JP2006316879A - 機械油圧ハイブリッド式変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷の正転駆動時及び逆転駆動時の両方において動力伝達効率を向上させることができる機械油圧ハイブリッド式変速機を提供する。
【解決手段】負荷４０を正転方向に駆動する場合は、クラッチＣＬ１の係合によりエンジン１０の動力を油圧式変速機１４及び動力伝達軸２２に分配して油圧式変速機１４及び動力伝達軸２２の両方を介し負荷４０へ伝達する。一方、負荷４０を逆転方向に駆動する場合は、クラッチＣＬ２の係合によりエンジン１０の動力を油圧式変速機１４及び反転機構Ｐ３に分配して油圧式変速機１４及び反転機構Ｐ３の両方を介し負荷４０へ伝達する。
【選択図】図１

Description

本発明は、機械油圧ハイブリッド式変速機に関し、特に、原動機からの動力を作動油の動力を介し変速して負荷へ伝達することが可能な油圧式変速機と、原動機からの動力を負荷へ機械的に伝達することが可能な動力伝達部と、が設けられた機械油圧ハイブリッド式変速機に関する。

この種の機械油圧ハイブリッド式変速機の関連技術が下記特許文献１に開示されている。特許文献１においては、遊星歯車機構及び複数のクラッチを有する機械式トランスミッションと、可変容量式油圧ポンプ及び固定容量式油圧モータを有する油圧式トランスミッションと、が並設されている。そして、入力軸回転速度と出力軸回転速度の比（変速比）に応じて係合するクラッチを切り替えることで、変速機の運転モードを変更している。これによって、動力伝達効率の低下の抑制を図っている。

特開平１１−５１１５０号公報

油圧式トランスミッションにおいては、可変容量式油圧ポンプの容量を連続的に変更することで、負荷を正転方向に駆動する変速比から負荷を逆転方向に駆動する変速比まで変速比を連続的に変化させながら動力伝達を行うことができる。したがって、負荷の正転方向の駆動と逆転方向の駆動の切り替えを容易に行うことができる。ただし、油圧式トランスミッションにおいては、機械的動力を油圧ポンプにより作動油の動力に変換し、この作動油の動力を油圧モータにより機械的動力に変換している。そのため、油圧式トランスミッションにおける動力伝達効率は、機械式トランスミッションにおける動力伝達効率より低下する。

特許文献１においては、油圧式トランスミッションだけでなく機械式トランスミッションにも動力を伝達させることで、動力伝達効率の低下の抑制を図っている。しかし、負荷の低速前進時（負荷を低速で正転駆動するとき）及び負荷の後退時（負荷を逆転駆動するとき）には、油圧式トランスミッションのみを介して動力伝達が行われ、機械式トランスミッションを介した動力伝達は行われない。その場合は、動力伝達効率が低下してしまうという問題点がある。特に、前進及び後退の切り替えや低速駆動を多用する用途（例えばフォークリフト等）においては、機械式トランスミッションへの動力伝達が行われる頻度が著しく低下するため、通常の油圧式トランスミッションに対する優位性がほとんど得られない。

本発明は、負荷の正転駆動時及び逆転駆動時の両方において動力伝達効率を向上させることができる機械油圧ハイブリッド式変速機を提供することを目的とする。

本発明に係る機械油圧ハイブリッド式変速機は、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明に係る機械油圧ハイブリッド式変速機は、原動機からの動力を作動油の動力を介し変速して出力軸に結合された負荷へ伝達することが可能であり、さらに、負荷を第１方向に駆動する変速と負荷を第１方向と反対の第２方向に駆動する変速を選択的に行うことが可能な油圧式変速機と、原動機からの動力を負荷へ伝達して負荷を第１方向に駆動することが可能な第１動力伝達部と、原動機と負荷の第１動力伝達部を介した動力伝達及びその遮断を係合及び開放によりそれぞれ行うことが可能な第１動力断続機構と、原動機からの動力を負荷へ伝達して負荷を第２方向に駆動することが可能な第２動力伝達部と、原動機と負荷の第２動力伝達部を介した動力伝達及びその遮断を係合及び開放によりそれぞれ行うことが可能な第２動力断続機構と、を備え、第１動力断続機構の係合により原動機からの動力を油圧式変速機及び第１動力伝達部の両方を介して負荷へ伝達して負荷を第１方向に駆動し、第２動力断続機構の係合により原動機からの動力を油圧式変速機及び第２動力伝達部の両方を介して負荷へ伝達して負荷を第２方向に駆動することを要旨とする。

