JP2006503744A - 自動車用のドライブトレイン、内燃機関の始動方法及び電流を発生させる方法 - Google Patents

Abstract

内燃機関12により駆動される自動車用のドライブトレイン10;54;70;76;88;100;108;130であって、クランクシャフト18に連結される入力部材及び出力部材を備えた単一摩擦クラッチ14と、出力部材に連結された入力シャフト20;94、多数のギヤ速度に対応したホイールセット26及び出力シャフト22を備えたギヤボックス16と、クラッチが切られた状態で、駆動力をギヤボックスの出力シャフトに加えるためにクラッチ48により出力シャフトに連結でき、始動発電機として働くようクランクシャフトに連結できる電気モータ40とを有するドライブトレインが開示される。電気モータは、摩擦クラッチが切られた状態で内燃機関を始動させるために又は内燃機関により駆動されるようにするために摩擦クラッチをバイパスすることによりクランクシャフトに連結できる。

Description

本発明は、内燃機関により駆動される自動車用のドライブトレインであって、
−内燃機関のクランクシャフトに連結される入力要素及び出力要素を備えた単一の摩擦クラッチと、
−摩擦クラッチの出力要素に連結された入力シャフト、多数のギヤ速度に対応した多数のホイールセット及び出力シャフトを備えたステップバイステップ型変速トランスミッションと、
−摩擦クラッチが切られ又は入れられているときに牽引力をステップバイステップ型変速トランスミッションの出力シャフトに加えることができるようにするためにクラッチを介してステップバイステップ型変速トランスミッションの出力シャフトに連結でき、内燃機関を始動させるために又は内燃機関により駆動されるようにするために始動発電機としてクランクシャフトに連結できる電気機械とを有するドライブトレインに関する。
本発明は又、自動車の内燃機関を始動させ、自動車の始動を開始させる方法に関する。
最後に、本発明は、自動車が静止状態にあるとき自動車の内燃機関により駆動される電気機械によって電流を発生させる方法に関する。

長年にわたり、電気機械を内燃機関によって駆動される自動車のドライブトレインに組み込むことは知られている。この関係で、内燃機関を始動させ、搭載型電気システム（電気系統）の電流を発生させる機能は従来、２つの別々の電気機械、即ち、それぞれスタータ（始動機）及びダイナモ（発電機）によって行われている。

比較的定格電圧の高い自動車の搭載型電気システム（例えば、４２ボルト搭載型電気システム）の場合、一般に、内燃機関と摩擦クラッチとの間に電気機械をスタータダイナモ（始動発電機）として設ける可能性も又考慮される。摩擦クラッチを切ると、電気機械を内燃機関の始動のためのモータとして作動させることができる。内燃機関が作動しているとき、電気機械は搭載型電気システムに給電する発電機として使用できる。これについては、非特許文献１であるBosch Kraftfahrtechnisches Taschenbuch [Bosch Motor Vehicle Handbook], 24th edition, page 932 を参照されたい。

ドライブトレイン内の電気機械は、他の機能にも用いることができる。
例えば、強い加速感が運転手によって望まれる場合、電気機械を「ブースタ」として用いて内燃機関の性能及び電気機械の性能を出力のところに加えるようにすることが知られている。
加うるに、自動車を制動したとき又はエンジンを切ったときに残存する遠心エネルギ（慣性）を電気エネルギに変換すること（エネルギ回収又は回復）が可能である。このようにして得られるエネルギを用いると始動プロセスを支えることができる。
加うるに、電気機械をトランスミッションの出力側に割り当ててギヤ速度を変える際、電気機械を用いて摩擦クラッチが切られている段階中、牽引力をトランスミッションの出力シャフトに加えることができるようにすることが知られている。これは、牽引力の増強をもたらし、これは、特に自動化マニュアルシフトトランスミッションと称されている装置に利用される。

アクティブな同期は、ドライブトレイン内の電気機械のもう１つの機能である。かかる場合、電気機械は、ステップバイステップ型変速トランスミッションの少なくとも１つの伝動シャフトに連結され、この電気機械は、採用されるべきギヤ速度のクラッチとの同期目的でシャフトを制動し又は加速させるために用いられる。この形態では、少なくとも或る幾つかのクラッチについては機械的同期を無しで済ましてクラッチを単一の駆動クラッチ等として具体化できるようにすることが可能である。
最後に、内燃機関を静止状態で切ること（例えば、交通信号機のところで）、発進したいと思うまで再始動しないことは、燃料節約に相当大きな可能性をもたらすことも又知られている。
その結果、一体形電気機械に望ましい機能は、内燃機関を切った後かかる直接的な始動を支えることである。

非特許文献２であるDr.-Ing. Wolfgang Reik, "Mogliche Anordnung des Startergenerators im Antriebsstrang [Possible arrangement of the starter generator in the drive train]", Tagungsband zur Fachtagung "E-Maschine im Antriebsstrang" [Conference papers at the specialist conference "The electric machine in the drive train"], April 9, 1999は、ドライブトレイン内における電気機械の考えられる配置状態並びにそれぞれの配置と関連した利点及び欠点の概観を記載している。
例えば、内燃機関のクランクシャフトへの電気機械の連結は、直接的な始動が可能であるという利点を有するが、牽引力を増強させることはできない。
摩擦クラッチとトランスミッションとの間の構成では、エネルギ回収が可能であるという利点があるが、直接的な始動と牽引力の増強は共に不可能である。
トランスミッション内に配置された電気機械は、牽引力の増強と回収の両方を可能にするが、これによっては、電気機械をスタータダイナモとして作動させることができない場合が多い。というのは、一般に、内燃機関を駆動するためには、摩擦クラッチだけでなくステップバイステップ型変速トランスミッションのクラッチのうちの少なくとも１つを入れなければならないからである。

