JP5790575B2

JP5790575B2 - 変速機

Info

Publication number: JP5790575B2
Application number: JP2012085152A
Authority: JP
Inventors: 浩文森下; 幸彦出塩; 大輔菊川; 俊太郎篠原; 佐藤　彰洋; 彰洋佐藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-04-04
Filing date: 2012-04-04
Publication date: 2015-10-07
Anticipated expiration: 2032-04-04
Also published as: JP2013213561A

Description

本発明は、変速機に関し、特に、変速機における変速比の変化幅を拡大する技術に関する。

変速比を無段階に変化させる無段変速機が公知である。また、一般的に、無段変速機は、変速機を段階的に変化させる多段変速機に比べて変速比の変化幅、すなわち最小の変速比と最大の変速比との差を大きくし易いという特性を有する。変速比の変化幅が大きいほどトルクと燃費の観点において有利になり得ることから、変速比の変化幅を拡大するための様々な技術が研究ならびに開発されている。

変速比の変化幅を拡大した変速装置の一例として、特開２００８−２０８８５４号公報（特許文献１）は、入力軸をプライマリプーリに連結し、出力軸をセカンダリプーリに連結した第１の変速モードと、出力軸をプライマリプーリに連結し、入力軸をセカンダリプーリに連結した第２の変速モードとを選択的に切り替える変速装置を開示する。

特開２００８−２０８８５４号公報

しかしながら、特開２００８−２０８８５４号公報に記載の変速装置においては、入力軸の回転方向を正回転方向とすると、出力軸の回転方向は逆回転方向となる。よって、正回転方向の回転を得るためには、出力軸の回転方向を別のギヤで逆転させなければならない。

また、例えば図３に示されるように、入力軸をプライマリプーリに連結した第１変速モードでは、ギヤ（歯車）４４，４６を経てトルクが伝達される一方で、図４に示されるように、入力軸をセカンダリプーリに連結した第２変速モードでは、ギヤ（歯車）４７，４６，４４，４８，４９を経てトルクが伝達される。このように、第２変速モードでは、動力伝達経路に介在するギヤの数が増えるとともに、その数が多いため、動力が損失されやすい。特に第２変速モードは高車速領域において使用されるモードであるため、ベルト式無段変速機の金属ベルトの伝達効率は高速になるほど悪化するという特性と相まって、特開２００８−２０８８５４号公報に記載の変速装置の高車速領域での効率はさらに悪化し得る。よって、効率の改善の余地があった。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、動力の伝達効率を改善することである。

ある実施例において、変速機は、リングギヤ、キャリアおよびサンギヤを含み、キャリアがエンジンに連結される差動装置と、同軸でサンギヤに連結される第１の駆動ギヤと、第１の駆動ギヤと噛み合う第１の従動ギヤと、同軸で第１の従動ギヤに連結される第２の駆動ギヤと、第２の駆動ギヤと噛み合う第２の従動ギヤと、同軸でリングギヤに連結される第３の駆動ギヤと、第３の駆動ギヤと噛み合う第３の従動ギヤと、同軸で第３の従動ギヤに連結される第４の駆動ギヤと、第４の駆動ギヤと噛み合い、同軸で第２の従動ギヤに連結された第４の従動ギヤと、第１の従動ギヤの回転数と第３の従動ギヤの回転数との比を変更可能な変速装置と、同軸で第２の従動ギヤと第４の従動ギヤとに連結された出力軸と、第３の従動ギヤから出力軸までの間に設けられた第１のクラッチと、第１の従動ギヤから出力軸までの間に設けられた第２のクラッチとを備える。

