JP7340923B2 - クラッチ充填時間低減させるためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

本開示は、トランスミッション用のクラッチ作動に関する。より具体的には、本開示は、非加圧クラッチ作動通路から空気を除去することに関する。

トランスミッションは、原動機から掘り起し、溝開削、掘削などの作業を行うための機械に動力を伝達するように設計されている。該トランスミッションは、1つ以上の油圧駆動式クラッチ組立体を含むことができる。該クラッチは、クラッチシャフト内に位置される複数の通路を含み得るシャフト上に位置決めされる。該通路は、クラッチに係合および係合を解除するための作動流体をクラッチに供給する。クラッチは、ユーザまたは電子制御モジュール（ＥＣＭ）によって行われるギア選択に従って作動される。

通路が作動流体で順次または同時に充填されるにつれて、該作動流体は通路から排出され、通路はオフ状態になる、または加圧されていない。流体が通路から排出されると、空気がクラッチピストンキャビティ内側またはシャフト内の通路内に閉じ込められたり、エアポケットが形成され得る。捕捉された空気に起因してクラッチの充填時間および変速品質の有効性が生じ得る。

Ｐａｔｅｎａｕｄｅらに付与されかつＣａｔｅｒｐｉｌｌａｒＩｎｃ．に譲渡された米国特許公開第２０１５／０１９８２３４号は、パワーテイクオフ（ＰＴＯ）のシャフトに閉じ込められた空気を緩和するための装置および方法を開示している。開示された参考文献では、シール担持体は、中心通路に連結された多数のクロスポートを有する。動作中にシール担持体が回転すると、シール担持体は遠心分離機として作用し、油圧流体中の捕捉された空気は油圧流体から分離される。放出された空気は、中央通路内におよび連結通路の１つを通ってその外に移動し、最終的にタンクまたはリザーバまで移動する。閉じ込められた空気を緩和するために効果的な配列を提供する一方で、さらなる解決策が存在することができる。本開示は、上述した欠点のうちの１つ以上に対処することを対象としている。

本開示の一態様では、油圧式クラッチ組立体が提供される。油圧クラッチ組立体は、回転シャフトと、該シャフトに結合された第１のクラッチと、該シャフトに結合された第２のクラッチとを含む。油圧クラッチ組立体は、シャフト内に位置される第１の通路を含む。第１の通路は、第１のクラッチに作動流体を供給するように構成される。油圧クラッチ組立体は、シャフト内に位置される第２の通路を含む。第２の通路は、作動流体を第２のクラッチに供給するように構成される。油圧クラッチ組立体は、第１の通路に流体的に結合された第１の抽気通路を含む。油圧クラッチ組立体は、第２の通路および第１の抽気通路に流体的に結合された第２の抽気通路を含む。油圧クラッチ組立体は、第１の抽気通路に流体的に結合された第１の出口と、第２の抽気通路に流体的に結合された第２の出口とを含む。第１の出口と第２の出口は共に合流して出口通路を形成する。

本開示の別の態様では、油圧クラッチ組立体を動作する方法が開示されている。油圧クラッチ組立体は、回転シャフトと、該シャフトに結合された第１のクラッチと、該シャフトに結合された第２のクラッチとを含む。該方法は、加圧作動流体を第１の通路に、続いて第１の抽気通路に流体的に結合された第１の出口に供給することを含む。第１の通路は、加圧作動流体を第１のクラッチに供給する。該方法は、第２の抽気通路に流体的に結合された第２の出口に低圧ゾーンを生成することを含み、上記第２の出口は、第１の出口および第２の通路に流体的に結合される。該方法は、第２の通路内に閉じ込められたオイルまたは空気の一つを掃気することをさらに含む。

本開示のさらに別の態様では、トランスミッションが開示されている。トランスミッションは、動力源から駆動入力を受け取るように構成された入力部材を含む。油圧クラッチ組立体が入力部材に結合される。油圧クラッチ組立体は、回転シャフトと、該シャフトに結合された第１のクラッチと、該シャフトに結合された第２のクラッチとを含む。第１の通路が、第１のクラッチに作動流体を供給するためにシャフト内に位置される。第２の通路が、第２のクラッチに作動流体を供給するためにシャフト内に位置される。第１の抽気通路が、第１の通路と流体的に結合される。第２の抽気通路が、第２の通路および第１の抽気通路に流体的に結合される。第１の出口が、第１の抽気通路に流体的に結合される。第２の出口が、第２の抽気通路に流体的に結合される。第１の出口と第２の出口は共に合流して出口通路を形成する。

