KR100907076B1

KR100907076B1 - 차량용 자동 변속기의 기어 트레인

Info

Publication number: KR100907076B1
Application number: KR1020080041992A
Authority: KR
Inventors: 서강수; 송민준
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2008-05-06
Filing date: 2008-05-06
Publication date: 2009-07-09

Abstract

본 발명은 4개의 유성기어셋트를 3개의 클러치와 2개의 브레이크로 조합하여 전진 8속 이상의 변속단을 구현하되, 마찰부재를 최소화하여 자동 변속기의 구성을 간단히 하고, 다단화로 동력 전달 성능을 향상과 연비를 저감시킬 수 있도록 한 차량용 자동 변속기의 기어 트레인을 제공한다.

유성기어셋트, 선기어, 유성 캐리어, 링기어, 클러치, 브레이크

Description

차량용 자동 변속기의 기어 트레인{GEAR TRAIN OF AUTOMATIC TRANSMISSION FOR VEHICLES}

본 발명은 4개의 유성기어셋트를 3개의 클러치와 2개의 브레이크로 조합하여 전진 8속 이상의 변속단을 얻을 수 있도록 한 차량용 자동 변속기의 기어 트레인에 관한 것이다.

통상적으로 자동차등의 차량의 엔진과 구동륜 사이에 배치되는 자동 변속기의 다단 변속 메커니즘은, 복수의 유성기어세트를 조합하여 구현되고 있으며, 이러한 복수의 유성기어세트가 조합된 기어 트레인은 토크 컨버터로부터 회전 동력을 입력받아 이를 변속하여 출력축에 전달하는 기능을 하게 된다.

이러한 자동 변속기에 있어서는 구현 가능한 변속단이 많을수록 보다 적절한 변속비의 설계가 가능할 뿐만 아니라 동력성능 및 연비 면에서 우수한 차량을 구현할 수 있기 때문에 보다 많은 변속단을 구현하는 자동 변속기가 요구되고 있다.

그리고 동일 변속단을 구현한다고 하더라도 유성기어세트의 조합 방법에 따라 기어 트레인의 내구성, 동력전달효율, 크기 등이 달라지게 되어 보다 견고하고, 동력손실이 없으며, 보다 컴팩트한 기어 트레인 구성을 발명하기 위한 노력이 꾸준 하게 진행되고 있다.

특히, 변속단이 많을수록 운전자가 변속을 자주 해주어야 하는 불편이 발생하는 수동 변속기와는 달리 자동 변속기는 운전 상태에 따라 트랜스밋션 제어유닛이 기어 트레인의 작동을 제어함으로써 변속을 수행하게 되므로, 보다 많은 변속단을 구현할 수 있는 기어 트레인의 구성을 찾는 노력이 계속되고 있다.

이러한 관점에서 볼 때, 현재 통상적으로 사용되고 있는 자동 변속기는 4속 및 5속 자동 변속기가 주류를 이루고 있으나, 최근에는 6속 자동 변속기가 개발되어 차량에 적용되는 한편으로 8속 이상의 자동 변속기 개발이 활발하게 진행되고 있는 실정이다.

이에 따라 본 발명자는 상기와 같은 자동 변속기의 개발에 부응하기 위하여 본 발명을 제안하게 되었으며, 본 발명의 목적은 본 발명은 4개의 유성기어셋트를 3개의 클러치와 2개의 브레이크로 조합하여 전진 8속 이상의 변속단을 구현함으로써, 동력 전달 성능을 향상시키고 연비를 저감시킬 수 있도록 한 차량용 자동 변속기의 기어 트레인을 제공함에 있다.

상기의 목적을 실현하기 위하여 본 발명은, 청구범위 제1항에서와 같이, 3개의 회전요소를 구비하는 단순유성기어셋트로 이루어지되, 변속기 하우징(H)과 가변적으로 연결되어 선택적인 고정요소로 작동하는 제1 회전요소(N1)와, 공전요소로서 다른 회전요소와 연결되어 관련작동이 이루어지는 제2 회전요소(N2)와, 변속기 하우징(H)과 가변적으로 연결되어 선택적인 고정요소로 작동하는 제3 회전요소(N3)를 포함하는 제1 유성기어셋트(PG1)와;

3개의 회전요소를 구비하는 단순유성기어셋트로 이루어지되, 상기 제3 회전요소(N3)와 직접적으로 연결되는 제4 회전요소(N4)와, 입력축(IS)과 직접 연결되는 제5 회전요소(N5)와, 출력요소로 작동하는 제6 회전요소(N6)를 포함하는 제2 유성기어셋트(PG2)와;

3개의 회전요소를 구비하는 단순유성기어셋트로 이루어지되, 상기 제6 회전요소(N6)와 직접적으로 연결되는 제7 회전요소(N7)와, 상기 제2 회전요소(N2)와 가변적으로 연결되는 제8 회전요소(N8)와, 상기 공전요소로서 다른 회전요소와 연결되어 관련작동이 이루어지는 제9 회전요소(N9)를 포함하는 제3 유성기어셋트(PG3)와;

3개의 회전요소를 구비하는 단순유성기어셋트로 이루어지되, 상기 제5 회전요소(N5) 및 제6 회전요소(N6)와 가변적으로 연결되는 제10 회전요소(N10)와, 상기 제9 회전요소(N9)와 직접적으로 연결됨과 동시에 출력축(OS)과 연결되어 출력요소로 작동하는 제11 회전요소(N11)와, 상기 제2 회전요소(N2)와 직접적으로 연결됨과 동시에 제8 회전요소(N8)와 가변적으로 연결되는 제12 회전요소(N12)를 포함하는 제4 유성기어셋트(PG4)를 구비하여 이루어지는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인을 제공한다.

