JP4079474B2 - 車両の動力伝達装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の動力伝達装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、エンジン動力を駆動系に伝達する装置として油圧制御式摩擦クラッチが知られている。これは湿式多板クラッチの構成が採用され、クラッチハウジング内に収められた複数のクラッチプレートを、クラッチピストンで適宜押し付けてクラッチ締結力を得ようというものである。クラッチピストンには、適当な値に制御された油圧が供給され、これによりクラッチピストンは、入力側と出力側とのクラッチプレート同士を摩擦接触させてクラッチ締結力を発生させる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような油圧制御式摩擦クラッチにおいては、クラッチピストンに押圧力を与えるオイルと、クラッチプレートに引き摺り効果を与えるオイルとが共用される場合が多い。そして低温下でエンジンを始動したとき、オイルの粘性低下に起因して実質的に作動不可となることがある。即ち、オイル粘度が極端に低くなると、クラッチピストンに至る油圧回路中で圧力損失が増大し、制御レスポンスの悪化による作動不良が発生する。また、クラッチプレート室内ではオイルのせん断抵抗や摩擦抵抗が増大し、所謂ドラッグトルク(引き摺りトルク)が顕著に増大してクラッチが切れなくなってしまう。
【0004】
これら問題があるため、従来は、ユーザーに長時間の暖機運転を義務付けたり、寒冷地では車両の室内保存や外部ヒータによる暖機促進を推奨している。しかし、いずれにしても暖機時間が長いことは好ましいことではない。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る車両の動力伝達装置は、車両のエンジンとトランスミッションとの間に直列に設けられ、共通のオイルを使用する油圧制御式摩擦クラッチ及び、入力側ポンプ部ならびに出力側タービン部を有するトルクコンバータ又は流体クラッチと、前記トランスミッションの変速操作を実行するアクチュエータと、前記トランスミッション内に設けられると共に前記摩擦クラッチを介して前記トルクコンバータ又は流体クラッチの出力側タービン部の出力軸に連結され、前記オイルの温度に応じた抵抗を受けながら回転するインプットシャフトと、前記オイルの温度が、前記トランスミッション内のオイルの粘度が高くなり該オイルの抵抗により前記インプットシャフトが制動されるような低温である所定値以下のとき、前記アクチュエータを作動させて前記トランスミッションをニュートラルレンジに変速して前記車両を発進不可とし、且つ前記油圧を制御して前記摩擦クラッチを接続して前記エンジンの回転を前記トルクコンバータ又は流体クラッチの前記入力側ポンプ部に伝達し、そのトルクコンバータ又は流体クラッチの前記入力側ポンプ部と、前記インプットシャフトの制動により回転が制限される前記出力側タービン部との差動回転により前記トルクコンバータ又は流体クラッチ内でオイルを昇温する制御手段とを備えたものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。
【0008】
図4は、本発明に係る動力伝達装置の全体構成図である。図示するように、かかる装置においては、エンジン76とトランスミッション(T/M) 75との間にクラッチトルコンユニット50が設けられている。クラッチトルコンユニット50は、後に詳述するが、油圧制御式摩擦クラッチとトルクコンバータとを直列に組み合わせ、同一のハウジング内に収めたものである。トランスミッション75は、それ自体マニュアルトランスミッションであるが、ここではアクチュエータ(ギヤシフトユニット、GSU)84と組み合わされて、自動変速をなし得る構成がされている。
【0009】
アクチュエータ84は、コントロールユニット79による電磁弁85の切り換えでエア供給手段86からエアが適宜供給されることで作動し、変速操作を実行するようになっている。エア供給手段86は、エンジンコンプレッサ87に連結されたエアタンク88と、リリーフバルブ89を介設したエアパイプ90とで成り、エアパイプ88の先端がアクチュエータ84の電磁弁85に連結されている。エアタンク88にはコントロールユニット79に結線された圧力スイッチ91が設けられている。
