JP4782188B2 - 気動車用ツインクラッチ式変速機 - Google Patents

Description

本発明は、２以上のクラッチを併用して変速制御を行う気動車用のツインクラッチ式変速機に関する。

従来、気動車（ディーゼル動車）用の変速機として、エンジンの動力を伝えるトルクコンバータと、前記トルクコンバータに接続される複数段の歯車と、この歯車を切り替える湿式多板クラッチを備えたものが利用されている（特許文献１参照）。また、気動車用の変速機において、上記湿式多板クラッチに代えてメカニカルクラッチを採用することで、伝達効率を向上させる技術も提案されている（特許文献２、特許文献３参照）。

また近年、自動車用としては、ツインクラッチ式変速機が実用化されてきている（特許文献４、非特許文献１参照）。このツインクラッチ式変速機は、レーシングカー用の変速機としても以前から利用されている。
実用新案登録２５６５５９６号公報 実開平２−１０３５５５号公報 特開平１−２２０７６１号公報 特開２００３−２６９５９２号公報 三菱自動車テクニカルレビュー２００８ Ｎｏ．２０ ３１頁〜３４頁

気動車用変速機では、エンジンの出力特性上、低車速域ではトルクコンバータを介した動力伝達を利用して牽引力を得るようにしているが、一般的にトルクコンバータは流体を介在させるため伝達効率が悪い。従って、トルクコンバータによる運転時間が長くなるほど、変速機の伝達効率が低下する。

これを改善するため、近年は、変速機におけるシフト段数を３〜４段に増やし、中高速運転時にはトルクコンバータを介さずに直結運転を行い、効率を向上させている。しかし、シフト段数を増やすことで、各段に設置される湿式多板クラッチの数が増加してしまう。結合されていない（動力伝達と無関係な）湿式多板クラッチは空転するため、空転ロスが発生する。シフト段数を増やしてトルクコンバータを介した運転時間を短くしても、空転する湿式多板クラッチが増えるため、空転ロスも増加し、実質的には効率を大幅に改善することが困難であった。特に気動車の場合は稼働時間が長いため、湿式多板クラッチの空転ロスは無視できないものとなっていた。

ところで、気動車用変速機では、動力伝達系統の慣性が自動車よりもはるかに大きいため、自動車で採用されているシンクロメッシュを用いた摩擦式の同期機構を用いることは出来ない。これに替わるものとして、上記特許文献２〜３で示したようなメカニカルクラッチを採用しようとすると、クラッチの同期制御システムが複雑化するという問題があった。特に、低速域まで直結運転を行うために、シフト段数を増やそうとすると、同期制御が更に複雑化してしまうという問題があった。なお、上記自動車用のツインクラッチ変速機は、全てシンクロメッシュを用いる構造であることから、気動車のような大馬力、大トルク、大慣性を伝達する際に、そのまま用いることが出来ないという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、気動車用のツインクラッチ式変速機により、コンパクト且つ簡潔な構造で効率を改善することを目的としている。

上記目的を達成する本発明は、エンジンの動力が入力される入力軸と、前記入力軸の回転が伝達される奇数段変速機構と、前記入力軸の回転が伝達される偶数段変速機構と、前記奇数段変速機構及び前記偶数段変速機構の動力が伝達される出力機構と、を備え、前記奇数段変速機構は、前記入力軸の回転を伝達する奇数段伝達ギア列と、前記奇数段伝達ギア列の動力を奇数段伝達軸に選択的に伝達する奇数段メインクラッチと、前記入力軸の回転を伝達する奇数段同期ギア列と、前記奇数段同期ギア列の動力を前記奇数段伝達軸に選択的に伝達する奇数段同期クラッチと、前記奇数段伝達軸に設けられて前記出力機構に回転を伝達する奇数段変速ギア列と、前記奇数段変速ギア列と前記奇数段伝達軸を選択的に結合する奇数段メカニカルクラッチと、を備え、前記偶数段変速機構は、前記入力軸の回転を伝達する偶数段伝達ギア列と、前記偶数段伝達ギア列の動力を偶数段伝達軸に選択的に伝達する偶数段メインクラッチと、前記入力軸の回転を伝達する偶数段同期ギア列と、前記偶数段同期ギア列の動力を前記偶数段伝達軸に選択的に伝達する偶数段同期クラッチと、前記偶数段伝達軸に設けられて前記出力機構に回転を伝達する偶数段変速ギア列と、前記偶数段変速ギア列と前記偶数段伝達軸を選択的に結合する偶数段メカニカルクラッチと、を備えることを特徴とする、気動車用ツインクラッチ式変速機である。

上記目的を達成する気動車用ツインクラッチ式変速機は、上記発明において、隣接する速度段の段間比がほぼ一定に設定されていることを特徴とするものである。

上記目的を達成する気動車用ツインクラッチ式変速機は、上記発明において、前記奇数段伝達軸に対する前記偶数段伝達軸の回転比が前記段間比とほぼ等しくなるように、前記奇数段伝達ギア列及び前記偶数段伝達ギア列のギア比が設定されていることを特徴とするものである。

上記目的を達成する気動車用ツインクラッチ式変速機は、上記発明において、少なくとも一部の隣接する変速段間で、前記奇数段変速ギア列と前記偶数段変速ギア列のギア比がほぼ一致されており、前記奇数段変速ギア列と前記偶数段変速ギア列で前記出力機構の歯車が共用されることを特徴とするものである。

上記目的を達成する気動車用ツインクラッチ式変速機は、上記発明において、前記奇数段同期ギア列のギア比は、前記奇数段伝達ギア列のギア比を前記段間比で除した値と略一致するように設定され、前記偶数段同期ギア列のギア比は、前記偶数段伝達ギア列のギア比を前記段間比で除した値と略一致するように設定されることを特徴とするものである。

上記目的を達成する気動車用ツインクラッチ式変速機は、上記発明において、前記奇数段同期ギア列と前記偶数段伝達ギア列のギア比がほぼ一致されており、前記奇数段同期ギア列と前記偶数段伝達ギア列の間で前記入力軸の歯車が共用されることを特徴とするものである。

