KR100256585B1 - 차량용 자동변속기의 기어 트레인 - Google Patents

Abstract

간단한 구성으로 5속의 변속을 구현하여 동력 성능 및 연비를 향상시킴으로써, 엔진의 출력을 효과적으로 이용할 수 있는 차량용 5속 자동변속기의 기어 트레인을 제공할 목적으로; 엔진으로부터 출력되는 회전 동력의 토오크를 변환하여 입력축으로 전달하는 발진수단과; 3개의 단순 유성기어셋트가 일체형으로 조합되는 복합 유성기어셋트로 이루어져 선택적인 입력요소 및 반력요소의 작동에 의하여 전진 5속 및 후진 1속으로 변속하여 출력하는 변속 수단과; 상기 변속수단에 형성되는 작동요소 중 적어도 3개의 작동요소가 입력요소로 작용할 수 있도록 입력축과 가변적으로 연결하여 주는 클러치 수단과; 상기 변속수단에 형성되는 작동요소 중 출력요소를 제외한 적어도 2개의 작동요소가 반력요소로 작용할 수 있도록 변속기 하우징과 가변적으로 연결하여 주는 브레이크 수단과; 를 포함하여 이루어지는 차량용 자동변속기의 기어 트레인을 제공한다.

Description

차량용 자동변속기의 기어 트레인

본 발명은 차량용 자동 변속기의 기어 트레인에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 간단한 구성으로 5속의 변속을 구현하여 동력 성능 및 연비를 향상시킴으로써, 엔진의 출력을 효과적으로 이용할 수 있는 차량용 자동변속기의 기어 트레인에 관한 것이다.

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

상기한 트랜스밋션 제어 유닛은 기어 트레인에 설치된 다수개의 마찰요소들을 작동 또는 비작동 상태로 제어하여 유성기어셋트의 3요소(선기어, 링기어, 유성 캐리어)중 어느 요소를 입력요소로 하고, 다른 요소를 반력요소로 선택하여 출력단 회전수를 조절하게 된다.

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

그리고 상기와 같은 복합 유성기어 장치는 차량의 변속 수단으로 사용되기 위하여 유성 캐리어가 서로 연결되는 구조를 갖거나, 선기어를 공용으로 하고 유성 캐리어와 링기어가 직렬되는 구조를 갖거나, 유성 캐리어와 링기어가 상호간 직결되는 구조 즉, 2개의 유성기어셋트가 축방향으로 연결되는 구조를 갖는다.

그러나 상기와 같은 종래의 기어 트레인에 있어서는 대개가 4속 변속단을 갖도록 설계되어 있는 바, 엔진의 성능을 충분히 활용하지 못함으로써, 연비 및 동력 성능 그리고 구동 성능이 좋지 않다는 문제점을 내포하고 있다.

따라서 고출력 엔진에서 엔진의 성능을 충분히 활용하기 위하여 변속비를 보다 다단화할 수 있도록 하는 방안이 요구되고 있다.

이에 따라 본 발명은 상기한 바와 같은 요구에 부응하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 간단한 구성으로 5속의 변속을 구현하여 동력 성능 및 연비를 향상시킴으로써, 엔진의 출력을 효과적으로 이용할 수 있는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인을 제공함에 있다.

상기 목적을 실현하기 위하여 본 발명은, 엔진으로부터 출력되는 회전 동력의 토오크를 변환하여 입력축으로 전달하는 발진수단과; 3개의 단순 유성기어셋트가 일체형으로 조합되는 복합 유성기어셋트로 이루어져 선택적인 입력요소 및 반력요소의 작동에 의하여 전진 5속 및 후진 1속으로 변속하여 출력하는 변속 수단과; 상기 변속수단에 형성되는 작동요소 중 적어도 3개의 작동요소가 입력요소로 작용할 수 있도록 입력축과 가변적으로 연결하여 주는 클러치 수단과; 상기 변속수단에 형성되는 작동요소 중 출력요소를 제외한 적어도 2개의 작동요소가 반력요소로 작용할 수 있도록 변속기 하우징과 가변적으로 연결하여 주는 브레이크 수단과; 를 포함하여 이루어지는 차량용 자동변속기의 기어 트레인을 제공한다.

제1도는 본 발명에 의한 제1 실시예의 기어 트레인 구성도.

제2도는 본 발명에 의한 제1 실시예의 각 변속단별 마찰요소의 작동표.

제3도는 본 발명에 의한 제1 실시예의 작동을 레버 해석법으로 설명하기 위한 도면.

제4도는 본 발명에 의한 제2 실시예의 기어 트레인 구성도.

제5도는 본 발명에 의한 제2 실시예의 각 변속단별 마찰요소의 작동표이다.