非特許文献３であるDr. Robert Fischer et al., "Integration automatisierter Schaltgetriebe mit E-Maschine [Integration of automated transmissions with an electric machine]", Tagungsband zur Fachtagung "E-Maschine im Antriebsstrang [Conference papers for the specialist conference "The electoric machine in the drive train"], April 9, 1999は、電気機械を一方においてはクラッチを介してステップバイステップ型変速トランスミッションの出力シャフトに連結でき、他方において、クラッチを介してトランスミッションの入力シャフトに連結できるよう電気機械をドライブトレイン内に配置すること（以下、「フィッシャー解決策」という）を開示している。この構成は、特に有利であると考えられるが、その理由は、かかる構成により、スタータダイナモの作動、エネルギ回収及び牽引力の増強によるロードシフトが可能になるからである。
先行技術のこの変形例は、請求項１の前文を形成するために用いられている。

電気機械がステップバイステップ型変速トランスミッションのシャフトに連結されたドライブトレインの一例は、独国特許公開第１９９３１７７０号明細書（特許文献１）から知られている。
同期装置の代わりに、第３のギヤ速度のためのクラッチが、摩擦クラッチとして具体化されている。

独国特許公開第１９９６０６２１号明細書（特許文献２）は、自動車用ハイブリッド型駆動装置を開示しており、かかるハイブリッド型駆動装置では、ステップバイステップ型変速トランスミッションは、２つのコンポーネント型トランスミッションに分割されている。コンポーネント型トランスミッションのうちの一方は、電気機械に連結される。他方のコンポーネント型トランスミッションは、内燃機関及び（又は）電気機械への駆動装置連結部を有するのがよいが、このようにするかどうかは任意である。電気機械の出力シャフトは、ステップバイステップ型変速トランスミッションのシャフトに連結されている。

独国実用新案第２９５０２９０６号明細書（特許文献３）も又、電気機械のロータが内燃機関のクランクシャフトに回転自在に取り付けられたハイブリッド型駆動装置を開示している。ロータを第１の分離クラッチによりクランクシャフトに連結できる。ロータを第２の分離クラッチによりトランスミッションの入力シャフトに連結できる。

最後に、独国特許公開第１０１３３６９５号明細書（特許文献４）は、２つのコンポーネント型トランスミッションを有するダブルクラッチトランスミッションを開示している。トランスミッションのうち少なくとも一方を電気機械に連結できる。

独国特許公開第１９９３１７７０号明細書 独国特許公開第１９９６０６２１号明細書 独国実用新案第２９５０２９０６号明細書 独国特許公開第１０１３３６９５号明細書 Bosch Kraftfahrtechnisches Taschenbuch [Bosch Motor Vehicle Handbook] （ボッシュ自動車ハンドブック） Dr.-Ing. Wolfgang Reik, "Mogliche Anordnung des Startergenerators im Antriebsstrang [Possible arrangement of the starter generator in the drive train（ドライブトレインにおけるスタータダイナモの配置）], Tagungsband zur Fachtagung "E-Maschine im Antriebsstrang" [Conference papers at the specialist conference "The electric machine in the drive train（ドライブトレインにおける電気機械）"], April 9, 1999 Dr. Robert Fischer et al., "Integration automatisierter Schaltgetriebe mit E-Maschine [Integration of automated transmissions with an electric machine（電気機械を有する自動トランスミッションの統合）]", Tagungsband zur Fachtagung "E-Maschine im Antriebsstrang [Conference papers for the specialist conference "The electoric machine in the drive train（ドライブトレインにおける電気機械）"], April 9, 1999

上述の技術背景に鑑みて、本発明が解決しようとする課題は、自動車用改良型ドライブトレイン、内燃機関の改良型始動方法及び電流を発生させる改良型方法を提供することにある。

この目的は、摩擦クラッチをバイパスした状態で電気機械を回転の面で固定された状態でクランクシャフトに連結でき、このようにして、内燃機関を始動させ又は摩擦クラッチが切られているときには内燃機関により駆動されるようにする冒頭に記載したドライブトレインで達成される。

加うるに、上述の目的は、自動車の内燃機関を始動させ、自動車の発進を開始させる方法であって、内燃機関のクランクシャフトは、ドライブトレインの単一摩擦クラッチの入力要素に連結され、摩擦クラッチの出力要素はステップバイステップ型変速トランスミッションの入力シャフトに連結され、ドライブトレインは、ステップバイステップ型変速トランスミッションの出力シャフトに連結でき、更にクランクシャフトに直接連結できる電気機械を有する方法であって、上記方法は、始動要求信号に応答して、行われる次の段階、即ち、
ａ）摩擦クラッチをバイパスした状態で電気機械をクランクシャフトに連結する段階、
ｂ）摩擦クラッチがまだ切られていなければ摩擦クラッチを切る段階、
ｃ）発進に適当なステップバイステップ型変速トランスミッションのギヤ速度がまだ稼働していなければ上記ギヤ速度を稼働させる段階、
ｄ）電気機械を始動させて内燃機関を始動できるようにする段階、
ｅ）内燃機関を始動させる段階、
ｆ）摩擦クラッチを入れて自動車を発進させる段階を有していることを特徴とする方法によって達成される。
この関連で、段階ｂ）及びｃ）はそれぞれ、段階ａ）の前又は後に実施できる。段階ｄ）を段階ｃ）と同時に実施することができる。

更に、上述の目的は、自動車が静止している間、自動車の内燃機関により駆動される電気機械によって電流を発生させる方法であって、内燃機関のクランクシャフトは、ドライブトレインの単一摩擦クラッチの入力要素に連結され、摩擦クラッチの出力要素は、ステップバイステップ型変速トランスミッションの入力シャフトに連結され、ドライブトレインは、ステップバイステップ型変速トランスミッションの出力シャフトに連結でき、更にクランクシャフトに直接連結できる電気機械を有する方法において、
ｉ）摩擦クラッチがまだ切られていなければ摩擦クラッチを切る段階、
ｉｉ）発進に適当なステップバイステップ型変速トランスミッションのギヤ速度がまだ稼働していなければ上記ギヤ速度を稼働させる段階、
ｉｉｉ）摩擦クラッチをバイパスした状態で電気機械をクランクシャフトに連結して電気機械が発電機として働くようにする段階を有していることを特徴とする方法によって達成される。

