JP3688101B2 - 連続可変変速機 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、特に自動車用の連続可変変速機に関する。
この変速機は、２つのプーリに駆動ベルトを掛け回してこれらプーリ間でトルク伝達し、各プーリが流体圧作動シリンダと２つの滑車とを有し、ポンピングユニットが流体圧作動シリンダの作動媒体を送り出し、滑車のうちの一方を他方の滑車に対して軸線方向に動かして伝達比を設定するものである。
【０００２】
【従来の技術】
このような連続可変変速機は特許公報ＤＥ−３７２７６３３により周知であり、特に自動車に使用されるが、他の応用例にも使用されている。この変速機の変速比は、プーリにおける滑車（sheave）の少なくとも一方を軸線方向に移動させ、この結果としてプーリ間の駆動ベルトの有効径が変化され、これに応じて変速比が変化されることで設定される。一つまたは複数の滑車の軸線方向の移動は流体圧作動シリンダによって行われるのであり、この流体圧作動シリンダにはポンピングユニットによって作動媒体が供給される。作動媒体の圧力および体積流量は常に、滑車に要求される軸線方向の移動を得られ、同時に駆動ベルトも滑りを生じないように信頼できる状態でプーリ間にクランプされるようになされられねばならない。ポンピングユニットによって供給される作動媒体の要求圧力および体積流量は、変速機の作動時の作動状況に応じて著しく変化し得る。例えば、この圧力および体積流量は、実質的に一定速度の定常状態、切換え動作時および突発的な圧力変化時の非定常状態の両方における自動車の状況によって決る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
定常状態および非定常状態の両方においての上述した連続可変変速機における重大な問題は騒音レベルであり、ポンピングユニットがこの騒音レベルに大いに関与している。このポンプ騒音は、作動流体である媒体に圧力がもたらされたときに起きる圧力勾配によって発生するのであり、ポンプ軸が或る回転速度より高いときもキャビテーションが生じる結果として騒音が発生され、ポンピングユニットでの大きく変動する機械的負荷も騒音に関与する。
【０００４】
例えば、ポンプ軸の高速回転時には、ポンプ入口側の吸入圧力が例えばオイルのような作動媒体の蒸発圧力よりも低下するという事実から、体積流量中にキャビテーションが発生し得る。このようなキャビテーションは、大きく且つ非常に発散する騒音レベルを発生するだけでなく、そのポンプに著しい摩耗を生じる。さらに、作動状態によって与えられる圧力変化は、作動媒体中に例えば１ミリ秒内に２×１０⁴ ヘクトパスカル（２０バール）ほど上昇する圧力勾配を発生し得る。このような圧力勾配は騒音を発生する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、上述した問題を解消し、また上述した不利益の解決方法を示すことである。
この目的のため、本発明の連続可変変速機は、本文の冒頭に説明した構成に加えて、ポンピングユニットに、少なくとも２つのポンプないしポンプ部と、これらポンプないしポンプ部を並列連結と、これらポンプないしポンプ部のうちの一方が他方のポンプないしポンプ部のブースタポンプとして作用する直列連結とに切り換える切換えバルブを含むスイッチ手段と、このブースタポンプによって送り出された余分な媒体を排出する手段を備えるとともに、変速機に、該変速機の作動状態に従ってスイッチ手段を制御する制御ユニットとを設けている。
【０００６】
本発明によるこの構成では、直列に連結されたブースタポンプが、他方のポンプないしポンプ部の入口に作動媒体の蒸発圧力よりも高い吸入圧力をもたらす。この解決方法は、発生するキャビテーション、したがってその結果として生じる騒音発生と、摩耗とが著しく少なくなることを保証する。さらに、両方のポンプないしポンプ部において適当な圧力発散が生じる結果として、直列連結の場合、各個のポンプないしポンプ部により低下する圧力勾配が小さくなり、この結果として、対応する騒音の発生が減少する。
