(57)【要約】  自動車車両用パワーユニット（１）であって、前記パワーユニットは内燃エンジン（１１）と、電力貯蔵手段（１５）に電気接続された電気機械（３１）と、前記エンジンの排気管路（１８２）に配置された第１タービン（１７２）からなるターボ過給機（１７）と、を含んでいる。前記パワーユニットはさらに、前記エンジンの排気管路（１８２）に配置され、前記電気機械に駆動接続された第２タービン（１９２）と、動力伝達装置（２２）と、を含んでいる。前記動力伝達装置（２２）の第１入出力機構（２２１）は前記第２タービン（１９２）に接続されており、前記動力伝達装置（２２）の第２入出力機構（２２８）は前記内燃エンジン（１１）のクランクシャフト（１１１）に接続されている。前記動力伝達装置は前記第１及び第２入出力機構（２２１，２２８）間で可変減速比を有している。【選択図】図４
2010513133.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車車両用パワーユニットであって、
内燃エンジン（１１）と、
電力貯蔵手段（１５）に電気接続された電気機械（３１）と、
前記エンジンの排気管路（１８２）に配置された第１タービン（１７１）からなるターボ過給機（１７）と、
前記エンジンの排気管路（１８２）に配置され、前記電気機械に駆動接続された第２タービン（１９２）とからなる前記パワーユニットにおいて、
前記第２タービン（１９２）に接続された第１入出力機構（２１１Ａ；Ｇ１）と前記内燃エンジン（１１）のクランク軸（１１１）に接続された第２入出力機構（２１２；Ｇ２）を有する動力伝達装置（２１；２２）をさらに含み、前記動力伝達装置（２１；２２）が前記第１および第２入出力機構（２１１Ａ、２１２；Ｇ１、Ｇ２）間で可変減速比を有することを特徴とする、パワーユニット。
【請求項２】
前記動力伝達装置は、プーリとベルト式無段変速装置（２１）からなることを特徴とする、請求項１に記載のパワーユニット。
【請求項３】
前記無段変速装置は、ベルト（２１３）によって接続された２つの双円錐プーリ（２１１、２１２）を含み、前記第２タービン（１９２）と前記電気機械（３１）は、相対位置（ｄ）を修正すること（１９７）によって前記変速装置の減速比を調節できる同一プーリ（２１１）の２つの部分（２１１Ａ、２１１Ｂ）に接続され、前記クランク軸（１１１）はもう一方のプーリ（２１２）に接続されることを特徴とする、請求項２に記載のパワーユニット。
【請求項４】
前記伝達装置は、前記電気機械（３１）に接続された第３入出力機構（Ｇ３）を有する３段入出力変速装置（２２）であることを特徴とする、請求項１に記載のパワーユニット。
【請求項５】
前記３段入出力変速装置は遊星歯車列（２２）からなることを特徴とする、請求項４に記載のパワーユニット。
【請求項６】
前記歯車列（２２）の太陽歯車（２２５）が前記クランク軸（１１１）に連結されることを特徴とする、請求項５に記載のパワーユニット。
【請求項７】
前記歯車列（２２）の輪歯車（２２６）が前記クランク軸（１１１）に連結されることを特徴とする、請求項５に記載のパワーユニット。
【請求項８】
前記歯車列（２２）の遊星キャリア（２２７）が前記クランク軸（１１１）に連結されることを特徴とする、請求項５に記載のパワーユニット。
【請求項９】
前記歯車列（２２）の太陽歯車（２２５）が前記タービン（１９２）に連結されることを特徴とする、請求項５、７または８のいずれか１項に記載のパワーユニット。
【請求項１０】
前記歯車列（２２）の輪歯車（２２６）が前記タービン（１９２）に連結されることを特徴とする、請求項５、６または８のいずれか１項に記載のパワーユニット。
【請求項１１】
前記歯車列（２２）の遊星キャリア（２２７）が前記タービンに連結されることを特徴とする、請求項５〜８のいずれか１項に記載のパワーユニット。
【請求項１２】
前記電気機械（３１）を、前記パワーユニット（１）の作動状態に応じて、発電機またはモータとして機能させることができることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のパワーユニット。
【請求項１３】
前記電力貯蔵手段（１５）に電気接続され、前記３段入出力変速装置（２１；２２）とは独立して前記クランク軸に連結された別の電気機械（１２）をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のパワーユニット。
【請求項１４】
前記電力貯蔵手段（１５）に電気接続され、前記第２タービン（１９２）と前記変速装置（２１；２２）の前記第１入出力機構（２１１Ａ；Ｇ１）とに機械連結された別の電気機械（４１）をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のパワーユニット。
【請求項１５】
前記電力貯蔵手段（１５）に電気接続され、前記ターボ過給機（１７）の圧縮機（１７１）とタービン（１７２）とに機械連結された別の電気機械（５１）をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のパワーユニット。
