JP4147503B2 - 変速機用の流体バイアス式弁アセンブリ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用複式変速機の補助部アクチュエータを制御する弁アセンブリに関する。
【０００２】
【従来の技術】
主部と補助部を直列に接続した車両用複式変速機は当該技術において良く知られている。一般的に、主部は、シフトバーハウジングまたは単一シフト軸に連結されたシフトレバーで直接的にシフトされるが、補助部は、レンジ部、スプリッタ部またはレンジ／スプリッタ複合部のいずれでも、１つまたは複数の弁およびピストンを用いて遠隔シフトされる。補助部ギヤ比の変更は、シフトレバーの位置によって表示できるか、ＨＩ／ＬＯレンジスイッチおよびＨＩ／ＬＯスプリッタスイッチの両方またはいずれか一方等のシフトレバー上の個別のスイッチによって開始することができる。
【０００３】
レンジ部は一般的に同期ジョークラッチを用いているので、レンジ部の同期ジョークラッチの過大な摩耗および破損の両方またはいずれか一方を防止するために、主部がニュートラル状態にある間に、レンジシフトを開始して完了できるようにする様々なシステムが開発されている。
【０００４】
主部がニュートラル状態になるまで、レンジ部シフトの開始を阻止または遅らせるシステムが、米国特許第２，６５４，２６８号、第３，１３８，９６５号、第３，２２９，５５１号、第４，０６０，００５号、第４，４５０，８６９号、第４，７９３，３７８号および第４，９７４，４７４号に開示されており、これらの特許の開示内容は参考として本説明に含まれる。
【０００５】
また、レンジ部のシフトの前に主部シフトが完了している際にレンジ部の同期ジョークラッチを保護するための弁アセンブリが、米国特許第５，１９３，４１０号に開示されており、この特許の開示内容も参考として本説明に含まれる。
【０００６】
米国特許第５，１９３，４１０号は、レンジ部をシフトするために加える力を主部のニュートラル／連結状態に基づいて制御するために面積差ピストンの加圧および排気を制御する弁アセンブリを開示している。この弁アセンブリは、比較的高レベルの力で高速補助部ギヤ比に連結する第１位置へばねで押し付けられている弁を用いている。このばねバイアスに加圧流体が打ち勝つことによって、弁を低速補助部ギヤ比に連結する第２位置へシフトさせることができる。
【０００７】
しかし、装置の漏れやコンプレッサの故障等の何らかの理由で流体圧力が所定閾値より低下すると、ばねバイアスは弁を第１位置へシフトさせるため、レンジ部で意図しない比変更が発生する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このため、本発明の目的は、圧力低下による意図しない状態変化を防止するために加圧流体を使用した変速機用の流体バイアス式弁アセンブリを提供することである。
【０００９】
本発明のさらなる目的は、流体圧力の損失による意図しないレンジ部のギヤ比変更を防止するシステムおよび方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的および他の目的および特徴を実行する際に、複式変速機の補助変速部用の加圧流体作動式シフトアクチュエータを制御するための制御システムに使用できる弁アセンブリは、加圧流体供給源からの流体を用いて弁を第１位置の方へ押し付けるバイアス手段を備えることによって、加圧流体の圧力低下に起因する弁の状態変化の可能性の低減および排除、またはそのいずれかを行うことができる。加圧流体のバイアスは、加圧流体の圧力に比例した可変バイアス力を与える。そのため、予期しない流体圧力損失中も、弁の状態すなわち位置が維持される。
【００１１】
本発明は、当該技術の専門家には理解される多くの付随的な利点を備えている。一例として、本発明は、意図しないレンジ部のギヤ比変更を防止することによって、レンジ部の同期ジョークラッチを保護する。
【００１２】
本発明の上記目的および他の目的、特徴および利点は、添付の図面を参照しながら本発明を実施する最良の態様の以下の詳細な説明を読めば、当該分野の専門家には容易に明らかになるであろう。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下の説明において、参照の便宜のためだけに一定の用語を用いるが、制限的なものではない。「上方」「下方」「右方向」および「左方向」は、参照している図面上での方向を示している。「前方」および「後方」は、それぞれ従来通りに車両に取り付けた時の変速機の前および後端部を示しており、図１に示されている変速機のそれぞれ左側および右側である。「内方」および「外方」は、装置またはそれの指定部品の構造中心に対してそれぞれ向かう方向および離れる方向を示している。以上の定義は、上記用語およびその派生語および類似語に適用される。
【００１４】
「複式変速機」は、多段前進速度主変速部と多段速度補助変速部を直列に接続することによって、主変速部で選択された歯車減速比をさらに補助変速部で選択された歯車減速比と組み合わせることができるようにした変速またはチェンジギヤ伝達装置を表すために用いられている。
【００１５】
「同期クラッチアセンブリ」および同様な意味の言葉は、クラッチの部材がほぼ同期回転するまでそのクラッチの連結の試行が阻止される噛み合いクラッチによって選択歯車を軸に非回転式に連結するために用いられるかみ合いジョー形クラッチアセンブリを表している。比較的大きい容量の摩擦手段がクラッチ部材に用いられており、クラッチ連結の開始時においてクラッチ部材およびそれと共転するすべての部材をほぼ同期速度で回転させることができる。
【００１６】
「ニュートラル」および「非連結」は交換可能に使用され、（図１および図３に示されている一般形式の変速機において）トルクが変速機入力軸から主軸に伝達されない主変速部の状態を表している。「非ニュートラル」および「連結」は交換可能に使用され、（図１および図３に示されている一般形式の変速機において）主変速部の駆動比に連結して、駆動トルクが変速機入力軸から主軸に伝達される主変速部の状態を表している。
【００１７】
「高速」比は、出力部の回転速度がある入力回転速度に対して最高である変速部のギヤ比を表している。
【００１８】
図１、図２ａおよび図２ｂは、レンジ形複式変速機１０を示している。複式変速機１０は、多段速度主変速部１２をレンジ形補助部１４に直列に接続して構成されている。変速機１０は、ハウジングＨ内に収容されており、常時連結しているが選択的に切り離される摩擦マスタークラッチＣを介してディーゼルエンジンＥ等のエンジンによって駆動される入力軸１６を設けており、マスタークラッチＣの入力すなわち駆動部１８はエンジンクランク軸２０に駆動連結され、従動部２２は変速機入力軸１６に固定されて回転可能になっている。
【００１９】
主変速部１２では、入力軸１６が入力歯車２４を担持して、複数のほぼ同一の副軸アセンブリ２６および２６Ａをほぼ同一の回転速度で同時に駆動できるようにしている。２つのほぼ同一の副軸アセンブリは、入力軸１６とほぼ同軸的に整合した主軸２８の直径方向の両側に配置されている。
【００２０】
副軸アセンブリの各々は、一部分だけが概略的に図示されているハウジングＨ内の軸受３２、３４によって支持されている副軸３０を有している。副軸の各々には、同一群の副軸歯車３８、４０、４２、４４、４６および４８が副軸と共転できるように取付られている。
【００２１】
複数の主軸歯車５０、５２、５４、５６および５８が主軸２８を取り囲んで、当該技術では周知のように滑りクラッチカラー６０、６２および６４によって一度に１つが主軸２８に選択的にクラッチ連結されてそれと共転できるようになっている。クラッチカラー６０はまた、入力歯車２４を主軸２８にクラッチ連結して入力軸１６と主軸２８の間を直結するためにも使用できる。
【００２２】
一般的に、クラッチカラー６０、６２および６４は、それぞれ当該技術では周知のようにシフトハウジングアセンブリ７０と組み合ったシフトフォーク６０Ａ、６２Ａおよび６４Ａによって軸方向に位置決めされる。クラッチカラー６０、６２および６４は、周知の同期または非同期複動式ジョークラッチ形式にすることができる。
【００２３】
主軸歯車５８は後進歯車であって、従来形の中間アイドラ歯車（図示せず）を介して副軸歯車４８と継続的に噛み合っている。主変速部１２には５段階の選択可能な前進速度比が設けられているが、最も低い前進速度比、すなわち主軸駆動歯車５６を主軸２８に駆動連結することによって得られる速度比は減速比が非常に高いことが多いため、厳しい状態での車両の始動だけに使用され、高い変速レンジでは一般的に使用されないローまたは「クリーパ」歯車と見なす必要がある。
【００２４】
従って、主変速部１２には５段階の前進速度が設けられているが、前進速度の４つだけが補助レンジ変速部１４と組み合わされるので、一般的には「４＋１」主部と呼ばれている。
【００２５】
ジョークラッチ６０、６２および６４は、３位置クラッチであって、シフトレバー７２によって図示の中央非連結位置、最右側連結位置または最左側連結位置に位置決めできる。周知のように、クラッチ６０、６２および６４の１つだけが一度に連結可能であって、その他のクラッチをニュートラル状態にロックするために主部インターロック手段（図示せず）が設けられている。
【００２６】
補助変速レンジ部１４は、２つのほぼ同一の補助副軸アセンブリ７４および７４Ａを備えており、その各々は、ハウジングＨ内の軸受７８および８０によって支持されている補助副軸７６を有しており、この副軸は、２つの補助部副軸歯車８２および８４をそれと共転可能に担持している。
【００２７】
補助部副軸歯車８２は、主軸２８と共転可能に固定されているレンジ／出力歯車８６と常時噛み合ってそれを支持している。補助部副軸歯車８４は、変速機出力軸９０を取り囲んでいる出力歯車８８と常時噛み合っている。
【００２８】
２位置同期ジョークラッチアセンブリ９２が、シフトフォーク９４およびレンジ部シフトアクチュエータアセンブリ９６によって軸方向に位置決めされる。ジョークラッチアセンブリ９２は、（低レンジ作動用に）歯車８８を主軸９０に、または（高レンジ作動用に）歯車８６を主軸９０にクラッチ連結するように設けられている。
【００２９】
複式レンジ形変速機１０用の「多連Ｈ形(repeat H type) 」シフトパターンが図２ｂに概略的に示されている。変速機１０の低レンジまたは高レンジ作動の選択および事前選択の両方またはいずれか一方は、運転者操作スイッチまたはボタン９８を用いて行われ、これは一般的にシフトレバー７２に設けられている。
【００３０】
レンジ形補助部１４は、平歯車またははすば歯車装置を用いた２速度部として図示されているが、本発明は、３つ以上の選択可能なレンジ比を有するスプリッタ／レンジ複合形補助部の使用および遊星歯車装置の使用の両方またはいずれか一方によるレンジ形変速機にも適用可能であることを理解されたい。
【００３１】
また、前述したように、クラッチ６０，６２または６４の１つまたは複数を同期ジョークラッチ形式にすることもできる。同様に、変速部１２および１４の両方またはいずれか一方を単一副軸形にすることができる。
【００３２】
主変速部１２は、シフトバーハウジング７０内に収容されてシフトレバー７２の作動によって制御される少なくとも１つのシフトレールまたはシフト軸の軸方向移動によって制御される。周知のように、シフトレバー７２は直接的に変速機に取り付けても、それから離して取り付けてもよい。この形式の装置は、従来より周知であって、米国特許第４，６２１，５３７号に示されており、これの開示内容は参考として本説明に含まれる。
【００３３】
レンジ部は、ボタン９８か、「二連Ｈ形」制御装置の場合には位置スイッチ９８Ａの作用によって制御され、これらは共に当該技術では周知である。シフトバーハウジング７０は、米国特許第４，７８２，７１９号、第４，７３８，８６３号、第４，７２２，２３７号および第４，６１４，１２６号に示されているように従来より周知の従来型多シフトレールでも、やはり当該技術では周知の単一シフト軸でもよく、上記特許の開示内容は参考として本説明に含まれる。
【００３４】
本発明の制御システムは、レンジ形、レンジ／スプリッタ複合形、またはスプリッタ／レンジ複合形補助部を有する複式変速機に等しく適用することができる。
【００３５】
