KR100217108B1 - 차량용 5속 자동변속기의 파워 트레인 - Google Patents

Abstract

2개의 단순 유성기어 셋트와 6개의 마찰요소로서 전진 5속 및 후진 1속의 변속단을 실현하여 컴팩트 및 경량화하며, 전진 5속 및 후진 변속단에서 동력손실을 작게 할 수 있도록 한 차량용 5속 자동 변속기의 파워 트레인을 제공할 목적으로; 더블 피니온 유성기어 셋트와 싱글 피니온 유성기어 셋트의 어느 한 요소가 상호 고정적으로 연결되고, 2개의 경로를 통해 상호 가변적으로 연결이 이루어지는 복합 유성기어 셋트와; 상기 더블 피니온 유성기어 셋트의 작동요소 중 어느 2개의 작동요소에 가변적으로 선택 입력이 이루어지도록 하는 입력수단과; 상기한 복합 유성기어 셋트의 요소들을 상호 가변적으로 연결하여 주는 2개의 클러치로 이루어지는 클러치 수단과; 상기한 복합 유성기어 셋트의 각 작동요소 중 어느 2개의 작동요소를 반력요소로 작동하도록 하는 2개의 브레이크로 이루어지는 브레이크 수단을 포함하는 차량용 5속 자동 변속기의 파워 트레인을 제공한다.

Description

차량용 5속 자동 변속기의 파워 트레인

본 발명은 차량용 5속 자동 변속기의 파워 트레인에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 2개의 유성기어 셋트와 6개의 마찰요소로서 전진 5속 및 후진 1속의 변속단을 실현할 수 있도록 하여 컴팩트 및 경량화하며, 전진 5속 및 후진 변속단에서 동력손실을 작게 할 수 있도록 한 차량용 5속 자동 변속기의 파워 트레인에 관한 것이다.

일반적으로 차량용 자동 변속기는 차량의 주행속도와 부하의 변동에 따라 변속비를 자동적으로 제어하는 트래스밋션 제어 유닛을 구비하고 있다.

상기한 트래스밋션 제어 유닛은 파워 트레인에 설치된 다수의 마찰요소들을 작동 또는 비작동 상태로 제어하여 유성기어 셋트의 3요소(선기어, 링기어, 유성 캐리어) 중 어느 요소를 입력요소로 하고, 다른 요소를 반력요소로 선택하여 출력단 회전수를 조절하게 된다.

실질적으로 전진 4속과 후진 1속의 변속비를 출력할 수 있는 파워 트레인을 설계하기 위해서는 2개의 단순 유성기어 셋트를 조합한 복합 유성기어 셋트와, 최소한 5개의 마찰요소들을 사용하여야 한다.

그리고 상기 복합 유성기어 셋트는 적어도 서로 다른 2개의 요소가 서로 공용으로 사용될 수 있도록 유성 캐리어가 서로 직결되게 하거나, 선기어를 공용으로 사용하고 유성 캐리어와 링기어가 직결되게 하거나 유성 캐리어와 링기어가 상호 직결되게 하는 직결구조를 갖게 되어 4개의 독립 작동요소를 보유하게 된다.

그러나 상기와 같은 파워 트레인에 있어서는 전진 4속과 후진 1속의 변속단을 얻을 수 있기 때문에 최근 고출력화 되고 있는 엔진에서는 그의 엔진 성능을 충분히 이용하지 못한다는 문제점이 있다.

즉, 차량용 자동 변속기는, 고출력의 엔진에서 엔진의 성능을 충분히 활용하지 못하게 되면, 연비 및 동력성능 그리고 구동성능이 좋지 않게 된다.

이에 따라 최근에는 고출력 엔진에서 엔진의 성능을 충분히 활용하기 위한 수단으로 변속비를 보다 다단화할 수 있는 전진 5속 후진 1속의 변속단을 보유하는 파워 트레인의 제안되고 있다.

상기와 같이 전진 5속 후진 1속의 변속단을 위하여 제안되고 있는 종래의 파워 트레인은 3개의 단순 유성기어 셋트와 6개의 마찰요소를 필요로 하거나, 3개의 단순 유성기어 셋트와 7개의 마찰요소를 필요로 하는 파워 트레인이 제공되고 있다.