本開示に従って、トランスミッションの外観図を示す。 本開示に従って、トランスミッションの中心線断面図を示す。 本開示に従って、図２の断面Ａ－Ａに沿って取ったシャフトの部分断面図を示す。 本開示に従って、図２の断面Ｂ－Ｂに沿って取ったシャフトの部分断面図を示す。 本開示に従って、トランスミッションシステムのための流体回路を模式的に示す。

可能な限り、同じ参照番号は、図面全体を通して同一または同様の部分を指すために使用される。図１は、例示的なトランスミッション１００を示す。トランスミッション１００は、例えば、建設、オンハイウェイ、オフロード、オイルおよびガス、採掘機、発電などで使用され得る油圧作動式トランスミッションとして例示される。次の詳細な説明は、油圧作動式トランスミッションに関連する例示的な態様を記載しているが、この記載は他の用途においても同様に本開示の使用に等しく適用されることを理解されるべきである。

トランスミッション１００は、外本体１０２を含む。トランスミッション１００は、動力源（図示せず）から駆動入力を受け取るように構成された入力部材１０６を含む。トランスミッション１００は、差動式などの駆動シャフト（図示せず）のような出力部材に動力を伝達するために出力端部１０８を介して結合されてもよい。トランスミッション１００はまた、本明細書で論じられていない様々な他の構成要素を含むことができ、本開示はいかなるこのような構成要素によって何ら限定されない。

次に、トランスミッション１００の断面部分である図２を参照する。トランスミッション１００は、外本体１０２内に収容された油圧クラッチ組立体２００を含む。油圧クラッチ組立体２００は、適用要件通りに入力部材１０６から動力を受け取り、かつ動力を出力端部１０８に伝達するように構成される。アイドラギア２１２は、出力端部１０８に向かってトランスミッション１００に取り付けられる。油圧クラッチ組立体２００は、回転軸Ｘ－Ｘ’を有するシャフト２０２を含む。油圧クラッチ組立体２００は、該シャフト２０２に結合された第１のクラッチ２０４および第２のクラッチ２０６を含む。第１のクラッチ２０４および第２のクラッチ２０６のみが示されているが、追加のまたはより少ない数のクラッチが、異なるトランスミッション配列のために含まれてもよい。

油圧式クラッチ組立体２００は、シャフト２０２内に設けられた第１の通路２０８をさらに含む。第１の通路２０８は、シャフト２０２の出力端部１０８に向かってブラインド通路としてシャフト２０２の内側に穿孔される。第１の通路２０８は、作動流体を第１のクラッチ２０４に供給して、第１のクラッチ２０４を係合させるか、または係合を解除させる。同様に、油圧クラッチ組立体２００は、シャフト２０２内に設けられた第２の通路２１０を含む。第２の通路２１０は、シャフト２０２の出力端部１０８に向かってブラインド通路としてシャフト２０２の内側に穿孔される。第２の通路２１０は、作動流体を第２のクラッチ２０６に供給して、第２のクラッチ２０６を係合させるか、または係合を解除させる。

図３ａは、断面線Ａ－Ａに沿って取った、シャフト２０２の部分断面図を示す。シャフト２０２は、第１の通路２０８および第２の通路２１０を含む。図示された例示的な図面において、第１の通路２０８および第２の通路２１０は、シャフト２０２の回転軸Ｘ－Ｘ’を中心にして対称的に位置される。シャフト２０２は、第１の抽気通路３００と第２の抽気通路３０２とをさらに含む。第１の抽気通路３００は、第１の通路２０８と流体連通する。第１の抽気通路３００は、シャフト２０２の出力端部１０８に位置決めされ、第１の通路２０８の直径よりも小さい直径を有する。第１の抽気通路３００は、第１の抽気通路３００の直径上の点が回転軸Ｘ－Ｘ’に最も近い第１の通路２０８の直径上の点に接触するように位置決めされる。

第２の抽気通路３０２は、第２の通路２１０と流体連通しており、かつ第１の抽気通路３００と流体連通する。第２の抽気通路３０２は、シャフト２０２の出力端部１０８に位置決めされかつ第２の通路２１０の直径よりも小さい直径を有する。第２の抽気通路３０２は、第２の抽気通路３０２の直径上の点が、回転軸Ｘ－Ｘ’に最も近い第２の通路２１０の直径上の点に接するように位置決めされる。

