(57)【要約】変速機を改良して、動力源から操作ユニットに動力を伝送する。ポンプは、動力源から入力したエネルギーを流体または気体に伝送する。第１のタービンは、出力軸に固定され、複数の別のタービンが一方向オーバランニングクラッチまたは多板クラッチに固定される。このようなクラッチは、出力軸に固定され、各タービンの後には、流体または気体を排出するマルチバルブが備わる。全多段タービンの後では、第１の遊星ギアセットによって、車両または操作ユニットに変速機を接続する。第２の遊星ギアセットは、最後のタービンと第１の遊星ギアセットの間に配置される。ブレーキ時では、遊星ギアセットは、タービンの方向を反転させ、タービンをポンプに変え、高圧アキュムレータに低圧流体がポンプで送り込まれる。【選択図】図８
2011525598.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体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入力する入力軸と、
少なくとも１つのポンプに連結され、動力源から流体、次に多段タービンにエネルギーを伝送する入力軸と、
その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、
第１のタービンの後に直列に配置され、少なくとも１つの一方向オーバランニングクラッチまたは多板クラッチによって出力軸に回転可能に固定され、それぞれから出力軸に接続される少なくとも１つの第２のタービンと、
低圧流体を格納する少なくとも１つのストレージタンクと、
各タービンの後に配置され、開くと各タービンの後で流体を放出し、閉じると第２のタービンまたはそれ以降のタービンに流れを通す複数のバルブとを備え、
一方向オーバランニングクラッチがいずれも、第１のタービンと同じ方向に係止され、一方向オーバランニングクラッチによって出力軸に個別に接続される複数のタービンによって自由回転し、出力軸への感知できる抵抗なしに反対方向に回転可能であり、
タービンの前後の圧力差が、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または多板クラッチを係止するか、出力軸に動力を伝送するのに十分な場合に、タービンは動力を伝送して、
動力源から操作ユニットにエネルギーを伝送する構成である
ことを特徴とする油圧式ハイブリッドターボ変速装置。
【請求項２】
対応するソレノイドの制御下で開閉し、入力軸と出力軸の駆動比を変化させるバルブのセットが更に備わる
請求項１に記載の油圧式ハイブリッドターボ変速装置。
【請求項３】
各タービンの間にノズルが配置され、他のタービンまたはいずれかの開放弁に流体を送出する
請求項１に記載の油圧式ハイブリッドターボ変速装置。
【請求項４】
開放弁の前のタービンがいずれも、回転駆動した状態にあり、バルブの最後の開いたセットの後の全タービンが、流体が流れていないことによって出力軸で自由回転した状態にある
請求項３に記載の油圧式ハイブリッドターボ変速装置。
【請求項５】
各タービンが、羽の大きさ及び／または角度が異なっていて、それによって異なるギア比がもたらされる
請求項１に記載の油圧式ハイブリッドターボ変速装置。
【請求項６】
ソレノイドがいずれも、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３に記載の油圧式ハイブリッドターボ変速装置。
【請求項７】
バルブがいずれも、ソレノイドを介してポンプによって生成される加圧流体により作動する
請求項３に記載の油圧式ハイブリッドターボ変速装置。
【請求項８】
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、リングギアが更に備わる
請求項１に記載の油圧式ハイブリッドターボ変速装置。
【請求項９】
変速機が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に記載の油圧式ハイブリッドターボ変速装置。
【請求項１０】
変速機のタービンの数が、ギアの数に対応し、
変速機には少なくとも２つの変速があり、５つの変速を備える変速機は、タービンのうち５つ及びソレノイドのうち５つを備え、第１のタービンの運転が第５のギアまたはオーバー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に記載の油圧式ハイブリッドターボ変速装置。
【請求項１１】
タービンが一方向オーバランニングクラッチに接続され、それにより、タービンの前後の圧力差が、一方向オーバランニングクラッチを動作させ、出力軸に係合するのに十分な場合に、タービンは動力を伝送し、多段タービンはいずれも、一方向オーバランニングクラッチによって出力軸に個別に接続される
請求項１に記載の油圧式ハイブリッドターボ変速装置。
【請求項１２】
タービンが多板クラッチに接続され、それにより、タービンの前後の圧力差が、多板クラッチを係止し、出力軸に係合するのに十分な場合に、タービンは動力を伝送する
