[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態の自動変速機の上半分を示している。第1実施形態の自動変速機は、変速機ケース1内に回転自在に軸支した入力軸2と、入力軸2と同心に配置された出力ギヤからなる出力部材3とを備えている。出力部材3の回転は、図外のデファレンシャルギヤやプロペラシャフトを介して車両の左右の駆動輪に伝達される。
入力軸2は、駆動源としてのエンジンENGの動力がトルクコンバータTCを介して伝達されて回転する。
トルクコンバータTCは、動力の伝達媒体として流体を用いる流体式トルクコンバータであり、エンジンENGから入力軸2へ直接動力を伝達自在なロックアップクラッチLCを備える。ロックアップクラッチLCを締結しているときには、エンジンENGのトルク変動が入力軸2に伝達されてしまう。このため、ねじりダンパ装置DAを設け、このねじりダンパ装置DAの弾性力によってエンジンENGのトルク変動を吸収できるようにしている。
変速機ケース1内には、第1遊星歯車機構PGS1と第2遊星歯車機構PGS2と第3遊星歯車機構PGS3と第4遊星歯車機構PGS4とが入力軸2と同心に配置されている。
第1遊星歯車機構PGS1は、サンギヤSaと、リングギヤRaと、サンギヤSaとリングギヤRaとに噛合するピニオンPaを自転及び公転自在に軸支するキャリアCaとから成る所謂シングルピニオン型の遊星歯車機構で構成されている。
図2の上段に示す第1遊星歯車機構PGS1の共線図(各要素の相対回転速度の比を直線で表すことができる図)を参照して、第1遊星歯車機構PGS1の3つの要素Sa,Ca,Raを、共線図におけるギヤ比に対応する間隔での並び順に左側から夫々第1要素、第2要素及び第3要素とすると、第1要素はリングギヤRa、第2要素はキャリアCa、第3要素はサンギヤSaになる。
ここで、サンギヤSaとキャリアCa間の間隔とキャリアCaとリングギヤRa間の間隔との比は、第1遊星歯車機構PGS1のギヤ比(リングギヤの歯数/サンギヤの歯数)をhとして、h:1に設定される。尚、共線図において、下の横線と上の横線は夫々回転速度が「0」と「1」(入力軸2と同じ回転速度)であることを示している。
第2遊星歯車機構PGS2は、第1遊星歯車機構PGS1と同様に、サンギヤSbと、リングギヤRbと、サンギヤSbとリングギヤRbとに噛合するピニオンPbを自転及び公転自在に軸支するキャリアCbとから成る所謂シングルピニオン型の遊星歯車機構で構成されている。
図2の中段に示す第2遊星歯車機構PGS2の共線図を参照して、第2遊星歯車機構PGS2の3つの要素Sb,Cb,Rbを、共線図におけるギヤ比に対応する間隔での並び順に左側から夫々第4要素、第5要素及び第6要素とすると、第4要素はサンギヤSb、第5要素はキャリアCb、第6要素はリングギヤRbになる。サンギヤSbとキャリアCb間の間隔とキャリアCbとリングギヤRb間の間隔との比は、第2遊星歯車機構PGS2のギヤ比をiとして、i:1に設定される。
第3遊星歯車機構PGS3は、第1及び第2遊星歯車機構PGS1,PGS2と同様に、サンギヤScと、リングギヤRcと、サンギヤScとリングギヤRcとに噛合するピニオンPcを自転及び公転自在に軸支するキャリアCcとから成る所謂シングルピニオン型の遊星歯車機構で構成されている。
第4遊星歯車機構PGS4は、第1〜第3遊星歯車機構PGS1〜PGS3と同様に、サンギヤSdと、リングギヤRdと、サンギヤSdとリングギヤRdとに噛合するピニオンPdを自転及び公転自在に軸支するキャリアCdとから成る所謂シングルピニオン型の遊星歯車機構で構成されている。
又、第3遊星歯車機構のPGS3のキャリアCcと第4遊星歯車機構PGS4のキャリアCdとが連結され、第3遊星歯車機構のPGS3のリングギヤRcと第4遊星歯車機構PGS4のサンギヤSdとが連結されている。これにより、第3及び第4の遊星歯車機構で、4つの回転要素が構成されている。
図2の下段に示す第3及び第4の遊星歯車機構による4つの回転要素の共線図を参照して、各回転要素を共線図におけるギヤ比に対応する間隔での並び順に左側から夫々第1回転要素Y1、第2回転要素Y2、第3回転要素Y3、第4回転要素Y4とすると、第1回転要素Y1は第3遊星歯車機構PGS3のサンギヤSc、第2回転要素Y2は第4遊星歯車機構PGS4のリングギヤRd、第3回転要素Y3は第3遊星歯車機構PGS3のキャリアCc及び第4遊星歯車機構PGS4のキャリアCd、第4回転要素Y4は第3遊星歯車機構PGS3のリングギヤRc及び第4遊星歯車機構PGS4のサンギヤSdとなる。
第3遊星歯車機構PGS3のギヤ比をj、第4遊星歯車機構PGS4のギヤ比をkとすると、第1〜第4の各回転要素間の間隔は、jk−1:1:kの割り合いとなっている。
第1遊星歯車機構PGS1のサンギヤSa(第3要素)と第2遊星歯車機構PGS2のサンギヤSb(第4要素)とが連結されて、第1連結体Sa−Sbが構成されている。又、第2遊星歯車機構PGS2のキャリアCb(第5要素)と第4回転要素Y4とが連結されて、第2連結体Cb−Y4が構成されている。
第1遊星歯車機構PGS1のキャリアCa(第2要素)は入力軸2に連結されている。第2回転要素Y2は出力部材3に連結されている。
又、第1実施形態の自動変速機は、係合機構として、第1から第3の3つのブレーキB1〜B3と、第1から第3の3つのクラッチC1〜C3とを備える。
第1ブレーキB1及び第3ブレーキB3は湿式多板ブレーキで構成され、第2ブレーキB2は噛合機構としてのドグクラッチで構成されている。又、第1クラッチC1及び第3クラッチC3は湿式多板クラッチで構成され、第2クラッチC2は噛合機構としてのドグクラッチで構成されている。
第1ブレーキB1は、第2遊星歯車機構PGS2のリングギヤRb(第6要素)を変速機ケース1に固定する固定状態と、この固定を解除する開放状態とに切換自在に構成されている。第2ブレーキB2は、第3回転要素Y3を変速機ケース1に固定する固定状態と、この固定を解除する開放状態とに切換自在に構成されている。第3ブレーキB3は、第4回転要素Y4を変速機ケース1に固定する固定状態と、この固定を解除する開放状態とに切換自在に構成されている。
第1クラッチC1は、第1遊星歯車機構PGS1のリングギヤRa(第1要素)と第1連結体Sa−Sbとを連結する連結状態と、この連結を断つ開放状態とに切換自在に構成されている。第2クラッチC2は、第1遊星歯車機構PGS1のリングギヤRa(第1要素)と第1回転要素Y1とを連結する連結状態と、この連結を断つ開放状態とに切換自在に構成されている。第3クラッチC3は、第1遊星歯車機構PGS1のリングギヤRa(第1要素)と第3回転要素Y3とを連結する連結状態と、この連結を断つ開放状態とに切換自在に構成されている。
各係合機構B1〜C3,C1〜C3は、図外のトランスミッション・コントロール・ユニットにより状態が切り換えられる。
尚、第1実施形態の自動変速機では、第2ブレーキに隣接させて、第3回転要素Y3の正転(車両が前進する方向への回転)を許容し、逆転(車両が後進する方向への回転)を阻止する1ウェイクラッチF1が設けられている。
変速機ケース1内には、入力軸2の軸線上に、エンジンENG及びトルクコンバータTC側から、第1遊星歯車機構PGS1、第1クラッチC1、第2クラッチC2、第3遊星歯車機構PGS3、出力部材3、第2遊星歯車機構PGS2、第3ブレーキB3の順番で配置されている。そして、第3クラッチC3は、第2クラッチC2の径方向外方に配置されている。更に、1ウェイクラッチF1及び第2ブレーキB2は、第1クラッチC1及び第3クラッチC3の径方向外方に配置されている。そして、第1ブレーキB1は、第2遊星歯車機構PGS2の径方向外方に配置されている。
又、第4遊星歯車機構PGS4は、第3遊星歯車機構PGS3の径方向外方に配置されており、第3遊星歯車機構PGS3のリングギヤRcと第4遊星歯車機構PGS4のサンギヤSdとが一体に構成されている。これにより、第3遊星歯車機構PGS3と第4遊星歯車機構PGS4とが径方向に重なり合うため、第3遊星歯車機構PGS3と第4遊星歯車機構PGS4とを軸方向に並べて配置した場合に比べ、自動変速機の軸長の短縮化を図ることができ、車両、特に所謂FF式の車両への搭載性を向上させることができる。
