(57)【要約】【課題】トルク増大作用を最大限生かしつつ、燃費性能の向上を図ることが可能な自動変速機用発進要素を提供すること。【解決手段】流体要素と摩擦要素を並列に備えた発進要素とし、流体要素の特性を発進時のみに着目した特性、具体的には、ストールトルク比を大きくし、ストールトルク容量を小さくし、流体要素による伝達トルクの不足分は必要に応じて摩擦要素に分担させ、また、速度比が大きい走行時には摩擦要素の特性を用いることとした。【選択図】        図１
2004332853.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと自動変速機との間の動力伝達経路中に設けられた発進要素を、トルク増大作用を有する流体要素と、摩擦力によりトルク伝達する摩擦要素を並列に配置した構成とし、
前記流体要素のトルク容量を小さく設定するとともに、トルク容量の最大値を得る速度比よりも小さな速度比では、少なくとも流体要素によりトルク伝達し、それ以外の速度比では摩擦要素によりトルク伝達することを特徴とする自動変速機用発進要素。
【請求項２】
エンジンと自動変速機との間の動力伝達経路中に設けられた発進要素を、トルク増大作用を有する流体要素と、摩擦力によりトルク伝達する摩擦要素を並列に配置した構成とし、
前記流体要素のトルク比を、要求される駆動力に対応する要求トルク比よりも大きく設定するとともに、前記摩擦要素によるトルク伝達を前記流体要素のトルク比に基づいて設定することを特徴とする自動変速機用発進要素。
【請求項３】
エンジンと自動変速機との間の動力伝達経路中に設けられた発進要素を、トルク増大作用を有する流体要素と、摩擦力によりトルク伝達する摩擦要素を並列に配置した構成とし、
前記流体要素のトルク比を、要求される駆動力に対応する要求トルク比、要求トルク容量、及び前記流体要素のトルク容量に基づいて設定するとともに、前記摩擦要素によるトルク伝達を前記流体要素のトルク比に基づいて設定することを特徴とする自動変速機用発進要素。
【請求項４】
請求項１ないし３に記載の自動変速機用発進要素において、
前記流体要素のストールトルク容量を小さく設定し、
エンジンアイドリング時には、前記流体要素のみによりトルク伝達することを特徴とする自動変速機用発進要素。
【請求項５】
請求項４に記載の自動変速機用発進要素において、
前記流体要素のストールトルク比を高く設定し、
クリープ走行時には、前記流体要素のみによりトルク伝達することを特徴とする自動変速機用発進要素。
【請求項６】
請求項１ないし５に記載の自動変速機用発進要素において、
急加速発進時には、前記流体要素と前記摩擦要素の両方によりトルク伝達することを特徴とする自動変速機用発進要素。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動変速機用の発進要素に関し、特に流体によるトルク増幅作用を有するトルクコンバータと、摩擦力によりトルク伝達するクラッチの両方を備えた発進要素に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンと自動変速機との動力伝達経路中に設けられる発進要素として、トルクコンバータを使用し、トルク増大作用を利用して発進時の加速性能を確保している。図３は車速と駆動力の関係を表す図である。図３に示すように、トルクコンバータのような流体要素を使用した場合には、目標駆動力に対し十分な駆動力が得られているのが分かる。しかしながら、トルクコンバータは、トルク増大作用がある反面、流体を介して動力伝達するため燃費を悪化させる傾向にある。そこで、ロックアップクラッチを備え、発進性能が要求されないような運転状態においては、摩擦クラッチを締結し、機械的直結状態で動力伝達して燃費悪化の抑制を図る技術として、例えば特許文献１に記載の技術が知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−１４５８５８号公報。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のロックアップクラッチによる抑制代は、トルクコンバータの使用領域における悪化代に比して小さいため、抑制代をいかに大きくするかについては未だ検討の余地を残していた。
