JP4593498B2

JP4593498B2 - Ｖベルト式無段変速機

Info

Publication number: JP4593498B2
Application number: JP2006065723A
Authority: JP
Inventors: 淳百井; 裕章田中; 正則田口
Original assignee: JATCO Ltd
Current assignee: JATCO Ltd
Priority date: 2006-03-10
Filing date: 2006-03-10
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2026-03-10
Also published as: US20070213149A1; EP1832785A1; US7654926B2; JP2007239937A; EP1832785B1; DE602007003492D1

Description

本発明は、Ｖベルト式無段変速機に関するものである。

従来のＶベルト式無段変速機において、駆動プーリの入力トルクは、Ｖベルトを押圧するプーリのシーブ面とＶベルトのエレメント間の摩擦によりプーリからＶベルトへと伝達され、エレメントがプーリから押し出されるときの押力と、さらにエレメントを結合しているリングとの摩擦による摩擦力や、リングの圧縮側の張力と引張側の張力との差により従動プーリに伝達される。

Ｖベルトを押圧するプーリの推力は、入力トルクに応じたＶベルトが滑らない最低限の推力に安全率を掛けて設定し、これに変速比を得るために必要な差推力を加えて算出されている（特許文献１参照）。
特開２０００−１８３４７号公報

プーリの推力を決定する安全率は、大きいほどＶベルトの滑りを抑制し得るが、一方でＶベルトに必要以上の摩擦が生じるため、Ｖベルトの負荷が高くなり耐久性が低下する恐れがある。また、安全率を高く設定すればプーリの推力が大きくなり、プーリに供給する油圧が高くなる。結果として、油圧源としてのオイルポンプの駆動負荷が増大して燃費の悪化を招く。

安全率を小さく設定すれば、Ｖベルトの耐久性を確保することができるが、路面等からの過大なトルクが入力された場合のＶベルト滑りの防止が補償できず、滑りが生じた場合にはプーリのシーブ面の傷付きやＶベルトの破損を招く恐れがある。

本発明は、こうした事実を鑑みてなされたものであり、Ｖベルトの滑りを抑制しつつ、Ｖベルトへの負荷を低減することができるＶベルト式無段変速機を提供することを目的とする。

本発明は、一対の固定プーリと可動プーリをそれぞれ備える駆動プーリと従動プーリと、これら駆動プーリと従動プーリとの間に掛け渡され、前記固定プーリと前記可動プーリ間に挟持されるエレメントと、このエレメントを所定個数環状に積層するリングとからなるＶベルトとを備えるＶベルト式無段変速機において、前記駆動プーリから前記従動プーリへトルクが伝達される際に、前記Ｖベルトの前記駆動プーリに挟持される領域のうち、前記エレメントが間隙なく配列される第１領域と、前記エレメントが間隙を持って配列される第２領域との境界を前記エレメント間の間隙の有無から検出する境界検出手段と、検出した前記境界の位置に基づいて、前記駆動プーリが前記Ｖベルトを挟持するプーリ推力を推定する推力推定手段とを備え、前記境界検出手段は、前記エレメント間の間隙の有無を検出する間隙センサーを備え、前記間隙センサーは、前記駆動プーリの周方向に所定間隔で少なくとも２個配列され、前記間隙センサーの検出結果に基づいて前記第１領域と前記第２領域との境界を検出することを特徴とするＶベルト式無段変速機である。

本発明は、エレメント間の間隙の有無から第１領域と第２領域との境界を検出し、検出した境界に基づいて駆動プーリがＶベルトを挟持するプーリ推力を推定するため、プーリ推力を簡単な構成で精度よく推定することができ、Ｖベルト滑りを防止しつつ、プーリ推力を低減し、Ｖベルトの負荷を低下させ、耐久性を向上することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面について説明する。

図１はＶベルト式無段変速機の構成を示す断面図である。この無段変速機は、トルクコンバータ（発進機構）１２、前後進切換機構１５、Ｖベルト式無段変速機構２９、作動装置５６を備え、エンジンの出力軸１０の回転を所定の変速比及び回転方向で作動装置５６に伝達する。

トルクコンバータ１２は、所謂ロックアップ機構を備え、ロックアップ油室の油圧を制御することにより、入力側のポンプインペラ１２ａと出力側のタービンランナ１２ｂとを機械的に連結し、又は切り離し可能とされている。そして、トルクコンバータ１２の出力軸（タービンランナ１２ｂ）は回転軸（入力軸）１３と連結され、この回転軸１３が前後進切換機構１５と連結されている。

