KR101132458B1 - 듀얼 전위기어를 배치한 다중 클러치 변속기 - Google Patents

듀얼 전위기어를 배치한 다중 클러치 변속기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차의 변속기에 관한 것으로서, 구체적으로는 종래의 2중 클러치 구조의 변속기에 비하여 구조가 간단하고 안정적이며, 제작이나 유지보수가 용이하고, 변속기의 부피 조절이 가능하여 엔진룸의 최적화 및 연비향상이 가능한 듀얼 전위기어를 채택한 다중 클러치 변속기 및 그 구동방법에 관한 것이다.
본 발명에서는, 엔진으로부터 전달되는 회전력을 변속하여 출력하기 위한 변속기에 있어서, 플라이휠(FW)에 연결되어 엔진으로부터의 회전력을 전달받는 입력축(210), 상기 입력축(210)의 회전력을 전달 받는 것으로서 서로 평행하게 이격하여 배치되는 제1 레이샤프트(110) 및 제2 레이샤프트(120), 상기 제1 레이샤프트(110)의 전단에 마련되어 상기 입력축(210)과 동력 연결되는 제1 전위기어(F1) 및 상기 제2 레이샤프트(120)의 전단에 마련되어 상기 제1 전위기어(F1)에 치합하는 제2 전위기어(F2), 상기 제1 전위기어(F1) 후방의 상기 제1 레이샤프트(110) 상에 마련되는 제1 클러치(C1) 및 상기 제2 전위기어(F2) 후방의 상기 제2 레이샤프트(120) 상에 마련되는 제2 클러치(C2), 상기 제1 레이샤프트(110)와 상기 제2 레이샤프트(120)의 회전방향을 일치시키기 위하여 상기 제1 레이샤프트(110) 또는 상기 제2 레이샤프트(120)에 선택적으로 마련되어 서로 치합하는 제1 및 제2 회전방향 보정기어(RC1,RC2) 및 상기 제1 레이샤프트(110)와 제2 레이샤프트(120) 사이에 위치하며, 각 레이 샤프트에 평행하게 배치되는 출력축(130)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 듀얼 전위기어를 배치한 다중 클러치 변속기를 제시한다.
플라이휠, 입력축, 듀얼 전위기어, 제1 전위기어, 제2 전위기어, 메인 클러치, 제1 클러치, 제2 클러치, 제1 레이샤프트, 제2 레이샤프트, 변속기어, 출력기어, 출력축, 회전방향 보정기어

Description

듀얼 전위기어를 배치한 다중 클러치 변속기{Multiple-clutch Transmission with dual front-positioned gears}
본 발명은 다중 클러치 변속기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 평행한 두 개의 레이샤프트의 전방측에 두 개의 전위기어를 배치하고 상기 전위 기어에 동력 연결되는 클러치를 두 개 또는 세 개로 구성함으로써 최소 필요 클러치 사이즈를 줄여 기어박스의 폭과 클러치 간에 발생하는 사이즈 불일치 현상을 해소하고 그 결과 기어박스의 부피를 축소함으로써 엔진룸의 최적화 및 연비향상이 가능하도록 된 듀얼 전위기어를 채택한 자동차의 다중 클러치 변속기에 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. 듀얼 클러치가 양산차에 사용되고 있는 대표적인 예가 바로 폭스바겐이 채택하고 있는 DSG(Direct Shift Gearbox)이다. 이러한 폭스바겐의 DSG에서는 중공 깔때기 형상의 제2 입력축 내에서 축 중심을 공유하는 제1 입력축이 회전하도록 하고, 각 입력축에 습식 다판식 제1 및 제2 클러치를 연결하여 각 클러치를 선택적으로 연결 또는 해제함으로써 변속 소요시간을 획기적으로 단축한 것이다. 그러나 두 개의 입력축이 축 중심을 공유하는 이러한 코엑셜(coaxial) 타입의 변속기(DSG)는 그 구조가 치밀하고 복잡하여 제작비가 높을 뿐 아니라 유지보수가 어렵다는 문제가 있다.