電気機械を直接クランクシャフトに連結できるようにする手段により、本発明のドライブトレインは、内燃機関を始動させ、又は摩擦クラッチを入れる必要なく、電気機械を発電機モードで作動させることができる。
その結果、本発明のドライブトレインでは、電気機械をスタータダイナモとして作動させるだけでなく牽引力を増強させる機能が可能である。それどころか、摩擦クラッチを切っているときにクランクシャフトに直接連結できる結果として、内燃機関の始動前又は始動中に始動のためのギヤ速度をステップバイステップ型変速トランスミッションに採用することができる。内燃機関が始動すると、始動プロセスを直接開始させるため（これは、直接的始動と呼ばれる）摩擦クラッチを入れるのがよい。

これに対応して、自動車が静止状態にあり、内燃機関が作動しているとき、ギヤ速度を入れた状態で摩擦クラッチを切ったままにすることができ、それにもかかわらず、クランクシャフトを介して搭載型電気システムに給電する目的で電気機械を駆動することができる。
これと同様に、摩擦クラッチが入っているとき、電気機械をクランクシャフトに直接連結できることにより、駆動力をトランスミッションの入力シャフトに加えることができ（例えば、「ブースタ」として）、或いはオーバーラン状態の間、遠心エネルギを電気エネルギに更に変換すること（エネルギ回収）ができる。

当然のことながら、本発明のドライブトレインは特に、ステップバイステップ型変速トランスミッション及び摩擦クラッチの本質的な機能をアクチュエータで実行させる自動化ドライブトレインである。
加うるに、ドライブトレインは、内燃機関が主エンジンであり、電気機械が単に追加の機能を実行し、同等のドライブ源を構成しない自動車に特に適している。
内燃機関を始動させ、自動車の発進を開始させる本発明の方法により、公知の方法と比較して相当な時間を節約することができる。これにより、快適感が増す。

電気モータをトランスミッションの出力シャフト又はトランスミッションの入力シャフトに択一的に連結できる先行技術のかかるドライブトレイン（フィッシャー解決策）では、例えば、ドライブトレインの直接始動又は始動／停止機能をかかる都合のよい仕方では実現できない。かかる場合、電気機械は、摩擦クラッチを入れたときに内燃機関を始動させなければならず、他方ステップバイステップ型変速トランスミッションのクラッチを切らなければならない。その後、摩擦クラッチを再び切って発進歯車を噛み合わせなければならず、この目的のため、トランスミッションの依然として回転している駆動シャフトを静止状態になるまで同期させなければならない。次に、発進のために摩擦クラッチを再び入れることができるに過ぎない。斜面上では、車両が後ずさりする恐れがあり、かくして「ヒルホルダ（hill holder ）」が必要である。

先行技術の構成（フィッシャー解決策）は、自動車が静止状態にあるとき、発電機作動モードでも同様に欠点がある。電気機械を内燃機関が自動車の静止状態で作動しているとき発電機として作動させる場合、噛み合い状態の歯車をまず最初に外し、摩擦クラッチを入れなければならない。次に、自動車を発進させる場合、摩擦クラッチをまず最初に再び切り、そして発進用ギヤ速度を入れ、その目的のため、依然として回転している駆動シャフトを静止状態に減速（同期）させなければならない。この場合、発進の目的のために摩擦クラッチを再び入れることができるに過ぎない。

これら欠点は、本発明の方法により回避できる。発進プロセスをシステム全体の受容に寄与する両方の作動モードで迅速に実施することができる。特に、運転手は、通常の自動車と比較して違いを感じないであろう。発電機作動モードの場合、自動車が静止状態にあるとき、クリープ機能（ヒルホルダ機能）を摩擦クラッチにより一種の「発進補助装置」として提供することでさえできる。

本発明のドライブトレインの好ましい一実施形態によれば、電気機械は、ステップバイステップ型変速トランスミッションのハウジングの外部に配置されており、電気機械は、シャフトシールを介してハウジングの内部へ延びる出力シャフトを有する。
この実施形態では、電気機械はトランスミッションハウジングの外部に配置されているので電気機械を特に密封する必要がない。この場合、電気機械の出力シャフトをステップバイステップ型変速トランスミッションの出力シャフト又はトランスミッションハウジング内のクランクシャフトに連結できる。例えば、この目的のために従来型シフトクラッチを用いることができる。

電気機械の出力シャフトは、ステップバイステップ型変速トランスミッションの出力シャフトに平行に配置されていれば特に好ましい。
この関係で、自動車のドライブトレインに役立つ設置空間を特に都合よく用いることができる。
加うるに、この実施形態では、電気機械の出力シャフトは、ホイールセット及びシフトクラッチを介してステップバイステップ型変速トランスミッションの出力シャフトに連結できれば好ましい。

したがって、電気機械をステップバイステップ型変速トランスミッションの出力シャフトに連結する技術は、ステップバイステップ型変速トランスミッションの内部に設けられた標準型要素により具体的に実施でき、かくしてこれら標準型要素は費用に対し効果の高い仕方で製造できる。
シフトクラッチは、同期クラッチであれば特に有利である。
このように、ステップバイステップ型変速トランスミッションの出力シャフトと比較して回転速度の差があっても主として振動無く電気機械を連結することができる。

別の好ましい実施形態によれば、電気機械の出力シャフトは、内燃機関のクランクシャフトに平行に配置されている。
この構成により、ステップバイステップ型変速トランスミッションの出力シャフトとクランクシャフトの両方への電気機械の連結を構造的に好ましい仕方で実施できる。
加うるに、電気機械の出力シャフトは、シフトクラッチを介してクランクシャフトに連結でき、シフトクラッチは、ステップバイステップ型変速トランスミッションのハウジングの内部に配置されていれば有利である。

