JP2001514595A - 自動車の内燃機関に用いられる、変速機に組み込まれた電気機械および該電気機械の制御 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、自動車に用いられる駆動ユニットであって、内燃機関と、自動車の駆動ホイールに作用する変速機とが設けられていて、変速機入力軸が内燃機関の出力軸と連結可能であり、電気機械が設けられていて、該電気機械が、中間変速機を介して前記変速機と連結可能であり、さらに電気機械が、内燃機関を始動させるためのスタータモータとしてかつ自動車の搭載電源への給電のための発電器として切換可能である形式のものに関する。さらに、電気機械は少なくとも１つの電子制御されるクラッチと、慣性質量体とを用いて、変速機のシフト段チェンジの際に変速機の同期化を行うことができると望ましい。発電器回転数は規定の機関回転数において、中間変速機の変速比変化によって切り換えられ、これにより内燃機関のアイドリング回転数から公称回転数に至るまで常に十分な電気出力を提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 自動車の内燃機関に用いられる、変速機に組 み込まれた電気機械および該電気機械の制御 本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の、自動車の内燃機関に用いら れる、変速機に組み込まれた電気機械および該電気機械の制御に関する。 背景技術 ドイツ連邦共和国特許出願第１９６２９８３９．３号明細書に記載の自動車に 用いられる内燃機関では、自動車の駆動ホイールに作用する変速機が設けられて いて、この変速機の変速機入力軸が内燃機関の出力軸と連結可能であり、電気機 械が設けられていて、この電気機械が中間変速機を介して前記変速機と連結可能 であり、しかも前記電気機械が、内燃機関を始動させるためのスタータモータと しても、自動車の搭載電源へのエネルギ供給のための発電器としても切換可能で ある。 公知の自動車用のシフト式変速機では、変速機の同期化、つまり変速段をチェ ンジする際に互いに噛み合わせたい変速機歯車の回転数の整合が、ロックシンク ロナイザ装置を備えた形状接続式の複数のクラッチエレメントを用いて行われる 。このようなクラッチエレメントはある程度の構成手間を必要とすると同時に、 作動時にその比較的高い機械的負荷に基づき、かなりの摩耗を受け、その結果、 同期化作用が悪化する。 本発明の課題は、コンポーネントであるスタータと発電器と変速機同期化装置 とを１つのユニットにまとめて、このユニットの共通の制御を行うことである。 発明の利点 請求項１の特徴部に記載の特徴を有する本発明による駆動ユニットには、次の ような利点がある。すなわち、スタータモータとして切り換えられた電気機械に よって内燃機関を簡単に始動させることができ、内燃機関が運転状態にある場合 には、発電器として切り換えられた電気機械を介して自動車の搭載電源への給電 が可能となる。内燃機関の出力軸は変速機入力軸と分離可能に結合されている。 このような結合は少なくとも１つの制御可能なクラッチと、このクラッチに結合 された慣性質量体とを介して形成される。変速機入力軸には、さらに切換可能な 中間変速機が設けられていて、この中間変速機を介して電気機械が作用結合され ている。この中間変速機の変速比は変えることができる。これによって機関回転 数に応じて発電器を好都合な効率領域で作動させることができ、スタータモータ としての作動時では、十分なトルクを提供することができる。これらの変速段は 、たとえば１：２および１：５であってよい。 電気機械は種々の形式で変速機入力軸に結合されて いてよい。たとえば、電気機械を中間軸を介して２つの歯車対と作用結合するこ とが可能である。両歯車対は電気機械の所望される変速比に応じて、歯車に設け られた制御可能な２つのクラッチによって変速機入力軸に連結される。また、電 気機械のロータ軸の端部に各１つの自由に支承された歯車を設けることも可能で ある。これらの歯車は変速機入力軸に設けられた各１つの対応歯車と噛み合って いて、各１つの制御可能なクラッチを介してロータ軸と作用結合させられるよう になっている。 電気機械および前記クラッチは電子制御装置によって制御されると有利である 。この電子制御装置は検出された情報、たとえば機関回転数、駆動ホイールの回 転数ならびに所望されるシフト段に基づき、変速機ギヤ段のチェンジの際に前記 クラッチを制御し、ひいては電気機械の変速比を制御する。また、こうして電気 機械の適正な機能を作動状態に応じて、つまりスタータとして切り換えられてい るか、または発電器として切り換えられているのかに応じて、調節しかつ制御す ることができる。 主変速機のシフト時に慣性力と、電気機械の電気出力とを用いてシンクロナイ ジング、つまり同期化が可能となると有利である。そこで本発明の有利な構成で は、内燃機関の出力軸と、主変速機の変速機入力軸とが、少なくとも１つのクラ ッチを介して慣性質量体と 連結可能であり、該慣性質量体が、補助変速機もしくは中間変速機と作用係合し ているので、フライホイール・中間変速機の組合せを介して主変速機の同期化が 達成される。