以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施例である車両用遊星歯車式自動変速機(以下、変速機という)10の骨子図であり、図2は複数の変速段を成立させる際の係合要素および変速比を説明する作動表であり、図3は共線図である。
図1において、変速機10は、図示しないエンジンから入力軸16に入力された回転力を変速し、図示しないプロペラシャフトや差動歯車装置などを介して出力歯車24から左右の駆動輪へ向かって出力する。変速機10は、車体に取り付けられるトランスミッションケース(非回転部材)12内において共通の軸心上に順次配設された図示しないロックアップクラッチ付トルクコンバータ、このトルクコンバータに連結された入力軸16、第1遊星歯車装置18、第2遊星歯車装置20、第3遊星歯車装置22を同軸上に順次備え、出力歯車24を第1遊星歯車装置18と上記トルクコンバータ或いは第1ブレーキB1との間に備えている。上記入力軸16は、上記トルクコンバータを介して図示しないエンジンのクランク軸に連結されている。本実施例では、上記入力軸16および出力歯車24が入力回転部材および出力回転部材に対応し、上記トランスミッションケース12が非回転部材に対応している。なお、変速機10はその軸心に対して対称的に構成されているため、第1図の骨子図においてはその下側が省略されている。
上記車両用自動変速機10は、FF車両などのための横置用のものであり、シングルピニオン型の第3遊星歯車装置22を主体として構成されている副(第2)変速部26と、シングルピニオン型の第1遊星歯車装置18およびダブルピニオン型の第2遊星歯車装置20を主体として構成されている主(第1)変速部28とを有し、4つの摩擦係合装置の作動の組み合わせを切り換えることにより、5種類の変速比γnが異なる前進ギヤ段、或いは後進ギヤ段を達成し、そのギヤ段において入力軸16の回転を変速して出力歯車24へ伝達する。
上記副変速部26において、第3遊星歯車装置22は、入力軸16に連結された第3サンギヤS3と、その外周側に同心に配置され、第2ブレーキB2を介してトランスミッションケース(非回転部材)12に選択的に連結される第3リングギヤR3と、第3サンギヤS3および第3リングギヤR3に噛み合う第5ピニオンP5を回転可能にすなわち自転且つ公転可能に支持し且つ第2遊星歯車装置20の第2リングギヤR2に連結された第3キャリヤCA3とを備えたものである。この第3遊星歯車装置22では、第2ブレーキB2の係合により第3リングギヤR3が非回転とされているとき、第3キャリヤCA3は、入力軸16に連結された第3サンギヤS3の回転に伴って、その回転を減速して第1変速部28の第2リングギヤR2へ伝達する。すなわち、第3キャリヤCA3は、入力軸16の回転よりも低い回転速度で回転する中間回転部材として機能し、入力軸16の回転よりも低い減速回転を主変速部28へ伝達する。また、上記第2ブレーキB2は、その係合によって第3キャリヤCA3から主変速部28へ減速回転を選択的に出力させる中間回転出力用摩擦係合装置として機能している。
また、主変速部28において、上記第1遊星歯車装置18は、第1ブレーキB1を介してトランスミッションケース12に選択的に連結される第1サンギヤS1と、出力部材として機能する出力歯車24に連結された第1リングギヤR1と、その第1サンギヤS1および第1リングギヤR1に噛み合う第1ピニオンP1と、その第1ピニオンP1を回転可能にすなわち自転且つ公転可能に支持する第1キャリヤCA1とを備えたものである。また、上記第2遊星歯車装置20は、第1クラッチC1を介して入力軸16と選択的に連結される第2サンギヤS2と、前記第3キャリヤCA3に連結された第2リングギヤR2と、第2サンギヤに噛み合う第2ピニオンP2と、それら第2ピニオンP2および第2リングギヤR2に噛み合い且つ前記第1ピニオンP1に対して一体回転するように同軸にそれと連結された第3ピニオンP3と,それら第2ピニオンP2および第3ピニオンP3を相互に噛み合った状態で回転可能にすなわち自転且つ公転可能に支持し、第1キャリヤCA1と一体回転するようにそれに連結され、且つ第2クラッチC2を介して前記入力軸16に選択的に連結される第2キャリヤCA2とを、備えたものである。上記第1ピニオンP1と第3ピニオンP3は、同じ部材から歯切り加工されたものでもよいし、別部材か相互に一体的に固定されたものでもよい。変速比γを適切とするために、第1ピニオンP1は第3ピニオンP3よりも大径とされているが、逆でもよい。
上記第1クラッチC1、第2クラッチC2、第1ブレーキB1、第2ブレーキB2は、たとえば、従来の車両用遊星歯車式自動変速機においてよく用いられている油圧式摩擦係合装置であって、互いに重ねられた複数枚の摩擦板が油圧アクチュエータにより押圧される湿式多板型や、回転するドラムの外周面に巻き付けられた1本または2本のバンドの一端が油圧アクチュエータによって引き締められるバンドブレーキなどにより構成され、それが介そうされている両側の部材を選択的に連結するためのものである。上記第1ブレーキB1に並列に一方向クラッチを設けることでその一方向クラッチも係合装置すなわち第1ブレーキとて機能するものであり、いずれか一方が設けられていてもよい。
