JP2001502404A - 車両のパワートレイン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 車両動力トランスミッション（２）及び車両パワートレイン（３０）が所定の動作領域に渡って連続的に制御することができる。車両パワートレイン（３０）は２つの動力ユニット（３２、３４）と、動力トランスミッションユニット（２）と、指令入力を受けて車両パワートレイン（３０）に関連する性能パラメータを決定する制御装置（５８）を含む。動力トランスミッションユニット（２）は外部トランスミッション（８、１０、１６）及び内部差動歯車組立体（８、２０、２２）を含む。このメインランスミッション（２）は２つの回転入力（８、１０）を有し、これら入力は各々１つの動力ユニット（３２、３４）に連結して回転動力を受けて回転出力（１６）に連結し、出力（１６）の回転速度が２つの入力（８、１０）の回転速度の代数平均値に比例して変化できるようにする。差動歯車組立体（１８、２０、２２）はメイントランスミッション（８、１０、１６）の内部に配置されて、２つの差動回転出力（２４、２６）に連結した回転入力（１８）を有する。メイントランスミッションの出力（１６）は差動歯車組立体（１８、２０、２２）の入力（１８）に連結している。制御装置（５８）により制御される性能パラメータは２つの動力ユニット（３２、３４）の各々の負荷、メイントランスミッション（８、１０、１６）の入力（８、１０）の各々の回転速度、差動歯車組立体（２）の２つの出力（２４、２６）の各々の負荷及び回転速度を含む。閉ループフィードバック制御装置が指令入力に応答して性能パラメータを連続的に監視し、分析し、調節して動力ユニット（３２、３４）の効率をピーク領域内に維持すると共に負荷の分担を集約的、連続的に監視、調節して動力トランスミッション（２）の最終出力速度及び動力を集約的に制御して最適の要件に合致させる。

Description

【発明の詳細な説明】 車両のパワートレイン 発明の分野 本発明は車両のパワートレイン（動力伝達装置）に関するものである。 発明の背景 車両パワートレインは一般的に動力ユニットと動力トランスミッションサブシ ステムとで構成されている。従来の動力トランスミッションサブシステムはメイ ントランスミッションと２つの駆動輪を差動させるための自動差動歯車組立体を 含む。 動力ユニット効率を車両の種々の速度及び動力要求と結合するためには、車両 パワートレインとしての要件がある。即ち、動力ユニットと動力トランスミッシ ョンが一体化されたユニットとしてその全動作領域に渡って連続的に制御されて パワートレインの性能特性が車両運転手からの指令入力に応答して適切且つ一体 的に最適となるようにすることである。このような適切に制御される車両パワー トレインの適正な要素は動力を連続的に可変の出力速度で伝達することができる トランスミッションである。このようなトランスミッションは総称的に連続可変 トランスミッションとして記述することができる。 これまで提案されてきた連続可変トランスミッションはともすれば複雑且つ不 安定であり、高トルク負荷において非効率的であった。このようなことの他に実 際のサイズ、重量及びコストを考慮しても、従来の連続可変トランスミッション は車両パワートレインにお いて使用するには典型的に不適当であった。従って、車両パワートレインにおけ る使用に適した効率的、コンパクトで且つ信頼性のある連続可変トランスミッシ ョンとしての要件がある。 本発明の開示 本発明の第１の特徴は、外部メイントランスミッションと内部差動歯車組立体 を含む動力トランスミッションユニットを提供することであり、このメイントラ ンスミッションは回転出力手段に連結した２つの回転入力手段を有し、これによ りこの出力手段の回転速度が２つの回転入力手段の回転速度の代数平均に比例し て変化することができ、差動歯車組立体はこのメイントランスミッションの内部 に配置されて２つの差動回転出力手段に連結した回転入力手段を有し、この場合 メイントランスミッションの出力手段と差動歯車組立体の入力手段は連結されて いる。 本発明の第２の特徴は、所定の動作領域に渡って連続的に制御可能な車両パワ ートレインを提供することであり、これは下記の要素を含む。即ち、 ２つの動力ユニットと、 外部メイントランスミッションと内部差動歯車組立体を含動力トランスミッショ ンユニットであって、 このメイントランスミッションは各々が動力ユニットに連結して回転力を受け取 る２つの回転入力手段を有し、この２つの回転入力手段は回転出力手段に連結し て前記の出力手段の回転速度が２つの回転入力手段は回転速度の代数平均に比例 して変化することができるようになっており、 前記差動歯車組立体はメイントランスミッションの内部に配置されて２つの差動 回転出力手段に連結した回転入力手段を有し、この場 合メイントランスミッションの出力手段と差動歯車組立体の入力手段は連結され ている。 更に本発明の第２の特徴は、指令入力を受け取る手段とパワートレインの動作 に関連する性能パラメータを決定する手段を含む制御手段を含み、この場合この 性能パラメータは２つの動力ユニットの各々の負荷、メイントランスミッション の２つの入力手段の各々の回転速度、差動歯車組立体の２つの出力手段の各々の 負荷、及び差動歯車組立体の２つの出力手段の各々の回転速度を含み、 この場合この制御手段は指令入力に応答してこの性能パラメータを監視し分析し 調節する閉ループフィードバック制御を提供する。 この２つの動力ユニットはオットー機関、デイーゼル機関、ロータリー機関又 はガスタービン機関を含む従来の内燃機関タイプの範囲のもの、或いは従来の電 動モータタイプの範囲のものとの同じタイプの組合せ又は異なるタイプの組合せ で構成される。