JP5379257B2 - 自動変速機 - Google Patents
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Description
本発明は、入力軸の回転を複数の遊星歯車機構を介して複数段に変速して出力部材から出力する自動変速機に関する
従来、入力用の第1遊星歯車機構と、変速用の第2と第3の2つの遊星歯車機構と、6つの係合機構とを用いて、前進8段の変速を行うことができるようにした自動変速機が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1のものでは、入力用の第1遊星歯車機構を、第1サンギヤと、第1リングギヤと、互いに噛合すると共に一方が第1サンギヤに噛合し他方が第1リングギヤに噛合する一対の第1ピニオンを自転及び公転自在に軸支する第1キャリアとからなる所謂ダブルピニオン型の遊星歯車機構で構成している。
尚、このダブルピニオン型の遊星歯車機構は、キャリアを固定した場合、サンギヤとリングギヤが同一方向に回転するため、プラス遊星歯車機構又はポジティブ遊星歯車機構ともいう。因みに、リングギヤを固定した場合には、サンギヤとキャリアとが互いに異なる方向に回転する。
第1遊星歯車機構は、第1サンギヤが変速機ケースに固定される固定要素、第1キャリアが入力軸に連結される入力要素、第1リングギヤが入力要素たる第1キャリアの回転速度を減速して出力する出力要素とされている。
又、変速用の2つの遊星歯車機構は、第2サンギヤと、第3サンギヤと、第3リングギヤと一体化された第2リングギヤと、互いに噛合すると共に一方が第2サンギヤ及び第2リングギヤに噛合し他方が第3サンギヤに噛合する一対の第2ピニオンを自転及び公転自在に軸支する第2キャリアとからなるラビニヨ型の遊星歯車機構で構成されている。
このラビニヨ型の遊星歯車機構は、4つの回転要素を構成し、この4つの回転要素は、共線図(各回転要素の相対回転速度の比を直線で表すことができる図)において、ギヤ比に対応する間隔を置いて並ぶ。共線図における4つの回転要素を一方から順に、第1回転要素、第2回転要素、第3回転要素及び第4回転要素とすると、第1回転要素は第2サンギヤ、第2回転要素は第3キャリアと一体化された第2キャリア、第3回転要素は第3リングギヤと一体化された第2リングギヤ、第4回転要素は第3サンギヤとなる。
又、6つの係合機構は、第1遊星歯車機構の出力要素たる第1リングギヤと第3サンギヤからなる第4回転要素とを解除自在に連結する第1湿式多板クラッチと、入力軸と第2キャリアからなる第2回転要素とを解除自在に連結する第2湿式多板クラッチと、出力要素たる第1リングギヤと第2サンギヤからなる第1回転要素とを解除自在に連結する第3湿式多板クラッチと、入力要素たる第1キャリアと第2サンギヤからなる第1回転要素とを解除自在に連結する第4湿式多板クラッチと、第2サンギヤからなる第1回転要素を変速機ケースに解除自在に固定する第1ブレーキと、第2キャリアからなる第2回転要素を変速機ケースに解除自在に固定する第2ブレーキとを備える。
以上の構成によれば、第1湿式多板クラッチを連結状態とし第2ブレーキを固定状態とすることで1速段が確立され、第1湿式多板クラッチを連結状態とし第1ブレーキを固定状態とすることで2速段が確立され、第1湿式多板クラッチと第3湿式多板クラッチとを連結状態とすることで3速段が確立され、第1湿式多板クラッチと第4湿式多板クラッチとを連結状態とすることで4速段が確立される。
又、第1湿式多板クラッチと第2湿式多板クラッチとを連結状態とすることで5速段が確立され、第2湿式多板クラッチと第4湿式多板クラッチとを連結状態とすることで6速段が確立され、第2湿式多板クラッチと第3湿式多板クラッチとを連結状態とすることで7速段が確立され、第2湿式多板クラッチを連結状態とし第1ブレーキを固定状態とすることで8速段が確立される。
上記従来の自動変速機では、各変速段において連結状態又は固定状態とされる係合機構の数が2つになる。そのため、開放している残りの4つの係合機構の引き摺りによるフリクションロスが大きくなり、自動変速機の効率が悪化する不具合がある。
更に、前進10速段以上の変速を行えるようにするためには、係合機構を少なくとも2つ追加する必要がある。この場合、各変速段で開放される係合機構の数が6つ以上となり、フリクションロスが更に大きくなる。
本発明は、以上の点に鑑み、フリクションロスを増加させることなく、前進10段以上の変速段を確立できる自動変速機を提供することを目的とする。
[1]上記目的を達成するため、本発明の自動変速機は、変速機ケース内に回転自在に軸支されると共に駆動源からの動力により回転される入力軸を備え、該入力軸の回転を複数段に変速して出力部材から出力する自動変速機であって、サンギヤ、キャリア及びリングギヤからなる3つの要素を夫々備える第1から第4の4つの遊星歯車機構が設けられ、前記第2と第3の2つの遊星歯車機構の各要素は、4つの回転要素を構成し、該4つの回転要素の相対回転速度比を直線で表すことができる共線図における並び順に、該4つの回転要素を一方から夫々第1回転要素、第2回転要素、第3回転要素及び第4回転要素とし、前記第1遊星歯車機構の3つの要素を、相対回転速度比を直線で表すことができる共線図におけるギヤ比に対応する間隔での並び順に一方から夫々第1要素、第2要素及び第3要素とし、前記第4遊星歯車機構の3つの要素を、共線図におけるギヤ比に対応する間隔での並び順に一方から夫々第4要素、第5要素及び第6要素として、前記第1要素が前記入力軸に連