JP2021085497A - ベルト式変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】無端ベルトの滑りを回避しつつ、オイルポンプへの負担の軽減及び燃費の改善を図ることができるベルト式変速機を提供する。【解決手段】ベルト式変速機は、駆動側プーリを有する入力側回転軸と、従動側プーリを有する出力側回転軸と、各プーリに掛け渡された無端ベルトとを有し、プーリ幅が、供給される油圧によって調整される変速機構部を備える。駆動軸と、供給される油圧によって駆動軸から入力側回転軸への動力の伝達及び伝達の解除を行うクラッチ機構部と、クラッチ機構部と駆動軸との間に設けられたトルクセンサ１７と、トルクセンサからのセンサ出力に応じて、駆動側プーリと従動側プーリの少なくとも一方と無端ベルトとの間にスリップが発生する限界のトルク容量が、クラッチ機構部の動力伝達が解除される限界のトルク容量よりも大きくなるように、変速機構部及びクラッチ機構部へ供給する油圧を調整するコントローラ４３と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、ベルト式変速機に関する。

各種自動車等に搭載される変速機として、走行状態(例えば、傾斜地での走行、高速運転)に応じてエンジン等の駆動源の回転を、ベルトを使って変速するベルト式変速機が知られている。例えば、特許文献１には、ベルト式変速機の一例である無段変速機（ＣＶＴ：Continuously Variable Transmission)が開示されている。このベルト式変速機では、入力側回転軸及び出力側回転軸にそれぞれ設けられた一対のプーリと、一対のプーリに掛け渡された無端ベルトとを備えており、プーリ同士の間の幅を調整して変速する。

また、回転軸にトルクセンサを設け、トルクセンサから得られるトルクデータに基づいて変速制御を行うベルト式変速機も知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００６−１３８４４７号公報 特開２００３−１７２４３０号公報

ところで、特許文献１に記載のベルト式変速機では、それぞれのプーリを比較的高い油圧（軸方向力）を付与することでクランプし、無端ベルトのスリップを抑制することが要求される。このため、オイルポンプから各プーリへ高い油圧（軸方向力）を供給しなければならず、無端ベルトの摺動抵抗が増加し、オイルポンプの負担も大きくなり、燃費が増加してしまう。

そこで、特許文献２に記載のトルクセンサにより実測されたトルクデータを用いて、プーリに供給する油圧を必要最低限の油圧に設定すれば、無端ベルトの摺動抵抗やオイルポンプへの負担を抑制できる。しかし、トルク実測値に応じてプーリに供給する油圧を制御する場合、例えば、走行中の車輪から予期しない過大負荷が発生したときに、トルクセンサの応答時間や油圧回路の応答時間の影響により、過大負荷に瞬時に応答できず、無端ベルトに滑りを生じさせることがある。

このような予期しない過大負荷が発生しても無端ベルトの滑りが生じないように、オイルポンプからの油圧を常に高く設定しておかなければならず、オイルポンプへの負担の軽減及び燃費の改善は困難であった。

そこで本発明は、無端ベルトの滑りを回避しつつ、オイルポンプへの負担の軽減及び燃費の改善を図ることができるベルト式変速機の提供を目的とする。

本発明は下記の構成からなる。
駆動側プーリを有する入力側回転軸と、従動側プーリを有する出力側回転軸と、前記駆動側プーリ及び前記従動側プーリに掛け渡された無端ベルトと、を有し、前記駆動側プーリ及び前記従動側プーリのプーリ幅が、供給される油圧によって調整される変速機構部を備えたベルト式変速機であって、
回転駆動される駆動軸と、
前記駆動軸と前記入力側回転軸との間に設けられ、供給される油圧によって前記駆動軸から前記入力側回転軸への動力の伝達及び伝達の解除を行うクラッチ機構部と、
前記クラッチ機構部と前記駆動軸との間に設けられたトルクセンサと、
前記トルクセンサからのセンサ出力に応じて、前記駆動側プーリと前記従動側プーリの少なくとも一方と前記無端ベルトとの間にスリップが発生する限界のトルク容量が、前記クラッチ機構部の動力伝達が解除される限界のトルク容量よりも大きくなるように、前記変速機構部及び前記クラッチ機構部へ供給する油圧を調整するコントローラと、
を備えるベルト式変速機。

