KR102451892B1 - 차량용 변속장치 - Google Patents

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Abstract

차량용 변속장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 변속장치는 제1 클러치를 통해 엔진 출력축에 선택적으로 연결되는 제1 입력축; 상기 제1 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 중첩 배치되며, 제2 클러치를 통해 엔진 출력축에 선택적으로 연결되는 제2 입력축; 상기 제2 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 중첩 배치되며, 제3 클러치를 통해 엔진 출력축에 선택적으로 연결되는 제3 입력축; 상기 제3 입력축의 후측에 대응하여 상기 제2 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 동력 전달축; 상기 제1 입력축과 일정 간격을 두고 평행하게 동일 축선 상으로 배치되어 제4 클러치를 통해 상호 선택적으로 연결되는 제1, 제2 중간축; 상기 제1 입력축과 일정 간격을 두고 평행하게 배치되는 아이들 축; 상기 제1, 제2 입력축 및 상기 동력 전달축과 상기 제1 중간축 및 상기 아이들 축에 각 구동기어 및 각 피동기어가 상호 외접 기어 연결되어 배치되는 4개의 변속 기어열의 각 기어비에 따라 입력되는 회전동력을 선택적으로 변속하여 상기 제2 중간축과 동력 전달축을 통해 출력하는 고정 변속부; 상기 동력 전달축 상의 일측에 선기어가 고정 연결되는 유성기어세트를 포함하며, 유성캐리어가 상기 제3 입력축과 고정 연결되고, 링기어가 상기 제2 중간축과 동력 연결되도록 구성되어 입력되는 회전동력을 상호 보완적으로 복합 변속하여 출력하는 복합 변속부; 및 상기 제1 입력축과 일정 간격을 두고 평행하게 배치되며, 상기 복합 변속부로부터 전달되는 회전동력을 종감속 기어로 출력하는 출력축를 포함한다.

Description

차량용 변속장치{POWER TRANSMISSION APPARATUS FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 변속장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 듀얼 클러치 변속기(DCT)에 1개의 유성기어세트와 1개 이상의 싱크로나이저를 적용하여 다단의 고정 변속단을 구현하고, 1개의 모터/제너레이터를 추가 배치하여 전기 자동차 모드 및 패러럴 하이브리드 모드로 주행이 가능하도록 한 차량용 변속장치에 관한 것이다.
차량에 있어서의 친환경 기술은 미래 자동차 산업의 생존이 달린 핵심 기술로서, 자동차 메이커들은 환경 및 연비 규제를 달성하기 위한 친환경 자동차 개발에 총력을 기울이고 있다.
상기 미래형 자동차 기술은 전기 에너지를 이용하는 전기 자동차(EV : Electric Vehicle), 하이브리드 전기 자동차(HEV : Hybrid Electric Vehicle), 효율과 편의성을 향상시킨 듀얼 클러치 변속기(DCT : Dual Clutch Transmission)를 예로 들 수 있다.
상기에서 본 발명과 관련되는 DCT는 자동 변속기내에 2개의 클러치 기구(clutch device)와, 기본적인 수동 변속기의 기어 트레인을 보유하며, 엔진으로부터 입력되는 회전력을 2개의 클러치를 이용하여 2개의 입력축에 선택적으로 전달하여, 상기한 기어 트레인을 이용하여 변속한 후 출력한다.
이러한 DCT는 5단 이상의 고단 변속기를 컴팩트(compact)하게 구현하기 위해 시도되고 있으며, 2개의 클러치와 동기장치(synchronizing device)들을 컨트롤러에 의해 제어함으로써, 운전자의 수동적인 변속을 불필요하게 하는 AMT(Auto Manual Transmission)로 구현되고 있다.
이에 따라, DCT는 유성기어 타입의 자동 변속기와 비교하여 동력전달 효율이 우수하고, 다단화에 따른 부품의 변경 및 추가가 용이하다는 장점이 연비 규제와 다단화 효율의 중요성에 부응할 수 있기 때문에 더욱 각광을 받고 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 듀얼 클러치 변속기에 1개의 유성기어세트와 1개 이상의 싱크로나이저를 적용하여 다단의 고정 변속단을 구현할 수 있도록 함으로써, 부품 감소에 의한 내부 구성을 간단히 하고, 중량을 최소화하여 연비를 향상시킬 수 있으며, 부피 감소로 탑재성을 향상시킬 수 있는 차량용 변속장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 실시 예는 1개의 모터/제너레이터를 추가 배치하여 전기 자동차 모드 및 패러럴 하이브리드 모드로 주행이 가능하도록 하여 연비를 향상시킬 수 있는 차량용 변속장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 제1 클러치를 통해 엔진 출력축에 선택적으로 연결되는 제1 입력축; 중공축으로 이루어져 상기 제1 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 중첩 배치되며, 제2 클러치를 통해 엔진 출력축에 선택적으로 연결되는 제2 입력축; 중공축으로 이루어져 상기 제2 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 중첩 배치되며, 제3 클러치를 통해 엔진 출력축에 선택적으로 연결되는 제3 입력축; 중공축으로 이루어져 상기 제3 입력축의 후측에 대응하여 상기 제2 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 동력 전달축; 상기 제1 입력축과 일정 간격을 두고 평행하게 동일 축선 상으로 배치되어 제4 클러치를 통해 상호 선택적으로 연결되는 제1, 제2 중간축; 상기 제1 입력축과 일정 간격을 두고 평행하게 배치되는 아이들 축; 상기 제1, 제2 입력축 및 상기 동력 전달축과 상기 제1 중간축 및 상기 아이들 축에 각 구동기어 및 각 피동기어가 상호 외접 기어 연결되어 배치되는 4개의 변속 기어열의 각 기어비에 따라 입력되는 회전동력을 선택적으로 변속하여 상기 제2 중간축과 동력 전달축을 통해 출력하는 고정 변속부; 상기 동력 전달축 상의 일측에 선기어가 고정 연결되는 유성기어세트를 포함하며, 유성캐리어가 상기 제3 입력축과 고정 연결되고, 링기어가 상기 제2 중간축과 동력 연결되도록 구성되어 입력되는 회전동력을 상호 보완적으로 복합 변속하여 출력하는 복합 변속부; 및 상기 제1 입력축과 일정 간격을 두고 평행하게 배치되며, 상기 복합 변속부로부터 전달되는 회전동력을 종감속 기어로 출력하는 출력축를 포함하는 차량용 변속장치가 제공될 수 있다.
여기서, 상기 제1, 제2, 제3 클러치, 고정 변속부, 복합 변속부는 상기 엔진으로부터 후측으로 제1, 제2, 제3 클러치, 복합 변속부, 고정 변속부의 순서로 배치될 수 있다.
또한, 상기 4개의 변속 기어열은 상기 동력 전달축에 고정 연결되는 제1 구동기어와, 상기 제1 중간축에 고정 연결되어 상기 제1 구동기어와 외접 기어 연결되는 제1 피동기어와, 상기 아이들 축에 고정 연결되어 상기 제1 피동기어와 외접 기어 연결되는 아이들 출력기어로 이루어지는 제1 변속 기어열; 상기 제2 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 제2 구동기어와, 상기 아이들 축에 고정 연결되어 상기 제2 구동기어와 외접 기어 연결되는 아이들 입력기어로 이루어지는 제2 변속 기어열; 상기 제1 입력축에 고정 연결되는 제3 구동기어와, 상기 제1 중간축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제3 구동기어와 외접 기어 연결되는 제3 피동기어로 이루어지는 제3 변속 기어열; 및 상기 제1 입력축에 고정 연결되는 제4 구동기어와, 상기 제1 중간축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제4 구동기어와 외접 기어 연결되는 제4 피동기어로 이루어지는 제4 변속 기어열을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 구동기어와 제2 구동기어는 제1 싱크로나이저에 의하여 제2 입력축에 선택적으로 동기 연결되고, 상기 제3 피동기어와 제4 피동기어는 제2 싱크로나이저에 의하여 제1 중간축에 선택적으로 동기 연결될 수 있다.
