JP6140628B2 - 変速機潤滑システム - Google Patents

Description

本発明は、車速に連動して変速機の潤滑オイルを供給し冷却する変速機潤滑システムに関する。

例えば下記特許文献１に示すような従来の車両の変速機における潤滑オイル供給システムにおいては、作動油の余剰分を潤滑オイル源とし、かつ、潤滑オイル源からのオイルを空冷式クーラーを介して冷却したものをギヤ等の潤滑系に供給するように構成されている。すなわち、潤滑オイル源に対してクーラーと潤滑系が直列に配置されている。また、該クーラーの上流側の油路に安全弁が設けられおり、この安全弁の開放圧は、作動油の供給先であるロックアップクラッチの係合状態では、安全弁が開かないような値であって、かつ、ロックアップオフ時にはクーラーへ流入するオイルが過剰にならないように該安全弁が開放されるような値に設定される。

特許第４１７９３６４号公報

上述したような従来の潤滑オイル供給システムにおいては、前記クーラーでオイルが詰まった場合や、低油温時にクーラーの圧力損失が大きくなった場合、安全弁が開放され、ギヤ等の潤滑系に対して十分な潤滑オイルが供給されなくなる、という不都合がある。また、作動油の余剰分を潤滑オイル源としているので、潤滑量を確保するためには、低回転時等でも常に作動油の余剰分が生ずるようにオイルポンプのサイズを大きくする必要がある。

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、クーラーの状態にかかわりなく潤滑系に対して必要な潤滑オイルの供給を確保すると共に、オイルの熱交換機能を確保し、かつ、オイルポンプのサイズも可及的に小さくできるようにした変速機潤滑システムを提供しようとするものである。

本発明に係る変速機潤滑システムは、変速機（２０）の出力軸（３０）と連動して駆動されるオイルポンプ（４１）と、前記オイルポンプから吐出されたオイルを変速機の潤滑系（４５、３２、３３）に供給するための第１油路（４３）と、前記オイルポンプからのオイルを熱交換器（４８）に導くために、前記第１油路に対して並列的に設けられた第２油路（４４）と、前記第２油路において前記熱交換器の上流側に挿入されてなり、第１設定圧で開弁して、前記オイルポンプからのオイルを前記第２油路に導通させる第１バルブ（４６）とを備える。なお、括弧内には、単なる参考のために、後述する実施例における対応する構成要素の図面参照番号を記している。

これによれば、潤滑系に供給するための第１油路（４３）と、オイルを熱交換器に導く第２油路（４４）とが並列的に設けられているので、熱交換器（クーラー）の状態にかかわりなく潤滑系に対して十分な潤滑オイルの供給を確保することができる。また、オイルポンプから吐出されるオイルが第１油路を介して潤滑系に直接供給される構成であるため、従来のように低回転時等における作動油の余剰分を考慮してオイルポンプのサイズを大きくする必要がなく、オイルポンプを相対的に小型化できる。また、変速機の出力軸と連動して駆動されるオイルポンプからは車速に連動した流量が確保されるところ、第２油路は、第１バルブの第１設定圧で開弁される構成であるため、第１設定圧の設定により、第１油路（潤滑系）と第２油路（熱交換系）へのオイル配分を適切に行うことができるようになり、相対的に小さなサイズのオイルポンプを用いるものでありながら、潤滑系及び熱交換器（クーラー）の両者へのオイル供給を適切に行うことができる。第１設定圧に対応する所定車速（例えば２０ｋｍ／ｈ）よりも低車速領域では専ら第１油路（潤滑系）にのみオイルが供給され、低車速領域であっても必要とされる潤滑系へのオイル供給を確保することができ、また、第１設定圧に対応する所定車速以上の高車速域ではオイル冷却が必要とされるため第２油路（熱交換系）にオイルが供給されるようになり、必要なオイル冷却を確保することができる。そして、このような車速（オイルポンプ出力圧）に応じたオイル配分によって、無駄のないオイル配分が図れるため、相対的に小さなサイズのオイルポンプを使用することができるものとなり、省スペースかつ経済的である。

