JP3985875B2

JP3985875B2 - 油圧−機械式変速装置

Info

Publication number: JP3985875B2
Application number: JP29467996A
Authority: JP
Inventors: 修高鳥
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1996-10-17
Filing date: 1996-10-17
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2016-10-17
Also published as: JPH10122336A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧−機械式変速装置に係わり、特に、低速時に静油圧式動力伝達装置と機械式動力伝達装置とで、かつ、高速時に機械式動力伝達装置で動力を伝達する油圧−機械式変速装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から油圧−機械式変速装置については多くの種類のものが使用されているが、その一例として特願平２−３３０２１４号、特願平８−１５０２５７号および特願昭６３−１３３７６５号により提案されたものがある。
【０００３】
特願平２−３３０２１４号で提案されたものは図６の模式図に示すように、エンジン１により駆動される可変容量型の油圧ポンプ２と油圧モータ３とを図示しない配管接続した静油圧式動力伝達装置を備えている。
また、エンジン１と出力軸６０との間には後進用クラッチ５０を有する後進用遊星歯車列５１と、前進用クラッチ５２を有する前進用遊星歯車列５３と、第２速用クラッチ５４を有する第２速遊星歯車列５５と、第３速用クラッチ５６を有する第３速遊星歯車列５７と、第１速用クラッチ５８および遊星歯車式差動機５９が配設され、遊星歯車式差動機５９は油圧モータ３により駆動されるようになっていて、油圧−機械式動力伝達装置を構成している。
【０００４】
次に作動について説明する。
前進１速および後進１速の場合には第１速用クラッチ５８を係合させ、油圧モータ３により遊星歯車式作動機５９を介して出力軸６０を駆動する。すなわち、静油圧式動力伝達装置により動力を伝達する。
前進２速および前進３速の場合には、前進用クラッチ５２および第２速用クラッチ５４または第３速用クラッチ５６を係合させ、エンジン１により駆動される第２速遊星歯車列５５あるいは第３速遊星歯車列５７と、油圧モータ３により駆動される遊星歯車式作動機５９とにより出力軸６０を正転駆動する。すなわち、油圧−機械式動力伝達装置により動力を伝達する。
後進２速および後進３速の場合には、後進用クラッチ５０および第２速用クラッチ５４または第３速用クラッチ５６を係合させ、遊星歯車式作動機５９と合わせて出力軸６０を逆転駆動する。すなわち、油圧−機械式動力伝達装置により動力を伝達する。
【０００５】
この案では入力軸と中間軸と出力軸とを同一軸上に配置したため、変速機部分の横方向の寸法を従来の機械式の変速機と同様に狭くすることができ、ブルドーザ等の履帯式車両に大きな設計変更を伴うことなく搭載できる。また、同一車格の履帯式車両に対して、他の変速伝動装置との搭載互換性があり、その上、既存履帯操向装置との組み合わせを自由に選択することができる。
【０００６】
特願平８−１５０２５７号で提案されたものは、エンジンの出力軸に連結され、複数の変速段を有する機械式変速装置と、エンジンで駆動される油圧ポンプと、その油圧ポンプからの吐出油を受けてトルクを発生する油圧モータとからなる油圧式変速装置を備え、機械式変速装置内の速度段を車両速度に応じて切り換え制御する制御装置を有する油圧−機械式変速装置の制御装置及び制御方法に関するものである。
【０００７】