尚、第3遊星歯車機構PGS3と第4遊星歯車機構PGS4とは、径方向で少なくとも一部が重なり合っていればよく、これによって軸長の短縮化を図ることができるが、両者が完全に径方向で重なり合っていれば、最も軸長を短くすることができる。
変速機ケース1内には、出力部材3と第2遊星歯車機構PGS2との間に位置させて、径方向内方に延びる側壁1aが設けられている。この側壁1aには、出力部材3の径方向内方に向かって延びる筒状部1bが設けられている。出力部材3は、この筒状部1bにベアリングを介して軸支されている。このように構成することにより、変速機ケース1に連なる機械的強度の高い筒状部1bで出力部材3をしっかりと軸支させることができる。
尚、上記の如く出力部材3を筒状部1bで軸支するように構成した場合、筒状部1bの径方向内方に第3ブレーキB3を位置させてもよい。このようにすることで、第3ブレーキB3を図1に示すように第1ブレーキB1に対して軸方向に並ぶように配置した場合に比べ、筒状部1bの径方向内方のスペースを有効活用して、自動変速機の軸長の更なる短縮化を図ることができる。
第1実施形態の自動変速機では、1速段を確立する場合には、第1クラッチC1及び第2クラッチC2を連結状態にする。第1クラッチC1を連結状態にすることで、第1遊星歯車機構PGS1のリングギヤRa(第1要素)と第1遊星歯車機構PGS1のサンギヤSa(第3要素)とが同一速度の「1」で回転するため、第1遊星歯車機構PGS1の第1〜第3の3つの要素Ra,Ca,Saが相対回転不能なロック状態となり、第1〜第3要素Ra,Ca,Saが「1」で回転する。
又、第2クラッチC2を連結状態にすることで、第1回転要素Y1が第1遊星歯車機構PGS1のリングギヤRa(第1要素)と同一速度で回転する。又、1ウェイクラッチの働きで、第3回転要素Y3の逆転が阻止され、第3回転要素Y3の回転速度が「0」になる。そして、出力部材3に連結された第2回転要素Y2の回転速度が「1/(jk)」となって、1速段が確立される。
尚、1速段では、係合機構の開放数は「4」となるが、1ウェイクラッチF1の働きで第3回転要素Y3の回転速度が「0」となるため、第2ブレーキB2ではフリクションロスが発生しない。従って、1速段における実質的な開放数は「3」となる。
又、1速段において、第2ブレーキB2を固定状態にすれば、エンジンブレーキを効かせることができる。
2速段を確立する場合には、第1ブレーキB1を固定状態にすると共に、第2クラッチC2を連結状態にする。第1ブレーキB1を固定状態にすることで、第2遊星歯車機構PGS2のリングギヤRb(第6要素)の回転速度が「0」になる。又、第2クラッチC2を連結状態にすることで、第1回転要素Y1と第1遊星歯車機構PGS1のリングギヤRa(第1要素)が同一速度で回転する。
そして、1ウェイクラッチの働きで、第3回転要素Y3の逆転が阻止されるため、第3回転要素Y3の回転速度が「0」になる。そして、出力部材3に連結された第2回転要素Y2の回転速度が図2に示す「2nd」になり、2速段が確立される。
尚、2速段では、係合機構の開放数は「4」となるが、1ウェイクラッチF1の働きで第3回転要素Y3の回転速度が「0」となるため、第2ブレーキB2ではフリクションロスが発生しない。又、2速段において、第2ブレーキB2を固定状態にすれば、エンジンブレーキを効かせることができる。
3速段を確立する場合には、第1ブレーキB1及び第3ブレーキB3を固定状態にすると共に、第2クラッチC2を連結状態にする。第1ブレーキB1及び第3ブレーキB3を固定状態にすることで、第2遊星歯車機構PGS2のリングギヤRb(第6要素)及び第2連結体Cb−Y4の回転速度が「0」となるため、第2遊星歯車機構PGS2の第4〜第6の3つの要素Sb,Cb,Rbが相対回転不能なロック状態となって、第4〜第6要素Sb,Cb,Rbの回転速度が「0」となる。そして、第1連結体Sa−Sbの回転速度も「0」となる。
そして、入力軸2に連結された第1遊星歯車機構PGS1のキャリアCa(第2要素)の回転速度は「1」であるため、第1遊星歯車機構PGS1のリングギヤRa(第1要素)の回転速度が「(h+1)/h」となる。第2クラッチC2を連結状態にすることで、第1回転要素Y1が第1遊星歯車機構PGS1のリングギヤRa(第1要素)と同一速度で回転する。
そして、第4回転要素Y4の回転速度が「0」となるため、出力部材3に連結された第2回転要素Y2の回転速度が「{(h+1)・(k+1)}/{hk・(j+1)}」となって、3速段が確立される。
4速段を確立する場合には、第1ブレーキB1を固定状態にすると共に、第1クラッチC1及び第2クラッチC2を連結状態にする。第1クラッチC1を連結状態にすることで、第1遊星歯車機構PGS1のリングギヤRa(第1要素)と第1遊星歯車機構PGS1のサンギヤSa(第3要素)とが同一速度で回転するため、第1遊星歯車機構PGS1の第1〜第3の3つの要素Ra,Ca,Saが相対回転不能なロック状態となり、第1〜第3要素Ra,Ca,Saが「1」で回転する。そして、第1連結体Sa−Sbの回転速度も「1」となる。
又、第1ブレーキB1を固定状態にすることで、第2遊星歯車機構PGS2のリングギヤRb(第6要素)の回転速度が「0」となり、第2連結体Cb−Y4の回転速度が「1/(i+1)」となる。
又、第2クラッチC2を連結状態にすることで、第1回転要素Y1が第1遊星歯車機構PGS1のリングギヤRa(第1要素)と同一速度の「1」で回転する。そして、出力部材3に連結された第2回転要素Y2の回転速度が「{i・(k+1)+(j+1)・k}/{(i+1)・(j+1)・k}」となって、4速段が確立される。
5速段を確立する場合には、第1ブレーキB1を固定状態にすると共に、第2クラッチC2及び第3クラッチC3を連結状態にする。第1ブレーキB1を固定状態にすることで、第2遊星歯車機構PGS2のリングギヤRb(第6要素)の回転速度が「0」となる。
又、第2クラッチC2及び第3クラッチC3を連結状態にすることで、第1回転要素Y1と第3回転要素Y3とが同一速度で回転するため、第1〜第4の4つの回転要素Y1〜Y4が相対回転不能なロック状態となる。
そして、4つの回転要素Y1〜Y4が第1遊星歯車機構PGS1のリングギヤRa(第1要素)と同一速度で回転し、出力部材3に連結された第2回転要素Y2の回転速度が「(h+1)/(h+i+1)」となって、5速段が確立される。
6速段を確立する場合には、第1クラッチC1、第2クラッチC2及び第3クラッチC3を連結状態にする。第1クラッチC1を連結状態にすることで、第1遊星歯車機構PGS1のリングギヤRa(第1要素)と第1遊星歯車機構PGS1のサンギヤSa(第3要素)とが同一速度で回転するため、第1遊星歯車機構PGS1の第1〜第3の3つの要素Ra,Ca,Saが相対回転不能なロック状態となり、第1〜第3要素Ra,Ca,Saが「1」で回転する。
又、第2クラッチC2を連結状態にすることで、第1回転要素Y1が第1遊星歯車機構PGS1のリングギヤRa(第1要素)と同一速度の「1」で回転する。又、第3クラッチC3を連結状態にすることで、第3回転要素Y3が第1遊星歯車機構PGS1のリングギヤRa(第1要素)と同一速度の「1」で回転する。
第1回転要素Y1と第3回転要素Y3とが同一速度の「1」で回転するため、第1〜第4の4つの回転要素Y1〜Y4が相対回転不能なロック状態となり、第1〜第4の回転要素Y1〜Y4が「1」で回転する。そして、出力部材3に連結された第2回転要素Y2の回転速度が「1」となって、6速段が確立される。
7速段を確立する場合には、第1ブレーキB1を固定状態にすると共に、第1クラッチC1及び第3クラッチC3を連結状態にする。第1クラッチC1を連結状態にすることで、第1遊星歯車機構PGS1のリングギヤRa(第1要素)と第1遊星歯車機構PGS1のサンギヤSa(第3要素)とが同一速度で回転するため、第1遊星歯車機構PGS1の第1〜第3の3つの要素Ra,Ca,Saが相対回転不能なロック状態となり、第1〜第3要素Ra,Ca,Saが「1」で回転する。そして、第1連結体Sa−Sbの回転速度も「1」となる。
