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JP2006038161A - クラッチを持つ変速装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 加速切替操作時にすばやくエンジンの回転数を減少させて短時間で操作を終了させ、かつエンジンの吹け上がり現象を抑制できる、クラッチを持つ変速装置を提供する。
【解決手段】 エンジンで生起した動力の伝達を断続するクラッチ機構と、該クラッチ機構に連結する入力軸と駆動輪に連結する出力軸とを備え両軸の回転数の比を切り替える変速機構と、を備える変速装置であって、該クラッチ機構とは別に、制動部とすべり連結することでエンジンに制動力を付与する制動手段を備えることを特徴とするクラッチを持つ変速装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両の駆動動力を伝達し、変速する変速装置に関する。
車両に搭載されるエンジンで生起した動力を駆動輪まで伝達する途中で断続するためにクラッチ機構が一般的に用いられている。また、このクラッチ機構に連結する入力軸と、駆動輪に連結する出力軸と、両軸の回転数の比を切り替えるために異なる変速比を有する複数の変速歯車対と、を備える変速機構が一般的に併用されている。このクラッチ機構と変速機構とを備えた変速装置では、変速機構の一つの変速歯車対を選択して噛合させ、クラッチ機構を結合することにより、動力を駆動輪まで伝達して、走行するようにしている。そして加速切替操作では、一旦クラッチ機構を開離して動力の伝達を中断し、一段速い変速歯車対を選択して噛合させ、クラッチ機構を再度結合させるようにしている。
また最近では、加速切替操作を円滑に行い快適な乗り心地を得るために、例えば特許文献１に示すクラッチ機構を２つ持ついわゆるツインクラッチ変速装置が用いられている。一般的なツインクラッチ変速装置は、変速機構が備える第一入力軸とエンジンとを結合する第一クラッチと、変速機構が備える第二入力軸とエンジンとを結合する第二クラッチとを持ち、第一及び第二入力軸はそれぞれ変速比の異なる複数の駆動歯車を有し、いずれか一つが出力軸の被動歯車と噛合して動力を伝達するようになっている。
そして加速切替操作では、例えば第一入力軸のある一つの変速歯車対が噛合し第一クラッチが結合して走行している状態から第二入力軸の高速側の変速歯車対に切り替える場合には、一時的に二つのクラッチで分担して動力を伝達することにより切替操作している。すなわち、第一クラッチが完全に結合し第二クラッチが開離した状態から、第二クラッチの結合割合を徐々に大きくすると同時に第一クラッチの結合割合を徐々に小さくして、動力の伝達経路を第一クラッチから第二クラッチに移しながら、最終的に第二クラッチで全動力を伝達するようにしている。このように、ツインクラッチ変速装置では、動力の伝達を遮ることなく円滑に切替操作を行っている。
ところで、上述の加速切替操作はほぼ一定の車両走行速度で行われるため、高速側の第二入力軸の回転数は、低速側の第一入力軸の回転数よりも小さい。したがって、加速切替操作時にはエンジン回転数を減少させることが必要であり、電子制御により燃料供給を制限して対応している。と同時に、第二クラッチはすべりを生じており、エンジン回転数を減少させるブレーキとしての作用を果たしている。そして、操作終了時には第二クラッチは完全に結合し、第二入力軸はエンジンに同期して回転し、アクセル操作によりエンジン回転数を再度増加させて加速することができる。
ここで、快適性を確保するためにクラッチの断続操作及びエンジンの制御を円滑に行うが、そのために操作時間が長引く問題点が生じている。また、第一クラッチがすべり始めてエンジンの負荷が軽くなったとき、減少させるべきエンジン回転数が一時的に増加してしまう、いわゆる吹け上がり現象の発生する場合があり、エンジンの燃料噴射や操作時間の増加を引き起こしている。
