KR0183075B1 - 차량용 자동 변속장치 - Google Patents

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KR0183075B1
KR0183075B1 KR1019940028502A KR19940028502A KR0183075B1 KR 0183075 B1 KR0183075 B1 KR 0183075B1 KR 1019940028502 A KR1019940028502 A KR 1019940028502A KR 19940028502 A KR19940028502 A KR 19940028502A KR 0183075 B1 KR0183075 B1 KR 0183075B1
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Abstract

구조적으로 간단하고 전장을 줄여 전륜 구동차량의 탑재성을 향상시킴과 아울러 유압 공급회로 및 윤활로의 구조를 간단히하기 위하여, 2개의 단순 유성기어장치를 각각 제1축과 제2축에 배치한 차량용 자동 변속장치.
상기한 변속장치는, 엔진의 동력을 전달받아 토오크를 변환하여 출력하는 토오크 컨버터와, 상기 토오크 컨버터의 터어빈으로부터 동력을 전달받는 제1축상에 배치되는 제1유성기어장치와, 상기 제1유성기어장치의 제1유성 캐리어와 일체로 형성되며 제1축상에 배치되는 제1트랜스퍼 기어와, 상기 제1유성기어장치의 제1링기어와 치차물림되며 제2축상에 배치되는 제2트랜스퍼 기어와, 상기 제1트랜스퍼 기어와 치차물림되며 제2축상에 배치되는 제2유성기어장치를 포함한다.

Description

차량용 자동 변속장치
제1도는 본 발명에 의한 자동 변속장치의 기어 트레인을 나타내는 도면.
제2도는 본 발명에 의한 자동 변속장치의 변속단별 작동요소표.
제3도는 본 발명에 의한 자동 변속장치의 속도선도를 나타내는 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2 : 토오크 컨버터 6 : 터어빈
8 : 제1축 10 : 제1유성기어장치
12 : 제2축 14 : 제2유성기어장치
16 : 제1선기어 18 : 제1링기어
20 : 제2선기어 22 : 스테이터
26 : 제1유성 캐리어 28 : 제1트랜스퍼 기어
30 : 제2링기어 34 : 제2유성 캐리어
36 : 제2트랜스퍼 기어 C1 : 제1마찰요소
B1 : 제2마찰요소 B2 : 제3마찰요소
B3 : 제4마찰요소 C2 : 제5마찰요소
C3 : 제6마찰요소
본 발명은 차량용 자동 변속장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 부품수를 줄여 경랑화할 수 있으며, 축방향의 공간 활용도를 높이며, 변속자동제어를 위하여 마찰요소로 공급되는 유압라인을 간단히 할 수 있는 자동변속장치에 관한 것이다.
일반적으로 차량용 자동 변속장치는, 차량의 주행속도와 부하에 따라 변속비를 자동적으로 조절하는 트랜스밋션 제어 유닛을 구비하고 있다.
상기한 트랜스밋션 제어 유닛은 기어 트레인에 설치된 다수개의 클러치 및 브레이크들을 작동 또는 비작동 상태로 제어하여 유성기어의 3요소(선기어, 링기어, 유성 캐리어)중 어느 요소를 입력으로 하고 어느 요소를 반력으로 선택하여 출력단 회전수를 조절하게 된다.
실질적으로 전진 4속과 후진 1속의 변속비를 출력할 수 있는 파워 트레인을 설계하기 위해서는 1개의 복합 유성기어장치와, 최소한 5개의 마찰요소를 제공하여야 하는데, 좋은 변속감을 갖는 파워 트레인을 설계하기 위해서는 1개의 복합 유성기어장치와 7개의 마찰요소 및 3개의 일방향 클러치를 제공해야 한다.
그러나 이러한 트레인은 구조가 복잡하고 중량도 증가하기 때문에 연비가 좋지 않다.
게다가 유성기어장치를 사용하는 자동 변속기의 대부분은 트랜스밋션의 입력축상에 유성기어장치와 모든 마찰요소들이 배치되는 구조로 설계되기 때문에 유성기어장치와 마찰요소를 연결하는 부품의 수가 많아지고 마찰요소로 연결되는 유압공급회로 및 윤활회로가 복잡해지고 전장이 증대되며, 중량도 증가하는 문제점이 있다.
