KR100256583B1 - 차량용 5속 자동변속기의 파워 트레인 - Google Patents

Abstract

차량용 5속 자동변속기 파워 트레인에 있어서 부변속부를 사용하는 경우 클러치 수단과 브레이크 수단이 1개씩 추가로 설치되는 문제점을 해소하기 위하여, 토오크 컨버터를 통하여 엔진의 회전 동력을 전달받는 입력축과, 상기한 입력축의 회전 동력을 클러치 수단을 통하여 전달받는 선기어를 공유하는 제1더블 피니온 유성기어셋트 및 싱글 피니온 유성기어셋트와 그리고 링기어를 출력수단으로 연결하고 있는 제2더블 피니온 유성기어세트와, 상기한 유성기어셋트들의 어느 한 요소로 입력축의 회전 동력을 전달하는 클러치 수단과, 상기한 유성기어셋트들의 어느 한 요소를 각각 반력요소로 작용시키는 브레이크 수단들을 포함하는 차량용 5속 자동변속기의 파워 트레인을 제공한다.

Description

차량용 5속 자동변속기의 파워 트레인

제1도는 본 발명에 의한 5속 자동변속기의 파워 트레인,

제2도는 본 발명에 의한 파워 트레인의 변속단별 마찰요소의 작동표이다.

본 발명은 차량용 5속 자동변속기의 파워 트레인에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 부 변속 수단을 사용하지 않고도 하나의 복합 유성기어장치로 5속의 변속단을 실현할 수 있는 차량용 5속 자동변속기의 파워 트레인에 관한 것이다.

일반적으로 차량용 자동변속장치는, 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 선택하고, 어느 요소를 반력요소로 선택하여 출력단 회전수를 조절하게 된다.

실질적으로 전진 5속과 후진 1속의 변속비를 출력할 수 있는 파워 트레인을 설계하기 위해서는 1개의 복합 유성기어장치를 갖는 주변속부와 유성기어장치를 갖는 부변속부를 포함하고 있으며, 최소한 7개의 마찰요소를 사용하여야 한다.

이러한 마찰요소들 중에서 클러치 요소의 회전 반경은 입력축과 연결되기 위해서 출력요소의 회전 반경보다 작아야 하며, 또 반력요소의 회전 반경보다도 작아야 하는 구조적 제약 조건을 갖는다.

이와 같은 제약 조건으로 인하여 각각의 요소를 결합한 하나의 복합 유성기어장치만으로는 5개의 변속비를 출력할 수 없으므로 대부분의 변속기는 부변속부를 추가로 설치하여 주변속부에서 최고 4속의 변속단이 1차로 출력되도록 하고 있으며, 부변속부에서는 주변속부의 출력을 더욱 증가시켜 2차로 출력하므로서 5속이 되도록 하고 있다.

그러나 이러한 구조의 5속 파워 트레인은, 부변속부에 단순 유성기어셋트를 설치하고 이 유성기어셋트의 요소를 제어하기 위하여 하나의 클러치 수단과 하나의 브레이크 수단을 사용하여야 추가의 변속비를 출력할 수 있으므로 마찰요소의 수량이 많아져 컴팩트한 변속기 설계가 어렵다.

게다가 이와 같이 유성기어셋트와 마찰요소가 많이 사용되기 때문에 변속기 전체의 중량이 커져 연비 측면에서 상당히 불리한 것으로 지적되고 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 부변속 수단을 사용하지 않고 주 변속 수단만으로 5개의 변속단을 출력할 수 있도록 하므로서 변속기 전체의 사이즈와 중량을 줄이며, 또 마찰요소의 수량을 줄여 구조적으로 간단한 변속기의 설계를 가능하게 하는 차량용 5속 자동변속기의 파워 트레인을 제공하는데 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 토오크 컨버터를 통하여 엔진의 회전 동력을 전달받는 입력축과, 상기한 입력축의 회전 동력을 클러치 수단을 통하여 전달받는 선기어를 공유하는 제1더블 피니온 유성기어셋트 및 싱글 피니온 유성기어셋트와 그리고 링기어를 출력수단으로 연결하고 있는 제2더블 피니온 유성기어세트와, 상기한 유성기어셋트들의 어느 한 요소로 입력축의 회전 동력을 전달하는 클러치 수단과, 상기한 유성기어셋트들의 어느 한 요소를 각각 반력요소로 작용시키는 브레이크 수단들을 포함하는 차량용 5속 자동변속기의 파워 트레인을 제공한다.

상기한 제1더블 피니온 유성기어셋트의 유성 캐리어는 싱글 피니온 유성기어셋트의 링기어와 직결되고, 싱글 피니온 유성기어셋트의 유성 캐리어는 제2더블 피니온 유성기어셋트의 링기어와 직결되는 차량용 5속 자동변속기의 파워 트레인을 제공한다.

