KR100428290B1 - 차량의 마찰 가변 변속장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 변속장치를 구성하는 부품을 단순화시켜 차량의 경량화를 도모할 수 있는 차량의 마찰 가변 변속장치에 관한 것이다. 본 발명은 차량의 변속장치에 있어서, 상기 차량의 엔진으로부터 발생된 회전력을 유지하는 회전 동력부와, 상기 회전 동력부에 일측면이 접한 상태에서 소정의 방향으로 움직임에 따라 상기 회전 동력부로부터 전달되는 회전력을 가변시키는 동력 가변 전달부와, 상기 회전 동력부와 편심된 상태로 장착되며, 상기 차량의 클러치 페달 답입상태에 따라 발생되는 유압으로 인해 상기 동력 가변 전달부와의 마찰 접촉 또는 이격된 상태로 전환되어 상기 동력 가변 전달부의 회전력 전달을 단속하는 유압 클러치부와, 상기 유압 클러치부의 움직임에 연동하며, 상기 회전 동력부와 동력 가변 전달부를 통해 전달되는 회전력의 입력 상태에 따라 그에 상응하는 회전력을 전달하는 동력 전달부를 포함하여 구성한다.

Description

차량의 마찰 가변 변속장치{FRICTION TYPE VARIABLE TRANSMISSION DEVICE OF VEHICLE}

본 발명은 차량의 변속장치에 관한 것으로서, 특히 차량의 마찰 가변 변속장치에 관한 것이다.

통상적으로, 차량의 변속장치는 엔진의 구동력을 구동륜에 전달하는 기능을갖고 있다. 변속장치에는 운전자의 의지대로 변속 단계를 직접 선택하는 수동 변속장치와, 차량의 주행 조건에 따라 자동으로 변속이 이루어지는 자동 변속장치가 있다. 자동 변속장치의 진보된 형태로 각 변속단 사이에 특정한 변속영역 없이 연속적인 변속 패턴으로 변속이 이루어지는 무단 변속장치가 있다.

도 1은 일반적인 무단 변속기의 풀리부 구성을 도시한 단면도이다.

무단 변속장치는 도 1에 도시된 바와 같이 벨트(10)로 연결되는 구동풀리(20)와 종동풀리(30)를 구동축(12)과 종동축(14)에 각각 장착하고, 상기 각각의 풀리 외경을 상대적으로 변환시키는 방식이 주로 사용된다. 상기 구동풀리(20)는 구동축(12)상에 고정된 제1 고정풀리(22)와 상기 구동축(12)상에 장착되어 상기 구동축(12)상을 직선 왕복 이동하면서 구동풀리(20)의 외경을 가변시키는 제1 가변 풀리(24)로 구성된다. 종동풀리(30)의 기본적인 구성은 구동풀리(20)의 구성과 동일하다.

참조번호 (32)는 제2 고정풀리이며, 참조번호 (34)는 제2 가변 풀리이다. 이와 같은 구성으로 이루어진 무단 변속장치의 변속범위는 구동풀리(20)의 제1 가변 풀리(24)와 종동풀리(30)의 제2 가변 풀리(34)의 이동량에 따라 정해진다.

참고적으로, 엔진의 회전 동력은 토크 컨버터와 구동축(12)을 통하여 구동풀리(20)와 종동풀리(30)의 폭 변화에 따라 종동축(14)과 평행하게 배치되는 동력 전달축을 통해 차동 장치로 전달된다.

위와 같은 방법을 사용할 때 종래의 무단 변속장치는 구성부품이 많고, 복잡하며, 무단 변속장치 자체 중량에 의해 차량의 전체 중량이 증가되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 변속장치를 구성하는 부품을 단순화시켜 차량의 경량화를 도모할 수 있는 차량의 마찰 가변 변속장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 차량의 변속장치에 있어서, 상기 차량의 엔진으로부터 발생된 회전력을 유지하는 회전 동력부와, 상기 회전 동력부에 일측면이 접한 상태에서 소정의 방향으로 움직임에 따라 상기 회전 동력부로부터 전달되는 회전력을 가변시키는 동력 가변 전달부와, 상기 회전 동력부와 편심된 상태로 장착되며, 상기 차량의 클러치 페달 답입상태에 따라 발생되는 유압으로 인해 상기 동력 가변 전달부와의 마찰 접촉 또는 이격된 상태로 전환되어 상기 동력 가변 전달부의 회전력 전달을 단속하는 유압 클러치부와, 상기 유압 클러치부의 움직임에 연동하며, 상기 회전 동력부와 동력 가변 전달부를 통해 전달되는 회전력의 입력 상태에 따라 그에 상응하는 회전력을 전달하는 동력 전달부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 무단 변속기의 풀리부 구성을 도시한 단면도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 마찰 가변 변속장치의 구성을 도시한 개략도.

