JP4593163B2 - 油圧式変速機制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、油圧管の油圧媒質の粘性の補償のための装置を備えた油圧式変速機制御装置に関する。

油圧媒質例えば作動油の粘度が温度に依存して変化することは周知である。特に油圧制御装置及び制御圧力媒質の使用温度が比較的大きな温度範囲で変動する場合は、このような変化は油圧制御装置に望ましくない制御挙動をもたらす。例えば自動車の油圧式変速機制御装置でこのような運転挙動が認められる。変速機制御装置は通常、変速機ケースに密接して内燃機関の近傍に配置されている。従ってこのような装置で制御流体が−４０℃ないし１８０℃の範囲の温度をとることがあっても驚くには当たらない。

制御圧力媒質の上記の温度依存性の粘度挙動の補償のために、例えば自動変速機の油圧制御装置にいわゆる記憶効果を有する合金からなり、そこに配置された弁作動機構に作用するばねを使用することができる。このばねはばね温度に応じて特定の幾何学的形状をとり、こうして種々の大きさのばね力により制御圧力媒質の上記の温度特異的性質を補償する。さらにいわゆるワックス伸縮部材（温度に依存して変化するばね定数を持つばね要素として作用するワックスからなる伸縮部材）として知られている可変予荷重ばねを使用することもできる。最後に、このような油圧式制御装置の圧力管の適当な部位に、開口断面が温度に応じて変化する圧力絞り（いわゆるサーモオリフィス）を使用することも考えられる。

これらの公知の補償手段の欠点は、自動車の寿命に相応する信頼性が全く不十分なことである。しかも記憶効果を有するばねは、不都合なことに明瞭なヒステリシスを有する所定の転移点が１つしかない。

上記の技術問題が特に油圧制御装置でこれまでまだ十分に解決されていないことを、次に具体的な例に基づいて記述することができる。この具体例の説明のために明細書に図１を添付した。

自動多段変速機、電子制御装置及びこの装置によって制御される油圧制御装置を備えた自動車の運転の際に、自動車の電気設備が働かない運転状態が起こることがある。このような場合にこの自動変速機の油圧制御装置は電気制御信号に関係なく、例えば車両の牽引操作の準備と実行のためにトルクトランスファに対して変速機を切断し、それによって遊転状態にすることができなければならない。

そのためにこのような電気信号に関係なく動作し、エンジン回転数依存性の量を利用する油圧式変速機制御が考えられる。ところが油圧制御装置に見られる回転数依存性の量、例えば一次及び二次油圧系の圧力並びに油圧媒質の潤滑圧力は制御装置を通る油圧媒質の温度依存性の流量と連係している。従って電気制御信号が働かない時に変速機を遊転状態に切換える固定切換え点型パイロット弁は、このような圧力を制御圧力として利用する場合、残念ながら適切な制御操作のために許容できない温度依存性の切換え点を持つことになってしまう。

図１は、このような無補償のパイロット弁が制御圧力媒質のそれぞれ一定の温度でエンジン回転数依存性の制御圧力曲線を有することを説明する。即ち圧力媒質温度０℃の曲線ａによれば、約５００回転／分（rpm）の回転数でＰ_Ｓｅｋ＝１６barの制御圧力ですでに制御弁が全開するが、圧力媒質温度２０℃、４０℃、６０℃及び１００℃の曲線ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆはこの状態が温度の上昇とともにますます高い回転数Ｎ_Ｍｏｔで現われることを明らかにしている。２つの曲線ａ及びｆの比較が示すところでは、最大制御圧力Ｐ_Ｓｅｋへの到達が約８００rpmだけ隔たっている。これは特にエンジン回転数が低い場合に望ましくない大きな差である。

こうした背景のもとで発明の課題は、パイロット弁の切換え挙動が全く温度に依存しないか又は少なくとも従来の通例よりも温度に依存せず、これにより、例えば、上記の緊急運転状態で自動変速機を所定のエンジン回転数の近接領域で遊転に切換えることができる装置を提示することである。