この構成によると、第３の駆動ギヤ、第３の従動ギヤ、第４の駆動ギヤ、第４の従動ギヤならびに第１のクラッチを介してリングギヤを出力軸に連結した状態と、第１の駆動ギヤ、第１の従動ギヤ、第２の駆動ギヤ、第２の従動ギヤならびに第２のクラッチを介してサンギヤを出力軸に連結した状態とのそれぞれの状態おいて、変速装置によりリングギヤの回転数とサンギヤの回転数との比を変更してリングギヤの回転数およびサンギヤの回転数を変化させることにより、変速機の入力軸としてキャリアの回転数と、出力軸の回転数との比を変化させることができる。また、どちらの状態においても、入力軸から出力軸までの動力伝達経路上に介在するギヤの数に変化はない。そのため、特定の動作状態において動力伝達経路上のギヤの数が増え、伝達効率が悪化するといったことが抑制される。さらに、入力軸としてのキャリアの回転は、第３の駆動ギヤと第３の従動ギヤとの対あるいは第１の駆動ギヤと第１の従動ギヤとの対によって逆転されるものの、第４の駆動ギヤと第４の従動ギヤとの対あるいは第２の駆動ギヤと第２の従動ギヤとの対によって再度逆転されて、出力軸に伝達される。よって、キャリアの回転方向を正回転方向とすると、出力軸の回転方向も正回転方向となる。したがって、正回転方向の回転を得るために別途ギヤを追加する必要はない。その結果、動力伝達経路上に介在するギヤの数を抑制することができる。よって、ギヤにおける損失動力を低減し、動力の伝達効率を改善することができる。

別の実施例において、側面視で、第１の従動ギヤの軸心と第３の従動ギヤの軸心とを結ぶ直線は、キャリアの軸心と出力軸の軸心との間において、キャリアの軸心と出力軸の軸心とを結ぶ直線と交差する。

この構成によると、キャリア、リングギヤ、サンギヤ、第１の駆動ギヤならびに第３の駆動ギヤの軸心と、第１の従動ギヤならびに第２の駆動ギヤの軸心と、第３の従動ギヤならびに第４の駆動ギヤの軸心と、第２の従動ギヤ、第４の従動ギヤならびに出力軸の軸心との４つの軸心を対角状に配置することで、各ギヤを効率よく配置し、変速機の全体的な体格を小さくできる。

さらに別の実施例において、変速機は、第１のクラッチを係合し、第２のクラッチを解放した第１のモードと、第２のクラッチを係合し、第１のクラッチを解放した第２のモードとのうちのいずれか一方のモードで作動する。第１のモードにおいて変速機がアップシフトする際のリングギヤの回転数の変化方向と、第２のモードにおいて変速機がアップシフトする際のリングギヤの回転数の変化方向とは逆である。

この構成によると、変速装置によりリングギヤの回転数とサンギヤの回転数との比を変更してリングギヤの回転数を上昇させた場合と、減少させた場合との両方の場合において、変速機をアップシフトさせることができる。したがって、サンギヤに対するリングギヤの回転数を増大させて変速機をアップシフトさせた後、サンギヤに対するリングギヤの回転数を減少させて変速機をさらにアップシフトさせることができる。よって、変速比の変化幅を大きくできる。

さらに別の実施例において、第１のモードでサンギヤに対するリングギヤの回転数を最大にした状態下において、第１の従動ギヤの回転数と出力軸の回転数とが同期する。

この構成によると、モードを切り替えるときの各回転数が同期しているため、ショックを低減できる。

さらに別の実施例において、変速装置は、無段変速装置である。
この構成によると、変速比を連続的に変化させて、変速に伴うショックを低減できる。

車両のパワートレーンを示す図である。変速機の側面図である。回転要素の夫々の回転数を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

なお、以下の説明において、回転数とは、特に指定がない限り、回転数の絶対値を意味する。

図１を参照して、車両に搭載されたパワートレーン１００のエンジン２００の出力トルクは、トルクコンバータ３００を介して、変速機３５０に伝達される。なお、エンジン２００の代わりにもしくは加えて、モータを駆動源として用いるようにしてもよい。

