JP4121731B2 - 車両用の無段変速装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、トロイダル型の無段変速機と遊星歯車機構を組み合わせることによって構成された車両用の無段変速装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のこの種の車両用の無段変速装置として、例えば特許第2778038号公報に記載されたものが知られている。この無段変速装置は、トロイダル型の無段変速機と、第1および第2の遊星歯車機構を備えている。無段変速機の入力軸はエンジンに連結され、出力軸は第1および第2の遊星歯車機構のサンギヤに連結されている。第1遊星歯車機構のキャリヤには、これを締結する第1クラッチが設けられ、リングギヤは、第2遊星歯車機構のキャリヤを介して、無段変速装置の出力軸に連結されている。また、第2遊星歯車機構のリングギヤには後進用のブレーキが設けられている。
【0003】
無段変速機の入力軸には、2つの歯車を介して副回転軸が連結されており、この副回転軸に2つの歯車を介して第1スリーブが連結されている。この第1スリーブは、無段変速装置の出力軸上に回転自在に支持されており、第1スリーブと第2遊星歯車機構のリングギヤとの間に第2クラッチが設けられている。さらに、第1遊星歯車機構のキャリヤは、2つの歯車を介して、第2スリーブに連結されている。この第2スリーブは、副回転軸上に回転自在に支持されており、第2スリーブと副回転軸との間に第3クラッチが設けられている。
【0004】
この無段変速装置では、車両の停車時には、無段変速機が最低速変速比に制御されるとともに、第1〜第3クラッチおよびブレーキが解放されることで、出力軸は回転停止状態に保たれる。この回転停止状態から、第1クラッチを締結し、第1遊星歯車機構のキャリヤを固定すると、そのリングギヤが無段変速機の出力軸と逆方向、すなわち入力軸と同じ方向に回転し、これに連結された第2遊星歯車機構のキャリヤおよび無段変速装置の出力軸も同じ方向に回転することで、前進状態の第1モードになる。この第1モードにおいて、無段変速機を増速側に制御すると、第1遊星歯車のサンギヤの回転数が上昇するのに伴い、そのリングギヤの回転数、したがって無段変速装置の出力軸の回転数が上昇することで、無段変速装置が増速される。
【0005】
次いで、この第1モードにおいて無段変速機の変速比が最高速変速比に達すると、第1クラッチが解放されるとともに、第2クラッチが締結されることで、前進状態の第2モードになる。この第2モードでは、入力軸の回転駆動力の一部が、副回転軸および第2クラッチなどを介して第2遊星歯車機構のリングギヤに伝達されることで、このリングギヤが入力軸と同じ方向に回転するとともに、入力軸の回転駆動力の一部が、無段変速機を介して第2遊星歯車機構のサンギヤに伝達されることで、このサンギヤが入力軸と逆方向に回転する、そして、この状態で、無段変速機を減速側に制御すると、第2遊星歯車のサンギヤの回転数が低下するのに伴い、第2遊星歯車のキャリヤの回転数、したがって無段変速装置の出力軸の回転数が上昇することで、無段変速装置がさらに増速される。
【0006】
次いで、この第2モードにおいて無段変速機の変速比が最低速変速比に達すると、第2クラッチが解放されるとともに、第3クラッチが締結されることで、前進状態の第3モードになる。この第3モードでは、入力軸の回転駆動力の一部が、副回転軸および第3クラッチなどを介して第1遊星歯車機構のキャリヤに伝達されることで、このキャリヤが入力軸と同じ方向に回転するとともに、入力軸の回転駆動力の一部が、無段変速機を介して第1遊星歯車機構のサンギヤに伝達されることで、このサンギヤが入力軸と逆方向に回転する、そして、この状態で、無段変速機を増速側に制御すると、第1遊星歯車のサンギヤの回転数が上昇するのに伴い、そのリングギヤの回転数が上昇し、無段変速装置がさらに増速される。
【0007】
