JP2006097777A - パワースプリット型無段変速装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機構が簡単でかつ安価なパワースプリット型無段変速装置を提供する。
【解決手段】ロックアップ機構を有するトルクコンバータ２と、トルクコンバータ２に連結されたバリエータ入力軸３と、バリエータ入力軸に連結されたトロイダル型バリエータ４と、バリエータ入力軸３に連結されて入力ディスク５を出力ディスク７に向けて押圧する機械式ローディング機構１２と、バリエータ入力軸３に連結されたバイパス軸１３と、トロイダル型バリエータ４の出力側と連結するとともに、前進クラッチ１８を介して選択的に出力軸と連結可能な第１の回転要素と、バイパスクラッチ１４を介して選択的に前記バイパス軸と連結可能な第２の回転要素と、出力軸１９に連結された第３の回転要素と、から構成された遊星歯車機構１６と、を備え、遊星歯車機構１６とトロイダル型バリエータ４は同軸的に配置され、バイパス軸１３はトロイダル型バリエータ４の内周を貫通し、このバイパス軸１３の直径は、バリエータ入力軸３の直径よりも小さく設定される。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両等に用いられるパワースプリット型無段変速装置に関する。

車両などに用いられる変速機として、遊星歯車機構と無段変速機を組み合わせて複数の変速モードを提供するパワースプリット型無段変速装置が従来から知られている（例えば、特許文献１）。

このパワースプリット型無段変速装置は、入力軸と、入力ディスクと出力ディスクとの間にパワーローラが傾転自在に配設されたダブルキャビティ式トロイダル型バリエータと、バリエータの出力を２自由度を有する遊星歯車機構にカウンタ軸等を用いて伝達する動力伝達機構と、入力軸よりバイパスして直接２自由度を有する遊星歯車機構に伝達するバイパス軸と、出力軸とを備えている。

すなわち、２自由度を有する遊星歯車機構をインターロックする事により、カウンタ軸が出力軸に直接動力を伝達する第１のモードを得ている。

また、この第１のモード１において、２自由度を有する遊星歯車機構のインターロックを解除することにより、遊星歯車機構からバリエータに動力循環したパワーが入力パワーと合算されてバイパス軸を経て遊星歯車機構に流入し、出力軸には流入したパワーと動力循環したパワーの差が出力パワーとして出力される第２のモードを得ている。

上記第２のモードにおいては、前記特許文献１の図２に示すごとく、高速走行時にバリエータに入力されるパワーを小さくして、このバリエータの構成部品の耐久性向上が図れると共に、伝達効率の向上が図れる。
特開平１１−６３１４７号

しかしながら、上記特許文献１では、バイパス軸が伝達するパワーは、バリエータに動力循環したパワーと入力パワーとを合算したパワーとなるため、バイパス軸等その軸径が増加する欠点がある。

この太い軸径となるバイパス軸の配置については、前記特許文献１の図１、図３および図７に開示されている。上記図１においては、ダブルキャビティ式トロイダル型バリエータの前に配設された機械式ローディング機構の前方部より歯車機構を経てバイパス軸をカウンタ軸と同軸に配設しているが、機構が複雑でコストが嵩むだけでなく、設置スペースも嵩むという問題がある。

また、上記特許文献１の図３においてはバイパス軸をバリエータ軸と同軸に配置しているが、軸径の太くなるバイパス軸を入出力ディスクの中心を貫通する事により、入出力ディスクの外径が大きくなり、変速装置が大形化するという問題がある。

さらに、上記特許文献１の図７においては機械式ローディング機構を２組のトロイダルキャビティの間に配設することにより、バイパス軸の構成自体は簡素化されるという利点がある反面、２組の機械式ローディング機構を用いることにより、機構が複雑でコストが嵩むだけでなく、設置スペースも嵩むという問題がある。

そこで本発明は、前記問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、機構が簡単でかつ安価なパワースプリット型無段変速装置を提供する事にある。

