JP3815805B2 - 自動変速機のポンプ吐出量制御装置 - Google Patents

自動変速機のポンプ吐出量制御装置 Download PDF

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、車両用自動変速機において油圧制御装置に作動油を供給する油圧ポンプの吐出量を制御するポンプ吐出量制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
車両用自動変速機は、エンジン運転時にエンジン動力により常時駆動して作動油を吐出する油圧ポンプを有し、この油圧ポンプの作動油を油圧制御装置の圧力調整弁に導いて調圧することで、ライン圧、作動圧、潤滑圧等を生じる。これら油圧がトルクコンバータ、各バルブ、クラッチ、ブレーキ、潤滑部等に供給されて、変速制御するようになっている。従って、油圧ポンプの駆動状態、ポンプ吐出量はエンジン回転数に応じて変動し、高回転時には必要以上にポンプの吐出量、負荷が増大して燃費が悪化するため、これを低減することが要求される。
【0003】
従来、油圧ポンプの吐出量制御装置として、例えば特開昭58−204986号公報に示すように可変容量型ポンプに構成した第1の先行技術がある。また例えば実開昭63−69791号公報に示すように、固定容量型ポンプと流量制御弁を組合わせた第2の先行技術がある。
【0004】
第1の先行技術の可変容量型ポンプは、べーンポンプに偏心制御機構を組合わせたものであり、ハウジングの内部にエンジンにより回転駆動するロータが複数個のべーンを有して設けられ、ロータの周囲にカムリングがロータに対して偏心することが可能に配設される。ロータ内にはべーンリングがカムリングと一緒に偏心するように収容され、べーンがこれらカムリングとべーンリングとの間に配置される。カムリングはリターンスプリングが付勢され、このリターンスプリングと対向して制御ピストンが係合する。制御ピストンの背後には油圧室が形成され、この油圧室に圧力調整弁からのフィードバック圧が導入するようになっている。
【0005】
そこでエンジンによりロータが回転すると、べーンにより吸入ポートから作動油を吸入し、吐出ポートから圧縮して吐出する。このときフィードバック圧が低くて制御ピストンが後退すると、カムリングが最も大きく偏心し、吸込み容積が増大してポンプ吐出量が多くなる。またエンジン回転数の上昇によりポンプ吐出量が多くなると、圧力調整弁でライン圧が高くなることでフィードバック圧も高くなり、このため制御ピストンによりカムリングが押圧されてその偏心量が徐々に減少する。そこで吸込み容積が減ってポンプ吐出量が減少するのであり、こうして設定回転数以上でポンプ吐出量が一定化するように制御される。
【0006】
第2の先行技術の固定容量型ポンプと流量制御弁を組合わせたものは、内歯噛合式ギヤポンプの吐出ポートの下流に流量制御弁が、絞りの上、下流側の圧力差によりスプールを移動してバイパスポートを開閉するように設けられる。そしてエンジン回転数によりポンプ吐出量が多くなると、絞りの圧力差によりスプールを移動してバイパスポートを開き、オイルの一部を吸込み側にバイパスして吐出量が一定化制御される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記先行技術の前者にあっては、カムリングと制御ピストンの偏心制御機構が大型であるため、コストが嵩み、その収納スペースが多く必要になる。そこでポンプや自動変速機の油圧回路の構成の自由度が少なくなる。特に、油圧ポンプが配置される壁部でフロントデフ装置のドライブピニオンを軸支する縦置きトランスアクスル型自動変速機においては、油圧回路とピニオン支持を同時に満たす必要があって、スペース上の制約が更に厳しくなる。またこの自動変速機では、フロントデフ装置のハイポイドギヤとドライブピニオンの噛合いによる大きいスラスト荷重が壁部に作用し、この荷重による壁部の変形に伴うポンプの破損、摩耗等を防止するため、壁部を含むハウジング全体を鋳鉄製にして、充分な剛性を得る必要がある。そこで自動変速機全体の大型化や重量増大を招く。
【0008】
