JP3907261B2

JP3907261B2 - Ｖベルト式無段変速機

Info

Publication number: JP3907261B2
Application number: JP7669697A
Authority: JP
Inventors: 大介小林
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1997-03-13
Filing date: 1997-03-13
Publication date: 2007-04-18
Anticipated expiration: 2017-03-13
Also published as: JPH10252881A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、Ｖベルトを円錐プーリに巻き掛けて動力を伝達するＶベルト式無段変速機に係り、特に、プーリの推力制御を行うことができるＶベルト式無段変速機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｖベルトを適用した無段変速機構としては、例えば、本出願人が先に提案した特公昭６３−４２１４７号公報に示されているような技術等が従来から知られている。
【０００３】
この従来の無段変速機構は、図５および図６に示すように、Ｖベルト５との接触プーリ幅が、油圧により可変制御可能な入力プーリ１６と出力プーリ２６の一対の可変プーリを備えて構成されており、入力プーリ１６側では、図５に示すように、対向面を円錐状に形成した固定プーリ２２と可動プーリ１８とを備え、軸方向へ変位可能な可動プーリ１８に加える油圧に応じて、Ｖ字状のプーリ溝幅を連続的に変更することにより、Ｖベルト５の走行半径、即ち、変速比を変更するように構成されている。尚、特に図示はしないが、上記出力プーリ２６側にも同様に固定プーリと可動プーリが備えられている。
【０００４】
ここで、Ｖベルト５の伝達トルク容量は、Ｖベルト５と円錐プーリ間の摩擦力によって決定され、この伝達トルク容量Ｔは、
Ｔ＝２×Ｑ×μ×ｒ÷ｃｏｓα …（数１）
で表現される。尚、同式において、
Ｔ；伝達トルク容量
Ｑ；プーリ推力（図５参照）
μ；Ｖベルト５とプーリ間の摩擦係数
ｒ；Ｖベルト５の走行半径（図５参照）
α；プーリ溝の頂角（図５参照）
である。
【０００５】
従って、Ｖベルト５がプーリに対して滑らずにトルクＴを伝達するために必要な最低限のプーリ推力Ｑは、
Ｑ＝Ｔ×ｃｏｓα÷（２×μ×ｒ） …（数２）
で決定される。
【０００６】
このように、伝達トルクＴに対して常に必要最低限のプーリ推力ＱでＶベルト５を挟持すれば、Ｖベルト５の滑りを抑制して耐久性と伝達効率を維持することができるので、従来の無段変速機構の多くは、上記プーリ推力Ｑを求める式に基づいて、変速比と伝達トルクＴに応じた必要最低限のプーリ推力Ｑを算出し、さらに、このプーリ推力Ｑに２〜３割の安全率を乗じて可動プーリ１８を固定プーリ２２へ向けて付勢して構成している。
【０００７】
そして、この安全率を加味したプーリ推力Ｑは、
Ｑ＝Ｔ×ｃｏｓα÷（２×μ×ｒ）×Ｓｆ …（数３）
で決定される。但し、同式中、Ｓｆは安全率でＳｆ≒１．２〜１．３の一定値である。
【０００８】
また、上記入力プーリ１６と出力プーリ２６との間に巻き掛けられたＶベルト５としては、例えば、特開昭５５−１００４４３号公報に開示されているものが知られている。
【０００９】
この従来のＶベルト５は、図７と図８に示すように、複数の無端リングを積層した積層リング９と、この積層リング９の周方向へ相互に隣接して配列された多数のエレメント８と、から構成されている。
【００１０】
これら各エレメント８の幅方向（図７の左右方向）の両端面には、上記入力プーリ１６および出力プーリ２６のＶ字状プーリ溝内周と摩擦接触する傾斜端面８ａ，８ａが形成されていると共に、各エレメント８の内周側前面には、内周へ向けてエレメント８の板厚が徐々に減少するテーパ面８ｂが形成されており、隣り合うエレメント８，８同士は屈曲可能に構成されている。尚、このテーパ面８ｂは、図８に示すように、積層リング９の最内周面からＶベルト５の内周側へ所定距離のテーパ開始点８ｃから形成されている。
【００１１】
そして、相互に当接するエレメント８，８には、図７と図８に示すように、突起部１０と、この突起部１０と係合する穴部１１と、が形成されており、隣り合うエレメント８，８同士の位置は所定位置に維持される。
【００１２】
次に、上記のように構成された無段変速機構を備え、車両に搭載される無段変速機の基本的な構成を図１に基づき説明する。
【００１３】
