JP6519991B2 - 無段変速装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば車両（自動車）用もしくは一般産業機械用の自動変速装置として利用する、トロイダル型無段変速機を組み込んだ無段変速装置に関する。具体的には、トロイダル型無段変速機と遊星歯車式変速機とをクラッチ装置を介して組み合わせ、クラッチの断接により、複数の動力伝達状態に切り替え可能な自動車用もしくは一般産業用の無段変速装置に関するものである。

従来、自動車用自動変速装置としてトロイダル型無段変速機を使用することが知られており、且つ、一部で実施されている。また、変速度比の変動幅を大きくすべく、トロイダル型無段変速機と歯車式の差動機構（遊星歯車式変速機）とを組み合わせた無段変速装置も、従来から広く知られている。

このような無段変速装置のうち、ギヤードニュートラル状態を実現できるモードを備えた構造の場合には、トロイダル型無段変速機の変速度比を調節することにより、出力軸の回転状態が、停止状態を挟んで、正転、逆転に切り替えられるため、トルクコンバータ、発進クラッチ等の発進装置を省略でき、自動変速装置の小型・軽量化を図れる。また、これと共に、前記トルクコンバータがロックアップしていない状態や、前記発進クラッチの接続が半クラッチの状態で走行を行う必要がなくなる。このため、駆動源であるエンジンからの動力を、出力軸、延いては車輪（タイヤ）に効率良く伝達でき、発進性能の向上も図れ、ダイレクト感のある、応答性の優れた発進フィーリングが得られる。

一般的に、トロイダル型無段変速機は、入力側ディスクと出力側ディスクとの間に、パワーローラをオイルの圧力で挟み込むことで、入力側ディスクと出力側ディスクとの間でトルクを伝達する。また、オイルの圧力でパワーローラを変位させ、パワーローラを傾転させることによって変速度比を変化させる。

また、運転状況によって、オイルポンプの容量を切り替える技術が、従来から検討されている（例えば、特許文献１および非特許文献１参照）。
特許文献１では、動力発生装置を搭載する車両の燃費を向上させることを課題とし、トロイダル型無段変速機において、オイルポンプを２つ用いて、吐出流量を小容量と大容量の二段階に切り替えている。しかし、特許文献１のトロイダル型無段変速機は、本発明のように遊星歯車機構を有しておらず、変速度比を無限大にすることができない。また、特許文献１の方法では、ポンプを２つ使用するので、コストアップにつながる。

また、非特許文献１には、１回転当たりに２室の吸入・吐出を行うベーンポンプを用いて、２室から吐出するパターン（全吐出）と１室からのみ吐出するパターン（半吐出）の２段階の容量を有するポンプをベルト型無段変速機に適用している。この非特許文献１では、運転状況に応じてオイルの流量を切り替えているが、オイルポンプの切り替えタイミングについて十分な検討がなされていない。

特開２０１０−２４９３００号公報

自技会２００４年秋季大会学術講演会前刷集、ＣＶＴ、Ｐ.１５〜１８

本発明の無段変速装置は、前記事情に鑑みて為されたもので、運転状況に応じてオイルのポンプ容量を切り替えることにより、トロイダル型無段変速機のスリップの防止とポンプロスを低減することができる無段変速装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明の無段変速装置は、トロイダル型無段変速機と遊星歯車式変速機とを、クラッチ装置（クラッチ、ブレーキ）を介して組み合わせて成り、無段変速装置の減速比を大きくするときに第一のモードでの走行を可能にし、前記無段変速装置の減速比を小さくするときに第二のモードでの走行を可能にする。このうちのクラッチ装置は、第一のモード（例えば低速モード）を実現する際に接続されて第二のモード（例えば高速モード）を実現する際に接続を断たれる第一のクラッチ（例えば低速用クラッチ）と、この第二のモードを実現する際に接続されて前記第一のモードを実現する際に接続を断たれる第二のクラッチ（例えば高速用クラッチ）とから成る。

また、必要に応じて、前記クラッチ装置は、前記第一、第二各クラッチの断接状態を切り替えるための制御器を備えたものとする。そして、この制御器により、変速状態を、第一のモードと第二のモードとのうちのいずれかのモードに切り替える。