図３ｂは、断面線Ｂ－Ｂに沿って取った、アイドラギア２１２の部分断面図を示す。第１の抽気通路３００および第２の抽気通路３０２は、シャフト２０２の内側に位置決めされるように図示されているが、第１の抽気通路３００および第２の抽気通路３０２は、他の相手部品に位置決めされてもよいことを理解されるべきである。第１の抽気通路３００は、第２の抽気通路３０２および回転軸Ｘ－Ｘ’と平行であるように図示されているが、第１および第２の抽気通路３００、３０２は、互いに対して配向角度で提供されてもよい。第１抽気通路３００は、第１の入口３０６および第１出口３０８と流体連通する。第２の抽気通路３０２は、第２の入口３１０および第２の出口３１２と流体連通する。第１の出口３０８および第２の出口３１２は、角度配向で互いに交差する。第１の出口３０８および第２の出口３１２は、出口通路３０４において互いに対して流体的に連結される。第１の出口３０８および第２の出口３１２は、共に合流して出口通路３０４を形成する。第１の出口３０８、第２の出口および出口通路３０４の交差点は共にベンチュリ３１４を形成する。なお、図２においては、断面視において明瞭性のために、第１の抽気通路３００および第２の抽気通路３０２を省略していることを理解されるべきである。

図４は、油圧クラッチ組立体２００の概略的な油圧回路を示す。油圧クラッチ組立体２００は、第１のクラッチ２０４と第２のクラッチ２０６とを含む。作動流体は、第１のリザーバ４００を介して第１のクラッチ２０４と第２のクラッチ２０６に供給される。第１のリザーバ４００は、第１のクラッチ２０４および第２のクラッチ２０６をそれぞれ動作させるために、高圧で第１のクラッチ２０４および第２のクラッチ２０６に適切な量の作動流体を高圧で供給することができる作動流体の供給源であってもよい。ポンプ（図示せず）は、作動流体を所定の動作圧力まで加圧するために第１のリザーバ４００に結合される。

第１のバルブ４０２は、第１のリザーバ４００から第１のクラッチ２０４への作動流体の供給を制御し、第２のバルブ４０４は、第１のリザーバ４００から第２のクラッチ２０６への作動流体の供給を制御する。第１のバルブ４０２および第２のバルブ４０４は、電磁作動弁として示されている。しかし、第１のバルブ４０２および第２のバルブ４０４は、本開示の様々な態様での適用に適しているいかなる他のタイプのバルブであってもよい。第１のバルブ４０２および第２のバルブ４０４は、使用中のトランスミッション１００の用途の必要性に応じて、第１のバルブ４０２および第２のバルブ４０４の動作を制御することができるコントローラ（図示せず）にさらに動作可能に結合されてもよい。

加圧作動流体は、第１の通路２０８によって第１のバルブ４０２から第１のクラッチ２０４に供給される。同様に、加圧作動流体は、第２の通路２１０によって第２のバルブ４０４から第２のクラッチ２０６に供給される。第１の抽気通路３００は、第１の通路２０８に流体連通しており、第２の抽気通路３０２は第２の通路２１０に流体連通する。第１の出口３０８と第２の出口３１２とが共に合流して出口通路３０４を形成する。第１の出口３０８、第２の出口３１２、および出口通路３０４は共にベンチュリ３１４を形成する。出口通路３０４は、第２のリザーバ４０６にさらに結合される。第２のリザーバ４０６は、第１のリザーバ４００に再循環させて戻すために作動流体を貯蔵することができる低圧リザーバであってよい。

油圧クラッチ組立体２００は、作動流体を第３のリザーバ４１２に戻すために第１のクラッチ２０４および第２のクラッチ２０６に対してそれぞれ第１の戻り通路４０８および第２の戻り通路４１０をさらに含む。第１の戻り通路４０８は、第２のバルブ４０２を介して第１の通路２０８に結合され、かつ第２の戻り通路４１０は、第２のバルブ４０４を介して第２の通路２１０に結合される。第１のバルブ４０２および第２のバルブ４０４は、第１のクラッチ２０４と第２のクラッチ２０６がそれぞれ係合解除されるとき、作動流体を第３のリザーバ４１２に戻すためにそれに応じて作動され得る。

