JP5751900B2 - 車両用無段変速機 - Google Patents

Description

本発明は車両用無段変速機に関し、より詳しくは、２つの単純遊星ギヤセットを組み合わせて前進２速及び後進１速を実現することにより、動力性能と燃費改善効果を得ることができるようにした車両用無段変速機に関する。

車両に用いられる無段変速機は、例えば特許文献１に記載されたもののように、無段変速ベルト機構と前後進制御機構とからなる。
無段変速ベルト機構は、エンジンの回転動力がプライマリプーリに入力されてセカンダリプーリを介して出力され、無段変速は、プライマリプーリとセカンダリプーリの半径を変化させることで行われる。
前後進制御機構は、シングル又はダブルピニオン遊星ギヤセットと、この遊星ギヤセットを制御する複数の摩擦部材で構成され、摩擦部材の制御によって回転動力を前進又は後進方向に転換している。

また、前後進制御機構は、単純に前進及び後進制御のみがなされるように構成することもあるが、動力性能と燃費改善のために、前進２速後進１速で制御できるように構成することが多い。

このような無段変速機について、図１に、前進２速及び後進１速での制御が可能なように構成された従来の前後進制御機構を示す。
図１に示す前後進制御機構を構成する遊星ギヤセット（ＰＧ）は、ラビニョ方式の複合遊星ギヤセットであり、シングルピニオン遊星ギヤセットとダブルピニオン遊星ギヤセットとを組み合わせ、リングギヤと遊星キャリアを共有することにより、第１太陽ギヤ（Ｓ１）、第２太陽ギヤ（Ｓ２）、遊星キャリア（ＰＣ）、リングギヤ（Ｒ）の４つの回転要素を保有している。

遊星ギヤセット（ＰＧ）において、第２太陽ギヤ（Ｓ２）は、入力軸（ＩＳ）と直接連結して、常に入力要素として作動するようになっており、遊星キャリア（ＰＣ）は、出力軸（ＯＳ）と直接連結して常に出力要素として作動するようになっている。

第１太陽ギヤ（Ｓ１）は、第１ブレーキ（Ｂ１）を介在させて変速機ハウジング（Ｈ）と連結して、選択的な固定要素として作動するようになっており、リングギヤ（Ｒ）は、第２ブレーキ（Ｂ２）を介在させて変速機ハウジング（Ｈ）と連結して選択的な固定要素として作動するようになっている。
また、リングギヤ（Ｒ）は、クラッチ（Ｃ１）を介在させて遊星キャリア（ＰＣ）と可変的に連結することにより、選択的に遊星ギヤセット（ＰＧ）全体が直結の状態となるように組み合わせて構成している。

上記の構成により、図２に示すように、後進変速段（ＲＥＶ）では第２ブレーキ（Ｂ２）が、前進１速では第１ブレーキ（Ｂ１）が、前進２速ではクラッチ（Ｃ１）がそれぞれ作動するようになっている。

しかし、このような無段変速機の前後進制御機構に適用されたラビニョ方式の複合遊星ギヤセットにおいては、前進１速と前進２速のギヤ比の差を小さくしようとすると、第１太陽ギヤ（Ｓ１）の歯数が第２太陽ギヤ（Ｓ２）の歯数よりも少ないことが必要であり、そのため、２段ギヤからなる第１ピニオンギヤ（Ｐ１）を共有するように第１太陽ギヤ（Ｓ１）、第２太陽ギヤ（Ｓ２）、第２ピニオンギヤ（Ｐ２）、及びリングギヤ（Ｒ）を設計しなければならず、車両搭載のための制限されたパッケージ空間を考慮すれば、前進１速と前進２速のギヤ比の差を２以下にすることは困難であった。

変速時のギヤ比の差が大きいと変速感が悪化するため、前進１速と前進２速のギヤ比の差を２以下にする必要があるのだが、従来の無段変速機では、前進１速と前進２速のギヤ比の差を小さくするために、クラッチ要素を１つ以上追加する必要があるという問題点があった。

