KR101114597B1

KR101114597B1 - 무단변속기

Info

Publication number: KR101114597B1
Application number: KR1020050002147A
Authority: KR
Inventors: 고야마다카오
Original assignee: 닛산 지도우샤 가부시키가이샤
Priority date: 2004-01-09
Filing date: 2005-01-10
Publication date: 2012-03-05
Also published as: EP1553333A2; US7811187B2; JP4039366B2; EP1553333B1; KR20050074301A; CN1641247B; JP2005195144A; EP1553333A3; US20050153805A1; CN1641247A

Abstract

무단변속기는 풀리의 홈폭을 변경하도록 이동 가능한 제1 가동 시브를 구비한 제1풀리, 풀리의 홈폭을 변경하도록 이동 가능한 제2 가동 시브를 구비한 제2풀리가 있다. 무한 가요성 부재는 제1풀리와 제2풀리 사이에 토크를 전달하기 위해 제1풀리와 제2풀리에 맞물려 있다. 풀리들 중 적어도 하나는 풀리의 홈폭을 좁게 하기 위해 풀리의 가동 시브에 스프링력과 1차 유압력을 가할 수 있고, 스프링력과 1차 유압력에 대향하는 방향으로 2차 유압력을 발생시킬 수 있는 추력발생구조를 가지고 있다.

무단변속기(CVT), 풀리(pulley), 배리에이터(variator), 시브(sheave), 추력(thrust)

Description

무단변속기{CONTINUOUSLY VARIABLE TRANSMISSION}

본 발명의 목적, 특징, 이점은 첨부 도면과 함께 설명되어질 때 분명해진다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 무단변속기의 배리에이터와 컨트롤 시스템의 개략적인 단면도이다.

도2는 도1의 무단변속기의 배리에이터의 확대된 단면도이다.

도3은 도1과 도2에서 보여진 배리에이터의 "높은" 변속비부터 "낮은" 변속비까지 변속비에 대한 필요 추력, 유압력, 스프링력의 특성의 관계를 보여주는 도표이다.

도4는 종래의 무단변속기의 배리에이터의 단면도이다.

도5는 도4에서 보여진 종래의 무단변속기의 배리에이터의 "높은" 변속비부터 "낮은" 변속비까지 변속비에 대한 필요 추력, 유압력, 스프링력의 특성의 관계를 보여주는 도표이다.

본 발명은 풀리(pulley)의 홈폭(groove width)을 조절함으로써 풀리들 간의 연속적인 가변 변속비(speed ratio)를 얻기 위해서 직경이 가변적인 풀리와 풀리들에 맞물린 무한 가요성 부재(endless flexible member)가 설치되어 있는 무단변속기 및 무단변속기의 추력 발생 방법(thrust applying method)에 관한 것이다.

이러한 종류의 무단변속기는 일본특허공개공보 (평 11-236965) 에 나와있다. 도4에서 보여지듯이, 이 무단변속기는 제1(primary) 풀리(101), 제2(secondary) 풀리(102), 풀리(101)와 풀리(102)를 연결시키는 금속 벨트(103)를 포함하고 있으며, 풀리(101)와 풀리(102)는 유압력과 스프링력으로 구성된 합력에 의해 홈폭을 변경할 수 있도록 제어된다. 이 스프링력은 최고 변속비와 최저 변속비에서 풀리(101)와 풀리(102)의 압력실에 가해지는 최대 유압을 감소시켜 결과적으로 유체펌프(fluid pump) 용량을 줄이도록 하고 있다.

그러나 상기의 공지된 종래 무단변속기는 유체펌프 용량의 감소량이 작은 한계가 있다는 문제점이 있다. 이유는 다음과 같다: 유압력은 압력을 받은 유체가 제1, 제2 추력발생구조(thrust applying mechanism)(104, 105)의 제1, 제2 유압실에 유입됨으로써 발생한다. 유압력은 풀리들의 홈폭을 좁히기 위해서 풀리들(101, 102)에 대해 같은 방향으로만 작용하는데, 이것은 풀리들(101, 102) 간의 추력 차이가 스프링력과 관계없이 단지 그들에 작용하는 유압력의 차이로만 결정되도록 한다. 이는 최고와 최저 변속비를 얻고 풀리들(101, 102)과 벨트(103) 사이의 미끄럼을 방지하기 위하여 풀리들(101, 102) 중의 하나는 고압력의 유체를 공급받을 것을 필요로 하여, 펌프 용량의 감소량을 제한하게 됨을 의미한다.

구체적으로, 도5는 "높은(HIGH)" 변속비부터 "낮은(LOW)" 변속비까지의 변속비에 대한 필요 풀리 추력(necessary pulley thrust), 유압력, 스프링력들의 특성의 관계를 보여주는데, 특성선 (L1)은 제2풀리(102)에 필요한 추력(FDS)를 보여주고; 특성선 (L2)은 제2풀리(102)에 가해지는 유압력(FpS)을 보여주고; 특성선 (L3)은 제2풀리(102)에 작용하는 제2 스프링(107)의 스프링력(FsS)을 보여주고; 특성선 (L4)은 제1풀리(101)에 필요한 추력(FDP)을 보여주고; 특성선 (L5)은 제1풀리(101)에 가해지는 유압력(FpP)를 보여주고; 특성선 (L6)은 제1풀리(101)에 작용하는 제1 스프링(106)의 스프링력(FsP)을 보여준다.

