(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハイブリッド車両に動力を供給するための装置であって、
エンジンと、
前記エンジンのトルクを変換してドライブラインシャフトを駆動するトルクコンバータと、
前記トルクコンバータを介して前記エンジンに接続すると共に、前記ドライブラインシャフトを駆動する、モーターと
前記トルクコンバータの全体をバイパスし、前記エンジンを始動させるための前記モーターからの始動トルクを伝達するパワーテイクオフと、
を含む装置。
【請求項２】
前記エンジン、前記トルクコンバータ、前記モーター及び前記パワーテイクオフとを備えるパワートレインを含み、
前記パワートレインはさらにトランスミッションを含み、かつ、前記パワーテイクオフは、前記エンジンおよび前記トランスミッションの一方に前記始動トルクを結合することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記パワートレインはさらにトランスミッションを含み、かつ、
前記トランスミッションは、前記エンジン出力シャフトからの、前記エンジンによって発生させられたトルクを受け取るために結合された入力部を有するトルクコンバーターを備え、かつ、
前記パワーテイクオフは、前記エンジン出力シャフトに対して前記始動トルクを伝達するために結合されることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記パワートレインはさらにトランスミッションを含み、かつ、
前記トランスミッションは、エンジン出力シャフトからの、前記エンジンによって発生させられたトルクを受け取るために結合された入力部を有するトルクコンバーターを備え、前記トルクコンバーターは、出力部に、流体カップリングによって、トルクを伝達するように動作可能であり、かつ、
前記パワーテイクオフは、前記トルクコンバーターの前記出力部に対して前記始動トルクを伝達するために結合されており、かつ、
前記トルクコンバーターは、さらに、前記エンジンに対して前記トルクコンバーターを介して前記始動トルクを伝達するために、前記トルクコンバーターの前記出力部に対して、前記トルクコンバーターの前記入力部を機械的に結合させるためのロックアップクラッチを備えることを特徴とする請求項２または３に記載の装置。
【請求項５】
前記ロックアップクラッチは、エンジン動力を用いて動作させられる流体ポンプによって提供される液圧流体圧力によって作動させられ、かつ、さらに、
前記エンジンを始動させる前に、前記ロックアップクラッチを作動させるための液圧流体圧力を提供するよう動作可能に構成された液圧アキュムレーター、および、
前記エンジンを始動させる前に、前記ロックアップクラッチを作動させるための液圧流体圧力を提供するよう動作可能に構成された電動式液圧ポンプの一方を具備することを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記パワーテイクオフは、前記エンジンに対して前記パワーテイクオフを介して前記エンジン始動トルクを伝達するために係合させられたときに動作可能なパワーテイクオフクラッチを備えることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
前記パワーテイクオフクラッチは流体ポンプによって提供される液圧流体圧力によって作動させられ、かつ、さらに、
前記エンジンを始動させる前に、前記パワーテイクオフクラッチを作動させるための液圧流体圧力を提供するよう動作可能に構成された液圧アキュムレーター、および、
前記エンジンを始動させる前に、前記パワーテイクオフクラッチを作動させるための液圧流体圧力を提供するよう動作可能に構成された電動式液圧ポンプの一方を具備することを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記パワーテイクオフクラッチは、
電動式クラッチ、および
機械作動式クラッチであって、前記パワーテイクオフクラッチの作動のための動力が前記エンジン以外の動力源から提供される機械作動式クラッチの一方を具備することを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項９】
プラネタリーギヤシステムであって、前記モーターによって発生させられたトルクを受け取るように動作可能であり、かつ、前記エンジンへとパワーテイクオフカップリングを介して前記始動トルクを伝達するように選択的に設定可能であるプラネタリーギヤシステムを、さらに備えることを特徴とする請求項２乃至８のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
前記エンジンと前記車両のドライブラインとの間でトルクを選択的に伝達するために配置されたクラッチをさらに備え、前記クラッチは、係合した際には前記ドライブラインへとエンジン駆動トルクを伝達するよう動作可能であり、かつ、前記エンジンが始動させられている間は、前記ドライブラインから前記エンジンを切り離すように動作可能であることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記クラッチは、前記ドライブラインの回転速度が前記エンジンの回転速度よりも高いとき、前記エンジンから前記ドライブラインを切り離すように動作可能なオーバーランニングクラッチを備えることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記パワートレインはプラネタリーギヤセットを備えるトランスミッションを含み、かつ、前記オーバーランニングクラッチは、前記トランスミッション内に配置され、かつ、前記プラネタリーギヤセットと前記ドライブラインとの間に結合されたオーバーランニングクラッチを備えることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記プラネタリーギヤシステムは、サンギヤ、リングギヤ、前記サンギヤと前記リングギヤとの間に結合されたプラネットギヤ、前記プラネットギヤに連結されたプラネットキャリアを含み、かつ、
前記モーターは前記サンギヤに結合され、前記リングギヤおよび前記プラネットキャリアの一方は、前記エンジンの前記パワーテイクオフカップリングに結合され、そして前記リングギヤおよび前記プラネットキャリアの他方は前記ドライブラインに結合され、かつ、
前記プラネタリーギヤシステムは、前記リングギヤおよび前記プラネットキャリアの他方の回転を抑止しながら、前記リングギヤおよび前記プラネットキャリアの一方を介して前記エンジンに前記エンジン始動トルクを伝達するように前記プラネタリーギヤシステムを設定することによって、前記エンジンに対して前記始動トルクを伝達するように設定可能であることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
前記リングギヤおよび前記プラネットキャリアの他方の回転を抑止するために作動させられるように動作可能なブレーキをさらに備えることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記クラッチは、切り離し状態と、前記エンジンと前記ドライブラインとの間でトルクを伝達するための係合状態と、前記ドライブラインの回転を抑止するようにブレーキが作動させられた制動状態と、を有するスリーウェイクラッチを備えることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
前記パワートレインはさらに、トランスミッションの出力シャフトの回転を抑止するように動作可能なトランスミッションロックアップを有するトランスミッションを含み、かつ、前記トランスミッションロックアップは、前記リングギヤおよび前記プラネットキャリアの他方の回転を抑止するよう係合させられるように動作可能に構成されることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１７】
前記リングギヤは前記エンジンのパワーテイクオフカップリングに対して結合され、かつ、前記プラネットキャリアは、前記ドライブラインに対して結合され、かつ、前記リングギヤの回転を抑止するよう動作可能なリングギヤブレーキをさらに備えることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１８】
前記プラネタリーギヤシステムは、前記ドライブラインからのトルクを受けるように、かつ、前記モーターが発電機として作用するよう設定されたとき前記モーターによる電力の発生を容易にするために前記モーターに対して前記プラネタリーギヤシステムを介して発生トルクを伝達するように、選択的に設定可能であることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１９】
前記発生トルクは、
前記エンジンによって発生させられたトルクと、
前記ドライブラインに対して前記車両のホイールを経て結合された回生トルクの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記プラネタリーギヤシステムは、サンギヤと、リングギヤと、前記サンギヤと前記リングギヤとの間に結合されたプラネットギヤと、前記プラネットギヤに連結されたプラネットキャリアと、を含み、かつ、
前記モーターは前記サンギヤに結合され、前記リングギヤおよび前記プラネットキャリアの一方は前記ドライブラインに対して結合され、かつ、
前記プラネタリーギヤシステムは、前記発生させたトルクを前記モーターに対して前記サンギヤを介して前記ドライブラインから伝達させるために、前記リングギヤおよび前記プラネットキャリアの他方の回転を抑止することによって発生トルクを伝達するように設定可能であることを特徴とする請求項１８に記載の装置。
【請求項２１】
前記プラネタリーギヤシステムは、モーター駆動トルクとして、前記ドライブラインに対して前記モーターによって発生させられたトルクの一部を伝達するように選択的に設定可能であることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項２２】
前記プラネタリーギヤシステムは、前記エンジンを始動させるために前記エンジンに結合する前記パワーテイクオフを介して前記始動トルクを同時に伝達しながら、前記ドライブラインに対して前記モーター駆動トルクを伝達するように選択的に設定可能であることを特徴とする請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記プラネタリーギヤシステムは、サンギヤと、リングギヤと、前記サンギヤと前記リングギヤとの間に結合されたプラネットギヤと、前記プラネットギヤに連結されたプラネットキャリアと、を含み、かつ、
前記モーターは前記サンギヤに結合され、前記リングギヤおよび前記プラネットキャリアの一方は、前記エンジンの前記パワーテイクオフに対して結合され、かつ、前記リングギヤおよび前記プラネットキャリアの他方は前記ドライブラインに対して結合され、かつ、
前記プラネタリーギヤシステムは、前記エンジンに対して前記パワーテイクオフカップリングを介して前記始動トルクを、そして前記ドライブラインに対して前記モーター駆動トルクを同時に伝達するために、前記リングギヤおよび前記プラネットキャリアの両方の回転を可能とするように設定可能であることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
補助装備を動作させるための動力を供給するための補助動力出力部をさらに具備し、かつ、前記プラネタリーギヤシステムは、前記モーターによって生み出されたトルクを受け取りかつ前記補助動力出力部に対してこのトルクを伝達するよう選択的に設定可能であることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項２５】
前記プラネタリーギヤシステムは、サンギヤと、リングギヤと、前記サンギヤと前記リングギヤとの間に結合されたプラネットギヤと、前記プラネットギヤに連結されたプラネットキャリアと、を含み、かつ、
前記モーターは前記サンギヤに結合され、かつ、前記リングギヤおよび前記プラネットキャリアの一方は、前記補助動力出力部に対して結合され、かつ、
前記プラネタリーギヤシステムは、前記リングギヤおよび前記プラネットキャリアの他方の回転を抑止しながら、前記補助動力出力部に対して結合された前記リングギヤおよび前記プラネットキャリアの一方を介してトルクを伝達するように前記プラネタリーギヤシステムを設定することによって、前記補助動力出力部に対して前記モーターから受け取ったトルクを伝達するよう選択的に設定可能であることを特徴とする請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