この実施形態では、クランクシャフトへのシフト可能な連結を生じさせるために標準型であり且つメンテナンスフリーのシフトクラッチをトランスミッションハウジングの内部に配置できることも又、特に好都合である。換言すると、トランスミッションの外部に特定のメンテナンス又は包封（エンキャプスレーション）手段を必要とするシフト手段を設ける必要はない。
また、電気機械の出力シャフトとクランクシャフトの連結は、シャフトを介して行われ、上記シャフトは、ステップバイステップ型変速トランスミッションの入力シャフトに平行に配置されると有利であると考えられる。

この実施形態では、別個のシャフトを構造的に好都合な仕方で配置して特にトランスミッションハウジングの外部に電気モータの配置のための広い空き空間を提供するようにすることが可能である。
当然のことながら、シフトクラッチがトランスミッションハウジングの内部に配置されている場合、別個のシャフトがクランクシャフトへの連結を行うためにシャフトシールを経てトランスミッションハウジングから出ることになる。

別の好ましい一実施形態によれば、電気機械の出力シャフトとクランクシャフトの連結は、回転要素を介して行われ、上記回転要素は、ステップバイステップ型変速トランスミッションの入力シャフトに対して同心状に配置されている。
この場合、シャフトがステップバイステップ型変速トランスミッションとクランクシャフトとの間で限られた設置空間内でトランスミッションの外部に取り付けられ、その結果、設置空間が半径方向にそれほど増大しないようになることはないので特に好ましい。
回転要素は、中空シャフトとして具体化され、上記中空シャフトは、摩擦クラッチの入力シャフトに連結されると共にステップバイステップ型変速トランスミッションの入力シャフトの周りに配置されていれば特に好ましい。

この実施形態では、電気機械の出力シャフトへの回転要素の連結は特に、ステップバイステップ型変速トランスミッションのハウジングの内部で特に都合よく具体化できる。特に、ステップバイステップ型変速トランスミッションのハウジングの短い軸方向全長が得られる。
変形例として、ステップバイステップ型変速トランスミッションの入力シャフトは、中空シャフトとして具体化され、回転要素は、入力シャフトの内部に設けられたシャフトとして設けられていると有利である。
この実施形態では、回転要素を摩擦クラッチの入力要素に特に簡単な仕方で連結できる。

さらに別の好ましい一実施形態によれば、回転要素は、シャフトシールによってステップバイステップ型変速トランスミッションのハウジングに対して密封されていて、回転の面で固定された状態で少なくとも１つの原動節によってクランクシャフトに連結されたリングギヤとして具体化され、前記少なくとも１つの原動節は、摩擦クラッチの入力要素に連結されている。
この場合、摩擦クラッチ及びそのアクチュエータは、上述の原動節を除きほぼ不変状態のままであることが可能なので有利である。

電気機械の出力シャフトとリングギヤの連結は、少なくとも１つの可撓性駆動機構を介して行われると特に有利である。
可撓性駆動機構は例えば、ベルトドライブ又はチェーンドライブであるのがよい。この手段により、ギヤホイールによる連結と比較して軽量化できる。加うるに、トランスミッションの半径方向の全体的なサイズは、この手段によって制限される場合がある。
この関係で、存在する設置空間を、ステップバイステップ型変速トランスミッションの入力シャフトに対しリングギヤの同心配置により都合よく利用できる。
加うるに、電気機械の出力シャフトは、シフトクラッチパッケージによってクランクシャフト又はステップバイステップ型変速トランスミッションの出力シャフトに択一的に連結できると全体的に有利である。
このように、電気機械をコンパクトな構造によりスタータ／ダイナモ作動モードから動力増強作動モードに切り替えることができる。
この場合、シフトクラッチパッケージは更に、電気機械の出力シャフトが空動きするようにするためにアイドリング状態に切り替え可能であれば特に有利である。

その結果、例えば、電気機械をステップバイステップ型変速トランスミッションの作動モードとは独立してセコンダリ組立体用のモータとして駆動することができる。
当然のことながら、上述すると共に以下に説明する特徴を、本発明の範囲から逸脱することなく、それぞれ特定の組合せだけでなく他の組合せ又は単独で利用することができる。

本発明の例示の実施形態が図面に示されており、以下においてこれら例示の実施形態を詳細に説明する。
図１では、本発明のドライブトレインの第１の実施形態が全体を符号１０で示されている。
ドライブトレイン１０を内燃機関１２によって駆動される自動車（詳細には示されていない）内に設置するのがよい。
ドライブトレイン１０は、摩擦クラッチ１４及びステップバイステップ型変速トランスミッション１６を有している。

摩擦クラッチ１４は、発進及び分離クラッチとして具体化されており、通常、乾式クラッチの形態をしている。しかしながら、これを湿式クラッチとして具体化してもよい。
摩擦クラッチ１４の入力要素は、内燃機関１２のクランクシャフト１８に連結されている。摩擦クラッチ１４の出力要素は、ステップバイステップ型変速トランスミッション１６の入力シャフト２０に連結されている。

ステップバイステップ型変速トランスミッション１６の出力シャフト２２は、ディファレンシャルギヤ（図示せず）を介して自動車の駆動輪に連結されている。
ステップバイステップ型変速トランスミッション１６は、従来型それ自体の設計では、出力シャフト２２に平行に配置されたカウンタシャフト２４を備えた円筒歯車機構として具体化されている。
ステップバイステップ型変速トランスミッション１６は、多数のギヤ速度に対応した多数のホイールセットを更に有しており、分かりやすくするために、図１にはこれらのうちホイールセット２６が１つだけ示されている。

