KR0162802B1 - 차량용 6속 자동 변속기의 기어 트레인 - Google Patents

Abstract

반경방향으로 조합되는 복합 유성기어 셋트를 적용함으로써, 전장이 매우 짧은 자동 변속기의 설계가 가능하여 그 구성을 간단히 함과 동시에 변속단을 다단화하여 엔진의 출력을 효과적으로 이용할 수 있는 차량용 6속 자동변속기의 기어 트레인을 제공할 목적으로; 제1 단순 유성기어 셋트의 링기어 외측에 제2 단순 유성기어 셋트가 둘러 쌓여져 제1 단순 유성기어 셋트의 링기어가 제2 단순 유성기어 셋트의 선기어로도 작용할 수 있도록 반경방향으로 조합함으로써, 5개의 작동요소를 보유하면서 이들 작동요소 중 각 변속단에서 적어도 2개의 요소가 입력요소와 반력요소로 선택 설정되면서 전진 6속 후진 1속의 변속이 이루어지도록 하는 복합 유성기어 셋트와; 상기 제1 단순 유성기어 셋트의 유성 캐리어와 링기어, 그리고 제2 단순 유성기어 셋트의 링기어가 선택적으로 입력요소가 되도록 작동하는 클러치 수단들과; 상기 제1 단순 유성기어 셋트의 링기어, 유성 캐리어, 선기어가 각각 선택적으로 반력요소가 되도록 작동하는 브레이크 수단들과; 를 포함하는 차량용 6속 자동 변속기의 기어트레인을 제공한다.

Description

차량용 6속 자동 변속기의 기어 트레인

제1도는 본 발명에 의한 기어 트레인의 구성도.

제2도는 본 발명의 작동설명을 레버 해석법으로 설명하기 위한 도면.

제3도는 제2도 기어 트레인의 전진 6속과 후진 1속의 변속비를 얻기 위한 각 변속단별 마찰요소의 작동표이다.

본 발명은 차량용 6속 자동 변속기의 기어 트레인에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반경방향으로 조합되어 복합 유성기어 셋트를 작용함으로써, 전장이 매우 짧은 자동 변속기의 설계가 가능하여 그 구성을 간단히 함과 동시에 변속단을 다단화하여 엔진의 출력을 효과적으로 이용할 수 있는 차량용 6속 자동변속기의 기어 트레인에 관한 것이다.

일반적으로 차량용 자동 변속장치는, 차량의 주행속도와 부하의 변동에 따라 변속비를 자동적으로 제어하는 트랜스밋션 제어유닛을 구비하고 있다.

상기한 트레스밋션 제어유닛은 기어 트레인에 설치된 다수개의 마찰요소들을 작동 또는 비작동 상태로 제어하어 유성기어 셋트의 3요소(선기어, 링기어, 유성 캐리어)중 어느 요소를 입력요소로 하고, 다른 요소를 반력요소로 선택하여 출력단 회전수를 조절하게 된다.

이러한 차량용 자동 변속장치로 사용되는 복합 유성기어 장치로는 라비뉴타입과, 심프슨 타입, 그리고 2심프슨 타입의 유성기어장치가 있다.

그리고 상기와 같은 복합 유성기어 장치는 차량의 변속수단으로 사용되기 위하여 유성 캐리어가 서로 연결되는 구조를 갖거나, 선기어를 공용으로 하고 유성 캐리어와 링기어가 직결되는 구조를 갖거나, 유성 캐리어와 링기어가 상호간 직결되는 구조, 즉 2개의 유성기어 셋트가 축방향으로 연결되는 구조를 갖는다.

이에 따라 축방향으로의 길이가 길어져 변속기의 전장이 길어지기 때문에 특히 횡치 전륜 구동형 자동변속기의 경우 탑재성 측면에서 매우 불리하게 작용하여 설계시 이의 전장 단축을 위한 많은 노력이 요구되고 있다.

또한, 차량용 자동 변속기는, 고출력의 엔진에서 엔진의 성능을 충분히 활용하지 못하게 되면, 잘 알려진 바와 같이, 연비 및 동력성능 그리고 구동성능이 좋지 않게 된다.

따라서 고출력 엔진에서 엔진의 성능을 충분히 활용하기 위하여 변속비를 보다 다단화할 수 있도록 하는 방안이 제안되고 있다.

그러나 종래의 자동 변속기에 있어서는 입력요소를 어느 하나에 한정하고 있기 때문에 적어도 2개 이상의 유성기어 셋트를 구비하여야만 하는 바, 유성기어 셋트의 제조에 따른 제작비용이 크게 상승되고, 내부 구성 또한 매우 복잡해진다는 문제점을 내포하고 있다.