カムリングと制御ピストンは共に突起部により摺接して係合するため、局部的に大きい摩擦力を生じる。また制御ピストンは、3カ所にシールリングが配置されているため、これらシールリングにより円滑な揺動が阻害されてポンプ吐出量の制御を損うおそれがある。更に、高油温の状態で長時間制御ピストンを揺動すると、シールリングの熱変形や摩耗により、シール性の低下、吐出量の低下、偏心制御精度の悪化を招き、結果として吐出効率を低下するおそれがある。
【0009】
先行技術の後者にあっては、ポンプから吐出するオイル自体により流量制御弁を作動する構成であるから、流量制御弁の精度が直接ポンプ吐出性能に影響し、弁の配置も制約される。また流量制御弁が絞りの圧力差により作動するため、絞りの口径を適正に設定する必要がある。この場合に、油温によりオイルの粘度が変化して同じ絞りの口径でも圧力差が変化するため、一義的に決めることが難しい。
【0010】
本発明は、このような点に鑑み、簡単な構造でポンプ吐出量を制御して取付け性、燃費等を向上し、ポンプノイズを低減すると共に、構成のコンパクト化を図ることを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明の請求項1に係る発明は、エンジン動力により常に駆動する固定容量型油圧ポンプが、自動変速機を収容するケースの壁部にポンプカバーを被せて取付けられ、前記油圧ポンプの吐出圧を圧力調整弁で所定のライン圧に調圧する自動変速機のポンプ吐出量制御装置において、前記油圧ポンプの吐出ポートと吸入ポートの間にバイパス油路を連通し、このバイパス油路中に流量制御弁を、前記圧力調整弁のフィードバック圧により開閉するように設けることを特徴とする。
【0012】
請求項2に係る発明は、前述の自動変速機のポンプ吐出量制御装置において、前記バイパス油路の吸入端側、前記吸入ポートにおけるポンプ歯溝の容積増大側の端部付近に連通されることを特徴とする。
【0013】
請求項3に係る発明は、前述の自動変速機のポンプ吐出量制御装置において、前記流量制御弁は前記吐出ポート側の圧縮開始端部の付近に取付けられ、前記バイパス油路は前記壁部において前記油圧ポンプの周囲に形成されることを特徴とする。
【0014】
【作用】
従って、本発明の請求項1にあっては、エンジン運転時に油圧ポンプがエンジン動力により駆動して吐出圧を発生し、この吐出圧が圧力調整弁でライン圧に調圧され、このライン圧で自動変速機を作動して変速制御等が行われる。このとき低いエンジン回転数のポンプ吐出圧で高いライン圧を生じる場合は、圧力調整弁のフィードバック圧が非常に小さくなり、このため流量制御弁が閉じる。一方、高速時には高いフィードバック圧により流量制御弁が開いて、ポンプ吐出量の一部がバイパス油路により吸入ポートにバイパスし、これによりポンプ負荷が低減して燃費等が良くなる。
【0015】
請求項2にあっては、バイパス油路の作動油が吸入ポートの端部付近で、油圧ポンプの歯溝等に良好に加圧導入してキャビテーションが防止され、これによりポンプノイズ等の騒音が低減する。
【0016】
請求項3にあっては、流量制御弁とバイパス油路が、ケース壁部とポンプカバーにコンパクトにまとめて取付け、形成される。
【0017】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図6において、本発明が適応される自動変速機の一例の概略について説明する。先ず、トルクコンバータケース1、ディファレンシャルケース2の後部にトランスミッションケース3が接合し、トランスミッションケース3の後部にエクステンションケース4が接合し、トランスミッションケース3の下部にはオイルパン5が取付けられる。
【0018】
符号10はエンジンであり、このエンジン10のクランク軸11がトルクコンバータケース1内部のロックアップクラッチ12を備えたトルクコンバータ13に連結し、トルクコンバータ13からの入力軸14がトランスミッションケース3内部の自動変速機30に入力する。そして自動変速機30の後方に変速機出力軸15が、入力軸14と同軸上に出力する。
【0019】
