JP4035564B2 - 自動無段連続変速装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関を動力とする運行装置の動力伝達系における無段変速装置として、差動傘歯車装置を適用する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の自動変速機は、トルクコンバータの出力軸と、遊星歯車機構を接続していわゆるオートマチックトランスミッション（ＡＴ車）による自動変速装置であって、２組の遊星歯車装置を並べ、夫々には３種のサンギア、プラネタリーギア、インターナルギアが組み込まれ、キャリアーがプラネタリーギアの公転回転を伝え、リアのサンギアにはエンジンの回転が伝えられ、リアのキャリアはフロントのインターナルギアと固定接続され、更にリアのキャリアはプロペラシャフトへ回転を伝達する構造である。
トルクの必要な発進、低速時にはリアのインターナルギアを固定し、エンジン回転はリアのサンギアからリアのキャリア軸を駆動し１／４回転に減速されてプロペラ軸を駆動する。
中速時にはリアのサンギアをリアのインターナルギアと接続することで３つの歯車を一体化させ、エンジン回転をプロペラシャフトに伝える。
高速時にはフロントのサンギアを固定し、リアのサンギアとフロントのキャリアを接続することでエンジン回転は４／３に増速され、プロペラシャフトを駆動する方式が自動変速機の主流をなしている。
【０００３】
また、トランスミッションに代わり高性能樹脂製のベルトや精密金属製のチェンと変速プーリーを用いて、必要トルクと回転数を無段階に動力軸に伝達するものが実用化されて来ている。
差動傘歯車装置を応用した変速装置に関する利用技術は見あたらない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術には次のような欠点があった。
（イ） オートマチックトランスミッションを搭載した自動車においては、走行中、車速に応じて自動的に歯車列の変速比を適正に切り替える優れた機構を持っているが、ギアの切り替えショックが乗り心地に影響することは免れない。
できるかぎり無段階に近い変速をするため、改善改良が行われ、歯車列の段数を増やす方向にあるが、歯車列の増加は重量増加につながり、車両重量の軽減によりエンジン負荷を減少させて環境負荷を軽減しようとする社会的要求に対し、やや矛盾する点が欠点となる。
（ロ） 自動変速プーリーはスムースな変速能力を有している。小形車両等、小馬力エンジンを搭載する車両に主として用いられている。
しかし、動力伝達に合成樹脂製ベルトが用いられているため、動力伝達能力に限界があった。
（ハ） 金属製チェンを用いた自動変速プーリもスムーズな変速能力を有しているが、チェンの複雑な構造や発生する騒音のため使用されることがなかったが、近年、高機能金属が得られるようになり、チェンの製作精度の向上とあいまって、採用される方向に向かっている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は自動車のプロペラ軸を入力軸として、後輪左右アクスル駆動に用いられている傘歯車差動装置の差動原理を、無段変速装置として利用する技術に関するものである。
即ち、図２に示すごとく、
差動装置の遊星歯車を装着したキャリアの回転数をＣ、両アクスルの片側の回転数をＡ、反対側の軸の回転数をＢとした場合、差動装置においては
（Ａ＋Ｂ）／２＝Ｃ が成立する。
ここで、差動装置の基本構成を変えることなく、図３に示すごとき構成として、各軸の名称のみ Ａは駆動軸回転数、Ｂは出力軸回転数、Ｃはキャリア回転数と呼称を変える。
上式を変形すると Ｂ＝２Ｃ−Ａ となる。