この課題の解決は主請求項の特徴から得られ、発明の有利な実施態様と改良が従属請求項で明らかである。

本発明の根底にあるのは、比較的長く細い液体管内の油圧媒質は著しい粘性挙動を有するが、軸方向に短い圧力絞り又はチョークは差当りもっぱら油圧媒質の密度に応じて流量を変え、こうして比較的鮮明な圧力降下を生じるという認識である。そこで本発明の基本思想は、異なる温度挙動を有する圧力絞りの直列接続によって油圧媒質の粘性挙動を補償することである。

比較的長く細い管路部分を在来の圧力絞りの前方上流で適宜に組合せることによって、この配列により制御圧力媒質の冒頭に述べた温度依存性の粘度に関して補償された制御圧力を、上記の長くて細い管路部分と下流側の圧力絞りの間の下流で取り出すことができる。この制御圧力により制御されるパイロット弁はこの制御圧力媒質の温度に関係なく、所定のエンジン回転数に近い領域に切換え点を持つ。

そこで、圧力管の油圧媒質の粘性の補償のための装置は次のように構成されている。即ちこの圧力管に一定の幾何学的形状と一定の流れ断面を有する圧力絞りが配置され、この圧力絞りの上流又は下流に少なくとも１個の流路区域が設けられ、この流路区域は圧力絞りと比較して小さな流れ断面と大きな軸方向長さを有する。この装置では後置のパイロット弁のための粘度補償された制御圧力が、流路区域と圧力絞りの間で取り出される。

流路区域は２個の在来形の圧力絞りの間に配置することが好ましい。その場合流路区域の前方上流にある圧力絞りをそれに対応して設計することにより、この流路区域で働く油圧を事前に調節することができる。

発明の別の構成では流路区域が圧力管片として形成される。圧力管片はその前方及び／又はその後方の圧力管の直径を所定の区間にわたり縮小することによって実現される。

発明の別の実施形態は、流路区域を、長く伸びた、とりわけ円筒形の圧力絞りの外周の少なくとも１個の螺旋溝として形成することから出発する。

この流路区域は、長く伸びた、とりわけ円筒形の圧力絞りの外周の少なくとも１個の長く伸びた溝として、及び／又はこの圧力絞りの少なくとも１個の長く伸びた穴として形成することもできる。

発明の別の好ましい特徴は、流路区域を有するとりわけ円筒形の圧力絞りがケースに配置され、ケースが制御圧力媒質のための上流の流入開口と下流の流出開口を有することである。その場合２つの開口の流れ断面がケースの内室の内径より小さければ有利であると思われる。流路区域を有する円筒形圧力絞りを組込んだこのようなケースは、例えば大型設備の既存の油圧回路にも簡単に取付けられる。

流路区域を有するとりわけ円筒形の圧力絞りの別の実施態様では、圧力絞りのケースが中空円筒形部分及びこの部分を閉じる蓋被を有し、用途に従って様々に成形された円筒形圧力絞りと多かれ少なかれ長く及び／又は細い、流路区域を上記のケースに挿入できるように構成されている。

さらに圧力絞りケースに円筒形圧力絞りが挿置され、その端面側の端部にそれぞれ軸頸が形成され、軸頸の端面がケースの蓋被及びケース底部の内側に接するように構成することができる。

本発明に基づく装置を例えば油圧式変速機制御装置に使用する場合は、好結果を得るために、流路区域が５０ｍｍ〜１２０ｍｍ、好ましくは６０ｍｍ〜１００ｍｍ、最も好ましくは８０ｍｍ〜９０ｍｍの長さを有し、圧力絞りが０．４〜１．６ｍｍ、好ましくは０．６〜１．４ｍｍ、最も好ましくは０．８ｍｍ〜１．２ｍｍの軸方向長さを有するものとする。

油圧式変速機制御装置で利用する場合、好結果を得るために、流路区域の通路直径は０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ、好ましくは０．６ｍｍ〜１．２ｍｍ、最も好ましくは０．７ｍｍ〜０．９ｍｍであって、圧力絞りは０．４〜１．６ｍｍ、好ましくは０．７〜１．４ｍｍ、最も好ましくは１．１ｍｍ〜１．３ｍｍの通路直径を有するものとする。

