JP2008121843A - 自動変速機 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、複数のプラネタリギアセットとクラッチとブレーキによって前進6速を得る自動変速機において、コンパクト且つ軽量に前進6速を構成しつつも、クラッチ容量を少なくすることができ、また、下流のギアトレインもコンパクトに構成でき、さらに、ギアノイズの発生も抑えることができる自動変速機を提供することを目的とする。
【解決手段】入力軸1上に、エンジンE側から順に、ロックアップクラッチ付きのトルクコンバータ4と、常時増速機構として機能する第1プラネタリギアセットG1と、カウンタ軸2に回転駆動力を出力するカウンタドライブギア5と、変速要素を構成する第2プラネタリギアセットG2と、同様に変速要素を構成する第3プラネタリギアセットG3とを並設して配置している。
【選択図】図1

Description

この発明は、自動変速機に関し、特に、複数のプラネタリギアセットとクラッチとブレーキとによって、前進6速の変速段を得るように構成した自動変速機に関する。
従来より、自動変速機においては、複数のプラネタリギアセットと、クラッチ、ブレーキの摩擦締結要素を組み合わせて、複数の変速段を得る自動変速機が知られている。
近年、燃費の向上、ドライバビリティの向上のため、変速機の多段化が要請されるようになり、自動変速機においても、従来の前進3速や4速から、前進6速を達成する自動変速機が要請されるようになっている。
しかし、多段化が要請されたとしても、変速機のレイアウトスペースは制限されるため、できるだけコンパクトなギアトレインで前進6速の変速段を構成することが求められる。
そこで、例えば、下記特許文献1が提案されている。この特許文献1では、減速プラネタリギアセットと、減速回転と非減速回転を入力として複数の変速回転を出力するラビニオ型プラネタリギアセット(単一のキャリアを共有する複合型のプラネタリギアセット)と、を同軸上に設置して、これらのプラネタリギアの変速要素を3つのクラッチと2つのブレーキで係脱することで、前進6速を達成する自動変速機が開示されている。
この自動変速機によると、軽量且つコンパクトであることに加えて、ラビニオ型プラネタリギアセットの両側に二つのクラッチを各々配置したことで、回転部材の大型化を防ぎ、イナーシャトルクを低減して変速ショックを低減することができる。
特開2000−199549号公報
確かに、上記特許文献1のように構成すると、自動変速機を軽量コンパクトに構成でき、イナーシャトルクも低減できる。
しかし、この特許文献1の自動変速機の場合、入力回転が一旦減速プラネタリギアセットで減速されるため、駆動トルクが増幅された上で、下流のクラッチ等に伝達される。このため、この増幅した駆動トルクに対応すべく、クラッチ容量を大きくしなければならないという問題がある。
また、上流で駆動トルクが増幅されることで、下流のギアトレインを構成するプラネタリギアセット等もトルク容量の大きなもので構成しなければならず、必然的にギアトレインが大型化してしまうという問題がある。
さらに、この自動変速機では、ラビニオ型プラネタリギアセットを用いるため、軸方向に延びるロングピニオンを使用する必要があり、このロングピニオンで駆動トルクを伝達すると、ギアに傾き等が生じて、ギアノイズの発生のおそれがあるという問題がある。
そこで、本発明は、複数のプラネタリギアセットとクラッチとブレーキによって前進6速を得る自動変速機において、コンパクト且つ軽量に前進6速を構成しつつも、クラッチ容量を少なくすることができ、また、下流のギアトレインもコンパクトに構成でき、さらに、ギアノイズの発生も抑えることができる自動変速機を提供することを目的とする。
この発明の自動変速機は、入力軸と同軸上に出力部を配設して、第1乃至第3のシングルピニオン型プラネタリギアセットと複数のクラッチとブレーキを備え、該クラッチとブレーキを選択的に作動して前記入力軸から前記出力部までの動力伝達経路を切換えて前進6速を得る自動変速機であって、前記第1のシングルピニオン型プラネタリギアセットが、第1サンギアと第1キャリアと第1リングギアを有し、前記第2のシングルピニオン型プラネタリギアセットが、第2サンギアと第2キャリアと第2リングギアを有し、前記第3のシングルピニオン型プラネタリギアセットが、第3サンギアと第3キャリアと第3リングギアを有し、前記第1サンギアと変速機ケース、前記第1キャリアと入力軸、前記第2リングギアと第3キャリア、前記第3リングギアと第2キャリアと出力部、の各々を常時連結し、前記入力軸と第2サンギアとを断接する第1クラッチと、前記第1リングギアと第3キャリアとを断接する第2クラッチと、前記入力軸と第3サンギアとを断接する第3クラッチと、前記第3サンギアと変速機ケースとを断接する第1ブレーキと、前記第3キャリアと変速機ケースとを断接する第2ブレーキと、を備え、前記第1クラッチと第2ブレーキを締結することで第1速、前記第1クラッチと第1ブレーキを締結することで第2速、前記第1クラッチと第3クラッチを締結することで第3速、前記第1クラッチと第2クラッチを締結することで第4速、前記第2クラッチと第3クラッチを締結することで第5速、前記第2クラッチと第1ブレーキを締結することで第6速を達成するように構成したものである。
上記構成によれば、第1サンギアと変速機ケースを常時連結して、第1キャリアと入力軸とを常時連結することにより、入力回転を受ける第1のシングルピニオン型プラネタリギアセットが、入力回転を増速して出力することになり、いわゆる常時増速機構として機能することになる。
また、その下流の変速要素を、第2のシングルピニオン型プラネタリギアセットと第3のシングルピニオン型プラネタリギアセットで構成することで、ロングピニオンを使用することなく変速要素を構成することができる。
このため、第1のシングルピニオン型プラネタリギアセットの下流に位置する第1クラッチ及び第2クラッチに対して伝達する駆動トルクを入力トルクに対し増大させることがなく、下流のギアトレインへ伝達する駆動トルクも増大させることがない。また、ロングピニオンを使用しないため、ギアの傾きも生じることがなく、ギアノイズの発生も防止することができる。