補助装備を動作させるための動力を供給するための補助動力出力部をさらに具備し、かつ、前記エンジンの前記パワーテイクオフカップリングは、いったん前記エンジンが始動させられると、前記補助動力出力部に対してトルクを伝達するように選択的に結合されるように動作可能であることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項２７】
前記プラネタリーギヤシステムは、前記エンジンの前記パワーテイクオフカップリングから前記エンジンによって生み出されたトルクを前記トルクコンバータを介して受け取り、かつ、前記モーターが発電機として作動するように設定されたとき、電力を発生させるために前記モーターに対して前記プラネタリーギヤシステムを介してトルクの少なくとも一部を伝達するように設定可能であることを特徴とする請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記プラネタリーギヤシステムは、サンギヤと、リングギヤと、前記サンギヤと前記リングギヤとの間に結合されたプラネットギヤと、前記プラネットギヤに連結されたプラネットキャリアと、を含み、かつ、
前記モーターは前記サンギヤに結合され、前記リングギヤおよび前記プラネットキャリアの一方は、前記エンジンの前記パワーテイクオフカップリングから前記エンジンによって生み出されたトルクを受け取るように結合され、かつ、
前記プラネタリーギヤシステムは、前記リングギヤおよび前記プラネットキャリアの他方の回転を抑止することによって、前記モーターに対して前記サンギヤを介して前記リングギヤおよび前記プラネットキャリアの一方からトルクを伝達するように選択的に設定可能であることを特徴とする請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
前記パワーテイクオフが、補助装備のための動作動力を提供するパワーテイクオフ出力部を備える、請求項２乃至２８のいずれかに記載の装置。
【請求項３０】
前記補助装備が、ウォーターポンプ、機械式アーム、コンパクター、アクチュエータのいずれかを含む、請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
ハイブリッド車両装置であって、
請求項２乃至３０のいずれかに記載の装置と、
前記車両のホイールに対して駆動力を伝達するよう動作可能であるドライブラインシャフトを有するドライブラインと、
前記パワートレインの出力部と前記ドライブラインシャフトとの間でトルクを結合するための少なくとも一つのクラッチと、
を具備することを特徴とするハイブリッド車両装置。
【請求項３２】
ハイブリッド車両において動力を供給するための方法であって、前記ハイブリッド車両は、エンジンと、前記エンジンのトルクを変換してドライブラインシャフトを駆動するトルクコンバータと、前記トルクコンバータを介して前記エンジンに接続し、ドライブラインシャフトを駆動する電気モーターとを含み、前記方法は、
電気モーターよってトルクを発生させることと、
パワーテイクオフにより前記トルクコンバータの全体をバイパスし、前記エンジンを始動させるために前記電気モーターからのトルクの少なくとも一部を前記エンジンに結合することと
を具備することを特徴とする方法。
【請求項３３】
前記エンジン、前記トルクコンバータ、発電機及びモーター及び前記パワーテイクオフとを備えるパワートレインを含み、
前記パワートレインはさらにトランスミッションを含み、かつ、前記結合することは、前記エンジンおよび前記トランスミッションの一方に対して前記トルクの一部を結合することを含むことを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記パワーテイクオフを介してトルクの一部を結合することは、前記エンジンに対して前記パワーテイクオフを介して前記トルクの一部を伝達するように動作可能なパワーテイクオフクラッチを係合させることを含むことを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記パワーテイクオフクラッチは流体ポンプによって提供される液圧流体圧力により作動させられ、かつ、
前記エンジンを始動させるのに先立って、前記パワーテイクオフクラッチを作動させるための液圧流体圧力を蓄積すること、および
前記エンジンを始動させるのに先立って、前記パワーテイクオフクラッチを作動させるための液圧流体圧力を提供するよう動作可能に構成された電動式液圧ポンプを作動させることの一方を、さらに具備することを特徴とする請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記車両のドライブラインからトルクを受け取ること、および、前記モーターが発電機として作用するよう構成されるとき前記モーターによる電力の生成を促進するために前記モーターに対して発生したトルクを伝達することを、さらに具備することを特徴とする請求項３２乃至３５のいずれかに記載の方法。
【請求項３７】
前記発生したトルクを伝達することは、
前記エンジンによって生み出されたトルク、および
前記ドライブラインに対して前記車両のホイールを介して結合された回生トルクの少なくとも一方を伝達することを具備することを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記モーターによって生み出されたトルクを受け取ること、および、補助装備を作動させるための動力を提供するために補助動力出力部に対してトルクを伝達することを、さらに具備することを特徴とする請求項３２乃至３７のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、ハイブリッド車両に、より詳細には、パワーテイクオフ（ＰＴＯ）カップリングを有するパワートレインを含むハイブリッド車両に動力を供給するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に運転動力を供給するための内燃エンジンおよび電気モーターの両方を有するハイブリッド車両は、概して、エンジンのみによって運転動力が供給される従来型車両よりも高い運転効率を実現する。だが、既存の車両にハイブリッド駆動コンポーネントを組み込むことに関連した、かなりのコストおよび複雑さがあり、かつ、車両の大幅な再設計が一般に必要とされる。したがって、車両にハイブリッド機能を組み込むための方法および装置が必要とされている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
特定の実施形態によれば、ハイブリッド車両に動力を供給するための装置が提供され、当該ハイブリッド車両は、エンジンを含みかつパワーテイクオフを有するパワートレインを含む。当該装置はトルクを発生するよう動作可能な電気モーターを備え、当該モーターは、エンジンを始動するためにパワートレインのパワーテイクオフを介して始動トルクを伝達するように結合される。
【０００４】
上記パワートレインは、さらに、トランスミッションを含んでいてもよく、そして上記パワーテイクオフは、エンジンおよびトランスミッションの一方に対して始動トルクを結合してもよい。
【０００５】
上記パワートレインは、さらに、トランスミッションを含んでいてもよく、そしてこのトランスミッションは、エンジン出力シャフトからのエンジンによって生み出されたトルクを受けるよう結合された入力部を有するトルクコンバーターを含んでいてもよく、そしてパワーテイクオフは、エンジン出力シャフトに対して始動トルクを伝達するように結合されてもよい。
【０００６】
上記パワートレインはさらにトランスミッションを含んでもよく、かつ、上記トランスミッションは、エンジン出力シャフトからの、エンジンによって発生させられたトルクを受け取るために結合された入力部を有するトルクコンバーターを含んでもよく、当該トルクコンバーターは、出力部に、流体カップリングによって、トルクを伝達するように動作可能であり、かつ、上記パワーテイクオフは、トルクコンバーターの出力部に対して始動トルクを伝達するために結合されてもよく、かつ、トルクコンバーターはさらに、エンジンに対してトルクコンバーターを介して始動トルクを伝達するために、トルクコンバーターの出力部に対して、トルクコンバーターの入力部を機械的に結合させるためのロックアップクラッチを含む。
【０００７】
上記ロックアップクラッチは、エンジン動力を用いて動作させられる流体ポンプによって提供される液圧流体圧力によって作動させられてもよく、かつ、さらに、エンジンを始動させる前にロックアップクラッチを作動させるための液圧流体圧力を提供するよう動作可能に構成された液圧アキュムレーターおよびエンジンを始動させる前にロックアップクラッチを作動させるための液圧流体圧力を提供するよう動作可能に構成された電動式液圧ポンプの一方を含んでいてもよい。
【０００８】
パワーテイクオフは、エンジンに対してパワーテイクオフを介してエンジン始動トルクを伝達するために係合したときに動作可能なパワーテイクオフクラッチを含んでいてもよい。
【０００９】
上記パワーテイクオフクラッチは流体ポンプによって提供される液圧流体圧力によって作動させられてもよく、かつ、さらに、エンジンを始動させる前にパワーテイクオフクラッチを作動させるための液圧流体圧力を提供するよう動作可能に構成された液圧アキュムレーターおよびエンジンを始動させる前にパワーテイクオフクラッチを作動させるための液圧流体圧力を提供するよう動作可能に構成された電動式液圧ポンプの一方を含んでいてもよい。
【００１０】
パワーテイクオフクラッチは電気的に作動するクラッチおよび機械的に作動するクラッチの一つを含んでいてもよく、そしてクラッチの作動のための動力は、エンジン以外の動力源から提供されてもよい。
【００１１】
本装置は、モーターによって生み出されたトルクを受けるよう動作可能でありかつエンジンへとパワーテイクオフカップリングを介して始動トルクを伝達するよう選択的に構成可能であるプラネタリーギヤシステムを含んでいてもよい。
【００１２】
本装置は、エンジンと車両のドライブラインとの間でトルクを選択的に伝達するよう配置されたクラッチを含んでいてもよく、このクラッチは、係合したときドライブラインにエンジン駆動トルクを伝達するように動作可能であり、かつ、エンジンが始動させられているであろう間、ドライブラインからエンジンを切り離すように動作可能である。
【００１３】
上記クラッチは、ドライブラインの回転速度がエンジンの回転速度よりも高いであろうとき、エンジンからドライブラインを切り離すように動作可能なオーバーランニングクラッチを含んでいてもよい。
【００１４】
上記パワートレインは、さらに、プラネタリーギヤセットを含むトランスミッションを含んでいてもよく、そして上記オーバーランニングクラッチは、上記トランスミッション内に配置されかつプラネタリーギヤセットとドライブラインとの間に結合されたオーバーランニングクラッチを含んでいてもよい。
【００１５】
上記プラネタリーギヤシステムは、サンギヤ、リングギヤ、サンギヤとリングギヤとの間に結合されたプラネットギヤと、プラネットギヤに連結されたプラネットキャリアとを含んでいてもよく、かつ、上記モーターはサンギヤに結合されてもよく、リングギヤおよびプラネットキャリアの一方は、エンジンのパワーテイクオフカップリングに結合され、そしてリングギヤおよびプラネットキャリアの他方はドライブラインに結合され、かつ、上記プラネタリーギヤシステムは、リングギヤおよびプラネットキャリアの他方の回転を抑止しながら、リングギヤおよびプラネットキャリアの一方を介してエンジンにエンジン始動トルクを伝達するようにプラネタリーギヤシステムを設定することによって、エンジンに対して始動トルクを伝達するように設定可能であってもよい。
【００１６】
上記装置は、リングギヤおよびプラネットキャリアの他方の回転を抑止するために作動させられるよう動作可能なブレーキを含んでもよい。
【００１７】
上記クラッチは、切り離し状態と、エンジンとドライブラインとの間でトルクを伝達するための係合状態と、ブレーキがドライブラインの回転を抑止するように作動させられる制動状態とを有するスリーウェイクラッチを含んでいてもよい。
【００１８】
上記パワートレインは、さらに、トランスミッションの出力シャフトの回転を抑止するよう動作可能なトランスミッションロックアップを含むトランスミッションを含んでいてもよく、このトランスミッションロックアップは、リングギヤおよびプラネットキャリアの他方の回転を抑止するために係合させられるよう動作可能に構成される。
【００１９】
上記リングギヤはエンジンのパワーテイクオフカップリングに対して結合されてもよく、かつ、上記プラネットキャリアは、ドライブラインに対して結合されてもよく、かつ、上記リングギヤの回転を抑止するよう動作可能なリングギヤブレーキをさらに含んでいてもよい。
【００２０】
上記プラネタリーギヤシステムは、ドライブラインからのトルクを受けるように、かつ、モーターが発電機として作用するよう設定されたときモーターによる電力の発生を容易にするためにモーターに対してプラネタリーギヤシステムを介して発生トルクを伝達するように、選択的に設定可能であってもよい。
