KR100569137B1 - 무단 변속기의 슬립 제어장치 - Google Patents

Abstract

무단 변속기의 슬립 제어장치가 개시된다. 개시된 무단 변속기의 슬립 제어장치는, 구동축과 종동축에 각각 설치된 구동풀리와, 종동풀리와; 상기 구동풀리와 상기 종동풀리에 걸려 무한궤도로 회전하는 벨트와; 상기 구동풀리와 상기 종동풀리를 제어하기 위해 이들의 일측에 설치된 유압기구와; 상기 구동축과 상기 종동축에 작용하는 유압을 제공하는 유압 라인과 연결 설치된 실린더 장치와; 상기 실린더 장치와 연결되어 상기 실린더 장치에 의해 압력이 발생되도록 설치된 실린더 유압라인과; 상기 실린더 유압라인의 압력에 의해 작동되도록 상기 실린더 유압라인의 단부에 설치되어 상기 벨트의 장력을 조정하는 로드;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 최적의 벨트 장력을 유지할 수 있어 벨트의 절단 및 소손과, 변속 충격을 방지할 수 있는 이점이 있다.

무단 변속기, 슬립, 실린더 장치

Description

무단 변속기의 슬립 제어장치{SYSTEM FOR CONTROLLING SLIP FOR CONTINUOUSLY VARIABLE TRANSMISSION}

도 1은 일반적인 무단 변속기의 구성을 개략적으로 나타내 보인 도면.

도 2는 본 발명에 따른 무단 변속기의 슬립 제어장치의 구성을 개략적으로 나타내 보인 도면.

도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 무단 변속기의 슬립 제어장치를 설명하기 위해 개략적으로 나타내 보인 설명도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11. 구동풀리

12. 종동풀리

13. 벨트

14. 유압기구

15. 유압 라인

20. 실린더 장치

21. 챔버

22,22'. 피스톤

23. 스프링

31. 실린더 유압라인

32. 로드

본 발명은 무단 변속기의 슬립 제어장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 구동풀리와 종동풀리에 작용하는 유압라인 중에 별개의 라인을 공유하는 실린더를 설치하고, 각각의 풀리가 작동할 때 그 유압을 이용하여 최적의 벨트 장력을 유지하기 위한 무단 변속기의 슬립 제어장치에 관한 것이다.

자동차는 시대의 흐름에 상응하는 발전을 계속해 왔다. 수동 변속기가 주종을 이루던 때에는 편리성이 요구되어 자동변속기가 개발되었고, 에너지의 효율적인 이용의 필요성과 정숙성이 요구되면서 가속 성능과 발진 성능이 자동변속기에 비해 뒤지지 않는 무단 변속기(CVT)가 개발되어 상용화하기에 이르렀다.

상기한 무단 변속기에 있어서, 종래 기술은 구동풀리와 종동풀리, 그리고 이를 제어하는 유압기구에 의해 변화하는 구동 조건에 따라 각각 풀리의 회전을 제어하여 구동하는 방식이다.

현재 사용되고 있는 무단 변속기의 개략적인 구조는 도 1에 도시된 바와 과 같다.

도 1을 참조하면, 차량의 조건(Np, Ns, TPS 개도 등)에 따른 정보를 통해 각각의 풀리에 맞는 유압을 형성하여 Np를 제어하고, 동시에 이에 상응하는 유압으로 Ns를 제어하는 형식으로 제어한다.

상기한 무단 변속기는 풀리와 벨트와의 장력에 의한 구동력 전달에 의해 구동이 이루어진다. 즉, 차량의 속도에 대한 1차(primary) 풀리와 2차(secondary) 풀리의 회전속도에 따라 2개의 풀리를 연결하는 벨트 구동에 의해 이루어진다.

상기와 같은 구성을 갖는 종래의 기술에 따른 무단 변속기는, 일반적인 구동시에는 문제가 되지 않겠지만, 급출발이나 급격한 구동력의 변화시에는 유압에 의해 작용하는 풀리의 응답성 문제로 약간의 지연이 발생한다.