この発明の一実施態様においては、前記第3速を、入力軸からの回転をそのままの回転速度で出力部から出力する直結段としたものである。
上記構成によれば、直結段を第3速とすることで、通常走行時に使用頻度の高い第4速から第6速の高速段位の全てを、入力軸の回転よりも速い回転速度で回転させることができる。
このため、自動変速機のギアトレインに作用する伝達トルクを、全体的に低減することができ、ギアトレインに対する負荷を軽減することができる。
よって、自動変速機を軽量コンパクトに構成しつつも、ギアトレインの耐久性を高めることができる。
この発明の一実施態様においては、前記入力軸の一方端に、エンジンに連結して、該一方端側から、前記第1のシングルピニオン型プラネタリギアセット、前記第2のシングルピニオン型プラネタリギアセット、前記第3のシングルピニオン型プラネタリギアセットを、順に入力軸上に並設し、前記出力部を、該第1のシングルピニオン型プラネタリギアセットと第2のシングルピニオン型プラネタリギアセットとの間に設けたものである。
上記構成によれば、エンジンに近い側から、第1、第2、第3のシングルピニオン型プラネタリギアセットを、順に入力軸上に並設して、エンジンに近い側の第1、第2のシングルピニオン型プラネタリギアセットの間に、出力部を設置することになる。
このため、エンジンを変速機に並設するエンジン横置きのFFタイプ(フロントエンジンフロントドライブ)の車両において、この自動変速機を用いた場合に、エンジンに近い位置、すなわち車幅方向中心位置に、駆動トルクを出力することができる。よって、ファイナルギアとの間を繋ぐカウンタ軸を短く構成することができ、自動変速機をよりコンパクトに構成することができる。
特に、エンジンと出力部との間には、トルクコンバータ以外に第1のシングルピニオン型プラネタリギアセットしか配置しないため、よりカウンタ軸を短くできる。
よって、自動変速機をコンパクトに構成することができ、駆動系全体をコンパクトに構成することができる。
なお、「出力部」としての動力伝達手段は、ギア伝達、チェーン伝達等が考えられる。
この発明の一実施態様においては、前記入力軸の一方端を、エンジンに連結して、他方端側から、前記第1のシングルピニオン型プラネタリギアセット、前記第2のシングルピニオン型プラネタリギアセット、前記第3のシングルピニオン型プラネタリギアセットを、順に入力軸上に並設し、前記出力部を、該第1のシングルピニオン型プラネタリギアセットと第2のシングルピニオン型プラネタリギアセットとの間に設けたものである。
上記構成によれば、エンジンに遠い側から、入力軸上に第1、第2、第3のシングルピニオン型プラネタリギアセットを順に並設して、このうち第1、第2のシングルピニオン型プラネタリギアセットの間に、出力部を設置することになる。
このため、エンジンを変速機に並設するエンジン横置きのFFタイプの駆動系にこの自動変速機を用いた場合に、エンジンに比較的近い位置、すなわち車幅方向中心位置に、駆動トルクを出力することができる。よって、ファイナルギアとの間を繋ぐカウンタ軸を短く構成することができ、自動変速機をよりコンパクトに構成することができる。
よって、自動変速機をコンパクトに構成することができ、駆動系全体をコンパクトに構成することができる。
この発明の一実施態様においては、前記第1クラッチと第2クラッチを、前記第1のシングルピニオン型プラネタリギアセットの近傍に配置したものである。
上記構成によれば、第1のシングルピニオン型プラネタリギアセットの近傍に、第1クラッチと第2クラッチを配置することで、第1のシングルピニオン型プラネタリギアセットと各クラッチとの間の連結部材を短くすることができる。
よって、自動変速機のコンパクト化に有利なレイアウトにすることができる。
この発明の一実施態様においては、前記第1クラッチと第2クラッチの少なくとも一方を、前記第1のシングルピニオン型プラネタリギアセットと軸方向で重合しない位置に配置したものである。
上記構成によれば、第1クラッチと第2クラッチの少なくとも一方を、第1のシングルピニオン型プラネタリギアセットと軸方向で重合しない位置に配置することで、その一方のクラッチの径方向サイズを、第1のシングルピニオン型プラネタリギアセットに制限されることなく、小さくすることができる。
よって、第1クラッチと第2クラッチの少なくとも一方のクラッチを径方向でコンパクトに構成でき、自動変速機のコンパクト化を図ることができる。
この発明の一実施態様においては、前記第3クラッチを、前記第3のシングルピニオン型プラネタリギアセットの近傍に配置したものである。
上記構成によれば、第3のシングルピニオン型プラネタリギアセットの近傍に第3クラッチを配置することで、第3のシングルピニオン型プラネタリギアセットと第3クラッチとの間の連結部材を短くすることができる。
よって、自動変速機のコンパクト化に有利なレイアウトにすることができる。
この発明の一実施態様においては、前記第3クラッチを、前記第3のシングルピニオン型プラネタリギアセットと軸方向で重合しない位置に配置したものである。
上記構成によれば、第3クラッチを、第3のシングルピニオン型プラネタリギアセットと軸方向で重合しない位置に配置することで、その第3クラッチの径方向サイズを、第3のシングルピニオン型プラネタリギアセットに制限されることなく、小さくすることができる。
よって、第3クラッチの径方向をコンパクトに構成でき、自動変速機のコンパクト化を図ることができる。
この発明の一実施態様においては、前記第1ブレーキと第2ブレーキを、前記第2のシングルピニオン型プラネタリギアセットと第3のシングルピニオン型プラネタリギアセットの外周側に配置して、軸方向に並設したものである。
上記構成によれば、第1ブレーキと第2ブレーキを、第2のシングルピニオン型プラネタリギアセットと第3のシングルピニオン型プラネタリギアセットの外周側に配置して、軸方向に並設することで、伝達トルク容量を考慮する必要が少ないブレーキを、第2のシングルピニオン型プラネタリギアセットと第3のシングルピニオン型プラネタリギアセットの外周側のスペースを利用して、有効にレイアウトできる。
よって、自動変速機のコンパクト化に有利なレイアウトにすることができる。
