JP2012145141A

JP2012145141A - 変速機冷却装置

Info

Publication number: JP2012145141A
Application number: JP2011002308A
Authority: JP
Inventors: Koji Terashima; 幸士寺島
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2011-01-07
Filing date: 2011-01-07
Publication date: 2012-08-02
Anticipated expiration: 2031-01-07
Also published as: JP5724392B2

Abstract

【課題】低燃費低コストで高い冷却効果が得られ、暖機を妨げない変速機冷却装置を提供する。
【解決手段】オイルポンプ１０７が圧送するオイルＤの一部を取り出して移送する移送路２と、移送路２で移送されたオイルＤをケース１０５の内面に放出するオイル放出部材３と、オイルＤの温度を検出するオイル温度センサ４と、オイル温度センサ４が検出した温度が閾値以下のときオイル放出部材３からのオイル放出を抑制するオイル放出抑制部材５とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、低燃費低コストで高い冷却効果が得られ、暖機を妨げない変速機冷却装置に関する。

変速機は、エンジンの回転を複数のギア比から選択されたギア比で駆動輪の軸に伝達するものである。変速機のケース内には複数の歯車が組み合わせて配置される。また、ケース内では、歯車同士の摩擦や、歯車と歯車を回転自在に保持する軸との摩擦を緩和するために、オイルが循環される。例えば、ケースの底部は、歯車の少なくとも一部が浸かるようにオイルが溜まるようになっており、オイルに一部が浸かる歯車が回転することで、オイルが掻き上げられて、周辺の部材にオイルが浴びせられる。オイルは部材からケースの底部へ落ちて循環する。この潤滑方法を油浴潤滑という。

また、オイルポンプによりケースの底部からオイルが吸い上げられて循環路に圧送され、循環路から歯車や軸にオイルが供給されるという潤滑方法も採用されている。

特開２００８−３０３９１８号公報

ところで、オイルは、潤滑だけでなく冷却にも効果がある。すなわち、ケース内にある歯車等の熱源はオイルに熱を奪われ、ケース底部に落ちて溜まった高温のオイルからケースへ熱が伝搬し、ケースから外部へ放熱される。また、歯車で掻き上げられたオイルがケースの内面に跳ねかけられるため、オイルがケースの内面を流下する間にオイルの熱がケースへ伝搬する。このようにして冷却されたオイルが掻き上げやオイルポンプで循環されることで熱源が冷却される。

期待した冷却効果が得られない場合、さらなる冷却対策が取られる。例えば、オイル量が増量されると、オイル全体の熱容量が増加するので、高負荷運転などによる一時的な温度上昇が抑えられる。また、ケースの外部にオイルクーラが設置され、ケースからオイルクーラに高温のオイルが取り出され、オイルクーラで冷却されたオイルがケースに戻されると、長時間にわたり優れた冷却効果が維持される。

しかしながら、オイル量が増量されると、歯車がオイルに深く浸かるため、歯車がオイルを攪拌する仕事による攪拌損失が増大して燃費が悪化する。また、オイルクーラの設置は、部品コストの上昇を招く。よって、これらの冷却対策は好ましくない。

一方、エンジンや変速機が外気温と同じ温度になっている状態からの始動、いわゆるコールドスタートに際しては、エンジンや変速機が円滑に動作する温度まで暖機を行う必要がある。このとき、オイルの冷却効果が働いていると、暖機の妨げになってしまう。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、低燃費低コストで高い冷却効果が得られ、暖機を妨げない変速機冷却装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、噛合して回転される複数の歯車と、前記複数の歯車が収容され前記歯車の少なくとも一部が浸かるように底部にオイルを溜めるケースと、前記ケースの底部からオイルを吸い上げて圧送するオイルポンプとを備えた変速機のオイルを冷却する冷却装置において、前記オイルポンプが圧送するオイルの一部を取り出して移送する移送路と、前記移送路で移送されたオイルを前記ケースの内面に放出するオイル放出部材と、オイルの温度を検出するオイル温度センサと、前記オイル温度センサが検出した温度が閾値以下のとき前記オイル放出部材からのオイル放出を抑制するオイル放出抑制部材とを備えたものである。

