JP6447065B2 - 無段変速機 - Google Patents

Description

本発明は、自動車や各種産業機械の変速機などに利用可能な無段変速装置であって、トロイダル型無段変速機と遊星歯車式変速機とを備えた無段変速装置に関する。

自動車用変速装置としてトロイダル型無段変速機を使用することが、例えば特許文献１および２等の刊行物に記載されている。
このうち特許文献１には、トロイダル型無段変速機において、入出力側ディスクの転動面とパワーローラとのいずれかの温度に基づいて給油孔から転動面に供給する潤滑油の流量を調整することについて記載されている。
また、特許文献２には、潤滑油量調整弁をトロイダル型無段変速機の入力ディスクに対する入力トルクが大きくなるほど潤滑油量が増大するように制御することが記載されている。

また、変速比の変動幅を大きくすべく、トロイダル型無段変速機と遊星歯車式変速機とを組み合わせた無段変速装置も、例えば特許文献３〜６等の刊行物に記載されている。
このうちの特許文献３には、トロイダル型無段変速機のみで動力を伝達するモード（低速モード）と、差動機構である遊星歯車式変速機により主動力を伝達し、前記トロイダル型無段変速機により変速比の調節を行なう、いわゆるパワースプリット状態を実現するモード（高速モード）とを備えた無段変速装置が記載されている。

また、前記特許文献４〜６には、入力軸を一方向に回転させたまま、出力軸の回転状態を、停止状態を挟んで正転、逆転に切り換えられる、いわゆるギヤードニュートラル状態を実現できるモード（低速モード）を備えた無段変速装置が記載されている。

特開２００２−１９５３７１号公報 特開平８−２８６４６号公報 特開平１０−１９６７５９号公報 特開２００３−３０７２６６号公報 特開２００４−２２５８８８号公報 特開２００４−２１１８３６号公報

しかし、前記特許文献１〜６のいずれにもトロイダル型無段変速機と遊星歯車式変速機とを備えた無段変速装置（ＩＶＴ）において、潤滑油の流量（潤滑流量）を調整することについては記載されていない。

このような無段変速装置（ＩＶＴ）では、低速モードと高速モードとによって、バリエータ（トロイダル型無段変速機の本体部であって、駆動源により回転駆動される入力軸と、この入力軸の回転に基づく動力を取り出す出力軸と、前記入力軸と前記出力軸との間に配置された入出力側ディスクおよびパワーローラを備えたもの）通過トルクが大きく異なるため、モードの違いによって潤滑流量を調整しないと、低速モードでは、大きなトルクがかかるため（通過トルクが大きくなるため）、入出力側ディスクのトラクション面で大きく発熱する虞があり、一方、高速モードでは、燃費に影響の大きい高速クルーズ時の駆動損失が大きくなる虞がある。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、潤滑油の潤滑流量を適切に調整することで、低速モードにおけるトラクション面での発熱および高速モードにおける駆動損失を抑制できる無段変速機を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の無段変速機は、トロイダル型無段変速機と遊星歯車式変速機とを組み合わせ、減速比を大きくする低速モードと、減速比を小さくする高速モードとを有するともに、低速モードにおいて変速比無限大の状態を実現できる無段変速機において、
前記トロイダル型無段変速機を構成するパワーローラが当接する入出力側ディスクのトラクション面に供給する潤滑油の、前記低速モードにおける潤滑流量が前記高速モードにおける最大潤滑流量より大きくなるように設定されていることを特徴とする。

ここで、変速機無限大の状態とは、低速モードにおいて、入力側ディスクと出力側ディスクとの間の変速度比の調節に基づいて、入力軸を回転させた状態のまま出力軸を停止させる変速比無限大の状態（ギヤードニュートラル状態）のことをいう。

本発明においては、低速モードにおける潤滑油の潤滑流量が高速モードにおける最大潤滑流量より大きくなるように設定されているので、バリエータに大きなトルクがかかることのある低速モードでは、入出力側ディスクのトラクション面に十分な量の潤滑油を供給でき、このトラクション面での発熱を抑制できる。
また、高速モードでは、潤滑油の最大潤滑流量が低速モードにおける潤滑流量より小さいので、トラクション面に過剰な量の潤滑油が供給されることがなく、高速モード時における駆動損失を抑制できる。
さらに、低速モードと高速モードとの切替ポイント近傍では、トラクション面を過剰に潤滑してしまうが、低速モードでの潤滑油の使用は時間的に多くなく、効率などにはさほど影響がない。逆にギヤードニュートラルポイントでのスリップ防止など、安全な運転が可能となる。

