JP4212646B2 - 自動車用変速機におけるギヤシフト装置（空気圧ギヤシフトサーボ装置） - Google Patents

Description

本発明は、請求の範囲第１項の上位概念に示す構成の自動車用変速機におけるギヤシフト装置に関する。
この種のギヤシフト装置の場合、シフトロッドの回動が個々のシフト経路のセレクトに利用され、一般に大きなシフト力を必要としない。また、同じシフトロッドの軸方向移動は所望の変速段の接続に利用され、特に大型車や運転席が変速機から離れて配置されている車両の変速機の場合には大きなシフト力を必要とする。
バスや貨物自動車のような今日の商業車は、そのフォワードタイプの構造形式のため、変速機の組付けに関しては必然的に運転席から著しく離れるというスペース条件を有する。アンダーフロアエンジン又はリヤエンジンの車両の場合特に隔たりは大きくなる。機械的に切り替えられる変速機の場合の、長くて、多くは剛性的に延びるリンク機構によって、正確な変速段切替えがしばしば困難になる。
ドライバーがその注意力を十分に交通状況面に向けられるようにするためには、車を運転するのに必要なすべての操作ができるだけドライバー側の負担を除かれ、かつ支援されねばならない。
ドライバーは誰でも、変速機の申し分のない操作が厄介な交通状況下でいかに重要か知っている。この点で、あらゆる大きさの商業車のための空圧式のシフト補助機構は支援手段として採用できる。
セパレート構造でのこの種のシフト補助機構として、機械・空圧式の制御部分と空圧式の動力部分とから成っているものが公知である。セパレート構造でのシフト補助機構の一例がＬｏｏｍａｎｎ：Ｚａｈｎｒａｄｇｅｔｒｉｅｂｅ、２．Ａｕｆｌａｇｅ、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｖｅｒｌａｇ、１９８８、ｐ．２２５によって知られている。制御部分は１つの機械操作式の制御弁であって、リンク機構によって操作される。変速時のシフト経路のセレクト運動の伝達は機械的に直接変速機へなされる。シフト運動の伝達の際に制御弁が操作され、同時に手動シフト力が機械的に１つのレバーを介して変速機へ伝達される。この場合手動シフト力は付加的に１つの圧縮空気シリンダによって空圧式に支援される。この圧縮空気シリンダは、油圧ダンパを一体に組み付けた二位置型シリンダとして空圧式の動力部分をなしている。
この公知例はしかし難点を有している。即ち、圧縮空気シリンダ内の圧力がピストンの両側で等しい大きさなのである。従って、ギヤシフトすべき変速段に適合させて増強するシフト力は得られない。
本発明の課題は、自動車用変速機のギヤシフト装置において、シフトすべき１つの変速段のために空圧式に増強するシフト力が、他の変速段のためのシフト力よりも大きいようにすることである。
このような課題を、本発明は請求の範囲の第１項の特徴事項による構成のギヤシフト装置によって解決した。実施態様は請求の範囲の第２項以下に示す。
本発明によるギヤシフト装置の場合、第１の方向へのシフトに関係する一方の作動ピストンおよびピストンの対応する側が、第２の反対方向へのシフトに関係する他方の作動ピストンおよびピストンの反対側とは異なる構成にされている。ドライバーを支援する圧力媒体としては空気が有利である。
この場合、ピストンの、大きなシフト力を発生させるべき側で圧力媒体によって給圧される方の面は、小さなシフト力を発生させるべき側で圧力媒体によって給圧される方の面よりも大きく設計するとよい。この場合、許容されるシフト力の大きさはそのつど接続されるギヤシフト構成部材の許容負荷に関連する。
別の実施可能性としては、作動ピストンの弁特性によって各ピストン側への力に影響を及ぼすことである。
さらに、前記両様の実施可能性、即ちピストンの面および作動ピストンの弁特性を組み合わせることも可能である。