前記オイル放出部材は、前記ケースの内面に沿わせて配置されオイルを流下させる流下孔が形成された管を有してもよい。

前記オイル放出部材は、前記ケースの内面に対向させて配置され前記ケースの内面に向けてオイルを噴射するノズルを有してもよい。

前記ケースの内面に、該内面に放出されたオイルを拡散させる拡散ガイドを備えてもよい。

前記変速機は、複数のメイン歯車を有し前記ケース内の上部に配置されるメインシャフトと、前記メイン歯車に噛合して一部がオイルに浸かる複数のカウンタ歯車を有し前記ケース内の下部に配置されるカウンタシャフトとを有し、前記オイル放出部材は、前記ケースの内面のうち前記カウンタ歯車の掻き上げ側に臨む面とは反対側の面にオイルを放出してもよい。

前記オイルポンプの出口のオイル圧が閾値以上になると前記オイルポンプの出口から前記移送路にオイルを抜き出すリリーフ弁を備えてもよい。

前記移送路でオイルが逆流することを防止する逆止弁を備えてもよい。

前記オイル放出抑制部材は、前記移送路のオイルを前記ケースの底部に抜き出す弁を有してもよい。

前記オイル放出抑制部材は、前記オイル放出部材からのオイル放出を抑制していないときに、前記オイル温度センサが検出した温度が前記閾値以下になると抑制を開始し、前記オイル放出部材からのオイル放出を抑制しているとき、前記オイル温度センサが検出した温度が前記閾値より高いヒステリシス用閾値を超えたとき抑制を停止してもよい。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

（１）低燃費低コストである。

（２）高い冷却効果が得られる。

（３）暖機が妨げられない。

本発明の一実施形態を示す変速機と変速機冷却装置の構成図である。図１の変速機と変速機冷却装置を歯車の側面に沿った断面で見た断面図である。本発明の他の実施形態を示す変速機のケースと変速機冷却装置の一部の構成図である。本発明の変速機冷却装置の制御手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１に示されるように、本発明が適用される変速機１０１は、噛合して回転される複数の歯車１０２，１０３，１０４と、複数の歯車１０２，１０３，１０４が収容され歯車１０３の一部が浸かるように底部１０５ａにオイルＤを溜めるケース１０５と、ケース１０５の底部１０５ａからオイルＤを吸い上げて循環路１０６に圧送するオイルポンプ１０７とを備える。

本実施形態の変速機１０１は、インプット歯車１０２を有しケース１０５内の上部に配置されるインプットシャフト１０８と、歯数の異なる複数のメイン歯車１０４を有しインプットシャフト１０８と同一軸線上となるケース１０５内の上部に配置されるメインシャフト１０９と、メイン歯車１０４に噛合して一部がオイルに浸かる歯数の異なる複数のカウンタ歯車１０３を有しインプットシャフト１０８及びメインシャフト１０９と平行にケース１０５内の下部に配置されるカウンタシャフト１１０とを有する。

インプットシャフト１０８は、図示しないクラッチを介して図示しないクランクシャフトに連結される。インプット歯車１０２は、インプットシャフト１０８に対して一体的に取り付けられている。カウンタシャフト１１０の５つのカウンタ歯車１０３はカウンタシャフト１１０に対して一体的に取り付けられている。１つのカウンタ歯車１０３がインプット歯車１０２に常時噛合し、４つのカウンタ歯車１０３に対しては４つのメイン歯車１０４がそれぞれ常時噛合している。したがって、インプットシャフト１０８が回転すると、インプット歯車１０２、全てのカウンタ歯車１０３、カウンタシャフト１１０、全てのメイン歯車１０４が回転することになる。

