JP2013502543A - 多段変速機 - Google Patents

Abstract

前進９段及び後退１段の多段変速機は，４つの遊星歯車列（P1, P2, P3, P4）と，８本の回転可能な軸（1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8）と，６つのシフト要素（03, 04, 05, 14, 17, 78）とを備える。第１遊星歯車列（P1）の太陽ギヤは，駆動軸（1）に直結されている。駆動軸（1）は，第１クラッチ（14）を介して第４軸（4）に結合されると共に，第２クラッチ（17）を介して第７軸（7）に分離可能に結合されている。第４軸（4）は，第２遊星歯車列（P2）の遊星キャリア及び第３遊星歯車列（P3）の内歯ギヤに結合されていると共に，変速機のハウジン部（G）に結合可能とされている。第７軸（7）は，第４遊星歯車列（P4）の太陽ギヤに結合されていると共に，第３クラッチ（03）を介して第８軸（8）に結合・分離可能とされている。第８軸は，第３遊星歯車列（P3）の太陽ギヤ及び第４遊星歯車列（P4）の太陽ギヤに結合されている。第３軸（3）は，第１遊星歯車列（P1）の遊星キャリア及び第２遊星歯車列（P2）の内歯ギヤに結合されていると共に，第２ブレーキ（03）を介して変速機ハウジング（G）に結合可能とされている。第５軸（5）は，第１遊星歯車列（P1）の内歯ギヤに結合されていると共に，第３ブレーキ（05）を介して変速機ハウジング（G）に結合可能とされている。第６軸（6）は，第３遊星歯車列（P3）の遊星キャリア及び第４遊星歯車列（P4）の内歯ギヤに結合されている。出力軸（2）は，第４遊星歯車列（P4）の遊星キャリアに結合されている。
【選択図】図１

Description

本発明は，遊星歯車構造の多段変速機に関し，特に，請求項１の上位概念部分に記載した車両用の自動変速機に関するものである。

車両用自動変速機は，従来技術に基づき，クラッチ及びブレーキ等の摩擦要素又はシフト要素により切り替えられる遊星歯車機構を備え，これらの遊星歯車機構は，スリップ作用を生じると共に選択的にロックアップクラッチが設けられた駆動部材，例えば流体トルクコンバータ又は流体クラッチに結合されている。

このような自動変速機は，例えば本出願人の出願に係るドイツ特許出願公開第19949507号公報に開示されている。この場合，駆動軸にはシフト不能な２つの前置歯車セットが設けられており，これらは出力側に２つの回転数を発生するものである。これらの回転数は駆動軸回転数と共に，駆動軸に作用するシフト可能なダブル遊星歯車列に対し，使用されるシフト要素の選択的締結によりシフト可能である。その際には，現在使用されている両シフト要素のうち，一方のシフト要素のみを締結又は解除することにより，変速段を次に高い変速段又は次に低い変速段に切り替えるものである。

この場合，５つのシフト要素を使用すれば前進７段が，また，６つのシフト要素を使用すれば前進９段又は１０段が達成される。

特許文献２（ドイツ特許出願公開第10213820号公報）には，前進８段，後退１段の多段自動変速機が開示されている。この変速機は，第１の速度比を有する第１の入力経路T1と，入力経路T1よりも大きい速度比を有する第２の入力経路T2と，第１要素，第２要素，第３要素及び第４要素を速度線図において列記順に配置した４要素型のラビニョー式遊星歯車列と，入力経路T2の回転を第１要素S3に伝達するクラッチC-2と，入力経路T2の回転を第４要素S2に伝達するクラッチC-1と，入力経路T1の回転を第１要素に伝達するクラッチC-4と，入力経路T1の回転を第２要素S3に伝達するクラッチC-3と，第４要素を係止するブレーキB-1と，第２要素を係止するブレーキB-2と，第３要素S3に結合された出力軸とを備えている。