【００２１】
上記発生トルクは、エンジンによって発生させられたトルクと、ドライブラインに対して車両のホイールを経て結合された回生トルクの少なくとも一つを含んでいてもよい。
【００２２】
上記プラネタリーギヤシステムは、サンギヤと、リングギヤと、サンギヤとリングギヤとの間に結合されたプラネットギヤと、プラネットギヤに連結されたプラネットキャリアとを含んでいてもよく、かつ、上記モーターはサンギヤに結合されてもよく、リングギヤおよびプラネットキャリアの一方はドライブラインに対して結合され、かつ、プラネタリーギヤシステムは、ドライブラインからサンギヤを介してモーターへと、発生したトルクを伝達させるために、リングギヤおよびプラネットキャリアの他方の回転を抑止することによって発生トルクを伝達するように設定可能である。
【００２３】
上記プラネタリーギヤシステムは、モーター駆動トルクとして、ドライブラインに対してモーターによって発生させられたトルクの一部を伝達するように選択的に設定可能であってもよい。
【００２４】
上記プラネタリーギヤシステムは、エンジンを始動させるためにエンジンに結合するパワーテイクオフを介して始動トルクを同時に伝達しながら、ドライブラインに対してモーター駆動トルクを伝達するように選択的に設定可能であってもよい。
【００２５】
上記プラネタリーギヤシステムは、サンギヤと、リングギヤと、サンギヤとリングギヤとの間に結合されたプラネットギヤと、プラネットギヤに連結されたプラネットキャリアとを含んでいてもよく、かつ、モーターはサンギヤに結合されてもよく、リングギヤおよびプラネットキャリアの一方は、エンジンのパワーテイクオフに対して結合され、かつ、リングギヤおよびプラネットキャリアの他方はドライブラインに対して結合され、かつ、上記プラネタリーギヤシステムは、エンジンにパワーテイクオフカップリングを介して起動トルクを、そしてドライブラインにモーター駆動トルクを同時に伝達するために、リングギヤおよびプラネットキャリアの両方の回転を可能とするように設定可能である。
【００２６】
上記装置は、補助装置を動作させるための動力を供給するための補助動力出力部をさらに含んでいてもよく、かつ、プラネタリーギヤシステムは、モーターによって生み出されたトルクを受け取りかつ補助動力出力部に対してこのトルクを伝達するよう選択的に設定可能であってもよい。
【００２７】
上記プラネタリーギヤシステムは、サンギヤと、リングギヤと、サンギヤとリングギヤとの間に結合されたプラネットギヤと、プラネットギヤに連結されたプラネットキャリアとを含んでいてもよく、かつ、上記モーターはサンギヤに結合されてもよく、リングギヤおよびプラネットキャリアの一方は補助動力出力部に対して結合され、上記プラネタリーギヤシステムは、リングギヤおよびプラネットキャリアの他方の回転を抑止しながら、補助出力部に対して結合されたリングギヤおよびプラネットキャリアの一方を経てトルクを伝達するようにプラネタリーギヤシステムを設定することによって、補助出力部へとモーターから受け取ったトルクを伝達するよう選択的に設定可能である。
【００２８】
上記装置は、補助装置を動作させるための動力を供給するための補助動力出力部をさらに含んでいてもよく、かつ、エンジンのパワーテイクオフカップリングは、いったんエンジンが始動させられると、補助動力出力部に対してトルクを伝達するために選択的に結合されるように動作可能であってもよい。
【００２９】
上記プラネタリーギヤシステムは、エンジンのパワーテイクオフカップリングからエンジンによって生み出されたトルクを受け取り、かつ、モーターが発電機として作動するように設定されたとき、電力を発生させるためにモーターに対してプラネタリーギヤシステムを介してトルクの少なくとも一部を伝達するように設定可能であってもよい。
【００３０】
上記プラネタリーギヤシステムは、サンギヤと、リングギヤと、サンギヤとリングギヤとの間に結合されたプラネットギヤと、プラネットギヤに連結されたプラネットキャリアとを含んでいてもよく、かつ、上記モーターはサンギヤに結合されてもよく、リングギヤおよびプラネットキャリアの一方は、エンジンのパワーテイクオフからエンジンによって生み出されたトルクを受け取るように結合され、かつ、上記プラネタリーギヤシステムは、リングギヤおよびプラネットキャリアの他方の回転を抑止することによって、モーターへとサンギヤを介してリングギヤおよびプラネットキャリアの一方からのトルクを伝達するように選択的に設定可能であってもよい。
【００３１】
別な実施形態によれば、ハイブリッド車両において動力を供給するための方法が提供されるが、当該ハイブリッド車両はパワーテイクオフを有するパワートレインを含み、当該パワートレインはエンジンおよびトランスミッションを含む。当該方法は、電気モーターよってトルクを発生させることと、およびエンジンを始動させるためにパワートレインのパワーテイクオフを介して始動トルクを伝達するためにモーターを結合することとを含む。
【００３２】
別な実施形態によれば、ハイブリッド車両において動力を供給するための方法が提供されるが、当該ハイブリッド車両はエンジンを含みかつパワーテイクオフを有するパワートレインを含む。当該方法は、電気モーターよってトルクを発生させることと、およびエンジンを始動させるためにパワートレインのパワーテイクオフを介してトルクの少なくとも一部を結合することとを含む。
【００３３】
上記パワートレインはさらにトランスミッションを含み、かつ、結合することは、エンジンおよびトランスミッションの一方に対してトルクの一部を結合することを含んでいてもよい。
【００３４】
上記パワーテイクオフを介してトルクの一部を結合することは、エンジンに対してパワーテイクオフを介してトルクの一部を伝達するように動作可能なパワーテイクオフクラッチを係合させることを含んでいてもよい。
【００３５】
上記パワーテイクオフクラッチは流体ポンプによって提供される液圧流体圧力により作動させられてもよい、かつ、上記方法は、エンジンを始動させるのに先立って、パワーテイクオフクラッチを作動させるための液圧流体圧力を蓄積すること、および、エンジンを始動させるのに先立って、パワーテイクオフクラッチを作動させるための液圧流体圧力を提供するよう動作可能に構成された電動液圧ポンプを作動させること蓄積することの一方を、さらに含んでいてもよい。
【００３６】
上記方法は、車両のドライブラインからトルクを受け取ること、および、モーターが発電機として作用するよう構成されるときモーターによる電力の生成を促進するためにモーターに対して発生したトルクを伝達することを含んでいてもよい。
【００３７】
発生したトルクを伝達することは、エンジンによって生み出されたトルク、および、ドライブラインに対して車両のホイールを介して結合された回生トルクの少なくとも一方を伝達することを含んでいてもよい。
【００３８】
上記方法は、モーターによって生み出されたトルクを受け取ること、および、補助装備を作動させるための動力を提供するために補助動力出力部に対してトルクを伝達することを含んでいてもよい。
【００３９】
本願発明の別な態様によれば、ハイブリッド車両において動力を供給するための装置が提供され、このハイブリッド車両はドライブラインおよびパワートレインを含み、パワートレインは、エンジンを含み、かつ、パワーテイクオフを有する。上記装置は電気モーターを含む。本装置はまた、エンジンを始動させるために、パワートレインのパワーテイクオフを介して、モーターによって生み出された始動トルクを結合し、かつ、車両を駆動するためにドライブラインに対してモーターによって生み出された駆動トルクを伝達するように選択的に設定可能であるギヤボックスを含む。
【００４０】
上記ギヤボックスはさらに、ドライブラインからトルクを受け取り、そして、モーターが発電機として作用するよう構成されるときモーターによる電力の生成を促進するためにモーターに対して発生したトルクを伝達するよう選択的に設定可能であってもよい。
【００４１】
上記ギヤボックスはさらに、モーターによって生み出されたトルクを受け取り、そして、補助装備を作動させるための動力を提供するために補助動力出力部に対してトルクを伝達するよう選択的に設定可能であってもよい。
【００４２】
本願発明の別な態様によれば、ハイブリッド車両装置が提供される。当該装置は、エンジンを含みかつパワーテイクオフを有するパワートレインであって、このパワートレインの出力シャフトにおいてトルクを発生させるように動作可能であるパワートレインを含む。当該装置はまた、車両のホイールに対して駆動力を伝達するよう動作可能であるドライブラインシャフトを有するドライブラインを含む。当該装置は、さらに、パワートレインの出力部とドライブラインシャフトとの間でトルクを結合するための少なくとも一つのクラッチと、トルクを発生させるように動作可能な電気モーターとを含む。当該モーターは、エンジンを始動させるためにパワートレインのパワーテイクオフを介して始動トルクを伝達する動作可能である。
【００４３】
上記パワートレインは、エンジンとパワートレインの出力シャフトとの間に結合されたトランスミッションを含んでいてもよく、かつ、上記パワーテイクオフは、トランスミッションを介してエンジンに対して始動トルクを伝達するように結合されてもよい。
【００４４】
本願発明の別な態様によれば、車両パワートレインのパワーテイクオフに対してエンジン始動トルクを結合するための装置が提供され、パワーテイクオフは、パワーテイクオフを介して動力を結合するように選択的に動作可能なパワーテイクオフクラッチを有する。当該装置は、始動トルクを発生させるように動作可能な電気モーターと、エンジンに対してパワーテイクオフを介して始動トルクを伝達するためにパワーテイクオフクラッチを係合させるように動作可能なアクチュエータとを含む。
【００４５】
上記クラッチは、液圧流体圧力によって作動させられてもよく、かつ、エンジンを始動させるのに先立って、クラッチを作動させるために液圧流体圧力を提供するよう動作可能に構成された液圧アキュムレーター、および、エンジンを始動させるのに先立って、クラッチを作動させるために液圧流体圧力を提供するよう動作可能に構成された電動液圧ポンプの一方をさらに含んでいてもよい。
【００４６】
上記電気モーターは、さらに、モーター駆動トルクとして、モーターによって生み出されたトルクの一部をドライブラインに伝達するよう動作可能であってもよい。
【００４７】
本発明のその他の態様および特徴は、図面ならびに本発明の特定の実施形態に関する以下の説明から当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１実施形態に基づくギヤボックスおよびモーター装置を含むハイブリッド車両の概略図である。
【図２】図１に示されるギヤボックスおよびモーター装置の概略図である。
【図３】図２に示されるギヤボックスにおいて使用されるプラネタリーギヤシステムの斜視図である。
【図４】エンジン駆動モードに設定された図２の装置の概略図である。
【図５】電気駆動モードに設定された図２の装置の概略図である。
【図６】ハイブリッド駆動モードに設定された図２の装置の概略図である。
【図７】車両が動いている間にハイブリッド車両のエンジンを始動させるために設定された図２の装置の概略図である。
【図８】車両が静止している間にエンジンを始動するために設定された図２の装置の概略図である。
【図９】車両が静止している間にエンジンから補助動力を供給するために設定された図２の装置の概略図である。
【図１０】車両が動いている間にエンジンからの補助動力を供給するために設定された図２の装置の概略図である。
【図１１】車両が静止している間にモーターからの補助動力を供給するように設定された図２の装置の概略図である。
【図１２】本発明の代替実施形態に基づく装置の代替実施形態の概略図である。
【図１３】本発明の代替実施形態に基づくギヤボックスおよびモーター装置を含むハイブリッド車両の概略図である。
【図１４】本発明の代替実施形態に基づくギヤボックスおよびモーター装置を含むハイブリッド車両の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
図１を参照すると、ハイブリッド車両は１００で概略的に示されている。このハイブリッド車両１００はパワートレイン１０１を含み、これは、エンジン出力シャフト１０４にトルクを発生させることができる内燃エンジン等のエンジン１０２を含む。パワートレイン１０１はまた、エンジン出力シャフト１０４に連結されたトランスミッション１０６を含む。トランスミッション１０６はトランスミッション出力シャフト１０８を備え、かつ、さらに、エンジン出力シャフト１０４におけるエンジン１０２によって生み出された出力速度およびトルクを、トランスミッション出力シャフト１０８での車両１００を動作させるための動力を提供するために適切な速度およびトルク範囲に変換するように動作可能であるギヤリングを含む。トランスミッション１０６は、手動式または自動式トランスミッションとして具現化できる。
