギを提供することに なる。上り坂では、トルクブーストを使用可能となる。

本発明の一実施例によれば、電気モータは熱機関の出力軸に対し軸方向に接続さ れる。

従って電気モータは熱機関と同じ速度で回転する。

この場合、電気モータは単純に熱機関と車両の変速機部材との間に設けられる。

この電−気モータが、スタータ、慣性フライホイール、オルタネータ及び追加又 は独立した推進装置などの諸機能を同時に達成する場合、コンパクトでかつ安価 な構造のエンジンユニットが従来のデザインと比較して実質的な利点を提供しつ つ得られることになる。

本発明の他の実施例によれば、電気モータは熱機関の出力軸に対しオフセットさ れ、モータと機関との間の接続は減速機によってなされる。

この場合、電気モータは熱機関とは異なる速度で回転し、一方上述した機能の総 て或はその幾つかを達成する。

電気モータは好ましくは飽和した可変レラクタンスの原理を用いる。このような モータは比較的平らであって、従って軸方向長さが小さくなる。

即ち、上記フラ、ットモータは熱機関の軸方向長さを実質的に増加することなく 熱機関の慣性フライホイールにとって代わることができ、同時に上述した付加機 能も達成することができる。

これらの実施例は総て、スタータ、ペンディックス、慣性盤及びそのスタータ作 動のための歯車、オルタネータ、及び対応するブーりとベルトを排除することが できる。更に、高電流のスタータの整流子と接触子は、非常に信頼性の高いパワ ーエレクトロニクスと、問題を生じない低電流回路によって置き換えられる。

本発明の他の特徴及び利点は以下の記述から明らかになる。又、非限定的な様式 で与えられた添付図面の内、−図１は本発明によるエンジンユニットを模式的に 示し、−図２は本発明を実施するために使用され得る電気モータの部分的平面図 であり、 一図３はエンジンユニットの第１の別実施例を図示し、−図４は第２の別実施例 を示している。

図１は本発明によるエンジンユニットを概略的に示している。熱機関Ｉは出力軸 ３を回転駆動するためにクランクシャフト５に作用する。軸３の端部は、軸３に 固定されたクラッチ盤７に接続される。図示しない変速機に接続される第２クラ ツチ盤８は、第１のクラッチ盤７に係脱して変速機の従来からのクラッチ係合／ 解除機能を果たす。

熱機関ｌの出力軸とクラッチ盤７との間には、電気モータ２が軸３に直接取り付 けられる。この“直接”という言葉は、電気モータ２Ｑロータ１０が軸３に固定 されていることを意味する。更に特定的に言えば、このロータ１０は軸３に対し て直角を成す一般的なディスク形態であり、軸３に対し同６状となる。ロータＩ Ｏに加え、電気モータ２は巻き線１６を持つステータ１５を有する。ステータ１ ５はロータＩＯの周囲を延びるクラウンの形態を成している。

ステータＩ５の巻き線１６は制御手段４に含まれる電子回路から給電される。こ れらの制御手段４も又、バッテリ５０に接続され、ボタン４０等の手段によって 使用者により操作される。

制御手段４と対応電子回路はモータ２を以下の異なるモードで作動させるために 設けられるものであり、即ち一ステータモードでは、電流はロータｌＯを駆動す るため巻き線Ｉ６を循環する。このロータｌＯは熱機関ｌをスタートさせるのに 十分なトルクを与え、 −ブーストモードでは、熱機関１の軸３の駆動に伴って、電流がステータＩ５に 伝達され、熱機関ｌのトルクと同じ方向に軸３にトルクを供給し、 一オルタネータモードでは、熱機関ｌは軸３を駆動し、ロータｌＯの機械的回転 エネルギの摩擦は、電気モータ２により巻き線１６に発生した電流に変換され、 この時制御手段４に組み込まれた負荷制御機はバッテリの再チャージを可能にし 、 一減速／制動モードでは、熱機関１の作動に伴って電流がステータ１５の巻き線 １６に伝わり、その結果電気モータ２は軸３の回転制動゛する反対トルクを供給 する。

