(57)【要約】本発明は、内燃機関と、内燃機関の排気ガス流内に配置された排気駆動タービンと、内燃機関で駆動されるクランク軸とを備え、クランク軸が排気駆動タービンで駆動されるように、クランク軸が流体クラッチを介して排気駆動タービンに駆動結合でき、流体クラッチが、トルク伝達のために作動媒体で充填できる作動室を互いに形成する一次ランナと二次ランナとを有し、一次ランナが排気駆動タービンに駆動結合され、二次ランナがクランク軸に駆動結合され、一次ランナが、流体クラッチが流体リターダの機能を負うように、一次ランナが回転運動に対して機械的に制動できおよび拘束できる動力伝達系に関する。本発明に基づく動力伝達系は、一次ランナの制動前および／又は制動時に流体クラッチの作動室を目的に合わせて所定の充填率に空ける制御装置が設けられている。
2007515585.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１．１内燃機関（１）と、
１．２内燃機関（１）の排気ガス流内に配置された排気駆動タービン（２）と、
１．３内燃機関（１）で駆動されるクランク軸（３）と、を備え、
１．４クランク軸（３）が排気駆動タービン（２）で駆動されるように、クランク軸（３          ）が流体クラッチ（４）を介して排気駆動タービン（２）に駆動結合可能であ          り、
１．５流体クラッチ（４）が、トルク伝達のために作動媒体で充填可能な作動室を相互に          形成する一次ランナ（４．１）と二次ランナ（４．２）とを有し、
１．６一次ランナ（４．１）が排気駆動タービン（２）に駆動結合され、
１．７二次ランナ（４．２）がクランク軸（３）に駆動結合され、
１．８一次ランナ（４．１）が、流体クラッチ（４）が流体リターダの機能を負うように          、機械的に制動できおよび拘束できる動力伝達系において、
１．９流体クラッチ（４）の作動室を一次ランナ（４．１）の制動前および／又は制動時          に所定の充填率に空室化する制御装置が設けられている、
ことを特徴とする動力伝達系。
【請求項２】
一次ランナ（４．１）に、該一次ランナ（４．１）を機械的に制動し拘束するために形成されたディスククラッチ（５）が付設されていることを特徴とする請求項１記載の動力伝達系。
【請求項３】
流体クラッチ（４）が車両の冷却回路（６）内に配置され、作動媒体が車両冷却媒体であることを特徴とする請求項１又は２に記載の動力伝達系。
【請求項４】
冷却回路（６）に流れ方向で見て流体クラッチ（４）の上流に３ポート２位置切換弁（７）が配置され、この切換弁（７）が、一次ランナ（４．１）の非制動時に、流入する作動媒体流を流体クラッチ（４）の方向および内燃機関（１）の方向に分配し、一次ランナ（４．１）の制動直前および／又は制動時に、流体クラッチ（４）の方向への作動媒体流をしゃ断することを特徴とする請求項３記載の動力伝達系。
【請求項５】
流れ方向で見て流体クラッチ（４）の上流に、接続可能あるいは調整可能な絞りが設けられ、この絞りが、一次ランナ（４．１）の制動直前および／又は制動時、流体クラッチ（４）の作動室への作動媒体の流れを絞ることを特徴とする請求項３記載の動力伝達系。
【請求項６】
流れ方向で見て流体クラッチ（４）の下流に、接続可能あるいは調整可能な出口開口、特に排出調整弁（１９）が設けられ、この出口開口／排出調整弁（１９）が、流体クラッチ（４）の作動室を空室化する際にその作動室からの作動媒体の流れを増大することを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１つに記載の動力伝達系。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１つに記載の動力伝達系の制御方法において、
排気駆動タービン（２）による排気エネルギ利用運転中、流体クラッチ（４）の作動室が、本質的にあるいは完全に作動媒体で充填され、流体クラッチ（４）の羽根車、即ち、一次ランナ（４．１）および二次ランナ（４．２）が機械的に制動されず、
一次ランナ（４．１）が機械的に拘束されたリターダ運転中、流体クラッチ（４）の作動室が、所定の充填率で充填され、
排気エネルギ利用運転からリターダ運転への切換時、流体クラッチ（４）の作動室が、流体クラッチ（４）の一次ランナ（４．１）の機械的制動前および／又は機械的制動時、所定の充填率まであるいは完全に空室化される、
