JP2010196795A - 常時噛合式変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】２系統の動力伝達経路にそれぞれ設けたクラッチと流体要素を直列配置する構造を有する場合、流体要素だけで動力を伝達することができず、動力を伝達するためには二つの内の何れかのクラッチが締結されている必要がある。従って、結局、変速時のトルク切れやインターロックを回避するためには、二つのクラッチを滑らせながら掛け替え制御する必要がある。つまり、両方のクラッチが開放された状態になればトルク切れが発生し、同時に掴んでしまえばインターロックすることになる。
【解決手段】複数系統の変速段グループ（例えば、第１変速段グループ１４及び第２変速段グループ１５）の上流にそれぞれ設けた複数のクラッチ（第１クラッチ１３及び第２クラッチ１４）と並列に、各変速段グループの上流に流体継手１５を配置している。
【選択図】図１

Description

この発明は、車両のエンジンからの駆動力を駆動輪に伝達する複数の変速段グループを備えた常時噛合式変速機に関する。

従来、クラッチを発進要素とする一般的な自動制御式マニュアルトランスミッション（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｍａｎｕａｌ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ：ＡＭＴ）であるデュアルクラッチ変速機（Ｄｕａｌ Ｃｌｕｔｃｈ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ：ＤＣＴ）が知られている。

このＤＣＴは、例えば２系統のクラッチを備えており、それぞれが偶数段或いは奇数段を受け持つ構造を有しているが、滑らかな発進や滑らかな変速を苦手とするため、ＤＣＴに流体要素からなる発進要素を付加する技術が提案されている。このようなものとして、例えば、「複合クラッチ式自動変速機の油圧制御装置」（特許文献１参照）がある。

特開平８−１４５１６３号公報

しかしながら、従来の「複合クラッチ式自動変速機の油圧制御装置」は、２系統の動力伝達経路にそれぞれ設けたクラッチと流体要素を直列配置する構造になっているため、流体要素だけで動力を伝達することができず、動力を伝達するためには二つの内の何れかのクラッチが締結されている必要がある。従って、結局、変速時のトルク切れやインターロックを回避するためには、二つのクラッチを滑らせながら掛け替え制御する必要がある。つまり、両方のクラッチが開放された状態になればトルク切れが発生し、同時に掴んでしまえばインターロックすることになる。

この発明に係る常時噛合式変速機は、複数系統の変速段グループの上流にそれぞれ設けたクラッチと並列に、各変速段グループの上流に流体継手を配置している。

この発明によれば、従来、例えば２系統のクラッチを備えた場合に必要であった、所謂掛け替え制御が不要になるため、掛け替え制御時に避けられなかったショックの発生を極力無くすことができると共に、機構的にインターロックはしない変速処理が可能であるため、インターロックしてしまう懸念も生じ無いので、滑らかな発進と滑らかな変速を実現することができる。

この発明の一実施の形態に係る車両用の常時噛合式変速機の構成を模式的に示す説明図である。 図１の常時噛合式変速機による車両の発進時における各種要素の変化を示すタイムチャートである。 図１の常時噛合式変速機による１速→２速への変速状態における各種要素の変化を示すタイムチャートである。

以下、この発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。
図１は、この発明の一実施の形態に係る車両用の常時噛合式変速機の構成を模式的に示す説明図である。図１に示すように、常時噛合式変速機１０は、第１変速段グループ１１、第２変速段グループ１２、第１クラッチ１３、第２クラッチ１４、流体継手１５、第１ワンウェイクラッチ１６、第２ワンウェイクラッチ１７、及び流体継手断続クラッチ１８を有している。

この常時噛合式変速機１０は、駆動力入力軸１９を介して入力した、エンジン（駆動源）Ｅからの動力を複数（例えば２グループ）の変速段グループ（第１変速段グループ１１、第２変速段グループ１２）を経て変速処理し、変速後の動力を変速機出力軸（出力要素）２０を介して駆動輪（図示しない）に出力する。これにより、駆動源から常時噛合式変速機１０を介して駆動輪へ向かう複数系統（例えば２系統）の動力伝達経路が形成される。

