(57)【要約】【課題】動力分割ポンプ入力を備えたパワートレインおよびその使用方法を提供する。【解決手段】パワートレインは、主動力消費装置に動力を伝達するために主動力消費装置に作動連結されるエンジンを含む。このパワートレインはモータおよびポンプをも含む。モータの出力はエンジンの出力からは独立している。このパワートレインは、さらにエピサイクリック歯車列をも含んでおり、このエピサイクリック歯車列は第１、第２および第３要素を有する。第１要素は、エンジンから動力を受け取るようにエンジンに作動連結され、第２要素は、モータから動力を受け取るようにモータに作動連結され、第３要素は、ポンプに動力を伝達するようにポンプに作動連結される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転動力を発生するように構成されたエンジンであって、回転速度を選択的に変化させ得る特徴を有するエンジン出力要素を備えたエンジンと、
回転動力を発生するように構成されたモータであって、エンジン出力要素の回転速度とは独立に回転速度を選択的に変化させ得る特徴を有するロータを備えたモータと、
エンジン出力要素から選択的に回転動力を受け取るようにエンジン出力要素に選択的に作動連結することができる主動力消費装置と、
ポンプと、
第１、第２および第３要素を含むエピサイクリック歯車列であって、前記第１要素はエンジン出力要素から回転動力を受け取るようにエンジン出力要素に作動連結され、前記第２要素はモータから回転動力を受け取るようにモータに作動連結され、前記第３要素はポンプに回転動力を伝達するようにポンプに作動連結されるエピサイクリック歯車列と、
を含むパワートレイン。
【請求項２】
モータを第２要素から選択的に切り離す手段をさらに含む請求項１に記載のパワートレイン。
【請求項３】
モータに機能接続される制御器であって、エンジン出力要素の速度がゼロである時に、モータに回転動力を選択的に発生させるように構成される制御器をさらに含む請求項１に記載のパワートレイン。
【請求項４】
ポンプがエンジンと流体連通している請求項１に記載のパワートレイン。
【請求項５】
ポンプがファンである請求項１に記載のパワートレイン。
【請求項６】
選択的に係合および係合解除し得るトルク伝達装置であって、係合された時には、エンジン出力要素と第１要素とを相互作動連結し、係合解除された時には、エンジン出力要素と第１要素とを離脱させるトルク伝達装置をさらに含む請求項１に記載のパワートレイン。
【請求項７】
モータに機能接続される制御器であって、エンジン出力要素の回転速度の変化に応答してロータの速度を変化させるように構成される制御器をさらに含む請求項１に記載のパワートレイン。
【請求項８】
パワートレインが、可変値を示す特性値を有する特徴を備え、かつ、制御器が、この可変値の変化とエンジン出力要素の回転速度の変化とに応答して、ロータの速度を変化させるように構成される請求項７に記載のパワートレイン。
【請求項９】
第３要素がポンプに恒常的に作動連結される請求項１に記載のパワートレイン。
【請求項１０】
エンジン出力要素を有するエンジンと、ロータを有するモータと、ポンプとを含む機械装置の運転方法であって、
エンジン出力要素からポンプに、エピサイクリック歯車列の第１要素および第２要素を介して回転動力を伝達するステップと、
ポンプとは異なる主動力消費装置にエンジンから供給される動力を変更する指令に応答して、エンジン出力要素の回転速度を変化させるステップと、
ロータからポンプに、エピサイクリック歯車列の第２要素および第３要素を介して回転動力を伝達するステップであって、前記ロータは、エンジン出力要素の回転速度とは独立に回転速度を選択的に変化させ得る特徴を有するステップと、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプ用のパワートレイン、さらに特定すればエピサイクリック歯車列を介してエンジンおよびモータに作動連結されるポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的なパワートレインは、エンジンと、エンジンオイルポンプ、冷却ファン、トランスミッションポンプ、エンジン冷却液ポンプおよび種々のコンプレッサを含むいくつかのポンプとを含む。ポンプのロータは通常エンジンのクランクシャフトによって駆動されるので、ロータの回転速度およびポンプに供給される動力はクランクシャフトの速度に依存する。しかし、クランクシャフトの速度は、主要な動力消費装置、例えば車両の駆動系または発電機によって支配され、ポンプの要求によっては決まらない。
【０００３】
このため、いくつかのポンプについては、クランクシャフトが低速度の場合にも、所要の最大圧力または流体流量を実現するような容量にしなければならない。従って、ポンプは、クランクシャフトの回転速度が高くなると、パワートレインが実際に必要とするよりも高い圧力あるいは多くの流体流量を作り出す可能性がある。実際に必要なあるいは実際に望ましいものよりも高い圧力あるいは多くの流体流量を発生させると、ポンプは、実際に必要な動力よりも多量の動力をクランクシャフトから使用し、それによって、パワートレインの効率を低下させる。
【０００４】
例えば、オイルの最大所要流量は、エンジンがピークトルク出力で運転される時に生じる。ピークトルク出力は、クランクシャフトの通常の運転速度範囲よりも低いクランクシャフト速度において生じる可能性がある。従って、オイルポンプは、通常のエンジン運転速度範囲よりも低いクランクシャフト速度において最大所要オイル流量を実現するような容量にしなければならない。この場合、エンジンを通常のクランクシャフトの運転速度範囲内で運転すると、オイルポンプは所要以上のオイル流量を発生させ、圧力バイパス弁が過剰なポンプ流量を方向転換させ、ポンプ動力の不必要な消費と、それに伴うパワートレインからのエネルギー損失とを招く結果に至る。
【０００５】
同様に、ポンプが供給するように要求される流体流量、従ってポンプが必要とする動力量も、パワートレインの種々の操作パラメータおよび条件によって大きく変動する可能性がある。しかし、ポンプロータの速度、従ってポンプが使用する動力はクランクシャフトの速度によって制御されるので、ポンプの容量を、要求される可能性がある最大流量を如何なる所与のクランクシャフト速度においても供給し得るものにしなければならない。
