JP2004194414A

JP2004194414A - Electric flywheel

Info

Publication number: JP2004194414A
Application number: JP2002358810A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Sakayanagi; 佳宏坂柳
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-12-11
Filing date: 2002-12-11
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2022-12-11
Also published as: JP3864900B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To satisfy rotational stability and responsiveness of an internal combustion engine by arbitrarily performing conversion between movement energy and electric energy, corresponding to operating condition of the internal combustion engine. <P>SOLUTION: When the number of revolution of an engine is set as ω, torque is set as T, voltage is set as E and current is set as I; relation of Tω=EI is materialized between power of an engine 10 and power of a motor 20. The motor 20 driven by the number of rotation ω generates voltage E=Keω. Voltage charged with a capacitor 30 having capacity C becomes E=(1/C)∫Idt. If these relational expressions are used, it will become angular acceleration δω/δt=T/(C*Ke<SP>2</SP>). On the other hand, under identical qualification, angular acceleration δω/δt=T/M is materialized when a flywheel 15 of a mechanical type has moment M of inertia. As a result, term of (C*Ke<SP>2</SP>) corresponds to false moment Mi of inertia. When capacity C is set as a likely value in consideration of back electromotive force constant Ke of the motor 20, a flywheel of a electric type can be realized by the motor 20 and the capacitor 30. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の出力軸の回転変動を抑制するフライホイールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、内燃機関（エンジン）の回転を安定させるため、エンジンの出力軸には所定の慣性モーメントを有するフライホイールが備えられている。一般的には、定常走行時、特にエンジンの出力変動の影響を受けやすい低速回転時、における滑らかなエンジン出力特性を実現するために、ある程度大きな慣性モーメントを有するフライホイールが備えられ、エンジンの出力軸の急激な回転変動が抑制されている。
【０００３】
一方で、加速応答性を向上するためには、フライホイールの慣性モーメントは小さい方が良く、これら双方の要求を満たすためにフライホイールの慣性モーメントの容量を可変にする技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−８９１７６号広報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、既存のフライホイールは、たとえ可変容量タイプであっても現実に相当の慣性モーメントを有する機械式のフライホイールであり、要求される加速応答性を充分に満足させるものではなく、また、車両の走行状態（内燃機関の運転状態）に応じて任意に慣性モーメントを変更できるものではない。また、絶対的な質量を有する機械式フライホイールでは車両重量を軽減することはできなかった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、内燃機関の運転状態に応じて任意に運動エネルギーと電気エネルギーとの変換を実行し、内燃機関の回転安定性と内燃機関の応答性を満足させるとことを目的とする。また、車両重量を軽減するフライホイールを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
上記課題を解決するために本発明の第１の態様は、内燃機関の機関出力軸に備えられる電気式フライホイールを提供する。本発明の第１の態様に係る電気式フライホイールは、所定の運動エネルギーに相当する電気エネルギーを蓄積可能な電気エネルギー蓄積手段と、前記機関出力軸に接続されていると共に、運動エネルギーと電気エネルギーとの相互変換を実行するエネルギー変換手段と、前記内燃機関に要求される要求出力を検出する要求出力検出手段と、前記エネルギー変換手段と前記電気エネルギー蓄積手段とに接続されていると共に、前記検出された要求出力に応じて、前記エネルギー変換手段と前記電気エネルギー蓄積手段との接続を接続状態または切断状態に切り換える切り替え手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明の第１の態様に係る電気式フライホイールによれば、内燃機関に要求される要求出力に応じて、エネルギー変換手段と電気エネルギー蓄積手段との接続の状態が接続または切断状態のいずれかに切り換えられ、出力軸から出力される運動エネルギーを電気エネルギーが変換されて電気エネルギー蓄積手段に蓄積され、あるいは、エネルギー蓄積手段に蓄積されている電気エネルギーが運動エネルギーに変換されて機関出力軸へ供給されるので、内燃機関の運転状態に応じて任意に運動エネルギーと電気エネルギーとの変換を実行し、内燃機関の回転安定性と内燃機関の応答性の双方を満足させることができると共に、機械式フライホイールを用いた場合として車両重量を軽減することができる。
【０００９】
本発明の第１の態様に係るフライホイールにおいて、前記切り替え手段は、前記検出された要求出力の単位時間変化量が所定値以上の場合には、前記エネルギー変換手段と前記電気エネルギー蓄積手段との接続を切断状態に切り換えても良い。かかる場合には、内燃機関の運動エネルギーはエネルギー変換手段によって電気エネルギーに変換されないので、内燃機関の運動エネルギーは要求出力を満たすために利用され、加速時における内燃機関の応答性を満足させることができる。
【００１０】
本発明の第１の態様に係るフライホイールにおいて、前記切り替え手段は、前記検出された要求出力の単位時間変化量が所定値未満の場合には、前記エネルギー変換手段と前記電気エネルギー蓄積手段との接続を接続状態に切り換えても良い。かかる場合には、内燃機関の運動エネルギーはエネルギー変換手段によって電気エネルギーに変換されてエネルギー蓄積手段に蓄積され、あるいは、エネルギー蓄積手段に蓄積された電気エネルギーが運動エネルギーに変換されて内燃機関に供給されるので、内燃機関の出力変動は抑制され、定常走行時における内燃機関の回転安定性運を満足させることができる。