図３に示されている複式チェンジギヤ機械式変速機１００は、変速機１０について上述した主変速部と同一か、ほぼ同一の主変速部１２Ａを有する１８段前進速度変速機である。変速機１００の主変速部１２Ａが変速機１０の主変速部１２と異なる点は、主軸２８が補助変速部１４内へ延出している距離よりもわずかに長く主軸２８Ａが補助変速部１０２内へ延出していることだけである。主変速部１２および１２Ａがほぼ同一構造であることから、主変速部１２Ａについてはここで詳細な説明を繰り返さない。
【００３６】
補助変速部１０２は、２つのほぼ同一の補助副軸アセンブリ１０４および１０４Ａを備えており、その各々は、ハウジングＨ内の軸受１０８、１１０によって支持されている補助副軸１０６を有しており、その補助副軸１０６に３つの補助部副軸歯車１１２、１１４および１１６がそれと共転可能に担持されている。
【００３７】
補助部副軸歯車１１２は、主軸２８Ａを取り囲む補助部スプリッタ歯車１１８と常時噛み合ってそれを支持している。補助副軸歯車１１４は、出力軸１２２の、主軸２８Ａの同軸的端部に隣接した端部を取り囲む補助部スプリッタ／レンジ歯車１２０と常時噛み合ってそれを支持している。補助部副軸歯車１１６は、出力軸１２２を取り囲む補助部レンジ歯車１２４と常時噛み合ってそれを支持している。
【００３８】
スプリッタ歯車１１８またはスプリッタ／レンジ歯車１２０のいずれかを主軸２８Ａに選択的に連結するために滑り２位置ジョークラッチカラー１２６が用いられているのに対して、スプリッタ／レンジ歯車１２０またはレンジ歯車１２４を出力軸１２２に選択的に連結するために、２位置同期クラッチアセンブリ１２８が用いられている。
【００３９】
複動式滑りジョークラッチカラー１２６の構造および機能は、変速機１０において用いられている滑りクラッチカラー６０，６２および６４の構造および機能とほぼ同一である。複動式同期クラッチアセンブリ１２８の構造および機能は、変速機１０において用いられている同期クラッチアセンブリ９２の構造および機能とほぼ同一である。アセンブリ９２および１２８等の同期クラッチアセンブリは、米国特許第４，４６２，４８９号、第４，１２５，１７９号および第２，６６７，９５５号を参照すればわかるように、当該技術では周知であって、これらの特許の開示内容は参考として本説明に含まれる。
【００４０】
そのようなクラッチは、一般的に、一対の軸方向に連結可能なジョークラッチ部材と、ジョークラッチ部材の非同期回転を感知して、非同期回転中の軸方向連結を妨害するセンサ／ブロッカ装置と、一対の摩擦表面を備えており、摩擦表面は多くの場合は円すい形であって、接触位置へ押し付けられることによってジョークラッチ部材を摩擦連結して、それをほぼ同期回転させる。
【００４１】
ほぼ非同期状態にある間にそのようなアセンブリが係合しようとする時、クラッチはブロック位置に入り、その場合、ブロッカ装置がジョークラッチ部材の軸方向連結を防止し、摩擦表面は力を受けて係合する。長時間にわたって主変速機が連結した状態でクラッチアセンブリが大きい軸方向係合力を受けてブロック位置に留まっている場合、過大なトルク負荷によって摩擦表面の破損および破壊の両方またはいずれか一方が発生する。そのような補助部１０２の詳細な構造は、米国特許第５，１９３，４１０号を参照すればわかるであろう。
【００４２】
歯車１１８は、主軸２８Ａを取り囲み、通常はそれに対して回転自在であり、リテーナによって主軸２８Ａに対して軸方向に固定されている。クラッチ歯に、主軸２８Ａの軸線に対して約３５゜傾斜したテーパ表面が設けられており、これは、米国特許第３，２６５，１７３号にさらに詳細に記載されているように、非同期噛み合いを阻止すると共に同期回転を生じるのに好都合な相互作用を与え、上記特許の開示内容は、参考として本説明に含まれる。クラッチ歯にも同様な対応のテーパ表面が設けられている。
【００４３】
スプリッタ／レンジ歯車１２０は、出力軸１２２の内側端部で一対のスラスト軸受によって回転可能に支持されている。レンジ歯車１２４は、出力軸１２２を取り囲み、スラストワッシャによってそれに軸方向に固定されている。軸方向において歯車１２０と歯車１２４の間に、複動式２位置同期クラッチアセンブリ１２８が外側スプラインおよび内側スプラインによって出力軸１２２に回転方向に固定されている。
【００４４】
既知の同期かみ合いクラッチ構造の多くが、本発明に従った補助変速部に用いるのに適している。同期クラッチアセンブリ１２８は、上記米国特許第４，４６２，４８９号に記載されているピン形式であることが好ましい。歯車１２０および１２４は、同期クラッチアセンブリの対応の摩擦円すい表面と摩擦同期係合する円すい摩擦表面を備えている。同期アセンブリ１２８はまた、クラッチ連結作動の開始時に円すい摩擦表面を初期係合させるための複数のばねピン（図示せず）も備えることができる。
【００４５】
出力軸１２２は、ハウジングＨ内の軸受で支持されて、それから延出して、一般的にディファレンシャル等につながった推進軸を駆動するユニバーサルジョイントの一部を形成するヨーク部材等に取り付けられる。出力軸１２２は、速度計歯車および様々なシール部材（図示せず）の両方またはいずれか一方を担持することもできる。
【００４６】
図３を参照すればわかるように、スプリッタクラッチ１２６およびレンジクラッチ１２８の両方をその軸方向前方および後方位置に選択的に軸方向位置決めすることによって、出力軸回転速度に対する主軸回転速度の比を４種類得ることができる。従って、補助変速部１０２は、レンジ／スプリッタ複合形の３層補助部であり、４種類の選択可能な速度、すなわち入力（副軸２８Ａ）および出力（出力軸１２２）間の駆動比を与える。
【００４７】
この形式の変速機は当該技術では周知であり、譲受人のイートン・コーポレーション(Eaton Corporation) が「スーパー(Super) １０」および「スーパー１８」の名前で販売しており、米国特許第４，７５４，６６５号を参照すればさらに詳細に知ることができ、この特許の開示内容は参考として本説明に含まれる。
【００４８】
変速機１００のシフトパターンが図４に概略的に示されており、矢印「Ｓ」はスプリッタシフトを表し、矢印「Ｒ」はレンジシフトを表している。
【００４９】
本発明の１つの実施形態では、図５に示されている形式の単一シフト軸形シフト機構２００が用いられている。この形式の機構は、米国特許第４，９２０，８１５号および第４，６２１，５３７号を参照すればわかるように、従来技術で周知であり、これらの特許の開示内容は参考として本説明に含まれる。
【００５０】
簡単に説明すると、シフトレバー９８はブロック部材２０２と相互作用して、軸２０４を変速機ハウジングに対して回転方向および軸方向に移動させる。回転移動は、キー、例えばキー２０６と見えない別のキーをシフトフォーク６０Ａ、６２Ａおよび６４Ａのハブに設けられたランドまたはスロットと相互作用させることによって、シフトフォークの２つをハウジングに対して軸方向に固定し、その他のシフトフォークを軸２０４に軸方向に固定する。軸２０４および選択されたシフトフォークの軸方向移動によって、対応のジョークラッチの連結および切り離しが行われる。
【００５１】
従って、シフト軸２０４の選択部分、例えば１つまたは複数のニュートラル爪(detent)ノッチ２１０の軸方向位置を監視することによって、変速機１０の主部１２のニュートラル／非ニュートラル状態を感知することができる。
【００５２】
本発明は、米国特許第４，４４５，３９３号、第４，２７５，６１２号、第４，５８４，８９５号および第４，７２２，２３７号を参照すればわかるように、周知の平行多レール式シフトバーハウジングアセンブリを用いた複式変速機にも適用でき、これらの特許の開示内容は参考として本説明に含まれる。
【００５３】
このような装置には、一般的に、（多くの場合、シフトレールインターロック機構を備えた）シフトレールに対して垂直に延出して、シフトレールのすべてが軸方向中心のニュートラル位置にある時の第１位置か、シフトレールのいずれか１つが軸方向中心のニュートラル位置から変位している第２位置をとるアセンブリが設けられている。
【００５４】
本発明はまた、他の機械式、電気式、電磁式または他の形式のセンサを使用して変速機主部のニュートラル（非連結）または非ニュートラル（連結）状態を表す状態を感知するようにした複式変速機にも適用可能である。
【００５５】
補助変速部は、一般的に主変速部に取り付けられるが、ここで使用する「補助変速部」は、多段速度車軸や多段速度トランスファーケース等の分離式駆動列装置にも適用可能である。
【００５６】
本発明は、図１に示されている変速機１０および図３に示されている変速機１００と共に、同期補助部ジョークラッチアセンブリを用いた他の複式変速機にも同様に適用可能であるが、簡単にして理解しやすくするために、本発明を主に図１、図２ａ、図２ｂおよび図２ｃに示されているレンジ形複式変速機に使用する場合について説明する。
【００５７】
図２ｂに示されている形式のシフト制御、すなわち「多連Ｈ形」制御装置であるとすると、第４速から第５速への複式シフトは、ジョークラッチ６０を第４速／第８速入力歯車２４から切り離した後、クラッチ９２をレンジ低速すなわち減速歯車８６から切り離し、クラッチ９２を高速すなわち直接レンジ歯車８８に連結してから、ジョークラッチ６２を第１速／第５速主部歯車５４に連結する。
【００５８】
これを行うために、車両運転者は、シフトレバー７２で４／８位置からＮへ、次に、１／５位置へシフトする前に、レンジセレクタボタン９８で「ＨＩ」を事前選択する。イートン・コーポレーションが製造、販売している９速ＲＴ／ＲＴＯ１１６０９「ロードレンジャー」(Roadranger)変速機等の従来のレンジ形変速機では、「ＨＩ」レンジを選択するための第１位置と、「ＬＯ」レンジを選択するための第２位置を有する２位置スレーブ弁が、主変速部１０がニュートラル状態でない時はいつも、プランジャによって２位置のうちの一方にロック(interlock) されていた。そのような弁およびインターロックの例が、上記米国特許第３，２２９，５５１号、第４，４５０，８６９号、第４，７９３，３７８号および第４，９７４，４７４号に示されている。
【００５９】
前述したように、これらの装置は、ほとんどの状態で、主部がニュートラルへシフトされるまで、レンジシフトの開始を阻止することによってレンジ部シンクロナイザを保護するが、一定の状態では、補助部レンジシフトの前に主部シフトが完了することがあり、これはレンジシンクロナイザを危険にさらす。
【００６０】
これは、レンジのダウンシフト（第５速から第４速）の場合よりもレンジのアップシフト（第４速から第５速）の場合で相当に重大な問題になるが、それは、直接レンジ歯車８８を連結する時のシンクロナイザ摩擦円すい表面間のトルクはシンクロナイザをシンクロナイザブロック上で立ち往生させがちであるのに対して、減速レンジ歯車８６を連結する時の摩擦円すい表面間のトルクはシンクロナイザを引き離してブロック解除状態にしがちであるためである。
【００６１】
一般的に、図１および図３に示されている形式の変速機では、レンジ部シンクロナイザの焼き切れ(burn-out)は、レンジ部のダウンシフトの重大な問題とは考えられない。
【００６２】
図１の変速機では、第４歯車に連結している運転者がアップシフトを決定し、レンジアップシフトを事前選択し、シフトレバーをニュートラル位置へ、またはその方向へ移動させた後、気が変わって、レンジ選択を変更しないでシフトレバーを４／８位置へ戻した時、別の重大な問題が発生するであろう。この場合、レンジの４／８アップシフトだけが行われて、シンクロナイザの摩擦円すい表面間の大きい速度差によってシンクロナイザが破損するであろう。そのような状況では、シンクロナイザは２秒以内に激しく破損するか、破壊されるであろう。
【００６３】
本発明に使用する補助部制御システム／方法は、主部の非ニュートラル状態を感知した時、高速レンジ歯車８６に連結するためにシフトフォーク９４が加える力を比較的低レベルまで減少させる。この比較的低レベルの力は、同期状態が発生した時に同期クラッチを連結させるのに十分であるが、シンクロナイザの焼き切れの危険を確実に最小限に抑えるか、なくすことができる低レベルであるように選択される。
【００６４】
図１０および図１１を参照しながらさらに詳細に説明するように、本発明は、従来のばねバイアスの代わりに可変流体圧力バイアスをレンジ弁アセンブリに加えることによって、意図しないレンジシフトを防ぐ付加的な保護を与えて、システム圧力の予期しない低下または損失の際に弁の状態変化が発生しないようにしている。
【００６５】