本発明の一実施例に係る変速機潤滑システムの油圧回路図。 本発明の一実施例に係る変速機潤滑システムが適用される車両の駆動力伝達機構の一例を示すスケルトン図。 車両走行状態に応じた一般的な潤滑と冷却のあり方を示す概念図。 本発明の一実施例に従う、車速（横軸）に対するメカ潤滑系への総潤滑流量（縦軸）の特性例を示すグラフ。 本発明の一実施例に従う、車速（横軸）に対するクーラーオイル流量（縦軸）の特性例を示すグラフ。 本発明に従うオイルポンプの必要吐出量を説明するためのグラフ。 第２油路の最下流の第２デフ潤滑系（第２の供給先）の一例として、駆動出力シャフトを軸受する１対のテーパーローラ軸受に対して潤滑油を供給する構成を示す断面図。

図１は、本発明の一実施例に係る変速機潤滑システムの油圧回路である。図２は、本発明の一実施例に係る変速機潤滑システムが適用される車両の駆動力伝達機構の一例を示すスケルトン図である。まず、図２を参照して、駆動力伝達機構につき概略説明する。

図２において、この車両のエンジンは内燃機関エンジンＥＮＧと電気モータジェネレータＭＯＴを備えたハイブリッドタイプである。変速機２０は、デュアルクラッチ式の９段変速機構からなり、奇数ギヤ段用の入力軸であるメインシャフト２１と、偶数ギヤ段用の入力軸であるセカンダリシャフト２２が、互いに平行に、車両走行方向Ｘに沿って配置されてなる。エンジン（ＥＮＧ，ＭＯＴ）からの駆動力が、第１クラッチ１１を介してメインシャフト２１に伝達され、第２クラッチ１２を介してセカンダリシャフト２２に伝達される。メインシャフト２１には、１速用のギヤ１が一体回転するように固定され、また、３速、５速、７速、９速用の各ギヤ（可動ギヤ）３、５、７、９が一体回転又は相対回転するように選択可能に設けられている。同様に、セカンダリシャフト２２には、２速、４速、６速、８速用の各ギヤ（可動ギヤ）２、４、６、８が一体回転又は相対回転するように選択可能に設けられている。また、後進段用のギア（可動ギヤ）Ｒも、セカンダリシャフト２２から駆動力が逆回転で伝達されるように、該セカンダリシャフト２２に対して一体回転又は相対回転するように選択可能に設けられている。一体回転又は相対回転するように選択可能に設けられている。公知のように、各ギヤ（可動ギヤ）２〜９、Ｒの選択は、対応するシンクロ機構によってなされ、選択された変速段のギヤのみが入力軸（メインシャフト２１又はセカンダリシャフト２２）に連結され、一体回転する。選択されない変速段のギヤは、入力軸（メインシャフト２１又はセカンダリシャフト２２）の回転に対して相対回転（つまり空回り）する。

入力軸（メインシャフト２１又はセカンダリシャフト２２）に平行にカウンタシャフト２３が配置され、該カウンタシャフト２３と一体回転するように設けられた複数の固定ギアが入力軸（メインシャフト２１又はセカンダリシャフト２２）の各ギヤ（可動ギヤ）２〜９，Ｒに噛み合っている。カウンタシャフト２３に平行に、該カウンタシャフト２３と一体回転するように固定ギヤで結合された駆動出力シャフト２４が配置されている。駆動出力シャフト２４は、該駆動出力シャフト２４に対して直交するように配置された出力軸（足軸）３０に、ディファレンシャル機構３１を介して結合される。公知のように、出力軸（足軸）３０の両端には車輪（図示せず）が固定されている。本明細書において、カウンタシャフト２３及び駆動出力シャフト２４は、中間軸とも言う。入力軸（メインシャフト２１又はセカンダリシャフト２２）とカウンタシャフト２において設けられた変速用の固定ギヤ群及び可動ギヤ群を総称して、本明細書では、入力軸及び中間軸の間で変速を行うように構成された変速ギヤ機構とも言う。