メイン歯車１０４は、メインシャフト１０９に対して回転自在に取り付けられている。メインシャフト１０９にはそれぞれのメイン歯車１０４をメインシャフト１０９にロックする機構（図示せず）が設けられており、いずれかのメイン歯車１０４が選択的にロックされることにより、ロックされたメイン歯車１０４と共にメインシャフト１０９が回転するようになり、インプットシャフト１０８の回転がメインシャフト１０９に伝達される。このとき選択されたメイン歯車１０４とこれに噛合するカウンタ歯車１０３とのギア比により変速機１０１の変速比が決まる。

循環路１０６は、オイルポンプ１０７から圧送されたオイルＤをメイン歯車１０４の歯面やメイン歯車１０４とメインシャフト１０９の摩擦箇所などの潤滑部位に導くものである。循環路１０６としては、オイルポンプ１０７から潤滑部位の近傍までケース１０５の内部あるいは外部に配管が施されてもよいが、ここではメインシャフト１０９の中を貫通して潤滑部位の近傍で開口する溝が形成され、オイルポンプ１０７から溝の入口まで配管が施された構造を有する。

本発明に係る変速機冷却装置１は、オイルポンプ１０７が循環路１０６に圧送するオイルＤの一部を取り出して、一点鎖線で示したオイル面より上部に、例えば、メイン歯車１０４の頂部と同程度の高い位置まで移送する移送路２と、移送路２で移送されたオイルＤをケース１０５の内面に放出するオイル放出部材３と、オイルＤの温度を検出するオイル温度センサ４と、オイル温度センサ４が検出した温度が閾値以下のときオイル放出部材３からのオイル放出を抑制するオイル放出抑制部材５とを備える。なお、移送路２は、循環路１０６から分岐されて設置されるが、オイル放出部材３まではケース１０５の内部に設置されてもよいし、外部に設置されてもよい。

本実施形態では、オイル放出部材３は、ケース１０５の内面に沿わせて配置されオイルＤを流下させる流下孔６が形成された管７を有する。管７は、ケース１０５の上面に近い位置でメインシャフト１０９と平行に延びており、適宜な間隔で複数の流下孔６が形成されている。

図２に示されるように、カウンタ歯車１０３は常時同じ回転方向に回転する。ここでは、カウンタ歯車１０３の回転方向が反時計回りに図示されている。カウンタ歯車１０３に噛合するインプット歯車１０２及びメイン歯車１０４はカウンタ歯車１０３とは反対の時計回りに回転する。図２では、掻き上げられたオイルＤがケース１０５の内面に跳ねかけられる様子が示されている。カウンタ歯車１０３が反時計回りに回転するので、オイルＤは右向きに掻き上げられる。ケース１０５の内面のうち図示右側の面がカウンタ歯車１０３の掻き上げ側に臨んでいることになる。オイルＤは、図示のように右側の面に跳ねかけられる。この面を跳ねかけ面１１１と呼ぶ。

本実施形態では、オイル放出部材３は、カウンタ歯車１０３の掻き上げ側に臨む面（跳ねかけ面１１１）とは反対側にあたる図示左側の面にオイルＤを放出するように構成される。この面を非跳ねかけ面１１２と呼ぶ。管７は、非跳ねかけ面１１２に沿うよう断面が半円形に形成される。流下孔６は、オイルＤがケース１０５の内面を伝わって流下するよう、ケース１０５の底部１０５ａに向けて開口される。

図１に示されるように、本実施形態では、変速機冷却装置１は、オイルポンプ１０７の出口に接続された循環路１０６のオイル圧が閾値以上になると循環路１０６から移送路２にオイルＤを抜き出すリリーフ弁８を備える。リリーフ弁８は、入口側の圧力が閾値以上になろうとすると出口側が開放されるように構成された弁である。リリーフ弁８は、循環路１０６のオイル圧を閾値未満に抑えると同時に、抜き出したオイルＤを移送路２に供給する働きをする。

変速機冷却装置１は、移送路２でオイルＤが逆流することを防止する逆止弁９を備える。具体的には、リリーフ弁８の出口にて移送路２が分岐路１０となっており、分岐路１０の一方には、管７に向かう途中に逆止弁９が挿入されている。

