(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トルクコンバータ或はカップリングとプラネタリギアを組み合わせた変速機構で、ピニオンの運動に係わる３個の回転体、ピニオンの回転軸を支持するキャリアとピニオンと噛合う２個のギアについて、その半径の大きさが、
ａ、最大の回転体をポンプに接続し、
ｂ、最小の回転体を出力軸に接続し、
ｃ、中間の回転体を入力軸、及び、タービンに接続すること、
以上のａ、ｂ、ｃ、を満たすことにより得られる回帰トルクを利用した自動無段変速機
【発明の詳細な説明】
この発明は、摺動可能なクラッチとプラネタリギアとで構成される無段階な自動変速機に係わるものである。
通常の変速機は、多段変速機とクラッチからなり、クラッチは主として変速時のショックを和らげるために使用される。トルコンやカップリングはこの目的に叶ってはいるが効率が良くない。トルコン車の燃費は１割低いといわれている。いわゆるオートマチック車は、車速に応じ自動的に変速比がきり変わるが、自分が希望する変速比は選べない。しかも変速機機構にブレーキバンドや油圧機構を多用しているため、親切な変速機ほど使用される部品数が多くなる。
作用及び効果、  本発明は、トルコンやカップリングを備えてはいるが、クラッチとしてのみに使用せず、トルクを蓄える為にも利用する。油圧機構やブレーキバンド等は一切不要であるため、部品数が極端に少なくて済む、又、車速とエンジン回転数に応じ変速比が変るため、快適であり、初心者に有りがちなローギアでエンギンを高速回転させたり、トップギアで登坂させ、エンジンをオーバーヒートさせたりせずに済むから故障率も下がる。又、トルコンもポンプとタービンの回転比が高い状態でのみ使用されるのでストール状態とならず燃費が良い。等々、自動無段変速の利点のみならず、製作する立場から見ても生産性が向上し、コストが押さえられる利点がある。
【０００４】
実施例により、新しい変速理論を述べる。
起動時、出力軸９につながるサンギア７は負荷により停止しているものとしする。
入力軸８に伝達した回転力は、キャリア６を回転させる。これを軸とするピニオン５は、負荷で動かないサンギア７の回りを転がり、これと噛合うリングギア４及びトルコンのポンプ１を回転させる。従って、入力軸からの回転力は、先ず、ポンプ吸収トルクとして消費される。
キャリア６及びタービン２はリングギア４及びポンプ１より回転の速度は遅いから、ポンプで吸収されたトルクはタービンで回収され、入力軸８に還流し再びキャリア６を回転させる力として利用される。
本発明はこの回帰トルクを利用するためのものである。回収され還流されるエネルギーはトルコンやカップリングの効率で定まるのであるが、回帰するトルクを有効に利用すれば、小さい入力トルクでも、大きな出力トルクを得ることが出来る。以下、この回帰トルクの作用について述べる。
【０００５】
稼働中のピニオンに作用する力は、その軸にキャリアからの駆動力、サンギアとの接点に出力軸の負荷、リングギアとの接点にトルコンのポンプの負荷があり、この３点の力が釣り合っているので、これをそれぞれ２Ｆ、−Ｆ、−Ｆとする。
今、サンギアの半径をＲ、ピニオンの半径を２Ｒとすると、キャリアの半径は３Ｒ、リングギアの半径は５Ｒである。ピニオンで釣合う作用力をもとに各歯車の回転力を算出してみると、
サンギア（出力軸）  ＝−Ｆ＊Ｒ  ＝−１ＦＲ
リングギア（ポンプ）＝−Ｆ＊５Ｒ＝−５ＦＲ
キャリア（入力軸）  ＝２Ｆ＊３Ｒ＝  ６ＦＲ
カップリングならばタービン回収トルクはポンプ吸収トルクに等しく５ＦＲである。従って、キャリアのトルク６ＦＲのうちの５ＦＲはタービンからの回帰トルクで賄われているので、差し引き１ＦＲのトルクが入力軸からキャリアに補われていることになる。即ち、入力軸からのトルクをそっくり出力軸に伝えるクラッチの作用がある
