JP3098904B2 - 内燃車の変速制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃車の変速機の変速
状態を切り替える内燃車の変速制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、内燃機関車，内燃動車などの内燃
車では、内燃機関が発生するトルクを有効に引き出すた
めに、内燃機関の出力を車速，負荷などに応じた力行状
態で変速し、駆動輪を回転させることが行われている。
例えば、ディーゼル動車では、車両の発進時には流体ク
ラッチを介して駆動輪を回転させ、車速が増加して流体
クラッチのトルク伝達効率が低下すると、ディーゼル機
関の出力軸を第１速の変速ギアに直結している。そし
て、更に車速が増加すると、その出力軸を第２速の変速
ギアに直結することが行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この種の内
燃車では、列車に搭載された全ての変速機の変速状態を
ほぼ同時に切り替えている。また、変速状態の切り替え
時には変速機が一時的に中立状態となり、内燃機関がア
イドリング状態となって、駆動輪にはトルクが伝達され
なくなる。従って、変速状態切り替え時に一時的に全て
の駆動輪にトルクが伝達されなくなり、空気抵抗などの
走行抵抗による制動力のみが内燃車に急激に加わった
り、また、切替終了後に急激な加速力が加わる可能性も
あった。この制動力または加速力によるショックは内燃
車の乗り心地を悪化させてしまう。

【０００４】そこで、本発明は、変速状態の切り替えに
伴うショックを良好に低減することのできる内燃車の変
速制御装置を提供することを目的としてなされた。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達するために
なされた請求項１記載の発明は、図１に例示するよう
に、複数の内燃機関と、該各内燃機関に個々に接続され
た複数の変速機と、該各変速機を介して、上記各内燃機
関により個々に駆動される複数組の駆動輪と、上記各変
速機の変速状態を個々に制御する変速制御手段と、を備
えた内燃車の変速制御装置において、上記変速制御手段
が、少なくとも一つの上記変速機の力行状態を保持した
まま他の上記変速機の変速状態を切り替える第１切り替
え手段と、該第１切り替え手段による切り替え動作が終
了したか否かを判断する切り替え判断手段と、該切り替
え判断手段が上記切り替え動作の終了を判断したとき、
上記力行状態が保持された変速機の変速状態を切り替え
る第２切り替え手段と、を備えたことを特徴とする内燃
車の変速制御装置を要旨としている。

【０００６】また、請求項２記載の発明は、上記第１切
り替え手段により変速状態が切り替えられる変速機に接
続された上記駆動輪の組と、上記第２切替手段により変
速状態が切り替えられる変速機に接続された上記駆動輪
の組とが、隣接して配設されたことを特徴とする請求項
１記載の内燃車の変速制御装置を要旨としている。

【０００７】

【作用】このように構成された請求項１記載の発明で
は、第１切替手段は、少なくとも一つの上記変速機の力
行状態を保持したまま他の上記変速機の変速状態を切り
替える。続いて、切替判断手段は第１切り替え手段によ
る切り替え動作が終了したか否かを判断し、その切替動
作の終了が判断されたとき、第２切替手段は上記力行状
態が保持された変速機の変速状態を切り替える。

【０００８】このため、各変速機の変速状態を切り替え
る際に、少なくともいずれか一つの変速機は力行状態を
保持している。従って、全ての変速機の力行状態が同時
に中立状態となることがなく、常時いずれか一組の駆動
輪にはトルクが伝達される。このため、変速状態の切り
替えに伴う駆動トルクの変化が分散され、走行抵抗によ
る急激な制動力や切替終了後の急激な加速力が加わるの
が防止される。

【０００９】更に、請求項２記載の発明では、第１切り
替え手段により変速状態が切り替えられる変速機に接続
された駆動輪の組と、第２切替手段により変速状態が切
り替えられる変速機に接続された駆動輪の組とを、隣接
して配設している。このため、隣接する二組の駆動輪の
内、いずれか一方に接続された変速機の力行状態は保持
される。従って、変速状態の切り替えに伴う駆動トルク
の変化がより良好に分散される。