また、従来の無段変速機では、３つの摩擦部材（Ｃ１、Ｂ１、Ｂ２）を用いて、前進１速と前進２速のギヤ比の差を小さくしようとすると、第１ピニオンギヤ（Ｐ１）は、第１太陽ギヤ（Ｓ１）と噛み合うギヤと第２太陽ギヤ（Ｓ２）と噛み合うギヤとの歯数が相違するように、１つの本体に２段で加工しなければならないのだが、このようなギヤの加工には、外形が小さいギヤの加工時に外形が大きいギヤ部分との干渉が発生するという困難があり、生産性が低下してしまうという問題点があった。

さらに、従来の無段変速機では、前進２速でクラッチ（Ｃ１）が作動して遊星キャリア（ＰＣ）とリングギヤ（Ｒ）が連結すると、遊星キャリア（ＰＣ）のトルク分担比が大きくなるため、クラッチの伝達トルクに対応するために容量の大きなクラッチが必要となるが、このような容量の大きなクラッチを用いることは、大きさと重量面において極めて不利であり、設計の自由度が低下してしまうという問題点があった。

特開２００１−２２７６１５号公報

本発明は上記問題点を解決するためのものであって、本発明の目的は、前進１速と前進２速のギヤ比の差を小さくして変速感を改善し、前進２速の適用時において動力性能と燃費を増大させ、これに伴う諸般の効果を得ることができるようにした車両用無段変速機を提供することにある。

上述した目的を実現するために、本発明の実施形態に係る無段変速機は、無段変速ベルト機構と前後進制御機構とからなる無段変速機であって、
前記前後進制御機構は、第１、第２遊星ギヤセットの組み合わせからなる遊星ギヤセットと、３つの摩擦部材とからなり、
前記遊星ギヤセットは、入力軸と直接連結して入力要素として作動する第１回転要素と、
第１クラッチを介して前記入力軸と可変的に連結して選択的な入力要素として作動すると同時に、第２ブレーキを介して変速機ハウジングと可変的に連結して選択的な固定要素として作動する第２回転要素と、
出力軸と直接連結して出力要素として作動する第３回転要素と、
第１ブレーキを介して変速機ハウジングと可変的に連結して選択的な固定要素として作動する第４回転要素と、
を含んで構成され、
前記第１遊星ギヤセットは、第１太陽ギヤ、第１遊星キャリア、及び第１リングギヤを含み、
前記第２遊星ギヤセットは、第２太陽ギヤ、第２遊星キャリア、及び第２リングギヤを含み、
前記第１遊星キャリアと前記第２リングギヤが第１回転メンバによって直接連結し、
前記第１リングギヤと前記第２遊星キャリアが第２回転メンバによって直接連結し、
前記第１回転要素が前記第１太陽ギヤ、前記第２回転要素が前記第１遊星キャリアと前記第２リングギヤ、前記第３回転要素が前記第１リングギヤと前記第２遊星キャリア、前記第４回転要素が前記第２太陽ギヤで構成されることを特徴とする。

また、前記第１、第２遊星ギヤセットは、シングルピニオン遊星ギヤセットからなることを特徴とする。

更に、 前記第１クラッチは前記遊星ギヤセットで入力軸が突出する側に配置され、 前記第１ブレーキは前記遊星ギヤセットで出力軸が突出する側に配置され、前記第２ブレーキは前記第１、第２遊星ギヤセットの外郭部に配置され、前記出力軸は第１遊星ギヤセットと第２遊星ギヤセットの間で前記第３回転要素と連結され、後進変速段で第２ブレーキが作動し、前進１速で第１ブレーキが作動し、前進２速で第１クラッチが作動して変速がなされることを特徴とする。

本発明によれば、各変速段別のギヤ比の設計において、自由度の点で有利な２つの単純遊星ギヤセットと３つの摩擦部材を用いて、前進１速と前進２速ギヤ比の差を小さくすることができ、変速感を大きく向上させることができる。
また、本発明によれば、前進２速を実現することができ、車両の動力性能と燃費を増大させ、そのことによる諸般の効果を得ることができる。

従来の無段変速機の前後進制御機構を示す構成図である。 従来の前後進制御機構に適用される摩擦部材の各変速段別の作動図である。 本発明の実施形態に係る無段変速機に適用される前後進制御機構を示す構成図である。 本発明の実施形態に係る前後進制御機構に適用される摩擦部材の各変速段別の作動図である。 本発明の実施形態に係る無段変速機に適用される前後進制御機構の変速線図である。

