JP2004353689A

JP2004353689A - 油圧機械式変速装置

Info

Publication number: JP2004353689A
Application number: JP2003148696A
Authority: JP
Inventors: Naoki Ishizaki; 直樹石崎
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2003-05-27
Filing date: 2003-05-27
Publication date: 2004-12-16

Abstract

【課題】ギヤの切換を伴わない完全無断変速機能を有し、小さな場積、良好な伝達効率を持つ油圧機械式変速装置を提供する。
【解決手段】この油圧機械式変速装置は、駆動源の出力を遊星歯車にて分割し、一方は可変容量形油圧ポンプ・モータに、他方を出力軸に出力し、この出力軸を可変容量型ポンプ・モータで駆動する油圧機械式変速装置において、所定車速で可変容量形油圧ポンプ・モータから圧油を油圧ポンプ・モータに供給し遊星歯車減速機を駆動してなる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧機械式変速装置（ＨＭＴ）に係り、特に、低速域および中速域で大きいトルクを出力し、また広い変速範囲を要する車両に適する油圧機械式変速装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、油圧ポンプと油圧モータを組み合わせた油圧駆動装置を用いて速度を無段階に変える変速機は一般的に知られている。
また、油圧駆動装置と遊星歯車減速機を用いて速度を無段階に、また油圧機械式変速装置と多段変速機を用いて速度を段階に変える変速機は非特許文献１に提案されている。
【０００３】
非特許文献１で油圧駆動装置と遊星歯車減速機が用いられる場合に、入力トルクが分割され、一方は油圧駆動装置の油圧ポンプに入って油圧モータを駆動し、その油圧モータの出力がサンギヤに入力している。また、他方は遊星歯車減速機のプラネタリーギヤに入力され、リングギヤから所定のトルクが出力されている。このとき、リングギヤは、油圧モータの出力によるサンギヤの回転速度に応じて可変とされる。
【０００４】
また、油圧機械式変速装置と多段変速機が用いられる場合には、入力トルクが分割され、一方は油圧駆動装置の油圧ポンプに入って油圧モータを駆動し、その油圧モータの出力がプラネタリーギヤに入力している。また、他方が多段変速機を介して遊星歯車減速機のサンギヤに入力され、リングギヤから出力されている。
このとき、プラネタリーギヤに入力された回転速度により、リングギヤから所定の無段階の速度として出力されている。この変速機は、走行開始時は純油圧駆動装置としてゼロから所定速度まで変速し、所定速度からは油圧機械式変速装置で無段階に変速している。
【０００５】
【非特許文献１】
ＨｉｒｏｙｕｋｉＭｉｔｓｕｙａ、外４名、「ＳＡＥＴＥＣＨＮＩＣＡＬＰＡＰＥＲＳＥＲＩＥＳ９４１７２２」、ＳＡＥＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ、１９９４年、ｐ．３、ｐ．５
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この方式では無断変速といっても、ギヤによる切換を伴うため変速ショックが発生してしまう。又変速用ミッションが必要となりコストも高くなってしまう。
【０００７】
本発明は上記の問題点に着目してなされたもので、油圧機械式変速装置に係り、特に、ギヤの切換を伴わない完全無断変速機能、安価な構造、小さな場積、良好な伝達効率を持つ油圧機械式変速装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記目的を達成するために、本発明に係る油圧機械式変速装置の発明では、油圧機械式変速装置において、駆動源と、駆動源に連結された遊星歯車減速機とを備え、前記遊星歯車減速機を、一方は油圧ポンプ・モータに、他方は出力軸に連結して、駆動源の出力を分割して出力できるようにし、前記出力軸に前記油圧ポンプ・モータからの圧油を受けて出力軸を駆動する可変容量形ポンプ・モータを配設し、所定車速で前記出力軸を駆動する可変容量形油圧ポンプ・モータから、前記遊星歯車減速機に連結した油圧ポンプ・モータに圧油を供給し、前記遊星歯車減速機を駆動する構成としている。
