KR100204955B1

KR100204955B1 - 차량용 자동 변속기의 파워 트레인

Info

Publication number: KR100204955B1
Application number: KR1019940014446A
Authority: KR
Inventors: 박동훈
Original assignee: 정몽규; 현대자동차주식회사
Priority date: 1994-06-23
Filing date: 1994-06-23
Publication date: 1999-06-15
Also published as: GB2290588B; FR2721671B1; DE19522696A1; JPH0861462A; FR2721671A1; US5772548A; JP2728644B2; GB9511446D0; KR960000572A; GB2290588A; DE19522696C2

Abstract

운전시간이 짧고 변속 충격이 심한 저속영역에서 변속이 자동 연속적으로 이루어질 수 있도록 함과 아울러 높은 동력 전달효율이 요구되는 고속영역에서는 변속장치가 직결로 되도록 하여 변속충격을 저감시키고 연비를 향상시킬 수 있도록 하고, 변속충격을 위하여 사용되는 일방향 클러치의 수를 최소로 하여 구조적으로 간단히한 차량용 자동 변속기의 파워트레인.

Description

차량용 자동 변속기의 파워 트레인

제1도는 본 발명에 의한 자동 변속기의 제1실시예에 따른 동력 전달 계통을 나타내는 파워 트레인.

제2도는 본 발명에 의한 자동 변속기의 자동 연속모드에서 출력속도와 터어빈 및 스테이터의 토오크 관계를 나타내는 그래프.

제3도는 본 발명에 의한 자동 변속기의 자동 연속모드에서 출력속도와 트랜스밋션 출력 토오크와의 관계를 나타내는 그래프.

제4도는 본 발명에 의한 자동 변속기의 속도비를 레버 해석(lever analogy)으로 설명하기 위한 그래프.

제5도는 본 발명의 자동 변속기와 종래의 5속 자동 변속기의 변속비분포를 비교하는 그래프.

제6도는 본 발명에 의한 자동 변속기의 각 변속단별 작동 요소표.

제7도는 본 발명의 제2실시예에 따른 동력 전달 계통을 나타내는 파워 트레인.

제8도는 본 발명의 제3실시예에 따른 동력 전달 계통을 나타내는 파워 트레인.

제9도는 본 발명의 제4실시예에 따른 동력 전달 계통을 나타내는 파워 트레인.

제10도는 본 발명의 제5실시예에 따른 동력 전달 계통을 나타내는 파워 트레인.

제11도는 본 발명의 제6실시예에 따른 동력 전달 계통을 나타내는 파워 트레인.

제12도는 본 발명의 제7실시예에 따른 동력 전달 계통을 나타내는 파워 트레인.

제13도는 본 발명의 제8실시예에 따른 동력 전달 계통을 나타내는 파워 트레인.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2 : 복합 유성기어장치 4 : 단순 유성기어장치

8 : 제1측 12 : 제1링기어

16 : 제1피니온 기어 18 : 제1선기어

20 : 제1동력전달부재 22 : 제2피니온 기어

24 : 제2선기어 26 : 제2링기어

28 : 제2동력전달부재 30 : 제3동력전달부재

32 : 제4동력전달부재 34 : 제3선기어

36 : 제3피니온 기어 38 : 제3링기어

40 : 제5동력전달부재 42 : 제6동력전달부재

44 : 유성 캐리어 50 : 체인

52 : 차축 D : 차동장치

[산업상이용분야]

본 발명은 차량용 자동 변속기의 파워 트레인에 관한 것으로서, 보다상세하게는 변속충격이 심한 저속 영역에서 자동 연속적으로 변속이 이루어지도록 하여 변속감을 향상시킴과 아울러 고속에서는 동역 전달 효율을 증대시켜 연비 향상을 실현할 수 있도록 한 파워 트레인에 관한 것이다.

[종래기술]

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 유성기어장치의 출력단 회전수를 조절하게 된다.

실질적으로 전진 4속과 후진 1속의 변속비를 출력할 수 있는 기어 트레인을 설계하기 위해서는 1개의 복합 유성기어장치와 최소한 5개의 마찰요소를 설치하여야 하는데, 좋은 변속감을 갖는 기어 트레인을 설계하기 위해서는 1개의 복합 유성기어장치와 7개의 마찰요소 및 3개의 일방향 클러치를 사용하여야 한다.

그러나 이러한 기어 트레인의 설계는 구조가 복잡하게 되고, 중량도 증가하는 문제점을 야기시키게 된다.

그리고 종래의 자동 변속기는 유한한 갯수의 변속단을 가지고 있기 때문에 변속시 변속충격이 불가피하게 발생하며 엔진의 운전영역이 유한한 갯수의 변속비에 의해 제한되므로 연비와 동력 성능을 최대한 발휘하기에는 한계가 있다.

특히 저속 영역에서는 입력 토오크도 크고 변속도 빈번히 발생되므로 변속충격을 자주 느끼게 되며, 고속 영역에서는 입력수단과 기어 트레인이 일체로 회전하는 직결 상태가 되어 동력전달 효율이 좋아지는데, 기존의 자동 변속기는 유성장치가 직결하지 못하는 구조로 되어 있기 때문에 동력전달 효율이 떨어지는 문제점이 있다.

[발명의 요약]

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 운전시간이 짧은 저속 영역에서는 자동연속적으로 변속이 이루어지도록 하여 변속충격을 최소화할 수 있는 파워 트레인을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 높은 동력 전달효율이 요구되는 고속 영역에서는 변속장치와 엔진의 출력단이 직결되어 변속기의 전달효율을 극대화하여 연비향상를 실현할 수 있는 파워 트레인을 제공하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 일방향 클러치 및 마찰요소의 갯수를 최소화하여 구조적으로 간단하면서도 전반적인 변속기의 성능을 향상시킬 수 있는 파워 트레인을 제공하는데 있다.

