KR100273514B1 - 자동변속기용 파워 트레인 - Google Patents

Abstract

유성기어 셋트의 개수를 감소시킴과 동시에 적은 개수의 마찰요소를 사용하여 전진 5속과 후진 1속을 구현하면서 자동변속기의 소형화를 추구하기 위하여, 토오크 컨버터의 터어빈으로부터 엔진의 회전 동력을 전달받아 회전하는 입력축, 이 입력축의 회전 동력이 전달되는 개수에 따라 입력에 대한 출력의 회전수를 조절하는 싱글 피니언 유성기어 셋트, 선기어가 변속기 하우징에 고정적으로 연결되고 상기 싱글 피니언 유성기어 셋트의 요소에 가변적으로 연결되는 요소와 변속기 하우징에 고정 및 가변적으로 연결되는 요소를 구비하여 싱글 피니언 유성기어 셋트로 부터 전달되는 동력에 따라 변속을 행하여 싱글 피니언 유성기어 셋트로 전달하는 더블 피니언 유성기어 셋트, 상기한 입력축의 회전 동력을 싱글 피니언 유성기어 셋트를 통하여 더블 피니언 유성기어 셋트의 한 요소 및 그 이상의 요소로 전달하는 작용을 하도록 2유성기어 셋트의 각 요소사이에 가변적으로 설치되어 각 요소들을 가변적으로 연결하는 클러치 수단, 상기한 더블 피니언 유성기어 셋트의 1요소와 변속기 하우징 사이 및 더블 피니언 유성기어 셋트의 2요소 사이에 가변적으로 설치되어 이 더블 피니언 유성기어 셋트를 일체로 정지되게 하는 브레이크 수단, 상기 클러치 수단과 브레이크 수단의 작동으로 변속을 행할 때 싱글 피니언 유성기어 셋트로 전달되는 입력축의 회전 동력의 개수를 결정하도록 싱글 피니언 유성기어 셋트의 2요소와 입력축 사이에 독립적으로 설치되는 클러치 수단을 포함하는 자동변속기용 파워 트레인.

Description

자동변속기용 파워 트레인

본 발명은 차량용 자동 변속장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단순 유성기어 셋트 2개를 사용하여 전진 5속과 후진 1속을 실현하여 자동변속기의 소형화를 추구하는 자동변속기용 파워 트레인에 관한 것이다.

일반적으로 차량용 자동 변속장치는 차량의 주행 속도와 엔진 부하의 변동에 따라 변속비를 자동으로 제어하는 트랜스밋션 제어 유닛(TCU)을 구비하고 있다.

상기한 트랜스밋션 제어 유닛(TCU)은 기어 트레인에 설치된 다수개의 마찰요소들을 작동 또는 비작동 상태로 제어하여 유성기어 셋트의 3요소(즉, 선기어, 유성 캐리어, 링기어) 중 어느 한 요소를 입력요소로 하고, 다른 요소를 반력요소로 제어하여 출력단의 회전수를 조절한다.

실질적으로 전진 5속과 후진 1속의 변속비를 출력할 수 있는 파워 트레인은 최소한 주변속부를 구성하는 2개의 유성기어 셋트와 부변속부를 구성하는 1개의 유성기어 셋트를 구비하고, 이 유성기어 셋트들을 작동시키는 6,7개의 마찰요소를 사용하고 있다.

그러므로 상기와 같은 자동변속기용 파워 트레인은 많은 유성기어 셋트를 사용하고, 이로 인하여 많은 마찰요소를 사용하여야 하기 때문에 자동변속기 소형화의 한계점을 유발시킨다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 극복하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 유성기어 셋트의 개수를 감소시킴과 동시에 적은 개수의 마찰요소를 사용하여 전진 5속과 후진 1속을 구현하면서 자동변속기의 소형화를 추구할 수 있는 자동변속기용 파워 트레인을 제공하는 데 있다.

