(57)【要約】  可動車両（１０）に使用するための駆動トレーン（２０、２２）が開示される。駆動トレーンは、機械的出力（３０）を有する燃焼機関（１８）と、地面係合牽引装置（１４）と、主変速機ユニット（２０）とを有し得る。動力を機械的出力から地面係合牽引装置に伝達するように、主変速機ユニットを連結することが可能である。さらに、駆動トレーンは、燃焼機関を選択的に駆動するように機械的パワー出力に動作可能に連結された液圧パワー補助ユニット（２２）を有し得る。
2010500216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械的出力（３０）を有する燃焼機関（１８）と、
地面係合牽引装置（１４）と、
動力を機械的出力から地面係合牽引装置に伝達するように連結された主変速機（２０）ユニットと、
燃焼機関を選択的に駆動しまた遅らせるように機械的パワー出力に動作可能に連結された液圧パワー補助ユニット（２２）と、
を備える駆動トレーン（２０、２２）。
【請求項２】
液圧パワー補助ユニットが、
流体を加圧するために機械的パワー出力によって駆動されるポンプ（４６）と、
加圧流体を選択的に貯蔵および吐出するように構成されたアキュムレータ（４８）とを含み、
アキュムレータ内に加圧流体を貯蔵することにより、地面係合装置の動作遅延が生じ、
パワー補助ユニットが圧力リリーフ弁（５０）を含み、
アキュムレータが流体で完全に充填された場合でも、動作遅延を利用可能である
請求項１に記載の駆動トレーン。
【請求項３】
ポンプが可変容量形ポンプであり、ポンプの押しのけ容積が、燃焼機関の定常状態動作の間はほぼゼロに設定される請求項２に記載の駆動トレーン。
【請求項４】
主変速機ユニットが、
機械的パワー出力に動作可能に連結された機械式ステップチェンジ変速機（２４）と、
加圧流体への機械的出力によって動作可能に駆動される駆動ポンプ（３８）と、
ギヤアセンブリ（３２）と、
駆動ポンプから加圧流体を受け入れるように、及びギヤアセンブリの一部を動作可能に駆動するように流体連結されたモータ（４０）と、
を含む請求項１に記載の駆動トレーン。
【請求項５】
車両（１０）を推進する方法であって、
燃料を燃焼させて機械的出力（３０）を発生させるステップと、
動力を第１の流路（２４）に通して車両を推進するステップであって、第１の流路が機械的出力を起点とするステップと、
動力を第２の流路（２２）に選択的に通して流体を加圧するステップであって、第２の流路が第１の流路とは完全に異なりかつ機械的出力を起点とするステップと、
加圧流体を貯蔵するステップと、
貯蔵された加圧流体を第２の流路を通して戻し、車両を推進するステップと、
を含む方法。
【請求項６】
動力を第３の流路（２６）に通して車両を推進するステップをさらに含み、第３の流路が機械的出力を起点とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
第１および第３の流路の少なくとも一部（３２）が共通である請求項６に記載の方法。
【請求項８】
第１の流路に通される出力速度比を変化させるステップをさらに含み、出力速度比を減少させる段変化が生じた場合に、貯蔵された加圧流体が第２の流路を通して戻される請求項７に記載の方法。
【請求項９】
第１の流路に通される出力速度比を変化させるステップをさらに含み、出力速度比を増加させる段変化が生じた場合に、加圧流体が第２の流路に通され、そして貯蔵される請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
被駆動牽引装置（１４）と、
操縦可能な牽引装置（１２）と、
動力を燃焼機関（３０）から被駆動牽引装置に伝達するように動作可能である請求項１〜４のいずれか１項に記載の駆動トレーン（２０、２２）と、
燃焼機関、被駆動牽引装置、操縦可能な牽引装置および駆動トレーンを動作可能に連結するフレーム（１６）と、