ドライバーの手動シフト力を支援する従来のギヤシフト装置は二者択一動作特性、要するにオン・オフ動作特性を有している。この場合、シンクロメッシュ機構へのサーボ力の支援がギヤシフト装置の両側で同じ値でなされる。このため従来はすべてのシンクロメッシュ機構が最大可能な負荷に合わせて設定されねばならず、要するにシンクロメッシュ機構は一般に過大であるか、又は常に過負荷を余儀なくされた。本発明によるギヤシフト装置は、支援するシフト力がギヤシフト装置に伝えられるドライバーの手動シフト力に比例する特性を有している。これによって、ドライバーにはギヤシフト過程にシフトレバーに必要な程度の支援が加えられる。ドライバーが相応に迅速なシフト操作をするか又はシフトレバーを素早く動かした場合、変速機内のシフト時間も相応に短時間で終わる。ギヤシフトは種々の変速段相互間で異なる大きさのシフト力を必要とし、こうしたシフト力が所望の変速段の迅速かつ確実な接続を生ずる。
本発明によるギヤシフト装置の場合、制御弁と動力部分とが１つの構造部分として組み合わされる。ドライバーのシフト力はシフト力次第もしくは弁特性又はピストン面のジオメトリー次第で増強され、手動変速される変速機に相応して作用する。ドライバーはギヤシフトの勘を失わず、変速段が接続されたかどうか、又はどの位長く同期過程が続いたかというフィーリングを直接感じることができる。
本発明によれば、ギヤシフト装置のシフト運動が補助力としての圧縮空気によって支援されることになり、セレクト運動は支援なしに手によって行う。
ギヤシフトの一部のみがサーボ力によって支援されることによって、全サーボ型ギヤシフト装置に比してギヤシフト装置の構成が簡略になる。製作コストや組付け費が著しく低減され、既に組み付けられている変速機への追加装備も問題なく可能である。
ドライバーは、仮に空気圧が圧縮空気装置内の障害によって低過ぎたり全く欠如状態であるような場合手動でギヤシフトすることもできる。そのための何らの切替え処置も不要である。車のブレーキ性能も変速機によって必要とされる限り確実なままである。
圧縮空気による支援はギヤシフトの際に必要とする力の大きな部分に相当する。ただし、ドライバーにとって相応のシフトフィーリングが残される程度である。ドライバーの手によって与えるべき力は空圧式の支援によって所要のシフト力の一部にまで軽減される。シンクロメッシュ式の商業車用変速機の場合大型車でも軽シフト変速機となる。下り勾配路の走行の際には変速機の特に低速段へのシフトダウンがとりわけ容易になり、事故安全性の向上に著しく貢献する。
本発明によるギヤシフト装置の使用範囲は、Ｈシフト、ダブルＨシフトならびにオーバーラップ型Ｈシフトのシフトパターンを有するあらゆるシンクロメッシュ式変速機に及ぶ。また、本ギヤシフト装置は自動車メーカー側によって著しく制限された変速機スペース内でも十分組み付けることができる。交換又は追加装備に伴う車の使用停止時間も短い。というのは、車に特別な調整処置を講ずるような必要なくギヤシフト装置全体をまとめて交換もしくは組付けすることができるからである。変速機のギヤシフト行程量も本発明のよるギヤシフト装置の採用により短縮することができる。即ち、リンク機構のてこ比の相応の設計によりギヤシフト行程量を減らすことができる。短縮したギヤシフト行程量はドライバーにとってプラスになる。
また、ドライバーはシフト操作中に変速機内のシフト過程を常に感知できる。シフトレバーと変速機内のシンクロメッシュ機構との現有の機械的結合に関しても、ドライバーは支援システムなしのギヤシフト装置の場合同様に変速機の反応を感知することができる。従って、いつでもギヤシフト過程に干渉する可能性を持ったままであって、いつでもギヤシフト過程を中断することができる。さらに、ドライバーには圧縮空気による支援の故障時にもなんら制約なしに変速機のギヤシフトの可能性が残されており、その結果車の緊急時にも、大きな力を必要とするものの確実に変速比の変更によって制動させることができる。
ギヤシフト装置の相応の設計によって、シフト力支援のための補助力をドライバーと変速機との間のシフト機構に適合させることができる。