【００５０】
車両１００は第１実施形態に基づく装置１１０を備えるが、これは、ギヤボックス１１２および電気モーター１１４を含む。ギヤボックス１１２は、エンジン１０２によって生み出され、かつ、トランスミッション出力シャフト１０８へとトランスミッションを介して伝達されるトルクを受けるための入力部１１６を有する。ギヤボックス１１２はまたドライブラインに結合されるが、これは、本実施形態においてはドライブラインシャフト１１８を含む。
【００５１】
モーター１１４は、トルクを発生させるためにモーターを動作させるための電力を受け取るための電気的入力部１２０を含む。この実施形態では、モーター１１４は交流（ＡＣ）モーターであり、かつ、ＡＣ電力が入力部１２０で受け取られる。車両１００はまた、直流（ＤＣ）電力を受け取るための入力部１６４およびＡＣ電力を発生させるための出力部１６６を有するＤＣ−ＡＣインバーター１２４を含む。出力部１６６は、ＡＣ電力バスを介して、モーター１１４の入力部１２０に接続される。モーターを動作させるための電力は、ＤＣ電力バス１２８を介してインバーター１２４の入力部１６４に接続された端子１６８を有するエネルギー貯蔵要素１２２によって提供される。インバーター１２４は、エネルギー貯蔵要素１２２から入力部１６４で受け取ったＤＣ電力を出力部分１６６においてＡＣ電力へと変換する。他の実施形態では、モーター１１４はＤＣモーターであってもよく、この例では、インバーター１２４は、概して、貯蔵要素電圧（通常は２４Ｖ、４８Ｖあるいはより高圧）で受け取った貯蔵要素１２２からのＤＣ電力を変換すると共にＤＣモーターを動作させるために適切な電圧でＤＣ電力を発生させるように動作できるＤＣ‐ＤＣコンバーターによって置き換えられるであろう。
【００５２】
車両１００はさらに、一対の駆動ホイール１３０および１３２と、ディファレンシャル１３４とを含む。ホイール１３０および１３２は、アクスル１３６によってディファレンシャル１３４に結合され、かつ、ドライブラインシャフト１１８は１３４を介してホイール１３０および１３２に駆動力を伝達する。
【００５３】
図１に示す実施形態では、パワートレイン１０１はさらに、エンジン１０２によって生み出されたトルクを受け取るための補助装備を結合するためのＰＴＯカップリングを有するパワーテイクオフ（ＰＴＯ）１４０を含む。多くの従来の産業用および商業用車両は、ウォーターポンプ、機械式アーム、コンパクター、ダンプトラックの荷台アクチュエータおよびその他の用途といった補助装備のための動作動力を提供するパワーテイクオフ出力部を備える。車両のＰＴＯ出力部に提供される動作電力は、一般に、出力シャフトカップリングにおいて利用可能とされ、例えば、油圧ポンプあるいは発電機に結合されてもよい。図１に示す実施形態では、ＰＴＯ１４０は、トランスミッション１０６に載ったハウジング１３９を含むが、他の実施形態では、ＰＴＯはエンジン上に配置することができる。  ＰＴＯカップリング１４１は、一般に、補助装備への結合を容易にするスプラインシャフトの形態をとる。
【００５４】
ギヤボックス１１２はまた入力部／出力部１４２を含み、そして車両１００は、ＰＴＯカップリング１４１と入力部／出力部１４２との間に結合するカップリングシャフト１４４を含む。入力部／出力部１４２は、ＰＴＯシャフト１４４への結合を容易にするシャフトを備えていてもよい。この実施形態では、ギヤボックス１１２はまた、車両１００からのテイクオフ動力を受け取るための付属装備を結合するための補助出力シャフト１４８を有する補助出力部１４６を含む。
【００５５】
車両１００は、車両の動作を制御するためのコントローラー１５０を含み、このコントローラー１５０は、複数の入力部／出力部（Ｉ／Ｏ）ポートを含む。コントローラー１５０は、エンジン１０２の動作に関連するセンサーからの信号を受信するための、そしてエンジン動作を制御するためにエンジンに信号を伝送するためのＩ／Ｏポート１５２を含む。コントローラー１５０はまた、トランスミッション１０６から信号を受信するための、そしてトランスミッションの動作を制御するための信号を伝送するためのＩ／Ｏポート１５４を含む。コントローラー１５０はさらに、ＰＴＯ１４０から信号を受信するための、そしてＰＴＯ動作を制御するためにＰＴＯに信号を伝送するためのＩ／Ｏポート１５６と、ギヤボックス１１２からの信号を受信するための、そして動作を制御しかつ／またはギヤボックスを設定するための信号を伝送するためのＩ／Ｏポート１５８とを含む。コントローラー１５０はさらに、インバーター１２４からの信号を受信するための、そしてインバーターに制御信号を伝送するためのＩ／Ｏポート１６０を含む。この実施形態においては、インバーター１２４はまた、モーターの動作に関連したセンサーからの信号（例えば、モーターの回転速度を表す信号など）を受け取るために、モーター１１４と直接通信状態である。インバーター１２４は、モーター１１４からのセンサー信号を受け取ると共に、モーターに所望のトルクを発生させるために入力部１２０に提供されたＡＣ電力を制御することによってモーター１１４の動作を制御する。コントローラー１５０はさらに、例えば充電信号、電流および電圧リミット、および／または電力リミットの状態といった、貯蔵要素１２２からの信号を受け取るためのＩ／Ｏポート１６２を含む。
【００５６】
この実施形態では、コントローラー１５０は単一の統合コントローラーとして示されているが、ある具体例では、コントローラー機能は複数の異なるコントローラー間に分配されてもよく、それは、例えばエンジン１０２、モーター１１４、トランスミッション１０６、ギヤボックス１１２、ＰＴＯ１４０、エネルギー貯蔵要素１２２および／またはインバーター１２４のいずれかに配置されてもよい。
【００５７】
図示の実施形態では、モーター１１４はまた発電機として機能するよう構成されてもよく、この場合、入力部１２０は、ＡＣ電力バス１２６にＡＣ電力を発生させるための電力出力部として機能し得る。この実施形態では、インバーター１２４は双方向インバーターとして具現化されてもよく、これは、出力部１６６でＡＣ入力電力を受け取りかつ入力部１６４でＤＣ電力を発生させるようにインバーターを設定するために、Ｉ／Ｏポート１６０で生成される制御信号に応答する。ＤＣ電源が、充電のためにエネルギー貯蔵要素１２２に供給されてもよく、あるいはその他の付属品を動作させるために利用可能とされてもよい。例えば、車両１００は、電気デバイスまたはその他の機器に電力を供給するために、１１０Ｖまたは２２０ＶでＡＣライン電圧電力を提供するための補助電源を含んでいてもよい。
【００５８】
図１に示す実施形態では、装置１１０のギヤボックス１１２はプラネタリーギヤシステム１３８を含む。モーター１１４はトルクを発生するように動作可能であり、かつ、プラネタリーギヤシステム１３８は、モーターが発生するトルクを受け取り、かつ、エンジン１０２を始動するためにＰＴＯ１４０に入力部／出力部１４２およびシャフト１４４を介して始動トルクを伝達するように選択的に設定可能である。
【００５９】
装置１１０およびトランスミッション１０６は図２に詳細に示されている。図２を参照すると、ギヤボックス１１２はハウジング２１０を含み、かつ、プラネタリーギヤシステム１３８はハウジング内に示されている。プラネタリーギヤシステム１３８を構成するギヤおよびクラッチは図２には概略的に示されており、図３には斜視図で示されている。図３を参照すると、プラネタリーギヤシステム１３８は、サンギヤ２２２、リングギヤ２２４、そして複数のプラネットギヤ２２８に結合されたプラネットキャリア２２６を含む。この実施形態ではプラネタリーギヤシステム１３８は、三つのプラネットギヤ２２８を含むが、別な実施形態では、さらに多くの数のプラネットギヤが存在してもよく、あるいは単一のあるいは一対のプラネットギヤのみが存在してもよい。プラネットギヤ２２８はサンギヤ２２２とリングギヤ２２４との間に結合される。リングギヤ２２４はさらに、制動面２３０およびリングギヤブレーキ２３２を含むが、これは、この実施形態では、ブレーキの保持容量を増加させるために複数のプレート２２０を有する多板ブレーキとして具現化される。リングギヤブレーキ２３２は、サンギヤ２２０とプラネットキャリア２２６との間でトルクを伝達するためにリングギヤの回転を抑止するために制動面２３０と係合するよう、例えば、電気的に作動させられるよう、あるいは油圧によって作動させられるように動作可能である。コントローラー１５０（図１に示す）は、リングギヤブレーキ２３２の係合状態を制御するためにＩ／Ｏポート１５８にリングギヤブレーキ制御信号を発生させるように動作可能である。
【００６０】
図２を再び参照すると、図示の実施形態では、プラネットキャリア２２６はドライブラインシャフト１１８に結合され、かつ、ギヤボックス１１２はさらに、ドライブラインシャフト１１８の回転を抑止するためのドライブラインブレーキ２３４を含む。ドライブラインブレーキ２３４は、ドライブラインシャフト１１８およびプラネットキャリア２２６の回転を抑止ために選択的に係合させられるように動作可能である制動面２３６およびブレーキ２３８を含む。ドライブラインブレーキ２３４が制動状態にあるとき、プラネットキャリア２２６の回転が抑止され、そしてトルクがサンギヤ２２２とリングギヤ２２４との間で伝達される。コントローラー１５０（図１に示す）はまた、ドライブラインブレーキ２３４の係合状態を制御するために、Ｉ／Ｏポート１５８においてドライブラインブレーキ制御信号を発生させるように動作可能である。ドライブラインブレーキ２３４は、例えば、電気的に作動させられても、あるいは油圧（液圧流体圧力）によって作動させられてもよい。油圧は、電動式油圧ポンプ、機械式油圧ポンプといった油圧（液圧流体圧）発生器によって、あるいはトランスミッション内で生じた油圧を受けるようにトランスミッション１０６に接続することによって発生させることができる。さらに、油圧発生器は、エンジンが稼動していないときにギヤボックス１１２内のクラッチおよびブレーキを作動させるために、図１３に関連して後述するようなアキュムレーターを含んでもよい。
【００６１】
モーター１１４は、ローター２００と、モーターハウジング２０４で取り囲まれたステータ２０２とを含む。ローター２００は中空シャフト２０６に連結されつが、これは、ドライブラインシャフト１１８を収容する大きさとされた内腔２０８を含む。ステータ２０２はモーターハウジング２０４内に回転方向に固定される。一実施形態では、ローター２００は永久磁石回転子とすることができ、そしてステータ２０２は巻き線ステータであってもよく、この場合、モーター１１４を作動させるためのＡＣ電流は、ＡＣ電力バス１２６から入力部１２０においてステータに供給される。モーター１１４を発電機として動作させる場合、トルクは、ローター２００を回転させる中空シャフト２０６を介して受け取られ、かつ、ＡＣ出力電流は入力部１２０においてステータ２０２によって発生させられるが、これは、したがって出力部として機能する。別な実施形態では、モーター１１４は、巻き線ステータと、例えば電磁誘導によって動作するローターとを有する誘導モーターであってもよい。
【００６２】
図示する実施形態におけるギヤボックス１１２のハウジング２１０は、中空シャフト２０６がギアボックスハウジング内へと延び、かつ、モーター１１４とサンギヤとの間でトルクを伝達するためにサンギヤ２２２に結合されるように、モーターハウジング２０４とつながっている。モーター１１４は、したがってプラネタリーギヤシステム１３８のサンギヤ２２２にトルクを供給するよう機械的に結合される。
【００６３】
図２に示す実施形態では、トランスミッション１０６は自動トランスミッションであり、かつ、エンジン出力シャフト１０４とトランスミッションプラネタリーギヤセット２３９との間に結合されたトルクコンバーター２４０を含む。トランスミッションプラネタリーギヤセット２３９は、車両１００を動作させるための動力を提供するために適した速度およびトルクの範囲内へと、エンジン出力シャフト１０４におけるエンジン１０２によって生み出される出力速度およびトルクを変換するように動作可能である。一般に、トランスミッションプラネタリーギヤセット２３９は、例えば、特定の実施態様、要求される性能、車両１００の質量に依存して、サン、リングおよびプラネットギヤのさまざまな形態で一つ以上のプラネタリーギヤセットを含んでいてもよい。この実施形態では、トランスミッション１０６はまた、少なくとも１つのこのようなトランスミッションプラネタリーギヤセット２３９の出力部とトランスミッション出力シャフト１０８との間に結合された、スプラグクラッチなどの少なくとも一つのオーバーランニングクラッチ２４１を含む。トランスミッション出力シャフト１０８の回転速度がトランスミッションプラネタリーギヤセット２３９の出力部での回転速度よりも高い場合、オーバーランニングクラッチ２４１は、トランスミッション出力シャフトからプラネタリーギヤセットを効率よく切り離す。このような状況は、例えば、車両１００が下り坂を惰性走行し、車両１００のホイール１３０がドライブライン１１８をしたがってトランスミッション出力シャフト１０８をトランスミッションプラネタリーギヤセット２３９の出力部よりも速く回転させる場合に生じるであろう。オーバーランニングクラッチは、一般に、例えば車両が惰性走行しているときのエンジンドラックトルクを除去することによって、車両１００のドライバビリティを向上させるためにトランスミッション内に設けられている。トランスミッション１０６はまた、一般に、トランスミッション流体ポンプおよびさまざまなその他のクラッチおよび（図２には示していない）トランスミッションの動作のために必要なバンドなどのコンポーネントを含むであろう。
