KR101416350B1 - 차량용 자동 변속기의 기어 트레인 - Google Patents

차량용 자동 변속기의 기어 트레인 Download PDF

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Abstract

3개의 단순유성기어셋트를 4개의 클러치와 2개의 브레이크로 조합하여 적어도 전진 8속 이상의 변속단을 구현할 수 있도록 함으로써, 자동 변속기의 구성을 간단히 하고, 동력 전달 성능을 향상시키며, 연비를 저감시킬 수 있도록 한 차량용 자동 변속기의 기어 트레인을 제공함에 있다.
Figure R1020080066249
유성기어셋트, 선기어, 유성 캐리어, 링기어, 클러치, 브레이크

Description

차량용 자동 변속기의 기어 트레인{GEAR TRAIN OF AUTOMATIC TRANSMISSION FOR VEHICLES}
본 발명은 3개의 단순 유성기어셋트를 4개의 클러치와 2개의 브레이크로 조합하여 적어도 전진 8속 이상의 변속단을 구현할 수 있도록 차량용 자동 변속기의 기어 트레인에 관한 것이다.
통상적으로 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 자동변속기는 꾸준한 연구의 관심이 되고 있다.
그리고 동일 변속단을 구현한다고 하더라도 유성기어세트의 조합 방법에 따라 기어 트레인의 내구성, 동력전달효율, 크기 등이 달라지게 되어, 보다 견고하 고, 동력손실이 없으며 보다 컴팩트한 기어 트레인 구성을 발명하기 위한 노력이 항시 진행되고 있다.
특히, 변속단이 많을수록 운전자가 변속을 자주 해주어야 하는 불편이 발생하는 수동 변속기와는 달리 자동 변속기는 운전 상태에 따라 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 실용화되고 있는 실정이며, 그 이상의 변속단을 구현할 수 있는 기어 트레인의 개발이 이루어지고 있다.
이에 따라 본 발명자는 상기와 같은 자동 변속기의 개발에 부응하기 위하여 본 발명을 제안하게 되었으며, 본 발명의 목적은 3개의 단순유성기어셋트를 4개의 클러치와 2개의 브레이크로 조합하여 적어도 전진 8속 이상의 변속단을 구현할 수 있도록 함으로써, 자동 변속기의 구성을 간단히 하고, 동력 전달 성능을 향상시키며, 연비를 저감시킬 수 있도록 한 차량용 자동 변속기의 기어 트레인을 제공함에 있다.
상기의 목적을 실현하기 위하여 본 발명은, 3개의 회전요소(S3)(PC3)(R3)를 갖는 단순유성기어셋트로서, 변속기 하우징(H)과 선택적으로 연결되는 제1 회전요소(N1)와, 입력축(IS)과 선택적으로 연결되는 제2 회전요소(N2)와, 감속 출력이 이루어지는 출력요소로 작동하는 제3 회전요소(N3)를 보유하는 제1 유성기어셋트(PG1)와;
3개의 회전요소(S2)(PC2)(R2)를 갖는 제1 단순 유성기어셋트(SPG1)와, 3개의 회전요소(S3)(PC3)(R3)를 갖는 제2 단순 유성기어셋트(SPG2)를 조합하여 5개의 회전요소(N4)(N5)(N6)(N7)(N8)를 보유하되,
상기 제4 회전요소(N4)는 항시 입력이 이루어질 수 있도록 입력축(IS)과 고정적으로 연결되고, 상기 제5 회전요소(N5)는 제3 회전요소(N3)와 고정적으로 연결되며, 상기 제6 회전요소(N6)는 변속기 하우징(H)과 선택적으로 연결되며, 상기 제7 회전요소(N7)는 제5 회전요소(N5)와 선택적으로 연결됨과 동시에 항시 출력이 이루어질 수 있도록 출력축(OS)을 통해 출력기어(OG)와 고정적으로 연결되고, 상기 제8 회전요소(N8)는 제1 회전요소(N1)와 선택적으로 연결됨과 동시에 제5 회전요소(N5)와 선택적으로 연결되는 제2 유성기어셋트(PG2)와;
상기 회전요소(N1 ~ N8)들을 상호 선택적으로 연결하거나 입력축(IS)과 변속기 하우징(H)에 선택적으로 연결하는 다수의 마찰부재(C1)(C2)(C3)(C4),(B1)(B2)를 포함하여 이루어지는 차량용 자동 변속기의 기어트레인을 제공한다.
상기에서 마찰부재는 입력축(IS)과 제2 회전요소(N2) 사이에 배치되는 제1 클러치(C1)와, 제5 회전요소(N5)와 제7 회전요소(N7)를 선택적으로 연결하는 제2 클러치(C2)와, 제1 회전요소(N1)와 제7 회전요소(N7)를 선택적으로 연결하는 제3 클러치(C3)와, 제5 회전요소(N5)와 제8 회전요소(N8)를 선택적으로 연결하는 제4 클러치(C4)와, 제6 회전요소(N6)와 변속기 하우징(H)을 선택적으로 연결하는 제1 브레이크(B1)와, 제1 회전요소(N1)와 변속기 하우징(H)을 선택적으로 연결하는 제2 브레이크(B2)를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
상기에서 마찰부재들은 전진 1속에서 제1, 2 브레이크(B1)(B2)가 작동하고, 전진 2속에서 제1 브레이크(B1)와 제3 클러치(C3)가 작동하며, 전진 3속에서 제1 브레이크(B1)와 제4 클러치(C4)가 작동하고, 전진 4속에서 제1 브레이크(B1)와 제2 클러치(C2)가 작동하며, 전진 5속에서 제1 브레이크(B1)와 제1 클러치(C1)가 작동하고, 전진 6속에서 제1, 2 클러치(C1)(C2)가 작동하며, 전진 7속에서 제1 클러치(C1)와 제2 브레이크(B2)가 작동하고, 전진 8속에서 제2 클러치(C2)와 제2 브레이크(B2)가 작동하며, 후진 변속단에서 제2 브레이크(B2)와 제4 클러치(C4)가 작동하면서 변속이 이루어짐을 특징으로 한다.
