JP6822156B2

JP6822156B2 - 変速機

Info

Publication number: JP6822156B2
Application number: JP2017004327A
Authority: JP
Inventors: 佑輔高橋
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2017-01-13
Filing date: 2017-01-13
Publication date: 2021-01-27
Anticipated expiration: 2037-01-13
Also published as: JP2018112287A

Description

本発明は、変速機に関する。

従来より、静油圧式無段変速機（ハイドロスタティックトランスミッション：ＨＳＴ）と差動機構とを組み合わせた、油圧機械式無段変速機（ハイドロメカニカルトランスミッション：ＨＭＴ）が知られている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１には、エンジンからの駆動力を遊星歯車機構で分割して２つの油圧ポンプモータに入力する、いわゆる「入力分割型」のＨＭＴが開示されている。

特許第２５２２２１９号公報

特許文献１に記載のＨＭＴでは、一方の油圧ポンプモータから出力された駆動力を車輪に伝達する低速モードと、他方の油圧ポンプモータから出力された駆動力を車輪に伝達する高速モードとを切り替え可能に構成している。

しかしながら、特許文献１に記載のＨＭＴでは、低速モード、高速モードの２モードしか有していない。そのため、特許文献１に記載のＨＭＴをトラック等の車両に適用し、高速走行を行うためには、大容量の油圧ポンプモータを用いなければならないという問題があった。

本発明の目的は、大容量の油圧ポンプモータを用いることなく、車両を高速走行させることができる変速機を提供することである。

本発明に係る変速機は、差動機構で２つに分割された駆動源からの動力の一方が入力される一方の可変容量型ポンプモータおよび他方が入力される他方の可変容量型ポンプモータを閉回路で接続した油圧変速部と、前記一方の可変容量型ポンプモータの入出力軸の動力を複数の変速比に変速して出力軸へ出力可能な第１の係合機構、および前記他方の可変容量型ポンプモータの入出力軸の動力を前記複数の変速比とは異なる変速比で前記出力軸へ出力可能な第２の係合機構、を有する有段変速部と、を備える。

本発明に係る変速機によれば、大容量の油圧ポンプモータを用いることなく、車両を高速走行させることができる。

本発明の実施形態に係る車両の全体構成を示すスケルトン図第１伝動状態を示すスケルトン図第１中間伝動状態を示すスケルトン図第２伝動状態を示すスケルトン図第２中間伝動状態を示すスケルトン図第３伝動状態を示すスケルトン図速度比と押し除け容積との関係を示す図変形例に係る車両の全体構成を示すスケルトン図

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は一例であり、本発明はこの実施形態により限定されるものではない。

まず、図１を参照して、本実施形態に係る油圧機械式変速機を搭載した車両１の全体構成について説明する。図１には、車両１の前後方向が描かれている。以下の説明では、車両前側を単に「前」、車両後側を単に「後」と呼ぶことがある。

車両１は、駆動源１０と、ダンパ２０と、差動機構３０と、油圧変速部４０と、有段変速部５０とを備えている。そして、有段変速部５０の出力側に、プロペラシャフト６１、デファレンシャル６２およびドライブシャフト６３を介して、駆動輪６４が動力伝達可能に連結されている。

駆動源１０は、例えばディーゼルエンジンである。なお、駆動源１０は、ガソリンエンジン、電動機等でも構わない。駆動源１０の出力軸１１には、ダンパ２０の入力側部材２１が接続されている。

ダンパ２０は、入力側部材２１と、出力側部材２２と、入力側部材２１と出力側部材２２とを弾性的に連結する弾性連結部材２３とを備える。ダンパ２０の出力側部材２２は、差動機構３０の入力軸３１と接続されている。ダンパ２０は、駆動源１０の発生する回転振動が差動機構３０に伝達されるのを抑制する機能を有する。ダンパ２０の構造は一般的なダンパの構造と同様であるため、詳細な説明を省略する。

