KR101509984B1

KR101509984B1 - 차량용 변속기

Info

Publication number: KR101509984B1
Application number: KR20130144017A
Authority: KR
Inventors: 김천옥; 어순기
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2013-11-25
Filing date: 2013-11-25
Publication date: 2015-04-07

Abstract

본 발명은 중공축 상에 구비되는 구동기어의 강도 확보를 위해 구동기어 및 피동기어의 직경이 커지고 이들 사이의 축간 거리가 증가하여 변속기의 부피 및 중량이 증가하게 되는 것을 방지하면서 원하는 다수의 변속단을 구현할 수 있도록 함으로써, 변속기의 차량에의 탑재성을 향상시키고 차량의 연비를 향상시킬 수 있도록 하고, 변속중 토크 단절 현상에 의한 변속감 저하 현상을 극복하여 우수한 변속품질을 구현할 수 있도록 한다.

Description

차량용 변속기{TRANSMISSION FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 변속기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 동기치합식 변속메커니즘을 활용하면서 변속시 토크 단절 현상을 극복할 수 있도록 하는 변속기 구조에 관한 기술이다.

차량에 탑재되는 변속기는 그 소요되는 부품의 수와 중량 및 전체 길이와 부피의 축소가 개발의 주요한 과제이다.

변속기의 부피는 차량에의 탑재성에 영향을 미치고, 중량은 차량의 연비에 큰 영향을 주게 되는 인자이다.

한편, 본 발명은 두 변속기어가 서로 외접하여 맞물리고, 동기장치에 의해 선택된 변속기어를 통해 동력을 전달하도록 구성된 동기치합식 변속기 메커니즘을 기본으로 한다.

상기한 바와 같은 동기치합식 변속기는, 변속 시 이전에 동력 전달을 담당하던 변속기어로부터 동기장치를 해제하고 새로 동력을 전달할 변속기어로 동기장치를 체결하는 동안, 동력의 전달이 차단되는 토크 단절 현상이 필연적으로 발생하여, 변속감을 저하시키는 주된 원인이 되고 있으며, 이러한 원인에 따른 변속감 저하 현상은 차속이 낮은 1내지 3단 정도의 저단에서는 큰 문제가 되지만, 고속에서는 운전자가 비교적 덜 느끼게 되는 경향이 있다.

도 1은 상기한 바와 같은 종래 동기치합식 변속기의 단점을 극복하기 위해 연구되고 있는 변속기의 구조를 도시한 것으로서, 엔진으로부터 동력을 상시 전달받는 제1입력축(500)과, 제1클러치(502)를 통해 엔진의 동력을 전달받을 수 있도록 상기 제1입력축(500) 외측을 감싸는 중공축으로 이루어진 제2입력축(504)을 구비하여, 상기 제1입력축(500)에는 2단구동기어(506)가 제2클러치(508)를 통해 동력을 전달받도록 배치되어 있고, 상기 제2입력축(504)에는 2단을 제외한 1, 3, 4, 5, 6단의 구동기어가 배치되어 있어서, 1단과 2단 변속시 상기 제1클러치(502)를 해제하면서 상기 제2클러치(508)를 체결하면 토크단절 현상 없이 2단으로의 변속이 이루어질 수 있으며, 2단과 3단변속시에도 미리 3단 동기장치를 체결한 상태에서 제2클러치(508)를 해제하면서 제1클러치(502)를 체결하면 토크 단절 현상을 배제할 수 있도록 된 것이다.

참고로, 도 1에는 상기 변속기에서 1단 출력이 형성되는 동력 흐름을 점선으로 도시하고 있으며, R단 출력이 형성되는 동력 흐름을 실선으로 도시하고 있다.

그런데, 상기한 바와 같은 구조의 변속기에서는 상기 1단구동기어(510)가 구비된 제2입력축(504)이 중공축으로 이루어져 있어서, 1단구동기어(510)의 강도 확보를 위해 그 직경이 일정수준 이상 커질 수 밖에 없고, 상기와 같이 1단구동기어(510)의 직경이 커지게 되면 원하는 1단 변속비를 구현하기 위해 상기 1단구동기어(510)에 치합되는 1단피동기어(512)의 직경 및 축간 거리도 함께 커져야 하는데, 이는 변속기의 중량 및 부피를 크게 증대시키게 되는 원인으로 작용한다.

