(57)【要約】【課題】無限変速機のハイモード時の無段変速機構を介するトルク伝達をなくすことで、伝達効率を改善する。【解決手段】無限変速機１は、無段変速機構４と、遊星歯車機構５と、動力伝達経路を切換えるクラッチ６，７との組合わせからなり、入力される動力を無段変速機構と遊星歯車機構とを通る動力伝達によりトルク循環を生じつつ出力するローモードと、無段変速機構を通る動力伝達により出力するハイモードにより無限変速を達成する。車両の高速走行に対応するハイモードにおける最大速度比付近で、遊星歯車機構の空転要素５３の回転を拘束するブレーキ８を設け、ブレーキの係止により動力伝達経路を遊星歯車機構を通る動力伝達に切換えることで歯車伝動の高伝達効率を確保する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無段変速機構と、遊星歯車機構と、動力伝達経路を切換えるクラッチとの組合わせからなり、入力される動力を無段変速機構と遊星歯車機構とを通る動力伝達によりトルク循環を生じつつ出力するローモードと、無段変速機構を通る動力伝達により出力するハイモードにより無限変速を達成する無限変速機において、
前記ハイモードにおける出力の最大速度比付近で、遊星歯車機構の空転要素の回転を拘束するブレーキを備え、
該ブレーキの係止により動力伝達経路を無段変速機構を通る動力伝達から遊星歯車機構を通る動力伝達に切換えることを特徴とする無限変速機。
【請求項２】
前記ブレーキによる遊星歯車機構の空転要素の回転拘束時に、無段変速機構を通る動力の伝達を遮断するクラッチを備える、請求項１記載の無限変速機。
【請求項３】
エンジンに連結される入力軸と、無段変速機構と、少なくとも第１及び第２の２つの入力要素と１つの出力要素の３要素を有する遊星歯車機構と、該遊星歯車機構の第１の入力要素を変速機の出力軸に係脱連結する第１のクラッチと、出力要素を変速機の出力軸に係脱連結する第２のクラッチとを備え、前記無段変速機構は、その入力軸を変速機の入力軸に連結されるとともに遊星歯車機構の第２の入力要素に駆動連結され、出力軸を第１の入力要素に連結された無限変速機において、
前記遊星歯車機構の出力要素を回転不能に拘束するブレーキが設けられたこと特徴とする無限変速機。
【請求項４】
前記ブレーキは、第１のクラッチの係合による第１の入力要素からの出力時における出力要素の空転速度が０となるときに係止されて、出力要素を回転不能に拘束するように制御される、請求項３記載の無段変速機。
【請求項５】
前記無段変速機構の入力軸は、遊星歯車機構の第２の入力要素が変速機の入力軸に駆動連結する部位より動力伝達経路上の下流で、第３のクラッチを介して変速機の入力軸に連結された、請求項３又は４記載の無限変速機。
【請求項６】
前記無段変速機構は、ブレーキの係止による遊星歯車機構の出力要素の回転不能拘束時に、無段変速機構の入力軸から出力軸へのトルク伝達が０となるように制御される、請求項３又は４記載の無段変速機。
【請求項７】
前記無段変速機構は、プライマリプーリとセカンダリプーリとの間にベルトを巻き掛け、両プーリとベルトの圧接力に応じてトルクを伝達するベルト式無段変速機構であり、トルク伝達が０となる制御は、前記圧接力の調節によりなされる、請求項３、４又は６記載の無段変速機。
【請求項８】
前記無段変速機構は、入力ディスクと出力ディスクとの間に挟持されたローラを備え、ローラの位置の調節によりトルクを伝達するトロイダル式無段変速機構であり、トルク伝達が０となる制御は、ローラ位置の調節のための駆動力をなくすことによりなされる、請求項３、４又は６記載の無段変速機。
【請求項９】
前記第３のクラッチは、第１のクラッチの係合による第１の入力要素からの出力時における出力要素の空転速度が０となるときに解放制御される、請求項５記載の無段変速機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、変速機に関し、特に無段変速機構と遊星歯車機構の組み合わせにより無限変速を行なう無限変速機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車載用自動無段変速機として、無段変速機構と遊星歯車機構を組み合わせ、変速機にトルク循環を生じさせることで出力回転０の状態（ギヤニュートラル：ＧＮ）を実現できる態様（ｌｏｗモード）と、エンジントルクを専ら無段変速機構を経てダイレクトに出力する態様（ｈｉｇｈモード）との切替が可能ないわゆる無限変速機（ＩＶＴ：Ｉｎｆｉｎｉｔｅｌｙ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）が知られている。こうしたＩＶＴにおける無段変速機構は、一般に、変速比（入出力回転数比）を目標値として制御される。しかしながら、前記ギヤニュートラル状態を変速比の制御に追従させて瞬時かつ変動なく得ることは困難である。この理由として、例えば応答遅れ、制御誤差、機構の組み付け誤差、回転数の計測誤差などの存在が挙げられる。
