JP6830376B2 - 変速機ウォーマ装置 - Google Patents
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Description
例えば、無段変速機(CVT)の変速機構部等を駆動する作動流体であるCVTフルードを、エンジンの冷却水との熱交換によって加熱するCVTウォーマを設けることが知られている。
特許文献2には、EGRクーラを経由したEGRガスを、分流弁を介して吸気側とエンジンオイルパン内の熱交換器に分け、流量制御することが記載されている。
特許文献3には、EGRガスを、EGRクーラとエンジンオイル熱交換器とを一体にした収納部へ導入することが記載されている。
特許文献4には、エンジンの冷却水によってEGRガスを冷却するEGRクーラの内部に、トランスミッションオイルが通流されるオイル通路を配置することが記載されている。
特許文献5には、エンジンの冷却水によってEGRガスを冷却するEGRクーラと、冷却水によってCVTフルードを加熱するCVTウォーマとを、エンジンの冷却水路に設けることが記載されている。
特に近年のエンジン設計においては、冷却水の水量を抑制する傾向にあることから、変速機のフルード、オイル等を適切に加熱することが困難となることが懸念される。
これに対し、特許文献1に記載された技術のように、排ガスの廃熱を利用して流体を加熱する場合、エンジンの始動直後から比較的高温を得ることが可能であるが、エンジンの運転中常時ウォーマに排ガスが通流された場合、流体や変速機の過熱が懸念される。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、早期に流体の昇温を行うことが可能でありかつ暖機終了後の過熱を防止した変速機ウォーマ装置を提供することである。
請求項1に係る発明は、エンジンの出力を変速する変速機内を通流される流体を加熱する変速機ウォーマ装置であって、前記エンジンは、排気装置から抽出した排ガスをEGRクーラにより冷却した後に吸気装置へ還流させるEGR装置を有し、前記変速機ウォーマ装置は、前記EGR装置における前記EGRクーラの上流側から排ガスの一部を抽出する排ガス抽出流路と、前記排ガス抽出流路から抽出された排ガスによって前記流体を加熱するフルードウォーマと、前記フルードウォーマを通過後の排ガスを前記吸気装置へ導入する排ガス導入流路と、前記排ガス抽出流路の入口部に設けられ、排気装置から抽出した排ガスの前記EGRクーラへの導入量と前記フルードウォーマへの導入量との配分を制御する分配弁と、前記フルードウォーマの下流側に設けられ前記フルードウォーマを通過する排ガスの流量を制御する流量制御弁とを備えることを特徴とする変速機ウォーマ装置である。
これによれば、一般的な変速機ウォーマ装置で熱源として用いられるエンジン冷却水に対して高温であり、かつエンジンの冷間始動直後から比較的高温とすることが可能な排ガスを熱源に利用して流体を加熱することによって、早期に流体を昇温させて粘度を下げることによって撹拌抵抗を低減させ、変速機のフリクションを抑制させて車両の燃費を改善することができる。
また、流体が昇温して変速機の暖機が完了した後は、分配弁によってフルードウォーマへの排ガス導入量を低下させることによって、変速機の過熱を防止することができる。
また、フルードウォーマはEGRクーラと同様に排ガスを冷却する効果も有することから、EGRクーラの容量を増大したことと実質的に同様の効果を得ることができ、EGR
量を増大させ、あるいはEGRクーラを小型化することが可能となる。
これによれば、上述した効果に加えて、排ガス流量の多少に応じて第1の流路と第2の流路を使い分けることによって、流量の制御性をより向上することができる。
例えば、EGR量が比較的多量である場合は第1の流路を用い、比較的少量である場合は第2の流路を用いることができる。
これによれば、部品点数を低減し、パワーユニットへの取付及び配管類の引き回しを簡易化するとともに、車両への搭載性を向上することができる。
実施形態の変速機ウォーマ装置は、例えば乗用車等の自動車に走行用動力源として搭載されるエンジンの出力を変速する無段変速機(CVT)の作動流体であるCVTフルードを加熱するものである。