또한, 상기 제1 변속 기어열은 전진 2속과 6속을 위한 기어비로 이루어지고, 상기 제2 변속 기어열은 전진 8속과 후진을 위한 기어비로 이루어지고, 상기 제3 변속 기어열은 전진 1속과 7속을 위한 기어비로 이루어지고, 상기 제4 변속 기어열은 전진 3속과 5속을 위한 기어비로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 복합 변속부는 상기 유성기어세트의 선기어가 상기 동력 전달축에 고정 연결되고, 유성캐리어가 상기 엔진 출력축과 선택적으로 연결되며, 링기어는 외주 상에 중간 출력기어가 일체로 형성되며, 상기 중간 출력기어는 상기 제2 중간축에 고정 연결되는 중간 구동기어와, 상기 출력축 상의 출력축 입력기어 사이에 외접 기어 연결될 수 있다.
또한, 상기 복합 변속부는 상기 제2 중간축 상의 중간 구동기어를 통해 선택적으로 전달되는 회전동력을 상기 링기어 상의 중간 출력기어를 통해 상기 출력축 상의 출력축 입력기어로 그대로 출력하고, 상기 제3 입력축으로부터 선택적으로 상기 유성캐리어에 입력되는 회전동력과, 상기 고정 변속부로부터 변속되어 상기 동력 전달축을 통해 선기어로 입력되는 회전동력을 상호 보완적으로 복합 변속하여 상기 중간 출력기어를 통해 상기 출력축 상의 출력축 입력기어로 출력하도록 구성될 수 있다.
여기서, 상기 유성기어세트는 싱글 피니언 유성기어세트로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 동력 전달축은 브레이크를 통해 변속기 하우징에 선택적으로 연결될 수 있다.
여기서, 상기 제1 중간축은 브레이크를 통해 변속기 하우징에 선택적으로 연결될 수 있다.
이때, 상기 제1 변속 기어열은 전진 2속과 6속을 위한 기어비로 이루어지고, 상기 제2 변속 기어열은 전진 9속과 후진을 위한 기어비로 이루어지고, 상기 제3 변속 기어열은 전진 1속과 7속을 위한 기어비로 이루어지고, 상기 제4 변속 기어열은 전진 3속과 5속을 위한 기어비로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 고정 변속부는 상기 제1 중간축에 회전동력을 전달하는 모터/제너레이터를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 모터/제너레이터는 모터 구동기어가 상기 아이들 축 상의 아이들 입력기어와 외접 기어 연결될 수 있다.
또한, 상기 엔진 출력축에 회전동력을 선택적으로 전달하는 모터/제너레이터가 배치될 수 있다.
이때, 상기 모터/제너레이터는 엔진 클러치를 통해 상기 엔진 출력축과 선택적으로 연결되고, 상기 제1, 제2, 제3 입력축과 제1, 제2, 제3 클러치를 통해 각각 선택적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 제1 실시 예에 따른 차량용 변속장치는 2개의 싱크로나이저를 이용하는 DCT 구조에 1개의 유성기어세트를 적용하여 전진 8속 및 후진 1속의 고정 변속단을 구현할 수 있도록 함으로써, 내부 구성을 간단히 하면서 다단화를 실현하고, 중량을 최소화하여 탑재성과 연비를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 제2, 제3 실시 예에 따른 차량용 변속장치는 2개의 싱크로나이저를 이용하는 DCT 구조에 1개의 유성기어세트를 추가하여 전진 8속 및 후진 1속의 고정 변속단을 구현할 수 있는 상기 제1 실시 예에서, 상기 유성기어세트의 3개의 회전요소 중, 하나의 회전요소를 선택적인 고정요소로 작동되도록 함으로써, 전진 9속 및 후진 1속의 고정 변속단을 구현할 수 있도록 하여 내부 구성을 간단히 하면서 다단화를 실현하고, 중량을 최소화하여 탑재성과 연비를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 제4 실시 예에 따른 차량용 변속장치는 상기 제2 실시 예에서, 1개의 모터/제너레이터를 축선 방향과 평행하게 배치하고, 모터/제너레이터의 회전동력이 제1 중간축과 함께 선택적인 고정요소 작동할 수 있는 유성기어세트의 하나의 회전요소에 전달되도록 함으로써, 다단의 고정 변속단으로 엔진 모드 및 패러럴 하이브리드 모드 주행이 가능하고, 필요에 따라서는 전자적 무단 변속모드(e-CVT), 및 전기 자동차 모드로의 주행이 가능하도록 하여 연비를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 제5 실시 예에 따른 차량용 변속장치는 상기 제2 실시 예에서, 1개의 모터/제너레이터를 엔진 출력축의 후단에 엔진 클러치를 통해 동력 연결되도록 배치함으로써, 다단의 고정 변속단으로 엔진 모드, 패러럴 하이브리드 모드, 전기 자동차 모드로의 주행이 가능하도록 하여 연비를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 모든 실시 예는 변속 시, 홀수단과 짝수단을 3개의 클러치가 번갈아 가면서 변속이 이루어지도록 하여 변속 단절감을 발생시키지 않고 자연스러운 변속이 가능하다.
그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 차량용 변속장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 차량용 변속장치의 변속 작동표이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 차량용 변속장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 차량용 변속장치의 변속 작동표이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 차량용 변속장치의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 차량용 변속장치의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 차량용 변속장치의 변속 작동표이다.
도 8은 본 발명의 제5 실시 예에 따른 차량용 변속장치의 구성도이다.
도 9는 본 발명의 제5 실시 예에 따른 차량용 변속장치의 변속 작동표이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 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 실시 예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 적용하여 설명한다.
또한, 하기의 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일하여 이를 구분하기 위한 것으로, 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 변속장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 변속장치는 제1, 제2, 제3 입력축(IS1)(IS2)(IS3), 동력 전달축(TMS), 제1, 제2 중간축(CS1)(CS2), 고정 변속부(FT), 복합 변속부(CT) 및 출력축(OS)을 포함한다.
이에 따라, 동력원인 엔진(ENG)의 회전동력이 고정 변속부(FT)에서 변속되면, 복합 변속부(CT)에서 상기 고정 변속부(FT)로부터 전달되는 변속된 회전동력과 엔진(ENG)로부터 선택적으로 전달되는 회전동력의 상호 보완 작동에 의하여 증속된 변속비로 출력되면서 전진 8속 및 후진 1속의 변속단을 구현할 수 있도록 구성된다.
상기 동력원인 엔진(ENG)은 기존의 화석 연료를 사용하는 가솔린 엔진 또는 디젤 엔진 등의 공지된 각종 엔진이 이용될 수 있다.
상기 엔진(ENG)으로부터 발생된 회전동력은 제1, 제2, 제3 입력축(IS1)(IS2)(IS3)의 연결 관계에 따라 고정 변속부(FT)와 복합 변속부(CT)로 전달된다.
상기 고정 변속부(FT)와 복합 변속부(CT)는 상호 일정 간격을 두고 평행하게 배치되는 제1, 제2, 제3, 제4 축선(L1)(L2)(L3)(L4)상에 배치되는데, 상기 제1 축선(L1)상에는 제1, 제2, 제3 입력축(IS1)(IS2)(IS3) 및 동력 전달축(TMS)이 배치되고, 상기 제2 축선(L2)상에는 제1, 제2 중간축(CS1)(CS2)이 배치되며, 상기 제3 축선(L3)상에는 아이들 축(IDS)이 배치되고, 상기 제4 축선(L4)상에는 출력축(OS)이 배치된다.
상기 제1축선(L1)상에 배치되는 제1 입력축(IS1)은 엔진 출력축(EOS; 크랭크 축)과 제1 클러치(CL1)를 통하여 선택적으로 연결되며, 상기 제1 입력축(IS1)은 엔진(ENG)의 회전동력을 선택적으로 상기 고정 변속부(FT)에 전달한다.
상기 제2 입력축(IS2)은 중공축으로 이루어져 상기 제1 입력축(IS1)의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되어 엔진 출력축(EOS)과 제2 클러치(CL2)를 통하여 선택적으로 연결되며, 상기 제2 입력축(IS2)은 엔진(ENG)의 회전동력을 선택적으로 고정 변속부(FT)에 전달한다.
상기 제3 입력축(IS3)은 중공축으로 이루어져 상기 제2 입력축(IS2)의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되어 엔진 출력축(EOS)과 제3 클러치(CL3)를 통하여 선택적으로 연결되며, 상기 제3 입력축(IS3)은 엔진(ENG)의 회전동력을 선택적으로 복합 변속부(CT)에 전달한다.
