JP2013542377A - パワートレイン - Google Patents

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Abstract

本発明に係る、自動車、特にハイブリッド車両のためのパワートレインは、内燃機関に接続可能な駆動軸と、特に切換え可能な１つのフリーホイールを介して駆動軸に連結可能なポンプ、特に伝動装置オイルポンプとを有する。さらに、ポンプを駆動するための電気機械が設けられている。本発明により、電気機械は力伝達方向において、駆動軸とポンプとの間で直列に配置されていて、力伝達方向においてフリーホイールに対して並列に配置されている。これにより、パワートレインの構成スペースを減じるために、第２のフリーホイールを削減することが可能になる。

Description

本発明は、自動車伝動装置、及びポンプ、特に自動車伝動装置を液圧により加圧する伝動装置オイルポンプに駆動装置のトルクを伝達することができる、自動車用のパワートレインに関する。
国際公開第２００６０１２９５号において、内燃機関が駆動軸に接続されているパワートレインが公知になっている。この構成において、駆動軸は第１のフリーホイールを介して伝動装置オイルポンプのポンプ軸に連結可能である。伝動装置オイルポンプのポンプ軸には、第２のフリーホイールを介して電気機械が連結可能である。内燃機関と電気機械のうちどちらかが、ポンプ軸のためにより高い回転数を提供するかに応じて、前記フリーホイールによって内燃機関又は電気機械のいずれかがポンプ軸に連結されるので、伝動装置オイルポンプによる自動車伝動装置への十分なオイル供給が保証され得る。
上記パワートレインにおいて不都合となるのは、伝動装置オイルポンプの構造的な結合が、比較的大きな構成スペースを要し、パワートレインのエネルギ効率がいまだ十分ではない、ということである。
本発明の目的は、ポンプ、特に伝動装置オイルポンプを構造的に簡単に結合することができる、自動車用のパワートレインを提供することである。特に、本発明の目的は、パワートレインの電気機械の使用可能性を高める、かつ／又はパワートレインのエネルギ効率を改良することである。
上記目的は、本発明によれば請求項１の特徴により達成される。本発明の有利な構成は、従属請求項に記載されている。
自動車、特にハイブリッド車両用の本発明に係るパワートレインは、内燃機関に接続可能な駆動軸と、特に切換え可能なフリーホイールを介して駆動軸に連結可能なポンプ、特に伝動装置オイルポンプとを有する。さらにポンプを駆動するための電気機械が設けられている。本発明によれば、電気機械は、力伝達方向において駆動軸とポンプとの間で直列に配置されていて、かつ力伝達方向においてフリーホイールに対して並列に配置されている。
駆動軸とポンプとの間でフリーホイールに対して並列に電気機械を配置することにより、出力経路を内燃機関からフリーホイールを介して実現するか、電気機械を介してのみ実現するか、又は内燃機関と電気機械とを介して実現することが可能である。これにより、特にスタート・ストップ自動装置を備えた自動車において、運転状況に応じて、駆動軸とポンプとの最適化された回転数及び最適化された出力での結合が可能になる。付加的にパワートレインのエネルギ効率は、ポンプ回転数の可変の適合により改良することができる。内燃機関と電気機械とを、夫々専用のフリーホイールを介して駆動軸に結合することは必要ないので、並列接続された第２のフリーホイールの削減により、パワートレインの必要な構成スペースを減じることができる。さらに、例えば内燃機関が停止している場合にポンプを純粋に電気的に運転することが可能である。この構成においてフリーホイールは、この運転状態においてオーバランされ、電気機械の傍らを通る、内燃機関とポンプとの間の力伝達経路を遮断する。純粋に機械的な運転において、つまり電気機械に通電されない場合、フリーホイールをロックすることができ、力伝達経路をフリーホイールを介して提供することができる。この運転状態において、電気機械のロータとステータとは、ほぼ同じ回転数で一緒に回転することができるので、電気機械からの出力は要求されず、また電気機械による出力は引き出されない。内燃機関に対して付加的に電気機械がポンプに出力を伝達することもできるブースト運転が追加的に可能である。