KR100227900B1 - 자동변속기용 파워 트레인 - Google Patents

Abstract

싱글 피니언 유성기어 셋트와 더블 피니언 유성기어 셋트의 요소가 고정 결합 및 가변 결합구조로 이루어지는 복합 유성기어 장치를 갖는 차량용 자동변속기의 파워 트레인에 있어서, 작동하지 않는 마찰요소의 마찰손실을 최소화하기 위하여, 토오크 컨버터의 터어빈으로부터 엔진의 회전 동력을 전달받아 회전하는 입력축, 이 입력축과 고정 결합되는 요소를 구비하고 이 입력축의 회전 동력이 전달되는 요소의 개수에 따라 입력에 대한 출력의 회전수를 조절하는 싱글 피니언 유성기어 셋트, 이 싱글 피니언 유성기어 셋트의 요소와 고정적으로 연결되는 요소를 구비하고 싱글 피니언 유성기어 셋트와 가변적으로 연결되는 요소를 구비하며 변속기 하우징과 가변적으로 연결되는 구조를 갖고 싱글 피니언 유성기어 셋트로부터 전달되는 동력에 따라 변속을 행하는 더블 피니언 유성기어 셋트, 상기한 입력축의 회전 동력을 상기한 싱글 피니언 유성기어 셋트와 더블 피니언 유성기어 셋트의 3요소 중 한 요소로 전달함과 2이상의 요소로 전달하는 것 중 어느 한 작용을 하는 클러치 수단, 상기한 싱글 피니언 유성기어 셋트의 한 요소와 더블 피니언 유성기어 셋트의 한 요소를 선택적으로 연결하는 다른 클러치 수단, 상기한 입력축의 회전 동력을 상기한 싱글 피니언 유성기어 셋트와 더블 피니언 유성기어 셋트의 3요소 중 한 요소로 전달함과 2이상의 요소로 전달하는 것 중 어느 한 작용을 할 때 상기한 싱글 피니언 유성기어 셋트의 한 요소와 더블 피니언 유성기어 셋트의 한 요소를 선택적으로 연결하여 유성기어 셋트들의 요소를 반력요소로 선택하는 브레이크 수단을 포함하는 자동변속기용 파워 트레인.

Description

자동변속기용 파워 트레인

본 발명은 차량용 자동 변속장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 싱글 피니언 유성기어 셋트와 더블 피니언 유성기어 셋트의 요소들 중 4개의 요소를 가변적으로 연결하여 작동하지 않는 마찰요소의 마찰손실을 최소화하는 자동변속기용 파워 트레인에 관한 것이다.

일반적으로 차량용 자동 변속장치는 차량의 주행 속도와 엔진 부하의 변동에 따라 변속비를 자동으로 제어하는 트랜스밋션 제어 유닛을 구비하고 있다.

상기한 트랜스밋션 제어 유닛은 기어 트레인에 설치된 다수개의 마찰요소들을 작동 또는 비작동 상태로 제어하여 유성기어 셋트의 3요소(즉, 입력요소, 반력요소, 출력요소) 중 어느 한 요소를 입력요소로 하고, 다른 요소를 반력요소로 제어하여 출력단의 회전수를 조절하게 된다.

실질적으로 전진 4속과 후진 1속의 변속비를 출력할 수 있는 기어 트레인을 설계하기 위해서는 최소한 5개의 마찰요소를 사용하여야 한다.

이러한 마찰요소 중에서 클러치 수단으로 사용되는 마찰요소의 회전반경은 클러치 수단이 입력축과 연결되기 위하여 출력요소의 회전반경보다 작아야 하며, 또 반력요소의 회전반경보다 작아야 하는 구조적 제약을 갖는다.