本発明は、原動機に連結されて、ロックアップ機構を有するトルクコンバータと、
前記トルクコンバータに連結されたバリエータ入力軸と、前記バリエータ入力軸に連結されて、傾転可能なパワーローラを入力ディスクと出力ディスクの間で駆動力の伝達を行うトロイダル型バリエータと、前記バリエータ入力軸に連結されて前記入力ディスクを前記出力ディスクに向けて押圧する機械式ローディング機構と、前記バリエータ入力軸に連結されたバイパス軸と、前記トロイダル型バリエータの出力側と連結するとともに、前進クラッチを介して選択的に出力軸と連結可能な第１の回転要素と、バイパスクラッチを介して選択的に前記バイパス軸と連結可能な第２の回転要素と、前記出力軸に連結された第３の回転要素と、から構成された遊星歯車機構と、を備えて、前記バイパスクラッチを解放するとともに前進クラッチを締結する第１の変速モードと、前記バイパスクラッチを締結するとともに前進クラッチを解放する第２の変速モードとを切り替え可能なパワースプリット型無段変速装置において、
前記遊星歯車機構とトロイダル型バリエータは同軸的に配置され、前記バイパス軸は前記トロイダル型バリエータの内周を貫通し、このバイパス軸の直径は、前記バリエータ入力軸の直径よりも小さく設定される。

したがって、本発明によれば、トロイダル型バリエータ（入力ディスク）の内周をバイパス軸が貫通するように配置し、バイパス軸により遊星歯車機構に駆動力の伝達を行うようにし、さらに、バイパス軸には潤滑などのための油穴を設ける必要がないため、バイパス軸の直径をバリエータの入力軸よりも小さくすることが可能となり、軽量かつコンパクトで低コストなパワースプリット型無段変速装置を提供できる。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、本発明を適用したパワースプリット型無段変速装置の概略図を示す。

図示しないエンジン等の駆動源に連結された入力軸１はトルクコンバータ等の発進装置２を経てバリエータ入力軸３から機械式ローディング機構１２と、バイパス軸１３に連結されている。そして、バリエータ入力軸３に伝達された駆動力は、機械式ローディングカム１２からダブルキャビティ式トロイダル型バリエータ４へ伝達されるとともに、バイパス軸１３から遊星歯車機構１６に伝達される。

ダブルキャビティ式トロイダル型バリエータ４にはバリエータ入力軸３と連動して回転する互いに対向する一対の入力ディスク５、５が設けられている。この一対の入力ディスク５、５の間にはバリエータ入力軸３に対し遊嵌状態の一対の出力ディスク７、７が同軸的に配置され互いに同期して回転するようになっている。

入力ディスク５と出力ディスク７との間には傾転自在に支持された複数のパワーローラ８が挟持されている。一対の入力ディスク５はバリエータ入力軸３に対し、軸方向で遊嵌する入力ディスク連結軸６を介して連結されている。

すなわち、ダブルキャビティ式トロイダル型バリエータ４の最内周にはバイパス軸１３が配置され、その外側に筒状の入力ディスク連結軸６が同軸的に配置され、さらに入力ディスク連結軸６の外側に出力ディスク７が配置される。

そして、出力ディスク７、７の間には歯車列で構成された第１の動力伝達機構９を介して、バイパス軸１３と平行に配置されたカウンタ軸１０にダブルキャビティ式トロイダル型バリエータ４の出力が伝達される。

ダブルキャビティ式トロイダル型バリエータ４の内周を貫通したバイパス軸１３には、第３の動力伝達機構（第２の遊星歯車機構）１５が連結され、この第３の動力伝達機構１５と遊星歯車機構１６が同軸位置に配置される。出力軸（駆動軸）１９に連結された遊星歯車機構１６と、バイパス軸１３に連結された第３の動力伝達機構１５は、後述するように回転要素同士が連結される。