제2풀리 추력 FDS 는 제2 유압력 FpS에 제2 스프링력 FsS을 더함으로써 얻어지는데, 다음 식으로 표현된다.

FDS=FpS+FsS

제1풀리 추력 FDP 는 제1 유압력 FpP에 제1 스프링력 FsP을 더함으로써 얻어지는데, 다음 식으로 표현된다.

FDP=FpP+FsP

최저 변속비에서의 추력 차이 ΔFD 는 첫 번째 제1풀리 추력 FDP에서 제2풀리 추력 FDS를 뺌으로써 얻어지는데, 다음 식으로 표현된다.

ΔFD=FDP-FDS=(FpP+FsP)-(FpS+FsS)

제1, 제2 스프링력인 FsP와 FsS가 같은 크기를 갖도록 정해지면, 최저 변속비에서의 추력 차이 ΔFD의 상기 식은 다음과 같이 표현된다.

ΔFD=FpP-FpS

마찬가지로, 최고 변속비에서의 추력 차이 ΔFD는 제2풀리 추력 FDS에서 제1풀리 추력 FDP를 뺌으로써 얻어지는데, 이때 제1, 제2 스프링력인 FsP와 FsS가 같은 크기를 갖도록 정해진다면, 최고 변속비에서의 추력 차이 ΔFD의 식은 다음과 같이 표현된다.

ΔFD=FpS-FpP

스프링력 FsP와 FsS는 필요 추력 FDP와 FDS보다 더 크게 정해질 수 없다.

상기 식은 최저와 최고 변속비에서의 추력 차이 ΔFD가 제1, 제2 유압력인 FpP와 FpS의 차이에 의해 발생된다는 것을 보여준다. 이것은 낮은 압력에서 유지되는 풀리들 중 어느 하나에 가해지는 압력인 PL 이 적당한 벨트 클램핑 힘(belt clamping force)을 얻도록 정해질 때, 높은 압력에서 유지되는 다른 풀리에 가해지는 압력 PH 는 추력 차이 ΔFD에 상응하는 압력만큼 압력 PL보다 더 크게 정해질 필요가 있도록 하는 결과가 된다.

최저와 최고 변속비 모두에서 충분한 추력 차이를 얻기 위해서, 유체 압력실에 가해지는 압력이 약 4내지 5배 높은 압력일 것을 요하는데, 이것은 더 높은 유체펌프 용량을 필요로 하고, 결과적으로 최저 변속비에서 긴 경사를 올라가거나 최고 변속비에서 고속으로 주행할 때 특히 연료 소비가 감소하게 된다.

제1, 제2 스프링(106, 107) 사이에서 스프링력이 서로 다르게 정해질 때, 비슷한 문제가 발생한다.

따라서, 본 발명의 목적은 상술한 결점을 극복하고, 필요한 유체펌프 용량을 줄이고 연료 소비를 향상시키기 위해서 풀리에 더 낮은 압력을 가하면서 최저와 최고 변속비에서 제1, 제2 풀리 사이의 충분한 추력 차이를 얻어낼 수 있는 무단변속기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상술한 결점을 극복하고, 필요한 유체펌프 용량을 줄이고 연료 소비를 향상시키기 위해서 풀리에 더 낮은 압력을 가하면서 최저와 최고 변속비에서 제1, 제2 풀리 사이의 충분한 추력 차이를 얻어낼 수 있는 무단변속기를 위한 추력발생방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 첫 번째 측면에 따르면, 풀리의 홈폭을 변경하도록 이동 가능한 제1 가동 시브(movable sheave)를 구비한 제1풀리, 풀리의 홈폭을 변경하도록 이동이 가능한 제2 가동 시브가 있는 제2풀리, 풀리들 사이에 토크를 전달하기 위해 제1, 제2풀리와 맞물린 벨트, 제1풀리와 제2풀리 중 적어도 어느 하나의, 유체 기밀 (fluid-tight) 되어 있는 1차 유압실 및 2차 유압실에 각각 공급되는 1차 유압 및 2차 유압을 발생시킬 수 있는 컨트롤 밸브 유닛, 1차 유압 및 2차 유압의 목표 유압을 얻기 위하여 컨트롤 밸브 유닛으로 명령을 출력하는 컨트롤 유닛 및 홈폭을 좁게 하기 위해서 제1풀리와 제2풀리 중 적어도 하나의 가동 시브에 합력을 인가할 수 있는 추력발생구조를 포함하는 무단변속기가 제공된다.
상기 합력은 스프링의 스프링력, 1차 유압에 기초하여 얻어지고 스프링력과 같은 방향을 작용하는 1차 유압력 및 2차 유압에 기초하고, 스프링력 및 1차 유압력과 대향하는 방향으로 작용하는 2차 유압력을 포함한다. 상기 1차 유압력과 상기 2차 유압력은, 스프링력이 제1풀리에 의한 저 변속비와 제2풀리에 의한 고 변속비 중 하나를 얻기 위하여 필요한 추력보다 크게 설정되도록 설정된다.