상기한 목적들을 실현하기 위하여 본 발명은, 엔진으로 부터 동력을 전달받는 토오크를 변환하여 출력하는 토오크 컨버터와; 2개의 단순 유성기어장치로 이루어지는 복합유성기어장치의 제1링기어가 반력요소나 입력요소로 작용할 수 있도록 변속기 케이스에 설치된 제3마찰요소에 의해 제어가능하게 설치되며, 제2링기어는 제1선기어와 연결되어 입력요소나 반력요소로 작용할 수 있도록 제2마찰요소로 제어가능하게 설치되고, 상기한 복합유성기어장치의 제1,2피니온 기어는 제1동력전달부재로 상호 연결되어 변속비를 출력하는 제1변속부와: 상기한 제1변속부의 변속비를 감속하기 위하여 상기한 제1동력전달부재로부터 동력을 전달받는 제3선기어를 포함하는 단순 유성기어장치를 보유하고 있으며, 상기한 단순 유성기어장치의 제3링기어를 엔진의 구동방향으로만 회전가능하게 하는 제2일방향 클러치 및 이 링기어를 반력요소로 작용할 수 있도록 하는 제6마찰요소를 갖고, 또 제1변속부와 등속의 변속비를 출력할 수 있도록 복합유성기어장치의 출력단과 선택적으로 결합하는 제5마찰요소를 포함하는 제2변속부와; 상기한 제2변속부의 최종 변속비를 치차비로서 감속하여 종감속이 이루어질 수 있도록 하는 제3변속부를 포함하여 이루어지는 차량용 자동변속기의 파워 트레인을 제공한다.

[본 발명을 실현하기 위한 바람직한 실시예]

제1도는 본 발명에 따른 제1실시예의 파워 트레인을 나타내는 도면으로서, 엔진(E)의 출력축 동력을 전달받아 회전하는 토오크 컨버터(TC)와, 이 토오크 컨버터(TC)에 의해 변환된 토오크를 전달받아 적절한 감속비로 출력하는 복합유성기어장치(2)를 갖는 제1변속부(A)와, 상기한 제1변속부(A)에서 출력되는 변속비를 재차 감속하는 단순유성기어장치(4)를 갖는 제2변속부(B)와, 상기 제2변속부(B)로부터 출력되는 변속비를 감속시키는 제3변속부(C)를 포함하여 이루어진다.

상기한 토오크 컨버터(TC)는 엔진의 크랭크 측에 실질적으로 직결되어 동력을 전달받는 임펠러(I)와, 이 임펠러와 대향하는 자세로 배치되어 분출되는 오일에 의해 회전하는 터어빈(T)과, 이들 임펠러와 터어빈 사이에 배치되어 오일의 흐름을 바꾸어줌으로서 임펠러의 회전력을 증가시켜 주는 스테이터(S)를 포함하여 이루어진다.

이러한 토오크 컨버터는 미합중국 특허 제3,613,479호에 개시된 것과 동일한 구성으로 이루어질 수 있다.

상기한 임펠러(I)는 엔진(E)과 쉘 커버(shell cover)(6)에 의해 연결되는 구조로 되어 있는데, 이 쉘 커버(6)에는 제1축(8)으로 엔진의 동력을 직접 전달하기 위하여 제1마찰요소(C1)가 설치되고 있다.

상기한 제1축(8)은 복합유성기어장치(2)의 제1링기어(12)와 허브(14)에 의해 연결되는 구조로 되어 있으며, 이 제1링기어(12)의 내측에는 제1피니온기어(16)이 치차결합되어 있고, 이 제1피니온 기어(16)는 제1선기어(18)와 치차결합되어 동력전달이 가능한 구조로 되어 있다.

상기한 제1피니온 기어(16)는 제1동력전달부재(20)에 의해 제2피니온 기어(22)와 연결되고 있으며, 이 제2피니온 기어(22)는 제2선기어(24)와 치차결합되어 동력전달이 이루어질 수 있도록 되어 있다.

그리고 상기한 제2피니온 기어(22)는 제2링기어(26)의 내측에 치차결합되어 있는데, 이 제2링기어(26)는 제2동력전달부재(28)에 의해 상기한 제1선기어(18)와 연결되고 있으며, 1속의 감속비를 출력하기 위한 수단으로 이 제2동력전달부재(28)를 제2마찰요소(B1)로 선택적으로 록킹시킬 수 있도록 하므로서 상기한 제1선기어(18)와 제2링기어(26)가 반력요소로 작용할 수 있는 구조로 이루어지고 있다.

또한, 상기한 허브(14)는 제3마찰요소(B2)에 의해 선택적으로 록킹될 수 있도록 함으로써, 제1링기어(12)가 반력요소로 작용할 수 있도록 하여 제2선기어(24)가 입력요소로 될 때 제1동력전달부재(20)의 회전방향이 엔진측에서 볼때 반시계 방향, 즉 입력과 반대방향으로 회전될 수 있도록 하고 있다.

상기한 제2선기어(24)는 제3동력전달부재(30)에 의해 터어빈(T)과 연결되어 토오크를 전달받을 수 있도록 되어 있으며, 제1피니온 기어(16)와 제2피니온 기어(22)를 서로 연결하고 있는 제1동력전달부재(20)는 제4동력전달부재(32)에 의해 단순유성기어장치(4)의 제3선기어(34)에 연결되고 있다.

상기한 제3선기어(34)는 제3피니온 기어(36)와 치차결합되어 동력을 전달할 수 있도록 되어 있으며, 이 제3피니온 기어(36)는 제3링기어(38)의 내측에 치차결합되는 구조로 되어 있다.

