JP4130060B2 - 自動車用複合推進装置 - Google Patents

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、自動車用の推進装置に関し、より具体的には、請求項１の前提部分に定義された種類の装置に関する。
【０００２】
（背景技術）
現在、内燃機関と共に製造される自動車の多くは、電気始動モーターと発電機（典型的には交流発電機）を持ち、これらは別々の電気機器によって構成されている。
【０００３】
この従来型装置の幾つかの不都合を克服するために、単一の可逆回転可能な電気機器が内燃機関に設けられていて、その電気機器は始動モータおよび発電機として機能する。
【０００４】
この種の既知の装置では、回転可能な電気機器が内燃機関のシャフトと平行なシャフトに配置されている。これらのシャフトは、遊星歯車のような速度低減装置を含んだベルト式あるいはチェーン式のトランスミッション装置によって、連結されている。この速度低減装置が電気機器のシャフトと内燃機関のシャフトとの間の回転速度を減少させて、内燃機関の始動時に上記電気機器は始動モータとして機能する。
【０００５】
（発明が解決しようとする技術的課題）
この既知の配置は、従来の内燃機関に対して特別な変更や改造を要しないという点で有利である。しかしながら、電気機器と内燃機関との間のトランスミッション装置によって、この既知装置は決定的な状況となっている。
ＤＥ-Ａ-３３ ２０ ９５０は、請求項１の前提部分に定義された装置を開示している。この従来の装置において、エンジンシャフトにはこれに固定されるフライホイールが設けられていない。分離フライホイール部材が、電気機器のロータに永続的に固定され、２つのクラッチの内の１つを介してエンジンシャフトに選択的に結合される。上記ロータは回転するようにエンジンシャフトによって支持されている。
【０００６】
本発明の目的は、上記既知の装置の不都合を克服することができるとともに、自動車の運動エネルギーの回収や、電気牽引のみを使用して自動車の動きを有効にする可能性や、燃料消費と公害排出物質を減少させるための「停止と発進」戦略の実施などの幾つかの付加的機能を為すことができる上記型式の推進装置を製造することにある。
【０００７】
（その解決方法）
これらの目的およびその他の目的は、本発明による請求項１に定義された特徴と持つ推進装置を用いて達成される。
本発明の更なる特徴と利点は、純粋に非制限的な例として与えられた次の詳細な説明から添付の図面を参照して明確になる。
【０００８】
本発明の更なる特徴と利点は、純粋に非制限的な例として与えられた以下の詳細な説明から添付の図面を参照して明確になる。
【０００９】
（発明を実施するための最良の形態）
図１において、参照番号１は本発明による推進装置の全体を示す。
【００１０】
この推進装置は、エンジンシャフト４が回転可能に支持されているボディすなわちクランクケース３を含んでいる。
【００１１】
上記推進装置１はまたトンラスミッション５を含み、トンラスミッション５は例えば内燃機関２のシャフト４と同軸の入力シャフト５を有するギヤボックスを含んでいる。
【００１２】
機能グループ７は、内燃機関２とトランスミッション５との間に載置されている。このグループは、以下の説明によって明かになるが、好ましくは３相タイプの可逆式の電気機器と１対の摩擦係合装置を含んでいる。
【００１３】
上記機能グループ７は、図示された実施例において、互いに結合される２つのボディすなわち半シェル（半分の外板）８と９とから形成されている。
【００１４】
このボディすなわち半シェル８は、向きがトランスミッションから逸れており、開口部１０を有している。開口部１０では、上記ボディ８の中に伸びているトランスミッションの入力シャフト６が、回転可能に支持されている。
【００１５】
上記ボディすなわち半シェル９は、本質的に円筒形の周縁スリーブ９ａを含み、周縁スリーブ９ａの内には可逆電気機器のスタータ１１が、複数の巻線１２を保持して固定されている。フライホイール１３は、中間機能グループ７に面してエンジンシャフト４の端部に結合されている。このフライホイールは、機能グループ７のボディすなわち半シェル９とエンジン２のボディすなわちクランクケース３との間に形成された空間の中に延在する。シャフト部１４は、エンジンシャフト４と同軸であり、フライホイール１３の中央部分から伸びている。シャフト１４の端部１４ａは、周縁長手方向に複数の溝を有する。同様に、トランスミッション５の入力軸の端部６ａは、周縁長手方向に複数の溝を有する。
【００１６】
