JP5691485B2

JP5691485B2 - 変速機の油温制御装置

Info

Publication number: JP5691485B2
Application number: JP2010280886A
Authority: JP
Inventors: 幸士寺島
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2010-12-16
Filing date: 2010-12-16
Publication date: 2015-04-01
Anticipated expiration: 2030-12-16
Also published as: JP2012127456A

Description

本発明は、変速機の油温制御装置に関し、特に変速機ケース内にオイルセパレータを有する変速機の油温制御装置に関する。

一般的に、車両用の変速機においては、シャフト（変速軸）やギヤ（歯車）等を潤滑する潤滑油の温度変化の影響を受けやすい。例えば、潤滑油が高温になると、粘度の低下により潤滑作用が損なわれるとともに、潤滑油の早期劣化を招いてしまう。一方、潤滑油が低温になると、粘度が高くなることで変速機の動力伝達効率を低下させてしまう。

このような点に鑑みて、特許文献１には、変速機の外部にオイルクーラを設け、変速機内の潤滑油をオイルポンプでオイルクーラに圧送して外気と熱交換することで冷却する潤滑油の冷却装置が開示されている。

また、特許文献２には、エンジン冷却水用ラジエータ内にオイル熱交換機を設け、変速機内の潤滑油をオイル熱交換機に圧送して冷却水と熱交換することで適正油温に制御する油温制御装置が開示されている。

特開平９−２６９０４６号公報特開２００２−３４９７９０号公報

ところで、上述の特許文献１に記載された潤滑油の冷却装置においては、潤滑油をオイルクーラで大気との熱交換により冷却することはできるが、冷間時の暖機を促進する機能は有しない。その点、上述の特許文献２に記載された油温制御装置によれば、冷却水との熱交換を用いているため、冷間時の暖機や高温時の冷却をすることはできる。

しかし、いずれの装置においても、変速機内の潤滑油を変速機の外部に設けられたオイルクーラやオイル熱交換機に圧送するためのオイルポンプを設ける必要がある。すなわち、オイルポンプを設ける分だけ装置全体が大型化してしまうとともに、装置のコストを増加させてしまう可能性がある。

本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、その目的は、装置の大型化やコストの増加を効果的に抑制しつつ、変速機内の潤滑油を冷却又は昇温することで適正油温に制御することにある。

上記目的を達成するため、本発明の変速機の油温制御装置は、変速機ケース内に互いに平行に配置された複数の変速軸と、前記複数の変速軸にそれぞれ設けられた複数の歯車とを含み、前記変速機ケース内に貯留された潤滑油の少なくとも一部を前記複数の歯車によりかき上げて前記複数の変速軸及び歯車を潤滑する変速機の油温制御装置であって、前記変速機ケース内に設けられ、前記複数の変速軸及び歯車のうち下方に位置する変速軸及び歯車の下半部を囲うようにして前記変速軸の軸方向に延在するオイルセパレータと、前記オイルセパレータに設けられ、エンジンと連動するウォータポンプにより圧送されて流入する冷却水と前記潤滑油との熱交換を行う熱交換流路と、一端を前記エンジン内に形成されたエンジン冷却水流路の出口部にラジエータを介して接続されるとともに、他端を前記熱交換流路の上流部に接続される第一の配管と、一端を前記熱交換流路の下流部に接続されるとともに、他端を前記エンジン冷却水流路の入口部に前記ウォータポンプを介して接続される第二の配管とを有することを特徴とする。

また、前記熱交換流路は、前記オイルセパレータに蛇行状に設けられてもよい。

また、前記オイルセパレータは、上面を形成する上側プレートと下面を形成する下側プレートとを有するとともに、前記熱交換流路は、前記上側プレートと前記下側プレートとの間に設けられてもよい。

また、前記ラジエータよりも下流側の前記第一の配管と前記ウォータポンプよりも上流側の前記第二の配管とを接続して前記熱交換流路を迂回する第三の配管と、前記ラジエータを通過した冷却水の流路を前記熱交換流路もしくは前記第三の配管に切り替える流路切替手段とを備え、前記流路切替手段は、エンジンの冷間始動時には前記ラジエータを通過した冷却水を前記第三の配管に流通させ、エンジンの暖機後には前記ラジエータから流出する冷却水を前記熱交換流路に流通させるものであってもよい。