本実施形態では、オイル放出抑制部材５は、移送路２のオイルＤをケース１０５の底部１０５ａに抜き出す弁１１を有する。弁１１は、分岐路１０の他の一方に接続されている。弁１１の出口は、ケース１０５の底部１０５ａに向けて配置されるか、又は、オイルポンプ１０７の入口からケース１０５の底部１０５ａに配管されている吸引管１１３の途中に接続される。

以下、本発明の変速機冷却装置１の動作を説明する。

暖機完了後の車両が走行する間、変速機１０１では、複数の歯車１０２，１０３，１０４が常時噛合して回転されるので、歯車１０２，１０３，１０４同士の摩擦やメイン歯車１０４とメインシャフト１０９との摩擦を緩和するために、オイルＤが循環される。ケース１０５の底部１０５ａに溜まっているオイルＤに一部が浸かるカウンタ歯車１０３が回転することで、オイルＤが掻き上げられて、油浴潤滑がなされる。また、オイルポンプ１０７によりケース１０５の底部１０５ａから吸い上げられたオイルＤは、循環路１０６に圧送され、メイン歯車１０４の歯面やメイン歯車１０４とメインシャフト１０９の摩擦箇所などの潤滑部位に供給される。

このとき、ケース１０５内にある歯車１０２，１０３，１０４等の熱源はオイルＤに熱を奪われ、ケース底部１０５ａに落ちて溜まった高温のオイルＤからケース１０５へ熱が伝搬し、ケース１０５から外部へ放熱される。また、カウンタ歯車１０３で掻き上げられたオイルＤが跳ねかけ面１１１に跳ねかけられるため、オイルＤが跳ねかけ面１１１を流下する間にオイルＤの熱がケース１０５へ伝搬する。このようにして冷却されたオイルＤが掻き上げやオイルポンプで循環されることで熱源が冷却される。

しかし、従来技術では、カウンタ歯車１０３による掻き上げでのみオイルＤがケース１０５の内面に移送されており、また、ケース１０５の内面のうち、非跳ねかけ面１１２は、オイルＤが跳ねかからず、冷却に寄与していなかった。

本発明では、オイルポンプ１０７が循環路１０６に圧送したオイルＤの一部が移送路２によりオイル面より上部に移送され、移送路２で移送されたオイルＤがオイル放出部材３によりケース１０５の内面に放出される。これにより、より多くのオイルＤがケース１０５の内面を流下することになり、高い冷却効果が得られる。しかも、本実施形態では、オイル放出部材３が非跳ねかけ面１１２にオイルＤを放出するように構成されているため、非跳ねかけ面１１２が冷却に寄与することになり、いっそう高い冷却効果が得られる。この結果、従来技術で設置されていたオイルクーラが省略されるか又は小型化され、部品コストが低減されると共に、オイルクーラへオイルを移送する仕事が不要になるか又は低減されて燃費が向上する。

さらに、本実施形態では、従来からオイルＤを圧送している循環路１０６にリリーフ弁８が接続されることでオイルＤの一部が移送路２に抜き出されオイル放出部材３から放出される。このオイル移送にはオイルポンプ１０７で余剰となった仕事が利用されており、特別な汲み上げ手段が追加されることがないので、部品コストの上昇が抑えられ、燃費の悪化も抑えられる。

本実施形態では、オイル放出部材３としての管７がケース１０５の上面に近い位置でメインシャフト１０９と平行に延びているため、ケース１０５の内面の広い面積にわたりオイルＤが流下されることになり、高い冷却効果が得られる。

次に、車両がコールドスタートする時における変速機冷却装置１の動作を説明する。

コールドスタート時の暖機完了前は、オイル冷却効果が働いていると、暖機の妨げになってしまう。本発明の変速機冷却装置１では、オイル温度センサ４が検出した温度が閾値以下のとき、オイル放出抑制部材５がオイル放出部材３からのオイル放出を抑制する。具体的には、分岐路１０に接続されている弁１１が移送路２のオイルＤをオイルポンプ１０７の入口又はケース１０５の底部１０５ａに抜き出すので、逆止弁９から管７にオイルＤが移送されることがなくなり、オイル放出が抑制される。このように、オイル温度が閾値以下のときは、非跳ねかけ面１１２にオイルＤが流下されなくなり、暖機が妨げられない。

