KR100578430B1

KR100578430B1 - 1:1 변속비 로크 업 클러치를 포함하는 정압 무단 변속기

Info

Publication number: KR100578430B1
Application number: KR1019997009819A
Authority: KR
Inventors: 폴섬로렌스레이; 터커클리브
Original assignee: 제너럴 다이내믹스 랜드 시스템즈, 아이엔시.
Priority date: 1997-04-25
Filing date: 1998-04-24
Publication date: 2006-05-11
Also published as: DE69800930T2; EP0977956A1; KR20010020229A; US6062022A; WO1998049468A1; CA2288729A1; BR9809406A; JP2002500733A; DE69800930D1; AU7256198A; EP0977956B1; JP4212065B2

Abstract

입력축(14)에 의해 구동되는 유압 펌프 유닛(18), 고정된 유압 모터 유닛(20), 포트를 통해 펌프(18)와 모터 유닛(20) 사이의 작동유의 가압 교환에 응답하여 출력축 상에 토오크를 발생시키기 위한 중간의 쐐기형 회전 사판(22)을 포함하는 정압 무단 변속기에 있어서, 회전 사판 각도 위치의 변화에 의해 변속비를 변화시키고 1:1의 변속비가 설정된 경우 출력축(16)에 입력축(14)을 직접 기계식으로 연결하는 로크업 클러치(26)와 결합하도록 변속비 제어기가 제공된다.

변속기, 입력축, 출력축, 회전 사판, 유압 펌프, 유압 모터

Description

1:1 변속비 로크 업 클러치를 포함하는 정압 무단 변속기{CONTINUOUSLY VARIABLE HYDROSTATIC TRANSMISSION INCLUDING 1:1 RATIO LOCK-UP CLUTCH}

<관련 특허 참조>

본 명세서에 개시된 발명은, 미국 특허 제5,423,183호, 5,486,142호, 5,524,437호 및 5,678,405호에 개시된 바와 같이, 쐐기형 회전 사판(swashplate)을 구비한 정압 무단 변속기에 대한 특별한 응용을 포함한다. 상기 특허들의 개시 내용들은 본 명세서에 참조로서 합체된다.

<발명의 분야>

본 발명은 유압 기계, 특히 무단(무한) 변속비로 원동기(prime mover)로부터 부하로 동력을 전달할 수 있는 정압 변속기에 관한 것이다.

<발명의 배경>

인용된 미국 특허들에서, 유압 기계는 중간의 쐐기형 회전 사판과 대향하여 축방향으로 정렬된 관계로 위치된 유압 펌프 유닛과 유입 모터 유닛을 기본적으로 포함하는 것으로서 개시되어 있다. 펌프 유닛은 원동기의 의해 구동되는 입력축(input shaft)과 연결되고, 모터 유닛은 정지된 기계 하우징에 고정된다. 입력축과 동일축이고 부하에 구동 가능하게 연결된 출력축(output shaft)은 회전 사판에 연결된다. 펌프 유닛이 원동기에 의해 구동될 때, 작동유는 회전 사판 내의 특별한 형상의 포트(port)를 통해 펌프와 모터 유닛 사이에서 전방과 후방으로 가압된다. 결과적으로, 모두 동일한 방향으로 작용하는 세 개의 토오크(torque) 성분은 부하를 구동하기 위해 출력축에 대한 출력 토오크를 발생시키도록 회전 사판 상에 인가된다. 상기 토오크 성분들 중 두 개의 성분은 회전하는 펌프 유닛에 의해 회전 사판에 인가된 기계적 성분, 및 모터 유닛에 의해 회전 사판 상에 인가된 유체 역학적 성분이다. 제3 성분은 회전 사판의 쐐기 형상에 의해 서로 다른 표면 영역인 회전 사판 포트의 원주 방향으로 대향하는 단부면들 상에서 작용하는 유압에 의해 발생된 서로 다른 힘에 의한 순수한 유체 정력학적 성분이다.

변속비를 변화시키기 위해, 출력축의 종축에 대한 회전 사판의 각도 방향은 변화된다. 변속비, 즉 입력축/출력축의 속도비가 1:0 내지 1:1 사이에서 연속적으로 변화하기 때문에, 원동기는 가장 효율적인 작동점에서 기본적으로 일정한 속도 설정으로 주행할 수 있다. 1:0 (중립)변속비 설정의 유용성은 클러치의 필요성을 제거한다는 것이다. 최대 유량이 최고 변속비 설정에서 발생하도록 변속비의 증가에 비례하여 작동유 유량이 증가하는 종래 기술의 정압 무단 변속기와는 다르게, 인용된 특허에 개시된 유압 기계의 유량은 변속비 범위의 중간점에서 최대에 이르고, 그리고 나서 최고 변속비 설정에서 기본적으로 0(zero)까지 점차 감소한다. 그러므로, 작동유 유동에 따른 손실이 감소하고, 종래의 정압 변속기의 최고 변속비에서 문제되던 소음이 방지된다. 회전 사판 상에 인가된 다중 토오크 성분과, 출력 속도 범위의 상부 절반의 작동유 유동의 감소, 및 최적화된 원동기 입력을 조절하는 능력에 의해, 인용된 출원의 유압 기계는 자동차 구동계(drivetrains)에서 고효율 및 저소음의 정압 무단 변속기로서 특히 유리하게 적용된다.

