JP2016527428A

JP2016527428A - 過給機装置

Info

Publication number: JP2016527428A
Application number: JP2016517636A
Authority: JP
Inventors: グレアム・デイル−ジョーンズ
Original assignee: Jaguar Land Rover Ltd
Current assignee: Jaguar Land Rover Ltd
Priority date: 2013-06-14
Filing date: 2014-06-13
Publication date: 2016-09-08
Anticipated expiration: 2034-06-13
Also published as: JP6236147B2; CN105283645A; GB2515106A; US20160084149A1; GB201310639D0; CN105283645B; GB2515106B; EP3008307B1; WO2014198864A1; US9835081B2; EP3008307A1

Abstract

本発明は、車両のスーパーチャージャ装置に関し、これは、動力パワー源から永続的な駆動力を受けるのに適した第１の電機子と、ギアトレインを介して駆動されるように構成されたスーパーチャージャ・インペラと、ギアトレインに連結された第２の電機子を有する電気モータと、第１の動作モードでスーパーチャージャ・インペラを駆動するために、第１の電機子をギアトレインに選択的に連結する第１のクラッチとを備え、第１の動作モードでは、電気モータがスーパーチャージャ・インペラの速度を調整するように動作可能であり、第１の電機子がギアトレインに連結されたとき、第２の動作モードで第１および第２の電機子の相対的な回転を阻止するためにギアトレインを選択的に固定するように動作可能な第２のクラッチをさらに備えたことを特徴とするスーパーチャージャ装置。

Description

本発明は、スーパーチャージャ装置（過給機装置）に関し、とりわけ内燃エンジンの過給機装置に関する。本発明の態様は、過給機装置、制御ユニット、方法、および車両に関する。

エンジンシリンダに燃料／空気の混合気を供給するために用いられるインレットマニホールド内の空気の圧力、温度、および密度を増大させるために、典型的には、内燃エンジンには排気ターボチャージャが設けられる。これにより、エンジンの各燃焼サイクルにおいてより多くの燃料を燃焼させて、パワー出力を増大させることができる。排気ターボチャージャは、エンジン排気ガスに含まれる無駄に排気され得るエネルギを利用することにより、エンジンの全体的な効率を改善に貢献することができる。しかしながら、シングルステップのターボチャージャは、エンジンの低速回転速度に起因して排気ガスフローが低く、あまり有効ではない。これにより、ターボチャージャを有効に機能させるには、エンジン速度を所定レベルまで増大させる必要があるため、ドライバが要求するパワーとエンジンが出力する要求レスポンスとの間に顕著な遅延という「ターボラグ」という問題が生じる。こうした問題は、マルチステップのターボチャージャを利用することにより、ある程度、改善することができる。

択一的な解決手段は、ターボチャージャに加えてスーパーチャージャを設けることである。エンジンが低速で回転しているために、ターボチャージャが効率的でないときに、スーパーチャージャは、エンジンにより機械的に駆動されて、インレットマニホールド内の空気の圧力、温度、および密度を増大させるという同じ機能を実現する。スーパーチャージャは、エンジンに供給される空気量を実質的に増大させるようなドライバの要求に瞬時に応えるものである。適当に燃料供給することにより、スーパーチャージャは、ターボラグを解消する。さらなる利点は、空気フローを速やかに増大させることにより、そうでない場合に比して、ターボチャージャのインペラをより迅速に回転始動させることができる点にある。しかしながら、スーパーチャージャは、エンジンにより機械的に駆動されるため、エンジンに対する負荷が増大して、燃料消費量が増大する。したがって、ターボチャージャが効率的に作動するとすぐにスーパーチャージャの動作を停止させてもよい。

所望される範囲のエンジン性能およびエンジン応答性を実現するために、スーパーチャージャおよびターボチャージャを動作させる制御ストラテジ（制御手法）がこれまで開発されてきた。

スーパーチャージャは、車両エンジンから直接に駆動することができるが、たとえばエンジンを異なるエンジンコンパートメントに適合させるために、実装エンベロープが変わる場合、この構成は柔軟性がない場合が多い。したがって、エンジンコンパートメント内で異なる実装の可能性を提供するために、車両ジェネレータ（車両発電機）の電機子を介して機械的にスーパーチャージャを駆動することが提案されている。

１つの実施形態では、スーパーチャージャは車両ジェネレータと同軸に実装され、ジェネレータは、ジェネレータに連結されたプーリに取り付けられた複数のＶベルトを介して車両エンジンにより駆動される。ジェネレータは車両にエネルギを供給し、ジェネレータの電機子は、ジェネレータに対するスーパーチャージャの速度を増大させるために同軸配列を構成するように、遊星ギアボックスを介してスーパーチャージャに機械的に連結される。

遊星ギアボックスは、外側ギアリングまたはアニュラスギア、複数のプラネットギア（遊星ギア、以下単に「プラネット」という。）、および中央ギアまたはサンギア（太陽ギア）とから構成されている。サンギアは、アニュラスギアの中心に配置され、プラネットギアは、サンギアとアニュラスギアの間に配置され、これらの両方と係合する。プラネットギアは共有プラネットキャリアに固定され、共有プラネットキャリアはこれらのプラネットギアの相対的な位置を維持する。アニュラスギアが静止した状態で固定されて、プラネットキャリアが回転する場合、プラネットキャリアは、アニュラスギアの内側表面の周りを回転する。プラネットキャリアが回転すると、サンギアがそのギア比で決定される速度で回転する。択一的には、プラネットキャリアが所定位置に固定された場合、アニュラスギアが回転すると、サンギアが回転する。このように遊星ギアボックスは、必要とされる速度で回転させる同軸構造を提供するものである。

車両エンジンが回転する速度は、たとえば500〜7000回転／分（ｒｐｍ）の範囲で可変的である。プラネットキャリアが静止状態に固定された場合、プーリにより３：１の速度増加、遊星ギアボックスにより１０：１の速度増加を得て、上記説明した構成は、約３０：１の速度増加を実現する。したがって、この構成におけるスーパーチャージャ・インペラに期待される回転速度範囲は、15,000〜210,000回転／分（ｒｐｍ）である。しかしながら、最適な性能を引き出すためには、回転中のスーパーチャージャのインペラの回転速度を比較的に一定レベルに（通常、約120,000回転／分）に維持することが好ましい。

そこで遊星ギアボックスのプラネットキャリアを電気モータに連結することが提案されている。このモータを必要に応じて前方または後方に回転させることにより、スーパーチャージャの回転速度を最適レベルに調整することができる。スーパーチャージャのモータのための電力は、車両ジェネレータ（車両発電機）から供給されるが、これは必然的に寸法を大きくしてしまう。こうした構成は、スーパーチャージャの回転の主要な作業が車両エンジンにより行われるという点で有利である。車両環境でスーパーチャージャを回転させることとは無関係に電気モータを利用しようとすることが実際的ではないように、スーパーチャージャのパワーが要求される。

ターボチャージャと組み合わせてスーパーチャージャが利用される場合、エンジンが低速回転しているとき、たとえば車両が発信しようとするとき、スーパーチャージャが主として機能する。エンジン速度が十分な速度になると、ターボチャージャがスーパーチャージャの機能を引き継ぎ、エネルギ要求を低減することができる。上記説明した構成において、スーパーチャージャは、ジェネレータに直接的に接続されるため、利用されない時でさえも常に回転する。ただし、出力サイドを大気に開放することによりアイドリング状態にすることができる。これにより、スーパーチャージャのインペラに対する負荷を低減して、スーパーチャージャがアイドリング時に消費するエネルギを低減することができる。

しかしながら、こうした構成は、スーパーチャージャが永久的にジェネレータの電機子に接続されるため、非動作時にも多少のエネルギが消費されるという問題を有する。エネルギ効率は、設計時および新規車両の製造時の重要な懸案事項であり、エネルギ消費量を削減するための任意の手段を講じることが重要である。

上記課題に鑑みて、本発明の目的は、スーパーチャージャのアイドリングを回避するとともに、柔軟な実装手法を維持する装置を提供することにある。

本発明の第１の態様によれば、車両のスーパーチャージャ装置が提供され、このスーパーチャージャ装置は、動力パワー源から永続的な駆動力を受けるのに適した第１の電機子を有する。スーパーチャージャ装置は、ギアトレインを介して駆動されるように構成されたスーパーチャージャ・インペラと、ギアトレインに連結された第２の電機子を有する電気モータとを備えてもよい。第１の動作モードでスーパーチャージャ・インペラを駆動するために、第１の電機子をギアトレインに選択的に連結する第１のクラッチを設け、第１の動作モードでは、電気モータがスーパーチャージャ・インペラの速度を調整するように動作可能であってもよい。第１の電機子がギアトレインに連結されたとき、第２の動作モードで第１および第２の電機子の相対的な回転を阻止するためにギアトレインを選択的に固定するように動作可能な第２のクラッチをさらに設けてもよい。

