JP2006064155A - 自動変速機の熱交換器構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 オイルの温度が安定する自動変速機の熱交換器構造を提供する。
【解決手段】 自動変速機の熱交換器構造１は、自動変速機１０と自動変速機１０から排出されたオイルを冷却することが可能で、上流側に設けられた第１の熱交換器４０および下流側に設けられた第２の熱交換器５０と、第１および第２の熱交換器４０，５０の少なくとも一方で熱交換されたオイルを自動変速機５０に供給可能なサーモバルブ３０とを備える。オイルの温度が相対的に低い場合には、サーモバルブ３０は第１の熱交換器４０を通過したオイルを自動変速機１０に供給し、第２の熱交換器５０から自動変速機１０へのオイルの流れを遮断する。オイルの温度が相対的に高い場合には、サーモバルブ３０は第１および第２の熱交換器４０，５０を通過したオイルを自動変速機１０に供給する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、自動変速機の熱交換器構造に関し、より特定的にはオイルの温度を安定させることが可能な自動変速機の熱交換器構造に関するものである。

従来、自動変速機の熱交換器構造は、たとえば特開平１１−２６４３１８号公報（特許文献１）に開示されている。

特許文献１では、２つの熱交換器を備え、作動油（オイル）の温度に基づきオイルの熱交換経路を切換える構造が開示されている。
特開平１１−２６４３１８号公報

上述の従来の熱交換器構造ではオイルの温度が安定しにくいという問題があった。

そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、オイルの温度を安定させることが可能な自動変速機の熱交換器構造を提供することを目的とする。

この発明の１つの局面に従った自動変速機の熱交換器構造は、自動変速機と、自動変速機から排出されたオイルを熱交換することが可能で、上流側に設けられた第１の熱交換器および下流側に設けられた第２の熱交換器と、第１および第２の熱交換器の少なくとも一方で熱交換されたオイルを自動変速機に供給可能なサーモバルブとを備える。オイルの温度が所定値以下であれば、サーモバルブは第１の熱交換器を通過したオイルを自動変速機に供給し、かつ、第２の熱交換器から自動変速機へのオイルの流れを遮断する。オイルの温度が所定値を超えると、サーモバルブは第１および第２の熱交換器を通過したオイルを自動変速機に供給する。

このように構成された自動変速機の熱交換器構造では、オイルの温度が所定値以下であれば、サーモバルブは第１の熱交換器を通過したオイルを自動変速機に供給し、第２の熱交換器から自動変速機へのオイルの流れを遮断する。これにより、低温時に第２の熱交換器の働きを止めることで、オイルからの放熱を防ぎ、オイルの温度を早急に上昇させることが可能となる。また、オイルの温度が所定値を超えるとサーモバルブは第１および第２の熱交換器を通過したオイルを自動変速機に供給するため第１および第２の熱交換器でオイルを十分に冷却し、オイルが高温になることを防止できる。その結果、オイルの温度を安定させることができる。

好ましくは、サーモバルブは、オイルの温度が所定値以下であれば第２の熱交換器からサーモバルブへ向かうオイルの流れを遮断し、オイルの温度が所定値を超えると第１の熱交換器からサーモバルブへ向かうオイルの流れを遮断する。

この発明の別の局面に従った自動変速機の熱交換器構造は、自動変速機と、自動変速機から排出されたオイルを熱交換することが可能で、上流側に設けられた第１の熱交換器および下流側に設けられた第２の熱交換器と、第１および第２の熱交換器の少なくとも一方で熱交換されたオイルを自動変速機に供給可能なサーモバルブとを備え、サーモバルブから排出されたオイルは、熱交換器で冷却されることなく自動変速機に供給される。