上記目的を達成する気動車用ツインクラッチ式変速機は、上記発明において、前記奇数段伝達軸と前記偶数段伝達軸のそれぞれに、同期用ブレーキが設けられていることを特徴とするものである。

上記目的を達成する気動車用ツインクラッチ式変速機は、上記発明において、前記出力機構は、出力軸の正転及び逆転を切り替える正逆切替メカニカルクラッチを備えることを特徴とするものである。

上記目的を達成する気動車用ツインクラッチ式変速機は、上記発明において、前記入力軸上に、出力軸の正転及び逆転を切り替える正逆切替メカニカルクラッチを備えることを特徴とするものである。

本発明によれば、コンパクト且つ簡潔化構造で、高効率の気動車用ツインクラッチ式変速機を得ることが出来るという優れた効果を奏し得る。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態の例に係る気動車用ツインクラッチ式変速機（以下、変速機という）を説明する。

図１には、本実施形態に係る変速機１の構成が示されている。この変速機１は、ディーゼルエンジン２の動力が入力される入力軸１０と、入力軸１０の回転が伝達される奇数段変速機構３０と、同様に入力軸１０の回転が伝達される偶数段変速機構６０と、奇数段変速機構３０及び偶数段変速機構６０の動力が選択的に伝達される出力機構９０とを備える。奇数段変速機構３０は、第１速、第３速、第５速、第７速の変速を実行するものであり、偶数段変速機構６０は、第２速、第４速、第６速、第８速の変速を実行するものである。従って、この変速機１は、合計８段の変速が可能となっている。変速機１では、奇数段変速機構３０と偶数段変速機構６０のそれぞれにクラッチを設けておくことで、例えば奇数段変速機構３０において動力を伝達している際、偶数段変速機構６０側において隣接段へのシフトアップ又はシフトダウンの準備を可能にする。また、偶数段変速機構６０において動力を伝達している際、奇数段変速機構３０側において隣接段へのシフトアップ又はシフトダウンの準備を可能にする。

奇数段変速機構３０は、入力軸１０の回転を伝達する奇数段伝達ギア列３２と、奇数段伝達ギア列３２の動力を奇数段伝達軸４０に選択的に伝達する奇数段メインクラッチ３４と、入力軸１０の回転を伝達する奇数段同期ギア列３６と、奇数段同期ギア列３６の動力を奇数段伝達軸４０に選択的に伝達する奇数段同期クラッチ３８と、奇数段伝達軸４０に設けられて出力機構９０に回転を４段階で伝達する第１〜第７奇数段変速ギア列４１、４３、４５、４７と、第１〜第７奇数段変速ギア列４１、４３、４５、４７と奇数段伝達軸４０を選択的に結合する奇数段メカニカルクラッチ５０、５２と、奇数段伝達軸４０の端部に設けられる奇数段同期用ブレーキ５４を備える。

奇数段伝達ギア列３２は、入力歯数３１、出力歯数６４、回転比２．０６５となる歯車対によって構成されている。この奇数段伝達ギア列３２は、入力軸１０と奇数段メインクラッチ３４の間に設けられており、入力軸１０の回転を減速して奇数段メインクラッチ３４に伝える。奇数段メインクラッチ３４は、湿式多板クラッチであり、油圧を利用して、入力軸１０の回転を奇数段伝達軸４０に選択的に伝達可能となっている。

奇数段同期ギア列３６は、入力歯数４６、出力歯数７４、回転比１．６０９となる歯車対によって構成されている。この奇数段同期ギア列３６は、入力軸１０と奇数段同期クラッチ３８の間に設けられており、入力軸１０の回転を減速して奇数段同期クラッチ３８に伝える。奇数段同期クラッチ３８は湿式多板クラッチであり、入力軸１０の回転を奇数段伝達軸４０に選択的に伝達可能となっている。奇数段同期ギア列３６の回転比（減速比）は、奇数段伝達ギア列３２の回転比（減速比）より小さくなっている。

従って、奇数段変速機構３０は、奇数段メインクラッチ３４を利用して回転比２．０６５によって入力軸１０の回転を奇数段伝達軸４０に選択的に伝達するが、同期動作時には、奇数段メインクラッチ３４が開放されている状態において、奇数段同期クラッチ３８を結合させて、入力軸１０の回転を、回転比１．６０９の高速回転で奇数段伝達軸４０に伝達できるようになっている。

奇数段伝達軸４０に設けられる第１速変速ギア列４１は、入力歯数３０、出力歯数５８、回転比１．９３３となる歯車対によって構成されており、奇数段伝達軸４０の回転を出力機構９０のカウンタ軸９２に伝達する。第３速変速ギア列４３は、入力歯数５１、出力歯数５９、回転比１．１５７となる歯車対によって構成されており、奇数段伝達軸４０の回転を出力機構９０のカウンタ軸９２に伝達する。第５速変速ギア列４５は、入力歯数６５、出力歯数４５、回転比０．６９２となる歯車対によって構成されており、奇数段伝達軸４０の回転を出力機構９０のカウンタ軸９２に伝達する。第７速変速ギア列４７は、入力歯数７７、出力歯数３２、回転比０．４１６となる歯車対によって構成されており、奇数段伝達軸４０の回転を出力機構９０のカウンタ軸９２に伝達する。

奇数段メカニカルクラッチ５０は、第１速変速ギア列４１と第３速変速ギア列４３の間に配置される。この奇数段メカニカルクラッチ５０は、第１速変速ギア列４１と奇数段伝達軸４０が結合された「第１速結合状態」と、第３速変速ギア列４３と奇数段伝達軸４０が結合された「第３速結合状態」と、第１速及び第３速変速ギア列４１、４３が共に奇数段伝達軸４０から解放された「非結合状態」を選択的に切り替えることが出来る。

