(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
車両に搭載される変速機として、ベルト式の無段変速機(CVT:Continuously Variable Transmission)が広く知られている。
【0003】
図5は、従来のベルト式の無段変速機101の要部の構成を示すスケルトン図である。
【0004】
無段変速機101は、プライマリプーリ102とセカンダリプーリ103とに無端状のベルト104が巻き掛けられた構成を有している。
【0005】
プライマリプーリ102は、プライマリ軸105に対して固定された固定シーブ106と、プライマリ軸105に回転軸線方向に移動可能かつ相対回転不能に支持された可動シーブ107とを備えている。固定シーブ106および可動シーブ107は、それぞれシーブ面108,109を有している。シーブ面108,109は、互いに近づくほど回転軸線に近づくように傾斜しており、これらのシーブ面108,109間に、ベルト104が挟持される。
【0006】
セカンダリプーリ103は、セカンダリ軸110に対して固定された固定シーブ111と、セカンダリ軸110にその軸線方向に移動可能かつ相対回転不能に支持された可動シーブ112とを備えている。固定シーブ111および可動シーブ112は、それぞれシーブ面113,114を有している。シーブ面113,114は、互いに近づくほど回転軸線に近づくように傾斜しており、これらのシーブ面113,114間に、ベルト104が挟持される。回転軸線方向において、固定シーブ111と可動シーブ112との位置関係は、プライマリプーリ102の固定シーブ106と可動シーブ107との位置関係と逆転している。
【0007】
また、無段変速機101は、第1ハウジング121および第2ハウジング122を備えている。プライマリ軸105およびセカンダリ軸108の一端部は、それぞれベアリング123,124を介して、第1ハウジング121に支持されている。プライマリ軸105およびセカンダリ軸108の他端部は、それぞれベアリング125,126を介して、第2ハウジング122に支持されている。
【0008】
無段変速機101では、ベルト104の強度を確保するため、プライマリプーリ102の固定シーブ106のシーブ面108とセカンダリプーリ103の固定シーブ111のシーブ面113との間の回転軸線方向の距離であるシーブ面間距離Lを適切に調整する必要がある。シーブ面間距離Lの調整のために、たとえば、プライマリ軸105の一端部を支持するベアリング125と第1ハウジング121との間に、適切な厚さを有するシム(シムリング)127が介在される。そして、ベアリング123,124にそれぞれプレート128,129が当てられて、プレート128,129が第1ハウジング121にボルトで締結されることにより、固定シーブ106,111が回転軸線方向に位置決め(回転軸線方向の位置が固定)される。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【0021】
<車両の駆動系統>
図1は、本発明の一実施形態に係る動力分割式無段変速機4が搭載された車両1の駆動系統の構成を示すスケルトン図である。
【0022】
車両1は、エンジン2を駆動源とする自動車である。エンジン2の出力は、トルクコンバータ3および動力分割式無段変速機4を介して、車両1の駆動輪(たとえば、左右の前輪)に伝達される。
【0023】
エンジン2は、E/G出力軸21を備えている。E/G出力軸21は、エンジン2が発生する動力により回転される。
【0024】
トルクコンバータ3は、ポンプインペラ31、タービンランナ32およびロックアップクラッチ33を備えている。ポンプインペラ31には、E/G出力軸21が連結されており、ポンプインペラ31は、E/G出力軸21と同一の回転軸線を中心に一体的に回転可能に設けられている。タービンランナ32は、ポンプインペラ31と同一の回転軸線を中心に回転可能に設けられている。ロックアップクラッチ33は、ポンプインペラ31とタービンランナ32とを直結/分離するために設けられている。ロックアップクラッチ33が係合されると、ポンプインペラ31とタービンランナ32とが直結され、ロックアップクラッチ33が解放されると、ポンプインペラ31とタービンランナ32とが分離される。
【0025】
ロックアップクラッチ33が解放された状態において、E/G出力軸21が回転されると、ポンプインペラ31が回転する。ポンプインペラ31が回転すると、ポンプインペラ31からタービンランナ32に向かうオイルの流れが生じる。このオイルの流れがタービンランナ32で受けられて、タービンランナ32が回転する。このとき、トルクコンバータ3の増幅作用が生じ、タービンランナ32には、E/G出力軸21の動力(トルク)よりも大きな動力が発生する。