상기한 제3선기어(34)와 연결되고 있는 제5동력전달부재(40)는 스테이터(S)의 토오크를 선택적으로 전달받을 수 있도록 하기 위하여 스테이터(S)에 직접 연결되는 제6동력잔달부재(42)와의 사이에 제4마찰요소(C2)를 설치하고 있다.

상기한 제6동력잔달부재(42)는 스테이터(S)가 엔진측에서 볼때 반시계 방향으로 회전이 구속될 수 있도록 제1일방향 클러치(F1)와 연결된 구조로 이루어지고 있다.

그리고 상기 제3피니온 기어(36)들을 연결하고 있는 유성 캐리어(44)는 그의 연장단이 제5마찰요소(C3)에 의해 제4동력전달부재(32)와 선택적으로 연결될 수 있도록 구성됨으로써, 단순유성기어장치(4)가 2개의 입력요소를 가질 수 있도록 되어 있으며, 또한, 상기 유성캐리어(44)의 일측 종단부에는 제3변속부(C)가 연결되는데, 이의 제3변속부(C)는 트랜스퍼 드라이브 스프로켓(46)과 트랜스퍼 드리븐 스프로켓(48)과 체인(50)으로 연결되며, 이의 출력은 차동장치(D)를 통해 차축(52)을 회동시킬 수 있도록 되어 있다.

상기한 제3링기어(38)는 변속기 케이스(54)에 설치된 제6마찰요소(B3)에 의해 반력요소로 작용할 수 있도록 되어 있으며, 상기한 제1일방향 클러치(F1)와 같은방향의 회전을 구속하는 구조로 된 제2일방향 클러치(F2)와도 연결되어 있다.

그리고 상기한 제1측(8)이 제1마찰요소(C1)가 작동하여 엔진과 직결되는 상태가 될때 작은 충격이 발생될 수 있는데, 이때 발생되는 충격을 최소화하기 위하여 허브(14)와 제1링기어(12)사이에 댐퍼(56)를 설치하는 것이 바람직하다.

이와같이 이루어지는 본 발명의 파워 트레인은, 엔진이 구동된 상태에서 엔진의 출력축과 셀 커버(6)로 연결된 토오크 컨버터(TC)의 임펠러(I)는 회전하게 되고, 이 회전력은 토오크 컨버터내의 오일을 터어빈(T)측으로 분출하여 이 터어빈을 회전시키게 되는데, 이 터어빈의 회전력은 제3동력전달부재(30)를 통하여 복합 유성기어장치(2)의 제2선기어(24)로 전달된다.

이때 토오크 컨버터(TC)내의 스테이터(S)는 엔진의 회전방향과 반대방향으로 회전할려고 하지만, 제1일방향 클러치(F1)에 의해 회전이 저지되어 토오크 컨버터는 토오크 증배작용을 하게 된다.

이러한 상태에서 차속이 증가하여 토오크 컨버터(TC)가 커플링 상태가 되면 스테이터(S)는 엔진의 회전방향으로 힘을 받으면서 공전(free wheeling)을 시작하게 된다.

이때 상기한 터어빈(T)으로 부터 제3동력전달부재(30)로 전달된 회전력은 제2선기어(24)를 회전시켜 이와 치차결합되어 있는 제2피니온 기어(22)를 엔진측에서 볼때 반시계 방향으로 회전시키게 된다.

그런데 제6도의 작동요소표에 나타낸 바와 같이 N 레인지나, P 레인지에서는 어떠한 마찰요소도 작동하지 않기 때문에 엔진의 동력이 출력되지 않는다.

이러한 상태에서 변속레버(미도시)를 전진(D) 레인지로 선택하게 되면, 트랜스밋션 제어 유닛에 의해 제1변속부(A)의 제2마찰요소(B1)가 작동(engage) 상태로 되면서 복합 유성기어장치(2)의 제1선기어(18)와 제2링기어(26)를 록킹시키게 된다.

그러면 제2선기어(24)가 입력요소로 작용하고 제2링기어(26)는 반력요소로 작용하며 제2동력전달부재(32)는 출력요소로 작용하게 된다.

이것을 레버 해석법으로 속도비를 설명하면 제4도에 도시한 바와 같이 레버(L)의 좌측단을 제1선기어(18) 및 제2링기어(26)가 존재하는 제1노드(node)(N1)로 하고, 인접한 위치를 제1동력전달부재(20) 및 제4동력전달부재(32)가 존재하는 제2노드(N2)로 하면, 또다른 인접한 위치를 제1링기어(12)가 존재하는 제3노드(N3)로 하고, 우측단을 제2선기어(24)가 존재하는 제4노드(N4)로 표시할 수 있다.

따라서 제4노드(N4)가 입력단이 되고, 제1노드(N1)가 고정단이 되는데, 이때 제4노드(N4)의 입력속도선(L1)의 임의의 위치에서 제1노드(N1)로 직선(L2)을 연결하고, 제2노드(N2)와 직선(L2)을 최단거리로 연결하여 얻어지는 선이 출력속도선(L3)이다.

따라서 변속비는 입력 속도선(L1) / 출력 속도선(L3)이 되는데, 이것이 1속 변속비에 해당한다.

이의 1속 변속비가 제4동력전달부재(32)를 통하여 단순유성기어장치차(4)의 제3선기어(34)로 전달되면서 제3피니온 기어(36)를 통하여 제3링기어(38)로 전달되면서 이 제3링기어(38)를 엔진측에서 볼때 반시계 방향으로 회정시키려는 힘이 작용하게 되지만, 제2일방향 클러치(F2)에 의해 반시계 방향의 회전이 저지된다.

따라서 제2변속부(B)에서는 제3링기어(38)가 반력요소 작용하고 제3선기어(34)가 입력요소로 작용하면서 트래스퍼 드라이브 스프로켓(46)과 연결된 유성 캐리어(44)가 출력요소로 작용하게 된다.

