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WO2012172638A1 - 4輪駆動車用のトランスファ - Google Patents

4輪駆動車用のトランスファ Download PDF

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Publication number
WO2012172638A1
WO2012172638A1 PCT/JP2011/063568 JP2011063568W WO2012172638A1 WO 2012172638 A1 WO2012172638 A1 WO 2012172638A1 JP 2011063568 W JP2011063568 W JP 2011063568W WO 2012172638 A1 WO2012172638 A1 WO 2012172638A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gear
output shaft
sleeve
transfer
carrier
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/063568
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
吉村 孝広
Original Assignee
トヨタ自動車株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by トヨタ自動車株式会社 filed Critical トヨタ自動車株式会社
Priority to US14/003,178 priority Critical patent/US8905888B2/en
Priority to CN201180022025.6A priority patent/CN103648822B/zh
Priority to PCT/JP2011/063568 priority patent/WO2012172638A1/ja
Priority to EP11867662.6A priority patent/EP2722213B1/en
Priority to JP2013520349A priority patent/JP5569651B2/ja
Publication of WO2012172638A1 publication Critical patent/WO2012172638A1/ja

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K23/00Arrangement or mounting of control devices for vehicle transmissions, or parts thereof, not otherwise provided for
    • B60K23/08Arrangement or mounting of control devices for vehicle transmissions, or parts thereof, not otherwise provided for for changing number of driven wheels, for switching from driving one axle to driving two or more axles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K17/00Arrangement or mounting of transmissions in vehicles
    • B60K17/34Arrangement or mounting of transmissions in vehicles for driving both front and rear wheels, e.g. four wheel drive vehicles
    • B60K17/348Arrangement or mounting of transmissions in vehicles for driving both front and rear wheels, e.g. four wheel drive vehicles having differential means for driving one set of wheels, e.g. the front, at one speed and the other set, e.g. the rear, at a different speed
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
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    • B60K23/00Arrangement or mounting of control devices for vehicle transmissions, or parts thereof, not otherwise provided for
    • B60K23/08Arrangement or mounting of control devices for vehicle transmissions, or parts thereof, not otherwise provided for for changing number of driven wheels, for switching from driving one axle to driving two or more axles
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
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    • B60K2023/0816Arrangement or mounting of control devices for vehicle transmissions, or parts thereof, not otherwise provided for for changing number of driven wheels, for switching from driving one axle to driving two or more axles for varying torque distribution between driven axles, e.g. by transfer clutch for varying front-rear torque distribution with a central differential

Definitions

  • the present invention relates to a transfer for a four-wheel drive vehicle that transmits rotational power input to an input shaft to a front wheel output shaft and a rear wheel output shaft.
  • Patent Document 1 describes a power transmission device for a four-wheel drive vehicle that transmits rotational power input from a main transmission to an input shaft to a front wheel drive shaft and a rear wheel drive shaft.
  • This power transmission device includes an auxiliary transmission and a center differential (also referred to as a center differential).
  • Each of the auxiliary transmission and the center differential is constituted by a single pinion type planetary gear mechanism.
  • This power transmission device can select one of four operating patterns.
  • the first operation pattern is a two-wheel drive (Hi-2WD) at a high speed gear
  • the second operation pattern is a four-wheel drive at a high speed gear and a traveling state having a differential action between front and rear wheels (Hi-4WD- Free)
  • the third operation pattern is a four-wheel drive at a high speed gear stage and there is no differential action between the front and rear wheels (Hi-4WD-Lock)
  • the fourth operation pattern is a four-wheel drive at a low speed gear stage.
  • the vehicle is in a traveling state (Lo-4WD-Lock) where there is no differential action between the front and rear wheels.
  • This switching of the operation pattern is configured to be performed using two switching mechanisms.
  • a single Ravigneaux type planetary gear mechanism in a transfer for a four-wheel drive vehicle, has both a function as an auxiliary transmission and a function as a center differential.
  • one of the four operation patterns (drive modes) similar to that of the power transmission device of Patent Document 1 can be selected.
  • the operation pattern (drive mode) is switched using three clutches and one brake.
  • this planetary gear mechanism is called a Ravigneaux type, and has a configuration in which two sun gears are arranged in the axial direction, The pinion gears are arranged in the radial direction and engaged with each other, so that it is pointed out that the construction is complicated and the number of components is large, and that the equipment cost increases, and the external dimensions are large. be pointed out.
  • the present invention realizes a speed change function and a center differential function in a transfer for a four-wheel drive vehicle that transmits rotational power input to an input shaft to a front wheel output shaft and a rear wheel output shaft. It aims at simplifying the structure of the power transmission element for this purpose.
  • the transfer for a four-wheel drive vehicle includes a speed change function for shifting the rotational speed input to the input shaft and outputting the speed from at least one of the rear wheel output shaft and the front wheel output shaft, and the two output shafts.
  • the power transmission element may further include a range switching element for switching the gear ratio to a low range or a high range.
  • the range switching element includes a low gear piece, a high gear piece, an internal gear provided at an inner end of the input shaft, and a first sleeve.
  • the low gear piece is an external gear provided on the outer diameter side of the distal end of a central cylindrical shaft portion provided to extend in the axial direction at the center of the sun gear of the planetary gear mechanism.
  • the high gear piece is a portion protruding from a front end opening of the central cylindrical shaft portion in a central shaft portion provided so as to be inserted into the center of the carrier of the planetary gear mechanism so as to be relatively rotatable on the inner diameter side of the central cylindrical shaft portion.
  • the external gear is provided on the outer diameter side of the lower gear piece, and is arranged in line with the low gear piece in a non-contact manner in the axial direction.
  • the first sleeve has external teeth that can mesh with the internal gear of the input shaft on the outer periphery, and has internal teeth that can mesh with the external teeth of the low gear piece or the external teeth of the high gear piece on the inner periphery, In addition, when the low range is requested, it is slid to a position where it engages with the internal gear of the input shaft and the external gear of the low gear piece, while when the high range is requested, the internal gear of the input shaft and the external gear of the high gear piece Each is slid to the meshing position.
  • the power transmission element is configured to output a rotational power input to the input shaft from the rear wheel output shaft and the front wheel output shaft, and from the rear wheel output shaft or the front wheel output shaft. It can be set as the structure further including the mode switching element for switching to either one of the two-wheel drive modes to output.
  • the mode switching element not only the four-wheel drive mode but also the two-wheel drive mode can be selected by the mode switching element.
  • the power transmission element may further include a differential switching element for switching between a state where the differential action between the two output shafts is allowed and a state where the differential action is prohibited.
  • the power transmission element secures one of a first connection state in which the input shaft is connected to a carrier of the planetary gear mechanism and a second connection state in which the input shaft is connected to a sun gear of the planetary gear mechanism. Any one of a first connection state for connecting the front wheel output shaft to the sun gear, a second connection state for connecting to the carrier, and an idling state for disengagement from the sun gear and the carrier.
  • a second sleeve for securing one, a rear wheel output shaft connected to the ring gear of the planetary gear mechanism, a second connected state connected to the carrier, a second connected state connected to the carrier, and the ring gear and the carrier A third sleeve for securing any one of the third connected states, and the ring gear in a freely rotatable state or a non-rotatable locked state. Further comprising a frictional engagement element because, it is possible to adopt a configuration.
  • a high-range two-wheel drive mode Hi-2WD
  • a high-range four-wheel drive mode that allows the differential action Hi-4WD-Free
  • a high-range four-wheel drive mode Hi-4WD-Lock
  • a mode in which the differential action is prohibited Hi-4WD-Lock
  • a low-range four-wheel drive mode in which the differential action is prohibited Li-4WD-Lock
  • the ring gear In the (Hi-2WD) mode, the ring gear is rotated freely by the friction engagement element, the input state and the carrier are connected by the first sleeve, and the second sleeve is operated by the second sleeve.
  • the front wheel output shaft, the sun gear, and the carrier are disconnected, the front wheel output shaft is allowed to idle, and the third sleeve connects the rear wheel output shaft, the ring gear, and the carrier with the third sleeve. It should be in a state.
  • the ring gear is rotated freely by the friction engagement element, and the first sleeve is connected to the input shaft and the carrier by the first sleeve.
  • the sleeve may be in a first connection state where the front wheel output shaft and the sun gear are connected, and the third sleeve may be in a first connection state where the rear wheel output shaft and the ring gear are connected.
  • the ring gear In the (Hi-4WD-Lock) mode, the ring gear is rotated freely by the friction engagement element, the first sleeve is connected to the input shaft and the carrier by the first sleeve, and the second gear is The sleeve may be in a first connection state where the front wheel output shaft and the sun gear are connected, and the third sleeve may be in a third connection state where the rear wheel output shaft is connected to the ring gear and the carrier.
  • the ring gear is brought into a non-rotatable locked state by the friction engagement element, the second sleeve is connected by the first sleeve to connect the input shaft and the sun gear,
  • the second sleeve may be in a second connection state where the front wheel output shaft and the carrier are connected by two sleeves, and the second sleeve may be in a second connection state where the rear wheel output shaft and the carrier are connected by the third sleeve.
  • the planetary gear mechanism is configured to mesh between a ring gear that is rotatably arranged, a sun gear that is concentrically disposed on a radially inner side of the ring gear via a predetermined space, and the ring gear and the sun gear.
  • the configuration of the planetary gear mechanism is specified.
  • all of the sun gear, the pinion gear, the carrier, and the ring gear of the planetary gear mechanism can be relatively rotated.
  • the ring gear is brought into a non-rotatable locked state by the friction engagement element, the sun gear, the pinion gear and the carrier of the planetary gear mechanism can be relatively rotated.
  • the present invention relates to a structure of a power transmission element for realizing a shift function and a center differential function in a transfer for a four-wheel drive vehicle that transmits rotational power input to an input shaft to a front wheel output shaft and a rear wheel output shaft.
  • Simplification can be achieved. Therefore, it is possible to contribute to the reduction of the transfer equipment cost and the reduction of the outer dimensions.
  • FIG. 2 is a skeleton diagram showing a schematic configuration of the transfer of FIG. 1 and shows a Hi-2WD mode.
  • FIG. 2 is a skeleton diagram illustrating a schematic configuration of the transfer of FIG. 1 and illustrates a Hi-4WD-Free mode.
  • FIG. 2 is a skeleton diagram illustrating a schematic configuration of the transfer of FIG. 1 and illustrates a Hi-4WD-Look mode.
  • FIG. 2 is a skeleton diagram illustrating a schematic configuration of the transfer of FIG. 1 and illustrates a Lo-4WD-Lock mode.