【００６４】
別の実施形態では、オーバーランニングクラッチ２４１の機能は、従来型のクラッチによって提供されてもよく、あるいはオーバーランニングクラッチおよびドライブラインブレーキ２３４の機能は、ドライブラインブレーキに取って代わるスリーウェイクラッチ（図示せず）によって提供されてもよい。スリーウェイクラッチは、係合状態にあるとき、ドライブラインシャフト１１８にトルクを伝達するために、ドライブラインシャフト１１８とトランスミッション出力シャフト１０８との間の選択的結合を容易にするであろう。非係合状態では、スリーウェイクラッチは、トランスミッション出力シャフト１０８からドライブライン１１８を切り離すであろう。第３の制動状態においては、スリーウェイクラッチは、ドライブラインシャフト１１８およびプラネットキャリア２２６の回転を阻止するために、ドライブラインブレーキ２３４の制動機能を果たすであろう。
【００６５】
この実施形態では、ＰＴＯ１４０は複数のＰＴＯギヤ２４２を含み、これは、エンジン出力トルクを受け取るためにエンジン出力シャフト１０４に結合されている。図示の実施形態では、ＰＴＯ１４０は、ＰＴＯカップリングの回転方向を、エンジン出力シャフト１０４の回転方向と逆向きにさせるための三つのギヤを含む。別な実施形態では、ＰＴＯ１４０を介してＰＴＯカップリング１４１に対してトルクを伝達するために、より少ない数のギヤまたは追加のギヤ装備が組み込まれてもよい。ＰＴＯ１４０はさらにＰＴＯクラッチ２４４を含むが、これは、ＰＴＯカップリング１４１に対して、したがってＰＴＯシャフト１４４に対してトルクを伝達するために係合するよう動作可能である。ＰＴＯクラッチ２４４は、Ｉ／Ｏポート１５６（図１に示す）においてコントローラー１５０によって生成されたＰＴＯクラッチ制御信号に応答して、油圧によってあるいは電気的に作動させられてもよい。
【００６６】
多くの従来型のＰＴＯ形態では、ＰＴＯギヤ２４２は、ＰＴＯ１４０へとＰＴＯクラッチ２４４を介してエンジン１０２によって生み出されたトルクを伝達する。だが、図２に示す本発明の実施形態においては、ＰＴＯ１４０はまた、ＰＴＯカップリング１４１においてトルクを受け取り、そしてＰＴＯクラッチ２４４およびＰＴＯギヤ２４２を介してトルクをエンジン出力シャフト１０４へと伝達するように動作可能である。ＰＴＯ出力部は、多くの商業および産業車両に設けられるが、形態およびギヤリングは、図２に１４０で示したものと異なっていてもよい。
【００６７】
ギヤボックス１１２の入力／出力部１４２は、ＰＴＯ１４０のＰＴＯカップリング１４１とギヤボックスの間にＰＴＯシャフト１４４の結合をもたらす。ギヤボックス１１２はさらに、リングギヤ２２４からのトルクを受け取るために、そしてリングギヤに対してトルクを伝達するために結合されたスプロケットギヤ２４６を含む。スプロケットギヤ２４６は、スプロケットシャフト２５４に連結されている。ギヤボックス１１２の補助出力部１４６は補助出力クラッチ２４８を含むが、これは、補助出力シャフト１４８に対してスプロケットシャフト２５４からトルクを伝達するよう構成される。この実施形態では、スプロケットギヤ２４６もまた、スプロケットシャフトおよび補助出力シャフト１４８が、ドライブラインシャフト１１８の回転方向とは反対の回転方向を有するように機能する。別な実施形態では、エンジンおよびドライブラインシャフト回転は別の方法で設計されてもよく、そしてスプロケットギヤ２４６は、補助出力シャフト１４８の所望の回転方向を実現するために、複数のギヤとして具現化されてもよい。
【００６８】
図２に示す実施形態では、スプロケットシャフト２５４と入力／出力部１４２との間に並列に結合されたオーバーランニングクラッチ２５０およびバイパスクラッチ２５２を含む。バイパスクラッチ２５２は多板クラッチとして図２に示されているが、別なタイプのクラッチが多板クラッチの代わりに組み込まれてもよい。バイパスクラッチ２５２が解放されたとき、オーバーランニングクラッチ２５０は、オーバーランニングクラッチ２４１に関連して先に説明した動作と同様、スプロケットギヤへとエンジンからのバックトルク伝達を阻止しながら、エンジン１０２を始動させるためにＰＴＯシャフト１４４へと入力／出力部１４２を介してスプロケットシャフト２５４からのトルク伝達を実現する。バイパスクラッチ２５２は、係合したとき、以下で説明するように、入力／出力部１４２とスプロケットシャフト２５４との間で両方向のトルク伝達を実現する。
【００６９】
動作時、プラネタリーギヤシステム１３８、リングギヤブレーキ２３２、ドライブラインブレーキ２３４、ＰＴＯクラッチ２５０、オーバーランニングクラッチ２４４およびバイパスクラッチは、以下でさらに詳しく説明するように、異なる複数のモードでの、コントローラー１５０によるギヤボックス１１２の選択的設定を容易にする。
【００７０】
エンジン駆動モード
図４を参照すると、装置１１０は、機械的動力がエンジン１０２によって発生させられるエンジン駆動モードに設定されている。この動作モードでは、エンジン出力シャフト１０４においてエンジン１０２によって生み出されるトルクは、矢印線４００で示すように、トルクコンバーター２４０、トランスミッションプラネタリーギヤセット２３９、そしてオーバーランニングクラッチ２４１を介して、トランスミッション出力シャフト１０８へと伝達される。ギヤボックス入力部１１６で受け取ったトルクは、こうして、矢印線４０２で示すように、車両１００に駆動力を提供するために、ドライブラインシャフト１１８へとギヤボックス１１２を介して伝達される。
【００７１】
図示する実施形態では、ギヤボックス１１２内のプラネットキャリア２２６はドライブライン１１８に対して結合され、したがってドライブラインシャフトに提供されるトルクはまた、複数のプラネットギヤ２２８を回転させる。この実施形態では、コントローラー１５０（図１に示す）は、さらに、リングギヤの回転を抑止するために、リングギヤ２２４の制動面２３０とリングギヤブレーキ２３２を係合させるために、Ｉ／Ｏポート１５８においてリングギヤブレーキ制御信号を発生させることができる。こうした条件下では、ドライブラインシャフト１１８におけるトルクの一部は、プラネットキャリア２２６および複数のプラネットギヤ２２８へと、そして電力を発生させるためにモーター１１４へと発生トルクを提供するため中空シャフト２０６に対してサンギヤ２２２を介して伝達される。発生トルクはエンジン１０２によって供給されてもよく、あるいは回生制動によって提供されてもよく、ここで、車両の運動エネルギーは、ホイール１３０および１３２、アクスル１３６、および（図１に示す）ディファレンシャル１３４を介して、ドライブラインシャフト１１８へと伝達される。発生トルクに関連付けられたパワーフローは破線矢印４０４で示されている。この実施形態では、モーター１１４は、（発電機出力部として作用する）入力部１２０において電力を発生するための発電機として機能する。発生した電力は、エネルギー貯蔵要素１２２を充電するためにインバーター１２４に逆向きに供給される。永久磁石ローター２００を有するモーター１１４に関して、ステータ２０２は電気的入力部１２０においてＡＣ電流を発生させ、そしてインバーター１２４は、インバーター出力部１６６においてＡＣ電力バス１２６の電力を受け取るよう構成される。モーター１１４による電力の発生を中断するために、インバーター１２４はＡＣ電力バス１２６からの電流の取り出しを停止するよう構成され、そしてローター２００の回転による負荷は続いて、風および摩擦作用とは別に、効果的に除去される。
【００７２】
モーター１１４の回転速度は、機械的制限および／または高い回転速度でのモーターによる逆起電力（ＥＭＦ）発生によって最大回転速度の制約を受けるであろう。高車速条件下で、ドライブラインシャフト１１８は、プラネットキャリア２２６を、したがってサンギヤ２２２およびローター２００を、対応した高回転速度で回転させ、そしてこうしたモーターの制約は、例えば、ＡＣ電力バス１２６に電力を取り出すようにインバーター１２４を設定することによって、モーター１１４の回転速度を制限することを必要とするように作用するであろう。
【００７３】
代替的にまたは付加的に、動力を発生させることが必要とされないか望まれない実施形態では、リングギヤブレーキ２３２は、サンギヤ２２２およびリングギヤ２２４の両方の回転を可能にする、非係合状態で留まってもよい。こうした条件下では、プラネットキャリア２２６の回転速度は、サンギヤ２２２とリングギヤ２２４との間で分離し、慣性、摩擦およびこれらのギヤが提供するその他の負荷に基づいて低減された回転速度でモーター１１４のローター２００を回転させるであろう。
【００７４】
電気駆動モード
図５を参照すると、装置１１０は電気駆動モードに設定された状態で示されており、このモーででは、車両１００を動作させるための電力はモーター１１４によって提供される。この動作モードでは、インバーター１２４（図１に示す）は、ＡＣ電力バス１２６に励磁電流を供給するが、これはモーター１１４の入力部１２０で受け取られ、モータートルクを発生させるためにローター２００を回転させる。モータートルクは、サンギヤ２２２へと、中空シャフト２０６を介して伝達される。コントローラー１５０（図１に示す）はまた、リングギヤの回転を抑止するためにリングギヤブレーキ２３２をリングギヤ２２４の制動面２３０に係合させるために、Ｉ／Ｏポート１５８においてリングギヤブレーキ制御信号を発生させる。リングギヤ２２４の回転が抑止されるとき、中空シャフト２０６を介してサンギヤ２２２に伝達されるモータートルクは、プラネットキャリア２２６へと、したがってドライブラインシャフト１１８へと複数のプラネットギヤ２２８を介して伝達される。電気駆動モードでのパワーフローは図５に矢印線５００で示されている。こうした条件下で、モーター１１４は、車両１００のホイール１３０および１３２を駆動するためにドライブラインシャフト１１８へと駆動力を提供するように設定される。
【００７５】
車両１００が減速または下り坂を惰性走行しているとき、ドライブラインシャフト１１８へのトルクは要求されず、この場合、モーター１１４は回生制動モードに設定することができる。この回生制動モードでは、上述したように、モーター１１４は発電機として機能するよう設定される。車両の運動エネルギーは、ホイール１３０および１３２、アクスル１３６およびディファレンシャル１３４（図１に示す）を介してドライブラインシャフト１１８へと伝達され、そして発生トルクは、プラネタリーギヤシステム１３８および中空シャフト２０６を介してローター２００で受け取られる。インバーター１２４（図示せず）はＡＣ電力バス１２６から電流を取り出すよう設定され、これによってローター２００は、ＤＣ電力バス１２８へエネルギー貯蔵要素１２２を充電するための電力を供給しながら車両１００の速度を維持あるいは低減するために、ドライブラインシャフト１１８への負荷として機能させられる。
【００７６】
図示の実施形態では、オーバーランニングクラッチ２４１は、トランスミッション１０６のトランスミッションプラネタリーギヤセット２３９およびトルクコンバーター２４０へと逆向きにドライブラインシャフト１１８からのトルクが伝達されるのを阻止する。同様に、図４に示すエンジン駆動モードから電気駆動モードへの移行時、コントローラー１５０（図１に示す）は、エンジンを停止させるためにＩ／Ｏポート１５２においてエンジン制御信号を生成し、かつ、オーバーランニングクラッチ２４１は、トランスミッションプラネタリーギヤセット２３９およびトルクコンバーター２４０へと逆向きにドライブラインシャフト１１８からのトルクが伝達されるのを阻止する。ガソリンエンジンに関して、Ｉ／Ｏポート１５２において生成されたエンジン制御信号は、エンジンに関連付けられた点火システムを、エンジンを停止させるために作動不能とすることができ、一方、ディーゼルエンジンに関して、エンジン制御信号はエンジンへの燃料の流れを制御できる。
【００７７】
ハイブリッド駆動モード