상기 동력 전달축(TMS)은 중공축으로 이루어져 상기 제3 입력축(IS3)의 후측에 대응하여 상기 제2 입력축(IS2)의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치된다.
상기 제2 축선(L2)상에 배치되는 제1, 제2 중간축(CS1)(CS2)은 동일 축선 상에 배치된 상태로, 제4 클러치(CL4)를 통해 상호 선택적으로 연결된다.
상기 제3 축선(L3)상에 배치되는 아이들 축(IDS)은 아이들 입력기어(IDIG)와 아이들 출력기어(IDOG)와 고정 연결된다.
상기 제4 축선(L4)상에 배치되는 출력축(OS)은 출력축 입력기어(OIG)와 최종 출력기어(OG)와 고정 연결되며, 상기 최종 출력기어(OG)는 디프렌셜(DIFF)의 종감속 기어(FSDG)와 외접 기어 연결된다.
상기 고정 변속부(FT)는 상기 제1, 제2 입력축(IS1)(IS2), 제1 중간축(CS1), 아이들 축(IDS), 및 상기 제3 입력축(IS3)의 후측에 대응하여 상기 제2 입력축(IS2)의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 동력 전달축(TMS) 상에 배치되는 제1, 제2, 제3, 제4 변속 기어열(G1)(G2)(G3)(G4)을 포함하여 이루어진다.
상기 제1 변속 기어열(G1)은 상기 동력 전달축(TMS)에 일체로 고정 연결되는 제1 구동기어(D1)와, 상기 제1 중간축(CS1)에 일체로 고정 연결되어 상기 제1 구동기어(D1)와 외접 기어 연결되는 제1 피동기어(P1)와, 상기 아이들 축(IDS)에 일체로 고정 연결되어 상기 제1 피동기어(P1)와 외접 기어 연결되는 상기 아이들 출력기어(IDOG)로 이루어진다.
상기 제2 변속 기어열(G2)은 상기 제2 입력축(IS2)의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 제2 구동기어(D2)와, 상기 아이들 축(IDS)에 일체로 고정 연결되어 상기 제2 구동기어(D2)와 외접 기어 연결되는 상기 아이들 입력기어(IDIG)로 이루어진다.
상기에서, 제1 구동기어(D1)와 제2 구동기어(D2) 사이에는 제1 싱크로나이저(SL1)가 배치되어 상기 제1 구동기어(D1)와 제2 구동기어(D2)를 제2 입력축(IS2)에 선택적으로 동기 연결한다.
상기 제3 변속 기어열(G3)은 상기 제1 입력축(IS1)에 일체로 고정 연결되는 제3 구동기어(D3)와, 상기 제1 중간축(CS1)의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제3 구동기어(D3)와 외접 기어 연결되는 제3 피동기어(P3)로 이루어진다.
상기 제4 변속 기어열(G4)은 상기 제1 입력축(IS1)에 일체로 고정 연결되는 제4 구동기어(D4)와, 상기 제1 중간축(CS1)의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제4 구동기어(D4)와 외접 기어 연결되는 제4 피동기어(P4)로 이루어진다.
상기에서, 제3 피동기어(P3)와 제4 피동기어(P4) 사이에는 제2 싱크로나이저(SL2)가 배치되어 상기 제3 피동기어(P3)와 제4 피동기어(P4)를 제1 중간축(CS1)에 선택적으로 동기 연결한다.
상기와 같이 고정 변속부(FT)가 4개의 변속 기어열(G1)(G2)(G3)(G4)을 포함하여 이루어진다는 것은 4개의 고정 변속단을 구현할 수 있다는 것을 의미하며, 상기 4개의 변속 기어열(G1)(G2)(G3)(G4)을 형성하는 각각의 구동기어 및 피동기어에 대한 기어비는 필요로 하는 변속기의 설계 조건에 따라 달라질 수 있다.
본 발명의 제1 실시 예에서, 상기 제1 변속 기어열(G1)은 제2속 및 제6속, 상기 제2 변속 기어열(G2)은 제8속 및 후진, 상기 제3 변속 기어열(G3)은 제1속 및 7속, 상기 제4 변속 기어열(G4)은 제3속 및 제5속 변속을 위한 기어비로 예시하고 있다.
이에 따라, 상기 제2 입력축(IS2)의 회전동력을 전달받아 변속하는 제1, 제2 변속 기어열(G1)(G2)은 전진 제2, 제6, 제8속의 짝수단 및 후진(Re) 변속단을 구현하고, 상기 제1 입력축(IS1)의 회전동력을 전달받아 변속하는 제3, 제4 변속 기어열(G3)(G4)은 전진 제1, 제3, 제5, 제7속의 홀수단을 구현할 수 있다.
상기와 같은 구성에 의하여 고정 변속부(FT)에서, 상기 4개의 변속 기어열(G1)(G2)(G3)(G4)을 통해 변속된 회전동력은 2개의 경로를 통해 상기 복합 변속부(CT)로 전달되는데, 하나의 경로는 제2 중간축(CS2)을 통해 전달되는 것이고, 다른 하나의 경로는 제1 변속 기어열(G1)과 동력 전달축(TMS)을 통해 전달되는 것이다.
상기에서, 제1, 제2 싱크로나이저(SL1)(SL2)는 공지의 구성이므로 상세한 설명은 생략하며, 상기 제1, 제2 싱크로나이저(SL1)(SL2)에 적용되는 슬리이브(SLE1)(SLE2)는 공지에서와 같이 미도시된 별도의 액추에이터를 구비하며, 상기 액추에이터는 트랜스미션 제어유닛에 의하여 제어되면서 변속을 실시한다.
상기 복합 변속부(CT)는 제4 클러치(CL4)를 통해 제1 중간축(CS1)과 선택적으로 연결되는 제2 중간축(CS2)과, 상기 동력 전달축(TMS)상에 배치되는 1개의 유성기어세트(PG)를 포함하여 이루어지며, 상기 유성기어세트(PG)는 엔진(ENG)과 고정 변속부(FT) 사이의 동력 전달축(TMS)상에 선기어(S)를 통하여 연결된다.
상기 제4 클러치(CL4)는 상기 제1 중간축(CS1)과 제2 중간축(CS2)을 선택적으로 연결하여 필요에 따라 상기 제1, 제2 중간축(CS1)(CS2)이 동력 연결되도록 구성된다.
상기 유성기어세트(PG)는 싱글 피니언 유성기어세트로서, 선기어(S), 상기 선기어(S)와 외접 기어 연결되는 복수의 피니언 기어(P)를 회전 지지하는 유성 캐리어(PC), 상기 복수의 피니언 기어(P)와 내접 기어 연결되는 링기어(R)를 포함한다.
상기 선기어(S)는 상기 제2 입력축(IS2)의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 동력 전달축(TMS)과 고정 연결되고, 상기 유성캐리어(PC)는 상기 제3 입력축(IS3)과 고정 연결되며, 상기 링기어(R)는 출력요소로서, 외주 측에 중간 출력기어(COG)를 형성한다.
상기 중간 출력기어(COG)는 상기 제2 중간축(CS2) 상에 고정 연결되는 중간 구동기어(CDG)와 외접 기어 연결되고, 상기 출력축(OS) 상에 고정 연결된 출력축 입력기어(OIG)와 외접 기어 연결된다.
상기 구성에 의하여, 복합 변속부(CT)는 상기 제2 중간축(CS2)의 중간 구동기어(CDG)로부터 중간 출력기어(COG)로 전달되는 회전동력을 그대로 출력축 입력기어(OIG)로 전달한다.
또한, 상기 복합 변속부(CT)에서는 제3 클러치(CL3)의 작동 제어에 의하여 엔진(ENG)의 회전동력이 제3 입력축(IS3)을 통해 유성캐리어(PC)에 입력되면서 상기 제4 클러치(CL4)가 작동 제어되는 경우, 유성기어세트(PG)와 제1 변속 기어열(G1) 및 제1, 제2 중간축(CS1)(CS2)이 하나의 폐회로적인 동력전달경로를 형성하면서 상기 제1 변속 기어열(G1)의 기어비와 상기 중간 구동기어(CDG)와 중간 출력기어(COG)의 기어비에 따라 상호 보완 작동되면서 합성 변속되어 출력할 수 있다.