を備える車両（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般に車両駆動トレーンに関し、より詳しくは液圧パワー補助を備える車両駆動トレーンに関する。
【背景技術】
【０００２】
多数の作業を行うために、例えば、ホイールローダ、オンおよびオフハイウェイトラック、モータグレーダ等の機械、および他の重機が使用される。これらの作業を効果的に行うために、機械は、変速機を介して大きなトルクを１つ以上の地面係合装置に供給するエンジンを必要とする。変速機は、所望の動作範囲内でエンジンの動作を保持しつつ、異なる速度で機械を動作させることを許容するために、ある範囲の変速比を提供しなければならない。このために、機械は、典型的に、多速度機械式変速機、ポンプと流体モータとを有する連続可変油圧変速機（ＣＶＴ）、発電機と電気モータとを有する電気式ＣＶＴ、あるいは直列構成または並列構成でエンジンと地面係合装置との間に連結されたハイブリッド変速機（例えば、上述の技術の組み合わせ）を含む。
【０００３】
上述のエンジン／変速機構成はいくつかの状態に適切であり得るが、ハイブリッド用途またはＣＶＴ用途等でエンジンが小型である場合、変化する負荷に対する駆動システムの応答は遅くなる可能性がある。例えば、不均衡な重負荷（例えば、エンジンがそれに対してサイズ決めされる、エンジンに生じる平均的な負荷よりも重い負荷）が、駆動トレーンに突然加えられた場合、エンジンは要求トルク出力を発生させる際に減速する可能性がある。同様に、機械速度または出力トルクの減少が望まれ、典型的なＣＶＴが機械に装備されている場合、エンジンおよび変速機からの利用可能な遅延がいくつかの状態で不十分になる可能性があり、常用ブレーキを手動で使用することが必要となる。
【０００４】
車両駆動トレーンの応答を改善する１つの試みは、１９９９年３月３０日にグレイ・ジュニア（Ｇｒａｙ，Ｊｒ．）に交付された（特許文献１）に記載されている。（特許文献１）は、連続ループで相互連結された流体モータおよびポンプを含む車両用の駆動トレーンを記載している。第１の管路により、流体モータの入口がポンプの出口に連結され、また第２の流体管路により、ポンプの入口が流体モータの出口に連結される。ガス／液体アキュムレータは第１の管路に連通し、一方、低圧リザーバは第２の流体管路に連通する。車両の平均トルク要求に合わせるように寸法決めされたエンジンは、ポンプを駆動するために使用される。モータ制御装置は、検出された動力要求に従って流体モータの押しのけ容積を制御し、またポンプ制御装置は、アキュムレータ内の流体圧力に応じてポンプの押しのけ容積を制御する。
【０００５】
（特許文献１）に記載されている車両の運転者が、車両のホイールへの動力を増加させるコマンドを出した（例えばアクセルペダルを踏み込んだ）ときに、油圧モータの押しのけ容積が増加される。エンジン速度が上昇されるまでは、したがって、アキュムレータが、増加された流体の流れを供給し、それと同時に、エンジン速度が上昇するまでは、エンジンによって、増加されたモータ押しのけ容積に関連する増加された流体の流れを迅速に供給できない。モータの押しのけ容積の増加により、システムのおよびアキュムレータの圧力低下が生じる。システム圧力の低下に応じて、ポンプの押しのけ容積を減少させるようにポンプが制御され、それに続いて、エンジンに負荷が与えられ、この結果、新たな動力要求に対して、エンジン速度が急上昇する。エンジン速度が適切な速度に達した場合、流体力要求を満たしまたシステム設定値圧力に戻すために、ポンプの押しのけ容積が増加される。
【０００６】
動力要求の減少は、動力要求の増加と同様の方法で処理される。すなわち、モータの押しのけ容積が減少されたときに、システム圧力が増加し、これにより、エンジンに負荷が本質的に与えられ、それに続いて、エンジン速度が、必要となる新たなより低いレベルにされる。
【０００７】