即ち、この図１に示す無段変速機構１７は、トルクコンバータ４０及び正逆転切換機構４１とを介してエンジン（図示せず）に連結される入力プーリ１６と、車軸に連結された出力プーリ２６と、を備え、これら可変プーリ１６，２６はＶベルト５によって連結されている。尚、これら入力プーリ１６と出力プーリ２６およびＶベルト５は、前記従来例の図５乃至図８に示されたものと同様に構成されているので、図面には、同一のものに同一の符号を付して、その詳細な説明をここでは省略する。
【００１４】
入力プーリ１６は、上記エンジンに結合された軸と一体に回転する固定プーリ２２と、この固定プーリ２２と対向配置されてＶ字状のプーリ溝を形成する可動プーリ１８と、から構成されており、該可動プーリ１８は、変速制御弁２から入力プーリピストン室２０へ作用する油圧に応じて軸方向へ変位可能に構成されている。
【００１５】
一方、上記出力プーリ２６は、車軸に連結された軸と一体に回転する固定プーリ３０と、この固定プーリ３０に対向配置されてＶ字状のプーリ溝を形成する可動プーリ３４と、から構成されており、該可動プーリ３４は、出力プーリピストン室３２に作用する油圧コントロールユニット３からのライン圧に応じて軸方向へ変位可能に構成されている。
【００１６】
このような入力プーリ１６と出力プーリ２６とで形成されるＶ字状のプーリ溝幅を変化させる制御は、入力プーリピストン室２０への作動油の給排を調整する変速制御弁２によって行なわれる。
【００１７】
即ち、ＣＶＴコントロールユニット１からの指令に応動するアクチェータとしてのソレノイド４と、このソレノイド４に駆動される変速制御弁２からなる油圧コントロールユニット３によって、上記プーリ溝幅は制御される。
【００１８】
尚、上記油圧コントロールユニット３には、ライン圧供給手段（図示せず）が配設されており、該ライン圧供給手段を通じて出力プーリピストン室３２と変速制御弁２へと所定のライン圧が供給される。
【００１９】
マイクロコンピユータを主体に構成されたＣＶＴコントロールユニット１は、車両の運転状態に基づいて演算した目標変速比を、実際の変速比へと一致させるように、目標値と実際の値の偏差に応じて上記ソレノイド４を駆動するように構成されている。
【００２０】
このように構成されたＶベルト式無段変速機においては、前記したように、無段変速機構１７の前にＶベルト５の回転方向を切り換える正逆転切換機構４１が配設されており、車両の前進時と後退時ではＶベルトの回転方向が逆転するように構成されている。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＶベルト式無段変速機にあっては、Ｖベルト５を逆回転（図８の左方向）させた場合、入力トルクと変速比およびプーリ推力（ライン圧）を同一としてでＶベルト５を正回転（図８の右方向）させた場合と比較して、プーリとの間で発生する微少な滑りが増大するという問題を有していた。
【００２２】
ここで、上記問題をより詳細に説明する。図４は、無段変速機構の最大入カトルクをＴ１とし、このトルクを伝達するために必要なプーリ推力Ｑを前記数３から求めて可動プーリ側に押圧した場合で入力トルクに対するスリップ率（＝出力プーリ回転数の低下率）を測定した結果を示している。尚、入力プーリ回転数とプーリ比は一定としている。
【００２３】
この図４からも明らかなように、上記構成のＶベルト５にあっては、伝達トルクの増大に伴って数％程度の微少な滑りを発生するが、変速比とライン圧および入力トルク等の運転条件を全く同一にしても、Ｖベルト５を逆回転させた場合には、Ｖベルト５を正回転させた場合と比較して、スリップ率（Ｖベルトとプーリとの微少滑り）が増大する特性を有することが分かる。
【００２４】
この発明は、かかる現状に鑑み創案されたものであって、その目的とするとことは、Ｖベルトの回転方向が逆回転となる後退時においても、Ｖベルトとプーリとの間で発生する微少な滑りを確実に抑制できるＶベルト式無段変速機を提供しようとするものである。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明は、エンジンと、該エンジンの回転を正転または逆転させて出力する正逆転切換機構と、入力プーリおよび出力プーリのＶ字状の溝間隔を油圧等で制御することにより前記正逆転切換機構からの回転を無段階に変速して車軸側に出力可能なＶベルト式の無段変速機構と、を備え、後退時には前記Vベルトが逆転するように構成されたＶベルト式無段変速機において、前記 V ベルトはエンジントルク、変速比およびプーリ推力を同一としたときに正転時に比べ逆転時の方が前記 V ベルトと前記入出力プーリ間のすべり率が大きくなる特性を有し、前記無段変速機構は、エンジントルクと変速比に応じて決定される可動プーリ推力を、同一のエンジントルクと同一の変速比条件において、車両が後退している間には前進している間よりも大きくなるように補正するプーリ推力制御手段を有して構成されていることを特徴とするものである。
