KR101673327B1

KR101673327B1 - 차량용 자동 변속기의 기어 트레인

Info

Publication number: KR101673327B1
Application number: KR1020100051452A
Authority: KR
Inventors: 서강수; 황성욱
Original assignee: 현대자동차 주식회사; 기아자동차 주식회사
Priority date: 2010-05-31
Filing date: 2010-05-31
Publication date: 2016-11-08
Also published as: US8328678B2; KR20110131816A; DE102010060802A1; CN102261437A; US20110294617A1; CN102261437B; DE102010060802B4

Abstract

본 발명은 4개의 단순유성기어셋트를 4개의 클러치와 2개의 브레이크로 조합하여 각 변속단에서 3개의 마찰부재가 작동되면서 전진 10속과 후진 1속을 구현할 수 있도록 함으로써, 동력 전달 성능을 향상시키고 연비를 저감시킬 수 있도록 한 차량용 자동 변속기의 기어 트레인을 제공한다.

Description

차량용 자동 변속기의 기어 트레인{GEAR TRAIN OF AUTOMATIC TRANSMISSION FOR VEHICLES}

본 발명은 4개의 단순유성기어셋트를 4개의 클러치와 2개의 브레이크로 조합하여 적어도 전진 10속과 후진 1속의 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 견고하고, 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 4개의 단순유성기어셋트를 4개의 클러치와 2개의 브레이크로 조합하여 적어도 전진 10속 및 후진 1속의 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, 청구범위 제1항에서와 같이 각각 3개씩의 작동요소(S1,PC1,R1),(S2,PC2,R2),(S3,PC3,R3),(S4,PC4,R4)를 갖는 제1,2,3,4 유성기어셋트(PG1)(PG2)(PG3)(PG4)를 조합함에 있어서,

상기 제1 유성기어셋트(PG1)의 하나의 작동요소를 제1 동력전달부재(TM1)를 통해 제2 유성기어셋트(PG2)의 하나의 작동요소와 연결하고, 제2 유성기어셋트(PG2)의 다른 하나의 작동요소를 제2 동력전달부재(TM2)를 통해 제3 유성기어셋트(PG3)의 하나의 작동요소와 연결하며, 상기 제3 유성기어셋트(PG3)의 다른 하나의 작동요소를 제3 동력전달부재(TM3)를 통해 제4 유성기어셋트(PG4)의 다른 하나의 작동요소와 연결하고, 상기 제4 유성기어셋트(PG4)의 다른 하나의 작동요소를 제4 동력전달부재(TM4)를 통해 제1 유성기어셋트(PG1)의 다른 하나의 작동요소와 연결하여 전체적으로 8개의 회전요소(N1 ~ N8)를 보유토록 조합하되,

상기 8개의 회전요소(N1 ~ N8)는 제2 링기어(R2)와 직접 연결되는 입력축(IS)으로 이루어지는 제1 회전요소(N1)와, 제3 링기어(R3)와 제3 동력전달부재(TM3)로 연결된 제4 유성 캐리어(PC4)와 연결되는 출력축(OS)으로 이루어지는 제2 회전요소(N2)와, 제1,2 선기어(S1)(S2)를 연결하는 제1 동력전달부재(TM1)로 이루어지는 제3 회전요소(N3)와, 제1 링기어(R1)로 이루어지는 제4 회전요소(N4)와, 제2 유성캐리어(PC2)와 제3 선기어(S3)를 연결하는 제2 동력전달부재(TM2)로 이루어지는 제5 회전요소(N5)와, 제1 유성 캐리어(PC1)와 제4 링기어(R4)를 연결하는 제4 동력전달부재(TM4)로 이루어지는 제6 회전요소(N6)와, 제3 유성 캐리어(PC3)로 이루어지는 제7 회전요소(N7)와, 제4 선기어(S4)로 이루어지는 제8 회전요소(N8)로 이루어지며,

상기 회전요소(N1~N8)들 중 일부를 상호 가변 연결하여 주는 제1,2,3,4 클러치(C1)(C2)(C3)(C4)와, 상기 회전요소(N1~N8)중 일부를 변속기 하우징(H)과 가변 연결하여 주는 제1,2 브레이크(B1)(B2)로 이루어지는 다수의 마찰부재를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인을 제공한다.

상기에서 제1,2,3,4 유성기어셋트(PG1)(PG2)(PG3)(PG4)는 청구범위 제2항에서와 같이 제1 유성기어셋트(PG1)가 엔진측에 위치하고, 그 후측으로 제2,3,4(PG2)(PG3)(PG4)가 순차적으로 배치됨을 특징으로 한다.

상기에서 제1,3,4 유성기어셋트(PG1)(PG3)(PG4)는 청구범위 제3항에서와 같이 싱글 피니언 유성기어셋트로 이루어지고, 제2 유성기어셋트(PG2)는 더블 피니언 유성기어셋트로 이루어짐을 특징으로 한다.