（特許文献１）に記載されているアキュムレータを使用することにより、油圧式ＣＶＴによってホイールからエンジンに伝達される負荷の変化中における応答が改善され得るが、そのことは、他の駆動トレーン構成に対する適用性を制限する可能性がある。特に、機械式ステップチェンジ変速機および連続可変式電気変速機は、動力をエンジンから車両のホイールに伝達するためにポンプまたは流体モータを利用しないので、このようなシステムでは、アキュムレータを充填しないかまたはアキュムレータからの充填流体を利用しない。さらに、車両の全動力の部分は、単に、二重経路ハイブリッド変速機（例えば、機械的パワー流路と液圧パワー並列流路とを有する変速機）の油圧部分を通って流れるので、上記システムのアキュムレータの効果が最小になるであろう。その上、アキュムレータの使用が二重経路ハイブリッド変速機の液圧パワー流路内に効果的に実現され得るとしても、液圧パワー流路の制御は非常に複雑になるであろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５，８８７，６７４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
開示される車両駆動トレーンは、上述の課題の１つ以上を克服することに向けられる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一形態では、本開示は駆動トレーンに関する。駆動トレーンは、機械的出力を有する燃焼機関と、地面係合牽引装置と、主変速機ユニットとを含み得る。動力を機械的出力から地面係合牽引装置に伝達するように、主変速機ユニットを連結し得る。さらに、駆動トレーンは、燃焼機関を選択的に駆動するように機械的パワー出力に動作可能に連結された液圧パワー補助ユニットを含み得る。
【００１１】
他の形態では、本開示は、車両を推進する方法に関する。本方法は、燃料を燃焼させて機械的出力を発生させるステップと、動力を第１の流路に通して車両を推進するステップとを含むことが可能である。第１の流路は機械的出力を起点とし得る。さらに、本方法は、動力を第２の流路に選択的に通して流体を加圧するステップを含むことが可能である。第２の流路は、第１の流路とは完全に異なり、機械的出力を起点とし得る。その上、本方法は、加圧流体を貯蔵するステップと、貯蔵された加圧流体を第２の流路に選択的に通して戻し、車両を推進するステップとを含むことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】開示される例示的な機械の概略図である。
【図２】図１の機械に使用するための開示される例示的な動力システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、例示的な機械１０を示している。機械１０は、鉱業、建設業、農業、運送業等の産業、または公知の他の任意の産業に関連するある種の作業を行う可動車両であり得る。例えば、機械１０は、オンまたはオフハイウェイトラック、ホイールローダ、モータグレーダ等の積載車両、または他の任意の積載車両であり得る。その代わりに、機械１０は、船舶、乗用車または他の任意の適切な作業実行機械であってもよい。機械１０は、前部牽引装置１２、後部牽引装置１４、前部牽引装置１２と後部牽引装置１４とを連結するフレーム１６、動力源１８、変速機２０および液圧補助ユニット２２を含み得る。必要に応じて、動力源１８と変速機２０との間には、トルクコンバータ（図示せず）を配置してもしなくてもよいことが考えられる。
【００１４】
前部牽引装置１２および後部牽引装置１４の双方はともに、機械１０の各側（一方の側のみ図示）に配置された１つ以上のホイールを含み得る。その代わりに、前部牽引装置１２および／または後部牽引装置１４は、履帯、ベルトまたは公知の他の牽引装置を含んでもよい。前部牽引装置１２および後部牽引装置１４のいずれかを駆動し得るおよび／または操縦可能であり得る。
【００１５】
