JP3981119B2 - 自動車用のドライブトレイン、内燃機関の始動方法及び電流を発生させる方法 - Google Patents
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Description
−内燃機関のクランクシャフトに連結される入力要素及び出力要素を備えた単一の摩擦クラッチと、
−摩擦クラッチの出力要素に連結された入力シャフト、多数のギヤ速度に対応した多数のホイールセット及び出力シャフトを備えたステップバイステップ型変速トランスミッションと、
−摩擦クラッチが切られ又は入れられているときに牽引力をステップバイステップ型変速トランスミッションの出力シャフトに加えることができるようにするためにクラッチを介してステップバイステップ型変速トランスミッションの出力シャフトに連結でき、内燃機関を始動させるために又は内燃機関により駆動されるようにするために始動発電機としてクランクシャフトに連結できる電気機械とを有するドライブトレインに関する。
本発明は又、自動車の内燃機関を始動させ、自動車の始動を開始させる方法に関する。
最後に、本発明は、自動車が静止状態にあるとき自動車の内燃機関により駆動される電気機械によって電流を発生させる方法に関する。
例えば、強い加速感が運転手によって望まれる場合、電気機械を「ブースタ」として用いて内燃機関の性能及び電気機械の性能を出力のところに加えるようにすることが知られている。
加うるに、自動車を制動したとき又はエンジンを切ったときに残存する遠心エネルギ(慣性)を電気エネルギに変換すること(エネルギ回収又は回復)が可能である。このようにして得られるエネルギを用いると始動プロセスを支えることができる。
加うるに、電気機械をトランスミッションの出力側に割り当ててギヤ速度を変える際、電気機械を用いて摩擦クラッチが切られている段階中、牽引力をトランスミッションの出力シャフトに加えることができるようにすることが知られている。これは、牽引力の増強をもたらし、これは、特に自動化マニュアルシフトトランスミッションと称されている装置に利用される。
最後に、内燃機関を静止状態で切ること(例えば、交通信号機のところで)、発進したいと思うまで再始動しないことは、燃料節約に相当大きな可能性をもたらすことも又知られている。
その結果、一体形電気機械に望ましい機能は、内燃機関を切った後かかる直接的な始動を支えることである。
例えば、内燃機関のクランクシャフトへの電気機械の連結は、直接的な始動が可能であるという利点を有するが、牽引力を増強させることはできない。
摩擦クラッチとトランスミッションとの間の構成では、エネルギ回収が可能であるという利点があるが、直接的な始動と牽引力の増強は共に不可能である。
トランスミッション内に配置された電気機械は、牽引力の増強と回収の両方を可能にするが、これによっては、電気機械をスタータダイナモとして作動させることができない場合が多い。というのは、一般に、内燃機関を駆動するためには、摩擦クラッチだけでなくステップバイステップ型変速トランスミッションのクラッチのうちの少なくとも1つを入れなければならないからである。
先行技術のこの変形例は、請求項1の前文を形成するために用いられている。
同期装置の代わりに、第3のギヤ速度のためのクラッチが、摩擦クラッチとして具体化されている。
a)摩擦クラッチをバイパスした状態で電気機械をクランクシャフトに連結する段階、
b)摩擦クラッチがまだ切られていなければ摩擦クラッチを切る段階、
c)発進に適当なステップバイステップ型変速トランスミッションのギヤ速度がまだ稼働していなければ上記ギヤ速度を稼働させる段階、
d)電気機械を始動させて内燃機関を始動できるようにする段階、
e)内燃機関を始動させる段階、
f)摩擦クラッチを入れて自動車を発進させる段階を有していることを特徴とする方法によって達成される。
この関連で、段階b)及びc)はそれぞれ、段階a)の前又は後に実施できる。段階d)を段階c)と同時に実施することができる。
i)摩擦クラッチがまだ切られていなければ摩擦クラッチを切る段階、
ii)発進に適当なステップバイステップ型変速トランスミッションのギヤ速度がまだ稼働していなければ上記ギヤ速度を稼働させる段階、
iii)摩擦クラッチをバイパスした状態で電気機械をクランクシャフトに連結して電気機械が発電機として働くようにする段階を有していることを特徴とする方法によって達成される。
その結果、本発明のドライブトレインでは、電気機械をスタータダイナモとして作動させるだけでなく牽引力を増強させる機能が可能である。それどころか、摩擦クラッチを切っているときにクランクシャフトに直接連結できる結果として、内燃機関の始動前又は始動中に始動のためのギヤ速度をステップバイステップ型変速トランスミッションに採用することができる。内燃機関が始動すると、始動プロセスを直接開始させるため(これは、直接的始動と呼ばれる)摩擦クラッチを入れるのがよい。