結され、前記第4要素が前記出力部材に連結され、前記第3要素と前記第6要素とを連結して第1連結体が構成され、前記第3回転要素と前記第5要素とを連結して第2連結体が構成され、前記第1要素と前記第2回転要素とを連結自在な第1クラッチと、前記第1要素と前記第1回転要素とを連結自在な第2クラッチと、前記第2要素と前記第4回転要素とを連結自在な第3クラッチと、前記第1連結体を前記変速機ケースに固定自在な第1ブレーキと、前記第2回転要素を前記変速機ケースに固定自在な第2ブレーキと、前記第2要素を前記変速機ケースに固定自在な第3ブレーキと、前記第1回転要素を前記変速機ケースに固定自在な第4ブレーキとからなる7つの係合機構を備え、前記7つの係合機構のうち少なくとも3つの係合機構を連結状態又は固定状態とすることにより、各変速段を確立することを特徴とする。
本発明によれば、後述する実施形態の説明から明らかなように、前進10段以上の変速を行なうことができる。又、3つのクラッチと4つのブレーキの合計7つの係合機構のうち各変速段において3つの係合機構が係合して連結状態又は固定状態となる。そのため、各変速段で連結及び固定状態でなく開放される係合機構の数は4つになり、従来のように前進8段までしか確立できず各変速段で4つの係合機構が開放されるものに比べて、係合機構によるフリクションロスを増加させることなく変速段数を前進10段以上に増加させることができる。従って、自動変速機の伝達効率を低下させることなく多段化による車両の燃費向上を図ることができる。
[2]本発明においては、第3遊星歯車機構を第2遊星歯車機構の径方向外方に配置し、第3遊星歯車機構のサンギヤを第2遊星歯車機構のリングギヤと一体に構成することにより、第1から第4の4つの回転要素のうちの何れか1つの回転要素を構成してもよい。
これによれば、第3遊星歯車機構と第2遊星歯車機構とが径方向に重なり合うため、第3遊星歯車機構と第2遊星歯車機構とを入力軸の軸線上に並べて配置した場合に比べて、自動変速機の軸長を短縮することができ、車両、特にFF(フロントエンジン・フロントドライブ)式の車両への搭載性を向上させることができる。
[3]本発明においては、第1連結体を、第1遊星歯車機構のリングギヤと第4遊星歯車機構のサンギヤとを連結して構成し、第4遊星歯車機構を第1遊星歯車機構の径方向外方に配置し、第4遊星歯車機構のサンギヤを第1遊星歯車機構のリングギヤと一体に構成してもよい。
かかる構成によっても、第4遊星歯車機構と第1遊星歯車機構とが径方向に重なり合うため、自動変速機の軸長の短縮化を図ることができる。
[4]本発明においては、第2回転要素の正転を許容し逆転を阻止する1ウェイクラッチを設けてもよい。これによれば、後述する実施形態の説明から明らかなように、第2ブレーキの締結力を小さく抑えることができ、第2ブレーキでのフリクションロスを抑制すると共に、自動変速機の変速制御性を向上させることができる。
[5]本発明においては、第2ブレーキ及び第3クラッチの少なくとも何れか1つは、ドグクラッチやシンクロメッシュ機構等の噛合機構であってもよい。噛合機構はフリクションロスが発生しないため、第2ブレーキ及び第3クラッチの何れかが開放状態となる変速段のフリクションロスを更に抑制することができ、車両の燃費を向上させることができる。
[6]本発明においては、第2ブレーキを、第2回転要素を変速機ケースに固定する固定状態と、第2回転要素の正転を許容し逆転を阻止する逆転阻止状態とに切換自在な2ウェイクラッチで構成してもよい。これによっても、フリクションロスを低減し、変速制御性を向上させることができる。
[7]本発明においては、駆動源の動力を入力軸に伝達自在な発進クラッチを設けてもよい。
[8]本発明においては、駆動源の動力を、トルクコンバータを介して入力軸に伝達するようにしてもよい。
図1は、本発明の第1実施形態に係る自動変速機の上半分を示す。この自動変速機は、変速機ケース1内に回転自在に軸支された入力軸2と、入力軸2と同心に配置された出力ギヤからなる出力部材3とを備える。入力軸2には、駆動源としてのエンジンENGの動力がトルクコンバータTCを介して入力される。出力部材3の動力は、図外のデファレンシャルギヤやプロペラシャフトを介して車両の左右の駆動輪に伝達される。
トルクコンバータTCは、動力の伝達媒体として流体を用いる流体式トルクコンバータであり、エンジンENGから入力軸2へ直接動力を伝達自在なロックアップクラッチLCを備える。ロックアップクラッチLCを締結しているときには、エンジンENGのトルク変動が入力軸2に伝達されてしまう。このため、ねじりダンパ装置DAを設け、その弾性力によってエンジンENGのトルク変動を吸収できるようにしている。
変速機ケース1内には、第1〜第4の4つの遊星歯車機構PGS1〜4が入力軸2と同心に配置される。第1遊星歯車機構PGS1は、サンギヤSaと、リングギヤRaと、サンギヤSaとリングギヤRaとに噛合するピニオンPaを自転及び公転自在に軸支するキャリアCaとから成る所謂シングルピニオン型の遊星歯車機構で構成される。
尚、このシングルピニオン型の遊星歯車機構は、キャリアを固定した場合、サンギヤとリングギヤが互いに異なる方向に回転するため、マイナス遊星歯車機構又はネガティブ遊星歯車機構ともいう。因みに、リングギヤを固定した場合には、サンギヤとキャリアとが同一方向に回転する。
図2の上段に示す第1遊星歯車機構PGS1の共線図(3つの要素の相対回転速度の比を直線(速度線)で表すことができる図)を参照して、第1遊星歯車機構PGS1の3つの要素Sa,Ca,Raを、共線図におけるギヤ比に対応する間隔での並び順に左側から夫々第1要素、第2要素及び第3要素とすると、第1要素はサンギヤSa、第2要素はキャリアCa、第3要素はリングギヤRaとなる。