特に、本発明の無段変速装置においては、トロイダル型無段変速機の油圧機構に油を供給するオイルポンプの容量を切り替える容量切り替え機構を有し、この容量切り替え機構により、第一のクラッチの接続時または第二のクラッチの接続時にポンプ容量が切り替えられて、大容量が必要な第一のモード時にはポンプ容量が大きくなり、大流量が必要でない第二のモード時にはポンプ容量が小さくなることを特徴とする。

トロイダル型無段変速機に大きなトルクがかかる低速モード時には、ポンプ容量を大きくし、潤滑流量を増やすことでスリップを防ぎ、また、オイルの流量を多く必要としない高速モード時には、オイル流量を少なくしてポンプロスを低減し、無段変速装置の効率を向上させることができる。

本発明におけるオイルポンプの容量切り替え機構は、第一のクラッチまたは第二のクラッチの接続をトリガーとして、電気的な信号が送られるものであることが好ましい。

また、前記オイルポンプにはベーンポンプが用いられ、このベーンポンプ内に配置されたリングの位置の移動によって該ベーンポンプの容量が切り替えられることが好ましい。

本発明によれば、運転状況に応じてオイルのポンプ容量を調整することにより、スリップの防止とポンプロスを低減することができる無段変速装置を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る無段変速装置を示す図であって、上半分を示す断面図である。 同、低速用クラッチ接続時におけるオイルポンプの切り替え状態を示す図である。 同、低速用クラッチ非接続時におけるオイルポンプの切り替え状態を示す図である。 同、高速用クラッチ接続時におけるオイルポンプの切り替え状態を示す図である。 同、高速用クラッチ非接続時におけるオイルポンプの切り替え状態を示す図である。 同、オイルポンプとしてベーンポンプを用いた場合の例を示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る無段変速装置を示す図であって、半断面図である。本実施の形態の無段変速装置は、入力軸８と出力軸９との間に、トロイダル型無段変速機１０と第一〜第三遊星歯車式変速機１１〜１３とを、クラッチ装置である低速用、高速用クラッチ１４、１５を介して組み合わせて成る。そして、このうちの低速用クラッチ１４が接続された低速モード状態で、トロイダル型無段変速機１０の変速度比（変速比、速度比）の調節に基づいて、入力軸８を回転させた状態のまま出力軸９を停止させる、変速比無限大（速度比０）の状態（ギヤードニュートラル状態、ＧＮ状態）を実現可能としている。このような無段変速装置を構成する入力軸８は、運転時に、図示しないエンジンのクランクシャフト等の駆動軸により回転駆動される。これら入力軸８と駆動軸との間には、トルクコンバータ、発進クラッチ等の発進装置は設けられない。

また、トロイダル型無段変速機１０は、動力の伝達を、互いに並列な２系統で行う、所謂ダブルキャビティ型のものとされ、１対の入力側ディスク１６ａ、１６ｂと、一体型の出力側ディスク１７と、図示していない複数個のパワーローラとを備える。このうちの入力側ディスク１６ａ、１６ｂは、軸方向に互いに離隔した位置に互いに同心に、それぞれが内側面を互いに対向させた状態で配置されている。すなわち、入力側ディスク１６ａ、１６ｂのうち、前記駆動軸側に位置する一方の入力側ディスク１６ａは、入力軸８の前端部（この駆動軸側）外周面に、この入力軸８と同期して回転自在に支持されている。これに対して、他方の入力側ディスク１６ｂは、この入力軸８の後端寄り部分（図１の右端寄り部分）に、第一遊星歯車式変速機１１を構成する第一キャリア２４を介して結合固定され、やはり、入力軸８と同期して回転自在とされている。このような構成により、各入力側ディスク１６ａ、１６ｂと第一キャリア２４とは、動力伝達可能に（同期して回転自在に）連結されている。

また、出力側ディスク１７は、１対の出力側ディスクの背面同士を突き合わせた状態で一体化されている。このような出力側ディスク１７は、入力側ディスク１６ａ、１６ｂの間で入力軸８の周囲に、各内側面をこれら入力側ディスク１６ａ、１６ｂの各内側面に対向させた状態で、入力軸８に対して相対回転自在に設けられている。更に、各パワーローラは、入力側ディスク１６ａ、１６ｂと出力側ディスク１７との間に、それぞれ複数個ずつ挟持されている。そして、各パワーローラを同期して揺動変位させることにより、入力側ディスク１６ａ、１６ｂと出力側ディスク１７との間の変速度比を調節自在としている。