以上のように構成された変速機10では、たとえば、図2の係合作動表に示されるように、前記第1クラッチC1、第2クラッチC2、第1ブレーキB1、第2ブレーキB2から成る4つの摩擦係合装置のうちから選択された2つが同時に係合作動させられることにより、前進側の第1速ギヤ段乃至第5速ギヤ段のいずれか或いは後進ギヤ段が選択的に成立させられ、略等比的に変化する変速比γ(=入力軸回転速度Nin/出力軸回転速度NOUT)が各ギヤ段毎に得られるようになっている。
すなわち、図2に示すように、第1ブレーキB1および第2ブレーキB2の係合により、第1サンギヤS1および第3リングギヤR3が非回転とされることにより、変速比γ1が最大値たとえば「3.61」である第1速ギヤ段が成立させられる。また、第1クラッチC1、第2ブレーキB2の係合により、第2サンギヤS2が入力軸16に連結されるとともに第3リングギヤR3が非回転とされることにより、変速比γ2が第1速ギヤ段よりも小さい値たとえば「2.12」程度である第2速ギヤ段が成立させられる。また、第1クラッチC1、第1ブレーキB1の係合により、第2サンギヤS2が入力軸16に連結されるとともに第1サンギヤS1が非回転とされることにより、変速比γ3が第2速ギヤ段よりも小さい値たとえば「1.30」程度である第3速ギヤ段が成立させられる。また、第1クラッチC1および第2クラッチC2の係合により、第2サンギヤS2が入力軸16に連結されるとともに第2キャリヤCA2および第1キャリヤCA1も入力軸16に連結されることにより第1遊星歯車装置18および第2遊星歯車装置20が一体的に回転させられ、変速比γ4が第3速ギヤ段よりも小さい値「1.000」である第4速ギヤ段が成立させられる。また、第2クラッチC2および第1ブレーキB1の係合により、第2キャリヤCA2および第1キャリヤCA1が入力軸16に連結されるとともに第1サンギヤS1が非回転とされることにより、変速比γ5が第4速ギヤ段よりも小さい値たとえば「0.70」程度である第5速ギヤ段が成立させられる。また、第2クラッチC2および第2ブレーキB2の係合により、第2キャリヤCA2および第1キャリヤCA1が入力軸16に連結されるとともに、第3リングギヤR3が非回転とされて第3キャリヤCA3および第2リングリヤR2が減速回転させられると、変速比γRが第1速ギヤ段と第2速ギヤ段との間の値たとえば「2.72」である後進ギヤ段が成立させられる。前記第1遊星歯車装置18のギヤ比(=サンギヤの歯数/リングギヤの歯数)ρ1、第2遊星歯車装置20のギヤ比ρ2、第3遊星歯車装置22のギヤ比ρ3は、上記のような変速比が得られるように設定されており、たとえば、ρ1=0.43、ρ2=0.28、ρ3=0.32である。
上記変速機10において、各ギヤ段の変速比変化率(変速比間の比=γn/γn+1)は、たとえば第1速ギヤ段の変速比γ1と第2速ギヤ段の変速比γ2との比(=γ1/γ2)が「1.70」とされ、第2速ギヤ段の変速比γ2と第3速ギヤ段の変速比γ3との比(=γ2/γ3)が「1.63」とされ、第3速ギヤ段の変速比γ3と第4速ギヤ段の変速比γ4との比(=γ3/γ4)が「1.30」とされ、第4速ギヤ段の変速比γ4と第5速ギヤ段の変速比γ5との比(=γ4/γ5)が「1.43」とされ、各変速比γが略等比的に変化させられている。また、上記変速機10において、第1速ギヤ段の変速比γ1と第5速ギヤ段の変速比γ5との比であるギヤ比幅(=γ1/γ5)が比較的大きな値すなわち「5.16」とされている。また、後進変速段「Rev」の変速比も適当値であり、全体として適切な変速比特性が得られる。
図3は、上記変速機10において、ギヤ段毎に連結状態が異なる各回転要素の回転速度の相対関係を直線で表すことができる共線図を示している。図3の共線図は、横軸方向において各遊星歯車装置18、20、22のギヤ比ρの関係を示し、縦軸方向において相対的回転速度を示す二次元座標であり、2本の横線のうちの下側の横線X1が回転速度零を示し、その上側の横線X3が入力軸16の回転速度よりも低い減速回転を示し、さらに上側の横線X2が回転速度「1.0」すなわち入力軸16の回転速度を示している。主変速部28において、5本の縦線Y1乃至Y5は、左から順に、第1回転要素RE1に対応する第1サンギヤS1を、第2回転要素RE2に対応する第1キャリヤCA1および第2キャリヤCA2を、第3回転要素RE3に対応する第2リングギヤR2を、第4回転要素RE4に対応する第1リングギヤR1を、第5回転要素RE5に対応する第2サンギヤS2をそれぞれ表し、それらの間隔は第1遊星歯車装置18、第2遊星歯車装置20のギヤ比ρ1、ρ2に応じてそれぞれ定められている。共線図の縦軸間において、サンギヤとキャリヤとの間が「1」に対応する間隔とされ、キャリヤとリングギヤとの間がρに対応する間隔とされる。