その目的とするところは、低速度段は油圧式変速装置を、高速度段は機械式変速装置をそれぞれ独立して使用し、機械式変速装置で変速する時に発生するピークトルクを減じてクラッチパックを小型化するとともに、変速時のピークトルクを低減して耐久性の向上を図るものである。
【０００８】
特願昭６３−１３３７６５号で提案されたものは、エンジンにより駆動される機械式伝動装置と、エンジンで駆動される油圧ポンプと、その油圧ポンプからの吐出油を受けて作動する油圧モータとからなる油圧式伝動装置とを備え、出力軸の回転速度が所定値より大きい範囲では機械式伝動装置で、小さい範囲では油圧式伝動装置で動力を伝達して伝達効率の向上と正逆転間の出力回転速度の円滑な制御を図る機械油圧式伝動装置とその制御方法に関するものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特願平２−３３０２１４号提案のものにおいては、発進時あるいは低速度段では静油圧式動力伝達装置により駆動されるため伝達効率が悪い。そのため、
（１）牽引力が低く加速性が悪い。
（２）効率が悪いためロスが大きく発熱量が大きい。そのためクーリング容量が大きくなり、コストも高くなる。
（３）油圧式動力伝達装置専用の速度段が必要になり、したがって変速機が大型となり、コストも高くなる。
また、高速度段では油圧−機械式動力伝達装置により動力を伝達するため、
（４）高速度段専用の差動部が必要になり、変速機が複雑で大型となり、コストも高くなる。
（５）伝達効率は油圧式よりは良いが機械式より劣る。
（６）最高速度で油圧モータは最高回転となり騒音が大きい。
という問題がある。
【００１０】
特願平８−１５０２５７号および特願昭６３−１３３７６５号提案のものにおいては、発進時あるいは低速度段では静油圧式動力伝達装置により駆動されるため伝達効率が悪いという問題がある。
【００１１】
本発明は上記の問題点に着目してなされたもので、発進時および低速走行時に牽引力が高くて走行操作性が良好であり、高速走行時には高効率での動力の伝達を可能とする、小型でコストの安い油圧−機械式変速装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段、作用および効果】
上記の目的を達成するために、第１発明の油圧−機械式変速装置においては、可変容量型の油圧ポンプと可変容量型の油圧モータとを流体結合した静油圧式動力伝達装置と、複数の歯車列からなる機械式動力伝達装置とを備え、この両動力伝達装置により原動機の動力を出力軸に伝達可能とした油圧−機械式変速装置において、原動機及び前記油圧ポンプに連結する第１軸と、前記第１軸に並列して設けられる第２軸と、前記第１軸に並列して設けられ、前記第２軸により伝動される第３軸と、前記第３軸に並列して配置され、前記第３軸により伝動される出力軸と、前記第１軸の一方の側に配置され、前記油圧モータと前記第２軸および前記第３軸に前記第１軸の動力を伝達するための遊星歯車式差動機と、前記第１軸の他方の側に配置され、前記第２軸に前記第１軸の動力を伝達するための第１歯車と、前記遊星歯車式差動機と前記第２軸との間に設けられ、前記第１軸から前記遊星歯車式差動機を介して前記第２軸に伝達される動力を断続する第１速クラッチと、前記第１歯車と前記第２軸との間に設けられ、前記第１軸から前記第１歯車を介して前記第２軸に伝達される動力を断続する第２速クラッチと、前記第１軸から前記遊星歯車式差動機を介して前記第３軸に伝達される動力を断続する後進クラッチとを備えた構成としている。
【００１３】
このような構成により、例えば、低速走行時には、油圧−機械式動力伝達装置を用いることにより、牽引力が高くなり、特に発進時の起動トルクが増して加速性を向上させることができる。また、低速走行時および作業時には油圧−機械式動力伝達装置を用いることにより、無段変速的に動力を伝達して良好な走行操作性を確保するとともにロスを減少することができる。また、高速走行時には機械式動力伝達装置を用いることにより、高効率な動力伝達が可能となる。そのため、高速走行時の騒音を低減することが可能となり、クーリング容量も小さくてすみコストも安い。
