KR100305859B1 - 토오크를제어할수있는연속가변동력전달장치 - Google Patents

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토머스 조지 펠로우스
크리스토퍼 존 그린우드
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패트릭 앤소니 스태블스, 지. 비. 소어
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Abstract

본 발명은 가속페달 또는 다른 제어부재의 운동에 의해서 운전자가 요구하는 것이 변속비 변경성분(“변속기”)에 가해지는 특정의 구동 토오크가 되도록 “토오크 제어”를 수행할 수 있는 밴드 및 활차형의 연속가변변속기에 관한 것이다. 적어도 하나의 변속기 활차(3,4)와 그 샤프트(5)사이의 연결(21,22)은 토오크에 민감하여서, 활차에서의 토오크는 활차가 받는 토오크의 크기와 방향의 함수인 툭선방향의 힘을 발생시킨다. 변속기 풀리 유니트에 가해지는 축선방향 하중은 2개의 부분을 포함하는 데, 그중 하나는 활차와 밴드간에 견인력을 유지하기위한 것이고, 다른 하나는 가해진 토오크와 관련되어 있으며, 변속기는 하나이상의 밴드를 사용한다.

Description

토오크를 제어할 수 있는 연속 가변 동력 전달장치
제1도는 공지된 벨트 및 활차 변속기의 여러 부품들의 축선 방향 단면도이다.
제2도는 유압 조정 회로의 여러 요소들과 관련된, 본 발명에 따른 변속기의 유사도면이다.
제3도는 제2도와 같은 변속기를 사용하는 2개의 체계 CVT의 동일한 필수요소들을 도시한 회로도이다.
제4도는 대체 변속기를 도시한, 제2도와 유사한 유사도면이다.
제5도는 유압회로도이다.
제6도는 제5도의 회로를 사용하는 CVT의 활차들의 축선 방향 단면도이다.
제7도는 다른 하나의 변속기를 통한 축선 방향 단면도이다.
제8도는 제7도의 변속기와 관련된 유압회로의 도면이다.
제9도 및 제10도는 추가의 변속기를 도시한, 제7도와 유사한 도면이다.
제11도는 제9도 및 제10도의 변속기와 관련된 유압회로도이다.
제12도는 추가의 변속기를 통한 축선 방향 단면도이다.
여러 도면을 통해서 유사한 기능을 가진 항목은 동일한 참조부호로 언급된다.
제1도는 가요성이지만 연장될 수 없고 그 폭이 변하지 않는 벨트 또는 체인(1)이 활차(3, 4) 및 샤프트(5)를 포함하는 제1 풀리 유니트(2)와 활차(7, 8) 및 샤프트(9)를 포함하는 제2풀리 유니트(6)사이에 견인력을 전달하는 변속기를 도시하고 있다. 샤프트(5, 9)는 서로 이격되어 있으면서 평행 한 축(10, 11)을 중심으로 각각 회전할 수 있다. 활차(3, 7)는 각각의 샤프트에 고정되어 있지만, 활차(4)는 지점(12)에서 샤프트(5)에 축선 방향으로 스플라인 결합되어 있어서 소정의 상대적 축선 방향 운동을 수행할 수 있다. 활차(8)는 지점(13)에서 샤프트(9)에 유사하게 스플라인 결합되어 있다. 활차(4, 8)는 각각 실린더(15, 16) 내에서 이동할 수 있는 피스톤으로서 작용하며, 실린더들은 제어 유니트(17)를 통해서 제어부재(18)와 유압동력원(19)에 연결되어 있다.
샤프트(5, 9)가 각각 변속기의 입력부재 및 출력부재라고 가정하면, 화살표(TIN, NIN, TOUTt, 및 NOUT)는 각각 변속기의 입력 토오크, 입력속도, 출력 토오크, 및 출력속도를 나타낸다. 제어 유니트(17)는 벨트의 인장을 유지하기에 충분한 실린더(16) 내의 유압(PT)과, 실린더(15) 내의 유압(PT+ PR)을 생성하도록 작동된다. 여기서, PR은 페달(18)의 가압됨에 따르는 증분이고, 양일때는 활차(3, 4)가 접근하여 전달비를 증가시키게 하고 또는 음일 때는 이것들이 분리되게 이동시키며 전달비를 하강시키게 하도록 작동될 수 있다. 그러나, 각각의 샤프트(5, 9)에 고정된 활차(3, 7)와, 그리고 축선방향의 운동이 제한적으로만 자유롭게 샤프트상에 고정된 활차(4, 8)에 의해서, 유압이 없이는 변속기를 가로질러서 전달되는 토오크의 변화에 반응하여 전달비를 바꾸도록 임의의 활차가 자동적으로 이동할 수 있는 아무런 방법이 없다. 따라서, 이것은 체계 중의 적어도 하나에서 재순환이 일어나는 하나, 둘 또는 그 이상의 체계의 CVT에서는 적합하지 않다. 이러한 변속기에서, 변속기는 토오크를 감지하지 않기 때문에, 수명 및 효율을 고려하여 벨트의 미끄러짐이 없이 가장 낮게 일관되게 유지되어야 하는 압력(PT)의 최적의 값을 추정하기가 용이하지 않다.
제어기(17)로부터 명령의 각각의 변환에 의해서, 압력(PR)이 변환하고, 풀리 유니트(2)가 개방되거나 폐쇄되며 유니트(6)는 그 반대로 되면서, 실린더(15, 16)의 서로 맞은편의 배열을 통해서 벨트(1)의 중앙선(20)이 샤프트(5, 9)에 대하여 동일한 방사상 면에서 일정하게 유지되는 것을 보장한다.
제2도에 도시된, 본 발명에 따른 상응하는 변속기에서, 유니트(2)의 활차(3, 4)는 서로 맞은편에 배열되는 각각 나선형인 스플라인(21, 22)에 의해서 샤프트(5)상에 이동 가능하게 장착되어 있지만, 유니트(6)의 활차(7, 8) 들은 축방향 스플라인(23, 24)에 의해서 샤프트(9)상에 장착되어 있다. 활차 (3, 7)가 실린더(25, 26) 내에서 이동 가능한 피스톤으로서 장착되고, 실린더(15, 25)의 공동은 서로 소통되며 따라서 실린더(16, 26)와 같이 동일한 유압이 형성된다. 활차(3, 4) 및 그 샤프트(5)간의 나선형 결합은 실제로 볼 레이스를 통해서 이루어질 수 있고 참조부호(27)는 볼을 나타낸다. 나선부(21, 22)의 “손가락방향”은 화살표(NIN, NOUT)로 표시된 회전방향과 일치하도록 선택되어야 하므로, 활차와 벨트사이에 전달되는 소정의 토오크는 활차와 샤프트상에 축선방향의 비례하는 힘을 발생시키고, 임의의 인가된 토오크는 토오크를 감소시키도록 변속비를 변화시킨다. 제1도에 도시된 바와 같이, 유압 제어 유니트(17)를 통한 작동부재(18)의 작동에 의해서 변속기의 제어가 영향을 받지만, 별도의 펌프(30, 31)가 2개의 풀리 유니트(2, 6)에 유압유체를 공급한다. 펌프(30)는 유입포트(32)를 통해서 유니트(2)의 실린더(15, 25)에 유체를 공급하고, 펌프(31)는 유입포트(33)를 통해서 유니트(6)의 실린더(16, 20)에 유체를 공급한다. 그 다음 유체는 각각 출구포트(34, 35)를 통해서 유니트(2, 6)의 실린더를 빠져나가고 그 다음에는 제어밸브(36, 37)를 통해서 배수장치(38)로 전달된다. 제어밸브(36, 37)와 배수장치(38) 사이에 설치되어서 유니트(17)에 의하여 제어되는 추가의 가변저항 밸브(39)의 주 기능은 활차와 벨트사이에 충분한 그립을 유지하기 위하여 견인력이 전달되는 동안 항상 충분한 실린더의 압력에 대해서 “기본 값”(PT)을 설정하는 것이다. 이제, 동력이 유니트(2)로부터 유니트(6)로 전달되도록 구동상태가 형성될 때마다, 유니트(17)는 밸브(36)를 조정하지만 밸브(37)는 개방시킨다. 따라서, 실린더(16, 26) 내에는 기본압력(PT)이 형성되고, 유니트(2)의 실린더(15, 25)에서 압력(PT+ PC)이 형성된다. 여기서, PC는 조작자가 (페달(18)을 통해서) 요구하는 전달 토오크의 함수이며 활차(3, 4)가 요구되는 토오크에 반응하여 작용하는 외향의 축선 방향 추진력과 일치한다. 만약, 동력전달이 역방향의 토오크를 받는다면, 유니트(17)가 밸브(37)를 제어하고 밸브(36)를 개방하므로, 기본압력(PT)이 실린더(15, 25) 내에 형성되고 유니트(6)의 실린더(16, 26) 내에는 PT+ PC가 형성된다. 압력량(PC)의 이러한 제어는 2개의 풀리 유니트상의 축선방향의 재하력이 조작자의 요구에 직접 반응하고 그 크기는 이러한 요구의 크기의 소정 함수로서 표현될 수 있다는 것을 의미한다.