また、本発明の前記構成において、前記低速モードにおける潤滑油の潤滑流量が一定となっていてもよい。

このような構成によれば、低速モードにおける潤滑油の潤滑流量を一定とすることで、センサや複雑な制御が不要となり、コスト低減を図ることができる。

請求項１に係る本発明によれば、潤滑油量を適切に調整することができるので、低速モード時におけるトラクション面での発熱および高速モード時における駆動損失を抑制できる。
請求項２に係る発明によれば、低速モードにおける潤滑油の潤滑流量を一定とすることで、センサや複雑な制御が不要となり、コスト低減を図ることができる。

本発明の実施形態に係る無段変速機を説明するためもので、当該無段変速機のスケルトン図である。 同、潤滑油の潤滑流量を制御するためのブロック図である。 同、低速モードと高速モードにおけるバリエータの変速比と通過トルクを示すグラフである。 同、低速モードと高速モードにおけるバリエータの変速比と潤滑流量を示すグラフである。 同、潤滑油の潤滑流量を制御する方法を説明するためのフローチャートである。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
まず、トロイダル型無段変速機と遊星歯車式変速機とを組み合わせることによって、減速比を大きくする低速モードと、減速比を小さくする高速モードとを有する無段変速機の一例について、図１を参照して説明する。なお、無段変速機は以下に説明するものに限ることはない。

図１は本実施の形態の無段変速機を示すスケルトン図である。同図に示すように、無段変速装置は、トロイダル型無段変速機を構成するバリエータ１と遊星歯車式変速機を構成する遊星歯車機構２とを備え、バリエータ１の入力軸１１には、エンジン３の出力軸３１に設けられた出力歯車３２から歯車３３および当該歯車３３と伝達軸３４を介して一体に回転可能な歯車３５を介して入力軸１１と一体に回転可能な入力歯車１１ａに回転力が伝達される。すなわち、エンジン３からの出力となる回転力は、上述の各歯車により所定の変速比でトロイダル型無段変速機１に入力される。

また、入力軸１１には、当該入力軸１１と一体に回転可能にスプロケット１８が設けられ、チェーン２０介して、遊星歯車機構２の後述のキャリア２１と一体に回転可能に設けられたスプロケット２２に回転力を伝達するようになっている。なお、チェーンとスプロケットに代えて、ベルトとプーリとしたり、タイミングベルトを用いるものとしたりしてもよい。すなわち、エンジン３からの入力は、入力軸１１を介して遊星歯車機構２のキャリア２１にも伝動されるようになっている。

そして、バリエータ１には、入力軸１１と一体に回転可能な入力側ディスク１２，１２と、パワーローラ１３，１３を介して入力側ディスク１２，１２から回転力が伝達される出力側ディスク１４とを有する。
この例においては、２枚の入力側ディスク１２，１２がパワーローラ１３と油膜を介して接触する凹面（トラクション面）１２ａ、１２ａどうしが対向して配置され、その間に出力側ディスク１４が配置されるとともに、出力側ディスク１４は２つのディスクが背面どうしを接合して一体となった形状を有し、左右の入力側ディスク１２，１２の凹面１２ａ，１２ａにそれぞれ対向し、かつ、パワーローラ１３と油膜を介して接触する一対の凹面（トラクション面）１４ａ、１４ａが形成されている。

そして、バリエータ１においては、互いに凹面１２ａ，１４ａを対向して配置されている入力側ディスク１２，１２と、出力側ディスク１４、１４との間にパワーローラ１３，１３が例えば一対ずつ配置されるとともに傾転可能とされている。そして、パワーローラ１３の傾転角に応じて、パワーローラ１３がその周面１３ａを入力側ディスク１２の凹面１２ａの外周側に接触させられるとともに、出力側ディスク１４の凹面１４ａの内周側に接触させられた減速の状態から中立状態を経て入力側ディスク１２の凹面１２ａの内周側に接触させられるとともに、出力側ディスク１４の凹面１４ａの外周側に接触させられた増速の状態まで変速比を無段で連続的に変えられるようになっている。

また、出力側ディスク１４には、一体に回転可能にバリエータ１の出力歯車１５が備えられている。
そして、出力歯車１５は、バリエータ１の出力軸１６に一体に回転可能に設けられた出力軸歯車１７と噛み合っており、バリエータ１の出力となる回転力がバリエータ１の出力軸１６に伝動される。

