KR20020052407A - 탄성체인과 원추형 스프라켓을 이용한 무단변속기 - Google Patents

탄성체인과 원추형 스프라켓을 이용한 무단변속기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탄성체인과 원추형 스프라켓을 이용한 무단변속기에 관한 것으로, 엔진으로부터 발생된 구동력을 연속적인 변속비로 전달하는 풀리와 벨트를 매개로 한 무단변속기의 구성을, 탄성체인과 원추형 스프라켓을 매개로 대체시킴으로써 변속시 구동력의 전달손실을 배제함과 더불어, 선택된 변속비의 지속을 위한 탄성체인의 위치를 구속함에 있어 소요되는 유압의 정도를 줄여 엔진으로부터 전달되는 구동력의 손실을 저감시킬 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.
전술한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 엔진으로부터 구동력을 전달받는 입력축(10)상에 이동가능하게 설치된 구동 스프라켓(20)과, 상기 입력축(10)과 이격된 위치에 배치된 출력축(18)상에 이동가능하게 설치된 종동 스프라켓(22) 및, 상기 구동 스프라켓(20)과 종동 스프라켓(22) 사이에서 치합에 의한 동력 전달을 행하도록 설치된 탄성체인(24)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

탄성체인과 원추형 스프라켓을 이용한 무단변속기{continuously variable transmission with resilient chain and cone type sprocket}
본 발명은 무단변속기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원추형 스프라켓과 이들 사이에 치합식으로 동력 전달을 가능하게 하면서 이동이 가능하게 설치된 탄성체인을 매개로 하여 엔진으로부터 발생되는 구동력을 차륜이 설치된 구동축상으로 연속적인 변속비로 변환하여 출력함으로써, 엔진으로부터 발생된 구동력의 효율적인 활용을 가능하게 하는 탄성체인과 원추형 스프라켓을 이용한 무단변속기에 관한 것이다.
일반적으로 무단변속기는 자동변속기와는 달리 주어진 변속패턴에 따라 최상의 변속비와 최소의 변속비 사이를 연속적인 무한대의 단으로 변속시켜 엔진으로부터 발생된 구동력을 최대한 이용할 수 있도록 함으로써 우수한 동력성능과 연비향상을 구현할 수 있도록 하는 장치이다.
그리고, 상기와 같은 무단변속기의 장점으로는 운전이 용이하며 변속시 발생하는 충격이 거의 없고, 차량의 주행조건에 알맞도록 변속되어 동력성능이 향상되며, 최저 연비소모에 따라 주행이 가능하도록 변속패턴에 따라 운전되어 연비의 향상을 도모하는 한편, 엔진의 출력특성을 최대한 발휘하여 파워트레인의 통합제어를도모할 수 있는 것을 들 수 있다.
한편, 상기와 같은 무단변속기는 크게 벨트구동에 따라 동력전달이 이루어지는 벨트 구동형과, 전단저항이 큰 오일에 의해 금속면 사이에 유막을 형성시켜 동력을 전달하는 트랙션 구동형 및, 유압펌프에서 생성된 유체동력을 기계적인 동력으로 전환시켜 동력전달이 이루어지는 유압모터와 유압펌프의 조합형으로 구분된다.
즉, 상기 벨트 구동형 무단변속기는 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진(도시안됨)으로부터 생성된 구동력을 전달받아 회전가능한 입력축(10)상에 설치된 구동풀리(12)와, 이 구동풀리(12)에 벨트(14)를 매개로 연결되어 연동되는 종동풀리(16) 및, 이 종동풀리(16)에 연결되어 회전가능한 출력축(18) 등을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 도 1에 도시된 벨트 구동형 무단변속기는 토오크 컨버터와 오일펌프 및 구동풀리(12)를 정/역회전가능하게 하는 유성기어셋트 등 통상적인 무단변속기에서 구비되어야 할 구성요소는 생략한 상태에서 상기 벨트(14)에 의해 동력의 전달이 이루어지는 구동풀리(12)와 종동풀리(16)만을 개략적으로 도시한 것이다.
그리고, 상기 구동풀리(12)는 입력축(10)상에 지지되면서 엔진으로부터 발생된 구동력을 전달받는 제1고정시브(Fixed Primary Sheave; 12a)와, 이 제1고정시브(12a)상으로 이동이 가능하게 설치되어 풀리간 이격거리를 조정가능하게 하는 제1이동시브(Movable Primary Sheave; 12b)로 이루어진다.
