JP2010281327A - ツースピードトランスミッション及びベルトドライブシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ツースピードトランスミッション比及び、出力プーリ若しくは補機プーリの比の組合せにより、エンジンスピードに関して補機のスピードを制御する。
【解決手段】入力キャリア２０に接続された入力プーリ１０、サンギア１８、及びリングギア１７を備えるプラネタリギアトレーンを備える。入力キャリア２０は、サンギア１８とリングギア１７との間に設けられる複数のプラネタリギア１５をも備える。サンギア１８は電磁ブレーキ部材１９０と係合される。リングギア１７は出力プーリ３０と係合される。ワンウェイクラッチ２２は入力キャリア２０と出力シャフト３１との間に設けられる。ブレーキ部材１９０はエンジンアイドル時に係合され、アイドル以上のエンジンスピードで解放される。ブレーキ部材１９０が係合されるときサンギア１８は回転せず、それにより入力プーリ１０よりも速いスピードでリングギア１７及び出力プーリ３０を駆動する。
【選択図】図１

Description

本発明はツースピードトランスミッション及びベルトドライブシステムに関し、特に補機プーリ及び電磁ブレーキを有するツースピードトランスミッションの複合物を用いる、車両のエンジンベルト駆動システムに関する。各々の補機プーリと協働するツースピードトランスミッションの出力プーリは、エンジンアイドル時にはエンジンスピードと実質的につり合う第１のスピードで、そしてエンジンスピードがエンジンアイドルスピードよりも実質的に速い間は、第１のエンジンスピードよりも遅いスピードで、エンジンの補機を駆動する。またトランスミッションは、エンジンとモータジェネレータとの間に設けられる減速ユニットをも提供する。

車両のエンジンは、エンジン及び車両の操作に用いられる、特定の補機を一般的に備える。それらの補機は、パワーステアリングポンプ、空調機用コンプレッサ、オルタネータ、オイルポンプ、燃料ポンプ等を含みうる。これらの補機は、サーペンタインベルトにより一般的に駆動される。サーペンタインベルトはエンジンのクランクシャフトと同様に、それぞれの補機上のプーリと係合する。エンジンのクランクシャフトは補機を駆動するためのトルクを供給する。

ベルトがクランクシャフトによって駆動されると、車両の加速及び減速の間におけるエンジンスピードの変化に必然的にさらされる。言い換えると、補機の動作スピードはエンジンのスピードに直接つり合う。エンジンスピード、特にアイドルよりも速いエンジンスピードにおける変化は、それぞれの補機が全てのエンジンスピードの範囲に渡って申し分なく動作するように設計されるために、補機の不十分な動作となる。これは、効率がエンジンスピードの範囲の多くにおいて最適以下であることを必然的に意味する。それゆえ、いくつかのあるいは全ての補機が、より低くそしてより狭い最適スピード範囲で駆動されうるように、エンジンクランクシャフトから解放されることが望ましい。さらに、比較的高いスピードで補機を駆動することは、補機が低いスピードで駆動される場合よりもエンジンにより大きな負荷をかける。

従来技術を代表するものは、要求に応じてオルタネータのスピードを増加させるための自動車用オルタネータのような、自動車用補機の表面に取り付けられるに適したツースピードギアボックスを開示する、スミスに付与された米国特許第４，８６２，７７０号（１９８９年）である。

スミスにおいて開示されるクラッチアセンブリは、円筒の外側表面を取り巻くブレーキバンドを備える。ブレーキバンドは、ブレーキバンドを係合し又は解放する機械的真空手段により動かされる。そのようなシステムは真空の喪失、例えば真空ホースの損傷、あるいはブレーキバンドと円筒表面との間の円筒面上の汚れにより、悪い影響が与えられ得る。

従来技術のトランスミッションは、アイドル以上にエンジンスピードが増加したときに、駆動される補機のスピードを比例して減速するように設計される。これは、補機の動力必要量を減少させる。しかしながら、アイドル以上のエンジンスピードと比較するとスピード低下なく、アイドルにおいて補機は１：１基準で動かされる。

近年、走行中の車両が停止した後にエンジンを止め、そして車両が再度動かされるための状況が満たされた場合にエンジンを再始動するための、エンジン自動停止始動装置が知られている。エンジン自動停止始動装置は、車両が停止される間エンジンへの燃料供給が中断されるように設計され、燃料消費量の削減となる。

従来技術を代表するものは、エンジンのドライブシャフトとモータの回転シャフトとの間で動力伝達を可能／不可能にするために、エンジンのドライブシャフトとモータの回転シャフトとの間に設けられる接続切替装置と、動力伝達を可能／不可能にするための接続切替装置の機能を制御するトランスミッションコントローラを備えることにより、車両が停止されるときにモータを動かすシステムとを開示する、ツジらに付与された米国特許第６，０４８，２８８号（２０００年）である。エンジンが停止される一方で補機がモータによって動かされるとき、制御は、モータの回転シャフトの回転がエンジンのドライブシャフトに伝達されないように機能する。補機はエンジンを動かすことなく、モータによって動かされる。

必要なものは、ツースピードトランスミッション比及び、出力プーリ若しくは補機プーリの比の組合せにより、エンジンスピードに関して補機のスピードを制御する、ベルトドライブシステムである。必要なものは、エンジンの状態に関して制御される電磁ブレーキを備える、ツースピードトランスミッションである。必要なものは、同軸入力及び二重出力を有するツースピードトランスミッションである。必要なものは、エンジンとモータジェネレータとの間に配される減速装置を有する、モータジェネレータシステムである。本願発明は、これらの要求に合致する。

本発明の第１の特徴は、ツースピードトランスミッション比及び、出力プーリ若しくは補機プーリの比の組合せにより、エンジンスピードに関して補機のスピードを制御する、ベルトドライブシステムを提供することである。