このように構成された自動変速機の熱交換器構造では、サーモバルブから排出されたオイルは熱交換器で冷却されることなく自動変速機に供給されるため、自動変速機の入口側にサーモバルブが配置され、このサーモバルブによりオイルの温度が制御される。つまり、自動変速機の入口油温をサーモバルブで制御することにより、第１および第２の熱交換器を適切に選択して油温を一定化することができる。その結果出口の油温を制御するサーモバルブの配置に比較して、オイルの温度のアンダーシュートやオーバーシュートが少なくなり、応答遅れを回避できる。その結果オイルの温度が安定した自動変速機の熱交換構造を提供することができる。

この発明に従えば、オイルの温度が安定する自動変速機の熱交換器構造を提供することができる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に従った自動変速機の熱交換器構造のブロック図である。図１を参照して、この発明の実施の形態１に従った自動変速機の熱交換器構造１は、動力を発生させるエンジン２０と、エンジン２０からの動力を受取り、その回転数と回転トルクを変換することが可能な自動変速機１０とを備える。エンジン２０は動力の発生源であり、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンのいずれであってもよい。また、エンジン２０は内燃機関だけでなく、外燃機関で構成してもよい。さらに、モータ／ジェネレータによりエンジン２０を構成してもよい。

エンジン２０から出力される回転力は、自動変速機１０により変換される。自動変速機１０として、トルクコンバータと遊星歯車を用いた構造を採用することができる。これに限られず、自動変速機１０として、無段変速機を採用してもよい。さらに、常時噛合い式または選択摺動式の歯車が複数個設けられ、これらの歯車の噛合いが自動的に変更される変速機で自動変速機１０を構成してもよい。

自動変速機１０は、内部の構造を潤滑し、かつ動力を伝達するためのオイルを有する。

サーモバルブ３０が自動変速機１０に取付けられる。具体的には、自動変速機１０の外部に本体としてのサーモバルブケース３１が取付けられ、このサーモバルブケース３１内にサーモバルブ３０が埋込まれる。サーモバルブ３０は油路の切換えを行なう働きを有する。

サーモバルブケース３１には第１の熱交換器４０が取付けられる。第１の熱交換器４０はヒータコア９０を通過した冷却水と、自動変速機１０のオイル（ＡＴＦ）との熱交換を行なう。ヒータコア９０と第１の熱交換器４０とは冷却水通路１６７で接続されており、冷却水がヒータコア９０を経由して第１の熱交換器４０へ熱の移動を行なう。

ヒータコア９０はエンジン２０から冷却水通路１６６により熱の供給を受ける。ヒータコア９０は車室内に設けられて、エンジン２０の熱を車内に伝える。これにより、車内を暖房することが可能である。ヒータコア９０は自動変速機１０のオイルとの熱交換を行なう冷却水通路１６５に構成してもよい。ヒータコア９０は自動変速機１０のオイルとの熱交換を行なう冷却水通路になく、冷却水通路１６６と１６７を直結した構成にしてもよい。エンジン２０には、ウォータポンプ６０が取付けられる。ウォータポンプ６０はエンジン２０内に冷却水を供給するためのポンプであり、冷却水の入口に配置される。ウォータポンプ６０の上流側にはサーモスタット７０およびラジエータ８０が接続される。サーモスタット７０はエンジン２０を冷却する冷却水（ロングライフクーラント）の温度に応じて、ラジエータ８０による放熱量を調整する。具体的には、エンジン２０の温度が低いと、サーモスタット７０は、ラジエータ８０を通る水の流量を減少させる。これにより、ラジエータ８０における放熱量を低下させ、エンジン２０の温度を上昇させる。これに対し、エンジン２０の温度が高温となると、サーモスタット７０はラジエータ８０を通過する冷却水の流量を多くする。これにより、エンジン２０で発生した熱をラジエータ８０で多く放出することができ、エンジン２０の温度を低下させる。エンジン２０、ラジエータ８０、サーモスタット７０、ウォータポンプ６０および第１の熱交換器４０は、それぞれ冷却水通路１６１，１６２，１６３，１６４，１６５で接続されている。