オットー及びデイーゼル内燃機関は相対的に低生産コストの確立 された技術であるが故に好ましい。この２つの動力ユニットはその回転動力出力 手段、例えば、内燃ピストン機関の場合にはクランクシャフトが端と端が同軸状 に整列する関係となるように配置される。この２つの動力ユニットの回転動力出 力手段は両方とも動力トランスミッションユニットに関して同じ方向に回転する のが好ましい。この２つの動力ユニットの回転パワー出力手段のうちの少なくと も１つは動力トランスミッションユニットのメイントランスミッションの入力手 段にクラッチにより選択的に連結されるのが好ましい。この機能連結は歯車、チ ェーン、ベルト又は直接的な機関ドライブシャフトの連結手段を含むことができ る。 本発明のパワートレインは動力ユニットの形態を相異なるアプリケーションに 広く適用することができる。例えば、一定速度の電動 モータは一方の動力ユニットとして使用することができ、他方動力ユニットの内 燃機関は低公害物を提供するものとして使用することができる。その他の可能な 形態としては、動力ユニットの１つをピーク動力の要求を一様にするために、ま た再生ブレーキを提供するために使用することができる。 動力トランスミッションユニットのメイントランスミッションは歯車トレイン を含むのが好ましい。メイントランスミッションの２つの入力手段は第１の軸を 中心に回転するように同軸状に配置された第１の傘形歯車と遊星歯車組立体を含 むのが好ましい。この遊星歯車組立体は内部に配置されて第１の軸に垂直の軸を 有する遊星傘形ピニオン歯車を回転可能に支持する輪形ピニオンキャリアを含む のが好ましい。この第１の傘形歯車と輪形ピニオンキャリアは個々に回転パワー 源、例えば、２つの動力ユニットに連結できると便利である。メイントランスミ ッションの出力手段は第１の軸を中心に回転するように第１の傘形歯車と遊星歯 車組立体の両者と同軸状に配置されるのが好ましい。遊星歯車組立体は第１と第 ２の傘形歯車間に配置されて遊星傘形ピニオン歯車がこの第１と第２の傘形歯車 の両者と噛み合うのが好ましい。先に記載したように、このメイントランスミッ ションは連続可変トランスミッションを含み、その出力速度（第２の傘形歯車の 回転速度）２つの入力速度（第１の傘形歯車と遊星歯車組立体の回転速度）の合 計又は差に比例する。 動力トランスミッションユニットの差動歯車組立体の入力手段はメイントラン スミッションの内部で半径方向に配置されて第１の軸に垂直の軸を中心に回転す る差動傘形歯車を含むのが好ましい。差動歯車組立体の出力手段は同軸状に配置 されて差動ピニオン歯車と噛み合って第１の軸を中心に回転する２つの差動動傘 形則歯車を含むのが好ましい。 メイントランスミッションの第１及び第２の傘形歯車歯車は各々中心に形成さ れて軸方向に延長する穴を有するのが好ましい。差動歯車組立体の２つの差動則 歯車は２つの軸方向に整列した動力出力部材、例えば、切欠軸でメイントランス ミッションの第１及び第２の傘形歯車の穴を通って延長して駆動輪に連結可能な 軸の対向端に中心にて装着されるのが好ましい。 メイントランスミッションはこのメイントランスミッションの第２の傘形歯車 に連結して差動ピニオン歯車を担持する差動フレームにより差動歯車組立体に連 結されるのが好ましい。先に記載したように、この差動歯車組立体は従来の自動 差動歯車組立体の機能を有する。この形態は特にトランスミッションの両側に配 置される中空軸の「ホットケーキ」タイプの真正のロータリー機関又はタービン でその出力が各機関を介して存在して極めて簡素でコンパクト且つ軽量のパワー トレインを提供するような動力ユニットと共に使用するのが好ましい。 動力ユニットがオットー機関又はディーゼル機関を含む場合には、動力トラン スミッションユニットは２つの動力ユニットの下方中央部に置くのがよい。パワ ーユニットがロータリー、ガスタービン、又は電動エンジンを含む場合には、動 力トランスミッションユニットは２つの動力ユニットの中間に装着してパワー出 力部材を中空ローター又はタービンシャフトを通って延長させることができる。 更に、動力トランスミッションユニットのハウジングは動力ユニットの共通のケ ーシングと一体とすることができる。 内燃機関は２つの動力ユニットを構成する別個のクランクシャフトを提供する ために分割できることが好ましい。この装置の大きな利点は分割された機関が多 数の補助的要素を利用できることである。 幾つかのアプリケーションにおいては、運動エネルギー手段としてフライホイ ールを備えることができる。このフライホイールは動力ユニットの１つと組みと してもよく、しなくともよい。このフライホイール装置はピーク要求時のパワー 入力を補足するため及び／又は再生ブレーキを提供するために使用することがで きる。 上記の動力トランスミッションユニットはメイントランスミッションと差動歯 車組立体の機能を一体的に結合して入力回転動力が２つの回転動力出力に対して 連続可変出力速度で応差をもって伝達されるようにすることができる。 制御手段は、例えば、車両運転手からの指令入力を受けるための入力装置及び 車両パワートレインの性能パラメータを閉ループフィードバック制御するための 複数の入力／出力インターフェース装置を有するマイクロプロセッシング制御ユ ニットを含む。この複数の入力／出力インターフェース装置はパワートレインの 性能パラメータに基くデータを監視、分析、伝達する複数の高性能センサを含む 。マイクロプロセッシング制御ユニットにより連続的に制御される性能パラメー タは更に車両パワートレインを含む動力ユニットのタイプに固有の性能パラメー タを含むのが好ましい。