本発明の他の特徴は、エンジンの状態に関して制御される電磁ブレーキを備える、ツースピードトランスミッションを提供することである。

本発明の他の特徴は、同軸入力及び二重出力を有する、ツースピードトランスミッションを提供することである。

本発明の他の特徴は、エンジンとモータジェネレータとの間に配される減速装置を有する、モータジェネレータシステムを提供することである。

本発明の他の特徴は、本発明に関する以下の記述および添付された図面により指摘され、あるいは明らかにされる。

本願発明は、トランスミッションを利用するツースピードトランスミッション及びベルトドライブシステムを備える。ツースピードトランスミッションは、入力キャリア及びサンギア及びリングギアに接続される入力プーリを備えるプラネタリギアトレーンを備える。また、入力キャリアは、サンギアとリングギアとの間に設けられる複数のプラネタリギアを備える。サンギアは電磁ブレーキ部材と係合する。リングギアは出力プーリと係合する。ワンウェイクラッチは入力キャリアと出力シャフトとの間に設けられる。ブレーキ部材はエンジンアイドル時に係合され、エンジンスピードがアイドル以上のときに外される。ブレーキ部材がサンギアに係合されるときサンギアは回転せず、それにより入力プーリよりも速いスピードでリングギアと出力ギアが駆動される。補機プーリは、アイドルにおいてエンジンスピードとつり合う補機スピードである、トランスミッション出力プーリと共に動作する。アイドル以上のエンジンスピードでは、トランスミッションは解放され、出力プーリと補機プーリの比が、エンジンスピードより低速で、ベルト駆動補機を駆動する。また、補機は、出力プーリと結合する出力シャフトに直接接続されうる。トランスミッションは、エンジンとモータジェネレータとの間に設けられる減速装置を供給することにより、モータジェネレータシステムと共に用いられ得る。

ツースピードトランスミッションの断面図である。 ツースピードトランスミッションの断面図である。 プラネタリギアキャリアの斜視図である。 キャリア上のプラネタリギアの部分斜視図である。 プラネタリギアベアリングとキャリアブッシングの部分斜視図である。 キャリアと出力プーリの部分斜視図である。 キャリア及び出力プーリ及び入力プーリの部分斜視図である。 キャリアブレーキシューと出力プーリの部分斜視図である。 ベアリングとキャリアブレーキシューの部分斜視図である。 コイルを備えるトランスミッションの斜視図である。 トランスミッションに接続され、出力プーリに連結されるオルタネータを備えるツースピードトランスミッションの断面図である。 ベルト駆動補機ドライブの概略図である。 ジェネレータモータ適用物に用いられる本発明の一実施形態によるトランスミッションの概略図である。 他方のジェネレータモータ配置における本発明のトランスミッションの概略図である。

図１は、ツースピードトランスミッションの断面図である。ツースピードトランスミッション１００は、車両用内燃エンジンに用いられる形式の、ベルト駆動補機ドライブで用いられる。ツースピードトランスミッションは、例えば工業機器あるいは二、三又は四輪駆動車のトランスミッションを駆動するために、ツースピードトランスミッションが必要とされる様々な適用物で用いられ得る。

トランスミッション及び関連する制御システムは、エンジンの燃料効率と駆動輪で利用できる出力ドライブトルクとを最適化するため、エンジンスピードに基づいて、補機スピードを自動的に制御する。トランスミッションは非常にコンパクトであり、補機、例えばパワーステアリングポンプ、オルタネータ、あるいは空調機用コンプレッサに直接取り付けられ得る。この構成では、補機はエンジンブロックに接続される。

ツースピードトランスミッション１００は入力キャリアに設けられるプラネタリギアを備える。トランスミッション入力シャフト及び出力シャフトは同軸である。電磁ブレーキはサンギアの回転を制御するために用いられ、それにより出力シャフトのスピードを制御する。

無端伝動ベルトは、エンジンクランクシャフトＣＲ、図１２参照、のようなドライバプーリとトランスミッション入力プーリ１０との間で駆動的に係合する。ベルトは、従来公知であるＶベルト又はマルチリブドベルトを備えうる。ベルトは、従来公知であるチェーン又は歯付きベルトにより置換されうる。

入力プーリ１０は、従来公知であるファスナを用いて入力キャリアに接続される。入力キャリアは、入力キャリア部１１と、入力キャリア部１１、プラネタリギア部材１５及び入力シャフト２００に対向して設けられる入力キャリア部２０とを備える。複数のシャフト２１は部位１１と部位２０との間を相互に連結する。それぞれのプラネタリギア部材１５はシャフト２１に軸支される。入力キャリア部２０は入力シャフト２００に接続される。

ラビリンスシール２６は出力プーリ３０に接続される。Ｏリングシール２５はシャフト１９と入力キャリア部１１との間に設けられる。それぞれのシールは従来公知であり、プラネタリギアセットにゴミが入ることを防止する。

リングギア１７及びサンギア１８は、プラネタリギア１５と係合するようにかみ合うギアを有する。サンギア１８はシャフト１９の上に設けられる。リングギア１７は出力プーリ３０の上に設けられる。シャフト１９は入力シャフト２００及び出力シャフト３１に対して同心で回転する。プラネタリギア１５、サンギア１８、及びリングギア１７は直線切りギアを備える。直線切りギアの使用は、他方で螺旋状のギアと共に必要とされるスラストギアへの必要性を無効にする。これは、プラネタリギアトレーンのコストを著しく低減する。

ブレーキ４０は、摩擦回転停止係合のために、ハウジング５２、電磁コイル４１、及び軸方向に動作するブレーキシュー１９０を備える。コイル４１が電気的に作動されたとき、シャフト１９のブレーキシュー１９０はコイル４１と摩擦係合し、それによりサンギア１８の回転が停止する。

入力シャフト２００は、ベアリング２３、２４の上でブレーキハウジング５２に軸支される。ベアリング２３、２４は従来公知であるボールベアリングを備え、ブレーキ４０に対して適切な支持を与えるために用いられる。従来公知である他のベアリング、例えばニードル又はコーンベアリングもまた用いられ得る。

ブレーキ４０は、部位１９０と係合して回転を止め、それにより、シャフト１９及びサンギア１８の回転を止めるため、エンジンスピード信号に基づいて電磁的に作動させられる。ブレーキ４０は係合され（シャフト１９が停止）るか、あるいは解放される（シャフト１９が回転）。ブレーキ４０はエンジンアイドルで係合され、エンジンスピードがアイドル以上である間は解放される。電力は、車両電子システムから電線４１０によりブレーキ４０のコイルに伝達され、１２Ｖ又は４２Ｖ又はいくつかの望ましい電圧のうちいずれかであり得る。

リテーナクリップ２３０、２３１、及び２４０は、入力シャフト２００上の適切な位置にベアリング２３、２４を保持する。また、クリップは、入力シャフト２００をブレーキハウジング５２に関して適切に離間するように保持する。