ここでキャリアＣに回転力を与え
Ｃ＝Ａ の条件で Ｂ＝Ａ 出力軸＝駆動軸回転数
Ｃ＝１／２Ａ の条件で Ｂ＝０ 出力軸回転数＝０
Ｃ＝０ の条件で Ｂ＝−Ａ，即ち−Ｂ＝Ａ，駆動軸に対し出力軸反転と表現出来ることになり、
Ｃ＞１／２Ａ のとき 出力軸正転 即ち 車両前進
Ｃ＝１／２Ａ のとき 出力軸停止 即ち 車両停止
Ｃ＜１／２Ａ のとき 出力軸逆転 即ち 車両後進
以上の条件により、差動装置のキャリアＣと軸Ａに回転を与えて制御すれば、Ｂ軸の回転を制御することが可能となり、差動装置は無段変速装置として用いることが出来る。
しかし、Ｃ＝１／２Ａ、即ち車両停止の条件は、車両が前進走行中、或るいは後進走行中に置いても、加減速等の運行状況により発生する可能性がある。
また、エンジン起動、車輪制動停止中にエンジンの回転変動により
Ｃ＝１／２Ａ を中心にして正逆転の回転振れを起こす可能性があり、実用的でないので、この条件が発生しない歯車切替機構を組み込むことにした。
【０００６】
トルクコンバータと差動傘歯車変速装置を有する自動無段連続変速装置であって、
トルクコンバータのタービン翼車軸を中空軸として後方へ延長し、前軸、後軸に分け、前軸、後軸間に前進、後進切り替え歯車列を中間軸を介してを設け、後軸の回転を前進、後進切替用スライドクラッチ褶動子により、前進または後進ギアに切替えて進行方向を制御駆動し、
前進、後進歯車を静合装着した後軸を後方へ延長し、差動傘歯車変速装置の遊星歯車キャリアボスに静合装着し第２駆動軸とし、
差動傘歯車変速装置のピニオンギア軸の左右２軸の一方を、中空軸を貫通して前方に延長し、トルクコンバータのポンプ翼車ディスクハブを静合装着し、更に前方に延長してエンジン・クランク軸端にカップリングにより接続して第１駆動軸とし、
差動傘歯車変速装置の他の一方のピニオンギア軸を延長して、車両のプロペラシャフトとして用い、
プロペラシャフトにはブレーキドラムを静合装着し、スプリングバック式ブレーキを装備することを特徴とした自動無段連続変速装置である。
【０００７】
【実施例】
本発明の無段変速機は図１に示すごとく、トルクコンバータ４のタービン翼車軸を中空軸として後方へ延長し、前軸８、後軸１５に分け、前軸８端部にドライブ歯車１０を静合装着し、後軸１５に前進ドリブン歯車１４と後進ドリブン歯車１８を静合装着する。
【０００８】
前後進切替ギアボックス１９内に、自由回転する中間軸１２を設け、同軸上にドライブ歯車１０と同径のドリブン歯車１１を相互に常時噛み合う位置を定め、静合装着する。この時の歯車回転比は１：１である。
また、この時の軸間距離を規定軸間距離とする。
【０００９】
後軸１５に静合装着された歯車１４との回転比が、規定軸間距離を保ち、
歯車（１４：１３）＝（回転比）１．１：１
の比で噛み合い、側端面に噛み合いクラッチ歯を有する前進ドライブ歯車１３を、前進ドリブン歯車１４と噛み合う位置に、中間軸１２上にストップリングで位置を定めセットする。
歯車１３は中間軸１２と遊合し自由に回転できる。
クラッチ歯の向きは後方向きとする。
【００１０】
後軸１５に静合装着された後進ドリブン歯車１８との回転比が、規定軸間距離を保ち、 歯車（１８：１７）＝（回転比）０．３：１
の比で噛み合い、側端面に噛み合いクラッチ歯を有する後進ドライブ歯車１７を歯車１８と噛み合う位置に、中間軸１２上にストップリングで位置を定めセットする。歯車１７は中間軸１２と遊合し、自由に回転できる。
クラッチ歯の向きは前方向きとする。
【００１１】
遊合回転する歯車１３と歯車１７の遊間部となる中間軸１２にはセレーション加工し、このセレーションに噛み合い、前後に褶動することのできる前後進切替褶動子１６の両端部には、歯車１３、１７と噛み合うクラッチ歯を備える。