그리고 이 지연은 급격한 회전차를 보이는 구동축 또는 종동축과 벨트의 밀착시 풀리면의 마모를 초래하고, 급기야는 벨트의 절단 및 소손을 초래할 수 있는 원인이 됨은 물론, 무단 변속기의 장점인 변속 충격(shock)을 유발하게 된다.

따라서 현재 구동 및 종동풀리 그리고 벨트간의 응답성 문제로 벨트의 수명과 풀리면의 소손 등을 초래하는 원인이 되는 풀리와 벨트간의 적절한 장력을 유지하는 것이 절실히 필요하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 구동풀리와 종동풀리에 작용하는 유압라인 중에 별개의 라인을 공유하는 실린더를 설치하고, 각각의 풀리가 작동할 때 그 유압을 이용하여 최적의 벨트 장력을 유지하여 벨트의 절단 및 소손과, 변속 충격을 방지하도록 한 무단 변속기의 슬립 제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무단 변속기의 슬립 제어장치는, 구동축과 종동축에 각각 설치된 구동풀리와, 종동풀리와; 상기 구동풀리와 상기 종동풀리에 걸려 무한궤도로 회전하는 벨트와; 상기 구동풀리와 상기 종동풀리를 제어하기 위해 이들의 일측에 설치된 유압기구와; 상기 구동축과 상기 종동축에 작용하는 유압을 제공하는 유압라인과 연결 설치된 실린더 장치와; 상기 실린더 장치와 연결되어 상기 실린더 장치에 의해 압력이 발생되도록 설치된 실린더 유압라인과; 상기 실린더 유압라인의 압력에 의해 작동되도록 상기 실린더 유압라인의 단부에 설치되어 상기 벨트의 장력을 조정하는 로드;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2에는 본 발명에 따른 무단 변속기의 슬립 제어장치의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 무단 변속기의 슬립 제어장치는, 구동축과 종동축에 각각 설치된 구동풀리(11)와, 종동풀리(12)와, 이들 풀리(11,12)에 걸려 무한궤도로 회전하는 벨트(13)와, 상기 풀리(11,12)를 제어하기 위해 이들의 일측에 설치된 유압기구(14)와, 상기 구동축과 종동축에 작용하는 유압을 제공하는 유압라인(15)과 연결 설치된 실린더 장치(20)와, 이 실린더 장치(20)와 연결되어 실린더 장치(20)에 의해 압력이 발생되도록 설치된 실린더 유압라인(31)과, 이 실린더 유압라인(31)의 압력에 의해 작동되도록 실린더 유압라인(31)의 단부에 설치되 어 벨트(13)의 장력을 조정하는 로드(rod)(32)를 포함하여 구성된다.

상기 실린더 장치(20)는, 챔버(chamber)(21)와, 이 챔버(21) 중앙을 기준으로 좌우에 각각 마주보며 설치되어 챔버(21)에 작용하는 압력에 따라 챔버(21) 내를 슬라이딩하는 피스톤(piston)(22,22')과, 이 피스톤(22,22')의 후면에 설치된 스프링(23)을 포함하여 구성된다.

그리고 상기 실린더 유압라인(31)은 좌우 피스톤(22,22')에 의해 발생되는 압력이 도 2의 A부에서 합쳐지도록 설치되고, 상기 챔버(21)와 연결되는 유압라인(15)의 단부에는 피스톤(22,22')에 작용하는 힘을 상쇄시키지 못하도록 오리피스(orifice)(B)가 구비된다.