상기에서 제1 유성기어셋트(PG1)는 청구범위 제2항에서와 같이, 싱글 피니언 유성기어셋트로서, 제1 회전요소(N1)가 제1 선기어(S1), 제2 회전요소(N2)가 제1 유성 캐리어(PC1), 제3 회전요소(N3)가 제1 링기어(R1)로 이루어지고;

제2 유성기어셋트(PG2)는 더블 피니언 유성기어셋트로서, 제4 회전요소(N4)가 제2 선기어(S2), 제5 회전요소(N5)가 제2 링기어(R2), 제6 회전요소(N6)가 제2 유성 캐리어(PC2)로 이루어지며;

제3 유성기어셋트(PG3)는 싱글 피니언 유성기어셋트로서, 제7 회전요소(N7)가 제3 선기어(S3), 제8 회전요소(N8)가 제3 유성 캐리어(PC3), 제9 회전요소(N9)가 제3 링기어(R3)로 이루어지고;

제4 유성기어셋트(PG4)는 싱글 피니언 유성기어셋트로서, 제10 회전요소(N10)가 제4 선기어(S4), 제11 회전요소(N11)가 제4 유성 캐리어(PC4), 제12 회전요소(N12)가 제4 링기어(R4)로 이루어짐을 특징으로 한다.

상기에서 제1 유성기어셋트(PG1)는 청구범위 제3항에서와 같이, 더블 피니언 유성기어셋트로서, 제1 회전요소(N1)가 제1 선기어(S1), 제2 회전요소(N2)가 제1 링기어(R1), 제3 회전요소(N3)가 제1 유성 캐리어(PC1)로 이루어지며;

상기에서 각 회전요소를 직간접적으로 연결하기 위하여 본 발명에는 청구범위 제2항에서와 같이, 입력축(IS)과 제5 회전요소(N1)는 제1 동력전달부재(TS1)로 연결하고, 제3 회전요소(N3)와 제4 회전요소(N4)는 제2 동력전달부재(TS2)로 연결하며, 제2 회전요소(N2)와 제12 회전요소(N12)는 제3 동력전달부재(TS3)로 연결하고, 제6 회전요소(N6)와 제7 회전요소(N7)는 제4 동력전달부재(TS4)로 연결하며, 제9 회전요소(N9)와 제11 회전요소(N11)는 제5 동력전달부재(TS5)로 연결하고;

제5 회전요소(N5)와 제10 회전요소(N10)는 제1 클러치(C1)를 포함하는 제1 가변동력전달부재(VTS1)로 연결하며, 상기 제2 회전요소(N2)와 제12 회전요소(N12)를 연결하는 제3 동력전달부재(TS3)와 제8 회전요소(N8)는 제2 클러치(C2)를 포함하는 제2 가변 동력전달부재(VTS2)로 연결하고, 제6 회전요소(N6)와 제7 회전요소(N7)를 연결하는 제4 동력전달부재(TS4)와 제10 회전요소(N10)는 제3 클러치(C3)를 포함하는 제3 동력가변전달부재(VTS3)로 연결하며;

제3 회전요소(N3)와 제4 회전요소(N4)를 연결하는 제2 동력전달부재(TS2)는 제1 브레이크(B1)를 개재시켜 변속기 하우징(H)과 가변 연결하고, 제1 회전요소(N1)는 제2 브레이크(B2)를 개재시켜 변속기 하우징(H)과 가변 연결함을 특징으로 한다.

본 발명에 적용되는 마찰부재는 청구범위 제5항에서와 같이, 제1, 2 브레이 크(B1)(B2)는 제1 유성기어셋트(PG1)의 전측에 배치하고, 제1, 3 클러치(C1)(C3)는 제2, 3 유성기어셋트(PG2)(PG3) 사이에 배치하며, 제2 클러치(C2)는 제3 유성기어셋트(PG3)의 외주측에 배치함을 특징으로 한다.

그리고 청구범위 제6항에서와 같이, 제1 선기어(S1), 제1 유성 캐리어(PC1), 제1 링기어(R1)를 보유하는 싱글 피니언 유성기어셋트로 이루어지는 제1 유성기어셋트(PG1)와;

제2 선기어(S2), 제2 유성 캐리어(PC2), 제2 링기어(R2)를 보유하는 더블 피니언 유성기어셋트로 이루어지는 제2 유성기어셋트(PG2)와;

제3 선기어(S3), 제3 유성 캐리어(PC3), 제3 링기어(R3)를 보유하는 싱글 피니언 유성기어셋트로 이루어지는 제3 유성기어셋트(PG3)와;

제4 선기어(S4), 제4 유성 캐리어(PC4), 제4 링기어(R4)를 보유하는 싱글 피니언 유성기어셋트로 이루어지는 제4 유성기어셋트(PG4)를 제1,2,3 클러치(C1)(C2)(C3)와 제1,2 브레이크(B1)(B2)를 적용하여 조합하되,

엔진의 회전동력이 입력되는 입력축(IS)와 제2 링기어(R2)는 제1 동력전달부재(TS1)로 연결하고, 제2 선기어(S2)와 제1 링기어(R3)는 제2 동력전달부재(TS2)로 연결하며, 제1 유성 캐리어(PC1)와 제4 링기어(R4)는 제3 동력전달부재(TS3)로 연결하고, 제2 유성 캐리어(PC2)와 제3 선기어(S3)는 제4 동력전달부재(TS4)로 연결하며, 제4 선기어(S4)와 제3 링기어(R3)는 제5 동력전달부재(TS5)로 연결하고;

제2 링기어(R2)와 제4 선기어(S4)는 제1 클러치(C1)을 포함하는 제1 가변동력전달부재(VTS1)로 연결하고, 제1 유성 캐리어(PC1)와 제4 링기어(R4)를 연결하는 제3 동력전달부재(TS3)와 제3 링기어(R3)는 제2 클러치(C2)를 포함하는 제2 가변동력전달부재(VTS2)로 연결하며, 제2 유성 캐리어(PC2)와 제3 선기어(S3)를 연결하는 제4 동력전달부재(TS4)와 제4 선기어(S4)는 제3 클러치(C3)를 포함하는 제3 가변동력전달부재(VTS3)로 연결하고;

제1 선기어(S1)와 제1 링기어(R1)는 각각 변속기 하우징(H)과 연결하고,

제4 유성 캐리어(PC4)가 출력축(OS)와 연결되어 이루어짐을 특징으로 한다.