簡単にするために、期待される最も好都合な用例について、すなわちレンジ（１０）、レンジ／スプリッタまたはスプリッタ／レンジ（１００）形の複式変速機の直接すなわち高速同期レンジクラッチを連結するために加える力を制御するシステムについて本発明を説明する。
【００６６】
直接レンジクラッチの連結およびレンジ弁への加圧流体バイアスの供給の両方またはいずれか一方を行うために変圧式圧力調整器を使用してもよいが、好適な実施形態では圧力差ピストン／弁の方法を用いている。
【００６７】
図６ないし図９を参照すればわかるように、レンジクラッチアクチュエータピストンアセンブリ２２０は、低レンジクラッチを連結するために加圧される第１表面積２２２（約３．９６平方インチ［25,55 平方センチ］）と、第１レベルの力（ｐ＊ａ224 ）で高レンジクラッチを連結するために加圧される第２の大表面積２２４（約４．６５平方インチ［30.00 平方センチ］）を有する面積差ピストン２２１を形成している。両表面の加圧によって、調整圧力（８０ｐｓｉ）を面積差（第２表面積２２４から第１表面積２２２を引いたもの）に加えることができ、直接クラッチを約５４ lbsの比較的低い第２レベルの力（ｐ＊（ａ224−ａ222 ））で連結することができる。
【００６８】
ピストン２２１は、２室２２２Ａおよび２２４Ａに分割されたシリンダ内に密接状態で摺動可能にはめ込まれている。ピストン２２１に設けられた軸２２６に、同期クラッチ９２／１２８を選択位置へシフトするためのシフトヨーク９４／１６４が取り付けられている。
【００６９】
直接レンジクラッチを連結位置へ押し付けながらシンクロナイザの保護効果を与えるために、直接レンジ歯車へのレンジシフトが選択されると共に主部がニュートラルにある時、第２室２２４Ａだけを加圧する。直接レンジ歯車へのレンジ部シフトが選択され、主部が連結している（すなわち非ニュートラルである）時、第１室２２２Ａおよび第２室２２４Ａの両方を加圧する。
【００７０】
第２力のレベルは、高速レンジクラッチ部材の同期またはほぼ同期した回転が得られた時に直接レンジクラッチを連結できるものでなければならない。好ましくは、第２力レベルは、直接レンジを連結状態に維持するのに十分でなければならない（あるいは、噛み合い爪手段を設けなければならない）。
【００７１】
また、第２力は、主変速部が長時間にわたって、例えば２０ないし４５秒間連結している状態でシンクロナイザがブロックと係合した時に、シンクロナイザの円すいクラッチの重大な破損を防止できるように十分に低くなければならない。一例として、約３００ないし４００ lbsの第１力および約４０ないし８０ lbsの第２力が非常に満足できるものであることがわかっている。
【００７２】
上記効果を達成するための制御システムの概要が図６ないし図９に示されている一方、本発明に従った流体バイアスを用いた弁アセンブリが図１０および図１１に示されている。
【００７３】
前述したように、変速機１０の主部１２の非連結（ニュートラル）および連結（非ニュートラル）状態は、主変速部のシフト軸２０４の軸方向非変位または変位位置を感知することによって感知することができる。シフト軸またはシフトレールのそのような軸方向変位は、軸またはレール自体で、またはその延長部分で、またはクロス軸等で感知することができる。
【００７４】
シンクロナイザ保護レンジシフト空気制御システム２３０が図６に示されている。マスターレンジ弁２３２が、フィルタ調整器２３４から送られたろ過済み調整空気供給源に接続されている。重量形車両では、調整空気圧は一般的に６０ないし８０ｐｓｉである。スイッチまたはレバー９８が、低圧信号すなわちパイロットライン２３６の加圧（低レンジ）または排気（高レンジ）のいずれかを行うことができる。
【００７５】
低レンジパイロットライン２３６は流体バイアスレンジスレーブ弁２３８に接続しており、このスレーブ弁２３８は２位置４方弁であって、流体バイアスライン２４０によって高レンジ（すなわち、室２２４Ａが加圧され、２２２Ａが排気される）位置へ押し付けられている。
【００７６】
これによって、調整流体供給源２３４の流体圧力と、上記の面積差ピストン２２０と同様に作動する対応の弁ランドの表面積差に基づいた可変バイアス力が与えられる。流体圧力の低下または損失の際は、それに伴ってバイアス力が低下するため、弁は低レンジ（加圧）状態から高レンジ（排気）状態への状態変化を行わない。パイロットライン２３６の加圧によって流体バイアスに対抗する力が発生すると、弁が低レンジ位置へ移動する（すなわち、室２２２Ａが加圧され、室２２４Ａが排気される）。
【００７７】
これは好ましくは、弁スプールに弁ランド表面積差を設けて、パイロットライン２３６から送られる調整供給圧力をバイアスランドより大きい表面積のスプールランドに加えることによって達成される。あるいは、圧力調整器を用いてバイアス圧力を、従ってバイアス力を低下させることによって、パイロットライン２３６の加圧がバイアス力に打ち勝って弁をシフトさせるようにすることもできる。
【００７８】
噛み合い位置またはニュートラル位置のいずれかへ移動可能な軸２４２に、主部がニュートラル位置へシフトされるまでスレーブ弁２３８の初期移動を阻止するインターロックプランジャ２４４が設けられている。２位置３方レンジ保護弁２４６が、ライン２４８を介して供給源圧力に、また低レンジ室２２２Ａに対応したスレーブ弁の出口ポート２５０に常時接続されている。レンジ保護弁２４６は、主部の噛み合いまたはニュートラル状態を感知するプランジャ２５２を備えている。弁２４６の出口ポート２５３は、レンジアクチュエータピストンアセンブリ２２０の低レンジ室２２２Ａに接続している。
【００７９】
図６ないし図９に示されている制御システムの同様な構造および機能を有する部材には、便宜上同一の参照番号が付けられている。
【００８０】
図６に示されているように、主部がニュートラル状態にある時、流体バイアススレーブ弁２３８の出口２５０が直接的にレンジ保護弁２４６を介して室２２２Ａに接続される。主部が連結している時、スレーブ弁２３８の位置に関係なく、レンジ保護弁２４６は低レンジ室２２２Ａを供給源２３４に接続する。従って、レンジシフトの開始後に主変速部が連結（非ニュートラル）状態へシフトされた場合、スレーブ弁２３８の位置に関係なく、低レンジ室２２２Ａが加圧される。これによって、低レンジへのシフトまたは相当に低下した第２力での高レンジへのシフトを通常に完了することができる。
【００８１】
同様な制御システム２７０が図７に示されている。システム２７０が上記システム２３０と異なる点は、主に、単一シフト軸２０４の溝２１０と相互作用する軸２７２がレンジ保護弁２４６を機械的に作動させると共に、機械式インターロック機構ではなく空気インターロック弁２７４を作動させる点にある。
【００８２】
簡単に説明すると、主変速部がニュートラルへシフトされるまで、２位置２方向インターロック弁２７４が、流体バイアススレーブ弁２３８での低パイロットライン２３６の加圧または排気を阻止する。先行例のように、スレーブレンジ弁２３８は、システム圧力の低下の際の意図しないレンジ変更の可能性を減らすか、なくすために従来のばねバイアスではなく加圧流体バイアス２４０を備えている。加圧流体バイアスは、システム供給圧力に基づいているため、システム供給圧力の低下によって、それに対応したバイアス力の、従って低パイロットライン２３６で発生する力の低下が起きる。
【００８３】
システム２３０の場合のように、他の弁部材の位置に関係なく、主変速部が連結（非ニュートラル）している時、レンジ保護弁２４６は低レンジ室２２２Ａを加圧する。このため、低レンジが選択され、主変速部がニュートラルにシフトした時、ピストンアセンブリ２２０の高レンジ室２２４Ａが排気される。主変速部が連結した時、低圧室２２２Ａが加圧されてレンジダウンシフトを完了する。弁２４６は、ばね２７３によって右方向に押し付けられているが、これは室２２４Ａへ送られる圧力ラインの左方向バイアスに抵抗するには不十分である。
【００８４】
空気制御システム３００が、図８に概略的に示されている。制御システム３００は、上記マスター弁２３２に類似したマスター弁３０１を備えており、これは高（ＨＩ）または低（ＬＯ）レンジ比を選択するセレクタスイッチ（９８）を有する。
【００８５】
マスター弁３０１は、さらに、高（ＳＰ−ＨＩ）または低（ＳＰ−ＬＯ）スプリッタ比を選択する第２セレクタスイッチ（３０２）を備えている。低スプリッタパイロットライン３０４が、２位置３方向プリッタスレーブ弁３０６の作動を制御する。弁３０１のようなマスター弁は、一般的に、図３および図５に示されているようなレンジおよびスプリッタ複合形の複式変速機に組み込まれる。
【００８６】
流体バイアス式レンジスレーブ弁アセンブリ３１０が、３位置４方向弁（３ポジション弁）３１２と、ラッチおよびオーバーライド機構（オーバーライド手段）３１４を備えている。弁体と弁３１２の端部によって形成された室が、バイアスライン３３０から送られる流体によって加圧されて、可変バイアス力を与える。弁３１２は、排気部に接続されたポート３１６と、フィルタ／調整器２３４から送られる供給源空気（公称８０ｐｓｉ）に接続されたポート３１８と、面積差ピストンアセンブリ２２０の高レンジ室２２４Ａに接続されたポート３２０と、面積差ピストンアセンブリ２２０の低レンジ室２２２Ａに接続されたポート３２２を備えている。
【００８７】
弁３１２は、高レンジを選択する第１位置３２４（図８の上側の位置）を備えており、この時、高レンジ室２２４Ａが供給源圧力に接続され、低レンジ室２２２Ａが排気部へ通気される。弁３１２は、低レンジを選択する第２位置３２６（図８の下側の位置）を備えており、この時、低レンジ室２２２Ａが供給源圧力に接続され、高レンジ室２２４Ａが排気部へ通気される。弁３１２は中間の第３位置３２８を備えており、この時、高（２２４Ａ）および低（２２２Ａ）の両方のレンジ室が供給圧力に接続される。
【００８８】
弁３１２は、流体３３０で第１（３２４）の高速レンジ位置へ押し付けられており、ライン２３６から送られる低レンジパイロット圧力の作用によって第２（３２６）の低速レンジ位置へ移動することができる。これは、同じ供給源圧力を弁３１２の面積差に加えることによって図８の下向きの方向の正味力を発生するか、圧力調整器等を用いて低バイアス圧力を与えることによって達成される。
【００８９】
しかし、バイアス圧力は、パイロットライン２３６内の供給圧力に比例して低下するので、スイッチ９８がＬＯ位置にある間にパイロット圧力の低下または損失があっても、意図しない状態変化およびそれに続いたＨＩレンジへのレンジシフトが生じない。
【００９０】
オーバーライドアクチュエータレバーまたはリンク３３２が、シフト軸２０４上のノッチ２１０および隣接のランドと相互作用する機械的手段によって、弁が第１位置にある間に主変速部が連結位置へシフトした場合、弁は第１位置３２４から中間の第３位置３２８へ移動することができる。
【００９１】
ラッチおよびオーバーライドアセンブリ３１４のラッチ機能は、主変速部がニュートラルにある時に、弁が第１位置３２４から中間の第３位置３２８へ移動できるようにしながら、弁が第１位置３２４から第２位置３２６へ、または第２位置３２６から第１位置３２４へ移動できないようにすることである。
【００９２】
このため、ラッチおよびオーバーライドアセンブリは、主部がニュートラルへシフトするまで、レンジシフトの開始を阻止するレンジインターロック機能を与える。弁３１２とラッチおよびアクチュエータアセンブリ３１４の特定の構造が図１０および図１１に示されており、詳細に後述する。
【００９３】
作用を説明すると、高レンジ比から低レンジ比へのシフトの場合、セレクタ９８を移動して「ＬＯ」位置を選択／予選択し、パイロットライン２３６を加圧する。主部がニュートラルにあることをシフト軸位置が示した時、ラッチ３１４が解除されて、弁機構３１２が第２位置３２６をとって、低レンジ室２２２Ａが加圧され、高レンジ室２２４Ａが排気されるようにする。第２位置３２６ではオーバーライド機構は、弁に影響を与えないため、セレクタ９８を移動させるまで、弁３１２の位置はそのままである。
【００９４】
低レンジ比から高レンジ比へのシフトの場合、セレクタ９８を移動して「ＨＩ」位置を選択／予選択し、パイロットライン２３６を排気する。シフト軸位置が主変速部のニュートラル状態を示すと直ぐに、ラッチが解除されて、弁３１２は流体バイアス３３０によって発生する力で第１位置３２４へ移動する。高レンジ室２２４Ａが加圧され、低レンジ室２２２Ａが排気される。
【００９５】
