JP5332735B2 - ダブルクラッチ自動変速機 - Google Patents

Description

本発明は、２つのクラッチを有するダブルクラッチ自動変速機に関し、より詳細にはプラネタリギヤを組み合わせて構成したダブルクラッチ自動変速機に関する。

近年、シフト変更の際にトルク切れをなくすことができるダブルクラッチ自動変速機が注目されている。この種の変速機の一例として、特許文献１のツインクラッチ式トランスミッションがある。特許文献１の変速機（トランスミッション）は、同軸内外に設けられて互いに回転自在な２つの入力軸と、両入力軸に並行して設けられたカウンターシャフトと、両入力軸及びカウンターシャフトに設けられて各変速比を選択的に実現する複数個の歯車組と、エンジン回転を両入力軸に選択的に入力する２つのクラッチと、を備えている。この変速機は、両入力軸とカウンターシャフトとが並行して配置されており、いわゆる２軸タイプの構造になっている。

特許文献１の例を始めとしてダブルクラッチ自動変速機では、複数の回転軸が並行配置された２軸タイプや３軸タイプが主流で、変速機の胴回りは大きく、軸長方向の全長は比較的短くなっている。このため、エンジンおよび変速機の軸線を揃えて車幅方向に横置きするＦＦ車（フロントエンジン・フロントドライブ車）に好ましい構造となっていた。

一方、変速機には、並行する各回転軸に複数個の歯車組を配設する構造の他に、プラネタリギヤを組み合わせた構造が広く普及している。標準的なプラネタリギヤでは、中心側のサンギヤ、周囲側のリングギヤ、および両ギヤに噛合するピニオンギヤを保持するキャリアの三者をそれぞれ、入力要素、出力要素、固定要素のいずれかとし、伝達経路を可変に切り換えることにより複数の変速段を実現している。近年では、変速段の多数化の要望に応えて、複合化されあるいは変形されたプラネタリギヤが各種実用化されている。プラネタリギヤの伝達経路の切り換えは、油圧により駆動されるクラッチおよびブレーキで行われ、自動変速機とされるのが一般的となっている。

特開２００６−７１０７３号公報

ところで、２軸タイプや３軸タイプのダブルクラッチ自動変速機は、変速機を車長方向に縦置きするＦＲ車（フロントエンジン・リアドライブ車）には好ましいものではなかった。なぜなら、ＦＲ車では車両下部の前側から後側へ回転駆動力を伝達するため、変速機の胴回りが大きいと座席の足元を狭くする不便などが生じるからである。反面、ＦＲ車では、変速機の軸長方向の全長に対する制約は厳しくなかった。したがって、全長が多少増加しても胴回りの小さな変速機を開発することが、ＦＲ車にとり重要である。

本発明は上記背景に鑑みてなされたものであり、１軸タイプで胴回りが小さくＦＲ車に好適であり、さらには燃費を向上させたダブルクラッチ自動変速機を提供することを課題とする。

上記課題を解決する請求項１に係るダブルクラッチ自動変速機の発明は、入力軸と、該入力軸の回転を変速機構の入力要素に係脱可能に伝達する第１クラッチと、前記入力軸の回転を入力プラネタリギヤを介して前記入力要素に係脱可能に伝達する第２クラッチとを備えたダブルクラッチ自動変速機にして、前記変速機構は、前記入力プラネタリギヤと同一軸線上に配置された複数段の変速プラネタリギヤを備え、各段の変速プラネタリギヤはハウジングに固定された固定要素と、入力要素と、該入力要素の回転を減速して出力する出力要素とを有し、初段の変速プラネタリギヤの入力要素を前記変速機構の入力要素とし、最終段の変速プラネタリギヤの出力要素を前記ダブルクラッチ自動変速機の出力軸に接続し、前段の変速プラネタリギヤの入力要素および出力要素を後段の変速プラネタリギヤの入力要素に選択的に接続するシンクロクラッチ、および前記最終段の変速プラネタリギヤの入力要素および出力要素を前記出力軸に選択的に接続するシンクロクラッチを前記同一軸線上に配置し、かつ複数の前記シンクロクラッチは独立して作動することを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１において、前記シンクロクラッチの切り換えは電気モータで駆動されるアクチュエータによって行われることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１または２において、前記入力プラネタリギヤは、前記ハウジングに固定されたサンギヤと、前記入力軸に直結されるとともに、前記変速機構の入力要素と前記第1クラッチにより係脱されるキャリアと、前記変速機構の入力要素と前記第２クラッチにより係脱されるリングギヤとを有するシングルピニオンプラネタリギヤであり、前記各変速プラネタリギヤはシングルピニオンプラネタリギヤであり、前記最終段の変速プラネタリギヤは、キャリアが前記固定要素であり、サンギヤが前記入力要素であり、リングギヤが前記出力要素であり、前記最終段以外の変速プラネタリギヤは、リングギヤが前記固定要素であり、サンギヤが前記入力要素であり、キャリアが前記出力要素であることを特徴とする。