請求項１に記載の油圧式ハイブリッドターボ変速装置。
【請求項１３】
ブレーキ系及びエンジンに接続される少なくとも１つの主ポンプからエネルギーを回収する構成を更に含み、
ブレーキ時に油圧流体を受容して格納し、加速時に高圧流体を変速機の第１のタービンに送出するように構成される高圧アキュムレータと、
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、
第２の遊星ギアセットの前に配置されるタービン軸が、第２の遊星ギアセットの後に配置される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、
ブレーキがタービン軸にかかると、第２の遊星ギアセットによって反回転し、
これにより全タービンがポンプとして作動し、ブレーキがかかると、バルブが開いた導管を介してアキュムレータに低圧流体を送り込み、
回生ブレーキシステムが、車両の減速からの運動エネルギーを高圧アキュムレータに格納される高圧流体に変換し、
高圧流体は、アクセルペダルまたは車両の車両制御ユニットによって操作される絞り弁を備える導管を通して、第１のタービンに伝送され、
車両が必要に応じて全油圧または部分油圧による車両として動作し、
電気制御及び油圧制御が、ユーザーの操作に基づいてブレーキと車両の車両制御との間で連携する
請求項１に記載の油圧式ハイブリッドターボ変速装置。
【請求項１４】
ブレーキ系及びエンジンに接続される少なくとも１つの主ポンプからエネルギーを回収する構成を更に含み、
高圧流体を受容して格納し、高圧流体を変速機の第１のタービンに送出するように構成される高圧アキュムレータと、
車両の減速からの運動エネルギーを高圧アキュムレータに格納される高圧流体に変換する回生ブレーキシステムとを備え、
運動エネルギーは、変速機の後に配置されるポンプを回転し、少なくとも１つのポンプによって初めに加圧された流体を更に加圧してアキュムレータの加圧流体の圧力を更に高くするのに使用され、
アキュムレータからの高圧流体は、アクセルペダルまたは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、第１のタービンのエンジンに伝送され、
通常動作では、少なくとも１つの主ポンプと変速機の後の第２のポンプとの間に配置されるバルブが閉じ、ブレーキがかかると開き、
車両が必要に応じて全油圧または部分油圧による車両として動作し、
電気制御及び油圧制御が、ユーザーの操作に基づいてブレーキと車両の車両制御との間で連携する
請求項１に記載の油圧式ハイブリッドターボ変速装置。
【請求項１５】
主ポンプを通してブレーキ系及びエンジンからエネルギーを回収する構成を更に含み、
圧力下で高圧流体を受容し、高圧流体を変速機の第１のタービンに送出するように構成される高圧アキュムレータと、
車両の減速からの運動エネルギーを高圧アキュムレータに格納される高圧流体に変換する回生ブレーキシステムとを備え、
運動エネルギーは、変速機の後に配置されるポンプ、ポンプ／モータユニットを回転し、変速機の少なくとも１つのポンプによって初めに加圧された流体を加圧してアキュムレータの加圧流体を更に高圧にするのに使用され、
アキュムレータからの高圧流体は、アクセルペダルまたは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、ポンプ、ポンプ／モータユニットのエンジンに伝送され、
通常動作では、少なくとも１つの主ポンプと第２のポンプ、ポンプ／モータユニットとの間に配置されるバルブが閉じ、ブレーキがかかると開き、
車両が必要に応じて全油圧または部分油圧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ブレーキと車両の車両制御との間で連携する
請求項１に記載の油圧式ハイブリッドターボ変速装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００８年６月２４日に提出した米国特許同時係属出願第１２／１４５，４６９号の一部継続出願であり、その全体を引用して本願明細書の一部とする。
【０００２】
本発明は、車両とモータとの間の動力伝達性を改善し、ブレーキ系からのエネルギーを回収する構成に関する。特に、本発明の油圧式ハイブリッドターボ変速機は、入力軸を備え、この入力軸は、動力源及び、入力軸とともに回転するように構成されるポンプに接続される。油圧ポンプは、動力源から入力したエネルギーを流体に伝送する。変速機は、出力軸と多段タービンを互いに一列になるように備える。第１のタービンは、出力軸に固定され、残りのタービンが一方向オーバランニングクラッチまたは多板クラッチに固定され、このようなクラッチは、出力軸に固定され、各タービンの後には、流体または気体を排出するマルチバルブがある。多段タービンの後には、前進駆動（Ｄ）からニュートラル（Ｎ）または後退駆動（Ｒ）に車両の操作を誘導する遊星ギアセットがある。回収したエネルギーは、高圧アキュムレータに格納される。
