KR19980078054A - 차량용 자동변속기의 피스톤내 원심력 상쇄장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 자동변속기의 피스톤내 원심력 상쇄장치를 개시한다. 개시된 본 발명은, 입력축(1)상에 미끄럼가능하게 끼워져서, 유압에 의해 전진되어 클러치 플레이트(7)와 드라이브 플레이트(8)를 결합시키는 피스톤(3)(4)내에 잔류된 오일로부터 발생되는 원심력을 상쇄시키는 장치로서, 상기 피스톤(3)(4)과 소정거리로 이격배치되고 입력축(1) 외주에 고정되어, 피스톤(3)(4)내의 잔류 오일이 회전되면서 발생되는 원심력을 상쇄시키는 원심 밸런스 피스톤(10)(11); 및 상기 원심 밸런스 피스톤(10)(11)과 피스톤(3)(4) 사이에 개재되어, 상기 피스톤(3)(4)을 원위치로 복귀시키도록 탄력지지하는 리턴 스프링(12)(13)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

차량용 자동변속기의 피스톤내 원심력 상쇄장치

본 발명은 차량용 자동변속기의 피스톤내 원심력 상쇄장치에 관한 것이고, 보다 상세하게는 이전 속도로부터 다른 속도로 변속할 때, 이전 속도로 자동차를 주행시키기 위하여 자동변속기 내의 마찰 요소들을 구동하기 위하여 사용되어 피스톤 내부에 잔류된 유체에 의한 원심력을 상쇄시키는 장치에 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, 발진시와 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 다라 수동변속기와 자동변속기로 대별할 수 있는데, 수동변속기의 경우는 운전자가 부하상태 및 차속에 적절한 상태로 변속조작을 해야하는 것인데 반하여, 자동변속기는 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 자동변속기는 통상, 유체 토크 컨버터와 유성 기어장치를 조합하고 유압 제어장치를 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 유성 기어장치, 유성 기어장치를 차속이나 운전 조건에 맞추어 자동 또는 수동으로 유압을 변환하여 조작하는 유압 제어장치, 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, 및 스테이터 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.

유성 기어장치는 선기어, 링기어, 유성기어 캐리어, 및 이들 기어들을 구동 또는 피동축에 연결하거나 고정하기 위한 마찰작동요소를 포함하고 있다. 상기 마찰 작동요소로는 클러치, 브레이크, 및 일방향 클러치가 사용되며, 이들 마찰작동요소는 유압 제어장치에 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 감속되고, 경우에 따라서는 회전 방향이 바뀌어 추진축의 종감속 기어장치로 전달되도록 되어 있다.

상기와 같이, 각 클러치와 브레이크를 작동시켜 각각의 속도단을 조합시키는 변속동작은 오일펌프에서 발생된 유압으로 이루어진다. 즉, 자동변속기는 유압을 차량의 주행속도와 엔진 부하. 및 변속레버의 위치에 따라 유압을 제어하는 장치와, 이러한 유압 제어장치의 동작을 전자적으로 제어하는 트랜스미션 제어 유니트를 포함하고 있다.

상기의 유압에 의해 작동되는 피스톤 및 다판 클러치의 결합구조를 개략적으로 설명하면 다음과 같다.

다판 클러치는 클러치 허브와 클러치 드럼 사이에 끼워져 있고, 유압에 의해 다판 클러치를 작동시키는 피스톤이 축상에 이동가능하게 끼워져 있다. 피스톤의 후면에는 유압이 제공되는 유압통로가 연결되어, 이 유압통로에서 선택적으로 제공되는 유압에 의해 전진 및 후퇴동작을 하도록 되어 있다. 또한, 피스톤의 하단에는 유압 중단시, 피스톤을 원위치로 복귀시키기 위한 리턴 스프링이 연결되어 있다.

한편, 상기 축상에 클러치 허브가 스플라인결합되어 함께 회전하도록 되어 있으며, 클러치 드럼은 축에 미끄럼가능하게 끼워져 있다.

다판 클러치는 클러치 플레이트와 드라이브 플레이트로 구성되어 있고, 클러치 플레이트가 피스톤에 의해 드라이브 플레이트와 마찰결합하게 되므로써, 동력전달이 이루어지도록 되어 있다.

