(57)【要約】      （修正有）【課題】内燃機関の過給機用の駆動組立体は、エンジンと過給機との間に無段階変速駆動比を提供し、過給機に対し実質的に一定の駆動速度を提供し、これにより性能を最適化する。【解決手段】無段階変速駆動装置４０は、漸増的に機能し且つ、過給機が空転するのを許容する。駆動組立体は、遊星歯車駆動組立体と、回転する可変に接続された親及び子ポンプと、モータとを有する無段階変速静液圧トランスミッションとを備えており、モータは、その駆動比を調節することにより、遊星歯車組立体の比、従って、エンジンと過給機との間の駆動比を調節する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給機用の駆動組立体において、
内燃機関により駆動し得るようにされた入力部と、
該入力部及び出力歯車により駆動される静液圧トランスミッションと、
前記入力部に接続されかつ複数の遊星歯車を支持するキャリアと、該遊星歯車と係合する内歯車の歯及び前記静液圧トランスミッションの前記出力歯車と係合する外歯車の歯を有するリング歯車と、前記遊星歯車と係合する太陽歯車とを有する遊星歯車組立体と、
前記太陽歯車に接続されたインペラを有する過給機と、
を組み合わせて備える過給機用の駆動組立体。
【請求項２】
請求項１の過給機用の駆動組立体において、前記入力軸がプーリーを有し、該プーリーがベルトにより駆動される、過給機用の駆動組立体。
【請求項３】
請求項１の過給機用の駆動組立体において、前記静液圧トランスミッションが、モータ組立体と、斜板組立体と、ポンプ組立体とを有する、過給機用の駆動組立体。
【請求項４】
請求項１の過給機用の駆動組立体において、前記入力軸に支持された駆動歯車と、前記静液圧トランスミッションを駆動すべく前記駆動歯車により係合された被駆動歯車とを更に有する、過給機用の駆動組立体。
【請求項５】
請求項１の過給機用の駆動組立体において、前記ターボ過給機インペラの速度を感知する手段と、前記静液圧トランスミッションの入力速度及び出力速度の比を調節する手段とを更に有する、過給機用の駆動組立体。
【請求項６】
請求項５の過給機用の駆動組立体において、前記感知する手段が、前記太陽歯車と共に回転し得るよう配置されたトーンホイールと、該トーンホイールに対し感知する関係に配置されたセンサとを有する、過給機用の駆動組立体。
【請求項７】
請求項１の過給機用の駆動組立体において、エンジンの速度を受信し得るようにされたマイクロプロセッサと、前記静液圧トランスミッションの入力速度及び出力速度の比を調節する手段とを有する、過給機用の駆動組立体。
【請求項８】
過給機用の駆動組立体において、
内燃機関により駆動され得るようにされた入力軸と、
該入力軸により駆動される入力部と、出力部とを有する無段階変速トランスミッションと、
前記入力部に接続されかつ複数の遊星歯車を支持するキャリアと、該遊星歯車と係合する内歯車の歯及び前記静液圧トランスミッションの前記出力歯車と係合する外歯車の歯を有するリング歯車と、前記遊星歯車と係合する太陽歯車とを有する遊星歯車組立体と、
前記太陽歯車に接続されたインペラを有する過給機と、
を組み合わせて備える過給機用の駆動組立体。
【請求項９】
請求項８の過給機用の駆動組立体において、前記入力軸に支持された駆動歯車と、前記静液圧トランスミッションを駆動すべく前記駆動歯車により係合された被駆動歯車とを更に有する、過給機用の駆動組立体。
【請求項１０】
請求項８の過給機用の駆動組立体において、前記静液圧トランスミッションが、モータ組立体と、斜板組立体と、ポンプ組立体とを有する、過給機用の駆動組立体。
【請求項１１】
請求項８の過給機用の駆動組立体において、前記入力軸がプーリーを有し、該プーリーがベルトにより駆動される、過給機用の駆動組立体。
【請求項１２】
請求項８の過給機用の駆動組立体において、前記ターボ過給機インペラの速度を感知する手段と、前記静液圧トランスミッションの入力速度及び出力速度の比を調節する手段とを更に有する、過給機用の駆動組立体。