또한, 상기 복합 변속부(CT)에서는 제3 클러치(CL3)의 작동 제어에 의하여 엔진(ENG)의 회전동력이 제3 입력축(IS3)을 통해 유성캐리어(PC)에 입력되고 있는 상태에서, 상기의 선기어(S)의 회전조건(정회전, 고정, 역회전 등)에 따라 차동 작용으로 변속하여 출력할 수 있다.
상기에서 마찰기구인 상기 제1, 제2, 제3, 제4 클러치(CL1)(CL2)(CL3)(CL4)는 유압제어장치로부터 공급되는 유압에 의하여 작동되는 유압마찰결합유닛으로서, 주로 습식 다판형 유압마찰결합유닛이 사용되지만, 도그 클러치, 전자식 클러치, 자분식 클러치 등과 같이 전자제어장치로부터 공급되는 전기적인 신호에 따라 작동될 수 있는 결합유닛으로 이루어질 수 있다.
상기 도 1에서, 미설명 부호 "DA"는 엔진(ENG)의 토크 변동을 흡수하는 댐퍼를 지칭한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 변속장치의 변속 작동표로서, 변속과정을 살펴보면 다음과 같다.
[후진]
후진 변속단(REV)에서는 제1 싱크로나이저(SL1)의 슬리이브(SEL1)를 통해 제2 구동기어(D2)와 제2 입력축(IS2)을 동기 연결하고, 제2 클러치(CL2)와 제4 클러치(CL4)를 작동시킨다.
이에 따라, 엔진(ENG)의 회전동력은 제2 클러치(CL2)의 작동에 의하여 제2 클러치(CL2), 제2 입력축(IS2), 제2 구동기어(D2), 아이들 입력기어(IDIG), 아이들 축(IDS), 아이들 출력기어(IDOG), 제1 피동기어(P1), 제1 중간축(CS1), 제4 클러치(CL4), 제2 중간축(CS2), 중간 구동기어(CDG), 중간 출력기어(COG), 출력축 입력기어(OIG), 출력축(OS), 최종 출력기어(OG)를 통해 디프렌셜(DIFF)의 종감속 기어(FSDG)로 역회전 출력되면서 후진 주행이 이루어진다.
이때, 복합 변속부(CT)는 후진 변속에 아무런 영향을 미치지 않는다.
[전진 1속]
전진 1속(FD1)에서는 제2 싱크로나이저(SL2)의 슬리이브(SEL2)를 통해 제3 피동기어(P3)와 제1 중간축(CS1))을 동기 연결하고, 제1 클러치(CL1)와 제4 클러치(CL4)를 작동시킨다.
이에 따라, 엔진(ENG)의 회전동력은 제1 클러치(CL1)의 작동에 의하여 제1 클러치(CL1), 제1 입력축(IS1), 제3 구동기어(D3), 제3 피동기어(P3), 제1 중간축(CS1), 제4 클러치(CL4), 제2 중간축(CS2), 중간 구동기어(CDG), 중간 출력기어(COG), 출력축 입력기어(OIG), 출력축(OS), 최종 출력기어(OG)를 통해 디프렌셜(DIFF)의 종감속 기어(FSDG)로 전달되면서 전진 1속 주행이 이루어진다.
이때, 복합 변속부(CT)는 후진 변속에 아무런 영향을 미치지 않는다.
[전진 2속]
전진 2속(FD2)에서는 제1 싱크로나이저(SL1)의 슬리이브(SEL1)를 통해 제1 구동기어(D1)와 제2 입력축(IS2)을 동기 연결하고, 제2 클러치(CL2)와 제4 클러치(CL4)를 작동시킨다.
이에 따라, 엔진(ENG)의 회전동력은 제2 클러치(CL2)의 작동에 의하여 제2 클러치(CL2), 제2 입력축(IS2), 제1 구동기어(D1), 제1 피동기어(P1), 제1 중간축(CS1), 제4 클러치(CL4), 제2 중간축(CS2), 중간 구동기어(CDG), 중간 출력기어(COG), 출력축 입력기어(OIG), 출력축(OS), 최종 출력기어(OG)를 통해 디프렌셜(DIFF)의 종감속 기어(FSDG)로 전달되면서 전진 2속 주행이 이루어진다.
이때, 복합 변속부(CT)는 후진 변속에 아무런 영향을 미치지 않는다.
[전진 3속]
전진 3속(FD3)에서는 제2 싱크로나이저(SL2)의 슬리이브(SEL2)를 통해 제4 피동기어(P4)와 제1 중간축(CS1)을 동기 연결하고, 제1 클러치(CL1)와 제4 클러치(CL4)를 작동시킨다.
이에 따라, 엔진(ENG)의 회전동력은 제1 클러치(CL1)의 작동에 의하여 제1 클러치(CL1), 제1 입력축(IS1), 제4 구동기어(D4), 제4 피동기어(P4), 제1 중간축(CS1), 제4 클러치(CL4), 제2 중간축(CS2), 중간 구동기어(CDG), 중간 출력기어(COG), 출력축 입력기어(OIG), 출력축(OS), 최종 출력기어(OG)를 통해 디프렌셜(DIFF)의 종감속 기어(FSDG)로 전달되면서 전진 3속 주행이 이루어진다.
이때, 복합 변속부(CT)는 후진 변속에 아무런 영향을 미치지 않는다.
[전진 4속]
전진 4속(FD4)에서는 제1, 제2 싱크로나이저(SL1)(SL2)) 모두 중립의 상태에서, 제3 클러치(CL3)와 제4 클러치(CL4)를 작동시킨다.
이에 따라, 상기 제3 클러치(CL4)의 작동 제어에 의하여 엔진(ENG)의 회전동력이 제3 입력축(IS3)을 통해 유성캐리어(PC)로 직접 입력되고 있는 상태에서, 상기 제4 클러치(CL4)가 작동 제어된다.
그러면, 유성기어세트(PG)와 제1 변속 기어열(G1) 및 제1, 제2 중간축(CS1)(CS2)이 하나의 폐회로적인 동력전달경로를 형성하면서 유성기어세트(PG)의 유성캐리어(PC)를 통해 입력이 이루어지는 바, 상기 제1 변속 기어열(G1)의 기어비와, 상기 중간 구동기어(CDG)와 중간 출력기어(COG)의 기어비에 따라 상호 보완 작동되면서 합성 변속되어 중간 출력기어(COG), 출력축 입력기어(OIG), 출력축(OS), 최종 출력기어(OG)를 통해 디프렌셜(DIFF)의 종감속 기어(FSDG)로 전달되면서 전진 4속 주행이 이루어진다.
[전진 5속]
전진 5속(FD5)에서는 제2 싱크로나이저(SL2)의 슬리이브(SEL2)를 통해 제4 피동기어(P4)와 제1 중간축(CS1))을 동기 연결하고, 제1 클러치(CL1)와 제3 클러치(CL3)를 작동시킨다.
이에 따라, 엔진(ENG)의 회전동력 일부는 제1 클러치(CL1)의 작동에 의하여 제1 클러치(CL1), 제1 입력축(IS1), 제4 구동기어(D4), 제4 피동기어(P4), 제1 중간축(CS1), 제1 피동기어(P1), 제1 구동기어(D1), 동력 전달축(TMS)을 통해 복합 변속부(CT)의 선기어(S)로 입력되고, 엔진(ENG)의 회전동력 일부는 제3 클러치(CL3)의 작동에 의하여 복합 변속부(CT)의 유성 캐리어(PC)로 바로 입력된다.
그러면, 복합 변속부(CT)의 유성기어세트(PG)에서는 선기어(S)의 회전수와 유성캐리어(PC)의 회전수 차이에 의하여 차동 작용되면서 링기어(R)를 통해 출력하여 중간 출력기어(COG), 출력축 입력기어(OIG), 출력축(OS), 최종 출력기어(OG)를 통해 디프렌셜(DIFF)의 종감속 기어(FSDG)로 전달되면서 전진 5속 주행이 이루어진다.
[전진 6속]
전진 6속(FD6)에서는 제1 싱크로나이저(SL1)의 슬리이브(SEL1)를 통해 제1 구동기어(D1)와 제2 입력축(IS2)을 동기 연결하고, 제2 클러치(CL2)와 제3 클러치(CL3)를 작동시킨다.