他方の奇数段メカニカルクラッチ５２は、第５速変速ギア列４５と第７速変速ギア列４７の間に配置される。この奇数段メカニカルクラッチ５２は、第５速変速ギア列４５と奇数段伝達軸４０が結合された「第５速結合状態」と、第７速変速ギア列４７と奇数段伝達軸４０が結合された「第７速結合状態」と、第５速及び第７速変速ギア列４５、４７が共に奇数段伝達軸４０から解放された「非結合状態」を選択的に切り替えることが出来る。従って、この奇数段メカニカルクラッチ５０、５２を適宜切り替えることで、第１速、第３速、第５速、第７速、及び中立のいずれかを適宜選択できるようになっている。なお、詳細は後述するが、奇数段同期用ブレーキ５４は、奇数段伝達軸４０の回転を制動することで、同期動作を円滑化する。

出力機構９０は、カウンタ軸９２と、出力軸９４と、カウンタ軸９２と出力軸９４の間に配置される正転ギア列９６と、同様にカウンタ軸９２と出力軸９４の間に配置される逆転ギア列９８と、出力軸９４上における正転ギア列９６と逆転ギア列９８の間に配置される正逆選択メカニカルクラッチ９７を備える。

正転ギア列９６は、一対の歯車の間にアイドラ歯車が挿入された合計３枚の歯車から構成されており、入力歯数２８、アイドラ歯数３６、出力歯数３７、総回転比１．３２１となっている。従って、カウンタ軸９２の回転は、この回転比によって出力軸９４に伝達され、カウンタ軸９２と出力軸９４が同方向に回転する。逆転ギア列９８は、入力歯数３１、出力歯数４１、回転比１．３２３となる歯車対によって構成されており、カウンタ軸９２の回転を出力軸９４に伝達する。この場合、カウンタ軸９２と出力軸９４は逆方向に回転する。なお、正転と逆転の回転比は略同一となるように設定される。

正逆選択メカニカルクラッチ９７は、正転ギア列９６と出力軸９４が結合された「正転結合状態」と、逆転ギア列９８と出力軸９４が結合された「逆転結合状態」と、正転及び逆転ギア列９６、９８が共に奇数段伝達軸４０から解放された「非結合状態」を選択的に切り替える。この結果、正転と逆転を適宜切り替えるだけで、正転時と逆転時に略等しい条件で８段階の変速を行うことが可能となる。この結果、前進と後進が略同じ運転頻度となる気動車用として変速機１を利用できる。

偶数段変速機構６０は、入力軸１０の回転を伝達する偶数段伝達ギア列６２と、偶数段伝達ギア列６２の動力を偶数段伝達軸７０に選択的に伝達する偶数段メインクラッチ６４と、入力軸１０の回転を伝達する偶数段同期ギア列６６と、偶数段同期ギア列６６の動力を偶数段伝達軸７０に選択的に伝達する偶数段同期クラッチ６８と、偶数段伝達軸７０に設けられて出力機構９０に回転を４段階で伝達する第２〜第８偶数段変速ギア列７２、７４、７６、７８と、第２〜第８偶数段変速ギア列７２、７４、７６、７８と偶数段伝達軸７０を選択的に結合する偶数段メカニカルクラッチ８０、８２と、偶数段伝達軸７０の端部に設けられる偶数段同期用ブレーキ８４を備える。

偶数段伝達ギア列６２は、入力歯数４６、出力歯数７４、回転比１．６０９となる歯車対によって構成されている。なお、この歯車対における入力側歯車は、奇数段変速機構３０における奇数段同期ギア列３６の歯車対と共用されている。また、偶数段伝達ギア列６２と奇数段同期ギア列３６の回転比も略同じ（ここでは完全に同一）に設定されている。

この偶数段伝達ギア列６２は、入力軸１０と偶数段メインクラッチ６４の間に設けられており、入力軸１０の回転を減速して偶数段メインクラッチ６４に伝える。偶数段メインクラッチ６４は、湿式多板クラッチであり、入力軸１０の回転を偶数段伝達軸７０に選択的に伝達可能となっている。

偶数段同期ギア列６６は、入力歯数５３、出力歯数６６、回転比１．２４５となる歯車対によって構成されている。この偶数段同期ギア列６６は、入力軸１０と偶数段同期クラッチ６８の間に設けられており、入力軸１０の回転を減速して偶数段同期クラッチ６８に伝える。偶数段同期クラッチ６８は湿式多板クラッチであり、入力軸１０の回転を偶数段伝達軸７０に選択的に伝達可能となっている。

偶数段変速機構６０は、定常時は、偶数段メインクラッチ６４を利用して回転比１．６０９によって入力軸１０の回転を偶数段伝達軸７０に選択的に伝達するが、同期動作時には、偶数段同期クラッチ６８を優先させて、入力軸１０の回転を、回転比１．２４５の高速回転により偶数段伝達軸７０に伝達できるようになっている。

偶数段伝達軸７０に設けられる第２速変速ギア列７２は、入力歯数３０、出力歯数５８、回転比１．９３３となる歯車対によって構成されており、偶数段伝達軸７０の回転を出力機構９０のカウンタ軸９２に伝達する。なお、この歯車対における出力側歯車は、奇数段変速機構３０の第１速変速ギア列４１の歯車対と共用されている。また、第２速変速ギア列７２と第１速変速ギア列４１の回転比も略同じ（ここでは完全に同一）に設定されている。ここでは実際に、第２速変速ギア列７２と第１速変速ギア列４１において全く同じ歯車が用いられている。この結果、変速機１全体において、第１速の入出力回転比と第２速の入出力回転比の比率は、奇数段伝達ギア列３２と偶数段伝達ギア列６２の回転比の比率と一致する。

第４速変速ギア列７４は、入力歯数５１、出力歯数５９、回転比１．１５７となる歯車対によって構成されており、偶数段伝達軸７０の回転を出力機構９０のカウンタ軸９２に伝達する。なお、この歯車対における出力側歯車は、奇数段変速機構３０の第３速変速ギア列４３の歯車対と共用されている。また、第４速変速ギア列７４と第３速変速ギア列４３の回転比も略同じ（ここでは完全に同一）に設定されていることから、本実施形態では、第４速変速ギア列７４と第３速変速ギア列４３で全く同じ歯車が用いられている。この結果、変速機１全体において、第３速の入出力回転比と第４速の入出力回転比の段間比は、奇数段伝達ギア列３２と偶数段伝達ギア列６２の回転比の比率と一致する。

