KR200208198Y1 - 벨트식 무단변속기의 구동축 피톳압 제어장치 - Google Patents

벨트식 무단변속기의 구동축 피톳압 제어장치 Download PDF

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Abstract

본 고안은 펄스폭 변조밸브를 이용하여 안정된 파일럿압을 형성하여 무단변속기의 변속비와 축력을 최적으로 제어함으로써, 동력전달효율을 높여 적용 차량의 연비나 가속성을 향상시키고 엔진 회전수의 변화에 따라 실시간으로 제어할 수 있는 벨트식 무단변속기의 구동축 피톳압 제어장치에 관한 것으로서, 이 유압제어장치는 제 1유압 실린더(54)의 외주부로부터 연장되어 형성된 검출돌기(222)로부터 발생되는 펄스 신호를 검출하여 구동풀리(50)의 회전수를 감지하는 회전수 검출기(220)와, 이 회전수 검출기(220)에서 전달되는 신호를 바탕으로 구한 실제 변속비와 축력 및 클러치 압력을 엔진 회전수를 바탕으로 구한 목표값과 비교하여 최적의 피톳압을 형성하도록 제어하는 제어기(180)와, 이 제어기(180)에서 전달되는 출력신호에 따라 작동되어 유압라인(190)을 통해 오일펌프(8)에서 압송된 오일을 유압라인(192)을 경유하여 변속비제어밸브(120)의 유입포트(120a) 및 축력제어밸브(140)의 유입포트(140a)로 공급하는 펄스폭 변조밸브(200)를 포함하고 있다.

Description

벨트식 무단변속기의 구동축 피톳압 제어장치
본 고안은 벨트식 무단변속기의 유압제어장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 펄스폭 변조밸브를 이용하여 안정된 파일럿압을 형성하여 무단변속기의 변속비와 축력을 최적으로 제어함으로써, 동력전달효율을 높여 적용 차량의 연비나 가속성을 향상시키고 엔진 회전수의 변화에 따라 실시간으로 제어할 수 있는 벨트식 무단변속기의 구동축 피톳압 제어장치에 관한 것이다.
현재, 자동차에서 사용하고 있는 변속기는 변속방식에 따라 수동변속기와 자동변속기로 구분되며 자동변속기는 다시 유단자동변속기와 무단자동변속기(continuously variable transmission; CVT)로 구분된다. 이러한 변속기는 엔진의 회전력을 변환시켜 구동바퀴로 전달하는 기능 이외에도, 정차시 엔진의 공회전을 가능하게 하며, 구동바퀴의 회전방향을 전환시켜 후진을 가능케 한다.
기존의 수동변속기나 유단자동변속기에서는 엔진의 회전속도에 따른 변속비가 극히 제한되어 있기 때문에 일정한 변속범위들간의 변속을 이루게 되므로 변속단이 존재하여 변속충격등이 발생하게 된다. 그러나, 무단변속기에서는 주어진 범위내의 모든 변속비를 연속적으로 선택할 수 있으므로, 무단변속기를 장착한 차량에서는 엔진이 요구되는 회전운전점에서 운전되도록 주행조건에 대한 변속비를 구현하여 최대출력 및 최저연비점으로 운전가능하게 된다.
또한, 변속이 진행되는 동안에도 동력전달이 차단되지 않으므로 변속충격이 거의 없다. 자동차용 무단변속기로는 고무벨트나 체인을 이용하여 풀리의 유효직경을 변화시킴으로써, 무단으로 변속하는 방식이 채용되고 있다. 벨트 구동방식이나 체인 구동방식은 모두 양측 풀리의 폭을 변화시키는 것에 의하여 속도비를 무단계로 변화시키는 것으로, 각 풀리의 폭은 주로 유압을 통해 조정한다. 구동풀리의 유효직경이 작을 때에는 종동풀리의 유효직경이 증대되어 저속의 변속단을 얻을 수 있으며, 반대로, 구동풀리의 유효직경이 클 때에는 종동풀리의 유효직경이 감소되면서 고속의 변속단을 얻을 수 있다. 통상, 변속비는 0.5∼2.5의 사이를 무단계로 변환하게 된다.
도 1은 벨트식 무단변속기의 기어 트레인을 개략적으로 도시한 구성도이다. 크랭크축의 일단에는 플라이 휘일(2)이 고정되어 있으며, 이 플라이 휘일(2)을 통해 전달되는 엔진의 구동력은 토션댐퍼(4)를 통해 구동축(10)으로 전달된다. 구동축(10)에는 직결축(6)이 고정되어 있고, 이 직결축(8)의 단부에는 각종 마찰계합요소를 제어하는 유압제어장치에 오일을 공급하기 위한 오일펌프(8)가 설치되어 있다.
