KR101132454B1 - 삼중 클러치 변속기의 구동방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 삼중 클러치 변속기의 구동 방법으로서, 습식의 이중 클러치의 전방에 한계허용토크가 큰 건식의 메인 클러치를 배치한 후 세 개의 클러치를 조합하여 운용함으로써 종래의 듀얼 클러치 변속기와 비교하여 변속기 기어박스의 부피를 증가시키지 않고도 한계허용토크를 증가시켜 버스나 트럭 등의 대형차량에도 적용이 가능하며, 습식 다판 클러치의 비효율적인 에너지 소모를 방지하여 연비를 향상시키며, 동력의 단속이 신속하여 급발진 등의 우려가 없는 새로운 삼중 클러치를 구비한 변속기의 구동기전에 관한 것이다.

본 발명에서는, 플라이휠(FW)에 동력 연결되는 입력축(IS) 상에 형성되는 메인 클러치(MC)와 세개의 전위기어(F1,F2,F3)에 의하여 상기 입력축(IS)에 동력 연결되는 제1 및 제2 레이샤프트(RS1,RS2) 상에 형성되는 제1 및 제2 클러치(C1,C2)를 가지는 삼중 클러치 변속기의 구동방법으로서, 가) 정지상태에서 변속 1단 출발의 경우 상기 제1 클러치(C1)는 이미 연결된 상태이고, 상기 제2 클러치(C2)는 연결이 해제된 상태이며, 해제 상태에 있던 상기 메인 클러치(MC)가 연결되면서 1단 변속기어(D1)에 동력을 전달하는 단계; 나) 변속 2단 이후의 변속 모드에서는 상기 메인 클러치(MC)는 연결 상태를 유지하며, 상기 제1 클러치(C1)와 제2 클러치(C2)가 교번하여 연결 및 해제를 반복함으로써 각 변속기어에 동력을 전달하는 단계; 및 다) 정지상태에서 후진 모드의 경우 상기 제2 클러치(C2)는 이미 연결된 상태이고, 상기 제1 클러치(C1)는 연결이 해제된 상태이며, 해제 상태에 있던 상기 메인 클러치(MC)가 연결되면서 후진기어(R)에 동력을 전달하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 삼중 클러치 변속기의 구동방법에 관하여 개시한다.

듀얼 클러치, 삼중 클러치, 한계허용토크, 메인 클러치, 제1 클러치, 제2 클러치, 싱크로기구, 변속기어, 출력기어, 레이샤프트, 입력축, 출력축

Description

삼중 클러치 변속기의 구동방법{Operating mechanism of a triple clutch transmission}

본 발명은 삼중 클러치 변속기의 작동기전에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 평행한 두 개의 레이샤프트에 각 형성되는 이중 클러치의 전방측에 세 개의 전위기어를 배치하고 전위기어의 전방에는 한계허용토크가 큰 메인 클러치를 배치하여 운용함으로써 종래 듀얼 클러치의 장점인 짧은 변속 소요시간 등의 특징은 그대로 살리면서도 최소 필요 클러치 사이즈를 줄여 기어박스의 폭과 클러치 간에 발생하는 사이즈 불일치 현상을 해소하고, 클러치의 한계허용토크를 증가시켜 버스 등의 대형차량에도 적용이 가능하도록 하며, 습식 다판의 듀얼 클러치 구조의 에너지 비효율을 개선하고 급발진의 가능성을 방지할 수 있도로 구성된 삼중 클러치 변속기의 구동방법에 관한 것이다.

듀얼 클러치 변속기는 두 개의 클러치를 전방에 배치하고 선택적으로 연속하여 작동시킴으로써 변속시간을 획기적으로 줄인 형태의 변속기를 말한다. 이러한 듀얼 클러치 변속기는 자동화 수동 변속기가 발전된 형태로서 수동 변속기의 높은 경제성과 함께 동력손실이 적고 효율이 높으며 빠른 변속으로 주행감각이 스포티하다는 장점으로 인하여 최근 크게 각광받고 있다.