トランスミッションケース3内部において、入、出力軸14,15に対しフロントドライブ軸16が平行配置され、このフロントドライブ軸16の後端が一対のリダクションギヤ17,18を介して変速機出力軸15に連結する。フロントドライブ軸16の前端はディファレンシャルケース2内部のフロントディファレンシャル装置19を介して前輪に連結され、変速動力を常に前輪に伝達するように伝動構成される。
【0020】
一方、変速機出力軸15と一体的なリダクションギヤ17は、更にエクステンションケース4内部の油圧式多板クラッチのトランスファクラッチ23を介してリヤドライブ軸20に連結され、このリヤドライブ軸20からプロペラ軸21、リヤディファレンシャル装置22等を介して後輪に伝動構成される。ここでトランスファクラッチ23のクラッチトルクは、あらゆる路面での発進、旋回、ブレーキ等の走行状態、路面条件により制御され、このクラッチトルクに応じ後輪にも動力伝達して4輪駆動制御するようになっている。
【0021】
自動変速機30は、2組のフロントプラネタリギヤ31、リヤプラネタリギヤ32により前進4段と後進1段を得る構成である。即ち、入力軸14がリヤプラネタリギヤ32のサンギヤ32aに、フロントプラネタリギヤ31のリングギヤ31bおよびリヤプラネタリギヤ32のキャリア32cが変速機出力軸15に連結する。そしてフロントプラネタリギヤ31のキャリア31cと一体的な連結要素33と、リングギヤ32bとの間に、第1のワンウエイクラッチ34、フォワードクラッチ35が直列的に設けられ、連結要素33と固定部材であるケース側との間に、第2のワンウエイクラッチ36、ローリバースブレーキ37が並列的に設けられる。連結要素33とリングギヤ32bとの間には、オーバランニングクラッチ38がバイパスして設けてある。
【0022】
また、サンギヤ31aと一体的な連結要素39には、バンドブレーキ40が設けられ、入力軸14と一体的な連結要素41およびキャリア31cと一体的な連結要素42との間には、ハイクラッチ43が設けられる。更に連結要素39と41との間には、リバースクラッチ44が設けられている。
【0023】
この自動変速機30の構成により、Dレンジまたは3レンジと2レンジの1速ではフォワードクラッチ35が係合し、加速の場合は両ワンウエイクラッチ34,36の作用で連結要素33と共にリングギヤ32bをロックすることで、入力軸14からサンギヤ32a,キャリア32cを介して変速機出力軸15に動力伝達する。このとき、惰行時は第1のワンウエイクラッチ34がフリーになり、オーバランニングクラッチ38を係合して第1のワンウエイクラッチ34のフリー回転を規制しても、第2のワンウエイクラッチ36がフリーになってエンジンブレーキは作用しない。1レンジの1速では、ローリバースクラッチ37の係合でオーバランニングクラッチ38を介してリングギヤ32bを常にロックするため、エンジンブレーキが作用する。
【0024】
Dレンジまたは3レンジと2レンジの2速では、上記フォワードクラッチ35とバンドブレーキ40とが係合し、このバンドブレーキ40によりサンギヤ31aをロックする。そこでキャリア31cとリングギヤ32bとが、連結要素33、フォワードクラッチ35、第1のワンウエイクラッチ34を介して回転し、1速時よりもリングギヤ32bが回転する分だけ増速した動力が出力する。このとき減速時には、オーバランニングクラッチ38の係合により連結要素33とリングギヤ32bとを連結状態に保つことで、エンジン側に逆駆動力が伝達してエンジンブレーキが作用する。
【0025】
Dレンジまたは3レンジの3速では、フォワードクラッチ35とハイクラッチ43とが係合し、このハイクラッチ43により入力軸14が連結要素41,32、キャリア31c、連結要素33、フォワードクラッチ35、第1のワンウエイクラッチ34を介してリングギヤ32bに連結する。このため、リヤプラネタリギヤ32は一体化して、入力軸14と変速機出力軸15とは直結する。このとき、減速時にオーバランニングクラッチ38の結合で第1のワンウエイクラッチ34の空転を規制することで、2速と同様にエンジンブレーキが作用する。
【0026】
Dレンジの4速では、上述に加えてバンドブレーキ40の係合でサンギヤ31aをロックする。このため、フロントプラネタリギヤ31でハイクラッチ43によりキャリア31cに入力した動力でリングギヤ31bを増速することになり、これが変速機出力軸15に伝達する。この場合は、第1、第2のワンウエイクラッチ34,36を介しないため常にエンジンブレーキが作用する。