ホイールセット２６は、回転の面において固定された状態で出力シャフト２２に連結された固定ホイール２８及びカウンタシャフト２４に回転自在に取り付けられた独立又は空回りホイール３０を有している。
概略的に示されたシフトクラッチ３２が、任意的に空回りホイール３０をカウンタシャフト２４に連結するために用いられる。シフトクラッチ３２は、同期クラッチとして具体化されたものであるのがよい。しかしながら、これは非同期型クロークラッチ等であってもよい。

加うるに、ドライブトレイン１０は、電気機械４０を有する。
電気機械４０の出力シャフト４２は、シフト可能なホイールセット４４により内燃機関１２のクランクシャフト１８に連結されている。シフトクラッチ４３（これは、例えば出力シャフト４２に装着されるのがよい）が、クランクシャフト１８を連結すると共に／或いは切り離すために用いられる。

加うるに、電気機械４０の出力シャフト４２は、シフト可能なホイールセット４６を介してステップバイステップ型変速トランスミッション１６の出力シャフト２２に連結されている。この目的のため、シフトクラッチ４８が、出力シャフト４２に設けられ、上述のシフトクラッチ４８は、ホイールセット４６を電気機械４０の出力シャフト４２に確実ロック方式で連結するよう構成されている。
電気機械４０をクランクシャフト１８に連結することにより始動発電機として作動させることができる。内燃機関１２を始動させるため、シフトクラッチ４３を入れ、シフトクラッチ４８を切り、摩擦クラッチ１４も又切る。すると、電気機械は、内燃機関１２を駆動して始動させるためにモータとして稼働する。

内燃機関１２が作動しているとき、電気機械４０は、発電機として稼働し、自動車の搭載型電気系統に電圧を供給すると共に／或いは自動車のバッテリ（詳細には示さず）を充電する目的を有している。
ギヤ速度を変える場合、電気機械４０は、牽引力を増強させるために使用できる。この場合、シフトクラッチ４３を解除し、シフトクラッチ４８を入れる。ソースギヤ速度を切り又は稼働停止させ、標的ギヤ速度を入れ又は稼働させるための摩擦クラッチ１４が切られている間、電気機械４０をモータとして稼働させることができる。その目的は、このようにして、牽引力をステップバイステップ型変速トランスミッション１６の出力シャフト２２に加えることにある。

加うるに、ギヤ速度を稼働させ、摩擦クラッチ１４を入れると、電気機械４０を「ブースタ」として用いることができる。その目的は、トランスミッションの出力シャフト２２のところの出力動力を増大させることにある。ブースタ作動モードは、シフトクラッチ４８を切った場合又はシフトクラッチ４３を入れた場合に起こることができる。後者の場合、モーメントフラックスがそれぞれ選択されたギヤ速度を介して生じる。これは場合によっては、特に低ギヤ速度で有利である。

電気機械４０の出力シャフト４２をクランクシャフト１８に直接連結できることにより、摩擦クラッチ１４を開いた場合、内燃機関１２を始動させることができる。当然のことながら、この場合、シフトクラッチ４８も開かなければならない。
これは、発進プロセスのためのギヤ速度を既にステップバイステップ型変速トランスミッション１６に入れることができることを意味している。内燃機関１２が始動した後、発進プロセスを開始させるために次にすぐに摩擦クラッチ１４を入れるのがよい。必要ならば、内燃機関１２を始動させ、摩擦クラッチ１４を入れるプロセスも又、オーバーラップ方式で実施するのがよい。

加うるに、電気機械４０を、内燃機関１２のオーバーラン条件下で用いることができる。その目的は、エネルギを回収すること（エネルギ回復）にあり、その目的のため、クラッチ４３を切り、クラッチ４８を入れる。
また、電気機械４０を内燃機関１２が静止状態で作動しているとき、発電機として稼働させることができる。この場合、分離クラッチ４３を入れ、クラッチ４８を切る。

加うるに、電気機械４０を操縦補助手段又は発進補助手段として用いることができる。この場合、摩擦クラッチ１４及びシフトクラッチ４３を切り、シフトクラッチ４８を入れる。その目的は、操縦又は発進のために自動車を電気機械４０により駆動し又はこれを斜面上に保持する（「ヒルホルダ」）目的で自動車を電気機械４０によって駆動することにある。これとは別個に、電気機械４０は、ドライブトレインの振動を減衰させるために用いることもできる。

本発明のドライブトレイン１０の第１の実施形態の機能に関する上記説明は、以下に説明する本発明のドライブトレインの実施形態にも適用できる。別段の指定がなければ、この点に関し、ドライブトレイン１０の説明は以下に説明するドライブトレインに当てはまる。その結果、以下の説明においては、同一の要素にはドライブトレイン１０の場合と同一の符号が付けられている。各場合において、ドライブトレイン１０と比較した場合の相違点のみを説明する。

以下に説明する本発明のドライブトレインの実施形態は、ドライブトレイン１０の基本構想を特に設計の面で、特にクランクシャフト１８の連結法及びステップバイステップ型変速トランスミッションのハウジングに対する電気機械４０又はその出力シャフト４２の配置に関して有利に実施できるようにする有利な解決策を提供する。

図２においては、本発明のドライブトレインの第２の実施形態が全体を符号５４で示されている。
ステップバイステップ型変速トランスミッション１６のハウジングは、図２において符号５６で示されている。注目されるべきこととして、電気機械４０は、フランジによりハウジング５６の外部に連結され、出力シャフト４２は、シャフトシール５５を経てハウジング５６の内部へ導かれている。

セコンダリシャフト５８が、出力シャフト４２の延長部として設けられており、このセコンダリシャフトは、ハウジング５６の内部からシャフトシール５７を介してハウジング５６の他端部から外部へ延びている。この場合、セコンダリシャフト５８はトランスミッション入力シャフト２０に平行に延び、摩擦クラッチ１４を通っている。
ステップバイステップ型変速トランスミッション１６は、図示の実施形態では、横型トランスミッションとして具体化されており、カウンタシャフト２４はステップバイステップ型変速トランスミッション１６の出力シャフト２２を同時に形成している。