도 1은 종래의 듀얼 클러치 변속기의 일 예를 보여주는 구조도이다. 수동 변속기(MT)나 자동화 수동 변속기(AMT)와 듀얼 클러치 변속기(DCT)의 차이점은 그 이름에서도 알 수 있듯이 두 개의 클러치(C1,C2)가 쓰인다는 것이다. 도시한 폭스바겐 DSG(PDK)를 기준으로 설명하면 두 개의 클러치는 각각 홀수 기어(D1,D3,D5)와 짝수 기어(D2,D4,D6)의 동력 연결을 맡는다. 그리고 선택된 기어와 인접한 단수의 기어는 미리 엔진 쪽 입력축(IS1,IS2)에 연결된 '프리 셀렉트(pre-select)' 상태로 회전하고 있다. 예를 들어 1단 기어(D1)가 선택된 상태에서는 홀수 기어를 맡은 클러치(C1)가 연결되어 동력을 전달하는 동안 2단 기어(D2)도 함께 회전하고 있지만, 짝수 기어를 맡은 클러치(C2)가 분리되어 있어 동력은 전달되지 않는다. 1단에서 2단으로 변속하면 홀수 기어를 맡은 클러치가 분리됨과 동시에 짝수 기어를 맡은 클러치가 연결되어 2단 기어가 물린다. 이와 같은 방식으로 변속 때마다 클러치를 이용한 동력전달과 해제가 거의 동시에 일어나기 때문에 변속속도가 매우 빠르고, 클러치가 연결되고 해제될 때의 충격이 상쇄되기 때문에 변속충격이 매우 적은 것이 특징이다.

듀얼 클러치 변속기(DCT)의 이와 같은 장점에도 불구하고 현재의 듀얼 클러치 변속기는 몇가지 치명적인 단점을 가지고 있는 것 또한 사실이다. 즉, 도 1에 도시한 바와 같이, 현재의 듀얼 클러치 변속기는 그 구조가 대단히 복잡하며 모든 구성요소가 일정한 공간에 치밀하게 배치되어 있어서 그 제작이 매우 어렵고 그에 따라 생산 단가가 매우 비싸다는 문제가 있다. 또한, 제1 입력축(IS1)은 중공 깔때기 형상의 제2 입력축(IS2) 내에서 회전하고 있으며 그 회전축의 중심이 일치하는데, 이러한 구조는 안정적이지 못하다는 것이다. 즉, 고속으로 회전하는 두 입력축 사이에 이물질이 침입하는 경우 제2 입력축(IS2) 자체가 중공축으로 되어 있어 파손될 우려가 있으며, 회전축이 파손되는 경우 대형사고를 야기할 수 있는 것이다. 그리고, 이러한 이중의 회전축은 그 설계가 용이하지 않으며 제작이 매우 까다롭고, 각 구성요소의 배치가 치밀하여 고도의 정밀도를 요한다. 따라서, 그 제작 비용이 매우 고가이며 고장시 정비가 매우 어렵다는 문제가 있다. 또한, 제2 입력축(IS2) 자체가 중공관으로 형성되므로 그 내구성에도 한계가 있다. 게다가, 도시한 듀얼 클러치 변속기(DCT)에서는 변속기 자체가 차지하는 부피를 줄이기 위하여 제1 입력축(IS1) 및 제2 입력축(IS2)의 회전 중심을 일치시켜 이중으로 구성하고 있는데, 출력축은 상하로 두 개가 나란하게 배치되므로 부피를 감소시키는데 한계가 있다.

아울러, 상기 듀얼 클러치(C1,C2)는 변속기의 부피를 감안하여 소형 다판식 습식 클러치를 채택하였다. 이러한 습식 클러치는 클러치의 냉각을 위하여 오일을 사용하므로 동력손실을 피할 수 없으며, 소형 다판식 클러치이므로 보다 높은 토크를 감당하는데 한계가 있다는 문제가 있다. 게다가 정지 상태에서 출발하는 변속 1단이나 후진모드의 경우에는 큰 토크를 필요로 하므로 변속 1단에 물리는 제1클러치(C1)의 크기를 제2클러치(C2)보다 크게 설계하므로 이러한 클러치 사이즈의 차이로 인한 유압 손실이 발생하여 에너지 효율면에서 불리하다는 단점이 있다. 또한, 소형 습식 다판식 클러치를 채택하는 한계상 이러한 듀얼 클러치는 클러치가 매우 큰 한계허용토크를 감당해야 하는 버스나 트럭 등의 경우에는 적용되지 못한다는 문제가 있다.

도 2는 종래의 듀얼 클러치 변속기의 다른 예를 보여주는 구조도로서, 일본 특개평 10-26189호, "구동 클러치 장착 또는 비장착 농업 트랙터용 2중 클러치를 구비한 언더로드 변속기어 유닛"에 개시된 종래의 이중 클러치 변속기의 개념도이다. 상기 변속기는 2개의 구동축(14a,14b)을 평행하게 이격하여 배치하고 그 전방에 3개의 기어휠(2,3a,3b)을 서로 치합하도록 배치한 것으로서 주로 농업용 트랙터에 적용하기 위한 것이다. 농업용 트랙터의 경우 고속으로 운행하기 위한 것이 아니라 천천히 움직이며 큰 토크의 농사일을 감당하기 위한 것이다.