例えば、２つのパワーユニットが少なくとも１つの内燃 ピストン機関を含む場合、マイクロプロセッシング制御ユニットにより連続的に 制御される性能パラメータは更に各内燃ピストン機関に固有の性能パラメータ、 例えば、マニホルドブースト圧力、機関トルク、機関ＲＰＭ、燃料混合物、スパ ークのタイミング、弁のタイミング、可変取入口マニホルド形状、燃焼室条件、 圧縮比並びに排出ガスの化学的組成を含む。 使用においては、マイクロプロセッシング制御ユニットは運転手からの指令入 力に応答して性能パラメータを連続的に監視、分析し て集約的に調節するための閉ループフィードバック制御を提供する。特にこのマ イクロプロセッシング制御ユニットは性能パラメータに基くデータの指令入力及 び／又は分析に適切に応答して、２つの動力入力手段の相対速度及び２つの動力 ユニットが分担する負荷を含む性能パラメータを集約的に調節することによりパ ワートレインの最終的出力速度と動力を動作要件に合致するように連続的に制御 する。 このマイクロプロセッシング制御ユニットは性能アルゴリズムでプログラム可 能であり、制御された性能パラメータをこのアルゴリズム基いて連続的に調節し てパワートレインの性能を最適とする。例えば、このマイクロプロセッシング制 御ユニットはパワートレインの効率を最適とするためにプログラムすることがで き、この場合はこのマイクロプロセッシング制御ユニットは車両運転手からの指 令入力に応答して２つのパワーユニットの各々の性能パラメータを連続的に監視 、分析して集約的に調節してピーク領域内での２つの動力ユニットの効率を維持 すると共に、この２つのパワーユニットが分担する負荷を連続的に監視し調節し てトランスミッションの最終的出力速度と動力を動作要件に合致するように集約 的に制御する。このようにして動力ユニット全体の効率が広範な相異なる動作条 件に渡って達成することができる。 ２つの動力ユニットが少なくとも１つの内燃機関タイプのものを含む場合には 、燃料の節約面での意義ある改善と共に排出ガス放射物の意義ある減少を達成す ることができるということが判る。更に、動力ユニット全体の効率を最適とする ために、２つの動力ユニットは相異なる動力ユニットタイプの組合せ、例えば、 ロータリー又はガスタービン機関とデイーゼル機関、或いはオットー機関と電動 モータの組合せを含むことができ、各々が全体の動作条件領域の相 異なるが、補足し合う領域においてピーク効率を有するものであることが判る。 可変排気量燃焼室及び／又は予備燃焼室が本発明の内燃機関の実施例において 含まれている。下記に概略説明する理由により、可変排気量燃焼室及び／又は予 備燃焼室が本発明の内燃機関を含めることで内燃機関の適切な性能パラメータが 連続的に制御されて燃料効率及び環境公害制御を最大とすることができる。特に 、内燃機関においては、点火された燃料エア混合物はシリンダの内部周辺に連続 的に向かう炎前線となって燃焼する。膨張ガスが発生し、これがピストンをシリ ンダーヘッドから離れる方向へ押してクランクシャフトを回転させてパワースト ロークを提供する。ピストンが膨張ガスから離れる方向へ運動すると、シリンダ ー体積は増大する。最初のシリンダー圧縮比が高い程、燃焼率とこれに対応する 膨張率及び高い機関ＲＰＭに同等のピストン速度の必要性がそれだけ高くなる。 一定圧縮機関をもって、ピストン速度をガスが最適シリンダー圧力に対して膨張 する比率に合わせて最善の燃料効率と最低公害レベルとなるようにすることが望 ましい。本発明の適正実施例の意図するところは、所望の車両速度を維持するに 必要なエネルギーレベルに合致する最適の圧縮及び機関ＲＰＭを提供することで ある。連続可変速度トランスミッションの機能をして必要とされる正確な車両速 度を出させると共に最適の燃料エア燃焼比率を維持することにより、機関のＲＰ Ｍ入力速度を相互に関して変化させることにより、また圧縮比率と燃料エア比率 を変化させることにより、最適の動作条件が最小公害と最大燃料効率をもたらす 車両速度及びエネルギー要件の全範囲に渡ってリアルタイムで維持することがで きる。特にデイーゼル機関に関連して炎前線の速度の更なる制御は可変排気量予 備圧縮室を持つことである。マイクロプロセッシング制御ユニット からの入力と出力の相互作用は機関速度、燃焼室圧縮比率、及び／又は予備圧縮 室排気量の最適の設定を可能として、ピストン又はロータリー機関における規制 部材の機械的運動及び速度に対応する円滑で均等な燃料エア燃焼速度（炎前線） を提供する。 本発明の実施例を添付の図面を参照して実例として説明する。 図面の簡単な説明 図１は本発明の第１の特徴を示す実施例の部分断面図、 図２は図１に示す動力トランスミッションユニットの実施例の断面図、 図３は本発明の第２の特徴を示す車両パワートレインのオットー又はデイーゼ ル機関の部分断面図、 図４は本発明の第２の特徴を示す車両パワートレインのロータリー又はガスタ ービン機関の部分断面図、 図５は図４に示す車両パワートレインの簡略実施例の部分断面図、 図６は本発明の第２の特徴を示す車両パワートレインの実施例において使用さ れるクラッチの部分断面図、 図７は図３に示す実施例において使用される可変排気量燃焼室の部分断面図、 図８は図３に示す実施例において使用される可変排気量燃焼室と予備燃焼室の 部分断面図である。 発明を実施するための最良な態様 図１及び２に示すように、本発明の第１の特徴を示す適正実施例による動力ト ランスミッション（伝達）ユニット２は回転出力手段に連結する２つの回転入力 手段を有する外部メイントランスミッシ ョン４と２つの差動回転出力手段に連結する回転入力手段を有する内部差動歯車 組立体６とで構成される。