【０００３】
そこで、従来、無段変速機構にベルト式無段変速機構を用いたＩＶＴにおいて、ギヤニュートラル状態に自己収束するようにベルト式無段変速機構のプライマリ及びセカンダリのプーリ軸力を等しくするように制御する技術、すなわち、無段変速機構を、その制御目標値として変速比でなく、出力トルクで制御する技術が提案されている（特許文献１参照）。同じくベルト式無段変速機構を用いた他の技術として、発進装置に流体伝動装置を用いる在来の遊星歯車式自動変速機のように、ギヤニュートラル状態でも所望のクリープ力が出力されるように、ベルト式無段変速機構のプーリ軸力を制御する技術があり、これも同様に無段変速機構の制御目標値として出力トルクを用いた例である（特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−２６１３０３号公報
【特許文献２】
特開平１０−１１０８０２号公報
【０００５】
また、前記両従来技術では、ＩＶＴの無段変速機構にベルト式の変速機構が用いられているが、これにトロイダル方式等の他の無段変速機構を用いることも可能である。トロイダル方式の無段変速機構を用いた無限変速機の例としては例えば、次の技術がある（非特許文献１参照）。なお、ＩＶＴの仕組みについては、次の文献が詳しい（非特許文献２参照）。
【０００６】
【非特許文献１】
「ＫＯＹＯ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｊｏｕｒｎａｌ」，  Ｎｏ．１６１、ｐ．１８−２５
【非特許文献２】
「ＫＯＹＯ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｊｏｕｒｎａｌ」，  Ｎｏ．１６０
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に無段変速機搭載車両は、要求出力に対し無段変速の効果によりエンジン（本明細書において、内燃機関又は外燃機関等の燃焼機関を意味する）を効率の良いポイント（回転数、トルク）で運転することができ、その結果、高燃費が期待できる。しかし、無段変速機構そのものの伝達効率はあまり良くなく、高速走行時など変速機構の最オーバドライブ状態（速度比最大となるギヤ比を意味する）で長時間走行する場合などは、その伝達効率の悪さから、伝達効率の良い歯車式多段変速機搭載車両より燃費が劣ってしまう。この点は、無段変速機構を用いるＩＶＴの場合でも同様であり、高速走行時の燃費は歯車式多段変速機に劣ってしまう。
【０００８】
そこで本発明は、上記のような課題を解決すべく、無段変速機構が最オーバドライブ付近で動力を伝達する状態において、無段変速機構を介するトルク伝達をなくすことで、無限変速機の伝達効率を向上させ、変速機搭載車両の走行燃費の改善に資することができる無限変速機を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の目的は、第１の基本構成として、無段変速機構と、遊星歯車機構と、動力伝達経路を切換えるクラッチとの組合わせからなり、入力される動力を無段変速機構と遊星歯車機構とを通る動力伝達によりトルク循環を生じつつ出力するローモードと、無段変速機構を通る動力伝達により出力するハイモードにより無限変速を達成する無限変速機において、前記ハイモードにおける出力の最大速度比付近で、遊星歯車機構の空転要素の回転を拘束するブレーキを備え、該ブレーキの係止により動力伝達経路を無段変速機構を通る動力伝達から遊星歯車機構を通る動力伝達に切換えることを特徴とする構成により達成される。この構成において、更に、前記ブレーキによる遊星歯車機構の空転要素の回転拘束時に、無段変速機構を通る動力の伝達を遮断するクラッチを備える構成を採るのも有効である。
【００１０】