또한 상기 로드(32)의 단부에는 도면에는 상세히 도시하지는 않았지만, 상기 벨트(13)의 외륜의 형상과 동일한 접촉부가 구비되며, 롤러(roller) 형태로 이루어진다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 무단 변속기의 슬립 제어장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

우선, 차량의 구동 상태를 예로 들어 설명하면, 도 3에 도시된 바와 같이, 1차 풀리와 2차 풀리를 연결하는 벨트가 있어 각 풀리의 회전에 따라 그 회전 반경이 변하고 그에 상응하는 회전을 입력 및 출력하여 구동시키는 방법이다.

여기서, 급가속을 한다고 가정을 한다.

그러면, 수동 변속기는 각각의 단에 해당하는 기어가 있어 전달 효율이 높아 응답성이 매우 좋은 경우이다. 이에 반해 자동변속기의 경우는 편리하기는 하지만 역시 토크 컨버터에서의 응답성과 동력 전달 과정이므로 유압을 매개체로 하는 관계로 약간의 지연은 발생된다.

그리고 무단 변속기의 경우에는, 갑자기 급가속을 한다고 가정하면, 쓰로틀(TH.) 개도의 정보로 인해 TCU는 1차 풀리축에는 어플라이(apply)압을, 2차 풀리축에는 릴리프(relief)압 제어를 한다.

그러면 다음과 같은 현상이 일어난다.

여기서, Δ는 변화량을, t는 시간을, Φ는 풀리 직경의 변화를, +는 풀리의 직경 증가를, -는 풀리의 직경 감소를 의미한다.

가장 이상적인 경우는,

의 경우이지만, 기계적, 유체적인 전달요소들로 이루어진 시스템에의 효율성 문제로 지연이 발생하게 되는데,

일 경우에는 미쳐 따라오지 못하는 종동축의 회전 저항으로 인해 드래그 포스(drag force)가 걸릴 수 있다.

이는 차량의 변속감(feel)을 저해할뿐더러, 풀리와 벨트가 이의 면접촉으로 인해 마모를 유발하게 된다. 아울러, 벨트의 인장력의 과다 작용으로 벨트의 수명에도 영향을 미치게된다.

의 경우를 보면, 이 경우는 구동축이 동력을 전달하는 중에 종동축이 먼저 응답을 하는 경우로써 중립감(neutral feel)을 유발하게 되고 정상적인 조건에 도달시 충격을 유발하게 되는데, 이 충격은 회전체에 갑자기 접합되는 관계로 풀리의 마모와 벨트의 소손을 초래하는 원인이 된다.

따라서, TCU와 유압 제어기구에서 제어하는 대로 응답을 해 주어야 하지만, 위에서 설명한 이유로 인해 그렇지 못한 게 사실이고 현실이다.

하지만, 설계의도는 안전성과 내구성을 고려하여

의 경우보다는

의 경우를 안전한 경우로 판단하였다.

따라서,

의 경우에 발생할 수 있는 현상은 결국, 벨트의 처짐/장력부족(loose)한 경우일 것이다.

따라서 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 무단 변속기의 슬립 제어장치는 이에 상응한(대응이 가능한) 발명이다.

한편, 도 4는 가속 상태에 따라 벨트 및 풀리의 상태를 나타내 보인 것이다.

본 발명의 작용 설명에 따른 이해를 돕기 위해 도 5에 도시된 바와 같이, 회전하여 설명하기로 한다.

도 5의 처짐량은 급감속/급가속시 슬립(slip)을 유발하는 원인이 된다. 따라서, 로드(32)(롤러)를 이용하여 처짐량을 줄이게 된다.

여기서, 이상적인 경우를 예로 들자면, 본 발명은 구동축에 작동하는 유압과 상응하는 유압이 종동축에 작용해야 하는데, 이 이치를 이용한 것이다.

본 발명은 상기한 도 2에 에 도시된 바와 같이, 구동축에 작용하는 유압과 종동축에 작용하는 유압을 설치된 실린더 장치(20)(또는 밸브 스풀)에 연결 입력하 도록 한다.