그리고 본 발명의 구체적인 목적은 싱글 피니언 유성기어 셋트의 유성 캐리어와 링기어를 더블 피니언 유성기어 셋트의 링기어에 각각 가변 연결하고, 싱글 피니언 유성기어 셋트의 선기어와 더블 피니언 유성기어 셋트의 유성 캐리어를 가변 연결하며, 전진 5속에서 2유성기어 셋트의 회전요소가 입력축 또는 출력축보다 고속으로 회전하는 것을 방지하고, 전진 5속과 후진 변속단에서 더블 피니언 유성기어 셋트 전체를 일체로 정지시킬 수 있게 하여 자동변속기를 소형화함과 동시에 동력손실을 최소화하는 자동변속기용 파워 트레인을 제공하는 것이다.

이를 실현하기 위하여 본 발명에 따른 자동변속기용 파워 트레인은 토오크 컨버터의 터어빈으로부터 엔진의 회전 동력을 전달받아 회전하는 입력축, 이 입력축의 회전 동력이 전달되는 개수에 따라 입력에 대한 출력의 회전수를 조절하는 싱글 피니언 유성기어 셋트, 선기어가 변속기 하우징에 고정적으로 연결되고 상기 싱글 피니언 유성기어 셋트의 요소에 가변적으로 연결되는 요소와 변속기 하우징에 고정 및 가변적으로 연결되는 요소를 구비하여 싱글 피니언 유성기어 셋트로부터 전달되는 동력에 따라 변속을 행하여 싱글 피니언 유성기어 셋트로 전달하는 더블 피니언 유성기어 셋트, 상기한 입력축의 회전 동력을 싱글 피니언 유성기어 셋트를 통하여 더블 피니언 유성기어 셋트의 한 요소 및 그 이상의 요소로 전달하는 작용을 하도록 2유성기어 셋트의 각 요소사이에 가변적으로 설치되어 각 요소들을 가변적으로 연결하는 클러치 수단, 상기한 더블 피니언 유성기어 셋트의 1요소와 변속기 하우징 사이 및 더블 피니언 유성기어 셋트의 2요소 사이에 가변적으로 설치되어 이 더블 피니언 유성기어 셋트를 일체로 정지되게 하는 브레이크 수단, 상기 클러치 수단과 브레이크 수단의 작동으로 변속을 행할 때 싱글 피니언 유성기어 셋트로 전달되는 입력축의 회전 동력의 개수를 결정하도록 싱글 피니언 유성기어 셋트의 2요소와 입력축 사이에 독립적으로 설치되는 클러치 수단을 포함한다.

상술한 바와 같이 구성된 자동변속기용 파워 트레인은 클러치 수단과 브레이크 수단을 작동 또는 비작동시켜 전진 5속과 후진 1속을 구현하고, 전진 5속에서는 2유성기어 셋트의 회전요소가 입력축 또는 출력축보다 고속으로 회전하는 것을 방지하고, 전진 5속 및 후진 변속단에서는 더블 피니언 유성기어 셋트 전체를 정지시킨다.

이하 본 발명의 바람직한 구성 및 작용을 첨부한 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 관련하는 자동변속기용 파워 트레인의 제1구성도,

제2도는 본 발명에 관련하는 자동변속기용 파워 트레인의 제2구성도,

제3도는 본 발명에 관련하는 자동변속기용 파워 트레인의 제3구성도이다.

도 1은 본 발명에 관련하는 자동변속기용 파워 트레인의 제1구성도로서, 엔진(E)의 회전 동력을 토오크 컨버터(T)에서 토오크 변환시켜 기어 트레인의 입력축(1)으로 전달할 수 있는 구조로 이루어져 있다.

상기에서 입력축(1)은 토오크 컨버터(T)의 터어빈으로부터 토오크를 전달받아서 기어 트레인의 싱글 피니언 유성기어 셋트(3)로 토오크를 전달하고, 이 싱글피니언 유성기어 셋트(3)는 더블 피니언 유성기어 셋트(5)로 변속된 토오크를 전달할 수 있도록 클러치 훅-업(Hook-Up)을 이루고 있다.