その後、主変速部が連結すると、アクチュエータリンク３３２は、弁３１２を第１位置３２４から第３の中間位置３２８へ移動させ、この時、シリンダ２２０の高レンジ室２２４Ａおよび低レンジ室２２２Ａの両方が加圧されるため、低レベルの力をシフトフォーク９４または１６４に加えて高速レンジ同期クラッチを連結させる。
【００９６】
「二連Ｈ形」シフト機構に使用される空気制御システム４００が、図９に示されている。制御システム４００は、「二連Ｈ形」パターンの高レンジまたは低レンジ部分の作動にそれぞれ対応する比較的小径の部分４０２と比較的大径の部分４０４を備えた単一シフト軸２０４Ａを用いている。そのため、図８のスイッチ９８Ａのような、運転者が操作するレンジスイッチは必要なくなる。同様に、マスター弁４０６は、スプリッタセレクタスイッチまたはボタン３０２だけを備えている点で、マスター弁３０１と異なっている。
【００９７】
弁アセンブリ４０８の弁部分３１２は、弁アセンブリ３１０の弁部分３１２とほぼ同様である。しかし、弁アセンブリ４０８のアクチュエータ部分４１０は、弁アセンブリ３１０のラッチおよびオーバーライド部分３１４と大きく異なっている。
【００９８】
主部の連結状態を感知した時、ニュートラルノッチ２１０と協動して弁部分３１２を第１位置３２４から第２位置３２６へ移動させるリンク部材３３２に加えて、別の第２リンクまたはレバー４１２を設けている。レバー４１２は高／低レンジアクチュエータであって、シフト軸２０４Ａが回転して「二連Ｈ形」パターンの高レンジ部分へ移動した時、シフト軸２０４Ａの隆起表面４０４と協動して弁部分３１２を第２位置３２６へ移動させる。
【００９９】
本発明に従った流体バイアス式レンジスレーブ弁アセンブリの構造が、図１０および図１１に示されている。流体バイアス式レンジスレーブ弁アセンブリ３１０は、スプールハウジングまたは弁体部分３４２とラッチおよびオーバーライド機構部分３４４を形成したハウジング３４０内に収容されている。
【０１００】
弁体部分３４２は、弁スプール３４８を収容している内孔３４６を設けており、さらにそれぞれ排気部、供給部、低レンジ室２２２Ａおよび高レンジ室２２４Ａに接続したポート３１６（２つ）、３１８、３２０および３２２を備えている。低速パイロットライン２３６に接続するポート３５０が、ラッチおよびオーバーライド部分３４４に形成されている。弁スプールの左端部に、ポート３５０に連通した室３５４内に密接状態で摺動可能にはめ込またピストン表面３５２が設けられている。内孔３４６の右端部の室３３０によって加圧流体バイアスが与えられる。
【０１０１】
室３３０は、弁スプール３４８の右ランドと、弁内孔３４６と、端部キャップ３３１によって形成されている。室３３０は、ポート３１８からチャネル３３３によって加圧流体供給源に接続されている。流体バイアスは、共通加圧流体供給源の圧力に比例して変化する可変左方向力をスプール３４８に与える。そのため、圧力の低下または損失は、（「ＬＯ」レンジが選択されている間）加圧供給源からパイロットポート３５０を介して加えられる力に比例してバイアス力を減少させるため、正味力は右方向のままであり、弁は状態変化を生じないので、意図しないレンジシフトが防止される。
【０１０２】
弁３１２の第１位置３２４は、図１０の上半分に示されている弁スプール３４８の最左側位置に対応する。この位置では、ポート３１８および３２２が流体連通し、ポート３２０および左ポート３１６が流体連通するが、右ポート３１６は他のポートから遮断される。チャネル３３３がポート３１８と室３３０を接続することによって、共通供給源からの加圧流体によって左方向のバイアスを与える。
【０１０３】
弁３１２の第２位置３２６は、図１１に示されている弁スプール３４８の最右側位置に対応する。この位置では、ポート３１８および３２０が流体連通し、ポート３２２および右ポート３１６が流体連通するが、左ポート３１６は他のポートから遮断される。室３３０はチャネル３３３を介してポート３１８に流体連通したままである。
【０１０４】
図１１の左側の上下部分に示されているように、ポート３５０および低レンジパイロットライン２３６によって室３５４を加圧することによって（図１１）、またはレバー３３２に類似しているが、二連Ｈ形シフトパターンに用いられている軸の大径表面およびスプール３４８の押し棒部分３５６に作用するレバーまたはリンク ( 図示略 ) によって、スプール３４８を右側の第２位置へ押し付けることができる。
【０１０５】
弁３１２の第３の中間位置３２８が、図１０の下部分に示されている。この位置では、ポート３２０および３２２の両方が供給源ポート３１８に流体連通し、両排気ポートが他のポートから遮断される。図１０を参照すればわかるように、レバーアクチュエータ３３２が軸２０４の外表面に乗り掛かっている時、レバーは、押し棒３５６の一部と係合してスプールを中間位置へ押し付ける。スプールが弁３１２の最右側位置、すなわち第２位置３２６にある時、オーバーライドレバー３３２（図１０を参照）はスプールの位置に影響を与えない。
【０１０６】
ラッチおよびオーバーライドアセンブリ３１４のラッチ機能は、主変速部がニュートラルにシフトされるまで、レンジシフトの開始を阻止するレンジインターロック機能を与える。これは、コレット３６０と、爪３６２と、弁スプール３４８の押し棒延出部３５６の溝３６４および３６６によって行われる。爪３６２は、半径方向移動可能にハウジング部分３４４のスロットにはまっており、押し棒延出部３５６の外表面には、スプールが第２位置（図１１）にある時に爪と整合する第１爪溝３６４と、スプールが第１位置または第２位置にあるか、その間の過渡位置にある時に爪と整合する長い第２爪溝３６６が設けられている。
【０１０７】
ばね３６８のバイアスを受けてコレット３６０が後退位置にある時（図１０の上部および図１１を参照）、ボールまたはローラ状の爪３６２は半径方向外向きに移動して、弁スプール３４８の軸方向移動に影響を与えない。しかし、コレットがレバー３３２によって右方向へ押し付けられた時（図１０の下側を参照）、爪３６２は軸方向外向き移動できないようにロックされて、スプール３４８は第１から中間（第３）軸方向位置に、または第２軸方向位置にロックされる。
【０１０８】
「二連Ｈ形」シフトパターンの変更構造が図１１に示されている。低レンジパイロットライン２３６をなくし、シフトレバーが「二連Ｈ形」シフトパターンの低レンジ部分に入るのに応じて、変更形または追加のアクチュエータレバーおよびシフト軸２０４を用いて弁３１２を室３３０内の加圧流体によって与えられるバイアスに逆らって第２低レンジ位置３２６へ機械的に移動させることができる。
【０１０９】
好ましくは、弁体３４２の端部キャップ３３１をねじ３３５およびＯリング３３７によってそれに密封固定する。ディスクシール３３９のような平板状のフッ化炭化水素ディスクシールが様々な弁ランドに設けられている。好ましくは、ランドシールは、左から右に先細になって、ぬぐい作用を改善するほぼ円すい台の形状になっている。図示の様々な他のシールおよび締結具がこれらや同様な用途に従来通りに使用されるが、わかりやすくするために特に列挙しない。
【０１１０】
このように、本発明は、供給圧力に比例して変化するバイアス力を有するレンジスレーブ弁を提供しているため、供給圧力の低下または損失によって弁の状態変化が発生せず、意図しないレンジ変更が防止される。
【０１１１】
もちろん、以上に説明した本発明の形態は、本発明を実施する際に考えられる最良の態様を含むが、それらは可能なすべての形態を説明することを意図していないことを理解されたい。また、使用した言葉は制限ではなく説明のためであって、本発明の技術的思想および特許請求の範囲から逸脱しない様々な変更を加えることができることも理解されたい。
【０１１２】
【発明の効果】
本発明の弁アセンブリは、補助変速部のシフトアクチュエータを制御する制御システムに用いられ、 ３ポジション弁、オーバーライド手段、バイアス手段を備え、オーバーライド手段と表示手段が協動して、 主変速部が連結状態にある時、 加圧流体バイアスが３ポジション弁を第１位置から第３位置へ押し付けることと、 補助部レンジ変更を実施する弁のシフトとの両方に使用されるので、流体圧低下または損失の際の意図しないレンジ変更を防止することができ、従来のばねバイアス式弁に発生する場合のような弁の状態変化を生じさせることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】レンジ形補助部を備えて、本発明に従ったレンジ部弁アセンブリを用いている複式変速機の概略図である。
【図２】図２ａは、図１に係る変速機のシフト機構の概略図であり、図２ｂは、変速機の「多連Ｈ」形シフトパターンの概略図であり、変速機の「二連Ｈ形」シフトパターンの概略図である。
【図３】スプリッタ／レンジ複合形補助部を備えて、本発明に従ったレンジ保護弁アセンブリおよび流体バイアス式レンジ弁を用いている複式変速機の概略図である。
【図４】図３の変速機のシフトパターンの概略図である。
【図５】本発明に従った流体バイアス式レンジ弁を組み込んだ変速機に使用される単一シフト軸を用いたシフト機構の斜視図である。
【図６】本発明に従った流体バイアス式レンジ弁を作動させるための流体制御システムの概略図である。
【図７】本発明に従ったレンジ保護弁アセンブリおよび流体バイアス式レンジ弁を作動させるための変更形流体制御システムの概略図である。
【図８】本発明に従った弁アセンブリを用いた別の流体制御システムの概略図である。
【図９】図８に示されている制御システムの変更構造の概略図である。
【図１０】図８に示されている制御システム用の弁アセンブリの断面図である。
【図１１】異なった作動位置にある図１０の弁アセンブリの断面図である。
【符号の説明】
１０，１００ 複式変速機
１２，１２Ａ 主変速部
１４，１０２ 補助変速部
９２，１２８ 同期クラッチアセンブリ
２２１ 面積差ピストン
２２２Ａ 低レンジ室
２２４Ａ 高レンジ室
３００ 空気制御システム
３１０ 流体バイアス式レンジスレーブ弁アセンブリ
３１２ ３位置４方向弁
３２４ 第１位置
３２６ 第２位置
３２８ 第３位置
３３０ 室
３３３ チャネル
３４２ 弁体
３４４ ラッチおよびオーバーライド機構ハウジング
３４６ 内孔
３４８ 弁スプール
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用複式変速機の補助部アクチュエータを制御する弁アセンブリに関する。
【０００２】
【従来の技術】
主部と補助部を直列に接続した車両用複式変速機は当該技術において良く知られている。一般的に、主部は、シフトバーハウジングまたは単一シフト軸に連結されたシフトレバーで直接的にシフトされるが、補助部は、レンジ部、スプリッタ部またはレンジ／スプリッタ複合部のいずれでも、１つまたは複数の弁およびピストンを用いて遠隔シフトされる。補助部ギヤ比の変更は、シフトレバーの位置によって表示できるか、ＨＩ／ＬＯレンジスイッチおよびＨＩ／ＬＯスプリッタスイッチの両方またはいずれか一方等のシフトレバー上の個別のスイッチによって開始することができる。
【０００３】
レンジ部は一般的に同期ジョークラッチを用いているので、レンジ部の同期ジョークラッチの過大な摩耗および破損の両方またはいずれか一方を防止するために、主部がニュートラル状態にある間に、レンジシフトを開始して完了できるようにする様々なシステムが開発されている。
【０００４】
主部がニュートラル状態になるまで、レンジ部シフトの開始を阻止または遅らせるシステムが、米国特許第２，６５４，２６８号、第３，１３８，９６５号、第３，２２９，５５１号、第４，０６０，００５号、第４，４５０，８６９号、第４，７９３，３７８号および第４，９７４，４７４号に開示されており、これらの特許の開示内容は参考として本説明に含まれる。
【０００５】
また、レンジ部のシフトの前に主部シフトが完了している際にレンジ部の同期ジョークラッチを保護するための弁アセンブリが、米国特許第５，１９３，４１０号に開示されており、この特許の開示内容も参考として本説明に含まれる。
【０００６】
米国特許第５，１９３，４１０号は、レンジ部をシフトするために加える力を主部のニュートラル／連結状態に基づいて制御するために面積差ピストンの加圧および排気を制御する弁アセンブリを開示している。この弁アセンブリは、比較的高レベルの力で高速補助部ギヤ比に連結する第１位置へばねで押し付けられている弁を用いている。このばねバイアスに加圧流体が打ち勝つことによって、弁を低速補助部ギヤ比に連結する第２位置へシフトさせることができる。