第１のクラッチは、有益にも、スーパーチャージャ動作が要求されないとき、ギアトレインおよびスーパーチャージャ・インペラを係合離脱させることができる。これにより、スーパーチャージャのアイドリングを阻止し、車両エンジンの負荷を軽減して、燃費を改善することができる。ギアトレインを固定する追加的な機能を設けることにより、第２のクラッチは、第１および第２の電機子を一体に回転させることができる。こうして、第１および第２の電機子の両方を互いに協働させて、デュアルジェネレータまたはデュアルモータとして用いることができる。第２の電機子をジェネレータとして用いた場合、車両の発電容量を増大させることができる。択一的には、第１の電機子をモータとして用いた場合、第１および第２の電機子が協働して駆動力を供給することができる。

好都合にも、ギアトレインは遊星ギアトレインであり、遊星ギアトレインは、アニュラスギアと、サンギアと、複数のプラネットギアと、プラネットキャリアとを有する。この実施形態では、第１のクラッチは、アニュラスギアを第１の電機子に連結し、電気モータがプラネットキャリアを駆動できるように、プラネットキャリアは、第２の電機子に連結され、スーパーチャージャ・インペラは、サンギアに連結される。

第１の動作モードは、電気モータが第１の電機子を含むジェネレータにより駆動されるスーパーチャージャ・モードであってもよい。

第２の動作モードは、（１）電気モータが車両の発電能力を増大させるために発電機として機能するように構成されたデュアルジェネレータモード、および（２）スーパーチャージャ装置がベルト一体型スタータ発電機能（BISG）またはマイクロハイブリッドとして動作するように、第１の電機子が車両に動力を供給するモータとして機能するように構成されたデュアルモータモードのうちの少なくとも一方のモードであってもよい。有利にも、第２の動作モードが（２）デュアルモータモードであるとき、スーパーチャージャ装置が車両を推進させるマイクロハイブリッドとして機能することができる。

ギアトレインを第１の電機子から係合離脱させたとき、第３の動作モードを規定することができる。第１のクラッチは、第１の電機子の端面とギアトレインとの間に配置されてもよい。

電気モータは、スーパーチャージャ・インペラの回転速度を調整するために、双方向に調整可能な駆動力を供給してもよい。これにより、有益にも、すべてのエンジン動作状態においてインペラの回転速度を最適化するように、エンジンの回転速度に対するインペラの回転速度を調整することができる。

プラネットギアとアニュラスギアとの間の相対的な回転を阻止するために、第２のクラッチは、遊星ギアトレインを固定することによりギア機構を係合離脱させるように構成してもよい。

第２のクラッチは、好都合にも、アニュラスギアおよび少なくとも１つのプラネットギアに内部係合するように構成されたドッグクラッチの形態を有してもよい。この実施形態では、ドッグクラッチは、油圧式に係合離脱するように構成されてもよい。

本発明の第２の態様によれば、第１の態様に係るスーパーチャージャ装置のための制御ユニットが提供され、この制御ユニットは、第１のクラッチ手段、第２のクラッチ、および電気モータの動作を制御し、スーパーチャージャ装置を作動させる。制御ユニットは、動力パワー源を駆動するように構成されたモータとして第１の電機子を構成したものであってもよい。

本発明の第３の態様によれば、第１の態様に係るスーパーチャージャ装置を動作させる方法が提供され、この方法は、（ａ）エンジンの冷間始動を実行している場合、および（ｂ）車両がアイドリング状態にある場合の少なくとも一方において、第１の電機子をギアトレインから係合離脱させるステップと、ギアトレインの固定を解除するステップとを有する。

本発明は、第１の態様に係るスーパーチャージャ装置を動作させる方法にも拡張され、この方法は、（１）周囲温度が低く、エンジンがアイドリング状態である場合、および（２）車両が減速し、エンジンに負荷される要求トルクがない場合の少なくとも一方において、第２の動作モードでスーパーチャージャ装置を動作させるステップと、第２電機子を発電機として用いるステップとを有する。

また本発明は、第１の態様に係るスーパーチャージャ装置を動作させる方法にも拡張され、この方法は、第２の動作モードの（２）デュアルモータモードでスーパーチャージャ装置を動作させるステップと、エンジン動作の停止後にエンジンを再始動するために駆動力を用いるステップとを有する。

また本発明は、第１の態様に係るスーパーチャージャ装置を動作させる方法にも拡張され、この方法は、第２の動作モードの（２）デュアルモータモードでスーパーチャージャ装置を動作させるステップと、車両の動力パワーを供給するために駆動力を用いるステップとを有する。

本発明の第４の態様によれば、第１の態様に係るスーパーチャージャ装置を備えた車両が提供される。この車両は、スーパーチャージャ装置およびターボチャージャを備え、スーパーチャージャ装置およびターボチャージャは、順に動作するように構成されたものであってもよい。

この車両は、エンジン速度が第１の閾値を超えたとき、スーパーチャージャ装置ではなく、ターボチャージャを利用するように構成されてもよい。ターボチャージャは、スーパーチャージャ装置に比して消費燃料を削減できるので、この構成は、動作状態にかかわらず、エンジン速度がターボチャージャを動作させるのに十分に大きいとき、ターボチャージャが常に使用されるという利点を有する。

エンジン速度が第１の閾値より小さい第２の閾値を下回ったとき、ターボチャージャではなく、スーパーチャージャ装置を利用するように構成してもよい。これにより、エンジン速度がターボチャージャを駆動するのに不十分であるとき、スーパーチャージャ装置を自動的に利用することができる。

本発明の第５の態様によれば、第４の態様に係る車両を動作させる方法が提供され、この方法は、エンジン速度が第１の閾値を超えたとき、第１の電機子をギアトレインから係合離脱させるステップを有する。

本発明は、第４の態様に係る車両を動作させる方法にも拡張され、この方法は、エンジン速度が第２の閾値より下回ったとき、第１の電機子をギアトレインに連結させるステップを有する。

本発明は、第４の態様に係る車両を動作させる方法にも拡張され、この方法は、エンジン速度が第２の閾値を超えた場合、および車両が比較的に大きい負荷を牽引している場合に、エンジン動作安定状態にあるとき、第１の電機子をギアトレインから係合離脱させるステップを有する。

本発明は、第４の態様に係る車両を動作させる方法にも拡張され、この方法は、エンジン速度が第１の閾値より下回ったとき、第１の電機子をギアトレインに連結させるステップと、エンジンに対する要求トルクが増大する期間、ギアトレインの固定を解除するステップとを有する。

本発明の第６の態様によれば、第２の態様に係る制御ユニットを備えた車両が提供される。

本発明のさらなる態様によれば、車両のスーパーチャージャ装置が提供され、このスーパーチャージャ装置は、動力パワー源と同期回転するのに適した第１の電機子と、ギアトレインを介して駆動されるように構成されたスーパーチャージャ・インペラと、スーパーチャージャ装置は、ギアトレインを介して駆動されるように構成されたスーパーチャージャ・インペラと、ギアトレインに連結された第２の電機子を有する電気モータと、第１の動作モードでスーパーチャージャ・インペラを駆動するために、第１の電機子をギアトレインに選択的に連結する第１のクラッチとを備え、第１の動作モードでは、電気モータがスーパーチャージャ・インペラの速度を調整するように動作可能であり、第１の電機子がギアトレインに連結されたとき、第２の動作モードで第１および第２の電機子の相対的な回転を阻止するためにギアトレインを選択的に固定するように動作可能な第２のクラッチをさらに備える。

第１の電機子は、動力パワー源から永続的な駆動力を受けるように構成されてもよい。たとえば第１の電機子は、プーリおよびベルトを介して車両エンジンに連結されてもよい。しかしながら理解されるように、こうした構成において、車両エンジンが回転しないとき、第１の電機子は、プーリを介して駆動されることはない。にもかかわらず、電機子の回転により車両エンジンが回転し、車両エンジンの回転により電機子が回転する。

