KR102443345B1

KR102443345B1 - 차량용 다단 변속기

Info

Publication number: KR102443345B1
Application number: KR1020170125749A
Authority: KR
Inventors: 권현식; 황성욱; 김기태; 조원민; 국재창; 지성욱
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2017-09-28
Filing date: 2017-09-28
Publication date: 2022-09-16
Also published as: KR20190036625A

Abstract

본 발명 차량용 다단 변속기는 엔진의 동력을 전달받는 입력축(IN); 동력을 출력하는 출력축(OUT); 각각 적어도 3개의 회전요소를 가지는 제1유성기어장치(PG1), 제2유성기어장치(PG2) 및 제3유성기어장치(PG3); 상기 제1유성기어장치(PG1)의 제3회전요소와 상기 입력축(IN)에 연결되는 제1회전축(RS1); 상기 제1유성기어장치(PG1)의 제2회전요소와 제3유성기어장치(PG3)의 제1회전요소에 연결되는 제2회전축(RS2); 상기 제1유성기어장치(PG1)의 제1회전요소와 제2유성기어장치(PG2)의 제2회전요소에 연결되는 제3회전축(RS3); 상기 제2유성기어장치(PG2)의 제3회전요소에 연결되는 제4회전축(RS4); 상기 제2유성기어장치(PG2)의 제1회전요소에 연결되는 제5회전축(RS5); 상기 제3유성기어장치(PG3)의 제3회전요소에 연결되는 제6회전축(RS6); 상기 제2유성기어장치(PG2)의 제4회전요소에 연결되는 제7회전축(RS7); 상기 제3유성기어장치(PG3)의 제2회전요소와 출력축(OUT)에 연결되는 제8회전축(RS8);을 포함할 수 있다.

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 엔진의 동력을 전달받는 입력축(IN); 동력을 출력하는 출력축(OUT); 각각 적어도 3개의 회전요소를 가지는 제1유성기어장치(PG1), 제2유성기어장치(PG2) 및 제3유성기어장치(PG3); 상기 제1유성기어장치(PG1)의 제3회전요소와 상기 입력축(IN)에 연결되는 제1회전축(RS1); 상기 제1유성기어장치(PG1)의 제2회전요소와 제3유성기어장치(PG3)의 제1회전요소에 연결되는 제2회전축(RS2); 상기 제1유성기어장치(PG1)의 제1회전요소와 제2유성기어장치(PG2)의 제2회전요소에 연결되는 제3회전축(RS3); 상기 제2유성기어장치(PG2)의 제3회전요소에 연결되는 제4회전축(RS4); 상기 제2유성기어장치(PG2)의 제1회전요소에 연결되는 제5회전축(RS5); 상기 제3유성기어장치(PG3)의 제3회전요소에 연결되는 제6회전축(RS6); 상기 제2유성기어장치(PG2)의 제4회전요소에 연결되는 제7회전축(RS7); 상기 제3유성기어장치(PG3)의 제2회전요소와 출력축(OUT)에 연결되는 제8회전축(RS8);을 포함할 수 있다.