<발명의 요약>

본 발명의 목적은 개선된 정압 무단 변속기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 정압 무단 변속기의 변속비를 제어하기 위해 마련된 개선된 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 추가의 목적은 인용된 미국 특허에 개시된 종류의 정압 무단 변속기를 위한 향상된 변속비 제어기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 1:1 변속비에서 향상된 변속 성능과 효율성을 제공하는 것이다.

상기 및 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 정압 무단 변속기는 하우징, 하우징 내에서 축받이 되는 입력축, 입력축에 의해 구동되는 유압 펌프 유닛, 하우징에 고정된 유압 모터 유닛, 유압 펌프와 유압 모터 유닛 사이에 위치되고 유압 펌프 유닛과 유압 모터 유닛 사이에서 작동유의 펌프에 의한 가압 유동을 조절하는 포트를 포함하는 쐐기형 회전 사판을 포함한다. 회전 사판은 토오크 연결 관계로 출력축에 연결되고, 무한 개수의 변속비를 각각 설정하도록 무한 개수의 각도 위치로 회동된다.

변속기는 입력축을 출력축을 직접 연결하는 로크 업 클러치(lock-up clutch)와, 1:0 내지 1:1 사이의 변속비를 설정하는 각도 위치로 회전 사판을 회동시키도록 연결되고 회전 사판이 1:1의 변속비를 설정하는 각도 위치로 회동된 경우 로크 업 클러치와 결합하는 변속비 제어기를 추가로 포함한다.

본 발명의 추가의 특징, 장점 및 목적들은 이하의 설명에서 기술될 것이고, 부분적으로 명백해질 것이며, 또는 본 발명의 실시예로부터 알 수 있을 것이다. 본 발명의 목적과 다른 장점들은 기술된 설명, 청구의 범위 및 첨부 도면에서 특별히 지적된 장치에 의해 얻어지며 구현될 수 있을 것이다.

전술된 일반적인 기술과 이후의 상세한 기술은 예시 및 설명을 위함이고, 청구된 본 발명을 추가로 설명하는 것임을 알아야 한다.

첨부 도면은 본 발명의 추가적인 이해를 제공하고자 함이고, 본 명세서에 포함되어 일부분을 구성하는 본 발명의 양호한 실시예의 도면은 설명과 함께, 본 발명의 원리를 설명하기 위한 것이다.

<도면의 간단한 설명>

도1은 본 발명에 따른 정압 무단 변속기의 종단면도이다.

도2는 변속기가 1:0 내지 1:1 사이의 변속비로 설정될 경우의 여러 부분의 위치를 도시하는, 도1의 변속기의 부분 종단면도이다.

도3은 도2의 선 3-3을 따라 취한 단면도이다.

도4는 도1의 변속기의 유압 회로의 개략 선도이다.

도5 내지 도8은 도1 내지 도4에 도시된 변속비 제어 밸브의 네 가지의 위치를 도시하는 부분 단면도이다.

상기 도면들 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 요소를 나타낸다.

<양호한 실시예의 상세한 설명>

본 발명의 양호한 실시예에 따른 정압 무단 변속기(10, 도1)는, 기본 요소로서, 대체로 동축으로 단부들을 맞댄 관계로 있는 입력축(14)과 출력축(16)이 축받 이된 하우징(12)을 포함한다. 하우징 외부의 입력축(14)의 단부는 원동기(도시 않됨)와의 구동 연결에 적합하도록 되어 있고, 하우징 외부의 출력축(16)의 단부는 부하(도시 않됨)와의 구동 연결에 적합하도록 되어 있다. 입력축(14)은 유압 펌프 유닛(18)을 구동시킨다. 유압 모터 유닛(20)은 펌프 유닛(18)과 축방향 대향 관계로 하우징(12)에 고정된다. 쐐기형 회전 사판(22)은 펌프와 모터 유닛 사이의 소정 위치로 출력축(16)에 구동 가능하게 연결되고, 펌프와 모터 유닛 사이의 작동유의 교환을 위해 제공된 포트가 형성된다. 변속비 제어기(24, 도4)는 출력축의 종축(25)에 대한 회전 사판의 각도 방향을 회동 가능하게 조정하도록 회전 사판(22)에 연결되어, 출력축 속도에 대한 입력축 속도의 변속비를 설정한다. 본 발명의 특징에 따라, 로크 업 클러치(26)는, 변속비 제어기(24)가 1:1의 변속비 위치로 회전 사판(22)을 회동시킬 때, 출력축(16)에 입력축(14)을 직접 연결하도록 결합된다.