これらの寸法の適宜な組合せによって様々な補償効果と、パイロット弁に作用する制御圧力のエンジン回転数依存性が得られる。

流路区域と在来形の圧力絞りの間で働く粘度補償された制御圧力は、すでに指摘したようにパイロット弁に作用させるために利用することができる。そのために本発明に基づく装置は、とりわけ主圧力弁とこのパイロット弁の間で自動変速機の油圧すべり弁箱に配置される。

この配列によって、流路区域と隣接する、とりわけ下流に配置された圧力絞りとの間に働く制御圧力を、別個の制御圧力管を経て上記のパイロット弁に導くことが可能である。

そこでこのパイロット弁により、所定の変速比を作動させ又は作動中止させるシフト要素（クラッチ及び／又はブレーキ）に制御圧力を作用させることが好ましい。その場合別個の圧力管に働く粘度補償した制御圧力がエンジン回転数依存性の所定の最小値以下に低下すると、パイロット弁の操作によって自動変速機が遊転状態に切換えられる。

また本発明によれば流路区域と在来形の圧力絞りは制御圧力管又は変速機すべり弁箱に挿入し得る一体の部品として構成することができる。この部品は流路区域と在来形の圧力絞りの区域との間に、そこに働く制御圧力をパイロット弁に通じる圧力管に分岐するための開口を有するか又は上記の場所にこのような分岐が配属されている。

最後に、流路区域が在来形の圧力絞りの上流又は下流に、かつパイロット弁に通じる圧力管のための分岐の上流又は下流に配置又は形成されることは、発明の構成部分である。第１の変型を実現する場合は制御圧力媒質の温度Ｔ_ＯＬの上昇とともに、パイロット弁に通じる圧力管に圧力Ｐ_ＳｅｋＶの上昇が、第２の変型を実現する場合は圧力Ｐ_ＳｅｋＶの降下が認められる。こうして例えば冷却装置のための流量制御や潤滑剤の容積制御の分野にも本発明装置の応用分野が生じる。

物理的技術的関連及び本発明に基づき構成された装置を明らかにするために、明細書に図面を添付した。

図３は、圧力管の油圧媒質の粘性補償のための本発明装置が油圧式変速機制御装置にどのように組み込まれるかの具体的な実施例を示している。図３に示された変速機制御装置１の部分にポンプ２が描かれている。ポンプ２は車両のエンジンにより機械的に駆動され、主圧力下の作動油を圧力管３を経て主圧力弁４に供給する。

一次圧力管には、以下の考察にとってあまり重要でない、主圧力弁４から転送された油圧系主圧力Ｐ_{Ｐｒｉｍａｒ}が現われるが、制御弁８に通じる管路９にはそれと異なる油圧系圧力が働く。

発明にとって特に重要なのは圧力管１０である。圧力管１０には圧力管６と同様に主圧力弁４によって生じた二次制御圧力Ｐ_Ｓｅｋが働く。主圧力弁４の直後に第１の圧力絞り７が圧力管１０に取付けられている。その意義については後で触れる。

圧力絞り７の下流で制御圧力管１０に流路区域１１が形成されている。この区域１１では管路１０の流れ断面がその前方及びその後方にある区域より明らかに小さい。この流路区域１１の後方の下流に第２の圧力絞り１２が配置されている。その漏油は第１の圧力絞り７の漏油と同じく例えば変速機の潤滑、変速機の冷却及び／又は変速機のシフト要素の予備注油のために利用することができる。第１の絞り７の漏油は例えばここに図示しないオイルフィルタの吸引損失を補償するために、ポンプ２の吸込み側に返送することもできる。

流路区域１１と第２の圧力絞り１２の間で圧力管１０から、パイロット弁１４に通じる圧力管１３が分岐する。圧力管１３では制御圧力Ｐ_ＳｅｋＶが働く。この制御圧力Ｐ_ＳｅｋＶが所定の圧力値を下回る限り、パイロット弁１４は導通し、例えば変速機クラッチへの圧力供給を中止するから、変速機は遊転位置に置かれる。