この発明によれば、第1のシングルピニオン型プラネタリギアセットの下流に位置する第1クラッチ及び第2クラッチに対して伝達する駆動トルクを入力トルクに対し増大させることがなく、下流のギアトレインへ伝達する駆動トルクも増大させることがない。また、ロングピニオンを使用しないため、ギアの傾きも生じることがなく、ギアノイズの発生も防止することができる。
よって、複数のプラネタリギアセットとクラッチとブレーキによって前進6速を得る自動変速機において、コンパクト且つ軽量に前進6速を構成しつつも、クラッチ容量を少なくすることができ、また、下流のギアトレインもコンパクトに構成でき、さらに、ギアノイズの発生も抑えることができる。
本発明の実施形態について、以下、図面に基づいて詳述する。
図1は本発明の第一実施形態の自動変速機を採用したパワートレインの平面スケルトン図である。図2はこの自動変速機の各軸の位置関係を示す側面図である。
この自動変速機Mは、図1に示すように、車両に対して横置き搭載されるいわゆるFFタイプのパワートレインに適用される。この自動変速機Mは各々車幅方向に延びる入力軸1とカウンタ軸2とドライブ軸3とを有する3軸構成のトランスアクスルとして構成している。
自動変速機Mの入力軸1上には、エンジンE側(以下、ミッション前方側)から順に、ロックアップクラッチ付きのトルクコンバータ4と、常時増速機構として機能する第1プラネタリギアセットG1と、カウンタ軸2に回転駆動力を出力するカウンタドライブギア5と、変速要素を構成する第2プラネタリギアセットG2と、同様に変速要素を構成する第3プラネタリギアセットG3とを並設して配置している。
また、カウンタ軸上2には、反エンジンE側(以下、ミッション後方側)から、カウンタドライブギア5に噛合するカウンタドリブンギア6と、ドライブ軸3に出力するファイナルドライブギア7とを並設して配置している。
さらに、ドライブ軸3上には、そのファイナルドライブギア7に噛合するファイナルドリブンギア8(デフリングギア)と、その内周側で左右輪間の差動を許容する差動歯車装置9と、その差動歯車装置から車幅方向外方側に図示しない左右の車輪に回転力を伝達する左右のドライブシャフトX,Xとを設けている。
これらの3軸1,2,3は、図2に示すように、車両前方側から入力軸1、カウンタ軸2、ドライブ軸3という順に配置され、このうち、カウンタ軸2をやや高い位置に設置している。
入力軸1上の変速機構には、前述の第1〜第3のプラネタリギアセットG1,G2,G3のほかに、第1プラネタリギアセットG1のミッション前方側に設置される第1クラッチC1と、ミッション後方側に設置される第2クラッチC2と、第3プラネタリギアセットG3のミッション後方側に設置される第3クラッチC3とを備えており、変速要素間で回転力を伝達するように構成している。
また、第2プラネタリギアセットG2と第3プラネタリギアセットG3の外周側には、変速要素の回転を変速機ケースZを利用して停止する第1ブレーキB1と第2ブレーキB2を設置している。なお、第2ブレーキB2の側方にはワンウェイクラッチOWCを並設している。このワンウェイクラッチOWCの機能については、別途後述する。
前述の第1〜第3のプラネタリギアセットG1,G2,G3は、全て、サンギア、リングギア、シングルピニオンを支持するキャリアによって構成したシングルピニオン型プラネタリギアであり、それぞれ、第1サンギアS1、第1リングギアR1、第1キャリアK1と、第2サンギアS2、第2リングギアR2、第2キャリアK2と、第3サンギアS3、第3リングギアR3、第3キャリアK3とを備えている。
次に、この変速機構の連結関係等について説明する。
第1プラネタリギアセットG1は、第1サンギアS1を変速機ケースZに固定(常時連結)するとともに、第1キャリアK1を入力軸1に常時連結することで、第1リングギアR1から、入力軸1の回転を増速して出力するように構成している。このため、第1プラネタリギアセットG1は、常時増速機構として機能する。
第2プラネタリギアセットG2は、第2サンギアS2を第1キャリアK1に第1クラッチC1を介して係脱自在に連結して、第2キャリアK2を第3リングギアR3に常時連結して、第2リングギアR2を第3キャリアK3に常時連結している。また、第3プラネタリギアセットG3は、第3サンギアS3を第3クラッチC3を介して入力軸1に係脱自在に連結して、前述のように第3キャリアK3を第2リングギアR2に常時連結し、第3リングギアR3を第2キャリアK2に常時連結している。
このため、第2プラネタリギアセットG2と第3プラネタリギアセットG3は、第2サンギアS2を第1変速要素(D1)、第2キャリアK2・第3リングギアR3を第2変速要素(D2)、第2リングギアR2・第3キャリアK3を第3変速要素(D3)、第3サンギアS3を第4変速要素(D4)とする合計4自由度を有する変速ユニットとして機能する。
また、この第2リングギアR2・第3キャリアK3の第2変速要素(D2)は、第2クラッチC2を介して第1リングギアR1に係脱自在に連結しており、また、第2キャリアK2・第3リングギアR3の第3変速要素(D3)は、カウンタドライブギア5に対して常時連結している。
さらに、第2リングギアR2・第3キャリアK3の第3変速要素(D3)と変速機ケースZとの間には、第3変速要素(D3)の回転を係止する第2ブレーキB2を設置している。また、第3サンギアS3の第4変速要素(D4)と変速機ケースZとの間にも、第4変速要素(D4)の回転を係止する第1ブレーキB1を設置している。
こうした構成要素を備える自動変速機Mは、図示しない油圧制御等の変速制御装置によって、ドライバーの変速操作や、エンジン回転、車速、車両負荷等の信号から、適切な変速段を選択して変速制御を行なっている。
図3は、各段位における各クラッチC1,C2,C3とブレーキB1,B2の締結・開放状態を示した締結作動図(●が締結、無印が開放)である。なお、第1クラッチは第1速〜第4速で締結を行なうためにLowクラッチ、第2クラッチC2は第4速〜第6速で締結を行なうためにHighクラッチ、第3クラッチC3は第3速、第5速、後退で締結を行なうために3/5/Rクラッチ、第1ブレーキB1は第1速、後退で締結を行なうためにL/Rブレーキ、第2ブレーキB2は第2速、第6速で締結を行なうために2/6ブレーキとも呼ばれる。
