JP4121731B2 - 車両用の無段変速装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トロイダル型の無段変速機と遊星歯車機構を組み合わせることによって構成された車両用の無段変速装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の車両用の無段変速装置として、例えば特許第２７７８０３８号公報に記載されたものが知られている。この無段変速装置は、トロイダル型の無段変速機と、第１および第２の遊星歯車機構を備えている。無段変速機の入力軸はエンジンに連結され、出力軸は第１および第２の遊星歯車機構のサンギヤに連結されている。第１遊星歯車機構のキャリヤには、これを締結する第１クラッチが設けられ、リングギヤは、第２遊星歯車機構のキャリヤを介して、無段変速装置の出力軸に連結されている。また、第２遊星歯車機構のリングギヤには後進用のブレーキが設けられている。
【０００３】
無段変速機の入力軸には、２つの歯車を介して副回転軸が連結されており、この副回転軸に２つの歯車を介して第１スリーブが連結されている。この第１スリーブは、無段変速装置の出力軸上に回転自在に支持されており、第１スリーブと第２遊星歯車機構のリングギヤとの間に第２クラッチが設けられている。さらに、第１遊星歯車機構のキャリヤは、２つの歯車を介して、第２スリーブに連結されている。この第２スリーブは、副回転軸上に回転自在に支持されており、第２スリーブと副回転軸との間に第３クラッチが設けられている。
【０００４】
この無段変速装置では、車両の停車時には、無段変速機が最低速変速比に制御されるとともに、第１〜第３クラッチおよびブレーキが解放されることで、出力軸は回転停止状態に保たれる。この回転停止状態から、第１クラッチを締結し、第１遊星歯車機構のキャリヤを固定すると、そのリングギヤが無段変速機の出力軸と逆方向、すなわち入力軸と同じ方向に回転し、これに連結された第２遊星歯車機構のキャリヤおよび無段変速装置の出力軸も同じ方向に回転することで、前進状態の第１モードになる。この第１モードにおいて、無段変速機を増速側に制御すると、第１遊星歯車のサンギヤの回転数が上昇するのに伴い、そのリングギヤの回転数、したがって無段変速装置の出力軸の回転数が上昇することで、無段変速装置が増速される。
【０００５】
次いで、この第１モードにおいて無段変速機の変速比が最高速変速比に達すると、第１クラッチが解放されるとともに、第２クラッチが締結されることで、前進状態の第２モードになる。この第２モードでは、入力軸の回転駆動力の一部が、副回転軸および第２クラッチなどを介して第２遊星歯車機構のリングギヤに伝達されることで、このリングギヤが入力軸と同じ方向に回転するとともに、入力軸の回転駆動力の一部が、無段変速機を介して第２遊星歯車機構のサンギヤに伝達されることで、このサンギヤが入力軸と逆方向に回転する、そして、この状態で、無段変速機を減速側に制御すると、第２遊星歯車のサンギヤの回転数が低下するのに伴い、第２遊星歯車のキャリヤの回転数、したがって無段変速装置の出力軸の回転数が上昇することで、無段変速装置がさらに増速される。
【０００６】
次いで、この第２モードにおいて無段変速機の変速比が最低速変速比に達すると、第２クラッチが解放されるとともに、第３クラッチが締結されることで、前進状態の第３モードになる。この第３モードでは、入力軸の回転駆動力の一部が、副回転軸および第３クラッチなどを介して第１遊星歯車機構のキャリヤに伝達されることで、このキャリヤが入力軸と同じ方向に回転するとともに、入力軸の回転駆動力の一部が、無段変速機を介して第１遊星歯車機構のサンギヤに伝達されることで、このサンギヤが入力軸と逆方向に回転する、そして、この状態で、無段変速機を増速側に制御すると、第１遊星歯車のサンギヤの回転数が上昇するのに伴い、そのリングギヤの回転数が上昇し、無段変速装置がさらに増速される。
【０００７】
また、前記停車状態から、ブレーキを作動させると、第２遊星歯車機構のリングギヤが固定されるとともに、そのサンギヤは無段変速機の出力軸で回転駆動されているので、そのキャリヤ、したがって無段変速装置の出力軸が、無段変速機の出力軸と同じ方向、すなわち入力軸と逆方向に回転することによって、後進モードになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来の無段変速装置は、上述したように、前進状態の第１〜第３の３つのモードを実現するのに、２組の遊星歯車機構が必要であるため、その分、部品点数が多くなり、製造コストがが高くなるとともに、コンパクトに構成できないという問題がある。また、前進状態の３つのモードに加え、これとは別個に後進モードが必要であり、そのために後進用のブレーキなどが設けなければならないなど、部品点数がさらに多くなり、構成が複雑になってしまう。
【０００９】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、部品点数の削減によってコンパクトかつ安価に構成できるとともに、変速比幅を最大限に確保することができる車両用の無段変速装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、請求項１に係る車両用の無段変速装置は、内燃機関Ｅの出力軸（実施形態における（以下、本項において同じ）クランク軸１２）に連結された入力部材（入力ディスク５２）、および入力部材の回転を変速して出力する出力部材（出力ディスク５３）を有するトロイダル型の無段変速機Ｔと、無段変速機Ｔの出力部材に連結された第１要素（サンギヤ２２）、駆動輪に連結された第２要素（リングギヤ２３）、および第３要素（キャリヤ２６）を有する遊星歯車機構Ｐと、遊星歯車機Ｐの第１要素および第２要素を接続・解放する第１クラッチＣ１と、内燃機関Ｅの出力軸と平行に設けられた第１中間軸（第２中間軸１５）と、第１中間軸と内燃機関Ｅの出力軸との間を接続・解放する第２クラッチＣ２と、第１中間軸と遊星歯車機構Ｐの第３要素との間に設けられ、第２クラッチＣ２を介して第１中間軸に伝達された内燃機関Ｅの出力軸の回転を遊星歯車機構Ｐの第３要素に伝達する第１ギヤ列Ｇ１と、内燃機関Ｅの出力軸と平行に設けられた第２中間軸（スリーブ４０）と、第２中間軸と内燃機関Ｅの出力軸との間を接続・解放する第３クラッチＣ３と、第１ギヤ列Ｇ１よりも大きなギヤ比を有し、第２中間軸と遊星歯車機構Ｐの第３要素との間に第１ギヤ列Ｇ１と並列に設けられ、第３クラッチＣ３を介して第２中間軸に伝達された内燃機関Ｅの出力軸の回転を遊星歯車機構Ｐの第３要素に伝達する第２ギヤ列Ｇ２と、を備え、第１ギヤ列Ｇ１および第２ギヤ列Ｇ２は、出力軸の軸方向と直交する方向において無段変速機Ｔと重なる位置に配置されていることを特徴とする。
【００１１】
この無段変速装置によれば、例えば、第３クラッチを接続するとともに、第１および第２クラッチを解放すると（ＩＶＴモード）、無段変速機の出力部材に連結された遊星歯車機構の第１要素が、無段変速機を介して回転駆動されるとともに、第３要素が、第２ギヤ列を介して回転駆動される。この場合において、第２ギヤ列のギヤ比および遊星歯車機構の第１〜第３要素間のギヤ比を、あらかじめ所定の関係に設定することにより、無段変速機の変速比を所定の中間変速比に制御したときに、第２要素を回転停止状態にすること、すなわちＩＶＴ（infinity variable transmission）機能をもたせることが可能である。したがって、そのような設定により、無段変速機の変速比を上記所定の中間変速比に制御すると、第２要素に連結された駆動輪の回転が停止され、車両は停車状態に保たれる。この停車状態から、無段変速機の変速比を増速側に制御すると、無段変速機に連結された第１要素の回転数が上昇するのに伴い、第２要素が回転停止状態から第１要素と反対方向に回転することで、駆動輪が後進方向に回転し、車両は後進する。一方、上記の停車状態から、無段変速機の変速比を減速側に制御すると、上記とは逆に、第１要素の回転数が低下するのに伴い、第２要素が回転停止状態から第１要素と同じ方向に回転することで、駆動輪が前進方向に回転し、車両は発進する。