상기와 같이 3개의 단순유성기어세트를 4개의 클러치와 2개의 브레이크로 조합하여 적어도 전진 8속 이상의 변속단을 구현하여 동력 전달 성능을 향상시키고 연비를 향상시킬 수 있게 된다.
그리고 상기 마찰요소를 분산 배치함으로써, 유로의 구성이 용이하게 하고, 각 변속단에서 2개의 마찰요소가 작동하면서 변속이 이루어지도록 함으로써, 오일펌프의 용량 축소와 유압 제어효율을 높일 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 파워 트레인의 구성도로서, 본 발명에 의한 기어 트레인은 동일축선상에 단순 유성기어셋트로 이루어지는 제1 유성기어세트(PG1)와 제1,2 단순 유성기어셋트(SPG1)(SPG2)로 이루어지는 제2 유성기어셋트(PG2)가 배치되고, 이들 회전요소를 4개의 클러치(C1)(C2)(C3)(C4)와 2개의 브레이크(B1)(B2)로 이루어지는 마찰부재로 조합하여 이루어진다.
상기 제1,2 유성기어셋트(PG1)(PG2)를 배치함에 있어서는 제1 유성기어셋트(PG1)가 엔진측으로 배치되고, 후측으로 제2 유성기어셋트(PG2)가 배치되는데, 상기 제2 유성기어셋트(PG2)는 엔진측으로부터 제1,2 단순 유성기어셋트(SPG1)(SPG2)순으로 배치된다.
상기 제1 유성기어셋트(PG1)는 싱글 피니언 유성기어셋트로서, 제1 선기어(S1), 제1 유성 캐리어(PC3), 제1 링기어(R1)로 이루어지는 3개의 회전요소를 보유한다.
상기 제2 유성기어셋트(PG2)를 형성하는 제1 단순유성기어셋트(SPG1)는 더블 피니언 유성기어셋트로서, 제2 선기어(S2), 제2 유성 캐리어(PC2), 제2 링기어(R2)로 이루어지는 3개의 회전요소를 보유한다.
상기 제2 유성기어셋트(PG2)를 형성하는 제2 단순유성기어셋트(SPG2)는 싱글 피니언 유성기어셋트로서, 제3 선기어(S3), 제3 유성 캐리어(PC3), 제3 링기어(R3)로 이루어지는 3개의 회전요소를 보유한다.
상기에서 제1 유성기어셋트(PG1)는 제1 선기어(S1)가 제1 회전요소(N1)로서, 병렬로 배치되는 원웨이 클러치(F)를 포함하는 제2 브레이크(B2)를 개재시켜 변속기 하우징(H)과 가변적으로 연결되어 선택적인 고정요소로 작동하게 된다.
상기에서 원웨이 클러치(F)는 공지에서와 같이 제1 회전요소(N1)의 역회전을 억제하는 것으로서 제1 회전요소(N1)의 정회전시에는 회전에 아무런 간섭을 하지 않게 된다.
상기 제1 유성 캐리어(PC1)는 제2 회전요소(N2)로서, 제1 클러치(C1)를 개재시켜 입력축(IS)과 가변적으로 연결되어 선택적인 입력요소로 작동하게 된다.
상기 제1 링기어(R1)는 제3 회전요소(N3)로서, 출력요소로 작동하게 된다.
이에 따라 상기 제2 회전요소(N2)로 입력이 이루어지는 상태에서 제1 회전요소(N1)가 고정요소로 작동하게 되면 제3 회전요소(N2)를 통해 감속 출력이 이루어지게 된다.
또한, 상기 제2 회전요소(N2)로 이루어지는 상태에서 제1 회전요소(N1)가 고정요소로 작동하지 않는 경우에는 상기 제1, 3 회전요소(N1)(N3)가 연결되어 있는 제2 유성기어셋트(PG2)를 구성하는 회전요소의 회전 조건에 따라 공전을 하게 되며, 어떠한 경우에도 증속은 이루어지지 않는다.
상기 제2 유성기어셋트(PG2)를 구성하는 제1,2 단순 유성기어셋트(SPG1)(SPG2)는 제2,3 선기어(S2)(S3)가 제1 동력전달부재(TS1)를 통해 직접적으로 연결된다.
이에 따라 제2 유성 캐리어(PC2)가 제4 회전요소(N4), 제2 링기어(R2)가 제5 회전요소(N5), 제2,3 선기어(S2)(S3)가 제6 회전요소(N6), 제3 유성 캐리어(PC3)가 제7 회전요소(N7), 제3 링기어(R3)가 제8 회전요소(N8)로 구성된다.