통상적으로 자동차는 정지 상태에서 1단으로 출발을 하게 되는데 이때 자동차의 하중은 바퀴에 전달되고 바퀴와 지면과의 마찰로 인하여 운동방향에 반대방향으로 마찰력이 작용하게 된다. 마찰력은 정지 마찰력이 운동 마찰력보다 크므로 자동차의 변속 1단에 가장 큰 마찰력이 작용한다. 따라서, 변속 1단에 연결되는 클러치 사이즈는 커져야 하고, 이러한 정지 마찰력을 이기기 위한 최소 필요 클러치 사이즈가 존재하게 된다. 그러나, 상기 일본 선행특허의 듀얼 클러치에서도 듀얼 클러치 구조의 특성상 제1클러치(8a)와 제2클러치(8b)를 모두 소형 습식 다판 클러치를 채택하고 있다. 따라서, 전술한 소형 습식 다판 클러치의 문제점을 그대로 가지게 된다.

그러므로, 최소 필요 클러치 사이즈와 기어박스 사이즈의 불일치(discrepancy)를 해소하여 기어박스 사이즈의 증가없이도 큰 토크를 감당할 수 있으며, 제1 및 제2클러치의 사이즈 불일치를 해소하여 에너지 효율을 높이면서도 빠르고 편리한 변속조작과 같은 종래의 듀얼 클러치의 장점은 그대로 유지할 수 있도록 하는 새로운 모델의 변속기 및 그 구동방법의 개발이 요청되었다.

본 발명은 전술한 종래의 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 동력전달 효율이 우수하고, 구성이 복잡하지 않아 제작비나 유지보수 비용이 저렴하며, 기어비 설계가 용이하고, 최소 필요 클러치 사이즈를 조절하여 기어박스의 부피를 최소화 할 수 있도록 개선된 자동차의 삼중 클러치 변속기의 구동방법을 제공하는 것이다.

즉, 본 발명에서는 종래의 듀얼 클러치의 전방에 한계허용토크가 크게 설계된 메인 클러치를 배치하여 두 개의 후방 클러치와 조합하여 운용함으로써 삼중 클러치 구조를 버스나 트럭 등의 대형 차량에도 적용 가능하도록 하고, 유압식 클러치의 에너지 비효율을 개선하여 연비를 향상시키며, 메인 클러치에 의하여 동력을 신속하게 단속할 수 있도록 하여 최근 문제가 되는 급발진 등에도 안전하게 대처할 수 있도록 하는 새로운 삼중 클러치 변속기의 구동방법을 제공하는 것을 그 주요한 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 플라이휠(FW)에 동력 연결되는 입력축(IS) 상에 형성되는 건식의 메인 클러치(MC)와 세 개의 전위기어(F1,F2,F3)에 의하여 상기 입력축(IS)에 동력 연결되는 제1 및 제2 레이샤프트(RS1,RS2) 상에 형성되는 습식 다판형 또는 건식 클러치로서 상기 메인 클러치보다 직경이 작은 제1 및 제2 클러치(C1,C2)를 가지는 삼중 클러치 변속기의 구동방법으로서, 가) 정지상태에서 변속 1단 출발의 경우 상기 제1 클러치(C1)는 이미 연결된 상태이고, 상기 제2 클러치(C2)는 연결이 해제된 상태이며, 해제 상태에 있던 상기 메인 클러치(MC)가 연결되면서 1단 변속기어(D1)에 동력을 전달하는 단계; 나) 변속 2단 이후의 변속 모드에서는 상기 메인 클러치(MC)는 연결 상태를 유지하며, 상기 제1 클러치(C1)와 제2 클러치(C2)가 교번하여 연결 및 해제를 반복함으로써 각 변속기어에 동력을 전달하는 단계; 다) 정지상태에서 후진 모드의 경우 상기 제2 클러치(C2)는 이미 연결된 상태이고, 상기 제1 클러치(C1)는 연결이 해제된 상태이며, 해제 상태에 있던 상기 메인 클러치(MC)가 연결되면서 후진기어(R)에 동력을 전달하는 단계; 라) 입력축(IS)이 회전하는 중에도 메인 클러치(MC)에 연결되는 전동모터 또는 클러치 페달의 조작에 의하여 메인 클러치(MC)를 신속하게 연결 또는 해제함으로써 후방에 위치하는 변속기어로의 동력전달을 신속하게 단속하는 단계; 및 마) 차량의 공회전 상태 또는 정지 상태에서 메인 클러치(MC)는 연결이 해제된 상태를 유지하고, 제1클러치(C1)와 제2클러치(C2) 중의 어느 하나는 연결된 상태를 유지하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 삼중 클러치 변속기의 구동방법에 관하여 개시한다.

