KR19990014253A - 토크-제한 수단을 갖춘 구동 장치 - Google Patents

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리브탠드. 노베르투스 요하네스 요셉
반 도르네즈 트랜스미시 비.브이.
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Abstract

본 발명은 엔진으로 구동되는 기계 설비(4)(engine-driven load)를 위한 구동 장치(drive device)에 관한 것이며, 엔진(1)(engine), 입력 샤프트(5a)와 출력 샤프트(5b) 등을 갖춘 토크 컨버터(2)(torque converter), 마찰력의 도움으로 토크를 전달할 수 있는 제 1 샤프트(3b)(primary shaft)와 제 2 샤프트(3c)(secondary shaft) 등을 갖춘 연속의 다양한 전동(傳動) 유닛(3)(continuously variable transmission unit) 등을 구동 방향으로 연속적으로 포함한다. 상기 경우에서 전동 유닛(3)의 제 1 샤프트에서 토크 컨버터(2)와 엔진(1) 등의 결합에 의하여 생성될 수 있는 명목상 토크(nominal torque)는, 전동 유닛(3)의 최대 미끄러짐 토크(maximum slipping torque)보다 클 수 없다. 전동 유닛(3)의 제 1 샤프트에서 토크 컨버터(2)와 엔진(1) 등의 결합에 의한 작동에서 실질적으로 생성될 수 있는 토크(torque)는 제한되지 않도록, 장치에 구동 장치의 부분으로 작동하는 수단(6, 8, 9) 등을 공급한다. 생성되는 토크는 전동 유닛(3)의 최대 미끄러짐 토크(maximum slipping torque)에 기껏해야 같도록, 토크에 대한 제한 레벨(limit level)을 조정한다.

Description

토크-제한 수단을 갖춘 구동 장치.
본 발명은 엔진으로 구동되는 기계 설비(engine-driven load), 특히 수송 수단(vehicle)을 위한 구동 장치(drive device)에 관한 것이며, 엔진(engine), 입력 샤프트와 출력 샤프트 등을 갖춘 토크 컨버터(torque converter), 마찰력의 도움으로 토크를 전달할 수 있는 제 1 샤프트(primary shaft)와 제 2 샤프트(secondary shaft) 등을 갖춘 연속의 다양한 전동(傳動) 유닛(continuously variable transmission unit) 등을 구동 방향으로 연속적으로 포함한다.
상기 성질의 구동 장치는 유럽 특허 EP-A-0.328.166 에서 공지되어 있다. 연속의 다양한 전동(傳動) 유닛(continuously variable transmission unit)은 구동 벨트/풀리(drive belt/pulley) 형(型)을 가지고, 제 1 샤프트에 설치된 제 1 풀리와 제 2 샤프트에 설치된 제 2 풀리 등을 상기 유닛에 공급한다. 구동 벨트는 토크를 전달하기 위하여 풀리 등의 사이에 설치된다. 변위 수단(displacement means )의 도움으로 축방향으로 바뀌어질 수 있는 풀리의 하나 이상에서, 각각의 풀리(pulley) 각각은 두 개의 원뿔형 디스크(conical disc)를 포함한다. 변위 가능 디스크(displaceable disc)의 축방향 위치는, 제 1 풀리와 제 2 풀리 등의 디스크 사이에서 구동 벨트의 방사 위치(radial position)와 그러므로 전동 유닛의 전달 비(比) 등을 결정한다. 두 개의 풀리가 서로에 대하여 적용될 수 있는 방식으로 두 개 풀리의 변위 수단을 작동시키는 것에 의하여, 구동 벨트의 방사 위치(radial position)와 디스크가 구동 벨트에 미치는 고정시키는 힘(clamping force) 등을 같이 제어할 수 있다.
제 1 샤프트에서 제 2 샤프트의 방향으로 구동 벨트에 의하여 전달될 수 있는 최대의 토크(maximum torque)는, 최대로 허용 가능한 고정시키는 힘(clamping force)과 전달 비(比) 등에 의존한다. 최대로 허용 가능한 고정시키는 힘(clamping force)은, 구동 벨트에서 최대로 허용 가능한 기계 설비 하중(load)에 의하여 제한되며, 물질의 특성과 구동 벨트의 설계에 의존한다. 고정시키는 힘과 전달되는 토크(torque) 등 둘 다는, 구동 벨트에서 전체 기계 설비 하중(load)의 원인이 된다.
구동 벨트는 금속으로 만들어진다면, 최대로 허용 가능한 구동 벨트 하중은 구동 벨트의 피로 곡선(fatigue curve)에서 얻어질 수 있다. 피로 곡선은, 구동 벨트에서 최대로 허용 가능한 하중과 구동 벨트에서 하중 변화 숫자 등의 사이에서 관계를 지적한다. 구동 벨트의 하중 변화의 숫자는, 구동 벨트의 회전 숫자에 비례하고, 그러므로 전동 유닛의 제 1 샤프트의 회전 숫자에도 비례한다. 마지막 경우에, 비례 상수는 전동 유닛의 전달 비(比)에 의존한다. 구동 벨트 회전의 증가 숫자에 대하여, 처음에는 피로 곡선은 떨어지는 특성을 제시한다. 그 다음에, 최대로 허용 가능한 기계 설비 하중이 대략적으로 일정함에 도달하고 그러므로 최소값에 도달할 때까지, 특성은 편평하게 된다.
