JP2005140311A - ディーゼル動車の動力伝動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車体への機関や液体式変速機等の機器の装架が容易であると共に、機関を液体式変速機すなわち走行用駆動装置と別に取り外してオーバーホールすることができるディーゼル動車の動力伝動装置を提供する
【解決手段】ディーゼル機関Ｅの出力を直接又はトルクコンバータを介して伝達すると共にその回転速度を変速できる液体変速機からなる走行用駆動装置ＤＤと、その車両の補機を駆動するための補機駆動装置ＳＤとからなるディーゼル動車の動力伝動装置において、前記走行用駆動装置ＤＤと補機駆動装置ＳＤを一つの入力軸に連結するとともに同じケーシングに収容し、ディーゼル機関の出力軸と前記入力軸とを中間軸ＵＪを介して連結し、このケーシングを機関Ｅと別に車体に設置したものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディーゼル機関により駆動されるディーゼル動車の動力伝動装置に関し、特に、ディーゼル機関の出力を直接又はトルクコンバータを介して伝達すると共にその回転速度を変速できる液体式変速機からなる走行用駆動装置と、その車両の補機を定速駆動するための補機駆動装置とからなるディーゼル動車に関するものである。

図４に示されるように、ディーゼル動車においては、従来から、ディーゼル機関Ｅを始めとして走行用駆動装置ＤＤや補機駆動装置ＳＤを、排気ブレーキ装置や燃料タンク（図示しない）などと共に、全てその車体の床下に配置している。そして、ディーゼル機関からの動力を変速して駆動用車輪ＤＷに伝達する液体式変速機ＬＣからなる走行用駆動装置ＤＤは、設置スペースを節約するために、駆動用車輪ＤＷ側でディーゼル機関Ｅの出力軸にフランジ接続によって一体に結合されると共に、短い中間軸ＵＪを介して駆動用車輪ＤＷの終減速機ＧＢに連結されている。

また、発電機８やコンプレッサ５１等を定速駆動するための補機駆動装置ＳＤは、配置スペースの関係で、走行用駆動装置ＤＤに対してディーゼル機関を挟んで反対側に配置されている（特許文献参照）。そして、これらの装置は車体の床下にその台枠に吊るように装架されている。なお、配置スペースが限られているためにいずれも可能な限りコンパクトに構成されて密接して配置されている。

このように配置されている走行用駆動装置を構成する液体式変速機は、特許文献１や特許文献２などにも開示されているように、いずれも、中間軸であるユニバーサルジョイントＵＪを介して終減速機ＧＢに接続され、車軸と一体に形成された車輪ＤＷを駆動する。また、補機駆動装置ＳＤは、特許文献３や特許文献４などに開示されているように、中間軸であるユニバーサルジョイントＵＪを介して機関Ｅに接続されている。なお、補機駆動装置ＳＤは、発電機８、コンプレッサ５１、ラジエータＲのファンＦ等の補機を定速駆動するために、液体式滑りクラッチを有している。

特開平３−３６３号公報 実開平１−１７８２６２号公報 特開２００１−８２４０９号公報 特開２００１−５８５２３号公報

従来、上記のようなディーゼル機関Ｅ、液体式変速機ＬＣ、発電機Ｇ、コンプレッサＣ、ラジエータＲのファンＦ等の機器を搭載したディーゼル動車の動力伝動装置においては、次のような問題が存在していた。

第１に、機関Ｅに比べると液体式変速機ＬＣは部品の消耗が少なく、機関Ｅと液体式変速機ＬＣとでは必要な保守点検やオーバーホールの周期が異なるのに拘わらず、機関Ｅと液体式変速機ＬＣとが一体に結合されているために、機関のオーバーホールの際に、液体式変速機ＬＣも一緒に取り外し、一緒に取り付けなくてはならず、保守点検作業が合理的でない。

第２に、機関Ｅと液体式変速機ＬＣが一体に結合されているために重量が大きく、例えば、一般のフォークリフトでは移動させることができず、移動のためにクレーンを必要とするので、機関Ｅや液体式変速機ＬＣの取外しや取付けにおける作業性が良くない。