한편, 피스톤에 가해지는 유압의 제공이 중단되어, 피스톤의 내부에 잔류 압력이 발생되거나, 또는 다판 클러치의 회전운동으로 자연적으로 피스톤의 내부에 잔류 압력이 발생하게 된다. 이와 같이, 피스톤의 내부에 잔류 압력이 형성되면, 유압에 의해 피스톤이 전진운동을 할 때, 잔류된 오일이 원심력을 일으키게 되어 피스톤이 정해진 스트로크만큼 전진하지 못하게 되고, 이로 인하여 클러치 플레이트와 드라이브 플레이트를 완전결합시키지 못하게 된다. 따라서, 정해진 속도비로 동력전달이 이루어지지 않는 사태가 발생된다.

이를 방지하기 위해서, 자동변속기의 피스톤에는 피스톤 내부의 잔류 압력을 외부로, 즉 유압이 제공되는 방향과 반대방향으로 배출시키는 장치가 필수적으로 구비되고, 종래의 장치 구성을 개략적으로 설명하면 다음과 같다.

피스톤에 내부와 외부를 연통시키는 배출홈이 형성되는데, 이 배출홈은 내부를 향한 부분보다 외부를 향하는 부분의 직경이 더 넓은 테이퍼 형상으로 이루어져 있다. 배출홈내에 잔압에 의해 이동되는 체크 볼이 이동가능하게 끼워져 있는데, 체크 볼의 직경은 배출홈의 단경부보다는 긴 반면에 장경부보다는 짧아서, 배출홈의 장경부를 통해 이탈될 수가 있다.

따라서, 잔압에 의해 이동되는 체크 볼이 배출홈의 장경부를 통해 이탈되는 것을 방지하기 위해서, 장경부의 내주에는 코킹부(caulking)가 형성되어 있다.

상기와 같이 구성되어, 피스톤내에 형성된 잔압이 일정 이상으로 상승되면, 이 잔압이 체크 볼을 배출홈의 장경부 방향으로 밀게 되어, 체크 볼과 배출홈 사이를 통해 잔압이 피스톤의 외부로 배출된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 방식은, 단순히 체크 볼이 잔압에 의해 테이퍼 형상의 배출홈내를 왕복이동하면서 잔압을 배출시키는 방식이기 때문에, 만일 배출 홈과 체크 볼 사이에 이물질이 끼이게 되면, 체크 볼이 그 위치에서 고정되어, 잔압에 의해서도 체크 볼은 배출홈의 장경부 방향으로 이동되지 못하게 된다.

따라서, 잔압의 배출이 전혀 이루어지지 않게 되어, 피스톤의 내부에는 잔압이 그대로 형성된 상태로 있게 되고, 유압에 의해 피스톤의 전진운동이 시작되어도, 잔압에 의해 피스톤은 정해진 스트로크만큼 전진하지 못하게 된다.

이로 인하여, 클러치 플레이트와 드라이브 플레이트는 완전결합되지 못하게 되어, 동력전달이 제대로 이루어지지 못하게 되는 문제점이 발생되었다.

또한, 종래의 방식은 체크 볼을 이용해서 잔압을 배출시키고 리턴 스프링의 탄성력에 의해서만 피스톤을 원위치로 복귀시키기 때문에, 고속화되어 가는 최근 엔진 추세에 비추어보면, 일부 잔류된 오일이 고속회전되는 피스톤에 의해 원심력을 일으켜서, 피스톤의 오동작을 유발시키는 문제점도 있었다.

따라서, 본 발명은 종래의 방식으로 인해 야기되는 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 잔류된 오일의 원심력을 근원적으로 상쇄시켜서, 피스톤을 정확하게 중립위치로 복귀시킬 수 있도록 하여, 피스톤의 후속 동작이 원활히 이루어질 수 있는 차량용 자동변속기의 피스톤내 원심력 상쇄장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 피스톤내 원심력 상쇄장치를 나타낸 단면도.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 피스톤내 원심력 상쇄장치를 나타낸 단면도.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 피스톤내 원심력 상쇄장치를 나타낸 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 입력축, 2 : 메인 드럼, 3 : 전진용 피스톤, 4 : 오버 드라이브용 피스톤, 5 : 전진용 허브, 6 : 오버 드라이브용 허브, 7 : 클러치 플레이트, 8 : 드라이브 플레이트, 9 : 클러치 드럼, 10 : 전진용 원심 밸런스 피스톤, 11 : 오버 드라이브용 원심 밸런스 피스톤, 12 : 코일 스프링, 13 : 다이어프램 스프링