상기에서 제4 회전요소(N4)는 입력축(IS)과 직접적으로 연결되어 항시 입력요소로 작동하게 된다.
제5 회전요소(N5)는 제2 동력전달부재(TS2)를 통해 상기 제3 회전요소(N3)와 직접적으로 연결되어 선택적으로 감속 입력이 이루어지는 감속 입력요소로 작동하고, 감속 입력이 이루어지지 않는 자유 상태에서는 제3 회전요소(N3)와 함께 공전요소로 작동하게 된다.
제6 회전요소(N6)는 제1 브레이크(B1)를 포함하는 제3 동력전달부재(TS3)를 통해 변속기 하우징(H)과 가변적으로 연결되어 선택적인 고정요소로 작동하게 된다.
제7 회전요소(N7)는 출력(OS)을 통해 출력기어(OG)와 연결되어 항시 출력요소로 작동함과 동시에 제2 클러치(C2)를 포함하는 제4 동력전달부재(TS4)를 통해 제5 회전요소(N5)와 가변적으로 연결되고, 제3 클러치(C3)를 포함하는 제5 동력전달부재(TS5)를 통해 제1 회전요소(N1)와 가변적으로 연결된다.
제8 회전요소(N8)는 제6 동력전달부재(TS6)를 통해 제2 회전요소(N2)와 직접적으로 연결됨과 동시에 제4 클러치(C4)를 포함하는 제7 동력전달부재(TS7)를 통해 제5 회전요소(N5)와 선택적으로 연결되어 상기 제1 유성기어셋트(PG2)로부터 동속 입력 또는 감속 입력이 이루어지게 된다.
상기에서 입력축(IS)은 입력부재로서 토크 컨버터의 터빈축을 의미하며, 이 는 엔진의 크랭크 축으로부터의 회전 동력이 토크 컨버터를 통해 토크 변환이 이루어지면서 입력되고, 출력축(OS)은 출력기어(OG)를 통해 미도시한 공지의 차동장치로 동력을 전달하여 구동륜을 구동시키게 된다.
상기에서 제1,2,3,4 클러치(C1)(C2)(C3)(C4)와 제1,2 브레이크(B1)(B2)는 유압에 의하여 마찰 결합되는 다판식 유압 마찰 결합 유닛으로 이루어지는 것이 통상적이다.
또한, 상기와 같은 마찰부재를 배치함에 있어서는 제1, 3 클러치(C1)(C3)와 제2 브레이크(B2)는 제1 유성기어셋트(PG1)와 엔진 사이에 배치되고, 제2,4 클러치(C2)(C4)는 제2 유성기어셋트(PG2)의 외주측에 배치되며, 제1 브레이크(B1)는 제2 유성기어셋트(PG2)의 후측에 배치된다.
그리고 상기 출력기어(OG)는 제2 유성기어셋트(PG2)와 제1 브레이크((B1) 사이에 배치되며, 상기 제2 유성기어셋트(PG2)의 외주측에 배치되는 제2, 4 클러치(C2)(C4)는 제6 동력전달부재(TS6)의 내주측에 위치하며, 상기 제6 동력전달부재(TS6)은 제5 동력전달부재(TS5)의 내주측에 배치된다.
상기에서와 같이 마찰부재를 변속기의 전후측과 그 중간부에 분산 배치함으로써, 안정된 무게 중심을 유지할 수 있으며, 이들 마찰부재에 유압을 공급할 수 있는 유로를 형성하는 데에 매우 편리하다는 장점이 있다.
도 2는 본 발명에 적용되는 마찰부재 즉, 클러치와 브레이크가 각 변속단에서 작동하는 것을 나타낸 작동표로서, 본 발명의 기어 트레인은 각 변속단에서 2개의 마찰부재가 작동하면서 변속이 이루어짐을 알 수 있다.
즉, 전진 1속에서는 제1, 2 브레이크(B1)(B2)가 작동하고,
전진 2속에서는 상기 전진 1속에서 제2 브레이크(B2)의 작동이 해제되면서 제3 클러치(C3)가 작동하여 제1 브레이크(B1)와 제3 클러치(C3)가 작동하며,
전진 3속에서는 상기 전진 2속에서 제3 클러치(C3)의 작동이 해제되면서 제4 클러치(C4)가 작동하여 제1 브레이크(B1)와 제4 클러치(C4)가 작동하고,
전진 4속에서는 상기 전진 3속에서 제4 클러치(C4)의 작동이 해제되면서 제2 클러치(C2)가 작동하여 제1 브레이크(B1)와 제2 클러치(C2)가 작동하며,
전진 5속에서는 상기 전진 4속에서 제2 클러치(C2)의 작동이 해제되면서 제1 클러치(C1)가 작동하여 제1 브레이크(B1)와 제1 클러치(C1)가 작동하고,
전진 6속에서는 상기 전진 5속에서 제1 브레이크(B1)의 작동이 해제되면서 제2 클러치(C2)가 작동하여 제1, 2 클러치(C1)(C2)가 작동하며,
전진 7속에서는 상기 전진 6속에서 제2 클러치(C2)의 작동이 해제되면서 제2 브레이크(B2)가 작동하여 제1 클러치(C1)와 제2 브레이크(B2)가 작동하고,
전진 8속에서는 상기 전진 7속에서 제1 클러치(C1)의 작동이 해제되면서 제2 클러치(C2)가 작동하여 제2 클러치(C2)와 제2 브레이크(B2)가 작동하며,
후진 변속단에서는 제2 브레이크(B2)와 제4 클러치(C4)가 작동하면서 변속이 이루어지게 된다.