본 발명의 두 번째 측면에 따르면, 제1풀리의 홈폭을 변경하도록 이동 가능한 제1 가동 시브(movable sheave)를 구비한 제1풀리, 제2풀리의 홈폭을 변경하도록 이동 가능한 제2 가동 시브를 구비한 제2 풀리, 풀리들 사이에 토크를 전달하기 위해 제1, 제2풀리에 맞물린 벨트가 장착된 무단변속기에 사용되는 추력발생방법이 제공되는데, 이 방법은 홈폭이 좁아지도록 상기 제1풀리와 제2풀리 중 적어도 하나의 가동 시브에, 추력발생구조의 스프링의 스프링력을 발생시키는 단계,
스프링력과 같은 방향으로 추력발생구조에 의해 1차 유압력을 발생시키기 위하여 컨트롤 유닛에 의해 1차 유압이 목표 유압으로 제어되도록, 컨트롤 밸브 유닛으로부터, 제1풀리와 제2풀리 중 적어도 어느 하나의, 유체 기밀 된 1차 유압실로 1차 유압을 공급하는 단계 및,
스프링력 및 1차 유압력과 대향하는 방향으로 추력발생구조에 의해 2차 유압력을 발생시키기 위하여 컨트롤 유닛에 의해 2차 유압이 목표 유압으로 제어되도록, 컨트롤 밸브 유닛으로부터, 제1풀리와 제2풀리 중 적어도 어느 하나의, 유체 기밀 된 2차 유압실로 2차 유압을 공급하는 단계를 포함한다. 가동 시브는 스프링력, 1차 유압력, 2차 유압력의 합력에 의해 얻어지는 추력에 의해 가압된다. 1차 유압력과 2차 유압력은, 스프링력이 제1풀리에 의한 저 변속비와 제2풀리에 의한 고 변속비 중 하나를 얻기 위하여 필요한 추력보다 크게 설정되도록 설정된다.

다음 상세한 설명에서는, 모든 도면상의 유사한 구성요소들에 대해 유사한 참조 기호와 참조 번호가 사용되고 그들의 설명은 중복을 피하기 위해서 생략한다.

본 발명 실시예에 따른 무단변속기는 첨부 도면 도1부터 도3까지 상세하게 설명되어 있다.

도1은 차량에 사용되며, 연속적인 가변 변속비를 얻을 수 있는 배리에이터(variator)와 수압적(hydraulically), 전자적으로 배리에이터를 제어할 수 있는 컨트롤 시스템을 포함하는 무단변속기(이하에서 "CVT"라 한다)의 개략적인 단면도를 보여주고 있다.

배리에이터는 제1풀리(1), 제1풀리(1)와 평행하게 배열되어 있는 제2풀리(2), 제1풀리 및 제2풀리에 맞물리는 금속 푸쉬 벨트(metal push belt)(3)가 설치되어 있다.

제1풀리(1)는 제1 샤프트(shaft)(11)에 연결되어 있는 제1 고정 시브(fixed sheave)(12), 제1 샤프트(11)과 함께 회전하고 제1 고정 시브(12)로 향하거나 멀어 지는 운동을 하며 제1 샤프트(11) 상에 지지되어 있는 가동 시브(13)를 가지고 있어서, 제1 풀리의 홈폭의 변경이 가능하다. 제1 고정 시브(12)는 제1 가동 시브(13)와 마주보는 원뿔모양의 벨트 접촉면(12a)이 형성되어 있고, 제1 가동 시브(13)는 제1 고정 시브(12)의 벨트 접촉면(12a)과 마주보는 원뿔모양의 벨트 접촉면(13a)이 형성되어 있다. 고정 시브(12)와 가동 시브(13)는 벨트 접촉면 (12a) 와 (13a) 사이에 벨트(3)를 수용하는 제1 가변성 홈(variable groove)을 가지고 있다.

제2풀리(2)는 제2 샤프트(21)에 연결되어 있는 제2 고정 시브(22), 제2 샤프트(21)와 함께 회전하고 제2 고정 시브(22)로 향하거나 멀어지는 운동을 하는 제2 샤프트(21) 상에 지지되어 있는 제2 가동 시브(23)를 가지고 있어서, 제2 풀리의 홈폭의 변경이 가능하다. 제2 고정 시브(22)는 가동 시브(23)와 마주보는 원뿔모양의 벨트 접촉면(22a)이 형성되어 있고, 제2 가동 시브(23)는 제2 고정 시브(22)의 벨트 접촉면(22a)과 마주보는 원뿔모양의 벨트 접촉면(23a)이 형성되어 있다. 고정 시브(22)와 가동 시브(23)는 벨트 접촉면 (22a) 와 (23a) 사이에 벨트(3)를 수용하는 제2 가변성 홈을 가지고 있다.

제1 풀리(1)의 고정 시브(12)와 가동 시브(13)는 제2 풀리의 시브들과 대향하는 위치에 배열되어 있어, 제1 풀리(1)와 제2 풀리(2)의 가동 시브 (13)과 (23)의 움직임 때문에 벨트(3)가 꼬이지 않도록 하고 있다.

제1 샤프트(11)는 변속기 케이스(4) 양 단부에 있는 2세트의 베어링 (5)와 (6)에 의해 회전 가능하도록 변속기 케이스(4) 상에 지지되어 있고, 엔진(41)의 출력 샤프트에 연결되어 있어 토크 컨버터, 시동 클러치(starting clutch), 전후진 기어(forward and reverse gears)와 같은 가동(moving off) 부재를 통하여 제1 풀리(1)에 출력 토크를 전달할 수 있게 한다. 제2 샤프트(21)는 변속기 케이스(4) 양 단부에 있는 베이링 (7)과 (8)(도2에만 도시)을 통하여 변속기 케이스(4) 상에 지지되어 있고, 도시되지 않은 구동 휠(drive wheel)에 연결되어 있어 차동기어(differential gear)를 가진 최종 구동 장치를 통하여 구동 토크를 휠에 전달할 수 있게 한다. 제1 샤프트(11)와 제2 샤프트(21)는 본 발명의 풀리 샤프트에 해당한다.