상기에서 마찰부재는 청구범위 제4항에서와 같이 제6 회전요소(N6)와 제7 회전요소(N7)를 선택적으로 연결하는 제1 클러치(C1)와; 제5 회전요소(N5)와 제8 회전요소(N8)를 선택적으로 연결하는 제2 클러치(C2)와; 제1 회전요소(N1)와 제8 회전요소(N8)를 선택적으로 연결하는 제3 클러치(C3)와; 제5 회전요소(N5)와 제6 회전요소(N6)를 선택적으로 연결하는 제4 클러치(C4)와; 제4 회전요소(N4)와 변속기 케이스(H)를 선택적으로 연결하는 제1 브레이크(B1)와; 제3 회전요소(N3)와 변속기 케이스(H)를 선택적으로 연결하는 제2 브레이크(B2)를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다

상기에서 제1,2 브레이크(B1)(B2)는 청구범위 제5항에서와 같이 제1 유성기어셋트(PG1)의 외주측에 배치되고, 제1,2,3,4 클러치(C1)(C2)(C3)(C4()는 제2,3 유성기어셋트(PG2)(PG3) 사이에 후측에 배치됨을 특징으로 한다.

상기에서 마찰부재는 청구범위 제6항에서와 같이 전진 1속에서 제3 클러치(C3)와 제1, 2 브레이크(B1)(B2)가 작동되고, 전진 2속에서 제2 클러치(C2)와 제1, 2 브레이크(B1)(B2)가 작동되며, 전진 3속에서 제2, 3 클러치(C2)(C3)와 제1 브레이크(B1)가 작동되고, 전진 4속에서 제2, 4 클러치(C2)(C4)와 제1 브레이크(B1)가 작동되며, 전진 5속에서 제3, 4 클러치(C3)(C4)와 제1 브레이크(B1)가 작동되고, 전진 6속에서 제1, 3 클러치(C1)(C3)와 제1 브레이크(B1)가 작동되며, 전진 7속에서 제1, 2, 3 클러치(C1)(C2)(C3)가 작동되고, 전진 8속에서 제1, 3 클러치(C1)(C3)와 제2 브레이크(B2)가 작동되며, 전진 9속에서 제3, 4 클러치(C3)(C4)와 제2 브레이크(B2)가 작동되고, 전진 10속에서 제1, 4 클러치(C1)(C4)와 제2 브레이크(B2)가 작동되며, 후진에서 제1 클러치(C1)와 제1,2 브레이크(B1)(B2)가 작동되면서 변속이 이루어짐을 특징으로 한다.

상기와 같이 4개의 단순유성기어세트를 4개의 클러치와 2개의 브레이크로 조합하여 각 변속단에서 3개의 마찰부재가 작동 제어되면서 전진 10속 및 후진 1속 변속단을 구현하여 동력 전달 성능을 향상시키고 연비를 향상시킬 수 있게 된다.

그리고 다수의 마찰부재를 2개소에 집중 배치함으로써, 마찰부재의 컴팩하게 구성할 수 있게 되어 자동 변속기의 부피를 작게 할 수 있게 되는 것이다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위한 것으로 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니 된다.
도 1은 본 발명에 의한 기어 트레인의 구성도.
도 2는 본 발명에 적용되는 마찰부재의 각 변속단별 작동표.
도 3은 본 발명에 의한 기어 트레인의 전진 1속 변속선도.
도 4는 본 발명에 의한 기어 트레인의 전진 2속 변속선도.
도 5는 본 발명에 의한 기어 트레인의 전진 3속 변속선도.
도 6은 본 발명에 의한 기어 트레인의 전진 4속 변속선도.
도 7은 본 발명에 의한 기어 트레인의 전진 5속 변속선도.
도 8은 본 발명에 의한 기어 트레인의 전진 6속 변속선도.
도 9는 본 발명에 의한 기어 트레인의 전진 7속 변속선도.
도 10은 본 발명에 의한 기어 트레인의 전진 8속 변속선도.
도 11은 본 발명에 의한 기어 트레인의 전진 9속 변속선도.
도 12는 본 발명에 의한 기어 트레인의 전진 10속 변속선도.
도 13은 본 발명에 의한 기어 트레인의 후진 변속선도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 부여한다.

하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명에 의한 기어 트레인의 구성도로서, 본 발명에 의한 기어 트레인은 동일축선상에 배치되는 제1, 2, 3, 4 유성기어세트(PG1)(PG2)(PG3)(PG4)와, 4개의 클러치(C1)(C2)(C3)(C4)로 이루어지는 클러치 수단과, 그리고 2개의 브레이크(B1)(B2)로 이루어지는 브레이크 수단을 포함하여 이루어진다.

이에 따라 입력축(IS)을 통해 입력되는 회전동력이 상기 제1, 2, 3, 4 유성기어셋트(PG1)(PG2)(PG3)(PG4)의 상호 보완작용에 의해 변속되어 출력축(OS)을 통해 출력되는데, 상기 제1 유성기어셋트(PG1)가 엔진측으로 배치되고, 그 후측으로 제2, 3, 4 유성기어셋트(PG2)(PG3)(PG4)가 순차적으로 배치된다.