제4도에 도시된 본 발명의 변형된 예에서, 유니트(2)의 활차(4)는 나선형 볼 스크류(22)상에 장착되어서 앞서 설명한 바와 같이 실린더(15) 내에서 작동하지만, 활차(3)는 활차(4)와 일체로 형성된 칼라(41)상에 수용된 축선 방향 스플라인(42)상에 장착되어 있다. 따라서, 활차(3, 4)는 동시에 회전 하지만 제한된 축선방향의 상대운동을 수행할 수 있고, 샤프트(5)와 일체로 형성된 플랜지(44)에 의해서 수용되는 추진 레이스(43)는 샤프트와 활차(4)의 상대적 축선 방향 위치를 고정한다. 유니트(6)에서는, 활차(8)가 직선형 스플라인(24)상에 장착되어 있고, 앞서와 마찬가지로 실린더(16) 내에서 피스톤과 같이 이동하지만, 활차(7)는 샤프트(9)에 고착되어 있다. 축선 방향 스플라인(41)이 활차(3)로부터 활차(4) 쪽으로, 그리고 스크류(22)를 통해서 샤프트(5) 쪽으로 토오크를 전달하기 때문에, 단일 볼 스크류(22)는 유니트(2)의 2개의 활차로부터 토오크를 받는다. 제1도에 도시된 바와 같이, 실린더(15, 16)의 서로 마주한 배열은, 유니트(2, 6) 중의 어느 하나의 활차들이 함께 이동하는 동안에 다른 하나의 활차들은 이격되게 이동하기 때문에, 벨트(1)의 중심선(20)의 평면은 일정하게 유지된다.
실제로, 특히 벨트가 2개의 풀리 유니트상에서 최대 또는 최소반경에 접근하는 변속비의 한계 가까이에서는, 작동 시의 소정의 이유로 벨트상의 이상적인 조임력과 실린더(15, 25 및 16, 26) 내 압력간에 발생하는 불일치가 방지되는 것이 바람직하다. 효과면에서 동일하지는 않지만, 본 발명에 따른 CVT의 이러한 측면은 예를 들면 영국특허 제 2,023,753호, 유럽특허 제 0,133,330호, 및 유럽특허 제 0,444,086호에 공개된 환형 레이스 구름 견인(toroidal-race rolling-traction) CVT's에 대한 “유압 단부정지” 특성과 비교될 수 있다. 제2도에서, 도시되어 있지 않은 다른 특성이 타이밍과 효과의 크기가 적합하다는 것을 보장하는데 필요하지만, 출구포트(34, 35)의 위치와 크기, 추가의 포트(45, 46)의 제공이 이러한 “단부 정지” 효과에 기여한다. 풀리 유니트(2)에서, 출구포트(34)는 만약 활차(3, 4)가 소정의 한계를 넘어서서 축선 방향 분리되고자 한다면, 활차(4)가 결국 포트(34)를 완전히 덮어서 2개의 연결된 실린더(25, 15)의 공통 유체 출구를 차단하도록 실린더(15)에 대해 크기와 위치가 정채지고, 따라서 2개의 실린더 내의 압력이 펌프(30)의 압력을 상승시켜서 이 활차들의 추가적인 분리를 방해하게 된다. 이와 반대로, 활차들이 소정값보다 더 가깝게 접근한다면, 포트(45)는 덮여지지 않는다. 이러한 포트는 밸브(39)를 통해서 또는 다른 방식으로는 바이패스 밸브(36)를 통해서 배수장치(38)와 직접 또는 간접으로 소통된다. 따라서, 이것은 실린더(15, 25) 내의 압력을 완화하고 활차가 더 이상 접근하는 것을 방지한다. 풀리 유니트(6)에서, 포트(35)의 위치 및 크기와 포트(46)의 제공은 유사한 작용을 한다.
이러한 “유압단부 멈춤” 기구의 작동은 활차/벨트의 조임력이 각각의 풀리 유니트에서 너무 높게 상승하거나 너무 낮게 하강하는 것을 방지하는 목적뿐만 아니라 소정의 한계 내에서 벨트/활차의 접촉 반경을 유지하는 관련 효과를 가질 수 있다. 이러한 후자의 목적을 위하여, 제2도는 또한 유니트(2, 6)의 활차 사이의 샤프트(5, 9)의 주위를 회전하도록 장착된 링(29)형태의 추가적이고 기계적인 “단부멈춤” 기구를 도시하고 있는데, 이것은 예를 들어 만일 벨트(1)가 어느 쪽 샤프트와 접촉되는 것을 허용하기에 충분할 만큼 분리되는 것을 방지하도록 유압멈춤이 실패한다면 벨트(1)가 어느 쪽의 샤프트와 접촉하는 것을 물리적으로 방지한다. 제4도에 도시된 변형예에서 이러한 링의 필요가 경감되는 데, 여기서 제6도의 샤프트(9)와 유니트(2)의 칼라(41)는 각각 활차(3, 4 및 7, 8)와 일치되게 회전한다. 물론, 활차가 선택된 한계를 초과하여 분리되거나 접근하는 것을 방지하기 위해서 다른 종류의 다양한 형태의 물리적 정지도 가능하다.
제3도는 2단 CVT의 필수요소를 도시하고 있는데, 여기서 원동기(50)는 풀리 유니트(2)의 샤프트(5)(제2도 참조)를 속도(NI)로 구동하고, 또한 구동속도를 1/2 NI으로 줄이는 고정비 벨트(51)를 통해서 저단 클러치(52)의 절반을 구동한다. 이러한 클러치의 나머지 절반은 유성기어 기구(54)의 유성 캐리어(53)에 연결되어 있고, 이것의 링기어(55)는 CVT출력부재(56)와 또한 고단 클러치(58)의 절반(57)에 연결되어 있다. 이 클러치의 나머지 절반(59)과, 유성기어 기구(54)의 썬기어(sun gear; 60)는 변속기의 출력 샤프트(9), 즉 활차(7, 8)의 공통 샤프트에 연결되어 있다.
제2도 및 제3도의 CVT를 포함하는 자동차의 작동을 설명하기 위하여, 상황의 순서는 정지상태로부터 출발하는 것으로 설명된다. 조작자는 적어도 표준(N, P, D 및 R)의 세팅을 포함하는 통상의 기어 선택기 레버((47)에 도시된 유니트(17)로의 입력을 가짐)를 사용하여 자동차 주행선을 제어할 수 있다.
엔진(50)이 작동될 때, 기어 선택기가 “N” 또는 “P”의 상태에 있으면 클러치(52, 58)는 해제된다. “D”를 선택할 때 클러치(52)가 체결되기 시작한다. 만약, 자동차가 정지되고 변속기가 종래기술에서 “기어중립” 상태로 알려진 비율(즉, 입력 샤프트(5)가 제한된 일정한 회전을 하는 경우 출력부재(56)를 회전시키지 않는 비율)이 아니라면, 클러치(52)에 의해서 변속기상에 드래그 토오크(drag torque)가 부가된다. 출발하기 위해 가속페달(18)이 눌려질 때까지는, 2개의 제어 밸브(37, 36)는 개방되고 2개의 풀리 유니트(2, 6)상에 압력차가 생기지 않는다. 그러나, 통상적으로, 앞서 설명한 바와 같이, 밸브(39)에 의해서 “기본” 압력이 제공된다.
유성기어 기구(54)가 E=2의 비율을 가지고 있고 벨트(51)는 앞서 설명한 바와 같이 1/2의 고정비율을 갖는 것으로 가정한다. 자동차의 정지에 의해서, 벨트(51)는 클러치(52)와 유성기어 기구(54)을 통해서 3/2 NI의 속도로 변속기 출력 샤프트(9)를 구동시키려고 한다. 샤프트(9)는 실제로 1/2 NI의 속도로 구동될 수 있고, 만약 그렇다면 자신과 변속기 입력샤프트(2)를 모두 가속시키려고 한다. 후자상의 가속 토오크는 나선형 볼 레이스(21, 22)의 작용을 통해서 풀리 유니트(2)의 2개의 활차(3, 4)를 구동시키는 축선방향의 힘을 발생시켜서, 전달비를 상승시킨다. 이 힘은 아직까지 풀리 유니트(2, 6)상에 압력차가 존재하지 않기 때문에 저항을 받지 않는다.
