(57)【要約】  自動車、特に実用車、好ましくは都市バス用のドライブトレーンは、以下のコンポーネント、すなわち一次ドライブユニットと、パワーフローの方向に関して一次ドライブユニットの後方に配置されたパワーシフトトランスミッションと、一次ドライブユニットとパワーシフトトランスミッションとの間でパワーフロー中に配置されかつ少なくとも一つのクラッチを備える起動要素と、電気機械とを有する。本発明によれば、電気機械は、起動要素とパワーシフトトランスミッションとの間で、パワーフロー中に配置される。
2013523504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車用のドライブトレーンであって、
一次ドライブユニットと、
パワーフローの方向に関して前記一次ドライブユニットの後方に配置されたパワーシフトトランスミッションと、
前記一次ドライブユニットと前記パワーシフトトランスミッションとの間で前記パワーフロー中に配置されかつ少なくとも一つのカップリングを備える起動要素と、
電気機械と、を具備してなり、
前記電気機械(６)は、前記起動要素(３)と前記パワーシフトトランスミッション(７)との間で前記パワーフロー中に配置されていることを特徴とするドライブトレーン。
【請求項２】
前記電気機械(６)は、前記パワーシフトトランスミッション(７)の入力シャフト(１７)に接続されることを特徴とする請求項１に記載のドライブトレーン。
【請求項３】
前記起動要素(３)は、流体力学的要素(４)を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のドライブトレーン。
【請求項４】
前記起動要素(３)は、前記流体力学的要素(４)のための機械式ロックアップクラッチ(５)を備えることを特徴とする請求項３に記載のドライブトレーン。
【請求項５】
前記ロックアップクラッチは乾式クラッチとして構成されていることを特徴とする請求項４に記載のドライブトレーン。
【請求項６】
前記流体力学的要素(４)は、一定充填を伴う流体式カップリング(４.２)として構成されていることを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれか１項に記載のドライブトレーン。
【請求項７】
前記流体力学的要素(４)は、変位可能な絞りリング(４０)を備えた恒久充填流体式カップリング(４.３)として構成されていることを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれか１項に記載のドライブトレーン。
【請求項８】
前記流体力学的要素(４)は流体式コンバータ(４.４)として構成されていることを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれか１項に記載のドライブトレーン。
【請求項９】
前記流体力学的要素(４)は、制御充填を伴う流体式カップリング(４.１)として構成されていることを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれか１項に記載のドライブトレーン。
【請求項１０】
前記流体力学的要素(４)の二次ホイール(１３)は、フリーホイール(１６)を介して、前記パワーシフトトランスミッション(３)の入力シャフト(１７)に接続されていることを特徴とする請求項６ないし請求項９のいずれか１項に記載のドライブトレーン。
【請求項１１】
前記流体式カップリング(４.１)の前記二次ホイール(１３)は、制動デバイス(１４)を介して停止させることが可能であることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のドライブトレーン。
【請求項１２】
前記起動要素(３)は摩擦クラッチ(４３)として構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のドライブトレーン。
【請求項１３】
前記摩擦クラッチ(４３)は湿式マルチディスククラッチとして構成されていることを特徴とする請求項１２に記載のドライブトレーン。
【請求項１４】
少なくとも一つのリターダ(４,３７,３９)が、前記パワーフロー中で、前記パワーシフトトランスミッション(７)の前および／または後に配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１３のいずれか１項に記載のドライブトレーン。
【請求項１５】
実用車、特に都市バスあるいは都市交通用バスの駆動機構のための、請求項１ないし請求項１４のいずれか１項に記載のドライブトレーンの使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のプレアンブルにおいて詳しく規定されたような方式に基づく自動車用のドライブトレーンに関する。特に、本発明はさらに、実用車用の、好ましくは、たとえば都市交通において使用可能であるような都市バス用の、そうしたドライブトレーンの使用法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一方で一次ドライブユニットを、そして他方で電気機械を備えるハイブリッド駆動システムが一般に知られている。一次ドライブユニットは、たいてい、たとえばディーゼルエンジンなどの内燃エンジンに関係する。電気機械は、一方では、制動エネルギーを回収するために、そして他方では、単独で、あるいは一次ドライブユニットからの駆動力に加えて、蓄えられたエネルギーによって自動車を駆動するために、ドライブトレーンにおいて使用される。通常、電気機械は、このために、一次ドライブユニットを介して加えられるパワーのパワー経路と平行に設置される。
【０００３】
可能性の一つは、トランスミッションの出力部における電気機械の配置である。これには、特に市内バスあるいは都市間バスなどの実用車両に使用する場合に電気機械は非常に広範なトルクレンジをカバーする必要がある、という欠点がある。比較的大きな全体的体積の電気機械が必要とされ、これは７,０００Ｎｍまでの駆動トルクを加える必要がある。これに代えて、あるいはこれに加えて、電気機械とドライブトレーンとの間のギア減速のためにギア段が使用されることがある。これは、要求を単に広範なトルクレンジから電気機械の広範な有用速度レンジへとシフトするだけであり、したがって問題は、そのまま残る。
【０００４】