여기서, 상기 제1 레이샤프트(RS1) 상에는 홀수단의 변속기어(D1,D3,D5,D7)와 다수의 싱크로 기구(S1,S3)를 배치하고, 상기 제2 레이샤프트(RS2) 상에는 짝수단의 변속기어(D2,D4,D6)와 다수의 싱크로 기구(S2,S4)를 배치한 후 상기 싱크로 기구에 의하여 홀수단 변속기어와 짝수단 변속기어가 교대로 선택됨으로서써 가속 또는 감속하도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 한 쌍의 제1 및 제2 클러치의 전방에 이보다 한계허용토크가 큰 메인 클러치를 도입함으로써 제1 및 제2 클러치의 필요 사이즈를 감소시킬 수 있다. 따라서, 버스나 트럭과 같은 대형 차량 등의 저단기어에 필요한 큰 토크를 감당할 수 있는 충분한 사이즈의 메인 클러치를 구비할 수 있는 동시에 결과적으로 기어박스의 폭을 감소시킬 수 있게 된다.

또한, 습식 다판 클러치인 제1클러치와 제2클러치의 사이즈를 동일하게 할 수 있게 되므로 양 자의 사이즈 불일치에서 오는 유압 엑츄에이터에 의한 에너지 손실을 방지하여 연비의 향상을 이룩할 수 있게 된다.

게다가, 본 발명에 의하면 소형 습식 클러치인 제1 및 제2클러치의 전방에 전동모터로 신속하고 효율적으로 구동 가능한 건식 대형 클러치를 별로로 두게 되므로 필요에 따라 동력을 신속하게 차단할 수 있게 되어 급발진의 경우에도 안전하게 대처할 수 있게 된다는 장점이 있다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구성과 작동원리를 보다 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 삼중 클러치 변속기의 개략적인 구성도이다. 본 발명의 삼중 클러치 변속기(Triple-clutch Transmission, TCT)는 기본적으로 세 개의 클러치를 가진다. 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 삼중 클러치 변속기는 입력축(input shaft or engine shaft,IS), 제1,2,3 전위기어(front position gear,F1,F2,F3), 메인 클러치(MC), 제1,2 레이샤프트(layshaft, RS1,RS2), 제 1,2 클러치(clutch, C1,C2), 제 1,2,3,4,5,6,7 변속기어(drive gear:구동기어, D1,D2,D3,D4,D5,D5,D6,D7), 후진기어(rear gear,R), 출력기어(driven gear:피동기 어, G1,G2,G3,G4) 및 한 개의 출력축(OS)을 포함하여 구성된다. 도면에서 미설명기호 FW는 플라이휠(flywheel)을 나타낸다.

상기 입력축(IS)은 엔진 샤프트(engine shaft)라고도 하는 것으로서 엔진으로부터 회전력을 전달 받는다.

상기 제1,2 레이샤프트(RS1,RS2)는 상기 입력축(IS)과 축 중심(축선)이 어긋나도록 배치되는데, 상기 각 레이샤프트(RS1,RS2) 상호간은 서로 평행하게 배치된다.

상기 출력축(OS)은 한 개가 마련되며, 상기 평행한 제1,2 레이샤프트(RS1,RS2)의 사이에 각 레이샤프트에 평행하게 배치된다. 상기 출력축(OS)은 그 회전 중심(축선)이 상기 입력축(IS)의 그것과 일치하거나 아니면 그에 어긋나게 편심되어 위치하는 것이 모두 가능하다.

홀수의 변속단에 관계되는 상기 제1,3,5,7 변속기어(D1,D3,D5,D7)는 상기 제1 레이샤프트(RS1) 상에 순서대로 배치되며, 짝수의 변속단 및 후진 변속단에 관계되는 상기 제2,4,6,후진 변속기어(D2,D4,D6,R)는 상기 제2 레이샤프트(RS2) 상에 순서대로 배치된다.

상기 메인 클러치(MC)는 상기 제1 및 제2 레이샤프트(RS1,RS2)로 전해지는 동력의 연결 또는 해제를 관장한다.

상기 제1,2 클러치(C1,C2)는 상기 메인 클러치(MC)와 조화하여 엔진으로부터 전달받은 입력축(IS)의 회전력(토크 및 속도)을 각각 제1 레이샤프트(RS1) 및 제2 레이샤프트(RS2)에 선택적으로 전달한다. 즉, 상기 메인 클러치(MC)가 연결된 상태 에서 제1 클러치(C1)가 연결 작동되면 입력축(IS)의 회전력은 제1 레이샤프트(RS1)에 전달되고, 이때 제2 클러치(C2)는 동력 해제상태를 유지한다. 반대로 메인 클러치(MC)가 연결된 상태에서 제2 클러치(C2)가 연결 작동되면 입력축(IS)의 회전력은 제2 레이샤프트(RS2)에 전달되고 제1 클러치(C1)가 동력 해제상태에 들어가게 된다.