이에 따라, 엔진(ENG)의 회전동력 일부는 제2 클러치(CL2)의 작동에 의하여 제2 클러치(CL2), 제2 입력축(IS2), 제1 구동기어(D1), 동력 전달축(TMS)을 통해 복합 변속부(CT)의 선기어(S)로 입력되고, 엔진(ENG)의 회전동력 일부는 제3 클러치(CL3)의 작동에 의하여 복합 변속부(CT)의 유성 캐리어(PC)로 바로 입력된다.
그러면, 복합 변속부(CT)의 유성기어세트(PG)에서는 선기어(S)와 유성캐리어(PC)를 통해 엔진(ENG)의 회전동력이 동시에 입력되는 바, 상기 유성기어세트(PG)가 하나로 회전하는 상태가 되면서 입력 그대로 링기어(R)를 통해 출력하여 중간 출력기어(COG), 출력축 입력기어(OIG), 출력축(OS), 최종 출력기어(OG)를 통해 디프렌셜(DIFF)의 종감속 기어(FSDG)로 전달되면서 전진 6속 주행이 이루어진다.
[전진 7속]
전진 7속(FD7)에서는 제2 싱크로나이저(SL2)의 슬리이브(SEL2)를 통해 제3 피동기어(P3)와 제1 중간축(CS1)을 동기 연결하고, 제1 클러치(CL1)와 제3 클러치(CL3)를 작동시킨다.
이에 따라, 엔진(ENG)의 회전동력 일부는 제1 클러치(CL1)의 작동에 의하여 제1 클러치(CL1), 제1 입력축(IS1), 제3 구동기어(D3), 제3 피동기어(P3), 제1 중간축(CS1), 제1 피동기어(P1), 제1 구동기어(D1), 동력 전달축(TMS)을 통해 복합 변속부(CT)의 선기어(S)로 입력되고, 엔진(ENG)의 회전동력 일부는 제3 클러치(CL3)의 작동에 의하여 복합 변속부(CT)의 유성 캐리어(PC)로 바로 입력된다.
그러면, 복합 변속부(CT)의 유성기어세트(PG)에서는 선기어(S)의 회전수와 유성캐리어(PC)의 회전수 차이에 의하여 차동 작용되면서 증속되어 링기어(R)를 통해 출력하여 중간 출력기어(COG), 출력축 입력기어(OIG), 출력축(OS), 최종 출력기어(OG)를 통해 디프렌셜(DIFF)의 종감속 기어(FSDG)로 전달되면서 전진 7속 주행이 이루어진다.
[전진 8속]
전진 8속(FD8)에서는 제1 싱크로나이저(SL1)의 슬리이브(SEL1)를 통해 제2 구동기어(D2)와 제2 입력축(IS2)을 동기 연결하고, 제2 클러치(CL2)와 제3 클러치(CL3)를 작동시킨다.
이에 따라, 엔진(ENG)의 회전동력 일부는 제2 클러치(CL2)의 작동에 의하여 제2 클러치(CL2), 제2 입력축(IS2), 제2 구동기어(D2), 아이들 입력기어(IDIG), 아이들 축(IDS), 아이들 출력기어(IDOG), 제1 피동기어(P1), 제1 구동기어(D1), 동력 전달축(TMS)을 통해 복합 변속부(CT)의 선기어(S)로 역회전 입력되고, 엔진(ENG)의 회전동력 일부는 제3 클러치(CL3)의 작동에 의하여 복합 변속부(CT)의 유성 캐리어(PC)로 바로 입력된다.
그러면, 복합 변속부(CT)의 유성기어세트(PG)에서는 선기어(S)가 역회전 하고 있는 상태에서, 유성캐리어(PC)로 입력이 이루어지는 바, 출력요소인 링기어(R)가 더욱 증속되어 중간 출력기어(COG), 출력축 입력기어(OIG), 출력축(OS), 최종 출력기어(OG)를 통해 디프렌셜(DIFF)의 종감속 기어(FSDG)로 전달되면서 최고 변속단인 전진 8속 주행이 이루어진다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 변속장치의 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예는 상기 제1 실시 예에서, 동력 전달축(TMS)이 브레이크(BK)를 통해 변속기 하우징(H)에 선택적으로 연결되도록 하여 복합 변속부(CT)의 선기어(S)가 선택적인 고정요소로 작동될 수 있도록 함으로써, 전진 9속 및 후진 1속의 변속단을 구현할 수 있도록 하였다.
따라서 본 발명에 따른 제2 실시 예의 변속장치는 제1 실시 예와 비교하여 브레이크(BK)가 추가되고, 제2 구동기어(D2)가 전진 8속 및 후진 구동기어(8/Re)에서 전진 9속 및 후진 구동기어(9/Re)로 변경된다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 변속장치의 변속 작동표로서, 변속과정을 살펴보면 다음과 같다.
[후진]
후진 변속단(REV)에서는 제1 싱크로나이저(SL1)의 슬리이브(SEL1)를 통해 제2 구동기어(D2)와 제2 입력축(IS2)을 동기 연결하고, 제2 클러치(CL2)와 제4 클러치(CL4)를 작동시킨다.
이에 따라, 엔진(ENG)의 회전동력은 제2 클러치(CL2)의 작동에 의하여 제2 클러치(CL2), 제2 입력축(IS2), 제2 구동기어(D2), 아이들 입력기어(IDIG), 아이들 축(IDS), 아이들 출력기어(IDOG), 제1 피동기어(P1), 제1 중간축(CS1), 제4 클러치(CL4), 제2 중간축(CS2), 중간 구동기어(CDG), 중간 출력기어(COG), 출력축 입력기어(OIG), 출력축(OS), 최종 출력기어(OG)를 통해 디프렌셜(DIFF)의 종감속 기어(FSDG)로 역회전 출력되면서 후진 주행이 이루어진다.
이때, 복합 변속부(CT)는 후진 변속에 아무런 영향을 미치지 않는다.
[전진 1속]
전진 1속(FD1)에서는 제2 싱크로나이저(SL2)의 슬리이브(SEL2)를 통해 제3 피동기어(P3)와 제1 중간축(CS1))을 동기 연결하고, 제1 클러치(CL1)와 제4 클러치(CL4)를 작동시킨다.
이에 따라, 엔진(ENG)의 회전동력은 제1 클러치(CL1)의 작동에 의하여 제1 클러치(CL1), 제1 입력축(IS1), 제3 구동기어(D3), 제3 피동기어(P3), 제1 중간축(CS1), 제4 클러치(CL4), 제2 중간축(CS2), 중간 구동기어(CDG), 중간 출력기어(COG), 출력축 입력기어(OIG), 출력축(OS), 최종 출력기어(OG)를 통해 디프렌셜(DIFF)의 종감속 기어(FSDG)로 전달되면서 전진 1속 주행이 이루어진다.
이때, 복합 변속부(CT)는 후진 변속에 아무런 영향을 미치지 않는다.
[전진 2속]
전진 2속(FD2)에서는 제1 싱크로나이저(SL1)의 슬리이브(SEL1)를 통해 제1 구동기어(D1)와 제2 입력축(IS2)을 동기 연결하고, 제2 클러치(CL2)와 제4 클러치(CL4)를 작동시킨다.
이에 따라, 엔진(ENG)의 회전동력은 제2 클러치(CL2)의 작동에 의하여 제2 클러치(CL2), 제2 입력축(IS2), 제1 구동기어(D1), 제1 피동기어(P1), 제1 중간축(CS1), 제4 클러치(CL4), 제2 중간축(CS2), 중간 구동기어(CDG), 중간 출력기어(COG), 출력축 입력기어(OIG), 출력축(OS), 최종 출력기어(OG)를 통해 디프렌셜(DIFF)의 종감속 기어(FSDG)로 전달되면서 전진 2속 주행이 이루어진다.
이때, 복합 변속부(CT)는 후진 변속에 아무런 영향을 미치지 않는다.
[전진 3속]
전진 3속(FD3)에서는 제2 싱크로나이저(SL2)의 슬리이브(SEL2)를 통해 제4 피동기어(P4)와 제1 중간축(CS1)을 동기 연결하고, 제1 클러치(CL1)와 제4 클러치(CL4)를 작동시킨다.
이에 따라, 엔진(ENG)의 회전동력은 제1 클러치(CL1)의 작동에 의하여 제1 클러치(CL1), 제1 입력축(IS1), 제4 구동기어(D4), 제4 피동기어(P4), 제1 중간축(CS1), 제4 클러치(CL4), 제2 중간축(CS2), 중간 구동기어(CDG), 중간 출력기어(COG), 출력축 입력기어(OIG), 출력축(OS), 최종 출력기어(OG)를 통해 디프렌셜(DIFF)의 종감속 기어(FSDG)로 전달되면서 전진 3속 주행이 이루어진다.