또한 청구범위 제7항에서와 같이, 제1 선기어(S1), 제1 유성 캐리어(PC1), 제1 링기어(R1)를 보유하는 더블 피니언 유성기어셋트로 이루어지는 제1 유성기어셋트(PG1)와;

엔진의 회전동력이 입력되는 입력축(IS)와 제2 링기어(R2)는 제1 동력전달부재(TS1)로 연결하고, 제2 선기어(S2)와 제1 유성 캐리어(PC1)는 제2 동력전달부재(TS2)로 연결하며, 제1 링기어(R1)와 제4 링기어(R4)는 제3 동력전달부재(TS3)로 연결하고, 제2 유성 캐리어(PC2)와 제3 선기어(S3)는 제4 동력전달부재(TS4)로 연 결하며, 제4 선기어(S4)와 제3 링기어(R3)는 제5 동력전달부재(TS5)로 연결하고;

제2 링기어(R2)와 제4 선기어(S4)는 제1 클러치(C1)을 포함하는 제1 가변동력전달부재(VTS1)로 연결하고, 제1 링기어(R1)와 제4 링기어(R4)를 연결하는 제3 동력전달부재(TS3)와 제3 링기어(R3)는 제2 클러치(C2)를 포함하는 제2 가변동력전달부재(VTS2)로 연결하며, 제2 유성 캐리어(PC2)와 제3 선기어(S3)를 연결하는 제4 동력전달부재(TS4)와 제4 선기어(S4)는 제3 클러치(C3)를 포함하는 제3 가변동력전달부재(VTS3)로 연결하고;

상기와 같이 4개의 유성기어셋트(PG1 ~ PG4)를 마찰부재인 3개의 클러치(C1)(C2)(C3)와 2개의 브레이크(B1)(B2)로 조합하여 전진 8속과 후진 1속의 변속단을 구현하여 동력 전달 성능을 향상시키고 연비를 향상시킬 수 있게 된다.

그리고 상기 다수의 마찰부재를 분산 배치함으로써, 유로의 구성이 용이하게 할 수 있는 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 기어 트레인을 도시한 것으로서, 본 발명에 의한 기어 트레인은 동일축선 상에 배치되는 제1, 2, 3, 4 유성기어세 트(PG1)(PG2)(PG3)(PG4)와, 3개의 클러치(C1)(C2)(C3)로 이루어지는 클러치 수단과, 2개의 브레이크(B1)(B2)로 이루어지는 브레이크 수단을 포함하여 이루어진다.

상기 제1,2,3,4 유성기어셋트(PG1)(PG2)(PG3)(PG4)는 엔진측으로부터 순차적으로 동일축선상에 배치되어 입력축(IS)으로부터 전달되는 엔진의 회전동력을 변속하여 출력축(OS)로 출력하게 된다.

상기에서 입력축(IS)은 입력부재로서 토크 컨버터의 터빈축을 의미하며, 이는 엔진 크랭크 축으로부터의 회전 동력이 토크 컨버터를 통해 토크 변환이 이루어지면서 입력되고, 출력부재인 출력축(OS)을 거쳐 미도시한 공지의 차동장치를 통해 구동륜을 구동시키게 된다.

상기에서 제1,2,3,4 유성기어셋트(PG1 ~ PG4)는 단순유성기어셋트로 이루어지는데, 상기 제1 유성기어셋트(PG1)는 싱글 피니언 유성기어셋트로서, 제1 선기어(S1)와, 상기 제1 선기어(S1)에 외접하는 피니언을 지지하는 제1 유성 캐리어(PC1)와, 상기 피니언이 내접되는 제1 링기어(R1)로 이루어지는 3개의 작동요소를 보유한다.

상기 제2 유성기어셋트(PG2)는 더블 피니언 유성기어셋트로서, 제2 선기어(S2)와, 상기 제2 선기어(S2)에 외접하는 더블 피니언을 지지하는 제2 유성 캐리어(PC2)와, 상기 피니언이 내접되는 제2 링기어(R2)로 이루어지는 3개의 작동요소를 보유한다.

상기 제3 유성기어셋트(PG3)는 싱글 피니언 유성기어셋트로서, 제3 선기어(S3)와, 상기 제3 선기어(S3)에 외접하는 더블 피니언을 지지하는 제3 유성 캐리 어(PC3)와, 상기 피니언이 내접되는 제3 링기어(R3)로 이루어지는 3개의 작동요소를 보유한다.

상기 제4 유성기어셋트(PG4)는 싱글 피니언 유성기어셋트로서, 제4 선기어(S4)와, 상기 제4 선기어(S4)에 외접하는 피니언을 지지하는 제4 유성 캐리어(PC4)와, 상기 피니언이 내접되는 제4 링기어(R4)로 이루어지는 3개의 작동요소를 보유한다.

상기 제1,2,3,4 단순 유성기어셋트(PG1)(PG2)(PG3)(PG4)의 각 작동요소를 상로 연결함에 있어서, 5개의 동력전달부재(TS1 ~ TS5)에 의하여 직접적으로 연결되고, 3개의 클러치(C1)(C2)(C3)를 포함하는 가변동력전달부재(VTS1 ~ VTS3)에 의하여 이용하여 가변적으로 연결되도록 하였다.

보다 구체적으로 살펴보면, 제1 동력전달부재(TS1)는 입력축(IS)과 상기 제2 링기어(R2)를 연결하고, 제2 동력전달부재(TS2)는 제1 링기어(R1)와 제2 선기어(S2)를 연결하며, 상기 제3 동력전달부재(TS3)는 제1 유성 캐리어(PC1)와 제4 링기어(R4)를 연결하고, 상기 제4 동력전달부재(TS4)는 제2 유성 캐리어(PC2)와 제3 선기어(S3)를 연결하며, 상기 제5 동력전달부재(TS5)는 제3 링기어(R3)와 제4 유성 캐리어(PC4)를 연결한다.

그리고 상기 제1 클러치(C1)를 포함하는 제1 가변동력전달부재(VTS1)는 제2 링기어(R2)와 제4 선기어(S4)를 가변적으로 연결하고, 제2 클러치(C2)를 포함하는 제2 가변동력전달부재(VTS2)는 상기 제3 동력전달부재(TS3)와 제3 유성 캐리어(PC3)를 가변적으로 연결하며, 제3 클러치(C3)를 포함하는 제3 가변동력전달부 재(VTS3)는 제4 동력전달부재(TS4)와 제4 선기어(S4)를 가변적으로 연결한다.