이러한 전달비가 한도를 넘어서게 되면, 입력 샤프트(5)상의 토오크는 역전되고 축선 방향의 힘이 활차(3, 4)를 별도로 구동시킨다. 따라서, 아무런 외부의 제어가 없이, 이러한 토오크 감응성 변속기는 정지상태로부터 차량이 출발하기 전에 저단기어, 즉 클러치(52)가 체결되고, 클러치(58)가 해제되며, 그리고 동력은 변속기를 통해서 재순환되는 저단기어에 적응시키는 정확한 비율을 찾게 된다.
페달(18)이 눌려지면, 제어 유니트(17)는 명령을 등록하고, 체계와 현재의 변속비에 의해서 (입력(61, 62)을 통하여) 이러한 명령을 엔진상의 출력 토오크 또는 토오크 부하로 해석한다. 저단 기어로 전진하기 위해서, 변속기 비는 3/2로부터 1/2로 감소되어야 한다. 따라서, 동력은 유니트(6)로부터 유니트(2)로 전달되고, 출력 샤프트(9)상의 활차(7, 8)는 서로를 향하여 이동해야 한다. 이것은 제어 유니트 개방밸브(36)에 의해서, 그리고 밸브(37)에서 가변저항을 증가시킴으로써 소통하는 실린더(16, 26)의 압력상승에 의하여 영향을 받는다.
활차(7, 8)상의 축선 방향 하중은 고정 압력(밸브(39)에 의해서 생성됨)과 토오크 제어밸브(37)에 의해서 생성되는 압력차이의 합에 의해서 주어진다. 샤프트(5)상에서 활차(3, 4)상의 축선 방향 하중은 동일한 고정압력 (PT)과 나선으로부터의 힘에 의해서 주어진다. 모든 활차의 원추형 면의 각도가 동일하기 때문에, 압력차이에 의해서 발생되는 힘(예를 들면, 토오크 조정)이 나선의 힘과 균형을 이를 때, 변속기 비는 안정적이다. 나선으로부터의 축선 방향의 힘이 변속기 입력 토오크의 함수이기 때문에, 토오크 제어압력이 밸브(36)를 통해서 풀리 유니트(2)에 가해지든 아니면 밸브(37)를 통해서 유니트(6)에 가해지든 간에 압력차이는 토오크의 직접함수이어야 한다. 물론, 압력차이는 순간 변속비에 의해서 변조되는 변속기 “출력” 토오크의 함수이다.
만약, 조건이 허용한다면, 압력차이는 변속기를 하한비율 1/2로 한다. 이때, 유니트(17)는 하단 클러치(52)가 해제되게 하고 동시에 상단 클러치(58)를 체결되게 하며, 변속기 및 유성기어 기구의 비율은 이러한 변화가 종래 기술에서 “동기”로 공지된 종류가 되도록 선택되고, 출력부재(56)의 회전 속도의 순간적인 변화를 일으키지 않는다. 클러치(58)가 체결되고, 따라서 “고단”으로 변속되면서, 페달(18)의 조작에 의한 추가의 누름은 변속기가 그 전체의 비율의 범위에 걸쳐서 현재 위치하는 1/2로부터 최대 2로 진행되게 한다. 이러한 체계 중에, 원동기(50)로부터 동력이 유도될 때마다, 토오크 부하는 압력 조정밸브(36)에 의해서 결정된다.
활차들과 벨트 사이의 기본 “고정력”의 세팅에서 밸브(39)의 기능은 이미 언급한 바 있다. 활차와 벨트간의 유용한 동력전달력은 접선력이며, 밸브(39)에 의해서 결정되는 바와 같이, 접선력이 미끄럼없이 이루어지는 축선 방향 고정력의 일부에 상한이 존재한다. 이러한 한계는 활차와 벨트간의 마찰계수에 의해서 결정된다. 역으로, 과도한 고정력이 수명과 효율을 감소시킨다. CVT가 토오크 제어에 의해서 조정될 때, 임의의 비율에서 접선력을 계산하기가 용이하고, 따라서 최적의 고정력을 계산하기가 용이해진다. 이 비율은 간단하게 측정되고, 유니트(17)는 입력(62)에서 측정의 전기적 입력을 수용한다. 접선력은 벨트와 활차간의 접촉 반경에 의해서 나누어진 토오크의 함수이며, 이러한 반경은 그 자체적으로 비율의 함수이다. 유니트(17)로부터 밸브(39)로의 입력은 최적의 힘을 찾기 위하여 실린더(15, 25 및 16, 26) 내의 유체 압력을 제어하도록 밸브를 프로그래밍한다.
제5도에서, 펌프(30, 31)는 피스톤(65, 66)을 수용하고 있는 실린더 (63, 64)에 유체를 전달한다. 정상 작동에서, 이들 실린더로부터 배수장치(38)쪽으로 유체를 회수하기 위한 회수선은 각각 출구(67, 68)와, 라인(69, 70)과, 그리고 제어밸브(A, B)를 통하고, 라인(69, 70)에서의 압력은 각각(PA) 및 (PB)가 된다. 압력(PA, PB) 중 어느 하나가 소정의 값 이상으로 증가하는 것을 방지하기 위해서 감압밸브(71)가 제공되어 있다. 예를 들면, 유럽 특허 제 0 444 086호에 공개된 바와 같이, 환형 레이스의 구름견인방식의 토오크 제어 CVT에서, 품목(65, 66)은 로울러 중의 하나의 캐리지에 연결된 이중 작동 유압 피스톤의 상반된 면과 상호 관련이 있고, 이것의 방위는 전달비를 변경하도록 변형된다. 예를 들어, 앞선 도면에서 도시된 바와 같이, 벨트 및 활차방식의 토오크 감응성 CVT의 변속기에서, 실린더(63, 64)는 통상적으로 변속기의 유니트(2, 6)와 각각 관련이 있고, 2개의 유니트에 가해지는 압력은 본 발명의 일실시예에서 하나의 유니트에서는 요구되는 고정력 및 토오크 관련 힘의 합을 발생시키고, 다른 하나의 유니트에서는 고정력만을 발생시키도록 제어된다. 고정력은 풀리 활차를 벨트와 마찰 전달 접촉으로 유도하고, 토오크와 관련된 힘은 평형상태에서 토오크 감응성 스크류 또는 유사기구로부터 축선 방향의 힘과 균형을 이룬다. 본 발명의 이러한 실시예에서, 실린더(63, 64) 내의 밸브(A, B)에 의해서 생성되는 압력은 토오크 관련 힘에만 일치한다. 고정력은 다음과 같이 개별적으로 생성된다. 펌프(30, 31)의 전달은 밸브(73)의 2개의 유입구에 연결된 라인(72)에 의해서 이어진다. 밸브(73)는 소정시간 동안 압력(PA, PB)보다 크게되는 것을 허용하고서 그리고는 보다 적게되도록 폐쇄된다. 이 밸브의 출구 라인(74)은 압력 강하밸브(75)를 경유하여, 피스톤(78, 79)을 포함하고 있으며 평행한 실린더(76, 77)로 통한다. 피스톤(78)은 하나의 활차상에서 축선 방향으로 지지되고 고정력을 이 활차에 가한다. 이와 유사하게, 피스톤(79)은 고정력을 다른 하나의 활차에 가하고, 피스톤(65, 66, 78 및 79)간의 관계는 제6도를 참조하여 설명한다.
우선, 실린더(76, 77)가 밸브(75)의 하류에 병렬로 배열되어 있기 때문에, 이들 실린더 안에 항상 일정한 압력이 유지된다는 점을 주목한다. 이것은, 물론, 동일한 견인력이 2개의 활차에 전달되어야 하기 때문에 적합하다. 둘째, 피스톤(78)의 일 방향 운동은 피스톤(79)의 타방향 운동 및 그 반대에 의해서 균형을 이룬다. 실린더(76)로부터 배기되는 모든 유체는 실린더(77)내로 그리고 그 반대로 유동하여서, 2개의 고정 피스톤(78, 79)의 운동으로 인하여 유체를 수용하기 위한 펌프(30, 31)의 필요를 배제한다. 또한, 2개의 펌프중의 어느 하나는 항상 고정 실린더를 제공한다는 점을 주목한다. 이것은 펌프의 동력이 앞선 도면과 같이 토오크 반응 및 고정하중을 생성하는 데 실린더(63, 64)가 필요한 경우보다 더 적게 들게 한다.
펌프(30, 31)의 배출 압력이 보다 클 때 유체가 (밸브(73)를 통해서) 실린더(76, 77)에 직접 공급된다면, 피스톤(78, 79)에 의해 발휘되는 고정력은 너무 커진다. 밸브(75)는 변속기의 일시적인 비율에 비례하는 압력감소 계수를 제공하는데, 그 이유는 고정력이 벨트의 견인력의 함수이고, 아울러 견인력은 토오크 및 활차와 벨트의 접촉반경, 즉 비율 측정값의 함수이기 때문이다. 고정력이 얻어지는 압력은 토오크에만 비례하고 따라서 이것은 요구되는 고정력을 제공하기 위해서 순간적인 비율에 의해서 수정되어야 한다. 고장으로 인한 위험한 유압상승에 대비하여 회로를 보호하기 위해서, 토오크 반응 기능을 안전하게 보호하도록 라인(69, 70)에 감압밸브(71)가 제공되어 있고, 고정기능을 보호하기 위해서 밸브(73)에 연결된 유사한 밸브(80)가 구비되어 있다. 그러나, “실패안전”을 위하여 밸브(75)는 완전히 개방되도록 복귀되는 방식이어야 하며, 예를 들면 중앙제어장치의 고장의 경우에 연속된 견인을 보장하기 위하여 실린더(76, 77)에 완전한 펌프압력을 제공한다.