【００２６】
また、請求項２に記載された発明では、前記プーリ推力制御手段は、後退時の可動プーリ推力を、同一のエンジントルクと同一の変速比条件において、前進時に決定される可動プーリ推力の１．３倍以上に設定するように構成したことを特徴とするものである。
【００２７】
さらに、請求項３に記載された発明では、前記プーリ推力制御手段は、後退時の可動プーリ推力を、無段変速機構の最大プーリ推力に設定するように構成されていることを特徴とするものである。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示す実施の形態例に基づき、この発明を詳細に説明する。
【００２９】
この形態例にかかるＶベルト式無段変速機の概略的な構成は図１に示されており、その詳細な構成説明は、前記したのでここでは省略するが、本形態例では、無段変速機構１７の前にＶベルトの回転方向を切り替える正逆転切換機構４１が配設されているから、車両の前進時と後退時ではＶベルト５の回転方向が逆転する。このため、本形態例では、Ｖベルト５の回転方向に応じて、以下に示すようなプーリ推力制御を、図２のフローチャートで示すように、ＣＶＴコントロールユニット１で行なう。
【００３０】
即ち、ステップＳ１では、車両の運転状態として、無段変速機構１７から入力回転数Ｎｉｎおよび出力回転数Ｎｏｕｔ（＝車速ＶＳＰ）と、運転者の操作に応じたスロットル開度ＴＶＯ並びにインヒビタスイッチ８からの信号（変速モード等）を読み込むとともに、図示しないエンジンコントロールユニットからエンジン回転数Ｎｅを読み込む。
【００３１】
ステップＳ２では、上記ステップＳ１で読み込んだ車両の運転状態に応じた目標変速比を演算する一方、無段変速機構１７の実変速比を求めてから、実変速比と目標変速比の偏差に基づいてソレノイド４を駆動して変速制御弁２の制御を行なう。尚、目標変速比の演算は、例えば、車速ＶＳＰとスロットル開度ＴＶＯまたはアクセルペダル開度に応じて予め設定された変速マップ等に基づいて行なわれる。
【００３２】
次に、ステップＳ３では、上記ステップＳ２で求めた目標変速比に応じて、入力プーリ１６および出力プーリ２６がＶベルト５を挟持し押圧するプーリ推力Ｑの安全率Ｓｆの演算を行なう。
【００３３】
ここで、プーリ推力Ｑの安全率Ｓｆは、車両後退時（Ｖベルト逆回転時）には車両前進時（Ｖベルト正回転時）よりも増加するように予め設定されたもので、ステップＳ２で求めた目標変速比に応じた安全率Ｓｆに基づいて前記従来例に示す数３により、プーリ推力Ｑを演算する（ステップ４）。但し、ここでは、伝達トルク容量Ｔと摩擦係数μ及びプーリ頂角αは所定の値であり、Ｖベルト５の走行半径ｒは、変速比に応じて予め設定された値である。
【００３４】
次に、ステップＳ５では、Ｖベルト５の回転方向に応じて２つの異なる値を取る安全率Ｓｆに基づいて求めたプーリ推力Ｑとなるように、入力プーリ１６および出力プーリ２６へ供給するライン圧を制御する。このライン圧の制御は、油圧コントロールユニット３の図示しないライン圧制御手段によって行なわれ、図１に示した入力プーリ１６および出力プーリ２６の各ピストン室２０，３２へと供給されるライン圧に応じて、上記可動プーリ１８，３４は上記プーリ推力ＱでＶベルト５を挟持し押圧する。
【００３５】
このように、上記ステップＳ１乃至Ｓ５の処理を所定時間毎に繰り返すことにより、プーリ推力Ｑは、Ｖベルト５が逆回転する車両後退時には、Ｖベルト５が正回転する車両前進時よりも大きくなるように補正されるので、Ｖベルトとプーリ間で発生するスリップ率を低減して、Ｖベルト式無段変速機の耐久性と伝達効率を向上することができる。
【００３６】
図３には、一定トルクを負荷した状態でライン圧（プーリ推力）だけを変化させた場合のスリップ率の変化が示されている。尚、このときの入力トルクは、図４に示したトルクＴ１（一定）とし、入力プーリ回転数とプーリ比およびライン圧の値は全て図３の測定時の条件と合わせてあり、このときのライン圧の値をＰと定義する。
【００３７】