本実施例において、変速機２０の潤滑システムは、２系統からなっており、１つはメカ潤滑システム４０、もう１つはクラッチ潤滑システム５０である。メカ潤滑システム４０は、変速機２０における入力軸、変速ギヤ機構、中間軸、ディファレンシャル機構３１等、メカニズム全体の潤滑を行う。クラッチ潤滑システム５０は、デュアルクラッチ１１，１２に関連する機構の潤滑を行う。各潤滑システム４０、５０毎に個別にオイルポンプ４１，５１が設けられている。本発明に係る変速機潤滑システムは、メカ潤滑システム４０において開示される。このメカ潤滑システム４０用のオイルポンプ４１は、９速用のギヤ９の回転に連動して駆動されるように構成されている。該ギヤ９はカウンタシャフト２３の回転に連動して常時回転され、カウンタシャフト２３の回転は出力軸（足軸）３０に常時伝達されるので、オイルポンプ４１は、変速機の出力軸（足軸）３０と連動して駆動されることとなり、車速に応じた回転数でオイルを吐出することになる。

図１は、本発明に係る変速機潤滑システムの一実施例であるメカ潤滑システム４０の詳細例を示し、クラッチ潤滑システム５０の詳細は省略してある。オイルポンプ４１はオイルパン４２に集められたオイルを吸い上げ、第１油路４３に吐出する。第１油路４３は、ギヤ潤滑系４５及び第１デフ潤滑系３２（第１の供給先）に対して潤滑油を供給する。ギヤ潤滑系４５は、変速機２０における入力軸、変速ギヤ機構、中間軸に対して潤滑油を供給する系統である。第１デフ潤滑系３２はディファレンシャル機構３１のギヤ及び回転軸に対して潤滑油を供給する系統である。第１油路４３に対して並列的に設けられた第２油路４４は、オイルポンプ４１の吐出口４１ａに通ずる油路４４ａと、リリーフ弁（第１バルブ）４６を介して該油路４４ａに結合する油路４４ｂとを含む。第２油路４４の下流側の油路４４ｂには、上流側に設けられた空冷式のオイルクーラー４８ａと下流側に設けられたオイルウォーマー４８ｂとを備える熱交換器４８が設けられている。オイルクーラー４８ａは、第２油路４４を通る潤滑油を冷却する。オイルウォーマー４８ｂは、クラッチ潤滑システム５０における潤滑油を冷却する（熱を奪う）ために熱交換を行うように構成されている。すなわち、オイルクーラー４８ａによって冷却されたメカ潤滑システム４０の潤滑油を、クラッチ潤滑システム５０における熱い潤滑油と熱交換して、温める。これによって、クラッチ１１，１２の締結に伴って高温になるクラッチ潤滑システム５０の潤滑油を効率的に冷却することができる。第２油路４４の最下流は、第２デフ潤滑系３３（第２の供給先）につながる。第２デフ潤滑系３３は、追って説明するように、駆動出力シャフト２４を軸受する１対のテーパーローラ軸受３４，３５に対して潤滑油を供給するように構成されている。なお、クラッチ潤滑システム５０それ自身においてもオイルクーラーを具備していてよいが、メカ潤滑システム４０のオイルウォーマー４８ｂによる冷却サポートにより、クラッチ潤滑システム５０それ自身が持つオイルクーラーのサイズを小型化することができる。

第２油路４４において熱交換器４８の上流側に挿入されたリリーフ弁（第１バルブ）４６は、所定の第１設定圧で開弁して、オイルポンプ４１からのオイルを第２油路４４に導通させるように機能する。すなわち、オイルポンプ４１から吐出されるオイル圧が第１設定圧よりも低い場合（つまり所定の低車速領域で運転されているとき）は、リリーフ弁（第１バルブ）４６は閉じており、第２油路４４にオイルは供給されない。オイルポンプ４１から吐出されるオイル圧が第１設定圧を越えるときを越えると、リリーフ弁（第１バルブ）４６が開弁し（つまり、入力ポート４６ａが出力ポート４６ｂにつながり）、第２油路４４にオイルポンプ４１からのオイルが供給される。この第１設定圧は、追って説明するように、第１油路４３（潤滑系４５，３２）と第２油路４４（熱交換器４８）へのオイル配分を効率的に行うように適切に設定される。