【0027】
Rレンジでは、リバースクラッチ44の結合でサンギヤ31aに入力軸14の動力が入力する。また、ローリバースクラッチ37の係合で連結要素33と共にキャリア31cをロックするため、フロントプラネタリギヤ31でリングギヤ31bに逆転してギヤ比の大きい動力が出力し、この逆転動力が変速機出力軸15に伝達して後進速になる。こうして、自動変速機30において前進4段後進1段の変速段が得られる。
【0028】
一方、自動変速機30の前方のトランスミッションケース3に接合される壁部3aにポンプカバー45が被着され、この壁部3a内に油圧ポンプとしてギヤポンプ50が取付けられる。そしてクランク軸11と一体的なトルクコンバータ13のポンプインペラ側のカバー13aがポンプドライブ軸46を介してギヤポンプ50に、エンジン動力で常にポンプ駆動するように連結される。このギヤポンプ50から吐出する作動油は、オイルパン5に収容されるコントロールバルブボデー47に導入して種々の油圧を生じると共にバルブ動作し、これによりロックアップクラッチ12、トルクコンバータ13、自動変速機30、トランスファクラッチ23を油圧制御するようになっている。
【0029】
また壁部3aにおいてギヤポンプ50の近傍に大径の軸受25が装着され、この軸受25によりフロントドライブ軸16の前端のドライブピニオン16aが回転自在に支持される。そしてドライブピニオン16aがフロントディファレンシャル装置19のハイポイドギヤによるクラウンギヤ19aに噛合い、全体として縦置きトランスアクスル型自動変速機に構成される。
【0030】
図1において、ポンプ吐出量制御装置の実施例について説明する。ポンプ吐出量制御装置Aは、固定容量型ギヤポンプ50に流量制御弁を組合わせて構成される。ギヤポンプ50は、内歯噛合式のインナロータ51とアウタロータ52を有し、両ロータ51,52が壁部3aの凹部53に収容され、インナロータ51にポンプドライブ軸46が連結する。両ロータ51,52が回転する際の歯溝54の容積増大側に吸入ポート55が、容積減少側に吐出ポート56がそれぞれ配置され、吸入ポート55が油路57によりストレーナ58を介してオイルパン5に連通し、吐出ポート56が油路59により圧力調整弁60に連通する。
【0031】
圧力調整弁60は、スプール61の一方にライン圧PLが、その他方にスプリング力Fsとプレッシャモディファイヤ圧Pmが作用して、両者の関係で所定のライン圧PLに調圧する。またライン圧調圧ポート62の隣にフィードバック圧ポート63が設けられ、ポンプ吐出圧Ppが高くなると両ポート62,63の連通面積を増大してフィードバック圧Pfbを高く発生するように構成される。
【0032】
またギヤポンプ50の吐出ポート56がバイパス油路64により流量制御弁70に連通し、この流量制御弁70がバイパス油路65を介してギヤポンプ50の吸入ポート55に連通する。ここでギヤポンプ50の歯幅を大きく設定すると、吐出容量が増大するが、高速回転時には吸入ポート55で歯幅中央部まで作動油が入りにくくなり、これがキャビテーションの原因となってポンプノイズを発生する。そこでバイパス油路65の吸入端側が吸入ポート55における歯溝54の容積増大側の端部付近に連通され、バイパスする作動油を歯溝54の歯幅中央部に加圧導入してキャビテーション防ぐことが可能になっている。
【0033】
流量制御弁70は切換式であり、スプール71の一方にスプリング72が付勢され、その他方の油圧室73に圧力制御弁60からのフィードバック圧Pfbが油路66を介して作用する。そしてスプール71の端部の受圧面積Dにフィードバック圧Pfbを乗算した力(Pfb・D)とスプリング力Fsとの関係によりスプール71が移動し、ランド71aがバイパス油路64側のポート74を開閉してバイパス油路65側のポート75との連通を制御するように構成されている。
【0034】