도 1 및 도 2는 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. 그런데, 상기 일본 특개평 10-26189호의 농업용 트랙터의 경우 고속으로 주행하는 것이 목적이 아니고 천천히 이동하며 큰 토크를 필요로 하는 농사일에 적합한 구조로 되어 있어 그 목적이나 구조상 자동차용 변속기와는 많은 차이점이 존재한다. 자동차의 경우 변속 1단의 기어비가 통상적으로 1: 3~4 정도라고 할 때 트랙터의 경우에는 변속 1단의 기어비가 이보다 훨씬 커지므로 상대적으로 클러치 사이즈는 작아도 되고, 반대로 기어박스 내의 기어 사이즈는 자동차보다 훨씬 커져야 한다. 트랙터는 자동차와는 달리 작은 엔진 및 작은 마력으로 큰 토크를 내어야 하고 고속회전은 필요 없이 저속에서 높은 토크를 감당하는 것을 주요 목적으로 한다. 통상적으로 트랙터의 엔진 회전수는 1000~500 rpm 으로 구동되고 바퀴 회전수는 10~250 rpm 의 범위 내에서 구동한다. 따라서, 트랙터의 변속기의 경우 자동차의 가속 변속기와는 달리 감속기의 일종이다. 이러한 트랙터 변속기의 특성상 엔진과 클러치에 걸리는 부하는 작으므로 트랙터의 경우 클러치가 매우 작아도 되며, 경우에 따라서는 아예 클러치가 없이 상시 물림으로도 작동이 가능하다. 그러나, 자동차의 경우에는 기어비가 변속 1단의 경우 1:4, 4단의 경우 1:1 정도이고 6단의 경우 0.7:1 정도이므로 저속 구간에서는 감속기로 작동하고 고속 구간에서는 가속기로 작동한다. 이러한 자동차와 트랙터의 목적, 기능 및 구조 상의 특성으로 인하여 트랙터의 경우에는 변속기의 기어박스 사이즈를 결정하는 요소는 클러치 사이즈가 아니고 기어박스 내의 기어 사이즈가 된다. 그러나 두 개의 레이 샤프트를 평행으로 배치한 듀얼 클러치 타입 자동차의 경우에는 기어박스의 사이즈가 최소 필요 클러치 사이즈에 의하여 결정된다는 점이다.
또한, 트랙터의 경우에는 그 크기가 승용 자동차보다 훨씬 커서 변속기 내의 기어 사이즈 증가로 인하여 기어박스 사이즈가 커진다고 하더라도 크게 문제될 것이 없으나 승용 자동차의 경우에는 기어박스의 사이즈를 될 수 있으면 최대한 작게 설계하는 것이 매우 중요하다. 그렇게 해야만 엔진룸의 설계 및 변경에 여유가 생기고 차량의 무게를 줄여 연비절감 등에 기여할 수 있게 되기 때문이다. 최근 유가의 상승으로 인하여 자동차의 연비 개선에 심혈을 기울이고 있는 해당 산업계의 현실을 고려하면 변속기의 기어박스 사이즈를 줄이려는 목적은 당면한 과제인 것이다.
그러므로, 최소 필요 클러치 사이즈와 기어박스 사이즈의 불일치(discrepancy)를 해소하여 기어박스 사이즈의 증가없이 승용 자동차에 효율적으로 적용할 수 있는 구조의 새로운 다중 클러치 변속기의 개발이 절실히 요청된다고 할 것이다.
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 이중 또는 삼중 클러치 변속기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전방에 배치된 메인 클러치와 후방에 배치되는 제1 및 제2 클러치를 효율적으로 운용하여 기어변속을 수행할 수 있도록 하는 듀얼 전위기어를 배치한 다중 클러치 변속기의 구동방법을 아울러 제공하는 것이다.
