JP6474537B1 - 自動車トランスミッション用の圧力オイルフィルタシステム - Google Patents

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Abstract

本発明は、油圧伝動装置用の、特に自動車トランスミッション用の、圧力オイルフィルタシステム（１）であって、吐出側と吸込側とを有する、必要に応じて作動可能な少なくとも１つのオイルポンプ（４）と、消費器（８）への圧力管路（９）と、前記圧力管路（９）において前記オイルポンプ（４）の前記吐出側に配置された少なくとも１つの第１のオイルフィルタ（７）と、を有している圧力オイルフィルタシステムにおいて、前記圧力管路（９）において、オイルの流れ方向で前記第１のオイルフィルタ（７）の上流に、前記オイルポンプ（４）の断続的な運転時に生じる圧力サージを減衰するための手段が設けられていることを特徴とする、圧力オイルフィルタシステム（１）に関する。

Description

本発明は、油圧的な伝動装置用の、特に自動車トランスミッション、ならびにエンジン停止時に作動可能な少なくとも１つの電気的なオイルポンプを備えた自動車トランスミッション用の、圧力オイルフィルタシステムに関する。
自動車トランスミッションでは、電気的に作動するオイルポンプがますます使用されるようになっている。なぜならばこのようなオイルポンプは、トランスミッションの効率を向上させるために、必要に応じて制御することができるからである。
さらに、自動スタート・ストップ機能（アイドリングストップ機能）を備えた昨今の自動車では、内燃機関の停止時にもトランスミッションオイル循環を維持する必要がある。
さらに、自動車トランスミッションにおける圧力オイルシステムの作業部分は、自動車の油圧的な操作エレメント、制御シリンダ等を有することもあり、これらにも所定の一定の圧力が供給されなければならない。
通常、圧力オイルシステムは、オイルポンプもしくはオイル圧送ポンプの吐出側にオイルフィルタを有している。オイルフィルタは、継続的な貫流によりオイル流を浄化し、オイル流の微細な粒子を保持する。この場合、オイル体積流における微粒子の数は、システムの継続的な作動持続時中、減少する。
自動スタート・ストップ機能を備えた自動車では、電気的に作動可能なオイルポンプを含む圧力オイルシステムが設けられている。自動車のスタート・ストップ運転の際には、電気的なオイルポンプの断続的な作動が行われる。このことは、トランスミッションオイルの作動圧を正確な時間に相応に維持するために必要である。このような圧力オイルシステムを用いた試験では、トランスミッションオイルの継続的なろ過により、オイル中に懸濁した粒子の数も継続的に減少し、これにより、内燃機関の作動時間にわたって、オイル体積流の十分な浄化が達成されることが示された。
しかしながら、車両のスタート・ストップ運転の際には、ひいては電気的に作動可能なオイルポンプの断続的な運転の際には、急速な圧力上昇とオイル体積流の急激な増加とにより、オイル体積流中の粒子数の明らかな増加が生じることが明らかになった。
これに対しては基本的には、段階的な、かつ／またはより微細なオイルろ過により対処することができる。しかしながら、より微細な濾材の使用は、オイルフィルタによってより大きな圧力損失がシステム内に発生するという欠点を含む。
したがって、本発明の課題は、電気的に作動可能なオイルポンプの断続的な運転にもかかわらず、オイル体積流の効果的な微細ろ過および極微細ろ過を可能とすることができる、冒頭で述べた形式の圧力オイルフィルタシステムを提供することである。
この課題は、請求項１および７の特徴により解決される。本発明の好適な構成は、従属請求項に記載されている。
