KR100217069B1 - 차량용 무단 변속장치 - Google Patents

Abstract

저속 및 고속단 설정에 의한 무단 변속으로 다양한 주행 모드를 제공하고, 저속단에 의하여 초기 발진 가속성능을 향상시킬 수 있도록 한 차량용 무단 변속장치를 제공할 목적으로;

엔진으로부터 출력되는 회전 동력을 제1축으로 전달하는 동력전달수단과; 복합유성기어 셋트로 이루어져 상기 동력전달수단으로부터 출력되는 회전 동력에 대하여 전진 2단 및 후진 1단으로 변속이 이루어지도록 하는 변속수단과; 상기 변속수단의 출력단과, 그의 하측에 소정의 간격을 두고 배치되는 제2축과의 사이에 배치되어 변속수단으로부터 전달되는 회전 동력을 무단 변속하여 제2축으로 전달하는 무단 변속수단과; 상기 무단 변속수단으로부터 전달되는 회전 동력을 종감속시켜 차동기구를 통해 전륜 양 구동륜으로 동력을 분배하는 종감속수단과; 를 포함하여 이루어지는 차량용 무단 변속장치를 제공한다.

Description

차량용 무단 변속장치

제1도는 본 발명에 의한 제1실시예의 구성도.

제2도는 본 발명에 적용되는 무단 변속수단의 일실시예를 보인 구성도.

제3도는 본 발명에 적용되는 마찰요소의 작동표.

제4도는 본 발명의 변속 과정을 레버 해석법으로 설명하기 위한 선도.

제5도는 본 발명에 의한 제2실시예의 구성도.

제6도는 본 발명에 의한 제3실시예의 구성도.

제7도는 본 발명에 의한 제4실시예의 구성도이다.

본 발명은 차량용 무단 변속장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저속 및 고속단 설정에 의한 무단 변속으로 다양한 주행 모드를 제공하고, 저속단에 의하여 초기 발진 가속 성능을 향상시킬 수 있도록 한 차량용 무단 변속장치에 관한 것이다.

차량의 변속장치는 엔진의 구동력을 구동륜에 전달하는 기능을 갖고 있는데, 이러한 변속장치에는 운전자의 의지대로 직접 변속단을 선택하는 수동 변속장치와, 차량의 주행 조건에 따라 자동적으로 변속이 이루어지는 자동 변속장치와, 각 변속단 사이에 특정한 변속 영역이 없이 무단으로 연속적인 변속이 이루어지는 무단 변속장치로 대별된다.

상기와 같은 변속장치에 있어서, 본 발명은 유압을 이용하는 자동 변속장치의 단점을 보완하여 연비 및 동력 전달성능, 그리고 중량면에서 큰 장점을 갖는 무단 변속장치에 관계한다.

이러한 무단 변속장치를 형성함에 있어서, 종래에는 대개 벨트와 직경의 가변되는 폴리를 이용하는 무단 변속수단을 이용하게 되는데, 이는 하나 또는 2개의 무단 변속수단을 이용하여 무단 변속이 이루어지도록 하고 있다.

그러나 상기와 같은 무단 변속장치에 있어서는 발진 초기에 요구되는 변속비를 실현하는 데애 한계가 있기 때문에 초기 발진성능과 가속성능이 좋지 않아 실용화되지 못하고 있는 실정이다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 저속 및 고속단 설정에 의한 무단 변속으로 다양한 주행 모드를 제공하고, 저속단에 의하여 초기 발진 가속성능을 향상시킬 수 있도록 한 차량용 무단 변속장치를 제공함에 있다.

이를 실현하기 위하여 본 발명은 엔진으로부터 출력되는 회전 동력을 제1축으로 전달하는 동력전달수단과;

복합 유성기어 셋트로 이루어져 상기 동력전달수단으로부터 출력되는 회전 동력에 대하여 전진 2단 및 후진 1단으로 변속이 이루어지도록 하는 변속수단과;

상기 변속수단의 출력단과, 그의 하측에 소정의 간격을 두고 배치되는 제2축과의 사이에 배치되는 변속수단으로부터 전달되는 회전 동력을 무단 변속하여 제2축으로 전달하는 무단 변속수단과;

상기 무단 변속수단으로부터 전달되는 회전 동력을 종감속시켜 차동기구를 통해 전륜 양 구동륜으로 동력을 분배하는 종감속 수단과; 를 포함하여 이루어지는 차량용 무단 변속장치를 제공함에 특징이 있다.