又、第1ブレーキB1を固定状態にすることで、第2遊星歯車機構PGS2のリングギヤRb(第6要素)の回転速度が「0」となり、第2連結体Cb−Y4の回転速度が「1/(i+1)」となる。又、第3クラッチC3を連結状態にすることで、第3回転要素Y3が第1遊星歯車機構PGS1のリングギヤRa(第1要素)と同一速度の「1」で回転する。そして、出力部材3に連結された第2回転要素Y2の回転速度が「{i・(k+1)+k)/{(i+1)・k}」となって、7速段が確立される。
8速段を確立する場合には、第3ブレーキB3を固定状態にすると共に、第1クラッチC1及び第3クラッチC3を連結状態にする。第1クラッチC1を連結状態にすることで、第1遊星歯車機構PGS1のリングギヤRa(第1要素)と第1遊星歯車機構PGS1のサンギヤSa(第3要素)とが同一速度で回転するため、第1遊星歯車機構PGS1の第1〜第3の3つの要素Ra,Ca,Saが相対回転不能なロック状態となり、第1〜第3要素Ra,Ca,Saが「1」で回転する。
又、第3クラッチC3を連結状態にすることで、第3回転要素Y3が第1遊星歯車機構PGS1のリングギヤRa(第1要素)と同一速度の「1」で回転する。又、第3ブレーキB3を固定状態にすることで、第4回転要素Y4の回転速度が「0」となる。そして、出力部材3に連結された第2回転要素Y2の回転速度が「(k+1)/k」となって、8速段が確立される。
9速段を確立する場合には、第1ブレーキB1及び第3ブレーキB3を固定状態にすると共に、第3クラッチC3を連結状態にする。第1ブレーキB1及び第3ブレーキB3を固定状態にすることで、第2遊星歯車機構PGS2のリングギヤRb(第6要素)及び第2連結体Cb−Y4の回転速度が「0」となるため、第2遊星歯車機構PGS2の第4〜第6の3つの要素Sb,Cb,Rbが相対回転不能なロック状態となって、第4〜第6要素Sb,Cb,Rbの回転速度が「0」となる。そして、第1連結体Sa−Sbの回転速度も「0」となる。
そして、入力軸2に連結された第1遊星歯車機構PGS1のキャリアCa(第2要素)の回転速度は「1」であるため、第1遊星歯車機構PGS1のリングギヤRa(第1要素)の回転速度が「(h+1)/h」となる。第3クラッチC3を連結状態にすることで、第3回転要素Y3が第1遊星歯車機構PGS1のリングギヤRa(第1要素)と同一速度で回転する。
そして、第4回転要素Y4の回転速度が「0」となるため、出力部材3に連結された第2回転要素Y2の回転速度が「{(h+1)・(k+1)}/(hk)」となって、9速段が確立される。
後進段を確立する場合には、第1ブレーキB1及び第2ブレーキB2を固定状態にすると共に、第1クラッチC1を連結状態にする。第1クラッチC1を連結状態にすることで、第1遊星歯車機構PGS1のリングギヤRa(第1要素)と第1遊星歯車機構PGS1のサンギヤSa(第3要素)とが同一速度で回転するため、第1遊星歯車機構PGS1の第1〜第3の3つの要素Ra,Ca,Saが相対回転不能なロック状態となり、第1〜第3要素Ra,Ca,Saが「1」で回転する。そして、第1連結体Sa−Sbの回転速度も「1」となる。
又、第1ブレーキB1を固定状態にすることで、第2遊星歯車機構PGS2のリングギヤRb(第6要素)の回転速度が「0」となり、第2連結体Cb−Y4の回転速度が「1/(i+1)」となる。第2ブレーキB2を固定状態にすることで、第3回転要素Y3の回転速度が「0」となり、出力部材3に連結された第2回転要素Y2の回転速度が「−1/{(i+1)・k}」となって、後進段が確立される(尚、マイナスは逆転方向の回転であることを示している)。
尚、図2中の点線で示す速度線は、4つの遊星歯車機構PGS1〜PGS4のうち動力伝達する遊星歯車機構に追従して他の遊星歯車機構の各要素が回転することを表している。
図3(a)は、上述した各変速段における第1〜第3のブレーキB1〜B3、第1〜第3のクラッチC1〜C3、1ウェイクラッチF1の状態を纏めて表示した図であり、第1〜第3のブレーキB1〜B3及び第1〜第3のクラッチC1〜C3の欄の「○」は連結状態又は固定状態であることを表している。又、第1ブレーキB1の欄の「(○)」はエンジンブレーキを効かせる場合には固定状態にすることを表している。
又、1ウェイクラッチF1の「○」は、1ウェイクラッチF1の働きで第3回転要素Y3の回転速度が「0」となる状態を表している。
又、図3(b)は、図3(d)に示すように、第1遊星歯車機構PGS1のギヤ比hを3.799、第2遊星歯車機構PGS2のギヤ比iを1.601、第3遊星歯車機構PGS3のギヤ比jを3.531、第4遊星歯車機構PGS4のギヤ比kを1.466とした場合の各変速段のギヤレシオ(入力軸2の回転速度/出力部材3の回転速度)を示す。これによれば、図3(c)に示される公比(各変速段間のギヤレシオの比)が適切になると共に、図3(d)に示すレシオレンジ(1速段のギヤレシオ/9速段のギヤレシオ)も適切になる。
第1実施形態の自動変速機によれば、前進9段及び後進1段の変速を行うことができる。3速段から9速段及び後進段においては、3つのブレーキB1〜B3及び3つのクラッチC1〜C3のうち3つの係合機構が係合することになる。又、1速段及び2速段においては、第2ブレーキB2が開放状態であっても、1ウェイクラッチF1の働きで第3回転要素Y3の回転速度が「0」となるため、第2ブレーキB2でフリクションロスが発生しない。
そのため、各変速段でフリクションロスが発生する係合機構の数は3つになり、従来のように各変速段で4つの係合機構がフリクションロスを発生させるものに比べ、開放している係合機構によるフリクションロスを低減でき、自動変速機の伝達効率が向上する。
又、第1実施形態の自動変速機では、トルクコンバータTC側から順に、第1から第7の7つの列を構成する。
具体的には、第1列は、第1遊星歯車機構PGS1、第2列は、第1クラッチC1及び1ウェイクラッチF1、第3列は、第2クラッチC2、第3クラッチC3及び第2ブレーキB2、第4列は、第3遊星歯車機構PGS3及び第4遊星歯車機構PGS4、第5列は、出力部材3、第6列は、第2遊星歯車機構PGS2及び第1ブレーキB1、第7列は、第3ブレーキB3となる。
このため、従来の8つの列を構成するものに比べ、自動変速機の軸長の短縮化を図ることができる。
ここで、湿式多板ブレーキは容量の増加に比例してフリクションロスが増加するものである。第1実施形態の自動変速機では、第2ブレーキB2に1ウェイクラッチF1を並設しているため、第2ブレーキB2は、後進段を除いて、1速段及び2速段でエンジンブレーキを効かせる場合のみ固定状態に切り換えられるものである。このため、第2ブレーキB2は、比較的容量の小さいブレーキで構成することができる。
従って、第2ブレーキB2が開放状態となると共に第3回転要素Y3が正転する3速段から9速段において、第2ブレーキB2で発生するフリクションロスを低減させることができ、更なる伝達効率の向上を図ることができる。
ここで、1速段から6速段までを低速段域、7速段から9速段までを高速段域と定義する。
第1実施形態では、本発明の第2クラッチC2を噛合機構たるドグクラッチで構成しているため、第2クラッチC2を湿式多板クラッチで構成する場合に比べ、第2クラッチC2が開放状態となる高速段域及び後進段において、第2クラッチC2たるドグクラッチでのフリクションロスが発生しない。このため、自動変速機全体として、フリクションロスをより低減させることができる。
又、第2クラッチC2は、大きなトルクが作用する低速段域で連結状態となる。このため、第2クラッチC2を湿式多板クラッチで構成する場合には、大きな締結力を得られるように、比較的大型にする必要がある。第1実施形態においては、第2クラッチC2をドグクラッチで構成しているため、第2クラッチC2の大型化を防止でき、第2クラッチC2のレイアウト自由度を向上させることができる。
又、第1実施形態では、本発明の第2ブレーキB2を噛合機構たるドグクラッチで構成しているため、第2ブレーキB2を湿式多板ブレーキで構成する場合に比べ、第2ブレーキB2がフリクションロスが発生する開放状態となる3速段から9速段において、第2ブレーキB2としてのドグクラッチでのフリクションロスが発生しない。このため、自動変速機全体として、フリクションロスをより低減させることができる。