トルクコンバータ３００は、エンジン２００のクランク軸に連結されたポンプインペラ３０２と、タービン軸３０４を介してプラネタリギヤ４００に連結されたタービンランナ３０６とから構成されている。ポンプインペラ３０２およびタービンランナ３０６の間にはロックアップクラッチ３０８が設けられている。ロックアップクラッチ３０８は、係合側油室および解放側油室に対する油圧供給が切換えられることにより、係合または解放されるようになっている。

ロックアップクラッチ３０８が完全係合させられることにより、ポンプインペラ３０２およびタービンランナ３０６は一体的に回転させられる。ポンプインペラ３０２には、無段変速装置５００を変速制御したり、ベルト挟圧力を発生させたり、各部に潤滑のための作動油を供給したりするための油圧を発生する機械式のオイルポンプ３１０が設けられている。

変速機３５０は、差動装置であるプラネタリギヤ４００、無段変速装置５００、第１駆動ギヤ６１０、第１従動ギヤ６１２、第２駆動ギヤ６２０、第２従動ギヤ６２２、第３駆動ギヤ６３０、第３従動ギヤ６３２、第４駆動ギヤ６４０、第４従動ギヤ６４２、出力軸６５０、第１クラッチ６６１、第２クラッチ６６２を備える。なお、無段変速装置５００の代わりに、段階的に変速比を変更可能な多段変速機を用いてもよい。

プラネタリギヤ４００は、サンギヤ４０２、キャリア４０４、ピニオンギヤ４０６およびリングギヤ４０８を含む。トルクコンバータ３００のタービン軸３０４は、キャリア４０４に連結されている。すなわち、キャリア４０４は、トルクコンバータ３００を介してエンジン２００に連結され、変速機３５０の入力軸として機能する。

無段変速装置５００には、プライマリプーリ５０４と、セカンダリプーリ５０８と、これらのプーリに巻き掛けられた金属ベルト５１０とが設けられる。各プーリと金属ベルト５１０との間の摩擦力を利用して、動力伝達が行われる。金属ベルト５１０の代わりにチェーンを用いてもよい。また、プライマリプーリ５０４の位置とセカンダリプーリ５０８の位置が逆であってもよい。フルトロイダル式あるいはハーフトロイダル式の無段変速機を用いてもよい。その他の形式の無段変速機を用いてもよい。

各プーリは溝幅が可変であるように構成されている。周知のように、プライマリプーリ５０４の油圧シリンダに供給される油圧が制御されることにより、各プーリの溝幅が変化する。これにより、各プーリの有効径が変更され、変速比γ（γ＝プライマリプーリ回転数／セカンダリプーリ回転数）が連続的に変化させられる。無段変速装置５００には周知の一般的な無段変速装置を用いればよいため、ここではその詳細な説明は繰り返さない。

本実施の形態においては、同軸でプライマリプーリ５０４に第１従動ギヤ６１２が連結され、同軸でセカンダリプーリ５０８に第３従動ギヤ６３２が連結されていることから、無段変速装置５００は、第１従動ギヤ６１２の回転数と、第３従動ギヤ６３２の回転数との比を変更可能である。より詳細には、プライマリプーリ５０４に第１従動ギヤ６１２および第１駆動ギヤ６１０を介してサンギヤ４０２が連結され、セカンダリプーリ５０８に第３従動ギヤ６３２および第３駆動ギヤ６３０を介してリングギヤ４０８が連結されていることから、無段変速装置５００は、サンギヤ４０２の回転数とリングギヤ４０８の回転数との比を変更可能である。

第１駆動ギヤ６１０は、サンギヤ４０２の軸心７０１と同軸でサンギヤ４０２に連結される。サンギヤ４０２は、キャリア４０４およびリングギヤ４０８と共通の軸心７０１を有する。従って、軸心７０１は、プラネタリギヤ４００の軸心であるとも言える。

第１従動ギヤ６１２は、第１駆動ギヤ６１０と噛み合う。第２駆動ギヤ６２０は、第１従動ギヤ６１２の軸心７０２と同軸で第１従動ギヤ６１２に連結される。第２従動ギヤ６２２は、第２駆動ギヤ６２０と噛み合う。