【００１２】
このＩＶＴモードにおいて、無段変速機が減速され、車両が第１の所定速度まで加速されると、第１クラッチが接続されるとともに、第３クラッチが解放される（ダレクトモード）。このダイレクトモードでは、第２および第３クラッチが解放状態にあることで、内燃機関のトルクは、無段変速機からのみ遊星歯車機構の第１要素に伝達される。また、第１クラッチが接続されることで、第１要素と第２要素が互いに一体化され、遊星歯車機構がロックされることで、駆動輪は、無段変速機によって直接、回転駆動される。したがって、この状態で、無段変速機の変速比を増速側に制御すると、それに比例して無段変速装置が増速され、車両はさらに加速される。
【００１３】
このダイレクトモードにおいて、無段変速機が増速され、車両が上記第１の所定速度よりも高い第２所定速度まで加速されると、第２クラッチが接続されるとともに、第１クラッチが解放される（トルクスプリットモード）。このトルクスプリットモードでは、遊星歯車機構の第１要素が無段変速機を介して回転駆動されるとともに、第２クラッチの接続により、第３要素は、第２ギヤ列よりもギヤ比の小さな第１ギヤ列を介して、回転駆動される。この状態で、無段変速機の変速比を減速側に制御すると、それに連結された第１要素の回転数が低下するのに伴い、第２要素の回転数が上昇することで、無段変速装置が増速され、車両はさらに加速される。
【００１４】
以上のように、本発明の車両用の無段変速装置によれば、ＩＶＴモード、ダイレクトモードおよびトルクスプリットモードという３つの変速モードを、１組の遊星歯車機構で実現できる。また、ＩＶＴモードにおいて、車両の停止、後進および発進を行えるので、後進用のブレーキなども不要であり、それらの分、従来と比較して、部品点数を削減でき、無段変速装置をコンパクトかつ安価に構成することができる。
【００１５】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の車両用の無段変速装置において、第１ギヤ列Ｇ１は、出力軸の軸方向と直交する方向において無段変速機の出力部材の中心と一致する位置に配置され、第２ギヤ列Ｇ２は、出力軸の軸方向と直交する方向において出力部材の中心に対してオフセットされた位置に配置されていることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態による自動車用の無段変速装置を示している。この無段変速装置１は、トロイダル型の無段変速機Ｔ、シングルピニオン式の遊星歯車機構Ｐ、ダイレクトクラッチ（以下「第１クラッチ」という）Ｃ１、トルクスプリットクラッチ（以下「第２クラッチ」という）Ｃ２、およびＩＶＴクラッチ（以下「第３クラッチ」という）Ｃ３を備えている。これらの第１〜第３クラッチＣ１〜Ｃ３は、例えば湿式多板の油圧クラッチで構成されており、それらの接続・解放は、油圧制御回路（図示せず）によって制御される。
【００２０】
無段変速機Ｔの入力軸１１は、内燃機関（以下「エンジン」という）Ｅのクランク軸１２（出力軸）に、２マス式のダンパ１３を介して連結されている。この入力軸１１に対して、回転自在の第１および第２中間軸１４、１５ならびに出力軸１６がそれぞれ平行に配置されており、遊星歯車機構Ｐおよび第１クラッチＣ１は出力軸１６に設けられ、第２および第３クラッチＣ２、Ｃ３は、第２中間軸１５に互いに並列に設けられている。
【００２１】
無段変速機Ｔは、上記入力軸１１上に、互いにほぼ同じ構成の第１および第２無段変速機構５１ａ、５１ｂを備えている。第１無段変速機構５１ａは、入力軸１１に固定されたコーン状の入力ディスク５２（入力部材）と、入力軸１１に回転自在に支持され、入力ディスク５２に対向する出力ディスク５３（出力部材）と、入・出力ディスク５２、５３の対向面に当接する一対のパワーローラ５４、５４を有している。パワーローラ５４、５４は、入力軸１１に直交する共通のローラ軸線５５回りに回転自在に支持されるとともに、入力軸１１およびローラ軸線５５に対して垂直のトラニオン軸線５６、５６回りにそれぞれ傾転自在に支持されている。また、入・出力ディスク５２、５３の対向面はトロイダル曲面で構成されており、パワーローラ５４、５４がトラニオン軸線５６、５６回りに傾転するのに伴い、入・出力ディスク５２、５３に対するパワーローラ５４、５４の接触点が変化する。なお、一対のパワーローラ５４、５４の傾転の方向および角度は、これらをそれぞれ回転自在に支持する一対のトラニオン（図示せず）を、油圧制御回路（図示せず）によってトラニオン軸線５６方向に移動させることにより、入出力ディスク５２、５３の回転中心に対してパワーローラ５４、５４の回転軸であるローラ軸線５５がずれ、入出力ディスク５２、５３にかかる力と、各パワーローラ５４にかかるトラニオン軸線５６方向の力により、パワーローラ５４、５４がトラニオン軸線５６、５６回りに回転させられることによって、互いに同期される。
【００２２】
第２無段変速機構５１ｂは、出力ギヤ１９を中心として、第１無段変速機構５１ａと面対称に配置されている。第１および第２無段変速機構５１ａ、５１ｂの出力ディスク５３、５３は互いに一体に形成され、それらの中心に出力ギヤ１９が一体に設けられている。また、第２無段変速機構５１ｂの入力ディスク５２は、入力軸１１に対して回転不能に且つ軸線方向に移動自在にスプライン結合され、入力軸１１と同軸のシリンダ５７に摺動自在に嵌合している。そして、入力ディスク５２とシリンダ５７との間に形成された油室５８に油圧が供給されることによって、この入力ディスク５２と、第１および第２無段変速機構５１ａ、５１ｂの出力ディスク５３、５３が、第１無段変速機５１ａの入力ディスク５２に向かって押圧されることで、パワーローラ５４のスリップが抑制される。
【００２３】
以上の構成により、パワーローラ５４、５４が、図１に示す等速位置から矢印ａの方向に傾転すると、入力ディスク５２との接触点が入力軸１１の半径方向外方に移動すると同時に、出力ディスク５３との接触点が入力軸１１の半径方向内方に移動するため、入力ディスク５２の回転が増速して出力ディスク５３に伝達され、無段変速機Ｔの変速比は増速側に連続的に変化する。逆に、パワーローラ５４、５４が、上記とは逆の矢印ｂの方向に傾転すると、入・出力ディスク５２、５３とのパワーローラ５４の接触点が上記と逆方向に移動するため、入力ディスク５２の回転が減速して出力ディスク５３に伝達され、無段変速機Ｔの変速比は減速側に連続的に変化する。本実施形態では例えば、無段変速機Ｔの最高速変速比ＲＡＴＩＯ１が０．４１５に、最低速変速比ＲＡＴＩＯ２が２．４１５に、それぞれ設定されており、したがって、無段変速機Ｔの変速比幅は、ＲＡＴＩＯ２／ＲＡＴＩＯ１＝５．８である。
【００２４】
第１中間軸１４には、第１および第２ヘリカルギヤ１７、１８が一体に設けられており、第１ヘリカルギヤ１７は、無段変速機Ｔの出力ギヤ１９に噛み合い、第２ヘリカルギヤ１８は、出力軸１６に回転自在に嵌合するスリーブ２０と一体の第３ヘリカルギヤ２１に噛み合っている。このスリーブ２０は、遊星歯車機構Ｐのサンギヤ２２に一体に設けられている。したがって、エンジン３のクランク軸１２は、入力軸１１→無段変速機Ｔ→出力ギヤ１９→第１ヘリカルギヤ１７→第１中間軸１４→第２ヘリカルギヤ１８→第３ヘリカルギヤ２１→スリーブ２０を介して、遊星歯車機構Ｐのサンギヤ２２に常時、連結されている。以下、上記の無段変速機Ｔとサンギヤ２２との間の、出力ギヤ１９からスリーブ２０までの一連の構成要素を、必要に応じて第１動力伝達系ＰＴ１という。
