KR100260149B1 - 차량용 무단 변속장치 - Google Patents

Abstract

간단한 구성으로 무단 변속영역의 폭을 크게 할 수 있도록 하여 엔진의 동력을 효과적으로 이용할 수 있도록 함으로써, 동력성능을 향상시키며, 벨트가 분담하는 하중을 양분시켜 분담토록 함으로써, 내구성을 향상시킬 수 있는 차량용 무단 변속장치를 제공할 목적으로; 엔진으로부터 출력되는 회전동력의 토오크 변환을 이루는 발진수단과; 복합유성기어셋트로 이루어져 상기 발진수단의 출력측단에 배치되며, 마찰부재의 선택적인 작동에 의하여 차량의 전진 3속 후진 1속의 변속을 행하는 변속수단과; 상기 변속수단을 형성하는 복합 유성기어셋트에 직결되는 구동풀리와, 상기 제1축과 소정의 간격을 두고 배치되는 제2축상에 배치되는 종동풀리와, 상기 양풀리를 연결하여 주는 벨트로 이루어지는 무단 변속수단과; 를 포함하여 이루어지는 차량용 무단 변속장치를 제공한다.

Description

차량용 무단 변속장치

본 발명은 차량용 무단 변속장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 간단한 구성으로 무단 변속영역의 폭을 크게 할 수 있도록 하여 엔진의 동력을 효과적으로 이용할 수 있도록 함으로써, 동력성능을 향상시키며, 벨트가 분담하는 하중을 양분시켜 분담토록 함으로써, 내구성을 향상시킬 수 있는 차량용 무단 변속장치에 관한 것이다.

차량의 변속장치는 엔진의 구동력을 구동륜에 전달하는 기능을 갖고 있는데, 이러한 변속장치에는 운전자의 의지대로 직접 변속단을 선택하는 수동 변속장치와, 차량의 주행조건에 따라 자동적으로 변속이 이루어지는 자동 변속장치와, 각 변속단 사이에 특정한 변속 영역이 없이 무단으로 연속적인 변속이 이루어지는 무단 변속장치로 대별된다.

상기와 같은 변속장치에 있어서, 본 발명은 유압을 이용하는 자동 변속장치의 단점을 보완하여 연비 및 동력 전달성능, 그리고 중량면에서 큰 장점을 갖는 무단 변속장치에 관계한다.

이러한 종래의 무단 변속장치는 대개 벨트와 직경이 가변되는 풀리를 이용하는 것이 일반적이다.

그러나 종래의 무단 변속장치에 있어서는 대개 하나의 무단 변속수단을 이용함으로써, 그 무단 변속영역이 크게 한정되어 엔진의 동력을 효과적으로 이용하지 못한다는 문제점을 내포하고 있다.

또한, 모든 회전 동력의 하중이 하나의 벨트에 의하여 전달됨으로써, 이에 따른 벨트의 수명이 단축됨은 물론 내구성을 크게 기대할 수 없다는 문제점을 내포하고 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 간단한 구성으로 무단 변속영역의 폭을 크게 할 수 있도록 하여 엔진의 동력을 효과적으로 이용할 수 있도록 함으로써, 동력성능을 향상시키며, 벨트가 분담하는 하중을 양분시켜 분담토록 함으로써, 내구성을 향상시킬 수 있는 차량용 무단 변속장치를 제공함에 있다.

이를 실현하기 이하여 본 발명은 엔진으로부터 출력되는 회전동력의 토오크 변환을 이루는 발진수단과; 복합유성기어셋트로 이루어져 상기 발진수단의 출력측단에 배치되며, 마찰부재의 선택적인 작동에 의하여 차량의 전진 3속 후진 1속의 변속을 행하는 변속수단과; 상기 변속수단을 형성하는 복합 유성기어셋트에 직결되는 구동풀리와, 상기 제1축과 소정의 간격을 두고 배치되는 제2축상에 배치되는 종동풀리와, 상기 양풀리를 연결하여 주는 벨트로 이루어지는 무단 변속수단과; 를 포함하여 이루어지는 차량용 무단 변속장치를 제공한다.

제1도는 본 발명에 의한 제1 실시예의 구성도,

제2도는 본 발명에 적용되는 무단 변속수단의 단면도,

제3도는 본 발명에 적용되는 마찰부재의 작동도,

제4도는 본 발명에 적용되는 변속수단의 작동을 레버 해석법으로 설명을 위한 도면,

제5도는 본 발명에 의한 제2 실시예의 구성도,

제6도는 본 발명에 의한 제3 실시예의 구성도,

제7도는 본 발명에 의한 제4 실시예의 구성도이다.