또한, 제1 브레이크(B1)는 제1 링기어(R1)와 제2 선기어(S2)를 연결하는 제2 동력전달부재(TS2)를 변속기 하우징(H)과 가변적으로 연결하여 선택적으로 상기 동력전달부재(TS2)의 회전을 정지시킬 수 있도록 배치하였으며, 제2 브레이크(B2)는 제1 선기어(S1)를 변속기 하우징(H)을 가변적으로 연결하여 선택적으로 제1 선기어(R1)의 회전을 정지시킬 수 있도록 배치하였다.

상기에서 제1, 2, 3 클러치(C1)(C2)(C3)와 제1, 2 브레이크(B1)(B2)로 이루어지는 마찰부재는 유압에 의하여 마찰 결합되는 다판식 유압 마찰 결합 유닛으로 이루어져 변속 유압제어장치와 접속되어 운전 조건에 따른 트랜스밋션 제어유닛(도시하지 않음)의 제어에 의하여 작동 및 비작동되면서 변속을 행하게 되는 것이다.

그리고 상기와 같은 마찰부재를 배치함에 있어서, 제1,2 브레이크(B1)(B2)는 제1 유성기어셋트(PG1)의 전방에 배치되고, 제1, 3 클러치(C1)(C3)는 제2 유성기어셋트(PG2)와 제3 유성기어셋트(PG3) 사이에 배치되며, 상기 제2 클러치(C2)는 제3 유성기어셋트(PG3)의 외주측에 배치된다.

상기와 같이 마찰부재들을 분산 배치하면, 이들 마찰부재에 공급되는 유압 유로의 형성이 용이하고, 중량 분포가 균일하여 자동 변속기 전체 중량 밸런스가 좋아지게 된다.

도 2는 본 발명에 적용되는 마찰부재 즉, 클러치와 브레이크가 각 변속단에서 작동하는 것을 나타낸 작동표로서, ●의 표시는 마찰부재의 작동을 나타내며, 본 발명의 기어 트레인은 각 변속단에서 3개의 마찰부재가 작동하면서 변속이 이루 어짐을 알 수 있다.

즉, 전진 1속에서 제1 클러치(C1)와 제1, 2 브레이크(B1)(B2)가 작동하고,

전진 2속에서 제3 클러치(C3)와 제1, 2 브레이크(B1)(B2)가 작동하며,

전진 3속에서 제1,3 클러치(C1)(C3)와 제2 브레이크(B2)가 작동하고,

전진 4속에서 제2,3 클러치(C2)(C3)와 제2 브레이크(B2)가 작동하며,

전진 5속에서 제1,2 클러치(C1)(C2)와 제2 브레이크(B2)가 작동하고,

전진 6속에서 제1,2,3 클러치(C1)(C2)(C3)가 작동하며,

전진 7속에서 제1,2 클러치(C1)(C2)와 제1 브레이크(B1)가 작동하고,

전진 8속에서 제2,3 클러치(C2)(C3)와 제1 브레이크(B1)가 작동하며,

후진에서 제2 클러치(C2)와 제1,2 브레이크(B1)(B2)가 작동하면서 변속이 이루어지게 된다.

도 3 내지 도 11은 본 발명에 의한 기어 트레인의 변속과정을 가시적으로 도시한 것으로서, 하측의 가로선이 회전속도 "0"을 나타내고, 상측의 가로선이 회전속도 "1.0" 즉, 입력축(IS)과 동일 회전속도를 나타낸다.

제1 유성기어셋트(PG1)의 3개의 세로선은 좌측으로부터 차례로 제1 회전요소(N1)로부터 제3 회전요소(N3)까지 설정되는데, 상기 제1 회전요소(N1)는 제1 선기어(S1), 제2 회전요소(N2)는 제1 유성 캐리어(PC1), 제3 회전요소(N3)는 제1 링기어(R1)로 설정되며, 이들 간격은 제1 유성기어셋트(PG1)의 각 기어비(선기어의 잇수/링기어의 잇수)에 따라 결정된다.

제2 유성기어셋트(PG2)의 3개의 세로선은 좌측으로부터 차례로 제4 회전요 소(N4)로부터 제6 회전요소(N6)까지 설정되는데, 상기 제4 회전요소(N4)는 제2 선기어(S2), 제5 회전요소(N5)는 제2 링기어(R2), 제6 회전요소(N6)는 제2 유성 캐리어(PC2)로 설정되며, 이들 간격은 제2 유성기어셋트(PG2)의 각 기어비(선기어의 잇수/링기어의 잇수)에 따라 결정된다.

제3 유성기어셋트(PG3)의 3개의 세로선은 좌측으로부터 차례로 제7 회전요소(N7)로부터 제9 회전요소(N9)까지 설정되는데, 상기 제7 회전요소(N7)는 제3 선기어(S3), 제8 회전요소(N8)는 제3 유성 캐리어(PC3), 제9 회전요소(N9)는 제3 링기어(R3)로 설정되며, 이들 간격은 제3 유성기어셋트(PG4)의 각 기어비(선기어의 잇수/링기어의 잇수)에 따라 결정된다.

제4 유성기어셋트(PG3)의 3개의 세로선은 좌측으로부터 차례로 제10 회전요소(N10)로부터 제12 회전요소(N12)까지 설정되는데, 상기 제10 회전요소(N10)는 제4 선기어(S4), 제11 회전요소(N11)는 제4 유성 캐리어(PC4), 제12 회전요소(N12)는 제4 링기어(R4)로 설정되며, 이들 간격은 제4 유성기어셋트(PG3)의 각 기어비(선기어의 잇수/링기어의 잇수)에 따라 결정된다.

상기와 같은 변속선도에서 각 회전요소의 위치 설정은 기어 트레인의 당업자라면 충분히 알 수 있는 공지의 내용이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

[전진 1속]

전진 1속에서는 도 2에서와 같이 제1 클러치(C1) 및 제1,2 브레이크(B1)(B2)가 작동 제어된다.