上記のように構成した請求項１に係る発明によれば、変速機を構成する第１および第２クラッチ、入力プラネタリギヤ、複数段の変速プラネタリギヤからなる変速機構、シンクロクラッチの全てを同一軸線上に配置することができる。したがって、変速機の構造を１軸タイプとして、胴回りを小さくし、ＦＲ車に好適なダブルクラッチ自動変速機とすることができる。請求項２に係る発明によれば、シンクロクラッチの切り換えによる変速段の変更を、電気モータの駆動によって行うことができる。したがって、油圧駆動と比較して、変速段の切り換えを迅速に行うことができ、燃費を向上できる。

請求項３に係る発明によれば、入力プラネタリギヤおよび複数段の変速プラネタリギヤの全てに単純な構造のシングルピニオンプラネタリギヤを用い、また、固定要素および入力要素の切り換えを行わずに出力経路のみを切り換えて各変速段を実現している。したがって、変速機の構成および制御を簡素化できる。さらには、固定要素および入力要素の切り換えを行うためのブレーキ要素やクラッチ要素は不要で、胴回りを小さくする効果が一層顕著となる。

本発明の実施形態のダブルクラッチ自動変速機のスケルトン図である。 図１のダブルクラッチ自動変速機の速度線図である。 図１のダブルクラッチ自動変速機の作動表である。

本発明を実施するための形態を、図１〜図３を参考にして説明する。図１は本発明の実施形態のダブルクラッチ自動変速機１のスケルトン図である。実施形態のダブルクラッチ自動変速機１は、車両用で前進６速後進１速の変速段を有するものである。自動変速機１は、入力軸２、第１クラッチＣＬ１、第２クラッチＣＬ２、入力プラネタリギヤＰ１、変速機構３となる３組の変速プラネタリギヤＰ２〜Ｐ４、３組のシンクロクラッチＳＣ２〜ＳＣ４、出力軸４などで構成されている。

入力軸２は、エンジンの回転を自動変速機１内に伝達する部材である。入力プラネタリギヤＰ１はシングルピニオン形で、ハウジング８に固定されて固定要素となるサンギヤＳ１と、入力軸２に直結されて入力要素となるキャリアＣ１と、出力要素となるリングギヤＲ１とで構成されている。周知のように、キャリアＣ１は、サンギヤＳ１およびリングギヤＲ１に噛合する複数個のピニオンギヤを保持して回動する部材である。

図１に示されるように、入力プラネタリギヤＰ１のキャリアＣ１は第1クラッチＣＬ１により後段の変速機構３の入力要素と係脱され、リングギヤＲ１も第２クラッチＣＬ２により後段の変速機構３の入力要素と係脱されるようになっている。つまり、キャリアＣ１またはリングギヤＲ１の一方が選択的に後段に接続されるようになっている。第１クラッチＣＬ１および第２クラッチＣＬ２は湿式多板クラッチであり、入力プラネタリギヤＰ１に隣接して同一軸線上に配置されている。なお、第１クラッチＣＬ１および第２クラッチＣＬ２の構造は湿式多板形に限定されるものではない。また、従来自動変速機に多用されるトルクコンバータは不要とされている。

