JPS584179B2 - 内燃機関車両の燃料節約走行装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関車両の燃料節約走行装置に関し、特に
自動車の動力伝達機構の前または後にワンウエイクラッ
チ（フリーホイール）を設け、かつアクセルペダルの踏
圧、解放により機関の自動的始動、停止を行なうための
電気回路を設けたことを特徴とする内燃機関車両の燃料
節約走行装置に関する。

従来、自動車用内燃機関において通常多用される回転域
では一般に高負荷の場合は効率が高く、燃料消費率（ｇ
／ｐｓ−ｈ）が良いが、低負荷の場合は効率が低く、燃
料消費率（ｇ／ｐｓ−ｈ）が悪い。

自動車は加速登坂等広範囲の使用条件に対応できるよう
にトランスミッションギャ比を設定してあるため、通常
の中、低速での平坦路定速走行時は負荷の低い領域を使
用しており、従って機関の効率が低く燃料消費率の悪い
領域を使用せざるを得ない。

また降板時、惰行時、停車時と靴も機関は回転しており
、すなわち機関が仕事をする必要のない場合でも機関自
体に回転を続けさせるためにかなりの燃料を消費してい
る現況である。

例えばエンジンブレーキを使用しなくても雉行可能な比
較的緩かな下り坂や惰行時または停車時においても、自
動車はアクセル全閉かそれに近い状態で機関を回転させ
ており、排気量にもよるが、ガソリン機関の場合１０〜
５０ｃｃ／分（０。

６１／時〜３ １／時）の燃料を無駄に使用している。

平坦路を一定速度で走行している場合でも通常の使用車
速域である１００Ｋｍ／ｈ以下程度においては、軽自動
車等排気量の小さい車以外では、一般にエンジンの負荷
は小さく特に低速では小さく、内燃機関の特性上非常に
効率の悪い領域を使用せざるを得ないために燃費が悪い
という欠点があった。

本発明の目的は、上記従来の内燃機関車両の欠点を克服
して、駆動系の途中、例えばトランスミッションの前か
後にワンウエイクラッチ（フリーホイール）を設けて、
機関側からのみ駆動をかけ得る構造とし、被駆動側の方
が回転数が高い場合は被駆動側のみが自由に回転できる
ようにしておきアクセルペダルを放せば機関が停止し、
踏むと機関が始動できるシステムを設けて、降坂時、惰
行時、停車時はアクセルペダルを放せば機関は停止し、
自動車は位置エネルギや運動エネルギによって走行を続
けるようにしてその間燃料を節約し、また平坦路走行時
は目標の速度より高い速度まで、機関の効率の高い、即
ち燃料消費率の良い領域を用いて加速し、アクセルペダ
ルを放して機関を停止して目標の速度以下の速度まで惰
行して再びアクセルペダルを踏んで始動し加速する動作
を反復繰返して平均速度が目標の速度になるような走行
をすることにより一定の速度で走行する場合に比較して
数１０％の燃料を節約することを可能にした新規な内燃
機関車両の燃料節約走行装置を提供するにある。

以下本発明をその実施例について添付図面を参照しつつ
説明する。

第１図は本発明による内燃機関車両の燃料節約走行装置
を構成する駆動系の一実細例を示し、第２図は第１図の
ＡＡ断面を示す。

本実怖例においてはワンウエイクラッチがクラッチとト
ランスシミッションの間に設けられている。

ワンウエイクラッチは他の位置に設けることも可能であ
るが、トランスミッション以降に設けると低速ギヤでの
駆動トルクが大きくなって、ワンウエイクラッチの容量
を増さなければならない。

そこでトランスミッションの前にワンウエイクラッチを
設けたのが本実施例である。

第１図においてインプットシャフト１の一部はワンウエ
イクラッチのアウタレース２を形成しているが、このア
ウタレース２はインプットシャフト１と一体ではなくて
別体に形成してからインプットシャフト１に嵌め込みに
してもよい。

アウタレース２の外側にはスプライン３を刻設し、ワン
ウエイロータ４の外周のスプライン５とクラッチハブ６
によって分離、結合できる。

クラッチハブ６はフォーク９によって移動されて前記の
分離、結合がなされる。

インプットギャシャフト７はスプライン８によってワン
ウェイロータ４と固定されている。

アウタレース２へはクラッチローラ１０がシム１１を介
してスプリング１２によって圧接されている。

インプットシャフト１とインプットギャシャフト７との
間に介在してベアリング１３が設けられている。

第３図は本発明による内燃機関車両の燃料節約走行装置
を構成するエンジン始動回路の回路図である。

アクセルペダル１４の押圧および押圧解除を検出するイ
グニッションスタータスイッチ１５を設け、このスイッ
チ１５およびイグニッションキースイッチ２４を介して
バッテリ２３にイグニッションコイル２５が接続されて
いる。