일반적으로 전동 유닛의 각각의 전달 비(比)에 대하여 구동 벨트의 회전 숫자는 구동 장치의 이용 중에 상당히 변화한다는 부분적인 이유 때문에, 최대로 허용 가능한 구동 벨트 하중은 전달 비(比)에 의존한다. 구동 장치의 내용(耐用) 연수 중에 구동 벨트 회전의 전체 숫자는, 구동 장치를 이용하는 작동 조건에 의존한다. 그러므로, 신뢰성을 위하여 공지된 설계에서 실질적으로 이용되는 구동 벨트 하중은 최대로 허용 가능한 구동 벨트 하중보다 상당할 정도로 더 낮다.
제 1 샤프트와 제 2 샤프트 등의 사이에서 마찰력의 도움으로 토크를 전달할 수 있으며, 제 1 샤프트와 제 2 샤프트가 있는 연속의 다양한 전동 유닛의 제 1 샤프트에서 토크는, 전동 유닛의 최대로 전달 가능한 토크(maximum transmittable torque)를 초과한다면, 구동 요소(driving element), 예를 들면 풀리(pulley)는 구동되는 요소(driven element), 예를 들면 구동 벨트에 관하여 움직일 것이다. 그러므로 최대로 전달 가능한 토크는, 전동 유닛의 로써 또한 알려져 있다.
공지된 설계에서, 구동 장치가 전동 유닛의 제 1 샤프트에서 명목상으로 생성할 수 있는 토크는 항상 전동 유닛의 최대 미끄러짐 토크(maximum slipping torque)보다 작은 방식으로, 구동 장치의 크기가 정해진다. 기어 감소나 그 밖의 것 등의 존재를 제외하고, 전동 유닛의 제 1 샤프트에서 구동 장치에 의하여 명목상 생성될 수 있는 토크는, 토크 컨버터의 명목 토크 변환 인자(nominal torque conversion factor)에 의하여 곱해지는 명목 엔진 토크(nominal engine torque)와 대략적으로 같다. 여기서 명목 엔진 토크는 엔진에 의하여 생성될 수 있는 최대 토크로써 정의되고, 토크 컨버터의 명목 토크 변환 인자는 입력 샤프트의 회전 속력은 제로(zero)보다는 크고, 출력 샤프트의 회전 속력은 제로(zero)인 상태에서, 토크 변환 인자로써 정의된다. 엔진으로의 연료 공급이 완전한 엔진 정지(full stall) 상태라고 불리는 최대의 레벨인 중(中)에, 토크 컨버터의 출력 샤프트가 닫혀 있다면, 명목상으로 생성될 수 있는 상기 토크만을 생성시킬 수 있다. 보통 실제적으로 완전한 엔진 정지(full stall) 중에 엔진의 회전 속력은, 엔진이 명목 엔진 토크를 생성하는 회전 속력보다 더 작다. 그러므로, 완전한 엔진 정지(full stall) 중에 상기 명목 엔진 토크보다 다소 작은 토크를 엔진은 생성한다. 하지만 보통 상기 엔진 토크 등의 사이에서 차이는 상당히 작고, 완전한 엔진 정지(full stall) 토크는 상기 명목 엔진 토크와 상기 명목 토크 변환 인자 등의 곱에 의하여 근사(近似)할 수 있다.
공지된 설계에 관계되는 불리함이 있다. 먼저, 상기 토크만이 보통의 이용 중에 높은 예외적인 환경에서 실질적으로 생성되면서, 엔진과 토크 컨버터 등의 결합에 의하여 명목상 생성될 수 있는 토크(torque)에 대하여, 구동 장치의 크기를 정하여야만 한다. 두 번째로 공지된 설계에서, 상당히 다양하고 그러므로 예상하기 어려운 작동 환경 때문에, 실질적으로 이용되는 구동 벨트 하중은 최대로 허용 가능한 하중보다 상당히 작다.
본 발명의 목적은 상기의 결점을 제거하는 것이거나, 적어도 실질적으로 결점을 적어도 극복하고, 보다 일반적으로 개선되거나 대치된 구동 장치를 공급하는 것이다. 본 발명에 따라서, 전동 유닛의 제 1 샤프트에서 토크 컨버터와 엔진 등의 결합에 의하여 생성될 수 있는 명목 토크(nominal torque)는 전동 유닛의 최대 미끄러짐 토크(maximum slipping torque)보다 큰 것을 특징으로, 전동 유닛의 제 1 샤프트에서 토크 컨버터와 엔진 등의 결합에 의하여 작동 중에 실질적으로 생성될 수 있는 토크(torque)를 제한하는 방식으로, 구동 장치의 부분으로써 작동하는 제한 수단(limiting means)을 공급하는 것을 특징으로 하는 구동 장치에서 상기를 달성한다. 상기 경우에서 전동 유닛의 최대 미끄러짐 토크와 관계 있는 레벨로 상기 토크를 제한한다. 완전한 스로틀 가속(full throttle acceleration) 중에, 전동 유닛의 제 1 샤프트에서 토크 컨버터와 엔진 등의 결합에 의하여 생성되는 토크(torque)가 상기 최대 미끄러짐 토크와 대략적으로 같은 방식으로, 구동 장치의 크기를 정하는 것을 선호한다. 상기 방식에서, 활동적으로 제한 수단(limiting means)에 의하여 토크를 제한하는 상태의 숫자는 최소화한다. 엄지손가락(thumb)이라는 설계자의 규칙에 따라서, 완전한 스로틀 가속(full throttle acceleration) 중에 생성되는 상기 토크는, 명목상 엔진 토크와 명목상 토크 변환 인자의 제곱근 사이의 곱과 대략적으로 같다. 실질적인 토크 변환 인자는 출력 샤프트의 증가하는 회전 속력에 따라서 감소하며, 이것은, 기계 설비의 가속 중에 전동 유닛의 제 1 샤프트에서 생성되는 토크는 감소함을 의미한다. 기계 설비(load)의 주어진 속력에서, 토크 변환 인자는 토크 컨버터와 엔진 등의 결합이 상기 최대 미끄러짐 토크보다 큰 토크를 생성하는 것이 가능할 정도로 낮아진다. 상기 포인트에서, 벨트 미끄러짐의 위태로움 없이, 상기 제한 수단(limiting means)을 비(非)-활동적일 수 있다. 본 발명의 특별한 발전에 따라서, 제한 레벨(limit level)은 다양할 수 있다. 그 다음에 제한 레벨은 하나 이상의 파라미터의 함수로써 설정될 수 있다. 적합한 파라미터의 예(例)는 주위의 온도, 전동 유닛의 전달 비(比), 엔진의 회전 속력, 전동 유닛 제 1 샤프트의 가속도, 제 1 샤프트의 회전 숫자 등이다. 제한 레벨이 제 1 샤프트의 회전 숫자에 의존한다면, 증가하는 구동 벨트의 회전 숫자의 경우에 대한 레벨이 떨어지는 방식으로 제한 레벨을 제어할 수 있다. 제한 레벨의 떨어짐은 구동 벨트의 피로 곡선(fatigue curve)에 관계 할 수 있다.