さらには、各クラッチを断続することにより第１速、第２速および後進を任意に選択して原動機の出力を出力軸に伝達することができ、操作が容易である。また、構造簡単で小型なコストの安い油圧−機械式変速機が得られる。
【００１４】
また、第２発明は、第１発明において、前記第１速クラッチ、前記第２速クラッチ、及び前記後進クラッチの断続を行うための制御信号を発信する制御装置を備えた構成としている。
【００１６】
また第３発明は、第２発明において、前記出力軸の回転数を検出する回転数検出センサをさらに備え、前記制御装置は、前記回転数検出センサからの信号に基づき、自動で前記第１速クラッチと前記第２速クラッチとの繋ぎ換えを行っている。
【００１７】
そのため、出力軸の回転数によって第１速クラッチおよび第２速クラッチのＯＮ−ＯＦＦ制御がなされ、自動的に変速制御することが可能となる。
【００１８】
また第４発明は、第２又は第３発明において、前記制御装置は、前記第１速クラッチおよび前記後進クラッチがともに非係合状態にあるときに、前記油圧ポンプの吐出量がゼロとなるよう前記油圧ポンプの斜板を制御している。
【００２２】
【発明の実施の形態および実施例】
以下に、本発明に係る油圧−機械式変速装置の実施例について、図面を参照して詳述する。
図１は変速装置の構成を示す模式的側面図であり、図２は模式的正面図である。エンジン１と可変容量型油圧ポンプ２（以下、油圧ポンプ２という）とは第１軸４により連結されており、油圧ポンプ２と可変容量型油圧モータ３（以下、油圧モータ３という）とは配管５により接続されている。
第１軸４の一側の油圧ポンプ２側には遊星歯車式差動機１０が配置され、その太陽歯車１１が固設されているとともに、エンジン１側の他側には第２速第１歯車６が固設されている。
遊星歯車式差動機１０は太陽歯車１１と、環状歯車１２と、遊星歯車１３を支持し、キャリヤ歯車１５を有するキャリヤ１４とから構成され、環状歯車１２は油圧モータ３のモータ出力歯車７と噛み合っている。油圧ポンプ２および油圧モータ３はケース８に並んで取着されている。
【００２３】
第１軸４に並列して第２軸２０が設けられ、その中央部には駆動第１歯車２１が固設されている。そして第２軸２０の一側には第１速クラッチ２２を介して第１速歯車２３が回転自在に取着されキャリヤ歯車１５と噛み合っている。また、他側には第２速クラッチ２４を介して第２速第２歯車２５が回転自在に配置され、第２速第１歯車６と噛み合っている。
駆動第１歯車２１と第１速歯車２３とは第１速クラッチ２２をＯＮ−ＯＦＦすることにより断続され、駆動第１歯車２１と第２速第２歯車２５とは第２速クラッチ２４をＯＮ−ＯＦＦすることにより断続するようになっている。
【００２４】
第１軸４に並列して第３軸３０が設けられ、その中央部には駆動第２歯車３１が固設されていて駆動第１歯車２１と噛み合っている。そして第３軸３０の一側には後進クラッチ３２を介して後進歯車３３が回転自在に取着され、キャリヤ歯車１５と噛み合っている。後進歯車３３と第１速歯車２３とは図２に示すように噛み合うことはない。
駆動第２歯車３１と後進歯車３３とは後進クラッチ３２をＯＮ−ＯＦＦすることにより断続されるようになっている。
【００２５】
第３軸３０に並列に出力軸４０が設けられ、その中央部には出力歯車４１が固設されていて駆動第２歯車３１と噛み合っている。そして出力軸４０の他側にはパーキングブレーキ４２が設けられている。また、出力軸４０の端部には回転数検出センサ４３が配置され、制御装置４４と接続している。
制御装置４４は変速機操作レバー４５および複数のクラッチ操作バルブ４６（図示は１個のみ表示している）とも接続しており、回転数検出センサ４３または変速機操作レバー４５からの信号を受け、前進あるいは後進、および、それぞれの各速度段のクラッチ操作バルブ４６に制御信号を発信して第１速クラッチ２２、第２速クラッチ２４および後進クラッチ３２のＯＮ−ＯＦＦ制御を行うようになっている。
