JP4898256B2 - 自動車用変速装置 - Google Patents

Description

本発明は、４輪駆動車の前後左右車輪の駆動力配分を制御する自動車用変速装置に関し、特に、コーナリング時に外側後輪の駆動力を増速するために後輪側に伝える駆動力を増速する自動車用変速装置に関する。

従来、４輪駆動車では、中低速域において４輪駆動の走行状態で旋回半径の小さいコーナーを旋回すると、外側後輪が前輪の平均軌跡より外の軌跡を通るため、同じ回転数では外側後輪が前輪に追いつかず、これにより外側後輪に駆動力を積極的に発生させられないため、コーナリングの旋回力（ｙａｗ）を高めることができない。

このような、問題を解消するための従来技術として、コーナリング時に、外側後輪の回転数を前輪に対して増速させる駆動力配分装置が実用化されている。

図１０は従来の４輪駆動車であり、エンジン２００の駆動力を変速機２０２から副変速機２０４内のフロントデフを介して右前輪２０６Ｒと左前輪２０６Ｌに伝える。またドライブシャフト２０８により後輪側に設けた変速装置２１０を介して右後輪２１２Ｒと左後輪２１２Ｌに伝える。

図１１は図１０の変速装置であり、変速機構２１４、左後輪駆動力制御機構２４０、右後輪駆動力制御機構２４２で構成される。変速機構２１４は直進時に油圧Ｐ１により油圧クラッチ２１６をオンして入力軸２２０と出力軸２２２の間をキャリア２２４を一体化し、前輪と同じ回転を後輪側に伝達している。

コーナリング時には油圧Ｐ２により油圧クラッチ２１８がオンとなり、キャリア２２４を固定し、ギア２２６、２２８、２３０、２３２となる経路で増速した回転を後輪側に伝達する。

このとき例えば右旋回であったとすると、コーナリング中に外側となる左後輪駆動力制御機構２４０が増速した駆動力を左後輪２１２Ｌに出力する。左後輪駆動力制御機構２４０は電磁クラッチ２４４により駆動力を制御する。電磁クラッチ２４４がオフのとき、サンギア２５０がフリーとなり、リングギア２４６から入力した駆動力はキャリア２５２に伝達されず、駆動力はゼロとなっている。

電磁クラッチ２４４を作動してクラッチ締結力を増加させると、締結力に応じてサンギア２５０にトルクが発生し、リングギア２４６からの駆動力がキャリア２５２から左後輪２１２Ｌに伝達される。電磁クラッチ２４４を完全にオンするとサンギア２５０が固定となり、左後輪２１２Ｌに伝達される駆動力は最大となる。

従ってコーナリング時には、前輪に対し増速された増速機構２１４から駆動力が入力することから、右コーナリング時に外側後輪となる左後輪２１２Ｌに増速した駆動力が伝達されるように電磁クラッチ２４４を作動させる。
特開２００４−１１４７７８号公報

しかしながら、このような従来の変速装置にあっては、変速機構として変速ギア機構と油圧クラッチを用いた切替機構が２組必要であり、サイズが大型化し、重量も重くなり、コストアップになるという問題があり、一部の高級車種にしか採用されないという問題がある。

またリアに駆動力を伝達するために大きなくクラッチ力が得られる油圧クラッチが必要であり、そのため油圧を発生させるためのオイルポンプも必要となり、装置が複雑化すると同時にフリクションが大きくエネルギー損失が大きいという問題がある。

