KR102181183B1 - 자동변속기 차량의 유압제어 시스템 및 자동변속기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인가되는 유압에 따라 솔레노이드 밸브를 제어함으로써 기어 변속을 위한 작동요소에 오일을 공급하고, 엔진으로부터의 동력을 토크 컨버터에 전달하되, 하나의 기계식 오일 펌프에 의해 상기 작동요소와 상기 토크 컨버터로의 오일의 공급을 이원화한 것을 특징으로 하는 자동변속기 차량의 유압제어 시스템으로서, 본 발명에 의하면, 자동변속기 제어를 위한 유압시스템을 위해 필요한 유량을 구분하여 공급 가능하게 하여 유압의 손실을 줄일 수가 있다.

Description

자동변속기 차량의 유압제어 시스템 및 자동변속기{OIL PRESSURE CONTROL SYSTEM FOR A VEHICLE WITH AN AUTO TRANSMISSION AND AN AUTO TRANSMISSION}

본 발명은 자동변속기를 구비한 차량의 오일 유압을 제어하기 위한 시스템 및 이를 포함하는 자동변속기에 관한 것이다.

자동변속기는 운전자의 편의를 위해 엔진에서 발생한 동력을 전달하고 기어변속을 자동으로 하는 장치이다. 국내의 자동차 중 약 90%~95% 정도가 자동변속기가 장착되어 있다.

이러한 자동변속기는 엔진에서 발생한 동력을 기어부에 전달하는 역할을 하는 토크 컨버터(Torque Converter), 토크 컨버터에서 발생한 동력을 기어부에 전달하는 역할을 하는 마찰 클러치, 그리고 유성기어 등으로 구성된다.

변속은 마찰클러치를 구성하는 클러치 디스크와 클러치 플레이트가 붙었다 떨어졌다를 반복하며 기어부위에 동력을 전달하는데, 이는 엔진 rpm이 올라가서 변속시점이 되면 유압시스템에 의해서 마찰클러치가 자동으로 조작되게 한다.

도 1은 일반적인 자동변속기를 제어하는 유압제어 시스템을 개략적으로 도시한 것으로서, 솔레노이드 밸브(Solenoid V/V)를 제어함으로써 클러치 조작을 위한 작동요소로 오일을 공급하고, 또한 토크 컨버터(T/CON)와 윤활을 위해서도 오일을 공급한다.

오일은 오일 팬(oil-pan)으로부터 하나의 기계식 펌프(MOP)에 의해서 유압시스템에 필요한 오일이 공급되고, 또한 윤활에 필요한 오일 또한 공급한다.

이러할 경우, 차량 및 엔진이 저 rpm으로 구동시 유량이 부족한 문제가 발생하여 시스템에 필요한 유압이 낮아지는 현상이 발생되므로, 저 rpm에서 유압시스템에 필요한 충분한 유량을 만들기 위하여는 펌프의 용량이 커져야하는 문제가 발생된다. 그러면 또 자동변속기 레이아웃 상 펌프가 적용되는 공간으로 인해 전장의 길이가 증가하는 결과를 초래할 수 있다.

또한, 유압이 부족하게 되면 라인압 저하 및 변속시 변속 문제점이 발생될 수가 있다.

그리고, 유압시스템에서 필요한 라인압(통상 16 bar 또는 20 bar)을 만들지만, 토크 컨버터와 윤활에 필요한 유압은 이보다 더 낮은 압력이므로 압력 손실이 커지게 된다.

즉, 고 rpm시에는 생성된 많은 유량을 버려야 하므로 토크 손실이 유발되고, 압력부하를 받는 상태에서 고 회전에 따른 생성된 불필요한 유량은 압력 상승과 토크 손실을 유발하여 변속기 및 차량 효율 측면에서도 불리하게 작용한다.

근래에는, ISG(Idle Stop & Go) 기능이 추가되어 기계식 펌프와 라인압 유로측에 별도의 보조 전동펌프(EOP) 또는 보조 전동펌프를 대신하는 HIS(Hydraulic Impulse Storage)와 ISG용 축압기 등이 적용되어 ISG 기능을 담당하는 경향이 있다.

한편, 도 2는 4개의 클러치와 2개의 브레이크로 구성된 8속용 자동현속기를 제어하기 위한 실제 유압 회로도이다.

작동요소가 총 6개가 적용되었으며, 라인압 및 토크컨버터(T/Con) 제어를 위해 간접제어 솔레노이드(Sol) 밸브가 각각 1개씩 적용되고, 기타 fail/safe 기능을 위한 OnOff 솔레노이드 밸브가 1개가 적용되어 SBC(Shift by Cable) 타입의 자동변속기의 유압제어시스템을 나타낸 것이다.