상기에서 입력축(IS)은 입력부재로서 토크 컨버터의 터빈축을 의미하며, 이는 엔진의 회전 동력이 토크 컨버터를 통해 토크 변환이 이루어지면서 입력되고, 출력축(OS)은 출력부재로서 공지의 차동장치를 통해 구동륜을 구동시키게 된다.

상기 제1 유성기어셋트(PG1)는 싱글 피니언 유성기어셋트로서, 공지와 같이 선기어, 유성 캐리어, 링기어로 이루어지는 3개의 회전요소를 보유하며, 설명의 편의상 상기 선기어를 제1 선기어(S1), 유성 캐리어를 제1 유성 캐리어(PC1), 링기어를 제1 링기어(R1)로 지칭한다.

상기 제2 유성기어셋트(PG2)는 더블 피니언 유성기어셋트로서, 공지와 같이 선기어, 유성 캐리어, 링기어로 이루어지는 3개의 작동요소를 보유하며, 설명의 편의상 상기 선기어를 제2 선기어(S2), 유성 캐리어를 제2 유성 캐리어(PC2), 링기어를 제2 링기어(R2)로 지칭한다.

상기 제3 유성기어셋트(PG3)는 싱글 피니언 유성기어셋트로서, 공지와 같이 선기어, 유성 캐리어, 링기어로 이루어지는 3개의 작동요소를 보유하며, 설명의 편의상 상기 선기어를 제3 선기어(S3), 유성 캐리어를 제3 유성 캐리어(PC3), 링기어를 제3 링기어(R3)로 지칭한다.

상기 제4 유성기어셋트(PG4)는 싱글 피니언 유성기어셋트로서, 공지와 같이 선기어, 유성 캐리어, 링기어로 이루어지는 3개의 작동요소를 보유하며, 설명의 편의상 상기 선기어를 제4 선기어(S4), 유성 캐리어를 제3 유성 캐리어(PC4), 링기어를 제4 링기어(R4)로 지칭한다.

상기와 같은 제1,2,3,4 유성기어셋트(PG1)(PG2)(PG3)(PG4)의 각 작동요소를 상호 연결함에 있어서는 제1 유성기어셋트(PG1)의 하나의 작동요소가 제1 동력전달부재(TM1)를 통해 제2 유성기어셋트(PG2)의 하나의 작동요소와 연결되고, 제2 유성기어셋트(PG2)의 다른 하나의 작동요소가 제2 동력전달부재(TM2)를 통해 제3 유성기어셋트(PG3)의 하나의 작동요소와 연결되며, 상기 제3 유성기어셋트(PG3)의 다른 하나의 작동요소가 제3 동력전달부재(TM3)를 통해 제4 유성기어셋트(PG4)의 다른 하나의 작동요소와 연결되고, 상기 제4 유성기어셋트(PG4)의 다른 하나의 작동요소가 제4 동력전달부재(TM4)를 통해 제1 유성기어셋트(PG1)의 다른 하나의 작동요소와 연결된다.

보다 구체적으로는 제1 선기어(S1)와 제2 선기어(S2)가 제1 동력전달부재(TM1)로 직접 연결되고, 제2 유성 캐리어(PC2)와 제3 선기어(S3)가 제2 동력전달부재(TM2)로 직접 연결되며, 제3 링기어(R3)와 제4 유성 캐리어(PC4)가 제3 동력전달부재(TM3)로 직접 연결되고, 제1 유성 캐리어(PC1)와 제4 링기어(R4)가 제4 동력전달부재(TM4)로 직접 연결됨으로써, 8개의 회전요소(N1 ~ N8)를 갖는다.

이에 따라 상기 제1 회전요소(N1)는 제2 링기어(R2)와 직접 연결되는 입력축(IS)으로 이루어지며, 제2 회전요소(N2)는 제3 링기어(R3)와 제3 동력전달부재(TM3)로 연결된 제4 유성 캐리어(PC4)와 연결되는 출력축(OS)으로 이루어진다.

그리고 제3 회전요소(N3)는 제1,2 선기어(S1)(S2)를 연결하는 제1 동력전달부재(TM1)로 이루어지고, 제4 회전요소(N4)는 제1 링기어(R1)로 이루어지며, 제5 회전요소(N5)는 제2 유성캐리어(PC2)와 제3 선기어(S3)를 연결하는 제2 동력전달부재(TM2)로 이루어진다.

또한 제6 회전요소(N6)는 제1 유성 캐리어(PC1)와 제4 링기어(R4)를 연결하는 제4 동력전달부재(TM4)로 이루어지고, 제7 회전요소(N7)는 제3 유성 캐리어(PC3)로 이루어지며, 제8 회전요소(N8)는 제4 선기어(S4)로 이루어지게 된다.

그리고 상기의 각 회전요소를 선택적으로 가변 연결하여 주는 제1,2,3,4 클러치(C1)(C2)(C3)(C4)와 제1, 2 브레이크(B1)(B2)의 연결 관계를 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 제1 클러치(C1)는 제6 회전요소(N6)와 제7 회전요소(N7)를 선택적으로 연결하며, 제2 클러치(C2)는 제5 회전요소(N5)와 제8 회전요소(N8)를 선택적으로 연결할 수 있도록 배치된다.