さらに，特許文献３（ドイツ特許出願公開第2936969号公報）には，前進９段の多段変速機が開示されている。この変速機は，８つのシフト要素と４つの歯車列とを備え，１つの歯車列が前置変速機として機能し，主変速機がシンプソン型歯車列と，逆転変速装置として機能する更なる歯車列とで構成されている。

本出願人の出願に係る特許文献４（ドイツ特許出願公開第102006006637号公報）及び特許文献５（ドイツ特許出願公開第102006006637号公報）には，更なる多段変速機が開示されている。

自動的にシフト可能とした遊星歯車構造の車両用変速機については，従来技術において既に多くの提案がなされているが，恒久的な発展及び改善が求められている。すなわち，変速機における構造を簡素化し，特にシフト要素の数を減少すると共に連続的なシフト操作に際して二重係合を回避し，所定の変速段グループ内でのシフト時に単一のシフト要素のみが選択されるように作動させることが必要とされている。

更に，本出願人の未公開先願に係る特許文献６（ドイツ特許出願公開第102008000428号公報）には，駆動軸及び出力軸がハウジング内に配置された遊星歯車式の多段変速機が開示されている。この変速機は，以下に第１，第２，第３及び第４遊星歯車列と称する少なくとも４つの遊星歯車列と，以下に駆動軸，出力軸，第３軸，第４軸，第５軸，第６軸，第７軸及び第８軸と称する少なくとも８本の回転可能な軸と，ブレーキ及びクラッチを含む少なくとも６つのシフト要素とが設けられており，これらシフト要素の選択的な係合によって駆動軸及び出力軸間の変速比を変化させることにより，好適には前進９段及び後退１段を実現している。

この場合，好適にはマイナス型遊星歯車列を構成する第１及び第２遊星歯車列によりシフト可能な前置歯車列が形成され，第３及び第４遊星歯車列により主歯車列が形成されるものである。

この多段変速機においては，第１及び第２遊星歯車列の遊星キャリアを，第４軸を介して互いに結合すると共に，第４軸を主歯車列の一要素に結合し，第１遊星歯車列の内歯ギヤを第２遊星歯車列の太陽ギヤに第８軸を介して結合すると共に，第８軸を駆動軸に第１クラッチを介して結合・分離可能とし，第１遊星歯車列の太陽ギヤを第３軸により第１ブレーキを介して変速機ハウジングに結合可能とすると共に，第２ブレーキを介して駆動軸に結合・分離可能とし，第２遊星歯車列の内歯ギヤを第５軸により第２ブレーキを介して変速機ハウジングに結合可能とする。更に，第７軸を，主歯車列の一要素に常時結合すると共に，第３ブレーキを介して変速機ハウジングに結合可能とし，第６軸を，主歯車列における少なくとも１つの更なる一要素に常時結合すると共に，第３クラッチを介して駆動軸に結合可能とし，出力軸を主歯車列における少なくとも１つの更なる要素に常時結合する。

この多段変速機において，好適には，第４軸を第３遊星歯車列の内歯ギヤに常時結合し，第６軸を第４遊星歯車列の内歯ギヤ及び第３遊星歯車列の遊星キャリアに結合すると共に，第３クラッチを介して駆動軸に結合・分離可能とする。更に，第７軸を，第３及び第４遊星歯車列の太陽ギヤに常時結合すると共に，第３ブレーキを介して変速機ハウジングに結合可能とする。この場合，駆動力は第４遊星歯車列の遊星キャリアと常時結合する出力軸から取り出される。なお，第３及び第４遊星歯車列は，共通の遊星キャリア及び共通の内歯ギヤを有するラビニョー式遊星歯車列として統合することができる。

ドイツ特許出願公開第19949507号公報 ドイツ特許出願公開第10213820号公報 ドイツ特許出願公開第2936969号公報 ドイツ特許出願公開第102005010210号公報 ドイツ特許出願公開第102006006637号公報 ドイツ特許出願公開第102008000428号公報