【背景技術】
【０００３】
通常、今日使用されている自動変速機のほとんどが、複雑なシステムと変速機の重さのせいで燃料消費が高く、経済的に運転する条件を満たしていない。手動変速機及び自動変速機のほとんどが、本質的に機械的であり、変速機の速度やトルクは、一時的に車両または他の手段に必要な速度やトルクに合致しない。変速機は、車両の速度に合致しても、車両に必要なトルクより大きくなるか小さくなるトルクを生成することから、エネルギーの一部が損失する。
【０００４】
油圧式ハイブリッドターボ変速機が、油圧式変速機で、無段変速機であることから、速度とトルクは車両に必要な速度とトルクに合致するようになり、エネルギー損失が少なくなる。
【０００５】
最新の自動変速機は、４つ以上の多板クラッチを使用し、クラッチ板は、目の荒い摩擦材の面を備える。多板クラッチが繋がっていない場合、円板はエンジンまたは変速機の出力で作動することから、各円板は円板ポンプとして作動し、変速機でエネルギーを消費し、熱を生成する。最新の自動変速機及び手動変速機は８つを超えるギアを使用し、ギアが、出力軸や入力軸に係合してもしなくても、作動している場合は、ギアの歯によってポンプとして作用し、変速機でエネルギーを消費し、熱を生成する。本願明細書では、典型的な実施例または油圧式ハイブリッドターボ変速機ユニットが提供される。
【０００６】
油圧式ハイブリッドターボ変速機は、変速機であり、ブレーキ時に回収したエネルギーを蓄える低圧ストレージ及び高圧アキュムレータを使用してエネルギーを回収することができる。
【０００７】
本願の発明者の先行出願である特許文献１は、最初の特徴と機能のいくつかを提供し、本願では、これを更に改善し、精緻化している。
【０００８】
１９５９年６月１６日のＲ．Ｌ．Ｓｍｉｒｌらによる特許文献２と、１９５７年１１月１２日のＭ．Ｐ．Ｗｉｎｔｈｅｒによる特許文献３は、粘性流体が２つの羽根の間で動力を伝送する単段油圧式変速機を開示している。この２つの特許文献は、モータの回転速度を引き起こし、エンジンを駆動輪に接続するトルクコンバータの初期段階を開示している。このような変速機によって動力伝達を開示しているが、多段速度ギアボックスにより単一の速度にのみ制限される。
【０００９】
１９６４年３月９日のＪ．Ｂｏｓｃｈによる特許文献４は、流体変速システムを開示している。流体変速システムは、間隙によって隔てられた２つの対向するタービンを使用する。エンジン速度及び間隙距離は可変であり、モータと従動輪との間の更なる速度変化を提供する。この特許文献は、更に速度を変化させるシステムを開示しているが、変速機には、ギアが１つあるのみで、速度制御の範囲が制限される。
【００１０】
１９７８年７月１８日の特許文献５は、入力軸とギア系との間に流体力学的なトルクコンバータを備える自動変速機を開示している。トルクコンバータと再係合する前に、トルクコンバータはギア系から解放され、ギア比を変化させることができる。この特許は流体力学的なトルクコンバータを使用しているが、依然としてギアを用いて入力軸と出力軸との回転比を変化させている。
【００１１】
１９８６年１１月２５日のＨａｒｒｙ  Ｈ．Ｌｅｖｉｔｅｓによる特許文献６は、複数のタービンを使用する流体動力式のタービンを開示している。複数のタービンが、先細り状の筐体に構成され、流体は断面積が小さい領域を通過するため、筐体内の流体の速度は増大し、これにより、先細り状の筐体の更に下方に配置される各タービンの回転速度を増大させる。この特許は複数のタービン羽根の使用について記載しているが、蒸気タービンとして作動し、システムに入る蒸気から動力を発生させている。タービンを回転する圧力は、タービン間ではなくシステムの外側で生成される。
【００１２】
２００５年１月２７日に公開されたＲｏｄｎｅｙ  Ｓｉｎｇｈによる特許文献７は、油圧式駆動システム及び改善したフィルタサブシステムを開示している。この油圧式駆動システムはタンクに加圧流体を格納するアキュムレータを使用し、加圧流体はのちに車両を駆動するのに使用される。この出願は、ストレージタンクを示しているが、流体はブレーキ系から加圧されず、更には第２のポンプを使用して格納圧力を増大させることはない。このシステムには、分離系統として変速機、ポンプ及びポンプ／モータが必要である。
【００１３】
２００８年３月４日のＣｈａｒｌｅｓ  Ｇｒａｙ  Ｊｒ．による特許文献８は、統合型の油圧駆動モジュール及び四輪駆動を備えた油圧式ハイブリッド車両及びその操作方法を開示している。駆動システムは、モータを用い、二輪駆動車両または四輪駆動車両である車両を駆動する油圧動力を供給する油圧ポンプを駆動する。油圧アキュムレータが二段ポンプを通過させて格納圧力を増大させることはない。このシステムには、分離系統として変速機、ポンプ及びポンプ／モータが必要である。
【００１４】