ことを特徴とする動力伝達系の制御方法。
【請求項８】
リターダ運転中における流体クラッチ（４）の作動室の所定の充填率が、排気エネルギ利用運転中における充填率より小さいことを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項９】
排気エネルギ利用運転からリターダ運転への切換時、流体クラッチ（４）の作動室が、流体クラッチ（４）の一次ランナ（４．１）の機械的制動前および／又は機械的制動時、所定の充填率まであるいは完全に空室化される際、流体クラッチ（４）の作動室が、リターダ運転に対して設定された充填率まで直接空室化されることを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
排気エネルギ利用運転からリターダ運転への切換時、流体クラッチ（４）の作動室が、流体クラッチ（４）の一次ランナ（４．１）の機械的制動前および／又は機械的制動時、所定の充填率まであるいは完全に空室化される際、流体クラッチ（４）の作動室がまず、リターダ運転に対して設定された充填率より小さな充填率まで空室化されることを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１１】
排気エネルギ利用運転からリターダ運転への切換時、流体クラッチ（４）の作動室が、流体クラッチ（４）の一次ランナ（４．１）の機械的制動前および／又は機械的制動時、所定の充填率まであるいは完全に空室化される際、流体クラッチ（４）の作動室が、実質的にあるいは完全に空室化されることを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
流体クラッチ（４）の作動室の空室化が、作動室に導入される作動媒体の絞りによって行われることを特徴とする請求項７ないし１１のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１３】
流体クラッチ（４）の作動室の空室化が、作動室から排出される作動媒体流の増大によって行われることを特徴とする請求項７ないし１２のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１４】
流体クラッチ（４）の作動室の空室化が、作動室に導入される作動媒体流のしゃ断によって行われることを特徴とする請求項７ないし１１あるいは１３のいずれか１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気ガスのエネルギが排気駆動タービンによって利用される動力伝達系、特に自動車の動力伝達系に関する。また本発明は、そのような動力伝達系の制御方法に関する。
【０００２】
動力伝達系特に自動車の動力伝達系に排気駆動タービンを利用することは既に知られている。公知の方式において、排気エネルギ利用運転中、内燃機関のクランク軸は、適当な駆動結合部でクランク軸に接続された排気駆動タービンによって追加的に駆動される。その駆動結合部は、排気駆動タービンの駆動トルクをクランク軸に伝達する流体クラッチを含んでいる。適当な伝動装置あるいは変速装置も中間接続される。
【０００３】
この方式の改良形態において、流体クラッチは、排気エネルギ利用運転中におけるトルク伝達に使われるだけでなく、流体ブレーキとしても利用され、即ち、いわゆるリターダとして利用される。そのために、流体クラッチのランナは機械的に拘束され、正確に言うならば、排気駆動タービンに接続されたランナが機械的に拘束される。その代わりに、クラッチ室およびリターダ室を目的に合わせて充填および空室化する２つの異なった液圧回路でも運転できる。
【０００４】
流体クラッチの一方のランナを制動ないし拘束するための手段として、例えばディスククラッチが利用されている。そのようなディスククラッチの場合、たいてい過負荷に起因する技術的問題が常に生ずる。そのため、ディスククラッチは大きな負荷に対して設計され、即ち、大きな構造的寸法および大きな重量で設計されている。そのような設計は、一方では、高い経費を生ずる。他方では、特に自動車の場合、今日周知のような燃料消費を最少にすることが努めて求められているので、その大きな重量は不利である。
【０００５】
