(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
差動機構で2つに分割された駆動源からの動力の一方が入力される一方の可変容量型ポンプモータおよび他方が入力される他方の可変容量型ポンプモータを閉回路で接続した油圧変速部と、
前記一方の可変容量型ポンプモータの入出力軸の動力を複数の変速比に変速して出力軸へ出力可能な第1の係合機構、および前記他方の可変容量型ポンプモータの入出力軸の動力を前記複数の変速比とは異なる変速比で前記出力軸へ出力可能な第2の係合機構、を有する有段変速部と、を備える、
変速機。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は一例であり、本発明はこの実施形態により限定されるものではない。
【0011】
まず、
図1を参照して、本実施形態に係る油圧機械式変速機を搭載した車両1の全体構成について説明する。
図1には、車両1の前後方向が描かれている。以下の説明では、車両前側を単に「前」、車両後側を単に「後」と呼ぶことがある。
【0012】
車両1は、駆動源10と、ダンパ20と、差動機構30と、油圧変速部40と、有段変速部50とを備えている。そして、有段変速部50の出力側に、プロペラシャフト61、デファレンシャル62およびドライブシャフト63を介して、駆動輪64が動力伝達可能に連結されている。
【0013】
駆動源10は、例えばディーゼルエンジンである。なお、駆動源10は、ガソリンエンジン、電動機等でも構わない。駆動源10の出力軸11には、ダンパ20の入力側部材21が接続されている。
【0014】
ダンパ20は、入力側部材21と、出力側部材22と、入力側部材21と出力側部材22とを弾性的に連結する弾性連結部材23とを備える。ダンパ20の出力側部材22は、差動機構30の入力軸31と接続されている。ダンパ20は、駆動源10の発生する回転振動が差動機構30に伝達されるのを抑制する機能を有する。ダンパ20の構造は一般的なダンパの構造と同様であるため、詳細な説明を省略する。
【0015】
差動機構30は、円周方向に等配に設けられた複数のベベルギヤ32、第1差動出力ギヤ33および第2差動出力ギヤ34を備えている。ベベルギヤ32は、
図1に示すように、入力軸31に相対回転可能に軸支されている。第1差動出力ギヤ33は、第1ポンプモータ41の第1入出力軸41aの前端に設けられている。第2差動出力ギヤ34は、差動出力軸35の前端に設けられている。
【0016】
差動出力軸35は、第1入出力軸41aと同軸かつ第1入出力軸41aの外周側に設けられた円筒状の部材である。差動出力軸35の後端には、第1ギヤ36が設けられている。差動出力軸35は、不図示の軸受を介して、第1入出力軸41aに軸支されている。第1ギヤ36は、第2ポンプモータ42の第2入出力軸42aの前端に設けられた第2ギヤ37と噛合している。
【0017】
なお、本実施形態では、第1差動出力ギヤ33の歯数は、第2差動出力ギヤ34の歯数と同一である。また、第1ギヤ36の歯数は、第2ギヤ37の歯数と同一である。差動機構30の構造は一般的なベベルギヤ型差動機構の構造と同様であるため、詳細な説明を省略する。
【0018】
油圧変速部40は、第1ポンプモータ41と、第2ポンプモータ42と、第1ポンプモータ41および第2ポンプモータ42を油圧接続する閉回路43とからなる。なお、閉回路43の構成については一般的なHST閉回路と同様であるため、
図1では、閉回路43における構成部品(チャージポンプ、チャージ油路、リリーフ油路、バイパス油路等)を省略している。
【0019】
第1ポンプモータ41は、押し除け容積をゼロから正負の両方向に変化させることのできる、いわゆる両振り型のポンプモータである。第1ポンプモータ41の第1入出力軸41aは、第1ポンプモータ41を前から後へ貫通している。このような第1ポンプモータ41としては、アキシャルピストン型、ラジアルピストン型等、各種の形式のものを採用することができる。なお、第1ポンプモータ41は、本発明の「他方の可変容量型ポンプモータ」に相当する。
