JP4043008B2

JP4043008B2 - トロイダル型無段変速機の油圧制御装置

Info

Publication number: JP4043008B2
Application number: JP2001040098A
Authority: JP
Inventors: 康彦蓮田; 伸二安原; 泰治美佐田; 大治平岡
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2001-02-16
Filing date: 2001-02-16
Publication date: 2008-02-06
Anticipated expiration: 2021-02-16
Also published as: JP2002243012A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車の変速装置として用いられるトロイダル型無段変速機のための油圧制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トロイダル型無段変速機の主要部であるバリエータは、凹湾曲状の軌道面を有する入力ディスク及び出力ディスクを、軌道面同士が互いに対向するように配置し、両ディスク間に複数個のローラを配置して各ディスクの軌道面に圧接させた構成を有している。入力ディスクは、エンジンにより回転駆動される入力軸に取り付けられており、この入力軸の回転により、入力ディスクからローラを介して出力ディスクにトルクが伝達される。変速は、ローラの回転軸が傾くことにより無段階で行われる。ローラの回転軸は、支持部材であるキャリッジによって支持されており、このキャリッジの進退方向に駆動力を付与する油圧制御装置が設けられている。
【０００３】
上記バリエータは、幅広い変速比レンジを有するが、停止状態からの発進や後退の機能は有していないため、クラッチと遊星ギヤ装置とを含むトランスミッション機構と組み合わせて用いられる。そして、クラッチの動作状態及びキャリッジへの駆動力の付与状態を変化させることにより、ニュートラル、後退、及び前進２速までに相当するローレジーム及び、それ以上の前進ギヤ比に相当するハイレジームの２つの運転条件が実現される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来のトロイダル型無段変速機における油圧制御装置では、エンジン回転数の角速度変動等により、ローラが入出力ディスクに接触して回転することに基づいて振動が発生することがあり、この振動はキャリッジにも伝達される。ここで、キャリッジに駆動力を付与する油圧回路は、油の粘性等により振動吸収に寄与している。ところが、油の粘度は、油温が上昇すると低下して、油圧回路のダンピング特性が低下し、キャリッジの振動吸収効果が低下する。
このような振動吸収効果の低下は、キャリッジの動作を不安定にする要因となるので好ましくない。
上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、キャリッジの振動を常に安定して抑制するトロイダル型無段変速機の油圧制御装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一側面に凹湾曲状の軌道面を有する一対の入力ディスクと、各入力ディスクの軌道面にそれぞれ対向する凹湾曲状の軌道面を有する一対の出力ディスクと、前記入力ディスク及び出力ディスクのそれぞれの軌道面間で構成されるトロイド状隙間に配置され、両軌道面に接して回転しながら両ディスク間のトルク伝達を行う複数のローラと、前記ローラの回転軸を支持するキャリッジとを有するトロイダル型無段変速機における前記キャリッジに対して進退方向に駆動力を付与する油圧制御装置であって、
