齒輪裝置以及搭載該齒輪裝置的車輛的製作方法
2023-06-30 20:45:11 1
齒輪裝置以及搭載該齒輪裝置的車輛的製作方法
【專利摘要】提供齒輪裝置以及搭載該齒輪裝置的車輛，將對驅動的齒輪進行冷卻及潤滑的潤滑油調整到與車輛的車速相對應的油溫和油量。從變速器(齒輪裝置)(1)的外殼(框體)(11)的下部通過循環泵(13)將潤滑油(OL)供給到熱交換器(12)，通過上述熱交換器(12)使發動機冷卻水(W)和潤滑油(OL)進行熱交換，在調整潤滑油(OL)的油溫的變速器(1)中，將上述循環泵(13)停止時存積在油底殼(11a)中的潤滑油(OL)的油麵作為最高油麵(L1)，將上述循環泵(13)汲取的潤滑油(OL)的油量最大時存積在油底殼(11a)中的潤滑油(OL)的油麵作為最低油麵(L2)，將上述熱交換器(12)在上述外殼(11)的外部配設在高於上述最高油麵(L1)的位置，並且具備為了調整在上述最高油麵(L1)和最低油麵(L2)間變動的油麵(OL)的高度而控制上述潤滑泵(13)汲取的油量的控制裝置(20)。
【專利說明】齒輪裝置以及搭載該齒輪裝置的車輛
【技術領域】
[0001]本發明涉及通過部件個數較少的構成來對潤滑油的油溫和油量進行控制的齒輪裝置以及搭載該齒輪裝置的車輛。
【背景技術】
[0002]一般，變速器(變速裝置)、差速器(差動裝置)等齒輪裝置為，向各機構供給齒輪油(潤滑油)而對各機構進行潤滑，並且對各機構進行冷卻。基於該齒輪油的潤滑的作用是通過在各機構中由齒輪油形成油膜來減少金屬彼此的摩擦而使滑動良好，冷卻的作用是吸收由於摩擦等而產生的熱量並將該熱量傳遞到外部。
[0003]但是，該齒輪油為了保持油膜而粘度較高。該粘度具有溫度越高則變得越低這種特性。因而，低溫時的齒輪油的粘度較高，因此在車輛中產生由於摩擦(摩擦阻力)的增加而引起的驅動損失，成為使燃料消耗率惡化的原因之一。
[0004]另一方面，從節能的觀點出發，使車輛的燃料消耗降低的情況正在快速發展。因此，通過降低由低溫時的齒輪油產生的摩擦來使車輛的燃料消耗率提高，對於為了實現節能化來說成為重要的課題。
[0005]以往，變速器(變速裝置)、差速器(差動裝置)等齒輪裝置的預熱為，自然地通過齒輪齒面的摩擦、潤滑油和潤滑油的攪拌能量、或者來自發動機(內燃機)的傳熱來升溫。因此，齒輪裝置不特別地具備促進預熱的裝置。此外，齒輪裝置將規定的油量充滿到外殼(框體)內、以浸潰狀態進行潤滑及冷卻，因此由於由攪拌阻力導致的驅動損失的增加而燃料消耗率惡化。
[0006]尤其是，從冷卻水的水溫及潤滑油的油溫較低的狀況開始的發動機的冷起動(低溫起步)，是不能夠忽視潤滑油的粘性阻力的狀況，即使以怠速時的噴射量為例，為了使其穩定在作為怠速轉速而設定的值，相對於熱起動也需要更多的燃料。由於變速器、差速器遠離熱的產生源即發動機，因此到油溫上升為止花費時間，行駛阻力難以下降，因此燃料消耗率惡化。該影響在外部氣溫較低時更加顯著。因此，需要使變速器的潤滑油的油溫快速上升。
[0007]因此，存在如下裝置，將油導向熱交換器，在變速器的油溫度較低時，通過發動機出口緊後的冷卻水將其加熱，此外，在油溫度較高時，通過被發動機加熱前的冷卻水將其冷卻(例如參照專利文獻I)。但是，尤其是，為了在冷起動時使油溫快速上升，僅通過熱交換器的加熱不能夠解決。
[0008]另一方面，還存在如下油溫控制裝置，具備進行潤滑油的熱交換的熱交換器，並具備計測變速器的油溫的油溫傳感器和控制潤滑油的流量的油用控制閥，通過油用控制閥來控制向熱交換器的油量，而控制油溫(例如參照專利文獻2)。但是，該裝置是油溫成為高溫時的控制裝置，而不是積極地使油溫上升的控制裝置，因此不能夠降低由低溫的潤滑油引起的摩擦。
