JP2009287784A - 車両の駆動組立体 - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギを節減する駆動組立体であって、従来の、すなわち機械技術を利用できるという利点を保持しながらも組立体の費用と重量とを低減させる駆動組立体を提供すること。
【解決手段】本発明は、トランスミッションユニット（Ｔ）を備え、例えば自動車において少なくとも一つの駆動入力ユニット（Ｅ，Ｆ，Ｌ）と少なくとも一つの駆動出力ユニット（Ｅ，Ｆ，Ｌ）とを作動的に結合する駆動組立体（１）に係り、遊星歯車装置（Ｇ）をトランスミッションユニット（Ｔ）に並列に配置して作動させ、この遊星歯車装置（Ｇ）の一つの回転部材（８，１０，１１）にフライホイール機能を持たせている。
【選択図】図２

Description

本発明は、駆動入力ユニット、駆動出力ユニット及びトランスミッションユニットの間で配置される駆動組立体に係るものである。

この様な組立体は特許文献１に開示されている。この既知の構造では駆動ユニットは燃焼機関により構成され、負荷は車両によって構成されていて、その負荷は車両の車輪によって駆動される。この既知の組立体ではトランスミッションは連続的に可変であり、そして燃料節約の為の駆動オフ状態ではフライホイールを選択するようになっている。この既知の構造ではそれらの間での選択にクラッチとコントロールとを必要とし、その構造を比較的高価で、且つ複雑なものとしている。

ヨーロッパ特許出願ＥＰ−Ａ−０．１２７．９８６

車両の利用状態でエネルギの消費を低減することが自動車工学における差し迫った問題である。このことを達成する一つの方法は、駆動ユニットの大きさを最小とすることである。こうすると移動すべき重量が少なくなり、そして駆動ユニットの最適利用となり、そして燃焼機関においては常に燃焼効率は改善されることになる。そのように小さくした駆動ユニットの欠点は負荷応答が悪くなるということである。すなわち、必要なエンジン速度の上昇に対して加速が遅れてしまうという不都合が生じる。本発明の目的は他にもあるが、その様な駆動ユニットの適応性を改善することにある。

小型駆動ユニットと協動する既知の駆動組立体としては、本田から発売されているインテグレーテッド・モータ・アシスト・システムと称するものがある。このシステムでは、燃焼機関により構成される駆動ユニットと車両の駆動軸により構成される負荷との間の連続可変トランスミッションに直列に電動機を結合している。この構造では、加速時に付加的な動力を与える蓄電池の存在で、燃焼機関を助けることにより不十分な加速応答の問題を解決している。作動条件の緩やかな間に（及びまたは、制動エネルギを吸収することにより）燃焼機関がバッテリにエネルギを供給するようにしている。この既知の駆動組立体が有利なのは、アキュムレータが存在するので内燃機関は最大エンジントルクが比較的低いもの、すなわち比較的小さい内燃機関を選定することができるということにある。この既知の構造の不都合は、運動エネルギを電気エネルギに変換して使用することと、電気設備の費用と重量とにある。

本発明の目的は、エネルギを節減する駆動組立体であって、従来の、すなわち機械技術を利用できるという利点を保持しながらも組立体の費用と重量とを低減させる駆動組立体を提供することにある。

本発明のこの目的は請求項１の特徴部分に記載の構成により達成される。本発明の構成によれば、それ自体よく知られている遊星もしくは周転円歯車装置(epicyclic gearing)を使用する。これの使い方としては、一つの回転部材が時間的に交互に出力部材として、そして入力部材として作動するようにしている。また、一つの回転部材にフライホイール機能を持たせる、すなわち、それはフライホイールとして設けられているか、もしくはフライホイールと作動接続している。歯車装置の回転部材の中の二つの回転部材の間の所望の比率は、二つの部材を作動接続するトランスミッションにより決まる。このように構成すると駆動状態中フライホイールによって吸収された運動エネルギは、駆動ユニットの加速中駆動ユニットと負荷のどちらか、もしくは両方に向かって放出されて、それにより駆動ユニットを助けることができる。この構成が都合がよいのは、比較的簡単な形であって容易に入手できる構成部品を普通の技術で利用でき、使用するフライホイールは比較的軽量であるということである。また、その構成は既知形式のいずれのトランスミッションとの組立体にも利用できる。