また、このイグニッションコイル２５には、並列にスタ
ータリレー１６の常開接点を介して、スタータ２２が接
続されている。

スタータリレー１６のコイルは、比較器１７の出力側に
接続され、比較器１７の入力側にはイグニッションキー
スイッチ２４を介するバツテリ２３およびイグニッショ
ンコイル２５の発生するイグニッションパルスをパルス
数に応じた電圧信号に変換する変換器１８が接続されて
いる。

比較器１７は、エンジン始動前にはバツテリ２３の電圧
に略、等しい電圧の信号を出力し、エンジン始動完了後
には電圧信号を出力しなくなる。

さらに、エンジンの冷却水温を検出して、水温が所定値
以下のときにはオンする水温センサ２０およびブレーキ
ブースタ圧力を検出して、圧力が所定値以下のときには
オンする圧力スイッチ２１を設け、これら水温センサ２
０および圧カスイッチ２１は互いに並列に接続されて、
イグニッションリレー１９のコイルをバッテリ２３に接
続する回路中に挿入されている。

そしてリレー１９の常開接点は、イグニッションスター
タスイツチ１５に並列接続されている。

以下、本実施例の作用について述べる。

運転者が先ずイグニッションキースイッチ２４をオンし
て、アクセルペダル１４を踏むとイグニッションスター
タスイツチ１５がオンし、このときスタータリレー１６
の接点がオンしているためスタータ２２が作動し機関が
始動する。

機関が始動すると、イグニッションコイル２５の一次側
のイグニッションパルスが変換器１８で電圧に変換され
、この電圧が比較器１７で予め設定された回転数（アイ
ドリング回転数よりも少し少な目に設定）の電圧と比較
されて、機関が始動したことを検知して比較器１７の出
力電圧は零となり、スタータリレー１６の接点はオフし
てスタータ２２は停止する。

アクセルヘタル１４を放すとイグニッションスタータス
イツチ１５はオフしイグニッションコイル２５に通電さ
れなくなるため機関は停止する。

しかし暖機中は水温センサ２０がオンとなっていること
により、またブレーキブースタの圧力が不足した場合は
圧力スイッチ２１がオンとなっていることにより、イグ
ニッションリレー１９の接点がオンして、イグニッショ
ンスタータスイツチ１５の両端を短絡するためアクセル
ペダル１４を放しても機関は停止しない。

機関が停止していた場合でも機関温度又はブレーキブー
スタの圧力が前記状態においては水温センサ２０又は圧
カスイッチ２１のいずれかがオン作動して、機関を始動
する。

機関の出力は、クラッチハブ６がイソプットシャフト１
とワンウエイロータ４を結合していない場合は、インプ
ットシャフト１の回転数がインプットギャシャフト７よ
り高いときは、クラッチローラ１０はワンウエイロータ
４とアウタレース２の間に挾み込まれて、トルクはイン
プットシャフト１→ワンウエイクラッチのアウタレース
２→クラッチローラ１０→ワンウエイロータ４→インプ
ットギャシャフト７へと伝えられる。

インプットギャシャフト７の回転数がインプットシャフ
ト１より高いときはクラツチローラ１０はワンウエイロ
ータ４とアウタレース２の隙間において空転するためト
ルクは伝達されない。

またクラッチハブ６がインプットシャフト１とワンウエ
イロータ４を結合している場合にはトルクは、インプッ
トシャフト１→スプライン３→クラッチハブ６→ワンウ
エイロータ４→インプットギャシャフト７と伝，達され
て、ワンウエイクラッチは全く作動しない。

本発明によるワンウエイクラッチは前記のような構成と
作用をするために、自動車がエンジンブレーキを特に必
要としない程度の降板時や信号の手前等で惰行する場合
には運転者がアクセルペダルを離すと機関は停止し、ワ
ンウエイクラッチが作動して、自動車はそれまで持って
いた位置エネルギや運動エネルギによって走行を続ける
。

速度が落ちすぎる場合はアクセルペダルを踏み機関を回
転させて運動エネルギを補給してやればよい。

この場合機関が停止していた時間中は燃料が節約される
。

本装置が無い場合には燃料消費量が最も少い状態で機関
を使用していたとしても、例えば１ ０ 〜５ ０ｃｃ
／ｍｉｎ （ ０−６ 〜３ １ ／ ｈ ）の燃料を
余分に消費していることとなる。