本発明の１つの態様によれば、自動車トランスミッション用の圧力オイルフィルタシステムが設けられており、この圧力オイルフィルタシステムは、吐出側と吸込側とを有する、必要に応じて作動可能な好適には電気的な少なくとも１つのオイルポンプと、消費器への圧力管路と、圧力管路においてオイルポンプの吐出側に配置された少なくとも１つの第１のオイルフィルタと、を有しており、圧力管路において、オイルの流れ方向で第１のオイルフィルタの上流側に、オイルポンプの断続的な運転時に生じる圧力サージを減衰するための手段が設けられている。
ここで使用される「オイル」の概念は基本的に、一般的に、油圧流体、およびいわゆる「ＡＴＦトランスミッションオイル」としても公知の、特にトランスミッションオイルフルードを意味する。
本発明の根底にある認識は、自動車の自動スタート・ストップ運転時には、電気的なオイルポンプの断続的な作動の際に、オイルフィルタにより捕捉された粒子の極めて顕著な浮遊が生じる、というものである。このような電気的なオイルポンプの断続的な作動は、内燃機関の停止とほぼ同時に、トランスミッションのために必要な運転圧を発生させるために必要である。
出願人は、実験用の構成において、様々なフィルタ構造の粒子浮遊挙動を試験した。この際まず、第１のオイルフィルタが継続的に貫流される際のオイル体積流の浄化を観察した。この場合、内燃機関の運転時間にわたって、もしくは一定の体積流におけるオイルろ過の継続期間にわたって、オイル体積流中の微粒子の継続的な減少が行われる。これに対して、作動可能なオイルポンプのいわゆる断続運転への切換時には、すなわち断続的な運転時には、オイル体積流中の粒子数の明らかな増加が示された。出願人の認識によれば、このような現象は、オイルポンプの作動により発生する圧力サージが、高速のオイル体積流を伴ってオイルフィルタに作用し、この圧力サージが、濾材に堆積している粒子を再び動けるようにすることに起因するものである。このような現象の結果、圧力サージ間の間隔が比較的短い場合、オイル体積流中に含まれる微細な粒子、および極めて微細な粒子の一部はもはや除去されず、浮遊状態に保たれてしまう。
本発明によれば、この問題を解決するために、第１のオイルフィルタ、もしくは濾材の脈動負荷を、圧力管路において、オイルの流れ方向で第１のオイルフィルタの上流に、圧力サージを減衰するための手段を設けることにより、減じることが提案されている。
驚くべきことに、これにより実際に、電気的なオイルポンプの断続的な運転時にオイル体積流中の粒子数の上昇を減じることができ、これにより全体として減じられたオイル清浄等級が得られることがわかった。
このことは特に、オイル体積流の清浄性に対してより高い要求を課すますます複雑なメカトロニクスが自動車において使用されるという背景のもと重要である。
上述した課題と、これに関連して提案された本発明による解決手段とは、極めて一般的に、別の用途の油圧的な制御および伝動装置にも関する。
本発明の別の態様は、圧力管路に、第１のオイルフィルタのブリッジ管路が設けられており、オイルの流れ方向で第１のオイルフィルタの上流側であって、かつブリッジ管路への分岐点の下流側に、少なくとも１つの第１の圧力弁が配置されていて、ブリッジ管路内に少なくとも１つの第２の圧力弁が配置されており、第１の圧力弁は緩慢な開放特性を有していて、第２の圧力弁は急速な開放特性を有していることを特徴とする、圧力オイルフィルタシステムに関する。
第１のオイルフィルタに通じる圧力管路内に配置された第１の圧力弁によって、好適には圧力サージの減衰が行われる。減衰されても一定のオイル体積流を消費器へと供給できるように、本発明によれば、第１のオイルフィルタのためのブリッジ管路を設け、このブリッジ管路内に、比較的急速に開く第２の圧力弁を配置することが提案される。これにより圧力脈動の一部はブリッジ管路を介して引き渡されるので、オイル体積流のごく僅かな割合が第１のオイルフィルタを流過する。本発明の装置による試験により、オイルポンプの減衰されていない断続運転時よりも小さいオイル清浄等級（ＤＩＮ−ＩＳＯ４４０６／９９）がこの装置により達成されることが確認された。