토션댐퍼(4)를 통해 구동축(10)으로 전달된 엔진의 구동력은 캐리어(32)를 통해 유성기어세트(30)로 전달된다. 유성기어세트(30)는 입력축(40)과 연결되어 있는 선기어(34)와, 이 선기어(34)와 외접하는 더블 피니언(36, 36') 및 이 더블 피니언(36, 36')과 내접하는 링기어(38)로 이루어져 있다. 캐리어(32)는 전진 클러치(42)와 작동적으로 연결되며, 링기어(38)는 후진 클러치(44)와 작동적으로 연결된다.
전진시에 계합되어 유성기어세트(30)의 캐리어(32)를 통해 전달된 엔진의 구동력을 전달하는 전진 클러치(42)는 후술하는 구동풀리(50)와 연결된다. 후진시에 계합되어 후진을 가능케 하는 후진 클러치(44)의 일측면은 변속기 하우징(20)에 고정되어 있다.
상기 입력축(40)의 단부에 일체로 구성되며 상기 직결축(6)을 중심으로 회전가능하게 설치되는 구동풀리(50)가 갖추어져 있다. 구동풀리(50)는 캐리어(32)와 유성기어세트(30)부터 입력된 구동력을 벨트(14)를 개재하여 종동풀리(56)로 전달한다. 종동풀리(56)로 전달된 동력은 출력축(58)과 중간 피니언(60) 및 아이들러 기어(62)를 통해 아이들러 샤프트(64)로 전달되며, 아이들러 샤프트(64)로 전달된 구동력은 종감속 피니언(36, 36')과 종감속 기어(68)를 거쳐 차동기어(70)로 전달된 다음, 좌우측 구동바퀴로 보내짐으로써, 차량의 주행을 가능케 한다.
이러한 구성의 무단변속기에 있어서, 변속레버가 주차(P) 또는 중립(N)에 위치되어 있는 경우에, 전진 클러치(42)와 후진 클러치(44)는 모두 해방된 상태를 유지한다. 다만, 주차(P)위치에서 종동풀리(52)는 주차 로크 등에 의해 기계적으로 고정되어 차량이 움직이지 않도록 제지한다.
운전자가 선택레버를 전진주행(D)이나 속도제한 또는 부하운전(L)을 선택하게 되면, 전진 클러치(42)가 계합되고 후진 클러치(44)는 해방상태를 유지하게 된다. 전진 클러치(42)의 계합으로 캐리어(32)는 커넥터(46)를 개재하여 구동풀리(50)과 연결된다. 즉, 유성기어세트가 일체적으로 회전되면서 구동축(10)을 통해 전달되는 엔진의 회전력이 구동풀리(50)로 전달된다. 구동풀리(50)의 회전력은 벨트(14)를 개재하여 종동풀리(56)로 전달되며, 종동풀리(56)로 전달된 동력은 차례대로, 출력축(58), 중간 피니언(60), 아이들러 기어(62) 및 아이들러 샤프트(64)를 거쳐 종감속 피니언(36, 36')과 종감속 기어(68)로 전달된 후에, 차동기어(70)를 통해 좌우측 구동바퀴로 전달된다.
만일, 선택레버가 후진(R)에 위치되면, 유압제어장치의 제어에 의해서 전진 클러치(42)가 해방되고 후진 클러치(44)는 유압에 의해 계합된다. 그에 따라서, 후진 클러치(44)는 변속기 하우징(20)에 대해 링기어(38)를 고정시켜 반력을 제공한다.
링기어(38)가 변속기 하우징(20)에 대해 고정됨에 따라, 링기어(38)에 치합되어 있는 피니언(36)은 캐리어(32)의 회전방향과 반대로 회전되며, 선기어(34)와 치합되어 있는 피니언(36')은 캐리어(32)의 회전방향과 같은 방향으로 회전된다. 그 결과, 선기어(34)는 캐리어(32)의 회전방향과 반대로 회전되므로, 구동풀리(50)와 일체로 구성되는 입력축(40)이 구동축(10)의 회전방향과 반대로 회전하게 되어 차량의 후진을 가능케 한다.