２００６年８月１日のＣｈｒｉｓ  Ｔｅｒｌａｋによる特許文献９は、油圧式ハイブリッド車のポンプ／モータ運転モードスイッチング制御を開示する。この特許は、車両が加速しているか停止しているかにより、２つの運転モードの間で油圧ポンプ／モータが変化できることを開示している。ブレーキペダルが押下されると、モータはポンプに変化し、リザーバータンクに油圧流体を加圧し、のちに加圧流体は車両を加速するのに使用される。この用途では、回生ブレーキからの流体を加圧するがシステムは二段ポンプを備えず、更には駆動輪の変速機としてモータを使用していない。このシステムには、分離系統として変速機、ポンプ及びポンプ／モータが必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】米国特許出願第１２／１４５，４６９号
【特許文献２】米国特許第２，８９０，６００号
【特許文献３】米国特許第２，８１２，６７０号
【特許文献４】米国特許第２，６７１，５４３号
【特許文献５】米国特許第４，１００，８２３号
【特許文献６】米国特許第４，６２４，１１０号
【特許文献７】米国特許出願第２００５／００１６１６７号
【特許文献８】米国特許第７，３３７，８６９号
【特許文献９】米国特許第７，０８２，７５７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
必要とされるものは、個別に制御され、一方向クラッチによって出力軸に接続される複数のタービンを備える変速機である。本願は、ブレーキ系からエネルギーを回収するのにポンプやモータを必要としない簡便な単一ユニットによって、解決をもたらす。提案する解決法は、ポンプ／モータまたはポンプとして作動する簡便な単一ユニットである。このため、ポンプ／モータまたはポンプなどの外側ユニットを必要としない。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の課題は、熱を発生させ、エネルギー損失をもたらす摩擦円板クラッチまたはギアを用いずに作動する油圧式ハイブリッドターボ変速機を提供することである。
【００１８】
本発明は、最新の自動変速機より簡便で、構成部品が少ない油圧式ハイブリッドターボ変速機を創出することを課題とする。制御装置１つのみがいくつかのソレノイド弁とともに使用され、ソレノイドは変速機モジュール（ＴＣＭ）によって制御され、変速機は自動変速機として作動する。ソレノイド弁を手動変速機として作動するように手動で操作するか、ＴＣＭによって操作することによって、手動シフトができる。本発明は、最新の自動変速機または手動変速機より操作が簡便であるものの高価ではない。
【００１９】
本発明の別の課題は、トルクコンバータを除外する油圧式ハイブリッドターボ変速機を提供することである。油圧式ハイブリッドターボ変速機にトルクコンバータを必要としないことから、効率損失が抑えられ、重量も減少するため、多くのエネルギーが節約される。
【００２０】
本発明の別の課題は、タービン羽根の表面領域及び／または角度を換えることによって、及び／または、トラック、トラクタまたはブルドーザなどの重量装置において２つ以上のポンプを一列に使用することによって、小型車両から大型車両に至る全車両で使用される油圧式ハイブリッドターボ変速機を提供することである。
【００２１】
本発明の更に別の課題は、動力源としてモータを使用し、ポンプ駆動装置などの用途に使用される油圧式ハイブリッドターボ変速機を提供することであり、油圧式ハイブリッドターボ変速機は、ポンプなどの用途に用いる可変トルク駆動または可変速駆動として作動する。
【００２２】
本発明の更に別の課題は、外側のポンプ／モータの必要とせず、車両のブレーキ系からエネルギーを回収するように作動する油圧式ハイブリッドターボ変速機を提供することである。
【００２３】
本発明のさまざまな目的、特徴、態様や利点が、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によって、より明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】通常動作時にエンジンと車両との間で接続される油圧式ハイブリッドターボ変速機のブロック説明図
【図２】ブレーキ状態での油圧式ハイブリッドターボ変速機のブロック説明図
【図３】３段ギア式の油圧式ハイブリッドターボ変速機のシステム曲線を示すグラフ
【図４Ａ】３段ギア切り換え時それぞれの３段ギア式の油圧式ハイブリッドターボ変速機と、流体の流れを示す説明図
【図４Ｂ】３段ギア切り換え時のそれぞれの３段ギア式の油圧式ハイブリッドターボ変速機と、流体の流れを示す説明図
【図４Ｃ】３段ギア切り換え時のそれぞれの３段ギア式の油圧式ハイブリッドターボ変速機と、流体の流れを示す説明図
【図４Ｄ】３段ギア切り換え時のそれぞれの３段ギア式の油圧式ハイブリッドターボ変速機と、流体の流れを示す説明図
【図４Ｅ】３段ギア切り換え時のそれぞれの３段ギア式の油圧式ハイブリッドターボ変速機と、流体の流れを示す説明図
【図５】３段ギア式の油圧式ハイブリッドターボ変速機の垂直断面図