本発明の変速機の油温制御装置によれば、装置の大型化やコストの増加を効果的に抑制しつつ、変速機内の潤滑油を冷却又は昇温することで適正油温に制御することができる。

本発明の一実施形態に係る変速機の油温制御装置を示す模式的な全体構成図である。本発明の一実施形態に係る変速機の油温制御装置におけるオイルセパレータ部を示す模式的な側面図である。本発明の一実施形態に係る変速機の油温制御装置におけるオイルセパレータ部及び熱交換流路を示す模式的な部分斜視図である。他の実施形態に係る変速機の油温制御装置におけるオイルセパレータ部及び熱交換流路を示す模式的な斜視図である。

以下、図１〜４に基づいて、本発明の一実施形態に係る変速機の油温制御装置１について説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１に示すように、本発明の一実施形態に係る変速機の油温制御装置１は、エンジン１０と、このエンジン１０と連動するウォータポンプ１４と、ラジエータ２０と、クラッチ装置２３を介して入力されるエンジン１０の動力を適切な回転速度に変速調整する変速機３０と、変速機ケース３１内に設けられたオイルセパレータ部４０と、オイルセパレータ部４０に設けられた熱交換流路５０と、エンジン１０とラジエータ２０とを接続するインレット配管５１と、ラジエータ２０と熱交換流路５０とを接続するアウトレット配管５２と、熱交換流路５０とウォータポンプ１４とを接続する吸入配管５３と、熱交換流路５０を迂回するバイパス流路５４とを有する。

なお、本実施形態のインレット配管５１及びアウトレット配管５２は、本発明の第一の配管を構成する。また、本実施形態の吸入配管５３は本発明の第二の配管を構成し、バイパス流路５４は本発明の第三の配管を構成する。

エンジン１０の内部には、冷却水入口部１１から流入する冷却水を図示しないウォータジャケット等を介して冷却水出口部１２へと送出するエンジン冷却水流路１３が形成されている。また、エンジン１０の冷却水入口部１１には、エンジン冷却水流路１３内に冷却水を圧送するウォータポンプ１４が図示しない吐出口を接続した状態で設けられている。すなわち、ウォータポンプ１４の図示しない吸入口は、吐出口を介してエンジン冷却水流路１３と連通する。このウォータポンプ１４の吸入口は、吸入配管５３を介して詳細を後述する熱交換流路５０の下流口５０ｂに接続されている。

ラジエータ２０は、通過する冷却水を外気との熱交換により冷却するもので、図１に示すようにエンジン１０の前方に所定の間隔を隔て配置されている。また、ラジエータ２０の上方側部には、インレット配管５１を介してエンジン１０の冷却水出口部１２に接続されるラジエータ入口部２１が設けられている。さらに、ラジエータ２０の下方側部には、アウトレット配管５２を介して詳細を後述する熱交換流路５０の上流口５０ａに接続されるラジエータ出口部２２が設けられている。

変速機３０は、図１に示すように、変速機ケース３１と、変速機ケース３１内に回転自在に軸支されたインプット軸３２と、インプット軸３２よりも下方の変速機ケース３１内に回転自在に軸支されたカウンタ軸３３と、変速機ケース３１内に回転自在に軸支されたアウトプット軸３４と、オイルセパレータ部４０とを有する。

インプット軸３２は、一端部（前方端部）を変速機ケース３１の前方外側に突出させ、この一端部にはクラッチ装置２３を介して図示しないエンジン１０の出力軸が断切可能に接続されている。また、アウトプット軸３４は、一端部（後方端部）を変速機ケース３１の後方外側に突出させ、この一端部には図示しないプロペラシャフトが接続されている。さらに、変速機ケース３１内には、後述する入力ギヤ３５や変速ギヤ３６〜３９等によりかき上げられてインプット軸３２，カウンタ軸３３，アウトプット軸３４及び、入力ギヤ３５，変速ギヤ３６〜３９等を潤滑する潤滑油が貯留されている。

インプット軸３２とカウンタ軸３３との間には、インプット軸３２からカウンタ軸３３に回転力を伝達する１対の入力ギヤ３５が設けられている。また、カウンタ軸３３とアウトプット軸３４との間には、変速段毎のギヤ比で噛合する複数対の変速ギヤ３６（１速），３７（２速），３８（３速），３９（４速）が設けられている。