シャフト１９は、スリーブベアリング５０の上で入力シャフト２００に軸支される。スリーブタイプベアリングは、ブレーキ４０が係合されたとき、すなわち入力シャフト２００が回転してシャフト１９が固定されるときに、アイドルでの放射方向における負荷が最小となるため、この用務に十分な能力を有する。スピードがアイドルよりも速いとき、ブレーキ４０は解放され、シャフト１９は、ワンウェイクラッチ２２の働きにより入力シャフト２００と共に一致して回転する。すなわちシャフト１９と２００との間に回転差は無い。ハウジング５２はエンジンブロック又は他の取付面に、ボス５３、５４を介して係合するボルト、螺子又はスタッドのような公知のファスナを用いて取り付けられ得る。

ワンウェイクラッチ２２は入力シャフト２００及び出力シャフト３１との間に設けられる。ワンウェイ、すなわちスプラグクラッチ２２は、従来公知の形式、例えばワーナーエレクトリック／フォームスプラグから入手可能であるモデルＧＦＫ５９０４である。

プラネタリギア１５、ベルト受け面３３、ベアリング５０、及びワンウェイクラッチ２２は、回転軸Ａ−Ａに関して放射方向の実質的な同一平面上にある。この配列は、より軸的にずれた配列によって引き起こされる、トランスミッションの出力部に加えられうる曲げモーメントを最小化又は除去する利点を有する。

出力シャフト３１の端部３２により、補機が出力シャフト３１に直接接続されることが出来る。端部３２は、例えばキー付き、キー無し、又はスプライン結合による従来公知のいかなるカップリングとでも用いられ得る。補機は、例えばボルト、スクリュー、といった公知のファスナを用いてハウジング５２に直接接続される。図１１参照。補機はオルタネータ、空調機用コンプレッサ、パワーステアリングポンプ、燃料ポンプ、オイルポンプ、又はいかなる他の回転する補機を備えうる。直接連結される補機は、出力プーリ３０と同じスピードで駆動される。

出力プーリ３０は、ベルトドライブシステムにおいて、他のベルト駆動補機にトルクを伝達する、無端動力伝達ベルトと係合する。図１２参照。

動作時において、動力伝達ベルトＢ１は、入力プーリ１０にトルクを伝達するクランクシャフトプーリＣＲのようなドライバと係合する。トランスミッション出力プーリ３０は、他のベルト駆動補機へ駆動するように接続される第２無端ベルトを介してトルクを伝達する。

トランスミッションはエンジンスピードに基づく２つのモードのうちの１つで動作する。ブレーキの状態はエンジンスピードの作用である。すなわち、出力プーリのスピードは、ブレーキがエンジンに係合され又は解放されるかどちらかによってある程度決定される。

ブレーキ４０が係合されたとき、シャフト１９はトランスミッションハウジングに関して静止するように固定される。すなわち、シャフト１９は回転しない。一方、サンギア１８は回転しない。入力キャリアは、静止するサンギア１８上のプラネタリギア１５を駆動する。プラネタリギア１５の回転は、出力プーリ３０及び出力シャフト３１を次々に駆動するリングギア１７を次々に駆動する。このモードにおける入力／出力プーリのスピード増加率は、サンギア及びリングギアの相対的な直径に依存する、約１．１から３．０の範囲である。好ましいスピード伝達比は約１．３から１．８の範囲であるが、この範囲外の比は特定のシステムにより必要とされる場合に使用されうる。スピード伝達比は、トランスミッションプラネタリギアセットのみの比であり、クランクシャフトＣＲプーリと入力プーリ１０との間の比と同様に、出力プーリと補機プーリとの間のプーリ比を含む、プーリの比に依存しない。

第１の動作モードでは、エンジンが始動され又はアイドルスピードで動作するとき、ブレーキ４０は係合される。ブレーキは、エンジンコントロールユニット５００から供給されるエンジンスピード信号により電気的に係合され、あるいは解放される。ユニット５００は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、双方向通信バス、インターフェース回路（信号変換回路及び同等物）、及びメモリを含む公知のユニットと共に提供されるコンピュータシステムとして形成されうる。ユニット５００は、センサ、又はタコメータ６００若しくは近接感知計のような従来公知である回転スピード検出のための他の同様の計器からエンジンスピード信号を受信する。

エンジンが停止されるとき、ブレーキ４０は係合されない。キーがエンジンを始動させるために挿入されると、ブレーキ４０はスタータがエンジンを始動させる前に作動される。しかしながら、エンジン始動を容易にするため、ブレーキ４０はエンジンが始動するわずか後に作動されうる。この場合、ワンウェイクラッチは出力シャフトを駆動し、補機はアイドルに必要なスピードよりも低速で駆動されるため、エンジン始動に必要な力を最小にする。ブレーキが解放されるとき、補機は、出力プーリ３０と補機プーリとの間におけるプーリ比に従った低速で駆動される。エンジン始動とブレーキ作動との間の遅延時間は、約０．５から１．０秒である。この時間が経過後にブレーキ４０は係合される。より詳しくは、エンジン始動時には、あるいはエンジンスピードが望ましいレベル、例えば約１２００−１５００ＲＰＭよりも低いときには、エンジンコントロールユニット５００により検出されたスピード信号はコントロール信号を生成する。コントロール信号はブレーキを作動し、それによりサンギア１８の回転を止める。前述したように、これは、出力シャフト３０が、駆動される入力シャフト１０よりも速いスピードで、プラネタリギアを介して駆動されることになる。もっとも、ブレーキ４０が作動されるときのエンジンスピードは、エンジンの特性及び求められる動作特性に基づいて選択される。

この明細書では、エンジンアイドルスピードは約８００ＲＰＭである。ブレーキが係合され又は解放されるときのトランスミッションスピードは、補機スピードがアイドル時に最低要求スピード以下に著しく低下しない、約１２００−１５００ＲＰＭであり、それにより一以上の補機が例え一瞬でも余りにゆっくりと駆動される状況を回避する。

第２の動作モードは、エンジンがエンジンアイドル時よりも速いスピードで動作しているとき、例えば巡航、又はあらかじめ定められたエンジンスピード、例えば１２００−１５００ＲＰＭを超えるときである。選択されたスピードがユニット５００により検出されると、ブレーキ４０が解放される。ブレーキが解放されると、シャフト１９はロックが外され、サンギア１８は入力キャリアと一致して回転する。ワンウェイクラッチ２２は係合され、それにより入力シャフト２００と１：１基準で出力シャフト３１を駆動する。