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

제1도는 본 발명에 의한 제1실시예의 구성도로서, 이는 동력전달수단(2)으로 토오크 컨버터(4)를 적용한 예를 도시한 것이다.

상기 토오크 컨버터(4)는 엔진(6)의 크랭크축에 직결되어 회전하는 펌프 임펠러(8)와; 이 펌프 임펠러(8)와 대향 배치되어 분출되는 오일에 의하여 함께 회전하는 터어빈 런너(10)와; 이들 펌프 임펠러(8)와 터어빈 런너(10) 사이에 배치되어 오일의 흐름을 바꾸어 주는 펌프 임펠러(8)의 회전력을 증가시켜 주는 스테이터(12)를 포함하여 이루어진다.

이에 따라 엔진이 회전을 하면 상기 토오크 컨버터(4)내에 충진된 오일이 펌프 임펠러(8)에서 분출되어 터어빈 런너(10)로 공급되면서 터어빈 런너(10)를 구동시킨 다음 스테이퍼(12)로 유입된다.

또한 상기 스테이터(12)로 유입된 오일은 그 방향을 바꾸어 다시 펌프 임펠러(8)로 유입되는 작용을 반복하게 되는데, 이때 스테이터(12)의 회전에 의하여 스테이터(12)가 분담하는 터어빈 런너(10)의 회전력과 펌프의 회전력과의 사이에 차이가 생겨 토오크 변환이 이루어지게 되는 것이다.

그리고 상기 동력전달수단(2)을 통해 출력되는 회전동력은 제1축(16)상에 배치되는 변속수단(16)에 의하여 운전자의 의지에 따라 차량의 전,후진을 제어된다.

이의 변속수단(16)은 전진2단, 후진 1단의 변속단을 제어할 수 있도록 복합 유성기어셋트로 이루어진다.

상기 복합 유성기어 셋트는 제1싱글 피니언 유성기어 셋트(18)과, 제2싱글 피니언 유성기어 셋트(20)로 이루어진다.

즉, 상기 제1싱글 피니언 유성기어 셋트(18)의 선기어(22)와 일체로 형성되는 제1축(16)은 후측부분이 제2싱글 피니언 유성기어 셋트(20)의 선기어(24)와 연결되는데, 그 중간부분에서 제1마찰요소(26)를 개재시켜 변속기 하우징(28)과 연결되어 선택적으로 선기어(24)가 반력요소를 작용할 수 있도록 하였다.

그리고 상기 제1마찰요소(26)과 제1싱글 피니언 유성기어 셋트(18)의 선기어(22) 사이에는 제2마찰요소(30)가 배치되어 제2싱글 피니언 유성기어 셋트(20)의 선기어(24)가 선택적으로 입력 요소로 작용할 수 있도록 하였다.

또한, 상기 제1싱글 피니언 유성기어 셋트(18)의 캐리어(32)는 제2싱글 피니언 유성기어 셋트(20)의 링기어(34)와 연결되어 있으며, 이를 연결하는 연결부재(36)는 제3마찰요소(38)를 개재시켜 변속기 하우징(28)과 연결하여 이들이 선택적으로 반력요소를 작용할 수 있도록 하였으며, 제1싱글 피니언 유성기어 셋트(18)는 링기어(40)는 제2싱글 피니언 유성기어 셋트(20)의 캐리어(42)와 연결하고, 이의 캐리어(42)가 후측단을 출력단이 되도록 하였다.

상기 구성에 의하여 엔진(6)의 회전 동력이 토오크 컨버터(4)를 통해 무단변속수단(16)으로 입력되어 중립의 상태에서는 공회전 상태를 유지하게 된다.

이러한 상태에서 전진 및 후진 변속 과정을 제3도 및 제4도를 보면서 살펴보면 다음과 같다.

우선, 제4도에 있어서는 복합 유성기어 셋트의 작동 과정을 가시적으로 해석하기 위한 레버 해석법의 선도로서, 제1노드(N1)는 싱글 유니온 유성기어 셋트(18)의 선기어(22), 제2노드(N2)는 제1피니온 유성기어 셋트(18)의 캐리어(32)와 제2싱글 피니언 유성기어 셋트(20)의 링기어(34), 제3노드(N3)는 제1피니언 유성기어 셋트(18)의 링기어(40)와 제2싱글 피니언 유성기어 셋트(20)의 캐리어(42), 제4노드(N4)는 제2싱글 피니언 유성기어 셋트(20)의 선기어(24)를 표시하게 된다 .