より低いシフト段へチェンジする場合には、電気機械が電動モータ として切り換えられて、互いに連結させたい歯車対のそれぞれ低速回転する方の 歯車を加速することができる。これにより、回転数は正確に整合可能となる。よ り高いシフト段へチェンジする場合には、電気機械が、制御可能な電気的負荷を 有する発電器として切り換えられて、高速回転する方の歯車を制動することがで きる。このような変速機同期化により、高い負荷を受け、ひいては回避不能な摩 耗を受ける変速機内の機械的な同期化クラッチを完全に不要にすることができる 。 さらに、スタータと発電器とが唯一つの構成部分に空間的にまとめられている ことに基づき、構成や組付けにかかる手間も著しく減じられている。このことは コスト上の利点をもたらす。さらに内燃機関における所要スペースも減じられる ので、車両内部でのこの構成部分の位置決めならびに補助ユニットの配置に際し て、高められた構成自由度が得られる。慣用の製造設備ならびにスタータおよび 発電器を製造するためのノウハウを引き続き使用することができる。種々の構成 部分はスタータおよび発電器の現在のシリーズに不変に対応している。 さらに、本発明によるスタータ・発電器機械が液体冷却されると有利である。 このことは、内燃機関の水冷循環路への接続によって行うことができる。しかし 、空気冷却を行うことも可能である。その場合、有利には連続運転式の冷却ブロ ワによって冷却空気の十分な供給が行われる。 さらに、スタータ・発電器機械および特に切換可能な遊星歯車伝動装置がオイ ル潤滑されていると有利である。このことは、有利にはシフト式変速機の変速機 オイルを供給することにより行うことができる。 本発明のさらに別の有利な構成は、請求項２以下に記載されている。 図面 以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。 第１図は第１実施例における自動車の駆動ユニットの原理図であり、 第２図は第２実施例における自動車の駆動ユニットの原理図であり、 第３図は第１図に示した第１実施例の断面図および平面図であり、 第４図は第３図に示した構造に対する別の実施例を示す断面図であり、 第５図は電気機械の種々の変速比を表す回転数線図であり、 第６図は変速機の同期化のための制御を示すフローチャートであり、 第７図は電気機械の発電器運転時における変速機制御を示すフローチャートで ある。 実施例の説明 第１図には、自動車の駆動ユニット１０の第１実施例が概略的な原理図で示さ れている。駆動ユニット１０は内燃機関１２を有しており、この内燃機関１２の アウトプットシャフトもしくは出力軸１４は複数のシリンダ（図示しない）によ って連結されたクランク軸１６を介して相対回動不能に結合されている。駆動ユ ニット１０はさらに主変速機１８を有しており、この主変速機１８は変速機入力 軸２０と、変速機出力軸２２とを有している。変速機出力軸２２は自動車の駆動 輪もしくは駆動ホイール（図示しない）に作用結合されている。内燃機関１２と 主変速機１８との間には、慣性質量体２４が配置されており、この慣性質量体２ ４は、たとえば２慣性質量体式フライホイール、つまりダブルマスフライホイー ル２６によって形成されている。この場合、慣性質量体２４の回転軸線は出力軸 １４および変速機入力軸２０の軸線と整合している。内燃機関１２と慣性質量体 ２４との間には、第１のクラッチ２８が配置されており、慣性質量体２４と主変 速機１８との間には、第２のクラッチ３０が配置されている。駆動ユニット１０ はさらに電気機械３２を有 している。この電気機械３２は制御装置（図示しない）を介して、内燃機関１２ のためのスタータモータとして切換可能であるか、または自動車の搭載電源のた めの供給電圧を準備するためのジェネレータもしくは発電器として切換可能であ る。電気機械３２は中間変速機３４と連結されており、この中間変速機３４は一 方では電気機械３２の入力軸もしくは出力軸（図示しない）に作用結合されてい て、他方では慣性質量体２４に作用結合されている。中間変速機３４は２つの変 速段に切換可能であり、この場合、中間変速機３４の入力軸と出力軸との間で第 １の変速段はたとえば１：２であり、第２の変速段は１：５である。 駆動ユニット１０の図示の装備によって、以下に挙げる運転状態が実現可能と なる： 内燃機関１２の「ダイレクトスタート（直接始動）」時では、電気機械３２が スタータモータとして切り換えられる。電気機械３２への電圧供給はこの場合、 たとえば自動車バッテリにより行われる。第２のクラッチ３０は開いている。す なわち、主変速機１８は慣性質量体２４から分離されている。それと同時に、第 １のクラッチ２８は閉じられているので、出力軸１４、ひいてはクランク軸１６ が慣性質量体２４に作用結合されている。これにより、中間変速機３４を介して 慣性質量体２４が回転させられ、この慣性質量体２４は閉じられた第１のクラッ チ２８を介して出力軸１４ もしくはクランク軸１６を駆動する。これにより、内燃機関１２は規定の回転数 で回転させられ、その後に内燃機関１２は公知の形式で始動する。中間変速機３ ４はこの場合、有利には１：５の高い変速比で接続されているので、スタータモ ータとして切り換えられた電気機械３２の比較的高い回転数は相応して減速され 、内燃機関１２はこの低い回転数で始動される。 