また停止時には運転者がアクセルペダルを離せば自動的
に機関が停止するため、停止アイドリングの燃料が節約
される。

次に一般の平坦路走行時の場合について述べる。

第４図は本発明による装置を用いた場合の自動車の加速
、惰行サイクルによる走行方法を示す説明図である。

自動車の走行予定速度、すなわち走行の目標とする速度
を■とすると、第４図において■よりも低い速度で点Ａ
にて示される速度ＶＬから第５図に示されている機関の
効率の良い領域Ｑを使用して、第４図の点Ｂで示される
Ｖよりも高い速度ＶＵまで加速して、アクセルペダルを
離して機関を止め、ワンウエイクラッチにより点Ｃにで
示される最初の速度ＶＬまで惰行し、再びアクセルペダ
ルを踏み、このサイクルを繰返す走行方法をとることに
より本発明による装置の平坦路走行時の燃料節約が達成
される。

第５図は一般的なガソリン機関の燃費特性を示す図であ
る。

この図においてアクセル全開に近い附近、これは機関に
よって異るがマニホールド負圧が８０〜１５０ＭＨｇ附
近が効率が良くて燃費率ｇ／Ｐｓ−ｈが低く、マニホー
ルド負圧が大きくなるほど効率は低下する傾向となる。

例えば１００Ｋｍ／ｈ 以下程度の一般的な速度で平
坦路を一定速度で走っている場合は殆どの自動車におい
て機関は第５図に示すＰの領域に近い比較的効率の悪い
ところを使用している。

第４図に示した走行方法は機関の効率の良い領域のみを
使用して燃費を向上しようとするものであり、第４図の
走行方法と速度■の定速走行との燃費の差を重量一屯程
度の自動車で比較すると、エンジンの特性にもよるが平
均速度５０Ｋｍ／ｈ附近で約４０〜５０％の燃費の向上
が得られる。

推定の燃費向上の１例を計算を以て示すと、車両総重量
Ｗ＝１２５５ｋｇ、回転部分相当重量△Ｗ＝７７．５ｋ
ｇ（ワンウエイクラッチＯＮ）、△Ｗ−３９ｋｇ（ワン
ウエイクラッチＯＦＦ ）、前面投影面積Ａ＝１．７８
ｍ２、空気抵抗係数ｃｄ＝０．４ ３ １、ころがり抵
抗係数μ，＝０．０２２、タイヤ有効半径Ｒ＝０．２８
５ｍ、デフギャ比εｄ＝４．１，駆動系伝達効、ηｄ＝
０．９５とすると走行抵抗ＲとエンジントルクＴＥとの
関係は ■ 加速時ＴＥ・ηｄ’εｄ／Ｒ一μｒＷ＋７ＣｄρＡ■２
＋（Ｗ＋△Ｗ）ｄ／ｇ・・・・・・・・・（１）ρ：空
気密度，■：車速ｗ′ｈ、α：加速度１ 定速走行時ＴＥ・ηｄ・εｄ／Ｒ一μ，Ｗ＋７ＣｄρＡ
■２・・・・・・・・・（２） となり、 となる。

Ｖ＝４２Ｋｍ／ｈ ，ＶＬ＝４０Ｋｍ／ｈ ，ＶＵ＝４
５Ｋｍ／ｈとしてエンジン性能や走行抵抗は４０〜４５
Ｋｍ／ｈの間では一定であると考えて， ４２．５Ｋ
ｓ／ｈでの値を代表値として採り、第４図の１サイクル
について近似計算を行うと４２．５Ｋｍ／ｈでの加速走
行時のエンジン燃費率は約２１０ｇ／Ｐｓ−ｈ で換算
すると５．２ｌ／ｈである（第６図Ｎ点）。

４２．５Ｋｍ／ｈでの定速走行時のエンジン燃費率は３
３０ｇ／Ｐｓ−ｈで換算すると２．５ｄ／ｈである（第
６図Ｍ点）。

加減速度を各々一定と仮定した場合走行距離Ｓと所要時
間ｔは加減速度をαとすればｓ ＝ （ Ｖ２Ｕ−Ｖ２
Ｌ ）／２（２ ， ｔ ＝（ＶＵ−ＶＬ）／αで計算
できる。

この場合加速時α＝０ ５ ３ｍ／Ｓ２， Ｓ＝３ ０
．５ｍ ， ｔ ＝２．６ ２ ｓ減速時α＝０．２
６ ｍ／Ｓ ２ｔ Ｓ ＝６ ２．１ ｒｎ ，ｔ ＝
５．３ ４ ｓとなる。