変速操作レバー４５には前進（Ｆ）、１速（Ｆ１）、２速（Ｆ２）および後進（Ｒ）の４位置がある。
なお、本実施例では、前進２速までを図示しているが、３速段以上の高速段も同様に実施でき、その速度段に見合った入力軸側の歯車と、その歯車に対の歯車とクラッチを各々に追加するだけで、３速以上の高速度段の追加ができる。また、第１軸の遊星歯車式差動機についても、実施例の油圧モータからリングギヤへの入力、およびキャリアから出力だけでなく、例えば、油圧モータからリングギヤへの入力、およびサンギャから出力としても良く、さらに、油圧モータからサンギャへの入力、およびリングギヤから出力としても良い。その例として表１に示すように様々な組み合わせがあることはいうまでもない。
【００２６】
【表１】

【００２７】
本実施例の図示は、表１のタイプを示している。
【００２８】
上記のような構成としたため、構造は簡単となり、変速機全体が小型となり、場積も小さくてすみ、コストも安くなる。
【００２９】
以下に変速機の作動について説明する。
（１）変速機操作レバー４５を前進１速（Ｆ１）位置にすると、制御装置４４はクラッチ操作バルブ４６に制御信号を発信し、第１速クラッチ２２をＯＮにし、第２速クラッチ２４および後進クラッチ３２をＯＦＦにする。
その結果、エンジン１の出力は、図３に示すように油圧モータ３は環状歯車１２を駆動して遊星歯車式差動機１０を作動させ、エンジン１により駆動される太陽歯車１１とともにキャリヤ１４を駆動する。キャリヤ歯車１５は第１速歯車２３および第１速クラッチ２２を介して第２軸２０を駆動し、駆動第１歯車２１−駆動第２歯車３１−出力歯車４１を順次経て出力軸４０を低速で正転駆動する。
すなわち、出力軸４０は油圧−機械式動力伝達装置（油圧モータ３の出力および遊星歯車式差動機１０の合力）により無段変速的に駆動される。したがって、走行性は良好で作業等はし易く、しかも油圧式動力伝達装置よりも高い効率で動力伝達がなされるため従来のものよりロスが少なく、クーリング容量は小さくてすみ、場積も小さく、コストも安い。
【００３０】
（２）変速機操作レバー４５を前進２速（Ｆ２）位置にすると、制御装置４４はクラッチ操作バルブ４６に制御信号を発信し、第２速クラッチ２４をＯＮにし、第１速クラッチ２２および後進クラッチ３２をＯＦＦにする。
また、油圧ポンプ２の吐出量もゼロとなるよう斜板が制御され、油圧モータ３の回転を停止する。その結果、エンジン１の出力は、図４に示すようにエンジン１−第２速第１歯車６−第２速第２歯車２５−第２速クラッチ２４を順次経て第２軸２０を駆動し、駆動第１歯車２１−駆動第２歯車３１−出力歯車４１を経て出力軸４０を高速で正転駆動する。
すなわち、出力軸４０は機械式動力伝達装置により駆動される。したがって、ロスが少なく高効率で動力の伝達が可能であり、高速走行時には油圧モータは停止しているため騒音が低い。
【００３１】
（３）変速機操作レバー４５を前進（Ｆ）位置にすると、制御装置４４はクラッチ操作バルブ４６に制御信号を発信し、第１速クラッチ２２をＯＮにし、第２速クラッチ２４および後進クラッチ３２をＯＦＦにする。
その結果、前述したように出力軸４０は油圧−機械式動力伝達装置により低速で正転駆動される。（図３参照）
出力軸４０が所定の回転数を越えると制御装置４４は回転数検出センサ４３から信号を受け、クラッチ操作バルブ４６に制御信号を発信し、第１速クラッチ２２および後進クラッチ３２をＯＦＦにし、第２速クラッチ２４をＯＮにする。
同時に、油圧ポンプ２の吐出量もゼロとなるように斜板が制御され、油圧モータ３の回転も停止する。
その結果、前述したように出力軸４０は機械式動力伝達装置により高速で正転駆動され（図４参照）、１速から２速へ自動変速される。
【００３２】
