JP2017519951A - バリエータ支援変速機 - Google Patents

Abstract

エンジンによって駆動可能な入力軸(2)と、及び負荷に連結可能な出力軸(4)とを備える無段変速機(CVT)を提供する。バリエータ(12)は、入力軸(2)に連結した入力側、及び出力側を有する。バリエータ(12)は、入力側と出力側との間における速度伝達比を変化させるよう調整可能とする。デファレンシャル変速装置(34)は、入力軸(2)に連結した第１デファレンシャル入力素子、バリエータ(12)の出力側に連結した第２デファレンシャル入力素子、並びに第１デファレンシャル出力素子及び第２デファレンシャル出力素子を有する。レンジ切換変速装置(60)は、第１レンジ入力素子(58)、及び出力軸(4)に連結した少なくとも1個のレンジ出力素子(75)を有する。第１連結コンポーネント(52)は、選択的に第１デファレンシャル出力素子を第１レンジ入力素子(58)に連結する。第２連結コンポーネント(56)は、選択的に第２デファレンシャル出力素子を第１レンジ入力素子(58)に連結する。第１及び第２の連結コンポーネント(52,56)は、デファレンシャル変速装置(34)とレンジ切換変速装置(60)との間に画定した連結空間内に配置する。このＣＶＴを組み込んだ車両及びこのＣＶＴを動作させる方法を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は車両用の変速機（トランスミッション）に関する。より具体的には、本発明は、大型車両での使用に適したバリエータ支援による無段変速機（ＣＶＴ：continuously variable transmission）である。

バリエータ支援ＣＶＴは既知であり、また広範囲にわたるギア比が望まれる用途で従来のＣＶＴに代わるものとして主に考案された。従来のＣＶＴで間に合わせるためには大型で重量のあるＣＶＴを設けることを意味し、このことは車両において望ましいものではない。バリエータ支援ＣＶＴは、変速機入力軸で力を受容し、またその力を２つの経路に振り分ける、すなわち、サミング（summing）変速機のみを経由して変速機出力に向かう経路、及びバリエータ及びサミング変速機に向かう経路に振り分けることによって機能する。バリエータ支援ＣＶＴは、主に、車両は規則的に前進及び後進することが必要とするいわゆる「周期運動（サイクリング）用途」で使用される、オフ・ハイウェー車両の使用に用途が見出されてきた。このような車両の例は、トラック型トラクタ及びホイールローダーである。

このような変速機の限界は、比較的大型で重量が重いことである。したがって、オン・ハイウェー走行トラック及びバスのような非サイクリング用途において有用であるが、これら以外の車両での使用目的のためにパッケージ化するのが困難である。さらに、それらは、オン・ハイウェー用途で既に使用されている変速機よりも、一般的に高価でありかつ複雑である。

本発明の目的は、既存のバリエータ支援ＣＶＴにおけるこれら欠点のうち１つ以上を回避又は軽減することにある。

本発明の第１態様によれば、エンジンによって駆動可能な入力軸と、及び負荷に連結可能な出力軸とを備える無段変速機を提供する。この無段変速機は、さらに、入力軸に連結した入力側、及び出力側を有するバリエータを備える。バリエータは、入力側と出力側との間における速度伝達比を変化させるよう調整可能とする。デファレンシャル変速装置は、入力軸に連結した第１デファレンシャル入力素子、バリエータの出力側に連結した第２デファレンシャル入力素子、並びに第１デファレンシャル出力素子及び第２デファレンシャル出力素子を有する。レンジ切換変速装置は、第１レンジ入力素子、及び出力軸に連結した少なくとも1個のレンジ出力素子を有する。

第１連結コンポーネントは、第１デファレンシャル出力素子を選択的に第１レンジ入力素子に連結し、また第２連結コンポーネントは、第２デファレンシャル出力素子を選択的に第１レンジ入力素子に連結する。第１及び第２の連結コンポーネントは、デファレンシャル変速装置とレンジ切換変速装置との間に画定した連結空間内に配置する。

本発明の第２態様によれば、本発明の第1態様による無段変速機を備える車両を提供する。

本発明の第３態様によれば、本発明の第1態様による無段変速機を動作させる方法を提供する。この方法は、第１連結コンポーネント及び第２連結コンポーネントのうち一方を動作させて、第１デファレンシャル出力素子又は第２デファレンシャル出力素子を第１レンジ入力素子に連結するステップと、バリエータの入力側と出力側との間における速度伝達比を変化させるようバリエータを調整するステップと、を有する。

本発明の好適な実施形態を、以下に単に例として添付図面につき説明する。

バリエータ支援変速機の第１実施形態の概略図である。 バリエータ支援変速機の第２実施形態の概略図である。 バリエータ支援変速機の第３実施形態の概略図である。 バリエータ支援変速機の第４実施形態の概略図である。 バリエータ支援変速機の第５実施形態の概略図である。 バリエータ支援変速機の第６実施形態の概略図である。 バリエータ支援変速機の第７実施形態の概略図である。 バリエータ支援変速機の第８実施形態の概略図である。 バリエータ支援変速機の第９実施形態の概略図である。 バリエータ支援変速機の第１０実施形態の概略図である。 図１〜１０における任意な図に示すバリエータ支援変速機を組み込む車両におけるバリエータ速度対地上走行速度を示すグラフである。

図面の詳細な説明
添付図面は、バリエータ支援変速機（ＶＡＴ：variator-assisted transmission）の多数の実施形態を示す。これら実施形態の多くは先行する実施形態の１つ又は複数に対する変更例として説明する。このような場合、言及された特定実施形態間で共有されるコンポーネントは、提示される変更例に関連しない限り再度説明しない。したがって、他に明言しない限り、変更した実施形態が基礎にする１つ又は複数の実施形態と同様に構成及び動作するものと推察されたい。