ところで、第1実施形態の自動変速機では、1ウェイクラッチF1を省略しても、上述した実施形態の効果を得ることができる。この場合、1速段及び2速段において第2ブレーキB2を固定状態にすればよい。
しかしながら、この場合には、2速段から3速段へアップシフトする際に、第2ブレーキB2を開放状態に切り換えると共に第3ブレーキB3を固定状態に切り換える必要がある。又、3速段から2速段へダウンシフトする際に、第2ブレーキB2を固定状態に切り換えると共に第3ブレーキB3を開放状態に切り換える必要がある。
第1実施形態の自動変速機では、1ウェイクラッチF1の働きにより、2速段から3速段へアップシフトする際には、第3ブレーキB3を固定状態に切り換えるだけでよく、又、3速段から2速段へダウンシフトする際には、第3ブレーキB3を開放状態に切り換えるだけでよい。
従って、2速段と3速段との間の変速の際に、1ウェイクラッチF1を省略した自動変速機において第2及び第3の2つのブレーキB2,B3の状態を切り換える必要があるものに比べ、第1実施形態の自動変速機において第3ブレーキB3のみの状態を切り換えるだけでよく、2速段と3速段との間の変速の制御性を向上させることができる。
又、第1実施形態においては、第1〜第4の4つの遊星歯車機構PGS1〜PGS4を所謂シングルピニオン型の遊星歯車機構で構成している。このため、第1〜第4の4つの遊星歯車機構PGS1〜PGS4をサンギヤと、リングギヤと、互いに噛合すると共に一方がサンギヤに噛合し他方がリングギヤに噛合する一対のピニオンを自転及び公転自在に軸支するキャリアとからなる所謂ダブルピニオン型の遊星歯車機構で構成したものに比べ、ギヤの噛合回数を減少させることができ、伝達効率を向上させることができる。
尚、第1実施形態の自動変速機においては、第1クラッチC1として、第1遊星歯車機構PGS1のリングギヤRa(第1要素)と第1遊星歯車機構PGS1のサンギヤSa(第3要素)とを連結する連結状態と、この連結を断つ開放状態とに切換自在に構成されているものを説明した。しかしながら、本発明の第1クラッチC1は、これに限られるものではなく、連結状態にすることにより、第1遊星歯車機構PGS1の第1〜第3の3つの要素Ra,Ca,Saを相対回転不能なロック状態にすることができるものであればよい。
例えば、第1クラッチC1を、第1遊星歯車機構PGS1のリングギヤRa(第1要素)と第1遊星歯車機構PGS1のキャリアCa(第2要素)とを連結する連結状態と、この連結を断つ開放状態とに切換自在に構成しても本発明の効果を得ることができる。
又、第1実施形態においては、第2クラッチC2として、ドグクラッチを用いたが、これに限らず、第2クラッチC2を同期機能を有する噛合機構たるシンクロメッシュ機構で構成してもよい。これによっても、湿式多板クラッチで構成した場合に比べ、フリクションロスを抑えることができる。
又、第2クラッチC2を湿式多板クラッチで構成しても、各変速段における開放数を3つ以下にできるという本発明の効果を得ることができる。
又、第1実施形態においては、第2ブレーキB2として、ドグクラッチを用いたが、これに限らず、第2ブレーキB2を同期機能を有する噛合機構たるシンクロメッシュ機構で構成してもよい。これによっても、湿式多板ブレーキで構成した場合に比べ、フリクションロスを抑えることができる。又、第2ブレーキB2を湿式多板ブレーキで構成してもよい。
又、第1実施形態では、1ウェイクラッチF1を廃止すると共に、第2ブレーキB2を、第3回転要素Y3を変速機ケース1に固定する固定状態と、第3回転要素Y3の正転を許容し逆転を阻止する逆転阻止状態とに切換自在な2ウェイクラッチで構成してもよい。この2ウェイクラッチの一例を図7に示して具体的に説明する。
図7の第2ブレーキB2としての2ウェイクラッチTWは、第3回転要素Y3に連結されるインナーリングTW1と、インナーリングTW1の径方向外方に間隔を存して配置されると共に変速機ケース1に連結されるアウターリングTW2と、インナーリングTW1とアウターリングTW2との間に配置される保持リングTW3とを備える。
インナーリングTW1には、外周面に複数のカム面TW1aが形成されている。保持リングTW3には、カム面TW1aに対応させて複数の切欠孔TW3aが設けられている。この切欠孔TW3aには、ローラTW4が収容されている。又、2ウェイクラッチTWは、図示省略した第1の電磁クラッチ及び第2の電磁クラッチを備える。
第1の電磁クラッチは、通電されることによりアウターリングTW2と保持リングTW3とを連結するように構成されている。第1の電磁クラッチが通電されていない場合には、保持リングTW3は、インナーリングTW1及びアウターリングTW2に対して相対回転自在となるように構成されている。
又、第2の電磁クラッチは、図7(b)に示すように切欠孔TW3aがカム面TW1aの一方の端部に位置する状態で保持リングTW3をインナーリングTW1に連結させる第1の状態と、図7(c)に示すように切欠孔TW3aがカム面TW1aの他方の端部に位置する状態で保持リングTW3をインナーリングTW1に連結させる第2の状態と、保持リングTW3とインナーリングTW1との連結を断つ第3の状態とに切換自在となるように構成される。
又、ローラTW4の径は、図7(a)に示すように、ローラTW4がカム面TW1aの中央部に存するときは隙間Aが開き、図7(b)及び(c)に示すように、ローラTW4がカム面TW1aの端部に存するときにはインナーリングTW1及びアウターリングTW2に接触するように、設定されている。
第1の電磁クラッチが通電されている場合には、保持リングTW3は、アウターリングTW2を介して変速機ケース1に固定されることとなる。この場合、インナーリングTW1が正転及び逆転のどちらに回転しようとしても、図7(b)及び(c)に示すように、保持リングTW3が固定されているため、ローラTW4がカム面TW1aの端部に位置することとなる。このとき、ローラTW4がカム面TW1aとアウターリングTW2の内周面とに挟まれて、インナーリングTW1の回転が阻止される。即ち、2ウェイクラッチTWは固定状態となる。
第1の電磁クラッチが通電されていない場合には、保持リングTW3が自由に回転することができるため、図7(a)に示すように、ローラTW4はカム面TW1aの中央部に位置し続けることができる。従って、第1の電磁クラッチが通電されていない場合には、インナーリングTW1が自由に回転することができる状態となる。図7における時計回り方向を逆転方向とすると、この2ウェイクラッチは、第1の電磁クラッチを通電させず、アウターリングTW2と保持リングTW3との連結を断ち、インナーリングTW1が自由に回転することができる状態とし、第2の電磁クラッチを第1の状態とすることにより、逆転阻止状態とすることができる。
以上の如く、固定状態と逆転阻止状態とに切換自在な2ウェイクラッチを構成することができる。
このような2ウェイクラッチで第2ブレーキB2を構成した場合には、2ウェイクラッチを、3速段から9速段までの前進段では逆転阻止状態とし、1速段、2速段、及び後進段では固定状態とすることで、各変速段を確立できる。この場合、2速段で走行中において、走行速度等の車両情報に基づいて3速段へのアップシフトが予測される場合には、図外のトランスミッション・コントロール・ユニットは、第2ブレーキB2としての2ウェイクラッチを予め逆転阻止状態に切り換えておくようにすることが好ましい。
これによれば、1ウェイクラッチF1の効果と同様に、2速段から3速段にアップシフトする際には、第2ブレーキB2たる2ウェイクラッチの状態の切り換えは完了しており、第3ブレーキB3を連結状態とするだけで3速段に変速できるため、2速段から3速段へのアップシフトをスムーズに行うことができ、自動変速機の変速制御性が向上される。
上述した2ウェイクラッチで第2ブレーキB2を構成すれば、摩擦係合型のブレーキで第2ブレーキB2を構成する場合とは異なり、第2ブレーキB2でのフリクションロスは発生しない。従って、第2ブレーキB2を噛合機構で構成した場合と同様に、自動変速機全体として、フリクションロスを抑制させることができる。