【００１０】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面と共に説明す
る。図２は、実施例のディーゼル動車１を表す概略構成
図である。本実施例のディーゼル動車１は、それぞれ２
軸４輪に構成された二組の駆動輪３ａ，３ｂを前後に有
し、各駆動輪３ａ，３ｂは、変速機５ａ，５ｂを介して
ディーゼル機関７ａ，７ｂに接続されている。

【００１１】図３は変速機５ａおよびその制御系を表す
概略構成図である。なお、変速機５ｂも変速機５ａとほ
ぼ同様に構成されている。図に示すように、ディーゼル
機関７ａの出力軸９ａは、弾性継手５１を介して変速機
５ａの入力軸５３に接続されている。また、入力軸５３
は変速クラッチ５５を介して流体クラッチ５７の円筒状
の入力軸５７ａに接続されている。

【００１２】流体クラッチ５７は、大きな出力トルクが
得られるように、３段のタービン羽根車５７ｂと２段の
案内羽根車５７ｃとを有しており、更に、入力軸５７ａ
に接続されたポンプ羽根車５７ｄ、およびタービン羽根
車５７ｂに接続された円筒状の出力軸５７ｅを有してい
る。出力軸５７ｅは入力軸５３と同軸に設けられた円筒
状の変速軸６１に、フリーホイール６３を介して接続さ
れている。このフリーホイール６３は、出力軸５７ｅか
ら変速軸６１へは回転を伝達するが、変速軸６１から出
力軸５７ｅへは回転を伝達しない周知のものである。ま
た、変速軸６１は２速段クラッチ６５を介して入力軸５
３に接続されている。

【００１３】変速軸６１には変速出力歯車６７が、入力
軸５３には１速駆動歯車６９が、それぞれ一体に取り付
けられ、各歯車６７および６９は、入力軸５３と平行に
設けた１速軸７１に回転自在に軸支され１速段クラッチ
７５を介して互いに接続された１速出力歯車７７および
１速被動歯車７９と、それぞれ噛合している。ここで、
１速被動歯車７９は１速駆動歯車６９に対して大径に形
成され、入力軸５３の回転が所定の減速比で伝達され
る。

【００１４】変速機５ａには、更に、入力軸５３と平行
に、出力軸８１および正転軸８３が設けられている。出
力軸８１には、同軸に設けられた逆転入力歯車８４が逆
転クラッチ８５を介して接続されると共に、正転被動歯
車８７が一体に取り付けられている。また、正転軸８３
には、同軸に設けられた正転入力歯車９１が正転クラッ
チ９５を介して接続されると共に、正転駆動歯車９７が
一体に取り付けられている。そして、前述の変速出力歯
車６７は逆転入力歯車８４および正転入力歯車９１と噛
合し、正転被動歯車８７は正転駆動歯車９７と噛合して
いる。

【００１５】なお、各クラッチ５５，６５，７５，８
５，９５は、駆動回路を備えた変速制御手段としての電
子制御回路（ＥＣＵ）９８からの駆動信号に基づき、図
示しない油圧アクチュエータを駆動して係脱を制御する
周知の多板式摩擦クラッチである。また、電子制御回路
９８は、ディーゼル動車１の車速を検出する周知の車速
センサから検出信号を入力されると共に、変速機５ｂの
各クラッチへも駆動信号を出力している。

【００１６】このように構成された変速機５ａでは、デ
ィーゼル動車１の走行時に、電子制御回路９８が次のよ
うに各クラッチ５５，６５，７５，８５，９５の係脱を
制御する。先ず、ディーゼル動車１の発車時には変速ク
ラッチ５５，２速段クラッチ６５，１速段クラッチ７５
を脱にしてディーゼル機関７ａをアイドリング状態と
し、車両の進行方向に応じて正転クラッチ９５または逆
転クラッチ８５のいずれか一方を係合させる。続いて変
速クラッチ５５を係合させると、ディーゼル機関７ａの
出力軸９ａの回転は、入力軸５３，変速クラッチ５５，
流体クラッチ５７，フリーホイール６３，変速軸６１お
よび変速出力歯車６７を介して正転入力歯車９１および
逆転入力歯車８４へ伝達される。ここで、正転クラッチ
９５が係合している場合は、正転入力歯車９１の回転が
正転クラッチ９５，正転駆動歯車９７，正転被動歯車８
７を介して出力軸８１へ伝達される。また、逆転クラッ
チ８５が係合している場合は、逆転入力歯車８４の回転
が逆転クラッチ８５を介して出力軸８１へ伝達される。
このときの出力軸８１の回転は、正転クラッチ９５が係
合している場合と逆方向となる。続いて、出力軸８１の
回転が図示しない最終減速装置を介して駆動輪３ａへ伝
達される。このように、発車時には流体クラッチ５７を
用いた変速運転を行うことにより、駆動トルクを車速に
応じて滑らかに変化させることができる。