第３に、多くの機器が相互の間に空間を置くことなく、密接して配置されているために、機関、電気装置、ブレーキ装置を構成する機器などを在姿状態で定期的に点検する作業が容易ではない。

本発明は、従来のディーゼル動車の動力伝動装置におけるこのような問題を解決するために、補機を定速駆動するための補機駆動装置と液体式変速機のそれぞれの構成とそれらのオーバーホール周期が近似していることに着目して成されたもので、車体への機関や液体式変速機等の機器の装架が容易であると共に、機関を液体式変速機すなわち走行用駆動装置とは別に取り外してオーバーホールすることができ、しかも、車体の床下に空間の余裕ができて、機関、電気装置、ブレーキ装置を構成する機器などの定期的な点検作業も在姿状態で容易にできるディーゼル車の動力伝動装置を提供することを目的としている。

このような目的を達成するために、本発明は、ディーゼル機関の出力を直接又はトルクコンバータを介して伝達すると共にその回転速度を変速できる液体式変速機からなる走行用駆動装置と、その車両の補機を定速駆動するための補機駆動装置とからなるディーゼル動車の動力伝動装置において、走行用駆動装置と補機駆動装置とを一つの入力軸に連結するとともに同じケーシングに収容し、機関の出力軸と前記入力軸を中間軸を介して連結し、このケーシングを機関とは別に車体に設置したものである。

前記補機駆動装置が液体式滑りクラッチを有する定速回転装置からなり、この定速回転装置の出力軸に発電機を結合して、定速回転させるのが良い。

前記ケーシングがアルミニウム系合金で作られ、その外壁には多数の冷却フィンが形成されていることが好ましく、冷却フィンが補強の役目を果たすことができる。

前記ケーシングには発電機の取り付け台が設けられ、発電機がケーシングに取り付けられていることが好ましく、この場合、発電機の駆動のための構成が簡略化されると共に、空間をより節約することができる。

本発明によれば、走行用駆動装置と補機駆動装置とを一つの入力軸に連結すると共に同じケーシングに収容し、入力軸を中間軸を介して機関の出力軸に連結して、このケーシングを機関とは別に車体に設置したので、機関と液体式変速機を必要な時期に別々にオーバーホールすることができ、かつ、機関と変速機を単独で取り外せるので、作業性が向上して整備費用を削減することができる。

また、車体に吊下げる機器数を減少させるので、装架のための作業時間が短縮されると共に車体の床下に空間が生じ、定期的な保守・点検作業も容易になる。

図１は、本発明を適用したディーゼル動車の車体の床下に配置された動力伝動装置とその他の機器の概略説明図である。図１において、ディーゼル機関Ｅの動力は、ユニバーサルジョイントＵＪを介して液体式変速機ＬＣからなる走行用駆動装置ＤＤの入力軸１に伝達され、液体式変速機ＬＣの出力軸からユニバーサルジョイントＵＪを介して終減速機ＧＢに伝達され、車輪ＤＷを駆動する。一方、補機駆動装置ＳＤにも、前記同じ入力軸１から歯車と油圧式滑りクラッチを介してその出力軸に動力が伝達され、その出力軸を介して車両で使用する電力を賄う発電機やコンプレッサ等の補機を駆動する。

なお、発電機８は、液体式変速機ＬＣのケーシング４４に固定された取り付け台７によって支持され、機関Ｅと液体式変速機ＬＣは、それぞれ圧縮形の防振ゴムを介して車体の台枠から吊り下げて支持される。また、機関Ｅの付近には、機関Ｅの冷却水を冷却するためのラジエータＲが設けられていて、ラジエータＲのファンＦは電動機で駆動されている。（このファンの駆動方式は電動機に限定されるものではなく、油圧モータでも良いし、機関から機械的に駆動されても良い。）