本願の範疇において、上記段落、クレーム、および／または以下の明細書および図面に記載された、さまざまな態様、実施形態、実施例、および択一例、特に個々の特徴物は、独立してまたは組み合わせて採用することができる。たとえば１つの実施形態に関連して説明された特徴物は、その特徴物が矛盾するものでなければ、すべての実施形態に適用することができる。

添付図面を参照しながら、単なる一例として本発明の実施形態について以下説明するが、同様の構成部品には同様の参照符号を用いる。
従来技術による構成および本発明の実施形態を示すジェネレータ／スーパーチャージャ装置の概略的な端部正面図である。ジェネレータ／スーパーチャージャ装置が先行技術として知られた構成を有する場合の図１のＡ−Ａ線から見た断面図である。ジェネレータ／スーパーチャージャ装置が本発明の実施形態に係る構成を有する場合の図１のＡ−Ａ線から見た断面図である。図３に示す構成を有する装置のエンジン動作範囲を示すグラフである。図３に示す構成を有する装置が用いられる制御手法の実施形態を示すグラフ（表）である。図３に示す構成とは異なる構成に基づいて分類されたさまざまな制御手法（制御シナリオ）を示す、図５の表を再構成した表である。図５の制御手法を実行するプロセスを示すフローチャートである。図３に示すスーパーチャージャ・ジェネレータを備えた車両を示す。

図１および図２を参照すると、従来式のスーパーチャージャ・ジェネレータ（スーパーチャージャ・発電機）１０は、車両の従来式のサーペンタイン補助駆動ベルト（図示せず）により駆動される駆動プーリ１２を有する。駆動プーリ１２は、交流ジェネレータ等の車両ジェネレータの電機子（アーマチャ）１４に連結されている。ジェネレータの電機子１４は、遊星ギアトレインのアニュラスギア１６に連結され、遊星ギアトレインは、プラネットギア１８と、スーパーチャージャ・インペラ２４の駆動シャフト２２に直接的に連結されたサンギア２０とを含むギア機構を有する。プラネットギア１８は、プラネットキャリア２６に対して回転可能に固定され、電気モータの電機子（アーマチャ）２８に接続され、電気モータの電機子は駆動シャフト２２の周りに配置される。プラネットギア１８は、アニュラスギア１６とサンギア２０の両方と噛み合い、プラネットキャリア２６が静止した状態で固定される場合、アニュラスギア１６が回転すると、プラネットギア１８およびサンギア２０の両方が回転する。インペラ２４は、駆動シャフト２２を介してサンギア２０に連結されるため、サンギア２０が回転すると、インペラ２４も回転する。インペラ２４は、車両エンジンの空気取込システムの一部を構成するチャンバ（図示せず）の内部に配置される。インペラ２４が回転することにより、インレットマニホールド内のエンジン取込空気の圧力、温度、および密度を増大させるように機能して、上記説明したようにエンジンの性能を向上させる。取込空気の圧力、温度、および密度の大きさは、主としてインペラ２４の回転速度により決定される。

スーパーチャージャ・ジェネレータ１０の構成部品は、共通回転軸３０の周りに同軸上に配置され、インペラ駆動シャフト２２は、図示されたようにアニュラスギア１６の中心に形成されたキャビティ３１内で軸受けされている。スーパーチャージャ・ジェネレータおよびモータの固定子等のその他の構成部品は、図示されていないが、必要ではあるが、本発明の一部を構成するものではないことが理解されよう。モータ電機子２８は、電気モータにより供給される駆動力に応じて、プラネットキャリア２６とともに回転し、スーパーチャージャ・ジェネレータ１０の他の構成部品とは独立するように固定されている。

使用時、車両エンジンが作動すると、補助駆動ベルトがプーリ１２を駆動し、プーリを軸３０の周りで回転させる。プーリが回転するときの角速度は、補助駆動ベルトを駆動するエンジン（図示せず）の対応するプーリの径に対するプーリ１２の径の比に依存して、典型的には車両エンジン速度の３倍である。プーリ１２が回転すると、ジェネレータ（発電機）の電機子１４が回転するため、発電機で電気エネルギが発生する。追加的に、遊星ギアボックスのアニュラスギア１６は、ジェネレータの電機子１４およびプーリ１２に連結されるが、プーリ１２と同一の角速度で回転する。モータ電機子２８およびプラネットキャリア２６が静止した状態で固定され、アニュラスギア１６が回転する場合、プラネットギア１８が回転するアニュラスギア１６により駆動されて回転する。プラネットギア１８は、アニュラスギア１６と同様の手法により回転するが、プラネットギアの径が小さいため、より大きな角速度で回転する。プラネットギア１８の回転により、サンギア２０、駆動シャフト２２、およびインペラ２４が反対方向に回転する。したがってインペラ２４が回転するときの角速度は、プラネットギア１８の径に対するサンギア２０の径のギア比、およびプラネットギア１８の径に対するアニュラスギア１６の径のギア比により決まる。典型的には、遊星ギアボックスの構成部品は、全体的なギア比が約１０：１となるように構成される。したがって、モータ電機子２８が静止した状態固定された場合、インペラ２４が回転するときの角速度は、プーリ１２の角速度の１０倍となるため、車両エンジンの角速度の３０倍となる。こうして、上述のインペラ２４の通常の速度範囲である、15,000〜210,000回転／分（ｒｐｍ）が実現される。

上記説明したように、インペラ２４の角速度は、性能を最適化するために、一般に、上記の角速度よりもっと小さい範囲（約120,000回転／分）に制御することが好ましい。したがって、インペラ２４の回転速度を調整するために、モータを用いてモータ電機子２８が駆動される。プラネットキャリア２６が静止状態に固定されているとき、車両エンジン速度が小さく、インペラの速度があまりにも小さい場合、モータがモータ電機子２８およびプラネットキャリア２６を、アニュラスギア１６の回転方向とは反対方向に回転させる。これは、プラネットギア１８の中心に対するアニュラスギア１６の回転速度を増大させる。これは、プラネットギア１８をアニュラスギア１６の周りに沿ってより速く移動させ、自らの軸の周りをより速い角速度で回転させて、サンギア２０およびインペラ２４の角速度を増大させる。こうして車両エンジン速度が小さいとき、インペラ２４の回転速度を最適レベルまで増大させる。

これと関連して、プラネットキャリア２６が静止状態に固定されているとき、エンジン速度が大きく、インペラ２４の回転速度があまりにも大きい場合、モータ電機子２８およびプラネットキャリア２６を、ニュラスギア１６の回転速度より小さい回転速度であっても、アニュラスギア１６と同様に（同じ回転方向に）回転させることにより相殺することができる。これは、プラネットギア１８の中心に対するアニュラスギア１６の回転速度を低減させ、ひいてはサンギア２０およびインペラ２４が回転するときの速度を低減させる。こうして車両エンジン速度が大きいとき、インペラ２４の回転速度を最適レベルまで低減させる。

制御システムが車両内に、たとえば標準的なエンジン制御ユニット（ＥＭＵ：Engine Management Unit）として設けられ、制御システムはスーパーチャージャ・ジェネレータ１０の動作を決定する。使用されていない時、典型的には、インペラ２４が配置されるチャンバを大気に開放することにより、スーパーチャージャに負荷を与えず、遊星ギアトレインは、スーパーチャージャ・インペラ２４とともにアイドリング状態（待機状態）にする。必要ならば、たとえば空気チャンバのベントを閉じることにより、スーパーチャージャを負荷状態にして、上記説明したように、スーパーチャージャ・インペラ２４の速度を制御する。

車両による通常の要求電力および電気モータの追加的な要請電力に見合うような十分な充電量を有するように、発電機（ジェネレータ）のキャパシティ（性能）を選択する必要がある。車両の通常の最大要求電力は約２．５ｋＷであり、モータ電機子２８の最大要請電力約３ｋＷである。よって発電機の電機子１４の回転質量は、スーパーチャージャを備えない変形例に比して実質的により大きい。

図３は、本発明の１つの実施形態を示し、デュアルクラッチシステムを有するスーパーチャージャ・ジェネレータ１１０が図示されている。この装置１１０は、ジェネレータに付随する第１のクラッチ３２と、遊星ギアトレインおよびスーパーチャージャ・インペラ２４に付随する第２のクラッチ３４とを有する。

