KR19980049722A - 차량용 자동변속기의 로크 업 클러치 강제 작동방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 자동변속기의 로크 업 클러치 강제 작동방법을 개시한다. 개시된 본 발명은, 로크 업 클러치의 강제 작동 스위치인 로크 업 스위치를 '온'시킨 후, 현재 변속단이 3단 기어 이상인 상태에서 차속이 60km 이상이면, 트랜스미션 제어 유니트가 상기 로크 업 클러치로 유체를 제공하여, 로크 업 클러치를 강제로 작동시키는 것을 특징으로 한다.

Description

차량용 자동변속기의 로크 업 클러치 강제 작동방법

본 발명은 차량용 자동변속기의 로크 업 클러치(lock up clutch) 강제 작동방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 자동변속기의 토크 컨커터내에 구비되어, 규정 차속 이상이 되면 엔진과 유성 기어장치를 직결시키는 로크 업 클러치를 강제로 작동시키는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차 기관은, 기관의 탄성영역(elastic range of engines), 즉 기관성능곡선에서 최대 회전력을 발생시키는 회전속도에서부터 최대 출력을 발생시키는 회전속도까지를 일컫는 기관의 탄성영역내에서 주로 운전되도록 설계되어 있으며 , 발진시, 가속시 및 등반시에 구동륜의 최대 견인력이나 최대 출력을 필요로 한다. 그러나 변속비가 1이하일 경우, 즉 기관의 회전속도에 비해 출력축 회전속도가 같거나 높을 경우엔 가속 능력과 등반 능력이 크게 저하되므로 기관과 구동륜 사이에 변속기를 설치하여 기관의 출력과 회전속도를 구동륜에 필요한 수준으로 변환시키고 있다. 다시 말하면 변속기는 기관의 토크 및 회전속도를 변환시켜 전달하고, 정차시 기관의 공전운동을 가능하게 하며, 구동륜의 회전방향을 변환시켜 후진을 가능하게 한다.

이러한 변속기는 변속 방식에 따라 수동 변속기와 자동 변속기로 대별할 수 있는데, 수동 변속기의 경우는 운전자가 부하상태 및 차속에 적절한 상태로 변속조작을 해야하는 것인데 반하여 자동 변속기는 수동식 클러치 조작기구가 생략되어 있어서 운전자가 가속 페달만 조작하여 차량의 주행 속도를 가감할 수 있도록 만들어진 것으로, 운전이 간편하고 편안하다는 장점 이외에도 엔진이나 구동장치에 무리한 힘이나 충격이 전달되지 않는다는 등의 좋은점이 많아 보급이 급속히 확대되고 있는 실정에 있다.

상술한 바와 같은 자동 변속기는 통상, 유체 토크 컨버터와 유성기어장치를 조합하고 유압제어장치를 이용하여 운전 조건과 기관의 부하에 따라 자동 변속하도록 구성되어 있고, 이를 간단히 살펴보면 다음과 같다.

일반적인 4단 자동 변속기는 엔진의 크랭크축에 연결되어 발진 클러치로서의 기능과 회전 토크를 증가시키는 역할을 하는 유체 토크 컨버터, 이 유체 토크 컨버터의 다음에 설치되어 회전력과 회전속도를 변환시키며 경우에 따라서는 회전방향을 변환시키는 유성기어장치, 유성기어장치를 차속이나 운전 조건에 맞추어 자동 또는 수동으로 유압을 변환하여 조작하는 유압제어장치, 상기 장치들을 에워싸고 있는 하우징 및 모드, 예컨대 파킹, 후진 및 전진고속주행 등과 같은 모드를 선택하기 위한 선택 레버의 구성을 가지고 있다.

유체 토크 컨버터는 펌프 임펠러, 터빈 러너, 스테이터 등의 3개의 날개차로 구성되어 있으며, 펌프 임펠러는 엔진의 크랭크축에 의해 구동되고, 터빈 러너는 변속기 입력축에, 그리고 스테이터는 일방향 클러치를 거쳐 하우징에 각각 장치되어 있으며, 내부에는 오일이 들어 있다.

