(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無段階連続可変変速機用の制御システムであって、
前記変速機は、調節可能な走行半径を有し、無端伝達ベルトによって互いに伝達し回転自在に結合する、第１及び第２円錐形プーリペアを備え、
各ペアの１つのプーリは、供給される液圧媒体の量によって軸方向プーリ位置を決定する第１及び第２液圧アクチュエータとそれぞれ接続されており、
前記液圧アクチュエータは、液圧媒体が供給され且つ排出する手段と接続され、前記第１及び第２液圧アクチュエータは、それぞれ、液圧媒体で満たされた第１及び第２制御チャンバと接続されており、かつ、前記第１制御チャンバの容量の増加が前記第２制御チャンバの容量の減少と連動し、前記第２制御チャンバの容量の増加が前記第１制御チャンバの容量の減少と連動するように制御可能な可変制御容量を備え、
前記第１液圧アクチュエータの有効表面は前記第２液圧アクチュエータの有効表面より大きく、
前記第２液圧アクチュエータは液圧媒体の供給源と直接接続され、
前記第１液圧アクチュエータは内部で制御可能に移動する第１ピストンを収容する第１シリンダ空間と液圧的に接続され、
前記第２液圧アクチュエータは内部で制御可能に移動する第２ピストンを収容する第２シリンダ空間と液圧的に接続され、
両ピストンは同軸上で直線的に相互接続され、制御された駆動手段によって往復運動するように制御された共通の制御ロッドに固定され、
前記第１ピストンの有効表面は前記第２ピストンの有効表面より大きく、それら有効面積の比率は、前記第１液圧アクチュエータの有効表面と前記第２液圧アクチュエータの有効表面の比率に略等しく、
前記第１シリンダ空間は制御可能な圧力安全弁と油圧的に接続される一方で、供給された媒体圧力が影響する前記第２シリンダ空間は、計量された量の液圧媒体が前記第２シリンダ空間から前記第１シリンダ空間に流れるのを許容する流量制御バルブを含む導管を介して前記第１シリンダ空間と接続されることを特徴とする制御システム。
【請求項２】
前記液圧媒体の供給源が、ポンプによって提供されることを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
【請求項３】
前記ポンプがモータによって駆動されることを特徴とする請求項２に記載の制御システム。
【請求項４】
前記モータが２象限制御サーボモータからなることを特徴とする請求項３に記載の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無段階連続可変変速機（ＣＶＴ）用の制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
制御システムは、調節可能な走行半径を有する第１及び第２円錐形プーリペアを備えており、各ペアにおいて、少なくとも一つのプーリが、それに供給される液圧媒体の量に依存して軸方向のプーリ位置を決定する第１及び第２液圧アクチュエータに接続されている。そのアクチュエータは、媒体が供給され且つ排出する手段に接続されており、一つのアクチュエータが、圧力媒体源に接続されている。
【０００３】
そのような制御システムは、欧州特許第１１０５６６５号、及び、それに対応する米国特許第６７３９９９４号明細書において出願人の名前で公知である。この公知のシステムは、第１の、ベース圧力を供給する、２−クォードラント制御可能なポンプ・モータの組み合わせを備えており、上記アクチュエータの内の１つに接続される。その一方で、液圧媒体がそれぞれ供給され且つ排出する手段は、アクチュエータの間で液圧媒体を交換し、ＣＶＴの変速機比を制御する、第２の、４−クォードラント制御可能なポンプ・モータの組み合わせを備えている。
【０００４】
この公知の制御システムは、実用上、大変良好であることをそれ自体で証明しているが、特に第２のポンプ・モータの組み合わせにおいて、予期しない大きな液漏れにより起こる問題に対する迅速かつ信頼性ある制御の実現を可能としている。
【０００５】