第１のクラッチ３２は、スーパーチャージャ・ジェネレータのジェネレータの端部を、スーパーチャージャの端部から分離する機能を有する。この実施形態では、ジェネレータの電機子１４は、第１の電機子１４であり、第１および第２の端面を有する。第１の端面はプーリ１２に連結され、第２の端面は、第１のクラッチ３２を介して遊星ギアトレインのアニュラスギア１６に着脱可能に連結される。このように、第１の電機子１４は、プーリ１２を介して車両エンジン等の動力パワー源から永続的に駆動されるように構成されるが、理解されるように、車両エンジンが回転していない場合には、プーリ１２を介して駆動されることはない。第１の電機子１４は、通常の車両要求電力に加えて、スーパーチャージャ・インペラ２４を動作させる際に、この実施形態では電機子２８である第２のモータ電機子２８を駆動するために必要な追加的な電気エネルギを出力するのに適するように寸法設計されている。アニュラスギア１６は、突起部３６を有するように形成され、突起部３６は、第１の電機子１４に形成された対応する凹部３８に回転可能かつ摺動可能に受容される。ただし、これは、軸３０の周囲での回転を担保するためのいくつかの可能性のうちの１つの具体例である。

第１の電機子１４およびアニュラスギア１６は、第１のクラッチ３２を用いて連結され、この実施形態では、第１のクラッチは第１および第２の端面４０，４２を有する。このようにアニュラスギア１６は、第１の電機子１４で駆動されるように構成される。必要に応じて、アニュラスギア１６を連結して第１の電機子１４とともに回転させるために、アクチュエータ機構（図示せず）を作動させて端面４０，４２を係合させる。すなわち、この実施形態に係る第１のクラッチ３２は摩擦クラッチとして機能する。ただし、たとえば磁性流動学的な流体を採用したクラッチを含む、当業者に知られた任意の適当なクラッチデバイスを採用してよい。

使用時、スーパーチャージャ・インペラ２４が必要とされなくなったとき、第１のクラッチ３２は開放され、このとき遊星ギアトレインおよびスーパーチャージャ・インペラ２４は駆動されることはなく静止した状態にある。その結果、スーパーチャージャの構成部品の回転に付随する乱流、撹拌、および摩擦を回避することができるので、車両エンジンの燃料消費が抑制される。また、アニュラスギア１６は、第１の電機子１４から係合離脱するので、プーリ１２に連結した構成部品の回転慣性力が、従来の構成と比較して実質的に低減されるので、エンジン速度をより迅速に変更することができる。こうして、さらに燃料消費が削減される。

スーパーチャージャが必要とされるとき、アクチュエータ機構を用いて、第１および第２の端面４０，４２を互いに対して接触させることにより、第１のクラッチ３２を係合させる。その後、アニュラスギア１６は、第１の電機子１４とともに回転し、さらに遊星ギアトレインを駆動する。第２の電機子２８は、スーパーチャージャの所望する出力に適した速度および回転方向で、ジェネレータにより電気的に回転駆動される。したがって、第１のクラッチが係合したとき、スーパーチャージャ・ジェネレータ１１０は、上記説明した先行技術に係る装置１０とまったく同様の手法で動作する。

第２のクラッチ３４は、プラネットギア１８をアニュラスギア１６に固定するように動作し、プラネットギア１８とアニュラスギア１６との間の相対的な回転を防止するものである。このように第２のクラッチ３４は、遊星ギアトレインを固定するように動作可能である。この実施形態では、第２のクラッチ３４はドッグクラッチの態様で提供されるため、プラネットギア１８は、第２のクラッチ３４による摩擦力ではなく衝突（干渉）によりその回転が阻止される。第２のクラッチ３４は、アニュラスギア１６の内側表面とプラネットギア１８との間においてアニュラスギア１６に固定される主要本体部４４を有する。アニュラスギア１６は、駆動シャフト２２が受容されるキャビティを包囲する環状チャンバ４６を有するように形成される。第２のクラッチ３４の主要本体部４４は、環状チャンバ４６内に突出して延びる内側端部を有する延長部４８を有するように形成される。主要本体部４４は、その外側端部から延びるドッグ（隆起部）５０を有する。各プラネットギア１８は、第２のクラッチ３４の主要本体部４４のドッグ５０を受容するために設けられた凹部５２を有する。この実施形態において、最も隣接したプラネットギア１８に係合する単一のドッグ５０が設けられているが、他の実施形態では、第２のクラッチ３４は、各プラネットギア１８のためにそれぞれのドッグ５０を有する。

主要本体部４４の延長部４８は、環状チャンバ４６内に滑動可能に受容されているため、主要本体部４４は、プラネットギア１８に向かって移動し、プラネットギア１８から遠ざかるように移動することができる。この移動は、延長部４８と環状チャンバ４６の内側表面との間に高圧オイルを供給することにより実現することができる。このオイルは、先行技術に係るスーパーチャージャ・ジェネレータ１０の全体にオイルを分配するめのポンプ（図示せず）により供給される。このオイルは、アニュラスギア１６の本体部に形成されたチャンネル５４を通って、主要本体部４４の延長部４８を超えた空間に染み入る。ばね５６が高圧オイルに対して延長部４８の反対側に設けられる。ばね５６は、サークリップ５７により規制され、高圧オイルが取り除かれたときに、主要本体部４４を環状チャンバ４６内に押し戻すための復帰機構として機能する。

第２のクラッチ３４が開放位置であって、主要本体部４４がプラネットギア１８から離れた退避位置にあるとき、プラネットギア１８は自由に回転する。主要本体部４４がプラネットギア１８に向かって移動して、高圧オイルの作用のため閉口位置にあるとき、ドッグ５０が複数のプラネットギア１８のうちの１つのプラネットギアの凹部５２に係合し、このときプラネットギア１８の回転が阻止される。このように第２のクラッチ３４は、遊星ギアトレインを係合離脱させ、その動作を停止させる。

第２のクラッチ３４が閉口位置にあって、遊星ギアトレインの動作が停止されたとき、スーパーチャージャ・ジェネレータ１１０全体が同一の速度で一体となって回転する。特に、この状態にあるとき、第２の電機子２８は、インペラ２４とプーリ１２（第１のクラッチが閉じている場合）の両方と同じ速度で強制的に回転させられる。したがって、第２のクラッチ３４が閉口位置にあるとき、第２の電機子２８は、車両の動作状態に依存して、インペラ２４またはプーリ１２のいずれか一方により駆動することができる。第２のクラッチ３４を閉じることは、さらには第２の電機子２８をアニュラスギア１６に効率よく連結することと考えることができる。このように、特定の状況において、第２の電機子２８を第２の発電機（ジェネレータ）として用いて、全体的な発電能力（キャパシティ）増大させることができる。したがって、このシステムは、２つの発電機が協働するとき、有益にも、車両バッテリの充電速度を増大させる特定の状況においてデュアル発電機装置を提供するものである。

択一的には、第１の電機子１４は、モータとして機能し、車両に駆動力を与えて、車両エンジンを再始動させるか、短い距離において車両を走行させるように動作してもよい。これは、たとえばエンジンを停止させて短期間のうちに再始動させるときに、エンジンがホット（高温）である場合、または車両が交通渋滞中にあるか、交通信号で停車している場合、有用である。こうした場合、発電機（ジェネレータ）をベルト一体型スタータ発電機（BISG：belt-integrated starter-generator）として用い、車両が停止するごとに車両エンジンを再始動させる。このように車両エンジンを再始動させることは、冷温始動（コールド始動）よりはるかに効率的である。したがって、こうしたシステムおよび制御手法を用いて、停車することが多い市街地を走行し、エンジンを停止させてアイドリング状態にある時間を減らす場合に、燃料を節減することができる。しかしながら、こうした第１の電機子１４の利用は、エンジンを容易に再始動させられるようなエンジン部品のホット状態（高温状態）に依存する。特に、エンジン潤滑油が高温である場合、より効率的であり、これはエンジンを始動させるために克服する必要がある摩擦力が小さいことを意味する。エンジンがあまりにも低温になった場合、たとえば車両がより長期間停車していた場合、エンジンを再始動させるために必要な力の増大に駆動ベルトが対処できなくなる。このように、第１の電機子１４を用いるのは、エンジンが依然として高温である場合に限定される。

さらに、エンジン動作マップの領域をエンスト方向に移行させるとき、ジェネレータをモータとして用いて、エンスト防止機構を提供してもよく、これは、車両エンジンがエンジン動作マップの異なる領域に移動するまで、最低エンジン速度を維持することを意味する。