そして、カウンタ軸３３側の複数の変速ギヤ３６〜３９は、変速ギヤ３６及び３７がカウンタ軸３３にそれぞれ固定されるとともに、変速ギヤ３８及び３９がカウンタ軸３３にそれぞれ相対回転可能に設けられている。一方、アウトプット軸３４側の複数の変速ギヤ３６〜３９は、変速ギヤ３８及び３９がアウトプット軸３４にそれぞれ固定されるとともに、変速ギヤ３６及び３７がアウトプット軸３４にそれぞれ相対回転可能に設けられている。また、変速機３０には、カウンタ軸３３と変速ギヤ３８又は３９との回転速度を同期させ、かつ、アウトプット軸３４と変速ギヤ３６又は３７との回転速度を同期させる公知のシンクロ機構（不図示）が設けられている。

オイルセパレータ部４０は、入力ギヤ３５や変速ギヤ３６〜３９の回転に伴う潤滑油の撹拌抵抗を抑制するもので、図１に示すように、変速機ケース３１内にカウンタ軸３３及びカウンタ軸３３側の入力ギヤ３５，変速ギヤ３６〜３９の下半部を囲うようにして軸方向（前後方向）に延在して設けられている。また、オイルセパレータ部４０は、図２に示すように、上面部を形成する上側プレート４１と下面部を形成する下側プレート４２とを有する二重構造からなり、この上側プレート４１と下側プレート４２との間には、外枠プレート４３（図２，３参照）と複数のバッフルプレート４４（図３参照）とが設けられている。なお、説明の便宜上、図３においては上側プレート４１を省略している。

熱交換流路５０は、変速機ケース３１内の潤滑油を冷却水との熱交換により冷却又は昇温するもので、上側プレート４１の下面、下側プレート４２の上面及び外枠プレート４３の内面により構成される箱状空間内を、複数のバッフルプレート４４により区画することで形成される。

外枠プレート４３は、図２に示すように、上縁を上側プレート４１の外縁に固着されるとともに、下縁を下側プレート４２の外縁に固着されている。また、外枠プレート４３の後方側面には、アウトレット配管５２に接続される上流口５０ａが設けられ、前方側面には、吸入配管５３に接続される下流口５０ｂが設けられている。

複数のバッフルプレート４４は、図３に示すように、上側プレート４１と下側プレート４２との間を外枠プレート４３の左側内面から右側内面に向けて延設された左側バッフルプレート４４ａと、上側プレート４１と下側プレート４２との間を外枠プレート４３の右側内面から左側内面に向けて延設された右側バッフルプレート４４ｂとを有する。また、左側バッフルプレート４４ａの右側端部と外枠プレート４３の右側内面との間及び、右側バッフルプレート４４ｂの左側端部と外枠プレート４３の左側内面との間には、冷却水を通過させる所定の空間がそれぞれ形成されている。

そして、熱交換流路５０は、左側バッフルプレート４４ａと右側バッフルプレート４４ｂとを交互に配設することで、オイルセパレータ部４０内を左右方向に蛇行しながら前後方向に延びるように形成されている。すなわち、熱交換流路５０を左右方向に蛇行させることで、上側プレート４１の上面と下側プレート４２の下面との全面が、冷却水と潤滑油との熱交換面として機能するように構成されている。

なお、オイルセパレータ部４０は、必ずしも上側プレート４１と下側プレート４２とを有する二重構造である必要はなく、図４に示すように一枚のプレート４５から構成されるものであってもよい。この場合、熱交換流路５０は、プレート４５の上面側に蛇行状の熱交換用配管５６を設ければよい。また、熱交換用配管５６は、プレート４５の下面側に設けられてもよい。

バイパス流路５４は、冷却水の流路を熱交換流路５０から迂回させるもので、図１に示すように、一端をアウトレット配管５２に接続され、他端を吸入配管５３に接続されている。また、バイパス流路５４とアウトレット配管５２との接続部には、ラジエータ２０を通過した冷却水の流路を熱交換流路５０もしくはバイパス流路５４に切り替える切替バルブ（流路切替手段）６１が設けられている。この切替バルブ６１の開閉駆動は、後述するバルブＥＣＵ６０によって制御されている。