図１は、ＶＡＴの第１実施形態を概略的に示す。無段変速機（以下、ときに「変速機」と略称する）は、動作にあたり車両（図示せず）のエンジンに連結する変速機の入力軸２と、車両のホイールのような負荷（図示せず）に連結する変速機の出力軸４とを備える。入力軸２は、第１衛星ギア８と噛合する入力ギア６を担持し、この第１衛星ギア８は、入力軸２に平行なバリエータ入力軸１０に担持する。このバリエータ入力軸１０は、全体的に参照符号１２で示したバリエータを駆動し、図示の実施例ではバリエータは油圧式バリエータとする。バリエータ１２は、バリエータ入力軸１０によって駆動される可変容量形ポンプ１４を有する。ポンプ１４は、既知タイプの制御素子又は斜板１６を有し、また１対の油圧ライン２０，２２によって油圧モータ１８に接続する。この油圧モータ１８はバリエータ出力軸２４に連結し、このバリエータ出力軸２４はバリエータ出力ギア２６を担持する。副軸２８は、バリエータ軸１０，２４に平行に配置し、また、バリエータ出力ギア２６に噛合する第１副軸ギア３０と、及びサミング変速装置（summing transmission）３４の第１サンギア３６に噛合する第２副軸ギア３２とを有する。

サミング又はデファレンシャル変速装置（summing, or differential, transmission）３４は、第１遊星ギア３８及び第２遊星ギア４８を有し、これら第１及び第２の遊星ギアはそれぞれ第１遊星ギアキャリヤ３９及び第２遊星ギアキャリヤ４９に回転可能に支持する。第１遊星ギア３８は、第１サンギア３６及び第１リングギア４０に噛合する。第２遊星ギア４８は、第２サンギア４６及び第２リングギア５０に噛合する。第１リングギア４０及び第２遊星ギアキャリヤ４９を入力軸２に連結し、入力軸２の回転がこれら２つの素子を同様に回転させるようにする。第１遊星ギアキャリヤ３９及び第２リングギア５０は、第１低速クラッチ５２の形態とした第１連結コンポーネントの入力側に連結する。第２サンギア４６は、第１中間軸５４に対して回転不能に連結し、この第１中間軸５４は入力軸２及び出力軸４に同軸状にする。第１中間軸５４は第１高速クラッチ５６の形態とした第２連結コンポーネントの入力側に連結する。

第１低速クラッチ５２及び第１高速クラッチ５６は、それぞれサミング変速装置３４を出力又はレンジ切換変速装置（output, or range, transmission）６０に選択的に連結し、これら変速装置３４，６０は互いに同軸状となるようにする。これらクラッチ５２，５６の双方は、サミング変速装置３４と出力変速装置６０との間に画定した連結空間に配置する。上述したように、低速及び高速のクラッチ５２，５６それぞれにおける入力側をサミング変速装置３４の少なくとも１個の素子に連結する。低速及び高速のクラッチ５２，５６それぞれにおける出力側を第２中間軸５８に連結し、この第２中間軸５８は、変速機の入力軸２及び出力軸４、並びに第１中間軸５４と同軸状になるようにする。出力変速装置６０は、第３サンギア６２及び第４サンギア７２を有し、これら第３及び第４のサンギア双方を第２中間軸５８に連結する。第３サンギア６２は、第３遊星ギアキャリヤ６５に回転可能に支持した第３遊星ギア６４に噛合し、またこの第３遊星ギア６４は第３リングギア６６に噛合する。第４サンギア７２は、第４遊星ギアキャリヤ７５に回転可能に支持した第４遊星ギア７４に噛合し、またこの第４遊星ギア７４は第４リングギア７６に噛合する。第３遊星ギアキャリヤ６５はリバース部材８０に連結し、このリバース部材８０は、出力軸４における逆回転を生ずるため、摺動カラー８２によって選択的に回転しないよう保持することができる。

第２中間軸５８に選択的に連結するとともに、第１低速クラッチ５２及び第１高速クラッチ５６は、第２高速クラッチ８４の形態とした第３連結コンポーネントの入力側にも選択的に連結する。第２高速クラッチ８４は、第１低速クラッチ５２及び第１高速クラッチ５６とともに連結空間内に配置し、また第３遊星ギアキャリヤ６５に連結した出力側を有する。したがって、第２高速クラッチ８４が係合するとき、第３サンギア６２及び第３遊星ギア６４が互いにロックされ、一体となって回転する。

第３及び第４のリングギア６６，６７は、互いに連結し、また第２低速クラッチ又は制動素子９０に連結する。第２低速クラッチ９０が係合するとき、第３及び第４のリングギア６６，６７は回転を阻止される。第４遊星ギアキャリヤ７５を出力軸４に連結する。

図２は、図１に示す実施形態の変更例であるＶＡＴの第２実施形態を概略的に示す。第１実施形態においては、バリエータは、サミング変速装置及び出力変速装置の下方で車両内にパッケージ化することを意図した。この第２実施形態においては、バリエータの位置は、サミング変速装置及び出力変速装置と一列に並ぶよう移動する。この変更は、入力ギア６及び衛星ギア８を入力軸２に沿って移動することに関連し、したがって、入力ギア６及び衛星ギア８がエンジン（図示せず）に一層接近する。このことは空間を自由にし、また変速機の残りの部分に一列となって並ぶ何もない空間内にバリエータ１２を移動させることを可能にする。この結果、副軸は排除し、バリエータ出力軸２４を、第１サンギア３６にバリエータの出力ギア２６を介して直結することができる。