도 3은 도 2에 도시된 동력 가변 전달부의 결합 관계를 도시한 상세도.

도 4는 도 3에 도시된 시프트 볼의 구성을 도시한 도면.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 마찰 가변 변속장치의 변속영역을 도시한 도면.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 마찰 가변 변속장치의 변속영역에 따른 동력 가변 전달부의 상호 위치 관계를 도시한 도면.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 발명의 설명을 위해 예시한 것으로 본 발명이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 마찰 가변 변속장치의 구성을 도시한 개략도이다. 도 3은 도 2에 도시된 동력 가변 전달부(30)의 결합 관계를 도시한 상세도이다. 도 2와 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 차량의 마찰 가변 변속장치의 구성을 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 차량의 마찰 가변 변속장치는 회전 동력부(20), 동력 가변 전달부(30), 유압 클러치부(40), 동력 전달부(50)를 포함하여 구성한다.

회전 동력부(20)는 차량의 엔진(10)으로부터 발생된 회전력을 유지하는 기능을 한다. 상기 회전 동력부(20)는 상기 엔진(10)의 구동에 따라 회전되는 크랭크축(12)의 일단에 연결되어 상기 엔진(10)의 회전 관성을 유지하며, 상기 동력 가변 전달부(30)와 접하는 마찰면이 균일하게 형성되는 마찰 플라이휠로 구성한다. 상기 크랭크축(12)과 회전 동력부(20)는 일체형으로 구성한다.

동력 가변 전달부(30)는 상기 회전 동력부(20)에 일측면이 접한 상태에서 소정의 방향으로 움직임에 따라 상기 회전 동력부(20)로부터 전달되는 회전력을 가변시키는 기능을 한다. 상기 동력 가변 전달부(30)는 변속 레버와, 상기 변속 레버의 움직임에 연동되는 시프트 포크와, 상기 회전 동력부(20)와 유압 클러치부(40)의 사이에 상기 회전 동력부(20)의 원주 외측방향으로부터 원주 중심방향으로 위치되어 양단이 고정 결합되는 변속 로드(80)와, 상기 변속 로드(80)의 축 방향에 결합되며, 상기 시프트 포크가 결합된 상태에서 상기 회전 동력부(20)의 원주 외측방향으로부터 원주 중심방향으로 직선 이동함에 따라 상기 회전 동력부(20)의 회전력을전달받아 소정의 방향으로 회전되는 시프트 볼(70)을 포함하여 구성한다.

유압 클러치부(40)는 상기 회전 동력부(20)와 편심된 상태로 장착되며, 상기 차량의 클러치 페달(60) 답입상태에 따라 발생되는 유압으로 인해 상기 동력 가변 전달부(30)와의 마찰 접촉 또는 이격된 상태로 전환되어 상기 동력 가변 전달부(30)의 회전력 전달을 단속하는 기능을 한다. 상기 유압 클러치부(40)는 클러치 하우징(44)과, 상기 클러치 하우징(44) 내에 형성되어 상기 차량의 클러치 페달(60) 답입상태에 따라 소정의 유압이 발생되는 유압실(46)과, 상기 회전 동력부(20)와 편심된 상태로 장착되며, 상기 유압실(46)에 발생된 유압에 따라 클러치 축(42) 전후방향으로 이동되어 상기 동력 가변 전달부(30)와 접촉 또는 이격되고, 상기 동력 가변 전달부(30)와 접하는 마찰면이 균일하게 형성되는 마찰 플레이트(48)를 포함하여 구성한다. 상기 클러치 축(42)과 마찰 플레이트(48)는 일체형으로 결합된다. 상기 클러치 페달(60)이 답입되면, 상기 유압실(46)에 형성되는 유압이 제거되어 상기 마찰 플레이트(48)가 동력 가변 전달부(30)로부터 이격된다. 참조번호 (45)는 유압이 공급되는 구멍을 나타낸다.

동력 전달부(50)는 상기 유압 클러치부(40)의 움직임에 연동하며, 상기 회전 동력부(20)와 동력 가변 전달부(30)를 통해 전달되는 회전력의 입력 상태에 따라 그에 상응하는 회전력을 전달하는 기능을 한다. 동력 전달부(50)는 피니언과 디퍼런셜을 포함하는 차동 기어 장치로 구성된다.

