JP2006502900A - リターダ付き駆動ユニット - Google Patents

Abstract

本発明は、冷却回路を備えた自動車の駆動ユニットに関する。この駆動ユニットは、ロータベーンホイールおよびステータベーンホイールを有する流体式リターダを具備し、この流体式リターダは車両の冷却回路内に配置されると共に、リターダの作動媒体は車両の冷却媒体である。本発明の駆動ユニットは、リターダが冷却システムによって生じる外圧に抗して残存液体量を排出するための手段を具備することを特徴とする。

Description

本発明は、特に請求項１のプリアンブルの特徴を備えた駆動ユニットに関する。

リターダは、車両または固定ユニットの駆動ユニットの速度または回転速度を低減する手段としてよく組み合わされる。リターダは、ブレード駆動式作動回路を作動流体で満たしたり、あるいはそれを排出したりすることで動作が激しく変わる自動車あるいはユニットにおける使用の間、作動させられあるいは作動停止状態となる。

上記駆動ユニットが組み込まれる固定または可動ユニット（たとえば自動車）は、通常、冷却を要するユニットをさらに有する。例としては、エンジン、ブレーキ、クラッチ、トランスミッションなどが挙げられる。

これら他のユニットはまた、その作動媒体を冷却するため冷却回路を備えることができる。

リターダの作動媒体が車両の冷却媒体であるリターダは、数多くの特許から公知になっている。ここで特許文献１ないし４を挙げるが、これらの開示範囲は本出願に完全に盛り込まれる。

これら文献から知られているこれらリターダにおける都合の悪い特徴は、非制動操作時の大きな動力損失である。
EP 0 716 996 A1 WO 98/15725 EP 0 885 351 B1 EP 0 932 539 B1 WO 98/35171

本発明の目的は、そうしたリターダを備えた駆動ユニットにおける動力損失を最小限度に抑えることである。

この目的は請求項１の特徴を備えた駆動ユニットによって達成される。非制動操作において作動媒体の残存液体量を吸い出すためのシリンダが、本発明の特別な実施形態において使用される。

動力損失は、大きな間隙が非制動操作時にロータとステータとの間に形成されるよう、ロータおよび／またはステータが軸方向に変位可能な構成を備える場合には、さらに一層最小化することができる。そうした解決方法は、特許文献５のオイル作動式リターダに関して説明されている。この文献の開示範囲は本出願に完全に盛り込まれる。

本発明のさらに有益な実施形態は従属請求項の主題である。

本発明について、ここで、図面を参照してより詳しく説明する。

図１は副次的(secondary)リターダ１００を示し、これは車両の冷却媒体によって動作させられる。熱は、車両ラジエータ３および任意選択によりファン４によって冷却媒体から放散される。サーモスタットは、ラジエータ３を通って案内される冷却媒体の量およびそれを通り過ぎて案内される量を決定する。図１に示すリターダは低動力損失によって特徴付けられる。

第１の手段によれば、ロータインペラ１１はロータシャフト１１０上で軸方向に変位可能に保持されており、この結果、ロータ１１はステータ１２に近接した作動ポジションへと、あるいは非制動操作時のステータ１２から大きく離間したアイドルポジションへと動くことができる。図１はリターダをアイドルポジションにて示している。ここで、ロータの変位可能性に関する特許文献５を挙げる。

