JP4073497B2 - 摩擦車式無段変速装置 - Google Patents

Description

本発明は、駆動動力が、駆動軸から従動軸に直接伝達されるか、あるいは無段変速機特に互いに対を成して共働し両者間を転動体が回転するトロイド状案内面を備えた変速機と、遊星歯車装置とを介して、従動軸に伝達されるような変速装置に関する。
駆動軸と従動軸とバリエータ（無段変速機）とを備えた無段変速装置は、既に文献において種々の形態が知られている。その無段変速機は、少なくとも二つのトーラス板（Torusscheiben）から成り、これらのトーラス板はトロイド状案内面を備え、これらの両トロイド状案内面間で転動体が転動する。
ドイツ特許出願公開第２８０７９７１号明細書に、単純に構成された摩擦車式無段変速装置が示されている。これは、駆動軸と従動軸と二つの円板を備え、両円板間に転動体が収容されている。その転動体は軸受で支持され、軸方向に移動できるドラムによって揺動され、そのようにして変速比が変えられる。
二つの出力レンジないし運転モードを有する無段変速装置の例は、ヨーロッパ特許出願公開第００４３１８４号明細書と、同第００７８１２４号明細書で知られている。ヨーロッパ特許出願公開第００７８１２４号明細書における変速装置の場合、駆動動力は、第１の変速レンジにおいて、軸系とバリエータとを介して、遊星歯車装置の形をした加算変速機に導かれる。その時に回転数の状態に応じて、変速機は「歯車中立」状態にあるか、あるいは後進段および低速前進段に対して、変速機全体の変速比が形成される。第２の変速レンジにおいて、駆動動力は、バリエータを介して従動軸に直接伝達される。この変速装置は、第１の出力レンジにおいて、バリエータが動力を分割した状態で駆動されるので、総合効率が悪化するという欠点がある。
本発明の課題は、二つの出力レンジで駆動される冒頭に述べた形式の変速装置を、総合効率を高めるように改良することにある。更に、変速装置を、原理的に同じ基本構造において、種々の組立状態に合わせられるようにすることにある。
この課題は、請求の範囲第１項の特徴事項を有する変速装置によって解決される。本発明に基づく変速装置の別の有利な変形例および構造的な形態は請求の範囲第２項から第１４項に記載されている。特にバリエータおよび遊星歯車装置の考え得る多数の配置方式によって、本発明に基づく変速装置は、実際のあらゆる車両に適用される。
本発明において重要な他の特徴、並びにそれにより生ずる利点は、以下の本発明に基づく変速装置の複数の実施例の説明から理解できる。
図１は、複数の出力レンジで運転できる変速装置の概略構成図、
図２から図８は、それぞれ変速装置の駆動部と従動部に関しての、バリエータと遊星歯車装置の種々の配置構造図である。
図１に示されているエンジン１は、駆動軸２を駆動する。この駆動軸２は、始動要素３を介して、無段変速機５（以下バリエータと呼ぶ）の主軸４に連結できる。
始動要素は、例えば乾式円板クラッチとして形成される。また、例えば湿式多板クラッチとして形成される可調整クラッチを採用することもできる。
バリエータ５は摩擦車式無段変速機であり、互いに対を成して共働する二つの外側トーラス板６、７と内側トーラス板８、９とを利用している。概略的に図示したトロイド状案内面間で、複数の転動体１０が回転する。これらの転動体１０は、図では二つしか示されていない。
両外側トーラス板６、７は、主軸４に固く結合されているが、両内側トーラス板８、９は、主軸４に対して回転可能に支持され、スプロケット１１に固く結合されている。このスプロケット１１は、駆動チェーン１２を介して、側軸１４上にあるスプロケット１３に、動力伝達接続されている。側軸１４の（図における右側）端部に、歯車１５が固定して配置されている。
