JP2005273825A

JP2005273825A - 歯車変速機

Info

Publication number: JP2005273825A
Application number: JP2004090082A
Authority: JP
Inventors: Masashi Aikawa; 雅志相川
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2004-03-25
Filing date: 2004-03-25
Publication date: 2005-10-06

Abstract

【課題】油温変動、製品誤差等によりインプットシャフト側に入力される回転抵抗の変動幅が比較的大きな場合であっても、アイドル騒音の発生を全運転域で防止することが可能な歯車変速機を提供する。
【解決手段】クラッチ５を介してエンジン１からの動力が入力される、入力ギヤ８を一体的に有するインプットシャフト４と、インプットシャフト４と関連して変速機３内に収容された、入力ギヤ８に噛合するカウンタシャフトドライブギヤ１０を一体的に有するカウンタシャフト１１と、カウンタシャフト１１に回転抵抗を付加する電磁式制動手段２５と、変速機３内のオイルの温度を検出する油温検出手段２６と、エンジン１の回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、エンジン１が所定低回転域にあり前記油温が所定温度域にあるときに電磁式制動手段２５からの回転抵抗をカウンタシャフト１１に付加する制御手段とを具備する歯車変速機３。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両のエンジン駆動系に配備される歯車変速機における、インプットシャフトとカウンタシャフトとに設けられる複数の歯車間のバックラッシュに起因して発生するアイドル騒音の防止技術に関する。

車両のエンジン駆動系に配備される歯車変速機では、その変速位置を中立位置としてエンジンをアイドリング運転すると、クラッチを介して回転が伝達される歯車変速機付近から異音、いわゆるアイドル騒音が発生することがある。

この歯車変速機のアイドル騒音は、アイドリング運転時におけるエンジンの回転角変動及びトルク変動を起振源とした捩り振動により変速機内のギヤ噛合部がバックラッシュの範囲内で相対変位する際に生じるものであり、クラッチを介して変速機内に伝達されたエンジンの回転角変動は摺動抵抗やオイル粘度等の入力回転抵抗に打ち勝って互いに押し付けられていたギヤ間にバックラッシュの範囲内で分離を生じさせ、その際にギヤ同士が叩き合うことにより生じる異音が原因となっている。また、クラッチのインプットシャフトに入力されるカウンタシャフト及びメインシャフト側からの回転抵抗（％）は、図５に示すように、歯車変速機内の油温（℃）の増加に応じて低減することが知られている。

ところで通常のクラッチディスク５は、例えば図２（ａ），（ｂ）に示すように、ボス５Ａａと一体のインナプレート５Ａと、インナプレート５Ａを挟持するようにピン５Ｆによって一体化されインナプレート５Ａに対して相対回転変位するアウタプレート５Ｂ，５Ｃ及び図示しないピンによって一体化されたフェーシング５Ｄ，５Ｅと、インナプレート５Ａ及びアウタプレート５Ｂ，５Ｃのそれぞれに形成されるばね収容穴５Ａｂ，５Ｂａ，５Ｃａに嵌合するダンパスプリング５Ｇとを備えている。インナプレート５Ａには各ピン５Ｆを避ける切欠部５Ａｃが４箇所形成されており、各切欠部５Ａｃと各ピン５Ｆとの間隔Ｓの範囲においてインナプレート５Ａとアウタプレート５Ｂ，５Ｃとは相対回転可能に構成されている。クラッチディスク５は、インナプレート５Ａとアウタプレート５Ｂ，５５Ｃとの回転角変位に応じて各ダンパスプリング５Ｇが圧縮変形することで、この回転角変位を吸収するダンパ作動を行う。

図５に示すように、所定のばね定数を有するダンパスプリング５Ｇによってアウタプレート５Ｂ，５Ｃ（エンジンフライホイール側）に対するインナプレート５Ａ（歯車変速機側）の相対的な回転角変動を吸収するダンパ作動可能域Ｅｎは、ダンパスプリング５Ｇに入力される入力回転抵抗の大小に影響され、この入力回転抵抗はオイル粘度と相関関係にある油温の高低によって変動する。

変速機内でのアイドル騒音は、ダンパスプリングのばね定数に加え変速機内の油温と相関関係にあることから、油温が通常の使用温度域にある場合にアイドル騒音が最小値となるように、ダンパスプリングのばね定数やヒステリシス、ギヤ噛合部のバックラッシュ量、あるいは回転抵抗等の変速機の諸条件が設定されている。これにより、図６に示すクラッチの回転角度−捩りトルク特性が決定される。