이때 제2변속부(B)의 레버(ℓ)에 노드는 제4도에서와 같이 좌측단이 제3선기어(34)의 노드가 되는 제5노드(N5)가 되고, 인접하여 유성캐리어(44)의 노드가 제6노드(N6), 그리고 우측단이 제3링기어(38)의 노드가 되는 제7노드(N7)가 된다.

여기서 제5노드(N5)로 입력되는 회전수는 제1변속부(A)의 출력속도이므로 L3가 되는데, 이 속도선과 제7노드(N7)를 연결하는 직선 L4와 제6노드(N6)를 연결하는 직선L5가 제2변속부(B)의 출력속도가 되면서 기어 트레인 전체의 변속비가 된다.

이 변속비가 트래스퍼 드라이브 스프로켓(46)을 통하여 이에 체인(50) 구동되는 트래스퍼 드리븐 스프로켓(48)으로 전달됨으로써, 한번 더 감속되어 차동장치(D)를 통해 차축(52)을 구동시키게 된다.

즉, 1속시의 총변속비는 복합 유성기어장치(2)의 감속비 → 단순유성기어장치(4)의 감속비 → 트래스퍼 드라이브 스프로켓(46)과 트래스퍼 드리븐 스프로켓(48){제3변속부(C)}의 치차비에 의한 감속비가 된다.

이러한 1속 상태에서는 제2일방향 클러치(F2)가 시계방향의 반력에 의하여서는 공전상태가 되므로 타성주행시 엔진 브레이크가 걸리지 않으나, 메뉴얼 모드시에는 제6마찰요소(B3)를 작동시켜 엔진 브레이크가 걸리게 한다.

이러한 1속 고정모드에서 스테이터(S)의 속도가 일정속도에 이르거나 토오크 컨버터(TC)가 커플링 상태에 도달하명 트랜스밋션 제어 유닛은 제4마찰요소(C2)를 작동시켜 스테이터(S)를 제4동력전달부재(32)와 연결되어있는 제5동력전달부재(40)와 직결시키게 된다.

이때 제4동력전달부재(32)는 1속 고정모드 상태의 변속비로 출력되고 있는 상태에서 스테이터(S)의 토오크가 더하여지게 되므로 트랜스퍼 드라이브 스프로켓(46)의 회전속도는 1속 고정모드보다 증가하게 된다.

따라서 터어빈(T)의 토오크는 스테이터(S)에 의해 트랜스퍼 드라이브 스프로켓(46)로 전달된 토오크 만큼 감소되므로 전체 출력 토오크는 감소된다.

이러한 상태는 2속으로 업 시프트되기 전의 연속 변속상태인데, 출력속도와 토오크와의 관계가 제2도 및 제3도에 도시되어 있다.

즉 스테이터(S)의 트랜스퍼 드라이브 스프로켓(46)로 전달되는 순간부터 연속변속 구간이 시작되는데, 이때 임펠러의 토오크는 일정하지만, 터어빈의 토오크는 감소하고 스테이터의 토오크는 증가하게 된다.

그리고 출력속도가 증가하면서 트랜스밋션 토오크의 비도 떨어져 토오크 컨버터가 다시 커플링 상태에 이르는 구간까지는 변속이 연속적으로 이루어지는데, 이때 변속비는 차량의 부하에 따라 자동적으로 결정되어진다.

차량의 부하가 적은 상태에서는 토오크 컨버터가 커플링 상태에 도달하는 시간이 짧아 2속 직결모드에 도달하는 시간이 빨라지며 반대로 차량의 부하가 클때는 토오크 컨버터가 커플링 상태에 도달하는 시간이 길어져 저속 영역에서 운전되는 시간이 길어지게 된다.

이러한 변속모드에서 많은 양의 킥 다운이 필요한 경우, 제4마찰요소(C2)의 작동을 해지시켜 스테이터(S)로 부터 제5동력전달부재(40)로 전달되는 토오크를 차단하게 되면, 순간적으로 1속 고정모드로 변속이 이루어지게 되므로 토오크가 증가하여 킥 다운 효과를 얻을 수 있다.

그리고 적은 양의 킥 다움이 필요한 경우, 스테이터(S)를 그대로 제5동력전달부재(40)와 연결된 상태로 유지시키게 되면, 이 스테이터는 스톨시와 같은 역방향의 토오크를 받게 디어 스테이터(S)의 속도는 감소하고 터어빈(T)의 토오크는 증가하여 전체적인 토오크의 증가로 킥 다운 효과를 얻을 수 있다.

물론 이때의 변속 충격은 전혀 발생하지 않게 되지만, 제4마찰요소(C2)의 작동/비작동으로 스테이터가 제4동력전달부재(32)와 연결되거나 분리되는 순간 발생할 수 있는 충격은 스테이터(S)가 토오크 컨버터(TC)내에 위치하고 있으므로 토오크 컨버터가 커다란 댐퍼 역할을 하면서 충격을 흡수하게 된다.

이와 같이 자동 연속변속시의 충 변속비는, 복합 유성기어장치의 연속 감속비 → 단순 유성기어장치의 감속비 → 트래스퍼 드라이브 스프로켓과 트래스퍼 드리븐 스프로켓의 감속비가 되는데, 이때에도 물론 타성 주행시 엔진 브레이크가 걸리지 않게 된다.

이러한 자동 연속변속 모드에서 차속이 계속 증가하여 스테이터(S)의 속도가 일정속도에 이르거나 토오크 컨버터(TC)가 커플링 상태에 이르게되면, 트랜스밋션 제어 유닛은 제2마찰요소(B1)를 해제하고 제1마찰요소(C1)를 작동 상태로 제어하게 된다.