二つ以上のポンプないしポンプ部を直列に連結して使用する場合には、各個のポンプないしポンプ部により低下する圧力勾配は比例して小さくなる。
【０００７】
付随する主な利点は、例えば走り去る、すなわち急激に加速されるように変速機に作動媒体の大きな体積流量が必要とされるならば、ポンピングユニットに含まれる切換えバルブを使用することで、二つのポンプを先に説明した直列状態から並列状態に切換え得るということである。この並列連結の結果として、必要とされる大きな体積流量は両方のポンプによって実際に供給され得るのである。
【０００８】
前述した少なくとも二つのポンプは別個のポンプとされるか、一つのポンプにおけるポンプ部分として構成されることができることは言うまでもない。後者のばあいには、本発明による直列連結の結果としてポンプにおいて部分的な作動流体の均衡が生じ、これにより発生する軸受荷重が格段に低下されるという事実によって、付随的な利点が得られる。
【０００９】
ヨーロッパ特許出願第９１２００９８７．５号により、二つのポンプを並列に連結することはそれ自体周知である。変速機の作動状況に応じて、並列連結された両方のポンプの最大体積流量を使用するか、または一方のポンプの体積流量だけを使用して、他方のポンプのスイッチを完全に切ることができる。このために、変速機に対して供給する必要がないならばスイッチを切られる前述した他方のポンプを圧力解放状態とするような制御バルブを使用することが可能である。この切換えは、作動媒体がもはや循環される必要が無くなったという事実によって、エネルギー消費の面で良好な効率を得るだけのために使用される。
【００１０】
本発明は、添付図面を参照し、例示する実施例に基づいて極めて詳細に説明される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、先行技術によって周知の自動車用の流体圧作動式／機械式の連続可変変速機を示している。しかしながら本発明は、電気的手段、流体圧作動手段または他の手段によって制御される他の形式の連続可変すなわち自動的な変速機に対しても同様に使用できることが明白となろう。
【００１２】
この連続可変変速機は、例えば自動車エンジンによって駆動される一次軸を含み、この軸上には一次プーリが装嵌され、このプーリは固定円錐滑車２および可動円錐滑車３を含んでなる。滑車３は流体圧作動シリンダ５のピストンに連結され、このシリンダ５はシリンダ空間４を閉込めている。それ故に滑車３は、ライン６を経ての作動媒体の供給または吐出によって移動されることができる。変速機はまた二次軸７を含んでいる。二次軸は例えばカップリングを経て車輌の車輪に連結されている。二次軸７もまた二次プーリを含んでおり、二次プーリは固定円錐滑車８および軸線方向に可動の円錐滑車９を含んでなる。滑車９は流体圧作動シリンダ１０に一体連結されており、流体圧作動シリンダの内部ではピストン１１が二次軸７に連結されて、これによりシリンダ空間１２を閉込めている。作動媒体はライン１３を経て空間１２へ供給され、またそこから吐出されることができる。例えば押しベルトまたはチェーンなどの無端変速部材が一次および二次プーリに掛け回されている。駆動ベルト１４の半径、それ故に変速比は円錐滑車３および９を軸線方向に移動して変化される。円錐滑車軸線方向移動は作動媒体をシリンダ空間４および１２に供給するか、そこから吐出することで行われる。シリンダ１２内の作動媒体は十分に高い圧力をベルト１４に加えて、そのベルトが一次プーリおよび二次プーリ間で滑るのを防止させることができなければならない。
【００１３】