[0009]現有技術文獻[0010]專利文獻
[0011]專利文獻1:日本特開2001-128304號公報
[0012]專利文獻2:日本特開平6-315206號公報
【發明內容】
[0013]發明要解決的課題
[0014]本發明是鑑於上述問題而進行的，其目的在於提供齒輪裝置和搭載該齒輪裝置的車輛，能夠通過與以往相比部件個數較少的構成來控制潤滑油的油溫和油量，在油溫較低的情況下，通過油溫的上升較快而使粘性阻力降低的情況與油量減少的情況的相乘效果，使驅動損失降低，從而能夠實現低燃料消耗率。
[0015]用於解決課題的手段
[0016]用於實現上述目的的齒輪裝置構成為，從齒輪裝置的框體的下部通過循環泵將潤滑油向熱交換器供給，通過上述熱交換器使內燃機的冷卻水和潤滑油進行熱交換，而調整潤滑油的油溫，在該齒輪裝置中，將上述循環泵停止時存積在上述下部的潤滑油的油麵作為最高油麵，將上述循環泵汲取的潤滑油的油量最大時存積在上述下部的潤滑油的油麵作為最低油麵，將上述熱交換器在上述框體的外部配設在高於上述最高油麵的位置，並且具備控制裝置，該控制裝置為了調整在上述最高油麵和上述最低油麵之間變動的油麵的高度，而控制上述循環泵汲取的油量。
[0017]根據該構成，根據潤滑油的油溫，以外殼(框體)內的潤滑油的油麵的高度成為最佳的方式，對循環泵的汲取量進行控制，並向處於高於油麵的位置的熱交換器汲取。由此，從變速器外殼分離的潤滑油能夠與發動機(內燃機)的冷卻水進行熱交換。因此，與發動機的冷卻水的溫度相匹配，在潤滑油的溫度為低溫時以使溫度上升的方式起作用，在潤滑油的溫度為高溫時以使溫度降低的方式起作用。尤其是，在潤滑油為低溫時，當使其與由發動機加熱後的冷卻水進行熱交換時，通過油溫的上升較快而粘性阻力降低的情況與潤滑油的油量減少的情況的相乘效果，而驅動損失降低，能夠實現低燃料消耗率。
[0018]此外，由於將被輸送潤滑油的熱交換器配置在比齒輪裝置的油麵高度更高的位置，因此在循環泵停止中保持在通常的油麵位置，在工作中汲取潤滑油而將熱交換器內的容積量或與循環泵的揚程能力相對應的容積提升至油麵上方，因此能夠降低齒輪裝置內的油麵。不需要具備調整油量的閥等複雜的機構，而僅通過使循環泵的汲取量即循環泵的轉速變化，就能夠調整油麵的高度。
[0019]此外，上述齒輪裝置構成為，具備:對具備齒輪裝置的車輛的車速進行檢測的車速傳感器；對潤滑油的油溫進行檢測的油溫傳感器；以及對上述油麵的高度進行檢測的油量液位傳感器，上述控制裝置具有根據上述車速來控制上述汲取油量以便調整上述油溫和上述油麵的高度的單元。
[0020]根據該構成，能夠控制循環泵的汲取量，以便成為與車速(最高檔軸的轉速)相對應的最佳的油量。此外，能夠控制循環泵的汲取量，而將油麵的高度保持為總是高於最低油麵，使其不會產生由於吸入空氣而引起的油膜切斷。
[0021]此外，上述齒輪裝置構成為，上述冷卻水由通過內燃機加熱後的冷卻水構成，上述控制裝置具有在上述內燃機進行低溫起步時對上述汲取油量進行控制、以使上述油溫上升並且使上述油麵下降到上述最低油麵附近的單元。
[0022]在使車輛從水溫及油溫較低的狀況起進行冷起動時，由於變速器及差速器遠離熱的產生源，因此到油溫上升位置花費時間。根據上述構成，對油溫進行計測而對循環泵的汲取量進行控制，因此通過為了抑制不需要的冷卻而將油麵保持為最佳、即使油麵的高度降低到最低油麵附近，並且使油溫快速上升而降低油的粘性阻力，由此能夠使燃料消耗率提聞。
