KR100242078B1 - 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 출력하는 싱글 피니온 유성기어 셋트와, 상기한 입력축의 회전동력을 더블 피니온 유성기어 셋트로 전달함과 아울러 더블 피니온 유성기어 셋트로부터 싱글 피니온 유성기어 셋트로 전달하는 복수개의 클러치 수단과, 상기한 클러치 수단들에 의해 더블 및 싱글 피니온 유성기어 셋트의 어느 한 요소로 동력이 전달될 때 이들 유성기어 셋트의 다른 요소를 반력으로 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 마찰요소의 작동표이다.

본 발명은 차량용 자동 변속기의 변속장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 더블 피니온 유성기어 셋트와 싱글 피니온 유성기어 셋트로 이루어지는 복합 유성기어 장치를 적용하는 파워 트레인에서 캐리어와 선기어를 고정 연결하고 링기어와 또다른 캐리어를 가변 연결하여 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 유성기어의 3요소(선기어, 링기어, 유성 캐리어)중 어느 요소를 입력요소로 하고, 어느 요소를 반력요소로 하여 출력단 회전수로 조절하게 된다.

실질적으로 전진 4속과 후진 1속의 변속비를 출력할 수 있는 파워 트레인을 설계하기 위해서는 1개의 복합 유성기어 장치와, 최소한 5개의 마찰요소를 사용하여야 한다.

이러한 마찰요소들 중에서 클러치 요소의 회전반경은 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 변속기의 경우 복합 유성기어는 4개의 독립속도를 갖기 때문에, 3개의 독립속도를 갖는 단순 유성기어장치를 2개 사용하는 복합 유성기어장치는 6개의 독립속도가 얻어질 수 있기 때문이다.

이러한 구조의 파워 트레인은 적어도 2개의 마찰요소가 불변의 연결구조를 이루고 있기 때문에 실질적으로 작동하지 않는 마찰요소에서 마찰이 일어나 마찰손실을 일으키는 문제점이 있다.

즉, 라비뉴 타입의 복합유성기어 장치를 갖는 파워 트레인의 요소연결구조는, 2개의 유성 캐리어가 고정 연결되면서 2개의 링기어가 고정연결되고, 또 심프슨 타입의 복합유성기어 장치를 갖는 파워 트레인의 요소 연결구조는, 2개의 선기어가 고정 연결되면서 유성 캐리어와 링기어가 고정연결되고, 또 2심플 타입의 복합유성기어 장치를 갖는 파워 트레인의 요소 연결구조는, 유성 캐리어와 링기어가 고정 연결되면서 링기어와 유성 캐리어가 고정 연결되는 구조를 갖는다.

본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 지금까지 제안되지 않았던 새로운 클러치 후크 업(hook up)을 제안하여 특히 후진 변속단에서 마찰요소의 동력손실을 최소화할 수 있는 차량용 자동 변속기의 파워 트레인을 제공하는데 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 출력하는 싱글 피니온 유성기어 세트와, 상기한 입력축의 회전동력을 더블 피니온 유성기어 세트로 전달함과 아울러 더블 피니온 유성기어 셋트로부터 싱글 피니온 유성기어 세트로 전달하는 복수개의 클러치 수단과, 상기한 클러치 수단들에 의해 더블 및 싱글 피니온 유성기어 셋트의 어느 한 요소로 동력이 전달될 때 이들 유성기어 셋트의 다른 요소를 반력으로 선택하는 브레이크 수단들을 포함하는 차량용 자동 변속기의 파워 트레인을 제공한다.

상기한 클러치 수단들은, 입력축과 더블 피니온 유성기어 셋트의 선기어 사이에서 동력을 단속하는 제1클러치 수단과, 더블 피니온 유성기어 셋트의 링기어와 싱글 피니온 유성기어 셋트의 유성 캐리어 사이에서 동력을 단속하는 제2클러치 수단과, 상기한 입력축과 더블 피니온 유성기어 셋트의 링기어 사이에서 동력을 단속하는 제3클러치 수단들을 포함하는 차량용 자동 변속기의 파워 트레인을 제공한다.