  • FIG. 1 to 5 show an embodiment of the present invention.
  • the drive device for a four-wheel drive vehicle exemplified in this embodiment is exemplified by a drive device for a four-wheel drive vehicle having a basic configuration of a drive device for a front engine / rear drive (FR) vehicle.
  • FR front engine / rear drive
  • the drive device for a four-wheel drive vehicle shown in FIG. 1 includes an engine 1, a transmission 2, a transfer 3, a front propeller shaft 4F, a rear propeller shaft 4R, a front differential 5F, and a rear differential 5R.
  • reference numeral 6F is a front wheel
  • 6R is a rear wheel.
  • Engine 1 is a known drive source that outputs rotational power by burning fuel such as a gasoline engine or a diesel engine.
  • the transmission 2 shifts and outputs the rotational speed of an output shaft (crankshaft) (not shown) of the engine 1.
  • the transmission 2 is called a main transmission mechanism or the like, and has, for example, a configuration using a planetary gear mechanism or a large number of gear trains and synchronization mechanisms.
  • the transfer 3 includes an input shaft 11, a rear wheel output shaft 12, a front wheel output shaft 13, a set of planetary gear mechanisms 20, a range switching element 30, a mode switching element 40, and differential switching. Element 50 is provided.
  • the input shaft 11 is rotatably supported by the transfer case 14 via a rolling bearing (not shown). Rotational power output from the transmission 2 is input to the input shaft 11.
  • the rear wheel output shaft 12 is arranged coaxially with the input shaft 11.
  • the rear wheel output shaft 12 outputs rotational power to the left and right rear wheels 6R via the rear propeller shaft 4R, the rear differential 5R, and the left and right rear drive shafts (not shown).
  • the front wheel output shaft 13 is arranged in parallel with the rear wheel output shaft 12.
  • the front wheel output shaft 13 is provided with power transmission elements (15 to 17).
  • the power transmission element includes a drive gear 15, a driven gear 16, a ring-shaped member 17 formed of a drive chain or a drive belt, and the like.
  • the drive gear 15 is attached to the outer diameter side of the central cylindrical shaft portion 22a of the sun gear 22 of the planetary gear mechanism 20 described below via an appropriate rolling bearing (not shown).
  • the driven gear 16 is provided to rotate integrally with the outer diameter side of the front wheel output shaft 13.
  • the ring-shaped member 17 is wound around the drive gear 15 and the driven gear 16.
  • the front wheel output shaft 13 outputs rotational power to the left and right front wheels 6F via the power transmission elements (15 to 17), the front propeller shaft 4F, the front differential 5F, and the left and right front drive shafts (not shown). It is like that.
  • one set of planetary gear mechanism 20, range switching element 30, mode switching element 40, differential switching element 50, and the like correspond to the power transmission elements described in the claims.
  • the power transmission element includes a speed change function for shifting the rotational power input to the input shaft 11 at an appropriate speed ratio and outputting it from at least one of the rear wheel output shaft 12 and the front wheel output shaft 13, and a rear wheel output shaft. 12 and a center differential function that allows a differential action between the front wheel output shaft 13 and the front wheel output shaft 13.
  • the planetary gear mechanism 20 is configured to have one row of gear groups in the axial direction and each gear does not move in the axial direction, that is, a single pinion type.
  • the planetary gear mechanism 20 includes a ring gear 21 made of an internal gear, a sun gear 22 made of an external gear, a plurality of pinion gears 23 made of an external gear, a carrier 24, and the like. Each gear is arranged so as not to move in the axial direction.
  • the ring gear 21 is supported on the transfer case 14 via a brake 18.
  • the sun gear 22 is spaced from the inner diameter side of the ring gear 21.
  • the plurality of pinion gears 23 are arranged so as to mesh with the opposed annular spaces of the ring gear 21 and the sun gear 22, respectively.
  • the carrier 24 rotatably supports each pinion gear 23 and rotates in synchronization with the revolution operation of each pinion gear 23.
  • the brake 18 is, for example, a known multi-plate frictional engagement element or the like, and has an inner diameter side friction plate provided on the ring gear 21 side and an outer diameter side provided on the transfer case 14 side. And a friction plate.
  • the inner diameter side friction plate and the outer diameter side friction plate are frictionally engaged.
  • 21 is integrated with the transfer case 14 so as to be in a non-rotatable locked state, and when the hydraulic pressure or electromagnetic force disappears, the inner diameter side friction plate and the outer diameter side friction plate are separated and released.
  • the ring gear 21 is separated from the transfer case 14 to be rotatable.
  • the range switching element 30 enables the gear ratio by the planetary gear mechanism 20 to be switched to a low range (L) or a high range (H).
  • the range switching element 30 includes a low gear piece 31, a high gear piece 32, an internal gear 33 of the input shaft 11, a first sleeve 34, and the like.
  • the low gear piece 31 is provided on the outer diameter side of the distal end of the central cylindrical shaft portion 22a provided so as to extend in the axial direction at the center of the sun gear 22 of the planetary gear mechanism 20.
  • the high gear piece 32 has a front end opening of the central cylindrical shaft portion 22a at a central shaft portion 24a provided to be inserted into the center of the carrier 24 of the planetary gear mechanism 20 so as to be relatively rotatable on the inner diameter side of the central cylindrical shaft portion 22a. It is provided in the outer diameter side of the part which protrudes from.
  • the low gear piece 31 and the high gear piece 32 are both external gears, and the low gear piece 31 and the high gear piece 32 are arranged adjacent to each other in the axial direction in a non-contact manner.
  • the internal gear 33 is provided at the inner end of the input shaft 11.
  • the first sleeve 34 is disposed between the internal gear 33 of the input shaft 11 and the low gear piece 31 and the high gear piece 32 so as to be slidable in the axial direction.
  • the first sleeve 34 has external teeth that can mesh with the internal gear 33 of the input shaft 11 on the outer periphery, and can mesh with the external teeth of the low gear piece 31 or the external gear of the high gear piece 32 on the inner periphery.
  • Has internal teeth. Each tooth is also called a spline.
  • the input shaft 11 and the carrier 24 of the planetary gear mechanism 20 are in the first state. It will be in the 1st connection state connected via the sleeve 34, the high gear piece 32, and the center axis
  • the first sleeve 34 is slid to a position where it engages with the internal gear 33 of the input shaft 11 and the external gear of the low gear piece 31, the input shaft 11 and the sun gear 22 of the planetary gear mechanism 20 are connected to the first sleeve 34.
  • the second connected state is established through the low gear piece 31 and the central cylindrical shaft portion 22a.
  • the mode switching element 40 enables a four-wheel drive (4WD) mode or a two-wheel drive (2WD) mode.
  • the four-wheel drive mode is a mode in which a power transmission path for outputting the rotational power input to the input shaft 11 from both the rear wheel output shaft 12 and the front wheel output shaft 13 is secured.
  • the two-wheel drive mode is a form in which a power transmission path for outputting the rotational power input to the input shaft 11 only from the rear wheel output shaft 12 is secured.
  • the mode switching element 40 includes an external gear 41 of the drive gear 15, an external gear 42 of the sun gear 22, an internal gear 43 of the carrier 24, a second sleeve 44, and the like. It is comprised including.
  • the external gear 41 of the drive gear 15 is provided on the outer diameter side of the tip of the central shaft portion of the drive gear 15.
  • the external gear 42 of the sun gear 22 is provided on the outer diameter side in the middle of the central cylindrical shaft portion 22 a of the sun gear 22 in the axial direction.
  • the internal gear 43 of the carrier 24 is provided on the tip inner diameter side of the pinion shaft inserted into the pinion gear 23 in the carrier 24.
  • the second sleeve 44 is disposed in an axially slidable state between the external gear 41 of the drive gear 15 and the external gear 42 of the sun gear 22 and the internal gear 43 of the carrier 24.
  • the second sleeve 44 has external teeth that can mesh with the internal teeth of the internal gear 43 of the carrier 24 on the outer periphery, and the external teeth of the external gear 41 of the front wheel output shaft 13 and the sun gear on the inner periphery. It has internal teeth that can mesh with external teeth of the 22 external gears 42. Each tooth is also called a spline.
  • the second sleeve 44 In order to enter the two-wheel drive mode, the second sleeve 44 is not meshed with the external gear 42 of the sun gear 22 or the internal gear 43 of the carrier 24, and is engaged with only the external gear 41 of the drive gear 15.
  • the drive gear 15 may be made idle by sliding.
  • the sun gear 22 and the front wheel output shaft 13 are slid by sliding the second sleeve 44 to a position where it engages with the external gear 41 of the drive gear 15 and the external gear 42 of the sun gear 22, respectively.
  • the second sleeve 44 is slid to a position where the second sleeve 44 is engaged with the external gear 41 of the drive gear 15 and the internal gear 43 of the carrier 24 to thereby connect the carrier 24 and the front wheel output shaft. What is necessary is just to make it the 2nd connection state which connects 13 with.
  • the differential switching element 50 enables or disables the differential action between the rear wheel output shaft 12 and the front wheel output shaft 13 in the four-wheel drive mode.
  • the differential switching element 50 includes an external gear 51 of the rear wheel output shaft 12, an external gear 52 of the carrier 24, an internal gear 53 of the ring gear 21, and a third gear.
  • a sleeve 54 and the like are included.
  • the external gear 51 of the rear wheel output shaft 12 is provided on the distal outer diameter side of the central shaft portion of the rear wheel output shaft 12.
  • the external gear 52 of the carrier 24 is provided at the end of the center shaft portion 24a of the carrier 24 on the rear wheel output shaft 12 side.
  • the internal gear 53 of the ring gear 21 is provided on the inner diameter side of the distal end of the cylindrical shaft 21 a provided so as to protrude from the ring gear 21 to the rear wheel output shaft 12 side.
  • the third sleeve 54 is disposed so as to be slidable in the axial direction between the external gear 51 of the rear wheel output shaft 12 and the external gear 52 of the carrier 24 and the internal gear 53 of the ring gear 21.
  • the third sleeve 54 has external teeth that can mesh with the internal gear 53 of the ring gear 21 on the outer periphery, and the external gear 51 of the rear wheel output shaft 12 and the external gear of the carrier 24 on the inner periphery. 52 has internal teeth that can mesh with the inner teeth. Each tooth is also called a spline.
  • the third sleeve 54 meshes with the external gear 51 of the rear wheel output shaft 12 and the internal gear 53 of the ring gear 21.
