JP5865905B2 - 車両用のポンプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提部に記載されたポンプ装置、すなわち内燃機関と、モータとして運転可能な第１の電気機械と、前記内燃機関及び前記電気機械に後置された変速機と、ポンプ軸を用いて駆動可能なポンプと、を備える車両用のポンプ装置に関する。

ここ数年、環境を保護するため及び燃費を改善するために、内燃機関と電気機械とのコンビネーションであるいわゆるハイブリッド車が開発されている。電気機械はこの場合発電機として及び／又は電動機として作動することができる。

ドイツ国の特許公開公報ＤＥ１０１１３５０４Ａ１に基づいて、ハイブリッド車両の円錐形プーリ式巻掛け変速機用の制御装置が公知であり、この円錐形プーリ式巻掛け変速機では内燃機関の出力軸は、電動機のロータの端部に、電磁式のクラッチを介して結合されている。２つの可変の円錐形プーリセット（プライマリ・円錐形プーリセット及びセカンダリ・円錐形プーリセット）とＶベルト又はチェーンとから成る円錐形プーリ式巻掛け変速機は、電動機のロータの他端と出力軸との間に設けられている。

多くのハイブリッド車両では、各走行状態においてポンプを用いた、冷却流体、潤滑流体又は圧力流体の供給を、保証することが必要である。流体は例えば、クラッチ又は変速機を操作又は冷却するため、又は円錐形プーリ式巻掛け変速機における最低圧着圧を保証するために必要である。スタートストップ運転では、走行モータを駆動のために使用しないので、しばしば、付加的な外部のポンプモータユニットが必要である。

本発明の課題は、特にフロント横置きの配置形態又は取付けスペース臨界的な配置形態における使用のために適した、単純かつ安価で、しかも取付けスペース中立的なポンプ駆動装置を提供することである。このポンプ駆動装置は、無段階式の円錐形プーリ式巻掛け変速機（ＣＶＴ）の使用時にも使用可能であることが望ましい。

この課題は、請求項１の特徴部記載の構成によって解決されている。本発明の好適な態様は、従属請求項に記載されている。

前記課題を解決する本発明の構成では、内燃機関と、モータとして運転可能な第１の電気機械と、前記内燃機関及び前記電気機械に後置された変速機と、ポンプ軸を用いて駆動可能なポンプと、を備える車両用のポンプ装置において、前記ポンプ軸は、前記内燃機関の被駆動部と前記電気機械の被駆動部とに、それぞれ１つのオーバランニングクラッチを用いて結合可能であり、この場合その都度速く回転する方の前記被駆動部が前記ポンプ軸を駆動するようにした。

円錐形プーリ式巻掛け変速機の１実施態様では、変速機として、入力部分及び出力部分を備えるトルクセンサと、入力エレメント及び出力エレメントを備えるスタートクラッチとを有する円錐形プーリ式巻掛け変速機が使用される。この場合前記内燃機関の前記被駆動部は、前記スタートクラッチの前記入力エレメントに結合されており、前記スタートクラッチの前記出力エレメントは、前記トルクセンサの前記入力部分に結合されており、前記電気機械の前記被駆動部は、前記スタートクラッチの前記出力エレメントか又は前記トルクセンサの前記入力部分に接続されている。

ポンプ装置の好適な実施態様では、前記円錐形プーリ式巻掛け変速機は、中空軸として形成されたプーリセット軸を有し、前記ポンプ軸は該プーリセット軸を貫いて案内されており、変速機入力軸が前記ポンプ軸の一端と前記プーリセット軸の一端とを取り囲んでおり、前記ポンプ軸は、第１のオーバランニングクラッチを用いて前記変速機入力軸に結合可能であり、前記ポンプ軸は第２のオーバランニングクラッチを用いて前記プーリセット軸に結合可能である。

つまりポンプの機械式の駆動装置は、異なった速さで回転することができる軸に、つまり一方では、機関に結合された駆動軸に直に、かつ他方では、プーリセット軸に連結されており、このプーリセット軸は、クラッチ閉鎖時には、内燃機関の駆動軸回転数で回転し、又はクラッチ開放時には電気機械の回転数で回転する。

ポンプ装置の特に好ましい実施態様では、別の電動機が設けられていて、該別の電動機は第３のオーバランニングクラッチを用いて前記ポンプ軸に結合可能であり、これによって、駆動装置である内燃機関か又は前記第１の電気機械か又は前記別の電動機のうちの最も速い駆動装置が、前記ポンプ軸を駆動する。