[0023]並且，用於實現上述目的的車輛構成為，搭載上述齒輪裝置。根據該構成，能夠得到與上述同樣的作用效果。
[0024]發明的效果
[0025]根據本發明，能夠通過與以往相比部件個數較少的構成來控制潤滑油的油溫和油量，在油溫較低的情況下，通過油溫的上升較快而使粘性阻力降低的情況與油量減少的情況的相乘效果，使驅動損失降低，從而能夠實現低燃料消耗率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1是表示本發明的實施方式的齒輪裝置的平面圖。
[0027]圖2是表示圖1的I1-1I的側視圖。
[0028]圖3是表示向本發明的實施方式的齒輪裝置輸送的內燃機的冷卻水的側視圖。
[0029]圖4是表示向本發明的實施方式的齒輪裝置輸送的通過了散熱器的冷卻水的側視圖。
【具體實施方式】
[0030]以下，參照附圖對本發明的實施方式的齒輪裝置及車輛進行說明。關於本發明的實施方式的齒輪裝置，由於是車輛所搭載的一般的變速器，因此省略與變速器的構成相關的圖的記載和說明。此外，本發明的實施方式的齒輪裝置並不限定於手動變速器、自動變速器及半自動變速器，而能夠應用於差速器等齒輪與潤滑油共存的裝置。
[0031]如圖1所示，齒輪裝置I是變速器，經由離合器2使發動機(內燃機)3的動力從軸4通過內部所具備的齒輪G變速而傳遞到傳動軸5。變速器(齒輪裝置)1為，在內部具備多個齒輪G的外殼(框體)11的外部，具備熱交換器12、循環泵13、潤滑油配管14a、15a、16及發動機冷卻水配管17、18。此外，具備控制裝置20、車速傳感器21、油溫傳感器22及油量液位傳感器23。此處，空心箭頭表示潤滑油OL的流動，箭頭表示發動機冷卻水W的流動。
[0032]如圖2所示，具備潤滑油OL從外殼11的出口 14b和向外殼11的入口 15b。在外殼11的下部設置有存積潤滑油OL的油底殼11a。此外，將循環泵13停止的狀態時、即存積在油底殼Ila中的潤滑油OL的油量成為最大時的油麵LO的高度作為最高油麵LI，將循環泵13汲取的潤滑油OL的量成為最大時、即存積在油底殼Ila中的潤滑油OL的油量成為最小時的油麵LO的高度作為最低油麵L2。
[0033]將熱交換器12與第一冷卻水配管17及第二冷卻水配管18連接，以便通過發動機冷卻水W來加熱或冷卻潤滑油0L。第一冷卻水配管17是從發動機3流入發動機冷卻水W的配管，第二冷卻水配管18是從熱交換器12流出熱交換後的發動機冷卻水W的配管。此夕卜，將熱交換器12在外殼11的外部配置於高度H。該高度H高於潤滑油OL的油麵LO即可，因此使其高於最高油麵LI。熱交換器12例如能夠使用雙重管式熱交換器、螺旋式熱交換器、板式熱交換器及罐套(tank jacket)式熱交換器等，只要是潤滑油OL和發動機的冷卻水能夠進行熱交換的構成即可。
[0034]循環泵13由能夠通過齒輪式或者螺杆式的轉子的旋轉來調整油量的轉子泵形成，構成為將存積在油底殼Ila中的潤滑油OL向熱交換器12汲取。該循環泵13是通過殼體內的轉子的旋轉來連續地輸送液體的泵，由於沒有複雜機構的閥等，因此能夠非常簡單地通過高速旋轉來實現高壓的產生。此外，能夠通過控制其轉子的旋轉來調整潤滑油OL的流量。循環泵13並不限定於上述構成，還能夠使用往復式泵等。
[0035]將潤滑油OL的出口 14b配置在低於最低油麵L2的位置。通過配置在低於最低油麵L2的位置，能夠防止空氣流入出口 14b，能夠防止循環泵13的誤動作等。此外，將潤滑油OL的入口 15b配置在高於最高油麵LI的位置。優選構成為，在使潤滑油OL向外殼11返回時，以沿著外殼11的內壁的方式向油底殼Ila返回。通過該構成，能夠防止潤滑油OL內的氣蝕。