図１に示すリターダはロータ１１を備え、これは、たとえばトランスミッション内に保持された高速回転シャフト１１０（いわゆるリターダシャフト）に、高いねじれ剛性を持ちしかもオーバーハング状態で保持されている。ベアリング２２および２３を備えたシャフト１１０は、トランスミッション（図示せず）の被駆動シャフトによってピニオン２１を介し駆動される。ロータ１１０はスパイラルギア（図示せず）によってシャフト１１０上を長手方向に移動可能であり、これによってロータとステータとの間の距離を設定できる。スプリング１８はロータ１１を低損失ポジション（図１に示す）へと非制動操作時に変位させる。すなわち、ロータとステータ１２との間には可能な最大間隙が得られる。リターダは、内部空間１６を備えたリターダハウジング１３０を有する。この内部空間１６は冷却媒体で満たすことができ、したがって冷却ジャケットとして機能することができる。ロータ１１とステータ１２との間の空間は作動チャンバ１４０と呼ばれ、作動媒体で満たされる。流体式リターダは自動車の冷却回路１２０に組み込まれている。その結果、リターダの作動媒体は、リターダの図示する実施形態においては、同時に自動車の冷却媒体でもある。動力ロスを低いレベルに維持するため、リターダは非制動操作時には空にされる必要がある。ここで、空にするということはまた、作動媒体の所定の残存量に対する排出を意味する。これによって有利なことに動力損失が最小限になる。

実質的にロータ１１のポンプ作用によってなされる排出処理は、実質的に制御バルブ１７によって制御される。だが、それは、圧力制御バルブにより車両冷却システムの補償リザーバ６内で予め決められた重ね合わせ(superposition)圧力によって端部において遮られる。

車両の冷却回路内の反対圧力のため、リターダは残存充填物(residual filling)を有し、これが、外部反対圧力により、好ましくない大きな動力損失をもたらす。そういうわけで、ロータ１１およびステータ１２間の間隙拡大に加えて、図１に示す本発明の第１実施形態では非制動状態でシリンダ３０によってリターダ回路から不可避な残存充填物の一部が吸い出される。除去量は、リターダ回路が常に最小限度の動力損失で作動するような程度のものとされる。

図１に示す本発明の第１実施形態において、シリンダ３０はライン３２を介してリターダ回路に、またライン３３を介して冷却水回路、すなわち内部リターダ回路が接続される外部回路の一部に接続されている。さらにライン３２はリターンバルブ３４を具備し、かつライン３３はリターンバルブ３５を具備する。図１に示す「ブレーキ解除」状態、すなわち非制動操作状態はバルブ３１を介して通気ライン３８によって得られる。シリンダ３０内のピストン３７は、スプリング３６によって、動力損失が最小限になる望ましい状態を実現するため、必要な水量がライン３２およびリターンバルブ３４を介してリターダ回路から吸い出されるポジションに位置させられる。この処理は、通常、リターダの作動が停止した後、毎回繰り返される。シリンダ３０の容積は、非制動操作時に望ましくないリターダ損失をもたらす残存液体の妨害量が確実に取り出されるようなものとなる。補償リザーバ６は、そうした残存液体量が冷却システムに障害を与えないように構成される。リターダシステムが冷却媒体を自動車の閉じた冷却水回路から取り、そしてまたそれを放出するので、そうした妨害が主として起こり得る。これによって補償リザーバ内の冷却水レベルに差異が生じる。

図１に示す実施形態において、流体式リターダは三つの異なるガスケットを具備する。ガスケット１４は常にクーラントをかぶる。これは、好ましくは、大気に向かって外部に対して完全な気密性を備えた軸方向面ガスケットである。さらなるガスケット１５はそのシール機能に関して二つの任務を果たす必要がある。非制動操作時、ライン１９を経た冷却流としてリターダハウジングの内部空間１６を経て流動可能な冷却流体は、ロータおよびステータに向かう方向に関して完全にシールされる。これは、ガスケット１５が非制動操作時にシール機能を担うことを意味する。軸方向面シール１５.１は制動操作時に、非接触式ラビリンスシールとして機能し、かつ冷却液体はガスケット１５を経て流れるが、ガスケット１５はこの場合、シールとして機能しない。これは、ガスケット１５を、リターダの内部から周囲の環境へ向かう方向（すなわち図１の左方向）へは所定量だけ浸透性を有するように構成し、かつ周囲の環境からリターダの内部へ向かう方向（すなわち図１の右側）へは液密または実質的に液密に構成することによって達成できる。制動操作時のガスケット１５による圧力降下の結果、閉じた（外部）冷却システムの圧力レベルがガスケット１４に作用させられることが保証される。

