JP2007106395A - 自動切換可能な自動車変速機 - Google Patents

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Abstract

【課題】スタータ機能及び／またはジェネレータ機能乃至回復（復熱）機能にとって簡単化され、それによって必要な構造空間ないしコストが低減された自動切換可能な自動車変速機を提供すること。
【解決手段】本発明の課題は、内燃エンジンに接続可能な駆動軸と、少なくとも一つの走行車軸に接続可能な出力軸と、第一及び第二遊星歯車装置を有する機械的切換変速機と、を備え、前記第一遊星歯車装置はシングルの遊星歯車装置であり、ダブルの遊星歯車装置、例えばラビニヨウ（Ravigneaux）装置、がそれに後置されている、ということを特徴とする自動切換可能な自動車変速機によって解決される。
【選択図】図１

Description

本発明は、特許請求の範囲の請求項１の上位概念に従う、自動切換可能な自動車変速機に関する。
このタイプのＤＥ１０１４０４２４Ａ１から、自動車の平行ハイブリッドドライブトレインが知られている。このドライブトレインは、内燃エンジン（Brennkraftmaschine）と並んで、自動切換可能な変速機を有している。それは、内燃エンジンに接続可能な２つの駆動軸と、少なくとも一つの自動車の駆動車軸に結合可能な出力軸と、を有している。また、機械的な切換変速機が、第一及び第二の遊星歯車装置と、複数のクラッチと、複数のブレーキと、電気機械と、を有している。この電気機械は、スタータ／ジェネレータとして、及び／または、変速機の無段調整のために、及び／または、自動車の電気走行運転のために、作動可能である。対応する運転者希望が存在する際には、ブースト運転の加速が、当該電気機械を介してブーストされる回転トルクによって行われ得る。
この知られた変速機の場合、走行運転は、停止状態から液圧コンバータ無しで始動され得る、というように生じる。この場合、第一遊星歯車段の太陽歯車は、太陽歯車軸を介して、走行ブレーキに結合可能である。二つのクラッチのうち一方のクラッチが、走行ブレーキの解放及び当該一つクラッチの係止（ロック）に応じて内燃エンジンの始動のための始動トルクが第一遊星歯車段の太陽歯車軸を介して案内される、というように前記太陽歯車軸と協働する。ある状況下では、確かに少なすぎるけれども、ドライブトレインにおける望まれない牽引中断（トラクション・インタラプション）が生じ得る。
ＤＥ１９９１７６６５Ａ１からは、二つの電気機械を有するハイブリッド駆動コンセプトの場合において、内燃エンジンと変速機入力軸との間の回転数差が大変に小さい時、第一電気機械による純粋な電気走行運転での牽引中断の低減のために第二電気機械によって内燃エンジンを始動してドライブトレインに結合する、ということが既に知られている。牽引中断の問題のための解決の可能性は、しかし、二つの電気機械を要求する。
別の公報ＤＥ１０３１９８８０Ａ１から、一つの内燃エンジンと二つの電気ドライブモータとを備えたドライブトレインが知られている。当該発明によれば、一つの電気ドライブモータが、一つのクラッチを介して、遊星歯車変速機の太陽歯車と結合可能である。
独国特許出願公開第１０１４０４２４号明細書 独国特許出願公開第１９９１７６６５号明細書 独国特許出願公開第１０３１９８８０号明細書
本発明は、前述のタイプの変速機を、それ自体は知られた構成部材を利用して別の構成部材はセーブ（節約）され、当該構成がスタータ機能及び／またはジェネレータ機能乃至回復（復熱）機能にとって簡単化され、それによって必要な構造空間ないしコストが低減される、というように改良することを課題とする。
