JP2009063172A - 車両のパワートレイン - Google Patents

Abstract

【課題】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を提供する。
【解決手段】外部メイントランスミッション８，１０，１６と内部差動歯車組立体１８，２０，２２とを有しメイントランスミッションは、回転出力手段１６に連結した２つの回転入力手段８，１０を有して出力手段１６の回転速度が２つの回転可能な入力手段８，１０の速度の合計又は差に比例して変化できるようにし、差動歯車組立体は、２つの差動回転出力手段２４，２６に連結した回転入力手段１８を有し、メイントランスミッションの出力手段１６と差動歯車組立体の回転入力手段１８は連結される。メイントランスミッションの回転可能な入力手段の一方１０は他方８を、メイントランスミッションの回転出力手段１６に接続している歯車１４を有する。
【選択図】図１

Description

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。

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、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１６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１４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１６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３２、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、３８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。

図１は本発明の第１の特徴を示す実施例の部分断面図である。 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である。 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である。 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である。 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である。 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である。 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である。 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。

Claims (26)

1. 外部メイントランスミッション（８、１０、１６）と内部差動歯車組立体（１８、２０、２２）とを有し、
   前記メイントランスミッション（８、１０、１６）は、回転出力手段（１６）に連結した２つの回転入力手段（８、１０）を有して前記出力手段（１６）の回転速度が２つの回転可能な入力手段（８、１０）の速度の合計又は差に比例して変化できるようにし、前記差動歯車組立体（１８、２０、２２）は、前記メイントランスミッション（８、１０、１６）の内部に配置されており、２つの差動回転出力手段（２４、２６）に連結した回転入力手段（１８）を有し、前記メイントランスミッションの出力手段（１６）と前記差動歯車組立体の回転入力手段（１８）は連結される、車両動力トランスミッションユニット（２）において、
   前記メイントランスミッション（８、１０、１６）の前記回転可能な入力手段の一方（１０）は、前記メイントランスミッション（８、１０、１６）の前記回転可能な入力手段の他方（８）を、前記メイントランスミッション（８、１０、１６）の前記回転出力手段（１６）に接続している歯車（１４）を有す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（２）。
2. 前記メイントランスミッション（８、１０、１６）の２つの入力手段（８、１０）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）とを有し、前記遊星歯車組立体（１０）は、前記接続している歯車（１４）を担持していることを特徴とする請求項１に記載の車両動力トランスミッションユニット（２）。
3. 前記遊星歯車組立体（１０）は、輪形ピニオンキャリア（１２）を備え、前記接続している歯車（１４）は、内部に配置されて前記第１の軸（Ａ−Ａ）に垂直の軸を有する遊星傘形ピニオン歯車（１４）を備え、前記ピニオンキャリア（１２）は、前記ピニオン歯車（１４）を回転可能に支持することを特徴とする請求項２に記載の車両動力トランスミッションユニット（２）。
4. 前記第１の傘形歯車（８）と輪形ピニオンキャリア（１２）は各々個々に前記２つの動力ユニット（３２、３４）に連結可能であることを特徴とする請求項３に記載の車両動力トランスミッションユニット（２）。
5. 前記メイントランスミッションの出力手段（１６）は、前記第１の軸（Ａ−Ａ）に垂直の軸を中心に回転する第２の傘形歯車（１６）を有することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の車両動力トランスミッションユニット（２）。
6. 前記差動歯車組立体（１８、２０、２２）の出力手段（２４、２６）は同軸状に配置されて前記差動ピニオン歯車（１８）と噛み合って前記第１の軸（Ａ−Ａ）を中心に回転する２つの差動傘形側歯車（２０、２２）を有することを特徴とする請求項５に記載の車両動力トランスミッションユニット（２）。
7. 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（８、１６）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（１８、２０、２２）の２つの差動傘形側歯車（２０、２２）は、前記メイントランスミッション（８、１０、１６）の第１及び第２の傘形歯車（８、１６）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（２４、２６）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６に記載の車両動力トランスミッションユニット（２）。