差動機構３０は、円周方向に等配に設けられた複数のベベルギヤ３２、第１差動出力ギヤ３３および第２差動出力ギヤ３４を備えている。ベベルギヤ３２は、図１に示すように、入力軸３１に相対回転可能に軸支されている。第１差動出力ギヤ３３は、第１ポンプモータ４１の第１入出力軸４１ａの前端に設けられている。第２差動出力ギヤ３４は、差動出力軸３５の前端に設けられている。

差動出力軸３５は、第１入出力軸４１ａと同軸かつ第１入出力軸４１ａの外周側に設けられた円筒状の部材である。差動出力軸３５の後端には、第１ギヤ３６が設けられている。差動出力軸３５は、不図示の軸受を介して、第１入出力軸４１ａに軸支されている。第１ギヤ３６は、第２ポンプモータ４２の第２入出力軸４２ａの前端に設けられた第２ギヤ３７と噛合している。

なお、本実施形態では、第１差動出力ギヤ３３の歯数は、第２差動出力ギヤ３４の歯数と同一である。また、第１ギヤ３６の歯数は、第２ギヤ３７の歯数と同一である。差動機構３０の構造は一般的なベベルギヤ型差動機構の構造と同様であるため、詳細な説明を省略する。

油圧変速部４０は、第１ポンプモータ４１と、第２ポンプモータ４２と、第１ポンプモータ４１および第２ポンプモータ４２を油圧接続する閉回路４３とからなる。なお、閉回路４３の構成については一般的なＨＳＴ閉回路と同様であるため、図１では、閉回路４３における構成部品（チャージポンプ、チャージ油路、リリーフ油路、バイパス油路等）を省略している。

第１ポンプモータ４１は、押し除け容積をゼロから正負の両方向に変化させることのできる、いわゆる両振り型のポンプモータである。第１ポンプモータ４１の第１入出力軸４１ａは、第１ポンプモータ４１を前から後へ貫通している。このような第１ポンプモータ４１としては、アキシャルピストン型、ラジアルピストン型等、各種の形式のものを採用することができる。なお、第１ポンプモータ４１は、本発明の「他方の可変容量型ポンプモータ」に相当する。

第２ポンプモータ４２は、押し除け容積をゼロから正負の両方向に変化させることのできる、いわゆる両振り型のポンプモータである。第２ポンプモータ４２の第２入出力軸４２ａは、第２ポンプモータ４２を前から後へ貫通している。このような第２ポンプモータ４２としては、アキシャルピストン型、ラジアルピストン型等、各種の形式のものを採用することができる。なお、第２ポンプモータ４２は、本発明の「一方の可変容量型ポンプモータ」に相当する。

なお、本実施形態では、第１ポンプモータ４１および第２ポンプモータ４２は同形式のものを用いている。また、第１ポンプモータ４１の最大押し除け容積は、第２ポンプモータ４２の最大押し除け容積と等しい。

有段変速部５０は、第１入出力軸４１ａと、第１入出力軸４１ａと平行に配置された第２入出力軸４２ａと、副軸５１と、出力軸５２とを備えている。なお、第１入出力軸４１ａは、本発明の「他方の可変容量型ポンプモータの入出力軸」に相当する。また、第２入出力軸４２ａは、本発明の「一方の可変容量型ポンプモータの入出力軸」に相当する。

第１入出力軸４１ａの前端には、上述のとおり、差動機構３０の第１差動出力ギヤ３３が設けられている。また、第１入出力軸４１ａの後端には、第１入力ハブ４１ｂが、第１入出力軸４１ａと一体回転するように設けられている。

副軸５１は、第１入出力軸４１ａと同軸かつ第１入出力軸４１ａの外周側に設けられた円筒状の部材である。副軸５１の前端には第１副ギヤ５３が設けられ、副軸５１の後端には第２副ギヤ５４が設けられている。

第１入力ギヤ５５は、第１入出力軸４１ａの外周側に、第１入出力軸４１ａに対して相対回転可能に設けられている。第１入力ギヤ５５は、副軸５１と第１入力ハブ４１ｂとの間に設けられている。

第２入出力軸４２ａの前端には、上述のとおり、差動機構３０の第２ギヤ３７が設けられている。また、第２入出力軸４２ａの後端には、第２入力ハブ４２ｂが、第２入出力軸４２ａと一体回転するように設けられている。