【請求項１６】
前記電気機械（１２、３１；４１；５１）は、前記車両の電気負荷（１６）にも接続される電力制御装置（１４）を介して前記電力貯蔵手段（１５）に接続されることを特徴とする、請求項１３〜１５のいずれか１項に記載のパワーユニット。
【請求項１７】
いずれの電気機械（１２、３１；４１；５１）をも、前記パワーユニット（１）の作動状態に応じて、発電機またはモータとして機能させることができることを特徴とする、請求項１３または１６に記載のパワーユニット。
【請求項１８】
前記一方の電気機械（１２）は、モータとして機能する場合、前記変速装置の前記第２入出力機構（Ｇ２）に接続された前記電気機械（３１）によって供給可能な最大出力を超える最大出力を供給することができることを特徴とする、請求項１３に記載のパワーユニット。
【請求項１９】
前記第２タービン（１９２）は、同じ排気管路（１８２）の、前記第１タービン（１７２）の下流に配置されることを特徴とする、請求項１〜１８のいずれか１項に記載のパワーユニット。
【請求項２０】
請求項１〜１９のいずれか１項に記載のパワーユニット（１）を備えた自動車車両、特にトラック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車車両用パワーユニットおよび該パワーユニットを備えた自動車車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車車両、特にトラックの燃料消費量の削減は、安定した道路輸送のための重要課題であるとともに、トラック製造業者の競争力に関わる不可欠要素である。大半のトラックには、一方では変速機を介して駆動輪を、他方では照明装置やウィンドウアクチュエータ等の補助装置を動作させる過給ディーゼルエンジンが取り付けられている。これらの補助装置には、通常、トラックの内燃エンジンによって駆動されるオルタネータにおいて電力を生成する電気回路網から給電されるものもある。自動車車両動作時の燃料を節約するためには、さもなければ無駄になるエネルギーを回収することが考えられる。周知の技術によって、エネルギー損失を部分的に抑えることはできる。これは、制動エネルギーが電力貯蔵によって回収されるハイブリッドシステムに関する。いわゆる「ハイブリッド電気自動車」すなわち「ＨＥＶ」では、内燃エンジンと、１つまたは複数の電気機械とバッテリー等の何らかの貯蔵手段を組み合わせて用いる。
【０００３】
特許文献１において、ターボ過給機の下流にある内燃エンジンの排気管路に配置されたタービンを使用して、バッテリーに負荷をかける発電機を駆動させることが開示されている。このタービンによって機械式ポンプも駆動され、圧力流体タンクに負荷がかかる。しかし、エンジンから供給される動力に、さらなる動力を追加することはできない。
【０００４】
図１に、ターボ過給機１７を備えた内燃エンジン１１からなる機械式ターボコンパウンドシステムの一般的な設計を示す。タービン１９２は、エンジン１１の排気管路に設置され、流体トルクコンバータ２０と歯車列１３を介してエンジン１１のクランク軸１１１に連結される。コンバータ２０内の動力の伝達には摩擦を伴うので、高いエネルギー損失が生じる。さらに、タービン１９２の出力軸１９３とクランク軸１１１の速度比が固定されているので、部材１９２および１１１を、各々の最適作動状態に対応する回転速度で維持することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】欧州特許出願公開第０  ３６６  ５３６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、自動車車両用の新しいパワーユニットであって、幅広い使用条件に適合可能な、自動車車両が整定速度で動作している時の効率的なエネルギー回収を可能にするパワーユニットを提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は自動車車両用パワーユニットに関し、このユニットは、内燃エンジンと、電力貯蔵手段に電気接続された電気機械と、エンジンの排気管路に配置された第１タービンからなるターボ過給機と、エンジンの排気管路に配置され、電気機械に駆動接続された第２タービンとを含む。このパワーユニットは、第２タービンに接続された第１入出力機構と内燃エンジンのクランク軸に接続された第２入出力機構を有する動力伝達装置をさらに含み、動力伝達装置がその第１および第２入出力機構間で可変減速比を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明によって、全ての回収が第２タービンと関連の動力伝達装置を介して行なわれ、動力伝達装置の減速比を、第２タービンとクランク軸の両方の作動状態を最適化するように調節することができる。動力伝達装置では、流体トルクコンバータのように摩擦を伴ってエネルギー伝達するわけではないので、エネルギー損失を抑えることができる。回収されたエネルギーを、動力伝達装置の実設定に応じて、電気的または機械的に使用することができる。特に、第２タービンによって回収されたエネルギーを、電気機械へ、および／または内燃エンジンのクランク軸へ案内することができる。