第２油路４４において熱交換器４８の上流側かつリリーフ弁（第１バルブ）４６の下流側にチェック弁（第２バルブ）４７が設けられている。このチェック弁（第２バルブ）４７は、前記第１設定圧よりも高圧の所定の第２設定圧で開弁し、第２油路４４の余剰オイルを第３油路４９にリリーフする。第３油路４９のオイルはオイルパン４２に排出される。このチェック弁（第２バルブ）４７は、熱交換器４８に行くオイル圧が所定の高圧以上にならないようにし、熱交換器４８を保護する機能を果たす。

次に、第１設定圧の設定コンセプト、すなわち、第１油路４３（潤滑系４５，３２）と第２油路４４（熱交換器４８）へのオイル配分制御のコンセプトについて説明する。

まず、車両走行状態に応じた一般的な潤滑と冷却のあり方について、図３を参照して説明する。図３において、横軸Ｖは車速又は差回転、縦軸Ｐは面圧若しくはトルクである。市街地をゆっくり走行しているときのように、ＶもＰも小さい領域Ａにおいては、要求される潤滑油量が小、冷却能力も小であってよい。登坂又は発進時のように、Ｖは小さいがＰは大きい領域Ｂにおいては、要求される潤滑油量が大となるが、冷却能力は小であってよい。高速クルーズ走行時のように、Ｖは大きいがＰは小さい領域Ｃにおいては、要求される潤滑油量は中となるが、冷却能力は小であってよい。サーキット走行あるいは最高速（Ｖｍａｘ）走行時のように、ＶもＰも大きい領域Ｄにおいては、要求される潤滑油量は大となり、冷却能力も大であることが要求される。

上記から理解できるように、潤滑性能はＰが大きい領域（高トルク領域）で重要であり、冷却性能はＶが大きい領域（高車速領域）で重要である。Ｐが大きい領域は、高速領域に限らず（Ｄ）、低速領域にもある（Ｂ）ので、オイル潤滑量はどの車速領域でも適切に確保される必要がある。すなわち、オイル潤滑量は、メカ系の破損及び焼き付きを防止するためには、低車速領域であっても適切な量が要求される。これに対して、冷却すべきオイル流量は、車速に応じた流量が必要とされるが、低速領域ではあまり重要ではない。従って、潤滑系と冷却系とを分けた油圧回路システムが最適であると考えられる。この点に鑑みて、本発明では、オイルポンプ４１から吐出されたオイルを、潤滑系に供給するための第１油路４３と、冷却系（熱交換器４８）熱交換器４８に導く第２油路４４の２系統に並列的に配分している。

リリーフ弁（第１バルブ）４６の第１設定圧は、図３における領域Ｂのような低Ｖかつ高Ｐの領域において必要なオイル潤滑量を確保しうるように、かつ、潤滑油の冷却を適切に開始するように、設定される。すなわち、冷却が必ずしも必要とされない低速域の所定車速（図における“Ｚ”ｋｍ／ｈ）までに必要な潤滑量を立ち上げるものとし、該所定車速におけるオイルポンプ４１の吐出圧に対応して第１設定圧を設定する。その場合、車速（横軸）に対するメカ潤滑システム４０における総潤滑流量（縦軸）の特性は、一例として図４に示すようになる。すなわち、車両が走行開始してから第１設定圧に対応する所定の低車速（“Ｚ”ｋｍ／ｈ）に達するまでの低車速領域においては、総潤滑流量の傾斜が急であり、必要なオイル潤滑量が速やかに確保される。この点につき、図１の動作を説明すると、第１設定圧に対応する所定の低車速（“Ｚ”ｋｍ／ｈ）よりも低速域で走行しているときは、リリーフ弁（第１バルブ）４６は閉じており、オイルポンプ４１から吐出されたオイルは第１油路４３のみを通り、ギヤ潤滑系４５及び第１デフ潤滑系３２に供給される。これにより、冷却用にオイルが回されないため、オイルポンプ４１が小容量であっても、図３における領域Ｂのような低Ｖかつ高Ｐの領域において必要なオイル潤滑量を確保することができる。