본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 전장을 짧게하여 축방향의 공간활용도를 높이고, 2개의 축상에 마찰요소를 분산배치하여 전체적인 구조를 간단히할 수 있는 차량용 자동 변속장치를 제공하는데 있다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여, 엔진의 동력을 전달받아 토오크를 변환하여 출력하는 토오크 컨버터와, 상기 토오크 컨버터의 터어빈으로부터 동력을 전달받는 제1축상에 배치되는 제1유성기어장치와, 상기 제1유성기어장치의 제1유성 캐리어와 일체로 형성되며 제1축상에 배치되는 제1트랜스퍼 기어와, 상기 제1유성기어장치의 제1링기어와 치차물림되며 제2축상에 배치되는 제2트랜스퍼 기어와, 상기 제1트랜스퍼 기어와 치차물림되며 제2축상에 배치되는 제2유성기어장치를 제공한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라 더욱 상세히 설명한다.
제1도는 본 발명에 의한 자동 변속장치의 기어 트레인을 나타내는 도면으로서, 엔진의 출력축 동력을 전달받아 회전하는 토오크 컨버터(2)와, 이 토오크 컨버터(2)의 임펠러(4)와 대향배치되는 터어빈(6)으로 부터 동력을 전달받는 변속기 제1축(8)과, 이 제1축(8)의 주위에 설치되는 제1유성기어장치(10)를 포함한다.
상기한 제1 유성기어장치(10)는 트랜스밋션 제어 유닛에 의해 적절한 변속비를 변속기 제2축(12) 주위에 설치된 제2 유성기어장치(14)로 전달하여 차동장치(D) 적절한 변속비를 출력할 수 있도록 되어 있다.
상기한 제1,2 유성기어장치(10,14)는 단순유성기어장치가 사용됨으로서 마찰요소들을 이들 2개의 축상에 분산배치할 수 있다.
상기한 마찰요소들은, 전진 1,2,3속에서 터어빈(6)의 동력을 제1유성기어장치(10)의 제1선기어(16)로 전달하거나 차단하는 제1마찰요소(C1)와, 전진시 모든 속도구간에서 작동하는 제2마찰요소(B1) 및 전진 1속에서 제1 유성기어장치(10)의 제1 링기어(18)가 반력요소로 작용하여 감속작용을 행할 수 있도록 하는 제3마찰요소(B2)를 포함한다.
그리고 전진 2속에서 상기한 제1마찰요소(C1)와 제2마찰요소(B1)와 함께 작용하면서 제2유성기어 장치(14)의 제2선기어(20)가 반력요소로 작용할 수 있도록 고정하거나 해지하는 제4마찰요소(B3)를 포함한다.
상기한 제1유성기어 장치(10)의 제1링기어(18)를 입력요소로 하기 위하여 제1축(8)의 동력을 전달하는 제5마찰요소(C2)를 제공하고 있으며, 후진시 제1유성기어 장치(10)의 제1선기어(16)가 입력요소로 작용할 수 있도록 토오크 컨버터(2)의 스테이터(22)와 제1선기어(16) 사이에 제6마찰요소(C3)를 설치하고 있다.
상기한 스테이터(22)와 제6마찰요소(C3) 사이에는 엔진의 회전방향과 반대방향으로 동력을 전달할 수 있는 일방향 클러치(24)가 설치되어 엔진의 회전방향과 반대방향의 동력을 C3를 통하여 제1선기어(16)로 전달할 수 있도록 되어 있다.
엔진의 회전방향과 반대방향의 동력을 전달하기 위하여 토오크컨버터(2)의 터어빈(60)를 고정시켜야 하는데, 이를 위하여 제3마찰요소(B2)와 제5마찰요소(C2)를 작동시켜 제1링기어(18)를 고정시키도록 하고 있다.
상기한 제1유성기어장치(10)의 제1유성기어(24)는 유성 캐리어(26)를 통하여 제1트랜스퍼 기어(28)로 동력을 전달할 수 있도록 되어 있으며, 이 제1트랜스퍼 기어(28)는 제2유성기어장치(14)의 제2링기어(30)와 치차물림되어 동력을 전달할 수 있도록 되어 있다.
상기한 제2선기어(20)와 제2링기어(30) 사이에 치차물림되는 제2유성기어(32)는 유성 캐리어(34)를 통하여 제2트랜스퍼 기어(36)와 연결되고 있는데, 이 제2트랜스퍼 기어(36)는 상기한 제1링기어(18)와 치차물림되어 있다.