【0010】
このほかトランスミッション75には車速センサー92及び入力軸(インプットシャフト)回転センサー93が設けられ、それぞれコントロールユニット79に結線されている。またコントロールユニット79の入力側にはアクセルセンサー94、チェンジレバー95、全段シフトが可能な非常用手動スイッチ96が接続され、出力側にはギヤ表示灯97や警告灯98が接続されている。またこのコントロールユニット79に併設されて信号をやりとりする電子制御ガバナのコントロールユニット102 が備えられ、エンジン回転センサー103 等の検出値に基づいて燃料噴射ポンプ104 のラック105 を適宜制御するようになっている。
【0011】
図3はクラッチトルコンユニット50を示す詳細図である。クラッチトルコンユニット50はメインクラッチ52とトルクコンバータ53とを組み合わせて主に構成されている。メインクラッチ52は油圧作動式で且つ湿式多板クラッチの構成が採られている。ここではトルクコンバータ53をロックするためのロックアップクラッチ71も設けられている。ロックアップクラッチ71も前記同様に油圧作動式で且つ湿式多板クラッチの構成が採られている。これらの関係としては、後に理解されるが、図5を参照して、エンジン側から順にトルクコンバータ53とメインクラッチ52とが直列関係にあり、トルクコンバータ53とロックアップクラッチ71とが並列関係にある。以下、これらの構成を具体的に説明する。
【0012】
図3において、54はエンジン動力が入力される入力軸である。入力軸54にはフロントカバー67及びトルクコンバータハウジング68が一体的に結合されている。一方、トルクコンバータ53は三要素の翼車によって構成され、トルクコンバータハウジング68と一体で回転するポンプ部58と、ポンプ部58に対向するタービン部59と、固定系にワンウェイクラッチ60を介して設けられたステータ部61とで成る。よってトルクコンバータ53においては、入力軸54が回転されるとポンプ部58が回転し、これが作動流体としてのオイルを入力軸54回りに循環させ、タービン部59を回転駆動し、タービン部59からトルクを発生させる。そしてオイルには、この入力軸54回りの循環の他、ポンプ部58、タービン部59、ステータ部61を順に通るような直交方向の循環も与えられる。なお、トルクコンバータ53はメインクラッチ52よりもトランスミッション75側に配置されている。
【0013】
一方、フロントカバー67及びトルクコンバータハウジング68で囲まれた空間内では、互いに結合されたメインクラッチホルダ64及びメインクラッチピストンアウターホルダ65が、軸受63及びクラッチホルダ62を介して、出力軸56にその軸回りを回転自在に支持されている。出力軸56は入力軸54と同軸に配置され、図外の右側の部分でトランスミッション75のインプットシャフト20に連結される(図5参照)。クラッチホルダ62は出力軸56にスプライン(図示せず)を介して相対回転不可に取り付けられる。メインクラッチピストンアウターホルダ65は、フロントカバー67の内面上を摺動回転可能であり、軸方向には移動不可である。トルクコンバータ53のタービン部59はメインクラッチホルダ64に剛に結合されるため、これによってタービン部59は出力軸56回りを回転できることとなる。
【0014】
このタービン部59即ちトルクコンバータ53の出力側と、出力軸56とを断接するのがメインクラッチ52である。即ちメインクラッチ52は、メインクラッチホルダ64にスプライン(図示せず)を介して軸方向移動自在に設けられた複数のドライブプレート55と、クラッチホルダ62にスプライン(図示せず)を介して軸方向移動自在に設けられたドリブンプレート57とを有する。これらプレート55,57は互い違いに重なるよう配置されている。メインクラッチピストンアウターホルダ65にはシリンダ室66が形成され、シリンダ室66にはメインクラッチピストン51が軸方向移動自在に収容されている。よってシリンダ室66に油圧供給を行い、メインクラッチピストン51をプレート55,57側に移動させることで、プレート55,57同士を摩擦接触させ、メインクラッチ52を締結状態にすることができる。そしてトルクコンバータ53の出力側と出力軸56とを接続することができるようになる。
