KR102434514B1

KR102434514B1 - 차량용 다단 변속기

Info

Publication number: KR102434514B1
Application number: KR1020170113337A
Authority: KR
Inventors: 권현식; 지성욱; 김기태; 박주현; 유일한; 황성욱; 조원민
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2017-09-05
Filing date: 2017-09-05
Publication date: 2022-08-22
Also published as: US20190072157A1; US10316938B2; KR20190027049A

Abstract

본 발명은 입력축 및 출력축과; 상기 입력축과 출력축 사이에 회전력을 전달할 수 있도록 구비되고, 각각 3개의 회전요소를 구비한 제1유성기어장치, 제2유성기어장치, 제3유성기어장치 및 제4유성기어장치와; 상기 유성기어장치들의 회전요소에 연결되는 6개의 변속요소를 포함하여 구성되며; 상기 제1유성기어장치의 제1회전요소는 상기 제2유성기어장치의 제1회전요소와 상시 연결되고, 제2회전요소는 상기 제2유성기어장치의 제3회전요소와 상기 제4유성기어장치의 제3회전요소에 상시 연결되며, 제3회전요소는 상기 제3유성기어장치의 제3회전요소와 제4유성기어장치의 제2회전요소에 상시 연결된 구성이다.

Description

차량용 다단 변속기{MULTY-STAGE TRANSMISSION FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 다단 변속기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가급적 적은 부품수와 간단한 구성으로 가급적 많은 변속단을 구현하여 차량의 연비를 향상시킬 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.

최근 유가 상승은 전 세계 자동차 제조사에 대한 연비 개선을 향한 무한 경쟁에 돌입하게 하는 요인이 되었으며, 엔진의 경우, 다운 사이징 등과 같은 기술을 통해 중량 저감 및 연비 개선 노력에 힘을 쏟고 있는 실정이다.

한편, 차량에 탑재되는 변속기에서 추구할 수 있는 연비 개선 방법 중에는 변속기의 다단화를 통해 엔진이 보다 효율적인 운전점에서 운전될 수 있도록 함으로써, 궁극적으로 연비를 향상시킬 수 있도록 하는 방법이 있다.

또한, 이와 같은 변속기의 다단화는 엔진을 상대적으로 저 RPM 대역에서 운전하도록 함으로써, 차량의 정숙성을 더욱 향상시키도록 할 수도 있다.

그러나, 변속기의 변속단이 증가하면 할수록 변속기를 구성하고 있는 내부 부품수도 증가하게 되어 탑재성, 원가, 중량, 전달 효율이 오히려 악화 될 수 있기 때문에, 변속기의 다단화를 통한 연비 개선 효과를 극대화시키기 위해서는 적은 부품수와 비교적 간단한 구성으로 최대한의 효율을 이끌어 낼 수 있는 변속기 구조를 고안하는 것이 중요하다고 할 수 있다.

상기 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.

US 9,587,714 B2

본 발명은 비교적 적은 부품수와 간단한 구성으로 전진 10단 후진 1단을 구현할 수 있도록 함으로써, 엔진의 최적 운전점 운행으로 차량의 연비 향상을 극대화할 수 있도록 하며, 엔진의 보다 정숙한 운전으로 차량의 정숙성을 향상시킬 수 있도록 한 차량용 다단 변속기를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량용 다단 변속기는

입력축 및 출력축과;

상기 입력축과 출력축 사이에 회전력을 전달할 수 있도록 구비되고, 각각 3개의 회전요소를 구비한 제1유성기어장치, 제2유성기어장치, 제3유성기어장치 및 제4유성기어장치와;

상기 유성기어장치들의 회전요소에 연결되는 6개의 변속요소를 포함하여 구성되며;

상기 제1유성기어장치의 제1회전요소는 상기 제2유성기어장치의 제1회전요소와 상시 연결되고, 제2회전요소는 상기 제2유성기어장치의 제3회전요소와 상기 제4유성기어장치의 제3회전요소에 상시 연결되며, 제3회전요소는 상기 제3유성기어장치의 제3회전요소와 제4유성기어장치의 제2회전요소에 상시 연결되고;