【０００６】
例えば、エンジン冷却ファンは、通常クランクシャフトによって駆動される。パワートレインが必要とする空気流量は、車両速度、外気温度等によって大きく変化する可能性があるが、ファンの容量は、要求される可能性がある最大空気流量を如何なる所与のエンジン速度においても供給し得る大きさのものでなければならない。従って、ファンは、状況が必要とするよりも多量の空気流量を発生させることがあり、このため、状況が必要とするよりも多くの動力をクランクシャフトから消費する可能性がある。
【０００７】
また同様に、トランスミッションポンプは、通常クランクシャフトによって駆動され、トランスミッションの部品を潤滑かつ冷却すると共に速度比の変更を行うクラッチおよびブレーキ等のトルク伝達装置を作動させるための加圧流体を供給する。しかし、トランスミッションへの流体流量および圧力は、速度比の変更操作、エンジン速度、エンジン負荷等に応じて変化する可能性がある。従って、トランスミッションポンプは、状況が必要とするよりも多量の流体流量および高い圧力を発生させることがある。ポンプからのこの過剰な流量は通常貯留容器に排出される。
【０００８】
ポンプ速度がクランクシャフト速度によって直接決定されることに伴う欠点を克服する試みが、種々の先行技術による機構においてなされている。エンジンおよびモータによって駆動されるハイブリッド車両においては、エンジンが停止されて車両がモータのみによって駆動される運転モードが可能である。２つのポンプ、すなわち１つはエンジンのクランクシャフトによって駆動され、もう１つはエンジン停止時にモータのロータによって駆動される２つのポンプを有するパワートレインが先行技術に含まれる。しかし、２つのポンプを備えることは、結果的に付加質量、付加コストおよび機械の複雑性を伴うことになる。さらに、このようなハイブリッド車両のモータは車両をも駆動するので、モータ駆動されるポンプの速度は、ポンプの条件には関係なく、車両の駆動系の要件によって支配され、この結果、クランクシャフト駆動ポンプの場合と同じ上記の不効率を有する。
【０００９】
例えば（特許文献１）でモセス（Ｍｏｓｅｓ）らによって開示されるようないくつかの先行技術のパワートレインは、モータ駆動される要素の速度がクランクシャフト駆動される要素の速度を上回る時にのみ、フリーホイールクラッチを介してポンプを駆動するモータを含む。従って、エンジン停止時には、モータがポンプを駆動することができる。
【００１０】
先行技術には、また（特許文献２）でコプコ（Ｋｏｐｋｏ）らよって開示されるようなポンプシステムが含まれる。このシステムにおいては、主モータおよび補助モータがエピサイクリック歯車系を介してポンプに連結される。主モータは一定速度で運転され、補助モータは、ポンプロータの速度を制御するために可変速度で駆動される。しかし、主モータの速度は一定であり、主モータおよび補助モータの両者がただ１つのポンプを駆動するので、（特許文献２）のポンプシステムは、エンジン速度が可変でポンプ以外の他の動力消費装置によって支配される通常のパワートレインには適用し得ない。
【００１１】
（特許文献３）は、エンジンのクランクシャフトによって駆動されるエピサイクリック歯車装置を介してクランクシャフトに連結される過給機のコンプレッサを開示している。排気ガス駆動されるタービンの速度がクランクシャフト駆動される要素の速度を超えると、そのタービンを、フリーホイールクラッチを介して選択的にエピサイクリック歯車装置に連結することができる。しかし、タービンの速度はクランクシャフトの速度に依存しており（タービンを駆動する排気ガスの量はエンジン速度およびエンジン負荷に関連する）、従って過給機へのタービンの動力供給効能はクランクシャフトの速度に直接関係している。
【００１２】
ドーガン（Ｄｏｕｇａｎ）らは（特許文献４）で、電気モータに駆動されるトランスミッションポンプを開示している。しかし、モータはそれ単独でポンプを駆動するに十分な容量を有しなければならず、これは、パワートレインの質量を増大させ、付加的な組み込み空間を必要することになる。さらに、ポンプを電気モータのみによって駆動することは、バッテリのような電気モータ用の動力源をエンジンによって充電する場合には、クランクシャフトの回転動力がバッテリにおいて化学エネルギーに変換される時、その化学エネルギーがモータ用の電気エネルギーに変換される時、さらにその電気エネルギーがモータの回転動力に変換される時に、エネルギーの損失が発生するので不効率をもたらす。
【００１３】
【特許文献１】米国特許第６，９６４，６３１号明細書
【特許文献２】米国特許第５，９４７，８５４号明細書
【特許文献３】米国特許第２，５０５，７１３号明細書
【特許文献４】米国特許第６，６９５，５８９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記の問題点の１つ以上を解決しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
パワートレインは、回転動力を発生するように構成されたエンジンを含み、このエンジンは、回転速度を選択的に変化させ得る特徴を有するエンジン出力要素を備えている。このパワートレインは、また、回転動力を発生するように構成されたモータをも含んでおり、このモータは、エンジン出力要素の回転速度とは独立に回転速度を選択的に変化させ得る特徴を有するロータを備えている。このパワートレインは、さらに、エンジンから選択的に回転動力を受け取るようにエンジンに選択的に作動連結することができる主動力消費装置と、２次的動力消費装置、すなわちポンプとを含む。このパワートレインは、またエピサイクリック歯車列をも含んでおり、このエピサイクリック歯車列は第１、第２および第３要素を有する。第１要素は、エンジンから回転動力を受け取るようにエンジンに作動連結され、第２要素は、モータから回転動力を受け取るようにモータに作動連結され、第３要素は、ポンプに回転動力を伝達するようにポンプに作動連結される。
【００１６】