まず、遊星歯車機構１６について説明すると、出力軸１９に連結されたサンギヤ１６ａと、サンギア１６ａに噛合する複数のプラネタリギヤ１６ｂと、各プラネタリギヤを連結するキャリア１６ｃと、キャリア１６ｃに支持されたダブルピニオンのプラネタリギヤ１６ｂに噛合するリングギヤ１６ｄとを備えており、リングギヤ１６ｄが第３の動力伝達機構の出力側に連結されている。さらに、リングギヤ１６ｄと遊星歯車機構１６のハウジングとの間にはリングギヤ１６ｄの回転を選択的に拘束する後進用ブレーキ１７が設けられている。

また、キャリア１６ｃは、中空シャフト２０を介して前進クラッチ１８に連結され、前進クラッチ１８の締結、解放に応じてキャリア１６ｃは選択的に出力軸１９と連結される。

この中空シャフト２０の途中には、歯車列で構成された第２の動力伝達機構１１が設けられ、中空シャフト２０とカウンタ軸１０が連結される。

一方、前記バリエータ入力軸３と前記遊星歯車機構１６のリングギヤ１６ｄの間には前記バリエータ入力軸３より軸径（直径）を細くしたバイパス軸１３と、第３の動力伝達機構１５と、該動力伝達機構１５の動力伝達を選択的に許容または非許容とするバイパスクラッチ１４とが設けられている。

第３の動力伝達機構１５は、例えば、サンギヤ１５ａ、プラネタリギヤ１５ｂ、リングギヤ１５ｃからなる遊星歯車機構を有し、サンギヤ１５ａにバイパスクラッチ１４が接続され、プラネタリギヤ１５ｂが出力側となって遊星歯車機構１６のリングギア１６ｄに連結され、リングギヤ１５ｃが入力側となってバイパス軸１３と接続されている。

すなわち、前進クラッチ１８を締結すると、カウンタ軸１０からダブルキャビティ式トロイダル型バリエータ４の出力を出力軸１９に伝達し、前進クラッチ１８を解放し、バイパスクラッチ１４を締結すると、ダブルキャビティ式トロイダル型バリエータ４の出力と第３動力伝達機構１５の出力とを合成した出力が出力軸１９に伝達される。

次に、上記第１の実施形態の動作を説明する。

今、バリエータ入力軸３が停止しており、かつダブルキャビティ式トロイダル型バリエータ４が最大減速位置（最Ｌｏ）にあると共に、バイパスクラッチ１４と後進ブレーキ１７が解放状態に、前進クラッチ１８が締結状態にある。

この状態で、トルクコンバータ２が作動しバリエータ入力軸３を所定方向に回転開始させると、このバリエータ入力軸３の回転に伴って、ダブルキャビティ式トロイダル型バリエータ４の入力ディスク５がバリエータ入力軸３と同方向に同一回転速度で回転する。このとき、パワーローラ８が最大減速位置にあるので、入力ディスク５の回転がパワーローラ８、出力ディスク７、第１の動力伝達機構９、カウンタ軸１０、第２の動力伝達機構１１、前進クラッチ１８を介して出力軸１９に所定方向の回転でかつ入力軸１よりも低速回転となるように伝達される第１のモードが得られる。

そして、第１のモードを維持しながらダブルキャビティ式トロイダル型バリエータ４を増速側（Ｈｉ側）に変速させると、出力軸１９の回転速度が増加し、パワースプリット型無段変速機の全体的な（変速比）が増速側へ減少する。

次に、バイパスクラッチ１４を締結して前進クラッチ１８と後進ブレーキ１７を解放すると、ダブルキャビティ式トロイダル型バリエータ４を通過する動力の伝達方向が第１のモードと逆になる第２のモードとなる。

すなわち、バリエータ入力軸３から第３動力伝達機構１５へ伝達された駆動力と、ダブルキャビティ式トロイダル型バリエータ４を逆流し入力ディスク５より伝達された出力が機械式ローディング機構１２を経て伝達される循環パワーとが合算されバイパス軸１３に伝達される。なお、駆動力の逆流とは、後述のように、出力ディスク７、パワーローラ８を経て入力ディスク５に伝達されることを示す。