上記共線図を利用して主変速部28の構成を表現すれば、第1遊星歯車装置18の第1サンギヤS1、第1キャリアCA1、第1リングギヤR1、および第2遊星歯車装置20の第2サンギヤS2、第2キャリアCA2、第2リングギヤR2の一部が互いに連結されることによって5つの回転要素RE1乃至RE5が構成されるとともに、その5つの回転要素RE1乃至RE5の回転速度を直線で表すことができる共線図上においてその5つの回転要素RE1乃至RE5を一端から他端へ向かって順番に第1回転要素RE1、第2回転要素RE2、第3回転要素RE3、第4回転要素RE4、および第5回転要素RE5とした時、その第1回転要素RE1(S1)は第1ブレーキB1によって選択的に回転停止させられ、第2回転要素RE2(CA1、CA2)は第2クラッチC2によって選択的に入力軸16に連結され、第3回転要素RE3(R2)は第3キャリヤCA3(中間回転部材)に連結され、第5回転要素RE5(S2)は第1クラッチC1を介して入力軸16に選択的に連結され、第4回転要素RE4(R1)は出力歯車24(出力部材)に連結されている。
そして、上記の共線図から明らかなように、第1ブレーキB1および第2ブレーキB2が係合させられて、第1回転要素RE1(S1)が非回転とされるとともに第3回転要素RE3(R2)が入力軸16よりも低い回転速度で回転させられると、第4回転要素RE4(R1)は「1st」で示す回転速度で回転させられ、最も大きい変速比の第1変速段「1st」が成立させられる。第1クラッチC1および第2ブレーキB2が係合させられて、第5回転要素RE5(S2)が入力軸16と共に回転させられるとともに第3回転要素RE3(R2)が入力軸16よりも低い回転速度で回転させられると、第4回転要素RE4(R1)は「2nd」で示す回転速度で回転させられ、第1変速段「1st」よりも変速比が小さい第2変速段「2nd」が成立させられる。第1クラッチC1および第1ブレーキB1が係合させられて、第5回転要素RE5(S2)が入力軸16と共に一体回転させられるとともに第1回転要素RE1(S1)が非回転とされると、第4回転要素RE4(R1)は「3rd」で示す回転速度で回転させられ、第2変速段「2nd」よりも変速比が小さい第3変速段「3rd」が成立させられる。第1クラッチC1および第2クラッチC2が係合させられて、第5回転要素RE5(S2)および第2回転要素RE2(CA1、CA2)が入力軸16と共に一体回転させられると、第1遊星歯車装置18および第2遊星歯車装置20が全体として一体回転させられ、第4回転要素RE4(R1)は「4th」で示す回転速度(入力軸回転速度と同じ回転速度「1.0」)で回転させられ、第3変速段「3rd」よりも変速比が小さい第4変速段「4th」が成立させられる。この第4変速段「4th」の変速比γ4は1である。第2クラッチC2および第1ブレーキB1が係合させられて、第2回転要素RE2(CA1、CA2)が入力軸16とともに回転させられるとともに第1回転要素RE1(S1)が非回転とされると、第4回転要素RE4(R1)は「5th」で示す回転速度すなわち入力軸16と同じ回転速度で回転させられ、第4変速段「4th」よりも変速比が小さい第5変速段「5th」が成立させられる。
また、第2クラッチC2および第2ブレーキB2が係合させられて、第2回転要素RE2(CA1、CA2)が入力軸16とともに回転させられるとともに、第3回転要素RE3(R2)が入力軸16よりも低い第3キャリヤCA3の速度で回転させられると、第4回転要素RE4(R1)は「Rev」で示す回転速度で逆回転させられ、後進変速段「Rev」が成立させられる。
上述のように、本実施例の車両用自動変速機10によれば、前進5段の多段変速が3組の第1遊星歯車装置18、第2遊星歯車装置20、第3遊星歯車装置22と、2つのクラッチC1、C2および2つのブレーキB1、B2から成る合計4つの摩擦係合装置によって得られる。このため、4組の遊星歯車装置を用いる場合に比較して、変速機10が軽量且つコンパクトに構成され、車両への搭載性が向上する。同時に、一層少ない個数の摩擦係合装置によって変速を行うことができるため、部品点数が少なくなって低コストとなるだけでなく、引きずり抵抗が小さくなって一層良好な燃費が得られる。
また、本実施例の副変速部26は、第2ブレーキB2を介して選択的にトランスミッションケース(非回転部材)12に連結される第3リングギヤR3と、入力軸(入力部材)16に連結された第3サンギヤS3と、その第3サンギヤS3および第3リングギヤR3と噛み合う第4ピニオンP4を回転可能に支持する第3キャリヤCA3とを有し、その第3キャリヤCA3が中間回転部材として機能するシングルピニオン型の1組の第3遊星歯車装置22から構成されているので、車両用自動変速機10が一層軽量かつコンパクトとなる。
また、前述の実施例において、シングルピニオン型の第1遊星歯車装置18の第1ピニオンP1と、ダブルピニオン型の第2遊星歯車装置20の第3ピニオンP3とが一体回転するように同軸に相互に連結されているので、ラビニヨ型と同様に、部品点数や軸長が一層低減され、変速機30が一層小型且つ安価となる。
また、上記3組の第1遊星歯車装置18、第2遊星歯車装置20、第3遊星歯車装置22のギヤ比ρ1、ρ2、ρ3は略0.3〜0.6程度の範囲内に設定されて、それ等の遊星歯車装置18、20、22を比較的小型(小径)に維持しつつ、図2に示すように全体として適切な変速比特性を得ることができる。