更には、第2ブレーキB2としての2ウェイクラッチは、上述した固定状態と逆転阻止状態とに加えて、第3回転要素Y3の正転を許容し逆転を阻止する逆転阻止状態と、第3回転要素Y3の正転を阻止し逆転を許容する正転阻止状態とにも切換自在に構成してもよい。上述した2ウェイクラッチにおいて、第1の電磁クラッチを通電させず、インナーリングTW1が自由に回転することができる状態とし、第2の電磁クラッチを第2の状態とすることにより、正転阻止状態となる。
又、本実施形態の自動変速機では、前進9段及び後進1段の変速段を確立可能にしているが、例えば、2速段、4速段及び8速段を省略して、前進6段及び後進1段の変速段を確立可能な自動変速機としてもよい。この場合にも、各変速段における開放数を3つ以下にできるという本発明の効果を得ることができる。
又、第1実施形態では、エンジンENGの動力をトルクコンバータTCを介して入力軸2に伝達しているが、トルクコンバータTCに代えて、第2実施形態で説明する発進クラッチを用いてもよい。
[第2実施形態]
次に、本発明の自動変速機の第2実施形態について説明する。図4は、本発明の第2実施形態の自動変速機の上半分を示している。第2実施形態の自動変速機は、第1実施形態の自動変速機と同様に、変速機ケース1内に回転自在に軸支した入力軸2と、入力軸2と同心に配置された出力ギヤからなる出力部材3とを備えている。出力部材3の回転は、図外のデファレンシャルギヤやプロペラシャフトを介して車両の左右の駆動輪に伝達される。
入力軸2は、駆動源としてのエンジンENGの動力がねじりダンパ装置DA及び発進クラッチC0を介して伝達されて回転する。
発進クラッチC0は、摩擦係合によって動力を伝達させることができるものであり、エンジンENGの動力を入力軸2へ伝達する伝達状態と、この伝達を断つ開放状態とに切換自在に構成されている。尚、発進クラッチC0は、単板型でも多板型でもよい。
又、第1実施形態と同様に、変速機ケース1内には、第1遊星歯車機構PGS1と第2遊星歯車機構PGS2と第3遊星歯車機構PGS3と第4遊星歯車機構PGS4とが入力軸2と同心に配置されている。
第1遊星歯車機構PGS1は、第1実施形態と同様に、サンギヤSaと、リングギヤRaと、サンギヤSaとリングギヤRaとに噛合するピニオンPaを自転及び公転自在に軸支するキャリアCaとから成る所謂シングルピニオン型の遊星歯車機構で構成されている。
図5の最上段に示す第1遊星歯車機構PGS1の共線図を参照して、第1遊星歯車機構PGS1の3つの要素Sa,Ca,Raを、共線図におけるギヤ比に対応する間隔での並び順に左側から夫々第1要素、第2要素及び第3要素とすると、第1要素はリングギヤRa、第2要素はキャリアCa、第3要素はサンギヤSaになる。
ここで、サンギヤSaとキャリアCa間の間隔とキャリアCaとリングギヤRa間の間隔との比は、第1遊星歯車機構PGS1のギヤ比をhとして、h:1に設定される。尚、第1実施形態と同様に、共線図において、下の横線と上の横線は夫々回転速度が「0」と「1」であることを示している。
第2遊星歯車機構PGS2は、第1実施形態と同様に、サンギヤSbと、リングギヤRbと、サンギヤSbとリングギヤRbとに噛合するピニオンPbを自転及び公転自在に軸支するキャリアCbとから成る所謂シングルピニオン型の遊星歯車機構で構成されている。
図5の上から2段目に示す第2遊星歯車機構PGS2の共線図を参照して、第2遊星歯車機構PGS2の3つの要素Sb,Cb,Rbを、共線図におけるギヤ比に対応する間隔での並び順に左側から夫々第4要素、第5要素及び第6要素とすると、第4要素はサンギヤSb、第5要素はキャリアCb、第6要素はリングギヤRbになる。サンギヤSbとキャリアCb間の間隔とキャリアCbとリングギヤRb間の間隔との比は、第2遊星歯車機構PGS2のギヤ比をiとして、i:1に設定される。
第3遊星歯車機構PGS3は、第1実施形態と同様に、サンギヤScと、リングギヤRcと、サンギヤScとリングギヤRcとに噛合するピニオンPcを自転及び公転自在に軸支するキャリアCcとから成る所謂シングルピニオン型の遊星歯車機構で構成されている。
図5の上から3段目に示す第3遊星歯車機構PGS3の共線図を参照して、第3遊星歯車機構PGS3の3つの要素Sc,Cc,Rcを、共線図におけるギヤ比に対応する間隔での並び順に左側から夫々第7要素、第8要素及び第9要素とすると、第7要素はサンギヤSc、第8要素はキャリアCc、第9要素はリングギヤRcになる。サンギヤScとキャリアCc間の間隔とキャリアCcとリングギヤRc間の間隔との比は、第3遊星歯車機構PGS3のギヤ比をjとして、j:1に設定される。
第4遊星歯車機構PGS4は、第1実施形態と同様に、サンギヤSdと、リングギヤRdと、サンギヤSdとリングギヤRdとに噛合するピニオンPdを自転及び公転自在に軸支するキャリアCdとから成る所謂シングルピニオン型の遊星歯車機構で構成されている。
図5の最下段(上から4段目)に示す第4遊星歯車機構PGS4の共線図を参照して、第4遊星歯車機構PGS4の3つの要素Sd,Cd,Rdを、共線図におけるギヤ比に対応する間隔での並び順に左側から夫々第10要素、第11要素及び第12要素とすると、第10要素はリングギヤRd、第11要素はキャリアCd、第12要素はサンギヤSdになる。サンギヤSdとキャリアCd間の間隔とキャリアCdとリングギヤRd間の間隔との比は、第4遊星歯車機構PGS4のギヤ比をkとして、k:1に設定される。
第1遊星歯車機構PGS1のリングギヤRa(第1要素)と第3遊星歯車機構PGS3のサンギヤSc(第7要素)とが連結されて、第1連結体Ra−Scが構成されている。又、第1遊星歯車機構PGS1のサンギヤSa(第3要素)と第2遊星歯車機構PGS2のサンギヤSb(第4要素)とが連結されて、第2連結体Sa−Sbが構成されている。又、第2遊星歯車機構PGS2のキャリアCb(第5要素)と第3遊星歯車機構PGS3のリングギヤRc(第9要素)と第4遊星歯車機構PGS4のサンギヤSd(第12要素)とが連結されて、第3連結体Cb−Rc−Sdが構成されている。
第1遊星歯車機構PGS1のキャリアCa(第2要素)は入力軸2に連結されている。第4遊星歯車機構PGS4のリングギヤRd(第10要素)は出力部材3に連結されている。
又、第2実施形態の自動変速機は、第1実施形態の自動変速機と同様に、係合機構として第1から第3の3つのブレーキB1〜B3と、第1から第3の3つのクラッチC1〜C3とを備える。
第1ブレーキB1及び第3ブレーキB3は湿式多板ブレーキで構成され、第2ブレーキB2は噛合機構としてのドグクラッチで構成されている。又、第1クラッチC1及び第3クラッチC3は湿式多板クラッチで構成され、第2クラッチC2は噛合機構としてのドグクラッチで構成されている。
第1ブレーキB1は、第2遊星歯車機構PGS2のリングギヤRb(第6要素)を変速機ケース1に固定する固定状態と、この固定を解除する開放状態とに切換自在に構成されている。第2ブレーキB2は、第4遊星歯車機構PGS4のキャリアCd(第11要素)を変速機ケース1に固定する固定状態と、この固定を解除する開放状態とに切換自在に構成されている。第3ブレーキB3は、第3連結体Cb−Rc−Sdを変速機ケース1に固定する固定状態と、この固定を解除する開放状態とに切換自在に構成されている。
第1クラッチC1は、第1連結体Ra−Scと第2連結体Sa−Sbとを連結する連結状態と、この連結を断つ開放状態とに切換自在に構成されている。第2クラッチC2は、第3遊星歯車機構PGS3のキャリアCc(第8要素)と第4遊星歯車機構PGS4のキャリアCd(第11要素)とを連結する連結状態と、この連結を断つ開放状態とに切換自在に構成されている。第3クラッチC3は、第1連結体Ra−Scと第4遊星歯車機構PGS4のキャリアCd(第11要素)とを連結する連結状態と、この連結を断つ開放状態とに切換自在に構成されている。
各係合機構B1〜B3,C1〜C3は、図外のトランスミッション・コントロール・ユニットにより状態が切り換えられる。
尚、第2実施形態の自動変速機では、第2ブレーキに隣接させて、第4遊星歯車機構PGS4のキャリアCd(第11要素)の正転を許容し、逆転を阻止する1ウェイクラッチF1が設けられている。