그러나 상기와 같이 전진 5속 후진 1속의 변속단을 위하여 제안되고 있는 종래의 파워 트레인은 상기한 바와 같이, 3개의 단순 유성기어 셋트와 6개의 마찰요소를 필요로 하거나, 3개의 단순 유성기어 셋트와 7개의 마찰요소를 필요로 하게 되는 바, 그 구성이 매우 복잡해짐은 물론 제어가 용이하지 않다는 문제점을 내포하고 있다.

또한, 그 제조원가가 크게 상승하여 차량 구입자들에게 경제적인 부담을 가중시키게 되어, 이에 따라 판매 경쟁력에서도 크게 뒤떨어진다는 문제점을 내포하고 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 2개의 단순 유성기어 셋트와 6개의 마찰요소로서 전진 5속 및 후진 1속의 변속단을 실현할 수 있도록 한 차량용 5속 자동 변속기의 파워 트레인을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 목적의 실현으로 컴팩트 및 경량화하며, 전진 5속 및 후진 변속단에서 동력손실을 작게 할 수 있도록 한 차량용 5속 자동 변속기의 파워 트레인을 제공함에 있다.

이를 실현하기 위하여 본 발명에 제공하는 클러치 후크 업은 더블 피니온 유성기어 셋트와 싱글 피니온 유성기어 셋트의 어느 한 요소가 상호 고정적으로 연결되고, 2개의 경로를 통해 상호 가변적으로 연결이 이루어지는 복합 유성기어 셋트와; 상기 더블 피니온 유성기어 셋트의 작동요소 중 어느 2개의 작동요소에 가변적으로 선택 입력이 이루어지도록 하는 입력수단과; 상기한 복합 유성기어 셋트의 요소들을 상호 가변적으로 연결하여 주는 2개의 클러치로 이루어지는 클러치 수단과; 상기한 복합 유성기어 셋트의 각 작동요소 중 어느 2개의 작동요소를 반력요소로 작동하도록 하는 2개의 브레이크로 이루어지는 브레이크 수단을 포함하는 차량용 5속 자동 변속기의 파워 트레인을 제공한다.

상기한 복합 유성기어 셋트는 더블 피니온 유성기어 셋트의 유성 캐리어를 싱글 피니온 유성기어 셋트의 선기어와 동력 전달부재로서 직결되고, 더블 피니온 유성기어 셋트의 링기어를 싱글 피니온 유성기어 셋트의 링기어 및 유성 캐리어와 각각 가변적으로 연결하여 이루어지는 차량용 5속 자동 변속기의 파워 트레인을 제공한다.

상기한 입력수단은 더블 피니온 유성기어 셋트의 선기어와 링기어에 가변적으로 입력축의 입력이 이루어지도록 함을 특징으로 하는 차량용 5속 자동 변속기의 파워 트레인을 제공한다.

상기에서 더블 피니온 유성기어 셋트의 선기와 링기어는 클러치를 개재시켜 입력축과 연결됨을 특징으로 하는 차량용 5속 자동 변속기의 파워 트레인를 제공한다.

상기한 클러치 수단은, 더블 피니온 유성기어 셋트의 링기어와 싱글 피니온 유성기어 셋트의 링기어 사이에서 동력을 단속하는 제1클러치와; 더블 피니온 유성기어 셋트의 링기어와 싱글 피니온 유성기어 셋트의 유성 캐리어 사이에서 동력을 단속하는 제2클러치와; 를 포함하여 이루어지는 차량용 5속 자동 변속기의 파워 트레인을 제공한다.

상기한 브레이크 수단들은, 싱글 피니온 유성기어 셋트의 유성 캐리어와 변속기 하우징 사이에서 이 유성 캐리어를 반력요소로 선택하는 제1브레이크와; 싱글 피니온 유성기어 셋트의 선기어와 변속기 하우징에서 이의 선기어를 반력요소로 선택하는 제2브레이크를 포함하는 차량용 5속 자동 변속기의 파워 트레인을 제공한다.

더블 피니온 유성기어 셋트의 유성 캐리어를 싱글 피니온 유성기어 셋트의 선기어와 동력 전달부재로서 직결하고, 더블 피니온 유성기어 셋트의 링기어를 싱글 피니온 유성기어 셋트의 링기어 및 유성 캐리어와 각각 가변적으로 연결하여 이루어지는 복합 유성기어 셋트와; 더블 피니온 유성기어 셋트의 선기어와 링기어로 가변적인 입력이 이루어지도록 형성되는 입력수단과; 더블 피니온 유성기어 셋트의 링기어를 싱글 피니온 유성기어 셋트의 링기어 및 유성 캐리어 사이에 각각 배치되어 동작을 단속하는 클러치로 이루어지는 클러치 수단과; 싱글 피니온 유성기어 셋트의 유성 캐리어 및 싱글 피니온 유성기어 셋트의 선기어와 변속기 하우징 사이에 각각 배치되어 이들 작동요소를 반력요소로 선택하는 브레이크로 이루어지는 브레이크 수단과; 를 포함하여 이루어지는 차량용 5속 자동 변속기의 파워 트레인을 제공한다.