【請求項１３】
請求項１２の過給機用の駆動組立体において、前記感知する手段が、前記太陽歯車と共に回転し得るよう配置されたトーンホイールと、該トーンホイールに対し感知する関係に配置されたセンサとを有する、過給機用の駆動組立体。
【請求項１４】
請求項８の過給機用の駆動組立体において、エンジンの速度を受信し得るようにされたマイクロプロセッサと、前記無段階変速トランスミッションの入力速度及び出力速度の比を調節する手段とを有する、過給機用の駆動組立体。
【請求項１５】
過給機用の定速度駆動組立体において、
内燃機関により駆動され得るようにされた入力軸と、
前記入力軸により駆動される入力部と、出力部と、該入力部と該出力部との間の速度比を調節するコントローラとを有する無段階変速トランスミッションと。
前記入力軸に接続されかつ複数の遊星歯車を支持するキャリアと、該遊星歯車と係合する内歯車の歯及び前記無段階変速トランスミッションの前記出力歯車と係合する外歯車の歯を有するリング歯車と、前記遊星歯車と係合する太陽歯車とを有する遊星歯車組立体と、
前記太陽歯車に接続されたインペラを有する過給機と、
速度入力部と、前記コントローラを駆動する出力部とを有するマイクロプロセッサ手段と、
を組み合わせて備える過給機用の定速度駆動組立体。
【請求項１６】
請求項１５の過給機用の駆動組立体において、前記入力軸がプーリーを有し、該プーリーがベルトにより駆動される、過給機用の駆動組立体。
【請求項１７】
請求項１５の過給機用の駆動組立体において、前記無段階変速トランスミッションが、モータ組立体と、斜板組立体と、ポンプ組立体とを有する、過給機用の駆動組立体。
【請求項１８】
請求項１５の過給機用の駆動組立体において、前記入力軸に支持された駆動歯車と、前記無段階変速トランスミッションを駆動すべく前記駆動歯車により係合された被駆動歯車とを更に有する、過給機用の駆動組立体。
【請求項１９】
請求項１５の過給機用の駆動組立体において、前記太陽歯車と共に回転し得るよう配置されたトーンホイールと、該トーンホイールに対し感知する関係に配置されたセンサとを更に有する、過給機用の駆動組立体。
【請求項２０】
請求項１５の過給機用の駆動組立体において、前記マイクロプロセッサが、エンジンの速度を受信し得るようにされ、前記無段階変速トランスミッションの入力速度及び出力速度の比を調節する手段を有する、過給機用の駆動組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体として、過給機用の駆動組立体、特に、内燃機関によって駆動される過給機の速度を最適化する無段階変速駆動組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の吸気行程中、内燃機関のシリンダに提供される空気量を増大させ、これにより圧縮及び点火行程中、空気の密度を増大させることは、永年、内燃機関の馬力出力を増大させる手段として認識されてきた。この目標を実現するために、ターボ過給機及び過給機という２種類の装置が使用されてきた。ターボ過給機は、自身が上昇した空気圧力を提供するエンジンの排気ガスに曝されるタービンによって駆動される種類の装置として定義される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ターボ過給機に関して最も一般的で且つ、広く認識されている問題点は、ターボラグ（ｔｕｒｂｏ  ｌａｇ）と称されるものである。ターボ過給機は駆動にエンジンの排ガスを利用し、且つその速度を増すため、ターボ過給機は、エンジンの動力出力を増大することが望まれるとき、排気ガスの流れが増してその回転速度を増す迄、その速度を増してエンジンの性能を増大させることはできない。このため、装置のフィードバック特性の遅れがこの設計に内在する。ターボ過給機の回転質量を最小にするといったような、ターボラグを軽減する設計上の解決策があるが、ターボ過給機の設計に依然としてターボラグが付随する。
【０００４】