前記キャリッジに駆動力を付与するシリンダの油圧回路内に、制御装置からの指令により流路抵抗値を変化させる可変オリフィスを設け、当該制御装置は、当該油圧回路内の油温の上昇に対して単調増加する流量係数をＣ _ｄ、前記可変オリフィスの開口面積をＡとすると、当該油圧回路内で計測される油温及び予め求めた油温と流量係数Ｃ _ｄとの関係に基づいて、Ｃ _ｄ・Ａが一定値となるように開口面積Ａを制御することを特徴とするものである。
【０００６】
上記のように構成されたトロイダル型無段変速機の油圧制御装置において、制御装置は、油温に基づいて可変オリフィスの流路抵抗値を変化させる。これにより、油温及び、油温と相関関係にある運転条件（ローレジーム、ハイレジーム）に無関係に、流体摩擦エネルギーの消耗量すなわち、油圧回路の振動吸収能力を、常に最適な状態に制御することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の好ましい実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態によるトロイダル型無段変速機のバリエータ１部分を示す概略図である。このトロイダル型無段変速機において、上記バリエータ１には、エンジンの出力軸２により回転駆動される入力軸３が設けられており、その両端近傍にはそれぞれ入力ディスク５が支持されている。
【０００８】
各入力ディスク５の一側面には、凹湾曲状の軌道面５ｂが形成されており、その内周には複数条の溝を切ったスプライン穴５ａが形成されている。入力ディスク５は、そのスプライン穴５ａを入力軸３に設けられたスプライン軸３ａに結合させることによって、入力軸３に一体回転可能に組み付けられている。さらに、各入力ディスク５は、入力軸３に固定された係止リング５１によって互いに離反する方向への移動が規制されている。
【０００９】
上記入力軸３の軸方向中央部には、出力部材６ａと、この出力部材６ａにそれぞれ一体回転可能に支持された出力ディスク６ｂとを備える出力部６が、当該入力軸３に対して相対回転自在に設けられている。入力ディスク５の軌道面５ｂに対向する出力ディスク６ｂ一側面には、凹湾曲状の軌道面６ｃが形成されている。また、上記出力部材６ａの外周にはチェーン６ｄと噛み合うスプロケットギヤ６ｅが形成されており、チェーン６ｄを介して外部へ動力が取り出されるようになっている。
【００１０】
上記出力ディスク６ｂは、出力部材６ａに対して軸方向への微動が許容された状態で組み込まれており、その背面には隙間６ｇを設けてバックアップ板６ｈが配置されている。上記隙間６ｇはケーシング６ｆ及び図示しないシールによって密封されており、この隙間６ｇに油圧回路９から圧油を供給することにより、出力ディスク６ｂを、対向する入力ディスク５方向へ付勢して、所定の端末負荷が加えられている。
【００１１】
互いに対向する入力ディスク５の軌道面５ｂと出力ディスク６ｂの軌道面６ｃとの間は、トロイド状隙間として構成されており、このトロイド状隙間には、それぞれ各軌道面５ｂ，６ｃと圧接して回転する３個の円盤状のローラ７が円周等配に配置されている。各ローラ７の回転軸７ａはキャリッジ８によって支持されており、ローラ７は、これによって回転自在に、かつ、その回転軸７ａが傾動可能に支持されている。キャリッジ８には、図１の紙面と交差する所定の方向（垂直ではなく、所定のキャスタ角を含む。）に油圧による駆動力が付与されるように構成されている。
【００１２】
上記バリエータ１においては、入力ディスク５から出力ディスク６ｂに対して、上記６個のローラ７を介してトルクが伝達される。トルクを伝達するとき、ローラ７の回転軸７ａには反力が生じており、この反力を支えているのが、キャリッジ８に付与される駆動力である。当該反力と出力ディスク６ｂを駆動するのに必要なトルクとの間に不均衡が生じると、ローラ７は軸角度を変えてこの不均衡を解消する。例えば、走行負荷の変動やアクセルペダルの加減により、キャリッジ８が油圧による駆動力に抗して押し戻されるか又は引き出されるような力が発生すると、ローラ７の軸角度が変化して（図１の二点鎖線参照）変速比のアップ又はダウンが行われ、バリエータ１の出力するトルクが変化する。すなわち、バリエータ１におけるレシオの変化は、キャリッジ８に付与される駆動力の加減と、外部抵抗に対する応答のみで達成される。