정상 작동에서, 제어밸브(A, B)는 통상적으로 프로그래밍된 중앙 전자 제어 유니트(17)에 의해서 제어되고, 이 유니트(17)는 특히 가속 페달(18)을 통해서 운전자로부터 자동차 및 엔진의 속도, 기어선택 및 다른 적절한 변수를 나타내는 입력을 (수단(61, 62 및 47)을 통해) 수신한다. 각각의 실린더의 단부벽상에 형성된 상승 단계(67a, 68a)에서 실린더 출구포트(67, 68)의 위치는 종래 기술에 공지된 방식으로 고장에 대비한 안전보호로서 “단부멈춤”의 효과를 제공한다. 만약, 피스톤(65)이 정상행정을 초과하여 단계(67a)에 근접하면, 출구포트의 저항이 증가하고, 실린더(63)에서 유체압력에 의해서 감압밸브(80)의 최대 세팅까지 증가하여서, 피스톤의 추가의 초과레벨로 저항이 증가한다.
제6도는 제5도의 유압회로를 적용하는 GVT를 도시하고 있다. 변속기는 활차(7, 8)를 포함하는 풀리 유니트(6)와, 활차(3, 4)를 포함하는 풀리 유니트(2)를 포함하고 있다. 활차(7)는 원동기(50)에 의해서 구동되는 샤프트(9)에 고정되고, 활차(8)는 샤프트와 이 활차간의 축선 방향의 제한된 상대 운동이 가능하도록 스플라인(24)에서 샤프트(9)에 키이 연결되어 있다. 활차(8)는 플랜지(81)를 수용하고 있고, 샤프트(9)와, 활차(8)와, 플랜지(81)와, 샤프트에 의해서 수용된 원판(82)에 의해서 가변용량의 환형 공간이 형성되어 있다. 풀리 유니트(6)상에 작용하는 고정압력은 이 공간에서 발생하고, 따라서 이는 제5도의 실린더(76)에 상응하고 감압밸브(75)와 입구포트(83)와 도관(84)을 통해서 연결되어 있다.
다른 하나의 풀리 유니트(2)의 활차(3)는 나선형 스플라인(22)을 통해서 샤프트(5)에 연결되어 있다. 유니트(2)의 제2 활차(4)는 제1 활차(3)의 칼라 연장부(41)에 스플라인 결합되어 있어서, 2개의 활차(3, 4)는 축선 방향으로 운동하지만 서로간에 상대적인 회전 운동을 할 수는 없다. 샤프트(5)에 고정된 플랜지(44)에 의해서 지지되어 있는 볼 추진 레이스(43)는 제6도에 도시된 바와 같이 활차(4)의 오른쪽으로의 운동을 제한한다. 제4도에 도시된 바와 같이, 나선형 스플라인(22)은 풀리 유니트(2)와 샤프트(5)사이에 양방향 토오크 감응성 연결을 제공한다. 토오크가 어느 회전 방향일 때는 활차(3, 4)가 분리되고 그 반대 방향일 때는 수렴된다.
단계식 링(87)은 그 내부 테두리가 샤프트(5)에 고정되고 그 외부 테두리는 활차(3)에 의해서 수용된 플랜지(88)에 의해서 밀봉식 미끄럼 끼움을 이룬다. 작은 단계식 링(89)은 활차(3)에 고정되고 부분(90)에서 샤프트(5)에 의하여 밀봉식 미끄럼 끼움을 형성한다. 링(91)은 샤프트(5)에 의해서 수용되고, 이 링의 외부 테두리는 부분(92)에서 링(89)의 내벽에 의하여 밀봉식 미끄럼 끼움을 이룬다. 이들 사이에서, 샤프트(5)와, 활차(3)와, 링(87, 89, 91)은 3개의 가변 용량 환형 챔버를 형성한다. 이러한 챔버는 제5도와 상응하는 특징으로 언급되기 때문에 제6도에서 참조부호(77, 63, 64)로 각각 언급된다. 챔버(77)는 입구포트(93)와 도관(84)을 통해서 감압밸브(75)에 연결되고, 고정력을 제공한다. 도관(84)은 샤프트(9)와 마찬가지로 샤프트(5) 내에서 축선 방향으로 통과한다. 유체는 포트(94, 95)를 통하여 각각 제6도에 도시되어 있지 않은 펌프(30, 31)로부터 실린더(63, 64)로 유입되고, 제5도에 도시된 바와 같이 포트(67, 68)를 통하여 유출된다. 제6도의 설계에서, 2개의 실린더(63, 64)는 동축이며 고정 링(91)에 의해서 분리되고, 링(89)의 왼쪽 면은 피스톤(65)이 되고, 활차(3)의 왼쪽 면은 피스톤(65)이 된다. 제5도와 마찬가지로, 제6도에서 포트(67, 68)는 각각 계단면(67a, 68a)으로 형성되고 따라서 앞서 언급한 단부 멈춤 작용을 제공하기 위해서 관련 입구포트(94, 95)의 축선 방향 모양을 이룬다.
제6도의 실시예에서, 샤프트(9)는 점선으로 표기되어 있고 유압펌프(30, 31)를 포함하는 펌프 조립체(85)를 구동한다. CVT의 최종 구동기어(90)는 제3샤프트(97)에 의해서 수용된 기어(96a)와 체결되고, 샤프트(9)상에 장착된 기어(98)는 샤프트(97)와 동축관계인 기어(98a)와 맞물리며, 샤프트(5) 상에 장착된 기어(99)는 역시 샤프트(97)와 동축관계인 기어(99a)와 맞물린다. 제6도의 변속기의 작동범위는 “저단” 및 “고단”으로 언급되는 2개의 연속체계에서 작동하기 위한 수단을 제공함으로써 확장된다. 샤프트(9)가 일정속도로 회전한다고 가정하면, 벨트(1)가 풀리 유니트(6)를 가로질러서 최대 반경으로부터 최소반경으로 (그리고 유니트(2)를 가로질러서 반대방향으로) 운동하는 상태로부터 저단기어가 진행되고, 그 동안 최종 구동기어(96)는 역방향으로 회전함으로써 정지(종래 기술에서 “중립기어”상태)할 때가지 감속하기를 시작하며, 그런 다음에 벨트가 풀리 유니트(6)상의 최소반경에 도달할 때까지 전진방향으로 가속한다. 이 지점에서, 클러치는 전달비의 순간적인 변환을 일으키지 않으면서, 종래 기술에서 “동기 변환”으로 공지된 것을 이루기 위하여 비율과 크기가 선택되도록 하며, 선택되는 저단기어를 해제하고 고단기어를 체결하도록 작동된다. 고단기어 체계 중에, 벨트는 풀리 유니트(6)상에서 다시 최대반경으로 그리고 유니트(2)상에서는 최소 반경으로 진행하고, 최종 구동기어(96)는 최종의 최대 전진속도로 계속 가속된다.
이러한 2개의 체계를 이루기 위해서, 기어(98)는 저단 클러치(101)의 절반을 지지하는 플랜지(100)를 수용하며, 이것의 나머지 절반은 유성기어 유니트의 유성 캐리어(102)를 수용한다, 이러한 유니트의 썬기어(103)는 기어(99a)에 의해서 수용된 관형 연장부(104)상에 장착되고, 이 연장부와 기어는 샤프트(97)를 중심으로 회전 가능하게 장착된다. 또한, 연장부(104)는 고단 클러치(105)의 절반을 수용하고, 이것의 나머지 절반은 지점(107)에서 샤프트(97)에 고정되어서 유성기어 유니트의 링 기어(108)를 수용하는 플랜지(106)에 의해서 수용된다. 저단 체계에서 클러치(101, 105)는 각각 체결되고 해제되며 유성기어 유니트는 링 기어와 샤프트(97) 및 최종 구동기어(96)를 구동하기 위해서 (유성 캐리어(102)를 통해서) 샤프트(9)와 (썬기어(103)를 통해서) 샤프트(5)로부터의 입력을 혼합한다. “동기 변환” 지점에서 클러치(101, 105)가 각각 해제되고 체결되며, 그 이후에 기어(98, 98a)를 통한 샤프트(9, 97)의 직접 연결이 분리되고, 따라서 샤프트(97)는 기어(99, 99a)와, 플랜지(104)와, 고단 클러치(105)와, 플랜지(106)를 통해서 샤프트(5)로부터만 직접 구동된다. 피스톤 및 유압 실린더(110과 111, 그리고 112와 113)가 각각 클러치(101, 105)를 구동하기 위하여 사용된다.
