(57)【要約】  エネルギーの消費を減らす空気式ハイブリッドターボ変速機を開示する。多目的装置（ＭＰＵ）として構成される空気式ハイブリッドターボ変速装置である。ＭＰＵは冷却系、排気系、ラム圧及びブレーキ系からエネルギーを回収する。ＭＰＵ部は、他の用途に用いる自動変速機、スーパチャージャ、他の用途のためのエアコンプレッサであり、多目的装置を使用するエンジンのスタータであり、トルクコンバータ又はクラッチ、フライホイール、触媒コンバータ、スタータ及びスーパチャージャの必要性を排除する。ＭＰＵは、排気汚染をほぼゼロにし、車両の空力抵抗係数を減少させる。ＭＰＵは、２つ以上のインラインコンプレッサを使用し、内燃機関（ＩＣＥ）などの電源から自動変速機として作動するタービン又は多段タービンに電力を伝送する。空気式ハイブリッドターボ変速機系は、第２の電源としてプラグイン電力を使用する。【選択図】図２１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス又は空気を含む内部領域を囲む外側ハウジングと、
動力源に連結され、そこからエネルギーを受信する入力軸と、
ポンプに連結され、前記動力源からガス又は空気、次にタービン又は多段タービンにエネルギーを伝送する入力軸と、
前記ポンプの前に配置され、出力軸に固定される第１のタービンと、
前記第１のタービンの後に直列に配置され、一方向オーバーランニングクラッチ又は多板クラッチによって前記出力軸に回転的に固定される少なくとも１つの第２のタービンと、
各タービンの後に配置され、開くと各タービンの後で空気又はガスを放出し、閉じると前記第２のタービン又はそれ以降のタービンに流れを通す複数のバルブと、
対応するソレノイドの制御下で開閉し、前記入力軸と前記出力軸との間の駆動比を変化させるバルブのセットとを備え、
前記一方向オーバーランニングクラッチはいずれも、前記第１のタービンと同じ方向が係止され、前記出力軸への感知できる抵抗なしに反対方向に自由に回転し、
前記タービンの前後の圧力差が、前記タービンを回転させてすべての一方向オーバランクラッチ又は多板クラッチを係止するか、前記出力軸に動力を伝送するのに十分な場合に、前記タービンは動力を伝送する、
空気式ハイブリッドターボ変速機。
【請求項２】
前記動力源は電源プラグからの電力を用いる内燃機関であり、
このほかの動力が少なくとも冷却系、排気系、ラム圧系及びブレーキ系の１つから回収される、請求項１に記載の空気式ハイブリッドターボ変速機。
【請求項３】
前記ラム圧は、空冷式ラジエータに入り込む空気力学的なラムエアから回収されるエネルギーであり、前記ラムエアは熱エネルギーを得て、拡がった前面開口部を有する車両のラジエータの周りのフードを通ってコンプレッサに入り、
回収される前記エネルギーは、車両速度に応じて増大する、請求項２に記載の空気式ハイブリッドターボ変速機。
【請求項４】
第１のコンプレッサは高圧空気を生成し、前記高圧空気の少なくとも一部が給気冷却ストレージタンク、次に前記内燃機関に送気され、前記内燃機関に吸気を過給し、前記高圧空気の少なくとも一部が前記内燃機関からの排気と混ぜられ、第２のコンプレッサに送気され、前記タービンによって使用される更に高圧の混合空気を生成し、前記混合空気によって排気汚染を減少させる、請求項２に記載の空気式ハイブリッドターボ変速機。
【請求項５】
各タービンの間にノズルが配置され、他のタービン又は開放弁にガスを送気する、請求項１に記載の空気式ハイブリッドターボ変速機。
【請求項６】
前記開放弁の前の前記タービンはいずれも、回転駆動した状態にあり、前記バルブの最後の開いたセットの後の全タービンは、残りのタービンにはガスが流れていないことによって前記出力軸で自由回転した状態にある、請求項１に記載の空気式ハイブリッドターボ変速機。
【請求項７】
前記各タービンは、羽の大きさ及び／又は角度が異なっており、それによって異なるギア比がもたらされる、請求項１に記載の空気式ハイブリッドターボ変速機。
【請求項８】
前記ソレノイドはいずれも、手動変速機として動作するように手動で作動可能であるか、自動変速機として動作する変速機制御モジュールによって作動可能である、請求項１に記載の空気式ハイブリッドターボ変速機。
【請求項９】
前記バルブはいずれも、前記ソレノイドを介して最後の前記コンプレッサによって生成される加圧ガスにより作動する、請求項１に記載の空気式ハイブリッドターボ変速機。
【請求項１０】
後退運転、ニュートラル運転、前進運転をもたらす遊星ギアセット、サンギア、キャリヤ、リングギアを更に備える、請求項１に記載の空気式ハイブリッドターボ変速機。
【請求項１１】
前記変速機は２つの別個の制御装置を用い、１つの制御装置がタービンの運転を制御し、第２の制御装置が車両の後退運転、ニュートラル運転、前進運転を制御する、請求項１に記載の空気式ハイブリッドターボ変速機。
【請求項１２】
前記変速機のタービンの数は、前記タービンのうち５つ及び前記ソレノイドのうち５つを備える変速機のギアの数に対応し、第１のタービンの運転が第５のギア又はオーバドライブギアに対応し、第１と第２のタービンの運転は、第４のギアに対応し、第１、第２及び第３のタービンの運転は、第３のギアに対応し、第１、第２、第３及び第４のタービンの運転は、第２のギアに対応し、第１、第２、第３、第４及び第５のタービンの運転は、第１のギアに対応する、請求項１に記載の空気式ハイブリッドターボ変速機。
【請求項１３】