代替形態では、電気機械がトランスミッション入力部に配置される。流体式コンポーネントが、しばしば、起動要素として、あるいはトランスミッション内部コンバータとして、実用車両トランスミッションに設けられるので、これは、電気機械が流体式コンポーネントを同時駆動するという欠点を生じる。これは、流体式コンポーネントの構造に関する問題につながる。内燃エンジンおよび電気機械の特性曲線は互いに大きく相違する。流体式コンポーネントが両方の機械と共に作動する場合、しかしながら、それはまた、両方の機械のために構成される必要がある。これは、従来サイズおよび形式と比較して、非常に複雑である。
【０００５】
さらなる可能性は、コンバータの代わりに、電気機械を使用することであろう。これは、付加的な全体スペースが必要とされる上述したような場合とは対照的に、全体スペースに影響を与えないが、特にエネルギー蓄積ユニットが空になった場合には、トランスミッションの機能性は明らかに低下する。斜面上での起動あるいは上り坂のクリープ移動といった特定の要求は、たとえばコンバータによって実現できるので、同じことが同時に電気機械によって要求される。電気機械の形態次第では、これは困難であり、あるいは不可能でさえある。さらに、蓄えられた電力が不十分である場合、所望の機能を全く発揮することができない。
【０００６】
そうしたアドオン補機のさらなる問題は、リターダ、特に無磨耗リターダに関する要求の達成が必要とされる場合に生じる。発電機としての作動時に電気機械によって、この要求を満たすことを可能とするために、特に相対的に大きな全体重量の実用車両における制動動作の際に、非常に大きな電力を吸収することが必要である。これは、概して、かなり大きな寸法の貯蔵ユニットを必要とし、あるいはエネルギーを制動抵抗において熱へと変換する必要がある。自動車用の起動要素は特許文献１から公知であり、これは、流体方式で構成された起動クラッチを示している。二次側は耐トルク様式でローターと接続され、これは電磁相互作用によってステータと結合される。流体式カップリングの二次側のための制動デバイスは、こうした様式で配置された電気機械によって、このようにして形成できる。だが、電気機械と流体式起動要素の二次側との間の耐トルク接続によってもたらされる明確な制限が存在する。なぜなら、静止した内燃機関は、そうした場合には、電気機械によって流体サイクルを介して駆動される必要があるからである。これは、特に、高い回転速度では抵抗損失を生じるであろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】欧州特許出願公開第2 025 550号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、上記問題を回避すると共に、一次ドライブユニットおよび電気機械を用いた効果的なハイブリッド化を依然として可能にする自動車用のドライブトレーンを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、この目的は請求項１の特徴部分に記載の構成によって達成される。本発明に基づくドライブトレーンのさらに有利な実施形態は従属請求項から得られる。本発明に基づくドライブトレーンのために好ましい使用方法は、請求項１５に提示されている。
【００１０】
本発明に基づく構造は、少なくとも一つのカップリングを備えた起動要素が提供されることを実現する。この起動要素は、一次ドライブユニットとパワーシフトトランスミッションとの間でパワーフロー(その方向はここではドライブケースを表す)中に配置される。今まで、これは従来技術に基づく形態に対応している。電気機械は、今や、本発明に基づいて起動要素とパワーシフトトランスミッションとの間でパワーフロー中に配置される。電気機械は、入力シャフトあるいはパワーシフトトランスミッションのシャフトに接続される。この結果、この場合には停止状態でありかつ特に内燃エンジンとして構成できる一次ドライブユニットを同時作動させることを要さずに、車両は電気機械およびパワーシフトトランスミッションを介して駆動できる。これは、純粋に電気駆動の間は、効率に関して明らかに有利である。パワーシフトトランスミッションの前方の電気機械の上記配置の結果、それは、相対的に狭い速度および／またはトルクレンジを伴って設計でき、この結果、全体スペースが小さくかつ負荷の要求範囲が相対的に小さな、非常にコンパクトでかつ非常に効率のよい電気機械を使用できる。
【００１１】
起動／停止動作といった特殊な種類の動作、すなわち、たとえば赤色信号灯での車両の一時的な停止の間の一次ドライブユニットの非作動化に関して、一次ドライブユニットは、このようにして、容易に非作動化することができる。前進動作の再始動は、この場合、一次ドライブユニットを引きずることを要さずに、(少なくとも初期の段階において)専ら電気機械を用いて実施できる。低速通行場所の通過あるいは低速下り坂移動といった低速移動さえ、電気機械のみで実現でき、この結果、内燃エンジンなどの一次駆動ユニットは、停止モードのままでいることができ、したがってエネルギーを必要とせず、しかもエミッションを生じない。再始動は、電気機械のためのエネルギー貯蔵ユニットが空になった場合、あるいは電気機械(単独)によって供給できないパワーあるいはトルクが必要な場合にしか必要とされない。この場合、一次ドライブユニットは再作動させることができる。この構成は、低負荷レンジでの一次ドライブユニットの作動による、排気ガスエミッションおよび騒音エミッションが回避されるか、あるいは、かなりの程度低減される、という明確な利点を提供する。
【００１２】
本発明に基づく電気機械の組み込みによるハイブリッド化を伴うドライブトレーンによって、電気機械のサイズの極めて自由な調整が可能となる。これによって、ドライブトレーンをマイクロハイブリッド、マイルドハイブリッドあるいはフルハイブリッドとして構成することが可能となる。
【００１３】
本発明に基づくドライブトレーンの有利な実施形態においては、起動要素は流体力学的要素として構成される。そうした流体力学的要素(これに関しては、コンバータ、制御あるいは一定充填を伴うカップリング、絞り要素を備えた恒久充填流体式カップリングなどの数多くのさまざまな形態が存在する)は、実用車両を起動させるのに必要とされる高頻度な大きなトルクにもかかわらず、影響を及ぼすことが可能なトランスミッション挙動を伴って無磨耗様式での起動を可能とする。
【００１４】
本発明に基づくドライブトレーンの特に好都合でかつ有利なさらなる展開によれば、さらに、流体力学的要素は、パワーフローの方向において、パワーシフトトランスミッションの入力シャフトと、フリーホイールを介して、二次ホイールの後方で接続されるが、その方向は、本明細書に関してはドライブケースによって、さらに規定されるべきである。フリーホイールを備えた、この構成の結果、起動要素における流体力学的要素の一次および二次側の逆転は、もはや不可能である。
【００１５】
