WO2018096621A1

WO2018096621A1 - 無段変速機

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Publication number: WO2018096621A1
Application number: PCT/JP2016/084826
Authority: WO
Inventors: 啓寺井
Original assignee: 日産自動車株式会社
Priority date: 2016-11-24
Filing date: 2016-11-24
Publication date: 2018-05-31
Also published as: US20190323581A1; CN109964059A; CN109964059B; EP3546793A1; JP6702430B2; EP3546793A4; MX2019005796A; EP3546793B1; US10865859B2; JPWO2018096621A1

Abstract

プライマリプーリのピストン面積とセカンダリプーリのピストン面積の大小関係が特定された無段変速機を提供することを課題とする。課題を解決する手段として、無段変速機（４）は、プライマリプール（４１）のピストン油室（４１ｃ）とセカンダリプーリ（４２）のピストン油室（４２ｃ）との間の油路（１０６）に配置される電動オイルポンプ（１２３）と、電動オイルポンプ（１２３）によりプライマリプール（４１）のピストン油室（４１ｃ）の油の出入りを制御する制御部（１０）と、を備える。そして、無段変速機（４）のプライマリプール（４１）のピストン面積（４１ｃ）は、セカンダリプーリ（４２）のピストン面積（４２ｃ）よりも小さい。

Description

無段変速機

　本発明は、無段変速機に関する。

　ＪＰ２００２－５２３７１１Ａには、プライマリプーリ油室とセカンダリプーリ油室との間の油路に配置した電動オイルポンプによりプライマリプーリ油室の油の出入りを制御する無段変速機が開示されている。

　しかしながら、上記文献ではプライマリプーリのピストン面積とセカンダリプーリのピストン面積との大小関係について言及されていない。プライマリプーリのピストン面積及びセカンダリプーリのピストン面積は、例えば変速時に電動オイルポンプに要求される出力に影響を与える重要な因子である。すなわち、上記文献の無段変速機においては、プライマリプーリのピストン面積とセカンダリプーリのピストン面積との大小関係について検討の余地が残されている。

　そこで本発明は、上記事情に鑑みて、プライマリプーリのピストン面積とセカンダリプーリのピストン面積の大小関係が特定された無段変速機を提供することを目的とする。

　本発明のある態様によれば、無段変速機はプライマリプーリのピストン油室とセカンダリプーリのピストン油室との間の油路に配置される電動オイルポンプと、電動オイルポンプによりプライマリプーリのピストン油室の油の出入りを制御する制御部とを備える。そして、無段変速機のプライマリプーリのピストン面積は、セカンダリプーリのピストン面積よりも小さい。

図１は、車両の概略構成図である。図２は、油圧回路の概略構成図である。図３は、ポンプ必要出力とＰＲＩピストン面積との関係を示す図である。図４は、電動オイルポンプの構成を示す断面図である。図５は、電動オイルポンプの歯車を示す図である。図６は、推力比と変速比との関係を示す図である。図７は、ＰＲＩ圧及びＳＥＣ圧の使用領域の一例を示す図である。図８は、ＰＲＩ圧及びＳＥＣ圧の使用領域の他の例を示す図である。図９は、部品耐久性から定まるＰＲＩピストン面積下限値を説明する為の図である。図１０は、リーク特性から定まるＰＲＩピストン面積下限値を説明する為の図である。図１１は、一般的な油圧回路の概略図である。

　以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。

　（第１実施形態）
　図１は、車両の概略構成図である。車両は、エンジン１と、ロックアップクラッチ２ａ付きトルクコンバータ２と、前後進切替機構３と、バリエータ４と、終減速機構５と、駆動輪６と、油圧回路１００と、を備える。

　エンジン１は、車両の駆動源を構成する。エンジン１の出力は、トルクコンバータ２、前後進切替機構３、バリエータ４、及び終減速機構５を介して駆動輪６へと伝達される。したがって、バリエータ４は、トルクコンバータ２や前後進切替機構３や終減速機構５とともに、エンジン１から駆動輪６に動力を伝達する動力伝達経路に設けられる。

　前後進切替機構３は、上述の動力伝達経路においてトルクコンバータ２とバリエータ４との間に設けられる。前後進切替機構３は、前進走行に対応する正転方向と後退走行に対応する逆転方向との間で、入力される回転の回転方向を切り替える。

　前後進切替機構３は具体的には、前進クラッチ３１と、後退ブレーキ３２と、を備える。前進クラッチ３１は、回転方向を正転方向とする場合に締結される。後退ブレーキ３２は、回転方向を逆転方向とする場合に締結される。前進クラッチ３１及び後退ブレーキ３２の一方は、エンジン１とバリエータ４と間の回転を断続するクラッチとして構成することができる。

　バリエータ４は、プライマリプーリ４１と、セカンダリプーリ４２と、プライマリプーリ４１及びセカンダリプーリ４２に巻き掛けられたベルト４３と、を有する。以下では、プライマリをＰＲＩとも称し、セカンダリをＳＥＣとも称す。バリエータ４は、ＰＲＩプーリ４１とＳＥＣプーリ４２との溝幅を変更することでベルト４３の巻掛け径（以下、単に「巻掛け径」ともいう）を変更し、変速を行うベルト式無段変速機構を構成している。

　ＰＲＩプーリ４１は、プライマリ軸５１に固定された固定プーリ４１ａと、固定プーリ４１ａと対向し、かつプライマリ軸５１の軸線方向に移動可能かつ相対回転不能に支持された可動プーリ４１ｂと、を備える。可動プーリ４１ｂの固定プーリ４１ａと反対側には、プライマリ軸５１に固定されたピストン４１ｄが設けられ、固定プーリ４１ａとピストン４１ｄとの間にピストン油室としてのＰＲＩプーリ油室４１ｃが形成される。コントローラ１０がＰＲＩプーリ油室４１ｃに供給されるオイル量を制御することにより、可動プーリ４１ｂが作動し、ＰＲＩプーリ４１の溝幅が変更される。