상기한 입력축은 클러치 수단을 통하여 선기어 축으로 연결되고, 또 제1더블 피니온 유성기어셋트의 링기어로 또 다른 클러치 수단을 통하여 연결되는 차량용 5속 자동변속기의 파워 트레인을 제공한다.

또한 상기한 제1더블 피니온 유성기어셋트의 링기어는 반력요소로 작용할 수 있도록 변속기 하우징과의 사이에 브레이크 수단을 제공하는 차량용 5속 자동변속기의 파워 트레인을 제공한다.

또한 상기한 싱글 피니온 유성기어셋트의 링기어는 반력요소로 작용할 수 있도록 변속기 하우징과의 사이에 또 다른 브레이크 수단을 제공하는 차량용 5속 자동변속기의 파워 트레인을 제공한다.

상기한 제2더블 피니온 유성기어셋트의 유성 캐리어는 반력요소로 작용할 수 있도록 변속기 하우징과의 사이에 또 다른 브레이크 수단을 제공하는 차량용 5속 자동변속기의 파워 트레인을 제공한다.

상기한 선기어에 고정되는 선기어 축은 최고의 변속단 제공을 위해 브레이크 수단에 의해 반력요소로 작용하는 차량용 5속 자동변속기의 파워 트레인을 제공한다.

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

제1도는 본 발명에 의한 파워 트레인을 나타내는 도면으로서, 이 실시예에서는 엔진(E)의 회전 동력을 토오크 컨버터(T)를 통하여 변속부의 입력축(2)으로 전달할 수 있도록 구성되고 있다.

상기한 입력축(2)의 길이 방향으로는 선기어 축(4)이 동일 중심선상에 배치되어 있는데, 이 선 기어 축(4)의 주위에는 제1더블 피니온 유성기어셋트(6)와 싱글 피니온 유성기어셋트(8) 및 제2더블 피니온 유성기어셋트(10)가 순차적으로 배치되어 있다.

상기한 선기어 축(4)에는 선기어(12)가 고정되어 함께 회전할 수 있도록 되면서 상기한 유성기어셋트들(6,8,10)의 공통 선기어로 사용될 수 있는 구성을 갖으므로서 부품수를 줄일 수 있도록 구성되고 있다.

상기한 선기어(12)와 치차 물림되는 유성 피니온들을 등분 배치하는 제1더블 피니온 유성기어셋트(6)의 유성 캐리어(14)는 싱글 피니온 유성기어셋트(8)의 링기어(16)와 직결되어 동력을 전달할 수 있도록 되어 있다.

또한 상기한 싱글 피니온 유성기어셋트(8)의 유성 캐리어(18)는 제2더블 피니온 유성기어셋트(10)의 링기어(20)와 직결되어 동력을 전달할 수 있도록 구성되고 있으며, 이 링기어(20)는 트랜스퍼 드라이브 기어(22)와 직결되어 출력수단으로 사용될 수 있는 구조를 갖는다.

상기한 입력축(2)과 선기어 축(4)은 클러치 수단으로 제1마찰요소(24)를 사이에 두고 연결되어 동력을 전달할 수 있도록 되어 있으며, 상기한 싱글 피니온 유성기어셋트(8)의 링기어(16)는 변속기 하우징(26)과의 사이에서 브레이크 수단으로 작용하는 제2마찰요소(28)에 의해 반력요소로 선택될 수 있는 구성을 갖는다.

상기한 제2더블 피니온 유성기어셋트(10)의 유성 캐리어(30)는 변속기 하우징(26)과의 사이에서 브레이크 수단으로 작용하는 제3마찰요소(32)에 의해 반력요소로 작용할 수 있도록 구성된다.

또한 상기한 입력축(2)과 제1더블 피니온 유성기어셋트(6)의 링기어(34)는 클러치 수단으로 작용하는 제4마찰요소(36)에 의해 동력을 전달받을 수 있도록 구성된다.

그리고 본 실시예의 파워 트레인이 최고 변속단(5속)을 출력할 수 있도록 제5마찰요소(38)를 브레이크 수단으로 하여 선기어 축(4)과 변속기 하우징(26) 사이에 설치하고 있다.

상기한 파워 트레인이 후진의 변속비를 출력할 수 있도록 하기 위하여, 본 실시예에서는 변속기 하우징(26)과 제1더블 피니온 유성기어셋트(6)의 링기어(34) 사이에 제6마찰요소(40)를 설치하여 브레이크 수단으로 작용할 수 있도록 하고 있다.

이와 같이 이루어지는 본 발명의 변속장치는, 트랜스밋션 제어 유닛에 의해 작동과 비작동이 선택되는 마찰요소들의 작동 유무에 따라 유성기어셋트의 3요소중 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 레인지별 작동표가 제2도에 나타나 있다.