この場合に、可変容量形油圧ポンプ・モータのモータ作用からポンプ作用への切換えを最高車速の１／２近傍に設けてなるようにしている。
【０００９】
上記の油圧機械式変速装置によれば、駆動源の出力を遊星歯車減速機で２分割にして、一方を油圧ポンプ・モータに、他方を出力軸に出力して、それぞれを駆動している。
油圧ポンプ・モータは可変容量形油圧ポンプ・モータに圧油を供給し、この可変容量形油圧ポンプ・モータが押除け容積を順次減ずるとともに、先ずモータ作用させて出力軸を駆動し、その後にポンプ作用させ油圧ポンプ・モータを経て遊星歯車減速機を増速して、車速を無段階に変速している。
【００１０】
また、可変容量形油圧ポンプ・モータは、最大車速の１／２近傍で押除け容積をほぼゼロにし、遊星歯車減速機から出力軸までのメカニカルラインで駆動している。
これにより、車速が最大車速の略半分の位置で駆動源の全出力トルクをメカニカルトルクＴｍａとして出力することにより、中速以下の効率を良好なものとしている。
【００１１】
また、中速域から最大車速までは、可変容量形油圧ポンプ・モータがポンプ作用を行なって圧油を吐出し、この圧油により油圧ポンプ・モータを介して遊星歯車減速機を増速して最大車速を得ている。
【００１２】
また、出力軸に連結する可変容量形油圧ポンプ・モータおよび可変容量形油圧モータを設け、その可変容量形油圧モータと可変容量形油圧ポンプ・モータの押除け容積を順次減ずるとともに、可変容量形油圧ポンプ・モータを先ずモータ作用させ、その後にポンプ作用させて油圧ポンプ・モータを経て遊星歯車減速機を増速することにより、広い変速範囲で無段階の滑らかな変速を行なうことができるとともに油圧ポンプ・モータを小型にすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る油圧機械式変速装置の実施形態について図面を参照して説明する。
先ず、実施例の油圧機械式変速装置について、図１、図２および図３を用いて説明する。図１は油圧機械式変速装置の構成図、図２は、横軸に出力軸の回転速度である車速を、また縦軸に出力トルク、油圧ポンプ・モータおよび油圧モータの押除け容積を示す図、図３は、横軸に出力軸の回転速度である車速を、また縦軸に油圧ポンプ・モータおよび油圧モータの回転速度を示す図である。
【００１４】
図１において、油圧機械式変速装置１は、エンジン等の駆動源３が遊星歯車減速機５（以下、遊星減速機５という）のプラネタリーキャリア７ａを介してプラネタリーギヤ７に、また油圧ポンプ・モータ１１（以下、ポンプ・モータ１１という）が第１サンギヤ９に、更に出力軸１３が歯車１５を介して第２サンギヤ１７に、それぞれ接続されている。
これにより、駆動源３の出力トルクは、遊星減速機５で２分割にされて、一方が第１サンギヤ９からポンプ・モータ１１に、また、他方が第２サンギヤ１７から歯車１５を経て出力軸１３に出力されている。
【００１５】
出力軸１３には、遊星減速機５と詳細を後述する第１油圧ポンプ・モータ２３（以下、モータ２３という）との間に正転用クラッチ１９と逆転用クラッチ２１が並列して設けられている。
正転用クラッチ１９と逆転用クラッチ２１は、遊星減速機５が出力する駆動源３の出力トルクを第２サンギヤ１７に噛み合った歯車１５からのメカニカルラインで受けている。正転用クラッチ１９は、正転用減速機部１９ａと正転クラッチ部１９ｂとにより構成されており、正転時に正転クラッチ部１９ｂを接続して駆動源３の出力トルクを遊星減速機５から受けて正転トルクとして出力軸１３に伝達している。
【００１６】
逆転用クラッチ２１は、逆転用減速機部２１ａと逆転クラッチ部２１ｂとにより構成されており、逆転時に逆転クラッチ部２１ｂを接続して駆動源３の出力トルクを遊星減速機５から受けて逆転トルクとして出力軸１３に伝達している。