図１において、車速の増加により、オイルポンプ４１から吐出されるオイル圧が第１設定圧を超えると、リリーフ弁（第１バルブ）４６が開き、油路４４ａが油路４４ｂに通じることにより、余剰分のオイルが第２油路４４に流れ、クーラー４８ａで冷却されるようになる。勿論、これに並行して、第１油路４３を通した潤滑系へのオイル供給は維持される。車速（横軸）に対するクーラー４８ａへのオイル流量（縦軸）の特性は、一例として図５に示すようになる。すなわち、第１設定圧に対応する所定車速（“Ｚ”ｋｍ／ｈ）よりも低速域で走行しているときは、第２油路４４にオイルが流されないので、クーラー４８ａによるオイル冷却は行われない。しかし、このような低車速領域においては、潤滑油がそれほど加熱されないので、オイル冷却を行わないことが許容される。逆に言えば、潤滑油の冷却を行わないことが許容される低車速領域においては、第２油路４４にオイルを流さないように、リリーフ弁（第１バルブ）４６の第１設定圧が設定される。なお、図５において、破線は前記チェック弁（第２バルブ）４７が開弁した状態を示す。、チェック弁（第２バルブ）４７の第２設定圧は、前記所定車速（“Ｚ”ｋｍ／ｈ）よりもかなり高い所定車速（図における“Ｙ”ｋｍ／ｈ）に対応する圧が設定されている。

図６は、本発明に従うオイルポンプ４１の必要吐出量を説明するためのグラフである。図６において、線４３は、第１油路４３を介して潤滑系に供給されるオイルの流量（必要潤滑量）を示す。線４４は、第２油路４４を介して熱交換器４８に供給されるオイルの流量（必要クーラー流量）を示す。線４３及び４４で示される必要流量の合計に従って、線４１で示すオイルポンプ４１の必要吐出量が規定される。線４１で示すオイルポンプ４１の必要吐出量の傾きは、該オイルポンプ４１の性能（サイズ）に対応する。前述のように、所定車速（“Ｚ”ｋｍ／ｈ）よりも低車速の領域では必要潤滑量だけが考慮されればよく、また、所定車速（“Ｚ”ｋｍ／ｈ）以上の領域では車速に応じた必要クーラー流量と一定の必要潤滑量だけが考慮されればよい。すなわち、本発明によれば、必要潤滑量（第１油路４３）と必要クーラー流量（第２油路４４）とを独立に考慮すればよいので、オイルポンプ４１の必要吐出量は相対的に少なくなり、ポンプサイズを小型化することができる。図６において、破線４１’は、参考のために、リリーフ弁（第１バルブ）４６を設けずに、潤滑系の第１油路と熱交換系の第２油路を並列に設けた場合のオイルポンプ４１の必要吐出量を例示するものである。その場合は、どの車速域でも車速に応じた潤滑量とクーラー流量の合計が確保されるようにポンプ４１の必要吐出量が決定されることになるため、オイルポンプ４１の必要吐出量は相対的に多くなり、ポンプサイズを小型化することができない。従って、リリーフ弁（第１バルブ）４６を設けることがオイルポンプ４１を小型化するために有利であることが理解できる。

図７は、第２油路４４の最下流の第２デフ潤滑系３３（第２の供給先）の一例として、駆動出力シャフト２４を軸受する１対のテーパーローラ軸受３４，３５に対して潤滑油を供給する構成を示す断面図である。変速機２０の駆動出力シャフト２４は、公知のように、１対のテーパーローラ軸受３４，３５で軸受けされており、その一端に設けられたハイポイドピニオン２５を介してディファレンシャル機構３１に結合している。また、駆動出力シャフト２４の他端寄りには前記カウンタシャフト２３側の固定ギヤにかみ合う固定ギヤ２６が設けられている。１対のテーパーローラ軸受３４，３５の間（テーパーローラの小径側）の空間３６に、前記第２油路４４の出口が開口しており、前記熱交換器４８を経由してきたオイルが該空間３６に排出される。空間３６に排出されたオイルは、駆動出力シャフト２４の回転に伴い、テーパーローラ軸受３４，３５のテーパー面に沿って自動的に外側（テーパーローラの大径側）に掻き出されて遠心力によって更に飛び散り、その周辺の機構（ハイポイドピニオン２５、固定ギヤ２６など）までが潤滑される。従って、潤滑油の排出箇所であるテーパーローラ軸受３４，３５のみならず、その周辺の機構までをも効率的に潤滑することができる。