これと同様に、摩擦クラッチが入っているとき、電気機械をクランクシャフトに直接連結できることにより、駆動力をトランスミッションの入力シャフトに加えることができ(例えば、「ブースタ」として)、或いはオーバーラン状態の間、遠心エネルギを電気エネルギに更に変換すること(エネルギ回収)ができる。
加うるに、ドライブトレインは、内燃機関が主エンジンであり、電気機械が単に追加の機能を実行し、同等のドライブ源を構成しない自動車に特に適している。
内燃機関を始動させ、自動車の発進を開始させる本発明の方法により、公知の方法と比較して相当な時間を節約することができる。これにより、快適感が増す。
この実施形態では、電気機械はトランスミッションハウジングの外部に配置されているので電気機械を特に密封する必要がない。この場合、電気機械の出力シャフトをステップバイステップ型変速トランスミッションの出力シャフト又はトランスミッションハウジング内のクランクシャフトに連結できる。例えば、この目的のために従来型シフトクラッチを用いることができる。
この関係で、自動車のドライブトレインに役立つ設置空間を特に都合よく用いることができる。
加うるに、この実施形態では、電気機械の出力シャフトは、ホイールセット及びシフトクラッチを介してステップバイステップ型変速トランスミッションの出力シャフトに連結できれば好ましい。
シフトクラッチは、同期クラッチであれば特に有利である。
このように、ステップバイステップ型変速トランスミッションの出力シャフトと比較して回転速度の差があっても主として振動無く電気機械を連結することができる。
この構成により、ステップバイステップ型変速トランスミッションの出力シャフトとクランクシャフトの両方への電気機械の連結を構造的に好ましい仕方で実施できる。
加うるに、電気機械の出力シャフトは、シフトクラッチを介してクランクシャフトに連結でき、シフトクラッチは、ステップバイステップ型変速トランスミッションのハウジングの内部に配置されていれば有利である。
また、電気機械の出力シャフトとクランクシャフトの連結は、シャフトを介して行われ、上記シャフトは、ステップバイステップ型変速トランスミッションの入力シャフトに平行に配置されると有利であると考えられる。
当然のことながら、シフトクラッチがトランスミッションハウジングの内部に配置されている場合、別個のシャフトがクランクシャフトへの連結を行うためにシャフトシールを経てトランスミッションハウジングから出ることになる。
この場合、シャフトがステップバイステップ型変速トランスミッションとクランクシャフトとの間で限られた設置空間内でトランスミッションの外部に取り付けられ、その結果、設置空間が半径方向にそれほど増大しないようになることはないので特に好ましい。
回転要素は、中空シャフトとして具体化され、上記中空シャフトは、摩擦クラッチの入力シャフトに連結されると共にステップバイステップ型変速トランスミッションの入力シャフトの周りに配置されていれば特に好ましい。
変形例として、ステップバイステップ型変速トランスミッションの入力シャフトは、中空シャフトとして具体化され、回転要素は、入力シャフトの内部に設けられたシャフトとして設けられていると有利である。
この実施形態では、回転要素を摩擦クラッチの入力要素に特に簡単な仕方で連結できる。
この場合、摩擦クラッチ及びそのアクチュエータは、上述の原動節を除きほぼ不変状態のままであることが可能なので有利である。
可撓性駆動機構は例えば、ベルトドライブ又はチェーンドライブであるのがよい。この手段により、ギヤホイールによる連結と比較して軽量化できる。加うるに、トランスミッションの半径方向の全体的なサイズは、この手段によって制限される場合がある。
この関係で、存在する設置空間を、ステップバイステップ型変速トランスミッションの入力シャフトに対しリングギヤの同心配置により都合よく利用できる。
加うるに、電気機械の出力シャフトは、シフトクラッチパッケージによってクランクシャフト又はステップバイステップ型変速トランスミッションの出力シャフトに択一的に連結できると全体的に有利である。
このように、電気機械をコンパクトな構造によりスタータ/ダイナモ作動モードから動力増強作動モードに切り替えることができる。
この場合、シフトクラッチパッケージは更に、電気機械の出力シャフトが空動きするようにするためにアイドリング状態に切り替え可能であれば特に有利である。
当然のことながら、上述すると共に以下に説明する特徴を、本発明の範囲から逸脱することなく、それぞれ特定の組合せだけでなく他の組合せ又は単独で利用することができる。