본 발명에 따른 구동 장치(drive device)는 최적으로 장치를 이용할 수 있는 유리함을 가진다. 높은 전력의 엔진(engine), 높은 토크 변환 인자가 있는 토크 컨버터(torque converter)와 비싸지 않게 생산할 수 있는 연속의 다양한 전동 유닛(continuously variable transmission unit) 등을 구동 장치에 공급할 수 있다는 사실 때문에, 구동 장치를 효과적으로 이용할 수 있다. 또한 실질적으로 이용되는 구동 벨트 하중과 최대로 허용 가능한 구동 벨트 하중 등의 사이에서의 차이를 줄이며, 이것은 전동 유닛의 수행에 도움이 되는 유리함을, 설계는 가진다. 전동 유닛의 제 1 샤프트와 전동 유닛의 낮은 무게 등에서 유용한 높은 토크(high torque) 때문에, 본 발명에 따른 구동 장치에 설치된 수송 수단(vehicle)은 최적의 동적 수행을 보여준다. 게다가, 큰 토크 변환 인자가 있는 토크 컨버터를 이용한다면, 전체 구동 장치의 전달 비(比)의 조정 범위는 증가된다. 결과로써 전동 유닛은 줄어든 크기를 가질 수 있거나, 적은 속력 범위가 있는 엔진을 이용할 수 있다. 추가로 본 발명에 따른 측정을 이용한다면, 토크 컨버터와 엔진 등의 결합에 의하여 명목상 생성될 수 있는 토크에 대한 전동 유닛 크기를 정할 필요가 없고, 눈에 띄게 낮도록 선택될 수 있는 생성된 토크에 대한 제한 레벨(limit level)을 위하여 전동 유닛 크기를 정하기 때문에, 전동 유닛이 비싸지 않는 설계를 가질 수 있다. 게다가 구동 장치는, 심지어 산이 많은 영역에서 구동 장치를 갖춘 자동차의 정기적 이용과 같은 보통이 아닌 환경에서 최적으로, 계속해서 기능을 발휘할 수 있을 것이다.
구동 장치의 보통 이용의 경우에서, 전동 유닛의 제 2 샤프트의 가장 낮은 회전 속력과 관계 있는 전달 비(比)에서, 구동 벨트는 상대적으로 적은 회전을 가진다. 제 2 샤프트의 가속 중에 그리고 상기 완전한 엔진 정지(full stall) 중에 상기 성질의 전달 비(比)를 특히 이용한다. 상기 경우에서 제 1 샤프트에서 토크는 가장 높은 레벨에 도달하기 때문에, 제 2 샤프트의 가능한 가장 낮은 회전 속력과 관계 있는 전달 비(比)에 설정될 때, 본 발명에 따라서 제 1 샤프트에서 토크 컨버터와 엔진 등의 결합에 의하여 실질적으로 생성될 수 있는 토크(torque)는, 전동 유닛의 최대 미끄러짐 토크에 관계 있는 레벨에 한정되는 것을 선호한다.
본 발명에 따라서, 전동 유닛의 제 1 샤프트에서 토크 컨버터와 엔진 등의 결합에 의하여 생성되는 토크(torque)가 상기 제한 레벨(limit level)을 초과하기 전에, 미끄러지는 방식으로 제어되는 구동 장치에서 클러치를 제한 수단(limiting means)은 포함한다.
또한 제한 수단(limiting means)은 토크 컨버터의 토크 컨버터 잠금 클러치(torque converter lockup clutch)를 포함한다. 크게 또는 작은 범위에서, 토크 컨버터 잠금 클러치(torque converter lockup clutch)를 닫는 방식으로, 제 1 샤프트에서 토크의 곱 없이, 즉각적인 엔진 토크의 더 큰 또는 더 작은 부분을 생성시킨다. 엔진 토크의 나머지 부분은, 제 1 샤프트에서 토크의 곱에 의하여 토크 컨버터에 의하여 생성된다. 전동 유닛의 제 1 샤프트에서, 즉각적인 엔진 토크와 즉각적인 토크 변환 인자에 의하여 곱해지는 상기 토크 등의 사이에서의 값으로 생성될 수 있는 토크를 조정하는 것을 상기(上記)는 가능하게 한다.
