(57)【要約】【課題】大馬力、大トルクが必要な場合でも高い走行性能を得ることができる自動車を提供する。【解決手段】自動車の駆動源として、液化石油ガスを燃料とする内燃機関（ＬＰＧエンジン１）とモーター５とを用いる。このハイブリッド自動車は、発電機２と、発電機で発電した電気を貯えるバッテリー６とを有し、発電機２で発電した電気またはバッテリー６から放電した電気によりモーター５を回転する。内燃機関の駆動力およびモーター５の駆動力の少なくとも一方により車輪（タイヤ７）を駆動して走行する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液化炭化水素ガスを燃料とする内燃機関と、
発電機と、
発電機で発電した電気を貯えるバッテリーと、
発電機で発電した電気またはバッテリーから放電した電気により回転されるモーターと、
前記内燃機関の駆動力およびモーターの駆動力の少なくとも一方により駆動される車輪とを有することを特徴とする液化炭化水素ガスハイブリッド電気自動車。
【請求項２】
液化炭化水素ガスがメタン、エタン、プロパンおよびブタンの少なくとも一種類を主成分とすることを特徴とする請求項１に記載の液化炭化水素ガスハイブリッド電気自動車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液化炭化水素ガスハイブリッド電気自動車に関するものである。特に液化天然ガスハイブリッド電気自動車（ＬＮＧＨＥＶ：Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ  Ｎａｔｕｒａｌ  Ｇａｓ  Ｈｙｂｒｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液化石油ガス（ＬＰＧ：Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ  Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ  Ｇａｓ）を燃料とする車、中でも液化プロパンガスを燃料に用いた車はタクシー等において広く利用されている（例えば、非特許文献１）。特に、燃料費がガソリン車に比べて大幅に安価な上、炭酸ガスの放出面でもガソリン車より有利なため、ＬＰＧ車は増加してきている。
【０００３】
【非特許文献１】
東京電力株式会社、“電気・電力辞典”、“ＬＰＧ”、［ｏｎｌｉｎｅ］、［２００２年１０月２１日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｅｐｃｏ．ｃｏ．ｊｐ／ｃｏｒｐ−ｃｏｍ／ｅｌｅｃｔ−ｄｉｃｔ／ｆｉｌｅ／ｅ＿００２−ｊ．ｈｔｍｌ＞
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ＬＰＧエンジンは発生馬力、トルクの観点からはガソリンエンジンに比べてはるかに劣る。そのため、特に発進時、登坂時など、大馬力、大トルクが必要な場合、エンジン車に比して加速性能が劣ることになる。また、このような場合にはエネルギー効率も大きく下がることになる。
【０００５】
従って、本発明の主目的は、大馬力、大トルクが必要な場合でも高い走行性能を得ることができるハイブリッド自動車を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、自動車の駆動源に、液化炭化水素ガスを燃料とする内燃機関のみならずモーターをも利用することで上記の目的を達成する。
【０００７】
すなわち、本発明液化炭化水素ガスハイブリッド電気自動車は、液化炭化水素ガスを燃料とする内燃機関と、発電機と、発電機で発電した電気を貯えるバッテリーと、発電機で発電した電気またはバッテリーから放電した電気により回転されるモーターと、前記内燃機関の駆動力およびモーターの駆動力の少なくとも一方により駆動される車輪とを有することを特徴とする。
【０００８】
