JP2014122571A

JP2014122571A - 自動変速機及びその高油温制御方法

Info

Publication number: JP2014122571A
Application number: JP2012278453A
Authority: JP
Inventors: Makoto Shimada; 誠島田; Daisuke Kozuma; 大輔小妻; Yasuhiro Kawauchi; 泰裕河内
Original assignee: JATCO Ltd
Current assignee: JATCO Ltd
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2014-07-03
Anticipated expiration: 2032-12-20
Also published as: JP5816607B2

Abstract

【課題】油温が許容上限温度を超えて上昇することを事前に予測し、油温が許容上限温度を超えて上昇する前に油温の上昇を抑えるための制御を開始することで、油温の上昇を抑えるための制御の継続時間、程度を小さくし、車両の走行性能低下を短時間かつ小さくすることで運転者に与える違和感を低減する。
【解決手段】自動変速機４は、自動変速機４の構成要素に向けて油を圧送するオイルポンプ１０と、オイルポンプ１０の吸入ポート圧Ｐｉｎを検出する油圧センサ４７とを備える。変速機コントローラ１２は、吸入ポート圧Ｐｉｎが下限値以下になったか判断し、吸入ポート圧Ｐｉｎが下限値以下になったと判断された場合に、エンジン１及び自動変速機４の少なくとも一方を制御して油温の上昇を抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動変速機の油温が高温になった場合に行われる高油温制御に関する。

自動変速機においては、制御弁の動作、摩擦締結要素の締結・解放、構成部品の潤滑及び冷却に油が用いられる。油温が上昇して油の粘性が低下すると、これらの機能の低下を招くので、油温を適切に管理することが重要である。

このため、一般的には、油温の検出値、又は、高負荷状態の継続時間等に基づき、油温が許容上限温度を超えて上昇したか判断し、許容上限温度を超えて上昇したと判断される場合には、エンジンのトルク制限、回転速度制限等を行って油温の上昇を抑制したり、オイルクーラへの流量を増やして油の冷却を促進したりすることが行われている（特許文献１）。

特開平７−３１７５７８号公報

油温は、トルクコンバータ、ドラム、クラッチといったパワートレン部材と油との接触または、せん断により油高上昇となる。油温が許容上限温度を超えて上昇する原因の一つとして、連続高速走行時等に生じるオイルポンプの吐出量の低下がある。

これは、連続高速走行時等にギヤ等の回転体と油とが接触して油が攪拌されると、油に含まれる空気量が上昇し、オイルポンプの効率が下がるからである。オイルポンプの効率が下がると、オイルポンプの吐出量、ひいてはオイルクーラへの流量が低下する結果、油温が許容上限温度を超えて上昇することが分かった。また、油は走行距離の少ない新油と走行距離の多い旧油とでは、油温による粘度や油に添加されている消泡剤の経年劣化により、油に含まれる空気量が異なることも分かった。

従来技術によれば、油温を直接又は間接に監視し、油温が許容上限温度を超えて上昇したと判断された場合にエンジンのトルク制限等を開始する。しかしながら、従来技術によれば、新油と旧油での油温に応じた粘度や油に添加されている消泡剤の経年劣化などが考慮されていない。従来技術のように新油、旧油におけるこれら物性変化を考慮しないで許容油温を設定することは、まだ粘度、消泡効果の充分発揮できる新油であれば限界許容温度以前の乖離したタイミングで高油温制御を実行し、一方粘度、消泡効果の充分発揮できない旧油であれば、限界許容を超えてオイルポンプの性能低下を招くこと可能性がある。

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたもので、新油と旧油による油温による粘度や油に添加されている消泡剤の経年劣化などによる油中への空気混入率増大がオイルポンプの効率低下を招いて油温が許容上限温度を超えて上昇することを事前に予測し、油温が許容上限温度を超えて上昇する前の適切なタイミングで油温の上昇を抑えるための高油温制御を開始することを目的とする。つまり新油、旧油にかかわらず高油温制御の時間、程度を適切にして車両の走行性能低下を最小限とし、運転者に与える違和感も低減することを目的とする。