조정 가능한 추진기(impeller)와 터빈(turbine) 등을 갖춘 토크 컨버터를 이용하는 경우에, 토크 컨버터의 토크 변환 인자에 영향을 주도록 제한 수단( limiting means)은 조정 메카니즘에서 작동될 수 있다. 현재의 토크 변환 인자를 줄이거나 증가시키는 것에 의하여, 더 작은 또는 더 큰 인자에 의하여 즉각적인 엔진 토크를 증가시킨다. 상기 방식에서, 한 편으로는 조정되는 최소 토크 변환 인자에 의하여 곱해지는 즉각적인 엔진 토크와 또 한 편으로는 조정되는 최대 토크 변환 인자에 의하여 곱해지는 즉각적인 엔진 토크 등의 사이에서, 전동 유닛의 제 1 샤프트에서 생성될 수 있는 토크를 조정하는 것이 가능하다.
본 발명에 따라서, 제한 수단(limiting means)은 엔진으로 연료 공급으로써 작동됨으로써, 엔진에 의하여 생성되는 토크에 영향을 준다. 그 다음에 전동 유닛의 제 1 샤프트에서 토크 컨버터와 엔진 등의 결합에 의하여 생성되는 토크(torque)는 제한 레벨(limit level)을 초과하지 않는 방식으로, 연료 공급을 제어한다.
유럽 특허 EP-A-0.446.947 에서, 전동 유닛의 제 1 샤프트에서 최대 토크를 조정하는 제어 수단(control means)을 구동 장치에서 포함하는 장치를 발표함에 특히 주의해야 한다. 상기 특허에서 공지된 장치는, 구동 방향으로 구동 장치 카운터에서 전파하는 토크 동요(torque fluctuation)에 반(反)하여 전동 유닛을 보호하는 것이 목적이다. 제어 수단(control means)은 유압으로 작동되는 디스크 클러치로써 설계된다. 디스크가 추진되는 유압의 레벨은, 클러치에 의하여 전달되는 최대 토크에 영향을 주었다. 미국 특허 출원 US-A-5.042.325 에서, 연속의 다양한 전동 유닛에 대한 제어 시스템에 있어서, 위급한 상황에서 전달 유체의 유압의 손실에 의하여 특징지어지고, 전동 유닛의 제 1 샤프트에서 생성되는 토크는 전자 엔진 제어 수단에 의하여 한정되는 장치를 발표함에 특히 주의해야 한다. 하지만 상기 공지된 두 개의 장치는 전동 유닛으로 들어가는 너무 높은 토크를 막는데 목적이 있으며, 그것에 의하여 예상치 못한 환경에 반(反)하여 구동장치를 보호하는데 목적이 있다. 하지만, 본 발명은 구동 장치의 전체적인 수행을 개선하는데 목적이 있다. 더욱이, 전동 유닛의 최대 미끄러짐 토크(maximum slipping torque)보다 더 높은 토크를 명목상 생성시킬 수 있는 토크 컨버터와 엔진 등의 결합 이용을 가능하게 한다는 점에서, 본 발명은 공지된 장치와 다르다.
본 발명에 따라서, 엔진 제어(engine control), 전동 제어(transmission control) 등에서 부분적으로 또는 전체적으로 제한 수단(limiting means)을 합체(合體)할 수 있으며, 또는 이 두 개의 제어를 합체(合體)된 제어로서 설계한다면, 구동 장치의 제어 시스템에서 제한 수단(limiting means)은 합체(合體)된다.
다음의 도면에 관하여 제한이 없는 실시예의 형태로써, 본 발명은 보다 더 상세하게 설명될 것이다.
도 1 은 본 발명에 따르는 구동 장치(drive device)의 실시예를 보여준다.
도 2 는 도식적으로 신호-처리 수단(signal-processing means)의 실시예의 그림이다.
도 3a 는 본 발명에 따르는 제한 수단(limiting means)을 갖춘 구동 장치(drive device)를 위하여, 정돈(停頓)에서 가속을 위하여, 제 1 샤프트 회전 속력의 함수로써 제 1 샤프트에서 토크(torque) 곡선을 도식적으로 설명하는 그래프의 기하학적 표시를 보여준다.