ここで、サンギヤSaとキャリアCa間の間隔と、キャリアCaとリングギヤRa間の間隔との比は、第1遊星歯車機構PGS1のギヤ比(リングギヤの歯数/サンギヤの歯数)をhとして、h:1に設定される。尚、共線図において、下の横線と上の横線は夫々回転速度が「0」と「1」(入力軸2と同じ回転速度)であることを示している。
第2遊星歯車機構PGS2も、サンギヤSbと、リングギヤRbと、サンギヤSb及びリングギヤRbに噛合するピニオンPbを自転及び公転自在に軸支するキャリアCbとから成る所謂シングルピニオン型の遊星歯車機構とで構成される。
又、第3遊星歯車機構PGS3も、サンギヤScと、リングギヤRcと、サンギヤSc及びリングギヤRcに噛合するピニオンPcを自転及び公転自在に軸支するキャリアCcとから成る所謂シングルピニオン型の遊星歯車機構で構成される。
第2遊星歯車機構PGS2及び第3遊星歯車機構PGS3は、第2遊星歯車機構PGS2のサンギヤSb、リングギヤRb及びキャリアCbからなる3つの要素のうちの何れか2つを、第3遊星歯車機構PGS3のサンギヤSc、リングギヤRc及びキャリアCcからなる3つの要素のうちの何れか2つに夫々連結することにより、4つの回転要素を構成する。
図2の中段に示す第2遊星歯車機構PGS2及び第3遊星歯車機構PGS3の共線図(4つの回転要素の相対回転速度の比を直線(速度線)で表すことができる図)を参照して、各回転要素を左から順に、第1回転要素Y1、第2回転要素Y2、第3回転要素Y3、第4回転要素Y4とすると、第1回転要素Y1は第2遊星歯車機構PGS2のサンギヤSb、第2回転要素Y2は第2遊星歯車機構PGS2のキャリアCbと第3遊星歯車機構PGS3のリングギヤRcとを連結したもの、第3回転要素Y3は第3遊星歯車機構PGS3のキャリアCc、第4回転要素Y4は第2遊星歯車機構PGS2のリングギヤRbと第3遊星歯車機構PGS3のサンギヤScとを連結したものとなる。
第2遊星歯車機構PGS2のギヤ比をi、第3遊星歯車機構PGS3のギヤ比をjとすると、第1〜第4の各回転要素間の間隔の比は、ij−1:1:jとなっている。
第4遊星歯車機構PGS4も、サンギヤSdと、リングギヤRdと、サンギヤSd及びリングギヤRdに噛合するピニオンPdを自転及び公転自在に軸支するキャリアCdとから成る所謂シングルピニオン型の遊星歯車機構で構成される。
図2の下段に示す第4遊星歯車機構PGS4の共線図を参照して、第4遊星歯車機構PGS4の3つの要素Sd,Cd,Rdを、共線図におけるギヤ比に対応する間隔での並び順に左側から夫々第4要素、第5要素及び第6要素とすると、第4要素はリングギヤRd、第5要素はキャリアCd、第6要素はサンギヤSdとなる。サンギヤSdとキャリアCd間の間隔とキャリアCdとリングギヤRd間の間隔との比は、第4遊星歯車機構PGS4のギヤ比をkとして、k:1に設定される。
第1遊星歯車機構PGS1のサンギヤSa(第1要素)は、入力軸2に連結されている。又、第4遊星歯車機構PGS4のリングギヤRd(第4要素)は、出力ギヤたる出力部材3に連結される。
又、第1遊星歯車機構PGS1のリングギヤRa(第3要素)と第4遊星歯車機構PGS4のサンギヤSd(第6要素)とが連結されて、第1連結体Ra−Sdが構成される。又、第3回転要素Y3と第4遊星歯車機構PGS4のキャリアCd(第5要素)とが連結されて、第2連結体Y3−Cdが構成される。
又、第1実施形態の自動変速機は、係合機構として、第1から第3の3つのクラッチC1〜C3と、第1から第4の3つのブレーキB1〜B4とを備える。第1クラッチC1は、湿式多板クラッチであり、第1遊星歯車機構PGS1のサンギヤSa(第1要素)と第2回転要素Y2とを連結する連結状態と、この連結を断つ開放状態とに切換自在に構成される。
第2クラッチC2は、湿式多板クラッチであり、第1遊星歯車機構PGS1のサンギヤSa(第1要素)と第1回転要素Y1とを連結する連結状態と、この連結を断つ開放状態とに切換自在に構成される。
第3クラッチC3は、ドグクラッチ又は同期機能を有するシンクロメッシュ機構からなる噛合機構であり、第1遊星歯車機構PGS1のキャリアCa(第2要素)と第4回転要素Y4とを連結する連結状態と、この連結を断つ開放状態とに切換自在に構成される。尚、第3クラッチC3を湿式多板クラッチで構成してもよい。
第1ブレーキB1は、湿式多板ブレーキであり、第1連結体Ra−Sdを変速機ケース1に固定する固定状態と、この固定を解除する開放状態とに切換自在に構成される。
第2ブレーキB2は、ドグクラッチ又は同期機能を有するシンクロメッシュ機構からなる噛合機構であり、第2回転要素Y2を変速機ケース1に固定する固定状態と、この固定を解除する開放状態とに切換自在に構成される。第2ブレーキB2の近傍には、第2回転要素Y2の正転を許容し逆転を阻止する1ウェイクラッチF1が設けられる。
第3ブレーキB3は、湿式多板ブレーキであり、第1遊星歯車機構PGS1のキャリアCa(第2要素)を変速機ケース1に固定する固定状態と、この固定を解除する開放状態とに切換自在に構成される。第4ブレーキB4は、湿式多板ブレーキであり、第1回転要素Y1を変速機ケース1に固定する固定状態と、この固定を解除する開放状態とに切換自在に構成される。
各クラッチC1〜C3や、各ブレーキB1〜B4は、図外のトランスミッション・コントロール・ユニット(TCU)により、車両の走行速度等の車両情報に基づいて、状態が切り換えられる。