【0020】
第2ポンプモータ42は、押し除け容積をゼロから正負の両方向に変化させることのできる、いわゆる両振り型のポンプモータである。第2ポンプモータ42の第2入出力軸42aは、第2ポンプモータ42を前から後へ貫通している。このような第2ポンプモータ42としては、アキシャルピストン型、ラジアルピストン型等、各種の形式のものを採用することができる。なお、第2ポンプモータ42は、本発明の「一方の可変容量型ポンプモータ」に相当する。
【0021】
なお、本実施形態では、第1ポンプモータ41および第2ポンプモータ42は同形式のものを用いている。また、第1ポンプモータ41の最大押し除け容積は、第2ポンプモータ42の最大押し除け容積と等しい。
【0022】
有段変速部50は、第1入出力軸41aと、第1入出力軸41aと平行に配置された第2入出力軸42aと、副軸51と、出力軸52とを備えている。なお、第1入出力軸41aは、本発明の「他方の可変容量型ポンプモータの入出力軸」に相当する。また、第2入出力軸42aは、本発明の「一方の可変容量型ポンプモータの入出力軸」に相当する。
【0023】
第1入出力軸41aの前端には、上述のとおり、差動機構30の第1差動出力ギヤ33が設けられている。また、第1入出力軸41aの後端には、第1入力ハブ41bが、第1入出力軸41aと一体回転するように設けられている。
【0024】
副軸51は、第1入出力軸41aと同軸かつ第1入出力軸41aの外周側に設けられた円筒状の部材である。副軸51の前端には第1副ギヤ53が設けられ、副軸51の後端には第2副ギヤ54が設けられている。
【0025】
第1入力ギヤ55は、第1入出力軸41aの外周側に、第1入出力軸41aに対して相対回転可能に設けられている。第1入力ギヤ55は、副軸51と第1入力ハブ41bとの間に設けられている。
【0026】
第2入出力軸42aの前端には、上述のとおり、差動機構30の第2ギヤ37が設けられている。また、第2入出力軸42aの後端には、第2入力ハブ42bが、第2入出力軸42aと一体回転するように設けられている。
【0027】
第2入力ギヤ56は、第2入出力軸42aと一体回転するように設けられている。第2入力ギヤ56は、第2ポンプモータ42と第2入力ハブ42bとの間に設けられている。第2入力ギヤ56は、第1副ギヤ53と噛合している。
【0028】
出力軸52の前端には、出力ハブ57が、出力軸52と一体回転するように設けられている。第1出力ギヤ58は、出力軸52の外周側に、出力軸52に対して相対回転可能に設けられている。第1出力ギヤ58は、出力ハブ57の後側に設けられている。第1出力ギヤ58は、第2副ギヤ54と噛合している。
【0029】
第2出力ギヤ59は、出力軸52と一体回転するように設けられている。第2出力ギヤ59は、第1出力ギヤ58の後側に設けられている。第2出力ギヤ59は、第1入力ギヤ55と噛合している。
【0030】
有段変速部50には、第1入出力軸41aと第1入力ギヤ55とを選択的に一体回転可能に連結する第1連結機構71が設けられている。第1連結機構71は、第1入力ハブ41bと、第1入力ギヤ55と一体に設けられた第1クラッチギヤ55aと、第1スリーブ72とを備えている。
【0031】
第1スリーブ72は、第1入力ハブ41bの外周側に、第1入力ハブ41bと一体回転可能かつ軸方向に相対移動可能に設けられている。第1スリーブ72が
図1に示す後位置の場合、第1入出力軸41aと第1入力ギヤ55とは相対回転可能である。
【0032】
第1スリーブ72を前位置とすることで、第1入力ギヤ55は、第1入出力軸41aと一体に回転する。本実施形態では、第1連結機構71として一般的なシンクロナイザ方式のものを使用している。シンクロナイザ方式の連結機構は公知であるため、詳細な説明は省略する。なお、第1連結機構71は、本発明の「第2の係合機構」に相当する。