  • the carrier 24, the ring gear 21 and the sun gear 22 of the planetary gear mechanism 20 can be rotated relative to each other. In this state, a differential action between the rear wheel output shaft 12 and the front wheel output shaft 13 is allowed.
  • the third sleeve 54 is connected to the external gear 51 of the rear wheel output shaft 12, the internal gear 53 of the ring gear 21, and the carrier 24.
  • the third sleeve 54 is engaged with the external gear 52, the rear wheel output shaft 12, the ring gear 21 and the carrier 24 are connected by the third sleeve 54.
  • the carrier 24, the ring gear 21 and the sun gear of the planetary gear mechanism 20 are connected. Therefore, the differential action between the rear wheel output shaft 12 and the front wheel output shaft 13 is prohibited.
  • the third sleeve 54 meshes with the external gear 51 of the rear wheel output shaft 12 and the external gear 52 of the carrier 24.
  • the carrier 24, the ring gear 21 and the sun gear 22 of the planetary gear mechanism 20 cannot be rotated relative to each other. Therefore, the differential action between the rear wheel output shaft 12 and the front wheel output shaft 13 is prohibited.
  • first shift fork 35 is provided in the first sleeve 34 of the range switching element 30
  • second shift fork 45 is provided in the second sleeve 44 of the mode switching element 40
  • third shift fork of the differential switching element 50 is respectively engaged with the sleeves 54.
  • the first to third shift forks 35, 45, 55 are individually operated by a shift actuator 60 (see FIG. 1). That is, the first to third shift forks 35, 45, and 55 individually slide the first to third sleeves 34, 44, and 54 in parallel with the respective central axes, thereby allowing the range switching element 30 and the mode switching element 40 to be slid. In addition, the differential switching element 50 is actuated.
  • the shift actuator 60 decelerates the rotational power generated by the shift motor by the power transmission mechanism and transmits it to the first to third shift forks 35, 45, 55 as an axial propulsion force.
  • the first to third shift forks 35, 45, 55 are individually slid in parallel with the central axis.
  • the operation of the shift actuator 60 is controlled by the 4WD control computer 100 (see FIG. 1).
  • the 4WD control computer 100 has a known configuration including a CPU (central processing unit), ROM (program memory), RAM (data memory), backup RAM (nonvolatile memory), and the like.
  • the ROM stores various control programs and maps that are referred to when the various control programs are executed.
  • the CPU executes arithmetic processing based on various control programs and maps stored in the ROM.
  • the RAM is a memory for temporarily storing calculation results in the CPU, data input from each sensor, and the like.
  • the backup RAM is a non-volatile memory for storing data to be saved when the engine 1 is stopped. is there.
  • the drive device for a four-wheel drive vehicle including the transfer 3 having the above-described configuration can select one of the following four drive modes.
  • the 4WD control computer 100 recognizes the required drive mode, controls the brake 18 based on the recognition result, and shifts the fork.
  • the state shown in FIG. 2 to FIG. 5 by sliding the first sleeve 34 of the range switching element 30, the second sleeve 44 of the mode switching element 40, and the third sleeve 54 of the differential switching element 50 with the actuator 60.
  • the first to fourth drive modes are set. The first to fourth drive modes will be described below.
  • the first drive mode is a combination of high-range (high-speed gear stage) rear wheel two-wheel drive, and is referred to as “Hi-2WD” mode, or “H2” mode for short.
  • the state shown in FIG. 2 is obtained. Specifically, first, the brake 18 is deactivated and the ring gear 21 is freely rotated, and the first sleeve 34 of the range switching element 30 is respectively connected to the internal gear 33 of the input shaft 11 and the external gear of the high gear piece 32. By sliding to the meshing position, the first sleeve 34 is brought into a first connection state in which the input shaft 11 is connected to the high gear piece 32 and the carrier 24. Further, by engaging the second sleeve 44 of the mode switching element 40 only with the external gear 41 of the drive gear 15, the drive gear 15 is made idle.
  • the third sleeve 54 of the differential switching element 50 is slid to a position where it engages with the external gear 51 of the rear wheel output shaft 12, the external gear 52 of the carrier 24, and the internal gear 53 of the ring gear 21, respectively. Then, the third sleeve 54 is brought into the third connection state in which the rear wheel output shaft 12 and the carrier 24 and the ring gear 21 are connected.
  • the second drive mode is a combination in which a high-range (high-speed gear stage) four-wheel drive and a state in which a differential action between the front wheel output shaft 13 and the rear wheel output shaft 12 is allowed. It is called “Hi-4WD-Free” mode, or “H4F” mode for short.
  • the state shown in FIG. 3 is obtained. Specifically, first, the brake 18 is deactivated and the ring gear 21 is freely rotated, and the first sleeve 34 of the range switching element 30 is respectively connected to the internal gear 33 of the input shaft 11 and the external gear of the high gear piece 32. By sliding to the meshing position, the first sleeve 34 is brought into a first connection state in which the input shaft 11 is connected to the high gear piece 32 and the carrier 24. Further, the second sleeve 44 of the mode switching element 40 is slid to a position where the second sleeve 44 meshes with the external gear 41 of the drive gear 15 and the external gear 42 of the sun gear 22, respectively.
  • the first connection state is established to connect 22. Further, the third sleeve 54 of the differential switching element 50 is slid to a position where the third sleeve 54 meshes with the external gear 51 of the rear wheel output shaft 12 and the internal gear 53 of the ring gear 21. A first coupling state is established in which the output shaft 12 and the ring gear 21 are coupled. As a result, the carrier 24 of the planetary gear mechanism 20, the ring gear 21, and the sun gear 22 can be rotated relative to each other.
  • the rotational power input from the input shaft 11 to the first sleeve 34 and the high gear piece 32 is input to the carrier 24 of the planetary gear mechanism 20 via the central shaft portion 24a.
  • the pinion gear 23 supported by the carrier 24 is transmitted to the rear wheel output shaft 12 via the ring gear 21 and the third sleeve 54, and the sun gear 22 and the second sleeve 44 are transmitted from the pinion gear 23 supported by the carrier 24.
  • the power is transmitted to the front wheel output shaft 13 via the power transmission elements (15 to 17).
  • the pinion gear 23 supported by the carrier 24 of the planetary gear mechanism 20, the ring gear 21, and the sun gear 22 are relatively rotatable, so that the rotational power is different between the rear wheel output shaft 12 and the front wheel output shaft 13. Will be distributed dynamically.
  • the third drive mode is a combination of a high range (high speed shift stage) four-wheel drive and a state in which differential action between the front wheel output shaft 13 and the rear wheel output shaft 12 is prohibited (center diff lock state). Therefore, it is called “Hi-4WD-Lock” mode, or “H4L” mode for short.
  • the state shown in FIG. 4 is obtained. Specifically, first, the brake 18 is deactivated and the ring gear 21 is freely rotated, and the first sleeve 34 of the range switching element 30 is respectively connected to the internal gear 33 of the input shaft 11 and the external gear of the high gear piece 32. By sliding to the meshing position, the first sleeve 34 is brought into a first connection state in which the input shaft 11 is connected to the high gear piece 32 and the carrier 24. Further, the second sleeve 44 of the mode switching element 40 is slid to a position where the second sleeve 44 meshes with the external gear 41 of the drive gear 15 and the external gear 42 of the sun gear 22, respectively.
  • the first connection state is established to connect 22. Further, the third sleeve 54 of the differential switching element 50 is slid to a position where it engages with the external gear 51 of the rear wheel output shaft 12, the external gear 52 of the carrier 24, and the internal gear 53 of the ring gear 21, respectively. Then, the third sleeve 54 is brought into the third connection state in which the rear wheel output shaft 12 and the carrier 24 and the ring gear 21 are connected. Thereby, the pinion gear 23 supported by the carrier 24 of the planetary gear mechanism 20, the ring gear 21, and the sun gear 22 are in a state in which relative rotation is impossible.
  • the rotational power input from the input shaft 11 to the first sleeve 34 and the high gear piece 32 is input to the carrier 24 of the planetary gear mechanism 20 via the central shaft portion 24a.
  • the gear 24 is transmitted directly from the external gear 52 of the carrier 24 to the rear wheel output shaft 12 via the third sleeve 54, and from the pinion gear 23 supported by the carrier 24 to the sun gear 22, the second sleeve 44 and the power. It is transmitted to the front wheel output shaft 13 via the transmission elements (15 to 17).
  • the pinion gear 23 supported by the carrier 24 of the planetary gear mechanism 20, the ring gear 21, and the sun gear 22 are not rotatable relative to each other. Therefore, the rotational power is applied to the rear wheel output shaft 12 and the front wheel output shaft 13. No differential distribution.
  • the fourth drive mode is a combination of a low range (low speed shift stage) four-wheel drive and a state in which differential action between the front wheel output shaft 13 and the rear wheel output shaft 12 is prohibited (center differential lock state). Therefore, it is called “Lo-4WD-Lock” mode, or “L4L” mode for short.
  • the state shown in FIG. 5 is obtained. Specifically, first, the brake 18 is operated to bring the ring gear 21 into a non-rotatable locked state, and the first sleeve 34 of the range switching element 30 is connected to the internal gear 33 of the input shaft 11 and the external gear of the low gear piece 31. By sliding to the respective meshing positions, the first sleeve 34 is brought into the second connection state in which the input shaft 11 is connected to the low gear piece 31 and the sun gear 22.
  • the second sleeve 44 of the mode switching element 40 is slid to a position where the second sleeve 44 meshes with the external gear 41 of the drive gear 15 and the internal gear 43 of the carrier 24, so that the drive gear 15 and the carrier are driven by the second sleeve 44. 24 is connected to the second connection state.
  • the third sleeve 54 of the differential switching element 50 is slid to a position where the third sleeve 54 meshes with the external gear 51 of the rear wheel output shaft 12 and the external gear 52 of the carrier 24, so that the rear wheel A second connection state is established in which the output shaft 12 and the carrier 24 are connected.
  • the rotational power input from the input shaft 11 to the first sleeve 34 and the low gear piece 31 is input to the sun gear 22 of the planetary gear mechanism 20 via the central cylindrical shaft portion 22a.
  • the gear is decelerated when it is input from the sun gear 22 to the pinion gear 23 and the carrier 24, and then transmitted to the rear wheel output shaft 12 via the external gear 52 and the third sleeve 54 of the carrier 24. And is transmitted to the front wheel output shaft 13 via the second sleeve 44 and the power transmission elements (15 to 17).
  • the pinion gear 23 supported by the carrier 24 of the planetary gear mechanism 20, the ring gear 21, and the sun gear 22 are not rotatable relative to each other. Therefore, the rotational power is applied to the rear wheel output shaft 12 and the front wheel output shaft 13. No differential distribution.