上述のようなクラッチの回転角度−捩りトルク特性を考慮した上で、インプットシャフト側に加わる入力回転抵抗がどの程度の範囲で変動しているかを考慮し、この入力回転抵抗の変動域に合わせてクラッチのダンパ作動可能域Ｅｎが通常使用時における油温の温度域に重なるように設定を行っている。

なお、歯車変速機からのアイドル騒音を防止するにあたり、歯車変速機のトップギヤとカウンタシャフトドライブギヤとの間のバックラッシュを機械的に減少させる方法が知られており、トップギヤ及びカウンタシャフトドライブギヤの各同軸上に環状の弾性体をそれぞれ配置し、各弾性体を互いに圧接させた状態で各ギヤを噛合して回転させることによりバックラッシュを排除する技術が、例えば「特許文献１」に開示されている。また、カウンタシャフト側のブレーキディスクを油圧ピストンで断接駆動するように構成し、第１速あるいは後退段でカウンタシャフトに制動力を加え、低速時における騒音の発生を防止する技術が、例えば「特許文献２」に開示されている。

特開平１０−３８０５４号公報特公平４−８１０６８号公報

上述のように、クラッチのダンパスプリングが有するダンパ作動可能域Ｅｎは、油温が通常の使用温度域（例えば１５℃以上）にある場合の入力回転抵抗の変動域をカバーできるように設定されるが、図５に示すＥｃ域のように油温が通常使用時の温度域を外れる低温域にある場合には、入力回転抵抗の変動域がダンパ作動可能域Ｅｎより外れて歯車変速機のアイドル騒音を防止することができなくなる。

このように入力回転抵抗の変動域が大きい場合、あるいは製品誤差によって入力回転抵抗の変動域がずれるような場合、これをクラッチのダンパスプリングが有するダンパ作動可能域Ｅｎにより全てカバーすることはできず、このカバーできない入力回転抵抗の変動域に対応する油温の低温域Ｅｃでの運転時には歯車変速機からアイドル騒音が発生することとなり、その改善が望まれている。

本発明は上述の問題点を解決し、油温変動、製品誤差等によりインプットシャフト側に入力される回転抵抗の変動幅が比較的大きな場合であっても、アイドル騒音の発生を全運転域で防止することが可能な歯車変速機の提供を目的とする。

請求項１記載の発明は、入力ギヤを一体的に有しクラッチを介してエンジンからの動力が入力されるインプットシャフトと、前記インプットシャフトと関連して変速機内に収容された、前記入力ギヤに噛合するカウンタシャフトドライブギヤを一体的に有するカウンタシャフトと、前記カウンタシャフトに回転抵抗を付加する回転抵抗付加手段と、前記変速機内のオイルの温度を検出する油温検出手段と、前記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、前記エンジンが所定低回転域にあり前記油温が所定温度域にあるときに前記回転抵抗付加手段からの回転抵抗を前記カウンタシャフトに付加する制御手段とを具備する歯車変速機であって、前記回転抵抗付加手段として電磁式制動手段を用いることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の歯車変速機において、さらに前記クラッチのダンパスプリングに応じて該ダンパスプリングがエンジンフライホイールに対する前記インプットシャフト側の回転角変動を吸収すべくダンパ作動可能なダンパ作動可能域が設定され、前記所定温度域は前記ダンパ作動可能域の下限値を下回る低回転抵抗域に対応する温度域として設定されることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の歯車変速機において、さらに前記電磁式制動手段手段は前記カウンタシャフトに断接手段を介して接続されており、前記制御手段は前記エンジンが所定低回転域にあり前記油温が所定温度域にあるときに前記断接手段を作動させて前記電磁式制動手段からの回転抵抗を前記カウンタシャフトに付加することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の歯車変速機において、さらに前記断接手段は電磁クラッチであることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１ないし請求項４のうちの何れか１つに記載の歯車変速機において、さらに前記電磁式制動手段は発電機であることを特徴とする。

本発明によれば、エンジン回転数が所定低回転域であって油温が所定温度域にあると、電磁式制動手段からの回転抵抗がカウンタシャフトに付加され、インプットシャフトに付与される入力回転抵抗が増加されることにより、所定温度域においてもインプットシャフトに加わる入力回転抵抗はクラッチディスクのダンパスプリングのダンパ作動可能域に入るように調整され、所定温度域においてもダンパスプリングが入力回転抵抗を吸収すべくダンパ作動し、アイドル騒音の発生を防止することができる。また、電磁式制動手段として発電機を用いることにより、アイドル時においてもバッテリの充電を行うことが可能となる。