상기 전진 1속에서는 제2 브레이크(B2)를 작동 해제하여 원웨이 클러치(F)가 작동되면서 변속이 이루어질 수 있으며, 전진 6속에서는 제2 클러치(C2) 대신에 제3 클러치(C3) 또는 제4 클러치(C4)를 작동시킬 수 있다.
도 3 내지 도 11은 본 발명에 의한 기어 트레인의 변속과정에서 각 회전요소의 회전상태를 가시적으로 나타낸 변속선도를 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; 제1 선기어(S1)}, 제2 회전요소{N2; 제1 유성 캐리어(PC1)}, 제3 회전요소{N3; 제1 링기어(R1)}로 설정되며, 이들 간격은 제1 유성기어셋트(PG1)의 기어비(선기어의 잇수/링기어의 잇수)에 따라 결정된다.
그리고 제2 유성기어셋트(PG2)의 5개의 세로선은 좌측으로부터 차례로 제4 회전요소{N4; 제2 유성 캐리어(PC2)}, 제5 회전요소{N5; 제2 링기어(R2)}, 제6 회전요소{N6; 제2, 3 선기어(S2)(S3)}, 제7 회전요소{N7; 제3 유성 캐리어(PC3)}, 제8 회전요소{N8; 제3 링기어(R3)}로 설정되며, 이들 간격은 제1, 2 단순 유성기어셋트(SPG1)(SPG2)의 기어비(선기어의 잇수/링기어의 잇수)에 따라 결정되며, 상기와 같은 회전요소의 설정은 기어 트레인의 당업자라면 공지의 내용이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이하, 본 발명에 의한 기어 트레인의 변속과정을 살펴보면 다음과 같다.
[전진 1속]
전진 1속에서는 제1, 2 브레이크(B1)(B2)가 작동 제어된다.
그러면 제1 회전요소(N1)와 제6 회전요소(N6)가 고정요소로 작동하는 상태에서 제4 회전요소(N4)로 입력이 이루어지게 되는데, 이때 제2 회전요소(N2)와 제8 회전요소(N8)가 직접적으로 연결되고, 제3 회전요소(N3)와 제5 회전요소(N5)가 직접적으로 연결되어 있는 바, 제1,2 유성기어셋트(PG1)(PG2)는 상호 보완작동에 의하여 도 3에서와 같이 속도선(SP1-1)(SP2-1)(SP3-1)을 형성하면서 출력요소인 제7 회전요소(N7)를 통해 D1 만큼의 출력이 이루어지게 되어 최대 변속비(입력축(IS)의 회전속도/출력축(Os)의 회전속도)로서, 「3.600」 정도의 전진 1속 변속이 이루어지게 된다.
그리고 상기와 같은 1속 제어 이외에도 제1 브레이크(B1)만을 작동 제어하더라도 원웨이 클러치(F)의 작동에 의하여 제6 회전요소(N6)가 고정요소로 작동하게 되는 바, 동일한 1속 변속이 이루어질 수 있게 된다.
[전진 2속]
전진 2속에서는 상기 전진 1속의 상태에서 제2 브레이크(B2)의 작동이 해제되고, 제3 클러치(C3)가 작동 제어된다.
그러면 제6 회전요소(N6)가 고정요소로 작동하는 상태에서 제4 회전요소(N4)로 입력이 이루어진다.
이때 제2 회전요소(N2)와 제8 회전요소(N8)가 직접적으로 연결되고, 제3 회전요소(N3)와 제5 회전요소(N5)가 직접적으로 연결되어 있는 상태에서 제3 클러치(C3)의 작동으로 제1 회전요소(N1)와 제7 회전요소(N7)가 연결되는 바, 제1,2 유성기어셋트(PG1)(PG2)는 상호 보완작동에 의하여 도 4에서와 같이 속도선(SP1-2)(SP2-2)(SP3-2)을 형성하면서 출력요소인 제7 회전요소(N7)를 통해 D2 만큼의 출력이 이루어지게 되어 상기 전진 1속보다도 변속비가 작은 「2.914」 정도의 전진 2속 변속이 이루어지게 된다.
[전진 3속]
전진 3속에서는 상기 전진 2속에서 작동하던 마찰부재 중 제3 클러치(C3)의 작동이 해제되고, 제4 클러치(C4)가 작동 제어된다.
그러면 제6 회전요소(N6)가 고정요소로 작동하고 있는 상태에서 제4 회전요소(N4)로 입력이 이루어진다.
이때 제2 회전요소(N2)와 제8 회전요소(N8)가 직접적으로 연결되고, 제3 회전요소(N3)와 제5 회전요소(N5)가 직접적으로 연결되어 있는 상태에서 제4 클러치(C4)의 작동으로 제5 회전요소(N5)와 제8 회전요소(N8)가 연결되는 바, 제1,2 유성기어셋트(PG1)(PG2)는 상호 보완작동에 의하여 도 5에서와 같이 속도선(SP1-3)(SP2-3)(SP3-3)을 형성하면서 출력요소인 제7 회전요소(N7)를 통해 D3 만큼의 출력이 이루어지게 되어 상기 전진 2속보다도 변속비가 작은 「2.571」 정도의 전진 3속 변속이 이루어지게 된다.