非常に有利な、さらなるその展開に基づくと、流体力学的要素の二次ホイールは、カップリングとして配置されたとき、制動デバイスによって停止させることができる。「後方」様式でのパワーシフトトランスミッションによるパワーの導入は、設けられたフリーホイールの結果として流体式カップリングの停止した二次側を伴って、このように実現でき、この結果、パワーは流体式カップリングの一次側に到達する。無磨耗リターダが、このようにして実現される。というのは、流体式カップリングが充填されるとき、それは、回転する一次ホイールと、停止した二次ホイールとを備えた流体式リターダとして使用されるからである。そうしたリターダは、この場合、一次ドライブユニットに面するパワーシフトトランスミッションの側に配置されるので、それはまた一次リターダとして公知である。発電機として作動時に電気機械を介した制動に加えて、流体式リターダとして使用される場合、流体式カップリングを介して無磨耗様式で制動することが可能である。これは、蓄電ユニットが満充電であるかあるいは電気機械において必要な制動トルクを加えるためにパワーテイクオフが不十分である場合に、リターダを用いて付加的に制動することができる、という明確な利点をもたらす。導入された制動力は、公知の様式で作動媒体中で熱へと、そこで変換され、そして冷却サイクルなどを介して放出される。これは、非常に簡単で、効率がよく、そして信頼性の高い様式で可能である。
【００１６】
本発明のさらに非常に有利な実施形態においては、起動要素はまた、摩擦クラッチとして配置できる。低いパワーおよびトルクの場合には乾式クラッチとして構成でき、そして、たとえば実用車両において使用される場合には、通常、湿式マルチディスククラッチとして構成される、そうした摩擦クラッチはまた、起動要素として使用できる。この場合でも、起動要素とパワーシフトトランスミッションとの間の電気機械の配置およびカップリングによって、上記利点を備えたハイブリッド化されたドライブトレーンがもたらされる。
【００１７】
本発明に基づくドライブトレーンの特に好ましくかつ有利な用途は、実用車両での使用のために提供される。このドライブトレーンは、原理的に、全ての種類の無軌道自動車において、あるいはレールに拘束される車両においてさえ利用可能である。特に乗用車に比べて、実用車両の相対的に大きな質量の結果、本発明に基づく構成は、再加速のための回生エネルギーの利用において、その固有の利点を利用できる。これは特に、都市バス、特に都市交通のためのバスに当てはまる。都市交通において通常使用される、こうした都市バスは、あるバス停から次のバス停までのほんの短い距離だけ移動を繰り返す。この結果、それは頻繁に加速および減速を行う必要があり、したがってハイブリッド駆動のエネルギーおよびエコロジー的な利点を特に効果的に利用できる。内燃エンジンなどの一次ドライブユニットを引きずることを要さずに、そして当該エンジンを全く作動させることを要さずに、低速交通ゾーンなどにおいてエネルギー効率の高い様式で移動するための可能性の結果、この場合には特別な利点が生じる。なぜなら、こうした敏感な領域において騒音および汚染に関して、特にエミッションが少なくなるからである。
【００１８】
本発明に基づくドライブトレーンのさらに有利な実施形態は、残りの従属請求項から得られ、これについては、以下で図面を参照して、さらに詳しく説明する実施形態を参照して、さらに詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に基づくドライブトレーンの構成の概略図である。
【図２】第１のシフト状態での本発明に基づくドライブトレーンの第１実施形態の詳細断面図である。
【図３】第２のシフト状態での本発明に基づくドライブトレーンの第１実施形態の詳細断面図である。
【図４】第３のシフト状態での本発明に基づくドライブトレーンの第１実施形態の詳細断面図である。
【図５】第４のシフト状態での本発明に基づくドライブトレーンの第１実施形態の詳細断面図である。
【図６】第５のシフト状態での本発明に基づくドライブトレーンの第１実施形態の詳細断面図である。
【図７】第６のシフト状態での本発明に基づくドライブトレーンの第１実施形態の詳細断面図である。
【図８】第７のシフト状態での本発明に基づくドライブトレーンの第１実施形態の詳細断面図である。
【図９】本発明に基づくドライブトレーンの第２実施形態の詳細断面図である。
【図１０】本発明に基づくドライブトレーンの第３実施形態の詳細断面図である。
【図１１】本発明に基づくドライブトレーンの第４実施形態の詳細断面図である。
【図１２】本発明に基づくドライブトレーンの第５実施形態の詳細断面図である。
【図１３】本発明に基づくドライブトレーンの第６実施形態の詳細断面図である。
【図１４】本発明に基づくドライブトレーンの第７実施形態の詳細断面図である。
【図１５】本発明に基づくドライブトレーンの第８実施形態の詳細断面図である。
【図１６】本発明に基づくドライブトレーンの第９実施形態の詳細断面図である。
【図１７】本発明に基づくドライブトレーンの第１０実施形態の詳細断面図である。
【図１８】本発明に基づくドライブトレーンの第１１実施形態の詳細断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、たとえば実用車、特に都市交通のための市内バスにおいて使用可能であるドライブトレーン１の原理を示す図である。ドライブトレーン１の一次ドライブユニット２は、この例では、たとえば内燃エンジン、特にディーゼルエンジンとして構成されている。たとえばガスタービン、さまざまなタイプのモーターあるいは機械的回転力を提供する類似の機械の使用といった一次ドライブユニットの代替実施形態は、いつでも可能である。
【００２１】
ドライブトレーン１のパワーフローの方向(これは本明細書では駆動部において生じる方向に関して規定されるべきである)において、起動要素３が一次ドライブユニット２に続くが、この起動要素は、少なくとも一つのカップリング、たとえばロックアップクラッチ５、流体式カップリング４.１,４.２,４.３および／または機械的起動クラッチ４３を備える。電気機械６がパワーフローの方向に関して起動要素３に接続されているが、これにはパワーシフトトランスミッション７が続く。ここに示すようなドライブトレーン１の主要かつ概略図においては、パワーシフトトランスミッション７のパワーテイクオフ１１が、さらなるトランスファーギア８すなわちディファレンシャルを介して、駆動輪９と接続されている。駆動輪９は、ドライブトレーン１を備えた車両を駆動するために使用されるが、この車両は完全には図示されていない。電気機械は、永久磁石同期モーター(ＰＳＭ)として構成できる。
【００２２】