第１変速段グループ１１は、エンジンＥと変速機出力軸２０との間に配置され、第１ギヤ軸２１に軸支された、例えば、奇数段を構成する複数の変速ギヤを有し、第２変速段グループ１２は、エンジンＥと変速機出力軸２０との間に配置され、第２ギヤ軸２２に軸支された、例えば、偶数段を構成する複数の変速ギヤを有している。
第１クラッチ１３は、エンジンＥと第１ギヤ軸２１との間に介挿された、油圧式の多板クラッチであり、駆動源から出力要素へ向かう動力伝達方向に関して、第１変速段グループ１１の上流に位置している。第２クラッチ１４は、エンジンＥと第２ギヤ軸２２との間に介挿された、油圧式の多板クラッチであり、駆動源から出力要素へ向かう動力伝達方向に関して、第２変速段グループ１２の上流に位置する。

流体継手１５は、例えば、トルクコンバータやフルードカップリングからなり、エンジンＥに接続されると共に、流体継手断続クラッチ１８を介して第１ワンウェイクラッチ１６及び第２ワンウェイクラッチ１７に接続されており、第１クラッチ１３及び第２クラッチ１４と並列に配置されて、第１変速段グループ１１及び第２変速段グループ１２の上流に位置している。
流体継手１５と、第１ワンウェイクラッチ１６及び第２ワンウェイクラッチ１７は、流体継手１５と第１ワンウェイクラッチ１６及び第２ワンウェイクラッチ１７との間に介挿された流体継手断続クラッチ１８により、接続され或いは切断される。

第１ワンウェイクラッチ１６は、第１クラッチ１３と第１ギヤ軸２１とを連結する第１連結軸２３に配置され、流体継手１５から第１連結軸２３への一方向のみに動力を伝達する。第１ワンウェイクラッチ１６が配置される第１連結軸２３は、第１クラッチ１３の締結・解放により駆動力入力軸１９、ひいてはエンジンＥと接続・切断される。

第２ワンウェイクラッチ１７は、第２クラッチ１４と第２ギヤ軸２２とを連結する第２連結軸２４に配置され、流体継手１５から第２連結軸２４への一方向のみに動力を伝達する。第２ワンウェイクラッチ１７が配置される第２連結軸２４は、第２クラッチ１４の締結・解放により駆動力入力軸１９、ひいてはエンジンＥと接続・切断される。
第１ワンウェイクラッチ１６及び第２ワンウェイクラッチ１７は、ギヤ軸（第１ギヤ軸２１又は第２ギヤ軸２２）側より流体継手１５側の回転が速い場合はロック（締結）状態になり、流体継手１５側に対しギヤ軸側の回転が速いか等しい場合はフリー（解放）状態になる。

次に、図１に示す常時噛合式変速機１０の動作について説明する。
＜アイドル状態→クリープ状態＞
常時噛合式変速機１０において、駆動力入力軸１９に連結する全てのクラッチ（第１クラッチ１３、第２クラッチ１４、流体継手断続クラッチ１８）を、例えば図示しない油圧制御回路によって解放することにより、エンジンＥが回転駆動中であってもエンジンＥから出力された動力は駆動輪に伝達されないニュートラル（Ｎ）アイドル状態になる。

車両（図示しない）にクリープ力が求められる場合は、第１クラッチ１３及び第２クラッチ１４を解放したまま、流体継手断続クラッチ１８を完全締結する。流体継手断続クラッチ１８が完全締結されることにより、流体継手１５とワンウェイクラッチ（第１ワンウェイクラッチ１６及び第２ワンウェイクラッチ１７）が接続され、エンジンＥの動力が流体継手１５から、ワンウェイクラッチ（第１ワンウェイクラッチ１６及び第２ワンウェイクラッチ１７）を介して、変速段グループの連結軸（第１連結軸２３及び第２連結軸２４）に伝達される。

このとき、先に、例えば第１変速段グループ１１の１速ギヤ（歯車組）が選択されて、図示しない同期噛み合い機構により第１ギヤ軸２１が１速ギヤを介して変速機出力軸２０と結合状態になっていると、エンジンＥからの動力が、第１連結軸２３から第１ギヤ軸２１を介して第１変速段グループ１１に伝達された後、１速ギヤを介し変速機出力として変速機出力軸２０から出力される。これにより、流体継手１５を介した滑らかな駆動力がクリープ力として得られる。