前記タービンは一方向オーバーランニングクラッチに接続され、これにより、前記タービンの前後の圧力差が、前記一方向オーバーランニングクラッチを動作させ、前記出力軸に係合させるのに十分ある場合に、前記タービンは動力を伝送する、請求項１に記載の空気式ハイブリッドターボ変速機。
【請求項１４】
前記タービンは多板クラッチに接続され、これにより、前記タービンの前後の圧力差が前記多板クラッチを作動させて前記出力軸に係合させるのに十分ある場合に前記タービンは動力を伝送するか、前記多板クラッチのピストンへの流体圧力を使用して係合する、請求項１に記載の空気式ハイブリッドターボ変速機。
【請求項１５】
前記ソレノイドは、前記タービンの１又は複数にガスを通したり、通さなかったりするピストンを開ける、請求項１に記載の空気式ハイブリッドターボ変速機。
【請求項１６】
前記動力源は、流体冷却系及び／又は空冷系を備えるように構成されるラジアル型の内燃機関であり、
少なくとも前記第1のコンプレッサは、前記ラジアル型の内燃機関の前に配置され、
少なくとも前記第２のコンプレッサは、前記ラジアル型の内燃機関の後に配置され、
前記コンプレッサはコンプレッサの前に入り込むラムエアから作動し、圧縮された前記ラムエアの少なくとも一部が前記ラジアル構成型の内燃機関に入り、圧縮された前記ラムエアの少なくとも一部が前記空冷系に送気され、
前記空冷系から出た温められた空気が、前記ラジアル構成型の内燃機関からの排気ガスに混ぜられ、前記少なくとも第２のコンプレッサに送気される、請求項１に記載の空気式ハイブリッドターボ変速機。
【請求項１７】
前記タンクの圧力安全弁によって安全に高圧空気を格納するストレージタンクＩＩと、
ブレーキによって車両の減速からの運動エネルギーを前記ストレージタンクＩＩに格納される加圧空気に変換する回生ブレーキ系とを備え、
前記運動エネルギーは、変速機の後に配置されるコンプレッサ／ターボの運転から変換され、初めに前記コンプレッサＩＩから圧縮される空気を加圧し、前記ストレージタンクＩＩに更に高圧な空気を生成し、
前記ストレージタンクＩＩ内からの空気は、前記コンプレッサ／ターボユニットを流れ、必要に応じて全空力又は部分空力による車両として前記車両を始動及び／又は加速するエネルギーを生成する、前記ブレーキ系からエネルギーが回収される請求項２に記載の空気式ハイブリッドターボ変速機。
【請求項１８】
前記コンプレッサ／ターボユニットは、前記車両にブレーキがかかることからコンプレッサとして作動し、前記タービンは動力を生成して前記車両を始動又は動作させ、
前記コンプレッサ／ターボユニットは、遠心式、置換式、油圧ポンプ式又は均等物の群から選択され、前記コンプレッサ／ターボユニットは、遊星ギアセット、サンギア及びキャリアリングによって前記車両に接続され、前記ユニットが係合しないか、あらゆる係合に使用される場合に、前記コンプレッサの前進運転と、前記タービンの反転運転と、ニュートラル運転をもたらし、
電気制御及び油圧制御によって、ユーザーの操作に基づいて前記車両のブレーキと車両制御との間で連携する、請求項１８に記載の空気式ハイブリッドターボ変速機。
【請求項１９】
高圧空気を格納するストレージタンクＩＩと、
ブレーキによって車両の減速からの運動エネルギーを前記ストレージタンクＩＩに圧力安全弁によって安全に格納される加圧空気に変換する回生ブレーキ系とを備え、
ブレーキペダル又は前記車両の車両制御ユニットによって操作されるバルブを有する導管を通して、前記運動エネルギーは、変換され、変速機の後に配置されるコンプレッサＩＩＩを回転し、初めに前記コンプレッサＩＩから圧縮される空気を加圧し、前記ストレージタンクＩＩに更に高圧な空気を生成し、
アクセルペダル又は前記車両の車両制御ユニットによって操作される絞り弁を有する導管を通して、前記ストレージタンクＩＩからの高圧力が第１のタービンエンジンに伝送され、
前記車両が必要に応じて全空力又は部分空力による車両として動作し、
電気制御及び油圧制御によって、ユーザーの操作に基づいて前記車両のブレーキと車両制御との間で連携する前記ブレーキ系からエネルギーが回収される、請求項２に記載の空気式ハイブリッドターボ変速機。
【請求項２０】
圧力安全弁によって安全に高圧空気を格納するストレージタンクＩＩと、
抵抗線に電力を供給し、前記ストレージタンクＩＩ内の空気を加熱して前記ストレージタンクＩＩ内の空気圧を増大させるのに使用される発電機を使用し、ブレーキ時には車両の減速からの運動エネルギーから電気エネルギーに変換する回生ブレーキ系とを備え、
アクセルペダル又は前記車両の車両制御ユニットによって操作される絞り弁を有する導管を通して、前記ストレージタンクＩＩからの高圧力が第１のタービンエンジンに伝送され、
前記車両が必要に応じて全空力又は部分空力による車両として動作し、
電気制御及び油圧制御によって、ユーザーの操作に基づいて前記車両のブレーキ、発電機及び車両制御のなかで連携する前記ブレーキ系からエネルギーが回収される、請求項２に記載の空気式ハイブリッドターボ変速機。
【請求項２１】
後退運転、ニュートラル運転、前進運転をもたらす第１の遊星ギアセット、サンギア、キャリヤ、リングギアと、
最後のタービンと前記第１の遊星ギアとの間に配置される第２の遊星ギアセット、サンギア、キャリヤ、リングギアと、を備える回生ブレーキ系であって、
前記第２の遊星ギアセットの前に配置されるタービン軸が、前記第２の遊星ギアセットの後に配置される前記出力軸と同じ方向に回転し、これにより全タービンがモータとして作動し、
ブレーキが前記タービン軸にかかると、前記第２の遊星ギアセットによって反回転し、これにより前記全タービンがポンプとして作動し、