그러면 도3 에서와 같이, 제5 회전요소(N5)인 제2 링기어(R2)로 입력이 이루 어지는 상태에서 제1, 2 브레이크(B1)(B2)의 작동으로 제1 유성기어셋트(PG1) 전체가 고정되면서 이의 제3 회전요소(N3)인 제1 링기어(R1)와 직접적으로 연결되어 있는 제4 회전요소(N4)인 제2 선기어(S2)가 고정요소로 작동하게 된다.

이에 따라 제6 회전요소(N6)인 제2 유성 캐리어(PC2)를 통해 증속 출력이 이루어지는데, 이때 상기 제1 클러치(C1)의 작동으로 입력축(IS)의 회전동력이 제10 회전요소(N10)인 제4 선기어(S4)로 전달된다.

이러한 상태에서 제12 회전요소(N12)인 제4 링기어(R4)가 제1 유성기어셋트(PG1)의 전체 고정으로 인하여 고정요소로 작동하게 되는 바, 입력요소인 제10 회전요소(N10)와 제12 회전요소(N12)를 연결하는 제1 변속선(SP1)을 형성하면서 출력부재인 제11 회전요소(N11)를 통해 D1 만큼의 출력이 이루어지게 되어 최대 변속비(입력부재의 회전속도/출력부재의 회전속도)로서, 「4.500」 정도의 전진 1속 변속이 이루어지게 되는 것이다.

[전진 2속]

전진 2속에서는 도 2에서와 같이 상기 전진 1속의 상태에서 작동하던 제1 클러치(C1)의 작동이 해제되고, 제3 클러치(C3)가 작동 제어된다.

그러면 도4 에서와 같이, 제1 유성기어셋트(PG1)는 1속과 마찬가지로 고정 상태가 되고, 제5 회전요소(N5)인 제2 링기어(R2)로 입력이 이루어지면서 제1 클러치(C1)의 작동 해제로 제6 회전요소(N6)인 제2 유성 캐리어(PC2)의 증속 동력만이 제7 회전요소(N7)로 전달된다.

이러한 상태에서 제3 클러치(C3)의 작동으로 상기 제6 회전요소(N4)인 제2 유성 캐리어(PC2)의 증속 동력이 제10 작동요소(N10)인 제4 선기어(S4)로 전달하게 되고, 제12 회전요소(N12)인 제4 링기어(R4)가 제1 유성기어셋트(PG1)의 전체 고정으로 인하여 고정요소로 작동하게 되는 바, 입력요소인 제10 회전요소(N10)와 제12 회전요소(N12)를 연결하는 제2 변속선(SP2)을 형성하면서 출력부재인 제11 회전요소(N11)를 통해 D2 만큼의 출력이 이루어지게 되어 상기 전진 1속보다도 변속비가 작은 「3.214」 정도의 전진 2속 변속이 이루어지게 되는 것이다.

[전진 3속]

전진 3속에서는 도 2에서와 같이 상기 전진 2속의 상태에서 작동하던 제1 브레이크(B1)의 작동이 해제되고, 제1 클러치(C1)가 작동 제어된다.

그러면 도 5에서와 같이, 제1,3 클러치(C1)(C3)가 작동되면서 제2 유성기어셋트(PG2)가 직결의 상태가 되고, 제4 회전요소(N4)인 제2 선기어(S2)의 회전동력이 제3 회전요소(N3)인 제1 링기어(R1)로 전달되는데, 이때 제2 브레이크(B2)의 작동으로 제1 작동요소(N1)인 제1 선기어(S1)가 고정요소로 작동함으로써, 제2 회전요소(N2)인 제1 유성 캐리어(PC1)를 통해 감속 출력이 이루어진다.

그리고 상기 제2 회전요소(N2)의 감속 동력이 제12 회전요소(N12)인 제4 링기어(R4)로 입력이 이루어지는 상태에서 상기에서와 같이 제10 회전요소(N1)인 제4 선기어(S4)로 제2 유성기어셋트(PG2)의 직결 입력이 이루어지게 되는 바, 상기 제10 회전요소(N10)와 제12 회전요소(N12)를 연결하는 제3 변속선(SP3)을 형성하면서 출력부재인 제11 회전요소(N11)를 통해 D3 만큼의 출력이 이루어지게 되어 상기 전진 2속보다도 변속비가 작은 「1.452」 정도의 전진 3속 변속이 이루어지게 되는 것이다.

[전진 4속]

전진 4속에서는 도 2에서와 같이 상기 전진 3속의 상태에서 작동하던 제1 클러치(C1)의 작동이 해제되고, 제2 클러치(C2)가 작동 제어된다.

그러면 도 6에서와 같이, 제2, 3 클러치(C2)(C3)의 작동으로 제3,4 유성기어셋트(PG3)(PG4)가 직결의 상태가 되며, 이러한 상태에서 제5 회전요소(N5)로 입력이 이루어지고, 제2 브레이크(B2)의 작동으로 제1 회전요소(N1)인 제1 선기어(S1)가 고정요소로 작동하게 되는 바, 상호 보완작동으로 제4 회전요소(N4)인 제2 선기어(S2)와 제3 회전요소(N3)인 제1 링기어(R1)가 증속되면서 제2 회전요소(N2)인 제1 유성 캐리어(PC1)를 통해 감속 출력이 이루어진다.

그리고 상기 제2 회전요소(N2)의 회전동력이 직결의 상태인 제4 유성기어셋트(PG4)로 전달되면서 제4 변속선(SP4)을 형성하여 제11 회전요소(N11)를 통해 D4 만큼의 출력이 이루어지게 되어 상기 전진 3속보다도 변속비가 작은 「1.190」 정도의 전진 4속의 변속이 이루어지게 되는 것이다.

[전진 5속]

전진 5속에서는 도 3에서와 같이 상기 전진 4속의 상태에서 작동하던 제3 클러치(C3)의 작동이 해제되고, 제1 클러치(C1)가 작동 제어된다.

그러면 도 7에서와 같이, 제5 회전요소(N5)로 입력이 이루어지는 상태에서 제2 브레이크(B2)의 작동으로 제1 회전요소(N1)인 제1 선기어(S1)가 고정요소로 작동하게 되는 바, 상호 보완작동으로 제4 회전요소(N4)인 제2 선기어(S2)와 제3 회 전요소(N3)인 제1 링기어(R1)가 증속이 이루어지면서 제2 회전요소(N2)인 제1 유성 캐리어(PC1)를 통해 감속 출력이 이루어진다.