また、前記停車状態から、ブレーキを作動させると、第2遊星歯車機構のリングギヤが固定されるとともに、そのサンギヤは無段変速機の出力軸で回転駆動されているので、そのキャリヤ、したがって無段変速装置の出力軸が、無段変速機の出力軸と同じ方向、すなわち入力軸と逆方向に回転することによって、後進モードになる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来の無段変速装置は、上述したように、前進状態の第1〜第3の3つのモードを実現するのに、2組の遊星歯車機構が必要であるため、その分、部品点数が多くなり、製造コストがが高くなるとともに、コンパクトに構成できないという問題がある。また、前進状態の3つのモードに加え、これとは別個に後進モードが必要であり、そのために後進用のブレーキなどが設けなければならないなど、部品点数がさらに多くなり、構成が複雑になってしまう。
【0009】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、部品点数の削減によってコンパクトかつ安価に構成できるとともに、変速比幅を最大限に確保することができる車両用の無段変速装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、請求項1に係る車両用の無段変速装置は、内燃機関Eの出力軸(実施形態における(以下、本項において同じ)クランク軸12)に連結された入力部材(入力ディスク52)、および入力部材の回転を変速して出力する出力部材(出力ディスク53)を有するトロイダル型の無段変速機Tと、無段変速機Tの出力部材に連結された第1要素(サンギヤ22)、駆動輪に連結された第2要素(リングギヤ23)、および第3要素(キャリヤ26)を有する遊星歯車機構Pと、遊星歯車機Pの第1要素および第2要素を接続・解放する第1クラッチC1と、内燃機関Eの出力軸と平行に設けられた第1中間軸(第2中間軸15)と、第1中間軸と内燃機関Eの出力軸との間を接続・解放する第2クラッチC2と、第1中間軸と遊星歯車機構Pの第3要素との間に設けられ、第2クラッチC2を介して第1中間軸に伝達された内燃機関Eの出力軸の回転を遊星歯車機構Pの第3要素に伝達する第1ギヤ列G1と、内燃機関Eの出力軸と平行に設けられた第2中間軸(スリーブ40)と、第2中間軸と内燃機関Eの出力軸との間を接続・解放する第3クラッチC3と、第1ギヤ列G1よりも大きなギヤ比を有し、第2中間軸と遊星歯車機構Pの第3要素との間に第1ギヤ列G1と並列に設けられ、第3クラッチC3を介して第2中間軸に伝達された内燃機関Eの出力軸の回転を遊星歯車機構Pの第3要素に伝達する第2ギヤ列G2と、を備え、第1ギヤ列G1および第2ギヤ列G2は、出力軸の軸方向と直交する方向において無段変速機Tと重なる位置に配置されていることを特徴とする。
【0011】
この無段変速装置によれば、例えば、第3クラッチを接続するとともに、第1および第2クラッチを解放すると(IVTモード)、無段変速機の出力部材に連結された遊星歯車機構の第1要素が、無段変速機を介して回転駆動されるとともに、第3要素が、第2ギヤ列を介して回転駆動される。この場合において、第2ギヤ列のギヤ比および遊星歯車機構の第1〜第3要素間のギヤ比を、あらかじめ所定の関係に設定することにより、無段変速機の変速比を所定の中間変速比に制御したときに、第2要素を回転停止状態にすること、すなわちIVT(infinity variable transmission)機能をもたせることが可能である。したがって、そのような設定により、無段変速機の変速比を上記所定の中間変速比に制御すると、第2要素に連結された駆動輪の回転が停止され、車両は停車状態に保たれる。この停車状態から、無段変速機の変速比を増速側に制御すると、無段変速機に連結された第1要素の回転数が上昇するのに伴い、第2要素が回転停止状態から第1要素と反対方向に回転することで、駆動輪が後進方向に回転し、車両は後進する。一方、上記の停車状態から、無段変速機の変速比を減速側に制御すると、上記とは逆に、第1要素の回転数が低下するのに伴い、第2要素が回転停止状態から第1要素と同じ方向に回転することで、駆動輪が前進方向に回転し、車両は発進する。