本実施形態では、移送路２に逆止弁９が挿入されているため、リリーフ弁８からのオイル供給がない場合やオイル放出部材３によってオイルＤが抜き出されている場合に、移送路２でオイルＤが逆流して空気が移送路２に浸入することが防止される。これにより、ケース１０５の底部１０５ａに溜まっているオイルＤに気泡が生じたり、管７から非跳ねかけ面１１２に流下するオイルＤに気泡が生じたりすることがなくなる。

次に、本発明の他の実施形態を説明する。

図３に変速機冷却装置３１を示す。ただし、ケース１０５に収容されている変速機１０１の部材は省略されている。また、変速機冷却装置３１の部材のうち変速機冷却装置１と同じものは省略されている。

図３に示されるように、変速機冷却装置３１のオイル放出部材３は、ケース１０５の非跳ねかけ面１１２に対向させて配置され非跳ねかけ面１１２に向けてオイルＤを噴射するノズル１２を有する。ノズル１２は、移送路２に接続され、移送路２からのオイルＤを微細な油滴あるいは霧にして拡散噴射させるものである。ノズル１２は、非跳ねかけ面１１２に広くオイルＤが噴射されるよう、広角な噴射範囲を有するのが好ましい。ノズル１２は、１つに限らず、複数個配置されてもよい。ノズル１２は、図示のようにオイル面に近い低い位置で上向きあるいは斜め上向きの姿勢で配置されてもよいし、高い位置で比較的水平に近い姿勢で配置されてもよい。

ノズル１２から、非跳ねかけ面１１２に噴射されたオイルＤは、ケース１０５に熱を奪われながら流下する。また、ノズル１２から噴射されたオイルＤは、ケース１０５内に広く拡散するので、歯車１０２，１０３，１０４の潤滑にも寄与する。

図３に示されるように、変速機冷却装置３１は、ケース１０５の内面に、放出されたオイルＤを拡散させる拡散ガイド１３を備える。拡散ガイド１３は、ケース１０５の内面から隆起したリブあるいは窪んだ溝が水平又は緩い傾斜で延びるように形成される。拡散ガイド１３は、ケース１０５の内面に沿って流下しようとするオイルＤを横方向に拡散させる働きをする。これにより、ケース１０５の内面のより広い面積にわたりオイルＤが流下されることになり、高い冷却効果が得られる。拡散ガイド１３は、跳ねかけ面１１１と非跳ねかけ面１１２のどちらに形成されてもよい。拡散ガイド１３は、複数あってもよい。

図４のフローチャートは、オイル温度の判定にヒステリシスを有する変速機冷却装置１，３１の制御手順を示す。

この制御手順は、適宜な時間刻みで繰り返し実行される。

ステップＳ１では、オイル放出抑制部材５の弁１１が開かれているか閉じられているかが判定される。弁１１が閉じられている場合、オイル放出抑制部材５は、オイル放出部材３からのオイル放出を抑制していないので、ステップＳ２に進む。弁１１が開かれている場合、オイル放出抑制部材５は、オイル放出部材３からのオイル放出を抑制しているので、ステップＳ３に進む。

ステップＳ２では、オイル温度センサ４が検出した温度ｔが閾値ｔ１以下かどうかが判定される。温度ｔが閾値ｔ１を超えている場合は今回の制御手順は終了となる。温度ｔが閾値ｔ１以下の場合は、ステップＳ４にて弁１１が開かれた後、今回の制御手順は終了となる。

ステップＳ３では、オイル温度センサ４が検出した温度ｔがヒステリシス用閾値ｔ２（ｔ１＜ｔ２）を超えているかどうかが判定される。温度ｔがヒステリシス用閾値ｔ２以下の場合は今回の制御手順は終了となる。温度ｔがヒステリシス用閾値ｔ２を超えている場合は、ステップＳ５にて弁１１が閉じられた後、今回の制御手順は終了となる。