上記中間機能グループ７の半シェル９は、本質的に横断している壁９ｂを有し、横断壁９ｂの周縁はスリーブ９ａに接続されている。この壁９ｂはその中央に管状のハブ９ｃを形成し、ハブ９ｃの中にシャフト１４が伸びている。支持ボディ１５はボディ９の壁９ｂの後部に固定される。上記支持ボディ１５はまたハブ１５ａを形成する。ハブ１５ａは、シャフト１４を囲み、ハブ９ｃと同軸であってハブ９ｃの内側に存在する。支持軸受１６は外側からハブ９ｃ上に取付けられている。
【００１７】
全体が１７で示されるロータは、ステータの中に回転可能に取付けられている。図示の実施例では、このロータはＣ字状の断面の外部輪状ボディ１８を含み、内部ボディ１９に固定されている。この後者（内部ボディ１９）は、外側が輪状となったスリーブ１９ａと、半径方向中間部１９ｂと、ハブの形をした半径方向最内側輪状部１９ｃとを有し、支持軸受１６上に回転可能に取付けられている。
【００１８】
機能グループ７は２つの摩擦係合装置を有し、図１では、これらの摩擦係合装置は２０と２１で示されている。以下の説明によって明らかになるが、クラッチ２０は、電気機器のロータ１７とトランスミッションの入力シャフト６との間の結合を制御する。一方、他方のクラッチ２１は、このロータと内燃機関のシャフト４との間の結合を制御する。
【００１９】
クラッチ２０は、可撓性カップリング（フレキシブルカップリング）２３によってハブ２４に接続されたディスク２２を含む。上記ハブ２４は、溝付きカップリングを用いてトランスミッション５の入力シャフト６の端部６ａに取付けられている。したがって、ハブ２４はこのシャフトと共に回転するように固定されているが、シャフトに対して軸方向に移動可能である。
【００２０】
ディスク２２は、その両面に摩擦ライニング２５と２６とをそれぞれ有し、第１のもの（摩擦ライニング２５）はスラストリング２７に面し、第２のもの（摩擦ライニング２６）は電気機器のロータ１７と共に回転するように固定された輪状要素２８に面している。
【００２１】
カップスプリング２９はスラストリング２７と結合する。このスラストリング２７はトランスミッションの入力シャフト６の範囲内に配置されている。制御スリーブ３０は、上記シャフトと同軸のスリーブ３０ａに滑動可能に取付けられていて、このスラストリング２７と既知の方法で協働する。
【００２２】
制御スリーブ３０の軸方向の位置は、自動車の運転手によって、例えばペダルに連結する機械式あるいは油圧式のトランスミッション装置によって、制御される。
【００２３】
摩擦係合装置２０は、好ましくは通常閉塞されたタイプのものである。
【００２４】
摩擦係合装置２１は、既知のタイプの可撓性カップリング３３によってスリーブ３２に接続されたディスク３１を含む。付随の摩擦ライニング３４と３５はディスク３１の両面に塗布される。一方はリング２８に面し、他方は、電気機器のロータ１７と共に回転するように固定されたスラストリング３６に面する。
【００２５】
スリーブ３２は溝付きのカップリングを用いてシャフト１４の端部１４ａ上に取付けられており、したがって、内燃機関のシャフト４と共に回転するように固定されている。しかしながら、スリーブ３２はシャフト４に対して軸方向に移動可能である。
【００２６】
カップスプリング３７はスラストリング３６と関連し、スラストリング３６はシャフト１４の周囲に配置されて適当なピン３８によってロータ１７のボディ１９に保持されている。このスプリングはスラストスプリング３６をディスク３１の摩擦ライニング３５に係合させる。
【００２７】
参照番号３９はシャフト１４に同軸に取付けられたスラスト軸受を示し、スラスト軸受はスリーブ３０ｃ上で滑動できる。スリーブ３０ｃは、ボディ９のハブ９ｃの内側にあって、スプリング３７に対してスラストリング３６の反対側に取付けられている。
【００２８】
スラスト軸受３９は、スプリング３７の半径方向最内側部と輪状ピストン４０との間に載置される。輪状ピストン４０は、シャフト１４と同軸な輪状シートすなわちチャンバ４１に、液密な状態で滑動できるように取付けられている。
【００２９】
本質的に放射状の通路４２がボディ９内に形成されいて、その通路はピストン４０の背後のチャンバ４１の中に開口している。管４３は、通路４２に接続され、油圧流体の供給を可能にしている。油圧流体がピストン４０をスプリング３７の方向に滑動させて、このスプリングによって摩擦係合装置２１を開く。
【００３０】
管４３への加圧流体の供給は、油圧回路によって制御可能である。油圧回路は図示されていない電気装置によって制御される。
【００３１】
作動中、摩擦係合装置２０と２１とは互いに独立して制御することができる。
【００３２】
これらの摩擦係合装置の制御によって複数の機能を達成することができる。それらの内で最も重要なものは、以下に述べる。
【００３３】
内燃機関の始動