前記各パワーローラはそれぞれ、トラニオン（支持部材）の内側面に、回転および若干の揺動変位自在に支持されている。また、これら各トラニオンは、入力軸８に対し捩れの位置にある枢軸を中心とする揺動変位自在に設けられている。また、各トラニオンは、油圧式のアクチュエータにより枢軸の軸方向に変位させることにより、入力側ディスク１６ａ、１６ｂと出力側ディスク１７との間の変速度比（トロイダル型無段変速機１０の変速度比）を変える。すなわち、ステッピングモータの駆動に基づいて切り替えられる変速比制御弁の切換に基づいて、前記アクチュエータを構成する１対の油圧室同士の間に油圧の差を生じさせ（差圧を発生させ）、この差圧に応じて各トラニオンを枢軸の軸方向に変位させる。
なお、前記ステッピングモータにより駆動される変速比制御弁に代えて、例えばサーボ弁、電磁比例弁、電磁切換弁等の電磁式の変速比制御弁を組み込み、このような電磁式の変速比制御弁の制御（開閉の調節）に基づいて、前記アクチュエータの各油圧室への圧油の給排を行う構成を採用することもできる。

いずれの構造を採用しても、各トラニオンの変位に基づいて、各パワーローラの周面と入力側、出力側ディスク１６ａ、１６ｂ、１７の内側面との転がり接触部（トラクション部）に作用する、接線方向の力の向きを変化（サイドスリップを発生）させる。そして、このような力の変化に基づき、各パワーローラ延いては各トラニオンを、枢軸を中心に揺動（傾転）させることにより、トロイダル型無段変速機１０の変速度比（入力側ディスク１６ａ、１６ｂと出力側ディスク１７との間の変速度比）を所望の値に調節する。このようなトロイダル型無段変速機１０の構造および作用は、従来から広く知られているトロイダル型無段変速機と同様であるため、詳しい説明は省略する。

また、このようなトロイダル型無段変速機１０の隣に設けた第一遊星歯車式変速機１１は、ダブルピニオン式のもので、それぞれが第一キャリア２４に回転自在に支持されて対となる第一遊星歯車２５ａ、２５ｂを互いに噛合させると共に、このうちの内径寄りの遊星歯車２５ａを第一太陽歯車２６に、外径寄りの第一遊星歯車２５ｂを第一リング歯車２７に、それぞれ噛合させている。また、第一太陽歯車２６は、中空回転軸２８を介して出力側ディスク１７と動力の伝達を可能に（同期した回転を自在に）連結している。この中空回転軸２８は、第一太陽歯車２６および出力側ディスク１７と同心に設けられ、基端部をこの出力側ディスク１７の内径部に結合固定すると共に、先端部に第一太陽歯車２６を固設している。

また、上述のような第一遊星歯車式変速機１１の隣で、トロイダル型無段変速機１０から離れた側に配置した第二遊星歯車式変速機１２は、第一キャリア２４と共に回転する第二キャリア２９を有する。本例の場合には、これら第二キャリア２９と第一キャリア２４とを一体に構成し、この第一キャリア２４に第二キャリア２９としての機能も持たせている。そして、この第二キャリア２９に回転自在に支持した各第二遊星歯車３０を、伝達軸３１の一端部（前端部）に固設した第二太陽歯車３２に噛合させている。本例の場合、各第二遊星歯車３０と、第一遊星歯車式変速機１１を構成する第一遊星歯車２５ａ、２５ｂのうちの径方向内方に位置する第一遊星歯車２５ａとを、互いに同期した回転を自在に結合した、所謂ステップピニオンと呼ばれる組み合わせ遊星歯車としている。なお、各第二遊星歯車３０の周囲にリング歯車は設けていない。

また、伝達軸３１の他端部（後端部）に、第三遊星歯車式変速機１３を構成する第三太陽歯車３３を固設している。そして、この第三太陽歯車３３の周囲に、同じく第三遊星歯車式変速機１３を構成する第三キャリア３４並びに第三リング歯車３５を設けると共に、このうちの第三キャリア３４に、第三遊星歯車３６ａ、３６ｂを回転自在に支持している。このような第三遊星歯車式変速機１３も、第一遊星歯車式変速機１１と同様に、ダブルピニオン式のものとしている。また、第三キャリア３４と前記出力軸９とを、動力の伝達を可能に（同期した回転を自在に）連結（結合）している。