파킹(P) 레인지에 셀렉터 레버가 위치한 상태에서는 트랜스밋션 제어 유닛은 제1마찰요소(24)를 클러치 수단으로 작동시켜 전진(D) 레인지나 후진(R) 레인지 선택시 브레이크 수단만을 선택하도록 하여 변속 제어가 용이하도록 하고 있다.

파킹 레인지에서 운전자가 셀렉터 레버를 전진(D) 레인지로 선택하게 되면, 트랜스밋션 제어 유닛은 제1마찰요소(24)의 작동을 그대로 유지시키면서 브레이크 수단으로 제2마찰요소(28)를 작동시키게 된다.

이러한 작용으로 입력축(2)의 회전 동력은 선기어 축(4)으로 전달되면서 선기어(12)를 입력축과 동일한 방향으로 회전시키게 된다.

이때 제2마찰요소(28)에 의해 유성 캐리어(14)와 링기어(16)가 반력요소로 작용하게 되므로 싱글 피니온 유성기어셋트(8)의 유성 캐리어(18)와 제2더블 피니온 유성기어셋트(10)의 링기어(20)는 입력과 동일한 방향으로 회전하게 되는데, 유성 캐리어(30)가 입력과 반대방향으로 회전하게 되므로 이 유성 캐리어(18)와 링기어(20)는 본 실시예의 파워 트레인이 감속할 수 있는 가장 큰 감속비인 1속의 감속비를 트랜스퍼 드라이브 기어(22)로 전달하게 된다.

이러한 1속 제어 상태에서 차속이 증가하게 되면, 트랜스밋션 제어 유닛은 제1마찰요소(24)의 작동을 유지시키면서 브레이크 수단을 제2마찰요소로부터 제3마찰요소(32)로 바꾸어 작동시키게 된다.

이러한 제어에 의해 입력축과 반대방향으로 회전하던 제2더블 피니온 유성기어셋트(10)의 유성 캐리어(30)가 반력요소로 작용하면서 1속에서 정지되어 있던 유성 캐리어(14)와 링기어(16)는 반력요소를 제외한 다른 요소와 비교하여 가장 느린 속도로 회전하게 된다.

따라서 싱글 피니온 유성기어셋트(8)의 유성 캐리어(18)와 제2더블 피니온 유성기어셋트(10)의 링기어(20)는 1속보다 빠른 속도로 회전하면서 2속의 변속비를 트랜스퍼 드라이브 기어(22)로 전달하게 된다.

이러한 2속 제어 상태에서 차속이 증가하게 되면, 트랜스밋션 제어 유닛은 제1마찰요소(24)의 작동을 중단시켜 선기어 축(4)으로의 동력 전달을 차단하면서 새로운 클러치 수단으로 제4마찰요소(36)를 작동시키고 브레이크 수단은 그대로 제3마찰요소(32)의 작동을 유지시킨다.

따라서 상기한 제4마찰요소(36)가 작동함에 의해 입력축(2)의 회전 동력은 제1더블 피니온 유성기어셋트(6)의 링기어(34)로 전달되고, 제3마찰요소(32)에 의해 제2더블 피니온 유성기어셋트(10)의 유성 캐리어(30)가 고정된다.

이러한 작용으로 유성 캐리어(14)와 링기어(16)는 2속보다 빠른 속도로 회전하는 상태가 되고 싱글 피니온 유성기어셋트(8)의 유성 캐리어(18)와 제2더블 피니온 유성기어셋트(10)의 링기어(20)를 더욱 빠르게 회전시키면서 3속의 변속비를 트랜스퍼 드라이브 기어(22)로 전달하게 된다.

이와 같은 3속의 제어 상태에서 차속이 더욱 증가하게 되면, 트랜스밋션 제어 유닛은 클러치 수단으로 제1마찰요소(24)와 제4마찰요소(36)를 작동시키고 브레이크 수단의 작용은 모두 해제하게 된다.

따라서 입력축(2)의 회전 동력은 선기어(12)와 링기어(34)로 전달되므로 복합 유성기어장치는 전체적으로 2개의 입력요소를 갖게 된다.

이와 같이 입력요소가 2개로 되면서 입력 회전수와 유성 캐리어(18) 및 링기어(20)의 회전수는 동일하게 되면서 1:1의 변속비를 트랜스퍼 드라이브 기어(22)로 전달하는 4속 변속단을 실현하게 된다.

입력 회전수와 출력 회전수가 동일한 4속 제어 상태에서 차속이 더욱 증가하게 되면, 트랜스밋션 제어 유닛은 제4마찰요소(36)를 클러치 수단으로 작용시켜 입력축(2)의 회전 동력을 제1더블 피니온 유성기어셋트(6)의 링기어(34)로 전달시키게 된다.