始動モータとして電気機器１１,１７を使用することによって、エンジン２が始動する。この目的に対しては、まず、摩擦係合装置２０と２１の両方を開の状態にする。すなわち、クラッチ２１は開となっていて、噛み合い位置はニュートラル（中立）になっている。これらの条件の下では、電気機器のロータ１７は、モータホイールとエンジン２のシャフト４の両方ともに連結していない。次に、電気機器は、電源（自動車に搭載されたバッテリと付随のインバータ）に接続されて、電気モータとして機能する。一旦、ロータ１６が或る回転速度（既知のセンサによって検知され得る１条件である）に達すると、制御ユニットは管４３への供給される圧力を解放させて、摩擦係合装置２１はスプリング３７によって閉にされる。こうして、ロータ１７は、内燃機関のシャフト４と結合されて、内燃機関を始動させる。
【００３４】
内燃機関が一度始動すると、電気機器１１,１７への電流の供給は停止される。運転手は、内燃機関のシャフト４とトランスミッション５とをロータ１７によって結合するために、摩擦係合装置２０を閉にすると、自動車は動き出す。
【００３５】
電気エネルギーの発生
自動車が走行するとき、内燃機関２のシャフト４はロータ１７を回転させる。上記電気機器は、車中の様々な電気装置や電子装置に電気を供給する発電機として機能し、自動車に搭載されたバッテリが十分な充電レベルに維持されるのを保証する。
【００３６】
自動車の運動エネルギーの回収
この推進装置に付随した電子装置は、自動車が制動しているときに摩擦係合装置２０が閉となり摩擦係合装置２１が開となるように、配置され得る。この状況では、トランスミッション５のシャフト６が電気機器のロータ１７を回転させる。これらの条件の下では、電気モータはブレーキとして機能し、電気エネルギーを発生させる。このようにして、自動車の運動エネルギーを幾らか回収できる。
【００３７】
電気牽引力を使用した自動車の移動
上記推進装置は、例えば小さなスペースにおいて次々と巧みに移動したり、或いは排気ガスの放出を避けねばならない地域を通過するとき、電気牽引力を利用して自動車を移動させることができる。純粋に電気によって移動させるためには、推進装置に付随した制御ユニットは、摩擦係合装置２１を開にする。この電気機器に自動車のバッテリからのエネルギーを供給することができ、摩擦係合装置２０が閉じた状態では、電気機器は、トランスミッションと結合した電気モータとして機能する。
【００３８】
「停止と進行」の運転
例えば信号で、自動車が減速したり停止したりするとき、エンジン２のスイッチを切ることができる。摩擦係合装置２１は開いており、一方、クラッチ２０は通常閉じている。次に、動き出すためには、この内燃機関を上述のように再スタートさせる。
【００３９】
「アクティブ（能動的）フライホイール」の機能
摩擦係合装置２１が閉じているとき、電気機器のロータ１７は内燃機関２のシャフト４と共に回転するように固定され、また、実際に、このシャフトに結合した補充フライホイールを構成する。
【００４０】
通常の運転中に内燃機関２のシャフト４は回転速度が変化し、これらの変化がエンジン台を通して自動車のボディに伝わって振動を引き起こす。
【００４１】
本発明の推進装置では、内燃機関２の速度やトルクの変化、およびその結果生じる自動車の構造体に伝達される振動は、電気モータのトルクを適当に制御することによって補償することができる。すなわち、エンジンシャフト４が加速傾向にあるときは、このシャフトに捩れて固定されたロータ１７がシャフトを遅らせるようにして、内燃機関のサイクルと適切に同期させて制御する。逆の場合もまた同じようにして行う。
【００４２】
図２は、本発明による推進装置の第１の実施例を示す。この図面では、図１に言及して既述した部品や要素と同一または同等なものには、同じ参照番号を使用して言及する。
【００４３】
図２の実施例は、図１と同一の機能を有するが、構造的な観点から次の点で本質的に異なっている。
【００４４】
フライホイール１３は、エンジンシャフト４の端部に接続されて、中間機能グループ７に面する。しかしながら、このホイールは、もはや図１のシャフト部分１４を形成していない。
【００４５】
電気機器の支持体として機能する半シェル９は、トランスミッション５に面する横断壁を有し、中に支持軸受１６が配置されたハブ９ｃを形成する。
【００４６】
ロータ１７は、Ｃ字状の断面を有し内部ボディ１９に固定された周縁輪状ボディ１８を含んでいる。シャフト４４は、内燃機関のシャフト４およびトランスミッションのシャフト６と同軸であって、内部ボディ１９の中央部分に固定されている。シャフト４４の端部は、トランスミッション５に面し、内部ディスク部４５と接続している。この内部ディスク部４５に、可撓性結合装置３３を介してリング２８が接続し、リング２８は摩擦係合装置２０のディスク２２の摩擦ライニング２６に面している。このディスク２２は、挿間された可撓性カップリングなしで、スリーブ２４に直接固定されている。