シリンダ空間４および１２に通じるライン６および１３内の圧力および体積流量は制御ユニット１８によって制御される。この制御ユニット１８による制御は変速比ｉ、一次軸の回転速度（ｎ_p ）および二次軸の回転速度（ｎ_s ）、車輌速度ｖ、車輌の加速度α１および減速度α２、アクセルペダルの位置β、および作動媒体の温度Ｔのような変数（Ｖ１−Ｖｎ）の多重度（multiplicity）に応じて行われる。作動媒体はポンピングユニット１５からライン１４を経て制御ユニット１８に供給され、ポンピングユニットはフィルタ１９を経て槽１６に連結されている。作動媒体はポンピングユニット１５により特定圧力値に保持されることができる。余剰量の作動媒体は制御ユニットに制御されて吐出ライン１７を経て槽１６またはポンピングユニット１５へ戻される。勿論、それぞれ一次プーリおよび二次プーリに導かれるライン６および１３と相互に作用する圧力および（または）流量の制御バルブを制御ユニットに備えることができる。
【００１４】
自動車の運転におけるいずれかの状態において、例えばエンジン高速運転において、ポンプ軸も高速回転を生じ得る。ポンピングユニットが単ポンプで構成されるならば、前述した問題点が生じるのであり、すなわちポンプ入口側の吸入圧力が作動媒体の蒸発圧力よりも低くなるという事実の結果として、体積流量中にキャビテーションが生じるのである。これは蒸発気泡を発生し、これらの気泡は作動媒体が加圧状態にあると徐々に分解されるような時間を持たず、逆に破壊される。これにより、大きな発散する騒音レベルを発生するのみならず、摩耗が著しく増大するのである。上述したように単ポンプにより低下される急激な圧力勾配の問題も生じ、再び述べるが発散する騒音レベルを生じるのである。
【００１５】
本発明の解決方法のばあいには、別個のブースタポンプが図１のポンピングユニット１５に直列に連結される。結果的に槽１６からオイルのような作動媒体がブースタポンプによって例えば１〜１．５×１０³ ヘクトパスカル（１〜１．５バール）の低圧へ向けて給送される。第一ポンプすなわちブースタポンプの吐出側は第二ポンプの吸入側に連結されており、それ故に代入ポンプの吸入側は第一ポンプすなわちブースタポンプの吸入圧力よりも高い吸入圧力を有する。第二ポンプは作動媒体をさらに、変速機が要求する例えば８〜８０×１０³ ヘクトパスカル（８〜８０バール）の圧力レベルにする。しかしながら、作動媒体が第一ポンプにより例えばポンピングユニットの吐出側すなわち供給側に要求される最終圧力の半分またはそれ以外の部分圧力となされるように、また第二ポンプが圧力上昇の残る半分または補完的な部分圧力を与えるように、設計されることができる。
【００１６】
図２は本発明による実施例を示している。この実施例は上述例を示しており、第一ポンプすなわちブースタポンプおよび第二ポンプは一つのポンプのポンプ部分を構成している。このポンプ２１は、ポンプ部分２５，２６により作動媒体を槽１６からフィルタ１９およびライン２０を経て入口２５へ吸入する。出口２６から作動媒体は１．５〜２×１０³ ヘクトパスカル（１．５〜２バール）のような低圧力でライン３０を経て切換えバルブ２９へ圧送される。切換えバルブ２９は図２に示す切換え位置にあるので、切換え部材３４はライン３７内のオイル圧力によりばね３８のばね圧力に対抗して左側に位置され、作動媒体はライン３０からライン３１を経てポンプ部分２４，２７の入口２４へ供給される。吐出ライン２８では、低圧力で供給された作動媒体は第二ポンプ部分によって変速機に要求された高圧力になされる。
【００１７】
ポンプ部分２４，２７の吐出側のライン２８における圧力レベルは、これ以上詳細に説明しないが、この変速機の圧力制御バルブによってこの直列連結された状態で制御される。
【００１８】
この直列状態における第一ポンプすなわちブースタポンプの吐出圧力は、第二ポンプの吸入路内で蒸発気泡が発生するのを防止するために、作動媒体の蒸発圧力よりも或る最少限の圧力値だけ大きくなければならないことは言うまでもない。このことは第二ポンプ内でキャビテーションが全く発生しないことを意味し、したがってポンピングユニットの騒音レベルが高速度において減少され、摩耗は防止されることを意味する。この第一ポンプすなわちブースタポンプが第二ポンプよりも大きなストローク体積を有するならば（特に第一ポンプにおいて生じ得る損失の考慮が必要である）、余剰作動媒体を一方向バルブすなわち圧力制御バルブを経て槽へ、または変速機における潤滑回路または冷却回路のような低圧のチャンネルに吐出させることができる。図面において、この圧力制御バルブすなわち一方向バルブ３３は吸入ライン２０に連結されるラインに配備される。
