(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に入力される動力を無段階に変速するための無段変速機構と、前記回転軸に入力される動力を一定の変速比で変速するための一定変速機構と、前記無段変速機構からの動力と前記一定変速機構からの動力とを合成するための合成用歯車機構とを備え、動力が前記無段変速機構のみを経由して前記合成用歯車機構に伝達される無段変速モードと、動力が前記無段変速機構および前記一定変速機構を経由して前記合成用歯車機構に伝達される動力分割モードとに切替可能に構成された動力分割式無段変速装置であって、
前記一定変速機構は、
前記回転軸に相対回転不能に支持され、ピニオンギヤを回転可能に支持するキャリアと、
前記回転軸と相対回転可能に設けられ、前記ピニオンギヤと噛合するサンギヤと、
前記回転軸と相対回転可能に設けられ、前記ピニオンギヤと噛合するリングギヤと、
前記サンギヤと一体回転可能に設けられ、動力を前記合成用歯車機構に伝達するためのスプリットドライブギヤと、
前記スプリットドライブギヤの回転を制動／許容するために係合／解放される後進用係合要素と
を含み、
前記一定変速機構の変速比は、前記後進用係合要素のトルク容量に応じた値に設定されている、動力分割式無段変速装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載される動力分割式無段変速機に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車などの車両には、エンジンの動力を変速して車輪に伝達するために、手動変速機、自動変速機または無段変速機（ＣＶＴ：Continuously Variable Transmission）などの変速機が搭載されている。
【０００３】
変速機として、たとえば、エンジンの動力を無段階に変速する無段変速機構と、エンジンの動力を無段変速機構を経由せずに伝達する歯車機構と、無段変速機構からの動力と歯車機構からの動力とを合成するための遊星歯車機構とを備えたものが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４５５２３７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本願出願人についても、そのような構成の変速機を動力分割式無段変速機として先に提案している。この提案に係る動力分割式無段変速機には、動力を無段階に変速するための無段変速機構と、動力を一定の変速比で変速するための一定変速機構と、無段変速機構からの動力と一定変速機構からの動力とを合成するための合成用歯車機構とが備えられている。そして、その動力分割式無段変速機では、動力が無段変速機構のみを経由して遊星歯車機構に伝達されるベルト伝達モードと、動力が無段変速機構および一定変速機構を経由して遊星歯車機構に伝達される動力分割モードとに切り替えることができる。また、一定変速機構に含まれる歯車を後進用係合要素の係合により制動して、エンジンからの動力を無段変速機構のみを経由して遊星歯車機構に伝達することにより、車両を後進させることができる。
【０００６】
後進用係合要素は、車両の後進時にのみ係合され、前進時には解放されている。そのため、車両の前進時には、後進用係合要素が引きずりトルクを発生し、その引きずりトルクの発生が変速機全体におけるトルク（動力）の伝達効率の低下、ひいては車両の燃費の悪化させる一因となっている。
【０００７】
本発明の目的は、トルクの伝達効率の向上により、車両の燃費の向上を図ることができる、動力分割式無段変速機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するため、本発明に係る動力分割式無段変速機は、回転軸に入力される動力を無段階に変速するための無段変速機構と、前記回転軸に入力される動力を一定の変速比で変速するための一定変速機構と、前記無段変速機構からの動力と前記一定変速機構からの動力とを合成するための合成用歯車機構とを備え、動力が前記無段変速機構のみを経由して前記合成用歯車機構に伝達される無段変速モードと、動力が前記無段変速機構および前記一定変速機構を経由して前記合成用歯車機構に伝達される動力分割モードとに切替可能に構成された分割式無段変速装置であって、前記一定変速機構は、前記回転軸に相対回転不能に支持され、ピニオンギヤを回転可能に支持するキャリアと、前記回転軸と相対回転可能に設けられ、前記ピニオンギヤと噛合するサンギヤと、前記回転軸と相対回転可能に設けられ、前記ピニオンギヤと噛合するリングギヤと、前記サンギヤと一体回転可能に設けられ、動力を前記合成用歯車機構に伝達するためのスプリットドライブギヤと、前記スプリットドライブギヤの回転を制動／許容するために係合／解放される後進用係合要素とを含み、前記一定変速機構の変速比は、前記後進用係合要素のトルク容量に応じた値に設定されている。