これらの要素をここで論ずる種々の適正実施例と共に 更に詳細に説明する。 動力トランスミッションユニット２のメイントランスミッション４は歯車装置 を含む。メイントランスミッション４の２つの入力手段は同軸状に配置されて第 １の軸Ａ−Ａを中心に回転する第１の傘形歯車８と遊星歯車組立体１０を含む。 遊星歯車組立体１０は輪形ピニオンキャリア１２を含み、この輪形ピニオンキャ リアは内部に配置されて軸Ａ−Ａに垂直の軸を有する遊星傘形ピニオン歯車１４ を回転可能に支持する。図１において文字Ａ及びＢで示されるように、第１の傘 形歯車８と輪形ピニオンキャリア１２は従来の手段、例えば、歯車、ベルト、チ エーン、或いは機関のドライブシャフトによる直接転結により回転動力源（図示 せず）に個々に連結可能である。メイントランスミッション４の出力手段は第１ の軸Ａ−Ａを中心に回転するように第１の傘形歯車８と遊星歯車組立体１０の両 者と同軸状に配置された第２の傘形歯車１６を含む。メイントランスミッション ４の第１及び第２の傘形歯車８、１６は各々中心に形成されて軸方向に延長する 穴を有する。遊星歯車組立体１０は第１と第２の傘形歯車８、１６との間に配置 されて遊星傘形ピニオン歯車１４が第１と第２の傘形歯車８、１６の両者と噛み 合っている。 差動歯車組立体６はメイントランスミッション４の内部に配置されている。動 力トランスミッションユニット２の差動歯車組立体６の入力手段はメイントラン スミッション４の内部に半径方向に配置されて第１の軸Ａ−Ａに垂直の軸を中心 に回転する差動傘形ピニオン歯車１８を含む。差動歯車組立体６の出力手段は同 軸状に配置されて差動傘形ピニオン歯車１８と噛み合って第１の軸Ａ−Ａを中心 に回転する２つの差動傘形則歯車２０、２２を含む。この２つの差 動傘形則歯車２０、２２はメイントランスミッション４の第１及び第２の傘形歯 車８、１６の穴を通って軸方向に外方へ延長する切欠軸のような２つの同軸状に 整列した動力出力部材２４、２６の対向端に中心にて装着されている。この切欠 軸２４、２６は駆動輪（図示せず）に連結可能である。 メイントランスミッション４は差動フレーム２８により差動歯車組立体６に連 蹴るされており、応差フレームはメイントランスミッション４の第２の傘形歯車 １６に連結して差動歯車組立体６の差動傘形ピニオン歯車１８を担持している。 図２は図１の装置の実施例を示し、動作組立体に必要とされる軸受、シール及 び装着形態を含むものである。これらの要素は実際には変更することができ、ま たその機能は当業者にとって容易に理解できるので本発明を理解する上で説明を 必要としない。 使用に際しては、上記のメイントランスミッション４は連続可変トランスミッ ションを含み、その出力速度（第２の傘形歯車１６の回転速度）は２つの入力速 度（第１の傘形歯車８と遊星歯車組立体１０の回転速度）の合計又は差に比例す る。このように第１の傘形歯車８と遊星歯車組立体１０の回転速度が制御されれ ば、第２の傘形歯車１６の速度は第１の回転方向における最大から零を介して第 ２の反対方向における最大まで漸進的に変化させることができる。上記したよう に、差動歯車組立体６の動作は従来の自動差動歯車戸同じである。従って、上記 の動力トランスミッションユニット２はメイントランスミッション４と差動歯車 組立体６の機能を一体的に結合して入力回転動力が２つの切欠軸２４、２６に連 続可変速度で応差をもって伝達されるようにする。 上記の動力トランスミッションユニット２の動作は図１に示す実施例を参照す ることで理解することができる。ここではメイントラ ンスミッション４の第１の傘形歯車８と第２の傘形歯車１６は各々３０の歯を有 し、メイントランスミッション４の遊星傘形ピニオン歯車１４は１０の歯を有す る。 図１に示す実施例で軸Ａ−Ａを中心に同じ方向へ回転する入力の相異なる比率 の効果を以下に説明する。 １：１の入力の比率 第１の傘形歯車８が前方へ１回転すると、３０の歯が前方へ回転したこととな る。同時に輪形ピニオンキャリア１２が軸Ａ−Ａを中心に同じ方向へ１回転した としても、各遊星傘形ピニオン歯車１４は静止状態である。この結果、この非回 転傘形ピニオン歯車１４は傘形歯車１６と噛み合っているが故にこの傘形歯車１ ６と差動フレーム２８を軸Ａ−Ａを中心に前方へ１回転させることとなる。差動 フレーム２８に担持された差動傘形ピニオン歯車１８は切欠軸２４、２６にそれ ぞれ連結した差動則歯車２０、２２により規制されて、２つの駆動輪（図示せず ）間の正常な自動的差動作用を可能とする。 この結果として、第１の傘形歯車８と輪形ピニオンキャリア１２の入力比率は １：１であり、動力トランスミッションユニット２を介して差動フレーム２８に 対する速度比は１：１である。 ２：１の入力の比率 第１の傘形歯車８が前方へ１回転して３０の歯の分だけ運動し、輪形ピニオン キャリア１２が軸Ａ−Ａを中心に同じ方向で前方へ半回転（２：１）するとする と、各遊星傘形ピニオン歯車１４は軸Ａ−Ａに垂直の軸を中心に逆方向へ１５歯 分だけ回転して傘形歯車１６との係合点で１５歯分だけ半回することとなる。傘 形歯車１６は３０の歯を有し、輪形ピニオンキャリア１２と傘形ピニオン歯車１ ４は半回転したのであるから、３０の歯を有する第２の傘形歯車１ ６及び差動フレーム２８は静止のままである。 この結果として、第１の傘形歯車８と輪形ピニオンキャリア１２の入力比率が ２：１であるから、第２の傘形歯車１６と差動則歯車２０、２２は効果的にロッ クされた静止位置にある。 ３：１の入力の比率 第１の傘形歯車８が前方へ１回転して３０の歯の分だけ運動し、輪形ピニオン キャリア１２が軸Ａ−Ａを中心に同じ方向で前方へ１／３回転するとすると、各 遊星傘形ピニオン歯車１４は逆方向へ２０歯分だけ回転して第２の傘形歯車１６ の周囲で１０歯の距離だけ運動する。この故に、第２の傘形歯車１６と差動フレ ーム２８は逆方向へ１０歯分だけ、又は１／３回転する。上記したように、差動 歯車組立体６は２つの駆動輪（図示せず）間の正常な自動的差動作用を可能とす る。 この結果として、第１の傘形歯車８と輪形ピニオンキャリア１２の入力比率が ３：１であるから、第２の傘形歯車１６と差動フレーム２８は軸Ａ−Ａを中心と して逆方向へ１／３回転する。 １以下の入力比率によりオーバードライブを得ることができることが判る。上 記の説明かから、本発明の動力トランスミッションユニットの実施例は従来の自 動差動歯車を有する連続可変トランスミッションのコンパクトで一体的組合せで 、車両のパワートレイン、特に限定はないが、前輪駆動車のための車両パワート レインに適していることが判る。特に本発明のトランスミッションの実施例は２ つの駆動輪が連続可変回転速度で差動して駆動されることを可能としている。 図３、４及び５に示すように、本発明の第２の特徴としての適正実施例による 車両パワートレイン３０は２つの動力ユニット３２、３４、動力トランスミッシ ョンユニット２及びマイクロプロセッシ ング（マイクロ処理）制御ユニット５８で構成される。これらの要素はここで論 じられている種々の適正実施例をもって詳細に説明する。 動力トランスミッションユニット２の種々の要素の構成、配置及び動作につい ての上記の詳細な説明を参考として含めることとする。 図３、４及び５に示す実施例において、２つの動力ユニット３２、３４は２つ の内燃機関を踏むが、この２つの動力ユニット３２、３４のいずれかが従来の内 燃機関のタイプ、即ち、オットー機関、デイーゼル機関、ロータリー機関或いは ガスタービン機関、又は従来の電動モータのタイプの範囲で同種又は異種の組合 せのものであってもよい。オットー及びデイーゼル内燃機関は相対的に生産コス トが低く技術も確立しているが故に好ましい。図３の実施例において、２つの動 力ユニット３２、３４はオットー又はデイーゼル機関を含むものであり、図４及 び５の実施例においては、２つの動力ユニット３２、３４はロータリー又ガスタ ービン機関を含むものである。この２つの動力ユニット３２、３４は補助的要素 を共有するが、動作と制御は個々に可能である。 図示の実施例において、この２つの機関３２、３４は各々動力出力手段又は軸 ３６、３８、例えば、図３に示すクランクシャフトを有する。この２つの機関３ ２、３４はその動力出力軸３６、３８が個々に回転可能であって端対端の関係が 同軸状に整列するように配置されている。この２つの機関３２、３４の動力出力 軸３６、３８は両者共動力トランスミッションユニット２に関して同方向に回転 するので動力出力軸３６、３８の一方又は両方の回転方向を逆転するための要件 を必要としない。動力トランスミッションユニット２は２つの機関３２、３４の 下方中心（図３）又は中間中心（図４及 び５）に位置している。後者の場合、切欠軸２４、２６はのロータリー又ガスタ ービン機関の中空ローター又はタービン軸３６、３８の中心を通って延長する。 この２つの機関３２、３４のそれぞれの動力出力軸３６、３８の少なくとも１つ は動力トランスミッションユニット２の第１の傘形歯車８と輪形ピニオンキャリ ア１２にクラッチにより個々に選択的に連結が可能である。ほとんどのアプリケ ーションにおいては、各出力軸３６、３８はクラッチ手段４０、４２及び歯車、 チェーン、又はベルト駆動手段４４、４６を有する。２つの機関３２、３４は共 通のケーシングにより囲まれている。動力トランスミッションユニット２のハウ ジングは２つの機関３２、３４の共通ケーシングと一体となっている。 図５は図４に示す車両パワートレイン３０の実施例を示すものである。同図に おいて、動力トランスミッションユニット２の第２の傘形歯車１６は内部差動歯 車組立体には連結していない（動力トランスミッションユニット２はメイントラ ンスミッション４を含むのみである）が、駆動軸４７に連結している。図５に示 す車両パワートレイン３０の実施例はロータリー又ガスタービン機関を使用する ものであり、駆動軸４７が単一の従来の自動差動歯車組立体に連結する前輪又は 後輪駆動車での使用に適している。これとは別に、図５に示す車両パワートレイ ン３０は駆動軸４７が前方及び後方の従来の４輪駆動差動歯車組立体二連結して いる４輪駆動車の中間部に早着することができる。 図３の実施例において使用されているクラッチ手段４０、４２の適正実施例は 図６にしめされており、これはばね５０により係合された圧力板４８を含み、動 作スラストベアリング５２が軸５４の周囲にあってこれからは自由の状態となっ ている。下記に説明するが、スラスト作動サーボ装置５６はマイクロプロセッシ ング制御ユニ ット５８により制御されて２つの機関３２、３４の動力出力軸３６、３８を個々 に選択的に動力トランスミッションユニット２の第１の傘形歯車８と鱗茎ピニオ ンキャリア１２に連結する。 マイクロプロセッシング制御ユニット５８は車両運転手からの指令（コマンド ）入力を受ける入力装置（図示せず）と車両パワートレインの性能パラメータを 閉ループフィードバック制御する複数の入力／出力インターフェース装置（図示 せず）を含む。この複数の入力／出力インターフェース装置（図示せず）はパワ ートレインの性能パラメータに基くデータを監視、分析及び伝達する複数の高性 能センサを含む。この性能パラメータは２つの機関３２、３４の負荷、２つの動 力出力軸３６、３８の各々の回転速度、２つの切欠軸２４、２６の各々の負荷、 及びマイクロプロセッシング制御ユニット５８により連続的に制御されるこの２ つの切欠軸２４、２６の各々の回転速度を含む。