8. 前記メイントランスミッション（８、１０、１６）は前記差動歯車組立体（１８、２０、２２）に差動フレーム（２８）により連結され、前記差動フレーム（２８）は前記メイントランスミッション（８、１０、１６）の第２の傘形歯車（１６）に連結して前記差動歯車組立体（１８、２０、２２）の差動ピニオン歯車（１８）を担持することを特徴とする請求項６又は７に記載の車両動力トランスミッションユニット（２）。
9. 予め定めた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（３０）において、
   ２つの動力ユニット（３２、３４）と、
   請求項１〜８のいずれか１項に記載の車両動力トランスミッションユニット（２）とを備え、
   前記車両動力トランスミッションユニット（２）は、制御手段（５８）をさらに備え、前記制御手段（５８）は、指令入力を受け入れるための手段と、前記パワートレイン（３０）の動作に関連した性能パラメータを決定する手段とを有し、
   前記性能パラメータは、前記２つの動力ユニット（３２、３４）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（８、１０）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（２４、２６）の各々の負荷と、前記差動歯車組立体の２つの出力手段（２４、２６）の各々の回転速度とを有し、
   前記制御手段（５８）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（３０）。
10. 前記回転可能な入力手段の各々は、前記動力ユニットの各々へ接続されていることを特徴とする請求項９に記載の車両パワートレイン（３０）。
11. 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有することを特徴とする請求項９又は１０に記載の車両パワートレイン（３０）。
12. 前記２つの動力ユニット（３２、３４）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有する組から選択されることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載の車両パワートレイン（３０）。
13. 前記２つの動力ユニット（３２、３４）は、その回転動力出力手段（３６、３８）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９〜１２のいずれか１項に記載の車両パワートレイン（３０）。
14. 前記２つの動力ユニット（３２、３４）の回転動力出力手段（３６、３８）は同じ方向に回転す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（３０）。
15. 前記２つの動力ユニット（３２、３４）の一方は定速電動モータを有し、前記２つの動力ユニットの他方は可変速機関を有することを特徴とする請求項９〜１４のいずれか１項に記載の車両パワートレイン（３０）。
16. 一方の動力ユニットは実質的に一定の入力を提供し、他方の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９〜１５のいずれか１項に記載の車両パワートレイン（３０）。
17. 前記２つの動力ユニット（３２、３４）の回転動力出力手段（３６、３８）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（８、１０）の１つにクラッチ手段（４０、４２）により選択的に連結されることを特徴とする請求項９〜１４のいずれか１項に記載の車両パワートレイン（３０）。
18. 前記動力ユニット（３２、３４）は、オットー機関又はデイーゼル機関を有し、前記動力トランスミッションユニット（２）は前記２つの動力ユニット（３２、３４）の下方中心に位置することを特徴とする請求項９〜１５のいずれか１項に記載の車両パワートレイン（３０）。
19. 前記動力ユニット（３２、３４）はロータリー、ガスタービン又は電動機関を有し、前記動力トランスミッションユニット（２）は前記２つの動力ユニット（３２、３４）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９〜１５のいずれか１項に記載の車両パワートレイン（３０）。
20. 前記動力ユニット（３２、３４）は中空軸状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１９に記載の車両パワートレイン（３０）。
21. 前記動力トランスミッションユニット（２）のハウジングは前記２つの動力ユニット（３２、３４）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１８〜２０のいずれか１項に記載の車両パワートレイン（３０）。
22. 前記２つの動力ユニット（３２、３４）は、少なくとも１つの内燃ピストン機関を有し、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、各前記ピストン機関に固有の性能パラメータを有することを特徴とする請求項９〜２１のいずれか１項に記載の車両パワートレイン（３０）。
23. 前記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２２に記載の車両パワートレイン（３０）。
24. 前記２つの動力ユニット（３２、３４）は、２つの別個のクランクシャフトを有しかつ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１〜１４のいずれか１項に記載の車両パワートレイン（３０）。
25. 前記２つの動力ユニット（３２、３４）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９〜２４のいずれか１項に記載の車両パワートレイン（３０）。
26. 記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（８、１０、１６）は歯車装置を有することを特徴とする請求項９〜２４のいずれか１項に記載の車両パワートレイン（３０）。

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