一般に、車両ジェネレータは、ベルト一体型スタータ発電状態（BISG）またはエンスト防止モードで機能させるため、肥大化することがある。第１および第２のクラッチの両方を係合させて、第１の電機子１４を第２の電機子２８に効率的に連結することができるため、上述の再始動機能を実現する追加的なパワーを第２の電機子２８が供給することができる。これにより、ベルト一体型スタータ発電機能（BISG）を実現するために車両ジェネレータの寸法を大きくする必要のある程度を極力抑えることができる。デュアルジェネレータ装置は、必要コストをできるだけ抑え、ベルト一体型スタータ発電機能（BISG）のための追加的なモータキャパシティ（モータ容量）を提供するものであり、理解されるように、これらの両方の利用モードにおいて、スーパーチャージャを必要としない。理解されるように、スーパーチャージャに負荷をかけずに、第１の電機子１４のモータだけでなく第２の電機子２８のモータからも動力パワーを供給することができる。

さらなる改良において、第１の電機子１４を第２の電機子２８とともに用いて、通常の内燃エンジンをマイクロハイブリッド車として駆動し、任意的にはスーパーチャージャの第２の電機子２８と協働して内燃エンジンを駆動することができる。こうした構成は、車両バッテリのキャパシティ（容量）にもよるが、特に市街地での低速走行時、短期間の車両動力または動力アシストを提供することができる。電機子１４，２８が回転すると、車両エンジンが追随して効率的に回転し、トルクがトランスミッションに伝達され、車両を推進する。理解されるように、このように電機子１４，２８を用いてエンジンを駆動すると、相当量のエネルギを消費し、このように車両が推進される範囲は限定的である。

当業者ならば理解されるように、エンジン回転時間のうちの比較的に短い時間、スーパーチャージャが必要とされるため、スーパーチャージャが必要とされないときにはスーパーチャージャを使用せずに放置できるので、その構成部品の回転に付随する乱流、撹拌、および摩擦を排除することにより、相当量の燃料を節約することができる。

スーパーチャージャ・ジェネレータ１１０は、スーパーチャージャ・インペラ２４を動作させる必要性を見越して、第１のクラッチ３２を係合させて、スーパーチャージャ・インペラ２４の回転速度を、チャンバ内のインペラに負荷をかけてインペラを動作可能状態となる速度まで事前に増大させることができる。たとえばエンジン制御ユニット（ＥＭＵ）は、アクセルペダル位置および／またはアクセルペダル位置の変化率をモニタして、スーパーチャージャが要求される直前に第１のクラッチ３２の係合信号をモニタする。このため、スーパーチャージャには負荷がかかっていないので、追加的な電力要請量が低いことから、第２の電機子２８は、常時駆動ジェネレータ（すなわち第１の電機子１４）を用いて駆動してもよい。

したがって、典型的には、その直後にスーパーチャージャが動作し、第２の電機子２８が第１の電機子１４により駆動される。これは、スーパーチャージャ・インペラ２４が負荷を受けることなく、必要に応じて直ちにスーパーチャージャ機能を発揮させるのに適した速度で回転させることができることを意味する。

択一的な実施形態では、たとえば第２のクラッチ３４を閉じ第２の電機子２８を用いてアニュラスギア１６を駆動して、アニュラスギア１６を直接的に駆動して、アニュラスギア１６の速度を第１の電機子１４の速度に匹敵する速度まで駆動回転する。こうした構成によれば、クラッチ面４０にかかる係合負荷を低減し、スーパーチャージャ機能の準備が整うようにインペラ２４を加速することができる。

本実施形態は、発電機とモータの両方として回転式電気マシンを利用することに依拠し、適当な設計および制御により容易に実現することができる。スーパーチャージャ機能が必要とされるとき、第１の電機子１４を含むモータは、スーパーチャージャモータ２８に電力供給するための発電機に瞬間的に切り換えることができる。

任意の実施形態に係るスーパーチャージャの必要とされる速度または出力は、特定のエンジン構成の実験テストに基づいてアルゴリズムまたはＥＭＵメモリの参照テーブル、および適当な制御システムに応じて駆動されるモータ２８により決定される。

第２の電機子２８を用いて、第１の電機子１４およびアニュラスギア１６の速度を一致させることができる場合、理解されるように、摩擦クラッチまたは磁性流動連結等により得られる漸進的係合から、ドッグクラッチへ置き換えることができる。こうした構成は、より迅速な応答を許容し、あまり複雑なものとすることができる。ドッグクラッチは、車両ギアボックスのシンクロメッシュハブとして提供されるような速度同調デバイスを有してもよい。

図４〜図６を参照すると、上記説明したスーパーチャージャ・ジェネレータ１１０に採用される本発明の実施形態に係る制御手法が図示されている。この実施形態に係る制御手法は、スーパーチャージャ・ジェネレータ１１０がターボチャージャとともに用いられる場合に採用されるものである。図４は、車両のための典型的なエンジン動作範囲全体におけるスーパーチャージャ・インペラ２４のデューティサイクルを示す。グラフに示すように、インペラ２４は、750〜2500回転／分（ｒｐｍ）の範囲では通常動作状態にある。これは、こうした低速度では、エンジンの排ガス速度があまりにも小さく、ターボチャージャを駆動するには十分なパワーを得ることができないためである。したがって、上記説明したように、「ターボラグ」を解消するためにスーパーチャージャを利用する。

2000〜4500回転／分の範囲において、これらのエンジン速度では、ターボチャージャが効率的に機能するので、断続的にスーパーチャージャを用いる。しかしながら、要求トルクが急激に変化した場合、ターボチャージャにターボラグが生じることがある。これは、たとえば加速時に生じることがある。したがって、ターボチャージャが十分に回転するまでの時間が経過するまで、要求トルクの変化中、エンジンから一定のパワーが出力されるようにスーパーチャージャを用いる。

4000回転／分（ｒｐｍ）を超えると、エンジン排ガスの関連する速度は、ほとんどの状況においてターボチャージャを駆動するのに十分な速度となるので、この範囲ではスーパーチャージャはほとんど用いられることはない。この実施形態に係る制御手法では、これらの動作条件下では利用されないが、他の実施形態では、たとえばスロットルがとりわけ攻撃的に操作された場合、動作するように要求される特定の状況があり得る。

図５は、数多くのさまざまなシナリオにおいて、この実施形態に係る制御手法に従い、第１のクラッチ３２および第２のクラッチ３４がどのように動作するかを示すテーブル（表）である。この表は、さらに電気モータの第２の電機子２８を用いて各シナリオにおいてプラネットギア１８を駆動するか否かを示す。第２の電機子２８に対して、以下の３つの状態が存在することに留意されたい。
・「駆動される（ドリブン）」：第２の電機子２８を電気的に駆動して、インペラ２４の回転速度を調整するためにプラネットギア１８を回転させる。
・「駆動されない（ノット・ドリブン）」：第２の電機子２８をアイドリング状態とし、いずれか一方向に自由に回転させる。
・「追加的ジェネレータとして機能」：第２のクラッチを閉じる（係合させる）ことにより、第２の電機子２８をアニュラスギア１６に固定することにより、第２の電機子２８をインペラ２４またはプーリ１２により駆動し、上記説明したように追加的なジェネレータとして機能させる。
各シナリオについて、より詳細に以下説明する。

「冷間始動（コールドスタート）」のシナリオは、エンジンが低温状態にあるとき、すなわちエンジンが数分以上利用されなかったとき、スタータを用いて車両エンジンを始動することをいう。冷間始動時、エンジンの構成部品に不要な歪みを与え得るので、スーパーチャージャは使用されない。また冷間始動時、車両は走行しておらず、エンジンに対する要求トルクがないので、スーパーチャージャを使用する必要がない。したがって、図５に示すように冷間始動時、第１のクラッチ３２および第２のクラッチ３４の両方が開放状態にある。さらに第２の電機子２８は、プラネットギア１８を駆動しない。第１のクラッチ３２を開放状態とすることによりスーパーチャージャが係合離脱するため、第２の電機子２８およびスーパーチャージャ・インペラ２４を駆動するためのエネルギを供給する必要がなくなり、冷間始動時の燃料効率を改善することができる。

冷間始動時、スーパーチャージャの構成部品および第２の電機子２８は、いずれも駆動されることはなく、冷間始動時、第２のクラッチ３４を開いた状態（開放状態）または閉じた状態（係合状態）とするかは、特に問題とはならない。ただし、冷間始動後の次のステップは、車両を発進させることである。したがって、冷間始動時、第２のクラッチ３４を開いた状態（開放状態）に配置することにより、車両を発進させる必要がある場合に関係なく、第２のクラッチ３４を適正な位置に配置することができる。車両を発進させるとき、エンジンにはトルクが要求され、このときスーパーチャージャ・インペラ２４を回転させる。したがって、車両発進時、第２のクラッチ３４を開いた状態（開放状態）にする必要がある。第２のクラッチ３４を当初閉じた状態にある場合、エンジンがトルクを要求されたとき、スーパーチャージャ・インペラ２４が作動する前に、最初に第２のクラッチ３４を開く必要がある。したがって冷間始動時、第２のクラッチ３４を開くことにより、車両は、当初のトルク要求がエンジンに負荷された時の応答性を改善することができる。