しかしながら、トランスミッション比はベルト駆動補機の駆動スピードを決定する全体のシステムの一部に過ぎない。それぞれの補機の回転スピードは、補機プーリの直径及び出力プーリ３０に関する直径の比によって部分的にそれぞれ決定される。それゆえ、加えられるエンジンスピードに対するファイナルベルト駆動補機スピードは、ドライバプーリ（クランクシャフト）の直径、入力プーリ１０の直径、トランスミッション比、出力プーリ３０の直径、および補機プーリの直径の関数である。これらの変数のそれぞれは、望ましいファイナルドライブ比とそれによるベルト駆動補機スピードを与えるため、選択及び合算される。ファイナルドライブ比は、既知のクランクシャフト（エンジン）スピードに対する補機スピードを決定する。

典型的なドライブシステムでは、本発明によるトランスミッションは、本発明によるトランスミッションを有さない同種のエンジンと比較して最大約５％の幅で燃費低減を提供する。アイドルよりも速いエンジンスピードにおける本発明によるシステムは、補機の回転スピードを減少する。このことは、加速時間の改良や車輪で用いられ得る力の増加を含む、エンジン及び車両の性能を改善する。

２．０リッターエンジンを用いる典型的なシステムでは、本発明によるシステムは以下に示す動作特性を有する。

第一列では、従来のドライブ及びツースピードトランスミッション（ツースピードモジュール）を用いるドライブシステムで用いられるようなそれぞれのプーリに対して、ｍｍで直径が与えられる。名称は以下の通りである。”Ｃｒａｎｋ”−クランクシャフト、”ＡＣ”−空調機、”ＰＳ”−パワーステアリング、”Ａｌｔ”−オルタネータ、”ＷＰ”−ウォーターポンプ。この実施形態におけるシステムでは、空調機（ＡＣ）はトランスミッションの出力シャフト３１に直接接続されるが、補機のいずれかは出力シャフト３１に直接接続されうるため、これに限定されることを意図しない。参照の容易のため”アイドル”として参照されるエンジンスピードでは、ツースピードトランスミッションは係合され、それゆえブレーキ４０は係合される。本実施形態における”アイドル”は、約８００ＲＰＭに任意に設定される。トランスミッション比は約１．５７である。アイドルにおける、ツースピードトランスミッションにより駆動されるときの補機のスピードは、同等の”従来のドライブ”と同じである。”従来のドライブ”は、ツースピードトランスミッションなしでクランクシャフトと直接係合する、従来技術によるドライブである。

アイドルよりも速いエンジンスピードにおいて、本実施形態における２５００ＲＰＭでは、ブレーキ４０は解放される。それゆえ、ワンウェイクラッチ２２は、入力プーリ１０と出力プーリ３０とが一致して回転するように動作可能である。入力プーリ１０及び出力プーリ３０はそれぞれ１４５８ＲＰＭで回転する。しかしながら、それぞれの補機に対するプーリの直径により、それぞれの補機は、従来技術によるシステムと比較して相対的に遅いスピードで回転する。これ、及びアイドル時における後述する実施形態において、ブレーキ４０が係合されたときにトランスミッションによって引き起こされる１．５７ｘの相対的なスピード増加を、出力プーリ３０とそれぞれの補機プーリとの間のそれぞれのプーリ比が効果的に打ち消すように、プーリの直径は選択される。

エンジンアイドルでのオルタネータに対する２．０Ｌエンジンの例におけるファイナルドライブ比は、約２．３３（１８６６ＲＰＭ／８００ＲＰＭ）である。”オフアイドル”エンジンスピードでのオルタネータに対するファイナルドライブ比は、約１．４８（３７０５ＲＰＭ／２５００ＲＰＭ）である。本発明によるシステムは、エンジンスピードに反比例の関係であるベルト駆動補機についてのファイナルドライブ比を伝える。また、エンジンスピードに対するプーリドライブ比における反比例の関係は、直接接続され、トランスミッションにより駆動される補機、すなわちクランクシャフトプーリ及びトランスミッション入力プーリにも適用される。

アイドルよりも速いエンジンスピードでは、ブレーキ４０が解放されワンウェイクラッチ２２が固定されるとき、本発明によるシステムは完全な支配権が与えられる。入力プーリ１０及び出力プーリ３０は一致して回転する。補機プーリと組み合わされたこのシステムは、補機回転スピードを従来公知のシステムと比較して減少する。この方法で補機スピードを減少させることは、エンジンの全体としての燃料効率を著しく増加する。また、車輪に利用されるトルクを増加する。もちろん、プーリ比はいかなるエンジン補機駆動の構成に適応させるために選択されうる。

他の実施形態では、５．３リッターエンジンシステムが説明される。

本実施形態では、トランスミッション比は約１．５７である。本実施形態におけるアイドルスピードは、前述の実施形態における８００ＲＰＭと比較されるように、約６５０ＲＰＭである。エンジンアイドルでのオルタネータに対する本実施形態におけるファイナルドライブ比は、約３．２６（２１２１．６ＲＰＭ／６５０ＲＰＭ）である。”オフアイドル”エンジンスピードでのオルタネータに対するファイナルドライブ比は、約２．０７（３１１０ＲＰＭ／１５００ＲＰＭ）である。

それぞれの実施形態では、出力シャフト３１に直接接続されるＡ／Ｃに関し、直接接続される補機のエンジンアイドルでのスピードは、トランスミッション比によって変更されるクランクシャフトプーリと入力プーリ１０との間のプーリ比に一致する。エンジンアイドルを超過するエンジンスピードでは、直接接続される補機のスピードは、クランクシャフトプーリと入力プーリ１０とのプーリ比に一致する。アイドルを超過するエンジンスピードでは、プラネタリギアは操作されずに出力シャフトの全ての回転はワンウェイクラッチ２２により引き起こされるため、トランスミッション比に起因する効果が付加されない。