図１に示すような様式でのドライブトレーン１の形態は、図１に示すような様式で、非常に小型かつ非常に効率のよい電気機械６の使用を可能とする。それは、起動要素３とパワーシフトトランスミッション７との間に配置されるので、電気機械６は、単に、その利用可能なトルクあるいは速度レンジの非常に狭い範囲を保証する必要があるだけであり、なぜなら、それに続いて、パワーシフトトランスミッション７を介して駆動輪９に必要な速度あるいはトルクへの個々のトランスミッションが存在するからである。一方、電気機械３は、起動要素３とパワーシフトトランスミッション７との間で、一次ドライブユニット２(この例ではディーゼルエンジンである)の電気機械６からの切り離しを実現でき、この結果、ディーゼルエンジン２が停止している場合には、発電機あるいはモーターとしての電気機械６の作動の結果としてディーゼルエンジン２の任意選択で必要な抵抗によって引きずり損失が生じないように配置される。この形態は、したがって、特にコンパクトな様式で実現でき、しかも、上述したような様式でハイブリッド式ドライブトレーン１の非常に有利かつエネルギー効率のよい使用を可能とする。
【００２３】
図２ないし図８は、そうしたドライブトレーン１の第１実施形態の断面の代表的構造を示しているが、これは、回転軸線の上に配置された回転対称構造の一部のみを示しているに過ぎない。図２ないし図８は、当該構造のさまざまなシフト状態を示しているが、これについては以下で説明し、そして、これによって当該構造の機能を説明する。
【００２４】
図２は、起動要素３と、パワーシフトトランスミッション７と、介在させられた電気機械６とを示している。図２においては左側に選択される起動要素３内へ延びる入力シャフト１０が図示されている。それは、同時に、一次ドライブユニット２の出力シャフトであり、あるいはそれと直接あるいは間接的に接続される。図２に示す構造は、右側で、パワーシフトトランスミッション７の出力シャフト１１を伴って終わっているが、これは駆動輪９を直接、あるいは、図１に示すように、トランスファーギア８を介して駆動する。流体力学的要素４が起動要素３の領域に認識できる。ここに示す実施形態においては、流体力学的要素４は、制御充填を伴う流体式カップリング４.１として示されている。参照数字４.１は、以下では、常に、制御充填を伴う、そうした流体式カップリング４.１を指し示す。それは、流体力学的要素４の第１の可能な実施形態を表している。流体式カップリング４.１は、公知の様式で、一次ホイール１２すなわち一次ブレードホイール１２および二次ホイールすなわち二次ブレードホイール１３からなる。概して流体式カップリング４.１から公知であるようにかつ一般にその中で適用されるように、流体式カップリング４.１の作動時、パワートランスミッションのために使用される作動媒体のサイクル流が、これら二つのブレードホイール１２,１３間で、これらによって形成される作動チャンバー内に形成される。制御充填を伴う流体式カップリング４.１は、パワーシフトトランスミッションに影響を与え、かつ、二次側において、すなわちパワーシフトトランスミッション７に面する流体式カップリング４.１の側において、所望の速度と共に所望のトルクを設定するために、作動チャンバー内の作動媒体の体積が、個々の様式で、変更あるいは制御される、と理解すべきである。
【００２５】
図２はまた、二次ブレードホイール１３のためのブレーキ１４を示しているが、これについては以下で詳しく説明する。流体式カップリング４に加えて、起動要素３はまた、ロックアップクラッチ５を備えるが、これは、たとえば、マルチディスククラッチの形態の乾式クラッチとして実現できる。図２はさらに、ダンピング要素１５を示しているが、これは、この構造において公知であり、しかも一次ドライブユニット２としての内燃エンジンにおける捩れ振動ダンパーとして一般に使用されている。二次ブレードホイール１３は、続いて、パワーシフトトランスミッション７の入力シャフト１７とフリーホイール１６を介して接続される。入力シャフト１７は、続いて、パワーシフトトランスミッション１７の三つの入力部２０.１,２０.２,２０.３の間で二つのカップリング１８,１９によって分岐させられる。電気機械６との接続はさらに、二つのカップリング１８,１９間で実現されている。電気機械６は、続いて、入力シャフト１７と強固に接続され、したがって入力部２０.３と強固に接続される。入力部２０.１および２０.２との電気機械６の接続はカップリング１８,１９を介してなされる。三つのプラネタリセット２１,２２,２３は、ここでは、たとえばパワーシフトトランスミッション７において実現されており、その、遊星ギア２７,２８,２９の一つの太陽ギア２４,２５,２６および中空ホイールあるいは外ギア３０,３１,３２が、それぞれ示されている。入力部２０.１は、第２および第３のプラネタリセット２２,２３の太陽ギア２５,２６と耐捩れ様式で接続される。入力部２０.３は、第１のプラネタリセット２１の太陽ギア２４と耐捩れ様式で接続される。第３の入力部２０.２は、第２のプラネタリセット２２の遊星ギア２８あるいはその遊星ギアキャリアと接続される。さらに、第１および第２のプラネタリセット２１,２２の遊星ギア２７,２８は、それぞれ、後続のプラネタリセット２２,２３の外ギア３１,３２と接続される。外ギア３０,３１,３２はさらに、ブレーキ３３,３４,３５によって、個々に停止させることができる。出力シャフト１１は、続いて、最後のプラネタリセット２３の遊星ギア２９と、あるいは、通常様式で遊星ギアキャリアと接続される。そうしたパワーシフトトランスミッション７は公知であり、従前において一般的に使用されている。
【００２６】
以下で説明するような、そして、その発明者に由来して「Polak構造」としてよく知られた、本明細書に示すパワーシフトトランスミッション７の構造は、単なる例証として理解すべきである。なぜなら、本発明の核心は、起動要素３とパワーシフトトランスミッション７との間の電気機械６の配置にあるからである。これは、本発明の範囲からこれによって逸脱することなく、パワーシフトトランスミッション７を、別な公知のかつ一般的な様式で確実に配置できる理由である。ここに示すような全体構造はハウジング３６内に配置される。一次ドライブユニット２は、入力シャフト１０の側で当該ハウジングに直に隣接していてもよく、あるいは当該ハウジング３６上でフランジ化されてもよい。
【００２７】