【0012】
このIVTモードにおいて、無段変速機が減速され、車両が第1の所定速度まで加速されると、第1クラッチが接続されるとともに、第3クラッチが解放される(ダレクトモード)。このダイレクトモードでは、第2および第3クラッチが解放状態にあることで、内燃機関のトルクは、無段変速機からのみ遊星歯車機構の第1要素に伝達される。また、第1クラッチが接続されることで、第1要素と第2要素が互いに一体化され、遊星歯車機構がロックされることで、駆動輪は、無段変速機によって直接、回転駆動される。したがって、この状態で、無段変速機の変速比を増速側に制御すると、それに比例して無段変速装置が増速され、車両はさらに加速される。
【0013】
このダイレクトモードにおいて、無段変速機が増速され、車両が上記第1の所定速度よりも高い第2所定速度まで加速されると、第2クラッチが接続されるとともに、第1クラッチが解放される(トルクスプリットモード)。このトルクスプリットモードでは、遊星歯車機構の第1要素が無段変速機を介して回転駆動されるとともに、第2クラッチの接続により、第3要素は、第2ギヤ列よりもギヤ比の小さな第1ギヤ列を介して、回転駆動される。この状態で、無段変速機の変速比を減速側に制御すると、それに連結された第1要素の回転数が低下するのに伴い、第2要素の回転数が上昇することで、無段変速装置が増速され、車両はさらに加速される。
【0014】
以上のように、本発明の車両用の無段変速装置によれば、IVTモード、ダイレクトモードおよびトルクスプリットモードという3つの変速モードを、1組の遊星歯車機構で実現できる。また、IVTモードにおいて、車両の停止、後進および発進を行えるので、後進用のブレーキなども不要であり、それらの分、従来と比較して、部品点数を削減でき、無段変速装置をコンパクトかつ安価に構成することができる。
【0015】
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の車両用の無段変速装置において、第1ギヤ列G1は、出力軸の軸方向と直交する方向において無段変速機の出力部材の中心と一致する位置に配置され、第2ギヤ列G2は、出力軸の軸方向と直交する方向において出力部材の中心に対してオフセットされた位置に配置されていることを特徴とする。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。図1は、本発明の一実施形態による自動車用の無段変速装置を示している。この無段変速装置1は、トロイダル型の無段変速機T、シングルピニオン式の遊星歯車機構P、ダイレクトクラッチ(以下「第1クラッチ」という)C1、トルクスプリットクラッチ(以下「第2クラッチ」という)C2、およびIVTクラッチ(以下「第3クラッチ」という)C3を備えている。これらの第1〜第3クラッチC1〜C3は、例えば湿式多板の油圧クラッチで構成されており、それらの接続・解放は、油圧制御回路(図示せず)によって制御される。
【0020】
無段変速機Tの入力軸11は、内燃機関(以下「エンジン」という)Eのクランク軸12(出力軸)に、2マス式のダンパ13を介して連結されている。この入力軸11に対して、回転自在の第1および第2中間軸14、15ならびに出力軸16がそれぞれ平行に配置されており、遊星歯車機構Pおよび第1クラッチC1は出力軸16に設けられ、第2および第3クラッチC2、C3は、第2中間軸15に互いに並列に設けられている。
【0021】