【００２５】
遊星歯車機構Ｐは、スリーブ２０と一体のサンギヤ２２（第１要素）と、出力軸１６と一体のリングギヤ２３（第２要素）と、スリーブ２０に回転自在に嵌合するスリーブ２４に一体に設けられるとともに、サンギヤ２２およびリングギヤ２３に同時に噛み合う複数のピニオン２５を回転自在に支持するキャリヤ２６（第３要素）とによって構成されている。また、第１クラッチＣ１は、出力軸１６に一体に設けられたクラッチアウタ２７ａと、スリーブ２０に一体に設けられたクラッチインナ２７ｂとを備えている。以上の構成により、第１クラッチＣ１が接続されると、サンギヤ２２とリングギヤ２３が一体化され、遊星歯車機構Ｐがロック状態になり、出力軸１６は無段変速機Ｔによって直接、駆動される。
【００２６】
また、出力軸１６は、これと一体のファイナル駆動ギヤ２８、ファイナル被駆動ギヤ２９およびディファレンシャルギヤ３０を介して、駆動輪Ｗ、Ｗに連結されている。さらに、上記スリーブ２４には、第４ヘリカルギヤ３１、およびこれよりも歯数の多い第５ヘリカルギヤ３２が、一体に並設されている。
【００２７】
一方、無段変速機Ｔの入力軸１１には、駆動スプロケット３３が一体に設けられ、第２中間軸１５には、これに回転自在に嵌合するスリーブ３４と一体の被駆動スプロケット３５が設けられていて、両スプロケット３３、３５の間に無端チェーン３６が巻き掛けられている。このスリーブ３４には、第２および第３クラッチＣ２、Ｃ３のクラッチアウタ３７ａ、３８ａが一体に並設されている。以上の構成により、エンジンＥの運転中、スリーブ３４およびクラッチアウタ３７ａ、３８ａは、両スプロケット３３、３５間のギヤ比に応じた回転数で、常時回転する。
【００２８】
第２クラッチＣ２のクラッチインナ３７ｂは、第２中間軸１５に一体に設けられており、この第２中間軸１５と一体の第６ヘリカルギヤ３９が、スリーブ２４上の前記第４ヘリカル３１に噛み合っている。したがって、第２クラッチＣ２が接続されると、エンジンＥのクランク軸１２が、無段変速機Ｔの入力軸１１→駆動スプロケット３３→無端チェーン３６→被駆動スプロケット３５→スリーブ３４→第２クラッチＣ２→第２中間軸１５→第６ヘリカルギヤ３９→第４ヘリカルギヤ３１→スリーブ２４を介して、キャリヤ２６に連結され、エンジンＥの回転がキャリヤ２６に伝達される。
【００２９】
すなわち、本実施形態では、第６ヘリカルギヤ３９および第４ヘリカルギヤ３１によって、第１ギヤ列Ｇ１が構成されている。以下、上記の構成要素のうち、駆動スプロケット３３からスリーブ３４までの一連の構成要素を、必要に応じて第２動力伝達系ＰＴ２という。また、クランク軸１２から、第２動力伝達系ＰＴ２および第１ギヤ列Ｇ１を介したキャリヤ２６までの総変速比は、クランク軸１２から、最高速変速比ＲＡＴＩＯ１に設定されているときの無段変速機Ｔおよび前記第１動力伝達系ＰＴ１を介した遊星歯車機構Ｐのサンギヤ２２までの総変速比と、ほぼ一致するように設定されている。
【００３０】
また、第３クラッチＣ３のクラッチインナ３８ｂは、第２中間軸１５に回転自在に嵌合するスリーブ４０に一体に設けられており、このスリーブ４０と一体の第７ヘリカルギヤ４１が、スリーブ２４上の前記第５ヘリカルギヤ３２に噛み合っている。以上の構成により、第３クラッチＣ３が接続されると、エンジンＥのクランク軸１２が、無段変速機Ｔの入力軸１１→第２動力伝達系ＰＴ２（駆動スプロケット３３→無端チェーン３６→被駆動スプロケット３５→スリーブ３４）→第３クラッチＣ３→スリーブ４０→第７ヘリカルギヤ４１→第５ヘリカルギヤ３２→スリーブ２４を介して、遊星歯車機構Ｐのキャリヤ２６に連結され、エンジンＥの回転がキャリヤ２６に伝達される。
【００３１】
すなわち、本実施形態では、第７ヘリカルギヤ４１および第５ヘリカルギヤ３２によって、第２ギヤ列Ｇ２が構成されている。この第７ヘリカルギヤ４１は、第１ギヤ列Ｇ１の第６ヘリカルギヤ３９よりも歯数が少なく設定されており、また、前述したように第５ヘリカルギヤ３２が第１ギヤ列Ｇ１の第４ヘリカルギヤ３１よりも歯数が多いという関係から、第２ギヤ列Ｇ２は第１ギヤ列Ｇ１よりもギヤ比が大きく（低速側に）設定されている。また、クランク軸１２から、第２動力伝達系ＰＴ２および第２ギヤ列Ｇ２を介したキャリヤ２６までの総変速比は、クランク軸１２から、最低速変速比ＲＡＴＩＯ２に設定されているときの無段変速機Ｔおよび第１動力伝達系ＰＴ１を介した遊星歯車機構Ｐのサンギヤ２２までの総変速比と、ほぼ一致するように設定されている。
【００３２】
さらに、遊星歯車機構Ｐのサンギヤ２２、リングギヤ２３、およびキャリヤ２６のピニオン２５の三者間のギヤ比は、無段変速機Ｔの変速比が所定の中間変速比ＲＡＴＩＯＧＮに設定された状態でサンギヤ２２が回転駆動され、かつ第３クラッチＣ３の接続により第２ギヤ列Ｇ２を介してキャリヤ２６が回転駆動されたときに、サンギヤ２２およびキャリヤ２６の回転のバランスによって、リングギヤ２３およびこれに連結された出力軸１６が中立の回転停止状態になるように設定されている。この状態は、無段変速装置１の減速比が無限大になった状態である。すなわち、本実施形態の無段変速装置１は、ＩＶＴ機能を備えており、以下、このような回転停止状態を「ギヤードニュートラル状態」という。
【００３３】
次に、以上の構成の無段変速装置１の動作を、図２の遊星歯車機構Ｐの速度線図を参照しながら、変速モードごとに説明する。
【００３４】
・ＩＶＴモード
このＩＶＴモードでは、第３クラッチＣ３を接続するとともに、第１および第２クラッチＣ１、Ｃ２を解放する。これにより、遊星歯車機構Ｐのサンギヤ２２が、無段変速機Ｔおよび第１動力伝達系ＰＴ１を介して回転駆動されるとともに、キャリヤ２６が、第２動力伝達駆動系ＰＴ１および第２ギヤ列Ｇ２を介して回転駆動される。この状態で、無段変速機Ｔの変速比を上記の所定の中間変速比ＲＡＴＩＯＧＮに制御すると、遊星歯車機構Ｐの上述した設定により、リングギヤ２６および出力軸１６のギヤードニュートラル状態が実現され、車両は停車状態に保たれる（図２の点ＧＮ）。
【００３５】
このギヤードニュートラル状態から車両を後進させる場合には、無段変速機Ｔの変速比を増速側に制御する。これにより、無段変速機Ｔに連結されたサンギヤ２２の回転数が上昇するのに伴い、リングギヤ２３が回転停止状態からサンギヤ２２と反対方向に回転する（図２の矢印ＲＳ）ことで、出力軸１６が後進方向に回転し、その回転が、ファイナル駆動ギヤ２８、ファイナル被駆動ギヤ２９およびディファレンシャルギヤ３０を介して、駆動輪Ｗ、Ｗに伝達されることによって、車両が後進する。この場合、エンジンＥのトルクは、無段変速機Ｔおよび第１動力伝達系ＰＴ１を介してサンギヤ２２に伝達されるとともに、その一部が、キャリヤ２６、第２ギヤ列Ｇ２および第２動力伝達系ＰＴ２を介して無段変速機Ｔの入力軸１１に伝達され、無段変速機Ｔに入力されるトルクを増強する。
【００３６】
一方、ギヤードニュートラル状態から車両を発進させる場合には、無段変速機Ｔの変速比を減速側に制御する。これにより、上記とは逆に、無段変速機Ｔに連結されたサンギヤ２２の回転数が低下するのに伴い、リングギヤ２３が回転停止状態からサンギヤ２２と同じ方向に回転する（図２の矢印ＦＳ）ことで、出力軸１６が前進方向に回転し、車両が発進する。この場合、エンジンＥのトルクは、第２動力伝達系ＰＴ２および第２ギヤ列Ｇ２を介してキャリヤ２６に伝達されるとともに、その一部が、サンギヤ２２および第１動力伝達系ＰＴ１を介して無段変速機Ｔの出力側から入力軸１１に逆伝達され、第２動力伝達系ＰＴ２に入力されるトルクを増強する。
【００３７】
・ダイレクトモード
上記のＩＶＴモードにおいて、無段変速機Ｔが最低速変速比ＲＡＴＩＯ２付近まで減速されるのに伴って、車両が図２の第１モード切替点ＭＣ１まで加速されると、第１クラッチＣ１が接続されるとともに、第３クラッチＣ３が解放されることによって、ダイレクトモードに移行する。なお、この第１モード切替点は、通常の自動変速装置における第１速段の変速比に相当する。