図示の装置はさらに「インパルススタート（衝撃始動）」のためにも適してい る。この場合、電気機械３２はやはりスタータモータとして運転される。それと 同時に両クラッチ２８，３０は開かれている。これにより、慣性質量体２４は電 気機械３２を介して増速され、その結果、慣性質量体２４は所定の目標回転数に 到達する。中間変速機３４の変速比は、たとえば１：５の高い変速比へ切り換え られている。慣性質量体２４の目標回転数が到達された後に、第１のクラッチ２ ８が閉じられるので、慣性質量体２４に蓄えられた運動エネルギは突発的に、つ まり衝撃的に、内燃機関１２を始動させるために利用される。 上で挙げた、内燃機関１２の２つの始動事例では、内燃機関１２の出力軸１４ 、ひいてはクランク軸１６が、所定の目標回転数に到達するやいなや、電気機械 ３２は遮断される。次いで、電気機械３２はモータ運転モードから発電器運転モ ードへ切り換えられるので、閉じられた第１のクラッチ２８を介して一緒に回転 する慣性質量体２４は、中間変速機３４に噛み合い、この中間変速機３４が、選 択された変速比に応じて電気機械３２を駆動する。生成された発電器電圧は取り 出されて、自動車の搭載電源への給電のために利用される。中間変速機３４の変 速比はこの場合、＞１５００ｒ．ｐ．ｍ．の出力軸１４の回転数ｎにおいて、小 さい方の変速比１：２へ切り換えられるので、電気機械３２の発電器回転数は減 じられるのが、しかしこの回転数は搭載電圧を生成するためには十分となる。 内燃機関１２の始動後に自動車を駆動するためには、第２のクラッチ３０が閉 じられる（締結される）ので、主変速機１８のシフト位置に相応して、変速機出 力軸２２は公知の形式で自動車の駆動ホイールを駆動する。次いで、主変速機１ ８を次に高いギヤ段にシフトしたい場合には、出力軸１４の回転数ｎが＜１５０ ０ｒ．ｐ．ｍ．であると仮定すると、まず第２のクラッチ３０が開かれ（解放さ れ）、中間変速機３４が低い変速比から高い変速比へ切り換えられる。これによ り、慣性質量体２４を介して出力軸１４に制動トルク衝撃が加えられるので、出 力軸１４の回転数ｎは主変速機１８のための所要の同期回転数にまで減じられる 。このような同期回転数が達成された後に、第２のクラッチ３０が閉じられ、主 変速機１８を次に高いギヤ段へシフトすることができる。 ＜１５００ｒ．ｐ．ｍ．の出力軸１４の回転数ｎに おいて、主変速機１８を次に高いギヤ段にシフトしたい場合には、同じくまず第 ２のクラッチ３０が開かれ、出力軸１４の回転数が、中間変速機３４の低い変速 比で一緒に回転する電気機械３２を介して同期回転数にまで減じられ、この場合 、電気機械３２によって同時に高い電気的な負荷が要求される。より高い電気的 な負荷に相応して、より高い入力エネルギが提供されなければならない。この入 力エネルギは慣性質量体２４の運動エネルギから取り出されるので、慣性質量体 ２４は出力軸１４に制動作用を加える。出力軸１４の同期化回転数が達成された 後に、主変速機１８を次に高いギヤ段にシフトし、第２のクラッチ３０を閉じる ことができる。 ＞１５００ｒ．ｐ．ｍ．の出力軸１４の回転数ｎにおいて、主変速機１８を次 に低いギヤ段へシフトしたい場合には、別の運転状況が与えられている。このた めには、まず第１のクラッチ２８が開かれ、電気機械３２がモータ運転モードへ 切り換えられる。中間変速機３４はｎ＞１５００ｒ．ｐ．ｍ．の回転数において 、低い変速比に切り換えられているので、変速機入力軸２０の所定の同期化回転 数が電気機械３２のモータ運転により調節可能となる。この同期化回転数が達成 されると、主変速機１８は次に低いギヤ段へシフトされ、第１のクラッチ２８が 閉じられる。 ｎ＜１５００ｒ．ｐ．ｍ．の出力軸１４の回転数に おいて、主変速機１８を次に低いギヤ段へシフトしたい場合には、やはりまず第 １のクラッチ２８が開かれる。引き続き、中間変速機３４が、ｎ＜１５００ｒ． ｐ．ｍ．の回転数において、たとえば１：５の高い変速比から、たとえば１：２ の低い変速比へ切り換えられるので、この変速比に相応して変速機入力軸２０の 回転数は高められる。この回転数を同期化回転数にまで高めることは、中間変速 機３４を高い変速比から低い変速比へ突発的に切り換えたことに基づき形成され るトルク衝撃により行われる。 さらに、中間変速機３４の変速比を変速機入力軸２０の目下の回転数ｎとは無 関係に、たとえば１：２の低い変速比へ切り換えることも可能である。これによ り、中間変速機３４および電気機械３２の回転部分の慣性力は、クランク軸１６ もしくは出力軸１４に関して有効に減じられる。これにより、自動車のできるだ け良好な加速が達成される。 第２図には、自動車の駆動ユニット１０の第２実施例が概略的な原理図で示さ れている。駆動ユニット１０は内燃機関１２を有していて、この内燃機関１２の 出力軸１４は、複数のシリンダ（図示しない）によって連結されたクランク軸１ ６を介して相対回動不能に結合されている。駆動ユニット１０はさらに主変速機 １８を有しており、この主変速機１８は変速機入力軸２０と変速機出力軸２２と を有している。