図６を参照すると、装置１１０はハイブリッド駆動モードに設定された状態で示されているが、このモードでは、車両１００を運行させるための動力は、エンジン１０２およびモーター１１４の両方によって提供される。エンジン出力シャフト１０４においてエンジン１０２によって生み出されるトルクは、トルクコンバーター２４０、トランスミッションプラネタリーギヤセット２３９およびオーバーランニングクラッチ２４１を介して、矢印線１６００で示すように、トランスミッション出力シャフト１０８へと伝達される。ギヤボックス入力部１１６においてトランスミッション出力シャフト１０８から受け取ったトルク６００は、こうして、矢印線６０２でしめすように、車両１００へ駆動力の第１の部分を提供するために、ドライブラインシャフト１１８へとギヤボックス１１２を介して伝達される。
【００７８】
インバーター１２４はまた、モーターにモータートルクを発生させるようＡＣ電力バス１２６に励起電流を提供するが、このトルクはサンギヤ２２２へと中空シャフト２０６を介して伝達される。コントローラー１５０（図１参照）は、モータートルクがプラネットキャリア２２６へと、したがってドライブラインシャフト１１８へと複数のプラネットギヤ２２８を介して伝達されるようリングギヤの回転を抑止するためにリングギヤブレーキ２３２をリングギヤ２２４の制動面２３０に係合させるために、Ｉ／Ｏポート１５８においてリングギヤブレーキ制御信号を発生させる。モーター１１４からドライブラインシャフト１１８へのパワーフローは矢印線６０４で示されており、かつ、モーター１１４およびエンジン１０２によって生み出された各トルク６０４による組み合わされたパワーフローは矢印線６０６で示す。
【００７９】
ドライブラインシャフト１１８においてそれぞれエンジン１０２およびモーター１１４から受け取った駆動力の第１および第２の部分は、車両１００を駆動するために（図１に示す）ホイール１３０および１３２に伝達される。コントローラー１５０はさらに、例えば車速、所望の加速度、横断している地形のグレード、そして効率および／または燃料および貯蔵要素相対的効率および／またはコストといった、目下の車両稼働状況に応じて、エンジン１０２とモーター１１４との間で車両１００が必要とする駆動力を配分するよう構成される。電気駆動モードと同様、車両１００が減速または下り坂を惰性走行しているとき、モーター１１４は上述したように回生制動モードに設定されてもよい。
【００８０】
図１に示すような二輪駆動車両においては、上述した通常、電気およびハイブリッド駆動モードのそれぞれに関して、ドライブラインシャフト１１８からの駆動トルクはホイール１３０および１３２へと伝達される。四輪駆動車両の実施形態においては、ドライブラインシャフト１１８におけるトルクの一部は、車両のホイールの残りの対に対してトルクを提供するために、トランスファケース（図示せず）を介して伝達されるであろう。四輪駆動の実施形態は、したがってまた、上記駆動モードのそれぞれに適用可能であろう。一実施形態では、装置１１０は、単一のトランスファーケース／ハイブリッドパワートレインユニット内にハイブリッド駆動および四輪駆動要素の両方を設けるために、四輪駆動トランスファーケースに組み込まれてもよい。
【００８１】
移動中のエンジン始動
上記エンジン駆動モードおよびハイブリッド駆動モードでは、エンジン１０２が稼働しており、車両１００を動作させるための駆動トルクの少なくとも一部を発生していると仮定している。別個のスタータモーターは、一般に、ほとんどの車両および多くのハイブリッド車に、エンジンを始動させるために組み込まれている。だが、図１に示した車両の実施形態においては、スタータモーターは設けられておらず、エンジン１０２は、モーター１１４によって生み出される始動トルクを用いて、かつ、始動トルクをエンジン１０２へと逆向きに結合するように、プラネタリーギヤシステム１３８、ドライブラインブレーキ２３４、リングギヤブレーキ２３２、バイパスクラッチ２５２およびＰＴＯクラッチ２４４を設定することによって始動させられる。
【００８２】
図７を参照すると、装置１１０はエンジン始動のために設定された状態で示されており、ここで、車両１００は、当初、図５に関連して先に説明したように、電気自動車モードでモーター１１４によって供給される動力の下で移動している。電動駆動モードでは、リングギヤブレーキ２３２は、モーター１１４によって生み出されたトルクを、複数のプラネットギヤ２２８およびプラネットキャリア２２６を経てドライブラインシャフト１１８へと伝達させるために係合される。コントローラー１５０（図１に示す）は、ＰＴＯクラッチ２４４を係合させるためにＩ／Ｏポート１５６においてＰＴＯクラッチ制御信号を発生させることによってエンジン始動を引き起こす。コントローラー１５０はまた、バイパスクラッチ２５２を切り離すためにＩ／Ｏポート１５８において制御信号を発生させる。コントローラー１５０は、続いて、リングギヤの回転を可能とするためにリングギヤブレーキ２３２がリングギヤ２２４の制動面２３０を解放するように、Ｉ／Ｏポート１５８においてリングギヤブレーキ制御信号を発生させる。こうした条件下では、プラネットキャリア２２６は、破線矢印７００で示されるように、ドライブラインシャフト１１８へと、モーター１１４が発生するトルクの駆動部分を伝達し続ける。だが、矢印線７０２で示すモータートルクの始動部分はまた、リングギヤ２２４へと、スプロケットギヤ２４６およびオーバーランニングクラッチ２５０を介して入力／出力部１４２へと、そしてＰＴＯ１４４を介してＰＴＯカップリング１４１へと伝達される。ＰＴＯカップリング１４１で受け取った始動トルクは、エンジンをクランキングするために、ＰＴＯクラッチ２４４および複数のＰＴＯギヤ２４２を介して、エンジン出力シャフト１０４へと伝達される。有利なことに、この実施形態では、トランスミッション１０６の構成は、エンジン出力シャフト１０４に対して結合されたＰＴＯを有し、したがって始動トルクは、トルクコンバーター２４０を通過しない。一般に、トルクコンバーターは、一方向の（例えば、エンジン出力シャフト１０４とトランスミッションプラネタリーギヤセット２３９との間の）トルクの効率的な結合を実現するように最適化されており、通常は、反対方向へのトルクの非効率な結合しか提供せず、これは、モータートルクの始動部分エンジン出力シャフト１０４に対してトルクコンバーター２４０を介して結合された場合には、著しい機械的損失をもたらすであろう。
【００８３】
モーター１１４により生み出されたモータートルクは、したがって、リングギヤ２２４およびプラネットキャリア２２６の両方へとプラネタリーギヤシステムを介して伝達される。十分な始動トルクを提供するために、コントローラー１５０は、必要な始動トルクを提供するために、モーター１１４による増大したトルクの発生が生じるように、Ｉ／Ｏポート１６０においてインバーター制御信号を発生させることができる。一実施形態では、コントローラー１５０（図１に示す）は、Ｉ／Ｏポート１５２を介してモニターされるようなエンジン１０２の回転速度がエンジンを始動させるのに十分であることが判定されると、エンジンが始動させるためにＩ／Ｏポート１５２においてエンジン制御信号を発生させるようにだけ設定されてもよい。
【００８４】
エンジン１０２がトルクを発生し始めるとき、トルクは、トルクコンバーター２４０、トランスミッションプラネタリーギヤセット２３９、そしてオーバーランニングクラッチ２４１を介して、ドライブラインシャフト１１８に結合される。エンジン１０２は過渡的オーバースピード状態を経験することがあり、オーバーランニングクラッチ２５０は、ギヤボックス１１２に伝達されている潜在的に高い過渡的負荷を低減するために、ＰＴＯカップリング１４１を介して入力／出力部１４２へと戻るように供給されないようにトルクを切り離すよう機能する。一実施形態では、コントローラー１５０は、過渡的オーバースピード状態を検出するために、Ｉ／Ｏポート１５２においてエンジンの速度を監視することにより、エンジンの始動を検出してもよく、その後、コントローラー１５０は、モーター１１４からのトルクが再びドライブラインシャフト１１８にだけ伝達されるように、リングギヤブレーキ２３２を係合させるためにＩ／Ｏポート１５８においてリングギヤブレーキ制御信号を発生させる。他の実施形態では、エンジンの始動は、例えばモーター速度のようなその他の動作状態を監視するコントローラー１５０によって判定されてもよい。コントローラー１５０はまた、ＰＴＯクラッチ２４４を解放させるために、Ｉ／Ｏポート１５６においてＰＴＯ制御信号を発生させる。
【００８５】
車両１００の駆動モードは、続いて、それぞれ図４および図６を参照して先に説明した各モードに基づいて、プラネタリーギヤシステム１３８、ドライブラインブレーキ２３４、リングギヤブレーキ２３２およびＰＴＯ２４４を設定することにより、エンジン駆動モードまたはハイブリッド駆動モードのいずれかに移行することができる。
【００８６】
静止している間のエンジン始動
図８を参照すると、装置１１０は静止エンジン始動のために設定された状態で示されており、ここで、車両１００は、始動および始動トルクがモーター１１４によって提供される間、移動していない。コントローラー１５０（図１に示す）は、ドライブラインブレーキ２３４のブレーキ２３８を制動面２３６と係合させ、ドライブラインシャフト１１８の、そしてプラネットキャリア２２６の回転が抑止されるようにドライブラインブレーキ２３４を制動状態に置くために、Ｉ／Ｏポート１５８においてドライブラインブレーキ制御信号を発生させることによって始動を引き起こす。こうした条件下では、車両１００の移動が防止される。コントローラー１５０はまた、ＰＴＯクラッチ２４４がトルクを伝達するために係合させられるようにＩ／Ｏポート１５６においてＰＴＯクラッチ制御信号を発生させる。コントローラー１５０は続いて、リングギヤの回転を可能とするために、リングギヤブレーキ２３２がリングギヤ２２４の制動面２３０を切り離すように、Ｉ／Ｏポート１５８においてリングギヤブレーキ制御信号を発生させる。コントローラー１５０はまた、モーター１１４に始動トルク（これは中空シャフト２０６を介してサンギヤ２２２へと伝達される）を発生させるためにインバーター１２４にＡＣ電力バス１２６へ励磁電流を供給させるためにＩ／Ｏポート１６０において制御信号を発生させる。こうした条件下では、モーター１１４によって生み出された始動トルクは、リングギヤ２２４を介して、スプロケットギヤ２４６およびスプロケットシャフト２５４へと伝達される。スプロケットシャフト２５４への始動トルクは、オーバーランニングクラッチ２５０を介して入力／出力部１４２へと、そしてＰＴＯシャフト１４４を介してＰＴＯカップリング１４１へと伝達される。ＰＴＯカップリング１４１で受け取った始動トルクは、エンジンのクランキングのために、ＰＴＯクラッチ２４４および複数のＰＴＯギヤ２４２を介してエンジン出力シャフト１０４へと伝達される。ドライブラインシャフト１１８は、ドライブラインブレーキ２３４により制動状態で保持されるため、モーター１１４によって生み出された全トルクは、プラネタリーギヤシステム１３８を介して、ＰＴＯシャフト１４４へと、したがってエンジン１０２へと始動のために結合される。
【００８７】
最後に、コントローラー１５０はまた、エンジンを始動するためにエンジンイグニションを作動させるためにＩ／Ｏポート１５２においてエンジン制御信号を発生させるよう構成される。図８の実施形態と同様、コントローラー１５０は、Ｉ／Ｏポート１５２を介してモニターされるようなエンジン１０２の回転速度がエンジンを始動させるのに十分であることが判定されると、エンジンが始動させるためにＩ／Ｏポート１５２においてエンジン制御信号を発生させるようにだけ設定されてもよい。エンジン１０２が始動するとき、エンジンが発生するトルクは、トルクコンバーター２４０およびＰＴＯ１４０の両方に結合される。ドライブラインブレーキ２３４が係合している間、トランスミッション出力シャフト１０８は回転しないよう抑止され、低いエンジン速度では、トルクコンバーター２４０に供給されるトルクはトルクコンバーター内で消散されるであろう。だが、より高いエンジン速度では、エンジンはおそらく失速し、それに応じてコントローラー１５０は、トランスミッションプラネタリーギヤセット２３９を、トランスミッション出力シャフト１０８へとトルクに伝達されないニュートラル状態に設定するために、Ｉ／Ｏポート１５４において制御信号を発生させることができる。いったんコントローラー１５０が、エンジン１０２が始動したことを特定すると、コントローラーはエンジンのクランキングを中断するための制御信号を発生させる。
【００８８】
これに代えて、図４に関連して先に述べたように、エンジン駆動モードに移行することが望ましい場合、コントローラー１５０は、ＰＴＯクラッチ２４４を切り離すためにＩ／Ｏポート１５６においてＰＴＯクラッチ制御信号を、そしてドライブラインブレーキ２３４を非係合状態とするためにＩ／Ｏポート１５８においてドライブラインブレーキ信号を発生させる。
【００８９】
静止車両始動は、エンジントルクが、例えば補助出力動力の提供または貯蔵要素１２２の充電といった非駆動目的のために使用されるべき運用にとって有用である。
【００９０】