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전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 엔진으로부터 전달되는 회전력을 변속하여 출력하기 위한 변속기에 있어서, 플라이휠(220)에 연결되어 엔진으로부터의 회전력을 전달받는 입력축(210); 상기 입력축(210)의 회전력을 전달 받는 것으로서 서로 평행하게 이격하여 배치되는 제1 레이샤프트(110) 및 제2 레이샤프트(120); 상기 제1 레이샤프트(110)의 전단에 마련되어 상기 입력축(210)과 동력 연결되는 제1 전위기어(F1) 및 상기 제2 레이샤프트(120)의 전단에 마련되어 상기 제1 전위기어(F1)에 치합하는 제2 전위기어(F2); 상기 제1 전위기어(F1) 후방의 상기 제1 레이샤프트(110) 상에 마련되는 제1 클러치(C1) 및 상기 제2 전위기어(F2) 후방의 상기 제2 레이샤프트(120) 상에 마련되는 제2 클러치(C2); 상기 제1클러치(C1) 후방의 상기 제1 레이샤프트 상에 전후로 배치되는 다수의 홀수단의 변속기어와, 상기 제2클러치 후방의 상기 제2 레이샤프트 상에 전후로 배치되는 다수의 짝수단의 변속기어와 후진기어; 상기 제1 레이샤프트(110)와 상기 제2 레이샤프트(120)의 회전방향을 일치시키기 위하여 상기 제1클러치(C1)와 홀수단 변속기어 사이의 상기 제1 레이샤프트(110) 상에 또는 상기 제2클러치(C2)와 짝수단 변속기어 사이의 상기 제2 레이샤프트(120) 상에 선택적으로 마련되어 서로 치합하는 제1 및 제2 회전방향 보정기어(RC1,RC2); 상기 제1 레이샤프트(110)와 제2 레이샤프트(120) 사이에 위치하며, 각 레이 샤프트에 평행하게 배치되는 출력축(130); 상기 출력축(130) 상에 전후로 다수 개가 일렬 배치되는 것으로서, 각각이 대응하는 홀수단 및 짝수단의 변속기어와 치합하는 출력기어; 및 상기 홀수단 또는 짝수단의 변속기어 중에서 어느 하나가 선택되어 회전력을 출력하는 동안 해당 변속기어의 다음 변속단의 변속기어와 결합하여 프리-셀렉트 상태를 유지하도록 상기 제1 레이샤프트(110) 및 제2 레이샤프트(120) 상에 다수개 마련되는 싱크로 기구(S1~S4); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 듀얼 전위기어를 배치한 다중클러치 변속기를 제시한다.
여기서, 상기 제1 클러치(C1)는 상기 제2 클러치(C2) 보다 직경을 크게 하고, 상기 제1 클러치(C1)와 상기 제2 클러치(C2)는 평면을 달리하여 전후로 서로 엇갈리도록 이격하여 배치하되, 상기 제1 클러치(C1)의 하단부와 상기 제2 클러치(C2)의 상단부가 일정 부분 오버랩(d1)되는 것으로 구성할 수 있다.
또한, 상기 플라이휠(FW)과 상기 제1 전위기어(F1) 사이의 상기 입력축(210) 상에는 상기 제1 및 제2 클러치(C1,C2) 보다 직경이 큰 메인 클러치(MC)가 마련되도록 구성할 수도 있다.
이때, 상기 메인 클러치(MC) 후방의 상기 제1 클러치(C1)와 상기 제2 클러치(C2)는 평면을 달리하여 전후로 서로 엇갈리도록 이격하여 배치하되, 상기 제1 클러치(C1)의 하단부와 상기 제2 클러치(C2)의 상단부가 일정 부분 오버랩(d2)되도록 하는 것이 바람직하다.