  • the brake 18 is inactivated and the ring gear 21 is freely rotated, and the first sleeve 34 of the range switching element 30 is moved to the input shaft 11.
  • the input shaft 11 is connected to the low gear piece 31 and the sun gear 22 by the first sleeve 34.
  • the second sleeve 44 of the mode switching element 40 is engaged with only the external gear 41 of the drive gear 15 so that the drive gear 15 can idle.
  • the third sleeve 54 of the differential switching element 50 is slid to a position where the third sleeve 54 meshes with the external gear 51 of the rear wheel output shaft 12 and the external gear 52 of the carrier 24, so that the rear wheel The output shaft 12 and the carrier 24 are connected.
  • the rotational power input from the input shaft 11 to the first sleeve 34 and the low gear piece 31 is input to the sun gear 22 of the planetary gear mechanism 20 via the central cylindrical shaft portion 22a.
  • the speed is decelerated and then transmitted to the rear wheel output shaft 12 via the external gear 52 and the third sleeve 54 of the carrier 24.
  • This drive mode is called a “Hi-FF2WD” mode.
  • the brake 18 is deactivated to make the ring gear 21 freely rotatable, and the first sleeve 34 of the range switching element 30 is moved to the input shaft. 11, the input shaft 11 is connected to the high gear piece 32 and the carrier 24 by the first sleeve 34. Further, the second sleeve 44 of the mode switching element 40 is slid to a position where it engages with the internal gear 43 of the carrier 24 and the external gear 41 of the drive gear 15, respectively, so that the carrier 24 and the drive gear are driven by the second sleeve 44. 15 is connected.
  • the third sleeve 54 of the differential switching element 50 is slid to a position where the third sleeve 54 meshes with the external gear 51 of the rear wheel output shaft 12 and the internal gear 53 of the ring gear 21.
  • the output shaft 12 and the ring gear 21 are connected.
  • the rotational power input from the input shaft 11 to the first sleeve 34 and the high gear piece 32 is input to the carrier 24 of the planetary gear mechanism 20 via the central shaft portion 24a.
  • the toothed gear 43 is directly transmitted to the front wheel output shaft 13 via the second sleeve 44 and the power transmission elements (15 to 17), and the rotational power is not transmitted to the rear wheel output shaft 12.
  • the front wheel output shaft 13 and the rear wheel output shaft 12 are cut off by the rotation of the pinion gear 23 supported by the carrier 24.
  • This drive mode is called a “Lo-FF2WD” mode.
  • the brake 18 is deactivated, the ring gear 21 is freely rotated, and the first sleeve 34 of the range switching element 30 is moved.
  • the input shaft 11, the low gear piece 31, and the sun gear 22 are connected by the first sleeve 34 by sliding to the positions where the internal gear 33 of the input shaft 11 and the external teeth of the low gear piece 31 are engaged.
  • the second sleeve 44 of the mode switching element 40 is slid to a position where it engages with the external gear 42 of the sun gear 22 and the external gear 41 of the drive gear 15, respectively, so that the sun gear 22 and the drive gear are driven by the second sleeve 44. 15 is connected.
  • the third sleeve 54 of the differential switching element 50 is slid to a position where it engages with the external gear 51 of the rear wheel output shaft 12 and the external gear 52 of the carrier 24 or the internal gear 53 of the ring gear 21. Then, the rear sleeve output shaft 12 and the carrier 24 or the ring gear 21 are connected by the third sleeve 54. In this case, the rotational power input from the input shaft 11 to the first sleeve 34 and the low gear 31 is input to the sun gear 22 of the planetary gear mechanism 20 via the central cylindrical shaft portion 22a.
  • the toothed gear 42 is directly transmitted to the front wheel output shaft 13 via the second sleeve 44 and the power transmission elements (15 to 17), and the rotational power is not transmitted to the rear wheel output shaft 12.
  • the front wheel output shaft 13 and the rear wheel output shaft 12 are cut off by the rotation of the pinion gear 23 supported by the carrier 24.
  • the transfer 3 for a four-wheel drive vehicle of the embodiment to which the present invention is applied is a set of single pinion type planetary gear mechanisms 20 as a power transmission element that realizes a speed change function and a center differential function. Is used.
  • the configuration is simplified as compared with the case where two sets of single pinion type planetary gear mechanisms are used as in Patent Document 1 and the case where one set of Ravinio type planetary gear mechanisms are used as in Patent Document 2. Therefore, it is possible to contribute to the reduction of the equipment cost of the transfer 3 and the reduction of the external dimensions.
  • the mode switching element 40 not only the four-wheel drive mode but also the two-wheel drive mode can be selected by the mode switching element 40, and the center differential function, that is, the state in which the differential action is allowed or prohibited by the differential switching element 50 Since it can be switched to the state to be used, the usability will be expanded.