本発明の課題は、主請求項に記載された特徴に従って、内燃エンジンに接続可能な駆動軸と、少なくとも一つの走行車軸に接続可能な出力軸と、第一及び第二遊星歯車装置を有する機械的切換変速機と、を備え、前記第一遊星歯車装置はシングルの遊星歯車装置であり、ダブルの遊星歯車装置、例えばラビニヨウ（Ravigneaux）装置、がそれに後置されている、ということを特徴とする自動切換可能な自動車変速機によって解決される。更に、複数の切換要素及びブレーキ並びに一つの電気機械が設けられており、当該電気機械は、スタータ及び／またはジェネレータとして、及び／または、自動車の少なくとも部分的な電気走行運転のために、設けられている。そして、当該電気機械は、第１クラッチによって前記内燃エンジンに接続可能であると共に、第２クラッチによって前記第一遊星歯車装置の第一軸に接続可能である。また、本発明によれば、前記内燃エンジンは、前記第１及び第２クラッチによって、前記第一遊星歯車装置の内歯歯車に接続可能であり、及び／または、前記電気機械は、前記第２クラッチによって、前記第一遊星歯車装置の内歯歯車に接続可能である。
有利なことに、本発明による変速機によって、従来技術と比較して、構成部材が節約される。従って、例えば、従来設けられていた入力側の走行ブレーキが不要になる。更に、切換変速機において、従来利用されていた二つの入力軸の代わりに、一つのみの入力軸が必要である。これにより、有利なことに、変速機は、内燃エンジンだけでなく電気機械をも二つのクラッチを介して、ないしは、一つのクラッチを介して第一遊星歯車装置の内歯歯車に接続可能である、というように形成され得る。これにより、一つには、簡単化されたスタータ性能及び／またはジェネレータ性能及び回復（復熱）性能、乃至、簡単化されたブースト運転を伴う変速機が提供され、もう一つには、変速機の構造空間及び製造コストが顕著に低減される。
また、有利には、前記二つの切換要素の少なくとも一つは、マルチディスククラッチとして形成され得て、当該二つの切換要素は、互いから独立に、切換可能または調節可能であり得る。
あるいは、それぞれの適用例に依存して、クラッチを噛み合い式（formschluessig）に締結するように形成することも有利である。この場合も、二つの切換要素は、互いから独立に、切換可能である。
更に、前記二つの切換要素の一つはワンウェイクラッチとして形成されている、ないしは、更に別の切換要素が設けられて当該切換要素はワンウェイクラッチとして形成されている、ということが提案される。これにより、例えば、緊急走行機能（Notlauffunktion）が実現可能である。
ある好適な実施の形態では、例えば、切換要素及び／または電気機械が、前記入力軸に対して同軸に配置されている。
あるいは、電気機械は、前記入力軸に対して軸平行に配置され得る。この場合、前記入力軸からの乃至前記入力軸への駆動は、ギヤ（歯車）段を介して、あるいは、チェーン駆動またはベルト駆動を介して、行われる。
有利には、ある実施の形態において、切換要素は電気機械に対して半径方向内側に配置されている、ないしは、互いに半径方向に配置されている。
ある別の実施の形態では、切換要素の取付が軸方向に直接並ぶことが提案される。これにより、特に好適に空間節約される変速機の形態が提供される。
特に簡潔でコスト低減される自動車変速機の形態として、太陽歯車がハウジングに固定された形態が提案される。
第一遊星歯車装置の第二遊星歯車装置との結合は、有利には、幾つかのクラッチによって、第一遊星歯車装置のリブ（Steg）及び／または内歯歯車を介して行われる。
その際、例えば、第一遊星歯車装置のリブは、第１クラッチによって、第二遊星歯車装置の第一太陽歯車と結合される、及び／または、第２クラッチによって、第二遊星歯車装置の第二太陽歯車と結合される。
第一遊星歯車装置の内歯歯車は、更なる別のクラッチによって、第二遊星歯車装置のリブに結合可能である。
選択に応じて、内燃エンジン及び／または電気機械は、クラッチの切換によって、第二遊星歯車装置に直接結合可能である。
有利には、内燃エンジンと電気機械との間に少なくとも一つのねじり振動ダンパが設けられ、及び／または、電気機械と切換変速機との間、特には電気機械と第一遊星歯車装置との間、に少なくとも一つのねじり振動ダンパが設けられている。