【0033】
有段変速部50には、第2入出力軸42aと出力軸52、または、第1出力ギヤ58と出力軸52とを、選択的に一体回転可能に連結する第2連結機構73が設けられている。第2連結機構73は、第2入力ハブ42bと、出力ハブ57と、第1出力ギヤ58と一体に設けられた出力クラッチギヤ58aと、第2スリーブ74とを備えている。
【0034】
第2スリーブ74は、出力ハブ57の外周側に、出力ハブ57と一体回転可能かつ軸方向に相対移動可能に設けられている。第2スリーブ74が
図1に示す中央位置の場合、第2入出力軸42aと出力軸52とは相対回転可能である。また、第2スリーブ74が
図1に示す中央位置の場合、第1出力ギヤ58と出力軸52とは相対回転可能である。
【0035】
第2スリーブ74を前位置とすることで、出力軸52は、第2入出力軸42aと一体に回転する。また、第2スリーブ74を後位置とすることで、出力軸52は、第1出力ギヤ58と一体に回転する。なお、第2連結機構73は、本発明の「第1の係合機構」に相当する。
【0036】
ここで、第1スリーブ72が後位置とされるとともに第2スリーブ74が後位置とされ、第2入出力軸42aの回転が第2入力ギヤ56、第1副ギヤ53、第2副ギヤ54および第1出力ギヤ58を経由して出力軸52に伝達される状態を、「第1伝動状態」という(
図2を参照)。
【0037】
また、第1スリーブ72が前位置とされるとともに第2スリーブ74が中央位置とされ、第1入出力軸41aの回転が第1入力ギヤ55および第2出力ギヤ59を経由して出力軸52に伝達される状態を、「第2伝動状態」という(
図4を参照)。
【0038】
また、第1スリーブ72が後位置とされるとともに第2スリーブ74が前位置とされ、第2入出力軸42aの回転が直接出力軸52に伝達される状態を、「第3伝動状態」または「直結状態」という(
図6を参照)。
【0039】
本実施形態では、第2入力ギヤ56、第1副ギヤ53、第2副ギヤ54および第1出力ギヤ58の歯数は、第1伝動状態において、第2入出力軸42aの回転が減速して出力軸52に伝達されるように、設定されている。また、第1入力ギヤ55および第2出力ギヤ59の歯数は、第2伝動状態において、第1入出力軸41aの回転が減速して出力軸52に伝達されるように、設定されている。
【0040】
第1伝動状態における変速比(第2入出力軸42aの回転数/出力軸52の回転数)をα1、第2伝動状態における変速比(第1入出力軸41aの回転数/出力軸52の回転数)をα2とすると、α1>α2>1である。なお、α1、α2および1(直結)の関係はこれに限定されない。具体的には、例えば、α1<α2<1とすることも可能である。
【0041】
次に、
図2〜
図7を参照して、変速動作について説明する。
図2〜
図6は、各伝動状態におけるスケルトン図である。
図7は、速度比と押し除け容積との関係を示す図である。
【0042】
車両の発進は、
図2に示す第1伝動状態で行われる。この場合、第1ポンプモータ41はポンプとして動作し、第2ポンプモータ42はモータとして動作する。なお、以下の説明において、「ポンプとして動作」および「モータとして動作」は、駆動源10により車両が駆動されている場合(すなわち、タイヤが正の仕事をしている場合)における第1ポンプモータ41および第2ポンプモータ42の役割をいう。車両が車輪側から駆動されている場合(すなわち、エンジンブレーキを掛ける場合)には、ポンプおよびモータの役割は逆転する。
【0043】
車両を発進させるには、第2ポンプモータ42の押し除け容積を最大に保持した状態で、ポンプとして動作する第1ポンプモータ41の押し除け容積を、ゼロから徐々に増大させていく。こうすることで、