特開２００３−１２０７６４号公報
本発明は上記背景に鑑みてなされたものであり、加速切替操作時にすばやくエンジンの回転数を減少させて短時間で操作を終了させ、かつエンジンの吹け上がり現象を抑制できる、クラッチを持つ変速装置を提供する。
上記課題を解決する本発明のクラッチを持つ変速装置は、エンジンで生起した動力の伝達を断続するクラッチ機構と、該クラッチ機構に連結する入力軸と駆動輪に連結する出力軸とを備え両軸の回転数の比を切り替える変速機構と、を備える変速装置であって、該クラッチ機構とは別に、制動部とすべり連結することでエンジンに制動力を付与する制動手段を備えることを特徴とする。
本発明の変速装置は、クラッチ機構と変速機構とを備える一般的な変速装置に、制動手段を付設したことを特徴としている。以下順に説明する。
一般的な車両は、エンジンで生起した動力をクラッチ機構で断続し、変速機構で変速し、最終的に駆動輪に伝達し、走行している。本発明では、この動力伝達系とは別に、エンジンに同期して回転する部位と固定保持された制動部とをすべり連結する制動手段を備えている。すべり連結とは、二つの部位が摩擦力や電磁力などにより連結されながらも、両者の回転数が異なるために、摩擦力や電磁力が制動力として作用する状態を言う。回転する部位として例えばエンジンのクランクシャフトやクラッチ機構の入力側の部位を選定する。固定保持された制動部には、クラッチ機構を収納しているケースなどを選定する。そして、回転する部位と固定保持された制動部との間に制動手段を設ける。制動手段としては、後述のように、動力の伝達を断続する一般的な摩擦クラッチや電磁クラッチなどを用いてもよい。
本発明のクラッチを持つ変速装置は、前記クラッチ機構を複数備え、該クラッチ機構はそれぞれ前記変速機構に連結していてもよい。本発明は、いわゆるツインクラッチ変速装置に適用することができる。本発明はシングルクラッチ変速装置にも適用でき、またマニュアルトランスミッション及びオートマチックトランスミッションのいずれにも適用できる。結局、もともとの変速装置のクラッチ数や操作制御方式を問わず、本発明に用いる制動手段を付設、適用することができる。
前記制動手段は摩擦クラッチであってもよい。また、前記制動手段は電磁クラッチであってもよい。本発明の制動手段は、滑り連結の程度を任意に制御できる方式であれば、種類、方式は問わない。滑り連結の程度を大きくしてやれば、大きな摩擦力あるいは電磁力が発生し、大きな制動力として作用する。逆に滑り連結の程度を小さくしてやれば、小さな摩擦力あるいは電磁力が発生し、小さな制動力として作用する。
本発明のクラッチを持つ変速装置は、エンジンに同期して回転する部位に設けられた磁石及び電機巻線の一方と、該一方に対向して固定部位に設けられた磁石及び電機巻線の他方と、からなる制動発電機を備えてもよい。電磁クラッチの考え方を拡張すれば、エンジンで生起した動力を電気エネルギーに変換して消費することにより、エンジン回転数を減少させるブレーキとして作用できればよい。したがって、エンジンに同期して回転する磁石及び電機巻線の一方が回転子として作用し、他方が固定子として作用する発電機が適用できる。
次に、本発明の変速装置の操作制御方法及び作用について説明する。例として、ツインクラッチ変速装置に制動手段を付設した構成で、第一クラッチに連結する第一入力軸の第一速から、第二クラッチに結合する第二入力軸の第二速に、加速切替操作する場合を考える。このとき、第二クラッチの結合割合を徐々に大きくすると同時に第一クラッチの結合割合を徐々に小さくしてゆく操作にあわせ、制動手段を滑り連結させる。滑り連結のために供給された摩擦力あるいは電磁力は、エンジンで生起された動力と相殺される。