他方、過給機は、同様の目標を実現するが、これらは、エンジンの排気ガスによって駆動されるのではなくて、ファンベルト、すなわちクランク軸プーリーにより駆動されるベルトにより直接、駆動される。この形態において、エンジンの速度が増すと、過給機の速度は、直ちに且つ、比例的に増す。従って、ターボラグの問題は実質的に解消される。しかし、典型的に、空運転中、７００ないし８００Ｒ．Ｐ．Ｍ．で、安全限界速度（ｒｅｄ  ｌｉｎｅ）にて、６，０００ないし８，０００Ｒ．Ｐ．Ｍ．以上となる、広く変化するエンジン速度のため、過給機は広範囲に変化する速度で駆動される。多くの過給機の設計は、一定の速度又は実質的に一定の速度で駆動されたときにその最良の性能向上能力を発揮するから、この広範囲の変化は最適な作動を妨げることになる。
【０００５】
この目標を実現するための試みが為されてきた。例えば、米国特許第５，４６２，０３５号には、ベルトにより相互に接続された１対の可変直径プーリーを備える無段階変速トランスミッション（ＣＶＴ）を介して駆動される過給機が教示されている。本発明は、関係した内燃機関の速度の変化に関係なく実質的に一定の過給機の駆動速度を維持する過給機用の駆動組立体を対象とするものである。
【０００６】
本発明の１つの目的は、内燃機関の過給機用の実質的に一定速度の駆動組立体を提供することである。
本発明の更なる目的は、遊星歯車駆動組立体及び静液圧駆動組立体を有する内燃機関の過給機用の変速駆動組立体を提供することである。
【０００７】
本発明の更なる目的は、無段階変速静液圧駆動組立体により制御される遊星歯車組立体を有する内燃機関の過給機用の定速度駆動組立体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
内燃機関用の過給機の駆動組立体は、エンジンと過給機との間に無段階に可変の駆動比を提供して過給機に対し実質的に一定の駆動速度を提供し、これにより性能を最適化するものである。無段階に可変の駆動は、漸増的に機能すると共に、過給機が空転するのを許容することができる。駆動組立体は、遊星歯車駆動組立体と、回転する、可変接続状態の親及び子ポンプ、及びモータを有する無段階変速静液圧トランスミッションすなわち無段変速機とを備えており、該ポンプ及びモータは、その駆動比を調節することにより、遊星歯車組立体の比、従って、エンジンと過給機との間の駆動比を調節する。
【０００９】
本発明の更なる目的及び有利な効果は、好ましい実施の形態の形態に関する以下の説明、及び同一の構成要素、要素、造作構造部を同様の参照番号で示す添付図面を参照することで明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
先ず、図１を参照すると、内燃機関が全体として参照番号１０で示されている。内燃機関１０は、実質的に、従来型式であり、ガスエンジン、ガソリン又はディーゼルエンジンとすることができ、また、エンジンブロック１２を有しており、該エンジンブロック１２内には、クランクプーリー１４に接続された複数のピストン及びクランク軸（共に図示せず）が存在する。クランク軸プーリー１４には、駆動ベルト１６が係合し、該駆動ベルト１６は、水ポンプ、交流発電機、又はステアリングポンプ及び空気調和コンプレッサ（全て図示せず）のような、エンジン１０のいろいろな構成要素に対し機械的エネルギを提供する。内燃機関１０は、ベルト１６により駆動され、従来の方法に従って内燃機関１０の吸気マニホルド内の空気圧力を上昇させる過給機組立体２０も有している。
【００１１】
過給機組立体２０は、組立体２０のいろいろな構成要素を受け入れ、支持し且つ保護するハウジング２２を有している。駆動ベルト１６は、過給機組立体２０に対し回転エネルギを提供する入力軸２６に固定されたプーリー２４上に受けられる。第一の歯車列３０は、ピニオン歯車３２を有しており、該ピニオン歯車３２は、入力軸２６に固定され、該入力軸と共に回転し、且つ大径の平入力歯車３４と係合する。平歯車３４は、無段階変速静液圧トランスミッション組立体すなわち無段変速機組立体４０を駆動する。具体的には、平歯車３４は、無段階変速静液圧トランスミッション組立体４０の入力軸４２に固定され、且つ該入力軸４０を駆動する。静液圧トランスミッション組立体４０は、平出力歯車４６に接続され、且つ該平出力組立体４６を駆動する出力軸４４も有している。
