JP6032612B2 - トロイダル型無段変速機の挟圧力制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、入力ディスクおよび出力ディスク間に挟圧されたパワーローラのスリップを抑制するためのトロイダル型無段変速機の挟圧力制御装置に関する。

エンジンの高速フュエルカット制御中に、車両の運転状態に応じて自動変速機のシフトアップを禁止したり許容したりすることで、排気管周辺の部品の熱負荷を低減するものが、下記特許文献１により公知である。

またエンジンの高速フュエルカット制御中に、自動変速機の変速を禁止したり、変速範囲を限定したりすることで、自動変速機や差動装置の過回転を防止するものが、下記特許文献２により公知である。

特許第３５２４７６７号公報 特許第４４８３８７９号公報

ところで、トロイダル型無段変速機を備える車両にエンジンの高速フュエルカット制御を適用した場合、トロイダル型無段変速機の油圧ローダが発生するパワーローラの挟圧力はエンジンの出力トルク、つまりトロイダル型無段変速機の入力トルクに応じて制御されるため、高速フュエルカットおよびフュエルカット解除が短い時間間隔で繰り返されてエンジンの出力トルクがハンチングすると、油圧ローダが発生する挟圧力もハンチングしてしまい、パワーローラが入力ディスクおよび出力ディスクに対してスリップする可能性がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、エンジンのフュエルカットおよびフュエルカット解除が短い時間間隔で繰り返されたとき、トロイダル型無段変速機の油圧ローダが発生する挟圧力がハンチングしないようにしてパワーローラのスリップを抑制することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、エンジンに接続されたインプットシャフトと、前記インプットシャフトと共に回転する入力ディスクと、前記インプットシャフトに相対回転自在に支持された出力ディスクと、トラニオンに傾転自在に支持されて前記入力ディスクおよび前記出力ディスク間に挟圧されるパワーローラと、前記入力ディスクを前記出力ディスクに向けて付勢して前記パワーローラのスリップを抑制する挟圧力を発生する油圧ローダと、前記インプットシャフトへの入力トルクに基づいて前記油圧ローダが発生する挟圧力を制御する挟圧力制御手段とを備えるトロイダル型無段変速機の制御装置であって、前記エンジンは、第１閾値以上のエンジン回転数になるとフュエルカットされるとともに、前記第１閾値未満のエンジン回転数になるとフュエルカット解除され、前記挟圧力制御手段は、エンジン回転数が前記第１閾値以上になった時点の挟圧力を、エンジン回転数が前記第１閾値よりも低い第２閾値になるまで維持するとともに、エンジン回転数が前記第２閾値以下になると、挟圧力を現在の入力トルクに基づいて設定することを特徴とするトロイダル型無段変速機の制御装置が提案される。

尚、実施の形態の電子制御ユニットＵは本発明の挟圧力制御手段に対応する。

請求項１の構成によれば、トロイダル型無段変速機は、エンジンに接続されたインプットシャフトと、インプットシャフトと共に回転する入力ディスクと、インプットシャフトに相対回転自在に支持された出力ディスクと、トラニオンに傾転自在に支持されて入力ディスクおよび出力ディスク間に挟圧されるパワーローラと、入力ディスクを出力ディスクに向けて付勢してパワーローラのスリップを抑制する挟圧力を発生する油圧ローダと、インプットシャフトへの入力トルクに基づいて油圧ローダが発生する挟圧力を制御する挟圧力制御手段とを備える。

エンジンは、第１閾値以上のエンジン回転数になるとフュエルカットされるとともに、第１閾値未満のエンジン回転数になるとフュエルカット解除されるので、フュエルカットおよびフュエルカット解除が短い時間間隔で繰り返されてしまい、それに応じてエンジンからインプットシャフトに入力される入力トルクがハンチングする。その結果、油圧ローダが発生する挟圧力もハンチングし、パワーローラが入力ディスクおよび出力ディスクに対してスリップする可能性がある。

しかしながら、挟圧力制御手段は、エンジン回転数が第１閾値以上になった時点の挟圧力を、エンジン回転数が第１閾値よりも低い第２閾値になるまで維持するとともに、エンジン回転数が第２閾値以下になると、挟圧力を現在の入力トルクに基づいて設定するので、入力トルクのハンチングに応じて挟圧力がハンチングするのを防止してパワーローラのスリップを防止することができる。しかも入力トルクのハンチングに伴い、パワーローラが入力ディスクおよび出力ディスクから受ける反力が変動してトラニオンが軸方向に移動しようとするのを、油圧ローダの挟圧力を一定の高い値に保持して入力ディスクおよび出力ディスクとパワーローラとの間のフリクションを増加させることで、トラニオンが軸方向に移動し難くして変速比を安定させることができる。