[0036]控制裝置20構成為，如個人計算機那樣具備通信單元、存儲單元等，與車速傳感器21、油溫傳感器22及油量液位傳感器23連接，接收各傳感器檢測出的數據，並根據該數據來控制循環泵13。控制裝置20隻要是上述構成，則可以設置在車輛內的任意位置。在如今的車輛中進行各種各樣的電子控制，也可以將控制裝置20作為該電子控制之一來組裝。
[0037]車速傳感器21由線式傳感器、電磁式傳感器形成。該傳感器是對最高檔軸(未圖示)的轉速進行檢測、並根據傳動比來計算車速的傳感器。此外，能夠使用由設置在發動機3中的曲軸轉角傳感器來檢測發動機3的轉速並計算車速的方法、由設置在傳動軸5、驅動輪(未圖示)的根部等的車速傳感器來計算車速的方法等。
[0038]將油溫傳感器22設置在潤滑油OL的出口 14b附近，其由直接將油引入儀表內而顯示油溫的機械式油溫計、通過傳感器的電阻值的上下動而在電氣儀表上顯示潤滑油OL的溫度的電磁式油溫計形成。油溫傳感器22優選在油底殼Ila內設置在常時浸潰在潤滑油OL中的部位。
[0039]將油量液位傳感器23設置在外殼11的內部。該油量液位傳感器23能夠使用浮子式液位傳感器、電磁式液位傳感器、氣泡式液位傳感器、光學式界面液位傳感器、超聲波式液位傳感器及音叉式液位傳感器等。該油量液位傳感器23對油麵LO進行檢測。
[0040]車速傳感器21、油溫傳感器22及油量液位傳感器23通常搭載在車輛上，當使用其原來所搭載的傳感器時，不需要特意另行設置。
[0041]對上述變速器I的動作進行說明。控制裝置20計算與車速傳感器21檢測出的車速或者最高檔軸的轉速相對應的最佳油溫和最佳油量(外殼11內的油麵LO的高度為最佳高度)。控制裝置20將該最佳油溫和最佳油量與油溫傳感器22檢測出的油溫和油量液位傳感器23檢測出的油量進行比較，而決定轉子泵即循環泵13的轉子的轉速。循環泵13使轉子按照控制裝置20決定的轉速旋轉，汲取潤滑油0L。所汲取的潤滑油OL在熱交換器12中與發動機冷卻水W進行熱交換，而返回到外殼11內的油底殼Ila中。
[0042]控制裝置20通過控制潤滑油OL的汲取量，由此根據車速和油溫在最高油麵LI和最低油麵L2之間調整油底殼Ila的油麵LO的高度。例如，在潤滑油OL的油溫較低而粘性阻力較高的情況下，為了使油溫上升而向熱交換器12汲取潤滑油0L，並且通過較多地汲取，來減少外殼11內的粘性阻力較高的潤滑油OL的油量而降低齒輪G的攪拌阻力。此外，在潤滑油OL的油溫較高的情況下，為了使油溫降低而向熱交換器12汲取潤滑油0L，並且通過減少汲取量，來增加外殼11內的潤滑油OL的油量而保持潤滑性。
[0043]通過上述動作，以成為與車速或者最高檔軸的轉速相對應的最佳的油溫和最佳的油麵LO的高度的方式，控制循環泵13的轉速，將潤滑油OL汲取到配置在高於最高油麵LI的位置的熱交換器12。因此，從外殼11分離的潤滑油OL能夠與發動機冷卻水W進行熱交換，因此能夠與冷卻水W的溫度相對應地調整潤滑油OL的溫度。
[0044]一般，冷卻水W的溫度被控制在60°C?90°C，特別是對發動機的預熱起作用。因而，在潤滑油OL的溫度較低而粘性阻力較高時，通過加快油溫的上升而降低粘性阻力的情況與減少外殼11內的油量的情況的相乘效果，而驅動損失降低，能夠實現低燃料消耗率。另一方面，根據發動機冷卻水W的溫度來調整潤滑油OL的油溫，因此還具有使潤滑油OL不會變得過於高溫的效果。