第６速変速ギア列７６は、入力歯数６５、出力歯数４５、回転比０．６９２となる歯車対によって構成されており、偶数段伝達軸７０の回転を出力機構９０のカウンタ軸９２に伝達する。なお、この歯車対における出力側歯車は、奇数段変速機構３０の第５速変速ギア列４５の歯車対と共用されている。また、第６速変速ギア列７６と第５速変速ギア列４５の回転比も略同じ（ここでは完全に同一）に設定されていることから、本実施形態では、第６速変速ギア列７６と第５速変速ギア列４５で全く同じ歯車が用いられている。この結果、変速機１全体において、第５速の入出力回転比と第６速の入出力回転比の段間比は、奇数段伝達ギア列３２と偶数段伝達ギア列６２の回転比の比率と一致する。

第８速変速ギア列７８は、入力歯数７７、出力歯数３２、回転比０．４１６となる歯車対によって構成されており、偶数段伝達軸７０の回転を出力機構９０のカウンタ軸９２に伝達する。なお、この歯車対における出力側歯車は、奇数段変速機構３０の第７速変速ギア列４７の歯車対と共用されている。また、第８速変速ギア列７８と第７速変速ギア列４７の回転比も略同じ（ここでは完全に同一）に設定されていることから、本実施形態では、第８速変速ギア列７８と第７速変速ギア列４７で全く同じ歯車が用いられている。この結果、変速機１全体において、第７速の入出力回転比と第８速の入出力回転比の段間比は、奇数段伝達ギア列３２と偶数段伝達ギア列６２の回転比の比率と一致する。

偶数段メカニカルクラッチ８０は、第２速変速ギア列７２と第４速変速ギア列７４の間に配置される。偶数段メカニカルクラッチ８０は、第２速変速ギア列７２と偶数段伝達軸７０が結合された「第２速結合状態」と、第４速変速ギア列７４と偶数段伝達軸７０が結合された「第４速結合状態」と、第２速及び第４速変速ギア列７２、７４が共に偶数段伝達軸７０から解放された「非結合状態」を選択的に切り替えることが出来る。

偶数段メカニカルクラッチ８２は、第６速変速ギア列７６と第８速変速ギア列７８の間に配置される。偶数段メカニカルクラッチ８２は、第６速変速ギア列７６と偶数段伝達軸７０が結合された「第６速結合状態」と、第８速変速ギア列７８と偶数段伝達軸７０が結合された「第８速結合状態」と、第６速及び第８速変速ギア列７６、７８が共に偶数段伝達軸７０から解放された「非結合状態」を選択的に切り替えることが出来る。従って、この偶数段メカニカルクラッチ８０、８２を適宜切り替えることで、第２速、第４速、第６速、第８速、及び中立のいずれかを適宜選択できるようになっている。なお、詳細は後述するが、偶数段同期用ブレーキ８４は、偶数段伝達軸７０の回転を制動することで、同期動作を円滑化する。

以上のように構成された変速機１の第１速から第８速の回転比は、正転と逆転を含めて次の表の通りとなる。

このことからも分かるように、本変速機１では、隣接する速度段の段間比が、１．２８〜１．３０（約１．２９程度）にほぼ一定に設定されている。また、この段間比（約１．２９）は、奇数段伝達ギア列３２の回転比（２．０６５）と偶数段伝達ギア列６２の回転比（１．６０９）の比率（１．２８３＝２．０６５／１．６０９）と略一致する。

更に、この変速機１における奇数段同期ギア列３６の回転比（１．６０９）は、奇数段伝達ギア列３２の回転比（２．０６５）を上記段間比（約１．２９）で除した値に設定されている。同様に、偶数段同期ギア列６６の回転比（１．２４５）は、偶数段伝達ギア列６２の回転比（１．６０９）を上記段間比（約１．２９）で除した値に設定されている。詳細は後述するが、このように回転比を設定することで、各同期ギア列３６、６６及び同期クラッチ３８、６８を利用した変速時の同期制御を円滑化できる。

次に、本変速機１の変速動作について説明する。なお、ここでは、ディーゼルエンジン２によって入力軸１０を１０００ｍｉｎ^−１で回転させている状態を想定する。

＜停止から第１速の駆動開始＞

図２に示されるように、まず、奇数段メカニカルクラッチ５０を「第１速結合状態」とした状態で、トルクコンバータの代わりに奇数段メインクラッチ３４を半クラッチ状態で滑らせながら次第に結合していき、入力軸１０の回転を、奇数段伝達ギア列３２を介して奇数段伝達軸４０に伝達する。これにより、奇数段伝達軸４０は約４８４ｍｉｎ^−１で回転する。この奇数段伝達軸４０の回転は、第１速変速ギア列４１を介してカウンタ軸９２に伝達され、この結果、カウンタ軸９２は２５１ｍｉｎ^−１で回転する。このカウンタ軸９２の回転は正転ギア列９６を介して出力軸９４に伝達される。

＜第１速運転中の第２速準備＞

第１速で走行している状態において、偶数段変速機構６０の第２速変速ギア列７２の入力歯車（偶数段伝達軸７０側の歯車）は第１速変速ギア列４１と同様に４８４ｍｉｎ^−１で回転している。この状態で、図３に示されるように、偶数段メインクラッチ６４を途中まで結合していき、偶数段伝達ギア列６２の回転を偶数段伝達軸７０に伝達していく。偶数段伝達ギア列６２の回転比（１．６０９）により、偶数段伝達軸７０は最大６２２ｍｉｎ^−１まで増大させることが可能であるが、ここでは、偶数段メインクラッチ６４を途中まで結合すると同時に、偶数段同期用ブレーキ８４を作動させて、偶数段伝達軸７０を略４８４ｍｉｎ^−１となるように制御する。この結果、偶数段伝達軸７０と第２速変速ギア列７２の回転が同期するので、偶数段メカニカルクラッチ８０を結合して「第２速結合状態」とすることができる。これにより第２速へのシフトアップの準備が完了する。