エンジンＰＴＯと静止動力発生モード
図９を参照すると、図８に関連して先に説明したように、エンジン１０２が始動されたとき、装置１１０のギヤボックス１１２はさらに、車両１００が静止している間、補助出力部１４６においてＰＴＯ動力を提供するように構成されてもよい。このモードでは、動力はエンジン１０２によって提供され、かつ、コントローラー１５０（図１に示す）は、電気的入力部１２０から励磁電流を除去することによって、インバーターがモータートルクの発生を中断させるように、Ｉ／Ｏポート１６０において制御信号を発生させる。ＰＴＯハウジング１３９内のＰＴＯクラッチ２４４は係合状態のままであり、かつ、ドライブラインブレーキ２３４は、ドライブライン１１８が回転しないように抑止されると共に車両１００が静止状態のままであるように、制動状態に留まる。こうした条件下では、エンジン１０２の発生トルクは、エンジン出力シャフト１０４から、ＰＴＯ２４２ギヤを介し、ＰＴＯクラッチ２４４を介して、ＰＴＯカップリング１４１へと、そしてＰＴＯシャフト１４４を介してギヤボックス入力／出力部１４２へと伝達される。コントローラー１５０は、トルクがオーバーランニングクラッチ２５０をバイパスして、スプロケットシャフト２５４へと伝達されるように、バイパスクラッチ２５２を係合させるために、Ｉ／Ｏポート１５８において制御信号を発生させる。この実施形態では、コントローラー１５０はまた、補助出力クラッチ２４８を係合させるためにＩ／Ｏポート１５８においてクラッチ制御信号を発生させ、そしてトルクはこうして補助出力部１４６の補助出力シャフト１４８へと伝達される。エンジン１０２によって提供される動力は、したがって、矢印線９００で示すように、付属品を作動させるために、補助出力部１４６において利用可能となる。
【００９１】
図９に示す実施形態においては、リングギヤブレーキ２３２は、プラネットキャリア２２６が制動状態にある間、リングギヤ２２４の回転を可能にするように構成されているので、破線矢印９０２で示すトルクの一部は、複数のプラネットギヤ２２８を介してサンギヤ２２２へと伝達され、これによってローター２００を回転させる。電気的入力部１２０からのＡＣ電力バス１２６への電流を受けるようにインバーター１２４を設定することにより、モーター１１４は、エネルギー貯蔵要素１２２を充電するための、あるいは電気的付属品および／または装備に電力を供給するための発電機として設定することができる。これに代えて、電流がインバーターによってＡＣ電力バス１２６から取り出されていない場合、シャフト２０６への負荷は、ローター２００の風摩擦効果と、モーター１１４およびプラネタリーギヤシステム１３８における摩擦損失と。装置１１０のその他の機械損失に起因するものだけである。したがって、エンジンＰＴＯモードでは、静止発電が行われてもよく、そして補助出力クラッチ２４８が切り離された場合、エンジンが発生するトルクの全ては、発電のためにモーター１１４へと伝達されてもよい。
【００９２】
移動中のエンジンＰＴＯ
図１０を参照すると、トランスミッション１０６は、車両１００が図４に示すエンジン駆動モードで移動している間、ＰＴＯの同時稼働を容易にする。このモードでは、動力はエンジン１０２によって提供され、かつ、コントローラー１５０（図１に示す）は、電気的入力部１２０からの励磁電流を除去することによって、インバーター１２４によって、発生しているモータートルクを中断させるために、Ｉ／Ｏポート１６０において制御信号を発生させる。コントローラー１５０は、ＰＴＯハウジング１３９内のＰＴＯクラッチ２４４を係合させるためにＩ／Ｏポート１５６においてＰＴＯクラッチ制御信号を、そして補助出力クラッチ２４８を係合させるためにＩ／Ｏポート１５８において制御信号を発生させる。ドライブラインブレーキ２３４は、車両１００が移動している間、ドライブラインシャフト１１８の回転を可能とするために解放されるであろう。
【００９３】
こうした条件下では、エンジン１０２が発生させたトルクは、エンジン出力シャフト１０４から、ＰＴＯ２４２ギヤを通り、ＰＴＯ２４４クラッチを通ってＰＴＯカップリング１４１へと、そしてＰＴＯシャフト１４４を通ってギヤボックス入力／出力部１４２へと伝達される。コントローラー１５０はさらに、トルクが、矢印線１０００で示すように、スプロケットシャフト２５４へと、そして補助出力クラッチ２４８を介して補助出力シャフト１４８へと伝達されるように、オーバーランニングクラッチ２５０をバイパスするために、バイパスクラッチ２５１を係合させるために、Ｉ／Ｏポート１５８において制御信号を発生させる。
【００９４】
同時に、エンジントルクが、矢印線１００２で示されるように、トルクコンバーター２４０、トランスミッションプラネタリーギヤセット２３９、そしてオーバーランニングクラッチを介して伝達され、トランスミッション出力シャフト１０８に伝達される。ギヤボックス入力部１１６で受け取ったトルクは、したがって、車両１００に駆動力を供給するために、ギヤボックス１１２を介して、ドライブラインシャフト１１８に伝達される。
【００９５】
このモードでは、モーター１１４のローター２００は、サンギヤ２２２およびプラネットキャリア２２６を介して、回転しているドライブラインシャフト１１８に結合され、一方、リングギヤ２２４は回転しているスプロケットギヤ２４６に結合されるが、これによってローターが最高車速への制約を課してもよい。モーター１１４はまた、図４および図９に関連して先に説明したように、発生したトルクを受けるように構成されてもよく、あるいはモーターは、図６の実施形態に関連して先に説明したように、駆動トルクを発生するように構成されてもよい。
【００９６】
静止している間の電気的ＰＴＯモード
図１１を参照すると、代替的な運用実施形態では、装置１１０は、車両１００が静止しておりかつエンジン１０２が稼働していない間、補助出力部１４６においてモーター１１４がＰＴＯ動力を提供するように設定することができる。このモードでは、コントローラー１５０（図１に示す）は、ＰＴＯクラッチ２４４を非係合状態に設定するためにＩ／Ｏポート１５６においてＰＴＯクラッチ制御信号を生成する。コントローラー１５０は、ドライブライン１１８の、そしてプラネットキャリア２２６の回転を抑止するために、ドライブラインブレーキ２３４のブレーキ２３８を制動面２３６に係合させるために、Ｉ／Ｏポート１５８においてドライブラインブレーキ制御信号を発生させる。コントローラー１５０はまた、リングギヤの回転を可能とするために、リングギヤブレーキ２３２をリングギヤ２２４の制動面２３０から分離させるために、Ｉ／Ｏポート１５８においてリングギヤブレーキ制御信号を発生させる。コントローラー１５０はまた、モーター１１４にトルク（これはサンギヤ２２２へと中空シャフト２０６を介して伝達される）を発生させるために、インバーター１２４に電気的入力部１２０へと励磁電流を供給させるために、インバーター制御信号を発生させる。プラネットキャリア２２６の回転が抑止されるので、トルクはリングギヤ２２４へと伝達され、これが、今度は、トルクを、矢印線１１００で示すように、スプロケットギヤ２４６およびスプロケットシャフト２５４へ、補助出力クラッチ２４８を介して、補助出力部１４６へとトルクを伝達する。コントローラー１５０はまた、ＰＴＯシャフト１４４によってもたらされる負荷を除去するために、バイパスクラッチ２５２を切り離すために、Ｉ／Ｏポート１５８においてバイパスクラッチ制御信号を発生させることができる。
【００９７】
代替プラネタリーギヤ設定
図１２を参照すると、ギヤボックスおよび装置の代替実施形態が１２００で大まかに示されている。この実施形態では、エンジン１０２、トランスミッション１０６およびモーター１１４は、図２に示す実施形態と同様に構成される。モーター１１４はまた、中空シャフト２０６を介してサンギヤ２２２に結合されたままである。だが、この実施形態では、プラネタリーギヤシステム１３８は、プラネットキャリア２２６がスプロケットギヤ１２０４および１２０６の対を介して中間シャフト１２１０に結合されるよう構成される。中間シャフト１２１０は、ギヤボックス１１２の入力／出力部１２１６に対して、オーバーランニングクラッチ１２１２およびバイパスクラッチ１２１４を介して結合される。プラネットキャリア２２６もまた、図２の実施形態におけるようにドライブラインシャフト１１８に対して結合されず、むしろカップリング１２０８が、リングギヤ２２４とドライブラインシャフトとの間でトルクを伝達する。スプロケットギヤ１２０６が、スプロケットギヤ１２０４の回転方向に対して中間シャフト１２１０の回転方向を反転されるために組み込まれる。
【００９８】
別な実施形態では、プラネタリーギヤシステム１３８は代替的に構成されてもよく、かつ、図２および図１２に示すよりも、さらに複雑なギヤ形態を含むことができる。
【００９９】
図示の実施形態では、補助出力部１２１８は、図２に示すものに対して、ギヤボックス１１２上の代替位置に示されている。補助出力部１２１８は、ギヤボックス１１２の入力／出力部１２１６と同じ側に存在し、かつ、入力／出力部に連結された第１のチェーンスプロケット１２２０を含む。補助出力部１２１８はまた、第２のチェーンスプロケット１２２２と、第１のチェーンスプロケット１２２０からのトルクを第２のチェーンスプロケットに伝達するためのチェーン１２２４とを含む。第２のチェーンスプロケット１２２２は、補助出力シャフト１２２８へと補助出力クラッチ１２２６を介してトルクを伝達するように結合される。補助出力部１２１８の動作は、概して、図４ないし図１１に示した実施形態に関連して先に説明したようなものであり、これら実施形態において補助出力部１４６の代わりに組み込まれてもよい。
【０１００】
代替トランスミッション実施形態
別な実施形態では、図１に示すパワートレイン１０１は、図１３に１３００で示されるよう構成された代替トランスミッションを含むことができる。図１３を参照すると、トランスミッション１３００は、トルクコンバーター１３０２と、流体ポンプ１３０４と、トランスミッションプラネタリーギヤセット１３０６と、オーバーランニングクラッチ１３０８と、ＰＴＯ１３１０とを含む。
【０１０１】
トルクコンバーター１３０２は、図１３に概略的に示されており、トルクコンバータハウジング１３１４に結合されたインペラー１３１２を含み、このハウジングはエンジン出力シャフト１０４と一緒に回転するように結合されている。インペラー１３１２は、したがって、エンジン出力シャフト１０４からのトルクを受けるための入力部として機能する。流体ポンプ１３０４はハウジング１３１４に結合され、そして流体ポンプに、トランスミッション１３００内のさまざまなクラッチおよびその他の油圧アクチュエータを作動させるための油圧流体圧を発生させるインペラー１３１２と共に回転する。トルクコンバーター１３０２はまたタービン１３１６を含むが、これは、タービンからトランスミッションプラネタリーギヤセット１３０６へとトルクを伝達するトルクコンバーター出力シャフト１３１８に連結されている。概して、トルクコンバーターはまたステータ（図示せず）を含むが、これは、トルクを倍増させるためにインペラー１３１２とタービン１３１６との間の流体の流れを方向転換する。動作時、回転するインペラー１３１２によって循環させられるトランスミッション流体は、インペラーとタービンとの間の、したがってエンジン出力シャフト１０４とトルクコンバーター出力シャフト１３１８との間の流体カップリングを介してトルクを伝達するために、タービン１３１６を通って流動する。トルクコンバーター１３０２はさらに、インペラー１３１２とタービン１３１６との間にロックアップクラッチ１３２０を含む。ロックアップクラッチ１３２０は、トルクコンバーターを介したより効率的なトルク伝達のためにインペラー１３１２およびタービン１３１６のそれぞれの回転をロックするために係合したときに動作可能である。通常、ロックアップクラッチ１３２０は、流体ポンプ１３０４によって提供される油圧流体圧力を用いて油圧作動させられるであろうが、他の実施形態では、ロックアップクラッチ１３２０は電気的作動させられても、その他の方法で作動させられてもよい。
【０１０２】
この実施形態では、ＰＴＯ１３１０は、トルクコンバーター出力シャフト１３１８に結合される複数のギヤ１３２２を含む。ＰＴＯ１３１０もまたＰＴＯクラッチ１３２４を含むが、これは、この実施形態では、流体ポンプ１３０４によって提供される油圧流体圧力を用いて油圧作動させられる。別な実施形態では、ＰＴＯクラッチ１３２４は、電気的にまたはその他の方法で作動させられてもよい。
【０１０３】