제1풀리(1)는 제1 가동 시브(13)에 유압력과 스프링력으로 구성된 추력에 해당하는 합력을 가하는 추력발생구조(1A)를 구비하여, 제1 풀리(1)의 홈폭을 좁게 할 수 있다. 제2풀리(2)는 제2 가동 시브(23)에 유압력과 스프링력으로 구성된 추력에 해당하는 합력을 가하는 제2 추력발생구조(2A)를 구비하여, 제2 풀리(2)의 홈폭을 좁게 할 수 있다. 제1, 제2 추력발생구조(1A, 2A)는 다음에 상세히 설명할 것이다.

도2에서 도시된 금속 푸쉬 벨트(3)는 수백개의 벨트 요소(33)와 이 요소(33)의 양면에 배열되고 맞물리는 약 10개의 금속 벨트(31, 32) 2세트를 포함하고 있다. 요소들은 테이퍼된(tapered) 양쪽 면에서 제1풀리(1)와 제2풀리(2)의 고정 시브와 가동 시브(12, 13, 22, 23)의 벨트 접촉면(12a, 13a, 22a, 23a)과 접촉한다. 벨트(3)는 본 발명의 무한 가요성 부재에 해당한다.

제1, 제2 추력발생구조(1A, 2A)는 가동 시브(13, 23)의 후측에 각각 배열되고 컨트롤 밸브 유닛(40)으로부터 압축된 유체를 공급받는 제1, 제2 유압실을 가지 고 있어서, 공급받은 압축 유체의 압력값에 따라 제1, 제2 풀리(1, 2)의 홈폭을 이동시키고 조정하기 위하여 제1, 제2 가동 시브(13, 23)에 추력을 가한다. 컨트롤 밸브 유닛(40)은 엔진(41)에 의해 구동되는 유체 펌프(42)에 의해 압축된 유체를 공급받고, 오일 스트레이너(oil strianer)(49)를 통하여 도시되지 않은 오일팬(oil pan)에서 CVT 유체 CO를 흡수한다.

컨트롤 밸브 유닛(40)은 전기적으로 CVT 컨트롤 유닛(43)에 의해 제어된다. CVT 컨트롤 유닛(43)은 가속기 오프닝 정도(accelerator opening degree)를 검출하고 가속기 신호를 출력하는 가속기 센서(44), 제1 샤프트(11)의 회전속도를 검출하고 입력 속도 신호를 출력하는 입력 속도 센서(45), 오일팬의 오일 온도를 검출하고 오일 온도 신호를 출력하는 오일 온도 센서(46), 차량 속도를 검출하고 차량 속도 신호를 출력하는 차량 속도 센서(47)에 전기적으로 연결되어 있다. 제1, 제2 추력발생구조(1A, 2A)에 공급되는 목표(target) 유압은 컨트롤 유닛(43)에 의해 상기 신호에 근거하여 연산되는데, 컨트롤 유닛(43)은 목표 유압을 얻기 위해서 컨트롤 밸브 유닛(40)으로 명령을 출력한다.

또한 CVT 컨트롤 유닛(43)은 엔진(41)을 제어하는 엔진 컨트롤 모듈(48)에 전기적으로 연결되어 있어 상호간에 양방향 커뮤니케이션이 확립되어 있다. 컨트롤 유닛(43)이 목표 유압에 기초한 엔진 토크의 증감의 필요성을 판단할 때, 엔진 토크 컨트롤 명령이 컨트롤 유닛(43)으로부터 엔진 컨트롤 모듈(48)에 입력된다.

도2는 확장된 배리에이터의 확대 단면도, 특히 도1에 도시된 CVT의 제2 풀리(2)를 보여준다. 도2에서, 제2풀리의 상측 절반은 가동 시브(23)가 제2풀리의 홈폭 을 넓히기 위해 후퇴한 상태를 보여주는데, 이때 "높은" 변속비를 발생한다. 하측 절반은 가동 시브(23)가 앞으로 움직여서 제2풀리(2)의 홈폭을 좁게한 상태를 보여주는데, 이때 "낮은" 변속비를 발생한다.

제2풀리(2)는 제2 샤프트(21)와 일체로 형성된 제2 고정 시브(22)와 볼 스플라인(ball spline)에 의해 제2 샤프트(21)에 맞물려 있는 제2 가동 시브(23)를 가지고 있어서, 가동 시브(23)는 제2 샤프트(21)와 함께 회전할수 있고 제2 샤프트(21)의 회전축을 따라 고정 시브(22)를 향하거나 멀어지는 운동을 할 수 있다.

가동 시브(23)는 벨트 접촉면(23a)에 대향하는 후측에, 가동 시브(23)에 추력을 가하기 위하여 1차 유압실(25), 2차 유압실(26), 제2 스프링(24)을 가지고 있는 제2 추력발생구조(2A)가 제공된다. 1차, 2차 유압실(25, 26)은 스냅링(snap ring)(29)을 사용함으로써 제2 샤프트(21)의 계단 부분에 고정되어 있는 고정 벽 부재(fixed wall member)(28)에 의해 형성된다. 스프링(24)은 고정 벽 부재(28)의 플랜지(28a)와 가동 시브(23)의 후면 사이에 위치하고, 고정 시브(22) 방향으로 가동 시브(23)에 스프링력을 가한다.