일반적으로 복합 유성기어 장치는 적어도 서로 다른 2개의 요소가 서로 공용으로 사용될 수 있는 직결구조를 갖추고 있다. 왜냐하면 4속 자동 변속장치의 경우 유성기어 장치는 4개의 독립 속도를 갖는 데, 3개의 독립 속도를 갖는 단순 유성기어 장치를 2개 사용하는 복합 유성기어 장치는 6개의 독립 속도가 얻어질 수 없기 때문이다.

그리고 일반적으로 사용되는 차량용 자동변속 장치의 유성기어 장치에는 라비뉴 타입과 심프슨 타입과 2심플 타입의 유성기어 장치가 있다.

이러한 복합 유성기어 장치를 차량에서 변속수단으로 사용되기 위하여 라비뉴 타입은 링기어를 공유하면서 유성 캐리어를 연결시킨 구조로 형성되고, 심프슨 타입은 선기어를 공유하면서 유성 캐리어와 링기어를 연결시킨 구조로 형성되며, 2심플 타입은 유성 캐리어와 링기어를 상호 연결시킨 구조로 형성된다.

그러므로 상기와 같은 복합 유성기어 장치에는 변속을 실현함에 있어서 어떠한 변속단에서는 작동하지 않고 변속에 영향을 미치지 않는 마찰요소가 발생되며, 이 마찰요소는 이의 구동측과 피동측 사이에서 마찰을 일으켜 마찰손실을 초래하게 된다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 각 변속단별 클러치 훅 업(Hook Up)에서 작동하지 않는 마찰요소의 마찰손실을 최소화하는 자동변속기용 파워 트레인을 제공하는 것이다.

그리고 본 발명의 구체적인 목적은 싱글 피니언 유성기어 셋트의 유성 캐리어와 더블 피니언 유성기어 셋트의 유성 캐리어를 고정 연결하고, 싱글 피니언 유성기어 셋트의 링기어와 더블 피니언 유성기어 셋트의 링기어를 가변 연결하고, 싱글 피니언 유성기어 셋트의 선기어와 더블 피니언 기어의 링기어를 가변 연결하며, 싱글 피니언 유성기어 셋트의 선기어와 더블 피니언 유성기어 셋트의 선기어를 가변 연결하여 전진 3속단에서 마찰요소의 마찰손실을 최소화하는 자동변속기용 파워 트레인을 제공하는 것이다.

이를 실현하기 위하여 본 발명에 따른 자동변속기용 파워 트레인은 토오크 컨버터의 터어빈으로부터 엔진의 회전 동력을 전달받아 회전하는 입력축, 이 입력축과 고정 결합되는 요소를 구비하고 이 입력축의 회전 동력이 전달되는 요소의 개수에 따라 입력에 대한 출력의 회전수를 조절하는 싱글 피니언 유성기어 셋트, 이 싱글 피니언 유성기어 셋트의 요소와 고정적으로 연결되는 요소를 구비하고 싱글 피니언 유성기어 셋트와 가변적으로 연결되는 요소를 구비하며 변속기 하우징과 가변적으로 연결되는 구조를 갖고 싱글 피니언 유성 기어 셋트로부터 전달되는 동력에 따라 변속을 행하는 더블 피니언 유성기어 셋트, 상기한 입력축의 회전 동력을 상기한 싱글 피니언 유성기어 셋트와 더블 피니언 유성기어 셋트의 3요소 중 한 요소로 전달함과 2이상의 요소로 전달하는 것 중 어느 한 작용을 하는 클러치 수단, 상기한 싱글 피니언 유성기어 셋트의 한 요소와 더블 피니언 유성기어 셋트의 한 요소를 선택적으로 연결하는 다른 클러치 수단, 상기한 입력축의 회전 동력을 상기한 싱글 피니언 유성기어 셋트와 더블 피니언 유성기어 셋트의 3요소 중 한 요소로 전달함과 2이상의 요소로 전달하는 것 중 어느 한 작용을 할 때 상기한 싱글 피니언 유성기어 셋트의 한 요소와 더블 피니언 유성기어 셋트의 한 요소를 선택적으로 연결하여 유성기어 셋트들의 요소를 반력요소로 선택하는 브레이크 수단을 포함한다.