이러한 상태에서 제5 회전요소(N5)로 입력되는 회전동력이 제1 클러치(C1)의 작동으로 제10 회전요소(N10)인 제4 선기어(S4)에 전달되고, 상기 제2 회전요소(N2)인 제1 유성 캐리어(PC1)의 감속 동력이 제12 회전요소(N12)인 제4 링기어(R4)로 전달되는 바, 상기 제10 회전요소(N10)와 제12 회전요소(N12)를 연결하는 제5 변속선(SP5)을 형성하면서 제11 회전요소(N11)를 통해 D5 만큼의 출력이 이루어지게 되어 상기 전진 5속보다도 변속비가 작은 「1.093」 정도의 전진 5속의 변속이 이루어지게 되는 것이다.

[전진 6속]

전진 6속에서는 도 2에서와 같이 상기 전진 5속의 상태에서 작동하던 제2 브레이크(B2)의 작동이 해제되고, 제3 클러치(C3)가 작동 제어된다.

그러면 도 8에서와 같이, 3개의 클러치(C1)(C2)(C3)가 모두 작동되면서 제1,2,3,4 유성기어셋트(PG1)(PG2)(PG3)(PG4)가 모두 직결의 상태가 되면서 제4 유성기어셋트(PG4)에서 제6 변속선(SP6)을 형성하고, 출력부재인 제11 회전요소(N11)를 통해 입력 그대로인 D6 만큼의 출력이 이루어지면서 상기 전진 5속보다도 변속비가 작은 「1.000」 정도의 전진 6속의 변속이 이루어지게 되는 것이다.

[전진 7속]

전진 7속에서는 도 2에서와 같이 상기 전진 6속의 상태에서 작동하던 제3 클러치(C3)의 작동이 해제되고 제1 브레이크(B1)가 작동 제어된다.

그러면 도 9에서와 같이, 제1 브레이크(B1)의 작동으로 제3 회전요소(N3)와 제4 회전요소(N4)가 고정요소로 작동하고 있는 상태에서 제5 회전요소(N5)로 입력이 이루어지게 되는 바, 상호 보완작용으로 제6 회전요소(N6)를 통해 증속 출력이 이루어지고 이의 회전동력은 제7 회전요소(N7)인 제3 선기어(S3)로 전달된다.

이러한 상태에서 제1 클러치(C1)의 작동으로 제10 회전요소(N10)로 입력축(IS)의 회전동력이 입력되고, 제2 클러치(C2)가 작동에 의하여 상호 보완작용으로 제10 회전요소(N10)와 제12 회전요소(N12)를 연결하는 제7 변속선(SP7)을 형성하면서 출력부재인 제11 회전요소(N11)를 통해 D7 만큼의 출력이 이루어져 오버 드라이브 상태의 변속비 「0.851」 정도의 전진 7속 변속이 이루어지게 되는 것이다.

[전진 8속]

전진 8속에서는 도 2에서와 같이 상기 전진 7속의 상태에서 작동하던 제1 클러치(C1)의 작동이 해제되고, 제3 클러치(C3)가 작동 제어된다.

그러면 도 10에서와 같이, 제2, 3 클러치(C2)(C3)의 작동으로 제3,4 유성기어셋트(PG3)(PG4)는 직결의 상태가 되며, 이의 상태에서 제5 회전요소(N5)로 입력이 이루어지고 제1 브레이크(B1)의 작동으로 제3 회전요소(N3)와 제4 회전요소(N4)가 고정요소로 작동하게 되는 바, 상호 보완작용으로 제6 회전요소(N6)를 통해 증속 출력이 이루어지면서 이의 회전동력은 제7 회전요소(N7)인 제3 선기어(S3)와 제10 회전요소(N10)인 제4 선기어(S4)로 전달된다.

이에 따라 직결의 상태에서 제8 변속선(SP8)을 형성하면서 출력부재인 제11 회전요소(N11)를 통해 증속 입력 그대로인 D8 만큼의 출력이 이루어지게 되어 최고 변속단의 변속비 「0.714」 정도의 전진 8속의 변속이 이루어지게 되는 것이다.

[후진]

후진 변속단에서는 도 2에서와 같이 제2 클러치(C2)와 제1, 2 브레이크(B1)(B2)가 작동 제어된다.

그러면 도 11에서와 같이, 제5 회전요소(N5)인 제2 링기어(R2)로 입력이 이루어지는 상태에서 제1, 2 브레이크(B1)(B2)의 작동으로 제1 유성기어셋트(PG1) 전체가 고정되면서 이의 제3 회전요소(N3)인 제1 링기어(R1)와 직접적으로 연결되어 있는 제4 회전요소(N4)인 제2 선기어(S2)가 고정요소로 작동하게 된다.

이에 따라 제6 회전요소(N6)인 제2 링기어(R2)를 통해 증속 출력이 이루어지는데, 이의 회전동력은 제7 회전요소(N7)로 입력되며, 이때 상기 제1 유성기어셋트(PG2)의 고정에 의하여 제8 회전요소(N8)인 제3 유성 캐리어(PC3)와 제12 회전요소(N12)인 제4 링기어(R4)가 고정요소로 작동하면서 상호 보완작동으로 제9 회전요소(N9)와 제10 회전요소(N10)가 역회전하면서 후진 변속선(SR)을 형성하고, 출력부재인 제11 회전요소(N11)를 통해 RS 만큼의 역회전 출력이 이루어지면서 후진 변속비가 「-2.500」 정도의 후진 변속이 이루어지게 되는 것이다.

도 12는 본 발명에 의한 제2 실시예의 기어 트레인을 도시한 것으로서, 제2 실시예에서는 제1 유성기어셋트(PG1)을 더블 피니언 유성기어셋트 적용한 것이다.