그리고 제3 클러치(C3)는 제1 회전요소(N1)와 제8 회전요소(N8)를 선택적으로 연결하며, 제4 클러치(C4)는 제5 회전요소(N5)와 제6 회전요소(N6)를 선택적으로 연결할 수 있도록 배치된다.

또한, 제1 브레이크(B1)는 제4 회전요소(N4)와 변속기 케이스(H) 사이에 개재되며, 제2 브레이크(B2)는 제3 회전요소(N3)와 변속기 케이스(H) 사이에 개재되어 제4,3 회전요소(N4)(N3)가 선택적인 고정요소로 작동할 수 있도록 배치된다.

상기에서 제1, 2, 3, 4 클러치(C1)(C2)(C3)(C4)와 제1, 2 브레이크(B1)(B2)로 이루어지는 마찰부재는 유압에 의하여 마찰 결합되는 다판식 유압 마찰 결합 유닛으로 이루어지는 것이 통상적이다.

그리고 상기에서 제1,2 브레이크(B1)(B2)는 제1 유성기어셋트(PG1)의 외주측에 배치되고, 제1,2,3,4 클러치(C1)(C2)(C3)(C4)는 제2,3 유성기어셋트(PG2)(PG3) 사이에 배치된다.

상기와 같이 마찰부재를 소정의 공간에 집합시켜 배치한 것은 마찰부재의 컴팩트화 할 수 있도록 함으로써, 자동 변속기의 부피 증대를 방지하기 위함이다.

도 2은 본 발명에 적용되는 마찰부재 즉, 클러치와 브레이크가 각 변속단에서 작동하는 것을 나타낸 작동표로서, 본 발명의 기어 트레인은 각 변속단에서 3개의 마찰부재가 작동하면서 변속이 이루어짐을 알 수 있다.

즉, 전진 1속에서 제3 클러치(C3)와 제1, 2 브레이크(B1)(B2)가 작동되고,

전진 2속에서 제2 클러치(C2)와 제1, 2 브레이크(B1)(B2)가 작동되며,

전진 3속에서 제2, 3 클러치(C2)(C3)와 제1 브레이크(B1)가 작동되고,

전진 4속에서 제2, 4 클러치(C2)(C4)와 제1 브레이크(B1)가 작동되며,

전진 5속에서 제3, 4 클러치(C3)(C4)와 제1 브레이크(B1)가 작동되고,

전진 6속에서 제1, 3 클러치(C1)(C3)와 제1 브레이크(B1)가 작동되며,

전진 7속에서 제1, 2, 3 클러치(C1)(C2)(C3)가 작동되고,

전진 8속에서 제1, 3 클러치(C1)(C3)와 제2 브레이크(B2)가 작동되며,

전진 9속에서 제3, 4 클러치(C3)(C4)와 제2 브레이크(B2)가 작동되고,

전진 10속에서 제1, 4 클러치(C1)(C4)와 제2 브레이크(B2)가 작동되며,

후진에서 제1 클러치(C1)와 제1,2 브레이크(B1)(B2)가 작동되면서 변속이 이루어지게 된다.

도3 내지 도 11은 본 발명에 의한 기어 트레인의 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 선기어(S1), 제1 유성 캐리어(PC1), 제1 링기어(R1)로 설정되며, 이들 간격은 제1 유성기어셋트(PG1)의 기어비(선기어의 잇수/링기어의 잇수)에 따라 결정된다.

제2 유성기어셋트(PG2)의 3개의 세로선은 좌측으로부터 차례로 제2 선기어(S2), 제2 링기어(R2), 제2 유성 캐리어(PC2)로 설정되며, 이들 간격은 제2 유성기어셋트(PG2)의 기어비(선기어의 잇수/링기어의 잇수)에 따라 결정된다.

제3 유성기어셋트(PG3)의 3개의 세로선은 좌측으로부터 차례로 제3 선기어(S3), 제3 유성 캐리어(PC3), 제3 링기어(R3)로 설정되며, 이들 간격은 제3 유성기어셋트(PG3)의 기어비(선기어의 잇수/링기어의 잇수)에 따라 결정된다.

제4 유성기어셋트(PG4)의 3개의 세로선은 좌측으로부터 차례로 제4 선기어(S4), 제4 유성 캐리어(PC4), 제4 링기어(R4)로 설정되며, 이들 간격은 제4 유성기어셋트(PG4)의 기어비(선기어의 잇수/링기어의 잇수)에 따라 결정된다.

상기와 같은 변속선도에서 각 회전요소의 위치 설정은 기어 트레인의 당업자라면 충분히 알 수 있는 공지의 내용이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

[전진 1속]

전진 1속에서는 도 2에서와 같이 제3 클러치(C3)와 제1, 2 브레이크(B1)(B2)가 작동 제어된다.

그러면 도 3에서와 같이 제1 유성기어셋트(PG1)는 제1,2 브레이크(B1)(B2)의 작동으로 전체가 고정되며, 이에 따라 제4 유성기어셋트(PG4)의 제4 링기어(R4)가 고정요소로 작동하게 된다.