冷却水の全体的な流れについて説明すると、ウォータポンプ６０からエンジン２０の下部へ導入された冷却水は、エンジン２０のヘッド部分から二手に分かれて外部へ放出される。１つの経路として、冷却水は冷却水通路１６１を通りラジエータ８０へ流れる。ラジエータ８０へ流れた冷却水はラジエータ８０から冷却水通路１６３、サーモスタット７０および冷却水通路１６４を経由して再度ウォータポンプ６０に戻る。また、冷却水通路１６１から分岐した冷却水通路１６２を通じて、一部の冷却水はラジエータ８０を経由することなく直接サーモスタット７０にたどり着く。

エンジン２０から排出されて冷却水通路１６１へ向かわない冷却水は、冷却水通路１６６を通じてヒータコア９０へ流れる。ヒータコア９０において熱を室内へ放出し、さらに冷却水通路１６７を通じて冷却水は第１の熱交換器４０へ入る。ここで第１の熱交換器４０により冷却水と油との熱交換が行なわれた後、冷却水通路１６５を経由して冷却水はウォータポンプ６０に戻る。

次に、自動変速機１０を流れるオイルの流路について説明する。図１で示すように、自動変速機１０の内部を通過したオイルは矢印１０３で示す方向に排出される。このとき、オイルはサーモバルブケース３１の通路１４１を通って第１の熱交換器４０に入る。第１の熱交換器４０において、冷却水との間で熱交換を行なったオイルは矢印１０１で示す方向に流れる。このとき、オイルは入力ポート１４５，１４４を経由する。サーモバルブ３０は第１の熱交換器４０からのオイルを受入れてこのオイルを自動変速機１０に戻す。これに対して、サーモバルブ３０は、低温時には第２の熱交換器５０へオイルを供給しない。第２の熱交換器５０とサーモバルブ３０とはオイル通路１５１，１５２により接続されている。

図２は、図１中のサーモバルブを詳細に示す断面図である。図２を参照して、サーモバルブ３０は、サーモバルブケース３１と、サーモバルブケース３１に設けられたオイル通路となる内部空間３２と、内部空間３２を封止する蓋体３３と、蓋体３３に一部が係合するサーモエレメントシャフト３４とサーモエレメントシャフト３４に接触するパッキン３５と、サーモエレメントシャフト３４を押上げるサーモエレメント１３４とを有する。

サーモエレメント１３４はシリンダ３６内にワックス１３１を封止した構造であり、ワックス１３１は軸方向に移動可能なパッキン３５と接触する。オイル１１の温度によりワックス（たとえばパラフィンワックス）１３１が膨張する。これによりパッキン３５の位置が変化する。これに伴い、パッキン３５がシリンダ３６に対して摺動する。

サーモエレメント１３４はリターンスプリング１３２により蓋体３３に対して位置決めされている。リターンスプリング１３２は入力ポートである高温ポート１３６と接触している。図２で示す状態では、高温ポート１３６が入力ポート１４２からのオイル１２の流れを封止している。シリンダ３６の後側の端部には入力ポートバルブとしての低温ポート１３５が設けられる。低温ポート１３５は入力ポート１４４を封止することが可能である。図２で示す状態では、低温ポート１３５は入力ポート１４４を封止していない。そのため、矢印１０１で示すように入力ポート１４４からオイル１１が導入されて、出力ポート１４３へ排出される構造となっている。低温ポート１３５とシリンダ３６との間にはバルブスプリング１３３が設けられる。

サーモエレメント１３４は、ワックス１３１を密閉しており、外周部分がオイル１１に接触する。オイル１１が高温となるとワックス１３１が膨張する。

高温時にはワックス１３１が膨張し、サーモエレメントシャフト３４がシリンダ３６から突出する。これにより、高温ポート１３６および低温ポート１３５のバルブストローク量を制御し、各出力ポートへの流量を制限することが可能である。

第１入力ポートバルブとしての低温ポート１３５は、サーモエレメント１３４に連動し、オイルの温度が低いときに開き、高いときに閉じる。これにより、第１の熱交換器４０からのオイルの流量を制御する。