液化炭化水素ガス（ＬＨＧ）を燃料とする内燃機関を駆動させて走るＬＨＧ車に、発電機とモーターを付加し、発電機で得た電気をエネルギー源としてモーターを回転させ、この駆動力を用いて自動車を走行させる。従って、ＬＨＧエンジンだけを駆動源とする場合よりも高い走行性能を実現することができ、ガソリンエンジン車に比べて遜色ない走行性能を得ることができる。液化炭化水素ガスには、液化天然ガス（ＬＮＧ：Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ  Ｎａｔｕｒａｌ  Ｇａｓ）や液化石油ガス（ＬＰＧ：Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ  Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ  Ｇａｓ）が含まれる。
【０００９】
一般に、ＬＨＧエンジンは回転数を上げる時（発進時、登坂時、加速時など）は効率が大きく下がり、１０％を割る場合もあるが、高速安定走行時には３０〜５０％の効率を示す。一方、モーターはこれらの走行モード差によらず、一般的に７０〜９５％内外の高効率を示す。従って、特に、ＬＨＧエンジンの効率が下がる走行モード時にモーターを利用して走行することで、エネルギー効率の高い運転を行うことができる。
【００１０】
ＬＨＧエンジンの駆動力とモーターの駆動力とは、各々単独であるいは併用して自動車を走行させることができる。ＬＨＧエンジンの駆動力とモーターの駆動力の組合せ方式には、シリーズ、パラレルおよびスプリットの３つが挙げられる。
【００１１】
シリーズハイブリッド方式は、エンジンは発電のみを行い、その発電した電気をバッテリーに蓄電して、その電力でモーターを駆動させて走行する方式である。シリーズ方式では、車輪を回すのはモーターだけで、ＬＨＧエンジンは車輪を回さない。
【００１２】
パラレルハイブリッド方式は、エンジンとモーターの２つの動力源が各々車輪を直接駆動させて走行する方式である。この方式では、一般にモーターが発電機を兼ねている。同方式による利用例としては、ＬＨＧエンジンの駆動力を主体として走行を行い、場合によりＬＨＧエンジンの駆動力をバッテリーの充電動力として利用することが挙げられる。ＬＨＧエンジンの効率が低く、高出力が必要とされる発進や加速時にモーターを作動し、走行の駆動力を補助する。また、制動時や降坂時には、モーターを発電機として利用し、その発電電力をバッテリーに蓄電することもできる。なお、パラレルハイブリッド方式には、一方の動力源が前輪を、他方の動力源が後輪を駆動する方式と、両方の動力源が同一の車輪を駆動する方式がある。
【００１３】
スプリットハイブリッド方式は、シリーズとパラレルの両方を兼ね備え、両方式を使い分ける方式である。一般に、発電機の機能も兼ねるモーターの他に独立して発電機を具えている。
【００１４】
この方式では、通常、ＬＨＧエンジンの駆動負荷が大きい低速時などにモーターで走行し、ある速度以上になるとＬＨＧエンジンが回転し始め、駆動負荷が軽くなると発電をしながら走行する。例えば、発進時、加速時、登板時など、ＬＨＧエンジンのエネルギー効率が低い走行モードではモーターにより走行し、ＬＨＧエンジンの燃料消費を削減する。後退時も同様である。通常走行時には、ＬＨＧエンジンの駆動力を動力分割機構を介して２系統に分けて、一系統で車輪を駆動させ、残る一系統で発電機を駆動させる。その発電電力でモーターを回転させて車輪を駆動し、ＬＰＧエンジンとモーターの駆動力の配分を制御しながら、最も効率よく走行する。つまり、モーターだけで走行する場合はシリーズ方式であり、ＬＨＧエンジンとモーターとを併用する場合はパラレル方式で走行することになる。また、車輪の回転がモーターを発電機として駆動させることで回生発電を行い、その電気エネルギーをバッテリーに蓄える。車両の停止と同時に自動的にエンジンも停止させることで、エネルギー効率を高めることができる。
【００１５】