この歯車１５は、歯車１６にかみ合っている。この歯車１６は、従動軸１７に対して回転可能に配置されている。歯車１６は、遊星歯車装置１８の構成要素、この実施例の場合にはキャリヤ１９に、固く結合されている。歯車１６と内歯歯車２１が、クラッチ２０によって互いに固く結合できるようになっている。
内歯歯車２１は、中間軸２２に固く結合されている。この中間軸２２は、（従動軸１７と同様に）変速機の主軸４に対して同軸的に位置している。主軸４と中間軸２２との間に、クラッチ２３が挿入接続されている。更に内歯歯車２１は、変速機ハウジング２５に対してブレーキ２４によって固定できるようになっている。
上述の変速装置は、（以下のように）種々の走行レンジにおける運転を可能にしている。
後進走行レンジ：
クラッチ２０、２３が解除された状態で、ブレーキ２４を効かせることによって、従動軸１７の回転方向は、エンジン１の回転方向と逆にされる。始動要素３が係合されると、車両は高い変速比で低速で後進する。この場合、バリエータ５は一定変速比に設定されたままにされるか、あるいはまた調整される。
中立位置：
ブレーキ２４が解除された状態で、クラッチ２３、２０を解除することによって、従動軸１７は、残りの変速装置部分に対して自由に回転できる。この結果、従動部に動力は伝達されない。追加的に始動要素３が解除されると、主軸４も駆動軸２（ないしエンジン１のクランク軸）に対して自由に回転できる。
前進第１走行レンジ：
クラッチ２０の係合によって遊星歯車装置１８が拘束され、これによって、この遊星歯車装置１８は単一ブロックとして回転する。エンジン回転数は、バリエータ５と、（チェーン伝動装置として形成されている）第１の変速機段とを介して、側軸１４に伝達される。ここから、歯車１５、１６（第２の変速機段）を介して、単一ブロックとして回転する遊星歯車装置１８に回転数が伝達される。
バリエータ５の変速比の設定に応じて、従動軸１７は、種々の速度で、エンジン１と同じ回転方向に駆動される。変速装置全体の変速比は、前進第１走行レンジの両変速比限界間で無段階に調整できる。
走行レンジ交換：
前進第１走行レンジにおいて、バリエータ５が高速比の終端位置に到達したとき、必要に応じて、前進第１走行レンジと前進第２走行レンジとの間で、シンクロ切換が行われる。これは、それに応じて遊星歯車装置１８および他の変速装置要素が設計されていることを前提とする。
走行レンジの交換は、クラッチ２３の係合およびそれと同時のクラッチ２０の解除によって行われる。いまやそれらのクラッチの作動によって、遊星歯車装置１８においてトルクが分配される。走行レンジ交換中に、バリエータ５においてトルク方向は逆になる。回転方向は維持されているが、バリエータ５を通る動力の流れ方向は逆になる。走行レンジ交換は、動力の落ち込みなしに、負荷切換によって行える。
前進第２走行レンジ：
走行レンジ交換が上述したように完了した後、動力はいまや（前進第１走行レンジに対して）バリエータ５を逆向きに通って流れる。この空転動力（Blindleistung）は、エンジン出力に加算され、主軸４および中間軸２２を介して、遊星歯車装置１８に戻る。バリエータ５を通って流れる空転動力は、可変であり、バリエータの変速比に左右される。走行レンジ交換の時点で、遊星歯車装置の構成要素は同一回転数で回転する。
いまやバリエータ５がその終端位置からあらためて調整されると、遊星歯車装置１８のキャリヤ１９の回転数は、エンジン回転数で回転する内歯歯車２１の回転数より小さくなる。これによって、従動軸１７の回転数は、エンジン回転数に比べて高められる。これによって、変速装置の総変速比は高速比になる。ここでも変速装置全体の変速比は、前進第２走行レンジの両変速比限界間で無段階に変えられる。