도 2는 종래의 유압제어장치를 도시한 회로도이다. 이것은 미국특허 제 4,400,164호에 개시된 벨트식 무단변속기의 유압제어장치로서, 개략적인 구성을 보면, 오일펌프(8)에 의해서 흡인되는 오일의 압력을 적절히 제어하여 소정의 라인압을 형성한 다음, 종동풀리(52)를 작동시키는 제 2유압 실린더(56)로 보내는 축력제어밸브(120)와, 캠(131)의 작동에 따라 축력제어밸브(120)에서 공급되는 오일을 구동풀리(50)를 작동시키는 제 2유압 실린더(56)로 보내는 변속비제어밸브(140)가 구비되어 있다.
변속비제어밸브(140)에 의해 구동풀리(50)의 제 1유압 실린더(54)에 오일이 공급되면서 구동풀리(50)의 유효직경이 변화되면, 이 변화량량은 로드(117) 및 레버(151)를 통해 축력제어밸브(120)로 전달되어 종동풀리(56)의 제 2유압 실린더(56)로 공급되는 라인압을 기계적으로 제어하게 된다.
이를 보다 상세히 설명하면, 종동풀리(56)의 벨트 접촉면에 작용하는 축방향 압축력(축력이라 약칭함)의 크기에 의해 구동풀리(50)로부터 종동풀리(56)로 전달할 수 있는 최대 토오크의 크기가 결정되며, 벨트(14)와 풀리(50, 56)간의 미끄러짐이 없이 전달 가능한 최대 토오크 값이 주어진 엔진출력 및 변속비 하에서 입력축(40)으로부터 출력축(58)으로 전달되는 토오크 보다 크도록 축력을 제어한다. 이와 같은 기계유압 제어방식에서는 엔진 회전수와 변속비를 입력신호로 하여 축력을 제어하게 된다.
여기에서, 구동풀리(50)는 입력축(40)과 일체로 형성되어 있는 고정판(50a) 및 볼스플라인 결합에 의해 입력축(40)을 따라 길이방향으로 미끄럼 이동할 수 있도록 장착된 이동판(50b)으로 구성되어 있으며, 이동판(50b)은 제 1유압 실린더(54)의 피스톤 역할을 한다. 제 1유압 실린더(54)에는 제 1유압실(54a)이 형성되어 있으며, 이 제 1유압실(54a)을 구성하는 챔버(123)에는 오일구멍(124)이 형성되어 있다. 그러므로, 입력축(40)의 회전에 따라 원심력이 증대되면, 제 1유압실(54a)내부의 오일은 오일구멍(124)을 통해 피톳튜브(125)로 배출된 다음, 유압라인(26)을 통해 변속비제어밸브(120)에 형성된 포트(122)와 축력제어밸브(140)에 형성된 포트(146)로 공급된다.
벨트(14)를 개재하여 구동풀리(50)와 함께 회전하는 종동풀리(52)는 출력축(58)과 일체로 형성되어 있는 고정판(52a) 및 볼스플라인 결합에 의해 출력축(58)을 따라 길이방향으로 미끄럼 이동할 수 있도록 장착된 이동판(52b)으로 구성되어 있으며, 이동판(52b)은 제 2유압 실린더(56)와 일체로 형성되어 있다. 제 2유압실(56a)은 피스톤(111)에 의해 감싸져 있으며, 유압라인(113)을 통해 작동유체인 오일이 공급 및 배출된다.
구동풀리(50)를 구성하는 이동판(50b)에는 압축 스프링(129)에 의해 가압되어 있는 센싱 슈(18)가 배치되어 있으며, 센싱 슈(18)의 변위에 따라 로드(117)가 이동되면서 레버(151)를 가압하게 된다. 그에 따라, 레버(151)는 회전축(150)을 중심으로 회전되면서 스프링(147)을 통해 축력제어밸브(140)에 내장된 제 2스풀(141)을 이동시킨다.
오일펌프(8)가 작동되면, 오일탱크(116)에 저장되어 있던 오일이 흡인되면서 오일휠터(119)를 통과한 다음, 오일은 다시 유압라인(144)을 경유하여 축력제어밸브(140)로 공급된다. 축력제어밸브(140)는 오일펌프(8)에 의해 압송된 오일의 압력을 조절하는 것으로, 내부에는 스프링(147)에 의해 가압된 상태의 제 2스풀(141)이 설치되어 있다. 제 2스풀(141)에는 확대단부(142)가 형성되어 있어, 오일펌프(8)에 의해 펌핑되는 오일의 압력이 과도하게 높은 경우에는 공간부(143)로 유입된 고압의 오일이 확대단부(142)의 우측면에 작용하게 되며, 제 2스풀(141)은 스프링(147)의 힘을 이기고 도면에서 좌측으로 밀리게 된다. 그 결과, 유압라인(144)을 통해 유입된 오일의 일부가 리턴라인(145)을 따라 오일탱크(116)로 복귀됨으로써, 라인압을 일정하게 유지하게 된다.
