KR0183078B1 - 차량용 자동변속기의 파워트레인 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종래의 토오크 컨버어터 대신에 전기에 의하여 단속작용을 수행하는 파우더 클러치를 사용하고, 수동변속기의 기어배열에 이용되는 래이샤프트(Layshaft) 타입의 기어배열을 이용함으로써, 소형 경량화를 실현할 목적으로; 엔진과 전기적으로 단속 작용을 하는 파우더 클러치를 개재시켜 연결되며, 전측으로부터 1속 기어와 후진 입력기어 그리고 2,3,4,5속 입력기어가 배열되고, 상기 3속 및 4속 입력기어는 각각의 마찰요소의 선택적인 작동에 의하여 동작이 이루어지도록 배열되는 입력축과; 상기 입력축과 이웃하여 평행하게 병렬로 배열되며, 전측으로부터 출력기어와 1, 2, 3, 4, 5속기어가 배열되고, 상기에서 1, 2, 5속 기어는 각각의 마찰요소의 작동에 의하여 동작이 이루어지도록 배열되며, 상기 1,2속기어의 작동을 제어하는 마찰요소의 하우징에는 상기 후진 입력기어와 후진용 아이들 기어를 개재시켜 치합될 수 있는 후진 기어가 형성된 출력축을 포함하여 이루어지는 차량용 자동 변속기의 파워트레인을 제공한다.

Description

차량용 자동변속기의 파워트레인

제1도는 본 발명에 의한 파워트레인의 스틱 다이어그램.

제2도는 본 발명에 적용되는 파우더 클러치의 동력 차단상태의 단면도.

제3도는 본 발명에 적용되는 파우더 클러치의 동력 전달 상태의 단면도.

제4도는 제1도의 파워트레인을 운용하기 위한 각 변속단별 마찰요소의 작동표이다.

본 발명은 차량용 자동변속기의 파워트레인에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 종래의 토오크 컨버어터 대신에 전기에 의하여 단속작용을 수행하는 파우더 클러치를 사용하고, 수동변속기의 기어배열에 이용되는 래이샤프트(Layshaft) 타입의 기어배열을 이용함으로써, 소형 경량화를 실현할 수 있도록 한 자동변속기의 파워트레인에 관한 것이다.

주지하다시피, 차량용 자동변속기는 엔진으로부터 동력을 전달받는 토오크 컨버터와, 이 토오크 컨버터와 피동축(Driven Shaft) 사이에 연결된 기어 장치를 포함하여 이루어 진다.

상기한 기어장치는 변속을 행하는 가장 중요한 요소로서, 그것의 기어배열과 기어 잇수비는 변속비를 결정하는 중요한 요소이다.

이러한 기어장치는 통상 다수개의 유성기어 및 이들 유성기어를 연결하는 유성 캐리어, 그리고 링기어를 포함하여 이루어지는 복합 또는 단순 유성기어 세트가 주로 이용되어 왔다.

그러나 상기한 유성기어 세트의 이용은 그 구조가 복잡하고 설계가 이려워 최근에는 수동 변속기에서 이용되는 래이샤프트 타입의 기어배열을 이용한 자동변속기가 연구되고 있다.

본 발명은 이러한 래이샤프트 타입을 적용한 자동변속기에 관한 것으로서, 상기한 유성기어 세트의 경우 이것이 구성하는 기어들은 선택적으로 고정 및 입력요소로 작동하는데 반하여, 래이샤프트의 경우 각각 다른 기어잇수로서 생성되는 동력을 선택적으로 전달하여 변속을 행하고 있다.

그리고 이러한 차량용 자동 변속기는, 고출력의 엔진에서 엔진의 효율을 충분히 활용하지 못하게 되면 연비 및 동력성능 그리고 구동성능이 좋지 않게된다.

따라서, 고출력 엔진에서 엔진의 성능을 충분히 활용하기 위하여 변속비를 다단으로 출력할 수 있도록 하는 방안이 제안되고 있다.