【００３８】
このダイレクトモードでは、第２および第３クラッチＣ２、Ｃ３が解放状態にあることで、エンジンＥのトルクは、第２動力伝達系ＰＴ２からは伝達されず、無段変速機Ｔからのみ遊星歯車機構Ｐのサンギヤ２２に伝達される。また、第１クラッチＣ１が接続されることで、サンギヤ２２とリングギヤ２３が互いに一体化され、遊星歯車機構Ｐがロックされることで、出力軸１６は、無段変速機Ｔおよび第１動力伝達系ＰＴ１によって直接、回転駆動される。その結果、無段変速装置１の変速比は、無段変速機構Ｔの変速比のみによって定まり、無段変速機構Ｔおよび第１動力伝達系ＰＴ１の総変速比と等しくなる。したがって、無段変速機Ｔの変速比を増速側に制御すると、それに比例して無段変速装置１が増速され、車両はさらに加速される。
【００３９】
以上のように、ＩＶＴモードにおいて無段変速機Ｔが最低速変速比ＲＡＴＩＯ２付近まで減速されたときに、ダイレクトモードに切り替えられる。前述したように、最低速変速比ＲＡＴＩＯ２にあるときの無段変速機Ｔおよび第１動力伝達系ＰＴ１の総変速比は、第２動力伝達系ＰＴ２および第２ギヤ列Ｇ２の総変速比とほぼ一致するように設定されているので、このＩＶＴモードからダイレクトモードへの切替を、その前後におけるキャリヤ２６の回転差が無い状態で、滑らかに行うことができる。また、ＩＶＴモードにおいて無段変速機Ｔを最低速変速比ＲＡＴＩＯ２付近まで用いるとともに、ダイレクトモードを最低速変速比ＲＡＴＩＯ２付近から開始できるので、ＩＶＴモードおよびダイレクトモードの双方において、無段変速機Ｔの変速比幅をその低速側の限界付近まで利用でき、したがって、無段変速装置１全体としての変速比幅を大きく確保することができる。
【００４０】
・トルクスプリットモード
上記のダイレクトモードにおいて、無段変速機Ｔが最高速変速比ＲＡＴＩＯ１付近まで増速されるのに伴って、車両が図２の第２モード切替点ＭＣ２まで加速されると、第２クラッチＣ２が接続されるとともに、第１クラッチＣ１が解放されることによって、トルクスプリットモードに移行する。
【００４１】
このトルクスプリットモードでは、遊星歯車機構Ｐのサンギヤ２２が無段変速機Ｔおよび第１動力伝達系ＰＴ１を介して回転駆動されるとともに、第２クラッチＣ２の接続により、キャリヤ２６は、第２動力伝達系ＰＴ２、および第２ギヤ列Ｇ２よりもギヤ比の小さな第１ギヤ列Ｇ１を介して、回転駆動される。この状態で、無段変速機Ｔの変速比を減速側に制御すると、無段変速機Ｔに連結されたサンギヤ２２の回転数が低下するのに伴い、リングギヤ２３の回転数が上昇することで、無段変速装置１が増速され、車両はさらに加速される。そして、無段変速機Ｔは最低速変速比ＲＡＴＩＯ２付近まで減速され、そのときに無段変速装置１の最高速変速比ＴＲＡＴＩＯ１が得られる。なお、このトルクスプリットモードでは、エンジンＥのトルクは、第２動力伝達系ＰＴ２および第１ギヤ列Ｇ１を介してキャリヤ２６に伝達されるとともに、その一部が、サンギヤ２２および第１動力伝達系ＰＴ１を介して無段変速機Ｔの出力側から入力軸１１に逆伝達され、第２動力伝達系ＰＴ２に入力されるトルクを増強する。
【００４２】
以上のように、ダイレクトモードにおいて無段変速機Ｔが最高速変速比ＲＡＴＩＯ１付近まで増速されたときに、トルクスプリットモードに切り替えられる。前述したように、最高速変速比ＲＡＴＩＯ１にあるときの無段変速機Ｔおよび第１動力伝達系ＰＴ１の総変速比は、第２動力伝達系ＰＴ２および第１ギヤ列Ｇ１の総変速比とほぼ一致するように設定されているので、このダイレクトモードからトルクスプリットモードへの切替を、その前後におけるキャリヤ２６の回転差が無い状態で、滑らかに行うことができる。また、ダイレクトモードにおいて無段変速機Ｔを最高速変速比ＲＡＴＩＯ１付近まで用いるとともに、トルクスプリットモードを最高速変速比ＲＡＴＩＯ１付近から開始できるので、ダイレクトモードおよびトルクスプリットモードの双方において、無段変速機Ｔの変速比幅をその高速側の限界付近まで利用できる。したがって、ダイレクトモードが最低速変速比ＲＡＴＩＯ２付近から開始されることと相まって、無段変速装置１全体としての変速比幅をさらに大きく確保することができる。例えば、本実施形態では、変速比幅５．８の無段変速機Ｔを用いて、無段変速装置１全体として、エンジンＥの最大トルクを許容できる変速比幅１０．８を達成することができる。
【００４３】
以上のように、本実施形態によれば、ＩＶＴモード、ダイレクトモードおよびトルクスプリットモードという３つの変速モードを、１組の遊星歯車機構Ｐで実現できる。また、ＩＶＴモードにおいて、車両の停止、後進および発進を行えるので、後進用のブレーキなども不要であり、それらの分、従来と比較して、部品点数を削減でき、無段変速装置１をコンパクトかつ安価に構成することができる。また、それぞれの変速モードにおいて、最大限の変速比幅を確保できるので、無段変速装置１全体として、最大限の変速比幅を確保することができる。
【００４４】
なお、上述した実施形態では、ＩＶＴモードからダイレクトモードへの切替をＩＶＴモードにおいて無段変速機Ｔが最低速変速比ＲＡＴＩＯ２付近まで減速したタイミングで行っているが、最低速変速比ＲＡＴＩＯ２付近ではパワーローラ５４にかかる負荷が大きくなるので、それによるパワーローラ５４の損傷を避けるために、このモード切替を、無段変速機Ｔが最低速変速比ＲＡＴＩＯ２付近に達するよりも手前のタイミングで行うようにしてもよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように、本発明の請求項１による車両用の無段変速装置によれば、ＩＶＴモード、ダイレクトモードおよびトルクスプリットモードという３つの変速モードを、１組の遊星歯車機構で実現でき、後進用のブレーキなども不要であるので、従来と比較して、部品点数を削減でき、無段変速装置をコンパクトかつ安価に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による無段変速装置を示すスケルトン図である。
【図２】図１の無段変速装置の遊星歯車機構の速度線図である。
【符号の説明】
１ 無段変速装置
１２ クランク軸（内燃機関の出力軸）
２２ サンギヤ（第１要素）
２３ リングギヤ（第２要素）
２６ キャリヤ（第３要素）
５２ 入力ディスク（入力部材）
５３ 出力ディスク（出力部材）
Ｅ 内燃機関
Ｔ 無段変速機
Ｐ 遊星歯車機構
Ｗ 駆動輪
Ｃ１ 第１クラッチ
Ｃ２ 第２クラッチ
Ｃ３ 第３クラッチ
Ｇ１ 第１ギヤ列
Ｇ２ 第２ギヤ列
【発明の属する技術分野】
本発明は、トロイダル型の無段変速機と遊星歯車機構を組み合わせることによって構成された車両用の無段変速装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の車両用の無段変速装置として、例えば特許第２７７８０３８号公報に記載されたものが知られている。この無段変速装置は、トロイダル型の無段変速機と、第１および第２の遊星歯車機構を備えている。無段変速機の入力軸はエンジンに連結され、出力軸は第１および第２の遊星歯車機構のサンギヤに連結されている。第１遊星歯車機構のキャリヤには、これを締結する第１クラッチが設けられ、リングギヤは、第２遊星歯車機構のキャリヤを介して、無段変速装置の出力軸に連結されている。また、第２遊星歯車機構のリングギヤには後進用のブレーキが設けられている。
【０００３】
無段変速機の入力軸には、２つの歯車を介して副回転軸が連結されており、この副回転軸に２つの歯車を介して第１スリーブが連結されている。この第１スリーブは、無段変速装置の出力軸上に回転自在に支持されており、第１スリーブと第２遊星歯車機構のリングギヤとの間に第２クラッチが設けられている。さらに、第１遊星歯車機構のキャリヤは、２つの歯車を介して、第２スリーブに連結されている。この第２スリーブは、副回転軸上に回転自在に支持されており、第２スリーブと副回転軸との間に第３クラッチが設けられている。