상기 출력축(OS)은 입력축(IS)의 회전력을 변속기를 거쳐 최종적으로 바퀴로 전달하기 위하여 차동기어(differential gear, DF)에 치합된다.

상기 각 변속기어 사이의 축상에는 변속기어와 선택적으로 결합하여 동력을 전달하기 위한 싱크로 기구(syncromesh,S1,S2,S3,S4)가 슬라이딩 가능하게 결합된다. 상기 싱크로 기구(S1,S2,S3,S4)는 별도의 엑츄에이터(actuator, 미도시)에 연결되어 전자제어장치에 의하여 콘트롤 된다. 상기 제1,2 클러치(C1,C2)는 기본적으로 습식 다판식 클러치가 기본으로 채택되나, 필요에 따라 건식 클러치가 채택될 수도 있다.

도 4 내지 도 6은 각각 본 발명에 따른 삼중 클러치 변속기의 1속 모드, 2속 모드 및 후진 모드의 동력전달 상태를 나타내는 동력 계통도이다. 본 발명에서는 메인 클러치(MC)가 변속기 전체의 동력전달을 관장하게 되고, 메인 클러치(MC)가 연결된 상태에서만 상기 제1 및 제2 클러치(C1,C2)가 선택적으로 연결 또는 해제됨으로써 각 단수의 변속기어(D1~D7, R)들로 동력을 전달하게 된다.

1속 모드에서는 도 4에 도시한 것처럼, 엔진(200)으로부터 전달되는 회전력이 입력축(IS) 및 메인 클러치(MC)를 거쳐 제1 레이샤프트(RS1)로 전달된다. 이때 제1 클러치(C1)는 동력 연결되고 제2 클러치(C2)는 동력 해제된다. 제1 싱크로 기구(S1)는 제1단 변속기어(D1)와 결합하여 회전력이 제1단 변속기어(D1)에 전달될 수 있도록 한다. 제1단 변속기어(D1)는 제1 출력기어(G1)와 치합되어 있으므로 엔진 동력인 회전력은 피동기어인 제1 출력기어(G1)와 출력축(OS)을 통하여 차동기어(DF)에 전달된다. 이때, 제2 싱크로 기구(S2)는 다음 단계의 기어 변속을 대비하여 미리 선택되어져 제2단 변속기어(D2)와 결합된 상태를 유지하는데, 이를 프리-셀렉트(pre-select) 상태라고 한다. 그러나 제2단 변속기어(D2)가 프리-셀렉트 상태라고 하더라도 제2 레이샤프트(RS2)에 연결된 제2 클러치(C2)가 해제된 상태이므로 제2단 변속기어(D2)에는 입력축(IS)의 회전력이 전달되지 않고 공회전 상태를 유지한다. 도면에서 굵은 실선은 동력이 전달되는 라인을 나타낸 것이다.

2속 모드에서는 도 5에 도시한 것처럼, 제1 클러치(C1)가 해제되고 제2 클러치(C2)가 연결된다. 이때 제2단 변속기어(D2)는 이미 프리-셀렉트(pre-select)된 상태였으므로 제2 클러치(C2)의 연결과 동시에 회전력을 전달받아 제1 출력기어(G1)에 전달하여 출력축(OS)을 회전시킨다. 이때 전술한 1속 모드에서와 마찬가지로 다음 단계의 기어 변속을 대비하여 제3단 변속기어(D3)에 제1 싱크로 기구(S1)가 결합하여 프리-셀렉트 상태가 되어 다음의 기어 변속을 준비하게 되는 것이다.

3속 모드에서부터 7속 모드까지의 동작은 이와 같은 방식으로 제1,2 클러치(C1,C2)가 교대로 연결 또는 해제되면서 동력을 전달하게 된다. 또한, 해당 변속단의 다음 단계에 해당하는 변속기어가 미리 선택되어져 프리-셀렉트 상태로 대기하는 것도 전술한 것과 동일하다. 이렇게 하여 기어변속이 제1단에서부터 7단에 이르기까지 순차적으로 신속하게 진행될 수 있는 것이다.

후진 모드에서는 도 6에 도시한 것처럼, 제4 싱크로 기구(S4)가 후진기어(R)에 결합하고 아이들링 기어(IG)를 거쳐 제4 출력기어(G4)에 회전력을 전달한다.