本発明の課題は，前述した形式に係る多段変速機に改良を施し，前進９段及び少なくとも後退１段の十分な速度比を有するものとし，その構造及び大きさ，特に長さ又は重量を最適化すると共に，ドラグ損失及び噛み合い損失の視点から作動効率を高めることである。更に，本発明に係る多段変速機においては，シフト要素に作用する支持トルクを低下させることが望ましい。特に，本発明に係る多段変速機は，横置き型フロントエンジンに適した構造を有することが望ましい。

上述した課題は，本発明に従い，請求項１に記載した特徴によって解決されるものである。更なる利点及び有利な実施形態は，従属請求項に記載したとおりである。

すなわち，本発明は，駆動軸及び出力軸がハウジング内に配置された遊星歯車構造の多段変速機を提案する。この多段変速機は，以下に第１，第２，第３及び第４遊星歯車列と称する少なくとも４つの遊星歯車列と，以下に駆動軸，出力軸，第３軸，第４軸，第５軸，第６軸，第７軸及び第８軸と称する少なくとも８本の回転可能な軸と，ブレーキ及びクラッチを含む少なくとも６つのシフト要素とが設けられており，これらシフト要素の選択的な係合によって駆動軸及び出力軸間の変速比を変化させることにより，好適には前進９段，後退１段を実現するものである。

これらの遊星歯車列は，軸線方向に見て第１遊星歯車列，第２遊星歯車列，第３遊星歯車列及び第４遊星歯車列の順に配置されており，好適にはマイナス型遊星歯車列を構成している。

マイナス型遊星歯車列は，既知のとおり，太陽ギヤ，内歯ギヤ及び遊星キャリアを備え，遊星キャリアにより遊星ギヤを回転可能に支持し，これらの遊星ギヤをそれぞれ太陽ギヤ及び内歯ギヤにかみ合わせた構造を有する。そのため，遊星キャリアを固定した状態で内歯ギヤが太陽ギヤとは逆方向に回転する。これに対して，プラス型遊星歯車列は，太陽ギヤ，内歯ギヤ及び遊星キャリアを備え，遊星キャリアにより内側及び外側の遊星ギヤを回転可能に支持し，内側遊星ギヤをそれぞれ太陽ギヤにかみ合わせ，外側遊星ギヤをそれぞれ内歯ギヤにかみ合わせた構造を有する。そのため，遊星キャリアを固定した状態で内歯ギヤが太陽ギヤとは同一方向に回転する。

本発明の好適な実施形態において，第１遊星歯車列の太陽ギヤが駆動軸に直結され，駆動軸が第１クラッチを介して第４軸に，また第２クラッチを介して第７軸に，それぞれ分離可能に結合され，第４軸が，第２遊星歯車列の遊星キャリアと，第３遊星歯車列の内歯ギヤに結合されると共に，第１ブレーキを介して変速機ハウジングに結合可能とされている。

更に，第７軸が，第４遊星歯車列の太陽ギヤに結合されると共に，第３クラッチを介して第８軸に結合・分離可能とされ，第８軸が，第３遊星歯車列の太陽ギヤと，第２遊星歯車列の太陽ギヤに結合されている。

また，第３軸が，第１遊星歯車列の遊星キャリアと，第２遊星歯車列の太陽ギヤに結合されると共に，第２ブレーキを介して変速機ハウジングに結合可能とされ，
第５軸が，第１遊星歯車列の遊星キャリアに結合されると共に，第３ブレーキを介して変速機ハウジングに結合可能とされ，第６軸が，第３遊星歯車列の遊星キャリアと，第４遊星歯車列の内歯ギヤに結合され，出力軸は本発明では第４遊星歯車列の遊星キャリアに結合されている。

本発明に係る多段変速機の構成によれば，特に乗用車に適した変速比と，多段変速機における広い総変速比幅を実現することにより，乗り心地の改善と，燃費の顕著な向上が達成されるものである。

更に，本発明に係る多段変速機によれば，シフト要素が少数であることにより製造コストを大幅に削減することが可能である。本発明に係る多段変速機によれば，有利な様式で，流体トルクコンバータ，外部発進クラッチ又は他の適当な外部発進要素で発進を実行することができる。また，変速機に組み込まれた発進要素により発進プロセスを可能にすることも想定される。そのため，好適には，前進第１速段及び後退段で作動するシフト要素が適している。