이에 따라 보다 구성이 간단하면서도 엔진의 출력을 보다 효율적으로 이용할 수 있도록 변속단을 다단화할 수 있는 방안이 요구되고 있다.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 요구에 부응하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 반경방향으로 조합되는 복합 유성기어 셋트를 작용함으로써, 전장이 매우 짧은 자동 변속기의 설계가 가능하여 그 구성을 간단히함과 동시에 변속단을 다단화하여 엔진의 출력을 효과적으로 이용할 수 있는 차량용 6속 자동변속기의 기어 트레인을 제공함에 있다.

상기 목적을 실현하기 위하여 본 발명은, 제1 단순 유성기어 셋트의 링기어 외측에 제2 단순 유성기어 셋트가 둘러 쌓여져 제1 단순 유성기어 셋트의 링기어가 제2 단순 유성기어 셋트의 선기어로도 작용할 수 있도록 반경방향으로 조합함으로써, 5개의 작동요소를 보유하면서 이들 작동요소 중 각 변속단에서 적어도 2개의 요소가 입력요소와 반력요소로 선택 설정되면서 전진 6속 후진 1속의 변속이 이루어지도록 하는 복합 유성기어 셋트와; 상기 제1 단순 유성기어 셋트의 유성 캐리어와 링기어, 그리고 제2 단순 유성기어 셋트의 링기어가 선택적으로 입력요소가 되도록 작동하는 클러치 수단들과; 상기 제1 단순 유성기어 셋트의 링기어, 유성 캐리어, 선기어가 각각 선택적으로 반력요소가 되도록 작동하는 브레이크 수단들과; 를 포함하는 차량용 6속 자동 변속기의 기어트레인을 제공한다.

이하, 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명에 의한 실시예의 기어 트레인을 나타내는 도면으로서, 엔진(2)으로부터 발생된 동력은 토오크 컨버터(4)를 통해 토오크 변환이 이루어져 복합 유성기어 셋트(6)로 입력되어 변속이 이루어지게 된다.

이때, 상기 복합 유성기어 셋트(6)는 다수의 클러치(8)(10)(12)로 이루어지는 클러치 수단의 선택적인 작동으로 적어도 하나의 요소에 입력이 이루어지고, 다수의 브레이크(14)(16)(18)로 이루어지는 브레이크 수단의 선택적인 작동으로 전진 4속을 제외한 모든 운전영역에서 적어도 하나의 요소가 반력요소로 작동하면서 변속이 이루어지게 된다.

상기에서 엔진(2)으로부터 발생되는 토오크를 변환시키는 토오크 컨버터(4)는 엔진(2)의 크랭크축에 직결되어 회전하는 펌프 임펠러(20)와; 이 펌프 임펠러(20)와 대향 배치되어 분출되는 오일에 의하여 함께 회전하는 터어빈 런너(22)와; 이들 펌프 임펠러(20)와 터어빈 런너(22) 사이에 배치되어 오일의 흐름을 바꾸어주어 펌프 임펠러(20)의 회전력을 증가시켜 주는 스테이터(24)를 포함하여 이루어진다.

이에 따라 엔진이 회전을 하면 상기 토오크 컨버터(4)내에 충진된 오일이 펌프 임펠러(20)에서 분출되어 터어빈 런너(22)로 공급되면서 터어빈 런너(22)를 구동시킨 다음 스테이터(24)으로 유입된다.

또한, 상기 스테이터(24)로 유입된 오일은 그 방향을 바꾸어 다시 펌프 임펠러(20)로 유입되는 작용을 반복하게 되는데, 이 때 스테이터(24)의 회전에 의하여 스테이터(24)가 분담하는 터어빈 런너(22)의 회전력과 펌프 임펠러(20)의 회전력과의 사이에 차이가 생겨 토오크 변환이 이루어지게 되는 것이다.

그리고 상기 토오크 컨버터(4)로부터 동력을 전달받는 복합 유성기어 셋트(6)는 상기 토오크 컨버터(4)의 터어빈 런너(22)에 연결되는 입력축(26)의 후측에 동일선상으로 배치된다.

상기 복합 유성기어 셋트(6)는 반경방향으로 조합되는 제1, 2 단순 유성기어 셋트(28)(30)로 이루어지는데, 이는 제1 단순 유성기어 셋트(28)의 링기어(32) 외측에 또 다른 제2 단순 유성기어 셋트(30)가 둘러 쌓여져 제1 단순 유성기어 셋트(28)의 링기어(32)가 제2 단순 유성기어 셋트(30)의 선기어로도 작용할 수 있도록 이루어진다.