【００１２】
入力軸２６は、第二の歯車列組立体５０も駆動する。具体的には、入力軸２６は、キャリア５２に直結され、且つ該キャリア５２を駆動し、該キャリア５２は、関係した副軸５６に複数の遊星歯車５４を回転自在に支持する。遊星歯車５４は、円形のリング歯車５８と係合し、そのリング歯車は、遊星歯車５４と係合する内歯車すなわち雌歯車の歯６２と、外歯車すなわち雄歯車の歯６４との双方を有し、その雄歯車の歯は、無段階変速静液圧トランスミッション組立体４０の出力軸４４の第二の平歯車４６と係合し、且つ該第二の平歯車４６により駆動される。太陽歯車６６がキャリア５２内の中央に配置され、且つ遊星歯車５４により駆動され、該太陽歯車６６は、過給機組立体７０を駆動する入力軸６８に固定され、且つ該入力軸６８上に支持されている。過給機組立体７０は、入力軸６８に固定されたインペラ７２を有している。インペラ７２は、適宜な形状、好ましくは、渦巻き形ハウジング７４内に配置されており、該ハウジングは、インペラ７２により圧縮された空気を、内燃機関１０（図１に図示）の吸気マニホルド７８に達する出力ダクト７６に導く。
【００１３】
次に、図３を参照すると、入力軸４２及び同軸状に配置された出力軸４４のような、組立体４０のいろいろな構成要素を支持し、且つ取り囲むハウジング８２を有する無段階変速静液圧トランスミッション組立体４０が示されている。ハウジング８２内で入力軸４２は、液圧モータ組立体８４に接続され、且つ該液圧モータ組立体８４を駆動する。液圧ポンプ組立体８６もモータ組立体８４に対し軸方向に対向し、且つ整合した関係にてハウジング８２内に配置されている。楔形の斜板組立体８８がモータ組立体８４とポンプ組立体８６との間に配置されており、また、複数の貫通通路９０を有し、これら通路９０は、モータ組立体８４とポンプ組立体８６との間に流体的連通状態を提供する。
【００１４】
モータ組立体８４及びポンプ組立体８６は、入力軸４２の回転方向に向けて斜板組立体８８に第一及び第二のトルク成分を加え、また、斜板組立体８８の通路９０内の液圧力は同一の方向に向けて斜板組立体８８に第三のトルク成分を加える。第三のトルク成分は、液圧力と、楔形の斜板組立体８８の狭小部分及び増厚部分における高圧通路９０の両端の面積の差との積である。このように、斜板組立体８８は、第三のトルク成分の方向に回転する。
【００１５】
斜板組立体８８は、その１つを図３に示した駆動ピン９２により出力軸４４に駆動可能に接続されており、該駆動ピン９２は、ベル形ハウジング９４と係合する。ベル形ハウジング９４は、玉軸受組立体９６のような、外部の転がり軸受及び玉軸受組立体９８のような内部の転がり軸受により回転可能に支持されている。双方向、線形電気アクチュエータ、スプール弁のような複動液圧アクチュエータ、ばね偏倚式液圧シリンダ又は複動或いはばね偏倚式空圧シリンダとすることのできるアクチュエータ又はコントローラ１００は、例えば、入力軸４２及び出力軸４４に対する斜板組立体８８の方位角度を枢動可能に調節し、これにより入力軸４２及びその速度と、出力軸４４及びその速度との間にてトランスミッション組立体４０の比を設定する目的のため、斜板組立体８８に連結されている。
【００１６】
無段階変速静液圧トランスミッション組立体４０の更なる詳細は、その内容を参考として引用し本明細書に含めた、米国特許第５，５７５，１５２号に見ることができる。