図1では、本発明のドライブトレインの第1の実施形態が全体を符号10で示されている。
ドライブトレイン10を内燃機関12によって駆動される自動車(詳細には示されていない)内に設置するのがよい。
ドライブトレイン10は、摩擦クラッチ14及びステップバイステップ型変速トランスミッション16を有している。
摩擦クラッチ14の入力要素は、内燃機関12のクランクシャフト18に連結されている。摩擦クラッチ14の出力要素は、ステップバイステップ型変速トランスミッション16の入力シャフト20に連結されている。
ステップバイステップ型変速トランスミッション16は、従来型それ自体の設計では、出力シャフト22に平行に配置されたカウンタシャフト24を備えた円筒歯車機構として具体化されている。
ステップバイステップ型変速トランスミッション16は、多数のギヤ速度に対応した多数のホイールセットを更に有しており、分かりやすくするために、図1にはこれらのうちホイールセット26が1つだけ示されている。
概略的に示されたシフトクラッチ32が、任意的に空回りホイール30をカウンタシャフト24に連結するために用いられる。シフトクラッチ32は、同期クラッチとして具体化されたものであるのがよい。しかしながら、これは非同期型クロークラッチ等であってもよい。
電気機械40の出力シャフト42は、シフト可能なホイールセット44により内燃機関12のクランクシャフト18に連結されている。シフトクラッチ43(これは、例えば出力シャフト42に装着されるのがよい)が、クランクシャフト18を連結すると共に/或いは切り離すために用いられる。
電気機械40をクランクシャフト18に連結することにより始動発電機として作動させることができる。内燃機関12を始動させるため、シフトクラッチ43を入れ、シフトクラッチ48を切り、摩擦クラッチ14も又切る。すると、電気機械は、内燃機関12を駆動して始動させるためにモータとして稼働する。
ギヤ速度を変える場合、電気機械40は、牽引力を増強させるために使用できる。この場合、シフトクラッチ43を解除し、シフトクラッチ48を入れる。ソースギヤ速度を切り又は稼働停止させ、標的ギヤ速度を入れ又は稼働させるための摩擦クラッチ14が切られている間、電気機械40をモータとして稼働させることができる。その目的は、このようにして、牽引力をステップバイステップ型変速トランスミッション16の出力シャフト22に加えることにある。
これは、発進プロセスのためのギヤ速度を既にステップバイステップ型変速トランスミッション16に入れることができることを意味している。内燃機関12が始動した後、発進プロセスを開始させるために次にすぐに摩擦クラッチ14を入れるのがよい。必要ならば、内燃機関12を始動させ、摩擦クラッチ14を入れるプロセスも又、オーバーラップ方式で実施するのがよい。
また、電気機械40を内燃機関12が静止状態で作動しているとき、発電機として稼働させることができる。この場合、分離クラッチ43を入れ、クラッチ48を切る。
ステップバイステップ型変速トランスミッション16のハウジングは、図2において符号56で示されている。注目されるべきこととして、電気機械40は、フランジによりハウジング56の外部に連結され、出力シャフト42は、シャフトシール55を経てハウジング56の内部へ導かれている。
ステップバイステップ型変速トランスミッション16は、図示の実施形態では、横型トランスミッションとして具体化されており、カウンタシャフト24はステップバイステップ型変速トランスミッション16の出力シャフト22を同時に形成している。
電気機械40の出力シャフト42は、シフトクラッチ48によってシフトできるホイールセット59を介してステップバイステップ型変速トランスミッション16の出力シャフト22に連結されている。
加うるに、中間ギヤホイール64が、回転方向を逆にするために設けられている。
電気機械40の出力シャフト42も又、シフトクラッチ60によってセコンダリシャフト58に連結可能である。
加うるに、摩擦クラッチ14は、図2ではより詳しく示されている。摩擦クラッチ14は、クランクシャフト18に互いに同一回転可能なように連結されたフライホイール66を有している。クラッチプレート68が、トランスミッションの入力シャフト20に互いに同一回転可能なように連結されている。公知のように、クラッチ板68は、円板ばね等でフライホイール66に押し付けられ、円板ばねは、クラッチバスケット67に取り付けられている。