変速機ケース1内には、入力軸2の軸線上に、エンジンENG及び発進クラッチC0側から、第1遊星歯車機構PGS1、第1クラッチC1、第2クラッチC2、第3遊星歯車機構PGS3、出力部材3、第2遊星歯車機構PGS2、第3ブレーキB3の順番で配置されている。そして、第3クラッチC3は、第2クラッチC2の径方向外方に配置されている。更に、1ウェイクラッチF1及び第2ブレーキB2は、第1クラッチC1及び第3クラッチC3の径方向外方に配置されている。そして、第1ブレーキB1は、第2遊星歯車機構PGS2の径方向外方に配置されている。
又、第4遊星歯車機構PGS4は、第3遊星歯車機構PGS3の径方向外方に配置されており、第3遊星歯車機構PGS3のリングギヤRc(第9要素)と第4遊星歯車機構PGS4のサンギヤSd(第12要素)とが一体に構成されている。これにより、第3遊星歯車機構PGS3と第4遊星歯車機構PGS4とが径方向に重なり合うため、第3遊星歯車機構PGS3と第4遊星歯車機構PGS4とを軸方向に並べて配置した場合に比べ、自動変速機の軸長の短縮化を図ることができ、車両、特に所謂FF式の車両への搭載性を向上させることができる。
尚、第3遊星歯車機構PGS3と第4遊星歯車機構PGS4とは、径方向で少なくとも一部が重なり合っていればよく、これによって軸長の短縮化を図ることができるが、両者が完全に径方向で重なり合っていれば、最も軸長を短くすることができる。
又、出力部材3は、第1実施形態と同様に、側壁1aに設けられた筒状部1bでしっかりと軸支されている。
尚、第1実施形態と同様に、筒状部1bの径方向内方に第3ブレーキB3を位置させることで、第3ブレーキB3を図4に示すように第1ブレーキB1に対して軸方向に並ぶように配置した場合に比べ、筒状部1bの径方向内方のスペースを有効活用して、自動変速機の軸長の更なる短縮化を図ることができる。
第2実施形態の自動変速機では、1速段を確立する場合には、第1クラッチC1及び第2クラッチC2を連結状態にする。第1クラッチC1を連結状態にすることで、第1遊星歯車機構PGS1のリングギヤRa(第1要素)と第1遊星歯車機構PGS1のサンギヤSa(第3要素)とが同一速度で回転するため、第1遊星歯車機構PGS1の第1〜第3の3つの要素Ra,Ca,Saが相対回転不能なロック状態となり、第1〜第3要素Ra,Ca,Saが「1」で回転する。そして、第1連結体Ra−Scの回転速度も「1」となる。
又、1ウェイクラッチの働きで、第4遊星歯車機構PGS4のキャリアCd(第11要素)の回転速度が「0」となる。又、第2クラッチC2を連結状態にすることで、第3遊星歯車機構PGS3のキャリアCc(第8要素)が、第4遊星歯車機構PGS4のキャリアCd(第11要素)と同一の回転速度「0」となる。このため、出力部材3に連結された第4遊星歯車機構PGS4のリングギヤRd(第10要素)の回転速度が「1/(jk)」となって、1速段が確立される。
尚、1速段では、係合機構の開放数は「4」となるが、1ウェイクラッチF1の働きで第4遊星歯車機構PGS4のキャリアCd(第11要素)の回転速度が「0」となるため、第2ブレーキB2ではフリクションロスが発生しない。従って、1速段における実質的な開放数は「3」となる。又、1速段において、第2ブレーキB2を固定状態にすれば、エンジンブレーキを効かせることができる。
2速段を確立する場合には、第1ブレーキB1を固定状態にすると共に、第2クラッチC2を連結状態にする。第1ブレーキB1を固定状態にすることで、第2遊星歯車機構PGS2のリングギヤRb(第6要素)の回転速度が「0」になる。又、第2クラッチC2を連結状態にすることで、第4遊星歯車機構PGS4のキャリアCd(第11要素)が第3遊星歯車機構PGS3のキャリアCc(第8要素)と同一速度で回転する。
そして、1ウェイクラッチの働きで、第4遊星歯車機構PGS4のキャリアCd(第11要素)の逆転が阻止されるため、第4遊星歯車機構PGS4のキャリアCd(第11要素)の回転速度が「0」になる。そして、出力部材3に連結された第4遊星歯車機構PGS4のリングギヤRd(第10要素)の回転速度が図5に示す「2nd」になり、2速段が確立される。
尚、2速段では、係合機構の開放数は「4」となるが、1ウェイクラッチF1の働きで第4遊星歯車機構PGS4のキャリアCd(第11要素)の回転速度が「0」となるため、第2ブレーキB2ではフリクションロスが発生しない。又、2速段において、第2ブレーキB2を固定状態にすれば、エンジンブレーキを効かせることができる。
3速段を確立する場合には、第1ブレーキB1及び第3ブレーキB3を固定状態にすると共に、第2クラッチC2を連結状態にする。第1ブレーキB1及び第3ブレーキB3を固定状態にすることで、第2遊星歯車機構PGS2のリングギヤRb(第6要素)及び第3連結体Cb−Rc−Sdの回転速度が「0」となり、第2遊星歯車機構PGS2の第4〜第6の3つの要素Sb,Cb,Rbが相対回転不能なロック状態となって、第4〜第6要素Sb,Cb,Rbの回転速度が「0」となる。そして、第2連結体Sa−Sbの回転速度も「0」となる。
そして、入力軸2に連結された第1遊星歯車機構PGS1のキャリアCa(第2要素)の回転速度は「1」であるため、第1連結体Ra−Scの回転速度が「(h+1)/h」となる。そして、第3遊星歯車機構PGS3のリングギヤRc(第9要素)の回転速度が「0」となるため、第3遊星歯車機構PGS3のキャリアCc(第8要素)の回転速度が「(h+1)/{h・(j+1)}」となる。
第2クラッチC2を連結状態にすることで、第4遊星歯車機構PGS4のキャリアCd(第11要素)が第3遊星歯車機構PGS3のキャリアCc(第8要素)と同一速度で回転する。従って、第4遊星歯車機構PGS4のサンギヤSd(第12要素)の回転速度が「0」となるため、出力部材3に連結された第4遊星歯車機構PGS4のリングギヤRd(第10要素)の回転速度が「{(h+1)・(k+1)}/{hk・(j+1)}」となって、3速段が確立される。
4速段を確立する場合には、第1ブレーキB1を固定状態にすると共に、第1クラッチC1及び第2クラッチC2を連結状態にする。第1クラッチC1を連結状態にすることで、第1遊星歯車機構PGS1のリングギヤRa(第1要素)と第1遊星歯車機構PGS1のサンギヤSa(第3要素)とが同一速度で回転するため、第1遊星歯車機構PGS1の第1〜第3の3つの要素Ra,Ca,Saが相対回転不能なロック状態となり、第1〜第3要素Ra,Ca,Saが「1」で回転する。そして、第1連結体Ra−Sc及び第2連結体Sa−Sbの回転速度も「1」となる。
又、第1ブレーキB1を固定状態にすることで、第2遊星歯車機構PGS2のリングギヤRb(第6要素)の回転速度が「0」となり、第3連結体Cb−Rc−Sdの回転速度が「1/(i+1)」となる。そして、第3遊星歯車機構PGS3のサンギヤSc(第7要素)の回転速度が「1」となり、第3遊星歯車機構PGS3のリングギヤRc(第9要素)の回転速度が「1/(i+1)」となる。このため、第3遊星歯車機構PGS3のキャリアCc(第8要素)の回転速度が「(i+j+1)/{(i+1)・(j+1)}」となる。
又、第2クラッチC2を連結状態にすることで、第4遊星歯車機構のキャリアCd(第11要素)が第3遊星歯車機構PGS3のキャリアCc(第8要素)と同一速度で回転する。
従って、出力部材3に連結された第4遊星歯車機構PGS4のリングギヤRd(第10要素)の回転速度が「{i・(k+1)+(j+1)・k}/{(i+1)・(j+1)・k}」となって、4速段が確立される。
5速段を確立する場合には、第1ブレーキB1を固定状態にすると共に、第2クラッチC2及び第3クラッチC3を連結状態にする。第1ブレーキB1を固定状態にすることで、第2遊星歯車機構PGS2のリングギヤRb(第6要素)の回転速度が「0」となる。又、第2クラッチC2及び第3クラッチC3を連結状態にすることで、第3遊星歯車機構PGS3のサンギヤSc(第7要素)と第3遊星歯車機構PGS3のキャリアCc(第8要素)とが同一速度で回転するため、第3遊星歯車機構PGS3の第7〜第9の3つの要素Sc,Cc,Rcが相対回転不能なロック状態となる。