이러한 관점에서 종래기술을 살펴보면 일본 공개특허공보 소54-42561호는 다단의 변속비를 출력할 수 있는 래이샤프트 타입의 자동변속기를 제공하고 있다.

상기 '561호의 발명은 상호 병렬 상태로 각각 케이싱에 대하여 회전 자제 가능하게 축 지지되는 입력축 및 출력축과, 상기 입력축과 출력축 사이에 각각 동력을 전달하는 저속단 변속용 치차장치, 중속변속용 치차장치, 역전변속용 치차장치 및 고속단 변속용 치차장치와, 상기 입력축상에 배치되어 있으며, 상기 저속단 변속용 치차장치를 작용하기 위한 저속단 변속용 크러치와, 마찬가지로 상기 입력축상에 배치되어 있으며, 상기 중속용 변속 치차장치를 작동시키기 위한 중속단 변속용 크러치장치와, 상기 저속단 변속용 치차장치 또는 상기 중속단 변속용 치차장치의 어느쪽 하나가 일방향 치차장치와 상기 역전변속용 치차장치를 연동시키기 위한 연동장치등으로 구성되어 있다.

그러나, 상기와 같은 '561특허의 경우에는 2개의 축에 다수의 기어들을 배열하여야 하는 바, 전장이 길어지고 그 구조가 복잡해지는 단점이 있다.

그리고 종래에는 토오크 변환을 목적으로 토오크 컨버터를 사용하고 있느나, 이는 구조가 복잡하고 제작이 어려우며, 유압을 공급하기 위한 유압 제어회로가 필요하여 제조단가가 크게 상승된다는 문제점을 내포하고 있다. 따라서 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 종래의 토오크 컨버어터 대신에 전기에 의하여 단속작용을 수행하는 파우더 클러치를 사용하고, 수동변속기의 기어배열에 이용되는 래이샤프크(Layshaft) 타입의 기어배열을 이용함으로써, 소형 경량화를 실현할 수 있도록 한 자동변속기의 파워트레인을 제공하려는 것이다.

이를 실현하기 위하여 본 발명은 엔진과 전기적으로 단속 작용을 하는 파우더 클러치를 개재시켜 연결되며, 전측으로부터 1속 기어와 후진 입력기어 그리고 2,3,4,5속 입력기어가 배열되고, 상기 3속 및 4속 입력기어는 각각의 마찰요소의 선택적인 작동에 의하여 동작이 이루어지도록 배열되는 입력축과; 상기 입력축과 이웃하여 평행하게 병렬로 배열되며, 전측으로부터 출력기어와 1,2,3,4,5속기어가 배열되고, 상기에서 1,2,5속 기어는 각각의 마찰요소의 작동에 의하여 동작이 이루어지도록 배열되며, 상기 1,2속기어의 작동을 제어하는 마찰요소의 하우징에는 상기 후진 입력기어와 후진용 아이들 기어를 개재시켜 치합될 수 있는 후진 기어가 형성된 출력축을 포함하여 이루어지는 차량용 자동 변속기의 파워트레인을 제공한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명의 실시예에 따른 자동변속기의 기어 트레인을 나타내는 개략도로서, 입력축(2)과 출력축(4)이 상호 병렬로 배치되는 2축의 래이샤프트 타입으로 되어 있다.

상기에서 입력축(2)은 1 내지 5속의 입력이 이루어지며, 출력축(4)에서는 상기 입력된 회전 동력을 상호 치합되는 기어 잇수비에 의하여 변속을 행하게 된다.

상기에서 입력축(2)은 엔진(E)과 파우더 클러치(6)을 개재시켜 연결되어 있으며, 이 입력축(2)상에는 전측으로부터 1속 기어(8)와 후진 입력기어(10) 그리고 2,3,4,5속 입력기어(12)(14)(16)(18) 배열되는데, 상기 3속 및 4속 입력기어(14)(16)는 입력축(2)과 회전간섭이 발생되지 않도록 중공축에 형성되어 제3마찰요소(C3)와 제4마찰요소(C4)들에 의해서 선택적으로 입력축(2)과 연결이 이루어진다.