エンジン出力要素を有するエンジンと、ロータを有するモータと、ポンプとを含む機械装置の対応する運転方法も提供される。この方法は、エンジン出力要素からポンプに、エピサイクリック歯車列の第１要素および第２要素を介して回転動力を伝達するステップを含む。この方法は、また、ポンプとは異なる主動力消費装置にエンジンから供給される動力量を変更する指令に応答して、エンジン出力要素の回転速度を変化させるステップを含む。この方法は、さらに、ロータからポンプに、エピサイクリック歯車列の第２要素および第３要素を介して回転動力を伝達するステップを含む。このロータは、エンジン出力要素の回転速度とは独立に回転速度を選択的に変化させ得る特徴を有する。
【００１７】
別の方法は、エンジン速度が所定の値を超えている時は、専らエンジンのみからポンプに回転動力を供給し、エンジン速度が所定の値以下でゼロより大きい時は、エンジンおよびモータから同時にポンプに回転動力を供給するステップを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１には、パワートレイン１０が概略的に描かれている。パワートレイン１０は、クランクシャフト１８のようなエンジン出力要素を有するエンジン１４を含む。エンジン１４は、当業者には明らかなように、回転動力を発生し、その回転動力をクランクシャフト１８の回転によって伝達するように構成される。
【００１９】
パワートレイン１０は主動力消費装置をも含んでおり、図の実施形態では、これは車両の駆動系２２である。駆動系２２は可変速度トランスミッション２６およびディファレンシャル３０を含む。クランクシャフト１８は、トランスミッションの入力軸３４に回転動力およびトルクを供給するために、その入力軸３４に選択的に作動連結することができる。トランスミッションは、当業者には明らかなように、回転動力およびトルクを入力軸３４から出力軸３８に複数の異なる速度比およびトルク比で伝達するように構成される。出力軸３８からの回転動力およびトルクは、ディファレンシャル３０によって２つ以上の車輪４２の間に配分される。
【００２０】
図示の実施形態では、主動力消費装置は車両の駆動系２２であるが、当業者は、本発明の範囲内で使用し得る他の主動力消費装置があることを認めるであろう。例えば、主動力消費装置は、発電機、ホイールローダのような作業機械の油圧装置等であってもよい。本発明に関しては、エンジンを主動力消費装置に恒常的に作動連結するとしても、あるいは、クラッチ、流体トルクコンバータのようなトルク伝達装置の係合によって連結し得る場合であっても、エンジンを主動力消費装置に選択的に作動連結することができる。
【００２１】
モータ４６は、回転動力を選択的に発生し、その回転動力をロータ５０の回転によって伝達するように構成される。当業者は、使用し得るモータとして、電気モータ、油圧モータ、空気モータ等の種々の型式と形態のモータを認めるであろう。好ましい実施形態においては、モータ４６は電気モータである。モータ４６の出力およびロータ５０の回転速度は選択的に可変であり、クランクシャフト１８の回転速度とは無関係である。詳しく言えば、モータ４６は、エンジンとは別のバッテリ５２または他のエネルギー貯蔵装置からエネルギー供給され、従ってロータ５０の回転速度はクランクシャフト１８の回転速度には依存していない。例えば、モータ４６は、エンジン１４が停止してクランクシャフト１８が静止状態にある時に、ロータ５０の最大回転速度を実現することができ、また、クランクシャフト１８が如何なる回転速度で回転していても、ロータ５０の回転速度をゼロにすることもできる。
【００２２】
パワートレイン１０は、さらに少なくとも１つのポンプ５４を含む。ポンプ５４は、エンジン１４と流体連通しているエンジンオイルポンプとすることができる。このポンプは、導管５８を経由してエンジンに潤滑および冷却オイルを供給する。ポンプは、また、導管５８Ａを経由してトランスミッション２６と流体連通するトランスミッションポンプであってもよい。このトランスミッションポンプは、例えば冷却および潤滑用の加圧流体をトランスミッションに供給し、かつまた、加圧流体をクラッチ作動チャンバ（図示なし）に供給してクラッチ（図示なし）を係合させるが、これらは当業者には周知である。
【００２３】
本発明の範囲内で他のポンプも考えられる。例えば、ポンプ５４は、空気ブレーキ装置のエアコンプレッサ、燃料ポンプ、水ポンプ等であってもよい。ポンプ５４は、インペラ（図示なし）、あるいはピストン（図示なし）のような他の流体圧力発生装置を駆動するために、ポンプ５４に回転動力を供給するロータ６２を含む。
【００２４】
パワートレイン１０は、また、第１、第２および第３要素を有するエピサイクリック歯車列６６を含む。図の実施形態におけるエピサイクリック歯車列６６は遊星歯車セットであり、第１、第２および第３要素は、共通軸の回りを回転し得るリングギヤ７０、太陽ギヤ７４および遊星キャリア７８を含む。歯車列６６は、さらに、遊星キャリア７８に回転可能に組み込まれる複数の遊星ピニオンギヤ８２を含む。各遊星ピニオンギヤ８２は、太陽ギヤ７４およびリングギヤ７０と噛み合って係合する。
【００２５】
リングギヤ７０は、クランクシャフト１８から回転動力を受け取るようにクランクシャフト１８に作動連結される。詳しく説明すると、リングギヤ７０は、ギヤ要素８６と噛み合い係合する外側の歯を有しており、このギヤ要素８６が、クランクシャフト１８に連結されてそれと共に回転する。このため、クランクシャフト１８の回転がギヤ８６を回転させ、それに対応してリングギヤ７０が回転する。ポンプ５４がトランスミッションポンプである場合は、クランクシャフト１８を、トランスミッション入力軸３４を介して、あるいはクランクシャフトに作動連結されてそれと共に回転する他のトランスミッション要素を介して、リングギヤ７０に作動連結することができる。
【００２６】
太陽ギヤ７４は、モータ４６のロータ５０に作動連結されてそれと共に回転し、そのロータ５０から回転動力を受け取る。遊星キャリア７８は、ポンプ５４のロータ６２に作動連結されてそれと共に回転する。当業者には明らかなように、遊星キャリア７８は、リングギヤ７０および太陽ギヤ７４に作動連結され、リングギヤ７０および太陽ギヤ７４から同時に回転動力を受け取る。この結果、遊星キャリア７８、従ってポンプ５４は、リングギヤ７０および太陽ギヤ７４を介して、クランクシャフト１８およびロータ５０に作動連結され、それぞれ、エンジン１４およびモータ４６から回転動力を同時に受け取る。