この実施形態に係る制御手法において、第１のクラッチ３２が開いているすべての状態において、第２の電機子２８は駆動されない。これは、第２の電機子２８がインペラを駆動する十分なパワーを有さないためである。また第１のクラッチ３２が開いた状態にある場合、アニュラスギア１６を自由に回転させることができる。したがって、このシナリオにおいて第２の電機子２８を駆動することにより、ギアトレイン構成部品が予想不可能に動くことがある。特に、第２のクラッチ３４を開いた状態にあるとき、インペラ２４は、第２の電機子２８とは半ば独立して自由に回転することができる。したがって、単に第２の電機子２８を駆動することにより、第２の電機子２８およびプラネットギア１８を回転させる一方、インペラ２４およびアニュラスギア１６を相対的に静止した状態に維持することにより、エネルギが浪費される。

「温間始動（ホット始動）」のシナリオは、「ストップ・スタート」として広く知られているものであり、上記説明したように、車両が所定条件下でモータを発電機として用いることをいう。図５に示すように、温間始動処理時、第１のクラッチ３２および第２のクラッチ３４は、閉じた状態にある。第１の電機子１４をジェネレータにより駆動させることにより、ジェネレータの全容量（すべてのキャパシティ）を用いて駆動トルクを生成する。これに加えて、第１および第２のクラッチが閉じたとき、利用可能な最大駆動力を得るために、第１の電機子１４と協働して第２の電機子２８を駆動させてもよい。この駆動力を用いてプーリ１２を駆動し、補助駆動ベルトを駆動して、エンジンを再始動することができる。

択一的には、別の実施形態において、上記説明したように、第１の電機子１４と第２の電機子２８を用いて協働して短い距離だけ車両を駆動して、マイクロハイブリッド車として機能させることができる。この構成は、車両を推進する車両トランスミッションにトルクを供給するために、第１の電機子１４と第２の電機子２８がエンジンを継続して駆動する代わりに、通常の動作を開始するために、エンジンに燃料供給されないという点を除いて、「温間始動（ホット始動）」と同等のものである。したがって、このシナリオにおけるスーパーチャージャ・ジェネレータ１１０の構成は、「温間始動」と同等のものであるので、図５とは独立して列挙されない。

「アイドリング時」、エンジンは回転しているが、車両は動いていない。したがって、車両に対する要求トルクはないので、スーパーチャージャは必要とされない。アイドリング時、エンジンの燃料消費を極力抑えるために、第１のクラッチ３２を開いて、プーリ１２を遊星ギアトレインおよびインペラ２４から分離して（係合離脱させて）、エンジンにかかる負荷を極力抑える。したがってアイドリング時、第１の電機子１４のみを回転させ、これはジェネレータが通常動作に必要なエネルギのみを生成し、これと同時に必要とされない過剰な電気エネルギを生成させずに、エンジンの負担を軽減するということを意味する。

図５は、第２のクラッチ３４がアイドリング状態に適用不能である構成を示す。ただし、上記説明したように、このとき車両エンジンに加わる新しいトルク要求に対して準備ができるように、第２のクラッチ３４は開いている状態であることが好ましい。

図５に示す「低い周囲温度で始動した後のアイドリング」状態は、エンジンがアイドリング状態であり、周囲温度が低いときの条件に関連するものである。こうした条件下において、車両の内部を加熱するために、車両の通常のパワー要求を増大させてもよい。通常のアイドリング状態では、エンジンは低速度でアイドリングするため、ジェネレータ（発電機）はあまり多くの電力を生成しない。したがって、ジェネレータの発電能力を改善するために、パワー要求が増大したとき、第１のクラッチ３２および第２のクラッチ３４の両方を閉じる。第１のおよび第２のクラッチ３２，３４の両方を閉じることにより、第１の電機子１４が第２の電機子２８に効率的に連結し、これら２つの電機子が一体に回転する。第２の電機子２８は、この時点では駆動されず、むしろ追加的な発電機として用いられ、先に説明したように車両の発電能力を増大させる。

「4000ｒｐｍ未満の低負荷で安定」した状態は、エンジン速度が4000回転／分より小さく、車両が実質的に一定の速度でクルージング走行している状況に関連する。車両が一定速度で走行しているとき、エンジンに対する要求トルクは比較的に小さい。したがって、この時点ではスーパーチャージャ・インペラ２４が供給する追加的なトルクが要求されないので、スーパーチャージャ・インペラに対して負荷はかからない。インペラ２４のアイドリング、ひいてはエネルギの浪費ならびに追加的な燃料消費を防止するために、第１のクラッチ３２を開く。このように、インペラ２４は、エンジンから分離されるため、不要に駆動されない。第１のクラッチ３２が開いたとき、上記説明したように、この段階では第２の電機子２８は駆動されない。特に、インペラ２４を駆動するように要求されない状況においては、第２の電機子２８を駆動する理由がない。エンジン速度が、この状態の範囲の上限値に接近して十分である場合、排ガスからエネルギを抽出することにより、主としてエンジンの動作効率を改善するためにターボチャージャを用いることができる。

「1500ｒｐｍ未満の高負荷で安定」した状態は、車両に大きな負荷がかかっているが、エンジン速度は小さいままである状況に関連する。たとえば車両が大きなギア比で負荷を牽引している状況に関連する。この具体例は、マニュアルギアボックスを有する車両に主に該当する。なぜなら、オートマチックギアボックスは通常、牽引時、エンストを避けるために、より小さいギアにシフトするためである。

この状況において、エンジンにかかるトルク要求は比較的に大きいが、エンジン速度があまりにも小さくターボチャージャが効率的に機能しない。したがって、エンジン性能を増大させるために、スーパーチャージャ・インペラ２４がチャンバ内で装填され、駆動される。これを実現するには、第１のクラッチ３２を閉じ、第２のクラッチ３４を開き、第２の電機子２８を駆動して、上記説明したような通常の手法でインペラ２４を駆動する。

「4000ｒｐｍ以上で安定」した状態は、車両が実質的に一定の速度でクルージング走行し、エンジン速度が4000回転／分以上である状況に関連する。一般に、これは、たとえば高速道路走行での高速クルージング走行に関連する。エンジン速度が大きいとき、燃料経済性（燃費）を改善し、必要とされる追加的なパワーを出力するために、ターボチャージャを用いる。したがって、スーパーチャージャは、「4000ｒｐｍ未満の低負荷で安定」した状態と同様に非動作状態にする。

「一時的に4000ｒｐｍを超える」状況（モード）は、エンジン速度が4000回転／分以下であったときに要求トルクが突然に変化した場合に関連する。エンジンがこの速度以下で走行しているとき、ターボチャージャは比較的に低速で回転している。たとえばドライバがスロットルを開いて、要求トルクが突然に変化したとき、エンジンは、エンジン速度を急激に増大させるように反応する。ターボチャージャは、エンジンと同じレートで加速することはできないので、ターボチャージャがエンジンの速度に追随しようとするとき、所望されるマニホールド圧力と実際のマニホールド圧力との間に差が生じ、「ターボラグ」が生じる。ターボチャージャが作動し始めるときに、スーパーチャージャを用いて、要求されるマニホールド圧力を維持することにより、この問題を解消することができる。したがって、この状態に対して、第１のクラッチ３２を閉じ、第２のクラッチ３４を開き、第２の電機子２８を駆動して、上記説明したような通常の手法でスーパーチャージャを動作させてインペラ２４を駆動する。