変速機構３は、３組のシングルピニオン形の変速プラネタリギヤＰ２〜Ｐ４が、入力プラネタリギヤＰ１と同一軸線上に配置されて構成されている。図１に示されるように、入力側に配置された初段の第１変速プラネタリギヤＰ２では、リングギヤＲ２が固定要素とされてハウジング８に固定され、サンギヤＳ２が入力要素とされ、キャリアＣ２が出力要素とされている。サンギヤＳ２は、変速機構３全体の入力要素であり、第1クラッチＣＬ１および第２クラッチＣＬ２の共通の出力側に接続されている。第１変速プラネタリギヤＰ２に隣接して同一軸線上に、スリーブＳＬ２を有するシンクロクラッチＳＣ２が設けられている。スリーブＳＬ２は、後述する第２変速プラネタリギヤＰ３のサンギヤＳ３とスプライン結合されて一体的に回転するとともに、電気モータで駆動されるアクチュエータによって軸線両方向に移動されるように構成されている。そして、スリーブＳＬ２が軸線一方向に移動するとサンギヤＳ２に接続され、軸線他方向に移動するとキャリアＣ２に接続されて、いずれか一方の回転を後段のサンギヤＳ３に伝達するようになっている。

同様に、次段の第２変速プラネタリギヤＰ３では、リングギヤＲ３が固定要素とされてハウジング８に固定され、サンギヤＳ３が入力要素とされて前段のシンクロクラッチＳＣ２のスリーブＳＬ２に接続され、キャリアＣ３が出力要素とされている。第２変速プラネタリギヤＰ３に隣接して同一軸線上に、スリーブＳＬ３を有するシンクロクラッチＳＣ３が設けられている。スリーブＳＬ３は、後述する最終変速プラネタリギヤＰ４のサンギヤＳ３とスプライン結合されて一体的に回転するとともに、電気モータで駆動されるアクチュエータによって軸線両方向に移動されるように構成されている。そして、スリーブＳＬ３が軸線一方向に移動するとサンギヤＳ３に接続され、軸線他方向に移動するとキャリアＣ３に接続されて、いずれか一方の回転を後段のサンギヤＳ４に伝達するようになっている。

最終段の最終変速プラネタリギヤＰ４では、キャリアＣ４が固定要素とされてハウジング８に固定され、サンギヤＳ４が入力要素とされて前段のシンクロクラッチＳＣ３のスリーブＳＬ３に接続され、リングギヤＲ４が出力要素とされている。最終変速プラネタリギヤＰ４に隣接して同一軸線上に、スリーブＳＬ４を有するシンクロクラッチＳＣ４が設けられている。スリーブＳＬ４は、出力軸４にスプライン結合されて一体的に回転するとともに、電気モータで駆動されるアクチュエータによって軸線両方向に移動されるように構成されている。そして、スリーブＳＬ４が軸線一方向に移動するとサンギヤＳ４に接続され、軸線他方向に移動するとリングギヤＲ４に接続されて、いずれか一方の回転を出力軸４に伝達するようになっている。最終変速プラネタリギヤＰ４は、サンギヤＳ４に入力された回転をリングギヤＲ４で反転減速して出力して後進速を形成する役割を有している。出力軸４は、デファレンシャル装置などを介して回転を車輪に伝達するように構成されている。

次に、上述のように構成された実施形態のダブルクラッチ自動変速機１で各変速段を実現する作動について、図２および図３を参考にして説明する。図２の速度線図中の白抜き丸印は、各変速段（１ｓｔ〜６ｔｈ，Ｒｅｖ）が実現される位置を示している。また、図３の作動表中の第１クラッチＣＬ１および第２クラッチＣＬ２の欄は丸印で係合を示し、シンクロクラッチＳＣ２〜ＳＣ４の欄は接続する要素を示している。