【０００９】
この構成によれば、一定変速機構の変速比が小さいほど、トルクの伝達効率が向上する。しかしながら、一定変速機構の変速比が小さいほど、後進用係合要素に大きなトルク容量が必要とされる。後進用係合要素のディスク枚数を増やすことにより、後進用係合要素のトルク容量を増大させることができるが、ディスク枚数を増やすと、後進用係合要素の引きずりトルクが増大し、トルクの伝達効率が低下する。
【００１０】
そこで、一定変速機構の変速比が後進用係合要素のトルク容量に応じた値に設定されている。これにより、後進用係合要素のディスク枚数を一定として、後進用係合要素のトルク容量を確保しつつ、一定変速機構の変速比を可及的に小さくすることができる。その結果、コストアップを生じずに、動力分割式無段変速機のトルクの伝達効率を向上させることができ、ひいては、トルクの伝達効率の向上により、車両の燃費の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、コストアップを生じずに、動力分割式無段変速機のトルクの伝達効率を向上させることができる。ひいては、トルクの伝達効率の向上により、車両の燃費の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る動力分割式無段変速機の構成を示すスケルトン図である。
【図２】車両の前進時および後進時におけるリバースブレーキ、ロークラッチおよびハイブレーキの状態を示す図である。
【図３】合成用歯車機構のサンギヤ、キャリアおよびリングギヤの回転数の関係を示す共線図である。
【図４】一定変速機構の機械的構成を示す断面図であり、インプット軸の軸線（回転中心線）に対する一方側のみを示す。
【図５】一定変速機構の変速比と動力分割式無段変速機におけるトルクの伝達効率Ｅおよびリバースブレーキのトルク容量安全率との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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１の構成を示すスケルトン図である。
【００１５】
動力分割式無段変速機１は、たとえば、エンジンを動力源とする自動車に、エンジンの動力を変速してデファレンシャルギヤ２に伝達するために搭載される。動力分割式無段変速機１は、インプット軸３、アウトプット軸４、無段変速機構５、一定変速機構６および合成用歯車機構７を備えている。
【００１６】
インプット軸３には、エンジンの動力が入力される。
【００１７】
アウトプット軸４は、インプット軸３と平行に設けられている。
【００１８】
無段変速機構５は、ベルト式の無段変速機構である。無段変速機構５は、インプット軸３に連結されたプライマリ軸１１と、プライマリ軸１１と平行に設けられたセカンダリ軸１２と、プライマリ軸１１に相対回転不能に支持されたプライマリプーリ１３と、セカンダリ軸１２に相対回転不能に支持されたセカンダリプーリ１４と、プライマリプーリ１３とセカンダリプーリ１４とに巻き掛けられたベルト１５とを備えている。
【００１９】
一定変速機構６は、遊星歯車機構２１、スプリットドライブギヤ２２、ハイブレーキ２３およびリバースブレーキ２４を備えている。
【００２０】
遊星歯車機構２１は、キャリア２５、サンギヤ２６およびリングギヤ２７が含まれる。キャリア２５は、インプット軸３に相対回転不能に支持されている。キャリア２５は、複数個のピニオンギヤ２８を回転可能に支持している。複数のピニオンギヤ２８は、円周上に等角度間隔で配置されている。サンギヤ２６は、インプット軸３に相対回転可能に外嵌されて、各ピニオンギヤ２８にインプット軸３の回転径方向の内側から噛合している。リングギヤ２７は、キャリア２５の周囲を取り囲む円環状を有し、各ピニオンギヤ２８にインプット軸３の回転径方向の外側から噛合している。
【００２１】
スプリットドライブギヤ２２は、サンギヤ２６と一体回転可能に設けられている。
【００２２】
ハイブレーキ２３は、リングギヤ２７を制動する係合状態（オン）と、リングギヤ２７の回転を許容する解放状態（オフ）とに切り替えられる。
【００２３】
リバースブレーキ２４は、スプリットドライブギヤ２２（サンギヤ２６）を制動する係合状態（オン）と、スプリットドライブギヤ２２の回転を許容する解放状態（オフ）とに切り替えられる。
【００２４】