また、出力軸１６は、ダイレクトモードクラッチ（高速用クラッチ）１９を介して無段変速装置の出力軸４１が接続可能となっている。
また、遊星歯車機構２においては、太陽歯車２４と、当該太陽歯車２４と噛み合って当該太陽歯車２４の周囲を自転しながら公転する遊星歯車２３と、遊星歯車２３を上述のように自転自在かつ公転自在に支持するキャリア２１と、遊星歯車２３の外側に太陽歯車２４と同軸上に配置されて、当該遊星歯車２３と内周側に形成された歯が噛み合って回転するリング歯車２５とを備える。

そして、上述のようにエンジン３からの回転力が入力軸１１を介して、キャリア２１に入力されるようになっている。
また、バリエータ１の出力軸１６が太陽歯車２４と一体に回転可能となっている。さらに、リング歯車２５は、ローモードクラッチ（低速用クラッチ）２６を介して無段変速装置の出力軸４１に接続されるようになっている。
また、無段変速装置の出力軸４１には、当該出力軸４１と一体に回転可能に出力歯車４２が設けられ、例えば、車両の場合に、当該出力歯車４２から例えばディファレンシャルギア等を介して駆動輪に回転力を伝達することになる。

このような、無段変速装置においては、ダイレクトモードクラッチ（高速用クラッチ）１９を接続するとともに、ローモードクラッチ（低速用クラッチ）２６を切断すると、ダイレクトモードとなり、バリエータ１の出力軸１６と無段変速装置の出力軸４１とがダイレクトモードクラッチ１９により一体に回転可能に接続され、バリエータ１の出力軸１６の回転力が無段変速装置の出力とされる。すなわち、バリエータ１の出力軸１６が無段変速装置の出力軸４１に直結されて、バリエータ１の出力がそのまま無段変速装置の出力とされることになり、バリエータ１の変速比のみで出力が行われることになる。

また、無段変速装置においては、ダイレクトモードクラッチ（高速用クラッチ）１９を切断するとともに、ローモードクラッチ（低速用クラッチ）２６を接続すると、ローモード（ギアードニュートラルモード：動力循環モード（低速モード））となる。この例では、遊星歯車機構２のキャリア２１にバリエータ１の入力軸１１の回転力が伝達され、太陽歯車２４にバリエータ１の出力軸１６の回転力が伝達される。そして、これらの回転に基づいて、自転するとともに公転する遊星歯車２３の回転に対応してリング歯車２５が回転し、当該リング歯車２５がローモードクラッチ２６により無段変速装置の出力軸４１に接続され、遊星歯車機構２からの出力が無段変速装置の出力となる。
このギアードニュートラルモードの場合には、無段変速装置の変速比を負の値から０を挟んで正の値まで無限大（低速モード時に、入力側ディスク１２と出力側ディスク１４との間の変速度比の調節に基づいて、入力軸１１を回転させた状態のまま出力軸４１を停止させる変速比無限大の状態）を含んでほぼ連続的に制御を行うことができる。

上述したような無段変速装置を組み込んだ車両では、図２に示すように、アクセルペダルの開閉操作（アクセル開度）、エンジン回転数、車両の走行速度（車速）から得られる、その時点での車両の走行状態（運転状態）に基づいて、コントローラ５０により、無段変速装置（バリエータ１）の最適な変速比（目標変速比）を求める。そして、この目標変速比を実現すべく、コントローラ５０の制御信号に基づいて図示しないステッピングモータ等を駆動し、図示しない変速比制御弁を切り換えることにより、トロイダル型無段変速機（バリエータ１）の変速比を、前記目標変速比に対応する目標変速比に調節するように変速制御する。

また、これとともに、無段変速装置の目標変速比に応じて、図示しないシフト用電磁弁等を切り換えることにより、前記低速用クラッチ２６、高速用クラッチ１９の断接状態を切り換え、必要な走行モード（低速モードあるいは高速モード）を選択する。これらにより、無段変速装置の変速比を、その時点での車両の走行状態に応じた最適な値（目標変速比）に調整する。