【０００７】
しかし、装置の漏れやコンプレッサの故障等の何らかの理由で流体圧力が所定閾値より低下すると、ばねバイアスは弁を第１位置へシフトさせるため、レンジ部で意図しない比変更が発生する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このため、本発明の目的は、圧力低下による意図しない状態変化を防止するために加圧流体を使用した変速機用の流体バイアス式弁アセンブリを提供することである。
【０００９】
本発明のさらなる目的は、流体圧力の損失による意図しないレンジ部のギヤ比変更を防止するシステムおよび方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的および他の目的および特徴を実行する際に、複式変速機の補助変速部用の加圧流体作動式シフトアクチュエータを制御するための制御システムに使用できる弁アセンブリは、加圧流体供給源からの流体を用いて弁を第１位置の方へ押し付けるバイアス手段を備えることによって、加圧流体の圧力低下に起因する弁の状態変化の可能性の低減および排除、またはそのいずれかを行うことができる。加圧流体のバイアスは、加圧流体の圧力に比例した可変バイアス力を与える。そのため、予期しない流体圧力損失中も、弁の状態すなわち位置が維持される。
【００１１】
本発明は、当該技術の専門家には理解される多くの付随的な利点を備えている。一例として、本発明は、意図しないレンジ部のギヤ比変更を防止することによって、レンジ部の同期ジョークラッチを保護する。
【００１２】
本発明の上記目的および他の目的、特徴および利点は、添付の図面を参照しながら本発明を実施する最良の態様の以下の詳細な説明を読めば、当該分野の専門家には容易に明らかになるであろう。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下の説明において、参照の便宜のためだけに一定の用語を用いるが、制限的なものではない。「上方」「下方」「右方向」および「左方向」は、参照している図面上での方向を示している。「前方」および「後方」は、それぞれ従来通りに車両に取り付けた時の変速機の前および後端部を示しており、図１に示されている変速機のそれぞれ左側および右側である。「内方」および「外方」は、装置またはそれの指定部品の構造中心に対してそれぞれ向かう方向および離れる方向を示している。以上の定義は、上記用語およびその派生語および類似語に適用される。
【００１４】
「複式変速機」は、多段前進速度主変速部と多段速度補助変速部を直列に接続することによって、主変速部で選択された歯車減速比をさらに補助変速部で選択された歯車減速比と組み合わせることができるようにした変速またはチェンジギヤ伝達装置を表すために用いられている。
【００１５】
「同期クラッチアセンブリ」および同様な意味の言葉は、クラッチの部材がほぼ同期回転するまでそのクラッチの連結の試行が阻止される噛み合いクラッチによって選択歯車を軸に非回転式に連結するために用いられるかみ合いジョー形クラッチアセンブリを表している。比較的大きい容量の摩擦手段がクラッチ部材に用いられており、クラッチ連結の開始時においてクラッチ部材およびそれと共転するすべての部材をほぼ同期速度で回転させることができる。
【００１６】
「ニュートラル」および「非連結」は交換可能に使用され、（図１および図３に示されている一般形式の変速機において）トルクが変速機入力軸から主軸に伝達されない主変速部の状態を表している。「非ニュートラル」および「連結」は交換可能に使用され、（図１および図３に示されている一般形式の変速機において）主変速部の駆動比に連結して、駆動トルクが変速機入力軸から主軸に伝達される主変速部の状態を表している。
【００１７】
「高速」比は、出力部の回転速度がある入力回転速度に対して最高である変速部のギヤ比を表している。
【００１８】
図１、図２ａおよび図２ｂは、レンジ形複式変速機１０を示している。複式変速機１０は、多段速度主変速部１２をレンジ形補助部１４に直列に接続して構成されている。変速機１０は、ハウジングＨ内に収容されており、常時連結しているが選択的に切り離される摩擦マスタークラッチＣを介してディーゼルエンジンＥ等のエンジンによって駆動される入力軸１６を設けており、マスタークラッチＣの入力すなわち駆動部１８はエンジンクランク軸２０に駆動連結され、従動部２２は変速機入力軸１６に固定されて回転可能になっている。
【００１９】
主変速部１２では、入力軸１６が入力歯車２４を担持して、複数のほぼ同一の副軸アセンブリ２６および２６Ａをほぼ同一の回転速度で同時に駆動できるようにしている。２つのほぼ同一の副軸アセンブリは、入力軸１６とほぼ同軸的に整合した主軸２８の直径方向の両側に配置されている。
【００２０】
副軸アセンブリの各々は、一部分だけが概略的に図示されているハウジングＨ内の軸受３２、３４によって支持されている副軸３０を有している。副軸の各々には、同一群の副軸歯車３８、４０、４２、４４、４６および４８が副軸と共転できるように取付られている。
【００２１】
複数の主軸歯車５０、５２、５４、５６および５８が主軸２８を取り囲んで、当該技術では周知のように滑りクラッチカラー６０、６２および６４によって一度に１つが主軸２８に選択的にクラッチ連結されてそれと共転できるようになっている。クラッチカラー６０はまた、入力歯車２４を主軸２８にクラッチ連結して入力軸１６と主軸２８の間を直結するためにも使用できる。
【００２２】
一般的に、クラッチカラー６０、６２および６４は、それぞれ当該技術では周知のようにシフトハウジングアセンブリ７０と組み合ったシフトフォーク６０Ａ、６２Ａおよび６４Ａによって軸方向に位置決めされる。クラッチカラー６０、６２および６４は、周知の同期または非同期複動式ジョークラッチ形式にすることができる。
【００２３】
主軸歯車５８は後進歯車であって、従来形の中間アイドラ歯車（図示せず）を介して副軸歯車４８と継続的に噛み合っている。主変速部１２には５段階の選択可能な前進速度比が設けられているが、最も低い前進速度比、すなわち主軸駆動歯車５６を主軸２８に駆動連結することによって得られる速度比は減速比が非常に高いことが多いため、厳しい状態での車両の始動だけに使用され、高い変速レンジでは一般的に使用されないローまたは「クリーパ」歯車と見なす必要がある。
【００２４】
従って、主変速部１２には５段階の前進速度が設けられているが、前進速度の４つだけが補助レンジ変速部１４と組み合わされるので、一般的には「４＋１」主部と呼ばれている。
【００２５】
ジョークラッチ６０、６２および６４は、３位置クラッチであって、シフトレバー７２によって図示の中央非連結位置、最右側連結位置または最左側連結位置に位置決めできる。周知のように、クラッチ６０、６２および６４の１つだけが一度に連結可能であって、その他のクラッチをニュートラル状態にロックするために主部インターロック手段（図示せず）が設けられている。
【００２６】
補助変速レンジ部１４は、２つのほぼ同一の補助副軸アセンブリ７４および７４Ａを備えており、その各々は、ハウジングＨ内の軸受７８および８０によって支持されている補助副軸７６を有しており、この副軸は、２つの補助部副軸歯車８２および８４をそれと共転可能に担持している。
【００２７】
補助部副軸歯車８２は、主軸２８と共転可能に固定されているレンジ／出力歯車８６と常時噛み合ってそれを支持している。補助部副軸歯車８４は、変速機出力軸９０を取り囲んでいる出力歯車８８と常時噛み合っている。
【００２８】
２位置同期ジョークラッチアセンブリ９２が、シフトフォーク９４およびレンジ部シフトアクチュエータアセンブリ９６によって軸方向に位置決めされる。ジョークラッチアセンブリ９２は、（低レンジ作動用に）歯車８８を主軸９０に、または（高レンジ作動用に）歯車８６を主軸９０にクラッチ連結するように設けられている。
【００２９】
複式レンジ形変速機１０用の「多連Ｈ形(repeat H type) 」シフトパターンが図２ｂに概略的に示されている。変速機１０の低レンジまたは高レンジ作動の選択および事前選択の両方またはいずれか一方は、運転者操作スイッチまたはボタン９８を用いて行われ、これは一般的にシフトレバー７２に設けられている。
【００３０】
レンジ形補助部１４は、平歯車またははすば歯車装置を用いた２速度部として図示されているが、本発明は、３つ以上の選択可能なレンジ比を有するスプリッタ／レンジ複合形補助部の使用および遊星歯車装置の使用の両方またはいずれか一方によるレンジ形変速機にも適用可能であることを理解されたい。
【００３１】
また、前述したように、クラッチ６０，６２または６４の１つまたは複数を同期ジョークラッチ形式にすることもできる。同様に、変速部１２および１４の両方またはいずれか一方を単一副軸形にすることができる。
【００３２】
主変速部１２は、シフトバーハウジング７０内に収容されてシフトレバー７２の作動によって制御される少なくとも１つのシフトレールまたはシフト軸の軸方向移動によって制御される。周知のように、シフトレバー７２は直接的に変速機に取り付けても、それから離して取り付けてもよい。この形式の装置は、従来より周知であって、米国特許第４，６２１，５３７号に示されており、これの開示内容は参考として本説明に含まれる。
【００３３】
レンジ部は、ボタン９８か、「二連Ｈ形」制御装置の場合には位置スイッチ９８Ａの作用によって制御され、これらは共に当該技術では周知である。シフトバーハウジング７０は、米国特許第４，７８２，７１９号、第４，７３８，８６３号、第４，７２２，２３７号および第４，６１４，１２６号に示されているように従来より周知の従来型多シフトレールでも、やはり当該技術では周知の単一シフト軸でもよく、上記特許の開示内容は参考として本説明に含まれる。
【００３４】
本発明の制御システムは、レンジ形、レンジ／スプリッタ複合形、またはスプリッタ／レンジ複合形補助部を有する複式変速機に等しく適用することができる。
【００３５】
図３に示されている複式チェンジギヤ機械式変速機１００は、変速機１０について上述した主変速部と同一か、ほぼ同一の主変速部１２Ａを有する１８段前進速度変速機である。変速機１００の主変速部１２Ａが変速機１０の主変速部１２と異なる点は、主軸２８が補助変速部１４内へ延出している距離よりもわずかに長く主軸２８Ａが補助変速部１０２内へ延出していることだけである。主変速部１２および１２Ａがほぼ同一構造であることから、主変速部１２Ａについてはここで詳細な説明を繰り返さない。
【００３６】
補助変速部１０２は、２つのほぼ同一の補助副軸アセンブリ１０４および１０４Ａを備えており、その各々は、ハウジングＨ内の軸受１０８、１１０によって支持されている補助副軸１０６を有しており、その補助副軸１０６に３つの補助部副軸歯車１１２、１１４および１１６がそれと共転可能に担持されている。
【００３７】
補助部副軸歯車１１２は、主軸２８Ａを取り囲む補助部スプリッタ歯車１１８と常時噛み合ってそれを支持している。補助副軸歯車１１４は、出力軸１２２の、主軸２８Ａの同軸的端部に隣接した端部を取り囲む補助部スプリッタ／レンジ歯車１２０と常時噛み合ってそれを支持している。補助部副軸歯車１１６は、出力軸１２２を取り囲む補助部レンジ歯車１２４と常時噛み合ってそれを支持している。
【００３８】
スプリッタ歯車１１８またはスプリッタ／レンジ歯車１２０のいずれかを主軸２８Ａに選択的に連結するために滑り２位置ジョークラッチカラー１２６が用いられているのに対して、スプリッタ／レンジ歯車１２０またはレンジ歯車１２４を出力軸１２２に選択的に連結するために、２位置同期クラッチアセンブリ１２８が用いられている。
【００３９】
複動式滑りジョークラッチカラー１２６の構造および機能は、変速機１０において用いられている滑りクラッチカラー６０，６２および６４の構造および機能とほぼ同一である。複動式同期クラッチアセンブリ１２８の構造および機能は、変速機１０において用いられている同期クラッチアセンブリ９２の構造および機能とほぼ同一である。アセンブリ９２および１２８等の同期クラッチアセンブリは、米国特許第４，４６２，４８９号、第４，１２５，１７９号および第２，６６７，９５５号を参照すればわかるように、当該技術では周知であって、これらの特許の開示内容は参考として本説明に含まれる。
【００４０】
そのようなクラッチは、一般的に、一対の軸方向に連結可能なジョークラッチ部材と、ジョークラッチ部材の非同期回転を感知して、非同期回転中の軸方向連結を妨害するセンサ／ブロッカ装置と、一対の摩擦表面を備えており、摩擦表面は多くの場合は円すい形であって、接触位置へ押し付けられることによってジョークラッチ部材を摩擦連結して、それをほぼ同期回転させる。