この実施態様では、ポンプは既に述べた駆動装置の他に、付加的に、第２の電動機と連結されている。これによってこの実施態様では、ポンプは、内燃機関の軸によって又は変速機入力軸によって又は第２の電動機によって駆動可能である。好ましくは第２の電動機はポンプを、減じられた回転数範囲においてしか駆動しないので、ポンプと第２の電動機との間にも、オーバランニングクラッチとして作用するフリーホイールを配置すると好適である。つまりオーバランニングクラッチによって、ポンプを常に、より速い軸回転数で直に駆動することが可能である。このことには、ベース供給のためには小型の第２の電気ポンプしか必要でない、という利点がある。この配置形態は、付加的なパワーパックとのコンビネーションにおいて又は付加的なパワーパックなしに運転することができる。好ましくは付加的なパワーパックは省かれる。

本発明を用いて、機械式のオイルポンプの駆動軸を３つの形式で、すなわち第１に駆動軸を用いて機関に対して直に、第２にプーリセット軸を介して、かつ第３に、例えばＣＶＴの基本圧着を実現することができる小型の付加的な電気モータを介して、駆動することが可能である。そしてこのコンパクトな構造形式によって、内燃機関によっても純然たる電気式によっても、走行することが可能である。

図１に示した実施形態では、円錐形プーリ式巻掛け変速機を備えるパワートレインの一部が示されている。電気機械は湿式のスタートクラッチの後ろで、直にトルクセンサへの動力伝達経路に接続されている。この場合電気機械は、取付けスペースを節減する前組立てされたコンポーネントとして形成されていてよい。このようにして、軸方向における変速機の全長を減じることができる。従って、電気機器は付加的な軸方向における僅かな取付けスペースしか必要としないので、円錐形プーリ式巻掛け変速機は、フロント横置き方向における組込みのために特に適している。さらにスタートクラッチは、トルクセンサと入れ子式に配置されていると好適であり、この場合電気機械は、トルクセンサの入力コンポーネント内に直に係合する。ロータの受容は、金属薄板構造体を用いて実現されていてよく、この金属薄板構造体は付加的にさらに、電気機械のトルクのさらなる伝達をも可能にする。別の利点としては、変速機ハウジング内への電気機械のサブアセンブリの容易な前組立てが可能である、ということが挙げられる。この配置形態は、特に短い構造を有するのみならず、従来技術の変速機に対して僅かな重量を有している。公知の変速機は、しばしば、内燃機関から電気機械を切り離すために付加的なクラッチを必要とする。トルクセンサの使用時には、トルクセンサの公知の利点、すなわち確実な運転のために必要な圧着圧の比較的正確な規定といった公知の利点を、円錐形プーリの高められた過剰圧着力なしに、引き続き得ることができ、しかも付加的に、純然たる電気式の運転においても得ることができる。

前置されたスタートクラッチの開放によって、純粋に電気式の走行が可能である。それに加えて、スタートクラッチの開放によって、制動時には、ブレーキモーメントを純粋に生ぜしめることができる。従って、内燃機関の惰行モーメントによる損失は発生しない。このようにして、電気機械が発電機として機能する場合には、惰行運転における特に効果的な回生が可能になる。円錐形プーリ式巻掛け変速機に、アイドリングを有する、前進走行及び後退走行用の同期化された切換え伝動装置が後置されている場合には、回生はアイドリング時における機関によってしか、例えば信号停止時及び比較的強く放電されたバッテリ状態においてしか、行うことができない。

電気機械を備えた円錐形プーリ式巻掛け変速機は、以下に記載の運転形式において運転することができる：すなわち、
クラッチ閉鎖時に、車両は純粋に内燃機関によって運転され、この際に電気機械のロータは一緒に回転するが、電気機械自体はアイドリング状態にある。電気機械が発電機として作動する場合に、電気式のエネルギアキュムレータの充電又は電気式の消費機の作動が可能である。さらに電気機械は、電動機として作動することができ、内燃機関の運転を促進又は増強することができる。円錐形プーリ式巻掛け変速機の後ろに、アイドリング位置を備える切換え伝動装置（例えば前進走行又は後退走行用）が設けられている場合には、アイドリング位置において車両の停止時に、バッテリの充電を伴って発電機運転を行うことができる。逆に、電気機械がモータとして働く場合には、内燃機関の始動がアイドリング位置において可能である。

クラッチ開放時には、純粋に電気式の走行が可能であるが、しかしながらまた、ブレーキエネルギ又は惰行エネルギを電気エネルギに変換することも可能であり、この場合内燃機関の惰行モーメントが損失を惹起することはない。これによって効果的な回生運転が可能であり、しかもこの際に、内燃機関と電気機械との間における第２の分離クラッチ又はアイドリング機能を設ける必要がない。