フレーム１６は、作業機械１０の移動を補助する任意の構造ユニットを含むことが可能である。フレーム１６は、例えば、牽引装置１２、１４と動力源１８と変速機２０とを連結する固定ベースフレーム、リンケージシステムの可動フレーム部材、または公知の他の任意のフレームであり得る。
【００１６】
動力源１８は、機械的パワー出力を発生させ、例えば、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、ガス燃料エンジン等の内燃機関、または当業者に明らかな他の任意の種類のエンジンとして具体化され得る。その代わりに、動力源１８は、炉、バッテリ、燃料電池、モータ等の非燃焼式動力源、または他の任意の適切な動力源として具体化され得る。
【００１７】
図２に示したように、変速機２０は、動力を動力源１８から牽引装置１２、１４に伝達するための複数の流路を有することが可能である。特に、変速機２０は、多速度双方向機械式変速機を通って延びる第１の動力流路２４と、油圧式または電気式連続可変変速機（ＣＶＴ）を通って延びる第２の動力流路２６とを含み得る。第１の動力流路２４および第２の動力流路２６は、動力源１８の機械的出力３０を起点として直列または並列に配置され、そして１つ以上のギヤアセンブリ３２（図２に１つのみ図示）を介した共通の部分を有することが可能である。共通の部分を有する並列経路変速機構成が図２に示されているが、並列経路直列構成のＣＶＴ部が機械式変速機との共通点を有しなくてもよいことに留意されたい。変速機２０の機械的入力３４と機械的出力３６との間に、ギヤアセンブリ３２を配置し得る。変速機２０内には、複数の流体作動クラッチ（図示せず）も含まれ得る。ギヤアセンブリの部分の係合を生じさせる加圧流体でクラッチを選択的に充填することが可能である。係合されるクラッチの組み合わせにより、変速機２０の段階的な出力速度比を決定し得る。
【００１８】
変速機２０内のＣＶＴ部すなわち第２の動力流路２６は、第１の流体通路４２と第２の流体通路４４とを介して相互連結されたポンプ３８およびモータ４０を含むことが可能である。ポンプ３８は、例えば、流体を加圧するために動力源１８の機械的出力３０によって回転される可変容量形ポンプであり得る。加圧流体を、モータ４０により、機械１０の走行方向に応じて流体通路４２または４４に通すことが可能である。加圧流体によって駆動されるモータ４０はギヤアセンブリ３２の一部を回転させ得る。この回転の方向および速度は変速機２０の出力比に影響を与えることが可能である。比率制御装置（図示せず）は、ポンプ信号でポンプ３８の押しのけ容積を操作し、これによって、モータ４０の回転と、変速機２０の結果として得られた出力比とを制御することが可能である。必要に応じて、モータ４０が可変容量形装置であることも可能であることが考えられる。電気式ＣＶＴ構成において、発電機および電気モータが上述の流体ポンプおよびモータの代わりとなり得ることに留意されたい。
【００１９】
液圧補助ユニット２２は、選択的に動力源１８の機械的出力３０からエネルギーを吸収しかつ機械的出力３０にエネルギーを解放するように相互作用する構成部材を含むことが可能である。具体的には、液圧補助ユニット２２はポンプ４６と、アキュムレータ４８と、圧力リリーフ弁５０と、冷却器５２とを含み得る。ポンプ４６は、流体通路５４を介してアキュムレータ４８に流体連結され、かつ流体通路５６を介して冷却器５２に流体連結されることが可能である。圧力リリーフ弁５０が流体通路５４内でアキュムレータ４８と冷却器５２との間に配置されているものとして示されているが、液圧補助ユニット２２内の任意の位置に、圧力リリーフ弁５０を配置し得ることが考えられる。必要に応じて、液圧補助ユニット２２内の流動運動を制御するために、例えば、ポンプ４６とアキュムレータ４８との間の流体通路５４内、流体通路５６内、および／または低圧リザーバ５８に関連するドレン通路６０内等の液圧補助ユニット２２内に、１つ以上の制御弁（図示せず）を備え得ることが考えられる。
【００２０】