축력제어밸브(140)에 내장되어 있는 제 2스풀(141)은 구동풀리(50)의 회전속도에 의해서도 영향을 받는다. 즉, 구동풀리(50)의 회전속도가 증대되어 챔버(123)에 가해지는 원심력이 커지게 되면, 제 1유압실(54a)내의 오일이 오일구멍(124)을 통해 피톳튜브(25)로 배출된다. 배출된 오일은 유압라인(126)을 통해서 축력제어밸브(140)의 공간부(146)로 유입된다. 이와 함께, 유압라인(126)을 통해 변속비제어밸브(120)의 공간부(122)로도 오일이 공급됨으로써, 상기 축력제어밸브(140)와 변속비제어밸브(120)를 작동시키는 피톳압을 형성하게 된다. 이해를 돕기 위하여, 본 명세서에서는 피톳압이 형성된 유압라인을 연속 X로 표시하였으며, 라인압은 연속사선으로 표시하는 한편, 구동풀리 작동압은 연속 Ⅰ로 각각 구분하여 표시하였다.
무단변속기의 변속비를 제어하는 변속비제어밸브(120)내에는 제 1스풀(121)이 내장되어 있다. 이 제 1스풀(121)의 일단은 유압라인(126)을 통해 공간부(122)로 유입된 오일에 의해 가압되어 있으며, 타단은 스프링(127)을 개재하여 피스톤(128)에 의해 가압되어 있다. 피스톤(128)은 캠(131)에 의해 연동되는 종동자(133)의 일단에 부착되어 있다. 따라서, 회전축(132)을 중심으로 캠(131)이 회전하게 되면, 종동자(133)가 길이방향을 따라 직선으로 이동되면서 피스톤(128)을 개재하여 제 1스풀(121)을 가압하게 된다.
이러한 구성의 유압제어장치에 있어서, 변속비의 제어는 다음과 같이 이루어진다.
무단변속기가 주어진 변속비를 유지하는 동안에는 구동풀리(50)의 이동판(50b) 및 종동풀리(52)의 이동판(52b)은 정지된 상태를 유지하며, 변속비제어밸브(120)에 내장되어 있는 스프링(127)의 힘은 축력제어밸브(140)의 공간부(122)를 통해 작용하는 피톳압 및 공간부(161)를 통해 작용하는 구동풀리 작동압과 동일하게 유지된다.
이러한 상태에서, 구동풀리(50)의 회전속도가 점차 증대되면, 유압라인(126)을 통해 공간부(122)에 가해지는 피톳압이 증대됨으로써, 제 1스풀(121)은 스프링(127)의 힘을 이기고 좌측으로 이동되면서 유로를 개방하게 되어, 유압라인(144 및 106)을 통해서 제 1유압 실린더(54)의 제 1유압실(54a)에 오일이 공급되기 시작한다. 제 1유압실(54a)로 유입된 오일은 구동풀리(50)의 이동판(50b)을 가압하게 되고, 이동판(50b)은 입력축(40)을 따라 길이방향으로 이동되면서 벨트(14)의 직경비를 점차 증대시키게 된다.
제 1스풀(121)이 좌측으로 이동되는 동안에, 센싱 슈(18)와 로드(117)의 작동에 의해서 레버(151)가 회동하게 되며, 레버(151)의 회동으로 제 1스풀(121)이 밀리면서 유로를 개방하게 된다. 그 결과, 축력제어밸브(140)로 유입된 오일의 일부가 리턴라인(145)을 통해 배출되고, 유압라인(144 및 162)을 통해서 변속비제어밸브(120)에 형성된 공간부(161)의 압력이 저하됨으로써, 공간부(122)의 증대된 압력을 보상하는 한편, 유압라인(113)을 통해 제 2유압 실린더(56)의 제 2유압실(56a)로 공급되는 라인압이 저하된다. 압력의 저하로 종동풀리(52)의 이동판(52b)은 출력축(58)을 따라 길이방향으로 이동되며, 종동풀리(52)의 유효직경의 증가는 구동풀리(50)에서의 유효직경의 감소로 이어짐으로써, 출력축(58)의 회전속도가 증대되어 차량의 가속이 이루어진다.