  • the mode switching element 40 and the differential switching element 50 have a relatively simple configuration in which only the second and third sleeves (44, 54) and appropriate gears (41 to 43, 51 to 53) are used. Therefore, it is advantageous for suppressing the increase in equipment cost.
  • the transfer 3 according to the present invention is used in a four-wheel drive vehicle drive device that uses only the engine 1 as a drive source, but the present invention is not limited to this.
  • the transfer 3 according to the present invention includes, for example, a hybrid four-wheel drive vehicle drive device that uses an engine and one motor generator as a drive source, and a hybrid four-wheel drive vehicle drive device that uses an engine and a plurality of motor generators as a drive source.
  • it can be used in a drive device for an electric four-wheel drive vehicle that uses one or a plurality of motor generators without using an engine as a drive source.
  • the present invention can be suitably used for a transfer for a four-wheel drive vehicle including a power transmission element that realizes a speed change function and a center differential function.

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Abstract

【課題】入力軸11に入力される回転動力を後輪出力軸12と前輪出力軸13とに伝達する4輪駆動車用のトランスファ3において、変速機能とセンターデフ機能とを実現するための動力伝達要素の構成簡素化を図る。 【解決手段】前記動力伝達要素は、軸方向に1列の歯車群(21~23)を有するとともに各歯車(21~23)が軸方向に移動されない構成の1組の遊星歯車機構20を含む。

Description

4輪駆動車用のトランスファ
 本発明は、入力軸に入力される回転動力を前輪出力軸と後輪出力軸とに伝達する4輪駆動車用のトランスファに関する。
 例えば特許文献1には、主変速機から入力軸に入力される回転動力を前輪駆動軸と後輪駆動軸とに伝達する4輪駆動車用の動力伝達装置が記載されている。
 この動力伝達装置は、副変速装置と、センターデファレンシャル(センターデフとも言う)とを備えている。副変速装置およびセンターデファレンシャルは、それぞれシングルピニオンタイプのプラネタリ式ギヤ機構で構成されている。
 この動力伝達装置は、4つの作動パターンのなかから1つを選択できるようになっている。第1作動パターンは高速変速段の2輪駆動(Hi-2WD)、第2作動パターンは高速変速段の4輪駆動でかつ前、後輪間の差動作用がある走行状態(Hi-4WD-Free)、第3作動パターンは高速変速段の4輪駆動でかつ前、後輪間の差動作用がない走行状態(Hi-4WD-Lock)、第4作動パターンは低速変速段の4輪駆動でかつ前、後輪間の差動作用がない走行状態(Lo-4WD-Lock)である。この作動パターンの切り換えは、2つの切り換え機構を用いて行うように構成されている。
 例えば特許文献2では、4輪駆動車用のトランスファにおいて、単一のラビニオ式遊星歯車機構に、副変速機としての機能とセンターデフとしての機能とを併せ持たせるようにしている。
 このトランスファでも前記特許文献1の動力伝達装置と同様の4つの作動パターン(駆動モード)のなかから1つを選択できるようになっている。この作動パターン(駆動モード)の切り換えは、3つのクラッチと1つのブレーキとを用いて行うように構成されている。
特開昭63-269729号公報 国際公開番号WO95/16584
 上記特許文献1では、それぞれシングルピニオンタイプのプラネタリ式ギヤ機構からなる副変速装置およびセンターデファレンシャルを用いているために、動力伝達装置の構成部品点数が多く必要であるなど、設備コストが嵩むことが指摘される他、前記副変速装置およびセンターデファレンシャルを軸方向に直列に並べて配置しているために、軸方向寸法が大きいことが指摘される。
 上記特許文献2では、単一の遊星歯車機構を用いているものの、この遊星歯車機構はラビニオ式と呼ばれるものであって、2つのサンギヤを軸方向に並べた構成になっているとともに、2つのピニオンギヤを径方向に配置して噛合させる構成になっているために、構成が複雑でしかも構成部品点数が多く必要であるなど、設備コストが嵩むことが指摘されるとともに、外形寸法が大きいことが指摘される。
 このような事情に鑑み、本発明は、入力軸に入力される回転動力を前輪出力軸と後輪出力軸とに伝達する4輪駆動車用トランスファにおいて、変速機能とセンターデフ機能とを実現するための動力伝達要素の構成簡素化を図ることを目的としている。
 本発明に係る4輪駆動車用のトランスファは、入力軸に入力される回転数を変速して後輪出力軸および前輪出力軸の少なくともいずれか一方から出力させる変速機能と、前記2つの出力軸間の差動作用を許容するセンターデフ機能とを実現するための動力伝達要素を備え、前記動力伝達要素は、軸方向に1列の歯車群を有するとともに各歯車が軸方向に移動されない構成の1組の遊星歯車機構を含む、ことを特徴としている。
 この場合、変速機能とセンターデフ機能とを実現するための動力伝達要素に1組のシングルピニオンタイプの遊星歯車機構を用いるようにしているから、特許文献1のように2組のシングルピニオンタイプの遊星歯車機構を用いる場合や特許文献2のように1組のラビニオ式の遊星歯車機構を用いる場合に比べると構成が簡素になる。その結果として設備コストの低減と軸方向寸法の縮小とを図ることが可能になる。
 好ましくは、前記動力伝達要素は、前記変速比をローレンジまたはハイレンジに切り替えるためのレンジ切り替え要素をさらに含む、構成とすることができる。
 この場合、前記変速比をローレンジまたはハイレンジの2段階で切り替えることが可能になる。
 好ましくは、前記レンジ切り替え要素は、ローギヤピースと、ハイギヤピースと、前記入力軸の内端に設けられる内歯歯車と、第1スリーブとを含む。前記ローギヤピースは、前記遊星歯車機構のサンギヤの中心に軸方向一方へ延びるように設けられる中心筒軸部の先端外径側に設けられる外歯歯車とされる。前記ハイギヤピースは、前記遊星歯車機構のキャリアの中心に前記中心筒軸部の内径側に相対回転可能に挿通されるように設けられる中心軸部において前記中心筒軸部の先端開口から突出する部分の外径側に設けられる外歯歯車とされ、かつ前記ローギヤピースと軸方向に非接触に並んで配置される。前記第1スリーブは、外周に前記入力軸の内歯歯車に噛合可能な外歯を有するとともに内周に前記ローギヤピースの外歯または前記ハイギヤピースの外歯に噛合可能な内歯を有し、かつローレンジ要求時に前記入力軸の内歯歯車と前記ローギヤピースの外歯とにそれぞれ噛合する位置にスライドさせられる一方で、ハイレンジ要求時に前記入力軸の内歯歯車と前記ハイギヤピースの外歯とにそれぞれ噛合する位置にスライドさせられる。
 この場合、第1スリーブを軸方向いずれか一方にスライドさせることにより、まず前記入力軸と前記ローギヤピースとを連結させると、遊星歯車機構でローレンジ用動力伝達経路を確保することが可能になる一方、前記入力軸と前記ハイギヤピースとを連結させると、遊星歯車機構でハイレンジ用動力伝達経路を確保することが可能になる。
 好ましくは、前記動力伝達要素は、前記入力軸に入力される回転動力を、前記後輪出力軸および前記前輪出力軸から出力させる4輪駆動モードと、前記後輪出力軸または前記前輪出力軸から出力させる2輪駆動モードとのいずれか一方に切り替えるためのモード切り替え要素をさらに含む、構成とすることができる。
 この場合、前記モード切り替え要素によって、4輪駆動モードだけでなく2輪駆動モードを選択することが可能になる。
 好ましくは、前記動力伝達要素は、前記2つの出力軸間の差動作用を許容する状態と禁止する状態とに切り替えるための差動切り替え要素をさらに含む、構成とすることができる。
 この場合、4輪駆動モードにおいて、前記2つの出力軸間の差動作用を許容する状態または禁止する状態に切り替えることが可能になる。
 好ましくは、前記動力伝達要素は、前記入力軸を、前記遊星歯車機構のキャリアに連結する第1連結状態と前記遊星歯車機構のサンギヤに連結する第2連結状態とのいずれか1つを確保するための第1スリーブと、前記前輪出力軸を、前記サンギヤに連結する第1連結状態と前記キャリアに連結する第2連結状態と前記サンギヤおよび前記キャリアに非連結にする空転可能状態とのいずれか1つを確保するための第2スリーブと、前記後輪出力軸を、前記遊星歯車機構のリングギヤに連結する第1連結状態と前記キャリアに連結する第2連結状態と前記リングギヤおよび前記キャリアに連結する第3連結状態とのいずれか1つを確保するための第3スリーブと、前記リングギヤを回転自在なフリー状態または回転不可能なロック状態にするための摩擦係合要素とをさらに含む、構成とすることができる。
 この場合、ハイレンジの2輪駆動とする(Hi-2WD)モードと、ハイレンジの4輪駆動でかつ前記差動作用を許容する状態とする(Hi-4WD-Free)モードと、ハイレンジの4輪駆動でかつ前記差動作用を禁止する状態とする(Hi-4WD-Lock)モードと、ローレンジの4輪駆動でかつ前記差動作用を禁止する状態とする(Lo-4WD-Lock)モードとを選択することが可能になる。
 前記(Hi-2WD)モードは、前記摩擦係合要素でリングギヤを回転自在なフリー状態にし、前記第1スリーブで前記入力軸と前記キャリアとを連結する第1連結状態にし、前記第2スリーブで前記前輪出力軸と前記サンギヤおよび前記キャリアとを非連結にして前記前輪出力軸を空転可能な状態にし、前記第3スリーブで前記後輪出力軸と前記リングギヤおよび前記キャリアとを連結する第3連結状態にすればよい。
 前記(Hi-4WD-Free)モードは、前記摩擦係合要素でリングギヤを回転自在なフリー状態にし、前記第1スリーブで前記入力軸と前記キャリアとを連結する第1連結状態にし、前記第2スリーブで前記前輪出力軸と前記サンギヤとを連結する第1連結状態にし、前記第3スリーブで前記後輪出力軸と前記リングギヤとを連結する第1連結状態にすればよい。
 前記(Hi-4WD-Lock)モードは、前記摩擦係合要素でリングギヤを回転自在なフリー状態にし、前記第1スリーブで前記入力軸と前記キャリアとを連結する第1連結状態にし、前記第2スリーブで前記前輪出力軸と前記サンギヤとを連結する第1連結状態にし、前記第3スリーブで前記後輪出力軸と前記リングギヤおよび前記キャリアとを連結する第3連結状態にすればよい。
 前記(Lo-4WD-Lock)モードは、前記摩擦係合要素でリングギヤを回転不可能なロック状態にし、前記第1スリーブで前記入力軸と前記サンギヤとを連結する第2連結状態にし、前記第2スリーブで前記前輪出力軸と前記キャリアとを連結する第2連結状態にし、前記第3スリーブで前記後輪出力軸と前記キャリアとを連結する第2連結状態にすればよい。