상기 제2유성기어장치의 제1회전요소는 상기 제3유성기어장치의 제1회전요소 및 제2회전요소에 각각 단속 가능하게 연결되고, 제2회전요소는 상기 변속요소들 중 하나에 의해 변속기케이스에 고정 가능하게 설치되며, 제3회전요소는 상기 입력축에 단속 가능하게 연결되고;

상기 제3유성기어장치의 제1회전요소는 상기 변속요소들 중 다른 하나에 의해 상기 변속기케이스에 고정 가능하게 설치되고, 제2회전요소는 상기 출력축에 상시 연결되며;

상기 제4유성기어장치의 제1회전요소는 상기 입력축에 단속 가능하게 연결된 것을 특징으로 한다.

상기 제4유성기어장치, 제1유성기어장치, 제2유성기어장치, 제3유성기어장치는 상기 입력축으로부터 출력축을 향하는 축방향을 따라 차례로 배치될 수 있다.

상기 제2유성기어장치의 제2회전요소는 상기 변속요소들 중 제1브레이크에 의해 변속기케이스에 고정 가능하게 설치되고;

상기 제3유성기어장치의 제1회전요소는 상기 변속요소들 중 제2브레이크에 의해 변속기케이스에 고정 가능하게 설치될 수 있다.

상기 제2유성기어장치의 제3회전요소와 상기 입력축 사이는 상기 변속요소들 중 제1클러치에 의해 단속 가능하게 연결되고;

상기 제4유성기어장치의 제1회전요소와 상기 입력축 사이는 상기 변속요소들 중 제2클러치에 의해 단속 가능하게 연결되고;

상기 제2유성기어장치의 제1회전요소와 상기 제3유성기어장치의 제1회전요소 사이는 상기 변속요소들 중 제3클러치에 의해 단속 가능하게 연결되고;

상기 제2유성기어장치의 제1회전요소와 상기 제3유성기어장치의 제2회전요소 사이는 상기 변속요소들 중 제4클러치에 의해 단속 가능하게 연결될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 차량용 다단 변속기는,

각각 3개의 회전요소를 가지는 제1유성기어장치, 제2유성기어장치, 제3유성기어장치 및 제4유성기어장치와;

가변적으로 마찰력을 제공하도록 구성되는 6개의 변속요소와;

상기 유성기어장치들의 회전요소들에 연결되는 8개의 회전축을 포함하여 구성되며;

제1회전축은 상기 입력축이고;

제2회전축은 상기 제4유성기어장치의 제1회전요소에 직결되며;

제3회전축은 상기 제1유성기어장치의 제2회전요소와 제2유성기어장치의 제3회전요소 및 제4유성기어장치의 제3회전요소에 직결되고;

제4회전축은 상기 제1유성기어장치의 제3회전요소와 제3유성기어장치의 제3회전요소 및 제4유성기어장치의 제2회전요소에 직결되며;

제5회전축은 상기 제1유성기어장치의 제1회전요소와 상기 제2유성기어장치의 제1회전요소에 직결되고;

제6회전축은 상기 제2유성기어장치의 제2회전요소에 직결되며;

제7회전축은 상기 제3유성기어장치의 제1회전요소에 직결되고;

제8회전축은 상기 제3유성기어장치의 제2회전요소에 직결된 출력축인 것을 특징으로 한다.

상기 6개의 변속요소들 중,

제1브레이크는 상기 제6회전축과 상기 변속기케이스 사이에 설치되고;

제2브레이크는 상기 제7회전축과 상기 변속기케이스 사이에 설치되며;

제1클러치는 상기 제1회전축과 제3회전축 사이에 설치되고;

제2클러치는 상기 제1회전축과 제2회전축 사이에 설치되며;

제3클러치는 상기 제5회전축과 제7회전축 사이에 설치되고;

제4클러치는 상기 제5회전축과 제8회전축 사이에 설치될 수 있다.