이러한 제어에 의해 엔진의 출력은 제1마찰요소(C1)를 통하여 제1축(8)으로 전달되면서 복합 유성기어장치(2)의 제1링기어(12)로 전달됨과 아울러 제3동력전달부재(30)를 통하여 제2선기어(24)로 전달되면서 복합 유성기어장치(2)는 2개의 입력요소를 갖게 된다.

따라서 제4도에 도시한 바와 같이 제1변속부(A)의 제1노드(N1)와 제4노드(N4)가 입력 노드가 되므로 입력속도선 L1과 L6를 연결하는 직선 L7을 제2노드(N2)와 연결하는 직선 L8이 제1변속부(A)의 출력 속도선이 된다.

즉, 복합 유성기어장치(2)가 직결상태가 되어 2속의 변속비를 출력하게 되는데, 제2변속부(B)에서는 1속 고정모드 상태에서와 같이 감속작용이 이루어지게 된다.

이때 제1마찰요소(C1)가 작동되어 복합 유성기어장치(2)가 엔진과 직결되므로 높은 동력 전달 효유을 얻을 수 있므며 제4마찰요소(C2)가 비작동 상태로 있기 때문에 스테이터(S)는 공전하게 되므로 토오크 컨버터(TC)내에서의 손실은 0이 된다.

이러한 변속은 변속직전의 터어빈(T) 및 제1링기어(12)의 속도와 엔진과의 속도 차이가 거의 없거나 그 차이가 매우 작은 상태에서 이루어지므로 변속 충격은 최소가 된다.

물론 이때 엔진으로 부터 전달될 수 있는 진동은 허브(14)에 설치된 댐퍼(56)에 의해 흡수될 수 있다.

이러한 전진 2속 고정모드의 총 변속비는, 복합 유성기어장치 직결 → 단순 유성기어장치의 감속비 → 트래스퍼 드라이브 스프로켓과 트랜스퍼 드리븐 스프로켓의 감속비로 된다.

이러한 상태에서 차속이 더욱 증가하면 트랜스밋션 제어 유닛은 2속 고정모드의 상태에서 제1변속부(A)의 제4마찰요소(C2)를 추가로 작동시킴과 아울러 제2변속부(B)의 제5마찰요소(C3)를 작동시키게 된다.

그러면 제1변속부(A)와 제2변속부(B)는 각각 직결 상태가 되면서 3속의 변속비를 출력하게 된다.

제4도에 도시한 바와 같이 제1변속부(A)의 출력속도에 해당하는 직선 L8이 제2변속부(B)로 입력되면서 그대로 아무런 변속이 이루어지지 않고 출력된다.

이때는 엔진과 토오크 컨버터가 직결되고 제1,2변속부의 모든 요소가 직결되는 상태이므로 최상의 동력전달 효율을 확보할 수 있으며, 타성 주행시에는 엔진 브레이크가 걸리게 된다.

그리고 제6도에 나타낸 바와 같이 Ⅲ 레인지에서는 2속에서 타성 주행시 엔진 브레이크가 걸리게 되어 있는데, 그것은 제4마찰요소(C2)와 제6마찰요소(B3)가 작동하기 때문이다.

또한 Ⅲ 레인지 자동 연속변속 모드에서도 타성 주행시 엔진 브레이크가 걸리도록 되어 있는데, 이것도 제4,6마찰요소(C2,B3)가 작동하기 때문이다.

그리고 L 레인지서 타성 주행시 엔진 브레이크가 걸리도록 되어 있는데, 그것은 제1변속부(A)에서 제2마찰요소(B1)와 제6마찰요소(B3)가 작동하여 제1선기어(18)를 록킹시킴으로서 실현된다.

이상은 전진 주행시 변속과정을 설명한 것인데, 제5도를 통하여 알 수 있듯이 종래의 5속 자동변속기의 1속 변속비와 본 발명의 1속 변속비가 동일하게 되어 있으며, 자동 연속 변속 구간에서 종래의 4속 변속비까지 연속적으로 자동 변속이 이루어지도록 함으로서 변속충격이 심한 저속 영역에서 변속충격이 발생되지 않도록 하고 있음을 알 수 있다.

한편 변속레버가 후진 R 레인지로 선택되면, 트랜스미션 제어 유닛은 제1변속부(A)에서 제3마찰효소(B2)를 작동시키고 제2변속부(B)에서 제6마찰요소(B3)를 작동시켜 복합 유성기어장치(2)의 제2선기어(24)가 입력요소로 되게 하고 제1링기어(12)를 반력요소로 하며 제4동력전달부재(32)를 출력요소로 하는 상태를 만든다.

그러면 제4도에 도시한 바와 같이 제4노드(N4)로 입력되는 입력소도선 L1과 제3노드(N3)를 연결하는 직선 L9을 제1노드(N1)와 연결하였을 때, 제2노드(N2)와 연결하는 직선 L10이 후진 감속비가 된다.

이러한 감속비는 제2변속부(B)로 전달되면서 기어비에 의해 변속이 이루어지고, 다시 제2변속부의 제3링스프로켓(48)의 반력요소에 의해 감속이 이루어져 트랜스퍼 드라이브 스프로켓(46)과 트랜스퍼 드리븐 스프로켓(48)를 통해 차동장치(D)로 전달된다.

그리고 2속 홀드가 필요한 경우, 즉 미끄러운 노면등에서 운전을 하는 경우 구동륜의 슬립이 발생하는 경우에는, 급발진을 피하기 위하여 트랜드밋션 제어 유닛은 제2마찰요소(B1)와 제5마찰요소(C3)를 작동시켜 제1변속부(A)는 1속상태로 변속을 행하도록 하고, 제2변속부(B)의 단순 유성기어장치(4)를 직결 상태로 유지하여 제4도에 도시한 바와 같이 제2변속부(B)의 1속과 2속사이에 점선으로 도시된 새로운 변속비가 형성된다.