보통 변속기어 1단과 후진은 차량이 정지한 상태에서 출발하는 것이므로 정지 마찰력이 커서 큰 토크를 필요로 한다. 따라서, 바퀴가 미끄러지지 않고 정지 마찰력을 극복하여 움직이기 위한 최소 필요 클러치 사이즈가 존재하게 된다. 이러한 최소 필요 클러치 사이즈는 대형 차량일 수록 커지는데, 버스나 트럭 등의 경우에는 큰 토크의 힘을 요하므로 습식 다판 클러치보다는 직경이 커서 마찰효과가 우수하고 동력손실이 적은 건식 클러치를 사용하게 되는 것이다. 소형 승용 자동차의 경우 습식 다판 클러치를 채택하더라도 1단 기어에 연결되는 클러치는 그 사이즈를 크게 하는 것이 토크면에서 유리하다. 특히 자동차가 언덕에서 출발하는 경우 1단 출발시 요구되는 필요 토크나 최소 필요 클러치 사이즈는 더 크게 요구된다 할 것이다. 따라서, 종래의 듀얼 클러치의 경우에는 변속기어 1단에 연결되는 제1 클러치의 사이즈를 제2 클러치보다 크게 설계하였다. 그러나, 종래의 듀얼 클러치 변속기에서 채택하는 소형의 습식 다판 클러치는 아무리 크게 하더라도 듀얼 클러치의 구조상 그 크기의 증가에 제한이 있었으므로 한계허용토크가 매우 큰 버스나 트럭 등의 대형 차량에는 적용할 수 없다는 단점이 있었으며, 습식 다판 클러치인 제1 및 제2 클러치 간의 사이즈 불일치로 인하여 유압 엑츄에이터를 구동함에 있어서 에너지 손실이 발생하는 문제가 있었다.

본 발명에서는 이러한 종래의 듀얼 클러치의 문제점을 해소하기 위하여 소형 습식 다판 클러치인 제1 및 제2 클러치(CS1,CS2)와 건식 대형 클러치인 메인 클러치(MC)를 조합하여 운영하도록 하고 있다. 상기 메인 클러치(MC)는 건식 클러치로서 세 개의 전위기어(F1,F2,F3) 전방의 입력축(IS) 상에 형성하므로 한계허용토크를 크게 하기 위하여 그 사이즈를 크게 하더라도 변속기 기어박스의 부피 증가를 가져오지 않는다. 또한, 메인 클러치(MC)는 건식 클러치로서 유압 엑츄에이터가 아닌 전동모터를 사용하여 구동하므로 습식 클러치에서와 같은 유압 구동에 의한 에너지 손실이 없다는 장점이 있다.

또한, 본 발명에서는 자동차가 정지 상태에서 출발하거나 후진하는 경우와 같이 클러치에 요구되는 한계허용토크가 큰 경우에는 최소 필요 사이즈가 큰 메인 클러치(MC)가 떨어져 있다가 붙으며 동력의 연결을 관장하므로 습식 다판 클러치인 제1 및 제2 클러치(C1,C2)의 크기를 작게 해도 되고, 양 자의 크기를 서로 다르게 하지 않아도 된다. 따라서, 습식 다판 클러치의 사이즈 증가나 사이즈 불일치로 인한 엑츄에이터의 유압 손실을 줄일 수 있게 되며, 이는 곧 연비의 향상으로 이어진다.

본 발명에서 메인 클러치(MC)의 크기는 나머지 두 개의 제1 및 제2 클러치(C1,C2)보다 크다. 각 구성요소의 크기를 순서대로 살펴보면, 플라이휠(FW), 메인 클러치(MC), 제1 및 제2 클러치(C1,C2)의 순이다. 삼중 클러치(triple clutch) 구조를 가지는 본 발명의 구동방법을 설명하면 다음과 같다.

우선 정지 상태에서 변속 1단(D1)으로 출발하는 경우에는 사이즈가 작아도 되는 제1 클러치(C1)는 이미 물려 있는 연결 상태에 있고, 제2 클러치(C2)는 떨어져 있는 해제 상태에 있다. 이러한 상태에서 변속 1단으로 기어가 쉬프트 됨과 동시에 메인 클러치(MC)가 떨어져 있다가 물리면서 동력을 상기 제1 레이샤프트(RS1)에 전달하게 되고 결국 1단 변속기어(D1)를 통하여 회전력을 출력축(OS)에 전달하게 된다.

제2단 이후의 변속모드에서는 메인 클러치(MC)는 물려 있는 상태를 유지하고상기 제1 및 제2 클러치(C1,C2)만이 서로 교번하여 연결 및 해제를 반복함으로써 기어 변속이 수행된다.

후진 모드의 경우에는 제2 클러치(C2)는 이미 연결 상태에 있고, 제1 클러치(C1)는 연결이 해제된 상태이며, 후진모드로 기어가 쉬프트 됨과 동시에 떨어져 있던 메인 클러치(MC)가 물리면서 동력을 연결한다. 이때 상기 제2 클러치(C2) 만이 이미 물려 있으므로 입력축(IS)의 회전력은 그대로 제2 레이샤프트(RS2)로 전달되고, 후진기어(R)을 통하여 출력축(OS)으로 전달되는 것이다.