그리고, D->N 제어시 정상제어를 위한 DN 어큠(accumulator)이 체크밸브와 함께 적용되어 static 제어성을 확보하였고, 그 외 2 way 타입 토크컨버터와 기계식 상시구동 펌프 1개가 적용되어 유압 시스템이 구성되어 있다.

그런데, 통상적인 MOP는 1개의 토출구를 가지며, 이 토출구 유량은 시스템압을 제어하는 레귤레이터 밸브와 연결되어 토출되는 전체 유량에 고압의 시스템압 부하를 받는다.

유압제어 시스템에 필요한 압력은 고압인 변속관여 라인압보다 T/Con 측에서 필요한 저압이 더 많이 요구되므로 펌프 부하는 T/Con 측과 윤활유량의 저압의 압력부하와는 무관하게 고압의 부하를 받게 된다.

SBC 사압의 경우 매뉴얼밸브?? 작동으로 Static 영역에서의 압력 빠짐으로 인해 Static 제어 구간에서 변속제어에 문제가 발생되므로 Static 어큠(DN 어큠) 등을 필요로 한다.

그리고, fail safe 기능 중 interlock 방지기능을 위하여 적용된 fail safe valve 의 길이가 길고, stopper plug 등의 형상 등으로 밸브류의 stick 가능성이 커지는 문제를 가지고 있다.

이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

한국등록특허공보 제10-0588509호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 자동변속기 제어를 위한 유압시스템을 위해 필요한 유량을 구분하여 공급 가능하게 하여 유압의 손실을 줄일 수 있는 유압제어 시스템 및 자동변속기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 관점에 의한 자동변속기 차량의 유압제어 시스템은, 인가되는 유압에 따라 솔레노이드 밸브를 제어함으로써 기어 변속을 위한 작동요소에 오일을 공급하고, 엔진으로부터의 동력을 토크 컨버터에 전달하되, 하나의 기계식 오일 펌프에 의해 상기 작동요소와 상기 토크 컨버터로의 오일의 공급을 이원화한 것을 특징으로 한다.

나아가, 상기 기계식 오일 펌프는 두 개의 흡입구와 두 개의 토출구를 가지는 바이너리 베인 펌프(binary vane pump)인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 기계식 오일 펌프는 상기 두 개의 토출구 중 상기 작동요소 측으로 연결되는 작동요소 측 토출구를 통해 고압으로 오일을 공급하고, 상기 두 개의 토출구 중 상기 토크 컨버터 측으로 연결되는 토크 컨버터 측 토출구를 통해 상기 작동요소 측 토출구에 비해 상대적으로 저압으로 오일을 공급하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 기계식 오일 펌프의 상기 작동요소 측 토출구가 연결되는 유로는 라인압 제어를 위한 레귤레이터 밸브(Regulator valve)와 연결되고, 상기 기계식 오일 펌프의 상기 토크 컨버터 측 토출구가 연결되는 유로는 상기 토크 컨버터압과 윤활을 위해 필요한 오일을 공급하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 작동요소 측 토출구가 연결되는 유로와 상기 토크 컨버터 측 토출구가 연결되는 유로 간에 구비되는 오리피스를 더 포함할 수 있다.

그리고, ISG(Idle Stop & GO) 기능 및 저 rpm시 윤활유량을 보조하기 위한 보조 전동 펌프(Electric Oil Pump)를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 자동변속기는 상기의 유압제어 시스템을 포함하여 구성된다.

본 발명의 자동변속기 차량의 유압제어 시스템 및 이를 포함하는 자동변속기에 의하면, 작동요소측 유압과토크컨버터 측 유압을 별도 공급함으로써 펌프 구동 토크 손실을 최소화할 수 있다.

그리고, static 어큠 삭제를 통한 발진성능을 포함하여 static 제어성능을 향상시킨다.

또한, 구성품의 축소를 통해 재료비 절감 및 구조 단순화에 기여할 수 있고, 단순화된 유압회로도를 적용함에 따라 고장 진단도 잔순화될 수 있다.

도 1은 종래의 유압시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 종래의 유압시스템의 실제 회로도 예시를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 의한 유압시스템의 회로도를 도시한 것이다.
도 4는 도 3의 유압시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 5 내지 도 16은 도 3의 유압시스템의 변속단에 따른 유압 흐름을 도시한 것이다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 의한 유압시스템을 개략적으로 도시한 것이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.

도 3은 본 발명에 의한 유압시스템의 회로도를 도시한 것이고, 도 4는 도 3의 유압시스템을 개략적으로 도시한 것이다.