トロイダル型無段変速機のスケルトン図。 図１の要部拡大図。 図２の３−３線断面図。 トロイダル型無段変速機の挟圧力制御のタイムチャート。 トロイダル型無段変速機の挟圧力制御のフローチャート。

以下、図１〜図５に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１〜図３に示すように、自動車用のトロイダル型無段変速機Ｔは、エンジンＥのクランクシャフト１１にダンパー１２を介して接続されたインプットシャフト１３を備えており、インプットシャフト１３上に実質的に同一構造の第１無段変速機構１４Ｆおよび第２無段変速機構１４Ｒが支持される。第１無段変速機構１４Ｆは、インプットシャフト１３に固定された概略コーン状の入力ディスク１５と、インプットシャフト１３に相対回転自在かつ軸方向摺動自在に支持された概略コーン状の出力ディスク１６と、インプットシャフト１３を挟むように配置された一対のトラニオン１７，１７と、トラニオン１７に一端を回転自在に支持された一対のクランク状のピボットシャフト１８，１８と、ピボットシャフト１８，１８の他端に回転自在に支持されて入力ディスク１５および出力ディスク１６に当接可能な一対のパワーローラ１９，１９とを備える。

入力ディスク１５および出力ディスク１６の対向面はトロイダル曲面から構成されており、一対のトラニオン１７，１７がトラニオン軸２１，２１に沿って相互に逆方向に移動すると、一対のパワーローラ１９，１９がトラニオン軸２１，２１まわりに傾転し、入力ディスク１５および出力ディスク１６に対するパワーローラ１９，１９の当接点が変化する。

第２無段変速機構１４Ｒは、ドライブギヤ２２を挟んで前記第１無段変速機構１４Ｆと実質的に面対称に配置されており、第１、第２無段変速機構１４Ｆ，１４Ｒの出力ディスク１６，１６およびドライブギヤ２２は一体に形成される。但し、第１無段変速機構１４Ｆの入力ディスク１５がインプットシャフト１３に固着されるのに対し、第２無段変速機構１４Ｒの入力ディスク１５はインプットシャフト１３に対して相対回転不能かつ軸方向移動可能にスプライン結合され、油圧ローダ２３により軸方向に付勢される。

油圧ローダ２３は、インプットシャフト１３に固定されたシリンダ２４と、外周および内周をそれぞれシリンダ２４およびインプットシャフト１３に摺動自在に支持された第１ピストン２５と、入力ディスク１５から軸方向に突出して第１ピストン２５に当接する環状のシリンダ部１５ａと、外周をシリンダ部１５ａに摺動自在に支持されて内周をインプットシャフト１３に係止された第２ピストン２６と、シリンダ２４および第１ピストン２５間に区画された第１油室２７と、入力ディスク１５および第２ピストン２６間に区画された第２油室２８とを備える。

従って、図２において、第１油室２７に供給された油圧が第１ピストン２５をシリンダ２４に対して右方向に駆動して第２無段変速機構１４Ｒの入力ディスク１５のシリンダ部１５ａを右向きに付勢し、かつ第２油室２８に供給された油圧が第２ピストン２６に対して第２無段変速機構１４Ｒの入力ディスク１５の背面全体を右向きに付勢する。その結果、第２無段変速機構１４Ｒの入力ディスク１５および出力ディスク１６間にパワーローラ１９，１９が挟圧されるとともに、第１無段変速機構１４Ｆの入力ディスク１５および出力ディスク１６間にパワーローラ１９，１９が挟圧され、入力ディスク１５，１５および出力ディスク１６，１６とパワーローラ１９…との間のスリップを抑制する挟圧力を発生させることができる。

第１無段変速機構１４Ｆ（あるいは第２無段変速機構１４Ｒ）は、油圧制御ブロック３１，３２に設けられた一対の油圧アクチュエータ３３，３３を備える。各油圧アクチュエータ３３は、トラニオン１７の下部に一体に形成され、下部支持板２９にローラベアリング３０，３０を介して回転自在かつ上下摺動自在に支持されたピストンロッド３４と、油圧制御ブロック３１に形成されたシリンダ３５と、ピストンロッド３４に一体に形成されてシリンダ３５に摺動自在に嵌合するピストン３６と、ピストン３６の上下一側に区画された増速用油室３７と、ピストン３６の上下他側に区画された減速用油室３８とから構成される。