상기한 브레이크 수단들은, 싱글 피니온 유성기어 셋트의 유성 캐리어를 반력으로 선택하는 제1브레이크 수단과, 더블 피니온 유성기어 셋트의 유성 캐리어 및 싱글 피니온 유성기어 셋트의 선기어를 반력으로 선택하는 제2브레이크 수단을 포함하는 차량용 자동 변속기의 파워 트레인을 제공한다.

상기한 더블 피니온 유성기어 셋트의 유성 캐리어와 싱글 피니온 유성기어 셋트의 선기어는 동력전달부재에 의해 고정결합구조를 갖는 차량용 자동 변속기의 파워 트레인을 제공한다.

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

상기한 더블 피니온 유성기어 셋트는 후진 레인지에서 적어도 2개의 요소가 동시에 입력축의 동력을 전달받아 일체로 회전할 수 있도록 입력축과의 사이에 2개의 클러치 수단이 제공되는 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 토오크를 전달하는 싱글 피니온 유성기어 셋트(8)로 전달할 수 클러치 후크 업을 갖는다.

상기한 더블 피니온 유성기어 셋트(4)의 유성 캐리어(10)는 싱글 피니온 유성기어 셋트(8)의 선기어(12)와 동력전달루재(14)로 직결되어 동력전달이 이루어질 수 있도록 구성된다.

상기한 더블 피니온 유성기어 셋트(4)의 선기어(16)로 입력축(2)으로 전진 1,2,3,R속에서 토오크를 전달하기 위하여 제1클러치 수단(18)이 제공되어 있다.

상기한 더블 피니온 유성기어 셋트(4)의 링기어(20)는 또다른 동력전달부재(22)를 통하여 싱글 피니온 유성기어 셋트(8)의 유성 캐리어(24)로 동력을 전달할 수 있도록 되어 있는데, 이 동력전달부재(22)에는 전진시 작용하여 동력을 전달하고, 후진시에는 동력을 차단하기 위한 제2클러치 수단(26)이 제공되어 있다.

상기한 더블 피니온 유성기어 셋트(4)의 링기어(20)와 입력축(2) 사이에는 3,4,R속에서 토오크를 전달하기 위하여 제3클러치 수단(28)이 제공되어 선택적으로 엔진의 동력을 전달할 수 있도록 구성되어 있다.

상기한 제1,2,3 클러치 수단(18,26,28)을 통하여 동력이 전달되는 동안에 더블 및 싱글 피니온 유성기어 셋트의 요소들이 선택적으로 반력작용을 행함으로서 입력에 대한 출력 회전수가 변화될 수 있도록 하기 위하여 변속기 하우징(30)과 동력전달부재 사이에는 브레이크 수단이 제공된다.

상기한 브레이크 수단 중에서 제1브레이크 수단(32)은 싱글 피니온 유성기어 셋트(8)의 유성 캐리어(24)를 반력으로 선택할 수 있도록 제공되며, 제2브레이크 수단(34)은 더블 피니온 유성기어 셋트(4)의 유성 캐리어(14)와 연결되는 싱글 피니온 유성기어 셋트(8)의 선기어(12)를 반력으로 선택할 수 있도록 제공된다.

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

제1도는 기어 트레인만을 도시하고 있으나, 상기한 트랜스퍼 드라이브 기어(6)에 트랜스퍼 드리븐 기어가 치차물림되어 최종 감속기어를 통하여 차동장치로 동력을 전달하여 차륜(미도시)까지 전달할 수 있는 동력전달 경로를 갖는데, 이러한 구성은 일반적으로 사용되는 구조의 것이 사용될 수 있고, 또 그와 유사한 구조의 것이 사용될 수 있다.

도면중 미설명 부호 36은 싱글 피니온 유성기어 셋트의 링기어이며, 부호D는 토오크 컨버터의 동력전달 효율을 높이기 위한 통상의 댐퍼 클러치이다.