【００１７】続いて、車速が増加すると流体クラッチ５
７のトルク伝達効率が徐々に低下する。そこで、上記変
速運転の元で車速センサ９９を介して検出した車速が所
定値（例えば６０km/h）を超えると、変速クラッチ５５
を脱にしてディーゼル機関７ａをアイドリング状態と
し、続いて１速段クラッチ７５を係合させる。すると、
ディーゼル機関７ａの出力軸９ａの回転は、入力軸５
３，１速駆動歯車６９，１速被動歯車７９，１速段クラ
ッチ７５，および１速出力歯車７７，を介して変速出力
歯車６７へ伝達される。このとき、変速出力歯車６７へ
は、出力軸９ａの回転が１速駆動歯車６９と１速被動歯
車７９との減速比に応じて減速されて伝達される。こう
して減速された直結１速運転の回転は、前述のように正
転クラッチ９５または逆転クラッチ８５を介して出力軸
８１へ伝達される。こうすることにより、ディーゼル機
関７ａの出力軸９ａの回転を、流体クラッチ５７を介し
て伝達するよりも効率よく出力軸８１へ伝達することが
できる。

【００１８】更に、この直結１速の元で車速が所定値
（例えば８０km/h）を超えると、１速段クラッチ７５を
脱にしてディーゼル機関７ａをアイドリング状態とし、
続いて２速段クラッチ６５を係合させる。すると、ディ
ーゼル機関７ａの出力軸９ａの回転は、入力軸５３およ
び２速段クラッチ６５を介して変速出力歯車６７へ伝達
される。このとき変速出力歯車６７は出力軸９ａと一体
に回転し、この直結２速の回転は、前述のように正転ク
ラッチ９５または逆転クラッチ８５を介して出力軸８１
へ伝達される。高速域では、こうすることによりディー
ゼル機関７ａの出力軸９ａの回転を一層効率よく出力軸
８１へ伝達することができる。

【００１９】このように、電子制御回路９８は、車速の
増加に応じて変速機５ａの変速状態を、変速，直結１
速，直結２速と順次切り替えており、これによって高い
トルク伝達効率を実現することができる。また、減速の
場合は逆に、直結２速，直結１速，変速と順次変速状態
を切り替え、同様に高いトルク伝達効率を実現してい
る。但し、減速の場合は、変速状態を切り替える基準と
なる所定車速を、加速の場合に比べて７〜８km/h低く設
定して、いわゆるヒステリシスを設けている。このた
め、車速が上記所定車速近傍で増減した場合に変速状態
が頻繁に切り替えられるいわゆるハンチングを防止する
ことができる。

【００２０】ところが、この種の変速状態の切り替えを
変速機５ａ，５ｂで同時に実行すると、次のような問題
が生じる。すなわち、ディーゼル機関７ａ，７ｂが同時
にアイドリング状態となることがあり、この場合、全て
の駆動輪３ａ，３ｂにトルクが伝達されなくなる。する
と、ディーゼル動車１が受けている空気抵抗などの走行
抵抗による制動力のみが、ディーゼル動車１に急激に加
わる可能性がある。この制動力によるショックはディー
ゼル動車１の乗り心地を悪化させてしまう。そこで、電
子制御回路９８は、次のようにして変速機５ａ，５ｂの
変速状態を切り替える変速制御処理を実行している。以
下、本発明の主要部であるこの変速制御処理について説
明する。

【００２１】図４は、電子制御回路９８が実行する変速
制御処理を表すフローチャートである。なお、電子制御
回路９８は、運転席よりディーゼル動車１の発車が指示
されるとこの処理を開始する。処理を開始すると、先
ず、ステップ１０１にて車速センサ９９を介して車速を
読み込む。続くステップ１０３では、読み込んだ車速
が、変速状態を切り替える基準の所定速度を超えたか否
かによって、変速状態の切り替えの要否を判断する。変
速状態の切り替えが不要な場合は否定判断してステップ
１０１へ復帰し、再び車速を読み込む。