図３において、Ｖベルトのスリップ率はライン圧の増加に伴い低下するから、車両後退時（Ｖベルト逆回転時）に発生する３．８％のスリップ率を、車両前進時（Ｖベルト正回転時）に発生する２．６％程度に低減するためには、ライン圧を前進時の１．３５倍にすれば良く、この実験例のように、車両後退時（Ｖベルト逆回転時）には、エンジントルクと変速比に応じて決定される可動プーリ推力を、同一のエンジントルクおよび同一の変速比条件において、車両前進時に決定される可動プーリ推力の１．３倍以上に設定することにより、Ｖベルトとプーリ間で発生するスリップ率を効果的に低減させることができ、Ｖベルト式無段変速機の耐久性と伝達効率を向上させることができる。
【００３８】
また、車両後退時（Ｖベルト逆回転時）には、エンジントルクと変速比に応じて決定される可動プーリ推力を、ベルト式無段変速機構の最大プーリ推力に設定しても、Ｖベルトとプーリ間で発生するスリップ率を容易に低減することができ、Ｖベルト式無段変速機の耐久性と伝達効率を向上させることができる。
【００３９】
【発明の効果】
請求項１に記載された発明によれば、Ｖベルトとプーリ間のスリップ率が増大する車両後退時（Ｖベルト逆回転時）には、エンジントルクと変速比に応じて決定される可動プーリ推力を、車両前進時（Ｖベルト正回転時）よりも大きくなるように補正することにより、Ｖベルトとプーリ間で発生するスリップ率を低減して、Ｖベルト式無段変速機の耐久性と伝達効率を向上させることができる。
【００４０】
また、請求項２に記載された発明によれば、Ｖベルトとプーリ間のスリップ率が増大する車両後退時（Ｖベルト逆回転時）には、同一のエンジントルクおよび同一の変速比条件において、エンジントルクと変速比に応じて決定される可動プーリ推力を、車両前進時に決定される可動プーリ推力の１．３倍以上に設定することにより、Ｖベルトとプーリ間で発生するスリップ率を効果的に低減して、Ｖベルト式無段変速機の耐久性と伝達効率を向上することができる。
【００４１】
さらに、請求項３に記載された発明によれば、Ｖベルトとプーリ間のスリップ率が増大する車両後退時（Ｖベルト逆回転時）には、エンジントルクと変速比に応じて決定される可動プーリ推力を、ベルト式無段変速機構の最大プーリ推力に設定することにより、Ｖベルトとプーリ間で発生するスリップ率を容易に低減して、Ｖベルト式無段変速機の耐久性と伝達効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の一形態例が適用されるＶベルト式無段変速機の基本的な構成を示す説明図である。
【図２】同無段変速機のＣＶＴコントロールユニットで行なわれる制御例を示すフローチャートである。
【図３】同無段変速機で発生するスリップ率とライン圧の関係を示すグラフである。
【図４】従来のＶベルト式無段変速機のプーリ推力制御により発生するスリップ率を示すグラフで、灰線は車両前進時（Ｖベルト正回転時）を、黒線は車両後退時（Ｖベルト逆回転時）を示す。
【図５】従来のＶベルト式無段変速機における可変溝プーリとＶベルトを示す概略断面図である。
【図６】同無段変速機構を示す概略側面図である。
【図７】従来のＶベルトの構成を示す断面図である。
【図８】同Ｖベルトの拡大側面図である。
【符号の説明】
１ＣＶＴコントロールユニット（プーリ推力制御手段）
５Ｖベルト
１６入力プーリ
１７無段変速機構
２６出力プーリ
４１正逆転切換機構

Claims

エンジンと、該エンジンの回転を正転または逆転させて出力する正逆転切換機構と、入力プーリおよび出力プーリのＶ字状の溝間隔を油圧等で制御することにより前記正逆転切換機構からの回転を無段階に変速して車軸側に出力可能なＶベルト式の無段変速機構と、を備え、車両後退時には前記Vベルトが逆転するように構成されたＶベルト式無段変速機において、前記 V ベルトはエンジントルク、変速比およびプーリ推力を同一としたときに正転時に比べ逆転時の方が前記 V ベルトと前記入出力プーリ間のすべり率が大きくなる特性を有し、前記無段変速機構は、同一のエンジントルクと同一の変速比の条件下で、エンジントルクと変速比に応じて決定されるプーリ推力を、車両が後退している間には前進している間よりも大きくなるように補正するプーリ推力制御手段を有して構成されていることを特徴とするＶベルト式無段変速機。
前記プーリ推力制御手段は、後退時の可動プーリ推力を、同一のエンジントルクと同一の変速比条件において、前進時に決定される可動プーリ推力の１．３倍以上に設定するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のＶベルト式無段変速機。
前記プーリ推力制御手段は、後退時の可動プーリ推力を、無段変速機構の最大プーリ推力に設定するように構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＶベルト式無段変速機。