遊星歯車装置１８および他の変速装置部分における変速比は、動力分割運転において、エンジン出力より大きな空転動力が、バリエータ５を通過しないように、選定される。これは特に、エンジン出力の一部だけが、バリエータ５を通じて、比較的悪い効率で伝達されることを意味する。エンジン出力とバリエータ５を循環する空転動力は、主軸４において加算され、係合されたクラッチ２３および中間軸２２を介して、遊星歯車装置１８に伝達される。
始動：
始動要素を３は任意に形成できる。特に流体クラッチ、流体トルクコンバータ、乾式摩擦クラッチあるいは油中で回転する摩擦クラッチ、電磁クラッチなどが利用される。始動用に、変速装置の駆動軸２と主軸４との間における始動要素３の代わりに、別のクラッチ２３を採用することもでき、ないしはまた、走行レンジ交換および走行方向変換のためにもともと存在していなければならないブレーキ２４を採用することもできる。このような場合、始動要素３を完全に省くこともできる。
特別な走行状態において、始動要素３は、滑りが生ずるように制御される。これは、駆動系におけるねじり振動を減衰するために有効である。
なお、バリエータ５について、これが一つあるいは図示のように二つの動力系を有することに注意されたい。
以下図２から図８を参照して、本発明に基づく変速装置の有利な変形例を、詳細に説明する。これらの変形例において、バリエータ５および遊星歯車装置１８は、互いに同軸的に配置されていない。
図２に示されている実施例において、遊星歯車装置１８は、側軸１４に対して同軸的に配置されている。主軸４の歯車２６は、ルーズ歯車２７にかみ合い、このルーズ歯車２７は、側軸１４上に回転可能に配置されている。主軸４は、クラッチ２３によって遊星歯車装置１８に結合できる。このクラッチ２３は、いまや遊星歯車装置１８に組み入れられている。
クラッチ２０によって、遊星歯車装置のキャリヤ１９との接続が行われる。太陽歯車２８は、側軸１４に同心的に配置された軸２９の構成部品であり、この軸２９は歯車３０を支持している。この歯車３０は、変速装置の従動軸１７上の歯車３１とかみ合っている。
図３の実施例において、バリエータ５は軸１４の横に配置されている。このバリエータ５は、図１に関連して述べた動力伝達接続部１２を介して、軸１４によって駆動される。遊星歯車装置１８の配置構造は、図１に対して鏡像をなしている。歯車１５、１６で形成されている変速機段は、クラッチ２３と遊星歯車装置１８との間に位置している。従って、歯車１６は、遊星歯車装置の内歯歯車２１に固く結合されている。キャリヤ１９が出力軸１７を駆動する。
図４の実施例において、始動要素３およびクラッチ２３は、相前後して接続されている。クラッチ２３が係合されていないとき、バリエータ５の駆動は、係合された始動要素３と、軸１４に対して同心的に位置する中空軸３０とを介して、行われる。この中空軸３０はその右側端にスプロケット３１を有し、このスプロケット３１は、駆動チェーン１２を介してバリエータ５を駆動するための動力伝達接続部を形成している。
図１の実施例と異なって、中間軸２２が省かれている。クラッチ２３が係合されると、遊星歯車装置１８は、軸１４を介して直接駆動される。従動軸１７は、遊星歯車装置１８の太陽歯車２８を支持しているだけでなく、クラッチ２０の構成要素３２が直結されている。
図５に概略的に示されている変速装置の場合、バリエータ５は、駆動軸２の歯車３３と主軸４の歯車３４とから成る入力伝達部を介して、駆動される。遊星歯車装置１８を駆動するために、駆動軸２と中間軸２２はクラッチ２３によって接続される。
同様にバリエータ５は、駆動チェーン１２を介して中空軸３５に動力伝達接続されている。この中空軸３５は、その（図における左側）端部に、遊星歯車装置１８の太陽歯車２８を支持している。駆動軸２、中間軸２２および従動軸１７は、互いに同軸的に位置している。中空軸３５は、従動軸１７に対して同心的に位置している。従動軸１７の駆動は、遊星歯車装置１８のキャリヤ１９を介して行われる。