이렇게 하면, 정지 후 출발이나 후진의 경우처럼 정지 마찰력이 커서 클러치 사이즈가 커야 하는 경우 상대적으로 사이즈가 큰 메인 클러치(MC)로 동력을 연결 또는 해제하는 역할을 수행하게 하고, 일단 차량이 움직이기 시작하여 고속모드에서 변속이 필요한 경우에는 상대적으로 사이즈가 작아도 되는 제1 클러치(C1) 및 제2 클러치(C2)를 사용하여 신속하게 기어변속을 할 수 있게 되는 것이다.

본 실시예의 경우에는 메인 클러치(MC)를 매우 크게 형성하더라도 기어박스의 부피를 증가시키지 않으므로 주로 사이즈가 매우 큰 건식 클러치를 채택하는 버 스나 트럭 등의 대형 차량에도 용이하게 적용될 수 있다는 장점이 있다. 또한, 큰 토크를 발휘하는데 적합하도록 메인 클러치(MC)는 건식으로 하고, 제1 및 제2 클러치(C1,C2)는 습식 다판식 클러치로 하게 된다.

이와 같은 방식으로 구동하는 본 발명의 삼중 클러치 변속기 구동방법을 종래의 듀얼 클러치 변속기의 기전과 비교하면 다음과 같은 차이가 발생한다.

먼저 종래의 듀얼 클러치와 본 발명의 삼중 클러치는 공통적으로 유압 엑츄에어터에 의하여 제어되는 습식 다판의 제1 및 제2 클러치(C1,C2)가 교대로 연결 또는 해제되면서 변속되는 점에서 유사하다. 그러나, 차량의 공회전 상태인 중립기어 상태나 정지시에는 양 자의 작동기전은 상이하다. 이러한 상태에서 종래의 듀얼 클러치는 제1 및 제2 클러치가 모두 연결이 해제된 상태에 있으며, 제1 클러치의 연결과 동시에 자동차가 출발한다. 삼중 클러치 변속기의 경우에는 중립기어 또는 정지 상태에서도 제1 클러치(C1)는 붙어있고(연결된 상태)이고, 제2 클러치(C2)는 떨어져 있으며(해제 상태), 이때 메인 클러치(MC)는 떨어진 상태를 유지한다. 이후 출발시에는 떨어져 있던 메인 클러치(MC)가 붙으며 이미 연결 상태에 있던 제1 클러치(C1)를 통하여 변속기어 1단에 동력을 전달하며 출발한다. 즉, 삼중 클러치 구조에서 제1 클러치(C1)와 제2 클러치(C2) 중 하나는 반드시 붙어 있는 상태를 유지하나, 종래의 듀얼 클러치 구조에서는 두 개의 클러치가 모두 떨어져 있는 상태가 생기게 된다. 이처럼 종래의 듀얼 클러치 구조에서는 두 개의 클러치가 유압 엑츄에이터에 의하여 독립적으로 제어되기 때문에 TCU나 ECU와 같은 전자제어장치의 고장시에는 두 개의 클러치가 동시에 연결되는 상황이 발생할 우려가 있으며, 그럴 경우 변속기 기어박스가 파손되어 치명적인 안전사고를 초래할 우려가 존재한다. 그러나, 본 발명의 삼중 클러치 구조에서는 두 개의 제1 및 제2 클러치(C1,C2)가 메인 클러치(MC)에 종속되어 작동하므로 전자제어장치의 고장시에도 두 개의 클러치(C1,C2)가 동시에 동력 연결되는 상황이 발생하지 않아 안정성면에서 월등히 우수하다.

이와 같은 삼중 클러치 구동방식의 강화된 안정성은 자동차의 급발진시에도 유용성이 매우 크다고 할 수 있다. 즉, TCT,ECU와 같은 전자제어장치의 이상으로 인한 급발진의 경우에도 브레이크를 깊게 밟으면 메인 클러치(MC)가 떨어지도록 구성하여 동력전달을 차단하면 차량의 비정상적인 주행을 방지할 수 있게 되는 것이다. 종래의 듀얼 클러치는 그 구조상 브레이크와 습식 다판의 제1 클러치 및 제2 클러치 간의 기계적 연결이 매우 어렵다. 즉, 그 작동 기전상 제1 및 제2 클러치가 독립적으로 구동하다가 감속이나 제동을 위하여 브레이크가 작동하면 전자제어장치가 엔진의 회전수를 줄이고, 제1 및 제2 클러치의 연결을 해제하게 된다. 삼중 클러치의 경우에는 주 클러치인 메인 클러치(MC)가 전동모터에 의하여 작동되므로 브레이크를 깊숙하게 밟으면 메인 클러치(MC)의 연결을 해제하도록 구성하기가 용이하다. 따라서, 본 발명의 삼중 클러치 구조에서는 급발진 시에도 브레이크만을 깊게 밟아주면 메인 클러치(MC)의 연결이 떨어져 동력이 전달되지 않게 되어 매우 안전하다. 또는 메인 클러치(MC)의 동력 연결을 해제하기 위하여 브레이크 페달이 아닌 별도의 클러치 페달을 마련하여 구성할 수도 있음은 물론이다.