　ＳＥＣプーリ４２は、セカンダリ軸５２に固定された固定プーリ４２ａと、固定プーリ４２ａと対向し、かつセカンダリ軸５２の軸線方向に移動可能かつ相対回転不能に支持された可動プーリ４２ｂと、を備える。可動プーリ４２ｂの固定プーリ４２ａと反対側には、セカンダリ軸５２に固定されたピストン４２ｄが設けられ、固定プーリ４２ａとピストン４２ｄとの間にピストン油室としてのＳＥＣプーリ油室４２ｃが形成される。コントローラ１０がＳＥＣプーリ油室４２ｃに供給されるオイル量を制御することにより、可動プーリ４２ｂが作動し、ＳＥＣプーリ４２の溝幅が変更される。

　ベルト４３は、ＰＲＩプーリ４１の固定プーリ４１ａと可動プーリ４１ｂとにより形成されるＶ字形状をなすシーブ面と、ＳＥＣプーリ４２の固定プーリ４２ａと可動プーリ４２ｂとにより形成されるＶ字形状をなすシーブ面に巻き掛けられる。

　終減速機構５は、バリエータ４からの出力回転を駆動輪６に伝達する。終減速機構５は、複数の歯車列やディファレンシャルギアを有して構成される。終減速機構５は、車軸を介して駆動輪６を回転する。

　油圧回路１００は、バリエータ４、具体的にはＰＲＩプーリ４１及びＳＥＣプーリ４２に油圧を供給する。油圧回路１００は、前後進切替機構３やロックアップクラッチ２ａ、及び図示しない潤滑系や冷却系にも油圧を供給する。油圧回路１００は具体的には、次のように構成される。

　図２は、油圧回路１００の概略構成図である。油圧回路１００は、元圧用オイルポンプ１０１と、ライン圧調整弁１０２と、減圧弁１０３と、ライン圧ソレノイドバルブ１０４と、前後進切替機構用ソレノイドバルブ１０５と、変速回路圧ソレノイドバルブ１０７と、マニュアルバルブ１０８と、ライン圧油路１０９と、低圧系制御弁１３０と、変速用回路１１０と、ライン圧用電動オイルポンプ１１１と、を備える。以下では、ソレノイドバルブをＳＯＬと称す。

　元圧用オイルポンプ１０１は、エンジン１の動力によって駆動する機械式のオイルポンプである。元圧用オイルポンプ１０１は、ライン圧油路１０９を介して、ライン圧調整弁１０２と、減圧弁１０３と、変速回路圧ＳＯＬ１０７及び変速用回路１１０と、に接続される。ライン圧油路１０９はライン圧の油路を構成する。ライン圧は、ＰＲＩ圧やＳＥＣ圧の元圧となる油圧である。

　ライン圧用電動オイルポンプ１１１は、電動モータ１１７によって駆動する。ライン圧用電動オイルポンプ１１１は、例えばアイドリング・ストップ制御によりエンジン１が停止し、これに伴い元圧用オイルポンプ１０１が停止した場合に、ライン圧を供給するために稼働する。

　ライン圧調整弁１０２は、オイルポンプ１０１が発生させる油圧を調整してライン圧を生成する。オイルポンプ１０１がライン圧を発生させることは、このようなライン圧調整弁１０２の作用のもと、ライン圧を発生させることを含む。ライン圧調整弁１０２が調圧時にリリーフするオイルは、低圧系制御弁１３０を介してロックアップクラッチ２ａ、潤滑系、及び冷却系に供給される。

　減圧弁１０３は、ライン圧を減圧する。減圧弁１０３によって減圧された油圧は、ライン圧ＳＯＬ１０４や前後進切替機構用ＳＯＬ１０５に供給される。

　ライン圧ＳＯＬ１０４は、リニアソレノイドバルブであり、制御電流に応じた制御油圧を生成する。ライン圧ＳＯＬ１０４が生成した制御油圧は、ライン圧調整弁１０２に供給され、ライン圧調整弁１０２は、ライン圧ＳＯＬ１０４が生成した制御油圧に応じて作動することで調圧を行う。このため、ライン圧ＳＯＬ１０４への制御電流によってライン圧ＰＬの指令値を設定することができる。

　前後進切替機構用ＳＯＬ１０５は、リニアソレノイドバルブであり、制御電流に応じた油圧を生成する。前後進切替機構用ＳＯＬ１０５が生成した油圧は、運転者の操作に応じて作動するマニュアルバルブ１０８を介して前進クラッチ３１や後退ブレーキ３２に供給される。

　変速回路圧ＳＯＬ１０７は、リニアソレノイドバルブであり、制御電流に応じて変速用回路１１０に供給する油圧を生成する。このため、変速回路圧ＳＯＬ１０７への制御電流によって変速回路圧の指令値を設定することができる。変速回路圧ＳＯＬ１０７が生成した変速回路圧は、変速用油路１０６に供給される。変速回路圧は例えば、制御電流に応じた制御油圧を生成するＳＯＬと、当該ＳＯＬが生成した制御油圧に応じてライン圧ＰＬから制御回路圧を生成する調圧弁とによって生成されてもよい。