【０００４】
この無段変速装置では、車両の停車時には、無段変速機が最低速変速比に制御されるとともに、第１〜第３クラッチおよびブレーキが解放されることで、出力軸は回転停止状態に保たれる。この回転停止状態から、第１クラッチを締結し、第１遊星歯車機構のキャリヤを固定すると、そのリングギヤが無段変速機の出力軸と逆方向、すなわち入力軸と同じ方向に回転し、これに連結された第２遊星歯車機構のキャリヤおよび無段変速装置の出力軸も同じ方向に回転することで、前進状態の第１モードになる。この第１モードにおいて、無段変速機を増速側に制御すると、第１遊星歯車のサンギヤの回転数が上昇するのに伴い、そのリングギヤの回転数、したがって無段変速装置の出力軸の回転数が上昇することで、無段変速装置が増速される。
【０００５】
次いで、この第１モードにおいて無段変速機の変速比が最高速変速比に達すると、第１クラッチが解放されるとともに、第２クラッチが締結されることで、前進状態の第２モードになる。この第２モードでは、入力軸の回転駆動力の一部が、副回転軸および第２クラッチなどを介して第２遊星歯車機構のリングギヤに伝達されることで、このリングギヤが入力軸と同じ方向に回転するとともに、入力軸の回転駆動力の一部が、無段変速機を介して第２遊星歯車機構のサンギヤに伝達されることで、このサンギヤが入力軸と逆方向に回転する、そして、この状態で、無段変速機を減速側に制御すると、第２遊星歯車のサンギヤの回転数が低下するのに伴い、第２遊星歯車のキャリヤの回転数、したがって無段変速装置の出力軸の回転数が上昇することで、無段変速装置がさらに増速される。
【０００６】
次いで、この第２モードにおいて無段変速機の変速比が最低速変速比に達すると、第２クラッチが解放されるとともに、第３クラッチが締結されることで、前進状態の第３モードになる。この第３モードでは、入力軸の回転駆動力の一部が、副回転軸および第３クラッチなどを介して第１遊星歯車機構のキャリヤに伝達されることで、このキャリヤが入力軸と同じ方向に回転するとともに、入力軸の回転駆動力の一部が、無段変速機を介して第１遊星歯車機構のサンギヤに伝達されることで、このサンギヤが入力軸と逆方向に回転する、そして、この状態で、無段変速機を増速側に制御すると、第１遊星歯車のサンギヤの回転数が上昇するのに伴い、そのリングギヤの回転数が上昇し、無段変速装置がさらに増速される。
【０００７】
また、前記停車状態から、ブレーキを作動させると、第２遊星歯車機構のリングギヤが固定されるとともに、そのサンギヤは無段変速機の出力軸で回転駆動されているので、そのキャリヤ、したがって無段変速装置の出力軸が、無段変速機の出力軸と同じ方向、すなわち入力軸と逆方向に回転することによって、後進モードになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来の無段変速装置は、上述したように、前進状態の第１〜第３の３つのモードを実現するのに、２組の遊星歯車機構が必要であるため、その分、部品点数が多くなり、製造コストがが高くなるとともに、コンパクトに構成できないという問題がある。また、前進状態の３つのモードに加え、これとは別個に後進モードが必要であり、そのために後進用のブレーキなどが設けなければならないなど、部品点数がさらに多くなり、構成が複雑になってしまう。
【０００９】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、部品点数の削減によってコンパクトかつ安価に構成できるとともに、変速比幅を最大限に確保することができる車両用の無段変速装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、請求項１に係る車両用の無段変速装置は、内燃機関Ｅの出力軸（実施形態における（以下、本項において同じ）クランク軸１２）に連結された入力部材（入力ディスク５２）、および入力部材の回転を変速して出力する出力部材（出力ディスク５３）を有するトロイダル型の無段変速機Ｔと、無段変速機Ｔの出力部材に連結された第１要素（サンギヤ２２）、駆動輪に連結された第２要素（リングギヤ２３）、および第３要素（キャリヤ２６）を有する遊星歯車機構Ｐと、遊星歯車機Ｐの第１要素および第２要素を接続・解放する第１クラッチＣ１と、内燃機関Ｅの出力軸と平行に設けられた第１中間軸（第２中間軸１５）と、第１中間軸と内燃機関Ｅの出力軸との間を接続・解放する第２クラッチＣ２と、第１中間軸と遊星歯車機構Ｐの第３要素との間に設けられ、第２クラッチＣ２を介して第１中間軸に伝達された内燃機関Ｅの出力軸の回転を遊星歯車機構Ｐの第３要素に伝達する第１ギヤ列Ｇ１と、内燃機関Ｅの出力軸と平行に設けられた第２中間軸（スリーブ４０）と、第２中間軸と内燃機関Ｅの出力軸との間を接続・解放する第３クラッチＣ３と、第１ギヤ列Ｇ１よりも大きなギヤ比を有し、第２中間軸と遊星歯車機構Ｐの第３要素との間に第１ギヤ列Ｇ１と並列に設けられ、第３クラッチＣ３を介して第２中間軸に伝達された内燃機関Ｅの出力軸の回転を遊星歯車機構Ｐの第３要素に伝達する第２ギヤ列Ｇ２と、を備え、第１ギヤ列Ｇ１および第２ギヤ列Ｇ２は、出力軸の軸方向と直交する方向において無段変速機Ｔと重なる位置に配置されていることを特徴とする。
【００１１】
この無段変速装置によれば、例えば、第３クラッチを接続するとともに、第１および第２クラッチを解放すると（ＩＶＴモード）、無段変速機の出力部材に連結された遊星歯車機構の第１要素が、無段変速機を介して回転駆動されるとともに、第３要素が、第２ギヤ列を介して回転駆動される。この場合において、第２ギヤ列のギヤ比および遊星歯車機構の第１〜第３要素間のギヤ比を、あらかじめ所定の関係に設定することにより、無段変速機の変速比を所定の中間変速比に制御したときに、第２要素を回転停止状態にすること、すなわちＩＶＴ（infinity variable transmission）機能をもたせることが可能である。したがって、そのような設定により、無段変速機の変速比を上記所定の中間変速比に制御すると、第２要素に連結された駆動輪の回転が停止され、車両は停車状態に保たれる。この停車状態から、無段変速機の変速比を増速側に制御すると、無段変速機に連結された第１要素の回転数が上昇するのに伴い、第２要素が回転停止状態から第１要素と反対方向に回転することで、駆動輪が後進方向に回転し、車両は後進する。一方、上記の停車状態から、無段変速機の変速比を減速側に制御すると、上記とは逆に、第１要素の回転数が低下するのに伴い、第２要素が回転停止状態から第１要素と同じ方向に回転することで、駆動輪が前進方向に回転し、車両は発進する。
【００１２】
このＩＶＴモードにおいて、無段変速機が減速され、車両が第１の所定速度まで加速されると、第１クラッチが接続されるとともに、第３クラッチが解放される（ダレクトモード）。このダイレクトモードでは、第２および第３クラッチが解放状態にあることで、内燃機関のトルクは、無段変速機からのみ遊星歯車機構の第１要素に伝達される。また、第１クラッチが接続されることで、第１要素と第２要素が互いに一体化され、遊星歯車機構がロックされることで、駆動輪は、無段変速機によって直接、回転駆動される。したがって、この状態で、無段変速機の変速比を増速側に制御すると、それに比例して無段変速装置が増速され、車両はさらに加速される。
【００１３】