그리고 제2 링기어(R2)로 입력이 이루어지고 있는 상태에서 제3 클러치(C3)의 작동으로 제4 유성기어셋트(PG4)의 제4 선기어(S4)로 입력이 이루어지게 된다.

이에 따라 제4 유성기어셋트(PG4)에 직접 입력이 이루어짐과 동시에 고정요소가 존재하게 되므로 제1 변속선(SP1)을 형성하게 되며, 출력요소인 제4 유성 캐리어(PC4)를 통해 D1 만큼의 출력이 이루어지면서 전진 1속의 변속이 이루어지게 된다.

이때, 제2 유성기어셋트(PG2)와 제3 유성기어셋트(PG3)는 변속에는 아무런 영향을 미치지 않는다.

[전진 2속]

전진 2속에서는 도 2에서와 같이 상기 전진 1속의 상태에서 작동하던 제3 클러치(C3)의 작동이 해제되고, 제2 클러치(C2)가 작동 제어된다.

그러면 도 4에서와 같이 상기 제1속과 같은 상태에서 제2 클러치(C2)의 작동으로 제2 유성기어셋트(PG2)에서 증속된 회전동력이 제4 유성기어셋트(PG4)의 입력요소인 제4 선기어(S4)로 입력되는 바, 제2 변속선(SP2)을 형성하게 되며, 출력요소인 제4 유성 캐리어(PC4)를 통해 D2 만큼의 출력이 이루어지면서 전진 2속의 변속이 이루어지게 된다.

이때, 제3 유성기어셋트(PG3)는 제2, 4 유성기어셋트(PG2)(PG4)의 연결관계에 의하여 공전만 할 뿐 변속에는 아무런 영향을 미치지 않는다.

[전진 3속]

전진 3속에서는 도 2에서와 같이 상기 전진 2속의 상태에서 작동하던 제2 브레이크(B2)의 작동이 해제되고, 제3 클러치(C3)가 작동 제어된다.

그러면 도 5에서와 같이 제1 유성기어셋트(PG1)에서는 제2 브레이크(B2)의 작동이 해제되는 바, 제1 브레이크(B1)의 작동에 의하여 제1 링기어(R1)만이 고정요소로 작동하게 된다.

그리고 제2,3 클러치(C2)(C3)의 작동에 의하여 제2 유성기어셋트(PG2)는 일체로 회전하는 상태가 되면서 제1 선기어(S1)에 입력 그대로의 회전동력을 전달하게 된다.

이에 따라 제1 유성기어셋트(PG2)에서는 제1 유성캐리어(PC1)를 통해 감속 출력이 이루어지면서 이의 감속 출력을 제4 유성기어셋트(PG4)의 제4 링기어(R4)로 전달하게 된다.

그러면 제4 유성기어셋트(PG4)에서는 제4 선기어(S4)로 입력이 이루어지고 있는 상태에서 제4 링기어(R3)로 회전수가 다른 입력이 이루어지게 되는 바, 제3 변속선(SP3)을 형성하게 되며, 출력요소인 제4 유성 캐리어(PC4)를 통해 D3 만큼의 출력이 이루어지면서 전진 3속의 변속이 이루어지게 된다.

[전진 4속]

전진 4속에서는 도 2에서와 같이 상기 전진 3속의 상태에서 작동하던 제3 클러치(C3)의 작동이 해제되고, 제4 클러치(C4)가 작동 제어된다.

그러면 도 6에서와 같이 제2, 4 클러치(C2)(C4)가 동시에 작동 제어되면서 제3,4 유성기어셋트(PG3)(PG4)가 일체로 회전하는 상태가 되며, 이의 상태에서 제2 링기어(R2)로 입력이 이루어지고 제1 링기어(R1)가 고정요소로 작동하게 된다.

이에 따라 제1, 2 유성기어셋트(PG1)(PG2)에서는 서로 연결된 제1,2 선기어(S1,S2)와 제4 클러치(C4)에 의해 선택적으로 연결된 제1,2 유성 캐리어(PC1,PC2)의 각 피니언 기어들의 정해진 기어비에 따라 상호 보완 작동에 의하여 회전하면서 제4 유성기어셋트(PG4)에서 제4 변속선(SP4)을 형성하게 되며, 출력요소인 제4 유성 캐리어(PC4)를 통해 상기 제1,2 유성 캐리어(PC1,PC2)와 동일한 D4 만큼의 출력이 이루어지면서 전진 4속의 변속이 이루어지게 된다.

[전진 5속]

전진 5속에서는 도 2에서와 같이 상기 전진 4속의 상태에서 작동하던 제2 클러치(C2)의 작동이 해제되고, 제3 클러치(C3)가 작동 제어된다.

그러면 도 7에서와 같이 제2 클러치(C2)의 작동 해제로 제3, 4 유성기어셋트(PG3)(PG4)의 일체화 상태가 해제된 상태에서 제3 클러치(C3)의 작동으로 제2 링기어(R2)와 제4 선기어(S4)로 동시 입력이 이루어지고 제1 링기어(R1)가 고정요소로 작동하게 된다.