また、より具体的には、前記の目的は、エンジンに連結される入力軸と、無段変速機構と、少なくとも第１及び第２の２つの入力要素と１つの出力要素の３要素を有する遊星歯車機構と、該遊星歯車機構の第１の入力要素を変速機の出力軸に係脱連結する第１のクラッチと、出力要素を変速機の出力軸に係脱連結する第２のクラッチとを備え、前記無段変速機構は、その入力軸を変速機の入力軸に連結されるとともに遊星歯車機構の第２の入力要素に駆動連結され、出力軸を第１の入力要素に連結された無限変速機において、前記遊星歯車機構の出力要素を回転不能に拘束するブレーキが設けられたこと特徴とする第２の基本構成により達成される。この第２の構成において、前記無段変速機構の入力軸は、遊星歯車機構の第２の入力要素が変速機の入力軸に駆動連結する部位より動力伝達経路上の下流で、第３のクラッチを介して変速機の入力軸に連結された構成を採るのも有効である。この場合、前記第３のクラッチは、第１のクラッチの係合による第１の入力要素からの出力時における出力要素の空転速度が０となるときに解放制御される。
【００１１】
上記第２の基本構成において、前記ブレーキは、第１のクラッチの係合による第１の入力要素からの出力時における出力要素の空転速度が０となるときに係止されて、出力要素を回転不能に拘束するように制御される。そして、この場合、前記無段変速機構は、ブレーキの係止による遊星歯車機構の出力要素の回転不能拘束時に、無段変速機構の入力軸から出力軸へのトルク伝達が０となるように制御される。具体的には、前記無段変速機構が、プライマリプーリとセカンダリプーリとの間にベルトを巻き掛け、両プーリとベルトの圧接力に応じてトルクを伝達するベルト式無段変速機構である場合、トルク伝達が０となる制御は、前記圧接力の調節によりなされる。また、前記無段変速機構が、入力ディスクと出力ディスクとの間に挟持されたローラを備え、ローラの位置の調節によりトルクを伝達するトロイダル式無段変速機構である場合、トルク伝達が０となる制御は、ローラ位置の調節のための駆動力をなくすことによりなされる。
【００１２】
【作用】
本発明の請求項１に記載の構成では、クラッチの切換えによるローモード時には、変速機に入る動力が、遊星歯車機構を経て出力されるとともに、無段変速機構にも伝達され、これにより遊星歯車機構と無段変速機構を通るトルク循環が生じる。この状態では、無段変速機構の変速比を変更することで逆回転出力から０回転のギヤニュートラルを経て正回転のある程度までの増速速度比の出力がなされる。また、ハイモード時には、動力が専ら無段変速機構を経て出力される状態になる。そして、この状態で無段変速機構の変速比を上げて行くと、出力の最大速度比付近で、それまで低下を続けてきた遊星歯車機構の空転要素の速度比が０となる作動が生じる。このときブレーキを係合させることで、空転要素は反力要素として作用するようになり、以後無段変速機構の変速比をこのときの変速比に保つことで、動力は専ら遊星歯車機構経由で出力される状態が続く。また、請求項２に記載の構成では、前記の状態で無段変速機構を通る動力伝達が機械的にも遮断される。
【００１３】
次に、請求項３に記載の構成では、第２のクラッチの係合による出力状態では、変速機に入る動力が、遊星歯車機構に第２の入力要素から入り、出力要素から第２のクラッチを経て出力軸に出力されるとともに、第１の入力要素が受ける反力が無段変速機構にも伝達され、これにより遊星歯車機構と無段変速機構を通るトルク循環が生じる。この状態では、無段変速機構の変速比を変更することで逆回転出力から０回転のギヤニュートラルを経て正回転のある程度までの増速速度比の出力がなされる。また、第１のクラッチの係合による出力状態では、遊星歯車機構が出力要素の空転で動力を伝達しなくなるため、変速機に入る動力は専ら無段変速機構を通り遊星歯車機構の第１の入力要素を通過し、第１のクラッチを経て出力軸に出力される状態になる。そして、この状態で無段変速機構の変速比を上げて行くと、出力の最大速度比付近で、それまで低下を続けてきた遊星歯車機構の出力要素の空転速度比は０に近付いていく。このときブレーキを係合させることで、出力要素は反力要素として作用するようになり、以後無段変速機構の変速比をブレーキ係合時の変速比に保つことで、動力は専ら遊星歯車機構を通り第１のクラッチを経て出力される状態が続く。また、請求項５に記載の構成では、前記の状態で無段変速機構を通る動力伝達が第３のクラッチの解放により機械的にも遮断される。