【００２７】
ここで用いる用語の「第１要素」、「第２要素」および「第３要素」は、必ずしもエピサイクリック歯車列の特定の要素を指しているわけではない。例えば、遊星歯車セットの場合には、「第１要素」は、リングギヤ、太陽ギヤおよび遊星キャリアのいずれかとすることができ、「第２要素」および「第３要素」も同様にリングギヤ、太陽ギヤおよび遊星キャリアのいずれかとすることができる。
【００２８】
ポンプ５４のロータ６２は、図１に示すように、遊星キャリア７８に恒常的に作動連結してそれと共に回転させることができる点を注記しておかなければならない。すなわち、パワートレイン１０は、遊星キャリア７８からロータ６２を離脱させるための、クラッチ等のような選択的に係合可能なトルク伝達装置を有しないことを特徴とすることができる。他の如何なる回転動力消費装置または発生装置も遊星キャリア７８には作動連結されておらず、それと共に回転するものはないのである。さらに、モータ４６は、図１に示すように、ポンプ５４への動力供給専用とし得ることを注記しておかなければならない。すなわち、モータ４６の全動力が太陽ギヤ７４を経由してポンプ５４に伝達される。
【００２９】
太陽ギヤ７４からモータ４６を選択的に切り離す手段を設けることができる。図示の実施形態では、この手段は、ロータ５０に連結されるブレーキ９０と定置要素９４とからなる。ブレーキは、ロータ５０を定置要素９４に結合するために選択的に係合可能であり、それによって、ロータ５０の回転、従って太陽ギヤ７４の回転を阻む。当業者は、他の手段によってもモータ４６を太陽ギヤ７４から選択的に切り離し得ることを認めるであろう。例えば、クラッチがロータ５０を太陽ギヤ７４から選択的に離脱させることができるし、あるいは、スイッチによって、モータ４６をその電源から切断してモータが電気エネルギーを受け取れないようにするか、あるいはモータが発電機として機能する場合は電気エネルギーを伝達しないようにすることができる。
【００３０】
パワートレイン１０は、さらに、制御信号１００を介してモータが発生する回転動力量を制御しかつロータ５０の回転速度を制御するための、モータ４６に機能接続される制御器９８を含む。センサ１０２Ａ、１０２Ｂがパワートレインの種々の状態を監視して、センサ信号１０６Ａ、１０６Ｂを制御器９８に伝送する。点火スイッチ１０８およびアクセルペダル１０９も制御器９８に機能接続される。位置センサ（図示なし）が、アクセルペダル１０９の位置を示すセンサ信号を制御器９８に伝送する。
【００３１】
本明細書に関しては、「制御器」というのは、本明細書に述べる論理操作を実行する機能を有する任意の装置または装置のセットである。制御器は、機械的、電子的等の型式のものにすることができる。典型的な電子制御器は、一般的に、マイクロプロセッサと、ＲＯＭおよびＲＡＭと、種々の入力信号を受信し、種々の制御指令を出力するための周知の型式の適切な入出力回路を含む。電子制御器は、ソフトウェアを介してプログラム化可能にすることができ、あるいは、本明細書に述べる論理操作のみを物理的に専用として実行する回路を備えることができる。
【００３２】
図２を参照すると代替的なパワートレイン１０Ａが概略的に表現されている。図２においては、図１と同様の要素には同じ参照番号を付している。パワートレイン１０Ａは、エンジン出力要素、すなわちクランクシャフト１８Ａを有するエンジン１４Ａを含み、クランクシャフト１８Ａは駆動系（図１の２２に示される）に作動連結される。パワートレイン１０Ａは、ロータ５０Ａを有するモータ４６Ａをも含んでいる。
【００３３】
ロータ５０Ａの回転速度は、選択的に可変であり、クランクシャフト１８Ａの回転速度とは無関係である。モータ４６Ａの出力およびロータ５０Ａの回転速度は、制御信号１００を介して制御器９８Ａによって制御される。図１にそれぞれ１０８、１０２Ａ、１０２Ｂ、１０９で表示される点火スイッチ、センサおよびアクセルペダルが制御器９８Ａに機能接続される。
【００３４】
パワートレイン１０Ａは、さらに少なくとも１つのポンプ５４Ａを含む。図示の実施形態においては、ポンプ５４Ａは、空気をラジエータ１１０に流す位置に置かれる冷却ファンである。
【００３５】
パワートレイン１０Ａは、またエピサイクリック歯車列６６Ａをも含む。図示の実施形態におけるエピサイクリック歯車列６６Ａは遊星歯車セットであり、共通軸の回りに回転するリングギヤ７０Ａと、太陽ギヤ７４Ａと、遊星キャリア７８Ａとを備えている。歯車列６６Ａは、さらに、遊星キャリア７８Ａに回転可能に取り付けられる複数の遊星ピニオンギヤ８２Ａを含む。各遊星ピニオンギヤ８２Ａは、太陽ギヤ７４Ａおよびリングギヤ７０Ａと噛み合って係合する。
【００３６】
リングギヤ７０Ａは、ベルト駆動装置１１４およびクラッチ１１８を介してクランクシャフト１８Ａに作動連結される。詳しく言えば、ベルト駆動装置１１４は、リングギヤ７０Ａに連結されてそれと共に回転する第１プーリ１２２を含む。ベルト１２４が、第１プーリ１２２および第２プーリ１２６を相互に連絡する。第２プーリ１２６は軸１３０に連結されてそれと共に回転する。クラッチ１１８は、軸１３０をクランクシャフト１８Ａに作動連結してそれと一体回転させるために選択的に係合可能である。従って、クラッチ１１８の係合時には、クランクシャフト１８Ａがリングギヤ７０Ａに作動連結されて、回転動力およびトルクを軸１３０およびベルト駆動装置１１４を介してそれに伝達し、クランクシャフト１８Ａの回転がリングギヤ７０Ａを回転させる。
【００３７】
太陽ギヤ７４Ａは、モータ４６Ａのロータ５０Ａに作動連結されてそれと共に回転し、それから回転動力を受け取る。図示の実施形態においては、相互連結要素１３４が、ロータ５０Ａを太陽ギヤ７４Ａに連結し、第１プーリ１２２の孔を貫通して延びている。第１プーリ１２２と相互連結要素１３４との間には軸受け（図示なし）が設けられ、プーリ１２２および相互連結要素１３４が自由にかつ互いに独立に回転できるようにしている。
【００３８】