【図６】５段ギア式の油圧式ハイブリッドターボ変速機の垂直断面図
【図７】５段ギア式の油圧式ハイブリッドターボ変速機のシステム曲線を示すグラフ
【図８】２つの遊星ギアを備え、リザーバータンクとアキュムレータを有する５段ギア式の油圧式ハイブリッドターボ変速機を示す断面図
【図９】１つの遊星ギアセットと１個のポンプとを備える５段ギア式の油圧式ハイブリッドターボ変速機を示す断面図
【図１０】１つの遊星ギアを備え、リザーバータンク、アキュムレータ及びポンプ／モータを有する５段ギア式の油圧式ハイブリッドターボ変速機を示す断面図
【図１１】２つの遊星ギアセットの垂直断面図
【図１２】１つの遊星ギアセットの垂直断面図
【図１３】バルブが閉じた状態の油圧式ハイブリッドターボ変速機の１つのタービンの水平断面図
【図１４】バルブが開いた状態の油圧式ハイブリッドターボ変速機の１つのタービンの水平断面図
【図１５】速度タービンを被駆動軸に接続する一方向オーバランニングクラッチまたはローラクラッチの部分を示す斜視図
【図１６】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を示す斜視図
【図１７】油圧式ハイブリッドターボ変速機に使用される多板クラッチの垂直断面図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、エンジンと車両との間で接続される油圧式ハイブリッドターボ変速機のブロック図である。このブロック図では、油圧式ハイブリッドターボ変速機３０にエンジンまたはモータなどの動力源２０が接続される。変速機内には、ポンプ４０があり、タービン５０、次にギアセット１２０に流体が連動する。次に、油圧式ハイブリッドターボ変速機３０は、車両などの操作ユニット２１に接続される。低圧流体ストレージ１６及び高圧流体アキュムレータがある。
【００２６】
図２は、ブレーキ時の油圧式ハイブリッドターボ変速機のブロック図である。このブロック図では、油圧式ハイブリッドターボ変速機３０にエンジンまたはモータなどの動力源２０が接続される。変速機内には、ポンプ４０と、第２のギアセットにより、軸部でタービン５０の反回転によってポンプとして作動するタービン５０に流体が連動するように作動するタービン５０がある。低圧流体ストレージ１６及び高圧流体アキュムレータ１７がある。次に、油圧式ハイブリッドターボ変速機３０は、ポンプまたはその他の用途などの操作ユニット２１に接続される。
【００２７】
図３は、油圧式ハイブリッドターボ変速機のシステム動力曲線を示すグラフである。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はポンプまた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、４Ａ〜４Ｄに更に詳細に記載する。
【００２８】
図４Ａ〜４Ｅは、３段ギア式の油圧式ハイブリッドターボ変速機と、タービンを通る流体の流れを示す図である。図４Ｅに示す図は、３つのソレノイドの動作によって３つのタービンに流れがあることを示している。ソレノイドは、ＯＮまたは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４０からタービン５１〜５３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）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）場合、ソレノイド弁には流れがある。図４Ａ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４０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または（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４Ｂ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４０を回転させる。ソレノイド２がＯＦＦのため、気流はタービンまたは（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４Ｃ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４０を回転させる。戻り流２４はタービンからポンプ４０に戻る。図４Ｄは、タービンがブレーキ時にポンプとして作動することを示している。ブレーキ時に、タービンはポンプとして作動する。ブレーキ時に、タービン軸は、第２の遊星ギアセット１２０（図１１に示す）によって逆方向に回転し、タービンはポンプシステムとして作動するようになる。エンジンがポンプ４０を回転させ、ブレーキ系はポンプ１、２及び３を回転させ、高圧流体２５に対して低圧流体４０をポンプで送り、アキュムレータ１７に入れる。
【００２９】