例えば内燃機関の回転数が低いか、又はアイドリング運転中に使用することができる上記運転状態において、電気機械のステータは、駆動軸の回転数でもって一緒に回転することができ、もたらされた電気出力を介して、電気機械のロータに連結されている、ポンプに接続されたポンプ軸の付加的な上昇を惹起することができる。内燃機関によって提供される回転数が低い場合であってもポンプは、比較的高い回転数で付勢することができるので、ポンプの寸法を相応に小さく設定することができ、必要な体積流を高められた回転数でもって提供することができる。これにより、ポンプをより小さくかつコンパクトに構成することができるので、パワートレインに必要な構成スペースは小さくなる。
有利な構成において、力伝達方向でフリーホイールに対して直列に、かつ力伝達方向において電気機械に対して並列に、切換えエレメント、特に遠心クラッチが配置されている。この遠心クラッチにより、フリーホイールがロックされている場合、つまり内燃機関からポンプへ機械的な力の伝達時に、力伝達経路の遮断は所定の限界回転数に達した場合に実現される。特に、内燃機関により提供される回転数が特に高い場合に、ポンプの不必要に高い体積流を回避することが可能である。これにより、ポンプは必要とされるだけの体積をポンプの作用により供給するので、不必要な循環体積流は回避されている、ということが保証される。これにより、効率の損失は減じられ、パワートレインのエネルギ効率は高まる。これと同時に、駆動軸及びポンプ軸における回転数が相応に高い場合には、ジェネレータ運転で電気機械を運転するために（回生（Rekuperation））、遠心クラッチは開く。これにより電気機械の機能性を明らかに高めることができ、種々異なる使用可能性で使用することができる。例えば、現状の運転状態におけるポンプの適宜な運転に必要とされない電気エネルギを得るために、ポンプの通常の駆動モータをジェネレータモードにおいて運転することが可能である。遠心クラッチに対して択一的には、選択的にフリーホイールを連結するか又は連結解除する他の切換えエレメントを使用することもできる。例えば電気的に操作可能なクラッチは、切換えエレメントとして設けられていてよい。この構成において回転数はクラッチに接続されている回転数センサでもって測定することができ、フリーホイールの予め決められた閾回転数に基づいて連結又は連結解除することができる。これにより特に、閾回転数を、パワートレインの種々異なる構造タイプに相応しいソフトウェアを介して種々異なって調節することが可能であり、及び／又は状況に起因して運転中に変更することが可能である。
特に、切換えエレメントは、駆動軸の所定の回転数ｎｇｒｅｎｚよりも下では力伝達経路を形成するためには閉じられていて、駆動軸の回転数ｎｇｒｅｎｚよりも上では力伝達経路を遮断するためには開かれている。遠心クラッチとして形成された切換えエレメントは、つまり回転数に基づいてフリーホイールを切り換えることができる。好ましくは駆動軸の回転数ｎｇｒｅｎｚは、駆動軸の所定の回転数ｎｇｒｅｎｚにおいて予め決められた最大限に必要なポンプのポンプ出力が達成されているように選択されている。これによりポンプの正常な運転を保証することができる。この構成において、ポンプの正常な運転に必要でない機械的なエネルギは消費されないので、このエネルギ成分を他に利用することができる。パワートレインの効率はこれにより改良される。これによりフリーホイールを直接的に切り換えることができる。フリーホイールの切換えは、例えば通電若しくは電気機械自体のトルクを介して実施することができる。自由に切換え可能なフリーホイールは、特にフレキシブルに運転点（この運転点を超えるとフリーホイールはロック解除される）を決定することができる。
特に好ましくは、駆動軸の回転数は力伝達方向においてポンプの上流側で増加又は減少されている。ポンプのための回転数の付加的な増加又は減少により、電気機械及びポンプの必要な寸法設定を適合させかつ最適化することが可能である。例えば付加的な増加が、ポンプのポンプ軸のためにより高い回転数を可能にするので、ポンプをより小さく寸法設定することができる。さらに減速は電気機械における小さなモーメントを可能にし、その結果、電気機械を小さくかつ省スペースで寸法設定することができる。