運動エネルギのアキュムレータとしてフライホイールを利用しての運転それ自体は知られている。しかし、それは本発明におけるようにエンジンを助けることができるというよりもむしろ、車両の駆動だけを可能とするという仕方で利用されている。通常の形態ではその様なフライホイールは、トランスミッションの入力軸に並列に結合されており、駆動ユニットに並列であって、駆動ユニットとフライホイールとは負荷を駆動する動力源として交互に動作する。減速するときエネルギをフライホイールが供給するだけであって、本発明で意図しているように回転速度を上げるときにエンジンを助けるのにフライホイールを使うというのではない。

自動車のトランスミッションに遊星歯車装置を使用すること、特に、遊星段で使用することは一般に知られている。その使用目的が本発明の使用目的と異なるのは次の点である。遊星歯車装置はそれと組み合わせて使用する連続可変トランスミッションの効率を改善する為トランスミッションとして通常利用されるか、またはそれと組み合わせて使うトランスミッションの変速範囲を変える為に利用される。国際特許出願ＷＯ９６／３５０６３に開示の構造では遊星段はエンジンと負荷との間に作動的に配置され、そして連続可変トランスミッションは太陽歯車かもしくはリング歯車のどちらかとピニオン・キャリアとの間に配置される。この構成ではキャリアはエンジンへ接続され、そして太陽歯車は車両へ接続される。また、これも知られていることであるが、遊星歯車装置を使って全トランスミッション効果を高めて、変速範囲を小さくするか、もしくはその逆を行って、変速範囲を大きくして全トランスミッション効率を損なうということもある。

入力ユニットと出力ユニットとの間で遊星段とＣＶＴとを並列にして使用し、それぞれのユニットはそれ自体よく知られている三つの慣性要素の一つとなっているものも知られている。ヨーロッパ特許出願ＥＰ−Ａ−０．０５８．７２０が開示しているスタンド・バイエネルギ源はそのような構造を有し、そしてエネルギが絶対的に連続して供給されていなければならない設備の為に意図されているものである。この既知の構成と本発明の構成との差違は、自動車に利用するのであるから、三つの運動慣性素子の間の動的作用を主として、特に交通状態で望まれまたは必要とされる車両の加速中における三つの運動慣性素子の間の動的作用を扱っているということにある。この発明が既知の構成に対して特に異なるのは、車両の運転快適性能に悪い影響を与えることなく、車両用の軽量で能率的に駆動する燃焼機関（エンジン）の利用方法を教えることである。

駆動ラインの従来のレイアウトを示している。 本発明の駆動ラインを示す。 本発明の有り得る形態を表す図である。 本発明の動作とその到達した効果とを示す。 本発明の動作とその到達した効果とを示す。 本発明の動作とその到達した効果とを示す。 本発明の別の形態を表す図である。 本発明の別の形態を表す図である。 本発明の別の形態を表す図である。

本発明を添付図に示す実例に沿って更に説明する。

図１は従来の駆動ラインを示しており、これは駆動ユニットＥ例えば、内燃機関、ここではプッシュベルト形式の連続可変トランスミッション（ＣＶＴ）の形となっている駆動組立体Ｔ、そしてこの場合車輪の形をした慣性により表されている、駆動されるべき負荷Ｌを含んでいる。駆動ユニットＥは軸２を介してトランスミッションＴを駆動する。この軸２はもしこの説明が駆動ユニットＥの出向軸とトランスミッションＴの入向軸との両方を表しているならば、その目的に応じて表していることになる。トランスミッションＴと負荷Ｌとの間に任意に設けられる最終減速歯車６があり、それはトランスミッションの出力軸５を入力軸として作動し、軸７を介して作動するよう負荷Ｌへ接続されている。ＣＶＴはそれ自体はよく知られており、そして本質的には一つのプーリ４’から別のプーリ４”へ力を伝達する金属プッシュベルト３を備えている。プーリは一組の円錐シーブ(sheave)を備え、これらのシーブの間にベルト３が締め付けられている。トランスミッション比は、適当な運動手段を使用してこれらのシーブを相互に近づけたり、離したりすることにより連続的に変えられる。