変速機出力 軸２２は自動車の駆動ホイール（図示しない）に作用結合されている。内燃機関 １２と主変速機１８との間には、慣性質量体が配置されており、この慣性質量体 は、たとえば２慣性質量体式フライホイール、つまりダブルマスフライホイール ２７によって形成されている。ダブルマスフライホール２７の回転軸線はこの場 合、出力軸１４ならびに変速機入力軸２０の回転軸線と整合している。内燃機関 １２はその出力軸１４を介してダブルマスフライホール２７に固く結合されてい る。このダブルマスフライホイール２７と変速機入力軸２０との間には、クラッ チ３１が配置されている。駆動ユニット１０はさらに電気機械３２を有しており 、この電気機械３２は制御装置（図示しない）を介して内燃機関１２のためのス タータモータとして、または自動車の搭載電源のための供給電圧を準備するため の発電器として切換可能である。電気機械３２は中間変速機３４と連結されてお り、この中間変速機３４は一方では電気機械３２の入力軸もしくは出力軸（図示 しない）に作用結合されていて、他方では変速機入力軸２０に作用結合されてい る。中間変速機３４は２つの変速段に切換可能であり、この場合、中間変速機３ ４の入力軸と出力軸との間で第１の変速段は、たとえば１：２であり、第２の変 速段は１：５である。両変速段の間での切換は、中間変速機３４に設けられた、 互いに独立して制御可能な２つのクラッチ（図示しな い）を介して行われる。これにより、変速比の切換の他に、電気機械３２と変速 機入力軸２０との間の作用結合の分離も可能となる。 駆動ユニット１０の図示の装備によって、以下に挙げる運転状態が実現可能と なる： 内燃機関１２の「ダイレクトスタート（直接始動）」時では、電気機械３２が スタータモータとして切り換えられる。電気機械３２への電圧供給はこの場合、 たとえば自動車バッテリにより行われる。主変速機１８はニュートラル位置に位 置しており、これにより変速機入力軸２０と変速機出力軸２２との間の作用結合 は遮断されている。クラッチ３１は閉じられている。すなわち、内燃機関１２の 出力軸１４、ひいてはクランク軸１６は、変速機入力軸２０に作用結合されてい るわけである。電気機械３２により駆動された中間変速機３４は、変速機入力軸 ２０に作用結合されているので、中間変速機３４は閉じられたクラッチ３１を介 して出力軸１４もしくはクランク軸１６を回転させる。これにより、内燃機関１ ２は規定の回転数で回転させられ、その後に内燃機関１２は公知の形式で始動す る。中間変速機３４はこの場合、有利には１：５の高い変速比に切り換えられて いるので、スタータモータとして切り換えられた電気機械３２の比較的高い回転 数は相応して減速され、内燃機関１２はこの低い回転数で始動される。 第２図に示した装置はさらに「インパルススタート（衝撃始動）」のためにも 適している。この場合、電気機械３２はやはりスタータモータとして運転される 。それに対して、クラッチ３１はまず開かれている。主変速機１８はニュートラ ル位置に位置しており、これにより変速機入力軸２０と変速機出力軸２２との間 の作用結合、ひいては自動車の駆動ホイールへの駆動経路は遮断されている。電 気機械３２の作動により、変速機入力軸２０はクラッチ３１の連行ディスク（ク ラッチディスク）と共に加速され、その結果、変速機入力軸２０は所定の目標回 転数に到達する。中間変速機３４の変速比は、たとえば１：５の高い変速比へ切 り換えられている。変速機入力軸２０の目標回転数が到達された後に、クラッチ ３１が閉じられるので、電気機械３２のロータと、主変速機１８およびクラッチ ３１の回転する構成部分とに蓄えられた回転エネルギを突発的に、つまり衝撃的 に、内燃機関１２を始動させるために利用することができる。電気機械３２は引 き続き、内燃機関１２が始動するまでトルクを供給する。 内燃機関１２の前記両始動事例においては、内燃機関１２の出力軸１４、ひい てはクランク軸１６が、所定の目標回転数に到達するやいなや、電気機械３２は 遮断される。次いで、電気機械３２はスタータ運転モードから発電器運転モード へ切り換えられるので、閉 じられたクラッチ３１を介して駆動される変速機入力軸２０により、中間変速機 ３４が駆動され、この中間変速機３４は次いで、選択された変速比に応じて電気 機械３２を駆動する。生成された発電器電圧は取り出されて、自動車の搭載電源 への給電のために利用される。中間変速機３４の変速比はこの場合、ｎ＞１５０ ０ｒ．ｐ．ｍ．の出力軸１４の回転数において、小さい方の変速比へ切り換えら れるので、電気機械３２の発電器回転数は、より好都合な発電器効率を達成する 目的で減じられるが、しかしこの回転数は搭載電圧を生成するためには十分とな る。 内燃機関１２の始動後に自動車を駆動するためには、クラッチ３１が閉じられ るので、主変速機１８の予め選択されたシフト位置に相応して、変速機出力軸２ ２は公知の形式で自動車の駆動ホイールを駆動する。次いで、主変速機１８を次 に高いギヤ段へシフトしたい場合には、出力軸１４の回転数がｎ＜１５００ｒ． ｐ．ｍ．であると仮定して、まずクラッチ３１が開かれ、主変速機１８がニュー トラル位置へもたらされ、次いで中間変速機３４が低い変速比から高い変速比へ 切り換えられる。