ＬＨＧエンジンに用いる液化炭化水素ガスには、メタン、エタン、プロパンおよびブタンの少なくとも一種類を主成分とするものが好適である。これらの液化ガスを燃料とする内燃機関は、ＨＣ、ＣＯ、ＣＯ２、ＮＯｘ、黒鉛、浮遊粒子状物質（ＳＰＭ）などの排出量がガソリンエンジンに比べて少なく、環境上好ましい。また、これらのガスは常温加圧で容易に液化し、積載容量を増加させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
＜シリーズハイブリッド方式＞
図１はシリーズハイブリッド方式の本発明自動車の駆動機構を示す概略構成図である。
【００１７】
本発明自動車は、ＬＰＧエンジン１と、発電機２と、コンバーター３と、インバーター４と、モーター５と、バッテリー６と、タイヤ７とを具える。ＬＰＧエンジン１は、プロパンなどのＬＰＧを燃料として駆動される内燃機関である。このエンジン１の作動により発電機２を回転させる。発電機２はＬＰＧエンジン１の駆動力により回転されて発電を行う。一般に電気自動車の発電機には交流発電機が用いられることが多く、本例でも交流発電機を用いている。発電機２で発電された電気は、コンバーター３で直流に変換され、さらにインバーター４を介して適正な周波数の交流に変換されてモーター５へと供給される。モーター５には、種々のモーターが利用できるが、ここでは交流同期モーターを用いている。また、必要に応じて、発電電力はバッテリー６の充電にも利用される。バッテリー６には、鉛電池、ニッケル・カドミウム電池、ニッケル・水素電池、ニッケル・鉄電池、ニッケル・亜鉛電池、ナトリウム・硫黄電池、リチウム電池などが利用できる。発電電気をバッテリー６側にも供給するかどうかを、コンバーター３とバッテリー６との間に設けられたスイッチ８のオンオフにより行ってもよい。その他、インバーター制御により電気的にスイッチングしても良い。そして、モーター５の駆動力をタイヤ７の車軸に伝達して、自動車を走行させる。なお、図ではタイヤ７を２輪しか示していないが、実際には４輪存在する。
【００１８】
このシリーズハイブリッド方式では、ＬＰＧエンジン１は専ら発電機２の駆動に利用され、同エンジン１の駆動力を直接タイヤ７の回転に用いることはない。つまり、ＬＰＧエンジン１はタイヤ７の駆動とは切り離されて、最高効率運転しながら発電に専念できるため、エネルギー効率を高めることができる。自動車の走行は、発電機２で発電された電気あるいはバッテリー６からの放電電気により回転されたモーター５の駆動力により行われるため、ＬＰＧエンジン１が苦手とする発進時、加速時、登坂時などでも優れた走行性能を発揮することができる。
【００１９】
＜パラレルハイブリッド方式＞
図２はパラレルハイブリッド方式の本発明自動車の駆動機構を示す概略構成図である。
【００２０】
本発明自動車は、ＬＰＧエンジン１と、モーター（兼発電機）５と、コンバーター３と、インバーター４と、バッテリー６と、タイヤ７とを具える。図１に示すシリーズ方式と共通する構成要素の説明は省略し、以下、相違点を主として説明する。
【００２１】
パラレル方式では、ＬＰＧエンジン１の駆動力とモーター５の駆動力の各々をタイヤ７の駆動に利用する。ＬＰＧエンジン１は、変速機（図示せず）を介してその駆動力をモーター５とタイヤ７に伝達することができ、モーター５はその駆動力をタイヤ７に伝達することができるように構成されている。この方式により、▲１▼エンジン１の駆動力だけでタイヤ７を回転する、▲２▼モーター５の駆動力だけでタイヤ７を回転する、▲３▼エンジン１とモーター５の両駆動力でタイヤ７を回転する、といった駆動方式を選択することができる。
【００２２】
例えば、図３に示すように、発進時はＬＰＧエンジン１の効率が低いため、モーター５を主として走行を行う。自動車が一定速度以上に達してエンジン１の方が高効率の範囲ではモーター５の駆動をやめてＬＰＧエンジン１の駆動力で走行する。その際、エンジン１の駆動力の一部でモーター５を発電機として回転させ、発電された電力をバッテリー６に蓄電することが好ましい。制動時や降坂時はタイヤ７の回転がモーター５を発電機として動作させ、回生電力をバッテリー６に蓄電することができる。
【００２３】