変速機ウォーマ装置が設けられる車両は、エンジン本体10、吸気装置20、排気装置30、CVT40、EGRクーラCVTウォーマユニット50、第1バルブ60、第2バルブ70等を有して構成されている。
シリンダにはピストンが往復可能に挿入され、ピストンはエンジンの出力軸であるクランクシャフトにコネクティングロッドを介して連結されている。
クランクシャフトは、クランクケースに収容されるとともに、メインベアリングによって回転可能に支持されている。
シリンダヘッドは、燃焼室、吸排気ポート、吸排気バルブ及びその駆動系、点火栓、インジェクタ等を有して構成されている。
エンジン本体10は、クランクシャフトの回転に連動して駆動されるウォータポンプが設けられる。
ウォータポンプは、クランクシャフトの回転に応じて冷却水(クーラント)を送出し、ウォータジャケットを含む冷却水路内を循環させる。
エンジン本体10を冷却した後、高温となった冷却水は、図示しないラジエータコアを通過する際に空気との熱交換により冷却される。
吸気装置20は、エンジンの出力調整のため新気流量を調節するスロットルバルブ等を有する。
排気装置30は、触媒コンバータ、サイレンサ等を有する。
触媒コンバータは、アルミナ等の担体に白金、ロジウム、パラジウム等の貴金属を担持させて構成され、排ガス中のNOx、HC、COを処理する三元触媒を有する。
サイレンサは、排気騒音抑制のため、排ガスの音響エネルギを低減させるものである。
CVT40は、例えば、バリエータ、前後進切替機構、トルクコンバータ、ロックアップクラッチ、AWDトランスファ等を有する。
前後進切替機構は、例えばプラネタリギヤセット等を有し、後退時にプライマリプーリへの入力回転を逆転させるものである。
トルクコンバータは、エンジンのクランクシャフトとCVT40の入力軸との間に設けられ、発進デバイスとして機能する流体継手である。
ロックアップクラッチは、車両の走行時に動力伝達効率を向上するため、トルクコンバータの入力側と出力側とを直結するクラッチ手段である。
AWDトランスファは、バリエータの出力側に設けられ、駆動力を前輪駆動系及び後輪駆動系に所定のトルク配分比で分配するものである。
CVTフルードは、CVT40内の各部を潤滑する潤滑油としても機能し、オイルポンプによって加圧送出されてCVT40の内部を循環して通流している。
EGRクーラ51とCVTウォーマ52の間には、相互間の熱移動を抑制するため、図示しない遮熱材が配置される。
EGRクーラ51は、排気装置30から抽出した排ガス(EGRガス)を、エンジン本体10を冷却する冷却水によって冷却するものである。
冷却後のEGRガスは、吸気装置20の内部に導入される。
EGRガスとの熱交換を行い、EGRクーラ51から出た冷却水は、冷却水流路(水渡しパイプ)W2を経由してエンジン本体10に戻り、エンジン本体10内の冷却水流路に合流する。
CVTウォーマ52には、CVT40からオイルポンプにより圧送されるCVTフルードが、フルード流路F1を経由して導入される。
CVTウォーマ52に導入されたCVTフルードは、排ガスとの熱交換によって加熱され昇温された後に、フルード流路F2を経由してCVT40内のフルード流路内に戻される。
CVTフルードを加熱することによって、粘度を低下させ、撹拌抵抗を抑制してCVT40のフリクションを低下させることができる。
排ガス流路E3は、本発明にいう排ガス抽出流路として機能する。
排ガス流路E2を経由してEGRクーラ51に導入された排ガスは、排ガス流路E4を経由して吸気装置20に導入される。
第2バルブ70を通過した排ガスは、排ガス流路E6、E7を経由して吸気装置20に導入される。
排ガス流路E6は、EGRクーラ51から吸気装置20へEGRガスを導入する排ガス流路E5の中間部に接続され合流している。
排ガス流路E7は、排ガス流路E6とは独立して設けられ、吸気装置20に直接排ガスを導入する。
排ガス流路E5乃至E7は、本発明にいう排ガス導入流路として機能する。
第2バルブ70は、さらに、排ガス流路E6、E7への排ガスの流量比を連続的に変更可能な分配弁としての機能も有している。
制御ユニットは、エンジン本体10及びCVT40の運転状態に応じて、第1バルブ60、第2バルブ70の状態を適宜変更する機能を有する。