【００４７】
支持ボディ１５はロータのシャフト４４の周りに直接配置され、ピストン４０が液密状態で滑動できるように支持ボディ１５に取付けられている。
【００４８】
ロータの一部分１９はシャフト４４と同軸の管状構造すなわちハブ１９ｃを有し、ハブ１９ｃは支持ボディ１５に向かって延在している。支持軸受１６は、このハブ１９ｃと電気機器の支持ボディ９のハブ９ｃとの間に挿間されている。スラスト軸受３９は、ロータのシャフト４４の周りに滑動可能に取付けられ、ロータのボディ１９を貫通する複数のスラストピン４６とピストン４０との間に軸方向に配置され、摩擦係合装置２１のカップスプリング３７の半径方向最内側部に係合している。このスプリング３７の周縁部は、ロータのボディ１９に固定されたリング４７に係合している。
【００４９】
摩擦係合装置２１の内では、スラストリング３６がリング４７とフライホイール１３との間に位置している。このスラストリングはリング４７に対して滑動可能に取付けられている。それ（スラストリング３６）は溝付きのカップリングを用いてリング４７に取り付けられている。摩擦係合装置２１の摩擦ライニング３４,３５は輪状のディスク３１によって保持され、ディスク３１はフライホイール１３の外周に接続されていて、それ（フライホイール１３）に対して軸方向に限定された動きができる。
【００５０】
図２による装置と図１に示された装置との実質的な違いは、電気機器のロータ１７がエンジン２のシャフト４に異なって接続されている点にある。図２による装置では、このカップリングは、可撓性のある弾性カップリングジョイントを用いずに形成されており、このことは非常に動的な変化のあるトルクをより良好に展開させ得る。このことは、例えば上述の「アクティブフライホイール」の機能においては特に有利である。
【００５１】
図３は、本発明による推進装置のさらに別の実施例を示す。
【００５２】
図３において、前述の図面を参照して既に述べた部品と構成要素には、同一の参照番号が付与されている。
【００５３】
図１と図２に示めされた実施例と比較すると、図３に示す装置では、管状のハブ４８が内燃機関２のシャフト４に固定され、支持軸受１６はハブ４８の中に配置されている。フライホイール１３はハブ４８の外側表面から伸びている。成形されたリング５１はトランスミッション５のハブ４８の端部に固定され、トランスミッション５と面している。
【００５４】
電気機器のロータ１７は、断面がＣ字状の周縁輪状ボディ１８を含み、周縁スリーブ１９ａとディスク部１９ｂとシャフト４４とを有する内部ボディ１９が外周輪状ボディ１８に固定されている。シャフト４４は、挿間された支持軸受１６を用いて、内燃機関のシャフト４のハブ４８に係合している。シャフト４４は、トランスミッション５に面する軸方向延長部４４ａを有する。リング４９は、挿間された支持軸受５２を用いて、シャフト４４のこの延長部４４ａ上に取付けられている。
【００５５】
ロータのボディ１９のリング４９とディスク部１９ｂとは、複数の弾性要素５０によって一緒に結合されて、２塊体のフライホイールを形成する。
【００５６】
リング４９は、摩擦係合装置２０のディスク２２によって保持される摩擦ライニング２６に面する。このディスク２２は、挿間された可撓性カップリングを用いずに、スリーブ２４に直接取付けられる。
【００５７】
電気機器のロータとエンジン２のシャフト４との間の結合を制御する摩擦係合装置２１は、ロータと一緒に回転するように固定されて摩擦ライニング３４と３５とが両側に設けられた輪状のディスク３１を含む。
【００５８】
ディスク３１はフライホイール１３とスラストリング３６との間に挿間され、スラストリング３６はフライホイール１３とロータ１７のボディ１９との間に軸方向に移動可能に配置されている。カップスプリング３７はスラストリング３６に付随している。そのスプリングの半径方向最内側部は、ボルト５３の端部を押圧する。ボルト５３は、フライホイール１３の半径方向最内側部に形成された対応開口部を貫いて、軸方向に滑動可能に取り付けられている。ボルト５３の他端は成形加工された輪状要素５４を押圧し、その反対側では複数のピストン４０が作動する。これらのピストンは支持ボディ１５の内側に取付けられ、支持ボディ１５は電気機器の支持ボディとして機能する半シェル９の壁９ｂに固定されている。
【００５９】
操作の様式、特に、図３の推進装置で達成できる機能は、図１と図２の実施例に言及して述べられたものと実質的に同じである。
【００６０】
本発明による推進装置は、多くの利点がある。
【００６１】