冷却水温センサ６２は、ラジエータ２０を通過した冷却水の水温を検出するもので、図１に示すように、切替バルブ６１よりも上流側のアウトレット配管５２に設けられている。また、冷却水温センサ６２は、電気配線を介してバルブＥＣＵ６０に接続されている。

バルブＥＣＵ（電子制御ユニット）６０は、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備え構成されており、冷却水温センサ６２の検出値に応じて切替バルブ６１の開閉を制御する。具体的には、エンジン１０の冷間始動時に、冷却水温センサ６２の検出値が潤滑油の最適温度である所定の閾値（例えば８０℃）よりも低い場合は、このバルブＥＣＵ６０はエンジン１０の暖機を優先するために切替バルブ６１を開状態にする制御信号を出力する。すなわち、エンジン１０内のサーモスタット（不図示）が開くと、ウォータポンプ１４で圧送された冷却水は、エンジン冷却水流路１３内からラジエータ２０を通過した後に、バイパス流路５４に流入して再びウォータポンプ１４へと戻される。

一方、エンジン１０が暖機され、冷却水温センサ６２の検出値が潤滑油の最適温度である所定の閾値（例えば８０℃）以上になると、このバルブＥＣＵ６０は変速機ケース３１内の潤滑油を昇温するために、切替バルブ６１を閉状態にする制御信号を出力する。すなわち、ウォータポンプ１４で圧送された冷却水は、エンジン冷却水流路１３からラジエータ２０を通過した後に、熱交換流路５０を通過して再びウォータポンプ１４へと戻されるように構成されている。

以上のような構成により、本発明の一実施形態に係る変速機の油温制御装置１によれば以下のような作用効果を奏する。

エンジン１０と連動するウォータポンプ１４により圧送された冷却水は、ラジエータ２０を通過した後に、アウトレット配管５２を介してオイルセパレータ部４０に設けられた熱交換流路５０へと流入する。そして、変速機ケース３１内に貯留された潤滑油は、熱交換流路５０を通過する冷却水との熱交換により冷却又は昇温されることで、適正な油温を維持するように制御される。

したがって、変速機３０外部のオイルクーラや、潤滑油を圧送するためのオイルポンプ等を別個に設けることなく、潤滑油を適正な油温に制御することが可能となり、油温制御装置１の大型化やコスト増加を効果的に抑制することができる。

また、変速機ケース３１内に貯留された潤滑油は、冷間始動時など油温が低い時は、この低温状態の潤滑油よりも高温の冷却水と熱交換されることで昇温が促進される。さらに、高負荷運転時など潤滑油の油温が高くなる時は、この高温状態の潤滑油よりも低温の冷却水と熱交換されることで冷却が促進される。

したがって、潤滑油の油温上昇により粘度が下がることで引き起こされる潤滑作用の損失や、潤滑油の早期劣化及び、潤滑油の油温低下により粘度が高くなることで引き起こされる変速機３０の動力伝達効率低下を効果的に抑止することができる。

また、潤滑油と冷却水との熱交換を行う熱交換流路５０は、変速機３０の主要な熱源である入力ギヤ３５及び変速ギヤ３６〜３９に隣接して配設されたオイルセパレータ部４０に設けられている。

したがって、入力ギヤ３５や変速ギヤ３６〜３９の回転駆動が大きくなり潤滑油温が上昇する時は、この熱源となる入力ギヤ３５や変速ギヤ３６〜３９に近い位置で潤滑油温の上昇を効果的に抑制することが可能となり、潤滑油冷却時における熱交換性能の向上を図ることができる。

また、熱交換流路５０は、オイルセパレータ部４０内（上側プレート４１と下側プレート４２との間）を左右方向に蛇行しながら前後方向に延びるように形成されている。すなわち、蛇行状の熱交換流路５０により、上側プレート４１の上面と下側プレート４２の下面との全面が冷却水と潤滑油との熱交換面として機能する。

したがって、潤滑油とエンジン冷却水との熱交換面積を大きく確保することで熱交換効率が向上されるとともに、潤滑油の昇温や冷却を効率的に行うことができる。

また、オイルセパレータ部４０は、上側プレート４１と下側プレート４２とを有する二重構造からなり、その上側プレート４１と下側プレート４２との間には熱交換流路５０が設けられている。すなわち、入力ギヤ３５や変速ギヤ３６〜３９の回転駆動時に発せられる騒音（駆動音）は、上側プレート４１及び下側プレート４２の二枚のプレートで二重に遮音される。