まず、第１速においては、図３の作動表の一段目（１ｓｔ）に示されるように、入力プラネタリギヤＰ１で第１クラッチＣ１を選択的に係合し、第１変速プラネタリギヤＰ２でシンクロクラッチＳＣ２がキャリアＣ２を後段に接続し、第２変速プラネタリギヤＰ３でシンクロクラッチＳＣ３がキャリアＣ３を後段に接続し、最終変速プラネタリギヤＰ４でシンクロクラッチＳＣ４がサンギヤＳ４を出力軸４に接続するように作動する。すると、図２に示されるように、入力プラネタリギヤＰ１では入力軸２と等速のキャリアＣ１の回転が出力され、第１変速プラネタリギヤＰ２のサンギヤＳ２で実現された第５速（５ｔｈ）の回転が減速比ｒ２で減速され第３速（３ｒｄ）としてキャリアＣ２から出力され、第２変速プラネタリギヤＰ３のサンギヤＳ３の第３速（３ｒｄ）の回転が減速比ｒ３でさらに減速されてキャリアＣ３で第１速（１ｓｔ）が実現されて出力され、最終変速プラネタリギヤＰ４ではサンギヤＳ４の第１速（１ｓｔ）の回転がそのまま出力軸４に出力される。

第６速においては、図３の作動表の六段目（６ｔｈ）に示されるように、入力プラネタリギヤＰ１で第２クラッチＣ２を選択的に係合し、第１変速プラネタリギヤＰ２でシンクロクラッチＳＣ２がサンギヤＳ２を後段に接続し、第２変速プラネタリギヤＰ３でシンクロクラッチＳＣ３がサンギヤＳ３を後段に接続し、最終変速プラネタリギヤＰ４でシンクロクラッチＳＣ４がサンギヤＳ４を出力軸４に接続するように作動する。すると、入力プラネタリギヤＰ１では増速比ｒ１で増速されたリングギヤＲ１の回転が出力され、第１変速プラネタリギヤＰ２のサンギヤＳ２で第６速（６ｔｈ）が実現され、以降ではサンギヤＳ３からサンギヤＳ４を経て出力軸４まで減速されずに出力される。

以下詳細は略すが、第２速は第２変速プラネタリギヤＰ３のキャリアＣ３で実現され、第３速および第４速は第１変速プラネタリギヤＰ２のキャリアＣ２で実現され、第５速は第１変速プラネタリギヤＰ２のサンギヤＳ２で実現されて、それぞれ出力軸４まで出力される。

また、後進速においては、最終変速プラネタリギヤＰ４でシンクロクラッチＳＣ４がリングギヤＲ４を出力軸４に接続するように作動する。すると、サンギヤＳ４の回転を減速比ｒ４で反転減速したリングギヤＲ４の回転が出力軸４に出力される。図２では、第１速（１ｓｔ）を反転減速して後進速（Ｒｅｖ）を実現する例が示されているが、これに限定されず、原理上は第１速（１ｓｔ）〜第６速（６ｔｈ）をそれぞれ減速比ｒ４で反転減速して後進６速を得ることもでき、適宜複数の後進速を用いるようにしてもよい。

本実施形態のダブルクラッチ自動変速機１によれば、第１クラッチＣＬ１および第２クラッチＣＬ２、入力プラネタリギヤＰ１、各変速プラネタリギヤＰ２〜Ｐ４、各シンクロクラッチＳＣ２〜ＳＣ４の全てを同一軸線上に配置することができる。したがって、変速機の構造を１軸タイプとして、胴回りを小さくすることができる。また、各シンクロクラッチＳＣ２〜ＳＣ４の切り換えが電気モータの駆動によって行なわれるので、油圧駆動と比較して、変速段の切り換えを迅速に行うことができ、燃費を向上できる。

さらに、入力プラネタリギヤＰ１および変速プラネタリギヤＰ２〜Ｐ４は、単純な構造のシングルピニオンプラネタリギヤであり、固定要素および入力要素の切り換えは行われず、出力経路のみが切り換えられる。さらには、トルクコンバータも不要とすることができる。したがって、自動変速機１の構成および制御は簡素化され、胴回りの小形化も一層顕著となる。