出力軸１３に配設された正転用クラッチ１９と逆転用クラッチ２１の後方には詳細を後述するモータ２３が配設され、モータ２３の出力トルクは出力軸１３に出力されている。これにより、モータ２３の出力トルクは、正転用クラッチ１９と逆転用クラッチ２１を経ることなく、出力軸１３に出力される。また、モータ２３はポンプ作用時、出力軸１３より回転を受けて圧油をポンプ・モータ１１に供給して遊星減速機５を増速している。
【００１７】
第１サンギヤ９に連結されたポンプ・モータ１１には配管２５が接続され、配管２５には切換弁３３を介してモータ２３に接続されている。
配管２５と配管２９の途中で、ポンプ・モータ１１とモータ２３との間には切換弁３３が配設されている。切換弁３３は、正逆転用操作レバー３３Ａからの指令により中立位置（ｎ）から正転位置（ｆ）あるいは逆転位置（ｂ）に切り換わり、ポンプ・モータ１１の圧油をモータ２３に供給し、その回転を正転あるいは逆転とさせている。
【００１８】
ポンプ・モータ１１は、可変容量形油圧ポンプ・モータにより形成されている。このポンプ・モータ１１の押除け容積は、図２の点線（Ａ）で示すように、点Ｘｏから点Ｘａまで増加し、それ以後最大車速まで一定の押除け容積を保持している。なお、図２と図３では正転時の状態を示し、押除け容積、トルクおよび回転速度を表示している。
ポンプ・モータ１１はポンプ作用をするときには、圧油を配管２５に吐出しており、その吐出油はモータ２３に送給されている。また、ポンプ・モータ１１がモータ作用をするときには、モータ２３が配管２９により油を吸引して加圧し、モータ２３が吐出した圧油をポンプ・モータ１１は配管２５から受けている。
【００１９】
ポンプ・モータ１１は、図３の点線（Ｂ）で示すように、車速の増加、即ち出力軸１３の回転速度の増加に伴って遊星減速機５により、点Ｘｏから第２所定車速の点Ｘｂまでは回転速度を順次減じている。
また、ポンプ・モータ１１は、第２所定車速の点Ｘｂから最高車速の点Ｘｍまではモータ２３により駆動されて逆転方向に回転速度を増している。モータ２３は併設されている出力軸１３により駆動されて、タンク３１及び配管２９より油を吸込み、配管２５に吐出している。
【００２０】
即ち、遊星減速機５は、第２サンギヤ１７の回転速度が増加することにより第１サンギヤ９の回転速度が減少する。すなわち、車速である第２サンギヤ１７の回転速度の増加に伴って第１サンギヤ９であるポンプ・モータ１１の回転速度が順次減じている。
また、ポンプ・モータ１１の反対方向の回転速度、即ち第１サンギヤ９の逆回転によって第２サンギヤ１７の回転速度を増加している。
【００２１】
モータ２３は、二方向可変容量形油圧ポンプ・モータにより形成されており、出力軸１３に併設されている。
モータ２３は、最大傾転角の位置から中立位置までモータ作用をし、その出力トルクが出力軸１３に出力されて遊星減速機５から正転用クラッチ１９あるいは逆転用クラッチ２１を経たメカニカルトルクに加算されており、また中立位置から反対側の傾転角の位置でのポンプ作用時に、出力軸１３からトルク（Ｔｎ）を引算し圧油をポンプ・モータ１１に送給している。
【００２２】
モータ２３は、その第１斜板角制御機構５７が走行用操作レバー５１および出力軸１３に付設された速度センサ５３の信号を受けた制御装置５５から指令を受け、その斜板の傾転角を最大傾転から中立位置を経て反対側に傾動し、押除け容積を可変にするとともに、最大傾転から中立位置でのモータ作用と、中立位置から反対側の傾転でポンプ作用をしている。
【００２３】
モータ２３の押除け容積は、図２の一点鎖線（Ｃ）で示すように、点Ｘｏから第１所定車速の点Ｘａまでは第１斜板角制御機構５７により最大押除け容積を一定とし、第１所定車速の点Ｘａを超えてから第２所定車速の点Ｘｂまでは押除け容積を順次減じ、第２所定車速の点Ｘｂでゼロとし、また第２所定車速の点Ｘｂを超えて最高車速の点Ｘｍまでは反対側に押除け容積を順次増している。
【００２４】
上記構成において作動について、図１から図３を用いて説明する。
先ず、正逆転用操作レバー３３Ａが中立位置Ｎにある場合について説明する。切換弁３３は、正逆転用操作レバー３３Ａの操作を受けて中立位置（ｎ）にあり、ポンプ・モータ１１の吐出油はタンク３１に戻っている。