이때, 복합 변속부(CT)는 후진 변속에 아무런 영향을 미치지 않는다.
[전진 4속]
전진 4속(FD4)에서는 제1, 제2 싱크로나이저(SL1)(SL2)) 모두 중립의 상태에서, 제3 클러치(CL3)와 제4 클러치(CL4)를 작동시킨다.
이에 따라, 상기 제3 클러치(CL4)의 작동 제어에 의하여 엔진(ENG)의 회전동력이 제3 입력축(IS3)을 통해 유성캐리어(PC)로 직접 입력되고 있는 상태에서, 상기 제4 클러치(CL4)가 작동 제어된다.
그러면, 유성기어세트(PG)와 제1 변속 기어열(G1) 및 제1, 제2 중간축(CS1)(CS2)이 하나의 폐회로적인 동력전달경로를 형성하면서 유성기어세트(PG)의 유성캐리어(PC)를 통해 입력이 이루어지는 바, 상기 제1 변속 기어열(G1)의 기어비와, 상기 중간 구동기어(CDG)와 중간 출력기어(COG)의 기어비에 따라 상호 보완 작동되면서 합성 변속되어 중간 출력기어(COG), 출력축 입력기어(OIG), 출력축(OS), 최종 출력기어(OG)를 통해 디프렌셜(DIFF)의 종감속 기어(FSDG)로 전달되면서 전진 4속 주행이 이루어진다.
[전진 5속]
전진 5속(FD5)에서는 제2 싱크로나이저(SL2)의 슬리이브(SEL2)를 통해 제4 피동기어(P4)와 제1 중간축(CS1))을 동기 연결하고, 제1 클러치(CL1)와 제3 클러치(CL3)를 작동시킨다.
이에 따라, 엔진(ENG)의 회전동력 일부는 제1 클러치(CL1)의 작동에 의하여 제1 클러치(CL1), 제1 입력축(IS1), 제4 구동기어(D4), 제4 피동기어(P4), 제1 중간축(CS1), 제1 피동기어(P1), 제1 구동기어(D1), 동력 전달축(TMS)을 통해 복합 변속부(CT)의 선기어(S)로 입력되고, 엔진(ENG)의 회전동력 일부는 제3 클러치(CL3)의 작동에 의하여 복합 변속부(CT)의 유성 캐리어(PC)로 바로 입력된다.
그러면, 복합 변속부(CT)의 유성기어세트(PG)에서는 선기어(S)의 회전수와 유성캐리어(PC)의 회전수 차이에 의하여 차동 작용되면서 링기어(R)를 통해 출력하여 중간 출력기어(COG), 출력축 입력기어(OIG), 출력축(OS), 최종 출력기어(OG)를 통해 디프렌셜(DIFF)의 종감속 기어(FSDG)로 전달되면서 전진 5속 주행이 이루어진다.
[전진 6속]
전진 6속(FD6)에서는 제1 싱크로나이저(SL1)의 슬리이브(SEL1)를 통해 제1 구동기어(D1)와 제2 입력축(IS2)을 동기 연결하고, 제2 클러치(CL2)와 제3 클러치(CL3)를 작동시킨다.
이에 따라, 엔진(ENG)의 회전동력 일부는 제2 클러치(CL2)의 작동에 의하여 제2 클러치(CL2), 제2 입력축(IS2), 제1 구동기어(D1), 동력 전달축(TMS)을 통해 복합 변속부(CT)의 선기어(S)로 입력되고, 엔진(ENG)의 회전동력 일부는 제3 클러치(CL3)의 작동에 의하여 복합 변속부(CT)의 유성 캐리어(PC)로 바로 입력된다.
그러면, 복합 변속부(CT)의 유성기어세트(PG)에서는 선기어(S)와 유성캐리어(PC)를 통해 엔진(ENG)의 회전동력이 동시에 입력되는 바, 상기 유성기어세트(PG)가 하나로 회전하는 상태가 되면서 입력 그대로 링기어(R)를 통해 출력하여 중간 출력기어(COG), 출력축 입력기어(OIG), 출력축(OS), 최종 출력기어(OG)를 통해 디프렌셜(DIFF)의 종감속 기어(FSDG)로 전달되면서 전진 6속 주행이 이루어진다.
[전진 7속]
전진 7속(FD7)에서는 제2 싱크로나이저(SL2)의 슬리이브(SEL2)를 통해 제3 피동기어(P3)와 제1 중간축(CS1)을 동기 연결하고, 제1 클러치(CL1)와 제3 클러치(CL3)를 작동시킨다.
이에 따라, 엔진(ENG)의 회전동력 일부는 제1 클러치(CL1)의 작동에 의하여 제1 클러치(CL1), 제1 입력축(IS1), 제3 구동기어(D3), 제3 피동기어(P3), 제1 중간축(CS1), 제1 피동기어(P1), 제1 구동기어(D1), 동력 전달축(TMS)을 통해 복합 변속부(CT)의 선기어(S)로 입력되고, 엔진(ENG)의 회전동력 일부는 제3 클러치(CL3)의 작동에 의하여 복합 변속부(CT)의 유성 캐리어(PC)로 바로 입력된다.
그러면, 복합 변속부(CT)의 유성기어세트(PG)에서는 선기어(S)의 회전수와 유성캐리어(PC)의 회전수 차이에 의하여 차동 작용되면서 증속되어 링기어(R)를 통해 출력하여 중간 출력기어(COG), 출력축 입력기어(OIG), 출력축(OS), 최종 출력기어(OG)를 통해 디프렌셜(DIFF)의 종감속 기어(FSDG)로 전달되면서 전진 7속 주행이 이루어진다.
[전진 8속]
전진 8속(FD8)에서는 제1, 제2 싱크로나이저(SL1)(SL2)가 모두 중립인 상태에서, 제3 클러치(CL3)와 브레이크(BK)를 작동시킨다.
이에 따라, 엔진(ENG)의 회전동력이 제3 클러치(CL3)의 작동에 의하여 복합 변속부(CT)의 유성 캐리어(PC)로 바로 입력되고 있는 상태에서, 브레이크(BK)의 작동에 의하여 제1 변속 기어열(G1)을 통해 제1 중간축(CS1)과 연결되는 복합 변속부(CT)의 선기어(S)가 고정요소로 작동하게 된다.
그러면, 복합 변속부(CT)의 유성기어세트(PG)에서는 선기어(S)가 고정요소로 작동하고 있는 상태에서, 유성캐리어(PC)로 입력이 이루어지는 바, 출력요소인 링기어(R)가 증속되어 중간 출력기어(COG), 출력축 입력기어(OIG), 출력축(OS), 최종 출력기어(OG)를 통해 디프렌셜(DIFF)의 종감속 기어(FSDG)로 전달되면서 전진 8속 주행이 이루어진다.
[전진 9속]
전진 9속(FD9)에서는 제1 싱크로나이저(SL1)의 슬리이브(SEL1)를 통해 제2 구동기어(D2)와 제2 입력축(IS2)을 동기 연결하고, 제2 클러치(CL2)와 제3 클러치(CL3)를 작동시킨다.
이에 따라, 엔진(ENG)의 회전동력 일부는 제2 클러치(CL2)의 작동에 의하여 제2 클러치(CL2), 제2 입력축(IS2), 제2 구동기어(D2), 아이들 입력기어(IDIG), 아이들 축(IDS), 아이들 출력기어(IDOG), 제1 피동기어(P1), 제1 구동기어(D1), 동력 전달축(TMS)을 통해 복합 변속부(CT)의 선기어(S)로 역회전 입력되고, 엔진(ENG)의 회전동력 일부는 제3 클러치(CL3)의 작동에 의하여 복합 변속부(CT)의 유성 캐리어(PC)로 바로 입력된다.
그러면, 복합 변속부(CT)의 유성기어세트(PG)에서는 선기어(S)가 역회전 하고 있는 상태에서, 유성캐리어(PC)로 입력이 이루어지는 바, 출력요소인 링기어(R)가 더욱 증속되어 중간 출력기어(COG), 출력축 입력기어(OIG), 출력축(OS), 최종 출력기어(OG)를 통해 디프렌셜(DIFF)의 종감속 기어(FSDG)로 전달되면서 최고 변속단인 전진 9속 주행이 이루어진다.