図示の実施形態では、ハウジング５６から突き出たセコンダリシャフト５８の部分は、回転の面で固定された状態で、ベルトドライブ６２を介して内燃機関１２のクランクシャフト１８に連結されている。
電気機械４０の出力シャフト４２は、シフトクラッチ４８によってシフトできるホイールセット５９を介してステップバイステップ型変速トランスミッション１６の出力シャフト２２に連結されている。

ホイールセット５９は、電気機械４０の出力シャフト４２に回転自在に取り付けられたギヤホイール（詳細には示さず）、トランスミッションの入力シャフト２０に回転自在に取り付けられたギヤホイール及び回転の面で出力シャフト２２に固定されるよう固定状態にあるギヤホイールを有している。
加うるに、中間ギヤホイール６４が、回転方向を逆にするために設けられている。
電気機械４０の出力シャフト４２も又、シフトクラッチ６０によってセコンダリシャフト５８に連結可能である。

クラッチ４８，６０は、シフティングパッケージとして具体化されており、出力シャフト４２は、シフティングスリーブ（詳細には示さず）の中央位置では空回り状態にあり、セコンダリシャフト５８にもトランスミッションの出力シャフト２２にも連結されていない。
加うるに、摩擦クラッチ１４は、図２ではより詳しく示されている。摩擦クラッチ１４は、回転の面で固定された状態でクランクシャフト１８に連結されたフライホイール６６を有している。クラッチプレート６８が、回転の面で固定された状態でトランスミッションの入力シャフト２０に連結されている。公知のように、クラッチ板６８は、円板ばね等でフライホイール６６に押し付けられ、円板ばねは、クラッチバスケット６７に取り付けられている。

本発明のドライブトレイン１０は好ましくは、自動化ドライブトレインとして具体化され、種々のクラッチ１４，４３，４８，６０の作動又は起動操作は、制御装置（詳細には示さず）によって制御される適当なアクチュエータにより行われる。
クラッチ４８，６０がトランスミッションハウジング５６内の内部に配置されている結果として、これらクラッチをステップバイステップ型変速トランスミッション１６のギヤ速度を稼働させたり稼働停止させたりするシフトクラッチ３２と同様な仕方で構成できる。電気機械４０がトランスミッションハウジング５６の外部に配置されている結果として、特別な包封手段を行わないで用いることができる。

図２のドライブトレイン５４の改造例が図３に全体を符号７０で示されている。
ホイールセット５９′は、この改造例では回転方向を逆にする中間ギヤホイール６４を備えていない。

図４は、本発明のドライブトレイン７６の第３の実施形態を示している。
ドライブトレイン７６では、トランスミッションハウジング５６の内部に延びる電気機械４０の出力シャフト４２は、ホイールセット７８を介して中空シャフトの形態をしたセコンダリシャフト８０に連結可能である。この実施形態では、中空シャフト８０は、回転の面で固定された状態でクラッチバスケット８２に連結され、その結果回転の面で固定された状態でクランクシャフト１８に連結されている。

トランスミッションの入力シャフト２０は、中空シャフト８０を貫通して延びている。 この実施形態は、ドライブトレイン５４と比較して、電気機械４０の出力シャフト４２とクランクシャフト１４の連結が、トランスミッション入力シャフト２０に対して同心状に配置された回転要素（中空シャフト８０の形態をしている）を介して行われるという利点を有している。その結果、設置ペースを半径方向に狭く維持できる。摩擦クラッチ１４を越えて外部に延びるシャフトは不要である。

図５は、本発明のドライブトレイン８８の別の変形実施形態を示している。
この実施形態では、電気機械４０の出力シャフト４２は、ホイールセット９２を介してセコンダリシャフト９０に連結され、このセコンダリシャフトは、回転の面で固定された状態で上記クランクシャフト１８の延長部としてクランクシャフト１８に連結されている。この実施形態では、トランスミッションの入力シャフト９４は、中空シャフトとして具体化され、セコンダリシャフト９０を包囲している。
トランスミッションの入力シャフト９４は、一定のホイールセット９６によりステップバイステップ型変速トランスミッションのカウンタシャフト２４に連結されている。ステップバイステップ型変速トランスミッション１６はこの実施形態では、縦型設計で具体化されている。

この実施形態においても、電気機械４０の出力シャフト４２をトランスミッションの入力シャフト９４に対し同心状に配置された回転要素（中空シャフト９４）を介してクランクシャフト１８に連結できれば有利である。この点において、この実施形態においても、摩擦クラッチ１４を包囲するシャフトは不要である。

図６は、本発明のドライブトレイン１００の第５の実施形態を示している。
この実施形態では、回転の面で固定された状態でクランクシャフト１８に連結されたセコンダリシャフト９０は、ステップバイステップ型変速トランスミッション１６の軸方向長さ全体にわたって延びており、このセコンダリシャフトは、ハウジング５６の出力端部のところに配置されたホイールセット１０２を介して電気機械４０の出力シャフト４２に連結できる。ステップバイステップ型変速トランスミッション１６のホイールセット２６は、中空シャフトとして具体化されたトランスミッションの入力シャフト９４に装着されている。

対照的に、図５のドライブトレイン８８では、連結用ホイールセット９２は、トランスミッションの入力端部のところに設けられ、ホイールセット２６は、トランスミッションの出力シャフト２２又はカウンタシャフト２４に取り付けられている。

図７は、本発明のドライブトレイン１０８の第６の実施形態を示している。
図７のドライブトレインの記載を参照すると、クラッチアクチュエータ１１０が摩擦クラッチ１４とステップバイステップ型変速トランスミッション１６のハウジング５６との間に配置され、具体的には、トランスミッション入力シャフト２０に対し同心状に配置されていることが明白である。
クランクシャフト１８を電気機械４０の出力シャフト４２に連結するため、１以上の原動節又は駆動歯車１１２がステップバイステップ型変速トランスミッション１６に向いたクラッチバスケット６７の側部に設けられている。
駆動歯車１１２は、リングギヤ１１４と噛み合い状態にあり、このリングギヤは、クラッチアクチュエータ１１０の周りに同心状に配置されていて、ステップバイステップ型変速トランスミッション１６のハウジング５６に回転自在に取り付けられている。