상기와 같은 노드의 설정은 양 싱글 피니온 유성기어 셋트(18)(20)의 연결 단계에 의하여 설정되는 것으로서 공지이다 .

상기와 같은 전제 조건하에서 운전자가 전진 주행을 위하여 셀렉트 레버를 D레인지로 선택하면, 트랜스밋션 제어 유닛에서는 제1마찰요소(26)를 작동시키게 된다.

그러면 엔진의 회전 동력은 제1싱글 피니온 유성기어 셋트(18)의 선기어(22)를 통하여 입력이 이루어지고, 제1마찰요소(26)의 작동에 의하여 제2싱글 피니언 유성기어 셋트(20)의 선기어(24)가 작용하게 하면서 1속 변속이 이루어지게 된다.

즉, 제4도에서와 같이, 제1노드(N1)의 속도 입력선으로 입력이 이루어지는 상태에서 제4도느(N4)인 선기어(24)가 반력요소로 작용하게 되는 바, 이들을 상호 연결하는 직선(L1)과, 출력요소로 작용하는 제3노드(N3)를 가장 가깝게 연결하는 선이 저속의 속도선(D1)이 되는 것이다.

이는 입력보다는 상대적으로 작게 출력이 이루어지게 되며, 이와 같이 변속된 회전 동려은 후술하는 무단 변속수단에 의하여 다시 무단 변속이 이루어지게 되는 것이다.

상기와 같은 전진 저속 주행 중 스로틀 개도각과 차속이 증가하면, 트랜스밋션 제어 유닛에서는 제1마찰요소(26)의 작동을 해제하고, 제2마찰요소(30)를 작동제어하게 된다.

그러면 제1싱글 피니언 유성기어 셋트(18)의 선기어(22)와 제2싱글 피니언 유성기어 셋트(20)의 선기어(24)를 통해 동시에 입력이 이루어지게 된다.

상기와 같이 양 선기어(22)를 통해 입력이 이루어지게 되면, 유싱기어 셋트의 작동 특성상 직결의 상태가 되는 바, 제4도에서와 같이 제1노드(N1)의 속도 입력선과 제4노드(N4)의 입력 속도선을 상호 연결하는 직선(L2)과, 출력요소로 작용하는 제3노드(N3)를 가장 가깝게 연결하는 선이 고속의 속도선(D2)이 되는 것이다.

이는 입력과 출력이 동일하게 이루어지게 되며, 이와 같이 변속된 회전 동력은 후술하는 무단 변속수단에 의하여 다시 무단 변속이 이루어지게 되는 것이다.

그리고 후진 주행시에는 셀렉트 레버를 R 레인지로 선택하면, 트랜스밋션 제어 유닛에서는 제3마찰요소(38)를 작동시키게 된다.

그러면 엔진의 회전 동력은 제1싱글 피니언 유성기어 셋트(18)의 선기어(22)를 통하여 입력이 이루어지고, 제3마찰요소(38)의 작동에 의하여 제1,2싱글 피니언 유성기어 셋트(18)(20)의 캐리어(32)와 링기어(34)가 반력요소로 작용하게 하면서 후진 변속이 이루어지게 된다.

즉, 제4도에서와 같이, 제1노드(N1)의 속도 입력선으로 입력이 이루어지는 상태에서 제2노드(N2)가 반력요소로 작용하게 되는 바, 이들을 상호 연결하는 직선(L3)과, 출력요소로 작용하는 제3노드(N3)를 가장 가깝게 연결하는 선이 후진의 속도선(R1)이 되는 것이다.

따라서 입력에 대하여 반대방향으로 출력이 이루어져 후진 주행이 가능해지는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 변속수단(16)에서는 전진 2단과 후진 1단의 출력이 이루어지게 되는 것이다.

상기와 같이 변속수단(16)에 의하여 변속이 이루어진 회전 동력은 무단 변속수단(44)에 의하여 무단 변속이 이루어지게 된다.

상기 무단 변속수단(44)은 복합 유성기어 셋트의 출력단을 형성하는 캐리어(42)와, 상기 제1축(14)의 하측에 소정의 간격을 두고 평행하게 배치되는 제2축(46)상에 배치되어 직경이 유압에 의하여 가변되는 구동 및 중동풀리(48)(50)와, 상기 폴리를 상호 연결하여 주는 벨트(52)를 포함하여 이루어진다 .