이러한 구성을 지닌 종래의 기계 유압식 무단변속기의 유압제어장치에서는 구동풀리에 볼트로 체결되어 풀리 회전수에 상응하는 원심력을 발생시키는 챔버와 이 원심력을 챔버 내부의 유체압력으로 변환하여 필요부에 공급하는 피톳튜브를 이용하여 구동축 피톳압을 제공하기 때문에, 유체의 운동 특성상 엔진 회전수와 발생 압력간의 관계식 정립이 힘들고, 엔진 회전수 변화에 대한 발생압력 변화간의 시간 지연이 생겨 실시간으로 제어하는 것이 불가능하다. 또한, 유압 시스템의 튜닝시에 많은 시간 및 비용이 소요되는 문제가 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 본 고안은 펄스폭 변조밸브를 이용하여 무단변속기의 피톳압을 전자적으로 제어하여 엔진 회전수 변화에 대한 발생압력 변화간의 시간지연을 막아 실시간으로 제어할 수 있으며, 다른 엔진 및 차량에 적용하는 경우에 튜닝시간과 비용을 절감할 수 있는 벨트식 무단변속기의 구동축 피톳압 제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 일반적인 벨트식 무단변속기의 기어 트레인을 도시한 구성도,
도 2는 종래의 유압제어장치를 도시한 회로도,
도 3은 본 고안에 따른 유압제어장치를 도시한 회로도,
도 4는 본 고안에 따른 유압제어장치의 블록도.
♣도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♣
2:플라이 휘일 4:토션댐퍼
6:직결축 8:오일펌프
14:벨트 20:변속기 하우징
30:유성기어세트 32:캐리어
34:선기어 36, 36':피니언
38:링기어 40:입력축
42, 44:진진, 후진 클러치 46:커넥터
50, 52:구동, 종동풀리 54, 56:제 1, 2유압 실린더
54a:제 1유압실 56a:제 2유압실
58:출력축 60:중간 피니언
62:아이들 기어 64:아이들 샤프트
66:종감속 피니언 68:종감속기어
70:차동기어 117:로드
118:센싱 슈 120:변속비제어밸브
128:피스톤 131:캠
133:종동자 140:축력제어밸브
151:레버 180:제어기
200:펄스폭 변조밸브 206:플런저
208:스톱퍼 210:솔레노이드
220:회전수 검출기 222:검출돌기
상술한 본 고안의 목적은 엔진의 구동력이 전달되는 입력축과, 이 입력축에 설치된 구동풀리와, 벨트를 개재하여 구동풀리로부터 전달되는 회전력을 출력축으로 보내는 종동풀리와, 구동풀리의 이동판을 입력축의 길이방향을 따라 미끄럼 이동시키는 제 1유압 실린더와, 종동풀리의 이동판을 출력축의 길이방향을 따라 미끄럼 이동시키는 제 2유압 실린더와, 오일펌프에서 압송된 오일의 압력을 일정하게 제어하여 라인압을 형성함과 동시에 제 2유압 실린더에 라인압을 공급하여 벨트의 가압력을 변화시키는 축력제어밸브와, 유압라인을 통해 축력제어밸브로부터 유입된 오일을 제 1유압 실린더의 제 1유압실로 공급하는 변속비제어밸브를 구비하는 벨트식 무단변속기에 있어서, 제 1유압 실린더의 외주부로부터 연장되어 형성된 검출돌기로부터 발생되는 펄스 신호를 검출하여 구동풀리의 회전수를 감지하는 회전수 검출기와, 이 회전수 검출기에서 전달되는 신호를 바탕으로 구한 실제 변속비와 축력 및 클러치 압력을 엔진 회전수를 바탕으로 구한 목표값과 비교하여 최적의 피톳압을 형성하도록 제어하는 제어기와, 이 제어기에서 전달되는 출력신호에 따라 작동되어 유압라인을 통해 오일펌프에서 압송된 오일을 유압라인을 경유하여 변속비제어밸브의 유입포트 및 축력제어밸브의 유입포트로 공급하는 펄스폭 변조밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 벨트식 무단변속기의 구동축 피톳압 제어장치에 의해 달성된다.
이하, 첨부한 도 3 내지 도 4를 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 벨트식 무단변속기의 구동축 피톳압 제어장치에 대하여 설명하기로 한다.(도 1 및 도 2에서 설명한 종래의 구조와 동일한 부품은 동일한 부호로 표시한다.)
도 3은 본 고안에 따른 유압제어장치를 도시한 회로도이고, 본 고안에서 채용한 펄스폭 변조밸브의 작동상태를 보인 단면도이며, 도 4는 본 고안에 따른 유압제어장치의 블록도이다.