【０００９】
本発明のさらなる態様によれば、そのようなパワーユニットは以下の特徴の１つまたは複数を包含してもよい。
−本発明の第１実施形態によれば、伝達装置は、プーリとベルト式無段変速装置（ＣＶＴ装置）からなる。無段変速装置は有利にはベルトによって接続された２つの双円錐プーリを含み、第２タービンと電気機械は、相対位置を修正することで上記変速装置の減速比を調節できる同一プーリの２つの部分に接続され、クランク軸はもう一方のプーリに接続される。
−本発明の別の実施形態によれば、伝達装置は、電気機械に接続された第３入出力機構を有する３段入出力変速装置である。そのような変速装置は、有利には遊星歯車列からなる。本発明のいくつかの実施形態によれば、エンジンのクランク軸に連結される歯車列の一部を、太陽歯車、輪歯車または遊星キャリアとして良い。同様に、タービンに連結される歯車列の一部を、太陽歯車、輪歯車または遊星キャリアとして良い。
−電気機械を、パワーユニットの作動状態に応じて、発電機またはモータとして機能させることができる。
−パワーユニットは、電力貯蔵手段に電気接続され、３段入出力変速装置とは独立してクランク軸に連結された別の電気機械を含んで良い。
−パワーユニットは、電力貯蔵手段に電気接続され、第２タービンと変速装置の第１入出力機構に機械連結された別の電気機械を含んで良い。
−パワーユニットは、電力貯蔵手段に電気接続され、ターボ過給機のタービンと圧縮機とに機械連結された別の電気機械を含んで良い。
−電気機械は、車両の電気負荷にも接続される電力制御装置を介して電力貯蔵手段に接続される。
−いずれの電気機械をも、パワーユニットの作動状態に応じて、発電機またはモータとして機能させることができる。
−一方の電気機械は、モータとして機能する場合、変速装置の第２入出力機構に接続された電気機械によって供給することのできる最大出力を超える最大出力を供給することができる。言い換えると、一方の電気機械は、変速装置に接続された電気機械よりも高い電力容量を有する。
−第２タービンは、同じ排気管路の、第１タービンの下流に配置される。
【００１０】
本発明は、本明細書で上述したようなパワーユニットを備えた自動車車両、特にトラックにも関する。そのような車両は、周知のＨＥＶよりも効率的に動作する。
【００１１】
次に、添付図面を参照しながら、本発明の目的を制限することなく例証を用いて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来技術によるパワーユニットの概略図である。
【図２】本発明の第１実施形態によるパワーユニットの拡大した、図１と同様の図である。
【図３】本発明の第２実施形態によるパワーユニットの、図２と同様の図である。
【図４】本発明の第３実施形態によるパワーユニットの、図２と同様の図である。
【図５】図４の細部Ｖの拡大図である。
【図６】本発明の第４実施形態によるパワーユニットの、図５と同様の図である。
【図７】本発明の第５実施形態によるパワーユニットの、図５と同様の図である。
【図８】本発明の第６実施形態によるパワーユニットの、図５と同様の図である。
【図９】本発明の第７実施形態によるパワーユニットの、図５と同様の図である。
【図１０】本発明の第８実施形態によるパワーユニットの、図５と同様の図である。
【図１１】第９実施形態によるパワーユニットの、図２と同様の図である。
【図１２】第１０実施形態によるパワーユニットの、図２と同様の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図２に示すパワーユニット１は、トラックのものであり、そのクランク軸１１１が自動車車両の図示しない伝達アセンブリにトルクＴを伝達することになっているディーゼル内燃エンジン１１からなる。
【００１４】
エンジン１１は、圧縮機１７１と、それを駆動するために圧縮機に連結されたタービン１７２とからなるターボ過給機１７も備えている。圧縮機１７１とタービン１７２は共通軸１７３を有するため、それらは一緒に回転する。圧縮機１７１はエンジン１１の入口または供給管路１８１に設置され、タービン１７２はエンジン１１の排気管路１８２に設置される。
【００１５】
第２タービン１９２は、タービン１７２の下流の管路１８２内に設置されるため、タービン１７２と同様に、エンジン１１を出る排気ガスによって駆動される。エンジン１１が複数の排気管路を有する場合、タービン１８２を、一方のタービン１７２とは異なる排気管路に設置することができる。
【００１６】