特に駆動軸は遊星歯車伝動装置を介してポンプに連結されて、回転数を変更する。遊星歯車伝動装置によって、増速又は減速を達成するために、ほぼ無段階式に、ポンプの運転のために駆動軸の回転数を変更することができる。
好ましくは駆動軸は、遊星歯車伝動装置のリングギアに接続されている。この構成において、電気機械は遊星歯車伝動装置のリングギア及びサンギアに接続されている。この構成において、ポンプは遊星歯車伝動装置の遊星キャリアに接続されている。このことは、遊星歯車伝動装置によって内燃機関から駆動軸を介して提供される回転数の増加を可能にする。さらに、電気機械、フリーホイール及び／又は切換えエレメントを遊星歯車伝動装置に組み込むことが可能であるので、これに応じて、必要となる構成スペースは小さくなる。例えば、電気機械のロータ及びステータ並びにフリーホイール及び／又は遠心クラッチを接続することができるようにするためには、リングギア及び／又はサンギアを軸線方向に延長することで十分である。
さらに別の構成において、駆動軸は遊星歯車伝動装置のリングギアに接続されている。この構成において、電気機械は遊星歯車伝動装置のリングギア及び遊星キャリアに接続されている。この構成において、ポンプは遊星歯車伝動装置のサンギアに接続されている。これにより、遊星歯車伝動装置によって駆動軸の回転数の減少が可能になる。さらに電気機械並びにフリーホイール及び切換えエレメントは、電気機械、フリーホイール及び／又は遠心クラッチに接続するために、例えばリングギア及び／又は遊星キャリアを軸線方向に延長することにより、簡単に遊星歯車伝動装置に組み込むことができる。
特に好ましくは、フリーホイール、及び場合によってはフリーホイールに対して直列に設けられている切換えエレメントは、電気機械に対して並列に遊星歯車伝動装置に接続されている。したがってフリーホイール及び場合によっては設けられている切換えエレメントを、電気機械と同じ遊星歯車伝動装置の機能エレメントに連結することができる。これにより、フリーホイール及び場合によっては設けられている遠心クラッチに対する電気機械の並列配置を特に簡単に達成することができる。このために、電気機械のロータ及びステータ並びにフリーホイール及び／又は遠心クラッチを接続することができるように、遊星歯車伝動装置の適切な構成部材は軸線方向に相応に延長されていてよい。
特に駆動軸の回転数が、フリーホイールを介して連結可能な軸の回転数より低いと、力伝達経路を遮断するためにフリーホイールは開く。この構成において他の場合には、フリーホイールは、力伝達経路を形成するために閉じる。これにより、内燃機関はポンプを駆動することができるが、ポンプが内燃機関を駆動しようとすることはない、ということが達成される。特に、電気機械を介してポンプが電気エネルギによって運転される場合に、内燃機関が十分に出力を提供するにもかかわらず、電気機械から提供される電気エネルギがパワートレインの運転のために使用される、ということはフリーホイールにより回避される。
さらに本発明は、内燃機関及び自動車伝動装置を備えた、自動車、特にハイブリッド車両に関する。この構成において、内燃機関はパワートレインを介して自動車伝動装置に接続されている。この構成において、パワートレインは、上述のように構成されていてよくかつ改良されていてよい。パワートレインの小さな構成スペース需要及び改良された効率により、自動車はより良好なエネルギ効率で運転することができ、付加的な構成スペースを他の構成エレメントのために提供することができる。
本発明に係るパワートレインの第１の実施の形態を示す概略的な基本図である。 本発明に係るパワートレインの第２の実施の形態を示す概略的な基本図である。 本発明に係るパワートレインの第３の実施の形態を示す概略的な基本図である。 本発明に係るパワートレインの一部分を示す概略的な断面図である。 ロックされた運転状態にある、図４に示したパワートレインの切換え可能なフリーホイールを示す概略的な断面図である。 ロック解除された運転状態にある、図４に示したパワートレインの切換え可能なフリーホイールを示す概略的な断面図である。
以下に、本発明を添付の図面を参照して例示的に説明する。