前記ブレーキがかかると、バルブが開いた導管を介してストレージタンクＩＩに低圧空気に送り込み、
ブレーキによって車両の減速からの運動エネルギーを前記ストレージタンクＩＩに圧力安全弁によって安全に格納される加圧空気に変換する、
回生ブレーキ系を備え、
前記運動エネルギーは変換され、変速機に配置される前記タービンを反回転させ、ブレーキペダル又は前記車両の車両制御ユニットによって開けられるバルブを有する導管を通して、排気からの空気を前記ストレージタンクＩＩに更に高圧な空気に加圧し、
アクセルペダル又は前記車両を加速するか動作させる車両制御ユニットによって操作される絞り弁を有する導管を通して、前記ストレージタンクＩＩからの高圧力が前記第１のタービンに伝送され、
前記車両が必要に応じて全空力又は部分空力による車両として動作し、
電気制御及び油圧制御によって、ユーザーの操作に基づいて前記車両のブレーキと車両制御との間で連携する、請求項２に記載の空気式ハイブリッドターボ変速機。
【請求項２２】
前記ストレージタンクＩＩに配置され、前記ストレージタンクＩＩ内の空気を加熱し、前記ストレージタンクＩＩ内の空気圧を増大させ、前記車両を始動するか加速するのに使用する抵抗線又は第２の抵抗線に接続する外部電源及び／又は前記車両のバッテリーへの電気接続を更に備える、請求項２に記載の空気式ハイブリッドターボ変速機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００８年１１月２日に提出した米国特許同時係属出願第１２／２６９，２６１号の一部継続出願、２００９年１月８日に提出した国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ０９／３２１１８号であり、その全体を引用して本願明細書の一部をなす。
【０００２】
本発明は、車両のエネルギー消費の改善に関する。本発明は冷却系、排気系、ラム圧及びブレーキ系からエネルギーを回収する多目的ユニット（ＭＰＵ）である。
【背景技術】
【０００３】
関連技術の説明には、米国特許法規則第１．９７条及び第１．９８条に基づいて開示する情報を含める。
【０００４】
ほとんどの車両では、車両を駆動するのに２４％、冷却系を駆動するのに２４％、排気系を駆動するのに３３％のエネルギーが使用され、残りのエネルギーは、熱放射、エンジン摩擦、その他の損失に費やされる。
【０００５】
ＭＰＵは、放熱からラム圧を得、ＭＰＵでそのエネルギーを使用することによってエネルギーを冷却系から回収する。
【０００６】
ＭＰＵは、ＭＰＵに排気ガスを戻し、それを利用することによって排気ガスから回収したエネルギーを使用する。シリンダから排出される排気ガスは、高圧高温である。ＭＰＵに排気を戻すことによって、ＭＰＵは、熱及び圧力の一部を回収し、それを動力に変換することができる。
【０００７】
ＭＰＵはブレーキ系から回収したエネルギーを使用することができる。
【０００８】
ＭＰＵは、車両にとって損失となる圧力としてより寧ろ有用な圧力としてラム圧を使用することによって車両設計の概念を変える。車両の前面領域は、ラジエータの前に拡がっており、ＭＰＵに多くの空気を導入し、抵抗係数を減少させる。このような変化は空力車の新しい概念をもたらす。
【０００９】
ＭＰＵは、高温高圧力下で排気ガスとラムエアからの新鮮な空気とを混ぜることによって、排気汚染を大幅に減らす。
【００１０】
触媒コンバータを除去すれば、コスト及び、触媒コンバータを通過する排気ガスから損失するエネルギーは更に減少する。
【００１１】
第１のストレージタンクは、スーパチャージャとしてエンジンに使用され、エンジンを始動する。第２のストレージタンクは、ブレーキ系やプラグイン電源からのエネルギーを貯蔵するのに使用される。
【００１２】
第２のストレージタンクは、高圧空気を供給する圧縮空気供給源及び、車両、建設用工具のサスペンション系やブレーキ系などの他の用途に使用可能である。
【００１３】
多目的ユニット（ＭＰＵ）には、本願の発明者による特許文献１、特許文献２、及び特許文献３に示し、記載される多段タービンを使用する自動変速機がある。
【００１４】
ラジアルエンジンは、本願の発明者による先行する特許文献４に示し、記載されている。
【００１５】
いくつかの製品及び特許がある。そのような製品を網羅する特許の典型的な実施例を本願明細書に開示する。
【００１６】
２００７年５月２４日に公開されたＷａｌｔ  Ｆｒｏｌｏｆｆらによる特許文献５は、圧縮空気と、従来のインテークマニホールドから送出される空気とを混ぜる空気式ハイブリッド汎用エンジンを開示している。この出願では、空気は、必要に応じてシリンダに直接噴射するコンプレッサによって圧縮される。この出願では、ストレージタンクからの圧縮空気を使用するが、空気はラムエア系から圧縮されず、車両の前進速度によってマニホールドへの空気の一部を圧縮する。
【００１７】
２００７年１０月４日に公開されたＪｏｈｎ  Ｍ．Ｌｏｅｆｆｌｅｒによる特許文献６は、二重動力補助油圧系を備える油圧エネルギー回収システムを開示している。この特許では、蓄えた油圧を使用して車両の車輪を回転させる。ガス動力エンジンを使用し、必要に応じて油圧油を圧縮して車両を動作させ、油圧動力系統を支援する。この種類のシステムは、ごみ収集車や土木装置などの大型の油圧系統を備える車両に使用するのが理想である。この種類のシステムは、自動車を推進する１つの方法を提供するが、ラムエア系からの空気を使用しておらず、エネルギーを保存する回生ブレーキも使用していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】米国特許出願第１２／１４５，４６９号明細書