[전진 4속]
전진 4속에서는 상기 전진 3속에서 작동하던 마찰부재 중 제4 클러치(C4)의 작동이 해제되고, 제2 클러치(C2)가 작동 제어된다.
그러면 제6 회전요소(N6)가 고정요소로 작동하고 있는 상태에서 제4 회전요소(N4)로 입력이 이루어진다.
이때 제2 회전요소(N2)와 제8 회전요소(N8)가 직접적으로 연결되고, 제3 회전요소(N3)와 제5 회전요소(N5)가 직접적으로 연결되어 있는 상태에서 제2 클러 치(C2)의 작동으로 제5 회전요소(N5)와 제7 회전요소(N7)가 연결되는 바, 제1,2 유성기어셋트(PG1)(PG2)는 상호 보완작동에 의하여 도 6에서와 같이 속도선(SP1-4)(SP2-4)(SP3-4)을 형성하면서 출력요소인 제7 회전요소(N7)를 통해 D4 만큼의 출력이 이루어지게 되어 상기 전진 3속보다도 변속비가 작은 「1.714」 정도의 전진 4속 변속이 이루어지게 된다.
[전진 5속]
전진 5속에서는 상기 전진 4속에서 작동하던 마찰부재 중 제2 클러치(C2)의 작동이 해제되고 제1 클러치(C1)가 작동 제어된다.
그러면 제6 회전요소(N4)가 고정요소로 작동하고 있는 상태에서 제4 회전요소(N4)로 입력이 이루어진다.
이때 제2 회전요소(N2)와 제8 회전요소(N8)가 직접적으로 연결되고, 제3 회전요소(N3)와 제5 회전요소(N5)가 직접적으로 연결되어 있는 상태에서 제1 클러치(C1)의 작동으로 제2 회전요소(N2)로 입력이 이루어지게 되는 바, 제1, 2 유성기어셋트(PG1)(PG2)는 상호 보완작동에 의하여 도 7에서와 같이 속도선(SP1-5)(SP2-5)(SP3-5)을 형성하면서 출력요소인 제7 회전요소(N7)를 통해 D5 만큼의 출력이 이루어지게 되어 상기 전진 4속보다도 변속비가 작은 「1.500」 정도의 전진 5속 변속이 이루어지게 된다.
[전진 6속]
전진 6속에서는 상기 전진 5속에서 작동하던 마찰부재 중 제1 브레이크(B1)의 작동이 해제되고, 제2 클러치(C2)가 작동 제어된다.
그러면 제6 회전요소(N6)가 고정요소로 작동하고 있는 상태에서 제2, 4 회전요소(N2)(N4)로 입력이 이루어진다.
이때 제2 회전요소(N2)와 제8 회전요소(N8)가 직접적으로 연결되고, 제3 회전요소(N3)와 제5 회전요소(N5)가 직접적으로 연결되어 있는 상태에서 제2 클러치(C2)의 작동으로 제5 회전요소(N5)와 제7 회전요소(N7)가 연결되는 바, 제1,2 유성기어셋트(PG1)(PG2)가 모두 직결의 상태에서 도 8에서와 같이 속도선(SP1-6)(SP2-6)(SP3-6)을 형성하면서 출력요소인 제7 회전요소(N7)를 통해 D6 만큼의 출력이 이루어지게 되어 입력과 출력이 동일한 「1.000」의 변속비로 전진 6속의 변속이 이루어지게 된다.
그리고 상기에서 제2 클러치(C2) 대신에 제3 클러치(C3) 또는 제4 클러치(C4)를 작동시켜도 제1,2 유성기어셋트(PG1)(PG2)는 모두 직결의 상태가 되어 입력과 동일한 출력이 이루어지면서 전진 6속의 변속을 구현할 수 있게 된다.
[전진 7속]
전진 7속에서는 상기 전진 6속에서 작동하던 마찰부재 중 제2 클러치(C2)의 작동은 해제되고, 제2 브레이크(B2)가 작동 제어된다.
그러면 제1 회전요소(N1)가 고정요소로 작동하고 있는 상태에서 제2, 4 회전요소(N2)(N4)로 입력이 이루어진다.
이때 제2 회전요소(N2)와 제8 회전요소(N8)가 직접적으로 연결되고, 제3 회전요소(N3)와 제5 회전요소(N5)가 직접적으로 연결되는 바, 제1,2 유성기어셋트(PG1)(PG2)가 상호 보완작동에 의하여 도 9에서와 같이 속도선(SP1-7)(SP2- 7)(SP3-7)을 형성하면서 출력요소인 제5 회전요소(N5)를 통해 D7 만큼의 출력이 이루어지게 되어 오버 드라이브 상태인 「0.758」 정도의 전진 7속 변속이 이루어지게 된다.
[전진 8속]
전진 8속에서는 상기 전진 7속에서 작동하던 마찰부재 중 제1 클러치(C1)의 작동이 해제되고, 제2 클러치(C2)가 작동 제어된다.