【００１３】
図２は、上記トロイダル型無段変速機におけるトランスミッション機構（バリエータ１以外の部分）の概略構成を示す図である。図において、エンジン１１の出力軸２には第１入力ギヤ１２が取り付けられている。出力軸２の右端の、図示を省略した箇所には、上記バリエータ１が配置されている。上記第１入力ギヤ１２は、第２入力ギヤ１３と噛み合っている。この第２入力ギヤ１３は、駆動軸１４と同軸的に配置されているが、互いに直結されているのではなく、ベアリング（図示せず。）を介して相対回転が可能に支持されている。
【００１４】
上記第２入力ギヤ１３には、ローレジームクラッチ１５、遊星ギヤ装置１６及びハイレジームクラッチ１７が図示のように接続されている。また、駆動軸１４の左端にはディファレンシャル装置１８が接続されている。上記ローレジームクラッチ１５は、クラッチ入の状態で、第２入力ギヤ１３から遊星ギヤ装置１６へ駆動力を伝達し、クラッチ切の状態で駆動力の伝達を遮断する。また、ハイレジームクラッチ１７は、クラッチ入の状態で、バリエータ１のチェーン６ｄから受けた駆動力を駆動軸１４に伝達し、クラッチ切の状態で駆動力の伝達を遮断する。遊星ギヤ装置１６は、駆動軸１４と直結されたアニュラス（インターナルギヤ）１６１と、チェーン６ｄによって駆動されるサンギヤ１６２と、アニュラス１６１とサンギヤ１６２との間に複数個等配されたプラネタリピニオン１６３と、各プラネタリピニオン１６３の回転軸を支持するプラネタリキャリア１６４とによって構成されている。
【００１５】
図３は、上記トロイダル型無段変速機における油圧回路９（図１）の基本構成を示す図である。説明の簡略化のため、１個のローラ７についての回路構成を示している。図において、ローラ７にはキャリッジ８が接続されている。シリンダ９０１の油室９０１ａ又は９０１ｂに油圧が供給されることにより、キャリッジ８にはそれぞれ、前進又は後退方向に力が付与される。油室９０１ａに対しては、第１ポンプ９０２から当該油室９０１ａを経て可変オリフィス９０３及び電磁圧力制御弁９０４が接続され、油タンク９０５に至る回路が図示のように構成されている。また、油室９０１ｂに対しては、第２ポンプ９０６から当該油室９０１ｂを経て可変オリフィス９０７及び電磁圧力制御弁９０８が接続され、油タンク９０５に至る回路が図示のように構成されている。
【００１６】
上記第１ポンプ９０２と第２ポンプ９０６との間にはシャトル弁９０９が接続されており、このシャトル弁９０９の出力が、出力ディスク６ｂの背面の隙間６ｇ（図１）に供給されている。
また、油室９０１ａ及び９０１ｂの下流側流路間にはシャトル弁９１０が接続され、その出力はローレジーム用のクラッチ制御弁９１１及び、ハイレジーム用のクラッチ制御弁９１２に供給されている。油圧の供給により、両クラッチ制御弁９１１，９１２は予備加圧の状態とされている。
また、油室９０１ａ及び９０１ｂの下流側にはそれぞれ、圧油の温度を計測する温度センサ９１３及び９１４が接続されている。
【００１７】
上記可変オリフィス９０３，９０７、電磁圧力制御弁９０４，９０８及び両クラッチ制御弁９１１，９１２は、制御装置２１からの指令により制御される。また、温度センサ９１３，９１４の温度検知信号が制御装置２１に入力されている。電磁圧力制御弁９０４及び９０８を制御することにより、油室９０１ａ及び９０１ｂの圧力を制御して、キャリッジ８に前進又は後退方向の力を付与することができるようになっている。
【００１８】
次に、ローレジーム及びハイレジームの動作について説明する。図２において、ドライバーの運転操作に基づいてローレジームの状態とされているときは、ローレジームクラッチ１５が「入」で、ハイレジームクラッチ１７が「切」となる。この場合、エンジン１１の出力軸２の回転は、第１入力ギヤ１２、第２入力ギヤ１３及びローレジームクラッチ１５を介して、遊星ギヤ装置１６に伝達される。従って、プラネタリキャリア１６４が回転して、プラネタリピニオン１６３が公転する。一方、エンジン１１の出力軸２の回転により、バリエータ１を介してチェーン６ｄが駆動される。従って、サンギヤ１６２も回転する。