これらの図面は、本発明の例示的な実施形態を説明するのに参照するためのものであり、本発明の技術的な思想は、添付の図面に限定されるものではない。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明するが、本発明は多様に相違した形態に実現することができ、ここで説明する実施形態に限定されるものではない。
また、本項においては、本発明を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略し、明細書全体に渡って同一または類似する構成要素については同一する参照符号を付与した。

図３は、本発明の実施形態に係る無段変速機に適用される前後進制御機構を示す構成図である。
図３に示すように、本発明の好ましい実施形態に係る前後進制御機構は、２つのシンプル遊星ギヤセットからなる遊星ギヤセット（ＰＧ）と、３つの摩擦部材（Ｃ１、Ｂ１、Ｂ２）で構成されている。

遊星ギヤセット（ＰＧ）は、シングルピニオン遊星ギヤセットである第１、第２遊星ギヤセット（ＰＧ１、ＰＧ２）を組み合わせて、複合遊星ギヤセットとして作動し、第１遊星キャリア（ＰＣ１）と第２リングギヤ（Ｒ２）が第１回転メンバ（Ｍ１）によって直接連結し、第１リングギヤ（Ｒ１）と第２遊星キャリア（ＰＣ２）が第２回転メンバ（Ｍ２）によって直接連結して、４つの回転要素を保有するようになっている。

遊星ギヤセット（ＰＧ）が保有する４つの回転要素は、第１太陽ギヤ（Ｓ１）からなる第１回転要素（Ｎ１）、第１遊星キャリア（ＰＣ１）と第２リングギヤ（Ｒ２）からなる第２回転要素（Ｎ２）、第１リングギヤ（Ｒ１）と第２遊星キャリア（ＰＣ２）からなる第３回転要素（Ｎ３）、第２太陽ギヤ（Ｓ２）からなる第４回転要素（Ｎ４）である。

第１回転要素（Ｎ１）である第１太陽ギヤ（Ｓ１）は、入力軸（ＩＳ）と直接連結して常に入力要素として作動するようになっており、第３回転要素（Ｎ３）である第１リングギヤ（Ｒ１）と第２遊星キャリア（ＰＣ２）を連結する第２回転メンバ（Ｍ２）は、第１遊星ギヤセット（ＰＧ１）と第２遊星ギヤセット（ＰＧ２）の間で入力軸（ＩＳ）と同一軸上に配置される出力軸（ＯＳ）と直接連結して、常に出力要素として作動するようになっている。

また、入力軸（ＩＳ）は、第１クラッチ（Ｃ１）を介在させて、第２回転要素（Ｎ２）である第１遊星キャリア（ＰＣ１）と第２リングギヤ（Ｒ２）を連結する第１回転メンバ（Ｍ１）に可変的に連結し、第４回転要素（Ｎ４）である第２太陽ギヤ（Ｓ２）は、第１ブレーキ（Ｂ１）を介在させて、変速機ハウジング（Ｈ）と可変的に連結し、第２回転要素（Ｎ２）である第１遊星キャリア（ＰＣ１）と第２リングギヤ（Ｒ２）を連結する第１回転メンバ（Ｍ１）が、第２ブレーキ（Ｂ２）を介在させて、変速機ハウジング（Ｈ）と可変的に連結している。

このように構成される前後進制御機構を無段変速機構（図示せず）の後側に配置する場合、入力軸（ＩＳ）は、無段変速機構のセカンダリプーリ軸を意味し、無段変速機構によって無段変速がなされた回転動力が入力され、出力軸（ＯＳ）は、出力部材としてファイナルギヤと差動装置によって駆動輪を駆動させるようになる。

また、このような前後進制御機構を無段変速機構の前側に配置する場合、入力軸（ＩＳ）は、トルクコンバータから動力の伝達を受ける駆動部材となり、出力軸（ＯＳ）は、無段変速機構のプライマリプーリ軸と連結し、無段変速機構によって変速された動力は、従減速ギヤと差動装置によって駆動輪を駆動させる。