図１に示したパワートレイン１０は駆動軸１２を有する。この駆動軸１２は内燃機関１４に連結されている。さらに伝動装置オイルポンプ１６として構成されているポンプが設けられている。このポンプは、ポンプ軸１８を介して駆動軸１２に連結することができる。このために、ポンプ軸１８は、フリーホイール２０を介して駆動軸１２に連結可能である。図示の実施の形態において、フリーホイール２０に対して直列に、遠心クラッチ２２として構成されている切換えエレメントが設けられている。この切換えエレメントは、所定の回転数より上では、駆動軸１２から伝動装置オイルポンプ１６への力伝達経路を遮断する。さらに力伝達方向において、フリーホイール２０及び遠心クラッチ２２に対して並列に電気機械２４が設けられている。フリーホイール２０及び遠心クラッチ２２の順序は入れ替えることもできる。電気機械２４はステータ２６を有する。このステータ２６は、駆動軸１２に相対回動不能に結合されている。ステータ２６は、例えば自動車のバッテリによって選択的に通電することができる。付加的に電気機械２４はロータ２８を有する。このロータ２８は、伝動装置オイルポンプ１６のポンプ軸１８に相対回動不能に接続されている。電気機械２４を介して、内燃機関１４に対して付加的に又は択一的に、伝動装置オイルポンプ１６用の駆動エネルギを提供することができる。さらに、電気エネルギを形成するために、遠心クラッチ２２が開放された場合、伝動装置オイルポンプ１６は電気機械２４をジェネレータ運転において運転することができる。
図２に示したパワートレイン１０の実施の形態において、図１に示したパワートレイン１０の実施の形態とは異なり、付加的に遊星歯車伝動装置３０が設けられている。この遊星歯車伝動装置３０でもって、パワートレイン１０の回転数を、伝動装置オイルポンプ１６のポンプ軸１８と比べて増加させることができる。図示の実施の形態において、駆動軸１２はリングギア３２に接続されているので、電気機械２４並びにフリーホイール２０及び遠心クラッチ２２は、リングギア３２に連結されている。さらに電気機械２４並びにフリーホイール２０及び遠心クラッチ２２は、遊星歯車伝動装置３０のサンギア３４に連結されていてよい。フリーホイール２０及び遠心クラッチ２２の順序を、入れ替えることもできる。リングギア３２及びサンギア３４に、遊星ギア３６が噛み合う。この遊星ギア３６は、遊星キャリア３８を介して、伝動装置オイルポンプ１６のポンプ軸１８に接続されている。
図３に示したパワートレイン１０の実施の形態において、図２に示したパワートレイン１０の実施の形態とは異なり、電気機械２４並びにフリーホイール２０及び遠心クラッチ２２は、サンギア３４ではなく、遊星キャリア３８に連結されている。伝動装置オイルポンプ１６のポンプ軸１８が、その代わりにサンギア３４に連結されている。これにより、図２に示したパワートレイン１０の実施の形態とは異なり、増速は提供されずに、遊星歯車伝動装置３０により減速が提供される。フリーホイール２０及び遠心クラッチ２２の順序は、入れ替えることもできる。
図４に示したパワートレイン１０の実施の形態において、図３に示したパワートレイン１０の実施の形態とは異なり、電気機械２４のロータ２８がサンギア３４に接続されている一方で、ステータ２６は、連行回動するハウジング４０を介して遊星キャリア３８に接続されている。伝動装置オイルポンプ１６のポンプ軸１８は、切換え可能なフリーホイール２０を介して、遊星歯車伝動装置３０のリングギア３２に連結されている。遠心クラッチ２２の代わりに、切換えエレメントとして、リングギア３２に接続された切換えケージ４２が設けられている。この切換えケージ４２は、切換え可能なフリーホイール２０をロック又はロック解除する。
図５及び図６に示した切換え可能なフリーホイール２０は、外輪４４と内輪４６とを有する。外輪４４と内輪４６との間にクランプ可能なころ４８が配置されている。夫々２つのころ４８が、２つの隣り合うころ４８の間に配置されているばね５０によって互いに押し離されるので、ころはロックされた状態（図５）において傾斜部５２によって、外輪４４と内輪４６との間でクランプされる。このことは、外輪４４と内輪４６との間における出力伝達を可能にする。電気機械２４の操作において、切換えケージ４２は、外輪４４に対して相対的に周方向に運動するので、切換えケージ４２は、各周方向において対応するころ４８を、傾斜部５２から押し下げる。これにより、外輪４４と内輪４６との間の出力伝達は中断される（図６）。切換えケージ４２が周方向において内輪４６に接触することができるので、電気機械２４からの出力伝達は、切換えケージ４２及び内輪４６を介して、伝動装置オイルポンプ１６に提供される。