ｌサイクルの燃費は （３０ ５＋６ ２．１ ）×３６ ００／５．２×
（２．６ ２＋５．３ ４ ）×１０００＝２４．４Ｗ
６ 平均速度は （３０．５＋６２．１）×３６００／（２．６２＋５．
３４）×１０００＝４１．９Ｋｍ／ｈ＝４２Ｋｍ／ｈ４
２Ｋｍ／ｈでの定速走行での燃費は４２／２．５＝１７
．２ＫＩｎ／ｌである。

従って第４図の加速、惰行のサイクルによる燃費の向上
率は（２４．４−１７．２）×Ｉ ００／１７。

２＝４２％である。

同様の方法で（Ｖ＝４７，ＶＬ＝４５ ，ＶＵ＝５０
），（Ｖ＝５２ ，ＶＬ＝５０，ＶＵ＝５ ５ ），（
Ｖ＝５７ ，ＶＬ＝５ ５ ，ＶＵ＝６０），（Ｖ＝４
９ ，ＶＬ＝４０ ，ＶＵ＝６０ ）の４つの場合につ
いて計算すると燃費向上率はそれぞれ４７ ，４４ ，
３２ ．４０％である。

しかも実際に本発明による装置を用いた自動車が走行す
る場合には前記計算のような平坦路走行による燃費向上
のほか前記のように降板時、惰行時，停車時の燃料節約
も加わって燃料節約に資するところが大きい。

ただしこの運転力法を長時間続ける場合はスタータの消
費電力分の燃料を余分に消費することを考慮に入れてお
かねばならない。

以上のように本発明の装置によれば、自動車の走行中に
クラッチを切らなくても、機関を停止して走行すること
が可能であり、運転者がアクセルペダルを放すと機関が
停止し、踏むと機関が始動するスイッチを設けることに
より、降板時や惰行時、停車時は自動的に機関を停止さ
せて燃料を節約することができる。

さらに自動車が平坦路を走行する場合には、目的の速度
より高い速度まで機関の効率の良い領域で加速し、アク
セルペダルを放して機関を停止し、目的の速度よりも低
い速度まで惰行させ再びアクセルペダルを踏んで加速す
る動作を運転者が反復して、自動車の平均速度が目的の
速度になるように走行することによって、機関の効率の
高い領域である機関の加速時と、機関の効率の低い領域
である定速走行時の効率の差を利用して燃料の節約を可
能とし、それに伴い排気ガスの排出量の低減による公害
減少にも効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による内燃機関車両の燃料節約走行装置
を構成する駆動系の一実施例の断面図、第２図は第１図
のＡ，Ａ線に沿う断面図、第３図は本発明による内燃機
関車両の燃料節約走行装置を構成するエンジン始動回路
の回路図、第４図は本発明の装置を用いた内燃機関車両
の加速、惰行繰返しサイクル走行方法の説明図、第５図
は一般的な自動車用ガソリン機関の燃費特性の説明図、
第６図は或るガソリン機関の燃費特性曲線図である。 １：インプットシャフト、２：アウタレース，３：スプ
ライン、４：ワンウエイロータ、５：スプライン、６：
クラッチハブ、７：インプットギャシャフト、８：スプ
ライン、９：フォーク、１０：クラツチローラ，１１：
シム、１２：スプリング、１３：ベアリング、１４：ア
クセルペダル、１５：イグニッションスタータスイツチ
、１６：スタータリレー、１７：比較器、１８：変換器
、１９：イグニッションリレー、２０：水温センサ、２
１：圧カスイッチ、２２：スタータ、２３：バツテリ、
２４：イグニッションキースイッチ、２５：イグニッシ
ョンコイル、２６：デイストリビュータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 内燃機関車両の駆動系において従来のクラッチのほ
   かに、機関側からのみ駆動力が伝達され、被駆動側の回
   転数が駆動側の回転数よりも高い場合には被駆動側のみ
   が自由に回転し得るワンウエイクラッチを設け、さらに
   アクセルペダルの押圧および該押圧解除を検出するイグ
   ニッションスターダスイツザを設け、このスイッチがア
   クセルペダルの押圧を検出すると、イグニッションコイ
   ルおよびスタータに電源を供給するようにすると共に，
   ブレーキブースタの圧力が所定値以下であることを検出
   する圧力スイッチを設け、このスイッチが所定値以下の
   圧力を検出すると、前記イグニッションスタータスイツ
   チの状態に拘わらず、前記イグニッションコイルおよび
   前記スタータに電源を供給することを特徴とする内燃機
   関車両の燃料節約走行装置。