本発明の一態様では、原動機からの動力を油圧式変速機及び第１動力伝達部に分配することが可能な第１動力分配機構と、原動機からの動力を油圧式変速機及び第２動力伝達部に分配することが可能な第２動力分配機構と、をさらに備えることが好適である。この態様では、第１動力分配機構は、第１動力断続機構が係合されているときに、原動機からの動力を油圧式変速機及び第１動力伝達部に分配し、第２動力分配機構は、第２動力断続機構が係合されているときに、原動機からの動力を油圧式変速機及び第２動力伝達部に分配することが好適である。

また、この態様では、第１動力分配機構は、原動機からの動力が伝達可能な第１入力回転要素と、第１入力回転要素から分配されて伝達された動力を油圧式変速機及び第１動力伝達部へそれぞれ伝達することが可能な第１及び第２分配回転要素と、を含み、第２動力分配機構は、原動機からの動力が伝達可能な第２入力回転要素と、第２入力回転要素から分配されて伝達された動力を油圧式変速機及び第２動力伝達部へそれぞれ伝達することが可能な第３及び第４分配回転要素と、を含み、第１動力分配機構は、第１動力断続機構の係合により負荷が第１方向に駆動されるときには、原動機からの動力を第１及び第２分配回転要素にそれらの回転方向が同方向となる状態で分配し、第２動力分配機構は、第２動力断続機構の係合により負荷が第２方向に駆動されるときには、原動機からの動力を第３及び第４分配回転要素にそれらの回転方向が同方向となる状態で分配することが好適である。

また、この態様では、第１動力分配機構は、原動機からの動力を油圧式変速機及び第１動力伝達部に分配するときには、出力軸の回転速度と原動機の回転速度の比の増大に対して第１動力伝達部への動力配分の割合を増大させることが好適である。また、この態様では、第２動力分配機構は、原動機からの動力を油圧式変速機及び第２動力伝達部に分配するときには、出力軸の回転速度と原動機の回転速度の比の減少に対して第２動力伝達部への動力配分の割合を増大させることが好適である。

また、本発明の一態様では、第２動力伝達部は、原動機からの動力を負荷へ回転方向を反転させて伝達する反転機構を含むことが好適である。

また、本発明の一態様では、出力軸の回転速度と原動機の回転速度の比が設定値に略等しくなるときに、第１動力断続機構と第２動力断続機構の中で係合する動力断続機構を切り替えることが好適である。

本発明によれば、負荷の正転駆動時及び逆転駆動時の両方において、原動機からの動力を油圧式変速機を介して負荷へ伝達するだけでなく第１動力伝達部と第２動力伝達部のいずれかを介して負荷へ機械的に伝達することができる。その結果、負荷の正転駆動時及び逆転駆動時の両方において動力伝達効率を向上させることができる。

以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る機械油圧ハイブリッド式変速機の概略構成を示す図である。本実施形態に係る機械油圧ハイブリッド式変速機は、原動機として設けられたエンジン１０からの動力を変速して出力軸３６に結合された負荷４０へ伝達することが可能であり、以下に説明する油圧式変速機１４、動力分配機構Ｐ１，Ｐ２、反転機構Ｐ３、及びクラッチＣＬ１，ＣＬ２を備えている。そして、油圧式変速機１４は、油圧ポンプ２４及び油圧モータ２６を備えている。なお、本実施形態に係る機械油圧ハイブリッド式変速機は、例えばフォークリフト等の車両に用いられるものであり、出力軸３６に伝達された動力は、例えば車両の駆動等の負荷４０の駆動に用いられる。

エンジン１０の出力軸１０−１は動力分配機構Ｐ１，Ｐ２に結合されており、動力分配機構Ｐ１，Ｐ２にはエンジン１０の動力が伝達可能である。動力分配機構Ｐ１は、エンジン１０から伝達された動力を油圧式変速機１４（油圧ポンプ２４）及び動力伝達軸２２へ分配して伝達することが可能である。動力分配機構Ｐ２は、エンジン１０から伝達された動力を油圧式変速機１４（油圧ポンプ２４）及び反転機構Ｐ３へ分配して伝達することが可能である。