【０００５】
本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、トルク増大作用を最大限生かしつつ、燃費性能の向上を図ることが可能な自動変速機用発進要素を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、流体要素と摩擦要素を並列に備えた発進要素とし、流体要素の特性を発進時のトルク増大作用のみに特化させ、それ以外の走行時には摩擦要素の特性を用いることとした。具体的には、流体要素のトルク容量を小さく設定するとともに、トルク容量の最大値を得る速度比よりも小さな速度比では、少なくとも流体要素によりトルク伝達し、それ以外の速度比では摩擦要素によりトルク伝達するよう構成する。尚、トルク容量とは、入力トルクを入力回転数の二乗で割った値であり、速度比とは、出力回転数を入力回転数で割った値である。トルク容量を小さく設定することは、例えば低いエンジン回転数のときに、エンジン負荷になりにくいことを意味する。
【０００７】
もしくは、流体要素のトルク比を、要求される駆動力に対応する要求トルク比よりも大きく設定するとともに、摩擦要素によるトルク伝達を流体要素のトルク比に基づいて設定するよう構成する。尚、トルク比とは、出力トルクを入力トルクで割った値である。トルク比を大きく設定することは、入力トルクを増大する作用を強めることを意味する。
【０００８】
もしくは、流体要素のトルク比を、要求される駆動力に対応する要求トルク比、要求トルク容量、及び前記流体要素のトルク容量に基づいて設定するとともに、摩擦要素によるトルク伝達を流体要素のトルク比に基づいて設定するよう構成する。これらの構成によって上記課題を解決するに至った。
【０００９】
【発明の効果】
本発明では、流体要素のトルク増大作用を最大限利用するとともに、効率が悪化する領域では摩擦要素によりトルク伝達することで、発進性能を確保しつつ、燃費の向上を図ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
まず、本願発明の実施の形態について説明する。図１は本願発明の自動変速機用発進要素の全体構成を表す概略図である。エンジン１から出力された駆動力は、エンジン出力軸１１から発進要素２へ入力される。発進要素２からはインプットシャフト１２を介して変速機構部３へ入力される。変速機構部３において適宜変速された回転は、駆動輪４へ伝達され車両が走行する。
【００１１】
発進要素２は、流体要素２１と摩擦要素２２が並列に配置されている。ここで、流体要素２１とは、一般的なトルクコンバータの構成を有しつつ本願発明特有のトルク増大作用及び特性を有するものとする。また、摩擦要素２２とは、一般的な単板式のロックアップクラッチでもよいし、電磁多板クラッチのような湿式多板クラッチを用いてもよい。すなわち、トルク増大作用はないが、エンジン１と変速機構部３とを効率０％から１００％の間で接続することが可能な構成であれば、特に限定しない。
【００１２】
図３は流体要素及び摩擦要素における車速と駆動力の関係を表す図である。図３に示すように、流体要素２１を使用した場合には、目標駆動力に対して十分な駆動力が得られている。ただし、流体要素２１は必ず滑りを有するシステムであり、伝達効率が低く、無駄な燃料消費の一因となっている。
【００１３】
一方、摩擦要素２２を使用した場合には、トルク比が無いため発進時の駆動力は不十分であり、発進時にもたつき感が生じる。また、発進時にはある程度吹き上がったエンジンの回転数をクラッチで吸収する必要がある。更に、摩擦要素２２のみでクリープ力を維持するためには摩擦要素２２を長時間スリップ状態で維持する必要がある。よって、摩擦要素２２の耐久性を成立させる課題を有している。本実施の形態１では、これら流体要素２１と摩擦要素２２の利点を最大限利用し、不利な点を補間することで最適な発進要素２を得ることを目的とする。
【００１４】
以下、流体要素２１による伝達トルクと、摩擦要素２２による伝達トルクのトルク分担の論理について説明する。
【００１５】
発進要素２がトルクを伝達しているある瞬間の各値を下記に示すものとする。