참고로, 미설명 부호 512는 동력을 양쪽 구동륜으로 배분하는 디퍼렌셜을 나타내며, 516은 제1출력축, 518은 제2출력축 520은 후진 아이들러축을 나타낸다.

상기의 발명의 배경이 되는 기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

JP

2004-301139

A

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 중공축 상에 구비되는 구동기어의 강도 확보를 위해 구동기어 및 피동기어의 직경이 커지고 이들 사이의 축간 거리가 증가하여 변속기의 부피 및 중량이 증가하게 되는 것을 방지하면서 원하는 다수의 변속단을 구현할 수 있도록 함으로써, 변속기의 차량에의 탑재성을 향상시키고 차량의 연비를 향상시킬 수 있도록 하고, 변속중 토크 단절 현상에 의한 변속감 저하 현상을 극복하여 우수한 변속품질을 구현할 수 있도록 한 차량용 변속기를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량용 변속기는

엔진에 직결되는 제1입력축과;

상기 제1입력축을 감싸며 동심축을 이루는 중공축으로 형성된 제2입력축과;

상기 제2입력축으로 상기 엔진의 동력을 단속적으로 공급할 수 있도록 설치된 엔진클러치와;

상기 제1입력축 및 제2입력축에 평행하게 배치되고 하나의 공통된 공용기어로 각각 동력을 인출하도록 된 제1출력축, 제2출력축 및 제3출력축과;

상기 제2입력축에 구비된 제1구동기어와;

상기 제1구동기어로부터의 회전력을 전달받아 후진단을 형성하도록 상기 제3출력축에 회전 가능하게 구비된 R단피동기어와;

상기 제1구동기어와 상기 R단피동기어 사이에 치합되어 상기 제1구동기어의 회전력을 상기 R단피동기어로 전달하도록 상기 제2출력축에 구비된 매개기어와;

상기 R단피동기어를 상기 제3출력축에 연결하거나 해제할 수 있도록 상기 제3출력축에 구비된 R단동기장치와;

상기 R단피동기어와 일체로 형성된 전달기어와;

상기 전달기어에 치합되어 1단 변속단을 구현하도록 상기 제2출력축에 구비된 1단피동기어;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래 동기치합식 변속기의 단점을 극복하기 위해 연구되고 있는 변속기의 구조를 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 차량용 변속기의 구성을 도시한 도면,
도 3은 도 2의 구성을 축방향에서 본 것을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2와 도 3을 참조하면, 본 발명 차량용 변속기의 실시예는, 엔진(E)에 직결되는 제1입력축(IN-1)과; 상기 제1입력축(IN-1)을 감싸며 동심축을 이루는 중공축으로 형성된 제2입력축(IN-2)과; 상기 제2입력축(IN-2)으로 상기 엔진의 동력을 단속적으로 공급할 수 있도록 설치된 엔진클러치(EC)와; 상기 제1입력축(IN-1) 및 제2입력축(IN-2)에 평행하게 배치되고 하나의 공통된 공용기어(SG)로 각각 동력을 인출하도록 된 제1출력축(OUT-1), 제2출력축(OUT-2) 및 제3출력축(OUT-3)과; 상기 제2입력축(IN-2)에 구비된 제1구동기어(DR1)와; 상기 제1구동기어(DR1)로부터의 회전력을 전달받아 후진단을 형성하도록 상기 제3출력축(OUT-3)에 회전 가능하게 구비된 R단피동기어(PR)와; 상기 제1구동기어(DR1)와 상기 R단피동기어(PR) 사이에 치합되어 상기 제1구동기어(DR1)의 회전력을 상기 R단피동기어(PR)로 전달하도록 상기 제2출력축(OUT-2)에 구비된 매개기어(M)와; 상기 R단피동기어(PR)를 상기 제3출력축(OUT-3)에 연결하거나 해제할 수 있도록 상기 제3출력축(OUT-3)에 구비된 R단동기장치(RS)와; 상기 R단피동기어(PR)와 일체로 형성된 전달기어(T)와; 상기 전달기어(T)에 치합되어 1단 변속단을 구현하도록 상기 제2출력축(OUT-2)에 구비된 1단피동기어(P1)를 포함하여 구성된다.