그리고 상기한 제2링기어(30)는 증감속 구동 기어(38)와 드럼을 통하여 연결되어 종감속 수단(40)을 통하여 차동장치(D)로 동력을 전달할 수 있도록 되어 있다.
이와 같이 이루어지는 자동 변속장치의 각 변속단별 변속작동을 변속단별 작동요소표인 제2도를 참조하여 설명한다.
D 레인지 1속
전진 1속에서는 제1선기어(16)가 입력요소로 작용하고 제1링기어(18)가 반력요소를 작동시킴으로서 실현될 수 있다.
따라서 토오크 컨버터(2)의 임펠러(4)와 터어빈(6)를 통하여 제1축(8)으로 전달되는 엔진(E)의 동력은, 제1마찰요소(C1)를 통하여 제1유성기어 장치(10)의 제1선기어(16)로 전달된다.
이때 제1유성기어장치(10)의 제1링기어(18)가 회전력을 받지만, 제3마찰요소(B2)가 작동하여 제1링기어(18)와 치차물림되어 있는 제2트랜스퍼기어(36)를 고정시키게 되므로 제1링기어(18)는 고정상태가 된다.
이때 제2마찰요소(B1)가 작동하여 스테이터(22)로부터 전달되는 동력을 고정시키게 된다.
이러한 작용으로 제1선기어(16)로 전달되는 동력은 유성 캐리어(26)를 통하여 제1트랜스퍼 기어(28)로 전달되면서 제2유성기어 장치(14)의 제2링기어(30)를 통하여 1속의 변속비로 출력된다.
이것을 레버 해석법으로 속도비를 설명하면 제3도에 도시한 바와 같이 레베(L1)의 좌측단을 제1선기어(16)가 존재하는 제1노드(Node)(N1)로 하고, 우측단을 제1링기어(18)가 존재하는 제2노드(N2)로 하며, 이들 제1,2노드 사이를 제1유성기어(24)가 존재하는 제3노드(N3)로 하고, 제1노드(N1)와 제3노드(N3) 사이의 거리를 제1링기어(18)의 잇수로, 그리고 제3노드(N3)와 제2노드(N2) 사이의 거리를 제1선기어(16)의 잇수로 하여 간격을 설정한다.
그리고 또다른 레버(L2)의 좌측단을 제2링기어(30)가 존재하는 제4노드(N4)로 하고, 우측단을 제2선기어(20)가 존재하는 제5노드(N5)로 하며, 이들 제4,5노드 사이를 제2유성기어(32)가 존재하는 제6노드(N6)로 하면서 제4노드와 제6노드 사이는 제2선기어(20)의 잇수로, 그리고 제6노드와 제5노드 사이는 제2링기어(30)의 잇수로 하여 간격을 설정한다.
이러한 레버 해석법에 의하면 상기한 레버(L1,L2)는 하나의 레버(N3)로 합성될 수 있는데, 이 레버(L3)에는 4개의 노드가 존재하는 것으로 표시될 수 있다.
이들 4개의 노드를 제1노드(N1), 제3,4노드(N3,4), 제2,6노드(N2,6), 제5노드(N5)로 나타내면, 1속의 변속비는 다음과 같이 설명될 수 있다.
제1선기어(16)가 존재하는 제1노드(N1)에서 엔진의 회전방향과 동일한 입력선(I)을 상방향으로 그리고, 제1링기어(18)와 제2유성캐리어(32)가 존재하는 제2,6노드(N2,6)를 반력으로 하여 상기한 입력선(I)과 반력이 되는 노드를 직선(H1)으로 연결하면 출력기어인 제2링기어(30)가 존재하는 제3,4노드(N3,4)에서 직선(H1)가 연결하여 얻어지는 직선이 1속 변속비에 해당하는 출력선(O1)으로 된다.
D 레인지 2속
전진 2속에서는 입력이 제1선기어(16)로 되며, 반력이 제2선기어(30)로 되는데, 이러한 작용은 제1마찰요소(C1)와, 제4마찰요소(B3)를 작동시킴으로서 실현될 수 있다.
즉 제1축(8)의 동력이 제1마찰요소(C1)를 통하여 제1선기어(16)로 전달되고, 제4마찰요소(B3)가 작동하여 제2선기어(20)를 고정시키게 되는데, 이러한 작용으로 제1유성기어장치(10)의 제1선기어(16)로 전달된 동력은 제1유성 캐리어(26)를 통하여 감속되면서 제1트랜스퍼 기어(28)를 통하여 제2유성기어장치(14)의 제2링기어(30)로 전달된다.