着目したいのはこのときのカップリング又はトルコンの効率についてである。簡単のために、出力軸であるサンギアの回転を０とし、リングギア又はポンプ側の回転数を１００とすれば、タービン側又はキャリア側の回転比は半径比から５／６で０．８３となる。
単独で使用すれば、ストール状態で効率は０％のときは、入力エネルギーは総て油温の上昇に消費さなるところが、実施例のごとく、プラネタリギアと組み合わせることで、回転比８３％以上、従って、効率８３％以上の範囲でのみ流体接手を作動させ得るだけでなく、出力軸が負荷で回転しないときは、ポンプ吸収トルクの１／６を供給するだけでアイドリング状態を維持することが出来る。
本発明のクラッチとしての作用効果は従来のトルコン又はカップリングの欠陥を払拭し、０発信時でもストール状態とならず、接続時のショックが無く、効率がよい。ピニオンの歯車比を変えれば１００％に近い範囲で作動させ得る。
【０００６】
しかし、クラッチ作用にも増して着目していただきたいのは本発明の最大の利点でもあるトルコンで得られた増幅トルクをさらに増大する機能である。
今、トルコンの効率が１００％とする。つまり、ポンプとタービンの回転比の逆数に近い理想的なトルク増幅作用があると仮定する。例えば、回転比０．８７のときトルク比が１／０．８７＝１．１５とすれば、リングギアからの５ＦＲのポンプ吸収トルクは、１．１５＊５ＦＲ＝５．７５ＦＲのタービン回収トルクとしてキャリアに環流する。
出力軸に１ＦＲのトルクを得るためには、キャリアで６ＦＲのトルクが必要であるが、５．７５ＦＲのトルクが回収されるから、差引、０．２５ＦＲのトルクを入力軸に追加供給するだけで出力軸の１ＦＲが得られる。即ち、１ＦＲ／０．２５ＦＲ＝４．００倍のトルク増となる。従って、トルコンのトルク比が１．１５のとき、本発明の変速機の変速比は４．００に増大していることとなる。（次表３段目に相当）
尚、次表の回帰トルク、及び、入力トルクの数値は、出力軸サンギアのトルクを１としたときのトルク比である。この合計値がキャリア軸のトルク比６となり、このときのポンプにつながるリングギアのトルク比は５である。
回転比  トルク比  回帰トル  入力トル  変速比
．８３  １．２０  ６．００  ０．００  無限大
．８５  １．１８  ５．８８  ０．１２  ８．３
．８７  １．１５  ５．７５  ０．２５  ４．０
．８９  １．１２  ５．６２  ０．３８  ２．７
．９４  １．０６  ５．３２  ０．６８  １．５
１．００  １．００  ５．００  １．００  １．０
註）
回転比  ＝タービン回転数／ポンプ回転数
トルク比＝効率１００％のときのトルク比とする
回帰トル＝ポンプ吸収トルク５の時の回収トルク
入力トル＝入力軸トルク６を維持する追加トルク
変速比  ＝出力軸トルク／追加入力トルク
同表に見るように、本発明の変速機はトルコンのトルク増が１〜２割程度あるだけで
変速機としての最終トルクが３〜８倍に増大される。従って、トルコンが流体接手となるカップリングポイントの位置を高くしたり、ポンプとタービンの回転比の高い位置での効率を重視した設計のトルコンを用意すれば、理想に近い変速機を得ることが出来る。
【０００７】
現実には効率１００％のトルコンはないので、次に、実在するトルコンの実測データ表（自動車工学ＶＯＬ１０ＮＯ１０：Ｓ３６年１０月号桜井一郎氏）を利用して設計してみる。（該データ表では、ポンプの回転数に対するタービンの回転数＝回転比を速度比と表現してある）同表は回転比０〜０．９５の間で各時点でのトルク比を実測し、その効率を求めたものである。