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본 발명의 다중 클러치 변속기는 그 구성이 간단하여 제작 및 유지보수가 쉽고 고장이 적어 내구성이 우수하다. 또한, 필요 토크를 충족시키면서 동시에 최소 필요 클러치 사이즈를 유연하게 조절할 수 있으므로 클러치 사이즈 증대로 인한 기어박스 크기의 증가를 막고 기어박스 사이즈를 최적화시킬 수 있게 된다. 그 결과 엔진룸의 설계 및 구조 변경이 용이하다는 장점이 있다.
아울러 삼중 클러치 구조를 도입함으로써 주로 건식 클러치를 채택하는 버스나 트럭 등 큰 토크를 필요로 하는 대형 차량에도 기어박스 부피의 증가없이 적용할 수 있어 그 활용폭이 매우 넓다. 이는 종래의 이중 클러치 변속기가 주로 스포츠세단 등에만 국한하여 적용되던 문제를 해결해 줄 수 있을 것으로 기대된다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구성과 작동원리를 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이중 클러치 변속기의 개략적인 구성도이다. 도시한 바와 같이 본 실시예의 다중 클러치 변속기(100)는 기본적으로 2 개의 전위기어(F1,F2), 제1 및 제2 클러치(C1,C2), 2개의 회전방향 보정기어(RC1,RC2), 2개의 레이샤프트(110,120), 1개의 출력축(130)을 포함하여 구성된다.
본 실시예에서는 기본적으로 2개의 전위기어(F1,F2)가 엔진(200)으로부터 회전력을 전달받는 플라이휠(220)의 후방에 배치된다. 즉, 제1 전위기어(F1)가 입력축(210)을 통하여 플라이휠(220)로부터 전달되는 회전력을 전달받으며, 제2 전위기어(F2)가 상기 제1 전위기어(F1)에 치합하여 동력을 전달받는다. 상기 제1 전위기어(F1)는 제1 레이샤프트(layshaft,110)에 연결되어 회전력을 전달하며, 상기 제2 전위기어(F2)는 제2 레이샤프트(layshaft,120)에 연결되어 회전력을 전달한다. 상기 제1 전위기어(F1)의 후방측 제1 레이샤프트(110) 상에는 제1 클러치(C1)가 배치 되고, 상기 제2 전위기어(F2)의 후방측 제2 레이샤프트(120) 상에는 제2 클러치(C2)가 배치된다.
상기 제1 레이샤프트(110)는 도시한 것처럼 전방축(111) 및 후방축(112)의 두 부분으로 구성된다. 이는 제1 레이샤프트(110)와 제2 레이샤프트(120)의 회전방향을 서로 일치시키기 위한 것이다. 즉, 상기 제1 레이샤프트(110)의 전방축(111)의 후단에는 제1 회전방향 보정기어(RC1)가 결합하고, 이에 치합하는 제2 회전방향 보정기어(RC2)가 후방축(112)의 전단에 결합한다.
도시한 실시예에서는 회전방향 보정기어(RC1,RC2)가 제1 레이샤프트(110) 상에 형성되는 것으로 하였으나, 이와는 달리 상기 회전방향 보정기어(RC1,RC2)가 상기 제2 레이샤프트(120) 상에 형성될 수도 있다.
상기 제1 및 제2 레이샤프트(110,120) 상에는 구동기어인 다수 단의 변속기어(D1~D7,R)가 순서대로 배치되며, 각 변속기어 사이의 축 상에는 상기 변속기어와 선택적으로 결합하여 동력을 전달 또는 결합 해제하기 위한 싱크로 기구(syncromesh, S1~S4)가 슬라이딩 가능하게 결합한다. 상기 싱크로 기구(S1~S4)는 미도시한 엑츄에이터에 연결되어 전자제어유닛(미도시)에 의하여 작동한다.
상기 출력축(130)은 전술한 제1 및 제2 레이샤프트(110,120)의 사이에 위치하며 각 레이샤프트에 평행하게 배치된다. 상기 출력축(130)은 상기 제1 레이샤프트(110)와 제2 레이샤프트(120)로부터 등거리에 있을 필요가 없으며, 이러한 출력축(130)의 위치 또는 변위 조절로 인하여 변속기의 기어비 조절을 유연하게 할 수 있다.