次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。

円錐形プーリ式巻掛け変速機を備える本発明によるポンプ装置の一部を示す縦断面図である。 第２の電動機を備える本発明によるポンプ装置の別の実施形態を示す図である。

図１には、円錐形プーリ式巻掛け変速機１の一部が縦断面図で示されている。この円錐形プーリ式巻掛け変速機１は、２つの円錐形プーリセットを有し、両円錐形プーリセットは、チェーンのような巻掛け手段によって、トルクを伝達するために互いに接続されている。図１には入力側の円錐形プーリセット１００が示されていて、出力側の円錐形プーリセット及びチェーンは図示されていない。このような円錐形プーリ式巻掛け変速機は、ＣＶＴ変速機（Continuously Variable Transmission）とも呼ばれる。各円錐形プーリセットは、軸方向固定の円錐形プーリと、可動プーリとも呼ばれる軸方向移動可能な円錐形プーリとを有する。

円錐形プーリ式巻掛け変速機１は、スタートクラッチ５とトルクセンサ８とを有する。トルクセンサ８は変速機軸１１に配置されていて、この変速機軸１１は、円錐形プーリ式巻掛け変速機１の第１の円錐形プーリセットに配設されている。変速機軸１１の一端は、少なくとも部分的に中空軸として形成された被駆動軸１２内に配置されている。

被駆動軸１２の半径方向外側には、スタートクラッチ５の入力部分１４が溶接されている。この入力部分１４は金属薄板部材として形成されており、被駆動軸１２から階段状にかつ斜めに、半径方向外側に向かって延在していて、中空円筒形の部分１８に移行している。入力部分１４の中空円筒形の部分１８には、アウタディスク２１が懸吊されている。これによりスタートクラッチ５の入力部分１４はアウタディスクキャリア１６を形成し、このアウタディスクキャリア１６には、アウタディスク２１が相対回動不能ではあるが、軸方向において制限されて移動可能に、結合されている。

アウタディスクキャリア１６の中空円筒形の部分１８には、軸方向のストッパ２４が固定されている。アウタディスク２１は、湿式のディスククラッチを形成するためにインナディスク２５と共働し、これらのインナディスク２５は、相対回動不能であるが、軸方向において制限されて移動可能に、インナディスクキャリア２８に結合されている。このインナディスクキャリア２８は、中空円筒形の部分１８の内部に、別の中空円筒形の部分２９を有し、この別の中空円筒形の部分２９には、インナディスク２５が懸吊されている。

インナディスクキャリア２８は金属薄板部材３０として形成されており、この金属薄板部材３０は、中空円筒形の部分２９と一体に結合されている。この中空円筒形の部分２９からは、金属薄板部材３０が傾斜部及び丸み部を備えて半径方向内側に向かって延びている。本発明の１つの態様では、金属薄板部材３０は同時に、トルクセンサ８の入力部分であり、そのためにランプエレメント又は拡開エレメントを備えており、これらのランプエレメント又は拡開エレメントは、玉３１を介在させて、別のランプエレメント及び拡開エレメントと共働し、これらの別のランプエレメント及び拡開エレメントは、トルクセンサ８のセンサ金属薄板３２に設けられている。金属薄板３０は本発明の別の態様では、トルクセンサ８の入力部分であるのみならず、同時に第１の円錐形プーリセットの入力エレメントでもある。つまり金属薄板部材３０は一体的な部材である。入力部分にはさらにその一端に、複数部分から成る結合部材３７が結合されており、この結合部分３７の他端は、軸受金属薄板３８と作用結合している。軸受金属薄板３８は一方では、電気機械２と第１の円錐形プーリセットの入力エレメント３０との間におけるトルク伝達を可能にするために、電気機械２のロータ３に結合されており、かつ他方では、変速機ハウジング３９内における軸受３５を用いたロータ３の支持を保証している。別の軸受３６が、変速機ハウジング３９において被駆動軸１２を支持するために設けられている。電気機械２は、ロータ３の他に、変速機ハウジング３９に不動に配置されたステータ４を有する。

スタートクラッチ５を介して、閉鎖状態では、つまりインナディスク２５がアウタディスク２１と摩擦結合式に結合されている場合には、トルクは金属薄板部材３０に導入される。導入されたトルクは、トルクセンサ８を介して変速機軸１１に導入される。この場合金属薄板部材３０は玉３１を介して、トルクセンサ８のセンサ金属薄板３２と共働し、これによりトルク衝撃は、センサピストン３３の軸方向における移動を生ぜしめ、これによって、所属の可動プーリに対する圧着圧が高められる。トルクセンサ８を用いて、圧着シリンダ（Anpresszylinder）において作用する圧力を、存在するトルクに比例して調節することができる。