즉, 1단과 R단을 구현함에 있어서, 중공축인 제2입력축(IN-2)에 1단구동기어를 형성하지 않고, 상기 제1구동기어(DR1)로부터의 동력을 상기 매개기어(M)를 통해 R단피동기어(PR)로 전달하여 후진단을 구현함과 아울러, 상기 매개기어(M)와 R단피동기어(PR)를 통해 전달된 동력을 다시 상기 제2출력축(OUT-2)의 1단피동기어(P1)로 전달하여 1단 변속단을 구현하도록 함으로써, 1단구동기어의 강도 확보를 위해 1단구동기어 및 1단피동기어의 직경이 커지고 이들 사이의 축간 거리가 증가하여 변속기의 부피 및 중량이 증가하게 되는 종래의 문제점을 해결할 수 있도록 한 것이다.

또한, 본 발명은 상기 제1입력축(IN-1)에 2단구동기어(D2)가 구비되고, 상기 2단구동기어(D2)를 상기 제1입력축(IN-1)에 연결하거나 차단할 수 있도록 구비된 보조클러치(AS)와, 상기 2단구동기어(D2)에 치합되어 2단 변속단을 형성하도록 상기 제2출력축(OUT-2)에 구비된 2단피동기어(P2)를 포함하여 구성된다.

본 발명은 1단 내지 3단 사이의 변속시 토크 단절 현상을 배제할 수 있도록 하기 위해 2단 변속단을 1단 및 3단과는 별도의 입력축을 통해 구현하여야 하는 바, 이를 위해 상기 2단구동기어(D2)를 상기 제1입력축(IN-1)에 구비하고, 상기 제2입력축(IN-2)에 의해 1단 및 3단 변속단을 구현할 수 있도록 구성하고 있는 것이다.

즉, 상기 매개기어(M)와 일체로 형성되고 상기 제1구동기어(DR1)와 치합되어 3단의 변속단을 형성하도록 상기 제2출력축(OUT-2)에 회전 가능하게 설치된 3단피동기어(P3)와, 상기 1단피동기어(P1) 또는 3단피동기어(P3)를 상기 제2출력축(OUT-2)에 연결하는 상태와 해제하는 상태를 전환하도록 상기 제2출력축(OUT-2)에 설치된 1＆3단동기장치(1＆3S)를 구비하여 상기 중공축인 제2입력축(IN-2)을 이용하여 1단 및 3단의 변속단이 구현될 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 상기 1단 내지 3단 변속단에 더하여, 5단 변속단까지 구현할 수 있도록 하기 위하여, 상기 제2입력축(IN-2)에 구비된 제2구동기어(DR2) 및 제3구동기어(DR3)와, 상기 제2구동기어(DR2)에 치합되어 4단 변속단을 형성하도록 상기 제1출력축(OUT-1)에 회전 가능하게 설치된 4단피동기어(P4)와, 상기 제3구동기어(DR3)에 치합되어 5단 변속단을 형성하도록 상기 제1출력축(OUT-1)에 회전 가능하게 설치된 5단피동기어(P5)와, 상기 4단피동기어(P4) 또는 5단피동기어(P5)를 상기 제1출력축(OUT-1)에 연결하거나 차단하도록 상기 제1출력축(OUT-1)에 구비된 4＆5단동기장치(4＆5S)를 더 구비하였다.

상기 공용기어(SG)는 디퍼렌셜의 링기어이며, 상기 제1출력축(OUT-1)에는 상기 공용기어(SG)에 치합되는 제1출력기어(O1)가 구비되고, 상기 제2출력축(OUT-2)에는 상기 공용기어(SG)에 치합되는 제2출력기어(O2)가 구비되며, 상기 제3출력축(OUT-3)에는 상기 공용기어(SG)에 치합되는 제3출력기어(O3)가 구비된다.

물론, 상기 공용기어(SG)는 추진축에 연결되는 단순한 기어 등으로 구성할 수도 있을 것이다.

본 실시예에서 후진단의 형성은, 상기 제2입력축(IN-2)의 제1구동기어(DR1)가 제공하는 회전력을 상기 3단피동기어(P3) 및 매개기어(M)를 통해 상기 R단피동기어(PR)로 전달하고, 상기 R단동기장치(RS)를 통해 상기 제3출력축(OUT-3)에 형성된 제3출력기어(O3)를 구동하여 상기 디퍼렌셜로 후진 동력을 인출하도록 되어 있다.