 好ましくは、前記遊星歯車機構は、回転自在に配置されるリングギヤと、前記リングギヤの内径側に所定空間を介して同心状に配置されるサンギヤと、前記リングギヤと前記サンギヤとの間にそれぞれ噛み合うように介装される複数個のピニオンギヤと、前記各ピニオンギヤを回転自在に支持するとともに当該各ピニオンギヤの公転動作に同期して回転可能に配置されるキャリアと、前記リングギヤを回転自在にするフリー状態または回転不可能にするロック状態にするための摩擦係合要素とを備える、構成とすることができる。
 ここでは、遊星歯車機構の構成を特定している。この場合、前記摩擦係合要素で前記リングギヤを回転自在なフリー状態にすると、遊星歯車機構のサンギヤ、ピニオンギヤ、キャリアならびにリングギヤのすべてが相対回転可能になる。前記摩擦係合要素で前記リングギヤを回転不可能なロック状態にすると、遊星歯車機構のサンギヤ、ピニオンギヤならびにキャリアが相対回転可能になる。
 本発明は、入力軸に入力される回転動力を前輪出力軸と後輪出力軸とに伝達する4輪駆動車用トランスファにおいて、変速機能とセンターデフ機能とを実現するための動力伝達要素の構成簡素化を図ることが可能になる。したがって、トランスファの設備コストの低減と外形寸法の小型化とに貢献できるようになる。
本発明に係る4輪駆動車用のトランスファの使用対象となる4輪駆動車用駆動装置の概略構成を示す図である。 図1のトランスファの構成概略を示すスケルトン図であり、Hi-2WDモードを示している。 図1のトランスファの構成概略を示すスケルトン図であり、Hi-4WD-Freeモードを示している。 図1のトランスファの構成概略を示すスケルトン図であり、Hi-4WD-Lookモードを示している。 図1のトランスファの構成概略を示すスケルトン図であり、Lo-4WD-Lockモードを示している。
 以下、本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
 図1から図5に本発明の一実施形態を示している。まず、図1を参照して、本発明に係るトランスファの使用対象となる4輪駆動車用駆動装置の一実施形態の概要構成を説明する。この実施形態で例示する4輪駆動車用駆動装置は、フロントエンジン・リアドライブ(FR)車用駆動装置を基本構成とする4輪駆動車用駆動装置を例に挙げている。
 図1に示す4輪駆動車用駆動装置は、エンジン1、トランスミッション2、トランスファ3、フロントプロペラシャフト4F、リアプロペラシャフト4R、フロントデファレンシャル5F、リアデファレンシャル5Rを備えている。なお、図1において、符号6Fは前輪、6Rは後輪である。これらを以下で説明するが、本発明の特徴に直接的に関係しないものについては図示や説明を簡単にしている。
 エンジン1は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの燃料を燃焼させて回転動力を出力する公知の駆動源である。
 トランスミッション2は、エンジン1の図示していない出力軸(クランクシャフト)の回転数を変速して出力する。このトランスミッション2は、主変速機構などと呼ばれるものであり、例えば遊星歯車機構または多数の歯車列や同期機構を用いる構成などとされる。
 トランスファ3は、図2から図5に示すように、入力軸11、後輪出力軸12、前輪出力軸13、1組の遊星歯車機構20、レンジ切り替え要素30、モード切り替え要素40、差動切り替え要素50などを備えている。
 入力軸11は、トランスファケース14に転がり軸受(図示省略)を介して回転自在に支持されている。この入力軸11には、トランスミッション2から出力される回転動力が入力される。
 後輪出力軸12は、入力軸11と同軸に配置されている。この後輪出力軸12は、リアプロペラシャフト4R、リアデファレンシャル5Rならびに左右のリアドライブシャフト(符号省略)を介して左右の後輪6R側へ回転動力を出力するようになっている。
 前輪出力軸13は、後輪出力軸12と平行に配置されている。この前輪出力軸13には動力伝達要素(15~17)が設けられている。この動力伝達要素は、ドライブギヤ15、ドリブンギヤ16、ドライブチェーンあるいはドライブベルトからなる輪状部材17などを含んだ構成になっている。
 具体的に、ドライブギヤ15は、下記遊星歯車機構20のサンギヤ22の中心筒軸部22aの外径側に適宜の転がり軸受(図示省略)を介して相対回転可能に取り付けられている。ドリブンギヤ16は、前輪出力軸13の外径側に回転一体となるように設けられている。輪状部材17はドライブギヤ15とドリブンギヤ16とに巻き掛けられている。
 このように前輪出力軸13は、動力伝達要素(15~17)、フロントプロペラシャフト4F、フロントデファレンシャル5Fならびに左右のフロントドライブシャフト(符号省略)を介して左右の前輪6F側へ回転動力を出力するようになっている。
 ところで、1組の遊星歯車機構20、レンジ切り替え要素30、モード切り替え要素40ならびに差動切り替え要素50などが、請求項に記載の動力伝達要素に相当している。
 この動力伝達要素は、入力軸11に入力される回転動力を適宜の変速比で変速して後輪出力軸12および前輪出力軸13の少なくともいずれか一方から出力させる変速機能と、後輪出力軸12と前輪出力軸13との間の差動作用を許容するセンターデフ機能とを実現するために設けられている。
 遊星歯車機構20は、図2から図4に示すように、軸方向に1列の歯車群を有するとともに各歯車が軸方向に移動されない構成、つまりシングルピニオンタイプとされている。具体的に、遊星歯車機構20は、内歯歯車からなるリングギヤ21、外歯歯車からなるサンギヤ22、外歯歯車からなる複数のピニオンギヤ23、キャリア24などを備えている。各ギヤは軸方向に不動に配置されている。
 リングギヤ21は、トランスファケース14にブレーキ18を介して支持されている。サンギヤ22は、リングギヤ21の内径側に離隔配置されている。複数のピニオンギヤ23は、リングギヤ21とサンギヤ22との対向環状空間にそれぞれ噛み合うように配置されている。キャリア24は、各ピニオンギヤ23を回転自在に支持するとともに、各ピニオンギヤ23の公転動作に同期して回転する。
 なお、前記ブレーキ18は、詳細に図示していないが、例えば公知の多板式の摩擦係合要素などとされ、リングギヤ21側に設けられる内径側摩擦板とトランスファケース14側に設けられる外径側摩擦板とを備えている。
 このブレーキ18の動作としては、例えば図示していない作動源から油圧あるいは電磁力を受けたときに前記内径側摩擦板と前記外径側摩擦板とが摩擦係合させられることになって、リングギヤ21をトランスファケース14に一体化して回転不可能なロック状態にする一方、前記油圧または電磁力が消失したときに前記内径側摩擦板と前記外径側摩擦板とが離隔解放させられることになって、リングギヤ21をトランスファケース14から切り離して回転可能なフリー状態にする。
 レンジ切り替え要素30は、遊星歯車機構20による変速比をローレンジ(L)またはハイレンジ(H)に切り替えることを可能とするものである。
 具体的に、レンジ切り替え要素30は、図2から図5に示すように、ローギヤピース31、ハイギヤピース32、入力軸11の内歯歯車33、第1スリーブ34などを含んで構成されている。
 ローギヤピース31は、遊星歯車機構20のサンギヤ22の中心に軸方向一方へ延びるように設けられる中心筒軸部22aの先端外径側に設けられている。
 ハイギヤピース32は、遊星歯車機構20のキャリア24の中心に前記中心筒軸部22aの内径側に相対回転可能に挿通されるように設けられる中心軸部24aにおいて前記中心筒軸部22aの先端開口から突出する部分の外径側に設けられている。
 これらローギヤピース31およびハイギヤピース32は共に外歯歯車とされていて、これらローギヤピース31およびハイギヤピース32は軸方向隣り合わせに非接触に並んで配置されている。
 内歯歯車33は、入力軸11の内端に設けられている。第1スリーブ34は、入力軸11の内歯歯車33とローギヤピース31およびハイギヤピース32との間に軸方向にスライド可能な状態で配置されている。この第1スリーブ34は、外周に入力軸11の内歯歯車33に噛合可能な外歯を有しており、また、内周にローギヤピース31の外歯またはハイギヤピース32の外歯に噛合可能な内歯を有している。なお、前記各歯はスプラインとも呼ばれる。
 そして、まず、第1スリーブ34を入力軸11の内歯歯車33とハイギヤピース32の外歯とにそれぞれ噛合させる位置にスライドさせると、入力軸11と遊星歯車機構20のキャリア24とが第1スリーブ34、ハイギヤピース32ならびに中心軸部24aを介して連結される第1連結状態になる。一方、第1スリーブ34を入力軸11の内歯歯車33とローギヤピース31の外歯とにそれぞれ噛合させる位置にスライドさせると、入力軸11と遊星歯車機構20のサンギヤ22とが第1スリーブ34、ローギヤピース31ならびに中心筒軸部22aを介して連結される第2連結状態になる。
 モード切り替え要素40は、4輪駆動(4WD)モードまたは2輪駆動(2WD)モードにすることを可能とするものである。
 なお、4輪駆動モードとは、入力軸11に入力される回転動力を後輪出力軸12と前輪出力軸13との両方から出力させる動力伝達経路を確保した形態である。2輪駆動モードとは、入力軸11に入力される回転動力を後輪出力軸12のみから出力させる動力伝達経路を確保した形態である。
 具体的に、モード切り替え要素40は、図2から図5に示すように、ドライブギヤ15の外歯歯車41、サンギヤ22の外歯歯車42、キャリア24の内歯歯車43、第2スリーブ44などを含んで構成されている。
 ドライブギヤ15の外歯歯車41は、ドライブギヤ15の中心軸部の先端外径側に設けられている。サンギヤ22の外歯歯車42は、サンギヤ22の中心筒軸部22aの軸方向途中の外径側に設けられている。キャリア24の内歯歯車43は、キャリア24においてピニオンギヤ23に挿入されるピニオンシャフトの先端内径側に設けられている。
 第2スリーブ44は、ドライブギヤ15の外歯歯車41およびサンギヤ22の外歯歯車42とキャリア24の内歯歯車43との間に軸方向にスライド可能な状態で配置されている。この第2スリーブ44は、外周にキャリア24の内歯歯車43の内歯に噛合可能な外歯を有しており、また、内周に前輪出力軸13の外歯歯車41の外歯およびサンギヤ22の外歯歯車42の外歯に噛合可能な内歯を有している。なお、前記各歯はスプラインとも呼ばれる。
 そして、2輪駆動モードにするには、第2スリーブ44をサンギヤ22の外歯歯車42またはキャリア24の内歯歯車43に噛合させずにドライブギヤ15の外歯歯車41のみに噛合させる位置にスライドさせることにより、ドライブギヤ15を空転可能な状態にすればよい。
 また、4輪駆動モードにするには、第2スリーブ44をドライブギヤ15の外歯歯車41とサンギヤ22の外歯歯車42とにそれぞれ噛合させる位置にスライドさせることによりサンギヤ22と前輪出力軸13とを連結させる第1連結状態にするか、あるいは第2スリーブ44をドライブギヤ15の外歯歯車41とキャリア24の内歯歯車43とに噛合させる位置にスライドさせることによりキャリア24と前輪出力軸13とを連結させる第2連結状態にすればよい。
 差動切り替え要素50は、4輪駆動モードにおいて、後輪出力軸12と前輪出力軸13との間の差動作用を許容する状態または禁止する状態にすることを可能とするものである。
 具体的に、差動切り替え要素50は、図2から図5に示すように、後輪出力軸12の外歯歯車51、キャリア24の外歯歯車52、リングギヤ21の内歯歯車53、第3スリーブ54などを含んで構成されている。
 後輪出力軸12の外歯歯車51は、後輪出力軸12の中心軸部の先端外径側に設けられている。キャリア24の外歯歯車52は、キャリア24の中心軸部24aの後輪出力軸12側の端部に設けられている。リングギヤ21の内歯歯車53は、リングギヤ21から後輪出力軸12側に突出するように設けられる筒軸21aの先端内径側に設けられている。
 第3スリーブ54は、後輪出力軸12の外歯歯車51およびキャリア24の外歯歯車52とリングギヤ21の内歯歯車53との間に軸方向にスライド可能な状態で配置されている。この第3スリーブ54は、外周にリングギヤ21の内歯歯車53に噛合可能な外歯を有しており、また、内周に後輪出力軸12の外歯歯車51およびキャリア24の外歯歯車52に噛合可能な内歯を有している。なお、前記各歯はスプラインとも呼ばれる。