ここでの動力分配機構Ｐ１，Ｐ２については、図２に示すように、例えばともにサンギアとキャリアとリングギアを回転要素として含み且つ２自由度の回転自由度を有する遊星歯車機構により構成することができる。図２は、動力分配機構Ｐ１，Ｐ２をともにシングルピニオン遊星歯車により構成した例を示している。動力分配機構Ｐ１においては、キャリアＣ１は、エンジン１０の出力軸１０−１に結合されており、エンジン１０からの動力が伝達可能である。サンギアＳ１及びリングギアＲ１には、キャリアＣ１に伝達されたエンジン１０からの動力が分配されて伝達可能である。リングギアＲ１に伝達された動力は、油圧式変速機１４の油圧ポンプ２４へ伝達される。サンギアＳ１に伝達された動力は、動力伝達軸２２へ伝達され、さらに、クラッチＣＬ１を介して出力軸３６（負荷４０）へ伝達可能である。また、動力分配機構Ｐ２においては、キャリアＣ２は、動力分配機構Ｐ１のキャリアＣ１（エンジン１０の出力軸１０−１）に結合されており、エンジン１０からの動力が伝達可能である。サンギアＳ２及びリングギアＲ２には、キャリアＣ２に伝達されたエンジン１０からの動力が分配されて伝達可能である。サンギアＳ２に伝達された動力は、油圧式変速機１４の油圧ポンプ２４へ伝達される。リングギアＲ２に伝達された動力は、反転機構Ｐ３へ伝達され、さらに、クラッチＣＬ２を介して出力軸３６（負荷４０）へ伝達可能である。

反転機構Ｐ３は、動力分配機構Ｐ２（リングギアＲ２）から伝達された動力（エンジン１０からの動力）を回転方向を反転させて出力し、クラッチＣＬ２を介して負荷４０へ伝達することが可能である。ここでの反転機構Ｐ３についても、図２に示すように、例えばサンギアＳ３とキャリアＣ３とリングギアＲ３を回転要素として含み且つ２自由度の回転自由度を有する遊星歯車機構（シングルピニオン遊星歯車）により構成することができる。サンギアＳ３は、クラッチＣＬ２を介して出力軸３６（負荷４０）に結合可能である。そして、キャリアＣ３の回転が拘束されており、リングギアＲ３が動力分配機構Ｐ２のリングギアＲ２に結合されている。

クラッチＣＬ１は、その係合及び開放により、サンギアＳ１（動力伝達軸２２）と負荷４０（出力軸３６）の結合及びその解除をそれぞれ行うことが可能である。このクラッチＣＬ１の係合及び開放により、エンジン１０と負荷４０の動力伝達軸２２を介した動力伝達及びその遮断をそれぞれ行うことが可能である。また、クラッチＣＬ２は、その係合及び開放により、反転機構Ｐ３（サンギアＳ３）と負荷４０（出力軸３６）の結合及びその解除をそれぞれ行うことが可能である。このクラッチＣＬ２の係合及び開放により、エンジン１０と負荷４０の反転機構Ｐ３を介した動力伝達及びその遮断をそれぞれ行うことが可能である。ここで、動力断続機構として機能するクラッチＣＬ１，ＣＬ２の各々は、例えば油圧や電磁力を利用してその係合／開放を切り替えることが可能であり、さらに、クラッチＣＬ１，ＣＬ２の各々に供給する油圧力や電磁力を調整することで、クラッチＣＬ１，ＣＬ２の各々の締結力を調整することもできる。なお、図２の構成例では、動力分配機構Ｐ２（リングギアＲ２）と反転機構Ｐ３（リングギアＲ３）の間にクラッチＣＬ２を設けることもできる。

油圧ポンプ２４は、可変容量式の油圧ポンプであり、動力分配機構Ｐ１または動力分配機構Ｐ２を介して伝達されたエンジン１０からの動力を用いて作動油を吐出することで、エンジン１０から伝達された機械的動力を作動油の動力に変換することが可能である。油圧モータ２６は、可変容量式の油圧モータであり、油圧ポンプ２４から吐出された作動油の動力により回転駆動することで、作動油の動力を機械的動力に変換して負荷４０へ伝達することが可能である。そして、油圧ポンプ２４の吐出容量を連続的に変化させることで、油圧式変速機１４の変速比を連続的に変化させることができる。すなわち、油圧式変速機１４は無段変速機として機能する。このように、油圧式変速機１４は、動力分配機構Ｐ１または動力分配機構Ｐ２を介して伝達されたエンジン１０からの動力を作動油の動力を介し変速して出力軸３６に結合された負荷４０へ伝達することが可能である。

図３に示すように、油圧ポンプ２４の第１ポート２４ａと油圧モータ２６の第１ポート２６ａが油路２８ａを介して接続されており、油圧ポンプ２４の第２ポート２４ｂと油圧モータ２６の第２ポート２６ｂが油路２８ｂを介して接続されている。エンジン１０からの動力による油圧ポンプ２４の駆動時に第１ポート２４ａから作動油を吐出する状態に油圧ポンプ２４の吐出容量が調整されている場合は、油圧モータ２６の第１ポート２６ａの圧力が第２ポート２６ｂの圧力より高くなり、油圧モータ２６が負荷４０に正転方向のトルクを作用させることで、負荷４０が正転方向に回転駆動する。一方、エンジン１０からの動力による油圧ポンプ２４の駆動時に第２ポート２４ｂから作動油を吐出する状態に油圧ポンプ２４の吐出容量が調整されている場合は、油圧モータ２６の第２ポート２６ｂの圧力が第１ポート２６ａの圧力より高くなり、油圧モータ２６が負荷４０に逆転方向のトルクを作用させることで、負荷４０が（正転方向と反対の）逆転方向に回転駆動する。このように、油圧式変速機１４は、負荷４０を正転方向に回転駆動する変速と負荷４０を逆転方向に回転駆動する変速を選択的に行うことが可能である。また、第１ポート２４ａ及び第２ポート２４ｂから作動油を吐出しない空転状態に油圧ポンプ２４の吐出容量が調整されている場合は、油圧モータ２６が負荷４０にトルクを作用させずに負荷４０の回転が停止する。なお、油圧ポンプ２４の吐出容量を変化させるための具体的構成は、例えば特許文献１にも開示されているように既知である。

