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オートマチックトランスミッション

基本構造

自動変速機。ギアの切り替え操作とクラッチ操作を全て自動にしたミッション。
CVTやDCTも自動変速機の一種であるが、ここではトルクコンバーターと
遊星歯車による多段切替式のミッション(ステップAT)を解説します。

---トルクコンバーター---
トルクコンバーター(torque converter)とは、
オートマチックトランスミッション(AT)を構成する装置の1つで、
マニュアルトランスミッション(MT)のクラッチに相当する役割を持つ。
回転力変換器ともいう。トルクコンバーターは流体クラッチの一種であり、
略して「トルコン」と呼ばれることもある。トルクコンバーターがクラッチと異なるのは、
クラッチとしての働きのほかに、トルクを増大させる変速機としての機能も持っている点である。
トルクコンバーターは、エンジンとトランスミッションの間に搭載された、ドーナツ型の部品である。
その中は、エンジン側からタービン(タービンライナー)、ステーター、ポンプ(ポンプインペラー)で
構成されており、それぞれにプロペラがついている。
これらの部品が格納されたトルクコンバーター内にはオイルが満たされていて、
プロペラが回り、オイルが循環することで、エンジンとトランスミッション間で
動力を滑らかに伝えることができるという仕組みである。
エンジンの動力がポンプを回転させると、オイルがかき回され、その遠心力でタービンが回転する。
タービンの回転軸はトランスミッションからタイヤへと伝わり、車を発進させるのである。
オイルという液体を介した動力伝達により、発進時のショックが少なく、滑らかなトルク伝達が可能となっている。
また、発進や急加速などでトルクを増幅させる必要がある際は、ポンプとタービンの間にあるステーターが回転し、
オイルの循環を強める。これにより、タービンの回転速度が強まり、加速できるのである。
一定速度での走行時は、ステーターはポンプやタービンと同じスピードで回転(空回り)し、トルク増幅を行わなくなる。



---プラネタリーギア---
現代のAT(オートマチックトランスミッション)では、複数のプラネタリーギヤを組み合わせ、多段化を行っている。
プラネタリーギヤは中心のサンギヤ、それに噛み合っているピニオンギヤ、ピニオンギヤを覆うように
内周で噛み合っているリングギヤから構成されている。
サンギヤ、リングギヤは一つのユニットに対して1個しか存在しないが、
自転と公転をするピニオンギヤはサンギヤの外周に複数存在する。
それぞれを結合するためにプラネタリーキャリアーがある。
この組み合わせは様々な回転数と入力軸、出力軸の可変を可能にする。
例えばリングギヤを固定し、サンギヤを回すとピニオンギヤを結合したプラネタリーキャリアーが出力軸となる。
サンギヤを固定し、リングギヤを回しても、プラネタリーキャリアーが出力軸となるが、回転数は異なる。
リングギヤを固定し、プラネタリキャリアーを回すと、サンギヤが出力軸となり、
同様にプラネタリーキャリアーを回して、サンギヤを固定するとリングギヤが出力軸となる。
プラネタリーギヤを固定し、サンギヤを回しても、同様にリングギヤが出力軸となる。
また、プラネタリーギヤを固定し、リングギヤを回すと、サンギヤが出力軸となる。
このように一組のプラネタリーギヤの入力と出力取り出しパターンは6種類にもなる。
多段トランスミッションは複数のプラネタリーギヤを組み合わせているが、
1セットのプラネタリーギヤを例に変速の制御を説明すると以下のようになる。

ニュートラル
リングギヤ、プラネタリーギヤ、サンギヤのいずれのギヤも固定しないで、
自由に回転できる状態にすると、どのギヤに入力しても、空転するだけで、トルクは伝達されない。
リングギヤを回してみよう。
内周で噛み合っているピニオンギヤが回転するが、それはプラネタリーキャリアーを回転する力にはならない。
プラネタリーギヤの回転に伴ってサンギヤは回転するが、
プラネタリーキャリアーが固定されていないので、回転トルクは発生しない。
なお、サンギヤを回しても、プラネタリーキャリアーを回しても、同じことがいえる。