상기와 같은 본 발명에 따른 제2 실시 예의 변속장치는 전진 제1속 내지 제7속의 변속은 제1 실시 예와 동일하게 이루어지고, 새로운 변속과정의 전진 8속이 추가되면서 제1 실시 예의 전진 8속이 전진 9속으로 변경되어 전진 9속 및 후진 1속의 변속단을 구현할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 변속장치의 구성도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예는 상기 제2 실시 예에 적용된 브레이크(BK)를 제1 중간축(CS1)과 변속기 하우징(H) 사이에 배치하여 상기 제1 중간축(CS1)이 선택적으로 변속기 하우징(H)과 연결되도록 하여 전진 9속 및 후진 1속의 변속단을 구현할 수 있도록 하였다.
상기 본 발명에 따른 제3 실시 예의 변속장치는 제2 실시 예와 비교하여 브레이크(BK)의 배치 위치만 달리할 뿐, 복합 변속부(CT)의 선기어(S)가 선택적인 고정요소로 작동할 수 있도록 한 기능적 특징은 동일하며, 변속 과정도 제2 실시예와 동일하게 이루어지므로 상세한 설명은 생략한다.
도 6은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 변속장치의 구성도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제4 실시 예는 상기 제2 실시 예에서, 보조 동력원인 모터/제너레이터(MG)를 추가 배치하여 엔진(ENG)의 회전동력에 의한 주행이 가능하도록 함과 동시에, 패러럴 하이브리드 모드, 전자적 무단 변속(e-CVT) 모드, 전기 자동차(EV) 모드 주행이 가능하도록 한 것이다.
상기 모터/제너레이터(MG)는 공지와 같이 모터와 제너레이터 기능을 수행하며, 상기 모터/제너레이터(MG)의 모터 구동기어(MDG)가 제2 변속 기어열(G2)의 아이들 입력기어(IDIG)와 외접 기어 연결되도록 하여 필요에 따라 상기 모터/제너레이터(MG)의 회전동력이 아이들 입력기어(IDIG), 아이들 축(IDS), 아이들 출력기어(ISOG), 제1 피동기어(P1)를 통해 상기 제1 구동기어(D1)로 전달되거나, 제4 클러치(CL4)의 작동에 의하여 제2 중간축(CS2)로 전달될 수 있다.
상기 제4 실시 예는 제2 실시 예와 비교하여 모터/제너레이터(MG)가 추가된 것 이외에는 모든 구성이 동일하므로 상세한 구성 설명은 생략한다.
도 7은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 변속장치의 변속 작동표로서, 변속과정을 살펴보면 다음과 같다.
도 7을 참조하면, 엔진(ENG)의 구동에 의한 전진 1속(FD1) 내지 전진 9속(FD9) 및 후진 1속(REV)의 고정 변속단은 상기 제2 실시 예의 변속과정과 동일하게 이루어지므로 생략하고, 이러한 엔진(ENG) 구동에 의한 변속과정에서 상기 모터/제너레이터(MG)에 의한 토크 어시스트 구동이 가능하므로 패러럴 하이브리드 모드로 주행할 수 있다.
또한, 전자적 무단 변속(e-CVT) 모드에서는 제1, 제2 싱크로나이저(SL1)(SL2)가 중립인 상태에서, 제3 클러치(CL2)를 작동 제어한다.
그러면, 엔진(ENG)의 회전동력이 제3 클러치(CL3)와 제3 입력축(IS3)을 통해 유성캐리어(PC)로 입력되고 있는 상태에서, 상기 모터/제너레이터(MG)를 작동 제어하면 엔진(ENG)의 토크를 어시스트할 수 있다.
또한, 전기 자동차(EV) 모드에서는 동력원이 엔진(ENG)에서 모터/제너레이터(MG)로 변경되고, 제4 클러치(CL4)가 작동 제어됨으로써, 상기 모터/제너레이터(MG)의 정/역회전에 의하여 전기 자동차 모드(EV)의 후진(REV) 및 전진(FD) 운행이 가능할 수 있다.
도 8은 본 발명의 제5 실시 예에 따른 변속장치의 구성도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제5 실시 예는 상기 제2 실시 예에서, 보조 동력원인 모터/제너레이터(MG)를 추가 배치하여 패러럴 하이브리드 모드 및 전기 자동차(EV) 모드 주행이 가능하도록 한 것이다.
상기 모터/제너레이터(MG)는 공지와 같이 모터와 제너레이터 기능을 수행하며, 변속기 하우징(H)에 고정되는 스테이터(ST)와, 상기 스테이터(ST)의 반경방향 내측에서 회전 가능하게 지지되는 로터(RT)를 포함하여 이루어진다.
상기 모터/제너레이터(MG)는 엔진(ENG)의 후측에 배치되어 상기 로터(RT)가 엔진 출력축(EOS)과 엔진 클러치(ECL)를 통해 선택적으로 연결되고, 상기 제1, 제2, 제3 입력축(IS1)(IS2)(IS3)과는 제1, 제2, 제3 클러치(CL1)(CL2)(CL3)를 통해 각각 선택적으로 연결된다.
이에 따라, 엔진(ENG)의 회전동력에 의하여 주행하고자 할 때에는 엔진 클러치(ECL)가 작동 제어되며, 이때 상기 모터/제너레이터(MG)는 토크 어스시트가 가능하여 패러럴 하이브리드 주행 모드가 가능할 수 있다.
그리고 모터/제너레이터(MG)의 회전동력에 의한 전기 자동차(EV) 모드로 주행 하고자 할 때에는 상기 엔진 클러치(ECL)의 작동이 해제된 상태에서, 모터/제너레이터(MG)의 회전동력만으로 주행이 가능하다.
도 9는 본 발명의 제5 실시 예에 따른 변속장치의 변속 작동표로서, 변속과정을 살펴보면 다음과 같다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제5 실시 예에서는 엔진(ENG)의 구동에 의한 전진 1속(FD1) 내지 전진 9속(FD9) 및 후진 1속(REV)의 고정 변속단에서는 엔진 클러치(ECL)가 작동되면서 상기 제2 실시 예의 변속 과정과 동일하게 이루어지므로 상세한 설명은 생략하며, 이때 상기 모터/제너레이터(MG)에 의한 토크 어시스트 구동이 가능하므로 패러럴 하이브리드 모드로 주행할 수 있다.