＜発進時＞
図２は、図１の常時噛合式変速機による車両の発進時における各種要素の変化を示すタイムチャートである。図中、符号ａはエンジンＥの回転数、ｂは流体継手１５の伝達トルク容量、ｃは第１ギヤ軸２１の回転数、ｄは第１クラッチ１３のクラッチ容量を示す。
図２に示すように、クリープ中（エンジンＥの回転数ａは一定である）、第１変速段グループ１１の１速ギヤを選択（１速ギヤを介して第１ギヤ軸２１を変速機出力軸２０に結合）した状態で、アクセルペダル（図示しない）を踏み込む（ｔ１）と、踏み込みに応じてエンジンＥの回転数ａが上昇（増大）し、それに連れて流体継手１５の入出力軸間相対回転速度も上昇（増大）する。

流体継手１５の入出力軸間相対回転速度が上昇して、その流体継手１５の伝達トルク容量ｂが増大することにより、完全締結されている流体継手断続クラッチ１８、更に、第１ワンウェイクラッチ１６を経て第１ギヤ軸２１へ、前述したクリープ中よりも大きな動力が伝達され、第１ギヤ軸２１の回転数ｃが上昇する。第１ギヤ軸２１に伝達された動力は、第１変速段グループ１１の１速ギヤから変速機出力軸２０を経て駆動輪に伝達され、車両は発進する。

流体継手１５を介して動力が伝達され第１ギヤ軸２１の回転数ｃが上昇してきたところで、即座に、解放されていた第１クラッチ１３の締結を開始する（ｔ２）。このとき、第１ギヤ軸２１には第１ワンウェイクラッチ１６から動力が伝達されているので、第１クラッチ１３の締結開始時に発生するショックは、例えば、ＣＶＴ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）のロックアップショック並みに抑えることができる。

上昇した第１ギヤ軸２１の回転が流体継手１５側の回転に追いついて、第１ワンウェイクラッチ１６が解放される。そして、例えば、第１クラッチ１３の完全締結直後に、流体継手断続クラッチ１８を解放する。
第１クラッチ１３の完全締結直後の流体継手断続クラッチ１８の解放は、第１ワンウェイクラッチ１６が解放されていて無負荷の状態で行われることになり、その解放に伴うショックは無い。

ところで、第１クラッチ１３の締結開始後、それまで流体継手１５から第１ワンウェイクラッチ１６を介して第１ギヤ軸２１へ伝達されていたエンジンＥの動力が、第１クラッチ１３を介して伝達されることになり、第１クラッチ１３のクラッチ容量ｄが増大する間に、流体継手１５の伝達トルク容量ｂは減少する。エンジンＥの回転数ａは、エンジンＥの動力伝達経路が流体継手１５から第１クラッチ１３に変わることで上昇率を鈍化させて第１ギヤ軸２１の回転数に近づいてゆく。

その後、第１クラッチ１３のクラッチ容量ｄが所定値に達して第１クラッチ１３が完全締結した時点（ｔ３）で、第１クラッチ１３の締結開始当初はエンジンＥの回転数ａと差があった第１ギヤ軸２１の回転数ｃがエンジンＥの回転数ａに一致し、以後、第１ギヤ軸２１の回転数ｃは、エンジンＥの回転数ａの上昇と共に上昇する。

クラッチ容量ｄが上記所定値に達した後、完全締結状態にある第１クラッチ１３は、エンジンＥの回転数ａの上昇に合わせて更にクラッチ容量ｄを増大させる。なお、第１クラッチ１３のクラッチ容量ｄが上記所定値に達した時点（ｔ３）で、流体継手１５の伝達トルク容量ｂはゼロになっている。また、第１クラッチ１３が完全締結した（ｔ３）後、第１ワンウェイクラッチ１６が解放する。

＜１速→２速への変速時＞
図３は、図１の常時噛合式変速機による１速→２速への変速状態における各種要素の変化を示すタイムチャートである。図中、符号ｅは第２ギヤ軸２２の回転数、符号ｆは第２クラッチ１４のクラッチ容量を示す。
図３に示すように、第１クラッチ１３のみが締結して１速ギヤにより車両が発進した後、完全締結された第１クラッチ１３がクラッチ容量ｄを一定に維持した状態で、１速ギヤから２速ギヤへの変速に備え、予め第２ギヤ軸２２側の第２変速段グループ１２の２速ギヤ（歯車組）を選択（２速ギヤを介して第２ギヤ軸２２を変速機出力軸２０に結合）する（プリシフト）。