8개의 회전축 중, 2개의 회전축을 상호 연결하는 4개의 클러치; 및 상기 8개의 회전축 중, 상기 입력축(IN) 또는 출력축(OUT)에 연결되지 않은 회전축과 변속기 하우징(CS)을 선택적으로 연결하는 2개의 브레이크;로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 4개의 클러치는, 상기 제4회전축(RS4)과 제8회전축(RS8) 사이에 설치되는 제1클러치(CL1); 상기 제7회전축(RS7)과 제8회전축(RS8) 사이에 설치되는 제2클러치(CL2); 상기 제1회전축(RS1)과 제4회전축(RS4) 사이에 설치되는 제3클러치(CL3); 상기 제4회전축(RS4)과 제6회전축(RS6) 사이에 설치되는 제4클러치(CL4);로 구성되고, 상기 2개의 브레이크는, 상기 제5회전축(RS5)과 변속기 케이스(CS) 사이에 설치되는 제1브레이크(B1); 제6회전축(RS6)과 변속기 케이스(CS) 사이에 설치되는 제2브레이크(B2);로 구성된 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 제1유성기어장치(PG1)의 제1,2,3회전요소는 제1선기어, 제1캐리어, 제1링기어로 구성되고, 상기 제2유성기어장치(PG2)의 제1,2,3,4회전요소는 제2A선기어, 제2B선기어, 제2캐리어, 제2링기어로 구성되며, 상기 제3유성기어장치(PG3)의 제1,2,3회전요소는 제3선기어, 제3캐리어, 제3링기어로 구성되는 것을 특징으로 할 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 적어도 3개의 회전요소를 구비한 제1유성기어장치(PG1), 제2유성기어장치(PG2) 및 제3유성기어장치(PG3)와; 상기 유성기어장치들의 회전요소에 연결되는 6개의 변속요소를 포함하여 구성된다.

특히, 본 발명은 상기 제1유성기어장치(PG1)의 제3회전요소(R1)와 상기 입력축(IN)에 연결되는 제1회전축(RS1); 상기 제1유성기어장치(PG1)의 제2회전요소(C1)와 제3유성기어장치(PG3)의 제1회전요소(S3)에 연결되는 제2회전축(RS2); 상기 제1유성기어장치(PG1)의 제1회전요소(S1)와 제2유성기어장치(PG2)의 제2회전요소(S2B)에 연결되는 제3회전축(RS3); 상기 제2유성기어장치(PG2)의 제3회전요소(C2)에 연결되는 제4회전축(RS4); 상기 제2유성기어장치(PG2)의 제1회전요소(S2A)에 연결되는 제5회전축(RS5); 상기 제3유성기어장치(PG3)의 제3회전요소(R3)에 연결되는 제6회전축(RS6); 상기 제2유성기어장치(PG2)의 제4회전요소(R2)에 연결되는 제7회전축(RS7); 상기 제3유성기어장치(PG3)의 제2회전요소(C3)와 출력축(OUT)에 연결되는 제8회전축(RS8);을 포함하여 구성된다.

본 실시예에서 상기 제1유성기어장치(PG1), 제2유성기어장치(PG2), 제3유성기어장치(PG3)는 상기 입력축(IN)으로부터 출력축(OUT)을 향하는 축방향을 따라 차례로 배치되고, 상기 제1유성기어장치(PG1)와 제3유성기어장치(PG3)는 각각 3개의 회전요소를 구비한 단순유성기어장치이고, 상기 제2유성기어장치(PG2)는 4개의 회전요소를 구비한 라비뇨식(Ravigneaux-type) 복합유성기어장치이다.

상기 변속요소들은, 8개의 회전축 중, 2개의 회전축을 상호 연결하는 4개의 클러치; 및 상기 8개의 회전축 중, 상기 입력축(IN) 또는 출력축(OUT)에 연결되지 않은 회전축과 변속기 하우징(CS)을 선택적으로 연결하는 2개의 브레이크;로 이루어진다.

상기 4개의 클러치는, 상기 제4회전축(RS4)과 제8회전축(RS8) 사이에 설치되는 제1클러치(CL1); 상기 제7회전축(RS7)과 제8회전축(RS8) 사이에 설치되는 제2클러치(CL2); 상기 제1회전축(RS1)과 제4회전축(RS4) 사이에 설치되는 제3클러치(CL3); 상기 제4회전축(RS4)과 제6회전축(RS6) 사이에 설치되는 제4클러치(CL4);로 구성된다.

상기 2개의 브레이크는, 상기 제5회전축(RS5)과 변속기 케이스(CS) 사이에 설치되는 제1브레이크(B1); 제6회전축(RS6)과 변속기 케이스(CS) 사이에 설치되는 제2브레이크(B2);로 구성된다.