本発明は、かかる問題を解消し、簡素な部品から構成され、かつ、内部漏洩ロスが少なく、しかも回転部品の信頼性あるシール性能に問題が生じることのない、上述したようなタイプの制御システムを提供することを目的とする。
【０００６】
これは、第１制御容量の増加が第２制御容量の減少と連動し、かつ、第２制御容量の増加が第１制御容量の減少と連動するように、第１及び第２アクチュエータが、それぞれ、液圧媒体で各々満たされた第１及び第２制御チャンバに接続されるとともに、制御可能な可変制御容量を備えた制御システムにより実現される。この新規かつ発明性ある制御システムでは、従来技術で知られた問題が生じないだけでなく、制御システムは、高速かつ効率的に作動する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
好適な実施形態は従属請求項に記載される。これに関連して、これらの実施形態では、比較的簡素かつ安価な構造が、高速かつ効率的な制御と組み合わせられ、エネルギーロスが小さくなっている。
【０００８】
国際公開第００/６５２５３号には、プーリの第１及び第２アクチュエータに、それぞれ、通常の制御バルブを介して圧力媒体が供給される、プーリを駆動する液圧制御アクチュエータを備えた無段階連続可変変速機用の制御システムが開示されている。
【０００９】
ストレージシリンダには、第１及び第２チャンバ内のシリンダを分割し、自由移動するピストンが設けられており、第１及び第２チャンバの両方は媒体で満たされ、第１及び第２アクチュエータのぞれぞれの内部で圧力媒体容量と接続されている。このピストンはその両側で、シリンダと同軸上に、第１及び第２補助シリンダの各内部にある第１及び第２制御ピストンとそれぞれ接続されている。第１アクチュエータへの供給経路と第２アクチュエータへの供給経路には、それぞれ、第１及び第２流量センサが含まれており、それは、流れが限界値を超えたときに、メイン媒体圧を、第１及び第２補助シリンダのそれぞれに供給する。そして、上記アクチュエータ又は実際に必要とされる箇所に圧力媒体が供給されるように、メインピストンが駆動される。このようにして、より迅速な応答と、より効率的な作動とが実現される。
【００１０】
この発明的な思想は、出版物には記載されていない。
【００１１】
米国特許第２９１６９２７号明細書には、第１及び第２円錐形プーリペアを有するＣＶＴが記載されており、各ペアの調節可能なプーリは、各ピストンに支配されたシリンダ空間が液圧媒体で満たされ、かつ、液圧ラインで相互接続されるとともに、各プーリが閉じたシリンダ内のピストンに接続されるように、液圧で相互に接続される。このようにして、機械的に駆動される、第１の調節可能なプーリで設定された移動が、第２の調節可能なプーリに液圧によって伝達される。
【００１２】
この発明的な思想も、出版物には記載されていない。
【００１３】
本発明は図面で明確に示されている。図面には以下の内容が示されている。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明に係る第１実施形態の主要構成部品を極めて模式的に示すものである。
【図２】図２も、本発明に係る第２実施形態の主要構成部品を極めて模式的に示すものである。
【図３】図３は、制御ピストンの位置と、それに対応するアクチュエータの位置との関係を示す。
【図４】図４は、第３実施形態を模式的に示す。
【図５】図５は、第４実施形態を模式的に示す。
【図６】図６は、第５実施形態を模式的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１において、参照符号２は、第１プーリペアを示し、参照符号４は、無段階連続可変変速機の第２プーリペアを示す。このような変速機は一般に知られている。即ち、例えば、出版物、Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｓｙｓｔｅｍ， Ｓｈｉｆｔ ａｎｄ Ｌｏｃｋ ｕｐ Ｃｌｕｔｃｈ ｃｏｎｔｒｏｌｓ Ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｆｏｒ ａ Ｌａｒｇｅ Ｔｏｒｑｕｅ Ｃａｐａｃｉｔｙ ＣＶＴ（Ｙａｍａｍｏｔｏ ｅｔ ａｌｌ， Ｊａｔｃｏ Ｌｔｄ，ＵＣ Ｄａｖｉｓ，２００４）の図１を参照。プーリペアのいずれも、トルク伝達を行い、かつ、それに掛けられた無端伝達ベルト６、例えば、出願人の名前の下、欧州特許第０７４１２５５号で知られている変速機チェインを介して、互いに回転可能に連結されている。