このダイレクトモードにおいて、無段変速機が増速され、車両が上記第１の所定速度よりも高い第２所定速度まで加速されると、第２クラッチが接続されるとともに、第１クラッチが解放される（トルクスプリットモード）。このトルクスプリットモードでは、遊星歯車機構の第１要素が無段変速機を介して回転駆動されるとともに、第２クラッチの接続により、第３要素は、第２ギヤ列よりもギヤ比の小さな第１ギヤ列を介して、回転駆動される。この状態で、無段変速機の変速比を減速側に制御すると、それに連結された第１要素の回転数が低下するのに伴い、第２要素の回転数が上昇することで、無段変速装置が増速され、車両はさらに加速される。
【００１４】
以上のように、本発明の車両用の無段変速装置によれば、ＩＶＴモード、ダイレクトモードおよびトルクスプリットモードという３つの変速モードを、１組の遊星歯車機構で実現できる。また、ＩＶＴモードにおいて、車両の停止、後進および発進を行えるので、後進用のブレーキなども不要であり、それらの分、従来と比較して、部品点数を削減でき、無段変速装置をコンパクトかつ安価に構成することができる。
【００１５】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の車両用の無段変速装置において、第１ギヤ列Ｇ１は、出力軸の軸方向と直交する方向において無段変速機の出力部材の中心と一致する位置に配置され、第２ギヤ列Ｇ２は、出力軸の軸方向と直交する方向において出力部材の中心に対してオフセットされた位置に配置されていることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態による自動車用の無段変速装置を示している。この無段変速装置１は、トロイダル型の無段変速機Ｔ、シングルピニオン式の遊星歯車機構Ｐ、ダイレクトクラッチ（以下「第１クラッチ」という）Ｃ１、トルクスプリットクラッチ（以下「第２クラッチ」という）Ｃ２、およびＩＶＴクラッチ（以下「第３クラッチ」という）Ｃ３を備えている。これらの第１〜第３クラッチＣ１〜Ｃ３は、例えば湿式多板の油圧クラッチで構成されており、それらの接続・解放は、油圧制御回路（図示せず）によって制御される。
【００２０】
無段変速機Ｔの入力軸１１は、内燃機関（以下「エンジン」という）Ｅのクランク軸１２（出力軸）に、２マス式のダンパ１３を介して連結されている。この入力軸１１に対して、回転自在の第１および第２中間軸１４、１５ならびに出力軸１６がそれぞれ平行に配置されており、遊星歯車機構Ｐおよび第１クラッチＣ１は出力軸１６に設けられ、第２および第３クラッチＣ２、Ｃ３は、第２中間軸１５に互いに並列に設けられている。
【００２１】
無段変速機Ｔは、上記入力軸１１上に、互いにほぼ同じ構成の第１および第２無段変速機構５１ａ、５１ｂを備えている。第１無段変速機構５１ａは、入力軸１１に固定されたコーン状の入力ディスク５２（入力部材）と、入力軸１１に回転自在に支持され、入力ディスク５２に対向する出力ディスク５３（出力部材）と、入・出力ディスク５２、５３の対向面に当接する一対のパワーローラ５４、５４を有している。パワーローラ５４、５４は、入力軸１１に直交する共通のローラ軸線５５回りに回転自在に支持されるとともに、入力軸１１およびローラ軸線５５に対して垂直のトラニオン軸線５６、５６回りにそれぞれ傾転自在に支持されている。また、入・出力ディスク５２、５３の対向面はトロイダル曲面で構成されており、パワーローラ５４、５４がトラニオン軸線５６、５６回りに傾転するのに伴い、入・出力ディスク５２、５３に対するパワーローラ５４、５４の接触点が変化する。なお、一対のパワーローラ５４、５４の傾転の方向および角度は、これらをそれぞれ回転自在に支持する一対のトラニオン（図示せず）を、油圧制御回路（図示せず）によってトラニオン軸線５６方向に移動させることにより、入出力ディスク５２、５３の回転中心に対してパワーローラ５４、５４の回転軸であるローラ軸線５５がずれ、入出力ディスク５２、５３にかかる力と、各パワーローラ５４にかかるトラニオン軸線５６方向の力により、パワーローラ５４、５４がトラニオン軸線５６、５６回りに回転させられることによって、互いに同期される。
【００２２】
第２無段変速機構５１ｂは、出力ギヤ１９を中心として、第１無段変速機構５１ａと面対称に配置されている。第１および第２無段変速機構５１ａ、５１ｂの出力ディスク５３、５３は互いに一体に形成され、それらの中心に出力ギヤ１９が一体に設けられている。また、第２無段変速機構５１ｂの入力ディスク５２は、入力軸１１に対して回転不能に且つ軸線方向に移動自在にスプライン結合され、入力軸１１と同軸のシリンダ５７に摺動自在に嵌合している。そして、入力ディスク５２とシリンダ５７との間に形成された油室５８に油圧が供給されることによって、この入力ディスク５２と、第１および第２無段変速機構５１ａ、５１ｂの出力ディスク５３、５３が、第１無段変速機５１ａの入力ディスク５２に向かって押圧されることで、パワーローラ５４のスリップが抑制される。
【００２３】
以上の構成により、パワーローラ５４、５４が、図１に示す等速位置から矢印ａの方向に傾転すると、入力ディスク５２との接触点が入力軸１１の半径方向外方に移動すると同時に、出力ディスク５３との接触点が入力軸１１の半径方向内方に移動するため、入力ディスク５２の回転が増速して出力ディスク５３に伝達され、無段変速機Ｔの変速比は増速側に連続的に変化する。逆に、パワーローラ５４、５４が、上記とは逆の矢印ｂの方向に傾転すると、入・出力ディスク５２、５３とのパワーローラ５４の接触点が上記と逆方向に移動するため、入力ディスク５２の回転が減速して出力ディスク５３に伝達され、無段変速機Ｔの変速比は減速側に連続的に変化する。本実施形態では例えば、無段変速機Ｔの最高速変速比ＲＡＴＩＯ１が０．４１５に、最低速変速比ＲＡＴＩＯ２が２．４１５に、それぞれ設定されており、したがって、無段変速機Ｔの変速比幅は、ＲＡＴＩＯ２／ＲＡＴＩＯ１＝５．８である。
【００２４】
第１中間軸１４には、第１および第２ヘリカルギヤ１７、１８が一体に設けられており、第１ヘリカルギヤ１７は、無段変速機Ｔの出力ギヤ１９に噛み合い、第２ヘリカルギヤ１８は、出力軸１６に回転自在に嵌合するスリーブ２０と一体の第３ヘリカルギヤ２１に噛み合っている。このスリーブ２０は、遊星歯車機構Ｐのサンギヤ２２に一体に設けられている。したがって、エンジン３のクランク軸１２は、入力軸１１→無段変速機Ｔ→出力ギヤ１９→第１ヘリカルギヤ１７→第１中間軸１４→第２ヘリカルギヤ１８→第３ヘリカルギヤ２１→スリーブ２０を介して、遊星歯車機構Ｐのサンギヤ２２に常時、連結されている。以下、上記の無段変速機Ｔとサンギヤ２２との間の、出力ギヤ１９からスリーブ２０までの一連の構成要素を、必要に応じて第１動力伝達系ＰＴ１という。
【００２５】
遊星歯車機構Ｐは、スリーブ２０と一体のサンギヤ２２（第１要素）と、出力軸１６と一体のリングギヤ２３（第２要素）と、スリーブ２０に回転自在に嵌合するスリーブ２４に一体に設けられるとともに、サンギヤ２２およびリングギヤ２３に同時に噛み合う複数のピニオン２５を回転自在に支持するキャリヤ２６（第３要素）とによって構成されている。また、第１クラッチＣ１は、出力軸１６に一体に設けられたクラッチアウタ２７ａと、スリーブ２０に一体に設けられたクラッチインナ２７ｂとを備えている。以上の構成により、第１クラッチＣ１が接続されると、サンギヤ２２とリングギヤ２３が一体化され、遊星歯車機構Ｐがロック状態になり、出力軸１６は無段変速機Ｔによって直接、駆動される。
【００２６】
また、出力軸１６は、これと一体のファイナル駆動ギヤ２８、ファイナル被駆動ギヤ２９およびディファレンシャルギヤ３０を介して、駆動輪Ｗ、Ｗに連結されている。さらに、上記スリーブ２４には、第４ヘリカルギヤ３１、およびこれよりも歯数の多い第５ヘリカルギヤ３２が、一体に並設されている。
【００２７】