【特許文献２】米国特許出願第１２／４２１，２８６号明細書
【特許文献３】米国特許出願第１２／２６９，２６１号明細書
【特許文献４】米国特許出願第１２／２３８，２０３号明細書
【特許文献５】米国特許出願第２００７／０１１３８０３号明細書
【特許文献６】米国特許出願第２００７／０２２７８０１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
必要とされるものは、自動車の前部に入り込む空気を用いて、損失エネルギーを蓄えるインテークマニホールド、油圧式及び空圧式のストレージで使用される空気を圧縮することを含む複数のさまざまなエネルギー保存方法を用いる空気式ハイブリッドターボ変速機である。係属中の本願は、エネルギー損失を減らし、排気汚染を減らす解決法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本願の目的は、多目的ユニット（ＭＰＵ）が第２のエンジン、スーパチャージャ、圧縮空気ストレージタンク、エアコンプレッサ、エンジンスタータ、触媒コンバータ及び自動変速機として作動する空気式ハイブリッドターボ変速機を提供することである。この多目的ユニット（ＭＰＵ）は、排気汚染をほぼゼロにし、車両の抵抗係数を減少させる。
【００２１】
多目的ユニットは、内燃機関（ＩＣＥ）などの動力源から自動変速機として作動するタービン又は多段タービンに動力を伝送する２つ以上のインラインコンプレッサを備える。
【００２２】
空気式ハイブリッドターボ変速機系は、第２の動力源としてプラグイン電源又は外部電源を使用する。
【００２３】
本発明のさまざまな目的、特徴、態様及び利点が、本発明の好適な実施形態に関する以下の詳細な説明と、類似の符号が類似の構成要素を示す添付の図面から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】空気式ハイブリッドターボ変速機の第１の好適な実施形態のブロック図である。
【図２】第１の好適な実施形態の空気式ハイブリッドターボ変速機内のエネルギーのＴ−Ｓ図である。
【図３】ラジアルエンジンを備える空気式ハイブリッドターボ変速機の第２の好適な実施形態のブロック図である。
【図４】第２の好適な実施形態の空気式ハイブリッドターボ変速機内のエネルギーのＴ−Ｓ図である。
【図５】速度範囲にわたる空気抵抗と転がり抵抗との関係を示すグラフである。
【図６】コンプレッサ／ターボユニットを備える空気式ハイブリッドターボ変速機の第３の好適な実施形態のブロック図である。
【図７】コンプレッサ／ターボユニットを備える空気式ハイブリッドターボ変速機の第４の好適な実施形態のブロック図である。
【図８】コンプレッサユニットを備える空気式ハイブリッドターボ変速機の第５の好適な実施形態のブロック図である。
【図９】コンプレッサユニットを備える空気式ハイブリッドターボ変速機の第６の好適な実施形態のブロック図である。
【図１０】発電機を備える空気式ハイブリッドターボ変速機の第７の好適な実施形態のブロック図である。
【図１１】発電機を備える空気式ハイブリッドターボ変速機の第８の好適な実施形態のブロック図である。
【図１２】外部ユニットを備えていない空気式ハイブリッドターボ変速機の第９の好適な実施形態のブロック図である。
【図１３】外部ユニットを備える空気式ハイブリッドターボ変速機の第１０の好適な実施形態のブロック図である。
【図１４】通常運転時のラジアルエンジン及び高圧ストレージを備える空気式ハイブリッドターボ変速機のブロック図である。
【図１５】ラジアルエンジン及びブレーキ時に使用される高圧ストレージを備える空気式ハイブリッドターボ変速機のブロック図である。
【図１６】３段ギア式のターボ変速機のシステム曲線を示す図である。
【図１７Ａ】３段ギア切り換え時それぞれの３段ギア式のターボ変速機と、流体の流れを示す図である。
【図１７Ｂ】３段ギア切り換え時それぞれの３段ギア式のターボ変速機と、流体の流れを示す図である。
【図１７Ｃ】３段ギア切り換え時それぞれの３段ギア式のターボ変速機と、流体の流れを示す図である。
【図１７Ｄ】３段ギア切り換え時それぞれの３段ギア式のターボ変速機と、流体の流れを示す図である。
【図１８】５段ギア式のターボ変速機のシステム曲線を示す図である。
【図１９】３段ギア式のターボ変速機の垂直断面図である。
【図２０】５段ギア式のターボ変速機の垂直断面図である。
【図２１】ラムエア入力コンプレッサ及びラジアルエンジンを備える３段ギア式のターボ変速機の垂直断面図である。
【図２２】２つの遊星ギアセットの垂直断面図である。
【図２３】１つの遊星ギアセットの垂直断面図である。
【図２４】クーリングフィンを有する１つの楕円クランクに８つのシリンダを備えるエンジンの断面略図である。
【図２５】バルブが閉じた状態のターボ変速機の１つのタービンの正面断面図である。
【図２６】バルブが開いた状態のターボ変速機の１つのタービンの正面断面図である。
【図２７】速度タービンを被駆動軸に接続する一方向オーバーランニングクラッチ又はローラクラッチの部分斜視図である。
【図２８】速度タービンを被駆動軸に接続する多板クラッチの部分斜視図である。