本発明は、サイズが小さく軽量であり、外部的な油圧源も必要とせず、後輪側に対する駆動力を増速切替え可能な駆動力制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、自動車用変速装置を提供する。本発明の変速装置は、
サンギア、複数のプラネタリギア、及び内歯と外歯を形成したリングギアとを備え、サンギアに動力回転を入力し、プラネタリギアのキャリアケースから動力回転を出力する遊星歯車セットと、
リングギアの外歯に噛合わされ、リングギアを一方向にのみ回転可能とするワンウェイクラッチギアと、
遊星歯車セットのサンギアとプラネタリギア又はプラネタリギアとリンクギアにより複数箇所に構成されるギアオイルポンプと、
ギアオイルポンプの吐出路からドレーン油路の間の制御油路に設けられ、アクチュエータによって開放と遮断とを切替えられるバルブ機構と、
を備え、前記遊星歯車セットは、
バルブ機構の開放時にギアオイルポンプを無負荷状態としてリングギアを前記ワンウェイクラッチギアの制限によって固定状態とした所定の減速比と、
バルブ機構の遮断時にギアオイルポンプに油を封じ込めてサンギア、プラネタリギア及びリングギアを一体化した減速比１と、
の２速切替えが可能であることを特徴とする。

ここで、バルブ機構は、ギアオイルポンプの各吐出ラインをそれぞれ集合させた後にドレーン側に連通する制御油路に設ける。また、バルブ機構は、ギアオイルポンプの各吐出ライン。

ギアオイルポンプの油路及び前記バルブ機構を、遊星歯車セットのキャリアケースに設ける。

本発明によれば、バルブ機構により制御油路を開放したギアオイルポンプの無負荷状態では、遊星歯車セットは、リングギア固定、サンギア入力でキャリア出力で決まる減速比で前輪と同じ速度の駆動力を後輪側に伝達しているが、バルブ機構により制御油路を遮断してギアオイルポンプに油を封じ込めると、遊星歯車セットのサンギア、プラネタリギア、リングギアが一体化し，減速比を１、即ち入出力回転を同一として相対的に増速となり、コーナリング時に外側後輪を増速させる駆動力制御機構に増速回転を入力することができる。

またギアセットは遊星歯車セットを１セット必要とするだけで２速切替えが可能であり、小型化と軽量化、更にコスト低減を図ることができる。

また２速切替えは、バルブ機構によるギアオイルポンプの吐出側制御油路の開閉制御のみであり、例えばスプール弁を開位置の間で移動するだけでよく、そのための駆動力はスプール弁のフリクション程度とわずかであり、消費電力も殆ど必要としない。

図１は本発明による変速装置の一実施形態の説明図であり、ＦＦ方式の４輪駆動に適用した場合である。図１において、本実施形態の変速装置１０は左右後輪２６Ｌ，２６Ｒに対する駆動系に設けられ、エンジン４４、変速機４５及び副変速機４６からのリア側への駆動力をドライブシャフト４８から入力し、ギア３４，３６を介して左後輪駆動力制御ユニット３０と右後輪駆動力制御ユニット３２に駆動力を出力している。

左後輪駆動力制御ユニット３０及び右後輪駆動力制御ユニット３２は、図１１に示した従来装置と同じものが使用され、右コーナリング時は左後輪駆動力制御ユニット３０が左後輪２６Ｌを増速し、左コーナリング時は右後輪駆動力制御ユニット３２が右後輪２６Ｒを増速する。

遊星歯車セット１２はサンギア１８、プラネタリギア２０−１，２０−３、リングギア２２及びワンウェアクラッチギア２５で構成され、ドライブシャフト４８をサンギア１８に連結して動力回転を入力し、キャリアケース２４から動力回転を出力して後輪側に伝達している。

遊星歯車セット１２のリングギア２２は、プラネタリギア２０−１，２０−３に噛み合う内歯を有すると共に、外歯を備えている。リングギア２２の外歯にはワンウェイクラッチギア２５が噛合い、リングギア２２を出力回転を増速させる一方向にのみ回転可能としている。

図２は本実施形態における遊星歯車セット１２の内部構造を示した説明図である。図２において、遊星歯車セット１２は、動力回転を入力するサンギア１８に、本実施形態では４つのプラネタリギア２０−１〜２０−４をキャリアケース２４に回転自在に支持しており、プラネタリギア２０−１〜２０−４の外側にリングギア２２を内歯２２−１により噛み合わせている。