이에 따라 상기 복합 유성기어 셋트(6)는 제1 단순 유성기어 셋트(28)의 선기어(34) 및 유성 캐리어(36)와 링기어(32), 그리고 제2 단순 유성기어 셋트(30)의 유성 캐리어(38)와 링기어(40)로 이루어지는 5개의 작동요소를 보유하게 된다.

상기 복합 유성기어 셋트(6)에 엔진(2)의 동력을 전달하기 위한 클러치 수단으로 작용하는 제1 클러치(8)는 입력축(26)과 제2 단순 유성기어 셋트(30)의 링기어(40) 사이에 개재되고, 제2 클러치(10)는 입력축(26)과 제1 단순 유성기어 셋트(28)의 링기어(32) 사이에 개재되며, 제3 클러치(12)는 입력축(26)과 제1 단순 유성기어 셋트(28)의 유성 캐리어(36) 사이에 개재된다.

이에 따라 상기 클러치(8)(10)(12)들의 선택적인 작동으로 이에 연결되는 요소들이 선택적 또는 2개의 요소가 동시에 입력요소로 작용하게 되는 것이다.

그리고 브레이크 수단을 형성하는 제1 브레이크(14)는 제1 단순 유성기어 셋트(28)의 링기어(32)와 변속기 하우징(42) 사이에 개재되며, 제2 브레이크(16)는 제1 단순 유성기어 셋트(28)의 유성 캐리어(36)와 변속기 하우징(42) 사이에 개재되고, 제3 브레이크(18)는 제1 단순 유성기어 셋트(28)의 선기어(34)와 변속기 하우징(42) 사이에 개재되어 상기 요소들이 선택적인 반력요소로 작용할 수 있도록 하였으며, 제2 단순 유성기어 셋트(30)의 유성 캐리어(38) 말단부에는 출력기어(44)를 장착하여 출력요소로 작용할 수 있도록 하였다.

상기에서 클러치 수단을 형성하는 제1, 2, 3 클러치(8)(10)(12)는 다판 클러치가 사용될 수 있으며, 브레이크 수단을 형성하는 제1, 2, 3 브레이크(14)(16)(18)는 통상의 밴드 브레이크가 사용될 수 있다.

이와 같이 이루어지는 본 발명의 기어트레인은 제2도의 마찰요소 작동표와 같이 마찰요소가 작동하면서 변속이 이루어지게 되는데, 이의 작동요소표와 제3도의 레버 해석표를 보면서 변속과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 복합 유성기어 셋트를 레버방식으로 해석하기 위하여는 레버(L)상의 제1노드(N1)는 제1 단순 유성기어 셋트(28)의 선기어(34), 제2노드(N2)는 제1 단순 유성기어 셋트(28)의 유성 캐리어(36), 제3노드(N3)는 제1 단순 유성기어 셋트(28)의 링기어(32), 제4노드(N4)는 제2 단순 유성기어 셋트(30)의 유성 캐리어(38), 제5노드(N5)는 제2 단순 유성기어 셋트(30)의 링기어(40)로 설정됨을 전제한다.

상기 노드에 대한 요소는 복합 유성기어 셋트의 조합에 의하여 설정되는 것으로서, 이에 관련되는 기술은 공지이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이러한 점을 고려하여 전진 1속의 작동과정을 설명하면, 제1 속에서는 제1 클러치(8)와, 제1 브레이크(14)가 작동 제어된다.

그러면 엔진(2)에 의하여 회전하는 입력축(26)의 동력은 제1 클러치(8)의 작동에 의하여 제2 단순 유성기어 셋트(28)의 링기어(40)가 입력요소로 작용하고, 이와 동시에 제1 브레이크(14)의 작동에 의하여 제1 단순 유성기어 셋트(28)의 링기어(32)가 반력요소로 작용하면서 제1 속의 변속이 이루어져 출력요소인 제2 단순 유성기어 셋트(30)의 유성 캐리어(38)를 통해 출력이 이루어지게 된다.

이러한 변속과정을 제3도를 보면서 살펴보면, 제4노드(N4)로 입력되는 제1 입력속도선(S1)과 반력요소로 작용하는 제3노드(N3)를 연결하는 직선(L1)을 출력요소인 제4노드(N4)와 가장 가깝게 연결하는 선이 제1 속의 출력속도선(D1)이 되는 것이다.

