KR200175193Y1 - 토크 컨버터를 이용한 무단변속기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 토크 컨버터(2)를 이용하여 변속이 일어나는 도중에 동력의 절단이나 엔진 출력의 감소등 변속을 전후한 동력전달의 급격한 변화를 없게한 무단변속기로서, 더욱 상세하게는 고 토크비를 갖는 토크 컨버터(2)를 이용하여 출발시와 변속이 이루어지는 동안에 사용하고, 정속 주행시에는 엔진과 변속기어열이 직결 상태로 동력이 전달되게 하여 결과적으로 무단 변속이 이루어지게 하는 것을 목적으로한다.

토크 컨버터(2)는 부하 추종성이 매우 우수한 특성을 갖고 있으므로 자동차가 출발시나 변속이 이루어지는 동안에 최적의 토크를 전달하게 된다.

토크 컨버터(2)의 동력은 부축(4)을 통해서 변속 기어부(6) 출력축에 전달하게 되는데 직결 클러치(3)가 결합된 상태에서도 토크 컨버터(2)의 부축(4)에 연결된 고 토크 클러치(9)나 저 토크 클러치(10)를 결합시켜도 토크에 변화는 있지만 동력전달에는 아무 문제가 없으므로 무단변속이 가능하게 된다.

본 고안은 주축(5)과 부축(4)의 두가지로 동력을 전달하여 무단 변속이 가능하게한 자동차 무단 변속기이다.

Description

토크 컨버터를 이용한 무단변속기{Continuously Variable Transmission Utilizing Torque Converter}

본 고안은 토크 컨버터(2)를 이용하여 변속이 일어나는 도중에 동력의 절단이나 엔진 출력의 감소등 변속을 전후한 동력전달의 급격한 변화를 없게한 무단변속기로서, 더욱 상세하게는 고 토크비를 갖는 토크 컨버터(2)를 이용하여 출발시와 변속이 이루어지는 동안에 사용하고, 정속 주행시에는 엔진이 기어열에 직결 상태로 동력이 전달되게 하여 결과적으로 무단 변속이 이루어지게 하는 것을 목적으로 한다.

종래의 벨트식 무단변속기가 실용화된 예는 있으나 소형차에만 가능한 것으로 밝혀지고 있고, 현재 개발중이거나 사용중인 가변용량 유압펌프를 이용한 정유압 무단변속기는 소음, 용량등의 문제로 승용차에 실용화된 예가 거의 없을만큼 자동차용 무단 변속기는 초기 시작 단계라고 할 수 있다.

또한 기존의 토크 컨버터(2)를 이용한 자동변속기는 변속 도중에 전달 동력의 감소나 토크의 급격한 변화를 줄이는데 한계가 있어 무단 변속을 할 수 없는 등의 문제가 있다.

본 고안은 정속 주행시에는 엔진 직결클러치(3)만을 결합하여 변속 기어부(6)가 엔진에 직결된 상태로 운전하고, 출발시나 변속시에는 스톨포인트에서 토크비가 매우 큰 토크 컨버터(2)[현재 자동변속기에 사용중인 토크 컨버터의 토크비는 2 - 2.5 정도이나, 이 토크비는 최대로 4.5배 까지 증가시킬 수 있음]를 사용하고, 토크 컨버터(2)에 연결된 부축(4)에 추가적으로 토크를 조절할 수 있는 고 토크 기어(7)나 저 토크 기어(8)를 사용하여, 자동차의 속도를 1단이나 2단으로 변속할 때 또는 출발시에는 고 토크 기어(7)를 사용하고 3단, 4단, 5단으로 변속시에는 저 토크 기어(8)를 사용한다.

토크 컨버터(2)의 토크비가 기존의 자동변속기 토크 컨버터의 토크비에 비해서 약 2배 정도의 토크 컨버터(2)를 사용하고, 토크 컨버터(2)라는 기계설비가 다른 어떤 기계설비보다 토크 추종성이 매우 우수한 특성을 갖고 있으므로 자동차가 출발시나 변속이 이루어지는 동안에 최적의 토크를 전달하게 된다. 하지만 토크비가 크면 잘못하면 엔진에 부하가 많이 걸리고 손실이 증가하므로 특별한 경우가 아니면 토크 컨버터(2)를 장시간 사용하는 것은 바람직하지 않다고 할 수 있다. 여기서 특별한 경우란 운전자가 급가속을 원할 때에는 출발에서 1단으로의 변속을 건너 뛰고 2단으로 곧바로 변속되고, 다시 3단을 건너 뛰고 4단으로 변속되는 경우라 할 수 있다. 이는 토크 컨버터(2)의 토크비가 크기 때문에 가능한 것이다.