また、本実施の形態では、図３に示すように、モード（低速モードおよび高速モード）の違いによってバリエータ通過トルクが大きく異なるため、低速モードと高速モードとの切り分けによって潤滑油の潤滑流量を調整する。なお、図３において実線がトルクを示し、破線がバリエータ変速比を示す。また、横軸は本実施の形態の無段変速機の変速比を示す。
すなわち、図２に示すコントローラ５０が低速モードであることを検知したら、この検知信号を出力して流量制御弁５１に入力し、この流量制御弁５１によってバリエータ１の入出力ディスク１２，１４のトラクション面１２ａ，１４ａに供給する潤滑油の潤滑流量を、図４に示すように、高速モードにおける最大潤滑流量より大きくなるように制御する。なお、流量制御弁５１には、図示しないオイルタンクから送油ポンプ５２によって潤滑油が供給される。なお、図４において実線が潤滑流量を示し、破線がバリエータ変速比を示す。また、横軸は本実施の形態の無段変速機の変速比を示す。

コントローラ５０は、アクセルペダルの開閉操作（アクセル開度）、エンジン回転数、車両の走行速度（車速）から得られる、その時点での車両の走行状態（運転状態）に基づいて潤滑油の必要流量を算出し、流量制御弁５１に信号を送信することで前記トラクション面１２ａ，１４ａへの潤滑流量を調整するが、低速モードにおける潤滑流量は高速モードにおける最大潤滑流量より大きくなるように設定する。

図５を参照して説明すると、ステップＳ１でコントローラが低速モードであることを検知したら、ステップＳ２に移行して、前記流量制御弁５１によって設定流量を大とする。つまり、図４に示すように、バリエータ１のトラクション面１２ａ，１４ａに供給する潤滑油の潤滑流量を高速モードにおける最大潤滑流量より大きくなるように制御する。このように、低速モードでは潤滑油の潤滑流量を高速モードにおける最大潤滑流量より大きくなるように制御するが、この潤滑流量は一定としてもよい。

一方、ステップＳ１でコントローラ５０が低速モードないこと、すなわち高速モードであることを検知したら、ステップＳ３に移行して、流量制御弁５１によって設定流量を小とする。つまり、図４に示すように、バリエータ１のトラクション面１２ａ，１４ａに供給する潤滑油の最大潤滑流量を低速モードにおける潤滑流量より小さくなるように制御する。

このように、本実施の形態では、バリエータ１に大きなトルクがかかることのある低速モードでは、潤滑流量を多くするので、入出力ディスク１２，１４のトラクション面１２ａ，１４ａでの発熱を抑えスリップを防止できる。
また、バリエータ最大通過トルクが小さい高速モードでは、潤滑流量を少なくし駆動損失を抑制できる。これにより、燃費に影響の大きい高速クルーズ時の駆動損失を小さくして燃費向上に寄与できる。
さらに、低速モードと高速モードとの切替ポイント近傍では、トラクション面を過剰に潤滑してしまうが、低速モードでの潤滑油の使用は時間的に多くなく、効率などにはさほど影響がない。逆にギヤードニュートラルポイントでのスリップ防止など、安全な運転が可能となる。
また、低速モードと高速モードとの切り分けによって潤滑油の潤滑流量を調整する際に、温度などの推定や複雑な制御をすることなく、潤滑流量を調整できるため、コスト低減を図ることができ、さらに、センサ等を使用していないので、その故障による不具合の虞もない。

なお、本実施の形態の無段変速機では、トロイダル型無段変速機として図１に示すようなダブルキャビティ式ハーフトロイダル型無段変速機を使用したが、これに限らず、シングルキャビティ式ハーフトロイダル型無段変速機やフルトロイダル型無段変速機を使用したものにも適用できる。
また、遊星歯車式変速機も図１に示すようなものに限らず、他の遊星歯車式変速機を使用したものにも適用できる。

１ バリエータ（トロイダル型無段変速機）
２ 遊星歯車機構（遊星歯車式変速機）
１２ 入力側ディスク
１２ａ トラクション面
１３ パワーローラ
１４ 出力側ディスク
１４ａ トラクション面

Claims (1)

1. トロイダル型無段変速機と遊星歯車式変速機とを組み合わせ、減速比を大きくする低速モードと、減速比を小さくする高速モードとを有するともに、低速モードにおいて変速比無限大の状態を実現できる無段変速機において、
   前記トロイダル型無段変速機を構成するパワーローラが当接する入出力側ディスクのトラクション面に供給する潤滑油の、前記低速モードにおける潤滑流量が前記高速モードにおける最大潤滑流量より大きくなるように設定され、
   前記低速モードにおける潤滑油の潤滑流量が一定となっていることを特徴とする無段変速機。

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