또한, 상기 종동풀리(16)는 구동풀리(12)의 제1고정시브(12a)와 대향된 위치로 설치된 제2고정시브(Fixed Secondary Sheave; 16a)와, 이 제2고정시브(16a)상으로 이동가능하게 설치되어 풀리간 이격거리를 조정가능하게 하는 제2이동시브(Movable Secondary Sheave; 16b)로 이루어진다.
한편, 상기 구동풀리(12)와 종동풀리(16)측에는 각각 미도시된 밸브바디측으로부터 작동압을 받아 상기 제1이동시브(12b)와 제2이동시브(16b)를 각각 이동가능하게 하는 유압작용실(도시안됨)이 각각 형성되어 있다.
따라서, 상기 구동풀리(12)의 제1고정시브(12a)와 제1이동시브(12b) 사이의 이격거리와 상기 종동풀리(16)의 제2고정시브(16a)와 제2이동시브(16b) 사이의 이격거리에 따라 상기 입력축(10)으로부터 벨트(14)를 매개로 출력축(18)으로 전달되는 토오크와 회전속도가 조절될 수 있어, 차량의 변속비가 연속적으로 변화될 수 있게 된다.
이때, 상기 구동풀리(12)의 유압작용실과 상기 종동풀리(16)의 유압작용실에는 각각 풀리의 경사면과 벨트(14) 사이의 슬립을 방지하기 위한 유압이 작용하게 되는 데, 이는 밸브바디로부터 공급되는 작동유의 압력에 의해 이루어지는 것이다.
그런데, 상기와 같이 구동풀리(12)와 종동풀리(16) 사이에서 풀리간 이격거리에 따라 변속비를 달리하는 무단변속기에서 상기 벨트(14)와 각 풀리 사이의 접촉부위에는 슬립에 의한 동력전달의 손실을 줄이기 위해, 상기 구동풀리(12)의 제1이동시브(12b)와 상기 종동풀리(16)의 제2이동시브(16b)의 배면에는 상당한 정도의 유압이 작용하게 되는 바, 이와 같이 변속시 상기 구동풀리(12)와 종동풀리(16)에작용하는 고유압(高油壓)은 무단변속기의 전체적인 측면에서 볼 때 상당한 부분의 동력손실로 작용하게 된다.
즉, 변속시 상기 구동풀리(12)와 종동풀리(16)에 작용하는 고유압을 생성하기 위해서는 엔진으로부터 생성된 토오크에서 오일펌프에서 차지하는 의 토오크가 상당부분을 차지하게 되므로, 토오크의 손실이 크다는 부담이 있다.
또한, 변속시 상기 구동풀리(12)와 종동풀리(16) 및 벨트(14) 사이에서 발생되는 마찰력의 비선형성으로 인하여, 상기 구동풀리(12)에서의 제1이동시브(12b)와 상기 종동풀리(16)에서의 제2이동시브(16b)의 배면으로 각각 작용시켜야 할 유압에 대한 압력제어가 용이하지 않다는 단점이 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 엔진으로부터 발생된 구동력을 연속적인 변속비로 전달하는 풀리와 벨트를 매개로 한 무단변속기의 구성을, 탄성체인과 원추형 스프라켓을 매개로 대체시킴으로써 변속시 구동력의 전달손실을 배제함과 더불어, 선택된 변속비의 지속을 위한 탄성체인의 위치를 구속함에 있어 소요되는 유압의 정도를 줄여 엔진으로부터 전달되는 구동력의 손실을 저감시킬 수 있도록 하는 탄성체인과 원추형 스프라켓을 이용한 무단변속기를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 엔진으로부터 구동력을 전달받는 입력축상에 이동가능하게 설치된 구동 스프라켓과, 상기 입력축과 이격된 위치에 배치된 출력축상에 이동가능하게 설치된 종동 스프라켓 및, 상기 구동 스프라켓과 종동 스프라켓 사이에서 치합에 의한 동력 전달을 행하도록 설치된 탄성체인을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
도 1은 종래 벨트식 무단변속기에서 구동풀리와 종동풀리 사이에 동력전달상태를 개략적으로 도시한 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 탄성체인을 갖춘 무단변속기를 개략적으로 도시한 구성도.