更なる利点及び特徴が、以下により詳細に説明される実施の形態から明らかである。唯一の図は、本発明による変速機の概略断面図を示している。
自動切換可能な自動車変速機１は、詳しくは図示されない自動車の平行ハイブリッドドライブトレインの一部である。当該変速機１は、駆動軸２を含んでいる。駆動軸２は、入力側で、例えばねじり振動ダンパ１１を介して、ドライブトレインの図示されない内燃エンジンに接続されている。
出力側では、変速機１に出力軸３が設けられている。出力軸３は、駆動トルクの伝達のために、少なくとも一つの走行車軸に接続可能である。前記の両軸２、３の間に、切換変速機４が配置されている。切換変速機４は、第一変速機段（第一遊星歯車装置５）、第二変速機段（第二遊星歯車装置６）、複数のクラッチＫ１、Ｋ２、Ｋ３、及び、二つのブレーキＢ１、Ｂ２から構成されている。
第一変速機段は、例えば、簡潔な遊星歯車装置５から構成されている。遊星歯車装置５は、第二変速機段としてのラビニヨウ（Ravigneaux）装置６に前置されている。このような配置は、例えば、６つの前進段と１つの後進段とを有する多段自動変速機を可能にする。
第一遊星歯車装置５の太陽歯車１３は、太陽歯車軸を介して、自動車変速機１のハウジング２８に回転しないように結合されている。第一遊星歯車装置５の遊星歯車１４は、遊星キャリヤ１５及びクラッチＫ１、Ｋ３を介して、第二遊星歯車装置６と結合可能である。クラッチＫ１、Ｋ３は、リブ軸１６に作用する。第一遊星歯車装置５の内歯歯車１７は、駆動側で、内歯歯車軸１８及びクラッチＫ４、Ｋ５を介して、駆動軸２と結合可能である。出力側では、内歯歯車１７が、内歯歯車軸１８及びクラッチＫ２を介して、第二遊星歯車装置６と結合可能である。
第二の、ダブルの遊星歯車装置６は、本質的に、第一太陽歯車１９及び第二太陽歯車２０から構成されており、それらは、第一太陽歯車軸２１乃至第二太陽歯車軸２２並びにクラッチＫ１、Ｋ３を介して、第一遊星歯車装置５と結合可能である。第二太陽歯車軸２２は、ブレーキＢ２を介して、ハウジング２８とロック可能である。
（第二遊星歯車装置６の）第一遊星歯車のセット２３は、第一遊星キャリヤ２５上に回転可能に軸支されており、（第二遊星歯車装置６の）第二遊星歯車のセット２４は、第二遊星キャリヤ２６上に回転可能に軸支されている。この場合、当該遊星キャリヤ２６は、ブレーキＢ１によって、ハウジング２８とロック可能である。第二遊星歯車装置６の内歯歯車２７は、自動車変速機１の出力軸３と直接結合されている。
更に、内燃エンジンと切換変速機４との間に、電気機械８が設けられている。電気機械８は、本質的に、外側ステータ９と内部ロータ１０とから構成されている。当該電気機械８は、スタータ及び／またはジェネレータとして形成され、図示されない電子制御システム及びエネルギー蓄積部７が関連付けられている。
電気機械１４の半径方向内側には、二つのクラッチＫ４、Ｋ５が配置されている。それらは、一方側では、駆動軸２への結合を可能とし、他方側では、第一遊星歯車装置５の内歯歯車軸１８への結合並びに電気機械８のロータ１０の接続を可能としている（両クラッチＫ４、Ｋ５は、簡単のために、冒頭では第一及び第二クラッチとしても表現されている）。
切換変速機４の電気機械８との組み合わせによって、そのように構成された自動車の電気モータによる発進が可能である。走行運転中、特には自動車のブレーキ運転中、電気エネルギーが象徴的に図示されたエネルギー蓄積部７内において蓄えられることによって、電気機械８でエネルギー回復が行われ得る。
以上のような自動車変速機で、もし排気の無い運転が望まれる場合には、純粋な電気走行運転が、前進でも後進でも、例えば街中でも他の領域でも、実現され得る。
二つのクラッチＫ４、Ｋ５の本発明に従う動作により、電気機械８は、クラッチＫ４を介して、内燃エンジンの始動のために、駆動軸２に直接結合可能である。駆動軸２は、その場合、内燃エンジンのクランク軸と直接の駆動接続状態にある。これにより、機械的切換変速機４と電気機械８とを有する前記自動車変速機１の知られた利点、すなわち、運転者が希望に応じて駆動トルクを増強すること、が可能になる。これにより、制限されないブースト運転が可能である。前記利点については、始動（Anlassen）が快適に顕著な牽引中断無しで実施され得る、ということが補足される。