図２において、起動要素３を用いた起動の間の、第１のシフト状態でのパワーフロー(これは、この場合には第１のギアである)が、パワーフローの太線に基づいて示されている。ロックアップクラッチ５は、ブレーキ１４,３３および３４、ならびにカップリング１９と同様、このために解放されている。カップリング１８および第３のプラネタリセット２３の外ギア３２用のブレーキ３５が閉じられたとき、流体サイクルによって公知の様式で、入力シャフト１０から一次ブレードホイール１２への、そして二次ブレードホイール１３へのパワーフローが実現される。それは、パワーシフトトランスミッション７の入力シャフト２０.１へと、フリーホイール１６および入力シャフト１７および閉じられたカップリング１８を介してパワーを伝達する。出力シャフト１１は、上記プラネタリセット２３のリム３２がブレーキ３５によって停止させられたとき、第３のプラネタリセット２３の太陽ギア２６を介して、そこから、上記第３のプラネタリセットの遊星ギア２９によって駆動される。
【００２８】
図３に示すような構造はまた、第１のギアを示しており、そして、一方では図２に関して既に説明した流体式カップリング４.１を、そして他方では電気機械６を介した組み合わされた起動を説明している。電気機械６に対する接続は、(図２において説明したような)ブレーキおよびカップリングの比較形態および比較配置において、入力シャフト１７との入力部２０.１の接続に加えてカップリング１８によって付加的に形成されるが、この電気機械は、この例では、動的に作動し、そして個々の様式で起動を支援する。
【００２９】
図４および図５は、二つのランダムに選択された前進ギアに関する代表的シフト状態を示すが、これは、この例では、図４の第２のギアおよび図５の第５のギアを示している。この構造では、ロックアップクラッチ５は、したがって閉じられている。流体式カップリング４.１は、したがって、機能していないが、循環させられる。カップリング１８が閉じられたときブレーキ３４は第２のギアのために閉じられ、一方、ブレーキ３３,３５および１４はカップリング１９と同様、解放状態となる。これによって、太線で示す、入力シャフト１７から、カップリング１８およびパワーシフトトランスミッション７の入力部２０.１を介して、二つのプラネタリセット２２および２３へのパワーフローが生じる。パワーシフトトランスミッションの出力シャフト１１において、個々の速度がこうして得られる。図５は第５のギアに関する比較可能な形態を示す。それは、単に、シフト要素としての別個のブレーキおよびカップリングのトリガーによって相違するだけである。この結果、カップリング１９は、この場合には、同時に閉じられるブレーキ３３と組み合わされて閉じられ、一方、ブレーキ３４,３５および１４はカップリング１８と同様、解放状態である。ロックアップクラッチ５は、起動がない限り、依然として、それぞれ閉じられ、したがって流体式カップリング４は非作動化される。パワーフローは、この場合には、図５に太線で示すような様式で、入力部２０.２および２０.３を介して生じる。
【００３０】
図６はリバースギアを示している。ブレーキ３３および３５が閉じられ、かつ、カップリング１８および１９が同時に解放状態となるとき、太線で示されかつパワーシフトトランスミッション７の回転の方向にそれぞれ逆転したパワーフローが得られる。図６は、ロックアップクラッチ５が閉じた状態で、すなわち、リバースギアでの実際の移動の間にリバースギアでの起動の後に、たいてい生じるような状態で、リバースギアを示している。流体式カップリングは、前進ギアでの起動と同様に、リバースギアでの起動にも、それゆえ使用される。
【００３１】
図７は、本発明に基づくドライブトレーンの実現可能なシフト状態に関する、さらなる実施形態を示している。パワーフローはそれぞれ逆転させられる。なぜなら、それは車両の制動、すなわちパワーシフトトランスミッション７の出力シャフト１１の制動に関係するからである。この状態では、シフト状態は、再び、上述したように、第１のギアのそれに対応する。パワーは、今や、パワーシフトトランスミッション７の第３のプラネタリセット２３および入力部２０.１を経て、カップリング１８の方向に、出力シャフト１１から逆転様式で流れるが、このカップリング１８はパワーシフトトランスミッション７の入力部２０.１を、一方では電気機械６と、他方では入力シャフト１７と接続する。電気機械６は、この状態では、パワーシフトトランスミッション７の出力シャフトによって、発電機の様式で間接的に駆動できる。電気機械６から取り出される電流に依存して、個々の制動トルクを生み出すことができる。十分な貯蔵能力がある場合、たとえば再起動のための以後の時点で当該エネルギーを利用するために、車両の制動の間、パワーを回収することができる(いわゆる回生)。
【００３２】
特定の状態では、貯蔵能力は、いまや、もはや十分ではなくなり、したがって十分な制動トルクを電気機械６によって加えることができなくなる。この例では、一次ブレードホイール１２は、出力シャフト１１を介して入力シャフト１７の駆動によって、かつ、ロックアップクラッチ５によって、フリーホイール１６が二次ブレードホイール１３の直接駆動を阻止するように同時駆動することができる。二次ブレードホイール１３は、ブレーキ１４が閉じられたときに停止させられる。リターダの機能は、したがって、回転する一次ブレードホイール１２および作動媒体が充填された流体式カップリング４.１によって得られ、したがって、それぞれのパワー消散トルクは、回転する一次ブレードホイール１２と、停止した二次ブレードホイールとの間の作動媒体の渦運動によって実現される(このパワー消散トルクは熱へと変換される)。この熱は、冷却システムによって、公知の様式で消散され、すなわち、冷却サイクルの液状媒体がリターダのための作動媒体として直接使用されることになる。リターダは、したがって、公知の様式における一般的な手法において公知であるように、電気機械６に加えて、制動トルクを作用させることができる。
【００３３】
図８はアイドリング状態を示しており、この状態ではパワーシフトトランスミッション７は駆動されておらず、したがってパワーシフトトランスミッション７の出力シャフト１１もまた駆動されていない。にもかかわらず、電気機械６と入力シャフト１０との、したがって一次ドライブユニット２(図示せず)と間の接続部は、ロックアップクラッチ５によって形成することができる。これは、たとえば車両などの持続的な電力供給のために、たとえば発電機のように電気機械を駆動するために利用可能である。逆に、電気機械６はさらに、類似の様式で、一次ドライブユニット２および起動要素３から切り離すことができ、したがって、流体式カップリング４.１および／または一次ドライブユニット２を引きずることを要さずに、電気機械６およびパワーシフトトランスミッション７によるドライブトレーン１の純粋に電気的な動作もまた可能である。
【００３４】
図９は、図２ないし図８と比較可能な様式で、ドライブトレーン１の第２実施形態を示している。図２ないし図８に示すものと同様に、さまざまなギア段および駆動状態を実現できるので、図９ないし図１８は、単に、図２ないし図８においては、そうであったような、パワーフローを表す太線を伴わずに、ドライブトレーン１の、さまざまな実施可能な実施形態の構造を示しているに過ぎない。