＜第１速から第２速へのシフトアップ＞

第２速にシフトアップするには、図４に示されるように、偶数段同期用ブレーキ８４を開放すると共に、偶数段メインクラッチ６４を最後まで結合させる。この動作と同時に、奇数段メインクラッチ３４を「非結合状態」にして、奇数段伝達軸４０の回転がカウンタ軸９２に伝達されないようにする。これにより、偶数段伝達軸７０が、半クラッチ状態の４８４ｍｉｎ^−１から６２２ｍｉｎ^−１まで上昇し、カウンタ軸９２の回転が３２１ｍｉｎ^−１まで上昇する。これにより、第２速へのシフトアップが完了する。第２速運転中に次のシフトの準備として、奇数段メカニカルクラッチ５０を「非結合状態」にしておく。

＜第２速運転中の第３速準備＞

第２速で走行している状態において、奇数段変速機構３０の第３速変速ギア列４３の入力歯車（奇数段伝達軸４０側の歯車）は、その回転比により３７１ｍｉｎ^−１で回転している。従って、図５に示されるように、奇数段メインクラッチ３４を途中まで結合していき、奇数段伝達ギア列３２の回転を奇数段伝達軸４０に伝達していく。奇数段伝達ギア列３２の回転比（２．０６５）により、奇数段伝達軸４０は最大４８４ｍｉｎ^−１まで増大させることが可能であるが、ここでは、奇数段メインクラッチ３４を途中まで結合すると同時に、奇数段同期用ブレーキ５４を作動させて、奇数段伝達軸４０を略３７１ｍｉｎ^−１となるように制御する。この結果、奇数段伝達軸４０と第３速変速ギア列４３の回転が同期するので、奇数段メカニカルクラッチ５０を結合して「第３速結合状態」とすることができる。これにより第３速へのシフトアップの準備が完了する。

＜第２速から第３速へのシフトアップ＞

第３速にシフトアップするには、図６に示されるように、奇数段同期用ブレーキ５４を開放すると共に、奇数段メインクラッチ３４を最後まで結合させる。この動作と同時に、偶数段メインクラッチ６４を「非結合状態」にして、偶数段伝達軸７０の回転がカウンタ軸９２に伝達されないようにする。これにより、奇数段伝達軸４０が、半クラッチ状態の３７１ｍｉｎ^−１から４８４ｍｉｎ^−１まで上昇し、カウンタ軸９２の回転が４１８ｍｉｎ^−１まで上昇する。これにより、第３速へのシフトアップが完了する。第３速運転中に次のシフトの準備として、偶数段メカニカルクラッチ８０を「非結合状態」にしておく。第４速以降のシフトアップも、これらと同様に実行される。

＜第３速運転中の第２速準備＞

第３速運転から第２速運転にシフトダウンする場合は、その準備として、第２速変速ギア列７２を偶数段伝達軸７０に結合させる。具体的に、第３速運転中は、カウンタ軸９２の回転が４１８ｍｉｎ^−１であることから、偶数段変速機構６０の第２速変速ギア列７２の偶数段伝達軸７０側の歯車は、８０８ｍｉｎ^−１で回転している。従って、図７に示されるように、偶数段同期クラッチ６８を完全に結合して、偶数段同期ギア列６６の回転を偶数段伝達軸７０に伝達していく。偶数段同期ギア列６６の回転比（１．２４５）により、偶数段伝達軸７０の回転を８０３ｍｉｎ^−１まで増大させることができる。この結果、偶数段伝達軸７０と第２速変速ギア列７２の回転が略同期するので、偶数段メカニカルクラッチ８０を結合して「第２速結合状態」とすることができる。これにより第２速へのシフトダウンの準備が完了する。

＜第３速から第２速へのシフトダウン＞

第２速にシフトダウンするには、図８に示されるように、偶数段同期クラッチ６８から偶数段メインクラッチ６４に結合状態を次第に移行させ、更に偶数段メインクラッチ６４を最後まで結合させる。この動作と同時に、奇数段メインクラッチ３４を「非結合状態」にして、奇数段伝達軸４０の回転がカウンタ軸９２に伝達されないようにする。これにより、偶数段伝達軸７０が８０３ｍｉｎ^−１から６２２ｍｉｎ^−１まで下降し、カウンタ軸９２の回転が３２１ｍｉｎ^−１まで下降する。これにより、第２速へのシフトダウンが完了する。第２速運転中に次のシフトの準備として、奇数段メカニカルクラッチ５０を「非結合状態」にしておく。

＜第２速運転中の第１速準備＞

第２速運転から第１速運転にシフトダウンする場合は、その準備として、第１速変速ギア列４１を奇数段伝達軸４０に結合させる。具体的に、第２速運転中は、カウンタ軸９２の回転が３２１ｍｉｎ^−１であることから、奇数段変速機構３０の第１速変速ギア列４１の奇数段伝達軸４０側の歯車は、６２２ｍｉｎ^−１で回転している。従って、図９に示されるように、奇数段同期クラッチ３８を完全に結合して、奇数段同期ギア列３６の回転を奇数段伝達軸４０に伝達していく。奇数段同期ギア列３６の回転比（１．６０９）により、奇数段伝達軸４０の回転を６２２ｍｉｎ^−１まで増大させることができる。この結果、奇数段伝達軸４０と第１速変速ギア列４１の回転が略同期するので、奇数段メカニカルクラッチ５０を結合して「第１速結合状態」とすることができる。これにより第１速へのシフトダウンの準備が完了する。