前後進切換装置１５は、一組の遊星歯車装置１９、前進用クラッチ４０及び後進用ブレーキ５０により構成され、エンジン出力軸１０の回転方向を車両の進行方向に応じて切り換える公知の前後進切換機構である。

Ｖベルト式無段変速機構２９は、駆動プーリ１６、従動プーリ２６及び駆動プーリ１６と従動プーリ２６との間に伝動可能に結合されたＶベルト２４を備えている。Ｖベルト２４は、固定プーリ１８と可動プーリ２２間に挟持されるエレメントと、このエレメントを所定個数環状に積層するリングとからなる。本実施形態で用いられるエレメントとベルトは公知の形状のものである。

駆動軸（出力軸）１４の両端部は、ベアリング８８ａ、８８ｂによってケーシング８３に回転可能に支持され、駆動プーリ１６は、駆動軸１４と同軸に設けられる。駆動軸１４と固定プーリ１８が一体に回転し、固定プーリ１８に対向配置されてＶ字状プーリ溝を形成する可動プーリ２２が設けられる。可動プーリ２２は、駆動プーリシリンダ室２０に作用する油圧によって駆動軸１４の軸方向に移動可能とされる。

また、従動プーリ２６は、駆動軸１４と中心軸を平行とした従動軸２８と同軸に設けられており、従動軸２８と一体に回転する固定プーリ３０と、固定プーリ３０に対向配置されてＶ字状プーリ溝を形成する可動プーリ３４とを備える。可動プーリ３４は、従動プーリシリンダ室３２に作用する油圧によって従動軸２８の軸方向に移動可能に形成される。そして、駆動プーリ１６と従動プーリ２６とにより形成されたプーリ溝にＶベルト２４がトルク伝達可能に結合されることにより、Ｖベルト式無段変速機構２９が構成される。

また、作動装置５６は、従動軸２８と一体に駆動ギヤ４６が回転し、アイドラ軸５２と一体に回転する前記駆動ギヤ４６にアイドラギヤ４８が噛合し、前記アイドラ軸５２と一体にピニオンギヤ５４が回転し、このピニオンギヤ５４とファイナルギヤ４４が噛合する。

次に駆動プーリ１６に入力されたトルクの伝達について、以下に説明する。前述したように、駆動プーリ１６の入力トルクは、Ｖベルト２４を押圧する各プーリ１８、２２のシーブ面とＶベルト２４のエレメント間の摩擦により駆動プーリ１６からＶベルト２４を構成するエレメントへと伝達され、エレメントが駆動プーリ１６から押し出されるときにエレメント間に作用するエレメントを進行方向に押す力であるエレメント押力と、さらにエレメントを結合しているリングとの摩擦による摩擦力やリングの圧縮側の張力とリングの引張側の張力との差により従動プーリ２６に伝達される。

図２は、Ｖベルト２４のトルク伝達を説明する図であり、変速比が１より大きい場合を示している。トルクが伝達される場合のＶベルト２４に作用する荷重は、入力トルクを駆動プーリ１６のピッチ半径（駆動プーリ１６の回転中心からＶベルト２４が接触する位置までの半径）で除して算出され、図２に示すようにＶベルト２４の圧縮側のストレート部ＴＡと引張側のストレート部ＴＢとのリング張力の差と、エレメントの押力の合計として駆動プーリ１６から従動プーリ２６へと伝達される。

Ｖベルト２４のトルク伝達は、前述の通り、駆動プーリ１６とＶベルト２４の接触による摩擦力、エレメントの押力及びＶベルト２４を構成するエレメントとリングの接触による摩擦力により伝達され、摩擦力は各部の接触による摩擦係数と駆動プーリ１６がＶベルト２４を挟持するプーリ推力に応じて得られる。

ここで、Ｖベルト２４にプーリ推力が作用するプーリの領域は、エレメントに押力が作用するアクティブアーク領域と、エレメントに押力が作用しないアイドルアーク領域とに区別できる。また、エレメント押力が作用する領域をアクティブ領域（第１領域）と称すると、前述の各プーリのアクティブアーク領域と圧縮側のストレート部（アクティブストレート領域）ＴＡがアクティブ領域となる。アクティブ領域では、後述するように各エレメントが密に間隙なく積層に配列されており、駆動プーリ１６に接触するエレメントに伝達されたトルクが積層されたエレメントを通じて、アクティブストレート領域から従動プーリ２６のアクティブアーク領域に伝達されることでトルク伝達がなされる。なお、請求項中、第１領域に対する第２領域は、アイドルアーク領域とストレート領域ＴＢとを意味する。