同様に、第３駆動ギヤ６３０は、リングギヤ４０８の軸心７０１と同軸でリングギヤ４０８に連結される。第３従動ギヤ６３２は、第３駆動ギヤ６３０と噛み合う。第４駆動ギヤ６４０は、第３従動ギヤ６３２の軸心７０３と同軸で第３従動ギヤ６３２に連結される。

第４従動ギヤ６４２は、第４駆動ギヤ６４０と噛み合う。図１では各ギヤの配置を２次元で表しているため、第２従動ギヤ６２２の軸心と第４従動ギヤ６４２の軸心とは個別に記載されているが、実際には第２従動ギヤ６２２と第４従動ギヤ６４２とは軸心７０４を共有し、同軸で互いに連結されている。

出力軸６５０は、第２従動ギヤ６２２および第４従動ギヤ６４２の軸心７０４と同軸で、第２従動ギヤ６２２と第４従動ギヤ６４２とに連結されている。図１では各ギヤの配置を２次元で表しているため、２つの出力軸６５０が記載されているが、実際には１つである。

図２に、変速機３５０の側面図を示す。図２に示すように、側面視で、第１従動ギヤ６１２の軸心７０２と第３従動ギヤ６３２の軸心７０３とを結ぶ直線は、キャリア４０４の軸心７０１と出力軸６５０の軸心７０４との間において、キャリア４０４の軸心７０１と出力軸６５０の軸心７０４とを結ぶ直線と交差する。

これにより、４つの軸心７０１，７０２，７０３，７０４を対角状に配置することができる。４つの軸心７０１，７０２，７０３，７０４を対角状に配置することで、各ギヤを効率よく配置し、変速機の全体的な体格を小さくできる。

図１に戻って、第１クラッチ６６１は、第３従動ギヤ６３２から出力軸６５０までの間に設けられる。本実施の形態において、第１クラッチ６６１は、第３従動ギヤ６３２と第４駆動ギヤ６４０との間に設けられる。なお、第１クラッチ６６１を、第４従動ギヤ６４２と出力軸６５０との間に設けてもよい。

同様に、第２クラッチ６６２は、第１従動ギヤ６１２から出力軸６５０までの間に設けられる。本実施の形態において、第２クラッチ６６２は、第１従動ギヤ６１２と第２駆動ギヤ６２０との間に設けられる。なお、第２クラッチ６６２を、第２従動ギヤ６２２と出力軸６５０との間に設けてもよい。

本実施の形態において、変速機３５０は、第１クラッチ６６１を係合し、第２クラッチ６６２を解放した第１モード（Ｌｏモード）と、第２クラッチ６６２を係合し、第１クラッチ６６１を解放した第２モード（Ｈｉモード）とのうちのいずれか一方のモードで作動する。

第１モード（Ｌｏモード）では、キャリア４０４の回転（リングギヤ４０８の回転）は、第３駆動ギヤ６３０ならびに第３従動ギヤ６３２によって逆転された後、第４駆動ギヤ６４０ならびに第４従動ギヤ６４２によって再び逆転されて、出力軸６５０に伝達される。

同様に、第２モード（Ｈｉモード）では、キャリア４０４の回転（サンギヤ４０２の回転）は、第１駆動ギヤ６１０ならびに第１従動ギヤ６１２によって逆転された後、第２駆動ギヤ６２０ならびに第２従動ギヤ６２２によって再び逆転されて、出力軸６５０に伝達される。

したがって、どちらのモードにおいても、入力軸としてのキャリア４０４から出力軸６５０までの動力伝達経路上に介在するギヤの数に変化はない。そのため、特定のモードにおいて動力伝達経路上のギヤの数が増え、伝達効率が悪化するといったことが抑制される。