スタートクラッチ５の閉鎖状態において車両は、純粋に、被駆動軸１２を介して導入されるトルクによって運転されることができ、これに対して電気機械２のロータ３は、無負荷状態で一緒に回転し、つまり電気機械２自体は空転状態にある。しかしながらまた電気機械２は、電気式のエネルギアキュムレータの充電又は電気式の消費機の運転を可能にするために、発電機として運転されてもよい。さらに閉鎖されたクラッチ５では、電気機械２は、電動機として運転されてもよく、被駆動軸１２を介して供給されるトルクを促進又は増大させることができる。円錐形プーリ式巻掛け変速機１の後ろに、アイドリングを有する切換え伝動装置（例えば前進走行・後退走行切換え用）が設けられている場合には、アイドリング位置において、円錐形プーリ式巻掛け変速機１を用いて運転される車両の停止時に、バッテリの充電を伴う発電機運転を行うことができる。逆に、電気機械２がモータつまり電動機として働く場合に、被駆動軸１２に結合された内燃機関の始動がアイドリング位置において可能である。

クラッチ５の開放時には、純然たる電気式の走行が可能であり、しかしながらまたブレーキエネルギ又は惰行エネルギ（Schubenergie）を電気エネルギに変換することも可能であり、この場合内燃機関の惰行モーメントは、電気機械２においてブレーキモーメントを生ぜしめず、つまり損失を生ぜしめない。これによって効果的な回生運転（Rekuperationsbetrieb）が可能であり、この場合第２の分離クラッチ又はワンウェイクラッチを内燃機関と電気機械２との間に設ける必要はない。

スタートクラッチ５は、操作ピストン４０を介して操作され、この操作ピストン４０は軸方向において往復動可能に、被駆動軸１２の、トルクセンサ８に向けられた端部に沿って案内されている。操作ピストン４０は階段状にかつ丸み部をもって、ほぼ半径方向外側に向かってスタートクラッチ５のディスクセットに向かって延びている。段付けされた領域において操作ピストン４０は、少なくとも１つのシール部材を介してアウタディスクキャリア１６に接触しており、これによって操作圧力室４４を画定している。

操作圧力室４４には流体貫流孔が開口しており、この流体貫流孔は、ほぼ横方向に、被駆動軸１２を貫いて延びている。流体貫流孔は操作圧力室４４をリング間隙に接続しており、このリング間隙は、半径方向において変速機軸１１と被駆動軸１２との間に形成されている。リング間隙又はリング室内にはラジアル軸受５０が配置されていて、このラジアル軸受５０は例えばニードル軸受として形成されている。リング間隙は、操作流体、特に液圧媒体を、流体貫流孔を介して需要に応じて操作圧力室４４に導くために働く。

操作流体は、ポンプ、特に液圧ポンプによって準備され、このポンプは、図示されていない連結エレメントによって駆動される。操作ピストン４０は、好ましくは皿ばねとして形成されたばね５２によって、軸方向においてアウタディスクキャリア１６に向かって予負荷されている。ばね５２は、インナディスクキャリア２８である金属薄板部材３０に支持されている。操作圧力室４４における圧力がばね５２の予負荷を上回ると、操作ピストン４０は、スタートクラッチ５のディスクセットに向かって移動し、これによりインナディスク２５はアウタディスク２１に摩擦結合式に結合される。この摩擦結合によってスタートクラッチ５は閉鎖される。

金属薄板部材３０は、半径方向内側で軸方向においてスラスト軸受５４に支持されており、このスラスト軸受５４は、部分的に変速機軸１１のリング溝内に配置されているストッパリング５５に支持されている。スラスト軸受５４によって金属薄板部材３０の、図１で見て左に向かう、つまり被駆動軸１２に向かう軸方向運動が阻止される。

中空軸として形成された変速機軸１１の内部には、ポンプ軸６５が配置されており、このポンプ軸６５は、ポンプ６０と駆動結合されている。ポンプ軸６５は第１のオーバランニングクラッチ６１を用いて被駆動軸１２に結合可能であるか、又は第２のオーバランニングクラッチ６２を介して変速機軸１１に結合可能である。この場合両オーバランニングクラッチ６１，６２は、その都度より速く回転する軸がポンプ軸６５を、ひいてはポンプ６０を駆動し、これに対してゆっくりと回転する軸が追い越される、つまりオーバランニングされるように、配置されている。

