JP6501780B2

JP6501780B2 - Ｃｖｔ伝動機構

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Publication number: JP6501780B2
Application number: JP2016537984A
Authority: JP
Inventors: ヴァルターベアンハート
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-12-09
Filing date: 2014-11-28
Publication date: 2019-04-17
Anticipated expiration: 2034-11-28
Also published as: WO2015086018A3; DE112014005606A5; CN105814343A; US10295030B2; WO2015086018A2; US20160305520A1; CN105814343B; JP2016540170A

Description

本発明は、駆動部と、無段階に調節可能なバリエータと、無段階の変速比を有する少なくとも２つの運転領域（ロー及びハイ）を実現する副伝動機構と、無段階の変速比を有する第１の運転領域（ロー）と第２の運転領域（ハイ）との間で切り換える直接切り換え段（Ｄｉｒｅｋｔｓｃｈａｌｔｓｔｕｆｅ）と、を備えるＣＶＴ伝動機構に関する。さらに本発明は、このようなＣＶＴ伝動機構を運転する方法に関する。

ＣＶＴとは、無段変速する伝動機構を指しており、ＣＶＴというアルファベットは、「ＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙＶａｒｉａｂｌｅＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ」の略である。無段変速する伝動機構の変速比領域、つまりそのレンジを高めるために、例えば欧州特許出願公開第２２７５７０９号明細書において、無段変速する伝動機構の下流に、切り換え可能なプラネタリ伝動機構を配置することが知られている。切り換え可能なプラネタリ伝動機構は、二領域切り換えと後進切り換えとを可能にする。さらに、独国特許出願公開第１０２６１９００号明細書において、例えば発進用又は高速用の切り換えが可能な固定のギヤ段を備える多領域ＣＶＴを設けることが知られているが、この固定の変速比の運転中、バリエータは連結解除されている。したがって、１つの無段階の領域しか存在せず、すべての走行領域を無段階に運転できるわけではない。

本発明の課題は、駆動部と、無段階に調節可能なバリエータと、無段階の変速比を有する少なくとも２つの運転領域（ロー及びハイ）を実現する副伝動機構と、無段階の変速比を有する第１の運転領域（ロー）と第２の運転領域（ハイ）との間で切り換える直接切り換え段と、を備えるＣＶＴ伝動機構の運転を簡単にすることである。

上記課題は、駆動部と、無段階に調節可能なバリエータと、無段階の変速比を有する少なくとも２つの運転領域（ロー及びハイ）を実現する副伝動機構と、無段階の変速比を有する第１の運転領域（ロー）と第２の運転領域（ハイ）との間で切り換える直接切り換え段と、を備えるＣＶＴ伝動機構において、副伝動機構が、第１の運転領域（ロー）のために力結合（ｋｒａｆｔｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ）式のクラッチ、特に摩擦クラッチを有し、第２の運転領域（ハイ）のために形状結合（ｆｏｒｍｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ）式のクラッチ、特に爪クラッチを有することによって解決される。本発明により第１の運転領域（ロー）用の力結合式のクラッチを第２の運転領域（ハイ）用の形状結合式のクラッチと組み合わせると、形状結合式のクラッチのコストは力結合式のクラッチのコストよりも低いため、ＣＶＴ伝動機構の製造時のコストを節減することができる。それにもかかわらず、予想外なことに、力結合式のクラッチと形状結合式のクラッチとの組み合わせによって、ＣＶＴ伝動機構の運転中の比較的高い走行快適性を達成することができる。

ＣＶＴ伝動機構の好ましい一実施形態は、直接切り換え段が、形状結合式のクラッチ、特に爪クラッチを有することを特徴とする。これにより、製造コストをさらに削減することができる。具体的には、ＣＶＴ伝動機構の運転中の走行快適性が言及に値するほど制限されることなく、製造コストをさらに削減することができる。