이에 따라 제1, 2 유성기어셋트(PG1)(PG2)에서는 서로 연결된 제1,2 선기어(S1,S2)와 제4 클러치(C4)에 의해 선택적으로 연결된 제1,2 유성 캐리어(PC1,PC2)의 각 피니언 기어들의 정해진 기어비에 따라 상호 보완 작동에 의하여 회전하면서 제1 유성 캐리어(PC1)의 회전동력이 제3 선기어(S3)와 제4 링기어(R4)로 입력되면서 제4 유성기어셋트(PG4)에서는 제5 변속선(SP5)을 형성하게 되며, 출력요소인 제4 유성 캐리어(PC4)를 통해 상기 제1,2 유성 캐리어(PC1,PC2)보다 큰 D5 만큼의 출력이 이루어지면서 전진 5속의 변속이 이루어지게 된다.

[전진 6속]

전진 6속에서는 도 2에서와 같이 상기 전진 5속의 상태에서 작동하던 제4 클러치(C4)의 작동이 해제되고, 제1 클러치(C1)가 작동 제어된다.

그러면 도 8에서와 같이 상기 전진 5속의 상태에서 제1 클러치(C1)의 작동으로 제1 유성 캐리어(PC1)의 회전동력이 제3 유성 캐리어(PC3)와 제4 링기어(R4)로 입력되고 제3 클러치(C3)의 작동으로 제2 링기어(R2)와 제4 선기어(S4)로 동시 입력이 이루어지며, 제1 링기어(R1)가 고정요소로 작동하게 된다.
이에 따라 제1, 2, 3 유성기어셋트(PG1)(PG2)(PG3)에서는 서로 연결된 제1,2 선기어(S1,S2)와 제3 클러치(C3)에 의해 선택적으로 연결된 제1,3 유성 캐리어(PC1,PC3)의 각 피니언 기어들의 정해진 기어비에 따라 상호 보완 작동에 의하여 회전하면서 제1 유성 캐리어(PC1)의 회전동력이 제3 유성 캐리어(PC3)와 제4 링기어(R4)로 입력되면서 제4 유성기어셋트(PG4)에서는 제6 변속선(SP6)을 형성하게 되며, 출력요소인 제4 유성 캐리어(PC4)를 통해 D6 만큼의 출력이 이루어지면서 전진 6속의 변속이 이루어지게 된다.

[전진 7속]

전진 7속에서는 도 2에서와 같이 상기 전진 6속의 상태에서 작동하던 제1 브레이크(B1)의 작동이 해제되고, 제2 클러치(C2)가 작동 제어된다.

그러면 도 9에서와 같이 제1 브레이크(B1)가 작동 해제되어 고정요소가 전혀 없는 상태에서 제1, 2, 3 클러치(C1)(C2)(C3)의 작동으로 제1, 2, 3, 4 유성기어셋트(PG1)(PG2)(PG3)(PG4) 모두가 일체로 회전하는 상태에서 제2 링기어(R2)와 제4 선기어(S4)로 입력이 이루어지게 된다.

이에 따라 제4 유성기어셋트(PG4)에서는 입력 그대로인 제7 변속선(SP7)을 형성하면서 제4 유성 캐리어(PC4)를 통해 D7 만큼의 출력이 이루어지면서 전진 7속의 변속이 이루어지게 된다.

[전진 8속]

전진 8속에서는 도 2에서와 같이 상기 전진 7속의 상태에서 작동하던 제2 클러치(C2)의 작동이 해제되고, 제2 브레이크(B2)가 작동 제어된다.

그러면 도 10에서와 같이 제2 클러치(C2)의 작동 해제로 제1,2,3,4 유성기어셋트(PG1)(PG2)(PG3)(PG4)가 일체로 회전하는 상태가 해제된 상태에서 제3 클러치(C3)의 작동으로 제2 링기어(R2)와 제4 선기어(S4)로 동시 입력이 이루어지고 제2 브레이크(B2)의 작동으로 제1,2 선기어(S1,S2)가 고정요소로 작동하게 된다.

이에 따라 제1,2,3 유성기어셋트(PG1)(PG2)(PG3)에서는 제1,2 선기어(S1)(S2)를 고정요소로 하고, 제1 클러치(C1)의 작동에 의해 연결된 제1,3 유성 캐리어(PC1,PC3)의 각 피니언 기어들의 정해진 기어비에 따라 상호 보완 작동에 의하여 회전하면서 증속된 제1 유성 캐리어(PC1)의 회전동력이 제3 유성 캐리어(PC3)와 제4 링기어(R4)로 입력되면서 제4 유성기어셋트(PG4)에서는 제8 변속선(SP8)을 형성하게 되며, 출력요소인 제4 유성 캐리어(PC4)를 통해 D8 만큼의 출력이 이루어지면서 전진 8속의 변속이 이루어지게 된다.

[전진 9속]

전진 9속에서는 도 2에서와 같이 상기 전진 8속의 상태에서 작동하던 제1클러치(C1)의 작동이 해제되고, 제4 클러치(C4)가 작동 제어된다.