요구의 변화에 반응하는 토오크 감응성 활차-샤프트 연결(예를 들면, 제6도의 실시예에서 품목(22))의 작동은 동력이 변속기에 공급되는 샤프트(9)의 속도에 비하여 동력이 전달되는 샤프트(이 도면에서는(5))의 더 낮은 속도를 찾는데 유효하다는 점을 주목한다. 즉, 반응은 변속기가 전달되는 동력을 감소시키는 비율을 찾도록 된다. 제6도의 추가의 특징 또한 주목하여야 한다. 첫째, 2개의 클러치(101, 105) 및 유성기어 유니트는 2개의 풀리 유니트(6, 2)로부터 분리된 개별 샤프트(97)상에 있다. 이것은 특히 엔진이 횡방향으로 설치된 자동차에 설치하기에 적합한 축선 방향으로 짧은 동력 전달을 이루기 위함이다. 둘째, 풀리 유니트(2, 6)의 어느 것에 토오크 감응성 연결부(22)가 결합되던지 원칙적으로 문제가 되지 않는다. 셋째, 샤프트(5)상과 그 안에 토오크 감응성 연결부(22)와, 모든 관련 유압포트, 및 도관을 설치하는 이점은 샤프트의 양단부가 잠재적으로 방해받지 않기 때문에 한쪽 단부가 원동기(50)에 연결되는 샤프트(9)에서 보다 유압연결을 위한 접근이 더 용이하게 한다는 점이다.
제7도 및 제8도의 실시예에서, 벨트(1)는 샤프트(5)상에 장착된 풀리 유니트(2)와, 샤프트(9)상에 장착된 풀리 유니트(6)간에 견인력을 전달한다. 이 실시예에서, 샤프트(5)는 원동기(50)에 연결되고, 샤프트(9)는 도시되어 있지 않고 본 발명에는 없는 추가의 요소를 통해서 변속기 요소인 CVT의 최종 출력 기어(90)에 연결된다. 풀리 유니트(2)는 활차(4)를 포함하고 있고, 나선형의 볼-레이스 장착물(22)이 활차와 샤프트(5)사이에 끼워져 있어서, 활차와 샤프트는 회전성분과 축선 방향 성분을 포함하는 제한된 상대운동을 수행할 수 있다. 또한 활차(4)는 샤프트(5)에 의해서 수용된 하우징으로 형성된 유압 실린더(15) 내에서 피스톤으로서 작동하도록 설치되어 있다. 품목(42)은 부재(3 및 41)간에 축선 방향의 상대운동을 허용하지만, 스플라인을 통해서 빠져나가는 유체에 대항해서 밀봉된다. 샤프트(5)에 의해 지지되는 방사상 플랜지(44)상에 장착되는 볼 레이스(43)는 슬리이브가 샤프트(5)를 중심으로 회전하는 것은 허용하지만, 좌측으로 상대운동하는 것은 방지한다. 제7도의 실시예는 앞선 여러 도면과 유사하다. 그러나, 활차(3)에는 칼라(41)상에 장착되는 절단부분(119)과 방사상 플랜지(120)가 형성되어 있고, 시일(121)을 수용하고 있다. 부재(42, 41, 120, 121 및 119)들은 제2유압 실린더(122)를 형성하도록 상호 작용한다.
출력 샤프트(9)상의 다른 하나의 풀리 유니트(6)의 배열은 유사하지만, 좌우가 반대로 역전되고, 상응하는 요소들은 동일한 참조부호를 가지지만 프라임이 붙은, 예를 들면, 4′ 및 3′으로 표시되어 있다. 2개의 볼 레이스 (22, 22′)의 방향은 동력이 샤프트(5)로부터 샤프트(9)로 전달될 때 볼 레이스(22)의 방향이 분리시키도록 작용하는, 즉 축선 방향으로 이격되게 운동하는, 힘을 발생시키는 반면, 볼 레이스(22′)의 방향은 샤프트(9)상의 활차와 동시에 이동하도록 작용하는 힘을 발생시키게끔 된다. 만약, 동력의 전달이 역전되면, 힘도 역시 역전된다. 직선 스플라인(42, 42′)은 이러한 운동을 허용 하지만, 2개의 활차간의 상대 회전운동은 금지한다.
제8도 및 제11도에 도시된 제어회로에서, 펌프(30, 31) 및 중앙 제어 유니트(17)가 제공되어 있고, 밸브(A, B)는 활차들을 동시에 가압하도록 실린더로의 압력을 조정한다. 벨트(또는 체인)상의 정상 하중이 미끄럼을 방지하기에 충분하지만 지나치지는 않도록하고 그리고 볼 스크류로부터의 토오크-의존 축선방향 힘들이 대수학적으로 균형을 이루도록 이러한 압력은 프로그래밍된다. 정상 하중은 주로 활차와 벨트간의 유용한 마찰계수의 함수이며 입력 및 출력토오크의 합이다. 후자는 조정되는, 따라서 기지의, 토오크 및 변속기의 속도비(용이하게 측정될 수 있음)의 함수로서 표현될 수 있다. 따라서, 전체의 작동범위에 걸쳐서 최적의 정상 하중(고정력)이 유지될 수 있다.
활차가 소정의 이유로 인해서 정상 작동범위를 초과한다면, 종래 기술에서 잘 이해되는 “유압정지”가 발휘될 것이다. 제5도에 도시된 것과 유사한 방식으로, 2개의 실린더(15, 15′)로부터 출구라인(69, 70)은 입구라인이 각각 펌프(30, 31)로부터 실린더로 유입되는 단부벽의 축선 방향으로 놓이는 부분인 계단(67a, 68a)에 장착된다. 활차가 계단(67a, 68a) 중의 어느 하나에 접근하면서, 이 단과 실제로 접촉하기 전에 이것은 출구포트를 가로막고 각각의 유체라인에 저항을 일으켜서, 실린더 내의 유체압력을 그것이 가질 수 있는 값이상으로 상승시킴으로써 활차의 추가적인 이동에 저항하는 것은 각각의 제어밸브(A, B)에 의해서만 결정되는 값이 된다.
제8도에 명확하게 도시된 바와 같이, 제7도 및 제8도의 실시예의 개별 유압 실린더(15, 122; 15′, 122′)는 각각의 동력원(30, 31)이 하나의 풀리 유니트의 “큰” 또는 “토오크 의존” 실린더(15, 15′)에 직접 연결되게 하고 다른 하나의 유니트의 “작은” 또는 “고정” 실린더(122′ 및 122)에 연결되게 한다. 또한, 주목할 점은 벨트상의 부하가 특히, 변속기에서 과부하 토오크를 상쇄하기 위해서 유압정지가 압력을 상승시킬 때 미끄러짐을 방지하기에 충분히 높게되는 것이 바람직하다는 것이다. 이것을 보장하기 위해서, 볼 스크류의 나선각은 특히, 유용한 마찰계수와 그리고 제8도의 경우에 대형 및 소형 피스톤의 면적 등의 변속기의 여러 변수에 의해서 결정되는 소정의 값 이상이어야 한다.
제9도 및 제10도의 실시예에서, 동일한 참조부호를 명시하기 위해서 제7도에 사용된 부호들이 계속 사용된다. 그러나, 제9도의 실시예에서, 나선형 볼 레이스(22, 22′)상에 각각의 풀리 유니트의 오직 하나의 활차(4, 4′)만이 장착되는 대신에, 여기에서는 각각의 유니트의 제2 활차(3, 3′)도 또한 유사한 볼 레이스(21, 21′)상에 장착되고 (제2도에서 유니트(2)의 경우와 같이), 각각의 유니트의 2개의 볼 레이스는 서로 반대 방향이된다. 그 밖에, 제7도의 실린더(122, 122′)는 생략되고, 각각의 유니트의 2개의 활차는 아웃라인상에서 동일하며, 활차(3, 3′)는 샤프트(5, 9)에 의해서 수용된 유사한 하우징 내에서 피스톤으로서 작용한다. 합성 실린더(15와 125 및 15′와 125′)는 (126, 126′)으로 도시된 바와 같이 유압 소통된다. 제10도의 변속기는 제7도와 유사하지만, 유일한 중요한 차이는 실린더(122, 122′)가 생략되어 있다는 점이다. 따라서, 각각의 유니트의 활차(3, 3′)는 보다 간단하게 형성되어 있지만, 활차(4, 4′)에 의해서 수용된 칼라(41, 41′)상에 장착된 스플라인(42, 42′)상에서 여전히 활주하고, 또한 여전히 볼 레이스(43, 43′)에 의해서 역방향으로 축선 방향 운동에 대항하여 유지된다. 제10도의 실시예에서, 축선 방향의 유압력이 각각의 풀리 유니트에 가해지는 유일한 수단은 활차(4, 4′)상의 실린더(15, 15′)를 통해서 이다. 제9도 및 제10도에 도시된 각각의 실시예에 대해서, 제11도는 제7도의 경우와 같이 프로그램된 중앙 제어 유니트(17)와, 2개의 펌프(30, 31)와, 2개의 제어밸브(A, B)를 포함하는 유압 유니트의 필수 구성요소를 도시하고 있다. 펌프(30)와 밸브(A)는 하나의 풀리 유니트의 실린더(15)와 회로를 구성하고, 펌프(31)와 밸브(B)는 다른 하나의 풀리 유니트의 실린더(15′)와 회로관계에 있다. 간단하게 표현하기 위해서 제9도 및 제10도에는 도시되어 있지 않지만, 실린더(15, 15′)에는 제8도를 참조하여 이미 설명한 바와 같은 “단부멈춤”의 효과를 용이하게 발생하도록 제11도에 도시된 바와 같이 계단식 단부(67a, 68a)가 형성되어 있다.
