KR20010045890A

KR20010045890A - 자동 변속기용 파워 트레인

Info

Publication number: KR20010045890A
Application number: KR1019990049402A
Authority: KR
Inventors: 박종술
Original assignee: 이계안; 현대자동차 주식회사
Priority date: 1999-11-09
Filing date: 1999-11-09
Publication date: 2001-06-05
Also published as: KR100357545B1; JP2001140998A; CN1294992A; AU4380300A; DE10033474A1

Abstract

2개의 원웨이 클러치와 별도의 클러치 하나를 사용하여 전(全) 변속단에서 비동기 변속이 가능하도록 하여 향상된 변속감을 제공하는 자동변속기의 파워 트레인을 제공할 목적으로,

이에 따른 자동변속기용 파워 트레인은 제1단순 유성기어셋트의 유성 캐리어와 제2단순 유성기어셋트의 링기어가 상호 고정적으로 연결되고, 상기 제1단순 유성기어셋트의 링기어와 상기 제2단순 유성기어셋트의 유성 캐리어가 상호 고정적으로 연결하며, 상기 제1단순 유성기어셋트의 유성 캐리어는 출력요소로 작동하도록 작동요소의 연결관계를 갖는 복합 유성기어셋트와; 상기 제1,2 단순 유성기어셋트의 작동요소 중 어느 3개의 작동요소에 가변적으로 선택입력이 이루어지도록 하는 입력수단과; 상기 제1,2 단순 유성기어셋트의 작동요소 중 2개의 작동요소가 선택적으로 반력요소가 되도록 작동하는 복수의 브레이크 수단과; 상기 제2단순 유성기어셋트의 작동요소 중 어느 하나의 작동요소와 변속기 하우징 사이에 개재되어 전진 1속 및 전진 2속 변속시 반력요소로 작용할 수 있도록 하며, 전진 3속 및 전진 4속 변속시 프리 휠링 상태가 되도록 하는 제1일방향 클러치와; 상기 제1일방향 클러치와 상기 제2단순 유성기어셋트의 유성 캐리어 사이에 개재되어 있는 제2일방향 클러치와; 상기 제1일방향 클러치와 상기 제2단순 유성기어셋트의 선기어를 가변적으로 연결되도록 구성되는 제4클러치를 포함하며,

상기 입력수단은 상기 제1단순 유성기어셋트의 선기어와 입력축 사이에 개재되는 제1 클러치와; 제2단순 유성기어셋트의 유성 캐리어와 입력축 사이에 개재되는 제2 클러치와; 제2단순 유성기어셋트의 선기어와 입력축 사이에 개재되는 제3 클러치를 포함하여 이루어지며,

상기 브레이크 수단은 제1단순 유성기어셋트의 링기어와 제2단순 유성기어셋트의 유성 캐리어를 상호 연결하는 연결부재와 변속기 하우징 사이에 개재되는 제1 브레이크와; 제2단순 유성기어셋트의 선기어와 변속기 하우징 사이에 개재되는 제2 브레이크를 포함하여 이루어지며,

상기 제4클러치는 상기 제1, 제2일방향 클러치를 연결하는 연결부재와 상기 제2단순 유성기어셋트의 선기어 사이에 다판 클러치로 개재되어 이들을 가변적으로 연결하는 것을 특징으로 한다.

Description

자동 변속기용 파워 트레인{POWER TRAIN FOR AUTO TRANSMISSION}

본 발명은 자동 변속기용 파워트레인에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 2개의 일방향 클러치와 별도의 클러치 하나로 전(全) 변속단에서 비동기 변속이 가능하도록 하여 변속감을 향상시키는 자동 변속기용 파워 트레인에 관한 것이다.

일반적으로 차량용 자동 변속기는 차량의 주행속도와 부하의 변동에 따라 변속비를 자동적으로 제어하는 트랜스밋션 제어유닛을 구비하며, 이 트랜스밋션 제어유닛에는 다단 변속 메카니즘으로 복합 유성기어셋트가 적용되고 있다.