【００２２】また、変速状態の切り替えが必要と判断す
ると（ステップ１０３：ＹＥＳ）、ステップ１０５へ移
行し、変速機５ａの変速状態の切り替え制御を開始す
る。続くステップ１０７では、その切り替え制御が終了
するまで待機し、終了すると（ステップ１０７：ＹＥ
Ｓ）ステップ１０９へ移行する。ステップ１０９では変
速機５ｂの変速状態の切り替え制御を開始し、続くステ
ップ１１１では、その切り替え制御が終了するまで待機
する。変速機５ｂの切り替え制御も終了すると（ステッ
プ１１１：ＹＥＳ）、ステップ１０１へ復帰して上記処
理を繰り返す。

【００２３】この処理により、各変速機５ａ，５ｂの変
速状態を切り替える際に、各変速機５ａ，５ｂに同時に
切り替え制御がなされることはなく、少なくともいずれ
か一方の変速機５ａまたは５ｂは力行状態を保持してい
る。そして、この力行状態を保持している変速機５ａま
たは５ｂに接続された駆動輪３ａまたは３ｂにはトルク
が伝達されている。このため、変速状態の切り替えに伴
って一方の駆動輪３ｂまたは３ａにトルクが伝達されな
くなっても、その駆動トルクの変化を分散させて、走行
抵抗による急激な制動力や切替終了後の急激な加速力が
加わるのを良好に防止することができる。従って、本実
施例のディーゼル動車１では、変速状態切り替え時のシ
ョックを良好に低減して車両の乗り心地を向上させるこ
とができる。

【００２４】また、本実施例では、同時に切り替え制御
がなされない変速機５ａ，５ｂに接続された駆動輪３
ａ，３ｂが互いに隣接している。そして、前述のように
この隣接する駆動輪３ａ，３ｂの少なくともいずれか一
方にトルクが伝達される。従って、変速状態の切り替え
に伴う駆動トルクの変化をきわめて良好に分散させるこ
とができるので、変速状態切り替え時のショックをきわ
めて良好に低減して、乗り心地を大幅に向上させること
ができる。

【００２５】なお、上記変速制御処理において、ステッ
プ１０５は第１切り替え手段に、ステップ１０７は切り
替え判断手段に、ステップ１０９は第２切り替え手段
に、それぞれ相当する処理である。また、本発明は上記
実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱
しない範囲で種々の態様で実施することができる。例え
ば、本発明は、ガソリン機関を搭載したガソリン動車
や、流体クラッチ５７を有さない内燃車にも適用するこ
とができる。

【００２６】更に、上記実施例では、１台の車両に複数
のディーゼル機関７ａ，７ｂを設けているが、連結され
た複数の車両に内燃機関をそれぞれ一つづつ設けてもよ
い。例えば、図５に例示するディーゼル動車２０１は、
互いに連結された２台の車両２０１ａ，２０１ｂによっ
て構成されている。車両２０１ａは、２軸４輪に構成さ
れた一組の駆動輪２０３ａと、同じく２軸４輪に構成さ
れた従動輪２０４ａとを前後に有し、駆動輪２０３ａは
変速機２０５ａを介してディーゼル機関２０７ａに接続
されている。２０１ｂも同様に、駆動輪２０３ｂ，従動
輪２０４ｂを有し、駆動輪２０３ｂは変速機２０５ｂを
介してディーゼル機関２０７ｂに接続されている。この
ように構成されたディーゼル動車２０１でも、変速機２
０５ａ，２０５ｂを上記実施例の変速機５ａ，５ｂと同
様に制御することにより、上記実施例と同様、変速状態
切り替え時のショックを良好に低減して車両の乗り心地
を向上させることができる。