従来の空圧式のギヤシフト装置において往々にして認められるようなロック解除からフリー段階への移行時の後追い衝動は発生しないかもしくはギヤシフト装置によって補償される。従来のギヤシフト装置と異なり、迅速な排気によって、シフト過程を中断した際にはギヤシフト装置内にもはや圧力が支配することはない。この圧力は従来残留してシフトレバーまでのギヤシフト系全体を不都合に加速して後追い衝動を生じていた。要するに本発明によるギヤシフト装置はシフト過程が中断された場合完全に無圧となる。
手によるシフト力とギヤシフト装置によって増強して供給される力との比例性によって、手動シフト力は必要とあれば単に僅かな支援を受ける。ギヤシフト系全体は、比例せずに増強される装置の場合のように不必要に加速されるようなことはない。本発明によるギヤシフト装置の一体構造は、小さな体積、短くダイレクトなシフト経路、ひいては僅かな充填時間につながる。また、小さな質量に基づいて構成部材の迅速な反応が得られる。
以下に図面に示す実施例に従って本発明を詳述する：
第１図は本発明によるギヤシフト装置を含むギヤシフト系の概略図、第２図はギヤシフト装置の縦断面図、第３図は第２図の主要部の拡大図である。
第１図は自動車の変速機のギヤシフト系全体を概略図で示している。シフトレバー４からシフトロッド６がレバー変向部８を介してギヤシフト装置１０へ延びている。ギヤシフト装置１０は接続導管１２を有し、この接続導管１２はタンク１４へ通じ、このタンク１４からギヤシフト装置１０へ圧縮空気が供給される。レバー変向部８は第１のレバー１６を有し、このレバー１６はシフトロッド６とヒンジ結合されている。レバー変向部８はまた第２のレバー１８を有し、このレバー１８はギヤシフト装置１０内に配置された制御ロッド２０に係合している。ギヤシフト装置１０内にはさらにピストンロッド２２が案内されており、このピストンロッド２２は１つのレバー２４に係合していて、このレバー２４は回動軸２６を介して変速機３０内の１つのレバー２８に結合されている。このレバー２８は１つのシフトレール３２に係合していて、このシフトレール３２によって周知の形式で変速機のギヤ比を切り替えることができる。レバー２４の動きは回動軸２６を介してレバー２８の動きに伝えられ、これによりレバー２８はシフトレール３２にその軸方向移動を与える。この軸方向移動によってシフトレール３２は３つのポジションを占める：即ち、切り替えられる各１つのギヤ比に相当する２つの端部ポジションならびにこれらのポジションの間に位置して変速機のニュートラル位置に相当する１つの中間ポジションである。
第２図は本発明によるギヤシフト装置１０を縦断面図で示している。
第３図は第２図の縦断面図の主要部を拡大図で示している。ギヤシフト装置１０は、第２図から分かるように変速機３０の部分内に組み付けるか、又は別個に変速機ケーシング外に配置される。レバー１８は回動軸１６を介して図示してないリンク機構に結合されている。このリンク機構を介してレバー１８はドライバーによって動かされる。回動軸１６の延長部に回動軸２６が設けられており、この回動軸２６を介してレバー２４が図示してない変速機の構成部材と協働する。
レバー１８はピストンロッド２２の内側に位置する制御ロッド２０に係合している。制御ロッド２０は軸孔３６を有しており、この軸孔３６へラジアル開口３８、４０、４２、４６、４８が通じている。この制御ロッド２０は有利な実施態様として円形横断面を有している。各ラジアル開口は、制御ロッド２０の周面上に分配されている。その制御ロッド軸線方向での各位置に２つよりも多くのラジアル開口を形成することも可能である。軸孔３６は一方の端部が制御ロッド２０の奥に位置し、他方の端部は止めねじ５０によって封止されている。ピストンロッド２２の内部には制御ロッド２０用のすべり軸受け５２が配置されている。さらに、制御ロッド２０はピストンロッド２２内で仕切り円板５８によって支えられている。また、円板５４がシールリング５６を有していて、このシールリングは制御ロッド２０を包囲している。２つの円板６０、６２も制御ロッド２０上に配置されている。仕切り円板５８は少なくとも１つの開口６４を有し、円板６０、６２もそれぞれ少なくとも１つの開口６６、６８を有している。