１０ パワートレイン
１２ 駆動軸
１４ 内燃機関
１６ 伝動装置オイルポンプ
１８ ポンプ軸
２０ フリーホイール
２２ 遠心クラッチ
２４ 電気機械
２６ ステータ
２８ ロータ
３０ 遊星歯車伝動装置
３２ リングギア
３４ サンギア
３６ 遊星ギア
３８ 遊星キャリア
４０ ハウジング
４２ 切換えケージ
４４ 外輪
４６ 内輪
４８ ころ
５０ ばね
５２ 傾斜部

Claims (10)

  1. 内燃機関（１４）に接続可能な駆動軸（１２）と、
    特に切換え可能な１つのフリーホイール（２０）を介して前記駆動軸（１２）に連結可能なポンプ、特に伝動装置オイルポンプ（１６）と、
    前記ポンプ（１６）を駆動する電気機械（２４）と、
    を備えた、自動車、特にハイブリッド車両用のパワートレインであって、
    前記電気機械（２４）は、力伝達方向において前記駆動軸（１２）と前記ポンプ（１６）との間で直列に配置されていて、かつ力伝達方向において前記フリーホイール（２０）に対して並列に配置されていることを特徴とする、パワートレイン。
  2. 力伝達方向において前記フリーホイール（２０）に対して直列に、かつ力伝達方向において前記電気機械（２４）に対して並列に、切換えエレメント、特に遠心クラッチ（２２）が配置されていることを特徴とする、請求項１記載のパワートレイン。
  3. 前記切換えエレメント（２２）は、駆動軸（１２）の所定の回転数ｎｇｒｅｎｚよりも下では、力伝達経路を形成するように閉鎖されていて、前記駆動軸（１２）の前記回転数ｎｇｒｅｎｚよりも上では、力伝達経路を遮断するように開放されていることを特徴とする、請求項２記載のパワートレイン。
  4. 前記駆動軸（１２）の前記所定の回転数ｎｇｒｅｎｚは、該駆動軸（１２）の前記回転数ｎｇｒｅｎｚにおいて前記ポンプ（１６）の予め規定された最大限必要となるポンプ出力が達成されているように設定されていることを特徴とする、請求項３記載のパワートレイン。
  5. 前記駆動軸（１２）の回転数は、力伝達方向において前記ポンプ（１６）の上流側で増加又は減少されていることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載のパワートレイン。
  6. 前記駆動軸（１２）は、回転数を変えるように遊星歯車伝動装置（３０）を介して前記ポンプ（１６）に連結されていることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載のパワートレイン。
  7. 前記駆動軸（１２）は、前記遊星歯車伝動装置（３０）のリングギア（３２）に接続されていて、前記電気機械（２４）は、前記遊星歯車伝動装置（３０）のリングギア（３２）及びサンギア（３４）に接続されていて、前記ポンプ（１６）は、前記遊星歯車伝動装置（３０）の遊星キャリア（３８）に接続されていることを特徴とする、請求項６記載のパワートレイン。
  8. 前記駆動軸（１２）は前記遊星歯車伝動装置（３０）のリングギア（３２）に接続されていて、前記電気機械（２４）は、前記遊星歯車伝動装置（３０）のリングギア（３２）及び遊星キャリア（３８）に接続されていて、前記ポンプ（１６）は前記遊星歯車伝動装置（３０）のサンギア（３４）に接続されていることを特徴とする、請求項６記載のパワートレイン。
  9. 前記フリーホイール（２０）、及び場合によっては該フリーホイール（２０）に対して直列に設けられている切換えエレメント（２２）が、前記電気機械（２４）に対して並列に前記遊星歯車伝動装置（３０）に接続されていることを特徴とする、請求項７又は８記載のパワートレイン。
  10. 前記駆動軸（１２）の回転数が、前記フリーホイール（２０）を介して連結可能な軸（１８）の回転数よりも低いと、前記フリーホイール（２０）は力伝達経路を遮断するように開放し、前記駆動軸（１２）の回転数が、前記フリーホイール（２０）を介して連結可能な軸（１８）の回転数よりも高いと、前記フリーホイール（２０）は前記力伝達経路を形成するように閉じることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項記載のパワートレイン。
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