トルクコンバーター１３０２のようなトルクコンバーターは、一般に、一方向への、すなわちエンジン出力シャフト１０４とトルクコンバーター出力シャフト１３１８との間の比較的効率のよいトルク伝達を提供するよう構成されるが、反対方向へのトルク伝達は、通常、非常に非効率的である。シャフト１４４を介してＰＴＯ１３１０に供給される始動トルクはエンジン出力シャフト１０４に対してトルクコンバーター１３０２を介して結合されるであろうから、流体結合条件下での始動トルク伝達は、それゆえ非効率であろう。有利なことには、ロックアップクラッチ１３２０の係合は、エンジン出力シャフト１０４への始動トルク伝達の効率を著しく向上させる。だが、図１３に示す実施形態では、流体ポンプ１３０４は、エンジン１０２が稼働しているときに油圧を発生させるよう動作するのみであり、したがってクラッチ動作は、シャフト１３１８が回転しているときにのみ可能である。通常動作の元では、これは問題ではない。なぜなら、ロックアップクラッチ１３２０は、通常、流体ポンプ１３０４が定格圧力で運転されるときに、高いエンジン速度で作動させられるに過ぎないからである。さらに、ＰＴＯクラッチ１３２４はまた、流体ポンプ１３０４によって油圧が発生させられているときに係合可能であるだけであり、したがって起動トルクは、流体ポンプ１３０４によって油圧が提供されると、伝達可能となるだけである。
【０１０４】
図１３に示す実施形態では、トランスミッション１３００は、流体ポンプ１３０４に結合された油圧流体入力／出力ポート１３３０を含む。油圧流体入力／出力ポート１３３０は、ソレノイド作動バルブ１３３２を介して、油圧流体アキュムレーター１３３４と連通している。チェックバルブ１３３３もまた、ソレノイド作動バルブ１３３２と並列に設けられている。ソレノイド作動バルブ１３３２は、流体ポンプ１３０４が油圧流体圧を発生するように動作している間、加圧された油圧流体がアキュムレーター１３３４内に蓄積されることを可能とする。油圧アキュムレーターは、概して、二つのチャンバー、すなわち一般的に非圧縮性の油圧流体を受けるための第１のチャンバーと、エネルギーを貯蔵するための第２の圧縮チャンバーとを含む。第２の圧縮チャンバーは、第１のチャンバー内の油圧流体を加圧するために力を加えるためのスプリングまたは圧縮ガスを含んでもよい。流体ポンプ１３０４によって生み出された油圧流体圧がアキュムレーター１３３４内の流体圧を下回って低下するとき、チェックバルブ１３３３はアキュムレーター内の圧力を維持するように閉じる。別な実施形態では、チェックバルブ１３３３を省略することができ、そして流体ポンプ１３０４によって生み出された油圧およびアキュムレーター内の油圧は、アキュムレーターが油圧流体を受け容れるためにバルブ１３３２がいつ作動させられるべきであるかを決定するために監視されてもよい。
【０１０５】
油圧流体入力／出力ポート１３３０はまた、ソレノイド作動バルブ１３３６を介してロックアップクラッチ１３２０と、そしてソレノイド作動バルブ１３３８を介してＰＴＯクラッチ１３２４と連通状態である。エンジンを始動することが望まれる場合、流体ポンプ１３０４は油圧を発生しておらず、バルブ１３３２が油圧流体入力／出力ポート１３３０において油圧流体圧力を提供するよう作動させられ、これが油圧を提供する。油圧は、バルブ１３３８を作動させるのに応答してＰＴＯ１３１０を介して始動トルクを伝達するためにＰＴＯクラッチ１３２４を係合させるのに、そしてバルブ１３３６の作動に応答してエンジン出力シャフト１０４へとトルクコンバーター１３０２を経て始動トルクの効果的な伝達を実現するためにロックアップクラッチ１３２０を係合させるのに十分であればよい。
【０１０６】
いったんエンジン１０２が始動すると、流体ポンプ１３０４は油圧流体圧力を発生させるように動作可能であり、かつ、上述したように、アキュムレーター１３３４は再び、次のエンジン始動サイクルのための加圧された油圧流体を蓄積する。
【０１０７】
別な実施形態では、電動油圧ポンプ（図示せず）が、油圧流体アキュムレーター１３３４およびバルブ１３３２の代わりに組み込まれてもよい。油圧ポンプは、例えば、図１に示すエネルギー貯蔵要素１２２のような車両バッテリーによって、あるいは従来型１２Ｖ鉛バッテリーによって供給されるＤＣ電力を用いて給電されてもよい。電動油圧ポンプは、（例えばトランスミッション１３００から）油圧流体の供給を受け、かつ、作動時には、ロックアップクラッチ１３２０およびＰＴＯクラッチ１３２４を作動させるために油圧流体入力／出力ポート１３３０において、加圧された油圧流体を供給するように作動するであろう。
【０１０８】
図１３に関連して説明した油圧アキュムレーター実施形態は、車両１００のさまざまなクラッチ、ブレーキおよびその他の油圧作動システムを作動させるための油圧流体圧力を提供するために、概して、図１〜１２の先に説明した実施形態のいずれかに示すように実施されてもよい。例えば、図２に示す実施形態では、油圧流体アキュムレーター１３３４は、エンジン１０２が稼働していないときに、ＰＴＯクラッチ２４４を作動させるための油圧作動圧力を提供するように具現化されてもよい。
【０１０９】
ＰＴＯに直接結合されたモーター
代替車両実施形態が図１４に１４００で大まかに示されている。図１４を参照すると、車両１４００は、エンジン出力シャフト１４０６においてトルクを生み出すことが可能な内燃機関といったエンジン１４０４を含むパワートレイン１４０２を含む。パワートレイン１４０２はまた、エンジン出力シャフト１４０６に結合されたトランスミッション１４０８を含む。トランスミッション１４０８は、出力シャフト１４１０およびＰＴＯ１４１２を含む。
【０１１０】
車両１４００はまた、トランスミッション１４０８の出力シャフト１４１０に結合されたトランスファーケース１４１４を含む。トランスファーケース１４１４は、ドライブラインシャフト１４２０、ディファレンシャル１４２２、そしてアクスル１４２４を介して、後輪１４１６，１４１８の対に駆動力を提供するように動作可能である。トランスファーケース１４１４はまた、ドライブシャフト１４３０、ディファレンシャル１４３２、そしてアクスル１４３４を介して、前輪１４２６，１４２８の対に選択的に駆動力を提供するよう動作可能である。
【０１１１】
車両１４００はさらに、ＰＴＯ１４１２に対してシャフト１４３８を介して結合されたモーター１４３６を含む。この実施形態では、モーター１４３６は、ＡＣ電力バス１４４２からのＡＣ動作電流を受けるための電源入力部１４４０を含むが、別な実施形態では、モーターはＤＣモーターとして具現化することができる。車両はさらに、ＤＣ電力バス１４４８を介して接続された、インバーター１４４４およびエネルギー貯蔵要素１４４６を含む。
【０１１２】
一実施形態では、図１３に示すトランスミッション構造体１３００は、油圧流体入力／出力ポート１３３０と、ソレノイド作動バルブ１３３２と、油圧流体アキュムレーター１３３４とを含むトランスミッション１４０８として具現化することができる。モーター１４３６は、ＰＴＯ１４１２を介して始動トルクを提供するように動作可能であるが、ＰＴＯ１４１２は、図１３に関連して上述したように、トランスミッション１４０８を介して結合される。さらに、モーター１４３６は、ＰＴＯ１４１２を介して、車両のための駆動トルクを提供するために使用されてもよく、そしてさらに、貯蔵要素１４４６を充電するためにエンジントルクをあるいはホイールからの回生トルクを受け取るように構成されてもよい。
【０１１３】
他の実施形態では、図２に示すトランスミッション構造体１０６はトランスミッション１４０８として具現化できるが、この場合、油圧流体アキュムレーター１３３４のみが、ＰＴＯクラッチ２４４（図２に示す）を作動させるため油圧流体圧力を提供するために必要とされる。このような実施形態では、ソレノイド作動バルブ１３３２は省略されてもよく、そしてチェックバルブ１３３３は、油圧流体入力／出力ポート１３３０と、ソレノイド作動バルブ１３３８への油圧ラインにおけるブランチとの間に移動させることができる。この場合、流体ポンプ１３０４が動作している間、流体アキュムレーター１３３４は流体圧力を蓄積するが、これは、続いて、ＰＴＯクラッチ１３２４を係合するためのソレノイド作動バルブ１３３８を作動させるため利用可能である。
【０１１４】
有利なことには、図１４に示す実施形態は、車両シャーシレイアウトの比較的軽微な再構成しか伴わずに、従来型内燃エンジン駆動機構を有する車両に組み込むことができる。従来の１２ＶＤＣスターターは、始動トルク、駆動トルクおよび発電機機能を提供するモーター１４３６にとって好都合となるように省略されてもよい。典型的な軽量商用および産業車両形態は、インラインモーターを収容するための限定された付加的スペースしか提供しない。だが、多くの場合、ＰＴＯ出力部の領域における合理的なアクセスが提供され、そして、概して図１４に示すようにモーターは都合よく搭載することができる。
【０１１５】
上記装置のさまざまな実施形態はまた、ハイブリッド車両動作機能を提供するためにＰＴＯ出力部を有する従来型車両の転換を容易にする。従来型エンジン／トランスミッションのトランスミッションにおけるＰＴＯ出力部の使用はまた、やはり別個のスタータモーターの必要性を排除しながら、静止エンジン始動および稼働しているエンジン始動の両方を容易にする。
【符号の説明】
【０１１６】
１００  車両
１０１  パワートレイン
１０２  エンジン
１０４  エンジン出力シャフト
１０６  トランスミッション
１０８  トランスミッション出力シャフト
１１０  装置
１１２  ギヤボックス
１１４  電気モーター
１１６  ギヤボックス入力部
１１８  ドライブラインシャフト
１２０  電気的入力部
１２２  エネルギー貯蔵要素
１２４  インバーター
１２６  電力バス
１２８  電力バス
１３０  駆動ホイール
１３４  ディファレンシャル
１３６  アクスル
１３８  プラネタリーギヤシステム
１３９  ハウジング
１４０  パワーテイクオフ（ＰＴＯ）
１４１  カップリング
１４２  出力部
１４４  カップリングシャフト
１４６  補助出力部
１４８  補助出力シャフト
１５０  コントローラー
１５２  ポート
１５４  ポート
１５６  ポート
１５８  ポート
１６０  ポート
１６２  ポート
１６４  入力部
１６６  出力部
１６８  端子
２００  永久磁石ローター
２０２  ステータ
２０４  モーターハウジング
２０６  中空シャフト
２０８  内腔
２１０  ハウジング
２２０  プレート
２２０  サンギヤ
２２２  サンギヤ
２２４  リングギヤ
２２６  プラネットキャリア
２２８  プラネットギヤ
２３０  制動面
２３２  リングギヤブレーキ
２３４  ドライブラインブレーキ
２３６  制動面
２３８  ブレーキ
２３９  トランスミッションプラネタリーギヤセット
２４０  トルクコンバーター
２４１  オーバーランニングクラッチ
２４２  ギヤ
２４４  オーバーランニングクラッチ
２４６  スプロケットギヤ
２４８  補助出力クラッチ
２５０  オーバーランニングクラッチ
２５１  バイパスクラッチ
２５２  バイパスクラッチ
２５４  スプロケットシャフト
１２０４  スプロケットギヤ
１２０６  スプロケットギヤ
１２０８  カップリング
１２１０  中間シャフト
１２１２  オーバーランニングクラッチ
１２１４  バイパスクラッチ
１２１６  出力部
１２１８  補助出力部
１２２０  第１のチェーンスプロケット
１２２２  第２のチェーンスプロケット
１２２４  チェーン
１２２６  補助出力クラッチ
１２２８  補助出力シャフト
１３００  トランスミッション
１３０２  トルクコンバーター
１３０４  流体ポンプ
１３０６  トランスミッションプラネタリーギヤセット
１３０８  オーバーランニングクラッチ
１３１２  インペラー
１３１４  トルクコンバータハウジング
１３１６  タービン
１３１８  トルクコンバーター出力シャフト
１３２０  ロックアップクラッチ
１３２２  ギヤ
１３２４  クラッチ
１３３０  出力ポート
１３３２  ソレノイド作動バルブ
１３３３  チェックバルブ
１３３４  油圧流体アキュムレーター
１３３６  ソレノイド作動バルブ
１３３８  ソレノイド作動バルブ
１４００  車両
１４０２  パワートレイン
１４０４  エンジン
１４０６  エンジン出力シャフト
１４０８  トランスミッション
１４１０  出力シャフト
１４１４  トランスファーケース
１４１６，１４１８  後輪
１４２０  ドライブラインシャフト
１４２２  ディファレンシャル
１４２４  アクスル
１４２６，１４２８  前輪
１４３０  ドライブシャフト
１４３２  ディファレンシャル
１４３４  アクスル
１４３６  モーター
１４３８  シャフト
１４４０  電源入力部
１４４２  電力バス
１４４４  インバーター
１４４６  エネルギー貯蔵要素
１４４８  電力バス
【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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【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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