内部空間１６は、リターダの熱放散冷却ジャケットとして機能するよう構成されており、冷却媒体はライン１９を経て流入し、かつライン２０を経て流出できる。

図２および図３は本発明の代替的実施形態を示し、これは、リターダシステム内に、ピストンおよびスプリングを備えるシリンダ４０が、ライン４１および４２を介して組み込まれ、「残存液体量の吸出し」機能が自動的に発揮されることを特徴とする。

残存液体量はリターダから非制動操作時にライン４１を介して吸い出される。ライン４１は、車両のクーラント回路における低圧力位置、すなわち流れの方向に関してリターダの作動チャンバの前に、加圧スプリングによって加圧されたピストンによって接続されている。シリンダ４０内の加圧スプリングは、非制動操作時、ライン４２内の圧力に打ち勝つ。この圧力は、非制動操作時にはリターダが空のために比較的低いものである。

制動操作に関して、ポンプ２が始動し、そしてそれはリターダ１００の切換バルブ１３を介してクーラント液体で満たされる。高いあるいは最高圧力は制動操作時にすぐにライン４２内で支配的になる。このラインは、シリンダ４０内の加圧スプリングと対向するピストン面につながっている。なぜなら、ライン４２は（図２からわかるように）流れの方向に関してリターダの作動チャンバの後方に接続されているからである。流れの方向に関しバルブ１７の後方でのライン４２の接続は単に実例として挙げただけである。以下で、図４に関して説明するように、バルブ１７と、すなわちリターンバルブとスロットルとの間に接続することもでき、これも有利である。リターダによって生じる圧力は、したがってライン４２によりピストン表面に伝達される。ピストンはシリンダ４０内の加圧スプリングと向き合っている。シリンダ４０内に存在する残存液体量は、制動操作の間、再びリターダ回路またはリターダに、シリンダ４０内に配置されたスプリングの弾発力による圧力に抗して自動的に戻る。シリンダ４０はこうして、次のカットオフ段階すなわち非制動操作のために、残存液体量を吸い出すポジションとなる。

図３の実施形態は実質的に図２の実施形態に対応する。同じ構成要素は図２と同じ参照数字で示した。一つの違いは、車両のクーラント回路１２０におけるリターダ回路の配置構成に存在する。リターダが作動したとき、リターダ１００を備えるクーラント回路の支流が図３においてはクーラントポンプ２とエンジン１との間に組み込まれる。一方、図２においては、この冷却支流はエンジン１の後方でクーラント回路に組み込まれている。図２の実施形態と同様、通過(pass-through)へと切り換え可能な圧力カットオフバルブ６２が設けられ、しかも補償リザーバ６に接続された圧力逃がしライン６４が設けられる。圧力カットオフバルブ６２は圧力逃がしライン６４に配置され、高い圧力ピーク、たとえばリターダを空にする間の衝動的ショックが生じると開放される。この付加的手段によって、リターダ動作中、冷却回路に生じる圧力ピークを排除できる。そうした圧力ピークは特にリターダの作動および非作動の間、あるいはリターダ負荷の急激な変化の間に生じる。圧力逃がしライン６４は補償リザーバ６に直接接続されている。

図４は本発明のさらなる発展を示す。示されたブロック図は、リターダ１００の制動操作から非制動操作への推移の間にシステム中の（および特にライン５１中の）圧力サージを実質的に抑止するために採用された手段を示す。その上、非制動操作から制動操作への推移中に、圧力サージまたはサージ状圧力降下を回避するためにさらに設けることが、あるいはその代わりに設けることができる手段が示されている。

第１の手段（カットオフサージの回避）は、実質的に、接続されたライン６４および６５を備えた圧力切換式(pressure-switched)バルブ６２によって体現される。ライン６４は、その端部をバルブ６２からそらした状態で冷却回路の高圧力領域に配置されている。これは、リターダの作動媒体出口またはリターダハウジングに形成された排出管路の領域に設けることができる。１１ｂａｒの圧力は、たとえば非制動操作の始まりにおいてそこで支配的なものとなることができる。接続部に関するさらに有利な可能性は、そこに示されるリターンバルブと制御バルブ１７内の調整可能なスロットルとの間のポジションによって得られる。３０ｂａｒの圧力は、たとえばそこで支配的なものとなることができる。