그러면 도 11에서와 같이 상기 전진 8속의 상태에서 제4 클러치(C4)의 작동으로 제1 유성 캐리어(PC1)의 회전동력이 제3 선기어(S3)와 제4 링기어(R4)로 입력되면서 제3 클러치(C3)의 작동으로 제2 링기어(R2)와 제4 선기어(S4)로 동시 입력이 이루어지고 제2 브레이크(B2)의 작동으로 제1,2 선기어(S1,S2)가 고정요소로 작동하게 된다.
이에 따라 제1,2,3 유성기어셋트(PG1)(PG2)(PG3)에서는 제1,2 선기어(S1)(S2)를 고정요소로 하고, 제4 클러치(C4)의 작동에 의해 연결된 제1,2 유성 캐리어(PC1,PC2)의 각 피니언 기어들의 정해진 기어비에 따라 상호 보완 작동에 의하여 회전하면서 증속된 제1 유성 캐리어(PC1)의 회전동력이 제3 유성 캐리어(PC3)와 제4 링기어(R4)로 입력되면서 제4 유성기어셋트(PG4)에서는 제9 변속선(SP9)을 형성하게 되며, 출력요소인 제4 유성 캐리어(PC4)를 통해 D9 만큼의 출력이 이루어지면서 전진 9속의 변속이 이루어지게 된다.

[전진 10속]

전진 10속에서는 도 2에서와 같이 상기 전진 9속의 상태에서 작동하던 제3 클러치(C3)의 작동이 해제되고, 제1 클러치(C1)가 작동 제어된다.

그러면 도 12에서와 같이 제1,4 클러치(C1)(C4)의 작동으로 제3,4 유성기어셋트(PG3)(PG4)가 일체로 회전하는 상태가 되며, 이러한 상태에서 제2 링기어(R2)로 입력이 이루어지고 제2 브레이크(B2)의 작동으로 제1,2 선기어(S1,S2)가 고정요소로 작동하게 된다.
이에 따라 제1,2,3 유성기어셋트(PG1)(PG2)(PG3)에서는 제1,2 선기어(S1)(S2)를 고정요소로 하고, 제4 클러치(C4)의 작동에 의해 연결된 제1,2,3 유성 캐리어(PC1,PC2)(PC3)의 각 피니언 기어들의 정해진 기어비에 따라 상호 보완 작동에 의하여 회전하면서 증속된 제1 유성 캐리어(PC1)의 회전동력이 제3 유성 캐리어(PC3)와 제4 링기어(R4)로 입력되면서 제4 유성기어셋트(PG4)에서는 제4 유성기어셋트(PG4)에서는 제10 변속선(SP10)을 형성하게 되며, 출력요소인 제4 유성 캐리어(PC4)를 통해 D10 만큼의 출력이 이루어지면서 전진 10속의 변속이 이루어지게 된다.

[후진]

후진 변속단에서는 도 2에서와 같이 제1 클러치(C1)와 제1,2 브레이크(B1)(B2)를 작동 제어한다.

그러면 도 13에서와 같이, 제1,2 브레이크(B1)(B2)의 작동으로 제1 유성기어셋트(PG1)는 고정 상태가 되어 이에 연결된 제2 선기어(S2), 제3 유성 캐리어(PC3), 제4 링기어(R3)가 고정요소로 작동하게 된다.

이러한 상태에서 제2 링기어(R2)로 입력이 이루어지면, 제2 유성 캐리어(PC2)를 통해 증속된 회전동력이 제3 선기어(S3)로 입력되고, 제4 유성 캐리어(PC4)와 함께 작동하는 제3 링기어(R3)가 역회전하면서 제4 유성기어셋트(PG4)에서는 후진 변속선(RS)을 형성하게 되며, 출력요소인 제4 유성 캐리어(PC4)를 통해 REV 만큼의 출력이 이루어지면서 후진 변속이 이루어지게 된다.

이상에서와 같이 본 발명은 4개의 단순 유성기어셋트와 4개의 클러치 및 2개의 브레이크로 전진 10속 및 후진 1속의 변속단을 구현할 수 있게 되는 것이다.

이상에서와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

PG1,PG2,PG3,PG4...제1,2,3,4 유성기어셋트 S1,S2,S3,S4... 제1,2,3 선기어
PC1,PC2,PC3,PC4...제1,2,3 유성 캐리어 R1,R2,R3,R4... 제1,2,3 링기어
IS... 입력축 OS... 출력축
TM1,TM2,TM3,TM4...제1,2,3,4 동력전달부재