更に、第4遊星歯車機構PGS4のキャリアCd(第11要素)が第3遊星歯車機構PGS3のキャリアCc(第8要素)と同一速度で回転し、第4遊星歯車機構PGS4のサンギヤSd(第12要素)が第3遊星歯車機構PGS3のリングギヤRc(第9要素)と同一速度で回転する。
従って、第4遊星歯車機構PGS4のキャリアCd(第11要素)と第4遊星歯車機構PGS4のサンギヤSd(第12要素)とが同一速度で回転するため、第4遊星歯車機構PGS4の第10〜第12の3つの要素Rd,Cd,Sdが相対回転不能なロック状態となる。そして、出力部材3に連結された第4遊星歯車機構PGS4のリングギヤRd(第10要素)の回転速度が「(h+1)/(h+i+1)」となって、5速段が確立される。
6速段を確立する場合には、第1クラッチC1、第2クラッチC2及び第3クラッチC3を連結状態にする。第1クラッチC1を連結状態にすることで、第1遊星歯車機構PGS1のリングギヤRa(第1要素)と第1遊星歯車機構PGS1のサンギヤSa(第3要素)とが同一速度で回転するため、第1遊星歯車機構PGS1の第1〜第3の3つの要素Ra,Ca,Saが相対回転不能なロック状態となり、第1〜第3要素Ra,Ca,Saが「1」で回転する。そして、第1連結体Ra−Scの回転速度も「1」となる。
又、第2クラッチC2及び第3クラッチC3を連結状態にすることで、第1連結体Ra−Scと第3遊星歯車機構PGS3のキャリアCc(第8要素)とが同一速度で回転するため、第3遊星歯車機構PGS3の第7〜第9の3つの要素Sc,Cc,Rcが相対回転不能なロック状態となり、第7〜第9要素Sc,Cc,Rcが「1」で回転する。そして、第3連結体Cb−Rc−Sdの回転速度も「1」となる。更に、第4遊星歯車機構PGS4のキャリアCd(第11要素)が第3遊星歯車機構PGS3のキャリアCc(第8要素)と同一速度の「1」で回転する。
第4遊星歯車機構PGS4のキャリアCd(第11要素)と第4遊星歯車機構PGS4のサンギヤSd(第12要素)とが同一速度で回転するため、第4遊星歯車機構PGS4の第10〜第12の3つの要素Rd,Cd,Sdが相対回転不能なロック状態となり、第10〜第12の3つの要素Rd,Cd,Sdが「1」で回転する。従って、出力部材3に連結された第4遊星歯車機構PGS4のリングギヤRd(第10要素)の回転速度が「1」となって、6速段が確立される。
7速段を確立する場合には、第1ブレーキB1を固定状態にすると共に、第1クラッチC1及び第3クラッチC3を連結状態にする。第1クラッチC1を連結状態にすることで、第1遊星歯車機構PGS1のリングギヤRa(第1要素)と第1遊星歯車機構PGS1のサンギヤSa(第3要素)とが同一速度で回転するため、第1遊星歯車機構PGS1の第1〜第3の3つの要素Ra,Ca,Saが相対回転不能なロック状態となり、第1〜第3要素Ra,Ca,Saが「1」で回転する。そして、第1連結体Ra−Sc及び第2連結体Sa−Sbの回転速度も「1」となる。
又、第1ブレーキB1を固定状態にすることで、第2遊星歯車機構PGS2のリングギヤRb(第6要素)の回転速度が「0」となり、第3連結体Cb−Rc−Sdの回転速度が「1/(i+1)」となる。又、第3クラッチC3を連結状態にすることで、第4遊星歯車機構PGS4のキャリアCd(第11要素)が第1連結体Ra−Scと同一速度の「1」で回転する。そして、出力部材3に連結された第4遊星歯車機構PGS4のリングギヤRd(第10要素)の回転速度が「{i・(k+1)+k)/{(i+1)・k}」となって、7速段が確立される。
8速段を確立する場合には、第3ブレーキB3を固定状態にすると共に、第1クラッチC1及び第3クラッチC3を連結状態にする。第1クラッチC1を連結状態にすることで、第1遊星歯車機構PGS1のリングギヤRa(第1要素)と第1遊星歯車機構PGS1のサンギヤSa(第3要素)とが同一速度で回転するため、第1遊星歯車機構PGS1の第1〜第3の3つの要素Ra,Ca,Saが相対回転不能なロック状態となり、第1〜第3要素Ra,Ca,Saが「1」で回転する。そして、第1連結体Ra−Scの回転速度も「1」となる。
又、第3クラッチC3を連結状態にすることで、第4遊星歯車機構PGS4のキャリアCd(第11要素)が第1連結体Ra−Scと同一速度の「1」で回転する。そして、第3ブレーキB3を固定状態にすることで、第4遊星歯車機構PGS4のサンギヤSd(第12要素)の回転速度が「0」となり、出力部材3に連結された第4遊星歯車機構PGS4のリングギヤRd(第10要素)の回転速度が「(k+1)/k」となって、8速段が確立される。
9速段を確立する場合には、第1ブレーキB1及び第3ブレーキB3を固定状態にすると共に、第3クラッチC3を連結状態にする。第1ブレーキB1及び第3ブレーキB3を固定状態にすることで、第2遊星歯車機構PGS2のリングギヤRb(第6要素)及び第3連結体Cb−Rc−Sdの回転速度が「0」となり、第2遊星歯車機構PGS2の第4〜第6の3つの要素Sb,Cb,Rbが相対回転不能なロック状態となって、第4〜第6要素Sb,Cb,Rbの回転速度が「0」となる。そして、第2連結体Sa−Sbの回転速度も「0」となる。
そして、入力軸2に連結された第1遊星歯車機構PGS1のキャリアCa(第2要素)の回転速度は「1」であるため、第1連結体Ra−Scの回転速度が「(h+1)/h」となる。又、第3クラッチC3を連結状態にすることで、第4遊星歯車機構PGS4のキャリアCd(第11要素)が第1連結体Ra−Scと同一速度で回転する。
そして、第4遊星歯車機構PGS4のサンギヤSd(第12要素)の回転速度が「0」となるため、出力部材3に連結された第4遊星歯車機構PGS4のリングギヤRd(第10要素)の回転速度が「{(h+1)・(k+1)}/(hk)」となって、9速段が確立される。
後進段を確立する場合には、第1ブレーキB1及び第2ブレーキB2を固定状態にすると共に、第1クラッチC1を連結状態にする。第1クラッチC1を連結状態にすることで、第1遊星歯車機構PGS1のリングギヤRa(第1要素)と第1遊星歯車機構PGS1のサンギヤSa(第3要素)とが同一速度で回転するため、第1遊星歯車機構PGS1の第1〜第3の3つの要素Ra,Ca,Saが相対回転不能なロック状態となり、第1〜第3要素Ra,Ca,Saが「1」で回転する。そして、第2連結体Sa−Sbの回転速度も「1」となる。
又、第1ブレーキB1を固定状態にすることで、第2遊星歯車機構PGS2のリングギヤRb(第6要素)の回転速度が「0」となり、第3連結体Cb−Rc−Sdの回転速度が「1/(i+1)」となる。又、第2ブレーキB2を固定状態にすることで、第4遊星歯車機構PGS4のキャリアCd(第11要素)の回転速度が「0」となり、出力部材3に連結された第4遊星歯車機構PGS4のリングギヤRd(第10要素)の回転速度が「−1/{(i+1)・k}」となって、後進段が確立される(尚、マイナスは逆転方向の回転であることを示している)。
尚、図5中の点線で示す速度線は、第1実施形態の図2と同様に、4つの遊星歯車機構PGS1〜PGS4のうち動力伝達する遊星歯車機構に追従して他の遊星歯車機構の各要素が回転することを表している。
図6(a)は、第1実施形態の図3(a)と同様に、上述した各変速段における第1〜第3のブレーキB1〜B3、第1〜第3のクラッチC1〜C3、1ウェイクラッチF1の状態を纏めて表示した図であり、第1〜第3のブレーキB1〜B3及び第1〜第3のクラッチC1〜C3の欄の「○」は連結状態又は固定状態であることを表している。又、第1ブレーキB1の欄の「(○)」はエンジンブレーキを効かせる場合には固定状態にすることを表している。
又、1ウェイクラッチF1の「○」は、1ウェイクラッチF1の働きで第4遊星歯車機構PGS4のキャリアCd(第11要素)の回転速度が「0」となる状態を表している。
又、図6(b)は、図6(d)に示すように、第1遊星歯車機構PGS1のギヤ比hを3.799、第2遊星歯車機構PGS2のギヤ比iを1.601、第3遊星歯車機構PGS3のギヤ比jを3.502、第4遊星歯車機構PGS4のギヤ比kを1.485とした場合の各変速段のギヤレシオを示す。これによれば、図6(c)に示される公比が適切になると共に、図6(d)に示すレシオレンジも適切になる。