次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の説明において、前述の実施例と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。
図4は、図1に示す車両用自動変速機10の副変速部26が異なる変形例を示している。この図4の副変速部26は、トランスミッションケース(非回転部材)12に連結された第3リングギヤR3と、入力軸(入力部材)16に連結された第3サンギヤS3と、それら第3サンギヤS3および第3リングギヤR3と噛み合う第4ピニオンP4を回転可能に支持する第3キャリヤCA3とを有する1組のシングルピニオン型第3遊星歯車装置22から構成されており、中間回転部材として機能する第3キャリヤCA3は、第3クラッチC3を介して主変速部28内の第2リングギヤR2と選択的に連結されるようになっている。これにより、図1の実施例と同様の作動が得られる。本実施例では、この第3クラッチC3が、その係合によって第3キャリヤCA3から主変速部28へ減速回転を選択的に出力させる中間回転出力用摩擦係合装置として機能している。なお、上記第3クラッチC3は、入力軸16と第3サンギヤS3との間に設けられていても同様の作動が得られる。
図5は、前記変速機10と同様に4つの摩擦係合装置を用いて前進5速のギヤ段を達成する変速機36の構成を示す骨子図であり、図6はその共線図である。各ギヤ段とそれを達成するための摩擦係合装置の係合作動の組み合わせとの関係を示す係合表は図2と同様であるため省略されている。本実施例の変速機36は、シングルピニオン型の第4遊星歯車装置44を主体として構成されている副(第2)変速部26と、ダブルピニオン型の第1遊星歯車装置38、シングルピニオン型の第2遊星歯車装置40、およびシングルピニオン型の第3遊星歯車装置42を主体として構成されている主(第1)変速部28とを有し、4つの摩擦係合装置の作動の組み合わせを切り換えることにより、5種類の変速比γnが異なる前進ギヤ段、或いは後進ギヤ段を達成し、そのギヤ段において入力軸16の回転を変速して出力歯車24へ伝達する。
上記副変速部26において、第4遊星歯車装置44は、入力軸16に連結された第4サンギヤS4と、その外周側に同心に配置され、第2ブレーキB2を介してトランスミッションケース(非回転部材)12に選択的に連結される第4リングギヤR4と、第4サンギヤS4および第4リングギヤR4に噛み合う第5ピニオンP5を回転可能にすなわち自転且つ公転可能に支持し、且つ第3遊星歯車装置42の第3キャリヤCA3に連結された第4キャリヤCA4とを備えたものである。この第4遊星歯車装置44では、第2ブレーキB2の係合により第4リングギヤR4が非回転とされているとき、第4キャリヤCA4は、入力軸16に連結された第4サンギヤS4の回転に伴って、その回転を減速して第1変速部28の第3キャリヤCA3へ伝達する。すなわち、第4キャリヤCA4は、入力軸16の回転よりも低い回転速度で回転する中間回転部材として機能し、入力軸16の回転よりも低い回転速度で第1変速部28へ動力を伝達する。また、上記第2ブレーキB2は、その係合によって第4キャリヤCA4から主変速部28の第3キャリヤCA3へ選択的に出力させる中間回転出力用摩擦係合装置として機能している。
また、主変速部28において、上記第1遊星歯車装置38は、第1ブレーキB1を介してトランスミッションケース12に選択的に連結される第1サンギヤS1と、出力部材として機能する出力歯車24に連結された第1リングギヤR1と、その第1サンギヤS1および第1リングギヤR1に噛み合う第1ピニオンP1を回転可能にすなわち自転且つ公転可能に支持する第1キャリヤCA1とを備えたものである。また、上記第2遊星歯車装置40は、第1クラッチC1を介して入力軸16と選択的に連結される第2サンギヤS2と、前記第1リングギヤR1と共通に構成されることにより第1リングギヤR1でもある第2リングギヤR2と、第2サンギヤに噛み合い且つ第2ピニオンP2と、第1ピニオンP1と共通に構成されることにより第1ピニオンP1に対して一体回転するように同軸にそれと連結され且つ第2ピニオンP2と第2リングギヤR2に噛み合う第3ピニオンP3と,その第2ピニオンP2とその第2ピニオンP2に噛み合う第3ピニオンP3を回転可能にすなわち自転且つ公転可能に支持し、第1キャリヤCA1と一体回転するようにそれに連結された第2キャリヤCA2とを、備えたものである。また、上記第3遊星歯車装置42は、上記第2サンギヤS2と連結され且つ第1クラッチC1を介して選択的に入力軸16と連結される第3サンギヤS3と、第2キャリヤCA2に連結された第3リングギヤR3と、それら第3サンギヤS3および第3リングギヤR3と噛み合う第4ピニオンP4を回転可能にすなわち自転且つ公転可能に支持し、前記第4キャリヤCA4と連結された第3キャリヤCA3とを備えたものである。上記第1ピニオンP1と第3ピニオンP3は、同じ部材から歯切り加工されたものでもよいし、別部材か相互に一体的に固定されたものでもよい。第1ピニオンP1は第3ピニオンP3と同径とされているが、変速比γを適切とするために大径とされたり或いは小径とされたりしてもよい。