クラッチ48,60がトランスミッションハウジング56内の内部に配置されている結果として、これらクラッチをステップバイステップ型変速トランスミッション16のギヤ速度を稼働させたり稼働停止させたりするシフトクラッチ32と同様な仕方で構成できる。電気機械40がトランスミッションハウジング56の外部に配置されている結果として、特別な包封手段を行わないで用いることができる。
ホイールセット59′は、この改造例では回転方向を逆にする中間ギヤホイール64を備えていない。
ドライブトレイン76では、トランスミッションハウジング56の内部に延びる電気機械40の出力シャフト42は、ホイールセット78を介して中空シャフトの形態をしたセコンダリシャフト80に連結可能である。この実施形態では、中空シャフト80は、クラッチバスケット82に互いに同一回転可能なように連結され、その結果クランクシャフト18に互いに同一回転可能なように連結されている。
この実施形態では、電気機械40の出力シャフト42は、ホイールセット92を介してセコンダリシャフト90に連結され、このセコンダリシャフトは、上記クランクシャフト18の延長部としてクランクシャフト18に互いに同一回転可能なように連結されている。この実施形態では、トランスミッションの入力シャフト94は、中空シャフトとして具体化され、セコンダリシャフト90を包囲している。
トランスミッションの入力シャフト94は、一定のホイールセット96によりステップバイステップ型変速トランスミッションのカウンタシャフト24に連結されている。ステップバイステップ型変速トランスミッション16はこの実施形態では、縦型設計で具体化されている。
この実施形態では、クランクシャフト18に互いに同一回転可能なように連結されたセコンダリシャフト90は、ステップバイステップ型変速トランスミッション16の軸方向長さ全体にわたって延びており、このセコンダリシャフトは、ハウジング56の出力端部のところに配置されたホイールセット102を介して電気機械40の出力シャフト42に連結できる。ステップバイステップ型変速トランスミッション16のホイールセット26は、中空シャフトとして具体化されたトランスミッションの入力シャフト94に装着されている。
図7のドライブトレインの記載を参照すると、クラッチアクチュエータ110が摩擦クラッチ14とステップバイステップ型変速トランスミッション16のハウジング56との間に配置され、具体的には、トランスミッション入力シャフト20に対し同心状に配置されていることが明白である。
クランクシャフト18を電気機械40の出力シャフト42に連結するため、1以上の原動節又は駆動歯車112がステップバイステップ型変速トランスミッション16に向いたクラッチバスケット67の側部に設けられている。
駆動歯車112は、リングギヤ114と噛み合い状態にあり、このリングギヤは、クラッチアクチュエータ110の周りに同心状に配置されていて、ステップバイステップ型変速トランスミッション16のハウジング56に回転自在に取り付けられている。
ギヤホイール119と噛み合うギヤホイール118が、リングギヤ114に固定されている。
ギヤホイール119は、セコンダリシャフト120に互いに同一回転可能なように連結され、このセコンダリシャフト120は、トランスミッションの入力シャフト20に平行に配置されている。その結果、セコンダリシャフト120は、クランクシャフト18に互いに同一回転可能なように連結されている。
第2のセコンダリシャフト123及びホイールセット122が設けられている結果として、トランスミッションハウジング56上における電気機械40の配置の選択に融通を効かせることができる。しかしながら、変形例として、クラッチ48,60を電気機械40の出力シャフト42に直接取り付けることも可能である。
ドライブトレイン130では、リングギヤ114は、ベルトプーリ133を備え、このリングギヤは、ベルトドライブ134を介してセコンダリシャフト120に連結されている。ホイールセット59に代えて、図8に全体を符号123で示すベルト出力も又設けられている。
Claims (13)
- 内燃機関(12)により駆動される自動車用のドライブトレイン(10;54;70;76;88;100;108;130)であって、
−内燃機関(12)のクランクシャフト(18)に連結される入力要素及び出力要素を備えた単一の摩擦クラッチ(14)と、
−摩擦クラッチ(14)の出力要素に連結された入力シャフト(20;94)、多数のギヤ速度に対応した多数のホイールセット(26)及び出力シャフト(22)を備えたステップバイステップ型変速トランスミッション(16)と、
−摩擦クラッチ(14)が切られ又は入れられているときに牽引力をステップバイステップ型変速トランスミッション(16)の出力シャフト(22)に加えることができるようにするためにクラッチ(48)を介してステップバイステップ型変速トランスミッション(16)の出力シャフト(22)に連結でき、内燃機関(12)を始動させるために又は内燃機関(12)により駆動されるようにするために始動発電機としてクランクシャフト(18)に連結できる電気機械(40)とを有するドライブトレインにおいて、