또한 제2 추력발생구조(2A)는 가동 시브(23)의 후면에 용접되어 액체가 새지 않도록(liquid tightly) 고정되어 있는 실린더 외측 주변 벽 부재(outer peripheral wall member)(27a)와 가동성 벽 부재(movable wall member)(27b)를 포함하는데, 이 가동성 벽 부재는 고정 벽 부재(28)가 샤프트(21) 상에 고정된 상태로 제2 샤프트(21) 상에 가동 시브(23)와 가동성 벽 부재(27b)를 조립한 후에 외측 주변 벽 부재(27a)의 오프닝(opening) 가장자리 부분에 용접되어 고정된다.

고정 벽 부재(28)는 외측 가장자리 부분에 외측 주변 벽 부재(27a)의 내측 주변 표면과 액체가 새지 않도록 접촉하는 시일(seal)이 제공되어 있어서, 외측 주변 벽 부재(27a)가 고정 벽 부재(28)에 대하여 움직일 수 있다. 가동성 벽 부재(27b)는 외측 주변 부분에 외측 주변 벽 부재(27a)와 액체가 새지 않도록 접촉하는 시일이 제공되어 있고, 내측 주변 부분에는 제2 샤프트(21)의 외측면과 액체가 새지 않게 접촉하는 시일이 제공되어 있어서, 가동성 벽 부재(27b)는 제2 샤프트(21)에 대하여 가동 시브(23)와 함께 움직일 수 있다.

따라서, 1차 유압실(25)은 외측 주변 벽 부재(27a), 고정 벽 부재(28), 가동 시브(23)에 의해 형성되는 내측 공간에 형성되고 스프링(24)을 포함하며, 2차 유압실(26)은 외측 주변 벽 부재(27a), 고정 벽 부재(28), 제2 샤프트(21)에 의해 형성되는 내측 공간에 의해 형성된다. 즉, 1차, 2차 유압실(25, 26)은 가동 시브(23)의 후측에 배열된 제2 유압실을 고정 벽 부재(28)에 의해 분할함으로써 형성된다.

1차 유압실(25)은 샤프트(21)에 형성된 1차 반경방향의(radial)의 오일 통로(51b)를 통하여 제2 샤프트(21)에 형성된 1차 축방향(axial)의 오일 통로(51a), 가동 시브(23)의 내측면과 샤프트(21)의 외측면 사이에 형성된 2차 축방향의 오일 통로(51c), 가동 시브(23) 안에 형성된 2차 반경방향의 오일 통로(51d)와 유체적으로 연통하게 된다. 2차 유압실(26)은 3차 반경방향의 유체 통로(52b)를 통하여 3차 축방향의 유체 통로(52a)와 유체적으로 연통하게 된다.

제2 샤프트(21)는 제2 풀리(2)로부터 구동력을 출력하는 출력 기어(61)와 도1에 도시된 차량 속도 센서(47)에 의해 차량 속도를 감지하기 위한 톱니바퀴(62)를 가지고 있다.

제1 풀리(1)와 그 추력발생구조(1A)는 제2풀리(2)와 도1에서 도시된 바와 같이 원통형의 외측 주변 벽 부재(17a), 가동성 벽 부재(17b), 고정 벽 부재(18)를 구비한 추력발생구조(2A)와 비슷한 구조를 가지고 있다. 1차와 2차 유압실(15, 16)은 가동 시브의 후측에 배열된 제1 유압실을 고정 벽 부재(18)로 분할함으로써 형성된다. 상기한 바와같이, 그것들은 추력이 서로 대향하는 방향으로 작용하도록 설계되어있다.

실시예의 무단변속기의 작동은 첨부도면의 도1 내지 도3과 함께 설명하기로 한다.

제1풀리(1)의 홈폭이 제2풀리(2)의 홈폭보다 넓을 때 낮은 변속비가 얻어지고, 제1풀리(1)의 홈폭이 제2풀리(2)의 홈폭보다 좁을 때 높은 변속비가 얻어진다. 따라서, 제1풀리의 추력이 제2풀리의 추력보다 작게 설정되면, 벨트(3)의 반경은 제2풀리(2)에서보다 제1풀리(1)에서 더 작아진다. 제1풀리(1)의 추력이 제2풀리(2)의 추력보다 더 크게 설정되면, 반경은 제2풀리(2)에서보다 제1풀리(1)에서 더 커진다. 홈폭과 반경의 이러한 변화는 제1, 제2 추력발생구조(1A와 2A)에 의해 발생되는 추력을 제어함으로써 수행된다.

원하는 변속비를 얻기 위해서, 제1 추력발생구조(1A)는 필요 추력 FDP를 발생시키는데, 이는 추력 FDP 방향으로 작용하는 제1 스프링력인 FsP, 스프링력 FsP와 같은 방향으로 작용하는 1차 유압력 Fp1P, 스프링력 FsP와 반대방향으로 작용하는 2차 유압력 Fp2P의 합력으로 얻어진다. 동시에, 제2 추력발생구조(2A)는 필요 추력 FDS를 발생시키는데, 이것은 추력 FDS 방향으로 작용하는 제2 스프링력 FsS, 스프링력 FsS와 같은 방향으로 작용하는 1차 유압력 Fp1S, 스프링력 FsS와 반대방향으로 동작하는 2차 유압력 Fp2S의 합력으로 얻어진다.