組み込み効率を改善するために、エピサイクリック歯車列６６Ａを第１プーリ１２２の内部に組み込んでしまうことが望ましい場合がある。この場合は、第１プーリ１２２およびリングギヤ７０Ａを単一鋳造から形成することができる。
【００３９】
遊星キャリア７８Ａはポンプ５４Ａのロータ６２Ａに作動連結されてそれと共に回転する。当業者には明らかなように、遊星キャリア７８Ａは、リングギヤ７０Ａおよび太陽ギヤ７４Ａに作動連結され、リングギヤ７０Ａおよび太陽ギヤ７４Ａから回転動力を同時に受け取る。その結果、遊星キャリア７８Ａ、従ってポンプ５４Ａは、それぞれリングギヤ７０Ａおよび太陽ギヤ７４Ａを介してクランクシャフト１８Ａおよびロータ５０Ａに作動連結され、エンジン１４Ａおよびモータ４６Ａから回転動力を同時に受け取る。
【００４０】
ポンプ５４Ａのロータ６２Ａは、図２に示すように、遊星キャリア７８Ａに恒常的に作動連結してそれと共に回転させることができる点に留意するべきである。すなわち、パワートレイン１０Ａは、遊星キャリア７８Ａからロータ６２Ａを離脱させるための、クラッチ等のような選択的に係合可能なトルク伝達装置を有しないことを特徴とすることができる。他の如何なる回転動力消費装置または発生装置も遊星キャリア７８Ａには作動連結されておらず、それと共に回転するものはない。さらに、モータ４６Ａは、図２に示すように、ポンプ５４Ａへの動力供給専用とし得ることを注記しなければならない。すなわち、モータ４６Ａの全動力が太陽ギヤ７４Ａを経由してポンプ５４Ａに伝達される。
【００４１】
太陽ギヤ７４Ａからモータ４６Ａを選択的に切り離す手段を設けることができる。図示の実施形態では、この手段は、ロータ５０Ａに連結されるブレーキ９０Ａと定置要素９４とからなる。ブレーキは、ロータ５０Ａを定置要素９４に結合するために選択的に係合可能であり、それによって、ロータ５０Ａの回転、従って太陽ギヤ７４Ａの回転を阻む。当業者は、他の手段によってもモータ４６Ａを太陽ギヤ７４Ａから選択的に切り離し得ることを認めるであろう。例えば、クラッチがロータ５０Ａを太陽ギヤ７４Ａから選択的に離脱させることができるし、あるいは、スイッチによって、モータ４６Ａをその電源から切断してモータが電気エネルギーを受け取れないようにするか、あるいはモータが発電機として機能する場合は電気エネルギーを伝達しないようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、一般的に、エンジンがポンプとそのポンプとは別の主動力消費装置とを駆動するどのようなパワートレインにも用いることができる。例えば、主動力消費装置は、車両の駆動系および究極的には車両推進用の牽引装置、ホイールローダのような作業機械における作業遂行用の油圧装置、発電機、等とすることができ、ポンプは、エンジンによって駆動される任意の流体ポンプで、主動力消費装置ではないポンプとすることができる。ポンプとして、例えば、エンジンオイルポンプ、トランスミッションポンプ、冷却ファン、空気ブレーキ装置用のエアコンプレッサ、燃料ポンプ、水ポンプ等を挙げることができる。
【００４３】
図３は、ポンプ５４がエンジンオイルポンプである場合の図１のパワートレイン１０の運転方法を示しており、図３の方法は、制御器９８の制御ロジックの例をも表現している。図１および３を参照すると、この方法は、ステップ２００において、エンジンの始動指令が発せられているか否かを照会するステップを含む。図示の実施形態では、当業者には明らかなように、制御器９８が、点火スイッチ１０８の位置を検知することによってエンジンの始動指令が発せられているか否かを決定する。点火スイッチが「切」位置にあれば、すなわち始動指令が発せられていなければ、制御器９８はステップ２００を繰り返す。
【００４４】
点火スイッチ１０８が「入」位置にあれば、すなわち始動指令が発せられていれば、制御器は、ステップ２０４において低温始動状態が存在するか否かを照会する。ステップ２０４におけるこの照会への応答が「Ｎｏ」であれば、すなわち低温始動状態が存在しなければ、制御器９８は、ステップ２０８においてエンジンに始動を指令する。ステップ２０４における照会への応答が「Ｙｅｓ」であれば、すなわち低温始動状態が存在すれば、制御器は、ステップ２１２において極寒始動条件が存在するか否かを照会する。極寒地始動条件は、外気温度またはエンジンオイルの温度が例えば−１０℃のような所定温度以下である場合に存在する。極寒地始動条件が存在すれば、制御器９８は、ステップ２１６においてブレーキ９０を係合させ、それによってロータ５０の回転を阻止し、続いてステップ２０８においてエンジン１４の始動を進める。
【００４５】
照会２１２への応答が「Ｎｏ」であれば、すなわち極寒地始動条件が存在しなければ、制御器９８は、ステップ２２０において、モータ４６にポンプに対して動力伝達させ、ステップ２０８でエンジンに始動指令する前にエンジン１４を予備潤滑するために、エンジン停止（およびクランクシャフト回転速度ゼロ）のまま所定時間ポンプを運転する。
【００４６】
エンジン１４始動後は、クランクシャフト１８の回転が主動力消費装置すなわち駆動系２２に伝達される。クランクシャフト１８の回転は、また、ポンプ５４のロータ６２をも回転させ、動力が、リングギヤ７０および遊星キャリア７８を介して、エンジン１４からポンプ５４に伝達される。制御器９８は、ステップ２２１において、エンジン１４から駆動系２２に供給される動力量を変更する指令があるか否かを照会する。図示の実施形態においては、エンジン１４から駆動系２２に供給される動力量を変更する指令は、アクセルペダル１０９のような人的操作入力装置の位置を変えることによって有効に発せられる。当業者は、本発明の範囲内でこのような指令を有効化する他の方法があることを認めるであろう。例えば、操作レバー、ボタン等の他の手動入力装置を用いてもよく、あるいは、パワートレイン１０の制御が自動化されていれば、制御器が指令を発生することができる。
【００４７】
ステップ２２１における照会への応答が「Ｙｅｓ」であれば、すなわち駆動系に供給される動力量を変更する指令があれば、制御器は、ステップ２２２において、例えばエンジン１４への供給燃料量を変えることによって、あるいは、エンジン１４の吸気系におけるスロットル弁の位置を変えることによってクランクシャフトの速度を変化させる。続いて制御器９８はステップ２２４に進む。ステップ２２１における照会への応答が「Ｎｏ」であれば、制御器はステップ２２２を実行することなくステップ２２４に進む。