本発明に従って、ここではそれ自体よく知られている遊星段の形にして、遊星歯車装置Ｇを図１の駆動組立体に加え、図２に示す。遊星歯車装置の第１の部材、この場合環状もしくはリング歯車は、駆動軸２を介してエンジン駆動ユニットＴと作動するよう接続される。図２にギヤ１２により示すように、この場合、別の部材であるピニオン９を支持しているピニオンギヤ・キャリア１１はギヤ１２を介して軸５へ作動するよう接続されている。正しく作動するよう接続する為中間歯車をギヤ１１と１２との間に加えるか、もしくはそれらの間に鎖をかけるかする。軸５は直接または減速歯車６を介して負荷Ｌへ接続される。さらに本発明に従ってフライホイールＦは、第３歯車部材、この例では太陽歯車１０に組み合わせられる。この場合太陽歯車１０がフライホイールであってもよい。フライホイールＦは第３部材に例えば歯車を介して、もしくはフライホイールを太陽歯車１０にボルトで止めるかして、作動的に接続されてもよい。本発明に従ってフライホイールＦは、通常内燃機関に在る駆動ユニットＥのフライホイールに取り替えて、軽量化を図ってもよい。

図３は本発明が想定する駆動システムの観念図である。駆動システムは少なくとも三つの慣性要素、フライホイールＦ、駆動ユニットＥ及び負荷Ｌとから構成され、少なくともその中の一つは動力源であり、そして二つのトランスミッション要素はトランスミッションユニットＴと遊星歯車装置Ｇである。トランスミッションは本発明に従って遊星歯車装置Ｇと並列にて作動的に配列されている。こうして、いずれの観念上の形態においても、それの位置は歯車装置Ｇの位置と相互に替れる。さらに、各慣性要素Ｅ，Ｆ，Ｌは遊星歯車装置Ｇの少なくとも三つの異なる回転部材８，１０，１１の中のいずれに作動結合させてもよい。また、トランスミッションは慣性要素Ｅ，Ｆ，Ｌの中のどの二つの間にでも作動接続させてもよい。トランスミッションＴはどのようなタイプのものでもよい。さらに、クラッチ、トルクコンバータもしくはギヤトランスミッションが本発明に従って上述のシステム内の前記要素の中の二つの間に作動するよう接続して使用されることもできる。

本発明による駆動組立体において利用は、トランスミッションユニットとの提案した並列接続において遊星歯車装置の動力分割機能と伝達機能との両方になされている。本発明に従うその利用によって、フライホイールはその運動エネルギを負荷へ、もしくはエンジンへ、または状態に応じてはその両方へ解放する。さらに、慣性要素の中のいずれも、本発明に従って、電動機のような代替的な要素と置き換えることができる。更に本発明では、遊星歯車装置を多くの回転部材に組み合わせることもある。その場合、これらは三つの駆動入力／出力接続をつくるように相互に結合されるべきである。本発明では遊星歯車装置はラヴィグノー・ギヤトレイン(Ravigneaux gear train)、差動歯車を含むどのようなタイプのものでもよい。