제12도는 본 발명의 제2측면의 실시예를 도시하고 있다. 여기서, 일반적으로 제6도에 도시된 종류의 토오크 제어 변속기는 각각의 벨트상의 토오크를 균등화시키지만 변속기에 인가되는 토오크를 증가시켜 이것이 전달하는 전체 견인력을 증대시키기 위하여, 2개의 풀리 유니트와 그리고 공통의 입력 및 출력 샤프트상에 평행하게 장착되는 벨트의 하나 이상의 조합을 허용하도록 간단하고 경제적으로 개조된다. 제6도는 2벨트 변속기를 도시하고 있지만, 2개 이상의 벨트를 가진 변속기에도 이 원리가 적용될 수 있다. 후술할 설명으로부터 분명한 바와 같이, 제12도의 변속기에서, 풀리 유니트가 입력 및 출력 샤프트상에 설치되는 방식은 상이하다. 즉, 볼 레이스의 설치가 출력 샤프트에 제한되어 있다. 이리하여, 제7도의 대칭은 존재하지 않으며, 따라서 제8도의 유압 회로와 비교될 수 있는 유압회로는 사용될 수 없다.
제12도에서, 제6도와 같이 원동기(50)에 의해서 구동되는 샤프트(9)는 2개의 풀리 유니트(6)를 통해서 2개의 벨트를 구동시킨다. 이러한 2개의 풀리 유니트의 외부 활차(7)는 샤프트(9)에 고정되는 반면, 내부 활차(8)는 직선형의 스플라인(24)을 통해서 샤프트와 체결되며, 따라서 제한된 축선방향의 이동을 할 수 있게 된다. 가변-용량 유압 실린더(76)가 활차(8)와 샤프트(9)사이에 형성되고, 이것은 링 시일(127)에 의해서 밀봉된다.
벨트(1)는 다른 하나의 샤프트(5)상의 풀리 유니트(2)와 체결되는데, 이것은 앞서와 마찬가지로 최종 드라이브(96)에 연결되어 있다. 이러한 풀리 유니트들의 외부 활차(4)는 나선형 볼 레이스(22)를 통해서 샤프트(5)상에 장착되어 있고, 칼라형 연장부(41)가 형성되어 있으며, 이것 위에서 내부활차 (3)가 직선형 스플라인(42)상에 장착되어 있다. 내부활차(3)는 샤프트(5)에 의해서 수용된 플랜지(44)의 맞은편 면상에 장착된 볼 또는 로울러 레이스(43)에 의해서 서로간에 접근하는 것이 방지된다. 외부 활차(4)는 성형 링(89)에 고정되는데, 이것은 부분(90)에서 샤프트(5)와 밀봉식의 미끄럼 끼움을 형성한다. 내부 테두리에서 샤프트(5)에 대한 고정 및 밀봉식의 끼움을 형성하는 추가 성형 링(87)은 링(89)의 외부 플랜지(88)에 대항해서 외부 테두리에서 밀봉식의 미끄럼 끼움을 형성한다. 따라서, 입구포트(93)가 형성된 밀봉식의 가변용량 유압 실린더(77)는 링(87)과 링(89)사이에 형성된다. 환형 구조물(91)은 샤프트(5)에 대항해서 그 내부반경에서 밀봉식 끼움을 형성하고, 그 외부반경에서는 링(89)의 내부 플랜지(129)에 대항하여 미끄럼 끼움을 형성한다. 따라서, 차단 및 인접요소들은 왕복동식의 가변 용량 밀봉식 유압 실린더(63과 64, 및 64a와 63a)를 한정한다. 실린더(63, 63a)는 샤프트(5)에 형성된 유체 입구포트(94)를 가지고 있고, 실린더(64, 64a)는 이와 유사한 입구포트(95)를 가지고 있으며, 구조물(91)에는 각각 실린더(64, 63a)와 소통되는 출구 도관(68, 67)이 형성되어 있다.
적절한 방식의 유압회로는 제5도에 도시된 형태이다. 샤프트(5) 내에 형성된 도관(도시되지 않음)에 의해서, 펌프(30)는 입구(94)를 통하여 실린더(63, 63a)로 유체를 전달하고, 펌프(31)는 입구(95)를 통해서 실린더(64, 64a)로 유체를 전달하며, 실린더로부터의 축구 도관(67, 68)은 각각 제어밸브(A, B)를 통해서 배수장치(38)에 연결된다. 제8도에 도시된 바와 같지만, 서로 다른 프로그래밍 논리를 갖고서, 밸브(A, B)는 CVT의 프로그램된 중앙 전자 제어 유니트(17)에 의하여 조정되어서, 실린더(63, 63a) 내의 또는 실린 더(64, 64a) 내의 압력에 의해서 발생하는 합성력이 동일하고 그리고 그 각 각의 풀리 유니트(2)상에 가해지는 축선 방향의 단부 재하력의 “토오크 의존” 성분을 나타낸다. 밸브(73)(전달을 위하여 보다 높은 2개의 압력을 선택하는)와, 제3 제어밸브(75)에 의해서, 하나 또는 다른 하나의 펌프(30, 31)는 풀리 유니트(6)상에 적절한 벨트-활차 고정력을 가하며, 그리고 풀리 유니트(2)상에 총 축선 방향 단부 부하의 고정 성분을 가하도록 실린더(76, 77)에 연결되어 있다. 2개의 샤프트상의 고정력은 동일하고, 이것은 동일한 면적의 실린더 내의 동일한 압력에 의해서 제공되고, 나선형 볼 레이스(22)로부터 힘에 의해서 압력이 균형을 이루기 때문에 “토오크 제어” 실린더(63, 64, 64a, 63a)로부터 최종적인 힘이 존재하지 않음이 인정될 것이다.
입력 샤프트(9)는 입구(83)를 통해서 밸브(75)로부터 실린더(76) 쪽으로 유체를 공급하기 위하여 단 하나의 유압도관을 포함할 필요가 있는 반면, 도시된 수많은 포트와 도관을 공급하기 위해서 보다 많은 수의 유압도관이 출력 샤프트(5) 내에 수용될 수 있어야 한다. 이것은 통상적으로 샤프트(5)의 양단이 잠재적으로 막히지 않기 때문에 바람직하고, 일단부가 원동기(50)에 연결되는 샤프트(9)에 의한 것보다는 더 용이하게 유압 연결부에 대한 접근을 형성한다.
본 발명은 연속 가변 동력 전달장치(“CVT's”)에 관한 것이며, 특히 밴드 및 활차형의 CVT의 비율 변경 부품(“변속기(variator)”)에 관한 것이다.