また、この実施形態では、第2ブレーキB2と並列にワンウェイクラッチOWCを設けているため、前進1速では第2ブレーキB2を締結せずに、例えば、マニュアルモードやホールドモード等のエンジンブレーキが必要な場合のみ、第2ブレーキB2を締結するようにしている(括弧書きとしているのは、そのためである)。但し、ワンウェイクラッチOWCがない場合には、前進1速では第2ブレーキB2を締結する。このため、本明細書では、便宜上、ワンウェイクラッチOWCがない場合の制御方法で説明する。
図4(a)は、各段位の各変速要素の速度比を示した速度線図であり、図4(b)は、各プラネタリギアセットG1,G2,G3のギア歯数を示した図である。
まず、図4(a)の速度線図について説明する。この速度線図において、縦軸は、第1〜第3のプラネタリギアセットG1,G2,G3の各変速要素を示し、この軸間の横方向間隔は、ギア比の比率で決定する。また、縦方向位置は速度比を示している。
具体的には、左側の3軸が、第1プラネタリギアセットG1の変速要素である、第1サンギアS1と、第1キャリアK1と、第1リングギアR1を示しており、右側の4軸が、第2プラネタリギアセットG2と第3プラネタリギアセットG3の変速要素である第3サンギアS3と、第3キャリアK3・第2リングギアR2と、第3リングギアR3・第2キャリアK2と、第2サンギアS2と、を示している。
軸間の横方向間隔は、ギア比、すなわち各ギア間のギア歯数によって定めており、例えば、第1サンギアS1と第1キャリアK1の間隔は、第1キャリアK1と第1リングギアR1の間隔を1とした場合の、第1リングギアR1の歯数(Zr1)÷第1サンギアS1の歯数(Zs1)で決定している(=1.813)。
また、第3サンギアS3と第3キャリアK3の間隔も、第3キャリアK3と第3リングギアR3の間隔を1とした場合の、第3リングギアR3の歯数(Zr3)÷第3サンギアS3の歯数(Zs3)で決定している(=2.220)。
さらに、第2サンギアS2と第2キャリアK2の間隔も、同様に、第2キャリアK2と第2リングギアR2の間隔を1とした場合の、第2リングギアR2の歯数(Zr2)÷第2サンギアS2の歯数(Zs2)で決定している(=1.618)。
このように、各軸線を描くことにより、各変速要素間の速度比を確認することを容易に行える。
例えば、第1プラネタリギアセットG1では、第1サンギアS1が固定(速度比0)されているため、第1キャリアK1に所定の回転速度(速度比1)を入力すると、第1リングギアR1には、同一方向の増速回転(速度比1.55)が出力される(第1サンギアS1の固定点と第1キャリアK1の入力点を結ぶ直線と第1リングギアR1の軸線とが交差する点が出力点となる)。このうち、第1リングギアR1から出力するか(速度比1.55)、第1キャリアK1から出力するか(速度比1)を決定して、第1プラネタリギアセットG1から出力する回転速度を切換える。
また、第2プラネタリギアセットG2と第3プラネタリギアセットG3では、前述のように4つの変速要素(D1〜D4)があるため、2つの変速要素の速度比位置を規定(固定)すると、他の2つの変速要素の速度比位置が決定される。仮に、第2サンギアS2(第1変速要素D1)の第1クラッチC1を締結して、第2リングギアR2・第3キャリアK3(第3変速要素D3)の第2ブレーキB2を締結すると、第2キャリアK2・第3リングギアR3(第2変速要素D2)は第2サンギアS2より減速回転して、第3サンギアS3(第4変速要素D4)は逆回転(速度比マイナス)して空転することになる。
図3と図4(a)を参照しながら説明すると、第1速は、第1クラッチC1と第2ブレーキB2を締結することによって達成される。この場合、図1を参照すると、入力軸1から第1キャリアK1を経た回転は、第1クラッチC1を介して第2サンギアS2に入力される(入力軸1の回転速度と同じ)。この回転は、第2ブレーキB2が締結され第2リングギアR2が変速機ケースZに固定されることで、第2サンギアS2と第2リングギアR2の中間位置にある第2キャリアK2が大きく減速され、その減速された回転がカウンタドライブギア5から出力される。
次に、第2速は、第1クラッチC1と第1ブレーキB1を締結することで達成される。この場合も、入力軸1から第1キャリアK1を経た回転は、第1速と同様に、第1クラッチC1を介して第2サンギアS2に入力される。ここで、第1ブレーキB1を締結することで、第3サンギアS3が変速機ケースZに固定されることで、第2サンギアS2に入力された回転は、第2サンギアS2と第3サンギアS3の中間位置にある第2キャリアK2がやや減速され、カウンタドライブギア5から出力される。
また、第3速は、第1クラッチC1と第3クラッチC3を締結することで達成される。この場合、入力軸1から第1キャリアK1を経て第1クラッチC1を介して第2サンギアS2に入力される回転と、入力軸1から第3クラッチC3を介して第3サンギアS3に入力される回転は、共に入力軸1と同一の回転速度であり、第2サンギアS2と第3サンギアS3が同一速度で回転する。このため、他の変速要素も同一の回転速度で回転して、第2キャリアK2も同一速度で回転する。よって、入力軸1と同一回転がカウンタドライブギア5から出力される。
さらに、第4速は、第1クラッチC1と第2クラッチC2を締結することで達成される。この場合、入力軸1から第1キャリアK1を経て第1クラッチC1を介して第2サンギアS2に出力される回転が、第1リングギアR1で出力された増速回転を第2クラッチC2を介して第2リングギアR2で受けて、第2サンギアS2と第2リングギアR2の中間位置にある第2キャリアK2が増速される。この増速された回転がカウンタドライブギア5から出力される。
また、第5速は、第2クラッチC2と第3クラッチC3を締結することで達成される。この場合は、入力軸1から第1リングギアR1を経て第2クラッチC2を介して第3キャリアK3を経由して、第2リングギアR2から出力される増速回転が、入力軸1と第3クラッチC3を介して連結された第3サンギアS3が入力軸と同一回転となるため、第2リングギアR2と第3サンギアS3の位置関係から第2リングギヤキャリアK2がさらに増速される。この増速された回転がカウンタドライブギア5から出力される。