【００４１】
ほぼ非同期状態にある間にそのようなアセンブリが係合しようとする時、クラッチはブロック位置に入り、その場合、ブロッカ装置がジョークラッチ部材の軸方向連結を防止し、摩擦表面は力を受けて係合する。長時間にわたって主変速機が連結した状態でクラッチアセンブリが大きい軸方向係合力を受けてブロック位置に留まっている場合、過大なトルク負荷によって摩擦表面の破損および破壊の両方またはいずれか一方が発生する。そのような補助部１０２の詳細な構造は、米国特許第５，１９３，４１０号を参照すればわかるであろう。
【００４２】
歯車１１８は、主軸２８Ａを取り囲み、通常はそれに対して回転自在であり、リテーナによって主軸２８Ａに対して軸方向に固定されている。クラッチ歯に、主軸２８Ａの軸線に対して約３５゜傾斜したテーパ表面が設けられており、これは、米国特許第３，２６５，１７３号にさらに詳細に記載されているように、非同期噛み合いを阻止すると共に同期回転を生じるのに好都合な相互作用を与え、上記特許の開示内容は、参考として本説明に含まれる。クラッチ歯にも同様な対応のテーパ表面が設けられている。
【００４３】
スプリッタ／レンジ歯車１２０は、出力軸１２２の内側端部で一対のスラスト軸受によって回転可能に支持されている。レンジ歯車１２４は、出力軸１２２を取り囲み、スラストワッシャによってそれに軸方向に固定されている。軸方向において歯車１２０と歯車１２４の間に、複動式２位置同期クラッチアセンブリ１２８が外側スプラインおよび内側スプラインによって出力軸１２２に回転方向に固定されている。
【００４４】
既知の同期かみ合いクラッチ構造の多くが、本発明に従った補助変速部に用いるのに適している。同期クラッチアセンブリ１２８は、上記米国特許第４，４６２，４８９号に記載されているピン形式であることが好ましい。歯車１２０および１２４は、同期クラッチアセンブリの対応の摩擦円すい表面と摩擦同期係合する円すい摩擦表面を備えている。同期アセンブリ１２８はまた、クラッチ連結作動の開始時に円すい摩擦表面を初期係合させるための複数のばねピン（図示せず）も備えることができる。
【００４５】
出力軸１２２は、ハウジングＨ内の軸受で支持されて、それから延出して、一般的にディファレンシャル等につながった推進軸を駆動するユニバーサルジョイントの一部を形成するヨーク部材等に取り付けられる。出力軸１２２は、速度計歯車および様々なシール部材（図示せず）の両方またはいずれか一方を担持することもできる。
【００４６】
図３を参照すればわかるように、スプリッタクラッチ１２６およびレンジクラッチ１２８の両方をその軸方向前方および後方位置に選択的に軸方向位置決めすることによって、出力軸回転速度に対する主軸回転速度の比を４種類得ることができる。従って、補助変速部１０２は、レンジ／スプリッタ複合形の３層補助部であり、４種類の選択可能な速度、すなわち入力（副軸２８Ａ）および出力（出力軸１２２）間の駆動比を与える。
【００４７】
この形式の変速機は当該技術では周知であり、譲受人のイートン・コーポレーション(Eaton Corporation) が「スーパー(Super) １０」および「スーパー１８」の名前で販売しており、米国特許第４，７５４，６６５号を参照すればさらに詳細に知ることができ、この特許の開示内容は参考として本説明に含まれる。
【００４８】
変速機１００のシフトパターンが図４に概略的に示されており、矢印「Ｓ」はスプリッタシフトを表し、矢印「Ｒ」はレンジシフトを表している。
【００４９】
本発明の１つの実施形態では、図５に示されている形式の単一シフト軸形シフト機構２００が用いられている。この形式の機構は、米国特許第４，９２０，８１５号および第４，６２１，５３７号を参照すればわかるように、従来技術で周知であり、これらの特許の開示内容は参考として本説明に含まれる。
【００５０】
簡単に説明すると、シフトレバー９８はブロック部材２０２と相互作用して、軸２０４を変速機ハウジングに対して回転方向および軸方向に移動させる。回転移動は、キー、例えばキー２０６と見えない別のキーをシフトフォーク６０Ａ、６２Ａおよび６４Ａのハブに設けられたランドまたはスロットと相互作用させることによって、シフトフォークの２つをハウジングに対して軸方向に固定し、その他のシフトフォークを軸２０４に軸方向に固定する。軸２０４および選択されたシフトフォークの軸方向移動によって、対応のジョークラッチの連結および切り離しが行われる。
【００５１】
従って、シフト軸２０４の選択部分、例えば１つまたは複数のニュートラル爪(detent)ノッチ２１０の軸方向位置を監視することによって、変速機１０の主部１２のニュートラル／非ニュートラル状態を感知することができる。
【００５２】
本発明は、米国特許第４，４４５，３９３号、第４，２７５，６１２号、第４，５８４，８９５号および第４，７２２，２３７号を参照すればわかるように、周知の平行多レール式シフトバーハウジングアセンブリを用いた複式変速機にも適用でき、これらの特許の開示内容は参考として本説明に含まれる。
【００５３】
このような装置には、一般的に、（多くの場合、シフトレールインターロック機構を備えた）シフトレールに対して垂直に延出して、シフトレールのすべてが軸方向中心のニュートラル位置にある時の第１位置か、シフトレールのいずれか１つが軸方向中心のニュートラル位置から変位している第２位置をとるアセンブリが設けられている。
【００５４】
本発明はまた、他の機械式、電気式、電磁式または他の形式のセンサを使用して変速機主部のニュートラル（非連結）または非ニュートラル（連結）状態を表す状態を感知するようにした複式変速機にも適用可能である。
【００５５】
補助変速部は、一般的に主変速部に取り付けられるが、ここで使用する「補助変速部」は、多段速度車軸や多段速度トランスファーケース等の分離式駆動列装置にも適用可能である。
【００５６】
本発明は、図１に示されている変速機１０および図３に示されている変速機１００と共に、同期補助部ジョークラッチアセンブリを用いた他の複式変速機にも同様に適用可能であるが、簡単にして理解しやすくするために、本発明を主に図１、図２ａ、図２ｂおよび図２ｃに示されているレンジ形複式変速機に使用する場合について説明する。
【００５７】
図２ｂに示されている形式のシフト制御、すなわち「多連Ｈ形」制御装置であるとすると、第４速から第５速への複式シフトは、ジョークラッチ６０を第４速／第８速入力歯車２４から切り離した後、クラッチ９２をレンジ低速すなわち減速歯車８６から切り離し、クラッチ９２を高速すなわち直接レンジ歯車８８に連結してから、ジョークラッチ６２を第１速／第５速主部歯車５４に連結する。
【００５８】
これを行うために、車両運転者は、シフトレバー７２で４／８位置からＮへ、次に、１／５位置へシフトする前に、レンジセレクタボタン９８で「ＨＩ」を事前選択する。イートン・コーポレーションが製造、販売している９速ＲＴ／ＲＴＯ１１６０９「ロードレンジャー」(Roadranger)変速機等の従来のレンジ形変速機では、「ＨＩ」レンジを選択するための第１位置と、「ＬＯ」レンジを選択するための第２位置を有する２位置スレーブ弁が、主変速部１０がニュートラル状態でない時はいつも、プランジャによって２位置のうちの一方にロック(interlock) されていた。そのような弁およびインターロックの例が、上記米国特許第３，２２９，５５１号、第４，４５０，８６９号、第４，７９３，３７８号および第４，９７４，４７４号に示されている。
【００５９】
前述したように、これらの装置は、ほとんどの状態で、主部がニュートラルへシフトされるまで、レンジシフトの開始を阻止することによってレンジ部シンクロナイザを保護するが、一定の状態では、補助部レンジシフトの前に主部シフトが完了することがあり、これはレンジシンクロナイザを危険にさらす。
【００６０】
これは、レンジのダウンシフト（第５速から第４速）の場合よりもレンジのアップシフト（第４速から第５速）の場合で相当に重大な問題になるが、それは、直接レンジ歯車８８を連結する時のシンクロナイザ摩擦円すい表面間のトルクはシンクロナイザをシンクロナイザブロック上で立ち往生させがちであるのに対して、減速レンジ歯車８６を連結する時の摩擦円すい表面間のトルクはシンクロナイザを引き離してブロック解除状態にしがちであるためである。
【００６１】
一般的に、図１および図３に示されている形式の変速機では、レンジ部シンクロナイザの焼き切れ(burn-out)は、レンジ部のダウンシフトの重大な問題とは考えられない。
【００６２】
図１の変速機では、第４歯車に連結している運転者がアップシフトを決定し、レンジアップシフトを事前選択し、シフトレバーをニュートラル位置へ、またはその方向へ移動させた後、気が変わって、レンジ選択を変更しないでシフトレバーを４／８位置へ戻した時、別の重大な問題が発生するであろう。この場合、レンジの４／８アップシフトだけが行われて、シンクロナイザの摩擦円すい表面間の大きい速度差によってシンクロナイザが破損するであろう。そのような状況では、シンクロナイザは２秒以内に激しく破損するか、破壊されるであろう。
【００６３】
本発明に使用する補助部制御システム／方法は、主部の非ニュートラル状態を感知した時、高速レンジ歯車８６に連結するためにシフトフォーク９４が加える力を比較的低レベルまで減少させる。この比較的低レベルの力は、同期状態が発生した時に同期クラッチを連結させるのに十分であるが、シンクロナイザの焼き切れの危険を確実に最小限に抑えるか、なくすことができる低レベルであるように選択される。
【００６４】
図１０および図１１を参照しながらさらに詳細に説明するように、本発明は、従来のばねバイアスの代わりに可変流体圧力バイアスをレンジ弁アセンブリに加えることによって、意図しないレンジシフトを防ぐ付加的な保護を与えて、システム圧力の予期しない低下または損失の際に弁の状態変化が発生しないようにしている。
【００６５】
簡単にするために、期待される最も好都合な用例について、すなわちレンジ（１０）、レンジ／スプリッタまたはスプリッタ／レンジ（１００）形の複式変速機の直接すなわち高速同期レンジクラッチを連結するために加える力を制御するシステムについて本発明を説明する。
【００６６】
直接レンジクラッチの連結およびレンジ弁への加圧流体バイアスの供給の両方またはいずれか一方を行うために変圧式圧力調整器を使用してもよいが、好適な実施形態では圧力差ピストン／弁の方法を用いている。
【００６７】
図６ないし図９を参照すればわかるように、レンジクラッチアクチュエータピストンアセンブリ２２０は、低レンジクラッチを連結するために加圧される第１表面積２２２（約３．９６平方インチ［25,55 平方センチ］）と、第１レベルの力（ｐ＊ａ224 ）で高レンジクラッチを連結するために加圧される第２の大表面積２２４（約４．６５平方インチ［30.00 平方センチ］）を有する面積差ピストン２２１を形成している。両表面の加圧によって、調整圧力（８０ｐｓｉ）を面積差（第２表面積２２４から第１表面積２２２を引いたもの）に加えることができ、直接クラッチを約５４ lbsの比較的低い第２レベルの力（ｐ＊（ａ224−ａ222 ））で連結することができる。
【００６８】
ピストン２２１は、２室２２２Ａおよび２２４Ａに分割されたシリンダ内に密接状態で摺動可能にはめ込まれている。ピストン２２１に設けられた軸２２６に、同期クラッチ９２／１２８を選択位置へシフトするためのシフトヨーク９４／１６４が取り付けられている。
【００６９】
直接レンジクラッチを連結位置へ押し付けながらシンクロナイザの保護効果を与えるために、直接レンジ歯車へのレンジシフトが選択されると共に主部がニュートラルにある時、第２室２２４Ａだけを加圧する。直接レンジ歯車へのレンジ部シフトが選択され、主部が連結している（すなわち非ニュートラルである）時、第１室２２２Ａおよび第２室２２４Ａの両方を加圧する。
【００７０】
第２力のレベルは、高速レンジクラッチ部材の同期またはほぼ同期した回転が得られた時に直接レンジクラッチを連結できるものでなければならない。好ましくは、第２力レベルは、直接レンジを連結状態に維持するのに十分でなければならない（あるいは、噛み合い爪手段を設けなければならない）。
【００７１】