이런 방식의 CVT에서, 주로 체인벨트의 형태로 된 연속적인 가요성 및 비탄성 밴드는 평행하지만 분리된 축상에서 이 두 축에 대한 공통의 반사상면에서 작동되는 2개의 풀리 유니트를 지나간다. 밴드의 폭은 변화되지 않고 각각의 풀리 유니트의 2개의 활차는 동축선상에 있지만, 이들 사이의 축선 방향의 틈새는 변경될 수 있어서, 밴드가 풀리 유니트와 접촉하여 구동하는 반경이 변한다. 만일 두 개의 유니트 중 첫 번째 유니트의 활차들이 축선 방향으로 멀어지게 움직인다면, 밴드의 접촉 반경이 감소되고, 제2 유니트의 활차들은 반경을 증가시켜 밴드의 신장을 유지하도록 접근하여야 한다. 동시에, 제1 유니트 및 제2유니트가 변속기의 입력부재 및 출력부재로 각각 간주된다면, 전달비는 떨어진다. 이와 반대로, 제1유니트의 활차들이 제2유니트의 활차들과 함께 축선 방향으로 이동한다면, 전달비는 상승한다. 작동 중에는 항상, 2개의 유니트의 활차들은 풀리와 벨트간에 필요한 견인을 전달하기에 충분한 풀리와 벨트의 마찰을 생성할 만큼의 힘과 함께 축선 방향으로 가압되어야 한다. 통상적으로, 각각의 풀리 유니트 중 하나의 활차는 자체 샤프트에 고정되는 반면, 다른 하나의 활차는 축선방향의 스플라인에 의해서 샤프트에 활주 가능하게 연결되어 있고, 벨트로부터 떨어진 활차의 면은 필요한 축선방향의 하중을 생성하는 유압 하에서 유체원에 연결된 실린더 내에서 작동하는 피스톤의 면을 형성한다. 만약, 각각의 풀리 유니트 중 하나의 활차가 고정되어 있고 다른 하나의 활차가 앞서 언급한 바와 같이 축선 방향으로 이동 가능하다면, 각각의 풀리 유니트에 대한 벨트의 미세한 축선방향의 변형에 의해서 전달비가 변경되어야 한다. 이것의 어떠한 반대 효과도 피하기 위한 수단이 당업자에게 공지되어 있으며, 이 수단은 두 개의 풀리 유니트 사이에서 (각각 고정되어 있고 이동 가능한) 두 개의 활차의 배열을 축선 방향으로 역전시켜서, 활차들이 접근하는 유니트에서의 벨트의 축선 방향 이동은 활차들이 서로 멀어지는 다른 유니트에서의 상응하는 벨트 이동에 의해 일치된다.
이러한 종류의 공지된 변속기에 있어서는, “비율 제어”와 같이 공지되어 있는 방법에 의해 전달비를 변경시키는 것이 조작자에게 통상적이다. 즉, 하나의 유니트의 활차들이 서로 멀어지는 소정의 이동을 실행하고 그리고 다른 유니트의 활차들이 함께 관계하는 소정이 이동을 실행하며, 동시에 필요한 벨트/활차 마찰을 유지하도록 두 개의 풀리 유니트에 충분한 축선 방향 부하를 유지시키도록, 두 개의 가동 활차의 유압 제어를 직접적으로 명령하는 것이다. 반면에, 환형 회전 마찰식(toroidal-race rolling-traction type)의 CVT's의 관련 기술영역에서의 최근의 개발은 소위 “토오크 제어”의 이점을 증명하여 왔다. 여기서, 가속 페달 또는 다른 제어부재의 움직임에 의한 조작자의 요구는 구동 샤프트(즉, 엔진 상의 토오크부하)에 의하거나 종동 샤프트 상의 특정 출력 토오크에 의하여 변속기로 인가되는 특정 구동 토오크가 된다. 이러한 유형의 CVT 제어 시스템의 예는 특허공보 WO 93/21031 호 및 EP-B-0444086호에 각각 개시되어 있다.
밴드-및-활차 유형의 변속기를 사용하는 CVT 내에 토오크 제어 부품을 포함하는 방법이 제안되어 왔다. 이러한 방법 중의 하나는, 1973년 1월에 미시간주의 디트로이트에 소재하는 “International Automotive Engineering Congress and Exposition”에 소개된 제목이 “Design Equations for a Speed and Torque Controlled Variable Ratio V-Belt Transmission”인 문서 제730003호에 개시되어 있다. 여기에 개시된 변속기에는, 두 개의 풀리 유니트 중 하나는 샤프트에 대하여 나선형으로 움직이는 활차 중의 하나의 용량에 기인한 얼마간의 토오크-감응성 용량을 나타내고, 동시에 다른 풀리 유니트는 토오크가 아닌 입력 속도에 감응한다. 상기 문서는 설상차(snowmobiles)와 같은 특정한 차량에 그러한 CVT를 사용할 것을 제안한다. 그러나, 그러한 차량의 조작자의 제어 움직임은 차량 드로틀의 움직임과 확실하게 (가속페달에 의해) 직접적으로 관련되어야 하지만, 상기 문서는 두 개의 풀리 유니트의 활차의 관계 움직임이 조작자의 제어 움직임에 의해 또는 이와 관련하여 직접적으로 제어되어야 함을 제시하고 있지 않다. CVT는 임의의 출력 부하, 즉 출력 스피드와 출력 토오크의 곱 때문에 제한된 제어 능력을 가지며, 변속기의 비율 제한범위 내에서 입력 스피드와 입력 토오크의 단일 평형 조합만이 존재한다. 그러한 제한된 제어능력을 갖는 CVT는 현대의 도로주행 차량의 필요를 만족시키지 못한다. 상기 문서에 기재된 바와 같은 변속기의 또 다른 제한은, 변속기가 그 비율 범위의 한쪽 끝으로부터 다른 한쪽 끝으로 진행하는 이른바 “체계(regime)”에 있어서 하나 이상의 체계에서 작동하게 함으로써 작동범위가 연장되는, 실제적인 자동차 분야에서 더욱더 필요한 종류의 CVT에는 사용하기에 적합하지 않다는 것이다. 이러한 다중 체계 설계에서는, 이러한 체계 중의 하나에서 변속기를 통하여 동력이 재순환하는 것이 일반적이고 그 동안에 변속기 출력과 동력 입력이 유성기어(epicyclic gear)에 대해서 2개의 입력으로서 작동하고, 그리고 동력이 모두 재순환할 때 특정의 비율치에서 이른바 “기어중립” 상태가 전달되는 이루어져서, 변속기 출력과 자동차가 안정된다. 이러한 재순환 체계를 포함하는 대부분의 자동차 동력 전달장치에서는 예를 들면 자동차가 정지상태에 있는 동안 엔진이 작동되어서 공회전 상태에 도달할 때 변속기가 기어중립 상태를 요구하는 것이 필수적이다. 그러나, 상기 문서는 기어중립 상태가 이루어질 수 있는 동력 재순환 체계의 가능성을 언급하고 있지 않으며, 운전자의 요구가 없는 상태에서 전술한 변속기는 자체 비율 범위의 일극단만을 추구한다.
본 발명에 따른 CVT는 또한 미국특허 제 5,217,412호에 공개된 종류의 CVT와는 구별된다. 명세서에 수 차례 언급된 바와 같이, 본 발명은 작동자가 변속기의 특정의 비율을 요구하고 토오크의 변화가 이 비율에 직접 적인 영향을 끼치지 않는 CVT에 관한 것이다. 본 발명에 의해서, 비율의 직접적인 제어가 존재하지 않는다. 가속 페달 또는 다른 제어부재의 조작범 위에 의해서, 조작자는 하나 또는 다른 변속기 샤프트상에 특정의 토오크를 요구하고, 작동한계 내에서 토오크는 비율이 변하는 경우에도 유지된다. 미국 특허 제 5,127,472호와 구별되는 다른 하나의 특징은 효율적인 “토오크 제어”를 위해서 적어도 하나의 풀리 유니트와 그 샤프트간의 연결이 크기 및 방향에서 샤프트상의 토오크에 좌우되는 힘을 생성하는 것이 바람직하다는 것이다. 이러한 힘은 활차의 축선방향의 분리를 용이하게 바꾸도록 작용한다. 미국특허 제 5,217,412호에서는 토오크 감응성 연결부(품목 24)가 하나의 풀리의 샤프트의 2단면들 사이에 존재한다. 토오크를 감지하도록 작동할 때, 직접 관련된 축선방향의 힘은 발생하지 않으며 풀리 활차의 상대운동을 유도하도록 제공되지 않는다.
일반적으로, “토오크 제어”를 할 수 있는 벨트형 CVT's에 적용할 수 있는 특징은 풀리 유니트와 그 샤프트간에 토오크 감응성 연결부가 어디에 존재하든 간에, 풀리와 샤프트의 이동을 허용하고, 그리고 토오크의 크기와 방향의 함수인 풀리와 샤프트의 힘을 생성하는 것이며, 따라서 이 샤프트가 벨트에 토오크를 전달할 때마다 연결부의 반응은 활차를 분리하려는 힘을 생성하고, 이 샤프트가 벨트로부터 토오크를 수용할 때마다 상용하는 힘이 활차들을 동시에 이동시키려고 한다. 본 발명의 주제는 미국특허 제 5,173,084호에 공개된 벨트형 CVT와도 구별되는데, 여기에서는 각각의 풀리 유니트와 그 샤프트 사이에는 잠재적인 토오크 감응성 연결부가 제공된다. 그러나, 미국특허 제 5,173,084호에서는 풀리 유니트와 각각의 샤프트간의 잠재적으로 2개의 토오크 감응성 연결부의 작동이 다르다. 이러한 2개의 연결부에서 생성되는 토오크에 관련된 힘은 2개의 풀리 유니트상에서 일치하여 작용하며, 입력 샤프트(12)로부터 출력 샤프트(14) 쪽으로 동력이 전달될 때마다 이들 둘을 함께 이동시키거나 또는 동력 전달이 역전될 때 양자를 분리시키는 경향이 있다. 명세서에 명확하게 언급되어 있는 바와 같이, 이것은 유압 펌프를 단순화하거나 그 용량을 감소시킬 목적으로 수행된다. 이것은 또한 앞서 언급한 문서 제 73003호와 유사한 미국특허 제 7,173,084호에 공개된 토오크 감응성 연결부의 작동이 예를 들면 기어중립 상태를 추구하기 위해서 공회전 시에 소정의 상황에서 변속기가 요구되는 다중 체계 CVT에 사용되는 것을 방지한다는 것을 주목해야 한다.