以上のように構成された変速機36では、たとえば図2の係合作動表に示されるように、前記第1クラッチC1、第2クラッチC2、第1ブレーキB1、第2ブレーキB2から成る4つの摩擦係合装置のうちから選択された2つが同時に係合作動させられることにより、前進側の第1速ギヤ段乃至第5速ギヤ段のいずれか或いは後進ギヤ段が選択的に成立させられ、略等比的に変化する変速比γが各ギヤ段毎に得られるようになっている。
図6において、主変速部28は、第1遊星歯車装置38の第1サンギヤS1、第1キャリアCA1、第1リングギヤR1、第2遊星歯車装置40の第2サンギヤS2、第2キャリアCA2、第2リングギヤR2、および第3遊星歯車装置42の第3サンギヤS3、第3キャリアCA3、第3リングギヤR3の一部が互いに連結されることによって5つの回転要素RE1乃至RE5が構成されるとともに、その5つの回転要素RE1乃至RE5の回転速度を直線で表すことができる共線図上においてその5つの回転要素RE1乃至RE5を一端から他端へ向かって順番に第1回転要素RE1、第2回転要素RE2、第3回転要素RE3、第4回転要素RE4、および第5回転要素RE5とした時、その第1回転要素RE1(S1)は第1ブレーキB1によって選択的に回転停止させられ、第2回転要素RE2(CA1、CA2、R3)は第2クラッチC2によって選択的に入力軸16に連結され、第3回転要素RE3(CA3)は第4キャリヤCA4(中間回転部材)に連結され、第5回転要素RE5(S2、S3)は第1クラッチC1を介して入力軸16に選択的に連結され、第4回転要素RE4(R1、R2)は出力歯車24(出力部材)に連結されている。
そして、上記の共線図から明らかなように、第1ブレーキB1および第2ブレーキB2が係合させられて、第1回転要素RE1(S1)が非回転とされるとともに第3回転要素RE3(CA3)が入力軸16よりも低い回転速度で回転させられると、第4回転要素RE4(R1、R2)は「1st」で示す回転速度で回転させられ、最も大きい変速比の第1変速段「1st」が成立させられる。第1クラッチC1および第2ブレーキB2が係合させられて、第5回転要素RE5(S2、S3)が入力軸16と共に回転させられるとともに第3回転要素RE3(CA3)が入力軸16よりも低い回転速度で回転させられると、第4回転要素RE4(R1、R2)は「2nd」で示す回転速度で回転させられ、第1変速段「1st」よりも変速比が小さい第2変速段「2nd」が成立させられる。第1クラッチC1および第1ブレーキB1が係合させられて、第5回転要素RE5(S2、S3)が入力軸16と共に一体回転させられるとともに第1回転要素RE1(S1)が非回転とされると、第4回転要素RE4(R1、R2)は「3rd」で示す回転速度で回転させられ、第2変速段「2nd」よりも変速比が小さい第3変速段「3rd」が成立させられる。第1クラッチC1および第2クラッチC2が係合させられて、第5回転要素RE5(S2、S3)と第2回転要素RE2(CA1、CA2、R3)が入力軸16と共に一体回転させられると、第1遊星歯車装置18および第2遊星歯車装置20が全体として一体回転させられ、第4回転要素RE4(R1、R2)は「4th」で示す回転速度(入力軸回転速度と同じ回転速度「1.0」)で回転させられ、第3変速段「3rd」よりも変速比が小さい第4変速段「4th」が成立させられる。この第4変速段「4th」の変速比γ4は1である。第2クラッチC2および第1ブレーキB1が係合させられて、第2回転要素RE2(CA1、CA2、R3)が入力軸16とともに回転させられるとともに第1回転要素RE1(S1)が非回転とされると、第4回転要素RE4(R1、R2)は「5th」で示す回転速度すなわち入力軸16と同じ回転速度で回転させられ、第4変速段「4th」よりも変速比が小さい第5変速段「5th」が成立させられる。
また、第2クラッチC2および第2ブレーキB2が係合させられて、第2回転要素RE2(CA1、CA2、R3)が入力軸16とともに回転させられるとともに、第3回転要素RE3(CA3)が入力軸16よりも低い第4キャリヤCA4の速度で回転させられると、第4回転要素RE4(R1、R2)は「Rev」で示す回転速度で逆回転させられ、後進変速段「Rev」が成立させられる。
本実施例の変速機36においても、前進5段の多段変速が2つのクラッチC1、C2および2つのブレーキB1、B2から成る合計4つの摩擦係合装置によって得られることから、一層少ない個数の摩擦係合装置によって変速を行うことができるため、部品点数が少なくなって低コストとなるだけでなく、引きずり抵抗が小さくなって一層良好な燃費が得られる。
図7は、上記図5に示す車両用自動変速機10の副変速部26が異なる変形例を示している。この図7の副変速部26は、トランスミッションケース(非回転部材)12に連結されることにより非回転とされた第4リングギヤR4と、入力軸(入力部材)16に連結された第4サンギヤS4と、それら第4サンギヤS4および第4リングギヤR4と噛み合う第5ピニオンP5を回転可能に支持する第4キャリヤCA4とを有する1組のシングルピニオン型第4遊星歯車装置44から構成されており、中間回転部材として機能する第4キャリヤCA4は、第3クラッチC3を介して主変速部28内の第3キャリヤCA3と選択的に連結されるようになっている。これにより図5の実施例と同様の作動が得られる。本実施例では、この第3クラッチC3が、その係合によって第4キャリヤCA4から主変速部28へ減速回転を選択的に出力させる中間回転出力用摩擦係合装置として機能している。なお、上記第3クラッチC3は、入力軸16と第4サンギヤS4との間に設けられていても、同様の作動が得られる。