本発明によれば、第１のオイルフィルタへの直接的な供給管路に、第１の圧力弁として脈動保護弁が設けられていて、この脈動保護弁は、オイルポンプの作動により生じる圧力流を、弁体開放直前に既に減じるように設計されている。これに対し、ブリッジ管路内の第２の圧力弁は、迅速に反応する弁として設計されているので、オイルポンプの作動により発生する圧力サージを、ブリッジ管路を介して導出する。
第１の圧力弁は、例えば制動された逆止弁として形成されていて、これに対して第２の圧力弁は実質的に制動されていない逆止弁として形成されていてよい。
両圧力弁は例えば、０．５〜１ｂａｒの開放圧のために設計されていてよい。
本発明による圧力オイルフィルタシステムの好適な態様では、第１の圧力弁の開放圧は、第２の圧力弁の開放圧より小さい、または第２の圧力弁の開放圧と同じである。
好適には、第１の圧力弁の制動特性は調節可能であるので、圧力オイルシステムは用途に応じて設計可能である。第１の圧力弁を、例えば油圧により、または機械的に制動することができる。油圧による制動は例えば、補償容器内の体積を押しのける、弁体に結合されたピストンを介して行われる。
第１の圧力弁が、閉鎖状態でばね負荷されて保持される弁体を有して形成されているならば、制動特性をばねの特性により設定することができる。ばねは、直線的な、漸進的な、または漸減的なばね特性線を有することができる。
本発明による圧力オイルフィルタシステムは、例えば、オイルリザーバと、作動可能な、好適には電気的なオイルポンプと、ならびに油圧的な制御ユニットの形態の消費器またはトランスミッションの消費器とを含むことができる。
本発明による圧力オイルフィルタシステムは、好適には、オイルリザーバと、オイルポンプの吐出側に接続された消費器への圧力管路と、ブリッジ管路／バイパス管路と、ならびにオイルリザーバへの戻し管路と、を有している。
本発明の別の態様は、自動車トランスミッションであって、エンジン停止時に作動可能な、好適には電気的な、少なくとも１つのオイルポンプと、オイルポンプの吐出側に接続されている圧力管路と、圧力管路内のオイルポンプの吐出側に配置された少なくとも１つの第１のオイルフィルタと、オイルの流れ方向でオイルフィルタの上流の圧力管路内で、オイルポンプの作動時に生じる圧力サージを減衰するための手段と、を有している、自動車トランスミッションに関する。
好適には、圧力管路に、第１のオイルフィルタのブリッジ管路が設けられていてよく、この場合、オイルの流れ方向で第１のオイルフィルタの上流、かつブリッジ管路への分岐点の下流に、少なくとも１つの第１の圧力弁が配置されており、ブリッジ管路内に少なくとも１つの第２の圧力弁が配置されており、第１の圧力弁は緩慢な開放特性を有していて、第２の圧力弁は急速な開放特性を有している。
本発明の別の態様は、油圧的な伝動装置の、特に自動車トランスミッションのオイル体積流の圧力オイルをろ過するための方法であって、吐出側と吸込側とを有する、好適には電気的な第１のオイルポンプと、圧力管路と、圧力管路においてオイルポンプの吐出側に配置された少なくとも１つの第１のオイルフィルタと、を有しており、オイルポンプを断続的に運転し、オイルポンプの作動時に、圧力オイル体積流の減衰を行う、圧力オイルをろ過するための方法に関する。
以下に、図示した実施例につき本発明を説明する。
オイル体積流の継続的な圧送およびオイル体積流の断続的な圧送において、オイル体積流中の粒子の粒子数を、ろ過されたオイル体積に関して示すグラフである。 図１に相応のグラフであり、この場合、ＤＩＮ−ＩＳＯによるオイル清浄等級が、ろ過されたオイル体積に関して示されている。 本発明による圧力オイルろ過システムの油圧回路図である。 減衰されていない仮想の圧力上昇および様々な減衰特性について、圧力体積流の圧力経過を時間に関して概略的に示す図である。