상기 출력축(130) 상에는 피동기어인 다수의 출력기어(G1~G4)가 배치된다. 상기 각 출력기어는 제1 및 제2 레이샤프트(110,120)의 홀수단 및 짝수단 변속기에 치합한다. 도면에서 미설명부호 DF는 차동기어(differential gear)를 나타낸다.
이상과 같은 구성을 가지는 본 발명의 변속기의 구동방식을 설명하면 다음과 같다. 먼저, 제1속 모드(변속 1단)에서는 엔진(200)으로부터 전달되는 회전력이 입력축(210)을 거쳐 제1 레이샤프트(110)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(130)을 통하여 차동기어(DF)에 전달된다. 이때, 제2 싱크로 기구(S2)는 다음 단계의 기어변속을 대비하여 미리 선택되어져 제2단 변속기어(D2)와 결합된 상태를 유지하며, 이를 프리-셀렉트(pre-select) 상태라고 한다. 그러나, 제2단 변속기어(D2)가 프리-셀렉트 상태라고 하더라도 제2 레이샤프트(120)에 연결된 제2 클러치(C2)가 동력 연결 해제된 상태이므로 제2단 변속기어(D2)에는 입력축(210)의 회전력이 전달되지 않고 공회전 상태를 유지한다.
이후 제2속 모드(변속 2단)에서는, 제1 클러치(C1)의 연결이 해제되고, 제2 클러치(C2)가 동력 연결된다. 이때 제2단 변속기어(D2)는 이미 프리-셀렉트된 상태였으므로 제2 클러치(C2)의 연결과 동시에 회전력을 전달받아 제1 출력기어(G1)에 전달하여 출력축(130)을 회전시킨다. 이때 전술한 1속 모드에서와 마찬가지로 다음 단계의 기어 변속에 대비하여 제3단 변속기어(D3)에 제1 싱크로 기구(S1)가 결합하여 프리-셀렉트 상태가 되어 다음의 기어변속을 준비하게 되는 것이다.
이러한 과정을 순서대로 진행하게 되면, 차량의 정지상태로부터 최고 속도에 이르기까지 변속기어가 제1단(D1)에서 부터 제7단(D7)까지 연속적으로 작용하게 된다. 도면에서 미설명부호 IG는 후진기어(R)의 회전방향을 맞추기 위한 아이들링 기어이다.
본 실시예에서는 상기 제1 클러치(C1)와 제2 클러치(C2)의 크기가 상이하며 서로 평면을 달리하여 배치된다. 즉, 제2 클러치(C2)는 제1 클러치(C1)와 전후로 엇갈리도록 배치되는 것이다. 보통 변속기어 1단(D1)과 후진(R)은 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, 본 실시예에서는 자동차의 출발시 비교적 큰 토크를 요하는 제1 클러치(C1)를 제2 클러치(C2)보다 크게 형성하게 되는 것이다. 제1 클러치(C1)의 크기가 커짐으로 인하여 발생하는 기어박스의 부피 증가는 제1 클러치(C1)와 제2 클러치(C2)가 존재하는 평면을 달리하여 서로 엇갈리게 배치함으로써 막을 수 있게 된다. 즉, 도면에서처럼, 제1 클러치(C1)의 하단부와 제2 클러치(C2)의 상단부가 일정 부분(d1) 겹치도록 엇갈리게 배치하면 기어박스의 폭이 증가하여 기어박스의 부피가 커지는 현상을 방지하면서도 필요 클러치 크기를 크게 할 수 있게 된다. 