したがって、入力ギヤ３５や変速ギヤ３６〜３９の回転駆動時に発せられる騒音（駆動音）の変速機３０外部への漏洩を効果的に抑制し、変速機３０の遮音性を向上することができる。

また、エンジン１０の冷間始動時における冷却水は、水温が潤滑油の最適温度（所定の閾値：８０℃）を超えるまでは、熱交換流路５０を迂回するバイパス流路５４に流される。その後、冷却水の水温が潤滑油の最適温度（所定の閾値：８０℃）よりも高くなると、冷却水の流路は潤滑油との熱交換を行う熱交換流路５０に切り替えられる。

したがって、冷間始動時におけるエンジン１０の暖気に影響を与えることなく、冷却水の水温を潤滑油の最適温度（８０℃）まで速やかに上昇させることができるとともに、その後、最適温度（８０℃）まで上昇した冷却水と低温状態の潤滑油との熱交換を行うことで、冷間始動時における潤滑油温を効率的に上昇させることができる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

例えば、上述の実施形態において、熱交換流路５０は、左右方向に蛇行しながら前後方向に延設されるものとして説明したが、前後方向に蛇行しながら左右方向に延設されてもよい。この場合も、上述の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

また、切替バルブ６１は冷却水温センサ６２の検出値に応じて開閉するものとして説明したが、例えば、エンジン１０の始動から所定時間が経過後に開閉するように構成してもよい。この場合も、上述の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

１０エンジン
１３エンジン冷却水流路
１４ウォータポンプ
２０ラジエータ
３０変速機
３１変速機ケース
３２インプット軸（変速軸）
３３カウンタ軸（変速軸）
３４アウトプット軸（変速軸）
３５入力ギヤ（歯車）
３６，３７，３８，３９変速ギヤ（歯車）
４０オイルセパレータ部（オイルセパレータ）
５０熱交換流路
５１インレット配管（第一の配管）
５２アウトレット配管（第一の配管）
５３吸入配管（第二の配管）
５４バイパス流路（第三の配管）
６１切替バルブ（流路切替手段）

Claims

変速機ケース内に互いに平行に配置された複数の変速軸と、前記複数の変速軸にそれぞれ設けられた複数の歯車とを含み、前記変速機ケース内に貯留された潤滑油の少なくとも一部を前記複数の歯車によりかき上げて前記複数の変速軸及び歯車を潤滑する変速機の油温制御装置であって、
前記変速機ケース内に設けられ、前記複数の変速軸及び歯車のうち下方に位置する変速軸及び歯車の下半部を囲うようにして前記変速軸の軸方向に延在するオイルセパレータと、
前記オイルセパレータに設けられ、エンジンと連動するウォータポンプにより圧送されて流入する冷却水と前記潤滑油との熱交換を行う熱交換流路と、
一端を前記エンジン内に形成されたエンジン冷却水流路の出口部にラジエータを介して接続されるとともに、他端を前記熱交換流路の上流部に接続される第一の配管と、
一端を前記熱交換流路の下流部に接続されるとともに、他端を前記エンジン冷却水流路の入口部に前記ウォータポンプを介して接続される第二の配管と、
前記ラジエータよりも下流側の前記第一の配管と前記ウォータポンプよりも上流側の前記第二の配管とを接続して前記熱交換流路を迂回する第三の配管と、
前記ラジエータを通過した冷却水の流路を前記熱交換流路もしくは前記第三の配管に切り替える流路切替手段と、を備え、
前記流路切替手段は、エンジンの冷間始動時には前記ラジエータを通過した冷却水を前記第三の配管に流通させ、エンジンの暖機後には前記ラジエータから流出する冷却水を前記熱交換流路に流通させる
ことを特徴とする変速機の油温制御装置。
前記熱交換流路は、前記オイルセパレータに蛇行状に設けられる
ことを特徴とする請求項１記載の変速機の油温制御装置。
前記オイルセパレータは、上面を形成する上側プレートと下面を形成する下側プレートとを有するとともに、
前記熱交換流路は、前記上側プレートと前記下側プレートとの間に設けられる
ことを特徴とする請求項１又は２記載の変速機の油温制御装置。