図２に示した別の実施態様では、オーバランニングクラッチ６１，６２に加えて、第３のオーバランニングクラッチ６３が設けられている。このオーバランニングクラッチ６３は、電動機７０とポンプ軸６５との間に配置されており、これによって変速機軸１１及び被駆動軸１２の停止時に、例えばスタートストップ運転時におけるストップ段階において、ポンプの運転が可能である。被駆動軸１２又は変速機軸１１を用いたポンプ軸６５の駆動時に、オーバランニングクラッチ６３はオーバランニングされる。この配置形態では、付加的なパワーパックを省くことができる。

もちろん、電気機械を備える円錐形プーリ式巻掛け変速機を、トルクセンサなしに使用することも可能である。この場合スタートクラッチの出力部分及び結合部分もしくは軸受金属薄板は、変速機の入力軸又は間に配置されたボスに直に結合されている。半径方向の入れ子構成、つまりスタートクラッチと電気機械との同じ軸方向部分における配置形態が、可能であり、かつ好適である。

１ 円錐形プーリ式巻掛け変速機
２ 電気機械
３ ロータ
４ ステータ
５ スタートクラッチ
８ トルクセンサ
１１ 変速機軸（中空軸、プーリセット軸）
１２ 被駆動軸（変速機入力軸）
１４ 入力部分
１６ アウタディスクキャリア
１８ 中空円筒形の部分
２１ アウタディスク
２４ 軸方向のストッパ
２５ インナディスク
２８ インナディスクキャリア
２９ 中空円筒形の部分
３０ 金属薄板部材
３１ 玉
３２ センサ金属薄板
３３ センサピストン
３４ 湿潤室
３５ 軸受
３６ 軸受
３７ 結合部材
３８ 軸受金属薄板
３９ 変速機ハウジング
４０ 操作ピストン
４４ 操作圧力室
５０ ラジアル軸受
５２ ばね
５４ スラスト軸受
５５ ストッパリング
６０ ポンプ
６１ オーバランニングクラッチ
６２ オーバランニングクラッチ
６３ オーバランニングクラッチ
６５ ポンプ軸
７０ 電動機
１００ 円錐形プーリセット

Claims (4)

1. 内燃機関と、モータとして運転可能な第１の電気機械（２）と、前記内燃機関及び前記電気機械（２）に後置された変速機と、ポンプ軸（６５）を用いて駆動可能なポンプ（６０）と、を備える車両用のポンプ装置であって、
   前記ポンプ軸（６５）は、前記内燃機関の被駆動部（１２）と前記電気機械（２）の被駆動部（３７）とに、それぞれ１つのオーバランニングクラッチ（６１，６２）を用いて結合可能であり、その都度速く回転する方の前記被駆動部が前記ポンプ軸（６５）を駆動し、
   前記変速機としての円錐形プーリ式巻掛け変速機（１）は、中空軸として形成されたプーリセット軸（１１）を有し、前記ポンプ軸（６５）は該プーリセット軸（１１）を貫いて案内されており、
   前記内燃機関の被駆動部（１２）が前記ポンプ軸（６５）の一端と前記プーリセット軸（１１）の一端とを取り囲んでおり、前記ポンプ軸（６５）は、第１のオーバランニングクラッチ（６１）を用いて前記内燃機関の被駆動部（１２）に結合可能であり、
   前記ポンプ軸（６５）は第２のオーバランニングクラッチ（６２）を用いて前記プーリセット軸（１１）に結合可能であることを特徴とする、車両用のポンプ装置。
2. 入力部分及び出力部分を備えるトルクセンサ（８）と、入力エレメント及び出力エレメントを備えるスタートクラッチ（５）とを有する前記円錐形プーリ式巻掛け変速機（１）が使用され、
   前記内燃機関の前記被駆動部（１２）は、前記スタートクラッチ（５）の前記入力エレメントに結合されており、
   前記スタートクラッチ（５）の前記出力エレメントは、前記トルクセンサ（８）の前記入力部分に結合されており、
   前記電気機械（２）の前記被駆動部（３７）は、前記スタートクラッチ（５）の前記出力エレメントか又は前記トルクセンサ（８）の前記入力部分に接続されている、請求項１記載のポンプ装置。
3. 別の電動機（７０）が設けられていて、該別の電動機（７０）は前記ポンプ軸（６５）に結合可能である、請求項１又は２記載のポンプ装置。
4. 前記別の電動機（７０）は第３のオーバランニングクラッチ（６３）を用いて前記ポンプ軸（６５）に結合可能であり、これによって、駆動装置である内燃機関か又は前記第１の電気機械（２）か又は前記別の電動機（７０）のうちの最も速い駆動装置が、前記ポンプ軸（６５）を駆動する、請求項３記載のポンプ装置。

Images