도 3은 도 2에 도시된 원추형 스프라켓의 구조를 도시한 상태도.
도 4는 도 3에 도시된 원추형 스프라켓에 탄성체인이 치합된 상태를 도시한 구성도.
도 5는 도 4에 도시된 원추형 스프라켓과 탄성체인 사이의 결합부위를 도시한 부분단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10-입력축18-출력축
20-구동 스프라켓22-종동 스프라켓
20a,22a-돌기부20b,22b-보조돌기부
24-탄성체인24a-체인치
24b-탄성연결체26-체인위치 제어기구
26a-장착아암26b-피스톤로드
26c-리턴스프링26d-실린더
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 탄성체인을 갖춘 무단변속기를 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 3은 도 2에 도시된 원추형 스프라켓의 구조를 도시한 상태도이며, 도 4는 도 3에 도시된 원추형 스프라켓에 탄성체인이 치합된 상태를 도시한 구성도인 바, 본 발명에 따른 실시예의 상세한 기술을 위해 종래 무단변속기의 구성을 도시한 도 1에서와 동일한 참조부위에는 동일한 참조부호를 병기하기로 한다.
본 발명은 도면에 도시된 바와 같이, 엔진(도시안됨)으로부터 생성된 구동력을 전달받아 회전되는 입력축(10)상에 축방향으로의 이동이 가능함과 더불어 동력의 전달이 가능하도록 슬립이음방식으로 설치된 원추형의 구동 스프라켓(20)과, 상기 입력축(10)과 평행한 상태에서 다소 이격되어 배치된 출력축(18)상에 축방향으로의 이동이 가능함과 더불어 동력의 전달이 가능하도록 슬립이음방식으로 설치된 원추형의 종동 스프라켓(22), 상기 원추형의 구동 스프라켓(20)과 종동 스프라켓(22) 사이에 설치되어 구동력의 전달을 가능하게 하는 탄성체인(24) 및, 이 탄성체인(24)의 위치를 이동시켜 구동 스프라켓(20)과 종동 스프라켓(22)을 매개로 변환되는 변속비를 연속적으로 조정가능하게 하는 체인위치 제어기구(26)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 구동 스프라켓(20)과 종동 스프라켓(22)은 도 3에 도시된 바와 같이, 외주에 축방향을 따라 다수개로 돌출된 형태의 돌기부(20a,22a)를 형성하고있는 바, 이 돌기부(20a,22a) 사이의 이격거리는 원추형상의 구동 스프라켓(20)과 종동 스프라켓(22)의 형상에 따라 점진적으로 변화되는 데, 즉 상기 구동 스프라켓(20)과 종동 스프라켓(22)의 소직경부로부터 대직경부로 갈수록 상기 돌기부(20a,22a) 사이의 이격거리를 점진적으로 증가되도록 되어 있고, 상기 대직경부에는 돌기부(20a,22a) 사이의 이격거리를 줄여주기 위한 보조돌기부(20b,22b)가 형성되어 있다.
그리고, 상기 탄성체인(24)은 도 4에 도시된 바와 같이, 구동 스프라켓(20)과 종동 스프라켓(22)에 각각 형성된 돌기부(20a,22a) 내지 보조돌기부(20b,22b) 사이에 각각 치합되는 금속재질의 체인치(24a)와, 이 체인치(24a) 사이의 이격거리를 탄력적으로 변화가능하게 하도록 연결된 탄성연결체(24b)로 이루어지는 바, 이 탄성연결체(24b)는 상기 구동 스프라켓(20)과 종동 스프라켓(22)에 형성된 돌기부(20a,22a) 내지 보조돌기부(20b,22b) 사이의 이격거리가 소직경부에서 대직경부까지 점진적으로 변화하는 경우에도 상기 체인치(24a)가 돌기부(20a,22a) 내지 보조돌기부(20b,22b) 사이에 원활하게 치합된 상태로 유지될 수 있도록 체인치(24a) 사이의 이격거리를 탄력적으로 보상할 수 있게 해 준다.
또한, 상기 탄성체인(24)은 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 구동 스프라켓(20) 내지 종동 스프라켓(22)과 접촉되는 저면부위가 다소 경사진 형태의 경사부(24c)를 형성하고 있어, 이 경사부(24c)는 상기 탄성체인(24)이 구동 스프라켓(20)과 종동 스프라켓(22)의 소직경부에서 대직경부 사이를 이동하는 경우에 이동을 원활하게 하기 위함이다.