本発明の課題は、内燃機関と、排気駆動タービンと、クランク軸と排気駆動タービンとの駆動連結部における流体クラッチとを備え、流体クラッチが流体ブレーキとしても採用される動力伝達系において、従来の欠点が除去されるように改良することにある。特に、一方のクラッチランナを制動ないし拘束するために構造的に小さな手段、特にディスククラッチが利用できるようにすることにある。また、本発明に基づく動力伝達系の制御方法を提供することにある。
【０００６】
本発明に基づく課題は、請求項に記載の動力伝達系およびその制御方法によって解決される。本発明の有利な実施態様は従属請求項に記載されている。
【０００７】
本発明者は、冒頭に述べた形式の動力伝達系を形成するために、流体クラッチが大きな伝達性能に対して設計でき、同時に、流体クラッチの過負荷の危険が存在することなしに、流体クラッチの羽根車を制動および拘束するために、比較的弱い制動装置ないし拘束装置しか利用されない方式を見い出した。本発明に基づく動力伝達系においては、運転特性から最大ピーク負荷範囲がフェードダウンするようにされている。これによって、一方では、クラッチが大事にされ、他方では、自動車に利用する際、クラッチ運転からリターダ運転へのやさしい移行によって、走行快適性が高められる。これらの性能向上は、本発明に基づいて、流体クラッチの作動室が、排気駆動タービンに付設されリターダ運転時にステータとして利用される一次ランナ、即ち羽根車の制動前に、所定の充填率まで空けられるような制御装置が設けられていることによって行われる。その代わりにあるいはそれに加えて、空室化は、流体クラッチの一次ランナの制動と共に行われる。重要なことは単に、制動装置の性能を超過する負荷状態が長く続かないか全く生じないように、空室化が適時に行われることである。
【０００８】
有利な実施態様において、流体クラッチの一次ランナを制動および機械的に拘束するためのブレーキ装置はディスククラッチである。また、流体クラッチが車両の冷却回路内に配置され、作動媒体が車両冷却媒体、特に水あるいは水混合物であることが有利である。
【０００９】
一次ランナの制動前および／又は制動時に流体クラッチの作動室を目的に合わせて空室化するために、種々の構想が採用される。本発明の実施態様において、冷却回路に流れ方向において流体クラッチの上流に３ポート２位置切換弁が配置され、この切換弁が、一次ランナの非制動時、即ち「通常」運転中、流入する作動媒体流を流体クラッチの方向および内燃機関の方向に分配し、その内燃機関は、作動媒体ないし冷却媒体で冷却される。一次ランナの制動直前および／又は制動時、３ポート２位置切換弁が切り換わり、流体クラッチの方向への作動媒体流をしゃ断し、これによって、流体クラッチの作動室は、流入がなく流出が続くために、所望の充填率まで空室化される。
【００１０】
その代わりにあるいはそれに加えて、流れ方向において流体クラッチの上流に絞りが設けられ、この絞りが、一次ランナの制動前および／又は制動時、作動媒体の流れを絞るようにする。この絞りは、可調整絞りの形で形成され、あるいは例えばバイパスにおける接続可能絞りで形成される。
【００１１】
その代わりにあるいはそれに加えて、空室化速度を増大するために、流れ方向において流体クラッチの下流に、増大可能な出口開口ないし補助出口開口が設けられ、この出口開口／補助出口開口によって、流体クラッチの一次ランナの制動前および／又は制動時、有用な流れ断面積が増大される。
【００１２】
本発明に基づく方法は少なくとも次の３つの過程で特徴づけられる。
【００１３】
排気エネルギ利用運転中、即ち、排気駆動タービンによって排気エネルギが回転エネルギに変換され、クランク軸を（追加的に）駆動するために利用される運転状態において、流体クラッチの作動室が、実質的にあるいは完全に作動媒体で充填され、所望のクラッチ機能に応じて、即ち、排気駆動タービンからクランク軸への所望のトルク伝達に応じて、クラッチ羽根車、即ち、一次ランナも二次ランナも機械的に制動されない。リターダ運転中、即ち、流体クラッチの一次ランナが機械的に回転を拘束され、流体クラッチがリターダとして作動する運転状態において、流体クラッチの作動室が、一般にクラッチ運転中、即ち、排気エネルギ利用運転中の充填率より小さな所定の充填率に維持される。従来一般の流体クラッチのように、もちろん所定の運転状態において、クラッチ運転における部分充填も可能であり、従来一般の流体クラッチのように、リターダ運転における完全充填も可能である。