一方、無段変速機Ｔの入力軸１１には、駆動スプロケット３３が一体に設けられ、第２中間軸１５には、これに回転自在に嵌合するスリーブ３４と一体の被駆動スプロケット３５が設けられていて、両スプロケット３３、３５の間に無端チェーン３６が巻き掛けられている。このスリーブ３４には、第２および第３クラッチＣ２、Ｃ３のクラッチアウタ３７ａ、３８ａが一体に並設されている。以上の構成により、エンジンＥの運転中、スリーブ３４およびクラッチアウタ３７ａ、３８ａは、両スプロケット３３、３５間のギヤ比に応じた回転数で、常時回転する。
【００２８】
第２クラッチＣ２のクラッチインナ３７ｂは、第２中間軸１５に一体に設けられており、この第２中間軸１５と一体の第６ヘリカルギヤ３９が、スリーブ２４上の前記第４ヘリカル３１に噛み合っている。したがって、第２クラッチＣ２が接続されると、エンジンＥのクランク軸１２が、無段変速機Ｔの入力軸１１→駆動スプロケット３３→無端チェーン３６→被駆動スプロケット３５→スリーブ３４→第２クラッチＣ２→第２中間軸１５→第６ヘリカルギヤ３９→第４ヘリカルギヤ３１→スリーブ２４を介して、キャリヤ２６に連結され、エンジンＥの回転がキャリヤ２６に伝達される。
【００２９】
すなわち、本実施形態では、第６ヘリカルギヤ３９および第４ヘリカルギヤ３１によって、第１ギヤ列Ｇ１が構成されている。以下、上記の構成要素のうち、駆動スプロケット３３からスリーブ３４までの一連の構成要素を、必要に応じて第２動力伝達系ＰＴ２という。また、クランク軸１２から、第２動力伝達系ＰＴ２および第１ギヤ列Ｇ１を介したキャリヤ２６までの総変速比は、クランク軸１２から、最高速変速比ＲＡＴＩＯ１に設定されているときの無段変速機Ｔおよび前記第１動力伝達系ＰＴ１を介した遊星歯車機構Ｐのサンギヤ２２までの総変速比と、ほぼ一致するように設定されている。
【００３０】
また、第３クラッチＣ３のクラッチインナ３８ｂは、第２中間軸１５に回転自在に嵌合するスリーブ４０に一体に設けられており、このスリーブ４０と一体の第７ヘリカルギヤ４１が、スリーブ２４上の前記第５ヘリカルギヤ３２に噛み合っている。以上の構成により、第３クラッチＣ３が接続されると、エンジンＥのクランク軸１２が、無段変速機Ｔの入力軸１１→第２動力伝達系ＰＴ２（駆動スプロケット３３→無端チェーン３６→被駆動スプロケット３５→スリーブ３４）→第３クラッチＣ３→スリーブ４０→第７ヘリカルギヤ４１→第５ヘリカルギヤ３２→スリーブ２４を介して、遊星歯車機構Ｐのキャリヤ２６に連結され、エンジンＥの回転がキャリヤ２６に伝達される。
【００３１】
すなわち、本実施形態では、第７ヘリカルギヤ４１および第５ヘリカルギヤ３２によって、第２ギヤ列Ｇ２が構成されている。この第７ヘリカルギヤ４１は、第１ギヤ列Ｇ１の第６ヘリカルギヤ３９よりも歯数が少なく設定されており、また、前述したように第５ヘリカルギヤ３２が第１ギヤ列Ｇ１の第４ヘリカルギヤ３１よりも歯数が多いという関係から、第２ギヤ列Ｇ２は第１ギヤ列Ｇ１よりもギヤ比が大きく（低速側に）設定されている。また、クランク軸１２から、第２動力伝達系ＰＴ２および第２ギヤ列Ｇ２を介したキャリヤ２６までの総変速比は、クランク軸１２から、最低速変速比ＲＡＴＩＯ２に設定されているときの無段変速機Ｔおよび第１動力伝達系ＰＴ１を介した遊星歯車機構Ｐのサンギヤ２２までの総変速比と、ほぼ一致するように設定されている。
【００３２】
さらに、遊星歯車機構Ｐのサンギヤ２２、リングギヤ２３、およびキャリヤ２６のピニオン２５の三者間のギヤ比は、無段変速機Ｔの変速比が所定の中間変速比ＲＡＴＩＯＧＮに設定された状態でサンギヤ２２が回転駆動され、かつ第３クラッチＣ３の接続により第２ギヤ列Ｇ２を介してキャリヤ２６が回転駆動されたときに、サンギヤ２２およびキャリヤ２６の回転のバランスによって、リングギヤ２３およびこれに連結された出力軸１６が中立の回転停止状態になるように設定されている。この状態は、無段変速装置１の減速比が無限大になった状態である。すなわち、本実施形態の無段変速装置１は、ＩＶＴ機能を備えており、以下、このような回転停止状態を「ギヤードニュートラル状態」という。
【００３３】
次に、以上の構成の無段変速装置１の動作を、図２の遊星歯車機構Ｐの速度線図を参照しながら、変速モードごとに説明する。
【００３４】
・ＩＶＴモード
このＩＶＴモードでは、第３クラッチＣ３を接続するとともに、第１および第２クラッチＣ１、Ｃ２を解放する。これにより、遊星歯車機構Ｐのサンギヤ２２が、無段変速機Ｔおよび第１動力伝達系ＰＴ１を介して回転駆動されるとともに、キャリヤ２６が、第２動力伝達駆動系ＰＴ１および第２ギヤ列Ｇ２を介して回転駆動される。この状態で、無段変速機Ｔの変速比を上記の所定の中間変速比ＲＡＴＩＯＧＮに制御すると、遊星歯車機構Ｐの上述した設定により、リングギヤ２６および出力軸１６のギヤードニュートラル状態が実現され、車両は停車状態に保たれる（図２の点ＧＮ）。
【００３５】
このギヤードニュートラル状態から車両を後進させる場合には、無段変速機Ｔの変速比を増速側に制御する。これにより、無段変速機Ｔに連結されたサンギヤ２２の回転数が上昇するのに伴い、リングギヤ２３が回転停止状態からサンギヤ２２と反対方向に回転する（図２の矢印ＲＳ）ことで、出力軸１６が後進方向に回転し、その回転が、ファイナル駆動ギヤ２８、ファイナル被駆動ギヤ２９およびディファレンシャルギヤ３０を介して、駆動輪Ｗ、Ｗに伝達されることによって、車両が後進する。この場合、エンジンＥのトルクは、無段変速機Ｔおよび第１動力伝達系ＰＴ１を介してサンギヤ２２に伝達されるとともに、その一部が、キャリヤ２６、第２ギヤ列Ｇ２および第２動力伝達系ＰＴ２を介して無段変速機Ｔの入力軸１１に伝達され、無段変速機Ｔに入力されるトルクを増強する。
【００３６】
一方、ギヤードニュートラル状態から車両を発進させる場合には、無段変速機Ｔの変速比を減速側に制御する。これにより、上記とは逆に、無段変速機Ｔに連結されたサンギヤ２２の回転数が低下するのに伴い、リングギヤ２３が回転停止状態からサンギヤ２２と同じ方向に回転する（図２の矢印ＦＳ）ことで、出力軸１６が前進方向に回転し、車両が発進する。この場合、エンジンＥのトルクは、第２動力伝達系ＰＴ２および第２ギヤ列Ｇ２を介してキャリヤ２６に伝達されるとともに、その一部が、サンギヤ２２および第１動力伝達系ＰＴ１を介して無段変速機Ｔの出力側から入力軸１１に逆伝達され、第２動力伝達系ＰＴ２に入力されるトルクを増強する。
【００３７】
・ダイレクトモード
上記のＩＶＴモードにおいて、無段変速機Ｔが最低速変速比ＲＡＴＩＯ２付近まで減速されるのに伴って、車両が図２の第１モード切替点ＭＣ１まで加速されると、第１クラッチＣ１が接続されるとともに、第３クラッチＣ３が解放されることによって、ダイレクトモードに移行する。なお、この第１モード切替点は、通常の自動変速装置における第１速段の変速比に相当する。
【００３８】
このダイレクトモードでは、第２および第３クラッチＣ２、Ｃ３が解放状態にあることで、エンジンＥのトルクは、第２動力伝達系ＰＴ２からは伝達されず、無段変速機Ｔからのみ遊星歯車機構Ｐのサンギヤ２２に伝達される。また、第１クラッチＣ１が接続されることで、サンギヤ２２とリングギヤ２３が互いに一体化され、遊星歯車機構Ｐがロックされることで、出力軸１６は、無段変速機Ｔおよび第１動力伝達系ＰＴ１によって直接、回転駆動される。その結果、無段変速装置１の変速比は、無段変速機構Ｔの変速比のみによって定まり、無段変速機構Ｔおよび第１動力伝達系ＰＴ１の総変速比と等しくなる。したがって、無段変速機Ｔの変速比を増速側に制御すると、それに比例して無段変速装置１が増速され、車両はさらに加速される。
【００３９】