図３は、図１に示す実施形態の他の変更例であるＶＡＴの第３実施形態を概略的に示す。図から分かるように、この変更例は、サミング変速装置３４と出力変速装置６０との間に連結コンポーネント１００を追加的に導入している。このバリエータの連結コンポーネント１００は好適にはクラッチであり、このクラッチは、言及を簡単にするためバリエータクラッチと称する。バリエータクラッチ１００は、第１中間ギア１０２によってバリエータ出力ギア２６に連結した入力側を有し、この第１中間ギア１０２は、出力ギア２６と同軸状であり、同一のバリエータ出力軸２４に連結する。第２中間ギア１０４は第１中間ギア１０２に噛合する。この第２中間ギア１０４は、バリエータクラッチ１００の入力側に連結する。バリエータクラッチ１００の出力側は第２中間軸５８に連結する。したがって、この実施形態において、バリエータモータ１８は、バリエータクラッチ１００を介して出力変速装置６０及び出力軸４に直結することができ、また第１低速クラッチ５２及び第１高速クラッチ５６がともに離脱するときサミング変速装置３４をバイパスすることができる。

図４は、図３に示す第３実施形態の他の変更例であるＶＡＴの第４実施形態を概略的に示し、また図２に示したのと同様に、バリエータ１２の再配置に関する。第２実施形態と同様に、この第４実施形態において、バリエータの位置は、サミング変速装置３４及び出力変速装置６０に一列に並ぶよう移動する。この変更例は、入力ギア６及び衛星ギア８を入力軸２に沿って移動することに関連し、したがって、入力ギア６及び衛星ギア８がエンジン（図示せず）に一層接近する。このことは空間を自由にし、また変速機の残りの部分に一列となって並ぶ何もない空間内にバリエータ１２を移動させることを可能にする。この結果、副軸は排除し、バリエータ出力軸２４を、第１サンギア３６にバリエータの出力ギア２６を介して直結することができる。バリエータ出力軸２４は、第３実施形態と同一構成を使用してバリエータクラッチ１００の入力側に連結したままとする。

図５は、図１に示すＶＡＴの他の変更例であるＶＡＴの第５実施形態を概略的に示す。この実施形態において、第２高速クラッチ８４及び第２低速クラッチ９０並びにリバース部材８０は出力変速装置６０の周りに再配置し、これは、軸線方向及び半径方向の双方に関してより一層コンパクトな変速機にすることを狙ってのものである。

第１実施形態と同様に、第２中間軸５８は、第３サンギア６２及び第４サンギア７２に、また第２高速クラッチ８４の入力側に連結する。しかし、第２高速クラッチ８４は、このとき、サミング変速装置３４と出力変速装置６０との間ではなく、出力変速装置６０の出力側に配置する。第２高速クラッチ８４の出力側は、このとき、先の実施形態と同様に、それ自体出力軸４に連結した第４遊星ギアキャリヤ７５に連結する。第１実施形態と同様に、第３及び第４のリングギア６６，７６は互いに連結し、また第２低速クラッチ９０にも連結する。しかし、第２低速クラッチは、このとき、サミング変速装置３４と出力変速装置６０との間に配置する。先の実施形態のように、リバース部材８０は第３遊星ギアキャリヤ６５に連結する。しかし、リバース部材８０及びその摺動カラー８２は、このとき、第２低速クラッチ９０の半径方向内側に配置し、第３遊星ギアキャリヤ６５及びリバース部材を互いに連結し、この連結は第２中間軸５８と同軸状の管状軸１１０によって行う。

図６は、図５に示す実施形態の変更例であるＶＡＴの第６実施形態を概略的に示す。図で分かるように、この変更例は、図３に示す第３実施形態と同様に、サミング変速装置３４と出力変速装置６０との間にバリエータクラッチ１００を導入している。第３実施形態と同様に、バリエータクラッチ１００はバリエータ出力ギア２６に連結した入力側を有する。バリエータクラッチ１００は、出力ギア２６と同軸状であり、同一のバリエータ出力軸２４に連結する第１中間ギア１０２、及び第１中間ギア１０２に噛合する第２中間ギア１０４によってバリエータ出力ギア２６に連結する。この第２中間ギア１０４は、バリエータクラッチ１００の入力側に連結する。バリエータクラッチ１００の出力側は第２中間軸５８に連結する。したがって、この実施形態において、第３実施形態と同様に、バリエータモータ１８は、バリエータクラッチ１００を介して出力変速装置６０及び出力軸４に直結することができ、また第１低速クラッチ５２及び第１高速クラッチ５６がともに離脱するときサミング変速装置３４をバイパスすることができる。

図７は、図１に示す第１実施形態の他の変更例であるＶＡＴの第７実施形態を概略的に示す。この変更した実施形態において、変速機は、変速機を軸線方向により一層コンパクトにするよう、サミング変速装置３４及び出力変速装置６０の上方にパッケージ化したオフセット入力軸２０２を採用する。この入力軸２０２は、エンジン（図示せず）に連結し、またエンジンに近接する基端側に第１入力ギア２０６を有する。第２入力ギア２０７を入力軸２０２のエンジンから遠い側の末端部に配置する。衛星ギア２０８は、第２入力ギア２０７に噛合させ、また入力軸２０２に平行に配置したバリエータ入力軸２１０に担持する。バリエータ入力軸２１０は、図１に示したのと同一構成を有する油圧式のバリエータ１２を駆動する。バリエータ１２のモータ１８は、バリエータ出力ギア２２６を担持するバリエータ出力軸２２４に連結する。バリエータ出力ギア２２６はサミング変速装置３４の第１サンギア３６に噛合する。