【００１１】
本発明の第１の態様に係るフライホイールはさらに、前記切り替え手段と前記電気エネルギー蓄積手段とに接続される電気抵抗器を備えても良い。かかる場合には、切り替え手段によってエネルギー変換手段と電気エネルギー蓄積手段との接続の状態が切り換えられた際に内燃機関に及ぼす負荷変動を抑制することができる。
【００１２】
本発明の第１の態様に係るフライホイールにおいて、前記エネルギ変換手段は電動機であり、前記電動機の出力軸と前記機関出力軸とは動力伝達機構を介して接続されていても良い。かかる場合には、電動機と内燃機関との配置関係の自由度を拡張することができる。
【００１３】
本発明の第１の態様に係るフライホイールにおいて、前記電気エネルギー蓄積手段は１または複数のコンデンサであり、前記切り替え手段は前記コンデンサの数に応じて備えられた切り替え器であり、前記各コンデンサと各切り替え器とは前記電動機に対して並列の接続されていても良い。コンデンサを用いることによって、電気エネルギーの蓄積・放出を容易に実行することができると共に、複数のコンデンサを用いる場合には、電気式フライホイールによって蓄積される、運動エネルギーに対応する電気エネルギーの量（電気式フライホイールの慣性モーメント）を多段的に調整することができる。
【００１４】
本発明の第１の態様に係るフライホイールにおいて、前記電気エネルギー蓄積手段は可変容量コンデンサであっても良い。かかる場合には電気式フライホイールによって蓄積される、運動エネルギーに対応する電気エネルギーの量（電気式フライホイールの慣性モーメント）を可変に調整することができる。
【００１５】
本発明の第１の態様に係るフライホイールはさらに、前記コンデンサに蓄積された電気エネルギーを放出するための放電手段と、前記コンデンサに対して電気エネルギーを供給するために充電手段とを備えても良い。かかる場合には、コンデンサに蓄積される電気エネルギー量を任意に調整することが可能となり、内燃機関に対する負荷を任意に調整することができる。
【００１６】
本発明の第１の態様に係る電気式フライホイールにおいて、前記コンデンサの最大静電容量または最大総静電容量と、前記電動機の有する逆起電力定数の二乗値の和は、要求される慣性モーメントに応じて決定されていても良い。かかる場合には、いわゆる機械式フライホイールを用いた場合の慣性モーメントをコンデンサの静電容量を調整することで擬似的に実現することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつついくつかの実施例に基づいて、本発明に係る電気式フライホイールについて説明する。
【００１８】
図１および図２を参照して以下の各実施例に共通する電気式フライホイールの基本概念について説明する。図１は電気式フライホイールを備えるエンジンのモデルを示すブロック図である。図２は機械式フライホイールを備えるエンジンのモデルを示すブロック図である。なお、図１および図２では本実施例に係る電気式フライホイールの基本概念の理解を容易にするためドライブトレーンに発生する慣性モーメントを考慮していない。
【００１９】
図１において、エンジン１０の出力軸が回転数ωで回転し、トルクＴを出力する場合には、エンジン１０の仕事率Ｗｅ＝Ｔωで表され、モータ２０の仕事率Ｗｍは、電圧をＥ、電流をＩとすると、Ｗｍ＝ＥＩと表される。したがって、エンジン１０のトルクがモータ２０に対してのみ伝達される場合にはＴω＝ＥＩの関係が成立する。逆起電力常数（誘導電圧係数）＝Ｋｅとすると、回転数ωで駆動されるモータ２０は、電圧Ｅ＝Ｋｅωを発生させる。静電容量Ｃを有するコンデンサ３０に蓄積される電荷（電圧）はＥ＝（１／Ｃ）∫Ｉｄｔとなる。
【００２０】
一方、図２においてエンジン１０の出力軸が回転数ωで回転し、エンジン１０がトルクＴを出力し、機械式のフライホイール１５が慣性モーメントＭを有する場合には、角加速度δω／δｔ＝Ｔ／Ｍの関係が成立する。
【００２１】
図１におけるモデルにおいて、上記の３つの関係式を用いて角加速度δω／δｔを求めると、δω／δｔ＝Ｔ／（Ｃ＊Ｋｅ^２）となる。したがって、図２における機械式のフライホイール１５を用いたモデルにおいて得られた角加速度δω／δｔ（＝Ｔ／Ｍ）と比較すると、（Ｃ＊Ｋｅ^２）の項がフライホイール１５の慣性モーメントＭに相当する疑似慣性モーメントＭｉとして作用することが判明する。
【００２２】
したがって、モータ２０の逆起電力定数Ｋｅを考慮してコンデンサ３０の静電容量Ｃを適当な値に設定すれば、モータ２０とコンデンサ３０とによって機械式フライホイールと同等の機能を発揮する電気式のフライホイールを実現することができる。
【００２３】
・第１の実施例：
図３〜図５を参照して上記概念を具現化した第１の実施例に係る電気式フライホイールについて説明する。図３は第１の実施例に係る電気式フライホイールを備えたエンジンシステムの概略構成を示す説明図である。図４は図３に示す電気式フライホイールを備えるエンジンシステムのモデルを示すブロック図である。図５は機械式フライホイールを備えるエンジンシステムのモデルを示すブロック図である。
【００２４】
図３に示すとおり、第１の実施例に係る電気式フライホイールＥＦは、直流モータ２０と、直流モータによって生成された電気エネルギーを蓄積するコンデンサ３０と、直流モータ２０とコンデンサ３０との接続を接続または遮断するスイッチ４０と、エンジン１０に要求される要求出力（運転状態）に応じてスイッチ４０のアクチュエータ４１を制御してスイッチ４０を接続位置および切断位置のいずれかの位置に移動させる制御回路４５を備えている。
【００２５】
モータ２０の出力軸にはプーリー２１が装着されており、エンジン１０の出力軸（クランクシャフト）に装着されているプーリー１１とプーリーベルト１２を介して相互に動力伝達可能に接続されている。なお、エンジン１０の出力軸の先端にはドライブトレーン１３が擬似的に表されている。各プーリー１１、２１は、例えば、スポーク形状の輪であり、従来の機械式フライホイール１５と比較すればその慣性モーメントは無視できる程度の特性を有する。
【００２６】
コンデンサ３０は、機械式フライホイールを用いた場合に蓄積される運動エネルギー（慣性エネルギー）に相当する電気エネルギー（電力）を蓄積するための静電容量Ｃを有するコンデンサである。コンデンサ３０は、十分な電荷が蓄積されるまでは電荷蓄積手段として機能し、モータ２０はエンジン１０に対する負荷として作用する。一方、コンデンサ３０に容量一杯の電荷が蓄積され、モータ２０による起電圧がコンデンサ３０の端子電圧を下回ると、コンデンサ３０は電荷供給手段として機能し、モータ２０はエンジン１０に対する動力源として作用する。さらに、コンデンサ３０に容量一杯の電荷が蓄積され、モータ２０による起電圧がコンデンサ３０の端子電圧を上回っている間は、モータ２０、コンデンサ３０、スイッチ４０で構成される回路には電流は流れず、モータ２０はエンジン１０に対する負荷としても動力源としても作用しない。
【００２７】
図４を参照して図３に示す第１の実施例に係る電気式フライホイールを備えるエンジンシステムの概念を説明すると、エンジン１０の出力軸が回転数ωで回転し、トルクＴを出力する場合には、エンジン１０の仕事率Ｗｅ＝Ｔωで表される。車両の慣性モーメントＭｃを考慮すると、エンジン１０の出力軸から出力されるトルクＴは、ドライブトレーン１３に作用するＴ１と電気式フライホイールＥＦ（モータ２０およびコンデンサ３０）に作用するＴ２とに分けられ、Ｔ＝Ｔ１＋Ｔ２の関係が成立する。
【００２８】
したがって、モータ２０の仕事率Ｗｍとエンジン１０のモータ２０に対する仕事率Ｗｅとの間には、Ｔ２ω＝ＥＩの関係が成立する。既述のように、逆起電力常数（誘導電圧係数）Ｋｅと回転数ωとの間にはＥ＝Ｋｅωの関係が成立し、コンデンサ３０に蓄積される電荷（電圧）はＥ＝（１／Ｃ）∫Ｉｄｔとなる。これら関係式を用いて角加速度δω／δｔを算出すると、δω／δｔ＝Ｔ２／（Ｃ＊Ｋｅ^２）の関係が成立する。一方、ドライブトレーン１３については、角加速度δω／δｔ＝Ｔ１／Ｍｃの関係が成立する。
【００２９】