상기 싱글 피니언 유성기어 셋트의 선기어는 입력축에 고정 설치된다.

상기 클러치 수단은 싱글 피니언 유성기어 셋트의 링기어와 더블 피니언 유성기어 셋트의 링기어 사이에 설치되어 동력 전달을 단속하는 제1클러치 수단, 상기한 싱글 피니언 유성기어 셋트의 선기어와 더블 피니언 유성기어 셋트의 링기어 사이에 설치되어 동력 전달을 단속하는 제2클러치 수단을 포함한다.

상기 다른 클러치 수단은 싱글 피니언 유성기어 셋트의 선기어와 더블 피니언 유성기어 셋트의 선기어 사이에 설치되어 동력전달을 단속하는 제3클러치 수단을 포함한다.

상기 브레이크 수단은 더블 피니언 유성기어 셋트의 링기어와 변속기 하우징 사이에 제공되어 동력전달을 단속하는 제1브레이크 수단, 더블 피니언 유성기어 셋트의 선기어와 변속기 하우징 사이에 설치되어 동력전달을 단속하는 제2브레이크 수단을 포함한다.

또한 상기한 싱글 피니언 유성기어 셋트의 유성 캐리어와 더블 피니언 유성기어 셋트의 유성 캐리어는 동력전달부재에 의하여 고정 결합구조로 연결된다.

상기한 싱글 피니언 유성기어 셋트의 링기어와 더블 피니언 유성기어 셋트의 링기어는 클러치 수단에 의하여 가변 결합구조로 연결된다.

상기한 싱글 피니언 유성기어 셋트의 선기어와 더블 피니언 유성기어 셋트의 링기어는 클러치 수단에 의하여 가변 결합구조로 연결된다.

상기한 싱글 피니언 유성기어 셋트의 선기어와 더블 피니언 유성기어 셋트의 선기어는 클러치 수단에 의하여 가변 결합구조로 연결된다.

이하 본 발명의 바람직한 구성 및 작용을 첨부한 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 관련하는 자동변속기용 파워 트레인의 구성도이다.

제1도는 본 발명에 관련하는 자동변속기용 파워 트레인의 구성도로서, 엔진(E)의 회전 동력이 토오크 컨버터(T)에서 토오크 변환되어 변속부의 입력축(1)으로 전달될 수 있는 구조를 갖는다.

상기에서 입력축(1)은 토오크 컨버터(T)의 터어빈으로부터 토오크를 전달받아서 싱글 피니언 유성기어 셋트(3)로 토오크를 전달하며, 이 싱글 피니언 유성기어 셋트(3)는 더블 피니언 유성기어 셋트(5)로 토오크를 전달할 수 있도록 클러치 훅 업을 이루고 있다.

즉, 상기한 입력축(1)과 싱글 피니언 유성기어 셋트(3)의 선기어(7)는 직결되어 항상 입력축(1)의 회전 동력을 선기어(7)로 전달할 수 있다.

그리고 싱글 피니언 유성기어 셋트(3)가 2개의 입력요소를 가질 수 있도록 싱글 피니언 유성기어 셋트(3)의 링기어(9)와 더블 피니언 유성기어 셋트(5)의 링기어(11) 사이에는 제1클러치 수단(C1)이 제공되며, 이 제1클러치 수단(C1)은 싱글 피니언 유성기어 셋트(3) 링기어(9)의 회전 동력을 더블 피니언 유성기어 셋트(5)의 링기어(11)로 전달하거나 차단할 수 있는 구조로 이루어진다.

즉, 상기한 싱글 피니언 유성기어 셋트(3)의 링기어(9)와 더블 피니언 유성 기어 셋트(5)의 링기어(11)는 가변 결합구조로 연결되어 있다.