図8は、前記変速機10と同様に4つの摩擦係合装置を用いて前進5速のギヤ段を達成する変速機46の構成を示す骨子図であり、図9は、その変速機46のギヤ段とそれを達成するための摩擦係合装置の係合作動の組み合わせとの関係を示す係合表であり、図10はその共線図である。本実施例の変速機46は、シングルピニオン型の第4遊星歯車装置54を主体として構成されている副(第2)変速部26と、ダブルピニオン型の第1遊星歯車装置48、シングルピニオン型の第2遊星歯車装置50、およびシングルピニオン型の第3遊星歯車装置52を主体として構成されている主(第1)変速部28とを有し、4つの摩擦係合装置の作動の組み合わせを切り換えることにより、5種類の変速比γnが異なる前進ギヤ段、或いは後進ギヤ段を達成し、そのギヤ段において入力軸16の回転を変速して出力歯車24へ伝達する。
上記副変速部26において、第4遊星歯車装置54は、入力軸16に連結された第4サンギヤS4と、その外周側に同心に配置され、トランスミッションケース(非回転部材)12に連結された第4リングギヤR4と、第4サンギヤS4および第4リングギヤR4に噛み合う第5ピニオンP5を回転可能にすなわち自転且つ公転可能に支持するとともに、第2クラッチC2を介して第3遊星歯車装置52の第3リングギヤR3に選択的に連結され且つ第4クラッチC4を介して第2サンギヤS2および第3サンギヤS3に選択的に連結される第4キャリヤCA4とを備えたものである。この第4遊星歯車装置54では、第4リングギヤR4が非回転とされているので、入力軸16に連結された第4サンギヤS4の回転に伴って、第4キャリヤCA4はその回転を減速して第1変速部28の第3リングギヤR3または第2サンギヤS2および第3サンギヤS3へ選択的に伝達する。すなわち、第4キャリヤCA4は、入力軸16の回転よりも低い回転速度で回転する中間回転部材として機能し、入力軸16の回転よりも低い回転速度で第1変速部28へ動力を伝達する。また、上記第2クラッチC2および第4クラッチC4は、その係合によって上記第4キャリヤCA4から主変速部28へ減速回転を選択的に出力させる中間回転出力用摩擦係合装置として機能している。
また、主変速部28において、上記第1遊星歯車装置48は、第1クラッチC1を介して選択的に入力軸16と連結される第1サンギヤS1と、出力部材として機能する出力歯車24に連結された第1リングギヤR1と、その第1サンギヤS1に噛み合う第1ピニオンP1と、その第1ピニオンP1および第1リングギヤR1に噛み合う第2ピニオンP2と、それら第1ピニオンP1および第2ピニオンP2を回転可能にすなわち自転且つ公転可能に支持し、且つ第3クラッチC3を介して入力軸16に選択的に連結される第1キャリヤCA1とを備えたものである。また、上記第2遊星歯車装置50は、第3サンギヤS3と連結され且つ第4クラッチC4を介して第4キャリヤCA4(中間回転部材)と選択的に連結される第2サンギヤS2と、前記第1リングギヤR1と共通に構成されることによりその第1リングギヤR1でもある第2リングギヤR2と、第2サンギヤに噛み合い且つ第2ピニオンP2に対して一体回転するように同軸にそれと連結された第3ピニオンP3と,その第3ピニオンP3を回転可能に支持し、第1キャリヤCA1と一体回転するようにそれに連結され、且つ第3キャリヤCA3にも連結された第2キャリヤCA2とを、備えたものである。また、上記第3遊星歯車装置52は、第2サンギヤS2と連結され且つ第4クラッチC4を介して第4キャリヤCA4(中間回転部材)と選択的に連結される第3サンギヤS3と、第2クラッチC2を介して第4キャリヤCA4と選択的に連結される第3リングギヤR3と、それら第3サンギヤS3および第3リングギヤR3と噛み合う第4ピニオンP4を回転可能に支持し、前記第1キャリヤCA1および第2キャリヤCA2と連結された第3キャリヤCA3とを備えたものである。上記第2ピニオンP2と第3ピニオンP3は、同じ部材から歯切り加工されたものでもよいし、別部材か相互に一体的に固定されたものでもよい。第2ピニオンP2は第3ピニオンP3と同径とされているが、変速比γを適切とするために大径とされたり或いは小径とされたりしてもよい。
以上のように構成された変速機46では、たとえば、図9の係合作動表に示されるように、前記第1クラッチC1、第2クラッチC2、第3クラッチC3、第4クラッチC4から成る4つの摩擦係合装置のうちから選択された2つが同時に係合作動させられることにより、前進側の第1速ギヤ段乃至第5速ギヤ段のいずれか或いは後進ギヤ段が選択的に成立させられ、略等比的に変化する変速比γ(=入力軸回転速度Nin/出力軸回転速度NOUT)が各ギヤ段毎に得られるようになっている。