第２入力ギヤ５６は、第２入出力軸４２ａと一体回転するように設けられている。第２入力ギヤ５６は、第２ポンプモータ４２と第２入力ハブ４２ｂとの間に設けられている。第２入力ギヤ５６は、第１副ギヤ５３と噛合している。

出力軸５２の前端には、出力ハブ５７が、出力軸５２と一体回転するように設けられている。第１出力ギヤ５８は、出力軸５２の外周側に、出力軸５２に対して相対回転可能に設けられている。第１出力ギヤ５８は、出力ハブ５７の後側に設けられている。第１出力ギヤ５８は、第２副ギヤ５４と噛合している。

第２出力ギヤ５９は、出力軸５２と一体回転するように設けられている。第２出力ギヤ５９は、第１出力ギヤ５８の後側に設けられている。第２出力ギヤ５９は、第１入力ギヤ５５と噛合している。

有段変速部５０には、第１入出力軸４１ａと第１入力ギヤ５５とを選択的に一体回転可能に連結する第１連結機構７１が設けられている。第１連結機構７１は、第１入力ハブ４１ｂと、第１入力ギヤ５５と一体に設けられた第１クラッチギヤ５５ａと、第１スリーブ７２とを備えている。

第１スリーブ７２は、第１入力ハブ４１ｂの外周側に、第１入力ハブ４１ｂと一体回転可能かつ軸方向に相対移動可能に設けられている。第１スリーブ７２が図１に示す後位置の場合、第１入出力軸４１ａと第１入力ギヤ５５とは相対回転可能である。

第１スリーブ７２を前位置とすることで、第１入力ギヤ５５は、第１入出力軸４１ａと一体に回転する。本実施形態では、第１連結機構７１として一般的なシンクロナイザ方式のものを使用している。シンクロナイザ方式の連結機構は公知であるため、詳細な説明は省略する。なお、第１連結機構７１は、本発明の「第２の係合機構」に相当する。

有段変速部５０には、第２入出力軸４２ａと出力軸５２、または、第１出力ギヤ５８と出力軸５２とを、選択的に一体回転可能に連結する第２連結機構７３が設けられている。第２連結機構７３は、第２入力ハブ４２ｂと、出力ハブ５７と、第１出力ギヤ５８と一体に設けられた出力クラッチギヤ５８ａと、第２スリーブ７４とを備えている。

第２スリーブ７４は、出力ハブ５７の外周側に、出力ハブ５７と一体回転可能かつ軸方向に相対移動可能に設けられている。第２スリーブ７４が図１に示す中央位置の場合、第２入出力軸４２ａと出力軸５２とは相対回転可能である。また、第２スリーブ７４が図１に示す中央位置の場合、第１出力ギヤ５８と出力軸５２とは相対回転可能である。

第２スリーブ７４を前位置とすることで、出力軸５２は、第２入出力軸４２ａと一体に回転する。また、第２スリーブ７４を後位置とすることで、出力軸５２は、第１出力ギヤ５８と一体に回転する。なお、第２連結機構７３は、本発明の「第１の係合機構」に相当する。

ここで、第１スリーブ７２が後位置とされるとともに第２スリーブ７４が後位置とされ、第２入出力軸４２ａの回転が第２入力ギヤ５６、第１副ギヤ５３、第２副ギヤ５４および第１出力ギヤ５８を経由して出力軸５２に伝達される状態を、「第１伝動状態」という（図２を参照）。

また、第１スリーブ７２が前位置とされるとともに第２スリーブ７４が中央位置とされ、第１入出力軸４１ａの回転が第１入力ギヤ５５および第２出力ギヤ５９を経由して出力軸５２に伝達される状態を、「第２伝動状態」という（図４を参照）。

また、第１スリーブ７２が後位置とされるとともに第２スリーブ７４が前位置とされ、第２入出力軸４２ａの回転が直接出力軸５２に伝達される状態を、「第３伝動状態」または「直結状態」という（図６を参照）。