한편, 상기 체인위치 제어기구(26)는 상기 탄성체인(24)을 외측에 파지하고서 작용되는 유압에 따라 탄성체인(24)을 상기 구동 스프라켓(20)과 종동 스프라켓(22)의 소직경부에서 대직경부 사이의 임의의 위치에서 고정될 수 있게 해 주는 것으로, 이의 구성은 상기 탄성체인(24)을 파지하는 장착아암(26a)과, 이 장착아암(26a)에 연결되어 일측이 리턴스프링(26c)을 매개로 탄발지지된 피스톤로드(26b) 및, 이 피스톤로드(26b)를 수용하는 실린더(26d)로 이루어지는 한편, 상기 실린더(26d)에는 변속시 탄성체인(24)의 위치를 고정시킬 수 있는 정도의 적절한 작동압이 변속제어부의 제어에 의해 공급될 수 있도록 되어 있다.
따라서, 상기와 같이 구성된 본 발명의 무단변속기는 구동 스프라켓(20)과 종동 스프라켓(22) 사이에서 탄성체인(24)을 매개로 변속비를 가변화하면서 동력전달을 함에 있어, 상기 탄성체인(24)의 체인치(24a)는 구동 스프라켓(20)과 종동 스프라켓(22)의 돌기부(20a,22a) 내지 보조돌기부(20b,22b) 사이에 각각 치합되어 슬립의 발생이 없이 동력의 전달을 가능하게 한다.
이 경우에 있어, 상기 탄성체인(24)의 체인치(24a)를 탄력적으로 연결하는 탄성연결체(24b)는 상기 구동 스프라켓(20)과 종동 스프라켓(22)에 각각 형성된 돌기부(20a,22a) 내지 보조돌기부(20b,22b) 사이의 이격거리가 스프라켓의 소직경부로부터 대직경부 사이에서 가변적으로 변화하는 경우에도 부재가 지닌 탄성으로 각 체인치(24a) 사이의 이격거리를 어느 정도까지는 보상할 수 있으므로, 상기 탄성체인(24)의 체인치(24a)와 상기 구동 스프라켓(20)과 종동 스프라켓(22)의 돌기부(20a,22a) 내지 보조돌기부(20b,22b) 사이의 원활한 치합상태를 지속시켜 주게 된다.
또한, 상기 체인위치 제어기구(26)는 변속시 상기 탄성체인(24)이 구동 스프라켓(20)과 종동 스프라켓(22)상에 치합되는 정도를 제어하는 것이 아니라, 구동 스프라켓(20)과 종동 스프라켓(22)상에 치합되는 위치만을 고정시킬 수 있을 정도의 유압만을 필요로 하게 되므로, 상기 변속제어부로부터 체인위치 제어기구(26)로 공급되는 작동유의 압력은 상당 수준으로 감소될 수 있게 된다.
즉, 상기 탄성체인(24)이 구동 스프라켓(20)의 대직경부로 이동되어 증속의 변속이 이루어지는 경우에 있어, 상기 구동 스프라켓(20)측에 설치된 체인위치 제어기구(26)에는 상승된 유압을 공급하여 피스톤로드(26b)를 이동시켜 탄성체인(24)을 구동 스프라켓(20)의 대직경부로 이동시키고, 상기 종동 스프라켓(22)측에 설치된 체인위치 제어기구(26)에는 유압을 낮춰 상기 탄성체인(24)의 탄성연결체(24b)가 가지는 부재의 탄성으로 탄성체인(24)이 종동 스프라켓(22)의 소직경부로 이동되게 할 수 있으므로, 변속시 소요되는 유압의 정도는 저감될 수 있게 되는 것이다.
또한, 변속시 상기 구동 스프라켓(20)과 종동 스프라켓(22)의 대직경부에서 소직경부 사이를 이동하면서 상기 탄성체인(24)이 구동력을 전달함에 있어, 상기 체인위치 제어기구(26)는 탄성체인(24)에 대한 위치만을 단순히 유지할 수 있을 정도의 유압만을 받으면 되므로, 무단변속기를 전체적으로 고려할 때 불필요한 구동력의 손실을 줄일 수 있게 하는 것이고, 이는 오일펌프의 부하를 줄여주는 것이므로, 엔진으로부터 발생된 구동력의 효율적인 활용을 가능하게 하는 것이다.