さらに、本実施形態では、図３に示すように、作動油のエネルギーを蓄積するアキュムレータ３０と、開閉動作が可能な制御弁３２，３４とが設けられている。制御弁３２，３４がともに閉じている場合は、アキュムレータ３０と油路２８ａ，２８ｂの連通が遮断される。一方、制御弁３２が開いている場合はアキュムレータ３０と油路２８ａが連通し、制御弁３４が開いている場合はアキュムレータ３０と油路２８ｂが連通する。例えば負荷４０を正転方向に回転駆動するときには、制御弁３２を開けてアキュムレータ３０から油圧モータ２６の第１ポート２６ａに作動油の動力を供給することで、負荷４０の駆動をアシストすることができる。その際には、油圧モータ２６の吐出容量を調整することで、油圧モータ２６のトルクを調整することができる。ここで、油圧モータ２６の吐出容量を変化させるための具体的構成は、油圧ポンプ２４の場合と同様である。また、例えば正転方向に回転している負荷４０の運動エネルギーを回生するとき（負荷４０の減速運転時）には、油圧モータ２６の第２ポート２６ｂの圧力が第１ポート２６ａの圧力より高くなる。このときには、制御弁３４を開けることで、油圧モータ２６の第２ポート２６ｂからアキュムレータ３０へ作動油の動力を回生することができる。その際には、油圧モータ２６の吐出容量を調整することで、アキュムレータ３０に蓄圧される作動油の圧力を調整することができる。また、補機用油圧ポンプ３８は、エンジン１０の動力の一部を用いて回転駆動される。補機用油圧ポンプ３８から吐出される作動油は、一方向弁４４，４６を介して油路２８ａ，２８ｂにそれぞれ供給可能である。なお、アキュムレータ３０に蓄圧された作動油の圧力は、荷揚作業等に用いることも可能である。さらに、荷物を降ろすときの位置エネルギーをアキュムレータ３０に回生することができるように油圧回路を構成することもできる。

電子制御装置４２は、ＣＰＵを中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムを記憶したＲＯＭと、一時的にデータを記憶するＲＡＭと、入出力ポートと、を備える。この電子制御装置４２には、図示しない各センサにより検出されたエンジン１０の回転速度ω_eng（エンジン１０の回転方向を正とする）を示す信号、及び出力軸３６の回転速度ω_out（負荷４０の正転方向の回転を正とし逆転方向の回転を負とする）を示す信号等が入力ポートを介して入力されている。一方、電子制御装置４２からは、油圧式変速機１４の変速比（油圧ポンプ２４の吐出容量）を制御するための変速制御信号ＣＳ＿γ、及びクラッチＣＬ１，ＣＬ２の各々の締結力を制御するための締結力制御信号ＣＳ＿ＣＬ１，ＣＳ＿ＣＬ２等が出力ポートを介して出力されている。

以上のように構成された本実施形態に係る機械油圧ハイブリッド式変速機においては、エンジン１０からの動力を油圧式変速機１４を介して負荷４０へ伝達することが可能な油圧式動力伝達経路と、エンジン１０からの動力を動力伝達軸２２及びクラッチＣＬ１を介して負荷４０へ伝達することが可能な第１の機械式動力伝達経路と、エンジン１０からの動力を反転機構Ｐ３及びクラッチＣＬ２を介して負荷４０へ伝達することが可能な第２の機械式動力伝達経路と、が並列して設けられている。なお、図２は、動力分配機構Ｐ１の中心軸がエンジン１０の出力軸１０−１と一致する位置に動力分配機構Ｐ１が配置され、動力分配機構Ｐ２の中心軸と反転機構Ｐ３の中心軸がエンジン１０の出力軸１０−１からオフセットする位置に動力分配機構Ｐ２と反転機構Ｐ３が配置された例を示している。

