JPH11513632A - 推進装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 内燃機関付き車両の推進装置は、通常の車両運転の間では、運転者が車両のエンジンと車輪との間のギア伝達比を本質的に制御することにより車両速度を決定している。通常運転の間では、エンジンの回転速度が低く維持され、高いエンジンエネルギー効率となる。一方、運転者は、反射的に、直ちに、補助制御装置を用いることなく、高いエンジン速度および高いエンジン出力にシフトできる。

Description

【発明の詳細な説明】 推進装置 多くの場合、車両は、種々のタイプの内燃機関によって推進され、この推進力 は、複数のシリンダー内で作動する複数のピストン上に作用する熱い燃焼ガスの 膨張によって生成されている。複数のピストンは、交互に、変速機の手段によっ て駆動輪に接続される一つのクランクシャフトを動かしている。 適切な伝達比あるいは「ギア」を用いて車輪にクランクシャフトを接続した後 は、車両の速度は、エンジンの回転速度（ＲＰＭ）に影響を与えるアクセルない し加速装置の手段によって制御される。加速装置の機能は、エンジンに供給され る燃料（例えばディーゼルエンジン）や燃料空気混合気（例えばオットー機関） の量を制御することにあり、これにより、車両の動きに対する抵抗と車両の慣性 との共働の結果としてエンジン回転速度と車両速度とを決定する種々のエンジン トルクが生成している。時に加速装置は、エンジンのＲＰＭを当該加速装置の作 動に依存したある設定値に対応した値に制御しようと努めるレギュレータないし 調整機に接続されている。このようなアクティブコントロールは頻繁に使用され ないが、加速装置のある作動によって引き起こされた結果として生じる車両の速 度は、出会った抵抗しだいである。 エンジンの能力は当該エンジンのＲＰＭに強く依存しており、また、エンジン トルクは制限されている。ゆえに状況に従って伝達比を変える必要がある。例え ば、より低い伝達比は、急な丘を登るのに十分の力を得るために用いられ、より 高い伝達比は、高速走行時にエンジンＲＰＭが高くなり過ぎるのを防止するため に用いられる。すべての運転者は、 いずれのギアをいつ、どのように使うべきかに関して、彼／彼女自身のスタイル やフィーリングを身につける。 伝達比はまた、運転者が決定をすることなく、いわゆる自動変速機のプログラ ムによって選択され得る。車両の最終的なスピードは、アクセルないし加速装置 の位置ないし状態によって決定されている。アクセルを小さく作動させた場合、 エンジン出力は、高い変速比を使用するには十分なものではなく、自動変速機は より小さい歯車比を選択する。アクセルを大きく作動させた場合、エンジン出力 は、大きい歯車比にとって十分なものとなり、加速の後、車両速度は高速になる 。 さらにまた、自動変速機のプログラムは、より高い歯車比に対する変更が異な ったエンジンＲＰＭｓにおいて行われるように、異なる方法にアレンジし得る。 最大のエンジン出力に近いエンジンＲＰＭｓにおいて歯車比の変更が行われると きには、エンジン能力が最大に用いられ、加速度が高くなり得る。もし歯車比の 変更がより低いエンジンＲＰＭｓにおいて行われるなら、エンジン能力は完全に 利用されず、加速度はより緩やかになる。多くの自動変速機にとって、変速機の 「スポーツカー運転」の異なった程度の達成のために異なるプログラム間を選択 することは可能であり、ある場合には、アクセルが急に作動されたときに、より 低いギアへの自動的な変更「いわゆるキックダウン」がなされる。 エネルギー効率と燃料消費量の観点からすれば、高いエンジンＲＰＭにおいて の操作は、明らかに不利である。増加したＲＰＭで各シリンダーの入口および出 口におけるガス速度が増大し、大きな流れ損失の原因となる。従って、操作ない し運転レンジの大部分に関して、所定動力を出力するには、ＲＰＭが低いほど内 燃機関のエネルギー効率が良好になる。自動変速機を設計する場合にあっては、 ギア選択プログラムを、エンジンエネルギー効率を良好にするもの、および、可 能な限りエンジン 出力を高くするもの、の両者をともに獲得するように改造することが問題となる 。 