これにより、変速機入力軸２０には制動トルク衝撃が加えられ るので、変速機入力軸２０の回転数ｎは主変速機１８のための所要の同期回転数 にまで減じられる。このような同期回転数が達成された後に、主変速機１８を次 に高いギヤ段へシフトし、 クラッチ３１の閉じる（締結する）ことによって内燃機関１２に対する摩擦接続 的な結合を再び形成することができる。 ｎ＜１５００ｒ．ｐ．ｍ．の出力軸１４の回転数において、主変速機１８を次 に高いギヤ段にシフトしたい場合には、同じくまずクラッチ３１が開かれ、主変 速機１８がニュートラル位置へもたらされる。変速機入力軸２０の回転数は、中 間変速機３４の低い変速比で一緒に回転する電気機械３２を介して同期回転数に まで減じられ、この場合、電気機械３２によって高い電気的な負荷が要求される 。変速機入力軸２０の同期化回転数が達成された後に、主変速機１８を次に高い ギヤ段にシフトし、クラッチ３１を閉じることができる。 ｎ＜１５００ｒ．ｐ．ｍ．の出力軸１４の回転数において、主変速機１８を次 に高いギヤ段へシフトするための別の手段は、まず中間変速機３４を低い変速比 へ切り換えることによって電気機械３２を制動することである。このことは、中 間変速機３４に設けられたクラッチ（図示しない）を適当に操作することにより 行われる。その後にクラッチ３１が開かれ、中間変速機３４が再び高い変速比へ 切り換えられる。これにより、変速機入力軸２０の回転数は減じられる。変速機 入力軸２０の同期化回転数が達成された後に、主変速機１８を次に高いギヤ段へ シフトし、クラッチ３１を 閉じることができる。 ｎ＞１５００ｒ．ｐ．ｍ．の出力軸１４の回転数において、主変速機１８を次 に低いギヤ段へシフトしたい場合には、別の運転状況が与えられている。このた めには、まずクラッチ３１が開かれ、主変速機１８がニュートラル位置へもたら され、電気機械３２がモータ運転モードへ切り換えられる。電気機械３２によっ て、変速機入力軸２０の回転数は適当な同期化回転数にまで高められる。ｎ＞１ ５００ｒ．ｐ．ｍ．の回転数において、中間変速機３４は低い変速比に切り換え られているので、変速機入力軸２０の適当な同期化回転数は電気機械３２のモー タ運転を介して調節可能である。この同期化回転数が達成されると、主変速機１ ８は次に低いギヤ段へシフトされ、クラッチ３１が閉じられる。 ｎ＜１５００ｒ．ｐ．ｍ．の出力軸１４の回転数において、主変速機１８を次 に低いギヤ段へシフトしたい場合には、やはりまずクラッチ３１が開かれ、主変 速機１８がニュートラル位置へシフトされる。引き続き、中間変速機３４が、た とえば１：５の高い変速比からｎ＜１５００ｒ．ｐ．ｍ．の回転数において、た とえば１：２の低い変速比へ切り換えられるので、この変速比に相応して変速機 入力軸２０の回転数は高められる。この場合、回転数を同期化回転数にまで高め ることは、中間変速機３４を高い変速比から低い変速 比へ突発的に切り換えたことに基づき形成されるトルク衝撃により行われる。次 いで、主変速機１８を次に低いギヤ段へシフトし、クラッチ３１を閉じることが できる。 自動車に最大加速を要求したい場合には、さらに、中間変速機３４の変速比を 出力軸１４の目下の回転数ｎとは無関係に、たとえば１：２の低い変速比へ切り 換えることが可能である。これにより、中間変速機３４の回転する部分の、クラ ンク軸１６もしくは出力軸１４に対する有効慣性力が減じられる。中間変速機３ ４におけるニュートラル位置の調節によって、有効慣性力をさらに効果的に減少 させることができる。 第３図には、第１図に示した実施例に対して若干改良された実施例を示す断面 図が図示されている。この場合、個々の構成部分やその互いに相対的な組込み位 置が判りやすく図示されている。内燃機関の出力軸１４は、フライホイール３８ と連行ディスク３９とから成る慣用のクラッチ３７を介して、変速機入力軸２０ に結合されている。この変速機入力軸２０には、２つの歯車４３，４５が相対回 動不能に取り付けられている。両歯車４３，４５は中間軸４０に設けられた対応 する２つの歯車４６，４７とそれぞれ噛み合っている。この中間軸４０は別の歯 車対を介して電気機械３２と作用結合されている。変速機出力軸２２は自動車の 駆動ホイール（図示しない）と作用結合されている。 中間軸４０に設けられた歯車４６，４７は、それぞれクラッチ４２，４４に結合 されており、これらのクラッチ４２，４４は第１に歯車４６か、または歯車４７ を中間軸４０に相対回動不能に結合するために働く。両クラッチ４２，４４の操 作は電子制御装置５０によって監視される。この電子制御装置５０は自動車の運 転状態および走行状態に応じて電気機械３２の適切な運転を生ぜしめる。 内燃機関（図示しない）のダイレクトスタートもしくは直接始動のためには、 主変速機１８がニュートラル位置へもたらされ、この場合、主クラッチ３７は開 かれている。したがって、主変速機１８は内燃機関もしくはその出力軸１４から 分離されている。電気機械３２はスタータモータとして切り換えられる。このた めに必要となる、電気機械３２への電圧供給は、たとえば自動車バッテリから行 われる。次いでまず、クラッチ４２が閉じられる。これによって変速機入力軸２ ０は規定の回転数で回転させられる。