【００２５】
同時に、中立位置Ｎにある正逆転用操作レバー３３Ａの指令が正転用クラッチ１９と逆転用クラッチ２１に出力され、両クラッチ１９、２１が遮断されている。これにより、出力軸１３は、駆動源３の出力トルクを遊星減速機５、歯車１５のメカニカルラインを経て受けることがないため、出力軸１３が回転することなく、かつ出力トルクをゼロとしている。
【００２６】
次に、正逆転用操作レバー３３Ａが中立位置Ｎから正転方向Ｆに操作され、例えば、車両が前進する場合について説明する。
正逆転用操作レバー３３Ａは切換弁３３に指令を出力して切換弁３３を正転位置（ｆ）に切換える。切換弁３３はポンプ・モータ１１の圧油をモータ２３の正転方向のポートに供給する。
同時に走行用操作レバー５１の走行の指令が正転用クラッチ１９に出力され、正転用クラッチ１９が接続される。
【００２７】
油圧モータ２３は圧油を受けてトルクを出力し、そのモータ出力トルクＴｈを出力軸１３に出力している。また、遊星減速機５の第２サンギヤ１７は、駆動源３の出力トルクを歯車１５および正転用クラッチ１９を経て、図２の細い実線（Ｇ）で示すメカニカルトルクＴｍとして出力軸１３に出力している。
出力軸１３は、モータ出力トルクＴｈとメカニカルトルクＴｍとの加算した図２の太い実線（Ｈ）で示す合力トルクＴａ（Ｔａ＝Ｔｈ＋Ｔｍ）を出力する。
【００２８】
駆動開始時に出力軸１３が走行抵抗により回転しない場合を考えると、遊星減速機５の第２サンギヤ１７は歯車１５により係止され、駆動源３の出力は第１サンギヤ９からポンプ・モータ１１に出力される。
また、出力軸１３の停止により、モータ２３も停止しているため、ポンプ・モータ１１の吐出油は図示しないリリーフ弁より排出される。
【００２９】
油圧ポンプ・モータ１１の吐出圧により、モータ２３に出力トルクが発生し、併設されている出力軸１３に出力される。
これにより、出力軸１３は、点Ｘｏで油圧モータ２３の出力トルクＴｈと、遊星減速機５の第２サンギヤ１７からのメカニカルトルクＴｍとの加算した合力トルクＴａｏを受けるため、大きな駆動力を出力する。
【００３０】
次に、出力軸１３が回転を始めた場合を考える。第２サンギヤ１７が走行用操作レバー５１の指令に従って油圧ポンプ・モータ１１の押除け容積が増加し、それに従って第２サンギヤ１７が回転を始め、第１サンギヤ９の回転速度を点線（Ｂ）に沿って順次低減する。
【００３１】
第１所定車速の点Ｘａに達すると、走行用操作レバー５１の走行の指令および出力軸１３に付設されている速度センサ５３により車速が検出されて、制御装置５５よりモータ２３の第１斜板角制御機構５７に指令が出力される。
【００３２】
また、モータ２３は、その第１斜板角制御機構５７により押除け容積を順次減じていくとともに、ポンプ・モータ１１の回転速度の低下から受ける油量を減じるが、それに反してモータ２３が押除け容積の減じる量を大きくして回転速度を増していき、出力軸１３の回転速度を増している。これにより、第１所定車速の点Ｘａから第２所定車速の点Ｘｂまでの変速が滑らかに行なうことができる。
このモータ２３の押除け容積の減少は、第１所定車速の点Ｘａを超えてから第２所定車速の点Ｘｂまでの間で行なわれる。
【００３３】
第２所定車速の点Ｘｂに達すると、走行用操作レバー５１の指令および出力軸１３に付設されている速度センサ５３により車速が検出されて、制御装置５５よりモータ２３の第１斜板角制御機構５７に指令が出力される。第１斜板角制御機構５７はモータ２３の押除け容積を減じてゼロにする。
これにより、ポンプ・モータ１１の吐出油はモータ２３で遮断されるため、ポンプ・モータ１１の回転速度がゼロになって第１サンギヤ９を停止する。
【００３４】
この第１サンギヤ９の停止により、遊星減速機５は駆動源３の全出力を第２サンギヤ１７から歯車１５、正転用クラッチ１９を経てメカニカルラインで全メカニカルトルク出力として出力軸１３に出力する。
これにより、車速が最大車速の略半分の位置で駆動源３の全出力が伝達効率の良いメカニカルラインで出力軸１３から出力される。
【００３５】