本発明のある態様によれば、エンジンの出力回転を変速する自動変速機であって、前記自動変速機の構成要素に向けて油を圧送するオイルポンプと、前記オイルポンプの吸入ポート圧を検出する油圧センサと、前記吸入ポート圧が下限値以下になったか判断する吸入ポート圧低下判定手段と、前記吸入ポート圧が前記下限値以下になったと判断された場合に、前記エンジン及び前記自動変速機の少なくとも一方を制御して油温の上昇を抑制する油温上昇抑制手段と、を備えたことを特徴とする自動変速機が提供される。

また、これに対応する自動変速機の高油温制御方法が提供される。

吸入ポート圧が下限値以下になった時点では、許容上限温度を超える油温の上昇はまだ起きていない。したがって、吸入ポート圧が下限値以下になった時点で油温上昇を抑制するためのエンジン又は自動変速機の制御を開始すれば、新油、旧油にかかわらず適切なタイミングで当該制御を開始できたことになる。すなわち、オイルの劣化を伴わない消泡効果が十分機能する比較的走行距離の少ない新油では、結果的に旧油よりも高油温制御に切り替わるタイミングよりも高速運転時間が長くなったり、制御開始油温も高油温側になり得るので、車両の動力性能及び運転性能への跳ね返りを最小限に抑えることができる。

本発明の実施形態に係る自動変速機を搭載した車両の概略構成図である。オイルポンプの回路図である。吸入ポート圧と油の空気含有率との関係を示したテーブルである。変速機コントローラによる高油温制御の内容を示したフローチャートである。高油温制御における測定許可条件判断処理の内容を示したフローチャートである。エンジンの上限回転速度及び上限トルクを設定するためのテーブルである。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は本発明の実施形態に係る自動変速機を搭載した車両の概略構成図である。この車両は動力源としてエンジン１を備える。エンジン１の出力回転は、ロックアップクラッチ付きトルクコンバータ２、第１ギヤ列３、無段変速機（以下、単に「変速機４」という。）、第２ギヤ列５、差動装置６を介して駆動輪７へと伝達される。第２ギヤ列５には駐車時に変速機４の出力軸を機械的に回転不能にロックするパーキング機構８が設けられている。

変速機４にはエンジン１の動力の一部を利用して駆動されるオイルポンプ１０が設けられている。また、変速機４には、オイルポンプ１０からの油圧（以下、「ライン圧ＰＬ」という。）を調圧して変速機４の各部位に供給する油圧制御回路１１と、油圧制御回路１１を制御する変速機コントローラ１２と、変速機４の油を冷却するオイルクーラ１３とが設けられている。

変速機４は、ベルト式無段変速機構であるバリエータ２０と、バリエータ２０に直列に設けられる副変速機構３０とを備える。

バリエータ２０は、プライマリプーリ２１と、セカンダリプーリ２２と、プーリ２１、２２の間に掛け回されるＶベルト２３とを備える。プーリ２１、２２は、それぞれ固定円錐板と、この固定円錐板に対してシーブ面を対向させた状態で配置され固定円錐板との間にＶ溝を形成する可動円錐板と、この可動円錐板の背面に設けられて可動円錐板を軸方向に変位させる油圧シリンダ２３ａ、２３ｂとを備える。油圧シリンダ２３ａ、２３ｂに供給される油圧を調整すると、Ｖ溝の幅が変化してＶベルト２３と各プーリ２１、２２との接触半径が変化し、バリエータ２０の変速比が無段階に変化する。

副変速機構３０は前進２段・後進１段の変速機構である。副変速機構３０は、複数の遊星歯車機構と複数の摩擦締結要素とを備え、複数の摩擦締結要素の締結・解放状態を変更すると、副変速機構３０の変速段が変更される。

変速機コントローラ１２は、ＣＰＵと、ＲＡＭ・ＲＯＭ等の記憶装置、入出力インターフェース等で構成される。

変速機コントローラ１２には、アクセルペダルの操作量であるアクセル開度ＡＰＯを検出するアクセル開度センサ４１、変速機４の入力回転速度を検出する回転速度センサ４２の出力信号、車速ＶＳＰを検出する車速センサ４３、ライン圧ＰＬを検出するライン圧センサ４４、セレクトレバーの位置を検出するインヒビタスイッチ４５、ブレーキペダルの操作状態（ＯＮ／ＯＦＦ）を検出するブレーキスイッチ４６、オイルポンプ１０の吸入ポート圧Ｐｉｎを検出する油圧センサ４７、変速機４の油温を検出する油温センサ４８等の出力信号が入力される。