이때는 타성주행시 엔진 브레이크가 걸리게 되는데, 이 모든 운전자가 변속레버를 Ⅱ 레인지로 선택할 경우에도 사용할 수 있다.

이상 설명된 각 변속단별 마찰요소의 작도은 제6도에 나타낸 바와 같은 제어에 의해 실현될 수 있는데, 도면에서 0은 작동요소이다.

지금까지 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 자동 변속장치의 장범을 요약하면 다음과 같다.

1) 운전시간이 짧고 변속충격이 심한 저속영역에서는 변속이 자동 연속적으로 이루어지므로 변속충격이 거의 발생하지 않아 변속감을 향상시킬 수 있다.

2) 변속충격이 크지는 않으나 운전시간이 길어 연비향상을 위해 변속기구의 높은 동력전달 효율이 요구되는 고속영역에서는 변속장치가 직결로 되는 변속비를 출력할 수 있도록 하고 있기 때문에 연비향상을 극대화시킬 수 있다.

3) 전 변속구간에서 일방향 클러치가 적용된 종래의 자동 변속기에 비하여 마찰요소 및 일방향 클러치의 갯수를 줄이고도 변속감을 향상시킬 수 있어 중량이나 생산원가 측면에서 매우 경제적이다.

제7도는 본 발명의 제2실시예에 의한 파워 트레인을 나타내는 도면으로서, 제1변속부(A)와 제2변속부(B)는 제1실시예와 동일하고, 제3변속부(C)가 제1실시예와 다른 구성으로 이루어지고 있다.

상기한 제3변속부(C)는 단순 유성기어장치(60)로 이루어지는데, 이의 단순 유성기어장치(60)는 상기 트랜스퍼 드리본 스프로켓(48)과 일체가 되어 입력요소가 되는 제4선기어(66)의 내측에 치차물림되는 제4피니온기어(64)들과 이 피니온 기어들 중심에 치차결합되는 제1선기어(66)로 이루어지는 통상의 구조를 갖는다.

상기한 제4선기어(66)는 변속기 케이스(54)에 고정이 이루어져 반력요소가 되도록 하고, 제4피니온기어(64)를 연결하고 있는 캐리어(68)가 출력요소가 되어 차동장치(D)를 통해 차축(52)를 구동시킬 수 있도록 되어 있다.

이러한 제3변속부(C)의 구성에 의하여 상기 제1실시예에와 같이 제1,2변속부(A)(B)에서 변속된 동력이 상기 트랜스퍼 드리본 스프로켓(48)를 통해 제4선기어(66)가 고정된 상태에서제4링기어(62)를 통해 입력되는 바, 캐리어(68)는 제4링기어(62)와 동일한 방향으로 회전이 이루어지게 된다.

이때, 캐리어(68)의 회전속도는 입력 회전속도 보다 감속된 상태로 출력이 이루어지며, 이의 출력은 차동장치(D)를 통하여 차축(52)을 구동시키게 되는데, 이로 인하여 충분한 종감속비를 얻을 수 있게 된다.

제8도는 본 발명에 의한 제3실시예의 파워 트레인으로서, 제3변속부(C) 제2실시예와 같이 단순유성 기어장치(60)에 의해 이루어지고 있다.

제3실시예가 제2실시예와 다른 점으노, 단순유성 기어장치(60)의 제4링기어(62)를 변속기 케이스(54)에 고정하여 반력요소로 하고, 제4선기어(66)를 트랜스커 드리본 스프로켓(48)과 연결하여 입력요소가 되도록하고 있다.

이러한 제3변속부(C)의 구성에 의하여 상기 제1실시예에와같이 제1,2변속부(A),(B)에서 변속된 동력이 트랜스퍼 드리본 스프로켓(48)를 통해 제4링기어(62)가 고정된 상태에서 제4선기어(66)를 통해 입력되는 바, 캐리어(68)는 제4선기어(66)와 동일한 방향으로 회전이 이루어지게 된다.

이때, 캐리어(68)의 회전속도는 입력 회전속도 보다 감속된 상태로 출력이 이루어지며, 이의 출력은 차동장치(D)를 통하여 차축(52)을 구동시키게 된다.

제9도는 본 발명에 의한 제4실시예의 파워 트레인을 나타내는 도면으로서, 제3변속부(C)를 상기 제2,3실시예에서와 같이 단순 유성기어장치를 사용하지 않고, 상기 트랜스퍼 드라이브 스프로켓(46)과 트랜스퍼 드리본 스프로켓(48) 대신에 기어로 형성하고, 이들 기어(70)(72) 사이에 큰기어(74)와 작은기어(76)가 일체로 형성되는 기어축(78)을 치합하여 구성한 것이다.

상기한 기어축(78)의 큰 기어(74)는 트랜스퍼 드라이브 기어(70)에 치합되고, 작은 기어(76)는 트랜스퍼 드리븐 기어(72)과 치합이 이루어져 트랜스퍼 드라이브 기어(70)의 출력이 큰기어(74)와 작은 기어(76)의 치차비에 의해 감속된 상태로 트랜스퍼 드리븐 기어(72)에 전달되어 차동장치(D)를 통해 차축(52)을 구동시키게 된다.

제10도는 본 발명에 따른 제5실시예의 파워 트레인을 나타내는 도면으로서, 이의 제5실시예는 제1실시예어세 제2변속부(B)의 단순 유성치차(4) 연결이 다르게 이루어진것이다.

즉, 제2피니온 기어(22)들을 연결하는 제4동력전달부재(32)를 제5동력전달부재(40)와 직결시켜 스테이터(S)의 토오크를 선택적으로 전달받을 수 있도록 스테이터(S)에 직접 연결되는 제6동력전달부재(42)와의 사이에 제4마찰 요소(C2)를 개재시켜 연결하고 있다.