合成用歯車機構７は、遊星歯車機構の構成を有している。すなわち、合成用歯車機構７は、キャリア３１、サンギヤ３２およびリングギヤ３３を備えている。キャリア３１は、無段変速機構５のセカンダリ軸１２と相対回転可能に設けられている。キャリア３１は、複数個のピニオンギヤ３４を回転可能に支持している。複数のピニオンギヤ３４は、円周上に等角度間隔で配置されている。サンギヤ３２は、セカンダリ軸１２に相対回転不能に支持されて、各ピニオンギヤ３４にセカンダリ軸１２の回転径方向の内側から噛合している。リングギヤ３３は、キャリア３１の周囲を取り囲む円環状を有し、各ピニオンギヤ３４にセカンダリ軸１２の回転径方向の外側から噛合している。また、リングギヤ３３は、アウトプット軸４と一体回転可能に設けられている。
【００２５】
合成用歯車機構７は、ロークラッチ３５を備えている。ロークラッチ３５は、アウトプット軸４とセカンダリ軸１２とを直結する係合状態（オン）と、その直結を解除する解放状態（オフ）とに切り替えられる。
【００２６】
また、一定変速機構６は、キャリア３１と一体回転可能に設けられたスプリットドリブンギヤ３６と、スプリットドライブギヤ２２およびスプリットドリブンギヤ３６と噛合するアイドルギヤ３７とを備えている。
【００２７】
また、動力分割式無段変速機１は、アイドル機構８を備えている。アイドル機構８には、アウトプット軸４と平行に設けられたアイドル軸４１と、アイドル軸４１に相対回転不能に支持された第１アイドルギヤ４２および第２アイドルギヤ４３とが含まれる。アウトプット軸４には、出力ギヤ４４が相対回転不能に支持されており、この出力ギヤ４４と第１アイドルギヤ４２とが噛合している。第２アイドルギヤ４３は、デファレンシャルギヤ２に備えられたリングギヤ４５と噛合している。
【００２８】
図２は、車両の前進時および後進時におけるハイブレーキ２３、リバースブレーキ２４およびロークラッチ３５の状態を示す図である。図２において、「○」は、ハイブレーキ２３、リバースブレーキ２４およびロークラッチ３５が係合状態であることを示している。
【００２９】
動力分割式無段変速機１は、車両の前進時の動力伝達モードとして、ベルトモード（無段変速モード）およびスプリットモード（動力分割モード）を有している。
【００３０】
ベルトモードでは、ハイブレーキ２３およびリバースブレーキ２４が解放状態にされる。そして、ロークラッチ３５が係合状態にされる。これにより、アウトプット軸４およびセカンダリ軸１２が直結される。
【００３１】
インプット軸３に入力される動力は、無段変速機構５のプライマリ軸１１に伝達され、プライマリ軸１１およびプライマリプーリ１３を回転させる。プライマリプーリ１３の回転は、ベルト１５を介して、セカンダリプーリ１４に伝達され、セカンダリプーリ１４およびセカンダリ軸１２を回転させる。ロークラッチ３５が係合されているので、アウトプット軸４がセカンダリ軸１２と一体に回転する。アウトプット軸４の回転は、出力ギヤ４４、第１アイドルギヤ４２、アイドル軸４１および第２アイドルギヤ４３を介して、デファレンシャルギヤ２のリングギヤ４５に伝達される。これにより、車両のドライブシャフト５１，５２が前進方向に回転する。
【００３２】
一定変速機構６の変速比は、無段変速機構５の最小変速比と同じ変速比に設定されている。車速に応じて、無段変速機構５の変速比が最小変速比まで変更されると、動力伝達モードがベルトモードからスプリットモードに切り替えられる。スプリットモードでは、ハイブレーキ２３が係合状態にされ、リバースブレーキ２４およびロークラッチ３５が解放状態にされる。ハイブレーキ２３が係合状態にされることにより、一定変速機構６のリングギヤ２７が制動される。また、ロークラッチ３５が解放状態にされることにより、アウトプット軸４とセカンダリ軸１２との直結が解除される。
【００３３】
インプット軸３に入力される動力は、無段変速機構５のプライマリ軸１１に伝達され、プライマリ軸１１およびプライマリプーリ１３を回転させる。プライマリプーリ１３の回転は、ベルト１５を介して、セカンダリプーリ１４に伝達され、セカンダリプーリ１４およびセカンダリ軸１２を回転させる。セカンダリ軸１２の回転により、合成用歯車機構７のサンギヤ３２が回転する。
【００３４】
また、一定変速機構６のリングギヤ２７が制動されているので、インプット軸３に入力される動力は、一定変速機構６のキャリア２５を公転させるとともに、そのキャリア２５に保持されているピニオンギヤ２８を回転させる。ピニオンギヤ２８の回転により、ピニオンギヤ２８からサンギヤ２６に動力が入力される。これにより、ピニオンギヤ２８およびスプリットドライブギヤ２２が回転する。スプリットドライブギヤ２２の回転は、一定変速機構６のアイドルギヤ３７を介して、スプリットドリブンギヤ３６に伝達され、スプリットドリブンギヤ３６およびキャリア３１を回転させる。