【００１４】
更に、請求項４に記載の構成では、ブレーキの係合時期を、出力の最大速度比付近で、遊星歯車機構の出力要素の空転速度比が０となる時期に一致させることで容易にブレーキの係合が行われる。そしてブレーキの係合によりそれまで空転していた出力要素が反力要素として作用する。したがって、このときの無段変速機構の変速比を保つことで、動力は専ら遊星歯車機構を通り第１のクラッチを経て出力される状態が続く。また、請求項６に記載の構成では、変速比の積極的保持により、遊星歯車機構のみの動力伝達による出力状態が確実に継続する。また、請求項７に記載の構成では、無段変速機構をベルト式無段変速機構とし、プーリとベルトとの圧接力の調節により前記の作用が生じる。また、請求項８に記載の構成では、無段変速機構をトロイダル式無段変速機構とし、ローラ位置の調節のための駆動力をなくすことにより前記の作用が生じる。そして、請求項９に記載の構成では、ブレーキの係合時期と第３のクラッチの解放時期が出力の最大速度比付近で、遊星歯車機構の出力要素の空転速度比が０となる作動と完全に一致し、この場合、無段変速機構を介する動力伝達は変速比の如何に関わりなく遮断され、動力は専ら遊星歯車機構を通り第１のクラッチを経て出力される状態が続く。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。先ず、図１は、この発明の適用に係る無限変速機の第１実施形態の構成をスケルトンで示す。この無限変速機１は、無段変速機構４と、遊星歯車機構５と、動力伝達経路を切換えるクラッチ６，７との組合わせからなり、入力される動力を無段変速機構４と遊星歯車機構５とを通る動力伝達によりトルク循環を生じつつ出力するローモードと、無段変速機構４を通る動力伝達により出力するハイモードにより無限変速を達成する無限変速機を構成しており、本発明の特徴に従い、ハイモードにおける最大速度比付近で、遊星歯車機構５の空転要素５３の回転を拘束するブレーキ８を備え、ブレーキ８の係止により動力伝達経路を遊星歯車機構５を通る動力伝達に切換える作動を生じるものである。
【００１６】
具体的には、変速機１は、エンジン２に連結される入力軸１１と、無段変速機構４と、第１及び第２の２つの入力要素５１，５２と１つの出力要素５３の３要素を有する遊星歯車機構５と、該遊星歯車機構５の第１の入力要素５１を変速機１の出力軸１２に係脱連結する第１のクラッチ６と、出力要素５３を変速機１の出力軸１２に係脱連結する第２のクラッチ７とを備え、無段変速機構４は、その入力軸４１を変速機１の入力軸１１に連結されるとともに遊星歯車機構５の第２の入力要素５２に駆動連結され、出力軸４２を第１の入力要素５１に連結されており、更に、遊星歯車機構５の出力要素５３を回転不能に拘束するブレーキ８が設けられている。
【００１７】
そして、ブレーキ８は、第１のクラッチ６の係合による第１の入力要素５１からの出力時における出力要素５３の空転速度が０となるときに係止されて、出力要素５３を回転不能に拘束するように制御される。これに対して、無段変速機構４は、ブレーキ８の係止による遊星歯車機構５の出力要素５３の回転不能拘束時に、無段変速機構４の入力軸４１から出力軸４２へのトルク伝達が０となるように制御される。
【００１８】
より具体的には、変速機１は、その入力軸１１を図示しないドライブプレートを介してエンジン２に連結可能とされ、入力軸１１に対して平行軸の出力軸１２をディファレンシャル装置とユニバーサルジョイントを介して車軸に連結可能とされている。無段変速機構４は、平行軸すなわち入力軸４１と出力軸４２間で動力を伝達すべく、入力軸１１側に配設されたプライマリプーリ４３と出力軸４２側に配設されたセカンダリプーリ４４との間にベルト４５を巻き掛け、それぞれのプーリに対する巻き掛け部分の幅を制御することで無段変速を可能とする周知のベルト式無段変速機構とされている。遊星歯車機構５は、サンギヤ５１と、それに外接噛合する複数のピニオンギヤを回転自在に支持するキャリヤ５２と、ピニオンギヤに内接噛合するリングギヤ５３とからなるシンプルプラネタリギヤセットとされている。第１のクラッチ６と第２のクラッチ７は、特にその形式を問うものではないが、本形態では、いずれもハブとドラム間に多板の摩擦材を配し、これを油圧サーボで係合・解放制御する湿式多板クラッチとされている。また、ブレーキ８も同様にバンドブレーキや噛合い式のブレーキとすることもできるが、本形態では、ハブと変速機ケース１０間に多板の摩擦材を配し、これを油圧サーボで係合・解放制御する湿式多板ブレーキとされている。