본 발명은 밴드 및 활차방식의 CVT가 현대의 자동차에 요구되고 앞서 언급한 환형 궤도의 CVT's의 조절성과 양립할 수 있는 정도로 토오크를 조정할 수 있게 되도록 개선될 수 있다는 것으로부터 출발한다.
본 발명은 특허청구의 범위에 의해서 한정되며, 그 내용은 명세서에 포함되어 있고, 첨부된 도면을 참조하여 여러 실시예들을 통해서 설명되는 바와 같은 CVT's를 포함한다.

Claims (23)

  1. 운전자 또는 다른 조작자에 의해서 조작 가능한 제어수단(17)과, 평행하지만 서로 이격된 회전축을 제공하고 방사상의 공통면을 공유하는 2개의 풀리 유니트(2, 6)와 접촉하여 구동되는 하나 이상의 밴드(1)를 갖춘 비율 변경 부품(“변속기”)을 포함하는 밴드 및 활차 방식의 연속 가변 동력 전달장치(“CVT”)로서, 각각의 상기 풀리 유니트는 샤프트 수단(5, 9)과, 그 위에 장착된 2개의 활차(3, 4; 7, 8)를 포함하고 있고, 상기 2개의 활차의 축선 방향의 이격은 상기 밴드와 풀리 유니트간의 접촉 반경을 변경시켜서 전달비를 변경하도록 가변적이고, 풀리 유니트가 전달하는 토오크의 크기와 방향의 함수인 축선 방향 유니트 및 샤프트 수단의 힘을 발생시킬 수 있는 적어도 하나의 풀리 유니트와 자체 샤프트 수단 사이에 토오크 감응성 연결 수단(21, 22)이 제공되며, 재하력으로써 자체 활차들을 함께 가압하도록 로딩 수단(30, 15, 25, 36, 39; 31, 16, 26, 37, 39)이 상기 풀리 유니트상에서 작용하는, 연속 가변 동력 전달장치에 있어서, 상기 샤프트 수단(5 또는 9) 중의 하나에 의해 상기 변속기로 전달되는 동력의 입력이, 상기 토오크 감응성 연결수단과 조합하여, 상기 하나의 샤프트 수단(5 또는 9)상의 상기 풀리 유니트(2 또는 6)의 활차(3, 4 또는 7, 8)의 축선 방향의 이격이 다른 하나의 샤프트 수단(9 또는 5)상의 상응하는 풀리 유니트(6 또는 2)의 활차(7, 8 또는 3, 4)의 축선 방향의 축선 방향 이격에 대해서 증가되도록 유도하는 효과를 가지는 방식으로, 상기 활차가 각 각의 풀리 유니트(2, 6)의 샤프트 수단(5, 9) 상에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 연속 가변 동력 전달장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 토오크 감응성 연결수단이 활차와 샤프트 수단 사이의 축선 방향 성분 및 회전성분을 모두 포함하는 상대 운동을 허용하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 동력 전달장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 토오크 감응성 연결수단이 나선형 궤적을 따르는 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 동력 전달장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 토오크 감응성 연결수단이 볼 스크류 방식인 것을 특징으로 하는 연속 가변 동력 전달장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 풀리 유니트의 2개의 활차가 함께 회전하지만 축선 방향의 제한된 상대 운동을 수행할 수 있도록 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 연속 가변 동력 전달장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 풀리 유니트의 두 개의 활차가 자체 샤프트 수단에 대해서 축선 방향 운동 및 회전 토오크 반응 운동 모두를 수행하고 서로에 대해 미러 이미지로 이러한 운동을 수행하도록 장착되어 있어서, 상기 밴드와의 접측 반경의 변화가 상기 밴드의 축선 방향 위치의 변화 없이 일어나는 것을 특징으로 하는 연속 가변 동력 전달장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 재하력이 유압으로 발생되는 것을 특징으로 하는 연속 가변 동력 전달장치.
  8. 제1항에 있어서, 소정의 한계를 넘는 상기 풀리 유니트의 2개의 활차의 접근 또는 이격에 반응하여, 접근 또는 분리를 일으키는 상기 축선 방향 하중을 각각 증가시키거나 감소시킴으로써 접근 또는 분리를 방해하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 동력 전달장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 활차가 축선 방향으로 너무 멀리 이격될 때, 상기 밴드가 상기 풀리 유니트의 활차의 내경을 이탈하는 것을 방지하기 위한 기계적 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 동력 전달장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 기계적 수단이 상기 풀리 유니트의 샤프트 수단 상에 회전식으로 장착되고 상기 활차들 사이에 설치되는 링의 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 연속 가변 동력 전달장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 밴드가 벨트 방식인 것을 특징으로 하는 연속 가변 동력 전달장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 밴드가 체인 방식인 것을 특징으로 하는 연속 가변 동력 전달장치.
  13. 제1항에 있어서, 적어도 두 개의 체계로 작동 가능하며, 상기 체계 중의 적어도 한 체계 내에서 상기 변속기를 통해 동력이 재순환되고 “기어중립”비가 달성되는 것을 특징으로 하는 연속 가변 동력 전달장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 재하력은 활차-밴드 반응(“고정”)과 그리고 풀리 유니트에서의 토오크와 각각 관련된 제1 및 제2 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 동력 전달장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 재하력의 제2 성분의 크기가 조작자의 요구의 함수인 것을 특징으로 하는 연속 가변 동력 전달장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 재하력의 제1 성분의 크기가 조작자의 요구의 함수인 것을 특징으로 하는 연속 가변 동력 전달장치.
  17. 제14항에 있어서, 상기 축선 방향 유니트 및 샤프트 수단의 힘이 상기 재하력의 제2성분과 동일하고, 그리고 상기 재하력에 대해 반대로 풀리 유니트에 가해질 때, 변속기의 비율이 균형값에 도달하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 동력 전달장치.
  18. 제7항에 있어서, 2개 이상의 풀리 유니트 상에 재하력의 적어도 일부를 발생시키기 위한 수단이 연결되어 있어서, 상기 수단이 동일한 압력을 가지며 그리고 이들 수단 중 하나의 내부에서의 유압유체의 체적의 상승 또는 하강은 다른 하나 안에서의 상응하는 상승 또는 하강과 일치하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 동력 전달장치.
  19. 제1항에 있어서, 변속기 축 중의 하나에 연결된 원동기를 더 포함하고 있으며, 임의의 토오크 감응성 연결수단이 제2 변속기 축에 제한되는 것을 특징으로 하는 연속 가변 동력 전달장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 변속기의 제2 축상의 임의의 풀리 유니트상에 가해지는 재하력이 상기 제2 축상에 장착된 유압장치를 사용하여 발생되고, 상기 유압장치와 관련된 유체도관은 상기 제2 축상의 샤프트 수단 내에 형성되어 있으며 또한 상기 샤프트 수단 내의 각각의 장치로부터 축선 방향 양쪽으로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 연속 가변 동력 전달장치.
  21. 제13항에 있어서, 상기 연속 가변 동력 전달장치를 하나 이상의 “체계”에서 작동시킬 수 있는 종동 샤프트와 기어 및 클러치 수단을 더 포함하고 있으며, 상기 종동 샤프트는 변속기의 회전축 중의 하나로부터 변위되고, 상기 기어 및 클러치 수단은 상기 종동 샤프트와 동축으로 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 연속 가변 동력 전달장치.
  22. 제1항에 있어서, 하나 이상의 벨트에 의해서 상기 2개의 축 사이에 견인력이 전달되고, 상기 모든 벨트상의 토오크를 균등하게 하는 수단이 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 연속 가변 동력 전달장치.
  23. 제14항에 있어서, 상기 2개의 변속기 축상의 풀리 유니트에 대하여 재하력을 발생시키는데 별도의 동력원이 사용되고, 상기 동력원 중 제1 동력원은 제1 변속기 축과 정렬된 적어도 하나의 유니트를 위한 제1 성분와 제2 변속기 축과 정렬된 적어도 하나의 유니트를 위한 제2 성분에 기여하고, 제2 동력원도 역으로 마찬가지인 것을 특징으로 하는 연속 가변 동력 전달장치.
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