【００３５】
図９に示す形態において、流体力学的要素４はまた流体式カップリングとして構成されているが、これは、回転ハウジングと共に配置され、かつ、一定充填を伴う流体式カップリング４.２として設けられている。一定充填を伴う流体式カップリング４.２は、その機能性に関して、それは常に一定の充填度合いで充填される、と理解すべきである。ロックアップクラッチ５は流体式カップリング４.２の非作動状態において閉じられ、そしてコンポーネントは、それゆえ、同じ回転速度で回転するので、絶えず充填される流体式カップリング４.２はベンチレーション損失に関して決定的ではない。さもなければ、この形態は、実質的に、先に既に説明したような形態に対応する。さらに、二次リターダ３７が、遊星ギアあるいは第３のプラネタリセット２３の遊星キャリア２９との間に設けられるが、この二次リターダは、公知の様式で、無磨耗リターダとして利用される。これは、図９に示す実施形態において特に有用である。なぜなら、流体式カップリング４.１以外の、流体式カップリング４.２は、それが一次リターダとして使用できるようにブレーキ１４と共にシフトすることができないからである。
【００３６】
図１０は、図９に示すような形態に非常に類似した形態を示している。唯一の差異は、流体式カップリング４.２のハウジングがハウジング３６に関して固定されるように配置され、一方、それは図９において回転様式で配置されたことである。図１０に示すような静止ハウジングを備えた流体式カップリング４.２の変形例は、したがって、第１のギアおよびリバースギアにおいてのみ充填される。流体式カップリング４.２の領域でのベンチレーション損失は、こうして最小化できる。カップリングの特性曲線は、使用される一次ドライブユニット２に、それぞれ適合させられる必要がある。
【００３７】
図９および図１０に基づく流体式カップリング４.２を介した起動プロセスの制御は、この例では、専ら、一次ドライブユニットの荷重伝達機構のポジションを介してなされる。流体式カップリング１４の一次側１２と二次側１３との間の速度およびトルクピックアップは、流体式カップリング４.２および一次駆動ユニット２の両方の特性曲線から得られる。
【００３８】
図１１は、やはり、図１０に示す形態に関する。二次リターダ３７の代わりに、一次ドライブユニット２に面するパワーシフトトランスミッション７の側において、一次リターダ３８がパワーフロー内に配置されている。先に説明した二次リターダ３７は、この場合、省略可能である。
【００３９】
図１２に示すドライブトレーン１の実施形態はまた、図１０に関して既に説明したような実施形態に関する。加えて、パワーフロー中で電気機械６と選択的に係合するための、あるいは、必要ならば、それを取り外すための可能性が、さらなるカップリング３９によって実現される。これは、ある構成に関して有利であろう。こうした利点は、この構造において注意深く考慮する必要がある。なぜなら、さらなるカップリング３９は、明らかに、スペースおよびコンポーネントに関する、さらなる必要性を生じるからである。
【００４０】
図１３は、図９に関して説明した形態に関する。恒久充填流体式カップリング４.３が、一定充填を伴う流体式カップリング４.２の代わりに示されている。この恒久充填流体式カップリング４.３は変位可能な絞り要素４０を備えるが、これは、パワー入力が変位可能な絞り要素４０によって変更可能であるように循環流内へと変位させることができる。パワー入力は、したがって、絞り要素４０を介して制御される。この結果、一次ドライブユニット２(たとえば内燃エンジン)は、試運転中は休止させることができ、そして一定負荷のもとでは出力を抑えることができる。一次ドライブユニットと流体式カップリング４.３との間に相互作用は、したがって、広範なマージン内で、作用を受けることができる。一次ドライブユニットとパワーシフトトランスミッション７との間の調整は、この例では、異なるカップリング変形例によっては生じないが、変位可能な絞り要素４０を制御することによって生じる。これは、一次ドライブユニット２が、この実施形態では特定の作動レンジへと意味のある様式で誘導できるという利点をもたらす。この結果、一次ドライブユニット２の特性ダイヤグラムに対する適合が、起動プロセスにおいて可能である。
【００４１】
図１４はやはり、図１３における比較可能な形態を示す。唯一の差異は、流体式カップリング４.３のハウジング(その領域には、変位可能な絞り要素４０がまた配置される)が、ハウジング３６に関して、耐捩れ様式で配置されることであり、これは、図１３に示す形態においては、当てはまらない。
【００４２】
図１５は、本発明に基づくドライブトレーン１の第８実施形態を示している。流体力学的要素４は、この第８実施形態では、流体式トルクコンバータ４.４として配置されている。このトルクコンバータ４.４は、図１５においては、回転ハウジングと共に配置されている。それはまた、一次ドライブユニット２および通常はポンプとして設計されるコンバータと接続された一次側１２、ならびにパワーシフトトランスミッション７とフリーホイール１６を介して接続されかつコンバータの場合には通常はタービンとして設計される二次側１３に加えて、ガイドホイールすなわちガイド機構４１を備え、このガイドホイールあるいはガイド機構は、図示する実施形態では、フリーホイール４２によって、ハウジング３６と接続される。フリーホイール１６は方向性カップリングとして機能し、かつ、純粋な電気駆動の間、二次側１３が電気機械６から切り離されることを保証する。ベンチレーション損失は、したがって、静止した一次ドライブユニット２において回避される。流体式トルクコンバータ４.４の特性曲線はまた、使用される一次駆動ユニット２に対して適合させられる必要がある。起動プロセスの制御は、この場合、一次ドライブユニットの荷重伝達機構のポジションによってなされる。トルクコンバータ４.４の一次側１２および二次側１３の速度およびトルクピックアップは、トルクコンバータ４.４および一次ドライブユニット２の特性曲線から得られる。起動要素としてのこの機能に関しては、トルクコンバータ４.４は、大きなスリップを伴う起動トルクの増大が可能になる、という利点を伴う。
【００４３】