この性能パラメータは更にパワ ートレインを含む動力ユニットのタイプに固有の性能パラメータを含む。 使用に際しては、マイクロプロセッシング制御ユニット５８は運転手からの指 令入力に応答して性能パラメータを連続的に監視し、分析し、集約的に調節する ための閉ループフィードバック制御を行う。２つの機関３２、３４の始動中は、 ２つの機関３２、３４の個々の動作及びクラッチ手段４０、４２の動作を制御し て機関３２、３４の出力軸３６、３８を動力トランスミッションユニット２の第 １の傘形歯車８と輪形ピニオンキャリア１２にそれぞれは連結する。即ち、動力 出力軸３６と動力出力軸３８の回転速度比が２：１の時には、立上がりで、マイ クロプロセッシング制御ユニット５８は２つの機関３２、３４の出力軸３６、３ ８を第１の傘形歯車８と輪形ピニオンキャリア１２にそれぞれは連結するだけで ある。動力トランスミッションユニット２の動作についての以上の説明から、動 力トランスミッションユニット２の差動則歯車２０、２２の各々は零速度におい ては安全静止位置にロックされることが判る。多くのアプリケーションにおいて 安全レベルを高めるための手動操作されるオーバーライディングクラッチが設け られていることが判る。また、例えば、車両運転手からの次の指令入力に応答し てマイクロプロセッシング制御ユニット５８が機関３２、３４の動作を連続的に 制御して出力軸３６、３８の相対速度を調節し、動力トランスミッションユニッ ト２の差動則歯車２０、２２（従って、２つの切欠軸２４、２６及び２つの駆動 輪（図示せず））が所望の速度で所望の方向へ回転することができるようにする ことが判る。車両パワートレイン３０の動作中にはマイクロプロセッシング制御 ユニット５８が性能パラメータに基くデータの指令入力及び／又は分析に応答し て、２つの機関３２、３４の相対速度及び２つの機関３２、３４が分担する負荷 を含むこの性能パラメータを集約的に調節することで車両パワートレイン３０の 最終的出力速度及び動力を連続的に制御して動作要件に合致させる。 このマイクロプロセッシング制御ユニット５８は性能アルゴリズムでプログラ ム可能でであり、制御された性能パラメータをこのアルゴリズムに基いて連続的 に集約的に調節して車両パワートレイン３０の性能を最適とする。例えば、マイ クロプロセッシング制御ユニット５８は車両パワートレイン３０の効率を最適と するようにプログラムすることができる。この場合マイクロプロセッシング制御 ユニット５８は指令入力に応答して２つの機関３２、３４の各々の性能パラメー タを集約的に調節してこの２つの機関３２、３４の効率をピーク範囲内で維持す ると共に動力トランスミッションユニット２の最終的出力速度及び動力を集約的 に制御して動作要件に合致させる。このように、全体の機関効率が広範囲の相異 なる動作条件 に渡って達成される。従って、内燃機関を使用する実施例においては燃料の節約 及びこれに対応する排出ガス物質の減少に関して意義ある改善を達成することが できることが判る。 例えば、２つの機関３２、３４が内燃ピストン機関（図３に示す実施例）を含 む場合には、このマイクロプロセッシング制御ユニットにより連続的に制御され る性能パラメータは更に各内燃ピストン機関に固有のパラメータを含む。例えば 、マニホルドブースト圧力、機関トルク、機関ＲＰＭ、燃料混合物、スパークタ イミング、弁タイミング、可変取入口マニホルド形状、燃焼室条件、燃焼比率、 並びに排出ガス化学物質である。図７は内燃ピストン機関の燃焼室６０の体積を 変化させることができる装置を示すものである。使用中には、第２のピストン要 素６２はマイクロプロセッシング制御ユニット５８により連続的に制御されて燃 焼室６０の体積を最適として動作要件に合致させる。図８は図７に示す装置の修 正案を示すものであり、内燃ピストン機関の燃焼室６０の体積を可動インジェク タ機構６６を含む可動ピストン組立体６４で変化させることができる。使用中に おいて、可動ピストン組立体６４と可動インジェクタ機構６６の両者の運動はマ イクロプロセッシング制御ユニット５８により連続的に制御されて燃焼室６０の 体積と予備燃焼室６８の体積を最適として動作要件に合致させる。特に、マイク ロプロセッシング制御ユニット５８は圧縮及び機関ＲＰＭを最適として所望の車 両速度を維持するに必要なエネルギーレベルに合致させる。要求される正確な車 両速度を提供する間断のない可変速度トランスミッションを持つと共に最適の燃 料エア燃焼比率を維持することにより、２つの機関のＲＰＭ入力速度を相互に関 して変化させることにより、また圧縮比率と燃料エア比率を変化させることによ り、車両速度及びエネルギー要件の全配意にに渡ってリアルタイムで最適の動作 条件を維持することができ、最小限度の公害と最大の燃料効率を提供することが できる。更に動作効率は特にデイーゼル機関において炎前線の速度を前記の可変 排気量予備燃焼室により連続的に制御することにより達成することができる。マ イクロプロセッシング制御ユニット５８からの入力と出力の相互作用は機関速度 、燃焼室圧縮比率、及び／又は予備燃焼室排気量の最適の設定を可能として、燃 料エア燃焼速度（炎前線）をピストン又はロータリー機関の規制部材の機械的運 動と速度に対応してを円滑とし均等にする。 以上の説明から、本発明のパワートレインの実施例は、例えば、小型及び中型 の前輪駆動車において重量及びサイズに厳しいアプリケーションに特に適したコ ンパクトで適切に制御された車両パワートレインを提供することが判る。 