この関係で、リングギヤ１１４は、２つのシャフトシール１１６，１１７によってトランスミッションハウジング５６に対して封止されており、かくして、ハウジング５６の内部をクラッチ側から分離している。
ギヤホイール１１９と噛み合うギヤホイール１１８が、リングギヤ１１４に固定されている。
ギヤホイール１１９は、回転の面で固定された状態でセコンダリシャフト１２０に連結され、このセコンダリシャフト１２０は、トランスミッションの入力シャフト２０に平行に配置されている。その結果、セコンダリシャフト１２０は、回転の面で固定された状態でクランクシャフト１８に連結されている。

電気機械４０の出力シャフト４２は、ホイールセット１２２を介して第２のセコンダリシャフト１２３に連結されており、この第２のセコンダリシャフト１２３は、第１のセコンダリシャフト１２０の延長部として設けられている。クラッチ４８及びクラッチ６０で構成されたシフティングパッケージは、第２のセコンダリシャフト１２３に取り付けられている。シフトクラッチ６０は、セコンダリシャフト１２０，１２３を互いに連結している。シフトクラッチ４８は、セコンダリシャフト１２３をホイールセット５９に連結している。

この実施形態では、電気機械４０の出力シャフト４２とクランクシャフト１８の連結がトランスミッションの入力シャフト２０に対し同心状に配置された回転要素（リングギヤ１１４）を介して行われているので有利である。しかしながら、それと同時に、摩擦クラッチ１４の付近に中空シャフト構造は不要であり、従って、摩擦クラッチ１４は全体として従来設計のものであってよいようになる。クラッチバスケット６７のところに設けることが必要なものは、クラッチバスケット６７をリングギヤ１１４に連結して回転の面で固定されるようにする原動節又は駆動歯車１１２だけである。

加うるに、リングギヤ１１４内には、クラッチアクチュエータ１１０を収容するのに十分な設置スペースが存在する。
第２のセコンダリシャフト１２３及びホイールセット１２２が設けられている結果として、トランスミッションハウジング５６上における電気機械４０の配置の選択に融通を効かせることができる。しかしながら、変形例として、クラッチ４８，６０を電気機械４０の出力シャフト４２に直接取り付けることも可能である。

図８は、全体として図７のドライブトレイン１０８と同一の本発明のドライブトレイン１３０の第７の実施形態を示している。
ドライブトレイン１３０では、リングギヤ１１４は、ベルトプーリ１３３を備え、このリングギヤは、ベルトドライブ１３４を介してセコンダリシャフト１２０に連結されている。ホイールセット５９に代えて、図８に全体を符号１２３で示すベルト出力も又設けられている。

本発明のドライブトレインの第１の実施形態の概略配置図である。 本発明のドライブトレインの第２の実施形態の概略配置図である。 本発明のドライブトレインの第２の実施形態の改造例を示す図である。 本発明のドライブトレインの第３の実施形態の概略配置図である。 本発明のドライブトレインの第４の実施形態の概略配置図である。 本発明のドライブトレインの第５の実施形態の概略配置図である。 本発明のドライブトレインの第６の実施形態の概略配置図である。 本発明のドライブトレインの第７の実施形態の概略配置図である。

Claims (17)