制御ユニットは、例えば、目標EGR率、車両の走行速度(車速)、エンジンの冷却水温度、CVT40への推定入力トルク、バリエータにおけるプーリ比(変速比)等から、最適な第1バルブ60、第2バルブ70の状態を設定し、各バルブを制御する。
目標EGR率は、エンジン回転数とエンジン負荷とのマップから算出されるとともに、吸気装置に設けられるタンブル生成バルブ(TGV)の開閉、多段噴射有無等に応じて適宜補正される。
制御ユニットは、吸気装置20内における吸気圧力と、排気装置30における排気圧力の推定値から、EGRガスの還流量を推定し、これが目標EGR量となるようにフィードバック制御を行う。
図2は、本発明の比較例である変速機ウォーマ装置の構成を示すブロック図である。
比較例において、上述した実施形態と実質的に同様の箇所については同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
CVTウォーマ53は、エンジンの冷却水を熱源としてCVTフルードを加熱する熱交換器である。
比較例においては、第1バルブ60、第2バルブ70は設けられておらず、CVTウォーマ53からエンジン本体10に冷却水を戻す冷却水流路に、冷却水温度に応じて開閉されるサブサーモスタット(サブサーモ)54が設けられている。
EGRクーラ51において導入された排ガスは、排ガス流路E12を経由して吸気装置20に導入される。
排ガス流路E12には、排ガス流量(EGR量)を制御する図示しないEGRバルブが設けられる。
CVTウォーマ53においてCVTフルードを加熱した後の冷却水は、冷却水流路W12、サブサーモスタット54、冷却水流路W13を順次経由してエンジン本体10に戻される。
これに対し、実施形態においては、運転状態にもよるが、例えば約300℃程度となる場合もある排ガスを熱源として用いており、CVTフルードにより高い熱量を与えて早期に所定の目標温度まで昇温させ、暖機を完了することができる。
CVTフルードを所定の目標温度まで昇温させた後は、第1バルブ60、第2バルブ70の少なくとも一方を用いて、CVTウォーマ52を通過する排ガス量を抑制することによって、CVT40の過熱を防止することができる。
この点、実施形態のように排ガスを熱源として用いる構成とすれば、例えば点火時期の遅延(実質的な膨張比の低下)によって排ガスを昇温することが可能であり、エンジンの冷間始動直後から比較的高温の熱源を得ることができる。
さらに、比較例のようなエンジン本体10からCVTウォーマ53への冷却水流路W11及びW12を廃止することによって、エンジン本体10の暖機性能や、車室内の暖房性能も向上することができる。
このため、EGRクーラ51を大型化することなくEGR量を増量することが可能であり、EGR量が同等でもよい場合にはEGRクーラを小型化することができる。
(1)一般的なCVTウォーマで熱源として用いられるエンジン冷却水に対して高温であり、かつエンジンの冷間始動直後から比較的高温とすることが可能な排ガスを利用してCVTフルードを加熱することによって、早期にCVTフルードを昇温させて撹拌抵抗を低減させ、CVT40のフリクションを抑制させて車両の燃費を改善することができる。
また、CVTフルードが所定の目標温度まで昇温されてCVT40の暖機が完了した後は、第1バルブ60、第2バルブ70によってCVTウォーマ52の排ガス通過量を低下させることによって、CVT40の過熱を防止することができる。
また、CVTウォーマ52は、EGRクーラ51と実質的に同様に排ガスを冷却する効果も有することから、EGRクーラ51の容量を増大したことと実質的に同様の効果を得ることができ、EGRクーラ51を大型化することなくEGR量を増大させ、あるいはEGRクーラ51を小型化することが可能となる。
(2)CVTウォーマ52の出側に第2バルブ70を設けて流量を制御する構成としたことによって、CVTウォーマ52を通過する排ガス流量の制御性を向上し、上述した効果をより確実に得ることができる。
(3)分配弁でもある第2バルブ60を用いて排ガス流路E6,E7に排ガスを分配する構成としたことによって、EGR量の多少に応じて排ガス流路E6,E7の流量比を制御することが可能となり、流量の制御性をより向上することができる。
例えば大量EGRを行う場合には排ガス流路E6を利用(排ガス流路E6への配分比大)してEGRクーラ51からの排ガスと合流させ、大流量の排ガスを吸気装置20へ導入することができる。