この発明は、自動変速機を備えるシステムに関してエンジン出力利用率と効率 との間の矛盾に対する解決策を提供し、運転者が状況に応じた最適化をいつも調 整することができるようにするものである。運転者は、常時、あらゆる交通状況 に応じて、ある瞬間においては燃料消費にプライオリティを与え、次の瞬間にお いては「スポーツカー」運転にプライオリティを与えるというようにして、燃料 消費と「スポーツカー」運転との間を自動的に選択している。 システムは、連続的に可変的な歯車比を備える変速機と関連して作用ないし運 転する場合が、最も容易に説明され、最も良い状態にある。通常ないし基準状態 の間における作用ないし機能は次の通りである： エンジン制御機構は、最大のスロットルあるいは燃料供給でセットされる。そ れから、この制御機構は、エンジンＲＰＭ、または、エンジン出力若しくは車速 のいずれをも決定しない。そのかわり、これらの実体は、エンジンの代わりに変 速機を調節するスピードコントローラを用いて運転者によって間接的に決定され る。歯車比が減じられると、エンジンＲＰＭが増加し、エンジン出力および車速 も増加する。逆に歯車比が増やされると、エンジンは、エンジンＲＰＭをもはや 維持することができず、エンジンＲＰＭが減少し、エンジン出力および速度も減 少する。 加速のときには歯車比が減じられ、より多くのエンジンアウトプットないし増 大したエンジン出力がもたらされる。歯車比をより低く設定するほど、ＲＰＭが より大きくなるとともにエンジン出力がより大きくなり、一層スポーティーな加 速となる。 運転者にとってのその経験は、従来の自動的なギア伝動システムを使ったとき とあまり異ならないであろう。運転者は、当該運転者が車速を 調節する手段によるあるコントローラをまだ備えているであろう。この加速装置 ないしアクセルの作動が増やされると、エンジンＲＰＭが増加し、車両は、加速 作動と動きに対する抵抗とに応じた平衡速度まで加速する。作動が減じられると 、エンジンＲＰＭおよび車両速度は減じられる。しかしながら、望ましいエンジ ン出力ないしエンジンパワーのために、エンジンのＲＰＭが可能な限り低く連続 的に維持されるという相違がある。より高いエンジン出力は、より低いエネルギ ー効率とより多い燃料消費量という代償を払って得られる。急加速は、ゆっくり とした加速よりも多くの燃料を使う。運転者にとって、「スポーティー」ドライ ブモードと「エコノミー」ドライブモードとの間の選択は容易になされる。速度 制御手段によって、運転者は、考えたり、いかなる補機制御をも使ったりするこ となく、２つの両極端の間の連続したレンジから直接選ぶ。この発明に係るスピ ードコントロール速度制御あるいは加速装置ないしアクセルは、従来のデザイン における加速装置ないしアクセルと同じように、リリースする際にゼロに復帰さ せるバネを設置するのが都合がよい。 加速装置のある作動が特定の速度に対応しないことは事実であるが、このこと は、慣習的になされているスロットル手段による速度を制御する場合と通常同じ ものではない。重要なことは、速度を速めるか、減じるか、あるいは持続するか どうかを運転者が容易に制御できることである。新しいシステムでは、運転者は 、最も良いＲＰＭと燃料効率とが同時に自動的に成し遂げられる間に、そうする ことができる。 内燃機関の操作レンジの主要な部分内で、全速力ないしフルスロットルあるい は最大燃料供給においての力はＲＰＭの増加を伴って増加する。しかしながら、 エネルギー効率は減少し、また非常に高いＲＰＭｓでは力はもはや増加しない。 それゆえ、記述されるシステムをうまく稼働さ せるためには、アクセルの大きい作動によってエンジンＲＰＭが最大パワーを達 成するＲＰＭを著しく越えるほど低くならないように、変速比を制限することが 必要である。リセット状態あるいはゆっくりとした速度状態からのアクセルのフ ル作動では、歯車比はエンジンから最大パワーを得る程度にだけ減らすべきであ り、また、車両の加速中では最大パワーを持続するため、歯車比は連続的に増加 すべきである。