이와 같이 이루어지는 본 발명의 자동 변속기의 파워 트레인은, 트랜스밋션 제어 유닛(미도시)에 의해 작동과 비작동이 선택되는 마찰요소들의 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 레버(미도시)가 운전자에 의해 전진(D) 레인지로 선택되면서 스로틀 밸브의 개도량이 증가하기 시작하면, 트랜스밋션 제어 유닛은 기어 트레인이 1속의 변속비를 출력할 수 있도록 유압제어 시스템(미도시)을 통하여 먼저 제1클러치 수단(18)으로 유압을 공급하여 이 클러치 수단을 작동시키게 된다.

이러한 작용으로 엔진의 동력은 토오크 컨버터(T)에서 토오크 변환이 이루어지면서 입력축(2)을 통하여 더블 피니온 유성기어 셋트(4)의 선기어(16)로 전달된다.

이때 트랜스밋션 제어 유닛은 제1브레이크 수단(32)을 작동시키면서 제2클러치 수단(26)을 작동시키게 되는데, 이러한 제어에 의해 더블 피니온 유성기어 셋트(4)의 링기어(20)는 반력요소가 되므로 유성 캐리어(10)는 입력축의 회전방향과 반대방향으로 회전하면서 감속작용이 이루어진다.

이러한 작용으로 입력축의 회전방향과 반대방향으로 회전하는 유성캐리어(10)의 동력은 동력전달부재(14)를 통하여 싱글 피니온 유성기어 셋트(8)의 선기어(12)로 전달된다.

그렌데 제1브레이크 수단(32)에 의해 유성기어 캐리어(24)가 반력상태로 있기 때문에 링기어(36)는 입력축의 회전방향과 동일한 방향으로 회전하면서 트랜스퍼 드라이브 기어(6)를 통하여 1속의 변속비를 출력하게 된다.

이러한 1속 제어 상태에서 차속이 증가하게 되면, 트랜스밋션 제어 유닛은 제1브레이크 수단(32)의 작동을 중단시키면서 제2브레이크 수단(34)을 작동시키게된다.

따라서 더블 피니온 유성기어 셋트(4)의 유성 캐리어(10)와 싱글 피니온 유성기어 셋트(8)의 선기어(12)가 반력상태로 되므로, 더블 피니온 유성기어 셋트(4)의 선기어(16)로 전달되는 엔진의 토오크는 링기어(20)와 싱글 피니온 유성기어 셋트(8)의 유성 캐리어(24)를 연결하고 있는 제2클러치 수단(26)를 통하여 전달되므로 링기어(20)가 회전하는 속도분 만큼이 더하여진 회전이 싱글 피니온 유성기어 셋트(8)의 유성 캐리어(24)로 전달된다.

이러한 작용으로 싱글 피니온 유성기어 셋트(8)의 링기어(36)는 1속 제어 상태보다 빠른 속도로 회전하면서 트랜스퍼 드라이브 기어(6)를 회전시켜 2속의 변속비를 출력하게 된다.

이러한 2속 제어상태에서 차속이 더욱 증가하게 되면, 트랜스밋션 제어유닛은 모든 브레이크 수단의 작동을 중단시키면서 제3클러치 수단(28)을 더 작동시켜 3개의 클러치 수단이 모두 작동되도록 한다.

따라서 더블 피니온 유성기어 셋트(4)와 싱글 피니온 유성기어 셋트(8)는 모두 일체로 회전하면서 입력축(2)의 회전을 그대로 트랜스퍼 드라이브 기어(6)로 전달하는 3속의 변속비를 출력하게 된다.

이러한 3속 제어 상태에서 차속이 더욱 증가하게 되면, 트랜스밋션 제어 유닛은 지금까지 작동하고 있던 제1클러치 수단(18)의 작동을 중단시키면서 다시 제2브레이크 수단(34)을 작동시키게 된다.

이러한 제어에 의해 더블 피니온 유성기어 셋트(4)의 유성 캐리어(10) 및 싱글 피니온 유성기어 셋트(8)의 선기어(12)가 반력상태로 되므로, 입력축(2)의 회전동력은 더블 피니온 유성기어 셋트(4)의 링기어(20)와 싱글 피니온 유성기어 셋트(8)의 유성 캐리어(24)를 연결하고 있는 제2클러치 수단(26) 통하여 전달된다.