さらに、入力軸としてのキャリア４０４の回転は、第３駆動ギヤ６３０と第３従動ギヤ６３２との対あるいは第１駆動ギヤ６１０と第１従動ギヤ６１２との対によって逆転されるものの、第４駆動ギヤ６４０と第４従動ギヤ６４２との対あるいは第２駆動ギヤ６２０と第２従動ギヤ６２２との対によって再度逆転されて、出力軸６５０に伝達される。よって、キャリア４０４の回転方向を正回転方向とすると、出力軸６５０の回転方向も正回転方向となる。したがって、正回転方向の回転を得るために別途ギヤを追加する必要はない。その結果、動力伝達経路上に介在するギヤの数を抑制することができる。よって、ギヤにおける損失動力を低減し、動力の伝達効率を改善することができる。

図３を参照して、各運転モードについてさらに説明する。図３においては、サンギヤ４０２を「Ｓ」と表す。キャリア４０４を「Ｃ」ならびに「ＩＮ」と表す。「ＩＮ」とは、変速機３５０の入力軸を意味する。リングギヤ４０８を「Ｒ」と表す。プライマリプーリ５０４を「Ｐｒｉ」と表す。セカンダリプーリを「Ｓｅｃ」と表す。出力軸６５０を「ＯＵＴ」と表す。

なお、図３においては説明のため、サンギヤ４０２の回転数とプライマリプーリ５０４の回転数とを同じに表し、リングギヤ４０８の回転数とセカンダリプーリ５０８の回転数とを同じに表しているが、これらは実際には異なり得る。また、図３においては説明を簡略にするため、エンジン２００の出力軸回転数、すなわちキャリア４０４の回転数が一定であるものと想定する。

図３Ａは、第１クラッチ６６１を係合するとともに、第２クラッチ６６２を解放した状態、すなわち第１モード（Ｌｏモード）で、無段変速装置５００の変速比γ、すなわちプライマリプーリ５０４（サンギヤ４０２）に対するセカンダリプーリ５０８（リングギヤ４０８）の回転数を最小にしたときの各回転要素の回転数を示す。図３Ａに示す状態では、変速機３５０の変速比、すなわち入力回転数に対する出力回転数が最小となる。

図３Ｂは、第１モード（Ｌｏモード）で、変速機３５０がアップシフトされ、無段変速装置５００の変速比γを「１」まで増大させたときの各回転要素の回転数を示す。図３Ｂにおける出力軸６５０の回転数は、図３Ａにおける出力軸６５０の回転数よりも高い。第１モード（Ｌｏモード）では、無段変速装置５００の変速比γを増大することによって、変速機３５０がアップシフトされる。

図３Ｃは、第１モード（Ｌｏモード）で、変速機３５０がさらにアップシフトされ、無段変速装置５００の変速比γを最大にしたときの各回転要素の回転数を示す。図３Ｃに示す状態では、第１従動ギヤ６１２の回転数と出力軸６５０の回転数とが同期する。本実施の形態においては、第１従動ギヤ６１２の回転数と出力軸６５０の回転数とが同期することにより、第１従動ギヤ６１２の回転数と、出力軸６５０によって回転される第２駆動ギヤ６２０との回転数とが同じになる。よって、図３Ｃに示す状態では、第１クラッチ６６１と第２クラッチ６６２と同時に係合することができる。そのため、第１モード（Ｌｏモード）から第２モード（Ｈｉモード）への移行時に発生し得るショックを低減できる。

図３Ｄは、第２クラッチ６６２を係合するとともに、第１クラッチ６６１を解放した状態、すなわち第２モード（Ｈｉモード）で、無段変速装置５００の変速比γを「１」まで減少させたときの各回転要素の回転数を示す。図３Ｄにおける出力軸６５０の回転数は、図３Ｃにおける出力軸６５０の回転数よりも高い。

図３Ｅは、第２モード（Ｈｉモード）で、無段変速装置５００の変速比γがさらに減少され、最小となったときの各回転要素の回転数を示す。図３Ｅにおける出力軸６５０の回転数は、図３Ｄにおける出力軸６５０の回転数よりも高い。