また，本発明に係る多段変速機によれば，ドラグ損失及びかみ合い損失の視点から主走行段における作動効率を高めることができる。

更に，変速機におけるシフト要素及び遊星歯車列に作用するトルクが小さいので，多段変速機における磨耗を有利な様式で抑制することができる。そして，作用するトルクが小さいことにより小型化が可能であり，これにより所要の構造スペースと，これに対応するコストを削減することができる。加えて，軸，シフト要素及び遊星歯車列の回転数を減少することができる。

本発明に係る多段変速機は，動力伝達方向や空間的観点において異なる駆動形態に対して適応性を発現できる構成とすることができる。

本発明に係る多段変速装置の第１好適実施形態を示す線図である。 図１の多段変速装置のための変速比設定例を示す図表である。

以下，本発明を図示の好適な実施形態に基づいて更に詳述する。

図１に示す本発明に係る多段変速機は，駆動軸1と，出力軸2と，４つの遊星歯車列P1, P2, P3, P4を備え，これらがハウジングG内に配置された構成を有している。図１に示す実施形態では，遊星歯車列P1, P2, P3, P4がマイナス型遊星歯車列として形成されている。本発明においては，少なくとも１つの遊星歯車列をプラス型歯車列として形成することができ，この場合には同時に遊星キャリア及び内歯ギヤの接続を入れ替え，静止変速比を１だけ高める。

図示の実施形態において，遊星歯車列は，軸線方向に見てP1, P2, P3, P4の順に配置されている。

図１から明らかなとおり，６つのシフト要素，すなわち３つのブレーキ03, 04, 05と，３つのクラッチ14, 17, 78が設けられている。シフト要素の空間的配列は任意であり，もっぱら寸法と外形形状にみにより限定されるものである。変速機におけるクラッチ及びブレーキは，好適には摩擦シフト要素又は多板シフト要素として構成されている。

これらのシフト要素により，前進９段及び後退段の選択的な切換えが可能である。図１に示す本発明に係る変速機は，合計で８本の回転可能な軸，すなわち軸1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8を備え，駆動軸は変速機の第１軸により，また，出力軸は第２軸によりそれぞれ構成されている。

図１に示した実施形態において，第１遊星歯車列P1の太陽ギヤは，駆動軸1に直結されている。駆動軸1は，第１クラッチ14を介して第４軸4に結合されると共に，第２クラッチ17を介して第７軸7に分離可能に結合されている。第４軸4は，第２遊星歯車列P2の遊星キャリア及び第３遊星歯車列P3の内歯ギヤに結合されていると共に，変速機のハウジングGに結合可能とされている。第７軸7は，第４遊星歯車列P4の太陽ギヤに結合されていると共に，第３クラッチ03を介して第８軸8に結合・分離可能とされている。第８軸は，第３遊星歯車列P3の太陽ギヤ及び第４遊星歯車列P4の太陽ギヤに結合されている。

図１から明らかなとおり，第３軸3は，第１遊星歯車列P1の遊星キャリア及び第２遊星歯車列P2の内歯ギヤに結合されていると共に，第２ブレーキ03を介して変速機ハウジングGに結合可能とされている。第５軸5は，第１遊星歯車列P1の内歯ギヤに結合されていると共に，第３ブレーキ05を介して変速機ハウジングGに結合可能とされている。第６軸6は，第３遊星歯車列P3の遊星キャリア及び第４遊星歯車列P4の内歯ギヤに結合されている。出力軸2は，第４遊星歯車列P4の遊星キャリアに結合されている。

本発明によれば，第２及び第３クラッチ17, 78を，軸線方向に見て第３及び第４遊星歯車列P3, P4の間に配置して，共通の外側支持体を有する構成とすることができる。この場合，第１クラッチ14は，軸線方向に見て第１及び第２遊星歯車列P3, P4の間に配置することができる。