【0015】
一方、メインクラッチ52の径方向外側には、同様に構成されたロックアップクラッチ71が配設されている。このロックアップクラッチ71は、トルクコンバータ53のポンプ部58とタービン部59とを直結するためのものである。即ち、ロックアップクラッチ71は、トルクコンバータハウジング68にスプライン(図示せず)を介して軸方向移動自在に設けられた複数のドライブプレート73と、メインクラッチホルダ64にスプライン(図示せず)を介して軸方向移動自在に設けられたドリブンプレート72とを有する。フロントカバー67のシリンダ室99にはロックアップクラッチ用ピストン74が軸方向移動自在に収容されている。よってこのピストン74に油圧を付与することで、プレート73,72同士を摩擦接触させてロックアップクラッチ71を締結状態にし、トルクコンバータ53をロックできるようになる。
【0016】
ここで、トルクコンバータ53のトランスミッション側には、トルクコンバータハウジング68と連動するオイルポンプ(図示せず)が設けられており、ここで発生した油圧が所定値に制御された後、各シリンダ室66,99に送られることで所望のクラッチ締結力が発生する。このオイルポンプとシリンダ室66,99とを結ぶ油圧制御回路中で、前述したオイル粘性抵抗に基づく制御レスポンスの悪化が生じ得る。
【0017】
さらに、メインクラッチ52、ロックアップクラッチ71及びトルクコンバータ53は、作動流体として共通のオイルを使用している。具体的には、フロントカバー67及びトルクコンバータハウジング68で囲まれた空間内に同一のオイルが満たされている。このオイルは先の制御用としても用いられる。このオイルの温度が低く粘性が高いと、メインクラッチ52及びロックアップクラッチ71においてプレート55,57,72,73同士の引き摺りが生じ、前述のドラッグトルク増大という問題が生じ得る。
【0018】
図4に戻って油圧制御回路の構成を説明すると、油圧制御回路は、メインクラッチ52のシリンダ室66への油圧供給・排出を切り替える電磁弁77、同じくロックアップクラッチ71のシリンダ室99への油圧供給・排出を切り替える電磁弁78、これらシリンダ室66,99への供給油圧値を制御する圧力制御弁 (図示せず)、オイルクーラ80、配管81、油温センサー82及び油圧センサー83等からなる。
【0019】
また、かかる構成では特にトランスミッション75にカウンターブレーキ21(ブレーキ手段)が設けられている。図5はこの構成を具体的に示すが、カウンターブレーキ21は、カウンターシャフト22に取り付けられた複数のフリクションプレート23、これらプレート23を制動するための複数のフリクションディスク24、フリクションディスク24をフリクションプレート23に押し付けるためのダイヤフラム25、及びダイヤフラム25に所定の油圧を付与する油圧装置(図示せず)からなる。油圧装置はコントロールユニット79からの制御信号に基づいて作動される。カウンターシャフト22はインプットシャフト20に入力ギヤ26を介して連結されるので、カウンターブレーキ21が作動されれば結局メインクラッチ52の出力側が制動されることとなる。
【0020】
さて、かかる動力伝達装置には以下の利点がある。▲1▼発進時にトルクコンバータ53を使用できるため、メインクラッチ52の複雑な半クラッチ制御が不要になる。▲2▼変速時の接ショックをトルクコンバータ53にて吸収することができる。▲3▼マニュアルトランスミッション75を使用するため、遊星ギヤを使用するトルクコンバータ自動変速システムに比べてギヤ比選択の幅が広く懐の深いギヤ比設定が可能となる。▲4▼クラッチの長寿命化が可能となる。▲5▼自動変速機構を備えたトランスミッションと組み合わせれば自動変速トランスミッションとして使用でき、通常のトランスミッションと組み合わせればオートクラッチとしての使用が可能である。▲6▼エンジン76との結合部にトルクコンバータ53を用いているため、駆動系の騒音や振動を低減できる。
【0021】