【００１９】
一方向バルブ３３、例えばボールバルブが使用されるならば、第一ポンプ部分の吐出側の圧力レベルも制御されることができる。このばあい、バルブ３３は単純なボールバルブであり、そのボールバルブによって第一ポンプの出口すなわち吐出側の圧力は、例えば１．５〜２×１０³ ヘクトパスカル（１．５〜２バール）に設定される。しかしながら、このバルブは内部的にまたは外部的に調整することのできる圧力制御バルブとすることができ、このバルブによって第一ポンプの吐出側の圧力は例えば４〜４０×１０³ ヘクトパスカル（４〜４０バール）の範囲の圧力値となされる一方、第二ポンプが残る圧力上昇を例えば８〜８０×１０³ ヘクトパスカル（８〜８０バール）の範囲の圧力値とされることを保証する。この例では、圧力制御バルブ３３は、制御ユニット１８からこれ以上詳細に図示されていない連結を経て設定されることができる。このバルブはまた二つのポンプ部分のハウジング内で、またはバルブ２９の切換え部材３４内で吸入ライン２４と吸入ライン２５との間に取付けられることもできる。
【００２０】
或る作動状況において上述した直列連結が変速機の要求値に合致させるには出力量が少ないならば、特に低回転速度においてこの状況が生じるならば、キャビテーション問題が生じないときに、切換えバルブ２９は制御ユニット１８の制御のもとで図３に示す右側位置に設定される。
【００２１】
このために、おそらくオン／オフソレノイド３５によって行われることになるが、ライン３６によるオイルの供給は遮断され、これにより切換えバルブ２９の左側のばね力がこれを支配して切換え部材３４を右側位置へ押付けるようにする。この実施例では、図３に示したように、供給ライン２０は入口２５および入口２４の両方に対して回路２２，３２および３１を経て連結されている。この並列連結において、第一ポンプすなわちブースタポンプ部分２５，２６の吸入ラインすなわち入口は第二ポンプ部分２４，２７の吸入ラインすなわち入口に連結される。第一ポンプすなわちブースタポンプ部分の吐出側ラインすなわち出口もまた第二ポンプ部分の吐出側ラインすなわち出口に連結される。この並列連結状態において、これは全作動時間の例えば５％程度の僅かな時間しか必要とされないが、大体積流量が与えられる。図２における直列連結のばあいのように、第一および第二ポンプ部分の吐出側のライン２８の圧力レベルはこれ以上詳細に説明しないが変速機の圧力制御バルブによって制御される。
【００２２】
図４は切換えバルブ２９の変形例の断面図を示しており、上述した第一ポンプの圧力制御バルブはボールバルブ３９として切換え部材３４に受入れられている。言うまでもないが、図２および図３に示されたバルブ３３は不要となる。さらに、ライン２８，３０，３１および３２は異なるシーケンスでバルブ２９に連結されねばならない。
【００２３】
個別のポンプまたはポンプ部分は一定のストローク体積または可変調整可能なストローク体積を有して設計されることができる。ポンプまたはポンプ部分は直接に、またはカップリングを経て特定の変速比で自動車の内燃エンジンのような駆動ユニットによって駆動されることができる。個別のポンプの少なくとも一つを電気的に駆動することが可能である。
【００２４】
図５はポンプ軸の回転速度の関数としてポンピングユニットの体積流量すなわち吐出量を示している。同図において、線４０は並列連結された二つのポンプによって導かれた体積流量（例えばリットル／分）を示しており、線４１は直列連結された二つのポンプにより吐出される体積流量を示している。既に留意したように、大出力が必要とされるならば、図示するように例えば回転速度Ａにおいて直列連結から並列連結へ切換えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】先行技術の連続可変変速機の概略図。