本実施形態でサンギア１８は駆動力の入力により時計周りに回転し、プラネタリギア２０−１〜２０−４は反時計回りに回転し、これに伴いキャリアケース２４は時計回りに回転して駆動力を出力する。リングギア２２は通常は停止しているが、増速時にはサンギア１８，プラネタリギア２０−１〜２０−４及びキャリアケース２４と一体化して回転する。

リングギア２２が反時計回りに回転を始めると、キャリアケース２４による出力回転は、リングギア２２の停止時より更に減速することになるため、リングギア２２の外歯２２−２にワンウェイクラッチギア２５を噛合わせ、リングギア２２を時計回りにのみ回転可能としている。

図３は遊星歯車セット１２におけるギアオイルポンプの説明図である。図３において、サンギア１８とプラネタリギア２０−１〜２０−４との間には、黒く塗り潰して示すように、４箇所にギアオイルポンプ５２−１〜５２−４が形成される。

ギアオイルポンプ５２−１〜５２−４は、リングギア２２を固定した状態でサンギア１８を時計回りに回転したときのプラネタリギア２０−１〜２０−４の反時計回りの回転に伴うキャリアケース２４の時計方向の回転により、回転移動しながらギアオイルポンプとしての機能を作り出している。

ギアオイルポンプ５２−１〜５２−４は、それぞれ吐出油路５４−１〜５４−４をキャリアケース２４に形成しており、吐出油路５４−１〜５４−４は更に集合油路５６−１〜５６−４に連通され、最終的にプラネタリギア２０−２の吐出油路５４−２を直結している制御油路としてのスプール油路５８に集められ、スプール油路５８には軸方向に摺動自在にスプール弁（バルブ機構）６０が組み込まれている。

図４は図２のＡ−Ａ断面図である。図４において、入力軸６２はサンギア１８と一体に形成されている。サンギア１８の出力側の内側には、出力軸部６４がスラストベアリング６５により回転自在に組み込まれている。出力軸部６４にはキャリアケースカバー２４−１が一体に形成され、反対側に配置するキャリアケースカバー２４−２との間に、図２の内部構造に示したキャリアケース２４を挟み込む形で固定している。

キャリアケースカバー２４−１，２４−２にはプラネタリシャフト６６−１，６６−３が、ナット６７−１，６７−３により固定されて、プラネタリギア２０−１，２０−３をサンギア１８に噛み合わせた状態で回転自在に支持している。

プラネタリギア２０−１，２０−３の外側にはリングギア２２が配置され、その内歯２２−１を噛み合わせている。キャリアケースカバー２４−２はベアリング６８により回転自在に支持され、また出力軸部６４がベアリング７０により回転自在に支持されている。

図５は図２のＢ−Ｂ断面図であり、スプール弁６０の組込構造及びその作動機構を示している。図５において、出力軸部６４と一体に形成したキャリアケースカバー２４−１と反対側のキャリアケースカバー２４−２との間にはキャリアケース２４が挟み込み状態で固定されており、このキャリアケース２４の下側に軸方向にスプール穴を形成し、そこにスプール弁６０を摺動自在に組み込んでいる。スプール弁６０に対しては、直交する方向からスプール油路５８が開口している。

スプール弁６０の右側には、リング状の駆動プレート７２が配置され、駆動プレート７２は、上側をガイドロッド７６の右側にナット７８−１で固定し、下側をスプール弁６０の右側にナット７８−３で固定している。

駆動プレート７２に対しては上部に示すようにスプール作動フォーク７４が設けられ、その嵌合溝に駆動プレート７２の外周部を嵌め入れ、駆動プレート７２のキャリアケース２４の回転に伴う動きを許容している。