전술한 실시예에서는 기어 변속 단수를 후진기어를 포함하여 총 8단으로 한 경우를 예로 들어 설명하였으나 이와 달리 변속 단수는 자유롭게 조절하여설계될 수 있으며 변속 단수가 이에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 될 것이다.

도 1은 종래의 듀얼 클러치 변속기의 일 예를 보여주는 구조도.

도 2는 종래의 듀얼 클러치 변속기의 다른 예를 보여주는 구조도.

도 3은 본 발명에 따른 삼중 클러치 변속기의 개략적인 구성도.

도 4는 본 발명에 따른 삼중 클러치 변속기의 1속 모드의 동력전달 상태를 나타내는 동력 계통도.

도 5는 본 발명에 따른 삼중 클러치 변속기의 2속 모드의 동력전달 상태를 나타내는 동력 계통도.

도 6는 본 발명에 따른 삼중 클러치 변속기의 후진 모드의 동력전달 상태를 나타내는 동력 계통도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

IS: 입력축 OS: 출력축

FW: 플라이휠 MC: 메인 클러치

F1,F2,F3: 제1,2,3 전위기어 RS1,RS2: 제1 및 제2 레이샤프트

C1,C2: 제1 및 제2 클러치 D1~D7 : 변속기어

R: 후진기어 S1~S4: 싱크로기구

G1~G4: 출력기어

Claims (2)

1. 플라이휠(FW)에 동력 연결되는 입력축(IS) 상에 형성되는 건식의 메인 클러치(MC)와 세 개의 전위기어(F1,F2,F3)에 의하여 상기 입력축(IS)에 동력 연결되는 제1 및 제2 레이샤프트(RS1,RS2) 상에 형성되는 습식 다판형 또는 건식 클러치로서 상기 메인 클러치보다 직경이 작은 제1 및 제2 클러치(C1,C2)를 가지는 삼중 클러치 변속기의 구동방법으로서,

   가) 정지상태에서 변속 1단 출발의 경우 상기 제1 클러치(C1)는 이미 연결된 상태이고, 상기 제2 클러치(C2)는 연결이 해제된 상태이며, 해제 상태에 있던 상기 메인 클러치(MC)가 연결되면서 1단 변속기어(D1)에 동력을 전달하는 단계;

   나) 변속 2단 이후의 변속 모드에서는 상기 메인 클러치(MC)는 연결 상태를 유지하며, 상기 제1 클러치(C1)와 제2 클러치(C2)가 교번하여 연결 및 해제를 반복함으로써 각 변속기어에 동력을 전달하는 단계;

   다) 정지상태에서 후진 모드의 경우 상기 제2 클러치(C2)는 이미 연결된 상태이고, 상기 제1 클러치(C1)는 연결이 해제된 상태이며, 해제 상태에 있던 상기 메인 클러치(MC)가 연결되면서 후진기어(R)에 동력을 전달하는 단계;

   라) 입력축(IS)이 회전하는 중에도 메인 클러치(MC)에 연결되는 전동모터 또는 클러치 페달의 조작에 의하여 메인 클러치(MC)를 신속하게 연결 또는 해제함으로써 후방에 위치하는 변속기어로의 동력전달을 신속하게 단속하는 단계; 및

   마) 차량의 공회전 상태 또는 정지 상태에서 메인 클러치(MC)는 연결이 해제된 상태를 유지하고, 제1클러치(C1)와 제2클러치(C2) 중의 어느 하나는 연결된 상태를 유지하는 단계;

   를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 삼중 클러치 변속기의 구동방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1 레이샤프트(RS1) 상에는 홀수단의 변속기어(D1,D3,D5,D7)와 다수의 싱크로 기구(S1,S3)를 배치하고, 상기 제2 레이샤프트(RS2) 상에는 짝수단의 변속기어(D2,D4,D6)와 다수의 싱크로 기구(S2,S4)를 배치한 후 상기 싱크로 기구에 의하여 홀수단 변속기어와 짝수단 변속기어가 교대로 선택됨으로서써 가속 또는 감속하도록 된 것을 특징으로 하는 삼중 클러치 변속기의 구동방법.

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