JP2006022861A - トロイダル変速装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バリエータが障害を受けるような伝動トルクの急変を招くことなく、機体の円滑走行を確保できるように、２つの切替クラッチによる伝動切替を可能とするトロイダル変速装置を提供する。
【解決手段】トロイダル変速装置は、入出力ディスク４１，４２，４３間に傾斜可能に介設するバリエータローラ４４による伝動比に応じて無段変速出力するトロイダル型バリエータ２１と、その無段変速出力を含む２入力を受けて高低のトルク域の差動出力をする遊星ギヤ機構２２と、その高低のトルク域の差動出力を伝動切替する２つの切替クラッチ２３ａ、２３ｂとを備えて構成され、上記２つの切替クラッチ２３ａ、２３ｂの動作制御は、信号に応じて夫々の伝動を断接動作する２つの伝動制御手段６１ａ，６１ｂからなり、これら２つの伝動制御手段の切替動作について両方が共に伝動接続するラップ期間（Ｔ）を設ける。
【選択図】図３

Description

本発明は、作業車両の無段変速駆動に使用されるトロイダル変速装置に関するものである。

特許文献１に示すように、作業車両の無段変速駆動に使用されるトロイダル変速装置が知られている。このトロイダル変速装置は、入出力ディスク間に介設するバリエータローラによる伝動比に応じて無段変速出力するトロイダル型バリエータと、その無段変速出力を含む２入力を受けて高低のトルク域の差動出力をする遊星ギヤ機構と、その高低のトルク域の差動出力を伝動切替する２つの切替クラッチとを備えて構成され、バリエータローラの傾斜角度を変更することにより、バリエータの変速比を無段階に調節するとともに、２つの切替クラッチによって機体の停止、逆行を含む広帯域の無段変速走行を可能とする。

しかし、上記２つの切替クラッチによる伝動切替の際に伝動トルクの急変を招き、機体走行の円滑性を欠いて搭乗のオペレータに不快感を与えるのみならず、時としてバリエータが伝動トルクの急変によって障害を受けるという問題があった。
特開２００２−１０６７０９号公報

解決しようとする問題点は、バリエータが障害を受けるような伝動トルクの急変を招くことなく、機体の円滑走行を確保できるように、２つの切替クラッチによる伝動切替を可能とするトロイダル変速装置を提供することにある。

請求項１に係る発明は、入出力ディスク間に傾斜可能に介設するバリエータローラによる伝動比に応じて無段変速出力するトロイダル型バリエータと、その無段変速出力を含む２入力を受けて高低のトルク域の差動出力をする遊星ギヤ機構と、その高低のトルク域の差動出力を伝動切替する２つの切替クラッチとを備えるトロイダル変速装置において、上記２つの切替クラッチの動作制御は、信号に応じて夫々の伝動を断接動作する２つの伝動制御手段からなり、これら２つの伝動制御手段の切替動作について両方が共に伝動接続するラップ期間を設けたことを特徴とする。
上記高低のトルク域の差動出力は、２つの切替クラッチによって伝動切替され、その切替えの際のラップ期間においては、高低のトルク域の差動出力が共に伝動接続して出力される。

本発明のトロイダル変速装置は、以下の効果を奏する。
請求項１に係る発明により、遊星ギヤ機構の高低のトルク域の差動出力は、２つの切替クラッチによって伝動切替され、その切替えの際のラップ期間においては、高低のトルク域の差動出力が共に伝動接続して出力されることから、上記ラップ期間の範囲で、切替え前の一方の伝動系の伝動トルクの残留状態において他方の伝動系に引き継がれてその間における伝動トルクの急変が防止されることとなるので、バリエータの障害を回避でき、かつ、円滑な変速により機体を走行駆動することができる。

本発明の実施の形態について、以下に図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る油圧制御装置が適用されるトロイダル変速装置を搭載した作業車両の１例を示す農用トラクタの側面図である。この農用トラクタは、左右前輪ａと左右後輪ｂとを備え、機体前部にエンジンｃを搭載し、このエンジンｃの回転動力を変速装置１に伝達し、この変速装置１で適宜減速された動力を前輪ａと後輪ｂとに伝達するとともに、後部のＰＴＯ軸ｋを介して作業機Ｋ１に出力するように構成している。また、オペレータによる操作のために、ステアリングハンドルｈの前方に運転状態を表示するモニタｍ、下方にアクセルペダルｐ、変速装置１の上部に設けた操縦席ｑの側方に変速レバー７等が配置され、制御部Ｃにより油圧制御部を介して自動変速可能に構成される。

上記変速装置１には、ＰＴＯ軸ｋの伝動系とともに、トロイダル変速機構による走行伝動系を備える。このトロイダル変速機構は、図２の要部構成側面図に示すように、軸端（図中の右端）側から動力を受ける走行伝動軸５について、フルトロイダル型バリエータによる変速部２１、仕切壁９の後側に続く遊星ギヤ機構による差動部２２、Ｈｉ・Ｌｏの２つのクラッチ２３ａ、２３ｂからなる高低切替部２３等を走行伝動軸５の軸線上に構成し、ミッションケース内の仕切壁９によって画成された所定の区画内に配置する。