【００１６】
第１ペア２は、駆動シャフト８ａに固定された第１円錐形プーリ１０ａと、ハブ１２ａ上で移動可能な第２円錐形プーリ１４ａとを備えている。即ち、このプーリ１４ａの内面は、シャフト８ａに固定された後壁１６ａと共同して、導管２２ａ及びライン５８を通して圧力媒体が供給又は排出されうる第１アクチュエータチャンバ２０ａの範囲を定めている。
【００１７】
第２プーリペア４についても同様の構造が使用される。図面においては、対応する部品に、第１プーリペアについて使用された参照符号と同じもので示されるが、「ｂ」の添え字がつけられている。第２プーリペア４は、第１プーリペア２に対して、固定プーリ１０ａ及び１０ｂと、可変位置プーリ１４ａ及び１４とが、互いに左右方向に位置するように通常とおりに配置されている。そのペア４は、導管２２ｂ及びライン６２を通して圧力媒体が供給及び／又は排出される第２アクチュエータチャンバ２０ｂを備えている。
【００１８】
図１では、後壁１６ａ及び１６ｂの直径を等しく示している。それは、アクチュエータチャンバ２０ａ及び２０ｂの両方の活動ピストン表面Ａが互いに等しいことにより、それらのチャンバ内での等しい圧力で、プーリペア２及び４の両方によって、同一の型締力が変速機要素６に与えられるようになっている。
【００１９】
液圧媒体は、例えば変速機自体の液槽である液槽３０から得られる。この媒体は、適当な駆動手段、例えば電気モータで駆動されるポンプ３６によって液圧ライン３４を通して吸入される。排出ライン４２を有する制御可能なリリーフバルブ４０がポンプ３６の排出ライン３８に接続されることで、ポンプ３６の吐出側、つまり、合流点４４、並びに、液圧ライン３８、６２、６４及び６５内において、制御可能な媒体圧力が存在することが保証される。この圧力は、プーリペア２及び４の内の一つに対して、変速機要素６の滑りを防止するために必要となる、重要なトルク負荷及び変速機比率の最小値に依存して設定される。
【００２０】
別の設定も可能であり、これは、図２及び４によって明らかにされるであろう。
【００２１】
ＣＶＴの制御、つまり、第１プーリペア２及び第２プーリペア４のそれぞれの各走行半径の重要な設定は、シリンダ５２と、それに収容された単一のピストン５４とを備えるシリンダ・ピストンの組み合わせ５０を制御することで影響を受ける。このピストンの位置は、５６で示される設定手段、例えば、電気モータにより駆動される回転駆動装置で設定される。
【００２２】
液圧ライン５８は、第１プーリペアの導入口２２ａから導入され、ピストン５４上のシリンダ５０内の空間に至る。第２液圧ライン６２は、第２プーリペア４の接続部２２ｂからライン６５を通ってピストン５４の下方の空間６４に至る。この液圧ライン６２は、ライン６４を通って、合流点４４まで至る。この液圧ライン６２は、ライン６４をも通って、リリーフバルブ４０によって決定された圧力が行き渡る合流点４４まで接続されている。
【００２３】
本システムを立ち上げるときには、チャンバ２０ａ及び２０ｂの両方、シリンダ空間６０及び６４、並びに全ての液圧ラインが液圧媒体で満たされることが保証されることが必須となる。これにより、制御ピストン５４の位置により、第１プーリ１４ａの位置が直接的に制御されるとともに、第２プーリ１４ａの位置が、無端変速機チェイン６を介して間接的に制御されるようになる。これにより、ＣＶＴの変速比率が変更され、シリンダ５２内のこのピストン５４の位置が必ず変更されるようになる。ピストンが上方に移動するときには、液圧媒体は、ライン５８を通ってアクチュエータチャンバ２０ａまで流れ込む。そして、プーリ１４ａは、右方に移動する。それと同時に、液圧媒体は、アクチュエータチャンバ２０ｂから空間６４に流れ込み、プーリ１４ｂもまた、右方に移動し、同時にプーリペア２上の変速機要素の走行半径の増加に伴って、伝達ベルト６の走行半径が、第２プーリペア４の走行半径に対して減少する。アクチュエータチャンバ２０ａ、シリンダ空間６０、及び、ライン５８は、閉じた容量空間を構成するので、ある状況、例えば、プーリペア２上の伝達ベルト６の走行半径が、プーリペア４上の走行半径よりも大きくなる場合等に、アクチュエータチャンバ２０ａ内の圧力が、バルブ４０によって決定されるチャンバ２０ｂ内の圧力を超える。