第2実施形態の自動変速機によれば、前進9段及び後進1段の変速を行うことができる。3速段から9速段及び後進段においては、3つのブレーキB1〜B3及び3つのクラッチC1〜C3のうち3つの係合機構が係合することになる。又、1速段及び2速段においては、第2ブレーキB2が開放状態であっても、1ウェイクラッチF1の働きで第4遊星歯車機構PGS4のキャリアCd(第11要素)の回転速度が「0」となるため、第2ブレーキB2でフリクションロスが発生しない。
そのため、各変速段でフリクションロスが発生する係合機構の数は3つになり、従来のように各変速段で4つの係合機構がフリクションロスを発生させるものに比べ、開放している係合機構によるフリクションロスを低減でき、自動変速機の伝達効率が向上する。
又、第2実施形態の自動変速機では、発進クラッチC0側から順に、第1から第7の7つの列を構成する。
具体的には、第1列は、第1遊星歯車機構PGS1、第2列は、第1クラッチC1及び1ウェイクラッチF1、第3列は、第2クラッチC2、第3クラッチC3及び第2ブレーキB2、第4列は、第3遊星歯車機構PGS3及び第4遊星歯車機構PGS4、第5列は、出力部材3、第6列は、第2遊星歯車機構PGS2及び第1ブレーキB1、第7列は、第3ブレーキB3となる。
このため、従来の8つの列を構成するものに比べ、自動変速機の軸長の短縮化を図ることができる。
ここで、湿式多板ブレーキは容量の増加に比例してフリクションロスが増加するものである。第2実施形態の自動変速機では、第2ブレーキB2に1ウェイクラッチF1を並設しているため、第2ブレーキB2は、後進段を除いて、1速段及び2速段でエンジンブレーキを効かせる場合のみ固定状態に切り換えられるものである。このため、第2ブレーキB2は、比較的容量の小さいブレーキで構成することができる。
従って、第2ブレーキB2が開放状態となると共に第4遊星歯車機構PGS4のキャリアCd(第11要素)が正転する3速段から9速段において、第2ブレーキB2で発生するフリクションロスを低減させることができ、更なる伝達効率の向上を図ることができる。
ここで、1速段から6速段までを低速段域、7速段から9速段までを高速段域と定義する。
第2実施形態では、本発明の第2クラッチC2を噛合機構たるドグクラッチで構成しているため、第2クラッチC2を湿式多板クラッチで構成する場合に比べ、第2クラッチC2が開放状態となる高速段域及び後進段において、第2クラッチC2たるドグクラッチでのフリクションロスが発生しない。このため、自動変速機全体として、フリクションロスをより低減させることができる。
又、第2クラッチC2は、大きなトルクが作用する低速段域で連結状態となる。このため、第2クラッチC2を湿式多板クラッチで構成する場合には、大きな締結力を得られるように、比較的大型にする必要がある。第2実施形態においては、第2クラッチC2をドグクラッチで構成しているため、第2クラッチC2の大型化を防止でき、第2クラッチC2のレイアウト自由度を向上させることができる。
又、第2実施形態では、本発明の第2ブレーキB2を噛合機構たるドグクラッチで構成しているため、第2ブレーキB2を湿式多板ブレーキで構成する場合に比べ、第2ブレーキB2がフリクションロスが発生する開放状態となる3速段から9速段において、第2ブレーキB2たるドグクラッチでのフリクションロスが発生しない。このため、自動変速機全体として、フリクションロスをより低減させることができる。
又、第2実施形態の自動変速機では、第1実施形態と同様に、1ウェイクラッチF1の働きにより、2速段と3速段との間の変速の際に、第2ブレーキB2の状態を切り換える必要がなくなり、2速段と3速段との間の変速の制御性を向上させることができる。
又、第2実施形態においては、第1〜第4の4つの遊星歯車機構PGS1〜PGS4を所謂シングルピニオン型の遊星歯車機構で構成しているため、所謂ダブルピニオン型の遊星歯車機構で構成されるものに比べ、ギヤの噛合回数を減少させることができ、伝達効率を向上させることができる。
尚、第2実施形態の自動変速機においては、第1クラッチC1として、第1遊星歯車機構PGS1のリングギヤRa(第1要素)と第1遊星歯車機構PGS1のサンギヤSa(第3要素)とを連結する連結状態と、この連結を断つ開放状態とに切換自在に構成されているものを説明した。しかしながら、本発明の第1クラッチC1は、これに限られるものではなく、第1実施形態と同様に、連結状態にすることにより、第1遊星歯車機構PGS1の第1〜第3の3つの要素Ra,Ca,Saを相対回転不能なロック状態にすることができるものであればよい。
又、第2実施形態においては、第2クラッチC2として、ドグクラッチを用いたが、これに限らず、第2クラッチC2を同期機能を有する噛合機構たるシンクロメッシュ機構で構成してもよい。これによっても、湿式多板クラッチで構成した場合に比べ、フリクションロスを抑えることができる。
又、第2クラッチC2を湿式多板クラッチで構成しても、各変速段における開放数を3つ以下にできるという本発明の効果を得ることができる。
又、第2実施形態においては、第2ブレーキB2として、ドグクラッチを用いたが、これに限らず、第2ブレーキB2を同期機能を有する噛合機構たるシンクロメッシュ機構で構成してもよい。これによっても、湿式多板ブレーキで構成した場合に比べ、フリクションロスを抑えることができる。又、第2ブレーキB2を湿式多板ブレーキで構成してもよい。
又、第2実施形態では、第1実施形態と同様に、1ウェイクラッチF1を廃止すると共に、第2ブレーキB2を、第4遊星歯車機構PGS4のキャリアCd(第11要素)を変速機ケース1に固定する固定状態と、第4遊星歯車機構PGS4のキャリアCd(第11要素)の正転を許容し逆転を阻止する逆転阻止状態とに切換自在な2ウェイクラッチで構成してもよい。
このような2ウェイクラッチで第2ブレーキB2を構成した場合には、2ウェイクラッチを、3速段から9速段までの前進段では逆転阻止状態とし、1速段、2速段、及び後進段では固定状態とすることで、各変速段を確立できる。この場合、2速段で走行中において、走行速度等の車両情報に基づいて3速段へのアップシフトが予測される場合には、図外のトランスミッション・コントロール・ユニットは、第2ブレーキB2としての2ウェイクラッチを予め逆転阻止状態に切り換えておくようにすることが好ましい。
これによれば、1ウェイクラッチF1の効果と同様に、2速段から3速段にアップシフトする際には、第2ブレーキB2たる2ウェイクラッチの状態の切り換えは完了しており、第3ブレーキB3を連結状態とするだけで3速段に変速できるため、2速段から3速段へのアップシフトをスムーズに行うことができ、自動変速機の変速制御性が向上される。
上述した2ウェイクラッチで第2ブレーキB2を構成すれば、摩擦係合型のブレーキで第2ブレーキB2を構成する場合とは異なり、第2ブレーキB2でのフリクションロスは発生しない。従って、第2ブレーキB2を噛合機構で構成した場合と同様に、自動変速機全体として、フリクションロスを抑制させることができる。
更には、第1実施形態と同様に、第2ブレーキB2としての2ウェイクラッチは、固定状態と逆転阻止状態とに加えて、第4遊星歯車機構PGS4のキャリアCd(第11要素)の正転を許容し逆転を阻止する逆転阻止状態と、第4遊星歯車機構PGS4のキャリアCd(第11要素)の正転を阻止し逆転を許容する正転阻止状態とにも切換自在に構成してもよい。
又、本実施形態の自動変速機では、前進9段及び後進1段の変速段を確立可能にしているが、例えば、2速段、4速段及び8速段を省略して、前進6段及び後進1段の変速段を確立可能な自動変速機としてもよい。この場合にも、各変速段における開放数を3つ以下にできるという本発明の効果を得ることができる。
又、第2実施形態では、エンジンENGの動力を発進クラッチC0を介して入力軸2に伝達しているが、発進クラッチC0ではなく、第1実施形態のようにトルクコンバータを用いてもよい。
又、第2実施形態の自動変速機では、第1実施形態と同様に、1ウェイクラッチF1を省略しても、1速段及び2速段において第2ブレーキB2を固定状態にすれば、上述した実施形態の効果を得ることができる。