즉, 상기 싱글 피니언 유성기어 셋트(3)의 피니언 기어(7)가 설치되는 유성캐리어(9)와 더블 피니언 유성기어 셋트(5)의 링기어(11)사이에는 이들 간의 동력전달 및 차단을 가능케 하는 제1클러치(C1)가 설치되고, 싱글 피니언 유성기어 셋트(3)의 링기어(13)와 더블 피니언 유성기어 셋트(5)의 링기어(11)사이에는 이들간의 동력 전달 및 차단을 가능케 하는 제2클러치(C2)가 설치되며, 싱글 피니언 유성기어 셋트(3)의 선기어(15)와 다른 피니언 기어(17)가 설치되는 더블 피니언 유성기어 셋트(5)의 유성 캐리어(19)사이에는 이들 간의 동력 전달 및 차단을 가능케 하는 제3클러치(C3)가 설치되어 기어 트레인을 구성하고 있다.

한편 상기와 같이 가변 결합구조로 연결되는 2유성기어 셋트(3,5)가 변속을 실현할 때, 이들에 반력을 가할 수 있도록 상기 더블 피니언 유성기어 셋트(5)의 선기어(21)를 변속기 하우징(23)에 고정 연결하고, 이의 유성 캐리어(19)와 변속기하우징(23)사이에는 제1브레이크(B1)가 설치되어 있다.

그리고 상기한 제1,2,3클러치(C1,2,3)와 제1브레이크(B1)를 작동 또는 비작동시켜 전진 5속과 후진 1속의 변속이 가능하도록 입력축(1)과 싱글 피니언 유성기어 셋트(3)의 선기어(15) 사이에는 이들 사이의 동력 전달 및 차단을 가능케 하는 제4클러치(C4)가 설치되고, 싱글 피니언 유성기어 셋트(3)로 2개의 입력을 가할 수 있도록 입력축(1)과 싱글 피니언 유성기어 셋트(3)의 유성 캐리어(9) 사이에는 이들간의 동력 전달 및 차단을 가능케 하는 제5클러치(C5)가 설치되어 있다.

한편 싱글 피니언 유성기어 셋트(5)의 링기어(13)와 일체로 형성되는 트랜스퍼 드라이브 기어(25)는 트랜스퍼 드리븐 기어(미도시)와 기어 결합되어 최종 감속기어를 통하여 차동장치로 변속된 동력을 전달하는 데, 본 구성에서는 그러한 구조는 공지의 것이 사용될 수 있고, 어떠한 구조의 것이 사용되어도 본 발명이 의도하는 목적을 실현할 수 있으므로 생략되었다.

상술한 바와 같이 이루어지는 본 발명의 자동변속기용 파워 트레인은 트랜스 밋션 제어 유닛에 의하여 선택적으로 작동 또는 비작동되는 마찰요소(클러치 및 브레이크)에 의하여 2유성기어 셋트(3,5)의 3요소(선기어, 유성 캐리어, 링기어) 중 하나 이상의 요소를 입력요소로 하고 다른 하나의 요소를 반력요소로 선택하여, 이후 설명하게 되는 전진 5속과 후진 1속의 변속비를 출력하게 된다.

상기 트랜스밋션 제어 유닛은 [표 1] 에 도시된 바와 같이 마찰요소를 작동또는 비작동시킨다.

변속 레버(미도시)를 전진 D레인지로 선택하고 스로틀 밸브의 개도량을 증가시키면, 트랜스밋션 제어 유닛은 기어 트레인이 1속의 변속비를 출력할 수 있도록 제1,3,4클러치(C1,3,4)로 유압을 공급하여 이들 마찰요소를 작동시킨다.

이하에서 제1,2,3,4,5,6클러치(C1,2,3,4,5,6)와 제1브레이크(B1)가 작동한다는 의미는 유압제어 시스템에서 유압이 공급되는 것을 의미한다.

상기한 제1,3,4클러치(C1,3,4)가 작동하게 되면, 싱글 피니언 유성기어 셋트(3)의 유성 캐리어(9)와 더블 피니언 유성기어 셋트(5)의 링기어(11)가 연결되고, 싱글 피니언 유성기어 셋트(3)의 선기어(15)와 더블 피니언 유성기어 셋트(5)의 유성 캐리어(19)가 각각 연결된다.