この回転数はこの場合、歯車対４７，４３ の変速比に基づき決定され、たとえば１：５または１：６であってよい。これに よって形成された運動エネルギは、変速機出力軸２２を除いて主変速機１８の全 ての回転部分に蓄えられる。なぜならば、主変速機１８がニュートラル位置に位 置しているからである。次いで自動車の主クラッチ３７が閉じられると、主変速 機１８と電気機械３２のロ ータとに蓄えられた回転エネルギによって内燃機関が回転させられ、それと同時 に変速機入力軸２０の回転数は低下する。この変速機入力軸２０の規定の回転数 が達成された後に、内燃機関は電気機械３２によって回転させられ、その結果、 内燃機関は始動する。個々のシリンダの圧縮による内燃機関のトルク変動は、自 動車の主クラッチ３７に設けられたねじり振動ダンパによって減衰されて、十分 に抑制される。回転する変速機軸の慣性モーメントは付加的に回転数変動を補償 する。この理由から、始動時における電気機械３２のためには１：５または１： ６の全変速比で十分となる。所定の最低回転数が達成された後に、電気機械３２ はスタータ運転モードから発電器運転モードへ切り換えられる。 走行中の発電器運転時では、両クラッチ４２，４４を用いて電気機械３２の回 転数を機関回転数に応じて適切な変速比で伝達することができる。たとえばｎ＝ １５００ｒ．ｐ．ｍ．の回転数において、変速比を切り換えることができる。 別の機能、たとえば変速機同期化の機能については、既にさらに上で説明して あるので、ここでの詳しい説明は省略する。 第４図には、さらに別の実施例が示されている。この場合、自動車変速機には 電気機械３２が組み込まれている。この電気機械３２のロータ軸もしくは中間軸 ４０は両側で各１つのクラッチ４２，４４を介して変速機の各１つの歯車と連結 可能である。電気機械３２および変速機はこの場合、第３図に示した実施例にお いて説明した形式と同様の形式で運転されかつ制御され得る。 第５図には、電気機械３２の回転数と、内燃機関１２もしくはクランク軸１６ の回転数との関係を中間変速機３４の種々の変速比において例示的に示す線図が 図示されている。二次元線図の横軸には機関回転数（ｒ．ｐ．ｍ．）がとられて いる。縦軸には電気機械３２の回転数（ｒ．ｐ．ｍ．）が示されている。この線 図には、たとえば５種類の直線が描かれている。比較的なだらかな直線は、中間 変速機３４の１：１．２の変速比に関するものである。変速比１：１．５および １：２は、１：１．２の変速比を表す直線よりも少しだけ勾配率の高い直線を描 いている。さらに左側には、２つの比較的急峻な直線が描かれており、これらの 直線は中間変速機３４のたとえば１：６および１：７の変速比に関するものであ る。これらの比較的高い変速比は電気機械３２のスタータ運転のために好都合と なるか、もしくは発電器運転時における低い機関回転数のために好都合となり、 これにより発電器を好都合な効率領域で運転することができる。それに対して、 より高い機関回転数では、１：２またはこれよりも低い変速比が好都合となり、 これにより電気機械をやは り好都合な効率の領域で運転することができる。 第６図には、変速機の同期化のための制御のフローチャートが示されており、 これにより主変速機１８のシフト過程におけるシーケンスをわかり易く説明する 。この制御は、たとえば電子制御装置５０のプログラミングであってよい。電子 制御装置５０は変速機の全コンポーネント、たとえばクラッチ２８，３０，３１ ，３７，４２，４４または電気機械３２の全コンポーネントを車両の種々の運転 状態または内燃機関のパラメータに関連して制御する。チャート中の矢印は、「 Ｙ」で「イエス」、つまり質問に対する肯定的な応答を表し、「Ｎ」で「ノー」 、つまり質問に対する否定的な応答を表している。 主変速機１８を新しい変速段へシフトしたい場合、シフトレバーに設けられた 接点もしくはコンタクトが操作される。このコンタクトが操作されたかどうかは ステップ５２で質問される。質問に対する応答が肯定的（Ｙ）である場合には、 次のステップ５４において、シフト方向が「アップ」であるのかどうか、つまり 変速機を次に高いギヤ段へシフトしたいのかどうかが質問される。この質問に対 する応答が否定的（Ｎ）である場合には、ステップ５６において、シフト方向が 「ダウン」であるのかどうか、つまり変速機を次に低いギヤ段へシフトしたいの かどうかが質問される。この質問に対する応答が否定的（Ｎ）である場合には、 プログラムは再びステップ５２へジャンプし、シフトレバーコンタクトの状態が 質問される。ステップ５４における応答が肯定的（Ｙ）である場合には、プログ ラムはステップ６２へ進み、このステップ６２において、中間変速機３４の変速 比が１：２の変速比に調節されているかどうかが質問される。この質問に対する 応答が否定的（Ｎ）である場合には、ステップ６４において中間変速機３４が１ ：２の変速比へ切り換えられる。その後に、プログラムはステップ６６へ進み、 このステップ６６において、中間変速機の変速比を１：２から１：５へ切り換え ることによって主変速機１８の同期化が行われる。ステップ６２における質問に 対する応答が肯定的（Ｙ）である場合には、プログラムは直ちにステップ６６へ ジャンプする。