第２の入力ポートバルブとしての高温ポート１３６は、温度によりオイルの流量を制御する流体の入口となる。高温ポート１３６は、サーモエレメント１３４に連動し、低温時に閉じ、高温時に開いて第１の熱交換器４０を経由した第２の熱交換器５０からのオイル１２の流量を制御する。

出力ポート１４３は、温度に従って流量を制御されたオイル１３の出口である。サーモエレメント１３４のストローク位置により、低油温時には第１の熱交換器４０を経由したオイル１１が出力ポート１４３から排出される。オイルの温度が中温時には、第１の熱交換器４０からのオイル１１と、第１の熱交換器を経由した第２の熱交換器５０とで冷却されたオイル１２が出力ポート１４３から排出される。オイルの温度が高いときには、第１の熱交換器４０を経由した第２の熱交換器５０で冷却されたオイルが出力ポート１４３から排出される。

バルブスプリング１３３は、低温ポート１３５に荷重をかけて、オイルの温度が高いときに低温ポート１３５が閉じた後のオーバーストロークによるサーモエレメント１３４に加わる過荷重を吸収する役割を果たす。

リターンスプリング１３２は高温ポート１３６とサーモエレメント１３４に荷重をかけて、低温時にサーモエレメントシャフト３４を収納し、高温ポート１３６を閉じる。同時に、サーモエレメント１３４に連動した低温ポート１３５が開く。

すなわち、サーモバルブ３０では、固体および液体の膨張を用いて、入力２系統、出力１系統の液体流量を制御する機械制御式のサーモバルブである。鍋蓋式バルブにより入力２系統の流路切換えを実現することで、摺動式バルブの課題である、油圧のバルブ偏心荷重によるバルブ摺動不良、油中の異物によるバルブ摺動不良、摺動バルブ隙間からの流量漏れを大幅に低減することができる。

図３は、図２中の矢印IIIで示す方向から見たサーモバルブの正面図である。図３を参照して、サーモバルブ３０は蓋体３３を有する。蓋体３３は円形状であり、その中央部にナット状の領域が設けられる。

図４は、高温時の自動変速機の熱交換器構造を示すブロック図である。図４を参照して、高温時には、サーモバルブ３０は矢印１０４で示すように第１の熱交換器４０から出力されたオイルを、オイル通路１５１を経由して第２の熱交換器５０に流す。第２の熱交換器５０では、外気によりオイルを冷却する。冷却されたオイルはオイル通路１５２を経由して矢印１０５で示すようにサーモバルブ３０へ向かって流れる。その後、冷却されたオイルはサーモバルブ３０を経由して自動変速機１０へ流れ込む。

図５は、図４中のサーモバルブを詳細に示す断面図である。図６は、図５中の矢印VIで示す方向から見たサーモバルブの正面図である。図５および図６を参照して、オイル１１が高温となると、サーモエレメント１３４内のワックス１３１が膨張する。これにより、サーモエレメントシャフト３４がシリンダ３６から突出する。その結果サーモエレメント１３４が入力ポート１４４へ近づく方向へ動き、低温ポート１３５が入力ポート１４４を封止する。また高温ポート１３６が入力ポート１４２を開ける。これにより入力ポート１４２から矢印１０５で示す方向にオイル１２が流入し、出力ポート１４３から矢印１０２で示す方向にオイル１３が排出される。このオイルは自動変速機１０へ導入される。なお、オイルの温度が中程度の場合には、図２で示す状態と図５で示す状態とを微小ストロークで繰返すことによりオイル１３の温度を安定化させる。

サーモバルブケース３１は、自動変速機１０と第１の熱交換器４０との間に配置され、これらの３つの部品は配管を用いずに結合される。なお、これらの３つの部品の間にオイル漏れを防止するためのＯリングなどを設けることが好ましい。サーモバルブケース３１はサーモバルブ３０と一体で、オイルの入力ポート３系統、出力ポート３系統で構成される。