図１は、本発明の一実施形態を示している。同図において、符号１はエンジン出力軸を示しており、その端部にはフライホイール２が取り付けられている。歯車変速機３はフライホイール２の右方に配設されており、フライホイール２と対応する部位には歯車変速機３のインプットシャフト４に取り付けられたクラッチディスク５が配設されている。

その一端を軸受６によってケーシング７に回転自在に支持されたインプットシャフト４には入力ギヤ８が一体的に取り付けられており、その下方にはその両端を軸受９によってケーシング７に回転自在に支持され入力ギヤ８に噛合するカウンタシャフトドライブギヤ１０をその一端側に一体的に有するカウンタシャフト１１が回転自在に設けられている。カウンタシャフト１１にはカウンタシャフトドライブギヤ１０の他、それぞれ径の異なるカウンタシャフトギヤ１２，１３，１４，１５がそれぞれ一体的に設けられている。

インプットシャフト４の右方には、インプットシャフト４と同軸に配設され、その一端を軸受６によってケーシング７に他端を軸受２３によってインプットシャフト４にそれぞれ回転自在に支持され、インプットシャフト４とは個別に回転可能なメインシャフト１６が配設されている。メインシャフト１６にはカウンタシャフトギヤ１２と噛合する第４速ギヤ１７、カウンタシャフトギヤ１３と噛合する第３速ギヤ１８、カウンタシャフトギヤ１４と噛合する第２速ギヤ１９、カウンタシャフトギヤ１５と噛合する第１速ギヤ２０がそれぞれ配設されており、各ギヤ１７，１８，１９，２０はそれぞれメインシャフト１６に対して回転自在に支持されている。

ケーシング７の内部には、各ギヤ８，１０，１２，１３，１４，１５，１７，１８，１９，２０に供給される適量の油が入れられており、この油は各ギヤの回転によって各ギヤに跳ねかけられる。また、ケーシング７の内部であって油の貯まる部位には、ケーシング７内の油の温度を検出する温度計あるいは熱電対等からなる油温検出手段２６が配設されている。

第４速ギヤ１７と第３速ギヤ１８との間には同期装置２１が、第２速ギヤ１９と第１速ギヤ２０との間には同期装置２２がそれぞれ配設されている。各同期装置２１，２２は、スリーブ、シンクロナイザリング等を有する周知の構成であり、同期装置２１が作動することによって各ギヤ１７，１８の何れか一方が、同期装置２２が作動することによって各ギヤ１９，２０の何れか一方がメインシャフト１６と一体化するように構成されている。各同期装置２１，２２も何れか一方のみが選択的に作動される。

クラッチディスク５は、上述した図２に示すものが用いられ、これによりフライホイール２に対してクラッチディスク５が接続されたときに、各ダンパスプリング５Ｇが縮むことによってクラッチディスク５とインプットシャフト４とが相対回転し、エンジン出力軸１からの回転力が急激にインプットシャフト４に伝達されることを緩和することで、アイドリング時におけるエンジンの回転変動に起因するギヤ同士の歯打ちによる騒音の発生防止及びエンジン回転が急激に伝達されることによる乗り心地の悪化等を防止している。

カウンタシャフト１１の他端はケーシング７を突出しており、その先端には断接手段としての電磁クラッチ２４を介して電磁式制動手段としての発電機２５が取り付けられている。電磁クラッチ２４は駆動回路を介して制御手段としての図示しないコントローラに接続され、コントローラのオン信号に応じてカウンタシャフト１１の他端を発電機２５に接続させ、オフ信号で接続を遮断する。発電機２５は図示しないブラケットによってケーシング７に取り付けられ、その入力軸を電磁クラッチ２４に接続されている。また発電機２５は車両の図示しないバッテリに接続されており、作動時にバッテリを充電させる。

ここで、歯車変速機３のインプットシャフト４、すなわちクラッチディスク５のダンパスプリング５Ｇに加わる入力回転抵抗値は図３に実線で示すような変動特性を示し、ケーシング７内の油温が２０℃を上回ると、フライホイール２に対するインプットシャフト４側の回転角変動をダンパスプリング５Ｇが吸収することが可能なダンパ作動可能域Ｅｎから入力回転抵抗値が外れてしまう。