以上のように、ＩＶＴモードにおいて無段変速機Ｔが最低速変速比ＲＡＴＩＯ２付近まで減速されたときに、ダイレクトモードに切り替えられる。前述したように、最低速変速比ＲＡＴＩＯ２にあるときの無段変速機Ｔおよび第１動力伝達系ＰＴ１の総変速比は、第２動力伝達系ＰＴ２および第２ギヤ列Ｇ２の総変速比とほぼ一致するように設定されているので、このＩＶＴモードからダイレクトモードへの切替を、その前後におけるキャリヤ２６の回転差が無い状態で、滑らかに行うことができる。また、ＩＶＴモードにおいて無段変速機Ｔを最低速変速比ＲＡＴＩＯ２付近まで用いるとともに、ダイレクトモードを最低速変速比ＲＡＴＩＯ２付近から開始できるので、ＩＶＴモードおよびダイレクトモードの双方において、無段変速機Ｔの変速比幅をその低速側の限界付近まで利用でき、したがって、無段変速装置１全体としての変速比幅を大きく確保することができる。
【００４０】
・トルクスプリットモード
上記のダイレクトモードにおいて、無段変速機Ｔが最高速変速比ＲＡＴＩＯ１付近まで増速されるのに伴って、車両が図２の第２モード切替点ＭＣ２まで加速されると、第２クラッチＣ２が接続されるとともに、第１クラッチＣ１が解放されることによって、トルクスプリットモードに移行する。
【００４１】
このトルクスプリットモードでは、遊星歯車機構Ｐのサンギヤ２２が無段変速機Ｔおよび第１動力伝達系ＰＴ１を介して回転駆動されるとともに、第２クラッチＣ２の接続により、キャリヤ２６は、第２動力伝達系ＰＴ２、および第２ギヤ列Ｇ２よりもギヤ比の小さな第１ギヤ列Ｇ１を介して、回転駆動される。この状態で、無段変速機Ｔの変速比を減速側に制御すると、無段変速機Ｔに連結されたサンギヤ２２の回転数が低下するのに伴い、リングギヤ２３の回転数が上昇することで、無段変速装置１が増速され、車両はさらに加速される。そして、無段変速機Ｔは最低速変速比ＲＡＴＩＯ２付近まで減速され、そのときに無段変速装置１の最高速変速比ＴＲＡＴＩＯ１が得られる。なお、このトルクスプリットモードでは、エンジンＥのトルクは、第２動力伝達系ＰＴ２および第１ギヤ列Ｇ１を介してキャリヤ２６に伝達されるとともに、その一部が、サンギヤ２２および第１動力伝達系ＰＴ１を介して無段変速機Ｔの出力側から入力軸１１に逆伝達され、第２動力伝達系ＰＴ２に入力されるトルクを増強する。
【００４２】
以上のように、ダイレクトモードにおいて無段変速機Ｔが最高速変速比ＲＡＴＩＯ１付近まで増速されたときに、トルクスプリットモードに切り替えられる。前述したように、最高速変速比ＲＡＴＩＯ１にあるときの無段変速機Ｔおよび第１動力伝達系ＰＴ１の総変速比は、第２動力伝達系ＰＴ２および第１ギヤ列Ｇ１の総変速比とほぼ一致するように設定されているので、このダイレクトモードからトルクスプリットモードへの切替を、その前後におけるキャリヤ２６の回転差が無い状態で、滑らかに行うことができる。また、ダイレクトモードにおいて無段変速機Ｔを最高速変速比ＲＡＴＩＯ１付近まで用いるとともに、トルクスプリットモードを最高速変速比ＲＡＴＩＯ１付近から開始できるので、ダイレクトモードおよびトルクスプリットモードの双方において、無段変速機Ｔの変速比幅をその高速側の限界付近まで利用できる。したがって、ダイレクトモードが最低速変速比ＲＡＴＩＯ２付近から開始されることと相まって、無段変速装置１全体としての変速比幅をさらに大きく確保することができる。例えば、本実施形態では、変速比幅５．８の無段変速機Ｔを用いて、無段変速装置１全体として、エンジンＥの最大トルクを許容できる変速比幅１０．８を達成することができる。
【００４３】
以上のように、本実施形態によれば、ＩＶＴモード、ダイレクトモードおよびトルクスプリットモードという３つの変速モードを、１組の遊星歯車機構Ｐで実現できる。また、ＩＶＴモードにおいて、車両の停止、後進および発進を行えるので、後進用のブレーキなども不要であり、それらの分、従来と比較して、部品点数を削減でき、無段変速装置１をコンパクトかつ安価に構成することができる。また、それぞれの変速モードにおいて、最大限の変速比幅を確保できるので、無段変速装置１全体として、最大限の変速比幅を確保することができる。
【００４４】
なお、上述した実施形態では、ＩＶＴモードからダイレクトモードへの切替をＩＶＴモードにおいて無段変速機Ｔが最低速変速比ＲＡＴＩＯ２付近まで減速したタイミングで行っているが、最低速変速比ＲＡＴＩＯ２付近ではパワーローラ５４にかかる負荷が大きくなるので、それによるパワーローラ５４の損傷を避けるために、このモード切替を、無段変速機Ｔが最低速変速比ＲＡＴＩＯ２付近に達するよりも手前のタイミングで行うようにしてもよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように、本発明の請求項１による車両用の無段変速装置によれば、ＩＶＴモード、ダイレクトモードおよびトルクスプリットモードという３つの変速モードを、１組の遊星歯車機構で実現でき、後進用のブレーキなども不要であるので、従来と比較して、部品点数を削減でき、無段変速装置をコンパクトかつ安価に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による無段変速装置を示すスケルトン図である。
【図２】図１の無段変速装置の遊星歯車機構の速度線図である。
【符号の説明】
１ 無段変速装置
１２ クランク軸（内燃機関の出力軸）
２２ サンギヤ（第１要素）
２３ リングギヤ（第２要素）
２６ キャリヤ（第３要素）
５２ 入力ディスク（入力部材）
５３ 出力ディスク（出力部材）
Ｅ 内燃機関
Ｔ 無段変速機
Ｐ 遊星歯車機構
Ｗ 駆動輪
Ｃ１ 第１クラッチ
Ｃ２ 第２クラッチ
Ｃ３ 第３クラッチ
Ｇ１ 第１ギヤ列
Ｇ２ 第２ギヤ列
Claims (2)
- 内燃機関の出力軸に連結された入力部材、および当該入力部材の回転を変速して出力する出力部材を有するトロイダル型の無段変速機と、
前記無段変速機の前記出力部材に連結された第１要素、駆動輪に連結された第２要素、および第３要素を有する遊星歯車機構と、
前記遊星歯車機構の前記第１要素および前記第２要素を接続・解放する第１クラッチと、
前記内燃機関の前記出力軸と平行に設けられた第１中間軸と、
当該第１中間軸と前記内燃機関の前記出力軸との間を接続・解放する第２クラッチと、
前記第１中間軸と前記遊星歯車機構の前記第３要素との間に設けられ、前記第２クラッチを介して前記第１中間軸に伝達された前記内燃機関の前記出力軸の回転を前記遊星歯車機構の前記第３要素に伝達する第１ギヤ列と、
前記内燃機関の前記出力軸と平行に設けられた第２中間軸と、
当該第２中間軸と前記内燃機関の前記出力軸との間を接続・解放する第３クラッチと、
前記第１ギヤ列よりも大きなギヤ比を有し、前記第２中間軸と前記遊星歯車機構の前記第３要素との間に前記第１ギヤ列と並列に設けられ、前記第３クラッチを介して前記第２中間軸に伝達された前記内燃機関の前記出力軸の回転を前記遊星歯車機構の前記第３要素に伝達する第２ギヤ列と、を備え、
前記第１ギヤ列および第２ギヤ列は、前記出力軸の軸方向と直交する方向において前記無段変速機と重なる位置に配置されていることを特徴とする車両用の無段変速装置。 - 前記第１ギヤ列は、前記出力軸の軸方向と直交する方向において前記無段変速機の前記出力部材の中心と一致する位置に配置され、前記第２ギヤ列は、前記出力軸の軸方向と直交する方向において前記出力部材の中心に対してオフセットされた位置に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の車両用の無段変速装置。
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Applications Claiming Priority (1)
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| JP2001327661A JP4121731B2 (ja) | 2001-10-25 | 2001-10-25 | 車両用の無段変速装置 |
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