スプール作動フォーク７４は図示しないシフトロッドに連結されており、モータなど適宜のアクチュエータにより軸方向に駆動することで、スプール弁６０によるスプール流路５８の開閉ができるようにしている。

図６は本実施形態のバルブ機構の説明図であり、図５に示したスプール弁６０による全開状態と全閉状態に分けて示している。図６（Ａ）はスプール弁６０の全開状態であり、スプール油路（制御油路）５８に対しスプール弁６０は流路面積を最大とする全開位置に後退しており、スプール油路５８に対しギアオイルポンプにより送られた油は、そのままドレーン油路８０に排出され、図３に示した４箇所のギアオイルポンプ５２−１〜５４−４のポンプ室に圧力は発生せず、無負荷状態にあり、このときリングギア２２は停止している。

図６（Ｂ）はスプール弁６０の全閉状態であり、スプール弁６０を作動してスプール油路５８を閉鎖しており、この場合、ギアオイルポンプからの吐出油路は完全に遮断されるため、図１においてサンギア１８、プラネタリギア２０−１〜２０−４、リングギア２２及びキャリアケース２４はロック状態となり、入力回転はそのまま出力回転となる。

図７は本実施形態における遊星歯車セット１２を出力軸側から見た説明図である。即ち図５の右側から見た説明図である。図７において、キャリアケースカバー２４−１の外周側には、プラネタリシャフトを固定するナット６７−１〜６７−４の部分を除く形で刳り抜かれた駆動プレート７２が、ナット７８−１〜７８−４で固定されている。

駆動プレート７２に対し、上部半分に亘りフォーク溝を勘合したスプール作動フォーク７４が配置され、駆動プレート７２の右下側にナット７８−５で固定したスプール弁６０を軸方向に移動できるようにしている。

図８は本実施形態における２速切替動作の説明図である。図８（Ａ）は、減速切替時であり、この場合、スプール弁６０は図６（Ａ）のように全開位置にあり、ギアオイルポンプ５２−１〜５２−４から吐出された油は流動抵抗を受けることなくドレーン流路に流れて無負荷状態にある。このためリングギア２２は固定状態にある。

このため入出力回転は次式で与えられ、

入力回転を減速して出力する。

ここで、ｉ₀₁はリングギア２２の歯数Ｚｃとサンギア１８の歯数ＺＡで決まる歯数比であり、

となる。

この歯数比ｉ₀₁は遊星歯車セット１２として実現可能な範囲は

となる。

図８（Ｂ）は、増速切替時であり、この場合、スプール弁６０は図６（Ｂ）のように全閉位置にあり、ギアオイルポンプ５２−１〜５２−４から吐出油路は遮断されてポンプ室に油が封じ込められ、サンギア１８とプラネタリギア２０−１〜２０−４が一体回転し、プラネタリギア２０−１〜２０−４とリングギア２２も一体回転することにより、遊星歯車セット１２が一体回転し、

と入力回転と出力回転がギア比１の等速となり、図８（Ａ）の減速切替えに対し増速切替えとなる。

図９は本実施形態におけるギアオイルポンプの他の実施形態であり、この実施形態にあっては、プラネタリギア２０−１〜２０−４とリングギア２２により、ギアオイルポンプ９０−１〜９０−４を形成している。このギアオイルポンプ９０−１〜９０−４についても、それぞれの吐出油路は集合油路５６−１〜５６−４によりスプール油路５８に集められ、スプール弁６０に供給されることになる。

なお、本実施形態にあっては、図５のように、ギアオイルポンプ５２−１〜５２−４からの吐出油路５４−１〜５４−４を集合油路５６−１〜５６−４によりスプール油路５８に集めらた後にスプール弁（バルブ機構）６０を組み込んでいるが、他の実施形態として、ギアオイルポンプ５２−１〜５２−４からの吐出油路５４−１〜５４−４を集合せずに個別に制御油路を介してドレーン油路に連通し、各々の制御油路にスプール弁（バルブ機構）を個別に組み込むようにしても良い。