図２は、本発明のディーゼル動車の動力伝動装置の実施形態を示す図で、走行用駆動装置と補機駆動装置を構成するギヤトレーンの各歯車のかみ合いを水平に展開したものである。図２において、ディーゼル機関の動力は、変速機の入力軸１に伝達され、直結クラッチ２と一体に連結されたホイールカバーを経て、トルクコンバータ３のインペラホイール４に伝達される。このインペラホイール４の回転により、流体を介してタービンホイール５が回転され、タービンホイール５と一体に回転する変直軸６にトルクコンバータを介した動力が伝達される。一方、直結クラッチ２を結合すると、インペラホイール４とタービンホイール５が一体に連結され、機関の動力はトルクコンバータ３を介さないで機関から直接変直軸６に伝達される。駆動歯車９に伝達された動力は、各速度段の歯車列を経て出力軸13に伝達され、ディーゼル動車の車輪ＤＷに伝達される。

この液体式変速機からなる走行用駆動装置ＤＤは、正転４段、逆転４段で構成されており、各速度段の動力伝達経路は以下のようになる。（図２では説明のために、各歯車の支持軸を水平に展開してあるが、実際の支持軸の配置は図３のようになる。）

正転時の１速運転
入力軸１に固定された駆動歯車９→正転歯車１５→正転クラッチ２０→歯車１７→歯車１６→１速クラッチ１９→小歯車２１→大歯車２２→中間小歯車２３→中間大歯車２４→歯車２９→歯車３０→出力軸１３→車輪

正転時の２速運転
入力軸１に固定された駆動歯車９→正転歯車１５→正転クラッチ２０→２速クラッチ３１→中間小歯車２３→中間大歯車２４→歯車２９→歯車３０→出力軸１３→車輪

正転時の３速運転
入力軸１に固定された駆動歯車９→正転歯車１５→正転クラッチ２０→歯車１７→４速歯車２５→３速歯車２８→３速クラッチ２７→歯車３０→出力軸１３→車輪

正転時の４速運転
入力軸１に固定された駆動歯車９→正転歯車１５→正転クラッチ２０→歯車１７→４速歯車２５→４速クラッチ２６→歯車２９→歯車３０→出力軸１３→車輪

逆転時の１速運転
駆動歯車９→逆転歯車１４→逆転クラッチ１８→１速クラッチ１９→小歯車２１→大歯車２２→中間小歯車２３→中間大歯車２４→歯車２９→歯車３０→出力軸１３→車輪

逆転時の２速運転
駆動歯車９→逆転歯車１４→逆転クラッチ１８→歯車１６→歯車１７→２速クラッチ３１→中間小歯車２３→中間大歯車２４→歯車２９→歯車３０→出力軸１３→車輪

逆転時の３速運転
駆動歯車９→逆転歯車１４→逆転クラッチ１８→歯車１６→歯車１７→４速歯車２５→３速歯車２８→３速クラッチ２７→出力軸１３→車輪

逆転時の４速運転
駆動歯車９→逆転歯車１４→逆転クラッチ１８→歯車１６→歯車１７→４速歯車２５→４速クラッチ２６→歯車２９→歯車３０→出力軸１３→車輪

なお、トルクコンバータを介した運転（直結クラッチ２を脱にした運転）は、正転、逆転とも１速段のみで行い、他の速度段は全てトルクコンバータを介さない直結運転となる。また、速度段がアップするにつれて減速比は小さくなり、車輪は高速で回転することになる。

次に、機関の動力により歯車を介して補機を駆動する補機駆動装置の構成と作動について説明する。

この補機駆動装置は、変速機の入力軸１に設けた補機駆動歯車３２より、アイドルギヤ３３と中間歯車３４を介して駆動される油圧多板式の直結クラッチ５０および機械式のワンウェイクラッチ４３と、これらのクラッチの出力側に歯車を介して連結される高速段滑りクラッチ４９および低速段滑りクラッチ４８と、これらの滑りクラッチの出力側に連結される発電機駆動軸４７と、各滑りクラッチの作動手段とから構成され、発電機駆動軸４７には発電機８が結合されている。補機駆動装置では、入力軸１の回転速度変動に応じて各クラッチを係／脱もしくはスリップさせ、機関の回転速度が変化しても常に発電機駆動軸47の回転速度を一定に保持するように作動する。