토크 컨버터(2) 터빈(15)의 출력은 기존의 A/T와는 달리, 중공축(13)과 이와 연결된 기어(12;11), 부축(4)을 통해서 변속 기어부(6)의 출력축 즉 추진축(14)에 전달하게 되는데, 변속기어부(6)의 속도단이 어느 위치[후진과 중립 제외]에 있든지 직결 클러치(3)가 결합된 상태에서도 부축(4)에 연결된 고 토크 클러치(9)나 저 토크 클러치(10)를 결합시켜도 토크에 변화는 있으나 동력전달에는 아무 문제가 없으므로, 즉 주축(5)과 부축(4) 두 갈래로 동시에 동력을 추진축(14)에 전달할 수 있으므로 무단변속이 가능하게된다.상기에서 중공축(13)에 결합된 기어(12)는 주축(5)과는 미끄럼 접촉을 하게하여 주축(5)과 중공축에 결합된 기어(12)는 축의 회전방향으로는 서로 구속이 되지 않게한다.

도 1은 본 고안에 따른 토크 컨버터를 이용한 무단변속기의 단면도

＜ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ＞

1: 엔진 2: 토크 컨버터

3: 직결 클러치 4: 부축

5: 주축 6: 변속 기어부

7: 고 토크 기어 8: 저 토크 기어

9: 고 토크 클러치 10: 저 토크 클러치

11: 부축용 기어 12: 중공축 결합용 기어 13: 터빈 결합용 중공축 14: 추진축 15: 터빈

이하 첨부된 도면에 의해 본 고안의 구조를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1에 나타낸 바와 같이 본 고안의 구성은, 엔진(1)에 토크 컨버터(2)가 연결 되어있고, 여기서 토크 컨버터(2)의 터빈(15)은 기존의 자동 변속기가 유성기어 변속부[여기서는 변속 기어부(6)]에 연결되어있는 것과는 달리, 터빈 결합용 중공축(13)을 따로 설치하여 터빈(15)에서 나온 동력을 주축(5)과 분리된 중공축(13)을 통해서 중공축 결합용 기어(12)에 전달한다.

여기서 중공축 결합용 기어(12)는 주축(5)과는 미끄럼접촉을 하게하여 중공축 결합용 기어(12)와 주축(5)이 축의 회전방향으로는 전혀 서로 구속되어 있지 않으며, 중공축(13)과 중공축 결합용 기어(12)는 용접이음이나 중공축(13)에 플랜지를 만들어 결합한다.

중공축에 결합된 기어(12)의 동력은 부축용 기어(11)를 통해서 부축(4)에 전달되어지고, 필요에 따라서 고 토크 클러치(9)나 저 토크 클러치(8)를 결합하여서 변속 기어부(6)의 출력축인 추진축(14)에 동력을 전달하게 된다.

고 토크 기어(7)와 저 토크 기어(8)는 각각의 기어비에 따라서 토크 컨버터(2)에서 증가된 토크를 조절하는 역활을 한다.

만약 직결 클러치(3)를 해방하고 고 토크 클러치(9)를 결합하면 엔진의 동력은 토크 컨버터(2)의 터빈(15)을 통해서 중공축(13), 부축(4), 고 토크 기어(7)를 통해 변속 기어부(6)의 출력축인 추진축(14)에 전달된다. 이 상태에서 변속 기어부(6)의 속도를 1단에 위치한 다음에 직결 클러치(3)을 결합하더라도 동력전달에는 아무 문제가 없으므로 주행중 동력의 절단현상이 없어지게 되어 무단변속을 할 수 있게된다. 변속 기어부(6)는 토크 컨버터(2)내의 직결 클러치(3)로만 엔진과의 연결이 가능하며 자동차가 정속으로 주행시 실제로 사용하는 변속단이 설치되는 곳으로, 기존에 사용중인 유압으로 제어되는 유성 기어식이나 평행축식 기어열 모두 사용 가능하여 트럭이나 버스등은 평행축식 기어열을 사용하고 소형차량에서는 유성기어식이나 평행축식중 하나를 사용한다. 평행축식 기어열은 효율이 좋고, 각 기어단의 변속비 자유도가 크고, 수동 변속기와 부품의 공용화가 가능하고, 구조가 단순하다는 등의 장점이 있고, 본 고안은 변속시에 변속 기어부(6)를 우회하는 토크 컨버터(2)의 터빈(15)과 연결된 부축(4)을 통해서 원하는 목표 속도까지 올리고나서 직결 클러치(3)를 결합시키므로 변속시 시간 여유가 충분히 있으므로 소형차 대형차 가리지 않고 평행축식이 유리하다.

예를들어 무단 변속이 이루어지는 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저 전진 출발시 변속 기어부(6)의 기어열은 1단에 위치하고, 직결 클러치(3)는 해방된 상태이며 부축(4)은 고 토크 클러치(9)가 결합된 상태이고 저 토크 클러치(10)는해방된 상태로 정지 상태에서 출발한다.

여기서 어떠한 경우에도 저 토크 클러치(10)와 고 코크 클러치(9)가 동시에 결합되는 일은 없으며 필요시 반드시 둘중에서 하나만을 결합하여 사용한다.