次に、この実施例の作用について説明する。エンジン運転時にエンジン動力がクランク軸11、トルクコンバータ13のカバー13a、ポンプドライブ軸46を介してギヤポンプ50のインナロータ51に伝達して、インナロータ51とアウタロータ52が噛合いながら回転する。そして吸入ポート55で歯溝54の容積増大に伴う負圧でオイルパン5の作動油がその歯溝54に吸込まれて搬送され、吐出ポート56で歯溝54の作動油がその容積減少により圧縮して高圧で吐出される。こうしてエンジン動力により常にポンプ駆動して高い油圧が得られ、この場合にエンジン回転数Nが低い場合は吐出量Qが少なくて吐出圧Ppが低くなり、エンジン回転数Nの上昇により吐出量Qが、図2のように増大して吐出圧Ppが高くなる。
【0035】
吐出ポート56からの作動油は圧力調整弁60と流量制御弁70に導かれ、圧力調整弁60で吐出圧Ppを調圧して所定のライン圧PL、フィードバック圧Pfbを生じる。そしてライン圧PLは、ロックアップ制御手段によりトルクコンバータ13やロックアップクラッチ12に導入してロックアップ制御され、また変速制御手段により自動変速機30に導入して上述のように変速制御される。
【0036】
ここで低速高負荷時に圧力調整弁60で低いエンジン回転数Nのポンプ吐出圧Ppにより高いライン圧PLを生じる場合は、吐出圧Ppの大半がライン圧PLの発生に消費されるため、フィードバック圧Pfbが非常に小さくなる。そこで流量制御弁70は、スプール71がスプリング力Fsにより図の左側に移動してポート74を閉じるように作動し、これによりポンプ吐出量Qの戻りが遮断される。
【0037】
一方、高速時にエンジン回転数Nが上昇してポンプ吐出圧Ppが高くなると、圧力調整弁60でのフィードバック圧Pfbも高くなる。そこで流量制御弁70は、油圧室73のフィードバック圧Pfbによる力が増大し、設定回転数Nsでその力がスプリング力Fsに打ち勝ってスプール71が図の右側に移動すると、ポート74が開いて吐出量Qの一部がバイパス油路64,65により吸入ポート55にバイパスして戻る。そこで実際のポンプ吐出量Qは、図2のように設定回転数Ns以降で略一定化するように制御され、ポンプ負荷が少なくなって燃費等が良くなる。このときバイパス油路65の作動油が吸入ポート55の容積増大側端部の付近に加圧して流入するため、その作動油が両ロータ51,52の歯溝54の歯幅中央部に良好に導入して正圧化する。そこでキャビテーションが防止されて、ポンプノイズの騒音が低減する。
【0038】
ここで、図3,図4により前記流量制御弁70の変形例について説明する。図3に示す流量制御弁70は、バイパス油路64側のポート74を開閉するスプール71のランド71aにテーパ部71bが設けられたもので、それ以外の構成部分は図1に示した流量制御弁70と略同様である。この図3に示す流量制御弁70では、スプール71が移動してランド71aがポート74を開閉する際に、テーパ部71bによりギヤポンプ50の吐出圧Pp、吐出量Qが徐々に変化して、ポンプ吐出量Qの特性が滑らかに切換わる。
【0039】
また、図4に示した流量制御弁70は、両端が閉塞した中空筒状のスプール76を有するもので、このスプール76には、バイパス油路64側のポート74に常時連通するポート76aと、スプール76の移動に応じてバイパス油路65側のポート75との連通状態が開閉制御されるポート76bとを有する。そしてスプール76の移動に応じて変化する上記ポート76bとポート75との開閉量に応じて、バイパス油路64側の作動油がスプール76内を通過してバイパス油路65側にバイパスするようになっている。
【0040】
図5において、ギヤポンプ50と流量制御弁70等の取付け状態について説明する。先ず、壁部3aに有底筒状の凹部53が形成され、壁部3aとポンプカバー45の両方において凹部53の所定の範囲に吸入ポート55と吐出ポート56が形成される。そしてポンプカバー45において吐出ポート56の圧縮開始側端部の付近の半径方向に流量制御弁70が、ポート74等を開口して取付けられる。また壁部3aにおいて凹部53の周囲に吐出ポート56と流量制御弁70を連通するバイパス油路64、流量制御弁70と吸入ポート55を連通するバイパス油路65が最短距離で形成され、最も外側にフィードバック圧Pfbの油路66が形成される。
【0041】