도 3b 는 본 발명에 따르는 제한 수단(limiting means)을 갖춘 구동 장치(drive device)를 위하여, 완전한 엔진 정지(full stall) 상태를 위하여, 시간의 함수로써 제 1 샤프트에서 토크(torque) 곡선을 도식적으로 설명하는 그래프의 기하학적 표시를 보여준다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 ... 엔진(engine)
2 ... 토크 컨버터(torque converter)
3 ... 전동(傳動) 유닛(transmission unit)
3a ... 구동 벨트(3a)(drive belt)
3b ... 제 1 샤프트(primary shaft)
3c ... 제 2 샤프트(secondary shaft)
4 ... 기계 설비(load)
7 ... 스로틀 밸브(throttle valve)
6, 8, 9 ... 제한 수단(limiting means)
6 ... 신호-처리 수단(signal-processing means) (도면에서, 전자 제어 유닛(electronic control unit, ECU)으로 그려져 있음)
8a, 8b, 8c ... 측정 수단(measurement means)
9 ... 발동 수단(actuation means)
10 ... 가속기 발판(accelerator pedal)
도 1 에서 설명된 구동 장치(drive device)는, 엔진(1)(engine), 토크 컨버터(2)(torque converter), 제 1 샤프트(3b)(primary shaft)와 제 2 샤프트(3c)(secondary shaft) 등을 갖춘 관통(貫通)하는 다양한 전동(傳動) 유닛(3)(continuously variable transmission unit), 기계 설비(4)(load) 등을 포함한다. 기계 설비(4)(load)는 자동차에서 구동되는 바퀴로써 그려진다. 실시예를 단순화시키기 위하여, 어떠한 추가의 감소도 구동 장치에 반영되지 않는다. 엔진(1)의 크랭크축(crankshaft)은 토크 컨버터(2)의 입력 샤프트(5a)(input shaft)에 결합된다. 그 다음에 엔진의 회전 속력 Ne 는, 토크 컨버터의 입력 샤프트(5a)의 회전 속력 Ni 와 같다. 토크 컨버터(2)는, 전동 유닛(3)(transmission unit)의 제 1 샤프트(3b)에 연결된 출력 샤프트(5b)(output shaft)를 가진다. 그 다음에 토크 컨버터의 출력 샤프트(5b)의 회전 속력 Nu 는, 제 1 샤프트(3b)의 회전 속력 Np 와 같다. 상기 예에서 Ne 는 Ni 와 같고, Nu 는 Np 와 같기 때문에, 문제가 되는 회전 속력은 단지 Ne 와 Np 등이다. 전동 유닛(3)(transmission unit)의 제 2 샤프트(3c)는, 샤프트(5c)(shaft)를 통하여 기계 설비(4)에 연결된다.
제한 수단(6, 8, 9)(limiting means) 등은 전자 설계를 가지고, 입력 샤프트(5a)의 회전 속력 Ne, 출력 샤프트(5b)의 회전 속력 Nu 등을 각각 탐지하기 위하여 측정 수단(8b, 8c)(measurement means) 등을 포함한다. 또한 제한 수단(6, 8, 9) (limiting means) 등은 가속기 발판(10)(accelerator pedal)의 위치 α 를 탐지하기 위한 측정 수단(8a)(measurement means)을 포함한다. 가속기 발판(10)의 위치 α 는, 엔진(1)으로의 연료 공급 β를 정의하고, 그러므로 토크 컨버터(2)의 입력 샤프트(5a)에서 엔진(1)에 의하여 생성되는 토크(torque)를 위하여 정의한다. 상기 세 개의 파라미터를 측정하기 위한 센서는, 이미 종래의 구동 장치에서 제시됨으로써, 문제가 되는 신호는 쉽게 얻어질 수 있다. 더욱이 제한 수단(6, 8, 9) (limiting means) 등은 신호-처리 수단(6)(signal-processing means)을 포함하며, 이 수단은 도면에서 전자 제어 유닛(electronic control unit, ECU)으로써 그려져 있다. 발동 수단(9)(actuation means)을 통하여 제한 수단(6, 8, 9)(limiting means)은 엔진(1)으로의 연료 공급 β 과 그러므로 또한 엔진(1)에 의하여 생성되는 토크 Tm 등을 제한할 수 있다. 상기 예에서 발동 수단(9)은 스로틀 밸브(7)(throttle valve)가 열리는 범위를 제어하며, 여기서 스로틀 밸브는 엔진(1)에 연료 공급 β 를 공급한다.
제한 수단(6, 8, 9)(limiting means)은 스로틀(7)(throttle) 열림의 적합한 레벨을 결정한다는 사실 때문에, 제 1 샤프트(3b)에서 생성되는 토크 Tp 는, 전동 수단(3)(transmission means)의 미끄러짐 토크(slipping torque) Ts 의 최대값을 초과하지 않는다.
도 2 에서, 신호-처리 수단(6)(signal-processing means)의 실시예는 도식적으로 설명되어 있다. 포함되는 블록(6a) 내지 블록(6e) 등에 의하여 설명되듯이, 신호-처리 수단(6)은 다수의 함수를 수행한다. 블록(6a)은, 엔진(1)에 의하여 생성되는 토크 Tm 은 엔진 속력 Ne 와 가속기 발판(10) 위치 α 등의 함수로써 만들어지는 엔진 특성 그래프(engine characteristic graph)의 표시로 이루어진다. 엔진 속력 Ne 와 가속기 발판(10) 위치 α 등을 대표하는 측정 수단(measurement means)의 도움으로, 엔진(1)에 의하여 생성되는 토크 Tm 은 블록(6a)에서 결정된다. 어떤 경우에, 상기 토크를 대표하는 신호는, 엔진 제어에서 바로 얻어질 수 있다. 블록(6b)은 토크 컨버터(2)(torque converter) 특성의 표시로 이루어지며, 여기서 토크 변환 인자(torque conversion factor) f 는, 입력 샤프트(5a)의 회전 속력 Ne 와 출력 샤프트(5b)의 회전 속력 Np 등의 비(比)의 함수로써 만들어진다. 엔진 속력 Ne 와 전동 유닛(2) 제 1 샤프트(3b)의 회전 속력 Np 등을 대표하는 측정 신호의 도움으로, 토크 변환 인자(torque conversion factor) f 는 블록(6b)에서 만들어진다. 블록(6c)에서, 제 1 샤프트(3b)에서 생성되는 토크 Tp 는, 엔진(1)과 토크 변환 인자 f 등에 의하여 생성되는 토크의 도움으로 결정된다. 블록(6d)에서, 제 1 샤프트(3b)에서 생성되는 토크 Tp 는, 출력 Y 와 N 등을 이용하는 토크를 위하여 제한 레벨(limit level) Tg 와 비교된다. 제 1 샤프트(3b)에서 생성되는 토크 Tp 는, 제한 레벨 Tg 를 초과하지 못한다면, 엔진(1)에서 생성되는 토크 Tm 은 출력 N 을 통하여 제 1 샤프트(3b)에서 생성되는 토크 Tp 와 토크 변환 인자 f 등의 비(比)와 같다. 제 1 샤프트(3b)에서 생성되는 토크 Tp 는, 제한 레벨 Tg 와 같거나 크다면, 엔진(1)에서 생성되는 토크 Tm 은 출력 Y 를 통하여 제한 레벨 Tg 와 토크 변환 인자 f 등의 비(比)와 같다. 마지막으로 블록(6e)에서, 엔진(1)에 의하여 생성되는 토크 Tm 은 엔진 속력 Ne 와 연료 공급 β 등의 함수로써 만들어지는 엔진 특성 그래프(engine characteristic graph), 엔진 속력 Ne, 엔진(1)에서 생성되는 토크 Tm 등의 세 가지의 도움으로, 연료 공급 β 의 적합한 레벨은 정의된다.