이러한 장점으로 인하여 본 실시예의 변속기어 구성은 소형 승용차 뿐 아니라 큰 사이즈의 클러치를 요하는 중대형 자동차의 경우에도 적용 가능하게 되는 것이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이중 클러치 변속기의 개략적인 구성도이다. 본 실시예는 전술한 제1 실시예와 그 구성이 거의 같다. 다만, 제1 실시예에서는 도면상 제2 회전방향 보정기어(RC2)가 제1 회전방향 보정기어(RC1)의 상측에 치합함에 반하여 본 실시예에서는 제2 회전방향 보정기어(RC2)가 제1 회전방향 보정기어(RC1)의 하측에 치합한다. 따라서, 제1 레이샤프트(110)의 후방축(112)이 전방축(111)의 내측에 배치되게 되어 제1 레이샤프트(110)와 제2 레이샤프트(120) 간의 거리가 축소되어 결과적으로 기어박스의 폭이 줄어들게 된다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 삼중 클러치 변속기의 개략적인 구성도이다. 본 실시예에서는 전술한 실시예들과는 달리 모두 세 개의 클러치가 운용된다. 즉, 플라이휠(FW)과 제1 전위기어(F1) 사이에 메인 클러치(MC)가 위치하고, 제1 전위기어(F1) 및 제2 전위기어(F2)의 후방에 각각 제1 클러치(C1) 및 제2 클러치(C2)가 형성된다. 또한, 본 실시예에서는 제2 레이샤프트(120)가 전방축과 후방축(121,122)으로 구분하여 형성 되고, 상기 전방축(121)과 후방축(122)에 각각 제1 회전방향 보정기어(RC1)와 제2 회전방향 보정기어(RC2)가 형성되어 서로 치합하는 구조이다. 물론 본 실시예에서도 상기 제1 및 제2 회전방향 보정기어(RC1,RC2)는 제1 레이샤프트(110) 상에 마련될 수도 있으며, 본 발명에서는 이를 배제하지 않는 것으로 한다.
본 실시예에서의 메인 클러치(MC)의 크기는 나머지 두 개의 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 실시예의 작동 방식은 전술한 실시예의 경우와는 약간 상이하다. 즉, 본 실시예에 의하면, 정지 상태에서 자동차가 1단 출발하는 경우 제1 클러치(C1)는 이미 연결되어 있고 메인 클러치(MC)가 떨어져 있다가 물리면서 회전력을 출력축(130)에 전달한다. 또한, 후진시에는 제2 클러치(C2)는 이미 연결되어 있고 메인 클러치(MC)가 떨어져 있다가 물리면서 회전력을 출력축(130)에 전달하는 것이다. 이렇게 하면, 등판 각도가 매우 큰 경사로 등에서 출발하는 경우에도 직경이나 넓이가 매우 큰 메인 클러치(MC)가 동력 연결 또는 해제를 관장하므로 클러치가 미끄러지는 현상이 없이 정지 마찰력을 쉽게 극복할 수 있게 되어 매우 안정적이다. 메인 클러치(MC)는 플라이휠(FW) 보다는 작게 형성하고, 제1 클러치 및 제2 클러치(C1,C2)는 메인 클러치(MC)가 없는 경우에 비하여 훨씬 작게 형성할 수 있으므로 메인 클러치(MC)의 도입은 오히려 기어박스의 부피를 감소시키는데 일조한다. 차량이 일단 1단 출발을 하고 나면 이후의 구간에서는 메인 클러치(MC)는 동력 연결 상태를 유지하고, 제1 클러치(C1)와 제2 클러치(C2) 만이 번갈아 선택되어 작동 함으로써 변속된다. 따라서, 출발 이후의 변속기어가 선택되는 과정은 전술한 실시예의 경우와 동일하게 전개된다.