車両の発進後、上昇し続けるエンジンＥの回転数ａと一緒に第１ギヤ軸２１の回転数ｃも上昇し続け、プリシフトにより２速ギヤが選択されたことにより、第２ギヤ軸２２も回転し始め、第２ギヤ軸２２の回転数ｅが上昇する。このときの、常時噛合式変速機１０における動力伝達分担は、「第１クラッチ１３→１速ギヤ」の経路のみである。

次に、１速ギヤから２速ギヤへの変速タイミング（ｔ４）になると、解放されていた流体継手断続クラッチ１８の締結を開始し、同時に、第１クラッチ１３の解放を開始する。解放の開始により第１クラッチ１３のクラッチ容量ｄは減少すると共に、締結の開始により流体継手断続クラッチ１８のクラッチ容量が増大するのに伴い、流体継手１５の伝達トルク容量ｂが増大する（ｔ４−ｔ５間）。
クラッチ容量の増大に伴い流体継手断続クラッチ１８の出力側回転数が上昇し、その出力側回転数が第２ギヤ軸２２の回転数ｅを上回った時点で、第２ワンウェイクラッチ１７が締結する（ｔ４−ｔ５間）。

第２ワンウェイクラッチ１７が締結した後、常時噛合式変速機１０における動力伝達分担は、「第１クラッチ１３→１速ギヤ」の経路と「流体継手１５→第２ワンウェイクラッチ１７→２速ギヤ」の経路との２系統になる（ｔ４−ｔ５間）。
第１クラッチ１３のクラッチ容量ｄの減少と流体継手断続クラッチ１８のクラッチ容量の増大が進む程、「第１クラッチ１３→１速ギヤ」の経路側の動力伝達分担が小さくなる一方、「流体継手１５→第２ワンウェイクラッチ１７→２速ギヤ」の経路側の動力伝達分担が大きくなり、このような動力伝達分担の変化に対応してエンジン回転数ａは低下する（ｔ４−ｔ５間）。

そして、第１クラッチ１３が完全解放され、流体継手断続クラッチ１８が完全締結されると、動力伝達分担は、「流体継手１５→第２ワンウェイクラッチ１７→２速ギヤ」の経路のみとなる（ｔ５）。
この時点で、第２クラッチ１４の締結を開始、即ち、第２クラッチ１４のクラッチ容量ｆの増大を開始する（ｔ５）。これにより、動力伝達分担は、「流体継手１５→第２ワンウェイクラッチ１７→２速ギヤ」の経路と「第２クラッチ１４→２速ギヤ」の経路との２系統となる。なお、流体継手断続クラッチ１８は、完全締結状態を維持している。

クラッチ容量ｆの増大を開始した第２クラッチ１４のクラッチ容量ｆの増大が進む程、エンジンＥの回転数ａが低下する、即ち、エンジンＥの回転数ａと第２ギヤ軸２２の回転数ｅとの差が小さくなる。エンジンＥの回転数ａが低下すると共に、流体継手１５の伝達トルク容量ｂが減少し、これにより、「流体継手１５→第２ワンウェイクラッチ１７→２速ギヤ」の経路側の動力伝達分担が小さくなり、「第２クラッチ１４→２速ギヤ」の経路側の動力伝達分担が大きくなる（ｔ５−ｔ６間）。

その後、第２クラッチ１４のクラッチ容量ｆが増大し続け、エンジンＥの回転数ａと第２ギヤ軸２２の回転数ｅとの差がゼロになると、第２クラッチ１４が完全締結状態になる。このときの動力伝達分担は、「流体継手１５→第２ワンウェイクラッチ１７→２速ギヤ」の経路のみとなる（ｔ６）。

その後、流体継手断続クラッチ１８を解放し（ｔ６以降）、常時噛合式変速機１０における変速処理を終了する。
なお、上記時点（ｔ６）以降、完全締結状態にある第２クラッチ１４のクラッチ容量ｆは一定に保持され、エンジンＥの動力が伝達されない第１ギヤ軸２１の回転数ｃは低下しゼロになる。

このように、常時噛合式変速機１０は、２系統の動力伝達経路（第１ギヤ軸２１、第２ギヤ軸２２）のそれぞれに、例えば、従来のデュアルクラッチ変速機と同様、経路を接続し或いは経路を切断する２個のクラッチ（第１クラッチ１３と第２クラッチ１４）を備えるが、更に両クラッチと並列に配置されて、新たな１系統の動力伝達経路に設けられた流体継手１５と、この流体継手１５から出力された動力を両クラッチ（第１クラッチ１３と第２クラッチ１４）のそれぞれの下流側に伝達するワンウェイクラッチ（第１ワンウェイクラッチ１６及び第２ワンウェイクラッチ１７）とを有する。