【００３５】
一定変速機構６の変速比が無段変速機構５の最小変速比と同じであるから、ベルトモードからスプリットモードに切り替えられた直後は、合成用歯車機構７のキャリア３１、サンギヤ３２およびリングギヤ３３が同じ速度で回転する。そして、リングギヤ３３と一体にアウトプット軸４が回転する。アウトプット軸４の回転は、出力ギヤ４４、第１アイドルギヤ４２、アイドル軸４１および第２アイドルギヤ４３を介して、デファレンシャルギヤ２のリングギヤ４５に伝達される。これにより、車両のドライブシャフト５１，５２が前進方向に回転する。
【００３６】
一定変速機構６の変速比は、無段変速機構５の最小変速比と同じ変速比で固定であるので、スプリットモードでは、合成用歯車機構７のキャリア３１の回転が一定速度に保持される。そのため、図３に示されるように、無段変速機構５の変速比が上げられると、サンギヤ３２（セカンダリ軸１２）の回転速度が下がり、それに伴って、リングギヤ（アウトプット軸４）の回転速度が上がる。よって、動力分割式無段変速機１は、大きな変速比幅を有することができる。
【００３７】
また、後進時には、ハイブレーキ２３およびロークラッチ３５が解放状態にされる。そして、リバースブレーキ２４が係合状態にされる。これにより、スプリットドライブギヤ２２（サンギヤ２６）が制動される。スプリットドライブギヤ２２の制動により、一定変速機構６のアイドルギヤ３７が回転不能となり、スプリットドリブンギヤ３６およびキャリア３１が回転不能となる。
【００３８】
インプット軸３に入力される動力は、無段変速機構５のプライマリ軸１１に伝達され、プライマリ軸１１およびプライマリプーリ１３を回転させる。プライマリプーリ１３の回転は、ベルト１５を介して、セカンダリプーリ１４に伝達され、セカンダリプーリ１４およびセカンダリ軸１２を回転させる。セカンダリ軸１２の回転により、合成用歯車機構７のサンギヤ３２が回転する。キャリア３１が回転不能なため、サンギヤ３２が回転すると、リングギヤ３３がサンギヤ３２と逆方向に回転する。このリングギヤ３３の回転方向は、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３３の回転方向と逆方向となる。そして、リングギヤ３３と一体にアウトプット軸４が回転する。アウトプット軸４の回転は、出力ギヤ４４、第１アイドルギヤ４２、アイドル軸４１および第２アイドルギヤ４３を介して、デファレンシャルギヤ２のリングギヤ４５に伝達される。これにより、車両のドライブシャフト５１，５２が後進方向に回転する。
【００３９】
図４は、一定変速機構６の機械的構成を示す断面図であり、インプット軸３の軸線（回転中心線）Ｃに対する一方側のみを示す。
【００４０】
遊星歯車機構２１のキャリア２５は、内周部６１およびフランジ部６２を一体的に備えている。内周部６１は、インプット軸３に外嵌されて、インプット軸３に相対回転不能に設けられている。フランジ部６２は、内周部６１からインプット軸３の回転径方向の外側に張り出している。フランジ部６２の外周端部には、回転中心線Ｃと平行に延びるギヤ支持軸６３が設けられ、ピニオンギヤ２８は、ギヤ支持軸６３に回転可能に支持されている。
【００４１】
サンギヤ２６は、外嵌部６４およびギヤ部６５を一体的に備えている。外嵌部６４は、インプット軸３に相対回転可能に外嵌されている。ギヤ部６５は、外嵌部６４の無段変速機構５側の端部からピニオンギヤ２８に向けて突出している。ギヤ部６５のピニオンギヤ２８との対向面には、ピニオンギヤ２８のギヤ歯６６と噛合するギヤ歯６７が形成されている。
【００４２】
なお、以下では、無段変速機構５側を「左側」とし、その反対側を「右側」と規定して、方向などの説明に「左右」を用いる。
【００４３】
リングギヤ２７は、円環部６８およびギヤ部６９を備えている。円環部６８は、インプット軸３の周囲を間隔を空けて取り囲み、回転径方向に延びている。ギヤ部６９は、円環部６８の外周端部から右側に、ピニオンギヤ２８とインプット軸３の回転径方向に対向する位置まで延出している。ギヤ部６９のピニオンギヤ２８との対向面には、ピニオンギヤ２８のギヤ歯６６と噛合するギヤ歯７０が形成されている。
【００４４】
スプリットドライブギヤ２２は、サンギヤ２６の外嵌部６４の右端部に外嵌状態で固定されている。
【００４５】
リバースブレーキ２４は、ブレーキハブ７１を備えている。ブレーキハブ７１は、スプリットドライブギヤ２２に固定され、インプット軸３の回転径方向に延びる円板部７２と、円板部７２の外周端から回転中心線Ｃと平行に延びる円筒部７３とを一体的に有している。円筒部７３の外周には、複数の円環板状のブレーキディスク７４が間隔を空けて配置され、円筒部７３には、各ブレーキディスク７４の内周部がスプライン嵌合されている。