以上の結果から、図４に示すモデル全体では、δω／δｔ＝Ｔ／（Ｍｃ＋Ｃ＊Ｋｅ^２）の関係が成立する。なお、上記の各計算ではモデルを用いた説明を容易にするため、エンジン１０とモータ２０との間における運動エネルギーと電気エネルギーとの変換効率を１００％として扱うと共に、各部位に発生する摩擦ロス等を考慮していない。
【００３０】
図５を参照して機械式フライホイール１５を備えるエンジンシステムの概念を説明すると、エンジン１０の出力軸が回転数ωで回転し、トルクＴを出力する場合には、エンジン１０の仕事率Ｗｅ＝Ｔωで表される。車両の慣性モーメントＭｃを考慮すると、エンジン１０の出力軸から出力されるトルクＴは、ドライブトレーン１３に作用するＴ１とフライホイール１５に作用するＴ２とに分けられ、Ｔ＝Ｔ１＋Ｔ２の関係が成立する。ドライブトレーン１３の慣性モーメントＭｃとフライホイール１５の慣性モーメントＭｆを用いると、図５のモデル全体では、角加速度δω／δｔ＝Ｔ／（Ｍｃ＋Ｍｆ）の関係が成立する。
【００３１】
電気式フライホイールＥＦを用いたモデルと機械式フライホイール１５を用いたモデルとを比較すれば、やはり、（Ｃ＊Ｋｅ^２）の項が機械式フライホイール１５の有する慣性モーメントＭｆに相当することが判明する。例えば、機械式フライホイール１５が質量９Ｋｇ、直径３０ｃｍの特性を持っている場合には、機械式フライホイール１５の慣性モーメントＭｆ＝０．９（Ｋｇ・ｍ^２）となる。一方、モータ２０の逆起電力常数Ｋｅ＝０．３の場合には、コンデンサ３０が備えるべき静電容量Ｃは、Ｃ＊Ｋｅ^２＝Ｍｆ＝０．９であることから、Ｃ＝１０（Ｆ）となる。すなわち、モータ２０が有する逆起電力常数Ｋｅを考慮してコンデンサ３０の静電容量Ｃを適当に決定することによって、機械式フライホイール１５が有する慣性モーメントＭｆに相当する疑似慣性モーメントＭｉを電気式フライホイールＥＦによって実現することができる。
【００３２】
図６を用いて、第１の実施例に係る電気式フライホイールＥＦの制御処理について簡単に説明する。図６は第１の実施例に係る電気式フライホイールＥＦの疑似慣性モーメントＭｉを可変とするための処理ルーチン例を示すフローチャートである。本処理ルーチンは、所定の時間間隔毎に繰り返し実行される。
【００３３】
制御回路４５は、入力された運転状態、例えば、アクセル踏み込み量、エンジン回転数といったパラメータによって決定される要求出力に基づいて、車両が加速状態にあるか否かを判定する（ステップＳ１００）。例えば、要求出力量の単位時間当たりの変化量が所定値以上である場合、アクセルペダルにリンクされている加速要求スイッチがオンされている場合には、車両は加速状態にあると判定される。
【００３４】
制御回路４５は、車両が加速状態にあると判定した場合には（ステップＳ１００：Ｙｅｓ）、アクチュエータ４１を介してスイッチ４０をオフして（ステップＳ１１０）、本処理ルーチンを終了する。この結果、モータ２０は発電機として機能せず、また、コンデンサ３０にも電荷は蓄積されないので、電気式フライホイールの慣性モーメントＭｉは０となる。したがって、エンジン１０の吹き上がりは著しく向上され、車両の加速性能を向上させることができる。
【００３５】
一方、制御回路４５は、車両が加速状態にないと判定した場合には（ステップＳ１００：Ｎｏ）、アクチュエータ４１を介してスイッチ４０をオンして（ステップＳ１２０）、本処理ルーチンを終了する。この結果、モータ２０は発電機として機能し、エンジン１０の出力軸から出力された運動エネルギーの一部は電気エネルギーに変換され、コンデンサ３０に蓄積される。すなわち、モータ２０はエンジン１０に対する負荷として作用し、エンジン１０の出力の一部はコンデンサ３０に電力として蓄えられるので、エンジン１０の急激な出力上昇が抑制される。そして、コンデンサ３０の容量が満たされると（コンデンサ３０に蓄積されるべき電気エネルギーを超えると）、モータ２０、コンデンサ３０、およびスイッチ４０によって構成される電気回路には電流は流れず、モータ２０はエンジン１０に対する負荷として作用しなくなる。すなわち、モータ２０は空回りし、電気式フライホイールＥＦはフライホイールとして機能しなくなる。
【００３６】
コンデンサ３０に充分な電荷が蓄積されている状態で、エンジン１０の回転数ωが落ち、モータ１０の端子電圧がコンデンサ３０の端子電圧を下回ると、コンデンサ３０に蓄積されている電荷がモータ２０に供給され、モータ２０はエンジン１０に対する動力源として作用する。すなわち、コンデンサ３０は電池として機能し、モータ２０に対して所定の電圧が印加される。この結果、コンデンサ３０に蓄積されていた電気エネルギーがエンジン１０を駆動するための運動エネルギーに変換される。この結果、エンジン１０の急激な出力下降が抑制される。
【００３７】
以上説明したように、第１の実施例に係る電気式フライホイールＦＥによれば、モータ２０およびコンデンサ３０を用いて、従来の機械式フライホイール１５が有していた慣性モーメントＭｆに相当する疑似慣性モーメントＭｉを実現することができる。また、電気式フライホイールＥＦによれば、車両が加速状態にある場合には、疑似慣性モーメントＭｉを０または実質的に０とすることができるので、エンジン１０の吹け上がり、車両の加速性能を大幅に向上させることができる。かかる特徴は、たとえ、慣性モーメントを可変量としたところで、絶対的な慣性モーメントを有する機械式フライホイール１５によっては達成不可能である。
【００３８】
また、第１の実施例に係る電気式フライホイールＥＦによれば、車両が定常走行状態にある場合には、疑似慣性モーメントＭｉを機械式フライホイール１５が有する慣性モーメントＭｆと同様の値とすることができるので、エンジン１０の急激な出力増加および出力降下（回転上昇および回転下降）を抑制し、滑らかなエンジン特性を実現することができる。したがって、特に、出力トルクの小さなエンジンにおいて、従来の機械式フライホイール１５では成し得なかった、定常走行時における穏やかなエンジン特性と加速時における吹け上がりの良さとを両立させることができる。
【００３９】
さらに、疑似慣性モーメントＭｉはモータ２０およびコンデンサ３０を用いて電気的に発生されるので、絶対的な質量を必要とする機械式フライホイール１５を車載する場合と比較して、車重を軽量化することができる。さらに、小型のモータおよびコンデンサを用いることで、電気式フライホイールＥＦの小型化が可能であると共に、コンデンサ３０、スイッチ４０は任意の箇所に搭載することができるので車両レイアウトの自由度が広がる。
【００４０】
・第２の実施例：
図７を参照して第２の実施例に係る電気式フライホイールＥＦ２を備えたエンジンシステムについて説明する。図７は第２の実施例に係る電気式フライホイールＦＥ２を備えたエンジンシステムの概略構成を示す説明図である。なお、第１の実施例に係る電気式フライホイールＥＦと同等の構成要素については同一の番号を付すことでその説明を省略する。
【００４１】
第２の実施例に係る電気式フライホイールＥＦ２は、コンデンサ３０に対して直列であって、相互に並列に接続されている電気抵抗２２および第２のスイッチ４２を備える点で第１の実施例に係る電気式フライホイールＥＦと異なる。第２の実施例に係る電気式フライホイールＥＦ２によれば、コンデンサ３０に電荷が蓄積される場合には、第１のスイッチ４０を接続状態（オン）とし、第２のスイッチ４１を切断状態（オフ）とすることで、電流値が電気抵抗２２によって制限されるため、コンデンサ３０への電気エネルギの蓄積が緩やかに行われ、疑似慣性モーメントＭｉを連続可変的に変更させることができる。ここで、電気抵抗２２によって消費される熱は、機械式フライホイール１５を備えるエンジンにおいてクラッチによって発生する摩擦熱と等価であるといえる。
【００４２】
一方、コンデンサ３０が電源として機能する場合には、第１のスイッチ４０をオフし、第２のスイッチ４１をオンすることで、電気抵抗２２がバイパスされ、コンデンサ３０に蓄積された電気エネルギーを最小限のエネルギロスにて運動エネルギへと変換することができる。
【００４３】