さらに、第6速は、第2クラッチC2と第1ブレーキB1を締結することで達成される。この場合は、入力軸1から第1リングギアR1を経て第2クラッチC2を介して第2リングギアR2から出力される増速回転は、さらに、第3サンギアS3が変速機ケースZに固定されることで、第2リングギアR2と第3サンギアS3の位置関係から第2キャリアK2の回転がさらに増速される。このため、最も増速された回転が、カウンタドライブギア5から出力される。
なお、後進は、第3クラッチC3と第2ブレーキB2を締結することで達成される。この場合は、入力軸1から第3クラッチC3を介して第3サンギアS3に出力された回転が、第3キャリアK3の回転を停止することで、第3リングギアR3に逆転して出力される。この逆転した回転がカウンタドライブギア5から出力される。
このようにして達成される各変速段のギアレシオと段位間ステップ、それにギアロスは、図5(a)の表、図5(b)のグラフ、及び図6(a)(b)のグラフのようになり、自動変速機Mとして、適切な値を得ることができる。
まず、ギアレシオについては、例えば、第1速が2.6182、第2速が1.5026、第3速が1、第4速が0.7457、第5速が0.5555、第6速が0.4443、後退が2.2219として設定され、図5(b)に示すように、高速段になるに従い、変化が徐々に少なくなるように設定している。
このことは、段位間ステップにも表れており、第1・2速間が1.7424、第2・3速間が1.5026、第3・4速間が1.3410、第4・5速間が1.3425、第5・6速間が1.2503となり、図6(a)に示すように、高速段になるに従い、変化が徐々に少なくなるように設定している。
このようなギアレシオ設定にすることにより、低速走行時の加速性能を向上しつつ、高速走行時の変速ショックを緩和して、高速走行時の車両の乗り心地を向上している。
また、ギアロス(歯車間の伝達ロス)についても、図6(b)に示すように、シングルピニオン型プラネタリギアセットを使用しているため、比較的高い値に維持される。特に、第3速は直結段であることから全くギアロスなく伝達される。
図7は、各変速段における各クラッチ及びブレーキのトルク分担率、すなわち、入力軸1の駆動トルクに対して各クラッチC1,C2,C3やブレーキB1,B2がどの程度、伝達トルクを受け持つかを示した表である。ここで「1」とは、入力軸1の駆動トルクに対して、全て受け持つ場合の値であり、「1より小さい値」は入力軸1の駆動トルクよりも少ない伝達トルクを受け持つ場合の値である。
このトルク分担率の表から見て分かるように、駆動トルクを伝達する第1〜第3クラッチC1,C2,C3は、1〜0.250の低い値で伝達トルクを分担するようになっている。
これは、前述したように、第1クラッチC1及び第2クラッチC2の上流に設けている第1プラネタリギアセットG1を常時増速機構として機能させ、入力軸1の回転を増速等した上で、第1クラッチC1や第2クラッチC2に伝達していることから、第1クラッチC1及び第2クラッチC2のトルク分担率が低下しているのである。仮に、第1プラネタリギアセットG1を、前述の特許文献1のように常時減速タイプとした場合には、第1クラッチC1等のトルク分担率は増幅され、1を越えることになる。
このように、クラッチC1,C2,C3のトルク分担率を低下させることで、クラッチ容量を低下することができ、クラッチの径の大きさ、多板クラッチの枚数等を低減することができる。
また、ブレーキB1,B2について見てみると、第2ブレーキB2が1を越える値を示すものの、第1速や後退といった通常走行の状態では使用頻度の少ない段位であるため、ブレーキの負担を増やすものではない。
このように、本実施形態によると、各クラッチC1,C2,C3及びブレーキB1,B2のトルク分担率を低下することができるため、各クラッチ等のクラッチ容量を低減することが可能となり、クラッチの大きさを小さくすることができる。よって、前進6速の自動変速機Mで最も重視される変速機のコンパクト化をより図ることができる。
次に、図8、図9でこの自動変速機Mの構成を更に具体的に説明する。図8は、自動変速機Mを示した詳細断面図、図9は自動変速機Mの要部詳細断面図である。図1に対応する構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
この自動変速機Mは、コンバータハウジングZ1とギアケーシングZ2とエンドカバーZ3からなる変速機ケースZ内に、入力軸1と複数のギアセットG1,G2,G3とクラッチC1,C2,C3とブレーキB1,B2等を備えて構成している。
前述の入力軸1は、前端部をギアケーシングZ2に固定されたカバー部材Z4に支持される円筒状部材Z5にベアリングb1を介して軸支され、後端部をエンドカバーZ3に形成したボス部Z3aにベアリングb2を介して軸支されている。
入力軸1上には、前述のようにミッション前方側から第1、第2、第3プラネタリギアセットG1,G2,G3を並設して配置して、第1プラネタリギアセットG1と第2プラネタリギアセットG2の間にカウンタドライブギア5を配置している。
このうち、第1プラネタリギアセットG1については、前述の円筒状部材Z5に軸方向で重合するように設置して、第1サンギアS1をこの円筒状部材Z5にスプライン結合SP1によって固定(常時固定)している。また、この第1プラネタリギアセットG1のミッション前方側には第1クラッチC1を、ミッション後方側には第2クラッチC2を、それぞれ近接配置している。
第1クラッチC1は、第1キャリアK1に固定されるシールプレート10と、作動油圧によって軸方向に移動してシールプレート10との間で受圧室11を形成するピストンプレート12と、作動油圧が作用してないときにピストンプレート12を開放位置に戻すリターンスプリング13と、からなる油圧サーボQ1を備え、また、第1キャリアK1と一体となったハブ部材14とその外周側に位置するドラム部材15との間に軸方向に互い違いに設置した複数のクラッチプレート16からなる多板クラッチ(P1)とを備えることによって構成している。
第2クラッチC2も、第1リングギアR1から延びる連結部材19に固定されるシールプレート20と、軸方向に移動して連結部材19との間で受圧室21を形成するピストンプレート22と、そのピストンプレート22を開放位置に戻すリターンスプリング23とからなる油圧サーボQ2とを備え、連結部材19から上方にまわり込むように形成したドラム部19aとその内周側に位置して第3キャリアK3に連結されるハブ部材24との間に軸方向に互い違いに設置した複数のクラッチプレート26からなる多板クラッチ(P2)とを備えることによって構成している。