【0026】
ロックアップクラッチ33が係合された状態では、E/G出力軸21が回転されると、E/G出力軸21、ポンプインペラ31およびタービンランナ32が一体となって回転する。
【0027】
動力分割式無段変速機4は、トルクコンバータ3から入力される動力をデファレンシャルギヤ6に伝達する。動力分割式無段変速機4は、インプット軸41、アウトプット軸42、無段変速機構43、逆転ギヤ機構44、遊星歯車機構45、スプリットドライブギヤ46およびスプリットドリブンギヤ47を備えている。
【0028】
インプット軸41は、トルクコンバータ3のタービンランナ32に連結され、タービンランナ32と同一の回転軸線を中心に一体的に回転可能に設けられている。
【0029】
アウトプット軸42は、インプット軸41と平行に設けられている。アウトプット軸42には、出力ギヤ48が相対回転不能に支持されている。出力ギヤ48は、デファレンシャルギヤ6(デファレンシャルギヤ6の入力ギヤ)と噛合している。
【0030】
無段変速機構43は、公知のベルト式の無段変速機(CVT:Continuously Variable Transmission)と同様の構成を有している。具体的には、無段変速機構43は、プライマリ軸51と、プライマリ軸51と平行に設けられたセカンダリ軸52と、プライマリ軸51に相対回転不能に支持されたプライマリプーリ53と、セカンダリ軸52に相対回転不能に支持されたセカンダリプーリ54と、プライマリプーリ53とセカンダリプーリ54とに巻き掛けられたベルト55とを備えている。
【0031】
プライマリプーリ53は、プライマリ軸51に固定された固定シーブ61と、固定シーブ61にベルト55を挟んで対向配置され、プライマリ軸51にその軸線方向に移動可能かつ相対回転不能に支持された可動シーブ(プライマリシーブ)62とを備えている。可動シーブ62に対して固定シーブ61と反対側には、プライマリ軸51に固定されたシリンダ63が設けられ、可動シーブ62とシリンダ63との間に、ピストン室(油室)64が形成されている。
【0032】
セカンダリプーリ54は、セカンダリ軸52に固定された固定シーブ65と、固定シーブ65にベルト55を挟んで対向配置され、セカンダリ軸52にその軸線方向に移動可能かつ相対回転不能に支持された可動シーブ(セカンダリシーブ)66とを備えている。可動シーブ66に対して固定シーブ65と反対側には、セカンダリ軸52に固定されたシリンダ67が設けられ、可動シーブ66とシリンダ67との間に、ピストン室(油室)68が形成されている。回転軸線方向において、固定シーブ65と可動シーブ66との位置関係は、プライマリプーリ53の固定シーブ61と可動シーブ62との位置関係と逆転している。
【0033】
無段変速機構43では、プライマリプーリ53およびセカンダリプーリ54の各ピストン室64,68に供給される油圧が制御されて、プライマリプーリ53およびセカンダリプーリ54の各溝幅が変更されることにより、無段変速機構43での変速比であるベルト変速比が連続的に無段階で変更される。
【0034】
具体的には、ベルト変速比が下げられるときには、プライマリプーリ53のピストン室64に供給される油圧が上げられる。これにより、プライマリプーリ53の可動シーブ62が固定シーブ61側に移動し、固定シーブ61と可動シーブ62との間隔(溝幅)が小さくなる。これに伴い、プライマリプーリ53に対するベルト55の巻きかけ径が大きくなり、セカンダリプーリ54の固定シーブ65と可動シーブ66との間隔(溝幅)が大きくなる。その結果、プライマリプーリ53とセカンダリプーリ54とのプーリ比が小さくなり、ベルト変速比が下がる。
【0035】
ベルト変速比が上げられるときには、プライマリプーリ53のピストン室64に供給される油圧が下げられる。これにより、ベルト55に対するセカンダリプーリ54の推力がベルト55に対するプライマリプーリ53の推力よりも大きくなり、セカンダリプーリ54の固定シーブ65と可動シーブ66との間隔が小さくなるとともに、固定シーブ61と可動シーブ62との間隔が大きくなる。その結果、プライマリプーリ53とセカンダリプーリ54とのプーリ比が大きくなり、ベルト変速比が上がる。
【0036】
一方、プライマリプーリ53およびセカンダリプーリ54の推力は、プライマリプーリ53およびセカンダリプーリ54とベルト55との間で滑りが生じない大きさを必要とする。そのため、インプット軸41に入力されるトルクの大きさに応じた推力が得られるよう、セカンダリプーリ54のピストン室68に供給される油圧が制御される。