＜第２速から第１速へのシフトダウン＞

第１速にシフトダウンするには、図１０に示されるように、奇数段同期クラッチ３８から奇数段メインクラッチ３４に結合状態を次第に移行させ、奇数段メインクラッチ３４を最後まで結合させる。この動作と同時に、偶数段メインクラッチ６４を「非結合状態」にして、偶数段伝達軸７０の回転がカウンタ軸９２に伝達されないようにする。これにより、奇数段伝達軸４０が６２２ｍｉｎ^−１から４８４ｍｉｎ^−１まで下降し、カウンタ軸９２の回転が２５１ｍｉｎ^−１まで下降する。これにより、第１速へのシフトダウンが完了する。第１速運転中に次のシフトの準備として、偶数段メカニカルクラッチ８０を「非結合状態」にしておく。

以上、本実施形態の変速機１では、奇数段変速機構３０と偶数段変速機構６０が、メインクラッチ３４、６４と同期クラッチ３８、６８をそれぞれ備えている。この結果、隣接する変速段への変速準備を行う際に、シフトダウン時においては、準備側の同期クラッチ３８、６８を利用して、伝達軸４０、７０の回転速度を一時的に変化させて、変速先の変速ギア列と回転を一時的に同期させることが出来る。従って、相対的な滑りを前提とした湿式多板クラッチではなく、メカニカルクラッチによって伝達軸４０、７０と変速ギア列を結合する事が可能となる。メカニカルクラッチは、湿式多板クラッチと較べて、非結合時の空転ロスが各段に少ないため、運転時の伝達効率が大幅に高められる。

更に本変速機１によれば、奇数段伝達軸４０と偶数段伝達軸７０のそれぞれに、同期用ブレーキ５４、８４が設けられている。従って、隣接する変速段への変速準備を行う際に、シフトアップ時においては、準備側のメインクラッチ３４、６４を半クラッチ状態にしつつ、同期用ブレーキ５４、８４を作動させて、その両者のバランスによって各伝達軸４０、７０を任意の回転に制御することができる。この結果、変速準備を行っている変速ギア列と同期させることができ、メカニカルクラッチによって伝達軸４０、７０と変速ギア列を結合することができる。

本変速機１では、シフトアップ時において、メインクラッチ３４、６４と同期用ブレーキ５４、８４を組み合わせることによって、準備側の伝達軸４０、７０の回転を、本来の回転数よりも一時的に減速制御して変速ギア列と同期させ、メカニカルクラッチによって伝達軸４０、７０と変速ギア列を結合する。その後は、伝達軸４０、７０を本来の回転数まで上昇させることでシフトアップを完了させる。一方、シフトダウン時においては、メインクラッチ３４、６４よりも回転比の小さい（即ち、伝達軸４０、７０の回転数が大きくなる）同期クラッチ３８、６８を利用して、準備側の伝達軸４０、７０の回転を一時的に増速して変速ギア列と同期させ、メカニカルクラッチによって伝達軸４０、７０と変速ギア列を結合する。その後は、同期クラッチ３８、６８からメインクラッチ３４、３６に結合状態を移行させることで、シフトダウンを完了させる。このように、シフトアップ時は、同期用ブレーキ５４、８４とメインクラッチ３４、６４を組み合わせることで、メインクラッチ３４、６４を有効活用して隣接上段側の準備を実行し、シフトダウン時は、一時的に各伝達軸４０、７０の回転を増速させる同期クラッチ３８、６８を利用して、円滑に隣接下段の準備を行う。この結果、変速機１の構造が簡潔となり、変速機１をコンパクトに構成することが可能になると同時に、同期制御システムも簡素化されたものとなる。特にダウンシフト時においては、同期クラッチ３８、６８及び同期ギア列３６、６６によって機械的に伝達軸４０、７０の回転数を一時的に上昇させて同期を確保するので、ディーゼルエンジン２を回転数を一時的に上昇させて同期させる必要が無くなり、ディーゼルエンジン２の騒音が低減される。また、ディーゼルエンジン２や変速機１の耐久性や燃費を相乗的に向上させることができる。

更に本変速機１では、例えば、第１速変速ギア列４１と第２速変速ギア列７２のように、隣接する変速ギア列間のギア比を略一致させている。この結果、第１速変速ギア列４１と第２速変速ギア列７２の間で同じ歯車を用いたり、カウンタ軸９２の歯車を共用したりすることが可能になる。歯車の共用化によって、本変速機１は８段構成であるにもかかわらず、軸方向サイズは実質的に４段レベルとなり、変速機１を大幅に小型化することも可能となっている。

また、表１で既に説明したように、本変速機１では、第１速〜第８速までの段間比が略１．２９に統一されている。この結果、例えば、一つの同期クラッチ３８及び同期ギア列３６で、全奇数段のシフトダウン時の同期制御を実行できる。従って、この変速機１では、同期クラッチ３８、６８及び同期ギア列３６、６６の数を少なくすることが可能となる。例えば、従来のメカニカルトランスミッションでは、各速度段にシンクロメッシュ等の同期装置を設ける必要があったが、本変速機１では、奇数段側と偶数段側に、それぞれ１個の同期クラッチ及び同期ギア列を設けることで、全てのシフトダウン時の同期制御を行うことができる。この結果、変速機の構造の簡素化とコンパクト化が可能となっている。

更に、本実施形態では、奇数段伝達軸４０に対する偶数段伝達軸７０の回転比、即ち、奇数段伝達ギア列３２の回転比と偶数段伝達ギア列６２の回転比の割合（比率）が、この段間比１．２９と略一致させている。この結果、既述のとおり、例えば、第１速変速ギア列４１と第２速変速ギア列７２のギア比のように、隣接する変速段の変速ギア列のギア比を略一致させることができる。これは、奇数段伝達ギア列３２と偶数段伝達ギア列６２の回転比（段間比に等しい）によって、目的の段間比を確保できるからである。なお、第２速変速ギア列７２と第３速変速ギア列４３のギア比の比率は、段間比（１．２９）の略二乗（１．６６）に設定される。