이러한 유성기어셋트는 엔진의 회전 동력을 전달받는 입력 요소, 변속된 회전 동력을 종감속장치로 전달하는 출력 요소, 그리고 상기 입력 요소로 전달된 엔진의 회전 동력이 변속되어 출력 요소로 전달될 수 있도록 반력을 제공하는 반력 요소를 구비하게 된다.

통상적으로 출력 요소는 종감속장치와 고정 연결되지만, 입력 요소는 가변되기 때문에 엔진의 동력을 전달하는 부분과 마찰요소를 개재하여 연결되고, 반력요소도 가변되기 때문에 변속기 하우징과 다른 마찰요소를 개재하여 연결된다.

상기 마찰요소는 크게 클러치와 브레이크로 대별되며, 입력 요소에는 클러치를 사용하고, 반력요소에는 브레이크를 사용하고 있다. 그리고 마찰요소에는 클러치와 브레이크의 넌 싱크로너스 시프팅, 즉 비동기 변속으로 변속 제어를 용이하게 하기 위하여 일방향 클러치를 사용하기도 한다.

이와 같은 자동변속기용 파워 트레인은 상당수 공지되어 있으며, 특히 도 4에 도시된 파워 트레인은 복합 유성기어셋트(50)를 구비하여, D레인지 1속에서는 제1클러치(C1), 제1일방향 클러치(F1)가 작동되고, 2속에서는 제1클러치(C1), 제3브레이크(B3), 제2일방향 클러치(F2)가 작동되며, 3속에서는 제1,2클러치(C1,C2)가 작동되고, 4속에서는 제2클러치(C2), 제2,3브레이크(B2,B3)가 작동되며, R레인지에서는 제3클러치(C3), 제1브레이크(B1)가 작동되어 각각 자동변속을 실현한다.

그러나 상기와 같은 자동변속기용 파워 트레인은 D레인지 대부분의 변속단에서 일방향 클러치의 작동으로 비동기 변속을 실현하지만, 3↔4 변속시에는 동기 변속을 실현하기 때문에 짧은 변속시간내에 마찰요소의 해제시점과 작동시점이 정확히 이루어지지 않는 경우에는 시동이 꺼지거나 마찰부재가 소손되는 타이 - 업(TIE - UP) 현상이나, 순간적인 중립의 상태에 의하여 엔진 회전수가 급상승하는 런 - 업(RUN-UP)이 발생된다는 문제점이 있고, 상기와 같이 타이-업 또는 런-업 현상이 발생되는 경우, 그 변속 충격이 심하게 발생되어 이에 따른 승차감 저하를 초래하게 된다.

또한, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여는 해제시점과 동작시점을 정확히 제어하여야 하는데, 이러한 제어가 용이하지 않고, 아울러 제어시스템이 복잡해지기 때문에 변속충격 발생에 대한 근본적인 해결이 이루어질 수 없었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 2개의 원웨이 클러치와 별도의 클러치 하나를 사용하여 전(全) 변속단에서 비동기 변속이 가능하도록 하여 향상된 변속감을 제공하는 자동변속기의 파워 트레인을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 전 변속 레인지의 전 변속단에서 2레인지의 전진 2속과 D레인지의 전진 4속의 변속시 하나의 브레이크를 통하여 제어함으로써 유압 시스템을 단순하게 구성할 수 있도록 한 자동변속기의 파워 트레인을 제공함에 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 파워 트레인의 구성도이다.

도 2는 본 발명의 제2실시예에 의한 파워 트레인의 구성도이다.

도 3은 본 발명에 의한 파워 트레인을 운용하기 위한 마찰요소의 작동표이다.

도 4는 종래 기술에 따른 파워 트레인의 구성도이다.