即ち図Ｉに示された機械は、従来より慣性盤、ステータ、オルタネータ及び関連 の全電気回路及び機械的ギア装置によって達成されてきた機能を実行することが できる。加えて、それは熱機関Ｉに付加トルクを供給でき、このことは特に低速 時において好ましくなる。又、それは車両の制動に対し過熱することなく貢献す ることができる。何故ならこの制動時に変換された機械的エネルギは、電気的フ オームに変換してバッテリ再チャージに作用することができるからである。この 後者の用途のため、従来のバッテリに関係してバッテリ５０を改良するか、或は 第２バツテリを提供することが好都合であることがわかる。他のあらゆる用途に 対しては、伝統的なバッテリが、電気モータ２−をして上述したあらゆる機能を 持たせることを可能にする。

本発明を実施するために、特に適当とされる電気モータは飽和された可変リラク タンスを備えたモータである。これらのモータはフランス特許１，４４５，５７ ２号、同２．１０９．１４４号、及び同２．３５６，３０４号に詳シく記載され ている。図２にはロータ１ｏがディスクの形態をし、ステータＩ５がロータ１０ の周囲のクラウンを構成する例が示されている。図にはステータ１５とロータＩ ｏの４分の１が示されている。アセンブリは概して、ロータ１０に固定された軸 ３の中心でもある地点０に中心位置決めされる。

ロータｌＯの周りには均等に隔てられかつ磁性材料より成る歯１１が設けられる 。ステータ１５はロータ１ｏに対向して均等に隔てられた一連のスタッドＩ７を 持つ。各々のスタッド１７はコイルＩ６によって取り囲まれる。ロータ１ｏはコ イルの中を流れる電流によってスタブドＩ７内に発生しかつロータＩＯの歯１１ を通過する磁束作用の結果、回転駆動される。電流は、図Ｉの例では制御手段４ に含まれる電子制御回路によりコイルＩ６に送られる。

これらの飽和可変リラクタンス付き電気モータは、減じられた大きさの割合には 高い通常トルクを与えることができる。本発明によるエンジンユニットの使用に 特に適当となる特徴は、低速・高トルクを持つものである。即ち、速度０におけ るトルクは通常のトルクの２倍以上を持つことが可能となる。これはスタート時 や低速での加速時、それらに最大効率をもたらす。

更に、これらのモータは比較的平らである（厚みに対する直径の割合は４に等し いか、又は４以上でしばしば６である）。

他方、このタイプのモータは機械的遊びの項目では許容差の問題を生じない。事 実、クランクンヤフト５の遊びは代表的なものは１ミリメートルの数百分のオー ダとなるのに対し、ロータ／ステータの間隙は１ミリメートルの１０分の幾つか の半径差に相当することになる。

好ましくは、ステータ１５のコイル１６は独立した制御回路により独立して給電 される複数のグループに分けることができる。

このようにして・、ある制御回路の作動不良は結果として電気モータ２の完全な 故障をもたらさない。何故ならそれは他のグループに相当する回路に影響しない からである。

−例として小さな気筒容積の車両用（最大トルク：１５ＯＮ　ｍ　）では、その 慣性盤は２２ｍｍの厚みで直径２８０ｍｍであり、“プルアウト”　トルクは同 様に１５ＯＮｍにも達することになり、従って実施例は、 一ロータ直径：慣性盤と同様に２８０ｍｍ；−磁気回路厚み　４０ｍｍ； 一始動トルク　バッテリが仕様最低温度（例えば、−４０℃）においても１５０ 　Ｎｍ、； −外径：３５０ｍｍ； 一出力電圧の変動：制御された自己励磁により実質上、ゼロに低下。

一ステータコイル数：３６； 一使用時の安全性のために、コイルは独立して給電される１２からの３グループ に分割される。即ち、−回路が遮断しても残りの２つで１１００Ｎを得ることが でき、極端な場合以外はスタート可能であり。

一各グループの給電は４個のトランジスタ又はサイリスタと４＠のダイオードに よりなされ； −ロータ歯数＝５１ニ ーオルタネータとして作用する間、同じ半導体の使用を可能にする制御回路ニ ー標準的なスチールシリンダに適合可能とするためにロータは中実、或はその中 心が中空（この最大空洞径：２４０ｍｍ）となり得る。

詳述しないが、多くの車両においてはクラッチ又はトルクコンバータは慣性盤と 接触する。この盤の位置において電気的に活性のある部品の存在は、エンジンと 共に回転するサブアセンブリに電流を供給する能力を有しつつ、幾つかのクラッ チ−制御問題を再考することを可能にする。