制御ロッド２０、両方の円板６０、６２および１つのリング７０の間にリング室７２が形成されている。両方の円板６０、６２はリング７０の内壁に沿って軸線方向で移動可能に配置されている。この場合円板６０、６２は相互間に配置された１つのばね７４によって軸線方向で間隔を保たれる。これら円板６０、６２およびばね７４の配置がシフトレバーの支持ならびに位置固定に役立つ。開口６６、６８によって、リング室７２内に不都合な圧力が発生することがないように保証される。円板６２の軸方向移動は一方ではばね７４によって、他方では１つの円板７６によって制限される。円板７６には軸線方向では一方からリング７０が接し、他方からはピストンロッド２２の内壁に配置された１つの止めリング７８が接している。リング７０は軸線方向で反対側を１つの制御弁リング８０によって位置止めされ、この制御弁リング８０自体は仕切り円板５８に接している。制御弁リング８０はピストンロッド２２の内側に配置されている。円板６２、止めねじ５０およびケーシング１１６によって形成される室は開口７７によって通気される。
制御弁リング８０の範囲で制御ロッド２０が１つのリング８２によって包囲されており、このリング８２は開口８４、８６、８８、９０を有している。これらの開口８４、８６、８８、９０はそれぞれ制御ロッド２０の開口４０、４２、４６、４８と合致している。リング８２と制御弁リング８０との間に、軸線方向で移動可能な２つの作動ピストン９２、９４が配置されている。リング８２はその両端において円板８３、８５によって位置固定されている。円板８３は制御ロッド２０の１つの肩部に接し、円板８５は１つの止めリング８７によって制御ロッド２０上で保持される。止めリング８７はまた、円板６０をも、この円板６０と止めリング８７との間に配置された１つのリング８９を介して保持している。
作動ピストン９２、９４はそれぞれ突起９６、９８を有している。リング８２上には、軸線方向で移動可能に２つの弁板１００、１０２が配置されて１つのばね１０４によって相互間隔を保たれている。この場合、弁板１００、１０２は制御縁１０６、１０８に密接しており、これらの制御縁１０６、１０８は制御弁リング８０の内側に位置していて、軸線方向で一方ではこの制御弁リング８０によって、また他方では止めリング１１０、１１２によって位置固定されている。ドライバーによる制御ロッド２０の操作次第で、制御縁１０６、１０８と弁板１００、１０２との間へ流入する圧縮空気が作動ピストン９２、９４へ手動シフト力に対する相応に比例した対抗力を及ぼす。これに相応して圧力室１１８、１２０が充填され、相応にピストンロッド２２、ひいてはシフトレール３２が移動される。
変速機からシフトレール３２への反応は相応の形式でフィードバックされる。即ち、圧力室１１８、１２０から作動ピストン９２、９４へいかに強く圧力が作用するかに応じて、この圧力が制御ロッド２０を介してシフトレバー４、ひいてはドライバーの手へ伝わる。例えば同期段階、中間を飛ばした変速段階、変速段接続の確認のような特徴的なシフトポイントを有するシフト過程はドライバーに感じられる程度には残る。従って、ドライバーはミスシフト操作の際大きな同期力による情報フィードバックを得ることができる。シフト過程は常に修正可能もしくは中断可能である。
弁の両側の弁特性は異なっている。これによって、シフト力増強をシフト装置の両側で異なる設定にすることができる。異なる弁特性は例えば作動ピストン９２、９４のピストン面の大きさを異ならせることによって与えることができる。この場合のピストン面とは制御縁１０６、１０８に面している側のピストン面のことである。
ピストンロッド２２の半径方向外側では１つのピストン１１４がギヤシフト装置１０のケーシング１１６とピストンロッド２２との間のリング室を２つの圧力室１１８、１２０に分割している。このピストン１１４の、圧力室１２０に面する方のピストン面は、図示の実施例の場合圧力室１１８に面している方のピストン面よりも大きく製作されている。このような設定によって手動シフト力の増強をギヤシフト装置の両側で異ならせることができる。