図７では、抵抗値が一定である固定抵抗を用いて説明しているが、抵抗値を連続的に、または、多段的に変更することができる可変抵抗、多段抵抗（複数の電気抵抗とスイッチ）を用いても良い。かかる場合には、コンデンサ３０への電気エネルギーの蓄積時間を目的に合わせて調整することができる。すなわち、抵抗値が小さな場合にはエンジン１０の出力変動を直ちに抑制し、抵抗値が大きな場合にはエンジン１０の出力変動をより滑らかに抑制することができる。
【００４４】
・第３の実施例：
図８を参照して第３の実施例に係る電気式フライホイールＥＦ３を備えたエンジンシステムについて説明する。図８は第３の実施例に係る電気式フライホイールＦＥ３を備えたエンジンシステムの概略構成を示す説明図である。なお、第１の実施例に係る電気式フライホイールＥＦと同等の構成要素については同一の番号を付すことでその説明を省略する。
【００４５】
第３の実施例に係る電気式フライホイールＥＦ３は、直列に接続されているコンデンサ３０、３１、３２とスイッチ４０、４２、４３との組み合わせが、並列に複数接続されている点で第１の実施例に係る電気式フライホイールＥＦと異なる。第３の実施例に係る電気式フライホイールＥＦ３によれば、電気エネルギーとして蓄積する運動エネルギーの量を多段的に制御することができる。すなわち、疑似慣性モーメントＭｉの大きさを多段的に変更させることができる。したがって、エンジン１０に要求される要求出力（車両の運転状態）に応じてより適切な疑似慣性モーメントＭｉを実現することが可能となり、エンジン回転数の安定性と車両の加速性能とを更に適切に両立させることができる。あるいは、疑似慣性モーメントＭｉの大きさをドライバーが設定可能とすることで、機械式フライホイール１５を交換するといった面倒な作業を行うことなく、ドライバーの好みにあったエンジン特性（車両の挙動）を実現することができる。
【００４６】
・第４の実施例：
図９を参照して第４の実施例に係る電気式フライホイールＥＦ４を備えたエンジンシステムについて説明する。図８は第４の実施例に係る電気式フライホイールＦＥ４を備えたエンジンシステムの概略構成を示す説明図である。なお、第１の実施例に係る電気式フライホイールＥＦと同等の構成要素については同一の番号を付すことでその説明を省略する。
【００４７】
第４の実施例に係る電気式フライホイールＥＦ４は、モータ２０とは別にコンデンサ３０に蓄積されている電気エネルギーを消費するための放電器２５、およびコンデンサ３０に対して電気エネルギーを供給する充電器２６を更に備えている点で第１の実施例に係る電気式フライホイールＥＦと異なる。図９に示す例では、放電器２５として電気抵抗とスイッチとの組み合わせが、充電器２６として二次電池とスイッチとの組み合わせが例示されている。第４の実施例に係る電気式フライホイールＥＦ４によれば、スイッチ４０がオフされている時に、コンデンサ３０に蓄積されている電気エネルギー量を充電または放電によって任意に調整することによって、スイッチ４０がオンされた時のエンジン負荷を自由に変更することができる。
【００４８】
例えば、コンデンサ３０の端子電圧＜モータ２０の端子電圧とされている場合には、スイッチ４０がオンされるとモータ２０が発電機として機能し、エンジン１０に負荷が掛かるので、電気式フライホイール４０は負荷（ブレーキ）として作用する。また、コンデンサ３０の端子電圧＝モータ２０の端子電圧とされている場合には、スイッチ４０がオンされてもエンジン１０に負荷も駆動力も掛からず、エンジン１０には負荷変動は発生しないので、エンジンシステムに対して滑らかに疑似慣性モーメントＭｉを付加することができる。さらに、コンデンサ３０の端子電圧＞モータ２０の端子電圧とされている場合には、スイッチ４０がオンされるとモータ２０は動力源として機能し、エンジン１０に駆動力が掛かるので、電気式フライホイール４０は加速補助装置として作用する。
【００４９】
・その他の実施例：
以上説明したほかにも、エンジン１０の始動性を向上させるため、エンジン始動時には疑似慣性モーメントＭｉを０としても良い。かかる場合には、小さなトルクでエンジン始動を実行することができるので、クランキング時間の短縮、スタータモータ容量の低減、バッテリ容量の低減といった多くの効果を得ることができる。
【００５０】
エンジン出力変動を安定化する観点からは、オルタネータ、エアコンコンプレッサのオン・オフによるエンジン１０に負荷変動に合わせて、電気式フライホイールＥＦを適宜オン・オフし、エンジン１０の出力変動を抑制、安定化させても良い。
【００５１】
更に、車両減速時には、電気式フライホイールＥＦを作用させて、モータ２０により発生する負荷をブレーキ補助のために用いても良い。
【００５２】
上記各実施例では直流モータ２０を用いているが、整流器を用いる場合等には交流モータ、誘電モータ等の種々の形式のモータが用いられ得ることは言うまでもない。また、コンデンサ３０に代えて二次電池等を用いても良い。
【００５３】
以上、いくつかの実施例に基づき本発明に係る電気式フライホイールについて説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例に係る燃料噴射システムを備える内燃機関の概略構成を示す説明図である。
【図２】燃料デリバリパイプ圧力および内燃機関停止後の経過時間と燃料デリバリパイプ温度および内燃機関停止後の経過時間との相関関係を示す説明図である。
【図３】第１の実施例に係る電気式フライホイールを備えたエンジンシステムの概略構成を示す説明図である。
【図４】図３に示す電気式フライホイールを備えるエンジンシステムのモデルを示すブロック図である。
【図５】機械式フライホイールを備えるエンジンシステムのモデルを示すブロック図である。
【図６】第１の実施例に係る電気式フライホイールＥＦの疑似慣性モーメントＭｉを可変とするための処理ルーチン例を示すフローチャートである。
【図７】第２の実施例に係る電気式フライホイールＥＦ２を備えたエンジンシステムの概略構成を示す説明図である。
【図８】第３の実施例に係る電気式フライホイールＥＦ３を備えたエンジンシステムの概略構成を示す説明図である。
【図９】第４の実施例に係る電気式フライホイールＥＦ４を備えたエンジンシステムの概略構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１０…内燃機関（エンジン）
１１…プーリー
１２…プーリーベルト
１３…ドライブトレーン
１５…機械式フライホイール
２０…モータ（電動機）
２１…プーリー
２２…電気抵抗
２５…放電器
２６…充電器
３０、３１、３２…コンデンサ
４０…（第１の）スイッチ
４１…アクチュエータ
４２…（第２の）スイッチ
４３…スイッチ
４５…制御回路
ＦＥ、ＥＦ２、ＥＦ３、ＥＦ４…電気式フライホイール
Ｍｉ…疑似慣性モーメント
Ｍｆ…機械式フライホイールの慣性モーメント
Ｍｃ…車両の慣性モーメント[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a flywheel that suppresses rotation fluctuation of an output shaft of an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in order to stabilize the rotation of an internal combustion engine (engine), a flywheel having a predetermined moment of inertia is provided on an output shaft of the engine. Generally, a flywheel having a large moment of inertia is provided in order to realize a smooth engine output characteristic during steady running, particularly at a low speed rotation which is easily affected by engine output fluctuation. Sharp rotation fluctuation of the shaft is suppressed.