따라서 싱글 피니온 유성기어 셋트(8)의 유성 캐리어(24)가 입력요소로 선택되므로 링기어(36)는 입력보다 빠른 회전수로 회전하면서 트랜스퍼 드라이브 기어(6)를 회전시켜 4속의 변속비를 출력하게 된다.

그리고 셀렉터 레버가 후진(R) 레인지에 선택되면, 트랜스밋션 제어 유닛은 제1클러치 수단(18)과 제3클러치 수단(28)을 작동시키면서 제1브레이크 수단(32)을 작동시키게 된다.

이러한 제어에 의해 더블 피니온 유성기어 셋트(4)는 선기어(16)와 링기어(20)가 입력요소로 선택되므로 이 유성기어 셋트는 일체로 회전하는 상태로 입력축의 회전력을 싱글 피니온 유성기어 셋트(8)의 선기어(12)로 전달하게 된다.

이때 상기한 선기어(12)는 입력축(2)와 동일한 방향으로 회전하는데, 제1브레이크 수단(32)에 의해 유성 캐리어(24)가 반력요소로 작용하고 있으므로 링기어(36)는 입력과 반대방향으로 회전하면서 트랜스퍼 드라이브 기어(6)를 전진시와는 역으로 회전시키면서 후진의 변속비를 출력하게 된다.

본 발명의 파워 트레인은 이와 같이 4개의 전진 변속단과 1개의 후진 변속단을 제공할 수 있는데, 특히 후진 변속단에서 더블 피니온 유성기어 셋트(4)가 일체로 회전하게 되므로 작동하지 않고 있는 마찰요소의 슬립에 따른 마찰손실을 줄일 수 있다.

Claims (4)

1. 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 출력하는 싱글 피니온 유성기어 셋트와, 상기한 입력축의 회전동력을 더블 피니온 유성기어 셋트로 전달함과 아울러 더블 피니온 유성기어 셋트로부터 싱글 피온 유성기어 셋트로 전달하기 위하여 입력축과 더블 피니온 유성기어 셋트의 선기어 사이에서 동력을 단속하는 제1클러치 수단과, 더블 피니온 유성기어 셋트의 링기어와 싱글 피니온 유성기어 셋트의 유성 캐리어 사이에서 동력을 단속하는 제2클러치 수단과, 상기 입력축과 더블 피니온 유성기어 세트의 링기어 사이에서 동력을 단속하는 제3클러치 수단으로 구성된 복수개의 클러치 수단과, 상기한 클러치 수단들에 의해 더블 및 싱글 피니온 유성기어 셋트의 어느 한 요소로 동력이 전달될 때 이들 유성기어 셋트의 다른 요소를 반력으로 선택하는 싱글 피니온 유성기어 셋트의 유성 캐리어를 반력으로 선택하는 제1브레이크 수단과, 더블 피니온 유성기어 세트의 유성 캐리어 및 싱글 피니온 유성기어 셋트의 선기어를 반력으로 선택하는 제2브레이크 수단으로 구성된 브레이크 수단들을 포함하는 차량용 자동 변속기의 파워 트레인.
2. 제1항에 있어서, 더블 피니온 유성기어 셋트의 유성 캐리어와 싱글 피니온 유성기어 셋트의 선기어는 동력전달부재에 의해 고정결합구조를 갖는 차량용 자동 변속기의 파워 트레인.
3. 제1항에 있어서, 더블 피니온 유성기어 셋트의 링기어와 싱글 피니온 유성기어 셋트의 유성 캐리어는 클러치 수단에 의해 가변 결합구조를 갖는 차량용 자동 변속기의 파워 트레인.
4. 제1항에 있어서, 더블 피니온 유성기어 세트는 후진 레인지에서 적어도 2개의 요소가 동시에 입력축의 동력을 전달받아 일체로 회전할 수 있도록 입력축과의 사이에 2개의 클러치 수단이 제공되는 차량용 자동 변속기의 파워 트레인.