【００１４】
排気エネルギ利用運転からリターダ運転への切換時、流体クラッチの作動室が所定の充填率まで空室化される。その切換は、流体クラッチの一次ランナの制動で始まるか、あるいは、空室化の場合に既に予め、一次ランナの制動開始直前に始まる。
【００１５】
制動装置ないし拘束装置を特に小形に形成できるようにするために、その切換時、流体クラッチの作動室は完全に空にされる。しかし通常、部分空室化が行われるだけで十分である。リターダ運転中、例えば最良の制動力を形成するために、流体クラッチが部分充填で運転されている限りにおいて、この部分充填の２つの「開始」方式が存在する。その第１の方式に応じて、流体クラッチの一次ランナの制動前ないし制動時、直接このリターダ運転の充填状態が開始される。第２の方式に応じて、リターダ運転における充填率より小さな充填率を有する充填状態が開始される。それに応じて続いて、クラッチが再びリターダ運転の充填率まで充填される。
【００１６】
以下図に示した実施例を参照して本発明を詳細に説明する。
【００１７】
図１において、内燃機関（図示せず）の排気駆動タービン２とクランク軸３との間において本発明に基づいて形成された駆動結合部が示されている。排気駆動タービンの駆動軸は第１歯車装置８を介して流体クラッチ４の一次ランナ４．１に結合されている。クランク軸３は第２歯車装置９を介して流体クラッチ４の二次ランナ４．２に結合されている。それに応じて、流体クラッチ４の作動室の充填時、特に完全充填時、排気駆動タービン２のトルクないし回転動力がクランク軸３に伝達される。
【００１８】
制動トルクを発生するために、流体クラッチ４の一次ランナ４．１はディスククラッチ５によって制動され、機械的に拘束される。この拘束は、この実施例の場合、２つの作用を有する。即ち、流体クラッチ４はまずリターダとして作用し、即ち、クランク軸３が歯車装置９を介して流体クラッチ４の二次ランナ４．２を駆動し、流体クラッチ４の充填済み作動室を介して、有利には所定の部分充填された作動室を介して、トルクが二次ランナ４．２から一次ランナ４．１に伝達され、ディスククラッチ５を介して出される。これによって、クランク軸３を制動するブレーキ作用が生ずる。
【００１９】
第２の作用は、ディスククラッチ５が一次ランナ４．１および歯車装置８を介して排気駆動タービン２のロータも拘束することにある。それに応じて、排気駆動タービンを貫流する排気ガス流が絞られ、このために排気ガス圧力が増大し、その排気ガス圧力が内燃機関（図示せず）を制動する。この作用は排気弁式ブレーキに匹敵する。
【００２０】
図２には、本発明に基づく動力伝達系の実行可能な制御装置ないし本発明に基づく実行可能な制御方法が概略的に示されている。図１で既に述べた部品には、重複説明を避けるために、それと同一符号が付されている。
【００２１】
流体クラッチ４は車両の冷却回路１６内に配置されている。流体クラッチの作動媒体を兼ねる冷却媒体、好適には、水あるいは水混合物を冷却するために、冷却器１０が冷却回路６に挿入接続されている。この冷却器は、冷却が必要とされないとき、図示されたバイパスを介して迂回される。サーモスタット１１の出力値は、冷却媒体流を冷却器１０およびバイパスに相応して分配するために関与する。
【００２２】
冷却媒体ないし作動媒体は、冷却水ポンプ１２によって冷却回路内を循環させられる。図から分かるように、冷却回路全体で唯一の冷却水ポンプ１２しか設けられていない。
【００２３】
また、従来冷却回路の公知の構成要素として、例えば、冷却媒体で冷却されるエンジン１の上流および下流における温度センサ１３、エンジンブリーザ（換気装置）１５および冷却器ブリーザ１６が開口している平衡タンク１４、必要に応じて冷却媒体を平衡タンクから冷却回路に導く２ポート２位置切換弁１７、および種々の逆止め弁１８が示されている。
【００２４】
流れ方向で見て冷却水ポンプ１２の下流に３ポート２位置切換弁７が設けられている。この切換弁７は冷却媒体流ないし作動媒体流を２つの方向に分配し、即ち、流体クラッチ４の方向およびエンジン１の方向に分配する。いま流体クラッチ４の作動室が目的に合わせて空けられるようとするとき、切換弁７が図示された位置から（図において左に）切り換えられ、これによって、流体クラッチ４に向かう作動媒体の流れがしゃ断される。それに応じて、流体クラッチ４の作動室は空にされ、詳しくは、排出調整弁１９が挿入接続されている冷却回路６の分岐管６．１を介して空にされる。なおここで空とは、部分充填への空室化並びに完全な空室化を意味する。