이제, 도1을 상세히 참조하면, 대체로 원통형인 하우징(12)은 하우징의 개방형 입력 단부를 폐쇄하도록 볼트(도시 않됨)에 의해 제위치로 고정된 단부 덮개(30)를 포함한다. 입력축(14)은 입력축(14)이 회전하도록 축받이 하는 롤러 베어링(31)이 설비된 단부 덮개 내의 중앙 개구를 통해 하우징(12) 내부로 연장한다. 입력축에는 출력축(16)의 좌측단 종단부를 수용하도록 카운터보어(counterbore, 32)가 형성된다. 카운터보어(32) 내에 끼워진 롤러 베어링 링(33)은 출력축(16)을 위한 내부 단부의 축받이 지지를 제공한다. 입력축(14)의 내부 종단부는 적당한 수단(도시 않됨)에 의해 환상 평기어(annular spur gear, 38)에 부착된 축방향 절곡 환형 립(lip, 37)을 구비한 반경 방향 플랜지(36)를 제공하도록 벌어진다. 입력축(14)에 의해 구동되는 상기 평기어는 하우징(12)의 저부측에 부착된 팬(pan, 43)에 의해 제공된 작동유 저장조(42) 내에 위치된 배유 펌프(sump pump, 40)의 입력축 상에 고정된 평기어(39)와 맞물린다.

또한, 유압 펌프 유닛(18)을 위한 환형 피스톤 캐리어(46)는 환상 평기어(30)에 부착된다. 상기 캐리어의 반경 방향 연장부는 구형 베어링(49)과 각각의 펌프 피스톤(50)을 회전 이음 장착하도록 된 자유 단부를 구비한 축방향 연장 지주(post, 48)의 환형 배열체를 장착한다. 상기 펌프 피스톤들은 환형 펌프 실린더 블록(52) 내에 형성된 실린더(51)의 환형 배열체 내에 활주 가능하게 수용된다. 캐리어(46)의 축방향 연장부는 펌프 실린더 블록을 회전 이음 장착하도록 역할하는 구형 베어링(53)을 장착한다. 펌프 피스톤(50)과 펌프 실린더 블록(52)의 회전 이음 장착에 의해, 실린더 블록의 진행 운동은 유압 펌프 유닛(18)이 입력축(14)에 의해 구동됨에 따라 조절된다.

도1을 계속 참조하면, 유압 모터 유닛(20)은 환형 매니폴드(manifold) 블록(56)을 통해 적절한 수단(도시 않됨)에 의해 하우징(12)에 고정된다는 것을 제외하고는, 기본적으로 유압 펌프 유닛(18)과 동일하다. 모터 피스톤 캐리어로서 역할하는 상기 매니폴드 블록은 구형 베어링(59)과 각각의 모터 피스톤(60)을 회전 이음 장착하도록 된 자유 단부를 구비한 축방향으로 연장하는 중공 지주(58)의 환형 배열체를 장착한다. 그리고 나서, 환형 모터 실린더 블록(62)은 매니폴드 블록(56)의 축방향 연장부 상에 지지된 구형 베어링(63)에 의해 회전 이음 장착된 다. 펌프 실린더 블록(52)의 경우와 마찬가지로, 모터 실린더 블록은 모터 피스톤(60)을 각각 활주 가능하게 수용하기 위한 실린더(64)의 환형 배열체를 포함한다. 모터 피스톤과 모터 실린더 블록은 회전하지 않지만, 이들의 회전 이음 장착은 모터 실린더 블록의 세차 진행[장동(nutating)] 운동을 조절한다.

도1에 추가로 도시된 바와 같이, 환형 플랜지(70)는 입력축 플랜지(36)와 펌프 피스톤 캐리어(46) 사이에서 반경 방향으로 돌출하는 연장부(71)를 제공하도록 축방향 위치에서 출력축(16) 상에 키이 고정된다. 너트(73)는 플랜지(70)의 축방향 위치를 고정하도록 출력축(16) 상에 나사 결합된다. 플랜지 연장부(71)의 반경 방향 우측면은, 전형적으로 서로 다른 속도로 회전하는 출력축 플랜지(70)와 펌프 피스톤 캐리어(46) 사이에서 정압 드러스트 베어링 효과를 제공하도록, 미국 특허 제5,493,862호에 개시된 방법으로 적용될 수 있는 환형 베어링 판(72)을 수용하는 리세스가 형성된다. 플랜지 연장부(71)의 반경 방향 좌측면은 로크 업 클러치(26)의 환형 클러치 판을 조절하도록 견부가 형성된다. 클러치 판(74)의 원추형 외주면(75)은 출력축(16)에 대한 입력축(14)의 직접 연결을 제공하도록 플랜지 립(37)의 원추형 내부면(76)과 결합된 상태로, 도1에 도시되어 있다.