バリエータ２１は、前後配置の２つの入力ディスク４１，４２と、その間に配置した出力ディスク４３と、互いの対向面を円環凹面状に形成してこれらの対向面間に例えば１２０°の等分周間隔で介設する前後３つのバリエータローラ４４…とによって構成する。前側の入力ディスク４１は、その内部ピストンによって軸線方向に作用するエンドロードの油圧を受けつつ走行伝動軸５によって一体に回動支持し、出力ディスク４３は、後方に延びるスリーブ状の伝動部材４５を取付けて走行伝動軸５上に軸支するとともに、同伝動部材４５上に後側の入力ディスク４２を軸支することにより、バリエータローラ４４…の傾斜状態に応じた無段変速動力を出力ディスク４３により出力する。このバリエータローラ４４…は、専用作動油を受けることにより伝動性を確保し、また、その進退位置を制御する油圧系により傾斜角度が調節されて無段変速伝動を行う。

変速装置１の油圧制御系は、図３のシステム系統図に示すように、バリエータ２１については、各バリエータローラ４４…を進退駆動する複動型の作動シリンダ４４ａ…を備え、かつ、それぞれのシリンダロッド４４ｂ…に形成した油路を介して専用作動油を供給し、入力ディスク４１，４２と出力ディスク４３との間の伝動を確保しつつ潤滑と冷却を行うとともに、各作動シリンダ４４ａによるバリエータローラ４４…の進退駆動と走行伝動軸５の軸端入力によるエンドロードＥとを制御する。これらの作動油は所定区画内に限定してバリエータ専用に循環使用する。

詳細には、バリエータローラ４４…の作動シリンダ４４ａ…は、すべてを並列に油圧接続してその伸長側および短縮側の作用油圧をそれぞれ制御する伸長用および短縮用の２つの油圧制御部を介設する。これら２つの油圧制御部は、ポンプＰから作動油をそれぞれ受け、入力電流信号に応じて油圧を調節する電磁比例減圧弁５３，５３と、その出力圧をパイロット圧として作用油圧の調節が可能な可変レデュースバルブ５４，５４とにより構成する。

また、上記作動シリンダ４４ａ…の伸長側と短縮側との油路間にはシャトル弁５５を介設し、このシャトル弁５５により夫々の制御圧Ｓ１，Ｓ２の高い方をバリエータ２１のエンドロードＥに直接供給するように構成することにより、バリエータローラ４４…の傾斜動作による速度変更と対応してエンドロードを制御して各バリエータローラ４４…の転動接触圧を調整する。このようにエンドロードＥを供給することにより、従来のような中間バルブを介して一定圧力に制御するレデュースバルブからの圧力を接続し、シリンダ圧Ｓ１，Ｓ２とエンドロード圧力をパイロット圧力としてエンドロード圧力を制御していた構成と比較し、応答性、エンドロード圧力の低下によるトルク不足やバリエータローラ４４…の飛び出し、コストアップ等の問題を解消することができる。

上記高低切替部２３は、走行伝動軸５の後段部の２つのクラッチ２３ａ、２３ｂによるＨｉＬｏ切替クラッチと伝動ギヤ軸２３ｇとによって構成し、その２つのクラッチ２３ａ、２３ｂに対応して２つの電磁比例減圧弁６１ａ，６１ｂを設け、制御信号に応じて夫々の伝動を断接動作する２つの伝動制御手段を構成する。その２つの電磁比例減圧弁６１ａ，６１ｂは、対応するＨｉ・Ｌｏの２つのクラッチ２３ａ、２３ｂの切替時に両方が共に伝動接続するラップ期間Ｔを設けて制御することにより、上記高低のトルク域の差動出力は、２つの切替クラッチによって伝動切替され、その切替えの際のラップ期間Ｔにおいて２つのクラッチ２３ａ、２３ｂに入力される高低のトルク域の差動出力が共に伝動接続して出力される。

Ｈｉ・Ｌｏ切替制御部は、旋回クラッチ切替制御部と一体的にバルブスタックを構成する。詳細には、図４の内部回路図と、図５の正面図（ａ）、側面図（ｂ）に示すように、２つの電磁比例減圧弁６１ａ，６１ｂをＨｉ・Ｌｏブロックベース６２によってバルブブロックを構成し、また、左右の旋回用クラッチを制御する電磁制御弁６３とその圧力調節用の電磁比例減圧弁６４を旋回ブロックベース６５によってバルブブロックを構成し、両バルブブロックをスタックに構成する。

この場合、Ｈｉ・Ｌｏ切替制御部は、図６の正面図に示すように、そのＨｉ・Ｌｏベース６２を図７の正面図（ａ）と内部回路図（ｂ）に示すレデュースバルブ用のブロックベースと共用構成し、また、旋回クラッチ切替制御部も同様にレデュースバルブ用のブロックベースによって共用構成する。