도 2 에서 설명되는 실시예에서, 엔진 특성 그래프와 토크 컨버터 특성 등의 표시(representation)는 전자 기억 장치에 기억된다. 또한 보다 상세하게 상기 표시(representation)는 알고리즘으로써, 또는 수력 및 기계의 형태로서 기억될 수 있다. 같은 경우에, 엔진(1)에 의하여 생성되는 토크 Tm 을 대표하는 신호는 (전자) 엔진 제어((electronic) engine control)에서 얻어질 수 있다. 또한, 토크 컨버터(2)의 출력 샤프트(5b)에서 토크 미터의 도움으로, 제 1 샤프트(3b)에서 바로 생성되는 토크 Tp 를 결정하는 것이 가능하다.
도 3a 는, 토크 T 는 수직축에서 보여지고 회전 속력 N 은 수평축에서 보여지는 그래프의 기하학적 표시를 나타낸다. 점선 곡선(11, 12) 등은, 종래의 기술에 따라서 제 1 샤프트(3b)에서 토크 컨버터(2)와 엔진(1) 등의 결합에 의하여 생성되는 토크 Tp 와, 구동 장치에 대한 제 1 샤프트(3b)의 회전 속력 Np 등의 사이에서 관계를 보여준다. 구동 장치(drive device)의 완전한 엔진 정지(full stall) 상태에서 가속의 경우에, 토크 컨버터(2)의 출력 샤프트(5b)는 잠겨 있고, 동시에 엔진(1)으로의 연료 공급 β 는 최고의 레벨에 있으며, 제 1 샤프트(3b)에서 생성되는 토크 Tp 는 곡선(11)을 따른다. 상기 경우에서, 전동 유닛(3)의 최대 미끄러짐 토크(maximum slipping torque) Ts,max 는 제 1 샤프트(3b)에서 명목상으로 생성될 수 있는 토크 Tp,nom 과 적어도 같은 방식으로 크기가 정해진다. 구동 장치의 정돈(停頓)의 상태에서 가속의 결과는, 여기서 출력 샤프트(5b)는 잠겨지지 않으며, 곡선(12)을 따르는 전동 유닛(3)의 제 1 샤프트(3b)에서 생성될 수 있는 토크 Tp 이다. 상기 정돈(停頓) 상태의 가속의 경우에서 전동 유닛(3)은 최적으로 이용되지 않는 결과를 상기(上記)는 가진다.
본 발명은, 증가되는 토크 변환 인자 f 를 갖춘 토크 컨버터(2)를 이용하는 방식으로, 전자 공학과 측정 수단, 제어 수단 등을 이용하는 것에 의하여 상기 성질의 최적 이용을 달성하는데 목적이 있다. 곡선(13, 14) 등은, 완전한 엔진 정지(full stall) 상태에서 가속 중에, 전동 유닛(3)의 제 1 샤프트(3b)에서 생성되는 토크 Tp 의 성질을 설명한다. 본 발명에 따르는 제한 수단(6, 8, 9)(limiting means) 없이, 전동 유닛(3)의 제 1 샤프트(3b)에서 생성되는 토크 Tp 는, 대쉬 라인(dash line)으로써 설명되는 곡선(15)을 따른다. 제 1 샤프트(3b)에서 명목상으로 생성될 수 있는 토크 Tp,nom 는, 전동 유닛(3)의 최대 미끄러짐 토크(maximum slipping torque) Ts,max 를 초과하기 때문에, 상기 상태는 바람직하지 않다. 본 발명에 따르는 제한 수단(6, 8, 9)(limiting means)을 구동 장치에 공급한다면, 상기 토크는 곡선(13)을 따르는 방식으로 전동 유닛(3)의 제 1 샤프트(3b)에서 생성되는 토크 Tp 는 제한된다. 도 3a 에 일치하여, 상기 토크를 위한 제한 레벨 Tg 는 일정하다. 제한 레벨 Tg 는 전동 유닛(3)의 최대 미끄러짐 토크(maximum slipping torque) Ts,max 에 관계가 있음으로써, 제 1 샤프트(3b)에서 토크 컨버터(2)와 엔진(1) 등의 결합에 의하여 생성되는 토크 Tp 는 최대 미끄러짐 토크(maximum slipping torque) Ts,max 를 초과할 수 없다. 결과로써, 정돈(停頓) 상태 가속의 경우에서 전동 유닛(3)의 제 1 샤프트(3b)에서 생성될 수 있는 최대 토크(maximum torque) Tp 는, 최대 미끄러짐 토크(maximum slipping torque) Ts,max 와 같은 방식으로, 구동 장치의 크기를 정하는 것이 가능하다. 본 발명에 따른 제한 수단(6, 8, 9)(limiting means)을 갖춘 구동 장치에 대한 정돈(停頓) 상태 가속은, 곡선(14)에 의하여 설명될 수 있다. 가속 중에 상기 종류의 구동 장치는, 종래 기술에 따른 비교할 만한 구동 장치보다 상당히 높은 토크를 공급할 수 있다. 본 발명에 따른 구동 장치의 동적 수행(dynamic performance)은 상응하게 더 크다.