すなわち、図9に示すように、第2クラッチC2および第4クラッチC4の係合により、第3遊星歯車装置52、第2遊星歯車装置50、第1遊星歯車装置48が共に一体的に減速回転させられることにより、変速比γ1が最大値たとえば「3.45」である第1速ギヤ段が成立させられる。また、第1クラッチC1および第2クラッチC2の係合により、第1サンギヤS1が入力軸16に連結されるとともに第3リングギヤR3が減速回転とされることにより、変速比γ2が第1速ギヤ段よりも小さい値たとえば「2.04」程度である第2速ギヤ段が成立させられる。また、第1クラッチC1および第4クラッチC4の係合により、第1サンギヤS1が入力軸16に連結されるとともに第2サンギヤS2および第3サンギヤS3が減速回転とされることにより、変速比γ3が第2速ギヤ段よりも小さい値たとえば「1.27」程度である第3速ギヤ段が成立させられる。また、第1クラッチC1および第3クラッチC3の係合により、第1サンギヤS1、第1キャリヤCA1および第2キャリヤCA2が入力軸16に連結されることにより第1遊星歯車装置48が入力軸16と共に一体的に回転させられ、変速比γ4が第3速ギヤ段よりも小さい値「1.000」である第4速ギヤ段が成立させられる。また、第3クラッチC3および第4クラッチC4の係合により、第2キャリヤCA2および第1キャリヤCA1が入力軸16に連結されるとともに第2サンギヤS2および第3サンギヤS3が減速回転されることにより、変速比γ5が第4速ギヤ段よりも小さい値たとえば「0.72」程度である第5速ギヤ段が成立させられる。また、第2クラッチC2および第3クラッチC3の係合により、第2キャリヤCA2および第1キャリヤCA1が入力軸16に連結されるとともに、第3リングギヤR3が減速回転させられると、変速比γRが第1速ギヤ段と第2速ギヤ段との間の値たとえば「2.83」である後進ギヤ段が成立させられる。前記第1遊星歯車装置18のギヤ比(=サンギヤの歯数/リングギヤの歯数)ρ1、第2遊星歯車装置20のギヤ比ρ2、第3遊星歯車装置22のギヤ比ρ3は、上記のような変速比が得られるように設定されており、たとえば、ρ1=0.45、ρ2=0.55、ρ3=0.29、ρ4=0.29である。
上記変速機46において、各ギヤ段の変速比変化率(変速比間の比=γn/γn+1)は、たとえば第1速ギヤ段の変速比γ1と第2速ギヤ段の変速比γ2との比(=γ1/γ2)が「1.69」とされ、第2速ギヤ段の変速比γ2と第3速ギヤ段の変速比γ3との比(=γ2/γ3)が「1.61」とされ、第3速ギヤ段の変速比γ3と第4速ギヤ段の変速比γ4との比(=γ3/γ4)が「1.27」とされ、第4速ギヤ段の変速比γ4と第5速ギヤ段の変速比γ5との比(=γ4/γ5)が「1.39」とされ、各変速比γが略等比的に変化させられている。また、上記変速機46において、第1速ギヤ段の変速比γ1と第5速ギヤ段の変速比γ5との比であるギヤ比幅(=γ1/γ5)が比較的大きな値すなわち「4.79」とされている。また、後進変速段「Rev」の変速比も適当値であり、全体として適切な変速比特性が得られる。
図10において、主変速部28は、第1遊星歯車装置48の第1サンギヤS1、第1キャリアCA1、第1リングギヤR1、第2遊星歯車装置50の第2サンギヤS2、第2キャリアCA2、第2リングギヤR2、および第3遊星歯車装置52の第3サンギヤS3、第3キャリアCA3、第3リングギヤR3の一部が互いに連結されることによって5つの回転要素RE1乃至RE5が構成されるとともに、その5つの回転要素RE1乃至RE5の回転速度を直線で表すことができる共線図上においてその5つの回転要素RE1乃至RE5を一端から他端へ向かって順番に第1回転要素RE1、第2回転要素RE2、第3回転要素RE3、第4回転要素RE4、および第5回転要素RE5とした時、その第1回転要素RE1(S2、S3)は第4クラッチC4を介して選択的に第4キャリヤCA4(中間回転部材)に連結され、第2回転要素RE2(CA1、CA2、CA3)は第3クラッチC3を介して入力軸16に選択的に連結され、第3回転要素RE3(R3)は第2クラッチC2を介して第4キャリヤCA4(中間回転部材)に連結され、第5回転要素RE5(S1)は第1クラッチC1を介して入力軸16に選択的に連結され、第4回転要素RE4(R1、R2)は出力歯車24(出力部材)に連結されている。
そして、上記の共線図から明らかなように、第2クラッチC2および第4クラッチC4が係合させられて、第3回転要素RE3(R3)および第1回転要素RE1(S2、S3)が第4キャリヤCA4(中間回転部材)に連結されると、第1遊星歯車装置48、第2遊星歯車装置50、第3遊星歯車装置52が一体回転させられて、第4回転要素RE4(R1、R2)は「1st」で示す回転速度で回転させられ、最も大きい変速比の第1変速段「1st」が成立させられる。第1クラッチC1および第2クラッチC2が係合させられて、第5回転要素RE5(S1)が入力軸16と共に回転させられるとともに第3回転要素RE3(R3)が入力軸16よりも低い第4キャリヤCA4の回転速度で回転させられると、第4回転要素RE4(R1、R2)は「2nd」で示す回転速度で回転させられ、第1変速段「1st」よりも変速比が小さい第2変速段「2nd」が成立させられる。