電気機械(40)は、クランクシャフト(18)に互いに同一回転可能なように連結でき、他方、このようにして内燃機関(12)を始動させるために又は摩擦クラッチ(14)が切られているときに内燃機関(12)により駆動されるようにするために摩擦クラッチ(14)をバイパスし、
電気機械(40)の出力シャフト(42)とクランクシャフト(18)の連結は、回転要素(80;90;114)を介して行われ、前記回転要素(80;90;114)は、ステップバイステップ型変速トランスミッション(16)の入力シャフト(20;94)に対して同心状に配置され、
回転要素(114)は、シャフトシール(116,117)によってステップバイステップ型変速トランスミッション(16)のハウジング(56)に対して密封されていて、少なくとも1つの駆動歯車(112)によってクランクシャフト(18)に互いに同一回転可能なように連結されたリングギヤ(114)として具体化され、前記少なくとも1つの駆動歯車は、摩擦クラッチ(14)の入力要素に連結されていることを特徴とするドライブトレイン。 - 電気機械(40)は、ステップバイステップ型変速トランスミッション(16)のハウジング(56)の外部に配置されており、電気機械は、シャフトシール(55)を介してハウジングの内部へ延びる出力シャフト(42)を有していることを特徴とする請求項1記載のドライブトレイン。
- 電気機械(40)の出力シャフト(42)は、ステップバイステップ型変速トランスミッション(16)の出力シャフト(22)に平行に配置されていることを特徴とする請求項2記載のドライブトレイン。
- 電気機械(40)の出力シャフト(42)は、ホイールセット(59)及びシフトクラッチ(48)を介してステップバイステップ型変速トランスミッション(16)の出力シャフト(22)に連結できることを特徴とする請求項3記載のドライブトレイン。
- シフトクラッチ(48)は、同期クラッチであることを特徴とする請求項4記載のドライブトレイン。
- 電気機械(40)の出力シャフト(42)は、内燃機関(12)のクランクシャフト(18)に平行に配置されていることを特徴とする請求項1〜5のうちいずれか一に記載のドライブトレイン。
- 電気機械(40)の出力シャフト(42)は、シフトクラッチ(60)を介してクランクシャフト(18)に連結でき、シフトクラッチ(60)は、ステップバイステップ型変速トランスミッション(16)のハウジング(56)の内部に配置されていることを特徴とする請求項1〜6のうちいずれか一に記載のドライブトレイン。
- 電気機械(40)の出力シャフト(42)とクランクシャフト(18)の連結は、シャフト(42;58)を介して行われ、前記シャフト(42;58)は、ステップバイステップ型変速トランスミッション(16)の入力シャフト(20;80;94)に平行に配置されていることを特徴とする請求項1〜7のうちいずれか一に記載のドライブトレイン。
- 回転要素(80)は、中空シャフト(80)として具体化され、前記中空シャフト(80)は、摩擦クラッチ(14)の入力シャフトに連結されると共にステップバイステップ型変速トランスミッション(16)の入力シャフト(20)の周りに配置されていることを特徴とする請求項8記載のドライブトレイン。
- ステップバイステップ型変速トランスミッション(16)の入力シャフト(94)は、中空シャフトとして具体化され、回転要素(90)は、入力シャフト(94)の内部に設けられたシャフト(90)として設けられていることを特徴とする請求項8記載のドライブトレイン。
- 電気機械(40)の出力シャフト(42)とリングギヤ(114)の連結は、少なくとも1つの可撓性駆動機構(132,134)を介して行われていることを特徴とする請求項10記載のドライブトレイン。
- 電気機械(40)の出力シャフト(42)は、2つのシフトクラッチの組合せ体(48,60)によってクランクシャフト(18)又はステップバイステップ型変速トランスミッション(16)の出力シャフト(22)に択一的に連結できることを特徴とする請求項1〜11のうちいずれか一に記載のドライブトレイン。
- 2つのシフトクラッチの組合せ体(48,60)は更に、電気機械(40)の出力シャフト(42)が空動きするようにするためにアイドリング状態に切り替え可能であることを特徴とする請求項12記載のドライブトレイン。
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