【００４８】
制御器は、ステップ２２４において、可変値を有する種々のパワートレインの特性値を監視する。詳しく言えば、センサ１０２Ａ、１０２Ｂが、種々のパワートレインの特性値を検出して、その特性値の値を表すセンサ信号を制御器９８に伝送する。この特性値は、エンジンのオイル要求量と、ポンプ５４が供給しているオイル流量とを表す。監視される特性値の例には、エンジン速度、エンジン負荷、オイル圧力、モータ電流等が含まれる。
【００４９】
制御器９８は、続いてステップ２２８において、センサ信号が示す値に応答して、所定のアルゴリズムに従ってモータ４６のロータ５０の速度を制御する。その結果、ロータの速度およびモータの出力は特性値の値によって変化し、エンジン１４への的確なオイル流量を確実に実現する。詳しく言えば、制御器９８が、リングギヤ７０および遊星キャリア７８を介してエンジン１４から供給される動力と同時に、モータ４６に、太陽ギヤ７４および遊星キャリア７８を介してポンプに回転動力を供給させるのである。モータ４６からポンプ５４に供給される動力量は、パワートレイン特性値の値に従って十分なオイル流量を提供するためにポンプ５４が必要とする動力量と、エンジン１４がポンプ５４に供給する動力量との間の差である。
【００５０】
図４は、クランクシャフト１８の回転速度Ｅsと、ポンプ５４がエンジンオイルポンプである場合のロータ５０の回転速度Ｍsとの間の関係の１例である。図４に示す関係は、モータ速度をエンジン速度と直接関連付けることによって、制御器９８によって実現してもよく、あるいは、他のパワートレイン特性値に応答してモータ速度を制御することによって間接的に実現してもよい。エンジン１４が停止している時、すなわち、クランクシャフトの回転速度がゼロである時は、ステップ２２０および２５２の間以外は、モータ４６もゼロ速度である。エンジンが始動され、アイドル速度Ｖiに達すると、モータ速度はゼロを超えたものになり、ステップ２２４で検出される特性値の値に応答して、ステップ２２８で用いられるアルゴリズムに従って変化する。
【００５１】
パワートレイン１０は、クランクシャフト１８の速度が所定の速度ＶCを超えると、ロータ５０の速度がゼロとなるように構成するのが好ましい。好ましい実施形態においては、この所定速度ＶCを、エンジン１４の予期されるデューティサイクルに基づいて選定する。詳しく言えば、所定速度ＶCを、エンジンの通常の運転速度範囲、すなわち、クランクシャフト１８が、エンジン１４の運転時間のかなりの時間、あるいはその大半の時間回転する速度範囲の下限値に選定する。例えば、パワートレイン１０が道路走行用のトラックのものである場合は、エンジンの予期されるデューティサイクルは、その道路走行用トラックがほぼ一定の巡航速度を維持する場合、ＶCにおけるあるいはＶCを超える速度において多くの時間を含む。ＶCよりも低いエンジン速度は、主として、巡航速度に達する前にトラックを加速するために用いられる。
【００５２】
オイル流量の要求は、一般的に、通常の運転速度範囲よりも低いエンジン速度において高くなる。例えば、最大オイル流量は、クランクシャフトの速度がＶPの時に生じるピークトルクにおいて要求される。遊星歯車セットはクランクシャフト１８からの歯車減速をもたらすので、クランクシャフト１８がオイル流量の要求に合致するに十分な動力をポンプに供給するのは、クランクシャフト速度が所定速度ＶCよりも高い場合のみである。すなわち、所定速度ＶC以下のクランクシャフト速度において高いオイル流量が要求される期間は、モータ４６が、オイル流量の要求に合致するためにポンプ５４が必要とする動力量と、クランクシャフト１８がポンプ５４に供給する動力量との差の動力を供給する。従って、エンジンの予期される通常の速度範囲内のクランクシャフト速度において、必要とされるよりも多くの動力を、クランクシャフト１８がポンプ５４に供給することはないので、この点で、パワートレイン１０は先行技術を改良している。遊星歯車セットが提供する歯車減速はエンジン１４および始動モータ（図示なし）に対するトルク負荷をも低減するので、特に厳しい寒冷条件において、エンジン始動に必要な動力が先行技術に比べて少なくて済む結果が得られる。
【００５３】
図１および図３に戻ると、ステップ２３２において、制御器９８は、ステップ２２４において検出される可変特性値の値によれば、かつまた、ステップ２２８において用いられるアルゴリズムに従って、ロータ５０の速度がゼロであるべきか否かを照会する。ステップ２３２におけるこの照会への応答が「Ｙｅｓ」であれば、制御器９８はステップ２３６においてブレーキ９０を係合させ、それによってロータ５０および太陽ギヤ７４が回転しないようにする。ステップ２３２の照会に対する応答が「Ｎｏ」であれば、制御器は、ステップ２４０において、ブレーキが係合されていればそれを解除する。
【００５４】
ステップ２３６またはステップ２４０に続いて、制御器は、エンジン停止指令が発せられているか否かを照会する。図示の実施形態においては、エンジン停止指令は、点火スイッチ１０８を「入」位置から「切」位置に動かすことによって発せられる。ステップ２４４の照会に対する応答が「Ｎｏ」であれば、制御器はステップ２２１に戻る。ステップ２４４の照会に対する応答が「Ｙｅｓ」であれば、制御器はステップ２４８においてエンジン１４の停止を指令する。ステップ２５２において、制御器９８は、モータ４６に、エンジン１４の「後潤滑」のため、所定時間ポンプ５４に（エンジン停止しクランクシャフト回転速度がゼロである時に）動力供給するように指令する。
【００５５】
図５は、図２のパワートレイン１０Ａの運転方法を示す。図５の方法は、パワートレイン運転時の制御器９８Ａの制御ロジックの例でもある。図２および図５を参照すると、制御器９８Ａは、ステップ２５６において、水ポンプ（図示なし）が作動しているか否か、すなわち、水ポンプロータの速度がゼロよりも大きく、ポンプが冷却液をエンジン１４からラジエータ１１０に流しているか否かを照会する。ステップ２５６におけるこの照会への応答が「Ｎｏ」であれば、制御器９８Ａはステップ２５６を繰り返す。ステップ２５６の照会に対する応答が「Ｙｅｓ」であれば、すなわち、水ポンプが作動していれば、制御器９８Ａは、ステップ２６０において、エンジン冷却液が所定温度を超えているか否かを照会する。