【００１９】
このようにして、プラネタリキャリア１６４とサンギヤ１６２の両方が入力部材となることにより、アニュラス１６１が出力部材となって、駆動軸１４を回転させることができる。ここで、遊星ギヤ装置１６におけるギヤ比を適正に選択することにより、バリエータ１における変速比の中央付近で、駆動軸１４を静止させることができる。これは、プラネタリキャリア１６４が車両の前進方向に回転する一方で、サンギヤ１６２が後退方向に回転し、両回転が打ち消しあうことにより実現されるものであり、ギヤードニュートラルと呼ばれる状態である。この状態では、ローラ７は、バリエータ１内で自動的にギヤードニュートラルを実現する位置に移動している。
【００２０】
アクセルペダルが踏み込まれ、前進運転が要求されると、制御装置２１はそれに反応して油室９０１ｂより油室９０１ａの方の油圧が高くなるように電磁圧力制御弁９０４，９０８を制御し、キャリッジ８に対して、これを押し出す方向に駆動力を作用させる。これにより、ローラ７の回転軸７ａには、その反力と、出力ディスク６ｂを駆動するのに必要なトルクとの間の不均衡が生じる。この状況下で、ローラ７は、不均衡が解消するまで自動的に軸角度を変える。具体的には、図１において、左側のローラ７は反時計回り方向に、右側のローラ７は時計回り方向に、左右対称に軸角度を変える。この結果、サンギヤ１６２の後退方向への回転数が低下して上記ギヤードニュートラルの状態を脱し、車両は発進・加速する。
【００２１】
ローレジームにおいて最高の前進速度比に達したとき、アニュラス１６１、サンギヤ１６２及びプラネタリキャリア１６４の回転速度が全て相等しくなる。この状態からさらに加速が続くと、ハイレジームへのチェンジが行われる。ハイレジームでは、ハイレジームクラッチ１７が「入」となり、ローレジームクラッチ１５が「切」となる。従って、チェーン６ｄからハイレジームクラッチ１７を介して駆動軸１４に至る接続がなされ、バリエータ１の出力がそのまま駆動軸１４に伝達される。
【００２２】
一方、ハイレジームにおいては、アクセルペダルの踏み込みに応じて制御装置２１は、油室９０１ａより油室９０１ｂの方の油圧が高くなるように電磁圧力制御弁９０４，９０８を制御する。これにより、ローレジームのときとは逆に、キャリッジ８に対して、これを後退させる方向に駆動力が作用する。従って、アクセルペダルの踏み込みに応じて、ローラ７は、ローレジームのときとは逆方向に軸角度を変える。すなわち、図１の左側のローラ７についていえば、軸角度が反時計回り方向の限度位置から時計回り方向に変化し、最終的には時計回り方向の限度位置（いわゆるオーバードライブに相当する最高速度比）まで無段階に変速して車速を増大させることができる。
【００２３】
上記のようなトロイダル型無段変速機において、可変オリフィス９０３，９０７は、油を通過させる際の流路抵抗により流体摩擦エネルギーを消耗させ、振動を吸収するダンピング効果を発揮する。制御装置２１は、可変オリフィス９０３，９０７におけるダンピング効果が油温の影響を受けないように、温度センサ９１３，９１４によって検知される油温に基づいて、制御を行う。具体的には、以下のような制御を行う。
【００２４】
一般に、オリフィスを通る油の流量Ｑと圧力損失ΔＰとの関係は、流量係数をＣ_ｄ、可変オリフィス開口面積をＡ、油の密度をρとすると、
Ｑ＝Ｃ_ｄ・Ａ・｛（２／ρ）・ΔＰ｝^１／２．．．（１）
である。ここで、流量係数Ｃ_ｄは一般に油の粘度の増大に対して単調減少し、油の粘度は油温の上昇に対して単調減少する傾向がある。従って、流量係数Ｃ_ｄは油温の上昇に対して単調増加するといえる。（１）式において、今、油温が上昇したとすれば、流量係数Ｃ_ｄが増加するので、流量Ｑが一定であるとすれば圧力損失ΔＰは減少することになる。これを補償するためには、可変オリフィス開口面積Ａを変化させればよい。すなわち、