즉, 이는 입력 회전수 보다 출력 회전수가 아주 작아지게 되어 제1 속의 변속비로 감속이 이루어짐을 알 수 있다.

상기와 같은 제1 속의 상태에서 차속과 스로틀 개도가 증가하면 트랜스 제어유닛에서는 제1 브레이크(14)의 작동은 해제하고, 제2 브레이크(16)를 작동시키게 된다.

그러면 제1속과 같은 입력의 상태에서 제2 브레이크(16)의 작동에 의하여 반력요소가 제1 단순 유성기어 셋트(28)의 유성 캐리어(36)로 이루어지면서 제2 속의 변속이 이루어지게 된다.

이러한 제2 속의 변속과정을 제3도를 보면서 살펴보면, 제4노드(N4)의 제1 입력 속도선(S1)과, 반력요소로 작용하는 제2노드(N2)를 연결하는 직선(L2)을 출력요소인 제4노드(N4)와 가장 가깝게 연결하는 선이 제2 속의 출력속도선(D2)이 되면서 제1 속 보다는 빠른 속도로 출력이 이루어지게 된다.

상기와 같은 제2 속의 상태에서 차속과 스로틀 개도가 증가하면 트랜스 제어유닛에서는 제2 브레이크(16)의 작동은 해제하고, 제3 브레이크(18)를 작동시키게 된다.

그러면 상기 제2속과 같은 입력의 상태에서 제3 브레이크(18)의 작동에 의하여 반력요소가 제1 단순 유성기어 셋트(28)의 선기어(34)로 변환되면서 제3속의 변속이 이루어지게 된다.

이러한 제3 속의 변속과정을 제3도를 보면서 살펴보면, 제4노드(N4)의 제1입력 속도선(S1)과, 반력요소로 작용하는 제1노드(N1)를 연결하는 직선(L3)을 출력요소인 제4노드(N4)와 가장 가깝게 연결하는 선이 제3 속의 출력속도선(D3)이 되면서 제2속 보다는 빠른 속도로 출력이 이루어지게 된다.

상기와 같은 제3 속의 상태에서 차속과 스로틀 개도가 증가되면, 트랜스밋션 제어 유닛에서는 제3 브레이크(18)의 작동을 해제하고, 제2 클러치(10)를 작동시키게 된다.

그러면 제3 속의 입력의 상태에서 제2클러치(10)의 작동에 따른 제1 단순 유성기어 셋트(28)의 링기어(32)가 입력요소로 작동하게 되는 바, 제2의 입력이 이루어지게 되어 2개의 입력요소로 갖게 되므로, 유성기어 셋트의 특성상 직결의 상태가 되면서 제4속의 변속이 이루어지게 된다.

이러한 제4 속의 변속과정을 제3도를 보면서 살펴보면 제4노드(N4)로 입력되는 제1 입력 속도선(S1)과, 또 다른 입력요소로 작용하는 제3 노드(N3)의 제2 입력 속도선(S2)를 연결하는 직선(L4)을 출력요소인 제4노드(N4)와 가장 가깝게 연결하는 선이 제4 속의 출력 속도선(D4)이 되는 것이다.

상기와 같은 제4 속의 상태에서 차속과 스로틀 개도가 더욱 증대되면, 트랜스밋션 제어유닛에서는 제4 속에서 작동하고 있던 제1 클러치(8)의 작동은 해제하고, 제3 브레이크(16)을 작동 제어하게 된다.

그러면 제1 단순 유성기어 셋트(28)의 링기어(32)를 통한 입력이 이루어지는 상태에서 제3 브레이크(18)의 작동으로 제1 단순 유성기어 셋트(28)의 선기어(34)가 반력요소로 작동하면서 제5 속의 변속이 이루어지게 된다.

이러한 제5 속의 변속과정을 제3도를 보면서 살펴보면, 제3노드(N3)의 제2 입력 속도선(S2)과, 반력요소로 작용하는 제1노드(N1)를 연결하는 직선(L5)을 출력요소인 제4노드(N4)와 연결하는 선이 제5 속의 출력 속도선(D5)이 되는 것이다.

죽, 상기에서의 제5 속은 입력속도보다 빠른 출력이 이루어지는 오버드라이브 상태가 된다.

상기와 같은 제5 속의 상태에서 차속과 스로틀 개도가 더욱 증대되면, 트랜스밋션 제어유닛에서는 제5 속에서 작동하고 있던 제3 브레이크(18)의 작동은 해제하고, 제2 브레이크(16)를 작동제어 하게한다.