그러나 제4마찰요소(B3)에 의해 제2선기어(20)가 고정된 상태이므로 제2링기어(30)로 전달된 동력의 일부는 제2유성 캐리어(34)를 통하여 제1유성기어 장치(10)로 역으로 전달되면서 제1유성 캐리어(26)의 속도를 더하여 주게 된다.
따라서 1속과 같이 제1선기어를 입력요소로 하지만 1속보다 큰 출력속도가 제2링기어(30)를 통하여 출력된다.
이러한 2속의 변속비도 제3도를 통하여 레버 해석법으로 설명될 수 있는데, 레버(L3)에서 입력선(I)이 동일하며 제2선기어(20)가 존재하는 제5노드(N5)가 반력요소로 작용하게 되므로 이들 노드를 직선(H2)으로 연결하면 출력선(O2)이 얻어질 수 있는데, 이 출력선은 1속의 출력선에 비하여 더 크게 표시되고 있다.
D 레인지 3속
전진 3속에서는 제1마찰요소(C1)와 제5마찰요소(C2)가 동시에 작동하여 제1유성기어장치(10)의 제1선기어(16)와 제1링기어(18)를 입력요소로 하기 때문에 제1유성기어장치(10)는 록킹되어 입력과 출력이 동일한 상태가 된다.
따라서 제1축(8) 상의 모든 기어가 1:1로 회전하게 되므로 제2축(12)상의 모든 기어도 1:1로 회전하게 되는데, 이러한 작용은 제1링기어(18)의 잇수와 제1트랜스퍼 기어(28)의 잇수, 그리고 제2트랜스퍼 기어(36)와 제2링기어(30)의 잇수가 동일하게 되도록 설계함으로서 실현될 수 있다.
이러한 3속의 변속비도 제3도를 통하여 설명될 수 있는데, 제1선기어(16)가 존재하는 제1노드(N1)와 제1링기어(18)가 존재하는 제2,6노드(N2,6)에서 입력선(I)이 동일하게 그려질 수 있으므로 이들 입력선을 연결하는 직선(H3)으로부터 출력선(O3)을 얻을 수 있다.
D 레인지 4속
전진 4속에서는 1속에서 3속까지 작용하던 제1마찰요소(C1)의 작동이 중지되고 제5마찰요소(C2)를 통하여 제1링기어(18)가 입력요소로 작용하고, 제4마찰요소(B3)에 의해 제2선기어(20)가 고정되어 반력요소로 작용하게 된다.
따라서 제1유성기어장치(10)의 제1링기어(18)와 치차물림되어 있는 제2트랜스퍼 기어(36)로 동력이 전달되면서 제2유성 캐리어(34)를 통하여 제2유성기어장치(14)로 전달된다.
이때 제2유성기어장치(14)의 제2선기어(20)는 반력요소로 작용하고 있으므로 제2유성 캐리어(34)를 통하여 전달되는 동력보다 증속된 출력이 제2링기어(30)를 통하여 나가면서 4속의 변속비를 출력하게 된다.
이러한 4속의 변속비도 제3도를 통하여 설명될 수 있는데, 제1링기어(18)가 존재하는 제2,6노드(N2,6)에서 입력선(I)이 그려지고 제2선기어(20)가 존재하는 제5노드(N5)가 고정점이 되므로 이들을 직선(H4)으로 연결하게 되면 출력선(O4)이 얻어지게 된다.
R 레인지
후진 레인지에서는 제1링기어(18)를 반력요소로 하고, 제1선기어(16)를 입력소요로 하게 되는데, 이러한 작용은 제3마찰요소(B2), 제5마찰요소(C2), 제6마찰요소(C3)가 작동함으로서 실현된다.
즉 변속은 전진 1속과 동일하게 이루어지는데, 전진시 모든 속도구간에서 작동하던 제2마찰요소(B1)가 해지되면서 커플링 구간에서 엔진(E)의 구동방향으로 공전하던 스테이터(22)가 엔진의 구동방향과 반대방향으로 구동을 하게 되므로 제1선기어(16)를 입력으로 하게 된다.