図３Ｃ〜３Ｄから明らかなように、第２モード（Ｈｉモード）では、第１モード（Ｌｏモード）とは逆に、無段変速装置５００の変速比γを減少させることによって、変速機３５０がアップシフトされる。すなわち、第１モード（Ｌｏモード）において出力軸６５０に対するキャリア４０４の回転数（入力回転数）を低減する際、すなわち変速機３５０をアップシフトする際のリングギヤ４０８の回転数の変化方向と、第２モード（Ｈｉモード）において変速機３５０をアップシフトする際のリングギヤ４０８の回転数の変化方向とは逆である。したがって、無段変速装置５００の変速比γを最小から最大まで増加させることによって変速機３５０をアップシフトした後、無段変速装置５００の変速比γを最大から最小まで減少させることによって変速機３５０をさらにアップシフトすることができる。よって、変速比の変化幅を大きくできる。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１００パワートレーン、２００エンジン、３００トルクコンバータ、３１０オイルポンプ、３５０変速機、４００プラネタリギヤ、４０２サンギヤ、４０４キャリア、４０６ピニオンギヤ、４０８リングギヤ、５００無段変速装置、５０４プライマリプーリ、５０８セカンダリプーリ、５１０金属ベルト、６１０第１駆動ギヤ、６１２第１従動ギヤ、６２０第２駆動ギヤ、６２２第２従動ギヤ、６３０第３駆動ギヤ、６３２第３従動ギヤ、６４０第４駆動ギヤ、６４２第４従動ギヤ、６５０出力軸、６６１第１クラッチ、６６２第２クラッチ、７０１，７０２，７０３，７０４軸心。

Claims

リングギヤ、キャリアおよびサンギヤを含み、前記キャリアがエンジンに連結される差動装置と、
同軸で前記サンギヤに連結される第１の駆動ギヤと、
前記第１の駆動ギヤと噛み合う第１の従動ギヤと、
同軸で前記第１の従動ギヤに連結される第２の駆動ギヤと、
前記第２の駆動ギヤと噛み合う第２の従動ギヤと、
同軸で前記リングギヤに連結される第３の駆動ギヤと、
前記第３の駆動ギヤと噛み合う第３の従動ギヤと、
同軸で前記第３の従動ギヤに連結される第４の駆動ギヤと、
前記第４の駆動ギヤと噛み合い、同軸で前記第２の従動ギヤに連結された第４の従動ギヤと、
前記第１の従動ギヤの回転数と前記第３の従動ギヤの回転数との比を変更可能な変速装置と、
同軸で前記第２の従動ギヤと前記第４の従動ギヤとに連結された出力軸と、
前記第３の従動ギヤから前記出力軸までの間に設けられた第１のクラッチと、
前記第１の従動ギヤから前記出力軸までの間に設けられた第２のクラッチとを備え、
側面視で、前記第１の従動ギヤの軸心と前記第３の従動ギヤの軸心とを結ぶ直線は、前記キャリアの軸心と前記出力軸の軸心との間において、前記キャリアの軸心と前記出力軸の軸心とを結ぶ直線と交差する、変速機。
前記変速機は、前記第１のクラッチを係合し、前記第２のクラッチを解放した第１のモードと、前記第２のクラッチを係合し、前記第１のクラッチを解放した第２のモードとのうちのいずれか一方のモードで作動し、
前記第１のモードにおいて前記変速機がアップシフトする際の前記リングギヤの回転数の変化方向と、前記第２のモードにおいて前記変速機がアップシフトする際の前記リングギヤの回転数の変化方向とは逆である、請求項１に記載の変速機。
前記第１のモードで前記サンギヤに対する前記リングギヤの回転数を最大にした状態下において、前記第１の従動ギヤの回転数と、前記出力軸によって回転される前記第２の駆動ギヤの回転数とが同じになる、請求項２に記載の変速機。
前記変速装置は、無段変速装置である、請求項１に記載の変速機。