このように、第1クラッチC1と第2クラッチC2を第1プラネタリギアセットG1に近接して設けているため、それぞれの間の連結部材等14,19が短くても回転力を伝達することができる。具体的には、第1キャリアK1と第1クラッチC1との間には、単に第1キャリアK1を外周側に延ばすだけ(14)で、第1キャリアK1から第1クラッチC1に回転力を伝達できる。また、第1リングギアR1と第2クラッチC2の間でも径方向に延びる連結部材19を設けるだけで、第1リングギアR1から第2クラッチC2に回転力を伝達することができる。
さらに、この実施形態では、第2クラッチC2を第1プラネタリギアセットG1と軸方向で重合しない位置に設置している。このため、第2クラッチC2の多板クラッチP2をより内周側に設置することができ、第2クラッチC2を径方向でコンパクトに構成することができる。
また、第2クラッチC2のミッション後方側には、カウンタドライブギア5を設置している。この位置にカウンタドライブギア5を設置することで、入力軸1上の変速機構の出力点を比較的ミッション前方側に設定することができる。よって、車幅方向中心位置近傍で変速機構の出力点を設定することができる(図1参照)。
このカウンタドライブギア5のミッション後方側には、ベアリング部材b3を隣設している。これによりカウンタドライブギア5を強固に支持してカウンタドライブギア5の倒れを防止している。
一方、第2プラネタリギアセットG2と第3プラネタリギアセットG3は、ミッション後方側に隣接して並設している。
この第2プラネタリギアセットG2の第2キャリアK2と第3プラネタリギアセットG3の第3リングギアR3を溶接部Wによって連結(常時連結)して、第2プラネタリギアセットG2の第2リングギアR2と第3プラネタリギアセットG3の第3キャリアK3を連結部SP2を介して連結(常時連結)している。このように連結することで、第2プラネタリギアセットG2と第3プラネタリギアセットG3を、前述のように4自由度を持った変速ユニットとして構成している。
また、第2キャリアK2は、前述のベアリング部材b3の内周側を経由して、カウンタドライブギア5にスプライン結合SP3によって連結(常時連結)している。このため、カウンタドライブギア5・第2キャリアK2・第3リングギアR3が一体に回転することになる。
さらに、第3キャリアK3も、同様にスプライン結合SP4によってベアリング部材b3の内周側を経由して延びる第2クラッチC2のハブ部材24に連結している。また、第2サンギアS2も、同様にスプライン結合SP5によってベアリング部材b3の内周側を経由して延びる第1クラッチC1のドラム部材15に連結している。
一方、第3サンギアS3については、入力軸1に回転自在に軸支され、外周側に延びるドラム連結部材35を介して第3クラッチC3及び第1ブレーキB1に連絡している。
第3プラネタリギアセットG3のミッション後方側には、第3クラッチC3を隣接して設置している。
この第3クラッチC3は、入力軸1にスプライン結合SP6によって固定した連結固定ハブ部34に固定されるシールプレート30と、軸方向に移動してシールプレート30との間で受圧室31を形成するピストンプレート32と、そのピストンプレート32を開放位置に戻すリターンスプリング33とからなる油圧サーボQ3とを備え、連結固定ハブ部34とドラム連結部材35との間で互い違いに設置した複数のクラッチプレート36からなる多板クラッチP3を備えて、構成している。
このように第3クラッチC3を、第3プラネタリギアセットG3に隣接して設けているため、連結部材等が短くても回転力を伝達できる。具体的には、第3サンギアS3をドラム連結部材35に連結するだけで、第3クラッチC3から第3サンギアS3に回転力を伝達できる。
また、この第3クラッチC3を、第3プラネタリギアセットG3を軸方向に重合しない位置に設置している。このため、第3クラッチC3の多板クラッチP3をより内周側に設置することができ、第3クラッチC3を径方向でコンパクトに構成することができる。
第2プラネタリギアセットG2及び第3プラネタリギアセットG3の外周側には、ミッション前方側から第2ブレーキB2、ワンウェイクラッチOWC、第1ブレーキB1を順に並設している(以下、図9参照)。
まず、第2ブレーキB2は、ギアケーシングZ2の仕切り壁Z2aとの間で受圧室51を形成するピストンプレート52と、図示しないリターンスプリングと、同様に図示しないストッパープレートとからなる油圧サーボQ5を備え、第2リングギアR2と一体となったハブ部54とギアケーシングZ2の内壁部Z2bとの間で互い違いに設置した複数のクラッチプレート56からなる多板クラッチP5を備えて構成している。
ワンウェイクラッチOWCは、第2サンギアS2と一体となったハブ部54に固定したインナレース60と、ギアケーシングZ2の内壁部Z2bに固定したアウターレース61を備え、一方向のみの回転を許容するように構成している。
第1ブレーキB1は、エンドカバーZ3との間で受圧室41を形成するピストンプレート42と、ピストンプレート42を開放位置に戻すリターンスプリング43と、リターンスプリング43を支持するストッパープレート40とからなる油圧サーボQ4を備え、ドラム連結部材46の外周側ハブ部46aとギアケーシングZ2の内壁部Z2bとの間で互い違いに設置した複数のクラッチプレート46からなる多板クラッチP4を備えて構成している。
このように、第2ブレーキB2、第1ブレーキB1、及びワンウェイクラッチOWCを、第2プラネタリギアセットG2及び第3プラネタリギアセットG3の外周側に設置することにより、第2ブレーキB2、第1ブレーキB1、及びワンウェイクラッチOWCのための設置スペースを、軸方向に設けなくてもよいため、自動変速機Mの軸方向長さをコンパクトにすることができる。
特に、ブレーキ類は、伝達トルク容量をさほど考慮する必要がないため、第2プラネタリギアセットG2及び第3プラネタリギアセットG3の外周側に設置しても、径方向長さを、短くできるため、自動変速機Mの径方向サイズもコンパクトにすることができる。