このようにして制動手段はエンジンに制動力を付与し、エンジン回転数を第一入力軸の大きな回転数から第二出力軸の小さな回転数へと、すばやく減少させることができる。なお、制動手段をあまりにも急激に連結させると、駆動輪に伝達する動力が急変し、第一クラッチから第二クラッチへの動力の受け渡しが難しくなり、また快適性も損なわれる。このため、制動手段の滑り結合の程度は、連続的に円滑に変化させるように制御することが好ましい。
別の例として、主クラッチを備えたシングルクラッチ変速装置に制動手段を付設した構成で、第一速から第二速に加速切替操作する場合を考える。このとき、主クラッチを開離した後に第一速歯車対を第二速歯車対に切り替えるが、切替操作にあわせて制動手段を滑り連結させる。これによりエンジンに制動力を付与し、エンジン回転数をすばやく第二速まで減少させ、主クラッチの再結合による操作終了を早めることができる。
なお上述のように、本発明に用いる制動手段は加速切替操作時にのみ滑り連結させて使用し、それ以外の時には使用しない。
また、従来の変速装置の切替操作では、結合しているクラッチを緩めてすべらせるため、このときのエンジンの負荷が小さくなり、エンジンの回転数が一時的に増加する、いわゆる吹け上がり現象の発生する場合があった。本発明の制動手段はエンジンの負荷として連結されるため、この吹け上がり現象の抑制策としても効果的である。
本発明の複数のクラッチを持つ変速装置では、加速切替操作時に制動手段を滑り連結させてエンジンに制動力を付与するようにしたので、従来の電子制御により燃料供給を制限する方法と比較して、すばやくエンジン回転数を減少させることができ、短時間のうちに操作を終了することができる。また、加速切替操作時に本発明の制動手段はエンジンの負荷として結合されるため、吹け上がり現象を抑制することができる。
本発明を実施するための最良の形態を、図１のスケルトン図を参考にして説明する。本発明のクラッチを持つ変速装置の最良の形態は、ツインクラッチ変速装置に制動クラッチ１１を付設することにより構成されている。
まず、ツインクラッチ変速装置の構成を簡単に述べる。エンジン２１の出力は、フライホイールダンパ２３を介して第一クラッチＣ１及び第二クラッチＣ２に連結している。第一クラッチＣ１はエンジン２１で生起した動力を断続するクラッチ機構であり、出力側は変速機構３１の第一入力軸Ａ１に連結している。同様に第二クラッチＣ２もクラッチ機構であり、出力側は変速機構３１の第二入力軸Ａ２に連結している。
第一入力軸Ａ１は、第一速駆動歯車Ｇ１、第三速駆動歯車Ｇ３、及び第五速駆動歯車Ｇ５を備えている。第二入力軸Ａ２は中空軸で構成され、内側を第一入力軸Ａ１が貫通し、外側には第二速駆動歯車Ｇ２、及び第四速駆動歯車Ｇ４を備えている。通常の走行時には、駆動歯車のいずれか一つが選択されて出力軸Ａ９側の被動歯車と噛合し、動力が伝達されている。
次に、本発明で付設する制動クラッチ１１について説明する。制動クラッチ１１は、制動手段に相当する補助クラッチ部Ｃ３と、制動部に相当する固定保持部１２とからなり、両者は滑り連結できるように構成されている。補助クラッチ部Ｃ３は、第一クラッチＣ１及び第二クラッチＣ２と同様に、エンジン２１の出力に連結している。補助クラッチ部Ｃ３の出力側は、固定保持部１２によりクラッチケース１３に固定保持されており、出力軸Ａ９には連結していない。
次に、本発明の変速装置のクラッチ機構部位の構造を、図２の構造図を参考にして説明する。図中の一点鎖線は中心線であり、軸対称の構造を有している。エンジン２１の出力であるクランクシャフト２２には、ボルトを介してフライホイールダンパ２３が連結されている。フライホイールダンパ２３には、スプラインを介してクラッチ入力軸２４が連結されている。また、第一クラッチカバーＶ１、中間シャフト２５、及び第二クラッチカバーＶ２が、クラッチ入力軸２４に固定連結されて一体となり、エンジン２１と共に回転するように構成されている。