Ｃ_ｄ・Ａ＝const. ．．．（２）
となるように制御すればよい。このために、油温と流量係数Ｃ_ｄとの関係を予め実験的に調べておき、これに基づき（２）式を満たすように可変オリフィス開口面積Ａを制御する。例えば、油温が上昇すれば、可変オリフィス開口面積Ａを減少させ、流路抵抗値を増大させるように設定する。流路抵抗値が増大すると、可変オリフィス９０３又は９０７において消耗される流体摩擦エネルギーが増大する。従って、その分、振動を吸収することができ、油温の上昇に伴って油の粘度が低下することによる振動吸収能力の低下を補って、油圧回路のダンピング特性を一定に維持することができる。こうして、キャリッジ８の振動を常に安定して抑制することができる。また、運転条件と油温とは互いに相関関係にある。従って、油温に基づいて可変オリフィス９０３，９０７を制御すれば、必然的に、運転条件によっても可変オリフィス９０３，９０７が制御されることになる。
【００２５】
このようにして、油温の変化や運転条件に関わらず、キャリッジ８の振動を常に安定して抑制することができる。従って、キャリッジ８の動作が常に安定したものとなり、バリエータ１の信頼性が向上する。
【００２６】
なお、上記実施形態では、可変オリフィス９０３，９０７を制御装置２１により制御したが、可変オリフィス自体に温度補償機能を持たせることもできる。例えば、図４の（ａ）に示すようにオリフィス開口部Ｘに対して温度補償部材Ｙを図示の関係で設け、油温変化により温度補償部材Ｙが体積変化して開口面積を変化させるようにすればよい。また、（ｂ）及び（ｃ）に示すように、オリフィス開口部Ｘの形状を工夫すれば、温度補償特性を変えることもできる。これらの場合、温度補償部材Ｙ自体が、上記実施形態における可変オリフィスの流路抵抗値を変化させる制御装置２１の役目を果たしている。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明は以下の効果を奏する。
請求項１のトロイダル型無段変速機によれば、可変オリフィスの流路抵抗値を変化させることにより流体摩擦エネルギーの消耗量が変化して、油圧回路の振動吸収能力を常に最適な状態に制御することができるので、油温の高低に関わらず、キャリッジの振動を常に安定して抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるトロイダル型無段変速機のバリエータ部分を示す概略図である。
【図２】上記トロイダル型無段変速機におけるトランスミッション機構（バリエータ以外の部分）の概略構成を示す図である。
【図３】上記トロイダル型無段変速機における油圧回路の基本構成を示す図である。
【図４】可変オリフィス自体に温度補償機能を持たせた構成を示す概略図である。
【符号の説明】
５入力ディスク
５ｂ軌道面
６ｂ出力ディスク
６ｃ軌道面
７ローラ
７ａ回転軸
８キャリッジ
９油圧回路
２１制御装置
９０３，９０７可変オリフィス

Claims

一側面に凹湾曲状の軌道面を有する一対の入力ディスクと、各入力ディスクの軌道面にそれぞれ対向する凹湾曲状の軌道面を有する一対の出力ディスクと、前記入力ディスク及び出力ディスクのそれぞれの軌道面間で構成されるトロイド状隙間に配置され、両軌道面に接して回転しながら両ディスク間のトルク伝達を行う複数のローラと、前記ローラの回転軸を支持するキャリッジとを有するトロイダル型無段変速機における前記キャリッジに対して進退方向に駆動力を付与する油圧制御装置であって、
前記キャリッジに駆動力を付与するシリンダの油圧回路内に、制御装置からの指令により流路抵抗値を変化させる可変オリフィスを設け、当該制御装置は、当該油圧回路内の油温の上昇に対して単調増加する流量係数をＣ _ｄ、前記可変オリフィスの開口面積をＡとすると、当該油圧回路内で計測される油温及び予め求めた油温と流量係数Ｃ _ｄとの関係に基づいて、Ｃ _ｄ・Ａが一定値となるように開口面積Ａを制御することを特徴とするトロイダル型無段変速機の油圧制御装置。