第１入力ギア２０６は、駆動軸２２８に対して回転不能に支持した駆動ギア２２７に噛合する。駆動軸２２８は、出力軸４に対して同軸状にし、また入力軸２０２に対して平行にする。駆動軸２２８は、第１実施形態における入力軸２と同様にして、サミング変速装置３４の第１リングギア４０及び第２遊星ギアキャリヤ４９に連結する。サミング変速装置３４及び出力変速装置６０の残りの部分、種々のクラッチ及びリバース部材は、図１につき説明したのと同一にする。

図８は、図５に示す第５実施形態の変速機の変更例であるＶＡＴの第８実施形態を概略的に示す。この第８実施形態において、ＶＡＴは、軸線方向ができるだけコンパクトになるよう変更してある。このことは、この実施形態において、バリエータ、サミング変速装置、出力変速装置及び出力軸が互いに平行となるようパッケージ化することによって達成する。入力軸２、サミング変速装置３４及びバリエータ１２の構成は、図５（並びに図１及び３）に示したのとほぼ同一であり、ここではそれ以上説明しない。この変更した実施形態において、第２中間軸５８は、先の実施形態よりも相当短く、また遠い側の端部、すなわち、サミング変速装置３４及び第１低速クラッチ５２及び第１高速クラッチ５６から離れる端部に取り付けた第１中間ギア３０２を有する。第２中間ギア３０４は、第１中間ギア３０２に噛合させ、また第３中間軸３０６に連結する。この第３中間軸３０６は、入力軸２、並びに第１中間軸５４及び第２中間軸５８に対して平行に延び、エンジン（図示せず）に向かって逆行する。出力変速装置６０は第３中間軸３０６上に配置し、この第３中間軸３０６は、図５における第２中間軸と同様にして、第３サンギア６２及び第４サンギア７２、並びに第２高速クラッチ８４の入力側に連結する。

第４遊星ギアキャリヤ７５及び第２高速クラッチ８４の出力側を第４中間軸３０８に連結する。第４中間軸３０８の端部には第３中間ギア３１０を固着する。第３中間ギア３１０は、入力軸２及び種々の中間軸５４，５８，３０６に平行な出力軸４に連結した出力ギア３１２に噛合させる。図示の実施形態において、駆動力は、車両（図示せず）のフロント及びリアに、１対の自在継手３１８，３２０により出力軸４に連結したフロント駆動軸３１４及びリア駆動軸３１６を介して向かわせる。

図９は、ＶＡＴの第９実施形態を概略的に示し、この場合、ＶＡＴは、例えば、キャタピラー７２５Ｃのような、関節連結式のオフ・ハイウェイトラック内にパッケージ化する。第９実施形態は、図５に示す第５実施形態の変更例である。この実施形態を関節連結式トラックに採用するとき、第２中間軸５８は、３つの同軸状の軸部分５８Ａ〜５８Ｃに分割する。第１軸部分５８Ａは、第１低速クラッチ５２及び第１高速クラッチ５６の出力側を、第１自在継手５７を介して第２軸部分５８Ｂに連結する。この第２軸部分５８Ｂの第２端部は、第２自在継手５９を介して第３軸部分５８Ｃに連結する。出力変速装置６０の第３サンギア６２及び第４サンギア７２は、第２高速クラッチ８４の入力側として、第３軸部分５８Ｃに配置する。

第２高速クラッチ８４の出力側は、第５実施形態におけるのと同様に、第４遊星ギアキャリヤ７５に連結する。しかし、第９実施形態は、第２高速クラッチ８４の出力側における出力軸を出力ギア４０４に置換することによってさらに変更する。関節連結式トラックにおいて、この出力ギア４０４は、トラックのフロント及びリアのホイールに駆動力を供給するロック可能な差動装置（図示せず）に連結する。

ＶＡＴの第１０実施形態を図１０に概略的に示す。この第１０実施形態は、図２に示す第２実施形態の変更例である。第１０実施形態におけるバリエータ１２、サミング変速装置３４、種々のクラッチ５２，５６，８４，９０及びリバース部材８０の構成は、第２実施形態のものと同一である。しかし、この第１０実施形態においては、出力変速装置６０′内のギア構成は変更している。この実施形態において、第３リングギア６６′は、第４リングギア７６′に連結する代わりに、第４遊星ギアキャリヤ７５′及び出力軸４に連結する。第４リングギア７６′のみを第２低速クラッチ９０に連結する。

図１〜１０に示すバリエータ支援変速機の各実施形態によれば、４つの前進モード及び２つの後進モードを有する無段変速機を提供する。第３、第４及び第６実施形態は、さらに、バリエータクラッチ構成に付加して、以下に詳細に説明する速度ゼロ及び寸動モードを有する。

種々の前進及び後進の変速モードに関連して、図示の各実施形態は、バリエータクラッチを採用する実施形態を含めて、ほぼ同じように動作する。したがって、図１に示す第１実施形態の動作のみを詳細に説明する。しかし、この動作方法は本明細書に記載の任意な他の実施形態にも適用することができる。変速機の動作方法はすべての実施形態にわたり同一であるが、第２高速クラッチが係合するときに動力を出力側に供給する様態は、当該実施形態が、第２高速クラッチをサミング変速装置と出力変速装置との間に配置している（図１〜４及び図７に示す実施形態のように）変速機か否か、第２高速クラッチを出力変速装置６０の出力側に配置する（図５，６，８及び９に示す実施形態のように）か否か、すなわち、実際出力変速装置のギアをどのように互いに連結する（図１０参照）か否かに左右される。