（４）変速操作レバー４５を後進（Ｒ）位置にすると、制御装置４４はクラッチ操作バルブ４６に信号を発信し、第１速クラッチ２２および第２速クラッチ２４をＯＦＦにし、後進クラッチ３２をＯＮにする。
その結果、エンジン１の出力は、図５に示すように油圧モータ３は環状歯車１２を駆動して遊星歯車式差動機１０を作動させ、エンジン１により駆動される太陽歯車１１とともにキャリヤ１４を駆動する。キャリヤ歯車１５は後進歯車３３および後進クラッチ３２を介して第３軸３０を駆動し、駆動第２歯車３１および出力歯車４１を介して出力軸４０を低速で逆転駆動する。
すなわち、出力軸４０は油圧−機械式動力伝達装置により無段変速的に駆動される。
したがって作業時等には作業し易く、しかも油圧式動力伝達装置よりは高い効率で動力伝達がなされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の油圧−機械式変速機の構成を示す模式的側面図である。
【図２】本発明の油圧−機械式変速機の構成を示す模式的正面図である。
【図３】本発明の油圧−機械式変速機の前進１速時の動力系統図である。
【図４】本発明の油圧−機械式変速機の前進２速時の動力系統図である。
【図５】本発明の油圧−機械式変速機の後進時の動力系統図である。
【図６】従来の油圧−機械式変速機の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１エンジン
２油圧ポンプ
３油圧モータ
４第１軸
６第２速第１歯車
７モータ出力歯車
１０遊星歯車式差動機
１１太陽歯車
１２環状歯車
１３遊星歯車
１４キャリヤ
１５キャリヤ歯車
２０第２軸
２１駆動第１歯車
２２第１速クラッチ
２３第１速歯車
２４第２速クラッチ
２５第２速第２歯車
３０第３軸
３１駆動第２歯車
３２後進クラッチ
３３後進歯車
４０出力軸
４１出力歯車
４３回転数検出センサ
４４制御装置
４５変速機操作レバー
４６クラッチ操作バルブ

Claims

可変容量型の油圧ポンプと可変容量型の油圧モータとを流体結合した静油圧式動力伝達装置と、複数の歯車列からなる機械式動力伝達装置とを備え、この両動力伝達装置により原動機の動力を出力軸に伝達可能とした油圧−機械式変速装置において、
原動機及び前記油圧ポンプに連結する第１軸と、
前記第１軸に並列して設けられる第２軸と、
前記第１軸に並列して設けられ、前記第２軸により伝動される第３軸と、
前記第３軸に並列して配置され、前記第３軸により伝動される出力軸と、
前記第１軸の一方の側に配置され、前記油圧モータと前記第２軸および前記第３軸に前記第１軸の動力を伝達するための遊星歯車式差動機と、
前記第１軸の他方の側に配置され、前記第２軸に前記第１軸の動力を伝達するための第１歯車と、
前記遊星歯車式差動機と前記第２軸との間に設けられ、前記第１軸から前記遊星歯車式差動機を介して前記第２軸に伝達される動力を断続する第１速クラッチと、
前記第１歯車と前記第２軸との間に設けられ、前記第１軸から前記第１歯車を介して前記第２軸に伝達される動力を断続する第２速クラッチと、
前記第１軸から前記遊星歯車式差動機を介して前記第３軸に伝達される動力を断続する後進クラッチとを備えた
ことを特徴とする油圧−機械式変速装置。
前記第１速クラッチ、前記第２速クラッチ、及び前記後進クラッチの断続を行うための制御信号を発信する制御装置を備えた
ことを特徴とする請求項１記載の油圧−機械式変速装置。
前記出力軸の回転数を検出する回転数検出センサをさらに備え、
前記制御装置は、前記回転数検出センサからの信号に基づき、自動で前記第１速クラッチと前記第２速クラッチとの繋ぎ換えを行う
ことを特徴とする請求項２記載の油圧−機械式変速装置。
前記制御装置は、前記第１速クラッチおよび前記後進クラッチがともに非係合状態にあるときに、前記油圧ポンプの吐出量がゼロとなるよう前記油圧ポンプの斜板を制御する
ことを特徴とする請求項２または３に記載の油圧−機械式変速装置。