本実施形態では、第２入力ギヤ５６、第１副ギヤ５３、第２副ギヤ５４および第１出力ギヤ５８の歯数は、第１伝動状態において、第２入出力軸４２ａの回転が減速して出力軸５２に伝達されるように、設定されている。また、第１入力ギヤ５５および第２出力ギヤ５９の歯数は、第２伝動状態において、第１入出力軸４１ａの回転が減速して出力軸５２に伝達されるように、設定されている。

第１伝動状態における変速比（第２入出力軸４２ａの回転数／出力軸５２の回転数）をα１、第２伝動状態における変速比（第１入出力軸４１ａの回転数／出力軸５２の回転数）をα２とすると、α１＞α２＞１である。なお、α１、α２および１（直結）の関係はこれに限定されない。具体的には、例えば、α１＜α２＜１とすることも可能である。

次に、図２〜図７を参照して、変速動作について説明する。図２〜図６は、各伝動状態におけるスケルトン図である。図７は、速度比と押し除け容積との関係を示す図である。

車両の発進は、図２に示す第１伝動状態で行われる。この場合、第１ポンプモータ４１はポンプとして動作し、第２ポンプモータ４２はモータとして動作する。なお、以下の説明において、「ポンプとして動作」および「モータとして動作」は、駆動源１０により車両が駆動されている場合（すなわち、タイヤが正の仕事をしている場合）における第１ポンプモータ４１および第２ポンプモータ４２の役割をいう。車両が車輪側から駆動されている場合（すなわち、エンジンブレーキを掛ける場合）には、ポンプおよびモータの役割は逆転する。

車両を発進させるには、第２ポンプモータ４２の押し除け容積を最大に保持した状態で、ポンプとして動作する第１ポンプモータ４１の押し除け容積を、ゼロから徐々に増大させていく。こうすることで、図７に示すように、速度比（出力軸５２の回転数Ｎｏｕｔ／駆動源１０の回転数Ｎｉｎ）がゼロから上昇していく。なお、このとき、第１ポンプモータ４１から第２ポンプモータ４２への吐出圧が一定となるようにエンジンのトルクを制御した場合（すなわち、増加するポンプ側押し退け容積に合わせてエンジンのトルクを増加させた場合）には、第２ポンプモータ４２が発生するトルクは一定となる。また、差動歯車から第２ポンプモータ４２の第２入出力軸４２ａへ伝達されるトルクは増加する。したがって、出力軸５２に伝わるトルクは増大する。

第１ポンプモータ４１の押し除け容積が最大になると、第１ポンプモータ４１の押し除け容積を最大に保持した状態で、モータとして動作する第２ポンプモータ４２の押し除け容積をゼロに向けて徐々に減少させていく。こうすることで、速度比はさらに上昇していく。

第２ポンプモータ４２の押し除け容積を徐々に減少させていき、第２ポンプモータ４２の押し除け容積がＱ１となると、第１入力ハブ４１ｂの回転数（すなわち、第１入出力軸４１ａの回転数）と、第１入力ギヤ５５の回転数とが一致する。

このタイミングで、有段変速部５０における変速が行われる。具体的には、まず、第１スリーブ７２を前位置に移動させる（図３を参照）。これにより、駆動源１０からの動力は、第２入出力軸４２ａから、第２入力ギヤ５６、第１副ギヤ５３、第２副ギヤ５４および第１出力ギヤ５８を経由して出力軸５２に伝達されるとともに、第１入出力軸４１ａから、第１入力ギヤ５５および第２出力ギヤ５９を経由して出力軸５２に伝達される。この状態を、「第１中間伝動状態」という。

第１中間伝動状態では、駆動源１０からの動力は、油圧変速部４０において油圧に変換されることなく、第１入出力軸４１ａおよび第２入出力軸４２ａから出力軸５２へ出力される。そのため、第１中間伝動状態は、第１伝動状態および第２伝動状態に比べ、伝達効率が良い。

さらに、この状態から、第２スリーブ７４を後位置から中央位置に移動させ、第２ポンプモータ４２の第２入出力軸４２ａから出力軸５２への動力伝達を遮断する（図４を参照）。このようにして、有段変速部５０において第１伝動状態から第２伝動状態への変速が行われる。なお、このような変速時、トルク切れは発生しない。