1. 内燃機関（１２）により駆動される自動車用のドライブトレイン（１０；５４；７０；７６；８８；１００；１０８；１３０）であって、
   −内燃機関（１２）のクランクシャフト（１８）に連結される入力要素及び出力要素を備えた単一の摩擦クラッチ（１４）と、
   −摩擦クラッチ（１４）の出力要素に連結された入力シャフト（２０；９４）、多数のギヤ速度に対応した多数のホイールセット（２６）及び出力シャフト（２２）を備えたステップバイステップ型変速トランスミッション（１６）と、
   −摩擦クラッチ（１４）が切られ又は入れられているときに牽引力をステップバイステップ型変速トランスミッション（１６）の出力シャフト（２２）に加えることができるようにするためにクラッチ（４８）を介してステップバイステップ型変速トランスミッション（１６）の出力シャフト（２２）に連結でき、内燃機関（１２）を始動させるために又は内燃機関（１２）により駆動されるようにするために始動発電機としてクランクシャフト（１８）に連結できる電気機械（４０）とを有するドライブトレインにおいて、
   電気機械（４０）は、回転の面において固定された状態でクランクシャフト（１８）に連結でき、他方、このようにして内燃機関（１２）を始動させるために又は摩擦クラッチ（１４）が切られているときに内燃機関（１２）により駆動されるようにするために摩擦クラッチ（１４）をバイパスすることを特徴とするドライブトレイン。
2. 電気機械（４０）は、ステップバイステップ型変速トランスミッション（１６）のハウジング（５６）の外部に配置されており、電気機械は、シャフトシール（５５）を介してハウジングの内部へ延びる出力シャフト（４２）を有していることを特徴とする請求項１記載のドライブトレイン。
3. 電気機械（４０）の出力シャフト（４２）は、ステップバイステップ型変速トランスミッション（１６）の出力シャフト（２２）に平行に配置されていることを特徴とする請求項２記載のドライブトレイン。
4. 電気機械（４０）の出力シャフト（４２）は、ホイールセット（５９）及びシフトクラッチ（４８）を介してステップバイステップ型変速トランスミッション（１６）の出力シャフト（２２）に連結できることを特徴とする請求項３記載のドライブトレイン。
5. シフトクラッチ（４８）は、同期クラッチであることを特徴とする請求項４記載のドライブトレイン。
6. 電気機械（４０）の出力シャフト（４２）は、内燃機関（１２）のクランクシャフト（１８）に平行に配置されていることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか一に記載のドライブトレイン。
7. 電気機械（４０）の出力シャフト（４２）は、シフトクラッチ（６０）を介してクランクシャフト（１８）に連結でき、シフトクラッチ（６０）は、ステップバイステップ型変速トランスミッション（１６）のハウジング（５６）の内部に配置されていることを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか一に記載のドライブトレイン。
8. 電気機械（４０）の出力シャフト（４２）とクランクシャフト（１８）の連結は、シャフト（４２；５８）を介して行われ、前記シャフト（４２；５８）は、ステップバイステップ型変速トランスミッション（１６）の入力シャフト（２０；８０；９４）に平行に配置されていることを特徴とする請求項１〜７のうちいずれか一に記載のドライブトレイン。
9. 電気機械（４０）の出力シャフト（４２）とクランクシャフト（１８）の連結は、回転要素（８０；９０；１１４）を介して行われ、前記回転要素（８０；９０；１１４）は、ステップバイステップ型変速トランスミッション（１６）の入力シャフト（２０；９４）に対して同心状に配置されていることを特徴とする請求項１〜７のうちいずれか一に記載のドライブトレイン。
10. 回転要素（８０）は、中空シャフト（８０）として具体化され、前記中空シャフト（８０）は、摩擦クラッチ（１４）の入力シャフトに連結されると共にステップバイステップ型変速トランスミッション（１６）の入力シャフト（２０）の周りに配置されていることを特徴とする請求項９記載のドライブトレイン。
11. ステップバイステップ型変速トランスミッション（１６）の入力シャフト（９４）は、中空シャフトとして具体化され、回転要素（９０）は、入力シャフト（９４）の内部に設けられたシャフト（９０）として設けられていることを特徴とする請求項９記載のドライブトレイン。
12. 回転要素（１１４）は、シャフトシール（１１６，１１７）によってステップバイステップ型変速トランスミッション（１６）のハウジング（５６）に対して密封されていて、回転の面で固定された状態で少なくとも１つの原動節（１１２）によってクランクシャフト（１８）に連結されたリングギヤ（１１４）として具体化され、前記少なくとも１つの原動節は、摩擦クラッチ（１４）の入力要素に連結されていることを特徴とする請求項９記載のドライブトレイン。
13. 電気機械（４０）の出力シャフト（４２）とリングギヤ（１１４）の連結は、少なくとも１つの可撓性駆動機構（１３２，１３４）を介して行われていることを特徴とする請求項１２記載のドライブトレイン。
14. 電気機械（４０）の出力シャフト（４２）は、クラッチパッケージ（４８，６０）によってクランクシャフト（１８）又はステップバイステップ型変速トランスミッション（１６）の出力シャフト（２２）に択一的に連結できることを特徴とする請求項１〜１３のうちいずれか一に記載のドライブトレイン。
15. クラッチパッケージ（４８，６０）は更に、電気機械（４０）の出力シャフト（４２）が空動きするようにするためにアイドリング状態に切り替え可能であることを特徴とする請求項１４記載のドライブトレイン。
16. 自動車の内燃機関（１２）を始動させ、自動車の発進を開始させる方法であって、内燃機関（１２）のクランクシャフト（１８）は、ドライブトレイン（１０；５４；７０；７６；８８；１００；１０８；１３０）の単一摩擦クラッチ（１４）の入力要素に連結され、摩擦クラッチ（１４）の出力要素はステップバイステップ型変速トランスミッション（１６）の入力シャフト（２０；９４）に連結され、ドライブトレイン（１０；５４；７０；７６；８８；１００；１０８；１３０）は、ステップバイステップ型変速トランスミッションの出力シャフト（２２）に連結でき、更にクランクシャフト（１８）に直接連結できる電気機械（４０）を有する方法であって、前記方法は、始動要求信号に応答して、行われる次の段階、即ち、
    ａ）摩擦クラッチ（１４）をバイパスした状態で電気機械（４０）をクランクシャフト（１８）に連結する段階、
    ｂ）摩擦クラッチ（１４）がまだ切られていなければ摩擦クラッチ（１４）を切る段階、
    ｃ）発進に適当なステップバイステップ型変速トランスミッション（１６）のギヤ速度がまだ稼働していなければ前記ギヤ速度を稼働させる段階、
    ｄ）電気機械（４０）を始動させて内燃機関（１２）を始動できるようにする段階、
    ｅ）内燃機関（１２）を始動させる段階、
    ｆ）摩擦クラッチを入れて自動車を発進させる段階を有していることを特徴とする方法。
17. 自動車が静止している間、自動車の内燃機関（１２）により駆動される電気機械（４０）によって電流を発生させる方法であって、内燃機関（１２）のクランクシャフト（１８）は、ドライブトレイン（１０；５４；７０；７６；８８；１００；１０８；１３０）の単一摩擦クラッチ（１４）の入力要素に連結され、摩擦クラッチ（１４）の出力要素は、ステップバイステップ型変速トランスミッション（１６）の入力シャフト（２０；９４）に連結され、ドライブトレイン（１０；５４；７０；７６；８８；１００；１０８；１３０）は、ステップバイステップ型変速トランスミッションの出力シャフト（２２）に連結でき、更にクランクシャフト（１８）に直接連結できる電気機械（４０）を有する方法において、
    ｉ）摩擦クラッチ（１４）がまだ切られていなければ摩擦クラッチ（１４）を切る段階、
    ｉｉ）発進に適当なステップバイステップ型変速トランスミッション（１６）のギヤ速度がまだ稼働していなければ前記ギヤ速度を稼働させる段階、
    ｉｉｉ）摩擦クラッチ（１４）をバイパスした状態で電気機械（４０）をクランクシャフト（１８）に連結して電気機械（４０）が発電機として働くようにする段階を有していることを特徴とする方法。

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