먼저, 도 2에서 설명한 바와 같이, 구동풀리의 회전력을 종동풀리로 전달하는 매개수단으로서 V벨트를 채용하는 벨트식 무단변속기에는 엔진의 구동력이 전달되는 입력축(40)에 일체로 형성된 고정판(50a) 및 입력축(40)을 따라 길이방향으로 이동할 수 있도록 설치된 구동풀리(50)와, 벨트(14)를 개재하여 구동풀리(50)로부터 전달받는 것으로, 출력축(58)에 일체로 형성된 고정판(52a) 및 이 출력축(58)을 따라 길이방향으로 이동할 수 있도록 설치된 종동풀리(52)를 변속비 가변수단으로 이용한다.
구동풀리(50)에는 제 1유압실(54a)이 형성된 제 1유압 실린더(54)가 구비되어 있어, 고정판(50a)과 이동판(50b)간에 끼워져 있는 벨트(14)의 직경비를 변화시킬 수 있는 한편, 종동풀리(52)에도 제 2유압실(56a)이 형성된 제 2유압 실린더(56)가 구비되어 있어, 고정판(52a)과 이동판(52b)간에 끼워져 있는 벨트(14)의 직경비를 변화시키면서 벨트(14)에 대한 가압력을 변경하여 구동 토오크를 감속할 수 있다.
이러한 기능을 지닌 제 1유압 실린더(54)와 제 2유압 실린더(56)에 오일을 안정적으로 공급하여 변속을 수행하기 위한 축력제어밸브(140) 및 변속비제어밸브(120)가 추가로 구비되어 있다. 축력제어밸브(140)는 오일펌프(8)에서 압송된 오일의 압력을 일정하게 제어하여 라인압을 형성함과 동시에, 상기 제 2유압 실린더(56)에 라인압을 공급하여 벨트(14)의 가압력을 변화시킨다. 또한, 변속비제어밸브(120)는 제 1유압 실린더(54)에 구동풀리 작동압을 공급하여 벨트의 직경비를 변화시킨다.
본 고안의 바람직한 실시예에서는 엔진제어유닛(이하, ECU라 칭함)에서 전달되는 엔진 회전수를 바탕으로 최적의 변속비와 축력 및 클러치압을 도출한 다음, 이 값에 일정한 안전여유를 더하여 목표 변속비와 축력 및 클러치압을 도출하게 되며, 제어로직에 의거 해당 제어신호를 펄스폭 변조밸브(200)로 보내는 제어기(180)를 이용한 전자제어 방식을 채용하였다.
입력축(40)의 회전수 검출을 위해서, 제 1유압 실린더(54)의 외주부를 연장하여 검출돌기(222)를 형성한 다음, 이 검출돌기(222)에서 발생되는 펄스 신호를 검출하기 위한 회전수 검출기(220)를 소정의 간격으로 이격시켜 변속기 하우징(20)에 설치하였다. 회전수 검출기(220)는 입력축(40)의 실제 회전수를 검출하여 제어기(180)로 보내게 되며, 제어기(180)는 검출되는 신호를 바탕으로 실제 클러치압과 축력 및 변속비를 구한 다음, 펄스폭 변조밸브(200)에 제어신호를 보낸다.
구동축 피톳압의 제어를 위해 채용한 펄스폭 변조밸브(200)는 내부에 다수의 랜드를 지닌 플런저(206)가 설치되어 있으며, 유압라인(190)을 통해 축력제어밸브(140)로부터 오일이 유입되는 제 1포트(202)와 유입된 오일이 배출되는 제 2포트(204)가 구비되어 있다. 플런저(206)의 로드에는 이들 포트(202, 204)를 선택적으로 개폐하는 스톱퍼(208)가 형성되어 있다. 플런저(206)는 솔레노이드(210)에 의해서 펄스폭 변조밸브(200)의 내벽을 따라 미끄럼 이동된다.
유압라인(190)을 통해 축력제어밸브(140)로부터 펄스폭 변조밸브(200)의 제 1포트(202)로 유입된 오일은 적정압으로 제어된 다음, 유압라인(192)을 통해 변속비제어밸브(120)의 유입포트(120a) 및 축력제어밸브(140)의 유입포트(140a)로 공급된다.
솔레노이드(210)에 전기가 공급되지 않는 경우에, 펄스폭 변조밸브(200)는 제 1포트(202) 및 제 2포트(204)를 막고 있다. 이러한 상태에서, 제어기(180)로부터의 출력신호가 솔레노이드(210)로 전달되면, 솔레노이드(210)가 자화되면서 플런저(206)를 밀게 되어 펄스폭 변조밸브(200)의 내벽을 따라 미끄럼 이동된다. 플런저(206)의 이동에 따라, 스톱퍼(208)가 이동되면서 막고 있던 제 1포트(202)와 제 2포트(204)를 개방시킨다.