タービン１９２は、その出力軸１９３によって、おそらくは減速ギアを介する可変減速比を有する無段変速装置すなわちＣＶＴ装置２１に連結される。ＣＶＴ装置２１は、各々が切頭円錐形状を有する２つの部分２１１Ａおよび２１１Ｂからなる第１双円錐プーリ２１１からなっている。プーリ２１１の第１部分２１１Ａは、軸１９３に回転固定される。プーリ２１１の第２部分２１１Ｂは、軸１９３と一直線になる軸１９３’に接続され、これに回転固定される。軸１９３および１９３’が回転固定されるため、部材１９２、１９３、１９３’、２１１Ａおよび２１１Ｂは一緒に回転する。軸１９３および１９３’を、単一部品として形成することができる。制御手段１９７は、部分２１１Ａおよび２１１Ｂ間の距離ｄを、軸１９３および１９３’に平行な方向に調節するために設けられる。ＣＶＴ２１はまた、おそらくは減速ギアを介して軸１１１に回転固定され、その距離ｄ’も制御手段１９７によって調節することのできる２つの部分２１２Ａおよび２１２Ｂからなる第２双円錐プーリ２１２も含んでいる。プーリ２１１および２１２の間にベルト２１３が通る。制御手段１９７により、プーリ２１１および２１２の回転速度間の減速比を、距離ｄおよびｄ’を変化させることによって調節することができる。
【００１７】
部分２１１Ａ、２１１Ｂ、２１２Ａおよび２１２Ｂは、ベルト２１３がほぼ一定の張力を有するように、互いに対して移動する。
【００１８】
制御手段１９７により、２つのプーリ２１１および２１２間のＣＶＴ速度比を、軸１９３とクランク軸１１１の回転速度がタービン１９２とエンジン１１の最適作動状態に対応するように調節することができる。
【００１９】
電気機械３１は、軸１９３’を介してプーリ２１１、すなわち部分２１１Ｂにも連結される。また、ＣＶＴによって、クランク軸１１１の回転速度に対して電気機械３１の回転速度を調節することも可能になる。軸１９３’は、タービン１９２と同じ速度で回転する電気機械３１の中心軸を形成する。図示しない別の実施形態として、部材１９２および３１の間に減速機を設置すると、電気機械３１は、タービン１９２の回転速度に比例し、それに応じた速度で動作する。
【００２０】
電気機械３１は、第１送電線Ｌ１によって、トラックの中央の図示しない主制御装置によって案内される電力制御装置１４に接続される。制御装置１４は、第２送電線Ｌ２によって、本例ではバッテリー装置１５から形成される電力貯蔵手段に接続される。制御装置１４はまた、第３送電線Ｌ３によって、車両の照明装置、電気または電子制御システム、各種機器のモータ等の複数の電気負荷１６にも接続される。送電線Ｌ１およびＬ２内の電力を双方向、それぞれ、電気機械３１から制御装置１４へおよびその逆、制御装置１４からバッテリー装置１５へおよびその逆に流すことができる。送電線Ｌ３内の電力については、制御装置１４から電気負荷１６へのみ流すことができる。
【００２１】
エンジン１１が所定速度を超えて動作すると、管路１８２内の排気ガスはタービン１９２を駆動する、ひいてはプーリ２１１を駆動するのに十分な速度になる。プーリ２１１が軸１９３によって駆動されると、ＣＶＴ装置２１はベルト２１３とプーリ２１２を介して一部の電力を軸１１１へ送る。
【００２２】
電気機械３１を、モータまたは発電機として機能させることができる。電気機械がプーリ２１１に固定された軸１９３’によって駆動されると、電気機械３１は発電機として機能し、矢印Ａ１で示すように、制御装置１４に電力を供給することができる。制御装置１４は、矢印Ａ２およびＡ３で示すように、電気機械３１からもたらされる電力を電気負荷１６とバッテリー装置１５の間で分配することができる。従って、ＣＶＴ装置２１により、タービン１９２によって回収された動力は、機械力として部分的にクランク軸１１１へ、さらに電力として部分的に制御装置１４へ伝達される。
【００２３】
なお、トラックのブレーキがかかっていない時、特にトラックが整定速度で動作する時であっても、タービン１９２がそのような状況下では排気ガスによって駆動されるので、電気機械３１を介して動力回収を行うことができる。
【００２４】
矢印Ａ４で示すように電力を供給し、電気機械３１をモータとして機能させることもできる。そのような状況下では、電気機械３１によって追加の動力がプーリ２１１に供給され、この動力がベルト２１３とプーリ２１２を介してクランク軸１１１に伝達される。
【００２５】
ＣＶＴ２１によって、タービン１９２と、一方では電気機械３１と、他方では軸１１１との間で可変比率による動力伝達が可能になる。これらの要素の各々は、ＣＶＴ２１の１つの入出力機構に接続される。第１入出力機構は、プーリ２１１によって形成される。部材１９２および３１は、この入出力機構に接続される。クランク軸１１１は、ＣＶＴ２１の第２入出力機構を形成するプーリ２１２に接続される。タービン１９２または軸１１１からもたらされる機械力を、電気機械３１によって電力として回収することができる。また、モータとして機能する電気機械３１によって、電力を、主にクランク軸１１１に伝達することのできる機械力に変換することができる。
【００２６】