作動ピストン９２、９４の弁特性の異なる設定とピストン１１４のピストン面の大きさの異なる構成とを組み合わせることができる。
ピストン１１４は図示の実施例の場合円板１２２、１２３および止めリング１２４、１２５によってピストンロッド２２と結合されているが、周知の別の結合処置も可能である。ケーシング１１６は１つの開口１２６を有しており、この開口１２６はタンク１４から圧力空気を供給するための接続導管１２に接続されている。ピストン１１４は半径方向の複数の開口１３４を有しており、これらの開口１３４はギヤシフト装置１０の中立位置においてケーシング１１６の開口１２６、ピストンロッド２２の開口１３６および制御弁リング８０の開口１３８と合致する。ピストンロッド２２はさらに複数の開口１４０を有しており、これらの開口１４０は制御弁リング８０の開口１４２と合致する。
制御ロッド２０、ピストンロッド２２、円板５４および仕切り円板５８の間に形成されるリング室１４４は、別のリング室１４８へ通ずる１つの開口１４６を有している。リング室１４８はケーシング１１６とピストンロッド２２との間に形成されていて、１つの開口１５０を介して外気へ通じている。
開口１３４、１３６、１３８、１４０、１４２、１４６の数は図示の実施例に示す各２つに限定されるものではなく、もっと多くの数で当該構成部材の周面に分配されていてもよい。
ギヤシフト装置１０の中立位置からドライバーによるシフトレバー４の操作に伴い、シフトロッド６およびレバー１６、１８を介して制御ロッド２０が軸線方向で例えば図で見て右へ動かされる。ギヤシフト装置１０の中立位置では圧力室１２０が開口１４０、１４２、９０、４８、３８、１４６、１５０を介して外気に通じていた。しかし今や制御ロッド２０が右へ動かされると、作動ピストン９２の突起９６が弁板１００に当たり、この弁板１００を制御縁１０６から右へ押し離す。これによって、タンク１４からの圧縮空気が接続導管１２を介して開口１２６、１３４、１３６、１３８を通って作動ピストン９２の突起９６を通過し、開口１４２、１４０を通って圧力室１１８へ達する。ピストン１１４はこの場合円板１２２および止めリング１２４を介してピストンロッド２２をやはり右へ動かす。ピストンロッド２２はレバー２４を動かし、ひいては回動軸２６を介してレバー２８を動かす。レバー２８は変速機内でシフトレール３２を押しずらして中立位置から１つの変速段へシフトさせる。ギヤシフト装置１０内に相応に大きく形成されていて絞り機能を果たす必要のない多くの開口により、圧力の上昇が極めて迅速かつ遅れなしに生ずる。
右へのピストンロッド２２の移動によって作動ピストン９２の突起９６は再び弁板１００から離れ、弁板１００は引き続く圧縮空気に加えてばね１０４による支援により制御縁１０６に押し戻される。圧力室１１８の外部への排気は、開口１４０、１４２から作動ピストン９２の突起９６、開口８８、４６を通して制御ロッド２０の軸孔３６内へ、さらに開口３８、１４６、１５０を通して行われる。開口の横断面が相応に大きく形成されていることによってこの排気も極めて迅速に行われる。
ギヤシフト経路内で対置する変速段をシフトしようとする場合、ギヤシフト装置１０の中立位置から、ドライバーによるシフトレバー４の操作に伴なって、シフトロッド６およびレバー１６、１８を介して制御ロッド２０が図で見て軸線方向で左へ動かされる。作動ピストン９４の突起９８が弁板１０２へ当たり、この弁板１０２を制御縁１０８から左へ押し離す。これによって、タンク１４からの圧縮空気が接続導管１２を介して開口１２６、１３４、１３６、１３８を通って作動ピストン９４の突起９８を通過し、開口１４２、１４０を通って圧力室１２０へ達する。これによって圧縮空気はピストン１１４を左へ動かす。ピストン１１４はその際、円板１２３および止めリング１２５を介してピストンロッド２２をやはり左へ動かす。ピストンロッド２２はレバー２４、ひいては回動軸２６を介してレバー２８を操作する。レバー２８は変速機内でシフトレール３２を動かして１つの変速段からシフト経路内で対置する変速段へシフトさせる。左へのピストンロッド２２の移動によって作動ピストン９４の突起９８は再び弁板１０２から離れ、弁板１０２は制御縁１０８へ押し戻される。圧力室１２０の外部への排気は、開口１４０、１４２から作動ピストン９４の突起９８を経由して開口９０、４８、制御ロッド２０の軸孔３６へ、さらに開口３８、１４６、１５０を通して行われる。相応に大きく形成されている開口断面によりこの排気も極めて迅速に行われる。