そして壁部3aの凹部53にロータ51,52を収容してポンプカバー45を重ね、両者をボルト締めして組付けられる。また壁部3aにおいてポンプカバー45から外れた両ポート55,56の間の下部の孔26に軸受25が取付けられ、この軸受25によりドライブピニオン16aが支持されるのであり、これによりコンパクトにまとまった構造になる。またギヤポンプ50と流量制御弁70がそれぞれ壁部3aとポンプカバー45に分離して配置されるため、ドライブピニオン16aによるスラスト荷重が壁部3aに作用しても、ギヤポンプ50と流量制御弁70が良好な作動状態に確保される。
【0042】
以上、本実施例では自動変速機のギヤポンプを例にして説明したが、本発明は自動変速機や無段変速機の固定容量型油圧ポンプであれば、ギヤポンプ以外の例えばベーンポンプやローラベーンポンプなど全てに適応できる。
【0043】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の請求項1に係る自動変速機のポンプ吐出量制御装置では、エンジン動力により常に駆動する固定容量型油圧ポンプの吐出ポートと吸入ポートの間にバイパス油路を連通し、このバイパス油路中に流量制御弁を、圧力調整弁のフィードバック圧により開閉するように設ける構成であるから、ポンプ吐出量を確実に制御して燃費等を向上できる。固定容量型油圧ポンプとフィードバック圧により開閉する流量制御弁の組合わせであるから、軽量、コンパクト、安価な構造になり、スペースや取付け自由度の点でも有利になる。このため縦置きトランスアクスル型自動変速機で、油圧ポンプとドライブピニオン等の軸受が隣接配置される場合に適する。圧力調整弁のフィードバック圧を流量制御弁の制御圧に利用するため、圧力調整弁の調圧のバラツキ、油圧ポンプのオイルリークによる容積効率の悪化等の影響を受けずにポンプ吐出量制御することができる。
【0044】
請求項2に係る自動変速機のポンプ吐出量制御装置では、バイパス油路の吸入端が吸入ポートにおけるポンプ歯溝の容積増大側の端部付近に連通されるので、バイパスする作動油を歯溝の歯幅中央部に加圧導入してキャビテーションを防止することができる。このためポンプノイズの騒音が低減する。
【0045】
請求項3に係る自動変速機のポンプ吐出量制御装置では、流量制御弁が吐出ポートの圧縮開始側端部の付近に取付けられ、バイパス油路が壁部において油圧ポンプの周囲に形成されるので、コンパクトな構造になり、組付け性等も良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る自動変速機のポンプ吐出量制御装置の実施例を示す油圧回路図である。
【図2】ポンプ吐出量の特性を示す線図である。
【図3】流量制御弁の変形例を示す断面図である。
【図4】流量制御弁の他の変形例を示す断面図である。
【図5】ギヤポンプと流量制御弁の取付け状態を示すもので、(a)はポンプカバーの平面図、(b)はケース壁部の平面図である。
【図6】自動変速機の適応例を示すスケルトン図である。
【符号の説明】
3 トランスミッションケース
3a 壁部
30 自動変速機
45 ポンプカバー
50 ギヤポンプ(油圧ポンプ)
55 吸入ポート
56 吐出ポート
60 圧力調整弁
64,65 バイパス油路
70 流量制御弁

Claims (3)

  1. エンジン動力により常に駆動する固定容量型油圧ポンプが、自動変速機を収容するケースの壁部にポンプカバーを被せて取付けられ、前記油圧ポンプの吐出圧を圧力調整弁で所定のライン圧に調圧する自動変速機のポンプ吐出量制御装置において、
    前記油圧ポンプの吐出ポートと吸入ポートの間にバイパス油路を連通し、このバイパス油路中に流量制御弁を、前記圧力調整弁のフィードバック圧により開閉するように設けることを特徴とする自動変速機のポンプ吐出量制御装置。
  2. 前記バイパス油路の吸入端側、前記吸入ポートにおけるポンプ歯溝の容積増大側の端部付近に連通されることを特徴とする請求項1記載の自動変速機のポンプ吐出量制御装置。
  3. 前記流量制御弁は前記吐出ポート側の圧縮開始端部の付近に取付けられ、前記バイパス油路は前記壁部において前記油圧ポンプの周囲に形成されることを特徴とする請求項1記載の自動変速機のポンプ吐出量制御装置。
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