ＥＮＧ 内燃機関エンジン
ＭＯＴ 電気モータジェネレータ
１１，１２ クラッチ
２０ 変速機
２１ メインシャフト（入力軸）
２２ セカンダリシャフト（入力軸）
２３ カウンタシャフト
２４ 駆動出力シャフト
３０ 出力軸（足軸）
３１ ディファレンシャル機構
３４，３５ テーパーローラ軸受
４０ メカ潤滑システム
４１ オイルポンプ
４２ オイルパン
４３ 第１油路（潤滑系）
４４ 第２油路（熱交換系）
４５ ギヤ潤滑系
４６ リリーフ弁（第１バルブ）
４７ チェック弁（第２バルブ）
４８ 熱交換器
４８ａ オイルクーラー
４８ｂ オイルウォーマー
３２ 第１デフ潤滑系
３３ 第２デフ潤滑系３３

Claims (4)

1. 変速機の出力軸と連動して駆動されるオイルポンプと、
   前記オイルポンプから吐出されたオイルを変速機の潤滑系に供給するための第１油路と、
   前記オイルポンプからのオイルを熱交換器に導くために、前記第１油路に対して並列的に設けられた第２油路と、
   前記第２油路において前記熱交換器の上流側に挿入されてなり、第１設定圧で開弁して、前記オイルポンプからのオイルを前記第２油路に導通させる第１バルブとを備え、
   前記第２油路において前記熱交換器の上流側かつ前記第１バルブの下流側に設けられ、前記第１設定圧よりも高圧の第２設定圧で開弁して、前記第２油路の余剰オイルを第３油路にリリーフする第２バルブを更に備え、前記第３油路は前記オイルポンプの吸引ポートに通ずるように構成される変速機潤滑システム。
2. 変速機の出力軸と連動して駆動されるオイルポンプと、
   前記オイルポンプから吐出されたオイルを変速機の潤滑系に供給するための第１油路と、
   前記オイルポンプからのオイルを熱交換器に導くために、前記第１油路に対して並列的に設けられた第２油路と、
   前記第２油路において前記熱交換器の上流側に挿入されてなり、第１設定圧で開弁して、前記オイルポンプからのオイルを前記第２油路に導通させる第１バルブとを備え、
   前記熱交換器は、上流側に設けられたオイルクーラーと、下流側に設けられたオイルウォーマーとを備え、前記オイルウォーマーは、別の系統のオイルと熱交換を行うことにより該別の系統のオイルの熱を奪うように構成されている変速機潤滑システム。
3. 前記第１油路のオイルは、前記変速機の潤滑系における第１の供給先に供給され、
   前記第２油路のオイルは、前記変速機の潤滑系における前記第１の供給先とは異なる第２の供給先に供給され、
   前記変速機の入力軸は前記出力軸の軸線に対して直交するように配置され、
   前記変速機は、前記入力軸に平行に配置された中間軸と、該入力軸及び中間軸の間で変速を行うように構成された変速ギヤ機構とを有し、前記中間軸の出力が前記出力軸に伝達されるように構成されてなり、
   前記中間軸は１対のテーパーローラ軸受で支持され、
   前記第２の供給先は、前記１対のテーパーローラ軸受の間である、請求項１又は２の変速機潤滑システム。
4. 前記変速ギヤ機構は、前記中間軸に一体回転するように固定された固定ギヤと、前記固定ギヤに噛み合い、前記入力軸に対して一体回転又は相対回転するように選択可能な可動ギヤとを含み、
   前記オイルポンプは前記可動ギヤ又は固定ギヤに連動して駆動されるように配置されている、請求項３の変速機潤滑システム。

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