【００２４】
変速機のシフト移動中、２つのアクチュエータチャンバ２０ａ及び２０ｂから排出される流量と、それに流入する流量とは、常に相等しいとは限らない。これは、ある程度、制御可能なリリーフバルブ４０を介した圧力媒体の排出によって補填される。
【００２５】
上述のシステムは、非常に単純な構造を有し、かつ少数の簡素な部品からなるとともに、比較的高い圧力で作動する可能性を伴う低いポンプ流量の結果として、非常に効率的な制御が行えるが、その一方で、ピストン５４は小さな力で十分制御できるという利点を有する。このシステムは、正確な作動を得る為には、長時間の液漏れが決してないことが要求されるという欠点がある。第２アクチュエータチャンバ２０ａから媒体が漏出することでは問題を引き起こすことが無い。その理由は、漏れにより損失した量は、ポンプ３６による補填が可能である為である。しかし、第１回路の、空間６０、ライン５８、及び第１アクチュエータチャンバ２０ａから漏れ出る場合は、プーリ１４ａは、左方に徐々に、最終的に何かに当接するまでシフト移動し、それにより、以降の制御が不能となる。
【００２６】
この問題は、上述と同じ原理に基づく図２に示される実施形態によって解決される。しかし、この実施形態は、ただ一つ追加される部品のコスト、及び、制御シリンダのわずかな変更を要することで、液漏れの場合に第１プーリの「逸走」という欠点が避けられるという利点がある。
【００２７】
図２において、これらの部品は、図１に既に示された部品と対応するもので、同じ参照符号で示されている。それらは新たに解説しない。しかしながら、図２に示される２つのプーリペアの間に重要な相違点がある。即ち、後壁１６ａの直径は、後壁１６ｂの直径よりも長いという点である。そのため、プーリペア２の活動ピストン面Ａ１は、プーリペア４の活動ピストン面Ａ２よりも広い。図２に示す実施形態では、適切な二次圧力が得られるように、例えば、変速機の液槽３０等に存在する圧力媒体３２が、２−クォードラント制御可能な制御サーボモータ７２によって駆動されるポンプ７０によって供給されている。必要なオイル流れは、変速機のシフト作動中に必要となる結果として必然的に生じる。既に説明したように、このようなシステムは、図１による実施形態でも使用することができる。図２による実施形態では、図１に示すポンプ及びリリーフバルブを有する実施形態を使用することも可能である。
【００２８】
図１による実施形態との第２に重要な相違点は、制御ピストン・シリンダの組み合わせの構造であり、これは１２６の参照符号で示される。この組み合わせは２つのパートからなる。第１のパート７４ａは、直径が短く、第２ピストン７６ｂを備える第２パート７４ｂに続く第１ピストン７６ａを有している。これは、３つの空間を規定する。即ち、
ピストン７６ａ上の第１空間７８ａ、
ピストン７６ａ及び７６ｂの間の第２空間７８ｂ、及び、
ピストン７６ｂの下方の第３空間７８ｃ、である。
【００２９】
共通するピストンロッド８０を備える２つのピストン７６ａ及び７６ｂの位置は、本実施形態で、例えば、模式的に示す、電子駆動スクリューから構成され得る電子制御手段８２で制御される。
【００３０】
ピストン７６ａ及び７６ｂをそれぞれ通過して液漏れし、空間７８ｂに入る圧力媒体は、液圧ライン８４を介して排出され、この媒体は供給３２に返される。この空間７８ｂ中の圧力は実際にゼロである。
【００３１】
ピストン７６ｂの下方の空間７８ｃは、ライン８６ａ、８６ｂを介して、ポンプ７０の吐出口に接続される。ポンプの吐出側は、このライン８６ａを介して、第２プーリペアの注入口２２ｂに接続される。そこで、全作動圧力が得られる。