출력축(16)의 우측 단부는 하우징(12)의 개방형 출력 단부를 폐쇄하는 단부 덮개(80) 내의 중앙 개구를 통해 연장한다. 단부 덮개 개구 내에 끼워진 롤러 베어링 링(81)은 하우징에서 돌출되어 있는 출력축에 대한 축받이 지지를 제공한다. 출력축에 대한 중간 축받이 지지는 매니폴드(56)의 중앙 개구 내에 끼워진 롤러 베어링 링(79)에 의해 제공된다. 출력축의 종단부에 볼트 결합된 플랜지 어댑터(82) 는 부하(도시 않됨)에 대한 구동 연결을 용이하게 한다. 출력축과 일체로 형성된 플랜지(84)는 단부 덮개(80)와 매니폴드 블록(56) 사이에서 반경 방향으로 돌출한다. 포트 판(86)은 매니폴드 블록(56)과 활주 가능한 인터페이싱 접촉 상태로 플랜지(84)의 반경 방향 좌측면에 핀 고정된다.

도1과 도3에 도시된 바와 같이, 아암(90)은 아암에 대해 회전 사판(22)을 회동 가능하게 연결하는 횡방향 핀(92)을 지지하는 종단부까지 반경 방향 외측으로 연장하고 출력축(16)에 구동 연결 상태로 키이 고정된다. 회전 사판의 입력면과 출력면은 회전 사판의 쐐기 형상을 제공하도록 예각으로 서로를 향한다. 포트(94)(도3 참조)는 펌프(52)와 모터(62) 실린더 블록의 단부면들과 활주 가능한 인터페이싱 접촉 상태에 있는 회전 사판 입력면과 출력면 내의 강남콩 형상의 리세스(도시 않됨) 사이에서 연장한다. 실린더 블록 단부면들 내의 개구(96)들은 펌프 유닛(18)과 모터 유닛(20) 사이의 작동유의 펌프에 위한 교환을 조절하도록 회전 사판 포트(94)와 연통한다. 그리고 나서, 인용된 특허에 개시된 바와 같이, 토오크는 출력 토오크로서 아암(90)을 통해 출력축(16)에 연결되는 회전 사판 상에서 발생된다.

변속비 제어기(24)의 하나의 요소로서, 환형 작동 피스톤(100, 도1 및 도2)은 회전 사판(22)의 대향 측면들에서 축방향으로 이격된 관계로 출력축(16)의 큰 직경 부분 상에 활주 가능하게 부분적으로 장착된다. 작동 피스톤(100)은 적당한 수단(도시 않됨)에 의해 함께 결합된 길이가 긴 축방향 원통형 부분(101)과 짧은 축방향 원통형 부분(102)의 두 부분으로 구성된 구조이다. 긴 피스톤 부분(101)은 출력축(16)의 큰 직경 부분(16a) 상에 활주 가능하게 장착된 우측으로 연장하는 스커트(skirt, 101a)와 출력축의 감소된 직경 부분(16b)에 대한 원통형 표면 베어링으로 종료하는 반경 방향 내측으로 연장하는 견부(101b)를 구비한다. 피스톤 견부(101b)의 반경 방향 우측면과 출력축의 큰 직경 부분(16a)으로부터 감소된 직경 부분(16b)으로의 반경 방향 전이부는, 도2에 가장 잘 도시된 바와 같이, 환형 작동 챔버(104)의 축방향 경계를 한정한다. 스커트(101a)와 견부(101b) 내에 끼워진 밀봉체(105)는 작동 챔버(104)의 유체 밀봉을 제공한다. 견부(101b) 좌측의 피스톤 부분(101b)의 축방향 연장부에는 요크(yoke, 106)가 밀착 끼움 관계로 삽입되는 리세스(101c)가 형성된다. 도3에 가장 잘 도시된 바와 같이, 요크(106)는 출력축(16) 상에 고정된 회전 사판 아암(90)의 반경 방향 내부 단부 주위로 180°로 연장된 아치 형상이다. 요크의 종단부는 회전 사판(22)에 대해 요크를 회동 가능하게 연결하는 핀(108)을 수용하는 직경 방향으로 대면하는 트러니언(trunnion, 106a)의 형태이다.

짧은 피스톤 부분(102)은 출력축 플랜지(70)의 큰 직경의 원통형 부분(70a) 상에 활주 가능하게 장착된 원통형 스커트(102a)와, 출력축 플랜지(70)의 감소된 직경의 원통형 연장부(70b)에 맞닿는 축방향 절곡 립(102c)으로 종료하는 반경 방향 절곡 견부(102b)를 포함한다. 견부의 반경 방향 좌측면(102b)과 출력축 플랜지(70)의 큰 직경과 감소된 직경의 원통형 부분 사이의 반경 방향 전이부는 환형 작동 챔버(110)의 축방향 경계를 한정한다. 피스톤 부분(102)의 스커트(102a)와 립(102c) 내에 끼워진 밀봉체(105)는 작동 챔버(110)의 작동유 누수를 방지한 다.