그리고 입력된 유압은 챔버(21)에서 설치된 피스톤(22,22')을 좌우로 밀게되고, 미는 압력에 의해 발생하는 압력은 좌우 실린더 유압라인(31)을 통해 A부에서 합쳐진다. 이 압력은 이의 단부에 설치된 로드(32)를 작동하게 한다.

그리고 유압라인(15)의 B부에는 오리피스(B)를 설치하여 고압이 저압으로 이동하여 피스톤(22,22')에 작용하는 압력을 상쇄시키지 않도록 한다. 아울러, 작용한 압력은 반대측으로 유입되어 상쇄되거나 압력을 작용하지 않기 위해 반대쪽으로 입력을 박은 구조를 갖는다.

이와 같이 본 발명에 따른 무단 변속기의 슬립 제어장치는, 급가속 조건이 발생하면, 구동축과 종동축에는 각각 상응하는 유압이 작동하고, 각각의 풀리(11,12)에 작용하는 유압은 풀리(11,12)와 실린더 장치(20)로 유압이 작용하게 되며, 이 유압은 피스톤(22,22')을 좌우로 밀게된다.

그리고 이 힘은 다시 양단에서 합쳐지고, 벨트(13)와 접촉되는 단부의 로드(32)에 의해 장력이 조정된다.

또한 차량의 가속시는 어플라이 릴리스(release) 압에 따라 고압과 저압으로 구분되어지는데, 고압측의 유압이 저압측의 유로로 작용하여 피스톤(22,22')에 작용하는 힘을 상쇄시키지 못하게 하기 위해 실린더 장치(20) 일측에 오리피스(B)를 설치하여 이를 방지한다. 그리고 양단에는 항시 어떠한 유압이 작용할 것이므로 그 압의 비례되는 값에 의해 이동되는 피스톤(22,22')은 그에 상응하는 물리적인 힘을 로드(32)에 작용할 것이며, 이는 벨트(13)의 장력을 탄력적으로 유지하게 한 다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 무단 변속기의 슬립 제어장치는 다음과 같은 효과를 갖는다.

최적의 벨트 장력을 유지할 수 있어 벨트의 절단 및 소손과, 변속 충격을 방지할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (5)

1. 구동축과 종동축에 각각 설치된 구동풀리와, 종동풀리와;

   상기 구동풀리와 상기 종동풀리에 걸려 무한궤도로 회전하는 벨트와;

   상기 구동풀리와 상기 종동풀리를 제어하기 위해 이들의 일측에 설치된 유압기구와;

   상기 구동축과 상기 종동축에 작용하는 유압을 제공하는 유압라인과 연결 설치된 실린더 장치와;

   상기 실린더 장치와 연결되어 상기 실린더 장치에 의해 압력이 발생되도록 설치된 실린더 유압라인과;

   상기 실린더 유압라인의 압력에 의해 작동되도록 상기 실린더 유압라인의 단부에 설치되어 상기 벨트의 장력을 조정하는 로드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무단 변속기의 슬립 제어장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 실린더 장치는,

   챔버와;

   상기 챔버 중앙을 기준으로 좌우에 각각 마주보며 설치되어 상기 챔버에 작용하는 압력에 따라 상기 챔버 내를 슬라이딩하는 피스톤과;

   상기 피스톤의 후면에 설치된 스프링;을 포함하여 된 것을 특징으로 하는 무 단 변속기의 슬립 제어장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 실린더 유압라인은 상기 좌우 피스톤에 의해 발생되는 압력이 합쳐지도록 설치된 것을 특징으로 하는 무단 변속기의 슬립 제어장치.
4. 제2항에 있어서,

   상기 챔버와 연결되는 상기 유압라인의 단부에는 상기 피스톤에 작용하는 힘을 상쇄시키지 못하도록 오리피스가 구비된 것을 특징으로 하는 무단 변속기의 슬립 제어장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 로드의 단부에는 상기 벨트의 외륜의 형상과 동일한 접촉부가 구비되며, 롤러 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 무단 변속기의 슬립 제어장치.

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