그리고 입력축(1)과 직결된 싱글 피니언 유성기어 셋트(3)의 선기어(7)와 더블 피니언 유성기어 셋트(5)의 링기어(11) 사이에는 제2클러치 수단(C2)이 설치되며, 이 제2클러치 수단(C2)은 입력축(1)의 회전 동력을 더블 피니언 유성기어 셋트(5)의 링기어(11)로 전달하거나 차단할 수 있는 구조로 이루어진다.

즉, 상기한 싱글 피니언 유성기어 셋트(3)의 선기어(7)와 더블 피니언 유성기어 셋트(5)의 링기어(11)는 가변 결합구조로 연결되어 있다.

또한 싱글 피니언 유성기어 셋트(3)의 선기어(7)와 더블 피니언 유성기어 셋트(5)의 선기어(13) 사이에는 제3클러치 수단(C3)이 설치되며, 이 제3클러치 수단(C3)은 싱글 피니언 유성기어 셋트(3) 선기어(7)의 회전 동력을 더블 피니언 유성기어 셋트(5)의 선기어(13) 전달하거나 차단할 수 있는 구조로 이루어진다.

즉, 상기한 싱글 피니언 유성기어 셋트(3)의 선기어(7)와 더블 피니언 유성기어 셋트(5)의 선기어(13)는 가변 결합구조로 연결되어 있다.

상술한 제1,2,3클러치수단(C1,2,3)은 일반적인 차량용 자동 변속기의 파워 트레인에 사용되는 다판 클러치를 사용할 수 있다.

한편, 상기한 클러치 수단들이 1개 또는 1개 이상 작동시 유성기어 셋트가 입력에 대하여 출력 회전수를 조절할 수 있도록 유성기어 셋트들의 한 요소를 고정시켜 반력요소로 작용시키는 브레이크 수단들이 제공된다.

즉, 더블 피니언 유성기어 셋트(5)의 링기어(11)와 변속기 하우징(15) 사이에는 제1브레이크 수단(B1)이 설치되며, 이 제1브레이크 수단(B1)은 이 유성기어 셋트(5)의 링기어(11)를 고정시키거나 독립적으로 회전할 수 있게하는 구조로 이루어진다.

그리고 더블 피니언 유성기어 셋트(5)의 선기어(13)와 변속기 하우징(15) 사이에는 제2브레이크 수단(B2)이 설치되며, 이 제2브레이크 수단(B2)은 더블 피니언 유성기어 셋트(5)의 성기어(13)를 고정시키거나 독립적으로 회전할 수 있게 하는 구조로 이루어진다.

또한 더블 피니언 유성기어 셋트(5)의 유성 캐리어(17)와 싱글 피니언 유성기어 셋트(3)의 유성 캐리어(19)는 동력전달부재(21)에 의하여 고정 결합구조로 연결된다.

한편, 더블 피니언 유성기어 셋트(5)의 유성 캐리어(19)에 일체로 형성된 트랜스퍼 드라이브 기어(23)는 트랜스퍼 드리븐 기어(미도시)와 기어 결합되어 최종 감속기어를 통하여 차동장치로 동력을 전달하는 데, 본 구성에서는 그러한 구조는 공지의 것이 사용될 수 있고, 어떠한 구조의 것이 사용되어도 본 발명이 의도하는 목적을 실현할 수 있으므로 생략되었다.

상술한 바와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 자동변속기용 파워 트레인은 트랜스밋션 제어 유닛에 의하여 선택적으로 작동 또는 비작동되는 마찰요소(클러치 수단, 브레이크 수단)에 따라 유성기어 셋트의 3요소(선기어, 유성 캐리어, 링기어) 중 어느 하나의 요소를 입력요소로 하고 다른 하나의 요소를 반력요소로 선택하여, 이후 설명하게 되는 전진 4속과 후진 1속의 변속비를 출력하게 된다.