「一時的に4000ｒｐｍを下回る」状況（モード）は、上記説明した「一時的に4000ｒｐｍを超える」状況（モード）と同様のものであるが、エンジン速度が4000回転／分を超える点が異なる。エンジンがこの速度以上で走行しているとき、同様にターボチャージャは比較的に高速で回転している。したがって、要求トルクに変化があって、必要なマニホールド圧力が変化すると、ターボチャージャは、エンジンに遅れずに、「ターボラグ」を生じることなく、こうした要求に追随することができる。したがって、この状況において、スーパーチャージャは必要とされない。このとき第１のクラッチ３２を開いて、スーパーチャージャをエンジンから切り離し、スーパーチャージャをアイドリング状態に維持することを防ぐことにより、エンジンに対する負荷を極力抑える。したがって、第１のクラッチ３２を開いているとき、上記説明したように第２の電機子２８は駆動されない。この状態ではギアトレインが駆動されないので、第２のクラッチは、開いているか、または閉じていてもよい。しかしながら、この状況において、車両は高速で走行しているので、車両が実質的に減速するまで再びスーパーチャージャが必要とされることはあまりない。したがって、車輛が減速するとき、スーパーチャージャ・ジェネレータ１１０を「回生モード（Regen Mode）」での使用を準備するために、第２のクラッチ３４を閉じることが好ましい。

「回生モード（Regen Mode）」は、車両がエンジンブレーキにより減速する状況に関連する。エンジンが回転し続けるとき、プーリ１２が回転する。したがって、プーリ１２の回転を用いて、車両バッテリに蓄電される電気エネルギを生成することにより、システムからの無駄になり得るエネルギを抽出する機会を得る。できるだけ多くのエネルギを抽出するために、この制御装置は、追加的な発電機としての第２の電機子２８と協働して第１の電機子１４を利用することにより、スーパーチャージャ・ジェネレータ１１０の発電容量を最適化するように構成される。したがって、第１のクラッチ３２および第２のクラッチ３４の両方を閉じて、第１の電機子１４および第２の電機子２８を効率的に一体に連結する。このようにして、「低い周囲温度で始動した後のアイドリング」の状況と同様に、第１および第２の電機子１４，２８は電気エネルギを生成するように協働する。

図７は、上記制御手法を実行するためのプロセス５８を示すフローチャートである。この実施形態では、プロセス５８は、制御ユニット（ＥＭＵ）により実行される。制御ユニットは、ステップ６０において、図５を参照して現時点の動作状態を特定する。制御ユニットは、ステップ６２において、ステップ６０で特定した動作状態に対して、スーパーチャージャ・ジェネレータ１１０のために適当な構成を決定する。そして制御ユニットは、ステップ６４において、スーパーチャージャ・ジェネレータ１１０が適正に構成されているか否かを判断する。スーパーチャージャ・ジェネレータ１１０が適正に構成されている場合、プロセス５８はステップ６８で終了する。スーパーチャージャ・ジェネレータ１１０が適正に構成されていない場合、制御ユニットは、ステップ６６において、スーパーチャージャ・ジェネレータ１１０をしかるべく再構成する。そしてプロセス５８はステップ６８で終了する。

図８に示すように、本発明は、上記説明したようなスーパーチャージャ・ジェネレータ１１０を備えた車両７０にも及ぶ。

当業者ならば理解されるように、本発明は、添付クレームの範囲から逸脱することなく、上記説明した形態に対して数多くの択一的形態を有するように変形することができる。

本発明の実施形態は、以下の番号が付与された段落を参照擦ることにより理解することができる。

段落１：
車両のスーパーチャージャ装置であって、
動力パワー源から永続的な駆動力を受けるのに適した第１の電機子と、
ギアトレインを介して駆動されるように構成されたスーパーチャージャ・インペラと、
ギアトレインに連結された第２の電機子を有する電気モータと、
第１の動作モードでスーパーチャージャ・インペラを駆動するために、第１の電機子をギアトレインに選択的に連結する第１のクラッチとを備え、
第１の動作モードでは、電気モータがスーパーチャージャ・インペラの速度を調整するように動作可能であり、
第１の電機子がギアトレインに連結されたとき、第２の動作モードで第１および第２の電機子の相対的な回転を阻止するためにギアトレインを選択的に固定するように動作可能な第２のクラッチをさらに備えた、スーパーチャージャ装置。

段落２：
ギアトレインは遊星ギアトレインであり、遊星ギアトレインは、アニュラスギアと、サンギアと、複数のプラネットギアと、プラネットキャリアとを有し、
第１のクラッチは、アニュラスギアを第１の電機子に連結し、
電気モータがプラネットキャリアを駆動できるように、プラネットキャリアは、第２の電機子に連結され、
スーパーチャージャ・インペラは、サンギアに連結される、段落１に記載のスーパーチャージャ装置。

段落３：
第１の動作モードは、電気モータが第１の電機子を含むジェネレータにより駆動されるスーパーチャージャ・モードである、段落１に記載のスーパーチャージャ装置。

段落４：
第２の動作モードは、（１）電気モータが車両の発電能力を増大させるために発電機として機能するように構成されたデュアルジェネレータモード、および
（２）スーパーチャージャ装置がベルト一体型スタータ発電機能（BISG）またはマイクロハイブリッドとして動作するように、第１の電機子が車両に動力を供給するモータとして機能するように構成されたデュアルモータモードのうちの少なくとも一方のモードである、段落１に記載のスーパーチャージャ装置。

段落５：
第２の動作モードが（２）デュアルモータモードであるとき、スーパーチャージャ装置が車両を推進させるマイクロハイブリッドとして機能する、段落４に記載のスーパーチャージャ装置。

段落６：
ギアトレインを第１の電機子から係合離脱させたとき、第３の動作モードを規定する、段落１に記載のスーパーチャージャ装置。

段落７：
第１のクラッチは、第１の電機子の端面とギアトレインとの間に配置される、段落１に記載のスーパーチャージャ装置。

段落８：
電気モータは、スーパーチャージャ・インペラの回転速度を調整するために、双方向に調整可能な駆動力を供給する、段落１に記載のスーパーチャージャ装置。

段落９：
プラネットギアとアニュラスギアとの間の相対的な回転を阻止するために、第２のクラッチは、遊星ギアトレインを固定することによりギア機構を係合離脱させるように構成された、段落２に記載のスーパーチャージャ装置。

段落１０：
第２のクラッチは、アニュラスギアおよび少なくとも１つのプラネットギアに内部係合するように構成されたドッグクラッチの形態を有する、段落９に記載のスーパーチャージャ装置。

段落１１：
ドッグクラッチは、油圧式に係合離脱するように構成された、段落１０に記載のスーパーチャージャ装置。

段落１２：
段落１に記載のスーパーチャージャ装置のための制御ユニットであって、第１のクラッチ、第２のクラッチ、および電気モータの動作を制御し、スーパーチャージャ装置を作動させる（動作可能状態にする）電子制御ユニットを備えた、制御ユニット。

段落１３：
制御ユニットは、動力パワー源を駆動するように構成されたモータとして第１の電機子を構成した、制御ユニット。
制御ユニットは、動力パワー源を駆動するように構成されたモータとして第１の電機子を構成したことを特徴とする請求項１２に記載の制御ユニット。

段落１４：
段落１に記載のスーパーチャージャ装置を動作させる方法であって、（ａ）エンジンの冷間始動を実行している場合、および（ｂ）車両がアイドリング状態にある場合の少なくとも一方において、第１の電機子をギアトレインから係合離脱させるステップと、ギアトレインの固定を解除するステップとを有する、方法。

段落１５：
段落１に記載のスーパーチャージャ装置を動作させる方法であって、
（１）周囲温度が低く、エンジンがアイドリング状態である場合、および（２）車両が減速し、エンジンに負荷される要求トルクがない場合の少なくとも一方において、第２の動作モードでスーパーチャージャ装置を動作させるステップと、第２電機子を発電機として用いるステップとを有する、方法。

段落１６：
段落４に記載のスーパーチャージャ装置を動作させる方法であって、
第２の動作モードの（２）デュアルモータモードでスーパーチャージャ装置を動作させるステップと、エンジン動作の停止後にエンジンを再始動するために駆動力を用いるステップとを有する、方法。

段落１７：
段落４に記載のスーパーチャージャ装置を動作させる方法であって、
第２の動作モードの（２）デュアルモータモードでスーパーチャージャ装置を動作させるステップと、車両の動力パワーを供給するために駆動力を用いるステップとを有する、方法。

段落１８：
排ガス駆動ターボチャージャおよび段落１に記載のスーパーチャージャ装置を備えた車両であって、スーパーチャージャ装置およびターボチャージャは、順に動作するように構成された、車両。

段落１９：
エンジン速度が第１の閾値を超えたとき、スーパーチャージャ装置ではなく、ターボチャージャを利用するように構成された、段落１８に記載の車両。

段落２０：
エンジン速度が第１の閾値より小さい第２の閾値を下回ったとき、ターボチャージャではなく、スーパーチャージャ装置を利用するように構成された、段落１９に記載の車両。