이하, 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

[제1 실시예]

도 1은 본 발명에 의한 실시예의 기어 트레인을 나타내는 도면으로서, 엔진(2)으로부터 발생된 동력은 발진수단인 토오크 컨버터(4)를 통해 토오크 변환이 이루어져 변속 수단인 복합 유성기어셋트(6)로 입력되어 전진 5속 및 후진 1 속의 변속이 이루어지게 된다.

상기에서 발진수단으로 사용되는 토오크 컨버터(4)는 엔진(2)의 크랭크축에 직결되어 회전하는 펌프 임펠러(8)와; 이 펌프 임펠러(8)와 대향 배치되어 분출되는 오일에 의하여 함께 회전하는 터어빈 런너(10)와; 이들 펌프 임펠러(8)와 터어빈 런너(10) 사이에 배치되어 오일의 흐름을 바꾸어주어 펌프 임펠러(8)의 회전력을 증가시켜 주는 스테이터(12)를 포함하여 이루어진다.

이에 따라 엔진이 회전을 하면 상기 토오크 컨버터(4)내에 충진된 오일이 펌프 임펠러(8)에서 분출되어 터어빈 런너(10)로 공급되면서 터어빈 런너(10)를 구동시킨 다음 스테이터(12)로 유입된다.

또한, 상기 스테이터(12)로 유입된 오일은 그 방향을 바꾸어 다시 펌프 임펠러(8)로 유입되는 작용을 반복하게 되는데, 이때 스테이터(12)의 회전에 의하여 스테이터(12)가 분담하는 터어빈 런너(10)의 회전력과 펌프 임펠러(8)의 회전력과의 사이에 차이가 생겨 토오크 변환이 이루어지게 되는 것이다.

그리고 변속 수단인 복합 유성기어셋트(6)는 3개의 선기어(14)(16)(18)를 보유하는 것으로서, 상기 제1 선기어(14)는 제1 피니온(20)와 치합되고, 상기 제1 피니온(20)에 치합되는 제2 피니온(22)은 제2 선기어(16)와 치합되며, 상기 제2 피니온(22)과 치합되는 제3 피니온(24)은 제3 선기어(18)와 치합됨과 동시에 그 외측으로 링기어(26)가 치합되는 구조로 조합을 이루게 된다.

즉, 3개의 선기어(14)(16)(18)와 3개의 피니온(20)(22)(24), 1개의 링기어(26)를 보유하는 복합 유성기어셋트로서, 상기 제1, 2, 3 피니온(20)(22)(24)은 하나의 유성 캐리어(28)에 의하여 지지됨으로써, 5개의 작동요소를 보유하게 된다.

그리고 상기 유성 캐리어(28)와 제3 선기어(18), 제2 선기어(16)는 각각 제1, 2, 3 마찰부재(30)(32)(34)에 의하여 터어빈(4)과 직결되는 입력축(38)과 가변적으로 연결되어 각각 선택적으로 입력요소로 작용하게 된다.

또한, 상기 제1 선기어(14)와 유성 캐리어(28)는 제4, 5 마찰부재(40)(42)를 통해 변속기 하우징(44)에 가변적으로 연결되어 각각 선택적으로 반력요소로 작용하게 되며, 링기어(26)는 일측으로 출력기어(46)가 배치되어 출력요소로 작용하게 된다.

즉, 상기와 같은 복합 유성기어셋트의 구성은 1개의 더블 피니온 유성기어셋트(제2 선기어에 치합되는 구성)에 2개의 싱글 피니온 유성기어셋트(제1, 3 선기어에 각각 치합되는 구성)를 조합한 것과 동일한 것이다.

상기에서 제1, 2, 3 마찰부재(30)(32)(34)는 클러치 수단으로서, 통상의 다판 클러치가 사용될 수 있으며, 제4, 5 마찰부재는 브레이크 수단으로서, 통상의 밴드 브레이크가 사용될 수 있다.

이와 같이 이루어지는 기어 트레인의 변속 과정을 도2와 도 3을 보면서 살펴보면, 먼저, 상기 복합 유성기어셋트(6)의 작동을 레버 방식으로 해석하기 위한 레버(L)상의 각 노드는 도3에서와 같이 제1노드(N1)가 제1 선기어(14), 제2노드(N2)가 제3 선기어(18), 제3노드(N3)가 유성 캐리어(28), 제4노드(N4)가 링기어(26), 제5 노드(N5)가 제2 선기어(16)로 설정된다.

상기 노드에 대한 요소는 복합 유성기어셋트의 조합에 의하여 설정되는 것으로서, 이에 관련되는 기술은 공지이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

[전진 1속]

이러한 점을 고려하여 전진 1속의 작동 과정을 설명하면, 제1속에서는 트랜스밋션 제어유닛의 제어에 의하여 제3 마찰부재(34)와 제5 마찰부재(42)가 작동 제어된다.