그러면 제1 회전요소(N1)가 고정요소로 작동하고 있는 상태에서 제4 회전요소(N4)로 입력이 이루어진다.
이때 제2 회전요소(N2)와 제8 회전요소(N8)가 직접적으로 연결되고, 제3 회전요소(N3)와 제5 회전요소(N5)가 직접적으로 연결되어 있는 상태에서 제2 클러치(C2)의 작동으로 제5 회전요소(N5)와 제7 회전요소(N7)가 연결되는 바, 제1,2 유성기어셋트(PG1)(PG2)는 상호 보완작동에 의하여 도 10에서와 같이 속도선(SP1-8)(SP2-8)(SP3-8)을 형성하면서 출력요소인 제7 회전요소(N7)를 통해 D8 만큼의 출력이 이루어지게 되어 오버 드라이브 상태인 「0.592」 정도의 최고 변속단인 전진 8속 변속이 이루어지게 된다.
[후진]
후진 변속단에서는 제4 클러치(C4)와 제2 브레이크(B2)가 작동 제어된다.
그러면 제1 회전요소(N1)가 고정요소로 작동하고 있는 상태에서 제4 회전요소(N4)로 입력이 이루어지게 된다.
이때 제2 회전요소(N2)와 제8 회전요소(N8)가 직접적으로 연결되고, 제3 회 전요소(N3)와 제5 회전요소(N5)가 직접적으로 연결되어 있는 상태에서 제4 클러치(C4)의 작동으로 제5 회전요소(N5)와 제8 회전요소(N8)가 연결되는 바, 제1, 2 유성기어셋트(PG1)(PG2)는 상호 보완작동에 의하여 도 11에서와 같이 속도선(SR1-1)(SR2-1)(SR3-1)을 형성하면서 출력요소인 제7 회전요소(N7)를 통해 REV 만큼의 출력이 이루어지게 되어 변속비 「-2.143」 정도의 후진 변속이 이루어지게 된다.
상기의 각 변속단에서의 변속비는 제1 유성기어셋트(PG1)의 제1 선기어(S1)와 제1 링기어(R1)의 잇수가 10, 25이고, 제1 단순 유성기어셋트(SPG1)의 제2 선기어(S2)와 제2 링기어(R2)의 잇수가 10, 24이며, 제2 단순 유성기어셋트(SPG2)의 제3 선기어(S3)와 제3 링기어(R3)의 잇수가 10, 20로 설정되었을 때를 일 예로 설명하고 있다.
도 12는 본 발명에 의한 제2 실시예를 도시한 것으로서, 상기 제1 실시예에서는 제2 유성기어셋트(PG2)의 제1 단순유성기어셋트(SPG1)를 더블 피니언 유성기어셋트로 구성하고 있으나, 제2 실시예에서는 싱글 피니언 유성기어셋트로 구성한 것이다.
따라서 제2 유성기어셋트(PG2)의 제4 회전요소(N4)가 제2 유성 캐리어(PC2)에서 제2 링기어(R2)로 설정되고, 제5 회전요소(N5)가 제2 링기어(R2)에서 제2 유성 캐리어(PC2)로 설정된다.
상기 구성에 의하여 상기 제2 실시예에 있어서는 제4, 5 회전요소(N4)(N5)의 구성요소가 제1 실시예와 달리할 뿐 그 변속과정은 도3 내지 도 11과 같이 동일하게 이루어지므로 상세한 변속과정의 설명은 생략하기로 한다.
상기에서 본 발명의 기어 트레인에 대한 바람직한 실시예를 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 트레인의 구성도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 의한 기어 트레인에 적용되는 마찰부재의 변속단별 작동도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 의한 기어 트레인의 전진 1속에서 각 회전요소의 회전속도를 도시한 속도선도.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 의한 기어 트레인의 전진 2속에서 각 회전요소의 회전속도를 도시한 속도선도.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 의한 기어 트레인의 전진 3속에서 각 회전요소의 회전속도를 도시한 속도선도.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 의한 기어 트레인의 전진 4속에서 각 회전요소의 회전속도를 도시한 속도선도.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 의한 기어 트레인의 전진 5속에서 각 회전요소의 회전속도를 도시한 속도선도.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 의한 기어 트레인의 전진 6속에서 각 회전요소의 회전속도를 도시한 속도선도.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 의한 기어 트레인의 전진 7속에서 각 회전요소의 회전속도를 도시한 속도선도.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 의한 기어 트레인의 전진 8속에서 각 회전요소의 회전속도를 도시한 속도선도.
도 11은 본 발명의 제1 실시예에 의한 기어 트레인의 후진 변속단에서 각 회전요소의 회전속도를 도시한 속도선도.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 의한 기어 트레인의 구성도이다.