車両が所望の速度に達したとき、あるいは最大加速度がもはや望 まれなくなったとき、運転者はアクセルの作動を減らす。エンジンＲＰＭおよび エンジン出力が減じられるように、変速比は、その速度のときよりも一層急速に 増加する。 内燃機関は、非常に低いＲＰＭｓでは十分にうまく駆動しない。１つにはエネ ルギー効率が減少し、他にはエンジンがエンストする危険を起こす不規則な駆動 となる。低いパワー出力の場合においては、エンジンＲＰＭが低くなることを防 止するために変速比が制限されるべきであり、それよりも、燃料供給を絞ったり 減少させたりすることによってエンジンのパワー出力が制御されるべきである。 加速装置の非常に低いないし小さな作動においては、エンジンを車両駆動系から 完全に切り離すのが都合がよい。 したがって、ゼロからフルまでの連続した作動可能レンジを運転者に提供する 加速装置は、走行ないし駆動サイクルが以下の状況を持つように、異なった状況 で異なるように作動する： ａ．車両は停止状態にある。加速装置ないしアクセルはゼロ状態である（例え ば、リリースないし解放された状態）。エンジンは、接続が断たれ、絞られある いは少ない燃料の供給によって制限されたアイドルＲＰＭ状態で稼働する。 ｂ．加速装置が幾分作動される（制御レンジ低「ｌｏｗ」への移行）。 次に加速装置は、初めは小さい歯車比で運転ないし駆動するために連結される。 車両は動き始める。 ｃ．加速装置がさらにもう少し作動される（制御レンジ低「ｌｏｗ（ロー）」 から制御レンジ通常「ｎｏｒｍａｌ（ノーマル）」への移行）。スロットルある いは燃料供給は、小さな速度制御区間の中におけるフル状態に増やされ、歯車比 が増加する。車両は適度に加速する。加速装置の作動が大きいほど歯車比の増加 は少なくされ、より高いＲＰＭと加速とを得る。 ｄ．加速装置は今通常のドライビングレンジ内にあり、加速作動が増加する時 に変速比が減少するような方法で、変速比を制御している。エンジンスロットル や燃料供給はフル状態にあり、運転者は変速比に影響を与える加速装置ないしア クセルの手段によって車速を制御する。エンジンＲＰＭは、パワーの要求を許容 するように、可能な最も低いレベルにおいて自動的に維持される。車両は、上述 したように、通常のドライビングモードにある。 ｅ．次に運転者は最大の加速を欲して、加速装置を最大に作動する。エンジン ＲＰＭが最大パワーではなくさらに増加するように、変速比が減じられる。上述 したようなＲＰＭ制限機能が実施される。車両は、今、フルエンジンパワー状態 で加速しており、最大速度が得られまで、あるいは運転者が加速装置の作動を減 らすまで、変速比を増加しており、それによって上記ｄに述べたような通常の操 作が再開される。 ｆ．運転者は急速に速度を減じることを所望し、加速動作を低速度区間に減じ る。歯車比およびスロットルあるいは燃料供給は結果として生じるブレーキング 効果で減じられ、そのブレーキング効果は加速装置の作動が小さいほどもっと強 くなる。エンジンのブレーキング効果は、加速装置の作動に対応した車速となる まで、あるいは運転者が作動を増や して通常運転に戻るまで残っている。 有利なことに、歯車比が低くなることを防止する制御機構は、エンジン手段に よるブレーキングの間に、有害な過度に高いＲＰＭｓからエンジンを守るために 使われ得る。ブレーキ能力に関して適度な要求の場合には、この制御機構は、速 い加速の間にエンジンＲＰＭが最大パワーを与えるエンジンＲＰＭを超えてしま うことを防止するものでもある（上記パラグラフｅ．および前述の説明を参照） 。 エンジンは、負荷が変化しても直ちにエンジンＲＰＭを変えない。運動エネル ギーがエンジンの可動部に蓄えられ、負荷が増加すると、ＲＰＭは、その運動エ ネルギーのいくらかが使い果たされるまで、その最終値には下がらない。同様に 、ＲＰＭも負荷が軽減してもしばらくは増加しない。第１の運動エネルギーは、 可動部に蓄えられるべきものである。したがって、急激な動きのない運転を保証 するためには、加速作動が突然変化した場合に、ギア伝達比の変更があまりにも 急速に起きることを許容しないようにすることが有利である。