따라서 더블 피니언 유성기어 셋트(5)의 선기어(21)가 반력요소로 작용하고, 입력축(1)의 회전 동력은 제4클러치(C4)에 의하여 입력요소인 싱글 피니언 유성기어 셋트(3)의 선기어(15)로 전달되어 이를 정회전시키고, 피니언 기어(7)를 통하여 이의 유성 캐리어(9)로 전달되어 이를 정회전시킨다.

이와 동시에 상기 선기어(15)로 전달된 회전 동력은 제3클러치(C3)에 의하여 더블 피니언 유성기어 셋트(5)의 유성 캐리어(19)로 전달되어 이를 정회전시킨다.

이 유성 캐리어(19)로 전달된 회전 동력은 피니언 기어(17)를 통하여 링기어(11)로 전달되어 이 링기어(11)를 정회전시키며, 이 링기어(11)에 제1클러치(C1)로 연결되는 싱글 피니언 유성기어 셋트(3)의 유성 캐리어(9)로 전달되어 이를 정회전시킨다.

상기와 같이 싱글 피니언 유성기어 셋트(3)의 유성 캐리어(9)로 전달되는 회전 동력은 피니언 기어(7)를 통하여 링기어(13)로 전달되어 이와 일체로 형성된 트랜스퍼 드라이브 기어(25)로 전달되어 1속의 변속비를 출력하게 된다.

이러한 1속 상태에서 차속이 증가하게 되면 트랜스밋션 제어 유닛은 제3,4클러치(C3,4)가 작동하는 상태에서 제1클러치(C1)를 비작동시키고 제2클러치(C2)를 작동시키게 된다.

상기와 같은 작용에 의하여 싱글 피니언 유성기어 셋트(3)의 유성 캐리어(9)와 연결되었던 더블 피니언 유성기어 셋트(5)의 링기어(11)가 유성 캐리어(9)와 차단되고 링기어(13)와 연결되므로 더블 피니언 유성기어 셋트(5)의 링기어(11)로 전달되는 회전 동력은 싱글 피니언 유성기어 셋트(3)의 링기어(13)로 전달되면서 싱글 피니언 유성기어 셋트(3)의 피니언 기어(7)를 더 회전시켜, 이 피니언 기어(7)가 더 회전하는 만큼 이 유성기어 셋트(3)의 링기어(13)를 더 회전시킨다.

따라서 상기 싱글 피니언 유성기어 셋트(3)의 링기어(13)로 전달되는 회전동력은 이와 일체로 형성된 트랜스퍼 드라이브 기어(25)로 전달되어 2속의 변속비를 출력하게 된다.

이러한 2속 상태에서 차속이 증가하게 되면 트랜스밋션 제어 유닛은 제2,3클러치(C2,3)가 작동하는 상태에서 제4클러치(C4)를 비작동시키고 제5클러치(C5)를 작동시키게 된다.

상기와 같은 작용에 의하여 싱글 피니언 유성기어 셋트(3)의 유성 캐리어(9)로 전달되는 회전 동력은 이의 피니언 기어(7)를 통하여 링기어(13)로 전달됨과 동시에 선기어(15)와 이에 제3클러치(C3)로 연결된 더블 피니언 유성기어 셋트(5)의 유성 캐리어(19)로 전달되어 이를 정회전시킨다.

이때 더블 피니언 유성기어 셋트(5)의 유성 캐리어(19)로 전달된 회전 동력은 선기어(21)의 반력으로 이의 피니언 기어(17)를 더 회전시키면서 이의 링기어(11)로 전달되어 이를 더 회전시킨다.

이 링기어(11)로 전달된 회전 동력은 제2클러치(C2)로 연결된 싱글 피니언 유성기어 셋트(3)의 링기어(13)로 전달된다.

따라서 상기 싱글 피니언 유성기어 셋트(3)의 링기어(13)로 전달되는 회전동력은 이에 일체로 형성된 트랜스퍼 드라이브 기어(25)로 전달되어 3속의 변속비를 출력하게 된다.

이러한 3속 상태에서 차속이 증가하게 되면 트랜스밋션 제어 유닛은 제3,5클러치(C3,5)가 작동하는 상태에서 제2클러치(C2)를 비작동시키고 제4클러치(C4)를 작동시키게 된다.