無段変速機Tは、上記入力軸11上に、互いにほぼ同じ構成の第1および第2無段変速機構51a、51bを備えている。第1無段変速機構51aは、入力軸11に固定されたコーン状の入力ディスク52(入力部材)と、入力軸11に回転自在に支持され、入力ディスク52に対向する出力ディスク53(出力部材)と、入・出力ディスク52、53の対向面に当接する一対のパワーローラ54、54を有している。パワーローラ54、54は、入力軸11に直交する共通のローラ軸線55回りに回転自在に支持されるとともに、入力軸11およびローラ軸線55に対して垂直のトラニオン軸線56、56回りにそれぞれ傾転自在に支持されている。また、入・出力ディスク52、53の対向面はトロイダル曲面で構成されており、パワーローラ54、54がトラニオン軸線56、56回りに傾転するのに伴い、入・出力ディスク52、53に対するパワーローラ54、54の接触点が変化する。なお、一対のパワーローラ54、54の傾転の方向および角度は、これらをそれぞれ回転自在に支持する一対のトラニオン(図示せず)を、油圧制御回路(図示せず)によってトラニオン軸線56方向に移動させることにより、入出力ディスク52、53の回転中心に対してパワーローラ54、54の回転軸であるローラ軸線55がずれ、入出力ディスク52、53にかかる力と、各パワーローラ54にかかるトラニオン軸線56方向の力により、パワーローラ54、54がトラニオン軸線56、56回りに回転させられることによって、互いに同期される。
【0022】
第2無段変速機構51bは、出力ギヤ19を中心として、第1無段変速機構51aと面対称に配置されている。第1および第2無段変速機構51a、51bの出力ディスク53、53は互いに一体に形成され、それらの中心に出力ギヤ19が一体に設けられている。また、第2無段変速機構51bの入力ディスク52は、入力軸11に対して回転不能に且つ軸線方向に移動自在にスプライン結合され、入力軸11と同軸のシリンダ57に摺動自在に嵌合している。そして、入力ディスク52とシリンダ57との間に形成された油室58に油圧が供給されることによって、この入力ディスク52と、第1および第2無段変速機構51a、51bの出力ディスク53、53が、第1無段変速機51aの入力ディスク52に向かって押圧されることで、パワーローラ54のスリップが抑制される。
【0023】
以上の構成により、パワーローラ54、54が、図1に示す等速位置から矢印aの方向に傾転すると、入力ディスク52との接触点が入力軸11の半径方向外方に移動すると同時に、出力ディスク53との接触点が入力軸11の半径方向内方に移動するため、入力ディスク52の回転が増速して出力ディスク53に伝達され、無段変速機Tの変速比は増速側に連続的に変化する。逆に、パワーローラ54、54が、上記とは逆の矢印bの方向に傾転すると、入・出力ディスク52、53とのパワーローラ54の接触点が上記と逆方向に移動するため、入力ディスク52の回転が減速して出力ディスク53に伝達され、無段変速機Tの変速比は減速側に連続的に変化する。本実施形態では例えば、無段変速機Tの最高速変速比RATIO1が0.415に、最低速変速比RATIO2が2.415に、それぞれ設定されており、したがって、無段変速機Tの変速比幅は、RATIO2/RATIO1=5.8である。
【0024】
第1中間軸14には、第1および第2ヘリカルギヤ17、18が一体に設けられており、第1ヘリカルギヤ17は、無段変速機Tの出力ギヤ19に噛み合い、第2ヘリカルギヤ18は、出力軸16に回転自在に嵌合するスリーブ20と一体の第3ヘリカルギヤ21に噛み合っている。このスリーブ20は、遊星歯車機構Pのサンギヤ22に一体に設けられている。したがって、エンジン3のクランク軸12は、入力軸11→無段変速機T→出力ギヤ19→第1ヘリカルギヤ17→第1中間軸14→第2ヘリカルギヤ18→第3ヘリカルギヤ21→スリーブ20を介して、遊星歯車機構Pのサンギヤ22に常時、連結されている。以下、上記の無段変速機Tとサンギヤ22との間の、出力ギヤ19からスリーブ20までの一連の構成要素を、必要に応じて第1動力伝達系PT1という。
【0025】