【００３２】
説明した構造の目的は、全作動圧力を担うライン８６ａから第１プーリペア２の注入口２２ａに接続されたライン９０に至る媒体に微少な流れを生じさせることによって、第１プーリペアにおいて生じ得る液漏れロスを補填することにある。これは、第１プーリペア２における圧力が第２プーリペア４上での圧力よりも低いときのみに可能となる。例えば、プーリペア２上の変速要素６の走行半径が、プーリペア２上のこの要素の走行半径よりも長いときには、より大きなクランプ圧が、プーリペア４上よりもプーリペア２上で要求される。この実施形態にあるとおり、ライン９０内の圧力が、ポンプ７０により供給される第２圧力よりも大きくなることは決してなく、ピストン面Ａ１は、アクチュエータチャンバ２０ａが、必要なクランプ圧を変わることなく生じさせるように、より広いことが必要である。下方のシリンダ空間７８ｃの圧力は、第２プーリペア内での圧力に相当するが、そのために、第１プーリペア内での圧力に相当する、上方のシリンダ空間７８aの圧力よりも常時大きいことが必要である。流量制御バルブ９２を介して、ライン１２０からライン１２１に至る一定の媒体流れがもたらされる。このような制御バルブには、例えば、ＨｙｄｒａＦｏｒｃｅ社による、ＦＲ５０−２３タイプのバルブが使用できる。流量制御バルブ９２によって設定される圧力媒体の流量は、第１プーリペアでの液漏れロスを常時上回ることが要求される。そのため、液槽３０に過剰な媒体が返されるような供給が必要になる。本実施形態では、ライン９０及び１２２に接続されたライン９６を介して、制御された流量制御バルブ９４を使用し、例えば、補助液槽９８、又は、液槽３０に対して直接オイルを排出する。この媒体は、変換機の部品を潤滑し冷却するためにも使用することができる。このようなバルブには、例えば、ＨｙｄｒａＦｏｒｃｅ社による、ＺＬ７０−３０タイプのバルブが使用できる。
【００３３】
このような電子制御フロー制御バルブは、第１チャンバ２０ａからの媒体流れ、及び、第１チャンバ２０ａに至る媒体流れ、並びに、それに伴う変速機の変速比率の「精密制御」に好ましく使用することができる。上述の制御システムでは、変速機要素の走行半径が、シフト可能プーリ１４ａの軸方向の位置に連動するように作動する。この軸方向の位置は、図３のグラフに示されるようなピストン７６ａの位置に、回転することで連動する。プーリ１４ａの軸方向の位置（横軸に与えられる）を第１の位置から第２の位置に「ａ」の距離に亘ってシフト移動させたい場合には、縦軸の長手方向に沿って、「ｂ」の距離に亘ってピストン７６ａを移動させることが必要である。この相互の接続は、アクチュエータチャンバ２０ａ及びシリンダ空間７８ａの合計容量が一定のまま維持されるため、定常的に得られる。このことは、流量制御バルブ９２によって設定されるライン１２１内での媒体流れが、制御可能な流量制御バルブ９４によって設定されるライン９６内での媒体流れと等しく、かつ、媒体の漏洩が無いために過剰の媒体もない場合について全てあてはまる。アクチュエータチャンバ２０ａからその周囲に至る非常に微少な媒体漏れがあるために、プーリ１４ａは、「ａ」の値よりも幾分短い距離に亘って移動する。流量制御バルブ９４がライン９６内の媒体流量を減少させることで、アクチュエータチャンバ２０ａから僅かに生じる液漏れがいくらか補填される。この結果として、ピストン７６ａの位置とプーリ１４ａの位置との正確な関係が保証される。反対の方向にシフトする間、システムは類似する方法で作動する。
【００３４】
そのような制御システムにおいでは、ピストン７６ａ及び７６ｂの直径の比率を適切に選択することで、共通するピストンロッドを移動させるために必要な力が最小限となり、制御手段８２を駆動するために必要な力もまた最小限となる。
【００３５】
シフト可能プーリ１４ａ及び１４ｂの軸方向の変位が、変速機要素６を介して相互接続されているので、シフト可能プーリ１４ｂの軸方向の変位に基づき、この制御システムを使用することも可能である。
【００３６】