さらに、パワーユニット１のある作動状態ではＣＶＴ装置２１の設定に応じて、モータとして機能する電気機械３１によって軸１９３’に伝達される機械力の一部をタービン１９２に案内することができる。排気管路１８２内に生じる圧力降下によってタービン１７２と圧縮機１７１が駆動されるので、この機械力を用いて排気管路１８２内の排気ガスを加速させ、ターボ過給機１７からエンジン１１への空気供給を増加させることができる。
【００２７】
従って、本発明により、パワーユニット１内の動力伝達に関して高い適合性を実現できる。
【００２８】
図３の実施形態において、図２と同じ要素には同様の参照符号を付与する。クランク軸１１１は第１ピニオン１３１を備えており、これはモータまたは発電機としても機能させることができる別の電気機械１２の軸１２１に取り付けられた第２ピニオン１３２と噛合する。ピニオン１３１および１３２はともに、例えば、電気機械１２と軸１１１が固定速度比を有する変速機によって機械連結される歯車列１３を、軸１１１および１２１の間に構成する。歯車列１３の代わりに、遊星歯車等の他の形式の歯車列を使用してもよい。軸１１１および１２１間の動力伝達は、それらの軸の速度比が一定であれば、ベルトとプーリまたはピニオンを介しても可能である。
【００２９】
本発明の別の実施形態によれば、軸１１１および１２１を同じ部分に形成してもよい。その場合、電気機械１２はエンジン１１に組み込まれると考えられる。
【００３０】
電気機械１２は、送電線Ｌ４を介して制御装置１４に電気接続される。
【００３１】
この実施形態において、パワーユニット１は以下のように機能する。車両のブレーキがかかっていると、電気機械１２が発電機として機能し、矢印Ａ５で示すように電力を制御装置１４に供給する。制御装置１４は、矢印Ａ２およびＡ３で示すように、電気負荷１６とバッテリー装置１５の間で電力を分配することができる。車両が加速されていると、矢印Ａ６で示すように、電気機械１２を、制御装置１４を介してバッテリー装置１５によって供給されるエネルギーを用いて、エンジン１１を補助するモータとして使用することができる。
【００３２】
一方では、タービン１９２が回転するとすぐに、図２の実施形態で説明したように、追加の動力を電気機械３１および／または軸１１１に伝達することができる。
【００３３】
動力を、バッテリー装置１５に貯蔵することなく、制御装置１４を介して一方の電気機械１２または３１からもう一方に直接流すこともできる。
【００３４】
電気機械１２がモータとして機能する場合、電気機械１２によるトルクは、エンジン１１の回転速度に依存する。このトルクはエンジンの回転速度が低い時は完全に一定で、それから低下する。
【００３５】
従って、制御装置１４を適宜制御することにより、電気機械１２および３１の一方または両方を用いてクランク軸１１１に動力を追加することができる。一方、エンジン１１によってクランク軸１１１に伝達される機械力の一部を、電気機械１２および３１の一方または両方を用いて電力に変換することができる。
【００３６】
制御装置１４によって、電気機械３１からの動力の一部のみまたは全部を電気機械１２へ案内できるようになり、このことが本発明の幅広い適合性に繋がる。
【００３７】
パワーユニット１は、その他の作動状態において、矢印Ａ６で示すように、制御装置１４を介してバッテリー装置１５から供給される動力に基づいて、電気機械３１をモータとして使用することができる。ＣＶＴ装置２１に伝達される機械力を、図２の実施形態のように、軸１１１またはタービン１９２を駆動するために使用することができる。
【００３８】
図４および図５に示す本発明の第３実施形態において、第２実施形態と同じ要素には同様の参照符号を付与する。この実施形態のパワーユニット１は、内燃エンジン１１と、第１電気機械１２と、第２電気機械３１と、特にエンジン１１の排気管路１８２に配置された第１タービン１７２からなるターボ過給機１７とからなっている。第２タービン１９２もまた排気管路１８２に配置されており、電気機械３１を駆動させることができる。電力制御装置１４は、第２実施形態で述べたように、送電線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３およびＬ４を介してバッテリー装置１５、電気負荷１６および電気機械１２および３１に電気接続される。
【００３９】
遊星歯車列２２は、タービン１９２の出力軸１９３と電気機械３１の中心軸３１１の間に設置される。歯車列２２は、部材１９２、３１および１１１の間に３段入出力変速装置を形成する。
【００４０】
図５で詳細に示すように、軸１９３はピニオン１９４を備えており、軸３１１は別のピニオン３１２を備えている。歯車列２２の一方の軸２２１はピニオン１９４と噛合するピニオン２２２を備えており、歯車列２２の他方の軸２２３はピニオン３１２と噛合する別のピニオン２２４を備えている。軸２２１は歯車列２２の太陽歯車２２５に固定されており、軸２２３は歯車列２２の外輪歯車２２６に固定されている。歯車列２２の遊星キャリア２２７は、エンジン１１のクランク軸１１１に固定されたピニオン１３１と噛合するピニオン２２８と噛合する。