一方、かかる動力伝達装置は、エンジン始動に伴い、コントロールユニット79により以下のように制御される。これにより暖機時間は大幅に短縮され、車両がエンジン始動後短時間で発進可能となる。
【0022】
図1に示すように、先ずステップ1では、油温センサー82で検出された油温Toil を、予め記憶してあるしきい値Ts と比較する。ここでしきい値Ts は、装置が実質作動不可となるような低温の値が選定される。Toil >Ts ならば装置が作動可能であるのでこの暖機制御は終了するが、Toil ≦Ts ならばステップ2に進み、アクチュエータ84を作動させてトランスミッション75をニュートラルレンジに変速する。この後、ステップ3で警告灯98をONにし、装置が作動不可つまり車両が発進不可であることを運転者に知らせる。このとき同時に警告音(ブザー)を発するようにしてもよい。
【0023】
次に、ステップ4で、メインクラッチ用電磁弁77を切替え、メインクラッチ52をON、即ちメインクラッチ52に油圧供給を行ってメインクラッチ52を締結状態にする。ここでトランスミッション75が既にニュートラルレンジに変速されているので、メインクラッチ52が接続されても車両の発進は完全に防止される。なお、ロックアップクラッチ71はエンジン始動前の状態がそのまま引き継がれ、OFF 即ち非締結(分断)の状態にある。
【0024】
ここでトラック等の大型車両の場合、ミッションオイルには耐久性重視のハイポイドギヤオイルが使用される場合が多い。このハイポイドギヤオイルは粘度が非常に高く、低温時においてはトランスミッション75内に高い撹拌抵抗をもたらす。このため、トランスミッション75の入力側、即ちインプットシャフト20とカウンターシャフト22とはこの抵抗によって制動され、メインクラッチ52が接続されても、トルクコンバータ53の出力側タービン部59は回転が著しく制限される。一方、トルクコンバータ53の入力側ポンプ部58は、アイドルアップ中のエンジンにより比較的高速で回転されているため、結局、トルクコンバータ53内ではポンプ部58とタービン部59との間に著しい差動回転が生じ、これによってトルクコンバータ53内でオイルが急速に撹拌され、オイルが短時間で装置作動可能となる温度まで昇温されることとなる。こうして、暖機時間を短縮し、エンジン始動後短時間で車両を発進できるようになる。
【0025】
こうして、ステップ5でToil >Ts となるまで暖機状態が継続され、Toil >Ts となったならば、ステップ6で警告灯98をOFF にして暖機制御を終了する。なお暖機終了後でもミッションオイルが低温・高粘度ならば、これによる制動が継続され、ミッションオイルが高温・低粘度となった場合でも、トランスミッション75がニュートラルレンジにあるのでクリープ状態とならず、車両の発進は防止される。
【0026】
上記から明らかなように、ここではコントロールユニット79が、オイルの温度Toil が所定値Ts 以下のとき、アクチュエータ84を作動させてトランスミッション75をニュートラルレンジに変速し、且つ油圧を制御して摩擦クラッチ(メインクラッチ52)を接続する制御手段を形成する。
【0027】
以下、参考例を説明する。
図2に示すように、ここでも前記同様、ステップ11で油温Toil としきい値Ts とを比較し、暖機制御の要否判断を行う。暖機が必要(Toil ≦Ts )ならばステップ12で警告灯98をONにし、特にステップ13でカウンターブレーキ21をONにする。これにより、前記ミッションオイルに代わって、カウンターブレーキ21がトランスミッション75の入力側を積極的に制動することとなる。次にステップ14でメインクラッチ52をONにする。これでトルクコンバータ53内の差動回転ないしスリップが生じ、オイルの撹拌による速やかな昇温が行われることとなる。ここではたとえトランスミッション75のギヤが入っていたとしても、カウンターブレーキ21が作動中なので車両の発進は防止される。従って、トランスミッション75のニュートラルレンジへの変速制御も実行しない。こうしてステップ15で暖機終了(Toil >Ts )と判断したならば、ステップ16で警告灯98をOFF にし、暖機制御を終了する。
【0028】