그러면 엔진(2)에 의하여 회전하는 입력축(38)의 동력은 제3 마찰부재(34)의 작동에 의하여 제2 선기어(16)로 입력되고, 제5 마찰부재(42)에 의하여 유성 캐리어(28)가 반력요소로 작용하면서 변속이 이루어져 제1속의 변속이 이루어지게 되는 것이다.

이러한 변속 과정을 가시적으로 도 3을 보면서 살펴보면, 입력요소인 제2 선기어(16)의 제5노드(N5)로 입력되는 제1 입력 속도선(S1)과, 반력요소인 유성 캐리어(28)의 제3노드(N3)를 연결하는 직선(L1)을 출력요소인 링기어(26)의 제4노드(N4)와 가장 가깝게 연결하는 선이 제1속의 출력 속도선(D1)이 되는 것이다.

즉, 이는 입력 회전수 보다 출력 회전수가 아주 작아지게 되어 제1 속의 변속비로 감속이 이루어짐을 알 수 있다.

[전진 2속]

상기와 같은 제1 속의 상태에서 차속과 스로틀 개도가 증가하면 트랜스밋션 제어유닛에서는 제1 속의 상태에서 제5 마찰부재(42)의 작동을 해제하고, 제4 마찰부재(40)를 작동시키게 된다.

그러면 제1속에서의 입력이 이루어지는 상태에서 반력요소가 제4 마찰부재(40)의 작동에 의하여 유성 캐리어(28)에서 제1 선기어(14)로 변환되면서 제2 속의 변속이 이루어지게 되는 것이다.

이러한 제2 속의 변속 과정을 가시적으로 도 3을 보면서 살펴보면, 입력요소인 제2 선기어(16)의 제5노드(N5) 제1 입력 속도선(S1)과, 반력요소인 제1 선기어(14)의 제1노드(N1)를 연결하는 직선(L2)을 출력요소인 링기어(26)의 제4노드(N4)와 가장 가깝게 연결하는 선이 제2 속의 출력 속도선(D2)이 되면서 제1속 보다는 빠른 속도로 출력이 이루어지게 된다.

[전진 3속]

상기와 같은 제2 속의 상태에서 차속과 스로틀 개도가 증가되면 트랜스밋션 제어유닛에서는 제2속의 상태에서 제4 마찰부재(40)의 작동을 해제함과 동시에 제1 마찰부재(30)를 작동 제어한다.

그러면 제1, 3 마찰부재(30)(34)의 작동에 의하여 2개의 작동요소(16)(28)로 입력이 동시에 이루어지게 되는 바, 유성기어셋트의 특성상 직결의 상태가 되면서 변속이 이루어지게 된다.

이러한 제3 속의 변속 과정을 가시적으로 도 3을 보면서 살펴보면, 제1, 3 마찰부재(30)(34)의 작동에 의하여 제2 선기어(16)와 유성 캐리어(28)로 입력되는 것에 의하여 제5, 3노드(N5)(N3)로 입력되는 제1, 2 입력 속도선(S1)(S2)을 연결하는 직선(L3)을 출력요소인 링기어(26)의 제4노드(N4)와 가장 가깝게 연결하는 선이 제3 속의 출력 속도선(D3)이 되는 것이다.

[전진 4속]

상기와 같은 제3속의 상태에서 차속과 스로틀 개도가 더욱 증대되면, 트랜스밋션 제어유닛에서는 제3속에서 작동하고 있던 제3 마찰부재(34)의 작동은 해제하고, 제4 마찰부재(40)를 작동 제어하게 된다.

그러면 입력이 제1 마찰부재(30)의 작동에 의하여 유성 캐리어(28)를 통해 이루어지고, 제4 마찰부재(40)의 작동에 의하여 제1 선기어(14)가 반력요소를 작용하면서 제4 속의 변속이 이루어지게 되는 것이다.

이러한 제4 속의 변속 과정을 가시적으로 도 3을 보면서 살펴보면, 입력요소인 유성 캐리어(28)의 제3노드(N3) 제2 입력 속도선(S2)과 반력요소인 제1 선기어(14)의 제1노드(N1)를 연결하는 직선(L4)와 출력요소인 링기어(26)의 제4노드(N4)를 가장 가깝게 연결하는 선이 제4 속의 출력선(D4)이 되는 것이다.

[전진 5속]

상기와 같은 제4속의 상태에서 차속과 스로틀 개도가 더욱 증대되면, 트랜스밋션 제어유닛에서는 제4속에서 작동하고 있던 제1 마찰부재(30)의 작동은 해제하고, 제2 마찰부재(32)를 작동 제어하게 된다.

그러면 입력이 제2 마찰부재(32)의 작동에 의하여 제3 선기어(18)를 통해 이루어지고, 제4 마찰부재(40)의 작동에 의하여 제1 선기어(14)가 반력요소를 작용하면서 제5 속의 변속이 이루어지게 되는 것이다.