本発明によれば、無端ベルトの滑りを回避しつつ、オイルポンプへの負担の軽減及び燃費の改善を図ることができる。

本発明に係る一実施形態のベルト式変速機を説明する模式図である。 図１に示すベルト式変速機の具体的な構成例を説明する断面図である。 ベルト式変速機の機能を説明するブロック図である。 ベルト式変速機におけるクラッチ圧とセンサ出力との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係る一実施形態のベルト式変速機を説明する模式図である。図２は図１に示すベルト式変速機の具体的な構成例を説明する断面図である。

図１及び図２に示すように、本実施形態に係るベルト式変速機１０として、ベルト式ＣＶＴ(Continuously Variable Transmission)を一例として示す。このベルト式変速機１０は、各種の自動車等の変速機として用いられている。

ベルト式変速機１０は、互いに平行に配置された入力側回転軸１２及び出力側回転軸１４を有する変速機構部１３を備える。入力側回転軸１２及び出力側回転軸１４は、その両側に設けられた転がり軸受２を介して変速機ケース(図示しない)に回転自在に支持されている。

入力側回転軸１２は、駆動軸１１から回転力が伝達される。駆動軸１１には、トルクコンバータ１９を介して駆動源（例えば、エンジン）１８から回転力が入力される。駆動軸１１と入力側回転軸１２との間には、フォワードクラッチ１５及びリバースブレーキ１６が設けられる。フォワードクラッチ１５及びリバースブレーキ１６は、車両の前進時及び後退時における動力の断接を安定して切り替えるクラッチ機構部４１を構成する。

これらのフォワードクラッチ１５及びリバースブレーキ１６を介して駆動軸１１の回転力が入力側回転軸１２に伝達される。フォワードクラッチ１５は、例えば、複数の摩擦板と複数の金属板とを互いに重ね合わせた多板クラッチである。このフォワードクラッチ１５は、油圧が付与されると、金属板と摩擦板とが密着し、車両前進時の駆動軸１１の回転（第１の回転方向）が入力側回転軸１２に伝達される。また、油圧の付与が解除されると、リターンスプリングの弾性力によって金属板と摩擦板とが離され、駆動軸１１の回転の入力側回転軸１２への伝達が解除される。リバースブレーキ１６は、車両後退時の駆動軸１１の回転（第２の回転方向）を入力側回転軸１２に伝達する。

また、フォワードクラッチ１５とリバースブレーキ１６との間には、トルクセンサ１７が設けられている。トルクセンサ１７は、磁性材製で円筒状のバックヨークと、バックヨークの径方向内側に保持された検出部とを備えた磁歪式のトルクセンサである。トルクセンサ１７は、駆動軸１１の被検出面の周囲に、該被検出面と同軸に配置された状態、すなわち、被検出面に検出部を対向させた状態で、フォワードクラッチ１５のホルダ１５ａに内嵌保持されている。このトルクセンサ１７は、トルク負荷部材の透磁率が、負荷されるトルクに応じて変化する現象（逆磁歪効果）を利用するもので、駆動軸１１の表層部の変化する透磁率に応じた検出信号をトルクデータとして出力する。このトルクセンサ１７によって、例えば、フォワードクラッチ１５の各状況（締結時、ニュートラル制御時、ニュートラルからドライブへの切換時、ニュートラルからリバースへの切換時など）でのトルクが検出される。

変速機構部１３の入力側回転軸１２には、入力側回転軸１２と同期して回転する駆動側プーリ２０が設けられる。駆動側プーリ２０は、駆動側アクチュエータ２２により相対的に接近又は離間させることが可能な一対の駆動側プーリ板２０ａ，２０ｂを備えている。一対の駆動側プーリ板２０ａ，２０ｂは、その環状の先細り傾斜面Ｓ１を互いに対向させて配置されており、これらの先細り傾斜面Ｓ１の間に金属製の無端ベルト２４が掛け渡されている。この場合、駆動側アクチュエータ２２で駆動側プーリ板２０ａを軸方向に変位させることにより、一対の駆動側プーリ板２０ａ，２０ｂの先細り傾斜面Ｓ１相互の間隔を調節できる。