 そして、ブレーキ18を非作動にしてリングギヤ21を回転自在なフリー状態にしている場合には、第3スリーブ54を後輪出力軸12の外歯歯車51とリングギヤ21の内歯歯車53とに噛合させることにより第3スリーブ54で後輪出力軸12とリングギヤ21とを連結する第1連結状態にすると、遊星歯車機構20のキャリア24とリングギヤ21とサンギヤ22とが相対回転可能な状態になる。この状態では、後輪出力軸12と前輪出力軸13との間の差動作用が許容される。
 また、ブレーキ18を非作動にしてリングギヤ21を回転自在なフリー状態にしている場合には、第3スリーブ54を後輪出力軸12の外歯歯車51とリングギヤ21の内歯歯車53とキャリア24の外歯歯車52とに噛合させることにより第3スリーブ54で後輪出力軸12とリングギヤ21とキャリア24とを連結する第3連結状態にすると、遊星歯車機構20のキャリア24とリングギヤ21とサンギヤ22とが相対回転不可能な状態になるので、後輪出力軸12と前輪出力軸13との間の差動作用が禁止される。
 さらに、ブレーキ18を作動させてリングギヤ21を回転不可能なロック状態にしている場合には、第3スリーブ54を後輪出力軸12の外歯歯車51とキャリア24の外歯歯車52とに噛合させる位置にスライドさせることにより第3スリーブ54で後輪出力軸12とキャリア24とを連結する第2連結状態にすると、遊星歯車機構20のキャリア24とリングギヤ21とサンギヤ22とが相対回転不可能な状態になるので、後輪出力軸12と前輪出力軸13との間の差動作用が禁止される。
 ところで、レンジ切り替え要素30の第1スリーブ34には第1シフトフォーク35が、また、モード切り替え要素40の第2スリーブ44には第2シフトフォーク45が、さらに、差動切り替え要素50の第3スリーブ54には第3シフトフォーク55が、それぞれ係止されている。
 第1~第3シフトフォーク35,45,55はシフトアクチュエータ60(図1参照)で個別に作動される。つまり、第1~第3シフトフォーク35,45,55で第1~第3スリーブ34,44,54を個別にそれぞれの中心軸線と平行にスライドさせることにより、レンジ切り替え要素30、モード切り替え要素40ならびに差動切り替え要素50を作動させるようになっている。
 シフトアクチュエータ60は、詳細に図示していないが、シフトモータで発生する回転動力を動力伝達機構で減速して第1~第3シフトフォーク35,45,55に軸方向推進力として伝達することにより、第1~第3シフトフォーク35,45,55を個別にそれぞれの中心軸線と平行にスライドさせる。
 このシフトアクチュエータ60の動作は4WDコントロールコンピュータ100(図1参照)により制御される。この4WDコントロールコンピュータ100は、図示していないが、CPU(中央処理装置)、ROM(プログラムメモリ)、RAM(データメモリ)、バックアップRAM(不揮発性メモリ)などを備える公知の構成とされる。
 ROMは、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップなどが記憶されている。CPUは、ROMに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。RAMは、CPUでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップRAMは、エンジン1の停止時にその保存すべきデータなどを記憶する不揮発性のメモリである。
 次に、以上説明した構成のトランスファ3を備える4輪駆動車用駆動装置は、下記4つの駆動モードのなかから1つを選択できるようになっている。
 この4つの駆動モードについて、図2から図5を参照して詳細に説明する。この4つの駆動モードの切り替えは、図示していないが、例えば運転席近傍に設置される適宜の切り替えスイッチを運転者が操作することによって行われる。
 つまり、前記切り替えスイッチからの出力信号が4WDコントロールコンピュータ100に入力されると、この4WDコントロールコンピュータ100が要求される駆動モードを認識し、この認識結果に基づいてブレーキ18を制御するとともに、シフトフォークアクチュエータ60でもってレンジ切り替え要素30の第1スリーブ34とモード切り替え要素40の第2スリーブ44と差動切り替え要素50の第3スリーブ54とを個別にスライドさせることにより図2から図5に示す状態の第1~第4駆動モードにする。この第1~第4駆動モードについて以下で説明する。
 (1)第1駆動モードは、ハイレンジ(高速変速段)の後輪2輪駆動とする組み合わせであって、「Hi-2WD」モード、略して「H2」モードと呼ばれる。
 この「H2」モードが選択されると、図2に示すような状態にされる。具体的に、まず、ブレーキ18を非作動としてリングギヤ21を回転自在なフリー状態にし、レンジ切り替え要素30の第1スリーブ34を入力軸11の内歯歯車33とハイギヤピース32の外歯とにそれぞれ噛合させる位置にスライドさせることにより、第1スリーブ34で入力軸11とハイギヤピース32およびキャリア24とを連結する第1連結状態にする。また、モード切り替え要素40の第2スリーブ44をドライブギヤ15の外歯歯車41のみに噛合させることにより、ドライブギヤ15を空転可能な状態にする。さらに、差動切り替え要素50の第3スリーブ54を後輪出力軸12の外歯歯車51とキャリア24の外歯歯車52とリングギヤ21の内歯歯車53とにそれぞれ噛合させる位置にスライドさせることにより、第3スリーブ54で後輪出力軸12とキャリア24およびリングギヤ21とを連結する第3連結状態にする。
 この場合、図2の太線矢印で示すように、入力軸11から第1スリーブ34およびハイギヤピース32に入力される回転動力は、中心軸部24aを介して遊星歯車機構20のキャリア24に入力されるようになり、このキャリア24の外歯歯車52から第3スリーブ54を介して後輪出力軸12に直接伝達されるようになる。
 (2)第2駆動モードは、ハイレンジ(高速変速段)の4輪駆動、かつ前輪出力軸13と後輪出力軸12との間の差動作用を許容する状態とする組み合わせであって、「Hi-4WD-Free」モード、略して「H4F」モードと呼ばれる。
 この「H4F」モードが選択されると、図3に示すような状態にされる。具体的に、まず、ブレーキ18を非作動としてリングギヤ21を回転自在なフリー状態にし、レンジ切り替え要素30の第1スリーブ34を入力軸11の内歯歯車33とハイギヤピース32の外歯とにそれぞれ噛合させる位置にスライドさせることにより、第1スリーブ34で入力軸11とハイギヤピース32およびキャリア24とを連結する第1連結状態にする。また、モード切り替え要素40の第2スリーブ44をドライブギヤ15の外歯歯車41とサンギヤ22の外歯歯車42とにそれぞれ噛合させる位置にスライドさせることにより、第2スリーブ44でドライブギヤ15とサンギヤ22とを連結する第1連結状態にする。さらに、差動切り替え要素50の第3スリーブ54を後輪出力軸12の外歯歯車51とリングギヤ21の内歯歯車53とにそれぞれ噛合させる位置にスライドさせることにより、第3スリーブ54で後輪出力軸12とリングギヤ21とを連結する第1連結状態にする。これにより、遊星歯車機構20のキャリア24とリングギヤ21とサンギヤ22とが相対回転可能な状態になる。
 この場合、図3の太線矢印で示すように、入力軸11から第1スリーブ34およびハイギヤピース32に入力される回転動力は、中心軸部24aを介して遊星歯車機構20のキャリア24に入力されるようになり、このキャリア24で支持するピニオンギヤ23からリングギヤ21および第3スリーブ54を介して後輪出力軸12に伝達されるとともに、キャリア24で支持するピニオンギヤ23からサンギヤ22、第2スリーブ44および動力伝達要素(15~17)を介して前輪出力軸13に伝達されるようになる。この状態では、遊星歯車機構20のキャリア24で支持するピニオンギヤ23とリングギヤ21とサンギヤ22とが相対回転可能になっているので、後輪出力軸12と前輪出力軸13とに前記回転動力が差動分配されるようになる。
 (3)第3駆動モードは、ハイレンジ(高速変速段)の4輪駆動、かつ前輪出力軸13と後輪出力軸12との間の差動作用を禁止する状態(センターデフロック状態)とする組み合わせであって、「Hi-4WD-Lock」モード、略して「H4L」モードと呼ばれる。
 この「H4L」モードが選択されると、図4に示すような状態にされる。具体的に、まず、ブレーキ18を非作動としてリングギヤ21を回転自在なフリー状態にし、レンジ切り替え要素30の第1スリーブ34を入力軸11の内歯歯車33とハイギヤピース32の外歯とにそれぞれ噛合させる位置にスライドさせることにより、第1スリーブ34で入力軸11とハイギヤピース32およびキャリア24とを連結する第1連結状態にする。また、モード切り替え要素40の第2スリーブ44をドライブギヤ15の外歯歯車41とサンギヤ22の外歯歯車42とにそれぞれ噛合させる位置にスライドさせることにより、第2スリーブ44でドライブギヤ15とサンギヤ22とを連結する第1連結状態にする。さらに、差動切り替え要素50の第3スリーブ54を後輪出力軸12の外歯歯車51とキャリア24の外歯歯車52とリングギヤ21の内歯歯車53とにそれぞれ噛合させる位置にスライドさせることにより、第3スリーブ54で後輪出力軸12とキャリア24およびリングギヤ21とを連結する第3連結状態にする。これにより、遊星歯車機構20のキャリア24で支持するピニオンギヤ23とリングギヤ21とサンギヤ22とが相対回転不可能な状態になる。
 この場合、図4の太線矢印で示すように、入力軸11から第1スリーブ34およびハイギヤピース32に入力される回転動力は、中心軸部24aを介して遊星歯車機構20のキャリア24に入力されるようになり、このキャリア24の外歯歯車52から第3スリーブ54を介して後輪出力軸12に直接伝達されるとともに、キャリア24で支持するピニオンギヤ23からサンギヤ22、第2スリーブ44および動力伝達要素(15~17)を介して前輪出力軸13に伝達されるようになる。この状態では、遊星歯車機構20のキャリア24で支持するピニオンギヤ23とリングギヤ21とサンギヤ22とが相対回転不可能になっているので、後輪出力軸12と前輪出力軸13とに前記回転動力が差動分配されなくなる。
 (4)第4駆動モードは、ローレンジ(低速変速段)の4輪駆動、かつ前輪出力軸13と後輪出力軸12との間の差動作用を禁止する状態(センターデフロック状態)とする組み合わせであって、「Lo-4WD-Lock」モード、略して「L4L」モードと呼ばれる。
 この「L4L」モードが選択されると、図5に示すような状態にされる。具体的に、まず、ブレーキ18を作動してリングギヤ21を回転不可能なロック状態にし、レンジ切り替え要素30の第1スリーブ34を入力軸11の内歯歯車33とローギヤピース31の外歯とをそれぞれ噛合させる位置にスライドさせることにより、第1スリーブ34で入力軸11とローギヤピース31およびサンギヤ22とを連結する第2連結状態にする。また、モード切り替え要素40の第2スリーブ44をドライブギヤ15の外歯歯車41とキャリア24の内歯歯車43とにそれぞれ噛合させる位置にスライドさせることにより、第2スリーブ44でドライブギヤ15とキャリア24とを連結する第2連結状態にする。さらに、差動切り替え要素50の第3スリーブ54を後輪出力軸12の外歯歯車51とキャリア24の外歯歯車52とにそれぞれ噛合させる位置にスライドさせることにより、第3スリーブ54で後輪出力軸12とキャリア24とを連結する第2連結状態にする。
 この場合、図5の太線矢印で示すように、入力軸11から第1スリーブ34およびローギヤピース31に入力される回転動力は、中心筒軸部22aを介して遊星歯車機構20のサンギヤ22に入力されるようになり、このサンギヤ22からピニオンギヤ23およびキャリア24に入力される際に減速されてから、このキャリア24の外歯歯車52および第3スリーブ54を介して後輪出力軸12に伝達されるとともに、第2スリーブ44および動力伝達要素(15~17)を介して前輪出力軸13に伝達されるようになる。この状態では、遊星歯車機構20のキャリア24で支持するピニオンギヤ23とリングギヤ21とサンギヤ22とが相対回転不可能になっているので、後輪出力軸12と前輪出力軸13とに前記回転動力が差動分配されなくなる。
 ところで、上記トランスファ3の構成では、ローレンジ(低速変速段)の後輪2輪駆動とする駆動モードにすることが可能である。この駆動モードは「Lo-2WD」モード、略して「L2」モードと呼ばれる。