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

제1도는 본 발명에 의한 실시예의 구성도로서, 이는 발진수단(4)으로 토오크 컨버터를 적용한 예를 도시한 것이다.

상기 토오크 컨버터는 엔진(2)의 크랭크축에 직결되어 회전하는 펌프 임펠러(6)와; 이 펌프 임펠러(6)와 대향 배치되어 분출되는 오일에 의하여 함께 회전하는 터어빈 런너(8)와; 이들 펌프 임펠러(6)와 터어빈 런너(8) 사이에 배치되어 오일의 흐름을 바꾸어 주어 펌프 임펠러(6)의 회전력을 증가시켜 주는 스테이터(10)를 포함하여 이루어진다.

이에 따라 엔진이 회전을 하면 상기 토오크 컨버터(4)내에 충진된 오일이 펌프 임펠러(6)에서 분출되어 터어빈 런너(8)로 공급되면서 터어빈 런너(8)를 구동시킨 다음 스테이터(10)로 유입된다.

또한, 상기 스테이터(10)로 유입된 오일은 그 방향을 바꾸어 다시 펌프 임펠러(6)로 유입되는 작용을 반복하게 되는데, 이때 스테이터(10)의 회전에 의하여 스테이터(10)가 분담하는 터어빈 런너(8)의 회전력과 펌프의 회전력과의 사이에 차이가 생겨 토오크 변환이 이루어지게 되는 것이다.

그리고 상기 발진수단(2)을 통해 출력되는 회전동력은 입력축(12)상에 배치되는 변속수단(14)으로 전달되어 변속이 이루어지게 된다.

상기 변속수단(14)은 더블 피니온 유성기어셋트와 싱글 피니언 유성기어셋트를 조합하되, 유성캐리어(16)와 링기어(18)를 공유하는 래비뉴타입의 복합유성기어 셋트로 이루어진다.

이에 따라 상기 변속수단(14)의 제1, 2 선기어(20)(22)는 상기 입력축(12)과 제1, 2 마찰부재(24)(26)를 개재시켜 가변적으로 연결되어 선택적인 입력요소로 작용하며, 상기 제2 선기어(22)와 유성 캐리어(16)는 제3, 4 마찰부재(28)(30)을 개재시켜 변속기 하우징(32)과 가변적으로 연결되어 선택적인 반력요소로 작용하게 된다.

그리고 링기어(18)는 출력요소로 작용하게 되는데, 이의 링기어(18)는 후술하는 무단변속수단(34)을 형성하는 구동풀리(36)의 고정쉬이브(38)와 일체로 형성된다.

상기에서 제1,2 마찰부재(24)(26)는 클러치 수단으로 다판 클러치가 사용되며, 제3,4 마찰부재(28)(30)는 브레이크 수단으로 밴드 브레이크가 사용될 수 있다.

상기 변속수단(14)에 연결되는 무단 변속수단(34)은 상기 변속수단(14)의 유성 캐리어(16)에서 연장되는 제1축(40)상에 회전 간섭됨이 없이 배치되는 구동풀리(36)와, 상기 1축(40)과 소정의 간격을 두고 평행하게 배치되는 제2축(42)상에 배치되는 종동풀리(44)와, 상기 구동 및 종동풀리(36)(44)를 상호 연결하여 주는 벨트(46)를 포함하여 이루어지는데, 상기 구동 및 종동풀리(36)(44)는 엔진의 구동력에 의하여 생성되는 유압에 의하여 상호 상반된 유압을 받으면서 직경이 가변되는 구성을 갖는다.

이러한 구동 및 종동풀리(36)(44)의 구성을 살펴보면 도 2에서와 같이, 상기 구동풀리(36)는 고정측 쉬이브(38)와 가변측 쉬이브(48)로 이루어지는데, 고정측 쉬이브(38)는 상기 변속수단(14)의 링기어(18)와 일체로 형성되며, 가변측 쉬이브(48)는 중공축으로 이루어지는 상기 고정측 쉬이브(38)의 중심축(50)상에서 좌우 이동할 수 있는 상태로 결합되고 있다.