이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 자동변속기 차량의 유압제어 시스템 및 이를 포함하는 자동변속기를 설명하기로 한다.

본 발명에 의한 자동변속기 차량의 유압제어 시스템은 자동변속기의 변속 제어를 위한 것으로서, 기어 변속을 수행하고, 엔진으로부터의 동력을 토크 컨버터 및 기어부로 전달시키기 위한 시스템이다.

이를 위한 유압제어 시스템은 ECU(Electronic Control Unit)에 의한 솔레노이드 밸브(Solenoid V/V)의 제어에 의해 작동요소로 유압을 인가하여 해당 유압에 따라 변속이 수행될 수 있게 제어하고, 또한 토크 컨버터의 제어 및 윤활 기능을 수행한다.

본 발명의 유압제어 시스템에서 유압을 공급하기 위한 오일 펌프는 기계식 오일 펌프(MOP)와 보조 전동 펌프(EOP)를 포함할 수 있으며, 기계식 오일 펌프는 두 개의 토출구를 가지는 binary vane 펌프로 적용됨으로써 시스템압을 이원화하여 펌프 구동손실을 축소할 수 있도록 구성된다.

즉, 두 개의 토출구 중 하나의 토출구는 작동요소 측으로 연결되는 유로로 연결되어 작동요소 측으로 유압을 공급하고, 두 개의 토출구 중 다른 하나의 토출구는 토크 컨버터 측으로 연결되는 유로로 연결되어 토크 컨버터 측으로 유압을 공급할 수 있도록 구성된다.

작동요소 측 토출구가 연결되는 유로에는 라인압 제어를 담당하는 레귤레이터 밸브(Regulator valve)를 적용하고, 토크 컨버터 측 토출구가 연결되는 유로에는 저압으로 부하를 만들어 토크 컨버터압과 윤활유량으로 활용함으로써 복수의 작동요소의 제어를 통한 안정적인 변속기용 유압제어 시스템을 구성한다.

즉, 시스템에 필요한 압력을 라인압 계통과 토크컨버터압 계통으로 이원화하여 작동요소 측 토출구에서는 고압을, 토크컨버터 측 토출구에서는 상대적으로 저압인 토크컨터버압을 생성하여, 펌프 구동토크를 1/3 수준으로 줄일 수 있어 효율증대에 기여할 수 있다.

도시의 예시상 작동요소는 7개(B1~B4, C1~C3)이며, 전진 10단 후진 1단의 자동변속기용 유압제어 시스템이다.

유압제어 시스템을 구성하는 각 구성을 순차적으로 살펴보면, 메인 필터 및 오일팬(1)은 ATF(Auto Transmission Fluid) 이물질의 필터링 및 ATF 저장부로 기능한다.

본 발명의 바이너리 베인 펌프(Binary vane pump, 2)는 두 개의 흡입구와 두 개의 토출구로 구성되어 두 토출구를 통해 유량을 독립적으로 공급한다.

그리고, 보조 전동 펌프(EOP, 3)는 ISG(Idle Stop & GO) 기능 및 저 rpm시 윤활유량을 보조하는 기능을 담당한다.

바이너리 베인 펌프(2)의 두 토출구 중 하나의 토출구와 연결되는 레귤레이터 밸브(regulator valve, 4)는 시스템에 필요한 제어압을 공급한다.

간접제어 솔레노이드 밸브(VFS, 5)는 N/H(Normal High) 타입으로 short형 linear 압력 제어 솔레노이드 밸브이다.

그리고, 리듀싱 밸브(reducing valve, 6)는 솔레노이드 밸브에 공급되는 압력을 생성하는 감압밸브이다.

다음, 내장 필터(7)는 밸브바디 내의 이물질 제거를 위한 고압용 필터이며, 생략될 수 있다.

댐핑 밸브(8)는 리듀싱 밸브(6)의 생성압(Sol 공급압)의 압력 불안정을 완화하는 기능을 한다.

그리고, 토크컨버터 밸브(TCV, 9)는 토크 컨버터(T/Con)에 사용되는 압력을 생성하는 2차 레귤레이팅 밸브이다.

토크 컨버터 측의 간접제어 솔레노이드 밸브(VFS, 10)는 N/L(Normal Low) 타입으로 토크 컨버터 내부 댐퍼 클러치를 제어하기 위한 간접제어 솔레노이드 밸브이다.

그리고, TC-PCV 밸브(11)는 댐퍼 클러치를 제어하여 록업(Lock Up) 제어시 댐퍼클러치의 DA(댐퍼클러치 apply 암)과 DR(댐퍼클러치 release 암)을 제어한다.