したがって、加速 装置の動きに対するタイムレスポンスがエンジンのダイナミック特性に順応し、 変化が急速に効力を発しないように、歯車比の変化を遅らせることが有利である 。しかしながら、燃料供給を絞ったり減じることは、使用中のエンジンに困難を 引き起こさないならば、低速度レンジの中での加速装置の速いリリースが行われ るや否やすぐに行われる。 当業者にとって、発明を実施するシステムを用意し、上述した特性をそのシス テムに与えるように、変速機および速度コントローラーや加速装置に関連づけら れたスロットルあるいは燃料供給メカニズムをエンジンに接続することは困難で はない。 このことは、リンクアーム、回転シャフト、カムディスク、動きダンピングデ バイスおよび機械的な回転調速装置とともに変速機に接続され ている同種のもののような機械的装置によって達成し得る。水力式あるいは空気 式の手段もまた使用し得る。有利なことに、制御は、電子式の手段、例えば、そ の目的のために適合されあるいはプログラムされたコンピュータによってもまた 実行し得る。もし望まれるなら、エレクトロニクスにおける外乱あるいは故障の 場合において車両の制御されていない急転に対する特別な安全策は、有利なこと に、加速装置が引き戻されたり解放されたりするときに、絞り／燃料供給を削減 する機械的接続の応用によって達成することができる。 上の説明においては、発明は、連続的に変えられるギア伝達比を備えている変 速機に関連して記述されている。しかしながら、発明はまた、ギア伝達比が不連 続な複数の段階において変化される段付き変速機とともに用いることができる。 それで、通常運転の間に変速比の変更によって間接的に車速を制御することにつ いての原理は、速度における大きな変更にとっても有効なものである。加速装置 の作動レンジは、通常運転のために意図された変速機におけるステップ数と同じ ぐらい多くの区間に分けられている。このようなそれぞれの区間における上位の 作動レンジでは、エンジンスロットルあるいは燃料供給は最大になっている。エ ンジンスロットルあるいは燃料供給はその区間におけるより低い端部に向けて連 続的に減少され、次のより低い加速装置作動区間のより高い伝達比でのフルスロ ットルあるいは燃料供給に適合されている。エンジンスロットルあるいは燃料供 給は、こうして、それぞれの区間内で速度の小さい変更のために用いられる。 この場合においても、有利なことに、エンジンＲＰＭは、エンジン出力が最大 となる値よりも下まわる値、あるいは、エンジンブレーキング条件下での有害な 値よりも下まわる値に制限される。また、加速装置の特別な低スピード区間内で 、スロットルや燃料供給によって、低い歯車 比および速度制御を用いることも有利である。 連続的に可変自在な変速機の場合および段付き変速機の場合はともに、加速装 置メカニズムを自動的なクルーズ制御装置に接続することは、別のユニットの形 態または制御システムに含まれた形態のどちらであっても可能である。 上記の説明において、最大のスロットルや燃料供給という用語は、エンジンが 通常状態の下で稼働するよう設計されているところの最大値を表わすために用い ている。状況の理由、摩損の理由あるいは他の理由から、絶対的最大値（過負荷 ）を下まわっている。それゆえ、通常運転の下では、このような過負荷状況は避 けられている。車両の加速装置は、フル作動時にエンジン出力が絶対的最大値を 利用できるように、スロットルあるいは燃料供給を最大値に増加するように設計 されている。ある場合、例えば状況の理由のためには、最大スロットルあるいは 燃料供給を可変にすることが有利である。それは、制御装置によるエンジンＲＰ Ｍのようなある内部ファクターによって決定されるかもしれないし、あるいは、 車両が都市交通であるいは田舎で使われるかどうかというような外部状況によっ て決定され得る。また、使われる燃料の品質などによっても決定され得る。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年１０月１７日 【補正内容】 請求の範囲 １．