이하의 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 작동 피스톤(100)은 작동 챔버(104, 110)들의 서로 다른 작동유 압력을 발생시킴으로써 대향하는 축방향으로 구동된다. 즉, 작동 챔버(104)의 작동유 압력이 작동 챔버(110)의 작동유 압력을 초과할 경우, 작동 피스톤(100)은 좌측으로 구동된다. 작동 피스톤과 요크(106) 사이의 고정 연결과 출력축 종축과 직각으로 교차하는 회동축[핀(180)의 축] 주위로 회전 사판(22)에 대한 요크의 회동 가능한 연결(핀, 108)과 아암(92)(핀, 92)에 대한 회전 사판의 회동 가능한 연결에 의해, 작동 피스톤의 좌측 행정(stroke)은 회동 핀(92)을 중심으로 한 회전 사판의 반시계 방향 회동 운동을 발생시킨다.

인용된 특허에 개시된 바와 같이, 회전 사판의 시계 방향 회동 운동은 변속비를 감소시킨다. 회전 사판의 좌측(입력)면이 출력축 종축에 수직할 경우에는 펌프 실린더 블록(52)도 마찬가지로 수직하다. 그러면, 회전하는 펌프 실린더 블록의 세차 진행 운동은 없어지고, 결과적으로 펌프 피스톤(50)은 펌프 실린더(50) 내에서 작동유를 가압하는 왕복 운동을 하지 않는다. 이는 회전 사판(22)의 중립(1:0 변속비 설정) 위치이다.

한편, 작동 챔버(110) 내의 작동유 압력이 작동 챔버(104) 내의 작동유 압력을 초과할 경우, 작동 피스톤(100)은 시계 방향으로 회전 사판(22)을 회동시키도록 우측으로 구동되고, 따라서 변속비는 증가한다. 1:1 변속비는, 회전 사판의 우측(출력)면이 출력축의 종축(25)(도1에 도시된 각도 방향)에 수직할 경우에 달성된다. 상기 회전 사판 방향에서, 모터 실린더 블록(62) 또한 출력축의 종축에 대해 수직 하다. 결과적으로, 모터 피스톤(60)은 모터 실린더(64) 내에서 왕복 운동하지 않고, 작동유를 가압하지 않는다. 그러면, 회전 사판 상에서 작용하는 기계적, 유체 역학적 및 유체 정력학적 토오크 성분은 입력축과 동일한 속도, 즉 1:1 변속비로 출력축(16)을 부가적으로 구동시킨다. 작동 피스톤 부분(101)에는 회전 사판 아암(90)이 통과하여 연장하는 슬롯(101c)이 제공되고, 상기 슬롯은 작동 피스톤(100)의 완전한 축방향 이동을 조절하는 충분한 간극을 제공하도록 축방향으로 길이가 길다.

변속비 제어기(24)의 제2 요소와 동일하게, 변속비 제어 밸브(120)는 도1에 도시된 바와 같이, 출력축(16)의 출력 단부 내부로 드릴링 가공된 카운터보어(122) 내에서 조절된다. 상기 카운터보어는 단부 플러그(123)에 의해 밀봉된다. 변속비 제어 밸브(120)는 배유 펌프(40)에 의해 가압된 보충 작동유의 제어 압력에 의해 카운터보어(122) 내에 축방향으로 위치된다. 도1과 도4에 개략적으로 도시된 바와 같이, 펌프(40)에 의해 저장조(42)로부터 배출된 보충 작동유를 저장조 내에서 침수 위치로 하우징(12)에 의해 장착된 밸브 블록(125) 내의 통로(도면 부호124로 공통으로 나타냄)를 통해 가압한다. 상기 통로들은 밸브 블록 내에 장착된 비례 감압 솔레노이드 밸브(126)로 이어진다. 작동유는, 상기 솔레노이드 밸브로부터, 매니폴드 블록(56), 포트 판(86), 출력축 플랜지(84) 및 단부 플러그(123) 내의 통로(도면 부호 127로 공통으로 나타냄)들을 통해 제어기 밸브(120)의 단부 플러그(123)와 피스톤 헤드(130) 사이에서 한정된 제어기 밸브 작동 챔버(128)까지 유동한다. 도4에 도시된 바와 같이, 펌프(40)에 의해 가압된 보충 작동유 또한 작 동유 손실을 보충하도록 회전 사판(22)의 저압측에서, 첵크 밸브(131), 포트 판(86), 매니폴드 블록((56) 및 유압 모터 유닛(20) 중 하나를 통해 유동한다. 적당한 보충 작동유 회로의 상세 사항은 인용된 미국 특허 제5,486,192호를 참조할 수 있다.