또한, 록업 스위치 밸브(Lock-Up SW 밸브, 12)는 록업 제어시 토크 컨버터 향 유로를 스위칭하는 밸브이다.

그리고, 토크 컨버터(13)는 2 way 토크 컨버터이며, 쿨러(14)는 ATF의 온도를 낮춰주기 위한 것이다.

다음, 토크 컨버터 측 댐핑 밸브(15)는 VFS(10) 제어압 안정화 장치이다.

온오프 솔레노이드 밸브(OnOff Solenoid valve, 16)는 리니어(linear) 제어를 하지 않는 온오프 솔레노이드 밸브로서 fail safe 및 림프홈(Linp-Home) 기능에 관여한다.

그리고, 다이렉트 액팅 솔레노이드(Direct-Acting Solenoid, 17)는 유로부를 갖지 않는 솔레노이드로서 인가된 전류에 따라 Rod stroke 제어하며, 다이렉트 액트 PCV(Direct Act PCV, 18)는 다이렉트 액팅 솔레노이드(17)와 연동되어 작동요소 압력을 직접 제어하는 N/L 타입의 스풀밸브이고, 다이렉트 액트 PCV(Direct Act PCV, 18, 19)는 다이렉트 액팅 솔레노이드(17)와 연동되어 작동요소 압력을 직접 제어하고 도면부호 17은 N/L 타입의 스풀밸브이고, 도면부호 18은 N/H 타입의 스풀밸브이다.

다음으로, 매뉴얼 밸브(20)는 운전자의 레버 조작에 의해 P-R-N-D 제어를 담당하는 밸브로서, 1차 Fail Safe 기능을 담당한다.

그리고, 잔압밸브(21)는 작동요소(클러치/브레이크) 해제시 유로 내 잔압을 유지시키는 밸브이다.

또한, 림프홈 밸브 R(LHV-R, 22)은 Rev 단 시 림프홈 기능을 담당하는 Fail Safe 기능을 구현하여 특정 조건시 유로를 스위칭하고, 림프홈 밸브 D(LHV-D, 22′)는 D 단 페일시 C2, C3에 압력이 해제될 경우, D단 유로압을 인가하기 위한 페일 세이프 밸브이다.

SW-24(23)는 B2와 B4를 동일한 솔레노이드 밸브로 제어하기 위하여 특정조건에 유로 스위칭을 담당한다.

다음으로, FSV-B3(24)는 페일시 B3에 유입되는 압력을 해제하기 위한 페일 세이프 밸브이고, FSV-N(24′)은 페일시 N단에서 C1에 유입되는 압력을 해제하기 위한 페일 세이프 밸브이다.

그리고, 체크 밸브(25)는 양 측에 유입되는 압력에 의해 유로가 절환되는 스위칭 기능을 담당하고, 어큐뮬레이터 밸브(Accumulator Valve, 26)는 작동요소에 인가되는 제어압의 불안정성을 완화하는 댐핑기능을 담당한다.

또한, 체크 밸브-LP(27)는 시스템압 유로에 형성되는 압력의 역방향 흐름방지 기능을 하며, 체크 볼-LP(28)는 시스템압 형성시 밸브 stick 등에 의해 과압 형성시 압력 배출 기능을 하며, 체크 밸브-EOP(29)는 EOP 구동시 유량손실 방지를 위한 역류방지 기능을 하고, 윤활유로(30)는 토크 컨버터에서 나오는 유량 및 TCV(9) 유량의 일부를 쿨러(14)를 거쳐 윤활이 필요한 장소로 보내게 한다.

본 발명에 의한 유압시스템은 이와 같이 구성됨에 의해서 예시한 도 5 내지 도 16의 유압회로도와 같이 유압을 제어함으로써, 7개의 작동요소를 제어하여 R단, N단 및 D1 내지 D10단이 구현되게 한다.

그리고, 페일 세이프 기능의 경우, 최대한 단순화하여 림프홈 기능만을 구현하여 단순화한 유압회로도를 적용하고, 특히 N/H 타입 PCV 및 연동된 다이렉트 액트 솔레노이드의 N/L 상태의 stick 시 구성된 페일 세이프 밸브 또는 림프홈 밸브의 작동에 의해 R단, N단, D단(D5)로 작동될 수 있도록 구현된다(N/L 타입 PCV stick에 의한 오작동 시 압력 해제 등).

다음으로, 도 17은 본 발명의 다른 실시예에 의한 유압시스템을 개략적으로 도시한 것으로서, 도시와 같이 체크 볼(25)을 대신하여 D-N 어큐뮬레이터(D-N ACCUM)를 적용할 수도 있다.