제1도는 본 발명에 의한 파워 트레인의 구성도.

제2도는 본 발명에 의한 파워 트레인을 운용하기 위한 마찰요소의 작동표이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 의한 자동 변속장치의 파워 트레인을 나타내는 도면으로서, 엔진(E)의 회전동력이 토오크 컨버터(T)에서 토오크 변환되어 변속부의 입력축(2)으로 전달될 수 있는 구조를 갖는다.

본 실시예에서 상기한 입력축(2)은 토오크 컨버터(T)의 터어빈으로부터 더블 피니온 유성기어 셋트(4)로 토오크를 전달하고, 이 더블 피니온 유성기어 셋트(4)는 다시 싱글 피니온 유성기어 셋트(6)로 토오크를 전달하여 상호 보완적인 작동으로 싱글 피니온 유성기어 셋트(6)의 링기어(8)와 일체로 형성되어 있는 트랜스퍼 드라이브 기어(10)를 통해 출력될 수 있는 클러치 후크 업이 이루어지게 된다.

이때 더블 피니온 유성기어 셋트(4)의 유성 캐리어(12)와 싱글 피니온 유성기어 셋트(6)의 선기어(14)는 동력 전달부재(16)를 통해 직결되며, 더블 피니온 유성기어 셋트(4)의 링기어(18)는 싱글 피니온 유성기어 셋트(6)의 링기어(8) 사이에 설치되는 제1클러치(20)를 통하여 전진 1속에서 회전동력을 전달할 수 있는 구조로 이루어진다.

또한, 상기 더블 피니온 유성기어 셋트(4)의 링기어(18)는 싱글 피니온 유성기어 셋트(6)의 유성 캐리어(22)와의 사이에 설치되는 제2클러치(24)에 의해 전진 2,3,4,5속에서 동력을 전달하게 된다.

그리고 상기와 같이 이루어지는 복합 유성기어 셋트에 입력축(2)의 회전 동력을 입력시키는 입력수단으로는 상기 입력축(2)과 더블 피니온 유성기어 셋트(4)의 선기어(26)가 제3클러치(28)를 개재시켜 연결되어 이의 선기어(26)가 전진 1,2,3,4속과 후진 변속단에서 입력요소로 작용할 수 있도록 하였다.

또한, 상기 입력축(2)과 더블 피니온 유성기어 셋트(4)의 링기어(18)가 제4클러치(40)를 개재시켜 연결되어 이의 링기어(18)가 전진 4,5속 및 후진 변속단에서 입력요소로 작용할 수 있도록 하였다.

상기한 제1,2,3,4클러치는 일반 자동 변속기에서 사용되고 있는 다판식 클러치가 사용될 수 있다.

상기한 클러치들이 2개 또는 2개 이상 작동시 유성기어 셋트가 입력에 대한 출력의 회전수를 조절할 수 있도록 하기 위하여 브레이크 수단들이 제공된다.

상기한 브레이크 수단을 형성하는 제1브레이크(32)는 싱글 피니온 유성기어 셋트(6)의 유성 캐리어(22)와 변속기 하우징(34) 사이에 설치되어 전진 1,2속과 후진 변속단에서 이 유성 캐리어(22)를 반력요소로 선택할 수 있도록 구성된다.

또한, 제2브레이크(36)는 싱글 피니온 유성기어 셋트(6)의 선기어(14)와 변속기 하우징(34) 사이에 설치되어 전진 3속과 5속에서 이 선기어(12)와 더블 피니온 유성기어 셋트(6)의 유성 캐리어(12)가 동시에 반력요소로 선택될 수 있도록 구성된다.

그리고 제1도에는 파워 트레인의 트랜스퍼 드라이브 기어(10)가 트랜스퍼 드리븐 기어(미도시)와 치차 물림되어 최종 감속기어를 통하여 차동장치로 동력을 전달하는 구조를 생략하고 있는데, 그러한 구조는 공지의 것이 사용될 수 있고, 또 그것은 어떠한 구조의 것이 사용되어도 본 발명이 의도하는 목적을 실현할 수 있으므로 설명은 생략한다.