上記から明らかなように、コントロールユニット79が、オイルの温度Toil が所定値Ts 以下のとき、ブレーキ手段(カウンターブレーキ21)を作動させてトランスミッション75の入力側を制動し、且つ油圧を制御して摩擦クラッチ(メインクラッチ52)を接続する。
【0029】
ここで、実開昭61-175649 号公報においても、油圧制御式摩擦クラッチとトルクコンバータとを組み合わせ、摩擦クラッチを接続し、トルクコンバータをスリップさせて暖機を促進する技術が開示されている。しかしこれにおいては、トランスミッションのギヤが入っている状態で暖機を行うため、サイドブレーキ(補助ブレーキ)による制動ないし発進防止が必須である。本装置では、トランスミッション75のニュートラルレンジへの変速(本実施形態)、又はカウンターブレーキ21(参考例)により、車両の発進が自動的に防止されるため、サイドブレーキを作動させる必要がなく、寒冷地でのブレーキ凍結も防止できる。また、運転手自身の手でサイドブレーキの作動・解除を行わなくて済み、暖機直後、変速、アクセルペダル踏み込みにより即座に発進可能となる。
【0030】
また、上記公報のものだと、アクセルペダルを踏み込んだ場合には車両が発進してしまう。本装置の場合それがないので、アクセルペダルを踏み込んでエンジン回転数、トルクコンバータ53のスリップを増大し、暖機を促進することが可能である。
【0031】
なお、メインクラッチ52を半クラッチにして滑らせ、メインクラッチホルダ64、メインクラッチピストンアウターホルダ65及びタービン部59を小回転させるようにすれば一層の暖機促進が図れる。
【0032】
以上、本発明の好適な実施の形態について述べたが、他にも様々な実施の形態が考えられる。例えば上記トルクコンバータ53を、ステータ部61を有しない流体クラッチに置換することが可能である。また油圧制御式摩擦クラッチを、湿式でなく乾式クラッチに変更することもできる。
【0033】
【発明の効果】
本発明は以下の如き優れた効果を発揮する。
【0034】
(1)クラッチ制御用オイルを短時間で昇温でき、暖機時間を短縮できる。
【0035】
(2)アクセルペダルの踏み込みによる暖機促進が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る動力伝達装置の制御フローチャートである。
【図2】 参考例に係る動力伝達装置の制御フローチャートである。
【図3】 クラッチトルコンユニットを示す縦断面図である。
【図4】 本発明に係る動力伝達装置の全体構成図である。
【図5】 本発明に係る動力伝達装置の部分構成図である。
【符号の説明】
21 カウンターブレーキ(ブレーキ手段)
52 メインクラッチ(油圧制御式摩擦クラッチ)
53 トルクコンバータ
75 トランスミッション
76 エンジン
79 コントロールユニット(制御手段)
84 アクチュエータ
Toil 油温
Ts しきい値
Claims (1)
- 車両のエンジンとトランスミッションとの間に直列に設けられ、共通のオイルを使用する油圧制御式摩擦クラッチ及び、入力側ポンプ部ならびに出力側タービン部を有するトルクコンバータ又は流体クラッチと、前記トランスミッションの変速操作を実行するアクチュエータと、前記トランスミッション内に設けられると共に前記摩擦クラッチを介して前記トルクコンバータ又は流体クラッチの出力側タービン部の出力軸に連結され、前記オイルの温度に応じた抵抗を受けながら回転するインプットシャフトと、前記オイルの温度が、前記トランスミッション内のオイルの粘度が高くなり該オイルの抵抗により前記インプットシャフトが制動されるような低温である所定値以下のとき、前記アクチュエータを作動させて前記トランスミッションをニュートラルレンジに変速して前記車両を発進不可とし、且つ前記油圧を制御して前記摩擦クラッチを接続して前記エンジンの回転を前記トルクコンバータ又は流体クラッチの前記入力側ポンプ部に伝達し、そのトルクコンバータ又は流体クラッチの前記入力側ポンプ部と、前記インプットシャフトの制動により回転が制限される前記出力側タービン部との差動回転により前記トルクコンバータ又は流体クラッチ内でオイルを昇温する制御手段とを備えたことを特徴とする車両の動力伝達装置。
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