ところで、通常のデュアルクラッチ変速機（流体継手をそれらのクラッチに直列に配置する場合も同じ）では、一方のクラッチトルクを落としながら他方のクラッチトルクを上げる、所謂掛け替え制御が必要である。この掛け替え制御は、トルク切れやショックの緩和、更にはインターロックを回避する観点から、クラッチを長く引き摺らせることを要求する可能性が高いが、その場合、伝達効率が犠牲になるのが避けられなかった。
これに対し、常時噛合式変速機１０は、上記構成を有することにより、掛け替え制御が不要になると共に機構的にインターロックしない変速処理が可能になる。

従って、この実施の形態の常時噛合式変速機１０は、通常のデュアルクラッチ変速機において、掛け替え制御時に避けられなかったショックの発生を極力無くすことができ、インターロックしてしまう懸念も生じ無いので、滑らかな発進と滑らかな変速が実現する。加えて、常に二つのクラッチの締結状態を維持する必要が無く、余計な油圧を必要としないので、車両巡航時に余分なフリクションが発生することも無い。

また、流体継手１５と、この流体継手１５からの動力が伝達されるワンウェイクラッチ１６，１７との接続或いは切断を行う流体継手断続クラッチ１８を有することにより、車両巡航時は流体継手１５とワンウェイクラッチ１６，１７を切断しておくことで、車両巡航時における流体継手１５による攪拌抵抗を減らすことができるので、燃費の向上を図ることができる。

なお、上記実施の形態では、例えば、２個の変速段グループからなる２系統の動力伝達経路を有する場合について説明したが、この発明は、これに限るものではなく、２以外の複数の変速段グループからなる複数系統の動力伝達経路を有する場合にも、同様に適用することができる。

この発明は、滑らかな発進と滑らかな変速を実現することができるので、エンジンからの駆動力を駆動輪に伝達する複数の変速段グループに繋がる複数の経路に設けたクラッチを備えた常時噛合式変速機に最適である。

１０ 常時噛合式変速機
１１ 第１変速段グループ
１２ 第２変速段グループ
１３ 第１クラッチ
１４ 第２クラッチ
１５ 流体継手
１６ 第１ワンウェイクラッチ
１７ 第２ワンウェイクラッチ
１８ 流体継手断続クラッチ
１９ 駆動力入力軸
２０ 変速機出力軸
２１ 第１ギヤ軸
２２ 第２ギヤ軸
２３ 第１連結軸
２４ 第２連結軸
Ｅ エンジン
ａ エンジンＥの回転数
ｂ 流体継手断続クラッチ１８の伝達トルク容量
ｃ 第１ギヤ軸２１の回転数
ｄ 第１クラッチ１３のクラッチ容量
ｅ 第２ギヤ軸２２の回転数
ｆ 第２クラッチ１４のクラッチ容量

Claims (2)

1. 駆動源と出力要素との間に配置される、複数の変速ギヤを有する第１変速段グループと、
   前記駆動源と前記出力要素との間に配置される、複数の変速ギヤを有する第２変速段グループと、
   前記駆動源から前記出力要素へ向かう動力伝達方向に関して前記第１変速段グループの上流に位置する第１クラッチと、
   前記駆動源から前記出力要素へ向かう動力伝達方向に関して前記第２変速段グループの上流に位置する第２クラッチと、
   前記第１クラッチ及び前記第２クラッチと並列に配置されて、前記第１変速段グループ及び前記第２変速段グループの上流に位置する流体継手と、
   前記第１クラッチと前記第１変速段グループとを連結する第１連結軸に配置され、前記流体継手から前記第１連結軸への一方向のみ動力を伝達する第１ワンウェイクラッチと、
   前記第２クラッチと前記第２変速段グループとを連結する第２連結軸に配置され、前記流体継手から前記第２連結軸への一方向のみ動力を伝達する第２ワンウェイクラッチと、
   を備える常時噛合式変速機。
2. 前記流体継手と、前記第１ワンウェイクラッチ及び前記第２ワンウェイクラッチとを接続し或いは切断する流体継手断続クラッチを備える請求項１に記載の常時噛合式変速機。

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