 この「L2」モードを実現するには、図示していないが、まず、ブレーキ18を非作動にしてリングギヤ21を回自在なフリー状態にし、レンジ切り替え要素30の第1スリーブ34を入力軸11の内歯歯車33とローギヤピース31の外歯とにそれぞれ噛合させる位置にスライドさせることにより、第1スリーブ34で入力軸11とローギヤピース31およびサンギヤ22とを連結する状態にする。また、モード切り替え要素40の第2スリーブ44をドライブギヤ15の外歯歯車41のみに噛合させてドライブギヤ15を空転可能な状態にする。さらに、差動切り替え要素50の第3スリーブ54を後輪出力軸12の外歯歯車51とキャリア24の外歯歯車52とにそれぞれ噛合させる位置にスライドさせることにより、第3スリーブ54で後輪出力軸12とキャリア24とを連結する状態にする。この場合、入力軸11から第1スリーブ34およびローギヤピース31に入力される回転動力は、中心筒軸部22aを介して遊星歯車機構20のサンギヤ22に入力されるようになり、このサンギヤ22からピニオンギヤ23およびキャリア24に入力される際に減速されてから、このキャリア24の外歯歯車52および第3スリーブ54を介して後輪出力軸12に伝達されるようになる。
 また、ハイレンジ(高速変速段)の前輪2輪駆動とする駆動モードにすることが可能である。この駆動モードは、「Hi-FF2WD」モードと呼ばれる。
 この「Hi-FF2WD」モードを実現するには、図示していないが、まず、ブレーキ18を非作動にしてリングギヤ21を回転自在なフリー状態にし、レンジ切り替え要素30の第1スリーブ34を入力軸11の内歯歯車33とハイギヤピース32の外歯とにそれぞれ噛合させる位置にスライドさせることにより、第1スリーブ34で入力軸11とハイギヤピース32およびキャリア24とを連結する状態にする。また、モード切り替え要素40の第2スリーブ44をキャリア24の内歯歯車43とドライブギヤ15の外歯歯車41とにそれぞれ噛合させる位置にスライドさせることにより、第2スリーブ44でキャリア24とドライブギヤ15とを連結する状態にする。さらに、差動切り替え要素50の第3スリーブ54を後輪出力軸12の外歯歯車51とリングギヤ21の内歯歯車53とにそれぞれ噛合させる位置にスライドさせることにより、第3スリーブ54で後輪出力軸12とリングギヤ21とを連結する状態にする。この場合、入力軸11から第1スリーブ34およびハイギヤピース32に入力される回転動力は、中心軸部24aを介して遊星歯車機構20のキャリア24に入力されるようになり、このキャリア24の内歯歯車43から第2スリーブ44および動力伝達要素(15~17)を介して前輪出力軸13に直接伝達されるようになり、後輪出力軸12には回転動力が伝達されなくなる。なお、前輪出力軸13と後輪出力軸12とはキャリア24で支持するピニオンギヤ23の回転によって縁切りされている。
 また、ローレンジ(低速変速段)の前輪2輪駆動とする駆動モードにすることが可能である。この駆動モードは、「Lo-FF2WD」モードと呼ばれる。
 この「Lo-FF2WD」モードを実現する他の形態としては、図示していないが、まず、ブレーキ18を非作動としてリングギヤ21を回転自在なフリー状態にし、レンジ切り替え要素30の第1スリーブ34を入力軸11の内歯歯車33とローギヤピース31の外歯とにそれぞれ噛合させる位置にスライドさせることにより、第1スリーブ34で入力軸11とローギヤピース31およびサンギヤ22とを連結する状態にする。また、モード切り替え要素40の第2スリーブ44をサンギヤ22の外歯歯車42とドライブギヤ15の外歯歯車41とにそれぞれ噛合させる位置にスライドさせることにより、第2スリーブ44でサンギヤ22とドライブギヤ15とを連結する状態にする。さらに、差動切り替え要素50の第3スリーブ54を後輪出力軸12の外歯歯車51とキャリア24の外歯歯車52またはリングギヤ21の内歯歯車53とにそれぞれ噛合させる位置にスライドさせることにより、第3スリーブ54で後輪出力軸12とキャリア24またはリングギヤ21とを連結する状態にする。この場合、入力軸11から第1スリーブ34およびローギヤ31に入力される回転動力は、中心筒軸部22aを介して遊星歯車機構20のサンギヤ22に入力されるようになり、このサンギヤ22の外歯歯車42から第2スリーブ44および動力伝達要素(15~17)を介して前輪出力軸13に直接伝達されるようになり、後輪出力軸12には回転動力が伝達されなくなる。なお、前輪出力軸13と後輪出力軸12とはキャリア24で支持するピニオンギヤ23の回転によって縁切りされている。
 以上説明したように、本発明を適用した実施形態の4輪駆動車用のトランスファ3は、変速機能とセンターデフ機能とを実現する動力伝達要素として、1組のシングルピニオンタイプの遊星歯車機構20を用いるようにしている。これにより、特許文献1のように2組のシングルピニオンタイプの遊星歯車機構を用いる場合や特許文献2のように1組のラビニオ式の遊星歯車機構を用いる場合に比べると構成を簡素化することが可能になるので、トランスファ3の設備コストの低減と外形寸法の小型化とに貢献できるようになる。
 しかも、この実施形態では、モード切り替え要素40で4輪駆動モードだけでなく2輪駆動モードを選択可能にしているとともに、差動切り替え要素50でセンターデフ機能つまり差動作用を許容する状態と禁止する状態とに切り替え可能にしているから、使い勝手が広がることになる。しかも、これらモード切り替え要素40や差動切り替え要素50について、第2,第3スリーブ(44,54)と適宜の歯車(41~43,51~53)を用いるだけの比較的簡素な構成にしているから、設備コストの上昇を抑制するうえで有利になる。
 なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
 例えば上記実施形態では、駆動源としてエンジン1のみを用いる4輪駆動車用駆動装置に本発明に係るトランスファ3を用いた例を挙げているが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明に係るトランスファ3は、例えば駆動源としてエンジンと1つのモータジェネレータとを用いるハイブリッド4輪駆動車用駆動装置、駆動源としてエンジンと複数のモータジェネレータとを用いるハイブリッド4輪駆動車用駆動装置、あるいは駆動源としてエンジンを用いずに1つあるいは複数のモータジェネレータを用いる電動式4輪駆動車用駆動装置に用いることが可能である。
 本発明は、変速機能とセンターデフ機能とを実現する動力伝達要素を備える4輪駆動車用のトランスファに好適に利用することができる。
    3   トランスファ
   11   入力軸
   12   後輪出力軸
   13   前輪出力軸
   14   トランスファケース
   15   ドライブギヤ
   16   ドリブンギヤ
   17   輪状部材
   18   ブレーキ(摩擦係合要素)
   20   遊星歯車機構
   21   リングギヤ
   22   サンギヤ
   23   ピニオンギヤ
   24   キャリア
   30   レンジ切り替え要素
   31   ローギヤピース
   32   ハイギヤピース
   33   入力軸の内歯歯車
   34   第1スリーブ
   35   第1シフトフォーク
   40   モード切り替え要素
   41   ドライブギヤの外歯歯車
   42   サンギヤの外歯歯車
   43   キャリアの内歯歯車
   44   第2スリーブ
   45   第2シフトフォーク
   50   差動切り替え要素
   51   後輪出力軸の外歯歯車
   52   キャリアの外歯歯車
   53   リングギヤの内歯歯車
   54   第3スリーブ
   55   第3シフトフォーク
   60   シフトアクチュエータ
  100   4WDコントロールコンピュータ

Claims (7)

  1.  入力軸に入力される回転数を変速して後輪出力軸および前輪出力軸の少なくともいずれか一方から出力させる変速機能と、前記2つの出力軸間の差動作用を許容するセンターデフ機能とを実現するための動力伝達要素を備え、
     前記動力伝達要素は、軸方向に1列の歯車群を有するとともに各歯車が軸方向に移動されない構成の1組の遊星歯車機構を含む、ことを特徴とする4輪駆動車用のトランスファ。
  2.  請求項1に記載の4輪駆動車用のトランスファにおいて、
     前記動力伝達要素は、前記変速比をローレンジまたはハイレンジに切り替えるためのレンジ切り替え要素をさらに含む、ことを特徴とする4輪駆動車用のトランスファ。
  3.  請求項2に記載の4輪駆動車用のトランスファにおいて、
     前記レンジ切り替え要素は、ローギヤピースと、ハイギヤピースと、前記入力軸の内端に設けられる内歯歯車と、第1スリーブとを含み、
     前記ローギヤピースは、前記遊星歯車機構のサンギヤの中心に軸方向一方へ延びるように設けられる中心筒軸部の先端外径側に設けられる外歯歯車とされ、
     前記ハイギヤピースは、前記遊星歯車機構のキャリアの中心に前記中心筒軸部の内径側に相対回転可能に挿通されるように設けられる中心軸部において前記中心筒軸部の先端開口から突出する部分の外径側に設けられる外歯歯車とされ、かつ前記ローギヤピースと軸方向に非接触に並んで配置され、
     前記第1スリーブは、外周に前記入力軸の内歯歯車に噛合可能な外歯を有するとともに内周に前記ローギヤピースの外歯または前記ハイギヤピースの外歯に噛合可能な内歯を有し、かつローレンジ要求時に前記入力軸の内歯歯車と前記ローギヤピースの外歯とにそれぞれ噛合する位置にスライドさせられる一方で、ハイレンジ要求時に前記入力軸の内歯歯車と前記ハイギヤピースの外歯とにそれぞれ噛合する位置にスライドさせられる、ことを特徴とする4輪駆動車用のトランスファ。
  4.  請求項1に記載の4輪駆動車用のトランスファにおいて、
     前記動力伝達要素は、前記入力軸に入力される回転動力を、前記後輪出力軸および前記前輪出力軸から出力させる4輪駆動モードと、前記後輪出力軸または前記前輪出力軸から出力させる2輪駆動モードとのいずれか一方に切り替えるためのモード切り替え要素をさらに含む、ことを特徴とする4輪駆動車用のトランスファ。
  5.  請求項1に記載の4輪駆動車用のトランスファにおいて、
     前記動力伝達要素は、前記2つの出力軸間の差動作用を許容する状態と禁止する状態とに切り替えるための差動切り替え要素をさらに含む、ことを特徴とする4輪駆動車用のトランスファ。
  6.  請求項1に記載の4輪駆動車用のトランスファにおいて、
     前記動力伝達要素は、前記入力軸を、前記遊星歯車機構のキャリアに連結する第1連結状態と前記遊星歯車機構のサンギヤに連結する第2連結状態とのいずれか1つを確保するための第1スリーブと、
     前記前輪出力軸を、前記サンギヤに連結する第1連結状態と前記キャリアに連結する第2連結状態と前記サンギヤおよび前記キャリアに非連結にする空転可能状態とのいずれか1つを確保するための第2スリーブと、
     前記後輪出力軸を、前記遊星歯車機構のリングギヤに連結する第1連結状態と前記キャリアに連結する第2連結状態と前記リングギヤおよび前記キャリアに連結する第3連結状態とのいずれか1つを確保するための第3スリーブと、
     前記リングギヤを回転自在なフリー状態または回転不可能なロック状態にするための摩擦係合要素とをさらに含む、ことを特徴とする4輪駆動車用のトランスファ。
  7.  請求項1に記載の4輪駆動車用のトランスファにおいて、
     前記遊星歯車機構は、
     回転自在に配置されるリングギヤと、
     前記リングギヤの内径側に所定空間を介して同心状に配置されるサンギヤと、
     前記リングギヤと前記サンギヤとの間にそれぞれ噛み合うように介装される複数個のピニオンギヤと、
     前記各ピニオンギヤを回転自在に支持するとともに当該各ピニオンギヤの公転動作に同期して回転可能に配置されるキャリアと、
     前記リングギヤを回転自在にするフリー状態または回転不可能にするロック状態にするための摩擦係合要素とを備える、ことを特徴とする4輪駆動車用のトランスファ。
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