본 실시예의 경우에는 메인 클러치(MC)를 매우 크게 형성하더라도 기어박스의 부피를 증가시키지 않으므로 주로 사이즈가 매우 큰 건식 클러치를 채택하는 버스나 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 하는 식의 조합도 가능하다. 상기 메인 클러치(MC)로는 건식 클러치, 습식 다판식 클러치 및 자동 변속기의 토크 컨버터(Torque converter) 중에서 하나를 선택하여 적용할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 삼중 클러치 변속기의 개략적인 구성도이다. 본 실시예는 전술한 제3 실시예와 그 구성은 거의 동일하나 제1 및 제2 클러치(C1,C2)가 평면을 달리하여 서로 엇갈리게 배치된다는 점에서 차이가 있다. 즉, 제1 클러치(C1)의 하단부와 제2 클러치(C2)의 상단부가 일정 부분(d2) 만큼 오버랩(overlap) 된다는 점에서 차이가 있다. 따라서, 본 실시예의 경우 기어박스의 폭이 전술한 제3 실시예의 그것보다 더 작아진다는 잇점이 있다.
상기 제3 및 제4 실시예의 삼중 클러치 변속기의 작동 메카니즘을 보다 상세하게 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 상 기 제1 레이샤프트(110)에 전달하게 되고 결국 1단 변속기어(D1)를 통하여 회전력을 출력축(130)에 전달하게 된다.
제2단 이후의 변속모드에서는 메인 클러치(MC)는 물려 있는 상태를 유지하고상기 제1 및 제2 실시예에서 설명한 것과 같은 방식으로 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(210)의 회전력은 그대로 제2 레이샤프트(120)로 전달되고, 후진기어(R)을 통하여 출력축(130)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.
도 7은 각 종류별 변속기의 기어박스의 상대적인 크기를 비교한 개념도이다. 도면에서 (a)는 종래의 수동 변속기의 싱글 클러치 구조이고, (b)는 본 발명의 제1 및 제2 실시예의 이중 클러치 구조이며, (c)는 본 발명의 제4 실시예의 삼중 클러치 구조이며, (d)는 종래의 평행형 이중 클러치 구조를 개략적으로 나타낸 것이다. 상기 도면에서는 각 클러치들 후방의 기어 구성을 편의상 생략하고 도시하였다.
도시한 바와 같이, 도(a)에서 싱글 클러치(Ca1)의 최소 필요 사이즈(직경)가 예를 들어 3이라고 하면, 도(b)의 제1 클러치(Cb1)의 사이즈는 3, 제2 클러치(Cb2)는 2로 할 수 있다. 도(c)의 경우에는 메인 클러치(MC)가 3, 제1 클러치(CC1)가 2, 제2 클러치(CC2)가 2로 할 수 있다. 도(d)의 경우에는 제1 클러치(Cd1)의 사이즈가 3, 제2 클러치(Cd2)의 사이즈가 3이 된다. 이러한 구조에서 변속기 기어박스의 폭(크기)을 순서대로 나열하면 W1, W3, W2, W4의 순으로 커진다. 도 (a)의 경우는 일반적인 수동 변속기인 싱글 클러치 구조이므로 이와의 비교를 생략하면, 도 (b),(c)의 경우가 도(d)의 경우와 비교하여 기어박스의 폭(사이즈)이 훨씬 작은 것을 알 수 있다. 기어박스의 사이즈가 작아지면 엔진룸의 설계 및 구조 변경에 유리하며, 연비 등에서도 훨씬 유리하게 된다.
이와 같이 본 발명의 다중 클러치 변속기를 채택하는 경우 기어박스의 크기를 효과적으로 줄일 수 있게 된다.
도 1 및 도 2는 종래의 이중 클러치 변속기의 개념도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이중 클러치 변속기의 개략적인 구성도.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이중 클러치 변속기의 개략적인 구성도.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 삼중 클러치 변속기의 개략적인 구성도.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 삼중 클러치 변속기의 개략적인 구성도.