【図２９】ターボ変速機に使用される多板クラッチの垂直断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、空気式ハイブリッドターボ変速機の第１の好適な実施形態のブロック図である。図２は、図１のブロック図に示す空気式ハイブリッドターボ変速機内のエネルギーのＴ−Ｓ図である。車両が前進すると、抵抗が発生する車両前部に空気が入り込む。好適な実施形態では、空気は車両１の前部に入り込む。ラム圧２を発生させる車両に空気が入り込むと、ラム圧４７は加圧される。ラム圧２は、空気が加熱される車両ラジエータ１８を通過する。図２のグラフでは、垂直軸上に温度が上昇し、対応する符号とともに温度及び動力回収を示している。
【００２６】
ラジエータ１８には、ラジエータ１８の後に空気３を回収するフード１９があり、ラジエータ１８からエネルギーＱ１が回収される。ラジエータ３の後の気流はコンプレッサ（Ｉ）４８に入る。コンプレッサ（Ｉ）４８が操作ユニット又はエンジン２０によって駆動され、ラジエータ１８からの空気３の初期圧縮を実施し、コンプレッサ（Ｉ）４８を回転２６する。コンプレッサ（Ｉ）からの圧縮空気の一部を操作ユニットに戻してエンジン８に過給し、コンプレッサ（Ｉ）４からの圧縮空気の残りは、操作ユニット２０から排気に混ぜられ、コンプレッサ（ＩＩ）４９に入る。操作ユニット２０は排気を生成し、運転から熱及び圧力を生成し、排気は操作Ｑ２として回収され、コンプレッサ（Ｉ）４からの空気の一部に混ぜられ、コンプレッサ（ＩＩ）に入る。
【００２７】
混ぜた排気と圧縮したラムエア５は、操作ユニット２０によって駆動するコンプレッサ（ＩＩ）４９に入り、更に圧縮６される。コンプレッサ（ＩＩ）７の後の圧縮空気は、車両を動かす出力軸９０を回転させるタービン５０に入る。タービン９の後の空気は、大気に排出される。
【００２８】
図３は、空冷ラジアルエンジン２３を用いる空気式ハイブリッドターボ変速機の第２の好適な実施形態のブロック図である。図４は、空気式ハイブリッドターボ変速機内のエネルギーのＴ−Ｓ図である。車両が前進すると、抵抗が発生する車両前部に空気が入り込む。好適な実施形態では、空気は車両１の前部のラムエアに入り込む。ラム圧２を発生させる車両に空気が入り込むと、ラム圧４７は圧縮される。ラム圧２はコンプレッサ（Ｉ）４８を通過し、次に圧縮空気４４はラジアルエンジン２３の空冷系に入る。出力空気１４４はエンジンからの排気に混ざる。混合空気４３はコンプレッサ（ＩＩ）４９に入る。
【００２９】
空気１は車両の前部に入り込む。エンジン２３は一般に用いる入力軸２６によってコンプレッサ（Ｉ）４８及びコンプレッサ（ＩＩ）４９を回転させる。コンプレッサ（ＩＩ）４９の後のガス又は空気４５は、車両を動かす出力軸９０を回転させるタービン５０に入る。タービン５０の後の空気は、大気に排気４６される。
【００３０】
図５は、速度範囲にわたる空気抵抗と転がり抵抗との関係を示すグラフである。好適な実施形態では、転がり抵抗は地面を回転する車輪によって引き起こされる。空気抵抗は、車両の速度に応じて大幅に変化する。ラムエア圧を用いれば、空気抵抗として車両への衝撃を引き起こすこととは対照的に、この抵抗により車両内の有効仕事が取り出される。
【００３１】
図６〜１３では、車両が前進すると、空気はラムエアとして車両の前部に入り込む。ラム圧２は、空気が加熱される車両ラジエータ１８を通過する。加熱したラムエア３を捕捉するために、ラジエータ１８の周りに側板１９を配置し、空気式ハイブリッドターボエンジン５７に加熱空気を誘導する。燃焼機関などの操作ユニット２０は、入力軸２６、コンプレッサ（Ｉ）４８、圧縮加熱したラムエアとともに回転する。
【００３２】
コンプレッサ（Ｉ）４８の後の圧縮空気の大部分は、第２のコンプレッサ（ＩＩ）４９に送気される。コンプレッサ（Ｉ）４８の後の圧縮空気１１の一部は、チェックバルブ４２を通過し、クーリングフィンを備える第１のストレージタンク１６に入る。バルブ４１が、第１のストレージタンク１６からの空気を通し、圧縮空気１２が操作ユニット２０（ＩＣＥ）に入り、操作ユニット２０（ＩＣＥ）の動作を促進する。エンジンが作動するとバルブ４１は開き、他の状態ではバルブは閉じる。操作ユニット２０からの排気１０は、コンプレッサ（Ｉ）４８とコンプレッサ（ＩＩ）４９との間の空気式ハイブリッドターボエンジン５７に戻され、新鮮な空気と排気が混ざる。
【００３３】
図６、８、１０及び１２は、排気ガスはタービン５０の後で大気に放出されること、及びタービン５０の後には典型的な変速機５６があることを示す。図７、９、１１及び１３は、排気ガスが、多段タービン変速機の後にすずに吸収させてから大気に放出され、多段タービン変速機は本願の発明者の先行出願の米国特許出願第１２／１４５，４６９号明細書及び米国特許出願第１２／４２１／２８６号明細書で示され、車両の車輪を回転させる多段変速機として動作する。
【００３４】
図６及び７は、ブレーキ系５９からのエネルギー回収に用いるコンプレッサ／ターボユニットを備える空気式ハイブリッドターボ変速機の第３及び第４の好適な実施形態のブロック図を示し、ブレーキ系５９には、外部（プラグイン）電力を使用する巻線抵抗器１００を備えるストレージタンク（ＩＩ）１７が含まれる。コンプレッサ／タービンユニット８８が遊星ギアセット８６に接続される。足を使ってブレーキが操作され、バルブ９４及び９２が開いて、バルブ８９及び９７が閉じると、ユニット８８はコンプレッサとして作動する。コンプレッサ（ＩＩ）からの空気圧は、コンプレッサ（ＩＩＩ）、ユニット８８に送気され、ストレージタンク（ＩＩ）に送気される空気を再び圧縮する。加速モードでは、バルブ９４及び９２が閉じ、バルブ８９が開く。絞り弁９７は、アクセルペダル又は車両の制御ユニットによって開く。ユニット８８は、タービンとして動作し、ストレージタンク（ＩＩ）１７からの高圧空気を使用し、回転動力を生成して出力軸９０を回転する。