電気機械３２の有効慣性モーメントの増大に基づき、変速機同期 化が行われる。ステップ７０への矢印は、変速機制御の全関数、つまり回転数の 関数としての中間変速機３４の変速比変化を表している。ステップ５６における 質問に対する応答が肯定的（Ｙ）である場合には、プログラムはステップ５８へ 進む。ステップ５８では、中間変速機３４の変速比が１：５の変速比に調節され ているかどうかが質問される。この質問に対する応答が否定的（Ｎ）である場合 には、ステップ６０において中間変速機３４が１：５の変速比へ切り換えられる 。その後に、プログラムはステップ６８へ進み、この ステップ６８では中間変速機の変速比を１：５から１：２へ切り換えることによ って主変速機１８の同期化が行われる。ステップ５８における質問に対する応答 が肯定的（Ｙ）である場合には、プログラムは直ちにステップ６８へジャンプす る。ステップ６８からは、やはり矢印がステップ７０にまで通じていて、さらに 矢印はステップ７０からステップ５２へ通じている。こうして、永続的に、つま り短い時間間隔を置いて、シフトレバーコンタクトの状態が質問される。ステッ プ５２における質問に対する応答が否定的（Ｎ）である場合、つまり直前の質問 以来、シフトレバーが操作されていない場合には、プログラムはステップ７０へ 進む。これにより、永続的な質問状況が行われる。 第７図には、電気機械３２の発電器運転時における変速機制御のシーケンスを 例示的に示すフローチャートが図示されている。たとえばプログラムステップ７ ２における中間変速機３４の変速比に関する質問から出発して、この質問に対す る応答に応じて機関回転数が質問される。ステップ７２における質問に対する応 答が肯定的（Ｙ）である場合には、プログラムはステップ７４へ進む。このステ ップ７４では、内燃機関１２の回転数が１５００ｒ．ｐ．ｍ．よりも小さいかど うかが質問される。この質問に対する応答が肯定的（Ｙ）である場合には、ステ ップ７６において、車両を加速したいのかどうかが質問される。ステップ７６に おける質問に対する応答が否定的（Ｎ）である場合には、次のステップ７８にお いて車両の搭載電源において付加的な出力需要が生じているかどうかが質問され る。この質問に対する応答が肯定的（Ｙ）である場合には、プログラムステップ ８０において中間変速機３４の変速比が１：５へ切り換えられる。ステップ７４ における質問に対する応答が否定的（Ｎ）である場合には、プログラムは再びス テップ７２へジャンプし、このステップ７２において、中間変速機３４が１：２ の変速比に調節されているかどうかが質問される。同様に、ステップ７６におけ る質問に対する応答が肯定的（Ｙ）である場合またはステップ７８における質問 に対する応答が否定的（Ｎ）である場合にも、それぞれプログラムは再びステッ プ７２へジャンプする。ステップ８０からは、やはり矢印がステップ７２へ戻さ れており、このことは、中間変速機３４で調節された変速段が永続的に質問され ることを表している。ステップ７２における質問に対する応答が否定的（Ｎ）で ある場合には、プログラムはステップ８２へ進む。ステップ８２では、内燃機関 １２の回転数が１８００ｒ．ｐ．ｍ．の値よりも上であるのかどうかが質問され る。この質問に対する応答が肯定的（Ｙ）である場合、つまり内燃機関が１８０ ０ｒ．ｐ．ｍ．よりも高い回転数で回転している場合には、プログラムはステッ プ８６へ進む。ステップ８６では、中間変速機３４が １：２の変速比へ切り換えられる。ステップ８２における質問に対する応答が否 定的（Ｎ）である場合には、プログラムはステップ８４へ進む。ステップ８４で は、車両が大きな加速を受けたいのかどうかが質問される。この質問に対する応 答が否定的（Ｎ）である場合には、プログラムは再びステップ７２へジャンプす る。それに対して、ステップ８４における質問に対する応答が肯定的（Ｙ）であ る場合には、プログラムはステップ８６へ進む。ステップ８６からプログラムは やはりステップ７２へ戻り、ステップ７２において、中間変速機３４の目下の変 速比が質問される。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１１年３月１６日（１９９９．３．１６） 【補正内容】 請求の範囲 １．自動車に用いられる駆動ユニットであって、内燃機関と、自動車の駆動ホ イールに作用する変速機とが設けられていて、変速機入力軸が内燃機関の出力軸 と連結可能であり、電気機械が設けられていて、該電気機械が、中間変速機を介 して前記変速機と連結可能であり、さらに電気機械が、内燃機関を始動させるた めのスタータモータとして、かつ自動車の搭載電源への給電のための発電器とし て切換可能であり、内燃機関（１２）の出力軸（１４）と、主変速機（１８）の 変速機入力軸（２０）と、電気機械（３２）とが、中間変速機（３４）を介して 、少なくとも１つの制御可能なクラッチ（２８，３０，３１，３７，４２，４４ ）によって互いに連結可能である形式のものにおいて、内燃機関（１２）の出力 軸（１４）と、主変速機（１８）の変速機入力軸（２０）とが、各１つのクラッ チ（２８，３０）を介してそれぞれ慣性質量体（２４）と連結可能であり、該慣 性質量体（２４）が、内燃機関のインパルススタート、つまり衝撃始動のために 十分となる運動エネルギを吸収し得るようになっており、さらに慣性質量体（２ ４）が中間変速機（３４）と作用係合していることを特徴とする、自動車に用い られる駆動ユニット。