即ち、本発明の結果、ステータ１５のコイル１６によって生じた磁界に誘導され た電流の循環に向けて意図された電気的ループはロータ１０に配置され得る。こ れによって回転部に活性的な電気回路を得ることができ、その回路は特にクラッ チ盤７と８の間の電磁結合を達成するのに使用され得る。

この結果、昔から複雑でかひ信頼性が限られたクラッチ機構をかなり単純化する ことになる。

本発明のもう１つの実施例では、電気モータ２はロータ１０の回転速度又は角度 位置、即ち換言すれば軸３やクランクシャフト５の回転速度又は角度位置を迅速 測定できるように設計される。

軸の回転速度の検出は、運転者に対し回転カウンタやオドメータに信頼性のある 情報を提供するために用いることができる。又、角度位置の検出は、例えば燃料 ／酸素の混合気の吸入のような熱機関１への作用を、燃焼によって生じるガスの 排気、又は点火エンジンが関係する火花と同調させるために好適な方法で使用す ることができる。このような同調は、単純な電子回路によって得ることができる 。

図３の実施例では、エンジンユニットは更に熱機関１と電気モータ２のロータ１ ０との間に、クラッチのような結合解除装置２０を有する。

この装置は結合解除された時、車両は電気モータ２のみによって作動されるのを 可能にする。この結果、バッテリに依存して車両は単独に騒音や公害発生するこ となく市街地走行することができる。

図４の実施例では、電気モータ２Ｉは熱機関ｌの軸方向に接続されておらず熱機 関からオフセットされる。熱機関Ｉの出力軸３との接続は特定の減速比を持つ２ つの歯車２３．２４によってなされる。歯車２３の下流側にはクラッチ２２とギ アボックス２５又は可変速ドライブが位置し、それらは通常車両に対し純粋な熱 的推進力を与える。

更にその上に、熱機関１の出力軸３とこの軸を電気モータ２１に接続する歯車２ ３．２４との間には、車両が電気モータ２【のみで運転されるように、熱機関Ｉ からの結合解除を可能にする第２クラツチ２０が設けられる。この場合、車両が 自立性を減じることになるが、公害発生することなく市街地走行できる。

電気モータ２１が熱機関１に接続された時、以前に述べたがモータは以下のよう な機能を果たすニー通常の熱機関のスタータと同じように熱機関をスタートさせ ること： 一ダイナモやオルタネータを以てバッテリを再チャージすること。

−特に熱機関の、低速時に付加推進力を与えること、何故なら電気モータは低速 時、熱機関のトルクよりも高いトルクを持つためニ ー車両を減速や制動して、モータにバッテリを再チャージする電流発生器として の機能を果たさせること。

図５に示す例では、電気モータ２７のステータ２６は熱機関の後面１ａに直接結 合され、片や熱機関の慣性フライホイールに置き換わるロータ２８はクラッチ２ ９のプレートの１つに直接、同軸状に取り付けられる。この機構はエンジンユニ ットをより一層コンパクトにし顕著な節約を可能にする。

当然、本発明はここで述べた実施例に限定されるものではなく、他の変形例も本 発明の範囲から逸脱することなく可能である。

即ち、電気モータのロータに、ロータの回転に依存する電気信号を送ることを可 能にすると共に、そのパワーは例えば結合解除装置の作動のような制御機能を実 施するのに十分なトランスデユーサを備えることも可能である。