도 3b 는, 토크 T 는 수직축에서 그려져 있고, 시간 t 는 수평축에서 그려져 있는 그래프의 기하학적 표시를 보여준다. 종래 기술에 따른 구동 장치에 대하여, 곡선(16)은, 제 1 샤프트(3b)에서 토크 컨버터(2)와 엔진(1) 등의 결합에 의하여 생성될 수 있는 토크 Tp 와, 완전한 엔진 정지(full stall) 상태에서 제 1 샤프트(3b)의 가속 중의 시간 t 등의 사이에서의 관계를 설명한다. 본 발명에 따른 제한 수단(6, 8, 9)(limiting means)을 구동 장치가 갖춘다면, 제 1 샤프트(3b)에서 실질적으로 생성될 수 있는 토크 Tp 는 곡선(17)을 따르는 방식으로, 제 1 샤프트(3b)에서 토크 Tp 는 제한될 수 있다. 제한 레벨 Tg 는 점-점선(18)(dot-dashed line)에 의하여 지적될 수 있고, 삽입물로써 보여지듯이 구동 벨트(3a)(drive belt)의 피로 곡선(fatigue curve)에 제한 레벨 Tg 는 관계가 있다. 구동 벨트(3a)(drive belt)의 회전 숫자 n 은 시간 t 와 제 1 샤프트(3b)의 회전 속력 Np 등의 곱에 정비례하며, 여기서 비례 상수는 전동 유닛(3)의 전송 비(比)에 의존한다.
가속의 시작에서, 시간 t1, 제한 레벨 Tg 는 구동 벨트(3a)의 회전의 낮은 숫자 n 에서 Tg,n1 과 같으며, 여기서 Tg,n1 은 최대 벨트 기계 설비 하중(maximum belt load)에 관계가 있다. 구동 벨트(3a)의 회전 숫자 n 은 시간 t 에 대하여 단조 증가하며, 구동 벨트(3a)에서 최대로 허용되는 하중은 구동 벨트(3a)의 피로 곡선에 따라서 떨어진다. 상기 허용되는 최대 하중을 초과할 수 없도록 제한 수단(6, 8, 9)(limiting means)에 의하여 제한 레벨 Tg 는 조정된다. 시간 t2 에서 Tp 는 Tg 와 같아졌고, 그 점에서 제한 수단(limiting means)은 더 이상 구동 장치의 부분으로 작동되지 않는다.

Claims (13)

  1. 엔진으로 구동되는 기계 설비(4)(engine-driven load)를 위한, 특히 수송 수단(vehicle)을 위한, 엔진(1)(engine), 입력 샤프트(5a)와 출력 샤프트(5b) 등을 갖춘 토크 컨버터(2)(torque converter), 마찰력의 도움으로 토크를 전달할 수 있는 제 1 샤프트(3b)(primary shaft)와 제 2 샤프트(3c)(secondary shaft) 등을 갖춘 연속의 다양한 전동(傳動) 유닛(3)(continuously variable transmission unit) 등을 구동 방향으로 연속적으로 포함하는 구동 장치(drive device)에 있어서,
    전동 유닛(3)의 제 1 샤프트(3b)에서 토크 컨버터(2)와 엔진(1) 등의 결합에 의하여 생성될 수 있는 명목상 토크(Tp,nom)(nominal torque)는, 전동 유닛(3)의 최대 미끄러짐 토크(Ts,max)(maximum slipping torque)보다 클 수 없고, 전동 유닛(3)의 제 1 샤프트(3b)에서 토크 컨버터(2)와 엔진(1) 등의 결합에 의한 작동에서 실질적으로 생성될 수 있는 토크(Tp)(torque)는 정의된 제한 레벨(Tg)(limit level)를 초과할 수 없도록, 구동 장치의 부분으로 작동하는 수단(6, 8, 9) 등을 공급하는 것을 특징으로 하는 구동 장치(drive device).
  2. 제 1 항에 있어서, 명목상 엔진 토크와 토크 변환 인자(f)(torque conversion factor)의 제곱근 사이의 곱은 대략적으로 전동 유닛(3)의 최대 미끄러짐 토크(Ts,max)와 같도록, 엔진(1)과 토크 컨버터(2) 등을 설계하는 것을 특징으로 하는 구동 장치(drive device).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항 등에 있어서, 제한 수단(6, 8, 9)(limiting means)은 기계 설비(4)(load)의 회전 속력의 낮은 속력 범위에서 활성화되는 것을 특징으로 하는 구동 장치(drive device).