본 발명은 비교적 적은 부품수와 간단한 구성으로 전진 10단 후진 1단을 구현할 수 있도록 함으로써, 엔진의 최적 운전점 운행으로 차량의 연비 향상을 극대화할 수 있도록 하며, 엔진의 보다 정숙한 운전으로 차량의 정숙성을 향상시킬 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 차량용 다단 변속기의 구성도,
도 2는 도 1의 변속기로 각 변속단을 구현하는 것을 설명한 작동 모드표이다.

도 1을 참조하면, 본 발명 차량용 다단 변속기는, 입력축(IN) 및 출력축(OUT)과; 상기 입력축(IN)과 출력축(OUT) 사이에 회전력을 전달할 수 있도록 구비되고, 각각 3개의 회전요소를 구비한 제1유성기어장치(PG1), 제2유성기어장치(PG2), 제3유성기어장치(PG3) 및 제4유성기어장치(PG4)와; 상기 유성기어장치들의 회전요소에 연결되는 6개의 변속요소를 포함하여 구성된다.

상기 제1유성기어장치(PG1)의 제1회전요소(S1)는 상기 제2유성기어장치(PG2)의 제1회전요소(S2)와 상시 연결되고, 제2회전요소(C1)는 상기 제2유성기어장치(PG2)의 제3회전요소(R2)와 상기 제4유성기어장치(PG4)의 제3회전요소(R4)에 상시 연결되며, 제3회전요소(R1)는 상기 제3유성기어장치(PG3)의 제3회전요소(R3)와 제4유성기어장치(PG4)의 제2회전요소(C4)에 상시 연결된다.

상기 제2유성기어장치(PG2)의 제1회전요소(S2)는 상기 제3유성기어장치(PG3)의 제1회전요소(S3) 및 제2회전요소(C3)에 각각 단속 가능하게 연결되고, 제2회전요소(C2)는 상기 변속요소들 중 하나에 의해 변속기케이스(CS)에 고정 가능하게 설치되며, 제3회전요소(R2)는 상기 입력축(IN)에 단속 가능하게 연결된다.

상기 제3유성기어장치(PG3)의 제1회전요소(S3)는 상기 변속요소들 중 다른 하나에 의해 상기 변속기케이스(CS)에 고정 가능하게 설치되고, 제2회전요소(C3)는 상기 출력축(OUT)에 상시 연결되며; 상기 제4유성기어장치(PG4)의 제1회전요소(S4)는 상기 입력축(IN)에 단속 가능하게 연결된 구성이다.

상기 제4유성기어장치(PG4), 제1유성기어장치(PG1), 제2유성기어장치(PG2), 제3유성기어장치(PG3)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 입력축(IN)으로부터 출력축(OUT)을 향하는 축방향을 따라 차례로 배치된 구성이다.

상기 제2유성기어장치(PG2)의 제2회전요소(C2)는 상기 변속요소들 중 제1브레이크(B1)에 의해 변속기케이스(CS)에 고정 가능하게 설치되고, 상기 제3유성기어장치(PG3)의 제1회전요소는 상기 변속요소들 중 제2브레이크(B2)에 의해 변속기케이스(CS)에 고정 가능하게 설치되어 있다.

즉, 상기 제1브레이크(B1)에 의해 상기 제2유성기어장치(PG2)의 제2회전요소(C2)를 상기 변속기케이스(CS)에 연결시켜서 고정하거나 자유회전 가능한 상태로 조절할 수 있으며, 상기 제2브레이크(B2)에 의해 상기 제3유성기어장치(PG3)의 제1회전요소(S3)를 상기 변속기케이스(CS)에 연결시켜서 고정하거나 자유회전 가능한 상태로 조절할 수 있도록 구성된 것이다.