第一クラッチカバーＶ１には複板の円板摩擦式の第一クラッチＣ１が付設され、出力側は第一クラッチドラムＤ１を経由し、スプラインを介して変速機構３１の第一入力軸Ａ１に連結されている。同様に、第二クラッチカバーＶ２にも複板の円板摩擦式の第二クラッチＣ２が付設され、出力側は第二クラッチドラムＤ２を経由し、スプラインを介して変速機構３１の中空の第二入力軸Ａ２に連結されている。第一入力軸Ａ１及び第二入力軸Ａ２は変速機構３１まで動力を伝達している。
また、第一クラッチＣ１の脇には第一ピストンＰ１が配設されており、中間軸２５内の油道２６を経由して付与される油圧により第一クラッチＣ１を操作できるようになっている。すなわち、油圧の大きさに対応して、第一ピストンＰ１が第一クラッチＣ１を押圧、摩擦結合させ、第一クラッチカバーＶ１から第一クラッチドラムＤ１に動力を伝達するように構成されている。同様に、第二クラッチＣ２の脇には第二ピストンＰ２が配設されて、油圧により第二クラッチＣ２を押圧、摩擦結合させるように構成されている。
続いて、本発明の制動クラッチ１１に関する構造について説明する。第一クラッチカバーＶ１には補助クラッチカバーＶ３が連結され、エンジン２１と共に回転するように構成されている。補助クラッチカバーＶ３には複板の円板摩擦式の補助クラッチＣ３が付設され、出力側は固定保持部１２によりクラッチケース１３に皿ねじで固定保持されている。また、補助クラッチＣ３の脇には補助ピストンＰ３が配設されており、油圧により補助クラッチＣ３を操作できるようになっている。すなわち、油圧の大きさに対応して、補助ピストンＰ３が補助クラッチＣ３を押圧、摩擦結合し、出力側が固定されているため、エンジン２１で生起した動力を摩擦による熱エネルギーとして消費するようになっている。
上述のように構成した本発明の変速装置は、例えば次のように操作、制御する。すなわち、第三速で走行していて第四速に加速切替操作する場合、操作開始以前は第一入力軸Ａ１の第三速駆動歯車Ｇ３が出力軸Ａ９の被動歯車と噛合し、第一クラッチＣ１が結合して動力を伝達しており、第二クラッチＣ２は開離している。そして、第四速への加速切替指令が入ると、第二入力軸Ａ２の第四速駆動歯車Ｇ４を噛合させるが、第二クラッチＣ２が開離しているため、第二入力軸Ａ２は出力軸Ａ９側から駆動され、出力軸Ａ９に同期して空転している。このとき、変速比の違いにより、第二入力軸Ａ２の回転数は、第一入力軸Ａ１の回転数よりも小さくなっている。
ここで、従来のツインクラッチ変速装置では、第二クラッチＣ２を徐々に結合させてゆくと同時に第一クラッチＣ１の結合割合を徐々に小さくして、動力を受け渡してゆく。これにあわせ、電子制御により燃料制限を行ってエンジン２１の回転数を第二入力軸Ａ２の回転数まで減少させ、同期した時点で第一クラッチＣ１を完全に開離し、第二クラッチＣ２のみで動力を伝達する。これにより、加速切替操作は終了する。
本発明の変速装置では、上述の動力の受け渡しに同期して、補助ピストンＰ３に油圧を給与し、制動クラッチ１１の補助クラッチ部Ｃ３を滑り連結した状態にする。補助クラッチ部Ｃ３の出力側は固定保持部１２によりクラッチケース１３に固定保持されているため、補助クラッチ部Ｃ３では摩擦を生じ、エンジン２１で生起した動力を熱エネルギーとして消費する。これにより、制動クラッチ１１はエンジン２１に制動力を付与し、エンジン２１の回転数は従来よりも速く減少し、操作時間を短縮できる。
図３に示す加速切替操作のタイムチャートは、上述の説明を図式的に示したもので、（ａ）は従来のツインクラッチ変速装置、（ｂ）は本発明の変速装置である。図中、横軸は時間、縦軸は回転数を示し、太線でエンジン回転数を、細線で入力軸の回転数を、破線ではクラッチの開離した状態をそれぞれ示している。
図３（ａ）は、従来のツインクラッチ変速装置の場合であり、時刻Ｔ１で第三速から第四速への加速指令を受け、時刻Ｔ２で第四速駆動歯車Ｇ４の噛合を終えて動力の受け渡しを始め、時刻Ｔ４で操作を終えその後アクセルにより加速した状況を示している。時刻Ｔ２で第一クラッチＣ１の結合を緩めたとき、エンジン２１の負荷が軽くなり回転数が増加する吹け上がり現象が時刻Ｔ３まで継続している。その後は、燃料制限によりエンジン２１の回転数は徐々に減少して時刻Ｔ４で第二入力軸Ａ２の回転数に同期し、第一クラッチＣ１が開離されて操作が終了している。
