KR100242075B1 - 차량용 자동 변속기의 파워 트레인 - Google Patents

Abstract

더블 피니온 유성기어 셋트와 싱글 피니온 유성기어 셋트로 이루어지는 복합 유성기어 장치를 갖는 차량용 자동 변속기의 파워 트레인에 있어서, 작동하지 않는 클러치와 브레이크의 마찰손실을 최소화하기 위한 목적으로, 토오크 컨버터의 터어빈으로부터 엔진의 회전동력을 전달받아 회전하는 입력축과, 상기한 입력축의 회전동력을 전달받아 입력과 다른 회전수 또는 동일한 회전수로 출력하는 더블 피니온 유성기어 셋트와, 상기한 더블 피니온 유성기어 셋트의 출력을 전달받아 회전방향을 전환하거나 다른 변속비로 출력하여 트랜스퍼 드라이브 기어로 전달하는 싱클 피니온 유성기어 셋트와, 상기한 입력축의 회전동력을 상기한 더블 피니온 유성기어 셋트의 적어도 하나 이상의 요소로 전달하거나 차단하는 클러치 수단들과, 상기한 더블 피니온 유성기어 셋트의 어느 하나의 요소와 상기한 싱글 피니온 유성기어 셋트의 어느 하나의 요소를 선택적으로 연결하여 더블 피니온 유성기어 셋트만이 일체로 회전할 수 있도록 하는 또다른 클러치 수단과, 상기한 클러치 수단들이 입력축의 회전동력을 전달할 때 상기한 더블 및 싱글 피니온 유성기어 셋트의 다른 요소를 반력요소로 선택하는 브레이크 수단들을 포함하는 차량용 자동 변속기의 파워 트레인을 제공한다.

Description

차량용 자동 변속기의 파워 트레인

제1도는 본 발명에 의한 변속장치의 파워 트레인을 나타내는 도면.

제2도는 본 발명에 의한 변속장치의 변속단별 마찰요소 작동표를 나타낸다.

본 발명은 차량용 자동 변속장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 더블 피니온 유성기어 셋트와 싱글 피니온 유성기어 셋트로 이루어지는 복합 유성기어 장치를 적용하는 파워 트레인에서 작동하지 않는 마찰요소의 마찰손실을 최소화할 수 있도록 한 파워 트레인에 관한 것이다.

일반적으로 차량용 자동 변속장치는, 차량의 주행속도와 부하의 변동에 따라 변속비를 자동적으로 제어하는 트랜스밋션 제어 유닛을 구비하고 있다.

상기한 트랜스밋션 제어 유닛은 기어 트레인에 설치된 다수개의 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 기어 트레인을 설계하기 위해서는 1개의 복합 유성기어 장치와, 최소한 5개의 마찰요소들을 사용하여야 한다.

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

일반적으로 복합 유성기어 장치는 적어도 서로 다른 2개의 요소가 서로 공용으로 사용될 수 있는 직결구조를 갖추고 있다.

그것은 4속 자동 변속장치의 경우 복합 유성기어 장치는 4개의 독립속도를 갖기 때문에, 3개의 독립속도를 갖는 단순 유성기어 장치를 2개 사용하는 복합 유성기어 장치는 6개의 독립속도가 얻어질 수 없기 때문이다.

일반적으로 차량의 자동 변속장치로 사용되는 복합 유성기어 장치로는 라비뉴 타입과, 심프슨 타입, 그리고 2심프슨 타입의 유성기어장치가 있다.

이러한 복합 유성기어 장치는 차량의 변속수단으로 사용되기 위하여 유성 캐리어가 서로 연결되는 구조를 갖거나, 선기어를 공용으로 하고 유성 캐리어와 링기어가 직결되는 구조를 갖거나, 유성 캐리어와 링기어가 상호간 직결되는 구조를 갖는다.

따라서 어떠한 변속단에서는 실질적으로 변속에 영향을 주지 않는 클러치 수단 또는 브레이크 수단이 구동측과 피동측 사이에서 마찰을 일으켜 동력손실을 초래하게 된다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 지금까지 제안되지 않았던 클러치 후크 업(clutch hooh up)을 제안하여 작동하지 않는 마찰요소의 마찰손실을 최소화하는 차량용 자동 변속기의 파워 트레인을 제공하는데 있다.