카운터보어(122) 내에 고정 상태로 위치된 밸브 본체(134) 내에 활주 가능하게 수용되는 축방향으로 길이가 긴 밸브 스풀(132)은 밸브 피스톤 헤드(130)로부터 좌측으로 연장되어 밸브 피스톤 헤드에 부착된다. 이하에 설명된 바와 같이, 밸브 스풀(132)의 축방향 위치에 의존하여, 변속비 제어 작동 챔버(104)는 카운터보어(122)에 이르는 출력축 내의 경사진 통로(136)를 통해 가압 또는 감압되고, 변속비 제어 작동 챔버(110)는 카운터보어에 이르는 출력축 내의 축방향 통로(138)를 통해 가압 또는 감압되며, 로크 업 클러치 작동 챔버(140)는 카운터보어에 이르는 출력축과 출력 플랜지(70) 내의 통로(142)를 통해 가압 또는 감압된다. 상기 작동 챔버들을 가압하기 위해 회전 사판(22)의 고압측의 작동유 압력 상태로의 접근은 유압 모터 유닛(20), 매니폴드 블록(56), 포트 판(86), 및 카운터보어(122)와 밸브 본체(134) 사이에 제공된 환형 공동(146)에 이르는 출력축 통로(144)들을 통해 얻어진다. 회전 사판(22)의 고압측으로부터 작동유를 방출하기 적당한 유압 모터 유닛, 매니폴드 블록, 및 포트 판의 상세 사항 역시 인용된 미국 특허 제5,486,142호를 참조할 수 있다. 상기 작동 챔버(104, 110 및 140)들을 감압하기 위한 대기압 상태로의 접근은 카운터보어(122)와 밸브 본체(134) 사이에 형성된 환형 공동(150)에 이르는 출력축 통로(148)들을 통하여 얻어진다.

도5는 1:0 내지 1:1 사이의 소정의 요구되는 변속비로 변속기를 설정하도록 솔레노이드 밸브(126)의 작동에 의해 밸브 피스톤 헤드(130) 상에 인가된 제어 압력에 의해 위치되는 것으로 제어 밸브 스풀(132)을 도시한다. 밸브 스풀(132) 상의 랜드(152)가 출력축 통로(138)에 이르는 밸브 본체(134) 내의 내부 통로(154)를 폐쇄하여, 작동 챔버(110)를 격리시키는 것을 알 수 있다. 유사하게, 밸브 스풀 랜드(156)는 카운터보어(122)와 출력축 통로(136) 사이의 환형 공동(160)에 이르는 내부 밸브 본체 통로(158)를 폐쇄하여, 작동 챔버(104)를 격리시킨다. 결과적으로, 상기 작동 챔버들 내에 포획된 작동유의 압력은 작동 피스톤(100)의 축방향 위치를 고정하도록 동일하게 되어, 변속기 설정을 유지한다. 동시에, 도면 부호 162로 개략적으로 나타낸 작동유 회로는 출력축 통로(142, 148)들 전체에 걸쳐 개방되고, 밸브 본체(134)와 밸브 스풀(132)은 환형 공동(150)에 연결된다. 그러므로, 로크 업 클러치 작동 챔버(140)는 로크 업 클러치 판(74)이, 도2에서 도면 부호 164로 하나를 개략적으로 나타낸 스프링에 의해 해제 위치로 편의되도록 감압된다.

도6은 변속비를 하향 행정으로 또는 감소시키도록 솔레노이드 밸브(126)에 의해 위치된 제어 밸브 스풀(132)을 도시한다. 도시된 바와 같이, 랜드(152)는 밸브 본체 통로(154)가 폐쇄되지 않도록 이동되어, 변속비 제어 작동 챔버(110)에 이르는 출력축 통로(138)는 로크 업 클러치의 결합 해제를 유지하도록 로크 업 클러치 작동 챔버(140)가 감압되는 작동유 회로(162) 내부로 연결된다. 따라서, 작동 챔버(110) 또한 대기압까지 감압된다. 그러나, 밸브 스풀 랜드(156)는 밸브 본체 내부 통로(158)를 폐쇄하지 않도록 이동되어, 고압 작동유를 함유한 환형 공동(146)과 변속비 제어 작동 챔버(104) 사이의, 도면 부호 168로 개략적으로 나타낸 작동유 회로를 개방시킨다. 그러면, 상기 작동 챔버는 작동 피스톤(100) 좌측으로 구동되도록 가압되어, 회전 사판(22)의 반시계 방향인 변속비 감소 회동 이동이 발생한다.