この発明に従った自動変速機の熱交換器構造１は、自動変速機１０と、自動変速機１０から排出されたオイルを冷却することが可能で、上流側に設けられた第１の熱交換器４０および下流側に設けられた第２の熱交換器５０と、第１および第２の熱交換器４０，５０の少なくとも一方で冷却されたオイルを自動変速機１０に供給可能なサーモバルブ３０とを備える。オイルの温度が相対的に低い場合には、サーモバルブ３０は第１の熱交換器４０を通過したオイル１１を自動変速機１０に供給し、第２の熱交換器５０から自動変速機１０へのオイル１２の流れを遮断する。オイルの温度が相対的に高い場合には、サーモバルブ３０は第１および第２の熱交換器４０，５０を通過したオイル１２を自動変速機１０に供給する。

サーモバルブ３０は、オイルの温度が相対的に低ければ第２の熱交換器５０からサーモバルブ３０へ向かうオイル１２の流れを遮断し、オイルの温度が相対的に高い場合には、第１の熱交換器４０からサーモバルブ３０を経由して自動変速機１０へ向かうオイル１１の流れを遮断する。

サーモバルブ３０から排出されたオイル１３は、熱交換器で冷却されることなく自動変速機１０に供給される。

オイルの温度が低い場合には、図１で示すように、第１の熱交換器４０を通過したオイルはサーモバルブ３０により自動変速機１０に戻る回路となる。エンジン水温により自動変速機１０のオイルは早期に通常作動温度に昇温されることで、ロックアップなどの制御開始油温への到達時間が短縮する。また、油温が上昇して低粘度領域の使用時間が拡大し、燃費が向上する。さらに、変速ショックの低減が実現する。

オイルの温度が高い場合、すなわち高油温時には、図４で示すように第１の熱交換器４０を通過したオイルはサーモバルブ３０により第２の熱交換器５０を通過して自動変速機１０に戻る回路となる。第１の熱交換器４０と第２の熱交換器５０とにより、自動変速機１０のオイルは上限温度以下に冷却される。

中温時には、低油温時と高油温時のサーモバルブ３０の作動を微小ストロークで繰返して自動変速機１０の入口温度を一定に保ち、安定した変速性能を実現することができる。

このように構成された自動変速機の熱交換器構造ではまず自動変速機の入口側にサーモバルブ３０を配置することにより、オイルの温度が安定する。すなわち、自動変速機の入口にサーモバルブ３０を配置することで、第１の熱交換器４０と第２の熱交換器５０の混合温度を入口温度とし、出口の温度制御に比較して、オイルの温度のアンダーシュートやオーバーシュートが少ない。その結果、応答遅れを解消し、短時間で目標温度に到達することができる。

さらに、燃費の向上と冷却性確保の両立が可能となる。具体的には、早期に油温を上昇させることにより、ロックアップなど制御開始油温への到達時間が短縮する。また油温の上昇により、低粘度領域での使用時間が拡大して燃費が向上する。

なお、実施の形態１では、サーモバルブケース３１と第１の熱交換器４０を自動変速機１０本体に直付け配置する構成を示したが、サーモバルブケース３１、第１の熱交換器４０をそれぞれ単独に配置して配管でこれらを接続してもよい。

また、実施の形態１では、低温ポート１３５と高温ポート１３６とをサーモエレメント連動構造とすることで、両バルブが同時に閉じるフェールモードを回避できる構造としている。

（実施の形態２）
図７は、この発明の実施の形態２に従った自動変速機の熱交換器構造のブロック図である。図７を参照して、この発明の実施の形態２に従った自動変速機の熱交換器構造ではサーモバルブ３０および第１の熱交換器４０が自動変速機１０と別体に設けられている点で、実施の形態１に従った構造と異なる。すなわち、サーモバルブ３０と自動変速機１０とがオイル通路１５３で接続され、第１の熱交換器４０と自動変速機１０とがオイル通路１５４で接続される。