　変速用回路１１０は、変速回路圧ＳＯＬ１０７を介してライン圧油路１０９と接続される変速用油路１０６と、変速用油路１０６に介装される変速用オイルポンプ１１２と、を備える。変速用油路１０６はＰＲＩプーリ油室４１ｃとＳＥＣプーリ油室４２ｃとを連通する。また、変速用油路１０６には、変速用オイルポンプ１１２とＰＲＩプーリ油室４１ｃとの間から分岐する分岐路が設けられている。そして、分岐路には、オリフィス１２２が設けられており、オリフィス１２２から変速用油路１０６の外にオイルが排出される。具体的には、オリフィス１２２は、油路の一部において径が小さくなるように形成されており、変速用油路１０６における分岐点の反対側の端が開放されている。この開放端からは常にオイルがリークし続ける。変速用オイルポンプ１１２によってＰＲＩプーリ油室４１ｃにオイルが供給される場合には、一部のオイルがオリフィス１２２からリークすることになる。オリフィスから変速用油路１０６の外に排出されるオイルは、無段変速機のケース内の空間に排出される。このように、本実施形態の変速用油路１０６の外（オリフィス１２２の先）は空間であるが、変速用油路１０６の外（オリフィス１２２の先）は、変速用油路１０６よりも油圧の低い油路となっていてもよい。すなわち、変速用油路１０６の外は、変速用油路１０６より油圧が低い場所であれば良い。なお、オリフィス１２２は、オイル排出機構の一例である。

　変速用オイルポンプ１１２は、電動モータ１１３により駆動され、インバータ１１４を介して回転方向を正方向と逆方向に切り替え可能である。ここでいう正方向とは、オイルをＳＥＣプーリ油室４２ｃ側からＰＲＩプーリ油室４１ｃ側へ送る方向であり、逆方向とは、オイルをＰＲＩプーリ油室４１ｃ側からＳＥＣプーリ油室４２ｃ側へ送る方向である。なお、以下の説明においては、変速用オイルポンプ１１２と電動モータ１１３とインバータ１１４とを一体として電動オイルポンプ１２３と称することもある。

　変速用オイルポンプ１１２が正方向に回転すると、変速用油路１０６及びＳＥＣプーリ油室４２ｃにあるオイルがＰＲＩプーリ油室４１ｃに供給される。これによりＰＲＩプーリ４１の可動プーリ４１ｂが固定プーリ４１ａに近づく方向に移動し、ＰＲＩプーリ４１の溝幅が減少する。一方、ＳＥＣプーリ４２の可動プーリ４２ｂは固定プーリ４２ａから遠ざかる方向に移動し、ＳＥＣプーリ４２の溝幅が増大する。なお、変速用オイルポンプ１１２が正回転する際には、変速用オイルポンプ１１２よりもＳＥＣプーリ油室４２ｃ側（以下、「ＳＥＣ側」とも称する）の変速用油路１０６の油圧（以下、「ＳＥＣ側油圧」とも称する）が変速回路圧の指令値を下回らないように、ライン圧油路１０９から変速用油路１０６へオイルが供給される。変速回路圧の指令値は、ベルト４３の滑りを防止すること等を考慮して設定される。なお、変速用オイルポンプ１１２よりもＰＲＩプーリ油室４１ｃ側（以下、「ＰＲＩ側」とも称する）の変速用油路１０６の油圧を、ＰＲＩ側油圧とも称する。

　また、変速用オイルポンプ１１２が逆方向に回転すると、ＰＲＩプーリ油室４１ｃからオイルが流出する。これによりＰＲＩプーリ４１の可動プーリ４１ｂが固定プーリ４１ａから離れる方向に移動し、ＰＲＩプーリ４１の溝幅が増大する。一方、ＳＥＣプーリ４２の可動プーリ４２ｂは固定プーリ４２ａに近づく方向に移動し、ＳＥＣプーリ４２の溝幅が減少する。ＰＲＩプーリ油室４１ｃから流出したオイルが流入することでＳＥＣ側油圧は上昇するが、変速回路圧ＳＯＬ１０７によりＳＥＣ側油圧が指令値を超えないように制御される。すなわち、ＳＥＣ側油圧が指令値を超える場合には、変速回路圧ＳＯＬ１０７を介して変速用油路１０６からオイルが排出される。一方、ＳＥＣ側油圧が指令値未満の場合には、変速回路圧ＳＯＬ１０７を介してライン圧油路１０９からオイルが流入する。

　上記の通り、本実施形態の無段変速機では、変速用オイルポンプ１１２によりＰＲＩプーリ油室４１ｃのオイルの出入りを制御することによって変速を行う。変速制御の概要については後述する。なお、ベルト４３が滑らないようにクランプする力（クランプ力）の制御は、ＳＥＣプーリ油室４２ｃへ供給する油圧を制御することによって行う。

　図１に戻り、車両はコントローラ１０をさらに備える。コントローラ１０は電子制御装置であり、コントローラ１０には、センサ・スイッチ群１１からの信号が入力される。なお、コントローラ１０は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ１０を複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。

　センサ・スイッチ群１１は例えば、車両のアクセルペダル開度を検出するアクセルペダル開度センサや、車両のブレーキ踏力を検出するブレーキセンサや、車速Ｖｓｐを検出する車速センサや、エンジン１の回転速度ＮＥを検出するエンジン回転速度センサを含む。

　センサ・スイッチ群１１はさらに例えば、ＰＲＩ圧を検出するＰＲＩ圧センサ１１５、ＳＥＣ圧を検出するＳＥＣ圧センサ１１６、ＰＲＩプーリ４１の入力側回転速度を検出するＰＲＩ回転速度センサ１２０、ＳＥＣプーリ４２の出力側回転速度を検出するＳＥＣ回転速度センサ１２１、変速用オイルポンプ１１２の回転速度を検出するポンプ回転速度センサ１１８、及びオイルの温度を検出する油温センサ１１９を含む。センサ・スイッチ群１１からの信号は例えば、他のコントローラを介してコントローラ１０に入力されてもよい。センサ・スイッチ群１１からの信号に基づき他のコントローラで生成された情報等の信号についても同様である。