図５は、３段ギア式の油圧式ハイブリッドターボ変速機の垂直断面図である。油圧式ハイブリッドターボ変速機は、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１５及び１６は、油圧式ハイブリッドターボ変速機の周りに１セットの３つ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、さまざまな入力軸２６と出力軸９０を支持し、動力は、入力軸２６、ポンプ、油圧式ハイブリッドターボ変速機、出力軸９０及び９１に伝達される。１つまた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４０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また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。
【００３０】
最初に、ポンプ４０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に送出され、このタービンを起動する。次に、この流れはノズル１１３を通ってタービン５３に送出され、このタービンを起動し、流れ２４はノズル１１１を通ってポンプに戻る。ポンプ４０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。
【００３１】
この図では、バルブ８１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、ポンプに戻り流２４が戻らないようにする。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。２つの遊星ギアセット１２０が油圧式ハイブリッドターボ変速機の後に配置される。図８に、エネルギー回収系を更に詳細に示して記載する。
【００３２】
図６は、５段ギア式の油圧式ハイブリッド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５に示す変速機とほぼ同じである。主な違いは、この変速機が、３段式変速機をシミュレートする５つのタービンを備え、オーバードライブ３６に設定した遊星ギアセットが、入力軸２６とポンプ４０タービンとの間に常在している点である。ポンプ４０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が開くと、戻り流２４はポンプ４０に戻る。残りのバルブ６１、６２、６４及び６５は閉じると、ポンプ４０への開口部には流れないようになる。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。流れがきわめて小さいか不十分な場合は、タービンは軸部で自由回転する。
【００３３】
図７は、５段ギア式の油圧式ハイブリッドターボ変速機のシステム曲線を示すグラフである。遊星オーバードライブギアがエンジンとポンプとの間に常在しているため、ポンプ７４の速度がエンジンの速度より速くなる点を除き、この図に示す変速機は、図３に示して記載する３段式変速機とほぼ同じである。
【００３４】
図８は、図１１に示して記載する２つの遊星ギア１２０を備える５段ギア式の油圧式ハイブリッドターボ変速機を示している。第１のギアセットは、車両の前進モード、ニュートラルモード及び後退モードで使用される。また、第２のギアセットはタービンの運転に使用される。通常動作では、ギアセットは前進モードにあり、タービンはモータとして作動する。ブレーキがかかると、ギアセットは後退モードにあり、タービンはポンプとして作動する。ブレーキモード時には、ポンプ４０は、エンジンからのエネルギーを回収動力として使用し、ポンプ（タービン／ポンプ）はブレーキ系からエネルギーを使用する。ポンプはいずれも、低圧流２４を用い、導管、管路または配管１３７及び１３９を通して出口流２５を高圧アキュムレータ１７に送出する。導管１３９は、チェックバルブ９３とブレーキ時に開くバルブ７９とを備える。車両のアクセルペダルが押下されると、バルブ９７が開き、高圧流体が絞り弁９７、チェックバルブ９３を通って変速機に流れ、タービン１０１〜１０４を回転して車両を動作させる。
【００３５】
図９は、駆動モータを備え、リザーバータンクと高圧ストレージタンクを有する５段ギア式の油圧式ハイブリッドターボ変速機を示している。これは、油圧式ハイブリッドターボ変速機の別の好適な実施形態であり、低圧流体ストレージタンク１６は、油圧流体を保持し、システムに供給する。また、この実施形態には、高圧流体アキュムレータ１７がある。ブレーキがかかると、バルブ７９は開き、ポンプ４０から配管１３７を通して第２のポンプ８７内に油圧流体が送出され、第２のポンプ８７は、油圧流体の圧力を更に増大させる駆動装置８６によって駆動され、高圧アキュムレータ１７に高圧流体を送出する。ユーザーが車両のアクセルを踏むと、バルブ７９が閉じ、絞り弁９７が開き、高圧の油圧流体が配管または管１３７を通して油圧式ハイブリッドターボ変速機に戻され、変速機を回転させて車両を推進する。