第２所定車速の点Ｘｂを超えて最大車速の点Ｘｍまでは、走行用操作レバー５１の走行の指令および出力軸１３に付設されている速度センサ５３により車速が検出されて、制御装置５５よりモータ２３の第１斜板角制御機構５７に指令が出力される。
第１斜板角制御機構５７はモータ２３の斜板の傾転角を反対側に傾転して、モータ２３をモータ作用からポンプ作用に変える。モータ２３は、出力軸１３より図２に示すように第２所定車速の点Ｘｂを超えて最大車速の点Ｘｍまでは出力軸１３より駆動され、圧油を配管２５に吐出する。
【００３６】
配管２５に吐出された圧油は、切換弁２２を経てポンプ・モータ１１に送給され、ポンプ・モータ１１をモータ作用させて逆回転させる。この回転はポンプ・モータ１１から第１サンギヤ９に入り、第１サンギヤ９を逆回転させて遊星減速機５の第２サンギヤ１７の回転速度を増す。
これに伴って、第２サンギヤ１７から出力軸１３への回転速度が増していき、車速も増速されていく。この増速は、第２所定車速の点Ｘｂを超えてから最高車速の点Ｘｍまで行なわれ、点Ｘｍで最高車速を得ている。
【００３７】
正逆転用操作レバー３３Ａが操作Ｆ、Ｂから中立位置Ｎに戻される場合については、車速の増速とは逆の行程で行なわれる。詳細についての説明は省略する。
【００３８】
また、正逆転用操作レバー３３Ａが中立位置Ｎから逆転方向Ｂに操作されて、例えば、車両が後進する場合については、正逆転用操作レバー３３Ａが中立位置Ｎから正転方向Ｆに操作される場合と同様なため詳細な説明は省略する。
【００３９】
また、ポンプとして二方向可変容量形油圧ポンプ・モータを用いるとともに、モータとしてポンプ・モータ２３を用いて閉回路を形成し、二方向可変容量形油圧ポンプ・モータを切換えることにより、正逆転を行なって切換弁３３を省略しても良い。
前記実施例に囚われることなく、一方向可変容量形油圧ポンプ・モータ、二方向可変容量形油圧ポンプ・モータ、切換弁３３およびチェック弁を用いて適宜組み合わせて形成することができる。
【００４０】
また、駆動源３、ポンプ・モータ１１および出力軸１３は、前記実施例に囚われることなく、プラネタリーギヤ７、第１サンギヤ９および第２サンギヤ１７のいずれかに適宜選択して連結しても良い。
また、制御装置は、走行用操作レバー５１および速度センサ５３の信号を受けて斜板角制御機構に指令を出力したが、走行用操作レバー５１からの指令でも良い。
【００４１】
遊星減速機５はダブルサンプラネタリ式で示しているが通常の１段の遊星歯車式でも良い。
駆動源は電動モータでも良い。また、操作レバーからの信号で油圧ポンプ、油圧モータを制御しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施例である油圧機械式変速装置の構成図である。
【図２】本発明に係る実施例の車速と油圧ポンプ・モータの押除け容積、油圧モータの押除け容積およびトルクとの関係を説明する図である。
【図３】本発明に係る実施例の車速と油圧ポンプ・モータおよび油圧モータの回転速度との関係を説明する図である。
【符号の説明】
１…油圧機械式変速装置、３…駆動源、５…遊星歯車減速機、７…プラネタリーギヤ、９…第１サンギヤ、１１…油圧ポンプ・モータ、１３…出力軸、１７…第２サンギヤ、１９…正転用クラッチ、２１…逆転用クラッチ、２３…油圧ポンプ・モータ（可変容量形油圧ポンプ・モータ）、３３…切換弁、３７…モータ用減速機、５１…走行用操作レバー、５３…速度センサ、５５…制御装置、５３…速度センサ、５７…第１斜板角制御機構。

Claims

油圧機械式変速装置において、
駆動源と、
駆動源に連結された遊星歯車減速機とを備え、
前記遊星歯車減速機を、一方は油圧ポンプ・モータに、他方は出力軸に連結して、
駆動源の出力を分割して出力できるようにし、
前記出力軸に前記油圧ポンプ・モータからの圧油を受けて出力軸を駆動する可変容量形ポンプ・モータを配設し、
所定車速で前記出力軸を駆動する可変容量形油圧ポンプ・モータから、前記遊星歯車減速機に連結した油圧ポンプ・モータに圧油を供給し、前記遊星歯車減速機を駆動することを特徴とする油圧機械式変速装置。
可変容量形油圧ポンプ・モータのモータ作用からポンプ作用への切換えを最高車速の１／２近傍に設けてなることを特徴とする請求項１記載の油圧機械式変速装置。