상기 제2유성기어장치(PG2)의 제3회전요소(R2)와 상기 입력축(IN) 사이는 상기 변속요소들 중 제1클러치(CL1)에 의해 단속 가능하게 연결되고, 상기 제4유성기어장치(PG4)의 제1회전요소(S4)와 상기 입력축(IN) 사이는 상기 변속요소들 중 제2클러치(CL2)에 의해 단속 가능하게 연결되고, 상기 제2유성기어장치(PG2)의 제1회전요소(S2)와 상기 제3유성기어장치(PG3)의 제1회전요소(S3) 사이는 상기 변속요소들 중 제3클러치(CL3)에 의해 단속 가능하게 연결되고, 상기 제2유성기어장치(PG2)의 제1회전요소(S2)와 상기 제3유성기어장치(PG3)의 제2회전요소(C3) 사이는 상기 변속요소들 중 제4클러치(CL4)에 의해 단속 가능하게 연결된 구성이다.

상기 제1브레이크(B1)와 제2브레이크(B2), 제1클러치(CL1), 제2클러치(CL2), 제3클러치(CL3), 제4클러치(CL4)는 모두 도시되지 않은 컨트롤러에 의해 차량의 주행상황에 맞게 도 2와 같은 작동 모드표에 따라 제어됨으로써, 차량의 전진 변속단 총 10단 후진 변속단 1단의 변속단을 형성할 수 있게 된다.

특히, 상기 제1브레이크(B1)와 제2브레이크(B2), 제1클러치(CL1), 제2클러치(CL2), 제3클러치(CL3), 제4클러치(CL4)를 "변속요소"로 통칭하면, 상기 본 발명의 변속기는 도 2에 도시된 바와 같이 1단부터 10단에 이르는 일련의 변속 시, 하나의 변속요소를 해제하면서 다른 하나의 변속요소를 체결함에 의해 변속이 이루어지는 소위 clutch-to-clutch 변속이 가능한 구성인 것이다.

상기 제1유성기어장치(PG1)의 제1회전요소는 제1선기어(S1), 제2회전요소는 제1캐리어(C1), 제3회전요소는 제1링기어(R1)로 구성되고, 상기 제2유성기어장치(PG2)의 제1회전요소는 제2선기어(S2), 제2회전요소는 제2캐리어(C2), 제3회전요소는 제2링기어(R2)로 구성되고, 상기 제3유성기어장치(PG3)의 제1회전요소는 제3선기어(S3), 제2회전요소는 제3캐리어(C3), 제3회전요소는 제3링기어(R3)로 구성되고, 상기 제4유성기어장치(PG4)의 제1회전요소는 제4선기어(S4), 제2회전요소는 제4캐리어(C4), 제3회전요소는 제4링기어(R4)로 구성된다.

또한, 상기한 바와 같은 본 발명 다단 변속기는 다음과 같이 표현될 수 있는 바, 각각 3개의 회전요소를 가지는 제1유성기어장치(PG1), 제2유성기어장치(PG2), 제3유성기어장치(PG3) 및 제4유성기어장치(PG4)와; 가변적으로 마찰력을 제공하도록 구성되는 6개의 변속요소와; 상기 유성기어장치들의 회전요소들에 연결되는 8개의 회전축을 포함하여 구성된다.

여기서, 제1회전축(RS1)은 상기 입력축(IN)이고, 제2회전축(RS2)은 상기 제4유성기어장치(PG4)의 제1회전요소(S4)에 직결되며, 제3회전축(RS3)은 상기 제1유성기어장치(PG1)의 제2회전요소(C1)와 제2유성기어장치(PG2)의 제3회전요소(R2) 및 제4유성기어장치(PG4)의 제3회전요소(R4)에 직결되고, 제4회전축(RS4)은 상기 제1유성기어장치(PG1)의 제3회전요소(R1와 제3유성기어장치(PG3)의 제3회전요소(R3) 및 제4유성기어장치(PG4)의 제2회전요소(C4)에 직결되며, 제5회전축(RS5)은 상기 제1유성기어장치(PG1)의 제1회전요소(S1)와 상기 제2유성기어장치(PG2)의 제1회전요소(S2)에 직결되고, 제6회전축(RS6)은 상기 제2유성기어장치(PG2)의 제2회전요소(C2)에 직결되며, 제7회전축(RS7)은 상기 제3유성기어장치(PG3)의 제1회전요소(S3)에 직결되고, 제8회전축(RS8)은 상기 제3유성기어장치(PG3)의 제2회전요소(C3)에 직결된 출력축(OUT)이다.