遊星歯車機構Pは、スリーブ20と一体のサンギヤ22(第1要素)と、出力軸16と一体のリングギヤ23(第2要素)と、スリーブ20に回転自在に嵌合するスリーブ24に一体に設けられるとともに、サンギヤ22およびリングギヤ23に同時に噛み合う複数のピニオン25を回転自在に支持するキャリヤ26(第3要素)とによって構成されている。また、第1クラッチC1は、出力軸16に一体に設けられたクラッチアウタ27aと、スリーブ20に一体に設けられたクラッチインナ27bとを備えている。以上の構成により、第1クラッチC1が接続されると、サンギヤ22とリングギヤ23が一体化され、遊星歯車機構Pがロック状態になり、出力軸16は無段変速機Tによって直接、駆動される。
【0026】
また、出力軸16は、これと一体のファイナル駆動ギヤ28、ファイナル被駆動ギヤ29およびディファレンシャルギヤ30を介して、駆動輪W、Wに連結されている。さらに、上記スリーブ24には、第4ヘリカルギヤ31、およびこれよりも歯数の多い第5ヘリカルギヤ32が、一体に並設されている。
【0027】
一方、無段変速機Tの入力軸11には、駆動スプロケット33が一体に設けられ、第2中間軸15には、これに回転自在に嵌合するスリーブ34と一体の被駆動スプロケット35が設けられていて、両スプロケット33、35の間に無端チェーン36が巻き掛けられている。このスリーブ34には、第2および第3クラッチC2、C3のクラッチアウタ37a、38aが一体に並設されている。以上の構成により、エンジンEの運転中、スリーブ34およびクラッチアウタ37a、38aは、両スプロケット33、35間のギヤ比に応じた回転数で、常時回転する。
【0028】
第2クラッチC2のクラッチインナ37bは、第2中間軸15に一体に設けられており、この第2中間軸15と一体の第6ヘリカルギヤ39が、スリーブ24上の前記第4ヘリカル31に噛み合っている。したがって、第2クラッチC2が接続されると、エンジンEのクランク軸12が、無段変速機Tの入力軸11→駆動スプロケット33→無端チェーン36→被駆動スプロケット35→スリーブ34→第2クラッチC2→第2中間軸15→第6ヘリカルギヤ39→第4ヘリカルギヤ31→スリーブ24を介して、キャリヤ26に連結され、エンジンEの回転がキャリヤ26に伝達される。
【0029】
すなわち、本実施形態では、第6ヘリカルギヤ39および第4ヘリカルギヤ31によって、第1ギヤ列G1が構成されている。以下、上記の構成要素のうち、駆動スプロケット33からスリーブ34までの一連の構成要素を、必要に応じて第2動力伝達系PT2という。また、クランク軸12から、第2動力伝達系PT2および第1ギヤ列G1を介したキャリヤ26までの総変速比は、クランク軸12から、最高速変速比RATIO1に設定されているときの無段変速機Tおよび前記第1動力伝達系PT1を介した遊星歯車機構Pのサンギヤ22までの総変速比と、ほぼ一致するように設定されている。
【0030】
また、第3クラッチC3のクラッチインナ38bは、第2中間軸15に回転自在に嵌合するスリーブ40に一体に設けられており、このスリーブ40と一体の第7ヘリカルギヤ41が、スリーブ24上の前記第5ヘリカルギヤ32に噛み合っている。以上の構成により、第3クラッチC3が接続されると、エンジンEのクランク軸12が、無段変速機Tの入力軸11→第2動力伝達系PT2(駆動スプロケット33→無端チェーン36→被駆動スプロケット35→スリーブ34)→第3クラッチC3→スリーブ40→第7ヘリカルギヤ41→第5ヘリカルギヤ32→スリーブ24を介して、遊星歯車機構Pのキャリヤ26に連結され、エンジンEの回転がキャリヤ26に伝達される。
【0031】
すなわち、本実施形態では、第7ヘリカルギヤ41および第5ヘリカルギヤ32によって、第2ギヤ列G2が構成されている。この第7ヘリカルギヤ41は、第1ギヤ列G1の第6ヘリカルギヤ39よりも歯数が少なく設定されており、また、前述したように第5ヘリカルギヤ32が第1ギヤ列G1の第4ヘリカルギヤ31よりも歯数が多いという関係から、第2ギヤ列G2は第1ギヤ列G1よりもギヤ比が大きく(低速側に)設定されている。また、クランク軸12から、第2動力伝達系PT2および第2ギヤ列G2を介したキャリヤ26までの総変速比は、クランク軸12から、最低速変速比RATIO2に設定されているときの無段変速機Tおよび第1動力伝達系PT1を介した遊星歯車機構Pのサンギヤ22までの総変速比と、ほぼ一致するように設定されている。