즉, 상기 3단피동기어(P3) 및 매개기어(M)가 회전방향을 한 번 전환시키는 후진아이들러의 기능을 수행하는 것이며, 상기 3단피동기어(P3)와 매개기어(M)를 별도로 형성하여 일체로 구성함에 따라 3단에 필요한 기어비 구현과 후진단 및 1단에 필요한 기어비의 구현이 용이하게 이루어질 수 있도록 한 것이다.

참고로, 도 2 및 도 3에서 굵은 점선은 1단의 변속단 구현시 동력 흐름을 나타내고, 얇은 점선은 R단 구현시의 동력 흐름을 나타낸다.

한편, 본 실시예에서 1단 변속단이 형성되는 상태를 살펴보면, 상기 1＆3단동기장치(1＆3S)가 상기 1단피동기어(P1)를 상기 제2출력축(OUT-2)에 연결하고 있으면, 상기 제2입력축(IN-2)의 제1구동기어(DR1)로부터의 동력이 상기 3단피동기어(P3) 및 매개기어(M)와 R단피동기어(PR) 및 전달기어(T)를 통해 상기 1단피동기어(P1)로 전달되고, 이어서 상기 1＆3단동기장치(1＆3S)를 통해 제2출력축(OUT-2)이 상기 제2출력기어(O2)로 동력을 인출하여 구현된다.

즉, 상기 3단피동기어(P3) 및 매개기어(M)가 하나의 아이들러 역할을 수행함과 아울러, 다시 상기 R단피동기어(PR) 및 전달기어(T)가 또 다른 아이들러의 역할을 수해하여 1단피동기어(P1)에 필요한 동력을 상기 제1구동기어(DR1)로부터 전달받아 전달할 수 있도록 한 것이다.

상기한 바와 같은 1단 변속단 상태로부터 2단 변속단으로 변속시에는, 상기 보조클러치(AS)를 체결하는 방향으로 슬립제어하면서 상기 엔진클러치(EC)를 해제하는 방향으로 슬립제어하여, 상기 엔진으로부터의 토크가 점차 상기 2단구동기어(D2)와 2단피동기어(P2)를 거쳐 상기 제2출력축(OUT-2)을 통해 디퍼렌셜로 인출되도록 하고, 상기 R단동기장치(RS)를 해제함으로써 2단으로의 변속이 완료되며, 이 과정 동안 상기 디퍼렌셜로는 지속적으로 출력토크가 인가되어 토크 단절 현상이 발생하지 않아 변속감이 우수하게 확보되게 된다.

한편, 2단에서 3단으로의 변속시에는 상기 1＆3단동기장치(1＆3S)로 상기 3단피동기어(P3)를 상기 제2출력축(OUT-2)에 연결시킨 상태에서 상기 엔진클러치(EC)를 체결하는 방향으로, 상기 보조클러치(AS)는 해제하는 방향으로 슬립제어하면 결국 토크의 단절 현상을 배재하면서 3단으로의 변속이 완료되게 된다.

참고로 나머지 4단 및 5단의 변속은 종래의 일반적인 동기치합식 변속메커니즘과 같이 상기 엔진클러치(EC)를 해제한 상태에서 이전 변속단의 동기장치를 해제하고 새로운 목표 변속단의 동기장치를 체결한 후 다시 상기 엔진클러치(EC)를 결합하는 방법으로 변속을 수행한다.

따라서, 상기한 바와 같은 4단 및 5단의 변속과정에서는 구동륜의 토크 단절 현상이 필연적으로 발생하지만, 상대적으로 차량의 고속 주행 상황인 고단 변속시에는 이와 같은 토크 단절 현상에 따른 변속감 저하가 크게 느껴지지 않으므로, 전체적인 차량의 변속감은 크게 개선된 것으로 느껴지게 된다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

E; 엔진
IN-1; 제1입력축
IN-2; 제2입력축
EC; 엔진클러치
SG; 공용기어
OUT-1; 제1출력축
OUT-2; 제2출력축
OUT-3; 제3출력축
DR1; 제1구동기어
PR; R단피동기어
M; 매개기어
RS; R단동기장치
T; 전달기어
P1; 1단피동기어
D2; 2단구동기어
AS; 보조클러치
P2; 2단피동기어
P3; 3단피동기어
1＆3S; 1＆3단동기장치
DR2; 제2구동기어
DR3; 제3구동기어
P4; 4단피동기어
P5; 5단피동기어
4＆5S; 4＆5단동기장치
O1; 제1출력기어
O2; 제2출력기어
O3; 제3출력기어