【００４１】
図５において、３つの固定速度比変速ギアＧ１、Ｇ２およびＧ３が見て取れる。これらのギアは、歯車列２２の入出力機構である。ギアＧ１は、ピニオン１９４および２２２を介して軸１９３および２２１の間にトルクを伝達する。ギアＧ２は、ピニオン２２８を介して遊星キャリア２２７と軸１１１の間にトルクを伝達する。ギアＧ３は、ピニオン２２４および２１２を介して軸２２３および３１１の間にトルクを伝達する。
【００４２】
ピニオンの代わりに、変速ギアＧ１、Ｇ２およびＧ３として、例えばプーリとベルトを備えた他の形式の変速装置を使用してもよい。
【００４３】
タービン１９２が電気機械２１を駆動する時に歯車列２２を通過する動力は、歯車列２２によって部分的に誘導され、軸１１１を直接駆動することができるので、軸１１１で利用可能な全トルクＴが増大する。
【００４４】
軸１９３および１１１の相対速度と歯車列２２の構造に応じて、電気機械３１がタービン１９２によって駆動される場合、電気機械３１を発電機またはモータとして機能させることができる。
【００４５】
電気機械３１の回転速度と方向は、軸１１１および１９３の回転速度に依存する。歯車列２２を、モータ１１の通常の作動状態において、軸３１１の回転速度がゼロを含む所定の範囲内にとどまるように設計することができる。
【００４６】
クランク軸１１１の制動中に電気機械１２によってエネルギーが回収される「ハイブリッド」再生モードでは、発電機として機能し、制御装置１４を介してバッテリー装置１５に電力を供給する電気機械１２によって受動トルクが印加される。電気機械３１によって、トルクがタービン１９２とクランク軸１１１に印加されることはない。
【００４７】
「複合」モードでは、排気ガスがタービン１９２を駆動すると、電気機械３１が歯車列２２の軸２２３にトルクを印加することによって、受動トルクが軸１９３に印加される。その回転方向に応じて、電気機械３１は制御装置１４へ流れる電力を生成するか、または制御装置１４からもたらされる電力を使用する。「複合」モードでは、歯車列２２と変速ギアＧ１、Ｇ２およびＧ３の設計にもよるが、電気機械３１の回転速度がクランク軸１１１とタービン１９２のそれぞれの速度によって固定される。電気機械３１が歯車列２２に受動または制動トルクを印加すると、それが軸１９３に伝達されるため、トルクがクランク軸１１１に印加されることになる。その回転方向に応じて、電気機械３１は発電機またはモータになり、機械力が歯車列２２を介してクランク軸１１１へ伝達されるか、またはクランク軸１１１から誘導される。エンジン速度が基準を超えると、電気機械３１からクランク軸１１１へ最大のトルクが伝達される。
【００４８】
エンジン１１、電気機械１２および電気機械３１によって供給されるそれぞれの動力の合計が、軸１１１で得られる全出力となる。タービン１９２から軸１１１へ伝達される動力は、電気機械３１および１２を介した電気経路と、歯車列２２と変速ギアＧ３を介した機械経路の両方を辿る。
【００４９】
電気機械３１を、モータとして使用することもできる。そのような状況下では、軸１９３が制動または抑止されることで、電気機械３１によって生成される動力の少なくとも一部が変速ギアＧ２およびＧ３と歯車列２２を介してクランク軸１１１に流れるようになる。
【００５０】
ここでもまた、電力制御装置１４によって、電気機械１２および３１を容易に制御し、クランク軸１１１における所望の全出力を得ることができる。
【００５１】
つまり、制御装置１４によって電気機械３１を適宜制御することにより、タービン１９２とエンジン１１の両方が最適な回転速度で機能するように、軸１９３および１１１間の減速比を調節することができる。言い換えると、電気機械３１をモータまたは発電機として使用して、歯車列２２を介して軸１９３および１１１の回転速度を調節することができる。
【００５２】
図６および図８に示すように、遊星歯車列２２の外輪歯車２２６を、クランク軸１１１に動力を伝達するために使用することができる。図７および図８に示すように、遊星歯車列２２の遊星キャリア２２７もこの目的で使用することができる。図８および図１０に示すように、遊星歯車列２２の遊星キャリア２２７を、軸１９３に連結することができる。図７および図９に示すように、遊星歯車列２２の外輪歯車２２６を、軸１９３に連結することができる。
【００５３】
図１１に示す本発明の第９実施形態において、第３実施形態と同じ要素には同様の参照符号を付与する。タービン１９２と歯車列２２の間に、さらなる電気機械４１を設置する。電気機械４１は、軸１９３と、さらに第３実施形態のピニオン１９４と同様のピニオン１９４に固定された軸１９８とに連結される。電気機械４１を、パワーユニット１の作動状態に応じて、モータまたは発電機として機能させることができる。電気機械４１は、送電線Ｌ５によって制御装置１４に接続される。電力を、矢印Ａ７で示すように、発電機として機能する電気機械４１から制御装置１４へ、さらに矢印Ａ８で示すように、制御装置１４からモータとして機能する電気機械４１へ流すことができる。電気機械４１によって、タービン１９２から直接電力を回収することが可能になる。電気機械４１をモータとして機能させると、電気機械４１によって、歯車列２２を介してタービン１９２および／またはクランク軸１１１を直接駆動させることができる。