상기에서 구동 및 종동풀리(38)(40)는 직경의 변화에 의하여 무단변속이 이루어지도록 하는 것으로서, 제2도는 그것을 가능하게 하는 일 실시예의 구성을 보여주고 있다.

상기 구동풀리(48)는 고정측 쉬이브(54)와 가변측 쉬이브(56)로 이루어지는데, 고정측 쉬이브(54)는 캐리어(42)과 일체로 형성되어 있으며, 가변측 쉬이브(56)는 이 캐리어(42)상에서 좌우 이동할 수 있는 상태로 결합되고 있다.

상기 가변측 쉬이브(56)측에는 케이싱 부재(58)가 설치되어 이들 사이에 유압쳄버(60)를 형성하고 있으며, 이 유압쳄버(60)는 캐리어(42)에 형성된 유로(62)를 통하여 엔진의 구동력에 의해 생성되는 압력유체가 공급될 수 있도록 되어 있다.

그리고 종동풀리(40)는 상기와 마찬가지로 고정측 쉬이브((64)와 가변축 쉬이브(66)로 이루어지되, 상기 고정측 쉬이브(64)가 제2축(46)과 일체로 형성되고, 가변측 쉬이브(66)는 상기 제2축(46)상에서 좌우 이동할 수 있도록 결합된다.

또한, 이의 가변측 쉬이브(66)에는 케이싱 부재(68)가 개재되어 유압쳄버(70)를 형성하고 있으며, 상기 유압쳄버(70)에는 제2축(46)에 형성된 유로(72)를 통하여 엔진의 구동력에 의해 생성되는 압력유체가 공급될 수 있도록 되어 있다.

따라서 변속수단(16)으로부터 출력되는 회전 동력이 무단 변속수단(44)으로 전달되면, 무단 변속이 이루어지면서 제2축(46)을 구동하게 되는데, 이때 구동풀리(38)와 종동풀리(40)의 외경 변화에 따라 변속이 이루어지게 된다.

그의 회전속도 변화 조건은, 첫째, 구동풀리(38)와 종동풀리(40)의 외경이 동일할 때와, 둘째 구동풀리(38)의 외경이 종동풀리(40)의 직경 보다 큰 경우와, 셋째 구동풀리(38)의 직경이 종동풀리(40)의 직경보다 작은 경우로 나누어 생각할 수 있다.

첫째 조건으로 구동 및 종동풀리(38)(40)의 외경이 동일한 경우에는 1:1 의 변속비를 갖게 된다.

그리고 둘째로 구동풀리(38)의 외경이 종동풀리(40)의 직경 보다 큰 경우에는 구동풀리(38)의 회전수 보다 종동풀리(40)의 회전수가 커지기 때문에 증속이 이루어지게 되며, 셋째 구동풀리(38)의 외경이 종동풀리(40)의 직경 보다 작아지는 경우에는 구동풀리(38)의 회전수가 종동풀리(40)의 회전수 보다 작아지기 때문에 감속이 이루어지게 되는 것이다.

이러한 작용으로 주행 레인지에서는 출발 시점부터 고속 주행까지 변속단 구분이 없는 점진적인 변속이 이루어지게 되는 것이다.

상기와 같이 무단 변속이 이루어진 회전 동력은 종감속 수단(74)으로 전달되는데, 이의 종감속 수단(74)은 상기 제2축(46)에 배치된 출력기어(76)와, 상기 제2축(46)과 평행하게 배치되어 그 후측의 기어(78)가 상기 출력기어(76)와 치합되는 트랜스퍼 샤프트(80)와, 상기 트랜스퍼 샤프트(80)의 전단부 기어(82)와 큰 기어비로 감속 작용을 수행하는 링기어(84)와, 그리고 상기 링기어(84)로 입력되는 회전 동력을 양 전륜 구동축(86)(88)에 걸리는 부하에 따라 차동작용을 하면서 분배하는 차동기구(90)를 포함하여 이루어진다.

이에 따라 상기 제2축(46)을 통해 출력되는 회전 동력으로 전륜을 구동시킬 수 있게 되는 것이다 .