前記無段変速機構は、トルクコンバータから動力の伝達を受ける駆動部材であるプライマリプーリと、受動部材であるセカンダリプーリと、プライマリプーリとセカンダリプーリを連結する金属ベルトとからなっているが、無段変速機構については、プライマリプーリとセカンダリプーリの直径変化に応じて無段変速がなされる公知の技術であるため、詳細な説明は省略する。

通常、第１クラッチ（Ｃ１）と第１、第２ブレーキ（Ｂ１、Ｂ２）からなる摩擦部材は、油圧によって摩擦結合される多板式油圧摩擦結合ユニットとなっており、第１クラッチ（Ｃ１）は複合遊星ギヤセット（ＰＧ）の前方に、第１ブレーキ（Ｂ１）は複合遊星ギヤセット（ＰＧ）の後方に、第２ブレーキ（Ｂ２）は、ユニットの全長が短くなるように、第１、第２遊星ギヤセット（ＰＧ１、ＰＧ２）の外郭部に配置される。

図４は、本発明の実施形態に適用される摩擦部材、すなわち、クラッチとブレーキの各変速段での作動を示す作動表である。
図４より、本発明の実施形態に係る前後進制御機構では、それぞれの変速段において１つの摩擦部材が作動することで変速がなされることが分かる。
すなわち、後進変速段（ＲＥＶ）では第２ブレーキ（Ｂ２）が作動し、前進１速（Ｄ１）では第１ブレーキ（Ｂ１）が作動し、前進２速（Ｄ２）では第１クラッチ（Ｃ１）が作動する。

図５は、本発明の実施形態に係る前後進制御機構の変速過程を可視的に示すものであり、図の下側の横線は、回転速度「０」の状態を示し、上側の横線は、回転速度「１．０」の状態、すなわち、入力軸（ＩＳ）と同じ回転速度である状態を示す。

複合遊星ギヤセット（ＰＧ）の設定を示す４本の縦線は、左側から順に、第１回転要素（Ｎ１）、第２回転要素（Ｎ２）、第３回転要素（Ｎ３）、及び第４回転要素（Ｎ４）であり、第１回転要素（Ｎ１）は第１太陽ギヤ（Ｓ１）、第２回転要素（Ｎ２）は第１遊星キャリア（ＰＣ１）と第２リングギヤ（Ｒ２）、第３回転要素（Ｎ３）は第１リングギヤ（Ｒ１）と第２遊星キャリア（ＰＣ２）、第４回転要素（Ｎ４）は第２太陽ギヤ（Ｓ２）に設定され、これらの間隔は遊星ギヤセット（ＰＧ）の各ギヤ比（太陽ギヤの歯数／リングギヤの歯数）に応じて決定される。

［後進］
後進変速段（ＲＥＶ）においては、図４に示すように、第２ブレーキ（Ｂ２）が作動制御される。
後進変速段（ＲＥＶ）における変速過程は、第１回転要素（Ｎ１）である第１太陽ギヤ（Ｓ１）を介して入力軸（ＩＳ）の回転速力が入力されている状態で、第２ブレーキ（Ｂ２）の作動によって、第２回転要素（Ｎ２）である第１遊星キャリア（ＰＣ１）と第２リングギヤ（Ｒ２）が固定要素として作動するようになり、第１回転要素（Ｎ１）と第２回転要素（Ｎ２）をつなぐ後進変速線（ＲＳ）のように出力要素である第３回転要素（Ｎ３）を介して後進（ＲＥＶ）が出力される。

［前進１速］
前進１速（Ｄ１）においては、図４に示すように第１ブレーキ（Ｂ１）が作動制御される。
前進１速（Ｄ１）における変速過程は、第１回転要素（Ｎ１）である第１太陽ギヤ（Ｓ１）を介して入力軸（ＩＳ）の回転速力が入力されている状態で、第１ブレーキ（Ｂ１）の作動によって第４回転要素（Ｎ４）である第２太陽ギヤ（Ｓ２）が固定要素として作動するようになるため、第１回転要素（Ｎ１）と第４回転要素（Ｎ４）をつなぐ前進１速変速線（ＳＰ１）のように出力要素である第３回転要素（Ｎ３）を介して前進１速（Ｄ１）が出力される。