이를 실현하기 위하여 본 발명에 따른 자동변속기용 파워 트레인은

제1단순 유성기어셋트의 유성 캐리어와 제2단순 유성기어셋트의 링기어가 상호 고정적으로 연결되고, 상기 제1단순 유성기어셋트의 링기어와 상기 제2단순 유성기어셋트의 유성 캐리어가 상호 고정적으로 연결하며, 상기 제1단순 유성기어셋트의 유성 캐리어는 출력요소로 작동하도록 작동요소의 연결관계를 갖는 복합 유성기어셋트와;

상기 제1,2 단순 유성기어셋트의 작동요소 중 어느 3개의 작동요소에 가변적으로 선택입력이 이루어지도록 하는 입력수단과;

상기 제1,2 단순 유성기어셋트의 작동요소 중 2개의 작동요소가 선택적으로 반력요소가 되도록 작동하는 복수의 브레이크 수단과;

상기 제2단순 유성기어셋트의 작동요소 중 어느 하나의 작동요소와 변속기 하우징 사이에 개재되어 전진 1속 및 전진 2속 변속시 반력요소로 작용할 수 있도록 하며, 전진 3속 및 전진 4속 변속시 프리 휠링 상태가 되도록 하는 제1일방향 클러치와 상기 제1일방향 클러치와 상기 제2단순 유성기어셋트의 유성 캐리어 사이에 개재되어 있는 제2일방향 클러치와;

상기 제1일방향 클러치와 상기 제2단순 유성기어셋트의 선기어를 가변적으로 연결되도록 구성되는 제4클러치를 포함하며,

이하 본 발명의 바람직한 구성 및 작용을 첨부한 도면에 의거하여 보다 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 파워 트레인의 구성도로서, D레인지 전(全) 변속단에서 비동기 변속을 실현할 수 있도록 구성되어 있다.

즉, 엔진(E)의 회전 동력을 토오크 컨버터(T)에서 변환 및 비변환시켜 복합 유성기어셋트(1)로 전달하고, 각 마찰요소들을 작동 및 비작동시켜 변속된 회전 동력을 종감속장치(미도시)로 전달 가능하게 연결되는 트랜스퍼 드라이브 기어(3)로 전달할 수 있도록 구성되어 있다.

그리고 상기 토오크 컨버터(T)는 변환된 회전 동력을 입력축(9)을 통하여 상기 복합 유성기어셋트(1)로 전달하도록 되어 있다.

이와 같이 회전 동력을 전달받을 수 있는 복합 유성기어셋트(1)는 제1단순 유성기어셋트(5)측과 제2단순 유성기어셋트(7)측으로 구성되며, 이들 양측 유성기어셋트(5,7)는 상기 제1단순 유성기어셋트(5)의 유성 캐리어(Ca1)와 제2단순 유성기어셋트(7)의 링기어(R2)가 상호 고정적으로 연결되고, 상기 제1단순 유성기어셋트(5)의 링기어(R1)와 상기 제2단순 유성기어셋트(7)의 유성 캐리어(Ca2)가 상호 고정적으로 연결되어 이루어진다.

이렇게 구성된 복합 유성기어셋트(1)는 변속을 위하여 각 요소들 중 특정 요소를 입력 요소, 출력 요소 그리고 반력요소로 작동시킬 수 있으며, 이를 위하여 복합 유성기어셋트(1)의 각 요소들에는 회전 동력을 전달 및 차단시키거나 각 요소들을 고정시킬 수 있는 마찰요소인 입력 수단, 브레이크 수단, 비동기 수단들이 설치된다.

상기 요소들 중 입력 요소와 반력요소는 각 변속단에 따라 가변적으로 결정되고, 출력 요소는 항상 일정하게 되어 있다. 즉, 본 구성에서는 출력 요소를 제1단순 유성기어셋트(5)의 유성 캐리어(Ca1)로 하며, 이를 위하여 상기 유성 캐리어(Ca1)는 트랜스퍼 드라이브 기어(3)에 고정 연결된다.

그리고 각 변속단에 따라 가변하는 입력 요소를 결정하기 위하여 입력 수단인 제1,2,3클러치(C1,C2,C3)가 복합 유성기어셋트(1)의 특정 요소와 입력축(9) 사이에 설치되고, 반력요소를 결정하기 위하여 브레이크 수단인 제1,2브레이크(B1,B2)가 복합 유성기어셋트(1)의 특정 요소와 변속기 하우징(11)사이에 각각 가변적으로 설치되어 있다.