[0045]此外，將熱交換器12配置在高於最高油麵LI的位置，熱交換器12內的容積量或者與循環泵13的揚程能力相對應的容積被抬高到油麵LO上方，因此僅通過對循環泵13的汲取量進行調整就能夠控制油量的調整，因此部件個數也較少。並且，能夠將循環泵13的轉速控制為，油麵LO處於最高油麵LI與最低油麵L2之間，尤其能夠控制為，使油麵LO的最低位置成為必定與外殼11內部的齒輪接觸、不吸入空氣而不產生油膜切斷的位置。
[0046]接著，說明發動機3的冷卻系統。如圖3所示，發動機3具備水冷式的冷卻系統30。該冷卻系統30具備散熱器31和水套32。此外，該冷卻系統30具備第一帶輪33、帶34、第二帶輪35、冷卻風扇36、水泵37、油冷卻器38及恆溫器39。
[0047]恆溫器39根據發動機冷卻水W的水溫而動作，對向散熱器31的水路進行開閉。通常，恆溫器39是為了加快發動機3的預熱而設置的，例如以如下方式運轉:在冷卻水W的溫度為60°C前後時被設定為10%的開度、在85°C前後時被設定為100%的開度，僅在需要降低冷卻水W的溫度時使發動機冷卻水W通過散熱器31。
[0048]圖3表示加快發動機3的預熱的情況下的恆溫器39的運轉情況和此時的發動機冷卻水W的流路Rl。在發動機冷卻水W的溫度較低時，發動機3也較冷，發動機3的潤滑油的油溫也較低。在這種情況下，需要將發動機3加熱到適宜溫度而提高燃燒效率。因此，減小恆溫器39的開度，以發動機冷卻水W不通過散熱器31的方式堵塞流路，使流路Rl形成為，發動機冷卻水W僅在水套32的內部循環。由於發動機冷卻水W不通過散熱器31，因此未被冷卻而進行循環。
[0049]此時，在變速器I中，由於潤滑油OL的油溫較低，因此為粘性阻力較高的狀態。控制裝置20判斷為油溫傳感器22檢測出的潤滑油OL的油溫較低，使循環泵13的轉速提高，而增加潤滑油OL的汲取量，使外殼11內的潤滑油OL的油麵LO的高度下降到最低油麵L2附近。此後，由發動機3加熱後的發動機冷卻水W向熱交換器12流入，並以提高潤滑油OL的溫度的方式起作用。
[0050]根據上述動作，通過熱交換器12使潤滑油OL的油溫提高、並且減少存積在油底殼Ila中的潤滑油OL的量，由此防止當潤滑油OL為低溫、粘度過高時產生的粘性阻力導致的能量損失，並且能夠通過減少油量來進一步防止能量損失。結果，能夠防止燃料消耗率惡化。
[0051]另一方面，圖4表示以發動機3不會變得過於高溫的方式對發動機3進行冷卻的情況下的恆溫器39的運轉情況和發動機冷卻水W的流路R2。在發動機冷卻水W的溫度為高溫時,發動機3也成為高溫，潤滑油也成為高溫。當潤滑油成為高溫、粘度過低時,金屬上的潤滑油的油膜變薄，潤滑性顯著降低而產生磨耗、燒結。因此，以不成為過於高溫的方式增大恆溫器39的開度，以使發動機冷卻水W通過散熱器31的方式開放流路、形成流路R2。
[0052]對發動機冷卻水W的水溫較高的情況下的冷卻系統30的動作進行說明。通過軸4的旋轉而第一帶輪33旋轉，相對應地第二帶輪35旋轉。通過第二帶輪35旋轉，而冷卻風扇36和水泵37旋轉。冷卻風扇36向散熱器31送風而冷卻通過散熱器31的發動機冷卻水W，水泵37旋轉而發動機冷卻水W在水套32內部循環。發動機冷卻水W在通過散熱器31時被冷卻，因此對發動機3進行冷卻。
[0053]此時，在變速器I中，潤滑油OL的溫度也成為高溫，與發動機3同樣，需要不使油溫上升。在潤滑油OL為高溫的狀態下，粘度變低、油膜變薄，會產生磨耗、燒結。因而，控制裝置20為了不使油膜變薄而降低循環泵13的轉速，抑制潤滑油OL的汲取量，將外殼11內的潤滑油OL的油膜LO的高度提高到最高油麵LI附近。此時，相對被冷卻的發動機冷卻水W向熱交換器12流入，以使潤滑油OL的油溫不會成為過於高溫的方式起作用。