また本発明は上記の実施形態に限定されず、その目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含む。また本発明は上記の実施形態に示した数値による限定は受けない。

本発明による変速装置の一実施形態の説明図 本実施形態における遊星歯車セットを内部構造の説明図 サンギアとプラネタリギアで構成されるギアオイルポンプの説明図 図２のＡ−Ａ断面図 図２のＢ−Ｂ断面図 本実施形態のバルブ機構の説明図 本実施形態における遊星歯車セットの出力軸側から見た説明図 本実施形態における切替動作の説明図 プラネタリギアとリングギアにより形成されるギアオイルポンプの他の実施形態の説明図 前輪と後輪の駆動力配分と後輪左右の駆動力配分を制御する従来の４輪駆動車の説明図 従来の変速装置の説明図

符号の説明

１０：変速装置
１２：遊星歯車セット
１５：反力伝達機構
１６：支点
１８：サンギア
２０−１〜２０−４：プラネタリギア
２２：リングギア
２２−１：内歯
２２−２：外歯
２４，２４−１，３４：キャリアケース
２４−１，２４−２：キャリアカバー
２５：ワンウェイクラッチギア
２６：後輪変速装置
３０：左後輪駆動力制御ユニット
３２：右後輪駆動力制御ユニット
５２−１〜５４−４：ギアオイルポンプ
５４−１〜５４−４：吐出油路
５６−１〜５６−４：集合油路
５８：スプール油路（制御油路）
６０：スプール弁
６２：入力軸
６４：出力軸部
６６−１，６６−３：プラネタリシャフト
６８，７０：ベアリング
７２：駆動プレート
７４：スプール作動フォーク
７６：ガイドロッド
８０：ドレーン油路

Claims (5)

1. サンギア、複数のプラネタリギア、及び内歯と外歯を形成したリングギアとを備え、前記サンギアに動力回転を入力し、前記プラネタリギアのキャリアケースから動力回転を出力する遊星歯車セットと、
   前記リングギアの外歯に噛合わされ、前記リングギアを一方向にのみ回転可能とするワンウェイクラッチギアと、
   前記遊星歯車セットのサンギアとプラネタリギア又はプラネタリギアとリンクギアにより複数箇所に構成されるギアオイルポンプと、
   前記ギアオイルポンプの吐出路からドレーン油路の間の制御油路に設けられ、アクチュエータによって開放と遮断とを切替えられるバルブ機構と、
   を備え、前記遊星歯車セットは、
   前記バルブ機構の開放時に前記ギアオイルポンプを無負荷状態として前記リングギアを前記ワンウェイクラッチギアの制限によって固定状態とした所定の減速比と、
   前記バルブ機構の遮断時に前記ギアオイルポンプに油を封じ込めて前記サンギア、プラネタリギア及びリングギアを一体化した減速比１と、
   の２速切替えが可能であることを特徴とする自動車用変速装置。
   
2. 請求項１記載の自動車用変速装置に於いて、前記バルブ機構は、前記ギアオイルポンプの各吐出ラインをそれぞれ集合させた後にドレーン側に連通する制御油路に設けられることを特徴とする自動車用変速装置。
   
3. 請求項１記載の自動車用変速装置に於いて、前記バルブ機構は、前記ギアオイルポンプの各吐出ラインからドレーン側に連通する制御油路の各々に設けられることを特徴とする自動車用変速装置。
   
4. 請求項１記載の自動車用変速装置に於いて、前記遊星歯車セットは、後輪に対する駆動力を入力して前記所定の減速比または減速比１の駆動力を後輪に出力することを特徴とする自動車用変速装置。
   
5. 請求項１記載の自動車用変速装置に於いて、前記ギアオイルポンプの油路及び前記バルブ機構を、前記遊星歯車セットのキャリアケースに設けたことを特徴とする自動車用変速装置。

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