【００１９】
この形態では、シンプルプラネタリギヤセットのサンギヤ５１が遊星歯車機構５の第１の入力要素、同じくキャリア５２が第２の入力要素、リングギヤ５３が出力要素とされている。また、変速機１の入・出力軸１１，１２が平行軸配置であることから、出力軸１２上で回転自在なキャリア５２を入力軸１１に駆動連結すべく、平行軸駆動連結機構として歯車機構が用いられており、入力軸１１上に相対回転不能に配設されたドライブギヤ１３に、キャリア５２に同じく相対回転不能に連結されたドリブンギヤ１４をアイドラギヤ１５を介して噛合させた構成とされている。なお、この平行軸駆動連結機構には、入・出力軸２軸の回転方向を合わせるための中間軸配置のアイドラギヤが不要な機構を用いることもできる。こうした機構として、ドライブ・ドリブン側を共にスプリケットとし、これらにチェーンを巻き掛けたチェーン式伝動機構やドライブ・ドリブン側を共にプーリとしてこれらにベルトを巻き掛けたベルト式伝動機構がある。かくして、この変速機では、エンジン２の出力軸に連結される入力軸１１と同軸上に、エンジン側から、ドライブギヤ１３と無段変速機構４のプライマリプーリ４３が配置され、入力軸１１と平行な出力軸１２上に、エンジン側に向かって、無段変速機構４のセカンダリプーリ４４、ドリブンギヤ１４、遊星歯車機構５、ブレーキ８、第１のクラッチ６及び第２のクラッチ７が配列された構成となっている。
【００２０】
次に、前記の構成からなる変速機の作動を説明する。この変速機では、エンジン２が無段変速機構４を経てサンギヤ５１に連結されるとともに、歯車対１３，１４を介してキャリア５２に駆動連結された関係となる。この関係をプラネタリギヤセット５の３要素の回転速度比関係で示すと、図２の速度線図のようになる。すなわち、プラネタリギヤセット５のサンギヤ（Ｓ）５１、キャリア（Ｃ）５２及びリングギヤ（Ｒ）５３を縦軸で表し、各縦軸の上下方向の位置で各要素の速度比（回転数比）を表すものとし、エンジン２の回転を基準の速度比１とし、それに駆動連結関係にあるキャリア（Ｃ）５２の速度比を、両ギヤ１３，１４による増減速がないものとすると、サンギヤ（Ｓ）５１を図の左側にＵターンする矢印で示すように、入力速度比Ａｉの高速（オーバドライブ）回転から入力速度比Ｂｉの低速（アンダドライブ）回転に低下させて行くことで、リングギヤ（Ｒ）５３の速度比は、負速度比Ａｏの逆回転からある程度の増速速度比Ｂｏまで変化する。こうした作動は、無段変速機構４を増速状態から減速状態まで図の右側に上向き矢印で示すように、無段変速させることで生じ、この状態で第２のクラッチ７を係合させておくことで、出力軸１２に逆回転からある程度の増速速度比までの出力速度比を出力させることができる。こうした作用との関係で、第２のクラッチ７は、相対的に低速回転の出力に関与することから、以下の実施形態の説明においてロークラッチと呼ぶ。
【００２１】
そして、前記作動の途中、サンギヤ（Ｓ）５１を等速速度比Ｃｉのところでロークラッチ７を解放し、代わって第１のクラッチ６を係合させると、サンギヤ（Ｓ）５１が出力軸１２につながる入力兼出力要素となる。そこで、今度は無段変速機構４を等速状態から増速状態に戻すように無段変速させることで、サンギヤ（Ｓ）５１の速度比は、等速速度比Ｃｉから高速速度比側に増速され、この回転が出力軸１２の速度比となる。このとき、空転状態のリングギヤ（Ｒ）５３の回転は、等速速度比Ｃｏから図の右側に破線矢印で示すように、減速方向に変化し、サンギヤ（Ｓ）５１の速度比がある特定の高速速度比Ｄｉとなるところで空転が止まる。こうした作用との関係で、第１のクラッチ６は、相対的に高速回転の出力に関与することから、以下の実施形態の説明においてハイクラッチと呼ぶ。
【００２２】
こうしたプラネタリギヤセット５の作動から、ロークラッチ７を係合させた状態では、図３にギヤトレーンの作動を示すように、エンジン２の動力（図に太線矢印で示す）は、歯車対１３，１４を経てキャリア５２に伝達され、プラネタリギヤセット５のリングギヤ５３にトルク増幅されて伝達され、ロークラッチ７を経て車軸につながる出力軸に出力される。このとき、リングギヤ５３にかかる駆動負荷による反力がサンギヤ５１にもトルクを及ぼす。このサンギヤ５１に作用するトルクは、出力軸４２を経て無段変速機構４に戻り、入力軸４１側でエンジン２の出力トルクと合わさって歯車対１３，１４を経て再びキャリア５２に伝達されるトルク循環が生じ、エンジン動力が出力軸に出力されるとともに無段変速機構４と遊星歯車機構５を通って循環するいわゆるトルク循環モードとなる。このモードは、車両発進、低速走行、中速急加速時等の大きな駆動トルクが必要とされるときに選択される。本明細書において、このモードをロー（ｌｏｗ）モードという。