그리고 상기 가변측 쉬이브(48)측에는 케이싱 부재(52)가 설치되어 이들 사이에 유압 쳄버(54)를 형성하고 있으며, 이 유압쳄버(54)는 중심축상에 형성된 유로(56)를 통하여 엔진의 구동력에 의해 생성되는 압력유체가 공급될 수 있도록 되어 있다.

그리고 종동풀리(44)는 상기와 마찬가지로 고정측 쉬이브(58)와 가변측 쉬이브(60)로 이루어지되, 상기 고정측 쉬이브(58)가 제2축(42)과 일체로 형성되고, 가변측 쉬이브(60)는 상기 제2축(42)상에서 좌우 이동할 수 있도록 결합된다.

또한, 이의 가변측 쉬이브(60)에는 케이싱 부재(62)가 개재되어 유압쳄버(64)를 형성하고 있으며, 상기 유압쳄버(64)에는 제2축(42)에 형성된 유로(66)를 통하여 엔진의 구동력에 의해 생성되는 압력유체가 공급될 수 있도록 되어 있다.

따라서 변속수단(14)으로 변속된 회전 동력이 전달되면 무단 변속이 이루어지면서 출력이 이루어지게 되는 것이다.

그리고 도 1에서는 제2축(42)이 출력축을 겸하여 전륜 또는 후륜 구동기구를 통해 구동륜을 구동하게 되는 것이다.

이와 같이 이루어지는 본 발명의 무단 변속장치에 의하면, 발진수단(4)으로 부터 회전동력이 변속수단(14)으로 전달되면, 이의 변속수단(14)에서는 마찰부재(24)(26)(28)(30)의 선택적인 작동에 의하여 전진3속과 후진1 속의 변속을 이루게 된다.

즉, 상기와 같이 이루어지는 본 발명의 변속수단은 도 3의 마찰요소 작동표와 같이 마찰요소가 작동하면서 변속이 이루어지게 되는데, 이의 작동요소표와 도 4의 레버 해석표를 보면서 변속과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 변속수단(14)의 유성기어 셋트 작동을 레버방식으로 해석하기 위하여는 레버(L)상의 제1노드(N1)는 제1 선기어(22), 제2노드(N2)는 유성 캐리어(16), 제3노드(N3)는 링기어(18), 제2 선기어(20)로 설정됨을 전제한다.

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

이러한 점을 고려하여 전진 1속의 작동과정을 설명하면, 제1속에서는 제1,4 마찰부재(24)(30)가 작동 제어된다.

그러면 엔진(2)에 의하여 회전하는 입력축(12)의 동력은 제1 마찰부재(24)의 작동에 의하여 제1 선기어(20)로 입력되며, 제4 마찰부재(30)의 작동에 의하여 유성캐리어(16)가 반력요소로 작용하면서 제1 속의 변속이 이루어져 출력요소인 링기어(18)를 통해 출력이 이루어지게 된다.

이러한 변속과정을 가시적으로 도 4를 보면서 살펴보면, 제4노드(N4)로 입력되는 제1 입력 속도선(S1)과, 반력요소로 작용하는 제2노드(N2)를 연결하는 직선(L1)을 출력요소인 제3노드(N3)와 가장 가깝게 연결하는 선이 제1 속의 출력 속도선(D1)이 되는 것이다.

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

상기와 같은 제1 속의 상태에서 차속과 스로틀 개도가 증가하면 트랜스 제어 유닛에서는 제1 속의 상태에서 제4 마찰부재(30)의 작동은 해제하고 제3 마찰부재(28)를 작동시키게 된다.

제1속과 같은 입력의 상태에서 제3 마찰부재(28)의 작동에 의하여 제2 선기어(22)가 반력요소로 작용하면서 제2 속의 변속이 이루어지게 된다.

이러한 제2 속의 변속과정을 가시적으로 도 4를 보면서 살펴보면, 제4노드(N4)의 제1 입력 속도선(S1)과, 반력요소로 작용하는 제1노드(N1)를 연결하는 직선(L2)을 출력요소인 제3노드(N3)와 가장 가깝게 연결하는 선이 제2 속의 출력 속도선(D2)이 되면서 제1속 보다는 빠른속도로 출력이 이루어지게 된다.

상기와 같은 제2 속의 상태에서 차속과 스로틀 개도가 증가되면 트랜스밋션 제어 유닛에서는 제3 마찰부재(28)의 작동을 해제하고, 제2 마찰부재(26)를 작동시키게 된다.