本発明のシステムにおけるトランスミッションのデューティーサイクルは、約５％であり、これはトランスミッションが時間の約５％、基本的にはエンジンがアイドルしているときに動作する（すなわち、ブレーキが係合されるとき）ことを意味する。デューティーサイクルは、エンジンの稼働状況に依存し、好ましくは約４％から１０％までの範囲であり、約２５％から３０％と同じくらい高いこともあり得る。一方、先行技術によるシステムは、エンジンがアイドルよりも速いスピードで稼働しているときにトランスミッションを稼働するため、逆数のデューティーサイクル（〜９５％）を有する。トランスミッションの稼働寿命を延ばすため、低いデューティーサイクルは好ましい。術語アイドルは参照の容易のために用いられ、本発明を特定のエンジンスピードに限定することを示すことを意図しない。アイドルスピードは様々な車両及びエンジンタイプにより異なりうる。

システムは複数の補機をエンジンスピードのいかなる範囲においても２つの異なったスピードで駆動しうる。第１の利用できる補機スピードは、出力シャフト３１に直接接続される補機のスピードである。第２の補機スピードは、トランスミッション比、及びトランスミッション出力プーリ３０若しくは特定のドリブン補機プーリのそれぞれのプーリ比によってさらに決定されるような、ベルト駆動補機のスピードである。

補機は、２つの利用可能な動作スピードの有益な効果を最適化するために、ベルトドライブシステム内に置かれ、選択される。例えば、空調機又はオルタネータはトランスミッション出力シャフト（３２）に直接接続されうるが、一方、パワーステアリングポンプ又はウォーターポンプのような、他のベルト駆動補機は出力プーリ３０から第２のベルトによって異なるスピードで駆動される。

革新的なコンパクトデザインは、完全に出力プーリ３０のベルト係合面３３の幅（Ｗ）の中にプラネタリギアトレーンを設けることにより実現される。サンギア１８のためのブレーキシュー１９０は、入力プーリ１０にぴったりと隣接して設けられる。それにより、トランスミッションの全体の厚さは、実質的にプーリ１０、プーリ３０、の幅、及びブレーキ４０の幅の関数である。電気的サービス要件、状況により、ブレーキ４０は入力プーリ１０の幅（Ｗ２）の幅に完全に含まれうる。それにより、トランスミッションの全体の幅は、可能な限り近接する入力及び出力プーリの幅によって実質的に制限される、最低限界を有する。例えば、約４５ｍｍと同じくらい小さい、端から端までのトランスミッション全体の厚さを提供することができる。フロントエンド補機ドライブに少なくともベルト１本の幅が与えられたと想定すると、本発明によるトランスミッションは約３０ｍｍの追加クリアランススペースを必要とするのみで燃料効率をかなり向上させ、そして、特定の場合には出力ベルトＢ２の全体の幅に基づいて２０ｍｍ以下が必要とされる。

図２はツースピードトランスミッションの断面図である。入力キャリア部１１及び入力キャリア部２０はファスナ２０１により部材２７と互いに結合される。部材２７は入力キャリアの周囲に設けられる。図４参照。入力プーリ１０、入力キャリア部１１、入力キャリア部２０、及び入力シャフト２００は入力回転アセンブリを構成する。図１に示すように、プラネタリギア１５は入力キャリアシャフト２１に軸支される。ブレーキ４０が解放されるとワンウェイクラッチ２２は係合し、それにより出力シャフト３１を駆動する。ブレーキ４０が係合されると、出力シャフト３１は入力シャフト２００のスピードよりも速いスピードで回転するために、ワンウェイクラッチ２２は解放される。

図３はプラネタリギアキャリアの斜視図である。プラネタリギア１５は、部材２７の間に相互に挿入されるキャリアの周囲に設けられる。ファスナ２０１は部位１１を部材２７に接続する。

図４はキャリア上のプラネタリギアの部分斜視図である。それぞれのプラネタリギア１５は、ニードルベアリングあるいはスリーブベアリングのような従来公知であるベアリング２１０の上でシャフト２１に軸支される。ベアリングの選択は業務の状況に依存する。

図５はプラネタリギアベアリング及びキャリアスリーブベアリングの部分斜視図である。それぞれのプラネタリギアベアリング２１０はプラネタリギア１５とシャフト２１との間に設けられる。キャリアスリーブベアリング５０は入力シャフト２００及び出力シャフト３１との間に設けられる。

図６はキャリア及び出力プーリの部分斜視図である。トランスミッションのコンパクトデザインにより、プラネタリギアキャリアが出力プーリの幅の中に完全に納められる。入力シャフト２００は、出力シャフト３１が設けられる孔２０２を備える。

図７はキャリア、出力プーリ、及び入力プーリの部分斜視図である。ファスナ１２は入力プーリ１０を入力キャリア部１１に取り付ける。また、入力プーリ１０も、仮付け溶接又は従来公知である他の適する接続手段によって、入力キャリア部１１に取り付けられる。

図８はキャリアブレーキシュー及び出力プーリの部分斜視図である。ブレーキシュー１９０は、コイル４１が起動されたときにコイル４１と摩擦係合する、放射方向に延びる表面を備える。シュー１９０のコイル４１との係合はサンギア１８の回転を止める。ブレーキシュー１９０は入力プーリ１０の幅の中に実質的に収容される。

図９はベアリング及びキャリアブレーキシューの部分斜視図である。ベアリング２３、２４はブレーキハウジング５２上に入力シャフト２００を支持する。

図１０はコイルを有するトランスミッションの斜視図である。ブレーキ４０は軸周りに回転し、入力シャフト２００をベアリング２３、２４上に支持する。ボス５３、５４はトランスミッションを取付面に接続するためにファスナと共に用いられる。

図１１は、オルタネータ７００に接続されたツースピードトランスミッションの断面図である。オルタネータ７００は出力シャフト３１に直接連結される。いかなる他の補機も同様にしてトランスミッションに直接接続されうるため、オルタネータ７００は単に例として用いられる。直接連結は、シャフト３１上の溝７０３を用いることにより達成されるが、その役目に適したシャフト連結のいかなる形状、及び従来公知のものも好ましい。

タブ７０２はトランスミッション及びオルタネータから延びる。ファスナ７０１はタブ７０２と接続する。ファスナ７０１は、例えば、スクリュー、ボルト、又はスタッドを備える。従来公知の方法により、オルタネータ７００は車両電子システムに電気的に接続される。