【００５６】
ステップ２６０におけるこの照会への応答が「Ｎｏ」であれば、制御器９８Ａはステップ２６０を繰り返す。ステップ２６０の照会に対する応答が「Ｙｅｓ」であれば、すなわち、エンジン冷却液が所定温度を超えていれば、制御器９８Ａは、ステップ２６４において、エンジン１４が作動しているか否か、すなわち、クランクシャフト１８Ａの回転速度がゼロより大きいか否かを照会する。ステップ２６４の照会に対する応答が「Ｎｏ」であれば、制御器は、ステップ２６８、２７２および２７６におけるモータ速度の制御によってポンプ５４Ａの速度を制御する。
【００５７】
ステップ２６８、２７２および２７６の間、クランクシャフトの回転速度はゼロであり、従って、ポンプ５４Ａの回転速度は、専らモータ４６Ａのロータ５０Ａの回転速度のみによって決定される。ステップ２６８において、制御器９８Ａは、クラッチ１１８が係合解除されていればそれを係合し、ブレーキ９０Ａが係合されていればその係合を解除する。ステップ２７２において、制御器９８Ａは、可変値を有するパワートレインの種々の特性値を監視する。詳しく言えば、センサがパワートレインの種々の特性値を検出し、その特性値の値を表すセンサ信号を制御器９８Ａに伝送する。これらの特性値は、エンジン１４Ａの運転温度、従って冷却ファン５４Ａが生成するべき所要の空気流量を表す。特性値の例として、ラジエータの入口および出口におけるエンジン冷却液の温度、エンジンオイルの温度、エンジンクランクシャフトの速度、エンジン負荷等が含まれる。エンジンの温度、従って冷却要求量は、エンジンの速度および出力、外気温度、車両速度（すなわち車両走行の結果としてラジエータ１１０を通過する空気流量）等によって変化する。
【００５８】
制御器９８Ａは、続いてステップ２７６において、センサ信号が表す値に応答して、所定のアルゴリズムに従ってモータ４６Ａのロータ５０Ａの速度を制御する。その結果、ロータ速度およびモータ出力が特性値の値によって変化し、特性値が指示する的確な空気流量をラジエータ１１０上に確実に流通させる。好ましい実施形態においては、アルゴリズムは比例−積分制御を用いる。制御器は続いてステップ２５６に戻る。
【００５９】
ステップ２６４の照会に対する応答が「Ｙｅｓ」であれば、すなわち、エンジンのクランクシャフト速度がゼロよりも大きければ、制御器は、ステップ２８０において、クラッチ１１８が係合解除されていればそれを係合させて、クランクシャフトが、ベルト駆動装置１１４およびエピサイクリック歯車列６６Ａを介して冷却ファン５４Ａに確実に動力供給することを実現する。ステップ２８０とステップ２８４との間に、制御器９８Ａは、図３のステップ２２１で述べたように、エンジン１４から駆動系２２に供給される動力量を変更する指令があるか否かを照会し、図３のステップ２２２で述べたように、このような指令が存在すればそれに応答して、クランクシャフト１８Ａの速度を変化させる。
【００６０】
制御器９８Ａは、続いてステップ２７２の場合と同様に、ステップ２８４において特性値を監視し、ステップ２８８において、検出された運転特性値の値に応答して、モータ４６Ａの速度および出力を、好ましくは比例−積分制御アルゴリズムによって制御する。
【００６１】
詳しく言えば、制御器９８Ａは、リングギヤ７０Ａおよび遊星キャリア７８Ａを介してエンジン１４Ａから供給される動力と同時に、モータ４６Ａに、太陽ギヤ７４Ａおよび遊星キャリア７８Ａを介してポンプ５４Ａに対して動力を供給させる。モータ４６Ａからポンプ５４Ａに供給される動力量は、パワートレインの特性値の値に従って十分な空気流量を提供するためにポンプ５４Ａが必要とする動力量と、クランクシャフト１８Ａがポンプ５４Ａに供給する動力量との間の差である。この差が正の時、すなわち、パワートレイン特性値の値によって決定される十分な動力をクランクシャフト１８Ａがポンプ５４Ａに供給しない時には、制御器９８Ａが、モータ４６Ａにポンプ５４Ａに対して動力供給させて、エンジンクランクシャフト１８Ａが供給する動力を補充させる。差が負の時、すなわち、クランクシャフト１８Ａが、条件が必要と指示するよりも多くの動力をポンプ５４Ａに供給する時には、制御器９８Ａはモータ４６Ａを発電機として機能させる。すなわち、その場合は、モータ４６Ａはクランクシャフト１８Ａからエピサイクリック歯車列６６Ａを通して過剰な回転動力を受け取り、それをバッテリ５２に貯蔵する。
【００６２】
従って、パワートレイン１０Ａは、ほとんど如何なるエンジンクランクシャフトの速度においても、実質的に無限に可変の冷却ファン速度を可能にする。先行技術のパワートレインは、任意の所与のエンジン速度において、冷却目的用として要求される可能性がある最大ファン速度を発生するに十分な動力をクランクシャフトが冷却ファンに供給するように構成される。しかし、パワートレインの条件が、冷却系が最大ファン速度を要求しないようなものである場合には、ファンは過剰な動力を使用し、不効率な結果になる。図２のパワートレイン１０Ａは、エンジン１４Ａの運転状態のためにクランクシャフト１８Ａの供給動力が十分でない時には、モータ４６Ａが冷却ファン５４Ａに動力供給することを可能にし、クランクシャフト１８Ａが、運転条件が必要とするよりも多くの動力を冷却ファン５４Ａに供給する時は、モータ４６Ａがクランクシャフト１８Ａからエネルギーを回収することを可能にする。
【００６３】
ステップ２９２において、制御器９８Ａは、ロータ５０Ａの速度の絶対値が、パワートレイン特性値の値とステップ２８８で用いられるアルゴリズムとに従って、所定値、例えば毎分５００回転よりも低い値であるべきか否かを照会する。ステップ２９２におけるこの照会への応答が「Ｙｅｓ」であれば、制御器９８Ａは、ステップ３００においてブレーキ９０Ａを係合させ、ロータ５０Ａおよび太陽ギヤ７４Ａが回転しないようにする。ステップ２９２の照会に対する応答が「Ｎｏ」であれば、制御器９８Ａは、ステップ２９６において、ブレーキ９０Ａが係合していればその係合を解除して、ロータ５０Ａおよび太陽ギヤ７４Ａの回転を可能にする。ステップ２９６および３００の後、制御器９８Ａはステップ２５６に戻る。