상기에서 파우더 클어치(6)는 제2도에서와 같이 엔진(E)의 크랭크 축과 연결되어 항시 회전하는 드라이브 멤버(20)와; 상기 입력축(20상에 설치되어 상기 드라이브 멤버(20) 내경부의 요입부(22) 내면과 소정의 간격을 두고 결합되는 드리븐 멤버(24)와; 상기 드라이브 멤버(20)의 내부에 매몰되는 여자코일(26)과; 상기 드라이브 멤버(20)와 드리븐 멤버(24) 사이의 공간부에 충진되어 여자코일(26)의 자장 발생시 자기적 결합에 의하여 드라이브 멤버(20)와 드리븐 멤버(24)를 일체로 연결하여 주는 자기성 분말인 파우더(28)를 포함하여 이루어진다.

상기 드라이브 멤버(20)의 요입부(22)는 외주연측으로는 넓고 내주연측은 좁은 형태를 취하며, 이에 결합되는 드리븐 멤버(24)는 상기 요입부(22) 형상에 대응하여 형성됨으로써, 평상시 즉, 여자코일(26)에 전원이 인가되지 않는 경우에는 드라이브 멤버(20)의 동력이 ㄹ듸븐 멤버(24)로 전달되지 않는다.

그러나 여자 코일(26)에 전원이 인가되면 제3도에서와 같이 파우더(28)가 자기력에 의하여 결속되면서 그의 마찰력에 의하여 드라이브 멤버(20)의 회전력을 드리븐 멤버(24)로 전달함으로써, 동력전달이 이루어지게 되는것이다.

이에 따라 상기 여자코일(26)에 인가되는 전류의 크기에 따라 동력전달율이 가감되며, 또한 전류의 가감으로 접속속도를 조절함으로써, 쇼크현상을 방지할 수 있게 된다.

상기 입력축(2)과 이웃하여 평행하게 병렬로 배열되느 출력축(4)은 전측으로부터 출력기어(30)와 1,2,3,4,5속기어(32)(34)(36)(38)(40)가 배열되는데, 상기에서 1,2,5속 기어(32)(34)(50)는 출력축(4)과 회전 간섭이 발생되지 않도록 중공축에 형성되며, 이들은 제1,2,5 마찰요소(C1)(C2)(C5)의 작동에 의하여 출력축(4)과 연결이 이루어진다.

그리고 상기 출력기어(30)는 최종감속기어(42)를 통하여 디프렌셜(D)과 연결이 이루어지며, 상기 1,2속 기어(32)(34)를 작동시키는 클러치 하우징(44)의 외주연에는 상기 입력축(2)의 후진 입력기어(10)와의 사이로 아이들러 기어(46)를 개재시켜 치합되는 후진 기어(48)가 일체로 형성되는 구성을 갖는다.

상기에서 마찰요소들은 일반적인 자동변속기에 사용되는 다판 클러치가 적용되며, 상기 기어들은 각 변속단에서 원하는 변속비가 산출될 수 있도록 기어비가 설정된다.

그리고 상기 입력축(20의 후단부에는 자동 변속기의 유압제어 회로에 유압을 공급하기 위한 오일펌프(50)가 장치된다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 파워트레인은, 제4도에서 나타낸 각 변속단별 마찰요소의 작동표와 같이 다수개의 마찰요소들이 선택적으로 작동함에 의해 전진 4속과 후진의 변속비를 출력하게 되는데 이의 작동 요소표에 따라 각단계별로의 동력전달 경로를 설명하면 다음과 같다.