アクティブアーク領域とアイドルアーク領域とは、プーリ推力の大きさに応じて分布が変化し、変速比が１より大きいとすると、図３に示すようにプーリ推力が大きいとアクティブアーク領域の割合が小さくなり、相対的にアイドルアーク領域が大きくなる。対して、プーリ推力が小さい場合には、図４に示すように、アクティブアーク領域の割合が大きくなり、対してアイドルアーク領域が小さくなる。なお、プーリ推力がトルク伝達に必要な下限のプーリ推力の場合、つまり安全率＝１の場合には、アクティブアーク領域のみとなり、アイドルアーク領域が存在しない。

次に変速比が１より大きい場合のプーリ推力とリング張力との関係を、図５を用いて説明する。図５に示すようにプーリ推力とリング張力とは比例関係にあり、また、圧縮側のストレート部ＴＡのほうが、引張側のストレート部ＴＢより、一定推力の場合にはリング張力が小さくなる。したがって、プーリ推力が低減されることで、リング張力も低下し、結果としてリング張力に起因して生じるリング応力を低減してＶベルト２４の耐久性を向上できる。

図６は、プーリ推力低下によるリング応力の低下を詳しく説明するための図である。図中、実線が本実施形態でのリング応力を示し、１点鎖線が従来のリング応力を示す。図中、ストレート部ＴＡ、ＴＢと駆動プーリ及び従動プーリ間で生じる応力変化、つまり応力振幅は、従来も本実施形態も同様であるが、プーリ推力の低減によるリング張力の低下により、平均応力が従来より本実施形態の方が低くなる。この平均応力の低下によりリングの耐久性が向上され得る。

図７は、変速比が１より大きい場合のプーリ推力とエレメント押力との関係を示す図である。図に示す通り、プーリ推力とエレメント押力とは反比例関係にあり、プーリ推力が小さいほど、トータルのエレメント押力が大きくなる。ここで、前述したようにプーリ推力が小さいほどエレメント押力が生じるアクティブアーク領域は広くなる。したがって、エレメント１枚に作用するエレメント押力は、図８に示すように低減し（図中直線の傾きが小さい方がエレメント１枚当りの押力増加量が少ない）、トータルとしてエレメント押力が低減し、エレメント押力により生じるエレメント応力が低下し、Ｖベルト２４の耐久性が向上する。

図９は、プーリ推力低下によるエレメント応力の低下を詳しく説明する図である。図中、実線が本実施形態でのエレメント応力を示し、１点鎖線が従来のエレメント応力を示す。前述したようにプーリ推力の低下はエレメント押力の増大を招くが、一方でプーリ推力の低下がアクティブアーク領域を広くするため、トータルでは１枚当りのエレメント応力は低下する。ここでいうエレメント応力は、応力振幅を意味する。図を用いて説明すると、プーリ推力の低下により、駆動プーリ１６で生じる最大エレメント応力が減少し、一方、従動プーリ２６で最小エレメント応力が増大する。したがって、最大エレメント応力と最小エレメント応力との差である応力振幅が減少し、応力振幅が減少することで、エレメントの耐久性が向上する。なお、平均応力はほぼ変化がない。

これまで説明してきたように、プーリ推力を低下させることでＶベルト２４の耐久性を向上することができる。しかしながら前述のプーリ推力を設定するための安全率を１とした場合には、最大トルク作用時にＶベルトの滑りが生じることになる。なお、ここで、安全率＝１の場合の入力トルクは、駆動プーリに駆動源から入力される駆動トルクの最大値に相当するものであり、最大トルクとは、例えば路面からＶベルト式無段変速機に入力されるトルクと駆動トルクとを考慮した場合のトルクを意味する。

このため、最大トルク作用時でもＶベルト２４が滑らないプーリ推力を下限とする必要がある。ここで、前述したようにプーリ推力とアクティブアーク領域及びアイドルアーク領域とは一定の関係があり、言い換えると、アクティブアーク領域とアイドルアーク領域の境界の位置から、プーリ推力を推定することができる。つまり、アクティブアーク領域とアイドルアーク領域の境界の位置を最大トルク作用時にベルト滑りが生じないプーリ推力に対応する位置に設定することで、プーリ推力を低減することができる。

したがって、実験等により最大トルク負荷時にベルト滑りが生じないプーリ推力を求め、このプーリ推力に対応するアクティブアーク領域とアイドルアーク領域の境界の位置を設定し、この境界位置に実際の境界の位置が存在するようにプーリ推力を補正することで、最大トルク負荷時でもＶベルト２４の滑りが生じない、下限のプーリ推力を設定することができる。