구체적으로 본 실시예가 제공하는 클러치 후크 업은 더블 피니온 유성기어 셋트의 선기어와 싱글 피니온 유성기어 셋트의 선기어를 직결하고, 더블 피니온 유성기어 셋트의 링기어와 싱글 피니온 유성기어 셋트의 유성 캐리어를 가변적으로 연결되는 구조로서, 후진 변속단에서 마찰요소의 마찰손실을 최소화하는 파워 트레인을 제공하는데 가장 중요한 목적이 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 실현하기 위하여, 토오크 컨버터의 터어빈으로부터 엔진의 회전동력을 전달받아 회전하는 입력축과, 상기한 입력축의 회전동력을 전달받아 입력과 다른 회전수 또는 동일한 회전수로 출력하는 더블 피니온 유성기어 셋트와, 상기한 더블 피니온 유성기어 셋트의 출력을 전달받아 회전방향을 전환하거나 다른 변속비로 출력하여 트랜스퍼 드라이브 기어로 전달하는 싱글 피니온 유성기어 셋트와, 상기한 입력축의 회전동력을 상기한 더블 피니온 유성기어 셋트의 적어도 하나 이상의 요소로 전달하거나 차단하는 클러치 수단들과, 상기한 더블 피니온 유성기어 셋트의 어느 하나의 요소와 상기한 싱글 피니온 유성기어 셋트의 어느 하나의 요소를 선택적으로 연결하여 더블 피니온 유성기어 셋트만이 일체로 회전할 수 있도록 하는 또다른 클러치 수단과, 상기한 클러치 수단들이 입력축의 회전동력을 전달할 때 상기한 더블 및 싱글 피니온 유성기어 셋트의 다른 요소를 반력요소로 선택하는 브레이크 수단들을 포함하는 차량용 자동 변속기의 파워 트레인을 제공한다.

상기한 클러치 수단들은, 입력축과 더블 피니온 유성기어 셋트의 유성 캐리어 사이에서 동력을 단속하는 제1 클러치 수단과, 더블 피니온 유성기어 셋트의 링기어와 싱글 피니온 유성기어 셋트의 유성 캐리어와의 사이에서 동력을 단속하는 제2 클러치 수단과, 상기한 입력축과 더블 피니온 유성기어 셋트의 링기어 사이에서 동력을 단속하는 제3 클러치 수단을 포함하는 차량용 자동 변속기의 파워 트레인을 제공한다.

상기한 브레이크 수단들은, 싱글 피니온 유성기어 셋트의 유성 캐리어를 반력요소로 선택하는 제1 브레이크 수단과, 더블 및 싱글 피니온 유성기어 셋트의 선기어들을 반력요소로 선택하는 제2 브레이크 수단을 포함하는 차량용 자동 변속기의 파워 트레인을 제공한다.

상기한 더블 피니온 유성기어 셋트의 선기어와 싱글 피니온 유성기어 셋트의 선기어는 고정 결합구조를 갖는 차량용 자동 변속기의 파워 트레인을 제공한다.

상기한 더블 피니온 유성기어 셋트의 링기어와 싱글 피니온 유성기어 셋트의 유성 캐리어는 가변 결합구조를 갖는 차량용 자동 변속기의 파워 트레인을 제공한다.

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 트랜스퍼 드라이브 기어(6)로 최종의 변속비를 출력하는 싱글 피니온 유성기어 셋트(8)로 토오크를 전달할 수 있는 클러치 후크 업을 갖는다.

상기한 더블 피니온 유성기어 셋트(4)의 선기어(10)와 싱글 피니온 유성기어 셋트(8)의 선기어(12)는 동력전달부재(14)로 직결되어 함께 회전할 수 있도록 구성된다.

상기한 더블 피니온 유성기어 셋트(4)의 유성 캐리어(16)와 입력축(2) 사이에는 동력을 전달받거나 전달되고 있는 동력이 차단될 수 있도록 제1 클러치 수단(18)이 제공되어 있다.

그리고 이 더블 피니온 유성기어 셋트(4)의 링기어(20)와 싱글 피니온 유성기어 셋트(8)의 유성 캐리어(22) 사이에는 동력을 전달하거나 동력을 차단할 수 있는 제2 클러치 수단(24)이 제공되어 있다.