또한, 전(全) 변속단에서 비동기 변속을 가능하게 하기 위하여, 상기 제2단순 유성기어셋트(7)의 유성 캐리어(Ca2)와 제1단순 유성기어셋트(5)의 링기어(R1)를 연결하는 연결부재(13)와 변속기 하우징(11) 사이에 제1,제2일방향 클러치(F1,F2)를 횡방향으로 연결하여 상기 유성 캐리어(Ca2)와 링기어(R1)의 일방향 회전을 제한할 수 있도록 설치하였다.

그리고 상기 제1,제2일방향 클러치(F1,F2)을 연결하는 연결부재(15)와 상기 제2단순 유성기어셋트(7)의 선기어(S2) 사이에는 제4클러치(C4)가 가변적으로 설치되어 구성된다.

이상, 상기한 제1,2,3클러치(C1,C2,C3)와 제1,2브레이크(B1,B2) 및 제1,2일방향 클러치(F1,F2) 및 제4클러치(C4)의 구체적인 설치 관계는 상기 도 1에 도시된 바와 같다.

즉, 제1클러치(C1)는 D레인지 1,2,3속시 및 2레인지 1,2속, 그리고 L레인지시 입력축(9)으로부터의 회전 동력을 제1단순 유성기어셋트(5)의 선기어(S1)로 전달할 수 있도록 이들 사이에 가변적으로 설치되어 있다.

제2클러치(C2)는 D레인지 3,4속시, 상기 입력축(9)으로부터의 회전 동력을 제2단순 유성기어셋트(7)의 유성 캐리어(Ca2)로 직접 전달할 수 있도록 이들 사이에 가변적으로 설치되어 있다.

제3클러치(C3)는 R레인지시, 제2단순 유성기어셋트(7)의 선기어(S2)에 입력축(9)으로부터의 회전 동력을 전달할 수 있도록 이들 사이에 가변적으로 설치되어 있다.

그리고 제1브레이크(B1)는 R레인지시와 L레인지시, 제1단순 유성기어셋트(5)의 링기어(R1)와, 이와 직결된 제2단순 유성기어셋트(7)의 유성 캐리어(Ca2)의 회전을 제한하여 반력요소로 작용시킬 수 있도록 상기 링기어(R1)와 유성 캐리어(Ca2)를 연결하는 연결부재(13)와 변속기 하우징(11)사이에 가변적으로 설치되어 있다.

제2브레이크(B2)는 D레인지 2,4속과 2레인지 2속에서 상기 제2단순 유성기어셋트(7)의 선기어(S2)의 회전을 제한하면서 반력요소로 작용시킬 수 있도록 선기어(S2)와 변속기 하우징(11)사이에 가변적으로 설치되어 있다.

그리고 제1일방향 클러치(F1)는 D레인지 및 2레인지 1속에서 상기 제2일방향 클러치(F2)와 함께 제1단순 유성기어셋트(5)의 링기어(R1)와, 이와 직결된 제2단순 유성기어셋트(7) 유성 캐리어(Ca2)의 회전을 제한하여 반력요소로 작용시킬 수 있도록 상기 링기어(R1)와 유성 캐리어(Ca2)를 연결하는 연결부재(13)와 변속기 하우징(11) 사이에 상기 제2일방향 클러치(F2)와 함께 가변적으로 설치되어 있다.

또한, 제1일방향 클러치(F1)는 D레인지 2속에서 상기 제4 클러치(C4)와 함께 작동하여 제2 단순 유성기어셋트(7) 선기어(S2)의 회전을 제한하여 반력요소로 작용시킬 수 있도록 되며, 상기 제4클러치(C4)는 상기 제1,2일방향 클러치(F1,F2)을 상호 연결하는 연결부재(15)와 제2단순 유성기어셋트(7)의 선기어(S2) 사이에 개재됨과 동시에, 변속기 하우징(11)과의 사이에 개재되는 상기 제2브레이크(B2)와 연결되며, 제3클러치(C3)와도 연결된다.