記憶装置には、変速機４の変速制御プログラム、後述する高油温制御のプログラム、これらプログラムで使用されるしきい値、テーブル等が格納されている。ＣＰＵは、記憶装置に格納されているプログラムを読み出して実行し、変速機コントローラ１２に入力される各種信号に対して各種演算処理を施して制御信号を生成し、生成した信号を油圧制御回路１１に出力する。ＣＰＵが演算処理で使用する各種値、その演算結果は記憶装置に適宜格納される。

油圧制御回路１１は複数の流路、複数の油圧制御弁で構成される。油圧制御回路１１は、変速機コントローラ１２からの制御信号に基づき、複数の油圧制御弁を制御して油圧の供給経路を切り換えるとともにオイルポンプ１０からの送出されるライン圧ＰＬを元圧として必要な油圧を調圧し、これを変速機４の各部位に供給する。これにより、バリエータ２０の変速比、副変速機構３０の変速段が変更され、変速機４の変速が行われる。

オイルクーラ１３は、冷却水との熱交換によって変速機４の油を冷却する熱交換器であり、冷却後の油は変速機４の潤滑部に供給される。

図２は、オイルポンプ１０の回路図である。

オイルポンプ１０は、エンジン１の動力によって駆動されると、オイルパン１５から油を吸い上げ、吸入ポート１０ｉｎから吸入し、吐出側へと油を圧送する。オイルポンプ１０は可変容量式であり、油圧制御回路１１からの信号に基づきアクチュエータ１０ａを変位させることで、容量を任意に調整することができる。オイルポンプ１０の吐出側には絞り１４が設けられており、オイルポンプ１０と絞り１４と間の油の一部を吸入側に戻すことで、オイルポンプ１０の小型化と低フリクション化を実現している。

オイルポンプ１０の吸入側にはスプール弁１６が設けられている。スプール弁１６の両端にはそれぞれ吐出側から戻される圧が作用するとともに、一端にはスプリング１６ｓの付勢力が作用し、これらのバランスよってスプール弁１６は自動的に開閉する。具体的には、吐出側から戻される圧がしきい値よりも低い場合はスプール弁１６が閉じられて吸入側と吐出側との連通が遮断され、これに対し、吐出側から戻される圧がしきい値を超えるとスプール弁１６が開いて吸入側と吐出側とが連通し、吐出側の油の一部が吸入ポート１０ｉｎに戻される。

吸入ポート１０ｉｎには、吸入ポート１０ｉｎの油圧（以下、「吸入ポート圧Ｐｉｎ」という。）を検出する油圧センサ４７が設けられている。油圧センサ４７の出力信号は変速機コントローラ１２に入力される。

ところで、変速機４においては、油温を適切に管理することが重要である。これは、油温が許容上限温度（例えば、１３０℃）を超えて上昇すると、油の粘性が低下し、油圧制御回路１１内の油圧制御弁の動作、バリエータ２０の動作、副変速機構３０を構成する摩擦締結要素の締結・解放、構成部品の潤滑及び冷却に影響を及ぼすからである。

しかしながら、油温を直接又は間接に監視し、油温が許容上限温度を超えてからエンジン１の出力制限等を開始しても、その時点では油の温度上昇の原因となる油中の空気量が既に多くなっており、油温が許容上限温度以下に低下するまでには長期間にわたって、又は、大幅なエンジン１の出力制限等を実施する必要があり、運転者に与える違和感が大きい。

ここで、油温の許容上限温度を超える上昇は、次のメカニズムで起こる。

（１）連続高速走行時等で変速機４のギヤ等の回転体が高速回転することで油が攪拌される。

（２）油が攪拌されることで油が空気と混合され、油の空気含有率が上昇する。

（３）油の空気含有率が上昇すると油の体積が増えて油面が上昇し、油がさらに攪拌されて、油の空気含有率がさらに上昇する。油の空気含有率と吸入ポート圧Ｐｉｎとの間には図３に示すように強い相関関係があり、油の空気含有率が上昇するにつれて吸入ポート圧Ｐｉｎが低下する。