ＣＶＴ伝動機構の別の好ましい一実施形態は、バリエータをバイパスする直接切り換え段が駆動部に直接接続されていることを特徴とする。直接切り換え段を駆動部に直接接続することで、直接切り換え段を、好ましくは発進要素とは無関係に使用可能である。直接切り換え段は、例えば、従来のＣＶＴパワートレーンにおいて液圧ポンプを駆動するために使用される歯車に接続されてもよい。それゆえ、このような歯車は、ポンプ歯車ともいう。駆動部が内燃機関又はエンジンを有している場合、バリエータをバイパスする直接切り換え段は、内燃機関又はエンジンによって直接駆動される。駆動部への直接切り換え段の直接接続に基づいて、直接切り換え段は、本発明の範囲内で、好ましくは、ＣＶＴパワートレーンを装備している自動車の走行運転中にのみ使用される。

ＣＶＴ伝動機構の別の好ましい一実施形態は、バリエータをバイパスする直接切り換え段が、トーショナルバイブレーションダンパの介在下でクランク軸に接続されていることを特徴とする。クランク軸を介して駆動部、特に内燃機関又はエンジンのトルクが放出される。トーショナルバイブレーションダンパは、好ましくは、駆動部、特に内燃機関又はエンジンの運転中に発生する望ましくないねじり振動をＣＶＴパワートレーンから分離するために用いられる。これにより、回転ムラによって引き起こされるＣＶＴパワートレーンの望ましくない損傷が防止される。

ＣＶＴ伝動機構の別の好ましい一実施形態は、副伝動機構が、バリエータとディファレンシャルとの間に配置されていることを特徴とする。副伝動機構は、例えば減速伝動機構である。副伝動機構は、好ましくは、バリエータ出力部とディファレンシャルとの間に配置される。これに対して、直接切り換え段は、好ましくは、発進要素とバリエータ入力部との間に配置される。

ＣＶＴ伝動機構の別の好ましい一実施形態は、副伝動機構が、二領域の伝動機構（Ｚｗｅｉｂｅｒｅｉｃｈｓｇｅｔｒｉｅｂｅ）、特にプラネタリ伝動機構として構成されていることを特徴とする。二領域の伝動機構は、例えば、ロー領域ともいう第１の領域での走行運転と、ハイ領域ともいう第２の領域での走行運転とを可能にする。第１の領域では、例えば第２の領域における変速比よりも大きな変速比で走行可能である。さらに、プラネタリ伝動機構として構成される二領域の伝動機構は、好ましくは、後進ギヤ段を実現することを可能にする。

ＣＶＴ伝動機構の別の好ましい一実施形態は、副伝動機構が、単純なプラネタリセット（ｅｉｎｆａｃｈｅｒＰｌａｎｅｔｅｎｓａｔｚ）を有するプラネタリ伝動機構として構成されていることを特徴とする。プラネタリ伝動機構は、本発明の主要な一態様において、少なくとも２つのプラネタリセットを有する従来技術のプラネタリ伝動機構と比較して、遙かに単純に構成されている。プラネタリ伝動機構を単純にする場合には、操作快適性又はシフト快適性の低下は意図的に甘受される。しかし、このことから、単純化されたプラネタリ伝動機構をより簡単に製造可能であるのみならず、例えばそれぞれ異なるトルククラス用の一種の伝動機構ユニットを実現するために、遙かにフレキシブルに利用可能であるという利点が生じる。さらに、プラネタリ伝動機構の単純化によって、構造スペースも節約可能である。

ＣＶＴ伝動機構の好ましい一実施形態は、プラネタリ伝動機構が、１つのサンギヤと、１つのリングギヤと、回転可能に１つのプラネタリキャリアに支持されている複数のプラネタリピニオンと、を有することを特徴とする。このプラネタリ伝動機構は、従来技術のプラネタリ伝動機構とは異なり、１つのみのサンギヤ、１つのみのリングギヤ、１つのみのプラネタリキャリアを有している。このことは、特に、プラネタリ伝動機構の設計時に、様々な要求をより簡単にかつよりフレキシブルに考慮できるという利点を提供する。

ＣＶＴ伝動機構の別の好ましい一実施形態は、サンギヤがバリエータ出力部に接続されていることを特徴とする。プラネタリ伝動機構のサンギヤは、好ましくは相対回動不能にバリエータの被動側の円錐円盤セットの出力軸に結合される。