更にこの変速機１では、奇数段同期ギア列３６のギア比は、奇数段伝達ギア列３２のギア比を段間比で除した値に設定され、また、偶数段同期ギア列６６のギア比は、偶数段伝達ギア列６２のギア比を段間比で除した値に設定される。このようにすると、例えば、隣接する速度段間でダウンシフトを行う際には、準備側の同期ギア列３６、６６を同期クラッチ３８、６８によって結合させることにより、実質的に段間比分だけ一時的に伝達軸４０、７０の回転数を上昇させることができる。即ち、同期クラッチ３８、６８によって、準備側の伝達軸４０、７０の回転数を、隣接上位段（駆動側）の伝達軸４０、７０の回転数に略一致させることが出来る。この結果、準備側で空転している変速ギア列と伝達軸４０、７０を同期させることが可能となる。また、このように同期クラッチ３８、６８の回転比を設定することで、結果として、奇数段同期ギア列３６と偶数段伝達ギア列６２のギア比を略一致させることも可能となる。奇数段同期ギア列３６と偶数段伝達ギア列６２の間で入力軸１０側の歯車を共用できる。この結果、奇数段同期ギア列３６を効率的に収容することも可能となり、変速機１を更に小型化できる。

また、本変速機１では、トルクコンバータを用いる必要が無くなるので、低速運転時のトルクコンバータによる伝達ロスを回避して、伝達効率を高めることが可能となる。また、トルクコンバータの場合、高速運転時にロックアップさせても、コンバータ内部の油が羽に衝突して内部ロスが生じるが、本変速機１はそもそもトルクコンバータが不要となるので、高速運転中の伝達効率を高めることが可能となる。また、変速機１内の設けられる湿式多板クラッチが４カ所（メインクラッチ３４、６４、同期クラッチ３８、６８）で済むと同時に、これらの湿式多板クラッチが仮に「非結合状態」となっていても、相対回転差が小さいので、空転ロスを小さくすることが可能となる。この結果、伝達効率を更に高めることが可能となる。更に湿式多板クラッチの発熱も抑制されるので、油を冷却するためのラジエターを不要にすることもできる。これは、各湿式多板クラッチの耐久性の向上にもつながる。

以上、本実施形態の変速機１では、正転と逆転を切り替える機構が、出力機構９０に設けられる場合を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図１１に示される変速機１では、入力軸１０側に正転と逆転を切り替える機構が組み込まれている。具体的に、この変速機１は、入力軸１０に同軸状態で配置される奇数段伝達ギア列３２Ａ及び偶数段伝達ギア列６２Ａと、入力軸１０に同軸上に配置される逆転側メイン歯車２５と、入力軸１０上に配置される正逆選択メカニカルクラッチ２４を備える。この正逆選択メカニカルクラッチ２４は、入力軸１０に対して奇数段伝達ギア列３２Ａ及び偶数段伝達ギア列６２Ａを結合する「正転状態」と、入力軸に対して逆転側メイン歯車２５を結合する「逆転状態」を選定できる。

更にこの変速機１では、逆転側メイン歯車２５と噛み合う逆転側のアイドラ歯車２６と、このアイドラ歯車２６と噛み合ってその回転を偶数段同期クラッチ６８に伝達する偶数段同期歯車２７と、奇数段変速機構３０側に設けられる中間軸２０と、この中間軸２０に設けられて奇数段伝達ギア列３２Ａと噛み合う第１中間歯車２１と、中間軸２０に設けられてその回転を奇数段同期クラッチ３８に伝達する奇数段同期ギア列２２と、中間軸２０に設けられて逆転側メイン歯車２５と噛み合う第２中間歯車２３と、を備える。

従って、図１２に示されるように、「正転状態」の場合、入力軸１０の回転が、奇数段伝達ギア列３２Ａを介して奇数段メインクラッチ３４に伝達される。また、入力軸１０の回転が、奇数段伝達ギア列３２Ａ、第１中間歯車２１、中間軸２０及び奇数段同期ギア列２２を介して奇数段同期クラッチ３８に伝達される。更に、入力軸１０の回転が、偶数段伝達ギア列６２Ａを介して偶数段メインクラッチ６４に伝達される。また更に、入力軸１０の回転が、奇数段伝達ギア列３２Ａ、第１中間歯車２１、中間軸２０、第２中間歯車２３、アイドラ状態となっている逆転側メイン歯車２５、アイドラ歯車２６及び偶数段同期歯車２７を介して、偶数段同期クラッチ６８に伝達される。

図１３に示されるように「逆転状態」の場合、入力軸１０の回転が、逆転側メイン歯車２５、第２中間歯車２３、中間軸２０、第１中間歯車２１及び奇数段伝達ギア列３２Ａを介して奇数段メインクラッチ３４に伝達される。また、入力軸１０の回転が、逆転側メイン歯車２５、第２中間歯車２３、中間軸２０及び奇数段同期ギア列２２を介して奇数段同期クラッチ３８に伝達される。更に、入力軸１０の回転が、逆転側メイン歯車２５、第２中間歯車２３、中間軸２０、第１中間歯車２１、奇数段伝達ギア列３２Ａ及び偶数段伝達ギア列６２Ａを介して偶数段メインクラッチ６４に伝達される。また更に、入力軸１０の回転が、逆転側メイン歯車２５、アイドラ歯車２６及び偶数段同期歯車２７を介して偶数段同期クラッチ６８に伝達される。

この変速機１ように、入力側に正転と逆転を選択可能な機構を組み込むことで、入力軸１０と出力機構９０の出力軸９２を同軸状態に配置することが容易となる。

なお、正転、逆転の切替操作は停車状態で行われるが、本実施形態においては、エンジンと直結される入力軸上に正逆選択メカニカルクラッチを配置しているので、エンジンを停止して切替操作を行う必要がある。そこで、図中では省略しているが、一体的に構成している奇数段伝達ギア列及び偶数段伝達ギア列の入力軸側の歯車と入力軸の間、及び、逆転側メイン歯車と入力軸の間の各々に、奇数段・偶数段同期クラッチと同様の同期クラッチを追加配置しておくことも好ましい。このようにすると、エンジンを起動した状態で、正逆の切替操作を行うことが可能となる。

尚、本発明の変速機は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の気動車用ツインクラッチ式変速機は、ディーゼル気動車等の様々な用途で利用することが可能である。