　コントローラ１０は、センサ・スイッチ群１１からの信号に基づき油圧回路１００を制御する。具体的には、コントローラ１０は、図２に示すライン圧ＳＯＬ１０４や変速用回路１１０を制御する。コントローラ１０はさらに、前後進切替機構用ＳＯＬ１０５や変速回路圧ＳＯＬ１０７を制御するように構成される。

　ライン圧ＳＯＬ１０４を制御するにあたり、コントローラ１０は、ライン圧ＰＬの指令値に応じた制御電流をライン圧ＳＯＬ１０４に通電する。

　変速制御を実行するにあたり、コントローラ１０はセンサ・スイッチ群１１からの信号に基づいて目標変速比を設定する。目標変速比が定まれば、当該目標変速比を実現するための各プーリ４１、４２の巻掛け径（目標巻掛け径）が定まる。目標巻掛け径が定まれば、目標巻掛け径を実現するための各プーリ４１、４２の溝幅（目標溝幅）が定まる。

　また、変速用回路１１０では、変速用オイルポンプ１１２によるＰＲＩプーリ油室４１ｃからのオイルの出し入れに応じてＰＲＩプーリ４１の可動プーリ４１ｂが移動し、これに応じてＳＥＣプーリ４２の可動プーリ４２ｂも移動する。つまり、ＰＲＩプーリ４１の可動プーリ４１ｂの移動量とＳＥＣプーリ４２の可動プーリ４２ｂの移動量とには相関がある。

　そこでコントローラ１０は、ＰＲＩプーリ４１の可動プーリ４１ｂの位置が目標変速比に応じた位置になるように変速用オイルポンプ１１２を稼働させる。可動プーリ４１ｂが所望の位置にあるか否かは、ＰＲＩ回転速度センサ１２０及びＳＥＣ回転速度センサ１２１の検出値から実変速比を算出し、この実変速比と目標変速比とが一致しているか否かによって判断する。

　また、コントローラ１０が変速用オイルポンプ１１２を稼働させるのは、変速時に限られるわけではない。目標変速比が変化しない場合でも、各プーリ油室４１ｃ、４２ｃからオイルがリークして実変速比が変化した場合には、コントローラ１０は変速用オイルポンプ１１２を稼働させる。本実施形態においては、このような目標変速比を維持するための制御も、変速制御に含めることとする。

　すなわち、本実施形態の変速制御は、ＰＲＩプーリ４１の可動プーリ４１ｂの位置を目標位置に収束させるフィードバック制御である。そして、当該フィードバック制御の制御対象は、各プーリ油室４１ｃ、４２ｃの油圧ではなく、ＰＲＩプーリ４１の溝幅、換言すると可動プーリ４１ｂの位置である。

　なお、可動プーリ４１ｂの位置を検出するセンサを設けて、可動プーリ４１ｂが目標変速比に応じた位置にあるか否かを判断してもよい。

　ここで、オリフィス１２２を設ける理由について説明する。電動モータ１１３は、回転数の指令値が極めて小さい場合には回転数制御の精度が著しく低下するという特性があるため、変速用オイルポンプ１１２が制御精度を保った状態で吐出できるオイル流量Ｆには下限がある。このため、例えばＰＲＩプーリ油室４１ｃにおいてリークする流量（リーク流量ともいう）Ｆｂがオイル流量Ｆの下限（下限流量Ｆｍｉｎともいう）より少ない場合には、リーク分を精度良く補填することができない。そこで、オリフィス１２２を設け、リーク流量Ｆｂが下限流量Ｆｍｉｎより少ない場合であっても、変速用オイルポンプ１１２に下限流量Ｆｍｉｎを吐出させ、オリフィス１２２を介してその一部を排出する。これにより、ＰＲＩプーリ油室４１ｃにはリーク流量Ｆｂと同量のオイルが供給されるようになる。なお、オリフィス１２２はオイル排出機構の一例であって、これに限られるわけではない。例えば、開閉弁を用いてもよい。開閉弁を用いる場合は、リーク流量Ｆｂが下限流量Ｆｍｉｎより少ない場合にだけ開閉制御を実行すればよい。これによれば、無駄なオイルの流出を抑制することができる。

　ところで、無段変速機を設計するにあたり、コストやサイズや重量等の観点から、電動オイルポンプ１２３をできるだけ小さくしたいという要望がある。その一方で、電動モータ１１３は変速に必要な出力を発生できなければならない。つまり、変速のために電動モータ１１３に要求される出力を低下させれば、電動オイルポンプ１２３の小型化を図ることができる。そこで本実施形態では、ＰＲＩプーリ４１のピストン面積（以下、「ＰＲＩピストン面積」ともいう）とＳＥＣプーリ４２のピストン面積（以下、「ＳＥＣピストン面積」ともいう）との大小関係に着目し、電動オイルポンプ１２３の小型化を図る。以下、図３を参照してＰＲＩピストン面積とＳＥＣピストン面積との大小関係について説明する。

　図３は、ＳＥＣピストン面積を一定としてＰＲＩピストン面積を変化させた場合における、ポンプ必要出力とＰＲＩピストン面積との関係を示す図である。ここでいう「ポンプ必要出力」とは、変速するために電動オイルポンプ１２３に要求されるポンプ出力、つまり変速するために必要となる電動モータ１１３の出力である。

　なお、図３では、ダウンシフト時の変速速度（以下、「ダウンシフト速度」ともいう）がアップシフト時の変速速度（以下、「アップシフト速度」ともいう）より高いものとする。これは、ダウンシフトはアクセルペダルの踏み込みに応じたいわゆるキックダウンを行う場合や、減速時に再発進や再加速に備えて変速比をロー側へ戻す場合のように、速やかな加速が要求される場合に実行されるため、アップシフトに比べて要求される変速速度が高いためである。また、図３はアップシフト速度及びダウンシフト速度がそれぞれ所定速度の場合について示しており、各変速速度を変化させると、図中の特性線の傾きも変化する。