[0054]根據上述動作，能夠通過熱交換器12使潤滑油OL不會成為過於高溫，能夠防止潤滑油OL的粘度降低，能夠維持潤滑性。此外，為了不使油膜變薄而增加存積在油底殼Ila中的潤滑油OL的量，由此能夠保持冷卻性及潤滑性。
[0055]除了上述構成，在想要提高潤滑油OL的冷卻性的情況下，也可以設置將由散熱器31冷卻了的發動機冷卻水W導向熱交換器12的配管。構成為，以根據油溫來控制所使用的配管的方式設置閥裝置，在潤滑油OL的油溫為低溫的情況下，通過上述構成的配管來促進變速器I的預熱，在潤滑油OL的油溫為高溫的情況下，利用從散熱器31直接連接的配管來降低油溫。通過該構成，在潤滑油OL的油溫較高的情況下，能夠與進一步被冷卻了的發動機冷卻水W進行熱交換，能夠冷卻油溫。
[0056]產業上的可利用性
[0057]本發明的齒輪裝置及搭載了該齒輪裝置的車輛為，能夠調整油溫，並且能夠調整齒輪裝置內部的油量，因此通過油溫和油量的調整的相乘效果，能夠解決由潤滑油的溫度變化導致的問題，尤其是能夠降低由油溫較低時的粘性阻力引起的驅動損失，能夠防止燃料消耗率惡化。因此，能夠用於卡車等車輛。
[0058]符號的說明
[0059]I 齒輪裝置
[0060]2 離合器
[0061]3 發動機
[0062]11外殼(框體)
[0063]12熱交換器
[0064]13循環泵
[0065]14a、15a、16 潤滑油配管
[0066]14b 出口[0067]15b 入口
[0068]17、18發動機冷卻水配管
[0069]20控制裝置
[0070]21車速傳感器
[0071]22油溫傳感器
[0072]23油量液位傳感器
[0073]30冷卻系統
[0074]31散熱器
[0075]32水套
[0076]36冷卻風扇
[0077]37水泵
[0078]39恆溫器
【權利要求】
1.一種齒輪裝置，從齒輪裝置的框體的下部通過循環泵將潤滑油向熱交換器供給，通過上述熱交換器使內燃機的冷卻水和潤滑油進行熱交換，而調整潤滑油的油溫，其特徵在於， 將上述循環泵停止時存積在上述下部的潤滑油的油麵作為最高油麵，將上述循環泵汲取的潤滑油的油量最大時存積在上述下部的潤滑油的油麵作為最低油麵， 將上述熱交換器在上述框體的外部配設在高於上述最高油麵的位置， 並且具備控制裝置，該控制裝置為了調整在上述最高油麵和上述最低油麵之間變動的油麵的高度，而控制上述循環泵汲取的油量。
2.如權利要求1所述的齒輪裝置，其特徵在於， 具備:對具備齒輪裝置的車輛的車速進行檢測的車速傳感器；對潤滑油的油溫進行檢測的油溫傳感器；以及對上述油麵的高度進行檢測的油量液位傳感器， 上述控制裝置具有根據上述車速來控制上述汲取油量以便調整上述油溫和上述油麵的高度的單元。
3.如權利要求1或2所述的齒輪裝置，其特徵在於， 上述冷卻水由通過內燃機加熱後的冷卻水構成， 上述控制裝置具有在上述內燃機進行低溫起步時對上述汲取油量進行控制、以使上述油溫上升並且使上述油麵下降到上述最低油麵附近的單元。
4.一種車輛，其中， 搭載了權利要求1?3中任一項所述的齒輪裝置。
【文檔編號】F16H57/04GK103547839SQ201280024083
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年5月10日 優先權日:2011年5月19日
【發明者】菊地武, 石川直也 申請人:五十鈴自動車株式會社