図３（ｂ）は、本発明の変速装置の場合であり、時刻Ｔ２以降の動作が従来と異なっている。すなわち、時刻Ｔ２で動力の受け渡しを始めるとともに、制動クラッチ１１をブレーキとして作用させたため、吹け上がり現象の生じることはなく、またエンジン２１の回転数の減少も迅速であり、従来よりも早い時刻Ｔ５で操作を終了している。
なお、本発明の制動クラッチ１１の補助クラッチ部Ｃ３は、摩擦クラッチに代わり電磁クラッチでもよく、熱エネルギーの代わりに電磁エネルギーとして動力を消費する。
図４は、請求項５に記載の制動発電機を備えた例を示すスケルトン図である。
この例では、エンジン２１に連結し同期して回転するクラッチカバー４１の外周に磁石４２を設けて回転磁界をつくり、クラッチケース１３に電機巻線４３を回転磁界と鎖交するように固定配設して制動発電機を構成している。この構成で、加速切替動作時にのみ電機巻線４３に図略の電気負荷を接続してやれば、エンジン２１で生起した機械動力を制動発電機で電気エネルギーに変換し、電気負荷で消費することができ、上述の制動クラッチ１１と同等に作用する。
本発明のクラッチを持つ変速装置は、車両の仕様や変速装置の方式を問わず、広く車両一般に適用できる。
本発明のクラッチを持つ変速装置の実施例を示すスケルトン図である。 図１の実施例におけるクラッチ機構部位の構造を示す構造図であり、図中の一点鎖線は軸対称の中心線を示している。 図１の実施例における加速切替操作のタイムチャートを示す説明図であり、（ａ）は従来のツインクラッチ変速装置、（ｂ）は本発明の変速装置である。 制動発電機を備えた別の実施例を示すスケルトン図である。
符号の説明
１１：制動クラッチ １２：固定保持部 １３：クラッチケース
２１：エンジン ２２：クランクシャフト ２３：フライホイールダンパ
２４：クラッチ入力軸 ２５：中間軸 ２６：油道
３１：変速機構
４１：クラッチカバー ４２：磁石 ４３：電機巻線
Ｃ１：第一クラッチ Ｃ２：第二クラッチ Ｃ３：補助クラッチ部
Ｖ１：第一クラッチカバー Ｖ２：第二クラッチカバー
Ｄ１：第一クラッチドラム Ｄ２：第二クラッチドラム
Ｐ１：第一ピストン Ｐ２：第二ピストン
Ａ１：第一入力軸 Ａ２：第二入力軸 Ａ９：出力軸
Ｇ１：第一速駆動歯車 Ｇ２：第二速駆動歯車 Ｇ３：第３速駆動歯車
Ｇ４：第４速駆動歯車 Ｇ５：第５速駆動歯車

Claims (5)

  1. エンジンで生起した動力の伝達を断続するクラッチ機構と、該クラッチ機構に連結する入力軸と駆動輪に連結する出力軸とを備え両軸の回転数の比を切り替える変速機構と、を備える変速装置であって、
    該クラッチ機構とは別に、制動部とすべり連結することでエンジンに制動力を付与する制動手段を備えることを特徴とするクラッチを持つ変速装置。
  2. 前記クラッチ機構を複数備え、該クラッチ機構はそれぞれ前記変速機構に連結している請求項１記載のクラッチを持つ変速装置。
  3. 前記制動手段は摩擦クラッチである請求項１及び２記載のクラッチを持つ変速装置。
  4. 前記制動手段は電磁クラッチである請求項１及び２記載のクラッチを持つ変速装置。
  5. エンジンで生起した動力の伝達を断続するクラッチ機構と、該クラッチ機構に連結する入力軸と駆動輪に連結する出力軸とを備え両軸の回転数の比を切り替える変速機構と、を備える変速装置であって、
    エンジンに同期して回転する部位に設けられた磁石及び電機巻線の一方と、該一方に対向して固定部位に設けられた磁石及び電機巻線の他方と、からなる制動発電機を備えることを特徴とするクラッチを持つ変速装置。
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