즉, 상기 제1브레이크(B1)에 의해 상기 제2유성기어장치(PG2)의 제1회전요소(S2A)를 상기 변속기케이스(CS)에 연결시켜서 고정하거나 자유회전 가능한 상태로 조절할 수 있으며, 상기 제2브레이크(B2)에 의해 상기 제3유성기어장치(PG3)의 제3회전요소(R3)를 상기 변속기케이스(CS)에 연결시켜서 고정하거나 자유회전 가능한 상태로 조절할 수 있도록 구성한 것이다.

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 제1,2,3회전요소는 제1선기어, 제1캐리어, 제1링기어로 구성되고, 상기 제2유성기어장치(PG2)의 제1,2,3,4회전요소는 제2A선기어, 제2B선기어, 제2캐리어, 제2링기어로 구성되며, 상기 제3유성기어장치(PG3)의 제1,2,3회전요소는 제3선기어, 제3캐리어, 제3링기어로 구성된다.

상기한 바와 같이 2개의 단순 유성기어장치와 1개의 복합유성기어장치 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
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

엔진의 동력을 전달받는 입력축(IN);
동력을 출력하는 출력축(OUT);
각각 적어도 3개의 회전요소를 가지는 제1유성기어장치(PG1), 제2유성기어장치(PG2) 및 제3유성기어장치(PG3);
상기 제1유성기어장치의 제3회전요소와 상기 입력축(IN)에 연결되는 제1회전축(RS1);
상기 제1유성기어장치의 제2회전요소와 제3유성기어장치의 제1회전요소에 연결되는 제2회전축(RS2);
상기 제1유성기어장치의 제1회전요소와 제2유성기어장치의 제2회전요소에 연결되는 제3회전축(RS3);
상기 제2유성기어장치의 제3회전요소에 연결되는 제4회전축(RS4);
상기 제2유성기어장치의 제1회전요소에 연결되는 제5회전축(RS5);
상기 제3유성기어장치의 제3회전요소에 연결되는 제6회전축(RS6);
상기 제2유성기어장치의 제4회전요소에 연결되는 제7회전축(RS7);
상기 제3유성기어장치의 제2회전요소와 출력축(OUT)에 연결되는 제8회전축(RS8);을 포함하는 차량용 다단 변속기.
청구항 1에 있어서,
상기 8개의 회전축 중, 상기 입력축(IN) 또는 출력축(OUT)에 연결되지 않은 회전축과 변속기 하우징(CS)을 선택적으로 연결하는 2개의 브레이크;를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 다단 변속기.
청구항 2에 있어서,
상기 제4회전축(RS4)과 제8회전축(RS8) 사이에 설치되는 제1클러치(CL1); 상기 제7회전축(RS7)과 제8회전축(RS8) 사이에 설치되는 제2클러치(CL2); 상기 제1회전축(RS1)과 제4회전축(RS4) 사이에 설치되는 제3클러치(CL3); 상기 제4회전축(RS4)과 제6회전축(RS6) 사이에 설치되는 제4클러치(CL4);를 더 포함하여 구성되고,
상기 2개의 브레이크는, 상기 제5회전축(RS5)과 변속기 케이스(CS) 사이에 설치되는 제1브레이크(B1); 제6회전축(RS6)과 변속기 케이스(CS) 사이에 설치되는 제2브레이크(B2);로 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 다단 변속기.
청구항 1에 있어서,
상기 제1유성기어장치(PG1)의 제1,2,3회전요소는 제1선기어, 제1캐리어, 제1링기어로 구성되고,
상기 제2유성기어장치(PG2)의 제1,2,3,4회전요소는 제2A선기어, 제2B선기어, 제2캐리어, 제2링기어로 구성되며,
상기 제3유성기어장치(PG3)의 제1,2,3회전요소는 제3선기어, 제3캐리어, 제3링기어로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 다단 변속기.