이러한 제 5속의 변속 과정을 가시적으로 도 3을 보면서 살펴보면, 입력요소인 제3 선기어(18)의 제2노드(N2) 제3 입력 속도선(S3)과 반력요소인 제1 선기어(14)의 제1노드(N1)를 연결하는 직선(L5)와 출력요소인 링기어(26)의 제4노드(N4)를 가장 가깝게 연결하는 선이 제5 속의 출력선(D5)이 되는 것이다.

[후진]

그리고 운전자가 후진을 위하여 셀렉터 레버를 후진 레인지(R)로 변환시키면 제2 마찰부재(32)와 제5 마찰부재(42)를 작동 제어한다.

그러면 제2 마찰부재(32)의 작동으로 제3 선기어(18)를 통해 입력이 이루어지고, 제5 마찰부재(42)의 작동으로 유성 캐리어(28)가 반력요소로 작용하면서 후진 변속이 이루어지게 된다.

즉, 도 3에서와 같이, 입력요소인 제3 선기어(18)의 제2노드(N2) 제3 입력 속도선(S3)과, 반력요소인 유성 캐리어(28)의 제3노드(N3)를 연결하는 직선(L6)과 출력요소인 링기어(26)의 제4노드(N4)를 가장 가깝게 연결하는 선이 후진 출력 속도선(R)이 되는 것이다.

[제2 실시예]

도 4는 본 발명에 의한 제2 실시예의 기어 트레인 구성도로서, 이는 상기 제1 실시예에 있어서, 제1 선기어(14)와 입력축(38) 사이에 제6 마찰부재(48)를 배치한 것이다.

이에 따라 이의 제2 실시예에서는 전진 1속부터 전진 5속까지의 변속은 제1 실시예와 동일하게 이루어지고, 후진에서만 그 작동 과정이 약간 상이하다.

즉, 후진에서는 도 5에서와 같이 제2 마찰부재(32)와 제4 마찰부재(42)가 작동하던 제1 실시예에서와는 달리 제5 마찰부재(22)와 제6 마찰부재(48)을 작동 제어하게 된다.

그러면 제1 선기어(14)를 통해 입력이 이루어지고, 유성 캐리어(28)가 반력 요소로 작용함으로써, 후진이 이루어지도록 한 것이다.

이에 따라 도3에서와 같이 제1 노드(N1)와 제3노드(N3)를 연결하는 은선(L6')와 제4노드(N4)를 가장 가깝게 연결하는 선(R')가 후진 출력이 된다.

즉, 이의 제2 실시예에서는 후진 변속비가 제1 실시예의 변속비 보다 작게 이루어지게 되는 것이다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 3개의 선기어를 이용한 유성기어의 조합으로 5속의 변속을 구현하여 동력 성능 및 연비를 향상시킴으로써, 엔진의 출력을 효과적으로 이용할 수 있는 발명인 것이다.

Claims (2)

1. 엔진으로부터 출력되는 회전 동력의 토오크를 변환하여 입력축(2)으로 전달하는 발진수단(4)과; 상기 발진수단(4)에 입력축을 통하여 제1, 2, 3선기어(14, 16, 18)가 가변적으로 연결되고, 제1선기어(14)에 제1피니온(20)이 치합되고, 제1피니온에 치합되는 제2피니온(22)에 제2선기어(16)가 치합되며, 제2피니온에 치합되는 제3피니온(24)에 제3선기어(18)가 치합됨과 동시에 제3선기어의 외측에 링기어(26)가 치합되며, 상기 제1, 2, 3피니온은 하나의 유성 캐리어(28)에 의하여 지지되는 구조로 이루어지는 변속 수단과; 상기 변속수단에 형성되는 작동요소 중 유성 캐리어(28)를 입력축과 가변적으로 연결하는 제1마찰부재(30)와, 제3선기어(18)를 입력축과 가변적으로 연결하는 제2마찰부재(32)와, 제2선기어(16)를 입력축과 가변적으로 연결하는 제3마찰부재(34)로 이루어지는 클러치 수단과; 상기 변속수단에 형성되는 작동요소 중 제1선기어(14)를 변속기 하우징(44)과 선택적으로 연결하는 제4마찰부재(40)와, 상기 유성 캐리어(28)를 변속기 하우징과 선택적으로 연결하는 제5마찰부재(42)로 이루어지는 브레이크 수단; 을 포함하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 제1선기어(14)는 선택적인 입력요소로 작용할 수 있도록 제4마찰부재(40)를 통하여 변속기 하우징(44)에 선택적으로 연결되는 동시에 제6마찰부재(48)를 개재시켜 입력축(2)에 가변적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인.