[0003]
On the other hand, in order to improve the acceleration response, it is better that the inertia moment of the flywheel is small. In order to satisfy both of these requirements, a technique has been proposed in which the capacity of the inertia moment of the flywheel is made variable ( For example, see Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-89176
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the existing flywheel is a mechanical flywheel having a substantial moment of inertia even if it is a variable displacement type, and does not sufficiently satisfy the required acceleration responsiveness. It is not possible to arbitrarily change the moment of inertia according to the running state of the engine (the operating state of the internal combustion engine). Also, a mechanical flywheel having an absolute mass cannot reduce the vehicle weight.
[0006]
The present invention has been made to solve the above-described problem, and arbitrarily performs conversion between kinetic energy and electric energy in accordance with the operation state of an internal combustion engine, thereby achieving rotational stability and response of the internal combustion engine. The purpose is to satisfy the property. It is another object of the present invention to provide a flywheel that reduces vehicle weight.
[0007]
[Means for Solving the Problems and Functions / Effects]
According to a first aspect of the present invention, there is provided an electric flywheel provided on an engine output shaft of an internal combustion engine. An electric flywheel according to a first aspect of the present invention is an electric flywheel that is capable of storing electric energy corresponding to predetermined kinetic energy, and is connected to the engine output shaft. Energy conversion means for performing mutual conversion between the internal combustion engine, required output detection means for detecting required output required for the internal combustion engine, and the detection means connected to the energy conversion means and the electric energy storage means. Switching means for switching the connection between the energy conversion means and the electric energy storage means to a connected state or a disconnected state in accordance with the requested output.
[0008]
According to the electric flywheel according to the first aspect of the present invention, the connection state between the energy conversion unit and the electric energy storage unit is either a connected state or a disconnected state according to a required output required for the internal combustion engine. The kinetic energy output from the output shaft is converted to electrical energy and stored in the electrical energy storage means, or the electrical energy stored in the energy storage means is converted to kinetic energy and output to the engine output shaft. Since it is supplied, conversion between kinetic energy and electric energy can be arbitrarily performed according to the operating state of the internal combustion engine, and both rotational stability of the internal combustion engine and responsiveness of the internal combustion engine can be satisfied. The vehicle weight can be reduced as in the case where the flywheel is used.
[0009]
In the flywheel according to the first aspect of the present invention, when the unit time change amount of the detected required output is equal to or more than a predetermined value, the switching unit switches between the energy conversion unit and the electric energy storage unit. The connection may be switched to the disconnected state. In such a case, since the kinetic energy of the internal combustion engine is not converted into electric energy by the energy conversion means, the kinetic energy of the internal combustion engine is used to satisfy the required output, and the responsiveness of the internal combustion engine during acceleration can be satisfied. it can.
[0010]
In the flywheel according to the first aspect of the present invention, if the unit time change amount of the detected required output is less than a predetermined value, the switching unit switches between the energy conversion unit and the electric energy storage unit. The connection may be switched to the connection state. In such a case, the kinetic energy of the internal combustion engine is converted into electric energy by the energy conversion means and stored in the energy storage means, or the electric energy stored in the energy storage means is converted into kinetic energy and supplied to the internal combustion engine. Therefore, output fluctuations of the internal combustion engine are suppressed, and rotation stability luck of the internal combustion engine during steady running can be satisfied.
[0011]
The flywheel according to the first aspect of the present invention may further include an electric resistor connected to the switching unit and the electric energy storage unit. In such a case, it is possible to suppress a load change exerted on the internal combustion engine when the connection state between the energy conversion means and the electric energy storage means is switched by the switching means.
[0012]
In the flywheel according to the first aspect of the present invention, the energy conversion means may be an electric motor, and an output shaft of the electric motor and the engine output shaft may be connected via a power transmission mechanism. In such a case, the degree of freedom of the arrangement relationship between the electric motor and the internal combustion engine can be expanded.
[0013]
In the flywheel according to the first aspect of the present invention, the electric energy storage unit is one or a plurality of capacitors, and the switching unit is a switch provided in accordance with the number of the capacitors. Each switching device may be connected in parallel to the electric motor. By using a capacitor, electric energy can be easily stored and released. When a plurality of capacitors are used, the amount of electric energy corresponding to the kinetic energy stored by the electric flywheel ( The moment of inertia of the electric flywheel can be adjusted in multiple stages.
[0014]
In the flywheel according to the first aspect of the present invention, the electric energy storage means may be a variable capacitor. In such a case, the amount of electric energy (moment of inertia of the electric flywheel) corresponding to the kinetic energy stored by the electric flywheel can be variably adjusted.
[0015]
The flywheel according to the first aspect of the present invention may further include discharging means for discharging electric energy stored in the capacitor, and charging means for supplying electric energy to the capacitor. good. In such a case, the amount of electric energy stored in the capacitor can be arbitrarily adjusted, and the load on the internal combustion engine can be arbitrarily adjusted.
[0016]
In the electric flywheel according to the first aspect of the present invention, the sum of a maximum capacitance or a maximum total capacitance of the capacitor and a square value of a back electromotive force constant of the motor is a required moment of inertia. May be determined according to In such a case, the moment of inertia when a so-called mechanical flywheel is used can be artificially realized by adjusting the capacitance of the capacitor.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an electric flywheel according to the present invention will be described based on some embodiments with reference to the drawings.
[0018]
The basic concept of an electric flywheel common to the following embodiments will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a block diagram showing a model of an engine having an electric flywheel. FIG. 2 is a block diagram showing a model of an engine having a mechanical flywheel. 1 and 2 do not consider the moment of inertia generated in the drive train in order to easily understand the basic concept of the electric flywheel according to the present embodiment.
[0019]
In FIG. 1, when the output shaft of the engine 10 rotates at the rotation speed ω and outputs the torque T, the power of the engine 10 is represented by We = Tω. If the current is I, it is expressed as Wm = EI. Therefore, when the torque of the engine 10 is transmitted only to the motor 20, the relationship Tω = EI is established. Assuming that the counter electromotive force constant (induction voltage coefficient) = Ke, the motor 20 driven at the rotation speed ω generates the voltage E = Keω. The charge (voltage) stored in the capacitor 30 having the capacitance C is E = (1 / C) ∫Idt.
[0020]
On the other hand, in FIG. 2, when the output shaft of the engine 10 rotates at the rotation speed ω, the engine 10 outputs the torque T, and the mechanical flywheel 15 has the moment of inertia M, the angular acceleration δω / δt = T / M is established.