ポンプ２が生じる主圧力Ｐ_{Ｐｒｉｍａｒ}はエンジン回転数に依存するから、流路区域１１の手前の前述の補助圧力絞り７を適当に設計することによって、パイロット弁１４の切換え点をより高い又はより低いエンジン回転数にずらすことができる。

流路区域１１の長さと直径及び第２の圧力絞り１２の軸方向長さと通路断面を後述のように適当に設計することによって、制御圧力媒質の温度依存性の粘度変化の補償が得られる。それによってパイロット弁１４は制御圧力媒質の温度に関係なく、自動車エンジンの回転数だけに依存して切換え操作を行うことができる。このような切換え操作は、例えば緊急運転状態で電気シフト命令なしで自動変速機を遊転に切換える自動変速機の変速機シフト要素（クラッチ及びブレーキ）の操作である。

前述のように流路区域１１は、圧力管１０を所定の長さにわたって所定の流れ断面に絞ることによって作ることができる。それとは異なる変形態様が図５に示されている。この構造は、まず、中空円筒形のケース部分２３とこのケース部分２３を閉鎖する蓋被２４とを具備するケース２０からなる。蓋被２４に体積流量Ｑ_Ｚのための流入口２１が、中空円筒形のケース部分２３に体積流量Ｑ_Ａｂｌのための流出口２２が形成され、制御圧力媒質はこれらの開口を通ってケースの内室２９に進入し、ここから流出することができる。

またケース２０の中に圧力絞り２７が配置されている。圧力絞り２７はほぼ円筒形に形成され、外周に螺旋状の溝２８を有する。溝２８は図３の流路区域１１の機能を遂行する。さらに圧力絞り２７の両方の端面に軸頸２５、２６が配置され、その端面３０、３１は蓋被２４及び円筒形のケース部分２３の底部の内側に支えられる。

上述の構造によって本発明に基づき形成された流路区域１１（２０、２７、２８）を既存の制御圧力管系に、大きな設計変更なしでたやすく挿入することができる。その場合粘度補償効果のある溝２８の長さを所望の制御及び運転周辺条件に適応させることができる。ケース２０に例えば別様に成形された圧力絞り、例えば軸平行な外周溝又は単数又は複数の穴を有する圧力絞りを挿入することができる。なお、単数の穴（流路区域１１として機能する）を有する圧力絞り２７が図６に示されている。図６の破線を実線に変更すれば、軸平行な外周溝を有する圧力絞り２７が表わされることになる。

流路区域１１及び２０、２７、２８は射出成形品又は旋削加工品として安価に製造することができる。

その場合制御圧力媒質の温度及び粘度の補償は次のようにして得られる。

すでに冒頭で説明したように、図１の曲線は無補償の油圧パイロット弁１４が制御圧力媒質の温度に応じて、どのようなエンジン回転数Ｎ_ｍｏｔで所望の切換え状態にされるかを示す。この場合所望の切換え状態は、パイロット弁１４が全開する飽和圧力（Ｐ_Ｓｅｋ＝１６bar）として定義される。

さらに図２で分かるように、パイロット弁１４によって操作される切換え圧力Ｐ_{Ｓｃｈａｌｔ}は無補償の制御圧力Ｐ_Ｓｅｋのレベル及び制御圧力媒質の温度Ｔ_ＯＬに依存する。

ところが本発明に基づき管路長さ、管路直径及び圧力絞り直径の上記の組合せにより、制御圧力管１０の流路区域１１と圧力絞り１２の間で圧力管１３を介して制御圧力を取り出すならば、この圧力管１３に接続されたパイロット弁１４に対して、流路区域１１の上流で働く二次制御圧力及び制御圧力媒質の温度に依存する切換え圧力Ｐ_ＳｅｋＶが生じる。

図１及び図２に示す二次制御圧力Ｐ_Ｓｅｋの温度及び回転数依存性挙動の協動により、温度に応じて変化する制御圧力媒質の粘度の補償が生じる。

図４は幾つかのグラフＡないしＤに基づいてパイロット弁１４の導通挙動を示す。なおグラフＥは、コンピュータプログラムによりあらかじめ計算した、パイロット弁１４が制御圧力媒質の温度Ｔ_ＯＬに応じて切換えを行う時のエンジン回転数Ｎ_Ｍｏｔの経過を示す。その場合流路区域は８８ｍｍの長さと１．１ｍｍの通路直径を有し、一方、流路区域１１の下流に後置された圧力絞り１２は０．７ｍｍの通路直径を有する。