　まず、ＰＲＩピストン面積とＳＥＣピストン面積（図中のＡｓ）が等しい場合に、ダウンシフト時のポンプ必要出力の方がアップシフト時のポンプ必要出力より大きい理由について説明する。

　変速時に発生する差推力は、式（１）で表される。

　　Ｆｓａ＝（Ｖｐ/Ｎｐ）×Ｃ　　　・・・（１）
　　Ｆｓａ：差推力、Ｖｐ：ＰＲＩプーリ速度、Ｎｐ：ＰＲＩ回転数、Ｃ：ベルトの特性で定まる定数
　ＰＲＩ回転数Ｎｐはエンジン回転数と同視できるので、式（１）から、エンジン回転数が低い場合の方が、差推力が大きくなることがわかる。すなわち、主にエンジン回転数が低い場合に行われるダウンシフトの方が、アップシフトに比べて差推力が大きくなる。

　そして、ポンプ必要出力は、変速速度と差推力との積で表されるので、ダウンシフトの方がアップシフトよりもポンプ必要出力が高くなる。

　次に、ダウンシフト時にＰＲＩピストン面積が小さくなるほどポンプ必要出力が小さくなる理由について説明する。

　電動オイルポンプ１２３の出力（以下、「ポンプ出力」ともいう）は、式（２）で表される。

　　Ｐｐｕｍｐ＝ΔＰ×Ｑｐ　　　・・・（２）
　　Ｐｐｕｍｐ：ポンプ出力、ΔＰ：電動オイルポンプの前後差圧、Ｑｐ：電動オイルポンプを通過する流量
　そして、ダウンシフト時の電動オイルポンプ１２３の前後差圧ΔＰ、通過流量Ｑｐは、それぞれ式（３）、（４）で表される。

　　ΔＰ＝Ｐｓ－Ｐｐ　　　　　　・・・（３）
　　Ｐｐ：ＰＲＩ圧、Ｐｓ：ＳＥＣ圧
　　Ｑｐ＝Ａｐ×Ｖｐ　　　　　　・・・（４）
　　Ａｐ：ＰＲＩピストン面積
　式（４）から、ダウンシフト時にはＰＲＩピストン面積Ａｐを小さくするほど通過流量Ｑｐが減少することがわかる。

　また、ＰＲＩ推力及びＳＥＣ推力はそれぞれ式（５）、（６）で表される。

　　Ｆｐ＝Ａｐ×Ｐｐ　　　・・・（５）
　　Ｆｓ＝Ａｓ×Ｐｓ　　　・・・（６）
　　Ｆｐ：ＰＲＩ推力、Ｆｓ：ＳＥＣ推力、Ａｐ：ＰＲＩピストン面積、Ａｓ：ＳＥＣピストン面積、Ｐｐ：ＰＲＩ圧、Ｐｓ：ＳＥＣ圧
　ダウンシフト時はＳＥＣ推力がＰＲＩ推力より大きくなるので、差推力Ｆｓａは式（７）で表される。

　　Ｆｓａ＝Ｆｓ－Ｆｐ　　　・・・（７）
　式（７）に式（１）、式（５）、式（６）を代入すると、式（８）が得られる。

　　Ｐｐ＝（Ａｓ・Ｐｓ－Ｖｐ・Ｃ/Ｎｐ）/Ａｐ　　　・・・（８）
　式（８）から、ダウンシフト時にはＰＲＩピストン面積を小さくするほどＰＲＩ圧が高まることがわかる。そして、式（３）に式（８）を代入すると、式（９）が得られる。

　　ΔＰ＝Ｐｓ－（Ａｓ・Ｐｓ－Ｖｐ・Ｃ/Ｎｐ）/Ａｐ　　　・・・（９）
　この式（９）から、ダウンシフト時にはＰＲＩピストン面積を小さくするほど電動オイルポンプ１２３の前後差圧ΔＰが小さくなることがわかる。

　上記のように、ダウンシフト時には、ＰＲＩピストン面積を小さくするほど、電動オイルポンプ１２３の通過流量Ｑｐは減少し、前後差圧ΔＰも低下するので、式（２）よりポンプ出力Ｐｐｕｍｐも低下することがわかる。したがって、図３に示すように、ＰＲＩピストン面積が小さくなるほど、ダウンシフト時のポンプ必要出力が低下することになる。

　一方、アップシフト時は、ＰＲＩ推力がＳＥＣ推力より大きくなるので、差推力は式（１０）で表される。

　　Ｆｓａ＝Ｆｐ－Ｆｓ　　　・・・（１０）
　また、アップシフト時の電動オイルポンプ１２３の前後差圧ΔＰは、式（１１）で表される。なお、電動オイルポンプ１２３の通過流量Ｑｐは式（４）と同じである。

　　ΔＰ＝Ｐｐ－Ｐｓ　　　　　　・・・（１１）
　式（９）に式（１）、式（１０）を代入すると、式（１１）が得られる。

　　Ｐｐ＝（Ａｓ・Ｐｓ－Ｖｐ・Ｃ/Ｎｐ）/Ａｐ　　　・・・（１１）
　式（１１）から、アップシフト時にはＰＲＩピストン面積を小さくするほどＰＲＩ圧が高まることがわかる。