또한, 전기 자동차(EV) 모드에서는 동력원이 엔진(ENG)에서 모터/제너레이터(MG)로 변경될 뿐, 전진 1속(FD1) 내지 전진 9속(FD9) 및 후진 1속(REV)의 변속 과정은 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
이상에서와 같이 본 발명의 제1 실시 예에 따른 차량용 변속장치는 2개의 싱크로나이저(SL1)(SL2)를 이용하는 DCT 구조에 1개의 유성기어세트(PG)를 적용하여 전진 8속 및 후진 1속의 고정 변속단을 구현할 수 있도록 함으로써, 내부 구성을 간단히 하면서 변속단의 다단화를 실현하고, 중량을 최소화하여 탑재성과 연비를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 제2, 제3 실시 예에 따른 차량용 변속장치는 2개의 싱크로나이저(SL1)(SL2)를 이용하는 DCT 구조에 1개의 유성기어세트(PG)를 추가하여 전진 8속 및 후진 1속의 고정 변속단을 구현할 수 있는 상기 제1 실시 예에서, 상기 유성기어세트(PG)의 3개의 회전요소 중, 하나의 회전요소인 선기어(S)가 선택적인 고정요소로 작동되도록 함으로써, 전진 9속 및 후진 1속의 고정 변속단을 구현할 수 있도록 하여 내부 구성을 간단히 하면서 변속단의 다단화를 실현하고, 중량을 최소화하여 탑재성과 연비를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 제4 실시 예에 따른 차량용 변속장치는 상기 제2 실시 예에서, 1개의 모터/제너레이터(MG)를 축선 방향과 평행하게 배치하고, 모터/제너레이터(MG)의 회전동력이 제1 중간축(CS1)과 함께 선택적인 고정요소 작동할 수 있는 유성기어세트(PG)의 선기어(S)에 전달되도록 함으로써, 다단의 고정 변속단으로 엔진 모드 및 패러럴 하이브리드 모드 주행이 가능하고, 필요에 따라서는 전자적 무단 변속(e-CVT) 모드, 전기 자동차(EV) 모드로의 주행이 가능하도록 하여 연비를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 제5 실시 예에 따른 차량용 변속장치는 상기 제2 실시 예에서, 1개의 모터/제너레이터(PG)를 엔진(ENG)의 후측에 직렬 배치함으로써, 다단의 고정 변속단으로 엔진 모드, 패러럴 하이브리드 모드, 전기 자동차(EV) 모드로의 주행이 가능하도록 하여 연비를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 모든 실시 예는 변속 시, 홀수단과 짝수단을 3개의 클러치(CL1)(CL2)(CL3)가 번갈아 가면서 변속이 이루어지도록 하여 변속 단절감을 발생시키지 않고 자연스러운 변속이 가능하다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
IS1,IS2,IS3... 제1, 제2, 제3 입력축
CDG... 중간 구동기어
COG... 중간 출력기어
CL1,CL2,CL3,CL4... 제1, 제2, 제3, 제4 클러치
CS1, CS2... 제1, 제2 중간축
CT... 복합 변속부
FT... 고정 변속부
D1,D2,D3,D4... 제1, 제2, 제3, 제4 구동기어
P1,P2,P3,P4... 제1, 제2, 제3, 제4 피동기어
G1,G2,G3,G4... 제1, 제2, 제3, 제4 변속 기어열
EOS... 엔진 출력축(크랭크 축)
IDS... 아이들 축
IDIG... 아이들 입력기어
IDOG... 아이들 출력기어
BK... 브레이크
OS... 출력축
OIG... 출력축 입력기어
OG... 최종 출력기어
PG... 유성기어세트
SL1, SL2... 제1, 제2 싱크로나이저
TMS... 동력 전달축
MG... 모터/제너레이터

Claims (15)

  1. 제1 클러치를 통해 엔진 출력축에 선택적으로 연결되는 제1 입력축;
    중공축으로 이루어져 상기 제1 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 중첩 배치되며, 제2 클러치를 통해 엔진 출력축에 선택적으로 연결되는 제2 입력축;
    중공축으로 이루어져 상기 제2 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 중첩 배치되며, 제3 클러치를 통해 엔진 출력축에 선택적으로 연결되는 제3 입력축;
    중공축으로 이루어져 상기 제3 입력축의 후측에 대응하여 상기 제2 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 동력 전달축;
    상기 제1 입력축과 일정 간격을 두고 평행하게 동일 축선 상으로 배치되어 제4 클러치를 통해 상호 선택적으로 연결되는 제1, 제2 중간축;
    상기 제1 입력축과 일정 간격을 두고 평행하게 배치되는 아이들 축;
    상기 제1, 제2 입력축 및 상기 동력 전달축과 상기 제1 중간축 및 상기 아이들 축에 각 구동기어 및 각 피동기어가 상호 외접 기어 연결되어 배치되는 4개의 변속 기어열의 각 기어비에 따라 입력되는 회전동력을 선택적으로 변속하여 상기 제2 중간축과 동력 전달축을 통해 출력하는 고정 변속부;
    상기 동력 전달축 상의 일측에 선기어가 고정 연결되는 유성기어세트를 포함하며, 유성캐리어가 상기 제3 입력축과 고정 연결되고, 링기어가 상기 제2 중간축과 동력 연결되도록 구성되어 입력되는 회전동력을 상호 보완적으로 복합 변속하여 출력하는 복합 변속부; 및
    상기 제1 입력축과 일정 간격을 두고 평행하게 배치되며, 상기 복합 변속부로부터 전달되는 회전동력을 종감속 기어로 출력하는 출력축;
    를 포함하는 차량용 변속장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1, 제2, 제3 클러치, 고정 변속부, 복합 변속부는
    상기 엔진으로부터 후측으로 제1, 제2, 제3 클러치, 복합 변속부, 고정 변속부의 순서로 배치되는 차량용 변속장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 4개의 변속 기어열은
    상기 동력 전달축에 고정 연결되는 제1 구동기어와, 상기 제1 중간축에 고정 연결되어 상기 제1 구동기어와 외접 기어 연결되는 제1 피동기어와, 상기 아이들 축에 고정 연결되어 상기 제1 피동기어와 외접 기어 연결되는 아이들 출력기어로 이루어지는 제1 변속 기어열;
    상기 제2 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 제2 구동기어와, 상기 아이들 축에 고정 연결되어 상기 제2 구동기어와 외접 기어 연결되는 아이들 입력기어로 이루어지는 제2 변속 기어열;
    상기 제1 입력축에 고정 연결되는 제3 구동기어와, 상기 제1 중간축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제3 구동기어와 외접 기어 연결되는 제3 피동기어로 이루어지는 제3 변속 기어열; 및
    상기 제1 입력축에 고정 연결되는 제4 구동기어와, 상기 제1 중간축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제4 구동기어와 외접 기어 연결되는 제4 피동기어로 이루어지는 제4 변속 기어열을 포함하는 차량용 변속장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 구동기어와 제2 구동기어는
    제1 싱크로나이저에 의하여 제2 입력축에 선택적으로 동기 연결되고,
    상기 제3 피동기어와 제4 피동기어는
    제2 싱크로나이저에 의하여 제1 중간축에 선택적으로 동기 연결되는 차량용 변속장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 변속 기어열은 전진 2속과 6속을 위한 기어비로 이루어지고,
    상기 제2 변속 기어열은 전진 8속과 후진을 위한 기어비로 이루어지고,
    상기 제3 변속 기어열은 전진 1속과 7속을 위한 기어비로 이루어지고,
    상기 제4 변속 기어열은 전진 3속과 5속을 위한 기어비로 이루어지는 차량용 변속장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복합 변속부는
    상기 유성기어세트의 선기어가 상기 동력 전달축에 고정 연결되고, 유성캐리어가 상기 엔진 출력축과 선택적으로 연결되며, 링기어는 외주 상에 중간 출력기어가 일체로 형성되며,
    상기 중간 출력기어는 상기 제2 중간축에 고정 연결되는 중간 구동기어와, 상기 출력축 상의 출력축 입력기어 사이에 외접 기어 연결되는 차량용 변속장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복합 변속부는
    상기 제2 중간축 상의 중간 구동기어를 통해 선택적으로 전달되는 회전동력을 상기 링기어 상의 중간 출력기어를 통해 상기 출력축 상의 출력축 입력기어로 그대로 출력하고,
    상기 제3 입력축으로부터 선택적으로 상기 유성캐리어에 입력되는 회전동력과, 상기 고정 변속부로부터 변속되어 상기 동력 전달축을 통해 선기어로 입력되는 회전동력을 상호 보완적으로 복합 변속하여 상기 중간 출력기어를 통해 상기 출력축 상의 출력축 입력기어로 출력하도록 구성되는 차량용 변속장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 유성기어세트는
    싱글 피니언 유성기어세트로 이루어지는 차량용 변속장치.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 동력 전달축은
    브레이크를 통해 변속기 하우징에 선택적으로 연결되는 차량용 변속장치.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 제1 중간축은
    브레이크를 통해 변속기 하우징에 선택적으로 연결되는 차량용 변속장치.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 제1 변속 기어열은 전진 2속과 6속을 위한 기어비로 이루어지고,
    상기 제2 변속 기어열은 전진 9속과 후진을 위한 기어비로 이루어지고,
    상기 제3 변속 기어열은 전진 1속과 7속을 위한 기어비로 이루어지고,
    상기 제4 변속 기어열은 전진 3속과 5속을 위한 기어비로 이루어지는 차량용 변속장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 고정 변속부는
    상기 제1 중간축에 회전동력을 전달하는 모터/제너레이터를 더 포함하는 차량용 변속장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 모터/제너레이터는
    모터 구동기어가 상기 아이들 축 상의 아이들 입력기어와 외접 기어 연결되는 차량용 변속장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 엔진 출력축에 회전동력을 선택적으로 전달하는 모터/제너레이터가 배치되는 차량용 변속장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 모터/제너레이터는
    엔진 클러치를 통해 상기 엔진 출력축과 선택적으로 연결되고, 상기 제1, 제2, 제3 입력축과 제1, 제2, 제3 클러치를 통해 각각 선택적으로 연결되는 차량용 변속장치.
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