（４）油の空気含有率が上昇すると、オイルポンプ１０の効率が低下し、オイルポンプ１０の吐出量が減少する。オイルポンプ１０の吐出量が減少すると、オイルポンプ１０の吸い込み量も減るので、吸入ポート圧Ｐｉｎが低下する。

（５）吸入ポート圧Ｐｉｎが所定値よりも低くなると、油中の空気がオイルポンプ１０の圧力室内で膨張してオイルポンプ１０が不定期に圧縮できない状態となり、油振（吐出圧のハンチング）が発生する。

（６）油振により、スプール弁１６がハンチングを起こし、オイルポンプ１０の吐出側から吸入側に戻される油量が減少、さらにはゼロになり、オイルポンプ１０の吐出量がさらに減少する。

（７）この状態を継続するとオイルクーラ１３への流量が減少し、油温が許容上限温度を超えて上昇する。

そこで、本実施形態では、油温が許容上限温度を超えて上昇する前に吸入ポート圧Ｐｉｎの低下が起こることに着目し、吸入ポート圧Ｐｉｎを監視することで、将来的な油温上昇を予測し、油温が許容上限温度を超える前にエンジンの出力制限等が開始されるようにした。

図４は、変速機コントローラ１２による高油温制御の内容を示したフローチャートである。これを参照しながら高油温制御の内容について説明する。

Ｓ１では、変速機コントローラ１２は、吸入ポート圧Ｐｉｎの測定許可条件を判断する。吸入ポート圧Ｐｉｎの測定許可条件は図５に示すフローチャートに従って判断される。具体的には、以下の条件：
・ブレーキスイッチ４６がＯＦＦである（Ｓ１１）
・セレクトレバーがＰ、Ｎレンジ以外にある（Ｓ１２）
・セレクトレバーが操作中でない（Ｓ１３）
・油温センサ４７等の高油温制御に関連するセンサに異常がない（Ｓ１４）
・車速ＶＳＰが２０ｋｍ／ｈよりも高い（Ｓ１５）
・油温が４０℃よりも高い（Ｓ１６）
・変速機４の変速比が１未満（Ｓ１７）
・アクセル開度ＡＰＯが５ｄｅｇより大きい（Ｓ１８）
・変速機４の入力回転速度が１５００ｒｐｍよりも高い（Ｓ１９）
が判断され、これら条件が全て成立している場合に測定許可条件成立と判断され（Ｓ２０）、いずれか一つの条件でも不成立の場合は測定許可条件不成立と判断される（Ｓ２１）。

図４に戻り、Ｓ２では、変速機コントローラ１２は、吸入ポート圧Ｐｉｎの測定許可条件が成立しているか判断する。成立していると判断された場合は、処理がＳ３に進む。

Ｓ３では、変速機コントローラ１２は、油圧センサ４７によって検出される吸入ポート圧Ｐｉｎを読み込む。

Ｓ４では、変速機コントローラ１２は、吸入ポート圧Ｐｉｎが下限値δ以下か判断する。下限値δは、上記油振が発生し始める上記所定値であり、これは実験で定める。吸入ポート圧Ｐｉｎが下限値δ以下であると判断された場合は処理がＳ５に進む。そうでない場合は処理がＳ３に戻り、吸入ポート圧Ｐｉｎの監視を継続する。

Ｓ５では、変速機コントローラ１２は、油温上昇抑制制御を行う。具体的には、変速機コントローラ１２は、図６に示すテーブルを参照して、吸入ポート圧Ｐｉｎに応じたエンジン１の上限回転速度及び上限トルクを設定し、これを図示しないエンジンコントローラに出力することで、エンジン１の出力を制限する。これにより、変速機４の回転部品の回転が抑制され、油温の上昇が抑えられる。

Ｓ６では、変速機コントローラ１２は、吸入ポート圧Ｐｉｎが値δ１よりも高くなったか判断する。吸入ポート圧Ｐｉｎが値δ１は、前述の下限値δよりも充分に油温が定常状態となりえる値とする閾値として設定されている。吸入ポート圧Ｐｉｎが値δ１よりも高くなっていない場合は処理がＳ５に戻り、変速機コントローラ１２は、油温上昇抑制制御を継続する。