【0032】
さらに、遊星歯車機構Pのサンギヤ22、リングギヤ23、およびキャリヤ26のピニオン25の三者間のギヤ比は、無段変速機Tの変速比が所定の中間変速比RATIOGNに設定された状態でサンギヤ22が回転駆動され、かつ第3クラッチC3の接続により第2ギヤ列G2を介してキャリヤ26が回転駆動されたときに、サンギヤ22およびキャリヤ26の回転のバランスによって、リングギヤ23およびこれに連結された出力軸16が中立の回転停止状態になるように設定されている。この状態は、無段変速装置1の減速比が無限大になった状態である。すなわち、本実施形態の無段変速装置1は、IVT機能を備えており、以下、このような回転停止状態を「ギヤードニュートラル状態」という。
【0033】
次に、以上の構成の無段変速装置1の動作を、図2の遊星歯車機構Pの速度線図を参照しながら、変速モードごとに説明する。
【0034】
・IVTモード
このIVTモードでは、第3クラッチC3を接続するとともに、第1および第2クラッチC1、C2を解放する。これにより、遊星歯車機構Pのサンギヤ22が、無段変速機Tおよび第1動力伝達系PT1を介して回転駆動されるとともに、キャリヤ26が、第2動力伝達駆動系PT1および第2ギヤ列G2を介して回転駆動される。この状態で、無段変速機Tの変速比を上記の所定の中間変速比RATIOGNに制御すると、遊星歯車機構Pの上述した設定により、リングギヤ26および出力軸16のギヤードニュートラル状態が実現され、車両は停車状態に保たれる(図2の点GN)。
【0035】
このギヤードニュートラル状態から車両を後進させる場合には、無段変速機Tの変速比を増速側に制御する。これにより、無段変速機Tに連結されたサンギヤ22の回転数が上昇するのに伴い、リングギヤ23が回転停止状態からサンギヤ22と反対方向に回転する(図2の矢印RS)ことで、出力軸16が後進方向に回転し、その回転が、ファイナル駆動ギヤ28、ファイナル被駆動ギヤ29およびディファレンシャルギヤ30を介して、駆動輪W、Wに伝達されることによって、車両が後進する。この場合、エンジンEのトルクは、無段変速機Tおよび第1動力伝達系PT1を介してサンギヤ22に伝達されるとともに、その一部が、キャリヤ26、第2ギヤ列G2および第2動力伝達系PT2を介して無段変速機Tの入力軸11に伝達され、無段変速機Tに入力されるトルクを増強する。
【0036】
一方、ギヤードニュートラル状態から車両を発進させる場合には、無段変速機Tの変速比を減速側に制御する。これにより、上記とは逆に、無段変速機Tに連結されたサンギヤ22の回転数が低下するのに伴い、リングギヤ23が回転停止状態からサンギヤ22と同じ方向に回転する(図2の矢印FS)ことで、出力軸16が前進方向に回転し、車両が発進する。この場合、エンジンEのトルクは、第2動力伝達系PT2および第2ギヤ列G2を介してキャリヤ26に伝達されるとともに、その一部が、サンギヤ22および第1動力伝達系PT1を介して無段変速機Tの出力側から入力軸11に逆伝達され、第2動力伝達系PT2に入力されるトルクを増強する。
【0037】
・ダイレクトモード
上記のIVTモードにおいて、無段変速機Tが最低速変速比RATIO2付近まで減速されるのに伴って、車両が図2の第1モード切替点MC1まで加速されると、第1クラッチC1が接続されるとともに、第3クラッチC3が解放されることによって、ダイレクトモードに移行する。なお、この第1モード切替点は、通常の自動変速装置における第1速段の変速比に相当する。
【0038】