Claims (18)

  1. 3개의 회전요소를 갖는 단순유성기어셋트로서, 변속기 하우징(H)과 선택적으로 연결되는 제1 회전요소(N1)와, 입력축(IS)과 선택적으로 연결되는 제2 회전요소(N2)와, 감속 출력이 이루어지는 출력요소로 작동하는 제3 회전요소(N3)를 보유하는 제1 유성기어셋트(PG1)와;
    3개의 회전요소를 갖는 제1 단순 유성기어셋트(SPG1)와, 3개의 회전요소를 갖는 제2 단순 유성기어셋트(SPG2)를 조합하여 5개의 회전요소(N4)(N5)(N6)(N7)(N8)를 보유하되,
    상기 제4 회전요소(N4)는 항시 입력이 이루어질 수 있도록 입력축(IS)과 고정적으로 연결되고, 상기 제5 회전요소(N5)는 제3 회전요소(N3)와 고정적으로 연결되며, 상기 제6 회전요소(N6)는 변속기 하우징(H)과 선택적으로 연결되며, 상기 제7 회전요소(N7)는 제5 회전요소(N5)와 선택적으로 연결됨과 동시에 항시 출력이 이루어질 수 있도록 출력축(OS)을 통해 출력기어(OG)와 고정적으로 연결되고, 상기 제8 회전요소(N8)는 제1 회전요소(N1)와 선택적으로 연결됨과 동시에 제5 회전요소(N5)와 선택적으로 연결되는 제2 유성기어셋트(PG2)와;
    상기 회전요소(N1 ~ N8)들을 상호 선택적으로 연결하거나 입력축(IS)과 변속기 하우징(H)에 선택적으로 연결하는 다수의 마찰부재(C1)(C2)(C3)(C4),(B1)(B2)를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어트레인.
  2. 제1항에 있어서, 제1,2 유성기어셋트(PG1)(PG2)는 동일축선상에 배치하되, 제1 유성기어셋트(PG1)가 엔진측에 위치하고, 제2 유성기어셋트(PG2)가 그 후측에 배치됨을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인.
  3. 제1항에 있어서, 마찰부재는 입력축(IS)과 제2 회전요소(N2) 사이에 배치되는 제1 클러치(C1)와, 제5 회전요소(N5)와 제7 회전요소(N7)를 선택적으로 연결하는 제2 클러치(C2)와, 제1 회전요소(N1)와 제7 회전요소(N7)를 선택적으로 연결하는 제3 클러치(C3)와, 제5 회전요소(N5)와 제8 회전요소(N8)를 선택적으로 연결하는 제4 클러치(C4)와, 제6 회전요소(N6)와 변속기 하우징(H)을 선택적으로 연결하는 제1 브레이크(B1)와, 제1 회전요소(N1)와 변속기 하우징(H)을 선택적으로 연결하는 제2 브레이크(B2)를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인.
  4. 제3항에 있어서, 제1, 3 클러치(C1)(C3)와 제2 브레이크(B2)는 엔진과 제1 유성기어셋트(PG1) 사이에 배치되고, 제2,4 클러치(C2)(C4)는 제2 유성기어셋트(PG2)의 외주측에 배치되며, 제1 브레이크(B1)는 제2 유성기어셋트(PG2)의 후측에 배치됨을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서, 출력기어는 제2 유성기어셋트(PG2)와 제1 브레이크(B1)의 사이에 배치됨을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인.
  6. 제3항에 있어서, 마찰부재들은
    전진 1속에서 제1, 2 브레이크(B1)(B2)가 작동하고,
    전진 2속에서 제1 브레이크(B1)와 제3 클러치(C3)가 작동하며,
    전진 3속에서 제1 브레이크(B1)와 제4 클러치(C4)가 작동하고,
    전진 4속에서 제1 브레이크(B1)와 제2 클러치(C2)가 작동하며,
    전진 5속에서 제1 브레이크(B1)와 제1 클러치(C1)가 작동하고,
    전진 6속에서 제1, 2 클러치(C1)(C2)가 작동하며,
    전진 7속에서 제1 클러치(C1)와 제2 브레이크(B2)가 작동하고,
    전진 8속에서 제2 클러치(C2)와 제2 브레이크(B2)가 작동하며,
    후진 변속단에서 제2 브레이크(B2)와 제4 클러치(C4)가 작동하면서 변속이 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인.
  7. 제6항에 있어서, 전진 1속에서 제1 브레이크(B1)만 작동함을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인.
  8. 제6항에 있어서, 전진 6속에서 제1 클러치(C1)와 제3 클러치(C3)가 작동됨을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인.
  9. 제6항에 있어서, 전진 6속에서 제1 클러치(C1)와 제4 클러치(C4)가 작동됨을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인.
  10. 싱글 피니언 유성기어셋트로서, 변속기 하우징(H)과 선택적으로 연결되는 제1 선기어(S1)로 이루어지는 제1 회전요소(N1)와, 입력축(IS)과 선택적으로 연결되는 제1 유성 캐리어(PC1)로 이루어지는 제2 회전요소(N2)와, 감속 출력이 이루어지는 제1 링기어(R1)로 이루어지는 제3 회전요소(N3)를 보유하는 제1 유성기어셋트(PG1)와;
    더블 피니언 유성기어셋트로 이루어지는 제1 단순 유성기어셋트(SPG1)와, 싱글 피니언 유성기어셋트로 이루어지는 제2 단순 유성기어셋트(SPG2)를 조합하여 5개의 회전요소(N4)(N5)(N6)(N7)(N8)를 보유하되,
    제2 유성 캐리어(PC2)로 이루어지는 제4 회전요소는 항시 입력이 이루어질 수 있도록 입력축(IS)과 고정적으로 연결되고, 제2 링기어(R2)로 이루어지는 제5 회전요소(N5)는 제3 회전요소(N3)와 고정적으로 연결되며, 제2, 3 선기어(S2)(S3)로 이루어지는 제6 회전요소(N6)는 변속기 하우징(H)과 선택적으로 연결되며, 제3 유성 캐리어(PC3)로 이루어지는 제7 회전요소(N3)는 제5 회전요소(N5)와 선택적으로 연결됨과 동시에 항시 출력이 이루어질 수 있도록 출력축(OS)을 통해 출력기어(OG)와 고정적으로 연결되고, 제3 링기어(R3)로 이루어지는 제8 회전요소(N8)는 제1 회전요소(N1)와 선택적으로 연결됨과 동시에 제5 회전요소(N5)와 선택적으로 연결되는 제2 유성기어셋트(PG2)와;
    상기 회전요소(N1 ~ N8)들을 상호 선택적으로 연결하거나 입력축(IS)과 변속 기 하우징(H)에 선택적으로 연결하는 다수의 마찰부재(C1)(C2)(C3)(C4),(B1)(B2)를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어트레인.