도7은 변속비를 상향 행정으로 또는 증가시키도록 솔레노이드 밸브(126)에 의해 위치된 제어 밸브 스풀(132)을 도시한다. 랜드(156)는 변속비 제어 작동 챔버(104)와 환형 공동(150) 내의 대기압 사이에서, 도면 부호 170으로 개략적으로 나타낸 감압된 작동유 회로를 개방하도록 제위치에 있는 것을 알 수 있다. 랜드(156)의 상기 위치는 고압 작동유 공동(146)으로부터 작동 챔버(104)까지 이어지는, 도6의 작동유 회로 또한 폐쇄하는 것을 도7에서 알 수 있다. 작동유 회로(162)는 개방되도록 연속되어, 로크 업 클러치 작동 챔버(140)는 감압된 상태로 유지된다. 그러나, 랜드(152)는 고압 작동유 공동(146)으로부터 밸브 본체(134)와 출력축 통로(138)를 통해 작동 챔버(110)까지 이어지는, 도면 부호 174로 개략적으로 나타낸 작동유 회로를 달성하도록 좌측 위치에 있다. 그러면, 상기 챔버는 작동 챔버(104)가 감압됨에 따라 가압되어, 작동 피스톤(100)은 시계 방향인 변속비 증가(상향 행정) 방향으로 회전 사판(22)이 회동되도록 우측으로 구동된다. 작동 챔버(140)는 작동유 회로(162)를 통해 감압된 상태로 유지되어, 로크 업 클러치(26)는 계속 결합 해제되어 있다.

도7의 밸브 스풀(132)의 위치가 1:1 변속비로 회전 사판을 상향 행정으로 이동시킬 경우, 솔레노이드 밸브(126)는 도8에 도시된 축방향 위치까지 밸브 스풀을 이동시킨다. 랜드(152)는 도7의 작동유 회로(174)를 중단시키지 않는 것으로 도시된 가장 좌측에 위치된다. 그러므로, 변속비 제어 작동 챔버(110)는 계속 가압되고, 변속비 제어 작동 피스톤(100)을 우측으로 구동하려고 한다. 랜드(156)는 고압 작동유 공동(146)으로부터 변속비 제어 작동 챔버(104)까지 이어지는 도6의 작동유 회로(168)를 계속 차단한다. 그러나, 밸브 스풀 랜드(180)는 공동(150)에 대한 감압 접근을 폐쇄하도록 제위치에 있다. 그러므로, 도7의 로크 업 클러치 작동 챔버(140, 170)와 변속비 제어 작동 챔버(104)에 대해 감압되는 작동유 회로(162)는 이때 차단된다. 그러면, 작동 챔버(104)가 격리되기 때문에, 작동 챔버(104) 내에 포획된 유체의 압력은 작동유 회로(174)를 통해 달성된 작동 챔버(110) 내의 유압과 평형 수준으로 가정할 수 있다. 그러므로, 작동 피스톤(100)의 위치는 회전 사판(22)의 1:1 변속비 위치를 유지하도록 고정된다. 게다가, 도8의 랜드(156)의 위치는 고압 작동유 공동(146)으로부터 로크 업 클러치 작동 챔버(140)까지 이어지는, 도면 부호 182로 개략적으로 나타낸 작동유 회로를 달성한다. 이에 따른 상기 챔버의 가압은 클러치 판(74)을 입력축 플랜지(36)의 립(37)과의 결합 상태로 구동시키고, 따라서 변속기(10)의 유압 구성 요소를 우회하여 통과하는 입력축과 출력축 간의 직접적인 기계식 구동 연결을 달성하도록 로크 업 클러치와 결합한다. 로크 업 클러치(26)의 결합에 의한 상기 직접적인 기계식 연결은 향상된 효율의 1:1 변속비 작동을 제공한다.

도4는 다른 도면들과 관련하여 전술된 작동유 회로의 단순화된 개략도를 제공한다. 언급되지는 않았지만, 출력축 통로(144)가 회전 사판(22)의 고압측에 단 지 유체 연결되는 것을 확고히 하도록 체크 밸브(192)와 작동유 냉각기(190)가 도4에 도시되어 있다. 제어 밸브(120)의 위치 "2"는 소정의 변속비를 설정하는 도5의 밸브 스풀 위치를 나타낸다. 제어 밸브 위치 "1"은 하향 행정 변속비를 설정하는 도6의 밸브 스풀 위치를 나타낸다. 솔레노이드 밸브(126)로부터의 제어 밸브 위치를 결정하는 유압이 손실된 경우, 스프링(194)은 위치 "1"로 제어 밸브 스풀을 편의시키는 안전 수단으로서 부가될 수 있다. 제어기 밸브 위치 "3"은 상향 행정 변속비를 설정하는 도7의 밸브 스풀 위치를 나타내고, 제어 밸브 위치 "4"는 1:1의 변속비를 설정하고 로크 업 클러치(26)와 결합하는 도8의 밸브 스풀 위치를 나타낸다.