まず、図１を参照する。図１には、電気的に作動可能なオイルポンプを備えた圧力オイルろ過システムのシミュレーションされた脈動運転の結果が示されている。オイル体積流中の直径約４μｍの粒子の数が、ろ過される体積流に関して示されており、すなわち結果として、ろ過継続時間に関して示されている。図１に示されたグラフからわかるように、まずは約１２００リットルの所定の総体積に至るまで一定のオイル体積流において、オイルポンプの一定運転が行われる。次いで、電気的に運転されるオイルポンプが作動開始され、これによりシステム内に圧力サージが発生する。電気的なオイルポンプは第１のオイルフィルタの上流に設けられている。電気的なオイルポンプの作動により、オイル体積流中の粒子数の急激な上昇が生じ、次いで、オイル体積流中の粒子数がゆっくりと減少する。断続的に運転される電気的なオイルポンプのさらなる切換過程はグラフには示されていない。
図２には、同様のシミュレーションが示されているが、この場合、粒子数の代わりに、循環するオイル体積に関する、それぞれのＤＩＮ−ＩＳＯ清浄等級が記載されている。
次に図３を参照する。図３には、本発明による圧力オイルフィルタシステム１の油圧プランが示されている。本発明による圧力オイルフィルタシステム１は、オイルリザーバ２を有していて、このオイルリザーバから、好適には電気的なオイルポンプとして構成されているオイルポンプ４によって、油圧液、例えば油圧オイルが吸い出される。オイルポンプ４は、このオイルを、圧力管路９を介して、例えば自動車トランスミッションの、例えば油圧トランスミッションの制御ユニットの形態の、消費器８へと圧送する。
戻し管路１０を介して、オイルはオイルリザーバ２へと戻される。
この油圧プラン（回路）に示されたオイルポンプ４は、付加的な、作動可能なオイルポンプとして設けられている。
消費器が例えば自動車トランスミッション、もしくは自動車トランスミッションの制御ユニットの場合、オイルの循環は、付加的に、内燃機関によって駆動されるオイルポンプを介して行われる。
例えば圧力管路内に、４〜６ｂａｒのオイル吐出圧を発生させることができるオイルポンプ４の作動により、圧力管路９内には、圧力サージと、突然の体積増加が引き起こされ、これは圧力管路９内に設けられた第１のオイルフィルタ７に作用する。これに関して、１つ以上の濾材を備えたオイルフィルタ装置が、第１のオイルフィルタと呼ばれる。
オイルポンプ４の作動により圧力管路９内に生じる圧力サージが、第１のオイルフィルタ７の粒子を浮遊させるのを回避するために、本発明によれば、第１の圧力弁５と第２の圧力弁６とを含むいわゆる脈動保護弁回路が設けられている。第１の圧力弁５は、オイルの流れ方向で、第１のオイルフィルタ７の上流側であって、かつ第１のオイルフィルタ７のブリッジ管路１２への分岐点１１の下流側に配置されている。図示した実施例では、第１の圧力弁５および第２の圧力弁６は、ばね負荷された逆止弁として形成されており、第１の圧力弁５は、緩慢に開くように形成されており、第２の圧力弁６は急速に開く、もしくは迅速に開くように形成されている。第１の圧力弁５は、０．５〜１ｂａｒの開放圧で開き、制動された逆止弁として構成されているのに対し、第２の圧力弁６も０．５〜１ｂａｒの圧力で開くが、ほぼ制動されていない。
オイルポンプ４によって圧力管路９内に圧力サージが発生された際には、第１の圧力弁５は遅れて開き、これに対して第２の圧力弁６は圧力サージを通過させる。このような圧力サージはブリッジ管路１２を介して第１のオイルフィルタ７を迂回して通り過ぎるので、発生した脈動が、第１のオイルフィルタ７に設けられた濾材に直接作用することはない。
オイルポンプ４の吸込側の上流には、図示した実施例の場合、さらに１つの吸込フィルタ３が第２のオイルフィルタとして設けられている。
次に図４を参照する。図４には、様々な減衰特性に関する圧力管路９内の様々な圧力の変化が示されている。
符号ａ）で示された圧力変化は、減衰されていない仮想の圧力サージであり、矩形のグラフとなっている。圧力変化ｂ）、ｃ）、ｄ）は、第１の圧力弁５の調節された制動特性に応じたそれぞれ異なる変化を示している。この場合、圧力上昇の勾配はそれぞれ異なるが、一定の圧力および次いで生じる圧力降下を示す曲線の部分は、全ての弁特性について同じである。