図４は、図２による本発明の実施形態の一つの変形例を示す。ここで、流量制御バルブ９２と流量制御バルブ９４は省略されている。また、ライン８６ａはライン８６ｂ及び８６ｃのみと接続されている。また、ライン８６ｄ及びライン９６の間に、ポンプ７０により接続されたライン８６ｄを介して、電子制御コントロールバルブ１００が接続されている。図４の制御システムの作動方法は、図２の制御システムの作動と、シフト可能プーリ１４ａの軸方向の位置の「正確な調整」が制御バルブ１００によって行われる点以外は同じである。制御バルブ１００及び導管９６を介して、第２媒体の流れがアクチュエータチャンバ２０ａを往来することで、プーリペア２と、制御ピストン及びシリンダの組み合わせ１２６とにおける媒体の漏洩が補填される。このようにして、ピストン７６ａ及びプーリ１４ａの間の正確な位置関係が保証される。
【００３７】
図５は、制御バルブ１００が機械的に制御されている図４の実施形態の部分図を示すものである。ここでは、レバー１０４の回転ポイント１０６に接続されているバルブ１００用の制御ロッド１０２が存在している。このレバー１０４は、回転軸１０８及び１１０の端部で、シフト可能プーリ１４ａ及びピストンロッド８０の延長部８０ａにそれぞれ接続されている。図５の実施形態が図４の実施形態と同様であることを除いて、図４にも示されている部品は、一部に示され、同一の参照符号が付与されている。
【００３８】
ピストン７６ａが左方に移動するとき、シフト可能プーリ１４ａは、右方に移動する。システムに液漏れがないとき、これらの変位は、相互に一定の比率となっており、この比率は、ピストン７６ａの直径と後壁１６ａの直径との間で選択された比率から設定される。レバー１０４上で、ポイント１０６が同じ位置に留まることが解る。このポイント１０６は、制御バルブ１００の制御ロッドに接続されている。アクチュエータチャンバ２０ａ、又は、シリンダ空間７８ａから液漏れがある場合、プーリ１４ａ及びピストン７６ａの変位の間での、上述した一定の比率が変更される。その結果、「精密チューニング」が自動的に生じるように、回転軸ポイント１０６が変位し、制御バルブ１００が作動するようになる。
【００３９】
その結果は、図４の実施形態で目標とされたとおり、電子制御バルブ１００を制御する電子制御回路に接続された変位センサを有する、変位可能なプーリ１４ａ及びピストンロッド８０を設けた場合にも得られることは言うまでもない。
【００４０】
図６は、図１の変形例を示すもので、そこでは、後壁１６ａ及び１６ｂの直径は互いに等しく、言い換えれば、アクチュエータチャンバ２０ａ及び２０ｂは、相互に等しい圧力壁Ａを備えている。この実施形態は、制御クラッチ１１８によって、駆動モータ１１４に連結されうる第２のポンプ１１２を有している。この第２ポンプは、ポイント４４からライン１１９を介して媒体を吸入し、その排出口は、一方向バルブ１１６を介してライン５８に接続されている。液漏れが発生した場合、アクチュエータチャンバ２０ａから媒体が漏出し、その結果として、プーリ１４がシフト移動するが、それは、制御の結果によるものではない。このシフト移動は、クラッチ８を作動させる場合に無効にされ、その結果、ポンプ１２を介して、媒体がライン５８に供給され、液漏れが補填される。アクチュエータチャンバ２０ａ内の圧力がアクチュエータチャンバ２０ｂ内の圧力よりも高くなることは可能である。一方向バルブ１１６は、ライン５８を介して、アクチュエータチャンバ２０ａから外部に媒体を送り返すことを防止することが可能である。クラッチ１８は、省略できることは勿論であり、その代わりに、ポンプ１１４が、電気的スイッチでオンオフされる。
【００４１】
この実施形態では、図２の実施形態と同様に、後壁１６ａ及び１６ｂの直径は、異なっていても構わないことは言うまでもなく、また、図２の７２で示される制御ピストン・シリンダの組み合わせが使用できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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