［前進２速］
前進２速（Ｄ２）においては、図４に示すように第１クラッチ（Ｃ１）が作動制御される。
前進２速（Ｄ２）における変速過程は、第１回転要素（Ｎ１）である第１太陽ギヤ（Ｓ１）を介して入力軸（ＩＳ）の回転速力が入力されている状態で、第１クラッチ（Ｃ１）の作動によって第２回転要素（Ｎ２）である第１回転メンバ（Ｍ１）にも入力軸（ＩＳ）の回転速力が入力されることにより、複合遊星ギヤセット（ＰＧ）全体が直結の状態となり、これによって前進２速変速線（ＳＰ２）のように前進２速（Ｄ２）が出力される。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲と発明の詳細な説明および添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することが可能であり、これも本発明の範囲に属することは当然である。

ＰＧ ： 遊星ギヤセット
Ｓ１ ： 第１太陽ギヤ
Ｓ２ ： 第２太陽ギヤ
Ｐ１ ： 第１ピニオンギヤ
Ｐ２ ： 第２ピニオンギヤ
Ｒ ： リングギヤ
Ｒ１ ： 第１リングギヤ
Ｒ２ ： 第２リングギヤ
ＰＣ ： 遊星キャリア
ＰＣ１ ： 第１遊星キャリア
ＰＣ２ ： 第２遊星キャリア
Ｃ１ ： 第１クラッチ
Ｂ１ ： 第１ブレーキ
Ｂ２ ： 第２ブレーキ
ＩＳ ： 入力軸
ＯＳ ： 出力軸
Ｈ ： 変速機ハウジング
Ｍ１ ： 第１回転メンバ
Ｍ２ ： 第２回転メンバ
Ｎ１ ： 第１回転要素
Ｎ２ ： 第２回転要素
Ｎ３ ： 第３回転要素
Ｎ４ ： 第４回転要素

Claims (4)

1. 無段変速ベルト機構と前後進制御機構とからなる無段変速機であって、
   前記前後進制御機構は、第１、第２遊星ギヤセットの組み合わせからなる遊星ギヤセットと、３つの摩擦部材とからなり、
   前記遊星ギヤセットは、入力軸と直接連結して入力要素として作動する第１回転要素と、
   第１クラッチを介して前記入力軸と可変的に連結して選択的な入力要素として作動すると同時に、第２ブレーキを介して変速機ハウジングと可変的に連結して選択的な固定要素として作動する第２回転要素と、
   出力軸と直接連結して出力要素として作動する第３回転要素と、
   第１ブレーキを介して変速機ハウジングと可変的に連結して選択的な固定要素として作動する第４回転要素と、
   を含んで構成され、
   前記第１遊星ギヤセットは、第１太陽ギヤ、第１遊星キャリア、及び第１リングギヤを含み、
   前記第２遊星ギヤセットは、第２太陽ギヤ、第２遊星キャリア、及び第２リングギヤを含み、
   前記第１遊星キャリアと前記第２リングギヤが第１回転メンバによって直接連結し、
   前記第１リングギヤと前記第２遊星キャリアが第２回転メンバによって直接連結し、
   前記第１回転要素が前記第１太陽ギヤ、前記第２回転要素が前記第１遊星キャリアと前記第２リングギヤ、前記第３回転要素が前記第１リングギヤと前記第２遊星キャリア、前記第４回転要素が前記第２太陽ギヤで構成されることを特徴とする車両用無段変速機。
2. 前記第１、第２遊星ギヤセットは、シングルピニオン遊星ギヤセットからなることを特徴とする請求項１に記載の車両用無段変速機。
3. 前記第１クラッチは前記遊星ギヤセットで入力軸が突出する側に配置され、 前記第１ブレーキは前記遊星ギヤセットで出力軸が突出する側に配置され、
   前記第２ブレーキは前記第１、第２遊星ギヤセットの外郭部に配置され、
   前記出力軸は第１遊星ギヤセットと第２遊星ギヤセットの間で前記第３回転要素と連結されることを特徴とする請求項１に記載の車両用無段変速機。
4. 後進変速段で前記第２ブレーキが作動し、前進１速で前記第１ブレーキが作動し、前進２速で前記第１クラッチが作動して変速がなされることを特徴とする請求項１に記載の車両用無段変速機。

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