상기 트랜스밋션 제어 유닛은 표 1에 도시된 바와 같이 마찰요소를 작동 또는 비작동시킨다.

변속 레버(미도시)를 전진 D레인지로 선택하고 스로틀 밸브의 개도량을 증가시키면, 트랜스밋션 제어 유닛은 기어 트레인이 1속의 변속비를 출력할 수 있도록 제1클러치 수단(C1)과 제1브레이크 수단(B1)으로 유압을 공급하여 이들 클러치와 브레이크를 작동시킨다.

이하에서 클러치 수단과 브레이크 수단이 작동한다는 의미는 유압제어 시스템에서 유압이 공급되는 것을 의미한다.

상기한 제1클러치 수단(C1)과 제1브레이크 수단(B1)이 작동하게 되면, 싱글 피니언 유성기어 셋트(3)의 링기어(9)와 더블 피니언 유성기어 셋트(5)의 링기어(11)가 상호 결합되어 변속기 하우징(15)에 고정되어 반력요소로 작용하게 된다.

따라서 입력축(1)의 회전 동력은 입력요소인 싱글 피니언 유성기어 셋트(3)의 선기어(7)로 전달되어 이를 정회전시키고, 링기어(9)가 반력요소로 작용하므로 싱글 피니언 유성기어 셋트(3)의 유성 캐리어(19)를 정회전시켜 이에 동력전달부재(21)로 연결된 더블 피니언 유성기어 셋트(5)의 유성 캐리어(17)를 통하여 트랜스퍼 드라이브 기어(23)로 1속의 변속비를 출력하게 된다.

이러한 1속 상태에서 차속이 증가하게 되면 트랜스밋션 제어 유닛은 제1클러치 수단(C1)이 작동하는 상태에서 제1브레이크 수단(B1)을 비작동시키고 제2브레이크 수단(B1)을 비작동시키고 제2브레이크 수단(B2)을 작동시키게 된다.

상기와 같은 작용에 의하여 입력요소는 1속과 동일하지만 반력요소가 싱글 피니언 유성기어 셋트(3)의 링기어(9)에서 더블 피니언 유성기어 셋트(5)의 선기어(13)로 바뀌게 되어, 입력축(1)에 직결된 싱글 피니언 유성기어 셋트(3)의 선기어(7)로 전달되는 회전 동력은 유성 캐리어(19)를 통하여 이에 동력전달부재(21)로 직결된 더블 피니언 유성기어 셋트(5)의 유성 캐리어(17)로 전달된다.

이때 더블 피니언 유성기어 셋트(5)의 유성 캐리어(17)에 설치된 피니언 기어(18)가 선기어(13)의 반력으로 이의 외주를 회전하면서 이 회전부만큼 유성 캐리어(17)를 더 회전시키고, 싱글 피니언 유성기어 셋트(3)의 유성 캐리어(19)에 설치된 피니언 기어(20)가 회전하면서 이 회전분만큼 유성 캐리어(19)를 더 회전시켜 2속의 변속비를 출력하게 된다.

이러한 2속 상태에서 차속이 증가하게 되면 트랜스밋션 제어 유닛은 제1클러치 수단(C1)이 작동하는 상태에서 제2브레이크 수단(B2)을 비작동시키고 제2클러치 수단(C2)을 작동시킨다.

상기와 같은 작용에 의하여 싱글 피니언 유성기어 셋트(3)의 선기어(7)와 링기어(9)가 동시에 입력요소로 작용하게 되므로 이 유성기어 셋트(3)는 일체로 회전하게 된다.

따라서 싱글 피니언 유성기어 셋트(3)의 유성 캐리어(19)에 동력전달부재(21)로 직결된 더블 피니언 유성기어 셋트(5)의 유성 캐리어(17)로 회전 동력이 전달됨과 동시에 링기어(11)로 전달되어, 더블 피니언 유성기어 셋트(5)가 일체로 회전하게 되어 유성 캐리어(17)에 일체로 형성된 트랜스퍼 드라이브 기어(23)를 통하여 입력축(1)의 회전 동력을 그대로 전달하여 3속의 변속비를 출력하게 된다.