図６に概略的に示されている変速装置の場合、バリエータ５の駆動は、補助的な副軸３６を介して行われる。この副軸３６は、一方では動力伝達接続部３７を介して、駆動軸２に接続され、他方では互いにかみ合う歯車３８、３９を介して、主軸４に接続されている。他の構成については図５における変速装置と一致している。両実施例（図５、図６）において、遊星歯車装置１８のブレーキ２４は、始動機能を負っている。
図７に概略的に示されている変速装置の場合、駆動軸２と、遊星歯車装置１８の内歯歯車２１に固く結合されている中間軸２２と、遊星歯車装置１８自体が、同軸的に位置していることによって特徴づけられる。バリエータ５は、歯車３３と歯車３４によって形成されている入力伝達部を介して、駆動される。ブレーキ２４およびクラッチ２３は、共通の構成要素として形成されている。ここでもブレーキ２４は、始動機能を負っている。クラッチ２０は、中空軸３５と従動軸１７とを固く接続するようになっている。
図８における変速装置の概略図は、遊星歯車装置１８が、駆動軸２および従動軸１７に対して、同軸的に位置していることを示している。これに対して、バリエータ５と主軸４は軸線がずらされている。クラッチ２０、２３、２４は、遊星歯車装置１８に組み入れられている。
符号の説明
１ エンジン
２ 駆動軸
３ 始動要素
４ 主軸
５ バリエータ（無段変速機）
６ トーラス板
７ トーラス板
８ トーラス板
９ トーラス板
１０ 転動体
１１ スプロケット
１２ 駆動チェーン
１３ スプロケット
１４ 軸
１５ 歯車
１６ 歯車
１７ 従動軸
１８ 遊星歯車装置
１９ キャリヤ
２０ クラッチ
２１ 内歯歯車
２２ 中間軸
２３ クラッチ
２４ ブレーキ
２５ 変速機ハウジング
２６ 歯車
２７ ルーズ歯車
２８ 太陽歯車
２９ 軸
３０ 歯車
３１ 歯車
３２ 構成要素
３３ 歯車
３４ 歯車
３５ 中空軸
３６ 副軸
３７ 動力伝達接続部
３８ 歯車
３９ 歯車

Claims (14)

1. 第１の出力レンジにおいては、主軸（４）と、対を成して共働し両者間で転動体（１０）が回転するトロイド状案内面（６、８ないし７、９）とを備えたバリエータ（５）の形態の無段変速機を介して、駆動動力が駆動軸（２）から従動軸（１７）に伝達され、
   第２の出力レンジにおいては、前記無段変速機（５）と遊星歯車装置（１８）とを介して、駆動動力が伝達され、
   前記第１の出力レンジが、前進第１走行レンジに相当し、
   この前進第１走行レンジにおいて、駆動動力が、前記無段変速機（５）を介して前記従動軸（１７）に伝達され、その際、前記遊星歯車装置（１８）が単一ブロックとして回転し、
   前記第１の出力レンジに、高速前進走行レンジに相当する別の出力レンジが続き、
   前記無段変速機（５）および前記遊星歯車装置（１８）が、軸方向に相前後して配置され、
   前記無段変速機（５）の出力端が、変速機段を含む動力伝達接続部（１２）を介して、軸（１４）に接続され、
   この軸（１４）が、前記遊星歯車装置（１８）の構成要素（１９）に動力伝達接続されている、変速装置において、
   前記無段変速機（５）に、始動要素（３）が前置接続され、この始動要素（３）が、湿式多板クラッチとして形成され、
   前記高速前進走行レンジにおいて、駆動動力が、前記遊星歯車装置（１８）を介して前記従動軸（１７）に伝達され、その際、前記遊星歯車装置（１８）において動力が分割され、前記無段変速機（５）を介して空転動力が循環し、この空転動力が、前記無段変速機（５）の主軸（４）において駆動動力に加算される、ことを特徴とする変速装置。