Claims

각각 3개씩의 작동요소(S1,PC1,R1),(S2,PC2,R2),(S3,PC3,R3),(S4,PC4,R4)를 갖는 제1,2,3,4 유성기어셋트(PG1)(PG2)(PG3)(PG4)를 조합함에 있어서,
상기 제1 유성기어셋트(PG1)의 하나의 작동요소를 제1 동력전달부재(TM1)를 통해 제2 유성기어셋트(PG2)의 하나의 작동요소와 연결하고, 제2 유성기어셋트(PG2)의 다른 하나의 작동요소를 제2 동력전달부재(TM2)를 통해 제3 유성기어셋트(PG3)의 하나의 작동요소와 연결하며, 상기 제3 유성기어셋트(PG3)의 다른 하나의 작동요소를 제3 동력전달부재(TM3)를 통해 제4 유성기어셋트(PG4)의 다른 하나의 작동요소와 연결하고, 상기 제4 유성기어셋트(PG4)의 다른 하나의 작동요소를 제4 동력전달부재(TM4)를 통해 제1 유성기어셋트(PG1)의 다른 하나의 작동요소와 연결하여 전체적으로 8개의 회전요소(N1 ~ N8)를 보유토록 조합하되,
상기 8개의 회전요소(N1 ~ N8)는 제2 링기어(R2)와 직접 연결되는 입력축(IS)으로 이루어지는 제1 회전요소(N1)와, 제3 링기어(R3)와 제3 동력전달부재(TM3)로 연결된 제4 유성 캐리어(PC4)와 연결되는 출력축(OS)으로 이루어지는 제2 회전요소(N2)와, 제1,2 선기어(S1)(S2)를 연결하는 제1 동력전달부재(TM1)로 이루어지는 제3 회전요소(N3)와, 제1 링기어(R1)로 이루어지는 제4 회전요소(N4)와, 제2 유성캐리어(PC2)와 제3 선기어(S3)를 연결하는 제2 동력전달부재(TM2)로 이루어지는 제5 회전요소(N5)와, 제1 유성 캐리어(PC1)와 제4 링기어(R4)를 연결하는 제4 동력전달부재(TM4)로 이루어지는 제6 회전요소(N6)와, 제3 유성 캐리어(PC3)로 이루어지는 제7 회전요소(N7)와, 제4 선기어(S4)로 이루어지는 제8 회전요소(N8)로 이루어지며,
상기 회전요소(N1~N8)들 중 일부를 상호 가변 연결하여 주는 제1,2,3,4 클러치(C1)(C2)(C3)(C4)와, 상기 회전요소(N1~N8)중 일부를 변속기 하우징(H)과 가변 연결하여 주는 제1,2 브레이크(B1)(B2)로 이루어지는 다수의 마찰부재를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인.
제1항에 있어서, 제1,2,3,4 유성기어셋트(PG1)(PG2)(PG3)(PG4)는 제1 유성기어셋트(PG1)가 엔진측에 위치하고, 그 후측으로 제2,3,4(PG2)(PG3)(PG4)가 순차적으로 배치됨을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인.
제1항에 있어서, 제1,3,4 유성기어셋트(PG1)(PG3)(PG4)는 싱글 피니언 유성기어셋트로 이루어지고, 제2 유성기어셋트(PG2)는 더블 피니언 유성기어셋트로 이루어짐을 차량용 자동변속기의 기어 트레인.
제1항에 있어서, 마찰부재는 제6 회전요소(N6)와 제7 회전요소(N7)를 선택적으로 연결하는 제1 클러치(C1)와;
제5 회전요소(N5)와 제8 회전요소(N8)를 선택적으로 연결하는 제2 클러치(C2)와;
제1 회전요소(N1)와 제8 회전요소(N8)를 선택적으로 연결하는 제3 클러치(C3)와;
제5 회전요소(N5)와 제6 회전요소(N6)를 선택적으로 연결하는 제4 클러치(C4)와;
제4 회전요소(N4)와 변속기 케이스(H)를 선택적으로 연결하는 제1 브레이크(B1)와;
제3 회전요소(N3)와 변속기 케이스(H)를 선택적으로 연결하는 제2 브레이크(B2)를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인.
제4항에 있어서, 제1,2 브레이크(B1)(B2)는 제1 유성기어셋트(PG1)의 외주측에 배치되고, 제1,2,3,4 클러치(C1)(C2)(C3)(C4()는 제2,3 유성기어셋트(PG2)(PG3) 사이에 후측에 배치됨을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인.
제4항에 있어서, 마찰부재는
전진 1속에서 제3 클러치(C3)와 제1, 2 브레이크(B1)(B2)가 작동되고,
전진 2속에서 제2 클러치(C2)와 제1, 2 브레이크(B1)(B2)가 작동되며,
전진 3속에서 제2, 3 클러치(C2)(C3)와 제1 브레이크(B1)가 작동되고,
전진 4속에서 제2, 4 클러치(C2)(C4)와 제1 브레이크(B1)가 작동되며,
전진 5속에서 제3, 4 클러치(C3)(C4)와 제1 브레이크(B1)가 작동되고,
전진 6속에서 제1, 3 클러치(C1)(C3)와 제1 브레이크(B1)가 작동되며,
전진 7속에서 제1, 2, 3 클러치(C1)(C2)(C3)가 작동되고,
전진 8속에서 제1, 3 클러치(C1)(C3)와 제2 브레이크(B2)가 작동되며,
전진 9속에서 제3, 4 클러치(C3)(C4)와 제2 브레이크(B2)가 작동되고,
전진 10속에서 제1, 4 클러치(C1)(C4)와 제2 브레이크(B2)가 작동되며,
후진에서 제1 클러치(C1)와 제1,2 브레이크(B1)(B2)가 작동되면서 변속이 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 기어 트레인.