　そして、式（１０）に式（１１）を代入することで式（１２）が得られる。

　　ΔＰ＝（Ａｓ・Ｐｓ－Ｖｐ・Ｃ/Ｎｐ）/Ａｐ－Ｐｓ　　　・・・（１２）
　この式（１２）から、アップシフト時にはＰＲＩピストン面積を小さくするほど電動オイルポンプ１２３の前後差圧ΔＰが大きくなることがわかる。

　上記のように、アップシフト時には、ＰＲＩピストン面積を小さくするほど、電動オイルポンプ１２３の前後差圧ΔＰは上昇する。ただし、電動オイルポンプ１２３の通過流量Ｑｐは減少するので、図３に示すように、ポンプ出力Ｐｐｕｍｐは上昇するもののＰＲＩピストン面積の変化量に対するポンプ必要出力の変化量はダウンシフト時に比べて小さくなる。

　次に、ＰＲＩピストン面積の設定について説明する。

　電動オイルポンプ１２３は、ダウンシフト及びアップシフトのいずれの場合にもポンプ必要出力を満足する必要がある。すなわち、ダウンシフト要求を満たすポンプ必要出力とアップシフト要求を満たすポンプ必要出力のいずれか高い方が電動オイルポンプ１２３に要求される出力となる。

　図３に示す通り、ＰＲＩピストン面積≧ＳＥＣピストン面積の場合には、ダウンシフト要求を満たすポンプ必要出力の方がアップシフト要求を満たすポンプ必要出力より高い。したがって、電動オイルポンプ１２３に要求される出力は、ダウンシフト要求を満たすポンプ必要出力となる。

　ＰＲＩピストン面積＜ＳＥＣピストン面積の場合も、ＰＲＩピストン面積がＡｐ１より大きい場合には、電動オイルポンプ１２３に要求される出力は、ダウンシフト要求を満たすポンプ必要出力となる。ただし、ダウンシフト要求を満たすポンプ必要出力はＰＲＩピストン面積≧ＳＥＣピストン面積の場合に比べて小さくなる。

　ＰＲＩピストン面積がＡｐ１の場合には、ダウンシフト要求を満たすポンプ必要出力とアップシフト要求を満たすポンプ必要出力とが等しくなる。

　そして、ＰＲＩピストン面積がＡｐ１より小さくなると、アップシフト要求を満たすポンプ必要出力の方がダウンシフト要求を満たすポンプ必要出力より高くなる。すなわち、電動オイルポンプ１２３に要求される出力は、アップシフト要求を満たすポンプ必要出力となる。アップシフト要求を満たすポンプ必要出力は、ＰＲＩピストン面積が小さくなるほど大きくなるので、ＰＲＩピストン面積がＡｐ１より小さくなるほど、電動オイルポンプ１２３に要求される出力は大きくなる。ただし、アップシフト要求を満たすポンプ必要出力は、上述した通りダウンシフト要求を満たすポンプ必要出力よりも変化が緩やかなので、ＰＲＩピストン面積≧ＳＥＣピストン面積の場合に比べれば、電動オイルポンプ１２３に要求される出力は小さい。

　そこで、本実施形態では、ＰＲＩピストン面積をＳＥＣピストン面積よりも小さくする。これにより、電動オイルポンプ１２３に要求される出力を低下させることができる。換言すると、より小型の電動モータ１１３を用いることが可能となる。その結果、電動オイルポンプの小型化を図ることができる。

　なお、電動オイルポンプ１２３に要求される出力をもっとも小さくする場合には、ＰＲＩピストン面積をＡｐ１、つまりダウンシフト要求を満たすポンプ必要出力とアップシフト要求を満たすポンプ必要出力とが等しくなる面積にする。

　次に、ＰＲＩピストン面積をＳＥＣピストン面積より小さくすることで得られる他の効果について説明する。

　図４は、変速用オイルポンプ１１２の構造を示す図である。変速用オイルポンプ１１２は、ハウジング２００の内部に２つの歯車２０１、２０２を備える。これら２つの歯車２０１、２０２は噛み合って回転し、その回転による吸引力で油を吸入口から吸入して、吐出口から吐出する。

　変速比を一定に維持する場合には、２つの歯車２０１、２０２は停止する。このとき、吐出側（高圧）と吸入側（低圧）との差圧により生じる押圧力（図中の矢印）によって、歯車２０１は軸受２０３と回転軸２０１Ａとのクリアランス分だけ吸入側に移動し、歯車２０１の歯先がハウジング２００の内周壁（図中のシール部２０５）に押し付けられる。歯車２０２も同様に、歯先がシール部２０５に押し付けられる。また、２つの歯車２０１、２０２は上記の通り噛み合っている。これらにより、吸入側と吐出側との間のオイルシール性が発揮される。

　換言すると、吐出側と吸入側との差圧が無い状態は、オイルシール性の観点からは不安定な状態といえる。

　また、図５に示す通り、２つの歯車２０１、２０２はバックラッシュを設けて組み付けられている。そして、上述した差圧によって互いの歯先が接触する。したがって、上述した差圧が逆転して吸入側の方が吐側より高圧になると、バックラッシュの方向も逆転し、歯打ち音や振動が発生する。また、上述した差圧が無い場合には、２つの歯車２０１、２０２を互いに押し付ける力がなくなるため、歯打ち音や振動が発生し易くなる。

　本実施形態によれば、以下に説明する通り、上述した歯打ち音や振動の発生を抑制することができる。

　図６は、エンジン１から駆動輪６にトルクを伝達している状態（以下、「ドライブ状態」ともいう）において、変速比を所定変速比に固定する場合の推力比と変速比との関係の一例を示す図である。ここでいう推力比とは、ＰＲＩ推力をＳＥＣ推力で除した値である。