또한 상기한 입력축(2)과 더블 피니온 유성기어 셋트(4)의 링기어(20) 사이에는 제3 클러치 수단(26)이 설치되어 동력을 전달하거나 차단할 수 있는 구조를 갖는다.

상기한 제1,2,3클러치 수단들은 일반적으로 사용되는 다판 클러치가 사용될 수 있다.

상기한 클러치 수단들(18,24,26)이 작용하여 입력축의 회전동력을 더블 피니온 및 싱글 피니온 유성기어 셋트의 어느 요소로 전달할 때 이들 유성기어 셋트가 입력 회전수에 대한 출력 회전수를 바꿀 수 있도록 하기 위하여 이들 유성기어 셋트의 어느 요소는 반력요소로 선택된다.

그러한 작용을 위하여 본 실시예에서는 변속기 하우징(28)과 싱글 피니온 유성기어 셋트(8)의 유성 캐리어(22)와의 사이에 제1 브레이크 수단(30)을 설치하여 제2 클러치 수단(24)이 작용할 때 더블 피니온 유성기어 셋트(4)의 링기어(20)가 함께 반력요소로 작용할 수 있도록 하고 있다.

또한 변속기 하우징(28)과 두 개의 선기어(10,12) 사이에는 제2 브레이크 수단(32)이 설치되어 이들 선기어를 동시에 반력요소로 선택할 수 있도록 구성된다.

도면중 미설명 부호 34는 트랜스퍼 드라이브 기어(6)와 직결되는 싱글 피니온 유성기어 셋트의 링기어이다.

상기한 제1,2 브레이크 수단들은 일반적으로 사용되는 다판식 브레이크가 사용될 수 있다.

제1도에서는 파워 트레인은 트랜스퍼 드라이브 기어(6)가 트랜스퍼 드리븐 기어(미도시)와 치차물림되어 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 4속과 후진 1속의 변속비를 출력하게 된다.

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

셀렉터 레버가 전진(D) 레인지로 선택되어 스로틀 밸브의 개도량이 증가하기 시작하면, 트랜스밋션 제어 유닛은 기어 트레인이 1속의 변속비를 출력할 수 있도록 유압제어 시스템(미도시)을 통하여 먼저 제1 클러치 수단(18)으로 유압을 공급하여 이 클러치 수단을 작동시키게 된다.

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

상기한 제1 클러치 수단(18)이 작동함에 의해 입력축(2)의 회전동력은 더블 피니온 유성기어 셋트(4)의 유성 캐리어(16)로 전달되면서 링기어(20)로 회전력을 전달하게 되는데, 이때 제2 클러치 수단(24)이 작용하면서 동시에 제1 브레이크 수단(30)이 작용하고 있으므로 상기한 링기어(20)는 반력요소로 작용하게 된다.

따라서 더블 피니온 유성기어 셋트(4)의 선기어(10)를 통하여 싱글 피니온 유성기어 셋트(8)의 선기어(12)로 회전동력이 전달되는데, 이때 선기어(10)는 입력축과 반대방향으로 회전하게 된다.

이러한 작용으로 입력축과 반대방향으로 회전하는 선기어(12)가 입력요소로 되는데, 유성 캐리어(22)가 반력요소로 작용하고 있는 상태이므로 링기어(34)는 다시 입력축(2)과 동일한 방향으로 회전하면서 1속의 변속비를 트랜스퍼 드라이브 기어(6)로 전달하게 된다.

이와 같은 1속 제어 상태에서 차속이 증가하게 되면 트랜스밋션 제어 유닛은, 반력요소를 선택하던 제1 브레이크 수단(30)의 작동을 해제하면서 제2 브레이크 수단(32)을 작동시켜 2개의 선기어(10,12)를 반력요소로 선택하게 된다.

이러한 작용으로 더블 피니온 유성기어 셋트(4)의 유성 캐리어(16)로 전달되는 입력축(2)의 회전동력은 링기어(20)를 통하여 싱글 피니온 유성기어 셋트(8)의 유성 캐리어(22)로 전달된다.

이때 싱글 피니온 유성기어 셋트(8)의 선기어(12)는 반력요소로 작용하는 상태이므로 링기어(34)는 1속시보다 빠른 속도로 회전하면서 그 회전력을 트랜스퍼 드라이브 기어(6)로 전달하는 2속의 변속비를 출력하게 된다.