増速作用
サンギヤを固定し、プラネタリーキャリアーに入力すると、
プラネタリーギヤは自転しながらサンギヤの外周とリングギヤの内周の間で公転し、リングギヤを回転させる。
プラネタリーギヤの自転はリングギヤを増速させ、プラネタリーキャリアーの回転よりも速くなる。
Vリングギヤを固定して、プラネタリーキャリアーに入力すると、公転の他に自転の力がサンギヤを増速させる。

減速作用
サンギヤを固定し、リングギヤに入力するとプラネタリーギヤは自転しながら、サンギヤの回りを公転する。
プラネタリーギヤの自転は、この場合、リングギヤの回転方向ではなく、逆の方向となる。
このためプラネタリーキャリアーの公転速度は遅くなり、リングギヤの回転は減速される。
リングギヤを固定し、サンギヤに入力しても、同じように減速効果が得られる。

逆転作用
プラネタリーキャリアーを固定し、リングギヤに入力すると、
プラネタリーギヤは自転のみを行い、その回転をサンギヤに伝える。
サンギヤに伝えられる回転はリングギヤとは逆の方向になる。
この場合、大きなリングギヤの回転を小さなサンギヤで取り出すために逆転増速となる。
プラネタリーキャリアーを固定して、サンギヤに入力しても、リンクギヤの逆転作用が現れる。
プラネタリーギヤは自転のみを行い、リングギヤを回転させる。
この場合、小さなサンギヤの回転を大きなリングギヤで取り出すために減速作用が現れる。
【引用】https://www.goo-net.com/pit/magazine/109284.html


【出典】https://www.excite.co.jp/news/article/Clicccar_781025/



---バルブボディ---
ブレーキバンド・前進用湿式多板クラッチや
後進用湿式多板クラッチ・オーバードライブ用湿式多板クラッチなどに掛ける油圧を
バルブボディー内の幾本のも油道とシフトバルブなどにより断続制御して変速していきます。
バルブボディー内の油圧は、
エンジン回転数に応じて掛かる油圧・一定の圧力を保っている油圧・車速に応じて変化する油圧などがあり、
セレクター(シフト)レバーの位置(マニュアルバルブ)や
エンジン回転数やスロットルバルブ開度(昔はケーブル、電子制御ではスロットル開度センサー)、
車速の情報(昔はATアウトプット側回転数のガバナー、電子制御では車速センサー)などの情報により
動きが変化するバルブにより、バルブボディー内の油道(通路)を変えて最適な変速段を選択し、
AT内の湿式多板クラッチやブレーキバンドに通じる各シフトバルブの開閉を行っています。
このシフトバルブ、電子制御以前は上記のような各ケーブルやガバナーなどの
アナログ油圧の変化により動いていましたが、現在の電子制御化されたATでは、
各シフトバルブに付いたソレノイドバルブをAT・ECU経由で直接デューティー制御することによって変速させています。
【引用】https://oshiete.goo.ne.jp/qa/8866428.html


【出典】https://www.armonicos.co.jp/laboratory/14/



---電子制御---
様々なセンサーの信号をコンピュータが解析して、油圧をコントロールする、
変速及びロックアップ作動をきめ細かく行うととももに、
電子制御の利点を生かし変速パターン(Normal、Power、Eonomonyなど)が選択でき、ロックアップ領域をユーザーが任意に選べるモードが設定できる。電子制御の特徴として、
(1)ロックアップ付トルクコンバータや変速点をきめ細かく制御することにより、大幅な燃費の向上を達成できる。
(2)ドライバーの好みや、路面状態によって、最も走りやすい変速パターンを選択できる。
(3)各種センサーからの信号に基づき、変速点・ロックアップクラッチの作動をきめ細かく制御することにより、
   変速特性とドライバビリティの向上を図る。


【出典】https://www.japanclassic.ru/upload/fsm/toyota/2004.11_mark_x_GRX12/cd0425/ncf/xml/s169030043a178.html


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