有段変速部５０において第１伝動状態から第２伝動状態への変速が完了することで、第１伝動状態においてポンプとして動作していた第１ポンプモータ４１がモータとして動作し、モータとして動作していた第２ポンプモータ４２がポンプとして動作することになる。

続いて、第１ポンプモータ４１の押し除け容積を最大に保持した状態で、ポンプとして動作する第２ポンプモータ４２の押し除け容積を、Ｑ１から徐々に増大させていく。こうすることで、速度比がさらに上昇していく。

第２ポンプモータ４２の押し除け容積が最大になると、第２ポンプモータ４２の押し除け容積を最大に保持した状態で、モータとして動作する第１ポンプモータ４１の押し除け容積をゼロに向けて徐々に減少させていく。こうすることで、速度比がさらに上昇していく。

第１ポンプモータ４１の押し除け容積を徐々に減少させていき、第１ポンプモータ４１の押し除け容積がＱ２となると、第２入力ハブ４２ｂの回転数（すなわち、第２入出力軸４２ａの回転数）と、出力ハブ５７の回転数（すなわち、出力軸５２の回転数）とが一致する。

このタイミングで、有段変速部５０における変速が行われる。具体的には、まず、第２スリーブ７４を前位置に移動させる（図５を参照）。これにより、駆動源１０からの動力は、第１入出力軸４１ａから、第１入力ギヤ５５および第２出力ギヤ５９を経由して出力軸５２に伝達されるとともに、第２入出力軸４２ａから、出力軸５２に直接伝達される。この状態を、「第２中間伝動状態」という。

第２中間伝動状態では、駆動源１０からの動力は、油圧変速部４０において油圧に変換されることなく、第１入出力軸４１ａおよび第２入出力軸４２ａから出力軸５２へ出力される。そのため、第２中間伝動状態は、第２伝動状態および第３伝動状態に比べ、伝達効率が良い。

さらに、この状態から、第１スリーブ７２を前位置から後位置に移動させ、第１ポンプモータ４１の第１入出力軸４１ａから出力軸５２への動力伝達を遮断する（図６を参照）。このようにして、有段変速部５０において第２伝動状態から第３伝動状態への変速が行われる。なお、このような変速時、トルク切れは発生しない。

有段変速部５０において第２伝動状態から第３伝動状態への変速が完了することで、第２伝動状態においてポンプとして動作していた第２ポンプモータ４２がモータとして動作し、モータとして動作していた第１ポンプモータ４１がポンプとして動作することになる。

続いて、第２ポンプモータ４２の押し除け容積を最大に保持した状態で、ポンプとして動作する第１ポンプモータ４１の押し除け容積を、Ｑ２から徐々に増大させていく。こうすることで、速度比がさらに上昇していく。

第１ポンプモータ４１の押し除け容積が最大になると、第１ポンプモータ４１の押し除け容積を最大に保持した状態で、モータとして動作する第２ポンプモータ４２の押し除け容積をゼロに向けて徐々に減少させていく。こうすることで、速度比がさらに上昇していく。そして、第２ポンプモータ４２の押し除け容積が略ゼロとなるまで、速度比は上昇していく。

以上説明したように、本実施形態によれば、第２ポンプモータ４２の第２入出力軸４２ａの回転を変速して出力軸５２に伝達する第２連結機構７３を設けた。そのため、車両の高速走行が可能となる。

また、本実施形態によれば、第１連結機構７１および第２連結機構７３を、ハブとスリーブの係合による機械式係合機構とした。そのため、伝達効率のロスを少なくすることができる。

なお、上述の実施形態では、差動機構を、ベベルギヤ型の差動機構としたが、これに限定されない。差動機構としては、公知の構造を適宜採用し得る。具体的には、例えば、図８に示す変形例に係る車両１０１とすることができる。すなわち、差動機構１３０を遊星歯車機構とし、駆動源１１０の駆動力をプラネタリギヤ１３２を回転可能に軸支するプラネタリキャリヤ１３１に入力する。また、サンギヤ１３３を第１ポンプモータ１４１の第１入出力軸１４１ａに、リングギヤ１３４を第２ポンプモータ１４２の第２入出力軸１４２ａに、それぞれ接続する。