段落２１：
段落１９に記載の車両を動作させる方法であって、この方法は、エンジン速度が第１の閾値を超えたとき、第１の電機子をギアトレインから係合離脱させるステップを有する、方法。

段落２２：
段落１９に記載の車両を動作させる方法であって、この方法は、エンジン速度が第２の閾値より下回ったとき、第１の電機子をギアトレインに連結させるステップを有する、方法。

段落２３：
段落２０に記載の車両を動作させる方法であって、この方法は、エンジン速度が第２の閾値を超えた場合、および車両が比較的に大きい負荷を牽引している場合に、エンジン動作安定状態にあるとき、第１の電機子をギアトレインから係合離脱させるステップを有する、方法。

段落２４：
段落１９に記載の車両を動作させる方法であって、この方法は、エンジン速度が第１の閾値より下回ったとき、第１の電機子をギアトレインに連結させるステップと、エンジンに対する要求トルクが増大する期間、ギアトレインの固定を解除するステップとを有する、方法。

段落２５：
段落１に記載のスーパーチャージャ装置を備えた、車両。

段落２６：
段落１２に記載の制御ユニットを備えた、車両。

１２…駆動プーリ、１４…ジェネレータ電機子（第１の電機子）、１６…アニュラスギア、１８…プラネットギア、２０…サンギア、２２…駆動シャフト、２４…スーパーチャージャ・インペラ、２６…プラネットキャリア、２８…モータ電機子（第２の電機子）、３０…軸、３２…第１のクラッチ、３４…第２のクラッチ、３６…突起部、４０，４２…端面、４４…主要本体部、４６…環状チャンバ、４８…延長部、５０…ドッグ（隆起部）、５２…凹部、５４…チャンネル、５６…ばね、５８…制御プロセス、７０…車両、１１０…スーパーチャージャ・ジェネレータ。

Claims

車両のスーパーチャージャ装置であって、
動力パワー源から永続的な駆動力を受けるのに適した第１の電機子と、
ギアトレインを介して駆動されるように構成されたスーパーチャージャ・インペラと、
ギアトレインに連結された第２の電機子を有する電気モータと、
第１の動作モードでスーパーチャージャ・インペラを駆動するために、第１の電機子をギアトレインに選択的に連結する第１のクラッチとを備え、
第１の動作モードでは、電気モータがスーパーチャージャ・インペラの速度を調整するように動作可能であり、
第１の電機子がギアトレインに連結されたとき、第２の動作モードで第１および第２の電機子の相対的な回転を阻止するためにギアトレインを選択的に固定するように動作可能な第２のクラッチをさらに備えたことを特徴とするスーパーチャージャ装置。
ギアトレインは遊星ギアトレインであり、遊星ギアトレインは、アニュラスギアと、サンギアと、複数のプラネットギアと、プラネットキャリアとを有し、
第１のクラッチは、アニュラスギアを第１の電機子に連結し、
電気モータがプラネットキャリアを駆動できるように、プラネットキャリアは、第２の電機子に連結され、
スーパーチャージャ・インペラは、サンギアに連結されることを特徴とする請求項１に記載のスーパーチャージャ装置。
第１の動作モードは、電気モータが第１の電機子を含むジェネレータにより駆動されるスーパーチャージャ・モードであることを特徴とする請求項１または２に記載のスーパーチャージャ装置。
第２の動作モードは、
（１）電気モータが車両の発電能力を増大させるために発電機として機能するように構成されたデュアルジェネレータモード、および
（２）スーパーチャージャ装置がベルト一体型スタータ発電機能（BISG）またはマイクロハイブリッドとして動作するように、第１の電機子が車両に動力を供給するモータとして機能するように構成されたデュアルモータモードのうちの少なくとも一方のモードであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載のスーパーチャージャ装置。
第２の動作モードが（２）デュアルモータモードであるとき、スーパーチャージャ装置が車両を推進させるマイクロハイブリッドとして機能することを特徴とする請求項４に記載のスーパーチャージャ装置。
ギアトレインを第１の電機子から係合離脱させたとき、第３の動作モードを規定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載のスーパーチャージャ装置。
第１のクラッチは、第１の電機子の端面とギアトレインとの間に配置されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１に記載のスーパーチャージャ装置。
電気モータは、スーパーチャージャ・インペラの回転速度を調整するために、双方向に調整可能な駆動力を供給することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１に記載のスーパーチャージャ装置。
プラネットギアとアニュラスギアとの間の相対的な回転を阻止するために、第２のクラッチは、遊星ギアトレインを固定することによりギア機構を係合離脱させるように構成されたことを特徴とする請求項２〜８のいずれか１に記載のスーパーチャージャ装置。
第２のクラッチは、アニュラスギアおよび少なくとも１つのプラネットギアに内部係合するように構成されたドッグクラッチの形態を有することを特徴とする請求項９に記載のスーパーチャージャ装置。
ドッグクラッチは、油圧式に係合離脱するように構成された請求項１０に記載のスーパーチャージャ装置。
請求項１〜１１のいずれか１に記載のスーパーチャージャ装置のための制御ユニットであって、
第１のクラッチ、第２のクラッチ、および電気モータの動作を制御し、スーパーチャージャ装置を作動させる電子制御ユニットを備えたことを特徴とする制御ユニット。
制御ユニットは、動力パワー源を駆動するように構成されたモータとして第１の電機子を構成したことを特徴とする請求項１２に記載の制御ユニット。
請求項１〜１１のいずれか１に記載のスーパーチャージャ装置を動作させる方法であって、
（ａ）エンジンの冷間始動を実行している場合、および（ｂ）車両がアイドリング状態にある場合の少なくとも一方において、第１の電機子をギアトレインから係合離脱させるステップと、ギアトレインの固定を解除するステップとを有することを特徴とする方法。
請求項１〜１１のいずれか１に記載のスーパーチャージャ装置を動作させる方法であって、
（１）周囲温度が低く、エンジンがアイドリング状態である場合、および（２）車両が減速し、エンジンに負荷される要求トルクがない場合の少なくとも一方において、第２の動作モードでスーパーチャージャ装置を動作させるステップと、第２電機子を発電機として用いるステップとを有することを特徴とする方法。
請求項４または５に記載のスーパーチャージャ装置を動作させる方法であって、
第２の動作モードの（２）デュアルモータモードでスーパーチャージャ装置を動作させるステップと、エンジン動作の停止後にエンジンを再始動するために駆動力を用いるステップとを有することを特徴とする方法。
請求項４または５に記載のスーパーチャージャ装置を動作させる方法であって、
第２の動作モードの（２）デュアルモータモードでスーパーチャージャ装置を動作させるステップと、車両の動力パワーを供給するために駆動力を用いるステップとを有することを特徴とする方法。
排ガス駆動ターボチャージャおよび請求項１〜１１のいずれか１に記載のスーパーチャージャ装置を備えた車両であって、
スーパーチャージャ装置およびターボチャージャは、順に動作するように構成されたことを特徴とする車両。
エンジン速度が第１の閾値を超えたとき、スーパーチャージャ装置ではなく、ターボチャージャを利用するように構成されたことを特徴とする請求項１８に記載の車両。
エンジン速度が第１の閾値より小さい第２の閾値を下回ったとき、ターボチャージャではなく、スーパーチャージャ装置を利用するように構成されたことを特徴とする請求項１９に記載の車両。
請求項１９または２０に記載の車両を動作させる方法であって、
エンジン速度が第１の閾値を超えたとき、第１の電機子をギアトレインから係合離脱させるステップを有することを特徴とする方法。
請求項１９または２０に記載の車両を動作させる方法であって、
エンジン速度が第２の閾値より下回ったとき、第１の電機子をギアトレインに連結させるステップを有することを特徴とする方法。
請求項２０に記載の車両を動作させる方法であって、
エンジン速度が第２の閾値を超えた場合、および車両が比較的に大きい負荷を牽引している場合に、エンジン動作安定状態にあるとき、第１の電機子をギアトレインから係合離脱させるステップを有することを特徴とする方法。
請求項１９または２０に記載の車両を動作させる方法であって、
エンジン速度が第１の閾値より下回ったとき、第１の電機子をギアトレインに連結させるステップと、エンジンに対する要求トルクが増大する期間、ギアトレインの固定を解除するステップとを有する、方法。
請求項１〜１１のいずれか１に記載のスーパーチャージャ装置を備えた車両。
請求項１２または１３に記載の制御ユニットを備えた車両。
図３〜図８を参照して本願明細書に実質的に記載されたスーパーチャージャ装置、制御ユニット、車両、または方法。