유성기어장치는 선기어와, 링기어와, 유성기어 캐리어와, 이들 기어들을 구동 또는 피동축에 연결하거나 고정하기 위한 마찰작동요소를 포함하고 있다. 상기 마찰 작동요소로는 클러치, 브레이크, 일방향 클러치가 사용되며, 이들 마찰작동요소는 유압제어장치에 의해 작동하면서 선기어, 링기어 및 유성기어 캐리어를 선택적으로 구동시키거나 피동축에 연결 또는 고정하도록 되어 있으며, 이와 같은 작용에 의해 유체 토크 컨버터를 통하여 입력되는 엔진의 회전속도 및 회전력이 증속되거나 감속 되고 경우에 따라서는 회전 방향이 바뀌어 추진축의 종감속기어장치로 전달되는 바, 이와 같은 차속 및 부하 상태에 따른 변속 작용을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

① N레인지(중립)

이 레인지는 모든 마찰작동요소가 작동하지 않아 유성기어세트를 이루는 구성 요소, 즉 선기어, 링기어 및 유성기어 캐리어가 자유롭게 회전하는 상태가 되므로 입력축의 동력은 출력축에 전달되지 않는다.

② P레인지(주차)

이 레인지는 ①항의 N레인지와 기능적으로는 같지만, 시프트 레버를 P레인지로 하면 오일 디스트리뷰터의 바깥쪽 톱니바퀴에 파킹 홀이 끼워짐과 아울러 출력축이 기계적으로 고정된다. 또 저속 후진 브레이크가 작용하여 뒤 유성기어 캐리어를 고정한다.

③ D레인지(1속상태)

이 레인지에서는 전진용 클러치와 일방향 클러치가 작용한다. 따라서 동력은 제 2 유성기어세트의 선기어로 입력되는데, 이 때, 유성 기어 캐리어가 일방향 클러치에 의해 고정되어 있으므로 선 기어로 입력된 동력은 링기어 캐리어를 통하여 출력축으로 감속 전달된다.

④ D레인지(2속상태)

이 레인지에서는 전진용 클러치와 2-4단 브레이크가 작용한다. 따라서, 동력은 제 2 유성기어세트의 선기어로 입력되는데, 링기어가 자유롭게 회전하는 상태에 있게되므로 선기어로 입력된 동력은 유성기어 캐리어로 전달되나, 제 1 유성기어세트의 선기어가 제 1 브레이크에 의해 고정되어 있으므로 그의 유성기어 캐리어를 통하여 소정의 속도로 감속되어 제 2 유성기어세트의 링기어로 전달된다. 여기서 제 2 유성기어세트를 보면, 그의 선기어와 링기어의 양측을 통한 동력의 입력이 있게 되는데, 이와 같이 입력된 동력은 유성기어 캐리어를 거쳐 링기어를 통하여 출력축으로 전달된다. 이 레인지에서도 동력은 감속은 있으나, 제 2 유성기어세트의 선기어로 입력이 있음으로써 1속의 경우보다는 빠른 속도를 얻을 수 있다.

⑤ D레인지(3속상태)

이 레인지에서는 전진용 클러치와 코우스팅 클러치가 작용한다. 따라서 동력은 제 1 유성기어세트의 유성기어 캐리어와, 제 2 유성기어세트의 선기어로 동시에 입력된다. 이때, 제 1 유성기어세트의 유성기어 캐리어로 입력된 동력은 그의 선기어와 링기어가 자유 상태에 있으므로 유성기어 캐리어를 통하여 링기어로 전달된다. 이와 같은 동력 전달의 과정을 통하여 제 2 유성기어세트에서는 선기어와 링기어를 통한 동력의 입력이 있게 되므로, 이 제 2 유성기어세트가 직결되어 입력된 동력의 가감없이 유성기어 캐리어를 통하여 그대로 출력축으로 전달된다.

⑥ D레인지(4속상태)

이 레인지에서는 전진용 클러치와 2-4단 브레이크가 작용한다. 따라서 동력은 제 1 유성기어세트의 유성기어 캐리어로 입력되는데, 이때 이 유성기어세트의 선기어가 2-4단 브레이크에 의해 고정되어 있으므로 링기어를 통하여 증속 출력된다. 이와 같이 링기어를 통하여 출력되는 동력은 제 2 유성기어세트의 선기어와 링기어가 자유롭게 회전할 수 있는 상태에 있으므로, 동력의 증,감속 없이 제 1 유성기어세트에서 증속된 상태로 출력축으로 전달되어 오버 드라이브를 이루는 것이다.