【００１２】
前後進切替褶動子１６は運転席のシフトレバー操作により、リンク機構、又は油圧装置を介し、中間位置のニュートラル、歯車１３と噛み合う位置即ち前進位置、歯車１７と噛み合う後進位置の、３位置に制御操作される。
中間位置の時は歯車１０と歯車１１が噛み合っているので、歯車１０の回転は歯車１１と中間軸１２を回転させる。
前進位置のときは中間軸１２と褶動子１６の回転が歯車１３に伝達され、歯車１３は後軸１５の歯車１４と噛み合っているので、後軸１５を前軸８の１．１倍速で回転駆動し、差動原理によりプロペラシャフトは正転し前進駆動する。
後進位置のとき、回転している褶動子１６は歯車１７とクラッチにより接続し歯車１７は後軸１５の歯車１８を、前軸８の０．３倍速で正回転駆動し、差動原理によりプロペラシャフト２９は逆転し、車両を後進駆動する。
前進、後進共に、プロペラシャフト２９の回転は、クランク軸１の回転に比例する。
以上に記述したギア１３、１４と１７、１８の歯数組み合わせと、減速比をの関係を示す表を図面４に示す。
図面５はこれをグラフに表示したものである。
【００１３】
ギアボックス１９の前後中空軸内を貫通した第１駆動軸３は、差動傘歯車減速装置２５のドライブ傘歯車２０のボス孔部に静合装着する。
後軸１５は差動傘歯車変速装置２５のボス孔部２６に静合装着する。
【００１４】
差動歯車変速装置２５では遊星歯車軸２２に、遊星傘歯車２１と２１Ａとが遊合されていてキャリアとして動作し、ドライブ傘歯車２０と噛み合つている。
【００１５】
ドライブ傘歯車２０と相対した位置に、ドリブン傘歯車２３が遊星傘歯車２１と２１Ａとそれぞれ噛み合い、差動歯車装置としての組合わせを形成している。
傘歯車２３のドリブン軸２４は延長して、自動車のプロペラシャフト２９として作用する。
プロペラシャフト２９にはブレーキドラム２７を装着し、装備されたブレーキ装置２８は常時スプリングによってドラムを締め制動している。
走行のため褶動子１６が操作されたときは、油圧又は電気操作により自動的に制動が解除される。 又は手動解除装置により解除することが出来る。
【００１６】
以上の構成による本変速装置の動作を説明する。
クランク軸１にカップリング２により接続された第１駆動軸３が回転を始めると、ポンプ翼車５が回転を始め、これによりトルクコンバーバータ４に充填されたオイルが回動しタービン翼車７が回転を始める。
【００１７】
第１駆動軸３は尖端に静合装着された差動歯車変速装置のドライブ傘歯車２０を回転駆動する。
このときドライブ傘歯車２０に噛み合う遊星歯車２１と２１Ａは自転しながらドリブン傘歯車２３上を軽く公転をはじる。
【００１８】
ドリブン傘歯車軸２４は延長してプロペラシャフト２９となり、車輪を駆動する軸となるが、車両の車輪は制動されているので、この制動が解除されるまでは回転が制止されている。
【００１９】
一方、トルクコンバーター内で回転を始めたタービン翼車７の中空軸、即ち前軸８は、ギヤボックス内の軸端部に静合装着されたドライブ歯車１０と、これに噛み合う中間ドリブン歯車１１を駆動する。
【００２０】
運転席のギア切り替えシフトノブをドライブ位置にいれる時、褶動子１６は油圧又は電気装置により前進して歯車１３のカムクラッチと噛み合い、中間軸のセレーションと結合する褶動子１６は回転を後軸１５に伝える。
【００２１】
後軸１５に静合装着された差動歯車変速装置２５は遊星歯車２１、２１Ａのキャリアーを兼ねていて、ドライブ傘歯車２０とドリブン傘歯車２３とは第一駆動軸３と第２駆動軸１５との回転比によって増減速される。
即ちアクセルペダルの踏み込みに応じたエンジン回転に比例して変速され、ドライブ軸に伝えられ前進することになる。