Claims

엔진에 직결되는 제1입력축(IN-1)과;
상기 제1입력축(IN-1)을 감싸며 동심축을 이루는 중공축으로 형성된 제2입력축(IN-2)과;
상기 제2입력축(IN-2)으로 상기 엔진의 동력을 단속적으로 공급할 수 있도록 설치된 엔진클러치(EC)와;
상기 제1입력축(IN-1) 및 제2입력축(IN-2)에 평행하게 배치되고 하나의 공통된 공용기어(SG)로 각각 동력을 인출하도록 된 제1출력축(OUT-1), 제2출력축(OUT-2) 및 제3출력축(OUT-3)과;
상기 제2입력축(IN-2)에 구비된 제1구동기어(DR1)와;
상기 제1구동기어(DR1)로부터의 회전력을 전달받아 후진단을 형성하도록 상기 제3출력축(OUT-3)에 회전 가능하게 구비된 R단피동기어(PR)와;
상기 제1구동기어(DR1)와 상기 R단피동기어(PR) 사이에 치합되어 상기 제1구동기어(DR1)의 회전력을 상기 R단피동기어(PR)로 전달하도록 상기 제2출력축(OUT-2)에 구비된 매개기어(M)와;
상기 R단피동기어(PR)를 상기 제3출력축(OUT-3)에 연결하거나 해제할 수 있도록 상기 제3출력축(OUT-3)에 구비된 R단동기장치(RS)와;
상기 R단피동기어(PR)와 일체로 형성된 전달기어(T)와;
상기 전달기어(T)에 치합되어 1단 변속단을 구현하도록 상기 제2출력축(OUT-2)에 구비된 1단피동기어(P1);
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 변속기.
청구항 1에 있어서,
상기 제1입력축(IN-1)에 구비된 2단구동기어(D2)와;
상기 2단구동기어(D2)를 상기 제1입력축(IN-1)에 연결하거나 차단할 수 있도록 구비된 보조클러치(AS)와;
상기 2단구동기어(D2)에 치합되어 2단 변속단을 형성하도록 상기 제2출력축(OUT-2)에 구비된 2단피동기어(P2);
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 변속기.
청구항 2에 있어서,
상기 매개기어(M)와 일체로 형성되고 상기 제1구동기어(DR1)와 치합되어 3단의 변속단을 형성하도록 상기 제2출력축(OUT-2)에 회전 가능하게 설치된 3단피동기어(P3)와;
상기 1단피동기어(P1) 또는 3단피동기어(P3)를 상기 제2출력축(OUT-2)에 연결하는 상태와 해제하는 상태를 전환하도록 상기 제2출력축(OUT-2)에 설치된 1＆3단동기장치(1＆3S);
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 변속기.
청구항 3에 있어서,
상기 제2입력축(IN-2)에 구비된 제2구동기어(DR2) 및 제3구동기어(DR3)와;
상기 제2구동기어(DR2)에 치합되어 4단 변속단을 형성하도록 상기 제1출력축(OUT-1)에 회전 가능하게 설치된 4단피동기어(P4)와;
상기 제3구동기어(DR3)에 치합되어 5단 변속단을 형성하도록 상기 제1출력축(OUT-1)에 회전 가능하게 설치된 5단피동기어(P5)와;
상기 4단피동기어(P4) 또는 5단피동기어(P5)를 상기 제1출력축(OUT-1)에 연결하거나 차단하도록 상기 제1출력축(OUT-1)에 구비된 4＆5단동기장치(4＆5S)를 더 구비한 것
을 특징으로 하는 차량용 변속기.
청구항 1에 있어서,
상기 공용기어(SG)는 디퍼렌셜의 링기어이며;
상기 제1출력축(OUT-1)에는 상기 공용기어(SG)에 치합되는 제1출력기어(O1)가 구비되고;
상기 제2출력축(OUT-2)에는 상기 공용기어(SG)에 치합되는 제2출력기어(O2)가 구비되며;
상기 제3출력축(OUT-3)에는 상기 공용기어(SG)에 치합되는 제3출력기어(O3)가 구비된 것
을 특징으로 하는 차량용 변속기.