상기 제4유성기어장치(PG4), 제1유성기어장치(PG1), 제2유성기어장치(PG2), 제3유성기어장치(PG3)는 상기 입력축(IN)으로부터 출력축(OUT)을 향하는 축방향을 따라 차례로 배치되어 있다.

상기 6개의 변속요소들 중, 제1브레이크(B1)는 상기 제6회전축(RS6)과 상기 변속기케이스(CS) 사이에 설치되고, 제2브레이크(B2)는 상기 제7회전축(RS7)과 상기 변속기케이스(CS) 사이에 설치되며, 제1클러치(CL1)는 상기 제1회전축(RS1)과 제3회전축(RS3) 사이에 설치되고, 제2클러치(CL2)는 상기 제1회전축(RS1)과 제2회전축(RS2) 사이에 설치되며, 제3클러치(CL3)는 상기 제5회전축(RS5)과 제7회전축(RS7) 사이에 설치되고, 제4클러치(CL4)는 상기 제5회전축(RS5)과 제8회전축(RS8) 사이에 설치된 구조이다.

상기한 바와 같이 4개의 단순 유성기어장치 및 6개의 변속요소로 구성된 본 발명 다단 변속기는 도 2에 도시된 바와 같은 작동 모드표에 따라 전진 10단 및 후진 1단을 구현할 수 있는 바, 비교적 적은 부품수와 간단한 구성 및 적은 중량으로 10단의 다단 변속단을 구현할 수 있어서, 차량의 주행상황에 보다 최적화된 변속비 제공으로 차량의 연비를 향상시킬 수 있도록 한다.

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.

IN; 입력축
OUT; 출력축
PG1; 제1유성기어장치
PG2; 제2유성기어장치
PG3; 제3유성기어장치
PG4; 제4유성기어장치
CS; 변속기케이스
B1; 제1브레이크
B2; 제2브레이크
CL1; 제1클러치
CL2; 제2클러치
CL3; 제3클러치
CL4; 제4클러치
RS1; 제1회전축
RS2; 제2회전축
RS3; 제3회전축
RS4; 제4회전축
RS5; 제5회전축
RS6; 제6회전축
RS7; 제7회전축
RS8; 제8회전축