しかし、ここではこの特性を踏まえて、所定低回転域であって油温が所定温度域である２０℃を上回る温度域にあると、コントローラが電磁クラッチ２４にオン信号を出力するように制御を行う。これにより、油温が２０℃を上回る運転域において、発電機２５の作動による回転抵抗がカウンタシャフト１１に付加され、インプットシャフト４に付与される入力回転抵抗は図３に破線で示すように増加される。この結果、油温が２０℃を上回る運転域においてもインプットシャフト４に加わる入力回転抵抗はクラッチディスク５のダンパスプリング５Ｇのダンパ作動可能域Ｅｎに入るように調整され、油温が２０℃を上回る運転域においてもダンパスプリング５Ｇが入力回転抵抗を吸収すべくダンパ作動し、アイドル騒音の発生を防止することができる。

コントローラは、油温検出手段２６により検出されたケーシング７内の油温を取り込むと共に、図示しないエンジン回転数検出手段により検出されたエンジンの回転数を取り込み、これらの検出結果に基づいて回転抵抗付加制御を行う。コントローラは、エンジンが所定低回転域にありかつ油温が所定温度域にあるときに電磁クラッチ２４を介して発電機２５をカウンタシャフト１１に接続させ、カウンタシャフト１１に対して回転抵抗を付加するという回転抵抗付加制御機能を有しており、図４に示すような回転抵抗付加制御を実行する。このコントローラが行う歯車変速機３に対する回転抵抗付加制御処理を図４に沿って説明する。

図示しないメインスイッチがオンされステップｓ１に達すると、コントローラはエンジン回転数Ｎｅ、油温Ｔｍの各データを取り込み、所定の記憶処理を施した後にステップｓ２に進む。ステップｓ２では、エンジン回転数Ｎｅがクランキング判定値Ｎｅｃより大きく所定低回転判定値Ｎｅａ以下の所定低回転域か否かの判定を行い、所定低回転域でない場合にはこの回の制御を終了する。所定低回転域である場合には、ステップｓ３に進んで油温Ｔｍが２０℃を上回るか否かの判定を行い、２０℃以下の場合にはこの回の制御を終了し、２０℃を上回った場合にはステップｓ４に進む。

なお、油温Ｔｍが２０℃以下での所定低回転域では、図３に実線で示す変動特性に沿って入力回転抵抗がカウンタシャフト１１よりインプットシャフト４側に伝達され、そのときの入力回転抵抗値がダンパスプリング５Ｇのダンパ作動可能域Ｅｎに入ることから、ダンパスプリング５Ｇが確実にダンパ作動することで入力回転抵抗が吸収され、アイドル騒音の発生が防止される。

ステップｓ４に達すると、現在の状況が所定低回転域であると共に油温が２０℃を上回る運転域にあることから、コントローラは電磁クラッチ２４の駆動回路にオン信号を出力する。これにより電磁クラッチ２４が接続処理され、発電機２５の作動による回転抵抗がカウンタシャフト１１を介してインプットシャフト４側に伝達され、インプットシャフト４が受ける回転抵抗が油温２０℃を上回る運転域においてもダンパスプリング５Ｇのダンパ作動可能域Ｅｎに入ることとなり、ダンパスプリング５Ｇが確実にダンパ作動することで入力回転抵抗が吸収され、アイドル騒音の発生が防止される。

このように、図３に示す油温−入力回転抵抗の特性曲線に応じた入力回転抵抗がクラッチディスク５のダンパスプリング５Ｇに加わる際に、製品誤差等によりインプットシャフト４側に入力される回転抵抗の変動幅が比較的大きな場合であっても、油温が２０℃を上回る所定温度域に入ると電磁クラッチ２４を接続処理し、発電機２５の作動による回転抵抗を、カウンタシャフト１１を介してインプットシャフト４側に伝えて入力回転抵抗を引き上げ、引き上げられた入力回転抵抗がダンパスプリング５Ｇのダンパ作動可能域Ｅｎに入るように処理を行う。このため、油温が２０℃を上回る所定温度域に入り、インプットシャフト４に付加される入力回転抵抗が低下する運転域であってもダンパスプリング５Ｇがダンパ作動可能域Ｅｎでダンパ作動し、入力ギヤ８とカウンタシャフトドライブギヤ１０との間でのがたつきを低減してアイドル騒音の発生を防止することができる。