그러므로, 유압라인(190)을 따라 축력제어밸브(140)에서 유입되는 라인압은 제 2포트(204)로 배출된 다음, 유압라인(192)을 경유하여 변속비제어밸브(120)의 유입포트(120a) 및 축력제어밸브(140)의 유입포트(140a)로 공급된다.
변속비제어밸브(120)의 유입포트(120a) 및 축력제어밸브(140)의 유입포트(140a)로 유입된 구동축 피톳압은 제 1스풀(121)과 제 2스풀(141)을 가압하여 적정 구동풀리 작동압과 라인압을 형성시킴으로써, 다음의 도 4에서 설명하는 원리에 따라서 변속비와 축력 및 클러치압을 최적으로 제어하게 된다.
다음에, 도 4는 본 고안에 따른 유압제어장치의 블록도이다.
엔진의 동력을 전달하는 클러치(4)의 슬립량은 차량의 운전상태에 따라서 가변된다. 제어기(180)는 ECU(170)에서 전달받는 엔진회전수 검출신호를 바탕으로 현재의 운전상황에 따른 클러치(4)의 목표 슬립량을 구한다. 한편, 제어기(180)는 회전수 검출기(220)에서 검출된 신호를 바탕으로 실제 슬립량을 구한다.
이들 목표 슬립량과 실제 슬립량과의 편차에 기초해서 제어기(180)는 펄스폭 변조밸브(200)의 솔레노이드(210)의 듀티율을 연산한 다음, 이 듀티율에 기초하여 펄스폭 변조밸브(200)에 파일럿 제어신호를 보낸다. 그에 따라 펄스폭변조밸브(200)가 구동되면서 클러치압제어밸브(도시생략)를 비롯한 변속비제어밸브(120)와 축력제어밸브(140)로 공급되는 구동축 피톳압이 제어됨으로써, 클러치(4)의 슬립량이 목표 슬립량이 되도록 제어된다.
한편, 상기한 듀티율은 클러치(4)에서 오일의 압력을 표시하는 것이며, 이것은 클러치에서의 토오크 전달량이 되어 결국, 무단변속기로 입력되는 실질 토오크를 표시하게 된다. 따라서, 펄스폭 변조밸브(200)의 솔레노이드를 구해진 듀티율에 따라서 구동하고, 축력제어밸브(140)를 통해서 제 2유압 실린더(56)의 제 2유압실(56a)로 공급되는 라인압을 제어하면, 종동풀리(52)측의 벨트(14)의 가압력인 축력이 전달 토오크에 따라서 적절하게 제어된다.
솔레노이드(210)의 듀티제어에 따라서, 펄스폭 변조밸브(200)는 유압라인(190)을 통해 오일펌프(8)로부터 유입되는 오일의 압력을 조절하여 파일럿압을 형성하게 되며, 파일럿압은 유압라인(192)을 통해 축력제어밸브(140)의 유입포트(140a)로 공급된 후에, 제 2유압 실린더(56)의 제 2유압실(56a)내로 공급된다. 제 2유압 실린더(56)의 제 2유압실(56a)로 유입된 라인압에 의해서 종동풀리(52)의 유효반경이 가변되면서 벨트(14)와의 축력이 제어된다.
또한, 제어기(180)는 엔진제어유닛이나 각 센서들로부터 전달받은 엔진회전수 검출신호와 드로틀밸브 개도 검출신호와 같은 제어신호(170)를 바탕으로 현재의 운전상황에 따른 목표 변속비를 구한다. 다음에, 회전수 검출기(220)에서 감지한 입력축(40)의 회전수로부터 현재의 차속을 구해 실제의 변속비를 계산한다.
이때, 목표 변속비와 실제 변속비 간에는 편차가 발생되며, 이 편차를 바탕으로 제어기(180)는 펄스폭 변조밸브(200)의 솔레노이드(210)의 듀티율을 연산한 다음, 이 듀티율에 기초하여 펄스폭 변조밸브(200)에 파일럿 제어신호를 보낸다. 그에 따라 펄스폭변조밸브(200)가 구동되면서 유압라인(192)을 통해 변속비제어밸브(120)의 유입포트(120a)로 구동축 피톳압이 유입되며, 변속비제어밸브(200)는 유압라인(144)을 통해 축력제어밸브(140)로부터 유입되는 라인압을 감압하여 파일럿압을 형성하게 되며, 파일럿압은 유압라인(162)을 통해 제 1유압실(54a)로 공급된다.