次に、本実施形態に係る機械油圧ハイブリッド式変速機の動作、特に、負荷４０（車両）を駆動する動作について説明する。

まず負荷４０を正転方向に回転駆動する（車両を前進方向に駆動する）場合の動作について説明する。その場合、電子制御装置４２は、油圧ポンプ２４の吐出容量を第１ポート２４ａから作動油を吐出する状態に制御する。さらに、電子制御装置４２は、図４に示すように、クラッチＣＬ１を係合状態に制御するとともにクラッチＣＬ２を開放状態に制御する。エンジン１０から動力分配機構Ｐ１に伝達された動力は、図４に示すように、油圧式変速機１４及び動力伝達軸２２に分配されて伝達される。このとき、図５の共線図に示すように、キャリアＣ１に伝達されたエンジンからのトルクを、リングギアＲ１及びサンギアＳ１にそれらのトルク比が第１所定比１／ρ₁となる状態で分配して油圧式変速機１４及び動力伝達軸２２へそれぞれ伝達するトルク分配動作が動力分配機構Ｐ１により行われる。ただし、ρ₁はサンギアＳ１とリングギアＲ１の歯数比（０＜ρ₁＜１を満たす定数）である。リングギアＲ１から油圧式変速機１４に伝達された動力は、作動油の動力を介して変速されて負荷４０へ伝達されることで、負荷４０の正転駆動に用いられる。それとともに、サンギアＳ１から動力伝達軸２２に伝達された動力は、回転方向を反転させずにクラッチＣＬ１を介して負荷４０へ伝達されることで、負荷４０の正転駆動に用いられる。このように、エンジン１０の動力は、動力分配機構Ｐ１により油圧式変速機１４及び動力伝達軸２２に分配され、油圧式変速機１４及び動力伝達軸２２の両方を介して負荷４０へ伝達される。その際に、動力分配機構Ｐ１においては、図５の共線図に示すように、キャリアＣ１に伝達されたエンジン１０からの動力が、リングギアＲ１及びサンギアＳ１にそれらの回転方向が同方向となる状態で分配される。そして、動力分配機構Ｐ１による動力分配が行われるときには、出力軸３６の回転速度ω_outとエンジン１０の回転速度ω_engの比ω_out／ω_eng（機械油圧ハイブリッド式変速機全体の速度比）の増大に対して、動力伝達軸２２への動力配分の割合が増大するとともに油圧式変速機１４への動力配分の割合が減少する。以下、クラッチＣＬ１を係合し且つクラッチＣＬ２を開放した状態を第１変速モードとする。

第１変速モードにおいて負荷４０の回転を停止させる（車両を停止させる）ときは、電子制御装置４２は、油圧ポンプ２４の吐出容量を第１ポート２４ａ及び第２ポート２４ｂから作動油を吐出しない空転状態に制御する。これによって、図６の共線図に示すように、エンジン１０の回転を停止させることなく負荷４０及び油圧モータ２６の回転を停止させることができる。

第１変速モードにおいて負荷４０の回転が停止した（車両が停止した）状態から、負荷４０を逆転方向に回転駆動する（車両を後退方向に駆動する）場合は、電子制御装置４２は、油圧ポンプ２４の吐出容量を第２ポート２４ｂから作動油を吐出する状態に制御する。これによって、図７に示すように、動力分配機構Ｐ１のリングギアＲ１から油圧式変速機１４に伝達された動力は、作動油の動力を介して変速されて負荷４０へ伝達されることで、負荷４０の逆転駆動に用いられる。ただし、その場合は、図８の共線図に示すように、サンギアＳ１の回転方向がリングギアＲ１の回転方向と逆転する。そのため、図７に示すように、油圧式変速機１４を介して出力軸３６へ伝達された動力の一部がクラッチＣＬ１及び動力伝達軸２２を介して動力分配機構Ｐ１のサンギアＳ１に戻る動力循環が発生してしまうことになる。

そこで、本実施形態においては、電子制御装置４２は、この動力循環を抑制するために、係合するクラッチをクラッチＣＬ１からクラッチＣＬ２に切り替える。ここで、図９の共線図に示すように、動力分配機構Ｐ１のサンギアＳ１（出力軸３６）の回転速度と反転機構Ｐ３のサンギアＳ３の回転速度が等しくなるときは、図１０に示すように、クラッチＣＬ１，ＣＬ２の両方を係合することができる。そこで、出力軸３６の回転速度とサンギアＳ３の回転速度が略等しくなるときに、係合するクラッチをクラッチＣＬ１からクラッチＣＬ２に切り替えることで、係合するクラッチの切り替え時に発生するショックを低減することができる。