合計４本のトラニオン１７…の上端が、各々球面継手３９…を介して上部支持板４０の四隅に枢支されており、２本のトラニオン１７，１７が上動して他の２本のトラニオン１７，１７が下動するときに、その動きが同期するようになっている。

オイルポンプ４１が発生する油圧は油圧制御回路４２において調圧され、油圧アクチュエータ３３…に供給される。増速用油室３７に高圧が供給されて減速用油室３８に低圧が供給されるとピストン３６およびピストンロッド３４が上下方向一方に移動し、逆に減速用油室３８に高圧が供給されて増速用油室３８に低圧が供給されるとピストン３６およびピストンロッド３４が上下方向他方に移動する。

例えば、第１無段変速機構１４Ｆの一対のトラニオン１７，１７を油圧アクチュエータ３３，３３で相互に逆方向に駆動するとパワーローラ１９，１９が図１の矢印ａ方向に傾転し、入力ディスク１５との接触点がインプットシャフト１３に対して半径方向外側に移動するとともに、出力ディスク１６との接触点がインプットシャフト１３に対して半径方向内側に移動するため、入力ディスク１５の回転が増速して出力ディスク１６に伝達され、トロイダル型無段変速機Ｔの変速比が連続的に減少する。一方、パワーローラ１９，１９が図１の矢印ｂ方向に傾転すると、入力ディスク１５との接触点がインプットシャフト１３に対して半径方向内側に移動するとともに、出力ディスク１６との接触点がインプットシャフト１３に対して半径方向外側に移動するため、入力ディスク１５の回転が減速して出力ディスク１６に伝達され、トロイダル型無段変速機Ｔの変速比が連続的に増加する。

第２無段変速機構１４Ｒの作用は上述した第１無段変速機構１４Ｆの作用と同一であり、第１、第２無段変速機構１４Ｆ，１４Ｒは同期して変速作用を行う。従って、エンジンＥのクランクシャフト１１からインプットシャフト１３に入力された駆動力は、トロイダル型変速機構Ｔの変速比のレンジ内の任意の変速比で無段階に変速され、ドライブギヤ２２から出力される。

油圧制御回路４２において調圧された油圧は油圧ローダ２３にも供給され、パワーローラ１９…のスリップ抑制制御に供される。即ち、油圧ローダ２３の挟圧力を制御する電子制御ユニットＵは、現在エンジンＥからトロイダル型無段変速機Ｔに入力されている入力トルクに基づいて、入力ディスク１５，１５および出力ディスク１６，１６とパワーローラ１９…との間にスリップが発生しないための挟圧力を設定する。トロイダル型無段変速機Ｔに入力されている入力トルクはエンジンＥの出力トルクに等しく、エンジンＥの出力トルクはエンジンＥの吸気負圧およびエンジン回転数に基づいて算出可能である。

次に、高速フュエルカット制御時における油圧ローダ２３の挟圧力の制御を、図４のタイムチャートに基づいて説明する。

運転者がアクセルペダルを踏み込み、エンジン回転数が増加して第１閾値を越えるとフュエルカット実施信号がＯＮしてフュエルカットが実施され、その結果エンジン回転数が低下して第１閾値を未満になるとエンジンＥへの燃料供給が再開される。この高速フュエルカット制御により、エンジンＥの回転数が過剰に上昇して排気系部品が過熱により損傷したり、トロイダル型無段変速機Ｔの回転部品が過回転により損傷したりするのが防止される。

しかしながら、フュエルカットおよびフュエルカット解除が短い時間間隔で実施されると、エンジン回転数が第１閾値を挟んで繰り返し増減するハンチングが発生する場合がある。このようにエンジン回転数がハンチングするとエンジンＥの出力トルク、つまりトロイダル型無段変速機Ｔの入力トルクがハイチングし、その入力トルクに基づいて制御されるトロイダル型無段変速機Ｔの油圧ローダ２３の挟圧力もハンチングする。油圧ローダ２３の挟圧力がハンチングするとパワーローラ１９…が入力ディスク１５あるいは出力ディスク１６に対してスリップしてしまい、トロイダル型無段変速機Ｔの動力伝達効率が低下したり、変速比の制御精度が低下したりする問題がある。