本開示は、油圧式クラッチ組立体２００の動作方法を提供する。図３ａ、図３ｂおよび図４を合わせて参照すると、作動流体は第１の通路２０８および第２の通路２１０を順次に交番する仕方で通過されて、第１のクラッチ２０４および第２のクラッチ２０６を交互に作動させる。第１のクラッチ２０４が作動されるとき、第１の通路２０８内の流体は加圧されて第１のクラッチ２０４に流入し、第１の抽気通路３００から流出して第１の入口３０６に流入する。加圧流体は、次いで、第１の出口３０８を通って出口通路３０４内へ移動する。加圧作動流体が第１の出口３０８を通って流出するとき、加圧作動流体は、第２の通路２１０の第２の出口３１２に低圧ゾーンを生成する。加圧作動流体が第１の出口３０８を、次いで、出口通路３０４を通過するとき、第２の抽気通路３０２の第２の出口３１２はベンチュリ３１４として作用し、低圧ゾーンを生成する。低圧ゾーンは、第２の通路２１０から流体／空気を吸引または捕集し、第２の通路２１０の内側に閉じ込められ得る空気を除去するのに役立つ。

同様に、第２クラッチ２０６が作動されるとき、第２の通路２１０内の流体は加圧されて第２のクラッチ２０６に流入しかつ第２の抽気通路３０２から流出して、第２の入口３１０に流入する。加圧流体は、次いで、第２の出口３１２を通って出口通路内に移動する。加圧作動流体が第２の出口３１２を通って流出するとき、加圧作動流体は、第１の通路２０８の第１の出口３０８に低圧ゾーンを生成する。加圧作動流体が第２の出口３１２を通過し、次いで、出口通路３０４を通過するとき、第１の抽気通路３００の第２の出口３１２はベンチュリ３１４として作用し、低圧ゾーンを生成する。低圧ゾーンは、第１の通路２０８から流体／空気を吸引または捕集して、第１の通路２０８の内側に閉じ込められ得る空気を除去するのに役立つ。

第１の通路２０８および第２の通路２１０からの閉じ込められた空気の放出は、第１の通路２０８および第２の通路２１０を充填するのに要求された時間を短縮する。これにより、クラッチのうちの１つがしばらく使用されない場合に、長期間に亘りより良好な反応時間を実現する。さらに、閉じ込められた空気の放出は、第１の通路２０８および第２の通路２１０内側の圧力を減少させる。この方法は、係合解除クラッチ内側の一定温度を維持するために、オイルを係合解除クラッチに循環させることをさらに含むことができる。それぞれのクラッチが係合解除されている間の第１の通路２０８および第２の通路２１０内側の圧力低下は、シャフト２０２の回転する圧力水頭に対してシャフト２０２を油でいっぱいに保つのに要求された正圧の量を減少させる。これにより、第１のクラッチ２０４および第２のクラッチ２０６を自動係合対して、より効率的に保護することができる。また、残留作動流体が効率的に掃気されるにつれて、係合解除クラッチを通じて温暖作動流体の循環は、温暖作動流体および低温作動流体の粘度の変動によるクラッチ充填時間の変動を低減させる。

本開示の態様は、上記の実施形態を参照して具体的に例示されかつ記載されているが、開示されているものの趣旨と範囲を逸脱せずに開示された機械、システムおよび方法の改変によって、様々な追加の実施形態が想到され得ることが当業者によって理解されるであろう。そのような実施形態は、特許請求の範囲およびその均等物に基づいて決定される本開示の範囲内にあると理解されるべきである。

Claims (14)