도4에 추가로 도시된 바와 같이, 제어기(196)는 제어 밸브 작동 챔버(128)를 선택적으로 가압하도록 전기 제어 솔레노이드 밸브(126)에 적합하고, 따라서 입력축 속도, 출력축 속도, 드로틀(throttle) 위치 등과 같은 다양한 입력 인자에 응답하여 요구되는 제어 밸브의 위치와 관련 변속비 제어를 달성한다.

다양한 수정과 변화가 본 발명의 정신으로부터 벗어나지 않고 본 발명의 장치에 만들어질 수 있다는 것을 당해 기술분야의 숙련자들은 알 것이다. 그러므로, 본 발명은 첨부된 청구의 범위의 범주와 정신 그리고 이들의 균등물 내의 본 발명의 수정과 변화를 포함하는 것으로 이해된다.

Claims

정압 무단 변속기이며,

하우징,

하우징 내에 축받이 되는 입력축,

입력축에 의해 구동되는 유압 펌프 유닛,

하우징에 고정된 유압 모터 유닛,

하우징에 축받이 되는 출력축,

유압 펌프 유닛과 유압 모터 유닛 사이에 위치되고, 유압 펌프 유닛과 유압 모터 유닛 사이의 작동유의 가압 유동을 조절하는 포트를 포함하고, 토오크 연결 관계로 출력축에 연결되고 무한 개수의 변속비를 각각 설정하도록 무한 개수의 각도 위치로 회동 가능한 쐐기형 회전 사판,

입력축을 출력축에 직접 선택적으로 연결하기 위한 로크 업 클러치, 및

1:0 내지 1:1 사이의 변속비를 설정하는 각도 위치로 회전 사판을 회동시키도록 연결되고, 회전 사판이 1:1 변속비를 설정하는 각도 위치로 회동된 경우 로크 업 클러치와 결합하는 변속비 제어기

를 포함하는 것을 특징으로 하는 정압 무단 변속기.
제1항에 있어서, 상기 변속비 제어기는

회전 사판에 연결된 작동 피스톤,

제1 및 제2 작동 챔버, 및

제1 및 제2 작동 챔버 내에 서로 다른 유압을 발생시켜, 대향하는 변속비 증가 방향과 변속비 감소 방향으로 회전 사판을 회동시키도록 그리고 변속비가 1:1로 증가된 경우 출력축에 입력축을 연결하기 위해 로크 업 클러치와 결합하도록 작동 피스톤의 이동을 발생시키기 위해 선택적으로 작동 가능한 작동유 밸브부를 구비하는 작동유 회로

를 포함하는 것을 특징으로 하는 정압 무단 변속기.
제2항에 있어서, 상기 작동유 밸브부는 입력축과 출력축 중 하나에 통합된 제어 밸브를 포함하고,

상기 작동유 회로는 제어 밸브로부터, 로크 업 클러치를 결합시키도록 가압된 제1 작동 챔버, 제2 작동 챔버 및 제3 작동 챔버에 각각 이어지는 하나의 축 내의 제1, 제2 및 제3 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 정압 무단 변속기.
제3항에 있어서, 상기 작동유 회로는 조작자에 의해 입력된 출력축 속도 명령에 응답하여 제어 밸브를 다중 밸브 위치로 선택적으로 이동시키도록 유체 연결된 위치 결정 밸브를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 정압 무단 변속기.
제4항에 있어서, 상기 제어 밸브는

1:0 내지 1:1 사이의 변속비를 설정하도록, 제1 및 제2 작동 챔버를 격리시 키고 제3 작동 챔버를 감압시키는 제1 밸브 위치와,

변속비를 감소시키도록, 제1 및 제3 작동 챔버를 감압시키고 제2 작동 챔버를 가압하는 제2 밸브 위치와,

제2 및 제3 작동 챔버를 감압시키고 제1 작동 챔버를 가압하는 제3 밸브 위치와,

1:1 변속비에서 제1 및 제3 작동 챔버를 가압시키고, 제2 작동 챔버를 격리시키는 제4 밸브 위치

를 포함하는 것을 특징으로 하는 정압 무단 변속기.
제5항에 있어서, 상기 제어 밸브와 제1, 제2 및 제3 유로들은 출력축 내에 제공되는 것을 특징으로 하는 정압 무단 변속기.
제6항에 있어서, 상기 작동 피스톤과 제1 및 제2 작동 챔버들은 출력축을 둘러싸는 환형 요소인 것을 특징으로 하는 정압 무단 변속기.
제7항에 있어서, 상기 작동 피스톤은 대향하는 축방향으로 이동하도록 출력축 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 정압 무단 변속기.
제8항에 있어서, 상기 변속비 제어기는 작동 피스톤에 고정되고 출력축의 종방향 축과 교차하는 횡방향 회동축에서 회전 사판에 회동 가능하게 연결된 요크를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 정압 무단 변속기.
제9항에 있어서, 일 단부에서 출력축에 고정되고, 회전 사판에 회동 가능하게 연결된 자유 단부를 갖는 횡방향 아암을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 정압 무단 변속기.