連続的に可変自在な伝達比変速機を備える内燃機関付き車両の推進装置にお いて、低速度の区間内での速度制御装置／アクセルの小さな作動は、低い歯車比 と低いスロットル／燃料供給とを引き起こし、スロットル／燃料供給が最大にな るまでの速度制御装置のより大きい作動は、歯車比とスロットル／燃料供給との 両者を連続的に増加し、高速度の区間内で速度制御装置／アクセルをより大きく 作動すると、車両速度は歯車比によって決定され、同時にエンジンスロットルが 最大であることを特徴とする推進装置。 ２．通常走行条件の下でのエンジン回転速度はエンジンが最大パワーを出力して いるときの速度を著しく超えることがないように、ギア伝達比が自動的に制御さ れていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の内燃機関付き車両の推進装 置。 ３．ブレーキング条件の下でのエンジン回転速度はエンジンにとって有害となる 値を超えることがないように、ギア伝達比が自動的に制御されていることを特徴 とする請求の範囲第１項または第２項に記載の内燃機関付き車両の推進装置。 ４．通常条件の下での運転の間に最大にあるスロットルや燃料供給は、速度制御 装置がその最大あるいは最大近傍に作動されるときに、過負荷パワーへのアクセ スを得るためにさらに増加し得ることを特徴とする請求の範囲第１項〜第３項に 記載の内燃機関付き車両の推進装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＴ，ＡＵ ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ， ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＫ，Ｅ Ｅ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ， ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ Ｋ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＫ，ＴＪ， ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．連続的に可変自在な伝達比変速機を備える内燃機関付き車両の推進装置にお いて、通常走行条件の下で、車両速度は速度制御装置／アクセルの手段によって 決定され、当該速度制御装置／アクセルの手段は、通常動作範囲の中でギア伝達 比に影響を与え、同時にエンジンスロットル／燃料供給を最大にすることを特徴 とする推進装置。 ２．段階的に可変自在な変速比変速機を備える内燃機関付き車両の推進装置にお いて、通常走行条件の下で、車両速度は速度制御装置／アクセル機構の手段によ って決定され、当該速度制御装置／アクセル機構の手段は、加速作動の異なるレ ンジのための異なる変速比を選択すると共に、それぞれのレンジ内で、その区間 のより高い端部ではエンジンスロットル／燃料供給を最大とし、その区間のより 低い端部ではスロットル／燃料供給を減じていることを特徴とする推進装置。 ３．低速度の区間内で、速度制御装置／アクセルの小さな作動は、低い歯車比と 低いスロットル／燃料供給とを引き起こし、速度制御装置のより大きい作動は、 歯車比とスロットル／燃料供給との両者を連続的に増加することを特徴とする請 求の範囲第１項または第２項に記載の内燃機関付き車両の推進装置。 ４．通常走行条件の下でのエンジン回転速度はエンジンが最大パワーを出力して いるときの速度を著しく超えず、さらにブレーキング条件の下でのエンジン回転 速度はエンジンにとって有害となる値を超えることがないように、ギア伝達比が 自動的に制御されていることを特徴とする請 求の範囲第１項、第２項または第３項に記載の内燃機関付き車両の推進装置。 ５．通常運転の間に最大にあるスロットルや燃料供給は、速度制御装置／アクセ ルがその最大あるいは最大近傍に作動されるときに、過負荷パワーへのアクセス を得るためにさらに増加し得ることを特徴とする請求の範囲第１項、第２項、第 ３項または第４項に記載の内燃機関付き車両の推進装置。