　図示する通り、変速比を固定する場合の推力比は、変速比が最ローの場合は１で、変速比がハイ側になるほど推力比は比例的に大きくなり、最ハイの場合は２となる。この関係を、縦軸をＰＲＩ圧とし横軸をＳＥＣ圧として書き直すと、図７、図８のようになる。図７はＰＲＩピストン面積＝ＳＥＣピストン面積の場合である。図８はＰＲＩピストン面積＜ＳＥＣピストン面積の場合である。実際に使用するＰＲＩ圧の上限をＰｐｒｉｍａｘ、同じくＳＥＣ圧の上限をＰｓｅｃｍａｘとすると、図７、８のいずれにおいても、実線で囲まれた部分が実際に使用される領域となる。以下、それぞれの図について説明する。

　図７に示す通り、ＰＲＩピストン面積＝ＳＥＣピストン面積の場合には、推力比が１となる最ロー変速比のときに、ＰＲＩ圧＝ＳＥＣ圧となる。つまり、図５、図６を用いて説明した歯打ち音や振動が発生するおそれがある領域で使用されることとなる。

　これに対しＰＲＩピストン面積＜ＳＥＣピストン面積にすると、上述した通りＰＲＩ圧はＰＲＩピストン面積＝ＳＥＣピストン面積の場合より高くなるので、推力比が１となる最ロー変速比の場合でもＰＲＩ圧はＳＥＣ圧より高くなる。その結果、図８に示す通り、最ロー変速比の場合でもＰＲＩ圧＝ＳＥＣ圧となることがない。換言すると、常にＰＲＩ圧＞ＳＥＣ圧となる。したがって、上述した歯打ち音や振動の発生を抑制することができる。

　以上のように本実施形態では、プライマリプーリ４１のピストン油室（ＰＲＩプーリ油室４１ｃ）とセカンダリプーリ４２のピストン油室（ＳＥＣプーリ油室４２ｃ）との間の油路（変速用油路１０６）に配置される電動オイルポンプ１２３と、電動オイルポンプ１２３によりＰＲＩプライマリプーリ油室４１ｃの油の出入りを制御する制御部（コントローラ１０）と、を備える。そして、プライマリプーリ４１のピストン面積が、セカンダリプーリ４２のピストン面積よりも小さい。これにより、ポンプ必要出力が低下するので、電動オイルポンプ１２３の小型化を図ることができる。

　（第２実施形態）
　本実施形態は、ＰＲＩピストン面積をＳＥＣピストン面積より小さくする点では第１実施形態と同様であるが、ＰＲＩピストン面積を設定するにあたり、上述した電動オイルポンプ１２３の小型化の観点だけでなく、さらに他の要素も考慮することとする。以下、考慮する要素毎に説明する。

　（部品耐久性）
　図９は、縦軸をＰＲＩ圧とし、横軸をＰＲＩ推力として、ＰＲＩピストン面積と最大推力時におけるＰＲＩ圧との関係を示す図である。ここでいう最大推力とは、最も厳しい条件、つまり変速比が最ロー変速比でエンジン１から伝達されるトルクが最大トルク、において、所定の変速比を実現するために必要な推力である。

　図９に示す通り、ＰＲＩピストン面積を小さくするほど、同一推力におけるＰＲＩ圧は高くなる。このため、油圧回路に用いられるシール部材等の耐圧性や、配管やジョイント等の部品強度等といった、部品耐久性が問題となる。

　そこで、これら部品耐久性に基づくＰＲＩ圧の上限値（Ｐｐｒｉ１）を求め、最大推力がこれを超えないようにＰＲＩピストン面積を設定する。図９においては、ＰＲＩピストン面積の最小値は、最大推力がＰｐｒｉ１となるＰＲＩピストン面積Ａｐ２となる。

　（リーク特性）
　図１０は、第１象限にＰＲＩ圧とＰＲＩ推力との関係を示し、第２象限にＰＲＩ圧とリーク量との関係を示した図である。ここでいう必要推力とは、ある変速比を実現するために必要となる推力である。最も厳しい条件、つまり変速比が最ロー変速比でエンジン１から伝達されるトルクが最大トルクの場合に、必要推力＝最大推力となる。また、ここでいうリーク量とは、ＰＲＩプーリ油室４１ｃにおけるリーク量である。

　図１０に示す通り、リーク量はＰＲＩ圧が高いほど多くなる。ＰＲＩプーリ油室４１ｃでリークが発生すると、元圧用オイルポンプ１０１またはライン圧用電動オイルポンプ１１１によってリークした分が補填される。つまり、補填可能なリーク量（以下、「供給流量制限値」ともいう）は元圧用オイルポンプ１０１等の吐出能力によって定まる。

　また、図１０に示す通り、必要推力を発生するときのＰＲＩ圧は、ＰＲＩピストン面積が小さくなるほど高くなる。

　そこで、元圧用オイルポンプ１０１等で補填可能なリーク量の上限値をＱｌｅａｋ＿ｍａｘとしたときのＰＲＩ圧をＰｐｒｉ１とする。つまり、リーク量に基づいて定まるＰＲＩ圧の上限値をＰｐｒｉ１とする。そして、ＰＲＩ圧が上限値であるＰｐｒｉ１のときに必要推力を発生し得るようにＰＲＩピストン面積を設定する。図１０においては、ＰＲＩピストン面積の最小値は、ＰＲＩ圧がＰｐｒｉ１のときに必要推力を発生するＰＲＩピストン面積Ａｐ３となる。ＰＲＩピストン面積がＡｐ３より小さくなると、必要推力を発生する際のＰＲＩ圧がＰｐｒｉ１より高くなってしまうからである。