【００５４】
図１２に示す本発明の第１０実施形態において、第３実施形態と同じ要素には同様の参照符号を付与する。電気機械５１は、圧縮機１７１とタービン１７２の間でターボ過給機１７の軸１７３に設置される。電気機械５１は、部材１７１および１７２に機械連結される。電気機械５１が送電線Ｌ６を介して電力制御装置１４に接続されており、電力を、矢印Ａ９で示すように電気機械５１から制御装置１４へ、さらに矢印Ａ１０で示すように制御装置１４から電気機械５１へ流すことができる。タービン１７２からの機械エネルギーを回収して、電力制御装置１４に伝達するために、電気機械５１を発電機として機能させることができる。その後この電力を、バッテリー装置１５、電気負荷１６および／または電気機械１２および３１の間で分配することができる。電気機械５１をモータとして機能させることで、圧縮機１７１を駆動させ、エンジン１１への空気供給を増加させることもできる。
【００５５】
図６〜図１２の実施形態において、図５の変速ギアＧ１、Ｇ２およびＧ３と同じ機能を有する、同様の変速ギアが見て取れる。タービン１９２はギアＧ１に接続され、クランク軸１１１はギアＧ２に接続され、電気機械３１はギアＧ３に接続される。
【００５６】
図３〜図１２の実施形態において、電気機械１２は、好ましくはエンジン１１に対する電力付加の主供給源である。電気機械１２は、電気機械３１よりも強力である。例えば、電気機械３１が５〜５０ｋＷの公称電力を有するのに対して、電気機械１２は１００〜１５０ｋＷの公称電力を有し得る。図３〜図１２の実施形態では、電気機械１２を、比較的低出力のハイブリッド機械であるオルタネータ／ステートスタータとすることができる。
【００５７】
しかしながら、図４〜図１２の実施形態においては、電気機械１２は任意のものである。言い換えると、１つだけの電気機械を、図２の実施形態のものと同様の方法に従って遊星歯車列とともに使用してもよい。
【００５８】
遊星歯車列２２の代わりに、別の形式の３段入出力変速装置、例えば標準的な自動車用差動歯車を使用することができる。
【００５９】
上述の実施形態の技術的特徴を、組み合わせて用いることができる。特に、電気機械４１および５１と同様の電気機械を、図示されていないが、図２および図３の実施形態などの実施形態に追加することができる。
【００６０】
本発明の全ての実施形態では、エンジン１１の作動状態に応じて、電気機械３１を発電機として使用しており、これによりエンジン速度が増加する時またはエンジン速度が制限値を超えた時にバッテリー装置１５に負荷をかけることができる。この電気機械では、場合によってはモータとして機能するこの電気機械において生成したトルクを、第１実施形態のように排気管路１８２に作用させることによって、または第２〜第７実施形態のようにエンジンのクランク軸１１１に直接作用させることによって、エンジンの作動状態を改善することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１  パワーユニット
１１  内燃エンジン
１１１  クランク軸
１１２  ピニオン
１２  電気機械
１２１  軸
１３  歯車列
１３１  ピニオン
１３２  ピニオン
１４  制御装置
１５  バッテリー装置
１６  電気負荷
１７  ターボ過給機
１７１  圧縮機
１７２  タービン
１７３  軸
１８１  供給管路
１８２  排気管路
１９２  タービン
１９３  出力軸
１９３’  軸
１９４  ピニオン
１９７  制御手段
１９８  軸
２０  流体トルクコンバータ
２１  無段変速装置（ＣＶＴ装置）
２１１  プーリ
２１１Ａ  第１部分
２１１Ｂ  第２部分
２１２  プーリ
２１２Ａ  第１部分
２１２Ｂ  第２部分
２１３  ベルト
２２  遊星歯車列
２２１  軸
２２２  ピニオン
２２３  軸
２２４  ピニオン
２２５  太陽歯車
２２６  歯車
２２７  遊星キャリア
２２８  ピニオン
３１  電気機械
３１１  軸
３１２  軸
４１  電気機械
５１  電気機械
Ａ１  矢印
Ａ２  矢印
Ａ３  矢印
Ａ４  矢印
Ａ５  矢印
Ａ６  矢印
Ａ７  矢印
Ａ８  矢印
Ａ９  矢印
Ａ１０  矢印
ｄ  部分２１１Ａおよび２１１Ｂ間の距離
ｄ’  部分２１１Ａおよび２１１Ｂ間の距離
Ｌ１  送電線
Ｌ２  送電線
Ｌ３  送電線
Ｌ４  送電線
Ｌ５  送電線
Ｌ６  送電線
Ｇ１  変速ギア
Ｇ２  変速ギア
Ｇ３  変速ギア
Ｔ  トルク
【図１】
2010513133.tif 000003
【図２】
2010513133.tif 000004
【図３】
2010513133.tif 000005
【図４】
2010513133.tif 000006