도3은 가장 높은 변속비부터 가장 낮은 변속비까지 변속비에 대한 필요 추력 FDP, FDS 와 유압력 Fp1P, Fp1S, Fp2P, Fp2S 그리고 탄성력 FsP와 FsS의 특성의 관계를 보여준다. 도3에서 특성선 (L11)은 제2풀리에서 필요 추력 FDS를 보여준다; 특성선 (L12)은 1차 유압력 Fp1S와 2차 유압력 Fp2S의 합력에 의해 얻어지는 제2 유압력 FpS를 보여준다; 특성선 (L13)은 제2 스프링력 FsS를 보여준다; 특성선 (L14)은 제1풀리(1)에서의 필요 추력 FDP를 보여준다; 특성선 (L15)은 1차 유압력 Fp1P와 2차 유압력 Fp2P의 합력에 의해 얻어지는 제1 유압력 FpP를 보여준다; 특성선 (L16)은 제1 스프링력 FsP를 보여준다. 또한 도5는 비교를 위해 도4에 도시된 종래의 CVT에서 사용되는 제1, 제2 스프링의 스프링력의 특성선 L3과 L6을 보여준다.

따라서, 제2 풀리(2)의 필요 추력 FDS는 다음 식으로 표현된다.

FDS=FpS+FsS=Fp1S+FsS-Fp2S

제1풀리(1)의 필요 추력 FDP는 다음 식으로 표현된다.

FDP=FpP+FsP=Fp1P+FsP-Fp2P

변속비를 변경하고 변화된 변속비를 유지하기 위해서, 추력 차이(thrust difference)는 다음과 같이 제1풀리(1)와 제2풀리(2) 사이에 설정될 것을 요한다.

최저 변속비에서의 추력 차이 ΔFD는 제1풀리(1)의 추력 FDP로부터 제2풀리 (2)의 추력 FDS를 뺌으로써 얻어지는데, 다음 식으로 표현된다.

ΔFD=FDP-FDS=(Fp1P+FsP-Fp2P)-(Fp1S+FsS-Fp2S)

제1, 제2 스프링력인 FsP와 FsS가 같은 크기로 정해질 때, 최저 변속비에서의 추력 차이 ΔFD의 상기 식은 다음과 같이 표현된다.

ΔFD=(Fp1P-Fp2P)-(Fp1S-Fp2S)

최저 유압 상태의 최저 변속비에서 추력 차이 ΔFD를 얻기 위해서, 제1풀리(1)의 보다 큰 필요 추력 FDP는 제1 스프링력 FsP와 제1풀리(1)의 1차 유압력 Fp1P의 합에 의해 구할 수 있고, 제2풀리(2)의 보다 작은 필요 추력 FDS는 제2 스프링력 FsS와 2차 유압력 Fp2S 사이의 차이에 의해 구할 수 있다. 즉 Fp2P=0, Fp1S=0 이므로 다음 식을 얻을 수 있다.

ΔFD=Fp1P+Fp2S

최고 변속비에서의 추력 차이 ΔFD는 최저 변속비에서의 추력 차이와 유사하게 구할 수 있고, 다음 식으로 표현된다.

ΔFD=Fp2P+Fp1S

이것은 2차 유압력인 Fp2P와 Fp2S가 스프링력인 FsP와 FsS를 각각 감소시키도록 작용하기 때문에, 스프링력 FsP와 FsS가 높은 값(예를들어 필요 추력 FDP 또는 FDS보다 큰 값)을 갖도록 정해질 수 있음을 의미한다. 뿐만 아니라, 실질적으로 스프링력 FsP 또는 FsS에 의존하는, 추력발생구조 (1A) 또는 (2A)에 공급되는 필요 최대 유압은 이론적으로 대략 필요 추력 차이 ΔFD의 절반 정도 값을 갖도록 정해질 수 있는데, 이는 추력 차이 ΔFD는 제1 유압력 FpP와 제2 유압력 FpS의 합에 의 해 얻어질 수 있기 때문이다. 최저 또는 최고 변속비에서의 필요 최대 유압의 이러한 감소는 유체 펌프(42)가 펌프 용량을 줄이는 것을 가능하게 하고, 상기 CVT가 있는 차량의 연료 소비를 향상시킨다.

실시예의 무단변속기는 다음의 이점이 있다.

추력발생구조 (1A)와 (2A)는 스프링력 FsP와 FsS, 스프링력 FsP와 FsS와 같은 방향으로 작용하는 1차 유압력 Fp1P와 Fp1S, 2차 유압력 Fp2P와 Fp2S의 합력에 의해 얻어지는 추력을 발생시킬 수 있는데, 이것은 최저, 최고 변속비에서 추력발생구조 (1A)와 (2A)에 공급되는 낮은 압력으로 충분히 큰 추력 차이를 발생하고, 상기한 구조로 된 CVT가 있는 차량의 연료 소비를 향상시키기 위해 유체 펌프(42)의 펌프용량을 줄이게 한다.

추력발생구조 (1A)와 (2A)는 제1 스프링(14)과 제2 스프링(24), 제1풀리(1)와 제2풀리(2)의 가동 시브 (13, 23)의 후측에 배열된 1차와 2차 유압실 (15, 16, 25, 27)을 가지고 있는데, 하나의 스프링과 하나의 유압실이 장착된 종래의 추력발생구조부터 쉽게 개조될 수 있다.