【0037】
逆転ギヤ機構44は、インプット軸41に入力される動力を逆転かつ減速させてプライマリ軸51に伝達する構成である。具体的には、逆転ギヤ機構44は、インプット軸41に相対回転不能に支持されるインプット軸ギヤ71と、インプット軸ギヤ71よりも大径で歯数が多く、プライマリ軸51にスプライン嵌合により回転軸線方向に移動可能かつ相対回転不能に支持されて、インプット軸ギヤ71と噛合するプライマリ軸ギヤ72とを含む。
【0038】
遊星歯車機構45は、サンギヤ81、キャリア82およびリングギヤ83を備えている。サンギヤ81は、セカンダリ軸52にスプライン嵌合により回転軸線方向に移動可能かつ相対回転不能に支持されている。キャリア82は、アウトプット軸42に相対回転可能に外嵌されている。キャリア82は、複数個のピニオンギヤ84を回転可能に支持している。複数個のピニオンギヤ84は、円周上に配置され、サンギヤ81と噛合している。リングギヤ83は、複数個のピニオンギヤ84を一括して取り囲む円環状を有し、各ピニオンギヤ84にセカンダリ軸52の回転径方向の外側から噛合している。また、リングギヤ83には、アウトプット軸42が接続され、リングギヤ83は、アウトプット軸42と同一の回転軸線を中心に一体的に回転可能に設けられている。
【0039】
スプリットドライブギヤ46は、インプット軸41に相対回転可能に外嵌されている。
【0040】
スプリットドリブンギヤ47は、遊星歯車機構45のキャリア82と同一の回転軸線を中心に一体的に回転可能に設けられている。スプリットドリブンギヤ47は、スプリットドライブギヤ46よりも小径に形成され、スプリットドライブギヤ46よりも少ない歯数を有している。
【0041】
また、動力分割式無段変速機4は、クラッチC1,C2およびブレーキB1を備えている。
【0042】
クラッチC1は、インプット軸41とスプリットドライブギヤ46とを直結(一体回転可能に結合)する係合状態と、その直結を解除する解放状態とに切り替えられる。
【0043】
クラッチC2は、遊星歯車機構45のサンギヤ81とリングギヤ83とを直結(一体回転可能に結合)する係合状態と、その直結を解除する解放状態とに切り替えられる。
【0044】
ブレーキB1は、遊星歯車機構45のキャリア82を制動する係合状態と、キャリア82の回転を許容する解放状態とに切り替えられる。
【0045】
また、動力分割式無段変速機4は、互いに結合される第1ハウジング91および第2ハウジング92を備えている。プライマリ軸51およびセカンダリ軸52の一端部は、それぞれベアリング93,94を介して、第1ハウジング91に支持されている。プライマリ軸51およびセカンダリ軸52の他端部は、それぞれベアリング95,96を介して、第2ハウジング92に支持されている。
【0046】
プライマリプーリ53の固定シーブ61の回転軸線方向の位置を調整するために、ベアリング93と第1ハウジング91との間に、適切な厚さを有するシム(シムリング)97が介在されている。また、第1ハウジング91および第2ハウジング92に対するプライマリ軸51の回転軸線方向のガタを詰めるために、ベアリング95と第2ハウジング92との間に、シム98が介在されている。さらに、第1ハウジング91および第2ハウジング92に対するセカンダリ軸52の回転軸線方向のガタを詰めるために、ベアリング96と第2ハウジング92との間に、シム99が介在されている。
【0047】
<変速モード>
図2は、車両1の前進時および後進時におけるクラッチC1,C2およびブレーキB1の状態を示す図である。
図2において、「○」は、クラッチC1,C2およびブレーキB1が係合状態であることを示している。「×」は、クラッチC1,C2およびブレーキB1が解放状態であることを示している。
図3は、遊星歯車機構45のサンギヤ81、キャリア82およびリングギヤ83の回転数(回転速度)の関係を示す共線図である。
【0048】
動力分割式無段変速機4は、車両1を後進させるための前進(ドライブ)レンジにおける変速モードとして、ベルトモードおよびスプリットモードを有している。
【0049】
ベルトモードでは、
図2に示されるように、クラッチC1およびブレーキB1が解放され、クラッチC2が係合される。これにより、スプリットドライブギヤ46がインプット軸41から切り離され、遊星歯車機構45のキャリア82がフリー(自由回転状態)になり、遊星歯車機構45のサンギヤ81とリングギヤ83とが直結される。
【0050】