第3遊星歯車機構PGS3は、第2遊星歯車機構PGS2の径方向外方に配置される。第2遊星歯車機構PGS2のリングギヤRbと、第3遊星歯車機構PGS3のサンギヤScとは、一体に連結して構成される。このように、第3遊星歯車機構PGS3を第2遊星歯車機構PGS2の径方向外方に配置することにより、第2遊星歯車機構PGS2と第3遊星歯車機構PGS3とが径方向で重なり合うため、自動変速機の軸長の短縮化を図ることができる。
尚、第2遊星歯車機構PGS2と第3遊星歯車機構PGS3とは、径方向で少なくとも一部が重なり合っていればよく、これによって軸長の短縮化を図ることができるが、両者が完全に径方向で重なり合っていれば、最も軸長を短くすることができる。
出力ギヤからなる出力部材3は、第1遊星歯車機構PGS1と第4遊星歯車機構PGS4との間に配置される。変速機ケース1には、出力部材3と第1遊星歯車機構PGS1との間に位置させて、径方向内方に延びる側壁1aが設けられる。この側壁1aには、出力部材3の軸方向に延びる筒状部1bが設けられる。出力部材3は、この筒状部1bにベアリングを介して軸支される。この構成により、変速機ケース1に連なる機械的強度の高い筒状部1bにより、出力部材3を強固に軸支することができる。
自動変速機において1速段を確立する場合には、第3クラッチC3を連結状態とし、第1ブレーキB1を固定状態とする。第1ブレーキB1を固定状態とすることにより、第1連結体Ra−Sdの回転速度が「0」となる。
又、第3クラッチC3を連結状態とすることにより、第1遊星歯車機構PGS1のキャリアCa(第2要素)と第4回転要素Y4とが連結され、同一速度で回転する。又、1ウェイクラッチF1の働きで、第2回転要素Y2の回転速度が「0」となる。そして、出力部材3が連結された第4遊星歯車機構PGS4のリングギヤRd(第4要素)の回転速度が図2に示す「1st」となり、1速段が確立される。
尚、1速段では、第2ブレーキB2が開放状態であるため、係合機構の開放数は「5」となるが、第2ブレーキB2は噛合機構であるため、湿式多板ブレーキに比し、開放状態とされてもフリクションロスが抑制される。更に、1ウェイクラッチF1の働きで第2回転要素Y2の回転速度が「0」となるため、第2ブレーキB2を仮に湿式多板ブレーキで構成したとしても、第2ブレーキB2ではフリクションロスが発生しない。従って、1速段における実質的な開放数は「4」となる。
又、1速段において、第2ブレーキB2も固定状態とすれば、エンジンブレーキを効かせることもできる。
2速段を確立させる場合には、第3クラッチC3を連結状態とし、第3ブレーキB3を固定状態とする。第3ブレーキB3を固定状態とすることで、第1遊星歯車機構PGS1のキャリアCa(第2要素)の回転速度が「0」になる。又、第3クラッチC3を連結状態とすることで、第4回転要素Y4の回転速度が、第1遊星歯車機構PGS1のキャリアCa(第2要素)の回転速度と同一の「0」となる。又、1ウェイクラッチF1の働きで、第2回転要素Y2の回転速度が「0」になる。
従って、第1から第4の4つの回転要素Y1〜Y4のうち、第2回転要素Y2と第4回転要素Y4の2つの回転要素の回転速度が同一速度である「0」となるため、各回転要素Y1〜Y4は、相対回転不能なロック状態となり、第3回転要素Y3、即ち第2連結体Y3−Cdの回転速度も「0」になる。そして、出力部材3が連結された第4遊星歯車機構PGS4のリングギヤRd(第4要素)の回転速度が図2に示す「2nd」となり、2速段が確立される。
尚、2速段では、第2ブレーキB2が開放状態であるため、係合機構の開放数は「5」となるが、1速段と同様に、第2ブレーキB2ではフリクションロスが発生しない。従って、2速段における実質的な開放数は「4」となる。又、2速段において、第2ブレーキB2も固定状態とすれば、エンジンブレーキを効かせることもできる。
3速段を確立させる場合には、第2クラッチC2及び第3クラッチC3を連結状態とする。第2クラッチC2を連結状態とすることで、第1遊星歯車機構PGS1のサンギヤSa(第1要素)と第1回転要素Y1とが同一速度の「1」で回転する。又、第3クラッチC3を連結状態とすることで、第1遊星歯車機構PGS1のキャリアCa(第2要素)と第4回転要素Y4とが連結されて同一速度で回転する。又、1ウェイクラッチF1の働きで、第2回転要素Y2の回転速度が「0」になる。そして、出力部材3が連結された第4遊星歯車機構PGS4のリングギヤRd(第4要素)の回転速度が図2に示す「3rd」となり、3速段が確立される。
尚、3速段では、第2ブレーキB2が開放状態であるため、係合機構の開放数は「5」となるが、1又は2速段と同様に、第2ブレーキB2ではフリクションロスが発生しない。従って、3速段における実質的な開放数は「4」となる。又、3速段においても、第2ブレーキB2を固定状態とすれば、エンジンブレーキを効かせることもできる。
4速段を確立させる場合には、第2クラッチC2及び第3クラッチC3を連結状態とし、第3ブレーキB3を固定状態とする。第2クラッチC2を連結状態とすることで、第1遊星歯車機構PGS1のサンギヤSa(第1要素)と第1回転要素Y1とが同一速度の「1」で回転する。又、第3ブレーキB3を固定状態とすることで、第1遊星歯車機構PGS1のキャリアCa(第2要素)の回転速度が「0」になる。
又、第3クラッチC3を連結状態とすることで、第4回転要素Y4の回転速度が第1遊星歯車機構PGS1のキャリアCa(第2要素)の回転速度と同一の「0」になる。そして、出力部材3が連結された第4遊星歯車機構PGS4のリングギヤRd(第4要素)の回転速度が図2に示す「4th」となり、4速段が確立される。