1차, 2차 유압실인 (15, 16, 25, 27)은 제1, 제2 샤프트 (11, 21) 상에 고정된 고정 벽 부재 (18, 29) 에 의하여 제1, 제2 가동 시브 (13, 23) 의 후측에 형성된 유압실을 형성함으로써 쉽게 만들 수 있다.

제1, 제2 풀리 (1, 2)는 상기한 구성으로 된 제1, 제2 추력발생구조 (1A, 2A)를 각각 가지는데, 이것은 풀리 (1, 2)가 더 낮은 유압에도 불구하고 충분한 추력 차이 ΔDF가 가해질 수 있도록 한다.

개선된 실시예를 참고하여 특별히 설명되었지만, 다양한 변형이 가능하므로, 첨부된 청구항을 발명의 실제 사상과 범위안에서 모든 변형을 포함되도록 의도된 것이다.

예를 들어, 비록 실시예의 무단변속기가 1차 유압력 Fp1, 2차 유압력 Fp2, 스프링력 Fs의 합력만큼 가동 시브 (13, 23)에 작용하는 추력을 발생하는 추력발생구조 (1A, 2A)를 가진 제1, 제2 풀리로 구성되어 있지만, 그러한 추력발생구조는 CVT의 변속비 범위가 대체로 낮은 변속비로 이루어져 있을 때 제1풀리에서만, 또는 CVT의 변속비 범위가 대체로 높은 변속비로 이루어져있을 때 제2풀리에서만 채택될 수도 있다.

상기 실시예 중 하나와 유사한 추력발생구조를 가진 CVT는 하이브리드 전기차량 또는 다양한 산업기계를 위한 CVT에 사용될 수 있다.

무한 가요성 부재는 제1, 제2 풀리와 접촉하는 요소를 포함한 체인과 부재를 운반하는 체인 링크, 또는 실시예의 CVT에서 사용된 푸쉬 벨트 대신에 V 벨트가 될 수 있다.

외측 주변 벽 부재 (17a, 27a)와 제1, 제2 추력발생구조 (1A, 2A)의 가동성 벽 부재 (17b, 27b)는 스냅링이나 다른 것들에 의해 연결되도 좋다.

2004년 1월 9일 출원된 일본특허출원 No. 2004-004296 의 모든 내용은 참조문헌으로서 본 명세서에 포함될 수 있다.

본 발명에 따르면, 추력발생구조 (1A)와 (2A)는 스프링력 FsP와 FsS, 스프링력 FsP와 FsS와 같은 방향으로 작용하는 1차 유압력 Fp1P와 Fp1S, 2차 유압력 Fp2P와 Fp2S의 합력에 의해 얻어지는 추력을 발생시킬 수 있는데, 이것은 최저, 최고 변속비에서 추력발생구조 (1A)와 (2A)에 공급되는 낮은 압력으로 충분히 큰 추력 차이를 발생하고, 상기한 구조로 된 CVT가 있는 차량의 연료 소비를 향상시키기 위해 유체 펌프(42)의 펌프용량을 줄이게 하여, 종래 CVT의 상술한 결점을 극복하게 된다.

Claims

풀리의 홈폭을 변경하도록 이동 가능한 제1 가동 시브를 구비한 제1풀리,

풀리의 홈폭을 변경하도록 이동 가능한 제2 가동 시브를 구비한 제2풀리,

상기 제1풀리와 상기 제2풀리 사이에 토크를 전달하기 위해 상기 제1풀리와 상기 제2풀리와 맞물린 벨트 및,

상기 제1풀리와 상기 제2풀리 중 적어도 어느 하나의, 유체 기밀 (fluid-tight) 되어 있는 1차 유압실 및 2차 유압실에 각각 공급되는 1차 유압 및 2차 유압을 발생시킬 수 있는 컨트롤 밸브 유닛,

상기 1차 유압 및 상기 2차 유압의 목표 유압을 얻기 위하여 상기 컨트롤 밸브 유닛으로 명령을 출력하는 컨트롤 유닛, 및

홈폭을 좁게 하기 위해서 상기 제1풀리와 제2풀리 중 적어도 하나의 가동 시브에 합력을 인가할 수 있는 추력발생구조를 포함하고,

상기 합력은 스프링의 스프링력, 상기 1차 유압에 기초하여 얻어지고 상기 스프링력과 같은 방향을 작용하는 1차 유압력 및 상기 2차 유압에 기초하고, 상기 스프링력 및 상기 1차 유압력과 대향하는 방향으로 작용하는 2차 유압력을 포함하고,

상기 1차 유압력과 상기 2차 유압력은, 상기 스프링력이 상기 제1풀리에 의한 저 변속비와 상기 제2풀리에 의한 고 변속비 중 하나를 얻기 위하여 필요한 추력보다 크게 설정되도록 설정되는 것인 무단 변속기.
제1항에 있어서,

상기 제1풀리는 제1 고정 시브로 향하거나 그로부터 멀어지는 방향으로 이동가능한 제1 가동 시브와 마주보도록 배열된 제1 고정 시브를 구비하고,

상기 제2풀리는 제2 고정 시브로 향하거나 그로부터 멀어지는 방향으로 이동가능한 제2 가동 시브와 마주보도록 배열된 제2 고정 시브를 구비하며,

상기 추력발생구조는 스프링력을 발생시키는 스프링, 상기 컨트롤 밸브 유닛으로부터 상기 1차 유압실 내로 압축된 유체가 유입되었을 때 1차 유압력을 발생시키는 상기 1차 유압실, 상기 컨트롤 밸브 유닛으로부터 상기 2차 유압실 내로 압축된 유체가 유입되었을 때 2차 유압력을 발생시키는 상기 2차 유압실을 구비한 것을 특징으로 하는 무단변속기.
제2항에 있어서,