また、変速機構部１３の出力側回転軸１４には、出力側回転軸１４と同期して回転する従動側プーリ２６が設けられる。従動側プーリ２６は、従動側アクチュエータ２８により相対的に接近又は離間させることが可能な一対の従動側プーリ板２６ａ，２６ｂを備えている。一対の従動側プーリ板２６ａ，２６ｂは、その環状の先細り傾斜面Ｓ２を互いに対向させて配置されており、これら先細り傾斜面Ｓ２の間に無端ベルト２４が掛け渡されている。この場合、従動側アクチュエータ２８で従動側プーリ板２６ｂを軸方向に変位させることにより、一対の従動側プーリ板２６ａ，２６ｂの先細り傾斜面Ｓ２相互の間隔を調節できる。

このような構成において、駆動軸１１からクラッチ機構部４１を介して入力側回転軸１２に伝達された回転力は、駆動側プーリ２０から無端ベルト２４を介して従動側プーリ２６に伝達される。なお、無端ベルト２４として押し付け方向に動力を伝達するものと、引っ張り方向に動力を伝達するものとがある。従動側プーリ２６に伝達された回転力は、出力側回転軸１４から減速歯車列３０及びデファレンシャルギヤ３２を介してドライブシャフト３４に出力され、駆動輪３６を回転させる。この場合、入力側回転軸１２と出力側回転軸１４との間の変速比を変える方法としては、駆動側プーリ２０及び従動側プーリ２６の先細り傾斜面Ｓ１，Ｓ２の間隔(以下、プーリ幅という)を相対的に調節(増減変更)すれば良い。

例えば、入力側回転軸１２と出力側回転軸１４との間の減速比を大きくする場合には、駆動側プーリ２０のプーリ幅を大きくすると共に、従動側プーリ２６のプーリ幅を小さくすれば良い。これにより、無端ベルト２４の径が、駆動側プーリ２０で小さく、従動側プーリ２６で大きくなるため、入力側回転軸１２と出力側回転軸１４との間で減速が行なわれる。

これに対して、入力側回転軸１２と出力側回転軸１４との間の増速比を大きく(減速比を小さく)する場合には、駆動側プーリ２０のプーリ幅を小さくすると共に、従動側プーリ２６のプーリ幅を大きくすれば良い。これにより、無端ベルト２４の径が、駆動側プーリ２０で大きく、従動側プーリ２６で小さくなるため、入力側回転軸１２と出力側回転軸１４との間で増速が行なわれる。

次に、ベルト式変速機１０の制御系について説明する。
図３はベルト式変速機の機能を説明するブロック図である。
ベルト式変速機１０は、コントローラ４３と、プーリ駆動油圧回路４５と、クラッチ駆動油圧回路４７とを有する。プーリ駆動油圧回路４５及びクラッチ駆動油圧回路４７は、それぞれコントローラ４３に接続されている。また、コントローラ４３には、トルクセンサ１７が接続されており、このトルクセンサ１７からコントローラ４３にトルクデータであるセンサ出力が送信される。

プーリ駆動油圧回路４５は、ベルト式変速機１０に設けられたオイルポンプ（図示略）から変速機構部１３の駆動側アクチュエータ２２及び従動側アクチュエータ２８へ供給される油圧を調整する。同様に、クラッチ駆動油圧回路４７は、オイルポンプからフォワードクラッチ１５へ供給される油圧を調整する。

コントローラ４３は、プーリ駆動油圧回路４５及びクラッチ駆動油圧回路４７に、それぞれ制御信号を送信し、これらのプーリ駆動油圧回路４５及びクラッチ駆動油圧回路４７を制御する。