도 4는 도 3에 도시된 시프트 볼(70)의 구성을 도시한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이 상기 시프트 볼(70)은 상기 변속 로드(80)에 축 결합되는 구멍(72)과, 상기 변속 레버의 움직임에 연동되어 상기 변속 로드(80)의 축 방향으로 이동되도록 시프트 포크가 결합되는 포크 안착부(74)와, 상기 포크 안착부(74) 하부에 형성되어 반구형상을 갖는 구름 마찰면(76)을 포함하여 구성한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 차량의 마찰 가변 변속장치는 엔진(10)측에는 균일 평면의 마찰면을 가지는 회전 동력부(20)와 유압 클러치부(40)측에는 일반적인 클러치와 같이 클러치 페달(60)로 움직이는 균일 평면의 마찰 플레이트(48)를 구성한다. 여기서, 회전 동력부(20)와 마찰 플레이트(48)를 편심되도록 장착하며, 상기 회전 동력부(20)와 마찰 플레이트(48) 사이에 시프트 볼(70)을 도 3의 화살표 방향으로 이동되도록 설치하여 변속 레버의 조작에 따라 시프트 볼(70)이 이동되면서 무단으로 전진과 후진 변속을 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 차량의 마찰 가변 변속장치의 동력 전달 경로는

엔진(10)⇒회전 동력부(20)⇒시프트 볼(70)⇒마찰 플레이트(48)⇒클러치 축(42)⇒동력 전달부(50)로 이루어진다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 마찰 가변 변속장치의 변속영역을 도시한 도면이다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 마찰 가변 변속장치의 변속영역에 따른 동력 가변 전달부(30)의 상호 위치 관계를 도시한 도면이다. 참고적으로 도 6a는 고속 회전 상태이고, 도 6b는 저속 회전 상태이며, 도 6c는 역회전 상태를 나타낸다.

도 5와 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 마찰 가변 변속장치의 변속영역을 설명한다.

먼저, 엔진(10)에서 나온 회전력은 회전 동력부(20)를 거쳐 시프트 볼(70)로 전달되고 시프트 볼(70)의 회전력은 다시 마찰 플레이트(48)로 전달된다.

이때, 시프트 볼(70)이 도 6a에 도시된 바와 같이 회전 동력부(20) 평면 원상의 바깥쪽에 위치할 경우 회전 동력부(20)는 시프트 볼(70)의 회전속도를 고속으로 회전시키고 시프트 볼(70)은 다시 마찰 플레이트(48)의 회전속도를 상기 회전 동력부(20)의 회전속도보다 고속으로 회전시킨다.

이와 같은 상태에서 시프트 볼(70)이 도 6b에 도시된 바와 같이 화살표 방향으로 이동되면 회전 동력부(20)가 시프트 볼(70)을 저속으로 회전시키고 시프트 볼(70)은 마찰 플레이트(48)의 회전속도를 상기 회전 동력부(20)의 회전속도보다 저속으로 회전시킨다.

한편, 도 6b와 같은 저속 회전 상태에서 도 6c에 도시된 바와 같이 시프트 볼(70)이 화살표 방향으로 이동되면, 시프트 볼(70)이 회전 동력부(20)의 회전 중심점을 지나게 된다. 이와 같은 상태에서 회전 동력부(20)는 시프트 볼(70)을 반대방향으로 회전시키므로 클러치 축(42)의 회전방향은 회전 동력부(20)의 회전방향과 반대 방향이 된다. 따라서 차량은 후진을 하게 된다.

상술한 바와 같이 크게 3부분으로 구분되는 변속영역을 갖는 구성으로 사용자가 변속을 실시하고자 할 경우 사용자는 일반 클러치를 조작할 때와 같이 변속 레버를 조작하기 전에 클러치 페달(60)을 밟는다. 그러면, 마찰 플레이트(48)가 시프트 볼(70)에서 떨어지고 이때 시프트 볼(70)의 위치를 무단으로 변속할 수 있다. 즉, 사용자가 클러치 페달(60)을 밟으면 유압실(46)에 형성되는 유압이 제거되어마찰 플레이트(48)가 시프트 볼(70)을 누르는 힘이 없어짐으로 인해 시프트 포크에 연결된 시프트 볼(70)의 이동을 쉽게 조작할 수 있다.

여기서, 시프트 볼(70)이 회전 동력부(20)와 마찰 플레이트(48) 사이에 상호 접촉됨에 따라 발생하는 마찰은 집적 마찰이 아닌 세미 고체-고체 마찰이다.

참고적으로, 윤활되는 구름 접촉에서는 다음과 같은 3가지 다른 영역이 존재한다.

첫 번째는 유체역학적 영역(Hydrodynamic Region)으로, 응력 레벨이 낮고 유막 두께가 두꺼운 것이 특징이다.

두 번째는 탄성유체동역학적 영역(Elastohydrodynamic Region)으로, 유막 두께는 비교적 하중에 영향을 받지 않는 특징이 있다.

마지막으로 경계 윤활 영역(Boundary Lubrication Region)은 유막 파손 및 메탈 접촉이 발생하는 문제점이 있다.

