JP6907841B2

JP6907841B2 - 変速機

Info

Publication number: JP6907841B2
Application number: JP2017173251A
Authority: JP
Inventors: 佑輔高橋
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2017-09-08
Filing date: 2017-09-08
Publication date: 2021-07-21
Anticipated expiration: 2037-09-08
Also published as: JP2019049293A

Description

本発明は、変速機に関する。

従来、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、機械式伝動系のみを使用した中間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、中間モードは、低速モードおよび高速モード間の１段のみである。そのため、幅広い車両速度域で高効率な機械式伝動系のみを使用した走行ができず、駆動源からの動力を高効率で出力軸へ伝達することができないという問題があった。

本発明の目的は、駆動源からの動力を高効率で出力軸へ伝達す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および他方が入力される一方および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、前記一方または他方の可変容量型ポンプモータの回転を停止させる回転停止手段と、を備える。

本発明に係る変速機によれば、駆動源からの動力を高効率で出力軸へ伝達することができる。

実施形態に係る車両の全体構成を示すスケルトン図有段変速部の状態と各スリーブの動作状態との関係を示す図表

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、制御装置８０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。なお、以下の説明において、差動機構３０、油圧変速部４０および有段変速部５０を合わせて「変速機２」と呼ぶことがある。

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。なお、以下において、駆動源１０はディーゼルエンジンであるとして説明を行う。

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。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。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。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。

第１入力ギヤ４１ｃ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４１ｃ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４２ｃ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４２ｃ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４２ｃは、第１副ギヤ５１ａ（後述する）と噛合している。

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５１ａが設けられ、副軸５１の後端には第２副ギヤ５１ｂが設けられている。

出力軸５２の前端には、出力ハブ５２ａ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５２ｂ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５２ｂは、出力ハブ５２ａの後側に設けられている。第１出力ギヤ５２ｂは、第２副ギヤ５１ｂと噛合している。

第２出力ギヤ５２ｃ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５２ｃは、第１出力ギヤ５２ｂの後側に設けられている。第２出力ギヤ５２ｃは、第１入力ギヤ４１ｃ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４１ｃ、または、第１入出力軸４１ａとハウジング３とを、選択的に連結する第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４１ｃと一体に設けられた入力クラッチギヤ４１ｄと、ハウジング３に固定されたドグブレーキ４１ｅ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に示す中央位置の場合、第１入出力軸４１ａと第１入力ギヤ４１ｃとは相対回転可能である。また、第１スリーブ７２が図１に示す中央位置の場合、第１入出力軸４１ａはハウジング３に対して固定されない。

第１スリーブ７２を前位置とすることで、第１入力ギヤ４１ｃは、第１入出力軸４１ａと一体に回転する。また、第１スリーブ７２を後位置とすることで、第１入出力軸４１ａは、ハウジング３に対して固定される。

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５２ｂ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５２ａと、第１出力ギヤ５２ｂと一体に設けられた出力クラッチギヤ５２ｄ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５２ａの外周側に、出力ハブ５２ａ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５２ｂ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５２ｂ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。

制御装置８０は、駆動源１０、油圧変速部４０（第１ポンプモータ４１、第２ポンプモータ４２）、有段変速部５０（第１スリーブ７２、第２スリーブ７４）の制御を行う。

次に、図２を参照して、有段変速部５０の動作について説明する。図２は、有段変速部５０の状態と、第１スリーブ７２および第２スリーブ７４の動作状態との関係を示す図表である。

第１スリーブ７２が中央位置とされ、第２スリーブ７４が後位置とされる状態を、「第１伝動状態」という。第１伝動状態では、第２入出力軸４２ａの回転が、第２入力ギヤ４２ｃ、第１副ギヤ５１ａ、第２副ギヤ５１ｂおよび第１出力ギヤ５２ｂを経由して出力軸５２へ伝達される。

第１スリーブ７２が前位置とされ、第２スリーブ７４が中央位置とされる状態を、「第２伝動状態」という。第２伝動状態では、第１入出力軸４１ａの回転が、第１入力ギヤ４１ｃおよび第２出力ギヤ５２ｃを経由して出力軸５２へ伝達される。

第１スリーブ７２が中央位置とされ、第２スリーブ７４が前位置とされる状態を、「第３伝動状態」または「直結状態」という。第３伝動状態では、第２入出力軸４２ａの回転が出力軸５２へ直接伝達される。

第２入力ギヤ４２ｃ、第１副ギヤ５１ａ、第２副ギヤ５１ｂおよび第１出力ギヤ５２ｂの歯数は、第１伝動状態において、第２入出力軸４２ａの回転を減速して出力軸５２に伝達するように、設定されている。また、第１入力ギヤ４１ｃおよび第２出力ギヤ５２ｃの歯数は、第２伝動状態において、第１入出力軸４１ａの回転を減速して出力軸５２に伝達するように、設定されている。