Claims

입력축 및 출력축과;
상기 입력축과 출력축 사이에 회전력을 전달할 수 있도록 구비되고, 각각 3개의 회전요소를 구비한 제1유성기어장치, 제2유성기어장치, 제3유성기어장치 및 제4유성기어장치와;
상기 제1 내지 제4유성기어장치의 회전요소에 연결되는 6개의 변속요소를 포함하여 구성되며;
상기 제1유성기어장치의 제1회전요소는 상기 제2유성기어장치의 제1회전요소와 상시 연결되고, 제2회전요소는 상기 제2유성기어장치의 제3회전요소와 상기 제4유성기어장치의 제3회전요소에 상시 연결되며, 제3회전요소는 상기 제3유성기어장치의 제3회전요소와 제4유성기어장치의 제2회전요소에 상시 연결되고;
상기 제2유성기어장치의 제1회전요소는 상기 제3유성기어장치의 제1회전요소 및 제2회전요소에 각각 단속 가능하게 연결되고, 제2회전요소는 상기 변속요소들 중 하나에 의해 변속기케이스에 고정 가능하게 설치되며, 제3회전요소는 상기 입력축에 단속 가능하게 연결되고;
상기 제3유성기어장치의 제1회전요소는 상기 변속요소들 중 다른 하나에 의해 상기 변속기케이스에 고정 가능하게 설치되고, 제2회전요소는 상기 출력축에 상시 연결되며;
상기 제4유성기어장치의 제1회전요소는 상기 입력축에 단속 가능하게 연결된 것
을 특징으로 하는 차량용 다단 변속기.
청구항 1에 있어서,
상기 제4유성기어장치, 제1유성기어장치, 제2유성기어장치, 제3유성기어장치는 상기 입력축으로부터 출력축을 향하는 축방향을 따라 차례로 배치된 것
을 특징으로 하는 차량용 다단 변속기.
청구항 1에 있어서,
상기 제2유성기어장치의 제2회전요소는 상기 변속요소들 중 제1브레이크에 의해 변속기케이스에 고정 가능하게 설치되고;
상기 제3유성기어장치의 제1회전요소는 상기 변속요소들 중 제2브레이크에 의해 변속기케이스에 고정 가능하게 설치된 것
을 특징으로 하는 차량용 다단 변속기.
청구항 3에 있어서,
상기 제2유성기어장치의 제3회전요소와 상기 입력축 사이는 상기 변속요소들 중 제1클러치에 의해 단속 가능하게 연결되고;
상기 제4유성기어장치의 제1회전요소와 상기 입력축 사이는 상기 변속요소들 중 제2클러치에 의해 단속 가능하게 연결되고;
상기 제2유성기어장치의 제1회전요소와 상기 제3유성기어장치의 제1회전요소 사이는 상기 변속요소들 중 제3클러치에 의해 단속 가능하게 연결되고;
상기 제2유성기어장치의 제1회전요소와 상기 제3유성기어장치의 제2회전요소 사이는 상기 변속요소들 중 제4클러치에 의해 단속 가능하게 연결된 것
을 특징으로 하는 차량용 다단 변속기.
각각 3개의 회전요소를 가지는 제1유성기어장치, 제2유성기어장치, 제3유성기어장치 및 제4유성기어장치와;
가변적으로 마찰력을 제공하도록 구성되는 6개의 변속요소와;
상기 제1 내지 제4유성기어장치의 회전요소들에 연결되는 8개의 회전축을 포함하여 구성되며;
제1회전축은 입력축이고;
제2회전축은 상기 제4유성기어장치의 제1회전요소에 직결되며;
제3회전축은 상기 제1유성기어장치의 제2회전요소와 제2유성기어장치의 제3회전요소 및 제4유성기어장치의 제3회전요소에 직결되고;
제4회전축은 상기 제1유성기어장치의 제3회전요소와 제3유성기어장치의 제3회전요소 및 제4유성기어장치의 제2회전요소에 직결되며;
제5회전축은 상기 제1유성기어장치의 제1회전요소와 상기 제2유성기어장치의 제1회전요소에 직결되고;
제6회전축은 상기 제2유성기어장치의 제2회전요소에 직결되며;
제7회전축은 상기 제3유성기어장치의 제1회전요소에 직결되고;
제8회전축은 상기 제3유성기어장치의 제2회전요소에 직결된 출력축이며,
상기 6개의 변속요소들 중,
제1브레이크는 상기 제6회전축과 상기 변속기케이스 사이에 설치되고;
제2브레이크는 상기 제7회전축과 상기 변속기케이스 사이에 설치되며;
제1클러치는 상기 제1회전축과 제3회전축 사이에 설치되고;
제2클러치는 상기 제1회전축과 제2회전축 사이에 설치되며;
제3클러치는 상기 제5회전축과 제7회전축 사이에 설치되고;
제4클러치는 상기 제5회전축과 제8회전축 사이에 설치된 것
을 특징으로 하는 차량용 다단 변속기.
청구항 5에 있어서,
상기 제4유성기어장치, 제1유성기어장치, 제2유성기어장치, 제3유성기어장치는 상기 입력축으로부터 출력축을 향하는 축방향을 따라 차례로 배치된 것
을 특징으로 하는 차량용 다단 변속기.
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