ＣＶＴ伝動機構の別の好ましい一実施形態は、単純なプラネタリセットを有するプラネタリ伝動機構が、バリエータとディファレンシャルとの間に配置されていることを特徴とする。バリエータは、被動側の円錐円盤セットの他に、駆動側の円錐円盤セットを有しており、駆動側の円錐円盤セットは、発進要素を介して駆動部、例えば内燃機関又はエンジンに駆動接続されている。ディファレンシャルは、被動側において、好ましくは、駆動部から提供されるトルクを例えば２つの駆動輪に分配するために用いられる。

ＣＶＴ伝動機構の別の好ましい一実施形態は、単純なプラネタリセットを有するプラネタリ伝動機構の下流に、後進ギヤ段を実現する回転方向逆転装置が接続されていることを特徴とする。本発明の別の態様によれば、回転方向逆転装置は、プラネタリ伝動機構内に意図的に統合されていない。これにより、プラネタリ伝動機構の構造がさらに単純化される。さらに、プラネタリ伝動機構と回転方向逆転装置との間の意図的な分離によって、様々なトルククラス用の伝動機構ユニットの実現がさらに容易になる。

ＣＶＴ伝動機構の別の好ましい一実施形態は、回転方向逆転装置が、前進分岐と後進分岐とを有する固定段の伝動機構（Ｆｅｓｔｓｔｕｆｅｎｇｅｔｒｉｅｂｅ）として構成されていることを特徴とする。固定段の伝動機構は、例えば１つの円筒歯車段と、前進分岐と後進分岐との間での切り換え用のつめ切り換え部と、を有している。さらに、固定段の伝動機構は、好ましくは、トルクが固定段の伝動機構を介して伝達されないニュートラル位置又はアイドル位置を可能にする。

上記課題は、駆動部と、無段階に調節可能なバリエータと、無段階の変速比を有する少なくとも２つの運転領域（ロー及びハイ）を実現する副伝動機構と、無段階の変速比を有する第１の運転領域（ロー）と第２の運転領域（ハイ）との間で切り換える直接切り換え段とを備えるＣＶＴ伝動機構、特に上記ＣＶＴ伝動機構を運転する方法において、代替的に又は付加的に、第１の運転領域（ロー）から第２の運転領域（ハイ）への切り換えを直接切り換え段を介して実施することによって解決される。第１の運転領域（ロー）から第２の運転領域（ハイ）への切り換えは、好ましくは常に直接切り換え段を介して実施される。第１の運転領域（ロー）から第２の運転領域（ハイ）への、直接切り換え段を介した切り換えは、好ましくは常に同じ伝動機構変速比で、例えば伝動機構変速比が約４．２５のところで実施される。ロー領域を示す特性線に関して、第１の運転領域（ロー）から第２の運転領域（ハイ）への、直接切り換え段を介した切り換えは、好ましくはこの特性線の下端で実施される。

上記課題は、駆動部と、無段階に調節可能なバリエータと、無段階の変速比を有する少なくとも２つの運転領域（ロー及びハイ）を実現する副伝動機構と、無段階の変速比を有する第１の運転領域（ロー）と第２の運転領域（ハイ）との間で切り換える直接切り換え段と、を備えるＣＶＴ伝動機構、特に上記ＣＶＴ伝動機構を運転する方法において、代替的に又は付加的に、第２の運転領域（ハイ）から第１の運転領域（ロー）への急速ダウン調節を、副伝動機構の摩擦クラッチをスリップさせることにより実施することによって解決される。これにより、例えばいわゆるキックダウンを実現するために、直接切り換え段を使用することなく、第２の運転領域（ハイ）のある任意の点から第１の運転領域（ロー）へと迅速かつ簡単に切り換えることが可能になる。

本方法の好ましい一実施形態は、伝動機構変速比の急速ダウン調節を、副伝動機構の摩擦クラッチをスリップさせつつ、同時にバリエータを調節することによって実施することを特徴とする。これにより、ＣＶＴ伝動機構の運転中のシフト快適性をさらに改善することができる。

本方法の別の好ましい一実施形態は、伝動機構変速比の急速ダウン調節を、副伝動機構の摩擦クラッチをスリップさせることによって、かつバリエータ調節を行なうことなく実施することを特徴とする。運転形式次第では、バリエータ変速比を一定に維持することが有利な場合もある。