本発明の実施の形態に係る気動車用ツインクラッチ式変速機の全体構成を示すスケルトン図である。 同気動車用ツインクラッチ式変速機の第１速のトルクフローを示す図である。 同気動車用ツインクラッチ式変速機の第２速準備のトルクフローを示す図である。 同気動車用ツインクラッチ式変速機の第２速のトルクフローを示す図である。 同気動車用ツインクラッチ式変速機の第３速準備のトルクフローを示す図である。 同気動車用ツインクラッチ式変速機の第３速のトルクフローを示す図である。 同気動車用ツインクラッチ式変速機の第２速準備のトルクフローを示す図である。 同気動車用ツインクラッチ式変速機の第２速のトルクフローを示す図である。 同気動車用ツインクラッチ式変速機の第１速準備のトルクフローを示す図である。 同気動車用ツインクラッチ式変速機の第１速のトルクフローを示す図である。 本実施形態の他の例に係る同気動車用ツインクラッチ式変速機の全体構成を示すスケルトン図である。 同気動車用ツインクラッチ式変速機の正転時のトルクフローを示す図である。 同気動車用ツインクラッチ式変速機の逆転時のトルクフローを示す図である。

符号の説明

１ 変速機
２ ディーゼルエンジン
１０ 入力軸
３０ 奇数段変速機構
３２ 奇数段伝達ギア列
３４ 奇数段メインクラッチ
３６ 奇数段同期ギア列
３８ 奇数段同期クラッチ
４０ 奇数段伝達軸
４１ 第１速変速ギア列
４３ 第３速変速ギア列
４５ 第５速変速ギア列
４７ 第７速変速ギア列
５０、５２ 奇数段メカニカルクラッチ
６０ 偶数段変速機構
６２ 偶数段伝達ギア列
６４ 偶数段メインクラッチ
６６ 偶数段同期ギア列
６８ 偶数段同期クラッチ
７０ 偶数段伝達軸
７２ 第２速変速ギア列
７４ 第４速変速ギア列
７６ 第６速変速ギア列
７８ 第８速変速ギア列
９０ 出力機構
９４ 出力軸

Claims (9)

1. エンジンの動力が入力される入力軸と、
   前記入力軸の回転が伝達される奇数段変速機構と、
   前記入力軸の回転が伝達される偶数段変速機構と、
   前記奇数段変速機構及び前記偶数段変速機構の動力が伝達される出力機構と、を備え、
   前記奇数段変速機構は、
   前記入力軸の回転を伝達する奇数段伝達ギア列と、
   前記奇数段伝達ギア列の動力を奇数段伝達軸に選択的に伝達する奇数段メインクラッチと、
   前記入力軸の回転を伝達する奇数段同期ギア列と、
   前記奇数段同期ギア列の動力を前記奇数段伝達軸に選択的に伝達する奇数段同期クラッチと、
   前記奇数段伝達軸に設けられて前記出力機構に回転を伝達する奇数段変速ギア列と、
   前記奇数段変速ギア列と前記奇数段伝達軸を選択的に結合する奇数段メカニカルクラッチと、を備え、
   前記偶数段変速機構は、
   前記入力軸の回転を伝達する偶数段伝達ギア列と、
   前記偶数段伝達ギア列の動力を偶数段伝達軸に選択的に伝達する偶数段メインクラッチと、
   前記入力軸の回転を伝達する偶数段同期ギア列と、
   前記偶数段同期ギア列の動力を前記偶数段伝達軸に選択的に伝達する偶数段同期クラッチと、
   前記偶数段伝達軸に設けられて前記出力機構に回転を伝達する偶数段変速ギア列と、
   前記偶数段変速ギア列と前記偶数段伝達軸を選択的に結合する偶数段メカニカルクラッチと、を備えることを特徴とする、
   気動車用ツインクラッチ式変速機。
2. 隣接する速度段の段間比がほぼ一定に設定されていることを特徴とする、
   請求項１に記載の気動車用ツインクラッチ式変速機。
3. 前記奇数段伝達軸に対する前記偶数段伝達軸の回転比が前記段間比とほぼ等しくなるように、前記奇数段伝達ギア列及び前記偶数段伝達ギア列のギア比が設定されていることを特徴とする、
   請求項２に記載の気動車用ツインクラッチ式変速機。
4. 少なくとも一部の隣接する変速段間で、前記奇数段変速ギア列と前記偶数段変速ギア列のギア比がほぼ一致されており、前記奇数段変速ギア列と前記偶数段変速ギア列で前記出力機構の歯車が共用されることを特徴とする、
   請求項３に記載の気動車用ツインクラッチ式変速機。
5. 前記奇数段同期ギア列のギア比は、前記奇数段伝達ギア列のギア比を前記段間比で除した値と略一致するように設定され、
   前記偶数段同期ギア列のギア比は、前記偶数段伝達ギア列のギア比を前記段間比で除した値と略一致するように設定されることを特徴とする、
   請求項２、３又は４に記載の気動車用ツインクラッチ式変速機。
6. 前記奇数段同期ギア列と前記偶数段伝達ギア列のギア比が略一致されており、前記奇数段同期ギア列と前記偶数段伝達ギア列の間で前記入力軸の歯車が共用されることを特徴とする、
   請求項５に記載の気動車用ツインクラッチ式変速機。
7. 前記奇数段伝達軸と前記偶数段伝達軸のそれぞれに、同期用ブレーキが設けられていることを特徴とする、
   請求項１乃至６のいずれかに記載の気動車用ツインクラッチ式変速機。
8. 前記出力機構は、出力軸の正転及び逆転を切り替える正逆切替メカニカルクラッチを備えることを特徴とする、
   請求項１乃至７のいずれかに記載の気動車用ツインクラッチ式変速機。
9. 前記入力軸上に、出力軸の正転及び逆転を切り替える正逆切替メカニカルクラッチを備えることを特徴とする、
   請求項１乃至７のいずれかに記載の気動車用ツインクラッチ式変速機。

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