インプット軸41に入力される動力は、逆転ギヤ機構44により逆転かつ減速されて、無段変速機構43のプライマリ軸51に伝達され、プライマリ軸51およびプライマリプーリ53を回転させる。プライマリプーリ53の回転は、ベルト55を介して、セカンダリプーリ54に伝達され、セカンダリプーリ54およびセカンダリ軸52を回転させる。遊星歯車機構45のサンギヤ81とリングギヤ83とが直結されているので、セカンダリ軸52と一体となって、サンギヤ81、リングギヤ83およびアウトプット軸42が回転する。したがって、ベルトモードでは、
図3に示されるように、動力分割式無段変速機4の全体での変速比であるユニット変速比がベルト変速比と一致する。
【0051】
スプリットモードでは、
図2に示されるように、クラッチC1が係合され、クラッチC2およびブレーキB1が解放される。これにより、インプット軸41とスプリットドライブギヤ46とが直結され、遊星歯車機構45のキャリア82がフリーになり、遊星歯車機構45のサンギヤ81とリングギヤ83とが切り離される。
【0052】
インプット軸41に入力される動力は、逆転ギヤ機構44により逆転かつ減速されて、無段変速機構43のプライマリ軸51に伝達され、プライマリ軸51からプライマリプーリ53、ベルト55およびセカンダリプーリ54を介してセカンダリ軸52に伝達され、遊星歯車機構45のサンギヤ81に伝達される。一方、インプット軸41に入力される動力は、スプリットドライブギヤ46からスプリットドリブンギヤ47を介して遊星歯車機構45のキャリア82に増速されて伝達される。
【0053】
スプリットドライブギヤ46とスプリットドリブンギヤ47とのギヤ比であるスプリット変速比は、一定で不変(固定)であるので、スプリットモードでは、インプット軸41に入力される動力が一定であれば、遊星歯車機構45のキャリア82の回転が一定速度に保持される。そのため、ベルト変速比が上げられると、遊星歯車機構45のサンギヤ81の回転数が下がるので、
図3に破線で示されるように、遊星歯車機構45のリングギヤ83(アウトプット軸42)の回転数が上がる。その結果、スプリットモードでは、ベルト変速比が大きいほど、ユニット変速比が小さくなる。
【0054】
ベルトモードおよびスプリットモードにおけるアウトプット軸42の回転は、出力ギヤ48を介して、デファレンシャルギヤ6に伝達される。これにより、車両1のドライブシャフト7,8が前進方向に回転する。
【0055】
車両1を後進させるための後進レンジでは、リバースモードとなり、
図2に示されるように、クラッチC1,C2が係合され、ブレーキB1が解放される。これにより、スプリットドライブギヤ46がインプット軸41から切り離され、遊星歯車機構45のサンギヤ81とリングギヤ83とが切り離され、遊星歯車機構45のキャリア82が制動される。
【0056】
インプット軸41に入力される動力は、逆転ギヤ機構44により逆転かつ減速されて、無段変速機構43のプライマリ軸51に伝達され、プライマリ軸51からプライマリプーリ53、ベルト55およびセカンダリプーリ54を介してセカンダリ軸52に伝達され、セカンダリ軸52と一体に、遊星歯車機構45のサンギヤ81を回転させる。遊星歯車機構45のキャリア82が制動されているので、サンギヤ81が回転すると、遊星歯車機構45のリングギヤ83がサンギヤ81と逆方向に回転する。このリングギヤ83の回転方向は、前進時(ベルトモードおよびスプリットモード)におけるリングギヤ83の回転方向と逆方向となる。そして、リングギヤ83と一体に、アウトプット軸42が回転する。アウトプット軸42の回転は、出力ギヤ48を介して、デファレンシャルギヤ6に伝達される。これにより、車両1のドライブシャフト7,8が後進方向に回転する。
【0057】
<ギヤ設計>
図4は、プライマリプーリ53の固定シーブ61およびセカンダリプーリ54の固定シーブ65に伝達される油圧反力およびギヤ反力の向きを示す図である。
【0058】
スプリットドリブンギヤ47、出力ギヤ48、プライマリ軸ギヤ72、サンギヤ81およびリングギヤ83は、いずれも、斜歯を有する斜歯歯車である。そのため、スプリットドリブンギヤ47、出力ギヤ48、プライマリ軸ギヤ72、サンギヤ81およびリングギヤ83の回転時には、それらと噛合するギヤとの間でスラスト荷重(回転軸線方向の荷重)が生じ、スプリットドリブンギヤ47、出力ギヤ48、プライマリ軸ギヤ72サンギヤ81およびリングギヤ83は、そのスラスト荷重をギヤ反力として受ける。
【0059】
プライマリ軸ギヤ72(第1ギヤ)が受けるギヤ反力は、プライマリ軸51を介して、プライマリプーリ53の固定シーブ61に伝わる。
【0060】
サンギヤ81(第2ギヤ)が受けるギヤ反力は、セカンダリ軸52を介して、セカンダリプーリ54の固定シーブ65に伝わる。