⑦ R레인지(후진)

이 레인지에서는 후진용 클러치와, 저속 및 후진용 브레이크가 작용한다. 따라서 동력은 제 1 유성기어세트의 선기어로 입력된다. 이때, 유성기어 캐리어가 저속 및 후진용 브레이크에 의해 고정되어 있으므로 선기어로 입력된 동력은 그 방향이 바뀌어 감속된 상태로 링기어를 통하여 출력축으로 전달된다. 따라서 언더 드라이브 상태의 후진이 이루어지는 것이다.

상기와 같이, 각 클러치와 브레이크를 작동시켜 각각의 속도단을 조합시키는 변속동작은 오일펌프에서 발생된 유압으로 이루어진다. 즉, 자동 변속기는 유압을 차량의 주행속도와 엔진 부하, 및 변속레버의 위치에 따라 유압을 제어하는 장치와, 이러한 유압 제어장치의 동작을 전자적으로 제어하는 트랜스미션 제어 유니트(TCU:Transmission Control Unit, 이하 TCU라 영문표기함)를 포함하고 있다.

TCU는 전진 주행상태, 즉 D 모드나 S 모드, 또는 L 모드일 때, 차속과 드로틀 밸브 개도각에 따라 고속으로 상승할 경우에는 1속→2속→3속→4속으로 업 시프트(up shift)시키고, 저속으로 하강할 경우에는 반대로 4속→3속→2속→1속으로 다운시프트(down shift)되도록 구동기어를 자동으로 변속시키게 된다.

따라서, TCU에는 구동기어가 변속되는 변속점이 미리 설정되어 있고, 이 변속점을 기준으로 구동기어을 자동으로 변속시키도록 되어 있다.

즉, 횡축은 차속을 나타내고 종축은 드로틀 밸브의 개도각을 나타내는 도 1의 그래프에 도시된 바와 같이, 차속과 드로틀 밸브 개도각의 일치점이 Ⅰ영역에 있으면 1속 상태가 되고, Ⅱ영역으로 이동되면 2속 상태가 되며, 순차적으로 Ⅲ 영역과 Ⅳ 영역으로 이동함에 따라 3속과 4속으로 변속이 이루어지게 된다.

자동변속기의 장점은 상기된 바와 같이, 수동변속기가 변속레버를 조작하여 강제로 속도단을 변속시키는 것과는 반대로, TCU에서 차속과 드로틀 밸브 개도각에 따라 자동적으로 변속을 시키게 되므로써, 전진 주행중의 레인지에서는 변속레버를 조작할 필요가 전혀 없다는 것이다.

그러나, 자동변속기는 상기된 장점을 갖고 있지만, 단점도 있는데 그 중의 하나가 수동변속기에 비해서 구동력이 약하다는 것이다. 즉, 자동변속기는 토크 컨버터와 오일 펌프 등의 추가 설비들이 설치되어야 하고, 유체에 의해 유성 기어장치를 구동하도록 되어 있기 때문에, 발진가속력과 추월가속력이 수동변속기에 비해 낮다는 문제점이 있다.

또한, 유체의 회전력에 의해 유성 기어장치를 구동시키므로, 주행감은 수동변속기보다 부드럽다는 것을 느낄 수 있지만, 연비도 계속해서 저하되는 것도 문제점이다.

이러한 문제점들을 해소하기 위해서 종래에는, 엔진과 유성 기어장치를 기계적으로 직결시키는 로크 업 클러치가 토크 컨버터내에 설치되어 있다. 즉, 로크 업 클러치는 규정 차속 이상이 되면, 엔진과 유성 기어장치를 기계적으로 직결시켜, 유체의 미끄럼에 의한 손실을 없게 하고, 연비와 정숙성을 향상시킬 수가 있다. 이러한 로크 업 클러치는 유압에 의해 작동되고, 로크 업 밸브를 트랜스미션 제어 유니트(TCU:Transmission Control Unit, 이하 TCU라 영문표기함)를 정해진 영역에 따라 개폐시키도록 되어 있다.

즉, 도 1은 횡축이 차속(km)이고, 횡축은 드로틀 밸브 개도각으로서, 영역 Ⅰ에서는 TCU가 로크 업 밸브를 폐쇄시켜서 로크 업 클러치가 작동되지 않게 되고, 영역 Ⅱ로 넘어서면 TCU가 로크 업 밸브를 개방시켜서 로크 업 클러치가 작동되므로써, 엔진과유성 기어장치가 기계적으로 직결된다.