5速段を確立させる場合には、第2クラッチC2及び第3クラッチC3を連結状態とし、第1ブレーキB1を固定状態とする。第2クラッチC2を連結状態とすることで、第1遊星歯車機構PGS1のサンギヤSa(第1要素)と第1回転要素Y1とが同一速度の「1」で回転する。又、第3クラッチC3を連結状態とすることで、第1遊星歯車機構PGS1のキャリアCa(第2要素)と第4回転要素Y4とが連結されて同一速度で回転する。又、第1ブレーキB1を固定状態とすることで、第1連結体Ra−Sdの回転速度が「0」になる。そして、出力部材3が連結された第4遊星歯車機構PGS4のリングギヤRd(第4要素)の回転速度が図2に示す「5th」となって、5速段が確立される。
6速段を確立させる場合には、第1から第3の3つのクラッチC1〜C3を連結状態とする。第1クラッチC1及び第2クラッチC2を連結状態とすることで、第1回転要素Y1と第2回転要素Y2とが同一速度の「1」で回転し、第1から第4の4つの回転要素Y1〜Y4が相対回転不能なロック状態となって「1」で回転する。又、第3クラッチC3を連結状態とすることで、第1遊星歯車機構PGS1のキャリアCa(第2要素)が第4回転要素Y4と同一速度の「1」で回転する。
従って、第1遊星歯車機構PGS1もサンギヤSa(第1要素)とキャリアCa(第2要素)とが同一速度の「1」で回転し、各要素Sa,Ca,Raが相対回転不能なロック状態となり、リングギヤRa(第3要素)、即ち、第1連結体Ra−Sdの回転速度が「1」となる。そして、第4遊星歯車機構PGS4の第4から第6の3つの要素Rd,Cd,Sdも相対回転不能なロック状態となり、出力部材3が連結された第4遊星歯車機構PGS4のリングギヤRd(第4要素)の回転速度が「1」である「6th」となり、6速段が確立される。
7速段を確立させる場合には、第1クラッチC1及び第3クラッチC3を連結状態とし、第1ブレーキB1を固定状態とする。第1クラッチC1を連結状態とすることで、第1遊星歯車機構PGS1のサンギヤSa(第1要素)と第2回転要素Y2とが同一速度の「1」で回転する。又、第3クラッチC3を連結状態とすることで、第1遊星歯車機構PGS1のキャリアCa(第2要素)と第4回転要素Y4とが同一速度で回転する。
又、第1ブレーキB1を固定状態とすることで、第1連結体Ra−Sdの回転速度が「0」になる。そして、出力部材3が連結された第4遊星歯車機構PGS4のリングギヤRd(第4要素)の回転速度が図2に示す「7th」となり、7速段が確立される。
8速段を確立させる場合には、第1クラッチC1と第2クラッチC2とを連結状態とし、第1ブレーキB1を固定状態とする。第1クラッチC1及び第2クラッチC2を連結状態とすることで、第1回転要素Y1と第2回転要素Y2とが同一速度の「1」で回転し、第1から第4の4つの回転要素Y1〜Y4が相対回転不能なロック状態となって「1」で回転し、第2連結体Y3−Cdの回転速度が「1」となる。
又、第1ブレーキB1を固定状態とすることで、第1連結体Ra−Sdの回転速度が「0」になる。そして、出力部材3が連結された第4遊星歯車機構PGS4のリングギヤRd(第4要素)の回転速度が図2に示す「8th」((k+1)/k)となり、8速段が確立される。
9速段を確立させる場合には、第1クラッチC1と第2クラッチC2とを連結状態とし、第3ブレーキB3を固定状態とする。第1クラッチC1及び第2クラッチC2を連結状態とすることで、第1回転要素Y1と第2回転要素Y2とが同一速度の「1」で回転し、第1から第4の4つの回転要素Y1〜Y4が相対回転不能なロック状態となって「1」で回転する。
又、第3ブレーキB3を固定状態とすることで、第1遊星歯車機構PGS1のキャリアCa(第2要素)の回転速度が「0」になる。そして、出力部材3が連結された第4遊星歯車機構PGS4のリングギヤRd(第4要素)の回転速度が図2に示す「9th」となり、9速段が確立される。
10速段を確立させる場合には、第1クラッチC1を連結状態とし、第3ブレーキB3及び第4ブレーキB4を固定状態とする。第3ブレーキB3を固定状態とすることで、第1遊星歯車機構PGS1のキャリアCa(第2要素)の回転速度が「0」になる。第1クラッチC1を連結状態とすることで、第1遊星歯車機構PGS1のサンギヤSa(第1要素)と第2回転要素Y2とが同一速度の「1」で回転する。
又、第4ブレーキB4を固定状態とすることで、第1回転要素Y1の回転速度が「0」になる。これにより、出力部材3が連結された第4遊星歯車機構PGS4のリングギヤRd(第4要素)の回転速度が図2に示す「10th」となり、10速段が確立される。
後進段を確立させる場合には、第2クラッチC2を連結状態とし、第1ブレーキB1と第2ブレーキB2とを固定状態とする。第2クラッチC2を連結状態とすることで、第1遊星歯車機構PGS1のサンギヤSa(第1要素)と第1回転要素Y1とが同一速度の「1」で回転する。又、第1ブレーキB1を固定状態とすることで、第1連結体Ra−Sdの回転速度が「0」になる。
又、第2ブレーキB2を固定状態とすることで、第2回転要素Y2の回転速度が「0」になる。そして、出力部材3が連結された第4遊星歯車機構PGS4のリングギヤRd(第4要素)の回転速度が図2に示す逆転(車両が後進する方向の回転)の「Rvs」となり、後進段が確立される。