そして、バイパス軸１３に伝達されたパワーは、第３の動力伝達機構１５を経て遊星歯車機構１６のリングギヤ１６ｄに伝達される。リングギヤ１６ｄに伝達されたパワーの一部はサンギヤ１６ａを経て出力軸１９に伝達され、残りがキャリア１６ｂ、第２の動力伝達機構１１、カウンタ軸１０、第１の動力伝達機構９を経てダブルキャビティ式トロイダル型バリエータ４の出力ディスク７に流入する。

この状態で、ダブルキャビティ式トロイダル型バリエータ４の変速比を減速側に変速させると、遊星歯車機構１６のキャリア１６ｂの回転が低下し、その結果、サンギヤ１６ａ、すなわち、出力軸１９が増速される第２のモードが得られる。

次に、車両を後退させるべく、出力軸１９を逆回転させる際には、前記バイパスクラッチ１４と前進クラッチ１８を解放し、後進ブレーキ１７を締結する。この結果、遊星歯車機構１６のリングギヤ１６ｄが固定され、プラネタリギヤ１６ｂがリングギヤ１６ｄとサンギヤ１６ａと噛合しつつ、このサンギヤ１６ａの周囲を公転する。

したがって、サンギヤ１６ａ並びにこのサンギヤ１６ａに結合された出力軸１９は前述したモードとは逆方向に回転する。これにより車両の後退を行うことができる。

前述した第１の実施形態によれば、第１のモードは車両の発進すなわち速度ゼロから中速度の領域で用いられ、中速度から高速度領域では第２のモードで用いられる。第１のモードにおいては前記トルクコンバータ２のロックアップ機構２０は、発進時においては非締結の状態で、車速の増加に従い、締結の状態になる。

第２のモードにおいては前記トルクコンバータ２のロックアップ機構は常時締結の状態となる。今、バリエータ入力軸３に作用するトルクの最大値はエンジン最大トルク×トルクコンバータのストールトルク比であるが、通常のトルクコンバータの場合は、このトルクコンバータのストールトルク比は約２である。従って、バリエータ入力軸３に作用するトルクはエンジン最大トルク×２となる。故に、バリエータ入力軸３の軸径は前記エンジン最大トルク×２に耐えるように設計すればよい。

一方、バイパス軸１３に作用するトルクの最大値はエンジン最大トルク＋ダブルキャビティ式トロイダル型バリエータ４よりの逆流トルクとなる。このバリエータよりの逆流トルクは第１のモードから第２のモードにモード変化した直後が最大となり、その値は以下の式で与えられる。

Ｔｓ＝（１−α）×Ｒ２×Ｔｅ／［Ｖ×Ｒ１−（１−α）×Ｒ２］

但し； Ｔｓ：バリエータよりの逆流トルク
Ｔｅ：エンジントルク
α：遊星歯車機構の歯数比＝サンギヤの歯数／リングギヤの歯数
Ｒ１：第１の動力伝達機構と第２の動力伝達機構の総減速比
Ｒ２：第３の動力伝達機構の減速比
Ｖ：第１のモードから第２のモードに移行するときのバリエータの変 速比
である。いま、α＝０．５、Ｒ１＝２．２、Ｒ２＝１．１、Ｖ＝０．５とすると
Ｔｓ＝Ｔｅ
となる。このような構成では、Ｔｓ＝Ｔｅとすることができるため、バイパス軸１３に作用するトルクの最大値はエンジントルク×２となる。従って、バリエータ入力軸３に作用する最大トルクとバイパス軸１３に作用する最大トルクは同じ値になるが、バリエータ入力軸３にはトルクコンバータ２の冷却のための油路やロックアップ機構２０の作動のための油路を設けるため、軸方向及び軸方向と直角に油路が配設されている。この油路による穴部の切り欠き係数を考慮する必要があり、この切り欠き係数を２とすると、バリエータ入力軸はエンジントルク×４で軸径が決定されることになる。

一方、バイパス軸１３には上記のような油路を設ける必要がない。一般に、軸にトルクが作用した場合の軸表面の応力は、軸が中実とした場合は軸径の１／３乗に比例するため、軸トルクが１／２となると、軸径は０．５の１／３乗、すなわち約０．８倍となる。すなわち、バイパス軸１３の軸径はバリエータ入力軸３の約０．８倍とする事ができ、装置全体のコンパクト化が図れる。