図１２はベルト駆動補機ドライブの概略図である。ベルトＢ１はクランクシャフトプーリＣＲと入力シャフト１０との間で動的に係合される。ベルトＢ２は出力プーリ３０と補機プーリＡ２及びＡ３との間で動的に係合される。ベルトＢ１及びＢ２は、それぞれマルチリブド形状を備える。図２参照。補機Ａ１はトランスミッション１００に直接連結される。補機Ａ１はオルタネータ７００を備える。ベルトテンショナＴはベルトＢ２に張力を加える。テンショナＴは、非対称テンショナ、Ｚタイプ、あるいは線形テンショナを含む従来公知のいかなるテンショナであってもよい。

非対称テンショナはテンショナアームに軸支されるプーリを備える。非対称テンショナは、第２の方向よりも第１の方向において大きい減衰力を有する、減衰機構を備える。

他の実施形態では、ベルトＢ１又はＢ２のどちらか、あるいは両方が、従来公知である低弾性ベルトを備える本発明によるシステムにおいて用いられる。低弾性ベルトは、ナイロン４．６又はナイロン６．６又はこの２つの組合せを備える伸張ひもを有するベルトである。ベルトの弾性率は、約１５００Ｎ／ｍｍから約３０００Ｎ／ｍｍの範囲である。低弾性ベルトの特徴は、テンショナあるいは可動シャフト補機無くベルトドライブシステムに取り付けられ得ることである。低弾性ベルトは従来公知であるベルト取付工具を用いて単純に取り付けられる。工具は、プーリシャフトの中心位置を他の方法で調節する必要なく、トランスミッションプーリ又は補機プーリの角にベルトを曲げ、又は水平方向に押しつけるために用いられる。エンジンブロックのようなエンジン取付面に直接接続される単純なトランスミッションの設計よりも高価となり得る、他の方法でベルトＢ１を可動に取付及び調節する方法でトランスミッションを取り付けるため、低弾性ベルトは、ベルトＢ１に特に適している。さらに、クランクシャフトに関してトランスミッションシャフトの位置を調節することは、同様に組立時間を消費する。

他の実施形態においてもなお、チェーンがベルトの位置において用いられ得る。

もちろん、トランスミッション１００及び補機のうち１つ又は全ては、取り付ける間にシャフトの位置が調節される従来公知の調節可能取付手段と共に提供される。

図１３は、ジェネレータモータ適用物に用いられる本発明の一実施形態によるトランスミッションの概略図である。オートマチックトランスミッション（”Ａ／Ｔ”）２はエンジン（”Ｅ／Ｇ”）１に隣接して設けられる。モータジェネレータ３００（”Ｍ／Ｇ”）はモータ及び発電機として提供される。エンジンクランクシャフト３、及びＭ／Ｇのシャフト３１若しくはシャフト２００は、互いに平行に設けられる。Ｍ／Ｇ３００は、この明細書中の他の所に記載されるように、トランスミッション１００に直接接続される。トランスミッション１００は、シャフト２００の回転スピードが減速され、クランクシャフト３に伝達されるように、Ｍ／Ｇ３００とクランクシャフト３との間に機械的に設けられる。プーリＣＲはクランクシャフト３に接続される。プーリ１０はこの明細書に記載されるように、トランスミッション１００に接続される。ベルトＢ１はプーリＣＲとプーリ１０との間に配置される。プーリ３０はＭ／Ｇ３００のシャフト３１に直接接続される。プーリ１０はプラネタリギアセットによってシャフト２００に動作可能に接続される。

パワーステアリングユニット及びエアーコンディショナ用のコンプレッサＡ／Ｃは、それぞれエンジンベルトドライブシステムに含まれる補機である。プーリＡ２及びＡ３は、ポンプＰ及びコンプレッサＡ／Ｃの回転シャフトにおけるそれぞれの端部に固定される。ベルトＢ２は、プーリ３０、Ａ２、及びＡ３の間に係合される。プーリ３０、Ａ２、Ａ３、そしてベルトＢ２は、Ｍ／Ｇ３００の回転をそれぞれの補機に伝達するためのパワー伝達手段を構成する。

インバータ４００はＭ／Ｇ３００に電気的に接続され、Ｍ／Ｇ３００がモータモードで使用されるとき、Ｍ／Ｇ３００のスピードを調節するため、バッテリ８００からＭ／Ｇ３００へ供給される電気エネルギーの量を変化させるように設計される。

Ｍ／Ｇ３００は、Ａ／Ｔのために電子クラッチ１９１を介してオイルポンプ１９４に接続される。オイル注入パイプ１９２はオイルポンプ１９４に接続される。オイル排出パイプ１９３はオイルポンプ１９４に接続される。オイルポンプ１９４はエンジン潤滑システム（図示しない）に接続される。前述の構造は、エンジンが停止している間、Ｍ／Ｇ３００が、電子クラッチ１９１を係合させることによってオイルポンプ１９４を操作することを可能にする。Ａ／Ｔの中に設けられるスターティングクラッチ（図示しない）は、エンジンを再始動するとき車両をなめらかに駆動するため、即座に係合されるように設計される。

再度、図１３を参照する。コントローラ５００は、エンジン動作モード切替動作を制御するための信号、つまり電子クラッチ１９１へのＯＮ−ＯＦＦ制御信号、及びトランスミッションの電子コイル４１へのＯＮ−ＯＦＦ制御信号をインバータ４００に伝達する。また、コントローラ５００は、車両やエンジンに設けられた様々なセンサから、車両制御状況及び／又はエンジン制御状況を表す信号を受ける。この信号は、Ｍ／Ｇ３００のスピードを示す信号、エンジン動作モードを切り替える信号、エアーコンディショナの制御を切り替える信号、例えばエンジン１のスピードを示すエンジンステータス信号、車両のスピード及び類似のものを示す車両ステータス信号（図示しない）、車輪ブレーキステータス信号、エンジンスロットルポジション信号、及びシフトレバーにより選択された範囲を示すＡ／Ｔのステータス信号を含む。スロットルポジション信号は、加速、減速、無加速巡航、あるいはアイドルといった、エンジンに対するドライバの要求を示す、スロットルポジションに関係する。それぞれの信号はアナログ又はデジタルのどちらかである。

前述の信号により示された情報に応じて、コントローラ５００はメモリ９００からデータを読み込む動作と、エンジン第１動作モード（エンジン稼働）又は第２動作モード（エンジン不稼働）を決定するための動作の演算とを行う。その後、コントローラ５００は制御信号を、トランスミッションブレーキコイル４１、インバータ４００，及び電子クラッチ１９１に伝達する。コントローラ５００は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、双方向コミュニケーションバス、インターフェース回路（信号変換回路及びその類似品）、及びメモリ９００を含む、公知のユニットにより提供されるコンピュータシステムとして形成される。