図3(a)は、上述した各変速段における第1〜第4の4つのブレーキB1〜B4、第1〜第3の3つのクラッチC1〜C3及び1ウェイクラッチF1の状態を纏めて示す。第1〜第4の4つのブレーキB1〜B4及び第1〜第3の3つのクラッチC1〜C3の欄の「○」は固定状態又は連結状態を示し、空欄は開放状態を示す。又、1ウェイクラッチF1の欄の「○」は、1ウェイクラッチF1の働きにより第2回転要素Y2の回転速度が「0」となる状態を示す。
又、図3(b)は、図3(d)に示すように、第1遊星歯車機構PGS1のギヤ比hを1.885、第2遊星歯車機構PGS2のギヤ比iを2.236、第3遊星歯車機構PGS3のギヤ比jを1.779、第4遊星歯車機構PGS4のギヤ比kを1.793とした場合における各変速段のギヤレシオ(入力軸2の回転速度/出力部材3の回転速度)を示す。これによれば、図3(c)に示すように、公比(各変速段間のギヤレシオの比)が適切になると共に、図3(d)に示すレシオレンジ(1速段のギヤレシオ/10速段のギヤレシオ)も適切になる。
本実施形態によれば、前進10段及び後進1段の変速を行うことができる。又、各変速段において、フリクションロスが発生する湿式多板クラッチ及び湿式多板ブレーキの開放数が4つ以下となり、フリクションロスを抑制して、駆動力の伝達効率を向上させることができる。
又、7速段を所定の中速段、1速段から所定の中速段たる7速段までを低速段域、所定の中速段たる7速段を超える8速段から10速段までを高速段域と定義して、所定の中速段たる7速段を超える8速段から10速段までの高速段域においては、湿式多板クラッチと比較してフリクションロスが少ない噛合機構で構成される第3クラッチC3が開放状態となる。
又、後進段を除く全ての変速段で開放状態となる第2ブレーキB2も噛合機構で構成されている。従って、高速段域においては、湿式多板クラッチ及び湿式多板ブレーキの開放数が2となり、車両の高速走行時におけるフリクションロスを低減させて燃費を向上させることができる。
又、噛合機構からなる第3クラッチC3は、所定の中速段たる7速段と8速段との間で連結状態と開放状態とに切り換えられるのみである。7速段(所定の中速段)における第3クラッチC3での伝達トルク(伝達駆動力)は比較的小さいため、第3クラッチC3を噛合機構としてのドグクラッチで構成しても、7速段と8速段の間の変速時に連結状態と開放状態との切り換えをスムーズに行うことができる。
又、第1〜第4の4つの遊星歯車機構PGS1〜PGS4を所謂シングルピニオン型の遊星歯車機構で構成している。このため、サンギヤと、リングギヤと、互いに噛合すると共に一方がサンギヤに噛合し他方がリングギヤに噛合する一対のピニオンを自転及び公転自在に軸支するキャリアとからなる所謂ダブルピニオン型の遊星歯車機構で構成されるものに比べ、駆動力の伝達経路上におけるギヤの噛合回数を減少させることができ、伝達効率を向上させることができる。
尚、このダブルピニオン型の遊星歯車機構は、キャリアを固定した場合、サンギヤとリングギヤが同一方向に回転するため、プラス遊星歯車機構又はポジティブ遊星歯車機構ともいう。因みに、リングギヤを固定した場合、サンギヤとキャリアが互いに異なる方向に回転する。
又、1ウェイクラッチF1を第2ブレーキB2に併設したため、3速段と4速段との間での変速時に第2ブレーキB2の状態を切り換える必要がないので、変速制御性を向上させることができる。
尚、本実施形態においては、第3クラッチC3及び第2ブレーキB2を噛合機構で構成したものを説明したが、両者を湿式多板クラッチ及び湿式多板ブレーキで構成しても、各変速段における湿式多板クラッチ及び湿式多板ブレーキの開放数を4つ以下に抑え、フリクションロスを抑制することができるという本発明の効果を得ることができる。
又、1ウェイクラッチF1は省略してもよい。この場合、1速段から3速段を確立する際には、第2ブレーキB2を固定状態とすればよい。又、1ウェイクラッチF1を省略する場合において、第2ブレーキB2を、第2回転要素Y2を変速機ケース1に固定する固定状態と、第2回転要素Y2の正転を許容し逆転を阻止する逆転阻止状態とに切換自在な2ウェイクラッチで構成してもよい。
図4は、この第2ブレーキB2としての2ウェイクラッチを示す。この2ウェイクラッチTWは、第2回転要素Y2に連結されるインナーリングTW1と、インナーリングTW1の径方向外方に間隔を存して配置されると共に変速機ケース1に連結されるアウターリングTW2と、インナーリングTW1とアウターリングTW2との間に配置される保持リングTW3とを備える。
インナーリングTW1には、外周面に複数のカム面TW1aが形成されている。保持リングTW3には、カム面TW1aに対応させて複数の切欠孔TW3aが設けられている。この切欠孔TW3aには、ローラTW4が収容されている。
又、2ウェイクラッチTWは、図示を省略した第1と第2の2つの電磁クラッチを備える。第1電磁クラッチは、通電されることによりアウターリングTW2と保持リングTW3とを連結するように構成されている。第1電磁クラッチが通電されていない場合には、保持リングTW3は、インナーリングTW1及びアウターリングTW2に対して相対回転自在となるように構成されている。
又、ローラTW4の径は、図4(a)に示すように、ローラTW4がカム面TW1aの中央部に存するときは隙間Aが開き、図4(b)及び(c)に示すように、ローラTW4がカム面TW1aの端部に存するときにはインナーリングTW1及びアウターリングTW2に接触するように、設定されている。