그리고 상기 제4동력전달부재(32)는 그의 일측 연장부는 제3링기어(38)과 연결된 상태에서 제5마찰요소(C3)를 개재시켜 제3피닌온 기어(36)들을 연결하고 있는 유성 캐리어(44)와 연결되어 있으며, 상기 유성 캐리어(44)의 일측 종단부에는 제3변속부(C)가 연결되는데, 이의 제3변속부(C)는 트랜스퍼 드라이브 스프로켓(46)과 트랜스퍼 드리본 스프로켓(48)과 체인(50)으로 연결되며, 이의 출력은 차동장치(D)를 통해 차축(52)을 회동시킬 수 있도록 되어 있다.

또한, 제3선기어(34)는 변속기 케이스(54)에 설치된 제6마찰요소(B3)에 의해 반력요소로 작용할 수 있도록 되어 있으며, 상기한 제1일방향 클러치(F1)와 같은방향의 회전을 구속하는 구조로 된 제2일방향 클러치(F2)와도 연결되어 있다.

따라서 제2변속부(B)에서는 제3선기어(34)가 반력요소로 작용하고 제3링기어(38)가 입력요소로 작용하면서 트랜스퍼 드라이브 스프로켓(46)과 연결된 유성 캐리어(44)가 출력요소로 작용하게 된다.

이때 제2변속부(B)의 레버(ℓ)에 노드는 상기 제1실시예 내지 제4실시예와는 달리 제4도의 제5노드(N5)가 제3링기어(38)의 노드가 되고, 제6노드(N6)는 유성캐리어(44)의 노드, 그리고 우측단으 제7노드(N7)는 제3선기어(36)의 노드가 되며, 그의 변속비는 상기 제1실시예와 동일하게 이루어지므로 설명은 생략한다.

제11도는 본 발명의 제6실시예에 의한 파워 트레인을 나타내는 도면으로서, 제1변속부(A)와 제2변속부(B)는 제5실시예와 동일하되, 제3변속부(C)가 제2실시예와 동일하게 이루어지며, 제12도의 제7실시예는 제1변속부(A)와 제2변속부(B)는 제5실시예와 동일하되, 제3변속부(C)가 제3실시예와 동일하게 이루어지고, 제13도의 제8실시예는 제1변속부(A)와 제2변속부(B)는 제5실시예와 동일하되, 제3변속부(C)가 제4실시예와 동일하게 이루어진 것이다.

이러한 파워트레인은 제1,2변속부(A),(B)는 제5실시예와 동일한 변속작용을 하고, 제3변속부(C)는 해당실시예와 동일한 변속작용 을 하게 되므로 그의 작동설명은 생략한다.

이상에서와 같이 본 발명은 차량용 자동 변속기에 있어서, 변속충격이 심한 저속 영역에서 자동 연속적으로 변속이 이루어지도록 하여 변속감을 향상시킴과 아울러 고속에서는 동력 전달 효율을 증대시켜 연비를 향상시킬 수 있는 것이다.