그러나, 종래의 로크 업 클러치는 도 1에 도시된 바대로, 작동 영역인 영역 Ⅱ가 되어야만 작동되도록 TCU에 설정되어 있기 때문에, 운전자 임의로 작동시킬 수가 없어서 급발진이나 급추월시와 같은 짧은 순간에는 작동되지 않아, 효과가 기대한 것에 미치지 못한다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 종래의 로크 업 클러치로 인해 야기되는 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 로크 업 클러치를 운전자 임의로 강제작동시킬 수 있도록 하여, 급발진력과 급추월력을 얻을 수 있고, 연비도 개선시킬 수 있는 차량용 자동 변속기의 로크 업 클러치 강제 작동방법을 제공하는데 목적이 있다.

도 1은 종래의 로크 업 클러치의 작동영역을 나타낸 그래프

도 2는 본 발명에 따른 로크 업 클러치 강제 작동방법을 순차적으로 나타낸 흐름도

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 로크 업 클러치의 강제 작동 스위치인 로크 업 스위치를 '온'시킨 후, 현재 변속단이 3단 기어 이상인 상태에서 차속이 60km 이상이면, 트랜스미션 제어 유니트가 상기 로크 업 클러치로 유체를 제공하여, 로크 업 클러치를 강제로 작동시키는 것을 특징으로 한다.

상기된 본 발명의 구성에 의하면, 일정 속도 이상인 상태에서 로크 업 스위치를 '온'시키면, 트랜스미션 제어 유니트가 로크 업 클러치를 강제로 작동시키므로써, 도 1의 영역 Ⅱ로 넘어서지 않은 상태에서도 로크 업 클러치가 작동되어 엔진과 유성 기어장치를 직결시키게 되므로써, 급발진력과 급추월력을 얻을 수 있고 또한 연비도 개선시킬 수가 있게 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명한다.

[실시예]

도 2는 본 발명에 따른 로크 업 클러치 강제 작동방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다.

참고로, 본 실시예의 구성을 설명함에 있어, 명세서의 서두에서 설명된 종래의 기술과 동일한 부분에 대해서는 설명의 중복을 피하기 위하여 반복설명은 생략하고 개선된 부분만을 주로하여 설명한다.

도시된 바와 같이, 단계 ST1에서 현재 차속이 TCU에 입력되고, 단계 ST2에서 현재 변속단이 TCU에 입력되며, 단계 ST3에서 로크 업 스위치를 '온'시켜 TCU에 입력시킨다.

그런 다음, 단계 ST4에서 TCU가 로크 업 스위치가 실제로 '온'되었는지를 판별하고, 만일 그렇지 않으면 단계 ST1부터 다시 실행한다.

로크 업 스위치가 확실하게 '온' 되었으면, 단계 ST5에서 현재 변속단이 3단 기어 이상인지를 TCU가 판별하고, 3단 미만이면 단계 ST2부터 다시 실행한다.

3단 이상이면, 단계 ST6에서 차속이 60km 이상인지를 TCU가 판별하고, 그 미만이면 단계 ST1부터 다시 실행한다.

60km 이상이면, TCU가 로크 업 밸브를 최종적으로 개방시켜, 유체가 로크 업 클러치로 공급되도록 하여, 로크 업 클러치를 강제로 작동시키게 된다. 따라서, 로크 업 클러치의 작동으로 엔진과 유성 기어장치는 기계적으로 직결상태가 되어 유체의 미끄럼에 의한 손실이 없어지게 된다.

상기된 바와 같이 본 발명에 의하면, 운전자 임의로 로크 업 스위치를 조작하여 로크 업 클러치를 강제로 작동시킬 수 있게 되므로써, 급발진력과 급추월력을 얻을 수 있고, 또한 연비도 개선된다.

한편, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (1)

1. 로크 업 클러치의 강제 작동 스위치인 로크 업 스위치를 '온'시킨 후, 현재 변속단이 3단 기어 이상인 상태에서 차속이 60km 이상이면, 트랜스미션 제어 유니트가 상기 로크 업 클러치로 유체를 제공하여, 로크 업 클러치를 강제로 작동시키는 것을 특징으로 하는 차량용 자동변속기의 로크 업 클러치 강제 작동방법.