コントローラ４３は、プーリ駆動油圧回路４５を制御することにより、変速機構部１３の駆動側アクチュエータ２２及び従動側アクチュエータ２８へ供給される油圧を調整する。これにより、駆動側プーリ２０及び従動側プーリ２６における無端ベルト２４の滑りを抑制しつつ、駆動側プーリ２０と従動側プーリ２６とのプーリ径の比率を連続的に調整し、減速比（増速比）を要求に応じて無段階に変化させる。

また、コントローラ４３は、クラッチ駆動油圧回路４７を制御することにより、クラッチ機構部４１のフォワードクラッチ１５へ供給される油圧を調整する。これにより、フォワードクラッチ１５は、油圧が付与されて動力伝達状態となることにより、駆動軸１１の回転力を入力側回転軸１２へ伝達する。一方、油圧の付与が解除されて動力遮断状態となることにより、駆動軸１１の回転力の入力側回転軸１２への伝達を遮断する。

そして、コントローラ４３は、プーリ駆動油圧回路４５による駆動側アクチュエータ２２及び従動側アクチュエータ２８への供給油圧と、クラッチ駆動油圧回路４７によるフォワードクラッチ１５への供給油圧とのバランスを調整する。すなわち、無端ベルト２４がスリップし始める限界のトルク値（トルク容量という）を、フォワードクラッチ１５が動力伝達を遮断する限界のトルク値（トルク容量という）よりも大きく設定する。これにより、駆動輪から予期しない過大負荷が入力されたときに、この過大負荷により無端ベルト２４がスリップする前に、フォワードクラッチ１５の動力伝達が遮断される。よって、過大負荷によって無端ベルト２４がスリップすることが未然に防止される。

図４はベルト式変速機におけるクラッチ圧とセンサ出力との関係を示すグラフである。
フォワードクラッチ１５への油圧の付与が開始されてクラッチ圧が増加し始めると（図４のｔａ参照）、フォワードクラッチ１５の動力伝達動作が開始され（図４のｔｂ参照）、トルクセンサ１７からのセンサ出力が上昇する。さらなるクラッチ圧の増加により、フォワードクラッチ１５の動力伝達動作が半クラッチ状態で継続し、その後、フォワードクラッチ１５が完全な動力伝達状態（連結状態）となる（図４のｔｃ参照）。フォワードクラッチ１５が連結状態となると、センサ出力（トルク容量）が最大値となり、その後一定となる。クラッチ圧は、フォワードクラッチ１５が連結状態になった後も増加されて（図４のｔｄ参照）、フォワードクラッチ１５の連結状態を維持するための最大クラッチ圧に設定され る。このように、フォワードクラッチ１５は、コントローラ４３によってクラッチ駆動油圧回路４７が制御され、締結動作期間Ｃを挟んで動力の遮断状態と、動力の伝達状態（連結状態）とに遷移する。

ここで、フォワードクラッチ１５におけるクラッチトルクＴは、次の式（１）及び式（２）から求められる。

Ｔ＝μＦｎｒ …（１）
但し、μ：クラッチ摩擦係数
Ｆ：垂直力
ｎ：クラッチ面数
ｒ：クラッチ半径

Ｆ＝ＰＡ−ｆｓｐｇ …（２）
但し、Ｐ：クラッチ圧（油圧）
Ａ：クラッチ圧が作用する面積
ｆｓｐｇ：リターンスプリングの弾性力

そして、上記の式（１）及び式（２）からフォワードクラッチ１５を締結させるために要する油圧（クラッチ圧）が求められる。

しかしながら、フォワードクラッチ１５は、摩擦板の摩擦係数であるクラッチ摩擦係数などの特性が、環境や温度、経時変化、油の種類などにより変化するため、トルク容量は油圧に対して一定にならず変化しやすい。このため、トルクセンサ１７のセンサ出力に応じて油圧を変化させ、動力を断接するトルク値を適切に管理する。コントローラ４３は、上式（１）、（２）からフォワードクラッチ１５に要する油圧を求め、実際にクラッチが動力伝達、伝達解除したタイミングを参照して、クラッチ特性の変化を掌握する。つまり、コントローラ４３は、クラッチ動作の度にクラッチ特性の変化を検出して、前述したフォワードクラッチ１５が動力伝達を遮断する限界のトルク値を逐次補正する。