[0021]
In the model in FIG. 1, when the angular acceleration δω / δt is obtained using the above three relational expressions, δω / δt = T / (C * Ke ² ). Therefore, when compared with the angular acceleration δω / δt (= T / M) obtained in the model using the mechanical flywheel 15 in FIG. 2, (C * Ke ² ) Is found to act as a pseudo inertia moment Mi corresponding to the inertia moment M of the flywheel 15.
[0022]
Therefore, if the capacitance C of the capacitor 30 is set to an appropriate value in consideration of the back electromotive force constant Ke of the motor 20, the electric type that exerts the same function as a mechanical flywheel by the motor 20 and the capacitor 30 is provided. Flywheel can be realized.
[0023]
-First embodiment:
An electric flywheel according to a first embodiment, which embodies the above concept, will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of an engine system including the electric flywheel according to the first embodiment. FIG. 4 is a block diagram showing a model of an engine system including the electric flywheel shown in FIG. FIG. 5 is a block diagram showing a model of an engine system including a mechanical flywheel.
[0024]
As shown in FIG. 3, the electric flywheel EF according to the first embodiment includes a DC motor 20, a capacitor 30 for storing electric energy generated by the DC motor, and a connection between the DC motor 20 and the capacitor 30. A switch 40 for connecting or disconnecting, and a control circuit for controlling an actuator 41 of the switch 40 in accordance with a required output (operating state) required of the engine 10 to move the switch 40 to one of a connected position and a disconnected position. 45 is provided.
[0025]
A pulley 21 is mounted on an output shaft of the motor 20, and is connected to be able to transmit power to each other via a pulley 11 and a pulley belt 12 mounted on an output shaft (crankshaft) of the engine 10. Note that a drive train 13 is simulated at the tip of the output shaft of the engine 10. Each of the pulleys 11 and 21 is, for example, a spoke-shaped wheel, and has a characteristic in which the moment of inertia is negligible as compared with the conventional mechanical flywheel 15.
[0026]
The capacitor 30 is a capacitor having a capacitance C for storing electric energy (electric power) corresponding to kinetic energy (inertial energy) stored when a mechanical flywheel is used. The capacitor 30 functions as a charge storage unit until sufficient charges are stored, and the motor 20 acts as a load on the engine 10. On the other hand, when the full charge is accumulated in the capacitor 30 and the electromotive voltage generated by the motor 20 falls below the terminal voltage of the capacitor 30, the capacitor 30 functions as a charge supply unit, and the motor 20 acts as a power source for the engine 10. Further, as long as the full charge is accumulated in the capacitor 30 and the electromotive voltage generated by the motor 20 is higher than the terminal voltage of the capacitor 30, no current flows through the circuit composed of the motor 20, the capacitor 30, and the switch 40. The motor 20 does not act as a load on the engine 10 or as a power source.
[0027]
The concept of the engine system including the electric flywheel according to the first embodiment shown in FIG. 3 will be described with reference to FIG. 4. A case where the output shaft of the engine 10 rotates at the rotation speed ω and outputs the torque T Is represented by the power of the engine 10 We = Tω. Considering the moment of inertia Mc of the vehicle, the torque T output from the output shaft of the engine 10 is divided into T1 acting on the drive train 13 and T2 acting on the electric flywheel EF (motor 20 and condenser 30). , T = T1 + T2.
[0028]
Therefore, the relationship of T2ω = EI is established between the power Wm of the motor 20 and the power We of the engine 10 with respect to the motor 20. As described above, the relationship of E = Keω holds between the back electromotive force constant (induction voltage coefficient) Ke and the rotation speed ω, and the charge (voltage) stored in the capacitor 30 is E = (1/1). C) ∫Idt. When the angular acceleration δω / δt is calculated using these relational expressions, δω / δt = T2 / (C * Ke ² ) Holds. On the other hand, for the drive train 13, the relationship of angular acceleration δω / δt = T1 / Mc is established.
[0029]
From the above results, in the entire model shown in FIG. 4, δω / δt = T / (Mc + C * Ke ² ) Holds. In each of the above calculations, the conversion efficiency between the kinetic energy and the electric energy between the engine 10 and the motor 20 is treated as 100% and the friction loss generated in each part is set to facilitate the description using the model. Etc. are not taken into account.
[0030]
The concept of the engine system including the mechanical flywheel 15 will be described with reference to FIG. 5. When the output shaft of the engine 10 rotates at the rotation speed ω and outputs the torque T, the power We of the engine 10 = It is represented by Tω. In consideration of the moment of inertia Mc of the vehicle, the torque T output from the output shaft of the engine 10 is divided into T1 acting on the drive train 13 and T2 acting on the flywheel 15, and the relationship of T = T1 + T2 is established. . When the moment of inertia Mc of the drive train 13 and the moment of inertia Mf of the flywheel 15 are used, the relationship of angular acceleration δω / δt = T / (Mc + Mf) is established in the entire model of FIG.
[0031]
Comparing the model using the electric flywheel EF with the model using the mechanical flywheel 15, it can be seen that (C * Ke ² ) Is equivalent to the moment of inertia Mf of the mechanical flywheel 15. For example, when the mechanical flywheel 15 has characteristics of a mass of 9 kg and a diameter of 30 cm, the moment of inertia Mf of the mechanical flywheel 15 is 0.9 (Kg · m). ² ). On the other hand, when the back electromotive force constant Ke = 0.3 of the motor 20, the capacitance C that the capacitor 30 should have is C * Ke ² = Mf = 0.9, so C = 10 (F). That is, by appropriately determining the capacitance C of the capacitor 30 in consideration of the back electromotive force constant Ke of the motor 20, the pseudo inertia moment Mi corresponding to the inertia moment Mf of the mechanical flywheel 15 can be calculated by the electric method. This can be realized by the flywheel EF.
[0032]
The control processing of the electric flywheel EF according to the first embodiment will be briefly described with reference to FIG. FIG. 6 is a flowchart showing an example of a processing routine for varying the pseudo inertia moment Mi of the electric flywheel EF according to the first embodiment. This processing routine is repeatedly executed at predetermined time intervals.
[0033]
The control circuit 45 determines whether or not the vehicle is in an accelerating state based on the input operating state, for example, a required output determined by parameters such as an accelerator depression amount and an engine speed (step S100). For example, when the amount of change in the required output amount per unit time is equal to or greater than a predetermined value, and when the acceleration request switch linked to the accelerator pedal is turned on, it is determined that the vehicle is in an acceleration state.
[0034]
If the control circuit 45 determines that the vehicle is in an accelerating state (step S100: Yes), the control circuit 45 turns off the switch 40 via the actuator 41 (step S110), and ends the processing routine. As a result, the motor 20 does not function as a generator, and no electric charge is stored in the capacitor 30, so that the moment of inertia Mi of the electric flywheel becomes zero. Therefore, the updraft of the engine 10 is significantly improved, and the acceleration performance of the vehicle can be improved.