상술한 바와 같이 구성되는 자동변속기용 파워 트레인이 전(全) 변속단에서 비동기 변속이 이루어지는 작동을 설명하기 위하여 먼저, 도 3에서 도시한 마찰요소 작동표에 의하여 변속작동을 정리하여 설명하면 다음과 같다.

즉, 상기와 같은 자동 변속기용 파워 트레인은 D레인지 1속에서 제1클러치(C1)와 제1,2일방향 클러치(F1,F2)를 작동시키고, 2속에서는 제1,4클러치(C1,C4)와 제2브레이크(B2)와 제1일방향 클러치(F1)를 작동시키며, 3속에서는 제1,2,4클러치(C1,C2,C4)를 작동시키며, 4속에서는 제2,4클러치(C2,C4)와 제2브레이크(B2)를 작동시키며, R레인지에서는 제3클러치(C3)와 제1브레이크(B1)를 작동시켜 각각 자동변속을 실현하게 된다.

따라서 본 구성의 파워 트레인에 의해서 D레인지 1↔2속에서는 제1,2일방향 클러치(F1,F2)와 제2브레이크(B2), 제4 클러치(C4)에 의해 비동기 변속이 이루어지며, 2↔3속에서는 상기 2속 상태에서 제2브레이크(B2)를 해제하고, 제2클러치(C2)만 더 추가 작동하여 비동기 변속을 이루며, 3↔4속에서는 제1클러치(C1)가 해제된 후, 제2브레이크(B2)가 작동하여 비동기 변속을 이룰 수 있게 된다.

이때, 상기 제4클러치(C4)는 3,4속에서 제1일방향 클러치(F1)가 해제되어 있기 때문에 변속에는 아무런 영향을 미치지 않는다.

한편, 상기의 D레인지 3속시에는, 제1,2,4클러치(C1,C2,C4)가 작동됨에 따라 복합 유성기어셋트(1) 전체가 일체로 구동되면서 제1단순 유성기어셋트(5)의 선기어(S1)와 제2단순 유성기어셋트(7)의 유성 캐리어(Ca2)로 전달되는 엔진(E)의 회전 동력은 그대로 제1단순 유성기어셋트(5)의 유성 캐리어(Ca1)를 통하여 트랜스퍼 드라이브 기어(3)로 전달되어, D레인지 3속이 실현된다.

이러한 D레인지단의 3속에서 상기 3↔4 변속, 즉 업 시프트 하려면, 트랜스밋션제어유닛(TCU)이 제1클러치(C1)를 해제시키고, 제4클러치(C4)와 제2일방향 클러치(F2)에 의해 차워 온 구동력을 유지하므로 D레인지 3속에서 제2브레이크(B2)만의 작동을 제어함으로서 간단한 유압시스템을 구축할 수도 있게 된다.

결국, 제2클러치(C2)를 통하여 제2단순 유성기어셋트(7)의 유성 캐리어(Ca2)로 전달되는 엔진(E)의 회전 동력은 제2브레이크(B2)만의 작동으로 제2단순 유성기어셋트(7)의 선기어(S2)가 반력요소로 작용하므로 증속되어 제1단순 유성기어셋트(5)의 유성 캐리어(Ca1)를 통하여 트랜스퍼 드라이브 기어(3)로 전달된다.

이에 반하여, 도 2에 도시된 바와 같은 제2실시예의 파워 트레인은 제1실시예에서 구성되는 입력 요소를 토크 컨버터(T)측으로 형성하여 보다 컴팩트한 구성을 이루도록 하는 것으로 그 구체적인 구성과 작동은 제1실시예와 동일하므로 생략한다.