【００３５】
図８及び９は、ブレーキ系５９から戻されるエネルギーの第２の好適な実施形態を示し、ブレーキ系５９は、外部プラグイン電力の抵抗線１００を有するストレージタンク（ＩＩ）１７を備える。圧縮装置（ＩＩＩ）８７が、係合可能な連結器８６によって出力軸９０に接続される。ユーザーがブレーキペダルに係合すると、係合可能な連結器８６はコンプレッサユニット（ＩＩＩ）８７を作動させる。ブレーキペダルの操作によって、送気管１３７のバルブ７９が開き、バルブ９７は閉じる。コンプレッサ（ＩＩ）の後の圧縮空気は、コンプレッサ（ＩＩＩ）８７の入口に導管１３７、そしてバルブ７９を介して送気される。コンプレッサの出口からの気流は、コンプレッサ（ＩＩＩ）８７から導管１３８のチェックバルブ９３を介してストレージタンク（ＩＩ）１７に流れる。車両を加速又は動作させるためには、タンク（ＩＩ）１７からの圧縮空気は、絞り弁９７を開け、バルブ７９を閉じ、出力軸８６からコンプレッサ軸を解放することによってタービン５０に戻される。
【００３６】
図１０及び１１は、ブレーキ系５９からエネルギー回収系の第３の好適な実施形態を示し、外部プラグイン電力の巻線抵抗器１００と発電機９８からの巻線抵抗器９９を有するストレージタンク（ＩＩ）１７を備える。発電機９８は、フットペダルから操作され、電力を発生させ、電力は、ワイヤ９５を介してタンク１７内の巻線抵抗器９９に伝送される。タンク内の温度と圧力が上昇し、絞り弁９７は閉じる。車両を加速するか動作させるためには、タンク１７からの圧縮空気は、絞り弁９７を開けることによってタービン５０に戻される。車両が停止し、エンジンが稼働しない場合を除き、バルブ９６は常に開いている。
【００３７】
図１２、１３、１４及び１５は、ブレーキ系５９からのエネルギー回収系の第９及び第１０の好適な実施形態を示し、ブレーキ系５９は、外部プラグイン電力の巻線抵抗器１００を有するストレージタンク（ＩＩ）１７を備え、図２２に示す遊星ギアセット１２０を牽引する。第１のギアセットは、運転モードに使用され、第２のギアセットは、ターボ変速機のタービン５０又はマルチタービンに使用される。第２のギアが前進モードに設定される場合、タービンはモータとして作動する。第２のギアが後退モードに設定される場合、タービンはコンプレッサとして作動する。ブレーキペダルが押下されるとブレーキ系はブレーキモードで作動し、第２のギアセットが後退モードに設定され、バルブ７９は開き、絞り弁９７は閉じる。コンプレッサ４９と複数のコンプレッサ５０からの高圧空気は、ストレージタンク（ＩＩ）に送気される。加速モードでは、車両を加速又は動作させるために、ストレージタンク（ＩＩ）１７からの圧縮空気は、第２のギアセットを前進のモードに変え、アクセルペダルによりバルブ７９を閉じて絞り弁を開けることによってタービン５０に戻される。
【００３８】
図１６はターボ変速機のシステム動力曲線を示す。左側の垂直軸７１はポンプの落差（ｆｔ）である。右側の垂直軸７３は出力軸上のタービンのトルク（ｌｂ−ｆｔ）である。上側の水平軸７０はタービンの速度Ｎを毎分回転数（ｒｐｍ）で示す。下側の水平軸７２はポンプ又はタービンの体積流量Ｑをガロン／分（ＧＰＭ）で示す。実線の曲線７４は、さまざまなＮ、ｒｐｍでのポンプのシステム曲線を示す。破線の曲線７５は、タービンのシステム曲線を示す。このような曲線から、第１のギアの曲線７６は、作動中の第１のギアを示し、タービン１（Ｔ１）、タービン２（Ｔ２）及びタービン３（Ｔ３）を示す。第２のギアの曲線７７は、作動中の第２のギアを示し、タービン１（Ｔ１）及びタービン２（Ｔ２）を示す。第３のギアの曲線７８は、作動中の第３のギアを示し、タービン１（Ｔ１）を示す。タービン及びギアに関しては、図１７Ａ〜１７Ｄに更に詳細に記載する。
【００３９】
図１７Ａ〜１７Ｄは、３段ギア式のターボ変速機と、タービンを流れる気流を示す。図１３Ｄに示す図は、３つのソレノイドの動作によって３つのタービンに気流が流れることを示している。ソレノイドは、ＯＮ又はＯＦＦを示し、動作したり動作しなかったりすることによって、ポンプ４８、４９からタービン５１〜３に気流を流したり流さないようにする。いずれかのソレノイド弁がＯＮ（閉じている）である場合、ソレノイド弁には流れはなく、ソレノイド弁がＯＦＦ（開いている）である場合、ソレノイド弁には流れがある。図１３Ａはソレノイド１がＯＦＦであり、ソレノイド２及び３がＯＮである場合の第３のギアを示す。入力軸２６が、タービン（Ｔ１）５１に出力流２５を供給するポンプ４８、４９を回転させる。ソレノイド２及び３がＯＮのため、タービン（Ｔ２）５２又は（Ｔ３）５３には流れはない。これらのタービンのローラクラッチによって、タービンが出力軸９０で自由に回転することができる。図１３Ｄはソレノイド３がＯＦＦであり、ソレノイド１及び３がＯＮである場合の第２のギアを示す。入力軸２６が、タービン（Ｔ１）５１及び（Ｔ２）５２に出力流２５を供給するポンプ４８、４９を回転させる。ソレノイド２がＯＦＦのため、気流はタービン又は（Ｔ３）５３には流れはない。このタービンのローラクラッチによって、タービンが出力軸９０で自由に回転することができる。図１３Ｃはソレノイド３がＯＦＦであり、ソレノイド１及び２がＯＮである場合の第１のギアを示す。入力軸２６が、タービン（Ｔ１）５１、（Ｔ２）５２及び（Ｔ３）５３に出力流２５を供給するポンプ４８、４９を回転させる。タービンからの排気ガス２４は、大気に放出される。