第１に、エンジン２とトランスミッション５との間に挿間された機能グループ７は、非常に限定された寸法で製造され得る。
【００６２】
この電気機器は、予め組み立てることができ、また、エンジン２とトランスミッション５との間で組立てる前に試験をすることができる。この予め組立てられた機器は異なる種類の内燃機関および／または異なる種類のトランスミッションと接続され得る。
【００６３】
さらに、機能グループ７は複数の機能を果すことが可能であり、それらは一般にエネルギー効率の改善および燃料消費や排気ガスの放出における懸著な減少を容易にさせる。
【００６４】
当然に、本発明の原理は不変であって、実施例および構造の詳細は、非限定的な例として記載され例証されたものに対して広範に変化し得るものであるが、これによって添付のクレームにおいて定義された発明の範囲から逸脱するということはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による推進装置の第１実施例の軸方向部分断面図である。
【図２】 本発明による装置の異なる実施例の部分断面図である。
【図３】 さらに別の実施例の部分断面図である。

Claims (9)

1. 内燃機関（２）と、
   トランスミッション（５）と、
   上記内燃機関（２）のシャフト（４）と上記トランスミッション（５）の入力シャフト（６）との間のクラッチ手段（２０，２１）と、
   支持ケーシング（９）とステータ（１１）と上記ステータ（１１）内部に配置されたロータ（１７）とを含み、上記内燃機関（２）の電気式始動モータとして機能するとともに発電機として機能するようになっている回転可能で可逆式の電気機器（１１，１７）とを含む自動車用の推進装置であって、
   上記電気機器（１１，１７）は、上記内燃機関（２）と上記トランスミッション（５）との間に挿間され、上記内燃機関（２）の上記シャフト（４）および上記トランスミッション（５）の上記入力シャフト（６）と同軸に搭載され、
   上記クラッチ手段は、上記電気機器の上記ロータ（１７）と上記トランスミッション（５）との間の結合を制御するための第１クラッチ（２０）と、上記電気機器の上記ロータ（１７）と上記内燃機関（２）の上記シャフト（４）との間の結合を制御するための第２クラッチ（２１）とを含み、
   上記第１と第２のクラッチ（２０，２１）は、選択的に制御可能であって互いに独立している自動車用の推進装置において、
   フライホイール（１３）は上記内燃機関（２）の上記シャフト（４）に永続的に固定され、
   上記電気機器（１１，１７）の上記ロータ（１７）は回転するために上記電気機器（１１，１７）の上記ケーシング（９）によって支持されていることを特徴とする自動車用の推進装置。
2. 請求項１に記載の推進装置において、上記第２クラッチ（２１）は、回転するように上記フライホイール（１３）と永続的に接続されたカップリングディスク部材（３１）を含んでいることを特徴とする推進装置。
3. 請求項１または２に記載の装置において、上記クラッチ（２０，２１）は摩擦係合装置であることを特徴とする装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１つに記載の装置において、上記第２クラッチ（２１）は電気流体圧的に制御される型式のものであることを特徴とする装置。
5. 請求項３または４に記載の装置において、各クラッチ（２０，２１）は、摩擦材料のライニング（２５，２６，３４，３５）が設けられた付随するディスク（２２，３１）を含んでいることを特徴とする装置。
6. 請求項５に記載の装置において、上記クラッチ（２０，２１）は、上記一方のクラッチと上記他方のクラッチ（２０，２１）の上記ディスク（２２，３１）と協働する単一の接合部材要素（２８，図１）を含んでいることを特徴とする装置。
7. 請求項５と６に記載の装置において、フライホイール（１３）は上記内燃機関（２）のシャフト（４）に接続されていて、
   上記第２クラッチ（２１）の上記ディスク（３１）は上記フライホイール（１３，図２）に固定されていることを特徴とする装置。
8. 請求項１に記載の装置において、上記電気機器の上記ロータ（１７）は、弾性手段（３３）によってフライホイール（１３）に結合されることができて、上記ロータ（１７）と上記フライホイール（１３）とが一緒になって２つの塊体のフライホイール（図１）を形成していることを特徴とする装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか１つに記載の装置において、上記電気機器（１１，１７）は３相式のものであることを特徴とする装置。

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