図7に示すように、速度比(出力軸52の回転数Nout/駆動源10の回転数Nin)がゼロから上昇していく。なお、このとき、第1ポンプモータ41から第2ポンプモータ42への吐出圧が一定となるようにエンジンのトルクを制御した場合(すなわち、増加するポンプ側押し退け容積に合わせてエンジンのトルクを増加させた場合)には、第2ポンプモータ42が発生するトルクは一定となる。また、差動歯車から第2ポンプモータ42の第2入出力軸42aへ伝達されるトルクは増加する。したがって、出力軸52に伝わるトルクは増大する。
【0044】
第1ポンプモータ41の押し除け容積が最大になると、第1ポンプモータ41の押し除け容積を最大に保持した状態で、モータとして動作する第2ポンプモータ42の押し除け容積をゼロに向けて徐々に減少させていく。こうすることで、速度比はさらに上昇していく。
【0045】
第2ポンプモータ42の押し除け容積を徐々に減少させていき、第2ポンプモータ42の押し除け容積がQ1となると、第1入力ハブ41bの回転数(すなわち、第1入出力軸41aの回転数)と、第1入力ギヤ55の回転数とが一致する。
【0046】
このタイミングで、有段変速部50における変速が行われる。具体的には、まず、第1スリーブ72を前位置に移動させる(
図3を参照)。これにより、駆動源10からの動力は、第2入出力軸42aから、第2入力ギヤ56、第1副ギヤ53、第2副ギヤ54および第1出力ギヤ58を経由して出力軸52に伝達されるとともに、第1入出力軸41aから、第1入力ギヤ55および第2出力ギヤ59を経由して出力軸52に伝達される。この状態を、「第1中間伝動状態」という。
【0047】
第1中間伝動状態では、駆動源10からの動力は、油圧変速部40において油圧に変換されることなく、第1入出力軸41aおよび第2入出力軸42aから出力軸52へ出力される。そのため、第1中間伝動状態は、第1伝動状態および第2伝動状態に比べ、伝達効率が良い。
【0048】
さらに、この状態から、第2スリーブ74を後位置から中央位置に移動させ、第2ポンプモータ42の第2入出力軸42aから出力軸52への動力伝達を遮断する(
図4を参照)。このようにして、有段変速部50において第1伝動状態から第2伝動状態への変速が行われる。なお、このような変速時、トルク切れは発生しない。
【0049】
有段変速部50において第1伝動状態から第2伝動状態への変速が完了することで、第1伝動状態においてポンプとして動作していた第1ポンプモータ41がモータとして動作し、モータとして動作していた第2ポンプモータ42がポンプとして動作することになる。
【0050】
続いて、第1ポンプモータ41の押し除け容積を最大に保持した状態で、ポンプとして動作する第2ポンプモータ42の押し除け容積を、Q1から徐々に増大させていく。こうすることで、速度比がさらに上昇していく。
【0051】
第2ポンプモータ42の押し除け容積が最大になると、第2ポンプモータ42の押し除け容積を最大に保持した状態で、モータとして動作する第1ポンプモータ41の押し除け容積をゼロに向けて徐々に減少させていく。こうすることで、速度比がさらに上昇していく。
【0052】
第1ポンプモータ41の押し除け容積を徐々に減少させていき、第1ポンプモータ41の押し除け容積がQ2となると、第2入力ハブ42bの回転数(すなわち、第2入出力軸42aの回転数)と、出力ハブ57の回転数(すなわち、出力軸52の回転数)とが一致する。
【0053】
このタイミングで、有段変速部50における変速が行われる。具体的には、まず、第2スリーブ74を前位置に移動させる(
図5を参照)。これにより、駆動源10からの動力は、第1入出力軸41aから、第1入力ギヤ55および第2出力ギヤ59を経由して出力軸52に伝達されるとともに、第2入出力軸42aから、出力軸52に直接伝達される。この状態を、「第2中間伝動状態」という。
【0054】