なお、図示されたギヤ比（増速比ｒ１、減速比ｒ２〜ｒ４）は模式的な一例であり、適宜変更して応用することができる。また、固定要素、入力要素、出力要素の組み合わせも自在に変更することができる。例えば、入力プラネタリギヤＰ１の各要素を第１変速プラネタリギヤＰ２と同様に設定して減速用とすれば、最高速段でも変速比１の変速機とすることができる。

さらに、変速プラネタリギヤＰ２、Ｐ３の数量は増減することができる。例えば、第２変速プラネタリギヤＰ３を省略すれば前進４速の変速機とすることができる。また、第２変速プラネタリギヤＰ３と最終変速プラネタリギヤＰ４との間に変速プラネタリギヤを追加すれば、（追加数×２）段の前進段を増やすことができる。

１：ダブルクラッチ自動変速機
２：入力軸
３：変速機構
４：出力軸
８：ハウジング
ＣＬ１：第１クラッチ ＣＬ２：第２クラッチ
Ｐ１：入力プラネタリギヤ Ｐ２：第１変速プラネタリギヤ
Ｐ３：第２変速プラネタリギヤ Ｐ４：最終変速プラネタリギヤ
Ｓ１〜Ｓ４：サンギヤ Ｃ１〜Ｃ４：キャリア Ｒ１〜Ｒ４：リングギヤ
ＳＣ２〜ＳＣ４：シンクロクラッチ ＳＬ２〜ＳＬ４：スリーブ
ｒ１：増速比 ｒ２〜ｒ４：減速比

Claims (3)

1. 入力軸と、該入力軸の回転を変速機構の入力要素に係脱可能に伝達する第１クラッチと、前記入力軸の回転を入力プラネタリギヤを介して前記入力要素に係脱可能に伝達する第２クラッチとを備えたダブルクラッチ自動変速機にして、
   前記変速機構は、前記入力プラネタリギヤと同一軸線上に配置された複数段の変速プラネタリギヤを備え、
   各段の変速プラネタリギヤはハウジングに固定された固定要素と、入力要素と、該入力要素の回転を減速して出力する出力要素とを有し、初段の変速プラネタリギヤの入力要素を前記変速機構の入力要素とし、最終段の変速プラネタリギヤの出力要素を前記ダブルクラッチ自動変速機の出力軸に接続し、
   前段の変速プラネタリギヤの入力要素および出力要素を後段の変速プラネタリギヤの入力要素に選択的に接続するシンクロクラッチ、および前記最終段の変速プラネタリギヤの入力要素および出力要素を前記出力軸に選択的に接続するシンクロクラッチを前記同一軸線上に配置し、かつ複数の前記シンクロクラッチは独立して作動することを特徴とするダブルクラッチ自動変速機。
2. 請求項１に記載のダブルクラッチ自動変速機において、前記シンクロクラッチの切り換えは電気モータで駆動されるアクチュエータによって行われることを特徴とするダブルクラッチ自動変速機。
3. 請求項１または２に記載のダブルクラッチ自動変速機において、前記入力プラネタリギヤは、前記ハウジングに固定されたサンギヤと、前記入力軸に直結されるとともに、前記変速機構の入力要素と前記第1クラッチにより係脱されるキャリアと、前記変速機構の入力要素と前記第２クラッチにより係脱されるリングギヤとを有するシングルピニオンプラネタリギヤであり、
   前記各変速プラネタリギヤはシングルピニオンプラネタリギヤであり、
   前記最終段の変速プラネタリギヤは、キャリアが前記固定要素であり、サンギヤが前記入力要素であり、リングギヤが前記出力要素であり、
   前記最終段以外の変速プラネタリギヤは、リングギヤが前記固定要素であり、サンギヤが前記入力要素であり、キャリアが前記出力要素であることを特徴とするダブルクラッチ自動変速機。

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