図９の共線図から、クラッチＣＬ１，ＣＬ２の両方が係合可能となるとき（サンギアＳ１の回転速度とサンギアＳ３の回転速度が等しくなるとき）の速度比ω_out／ω_engは、以下の（１）式で表される。ただし、（１）式において、ρ₂はサンギアＳ２とリングギアＲ２の歯数比（０＜ρ₂＜１を満たす定数）、ρ₃はサンギアＳ３とリングギアＲ３の歯数比（０＜ρ₃＜１を満たす定数）である。

ω_out／ω_eng＝（ρ₁×ρ₂−１）／（ρ₁×ρ₂＋ρ₃） （１）

したがって、電子制御装置４２は、速度比ω_out／ω_engが設定値（ρ₁×ρ₂−１）／（ρ₁×ρ₂＋ρ₃）に略等しくなるときに、係合するクラッチをクラッチＣＬ１からクラッチＣＬ２に切り替えることで、係合するクラッチの切り替え時に発生するショックを低減することができる。

負荷４０を逆転方向に回転駆動する場合にクラッチＣＬ２を係合状態に制御するとともにクラッチＣＬ１を開放状態に制御するときは、エンジン１０から動力分配機構Ｐ２に伝達された動力は、図１１に示すように、油圧式変速機１４及び反転機構Ｐ３に分配されて伝達される。このとき、図１２の共線図に示すように、キャリアＣ２に伝達されたエンジンからのトルクを、サンギアＳ２及びリングギアＲ２にそれらのトルク比が第１所定比１／ρ₁よりも小さい第２所定比ρ₂となる状態で分配して油圧式変速機１４及び反転機構Ｐ３へそれぞれ伝達するトルク分配動作が動力分配機構Ｐ２により行われる。サンギアＳ２から油圧式変速機１４に伝達された動力は、作動油の動力を介して変速されて負荷４０へ伝達されることで、負荷４０の逆転駆動に用いられる。それとともに、リングギアＲ２から反転機構Ｐ３のリングギアＲ３に伝達された動力は、回転方向を反転させてサンギアＳ３から出力される。そして、反転機構Ｐ３のサンギアＳ３から出力された動力が、クラッチＣＬ２を介して負荷４０へ伝達されることで、負荷４０の逆転駆動に用いられる。このように、エンジン１０の動力は、動力分配機構Ｐ２により油圧式変速機１４及び反転機構Ｐ３に分配され、油圧式変速機１４及び反転機構Ｐ３の両方を介して負荷４０へ伝達される。その際に、動力分配機構Ｐ２においては、図１２の共線図に示すように、キャリアＣ２に伝達されたエンジン１０からの動力が、サンギアＳ２及びリングギアＲ２にそれらの回転方向が同方向となる状態で分配されるため、動力循環は発生しない。そして、動力分配機構Ｐ２による動力分配が行われるときには、速度比ω_out／ω_engの減少（負荷４０が逆転方向に回転するときのω_outの値は負となる）に対して、反転機構Ｐ３への動力配分の割合が増大するとともに油圧式変速機１４への動力配分の割合が減少する。以下、クラッチＣＬ２を係合し且つクラッチＣＬ１を開放した状態を第２変速モードとする。

また、第２変速モードから第１変速モードへの切り替え（係合するクラッチのクラッチＣＬ２からクラッチＣＬ１への切り替え）についても、速度比ω_out／ω_engが設定値（ρ₁×ρ₂−１）／（ρ₁×ρ₂＋ρ₃）に略等しくなるときに行うことで、係合するクラッチの切り替え時に発生するショックを低減することができる。このように、電子制御装置４２は、出力軸３６の回転速度ω_outとエンジン１０の回転速度ω_engの比ω_out／ω_engが設定値（ρ₁×ρ₂−１）／（ρ₁×ρ₂＋ρ₃）に略等しくなるときに、クラッチＣＬ１，ＣＬ２の中で係合するクラッチを切り替える。

以上説明した本実施形態においては、第１変速モード（クラッチＣＬ１の係合）によりエンジン１０の動力を油圧式変速機１４及び動力伝達軸２２の両方を介して負荷４０へ伝達して負荷４０を正転方向に駆動する。このように、第１変速モードによる負荷４０の正転駆動時には、エンジン１０の動力を油圧式変速機１４を介して負荷４０へ伝達するだけでなく動力伝達軸２２を介して負荷４０へ機械的に伝達することができる。そして、動力分配機構Ｐ１によりエンジン１０からの動力が油圧式変速機１４及び動力伝達軸２２に分配されるときには、キャリアＣ１に伝達されたエンジン１０からの動力がリングギアＲ１及びサンギアＳ１にそれらの回転方向が同方向となる状態で分配されるため、動力循環は発生しない。したがって、第１変速モードによる負荷４０の正転駆動時の動力伝達効率を向上させることができる。なお、第１変速モードにより負荷４０を逆転方向に低速で駆動するときには動力循環が生じるが、設定値（ρ₁×ρ₂−１）／（ρ₁×ρ₂＋ρ₃）を負の小さい値とすることで、動力循環の生じる速度域を負荷４０の低速逆転駆動時のみに限定することができる。