이에 따라 제2 회전요소(N2)가 제1 유성 캐리어(PC1)에서 제1 링기어(R1)로 변경되고, 제3 회전요소(N3)가 제1 링기어(R1)에서 제1 유성 캐리어(PC1)로 변경된 것만 다를 뿐 도 2와 같이 마찰부재가 작동하고, 변속과정에 도3에서 도11과 동일 하게 이루어지게 되는 바, 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기에서 본 발명의 기어 트레인에 대한 바람직한 실시 예를 개시하고 있으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 발명하여 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 기어 트레인 구성도.

도 2는 도 1의 기어 트레인에 적용되는 마찰부재의 변속단별 작동도.

도 3은 전진 1속에서의 변속선도.

도 4는 전진 2속에서의 변속선도.

도 5는 전진 3속에서의 변속선도.

도 6은 전진 4속에서의 변속선도.

도 7은 전진 5속에서의 변속선도.

도 8은 전진 6속에서의 변속선도.

도 9는 전진 7속에서의 변속선도.

도 10은 전진 8속에서의 변속선도.

도 11은 후진 변속선도.

도 12는 본 발명의 제2 실시예에 의한 기어 트레인 구성도이다.

Claims

3개의 회전요소를 구비하는 단순유성기어셋트로 이루어지되, 변속기 하우징(H)과 가변적으로 연결되어 선택적인 고정요소로 작동하는 제1 회전요소(N1)와, 공전요소로서 다른 회전요소와 연결되어 관련작동이 이루어지는 제2 회전요소(N2)와, 변속기 하우징(H)과 가변적으로 연결되어 선택적인 고정요소로 작동하는 제3 회전요소(N3)를 포함하는 제1 유성기어셋트(PG1)와;

3개의 회전요소를 구비하는 단순유성기어셋트로 이루어지되, 상기 제3 회전요소(N3)와 연결되는 제4 회전요소(N4)와, 입력축(IS)과 연결되는 제5 회전요소(N5)와, 출력요소로 작동하는 제6 회전요소(N6)를 포함하는 제2 유성기어셋트(PG2)와;

3개의 회전요소를 구비하는 단순유성기어셋트로 이루어지되, 상기 제6 회전요소(N6)와 연결되는 제7 회전요소(N7)와, 상기 제2 회전요소(N2)와 연결되는 제8 회전요소(N8)와, 상기 공전요소로서 다른 회전요소와 연결되어 관련작동이 이루어지는 제9 회전요소(N9)를 포함하는 제3 유성기어셋트(PG3)와;

3개의 회전요소를 구비하는 단순유성기어셋트로 이루어지되, 상기 제5 회전요소(N5) 및 제6 회전요소(N6)와 가변적으로 연결되는 제10 회전요소(N10)와, 상기 제9 회전요소(N9)와 연결됨과 동시에 출력축(OS)과 연결되어 출력요소로 작동하는 제11 회전요소(N11)와, 상기 제2 회전요소(N2)와 연결됨과 동시에 제8 회전요소(N8)와 가변적으로 연결되는 제12 회전요소(N12)를 포함하는 제4 유성기어셋 트(PG4)를 구비하여 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인.
제1항에 있어서, 제1 유성기어셋트(PG1)는 싱글 피니언 유성기어셋트로서, 제1 회전요소(N1)가 제1 선기어(S1), 제2 회전요소(N2)가 제1 유성 캐리어(PC1), 제3 회전요소(N3)가 제1 링기어(R1)로 이루어지고;

제2 유성기어셋트(PG2)는 더블 피니언 유성기어셋트로서, 제4 회전요소(N4)가 제2 선기어(S2), 제5 회전요소(N5)가 제2 링기어(R2), 제6 회전요소(N6)가 제2 유성 캐리어(PC2)로 이루어지며;

제3 유성기어셋트(PG3)는 싱글 피니언 유성기어셋트로서, 제7 회전요소(N7)가 제3 선기어(S3), 제8 회전요소(N8)가 제3 유성 캐리어(PC3), 제9 회전요소(N9)가 제3 링기어(R3)로 이루어지고;

제4 유성기어셋트(PG4)는 싱글 피니언 유성기어셋트로서, 제10 회전요소(N10)가 제4 선기어(S4), 제11 회전요소(N11)가 제4 유성 캐리어(PC4), 제12 회전요소(N12)가 제4 링기어(R4)로 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인.
제1항에 있어서, 제1 유성기어셋트(PG1)는 더블 피니언 유성기어셋트로서, 제1 회전요소(N1)가 제1 선기어(S1), 제2 회전요소(N2)가 제1 링기어(R1), 제3 회전요소(N3)가 제1 유성 캐리어(PC1)로 이루어지며;

제2 유성기어셋트(PG2)는 더블 피니언 유성기어셋트로서, 제4 회전요소(N4) 가 제2 선기어(S2), 제5 회전요소(N5)가 제2 링기어(R2), 제6 회전요소(N6)가 제2 유성 캐리어(PC2)로 이루어지며;

제3 유성기어셋트(PG3)는 싱글 피니언 유성기어셋트로서, 제7 회전요소(N7)가 제3 선기어(S3), 제8 회전요소(N8)가 제3 유성 캐리어(PC3), 제9 회전요소(N9)가 제3 링기어(R3)로 이루어지고;

제4 유성기어셋트(PG4)는 싱글 피니언 유성기어셋트로서, 제10 회전요소(N10)가 제4 선기어(S4), 제11 회전요소(N11)가 제4 유성 캐리어(PC4), 제12 회전요소(N12)가 제4 링기어(R4)로 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인.
제1항에 있어서, 입력축(IS)과 제5 회전요소(N1)는 제1 동력전달부재(TS1)로 연결하고, 제3 회전요소(N3)와 제4 회전요소(N4)는 제2 동력전달부재(TS2)로 연결하며, 제2 회전요소(N2)와 제12 회전요소(N12)는 제3 동력전달부재(TS3)로 연결하고, 제6 회전요소(N6)와 제7 회전요소(N7)는 제4 동력전달부재(TS4)로 연결하며, 제9 회전요소(N9)와 제11 회전요소(N11)는 제5 동력전달부재(TS5)로 연결하고;