이러한 작용은 제3마찰요소(B2)가 작용하여 제2트랜스퍼 기어(36)를 고정시키고 이 제2트랜스퍼 기어(36)와 치차물림되어 있는 제1링기어(18)를, 제5마찰요소(C2)를 작동시킴으로서 토오크 컨버터(2)의 터어빈(6)과 직결시켜 이 터어빈(6)을 고정시킴으로서 가능하게 된다.
따라서 전진 1속과 변속비는 동일하게 출력될 수 있지만, 제1선기어(16)의 회전방향이 반대방향이기 때문에 차량이 후진될 수 있다.
이러한 후진 변속비도 제3도를 통하여 설명될 수 있는데, 입력이 제1선기어(16)가 존재하는 제1노드(N1)로 이루어지지만, 이 입력은 전진시와 반대방향이므로 레버(L3)로부터 아래측으로 그려지게 된다.
따라서 제2유성 캐리어(34)가 존재하는 제2,6노드(N2,6)를 반력으로 하여 직선(H5)을 그리게 되면 상기한 출력선들과 반대방향으로 나타나는 출력선(O5)을 얻을 수 있다.
이와 같이 본 발명에 의한 자동 변속장치는, 전진 4속과 후진 1속의 변속비를 출력할 수 있는데, 각 축상에 마찰요소가 분산 배치되므로 전체적인 구조를 간단히할 수 있으며, 일방향 클러치를 사용하지 않으므로서 중량을 줄일 수 있고, 유성기어장치의 링기어 외주를 출력이나 반력을 전달하는 트랜스퍼 기어로 사용할 수 있으므로 축방향의 공간활용도를 높일 수 있다.
또한 후진시에는 토오크 컨버터의 스테이터로부터 입력을 전달받을 수 있도록 하고 있기 때문에 후진 입력요소로 별도의 기어를 사용하지 않아도 되며, 전장을 단축할 수 있어 특히 전륜구동차량의 탑재성이 한층 향상될 수 있다.

Claims (6)

  1. 엔진의 동력을 전달받아 토오크를 변환하여 출력하는 토오크 컨버터와, 상기 토오크 컨버터의 터어빈으로부터 동력을 전달받는 제1축상에 배치되는 제1유성기어장치와, 상기 제1유성기어장치의 제1유성 캐리어와 일체로 형성되며 제1축상에 배치되는 제1트랜스퍼 기어와, 상기 제1유성기어장치의 제1링기어와 치차물림되며 제2축상에 배치되는 제2트랜스퍼 기어와, 상기 제1트랜스퍼 기어와 치차물림되며 제2축상에 배치되는 제2유성기어장치와, 상기 제1유성기어장치의 제1선기어가 전진 1,2,3속에서 입력요소로 작용할 수 있도록 제1축의 동력을 전달하는 제1마찰요소와, 상기 제1유성기어장치의 제1링기어가 전진 1속에서 반력요소로 작용할 수 있도록 하는 제3마찰요소와, 상기 제2유성기어장치의 제2선기어가 전진2,4속에서 반력요소로 작용할 수 있도록 하는 제4마찰요소와, 상기 제1유성기어장치의 제1링기어가 전진 3속에서 입력요소로 작용할 수 있도록 하는 제5마찰요소와, 상기 제1유성기어장치의 제1선기어가 엔진의 구동방향과 반대방향의 동력을 토오크 컨버터의 스테이터로부터 전달받을 수 있도록 하는 제6마찰요소를 포함하는 차량용 자동 변속장치.
  2. 제1항에 있어서, 제1선기어는 제1마찰요소에 의해 제1축의 동력을 전달받을 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 자동 변속장치.
  3. 제1항에 있어서, 제1링기어는 제5마찰요소에 의해 제1축의 동력을 전달받을 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 자동 변속장치.
  4. 제1항에 있어서, 제3마찰요소는 제1링기어와 치차물림되어 있는 제2트랜스퍼 기어와 제2유성 캐리어를 선택적으로 록킹시킬 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 자동 변속장치.
  5. 제1항에 있어서, 제4마찰요소는 제2선기어를 록킹시킬 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 자동 변속장치.
  6. 제1항에 있어서, 제1선기어와 스테이터 사이에는 전진 구간에서 스테이터의 동력이 제1선기어로 전달되는 것을 차단하는 제2마찰요소가 설치됨을 특징으로 하는 차량용 자동 변속장치.
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