以下、動作が記載される。初めに、Ｍ／Ｇ３００はエンジン１を始動するために作動される。エンジン１を始動した後、Ｍ／Ｇ３００はバッテリ８００に電気エネルギーを蓄積するために発電機として動作する。エンジンが始動されると、コントローラ５００はＭ／Ｇ３００のスピードを検出する。さらに、コントローラ５００は、エンジン１を始動するために必要とされるトルク及びスピードが実現されるように、インバータ４００にスイッチング動作を行わせる。例えば、エンジン始動時に、エアーコンディショナＡ／Ｃをスイッチングするための信号がＯＮに変えられると、Ａ／ＣのＯＦＦ状態と比較してより強いトルクが必要とされる。それゆえコントローラ５００は、Ｍ／Ｇ３００がより速いスピードと共に強いトルクで回転するために、スイッチング制御信号をインバータ４００へ加える。

スイッチング制御信号は、エンジン１、Ａ／Ｔ２及び車両の様々なステータス信号がコントローラ５００に供給され、それによりメモリに記憶されたマップメモリと比較されて決定される。あるいは、スイッチング制御信号はコントローラ５００内に設けられるプロセサユニット（ＣＰＵ）によって行われる計算により決定されうる。

エンジン停止信号がＯＮに変えられると、コントローラ５００は、エンジン１、例えば、電磁燃料ポンプ（図示しない）への燃料供給を中断する信号を伝達することにより、エンジン１を停止する。エンジン停止動作は、例えば、車両スピードがゼロ、ブレーキが部分的に又は完全にかけられ、あるいはシフトレバーがＤ又はＮ設定であるという状況の下で行われる。このように、プーリ１０とエンジン１との間には力が伝達されない。この状況では、電子クラッチ１９１は、エンジン１がＯＦＦである間、Ｍ／Ｇ３００がオイルポンプ１９４を動作させるよう、接続状況にされる。これは、Ａ／Ｔ２内に設けられるスターティングクラッチ（図示しない）が、エンジンを再始動するとき車両をなめらかに駆動するため、即座に係合されるように設計されるためである。

例えエンジン１が停止されても、エアコンディショナ及びパワーステアリングが操作されることが必要である場合、コントローラ５００は、パワーステアリングユニット用ポンプＰ、エアーコンディショナ用コンプレッサＡ／Ｃ、及びＡ／Ｔ２用オイルポンプ１９０の負荷に一致するスピードとトルクでＭ／Ｇ３００を回転させるためのスイッチング制御信号をインバータ４００へ加える。この場合、ブレーキ４１はＯＦＦあるいは解放される。

車両が停止した状況からエンジン１が再始動されたとき、ブレーキコイル４１はＯＮに変えられ、それによりサンギア１８の回転が止まり、モータモードにあるＭ／Ｇ３００はエンジン１を始動させる。ブレーキコイル４１は通電され、プーリ１０が既定のスピードとトルクで回転する。このように、Ｍ／Ｇ３００の回転力は、減速されたスピードでリングギア１７からキャリア１１に、そしてそれによりプーリ１０に、またそれによりクランクシャフトプーリＣＲに伝達される。

Ｍ／Ｇ３００が発電機として用いられ、及び／又は補機が稼働する一方で、エンジン１が第１動作モードで動作するとき、ブレーキコイル４１はＯＦＦに変えられてワンウェイクラッチ２２は係合状態にある。このように、Ｍ／Ｇ３００及びプーリ１０は、プーリ１０の回転がクラッチ２２を介しシャフト３１を経由してＭ／Ｇ３００に伝達されるように、互いに回転可能に接続される。

ポンプＰ及びコンプレッサＡ／ＣがモータモードにあるＭ／Ｇ３００により操作されル一方で、エンジン１が停止されるとき、ブレーキコイル４１はＯＦＦに変更される。この第２の動作モードでは、エンジン１は停止され、ピニオンギア１５及びサンギア１８は自由に回転する。キャリア１１及びプーリ１０は停止されたクランクシャフトプーリＣＲと係合するベルトＢ１と係合されるため、回転しない。ブレーキコイル４１はＯＦＦであるため、サンギア１８はリングギア１７及びプーリ３０と反対方向に回転する。実際には、この構成はあたかもトランスミッション１００が”ニュートラル”ギアに置かれているかのように動作し、それによってプーリ３０からプーリ１０へのトルクの伝達を妨げる。

トランスミッション１００は、選択されたモードに従ってエンジンからトルクを受け、又はエンジンへのトルク伝達を制御する、クラッチの一部として動作する。

図１４は、他のジェネレータモータ配置における本発明のトランスミッションの概略図である。一般に、本実施形態における構成要素とその関係は図１３に記載され、相違点がここに記載される。

本実施形態においては、Ｍ／Ｇ３００はトランスミッション１００に直接取り付けられない。トランスミッション１００は補機に直接接続されない。Ｍ／Ｇ３００はベルトＢ２によりトランスミッション１００に接続される。トルクは、エンジン１、Ｍ／Ｇ３００及び補機の間のベルトＢ１及びＢ２によりトランスミッション１００へ、そしてトランスミッション１００から伝達される。トランスミッション１００は、ボルトあるいはスクリューのようなファスナを用いてエンジン１に直接取り付けられる。

本実施形態は、Ｍ／Ｇ３００が、直接、又はベルトにより、トランスミッション出力シャフト３１のいずれかの端部に、接続されうることを説明する。これは、本発明によるトランスミッションがうまく用いられ得る、他のベルトドライブ配列を提供する。

動作時において、エンジン１が例えば停止信号で車両が停止されている状態から再始動されるとき、モータモードにあるＭ／Ｇ３００は、ブレーキコイル４１がＯＮに変更されそれによりブレーキを係合してサンギア１８の回転が止められたときに、ベルトＢ２、トランスミッション１００、及びベルトＢ１を介してエンジン１を始動する。ブレーキコイル４１への通電は、既定のスピード及びトルクでプーリ１０を回転させる。このように、Ｍ／Ｇ３００の回転力は、ベルトＢ２を介して減速時にプーリ３０に、リングギア１７に、キャリア１１に、そしてそれによりプーリ１０に、またそれによりベルトＢ１を介してクランクシャフトプーリＣＲに伝達される。ベルトＢ２の構成により、同様にしてエンジン始動しているときにＭ／Ｇ３００がモータモードで回転される間、補機Ｐ及びＡ／Ｃは回転される。