図４は、二つの異なるタイプの駆動ユニットである燃焼機関Ｅ１とＥ２についてのいわゆる簡単なエンジン・マップである。駆動ユニットＥの駆動速度ωｅはグラフのＸ軸に示され、取り出されるトルクＴｅはＹ軸に示されている。影を付けた区域Ｅ１は、狭い回転範囲ωｅに限定されるが大きいトルクを出せる、先ずは普通のエンジンＥ１のトルク特性を表している。区域Ｅ２はいわゆる高速エンジンＥ２のトルク特性を表しており、線１６が表す同じ最大動力を出すことができ、そして広い回転範囲にわたってその最大トルクは低くなっている。駆動ユニットＥ１は大部分の時間はそれの最大トルクよりも遥かに低いトルクで作動しており、そのことは急速な加速が望まれるときには好都合であるが、大部分の時間は低効率で作動しているという点では不都合である。他方、エンジンＥ２はそれの最大トルク付近で比較的低い所望の動力を出すことができ、それ故、効率は高いが、加速応答は悪くなる。矢１７は、エンジンＥ１では放出動力を殆ど瞬時に高めることができることを示し、矢１８は、エンジンＥ２では同じ高い動力、例えば、線１５の動力を出すには、特にエンジンの低い回転速度から離れようとしているときには、回転ωｅの比較的大きな増大が要求されることを示している。実際には、そのためには、駆動ユニット内の慣性とそれに結合した慣性とのために、時間がかかる。この時間消費は、特に自動車の場合には望ましくない。運転者には焦燥感を与え、交通状態によっては危険である。本発明でこの時間消費を大きく低減しているが、それはエンジンがそれの回転速度を増大すると同時にフライホイールはそれの回転速度を減少することにより運動エネルギを放出しているからである。このエネルギは主としてエンジンへ向けられ、それにより動力を高くしたまま、回転速度ωｅを迅速に高めるようにしている。こうして、駆動ユニットＥ１の欠点は回避され、そして駆動ユニットＥ２の欠点は克服されて、通常それはまた軽量駆動ユニットでもある高速駆動ユニットを有効になし遂げて、好ましい駆動特性が達成されるのである。

図５は本発明を自動車に適用した場合の自動車の一例を示す。高速回転の燃焼機関を備えた自動車は線ａ１に沿って比較的緩慢に高い加速度に到達し、本発明による駆動組立体を装備した同じ燃焼機関の自動車は線ａ２に沿って遥かに迅速に高い加速度に到達する。図６のグラフａからｄは、Ｘ軸に沿う秒（ｓ）で表した時間で、図６ａでは駆動ユニットＥの回転速度ωｅについて、図６ｂでは自動車の速度Ｖについて、図６ｃではフライホイールの速度について、そして図６ｄではトランスミッション比について、同時的変化を、いずれもそれぞれＹ軸に沿って表している。

図７ないし図９は本発明の幾つかの変形態様を示す。これらの変形態様は歯車装置ＧとトランスミッションＴとの位置を相互に取り替えることにより、そして駆動組立体Ｔ，Ｇに対して駆動ユニットＥ、フライホイールＦそして負荷Ｌの位置を相互に取り替えるだけで、達成されることが認識される。最も実用的な形態は図２に示したものであって、図３に示すように、トランスミッションが駆動ユニットＥとフライホイールＦとの間に結合され、そして負荷Ｌは歯車装置Ｇの反動部材だけで駆動される。

Claims (16)