吸入ポート圧Ｐｉｎが値δ１よりも高くなっている場合は、処理がＳ７に進んで油温上昇抑制制御を終了する。

したがって、上記高油温制御によれば、吸入ポート圧Ｐｉｎが下限値δ以下になると、オイルポンプ１０の吐出量の減少、それによる許容上限温度を超える油温の上昇が将来的に起こると予測し、油温上昇抑制制御が開始される。すなわち、上記高油温制御によれば、許容上限温度を超える油温の上昇が起こる直前に油温上昇抑制制御が開始される。

吸入ポート圧Ｐｉｎが下限値δ以下になった時点では、許容上限温度を超える油温の上昇はまだ起きていない。したがって、吸入ポート圧が下限値以下になった時点で油温上昇を抑制するためのエンジン又は自動変速機の制御を開始すれば、新油、旧油にかかわらず適切なタイミングで当該制御を開始できたことになる。オイルの劣化を伴わない消泡効果が十分機能する比較的走行距離の少ない新油では、結果的に旧油よりも高油温制御に切り替わるタイミングよりも高速運転時間が長くなったり、制御開始油温も高油温側になって、車両の動力性能及び運転性能への跳ね返りを最小限に抑えるこができる（請求項１〜４に対応する効果）。

また、油の劣化度（走行距離）、油量が過多か否かに応じて、油温の上昇特性が異なるため、油温に基づき高油温制御を行う場合は油が最も劣化した状態、油が過多の状態を想定して制御を行う必要があり、油が劣化していない場合や油量が適正な場合は過剰な制御となっていた。

この点、吸入ポート圧Ｐｉｎに基づく上記高油温制御によれば、油の劣化度や油量の過多に関係無く、最適な制御を行うことができる（請求項１〜４に対応する効果）。

これは、劣化の少ない油は消泡効果が高く吸入ポート圧Ｐｉｎが下がりにくく、また、油量が過多の場合は油と回転要素との接触が増えて空気含有率が高くなり吸入ポート圧Ｐｉｎが低くなるというように、油の劣化度や油量の過多の影響は吸入ポート圧Ｐｉｎに反映されるからである。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したものに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、本実施形態では高油温制御において、エンジン１の出力制限を行うことで油温の上昇を抑えているが、変速機４の変速比や変速パターンを変更する、オイルクーラ１３への流量が増えるよう油圧制御回路１１を制御することによって油温の上昇を抑えることも可能である。

また、下限値δを、吸入ポート圧Ｐｉｎの低下によって油振が発生し始める油圧に設定しているが、下限値δは吸入ポート圧Ｐｉｎの低下によって油振が発生し始める油圧よりも高い値に設定してもよい。この場合、より早いタイミングで油温上昇抑制制御を開始することができ、これら制御が運転者に与える違和感をさらに低減することができる。

４ …無段変速機（自動変速機）
１０…オイルポンプ
１１…油圧制御回路
１２…変速機コントローラ（油温上昇抑制手段）
１３…オイルクーラ
４７…油圧センサ

Claims

エンジンの出力回転を変速する自動変速機であって、
前記自動変速機の構成要素に向けて油を圧送するオイルポンプと、
前記オイルポンプの吸入ポート圧を検出する油圧センサと、
前記吸入ポート圧が下限値以下になったかを判断する吸入ポート圧低下判定手段と、
前記吸入ポート圧が前記下限値以下になったと判断された場合に、前記エンジン及び前記自動変速機の少なくとも一方を制御して油温の上昇を抑制する油温上昇抑制手段と、
を備えたことを特徴とする自動変速機。
請求項１に記載の自動変速機であって、
前記下限値は、前記吸入ポート圧の低下によって油振が発生し始める油圧以上の値である、
ことを特徴とする自動変速機。
自動変速機の構成要素に向けて油を圧送するオイルポンプを備え、エンジンの出力回転を変速する自動変速機の高油温制御方法であって、
前記オイルポンプの吸入ポート圧を検出し、
前記吸入ポート圧が下限値以下になったかを判断し、
前記吸入ポート圧が前記下限値以下になったと判断した場合に、前記エンジン及び前記自動変速機の少なくとも一方を制御して油温の上昇を抑制する、
ことを特徴とする自動変速機の高油温制御方法。
請求項３に記載の自動変速機の高油温制御方法であって、
前記下限値は、前記吸入ポート圧の低下によって油振が発生し始める油圧以上の値である、
ことを特徴とする自動変速機の高油温制御方法。