また、第一遊星歯車式変速機１１を構成する第一リング歯車２７と第三キャリア３４とを、低速用クラッチ１４を介して動力の伝達を可能に連結自在とすると共に、第三リング歯車３５とハウジング等の固定の部分とを、前記高速用クラッチ１５により係脱自在としている。このうちの低速用クラッチ１４が、特許請求の範囲に記載した第一のクラッチに相当するもので、減速比を大きくする（ＧＮ状態を含む）低速モード（第一のモード）を実現する際に接続されて同じく小さくする高速モード（第二のモード）を実現する際に接続を断たれる。また、高速用クラッチ１５が、特許請求の範囲に記載した第二のクラッチに相当するもので、前記高速モードを実現する際に接続されて前記低速モードを実現する際に接続を断たれる。

また、これら低速用、高速用クラッチ１４、１５は、図示しない制御器により断接状態を切り替え（制御）自在としている。このために、例えば前記制御器の制御信号に基づいて通電状態を制御される、低速クラッチ用、高速クラッチ用各電磁切換弁（図示省略）の切換により、低速用、高速用クラッチ１４、１５の各油圧室に、それぞれ独立して圧油を導入自在とする。このような低速クラッチ用、高速クラッチ用各電磁切換弁は、例えばソレノイドへの通電に基づいてスプールを変位させる電磁弁（スプール弁）を採用できる。そして、このような低速クラッチ用、高速クラッチ用各電磁切換弁のスプールの変位（電磁弁の開閉）に基づき、低速用、高速用クラッチ１４、１５の油圧室内への圧油の導入状態を切り替えることにより、これら低速用、高速用クラッチ１４、１５の断接状態を切り替える。

図２は、本実施の形態の無段変速装置の低速用クラッチ接続時におけるオイルポンプの切り替え状態を示す図である。図２に示すように、低速用クラッチ１４の接続をトリガーとして容量切り替え機構４２に電気信号が送られて、オイルポンプ４３の容量が切り替えられる。これによって、トロイダル型無段変速機１０に大きなトルクがかかる低速モード時に、各油圧機構４１にオイルを供給するオイルポンプ４３の容量が大きくなるので、トロイダル型無段変速機１０のスリップを防止することができる。

図３は、本実施の形態の無段変速装置の低速用クラッチ非接続時におけるオイルポンプの切り替え状態を示す図である。図３に示すように、低速用クラッチ１４の非接続をトリガーとして容量切り替え機構４２に電気信号が送られて、オイルポンプ４３の容量が切り替えられる。これによって、トロイダル型無段変速機１０にかかるトルク小さい高速モード時に、各油圧機構４１にオイルを供給するオイルポンプ４３の容量が小さくなるので、ポンプロスが低減するため無段変速機効率を向上させることができる。

図４は、本実施の形態の無段変速装置の高速用クラッチ接続時におけるオイルポンプの切り替え状態を示す図である。図４に示すように、高速用クラッチ１５の接続をトリガーとして容量切り替え機構４２に電気信号が送られて、オイルポンプ４３の容量が切り替えられる。これによって、トロイダル型無段変速機１０にかかるトルクが小さい高速モード時に、各油圧機構４１にオイルを供給するオイルポンプ４３の容量が小さくなるので、ポンプロスが低減するため無段変速機効率が向上を向上させることができる。

図５は、本実施の形態の無段変速装置の高速用クラッチ非接続時におけるオイルポンプの切り替え状態を示す図である。図５に示すように、高速用クラッチ１５の非接続をトリガーとして容量切り替え機構４２に電気信号が送られて、オイルポンプ４３の容量が切り替えられる。これによって、トロイダル型無段変速機１０に大きなトルクがかかる低速モード時に、各油圧機構４１にオイルを供給するオイルポンプ４３の容量が大きくなるので、トロイダル型無段変速機１０のスリップを防止することができる。