本実施形態では、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（直結）である。

さらに、本実施形態では、有段変速部５０は、上述の各変速状態の他に、以下に示すオーバードライブ状態を取る。オーバードライブ状態では、第１スリーブ７２が後位置とされ、第２スリーブ７４が前位置とされる。オーバードライブ状態では、第１入出力軸４１ａがハウジング３に対して固定されることにともない、差動機構３０の作用により、第２入出力軸４２ａの回転数が駆動源１０の回転数よりも高くなる。そして、第２入出力軸４２ａの回転が、出力軸５２へ直接伝達される。

また、オーバードライブ状態では、第１ポンプモータ４１および第２ポンプモータ４２の押し除け容積が調整され、第１ポンプモータ４１および第２ポンプモータ４２が仕事をしないようにされる。

以上説明したように、本実施形態によれば、第１連結機構７１によって第１入出力軸４１ａをハウジング３に対して固定するとともに、第２連結機構７３によって第２入出力軸４２ａを出力軸５２と直結することで、オーバードライブ状態を作り出すようにした。

これにより、オーバードライブ状態では、駆動源１０からの動力を増速し、さらに機械式伝達経路のみを経由して出力軸５２へ伝達する。そのため、駆動源１０からの動力を、効率良く出力軸５２へ伝達することができる。

また、オーバードライブ状態を作り出すために新たなギヤ対を設ける必要がないため、変速機のサイズの巨大化を抑制しつつ、多段化することができる。

また、第１入出力軸４１ａを例えば摩擦ブレーキを用いてハウジング３に対して固定するのに比べて、第１入出力軸４１ａを固定するのに要するエネルギーを低減することができる。そのため、これによっても効率を高めることができる。

さらに、本実施形態では、オーバードライブ状態において、第１ポンプモータ４１および第２ポンプモータ４２が仕事をしないようにした。そのため、これによっても効率を高めることができる。

なお、上述の実施形態では、第１入出力軸４１ａをハウジング３に対して固定する際に、第２入出力軸４２ａを出力軸５２と直結するようにしたが、これに限定されない。例えば、第２スリーブ７４を後位置として、第２入出力軸４２ａの回転を減速して出力軸５２へ伝達するようにしてもよい。

また、上述の実施形態では、第１入出力軸４１ａをハウジング３に対して固定するようにしたが、これに限定されない。例えば、第２入出力軸４２ａをハウジング３に対して固定するとともに、第１スリーブ７２を前位置として、第１入出力軸４１ａの回転を減速して出力軸５２へ伝達するようにしてもよい。

また、上述の実施形態では、第１入出力軸４１ａの回転を停止させるために、第１入出力軸４１ａをハウジング３に対して固定するようにしたが、第１入出力軸４１ａの回転を停止させる方法はこれに限定されない。

例えば、第１ポンプモータ４１と閉回路４３との間の作動油の出入りをシャットオフ弁等により禁止して、第１ポンプモータ４１を油圧ロック状態とすることで、第１入出力軸４１ａの回転を停止させてもよい。

また、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。例えば、差動機構を遊星歯車機構としてもよい。

また、上述の実施形態では、有段変速部を計５段としたが、これに限定されず、さらに多段化してもよい。

本発明の変速制御装置は、トラック等、長時間の高速走行を行う車両に好適に用いられる。

１車両
２変速機
３ハウジング
１０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第１ギヤ
３７第２ギヤ
４０油圧変速部
４１第１ポンプモータ
４１ａ第１入出力軸
４１ｂ第１入力ハブ
４１ｃ第１入力ギヤ
４１ｄ入力クラッチギヤ
４１ｅドグブレーキ
４２第２ポンプモータ
４２ａ第２入出力軸
４２ｂ第２入力ハブ
４２ｃ第２入力ギヤ
４３閉回路
５０有段変速部
５１副軸
５１ａ第１副ギヤ
５１ｂ第２副ギヤ
５２出力軸
５２ａ出力ハブ
５２ｂ第１出力ギヤ
５２ｃ第２出力ギヤ
５２ｄ出力クラッチギヤ
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
８０制御装置

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および他方が入力される一方および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、
前記一方または他方の可変容量型ポンプモータの回転を停止させる回転停止手段と、を備える
変速機。
前記回転停止手段は、前記一方または他方の可変容量型ポンプモータの入出力軸をハウジングに対して固定する固定装置である、
請求項１に記載の変速機。
前記一方の可変容量型ポンプモータの入出力軸は、前記出力軸と同軸に設けられており、
前記固定装置は、前記他方の可変容量型ポンプモータの入出力軸と前記ハウジングとの間に設けられている、
請求項２に記載の変速機。
前記固定装置は、機械式係合機構であり、
前記第１または第２の係合機構が、前記固定装置を含んでいる、
請求項２または３に記載の変速機。
前記回転停止手段は、前記一方または他方の可変容量型ポンプモータにおける前記作動油の出入りを禁止することで、前記一方または他方の可変容量型ポンプモータの回転を停止させる、
請求項１に記載の変速機。