図１１は、バリエータモータ１８の速度が符号１Ｆ〜４Ｆで示す４つの前進モードにわたりどのように変動するか、及びそれら変動が変速機を使用する車両の地上走行速度に関連するかを示す。当然のことながら、車両の実際の地上走行速度は多数の要因に依存し、とくに、サミング変速装置及び出力変速装置に使用される遊星ギアの特定ギア比、及び変速機入力軸におけるエンジンからの入力速度によって左右されることを認識されたい。このグラフ及びこの説明における特定値は、したがって、単なる例として捉えるべきであり、また本発明の範囲を何ら限定するものではない。

図１及び１１につき説明すると、第１前進変速機モード１Ｆをとるとき、バリエータポンプ１４の斜板１６が最大負変位量に調整され、これによりバリエータモータ１８が最大負速度を生ずる。この実施例におけるエンジンからの変速機入力速度は約１６００ｒｐｍであり、この状態において、バリエータモータ１８に連結した第１サンギア３６は約−１６００ｒｐｍで回転する。第１低速クラッチ５２及び第２低速クラッチ９０は双方とも係合する。したがって、動力は、入力軸２から出力変速装置６０まで、サミング変速装置３４における第１リングギア４０、第１遊星ギアキャリヤ３９及び第２リングギア５０、並びに第１低速クラッチ５２を経由して供給される。第１低速クラッチ５２からは、動力は、出力変速装置６０における第２中間軸５８、第４サンギア７２及び第４遊星ギアキャリヤ７５を経由して出力軸４に供給される。

エンジン入力速度がほぼ一定な状態で、第１変速機モード１Ｆによる車両の加速は、バリエータ１２の制御によって達成される。図１１から分かるように、バリエータの負変位量及び関連速度はゼロに向かい、またゼロを超えて正の変位量及び関連速度になるとき、車両の地上走行速度が増加する。この速度変化は、バリエータ１２によって影響される第１サンギア３６の回転方向及び回転速度に基づく。第１リングギア４０が入力軸２に直結されるとき、第１リングギア４０の最大速度は、バリエータがその最大正変位量及び速度になるときの第１サンギア３６の回転速度と同一の約１６００ｒｐｍとなる。

車両速度がさらに上昇するためには、変速機は第１前進モード１Ｆから第２前進モード２Ｆにシフトしなければならない。このことには、第１低速クラッチ５２を離脱させ、また第１高速クラッチ５６を係合させるとともに、第２低速クラッチ９０が係合したままで出力変速装置６０におけるリングギア６６，７６を制動していることを伴う。これらの変化が実施されると、動力は、入力軸２から第１遊星ギアキャリヤ４９、第２サンギア４６、及び第１中間軸５４を介して、第１高速クラッチ５６に供給される。この第１高速クラッチ５６から、動力は、さらに、第２中間軸５８、第４サンギア７２及び第４遊星ギアキャリヤ７５を介して出力軸４に供給される。

第２前進モード２Ｆにおける車両の加速は、やはりバリエータ１２の制御によって達成される。再度図１１につき説明すると、バリエータの正変位量及び関連速度はゼロに向かい、またゼロを越えて負変位量及び関連速度になるとき、車両の地上走行速度は、第２サンギア４６よりも第１サンギア３６の回転速度及び回転方向における変化に起因して一層上昇する。

さらに、車両速度における上昇は、第３前進モード３Ｆ及び第４前進モード４Ｆに進行することによって達成される。第２前進モード２Ｆから第３前進モード３Ｆに進行するため、第１高速クラッチ５６及び第２低速クラッチ９０が離脱し、また第１低速クラッチ及び第２高速クラッチ８４が係合する。この結果、動力は、入力軸２から第１リングギア４０、第１遊星ギアキャリヤ３９及び第２リングギア５０を介して第１低速クラッチ５２に供給される。図１〜４及び図７に示す実施形態において、第２高速クラッチ８４が係合した状態で、第２中間軸５８、それに関連するサンギア６２，７２及び第３遊星ギアキャリヤ６５が一体となって回転する。この結果、第２前進モード２Ｆよりも第３前進モード３Ｆにおける第２中間軸５８の回転速度に段変化減少を生ずる。このとき第２低速クラッチ９０が離脱した状態で、第３リングギア６６及び第４リングギア７６が出力変速装置６０の残りのコンポーネントに対して回転することができ、この結果、動力は、第４遊星ギアキャリヤ７５を介して出力軸４に供給される。

図５，６，８及び９に示す実施形態において、第２高速クラッチ８４が係合するとき、動力を出力軸４に供給するため、中間軸５８、サンギア６２，７２及び第４遊星ギアキャリヤ７５が一体として回転する。図１０の実施形態において、第２高速クラッチ８４が係合するとき、第３サンギア６２及び第３遊星ギアキャリヤ６５が一体として回転し、また動力は第３リングギア６６′及び第４遊星ギアキャリヤ７５′を介して出力軸４に供給される。

再度図１１につき説明すると、バリエータ変位量が−１６００ｒｐｍの最大負変位量及び回転速度からゼロを通過して増加するとき、地上走行速度は第３前進モード３Ｆにおいて上昇し、最終的に第１サンギアが再び１６００ｒｐｍの最大速度で回転するようになる。

第４前進モード４Ｆは第３前進モード３Ｆから進行し、この進行は、第２高速クラッチ８４を係合させたまま、第１低速クラッチ５２を離脱させ、また第１高速クラッチ５６を係合させることによって行われる。これにより、動力は、入力軸２から第２遊星ギアキャリヤ４９、第２サンギア４６及び第１中間軸５４を介して第１高速クラッチ５６に供給される。第２高速クラッチ８４が係合するとき、動力は、第３前進モード３Ｆ、及び図１〜４及び図７、図５，６，８及び図９並びに図１０に示した実施例グループに関して説明したのと同様にして出力軸４に供給される。