以上の制御手順が実行されることにより、オイル放出抑制部材５は、オイル放出部材３からのオイル放出を抑制していないときに、オイル温度センサ４が検出した温度が閾値ｔ１以下になると抑制を開始し、オイル放出部材３からのオイル放出を抑制しているとき、オイル温度センサ４が検出した温度がヒステリシス用閾値ｔ２を超えたとき抑制を停止することになる。

閾値がｔ１の一つのみであって、オイル温度が閾値ｔ１以下なら直ちにオイル放出を抑制し、オイル温度が閾値ｔ１を超えたら直ちに抑制を停止するという制御手順では、オイル温度が閾値ｔ１近傍にあるときにオイル放出の抑制と抑制停止とが頻繁に繰り返されるハンチング（チャタリング）が起きやすい。しかし、図４の制御手順に従えば、オイル温度の判定にｔ２−ｔ１の温度幅でヒステリシスを有するので、ハンチングは防止される。

１変速機冷却装置
２移送路
３オイル放出部材
４オイル温度センサ
５オイル放出抑制部材
６流下孔
７管
８リリーフ弁
９逆止弁
１０分岐路
１１弁
１２ノズル
１３拡散ガイド

Claims

噛合して回転される複数の歯車と、前記複数の歯車が収容され前記歯車の少なくとも一部が浸かるように底部にオイルを溜めるケースと、前記ケースの底部からオイルを吸い上げて圧送するオイルポンプとを備えた変速機のオイルを冷却する冷却装置において、
前記オイルポンプが圧送するオイルの一部を取り出して移送する移送路と、
前記移送路で移送されたオイルを前記ケースの内面に放出するオイル放出部材と、
オイルの温度を検出するオイル温度センサと、
前記オイル温度センサが検出した温度が閾値以下のとき前記オイル放出部材からのオイル放出を抑制するオイル放出抑制部材とを備えたことを特徴とする変速機冷却装置。
前記オイル放出部材は、前記ケースの内面に沿わせて配置されオイルを流下させる流下孔が形成された管を有することを特徴とする請求項１記載の変速機冷却装置。
前記オイル放出部材は、前記ケースの内面に対向させて配置され前記ケースの内面に向けてオイルを噴射するノズルを有することを特徴とする請求項１記載の変速機冷却装置。
前記ケースの内面に、該内面に放出されたオイルを拡散させる拡散ガイドを備えたことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の変速機冷却装置。
前記変速機は、複数のメイン歯車を有し前記ケース内の上部に配置されるメインシャフトと、前記メイン歯車に噛合して一部がオイルに浸かる複数のカウンタ歯車を有し前記ケース内の下部に配置されるカウンタシャフトとを有し、
前記オイル放出部材は、前記ケースの内面のうち前記カウンタ歯車の掻き上げ側に臨む面とは反対側の面にオイルを放出することを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の変速機冷却装置。
前記オイルポンプの出口のオイル圧が閾値以上になると前記オイルポンプの出口から前記移送路にオイルを抜き出すリリーフ弁を備えたことを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の変速機冷却装置。
前記移送路でオイルが逆流することを防止する逆止弁を備えたことを特徴とする請求項１〜６いずれか記載の変速機冷却装置。
前記オイル放出抑制部材は、前記移送路のオイルを前記ケースの底部に抜き出す弁を有することを特徴とする請求項１〜７いずれか記載の変速機冷却装置。
前記オイル放出抑制部材は、前記オイル放出部材からのオイル放出を抑制していないときに、前記オイル温度センサが検出した温度が前記閾値以下になると抑制を開始し、前記オイル放出部材からのオイル放出を抑制しているとき、前記オイル温度センサが検出した温度が前記閾値より高いヒステリシス用閾値を超えたとき抑制を停止することを特徴とする請求項１〜８いずれか記載の変速機冷却装置。