　なお、元圧用オイルポンプ１０１等の吐出能力を高くするほどＱｌｅａｋ＿ｍａｘは多くなり、Ｐｐｒｉ１も高くなるので、ＰＲＩピストン面積をより小さくすることができる。その結果、電動オイルポンプ１２３をより小型化することができる。しかし、電動オイルポンプ１２３を小型化することができても、元圧用オイルポンプ１０１等が大型化してしまう。すなわち、リーク特性に基づいてＰＲＩピストン面積を設定する際には、供給流量制限値を考慮して、電動オイルポンプ１２３の小型化と元圧用オイルポンプ１０１等の大型化との調和を図る必要がある。

　上述した部品耐久性に基づくＰＲＩピストン面積の下限値Ａｐ２と、リーク特性に基づくＰＲＩピストン面積の下限値Ａｐ３との大小関係は、本実施形態を適用する無段変速機の仕様等により定まる。

　そこで本実施形態では、部品耐久性に基づくＰＲＩピストン面積の下限値Ａｐ２と、リーク特性に基づくＰＲＩピストン面積の下限値Ａｐ３とを算出し、両下限値を満足する最小のＰＲＩピストン面積を採用する。むろん、第１実施形態で説明した通りＰＲＩピストン面積をＳＥＣピストン面積より小さくすることを前提とする。

　なお、第１実施形態で説明したＰＲＩピストン面積の最小値Ａｐ１と、本実施形態で説明したＡｐ２、Ａｐ３とを算出し、これら全てを満足する最小値を採用してもよい。

　以上の通り本実施形態では、プライマリプーリ４１のピストン面積を、ＰＲＩプーリ油室４１ｃの油圧に対する油路のリーク特性に基づいて、プライマリプーリ４１の推力が最大となったときの油路のリーク量が予め設定した供給流量制限値を超えない大きさに設定する。これにより、リークした分の油を確実に補填することができる。また、プライマリプーリ４１のピストン面積を小さくすることによる元圧用オイルポンプ１０１等の大型化を抑制できる。

　また、本実施形態では、プライマリプーリ４１のピストン面積を、プライマリプーリ４１の推力が最大となったときのプライマリプーリ４１のピストン油室の油圧が部品耐圧性から定まる上限油圧を超えない大きさに設定する。これにより、部品耐久性を確保することができる。また、要求される部品耐久性が高くなることによるコストアップを抑制できる。

　ところで、ＰＲＩピストン面積をＳＥＣピストン面積より小さくすることで、電動オイルポンプ１２３の小型化を図ることができるのは、図２に示した変速用回路１１０に特有のものである。つまり、第１、第２の実施形態は、変速用回路１１０がＰＲＩプーリ油室４１ｃとＳＥＣＩプーリ油室４２ｃとの間の油路に電動オイルポンプ１２３を配置し、電動オイルポンプ１２３によりＰＲＩプーリ油室４１ｃの油の出入りを制御するものであることが前提となる。

　そして、後述する従来から一般的に用いられている変速用の油圧回路では、ＰＲＩピストン面積をＳＥＣピストン面積より小さくすることはできない。このことについて図１１を参照して説明する。

　図１１は、従来から一般的に知られているＰＲＩ油室へ供給する流量とＳＥＣＩプーリ油室の油圧を、それぞれ元圧用のオイルポンプで生成した油圧を減圧することによって制御する油圧回路図である。

　図１１の構成では、オイルポンプ３００によって生成した油圧を減圧弁３０１により低下させ、それをさらにＳＥＣ減圧弁３０２とＰＲＩ減圧弁３０４で調整することによって、ＳＥＣＩプーリ油室３０３の油室やＰＲＩ油室３０５の油量を制御する。すなわち、図１１の構成では、オイルポンプ３００で生成した油圧よりも高い油圧に調整することができない。

　また、図１１の構成においては、ＰＲＩ推力は減圧弁３０４で低下させた圧力ＰｐｒｉとＰＲＩピストン面積との積で表され、ＳＥＣ推力は減圧弁３０２で低下させた圧力ＰｓｅｃとＳＥＣピストン面積との積で表される。アップシフトの際にはＰＲＩ推力をＳＥＣ推力よりも大きくする必要があるので、ＰＲＩピストン面積とＳＥＣピストン面積とが等しい場合には、元圧用のオイルポンプ３００で生成する油圧は少なくともＰｐｒｉ以上でなければならない。そして、ＳＥＣ推力をベルト滑りが生じない大きさに保つ必要があるため、アップシフトのために圧力Ｐｓｅｃを小さくすることはできない。このような構成で元圧用のオイルポンプ３００の小型化を図るためには、ＰＲＩピストン面積をＳＥＣピストン面積より大きくすることによってＰＲＩ推力を増大させるしかない。すなわち、図１１の構成においてオイルポンプ３００の小型化を図る場合には、ＰＲＩピストン面積とＳＥＣピストン面積との大小関係が第１実施形態及び第２実施形態とは反対になる。

　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

Claims

　プライマリプーリのピストン油室とセカンダリプーリのピストン油室との間の油路に配置される電動オイルポンプと、
　前記電動オイルポンプにより前記プライマリプーリのピストン油室の油の出入りを制御する制御部と、
を備える無段変速機において、
　前記プライマリプーリのピストン面積が、前記セカンダリプーリのピストン面積よりも小さい無段変速機。
　請求項１に記載の無段変速機において、
　前記プライマリプーリのピストン面積は、前記プライマリプーリのピストン油室の油圧に対する前記油路のリーク特性に基づいて、前記プライマリプーリの推力が最大となったときの前記油路のリーク量が予め設定した供給流量制限値を超えない大きさに設定されている無段変速機。
　請求項１に記載の無段変速機において、
　前記プライマリプーリのピストン面積は、前記プライマリプーリの推力が最大となったときの前記プライマリプーリのピストン油室の油圧が油圧回路に用いられる部品の耐圧性から定まる上限油圧を超えない大きさに設定されている無段変速機。