第４前進モード４Ｆにおける車両の加速は、やはりバリエータ１２の制御によって達成される。再度図１１につき説明すると、バリエータの正変位量及び関連速度はゼロに向かい、またゼロを越えて負変位量及び関連速度になるとき、車両の地上走行速度は、第２サンギア４６よりも第１サンギア３６の回転速度及び回転方向における変化に起因して一層上昇する。

上述の実施形態の変速機は２つの後進変速機モード１Ｒ及び２Ｒを有する。初期後進変速機モード１Ｒで動作するためには、変速機における第１低速クラッチ５２を除くすべてのクラッチを離脱させる。これと同時に、摺動カラー８２をリバース部材８０に接触させ、この結果、リバース部材及び第３遊星ギアキャリヤ６５をカラー８２によって回転しないよう保持する。これにより、動力は、入力軸２から第１リングギア４０、第１遊星ギアキャリヤ３９及び第２リングギア５０を介して第１低速クラッチ５２に供給される。

第２中間軸５８及びこれに関連するサンギア６２，７２が、第１低速クラッチ５２の係合に起因して第１方向に回転する。第３遊星ギアキャリヤ６５が回転しないよう保持されていることに起因して、第３及び第４のリングギア６６，７６がサンギア６２，７２の回転とは逆方向に回転する。このことは、第４遊星ギアキャリヤ７５及び出力軸４も逆方向に回転し、したがって、車両が後進することを意味する。

より速く後進する地上走行速度が必要な場合、変速機は第１後進モード１Ｒから第２後進モード２Ｒに移行することができる。そのようにするため、第１低速クラッチ５２を離脱させ、また第１高速クラッチ５６を係合させ、このとき摺動カラー８２は係合させて、リバース部材８０及び第３遊星ギアキャリヤ６５を回転しないよう保持した状態を継続する。このモードにおいて、動力は、第２遊星ギアキャリヤ４９、第２サンギア４６及び第１中間軸５４を介して第１高速クラッチ５６に供給される。動力は、第１後進モード１Ｒにつき説明したのと同様に、出力変速装置を介して出力軸４に供給される。

後進モード１Ｒ、２Ｒのいずれにおいても、車両の地上走行速度は、やはり前進モード１Ｆ〜４Ｆにつき説明したのと同様に、バリエータ１２によって第１サンギア３６の回転速度及び回転方向を調整することで調整することができる。

本明細書に記載したＶＡＴの多数の実施形態は、ゼロ速度出力及び徐行／寸動機能を生ずることもできる。これらは、油圧式バリエータクラッチ１００を採用する図３，４及び６に示す第３、第４及び第６実施形態である。すでに上述したように、これら実施形態によれば、バリエータ１２は、サミング変速装置３４をバイパスし、中間軸５８、サンギア６２，７２及び第４遊星ギアキャリヤ７５を介して出力軸４に直結することができる。この機能を容易にするため、第１低速クラッチ５２及び第１高速クラッチ５６を第２高速クラッチ８４とともに離脱させる。第２低速クラッチ９０及びバリエータクラッチ１００を係合させる。このとき、動力は、バリエータモータ１８から、第１及び第２の中間ギア１０２，１０４、バリエータクラッチ１００、中間軸５８、第４サンギア７２及び第４遊星ギアキャリヤ７５を介して直接出力軸４に供給される。可変容量形ポンプ１４の斜板１６を調整することにより、バリエータモータ１８は中間軸５８の回転速度、及びひいては出力軸４の回転速度を制御することができる。したがって、このようなＶＡＴを採用する車両は、いかなるクリープもなく休止することができる、又はバリエータ１２の制御の下に極めて低速で寸動又は徐行することができる。副軸がバリエータ出力ギア２６と第１サンギア３６との間に存在する図３及び６に示す実施形態において、変速機をゼロ速度又は徐行モードから第１前進モード１Ｆに切り換えるのは、単にバリエータクラッチ１００を離脱させ、また第１低速クラッチ５２を係合させることだけで済む。しかし、副軸が存在しない図４に示す実施形態においては、徐行モードから第１前進モード１Ｆに切り換えるには、バリエータクラッチ１００を離脱させ、即座にバリエータモータ１８及びバリエータ出力ギア２６の回転方向をバリエータポンプ１４の斜板１６を介して逆転させ、次いで第１低速クラッチ５２を係合させることを行う。

本発明による変速機を組み込む車両を始動させるには、第１低速クラッチ５２（又は存在する他の任意なクラッチ）を係合させ、またクラッチ入力及び出力素子が互いに所定範囲内の速度で回転するようになるまで、制御した滑りを生ずるようにする。次にクラッチを変速機のために完全に係合させ、第１前進モード１Ｆ又は第１後進モード１Ｒのいずれかに進行させる。

連結コンポーネントの大部分、及び少なくとも第１及び第２の連結コンポーネントのデファレンシャル変速装置とレンジ切換変速装置との間における連結空間内への配置によれば、本発明バリエータ支援変速機を、このタイプの既知変速機よりも一層コンパクトにすることができる。一層コンパクトになることは、変速機を既知変速機よりも一層軽量かつ安価にすることができることを意味し、この結果、トラック型トラクタ等のような大規模用途以外の、オンハイウェイトラック及びバスのような比較的小規模な用途にも利用できることになる。

随意的バリエータ連結コンポーネントを含む実施形態において、本発明は、レンジ切換変速装置を介してバリエータと出力軸との間の直結を行う。それら実施形態は、したがって、バリエータによって制御するゼロ速度及び寸動／徐行モードを有し、またこのようなモードが望ましい車両において実装することができる。