[중립제인지 (N)]

변속레버가 중립위치(N)에 있을때에는 미도시된 트랜스미션 컨트롤 유닛에 의해서 유압이 어느 마찰요소에도 작용하지 않음으로써, 입력축(2)만 공회전할 뿐 출력축(4)에는 전달되지 않아 중립의 상태를 유지하게 된다.

[주차레인지 (P)]

주차레인지(P)에서도 상기 중립과 마찬가지로 트랜스미션 컨트롤 유닛에 의해서 유압이 어느 마찰요소에도 작용하지 않음으로써, 입력축(2)만 공회전할 뿐 출력축(4)에는 전달되지 않으며, 이의 입력축(4)은 파킹폴(Parking Pawl)에 의해서 록킹되어 파킹의 상태가 유지된다.

[D레인지]

[1속]

1속에서는 트랜스밋션 컨트롤 유닛은 1속 마찰요소(C1)를 동작시켜 1속 입력기어(46)를 출력축(4)과 연결한다.

그러면 엔진의 회전동력은 파우터 클러치(6)를 거쳐 입력축(2)의 1속 입력기어(8)를 통해 1속기어(32)를 회전시키게 된다.

이와 같이 1속기어(32)가 회전을 하면 1속기어(32)와 출력축(4)이 제1마찰요소(C1)에 의하여 연결되는 바, 출력축(4)이 회전하면서 출력기어(30)를 구동시킴으로써, 디프렌셜(D)을 통해 제1속의 변속비로 차량을 전진 주행시키게 된다.

[2속]

상기와 같은 전진 제1속의 상태에서 차속이 점점 빨라지면서 스로틀밸브의 개도가 증가하게 되면, 트랜스밋션 컨트롤 유닛은 2속의 감속비를 출력하기 위해 제1마찰요소(C1)의 작동을 정지시키고 제2마찰요소(C2)를 동작시킨다.

그러면 엔진의 회전동력은 파우터 클러치(6)을 거쳐 입력축(2)의 2속 입력기어(12)를 통해 2속기어(34)를 회전시키게 된다.

이와 같이 2속기어(34)가 회전을 하면 2속기어(34)와 출력축(4)이 제2마찰요소(C2)에 의하여 연결되는 바, 출력축(4)이 회전하면서 출력기어(30)를 구동시킴으로써, 디프렌셜(D)을 통해 제2속의 변속비로 차량을 전진 주행시키게 된다.

[3속]

상기와 같은 전진 제2속의 상태에서 차속이 점점 빨라지면서 스로틀밸브의 개도가 증가하게 되면, 트랜스밋션 컨트롤 유닛은 3속의 감속비를 출력하기 위해 상기 제2마찰요소(C2)의 작동을 정지시키고 제3마찰요소(C3)를 동작시킨다.

그러면 엔진의 회전동력은 3속 입력기어(14)와 입력축(2)이 제3마찰요소(C3)에 의하여 연결되는 바, 3속 입력기어(14)를 통해 3속기어(36)로 전달되며, 이에 전달된 회전동력은 출력축(4)이 회전시켜 출력기어(30)를 구동시킴으로써, 디프렌셜(D)을 통해 제3속의 변속비로 차량을 전진 주행시키게 된다.

[4속]

상기와 같은 전진 제3속의 상태에서 차속이 점점 빨라지면서 스로틀 밸브의 개도가 증가하게 되면, 트랜스밋션 콘트롤 유닛은 4속의 감속비를 출력하기 위해 상기 제3마찰요소(C3)의 작동을 정지시키고, 제4마찰요소(C4)를 동작시킨다.

그러면 엔진의 회전동력은 4속 입력기어(16)와 입력축(2)이 제3마찰요소(C3)에 의하여 연결되는 바, 4속 입력기어(16)를 통해 4속기어(38)로 전달되며, 이에 전달된 회전동력은 출력축(4)이 회전시켜 출력기어(30)를 구동시킴으로써, 디프렌셜(D)을 통해 제3속의 변속비로 차량을 전진 주행시키게 된다.