Ｍ／Ｇ３００が発電機として用いられ、及び／又は補機が操作される一方で、エンジン１が第１動作モードで稼働されるとき、ブレーキコイル４１はＯＦＦに変更され、そしてワンウェイクラッチ２２は係合状態に置かれる。このように、プーリ３０及びプーリ１０は、プーリ１０の回転がプーリ３０に、そしてそれによりベルトＢ２を介して補機Ｐ、Ａ／Ｃ及びＭ／Ｇ３００に伝達されるように、互いに直接接続される。

ポンプＰ及びコンプレッサＡ／ＣがＭ／Ｇ３００により動かされ、Ｍ／Ｇ３００はモータモードにある一方で、エンジン１が止められているとき、ブレーキコイル４１はＯＦＦに変更される。第２動作モードでは、エンジン１は止められ、ピニオンギア１５及びサンギア１８は自由に回転する。キャリア１１及びプーリ１０は停止されたクランクシャフトプーリＣＲと係合するベルトＢ１と係合されるため、これらは回転しない。ブレーキコイル４１はＯＦＦであるため、サンギア１８はリングギア１７及びプーリ３０と反対方向に回転し、それによりＭ／Ｇ３００はエンジン１を始動させずにベルトＢ２を介して補機Ｐ及びＡ／Ｃを稼働させる。

他の実施形態においては、図１１に示すように、補機１０００はトランスミッション１００に直接接続される。補機１０００は燃料ポンプ、オイルポンプ、又はエンジン若しくは車両に必要とされうる他の補機を備えうる。本実施形態では、補機１０００はトランスミッション１００及びシャフト３１に直接接続される。同軸シャフト３１に特有の配列により、トランスミッション１００における入力シャフト２００、つまり補機１０００は、エンジン１が動かされず、Ｍ／Ｇ３００がモータモードにあるときですら、他の補機と同調するＭ／Ｇ３００により完全に動作可能である。もちろん、補機１０００もまた、エンジン１が動かされ、そしてＭ／Ｇ３００が発電機として動かされるときに、補機Ｐ及びＡ／Ｃと同調するエンジン１によって駆動される。

ここに本発明の複数の実施形態が説明されたが、記載された発明の範囲と精神から逸脱することなく、変形が各部の構造と関係に施されることは、当業者にとって自明である。

Claims (13)

1. 第１及び第２の動作モードで動作可能なエンジンと、
   モータジェネレータと、
   前記第２の動作モードにおいて前記エンジンが動作しているとき、前記モータジェネレータから電力を受ける補機と、
   前記モータジェネレータ及び前記エンジンとの間のクラッチと、
   車両の動作状況を検出するために動作可能であり、信号を精製するために動作可能であるセンサと、
   前記第１の動作モード又は第２の動作モードを選択的に作動するために前記信号を用いるコントローラとを備え、
   前記コントローラは、前記第２の動作モードの間、前記補機に電力を供給するために前記モータジェネレータを動かし、一方で前記エンジンが前記第２の動作モードで動かされているときに前記モータジェネレータから前記エンジンに伝達されることを防ぐ前記クラッチを不能にする、車両のためのパワートレーンシステム。
2. 前記エンジン又は前記モータジェネレータにより制御される補機をさらに備え、
   前記補機は前記モータジェネレータの回転シャフトに接続される、請求項１に記載のパワートレーンシステム。
3. 前記モータジェネレータは前記エンジンのドライブシャフトに接続され、
   トランスミッション機構は前記エンジンと前記モータジェネレータとの間に設けられ、前記トランスミッション機構は、前記モータジェネレータの回転シャフトの回転を前記エンジンの前記ドライブシャフトに、変更されたスピードで伝達することを可能にし、
   前記補機は、前記モータジェネレータの前記回転シャフトに接続され、前記エンジン又は前記モータジェネレータによって動かされ、
   前記トランスミッション機構は、前記エンジンが止められた状態において前記補機が前記モータジェネレータにより動かされるときに、前記モータジェネレータの前記回転シャフトの回転のスピードを減少し、前記回転を前記エンジンの前記ドライブシャフトに伝達する、請求項１に記載のパワートレーンシステム。
4. 前記エンジンが止められた状態において前記補機が前記モータジェネレータにより動かされるとき、前記クラッチは、前記モータジェネレータの前記回転シャフトの回転が前記エンジンの前記ドライブシャフトへ伝達されることを妨げる、請求項３に記載のパワートレーンシステム。
5. 前記信号はデジタルである請求項２に記載のパワートレーンシステム。
6. 前記信号はアナログである請求項２に記載のパワートレーンシステム。
7. 第１の動作モード又は第２の動作モードにおいて動作可能なエンジンと、
   電気モータジェネレータと、
   前記エンジン及び前記モータジェネレータのうち少なくとも１つから電力を受ける補機と、
   前記エンジンと前記モータジェネレータとの間のトランスミッションとを有する車両用パワートレーンシステムを制御する方法であって、
   センサで車両動作状況を検出し、
   前記センサから信号を供給し、
   前記第１の運転モード又は前記第２の運転モードを選択的に作動するための信号を用い、
   前記第２の運転モードが選択されたときに前記モータジェネレータから前記補機に電力を供給し、
   前記第２の運転モードにて前記エンジンが動かされるとき、前記モータジェネレータから前記エンジンへ電力が伝達されることを防止する前記クラッチを不能にする、車両用パワートレーンシステムを制御する方法。
8. デジタル信号を供給する手段を備える請求項７に記載の方法。
9. アナログ信号を供給する手段を備える請求項７に記載の方法。
10. 前記トランスミッションに前記補機を取り付ける手段を備える請求項７に記載の方法。
11. 前記補機は前記トランスミッションに直接接続される請求項３に記載のパワートレーンシステム。
12. 前記モータジェネレータは前記トランスミッションに直接接続される請求項３に記載のパワートレーンシステム。
13. 前記モータジェネレータは前記トランスミッションにベルトで接続される請求項１１に記載のパワートレーンシステム。

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