【００２３】
次に、ハイクラッチ６を係合させた状態では、ロークラッチ７の解放によりリングギヤ４３の負荷が解放されることから、図４にギヤトレーンの作動を示すように、エンジン２の動力（図に太線矢印で示す）は、無段変速機構４を経てサンギヤ５１に伝達される経路に替わり、ハイクラッチ６を経て出力軸１２から出力されるトルク伝達モードとなる。このモードは、中速時、高速加速時等のさほど大きな駆動トルクが必要とされないときに選択される。本明細書において、このモードをハイ（ｈｉｇｈ）モードという。
【００２４】
このハイ（ｈｉｇｈ）モードで無段変速機構４の変速比をオーバドライブ方向に偏移させて行くと、速度線図を参照して前記したように、リングギヤ５３の空転速度が下がって行き、やがて速度比０となる。そこで、図５に示すように、ハイクラッチ６係合状態のままブレーキ８を係合させると、リングギヤ５３が変速機ケース１０に係止され、リングギヤ５３を反力要素とするキャリア５２入力サンギヤ５１出力のトルク伝達状態が確立される（本明細書では、この状態をロックアップ（Ｌ−ｕｐ）モードと称する）。このとき、無段変速機構４はトルクを伝達せず、その速度比のまま回転する状態（この状態を図に太破線で示す）となる。理論的には、この状態の無段変速機構４の変速比が保たれれば、無段変速機構４はトルクを伝達せず、伝達ロスを生じないことになるが、実際には、この変速比を保つことは困難である。そこで、本発明に従い、無段変速機構４の軸力を制御するトルク制御により、結果的にこのときの変速比を保つ制御が行われる。
【００２５】
ロックアップモードによるこの後の車両の増速は、エンジン回転数の増加によりなされる。すなわち図２の速度線図を参照して、図に矢印αで示すように、キャリア５２の速度比自体が増加され、これに伴いサンギヤ５１の速度比も増加することで車速が増加する。この際、キャリア５２の速度比とサンギヤ５１の速度比との関係は、線図上でリングギヤ速度比０（図に●印で示す）の点とサンギヤ速度比Ｄｉ（図に◎で示す）の点を通る直線が、リングギヤ速度比０の点を回転中心として図示２点鎖線のように左上がりに持ち上げられる関係にあり、キャリア速度比とサンギヤ速度比間の比率、すなわちキャリアとサンギヤに連結する無段変速機構のプライマリ・セカンダリ両プーリ間の変速比は一定比を保ちながら回転数だけが増加する関係になるから、無段変速機構４の変速比は変わらない。
【００２６】
以上の関係をエンジン回転（すなわちプラネタリギヤセット５のキャリア回転）を基準とし、これを一定（速度比１）としてモードの遷移と各速度比の関係で表すと、図６のようになる。すなわち、変速機をロー（ｌｏｗ）クラッチ係合状態でトルク循環を生じさせるロー（ｌｏｗ）モードでは、無段変速機構４の変速比（ここでは速度比を意味する）を最大値（例えば２．５）の最オーバドライブ（Ｏ／Ｄ）状態から最小値（例えば０．４）の最アンダドライブ（Ｕ／Ｄ）状態まで変化させると、無限変速機の出力は、アンダドライブ（Ｕ／Ｄ）の逆回転状態から０を経て正回転のアンダドライブ（Ｕ／Ｄ）状態、更には速度比１の等速回転まで変化する。ここで、今度は、変速機をハイ（ｈｉｇｈ）クラッチ係合状態で直接トルク出力を生じさせるハイ（ｈｉｇｈ）モードに切換え、無段変速機構４の変速比（ここでは速度比を意味する）を最小値（例えば０．４）の最アンダドライブ（Ｕ／Ｄ）状態から最大値（例えば２．５）の最オーバドライブ（Ｏ／Ｄ）状態まで変化させると、無限変速機の出力は、速度比１の等速回転からオーバドライブ（Ｏ／Ｄ）の高速回転となって行き、やがて空転状態のリングギヤ回転数が０に達する。
【００２７】