【００４６】
また、円筒部７３の外周には、複数の円環板状のブレーキプレート７５がブレーキディスク７４と回転中心線Ｃに沿う方向に交互に並ぶように配置されている。各ブレーキプレート７５の外周部は、一定変速機構６を収容するケース７６にスプライン嵌合されている。
【００４７】
ブレーキハブ７１の右側には、ピストン７７が回転中心線Ｃに沿う方向に移動可能に設けられている。ピストン７７に油圧が供給されて、ピストン７７が左側に移動し、ピストン７７がブレーキプレート７５を押圧することにより、ブレーキプレート７５とブレーキディスク７４とが圧接する。これにより、リバースブレーキ２４が係合状態となって、スプリットドライブギヤ２２が制動される。ピストン７７に作用する油圧が開放されると、リターンスプリング７８の付勢力により、ピストン７７が右側に移動し、ブレーキプレート７５とブレーキディスク７４との圧接状態が解除される。これにより、リバースブレーキ２４が解放状態となって、スプリットドライブギヤ２２の制動が解除される。
【００４８】
図５は、一定変速機構６の変速比と動力分割式無段変速機１におけるトルクの伝達効率Ｅおよびリバースブレーキ２４のトルク容量安全率との関係を示すグラフである。
【００４９】
車両の前進時には、リバースブレーキ２４が解放されており、その解放されたリバースブレーキ２４に引きずりトルクＴｘが発生する。
【００５０】
動力分割式無段変速機１におけるトルクの伝達効率Ｅは、入力トルクをＴｉｎとし、無段変速機構５の変速比をγとし、一定変速機構６の変速比をｉとすると、次式（１）で表すことができる。
【００５１】
Ｅ＝｛（Ｔｉｎ−ｉ・Ｔｘ／γ）／Ｔｉｎ｝×１００（％）      ・・・（１）
【００５２】
この式（１）から、一定変速機構６の変速比ｉが小さいほど、トルクの伝達効率Ｅが向上することが判る。しかしながら、一定変速機構６の変速比が小さいほど、リバースブレーキ２４に大きなトルク容量が必要となり、リバースブレーキ２４のトルク容量安全率が低下する。トルク容量安全率は、リバースブレーキ２４に入力されるトルクの最大値に対するリバースブレーキ２４の最大トルク容量の割合である。
【００５３】
リバースブレーキ２４に備えられるブレーキディスク７４の枚数（ディスク枚数）を増やすことにより、リバースブレーキ２４のトルク容量を増大させることができる。しかしながら、リバースブレーキ２４のディスク枚数を増やすと、リバースブレーキ２４の引きずりトルクＴｘが増大するので、動力分割式無段変速機１におけるトルクの伝達効率Ｅが低下する。
【００５４】
以上のことから、動力分割式無段変速機１におけるトルクの伝達効率Ｅおよびリバースブレーキ２４のトルク容量安全率は、一定変速機構６の変速比に対して、図５に示されるような関係を有している。
【００５５】
そこで、動力分割式無段変速機１では、図５に示される関係に基づいて、リバースブレーキ２４のディスク枚数に応じた一定変速機構６の変速比の範囲内において、リバースブレーキ２４のトルク容量安全率が最低必要とされる値（必要安全率。たとえば、１．２）以上かつ所定値（たとえば、１．３）以下となるように、一定変速機構６（具体的には、スプリットドライブギヤ２２、スプリットドリブンギヤ３６、アイドルギヤ３７）の変速比、すなわち、スプリットギヤ比が設定されている。
【００５６】
これにより、リバースブレーキ２４のディスク枚数を一定として、リバースブレーキ２４のトルク容量を確保しつつ、一定変速機構６の変速比を可及的に小さくすることができる。その結果、コストアップを生じずに、動力分割式無段変速機１のトルクの伝達効率を向上させることができる。ひいては、トルクの伝達効率の向上により、車両の燃費の向上を図ることができる。
【００５７】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、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。
【符号の説明】
【００５８】
１    動力分割式無段変速機
５    無段変速機構
６    一定変速機構
７    合成用歯車機構
２２  スプリットドライブギヤ
２４  リバースブレーキ（後進用係合要素）
２５  キャリア
２６  サンギヤ
２７  リングギヤ
２８  ピニオンギヤ
【図１】
0006296937.tif 000002
【図２】
0006296937.tif 000003
【図３】
0006296937.tif 000004
【図４】
0006296937.tif 000005
【図５】
0006296937.tif 000006