[5속]

상기와 같은 전진 제4속의 상태에서 차속이 점점 빨라지면서 스로틀 밸브의 개도가 증가하게 되면, 트랜스밋션 콘트롤 유닛은 4속의 감속비를 출력하기 위해 상기 제4마찰요소(C4)의 작동을 정지시키고, 제5 마찰요소(C5)를 동작시킨다.

그러면 엔진의 회전동력은 파우터 클러치(6)를 거쳐 입력축(2)의 5속 입력기어(18)를 통해 5속기어(40)를 회전시키게 된다.

이와 같이 5속기어(40)가 회전을 하면 5속기어(40)와 출력축(4)이 제5마찰요소(C5)에 의하여 연결되는 바, 출력축(4)이 회전하면서 출력기어(30)를 구동시킴으로써, 디프렌셜(D)을 통해 제5속의 변속비로 차량을 전진 주행시키게 된다.

[후진레인지(R)]

운전자가 후진을 위하여 변속레버를 후진 레인지로 변환하면 트랜스밋션 컨트롤 유닛은 후진 출력을 위해 후진용 아이들어 기어(46)를 후진 입력기어(10)와 후진 기어(44) 사이로 치합시킨다.

그러면 입력축(2)의 회전 동력이 후진 입력기어(10)와 후진용 하이들러 기어(46)를 구동시킴으로써, 후진 기어(48)를 구동시켜 이의 회전동력이 출력축(4)과 출력기어(30)를 통해 디프렌셜(D)로 전달되어 후진 주행이 가능해지는 것이다.

이상에서와 같이 본 발명의 파워 트레인은 종래의 토오크 컨버어터 대신에 전기에 의하여 단속작용을 수행하는 파우터 클러치를 사용하고, 수동변속기의 기어배열에 이용되는 래이샤프트(Layshaft) 타입의 기어배열을 이용함으로써, 소형 경량화를 실현할 수 있는 발명인것이다.

Claims (3)

1. 엔진과 전기적으로 단속 작용을 하는 파우더 클러치를 개재시켜 연결되며, 전측으로부터 1속 기어와 후진 입력기어 그리고 2,3,4,5속 입력기어가 배열되고, 상기 3속 및 4속 입력기어는 각각의 마찰요소의 선택적인 작동에 의하여 동작이 이루어지도록 배열되는 입력축과; 상기 입력축과 이웃하여 평행하게 병렬로 배열되며, 전측으로부터 출력기어와 1,2,3,4,5속기어가 배열되고, 상기에서 1,2,5속 기어는 각각의 마찰요소의 작동에 의하여 동작이 이루어지도록 배열되며, 상기 1,2속기어의 작동을 제어하는 마찰요소의 하우징에는 상기 후진 입력기어와 후진용 아이들 기어를 개재시켜 치합될 수 있는 후진 기어가 형성된 출력축을 포함하여 이루어지는 차량용 자동 변속기의 파워트레인.
2. 제1항에 있어서, 파우더 클러치는 엔진의 크랭크 축과 연결되어 항시 회전하는 드라이브 멤버와; 상기 입력축상에 설치되어 상기 드라이브 멤버 내경부의 요입부 내면과 소정의 간격을 두고 결합되는 드리븐 멤버와; 상기 드라이브 멤버의 내부에 매몰되는 여자코일과; 상기 드라이브 멤버와 드리븐 멤버 사이의 공간부에 충진되어 여자코일의 자장 발생시 자기적 결합에 의하여 드라이브 멤버와 드리븐 멤버를 일체로 연결하여 주는 자기성 분말인 파우더를 포함하여 이루어지는 차량용 자동 변속기의 파워 트레인.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 드라이브 멤버의 요입부는 외주연측으로는 넓고 내주연측은 좁은 형태를 취하며, 이에 결합되는 드리븐 멤버는 상기 요입부 형상에 대응하여 염성됨을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 파워 트레인.