이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

1 : 메인 필터 및 오일팬
2 : 바이너리 베인 펌프
3 : 보조 전동 펌프
4 : 레귤레이터 밸브
5 : 간접제어 솔레노이드 밸브
6 : 리듀싱 밸브
7 : 내장 필터
8 : 댐핑 밸브
9 : 토크컨버터 밸브
10 : 간접제어 솔레노이드 밸브
11 : TC-PCV 밸브
12 : 록업 스위치 밸브
13 : 토크 컨버터
14 : 쿨러
15 : 댐핑 밸브
16 : 온오프 솔레노이드 밸브
17 : 다이렉트 액팅 솔레노이드
18, 19 : 다이렉트 액트 PCV
20 : 매뉴얼 밸브
21 : 잔압밸브
22 : 림프홈 밸브 R
22′ :　림프홈 밸브 D
23 : SW-24
24 : FSV-B3
24′ : FSV-N
25 : 체크 밸브
26 : 어큐뮬레이터 밸브
27 : 체크 밸브-LP
28 : 체크 볼-LP
29 : 체크 밸브-EOP
30 : 윤활유로

Claims (7)

1. 인가되는 유압에 따라 솔레노이드 밸브를 제어함으로써 기어 변속을 위한 작동요소에 오일을 공급하고, 엔진으로부터의 동력을 토크 컨버터에 전달하되, 하나의 기계식 오일 펌프에 의해 상기 작동요소와 상기 토크 컨버터로의 오일의 공급을 이원화한 것을 특징으로 하고,
   상기 작동요소는 B(brake)1 내지 B4, C(clutch)1 내지 C3의 7개로서, 전진 10단 및 후진 1단의 기어 변속을 제어하는 것을 특징으로 하며,
   상기 작동요소로 연결되는 유로 상에 구비되는 6개의 다이렉트 액팅 솔레노이드;
   상기 다이렉트 액팅 솔레노이드 각각과 연동되어 작동요소 압력을 직접 제어하는 다이렉트 액트 PCV; 및
   림프홈(Limp-Home) 기능을 담당하는 페일 세이프(Fail-Safe) 기능을 구현하기 위한 페일 세이프 밸브를 포함하고,
   상기 페일 세이프 밸브는,
   R단시 페일 세이프 기능을 구현하기 위해 유로를 스위칭하는 림프홈 밸브 R;
   D단 페일시 C2, C3에 압력이 해제될 경우, D단 유로압을 인가하기 위한 림프홈 밸브 D;
   페일시 B3에 유입되는 압력을 해제하기 위한 FSV-B3;
   페일시 N단에서 C1에 유입되는 압력을 해제하기 위한 FSV-N을 포함하는,
   자동변속기 차량의 유압제어 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 기계식 오일 펌프는 두 개의 흡입구와 두 개의 토출구를 가지는 바이너리 베인 펌프(binary vane pump)인 것을 특징으로 하는,
   자동변속기 차량의 유압제어 시스템.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 기계식 오일 펌프는 상기 두 개의 토출구 중 상기 작동요소 측으로 연결되는 작동요소 측 토출구를 통해 고압으로 오일을 공급하고, 상기 두 개의 토출구 중 상기 토크 컨버터 측으로 연결되는 토크 컨버터 측 토출구를 통해 상기 작동요소 측 토출구에 비해 상대적으로 저압으로 오일을 공급하는 것을 특징으로 하는,
   자동변속기 차량의 유압제어 시스템.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 기계식 오일 펌프의 상기 작동요소 측 토출구가 연결되는 유로는 라인압 제어를 위한 레귤레이터 밸브(Regulator valve)와 연결되고, 상기 기계식 오일 펌프의 상기 토크 컨버터 측 토출구가 연결되는 유로는 상기 토크 컨버터압과 윤활을 위해 필요한 오일을 공급하는 것을 특징으로 하는,
   자동변속기 차량의 유압제어 시스템.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 작동요소 측 토출구가 연결되는 유로와 상기 토크 컨버터 측 토출구가 연결되는 유로 간에 구비되는 오리피스를 더 포함하는,
   자동변속기 차량의 유압제어 시스템.
6. 청구항 5에 있어서,
   ISG(Idle Stop & GO) 기능 및 저 rpm시 윤활유량을 보조하기 위한 보조 전동 펌프(Electric Oil Pump)를 더 포함하는,
   자동변속기 차량의 유압제어 시스템.
7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 의한 유압제어 시스템을 포함하는 자동변속기.

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