상기와 같은 작용에 의하여 싱글 피니언 유성기어 셋트(3)가 록킹되면서 싱글 피니언 유성기어 셋트(3)의 선기어(15)와 유성 캐리어(9)로 전달되는 입력축(1)의 회전 동력은 이의 링기어(13)로 그대로 전달(변속비 1:1)되면서 이에 일체로 형성된 트랜스퍼 드라이브 기어(25)로 전달되어 4속의 변속비를 출력하게 된다.

이러한 4속 상태에서 차속이 증가하게 되면 트랜스밋션 제어 유닛은 제3,5클러치(C3,5)가 작동하는 상태에서 제4클러치(C4)를 비작동시키고 제1브레이크(B1)를 작동시키게 된다.

상기와 같은 작용에 의하여 더블 피니언 유성기어 셋트(5)는 록킹되어 전체적으로 정지되고, 싱글 피니언 유성기어 셋트(5)의 선기어(15)가 반력요소로 작용하여 제5클러치(C5)에 의하여 싱글 피니언 유성기어 셋트(3)의 유성 캐리어(9)로 전달되는 회전 동력은 증속되어 링기어(13)로 전달되어 이에 일체로 형성된 트랜스퍼 드라이브 기어(25)로 전달되어 5속의 변속비를 출력하게 된다.

상기와 같은 5속 상태에서는 제3클러치(C3)가 작동하여 싱글 피니언 유성기어 셋트(3)의 선기어(15)를 정지시켜 고속의 회전 요소를 제거하므로 동력손실이 감소된다.

한편 변속 레버로 후진 R레인지를 선택하게 되면, 트랜스밋션 제어 유닛(TCU)은 제1,4클러치(C1,4)와 제1브레이크(B1)를 작동시킨다.

상기와 같은 작용에 의하여 더블 피니언 유성기어 셋트(5)는 록킹되어 전체적으로 정지되고, 제1클러치(C1)에 의하여 싱글 피니언 유성기어 셋트(3)의 유성 캐리어(9)가 반력요소로 작용한다.

따라서 입력축(1)의 회전 동력은 입력축(1)에 제4클러치(C4)로 연결되는 싱글 피니언 유성기어 셋트(3)의 선기어(15)로 전달되어 이를 정회전시킨다.

이 때 선기어(15)로 전달되는 회전 동력은 이 유성기어 셋트(3) 유성 캐리어(9)의 반력으로 피니언 기어(7)를 통하여 링기어(13)로 역회전 동력을 전달한다.

이 역회전 동력은 링기어(13)와 일체로 형성된 트랜스퍼 드라이브 기어(25)를 통하여 후진 1속의 변속비를 출력하게 된다.

상기와 같은 후진 변속단에서는 제1브레이크(B1)로 더블 피니언 유성기어 셋트(5)를 전체적으로 정지시켜 고속의 회전 요소를 제거하므로 동력손실이 감소된다.

한편, 도 2는 본 발명에 관련하는 제2구성으로서, 제1구성과 그 전체적인 구성 및 작용이 동일하므로 동일한 부분에 대한 상세한 설명은 생략하고, 다른 부분에 대해서만 설명한다.

즉 제1구성은 전진 5속과 후진 변속단에서 작동하는 제1브레이크(B1)의 설치 위치가 더블 피니언 유성기어 셋트(5)의 유성 캐리어(19)와 선기어(21)사이인 데 반하여, 이 제2구성은 제1브레이크(B1)의 설치 위치가 더블 피니언 유성기어 셋트(5)의 링기어(11)와 변속기 하우징(23) 사이인 차이가 있을 뿐이다.

따라서 전진 5속과 후진 변속시 제1구성에서는 제1브레이크(B1)가 작동하여 유성 캐리어(19)와 선기어(21)를 연결하여 이 유성기어 셋트(5)를 록킹시켜 전체적으로 정지시키는 데, 제2구성에서는 제1브레이크(B1)가 작동하여 링기어(11)를 변속기 하우징(23)에 연결하여 이 유성기어 셋트(5)를 록킹시켜 전체적으로 정지시키는 차이가 있을 뿐이다.