1. 回転シャフトと；
   前記シャフトに結合された第１のクラッチと；
   前記シャフトに結合された第２のクラッチと；
   前記シャフト内に配設され、作動流体を前記第１のクラッチに供給するように構成された第１の通路と；
   前記シャフト内に配置され、前記作動流体を前記第２のクラッチに供給するように構成された第２の通路と；
   前記第１の通路と流体的に結合された第１の抽気通路と；
   前記第２の通路と流体的に結合された第２の抽気通路と；
   前記第１の抽気通路に流体的に結合された第１の出口と；
   前記第２の抽気通路に流体的に結合された第２の出口と、を含む、
   前記第１の出口と前記第２の出口が共に合流して出口通路を形成する、油圧クラッチ組立体であって、
   前記第１の出口および前記第２の出口が、角度配向で提供され、
   前記第１の出口、前記第２の出口、および前記出口通路が共にベンチュリを形成する、油圧クラッチ組立体。
2. 前記第１の通路に加圧作動流体が供給されるとき、前記第１の出口を通過する前記加圧作動流体の通路は、前記第２の出口に低圧ゾーンを生成し、続いて、前記第２の通路内に閉じ込められたオイルおよび空気の一つを掃気する、請求項１に記載の油圧クラッチ組立体。
3. 前記第１の出口および前記第２の出口が、前記シャフト内に配置される、請求項１に記載の油圧クラッチ組立体。
4. 前記第２の通路に前記加圧作動流体が供給されるとき、前記第２の出口を通過する前記加圧作動流体の通路は、前記第１の出口に低圧ゾーンを生成し、続いて、前記第１の通路内に閉じ込められたオイルおよび空気の一つが掃気する、請求項２に記載の油圧クラッチ組立体。
5. 前記第１の抽気通路が、前記第１の通路の直径よりも小さい直径を有し、前記第２の抽気通路が、前記第２の通路の直径よりも小さい直径を有する、請求項１に記載の油圧クラッチ組立体。
6. 前記作動流体を、前記第１の通路と前記第２の通路に順次に交番する仕方で通過される、請求項１に記載の油圧式クラッチ組立体。
7. 油圧クラッチ組立体であって、回転シャフトを含み、前記シャフトが第１のクラッチおよび前記シャフトに結合された少なくとも第２のクラッチを有する、油圧クラッチ組立体を動作させる方法であって；
   作動流体を第１の通路および続いて第１の抽気通路に流体的に結合された第１の出口に供給することであって、前記第１の通路が前記作動流体を前記第１のクラッチに供給するように構成される、ことと；
   第２の抽気通路に流体的に結合された第２の出口に低圧ゾーンを生成することであって、前記第２の出口が前記第１の出口と第２の通路に流体的に結合される、ことと；
   前記第２の通路内に閉じ込められたオイルおよび空気の一つを掃気することと、を含む方法であって、
   前記第１の出口および前記第２の出口が共に合流して出口通路を形成し、
   前記第１の出口、前記第２の出口、および前記出口通路が共にベンチュリを形成する、方法。
8. 前記方法が、
   作動流体を前記第２の通路および続いて前記第２の出口に供給することであって、前記第２の通路が前記作動流体を前記第２のクラッチに供給するように構成される、ことと；
   前記第１の出口に低圧ゾーンを生成することであって、前記第１の出口が前記第２の出口と前記第１の通路に流体的に結合される、ことと；
   前記第１の通路内に閉じ込められたオイルおよび空気の一つを掃気集することと、をさらに含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記第２の出口が、前記第１の出口に対して角度配向で前記シャフト内に配置される、請求項７に記載の方法。
10. 前記作動流体を、前記第１の通路および前記第２の通路を順次に交番する仕方で通過される、請求項７に記載の方法。
11. 動力源からの駆動入力を受け取るように構成された入力部材と；
    前記入力部材に結合された油圧クラッチ組立体であって、
    前記入力部材に結合された回転シャフトと；
    前記シャフトに結合された第１のクラッチと；
    前記シャフトに結合された第２のクラッチと；
    前記シャフト内に配置され、かつ作動流体を前記第１のクラッチに供給するように構成された第１の通路と；
    前記シャフト内に配置され、かつ前記作動流体を前記第２のクラッチに供給するように構成された第２通路と；
    前記第１の通路に流体的に結合された第１の抽気通路と；
    前記第２の通路および前記第１の抽気通路に流体的に結合された第２の抽気通路と；
    前記第１の抽気通路に流体的に結合された第１の出口と；
    前記第２の抽気通路に流体的に結合された第２の出口と、を含み；
    前記第１の出口と前記第２の出口が共に合流して出口通路を形成する、油圧クラッチ組立体と、を含む、トランスミッションであって、
    前記第１の出口および前記第２の出口が、角度配向で提供され、
    前記第１の出口、前記第２の出口、および前記出口通路が共にベンチュリを形成する、トランスミッション。
12. 前記第１の通路に加圧作動流体が供給されるとき、前記第１の出口を通過する前記加圧作動流体の通路は、前記第２の出口に低圧ゾーンを生成し、続いて、前記第２の通路内に閉じ込められたオイルおよび空気の一つが掃気する、請求項１１に記載のトランスミッション。
13. 前記第２の通路に前記作動流体が供給されるとき、前記第２の出口を通る前記作動流体の通過は、前記第１の出口に低圧ゾーンが生成し、続いて、前記第１の通路内に閉じ込められたオイルおよび空気の一つが掃気する、請求項１１に記載のトランスミッション。
14. 前記作動流体を、前記第１の通路および前記第２の通路に順次に交番する仕方で通過される、請求項１１に記載のトランスミッション。

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