上記課題は、駆動部と、無段階に調節可能なバリエータと、無段階の変速比を有する少なくとも２つの運転領域（ロー及びハイ）を実現する副伝動機構と、無段階の変速比を有する第１の運転領域（ロー）と第２の運転領域（ハイ）との間で切り換える直接切り換え段と、を備えるＣＶＴ伝動機構、特に上記ＣＶＴ伝動機構を運転する方法において、代替的に又は付加的に、伝動機構変速比の急速ダウン調節時、直接切り換え段を使用せずに、ダイレクトに第２の運転領域（ハイ）から第１の運転領域（ロー）へと飛ばすことによって解決される。これにより、切り換えを加速可能である。

本発明の別の利点、特徴及び詳細は、図面を参照しながら様々な実施の形態について詳細に説明する以下の説明から得られる。

本発明に係るＣＶＴパワートレーンの概略縦断面図である。本発明に係る方法の一実施の形態に則した、ＣＶＴパワートレーンの変速比特性マップを示す図である。

図１に、本発明に係るＣＶＴ伝動機構を備える本発明に係るＣＶＴパワートレーン１を示してある。ＣＶＴパワートレーン１は、駆動部３を有している。駆動部は、例えば内燃機関である。内燃機関（Brennkraftmaschine）は、自動車で使用される場合、エンジン（Verbrennungsmotor）ともいう。ＣＶＴパワートレーン１は、自動車で使用される。

自動車の発進は、発進要素５により可能となる。発進要素５を介して、駆動部３のトルクは発進出力部分６に伝達される。発進出力部分６は、歯車８及び歯車９を有する歯車段を介してバリエータ１０のバリエータ入力部に接続されている。

バリエータ１０は、駆動側の円錐円盤セット１１及び被動側の円錐円盤セット１２（プーリ）を有している。両円錐円盤セット１１，１２は、略示したに過ぎない巻き掛け手段１３によって互いに連結されている。巻き掛け手段１３は、例えば特殊チェーンである。

両円錐円盤セット１１及び１２を介して、駆動部３と被動部１５との間の変速比が無段階に調節可能である。被動部１５は、少なくとも１つの駆動輪（図示せず）を有している。

通常、被動部１５は、少なくとも２つの駆動輪を有している。提供されたトルクを両駆動輪に分配するために、ディファレンシャル１６ともいう差動伝動機構が用いられる。ディファレンシャル１６は、円筒歯車１８を有している。

バリエータ１０とディファレンシャル１６との間には、プラネタリ伝動機構２０が配置されている。プラネタリ伝動機構２０は、被動側の円錐円盤セット１２のバリエータ出力部に配設されている。

ＣＶＴパワートレーン１の駆動部３には、トーショナルバイブレーションダンパ２２が配設されている。トーショナルバイブレーションダンパ２２は、駆動部３と発進要素５との間に配置されている。発進要素５は、発進クラッチ２４として構成されている。発進クラッチ２４は、湿式の多板クラッチである。

トーショナルバイブレーションダンパ２２の入力部分２５は、相対回動不能に駆動部３のクランク軸に結合されている。トーショナルバイブレーションダンパ２２の出力部分２６は、一方では、発進クラッチ２４の入力部をなしている。他方では、トーショナルバイブレーションダンパ２２の出力部分２６は、相対回動不能に歯車２８に結合されている。歯車２８は、例えば（図示しない）ポンプを駆動するために用いられる。それゆえ歯車２８は、ポンプ歯車ともいう。しかし、歯車２８は、他の又はさらに別の車両構成要素を駆動するために用いられてもよい。

本発明の一態様によれば、歯車２８には、切り換え装置２９によって切り換え可能な直接切り換え段３０が配設されている。切り換え装置２９は、本発明の一態様において、爪クラッチとして構成されている。矢印３１は、直接切り換え段３０がバリエータ１０をバイパスするために用いられることを略示している。矢印３１により略示するように、直接切り換え段３０は、切り換え装置２９によって歯車２８をディファレンシャル１６の円筒歯車１８に直結可能である。直接切り換え段３０により駆動部３は、トーショナルバイブレーションダンパ２２を介して、発進要素５とは無関係にバリエータ１０を迂回して、ディファレンシャル１６を介して被動部１５に駆動接続可能である。