한편, 상기와 같이 구동 스프라켓(20)과 종동 스프라켓(22) 사이에서 치합되게 설치되는 탄성체인(24)을 매개로 변속비를 가변시키는 무단변속기에서는 마찰에 의한 동력 전달이 아닌 치합에 의한 동력 전달이 이루어지는 것이므로, 변속시 상기 탄성체인(24)의 이동에 소요되는 압력만 제어하면 되므로 압력제어가 용이하게 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 탄성체인과 원추형 스프라켓을 이용한 무단변속기에 의하면, 구동 스프라켓(20)과 종동 스프라켓(22) 사이에서 치합에 의해 설치되는 탄성체인(24)을 매개로 동력전달을 행하도록 함으로써, 변속시 탄성체인(24)의 이동에 소요되는 유압은 종래 벨트와 풀리 사이의 마찰에 의한 동력전달을 도모하기 위해 소요되는 유압보다 작게 되므로, 압력제어의 용이함을 도모할 수 있게 된다.
또한, 상기와 같이 구동 스프라켓(20)과 종동 스프라켓(22)으로 무단변속기를 구성하게 되면, 종래와 같이 구동풀리와 종동풀리에 각각 한 쌍의 고정 내지 이동시브를 구성하지 않아도 되므로, 무단변속기의 구성에 있어 간략화를 도모할 수 있게 된다.

Claims (6)

  1. 엔진으로부터 구동력을 전달받는 입력축(10)상에 이동가능하게 설치된 구동 스프라켓(20)과, 상기 입력축(10)과 이격된 위치에 배치된 출력축(18)상에 이동가능하게 설치된 종동 스프라켓(22) 및, 상기 구동 스프라켓(20)과 종동 스프라켓(22) 사이에서 치합에 의한 동력 전달을 행하도록 설치된 탄성체인(24)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 탄성체인과 원추형 스프라켓을 이용한 무단변속기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄성체인(24)은 체인위치 제어기구(26)를 매개로 상기 구동 스프라켓(20)과 종동 스프라켓(22)에서 소직경부로부터 대직경부 사이를 이동하여 변속비를 연속적으로 조정가능하게 하는 것을 특징으로 하는 탄성체인과 원추형 스프라켓을 이용한 무단변속기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 스프라켓(20)과 종동 스프라켓(22)에는 외주에 축방향을 따라 다수개로 돌출되어 상기 탄성체인(24)과의 치합을 도모하는 돌기부(20a,22a)가 형성된 것을 특징으로 하는 탄성체인과 원추형 스프라켓을 이용한 무단변속기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 구동 스프라켓(20)과 종동 스프라켓(22)의 소직경부로부터 대직경부로 갈수록 상기 돌기부(20a,22a) 사이의 이격거리는 점진적으로 증가되며, 상기 대직경부에 위치한 돌기부(20a,22a) 사이에는 이격거리를 좁여 주기 위한 보조돌기부(20b,22b)가 형성된 것을 특징으로 하는 탄성체인과 원추형 스프라켓을 이용한 무단변속기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄성체인(24)은 구동 스프라켓(20)과 종동 스프라켓(22)에 각각 형성된 돌기부(20a,22a)와 보조돌기부(20b,22b) 사이에 각각 치합되는 체인치(24a)와, 이 체인치(24a) 사이의 이격거리를 탄력적으로 변화가능하게 연결하는 탄성연결체(24b)로 이루어진 것을 특징으로 하는 탄성체인과 원추형 스프라켓을 이용한 무단변속기.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 체인위치 제어기구(26)는 상기 탄성체인(24)을 파지하는 장착아암(26a)과, 이 장착아암(26a)에 연결되어 일측이 리턴스프링(26c)을 매개로 탄발지지된 피스톤로드(26b) 및, 이 피스톤로드(26b)를 수용하는 실린더(26d)로 이루어져, 상기 실린더(26d)내로 공급되는 유압에 의해 피스톤로드(26b)를 이동시켜 탄성체인(24)을 구동 스프라켓(20)과 종동 스프라켓(22)의 소직경부에서 대직경부 사이로 이동시키도록 된 것을 특징으로 하는 탄성체인과 원추형 스프라켓을 이용한 무단변속기.
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