次に、このように構成した本実施形態の作用効果について詳述する。
この実施形態の自動変速機Mによると、第1サンギアS1をギアケーシングZ2に円筒状部材16を介して固定して、第1キャリアK1を入力軸1に固定したことにより、入力回転を受ける第1プラネタリギアセットG1を、いわゆる常時増速機構として機能させることになる。
また、その下流の変速要素の第2プラネタリギアセットG2と第3プラネタリギアセットG3を、シングルピニオン型プラネタリギアセットで構成することで、ロングピニオンを使用することなく変速要素を構成することができる。
このため、第1プラネタリギアセットG1の下流に位置する第1クラッチC1及び第2クラッチC2に対して伝達する駆動トルクを入力トルクに対し増大させることがなく、下流のギアトレインへ伝達する駆動トルクも増大させることがない。また、ロングピニオンを使用しないため、ギアの傾きも生じることがなく、ギアノイズの発生も防止することができる。
よって、複数のプラネタリギアセットG1,G2,G3とクラッチC1,C2,C3とブレーキB1,B2によって前進6速を得る自動変速機Mにおいて、コンパクト且つ軽量に前進6速を構成しつつも、クラッチ容量を少なくすることができ、また、下流のギアトレインもコンパクトに構成でき、さらに、ギアノイズの発生も抑えることができる。
また、この実施形態では、第3速を、入力軸1からの回転をそのままの回転速度でカウンタドライブギア5から出力する直結段としている。
これにより、通常走行時に使用頻度の高い第4速から第6速の高速段位の全てを、入力軸1の回転よりも高い回転速度で回転させることができる。
このため、自動変速機Mのギアトレインに作用する伝達トルクを、全体的に低くすることができ、ギアトレインに対する負荷を軽減することができる。
よって、自動変速機Mを軽量コンパクトに構成しつつも、ギアトレインの耐久性を高めることができる。
また、この実施形態では、エンジンEに近いミッション前方側から、第1、第2、第3プラネタリギアセットG1,G2,G3を、順に入力軸1上に並設して、第1、第2プラネタリギアセットG1,G2の間に、カウンタドライブギア5を設置している。
これにより、車幅方向中心位置においてカウンタ軸2に駆動トルクを出力することができる。このため、差動歯車装置9のファイナルドリブンギア8とカウンタドリブンギア6の間を繋ぐカウンタ軸2を短く構成することができ、自動変速機Mを、よりコンパクトに構成することができる。
特に、エンジンEとカウンタドライブギア5との間には、トルクコンバータ4以外に第1プラネタリギアセットG1しか配置されないため、よりカウンタ軸1を短くできる。
よって、自動変速機Mをコンパクトに構成することができ、駆動系全体をコンパクトに構成することができる。
なお、本実施形態では、カウンタドライブギア5とカウンタドリブンギア6との間で駆動力を伝達するように構成しているが、そのほか、チェーンとスプロケットを使ったチェーン伝達手段で駆動力を伝達してもよい。
また、この実施形態では、第1クラッチC1と第2クラッチC2を、第1プラネタリギアセットG1の近傍に配置している。
これにより、第1プラネタリギアセットG1と第1クラッチC1、第2クラッチC2との間の連結部材等を短くすることができる。
よって、自動変速機Mのコンパクト化に有利なレイアウトにすることができる。
また、この実施形態では、第2クラッチC2を、第1プラネタリギアセットG1と軸方向で重合しない位置に配置している。
これにより、第2クラッチC2の径方向サイズを、第1プラネタリギアセットG1に制限されることなく、小さくすることができる。
よって、第2クラッチC2を径方向でコンパクトに構成でき、自動変速機Mのコンパクト化を図ることができる。
なお、第1クラッチC1を、第1プラネタリギアセットG1と軸方向に重合しない位置に設置した場合も、同様の効果を得ることができる。
また、この実施形態では、第3クラッチC3を、第3プラネタリギアセットG3の近傍に配置している。
これにより、第3プラネタリギアセットG3と第3クラッチC3との間の連結部材等を短くすることができる。
よって、自動変速機Mのコンパクト化に有利なレイアウトにすることができる。
また、この実施形態では、この第3クラッチC3を、第3プラネタリギアセットG3と軸方向で重合しない位置に配置している。
これにより、第3クラッチC3の径方向サイズを、第3プラネタリギアセットG3に制限されることなく、小さくすることができる。
よって、第3クラッチC3の径方向をコンパクトに構成でき、自動変速機Mのコンパクト化を図ることができる。
また、この実施形態では、第1ブレーキB1と第2ブレーキB2を、第2プラネタリギアセットG2及び第3プラネタリギアセットG3の外周側に配置して、軸方向に並設している。
これにより、伝達トルク容量をさほど考慮する必要のないブレーキB1,B2を、第2プラネタリギアセットG2と第3プラネタリギアセットG3の外周側のスペースを有効に利用して、効率的にレイアウトできる。
特に、ブレーキB1,B2のためのスベースを軸方向に確保しなくてもよいため、自動変速機Mの軸方向長さ(全長)を短くすることができる。
よって、自動変速機Mのコンパクト化をより図ることができる。
次に、第二実施形態について、図10によって説明する。図10は、図1に対応するパワートレインの平面スケルトン図である。同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
この実施形態は、エンジンE′とトルクコンバータ104を車両左側に配置して、入力軸1上の変速機構については、第一実施形態と同様に、車両右側から、第1、第2、第3プラネタリギアセットG1,G2,G3の順で配置したものである。
すなわち、ミッション前方側に、第3プラネタリギアセットG3が位置することになり、第一実施形態とは、ミッション前方側とミッション後方側を、逆にしたレイアウト構成の自動変速機M′としている。
このため、カウンタドライブギア5は、やや車幅方向外方側に位置することになり、カウンタ軸102上のカウンタドリブンギア106も、やや車幅方向外方側に位置することになる。なお、カウンタ軸102上のカウンタドリブンギア106とファイナルドライブギア107の配置位置も第一実施形態と逆になっている。