이러한 3속 상태에서 차속이 증가되면 트랜스밋션 제어 유닛은 제2클러치 수단(C2)이 작동하는 상태에서 제1클러치 수단(C1)을 비작동시키고 제2브레이크 수단(B2)을 작동시킨다.

상기와 같은 작용에 의하여 더블 피니언 유성기어 셋트(5)의 링기어(11)가 입력요소로 작용하게 되고 선기어(13)가 제2브레이크 수단(B2)에 의하여 반력요소로 작용하게 되므로 더블 피니언 유성기어 셋트(5)에서 증속이 이루어져 유성 캐리어(17)에 일체로 형성된 트랜스퍼 드라이브 기어(23)로 4속의 변속비를 출력하게 된다.

한편, 변속 레버를 후진 R레인지로 이동시키게 되면, 트랜스밋션 제어 유닛은 제3클러치 수단(C3)과 제1브레이크 수단(B1)을 작동시킨다.

상기와 같은 작용에 의하여 더블 피니언 유성기어 셋트(5)의 선기어(13)가 입력요소로 작용하게 되고 링기어(11)가 제1브레이크 수단(B1)에 의하여 변속기 하우징(15)에 고정되어 반력요소로 작용하게 되므로 유성 캐리어(17)는 역회전하면서 이와 일체로 형성된 트랜스퍼 드라이브 기어(23)로 후진의 변속비를 출력하게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 자동변속기용 파워 트레인은 4개의 전진 변속단과 1개의 후진단을 제공할 수 있는데, 전진 3속단에서 싱글 피니언 유성기어 셋트와 더블 피니언 유성기어 셋트가 일체로 회전하면서 작동하지 않는 마찰요소의 슬립을 줄일 수 있으므로 마찰요소의 슬립에 따른 마찰손실을 최소화할 수 있다.

Claims (1)

1. 엔진(E)으로부터 회전동력을 전달받아 회전하는 입력축(1)과 동일축상으로 싱글 피니언 유성기어셋트(3)와 더블 피니언 유성기어셋트(5)를 조합하여 전진 4속 및 후진 1속의 변속단을 얻을 수 있는 자동 변속기의 파워 트레인을 형성함에 있어서, 상기 싱글 피니언 유성기어셋트(3)의 선기어(7)와 입력축(1)을 고정적으로 연결하고, 상기 실글 피니언 유성기어셋트(3)의 선기어(7)는 상기 더블 피니언 유성기어셋트(5)의 선기어(13)와의 사이에 제3클러치(C3)를 개재하여 가변적으로 연결하며, 상기 실글 및 더블 피니언 유성기어셋트(3,5)의 유성 캐리어(19,17)를 동력전달부재(21)을 통하여 상호 고정적으로 연결함과 동시에, 상기 더블 피니언 유성기어셋트(5)의 유성 캐리어(17)는 출력요소(23)로 작동하며, 상기 싱글 피니언 유성기어셋트(3)이 링기어(9)는 상기 더블 피니언 유성기어셋트(5)의 링기어(11)와의 사이에 제1클러치(C1)를 개재하여 가변적으로 연결하며, 상기 더블 피니언 유성기어셋트(5)의 링기어(11)는 입력축(1)과의 사이에 제2클러치(C2)를 개재하여 가변적으로 연결함과 동시에, 다시 변속기 하우징(15)과의 사이에 제1브레이크(B1)를 개재하여 가변적으로 연결하며, 상기 더블 피니언 유성기어셋트(5)의 선기어(13)는 변속기 하우징(15)과의 사이에 제2브레이크(B2)를 개재하여 가변적으로 연결하여 이루어짐을 특징으로 하는 자동 변속기의 파워 트레인.