図６は、本実施の形態の無段変速装置のオイルポンプとしてベーンポンプを用いた場合の例を示す図である。図６に示すように、オイルポンプ４３の内部には、リングが設けられており、バネ４６と油圧ピストン４４の力の関係によりリングが移動することにより、ポンプ容量が切り替わる。例えば、高速用クラッチ１５が非接続のときは、ベーンポンプ４３の内部のリングがバネ４６により位置決めされて大流量モードとなり、また、高速用クラッチ１５が接続のときは、高速用クラッチバルブ４５が作動して、オイルポンプ４３の内部の油圧ピストン４４で押されて小流量モードとなる。
図６では、オイルポンプ４３として容量が可変のベーンポンプを用い、油圧を用いてポンプ容量を切り替える例を示したが、クラッチの締結状態を検知して流量を切り替えるものであれば、具体的な構成は問わない。

このように、本実施の形態の無段変速装置によれば、トロイダル型無段変速機１０に大きなトルクがかかる低速モード時に、各油圧機構４１にオイルを供給するオイルポンプ４３の容量が大きくなるので、トロイダル型無段変速機１０のスリップを防止することができる。また、オイル容量を大きくする必要のない高速モード時には、各油圧機構４１にオイルを供給するオイルポンプ４３の容量が小さくなるので、ポンプロスが低減するため、無段変速装置の効率を向上させることができる。

以上の説明は、本発明を、トロイダル型無段変速機と遊星歯車式変速機とを組み合わせると共に、入力軸を一方向に回転させたまま、出力軸の回転状態を、停止状態を挟んで正転、逆転に切り替えられる、所謂ギヤードニュートラル状態を実現できるモード（低速モード）と、前記遊星歯車式変速機により主動力を伝達し、前記トロイダル型無段変速機により変速比の調節を行う、所謂パワースプリット状態を実現するモード（高速モード）とを備えた無段変速装置に適用した場合について説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々変更が可能である。また、トロイダル型無段変速機の構造は、ハーフトロイダル型の他、フルトロイダル型でも良い。また、本願の特徴とするクラッチの接続に応じたポンプ容量の切り替えは、その構成を逸脱しない範囲で変更可能である。

１ トロイダル型無段変速機
２ 第一遊星歯車式変速機
３ 第二遊星歯車式変速機
４ 第三遊星歯車式変速機
８ 入力軸
９ 出力軸
１０ トロイダル型無段変速機
１１ 第一遊星歯車式変速機
１２ 第二遊星歯車式変速機
１３ 第三遊星歯車式変速機
１４ 低速用クラッチ（第１のモード）
１５ 高速用クラッチ（第２のモード）
１６ａ、１６ｂ 入力側ディスク
１７ 出力側ディスク
２４ 第一キャリア
２５ａ、２５ｂ 第一遊星歯車
２６ 第一太陽歯車
２７ 第一リング歯車
２８ 中空回転軸
２９ 第二キャリア
３０ 第二遊星歯車
３１ 伝達軸
３２ 第二太陽歯車
３３ 第三太陽歯車
３４ 第三キャリア
３５ 第三リング歯車
３６ａ、３６ｂ 第三遊星歯車
４１ 各油圧機構
４２ 容量切り替え機構
４３ オイルポンプ
４４ 油圧ピストン
４５ 高速用クラッチバルブ
４６ バネ

Claims (1)

1. トロイダル型無段変速機と遊星歯車式変速機とをクラッチ装置を介して組み合わせて成る無段変速装置であって、前記無段変速装置の減速比を大きくするときに第一のモードでの走行を可能にし、前記無段変速装置の減速比を小さくするときに第二のモードでの走行を可能にし、前記クラッチ装置は、前記第一のモードを実現する際に接続されて前記第二のモードを実現する際に接続を断たれる第一のクラッチと、第二のモードを実現する際に接続されて第一のモードを実現する際に接続を断たれる第二のクラッチとから成り、第一および第二のクラッチの断接状態を切り替えることにより、変速状態を第一のモードと第二のモードのいずれかのモードにする無段変速装置において、
   前記トロイダル型無段変速機の油圧機構に油を供給するオイルポンプの容量を切り替える容量切り替え機構を有し、この容量切り替え機構により、第一のクラッチの接続時または第二のクラッチの接続時にポンプ容量が切り替えられて、大容量が必要な第一のモード時にはポンプ容量が大きくなり、大流量が必要でない第二のモード時にはポンプ容量が小さくなることを特徴とする無段変速装置。

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