各好適実施形態に使用したバリエータは油圧式バリエータであるが、本発明はこのようなバリエータの使用に限定するものではない。例えば、本発明のＶＡＴは、代案として、電気的又は機械的なバリエータを使用することができる。

変速機の好適な実施形態は、第４リングギアを第３リングギアに連結する、又は第３リングギアを第４遊星ギアキャリヤに連結する出力変速装置を備える。しかし、出力変速装置は、それに代わって第４リングギアを第３遊星ギアキャリヤに連結するよう構成することができる。

好適な実施形態に利用される連結コンポーネントはすべてクラッチであるが、それに代わって１つ又は複数の連結コンポーネントを摺動カラーとすることができる。さらに、クラッチを使用する場合、クラッチにはシンクロナイザ（同期装置）を設けることができる。

これら及び他の変更及び改変を、本発明の範囲を逸脱することなく、組み込むことができる。

２ 入力軸
４ 出力軸
６ 入力ギア
８ 第１衛星ギア
１０ （バリエータ）入力軸
１２ バリエータ
１４ 可変容量形ポンプ
１６ 斜板
１８ 油圧モータ（バリエータモータ）
２０ 油圧ライン
２２ 油圧ライン
２４ （バリエータ）出力軸
２６ （バリエータ）出力ギア
２８ 副軸
３０ 第１副軸ギア
３２ 第２副軸ギア
３４ サミング変速装置
３６ 第１サンギア
３８ 第１遊星ギア
３９ 第１遊星ギアキャリヤ
４０ 第１リングギア
４６ 第２サンギア
４８ 第２遊星ギア
４９ 第２遊星ギアキャリヤ
５０ 第２リングギア
５２ 第１低速クラッチ
５４ 第１中間軸
５６ 第１高速クラッチ
５７ 第１自在継手
５８ 第２中間軸
５８Ａ （中間軸の）軸部分
５８Ｂ （中間軸の）軸部分
５８Ｃ （中間軸の）軸部分
５９ 第２自在継手
６０ 出力又はレンジ切換変速装置
６０′ 出力又はレンジ切換変速装置
６２ 第３サンギア
６４ 第３遊星ギア
６５ 第３遊星ギアキャリヤ
６６ 第３リングギア
６６′ 第３リングギア
６７ 第４リングギア
７２ 第４サンギア
７４ 第４遊星ギア
７５ 第４遊星ギアキャリヤ
７５′ 第４遊星ギアキャリヤ
７６ 第４リングギア
７６′ 第４リングギア
８０ リバース部材
８２ 摺動カラー
８４ 第２高速クラッチ
９０ 第２低速クラッチ又は制動素子
１００連結コンポーネント
１０２ 第１中間ギア
１０４ 第２中間ギア
１１０ 管状軸
２０２ 入力軸
２０６ 第１入力ギア
２０７ 第２入力ギア
２０８ 衛星ギア
２１０ バリエータ入力軸
２２４ バリエータ出力軸
２２６ バリエータ出力ギア
２２７ 駆動ギア
２２８ 駆動軸
３０２ 第１中間ギア
３０４ 第２中間ギア
３０６ 第３中間軸
３０８ 第４中間軸
３１０ 第３中間ギア
３１２ 出力ギア
３１４ フロント駆動軸
３１６ リア駆動軸
３１８ 自在継手
３２０ 自在継手
４０４ 出力ギア

Claims (25)