コントローラ４３は、このようなクラッチ特性の変化に応じて、上式（１）、（２）からフォワードクラッチ１５に要する油圧を適切に算出し、その算出した油圧で高い安全率を持たせてフォワードクラッチ１５を駆動させている。

つまり、コントローラ４３は、図４に示すｔａ〜ｔｄの間のクラッチ圧が変動するため、この変動に応じて、最大クラッチ圧Ｐｔｄの値を適切に油圧制御する。これにより、過大負荷が入力された場合に、変速機構部１３とクラッチ機構部４１のうち、常にクラッチ機構部４１のフォワードクラッチ１５の側で滑りを発生させることができる。その結果、無端ベルト２４にスリップが生じる前にフォワードクラッチ１５の動力伝達が確実に遮断され、正確な無端ベルト２４のスリップ防止効果が発揮される。

このように、ベルト式変速機１０では、コントローラ４３が、プーリ駆動油圧回路４５を制御して変速機構部１３の駆動側アクチュエータ２２及び従動側アクチュエータ２８へ供給される油圧を調整し、さらに、クラッチ駆動油圧回路４７を制御してフォワードクラッチ１５へ供給される油圧を調整する。これにより、変速機構部１３の駆動側プーリ２０及び従動側プーリ２６と無端ベルト２４との間の滑りを抑制しつつ、減速比（増速比）を変化させることができる。

このように、本構成のベルト式変速機１０によれば、走行中に駆動輪３６から予期しない過大負荷が入力された際に、トルク容量が小さいフォワードクラッチ１５で滑りを生じさせ、変速機構部１３の駆動側プーリ２０及び従動側プーリ２６における無端ベルト２４の滑りを抑制させることができる。つまり、フォワードクラッチ１５をトルクリミッタとして機能させることができる。これにより、無端ベルト２４の滑りを回避させるために供給する油圧を、過大に大きく設定することが抑制され、オイルポンプの負担を軽減できる。また、無端ベルト２４の摩擦抵抗を軽減でき、燃費を改善させることができる。しかも、油圧安全率も低減できるため、装置全体の小型・軽量化を図ることができる。

また、コントローラ４３が、プーリ駆動油圧回路４５及びクラッチ駆動油圧回路４７を制御して変速機構部１３及びフォワードクラッチ１５へ供給する油圧を調整することにより、機械的機構を用いて調整する場合と比較して、簡単に変速機構部１３のトルク容量をフォワードクラッチ１５のトルク容量よりも大きく設定できる。

また、上記実施形態では、プーリ駆動油圧回路４５及びクラッチ駆動油圧回路４７の両方を制御して、変速機構部１３及びフォワードクラッチ１５へ供給される油圧を調整したが、トルク容量の調整の方法はこれに限らない。例えば、変速機構部１３のトルク容量及びフォワードクラッチ１５のトルク容量の少なくとも一方を調整し、他方を一定にしてもよい。この場合、制御の簡略化を図ることができる。

このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） 駆動側プーリを有する入力側回転軸と、従動側プーリを有する出力側回転軸と、前記駆動側プーリ及び前記従動側プーリに掛け渡された無端ベルトと、を有し、前記駆動側プーリ及び前記従動側プーリのプーリ幅が、供給される油圧によって調整される変速機構部を備えたベルト式変速機であって、
回転駆動される駆動軸と、
前記駆動軸と前記入力側回転軸との間に設けられ、供給される油圧によって前記駆動軸から前記入力側回転軸への動力の伝達及び伝達の解除を行うクラッチ機構部と、
前記クラッチ機構部と前記駆動軸との間に設けられたトルクセンサと、
前記トルクセンサからのセンサ出力に応じて、前記駆動側プーリと前記従動側プーリの少なくとも一方と前記無端ベルトとの間にスリップが発生する限界のトルク容量が、前記クラッチ機構部の動力伝達が解除される限界のトルク容量よりも大きくなるように、前記変速機構部及び前記クラッチ機構部へ供給する油圧を調整するコントローラと、
を備えるベルト式変速機。
このベルト式変速機によれば、予期しない過大負荷が入力された際に、トルク容量が小さいクラッチ機構部で滑りを生じさせ、変速機構部の駆動側プーリ及び従動側プーリにおける無端ベルトの滑りを抑制させることができる。つまり、クラッチ機構部をトルクリミッタとして機能させることにより、無端ベルトの滑りを回避させるために供給する油圧を常に高くしておくことが不要になり、オイルポンプの負担を軽減させることができ、また、燃費を改善させることができる。しかも、油圧安全率が低減されるため、装置全体の小型化を図ることができる。