【００６４】
クランクシャフトが高速の場合に所定値よりも低いファン速度を実現することは、モータ４６Ａが禁じられるような高速で回転しなければならない可能性があるので、困難な場合があることに留意するべきである。従って、クランクシャフト１８Ａをエピサイクリック歯車列６６Ａから離脱させるために、クラッチ１１８を係合解除することができる。これによって、ポンプ５４Ａの速度が、エンジン運転中専らモータ４６Ａのみによって決定されることになる。
【００６５】
再度図１を参照すると、図３および図５の方法はいずれも、ポンプ５４が、トランスミッション２６と流体連通されるトランスミッションポンプであるような用途に変更することができる。例えば、図１および図５を参照して、ステップ２６４においてエンジン速度がゼロよりも大きければ、制御器９８は、ステップ２８４において、トランスミッション２６の流体流量および流体圧力の要求量を表す運転特性値を監視することができる。このような運転特性値には、入力軸３４の回転速度、出力軸３８の回転速度および出力、速度比の変更が予期されるか否か、トランスミッションの油圧回路内部（クラッチ作動チャンバ内のような）の流体圧力等を含めることができる。ステップ２８８において、トランスミッション２６への的確な流体流量および圧力を確保するようにポンプ５４の出力を変化させるために、ステップ２８４で検出された特性値の値に応答して、モータ速度を所定のアルゴリズムに従って変化させることができる。エンジン１４が、特性値の値によってかつアルゴリズムに従って指示される動力よりも過剰の動力をポンプ５４に供給すれば、モータ４６を発電機として運転することが可能になる。例えば、ハイブリッド車両において、ステップ２６４でエンジンが停止していると、モータを、ポンプに対する唯一の動力源として制御することができる。
【００６６】
トランスミッションにおける製作公差の故に、あるいはトランスミッションの運転寿命の期間における摩耗の故に生じる可能性がある流体流量または流体圧力の要求量における変動を補償するために、モータ４６を用い得る点が有利である。
【００６７】
以上の記述は、事例的説明のみを目的としており、本発明の範囲を如何なる形であれ制限する意図を有するものでないことが理解されるべきである。従って、当業者は、図面、本明細書および付属の特許請求の範囲を精査することによって、本発明の他の態様、目的および利点が得られることを正しく認識するであろう。例えば、表現されたエピサイクリック歯車列は遊星歯車セットであるが、当業者は、例えばディファレンシャルのような他のエピサイクリック歯車列も使用可能であることを認めるであろう。モータ４６、４６Ａは基本的に電気モータとして記述されているが、当業者は、例えば空気モータ、可変容積型の油圧モータ等の他のモータも使用可能であることを認めるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】エピサイクリック歯車列によってエンジンおよびモータに作動連結されたポンプを含むパワートレインの概略図である。
【図２】代替的なパワートレイン構成の概略図である。
【図３】図１のパワートレインの運転方法を示すフローチャートである。
【図４】エンジン速度とモータ速度との間の関係の例を示すグラフである。
【図５】図２のパワートレインの運転方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６９】
１０  パワートレイン
１０Ａ  パワートレイン
１４  エンジン
１４Ａ  エンジン
１８  クランクシャフト
１８Ａ  クランクシャフト
２２  駆動系
２６  トランスミッション
３０  ディファレンシャル
３４  入力軸
３８  出力軸
４２  車輪
４６  モータ
４６Ａ  モータ
５０  ロータ
５０Ａ  ロータ
５２  バッテリ
５４  ポンプ
５４Ａ  ポンプ
５８  導管
５８Ａ  導管
６２  ロータ
６２Ａ  ロータ
６６  歯車列
６６Ａ  歯車列
７０  リングギヤ
７０Ａ  リングギヤ
７４  太陽ギヤ
７４Ａ  太陽ギヤ
７８  遊星キャリア
７８Ａ  遊星キャリア
８２  ピニオンギヤ
８２Ａ  ピニオンギヤ
８６  ギヤ要素
９０  ブレーキ
９０Ａ  ブレーキ
９４  定置要素
９８  制御器
９８Ａ  制御器
１００  制御信号
１０２Ａ  センサ
１０２Ｂ  センサ
１０６Ａ  センサ信号
１０６Ｂ  センサ信号
１０８  点火スイッチ
１０９  アクセルペダル
１１０  ラジエータ
１１４  ベルト駆動装置
１１８  クラッチ
１２２  プーリ
１２４  ベルト
１２６  プーリ
１３０  軸
１３４  相互連結要素
２００  ステップ―始動指令照会
２０４  ステップ―低温始動照会
２０８  ステップ―エンジン始動
２１２  ステップ―極寒始動条件照会
２１６  ステップ―ブレーキ係合
２２０  ステップ―エンジン予備潤滑
２２１  ステップ―動力変更指令照会
２２２  ステップ―エンジン速度変更
２２４  ステップ―運転特性値監視
２２８  ステップ―モータ速度制御
２３２  ステップ―モータ速度ゼロ照会
２３６  ステップ―ブレーキ係合
２４０  ステップ―ブレーキ係合解除
２４４  ステップ―停止指令照会
２４８  ステップ―エンジン停止
２５２  ステップ―エンジン後潤滑
２５６  ステップ―水ポンプ運転照会
２６０  ステップ―エンジン冷却液温度照会
２６４  ステップ―エンジン作動照会
２６８  ステップ―クラッチ係合；ブレーキ係合解除
２７２  ステップ―運転特性値監視
２７６  ステップ―モータ速度制御
２８０  ステップ―クラッチ係合
２８４  ステップ―運転特性値監視
２８８  ステップ―モータ速度制御
２９２  ステップ―モータ速度照会
２９６  ステップ―ブレーキ係合解除
３００  ステップ―ブレーキ係合
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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