第１の圧力弁の開放特性は、弁体の油圧的な緩衝に基づいて、および機械的に、影響を与えることができる。図４に示した曲線ｂ）、ｃ）、およびｄ）は、それぞれ圧力上昇曲線を示し、例えば第１の圧力弁５のばねの、漸進的な、直線的な、または漸減的なばね特性に基づく圧力上昇曲線が示されている。
１ 圧力オイルフィルタシステム
２ オイルリザーバ
３ 第２のオイルフィルタ
４ オイルポンプ
５ 第１の圧力弁
６ 第２の圧力弁
７ 第１のオイルフィルタ
８ 消費器
９ 圧力管路
１０ 戻し管路
１１ 分岐点
１２ ブリッジ管路

Claims (6)

  1. 油圧伝動装置用の、油圧的な制御装置用の、または内燃機関のオイル循環路用の、圧力オイルフィルタシステム（１）であって、吐出側と吸込側とを有する、必要に応じて作動可能な少なくとも１つのオイルポンプ（４）と、消費器（８）への圧力管路（９）と、前記圧力管路（９）において前記オイルポンプ（４）の前記吐出側に配置された少なくとも１つの第１のオイルフィルタ（７）と、を有していて、前記圧力管路（９）において、オイルの流れ方向で前記第１のオイルフィルタ（７）の上流側に、前記オイルポンプ（４）の断続的な運転時に圧力サージを減衰するための手段が設けられている圧力オイルフィルタシステム（１）において、
    前記圧力管路（９）に、前記第１のオイルフィルタ（７）のブリッジ管路（１２）が設けられており、オイルの流れ方向で前記第１のオイルフィルタ（７）の上流側であって、かつ前記ブリッジ管路（１２）への分岐点（１１）の下流側に、少なくとも１つの第１の圧力弁（５）が配置されていて、前記ブリッジ管路（１２）内に少なくとも１つの第２の圧力弁（６）が配置されており、前記第１の圧力弁（５）は緩慢な開放特性を有していて、前記第２の圧力弁は急速な開放特性を有しており、前記第１の圧力弁（５）は制動された逆止弁として形成されていて、前記第２の圧力弁（６）は制動されていない逆止弁として形成されていることを特徴とする、圧力オイルフィルタシステム（１）。
  2. 前記第１の圧力弁（５）の開放圧は、前記第２の圧力弁（６）の開放圧より小さい、または前記第２の圧力弁（６）の開放圧と同じである、請求項１記載の圧力オイルフィルタシステム（１）。
  3. 前記第１の圧力弁（５）の制動特性は調節可能である、請求項１または２記載の圧力オイルフィルタシステム（１）。
  4. 前記第１の圧力弁（５）は油圧的、または機械的に制動されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の圧力オイルフィルタシステム（１）。
  5. 請求項１から４までのいずれか１項記載の特徴を有する圧力オイルフィルタシステムを備えた自動車トランスミッション。
  6. 油圧的な伝動装置のオイル体積流の圧力オイルをろ過するための方法であって、吐出側と吸込側とを有する作動可能なオイルポンプ（４）と、圧力管路（９）と、前記圧力管路（９）において前記オイルポンプ（４）の前記吐出側に配置された少なくとも１つの第１のオイルフィルタ（７）と、を有しており、前記オイルポンプ（４）を断続的に運転し、前記オイルポンプ（４）の作動時に圧力オイル体積流の緩衝を行う、圧力オイルをろ過するための方法において、
    前記圧力管路（９）に、前記第１のオイルフィルタ（７）のブリッジ管路（１２）が設けられており、オイルの流れ方向で前記第１のオイルフィルタ（７）の上流側であって、かつ前記ブリッジ管路（１２）への分岐点（１１）の下流側に、少なくとも１つの第１の圧力弁（５）が配置されていて、前記ブリッジ管路（１２）内に少なくとも１つの第２の圧力弁（６）が配置されており、前記第１の圧力弁（５）は緩慢な開放特性を有していて、前記第２の圧力弁は急速な開放特性を有しており、前記第１の圧力弁（５）は制動された逆止弁として形成されていて、前記第２の圧力弁（６）は制動されていない逆止弁として形成されていることを特徴とする、圧力オイルをろ過するための方法。
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