도 7은 각 종류별 변속기의 기어박스의 상대적인 크기를 비교한 개념도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 다중 클러치 변속기 110: 제1 레이샤프트
111: 전방축 112: 후방축
120: 제2 레이샤프트 121: 전방축
122: 후방축 130: 출력축
200: 엔진 210: 입력축
220: 플라이휠 F1,F2: 제1 및 제2 전위기어
MC: 메인 클러치 C1,C2: 제1 및 제2 클러치
D1~D7: 변속기어 R: 후진기어
IG: 아이들링 기어 DF: 차동기어
G1~G4: 출력기어

Claims (5)

  1. 엔진으로부터 전달되는 회전력을 변속하여 출력하기 위한 변속기에 있어서,
    플라이휠(220)에 연결되어 엔진으로부터의 회전력을 전달받는 입력축(210);
    상기 입력축(210)의 회전력을 전달 받는 것으로서 서로 평행하게 이격하여 배치되는 제1 레이샤프트(110) 및 제2 레이샤프트(120);
    상기 제1 레이샤프트(110)의 전단에 마련되어 상기 입력축(210)과 동력 연결되는 제1 전위기어(F1) 및 상기 제2 레이샤프트(120)의 전단에 마련되어 상기 제1 전위기어(F1)에 치합하는 제2 전위기어(F2);
    상기 제1 전위기어(F1) 후방의 상기 제1 레이샤프트(110) 상에 마련되는 제1 클러치(C1) 및 상기 제2 전위기어(F2) 후방의 상기 제2 레이샤프트(120) 상에 마련되는 제2 클러치(C2);
    상기 제1클러치(C1) 후방의 상기 제1 레이샤프트 상에 전후로 배치되는 다수의 홀수단의 변속기어와, 상기 제2클러치 후방의 상기 제2 레이샤프트 상에 전후로 배치되는 다수의 짝수단의 변속기어와 후진기어;
    상기 제1 레이샤프트(110)와 상기 제2 레이샤프트(120)의 회전방향을 일치시키기 위하여 상기 제1클러치(C1)와 홀수단 변속기어 사이의 상기 제1 레이샤프트(110) 상에 또는 상기 제2클러치(C2)와 짝수단 변속기어 사이의 상기 제2 레이샤프트(120) 상에 선택적으로 마련되어 서로 치합하는 제1 및 제2 회전방향 보정기어(RC1,RC2);
    상기 제1 레이샤프트(110)와 제2 레이샤프트(120) 사이에 위치하며, 각 레이 샤프트에 평행하게 배치되는 출력축(130);
    상기 출력축(130) 상에 전후로 다수 개가 일렬 배치되는 것으로서, 각각이 대응하는 홀수단 및 짝수단의 변속기어와 치합하는 출력기어; 및
    상기 홀수단 또는 짝수단의 변속기어 중에서 어느 하나가 선택되어 회전력을 출력하는 동안 해당 변속기어의 다음 변속단의 변속기어와 결합하여 프리-셀렉트 상태를 유지하도록 상기 제1 레이샤프트(110) 및 제2 레이샤프트(120) 상에 다수개 마련되는 싱크로 기구(S1~S4);
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 듀얼 전위기어를 배치한 다중클러치 변속기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 클러치(C1)는 상기 제2 클러치(C2) 보다 직경을 크게 하고, 상기 제1 클러치(C1)와 상기 제2 클러치(C2)는 평면을 달리하여 전후로 서로 엇갈리도록 이격하여 배치하되, 상기 제1 클러치(C1)의 하단부와 상기 제2 클러치(C2)의 상단부가 일정 부분 오버랩(d1)되는 것을 특징으로 하는 듀얼 전위기어를 배치한 다중 클러치 변속기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 플라이휠(FW)과 상기 제1 전위기어(F1) 사이의 상기 입력축(210) 상에는 상기 제1 및 제2 클러치(C1,C2) 보다 직경이 큰 메인 클러치(MC)가 마련되는 것을 특징으로 하는 듀얼 전위기어를 배치한 다중 클러치 변속기.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제1 클러치(C1)와 상기 제2 클러치(C2)는 평면을 달리하여 전후로 서로 엇갈리도록 이격하여 배치하되, 상기 제1 클러치(C1)의 하단부와 상기 제2 클러치(C2)의 상단부가 일정 부분 오버랩(d2)되는 것을 특징으로 하는 듀얼 전위기어를 배치한 다중 클러치 변속기.
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