上述した実施形態では、ダンパスプリング５Ｇは油温が２０℃を上回る場合に入力回転抵抗を吸収することが可能となるようにダンパ作動可能域Ｅｎを設定したが、このしきい値としての油温は車両が通常走行する地域に応じて適宜設定され、その油温に対応する入力回転抵抗の変動特性に応じてダンパ作動可能域Ｅｎも適宜修正される。

また上述した実施形態では、電磁クラッチ２４を介してカウンタシャフト１１に発電機２５を接続させ、電磁クラッチ２４のオンオフ動作によってカウンタシャフト１１に対して回転抵抗を付加するか否かを制御する構成としたが、電磁クラッチ２４を設けることなくカウンタシャフト１１に発電機２５を直結させ、発電機２５のオンオフ動作によってカウンタシャフト１１に対して回転抵抗を付加するか否かを制御する構成としてもよい。

さらに上述した実施形態の回転抵抗付加制御処理において、エンジン回転数Ｎｅがクランキング判定値Ｎｅｃより大きく所定低回転判定値Ｎｅａ以下の所定低回転域か否かの判定を行っているが、ここでいう所定低回転域とは、アイドル回転域のみには限定されず、低速走行時における低回転域をも含む。

上記実施形態では、歯車変速機３としてインプットシャフト４とメインシャフト１６とが同一軸線上に直列配置された例を説明したが、インプットシャフト４に対してカウンタシャフト１１、メインシャフト１６が順次所定間隔をおいて並列配置される等の、その他のギヤ配列構成を採用した歯車変速機にも本発明は適用可能である。

本発明の一実施形態を採用した歯車変速機の概略構成図である。本発明の一実施形態及び従来技術に用いられるクラッチディスクの（ａ）断面図（ｂ）正面図である。本発明の一実施形態におけるクラッチディスクのダンパスプリングに加わる入力回転抵抗の油温に対する変動特性を示す線図である。本発明の一実施形態における回転抵抗付加制御処理のフローチャートである。従来の問題点を説明するためのクラッチディスクのダンパスプリングに加わる入力回転抵抗の油温に対する変動特性を示す線図である。従来のクラッチの回転角度−捩りトルク特性を示す線図である。

符号の説明

１エンジン（エンジン出力軸）
２エンジンフライホイール（フライホイール）
３変速機（歯車変速機）
４インプットシャフト
５クラッチ（クラッチディスク）
５Ｇダンパスプリング
８入力ギヤ
１０カウンタシャフトドライブギヤ
１１カウンタシャフト
２４断接手段（電磁クラッチ）
２５電磁式制動手段（発電機）
２６油温検出手段
Ｅｎダンパ作動可能域

Claims

入力ギヤを一体的に有しクラッチを介してエンジンからの動力が入力されるインプットシャフトと、
前記インプットシャフトと関連して変速機内に収容された、前記入力ギヤに噛合するカウンタシャフトドライブギヤを一体的に有するカウンタシャフトと、
前記カウンタシャフトに回転抵抗を付加する回転抵抗付加手段と、
前記変速機内のオイルの温度を検出する油温検出手段と、
前記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、
前記エンジンが所定低回転域にあり前記油温が所定温度域にあるときに前記回転抵抗付加手段からの回転抵抗を前記カウンタシャフトに付加する制御手段とを具備する歯車変速機であって、
前記回転抵抗付加手段として電磁式制動手段を用いることを特徴とする歯車変速機。
請求項１記載の歯車変速機において、
前記クラッチのダンパスプリングに応じて該ダンパスプリングがエンジンフライホイールに対する前記インプットシャフト側の回転角変動を吸収すべくダンパ作動可能なダンパ作動可能域が設定され、前記所定温度域は前記ダンパ作動可能域の下限値を下回る低回転抵抗域に対応する温度域として設定されることを特徴とする歯車変速機。
請求項１または請求項２記載の歯車変速機において、
前記電磁式制動手段手段は前記カウンタシャフトに断接手段を介して接続されており、前記制御手段は前記エンジンが所定低回転域にあり前記油温が所定温度域にあるときに前記断接手段を作動させて前記電磁式制動手段からの回転抵抗を前記カウンタシャフトに付加することを特徴とする歯車変速機。
請求項３記載の歯車変速機において、
前記断接手段は電磁クラッチであることを特徴とする歯車変速機。
請求項１ないし請求項４のうちの何れか１つに記載の歯車変速機において、
前記電磁式制動手段は発電機であることを特徴とする歯車変速機。