本発明は適正な実施例を参照して説明されたが、上記明細書に記載のものとは 異なる種々の変更及び修正を加えることが可能である。このような変種変更は可 能であるが本発明の範囲から逃れるものではない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ， ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，Ｆ Ｉ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ， ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，Ｍ Ｘ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ 【要約の続き】 ０、２２）の入力（１８）に連結している。制御装置 （５８）により制御される性能パラメータは２つの動力 ユニット（３２、３４）の各々の負荷、メイントランス ミッション（８、１０、１６）の入力（８、１０）の各 々の回転速度、差動歯車組立体（２）の２つの出力（２ ４、２６）の各々の負荷及び回転速度を含む。閉ループ フィードバック制御装置が指令入力に応答して性能パラ メータを連続的に監視し、分析し、調節して動力ユニッ ト（３２、３４）の効率をピーク領域内に維持すると共 に負荷の分担を集約的、連続的に監視、調節して動力ト ランスミッション（２）の最終出力速度及び動力を集約 的に制御して最適の要件に合致させる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．所定の動作領域に渡って連続的に制御可能な車両パワートレインに関し、 ２つの動力ユニットと、 外部メイントランスミッションと内部差動歯車組立体を含む動力トランスミッ ションユニットであって、 前記メイントランスミッションは回転動力を受け取るとめの動力ユニットに各 々連結した２つの回転入力手段を有し、前記２つの入力手段は回転出力手段に連 結して前記出力手段の回転速度が前記２つの入力手段の回転速度の代数平均に比 例して変化できるようにし、 前記差動歯車組立体は前記メイントランスミッションの内部に配置されて、２ つの差動回転出力手段に連結した回転入力手段を有し、前記メイントランスミッ ションの出力手段と前記差動歯車組立体の入力手段は連結されている動力トラン スミッションユニットと、 指令入力を受けるための手段と前記パワートレインの動作に関連した性能パラ メータを決定する手段を含む制御手段であって、前記性能パラメータは前記２つ の動力ユニットの各々の負荷と、前記メイントランスミッションの２つの入力手 段の各々の回転速度と、前記差動歯車組立体の２つの出力手段の各々の負荷と、 前記差動歯車組立体の２つの出力手段の各々の回転速度を含む制御手段と、 を備え、前記制御手段は指令入力に応答して前記性能パラメータを連続的に監 視し、分析し、調節するための閉ループフィードバック制御を行うことを特徴と する車両パワートレイン。 ２．前記２つの動力ユニットは内燃機関タイプ又は電動モータタイプの範囲で 同種又は異種の組合せのものを含むことを特徴とする 請求項１に記載の車両パワートレイン。 ３．前記２つの動力ユニットはオットーサイクル機関、デイーゼル機関、ロー タリー機関、及びガスタービン機関を含む組から選択されることを特徴とする請 求項２に記載の車両パワートレイン。 ４．前記２つの動力ユニットはその回転動力出力手段が端対端の関係で同軸状 に整列するように配置されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかｌつに 記載の車両パワートレイン。 ５．前記２つの動力ユニットの回転動力出力手段は同じ方向に回転することを 特徴とする請求項４に記載の車両パワートレイン。 ６．前記２つの動力ユニットの一方は定速電動モータを含み、他方は可変速機 関を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の車両パワート レイン。 ７．一方の動力ユニットは実質的に一定の入力を提供し、他方動力ユニットは ピーク動力要求及び／又はブレーキを提供するために使用されることを特徴とす る請求項１から６のいずれか１つに記載の車両パワートレイン。 ８．前記２つの動力ユニットの回転動力出力手段の少なくとも１つは前記動力 トランスミッションユニットのメイントランスミッションの入力手段にクラッチ 手段により選択的に連結されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つ に記載の車両パワートレイン。 ９．前記動力ユニットはオットー機関又はデイーゼル機関を含むみ、前記動力 トランスミッションユニットは前記２つの動力ユニットの下方中心に位置するこ とを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の車両パワートレイン。 １０．前記動力ユニットはロータリー、ガスタービン又は電動機関を含み、前 記動力トランスミッションユニットは前記２つの動力 ユニットの間の中心に、前記動力出力手段が中空ローター又はタービン軸の中心 を通る状態で装着されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載 の車両パワートレイン。 １１．前記動力ユニットは中空軸状のホットケーキタイプのロータリー機関又 はガスタービンであることを特徴とする請求項１０に記載の車両パワートレイン 。 １２．