あらかじめ計算されたこの曲線Ｅの経過は、パイロット弁１４が２０℃〜１００℃の温度範囲でエンジン回転数７００〜８５０rpmで切換えを行うことをすこぶる明瞭に示している。このことは曲線Ｄで示される無補償の切換え挙動に比して明らかな改善を意味する。

さらに加えて曲線ＡないしＣに示す具体的に行われた試験の測定結果は、上記の周辺条件（長さ＝８８ｍｍの流路区域；この区域の通路断面＝１．１ｍｍ；流路区域に後置された圧力絞り１２の通路断面は０．７ｍｍに相当する）でパイロット弁の切換え圧力Ｐ_{Ｓｃｈａｌｔ}が０．８barのとき最良の結果が記録されたことを示す。

この点についてグラフＢが示すように、この周辺条件のもとで制御媒質温度Ｔ_ＯＬに対するパイロット弁１４の切換え点（エンジン回転数Ｎ_Ｍｏｔで表される）の比較的良好な非依存性を得ることができた。またグラフＢのこの測定点が示すところでは、エンジン回転数Ｎ_Ｍｏｔが６００〜８８０rpmで、温度Ｔ_ＯＬが１０℃〜１００℃のとき、パイロット弁１４が切換えを行う。

また１．０barの又は１．２barの切換え圧力Ｐ_{Ｓｃｈａｌｔ}で測定された、グラフＢ及びＣを構成する測定点は、パイロット弁１４が導通する時のエンジン回転数Ｎ_Ｍｏｔの非依存性が比較的良好であることを示す。

種々の圧力媒質温度でのパイロット弁の切換え圧力曲線を含む切換え圧力・エンジン回転数図である。 パイロット弁の切換え圧力が無補償の二次制御圧力に対して温度依存性を有することを示す線図である。 油圧式変速機制御装置の制御油圧媒質の温度依存性の粘性を補償するための装置の図である。 自動変速機がパイロット弁の制御圧力媒質の温度に応じて遊転に切換えられる時のエンジン回転数を示した線図である。 制御圧力管の螺旋溝付き圧力絞りの構造の概略図である。 図５に示す圧力絞りの変形例を示す概略図である。

符号の説明

１ 油圧式制御装置
２ ポンプ
３ 圧力管
４ 主圧力弁
５ 一次圧力管
６ 二次圧力管
７ 第１の圧力絞り
８ 制御弁
９ 制御弁８に通じる圧力管
１０ 圧力絞り７、１２の間の圧力管
１１ 流路区域
１２ 第２の圧力絞り
１３ パイロット弁１４に通じる圧力管
１４ パイロット弁
１４ａ パイロットポート
１４ｂ 流入ポート
１４ｃ 流出ポート
２０ ケース
２１ 流入口
２２ 流出口
２３ 円筒形のケース部分
２４ 蓋被
２５ 軸頸
２６ 軸頸
２７ 円筒形の圧力絞り
２８ 螺旋溝
２９ 圧力絞りの内室
３０ 端面
３１ 端面
３２ 管

Claims (13)