Claims

엔진으로부터의 동력을 전달받아 토오크를 변환하여 출력하는 토오크 컨버터와; 2개의 싱글 피니언 유성기어장치의 조합으로 이루어지되, 제1선기어와 제2링기어가 연결되고 제1,2유성 캐리어가 연결되어 제1링기어가 선택적으로 입력요소 및 반력요소가 되도록 엔진의 출력측과 변속기 하우징에 가변적으로 연결되고, 제1선기어와 제2 링기어가 반력요소가 되도록 이들을 연결하고 있는 변속기 하우징에 가변적으로 연결되며, 제2선기어가 입력요소가 되도록 토오크 컨버터의 터어빈과 직결되며, 제1,2유성 캐리어가 출력요소가 되는 복합유성기어장치로 이루어지는 제1변속부와; 싱글 피니언 유성기어장치로서, 제3선기어가 선택적으로 입력요소로 작용할 수 있도록 토오크 컨버터의 스테이터와 가변적으로 연결됨과 동시에 상기 제1변속부의 출력요소와 가변적으로 연결되며, 제3링기어가 엔진의 구동 방향으로만 회전이 가능함과 동시에 반력요소로 작용할 수 있도록 변속기 하우징과 연결되는 단순 유성기어장치로 이루어지는 제2변속부와; 상기 제2변속부로부터 출력되는 회전동력을 기어비로 종감속시키는 제3변속부를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 자동변속기의 파워 트레인.
엔진으로부터의 동력을 전달받아 토오크를 변환하여 출력하는 토오크 컨버터와; 2개의 싱글 피니언 유성기어장치의 조합으로 이루어지되, 제1선기어와 제2링기어가 연결되고 제1링기어가 선택적으로 입력요소 및 반력요소가 되도록 엔진의 출력측과 제1축과 제1마찰요소를 통해 연결되고, 제3마찰요소를 통해 변속기 하우징에 개별적으로 연결되고, 제1선기어와 제2링기어가 반력요소가 되도록 이들을 연결하고 있는 제2동력전달부재가 제2마찰요소를 개재시켜 변속기 하우징에 가변적으로 연결되며, 제2선기어가 입력요소가 되도록 제3동력전달부재를 통해 토오크 컨버터의 터어빈과 직접 연결되며, 제1,2유성 캐리어를 상호 연결하는 제4동력전달부재가 출력요소가 되는 복합유성기어장치로 이루어지는 제1변속부와; 싱글 피니언 유성기어장치로서, 제3선기어가 선택적으로 입력요소로 작용할 수 있도록 토오크 컨버터의 스테이터와 제4마찰요소를 통해 가변적으로 연결됨과 동시에 상기 제1변속부의 출력요소인 제4동력전달부재와 직접 연결되고, 제3유성 캐리어가 출력요소로 작용함과 동시에 상기 제1변속부의 출력요소인 제4동력전달부재와 제5마찰요소를 통해 가변적으로 연결되며, 제3링기어가 엔진의 구동 방향으로만 회전이 가능함과 동시에 반력요소로 작용할 수 있도록 변속기 하우징과 제2원웨이 클러치와 제6마찰요소를 통해 연결되는 단순 유성기어장치로 이루어지는 제2변속부와; 상기 제2변속부의 출력요소인 유성 캐리어에 장착되어 있는 트랜스퍼 드라이브 스프로켓과, 상기 트랜스퍼 드라이브 스프로켓과 체인 연결되는 트랜스터 드리븐 스프로켓으로 형성되는 제3변속부를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 자동변속기의 파워 트레인.
제2항에 있어서, 제1변속부와 제2변속부는 동일축선상에 배치됨을 특징으로 하는 차량용 자동변속기의 파워 트레인.
제2항에 있어서, 복합 유성장치는 엔진과 직결될 때 충격을 감쇠시키기 위한 댐퍼가 일력측에 배치됨을 특징으로 하는 차량용 자동변속기의 파워 트레인.
제2항에 있어서, 제3변속부는 싱글 피니언 유성기어장치로서, 링기어가 입력요소가 되도록 제2변속부의 출력요소와 체인으로 연결되고, 선기어가 반력요소로 작용하도록 변속기 하우징에 고정되며, 유성 캐리어가 출력요소로 작용하는 단순 유성기어장치로 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 자동변속기의 파워 트레인.
제2에 있어서, 제3변속부는 싱글 피니언 유성기어장치로서, 선기어가 입력요소가 되도록 제2변속부의 출력요소와 체인으로 연결되고, 링기어가 반력요소로 작용하도록 변속기 하우징에 고정되며, 유성 캐리어가 출력요소로 작용하는 단순 유성기어장치로 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 자동변속기의 파워 트레인.
제2항에 있어서, 제3변속부는 제2변속부의 출력요소에 배치된 트랜스퍼 드라이브 기어와, 이의 트랜스퍼 드라이브 기어로부터 동력을 전달받는 트랜스퍼 드리븐 기어 사이에 큰기어와 작은 기어가 일체로 형성된 기어축을 배치하여 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 파워 트레인.
청구항 7에 있어서, 기어축은 큰 기어가 트랜스퍼 드라이브 기어와 치합되고, 작은 기어가 트랜스퍼 드리븐 기어와 차합됨을 특징으로 하는 차량용 자동 변속이의 파워 트레인.
엔진으로부터의 동력을 전달받아 토오크를 변환하여 출력하는 토오크 컨버터와; 2개의 싱글 피니언 유성기어장치의 조합으로 이루어지되, 제1선기어와 제2링기어가 연결되고 제1,2유성 캐리어가 연결되어 제1링기어가 선택적으로 입력요소 및 반력요소가 되도록 엔진의 출력측과 제1축과 제1마찰요소를 통해 연결되고, 제3마찰요소를 통해 변속기 하우징에 가변적으로 연결되고, 제1선기어와 제2링기어가 반력요소가 되도록 이들을 연결하고 있는 제2동력전달부재가 제2마찰요소를 개재시켜 변속기 하우징에 가변적으로 연결되며, 제2선기어가 입력요소가 되도록 제3동력전달부재를 통해 토오크 컨버터의 터어빈과 직접 연결되며, 제1,2유성 캐리어를 상호 연결하는 제4동력전달부재가 출력요소가 되는 복합유성기어장치로 이루어지는 제1변속부와; 싱글 피니언 유성기어장치로서, 제3링기어가 입력요소로 작용할 수 있도록 제1변속부의 제2유성캐리어와 연결됨과 동시에 토오크 컨버터의 스테이터와 제4마찰요소를 통해 가변적으로 연결되고, 제3유성 캐리어가 출력요소로 작용함과 동시에 상기 제3링기어와 제5마찰요소를 통해 가변적으로 연결되며, 제3선기어가 엔진의 구동 방향으로만 회전이 가능함과 동시에 반력요소로 작용할 수 있도록 변속기 하우징과 제2원웨이 클러치와 제6마찰요소를 통해 연결되는 단순 유성기어장치로 이루어지는 제2변속부와; 상기 제2변속부의 출력요소인 유성 캐리어에 장착되어 있는 트랜스퍼 드라이브 스프로켓과, 상기 트랜스퍼 드라이브 스프로켓과 체인 연결되는 트랜스퍼 드리븐 스프로켓으로 형성되는 제3변속부를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 자동변속기의 파워 트레인.
제9항에 있어서, 제3변속부는 싱글 피니언 유성기어장치로서, 링기어가 입력요소가 되도록 제2변속부의 출력요소와 체인으로 연결되고, 선기어가 반력요소로 작용하도록 변속기 하우징에 고정되며, 유성 캐리어가 출력요소로 작용하는 단순 유성기어장치로 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 파워 트레인.
제9항에 있어서, 제3변속부는 싱글 피니언 유성기어장치로서, 선기어가 입력요소가 되도록 제2변속부의 출력요소와 체인으로 연결되고, 링기어가 반력요소로 작용하도록 변속기 하우징에 고정되며, 유성 캐리어가 출력요소로 작용하는 단순 유성기어장치로 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 파워 트레인.
제9항에 있어서, 제3변속부는 제2변속부의 출력요소에 배치된 트랜스퍼 드라이브 기어와, 이의 트랜스퍼 드라이브 기어로부터 동력을 전달받는 트랜스퍼 드리븐 기어 사이에 큰기어와 작은 기어가 일체로 형성된 기어축을 배치하여 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 파워 트레인.
청구항 12에 있어서, 기어축은 큰 기어가 트랜스퍼 드라이브 기어와 치합되고, 작은 기어가 트랜스퍼 드리븐 기어와 차합됨을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 파워 트레인.