図２は，図１の多段変速装置の変速線図を示す。変速段毎に３つのシフト要素が締結されている。この変速線図には，各変速段の変速比iと，次に高い変速段への変速段ステップ又は段間ステップphiが例示されており，8.993の値は変速機の変速比幅を表わしている。

マイナス型遊星歯車列として構成された遊星歯車列P1, P2, P3, P4における静止変速比は，典型的にはそれぞれ -1.80, -3.554, -1.851, -2.265である。図２から明らかなとおり，隣接する２つの変速段において２つのシフト要素が共用されているために，連続的なシフト操作に際して二重シフト又は群シフトが回避される。更に，段間ステップが小さい場合でも大きな変速比幅が達成できることも認められる。

前進第１速は，第１及び第３ブレーキ04, 05と第２クラッチ17の締結により生じる。前進第２速は，第１及び第２ブレーキ04, 03と第２クラッチ17の締結により生じる。前進第３速は，第１ブレーキ04と第２及び第３クラッチ17, 78の締結により生じる。前進第４速は，第２ブレーキ03と第２及び第３クラッチ17, 78の締結により生じる。前進第５速は，第３ブレーキ05と第２及び第３クラッチ17, 78の締結により生じる。前進第６速は，第１，第２及び第３クラッチ14, 17, 78の締結により生じる。前進第７速は，第３ブレーキ05と第１及び第２クラッチ14, 17の締結により生じる。前進第８速は，第３ブレーキ05と第１及び第３クラッチ14, 78の締結により生じる。前進第９速は，第２ブレーキ03と第１及び第３クラッチ14, 78の締結により生じる。後退は，第１及び第３ブレーキ04, 05と第３クラッチ78の締結により生じる

前進第１速と後退段において第１ブレーキ04と第３ブレーキ05が締結されているため，これらのシフト要素を発進要素として使用することができる。

本発明によれば，また，同一の変速機構造によって，シフトロジック毎に異なる段間ステップを実現することができる。これにより，用途や車両に固有の変形が可能である。

本発明においては，多段変速機の適宜の位置，例えば軸とハウジングとの間に，又は，場合によって２本の軸を結合するために，追加のフリーホイールを設けることが可能である。

本発明においては，駆動側又は出力側にアクスルディファレンシャル及び／又はセンターディファレンシャルを配置することができる。

有利な実施形態では，駆動軸１をクラッチ要素により，必要に応じて駆動エンジンから分離することができる。この場合，クラッチエレメントとしては，油圧式トルクコンバータ，油圧式クラッチ，乾式発進クラッチ，湿式発進クラッチ，磁性粉クラッチ又は遠心クラッチが適用可能である。そのような発進エレメントは，動力伝達方向に見て変速機の後方に配置することが可能である。この場合，駆動軸１は，エンジンのクランクシャフトに常時結合される。

本発明に係る多段変速機は，エンジンと変速機との間にトーションダンパーを配置することが可能である。

図示しない本発明の他の実施形態では，各軸において，好適には駆動軸１又は出力軸２において，例えば油圧式リターダや電気式リターダのような，耐摩耗（無摩耗）ブレーキを配置することができる。これは，特に商用車への応用において特に重要な特徴である。更に，補助ユニットを駆動するために，各軸において，好適には駆動軸１又は出力軸２において，動力取出装置を設けることもできる。

適用される摩擦式シフトエレメントは，負荷切換クラッチ又は負荷切換ブレーキとして形成することができる。特に，ディスククラッチ，バンドブレーキ及び／又は円錐クラッチのような，圧着式のクラッチ又はブレーキを適用することができる。

ここに記載した多段変速機の更なる利点は，どの軸に対しても，発電機として及び／又は補助的な駆動手段として，電動モータを取付けることが可能なことである。

当然のことながら，いかなる構造上の形態も，特に遊星歯車列及びシフト要素のそれ自体ならびに相互のいかなる空間的配置も，特許請求の範囲に記載されている変速機の機能に影響を与えることがなく，技術的に有意である限り，明細書や図面中に明示されていない場合でも，特許請求の範囲の保護範囲に含まれるものである。