또, 도 3는 본 발명에 관련하는 제3구성으로서, 제1구성과 그 전체적인 구성 및 작용이 동일하므로 동일한 부분에 대한 상세한 설명은 생략하고, 다른 부분에 대해서만 설명한다.

즉 제1구성은 전진 5속과 후진 변속단에서 작동하는 제1브레이크(B1)의 설치 위치가 더블 피니언 유성기어 셋트(3)의 유성 캐리어(19)와 선기어(21)사이인 데 반하여, 이 제3구성은 제1브레이크(B1) 대신에 제6클러치(C6)를 사용하며 이의 설치 위치가 더블 피니언 유성기어 셋트(5)의 유성 캐리어(19)와 링기어(11)사이인 차이가 있을 뿐이다.

따라서 전진 4,5속과 후진 변속시 제1구성에서는 제1브레이크(B1)가 작동하여 유성 캐리어(19)와 선기어(21)를 연결하여 이 유성기어 셋트(5)를 록킹시켜 전체적으로 정지시키는 데, 제3구성에서는 제6클러치(C6)가 작동하여 유성 캐리어(19)와 링기어(11)를 연결하여 이 유성기어 셋트(5)를 록킹시켜 전체적으로 정지시키는 차이가 있을 뿐이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 자동변속기용 파워 트레인은 2개의 유성기어 셋트와 6개의 마찰요소로 전진 5속과 후진 1속을 구현하는 데, 전진 5속에서는 브레이크 수단으로 더블 피니언 유성기어 셋트의 선기어를 정지시키고, 전진 5속 및 후진 변속단에서는 브레이크 수단을 작동시켜 더블 피니언 유성기어 셋트 전체를 정지시키므로, 자동변속기의 소형화와 동력손실을 최소화할 수 있다.

Claims (3)

1. 토오크 컨버터의 터어빈으로부터 엔진의 회전 동력을 전달받아 회전하는 입력축과 동일축상으로 더블 피니언 유성기어셋트와 싱글 피니언 유성기어 셋트를 조합하여 전진 5속 및 후진 1속의 변속단을 얻을 수 있는 차량용 자동 변속기의 파워트레인을 형성함에 있어서, 상기 싱글 피니언 유성기어 셋트의 유성 캐리어(9)와 더블 피니언 유성기어 셋트의 링기어(11) 사이에 제1클러치(C1)를, 상기 싱글 피니언 유성기어 셋트의 링기어(13)와 더블 피니언 유성기어 셋트의 링기어(11) 사이에 제2클러치(C2)를, 상기 싱글 피니언 유성기어 셋트의 선기어(15)와 더블 피니언 유성기어 셋트의 유성 캐리어(19) 사이에 제3클러치(C3)를 각각 설치하여 두 요소들 사이를 가변적으로 연결하고, 상기 더블 피니언 유성기어 셋트의 선기어(21)를 변속기 하우징(23)에 고정연결하고, 제1브레이크(B1)로 이의 선기어(21)와 유성 캐리어(19)를 가변적으로 연결하며, 상기 입력축(1)과 싱글 피니언 유성기어 셋트의 선기어(15)와 유성 캐리어(9) 사이에 제4,5클러치(C4,C5)를 설치하여 입력축과 요소들 사이를 가변적으로 연결하도록 이루어짐을 특징으로 하는 자동변속기용 파워 트레인.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1브레이크(B1)는 더블 피니언 유성기어 셋트의 링기어(11)와 변속기 하우징(23) 사이에 가변적으로 연결하고, 상기 더블 피니언 유성기어 셋트의 선기어(21)를 변속기 하우징에 고정 연결함을 특징으로 하는 자동변속기용 파워 트레인.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1브레이크(B1)는 제6클러치(C6)로 더블 피니언 유성기어 셋트의 유성 캐리어(19)와 링기어(11)를 가변적으로 연결하고, 이의 선기어(21)를 변속기 하우징(23)에 고정 연결함을 특징으로 하는 자동변속기용 파워 트레인.