第1電磁クラッチが通電されていない場合には、保持リングTW3がインナーリングTW1及びアウターリングTW2に対して自由に回転することができるため、図4(a)に示すように、ローラTW4はカム面TW1aの中央部に位置し続けることができる。従って、2ウェイクラッチTWは、インナーリングTW1が自由に回転することが可能な状態となる。
第1電磁クラッチが通電されている場合には、保持リングTW3は、アウターリングTW2を介して変速機ケース1に固定されることとなる。この場合、インナーリングTW1が正転及び逆転のどちらに回転しようとしても、図4(b)及び(c)に示すように、保持リングTW3が固定されているため、ローラTW4がカム面TW1aの端部に位置することとなる。
このとき、ローラTW4がカム面TW1aとアウターリングTW2の内周面とに挟まれて、インナーリングTW1の回転が阻止される。即ち、2ウェイクラッチTWは固定状態となる。
第2電磁クラッチは、図4(b)に示すように切欠孔TW3aがカム面TW1aの一方の端部に位置する状態で保持リングTW3をインナーリングTW1に連結させる第1保持状態と、図4(c)に示すように切欠孔TW3aがカム面TW1aの他方の端部に位置する状態で保持リングTW3をインナーリングTW1に連結させる第2保持状態と、保持リングTW3とインナーリングTW1との連結を断つ開放状態とに切換自在に構成されている。
図4における時計回り方向を逆転方向とすると、この2ウェイクラッチTWは、第1電磁クラッチを通電されていない状態(通電オフ状態)としてアウターリングTW2と保持リングTW3との連結を断つと共に、第2電磁クラッチを第1保持状態とすることにより、逆転阻止状態となる。
このような2ウェイクラッチTWで第2ブレーキB2を構成した場合には、2ウェイクラッチTWを、前進1速段から3速段及び後進段では固定状態とし、前進4速段から10速段までは逆転阻止状態とすることにより、各変速段を確立できる。
上述した2ウェイクラッチTWで第2ブレーキB2を構成すれば、摩擦係合型のブレーキで第2ブレーキB2を構成する場合とは異なり、第2ブレーキB2でのフリクションロスは発生しない。従って、第2ブレーキB2を噛合機構で構成した場合と同様に、自動変速機全体として、フリクションロスを抑制させることができる。
尚、3速段で走行中において、走行速度等の車両情報に基づいて4速段へのアップシフトが予測される場合には、図外のトランスミッション・コントロール・ユニットは、第2ブレーキB2としての2ウェイクラッチTWを予め逆転阻止状態に切り換えておくようにすることが好ましい。
これによれば、1ウェイクラッチF1の効果と同様に、3速段から4速段にアップシフトする際には、第2ブレーキB2たる2ウェイクラッチTWの状態の切り換えは完了しており、第3ブレーキB3を固定状態とするだけで4速段に変速できるため、4速段へのアップシフトをスムーズに行うことができ、自動変速機の変速制御性が向上される。
又、上記の如く構成された2ウェイクラッチTWによれば、上述の固定状態と逆転阻止状態とに加えて、第2回転要素Y2の変速機ケース1への固定を解除する開放状態と、第2回転要素Y2の正転を阻止し逆転を許容する正転阻止状態とにも切換自在に構成することができる。
具体的には、第1電磁クラッチを通電オフ状態とし、第2電磁クラッチを開放状態とすることにより、2ウェイクラッチTWは、図4(a)に示すように、ローラTW4がカム面TW1aの中央部に位置し続ける状態となって、インナーリングTW1がアウターリングTW2に対して自由に回転することができる状態、即ち、開放状態となる。
又、第1電磁クラッチを通電オフ状態とし、第2電磁クラッチを、図4(c)に示すように切欠孔TW3aがカム面TW1aの他方の端部に位置する状態で保持リングTW3をインナーリングTW1に連結させる第2保持状態とすることにより、インナーリングTW1の正転が阻止され逆転が許容される状態、即ち、正転阻止状態となる。
従って、上述した2ウェイクラッチTWの第2電磁クラッチを省略して、第1電磁クラッチの切り換えにより、第2ブレーキB2たる2ウェイクラッチTWを固定状態と開放状態とにのみ切換自在に構成することもできる。この場合、前進1速段から3速段及び後進段で固定状態とし、4速段から10速段で開放状態に切り換えることにより、各変速段を確立することができる。
又、第1実施形態においては、前進10段の変速を行うものを説明したが、例えば、2速段、4速段及び9速段を省略して前進7速段とすることもできる。
又、後述する第2実施形態と同様に、第4遊星歯車機構PGS4を第1遊星歯車機構PGS1の径方向外方に配置し、第1連結体Ra−Sdを構成する第1遊星歯車機構PGS1のリングギヤRa(第3要素)と第4遊星歯車機構PGS4のサンギヤSd(第6要素)とを一体に連結して構成してもよい。これによれば、更なる軸長の短縮化を図ることができる。
図5は本発明の第2実施形態に係る自動変速機の上半分を示す。この自動変速機においては、次の点が図1の自動変速機と異なる。即ち、図1のトルクコンバータに代えてダンパDA及び摩擦係合により駆動源ENGの駆動力を入力軸2に伝達自在な単板型又は多板型の発進クラッチC0を設けている。
又、第3遊星歯車機構PGS3を、第2遊星歯車機構PGS2の径方向外方に配置せずに、第1遊星歯車機構PGS1と第3クラッチC3との間に配置し、第4遊星歯車機構PGS4を第1遊星歯車機構PGS1の径方向外方に配置して、第1連結体Ra−Sdを構成する第1遊星歯車機構PGS1のリングギヤRa(第3要素)と第4遊星歯車機構PGS4のサンギヤSd(第6要素)とを一体に連結している。