図１６は、図１５の第８実施形態におけるのと同じ構造を説明しているが、流体式トルクコンバータ４.４のハウジングは、この例では、耐トルク様式でハウジング３６と接合されており、そしてフリーホイール４２は、それゆえ省略できる。ガイドホイール４１はまた、この例では、耐捩れ様式で、ハウジング３６に接続される。タービンすなわち二次側１３は、既に何度も説明してきた様式で、フリーホイール１６を介して、パワーシフトトランスミッション７と接続される。ハウジング３６と耐捩れ様式で接続された流体式コンバータ４.４のハウジングの結果として、別なギアにおいて流体式コンバータ４.４の領域で生じるベンチレーション損失を最小限に抑えるために、一定充填を伴う流体式カップリング４.２と同様、流体式コンバータ４.４への作動媒体の充填は、第１のギアおよびリバースギアのみで生じる。排出がまた、ベンチレーション損失を回避する目的で、静止した一次駆動ユニット２を伴う純粋な電気駆動のために生じる必要がある。
【００４４】
図１７および図１８は本発明に基づくドライブトレーン１の第１０および第１１実施形態を示している。これら二つの実施形態は、起動要素の領域でロックアップクラッチ５を備えた流体力学的要素４を使用しないが、起動要素の領域で摩擦クラッチ４３を使用する。ドライブトレーン１は、既に述べたように実用車両用のドライブトレーンを参照して説明するので、起動のために必要なパワーは比較的大きなものである。図１７および図１８に基づく実施形態における起動要素３の摩擦クラッチ４３は、マルチディスククラッチとして、特に湿式マルチディスククラッチとして構成されるべきである。マルチディスククラッチは、たとえば、流体制御され、この結果、伝達されるトルクは、この制御の結果として、個々の様式で設定できる。この構造はオイルによって潤滑されかつ冷却される。なぜなら、比較的大量の熱がクラッチにおける伝動によって生じるからである。起動要素３に摩擦クラッチ４３を備えたドライブトレーン１のこの構造はまた、特定の動作レンジでの一次ドライブユニット２のガイドを可能とする。なぜなら、摩擦クラッチ４３のトルクピックアップは、その個々のディスクへの作用圧力によって制御できるからである。湿式マルチディスククラッチとしての摩擦クラッチ４３の構成には、より少ないコンポーネントしか必要としないという利点がある。だが、作用圧力に関する制御特性に課される要求は比較的高い。
【００４５】
上記変形例について、主として、二次リターダ３７と共に説明してきた。それは、純粋に任意の様式として理解すべきであり、かつ、それは、何らかの方法で一次リターダ３８によって置き換えることができ、あるいはまた完全に省略できる。変形例は、互いに相応に組み合わせることができ、したがって、さらなるカップリング３９を介した電気機械６の結合もまた、たとえば、図示していない全ての実施形態において使用可能である。したがって、電気機械のローターを別個にマウントすると共に、さらなるカップリング３９を介してパワーシフトトランスミッション７の入力シャフト２０.１,２０.２,２０.３と電気機械との接続を実施するための個々の可能性が存在する。電気機械６の無負荷損失は、したがって実質的に低減できる。マルチディスククラッチは、カップリング３９のための好ましい形態として使用できるが、これは、たとえば、「非制御解放」あるいは「非制御締結」として構成できる。「非制御締結」としての構成は、カップリング３９の作動が電気機械６のローターをパワーシフトトランスミッション７の入力部２０.１,２０.２,２０.３から分離させ、この結果、それは静止状態となる、という利点を提供する。この結果、制御のための圧力オイルのロータリートランスミッション導出におけるパワー損失は回避される。
【００４６】
本明細書中で説明しかつ図示したようなマルチディスククラッチとしてのほとんどのブレーキおよびカップリングの実施形態に加えて、それらを、あるいはそれらの一部を、ジョーカップリングの形態で配置することもまた明らかに可能であろう。このジョーカップリング(これは、低い相対速度において、あるいは高い相対速度において、同期デバイスによってシフト可能である)は、相対的に、簡単、軽量、かつコスト効率のよい様式で配置できるという利点をもたらす。
【符号の説明】
【００４７】
１  ドライブトレーン
２  一次ドライブユニット
３  起動要素
４.１,４.２,４.３  流体式カップリング
５  ロックアップクラッチ
６  電気機械
７  パワーシフトトランスミッション
８  トランスファーギア
９  駆動輪
１０  入力シャフト
１１  出力シャフト
１２  一次ブレードホイール
１３  二次ブレードホイール
１４  ブレーキ
１５  ダンピング要素
１６  フリーホイール
１７  入力シャフト
１８,１９  カップリング
２０.１,２０.２,２０.３  入力部
２１,２２,２３  プラネタリセット
２４,２５,２６  太陽ギア
２７,２８,２９  遊星ギア
３０,３１,３２  外ギア
３３,３４,３５  ブレーキ
４３  機械的起動クラッチ
【図１】
2013523504.tif 000003
【図２】
2013523504.tif 000004
【図３】
2013523504.tif 000005
【図４】
2013523504.tif 000006
【図５】
2013523504.tif 000007
【図６】
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【図７】
2013523504.tif 000009
【図８】
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【図９】
2013523504.tif 000011
【図１０】
2013523504.tif 000012
【図１１】
2013523504.tif 000013
【図１２】
2013523504.tif 000014
【図１３】
2013523504.tif 000015
【図１４】
2013523504.tif 000016
【図１５】
2013523504.tif 000017
【図１６】
2013523504.tif 000018
【図１７】
2013523504.tif 000019
【図１８】
2013523504.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成24年9月26日(2012.9.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車用のドライブトレーンであって、
一次ドライブユニットと、
パワーフローの方向に関して前記一次ドライブユニットの後方に配置されたパワーシフトトランスミッションと、
前記一次ドライブユニットと前記パワーシフトトランスミッションとの間で前記パワーフロー中に配置されかつ少なくとも一つのカップリングを備える起動要素と、
前記起動要素(３)と前記パワーシフトトランスミッション(７)との間で前記パワーフロー中に配置された電気機械と、を具備してなり、
少なくとも一つのリターダ(４,３７,３９)が、前記パワーフロー中で、前記パワーシフトトランスミッション(７)の前および／または後に配置されていることを特徴とするドライブトレーン。