본 발명의 실시예에 따른 차량의 마찰 가변 변속장치에서 시프트 볼(70)이 회전 동력부(20)와 마찰 플레이트(48) 사이에 상호 접촉됨에 따라 발생하는 마찰은 전술한 탄성유체동역학적 영역에서 구름 접촉됨을 특징으로 한다. 따라서 시프트 볼(70)이 회전 동력부(20)와 마찰 플레이트(48) 사이에 상호 접촉됨에 따라 탄성유체동력학적 유막(Elastohydrodynamic Fluid Film)을 형성한다.

이러한 구름 접촉 상태에 따라 회전 동력부(20)에서 마찰 플레이트(48)로 전달되는 회전력은 주로 유막의 전단(Shearing)에 의해 이루어진다. 가령, 구름 물체 사이의 접촉이 점 접촉이라고 해도, 접촉면의 투영은 보통 타원인 유한한 면을 갖는다. 회전 동력부(20)와 시프트 볼(70), 그리고 마찰 플레이트(48) 사이에 갇힌 유체는 흘러나갈 시간이 없기 때문에 매우 높은 압축 응력에 이르기 쉽다.(보통 Max. Hertz Stress : 100,000-500,000 Psi) 이러한 압축 응력은 유체의 순간 점도를 증대시키고, 접촉시의 트랙션 계수를 결정짓는 반고체 상태의 윤활유(Semi-Solidified Lubricant)의 전단 강도를 나타낸다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 차량의 마찰 가변 변속장치는 비교적 단순한 변속장치를 구성하여 동력 전달 효율을 증대시키고, 이로 인해 연료 효율을 높일 수 있으며, 경량화에 따른 제품 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.

Claims (14)

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8. 차량의 변속장치에 있어서,

   상기 차량의 엔진 구동에 따라 회전되는 크랭크축의 일단에 연결되어 상기 엔진의 회전 관성을 유지하며, 마찰면이 균일하게 형성되는 마찰 플라이휠로 구성하는 회전 동력부와;

   변속 레버와, 상기 변속 레버의 움직임에 연동되는 시프트 포크와, 상기 회전 동력부의 원주 외측방향으로부터 원주 중심방향으로 위치되어 양단이 고정 결합되는 변속 로드와, 상기 변속 로드의 축 방향에 결합되며 상기 시프트 포크가 결합된 상태에서 상기 회전 동력부의 원주 외측방향으로부터 원주 중심방향으로 직선 이동함에 따라 탄성유체동역학적 영역에서 구름 접촉되어 탄성유체동력학적 유막을 형성하므로써 상기 회전 동력부의 회전력을 전달받아 소정의 방향으로 회전되는 시프트 볼을 포함하여 구성하는 동력 가변 전달부와;

   상기 회전 동력부와 편심된 상태로 장착되며, 상기 차량의 클러치 페달 답입상태에 따라 발생되는 유압으로 인해 상기 동력 가변 전달부와의 마찰 접촉 또는 이격된 상태로 전환되어 상기 동력 가변 전달부의 회전력 전달을 단속하는 유압 클러치부와;

   상기 유압 클러치부의 움직임에 연동하며, 상기 회전 동력부와 동력 가변 전달부를 통해 전달되는 회전력의 입력 상태에 따라 그에 상응하는 회전력을 전달하는 동력 전달부를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 차량의 마찰 가변 변속장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 시프트 볼은

   상기 변속 로드에 축 결합되는 구멍과;

   상기 변속 레버의 움직임에 연동되어 상기 변속 로드의 축 방향으로 이동되도록 시프트 포크가 결합되며, 하부에 반구형상의 구름 마찰면이 형성되는 포크 안착부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 차량의 마찰 가변 변속장치.
10. 제8항에 있어서, 상기 유압 클러치부는

    클러치 하우징과;

    상기 클러치 하우징 내에 형성되어 상기 차량의 클러치 페달 답입상태에 따라 소정의 유압이 발생되는 유압실과;

    상기 회전 동력부와 편심된 상태로 장착되며, 상기 유압실에 발생된 유압에 따라 클러치 축 전후방향으로 이동되어 상기 동력 가변 전달부와 접촉 또는 이격되고, 상기 동력 가변 전달부와 접하는 마찰면이 균일하게 형성되는 마찰 플레이트를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 차량의 마찰 가변 변속장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 클러치 축과 마찰 플레이트는 일체형으로 결합되는 것을 특징으로 하는 차량의 마찰 가변 변속장치.
12. 제10항에 있어서, 상기 클러치 페달이 답입된 상태에서 상기 유압실에 형성되는 유압이 제거되어 상기 마찰 플레이트가 동력 가변 전달부로부터 이격되는 것을 특징으로 하는 차량의 마찰 가변 변속장치.
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