【図５】
2010513133.tif 000007
【図６】
2010513133.tif 000008
【図７】
2010513133.tif 000009
【図８】
2010513133.tif 000010
【図９】
2010513133.tif 000011
【図１０】
2010513133.tif 000012
【図１１】
2010513133.tif 000013
【図１２】
2010513133.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成20年10月8日(2008.10.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車車両用パワーユニットであって、
内燃エンジン（１１）と、
電力貯蔵手段（１５）に電気接続された電気機械（３１）と、
前記エンジンの排気管路（１８２）に配置された第１タービン（１７１）からなるターボ過給機（１７）と、
前記エンジンの排気管路（１８２）に配置され、前記電気機械に駆動接続された第２タービン（１９２）と、
前記第２タービン（１９２）に接続された第１入出力機構（Ｇ１）と前記内燃エンジン（１１）のクランク軸（１１１）に接続された第２入出力機構（Ｇ２）を有する動力伝達装置（２２）とからなる前記パワーユニットにおいて、
前記動力伝達装置（２２）が前記第１および第２入出力機構（Ｇ１、Ｇ２）間で可変減速比を有し、前記動力伝達装置は、前記電気機械（３１）に接続された第３入出力機構（Ｇ３）を有する３段入出力変速装置（２２）であることを特徴とする、パワーユニット。
【請求項２】
前記３段入出力変速装置は遊星歯車列（２２）からなることを特徴とする、請求項１に記載のパワーユニット。
【請求項３】
前記歯車列（２２）の太陽歯車（２２５）が前記クランク軸（１１１）に連結されることを特徴とする、請求項２に記載のパワーユニット。
【請求項４】
前記歯車列（２２）の輪歯車（２２６）が前記クランク軸（１１１）に連結されることを特徴とする、請求項２に記載のパワーユニット。
【請求項５】
前記歯車列（２２）の遊星キャリア（２２７）が前記クランク軸（１１１）に連結されることを特徴とする、請求項２に記載のパワーユニット。
【請求項６】
前記歯車列（２２）の太陽歯車（２２５）が前記タービン（１９２）に連結されることを特徴とする、請求項２、３または５のいずれか１項に記載のパワーユニット。
【請求項７】
前記歯車列（２２）の輪歯車（２２６）が前記タービン（１９２）に連結されることを特徴とする、請求項２、３または５のいずれか１項に記載のパワーユニット。
【請求項８】
前記歯車列（２２）の遊星キャリア（２２７）が前記タービンに連結されることを特徴とする、請求項２〜５のいずれか１項に記載のパワーユニット。
【請求項９】
前記電気機械（３１）を、前記パワーユニット（１）の作動状態に応じて、発電機またはモータとして機能させることができることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載のパワーユニット。
【請求項１０】
前記電力貯蔵手段（１５）に電気接続され、前記３段入出力変速装置（２１；２２）とは独立して前記クランク軸に連結された別の電気機械（１２）をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載のパワーユニット。
【請求項１１】
前記電力貯蔵手段（１５）に電気接続され、前記第２タービン（１９２）と前記変速装置（２１；２２）の前記第１入出力機構（２１１Ａ；Ｇ１）とに機械連結された別の電気機械（４１）をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載のパワーユニット。
【請求項１２】
前記電力貯蔵手段（１５）に電気接続され、前記ターボ過給機（１７）の圧縮機（１７１）とタービン（１７２）とに機械連結された別の電気機械（５１）をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載のパワーユニット。
【請求項１３】
いずれの電気機械（１２、３１；４１；５１）をも、前記パワーユニット（１）の作動状態に応じて、発電機またはモータとして機能させることができることを特徴とする、請求項１０に記載のパワーユニット。
【請求項１４】
前記一方の電気機械（１２）は、モータとして機能する場合、前記変速装置の前記第２入出力機構（Ｇ２）に接続された前記電気機械（３１）によって供給可能な最大出力を超える最大出力を供給することができることを特徴とする、請求項１０に記載のパワーユニット。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載のパワーユニット（１）を備えた自動車車両、特にトラック。
【国際調査報告】
2010513133.tif 000015
2010513133.tif 000016
2010513133.tif 000017