この間のプラネタリギヤセット５の各要素の回転は、図に示すように、キャリア回転数比については、エンジン回転数を反映して常時１（図に水平線で示す）、サンギヤ回転数比については、増速回転の回転数比から低下して行き等速度比１を経て再び増速回転の回転数比に上昇（図に矢印βで示す）、リングギヤ回転数比については、負の回転数比から上昇して行き０を経て等速度比１まで達し、その後減少に転じて回転数比０に達する変化となる（図に矢印γで示す）。そして、この間に変速機の出力速度比は、図に右上がりの太線で示すように変化する。この結果、車速は、エンジン回転数一定のままでも後進の低速から最高速まで変化する。
【００２８】
本発明は、このハイモードの最高速付近でリングギヤ回転数比が０となるのを利用して、この時点でロックアップモードとして、リングギヤをブレーキで係合し、キャリアから入力されるエンジントルクの反力をこのリングギヤで受け持たせることで、全てのトルク伝達をプラネタリギヤセット５のみを介するトルク伝達の構造を実現し、歯車式変速機のトルク伝達と同様の伝達効率を達成しようとするものである。この結果無段変速機構の変速比は固定されることになる。ここで理論的には無段変速機構の変速比を目標値とする制御は可能であるが、実際には、冒頭に述べた応答遅れ、制御誤差、機構の組み付け誤差、回転数の計測誤差などの存在により、変速比を目標値とする制御による変速比の固定は困難である。そこで、本発明では、伝達トルクを目標値とする制御によって、リングギヤ固定により決定される無段変速機構の入出力回転数差に応じた変速比が従属的に実現されるようにしている。
【００２９】
この伝達トルクを目標値とする制御は、本形態のように無段変速機構４をベルト式無段変速機構とする場合、プライマリプーリ４３とセカンダリプーリ４４とベルト４５の圧接力によるトルク伝達が０となる制御となる。具体的には、この制御は、両プーリ４３，４４の軸方向可動側部分に同等の軸力を作用させる油圧サーボの油圧を制御することでなされる。
【００３０】
かくして、この第１実施形態の無限変速機によれば、ハイモードの最高速でリングギヤ回転数比が０となるのを利用して、リングギヤを固定し、この時点で全てのトルク伝達をプラネタリギヤセット５のみを介するトルク伝達とすることができるため、無限変速機の最高変速比において、歯車式変速機のトルク伝達と同様の高い伝達効率を達成することができる。
【００３１】
次に示す図７は、本発明の第２実施形態のギヤトレーンを同様のスケルトンで示す。この形態では、前記第１実施形態に対して、必要に応じて無段変速機構４を動力伝達経路から切り離すことで、トルク制御なしでロックアップモードを実現できるように、動力遮断クラッチ９が付加されている。すなわち、この形態では、ブレーキ８による遊星歯車機構５の空転要素５３の回転拘束時に、無段変速機構４を通る動力の伝達を遮断するクラッチ９を備える。このクラッチ９は無段変速機構４の入力軸４１側に設けても、また出力軸４２側に設けても、所期の目的を達成可能であるが、この形態では、変速機１の入力軸１１上と出力軸１２上への各要素の配分を均等化する意味で、入力軸１１上配置としている。すなわち、無段変速機構４の入力軸４１は、遊星歯車機構５の第２の入力要素５２が変速機の入力軸１１に駆動連結する部位より動力伝達経路上の下流で、第３のクラッチ９を介して変速機の入力軸１１に連結された構成が採られている。この第３のクラッチは、その配設目的から明らかなように、第１のクラッチ６の係合による第１の入力要素５１からの出力時における出力要素５３の空転速度が０となるときにブレーキ８の係止と併せて解放制御される。その余の構成は、先の第１実施形態の構成と同様であるので、対応する構成要素に同様の参照符号を付して説明に代える。
【００３２】
この第２実施形態の構成を採ると、第１実施形態に関して先に記した無段変速機構４のトルク制御は不要となるため、無段変速機構４の制御が複雑化しない点で、第１実施形態より有利となる。ただし、機構的には複雑になるため、第１実施形態に対する変速機の大型化は避けられない。
【００３３】