ポンプ３８と同様に、ポンプ４６も可変容量形加圧流体源であり得る。機械１０の定常状態動作中に、ポンプ４６の押しのけ容積をほぼゼロに設定して、ポンプ４６によって動力源１８に加えられる摩擦を最小にすることが可能である。しかし、その後の使用のために、エンジン出力が過剰な状態の間、ポンプ４６の押しのけ容積を増加させて、加圧流体を加圧してアキュムレータ４８内に貯蔵することが可能である。同様に、動力が不十分である状態の間に、ポンプ４６の押しのけ容積を増加させ、アキュムレータ４８内に貯蔵された加圧流体をポンプ４６を介して吐出して、動力源１８を駆動することが可能である。
【００２１】
アキュムレータ４８は、流体力源として将来使用するための加圧流体を貯蔵するように構成される圧縮可能なガスで充填される圧力容器として具体化され得る。圧縮可能なガスは、例えば、窒素または他の適切な圧縮可能なガスを含んでもよい。アキュムレータ４８に連通する流体が所定の圧力を超えたときに、その流体はアキュムレータ４８に流入し得る。窒素ガスは圧縮可能であるので、窒素ガスはバネのように作用し、流体がアキュムレータ４８内に流入する場合に圧縮することが可能である。アキュムレータ４８に連通する通路内の流体圧力が所定の圧力未満に低下した場合、アキュムレータ４８内の圧縮窒素が膨張し、アキュムレータ４８内にある流体をアキュムレータ４８から流出させることが可能である。その代わりに、アキュムレータ４８は、必要に応じて、バネ付勢式アキュムレータとして具体化され得ることが考えられる。
【００２２】
圧力リリーフ弁５０により、流体通路５６と６０を介してポンプ４６の出力を低圧リザーバ５８に流体連結して、液圧補助ユニット２２からの圧力を軽減することが可能である。特に、圧力リリーフ弁５０はパイロット作動弁体またはソレノイド作動弁体を含むことが可能であり、この弁体は、閉鎖位置または流体遮断位置に向かってバネ付勢され、かつ所定の圧力を超える流体通路５４内の圧力に応答して開放位置または流体通過位置に向かって可動である。所定の圧力は、必要に応じて可変であり、１つ以上の機械関連状態に従って設定または変更することが可能である。過剰な圧力スパイクからシステムを同時に保護しつつ、圧力リリーフ弁５０に作用する流体圧力が付勢バネ力を超え、および／またはソレノイド（図示せず）が通電されるまで、圧力リリーフ弁５０は、流体遮断位置に留まることによってシステム圧力（例えば、液圧補助ユニット２２内の圧力）を所定のレベルに維持し得る。液圧補助ユニット２２内のシステム圧力はポンプ４６の加圧動作に対して作用することが可能であり、これによって、アキュムレータ４８の容積を満たしている場合でも、過剰な力を分散させることが可能になる。必要に応じて、圧力リリーフ弁５０を省略し得ることが考えられる。
【００２３】
ポンプ４６が液圧補助ユニット２２内の流体を移動させたときに、分散エネルギーを熱に変換し得る。抑制されなかった場合、この熱が増加して、液圧補助ユニット２２の効果を低減することが可能である。このために、冷却器５２を利用して、二次流体回路（図示せず）で熱を交換することが可能である。冷却器５２は、例えば、プレート型の、チューブ・フィン型のまたはシェル・チューブ型の液体対空気熱交換器または液体対液体熱交換器等の公知の任意の種類の熱交換器として具体化され得る。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
開示される駆動トレーンは、車両の応答を向上させるために、車内に利用される変速機の種類に関係なく、柔軟かつ強固な方法を提供することが可能である。具体的には、開示される駆動トレーンの別個のおよび独立した液圧補助ユニットは、選択的に、車両の原動機に、加速のために付加力を与え、減速のために付加摩擦を与えることが可能である。この液圧補助ユニットはそれ自体の動力源および蓄電池を含み得るので、機械式変速機、電気変速機、油圧変速機、またはこれらの技術の任意の組み合わせと共に、前記液圧補助ユニットを使用できる。次に、機械１０の動作について説明する。
【００２５】