상기와 같은 본 발명의 목적은, 입력축상에서 유압에 의해 전진되어 클러치 플레이트와 드라이브 플레이트를 결합시키는 피스톤과 소정거리로 이격 배치되고, 입력축 외주에 고정되어 피스톤내의 잔류 오일이 회전되면서 발생되는 원심력을 상쇄시키는 원심 밸런스 피스톤; 및 상기 원심 밸런스 피스톤과 피스톤 사이에 개재되어 피스톤을 원위치 방향으로 탄력지지하는 리턴 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 자동변속기의 피스톤내 원심력 상쇄장치를 제공하는 것에 의하여 달성된다.

상기된 본 발명의 구성에 의하면, 잔류된 오일이 회전하면서 발생시키는 원심력이 원심 밸런스 피스톤에 의해 상쇄되어, 피스톤에 원심력이 작용하지 않게 되므로, 피스톤의 오동작을 방지할 수 있다.

[실시예]

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명한다.

[실시예 1]

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 피스톤내 원심력 상쇄장치를 나타낸 단면도이다.

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, 입력축(1)의 외주에 메인 드럼(2)이 끼워지고, 전진용 피스톤(3)과 오버 드라이브용 피스톤(4)이 메인 드럼(2) 외주에 일정 거리로 이격되어 미끄럼가능하게 끼워진다. 전진용 피스톤(3)의 전방에 전진용 허브(5)와 오버 드라이브용 허브(6)가 순차적으로 배치되어, 입력축(1) 외주에 스플라인 결합된다.

전진용 허브(5)와 오버 드라이브용 허브(6)의 각 외주에는 다판 클러치중 클러치 플레이트(7)가 스플라인 결합되고, 드라이브 플레이트(8)는 클러치 드럼(9)의 내주에 스플라인 결합된다. 특히, 전진용 다판 클러치(7)(8)에는 축방향을 따라 수개의 관통홈이 형성되고, 이 관통홈을 통해 오버 드라이브용 피스톤(4)이 진입되어 오버 드라이브용 클러치 플레이트(7)에 근접,배치된다.

여기서, 본 발명에서는 잔류된 오일에 의해 발생되는 원심력을 상쇄시켜 각 피스톤(3)(4)을 정확하게 원위치로 복귀시키기 위해, 전진용 및 오버 드라이브용 원심 밸런스 피스톤(10)(11)이 구비되어 있다. 즉, 전진용 및 오버 드라이브용 원심 밸런스 피스톤(10)(11)은 전진용 및 오버 드라이브용 피스톤(3)(4)의 정면에 소정 거리를 두고 이격 배치되어 메인 드럼(3)의 외주에 스냅링(14)으로 고정되어 메인 드럼(2)과 함께 회전된다.

또한, 전진용 및 오버 드라이브용 피스톤(3)(4)과 전진용 및 오버 드라이브용 원심 밸런스 피스톤(10)(11) 사이에는, 전진용 및 오버 드라이브용 피스톤(3)(4)을 원위치로 복귀시키도록 탄력지지하는 리턴 스프링이 각각 개재된다. 상기 리턴 스프링으로서, 본 실시예에서는 전진용인 피스톤(3)과 원심 밸런스 피스톤(10) 사이에는 코일 스프링(12)이 사용되고, 오버 드라이브용인 피스톤(4)과 원심 밸런스 피스톤(11) 사이에는 다이어프램 스프링(13)이 사용된다.

특히, 본 실시예 1에서는, 전진용 피스톤(3)의 외주에 오버 드라이브용 원심 밸런스 피스톤(11)이 마찰결합된 구조를 갖는다.

따라서, 상기와 같은 구조를 갖게 되면, 각 전진용 및 오버 드라이브용 피스톤(3)(4)과 원심 밸런스 피스톤(10)(11) 사이에는 폐공간이 형성되어, 이 공간이 유압실 역할을 하게 되고, 특히 피스톤(3)(4)과 원심 밸런스 피스톤(10)(11) 사이의 공간이 잔류 오일로부터 발생되는 원심력을 상쇄시키기 위한 밸런스 유압이 확보되는 유압실이 된다.