このように構成することで、本実施形態は、エンジンE′に遠い側から、入力軸1上に第1、第2、第3プラネタリギアセットG1,G2,G3を順に並設して、このうち第1、第2プラネタリギアセットG1,G2の間に、カウンタドライブギア5を設置している。
これにより、エンジンE′に比較的近い位置、すなわち車幅方向中心位置に、駆動トルクを出力することができる。よって、エンジンE′から最も離れた位置から出力するよりも、カウンタ軸102を短く構成することができ、自動変速機M′をコンパクトに構成することができる。
よって、自動変速機Mをコンパクトに構成することができ、駆動系全体をコンパクトに構成することができる。
また、その他の作用効果については、第1実施形態と同様である。
以上、この発明の構成と、前述の実施形態との対応において、
この発明の出力部は、実施形態のカウンタドライブギア5に対応し、
以下、同様に
第1のシングルピニオン型プラネタリギアセットは、第1プラネタリギアセットG1に対応し、
第2のシングルピニオン型プラネタリギアセットは、第2プラネタリギアセットG2に対応し、
第2のシングルピニオン型プラネタリギアセットは、第2プラネタリギアセットG3に対応するも、
この発明は、前述の実施形態に限定されるものではなく、あらゆる自動変速機に適用する実施形態を含むものである。
本発明の第一実施形態の自動変速機を採用したパワートレインの平面スケルトン図。 自動変速機の各軸の位置関係を示す側面図。 各クラッチとブレーキの締結・開放状態を示した締結作動図。 (a)各段位の各変速要素の速度比を示した速度線図、(b)各プラネタリギアセットのギア歯数を示した表。 (a)各変速段のギアレシオ、段位間ステップを示した表、(b)ギアレシオのグラフ。 (a)段位間ステップのグラフ、(b)ギアロスのグラフ。 各変速段における各クラッチ及びブレーキのトルク分担率を示した表。 自動変速機を示した詳細断面図。 自動変速機の要部詳細断面図。 第二実施形態の自動変速機を採用したパワートレインの平面スケルトン図。
符号の説明
M,M′…自動変速機
G1…第1プラネタリギアセット
G2…第2プラネタリギアセット
G3…第3プラネタリギアセット
C1…第1クラッチ
C2…第2クラッチ
C3…第3クラッチ
B1…第1ブレーキ
B2…第2ブレーキ
1…入力軸
5…カウンタドライブギア
Z…変速機ケース

Claims (9)

  1. 入力軸と同軸上に出力部を配設して、第1乃至第3のシングルピニオン型プラネタリギアセットと複数のクラッチとブレーキを備え、該クラッチとブレーキを選択的に作動して前記入力軸から前記出力部までの動力伝達経路を切換えて前進6速を得る自動変速機であって、
    前記第1のシングルピニオン型プラネタリギアセットが、第1サンギアと第1キャリアと第1リングギアを有し、前記第2のシングルピニオン型プラネタリギアセットが、第2サンギアと第2キャリアと第2リングギアを有し、前記第3のシングルピニオン型プラネタリギアセットが、第3サンギアと第3キャリアと第3リングギアを有し、
    前記第1サンギアと変速機ケース、前記第1キャリアと入力軸、前記第2リングギアと第3キャリア、前記第3リングギアと第2キャリアと出力部、の各々を常時連結し、
    前記入力軸と第2サンギアとを断接する第1クラッチと、前記第1リングギアと第3キャリアとを断接する第2クラッチと、前記入力軸と第3サンギアとを断接する第3クラッチと、前記第3サンギアと変速機ケースとを断接する第1ブレーキと、前記第3キャリアと変速機ケースとを断接する第2ブレーキと、を備え、
    前記第1クラッチと第2ブレーキを締結することで第1速、前記第1クラッチと第1ブレーキを締結することで第2速、前記第1クラッチと第3クラッチを締結することで第3速、前記第1クラッチと第2クラッチを締結することで第4速、前記第2クラッチと第3クラッチを締結することで第5速、前記第2クラッチと第1ブレーキを締結することで第6速を達成するように構成した
    自動変速機。
  2. 前記第3速を、入力軸からの回転をそのままの回転速度で出力部から出力する直結段とした
    請求項1記載の自動変速機。
  3. 前記入力軸の一方端に、エンジンに連結して、
    該一方端側から、前記第1のシングルピニオン型プラネタリギアセット、前記第2のシングルピニオン型プラネタリギアセット、前記第3のシングルピニオン型プラネタリギアセットを、順に入力軸上に並設し、
    前記出力部を、該第1のシングルピニオン型プラネタリギアセットと第2のシングルピニオン型プラネタリギアセットとの間に設けた
    請求項1記載の自動変速機。
  4. 前記入力軸の一方端を、エンジンに連結して、
    他方端側から、前記第1のシングルピニオン型プラネタリギアセット、前記第2のシングルピニオン型プラネタリギアセット、前記第3のシングルピニオン型プラネタリギアセットを、順に入力軸上に並設し、
    前記出力部を、該第1のシングルピニオン型プラネタリギアセットと第2のシングルピニオン型プラネタリギアセットとの間に設けた
    請求項1記載の自動変速機。
  5. 前記第1クラッチと第2クラッチを、前記第1のシングルピニオン型プラネタリギアセットの近傍に配置した
    請求項3又は4記載の自動変速機。
  6. 前記第1クラッチと第2クラッチの少なくとも一方を、前記第1のシングルピニオン型プラネタリギアセットと軸方向で重合しない位置に配置した
    請求項5記載の自動変速機。
  7. 前記第3クラッチを、前記第3のシングルピニオン型プラネタリギアセットの近傍に配置した
    請求項3乃至6いずれか記載の自動変速機。
  8. 前記第3クラッチを、前記第3のシングルピニオン型プラネタリギアセットと軸方向で重合しない位置に配置した
    請求項7記載の自動変速機。
  9. 前記第1ブレーキと第2ブレーキを、前記第2のシングルピニオン型プラネタリギアセットと第3のシングルピニオン型プラネタリギアセットの外周側に配置して、軸方向に並設した
    請求項3乃至8いずれか記載の自動変速機。
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