図２は、第２の実施形態を示し、第１の実施形態と同一構成部分は同一番号を付して説明を省略する。本第２実施形態は、第３の動力伝達機構１５を遊星歯車機構とせずに、バイパス軸１３からバイパスクラッチ１４を経て遊星歯車機構１６のリングギヤ１６ｄに接続する構成とした。すなわち、第３の動力伝達機構１５の遊星歯車機構を廃止することにより、更なる装置全体の軽量化、コンパクト化、低コスト化が図られる。

この第２の実施形態においては、上述した式に、例えば、Ｒ１＝２．０、Ｒ２＝１．０を代入して、やはりＴｓ＝Ｔｅとすることができるので、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。この場合、前記第１実施形態の第３の動力伝達機構１５のギア比（変速比）を１：１とした場合と同様である。

なお、本発明においては、上記第１の実施形態及び第２の実施形態に示すように、Ｔｓ＝Ｔｅとなるような構成例を説明したが、Ｔｓ≒Ｔｅとなるような設計であっても上記作用効果を得ることができることは言うまでもない。

以上のように、本発明に係るパワースプリット型無段変速装置は、構造が簡易で小型化容易であるため、車両用の自動変速機に適用することができる。

本発明の第１実施形態を示すパワースプリット型無段変速機の概略図。 本発明の第２実施形態を示すパワースプリット型無段変速機の概略図。

符号の説明

３ バリエータ入力軸
４ ダブルキャビティ式トロイダル型バリエータ
１０ カウンタ軸
１３ バイパス軸
１４ バイパスクラッチ
１６ 遊星歯車機構
１８ 前進クラッチ

Claims (3)

1. 原動機に連結されて、ロックアップ機構を有するトルクコンバータと、
   前記トルクコンバータに連結されたバリエータ入力軸と、
   前記バリエータ入力軸に連結されて、傾転可能なパワーローラを入力ディスクと出力ディスクの間で駆動力の伝達を行うトロイダル型バリエータと、
   前記バリエータ入力軸に連結されて前記入力ディスクを前記出力ディスクに向けて押圧する機械式ローディング機構と、
   前記バリエータ入力軸に連結されたバイパス軸と、
   前記トロイダル型バリエータの出力側と連結するとともに、前進クラッチを介して選択的に出力軸と連結可能な第１の回転要素と、バイパスクラッチを介して選択的に前記バイパス軸と連結可能な第２の回転要素と、前記出力軸に連結された第３の回転要素と、から構成された遊星歯車機構と、を備えて、前記バイパスクラッチを解放するとともに前進クラッチを締結する第１の変速モードと、前記バイパスクラッチを締結するとともに前進クラッチを解放する第２の変速モードとを切り替え可能なパワースプリット型無段変速装置において、
   前記遊星歯車機構とトロイダル型バリエータは同軸的に配置され、
   前記バイパス軸は前記トロイダル型バリエータの内周を貫通し、このバイパス軸の直径は、前記バリエータ入力軸の直径よりも小さく設定されたことを特徴とするパワースプリット型無段変速装置。
2. 前記バイパス軸と前記遊星歯車機構との間を、変速比が１：１となるように連結したことを特徴とする請求項１に記載のパワースプリット型無段変速装置。
3. 前記バイパス軸と前記遊星歯車機構との間に第２の遊星歯車機構を介装し、
   前記遊星歯車機構は、
   前記トロイダル型バリエータの出力側と連結したキャリアと、前記バイパス軸と連結可能な第２のリングギアと、出力軸と連結されたサンギアと、から構成され、
   前記第２の遊星歯車機構は、前記リングギアに連結された第２のキャリアと、
   前記バイパス軸に連結された第２のリングギアと、
   前記バイパスクラッチに連結された第２のサンギアとから構成されたことを特徴とする請求項１に記載のパワースプリット型無段変速装置。

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