상기에서 같이 본 발명은 변속수단(16)에서 1차 변속이 이루어진 상태에서 무단 변속수단(44)에서 이를 다시 저속부터 고속으로부터 변속이 이루어지게 되는 바, 다양한 주행 모드를 제공하게 된다.

그리고 저속단에서 감속비를 크게 실현할 수 있는 바, 초기 발진 및 가속성능을 크게 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

제5도는 본 발명에 의한 제2실시예를 도시한 것으로서, 이는 상기 제1실시예에 있어서, 동력전달수단(2)을 토셔널 댐퍼(100)로 형성한 것으로서, 그 작용 효과는 제1실시예와 동일하다 .

제6도 및 제7도는 본 발명에 의한 제3, 4 실시예를 도시한 것으로서, 이는 제1, 2 실시예에 있어서, 무단 변속수단(16)을 제2축(46)에 배치한 것으로서, 이는 제1, 2실시예에 있어서, 무단 변속수단(16)의 위치를 이동시킨 것이며, 그 작용 및 효과는 제1, 2 실시예와 동일하므로 생략한다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면 저속 및 고속단 설정에 의한 무단 변속으로 다양한 주행 모드를 제공하고, 저속단에 의하여 초기 발진 가속성능을 향상시킬 수 있는 발명인 것이다.

Claims (8)

1. 엔진으로부터 출력되는 회전동력을 제1축으로 전달하는 동력전달수단과; 복합 유성기어셋트로 이루어져 상기 동력전달수단으로부터 출력되는 회전동력에 대하여 전진 2단 및 후진 1단으로 변속이 이루어지도록 하는 변속수단과; 상기 변속수단의 출력단과, 그의 하측에 소정의 간격을 주고 배치되는 제2축과 사이에 배치되어 변속수단으로부터 전달되는 회전 동력을 무단 변속하여 제2축으로 전달하는 무단변속수단과; 상기 무단 변속수단으로부터 전달되는 회전동력을 종감속시켜 차동기구를 통해 전륜 양 구동륜으로 동력을 분배하는 종감속수단과; 를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 무단 변속장치.
2. 제1항에 있어서, 동력전달수단이 토오크 컨버터로 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 무단 변속장치.
3. 제1항에 있어서, 변속수단을 형성하는 복합유성기어셋트는 2개의 싱글 피니언 유성기어 셋트로 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 무단 변속장치.
4. 제3항에 있어서, 복합 유성기어셋트는 제1싱글 피니언 유성기어 셋트의 선기어와 일체로 형성되는 제1축의 후측부분을 제2싱글 피니언 유성기어 셋트의 선기어와 연결하되, 이의 선기어가 선택적으로 반력요소 및 입력요소로 작용할 수 있도록 제1,2마찰요소를 이용하여 연결하고, 제1싱글 피니언 유성기어 셋트의 캐리어는 제2싱글 피니언 유성기어 셋트의 링기어와 연결하되, 제3마찰요소를 이용하여 이들이 반력요소로 작용할 수 있도록 하며, 제1싱글 피니언 유성기어 셋트의 링기어는 제2싱글 피니언 유성기어 셋트의 캐리어와 연결하고, 이 캐리어의 후측단이 출력단이 되도록 형성함을 특징으로 하는 차량용 무단 변속장치.
5. 제1항에 있어서, 무단 변속수단은 각각 직경 가변이 이루어질 수 있도록 형성되어 구동축과, 이에 소정의 간격을 두고 평행하게 배치되는 종동축에 배치되는 구동 및 종동폴리와, 상기 폴리를 상호 연결하는 벨트를 포함하여 이루어지는 차량용 무단 변속장치.
6. 제1항에 있어서, 종 감속수단은 제2축에 배치된 출력기어와, 상기 제2축과 평행하게 배치되어 그 후측의 기어가 상기 출력기어와 치합되는 트랜스퍼 샤프트와, 상기 트랜스퍼 샤프트의 전단부 기어와 큰 기어비로 감속작용을 수행하는 링기어와, 그리고 상기 링기어로 입력되는 회전동력을 양 전륜 구동축에 걸리는 부하에 따라 차동작용을 하면서 분배하는 차동기구를 포함하여 이루어지는 차량용 무단 변속장치.
7. 제1항에 있어서, 변속수단이 제2축상에 배치됨을 특징으로 하는 차량용 무단 변속장치.
8. 제1항에 있어서, 동력전달수단이 토셔널 댐퍼로 형성됨을 특징으로 하는 차량용 무단 변속장치.