又、出力ギヤからなる出力部材3を第1遊星歯車機構PGS1と第3遊星歯車機構PGS3との間に配置している。更に、第2ブレーキB2及び第3クラッチC3を湿式多板クラッチで構成している。
他の点については、図1の第1実施形態のものと同一に構成されている。従って、各変速段は、図3(a)の各係合機構の状態に従い、同様にして確立することができる。
本実施形態の自動変速機によっても、第1実施形態と同一の作用効果を得ることができる。尚、本実施形態においても、第1実施形態のように、発進クラッチC0に代えてトルクコンバータを用いてもよい。又、第1実施形態のように、第3遊星歯車機構PGS3を第2遊星歯車機構PGS2の径方向外方に配置し、第2遊星歯車機構PGS2のリングギヤRbと第3遊星歯車機構PGS3のサンギヤScとを一体に連結して第4回転要素Y4を構成してもよい。
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されない。
1…変速機ケース、2…入力軸、3…出力部材、B1〜B4…第1〜第4ブレーキ、C1〜C3…第1〜第3クラッチ、C0…発進クラッチ、Ca…キャリア(第2要素)、Cb…キャリア、Cc…キャリア、Cd…キャリア(第5要素)、DA…ダンパ、ENG…駆動源、F1…1ウェイクラッチ、LC…ロックアップクラッチ、Pa〜Pd…ピニオン、PGS1…第1遊星歯車機構、PGS2…第2遊星歯車機構、PGS3…第3遊星歯車機構、PGS4…第4遊星歯車機構、Ra…リングギヤ(第3要素)、Rb…リングギヤ、Rc…リングギヤ、Rd…リングギヤ(第4要素)、Sa…サンギヤ(第1要素)、Sb…サンギヤ、Sc…サンギヤ、Sd…サンギヤ(第6要素)、TC…トルクコンバータ、TW…2ウェイクラッチ(第2ブレーキ)、Y1〜Y4…第1〜第4回転要素。
Claims (8)
- 変速機ケース内に回転自在に軸支されると共に駆動源からの動力により回転される入力軸を備え、該入力軸の回転を複数段に変速して出力部材から出力する自動変速機であって、
サンギヤ、キャリア及びリングギヤからなる3つの要素を夫々備える第1から第4の4つの遊星歯車機構が設けられ、
前記第2と第3の2つの遊星歯車機構の各要素は、4つの回転要素を構成し、該4つの回転要素の相対回転速度比を直線で表すことができる共線図における並び順に、該4つの回転要素を一方から夫々第1回転要素、第2回転要素、第3回転要素及び第4回転要素とし、
前記第1遊星歯車機構の3つの要素を、相対回転速度比を直線で表すことができる共線図におけるギヤ比に対応する間隔での並び順に一方から夫々第1要素、第2要素及び第3要素とし、
前記第4遊星歯車機構の3つの要素を、共線図におけるギヤ比に対応する間隔での並び順に一方から夫々第4要素、第5要素及び第6要素として、
前記第1要素が前記入力軸に連結され、前記第4要素が前記出力部材に連結され、前記第3要素と前記第6要素とを連結して第1連結体が構成され、前記第3回転要素と前記第5要素とを連結して第2連結体が構成され、
前記第1要素と前記第2回転要素とを連結自在な第1クラッチと、
前記第1要素と前記第1回転要素とを連結自在な第2クラッチと、
前記第2要素と前記第4回転要素とを連結自在な第3クラッチと、
前記第1連結体を前記変速機ケースに固定自在な第1ブレーキと、
前記第2回転要素を前記変速機ケースに固定自在な第2ブレーキと、
前記第2要素を前記変速機ケースに固定自在な第3ブレーキと、
前記第1回転要素を前記変速機ケースに固定自在な第4ブレーキとからなる7つの係合機構を備え、
前記7つの係合機構のうち少なくとも3つの係合機構を連結状態又は固定状態とすることにより、前進10段以上の各変速段を確立することを特徴とする自動変速機。 - 請求項1に記載の自動変速機において、
前記第3遊星歯車機構は、前記第2遊星歯車機構の径方向外方に配置され、
前記第3遊星歯車機構のサンギヤが前記第2遊星歯車機構のリングギヤと一体に構成されることにより、前記第1から第4の4つの回転要素のうちの何れか1つの回転要素が構成されることを特徴とする自動変速機。 - 請求項1に記載の自動変速機において、
前記第1連結体は、前記第1遊星歯車機構のリングギヤと前記第4遊星歯車機構のサンギヤとを連結して構成され、
前記第4遊星歯車機構は、前記第1遊星歯車機構の径方向外方に配置され、
前記第4遊星歯車機構のサンギヤは、前記第1遊星歯車機構のリングギヤと一体に構成されることを特徴とする自動変速機。 - 請求項1から請求項3の何れか1項に記載の自動変速機において、
前記第2回転要素の正転を許容し逆転を阻止する1ウェイクラッチが設けられていることを特徴とする自動変速機。 - 請求項1から請求項4の何れか1項に記載の自動変速機において、
前記第2ブレーキ及び前記第3クラッチの少なくとも何れか1つは、噛合機構であることを特徴とする自動変速機。 - 請求項1から請求項4の何れか1項に記載の自動変速機において、
前記第2ブレーキは、前記第2回転要素を変速機ケースに固定する固定状態と、前記第2回転要素の正転を許容し逆転を阻止する逆転阻止状態とに切換自在な2ウェイクラッチで構成されることを特徴とする自動変速機。 - 請求項1から請求項6の何れか1項に記載の自動変速機において、
前記駆動源の動力を前記入力軸に伝達自在な発進クラッチが設けられることを特徴とする自動変速機。 - 請求項1から請求項6の何れか1項に記載の自動変速機において、
前記駆動源の動力は、トルクコンバータを介して前記入力軸に伝達されることを特徴とする自動変速機。
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