【００２７】なお、ディーゼル動車１では１台の車両に
二つのディーゼル機関７ａ，７ｂを設け、二組の駆動輪
３ａ，３ｂを個々に駆動しているので、駆動輪３ａ，３
ｂの間に、車両間の連結器による緩衝作用が働かず、き
わめて良好に上記ショックを低減することができる。ま
た、ディーゼル動車２０１では２台の車両２０１ａ，２
０１ｂにディーゼル機関２０７ａ，２０７ｂを個々に設
け、各車両２０１ａ，２０１ｂに個々に設けた駆動輪２
０３ａ，２０３ｂをそれぞれ駆動しているので、駆動輪
２０３ａ，２０３ｂの間に、車両間の連結器による緩衝
作用が働き、若干上記ショックの低減効果が阻害される
が、それでもなお、変速状態切替時のショックを良好に
低減して充分な乗り心地を確保することができる。

【００２８】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１記載の内
燃車の変速制御装置では、全ての変速機の変速状態が同
時に中立状態となることがなく、常時少なくともいずれ
か一組の駆動輪にトルクを伝達することができる。この
ため、変速状態の切り替えに伴う駆動トルクの変化を分
散させて、走行抵抗による急激な制動力や切替完了後の
急激な加速力が加わるのを良好に防止することができ
る。従って、変速状態切り替え時のショックを良好に低
減して乗り心地を向上させることができる。

【００２９】更に、請求項２記載の内燃車の変速制御装
置では、第１切り替え手段により変速状態が切り替えら
れる変速機に接続された駆動輪の組と、第２切替手段に
より変速状態が切り替えられる変速機に接続された駆動
輪の組とを、隣接して配設している。このため、隣接す
る二組の駆動輪の内、いずれか一方に接続された変速機
の力行状態は保持される。従って、変速状態の切り替え
に伴う駆動トルクの変化をより良好に分散させることが
できるので、変速状態切り替え時のショックを一層良好
に低減して、乗り心地を大幅に向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成例示図である。

【図２】実施例のディーゼル動車を表す概略構成図であ
る。

【図３】実施例のディーゼル動車の変速機およびその制
御系を表す概略構成図である。

【図４】実施例の変速制御処理を表すフローチャートで
ある。

【図５】他の実施例のディーゼル動車を表す概略構成図
である。

【符号の説明】

１…ディーゼル動車 ３ａ，３ｂ…駆動輪
５ａ，５ｂ…変速機 ７ａ，７ｂ…ディーゼル機関 ５５…変速クラッチ
５７…流体クラッチ ６５…２速段クラッチ ７５…１速段クラッチ
８５…逆転クラッチ ９５…正転クラッチ ９８…電子制御回路
９９…車速センサ

フロントページの続き (72)発明者 北山 茂 愛知県名古屋市中村区名駅一丁目１番４ 号 東海旅客鉄道株式会社内 (72)発明者 関島 康直 愛知県名古屋市中村区名駅一丁目１番４ 号 東海旅客鉄道株式会社内 (72)発明者 小林 和彦 愛知県名古屋市中村区名駅一丁目１番４ 号 東海旅客鉄道株式会社内 (72)発明者 鰐部 一男 愛知県豊川市穂ノ原二丁目20番 日車エ ンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−9763（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−203027（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−8454（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16H 61/00 - 61/28 B61C 9/32 B61C 17/12

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の内燃機関と、 該各内燃機関に個々に接続された複数の変速機と、 該各変速機を介して、上記各内燃機関により個々に駆動
   される複数組の駆動輪と、 上記各変速機の変速状態を個々に制御する変速制御手段
   と、 を備えた内燃車の変速制御装置において、 上記変速制御手段が、少なくとも一つの上記変速機の力
   行状態を保持したまま他の上記変速機の変速 状態を切り替える第１切り替え手段と、 該第１切り替え手段による切り替え動作が終了したか否
   かを判断する切り替え判断手段と、 該切り替え判断手段が上記切り替え動作の終了を判断し
   たとき、上記力行状態が保持された変速機の変速状態を
   切り替える第２切り替え手段と、 を備えたことを特徴とする内燃車の変速制御装置。
2. 【請求項２】 上記第１切り替え手段により変速状態が
   切り替えられる変速機に接続された上記駆動輪の組と、
   上記第２切替手段により変速状態が切り替えられる変速
   機に接続された上記駆動輪の組とが、隣接して配設され
   たことを特徴とする請求項１記載の内燃車の変速制御装
   置。