そして、本実施形態においては、第２変速モード（クラッチＣＬ２の係合）によりエンジン１０からの動力を油圧式変速機１４及び反転機構Ｐ３の両方を介して負荷４０へ伝達して負荷４０を逆転方向に駆動する。このように、第２変速モードによる負荷４０の逆転駆動時には、エンジン１０の動力を油圧式変速機１４を介して負荷４０へ伝達するだけでなく反転機構Ｐ３を介して負荷４０へ機械的に伝達することができる。そして、動力分配機構Ｐ２によりエンジン１０からの動力が油圧式変速機１４及び反転機構Ｐ３に分配されるときには、キャリアＣ２に伝達されたエンジン１０からの動力がサンギアＳ２及びリングギアＲ２にそれらの回転方向が同方向となる状態で分配されるため、動力循環は発生しない。したがって、第２変速モードによる負荷４０の逆転駆動時の動力伝達効率を向上させることができる。

以上のように、本実施形態によれば、変速モード（係合するクラッチ）を切り替えることで、エンジン１０からの動力を負荷４０へ動力循環を抑制しながら伝達することができる。そして、変速モードを切り替えるときの速度比ω_out／ω_engを負の小さい値に設定することで、動力循環が起こる速度域を小さくすることができる。その結果、負荷４０の正転駆動時及び逆転駆動時の両方において動力伝達効率を向上させることができる。

そして、クラッチＣＬ１，ＣＬ２のいずれかが係合された状態で負荷４０への動力伝達が常に行われることで、エンジン１０のトルクが動力伝達軸２２と反転機構Ｐ３のいずれかに常に伝達される。そのため、油圧式変速機１４への伝達トルクをエンジン１０のトルクより常に小さくすることができる。したがって、油圧ポンプ２４及び油圧モータ２６の体格を小さくすることができる。

ここで、本実施形態に係る機械油圧ハイブリッド式変速機の伝達効率の一例を油圧式変速機（ＨＳＴ）と比較して図１３に示す。本実施形態によれば、図１３に示すように、速度比ω_out／ω_engが負の小さい値となる速度域で油圧式変速機より効率が若干低下するものの、ほとんどの速度域で油圧式変速機より効率を向上させることができる。特に、速度比ω_out／ω_engの絶対値が大きくなる速度域では、動力伝達軸２２または反転機構Ｐ３への動力配分の割合が増大するため、油圧式変速機より効率を大きく向上させることができる。

本実施形態では、図１４に示すように、動力分配機構Ｐ２（リングギアＲ２）から伝達された動力（エンジン１０からの動力）を回転方向を反転させて出力する反転機構Ｐ３として、遊星歯車機構の代わりに反転用ギアを用いることもできる。なお、図１４は、エンジン１０の出力軸１０−１と動力分配機構Ｐ１，Ｐ２の中心軸が一致する位置に、エンジン１０と動力分配機構Ｐ１，Ｐ２が配置された例を示している。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

実施形態に係る機械油圧ハイブリッド式変速機の概略構成を示す図である。 実施形態に係る機械油圧ハイブリッド式変速機の概略構成を示すスケルトン図である。 油圧式変速機の概略構成を示す図である。 実施形態に係る機械油圧ハイブリッド式変速機の動作を説明する図である。 実施形態に係る機械油圧ハイブリッド式変速機の動作を説明する共線図である。 実施形態に係る機械油圧ハイブリッド式変速機の動作を説明する共線図である。 実施形態に係る機械油圧ハイブリッド式変速機の動作を説明する図である。 実施形態に係る機械油圧ハイブリッド式変速機の動作を説明する共線図である。 実施形態に係る機械油圧ハイブリッド式変速機の動作を説明する共線図である。 実施形態に係る機械油圧ハイブリッド式変速機の動作を説明する図である。 実施形態に係る機械油圧ハイブリッド式変速機の動作を説明する図である。 実施形態に係る機械油圧ハイブリッド式変速機の動作を説明する共線図である。 実施形態に係る機械油圧ハイブリッド式変速機の伝達効率の一例を示す図である。 実施形態に係る機械油圧ハイブリッド式変速機の他の概略構成を示すスケルトン図である。

符号の説明

１０ エンジン、１４ 油圧式変速機、２２ 動力伝達軸、２４ 油圧ポンプ、２６ 油圧モータ、３０ アキュムレータ、３２，３４ 制御弁、３６ 出力軸、４０ 負荷、４２ 電子制御装置、ＣＬ１，ＣＬ２ クラッチ、Ｐ１，Ｐ２ 動力分配機構、Ｐ３ 反転機構。