자동차가 일정속도에 도달하면 직결 클러치(3)를 결합한다. 이때는 길지 않은 시간이지만 엔진의 동력이 주축(5)과 부축(4) 두가지의 경로로 전달되게 되고, 직결 클러치(3)를 결합할 때는 유압을 점진적으로 높이는 것이 필요하다. 이후 고 토크 클러치(9)를 해방하면 1단으로의 무단 변속이 완료된다. 즉 정속 주행시에는 고 코크 클러치(9)나 저 토크 클러치(10)는 모두 해방된 상태로 운전한다.1단에서 2단으로의 변속은 변속 기어부(6)는 1단이고 직결 클러치(3)만 결합된 상태이고 저 토크 클러치(10), 고 토크 클러치(9)는 해방된 상태이므로, 이 상태에서 고 토크 클러치(9)를 결합하고[이 때 주축(5)과 부축(4)의 두가지 경로로 동력이 전달됨], 다음으로 직결 클러치(3)를 해방시키고, 변속 기어부(6)에서 2단으로 변속을 행하고, 그러는 사이에 2단에 적당한 자동차 속도가 되면 직결 클러치(3)를 다시 결합시키고[이 때 주축(5)과 부축(4)의 두가지 경로로 동력이 전달됨], 다음으로 고 토크 클러치(9)를 해방하면 2단으로의 무단 변속이 완료된다.저 토크 클러치(10)는 고단의 속도에서는 저 토크가 필요하므로 3단, 4단, 5단으로의 변속시에 사용하며, 여기서 저 토크란 회전수가 높아진다는 의미이다..2단에서 3단으로의 변속시에는, 현재 변속 기어부(6)의 속도단이 2단이고 엔진 직결클러치(3)만 결합된 상태이고 저 토크 클러치(10), 고 토크 클러치(9)는 모두 해방된 상태이므로, 이 상태에서 저 토크 클러치(10)를 결합하고[이 때 주축(5)과 부축(4)의 두가지 경로로 동력이 전달됨], 직결 클러치(3)를 해방하고, 변속 기어부(6)의 속도단을 3단으로 변속하고, 다시 직결 클러치(3)를 결합하고[이 때 주축(5)과 부축(4)의 두가지 경로로 동력이 전달됨], 저 토크 클러치(10)를 해방하는 순서대로 제어하면 3단으로의 변속이 완료된다. 4단 5단으로의 변속은 3단과 동일한 방법으로 한다. 다운 쉬프트(Down Shift)시에도 같은 방법으로 한다.예를들어 4단에서 3단으로의 변속시에는 변속 기어부(6)의 속도가 4단이고 직결 클러치(3)만 결합된 상태이므로, 이 상태에서 저 토크 클러치(10)를 결합하고[이 때 주축(5)과 부축(4)의 두가지 경로로 동력이 전달됨], 직결 클러치(3)를 해방하고, 변속 기어부(6)에서 속도를 3단으로 바꾸고, 다시 직결 클러치(3)를 결합하고 [이 때 주축(5)과 부축(4)의 두가지 경로로 동력이 전달됨], 저 토크 클러치(10)를 해방하면 3단으로의 변속이 완료된다.여기서 변속시 직결 클러치(3)나 고 토크 클러치(9), 저 토크 클러치(10)를 해방하거나 결합할때는 클러치 유압을 점진적으로 올리거나 내리는 것이 필요하다.후진시에도 토크 컨버터(2)를 사용하려면 추가적인 기어와 클러치가 필요하다.

상기에서 살펴본 바와같이, 본 고안은 자동자가 전진할 때 부하 추종성이 아주 우수한 특성을 갖고 있는 토크 컨버터(2)를 이용하고 주축(5)과 부축(4)의 두가지로 동력을 전달하여 무단 변속이 이루어지게한 자동차 변속기이다.

Claims (1)

1. 자동차 무단 변속기에 있어서

   토크 컨버터(2)의 터빈(15)이 중공축(13)에만 연결되어 있고 주축(5)에는 연결되어 있지 않으며, 중공축 연결용 기어(12)는 주축과는 미끄럼 접촉을 하게하여 축의 회전방향으로는 서로 구속되지 않게하여 터빈(15)의 동력이 주축(5)에는 전달되지 않으며, 터빈(15)의 출력이 중공축(13), 중공축 연결용기어(12), 부축용 기어(11), 부축(4)을 통해서 변속 기어부(6)를 우회하는 경로로 전달되고, 필요에 따라서 고 토크 클러치(9)나 저 토크 클러치(8)를 결합하여서 변속기 출력축인 추진축(14)에 최종적으로 동력을 전달하게 하고, 유성 기어식이나 평행축식 기어열을 사용하는 변속 기어부(6)는 토크 컨버터(2)내의 직결 클러치(3)로만 엔진과 연결이 가능하게 하여, 엔진의 출력을 주축(5)과 부축(4)을 통한 두갈래로 전달할 수 있게하여, 필요에 따라 두 축을 동시에 사용하거나 하나만을 사용하여 무단 변속이 이루어지게한 자동차용 무단 변속기.