本発明の別の一態様によれば、プラネタリ伝動機構２０は、１つのみの単純プラネタリセット（Ｅｉｎｆａｃｈｐｌａｎｅｔｅｎｓａｔｚ）４０と、２つの切り換え段４１，４２とを有している。単純プラネタリセット４０は、相対回動不能にバリエータ１０の被動側の円錐円盤セット１２の出力軸に結合されている１つのサンギヤ４４を有している。さらに、単純プラネタリセット４０は、１つのリングギヤ４５を有している。リングギヤ４５及びサンギヤ４４には、複数のプラネタリピニオン４６が係合している。プラネタリピニオン４６は、回転可能に１つのプラネタリキャリア４８に支持されている。プラネタリキャリア４８は、相対回動不能にプラネタリ伝動機構２０の伝動機構出力軸４９に結合されている。

切り換え段４１は、多板クラッチとしてロー領域Ｌｏｗを実現するために構成されており、リングギヤ４５に配設されている。切り換え段４２は、爪クラッチとして構成されている。切り換え段４２は、プラネタリキャリア４８又は伝動機構入力軸４９に配設されており、ハイ領域Ｈｉｇｈを実現するために用いられる。

プラネタリ伝動機構２０の下流には、回転方向逆転装置５０が接続されている。回転方向逆転装置５０は、相対回動不能に伝動機構出力軸４９に結合されている歯車段を有している。爪クラッチ５２を介して、ニュートラル位置Ｎと、前進位置Ｄと、後進位置Ｒとの間で切り換え可能である。

ここでＤは、前進走行運転を表しており、前進走行運転では、伝動機構出力軸４９によって提供されるトルクが、回転方向逆転装置５０の前進分岐を介してディファレンシャル１６の円筒歯車１８に伝達される。

後進走行運転Ｒでは、伝動機構出力軸４９によって提供されるトルクが、反対の回転方向でディファレンシャル１６の円筒歯車１８に伝達される。ニュートラル位置Ｎでは、伝動機構出力軸４９が、ディファレンシャル１６の円筒歯車１８から切り離されている。つまり、ニュートラル位置Ｎでは、伝動機構出力軸４９からディファレンシャル１６の円筒歯車１８にトルクが伝達されない。

図１に示したＣＶＴ伝動機構は、特に両爪クラッチ４２及び２９により、従来慣用のＣＶＴ伝動機構とは相違する。爪クラッチ４２は、プラネタリ伝動機構として構成される副伝動機構２０において、ハイ領域を実現するために用いられる。これに対して、ロー領域は、摩擦クラッチ４１によって実現される。爪クラッチ２９は、直接切り換え段３０に配設されている。

図２は、図１に示したＣＶＴ伝動機構に関する変速比特性マップを、デカルト座標系のグラフの形で示している。図２に示したデカルト座標系のグラフは、ｘ軸６１及びｙ軸６２を有している。ｘ軸６１には、バリエータ（図１の１０）のバリエータ変速比を示してある。ｙ軸６２には、ＣＶＴ伝動機構の伝動機構変速比を示してある。

特性線６３は、ロー運転領域を示している。特性線６４は、ハイ運転領域を示している。ｘ軸６１に対して平行に延びる一点鎖線６５は、ロー領域６３とハイ領域６４との間での切り換えを略示している。切り換え６５は、例えば約４．５の一定の伝動機構変速比で実施されている。

本発明に係る方法の一態様において、ロー領域６３からハイ領域６４への切り換えは、常に直接切り換え段（図１の３０）を介して実施される。直接切り換え段による切り換えは、例えば、点Ａから一点鎖線６５に沿って点Ｂまで実施される。点Ａは、ロー領域のための特性線６３の下端を示している。点Ｂは、ハイ領域のための特性線６４の上端を示している。

ハイ領域６４からロー領域６３への急速ダウン調節は、図２に矢印７１により略示するように、クラッチ（図１の４１）をスリップさせることによって実施可能である。ハイ領域６４からロー領域６３へのダイレクトダウンシフトは、任意選択的には、図２に矢印７２により略示するように、シフトポイントＢとシフトポイントＣとの間の領域から実施されてもよい。図２の矢印６６は、急速ダウンシフト又は急速ダウン調節が、ロークラッチ（図１の４１）をスリップさせつつ、同時にバリエータを調節することによっても実施可能であることを略示している。