  4. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항 등에 있어서, 전동 유닛(3)이 제 2 샤프트(3c)의 가능한 가장 낮은 속력과 관계 있는 전달 비(比)에 설정될 때, 제한 레벨(Tg)은 실질적으로 전동 유닛(3)의 최대 미끄러짐 토크(Ts,max)와 같은 것을 특징으로 하는 구동 장치(drive device).
  5. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항 또는 제 4 항 등에 있어서, 제한 레벨(Tg)은 예를 들면, 전달 오일(transmission oil)의 온도, 전동 유닛(3)의 전달 비(比), 엔진의 회전 속력(Ne), 전동 유닛(3)의 제 1 샤프트(3b)의 가속도 또는 제 1 샤프트(3b)의 회전 숫자(n) 등과 같은 하나 이상의 파라미터에 의존하는 것을 특징으로 하는 구동 장치(drive device).
  6. 제 5 항에 있어서, 증가하는 제 1 샤프트(3b)의 회전 숫자(n)의 경우에서 제한 레벨(Tg)은 떨어지도록, 정돈(停頓)에서 전동 유닛(3)의 제 1 샤프트(3b)의 회전 숫자(n)에 적어도 제한 레벨(Tg)은 의존하는 것을 특징으로 하는 구동 장치(drive device).
  7. 상기의 하나 또는 그 이상의 항에 있어서, 연속의 다양한 전동(傳動) 유닛(3)(continuously variable transmission unit)에, 제 1 샤프트(3b)에 제 1 풀리(primary pulley), 제 2 샤프트(3c)에 제 2 풀리(secondary pulley), 이 두 개의 풀리(pulley) 주위에 설치된 구동 벨트(3a)(drive belt) 등을 공급하며, 변위 수단(displacement means)의 도움으로 축방향으로 바뀌어질 수 있는 풀리의 하나 이상에서 풀리(pulley) 각각에 두 개의 원뿔형 디스크(conical disc)를 제공하며, 그래서 디스크 등의 사이에서 구동 벨트(3a)의 방사 위치(radial position)와 그러므로 전동 유닛(3)의 전달 비(比)는 정의된 범위 내(內)에서 연속의 다양한 방식에서 설정될 수 있고, 구동 벨트의 최대 미끄러짐 토크(maximum slipping torque)는 전동 유닛(3)의 최대 전달이 가능한 토크(maximum transmittable torque)에 대한 정의된 기준인 것을 특징으로 하는 구동 장치(drive device).
  8. 제 7 항에 있어서, 구동 벨트(3a)는 실질적으로 금속으로 만들어지고, 제한 레벨(Tg)에서 변화는 구동 벨트의 피로 곡선(fatigue curve)에 관계 있는 방식으로, 정돈(停頓)에서 전동 유닛(3)의 제 1 샤프트(3b)의 회전 숫자(n)에 적어도 제한 레벨(Tg)은 의존하는 것을 특징으로 하는 구동 장치(drive device).
  9. 상기의 하나 또는 그 이상의 항에 있어서, 먼저 전동 유닛(3)의 제 1 샤프트(3b)에서 토크(Tp)를 결정하기 위하여 하나 이상의 측정 신호를 생성시키기 위한 측정 수단(8)(measurement means)을 제한 수단(6, 8, 9)(limiting means)은 포함하고, 두 번째로 상기 측정 신호에 의하여 엔진(1)에 의하여 생성되는 토크(Tm)를 제어하기 위하여 하나 이상의 제어 신호를 생성시키기 위한 신호-처리 수단(6) (signal-processing means)을 포함하고, 상기 제어 신호에 의하여 세 번째로 전동 유닛(3)의 제 1 샤프트(3b)에서 토크 컨버터(2)와 엔진(1) 등의 결합에 의한 작동에서 생성될 수 있는 토크(Tp)(torque)를 제한하는 발동 수단(9)(actuation means)을 포함하는 것을 특징으로 하는 구동 장치(drive device).
  10. 상기의 하나의 항에 있어서, 토크 컨버터(2)의 입력 샤프트(5a)의 회전 속력(Ne)과 토크 컨버터(2)의 출력 샤프트(5b)의 회전 속력(Np) 등을 탐지하기 위한, 그리고 가속기 발판(10)(accelerator pedal)의 위치(α)를 탐지하기 위한 센서(8a, 8b, 8c) 등을 제한 수단(6, 8, 9)(limiting means)은 포함하는 것을 특징으로 하는 구동 장치(drive device).
  11. 상기의 하나의 항에 있어서, 제한 수단(6, 8, 9)(limiting means)은 엔진(1)으로의 연료 공급(β)의 레벨을 제한하는 것을 특징으로 하는 구동 장치(drive device).
  12. 상기의 하나의 항에 있어서, 조정 가능한 토크 변환 인자(f)로써 토크 컨버터(2)를 설계함에 있어서, 제한 수단(6, 8, 9)(limiting means)은 토크 컨버터(2)의 토크 변환 인자(f)를 제한하는 것을 특징으로 하는 구동 장치(drive device).
  13. 상기의 하나의 항에 있어서, 토크 컨버터(2)에 토크 컨버터 잠금 클러치(2a)(torque converter lockup clutch)를 공급함에 있어서, 제한 수단(6, 8, 9)(limiting means)은 토크 컨버터(2)의 토크 컨버터 잠금 클러치(2a)(torque converter lockup clutch)에 영향을 주는 것을 특징으로 하는 구동 장치(drive device).
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