그러면 제2 속의 입력의 상태에서 제2 마찰부재(26)에 의하여 제2의 입력이 이루어지게 되어 2개의 입력요소로 갖게 되므로, 유성기어 셋트의 특성상 직결의 상태가 되면서 제3 속의 변속이 이루어지게 된다.

이러한 제3 속의 변속과정을 가시적으로 도 4를 보면서 살펴보면, 제4노드(N4)로 입력되는 제1 입력 속도선(S1)과, 또 다른 입력요소로 작용하는 제1노드(N1)의 제2 입력 속도선(S2)를 연결하는 직선(L3)을 출력요소인 제3노드(N3)와 가장 가깝게 연결하는 선이 제3 속의 출력 속도선(D3)이 되는 것이다.

그리고 운전자가 후진을 위하여 셀렉터 레버를 후진 레인지(R)로 변환시키면 제2 마찰부재(26)와 제4 마찰부재(30)를 작동 제어한다.

그러면 제2 마찰부재(26)의 작동으로 제2 선기어(22)를 통해 입력이 이루어지고, 이와 동시에 제2 마찰부재(30)의 작동에 의하여 유성캐리어(16)가 반력요소로 작용하게 되면서 후진 변속이 이루어져 출력요소인 링기어(18)를 통해 출력이 이루어지게 된다.

즉, 도 4에서와 같이, 제1노드(N1)의 제2 입력 속도선(S2)과, 반력요소로 작용하는 제2노드(N2)를 연결하는 직선(L4)을 출력요소인 제3노드(N3)와 가장 가깝게 연결하는 선이 후진 출력 속도선(R)이 되는 것이다.

상기와 같은 과정으로 변속수단(14)에 변속된 회전동력은 다시 무단 변속수단으로 입력되어 무단 변속이 이루어지게 되는데, 무단 변속수단(34)에서의 무단 변속은 구동풀리(36)와 종동풀리(44)의 외경변화에 따라 변속이 이루어지게 된다.

그의 회전속도 변화조건은, 첫째, 구동풀리(36)와 종동풀리(44)의 외경이 동일할 때와, 둘째 구동풀리(36)의 외경이 종동풀리(44)의 직경 보다 큰 경우와, 셋째 구동풀리(36)의 직경이 종동풀리(44)의 직경보다 작은 경우로 나누어 생각할 수 있다.

첫째 조건으로 구동 및 종동풀리(36)(44)의 외경이 동일한 경우에는 1 : 1의 변속비를 갖게 된다.

그리고 둘째로 구동풀리(36)의 외경이 종동풀리(44)의 직경 보다 큰 경우에는 구동풀리(36)의 회전수 보다 종동풀리(44)의 회전수가 커지기 때문에 증속이 이루어지게 되며, 셋째 구동풀리(36)의 외경이 종동풀리(44)의 직경 보다 작아지는 경우에는 구동풀리(36)의 회전수가 종동풀리(44)의 회전수 보다 작아지기 때문에 감속이 이루어지게 되는 것이다.

이러한 작용으로 주행 레인지에서는 출발싯점부터 고속 주행까지 변속단 구분이 없는 점진적인 변속이 이루어지게 되는 것이며, 이와 같이 변속된 회전동력은 제2축(42)을 통해 출력이 이루어지게 된다.

이때 제1 실시예에서는 종치 엔진의 후륜 구동을 위한 레이아웃이다.

그리고 도 5는 본 발명에 의한 제2 실시예를 도시한 것으로서, 이는 제1 실시예와는 달리 종치 전륜 구동차량을 위한 것으로서, 이는 제2축(42) 단부의 출력기어(70)를 베벨기어로 형성하여 이에 차폭방향으로 배치되는 트랜스퍼 샤프트(72)를 연결하고, 이의 트랜스퍼 샤프트(74)의 타단부에 전륜 구동기구(76)를 배치한 것이다.

도 6은 본 발명에 의한 제3 실시예를 도시한 것으로서, 이는 상기 제2 실시예에서와 같이 전륜 구동차량에 적용하되, 횡치 엔진에 적용할 수 있는 것으로서, 제2축(42) 단부의 출력기어(70)를 스퍼어 기어로 형성하여 이에 차폭방향으로 배치되는 트랜스퍼 샤프트(72)를 연결하고, 이의 트랜스퍼 샤프트(74)의 타단부에 전륜 구동기구(76)를 배치한 것이다.