───────────────────────────────────────────────────── 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)，ＢＲ，ＣＮ，ＣＺ，Ｈ Ｕ，ＪＰ，ＫＲ，ＰＬ，ＲＵ，ＳＫ (72)発明者 マーティン−ペーター ボルツ ドイツ連邦共和国 Ｄ―71720 オーバー ステンフェルト ザクセンヴェーク ４ (72)発明者 ユルゲン グラウニング ドイツ連邦共和国 Ｄ―71711 シュタイ ンハイム イン デア アウ ２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．自動車に用いられる駆動ユニットであって、内燃機関と、自動車の駆動ホ イールに作用する変速機とが設けられていて、変速機入力軸が内燃機関の出力軸 と連結可能であり、電気機械が設けられていて、該電気機械が、中間変速機を介 して前記変速機と連結可能であり、さらに電気機械が、内燃機関を始動させるた めのスタータモータとして、かつ自動車の搭載電源への給電のための発電器とし て切換可能である形式のものにおいて、内燃機関（１２）の出力軸（１４）と、 主変速機（１８）の変速機入力軸（２０）と、電気機械（３２）とが、中間変速 機（３４）を介して、少なくとも１つの制御可能なクラッチ（２８，３０，３１ ，３７，４２，４４）によって互いに連結可能であることを特徴とする、自動車 に用いられる駆動ユニット。 ２．内燃機関（１２）の出力軸（１４）と、主変速機（１８）の変速機入力軸 （２０）とが、各１つのクラッチ（２８，３０）を介してそれぞれ慣性質量体（ ２４）と連結可能であり、該慣性質量体（２４）が、中間変速機（３４）と作用 係合している、請求項１記載の駆動ユニット。 ３．内燃機関（１２）の出力軸（１４）と、主変速機（１８）の変速機入力軸 （２０）とが、１つのクラ ッチ（３１）とフライホイール（２７）とを介して互いに連結可能であり、電気 機械（３２）が、切換可能な中間変速機（３４）を介して変速機入力軸（２０） と永続的に作用係合している、請求項１記載の駆動ユニット。 ４．切換可能な中間変速機（３４）が、少なくとも２つの変速段と１つのニュ ートラル位置とを有している、請求項３記載の駆動ユニット。 ５．電気機械（３２）が中間軸（４０）と作用係合しており、該中間軸（４０ ）が、２つの制御可能なクラッチ（４２，４４）を介して、それぞれ互いに異な る変速比で変速機入力軸（２０）と作用係合させられるようになっている、請求 項１記載の駆動ユニット。 ６．電子制御装置（５０）が設けられていて、該電子制御装置（５０）が、機 関回転数、ホイール回転数および所望される変速機状態に関する情報から、前記 中間軸（４０）に設けられた両クラッチ（４２，４４）と、電気機械（３２）と を制御するようになっている、請求項５記載の駆動ユニット。 ７．電子制御装置（５０）が設けられていて、該電子制御装置（５０）が、機 関回転数、ホイール回転数および所望される変速機状態に関する情報から、前記 両クラッチ（２８，３０）と電気機械（３２）とを制御するようになっている、 請求項２記載の駆動ユニット。 ８．電子制御装置（５０）が設けられていて、該電子制御装置（５０）が、機 関回転数、ホイール回転数および所望される変速機状態に関する情報から、前記 クラッチ（３１）と電気機械（３２）とを制御するようになっている、請求項３ 記載の駆動ユニット。 ９．電気機械（３２）が、少なくとも１つの制御可能なクラッチを介して変速 機入力軸（２０）と連結可能であって、しかも電気機械（３２）が、主変速機（ １８）を同期化する目的でギヤシフトダウン時に電動モータとして、連結させた い歯車対のそれぞれ低速回転する方の歯車を加速するか、またはギヤシフトアッ プ時に発電器として、それぞれ高速回転する方の歯車を制動するようになってい る、請求項１記載の駆動ユニット。 １０．電気機械（３２）が中間変速機（３４）を介して変速機入力軸（２０） と連結可能であって、しかも主変速機（１８）を同期化する目的で、中間変速機 （３４）の変速段が、ひいては電気機械（３２）の慣性モーメントが、変速機入 力軸（２０）の所望の回転数調整に相応して選択可能である、請求項１から９ま でのいずれか１項記載の駆動ユニット。 １１．電気機械（３２）の液体冷却が、内燃機関（１２）の水冷循環路への接 続によって確保されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の駆動ユ ニット。 １２．電気機械（３２）が、取り付けられた冷却ブロワまたは外部に設備され た冷却ブロワによって空気冷却されるようになっている、請求項１から１１まで のいずれか１項記載の駆動ユニット。 １３．電気機械（３２）が、主変速機（１８）の変速機オイルによってオイル 潤滑されるようになっている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の駆動 ユニット。