また、図４（Ａ）に示すように、ＬＰＧエンジン１により平地高速走行を行っていた状態から登坂する場合、モーター５の駆動力も併用して走行することで、より高い馬力やトルクを得ることができる。
【００２４】
さらに、図４（Ｂ）に示すように、ＬＰＧエンジン１により平地高速走行を行っていた状態から加速する場合、モーター５の駆動力も併用して走行することで、優れた加速力を得ることができる。
【００２５】
停止時はＬＰＧエンジンを停止させ、エンジンのアイドリングを省略してエネルギー効率を高めることが好ましい。
【００２６】
シリーズ方式により高速運転させるには、モーター５の高速回転が必要であるが、モーター５からギアーを用いて大トルクを取り出すことが困難になる場合がある。パラレル方式では、ＬＰＧエンジン１の駆動力とモーター５の駆動力の両方を直接タイヤ７の回転に利用できるため、高い高速走行性能も得ることができる。
【００２７】
＜トルクスプリットハイブリッド方式＞
図５はトルクスプリットハイブリッド方式の本発明自動車の駆動機構を示す概略構成図である。
【００２８】
本発明自動車は、ＬＰＧエンジン１と、動力分割機構９と、発電機２と、コンバーター３と、インバーター４と、モーター５と、バッテリー６と、タイヤ７とを具える。図２に示すパラレル方式と共通する構成要素の説明は省略し、以下、相違点を主として説明する。
【００２９】
スプリット方式では、ＬＰＧエンジンの駆動力をタイヤと発電機へと分配する動力分割機構９を有し、モーター５とは独立して発電機２を具えている点でパラレル方式とは相違している。ＬＰＧエンジン１の駆動力の分割は、例えばエンジン１の駆動力を発電機２へと伝達する第１クラッチと、ＬＰＧエンジン１の駆動力をタイヤ７へと伝達する第２クラッチとを用いて行う。
【００３０】
この方式では、シリーズ方式とパラレル方式を切り替えて使い分ける。例えば、シリーズモードは、第一クラッチをＯＮ、第二クラッチをＯＦＦとしてＬＰＧエンジン１は発電機駆動の専用となる。発電された電力はバッテリー６への充電やモーター５の駆動に使われる。
【００３１】
また、パラレルモードは、第一クラッチと第二クラッチの両者をＯＮとする。第二クラッチがＯＮであるためＬＰＧエンジン１の駆動力はタイヤ７に伝達される。また、モーター５は発電機２からの電気またはバッテリー６からの電気により駆動され、その駆動力でもタイヤ７を回転させる。
【００３２】
その他、高速安定走行時などは、第一クラッチと第二クラッチの両者をＯＮとするがモーター５の運転は停止する。自動車の駆動はＬＰＧエンジン１の駆動力のみにより行われる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明ハイブリッド自動車によれば、駆動源にガソリンより安価な燃料を用いるＬＨＧエンジンとモーターとを利用することで、高い走行性能と高い燃費効率の両方を得ることができる。特に、発進時、加速時、登坂時においてもガソリンエンジン車と遜色ない走行性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】シリーズ方式の本発明自動車の駆動機構を示す概略構成図である。
【図２】パラレル方式の本発明自動車の駆動機構を示す概略構成図である。
【図３】走行モードとエネルギー効率との関係を示すグラフである。
【図４】（Ａ）は登坂時のエネルギー効率を示すグラフ、（Ｂ）は加速時のエネルギー効率を示すグラフである。
【図５】スプリット方式の本発明自動車の駆動機構を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１    ＬＰＧエンジン
２    発電機
３    コンバーター
４    インバーター
５    モーター（兼発電機）
６    バッテリー
７    タイヤ
８    スイッチ
９    動力分割機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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