【００４０】
図１８は、５段ギア式のハイブリッドターボ変速機のシステム曲線を示す。この図に示す変速機は、図１６に示して記載する３段式変速機とほぼ同じである。
【００４１】
図１９、２０に示すターボ変速機は、本願の発明者の係属中の米国特許出願第１２／１４５，４６９号明細書及び米国特許出願第１２／４２１，２８６号明細書に示すターボ変速機とほぼ同じであり、冷却系からの送気管３と、コンプレッサ（Ｉ）の後からエンジン、ストレージタンクへと入るエアコンプレッサ管１１と、エンジンからの排気管１０とを更に備える。このほかに、タービンの後の空気は、変速機の端部で排気される点が異なる。コンプレッサ（ＩＩ）の後の空気が、ストレージタンク（ＩＩ）に出たり入ったり１４３することができる。
【００４２】
図１９は、３段ギア式のターボ変速機の垂直断面図である。ターボ変速機は、本質的には丸形であり、この図の上部に示す構成要素をこの図の底部にも示す。図１９及び２０は、ターボ変速機の周りに３セットのバルブの断面図を示し、この３セットには、それぞれ８つのバルブがあり、バルブが８つより多くても少なくても使用できることが想定される。回転軸受２７、２８及び２９は、さまざまな入力２６軸と出力９０軸を支持し、動力は、入力軸２６、ポンプ、ターボ変速機、出力軸９０及び９１に伝達される。１又は複数のスラスト軸受３３が、受けるスラストからタービンを適切な位置に維持する。動作中、入力軸２６はモータなどによって回転する。入力軸２６が回転することにより、ポンプ４８、４９を回転させる。流れ３７の一部が、バルブ６１〜６３を制御するソレノイド８１〜８３を操作するのに使用され、タービン５１〜５３の１又は複数を回転させる。バルブ６１〜６３は、ばね６９によって開いた状態で維持される。
【００４３】
最初に、ポンプ４８、４９からの出力流２５は、タービン５１に対して押し進み、このタービンを起動する。タービン５１からの出力流は、ノズル１１２を通ってタービン５２に送気され、このタービンを起動する。次に、ノズル１１３に通ってタービン５３に送気され、このタービンを起動し、流れ２４によって空気を大気に放出する。ポンプ４９の後の圧力は、ノズル１１２の圧力より大きくなる。流体が各タービンに流れるにつれて、連続するタービンのそれぞれの圧力は徐々に低下する。具体的には、ノズル１１２の圧力がノズル１１３の圧力より大きく、ノズル１１３の圧力はタービン５３の後に圧力より更に大きくなる。
【００４４】
この図では、バルブ８２が閉じていることから、流れ３７がバルブ８２及び８３のみを通ることを示す。ソレノイド８２及び８３を通った流れは、次にバルブ６１及び６２に流れ、開口部に流れないようにする。出力流はノズル１１２及び１１３を通り、それぞれのタービンを回転させる。タービン５２及び５３が、軸部を回転させる一方向クラッチ１０１及び１０２によって軸部に接続され、タービンには流れがあるか、不十分に流れがある場合は、軸部でタービン５２及び５３を自由回転させる。走行モードで使用される遊星ギアセット１１９／１２０が、ターボ変速機の後の出力軸９１上に位置する。パーキングギアと車速センサは出力軸９１上に位置する。
【００４５】
図２０は、５段ギア式のターボ変速機の垂直断面図である。この図に示す変速機は、図１９に示す変速機とほぼ同じである。主な違いは、このターボ変速機には５段ギア式変速機をシミュレートする５つのタービンがあるという点である。ポンプ４９からの出力流２５は、ソレノイド８１〜８５とタービンに流れる。この図では、ソレノイド８３はＯＦＦであることからバルブ６３は開いている。このバルブ６３が開いているとき、大気に流れ２４が放出される。残りのバルブ６１、６２、６４及び６５は閉じると、流れ２４を出力する開口部には流れない。この図では、タービンは一方向クラッチ１０１〜１０４によって軸部９０に接続される。タービンを通る流れによって、タービンを起動し、クラッチを係合する。
【００４６】
図２１は、３段ギア式ハイブリッドターボ変速機の垂直断面図を示し、ラムエアがラジアルエンジン２３の前の第１のコンプレッサ（Ｉ）４８に入り、圧縮空気が、エンジンからの排気ガスに混ぜられた後に、ラジアルエンジン２３の空冷系からコンプレッサ（Ｉ）４９に流れる以外は、図１９に示して記載する変速機とほぼ同じである。エンジン２３は、本願の発明者の先行出願の米国特許出願第１２／２２８，２０３号明細書に開示されている。
【００４７】
図２２は、２つの遊星ギア装置１２０の垂直断面図を示している。第１のギアセットは、運転モードで使用され、多板クラッチ３２を係止する。後退モードでは、ブレーキバンド１２７が係止される。ニュートラルモードでは、多板クラッチ３２とブレーキバンド１２７が自由な状態であり、この系には、多板クラッチ３２、遊星ギアキャリヤ３５、遊星ギア１０７、サンギア１０８及び一般にみられるリングギア１２６に対して押すピストン１０９がある。リングギア１２６には、リングギア１０５が一方向にのみ回転される一方向クラッチがある。第２の遊星ギアは、前進モードに使用され、多板クラッチ３２を係止することによってタービンがモータとして作動する。後退モードでは、ブレーキがかけられると、タービンはポンプとして作動する。ブレーキバンド１２８を係止し、円板クラッチ３２を解放することによって、後退モードは実行される。
【００４８】
図２３は、１つの遊星ギアセット１１９の横断面図を示し、図２２に示して開示する第１のギアとほぼ同じである。