2. 前記無段変速装置（５）が高速変速比の終端位置に到達した際、低速前進走行レンジと高速前進走行レンジとの間で、シンクロ切換が行われる、ことを特徴とする請求の範囲第１項記載の変速装置。
3. 前記無段変速装置（５）および前記遊星歯車装置（１８）が同軸的に配置され、
   前記無段変速機の出力端が、動力伝達接続部（１２）を介して、軸（１４）に接続され、
   この軸（１４）が変速装置段（１５、１６）を介して、遊星歯車装置（１８）の構成要素（１９）に動力伝達接続されている、ことを特徴とする請求の範囲第１項記載の変速装置。
4. 前記無段変速機（５）の主軸（４）と、遊星歯車装置（１８）に結合されている中間軸（２２）との間に、クラッチ（２３）が挿入接続されている、ことを特徴とする請求の範囲第３項記載の変速装置。
5. 前記遊星歯車装置（１８）が、ロックアップクラッチとして作用するクラッチ（２０）を有している、ことを特徴とする請求項３又は４記載の変速装置。
6. 前記遊星歯車装置（１８）が、この遊星歯車装置（１８）の構成要素を変速機ハウジング（２５）に固定するブレーキ（２４）を有していることを特徴とする請求の範囲第５項記載の変速装置。
7. 前記無段変速機（５）に、始動要素（３）が前置接続されている、ことを特徴とする請求の範囲第３項記載の変速装置。
8. 前記無段変速機（５）および前記遊星歯車装置（１８）が、互いに横にずれて位置し、
   前記無段変速機（５）の主軸（４）が、変速機段（２６、２７ないし１５、１６）を介して、前記遊星歯車装置（１８）に動力伝達接続されている、ことを特徴とする請求の範囲第１項記載の変速装置。
9. 遊星歯車装置（１８）の出力端が、別の変速機段（３０、３１）を介して、従動軸（１７）に直結されている、ことを特徴とする請求の範囲第８項記載の変速装置。
10. クラッチ（２０、２３）およびブレーキ（２４）が、遊星歯車装置（１８）に構造的にまとめられている、ことを特徴とする請求の範囲第６項記載の変速装置。
11. 前記無段変速機（５）が、前記駆動軸（２）によって、動力伝達接続部（３７）、副軸（３６）および歯車（３８、３９）を介して駆動され、
    前記遊星歯車装置（１８）が、一方ではクラッチ（２３）および中間軸（２２）を介して、他方では中空軸（３５）を介して、前記無段変速機（５）によって駆動され、
    ブレーキ（２４）が始動要素として使われる、ことを特徴とする請求の範囲第１項記載の変速装置。
12. ブレーキ（２４）およびクラッチ（２３）が、構造的に単一ユニット形にまとめられて、前記駆動軸（２）と中間軸（２２）との間に配置され、
    その中間軸（２２）が前記遊星歯車装置（１８）の構成要素（２１）に結合され、
    前記無段変速機（５）によって駆動される中空軸（３５）が、前記遊星歯車装置（１８）の別の構成要素（２８）に結合されている、ことを特徴とする請求の範囲第１項記載の変速装置。
13. クラッチ（２０）が、前記中空軸（３５）および前記遊星歯車装置（１８）の別の構成要素（１９）を、前記従動軸（１７）に接続することを特徴とする請求の範囲第１２項記載の変速装置。
14. 前記遊星歯車装置（１８）が、前記駆動軸（２）の直後に接続され、
    前記遊星歯車装置（１８）の構成要素（２８）が、中空軸（３５）を介して、前記無段変速機（５）の出力端に接続され、
    別の構成要素（１９）が、クラッチ（２０）を介して、前記中空軸（３５）に接続され、
    別の構成要素（２１）が、ブレーキ（２４）が係合された際に固定され、ないしはブレーキ（２４）が解除され且つクラッチ（２３）が係合された際に、前記無段変速機（５）の主軸（４）に動力伝達接続される、ことを特徴とする請求の範囲第１項記載の変速装置。

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