제 1유압 실린더(54)의 제 1유압실(54a)로 유입된 구동풀리 작동압에 의해서, 구동풀리(50)를 구성하고 있는 이동판(50b)은 입력축(40)을 따라 미끄럼 이동하게 된다. 그 결과, 구동풀리(50)의 유효반경이 증대됨으로써, 벨트식 무단변속기의 변속비가 목표로 하는 최적의 변속비를 얻을 수 있도록 제어되는 것이 가능하다.
유압라인(192)을 통해 축력제어밸브(140)와 변속비제어밸브(120)로 공급되는 오일의 압력은 다시, 압력센서 등에 의해서 검출되어 제어기로 보내짐으로써, 차량의 운전상태에 따라서 벨트식 무단변속기의 축력과 변속비가 지속적으로 피드백 제어된다.
지금까지 설명한 본 고안의 바람직한 실시예에서는 최적의 변속비를 구하기 위한 방안으로 펄스폭 변조밸브(200)를 채용하였으나, 본 기술분야에 통상의 지식을 가진 자에게는 그 밖의 다른 변형도 실시할 수 있음을 이해할 것이다. 가령, 비례갑압밸브(proportional reducing valve)를 채용하여도 구하고자 하는 최적의 변속비를 얻는 것이 가능하다.
이러한 기능을 지닌 본 고안의 유압제어장치에서는 급작스런 변속 요구시(변속비 변화율이 큰 경우)에 주어진 시간내에 목표 축력과 변속비에 도달할 수 있도록 구동풀리 작동압은 물론, 유량을 조정하는 기능을 제어로직에 반영하여 용이하게 구현할 수 있으며, 당업자에게 있어서 이러한 기술은 주지의 사실이므로 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이상으로 설명한 본 고안에 의하면, 펄스폭 변조밸브를 이용하여 무단변속기의 피톳압을 전자적으로 제어하여 엔진 회전수 변화에 대한 발생압력 변화간의 시간지연을 막아 실시간으로 제어할 수 있으며, 다른 엔진 및 차량에 적용하는 경우에 튜닝시간과 비용을 절감할 수 있게 된다. 또한, 전자제어 시스템의 최대 장점인 실시간 미세제어가 가능하고 소프트 웨어의 튜닝(tuning)만으로도 여러 차종의 엔진에 적용할 수 있으며, 변속비나 출발기구 제어와 같은 다른 제어 시스템과의 연계성 및 호환성이 큰 이점이 있다.

Claims (1)

  1. 엔진의 구동력이 전달되는 입력축(40)과, 이 입력축(40)에 설치된 구동풀리(50)와, 벨트(14)를 개재하여 구동풀리(50)로부터 전달되는 회전력을 출력축(58)으로 보내는 종동풀리(52)와, 상기 구동풀리(50)의 이동판(50b)을 입력축(40)의 길이방향을 따라 미끄럼 이동시키는 제 1유압 실린더(54)와, 상기 종동풀리(52)의 이동판(52b)을 출력축(58)의 길이방향을 따라 미끄럼 이동시키는 제 2유압 실린더(56)와, 오일펌프(8)에서 압송된 오일의 압력을 일정하게 제어하여 라인압을 형성함과 동시에 상기 제 2유압 실린더(56)에 라인압을 공급하여 벨트(14)의 가압력을 변화시키는 축력제어밸브(140)와, 유압라인(144)을 통해 상기 축력제어밸브(140)로부터 유입된 오일을 제 1유압 실린더(54)의 제 1유압실(54a)로 공급하는 변속비제어밸브(120)를 구비하는 벨트식 무단변속기에 있어서,
    제 1유압 실린더(54)의 외주부로부터 연장되어 형성된 검출돌기(222)로부터 발생되는 펄스 신호를 검출하여 구동풀리(50)의 회전수를 감지하는 회전수 검출기(220)와,
    상기 회전수 검출기(220)에서 전달되는 신호를 바탕으로 구한 실제 변속비와 축력 및 클러치 압력을 엔진 회전수를 바탕으로 구한 목표값과 비교하여 최적의 피톳압을 형성하도록 제어하는 제어기(180)와,
    상기 제어기(180)에서 전달되는 출력신호에 따라 작동되어 유압라인(190)을 통해 오일펌프(8)에서 압송된 오일을 유압라인(192)을 경유하여 상기 변속비제어밸브(120)의 유입포트(120a) 및 축력제어밸브(140)의 유입포트(140a)로 공급하는 펄스폭 변조밸브(200)를 포함하는 것을 특징으로 하는 벨트식 무단변속기의 구동축 피톳압 제어장치.
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