この補機駆動装置の構成は、特許文献４に開示されたコンパクト化を目指した装置と基本的に同じであり、同じ機能を有するが、本発明は、補機駆動装置と走行用駆動装置とを同じケーシング４４に収容し、さらに、発電機８の取り付け台７をこのケーシング４４に一体に設け、発電機８をこのケーシング４４に取り付けて支持する点で異なる。（特許文献４には記載されてないが、従来のものは発電機を単独で台枠に吊り下げて支持している。）

また、本実施例では第２中間軸４６の軸端からコンプレッサ５１を駆動しているが、必要に応じて油圧ポンプ等他の補機を駆動することもできる。

本実施例では、使用する入力軸１の回転速度（機関回転速度）の変動範囲を４段階に分割し（それぞれの変動範囲を低速側からＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄと称する）、分割したそれぞれの変動範囲に応じて自動的にクラッチが選択されて切り替えられ、以下の動力伝達経路で発電機８が駆動される。（歯車を支持する各支持軸は、第１中間軸４５を除いて水平位置にある。)

入力軸１の回転速度が変動範囲Ａにある場合（この場合は１速運転で駆動されている。）
入力軸１→補機駆動歯車３２→アイドルギヤ３３→中間歯車３４→直結クラッチ５０（オン）→直結大歯車３５→高速小歯車３６→低速大歯車４０（高速段滑りクラッチ４９はオフ）→低速小歯車３９→低速段滑りクラッチ４８（スリップ係合）→発電機駆動軸４７→発電機８

入力軸１の回転速度が変動範囲Ｂにある場合（この場合は２速運転で駆動されている。）
入力軸１→補機駆動歯車３２→アイドルギヤ３３→中間歯車３４→第１中間軸４５（直結クラッチ５０はオフ）→ワンウェイクラッチ４３→直結小歯車４１→中間大歯車４２→低速大歯車４０（高速段滑りクラッチ４９はオフ）→低速小歯車３９→低速段滑りクラッチ４８（スリップ係合）→発電機駆動軸４７→発電機８

入力軸１の回転速度が変動範囲Ｃにある場合（この場合は３速運転で駆動されている。）
入力軸１→補機駆動歯車３２→アイドルギヤ３３→中間歯車３４→直結クラッチ５０（オン）→直結大歯車３５→高速小歯車３６→高速段滑りクラッチ４９（スリップ係合）→駆動歯車３７→被動歯車３８→発電機駆動軸４７→発電機８

入力軸１の回転速度が変動範囲Ｄにある場合（この場合は４速運転で駆動されている。）
入力軸１→補機駆動歯車３２→アイドルギヤ３３→中間歯車３４→第１中間軸４５（直結クラッチ５０はオフ）→ワンウェイクラッチ４３→直結小歯車４１→中間大歯車４２→高速段滑りクラッチ４９（スリップ係合）→駆動歯車３７→被動歯車３８→発電機駆動軸４７→発電機８

なお、本実施例では駆動歯車３７と被動歯車３８の歯数が同一に設定してあり、それぞれの歯車は軸と一体なので、第２中間軸４６の回転速度は発電機駆動軸４７の回転速度と同一となり、常に一定回転速度で回転するので、油圧ポンプを駆動した場合でも機関の回転変動に伴う吐出量に変化が無く、かつ、油圧ポンプを常に最高の効率で運転できる。また、図示されてないが、発電機駆動軸４７の回転速度および入力軸の回転速度を検出する回転センサが設置されていて、その検出信号がコントローラに入力されて発電機駆動軸４７ が一定の回転速度になるように制御される。

図３は、図２の変速機を発電機結合側から見たケーシング４４の外観図である。（ただし、発電機は取付け前の状態である。）車両の床下空間は限られているばかりでなく、幅方向が制約されているので、走行用駆動装置の実際の軸配置は図３に示される位置にある。（入力軸１の周囲に逆転軸１０、正転軸１１、中間軸１２および出力軸１３が配置されている。）