이러한 2속 제어 상태에서 차속이 증가하게 되면 트랜스밋션 제어 유닛은 반력요소를 선택하던 제2 브레이크 수단(32)의 작동을 해제하면서 새로이 제3 클러치 수단(26)을 작동시켜 3개의 클러치 수단이 작동하도록 한다.

이러한 작용으로 더블 피니온 유성기어 셋트(4)와 싱글 피니온 유성기어 셋트(8)는 일체로 회전하면서 입력 회전수와 동일한 회전수로 트랜스퍼 드라이브 기어(6)를 회전시키는 3속의 변속비를 출력하게 된다.

이러한 3속 제어 상태에서 차속이 더욱 증가하게 되면 트랜스밋션 제어 유닛은 제1 클러치 수단(18)의 작동을 해제하면서 다시 제2 브레이크 수단(32)을 작동시키게 되는데, 이러한 제어에 의해 입력축(2)의 회전동력은 더블 피니온 유성기어 셋트(4)의 링기어(20)와 싱글 피니온 유성기어 셋트(8)의 유성 캐리어(22)로 전달되고, 선기어(12)가 반력요소로 작용하고 있으므로 링기어(34)를 더욱 빠른 속도로 회전시켜 입력보다 빠른 회전수로 트랜스퍼 드라이브 기어(6)를 회전시키는 4속의 변속비를 출력하게 된다.

그리고 셀렉터 레버가 후진(R) 레인지로 선택되면, 트랜스밋션 제어 유닛은 제1 클러치 수단(18)과 제3 클러치 수단(26)을 작동시켜 입력축(2)의 회전동력을 더블 피니온 유성기어 셋트(4)의 2요소(유성 캐리어(18)와 링기어(20))로 전달하게 된다.

이러한 작용으로 더블 피니온 유성기어 셋트(4)는 일체로 회전하는 상태가 되면서 선기어(10)를 통하여 싱글 피니온 유성기어 셋트(8)의 선기어(12)를 회전시키게 된다.

이때 싱글 피니온 유성기어 셋트(8)의 유성 캐리어(22)는 제1 브레이크 수단(30)에 의해 반력요소로 작용하고 있으므로 링기어(34)는 입력과 반대방향으로 회전하면서 감속을 시켜 트랜스퍼 드라이브 기어(6)를 회전시켜 후진의 변속비를 출력하게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 파워 트레인은 4개의 전진 변속단과 1개의 후진 변속단을 제공할 수 있는데, 특히 후진 변속단에서 더블 피니온 유성기어 셋트를 일체로 회전시키게 되므로 작동하고 있지 않는 마찰요소의 슬립을 줄일 수 있어 마찰요소의 슬립에 따른 마찰손실을 최소화할 수 있다.

Claims (1)

1. 엔진으로부터 회전동력을 전달받아 회전하는 입력축(2)과 동일축상으로 더블 피니온 유성기어 셋트(4)와 싱글 피니온 유성기어 셋트(8)를 조합하여 전진 4속 및 후진 1속의 변속단을 얻을 수 있는 차량용 자동 변속기의 파워 트레인을 형성함에 있어서, 상기 더블 피니온 유성기어 셋트(4)의 유성 캐리어(16)와 링기어(20) 각각에 제1,3 클러치 수단(18,26)을 개재하여 입력축(2)과 가변적으로 연결하고, 상기 더블 피니온 유성기어 셋트(4)의 선기어(10)와 싱글 피니온 유성기어 셋트(8)의 선기어(12)를 상호 고정적으로 연결하며, 상기 더블 피니온 유성기어 셋트(4)의 링기어(20)와 싱글 피니온 유성기어 셋트(8)의 유성 캐리어(22)를 제2 클러치 수단(24)을 개재하여 가변적으로 연결하며, 상기 싱글 피니온 유성기어 셋트(8)의 유성 캐리어(22)와 선기어(12)는 변속기 하우징(28)과의 사이에 제1, 제2 브레이크 수단(30,32)을 개재시켜 연결하며, 상기 싱글 피니온 유성기어 셋트(8)의 링기어(34)는 출력요소로 작동하도록 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 파워 트레인.