【００４９】
図２４は、クーリングフィンを有する１つの楕円クランクに８つのシリンダを備えるラジアルエンジンの断面略図である。このようなシリンダの構成要素は、本願の発明者の係属中の米国特許出願第１２／２２８，２０３号明細書に記載するものとほぼ同じであり、シリンダ２３０は軸受２４４を介して固定ピストンアームに接続され、駆動軸３３１を回転させる楕円クランク３３０に接続される内部ピストン２４０を備える。燃料噴射装置２７０及びスパークプラグ２７１はシリンダの先端又は頭部に存在している。各ピストン２４０には、軸受を介し、駆動軸３３１を回転させる楕円クランク３３０に接続するピストンアーム４１がある。シリンダは、要望、必要性又は使用法に基づいて、エンジンシリンダと圧縮シリンダとの間で選択されるさまざまな種類のシリンダを混ぜてもよい。冷却翼２０１は、シリンダ間に配置され、エンジンを冷却する。
【００５０】
図２５は、バルブが閉じた状態のターボ変速機の１つのタービンの正面断面図である。図２６は、バルブが開いた状態のターボ変速機の１つのタービンの正面断面図である。ターボ変速機の周りに８つのバルブ６２ａ〜６２ｈが存在していることを示しているが、バルブが８つより多くても少なくても使用できることが想定される。図２５では、ソレノイド８２が開いており、全バルブ６２ａ〜６２ｈに流れが入り、バルブを押して閉じる。この配置では、タービン５２（図示せず）の後の開口部から流れが遮断される。図２６では、ソレノイド８２は閉じており、全バルブ６２ａ〜６２ｈから流れが遮断されることから、タービン５２（図示せず）の後に開口部に流れ３９が通るようになる。図２６では、ばね６９はバルブを開いた状態に維持することを示している。
【００５１】
図２７は、速度タービンを被駆動軸に接続する一方向オーバーランニングクラッチ又はローラクラッチの部分斜視図を示す。この図は、軸部９０の周りで接続される複数のドグ又はスプラグ１３０を使用する一方向クラッチの想定される実施形態を示す。タービン１３２が一方向に回転すると、ドグ又はスプラグ１３０は、軸部９０に把持して軸部を回転させる。タービン１３２が停止するか、逆方向に回転１３３すると、ドグ又はスプラグは、軸部を解放し、軸部９０でタービンを自由に回転させる。ドグ又はスプラグを示して記載したが、このほかにも多くの一方向クラッチ又は軸受が均等に動作することが想定される。
【００５２】
図２８は、速度タービンを被駆動軸に接続する多板クラッチの部分斜視図である。図２９は、ターボ変速機に使用される多板クラッチの垂直断面図である。図２８は、軸受１３１を介して多板クラッチ板３２に接続される軸部９０を示す。図２３は、多板クラッチパック３２を詳細に示す。この構造は、ポンプから出る出力流２５の圧力を用い、出力流２５を開口部１３８に流し、ピストン１３９を押し、円板クラッチ１４１を係止する。動作するクラッチ板には、出力軸９０で回転運動１３３させるタービン羽根１３２がある。開口部１３８に入る出力流２５のほかにも、ノズル１４０を通る流れがある。
【００５３】
図２９は、軸受１３１によって出力軸部９０に接続される多板クラッチを備えるタービンの部分断面図を示す。タービンの前後の圧力差が、タービンを回転させ、多板クラッチを係止するのに十分あれば、動力は出力軸部９０に伝達する。圧力２５は、タービン１３２を回転させ、開口部１３８を通過し、これにより円板クラッチ１４１に対してピストン１３９を押し、出力軸部９０にタービンを係止する。
【００５４】
このように、空気式ハイブリッドターボ変速機の特定の実施形態を開示してきた。しかし、本願明細書の発明概念から逸脱することなく、このように記載したもの以外に多くの改変が可能であることは、当業者には明らかである。このため、本発明の主題は、本願の特許請求の範囲以外には制限を受けない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2011525580.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2011525580.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2011525580.tif 000017
【図１６】
2011525580.tif 000018
【図１７Ａ】
2011525580.tif 000019
【図１７Ｂ】
2011525580.tif 000020
【図１７Ｃ】
2011525580.tif 000021
【図１７Ｄ】
2011525580.tif 000022
【図１８】
2011525580.tif 000023
【図１９】
2011525580.tif 000024
【図２０】
2011525580.tif 000025
【図２１】
2011525580.tif 000026
【図２２】
2011525580.tif 000027
【図２３】
2011525580.tif 000028
【図２４】
2011525580.tif 000029
【図２５】
2011525580.tif 000030
【図２６】
2011525580.tif 000031
【図２７】
2011525580.tif 000032
【図２８】
2011525580.tif 000033
【図２９】
2011525580.tif 000034
【国際調査報告】
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