[0035]
On the other hand, if the control circuit 45 determines that the vehicle is not in an accelerating state (step S100: No), the control circuit 45 turns on the switch 40 via the actuator 41 (step S120), and ends the processing routine. As a result, the motor 20 functions as a generator, and a part of the kinetic energy output from the output shaft of the engine 10 is converted into electric energy and stored in the capacitor 30. That is, the motor 20 acts as a load on the engine 10, and a part of the output of the engine 10 is stored as electric power in the capacitor 30, thereby suppressing a rapid increase in the output of the engine 10. When the capacity of the capacitor 30 is satisfied (when the electric energy to be stored in the capacitor 30 is exceeded), no current flows through the electric circuit constituted by the motor 20, the capacitor 30, and the switch 40, and the motor 20 It no longer acts as a load on the engine 10. That is, the motor 20 runs idle, and the electric flywheel EF does not function as a flywheel.
[0036]
When the rotation speed ω of the engine 10 drops while the capacitor 30 has a sufficient charge stored therein and the terminal voltage of the motor 10 falls below the terminal voltage of the capacitor 30, the charge stored in the capacitor 30 is transferred to the motor 20. Supplied, the motor 20 acts as a power source for the engine 10. That is, the capacitor 30 functions as a battery, and a predetermined voltage is applied to the motor 20. As a result, the electric energy stored in the capacitor 30 is converted into kinetic energy for driving the engine 10. As a result, a sharp decrease in the output of the engine 10 is suppressed.
[0037]
As described above, according to the electric flywheel FE according to the first embodiment, using the motor 20 and the condenser 30, the pseudo flywheel equivalent to the inertia moment Mf of the conventional mechanical flywheel 15 is provided. The moment of inertia Mi can be realized. According to the electric flywheel EF, when the vehicle is in an acceleration state, the pseudo inertia moment Mi can be set to 0 or substantially 0. It can be greatly improved. Such a feature cannot be achieved by a mechanical flywheel 15 having an absolute moment of inertia even if the moment of inertia is made variable.
[0038]
Further, according to the electric flywheel EF according to the first embodiment, when the vehicle is in a steady running state, the pseudo inertia moment Mi is set to the same value as the inertia moment Mf of the mechanical flywheel 15. Therefore, it is possible to suppress a sudden increase in output and a decrease in output (rotation increase and decrease) of the engine 10 and realize smooth engine characteristics. Therefore, particularly in an engine having a small output torque, it is possible to achieve both a gentle engine characteristic at the time of steady running and a good wake-up at the time of acceleration, which cannot be achieved by the conventional mechanical flywheel 15.
[0039]
Further, since the pseudo inertia moment Mi is generated electrically using the motor 20 and the condenser 30, the vehicle weight is reduced as compared with the case where the mechanical flywheel 15 requiring an absolute mass is mounted on the vehicle. can do. Further, by using a small motor and a condenser, the electric flywheel EF can be reduced in size, and the condenser 30 and the switch 40 can be mounted at arbitrary positions.
[0040]
-2nd Example:
An engine system including an electric flywheel EF2 according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of an engine system including the electric flywheel FE2 according to the second embodiment. Note that the same components as those of the electric flywheel EF according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0041]
The electric flywheel EF2 according to the second embodiment includes an electric resistor 22 and a second switch 42 which are in series with the capacitor 30 and are connected in parallel with each other. Is different from the electric flywheel EF according to the first embodiment. According to the electric flywheel EF2 according to the second embodiment, when charge is accumulated in the capacitor 30, the first switch 40 is turned on (ON), and the second switch 41 is turned off ( By turning off, the electric current value is limited by the electric resistance 22, so that the electric energy is gradually stored in the capacitor 30, and the pseudo inertia moment Mi can be changed continuously and variably. Here, it can be said that the heat consumed by the electric resistance 22 is equivalent to the frictional heat generated by the clutch in the engine including the mechanical flywheel 15.
[0042]
On the other hand, when the capacitor 30 functions as a power supply, the first switch 40 is turned off and the second switch 41 is turned on, thereby bypassing the electric resistor 22 and minimizing the electric energy stored in the capacitor 30. It can be converted to kinetic energy with minimal energy loss.
[0043]
In FIG. 7, a description is given using a fixed resistor having a constant resistance value. However, a variable resistor or a multi-stage resistor (a plurality of electric resistors and a switch) capable of changing the resistance value continuously or in multiple stages is described. ) May be used. In such a case, the accumulation time of the electric energy in the capacitor 30 can be adjusted according to the purpose. That is, when the resistance value is small, the output fluctuation of the engine 10 can be suppressed immediately, and when the resistance value is large, the output fluctuation of the engine 10 can be suppressed more smoothly.
[0044]
-Third embodiment:
An engine system provided with an electric flywheel EF3 according to the third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of an engine system including an electric flywheel FE3 according to the third embodiment. Note that the same components as those of the electric flywheel EF according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0045]
The electric flywheel EF3 according to the third embodiment is different from the first embodiment in that a plurality of combinations of the capacitors 30, 31, and 32 and the switches 40, 42, and 43 connected in series are connected in parallel. This is different from the electric flywheel EF according to the embodiment. According to the electric flywheel EF3 according to the third embodiment, the amount of kinetic energy stored as electric energy can be controlled in multiple stages. That is, the magnitude of the pseudo inertia moment Mi can be changed in multiple steps. Therefore, it is possible to realize a more appropriate pseudo-inertia moment Mi according to the required output (operating state of the vehicle) required for the engine 10, and to more appropriately improve the stability of the engine speed and the acceleration performance of the vehicle. Can be compatible. Alternatively, by allowing the driver to set the magnitude of the pseudo inertia moment Mi, the engine characteristics (vehicle behavior) that suits the driver's preference can be adjusted without performing a troublesome operation such as replacing the mechanical flywheel 15. Can be realized.
[0046]
-Fourth embodiment:
An engine system including an electric flywheel EF4 according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of an engine system including an electric flywheel FE4 according to the fourth embodiment. Note that the same components as those of the electric flywheel EF according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0047]
An electric flywheel EF4 according to the fourth embodiment includes a discharger 25 for consuming electric energy stored in a capacitor 30 separately from a motor 20, and a charger for supplying electric energy to the capacitor 30. 26 is different from the electric flywheel EF according to the first embodiment in that the electric flywheel EF is further provided. In the example illustrated in FIG. 9, a combination of an electric resistance and a switch is illustrated as the discharger 25, and a combination of a secondary battery and a switch is illustrated as the charger 26. According to the electric flywheel EF4 according to the fourth embodiment, when the switch 40 is turned off, the amount of electric energy stored in the capacitor 30 is arbitrarily adjusted by charging or discharging. The engine load when turned on can be freely changed.
[0048]
For example, when the terminal voltage of the capacitor 30 is smaller than the terminal voltage of the motor 20, when the switch 40 is turned on, the motor 20 functions as a generator and a load is applied to the engine 10. Acts as a load (brake). If the terminal voltage of the capacitor 30 is equal to the terminal voltage of the motor 20, no load or driving force is applied to the engine 10 even when the switch 40 is turned on, and no load fluctuation occurs in the engine 10. The pseudo inertia moment Mi can be smoothly added to the system. Further, when the terminal voltage of the capacitor 30 is greater than the terminal voltage of the motor 20, when the switch 40 is turned on, the motor 20 functions as a power source and a driving force is applied to the engine 10, so that the electric flywheel 40 functions as an acceleration assist device.