이와 같이 이루어지는 본 발명의 자동 변속기의 파워 트레인은, 트랜스밋션 제어 유닛(미도시)에 의해 작동과 비작동이 선택되는 마찰요소들(클러치 수단 및 브레이크 수단)의 작동 유무에 따라 유성기어 셋트의 3요소(선기어, 유성 캐리어, 링기어) 중 어느 하나의 요소를 입력으로, 그리고 다른 하나의 요소를 반력요소로 선택하여 다음과 같은 전진 5속과 후진 1속의 변속비를 출력하게 된다.

트랜스밋션 제어 유닛에 의해 작동과 비작동이 선택되는 마찰요소들에 관련하는 작동표가 제2도에 나타나 있다.

셀렉터 레버(미도시)가 전진(D) 레인지로 선택되어 스로틀 밸브의 개도량이 증가하기 시작하면, 트랜스밋션 제어 유닛은 파워 트레인이 1속의 변속비를 출력할 수 있도록 유압제어 시스템(미도시)을 통하여 먼저 제1,3클러치(20)(28)와, 제1브레이크(32)에 유압을 공급하여 이들을 작동시키게 된다.

이하에서 클러치 또는 브레이크가 작동한다는 의미는 유압제어 시스템에서 유압이 공급되는 것을 의미한다.

그러면 더블 피니온 유성기어 셋트(4)의 선기어(26)를 통하여 입력이 이루어지는 상태에서 제1클러치(20)의 동작에 의하여 더블 피니온 유성기어 셋트(4)의 링기어(18)가 싱글 피니온 유성기어 셋트(6)의 링기어(8)와 연결되어 일체가 되며, 이의 상태에서 제1브레이크(32)의 작동에 의하여 싱글 피니온 유성기어 셋트(6)의 유성 캐리어(22)가 반력요소로 작동하게 된다.

이러한 작용에 의해 출력요소인 싱글 피니온 유성기어 셋트(6)의 링기어(8)는 입력축(2)과 동일한 방향으로 회전하면서 본 실시예의 파워 트레인이 제공할 수 있는 가장 큰 감속비를 출력하여 1속의 변속단을 실현하게 된다.

이러한 1속 제어상태에서 차속이 증가하게 되면, 트랜스밋션 제어 유닛에서는 상기 제1속의 상태에서 제1클러치(20)의 작동을 해제하고, 제2클러치(24)를 작동시키게 된다.

그러면 더블 피니온 유성기어 셋트(4)가 링기어(18)가 싱글 피니온 유성기어 셋트(6)의 유성 캐리어(22)와 연결되며, 이의 링기어(18)와 유성 캐리어(22)는 제1클러치(32)의 작동에 의하여 반력요소로 작용하게 된다.

이에 따라 출력요소인 싱글 피니온 유성기어 셋트(6)의 링기어(8)는 입력축(2)과 동일 방향으로 회전하면서 1속 보다 빠른 2속 변속비를 출력하게 된다.

이러한 2속 제어 상태에서 차속이 증가하게 되면, 트랜스밋션 제어 유닛에서는 제2속의 상태에서 제1브레이크(32)의 작동을 해제하면서 새로이 제2브레이크(36)을 작동시켜 반력요소를 더블 피니온 유성기어 셋트(4)의 유성 캐리어(12)와 싱글 피니온 유성기어 셋트(6)의 선기어(14)로 변환시키게 된다.

상기한 작용으로 싱글 피니온 유성기어 셋트(6)의 링기어(8)는 2속 보다 빠른 3속의 변속비를 출력하게 된다.

이와 같은 3속의 상태에서 차속이 더욱 증가하게 되면, 트랜스밋션 제어 유닛은 상기 제3속의 상태에서 제2브레이크(36)의 작동을 해제하고 제4클러치(30)를 작동하게 된다.

그러면 입력축(2)의 회전동력이 더블 피니온 유성기어 셋트(4)의 선기어(26)와 링기어(18)로 동력이 전달되어 더블 피니온 유성기어 셋트가 직결 상태를 유지하고 제2클러치(24)의 작동으로 더블 피니온 유성기어 셋트(4)의 링기어(18)와 싱글 피니온 유성기어 셋트(6)의 유성 캐리어(22)에 동시에 연결되는 바, 복합 유성기어 셋트는 그 전체가 직결된 상태를 유지하게 되어 입력과 출력이 동일한 4속의 변속비를 출력하게 된다.