【００２２】
後進の場合は、運転席のギア切替シフトノブを後進位置にいれる。 このとき前後進切替ギアボックス１９の褶動子１６が移動して、後進ドライブ歯車１７と噛み合い、前進ドライブ歯車１３との縁は切れる。
後進ドライブ歯車１７に噛み合う後進ドリブン歯車１８は
回転数比が０．３：１ であるので、第１駆動軸につながるドライブ傘歯車２０の回転数に対し、
差動傘歯車変速装置２５の回転数は ０．３ となる。
これは差動装置のドリブンギアを逆転する条件である。
従ってドリブン傘歯車２３は逆転を始める。ドリブン傘歯車軸２４はプロペラシャフト２９と接続してあり逆転し、車両を後進させる。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように、差動歯車装置を変速機として応用すれば、運転席の操作シフトレバー位置も従来と変わりなく、しかも差動歯車装置の機構は永年に渉り使用されてきたもので、機構の経年的信頼性は充分である。
また、機構的にも従来の遊星歯車式変速装置に比し簡明且つ重量増もなく、
最も優れた特徴は、全変速範囲に渉りギアの切り替え操作を不必要とした変速装置である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す歯車組断面図である。
【図２】差動歯車装置の歯車組みを示す斜視図である。
【図３】変速装置の歯車組部を示す一部断面、斜視図である。
【図４】前後進切替ギヤボックスの歯車組合せと、減速比の関係例を示す計算図表。
【図５】差動傘歯車変速装置の入力軸と差動歯車函の相対回転比を示すグラフ。
【符号の説明】
１‥‥クランク軸 ２‥‥カップリング
３‥‥第１駆動軸 ４‥‥トルクコンバータ
５‥‥ポンプ翼車 ６‥‥ガイドベーン
７‥‥タービン翼車 ８‥‥前軸
９‥‥ベアリング １０‥‥ドライブ歯車
１１‥‥ドリブン歯車 １２‥‥中間軸
１３‥‥前進ドライブ歯車 １４‥‥前進ドリブン歯車
１５‥‥後軸（第２駆動軸） １６‥‥前後進切替褶動子
１７‥‥後進ドライブ歯車 １８‥‥後進ドリブン歯車
１９‥‥前後進切替ギアボックス ２０‥‥ドライブ傘歯車
２１，２１Ａ‥‥遊星傘歯車 ２２‥‥遊星歯車軸
２３‥‥ドリブン傘歯車 ２４‥‥ドリブン傘歯車軸
２５‥‥差動傘歯車変速装置 ２６‥‥キャリアボックス
２７‥‥ブレーキドラム ２８‥‥ブレーキ装置
２９‥‥プロペラシャフト ３０‥‥自在継手
３１‥‥差動歯車装置 ３２‥‥後輪アクスル
３３‥‥車輪

Claims (1)

1. トルクコンバータと差動傘歯車変速装置を有する自動無段連続変速装置であって、
   トルクコンバータのタービン翼車軸を中空軸として後方へ延長し、前軸、後軸に分け、前軸、後軸間に前進、後進切り替え歯車列を中間軸を介してを設け、後軸の回転を前進、後進切替用スライドクラッチ褶動子により、前進または後進ギアに切替えて進行方向を制御駆動し、
   前進、後進歯車を静合装着した後軸を後方へ延長し、差動傘歯車変速装置の遊星歯車キャリアボスに静合装着し第２駆動軸とし、
   差動傘歯車変速装置のピニオンギア軸の左右２軸の一方を、中空軸を貫通して前方に延長し、トルクコンバータのポンプ翼車ディスクハブを静合装着し、更に前方に延長してエンジン・クランク軸端にカップリングにより接続して第１駆動軸とし、
   差動傘歯車変速装置の他の一方のピニオンギア軸を延長して、車両のプロペラシャフトとして用い、
   プロペラシャフトにはブレーキドラムを静合装着し、スプリングバック式ブレーキを装備することを特徴とした自動無段連続変速装置。

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