図２を参照するに、機械１０が動作している場合、動力源１８は燃料／空気混合物を燃焼させて、機械的出力３０を発生させることが可能である。二重流路２４および２６に沿って、機械的出力３０に関連する動力を牽引装置１２および１４に伝達し得る。動力が第１の流路２４に沿って伝達されたときに、機械オペレータは、オペレータインターフェース装置（図示せず）を移動させることによって、所望の変速機出力ギヤ比または最大の変速機出力速度比を選択することが可能である。オペレータが特定のギヤ比を選択するか、あるいはギヤ比が、移動速度またはトルクと最大許容可能なギヤ比とに応じて自動的に選択された場合、第１の動力流路２４に関連する選択クラッチが加圧流体で充填され、選択組み合わせのギヤアセンブリに係合し、変速機２０が、予め規定された出力比の間で切り換えられる。同様に、牽引装置１２、１４の速度および／またはトルク出力要求が変化したときに、第２の動力流路２６内のポンプ３８が流体を加圧して、その加圧流体をモータ４０に向けることが可能である。その次に、モータ４０はギヤアセンブリ３２の一部を機械的に回転させることが可能であり、これによって、変速機２０の選択された出力比が変更され、所望の車両出力とその最適なエンジン性能とが同時に提供される。
【００２６】
変速機２０が、出力ギヤ比を変更したとき、特に出力比を段階的に変更したとき、動力源１８は、必要な出力トルクを直ちに供給することが困難になる可能性がある。結果として、動力源１８の動作がいくつかの状態で所望の性能よりも低下する場合がある。性能のこの低下に対処するために、液圧補助ユニット２２は、要求トルクとエンジンで利用可能なトルクとのトルク差を選択的に供給および吸収し得る。例えば、低いギヤ比から高いギヤ比にシフトした場合、動力源１８の出力トルクが所望の出力トルクよりも低下する可能性があり、エンジン速度が望ましくなく低下する。この状態において、アキュムレータ４８からの加圧流体を、ポンプ４６を駆動しかつ機械的出力３０にトルクを加えるように向けることが可能である。逆に、高いギヤ比から低いギヤ比にシフトした場合、動力源１８の出力トルクは要求されたものよりも高くなる可能性があり、そして動力源１８が小型であるために摩擦がないので、動力源１８の出力トルク減少は所望のトルク減少よりも小さくなる場合がある。この状態において、動力源１８の過剰なトルクを機械的出力３０に通し、もってポンプ４６を駆動しかつ液圧補助ユニット２２内の流体を加圧することが可能である。ポンプ４６を駆動することによって、摩擦、したがって、動力源１８のトルク出力を迅速に低減する能力を増加させ得る。さらに、次の補助動作のために、ポンプ４６によって加圧された流体を、アキュムレータ４８を充填するように向けることが可能である。トルクの付加も除去も不要であり、かつアキュムレータ４８の容積を満たしている場合には、動力源１８の効率がほとんど影響を受けないように、ポンプ４６の押しのけ容積をデストローク（ｄｅ−ｓｔｒｏｋｅ）し得る。
【００２７】
アキュムレータ４８の容積を満たしている場合でも、液圧補助ユニット２２は動力源１８に摩擦を選択的に加えることが可能である。具体的には、液圧補助ユニット２２は圧力リリーフ弁５０を含むので、アキュムレータ４８の状態に関係なく、ポンプ４６の回転に対して作用するシステム圧力を所望の所定レベルに維持し得る。
【００２８】
本開示の駆動トレーンに種々の修正および変更をなし得ることが当業者には明らかであろう。駆動トレーンの他の実施形態は、本明細書に開示される本発明の仕様および実施を考慮すれば当業者には明らかであろう。仕様および実施例は例示的なものに過ぎないと考えるべきであり、本開示の真の範囲は、以下の特許請求の範囲およびそれらの等価物によって示されることが意図される。
【図１】
2010500216.tif 000003
【図２】
2010500216.tif 000004
【国際調査報告】
2010500216.tif 000005
2010500216.tif 000006