他方、電気モータは熱機関のそれとは異なる車輪セットを駆動するように設計し 、走行困難な地上での４駆動輪を伴う作動を可能にしても良い。

要　約　書 ルネ　ラルギエ １車両用エンジンユニット” 熱機関（１）と電気モータ（２）を有する車両用エンジンユニット。

電気モータ（２）は低速回転で熱機関（１）の抵抗トルクよりも高い駆動トルク を持つ。

電気モータ（２）は熱機関が作動速度で回転している時、熱機関（１）から機械 的に接続解除されることなく作動されるようになっている。

電気モータは特に熱機関のスタータやオルタネータや慣性フライホイールに置き 換わることができ、付加又は別個の推進力を確実にする。

（図１参照） 補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の７第１項） 平成４年６月１９日

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. １．熱機関（１）と電気モータ（２）を有し、電気モータ（２）は低回転速度で 熱機関（１）の抵抗トルクよりも高い駆動トルクを有し、この電気モータ（２） は熱機関がその作動速度で回転している時、熱機関（１）から機械的に接続解除 されることなく作動することを特徴とする車両用エンジンユニット。
2. ２．電気モータ（２）は、それが１又はそれ以上のバッテリ（５０）を再チャー ジするために熱機関（１）によって回転駆動されている時、ジェネレータとして 作動するように設計されることを特徴とする請求項１に記載のエンジンユニット 。
3. ３．電気モータ（２）のロータ（１０）は熱機関の安定作動を可能にするのに十 分な慣性を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンユニット。
4. ４．電気モータ（２）は、少なくとも減じられた速度で車両を運転するのに十分 な出力を有することを特徴とする請求項１から３までの内、いずれか１つに記載 のエンジンユニット。
5. ５．電気モータ（２）は、バッテリ（５０）の再チャージを目的として、車両の 制動時、車両のリターダ及びエネルギの戻し機として作動するように設計される ことを特徴とする請求項１から４までの内、いずれか１つに記載のエンジンユニ ット。
6. ６．電気モータ（２）は熱機関（１）の電気的スタータに置き換わることを特徴 とする請求項１から５までの内、いずれか１つに記載のエンジンユニット。
7. ７．電気モータ（２）は熱機関（１）の慣性フライホイールに置き換わることを 特徴とする請求項１から６までの内、いずれか１つに記載のエンジンユニット。
8. ８．電気モータ（２）は熱機関（１）のオルタネータ又はダイナモに置き換わる ことを特徴とする請求項１から７までの内、いずれか１つに記載のエンジンユニ ット。
9. ９．電気モータ（２）は熱機関（１）の出力軸（３）に対して軸方向に接続され ることを特徴とする請求項１から８までの内、いずれか１つに記載のエンジンユ ニット。
10. １０．電気モータ（２）は熱機関（１）の出力軸（３）に対してオフセットされ 、電気モータと機関の間の接続は減速機（２３，２４）によりなされることを特 徴とする請求項１から８までの内、いずれか１つに記載のエンジンユニット。
11. １１．結合解除装置（２０）は熱機関（１）の出力軸（３）と電気モータ（２１ ）との間に提供されることを特徴とする請求項１から１０までの内、いずれか１ つのに記載のエンジンユニット。
12. １２．電気モータ（２７）のステータ（２６）は熱機関の面（１ａ）に直接取り 付けられることを特徴とする請求項１から９までの内、いずれか１つに記載のエ ンジンユニット。
13. １３．電気モータ（２７）のロータ（２８）は結合解除装置（２９）の部分、又 は車両の駆動輪への速度を送る装置の部分に直接かつ軸方向に取り付けられるこ とを特徴とする請求項１２に記載のエンジンユニット。
14. １４．電気モータ（２）は飽和可変リラクタンスの原理を用いていることを特徴 とする請求項１から１３までの内、いずれか１つに記載のエンジンユニット。
15. １５．電気モータ（２）のロータ（１０）は少なくとも１つの電気的ループを成 し、電気モータ（２）の作動時、ループ内では電気誘導電流が流れることを特徴 とする請求項１から１４までの内、いずれか１つに記載のエンジンユニット。
16. １６．ロータ（１０）上、上記電気的ループ内に生じた誘導電流は、変速機けの 軸（３）の電磁結合を可能にするために用いられることを特徴とする請求項１５ に記載のエンジンユニット。
17. １７．電気モータ（２）の厚みに対するモータ全直径の割合は少なくとも４に等 しいことを特徴とする請求項１かう１６までの内、いずれか１つに記載のエンジ ンユニット。
18. １８．オルタネータモードで使用される電気モータ（２）の出力電圧の減少は、 少なくとも２０から１の割合で変化することを特徴とする請求項１から１７まで の内、いずれか１つに記載のエンジンユニット。
19. １９．電気モータ（２）のロータは、ロータの回転に依存する電気信号を送るこ とを可能にするトランスデユーサを有し、このトランスデューサのパワーは制御 機能を達成するのに十分であることを特徴とする請求項１から１８までの内、い ずれか１つに記載のエンジンユニット。
20. ２０．上記電気信号は結合解除装置の作動を制御することを特徴とする請求項１ ９に記載のエンジンユニット。