本発明の目的は、関係した内燃機関１０の速度の変化に関係なく過給機組立体７０を実質的に定速度にて駆動する過給機駆動組立体２０を提供することであるから、制御構成要素について以下に簡単に説明する。最初に、実質的に全ての現在の内燃機関１０は、電子エンジン管理制御装置を利用しており、一般に、かかる電子エンジン制御装置から常に入手可能な１つの種類の情報は、エンジン速度、すなわちＲ．Ｐ．Ｍ．であるから、この情報は容易に利用可能であることを理解すべきである。エンジンＲ．Ｐ．Ｍ．が把握されたならば、入力軸２６におけるクランク軸プーリー１４及びプーリー２４の相対的寸法に相応する拡大因子を使用することにより、入力軸４２の速度を容易に推測し又は計算することができる。開ループ制御が好ましいならば、この情報は、コントローラ１００を駆動する出力部を有するマイクロプロセッサ１０２に提供することができる。この形態において、コントローラ１０２は、エンジン（又はプーリー）の速度をコントローラ１００の要求される位置と関係付ける読取り専用メモリ又はルックアップ表を有し、該コントローラ１００は、インペラ７２に対し所望の出力速度を提供することになろう。しかし、閉ループ制御が望まれるならば、ホール効果センサ、可変リタクタンスセンサ、又は光センサのような速度センサ１０４を、入力軸６８のトーンホイール（ｔｏｎｅ  ｗｈｅｅｌ）により過給機インペラ７２に関係付けることができる。入力軸６８及びインペラ７２の実際の速度が与えられたならば、マイクロプロセッサ１０２は、コントローラ１００に対し出力信号を提供し、該コントローラ１００は、斜板組立体８８を適正に位置決めする。
【００１７】
図４には、能動的モードにて無段階変速トランスミッション組立体４０が過給機の定速度を実現するように制御されるときの過給機駆動組立体２０のいろいろな速度間の関係が示されている。図４には、内燃機関１０の速度が１２００Ｒ．Ｐ．Ｍ．から６０００Ｒ．Ｐ．Ｍ．に変化し、また、１２００Ｒ．Ｐ．Ｍ．に戻るときの構成要素のいろいろな速度が示されている。この時間の間、図４の最上方の線で示す、過給機インペラ７２の速度は、４０，０００Ｒ．Ｐ．Ｍ．にて一定のままであることを認識すべきである。図４には、また、内側リング歯車５８の速度の顕著な変化も示されている。エンジン１０の速度が１，２００Ｒ．Ｐ．Ｍ．から６，０００Ｒ．Ｐ．Ｍ．に変化すると、最初、約２６，０００Ｒ．Ｐ．Ｍ．であるリング歯車５８の速度は、反対方向に向けて約３１，０００Ｒ．Ｐ．Ｍ．に変化する。内燃機関１０の速度が低下すると、速度の変化は逆になる。
【００１８】
図５には、開放モード（ｏｐｅｎ  ｍｏｄｅ）と称される状態にあるときの過給機駆動組立体２０の性能が示されている。開放モードは、プーリー２４の速度及び、典型的に、４：１である、遊星駆動装置を通じての比が過給機組立体７２に対し最小の４０，０００ｒｐｍを提供することができない状態にて無段階変速トランスミッション組立体４０が作動する作動範囲である。この場合にも、試験方法は、内燃機関１０を最初に１，２００Ｒ．Ｐ．Ｍ．にて作動させ、６，０００Ｒ．Ｐ．Ｍ．を経て、且つ１，２００Ｒ．Ｐ．Ｍ．に戻るようにすることを含むことが理解されよう。
【００１９】
次に、図６を参照すると、このグラフは、空転するすなわち非接続モードにおける作動状態を示す。この場合、遊星駆動装置を開放し、過給機組立体２０を切り離し、且つインペラ７２が空転するのを許容すると決定される迄、無段階変速静液圧トランスミッション組立体４０は作動する。この場合にも、図示した試験において、内燃機関１０の速度は、１，２００Ｒ．Ｐ．Ｍ．から６，０００Ｒ．Ｐ．Ｍ．まで増大し、且つ１，２００Ｒ．Ｐ．Ｍ．に戻る。
【００２０】
本特許出願の全体を通じて使用した「変速」「無段階変速」及び「定速度」という語は、全体として、過給機組立体７２に対する過給機駆動組立体２０のそれぞれ入力部、駆動組立体及び出力部にあてはまることを理解すべきである。具体的には、「変速」という語は、全体として、装置の入力部にあてはまり、入力部の速度が該入力部を駆動する内燃機関１０の速度が変化するように、広範囲に亙って変化可能であることにあてはまる。「無段階変速」という語は、全体として、無段階変速静液圧トランスミッション組立体４０及び歯車列３０、５０により実現される可変の駆動比にあてはまる。「定速度」という語は、全体として、入力部の速度が変化可能であるにも拘らず、実質的に一定の速度である装置の出力部及び過給機組立体７２に対するその駆動装置にあてはまる。