（２） 前記クラッチ機構部は、フォワードクラッチとリバースブレーキとを有し、
前記駆動軸の回転を前記入力側回転軸に第１の回転方向で伝達する場合、前記フォワードクラッチから前記入力側回転軸に前記回転を伝達し、
前記駆動軸の回転を前記入力側回転軸に第１の回転方向と逆の第２の回転方向で伝達する場合、前記リバースブレーキから前記入力側回転軸に前記回転を伝達する、（１）に記載のベルト式変速機。
このベルト式変速機によれば、車両前進時の駆動力を断接するフォワードクラッチに加えて、車両後退時の駆動力を断接するリバースブレーキを備えることで、各方向への動力伝達が円滑に行える。

（３） 前記コントローラは、前記変速機構部へ供給する油圧と、前記クラッチ機構部へ供給する油圧との少なくとも一方を調整する、（１）又は（２）に記載のベルト式変速機。
このベルト式変速機によれば、コントローラが、変速機構部のトルク容量及びクラッチ機構部のトルク容量の少なくとも一方を調整するので、変速機構部のトルク容量及びクラッチ機構部のトルク容量の両方を調整する場合と比べて制御の簡略化を図ることができる。

１０ ベルト式変速機
１１ 駆動軸
１２ 入力側回転軸
１３ 変速機構部
１４ 出力側回転軸
１５ フォワードクラッチ
１６ リバースブレーキ
１７ トルクセンサ
１８ 駆動源
２０ 駆動側プーリ
２４ 無端ベルト
２６ 従動側プーリ
４１ クラッチ機構部
４３ コントローラ
４５ プーリ駆動油圧回路
４７ クラッチ駆動油圧回路

Claims (3)

1. 駆動側プーリを有する入力側回転軸と、従動側プーリを有する出力側回転軸と、前記駆動側プーリ及び前記従動側プーリに掛け渡された無端ベルトと、を有し、前記駆動側プーリ及び前記従動側プーリのプーリ幅が、供給される油圧によって調整される変速機構部を備えたベルト式変速機であって、
   回転駆動される駆動軸と、
   前記駆動軸と前記入力側回転軸との間に設けられ、供給される油圧によって前記駆動軸から前記入力側回転軸への動力の伝達及び伝達の解除を行うクラッチ機構部と、
   前記クラッチ機構部と前記駆動軸との間に設けられたトルクセンサと、
   前記トルクセンサからのセンサ出力に応じて、前記駆動側プーリと前記従動側プーリの少なくとも一方と前記無端ベルトとの間にスリップが発生する限界のトルク容量が、前記クラッチ機構部の動力伝達が解除される限界のトルク容量よりも大きくなるように、前記変速機構部及び前記クラッチ機構部へ供給する油圧を調整するコントローラと、
   を備えるベルト式変速機。
2. 前記クラッチ機構部は、フォワードクラッチとリバースブレーキとを有し、
   前記駆動軸の回転を前記入力側回転軸に第１の回転方向で伝達する場合、前記フォワードクラッチから前記入力側回転軸に前記回転を伝達し、
   前記駆動軸の回転を前記入力側回転軸に第１の回転方向と逆の第２の回転方向で伝達する場合、前記リバースブレーキから前記入力側回転軸に前記回転を伝達する、
   請求項１に記載のベルト式変速機。
3. 前記コントローラは、前記変速機構部へ供給する油圧と、前記クラッチ機構部へ供給する油圧との少なくとも一方を調整する、
   請求項１又は２に記載のベルト式変速機。

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