このダイレクトモードでは、第2および第3クラッチC2、C3が解放状態にあることで、エンジンEのトルクは、第2動力伝達系PT2からは伝達されず、無段変速機Tからのみ遊星歯車機構Pのサンギヤ22に伝達される。また、第1クラッチC1が接続されることで、サンギヤ22とリングギヤ23が互いに一体化され、遊星歯車機構Pがロックされることで、出力軸16は、無段変速機Tおよび第1動力伝達系PT1によって直接、回転駆動される。その結果、無段変速装置1の変速比は、無段変速機構Tの変速比のみによって定まり、無段変速機構Tおよび第1動力伝達系PT1の総変速比と等しくなる。したがって、無段変速機Tの変速比を増速側に制御すると、それに比例して無段変速装置1が増速され、車両はさらに加速される。
【0039】
以上のように、IVTモードにおいて無段変速機Tが最低速変速比RATIO2付近まで減速されたときに、ダイレクトモードに切り替えられる。前述したように、最低速変速比RATIO2にあるときの無段変速機Tおよび第1動力伝達系PT1の総変速比は、第2動力伝達系PT2および第2ギヤ列G2の総変速比とほぼ一致するように設定されているので、このIVTモードからダイレクトモードへの切替を、その前後におけるキャリヤ26の回転差が無い状態で、滑らかに行うことができる。また、IVTモードにおいて無段変速機Tを最低速変速比RATIO2付近まで用いるとともに、ダイレクトモードを最低速変速比RATIO2付近から開始できるので、IVTモードおよびダイレクトモードの双方において、無段変速機Tの変速比幅をその低速側の限界付近まで利用でき、したがって、無段変速装置1全体としての変速比幅を大きく確保することができる。
【0040】
・トルクスプリットモード
上記のダイレクトモードにおいて、無段変速機Tが最高速変速比RATIO1付近まで増速されるのに伴って、車両が図2の第2モード切替点MC2まで加速されると、第2クラッチC2が接続されるとともに、第1クラッチC1が解放されることによって、トルクスプリットモードに移行する。
【0041】
このトルクスプリットモードでは、遊星歯車機構Pのサンギヤ22が無段変速機Tおよび第1動力伝達系PT1を介して回転駆動されるとともに、第2クラッチC2の接続により、キャリヤ26は、第2動力伝達系PT2、および第2ギヤ列G2よりもギヤ比の小さな第1ギヤ列G1を介して、回転駆動される。この状態で、無段変速機Tの変速比を減速側に制御すると、無段変速機Tに連結されたサンギヤ22の回転数が低下するのに伴い、リングギヤ23の回転数が上昇することで、無段変速装置1が増速され、車両はさらに加速される。そして、無段変速機Tは最低速変速比RATIO2付近まで減速され、そのときに無段変速装置1の最高速変速比TRATIO1が得られる。なお、このトルクスプリットモードでは、エンジンEのトルクは、第2動力伝達系PT2および第1ギヤ列G1を介してキャリヤ26に伝達されるとともに、その一部が、サンギヤ22および第1動力伝達系PT1を介して無段変速機Tの出力側から入力軸11に逆伝達され、第2動力伝達系PT2に入力されるトルクを増強する。
【0042】
以上のように、ダイレクトモードにおいて無段変速機Tが最高速変速比RATIO1付近まで増速されたときに、トルクスプリットモードに切り替えられる。前述したように、最高速変速比RATIO1にあるときの無段変速機Tおよび第1動力伝達系PT1の総変速比は、第2動力伝達系PT2および第1ギヤ列G1の総変速比とほぼ一致するように設定されているので、このダイレクトモードからトルクスプリットモードへの切替を、その前後におけるキャリヤ26の回転差が無い状態で、滑らかに行うことができる。また、ダイレクトモードにおいて無段変速機Tを最高速変速比RATIO1付近まで用いるとともに、トルクスプリットモードを最高速変速比RATIO1付近から開始できるので、ダイレクトモードおよびトルクスプリットモードの双方において、無段変速機Tの変速比幅をその高速側の限界付近まで利用できる。したがって、ダイレクトモードが最低速変速比RATIO2付近から開始されることと相まって、無段変速装置1全体としての変速比幅をさらに大きく確保することができる。例えば、本実施形態では、変速比幅5.8の無段変速機Tを用いて、無段変速装置1全体として、エンジンEの最大トルクを許容できる変速比幅10.8を達成することができる。