前記動力トランスミッションユニットのハウジングは前記２つの動力ユ ニットの共通ケーシングと一体的のものであることを特徴とする請求項９から１ ０のいずれか１つに記載の車両パワートレイン。 １３．前記２つの動力ユニットは少なくとも１つの内燃ピストン機関を含み、 前記マイクロプロセッシング制御ユニットにより連続的に制御される性能パラメ ータは更に性能パラメータを含むことを特徴とする請求項１から１２のいずれか １つに記載の車両パワートレイン。 １４．各内燃ピストン機関に固有の前記性能パラメータはマニホルドブースト 圧力、機関トルク、機関ＲＰＭ、燃料混合物、スパークタイミング、弁タイミン グ、可変取入口マニホルド形状、燃焼室条件、圧縮比率、及び排出ガス化学物質 の組から選択されることを特徴とする請求項１３に記載の車両パワートレイン。 １５．前記２つの動力ユニットは２つの別個のクランクシャフトを有して少な くとも何らかの補助的要素を共有する内燃機関により形成されることを特徴とす る請求項１から１４のいずれか１つに記載の車両パワートレイン。 １６．前記２つの動力ユニットのうちの少なくとも１つは可変排気量燃焼室及 び／又は予備燃焼室を有する内燃機関であることを特徴とする請求項１から１５ のいずれか１つに記載の車両パワートレ イン。 １７．記動力トランスミッションユニットのメイントランスミッションは歯車 装置を含むことを特徴とする請求項１から１５のいずれか１つに記載の車両パワ ートレイン。 １８．前記メイントランスミッションの２つの入力手段は第１の軸を中心に回 転するように配置された第１の傘形歯車と遊星歯車組立体を含むことを特徴とす る請求項１７に記載の車両パワートレイン。 １９．前記遊星歯車組立体は内部に配置されて前記第１の軸に垂直の軸を有す る遊星傘形ピニオン歯車を回転可能に支持する輪形ピストンキャリアを含むこと を特徴とする請求項１８に記載の車両パワートレイン。 ２０．前記第１の傘形歯車と輪形ピストンキャリアは前記２つの動力ユニット に各々個々に連結可能であることを特徴とする請求項１９に記載の車両パワート レイン。 ２１．前記メイントランスミッションの出力手段は前記第１の軸に垂直の軸を 中心に回転する第２の傘形歯車を含むことを特徴とする請求項１７から２０いず れか１つに記載の車両パワートレイン。 ２２．前記差動歯車組立体の出力手段は同軸状に配置されて前記差動ピニオン 歯車と噛み合って前記第１の軸を中心に回転する２つの差動傘形則歯車を含むこ とを特徴とする請求項２１に記載の車両パワートレイン。 ２３．前記メイントランスミッションの第１及び第２の傘形歯車は各々中心に 形成されて軸方向に延長する穴を有し、前記差動歯車組立体の差動傘形則歯車は ２つの同軸状に整列した動力入力部材の対向端に中心にて装着されて前記メイン トランスミッションの第１及び第２の傘形歯車の穴を通って軸方向に外報へ延長 することを特 徴とする請求項２２に記載の車両パワートレイン。 ２４．前記メイントランスミッションは差動フレームにより前記差動歯車組立 体に連結され、前記差動フレームは前記メイントランスミッションの第２の傘形 歯車に連結されて前記差動歯車組立体の差動ピニオン歯車を担持することを特徴 とする請求項２２又は２３に記載の車両パワートレイン。 ２５．外部メイントランスミッションと内部差動歯車組立体を含む車両動力ト ランスミッションユニットであって、前記メイントランスミッションは回転出力 手段に連結した回転入力手段を有して前記出力手段の回転速度が２つの入力手段 の速度の代数平均値比例して変化できるようにし、前記差動歯車組立体は前記メ イントランスミッションの内部に配置されて、２つの差動回転出力手段に連結し た回転入力手段を有し、前記メイントランスミッションの出力手段と前記差動歯 車組立体の入力手段は連結されることを特徴とする車両動力トランスミッション ユニット。 ２６．前記メイントランスミッションの２つの入力手段は同軸状に配置されて 第１の軸を中心に回転する第１の傘形歯車と遊星歯車組立体を含むことを特徴と する請求項２５に記載の車両動力トランスミッションユニット。 ２７．前記遊星歯車組立体は内部に配置されて前記第１の軸に垂直の軸を有す る遊星傘形ピニオン歯車を回転可能に支持する輪形ピニオンキャリアを含むこと を特徴とする請求項２６に記載の車両動力トランスミッションユニット。 ２８．前記第１の傘形歯車と輪形ピニオンキャリアは各々個々に前記２つの動 力ユニットに連結可能であることを特徴とする請求項２７に記載の車両動力トラ ンスミッションユニット。 ２９．前記メイントランスミッションの出力手段は前記第１の軸 に垂直の軸を中心に回転する第２の傘形歯車を含むことを特徴とする請求項２６ から２８のいずれか１つに記載の車両動力トランスミッションユニット。 ３０．前記差動歯車組立体の出力手段は同軸状に配置されて前記差動ピニオン 歯車と噛み合って前記第１の軸を中心に回転する２つの差動傘形則歯車を含むこ とを特徴とする請求項２９に記載の車両動力トランスミッションユニット。 ３１．前記メイントランスミッションの第１及び第２の傘形歯車は各々中心に 形成されて軸方向に延長する穴を有し、前記差動歯車組立体の２つの差動傘形則 歯車は、前記メイントランスミッションの第１及び第２の傘形歯車の穴を通って 軸方向外方へ延長する２つの同軸状に整列した動力出力部材の対向端に中心にて 装着されることを特徴とする請求項３０に記載の車両動力トランスミッションユ ニット。 ３２．前記メイントランスミッションは前記差動歯車組立体に差動フレームに より連結され、前記差動フレームは前記メイントランスミッションの第２の傘形 歯車に連結して前記差動歯車組立体の差動ピニオン歯車を担持することを特徴と する請求項３０又は３１に記載の車両動力トランスミッションユニット。