以上、本発明の理解のために実施形態を例示したが、本発明は例示の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の事項の範囲内で、種々に具体的構成を変更して実施可能なものである。例えば、無段変速機構４について、専ら入・出力軸が平行なベルト式無段変速機構を例示したが、これに他の摩擦車伝動式無段変速機構を用いることができ、この場合、入・出力軸が平行なものに限らず、入・出力同軸の摩擦車伝動式無段変速機構を用いることもできる。こうした無段変速機構の代表例として、冒頭に記したトロイダル伝動装置が挙げられる。そして、入・出力同軸の無段変速機構を用いる場合、ＦＲ車用にエンジンを含めた全ての構成要素を１軸配置とする意味では、エンジンに対して無段変速機構、遊星歯車機構を直列に配列するのが有効である。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の請求項１に記載の構成によれば、ハイモードの本来無段変速機構を介した伝達効率上不利な動力伝達となるべき最高速度比付近において、専ら遊星歯車機構を通る動力伝達への切換えによる出力が可能となるため、無限変速機の伝達効率を歯車式変速機と同様の高い伝達効率とすることができる。したがって、この無限変速機の搭載により車両走行状態を通じて最も使用時間が長いと想定されるハイモードの最高速度比付近の伝達効率の改善により、車両走行燃費を向上させることができる。
【００３５】
また、請求項２に記載の発明によれば、無段変速機構の形式を問わず、また格別無段変速機構の変速比制御形態を変更することなく、前記請求項１記載の構成により得られる効果を達成する無限変速機を実現することができる。
【００３６】
次に、請求項３に記載の発明によれば、本来無段変速機構を介した伝達効率上不利な動力伝達となるべき最高速度比付近においてブレーキにより遊星歯車機構の出力要素を回転不能に拘束することで、動力伝達を無段変速機構を介する経路から遊星歯車機構を介する経路に切換えて、無限変速機の伝達効率を歯車式変速機と同様の高い伝達効率とすることができる。したがって、この無限変速機の搭載により車両走行状態を通じて最も使用時間が長いと想定される最高速度比付近の出力状態での伝達効率の改善により、車両走行燃費を向上させることができる。
【００３７】
また、請求項４に記載の構成によれば、最高速度比において、前記請求項３記載の構成により得られる効果を達成する無限変速機を実現することができる。
【００３８】
また、請求項５に記載の構成によれば、ブレーキにより遊星歯車機構の出力要素を回転不能に拘束する時期と合せて第３のクラッチを解放作動させることで、無段変速機構の形式を問わず、また格別無段変速機構の変速比制御形態を変更することなく、前記請求項３記載の構成により得られる効果を達成する無限変速機を実現することができる。
【００３９】
また、請求項６に記載の構成によれば、変速比の制御に比べてより実効性の高いトルク制御により、無段変速機構が動力を伝達しない状態が確実維持されるため、無限変速機の伝達効率を歯車式変速機と同様の高い伝達効率とする状態をより確実に達成することができる。
【００４０】
また、請求項７に記載の構成によれば、無段変速機構をベルト式無段変速機構として前記各効果を達成することができる。
【００４１】
また、請求項８に記載の構成によれば、無段変速機構をトロイダル式無段変速機構として前記各効果を達成することができる。
【００４２】
また、請求項９に記載の構成によれば、無段変速機構の制御形態を格別変更することなく、前記請求項５記載の構成により得られる効果を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の適用に係る無限変速機の第１実施形態のギヤトレーンを示すスケルトン図である。
【図２】変速機の遊星歯車機構の作動を示す速度線図である。
【図３】変速機のローモード時の作動説明図である。
【図４】変速機のハイモード時の作動説明図である。
【図５】変速機のロックアップモード時の作動説明図である。
【図６】変速機の作動モードを各部変速比の関係で示すチャートである。
【図７】第２実施形態のギヤトレーンを示すスケルトン図である。
【符号の説明】
１  無限変速機
１１  変速機の入力軸
１２  変速機の出力軸
２  エンジン
４  ベルト式無段変速機構
４１  無段変速機構の入力軸
４２  無段変速機構の出力軸
４３  プライマリプーリ
４５  セカンダリプーリ
４６  ベルト
５  シンプルプラネタリギヤセット（遊星歯車機構）
５１  サンギヤ（第１の入力要素）
５２  キャリア（第２の入力要素）
５３  リングギヤ（空転要素、出力要素）
６  クラッチ
７  ブレーキ
８  クラッチ
９  第３のクラッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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