エンジントルク  Ｔｅ
エンジン回転数  Ｎｅ
インプットシャフトトルク  Ｔｉ
インプットシャフト回転数  Ｎｉ
また、流体要素２１が実際に有しているトルク比をｔｆ、流体要素２１の伝達トルクをＴｆ、摩擦要素２２の伝達トルクをＴｃとすると、
エンジントルクＴｅ及びインプットシャフトトルクＴｉは下記式（１），（２）により表される。
（式１）
Ｔｅ＝Ｔｆ＋Ｔｃ
（式２）
Ｔｉ＝Ｔｆ×ｔｆ＋Ｔｃ
ここで、エンジントルク×ギヤ比で得られる駆動輪に対する目標駆動力の比率である、要求されるトルク比をｔ０とすると、
Ｔｉ＝Ｔｅ×ｔ０を満足すればよい。すなわち、インプットシャフトトルクＴｉは発進要素２の伝達トルクであり、エンジントルクＴｅにトルク比を掛けた値を伝達することができればよい。
【００１６】
上述の式（２）から下記式（３）が得られる。
（式３）
Ｔｆ×ｔｆ＋Ｔｃ＝Ｔｅ×ｔ０
また、式（１）を変形し、Ｔｆ＝Ｔｅ−Ｔｃとして式（３）に代入すると、下記式（４）が得られる。
（式４）
（Ｔｅ−Ｔｃ）×ｔｆ＋Ｔｃ＝Ｔｅ×ｔ０
式（４）をＴｅ及びＴｃでまとめると、下記式（５）が得られる。
（式５）
Ｔｅ（ｔｆ−ｔ０）＝Ｔｃ（ｔｆ−１）
【００１７】
よって、摩擦要素２２のトルク分担率は下記式（６）により表される。
（式６）
Ｔｃ／Ｔｅ＝（ｔｆ−ｔ０）／（ｔｆ−１）
尚、トルク分担率は正の値を取るため、上記式（６）が成立する必要条件は、
ｔｆ≧ｔ０≧１
である。すなわち、要求トルク比ｔ０よりもトルク比ｔｆを大きく設定する必要がある（請求項２に対応）。
【００１８】
本願発明の発進要素２の性能として、エンジンアイドリング中のアイドル燃費を向上させるために、流体要素２１のトルク伝達容量はできる限り低く抑えたいが、そのためには式（１）により、Ｔｃを大きくする必要がある。
【００１９】
従って、式（６）が成立する範囲でＴｃをできる限り大きくすることが求められる。式（６）から明らかなように、Ｔｃを大きくして成立させるためには、ｔｆを大きくすることが望まれる（請求項１に対応）。
【００２０】
（流体要素性能設計論理）
目標駆動力が得られる流体性能の入力トルク容量係数をτ０、トルク比をｔ０とする。発進要素に使用する流体性能の入力トルク容量係数をτｆ、トルク比をｔｆとする。尚、トルク容量係数とは、入力トルクを入力回転数の二乗で割った値である。
流体要素が伝達するトルク  τｆ×Ｎｅ２×ｔｆ
クラッチが伝達するトルク  Ｔｃ
目標駆動力が得られる伝達トルク  τ０×Ｎｅ２×ｔ０
とすると下記式（７）が得られる。
（式７）
τｆ×Ｎｅ２×ｔｆ＋Ｔｃ＝τ０×Ｎｅ２×ｔ０
【００２１】
したがって、摩擦要素２２に要求されるトルクＴｃは下記式（８）により表される。
（式８）
Ｔｃ＝（τ０×ｔ０−τｆ×ｆｔ）×Ｎｅ２
ここで、Ｔｃはエンジントルク（＝τ０×Ｎｅ２）の一部を伝達するように制御するため、下記条件式（９）となる。
（式９）
０≦  Ｔｃ  ≦  τ０×Ｎｅ２−τｆ×Ｎｅ２
【００２２】
式（８）及び式（９）より、
０≦  Ｔｃ  ＝（τ０×ｔ０−τｆ×ｔｆ）×Ｎｅ２  ≦  τ０×Ｎｅ２−τｆ×Ｎｅ２
変形して、
０≦（τ０×ｔ０−τｆ×Ｎｅ２）  ≦  τ０−τｆ
となる。よって、トルク比ｔｆの条件は下記式（１０）で表される。
（式１０）
τ０／τｆ×（ｔ０−１）＋１  ≦  ｔｆ  ≦  τ０／τｆ×ｔ０
この範囲内で設計された大きなトルク比ｔｆ、及びこのトルク比に応じた低めのトルク容量係数τｆを有する流体要素２１を用い、目標駆動力不足分を摩擦要素２２により補うことで、最適なトルク分担を達成できる（請求項３に対応）。
【００２３】
以上説明したように、上述のトルク分担論理によって算出されたトルク比ｔｆに基づいて流体要素２１と摩擦要素２２を設計することで、トルク増大作用が必要な運転領域でのみ流体要素２１を作用させ、その他の運転領域では摩擦要素２２によりトルク伝達させることができる。よって、利点に特化した発進要素２の設計を達成することが可能となり、発進性能と燃費性能の両立を図ることができる。
【００２４】
（実施例）