【図２】二つのポンプが直列に連結された状態の本発明によるポンピングユニットの概略図。
【図３】二つのポンプが並列に連結された状態の本発明によるポンピングユニットの概略図。
【図４】図２および図３の実施例の切換えバルブの変形例の断面図。
【図５】ポンプ速度の関数として図２および図３の実施例に含まれる体積流量の例のグラフ。
【符号の説明】
１８ 制御ユニット
１９ フィルタ
２４，２７ 第二ポンプ部分
２５，２６ 第一ポンプ部分
２９ 切換えバルブ
３３ 制御バルブすなわち一方向バルブ
３４ 切換え部材

Claims (13)

1. 特に自動車用の連続可変変速機であって、
   一次軸に取付けられた一次プーリと、
   二次軸に取付けられた二次プーリと、
   両プーリに掛け回されてこれらプーリ間でトルク伝達可能な駆動ベルトで、前記プーリが各々流体圧作動シリンダと２つの滑車とを有し、これら滑車のうちの一方が伝達比を設定するために前記流体圧作動シリンダの作用の下に他方の滑車に対して軸線方向に可動である駆動ベルトと、
   ポンピングユニットで、各々が吸入側と、前記流体圧作動シリンダの作動媒体を送り出す吐出側とをもつ少なくとも２つのポンプないしポンプ部、前記ポンプないしポンプ部を並列連結と、これらポンプないしポンプ部のうちの一方が他方のポンプないしポンプ部のブースタポンプとして作用する直列連結とに切り換える切換えバルブを含むスイッチ手段、そして前記ブースタポンプによって送り出された余分な媒体を排出する手段を備えたポンピングユニットと、
   変速機の作動状態に従って前記スイッチ手段を制御する制御ユニットとを設けた連続可変変速機。
2. 請求項１に記載の連続可変変速機において、前記ポンプないしポンプ部のうちの第一のものの圧力および該第一ポンプないしポンプ部からの余剰媒体の排出量を調整するために、該第一ポンプないしポンプ部の出口に連結された圧力制御バルブを備えている連続可変変速機。
3. 請求項２に記載の連続可変変速機において、前記制御ユニットが前記圧力制御バルブの圧力設定を制御する連続可変変速機。
4. 請求項２に記載の連続可変変速機において、前記圧力制御バルブが前記ポンプないしポンプ部のうちの一方のポンプハウジングに取り付けられている連続可変変速機。
5. 請求項２に記載の連続可変変速機において、前記圧力制御バルブが前記切換えバルブに取り付けられている連続可変変速機。
6. 請求項２に記載の連続可変変速機において、前記圧力制御バルブが一方向バルブの形態である連続可変変速機。
7. 請求項２に記載の連続可変変速機において、前記第一ポンプないしポンプ部からの余分な媒体の排出量が低圧のチャンネルへ戻される連続可変変速機。
8. 請求項７に記載の連続可変変速機において、前記チャンネルが変速機の潤滑回路または冷却回路のチャンネルである連続可変変速機。
9. 請求項１に記載の連続可変変速機において、前記ポンプないしポンプ部のうちの一方または両方が、自動車の駆動原動機により直接にまたは変速機を介して特定変速比で駆動される連続可変変速機。
10. 請求項１に記載の連続可変変速機において、前記ポンプないしポンプ部のうちの少なくとも一方が電気的に駆動される連続可変変速機。
11. 請求項１に記載の連続可変変速機において、前記ポンプないしポンプ部のうちの第一のものが第二のものよりも大きい行程容積をもつ連続可変変速機。
12. 請求項１に記載の連続可変変速機において、前記ポンプないしポンプ部が可変の行程容積をもつ連続可変変速機。
13. 請求項１に記載の連続可変変速機において、前記ポンピングユニットが３つ以上のポンプを有する連続可変変速機。

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