ライン６４はその端部をバルブ６２からそらした状態で低圧力領域で接続されている。２ｂａｒ以下の圧力は有利なことにそこで支配的となる。接続部は、たとえばリターダの入口領域に、特にリターダに形成された充填(filling)チャネルに設けることができる。

バルブ６２の始動は、バルブ１３も始動させる同じスイッチングインパルスによって生じることが好ましい。バルブは両方とも、特に、圧力サージ（ｐ−切換式(p-switched)）によって切り換えられる。制動操作から非制動操作への推移の際、バルブ６２は閉鎖ポジションから開放ポジションへと切り換わる。リターダ１００経る短絡流はこうして得られ、作動媒体（およびこの場合には車両のクーラント）がライン６４および６５を経て上記高圧力領域から上記低圧力領域へ流れることを意味する。この結果、リターダまたは接続された配管によって制動操作時に受け入れられた全作動媒体の排出物は、遅延を伴って、ライン５１に供給される。なぜなら、かなりの量が、短絡流によってリターダ１００の領域に初めに引き止められるからである。圧力サージはこうしてライン５１内で抑止される。リターダ１００を経るバルブ１３およびバルブ１７と、それに接続されたラインとの間のクーラント回路は、こうして一様に空にされる。

非制動操作時のリターダ内の作動媒体の最適残存量はシリンダ４０によって設定される。図からわかるように、シリンダ４０はこの実施形態では、ライン４２を介してリターンバルブと制御バルブ１７の調整可能なスロットルとの間の高圧力領域に接続されている。ライン４２内でスロットル４３は切り換えられる。この結果、非制動操作から制動操作へ推移する間に、動力損失を低減するためにシリンダ４０から吸い出される液体量は、制御された様態で、ライン４１を経て圧力負荷(pressure-loaded)ラインシステムに戻される。

最適非制動操作、すなわち非制動操作時の可能な限り最小の動力損失を実現するため、制御バルブ１７は、それが非制動操作時に、リターダ１００を備えたライン支流に対して完全に車両の冷却回路（ライン５１で始まる）をシールするよう構成されるのが有利である。同じことがバルブ１３にも採用され、バルブ１３も、非制動操作時、車両の冷却回路（エンジン１が存在するライン支流から始まる）を、リターダ１００が配置されたライン領域に対して完全にシールする。バルブ１３はさらに、非制動操作時、到達するクーラント全量がライン６６を介してライン５１へと案内されるよう切り換えられる。

上記活性化(activation)サージを回避するため、リターダの非制動操作から制動操作への推移の間、バルブ１３は中間ポジションへと切り換えることができる。この結果、まず冷却媒体の一部のみがライン６７によってリターダ１００へ案内され、一方、残りの部分はさらにライン６６によってライン５１へ案内され、したがってリターダを経て案内されてしまうことなく車両冷却回路内に残る。

図４に一転鎖線でさらに示すように、所定の個々のコンポーネントをウォーターリターダユニット７０に組み込むことができる。本発明にしたがって構成された、このウォーターリターダユニット７０は、一実施形態においては、リターダ１００と、ウォーターリターダユニット７０が接続される冷却システムによって高められた外圧に抗して残存液体量を排出するための手段と、を具備する。ある特別な実施形態では、この排出手段は、図示されたシリンダ４０（特にスロットル４３と組み合わされた状態で）、制御バルブ１７、および切換バルブ１３である。特に有利な実施形態では、ウォーターリターダユニット７０はさらに、挿入された圧力カットオフバルブ６２を備えた圧力逃がしライン６４および６５を具備する。接続ポイントは、圧力制御または圧力調整のため、たとえばバルブ１３を圧力切換するためおよびバルブ１７を圧力調整するため、ウォーターリターダユニット７０に接続されることが有利であることが理解される。一点鎖線によって囲まれた他のラインも、ウォーターリターダユニット７０に組み込まれることが有利であり、この結果、それらは、自動車のクーラント回路へ、柔軟に適用可能な標準コンポーネントとして接続できる。ウォーターリターダユニット７０は、特に、冷却媒体を供給するための正確に一つの接続部７１および冷却媒体を排除するための単一の接続部７２を備える。