그리고 브레이크 수단으로 제5마찰요소(38)를 작동시켜 선기어 축(4)을 고정시키게 되는데, 이러한 작용으로 링기어(34)로 전달된 회전 동력은 유성 캐리어(14)를 통하여 링기어(16)로 전달되고, 다시 제2더블 피니온 유성기어셋트(8)의 유성 캐리어(18)는 링기어(20)로 전달하게 되는데, 이때 제2더블 피니온 유성기어셋트(10)의 유성 캐리어(30)는 입력 보다 매우 빠른 속도로 회전하는 상태가 되고, 또 출력수단으로 사용되는 링기어(20)의 회전수도 입력축(2)의 회전수 보다 빠른 속도로 회전하는 5속의 변속비를 트랜스퍼 드라이브 기어(22)로 전달하게 된다.

한편 셀렉터 레버가 운전자에 의해 후진(R) 레인지로 선택되면, 트랜스밋션 제어 유닛은 클러치 수단으로 제1마찰요소(24)를 작동시키면서 브레이크 수단으로 제6마찰요소(40)를 작동시키게 된다.

따라서 입력축(2)의 회전 동력은 선기어 축(4)으로 전달되면서 링기어(16)와 유성 캐리어(14)를 입력과 반대 방향으로 회전시키게 되므로 유성 캐리어(18)와 링기어(20)는 입력과 반대방향으로 회전하면서 후진의 변속비를 트랜스퍼 드라이브 기어(22)로 전달하게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 파워 트레인은 부변속부를 사용하지 않고도 전진 5속과 후진의 변속비를 출력할 수 있으며, 또 이러한 구조는 부변속부를 설치하지 않으므로서 마찰요소의 수량을 6개로 제한할 수 있어 종래 어떠한 구조에서도 실시가 불가능하였던 새로운 타입의 파워 트레인을 제공할 수 있다.

이러한 구조는 부변속부가 없으므로 변속 사이즈를 작게 할 수 있는 이점이 있으며, 또 마찰요소의 수를 줄이므로서 구조적으로 간단하고 또 그에 해당하는 중량을 줄일 수 있어 연비 측면에서도 매우 향상된 파워 트레인이라 할 수 있다.

Claims (1)

1. 엔진으로부터 회전 동력을 전달받아 회전하는 입력축(2)선상에 제1,2 더블 피니온 유성기어셋트(6,10)와 상기 더블 피니온 유성기어셋트(6,10) 사이에 배치되는 1개의 싱글 피니온 유성기어셋트(8)를 조합하여 전진 5속 및 후진 1속의 변속단을 얻을 수 있는 차량용 5속 자동변속기의 파워 트레인에 있어서, 상기 제1 더블 피니온 유성기어셋트(6) 및 싱글 피니온 유성기어셋트(8)와 그리고 제2 더블 피니온 유성기어셋트(10)는 하나의 선기어(12)를 공유하고, 상기 선기어(12)는 일측으로 상기 입력축(2)과의 사이에 제1 마찰요소(24)를 개재하여 가변적으로 연결되며, 또한 상기 선기어(12)는 타측으로 선기어축(4)을 통하여 변속기 하우징(26)과의 사이에 제5 마찰요소(38)를 개재하여 가변적으로 연결되며, 상기 제1 더블 피니온 유성기어셋트(6)의 링기어(34)는 상기 입력축(2)과의 사이에 제4 마찰요소(36)를 개재하여 상호 가변적으로 연결됨과 동시에, 변속기 하우징(26)과의 사이에 제6 마찰요소(40)를 개재하여 상호 가변적으로 연결되며, 상기 제1 더블 피니온 유성기어셋트(6)의 유성 캐리어(14)는 상기 싱글 피니온 유성기어셋트(8)의 링기어(16)와 고정적으로 연결되고, 상기 싱글 피니온 유성기어셋트(8)의 상기 링기어(16)는 변속기 하우징(26)과의 사이에 제2 마찰요소(28)를 개재하여 상호 가변적으로 연결되며, 상기 싱글 피니온 유성기어셋트(8)의 유성 캐리어(18)는 상기 제2 더블 피니온 유성기어셋트(10)의 링기어(20)와 상호 고정적으로 연결되며, 상기 제2 더블 피니온 유성기어셋트(10)의 링기어(20)는 다시 트랜스퍼 드라이브 기어(22)와 고정 연결되어 출력수단으로 작용하며, 상기 제2 더블 피니온 유성기어셋트(10)의 유성 캐리어(30)는 상기 변속기 하우징(26)과의 사이에 제3 마찰요소(32)를 개재하여 상호 가변적으로 연결되어 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 5속 자동변속기의 파워 트레인.