第1クラッチC1および第4クラッチC4が係合させられて、第5回転要素RE5(S1)が入力軸16と共に回転させられるとともに第1回転要素RE1(S2、S3)が第4キャリヤCA4(中間回転部材)に連結されると、第4回転要素RE4(R1、R2)は「3rd」で示す回転速度で回転させられ、第2変速段「2nd」よりも変速比が小さい第3変速段「3rd」が成立させられる。第1クラッチC1および第3クラッチC3が係合させられて、第5回転要素RE5(S1)が入力軸16と共に回転させられるとともに第2回転要素RE2(CA1、CA2、CA3)も入力軸16と共に回転させられると、第1遊星歯車装置48、第2遊星歯車装置50、および第3遊星歯車装置52が全体として一体回転させられ、第4回転要素RE4(R1、R2)は「4th」で示す回転速度(入力軸回転速度と同じ回転速度「1.0」)で回転させられ、第3変速段「3rd」よりも変速比が小さい第4変速段「4th」が成立させられる。この第4変速段「4th」の変速比γ4は1である。第3クラッチC3および第4クラッチC4が係合させられて、第2回転要素RE2(CA1、CA2、CA3)も入力軸16と共に回転させられるとともに第1回転要素RE1(S2、S3)が第4キャリヤCA4(中間回転部材)に連結されると、第4回転要素RE4(R1、R2)は「5th」で示す回転速度で回転させられ、第4変速段「4th」よりも変速比が小さい第5変速段「5th」が成立させられる。
また、第2クラッチC2および第3クラッチC3が係合させられて、第3回転要素RE3(R3)が入力軸16よりも低い第4キャリヤCA4の速度で回転させられるとともに、第2回転要素RE2(CA1、CA2、CA3)が入力軸16とともに回転させられると、第4回転要素RE4(R1、R2)は「Rev」で示す回転速度で逆回転させられ、後進変速段「Rev」が成立させられる。
本実施例の変速機46においても、前進5段の多段変速がクラッチC1乃至C4から成る合計4つの摩擦係合装置によって得られることから、一層少ない個数の摩擦係合装置によって変速を行うことができるため、部品点数が少なくなって低コストとなるだけでなく、引きずり抵抗が小さくなって一層良好な燃費が得られる。
以上、本発明の1実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。
たとえば、前述の実施例において、副変速部26を構成する第3遊星歯車装置22は、シングルピニオン型であったが、ダブルピニオン型の遊星歯車装置であってもよい。その3つの回転要素に対応する第3サンギヤS3、第3キャリヤCA3、第3リングギヤR3のうち、いずれが固定され、いずれが中間回転部材とされ、いずれが入力部材に直接或いは間接に連結されてもよい。副変速部26を構成する第4遊星歯車装置44、或いは54においても同様である。
また、前述の実施例の車両用自動変速機10は、その自動変速機10の軸線が車両の幅方向となるFF(フロントエンジン・フロントドライブ)車両用すなわち搭載姿勢が横置き型となる車両に適したものであったが、自動変速機10の軸線が車両の前後方向となるFR(フロントエンジン・リヤドライブ)車両用すなわち搭載姿勢が縦置き型となる場合にも適用される。
また、前記車両用自動変速機10は、アクセル操作量や車速などの運転状態に応じて自動的に変速段を切り換えるものでも良いが、運転者のスイッチ操作(アップダウン操作など)に従って変速段を切り換えるものでも良い。
また、前記車両用自動変速機10或いは36において、第1クラッチC1、第2クラッチC2、第1ブレーキB1、第2ブレーキB2としては、油圧シリンダによって摩擦係合させられる多板式や単板式、ベルト式などの油圧式摩擦係合装置が好適に用いられるが、電磁式等の他の形式の係合装置を採用することもできる。変速制御を容易にするため、それ等のブレーキやクラッチと並列に一方向クラッチを設けることもできる。エンジンブレーキが必要無い場合には、一方向クラッチを設けるだけでも良い。回転を停止する点で一方向クラッチはブレーキと同様の機能が得られるのである。この他、第1ブレーキと並列に、直列に接続されたブレーキおよび一方向クラッチを設けるなど、種々の態様が可能である。変速機46の第1クラッチC1乃至第4クラッチC4も同様である。
また、前記車両用自動変速機10において、主変速部28と副変速部26との位置関係や、主変速部28の第1遊星歯車装置18と第2遊星歯車装置20との位置関係は特に限定されず、種々の態様が可能である。クラッチやブレーキについても、例えば一端部に集中して配置するなど種々の態様が可能である。
また、前述の実施例の共線図は、回転要素RE1、RE2、RE3、RE4、RE5に対応する縦軸Y1、Y2、Y3、Y4、Y5が、左から右へ向かって順次配列されていたが、右から左へ向かって順次配列されていてもよい。また、回転速度零に対応する横軸X1の上側に回転速度「1」に対応する横軸X2が配置されていたが、横軸X1の下側に配置されていてもよい。
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更,改良を加えた態様で実施することができる。