1. 無段変速機であって、
   エンジンによって駆動可能な入力軸と、
   負荷に連結可能な出力軸と、
   前記入力軸に連結した入力側、及び出力側を有し、前記入力側と前記出力側との間における速度伝達比を変化させるよう調整可能であるバリエータと、
   前記入力軸に連結した第１デファレンシャル入力素子、前記バリエータの前記出力側に連結した第２デファレンシャル入力素子、並びに第１デファレンシャル出力素子及び第２デファレンシャル出力素子を有するデファレンシャル変速装置と、
   第１レンジ入力素子、及び前記出力軸に連結した少なくとも1個のレンジ出力素子を有するレンジ切換変速装置と、
   第１デファレンシャル出力素子を選択的に第１レンジ入力素子に連結する第１連結コンポーネントと、
   第２デファレンシャル出力素子を選択的に第１レンジ入力素子に連結する第２連結コンポーネントと、
   を備え、また
   前記第１連結コンポーネント及び前記第２連結コンポーネントは、前記デファレンシャル変速装置と前記レンジ切換変速装置との間に画定した連結空間内に配置する、無段変速機。
2. 請求項１記載の無段変速機において、前記デファレンシャル変速装置は、
   第１サンギア、第１遊星ギアキャリヤに回転可能に支持した第１遊星ギア、及び第１リングギアを含む第２遊星ギアセットと、並びに
   第２サンギア、第２遊星ギアキャリヤに回転可能に支持した第２遊星ギア、及び第２リングギアを含む第２遊星ギアセットと、
   を有し、
   前記第１デファレンシャル入力素子を前記第２遊星ギアキャリヤ及び前記第１リングギアに連結し、前記第２デファレンシャル入力素子を前記第１サンギアに連結し、前記第１デファレンシャル出力素子を前記第１遊星ギアキャリヤ及び前記第２リングギアに連結し、また前記第２デファレンシャル出力素子を前記第２サンギアに連結する、無段変速機。
3. 請求項２記載の無段変速機において、前記レンジ切換変速装置はさらに第２レンジ入力素子を有し、また前記無段変速機は、さらに、前記第１又は第２の連結コンポーネントを選択的に前記第２レンジ入力素子に連結する第３連結コンポーネントを備え、前記第３連結コンポーネントは前記連結空間内に配置する、無段変速機。
4. 請求項３記載の無段変速機において、前記レンジ切換変速装置は、さらに、
   第３サンギア、第３遊星ギアキャリヤに回転可能に支持した第３遊星ギア、及び第３リングギアを含む第３遊星ギアセットと、
   第４サンギア、第４遊星ギアキャリヤに回転可能に支持した第４遊星ギア、及び第４リングギアを含む第４遊星ギアセットと、並びに
   少なくとも第４リングギアを選択的に回転不能に保持する制動素子と
   を有し、
   前記第３及び第４のサンギアを前記第１レンジ入力素子に連結し、また前記第４遊星ギアキャリヤを前記少なくとも１個のレンジ出力素子に連結する、無段変速機。
5. 請求項４記載の無段変速機において、前記第３及び第４のリングギアは、互いに連結し、また前記制動素子によって選択的に回転不能に保持するようにした、無段変速機。
6. 請求項４記載の無段変速機において、前記第３リングギア及び前記第４遊星ギアキャリヤを互いに連結する、無段変速機。
7. 請求項４記載の無段変速機において、前記第３遊星ギアキャリヤ及び第４リングギアは、互いに連結し、また前記制動素子によって選択的に回転不能に保持するようにした、無段変速機。
8. 請求項１又は２記載の無段変速機において、前記変速機は、さらに、前記第１レンジ入力素子を選択的に前記出力軸に連結する第３連結コンポーネントを備える、無段変速機。
9. 請求項８記載の無段変速機において、前記第３連結コンポーネントは、前記レンジ切換変速装置の前記連結空間側とは反対側に配置する、無段変速機。
10. 請求項８又は９記載の無段変速機において、前記レンジ切換変速装置は、さらに、
    第３サンギア、第３遊星ギアキャリヤに回転可能に支持した第３遊星ギア、及び第３リングギアを含む第３遊星ギアセットと、
    第４サンギア、第４遊星ギアキャリヤに回転可能に支持した第４遊星ギア、及び第４リングギアを含む第４遊星ギアセットと、並びに
    少なくとも第４リングギアを選択的に回転不能に保持する制動素子と
    を有し、
    前記第３及び第４のサンギアを前記第１レンジ入力素子に連結し、また前記第４遊星ギアキャリヤを前記少なくとも１個のレンジ出力素子に連結する、無段変速機。
11. 請求項１０記載の無段変速機において、前記第３及び第４のリングギアは、互いに連結し、また前記制動素子によって選択的に回転不能に保持するようにした、無段変速機。
12. 請求項１０記載の無段変速機において、前記第３リングギア及び前記第４遊星ギアキャリヤを互いに連結する、無段変速機。
13. 請求項１０記載の無段変速機において、前記第３遊星ギアキャリヤ及び第４リングギアは、互いに連結し、また前記制動素子によって選択的に回転不能に保持するようにした、無段変速機。
14. 請求項１〜１３のうちいずれか一項記載の無段変速機において、さらに、前記第１及び第２の連結コンポーネントが前記第１レンジ入力素子から離脱するとき、前記バリエータの前記出力側を選択的に前記第１レンジ入力素子に直結するバリエータ連結コンポーネントを備える、無段変速機。
15. 請求項１４記載の無段変速機において、前記バリエータ連結コンポーネントは前記第１及び第２連結コンポーネントを有する前記連結空間内に配置する、無段変速機。
16. 請求項１〜１５のうちいずれか一項記載の無段変速機において、前記連結コンポーネントそれぞれは、クラッチとする、無段変速機。
17. 請求項１〜１６のうちいずれか一項記載の無段変速機において、前記バリエータは、前記デファレンシャル変速装置と平行に配列する、無段変速機。
18. 請求項１〜１６のうちいずれか一項記載の無段変速機において、前記バリエータは、前記デファレンシャル変速装置とインラインに整列させて配列する、無段変速機。
19. 請求項１〜１８のうちいずれか一項記載の無段変速機において、前記デファレンシャル変速装置及び前記レンジ切換変速装置は互いに平行に配列する、無段変速機。
20. 請求項１〜１８のうちいずれか一項記載の無段変速機において、前記デファレンシャル変速装置及び前記レンジ切換変速装置は互いに同軸状に配列する、無段変速機。
21. 請求項１〜２０のうちいずれか一項記載の無段変速機を備える、車両。
22. 請求項１〜２０のうちいずれか一項記載の無段変速機を動作させる方法であって、
    前記第１連結コンポーネント及び前記第２連結コンポーネントのうち一方を動作させて、前記第１デファレンシャル出力素子又は前記第２デファレンシャル出力素子を前記第１レンジ入力素子に連結するステップと、
    前記バリエータの前記入力側と前記出力側との間における速度伝達比を変化させるよう前記バリエータを調整するステップと、
    を有する、方法。
23. 請求項２２記載の方法において、さらに、前記第３連結コンポーネントを動作させて、前記第１又は第２の連結コンポーネントを前記第２レンジ入力素子に連結するステップを有する、方法。
24. 請求項２２記載の方法において、さらに、前記制動素子を動作させて少なくとも前記第４リングギアを回転不能に保持するステップを有する、方法。
25. 請求項２２〜２４のうちいずれか一項記載の方法において、さらに、
    前記第１及び第２の連結コンポーネントを離脱させるステップと、
    前記バリエータの前記出力側を前記第１レンジ入力素子に直結するよう前記バリエータ連結コンポーネントを動作させるステップと、及び
    前記バリエータの前記入力側と前記出力側との間の速度伝達比を変化させるよう前記バリエータを調整するステップと、
    を有する、方法。

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