[실시예 2]

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 피스톤내 원심력 상쇄장치를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 본 실시예는, 상술한 실시예 1과 마찬가지로 전진용 및 오버 드라이브용 원심 밸런스 피스톤(10)(11)이 사용되는 것은 동일하나, 2가지가 상이한데, 그 중의 하나가 오버 드라이브용 피스톤(4)과 원심 밸런스 피스톤(11) 사이에 개재되는 리턴 스프링이 다이어프램식이 아닌 코일 스프링(12)이 채용된다는 것이다.

다른 하나는 차이점은 전진용 피스톤(3)이 오버 드라이브용 원심 밸런스 피스톤(11)의 내주에 마찰결합되지 않고, 오버 드라이브용 피스톤(4)의 내주에 마찰결합되는 것이다. 따라서, 오버 드라이브용 피스톤(4)의 내주에는 오버 드라이브용 원심 밸런스 피스톤(11)과 전진용 피스톤(3)이 마찰결합된다.

[실시예 3]

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 피스톤내 원심력 상쇄장치를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 본 실시예는 각 피스톤(3)(4)(11)의 결합관계는 실시예 1과 동일하고, 리턴 스프링의 적용은 실시예 2와 동일하도록 구성되어 있다. 이와 같은 구성은 실시예 1과 실시예 2에서 상세히 기술하였으므로 여기서는 설명을 생략한다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 실시예의 동작을 상세히 설명한다.

유압이 전진용 피스톤(3)이나 오버 드라이브용 피스톤(4)의 유압실로 제공되면, 각 피스톤(3)(4)이 전진되어 클러치 플레이트(7)를 드라이브 플레이트(8)에 마찰결합시키게 되므로써, 입력축(1)의 동력이 각 허브(5)(6)를 통해 클러치 드럼(9)으로 전달된다. 이때, 전진되는 각 피스톤(3)(4)은, 고정된 각 원심 밸런스 피스톤(10)(11)에 지지된 코일 스프링(12)이나 다이어프램 스프링(13)을 압축시키게 된다.

유압실로의 유압 제공이 중단되면, 압축되었던 코일 스프링(12)이나 다이어프램 스프링(13)이 신장되므로, 전진되었던 각 피스톤(3)(4)은 원위치로 복귀하게 된다.

이러한 동작중에, 각 피스톤(3)(4)과 원심 밸런스 피스톤(10)(11) 사이의 유압실에는 오일이 완전히 배출되지 못하고 잔류하게 되고, 이 잔류 오일이 고속으로 회전되는 각 피스톤(3)(4)과 함께 회전되면서 원심력을 일으키게 된다. 그러나, 잔류오일에 의해 발생되는 원심력은 각 피스톤(3)(4)과 같은 방향으로 회전되는 원심 밸런스 피스톤(10)(11)에 의해 상쇄되어, 각 피스톤(3)(4)으로 작용하지 못하게 된다.

따라서, 각 피스톤(3)(4)은 정확하게 원위치로 복귀된 후, 원심력이 작용하지 않으므로 적정한 유압에 의해 설정된 스트로크만큼 이동되어서, 다판 클러치를 작동시켜 효율적인 동력전달을 가능하게 한다.

상기된 바와 같이 본 발명에 의하면, 각 피스톤내에 잔류된 오일에 의해 발생되는 원심력이 원심 밸런스 피스톤에 의해 상쇄되어 피스톤으로 작용하지 않게 되므로써, 피스톤의 스트로크에 대한 신뢰도가 개선되고, 따라서 자동변속기의 동력전달 효율이 향상된다.

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

Claims (3)

1. 입력축상에서 작동 유압에 의해 전진하면서 클러치 플레이트와 드라이브 플레이트를 결합시키는 피스톤내의 잔류 오일로부터 발생되는 원심력을 상쇄시키는 차량용 자동변속기의 피스톤내 원심력 상쇄장치로서,

   상기 피스톤과 소정거리로 이격배치 되고, 입력축 외주에 고정되어, 피스톤내의 잔류 오일이 회전되면서 발생되는 원심력을 상쇄시키는 원심 밸런스 피스톤; 및

   상기 원심 밸런스 피스톤과 피스톤 사이에 개재되어 피스톤을 원위치 방향으로 탄력지지하는 리턴 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 자동변속기의 피스톤내 원심력 상쇄장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 리턴 스프링은 코일 스프링인 것을 특징으로 하는 차량용 자동변속기의 피스톤내 원심력 상쇄장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 리턴 스프링은 다이어프램 스프링인 것을 특징으로 하는 차량용 자동변속기의 피스톤내 원심력 상쇄장치.