[0049]
-Other examples:
In addition to the above, in order to improve the startability of the engine 10, the pseudo inertia moment Mi may be set to 0 when the engine is started. In such a case, since the engine can be started with a small torque, many effects such as a reduction in cranking time, a reduction in starter motor capacity, and a reduction in battery capacity can be obtained.
[0050]
From the viewpoint of stabilizing the engine output fluctuation, the electric flywheel EF is appropriately turned on / off in accordance with the load fluctuation of the engine 10 by turning on / off the alternator and the air conditioner compressor, thereby suppressing the output fluctuation of the engine 10 and stabilizing it. You may make it.
[0051]
Further, when the vehicle is decelerated, the load generated by the motor 20 may be used for assisting the brake by operating the electric flywheel EF.
[0052]
Although the DC motor 20 is used in each of the above embodiments, it is needless to say that various types of motors such as an AC motor and an induction motor can be used when a rectifier is used. Further, a secondary battery or the like may be used in place of the capacitor 30.
[0053]
As described above, the electric flywheel according to the present invention has been described based on some examples. However, the embodiments of the present invention described above are for facilitating the understanding of the present invention, and the present invention It does not do. The present invention can be modified and improved without departing from the spirit and scope of the claims, and it is needless to say that the present invention includes equivalents thereof.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of an internal combustion engine including a fuel injection system according to the present embodiment.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a correlation between a fuel delivery pipe pressure and an elapsed time after stopping the internal combustion engine, and a fuel delivery pipe temperature and an elapsed time after stopping the internal combustion engine.
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of an engine system including the electric flywheel according to the first embodiment.
4 is a block diagram showing a model of an engine system including the electric flywheel shown in FIG.
FIG. 5 is a block diagram showing a model of an engine system including a mechanical flywheel.
FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of a processing routine for varying a pseudo inertia moment Mi of the electric flywheel EF according to the first embodiment.
FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of an engine system including an electric flywheel EF2 according to a second embodiment.
FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of an engine system including an electric flywheel EF3 according to a third embodiment.
FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of an engine system including an electric flywheel EF4 according to a fourth embodiment.
[Explanation of symbols]
10. Internal combustion engine (engine)
11 ... Pulley
12 ... Pulley belt
13: Drive train
15… Mechanical flywheel
20 ... motor (electric motor)
21 ... Pulley
22 ... electric resistance
25 ... discharger
26 ... Charger
30, 31, 32 ... capacitors
40 ... (first) switch
41 ... actuator
42 ... (second) switch
43 ... Switch
45 ... Control circuit
FE, EF2, EF3, EF4 ... Electric flywheel
Mi: pseudo inertia moment
Mf: Moment of inertia of mechanical flywheel
Mc: Moment of inertia of the vehicle

Claims

内燃機関の機関出力軸に備えられる電気式フライホイールであって、
所定の運動エネルギーに相当する電気エネルギーを蓄積可能な電気エネルギー蓄積手段と、
前記機関出力軸に接続されていると共に、運動エネルギーと電気エネルギーとの相互変換を実行するエネルギー変換手段と、
前記内燃機関に要求される要求出力を検出する要求出力検出手段と、
前記エネルギー変換手段と前記電気エネルギー蓄積手段とに接続されていると共に、前記検出された要求出力に応じて、前記エネルギー変換手段と前記電気エネルギー蓄積手段との接続を接続状態または切断状態に切り換える切り替え手段とを備える電気式フライホイール。An electric flywheel provided on an engine output shaft of an internal combustion engine,
Electric energy storage means capable of storing electric energy corresponding to predetermined kinetic energy,
Energy conversion means connected to the engine output shaft and performing mutual conversion between kinetic energy and electric energy,
Request output detection means for detecting a request output required for the internal combustion engine,
A switch that is connected to the energy conversion unit and the electric energy storage unit and that switches a connection between the energy conversion unit and the electric energy storage unit to a connected state or a disconnected state according to the detected required output. Electric flywheel comprising:

請求項１に記載の電気式フライホイールにおいて、
前記切り替え手段は、前記検出された要求出力の単位時間変化量が所定値以上の場合には、前記エネルギー変換手段と前記電気エネルギー蓄積手段との接続を切断状態に切り換える電気式フライホイール。The electric flywheel according to claim 1,
An electric flywheel that switches the connection between the energy conversion unit and the electric energy storage unit to a disconnected state when the detected change in the required output per unit time is equal to or greater than a predetermined value.

請求項２に記載の電気式フライホイールにおいて、
前記切り替え手段は、前記検出された要求出力の単位時間変化量が所定値未満の場合には、前記エネルギー変換手段と前記電気エネルギー蓄積手段との接続を接続状態に切り換える電気式フライホイール。The electric flywheel according to claim 2,
An electric flywheel that switches the connection between the energy conversion unit and the electric energy storage unit to a connection state when the detected change in the required output per unit time is less than a predetermined value.

請求項２または請求項３に記載の電気式フライホイールはさらに、
前記切り替え手段と前記電気エネルギー蓄積手段とに接続される電気抵抗器を備える電気式フライホイール。The electric flywheel according to claim 2 or 3 further comprises:
An electric flywheel including an electric resistor connected to the switching means and the electric energy storage means.

請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の電気式フライホイールにおいて、
前記エネルギ変換手段は電動機であり、
前記電動機の出力軸と前記機関出力軸とは動力伝達機構を介して接続されている電気式フライホイール。The electric flywheel according to any one of claims 1 to 4,
The energy conversion means is a motor,
An electric flywheel, wherein an output shaft of the electric motor and the engine output shaft are connected via a power transmission mechanism.

請求項５に記載の電気式フライホイールにおいて、
前記電気エネルギー蓄積手段は１または複数のコンデンサであり、
前記切り替え手段は前記コンデンサの数に応じて備えられた切り替え器であり、
前記各コンデンサと各切り替え器とは前記電動機に対して並列の接続されている電気式フライホイール。The electric flywheel according to claim 5,
The electrical energy storage means is one or more capacitors;
The switching means is a switching device provided according to the number of the capacitors,
An electric flywheel, wherein each of the capacitors and each of the switching devices are connected in parallel to the electric motor.

請求項５に記載の電気式フライホイールにおいて、
前記電気エネルギー蓄積手段は可変容量コンデンサである電気式フライホイール。The electric flywheel according to claim 5,
The electric flywheel, wherein the electric energy storage means is a variable capacitor.

請求項６または請求項７に記載の電気式フライホイールはさらに、
前記コンデンサに蓄積された電気エネルギーを放出するための放電手段と、
前記コンデンサに対して電気エネルギーを供給するために充電手段とを備える電気式フライホイール。The electric flywheel according to claim 6 or claim 7 further comprises:
Discharging means for discharging electric energy stored in the capacitor,
An electric flywheel comprising: charging means for supplying electric energy to the capacitor.

請求項６ないし請求項８のいずれかに記載の電気式フライホイールにおいて、
前記コンデンサの最大静電容量または最大総静電容量と、前記電動機の有する逆起電力定数の二乗値の和は、要求される慣性モーメントに応じて決定されている電気式フライホイール。The electric flywheel according to any one of claims 6 to 8,
An electric flywheel wherein the sum of the maximum capacitance or the maximum total capacitance of the capacitor and the square of the back electromotive force constant of the electric motor is determined according to a required moment of inertia.