１ＣＶＴパワートレーン
３駆動部
５発進要素
６発進出力部分
８歯車
９歯車
１０バリエータ
１１駆動側の円錐円盤セット
１２被動側の円錐円盤セット
１３巻き掛け手段
１５被動部
１６ディファレンシャル
１８円筒歯車
２０プラネタリ伝動機構
２２トーショナルバイブレーションダンパ
２４発進クラッチ
２５入力部分
２６出力部分
２８歯車
２９切り換え装置
３０直接切り換え段
３１矢印
４０単純なプラネタリセット
４１切り換え段
４２切り換え段
４４サンギヤ
４５リングギヤ
４６プラネタリピニオン
４８プラネタリキャリア
４９伝動機構出力軸
５０回転方向逆転装置
５２爪クラッチ
６１ｘ軸
６２ｙ軸
６３特性線ロー
６４特性線ハイ
６５線
６６双方向矢印
７１矢印
７２矢印

Claims

駆動部（３）と、無段階に調節可能なバリエータ（１０）と、無段階の変速比を有する少なくとも２つの運転領域（ロー及びハイ）を実現する副伝動機構（２０）と、無段階の変速比を有する第１の運転領域（ロー）と第２の運転領域（ハイ）との間で切り換える直接切り換え段（３０）と、を備えるＣＶＴ伝動機構であって、
前記副伝動機構（２０）は、前記第１の運転領域（ロー）のために摩擦クラッチ（４１）を有し、前記第２の運転領域（ハイ）のために形状結合式のクラッチ（４２）を有し、
前記第２の運転領域（ハイ）から前記第1の運転領域（ロー）への急速ダウン調節を、前記副伝導機構（２０）の摩擦クラッチ（４１）をスリップさせることによって実施可能に構成されていることを特徴とするＣＶＴ伝動機構。
前記直接切り換え段（３０）は、形状結合式のクラッチ（２９）を有する、請求項１に記載のＣＶＴ伝動機構。
前記バリエータをバイパスする前記直接切り換え段（３０）は、前記駆動部（３）に直接接続されている、請求項１又は２に記載のＣＶＴ伝動機構。
前記副伝動機構（２０）は、前記バリエータ（１０）とディファレンシャル（１６）との間に配置されている、請求項１から３までのいずれか１項に記載のＣＶＴ伝動機構。
前記副伝動機構（２０）は、単純なプラネタリセット（４０）を有するプラネタリ伝動機構として構成されている、請求項１から４までのいずれか１項に記載のＣＶＴ伝動機構。
駆動部と、無段階に調節可能なバリエータ（１０）と、無段階の変速比を有する少なくとも２つの運転領域（ロー及びハイ）を実現する副伝動機構（２０）と、無段階の変速比を有する第１の運転領域（ロー）と第２の運転領域（ハイ）との間で切り換える直接切り換え段（３０）と、を備えるＣＶＴ伝動機構を運転する方法であって、
前記第１の運転領域（ロー）から前記第２の運転領域（ハイ）への切り換えを、前記直接切り換え段（３０）を介して実施し、前記第２の運転領域（ハイ）から前記第１の運転領域（ロー）への急速ダウン調節を、前記副伝動機構（２０）の摩擦クラッチ（４１）をスリップさせることによって実施することを特徴とする、ＣＶＴ伝動機構を運転する方法。
前記伝動機構変速比の急速ダウン調節を、前記副伝動機構（２０）の摩擦クラッチ（４１）をスリップさせつつ、同時にバリエータを調節することによって実施する、請求項６に記載の方法。
前記伝動機構変速比の急速ダウン調節を、前記副伝動機構（２０）の摩擦クラッチ（４１）をスリップさせることによって、かつバリエータ調節を行なうことなく実施する、請求項６に記載の方法。
請求項６から８までのいずれか１項に記載の方法であって、前記伝動機構変速比の急速ダウン調節時、前記直接切り換え段（３０）を使用せずに、ダイレクトに前記第２の運転領域（ハイ）から前記第１の運転領域（ロー）へと飛ばすことを特徴とする方法。