有利には、例えば、クラッチＫ５が発進クラッチとして形成され、当該変速機１を備えた自動車は、ハイドロダイナミックコンバータ無しで発進できる。
更に、以上のような構成により、電気機械８のジェネレータ運転中に、電気的な乗物（航空機や船を含む）システムの恒久的な電気的補助（Versorgung）の可能性が存在する。
ねじれ振動ダンパ１１、１２は、それぞれ目的に応じて、有利な態様で、パワーフロー方向に、電気機械８の前にも、内燃エンジンとクラッチＫ４、Ｋ５との間にも、電気機械９の後にも、クラッチＫ４、Ｋ５と切換変速機４との間にも、配置され得る。ねじれ振動ダンパ１１、１２は、個別作動のねじれ振動ダンパとしても、二重作動のねじれ振動ダンパとしても、利用され得る。
本発明による変速機の概略断面図。
符号の説明
１ 自動車変速機
２ 駆動軸
３ 出力軸
４ 切換変速機
５ 第一遊星歯車装置
６ 第二遊星歯車装置
７ エネルギー蓄積部
８ 電気機械
９ ステータ
１０ ロータ
１１ ねじれ振動ダンパ
１２ ねじれ振動ダンパ
１３ 太陽歯車
１４ 遊星キャリヤ
１５ リブ（遊星キャリヤ）
１６ リブ軸
１７ 内歯歯車
１８ 内歯歯車軸
１９ 第一太陽歯車
２０ 第二太陽歯車
２１ 第一太陽歯車軸
２２ 第二太陽歯車軸
２３ 第一遊星歯車
２４ 第二遊星歯車
２５ 第一リブ（遊星キャリヤ）
２６ 第二リブ（遊星キャリヤ）
２７ 内歯歯車
２８ ハウジング
Ｋ１ 第１クラッチ
Ｋ２ 第２クラッチ
Ｋ３ 第３クラッチ
Ｋ４ 第４クラッチ
Ｋ５ 第５クラッチ
Ｂ１ 第１ブレーキ
Ｂ２ 第２ブレーキ

Claims (17)

  1. 内燃エンジンに接続可能な駆動軸（２）と、
    少なくとも一つの走行車軸に接続可能な出力軸（３）と、
    第一及び第二遊星歯車装置（５、６）を有する機械的切換変速機（４）と、
    複数の切換要素、特にはクラッチ及びブレーキ（Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３；Ｂ１、Ｂ２）と、
    スタータ及び／またはジェネレータとして、及び／または、自動車の少なくとも部分的な電気走行運転のために、設けられた電気機械（８）と、
    を備え、
    前記第一遊星歯車装置（５）はシングルの遊星歯車装置であり、ダブルの遊星歯車装置（６）、例えばラビニヨウ（Ravigneaux）装置、がそれに後置されており、
    前記電気機械（８）は、第４クラッチ（Ｋ４）によって前記内燃エンジンに接続可能であると共に、第５クラッチ（Ｋ５）によって前記第一遊星歯車装置（５）の第一軸に接続可能であり、
    前記内燃エンジンは、前記第４及び第５クラッチ（Ｋ４、Ｋ５）によって、前記第一遊星歯車装置（５）の内歯歯車に接続可能であり、及び／または、前記電気機械（８）は、前記第５クラッチ（Ｋ５）によって、前記第一遊星歯車装置（５）の内歯歯車に接続可能である
    ことを特徴とする自動切換可能な自動車変速機（１）。
  2. 前記二つの切換要素（Ｋ４、Ｋ５）の少なくとも一つは、マルチディスククラッチとして形成されており、
    当該二つの切換要素は、互いから独立に、切換可能かつ調節可能である
    ことを特徴とする請求項１に記載の自動切換可能な自動車変速機（１）。
  3. 前記二つの切換要素（Ｋ４、Ｋ５）の少なくとも一つは、噛み合い式（formschluessig）クラッチとして形成されており、
    当該二つの切換要素（Ｋ４、Ｋ５）は、互いから独立に切換可能である
    ことを特徴とする請求項１に記載の自動切換可能な自動車変速機（１）。
  4. 前記二つの切換要素（Ｋ４、Ｋ５）の一つは、ワンウェイクラッチとして形成されている、あるいは、ワンウェイクラッチとして形成された更に別の切換要素が設けられている
    ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の自動切換可能な自動車変速機（１）。
  5. 前記切換要素（Ｋ４、Ｋ５）は、前記入力軸（２）に対して同軸に配置されている
    ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の自動切換可能な自動車変速機（１）。
  6. 前記電気機械（８）は、前記入力軸（２）に対して同軸に配置されている
    ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の自動切換可能な自動車変速機（１）。
  7. 前記電気機械（８）は、前記入力軸（２）に対して軸平行に配置されている
    ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の自動切換可能な自動車変速機（１）。
  8. 前記電気機械（８）は、ギヤ（歯車）段を介して、あるいは、チェーン駆動またはベルト駆動を介して、前記入力軸（２）に接続されている
    ことを特徴とする請求項７に記載の自動切換可能な自動車変速機（１）。
  9. 前記切換要素（Ｋ４、Ｋ５）は、前記電気機械（８）に対して半径方向内側に配置されている
    ことを特徴とする請求項５または６に記載の自動切換可能な自動車変速機（１）。
  10. 前記切換要素（Ｋ４、Ｋ５）は、軸方向に直接並んで配置されている
    ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の自動切換可能な自動車変速機（１）。
  11. 前記切換要素（Ｋ４、Ｋ５）は、互いに半径方向に配置されている
    ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の自動切換可能な自動車変速機（１）。
  12. 前記第一遊星歯車装置（５）の太陽歯車（１３）は、ハウジングに固定されて形成されている
    ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の自動切換可能な自動車変速機（１）。
  13. 前記第一遊星歯車装置（５）のリブ（１５）及び／または内歯歯車（１７）は、前記第二遊星歯車装置（６）に結合可能である
    ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の自動切換可能な自動車変速機（１）。
  14. 前記第一遊星歯車装置（５）のリブ（１５）は、前記第二遊星歯車装置（６）の第一及び／または第二太陽歯車（１９、２０）に結合可能である
    ことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の自動切換可能な自動車変速機（１）。
  15. 前記第一遊星歯車装置（５）の内歯歯車（１７）は、前記第二遊星歯車装置（６）のリブ（２５）に結合可能である
    ことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載の自動切換可能な自動車変速機（１）。
  16. 前記内燃エンジン及び／または前記電気機械（８）は、前記第二遊星歯車装置（６）に直接結合可能である
    ことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれかに記載の自動切換可能な自動車変速機（１）。
  17. 内燃エンジンと電気機械（８）との間に少なくとも一つのねじり振動ダンパ（１１）が設けられ、及び／または、電気機械（８）と切換変速機（４）との間、特には電気機械（８）と第一遊星歯車装置（５）との間、に少なくとも一つのねじり振動ダンパ（１２）が設けられている
    ことを特徴とする請求項１乃至１６のいずれかに記載の自動切換可能な自動車変速機（１）。
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