【0061】
スプリットドリブンギヤ47(第3ギヤ)が受けるギヤ反力は、遊星歯車機構45およびセカンダリ軸52を介して、セカンダリプーリ54の固定シーブ65に伝わる。
【0062】
出力ギヤ48(第4ギヤ)が受けるギヤ反力は、アウトプット軸42、遊星歯車機構45およびセカンダリ軸52を介して、セカンダリプーリ54の固定シーブ65に伝わる。
【0063】
リングギヤ83(第5ギヤ)が受けるギヤ反力は、遊星歯車機構45およびセカンダリ軸52を介して、セカンダリプーリ54の固定シーブ65に伝わる。
【0064】
また、プライマリプーリ53の固定シーブ61には、可動シーブ62に作用する油圧の反力としてシリンダ63が受ける油圧反力が伝わる。この油圧反力の方向は、常に、固定シーブ61に対して可動シーブ62側(
図1における左側。以下、「左側」という。)である。
【0065】
セカンダリプーリ54の固定シーブ65には、可動シーブ66に作用する油圧の反力としてシリンダ67が受ける油圧反力が伝わる。この油圧反力の方向は、固定シーブ65に対して可動シーブ66側(
図1における右側。以下、「右側」という。)である。
【0066】
スプリットドリブンギヤ47、出力ギヤ48、プライマリ軸ギヤ72およびサンギヤ81は、前進駆動状態(車両1が積極的に前進している状態)において、プライマリプーリ53の固定シーブ61に伝わるギヤ反力およびセカンダリプーリ54の固定シーブ65に伝わるギヤ反力が
図4に示される方向となるように、ギヤ径ならびにギヤ歯のねじれ方向およびねじれ角が設計されている。
【0067】
すなわち、プライマリ軸ギヤ72(第1ギヤ)は、ベルトモード(Lo)において、プライマリ軸ギヤ72からプライマリプーリ53の固定シーブ61に伝わるギヤ反力の方向が左側となるように設計されている。スプリットモード(Hi)では、プライマリ軸ギヤ72に入力されるトルクの方向がベルトモード時と反転するため、プライマリ軸ギヤ72から固定シーブ61に伝わるギヤ反力の方向が右側となる。そして、プライマリ軸ギヤ72は、その右側のギヤ反力の大きさが固定シーブ61に伝わる油圧反力よりも大きくなるように設計されている。
【0068】
サンギヤ81(第2ギヤ)は、サンギヤ81からセカンダリプーリ54の固定シーブ65に伝わるギヤ反力の方向が左側となり、その大きさが固定シーブ65に伝わる油圧反力よりも大きくなるように設計されている。
【0069】
スプリットドリブンギヤ47(第3ギヤ)は、スプリットドリブンギヤ47からセカンダリプーリ54の固定シーブ65に伝わるギヤ反力の方向が右側となるように設計されている。
【0070】
出力ギヤ48(第4ギヤ)は、出力ギヤ48からセカンダリプーリ54の固定シーブ65に伝わるギヤ反力の方向が左側となるように設計されている。
【0071】
リングギヤ83(第5ギヤ)は、リングギヤ83からセカンダリプーリ54の固定シーブ65に伝わるギヤ反力の方向が右側となるように設計されている。
【0072】
また、スプリットドリブンギヤ47(第3ギヤ)、出力ギヤ48(第4ギヤ)およびリングギヤ83(第5ギヤ)は、スプリットドリブンギヤ47、出力ギヤ48およびリングギヤ83からセカンダリプーリ54の固定シーブ65に伝わるギヤ反力の大きさが固定シーブ65に伝わる油圧反力よりも大きくなるように設計されている。
【0073】
<作用効果>
以上のギヤ設計により、前進駆動状態において、プライマリプーリ53の固定シーブ61およびセカンダリプーリ54の固定シーブ65に伝わる油圧反力およびギヤ反力の合力の向きが左側となる。そのため、固定シーブ61,65が回転軸線方向に移動することを抑制できる。
【0074】
よって、プレートなどの固定部材を用いずに、固定シーブ61,65を第1ハウジング91および第2ハウジング92に対して位置決めすることができる。プレートなどの固定部材を用いなくてよいので、従来の構成と比較して、部品点数の削減を削減することができる。
【0075】
<変形例>
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
【0076】
図4に示される各反力の方向は一例であり、少なくとも前進駆動状態で固定シーブ61,65に伝わる油圧反力およびギヤ反力の合力の方向が一定方向となればよく、たとえば、その合力の方向が右側であってもよい。
【0077】
また、無段変速機の一例として、動力分割式無段変速機4を取り上げたが、本発明は、ベルト式の無段変速機に広く適用することができる。
【0078】
その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。