同表によれば回転比０でトルク比２、効率０、に始まり、トルク比が２割増の位置は回転比０．７５程度、補間計算をすれば回転比．７５でトルク比１．２６５である。又、カップリングポイントは回転比．８９のときである。従って、トルコンを回転比．７５以上で利用するため、ピニオンの歯車半径をサンギアの半径と等しくすると次のようになる。
サンギア半径１、ピニオン半径１とすれば、キャリア半径＝２、リングギア半径＝３であり、稼働中のピニオンに作用する力はリングギア接点で−Ｆ、サンギア接点で−Ｆ、キャリアで２Ｆ、従って、出力軸サンギアのトルクを１とするとき、ポンプ接続するリングギア＝３、入力軸に接続するキャリア＝４である。
次表は、前記桜井氏の実測値をトルク比とした場合の本発明の変速機の変速比の表である。
回転比  トルク比  回帰トル  入力トル  変速比
．７５  １．２２  ３．６６  ０．３４  ２．９
．８０  １．１５  ３．４５  ０．５５  １．８
．８５  １．０７  ３．２１  ０．７９  １．３
．８９  １．００  ３．００  １．００  １．０
この表から、エンジンを始動しアイドリング時には、負荷が大きい出力軸の停止時には、入力トルクはすべてポンプに向かう。このとき、ポンプ吸収トルク−３に対し入力トルクは．２０５、即ち、３／．２０５＝１４．６３  トルコンのポンプ吸収トルクの１４．６分の１の入力で回転を開始し、維持する。
発進、エンジンの出力が増すと、トルコンも回転比．７５のままで上昇し、車が発進する。発進の瞬間の入力トルクに対する出力軸トルクは、２．９４倍である。このときのトルコンの効率は９１．５％である。トルコンの場合はエンジンをその全回転域で利用出来るので、変速比２．９４でも充分有用ではあるが、もし、効率９５％のトルコンであれば、トルク比は１．２７、変速比は５となるのである。高回転比域で効率の良いトルコンが必要となる理由もここにある。
加速、車の発進で出力軸が回転し、タービンの回転比が上がり、自動的に変速比は下がる。もし、走行抵抗を賄えるエンジン出力があれば、回転比、変速比とも１に近ずくまで無段階に変化する。即ち、自動無段変速として作動する。
追越し加速、エンジン出力の上昇で入力軸キャリアのトルクが上昇する。ピニオンの力の釣り合いから出力軸にはポンプ吸収トルクと同等の力しか伝達しないので、先ずポンプ回転数が一方的に上り、トルコンの回転比が下り、トルク比と回帰トルクの上昇で変速比が上り加速状態となる。
【０００８】
この発明を自動車に応用するときは、前進・中立・後退の切り替え装置が必要である。  この発明の要点はピニオンの設計にある。もしピニオンが単純な１個の歯車の場合は、実施例のごとくサンギアとリングギアの半径差がピニオンの直径となり、アイドリング時のトルコンの回転比もサンギアとリングギアの半径差で定まるのであるが、もし、第２図イ、ロ、ハ、ニ、に示すごとく、ピニオンがサンギア用の歯車とリングギア用の歯車２個一体とするものであれば、噛合点での力の釣り合いも異なるし各軸のトルク配分も異なってくる。
最終的には、高回転比内だけで効率の良いトルコンを設計することと、与えられたトルコンを最高の効率の範囲で利用するピニオンを備えたプタネタリギアを設計することである。そうすれば、渋滞で発進停止を繰り返すような場合となっても、トルコンのストール状態を繰り返すことなく、燃費を下げることなく車の運転を続けることが出来る。
【０００９】
【図面の簡単な説明】
第１図は断面図、第２図は断面図
【００１０】
【符号の説明】
第１図において、１はトルコンのポンプ、２はタービン、３はステータである。４はプラネタリギアのリングギアで、ポンプ１に接続、５はピニオン、６はピニオンキャリアで、タービン２及び、入力軸８と固定的に接続している。７はサンギアで出力軸９に接続している。１０はステータが固定されているギアケースである。
【図１】
0003658663.tif 000002
【図２】
0003658663.tif 000003