そこで、フュエルカット実施信号がＯＮしたときに挟圧力保持信号をＯＮにすることで、トロイダル型無段変速機Ｔの入力トルクをフュエルカット実施信号がＯＮしたときの値に維持するとともに、油圧ローダ２３の挟圧力をフュエルカット実施信号がＯＮしたときの値に維持する。これにより、エンジンＥの出力トルクがハンチングしても油圧ローダ２３の挟圧力は一定値に維持され、パワーローラ１９…が入力ディスク１５あるいは出力ディスク１６に対してスリップするのを防止することができる。

そして運転者がアクセルペダルを戻し、エンジン回転数が前記第１閾値よりも低い第２閾値以下になると、挟圧力保持信号をＯＦＦすることで、それ以後はトロイダル型無段変速機Ｔの入力トルクを現在の値に持ち替えることで、油圧ローダ２３の挟圧力を現在の入力トルクに対応する値に持ち替える。

上記作用を図５のフローチャートに基づいて更に説明する。

先ずステップＳ１で挟圧力保持信号がＯＦＦであって挟圧力の保持が行われていないとき、ステップＳ２でエンジン回転数が第１閾値以上になると、ステップＳ３でフュエルカットを実施し、ステップＳ４で挟圧力保持信号をＯＮし、ステップＳ５で挟圧力の保持を実施する。次のループのステップＳ１では挟圧力保持信号がＯＮしているのでステップＳ６に移行し、ステップＳ６でエンジン回転数が第１閾値よりも小さい第２閾値以下になれば、ステップＳ７で挟圧力保持信号をＯＦＦして挟圧力の保持を終了する。

ところで、トロイダル型無段変速機Ｔに入力する入力トルクが変動すると、パワーローラ１９…が入力ディスク１５および出力ディスク１６から受ける反力が変動するため、パワーローラ１９…を支持するトラニオン１７，１７を軸方向に移動させるスラスト荷重が発生する。このスラスト荷重によるトラニオン１７，１７の移動は、油圧アクチュエータ３３の増速用油室３７および減速用油室３８の油圧を制御することで阻止され、変速比の変動が防止される。

しかしながら、フュエルカット制御に伴って油圧ローダ２３の挟圧力がハンチングすると、油圧アクチュエータ３３の油圧制御の応答遅れによりトラニオン１７，１７の軸方向の移動を阻止することが難しくなり、変速比が変動してしまう可能性がある。このとき、本実施の形態によれば、油圧ローダ２３の挟圧力が一定の高い値に保持されるため、入力ディスク１５および出力ディスク１６とパワーローラ１９，１９との間のフリクションが増加することで、トラニオン１７，１７の軸方向の移動を阻止して変速比を安定させることができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態の油圧ローダ２３は第１油室２７および第２油室２８を備えているが、単一の油室だけを備えるものであっても良い。

また実施の形態のトロイダル型無段変速機Ｔはダブルキャビティ型のものであるが、シングルキャビティ型のものであっても良い。

１３ インプットシャフト
１５ 入力ディスク
１６ 出力ディスク
１７ トラニオン
１９ パワーローラ
２３ 油圧ローダ
Ｅ エンジン
Ｕ 電子制御ユニット（挟圧力制御手段）

Claims (1)

1. エンジン（Ｅ）に接続されたインプットシャフト（１３）と、前記インプットシャフト（１３）と共に回転する入力ディスク（１５）と、前記インプットシャフト（１３）に相対回転自在に支持された出力ディスク（１６）と、トラニオン（１７）に傾転自在に支持されて前記入力ディスク（１５）および前記出力ディスク（１６）間に挟圧されるパワーローラ（１９）と、前記入力ディスク（１５）を前記出力ディスク（１６）に向けて付勢して前記パワーローラ（１９）のスリップを抑制する挟圧力を発生する油圧ローダ（２３）と、前記インプットシャフト（１３）への入力トルクに基づいて前記油圧ローダ（２３）が発生する挟圧力を制御する挟圧力制御手段（Ｕ）とを備えるトロイダル型無段変速機の制御装置であって、
   前記エンジン（Ｅ）は、第１閾値以上のエンジン回転数になるとフュエルカットされるとともに、前記第１閾値未満のエンジン回転数になるとフュエルカット解除され、
   前記挟圧力制御手段（Ｕ）は、エンジン回転数が前記第１閾値以上になった時点の挟圧力を、エンジン回転数が前記第１閾値よりも低い第２閾値になるまで維持するとともに、エンジン回転数が前記第２閾値以下になると、挟圧力を現在の入力トルクに基づいて設定することを特徴とするトロイダル型無段変速機の制御装置。

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