また、第２力は、主変速部が長時間にわたって、例えば２０ないし４５秒間連結している状態でシンクロナイザがブロックと係合した時に、シンクロナイザの円すいクラッチの重大な破損を防止できるように十分に低くなければならない。一例として、約３００ないし４００ lbsの第１力および約４０ないし８０ lbsの第２力が非常に満足できるものであることがわかっている。
【００７２】
上記効果を達成するための制御システムの概要が図６ないし図９に示されている一方、本発明に従った流体バイアスを用いた弁アセンブリが図１０および図１１に示されている。
【００７３】
前述したように、変速機１０の主部１２の非連結（ニュートラル）および連結（非ニュートラル）状態は、主変速部のシフト軸２０４の軸方向非変位または変位位置を感知することによって感知することができる。シフト軸またはシフトレールのそのような軸方向変位は、軸またはレール自体で、またはその延長部分で、またはクロス軸等で感知することができる。
【００７４】
シンクロナイザ保護レンジシフト空気制御システム２３０が図６に示されている。マスターレンジ弁２３２が、フィルタ調整器２３４から送られたろ過済み調整空気供給源に接続されている。重量形車両では、調整空気圧は一般的に６０ないし８０ｐｓｉである。スイッチまたはレバー９８が、低圧信号すなわちパイロットライン２３６の加圧（低レンジ）または排気（高レンジ）のいずれかを行うことができる。
【００７５】
低レンジパイロットライン２３６は流体バイアスレンジスレーブ弁２３８に接続しており、このスレーブ弁２３８は２位置４方弁であって、流体バイアスライン２４０によって高レンジ（すなわち、室２２４Ａが加圧され、２２２Ａが排気される）位置へ押し付けられている。
【００７６】
これによって、調整流体供給源２３４の流体圧力と、上記の面積差ピストン２２０と同様に作動する対応の弁ランドの表面積差に基づいた可変バイアス力が与えられる。流体圧力の低下または損失の際は、それに伴ってバイアス力が低下するため、弁は低レンジ（加圧）状態から高レンジ（排気）状態への状態変化を行わない。パイロットライン２３６の加圧によって流体バイアスに対抗する力が発生すると、弁が低レンジ位置へ移動する（すなわち、室２２２Ａが加圧され、室２２４Ａが排気される）。
【００７７】
これは好ましくは、弁スプールに弁ランド表面積差を設けて、パイロットライン２３６から送られる調整供給圧力をバイアスランドより大きい表面積のスプールランドに加えることによって達成される。あるいは、圧力調整器を用いてバイアス圧力を、従ってバイアス力を低下させることによって、パイロットライン２３６の加圧がバイアス力に打ち勝って弁をシフトさせるようにすることもできる。
【００７８】
噛み合い位置またはニュートラル位置のいずれかへ移動可能な軸２４２に、主部がニュートラル位置へシフトされるまでスレーブ弁２３８の初期移動を阻止するインターロックプランジャ２４４が設けられている。２位置３方レンジ保護弁２４６が、ライン２４８を介して供給源圧力に、また低レンジ室２２２Ａに対応したスレーブ弁の出口ポート２５０に常時接続されている。レンジ保護弁２４６は、主部の噛み合いまたはニュートラル状態を感知するプランジャ２５２を備えている。弁２４６の出口ポート２５３は、レンジアクチュエータピストンアセンブリ２２０の低レンジ室２２２Ａに接続している。
【００７９】
図６ないし図９に示されている制御システムの同様な構造および機能を有する部材には、便宜上同一の参照番号が付けられている。
【００８０】
図６に示されているように、主部がニュートラル状態にある時、流体バイアススレーブ弁２３８の出口２５０が直接的にレンジ保護弁２４６を介して室２２２Ａに接続される。主部が連結している時、スレーブ弁２３８の位置に関係なく、レンジ保護弁２４６は低レンジ室２２２Ａを供給源２３４に接続する。従って、レンジシフトの開始後に主変速部が連結（非ニュートラル）状態へシフトされた場合、スレーブ弁２３８の位置に関係なく、低レンジ室２２２Ａが加圧される。これによって、低レンジへのシフトまたは相当に低下した第２力での高レンジへのシフトを通常に完了することができる。
【００８１】
同様な制御システム２７０が図７に示されている。システム２７０が上記システム２３０と異なる点は、主に、単一シフト軸２０４の溝２１０と相互作用する軸２７２がレンジ保護弁２４６を機械的に作動させると共に、機械式インターロック機構ではなく空気インターロック弁２７４を作動させる点にある。
【００８２】
簡単に説明すると、主変速部がニュートラルへシフトされるまで、２位置２方向インターロック弁２７４が、流体バイアススレーブ弁２３８での低パイロットライン２３６の加圧または排気を阻止する。先行例のように、スレーブレンジ弁２３８は、システム圧力の低下の際の意図しないレンジ変更の可能性を減らすか、なくすために従来のばねバイアスではなく加圧流体バイアス２４０を備えている。加圧流体バイアスは、システム供給圧力に基づいているため、システム供給圧力の低下によって、それに対応したバイアス力の、従って低パイロットライン２３６で発生する力の低下が起きる。
【００８３】
システム２３０の場合のように、他の弁部材の位置に関係なく、主変速部が連結（非ニュートラル）している時、レンジ保護弁２４６は低レンジ室２２２Ａを加圧する。このため、低レンジが選択され、主変速部がニュートラルにシフトした時、ピストンアセンブリ２２０の高レンジ室２２４Ａが排気される。主変速部が連結した時、低圧室２２２Ａが加圧されてレンジダウンシフトを完了する。弁２４６は、ばね２７３によって右方向に押し付けられているが、これは室２２４Ａへ送られる圧力ラインの左方向バイアスに抵抗するには不十分である。
【００８４】
空気制御システム３００が、図８に概略的に示されている。制御システム３００は、上記マスター弁２３２に類似したマスター弁３０１を備えており、これは高（ＨＩ）または低（ＬＯ）レンジ比を選択するセレクタスイッチ（９８）を有する。
【００８５】
マスター弁３０１は、さらに、高（ＳＰ−ＨＩ）または低（ＳＰ−ＬＯ）スプリッタ比を選択する第２セレクタスイッチ（３０２）を備えている。低スプリッタパイロットライン３０４が、２位置３方向プリッタスレーブ弁３０６の作動を制御する。弁３０１のようなマスター弁は、一般的に、図３および図５に示されているようなレンジおよびスプリッタ複合形の複式変速機に組み込まれる。
【００８６】
流体バイアス式レンジスレーブ弁アセンブリ３１０が、３位置４方向弁（３ポジション弁）３１２と、ラッチおよびオーバーライド機構（オーバーライド手段）３１４を備えている。弁体と弁３１２の端部によって形成された室が、バイアスライン３３０から送られる流体によって加圧されて、可変バイアス力を与える。弁３１２は、排気部に接続されたポート３１６と、フィルタ／調整器２３４から送られる供給源空気（公称８０ｐｓｉ）に接続されたポート３１８と、面積差ピストンアセンブリ２２０の高レンジ室２２４Ａに接続されたポート３２０と、面積差ピストンアセンブリ２２０の低レンジ室２２２Ａに接続されたポート３２２を備えている。
【００８７】
弁３１２は、高レンジを選択する第１位置３２４（図８の上側の位置）を備えており、この時、高レンジ室２２４Ａが供給源圧力に接続され、低レンジ室２２２Ａが排気部へ通気される。弁３１２は、低レンジを選択する第２位置３２６（図８の下側の位置）を備えており、この時、低レンジ室２２２Ａが供給源圧力に接続され、高レンジ室２２４Ａが排気部へ通気される。弁３１２は中間の第３位置３２８を備えており、この時、高（２２４Ａ）および低（２２２Ａ）の両方のレンジ室が供給圧力に接続される。
【００８８】
弁３１２は、流体３３０で第１（３２４）の高速レンジ位置へ押し付けられており、ライン２３６から送られる低レンジパイロット圧力の作用によって第２（３２６）の低速レンジ位置へ移動することができる。これは、同じ供給源圧力を弁３１２の面積差に加えることによって図８の下向きの方向の正味力を発生するか、圧力調整器等を用いて低バイアス圧力を与えることによって達成される。
【００８９】
しかし、バイアス圧力は、パイロットライン２３６内の供給圧力に比例して低下するので、スイッチ９８がＬＯ位置にある間にパイロット圧力の低下または損失があっても、意図しない状態変化およびそれに続いたＨＩレンジへのレンジシフトが生じない。
【００９０】
オーバーライドアクチュエータレバーまたはリンク３３２が、シフト軸２０４上のノッチ２１０および隣接のランドと相互作用する機械的手段によって、弁が第１位置にある間に主変速部が連結位置へシフトした場合、弁は第１位置３２４から中間の第３位置３２８へ移動することができる。
【００９１】
ラッチおよびオーバーライドアセンブリ３１４のラッチ機能は、主変速部がニュートラルにある時に、弁が第１位置３２４から中間の第３位置３２８へ移動できるようにしながら、弁が第１位置３２４から第２位置３２６へ、または第２位置３２６から第１位置３２４へ移動できないようにすることである。
【００９２】
このため、ラッチおよびオーバーライドアセンブリは、主部がニュートラルへシフトするまで、レンジシフトの開始を阻止するレンジインターロック機能を与える。弁３１２とラッチおよびアクチュエータアセンブリ３１４の特定の構造が図１０および図１１に示されており、詳細に後述する。
【００９３】
作用を説明すると、高レンジ比から低レンジ比へのシフトの場合、セレクタ９８を移動して「ＬＯ」位置を選択／予選択し、パイロットライン２３６を加圧する。主部がニュートラルにあることをシフト軸位置が示した時、ラッチ３１４が解除されて、弁機構３１２が第２位置３２６をとって、低レンジ室２２２Ａが加圧され、高レンジ室２２４Ａが排気されるようにする。第２位置３２６ではオーバーライド機構は、弁に影響を与えないため、セレクタ９８を移動させるまで、弁３１２の位置はそのままである。
【００９４】
低レンジ比から高レンジ比へのシフトの場合、セレクタ９８を移動して「ＨＩ」位置を選択／予選択し、パイロットライン２３６を排気する。シフト軸位置が主変速部のニュートラル状態を示すと直ぐに、ラッチが解除されて、弁３１２は流体バイアス３３０によって発生する力で第１位置３２４へ移動する。高レンジ室２２４Ａが加圧され、低レンジ室２２２Ａが排気される。
【００９５】
その後、主変速部が連結すると、アクチュエータリンク３３２は、弁３１２を第１位置３２４から第３の中間位置３２８へ移動させ、この時、シリンダ２２０の高レンジ室２２４Ａおよび低レンジ室２２２Ａの両方が加圧されるため、低レベルの力をシフトフォーク９４または１６４に加えて高速レンジ同期クラッチを連結させる。
【００９６】
「二連Ｈ形」シフト機構に使用される空気制御システム４００が、図９に示されている。制御システム４００は、「二連Ｈ形」パターンの高レンジまたは低レンジ部分の作動にそれぞれ対応する比較的小径の部分４０２と比較的大径の部分４０４を備えた単一シフト軸２０４Ａを用いている。そのため、図８のスイッチ９８Ａのような、運転者が操作するレンジスイッチは必要なくなる。同様に、マスター弁４０６は、スプリッタセレクタスイッチまたはボタン３０２だけを備えている点で、マスター弁３０１と異なっている。
【００９７】
弁アセンブリ４０８の弁部分３１２は、弁アセンブリ３１０の弁部分３１２とほぼ同様である。しかし、弁アセンブリ４０８のアクチュエータ部分４１０は、弁アセンブリ３１０のラッチおよびオーバーライド部分３１４と大きく異なっている。
【００９８】
主部の連結状態を感知した時、ニュートラルノッチ２１０と協動して弁部分３１２を第１位置３２４から第２位置３２６へ移動させるリンク部材３３２に加えて、別の第２リンクまたはレバー４１２を設けている。レバー４１２は高／低レンジアクチュエータであって、シフト軸２０４Ａが回転して「二連Ｈ形」パターンの高レンジ部分へ移動した時、シフト軸２０４Ａの隆起表面４０４と協動して弁部分３１２を第２位置３２６へ移動させる。
【００９９】
本発明に従った流体バイアス式レンジスレーブ弁アセンブリの構造が、図１０および図１１に示されている。流体バイアス式レンジスレーブ弁アセンブリ３１０は、スプールハウジングまたは弁体部分３４２とラッチおよびオーバーライド機構部分３４４を形成したハウジング３４０内に収容されている。
【０１００】
弁体部分３４２は、弁スプール３４８を収容している内孔３４６を設けており、さらにそれぞれ排気部、供給部、低レンジ室２２２Ａおよび高レンジ室２２４Ａに接続したポート３１６（２つ）、３１８、３２０および３２２を備えている。低速パイロットライン２３６に接続するポート３５０が、ラッチおよびオーバーライド部分３４４に形成されている。弁スプールの左端部に、ポート３５０に連通した室３５４内に密接状態で摺動可能にはめ込またピストン表面３５２が設けられている。内孔３４６の右端部の室３３０によって加圧流体バイアスが与えられる。