따라서 제1,2실시예에 의한 파워 트레인의 구성은 제4클러치(C4)와 제2일방향 클러치(F2)를 통하여 3↔4 변속시, 제1클러치(C1)를 해제시키는 시점과 제2브레이크(B2)를 작동시키는 시점을 정확하게 일치시키지 않는 비동기 변속을 실현할 수 있게 되며, 2레인지 전진 2속과 D레인지 전진 2,4속의 변속시 하나의 브레이크(B2)를 통하여 변속 제어함으로써 유압 시스템을 단순하게 구성할 수 있도록 하는 효과를 갖는 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 자동변속기용 파워 트레인은 제1,2 비동기 수단과 브레이크수단이 상호 연결관계에 의해 작동되므로 3↔4 변속단을 포함한 전(全) 변속단에서 비동기 변속을 실현하여 제어를 용이하게 하고, 변속감을 향상시킬 수 있으며, 2레인지 전진 2속과 D레인지 전진 2,4속의 변속시 하나의 브레이크를 통하여 제어함으로써 유압 시스템을 단순하게 구성할 수 있는 유용한 발명인 것이다.

Claims

제1단순 유성기어셋트의 유성 캐리어와 제2단순 유성기어셋트의 링기어가 상호 고정적으로 연결되고, 상기 제1단순 유성기어셋트의 링기어와 상기 제2단순 유성기어셋트의 유성 캐리어가 상호 고정적으로 연결하며, 상기 제1단순 유성기어셋트의 유성 캐리어는 출력요소로 작동하도록 작동요소의 연결관계를 갖는 복합 유성기어셋트와;

상기 제1,2 단순 유성기어셋트의 작동요소 중 어느 3개의 작동요소에 가변적으로 선택입력이 이루어지도록 하는 입력수단과;

상기 제1,2 단순 유성기어셋트의 작동요소 중 2개의 작동요소가 선택적으로 반력요소가 되도록 작동하는 복수의 브레이크 수단과;

상기 제2단순 유성기어셋트의 작동요소 중 어느 하나의 작동요소와 변속기 하우징 사이에 개재되어 전진 1속 및 전진 2속 변속시 반력요소로 작용할 수 있도록 하며, 전진 3속 및 전진 4속 변속시 프리 휠링 상태가 되도록 하는 제1일방향 클러치와;

상기 제1일방향 클러치와 상기 제2단순 유성기어셋트의 유성 캐리어 사이에 개재되어 있는 제2일방향 클러치와;

상기 제1일방향 클러치와 상기 제2단순 유성기어셋트의 선기어를 가변적으로 연결되도록 구성되는 별도의 클러치 수단과;

를 포함하는 자동 변속기용 파워 트레인.
청구항 1에 있어서, 상기 입력수단은

상기 제1단순 유성기어셋트의 선기어와 입력축 사이에 개재되는 제1 클러치와;

제2단순 유성기어셋트의 유성 캐리어와 입력축 사이에 개재되는 제2 클러치와;

제2단순 유성기어셋트의 선기어와 입력축 사이에 개재되는 제3 클러치와;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동 변속기용 파워 트레인.
청구항 1에 있어서, 상기 브레이크 수단은

제1단순 유성기어셋트의 링기어와 제2단순 유성기어셋트의 유성 캐리어를 상호 연결하는 연결부재와 변속기 하우징 사이에 개재되는 제1 브레이크와;

제2단순 유성기어셋트의 선기어와 변속기 하우징 사이에 개재되는 제2 브레이크와;

를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동 변속기용 파워 트레인.
청구항 1에 있어서, 상기 별도의 클러치 수단은

상기 제1, 제2일방향 클러치를 연결하는 연결부재와 상기 제2단순 유성기어셋트의 선기어 사이에 다판 클러치로 개재되어 이들을 가변적으로 연결하는 클러치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동 변속기용 파워 트레인.
청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 입력수단을 형성하는 클러치는

다판 클러치가 사용되는 것을 특징으로 하는 자동 변속기용 파워 트레인.
청구항 1 또는 3에 있어서, 상기 브레이크 수단을 형성하는 브레이크는

다판 클러치가 사용되는 것을 특징으로 하는 자동 변속기용 파워 트레인.