1 第１軸（駆動軸）
2 第２軸（出力軸）
3 第３軸
4 第４軸
5 第５軸
6 第６軸
7 第７軸
8 第８軸
8' 第８軸
03 第１ブレーキ
04 第２ブレーキ
13 第１クラッチ
16 第２クラッチ
18' 第４クラッチ
48 第４クラッチ
67 第３クラッチ
P1 第１遊星歯車列
P2 第２遊星歯車列
P3 第３遊星歯車列
P4 第４遊星歯車列
i 変速比
phi ステップ
G ハウジング

Claims (3)

1. 遊星歯車式の多段変速装置，特に車両用の自動変速機であって，駆動軸（1）と，出力軸（2）と，ハウジング（G）内に配置された４つの遊星歯車列（P1, P2, P3, P4）と，８本の回転可能な軸（1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8）と，少なくとも６つのシフト要素（03, 04, 05, 14, 17, 78）とを備え，該シフト要素がブレーキ（03, 04, 05）及びクラッチ（14, 17, 78）を含み，これらシフト要素の選択的締結により駆動軸（1）及び出力軸（2）の間に異なる変速比を生じさせて前進９段及び後退１段を実現可能とし，第１遊星歯車列（P1）の太陽ギヤが駆動軸（1）に直結され，駆動軸（1）が第１クラッチ（14）を介して第４軸（4）に結合されると共に第２クラッチ（17）を介して第７軸（7）に分離可能に結合され，第４軸（4）が第２遊星歯車列（P2）の遊星キャリア及び第３遊星歯車列（P3）の内歯ギヤに結合されていると共に変速機のハウジング（G）に結合可能とされており，第７軸（7）が第４遊星歯車列（P4）の太陽ギヤに結合されていると共に第３クラッチ（03）を介して第８軸（8）に結合・分離可能とされおり，第８軸が第３遊星歯車列（P3）の太陽ギヤ及び第４遊星歯車列（P4）の太陽ギヤに結合されており，第３軸（3）が第１遊星歯車列（P1）の遊星キャリア及び第２遊星歯車列（P2）の内歯ギヤに結合されていると共に第２ブレーキ（03）を介して変速機ハウジング（G）に結合可能とされ，第５軸（5）が第１遊星歯車列（P1）の内歯ギヤに結合されていると共に第３ブレーキ（05）を介して変速機ハウジング（G）に結合可能とされ，第６軸（6）が第３遊星歯車列（P3）の遊星キャリア及び第４遊星歯車列（P4）の内歯ギヤに結合され，出力軸（2）が第４遊星歯車列（P4）の遊星キャリアに結合されていることを特徴とする多段変速機。
2. 請求項１記載の多段変速機であって，遊星歯車列（P1, P2, P3, P4）がマイナス型の遊星歯車列として構成されていることを特徴とする多段変速機。
3. 請求項１又は２記載の多段変速機において，前進第１速が第１及び第３ブレーキ（04, 05）と第２クラッチ（17）の締結により，前進第２速が第１及び第２ブレーキ（04, 03）と第２クラッチ（17）の締結により，前進第３速が第１ブレーキ（04）と第２及び第３クラッチ（17, 78）の締結により，前進第４速が第２ブレーキ（03）と第２及び第３クラッチ（17, 78）の締結により，前進第５速が第３ブレーキ（05）と第２及び第３クラッチ（17, 78）の締結により，前進第６速が第１，第２及び第３クラッチ（14, 17, 78）の締結により，前進第７速が第３ブレーキ（05）と第１及び第２クラッチ（14, 17）の締結により，前進第８速が第３ブレーキ（05）と第１及び第３クラッチ（14, 78）の締結により，前進第９速が第２ブレーキ（03）と第１及び第３クラッチ（14, 78）の締結により，後退が第１及び第３ブレーキ（04, 05）と第３クラッチ（78）の締結により，それぞれ生じるものであることを特徴とする多段変速機。

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