【請求項２】
前記電気機械(６)は、前記パワーシフトトランスミッション(７)の入力シャフト(１７)に接続されることを特徴とする請求項１に記載のドライブトレーン。
【請求項３】
前記起動要素(３)は、流体力学的要素(４)を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のドライブトレーン。
【請求項４】
前記起動要素(３)は、前記流体力学的要素(４)のための機械式ロックアップクラッチ(５)を備えることを特徴とする請求項３に記載のドライブトレーン。
【請求項５】
前記ロックアップクラッチは乾式クラッチとして構成されていることを特徴とする請求項４に記載のドライブトレーン。
【請求項６】
前記流体力学的要素(４)は、一定充填を伴う流体式カップリング(４.２)として構成されていることを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれか１項に記載のドライブトレーン。
【請求項７】
前記流体力学的要素(４)は、変位可能な絞りリング(４０)を備えた恒久充填流体式カップリング(４.３)として構成されていることを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれか１項に記載のドライブトレーン。
【請求項８】
前記流体力学的要素(４)は流体式コンバータ(４.４)として構成されていることを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれか１項に記載のドライブトレーン。
【請求項９】
前記流体力学的要素(４)は、制御充填を伴う流体式カップリング(４.１)として構成されていることを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれか１項に記載のドライブトレーン。
【請求項１０】
前記流体力学的要素(４)の二次ホイール(１３)は、フリーホイール(１６)を介して、前記パワーシフトトランスミッション(７)の入力シャフト(１７)に接続されていることを特徴とする請求項６ないし請求項９のいずれか１項に記載のドライブトレーン。
【請求項１１】
前記流体式カップリング(４.１)の前記二次ホイール(１３)は、制動デバイス(１４)を介して停止させることが可能であることを特徴とする請求項９および請求項１０に記載のドライブトレーン。
【請求項１２】
前記起動要素(３)は摩擦クラッチ(４３)として構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のドライブトレーン。
【請求項１３】
前記摩擦クラッチ(４３)は湿式マルチディスククラッチとして構成されていることを特徴とする請求項１２に記載のドライブトレーン。
【請求項１４】
実用車、特に都市バスあるいは都市交通用バスの駆動機構のための、請求項１ないし請求項１３のいずれか１項に記載のドライブトレーンの使用方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
そうしたアドオン補機のさらなる問題は、リターダ、特に無磨耗リターダに関する要求の達成が必要とされる場合に生じる。発電機としての作動時に電気機械によって、この要求を満たすことを可能とするために、特に相対的に大きな全体重量の実用車両における制動動作の際に、非常に大きな電力を吸収することが必要である。これは、概して、かなり大きな寸法の貯蔵ユニットを必要とし、あるいはエネルギーを制動抵抗において熱へと変換する必要がある。自動車用の起動要素は特許文献１から公知であり、これは、流体方式で構成された起動クラッチを示している。二次側は耐トルク様式でローターと接続され、これは電磁相互作用によってステータと結合される。流体式カップリングの二次側のための制動デバイスは、こうした様式で配置された電気機械によって、このようにして形成できる。だが、電気機械と流体式起動要素の二次側との間の耐トルク接続によってもたらされる明確な制限が存在する。なぜなら、静止した内燃機関は、そうした場合には、電気機械によって流体サイクルを介して駆動される必要があるからである。これは、特に、高い回転速度では抵抗損失を生じるであろう。
最も近似した従来技術に関して、特許文献２が挙げられる。
さらなる従来技術に関して、特許文献３〜７が挙げられる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
【特許文献１】欧州特許出願公開第2 025 550号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第10 2008 015 226号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第10 2007 004 462号明細書
【特許文献４】米国特許第3,625,323号明細書
【特許文献５】独国特許発明第102 19 080号明細書
【特許文献６】特開2003-220842号公報
【特許文献７】米国特許出願公開第2009/283344号明細書
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明によれば、この目的は請求項１の特徴部分に記載の構成によって達成される。本発明に基づくドライブトレーンのさらに有利な実施形態は従属請求項から得られる。本発明に基づくドライブトレーンのために好ましい使用方法は、請求項１４に提示されている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明に基づく電気機械の組み込みによるハイブリッド化を伴うドライブトレーンによって、電気機械のサイズの極めて自由な調整が可能となる。これによって、ドライブトレーンをマイクロハイブリッド、マイルドハイブリッドあるいはフルハイブリッドとして構成することが可能となる。
貯蔵能力は、ある状況では不十分となるかもしれず、この結果、不十分な制動トルクが電気機械によって提供される。この場合、制動トルクは、パワーシフトトランスミッションの前および／または後でパワーフロー中でリターダによって電気機械に対して、さらに加えることができる。可能性のあるリターダは、一次リターダ、二次リターダおよび／またはリターダとしての流体式カップリングの使用である。
【国際調査報告】
2013523504.tif 000021
2013523504.tif 000022
2013523504.tif 000023
2013523504.tif 000024
2013523504.tif 000025
2013523504.tif 000026