アクティブアーク領域とアイドルアーク領域の境界の位置を検出する手段として、図１０に示すような駆動プーリ１６の周方向に設置した２個のセンサーＡ、Ｂを用いる手段が考えられる。この検出手段は、アクティブアーク領域とアイドルアーク領域とでは、エレメント列に外観状の相違があることに基づくものである。なお、センサーＡ、Ｂは、最大トルク負荷時でもＶベルト２４の滑りが生じない下限のプーリ推力に対応するアクティブアーク領域とアイドルアーク領域の境界の位置を検出するように配置される。

具体的には、図１１に示すように、アクティブアーク領域ではエレメントにエレメント押力が作用しているため、各エレメントが進行方向に間隙なく密に配列されているのに対して、アイドルアーク領域のエレメントは、エレメント押力が作用していないため、各エレメント間に間隙が生じており、この間隙をセンサーＡ、センサーＢを用いて検出する。そして、Ｖベルト移動方向下流側のセンサーＡの検出結果が間隙なし、上流側のセンサーＢの検出結果が間隙ありの場合に、この２つのセンサー間にアクティブアーク領域とアイドルアーク領域の境界があると判定することができ、２つのセンサーＡ、Ｂの検出結果から所定のプーリ推力が生じていると判断できる。

したがって、本発明では、Ｖベルト式無段変速機において、駆動プーリから従動プーリへトルクが伝達される際に、Ｖベルトの駆動プーリに挟持される領域は、エレメントが間隙なく配列される第１領域と、エレメントが間隙を持って配列される第２領域とに区別され、エレメント間の間隙の有無から第１領域と第２領域との境界を検出し、検出した境界の位置に基づいて、駆動プーリがＶベルトを挟持するプーリ推力を推定するため、簡単な構成でプーリ推力を精度よく推定することができ、Ｖベルトの負荷を低下させ、耐久性を向上することができる。

本発明は前記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

本実施形態のＶベルト式無段変速機の断面図である。Ｖベルトのトルク伝達を説明する図である。プーリ推力とアクティブアーク領域の関係を説明する図である。プーリ推力とアクティブアーク領域の関係を説明する他の図である。プーリ推力とリング張力との関係を示す図である。プーリ推力とリング応力との関係を示す図である。プーリ推力とエレメント押力との関係を示す図である。プーリ推力と張力差との関係を示す図である。プーリ推力とエレメント応力との関係を示す図である。センサー配置の一例を示す図である。アクティブアーク領域とアイドルアーク領域のエレメントの状態を示す図である。

符号の説明

１３回転軸（入力軸）
１４駆動軸（出力軸）
１６駆動プーリ
１８固定プーリ
１９遊星歯車装置
２２可動プーリ
２４Ｖベルト
２６従動プーリ
２９無段変速機構
４０前進用クラッチ
５０後進用ブレーキ
Ａ、Ｂセンサー

Claims

一対の固定プーリと可動プーリをそれぞれ備える駆動プーリと従動プーリと、
これら駆動プーリと従動プーリとの間に掛け渡され、前記固定プーリと前記可動プーリ間に挟持されるエレメントと、このエレメントを所定個数環状に積層するリングとからなるＶベルトとを備えるＶベルト式無段変速機において、
前記駆動プーリから前記従動プーリへトルクが伝達される際に、前記Ｖベルトの前記駆動プーリに挟持される領域のうち、前記エレメントが間隙なく配列される第１領域と、前記エレメントが間隙を持って配列される第２領域との境界を前記エレメント間の間隙の有無から検出する境界検出手段と、
検出した前記境界の位置に基づいて、前記駆動プーリが前記Ｖベルトを挟持するプーリ推力を推定する推力推定手段とを備え、
前記境界検出手段は、前記エレメント間の間隙の有無を検出する間隙センサーを備え、
前記間隙センサーは、前記駆動プーリの周方向に所定間隔で少なくとも２個配列され、
前記間隙センサーの検出結果に基づいて前記第１領域と前記第２領域との境界を検出することを特徴とするＶベルト式無段変速機。
前記第１領域と前記第２領域の境界は、前記プーリ推力の大きさに応じて変化し、前記間隙センサーは、前記プーリ推力の前記Ｖベルトに滑りが生じない下限値に対応する前記境界を検出するように配置することを特徴とする請求項１に記載のＶベルト式無段変速機。
前記プーリ推力が大きいほど、前記第１領域が小さく、前記第２領域が大きくなり、前記プーリ推力が小さいほど、前記第１領域が大きく、前記第２領域が小さくなることを特徴とする請求項１に記載のＶベルト式無段変速機。