【０１０１】
室３３０は、弁スプール３４８の右ランドと、弁内孔３４６と、端部キャップ３３１によって形成されている。室３３０は、ポート３１８からチャネル３３３によって加圧流体供給源に接続されている。流体バイアスは、共通加圧流体供給源の圧力に比例して変化する可変左方向力をスプール３４８に与える。そのため、圧力の低下または損失は、（「ＬＯ」レンジが選択されている間）加圧供給源からパイロットポート３５０を介して加えられる力に比例してバイアス力を減少させるため、正味力は右方向のままであり、弁は状態変化を生じないので、意図しないレンジシフトが防止される。
【０１０２】
弁３１２の第１位置３２４は、図１０の上半分に示されている弁スプール３４８の最左側位置に対応する。この位置では、ポート３１８および３２２が流体連通し、ポート３２０および左ポート３１６が流体連通するが、右ポート３１６は他のポートから遮断される。チャネル３３３がポート３１８と室３３０を接続することによって、共通供給源からの加圧流体によって左方向のバイアスを与える。
【０１０３】
弁３１２の第２位置３２６は、図１１に示されている弁スプール３４８の最右側位置に対応する。この位置では、ポート３１８および３２０が流体連通し、ポート３２２および右ポート３１６が流体連通するが、左ポート３１６は他のポートから遮断される。室３３０はチャネル３３３を介してポート３１８に流体連通したままである。
【０１０４】
図１１の左側の上下部分に示されているように、ポート３５０および低レンジパイロットライン２３６によって室３５４を加圧することによって（図１１）、またはレバー３３２に類似しているが、二連Ｈ形シフトパターンに用いられている軸の大径表面およびスプール３４８の押し棒部分３５６に作用するレバーまたはリンク ( 図示略 ) によって、スプール３４８を右側の第２位置へ押し付けることができる。
【０１０５】
弁３１２の第３の中間位置３２８が、図１０の下部分に示されている。この位置では、ポート３２０および３２２の両方が供給源ポート３１８に流体連通し、両排気ポートが他のポートから遮断される。図１０を参照すればわかるように、レバーアクチュエータ３３２が軸２０４の外表面に乗り掛かっている時、レバーは、押し棒３５６の一部と係合してスプールを中間位置へ押し付ける。スプールが弁３１２の最右側位置、すなわち第２位置３２６にある時、オーバーライドレバー３３２（図１０を参照）はスプールの位置に影響を与えない。
【０１０６】
ラッチおよびオーバーライドアセンブリ３１４のラッチ機能は、主変速部がニュートラルにシフトされるまで、レンジシフトの開始を阻止するレンジインターロック機能を与える。これは、コレット３６０と、爪３６２と、弁スプール３４８の押し棒延出部３５６の溝３６４および３６６によって行われる。爪３６２は、半径方向移動可能にハウジング部分３４４のスロットにはまっており、押し棒延出部３５６の外表面には、スプールが第２位置（図１１）にある時に爪と整合する第１爪溝３６４と、スプールが第１位置または第２位置にあるか、その間の過渡位置にある時に爪と整合する長い第２爪溝３６６が設けられている。
【０１０７】
ばね３６８のバイアスを受けてコレット３６０が後退位置にある時（図１０の上部および図１１を参照）、ボールまたはローラ状の爪３６２は半径方向外向きに移動して、弁スプール３４８の軸方向移動に影響を与えない。しかし、コレットがレバー３３２によって右方向へ押し付けられた時（図１０の下側を参照）、爪３６２は軸方向外向き移動できないようにロックされて、スプール３４８は第１から中間（第３）軸方向位置に、または第２軸方向位置にロックされる。
【０１０８】
「二連Ｈ形」シフトパターンの変更構造が図１１に示されている。低レンジパイロットライン２３６をなくし、シフトレバーが「二連Ｈ形」シフトパターンの低レンジ部分に入るのに応じて、変更形または追加のアクチュエータレバーおよびシフト軸２０４を用いて弁３１２を室３３０内の加圧流体によって与えられるバイアスに逆らって第２低レンジ位置３２６へ機械的に移動させることができる。
【０１０９】
好ましくは、弁体３４２の端部キャップ３３１をねじ３３５およびＯリング３３７によってそれに密封固定する。ディスクシール３３９のような平板状のフッ化炭化水素ディスクシールが様々な弁ランドに設けられている。好ましくは、ランドシールは、左から右に先細になって、ぬぐい作用を改善するほぼ円すい台の形状になっている。図示の様々な他のシールおよび締結具がこれらや同様な用途に従来通りに使用されるが、わかりやすくするために特に列挙しない。
【０１１０】
このように、本発明は、供給圧力に比例して変化するバイアス力を有するレンジスレーブ弁を提供しているため、供給圧力の低下または損失によって弁の状態変化が発生せず、意図しないレンジ変更が防止される。
【０１１１】
もちろん、以上に説明した本発明の形態は、本発明を実施する際に考えられる最良の態様を含むが、それらは可能なすべての形態を説明することを意図していないことを理解されたい。また、使用した言葉は制限ではなく説明のためであって、本発明の技術的思想および特許請求の範囲から逸脱しない様々な変更を加えることができることも理解されたい。
【０１１２】
【発明の効果】
本発明の弁アセンブリは、補助変速部のシフトアクチュエータを制御する制御システムに用いられ、 ３ポジション弁、オーバーライド手段、バイアス手段を備え、オーバーライド手段と表示手段が協動して、 主変速部が連結状態にある時、 加圧流体バイアスが３ポジション弁を第１位置から第３位置へ押し付けることと、 補助部レンジ変更を実施する弁のシフトとの両方に使用されるので、流体圧低下または損失の際の意図しないレンジ変更を防止することができ、従来のばねバイアス式弁に発生する場合のような弁の状態変化を生じさせることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】レンジ形補助部を備えて、本発明に従ったレンジ部弁アセンブリを用いている複式変速機の概略図である。
【図２】図２ａは、図１に係る変速機のシフト機構の概略図であり、図２ｂは、変速機の「多連Ｈ」形シフトパターンの概略図であり、変速機の「二連Ｈ形」シフトパターンの概略図である。
【図３】スプリッタ／レンジ複合形補助部を備えて、本発明に従ったレンジ保護弁アセンブリおよび流体バイアス式レンジ弁を用いている複式変速機の概略図である。
【図４】図３の変速機のシフトパターンの概略図である。
【図５】本発明に従った流体バイアス式レンジ弁を組み込んだ変速機に使用される単一シフト軸を用いたシフト機構の斜視図である。
【図６】本発明に従った流体バイアス式レンジ弁を作動させるための流体制御システムの概略図である。
【図７】本発明に従ったレンジ保護弁アセンブリおよび流体バイアス式レンジ弁を作動させるための変更形流体制御システムの概略図である。
【図８】本発明に従った弁アセンブリを用いた別の流体制御システムの概略図である。
【図９】図８に示されている制御システムの変更構造の概略図である。
【図１０】図８に示されている制御システム用の弁アセンブリの断面図である。
【図１１】異なった作動位置にある図１０の弁アセンブリの断面図である。
【符号の説明】
１０，１００ 複式変速機
１２，１２Ａ 主変速部
１４，１０２ 補助変速部
９２，１２８ 同期クラッチアセンブリ
２２１ 面積差ピストン
２２２Ａ 低レンジ室
２２４Ａ 高レンジ室
３００ 空気制御システム
３１０ 流体バイアス式レンジスレーブ弁アセンブリ
３１２ ３位置４方向弁
３２４ 第１位置
３２６ 第２位置
３２８ 第３位置
３３０ 室
３３３ チャネル
３４２ 弁体
３４４ ラッチおよびオーバーライド機構ハウジング
３４６ 内孔
３４８ 弁スプール
Claims (4)
- 連結および非連結位置を有する主変速部(12、12A)と補助変速部(14,102)を直列に接続した複式変速機(10,100)において、前記補助変速部(14,102)のために設けられる加圧流体作動式シフトアクチュエータ(220)を制御する制御システム (300,400)に使用される弁アセンブリ(310,408)であって、
前記補助変速部(14,102)は、選択可能な高速比と選択可能な低速比を有しており、該比の各々は同期ジョークラッチアセンブリ(92,128)によって連結可能であり、
前記シフトアクチュエータは、第１室(224A)を形成する第１ピストン表面と、第２室(222A)を形成する第２ピストン表面を有する面積差ピストン(221)を含み、前記第１ピストン表面の面積は前記第２ピストン表面の面積より大きく、前記第１室(224A)の加圧によって前記シフトアクチュエータは、前記同期クラッチアセンブリを前記高速比に連結させ、前記第２室の加圧によって前記シフトアクチュエータは、前記同期クラッチアセンブリ（92,128)を前記低速比に連結させることができ、
前記制御システム(300,400)は、前記主変速部(12,12A)の現在の連結または非連結状態を表すシフト部材 (204) と協働するリンク部材 (332,412)と、前記補助変速部の変速比を選択するためのセレクタ(98)と、加圧流体の共通供給源(234)と、排気部とを備えており、
さらに、前記弁アセンブリは、
前記第１室 (224A) を加圧して前記第２室 (222A) を排気する第１位置 (324) 、前記第２室 (222A) を加圧して前記第１室 (224A) を排気する第２位置 (326) 、および前記第１および第２室 (224A 、 222A) の両方を加圧する第３位置を有する３ポジション弁 (312) と、
前記主変速部 (12,12A) が連結状態にある時、 前記シフト部材 (204) と協働して前記３ポジション弁 (312) を前記第１位置 (324) から前記第３位置 (328) へ押し付けるオーバーライド手段（ 314 ）と、
前記共通の加圧流体供給源 (234) からの流体を利用して前記３ポジション弁を前記第１位置の方へ押し付けるバイアス手段 (330,333,342,346,348) を含み、
前記オーバーライド手段（ 314 ）は、前記主変速部 (12,12A) がニュートラルにシフトされるまで、前記リンク部材 (332,412) の操作によって前記３ポジション弁を第２位置 (326) にロックすることを特徴とする弁アセンブリ。 - 前記３ポジション弁は、前記バイアス手段で発生する力に打ち勝って前記３ポジション弁を前記第１位置から前記第２位置へ移動させるために、前記セレクタに応答するパイロット手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の弁アセンブリ。
- 前記バイアス手段は、軸方向に延在する内孔が形成されており、さらに該内孔に開いた、前記排気部に接続された第１ポート(316)、前記供給源に接続された第２ポート(318)、前記第２室(222A)に接続された第３ポート(320)および前記第１室(224A)に接続された第４ポート(322)の４つのポート(316,318,320,322)を有する弁本体(342)と、該弁本体(342) に密接状態で摺動可能にはめ込まれており、前記第１(316) および第３(320) ポートの間、 および前記第２(318)および第４ポート(322)の間を流体連通させる前記内孔内の第１軸方向位置と、前記第１(316)および第４(322) ポートの間、および前記第２(318) および第３ポート(320)の間を流体連通させる前記内孔内の第２軸方向位置と、前記第２(318)、第３(329)および第４(322)ポート間を流体連通させると共に、前記第１ポート(316)をその他のポート(318,320,322)から遮断する第３軸方向位置を有する弁スプール(348)と、前記弁本体(342)に密接状に取り付けられて、前記弁本体(342) および前記弁スプール(348)と協動して室(330)を形成する端部キャップ(331)を備えており、前記室(330) に前記供給源(324) から加圧流体を供給することによって前記弁スプール(348)を前記第１位置の方へ押し付けるようにしたことを特徴とする請求項１記載の弁アセンブリ。
- 前記弁本体(342) は、前記第２ポート(318) から前記室(330)に流体を送るチャネル(333) を備えていることを特徴とする請求項３記載の弁アセンブリ。
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