ギヤシフト装置全体が空気貫流に関して最適にされている。現有の開口部に空気の流れの絞りを生ずることはない。このことは迅速な通気ならびに圧力室の迅速な排気につながる。
圧縮空気の欠如の際にも変速機を支援システムのない変速機と同様にギヤシフト操作をすることができる。ドライバーの手動シフト力はシフトレバー４、シフトロッド６、レバー１６、１８を介して制御ロッド２０へ伝えられる。制御ロッド２０は例えば図平面で見て右への移動に伴って作動ピストン９２を右へ動かす。突起９６が弁板１００に当たる。ばね１０４、７４の設計次第でピストンロッド２２も右へ、それも、弁板１０２、制御縁１０８、止めリング１１２、制御弁リング８０、リング７０、円板７６および止めリング７８を介してか、又は止めリング８７、リング８９、円板６０、ばね７４、円板６２、７６および止めリング７８によって、動かされる。これによってギヤシフトは機械的に中断なく保証される。
所要の手動シフト力がばね１０４、７４のばね力を上回る場合には、図示してない装置によってレバー変向部８と回動軸２６との間に係合結合を形成することができる。
基本的にはすべての構成部材を簡単でコスト的に有利な旋盤加工部品として用意することができる。射出成型によるプラスチック部品もコスト上の理由、良好な緊密性ならびに腐食の防止の点から種々の構成部材として利用することができる。このようにして、本発明によるギヤシフト装置を構造的にコンパクトでコスト的にも有利な装備品ならびに追加装備品として提供することが可能になる。
以上有利な実施例として示したギヤシフト装置の圧縮空気作動は補助エネルギーの種別を限定するものではなく、本発明の範囲内で油圧式に支援する実施態様も可能である。

Claims (5)

1. 特に多くの変速段を有する自動車のギヤ式変速機用のギヤシフト装置であって、ドライバーの手動シフト力を補助エネルギーによって支援するために、手動シフト力によって動かされる作動ピストン（９２、９４）と補助エネルギーによって動かされるピストン（１１４）とを備えている形式のものにおいて、ギヤシフト装置（１０）が、異なる変速段に対してそれぞれ手動シフト力の異なる大きさでの増強を可能にする機構（９２、９４、１１４）を備えていることを特徴とする、ギヤシフト装置（１０）。
2. 手動シフト力を異なる大きさで増強するための機構として、大きさの異なるピストン面を有する２つの作動ピストン（９２、９４）が設けられており、これらの作動ピストン（９２、９４）は互いに異なる大きさのピストン面を有していて、手動シフト力によって操作されることを特徴とする、請求の範囲第１項に記載のギヤシフト装置（１０）。
3. 手動シフト力を異なる大きさで増強するための機構として、補助エネルギーによって操作される１つのピストン（１１４）が設けられており、このピストン（１１４）は、互いに逆向きに配置されて大きさを異にする２つのピストン面を有していることを特徴とする、請求の範囲第１項に記載のギヤシフト装置（１０）。
4. 手動シフト力を異なる大きさで増強するための機構として、２つの作動ピストン（９２、９４）の互いに異なる弁特性と、補助エネルギーによって操作される１つのピストン（１１４）の互いに逆向きに配置されて大きさを異にする２つのピストン面とが組み合わされていることを特徴とする、請求の範囲第１項に記載のギヤシフト装置（１０）。
5. 補助エネルギーの欠如の際に変速機が手動でギヤシフト可能であることを特徴とする、請求の範囲第１項から第４項までのいずれか１項に記載のギヤシフト装置（１０）。

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