Claims (8)

1. 原動機からの動力を作動油の動力を介し変速して出力軸に結合された負荷へ伝達することが可能であり、さらに、負荷を第１方向に駆動する変速と負荷を第１方向と反対の第２方向に駆動する変速を選択的に行うことが可能な油圧式変速機と、
   原動機からの動力を負荷へ伝達して負荷を第１方向に駆動することが可能な第１動力伝達部と、
   原動機と負荷の第１動力伝達部を介した動力伝達及びその遮断を係合及び開放によりそれぞれ行うことが可能な第１動力断続機構と、
   原動機からの動力を負荷へ伝達して負荷を第２方向に駆動することが可能な第２動力伝達部と、
   原動機と負荷の第２動力伝達部を介した動力伝達及びその遮断を係合及び開放によりそれぞれ行うことが可能な第２動力断続機構と、
   を備え、
   第１動力断続機構の係合により原動機からの動力を油圧式変速機及び第１動力伝達部の両方を介して負荷へ伝達して負荷を第１方向に駆動し、
   第２動力断続機構の係合により原動機からの動力を油圧式変速機及び第２動力伝達部の両方を介して負荷へ伝達して負荷を第２方向に駆動することを特徴とする機械油圧ハイブリッド式変速機。
2. 請求項１に記載の機械油圧ハイブリッド式変速機であって、
   原動機からの動力を油圧式変速機及び第１動力伝達部に分配することが可能な第１動力分配機構と、
   原動機からの動力を油圧式変速機及び第２動力伝達部に分配することが可能な第２動力分配機構と、
   をさらに備えることを特徴とする機械油圧ハイブリッド式変速機。
3. 請求項２に記載の機械油圧ハイブリッド式変速機であって、
   第１動力分配機構は、第１動力断続機構が係合されているときに、原動機からの動力を油圧式変速機及び第１動力伝達部に分配し、
   第２動力分配機構は、第２動力断続機構が係合されているときに、原動機からの動力を油圧式変速機及び第２動力伝達部に分配することを特徴とする機械油圧ハイブリッド式変速機。
4. 請求項２または３に記載の機械油圧ハイブリッド式変速機であって、
   第１動力分配機構は、原動機からの動力が伝達可能な第１入力回転要素と、第１入力回転要素から分配されて伝達された動力を油圧式変速機及び第１動力伝達部へそれぞれ伝達することが可能な第１及び第２分配回転要素と、を含み、
   第２動力分配機構は、原動機からの動力が伝達可能な第２入力回転要素と、第２入力回転要素から分配されて伝達された動力を油圧式変速機及び第２動力伝達部へそれぞれ伝達することが可能な第３及び第４分配回転要素と、を含み、
   第１動力分配機構は、第１動力断続機構の係合により負荷が第１方向に駆動されるときには、原動機からの動力を第１及び第２分配回転要素にそれらの回転方向が同方向となる状態で分配し、
   第２動力分配機構は、第２動力断続機構の係合により負荷が第２方向に駆動されるときには、原動機からの動力を第３及び第４分配回転要素にそれらの回転方向が同方向となる状態で分配することを特徴とする機械油圧ハイブリッド式変速機。
5. 請求項２〜４のいずれか１に記載の機械油圧ハイブリッド式変速機であって、
   第１動力分配機構は、原動機からの動力を油圧式変速機及び第１動力伝達部に分配するときには、出力軸の回転速度と原動機の回転速度の比の増大に対して第１動力伝達部への動力配分の割合を増大させることを特徴とする機械油圧ハイブリッド式変速機。
6. 請求項２〜５のいずれか１に記載の機械油圧ハイブリッド式変速機であって、
   第２動力分配機構は、原動機からの動力を油圧式変速機及び第２動力伝達部に分配するときには、出力軸の回転速度と原動機の回転速度の比の減少に対して第２動力伝達部への動力配分の割合を増大させることを特徴とする機械油圧ハイブリッド式変速機。
7. 請求項１〜６のいずれか１に記載の機械油圧ハイブリッド式変速機であって、
   第２動力伝達部は、原動機からの動力を負荷へ回転方向を反転させて伝達する反転機構を含むことを特徴とする機械油圧ハイブリッド式変速機。
8. 請求項１〜７のいずれか１に記載の機械油圧ハイブリッド式変速機であって、
   出力軸の回転速度と原動機の回転速度の比が設定値に略等しくなるときに、第１動力断続機構と第２動力断続機構の中で係合する動力断続機構を切り替えることを特徴とする機械油圧ハイブリッド式変速機。
   

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