그러면 제1 단순 유성기어 셋트(28)의 링기어(32)를 통한 입력의 상태에서 제2 브레이크(16)의 작동으로 제1 단순 유성기어 셋트(28)의 유성 캐리어(36)가 반력요소로 작용하면서 제6 속의 변속이 이루어지게 된다.

이러한 제5 속의 변속과정을 제3도를 보면서 살펴보면, 제3노드(N3)의 제2 입력 속도선(S2)과, 반력요소로 작용하는 제2노선(N2)를 연결하는 직선(K6)을 출력요소인 제4노드(N4)와 연결하는 선이 제6 속의 출력 속도선(D6)이 되는 것이다.

물론 이의 제6 속에서도 상기 제5 속과 마찬가지로 오버 드라이브 상태이다.

그리고 운전자가 후진을 위하여 셀렉터 레버를 후진 레인지(R)로 변환시키면, 트랜스 제어유닛에서는 제3 클러치(12)와 제1 브레이크(14)를 작동 제어하게 된다.

그러면 제3 클러치(12)의 작동으로 제1 단순 유성기어 셋트(28)의 유성 캐리어(36)를 통해 입력이 이루어지고, 이와 동시에 제1 브레이크(14)의 작동에 의하여 제1 단순 유성기어 셋트(28)의 링기어(32)가 반력요소로 작용하게 되면서 후진 변속이 이루어져 출력요소인 제2 단순 유성기어 셋트(30)의 유성 캐리어(38)를 통해 출력이 이루어지게 된다.

즉, 제3도에서와 같이, 제2노드(N2)의 제3 입력 속도선(S3)과, 반력요소로 작용하는 제3노드(N3)를 연결하는 직선(L7)을 출력요소인 제4노드(N4)와 가장 가깝게 연결하는 선이 후진 출력 속도선(R)이 되는 것이다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 반경방향으로 조합되는 복합유성기어 셋트를 적용함으로써, 전장이 매우 짧은 자동 변속기의 설계가 가능하며, 그 구성을 간단히 할 수 있게 된다.

그리고 변속단을 전진 6속 후진 1속으로 다단화함으로써, 엔진의 출력을 보다 효율적으로 이용할 수 있게 된다.

Claims (4)

1. 제1 단순 유성기어 셋트의 링기어 외측에 제2 단순 유성기어 셋트가 둘러 쌓여져 제1 단순 유성기어 셋트의 링기어가 제2 단순 유성기어 셋트의 선기어로도 작용할 수 있도록 반경방향으로 조합함으로써, 5개의 작동요소를 보유하면서 이들 작동요소 중 각 변속단에서 적어도 2개의 요소가 입력요소와 반력요소로 선택 설정되면서 전진 6속 후진 1속의 변속이 이루어지도록 하는 복합 유성기어 셋트와; 상기 제1 단순 유성기어 셋트의 유성 캐리어와 링기어, 그리고 제2 단순 유성기어 셋트의 링기어가 선택적으로 입력요소가 되도록 작동하는 클러치 수단들과; 상기 제1 단순 유성기어 셋트의 링기어, 유성 캐리어, 선기어가 각각 선택적으로 반력요소가 되도록 작동하는 브레이크 수단들과; 를 포함하는 차량용 6속 자동 변속기의 기어트레인.
2. 제1항에 있어서, 복합 유성기어 셋트에 엔진의 동력을 전달하기 위한 클러치 수단은 제2 단순 유성기어 셋트의 링기어와 입력축 사이에 개재되는 제1 클러치와; 제1 단순 유성기어 셋트의 링기어와 입력축 사이에 개재되는 제2 클러치와; 제1 단순 유성기어 셋트의 유성 캐리어와 입력축 사이에 개재되는 제3 클러치와; 를 포함하여 이루어지는 차량용 6속 자동 변속기의 기어 트레인.
3. 제1항에 있어서, 브레이크 수단은 제1 단순 유성기어 셋트의 링기어와 변속기 하우징 사이에 개재되는 제1 브레이크와; 제1 단순 유성기어 셋트의 유성 캐리어와 변속기 하우징 사이에 개재되는 제2 브레이크와; 제1 단순 유성기어 셋트의 선기어와 변속기 하우징 사이에 개재되는 제3 브레이크와; 를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 6속 자동변속기의 기어 트레인.
4. 제1항에 있어서, 클러치 수단을 형성하는 클러치는 다판 클러치가 사용되고, 브레이크 수단을 형성하는 브레이크는 밴드 브레이크가 사용됨을 특징으로 하는 차량용 4속 자동 변속기의 기어 트레인.