次に、本願発明の発進要素に使用する流体性能の設計例について説明する。まず、目標駆動力が得られる流体性能（入力トルク容量係数τ０、トルク比ｔ０とする）を設計する。通常理想的な駆動力を得るために必要な流体性能のストールトルク容量（インプットシャフト回転数０のときのトルク容量）は高く、アイドリング時の燃料消費を悪化させている。そこで、目標駆動力が得られる流体性能の入力トルク容量係数τ０に対して容量が半分の流体性能を設計する。
【００２５】
式１０に基づいて、設定容量から必要なトルク比の幅を求める。容量が半分ということは、τ０／τｆ＝２．０を意味する。
例えば、目標駆動力が得られるトルク比ｔ０が１．９であった場合、発進要素２に使用する流体要素２１のトルク比ｔｆは、
２．０×（１．９−１．０）＋１．０  ≦  ｔｆ  ≦  ２．０×１．９
よって、
２．８  ≦  ｔｆ  ≦  ３．６
となる。最低でも２．８のストールトルク比を持った流体性能を設計する必要がある。このように、２．８から３．６の間のトルクであれば、摩擦要素２２の伝達トルクを制御することによって、目標駆動力を得ることができる。図２は従来のロックアップクラッチを備えたトルクコンバータの特性と、本発明の発進要素２に用いる流体要素２１の特性を表す図である。横軸は、流体要素から出力された回転数を入力された回転数で割った速度比であり、この速度比に応じたトルク容量及びトルク比を示す。
【００２６】
表１は従来のロックアップクラッチを備えたトルクコンバータにおけるトルク分担と、従来のトルク増大作用のない発進クラッチにおけるトルク分担と、本実施例の発進要素２におけるトルク分担を表す。
【００２７】
2004332853.tif 000003
【００２８】
（アイドリング時）
従来例のトルクコンバータでは、流体によりトルクを伝達する。このとき、図２（ａ）に示すように、ストールトルク容量が大きいため、エンジン回転数が上昇し燃費の悪化を招いていた。これに対し、本実施例の発進要素２においても流体要素２１のみによってトルク分担させるが、図２（ｂ）に示すように、ストールトルク容量が小さいため、エンジン回転数を低くすることが可能となり燃費の向上を図ることができる（請求項４に対応）。
【００２９】
（クリープ時）
従来例の発進クラッチでは、クラッチのスリップ制御によってクリープトルクを発生させているため、クラッチの耐久性の低下や発熱が懸念される。これに対し、本実施例の発進要素２では流体要素２１のみによってトルク分担させるため、長時間のクリープ制御時であっても耐久性の低下を招くことなく安定したクリープトルクを発生することができる（請求項５に対応）。
【００３０】
（緩加速時）
緩加速時は、さほど駆動力を要求されていないため、摩擦要素２２によってのみトルク分担させている。
【００３１】
（急加速時）
急加速時は、大きな駆動力が要求される。このとき、従来例の発進クラッチでは、トルク増大作用がなく、十分な駆動力が得られない。これに対し、本実施例の発進要素２では、流体要素２１によるトルク増大作用を利用しつつ、摩擦要素２２によるトルク伝達を平行して行う。流体要素２１はトルク容量が小さく設計されており、従来のトルクコンバータに比べてトルク増大作用は小さいが、摩擦要素２２によって補うため、十分な駆動力を得ることができる（請求項６に対応）。
【００３２】
（巡行時）
巡行時は、大きな駆動力が要求されないため、摩擦要素２２の完全締結によってトルクを分担する。
【００３３】
以上説明したように、各走行状況において、従来のトルクコンバータや発進クラッチのデメリットを排除しつつ、利点のみを有効に利用することが可能となり、発進性の確保と燃費の向上の両立を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１における発進要素の構成を表す概略図である。
【図２】実施例及び従来技術における速度比とトルク比及びトルク容量の関係を表す図である。
【図３】車速と要求される駆動力との関係を表す図である。
【符号の説明】
１    エンジン
２    発進要素
３    変速機構部
４    駆動輪
１１    エンジン出力軸
１２    インプットシャフト
２１    流体要素
２２    摩擦要素
【図１】
2004332853.tif 000004
【図２】
2004332853.tif 000005
【図３】
2004332853.tif 000006