この変速機のケーシング４４はアルミニウム合金を使用して作られ、その外壁には多数の冷却用フィン５２が形成され、軽量化と放熱効果を考慮した構造となっている。特に、補機駆動装置では滑りクラッチ４８，４９を使用しているため、滑りクラッチ４８，４９のプレートの発熱を冷却する冷却用潤滑油が不可欠であるが、走行用駆動装置と補機駆動装置を一体にしたことによってケーシングが大きくなり、その放熱面積が大きく取れるので、走行風を利用した自然冷却方式の採用が可能となって、従来は必要であった油冷却器が不要になる。これにより、補機駆動装置と油冷却器との間の油の受け渡しを行う配管及び油冷却器とラジエータとの間の冷却水配管が不要になって、これらの機器のメンテナンス作業が軽減されるとともに、変速機の周辺が簡素化される、という利点がある。

また、変速機のケーシング４４には、発電機用の取り付け台７がボルト締めで一体に固定されていて、発電機８は取り付け台７の据付け座５３に取り付けられる。この発電機８と発電機駆動軸４７との芯出しに際しては、取り付け台７の位置を移動して微調整を行うことが可能である。

本発明の実施例を示すディーゼル動車の車体に装架された走行用駆動装置や補機駆動装置の配置説明図である。 図１に示されるディーゼル動車の動力伝動装置における走行用駆動装置と補機駆動装置の歯車列を示す説明図である。 図１に示されるディーゼル動車の動力伝動装置のケーシングの側面図である。 従来のディーゼル動車の車体に装架された機関、走行用駆動装置や補機駆動装置の配置説明図である。

符号の説明

Ｅ ディーゼル機関、ＤＤ 走行用駆動装置、ＬＣ 液体式変速機、ＳＤ 補機駆動装置、Ｐ 油圧ポンプ、Ｍ 油圧モータ、Ｆ ファン、Ｒ ラジエータ、ＧＢ 終減速機、ＤＷ 駆動用車輪、１ 入力軸、２ 直結クラッチ、３ トルクコンバータ、７ 取り付け台、８ 発電機、９ 駆動歯車、１０ 逆転軸、１１ 正転軸、１２ 中間軸、１３ 出力軸、１４ 逆転歯車、１５ 正転歯車、１６，１７ 歯車、１８ 逆転クラッチ、１９ １速クラッチ、２０ 正転クラッチ、２１ 小歯車、２２ 大歯車、２３ 中間小歯車、２４ 中間大歯車、２５ ４速歯車、２６ ４速クラッチ、２７ ３速クラッチ、２８ ３速歯車、２９，３０ 歯車、３１ ２速クラッチ、３２ 補機駆動歯車、３３ アイドルギヤ、３４ 中間歯車、３５ 直結大歯車、３６ 高速小歯車、３７ 駆動歯車、３８ 被動歯車、３９ 低速小歯車、４０ 低速大歯車、４１ 直結小歯車、４２ 中間大歯車、４３ ワンウェイクラッチ、４４ ケーシング、４５ 第１中間軸、４６ 第２中間軸、４７ 発電機駆動軸、４８ 低速段滑りクラッチ、５０ 直結クラッチ、５１ コンプレッサ

Claims (4)

1. ディーゼル機関の出力を直接又はトルクコンバータを介して伝達すると共にその回転速度を変速する液体式変速機からなる走行用駆動装置と、その車両の補機を定速駆動するための補機駆動装置とからなるディーゼル動車の動力伝動装置において、前記走行用駆動装置と補機駆動装置を一つの入力軸に連結するとともに同じケーシングに収容し、ディーゼル機関の出力軸と前記入力軸とを中間軸を介して連結し、このケーシングを機関と別に車体に設置したことを特徴とするディーゼル動車の動力伝動装置。
2. 前記補機駆動装置が液体式滑りクラッチを有する定速回転装置からなり、この定速回転装置の出力軸に発電機を結合したことを特徴とする請求項１記載のディーゼル動車の動力伝動装置。
3. 前記ケーシングがアルミニウム系合金で作られ、その外壁には多数の冷却フィンが形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のディーゼル動車の動力伝動装置。
4. 前記ケーシングには発電機の取り付け台が設けられ、発電機がケーシングに取り付けられていることを特徴とする請求項３記載のディーゼル動車の動力伝動装置。

Images