このように構成された実施の形態２に従った自動変速機の熱交換器構造でも実施の形態１に従った熱交換器構造と同様の効果がある。

（実施の形態３）
図８は、この発明の実施の形態３に従った自動変速機の熱交換器構造のブロック図である。図８を参照して、この発明の実施の形態３に従った自動変速機の熱交換器構造では、実施の形態１で示したヒータコア９０、ウォータポンプ６０、サーモスタット７０およびラジエータ８０を設けていない点で、実施の形態１に従った構造と異なる。第１の熱交換器４０および第２の熱交換器５０は、ともに外気と熱交換をすることが可能となる。なお、第１の熱交換器４０および第２の熱交換器５０に水を吹付け、これらの熱交換器４０，５０を冷却してもよい。

このように構成された、実施の形態３に従った自動変速機の熱交換器構造でも、実施の形態１に従った構造と同様の効果がある。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、ここで示した実施の形態はさまざまに変形することが可能である。まず、自動変速機１０の配置としては、車軸に直交するように置かれる、いわゆる縦置きだけでなく、車軸と平行に置かれる、いわゆる横置きの自動車に本発明を適用することが可能である。

また、第２の熱交換器５０はエンジンコンパートメント内のいずれの部位に設けてもよい。さらに、ラジエータ８０に接触するように第２の熱交換器５０を設けてもよい。また、第２の熱交換器５０はラジエータ８０と一体としラジエータ８０の冷却水と熱交換してもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は自動車に搭載される自動変速機の分野で利用することができる。

この発明の実施の形態１に従った自動変速機の熱交換器構造のブロック図である。 図１中のサーモバルブを詳細に示す断面図である。 図２中の矢印IIIで示す方向から見たサーモバルブの正面図である。 高温時の自動変速機の熱交換器構造を示すブロック図である。 図４中のサーモバルブを詳細に示す断面図である。 図５中の矢印VIで示す方向から見たサーモバルブの正面図である。 この発明の実施の形態２に従った自動変速機の熱交換器構造のブロック図である。 この発明の実施の形態３に従った自動変速機の熱交換器構造のブロック図である。

符号の説明

１ 自動変速機の熱交換器構造、１０ 自動変速機、２０ エンジン、３０ サーモバルブ、３１ サーモバルブケース、３２ 内部空間、３３ 蓋体、３４ サーモエレメントシャフト、３５ パッキン、３６ シリンダ、４０ 第１の熱交換器、５０ 第２の熱交換器、６０ ウォータポンプ、７０ サーモスタット、８０ ラジエータ、９０ ヒータコア。

Claims (3)

1. 自動変速機と、
   前記自動変速機から排出されたオイルを熱交換することが可能で、上流側に設けられた第１の熱交換器および下流側に設けられた第２の熱交換器と、
   前記第１および第２の熱交換器の少なくとも一方で熱交換されたオイルを前記自動変速機に供給可能なサーモバルブとを備え、
   オイルの温度が所定値以下であれば、前記サーモバルブは前記第１の熱交換器を通過したオイルを前記自動変速機に供給し、かつ、前記第２の熱交換器から前記自動変速機への前記オイルの流れを遮断し、
   オイルの温度が所定値を超えると、前記サーモバルブは前記第１および第２の熱交換器を通過したオイルを前記自動変速機に供給する、自動変速機の熱交換器構造。
2. 前記サーモバルブは、オイルの温度が所定値以下であれば前記第２の熱交換器から前記サーモバルブへ向かうオイルの流れを遮断し、オイルの温度が所定値を超えると前記第１の熱交換器から前記サーモバルブへ向かうオイルの流れを遮断する、請求項１に記載の自動変速機の熱交換器構造。
3. 自動変速機と、
   前記自動変速機から排出されたオイルを熱交換することが可能な第１および第２の熱交換器と、
   前記第１および第２の熱交換器の少なくとも一方で熱交換されたオイルを前記自動変速機に供給可能なサーモバルブとを備え、
   前記サーモバルブから排出されたオイルは熱交換器で冷却されることなく前記自動変速機に供給される、自動変速機の熱交換器構造。

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