【００２１】
上記の開示は、本発明を具体化するため、当該発明者が案出した最良の形態である。しかし、形態変更及び変更例を具体化する装置は、過給機駆動組立体の技術分野の当業者に自明であることは明らかである。上記の開示が本発明を実施するため当該発明者により考えられる最良の形態を表わし、関連技術分野の当業者が本発明を実施することを可能にすることを目的とする限り、これにより制限されるものと解釈されるべきではなく、上述したような自明の変更例を含み、特許請求の範囲の精神及び範囲によってのみ限定されるものであると解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】内燃機関に取り付けられた本発明に従った過給機組立体の斜視図である。
【図２】本発明に従った過給機用の変速駆動組立体の線図である。
【図３】本発明に従った静液圧無段階トランスミッション組立体の拡大全断面図である。
【図４】能動的モードにて作動する本発明に従った過給機用の変速駆動組立体の構成要素におけるいろいろな速度を示すグラフである。
【図５】開放モードにて作動する本発明に従った過給機用の変速駆動組立体の構成要素におけるいろいろな速度を示すグラフである。
【図６】空転モードにて作動する本発明に従った過給機用の変速駆動組立体の構成要素におけるいろいろな速度を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２３】
１０  内燃機関／エンジン              １２  エンジンブロック／クランク軸プーリー
１４  クランクプーリー                １６  駆動ベルト
２０  過給機組立体／過給機駆動組立体  ２２  ハウジング
２４  プーリー                        ２６  入力軸
３０  第一の歯車列                    ３２  ピニオン歯車
３４  平入力歯車                      ４０  静液圧トランスミッション組立体／無段階トランスミッション組立体            ４２  入力軸                              
４４  出力軸                          ４６  平入力歯車
５０  第二の歯車列組立体              ５２  キャリア
５４  遊星歯車                        ５６  副軸
５８  内側リング歯車                  ６２  内歯車すなわち雌歯車の歯
６４  外歯車すなわち雄歯車の歯        ６６  太陽歯車
６８  入力軸                          ７０  過給機組立体
７２  インペラ                        ７４  渦巻き形ハウジング
７６  出力ダクト                      ７８  吸気マニホルド
８２  ハウジング                      ８４  液圧モータ組立体
８６  液圧ポンプ組立体                ８８  楔形の斜板組立体
９０  貫通通路                        ９２  駆動ピン
９４  ベル形ハウジング                ９６、９８  玉軸受組立体
１００  アクチュエータ又はコントローラ
１０２  マイクロプロセッサ            １０４  速度センサ
【図１】
2005282570.tif 000003
【図２】
2005282570.tif 000004
【図３】
2005282570.tif 000005
【図４】
2005282570.tif 000006
【図５】
2005282570.tif 000007
【図６】
2005282570.tif 000008