本発明により、リターダが車両のクーラント回路に組み込まれ、かつ非制動操作時に所定の残存液体量までリターダを意図的に空にすることにより動力損失を最小限にできる駆動ユニットが初めて提供される。その上、システム内の圧力サージの発生も、上で説明したさらなる手段によって効果的に抑止できる。

本発明の第１実施形態を示す図である。 本発明の第２実施形態を示す図である。 本発明の第２実施形態を示す図である。 本発明の第３実施形態を示す図である。

符号の説明

１ エンジン
２ ポンプ
３ ラジエータ
４ インペラ
５ サーモスタット
６ 補償リザーバ
１１ ロータ
１２ ステータ
１３ 切換バルブ
１４，１５ ガスケット
１５.１ 軸方向面シール
１６ 内部空間
１７ 制御バルブ
１８ スプリング
１９，２０ ライン
２１ ピニオン
２２，２３ ベアリング
３０ シリンダ
３１ バルブ
３２，３３ ライン
３４，３５ リターンバルブ
３６ スプリング
３７ ピストン
３８ ライン
４０ シリンダ
４１，４２ ライン
４３ スロットル
６２ 圧力カットオフバルブ
６４，６５ 圧力逃がしライン
６６，６７ ライン
７０ ウォーターリターダユニット
７１，７２ 冷却媒体接続部
１００ リターダ
１１０ シャフト
１２０ 冷却回路
１３０ リターダハウジング
１４０ 作動チャンバ

Claims (18)