  11. 제10항에 있어서, 마찰부재는 입력축(IS)과 제2 회전요소(N2) 사이에 배치되는 제1 클러치(C1)와, 제5 회전요소(N5)와 제7 회전요소(N7)를 선택적으로 연결하는 제2 클러치(C2)와, 제1 회전요소(N1)와 제7 회전요소(N7)를 선택적으로 연결하는 제3 클러치(C3)와, 제5 회전요소(N5)와 제8 회전요소(N8)를 선택적으로 연결하는 제4 클러치(C4)와, 제6 회전요소(N6)와 변속기 하우징(H)을 선택적으로 연결하는 제1 브레이크(B1)와, 제1 회전요소(N1)와 변속기 하우징(H)을 선택적으로 연결하는 제2 브레이크(B2)를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인.
  12. 제11항에 있어서, 제1, 2 클러치(C1)(C3)와 제2 브레이크(B2)는 엔진과 제1 유성기어셋트(PG1) 사이에 배치되고, 제2,4 클러치(C2)(C4)는 제2 유성기어셋트(PG2)의 외주측에 배치되며, 제1 브레이크(B1)는 제2 유성기어셋트(PG2)의 후측에 배치됨을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인.
  13. 제10항 또는 제12항에 있어서, 출력기어는 제2 유성기어셋트(PG2)와 제1 브레이크(B1)의 사이에 배치됨을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인.
  14. 제11항에 있어서, 마찰부재들은
    전진 1속에서 제1, 2 브레이크(B1)(B2)가 작동하고,
    전진 2속에서 제1 브레이크(B1)와 제3 클러치(C3)가 작동하며,
    전진 3속에서 제1 브레이크(B1)와 제4 클러치(C4)가 작동하고,
    전진 4속에서 제1 브레이크(B1)와 제2 클러치(C2)가 작동하며,
    전진 5속에서 제1 브레이크(B1)와 제1 클러치(C1)가 작동하고,
    전진 6속에서 제1, 2 클러치(C1)(C2)가 작동하며,
    전진 7속에서 제1 클러치(C1)와 제2 브레이크(B2)가 작동하고,
    전진 8속에서 제2 클러치(C2)와 제2 브레이크(B2)가 작동하며,
    후진 변속단에서 제2 브레이크(B2)와 제4 클러치(C4)가 작동하면서 변속이 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인.
  15. 제14항에 있어서, 전진 1속에서 제1 브레이크(B1)만 작동함을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인.
  16. 제14항에 있어서, 전진 6속에서 제1 클러치(C1)와 제3 클러치(C3)가 작동됨을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인.
  17. 제14항에 있어서, 전진 6속에서 제1 클러치(C1)와 제4 클러치(C4)가 작동됨을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인.
  18. 제10항에 있어서, 제2 유성기어셋트(PG2)는 싱글 피니언 유성기어셋트로 이루어지는 제1, 2 단순 유성기어셋트(SPG1)(SPG2)를 5개의 회전요소(N4)(N5)(N6)(N7)(N8)를 보유하되,
    제2 링기어(R2)로 이루어지는 제4 회전요소는 항시 입력이 이루어질 수 있도록 입력축(IS)과 고정적으로 연결되고, 제2 유성 캐리어(PC2)로 이루어지는 제5 회전요소(N5)는 제3 회전요소(N3)와 고정적으로 연결되며, 제2, 3 선기어(S2)(S3)로 이루어지는 제6 회전요소(N6)는 변속기 하우징(H)과 선택적으로 연결되며, 제3 유성 캐리어(PC3)로 이루어지는 제7 회전요소(N3)는 제5 회전요소(N5)와 선택적으로 연결됨과 동시에 항시 출력이 이루어질 수 있도록 출력축(OS)을 통해 출력기어(OG)와 고정적으로 연결되고, 제3 링기어(R3)로 이루어지는 제8 회전요소(N8)는 제1 회전요소(N1)와 선택적으로 연결됨과 동시에 제5 회전요소(N5)와 선택적으로 연결됨을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인.
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JP2003130152A (ja) 2001-10-30 2003-05-08 Toyota Motor Corp 自動変速機
JP2005106260A (ja) 2003-10-02 2005-04-21 Toyota Motor Corp 車両用遊星歯車式多段変速機

Patent Citations (3)

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