【0043】
以上のように、本実施形態によれば、IVTモード、ダイレクトモードおよびトルクスプリットモードという3つの変速モードを、1組の遊星歯車機構Pで実現できる。また、IVTモードにおいて、車両の停止、後進および発進を行えるので、後進用のブレーキなども不要であり、それらの分、従来と比較して、部品点数を削減でき、無段変速装置1をコンパクトかつ安価に構成することができる。また、それぞれの変速モードにおいて、最大限の変速比幅を確保できるので、無段変速装置1全体として、最大限の変速比幅を確保することができる。
【0044】
なお、上述した実施形態では、IVTモードからダイレクトモードへの切替をIVTモードにおいて無段変速機Tが最低速変速比RATIO2付近まで減速したタイミングで行っているが、最低速変速比RATIO2付近ではパワーローラ54にかかる負荷が大きくなるので、それによるパワーローラ54の損傷を避けるために、このモード切替を、無段変速機Tが最低速変速比RATIO2付近に達するよりも手前のタイミングで行うようにしてもよい。
【0045】
【発明の効果】
以上のように、本発明の請求項1による車両用の無段変速装置によれば、IVTモード、ダイレクトモードおよびトルクスプリットモードという3つの変速モードを、1組の遊星歯車機構で実現でき、後進用のブレーキなども不要であるので、従来と比較して、部品点数を削減でき、無段変速装置をコンパクトかつ安価に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態による無段変速装置を示すスケルトン図である。
【図2】図1の無段変速装置の遊星歯車機構の速度線図である。
【符号の説明】
1 無段変速装置
12 クランク軸(内燃機関の出力軸)
22 サンギヤ(第1要素)
23 リングギヤ(第2要素)
26 キャリヤ(第3要素)
52 入力ディスク(入力部材)
53 出力ディスク(出力部材)
E 内燃機関
T 無段変速機
P 遊星歯車機構
W 駆動輪
C1 第1クラッチ
C2 第2クラッチ
C3 第3クラッチ
G1 第1ギヤ列
G2 第2ギヤ列
Claims (2)
- 内燃機関の出力軸に連結された入力部材、および当該入力部材の回転を変速して出力する出力部材を有するトロイダル型の無段変速機と、
前記無段変速機の前記出力部材に連結された第1要素、駆動輪に連結された第2要素、および第3要素を有する遊星歯車機構と、
前記遊星歯車機構の前記第1要素および前記第2要素を接続・解放する第1クラッチと、
前記内燃機関の前記出力軸と平行に設けられた第1中間軸と、
当該第1中間軸と前記内燃機関の前記出力軸との間を接続・解放する第2クラッチと、
前記第1中間軸と前記遊星歯車機構の前記第3要素との間に設けられ、前記第2クラッチを介して前記第1中間軸に伝達された前記内燃機関の前記出力軸の回転を前記遊星歯車機構の前記第3要素に伝達する第1ギヤ列と、
前記内燃機関の前記出力軸と平行に設けられた第2中間軸と、
当該第2中間軸と前記内燃機関の前記出力軸との間を接続・解放する第3クラッチと、
前記第1ギヤ列よりも大きなギヤ比を有し、前記第2中間軸と前記遊星歯車機構の前記第3要素との間に前記第1ギヤ列と並列に設けられ、前記第3クラッチを介して前記第2中間軸に伝達された前記内燃機関の前記出力軸の回転を前記遊星歯車機構の前記第3要素に伝達する第2ギヤ列と、を備え、
前記第1ギヤ列および第2ギヤ列は、前記出力軸の軸方向と直交する方向において前記無段変速機と重なる位置に配置されていることを特徴とする車両用の無段変速装置。 - 前記第1ギヤ列は、前記出力軸の軸方向と直交する方向において前記無段変速機の前記出力部材の中心と一致する位置に配置され、前記第2ギヤ列は、前記出力軸の軸方向と直交する方向において前記出力部材の中心に対してオフセットされた位置に配置されていることを特徴とする、請求項1に記載の車両用の無段変速装置。
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