제5 회전요소(N5)와 제10 회전요소(N10)는 제1 클러치(C1)를 포함하는 제1 가변동력전달부재(VTS1)로 연결하며, 상기 제2 회전요소(N2)와 제12 회전요소(N12)를 연결하는 제3 동력전달부재(TS3)와 제8 회전요소(N8)는 제2 클러치(C2)를 포함하는 제2 가변 동력전달부재(VTS2)로 연결하고, 제6 회전요소(N6)와 제7 회전요소(N7)를 연결하는 제4 동력전달부재(TS4)와 제10 회전요소(N10)는 제3 클러치(C3) 를 포함하는 제3 동력가변전달부재(VTS3)로 연결하며;

제3 회전요소(N3)와 제4 회전요소(N4)를 연결하는 제2 동력전달부재(TS2)는 제1 브레이크(B1)를 개재시켜 변속기 하우징(H)과 가변 연결하고, 제1 회전요소(N1)는 제2 브레이크(B2)를 개재시켜 변속기 하우징(H)과 가변 연결함을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어트레인.
제4항에 있어서, 제1, 2 브레이크(B1)(B2)는 제1 유성기어셋트(PG1)의 전측에 배치하고, 제1, 3 클러치(C1)(C3)는 제2, 3 유성기어셋트(PG2)(PG3) 사이에 배치하며, 제2 클러치(C2)는 제3 유성기어셋트(PG3)의 외주측에 배치함을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인.
제1 선기어(S1), 제1 유성 캐리어(PC1), 제1 링기어(R1)를 보유하는 싱글 피니언 유성기어셋트로 이루어지는 제1 유성기어셋트(PG1)와;

제2 선기어(S2), 제2 유성 캐리어(PC2), 제2 링기어(R2)를 보유하는 더블 피니언 유성기어셋트로 이루어지는 제2 유성기어셋트(PG2)와;

제3 선기어(S3), 제3 유성 캐리어(PC3), 제3 링기어(R3)를 보유하는 싱글 피니언 유성기어셋트로 이루어지는 제3 유성기어셋트(PG3)와;

제4 선기어(S4), 제4 유성 캐리어(PC4), 제4 링기어(R4)를 보유하는 싱글 피니언 유성기어셋트로 이루어지는 제4 유성기어셋트(PG4)를 제1,2,3 클러치(C1)(C2)(C3)와 제1,2 브레이크(B1)(B2)를 적용하여 조합하되,

엔진의 회전동력이 입력되는 입력축(IS)와 제2 링기어(R2)는 제1 동력전달부재(TS1)로 연결하고, 제2 선기어(S2)와 제1 링기어(R3)는 제2 동력전달부재(TS2)로 연결하며, 제1 유성 캐리어(PC1)와 제4 링기어(R4)는 제3 동력전달부재(TS3)로 연결하고, 제2 유성 캐리어(PC2)와 제3 선기어(S3)는 제4 동력전달부재(TS4)로 연결하며, 제4 선기어(S4)와 제3 링기어(R3)는 제5 동력전달부재(TS5)로 연결하고;

제2 링기어(R2)와 제4 선기어(S4)는 제1 클러치(C1)을 포함하는 제1 가변동력전달부재(VTS1)로 연결하고, 제1 유성 캐리어(PC1)와 제4 링기어(R4)를 연결하는 제3 동력전달부재(TS3)와 제3 링기어(R3)는 제2 클러치(C2)를 포함하는 제2 가변동력전달부재(VTS2)로 연결하며, 제2 유성 캐리어(PC2)와 제3 선기어(S3)를 연결하는 제4 동력전달부재(TS4)와 제4 선기어(S4)는 제3 클러치(C3)를 포함하는 제3 가변동력전달부재(VTS3)로 연결하고;

제1 선기어(S1)와 제1 링기어(R1)는 각각 변속기 하우징(H)과 연결하고,

제4 유성 캐리어(PC4)가 출력축(OS)와 연결되어 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어트레인.
제1 선기어(S1), 제1 유성 캐리어(PC1), 제1 링기어(R1)를 보유하는 더블 피니언 유성기어셋트로 이루어지는 제1 유성기어셋트(PG1)와;

제2 선기어(S2), 제2 유성 캐리어(PC2), 제2 링기어(R2)를 보유하는 더블 피니언 유성기어셋트로 이루어지는 제2 유성기어셋트(PG2)와;

제3 선기어(S3), 제3 유성 캐리어(PC3), 제3 링기어(R3)를 보유하는 싱글 피 니언 유성기어셋트로 이루어지는 제3 유성기어셋트(PG3)와;

제4 선기어(S4), 제4 유성 캐리어(PC4), 제4 링기어(R4)를 보유하는 싱글 피니언 유성기어셋트로 이루어지는 제4 유성기어셋트(PG4)를 제1,2,3 클러치(C1)(C2)(C3)와 제1,2 브레이크(B1)(B2)를 적용하여 조합하되,

엔진의 회전동력이 입력되는 입력축(IS)와 제2 링기어(R2)는 제1 동력전달부재(TS1)로 연결하고, 제2 선기어(S2)와 제1 유성 캐리어(PC1)는 제2 동력전달부재(TS2)로 연결하며, 제1 링기어(R1)와 제4 링기어(R4)는 제3 동력전달부재(TS3)로 연결하고, 제2 유성 캐리어(PC2)와 제3 선기어(S3)는 제4 동력전달부재(TS4)로 연결하며, 제4 선기어(S4)와 제3 링기어(R3)는 제5 동력전달부재(TS5)로 연결하고;

제2 링기어(R2)와 제4 선기어(S4)는 제1 클러치(C1)을 포함하는 제1 가변동력전달부재(VTS1)로 연결하고, 제1 링기어(R1)와 제4 링기어(R4)를 연결하는 제3 동력전달부재(TS3)와 제3 링기어(R3)는 제2 클러치(C2)를 포함하는 제2 가변동력전달부재(VTS2)로 연결하며, 제2 유성 캐리어(PC2)와 제3 선기어(S3)를 연결하는 제4 동력전달부재(TS4)와 제4 선기어(S4)는 제3 클러치(C3)를 포함하는 제3 가변동력전달부재(VTS3)로 연결하고;

제1 선기어(S1)와 제1 링기어(R1)는 각각 변속기 하우징(H)과 연결하고, 제4 유성 캐리어(PC4)가 출력축(OS)와 연결되어 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어트레인.