【００２５】
排出調整弁１９によって、作動媒体を流体クラッチ４から排出する通路の有効流れ断面積が調整される。その排出調整弁１９は有利に流体クラッチ４に直接配置されるか流体クラッチ４内に配置されるが、排出調整弁１９を作動媒体案内配管内において流体クラッチ４の下流に配置することもできる。排出調整弁１９による有効流れ断面積の増大によって、流体クラッチ４の作動媒体の流出流速ないし流出体積が増大され、これによって、流体クラッチ４の作動室が急速に空にされる。
【００２６】
上述したように、排出調整弁１９は本発明に基づく制御にとって必ずしも必要ではなく、単なる急速空室化に対するオプションである。切換弁ないし３ポート２位置切換弁７を利用する代わりに、流体クラッチ４の作動室の空室化に対して、絞り（図示せず）も採用できる。この場合、流体クラッチ４の作動室への流れが常に与えられ、この流れは、クラッチ運転からリターダ運転への切換時に目的に合わせて絞られる。
【００２７】
図３には３ポート２位置切換弁７があらためて詳細に示されている。この切換弁７は、図から分かるように、２つの切換位置を有し、即ち、切換位置Ｉと切換位置ＩＩを有している。その一方の切換位置Ｉにおいて、接続口７．１を介して導入される作動媒体流は２つの出口７．２、７．３に分配される。図２に示されているように、その一方の出口７．２は流体クラッチ４に、他方の出口７．３は内燃機関１に通じている。他方の切換位置ＩＩにおいて、接続口７．１を介して導入される作動媒体流は専ら出口７．３に、即ち、内燃機関１に向けて導かれ、出口７．２は閉じられる。
【００２８】
クラッチ運転で走行中、特に毎分１２リットルの作動媒体が流体クラッチ４に向けて、即ち、接続口７．２を介して導かれる。流体クラッチのリターダ運転での制動時、毎分４００リットルの作動媒体が流体クラッチ４に導かれることが有利である。
【００２９】
排気エネルギ利用運転からリターダ運転への切換時、上述したように、流体クラッチの作動室が機械的制動の前に、および／又は、流体クラッチの一次ランナの機械的制動時に所定の充填率まで空けられるのが有利である。この充填率は、特別な実施例において、例えば作動媒体の空室化が行われる所定の時間幅によって決定される。例えば、切換弁７は所定の時限で位置ＩＩに切り換えられ、並びに、その代わりにあるいはそれに加えて、排出調整弁１９の横断面積が所定の時間幅にわたって増大される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】排気駆動タービンとクランク軸との間の駆動結合部の原理的構成図。
【図２】本発明に基づく動力伝達系の制御装置の概略図。
【図３】図２における３ポート２位置切換弁の詳細図。
【符号の説明】
【００３１】
１      内燃機関
２      排気駆動タービン
３      クランク軸
４      流体クラッチ
４．１  一次ランナ
４．２  二次ランナ
５      ディスクブレーキ
６      冷却回路
６．１冷却回路分岐管
７      ３ポート２位置切換弁
７．１接続口
７．２接続口
７．３接続口
８      歯車装置
９      歯車装置
１０      冷却器
１１      サーモスタット
１２      冷却水ポンプ
１３      温度センサ
１４      平衡タンク
１５      エンジンブリーザ（換気装置）
１６      冷却器ブリーザ（換気装置）
１７      ２ポート２位置切換弁
１８      逆止め弁
１９      排出調整弁
Ｉ        クラッチ・リターダ運転における切換位置
ＩＩ      クラッチ運転からリターダ運転への切換時の切換位置
【図１】
2007515585.tif 000003
【図２】
2007515585.tif 000004
【図３】
2007515585.tif 000005
【国際調査報告】
2007515585.tif 000006
2007515585.tif 000007
2007515585.tif 000008
2007515585.tif 000009