1. 車両冷却回路を備えた車両の駆動ユニットであって、
   ロータインペラ（１１）およびステータインペラ（１２）を備えた流体式リターダ（１００）を具備し、
   前記流体式リターダ（１００）は前記車両の冷却システム内に配置されると共に前記リターダの作動媒体は前記車両の冷却媒体であり、
   前記リターダは、前記冷却システムによって生じる外圧に抗して残存液体量を排出するための手段を具備することを特徴とする駆動ユニット。
2. 前記排出用手段は、前記リターダから残存液体量を吸い出すための手段であることを特徴とする請求項１に記載の駆動ユニット。
3. 前記排出用手段は少なくとも一つのシリンダ（３０，４０）を具備し、このシリンダはライン（３２，３３，４１，４２）を介して前記冷却回路（１２０）および／または前記リターダ（１００）に接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の駆動ユニット。
4. 前記シリンダ（３０，４０）は、ライン（３２，４２）を介して前記冷却システム（１２０）における最高圧力ポイントに接続されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の駆動ユニット。
5. スロットル（４３）、特に制御可能なスロットルが、前記シリンダ（３０，４０）から前記最高圧力ポイントまでのライン（３２，４２）に配設されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の駆動ユニット。
6. 前記排出用手段は切換可能バルブ（３１）をさらに具備することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の駆動ユニット。
7. 前記シリンダはライン（４１）を介して、前記冷却回路の最低圧力ポイントにおいて前記冷却回路（１２０）に接続されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の駆動ユニット。
8. 前記冷却システム（１２０）の前記最高圧力ポイントに接続されたライン（４２）および前記冷却回路（１２０）の前記最低圧力ポイントに接続されたライン（４１）は、ピストン（３７）を挟んで対向するポイントにおいてシリンダ（４０）に接続されると共に、前記ピストン（３７）は、ライン（４１）を介してもたらされる圧力に抗して前記ピストン（３７）を押圧する押圧スプリング（３６）によって押圧されることを特徴とする請求項７および請求項４に記載の駆動ユニット。
9. 圧力カットオフバルブ（６２）を備えた圧力逃がしライン（６４，６５）は前記冷却回路（１２０）および／または前記リターダ（１００）に接続されており、前記圧力カットオフバルブ（６２）は、前記圧力逃がしライン（６４，６５）に挿入され、制動操作から非制動操作へ前記リターダが推移する間、開くように制御されることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の駆動ユニット。
10. 前記圧力逃がしライン（６４，６５）は、制動操作時、流れの方向における低圧力ポイントにおいて一端で前記リターダ（１００）の前に接続され、かつその他端は前記リターダ（１００）における高圧力ポイントに、または前記リターダ（１００）の後方に接続され、前記低圧力ポイントにおける圧力は高くても２ｂａｒであり、かつ前記高圧力ポイントにおける圧力は特に１１ｂａｒから３０ｂａｒの間にあることを特徴とする請求項９に記載の駆動ユニット。
11. エンジン（１）およびトランスミッションを具備し、かつ前記リターダ（１００）は、動力の流れの方向について前記トランスミッションの後方に配置された副次的リターダであることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の駆動ユニット。
12. リターダモジュールであって、
    ロータ（１１）とステータ（１２）とを備えた流体式リターダ（１００）であって、作動媒体として車両冷却媒体を具備する流体式リターダ（１００）と、
    冷却媒体を供給するための接続部（７１）および冷却媒体を排除するための接続部（７２）と、
    冷却媒体排除用の前記接続部（７２）内に存在する圧力に抗して残存液体量を排除するための手段と、を具備してなることを特徴とするリターダモジュール。
13. 残存液体量を排出するための前記手段はピストン（３７）を有するシリンダ（４０）を具備し、前記ピストンはライン（４２）によって一方面への第１の高圧力によって押圧され、前記ライン（４２）は前記冷却回路内で流れの方向について前記リターダ（１００）の後方で前記リターダモジュールの高圧力ポイントに接続されており、かつ前記ピストンはライン（４１）によってその対向面への第２の低圧力によって押圧され、前記ライン（４１）は前記冷却回路内で流れの方向について前記リターダの前で前記リターダモジュールの低圧力ポイントに接続されていることを特徴とする請求項１２に記載のリターダモジュール。
14. スロットル（４３）はライン（４２）内で切り換えられることを特徴とする請求項１３に記載のリターダモジュール。
15. 圧力逃がしライン（６４，６５）中に圧力カットオフバルブ（６２）をさらに具備し、前記圧力逃がしライン（６４，６５）は一端で流れの方向について前記リターダの後方または前記リターダ（１００）に高圧力ポイントにおいて接続されており、かつその他端で流れの方向について前記リターダ（１００）の前に前記冷却回路の低圧力ポイントにおいて接続されていることを特徴とする請求項１２ないし請求項１４のいずれか１項に記載のリターダモジュール。
16. 前記ライン（４２）は、前記シリンダ（４０）と反対側のその端部において、制御バルブ（１７）に接続されており、
    流れの方向について冷却媒体を供給するための接続部（７１）の後方でかつ前記リターダ（１００）の前に切換バルブ（１３）をさらに具備し、
    それは所定の切換ポジションでは、冷却媒体を前記リターダ（１００）を経て、またはバイパス（６６）を経て前記リターダの周りを案内するよう構成され、
    前記制御バルブ（１７）、前記圧力カットオフバルブ（６２）および切換バルブ（１３）は加圧によって切換または制御され、リターダモジュールは関係付けられた圧力制御接続部を備えることを特徴とする請求項１４または請求項１５に記載のリターダモジュール。
17. 冷却媒体を供給するための単一の接続部（７１）および冷却媒体を排除するための単一の接続部（７２）を具備することを特徴とする請求項１２ないし請求項１６のいずれか１項に記載のリターダモジュール。
18. 前記制御バルブ（１７）および前記切換バルブ（１３）は、所定の切換ポジションにおいて、前記リターダの方向について完全に密閉された構成を備え、この所定の切換ポジションでは前記冷却媒体は前記リターダの周りを前記バイパス（６６）によって案内されることを特徴とする請求項１６または請求項１７に記載のリターダモジュール。
    

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