上記構成の高低切替部２３の油圧制御の切替動作は、Ｈｉ、Ｌｏを切替える時に、各クラッチの作動時間を互いにカバーするように別々の切替弁６１ａ，６１ｂによって両者をラップさせるように制御する。その具体的なＨｉＬｏクラッチの切替制御は、図８（ｂ）のクラッチ動作特性図に示すように、所定の回転（例えば４０ｒｐｍ）以内で一定時間についてＨｉ側およびＬｏ側が同時に入り、かつ、クラッチの作動時間を考慮してＨｉ側を先に入れ（シリンダ作動圧Ｓ１，Ｓ２も同様）、かつ、図９（ａ）のＨｉＬｏクラッチとバリエータの制御圧力特性図に示すように、バリエータトルクに追従して圧力制御を行う。

上記のようにクラッチ制御することにより、バリエータ２１、遊星ギヤ機構２２、Ｈｉ―Ｌｏクラッチ２３等からなるトロイダル変速装置において、図８（ａ）のようなクラッチの作動時間によるエンドロード圧力の落ち込みを回避し、Ｈｉ―Ｌｏを切替える時にＨｉ―Ｌｏのクラッチ作動時間をカバーできるので、エンドロード圧力を保持してローラトルクを確保しつつ、作動シリンダ４４ａの一方の圧力（Ｓ１）を抜く前に他方の圧力（Ｓ２）を立てることができる。また、図９（ｂ）のトルク特性図に示すように、クラッチトルクをバリエータトルクの１０〜１５％増に設定することにより、機体走行時のタイヤスリップ、大きな凹凸等の外乱によるスパークをカットしてバリエータディスクの滑りや損傷を防止することができる。

このように、バリエータ２１、遊星ギヤ機構２２、Ｈｉ―Ｌｏクラッチ２３等からなるトロイダル変速装置においては、バリエータローラ４４…の飛び出し防止のために、エンドロード圧力を保持してトルクを確保し、この間に、別々の切替弁６１ａ，６１ｂによって両者をラップさせるようにしてＨｉ―Ｌｏのクラッチ作動時間をカバーすることができる。したがって、Ｈｉ―Ｌｏを切替える時のショックが低減されるとともに、耐コンタミ性を含めてバリエータローラの保護・耐久性向上が可能となる。

上記構成のトロイダルＣＶＴによる車速制御は、４ＷＤの回転センサを用いて車速を検出し、車速一定モードではバリエータのピストン圧にフィードバックすることで車速を可能な限りの制御スピードを用いて一定とする。この定速制御により、トロイダルＣＶＴにおける減速比は、バリエータ部のピストン圧を制御することにより、トルク変動にて変化するので、車速を一定とするためにはピストン圧を車速に追従させる必要がある。したがって、通常、車速に追従して減速比を変化させるとショックが大きいが、無段変速により、スムーズに車速一定となる。

トロイダルＣＶＴ用の切替レバー７１は、図１０の斜視図のように、通常の前後進レバー位置に、ニュートラル、走行モード、作業モードの切替区分７２により切替え可能に構成する。この切替区分７２により、ニュートラル位置を感知するとエンジンを始動し、使用頻度の高い走行モード、作業モードの切替えを可能とする。

本発明の作業車両の側面図である。 トロイダル変速機構の要部構成縦断面図である。 バリエータの油圧制御例を示すシステム系統図である。 切替制御部のバルブブロックの内部回路図である。 切替制御部のバルブブロックの正面図（ａ）、側面図（ｂ）である。 Ｈｉ・Ｌｏ切替制御部の正面図である。 レデュースバルブのブロックベースの正面図（ａ）と内部回路図（ｂ）である。 ＨｉＬｏクラッチの切替制御のクラッチ動作特性図である。 ＨｉＬｏクラッチとバリエータの制御動作特性図である。 切替レバーの斜視図である。

符号の説明

１ 変速装置
５ 走行伝動軸
７ 変速レバー
２１ 変速部（トロイダル型バリエータ）
２２ 遊星ギヤ機構（差動部）
２３ 高低切替部
２３ａ，２３ｂ クラッチ
２３ｇ 伝動ギヤ軸
４１，４２ 入力ディスク
４３ 出力ディスク
４４ バリエータローラ
４４ａ 作動シリンダ
４４ｂ シリンダロッド
６１ａ，６１ｂ 電磁比例減圧弁（伝動制御手段）
Ｓ１，Ｓ２ シリンダ作動圧
Ｔ ラップ期間

Claims (1)

1. 入出力ディスク（４１，４２、４３）間に傾斜可能に介設するバリエータローラ（４４）による伝動比に応じて無段変速出力するトロイダル型バリエータ（２１）と、その無段変速出力を含む２入力を受けて高低のトルク域の差動出力をする遊星ギヤ機構（２２）と、その高低のトルク域の差動出力を伝動切替する２つの切替クラッチ（２３ａ，２３ｂ）とを備えるトロイダル変速装置において、
   上記２つの切替クラッチ（２３ａ，２３ｂ）の動作制御は、信号に応じて夫々の伝動を断接動作する２つの伝動制御手段（６１ａ、６１ｂ）からなり、これら２つの伝動制御手段（６１ａ、６１ｂ）の切替動作について両方が共に伝動接続するラップ期間（Ｔ）を設けたことを特徴とするトロイダル変速装置。
   

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