この場合、プラネタリギヤ１３２の歯数Ｚ_１３２、サンギヤ１３３の歯数Ｚ_１３３、リングギヤ１３４の歯数Ｚ_１３４、第１ギヤ１３６の歯数Ｚ_１３６、第２ギヤ１３７の歯数Ｚ_１３７は、以下の（１）式の関係となるように設定するのが好ましい。

Ｚ_１３２／Ｚ_１３３＝（Ｚ_１３２／Ｚ_１３４）／（Ｚ_１３６／Ｚ_１３７）・・・（１）

式（１）を満たすように各ギヤの歯数を設定することで、第１ポンプモータ１４１の最大押し除け容積と、第２ポンプモータ１４２の最大押し除け容積とを等しくした場合に、両ポンプモータの能力を最大限に活用することができる。

また、上述の実施形態では、有段変速部を、第１入出力軸側を１段、第２入出力軸側を２段とし、計３段としたが、これに限定されない。具体的には、例えば、第１入出力軸を２段、第１入出力軸側を１段としてもよい。

また、本実施形態では、有段変速部における変速段数を３段としたが、これに限定されない。具体的には、例えば、第１入出力軸の回転力を変速して出力軸に伝達する変速機構を設け、第１入出力軸側２段、第２入出力軸側２段の計４段としてもよい。この場合、各変速比は、第１入出力軸と第２入出力軸とを交互に使用するように設定される。さらに、各入出力軸から出力軸への変速段数を３以上とし、さらなる多段化を図ることも可能である。

本発明の無段変速機は、トラック等、発進時に高トルクを必要とし、かつ、高速走行を行う車両に好適に用いられる。

１、１０１車両
１０、１１０駆動源
１１出力軸
２０ダンパ
２１入力側部材
２２出力側部材
２３弾性連結部材
３０、１３０差動機構
３１入力軸
３２ベベルギヤ
３３第１差動出力ギヤ
３４第２差動出力ギヤ
３５差動出力軸
３６、１３６第１ギヤ
３７、１３７第２ギヤ
４０油圧変速部
４１、１４１第１ポンプモータ
４１ａ、１４１ａ第１入出力軸
４１ｂ第１入力ハブ
４２、１４２第２ポンプモータ
４２ａ，１４２ａ第２入出力軸
４２ｂ第２入力ハブ
４３閉回路
５０有段変速部
５１副軸
５２出力軸
５３第１副ギヤ
５４第２副ギヤ
５５第１入力ギヤ
５５ａ第１クラッチギヤ
５６第２入力ギヤ
５７出力ハブ
５８第１出力ギヤ
５８ａ出力クラッチギヤ
５９第２出力ギヤ
６１プロペラシャフト
６２デファレンシャル
６３ドライブシャフト
６４駆動輪
７１第１連結機構
７２第１スリーブ
７３第２連結機構
７４第２スリーブ
１３１プラネタリキャリヤ
１３２プラネタリギヤ
１３３サンギヤ
１３４リングギヤ

Claims

差動機構で２つに分割された駆動源からの動力の一方が入力される一方の可変容量型ポンプモータおよび他方が入力される他方の可変容量型ポンプモータを閉回路で接続した油圧変速部と、
前記一方の可変容量型ポンプモータの入出力軸の動力を複数の変速比に変速して出力軸へ出力可能な第１の係合機構、および前記他方の可変容量型ポンプモータの入出力軸の動力を前記複数の変速比とは異なる変速比で前記出力軸へ出力可能な第２の係合機構、を有する有段変速部と、を備える、
変速機。
前記第２の係合機構は、前記他方の可変容量型ポンプモータの入出力軸の動力を複数の変速比に変速して前記出力軸へ出力可能である、
請求項１に記載の変速機。
前記第１および第２の係合機構は、機械式係合機構である、
請求項１または２に記載の変速機。