第2中間伝動状態では、駆動源10からの動力は、油圧変速部40において油圧に変換されることなく、第1入出力軸41aおよび第2入出力軸42aから出力軸52へ出力される。そのため、第2中間伝動状態は、第2伝動状態および第3伝動状態に比べ、伝達効率が良い。
【0055】
さらに、この状態から、第1スリーブ72を前位置から後位置に移動させ、第1ポンプモータ41の第1入出力軸41aから出力軸52への動力伝達を遮断する(
図6を参照)。このようにして、有段変速部50において第2伝動状態から第3伝動状態への変速が行われる。なお、このような変速時、トルク切れは発生しない。
【0056】
有段変速部50において第2伝動状態から第3伝動状態への変速が完了することで、第2伝動状態においてポンプとして動作していた第2ポンプモータ42がモータとして動作し、モータとして動作していた第1ポンプモータ41がポンプとして動作することになる。
【0057】
続いて、第2ポンプモータ42の押し除け容積を最大に保持した状態で、ポンプとして動作する第1ポンプモータ41の押し除け容積を、Q2から徐々に増大させていく。こうすることで、速度比がさらに上昇していく。
【0058】
第1ポンプモータ41の押し除け容積が最大になると、第1ポンプモータ41の押し除け容積を最大に保持した状態で、モータとして動作する第2ポンプモータ42の押し除け容積をゼロに向けて徐々に減少させていく。こうすることで、速度比がさらに上昇していく。そして、第2ポンプモータ42の押し除け容積が略ゼロとなるまで、速度比は上昇していく。
【0059】
以上説明したように、本実施形態によれば、第2ポンプモータ42の第2入出力軸42aの回転を変速して出力軸52に伝達する第2連結機構73を設けた。そのため、車両の高速走行が可能となる。
【0060】
また、本実施形態によれば、第1連結機構71および第2連結機構73を、ハブとスリーブの係合による機械式係合機構とした。そのため、伝達効率のロスを少なくすることができる。
【0061】
なお、上述の実施形態では、差動機構を、ベベルギヤ型の差動機構としたが、これに限定されない。差動機構としては、公知の構造を適宜採用し得る。具体的には、例えば、
図8に示す変形例に係る車両101とすることができる。すなわち、差動機構130を遊星歯車機構とし、駆動源110の駆動力をプラネタリギヤ132を回転可能に軸支するプラネタリキャリヤ131に入力する。また、サンギヤ133を第1ポンプモータ141の第1入出力軸141aに、リングギヤ134を第2ポンプモータ142の第2入出力軸142aに、それぞれ接続する。
【0062】
この場合、プラネタリギヤ132の歯数Z
132、サンギヤ133の歯数Z
133、リングギヤ134の歯数Z
134、第1ギヤ136の歯数Z
136、第2ギヤ137の歯数Z
137は、以下の(1)式の関係となるように設定するのが好ましい。
【0063】
Z
132/Z
133=(Z
132/Z
134)/(Z
136/Z
137)・・・(1)
【0064】
式(1)を満たすように各ギヤの歯数を設定することで、第1ポンプモータ141の最大押し除け容積と、第2ポンプモータ142の最大押し除け容積とを等しくした場合に、両ポンプモータの能力を最大限に活用することができる。
【0065】
また、上述の実施形態では、有段変速部を、第1入出力軸側を1段、第2入出力軸側を2段とし、計3段としたが、これに限定されない。具体的には、例えば、第1入出力軸を2段、第1入出力軸側を1段としてもよい。
【0066】
また、本実施形態では、有段変速部における変速段数を3段としたが、これに限定されない。具体的には、例えば、第1入出力軸の回転力を変速して出力軸に伝達する変速機構を設け、第1入出力軸側2段、第2入出力軸側2段の計4段としてもよい。この場合、各変速比は、第1入出力軸と第2入出力軸とを交互に使用するように設定される。さらに、各入出力軸から出力軸への変速段数を3以上とし、さらなる多段化を図ることも可能である。