이와 같은 4속의 상태에서 차속이 더욱 증가하게 되면, 트랜스밋션 제어 유닛에서는 상기 제4속의 상태에서 제3클러치(28)의 작동을 해제하고, 제2브레이크(36)를 작동시키게 된다.

그러면 입력축(2)의 회전동력은 더블 피니온 유성기어 셋트(4)의 링기어(18)로 입력이 이루어지게 되며, 싱글 피니온 유성기어 셋트(6)의 유성 캐리어(22)와 선기어(14)가 더블 피니온 유성기어 셋트(4)의 링기어(18) 및 유성 캐리어(12)와 상호 연결되는데, 이때 제2브레이크(36)의 작동으로 더블 및 싱글 피니온 유성기어 셋트(4)(6)의 유성 캐리어(12)와 선기어(14)가 반력요소로 작용하게 된다.

이에 따라 입력축(2)의 회전동력이 그대로 싱글 피니온 유성기어 셋트(6)의 유성 캐리어(22)로 전달되는 상태에서 선기어(14)가 반력요소로 작용하게 되는 바, 증속이 이루어지면서 상기 4속 보다 빠른 5속의 변속비를 출력하게 된다.

즉, 제5속에서는 오버 드라이브 상태가 되는 것이다.

그리고 셀렉터 레버가 후진(R) 레인지로 선택되면, 트랜스밋션 제어 유닛에서는 제3,4클러치(28)(30)와 제1브레이크(32)를 작동시키게 된다.

그러면 입력축(2)의 회전동력은 제3,4클러치(28)(30)의 작동에 의하여 더블 피니온 유성기어 셋트(4)의 선기어(26)와 링기어(18)를 통하여 동시에 입력됨으로써, 직결된 상태가 되어 싱글 피니온 유성기어 셋트(6)의 선기어(14)로 입력이 이루어지게 되는데, 이때 제1브레이크(32)에 의하여 유성 캐리어(22)가 반력요소로 작용하게 되는 바, 출력요소로 작용하는 링기어(8)가 역회전하면서 출력이 이루어져 후진의 변속비를 출력하게 되는 것이다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면 2개의 단순 유성기어 셋트와 6개의 마찰요소로서 전진 5속 및 후진 1속의 변속단을 실현할 수 있으며, 이에 따라 자동 변속기의 컴팩트 및 경량화가 가능하다.

또한, 전진 5속 및 후진 변속단에서는 더블 피니온 유성기어 셋트가 전체적으로 회전함으로써, 마찰요소의 불필요한 작동에 의한 동력손실을 최소화할 수 있는 잇점이 있다.

Claims (1)

1. 엔진으로부터 회전동력을 전달받아 회전하는 입력축(2)과 동일축상으로 더블 피니온 유성기어 셋트(4)와 싱글 피니온 유성기어 셋트(6)를 조합하여 전진 5속 및 후진 1속의 변속단을 얻을 수 있는 차량용 자동 변속기의 파워 트레인을 형성함에 있어서, 상기 더블 피니온 유성기어 셋트(4)의 선기어(26)와 링기어(18)를 제3,4클러치 수단(28,30)을 개재시켜 입력축(2)과 가변적으로 연결하고, 상기 더블 피니온 유성기어 셋트(4)의 유성 캐리어(12)와 싱글 피니온 유성기어 셋트(6)의 선기어(14)를 상호 고정적으로 연결하며, 상기 더블 피니온 유성기어 셋트(4)의 링기어(18)와 싱글 피니온 유성기어 셋트(6)의 유성 캐리어(22)를 제2클러치 수단(24)을 개재하여 가변적으로 연결하며, 출력요소로 작용하는 싱글 피니온 유성기어 셋트(6)의 링기어(8)와 더블 피니온 유성기어 셋트(4)의 링기어(18)를 제1클러치 수단(20)을 개재하여 가변적으로 연결하고, 상기 싱글 피니온 유성기어 셋트(6)의 유성 캐리어(22)와 선기어(14)는 변속기 하우징(34)과의 사이에 제1, 제2브레이크 수단(32,36)을 개재시켜 연결하여 이루어짐을 특징으로 하는 자동 변속기의 파워 트레인.