【００３６】
図１０は、１つの遊星ギアを備え、ポンプ／モータ８８を有する５段ギア式の油圧式ハイブリッドターボ変速機を示す図である。油圧式ハイブリッドターボ変速機のこの実施形態では、低圧流体ストレージタンク１６は、油圧流体を保持し、システムに供給する。ストレージタンクから油圧式ハイブリッドターボ変速機の本体に、配管１１によって油圧流体が供給される。また、この実施形態には、高圧流体ストレージタンクアキュムレータ１７がある。ブレーキがかかると、バルブ９４は開き、ポンプ４０から配管１３９を通して第２のポンプ／モータ８８内に油圧流体が送出され、第２の第２のポンプ／モータ８８は、油圧流体の圧力を更に増大させる駆動装置８６によって駆動され、バルブ９２を通って高圧リザーバーアキュムレータ１７に高圧流体を送出する。ユーザーがアクセルを踏むと、バルブ８９及びバルブ９７は閉じ、絞り弁９７が開き、高圧の油圧流体は配管または管１３８を通してポンプ／モータ８８に戻され、出力軸９０を回転させる駆動装置８６を回転させて車両を推進する。バルブ８９及び９７は開き、バルブ９２及び９４は閉じる。
【００３７】
図１１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１０５に対して押すピストン１０９がある。リングギア１０５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。
【００３８】
図１２は、１つの遊星ギアセット１１９の横断面図を示し、図１１に示して開示する第１のギアとほぼ同じである。
【００３９】
図１３は、バルブが閉じた状態の油圧式ハイブリッドターボ変速機の１つのタービンの正面断面図である。図９は、バルブが開いた状態の油圧式ハイブリッドターボ変速機の１つのタービンの正面断面図である。油圧式ハイブリッド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８では、ソレノイド８２が開いていて、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９では、ソレノイド８２は閉じていて、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１４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。
【００４０】
図１４は、速度タービンを被駆動軸に接続する一方向オーバランニングクラッチまたはローラクラッチの部分斜視図である。この図は、軸部９０の周りに接続される複数のドグまたはスプラグ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、ドグまたはスプラグ１３０は、軸部９０を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、ドグまたはスプラグは、軸部を解放し、軸部９０でタービンを自由に回転させる。ドグまた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または軸受が同等に作動することが想定される。
【００４１】
図１５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１６は、油圧式ハイブリッド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１６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１７には、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を回転運動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。
【００４２】
図１７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。
【００４３】
以上のように、流体力学的な油圧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た。しかし、本願の趣旨から逸脱することなく、ここで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。そのため、本発明は、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】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【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】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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