1. 自動車用自動変速機のための油圧式変速機制御装置において、
   自動車のエンジンにより駆動されるポンプ（２）と、
   前記ポンプ（２）から圧力管（３）を介して加圧された作動油が供給される主圧力弁（４）であって、主圧力（Ｐ _{Ｐｒｉｍａｒ} ）が現れる一次圧力管（５）および二次圧力（Ｐ _Ｓｅｋ ）が現れる二次圧力管（１０）が接続されている、主圧力弁（４）と、
   パイロットポート（１４ａ）、流入ポート（１４ｂ）および流出ポート（１４ｃ）を有するパイロット弁（１４）であって、前記パイロットポートに供給されるパイロット圧力（Ｐ _ＳｅｋＶ ）に応じて、前記流入ポートに供給された切換え圧力（Ｐ _{ｓｃｈａｌｔ} ）を前記流出ポートから前記自動変速機のクラッチまたはブレーキへ供給することを制御するように構成され、かつ、前記パイロット圧力が所定の値より低いときに前記クラッチまたはブレーキへの圧力の供給を停止するように構成されている、パイロット弁（１４）と、
   を備え、
   前記二次圧力管（１０）に、第１の圧力絞り（１２）と、その上流側の流路区域（１１、２８）とが設けられ、前記第１の圧力絞り（１２）は一定の幾何学的形状と一定の流れ断面を有しており、
   前記パイロット弁（１４）は、前記第１の圧力絞り（１２）と前記流路区域（１１、２８）の間において前記二次圧力管（１０）に現れる圧力が前記パイロット圧力（Ｐ _ＳｅｋＶ ）として前記パイロットポートに印加されるように設けられており、
   前記流路区域（１１、２８）は前記第１圧力絞り（１２）よりも小さな流れ断面および大きな軸方向長さを有している
   ことを特徴とする油圧式変速機制御装置。
2. 前記流路区域（１１，２８）より上流側において、前記二次圧力管（１０）から、第２の圧力絞り（７）が設けられた管（３３）が分岐することを特徴とする、請求項１に記載の油圧式変速機制御装置。
3. 前記流路区域（１１）が、圧力管を所定の長さにわたって所定の流れ断面に絞ることにより形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の油圧式変速機制御装置。
4. 前記流路区域（１１、２８）が、ケース（２０）の内面と前記ケース（２０）内に収容された圧力絞り（２７）の外周に形成された螺旋状の溝（２８）との間の空間により形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の油圧式変速機制御装置。
5. 前記流路区域（１１、２８）が、ケース（２０）の内面と前記ケース（２０）内に収容された圧力絞り（２７）の外周に軸方向に延びる溝（２８）との間の空間により形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の油圧式変速機制御装置。
6. 前記流路区域（１１、２８）が、ケース（２０）内に収容された圧力絞り（２７）の内部を軸方向に貫通する穴により形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の油圧式変速機制御装置。
7. 前記圧力絞り（２７）が円筒形に形成されていることを特徴とする、請求項４から６のうちのいずれか一項に記載の油圧式変速機制御装置。
8. 円筒形の前記圧力絞り（２７）が上流側の流入口（２１）と下流側の流出口（２２）を有する前記ケース（２０）の中に配置され、前記流入口および流出口（２１、２２）の流れ断面が前記ケース（２０）の内室（２９）の内径より小さいことを特徴とする、請求項７に記載の油圧式変速機制御装置。
9. 前記ケース（２０）が中空円筒形部分（２３）とこの中空円筒形部分（２３）を閉鎖する蓋被（２４）を有することを特徴とする、請求項７または８に記載の油圧式変速機制御装置。
10. 前記圧力絞り（２７）の両端面にされ、その端面側の端部にそれぞれ軸頸（２５；２６）が形成され、軸頸の端面（３０；３１）が蓋被（２４）及びケース（２０）の底部の内側に接することを特徴とする、請求項７または９に記載の装置。
11. 前記クラッチまたはブレーキは、自動変速機において所定の変速比を作動させ又は作動中止する自動変速機のシフト要素であることを特徴とする、請求項１から１０のうちのいずれか一項に記載の油圧式変速機制御装置。
12. 前記パイロット圧力（Ｐ _ＳｅｋＶ ）が所定値以下に低下すると、前記パイロット弁（１４）によって自動変速機が遊転状態に切換えられるように構成されていることを特徴とする請求項１から１０のうちのいずれか一項に記載の油圧式変速機制御装置。
13. 前記流路区域（１１、２８）と前記圧力絞り（１２）が一体化した部品として形成され、この一体化した部品が前記流路区域と前記圧力絞り（１２）の区域の間に、そこに現れる圧力（Ｐ_ＳｅｋＶ）を前記パイロット弁（１４）に通じる圧力管（１３）へ分岐するための開口を有し、この一体化した部品を前記二次圧力管（１０）に挿入することができるように構成されていることを特徴とする、請求項１から１２のうちのいずれか一項に記載の油圧式変速機制御装置。

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