상기 1차 유압실과 2차 유압실은 풀리 샤프트 상에 고정된 고정 벽 부재에 의해 분할되고,

상기 1차 유압실은 스프링력을 가동 시브에 인가하기 위해서 가동 시브와 고정벽 부분 사이에 위치한 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 무단변속기.
제3항에 있어서,

상기 1차 유압실과 2차 유압실은 가동 시브, 풀리 샤프트, 가동 시브의 후측에 결합된 외측 주변 벽 부재, 외측 주변 벽 부재와 연결된 가동 벽 부재에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 무단변속기.
제1항에 있어서,

상기 제1풀리와 제2풀리가 각각 상기 추력발생구조를 갖는 것을 특징으로 하는 무단변속기.
제1항에 있어서,

상기 제1풀리는 상기 1차 유압실에 대응되는 3차 유압실 및 상기 2차 유압실에 대응되는 4차 유압실을 가지고, 상기 제2풀리는 상기 1차 유압실에 대응되는 5차 유압실 및 상기 2차 유압실에 대응되는 6차 유압실을 가지고, 최저 변속비에서의 추력 차이는 식:ΔFD=(Fp1P+FsP-Fp2P)-(Fp1S+FsS-Fp2S)에 의해 얻어지고, ΔFD는 제1풀리 및 제2풀리에 의해 발생되는 추력 차이이고, Fp1P는 상기 1차 유압에 대응되는 3차 유압이 상기 3차 유압실에 작용하였을 때에 발생되는 1차 목표 유압력이고, FsP는 제1풀리의 스프링력이고, Fp2P는 상기 2차 유압에 대응되는 4차 유압이 상기 4차 유압실에 작용하였을 때에 발생되는 2차 목표 유압력이고, Fp1S는 상기 1차 유압에 대응되는 5차 유압이 상기 5차 유압실에 작용하였을 때에 발생되는 3차 목표 유압력이고, FsS는 제2풀리의 스프링력이고, Fp2S는 상기 2차 유압에 대응되는 6차 유압이 상기 6차 유압실에 작용하였을 때에 발생되는 4차 목표 유압력인 것인 무단변속기.
청구항 6에 있어서,

상기 스프링력 FsP 및 FsS는 추력 차이가 ΔFD=(Fp1P-Fp2P)-(Fp1S-Fp2S)으로 얻어지도록 서로 같은 크기로 설정되는 것인, 무단변속기.
청구항 7에 있어서,

상기 추력 차이가 ΔFD=Fp1P+Fp2S 으로 얻어지도록, 최저 변속비에서의 상기 추력 차이에 관한 식에서 상기 2차 목표 유압력 Fp2P 및 상기 3차 목표 유압력 Fp1S이 0이 되도록 설정되는 것인, 무단변속기.
청구항 6에 있어서,

최저 변속비에서의 상기 추력 차이에 관한 식에서, 상기 2차 목표 유압력 Fp2P 및 상기 3차 목표 유압력 Fp1S이 0이 되도록 설정되는 것인, 무단변속기.
풀리의 홈폭을 변경하도록 이동 가능한 제1 가동 시브를 구비한 제1풀리, 풀리의 홈폭을 변경하도록 이동 가능한 제2 가동 시브를 구비한 제2풀리, 상기 제1풀리와 상기 제2풀리 사이에 토크를 전달하기 위해 상기 제1풀리와 상기 제2풀리에 맞물린 벨트가 장착된 무단변속기에 사용되는 추력발생방법에 있어서,

홈폭이 좁아지도록 상기 제1풀리와 제2풀리 중 적어도 하나의 가동 시브에, 추력발생구조의 스프링의 스프링력을 인가하는 단계,

상기 스프링력과 같은 방향으로 상기 추력발생구조에 의해 1차 유압력을 발생시키기 위하여 컨트롤 유닛에 의해 1차 유압이 목표 유압으로 제어되도록, 컨트롤 밸브 유닛으로부터, 제1풀리와 제2풀리 중 적어도 어느 하나의, 유체 기밀된 1차 유압실로 1차 유압을 공급하는 단계,

상기 스프링력 및 상기 1차 유압력과 대향하는 방향으로 상기 추력발생구조에 의해 2차 유압력을 발생시키기 위하여 컨트롤 유닛에 의해 2차 유압이 목표 유압으로 제어되도록, 컨트롤 밸브 유닛으로부터, 제1풀리와 제2풀리 중 적어도 어느 하나의, 유체 기밀된 2차 유압실로 2차 유압을 공급하는 단계를 포함하며,

상기 가동 시브는 스프링력, 1차 유압력, 2차 유압력의 합력에 의해 얻어지는 추력에 의해 가압되고,

상기 1차 유압력과 상기 2차 유압력은, 상기 스프링력이 상기 제1풀리에 의한 저 변속비와 상기 제2풀리에 의한 고 변속비 중 하나를 얻기 위하여 필요한 추력보다 크게 설정되도록 설정되는 것인 추력발생방법.