도 7은 본 발명에 의한 제4 실시예를 도시한 것으로서, 이는 상기 제3 실시예에서, 전륜 구동을 위한 일측 구동축(78)상에 스퍼어 기어로 이루어지는 트랜스퍼 기어(8)를 배치하고, 이 트랜스퍼 기어(80)에 차폭방향으로 배치되는 또 다른 트랜스퍼 샤프트(82)를 연결하고, 이의 단부에 이의 샤프트(82)와 직교하는 방향으로 배치되어 후륜으로 동력을 전달할 수 있는 드라이브 샤프트(84)로 이루어지는 후륜 구동력 전달기구(86)를 배치하였다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 간단한 구성으로 무단 변속영역의 폭을 크게 할 수 있도록 하여 엔진의 동력을 효과적으로 이용할 수 있도록 함으로써, 동력성능을 향상시키며, 벨트가 분담하는 하중을 양분시켜 분담토록 함으로써, 내구성을 향상시킬 수 있는 발명인 것이다.

Claims (5)

1. 엔진으로부터 출력되는 회전동력의 토오크 변환을 이루는 발진수단과; 더블 피니온 유성기어셋트와 싱글 피니언 유성기어셋트를 조합하여, 유성캐리어와 링기어를 공유하도록 조합하는 복합 유성기어셋트로 이루어져 상기 발진수단의 출력측단에 배치되며, 마찰부재의 선택적인 작동에 의하여 차량의 전진3속 후진1속의 변속을 행하는 변속수단과; 상기 변속수단의 출력요소인 상기 링기어와 일체로 형성된 상태에서 제1축상에 배치되어 상기 엔진으로부터 공급되는 유압에 의하여 직경이 가변되는 구동풀리와, 상기 제1축과 소정의 간격을 두고 배치되고 후륜 구동을 위한 드라이브 샤프트로 이용되는 제2축 상에 배치되어 상기 엔진으로부터 공급되는 유압에 의하여 상기 구동풀리와 상반된 직경 변환이 이루어지는 종동풀리와, 상기 풀리들을 상호 연결하여 주는 벨트를 구비하는 무단 변속수단을 포함하고; 상기 복합 유성기어셋트는 상기 변속수단을 형성하는 것으로, 이의 제1,2선 기어는 입력축과, 제1,2마찰부재를 개재시켜 가변적으로 연결되어 선택적인 입력요소로 작용하며, 상기 제2선기어와 유성 캐리어는 제3,4마찰부재를 개재시켜 변속기 하우징과 가변적으로 연결되어 선택적인 반력요소로 작용하고, 상기 링기어는 출력요소로 작용토록 하되, 상기 무단 변속수단을 형성하는 구동풀리의 고정쉬이브와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 무단 변속장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1,2마찰부재는 클러치 수단으로 다판 클러치가 사용되며, 상기 제3,4마찰부재는 브레이크수단으로 밴드 브레이크가 사용됨을 특징으로 하는 차량용 무단 변속장치.
3. 제1항에 있어서, 종치 전륜 구동차량을 위하여 상기 제2축 단부에 베벨기어로 이루어지는 출력기어를 배치하여 이에 차폭방향으로 배치되는 트랜스퍼 샤프트를 연결하고, 상기 트랜스퍼 샤프트의 타단부에 전륜 구동기구를 배치한 차량용 무단 변속장치.
4. 제1항에 있어서, 횡치 전륜 구동차량을 위하여 상기 제2축 단부에 스퍼어 기어 이루어지는 출력기어를 배치하여 이에 차폭방향으로 배치되는 트랜스퍼 샤프트를 연결하고, 상기 트랜스퍼 샤프트의 타단부에 전륜 구동기구를 배치함을 특징으로 하는 차량용 무단 변속장치.
5. 제1항 또는 제4항에 있어서, 4륜 구동을 위하여 전륜 구동을 위한 일측 구동축 상에 스퍼어 기어로 이루어지는 트랜스퍼 기어를 배치하고, 상기 트랜스퍼 기어에 차폭방향으로 배치되는 다른 트랜스퍼 샤프트를 연결하고, 이의 단부에 이의 샤프트와 직교하는 방향으로 배치되어 후륜으로 동력을 전달할 수 있는 드라이브 샤프트로 이루어지는 후륜 구동력 전달기구를 배치함을 특징으로 하는 차량용 무단 변속장치.