一方、EGR量が比較的少ない場合には、CVTウォーマ52を出た排ガスのみが通過する排ガス流路E7を利用(排ガス流路E7への配分比大)して、少量の排ガスを精度よく吸気装置20に導入することができる。
(4)EGRクーラ51とCVTウォーマ52とを一体化させてEGRクーラCVTウォーマユニット50を構成したことによって、部品点数を低減し、パワーユニットへの取付及び配管類の引き回しを簡易化するとともに、車両への搭載性を向上することができる。
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内であって、変速機ウォーマ装置、エンジン、変速機の構成は、上述した実施形態に限定されず、適宜変更することができる。
例えば、実施形態においては、エンジンはガソリンエンジンであったが、本発明はこれに限らず、ディーゼルエンジンや、その他の内燃機関を有する車両にも適用することが可能である。
また、変速機もチェーン式CVTに限らず、ベルト式CVT、トロイダルCVT、ステップAT、DCT、AMT、MTなどであってもよい。この場合、流体も実施形態のCVTフルードに限らず、各種ATフルードやトランスミッションオイルとすることができる。
また、バルブの配置、各バルブの種類、機能、制御なども特に限定されない。
また、実施形態ではCVTウォーマとEGRクーラとを単一のユニットとして一体化しているが、これらを別々に設けてもよい。
20 吸気装置
30 排気装置
40 CVT
50 EGRクーラCVTウォーマユニット
51 EGRクーラ
52 CVTウォーマ
53 CVTウォーマ
54 サブサーモスタット
60 第1バルブ
70 第2バルブ
W1,W2,W11〜W13 冷却水流路
F1,F2 フルード流路
E1〜E7,E11,E12 排ガス流路
Claims (3)
- エンジンの出力を変速する変速機内を通流される流体を加熱する変速機ウォーマ装置であって、
前記エンジンは、排気装置から抽出した排ガスをEGRクーラにより冷却した後に吸気装置へ還流させるEGR装置を有し、
前記変速機ウォーマ装置は、
前記EGR装置における前記EGRクーラの上流側から排ガスの一部を抽出する排ガス抽出流路と、
前記排ガス抽出流路から抽出された排ガスによって前記流体を加熱するフルードウォーマと、
前記フルードウォーマを通過後の排ガスを前記吸気装置へ導入する排ガス導入流路と、
前記排ガス抽出流路の入口部に設けられ、排気装置から抽出した排ガスの前記EGRクーラへの導入量と前記フルードウォーマへの導入量との配分を制御する分配弁と、
前記フルードウォーマの下流側に設けられ前記フルードウォーマを通過する排ガスの流量を制御する流量制御弁と
を備えることを特徴とする変速機ウォーマ装置。 - エンジンの出力を変速する変速機内を通流される流体を加熱する変速機ウォーマ装置であって、
前記エンジンは、排気装置から抽出した排ガスをEGRクーラにより冷却した後に吸気装置へ還流させるEGR装置を有し、
前記変速機ウォーマ装置は、
前記EGR装置における前記EGRクーラの上流側から排ガスの一部を抽出する排ガス抽出流路と、
前記排ガス抽出流路から抽出された排ガスによって前記流体を加熱するフルードウォーマと、
前記フルードウォーマを通過後の排ガスを前記吸気装置へ導入する排ガス導入流路と、
前記排ガス抽出流路の入口部に設けられ、排気装置から抽出した排ガスの前記EGRクーラへの導入量と前記フルードウォーマへの導入量との配分を制御する分配弁と、
前記フルードウォーマの下流側に設けられ前記フルードウォーマを通過する排ガスの流量を制御する流量制御弁とを備え、
前記排ガス導入流路は、前記流量制御弁を通過した排ガスを前記EGR装置の前記EGRクーラを通過した排ガスと合流させて前記吸気装置へ導入する第1の流路と、前記EGRクーラを通過した排ガスとは独立して前記吸気装置へ導入する第2の流路とを有すること
を特徴とする変速機ウォーマ装置。 - 前記EGR装置の前記EGRクーラと、前記フルードウォーマとを一体化させたこと
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の変速機ウォーマ装置。
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