1. 車両用駆動組立体（１）であって、
   エンジン（Ｅ）、負荷（Ｌ）及びフライホイール（Ｆ）からなる少なくとも三つの慣性要素（Ｅ，Ｆ，Ｌ）を含み、これらの慣性要素は相互に作動するよう接続され、前記少なくとも三つの慣性要素（Ｅ，Ｆ，Ｌ）のそれぞれが駆動組立体の正常作動中回転し、そして駆動組立体（１）の駆動入力ユニット（ＥもしくはＦもしくはＬ）として、及び駆動出力ユニット（ＥもしくはＦもしくはＬ）として機能することができ、
   さらに、トランスミッションユニット（Ｔ）と遊星歯車装置（Ｇ）とを備えている駆動組立体（１）において、
   前記遊星歯車装置（Ｇ）は前記エンジン（Ｅ）及び負荷（Ｌ）の間で前記トランスミッション（Ｔ）に並列に作動するよう配置され、そして前記少なくとも三つの慣性要素（Ｅ，Ｆ，Ｌ）の各々は前記遊星歯車装置（Ｇ）の回転部材（８，１０，１１）の別々の一つと作動するよう接続されたことを特徴とする駆動組立体（１）。
2. 遊星歯車装置（Ｇ）のいずれかの回転部材（８，１０，１１）が駆動入力部材（８，１０，１１）として、及び駆動出力部材（８，１０，１１）として作動するように該遊星歯車装置（Ｇ）が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の駆動組立体。
3. 遊星歯車装置（Ｇ）の一つの回転部材（８，１０，１１）がフライホイール（Ｆ）に作動するように接続され、このフライホイール（Ｆ）は前記三つの慣性要素（Ｅ，Ｆ，Ｌ）の一つであることを特徴とする請求項１もしくは２に記載の駆動組立体。
4. 遊星歯車装置（Ｇ）は遊星歯車式の段（８−１１）により構成され、これらの段の回転部材の回転軸は並列に配置されていることを特徴とする請求項１、２もしくは３に記載の駆動組立体。
5. フライホイール（Ｆ）は太陽歯車（１０）に接続され、そして遊星キャリア（１１）とリングギヤ（８）とはそれぞれ、前記駆動出力ユニットである負荷への入力部材、及び駆動入力ユニット（Ｅ）への出力部材として結合されていることを特徴とする請求項４に記載の駆動組立体。
6. 遊星歯車装置（Ｇ）の三つの回転部材（８，１０，１１）の各々が三つの慣性要素（Ｅ，Ｆ，Ｌ）の一つへ作動するよう接続され、二つの回転部材（８，１０，１１）はトランスミッションユニット（Ｔ）により相互に作動するよう接続されていることを特徴とする請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載の駆動組立体。
7. 駆動入力ユニット（ＥもしくはＦもしくはＬ）と駆動出力ユニット（ＥもしくはＦもしくはＬ）が少なくとも燃焼機関（Ｅ）、フライホイール（Ｆ）及び負荷（Ｌ）の中の少なくとも二つを表していることを特徴とする請求項１〜６のうちのいずれか１項に記載の駆動組立体。
8. 遊星歯車装置（Ｇ）とトランスミッションユニット（Ｔ）との両方の一の作用端が駆動入力ユニット（ＥもしくはＦ）の駆動部材（２）と作動するよう接続され、遊星歯車装置（Ｇ）とトランスミッションユニット（Ｔ）との両方の他の作用端が負荷（Ｌ）へ作動するよう接続された別の駆動部材（５）と作動するよう接続されていることを特徴とする請求項１〜７のうちのいずれか１項に記載の駆動組立体。
9. トランスミッション（Ｔ）はフライホイール（Ｆ）と内燃機関である駆動入力ユニット（Ｅ）との間に作動するよう接続されていることを特徴とする請求項１〜８のうちのいずれか１項に記載の駆動組立体。
10. トランスミッション（Ｔ）は前記フライホイール（Ｆ）と前記負荷（Ｌ）との間に作動するよう接続されていることを特徴とする請求項１〜９のうちのいずれか１項に記載の駆動組立体。
11. 駆動組立体が装備される車両を介して負荷（Ｌ）が決められることを特徴とする請求項１〜１０のうちのいずれか１項に記載の駆動組立体。
12. トランスミッション（Ｔ）が自動トランスミッションであることを特徴とする請求項１〜１１のうちのいずれか１項に記載の駆動組立体（１）。
13. トランスミッション（Ｔ）が連続可変トランスミッションであることを特徴とする請求項１〜１２のうちのいずれか１項に記載の駆動組立体。
14. 請求項１〜１３のうちのいずれか１項に記載の駆動組立体（Ｇ，Ｔ，Ｆ）を設けた動力ユニット。
15. エンジンのフライホイールの機能が前記遊星歯車装置（８，１０，１１）の一つの回転部材を介して果たされる、燃焼機関を設けた、請求項１３に記載の動力ユニット（Ｅ，Ｇ，Ｔ，Ｆ）。
16. 請求項１〜１５のうちのいずれか１項に記載の駆動組立体もしくは動力ユニットを設けた車両。

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