KR20030017865A - 차량용 무단변속기 - Google Patents

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Abstract

목적 : 본 발명은 변속비의 폭을 증대시켜 연비를 향상시키고, 킥다운 및 고속 주행 중 급제동 후 재출발 시에도 응답성을 빠르게 할 수 있는 차량용 무단변속기를 제공하는 데 그 목적이 있다.
구성 : 이 차량용 무단변속기는, 엔진의 출력을 토크 변환시키는 토크 컨버터, 이 토크 컨버터의 터빈 러너에 연결되어 전진 1,2단과 후진을 구현하는 라비뉴 타입의 유성기어셋, 이 유성기어셋의 각 요소를 제어하는 3개의 클러치와 1개의 브레이크로 구성되는 마찰요소, 이 마찰요소의 선택적 작동 해방에 의하여 유성기어셋의 전진 1,2단 및 후진의 출력을 무단변속하도록 프라이머리 풀리와 세컨더리 풀리를 벨트로 연결하는 무단변속 벨트장치로 구성되어 있다.
효과 : 이 차량용 무단변속기는 라비뉴 타입의 유성기어셋과 4개의 마찰요소로 전진 및 후진 제어는 물론이고 차량의 주행 상황에 따라 전진 1단과 전진 2단을 실현하므로 변속비의 폭을 증대시켜 연비를 향상시키고, 킥다운 및 고속 주행 중 급제동 후 재출발 시에도 전진 2단에서 전진 1단으로 제어하여 응답성을 보다 향상시킬 수 있다.

Description

차량용 무단변속기 {continuous variable transmission for use a vehicle}
본 발명은 차량용 무단변속기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 라비뉴 타입의 유성기어로 전진 1,2단 및 후진을 실현하고 이 출력을 무단변속 벨트장치에 입력시키고 이 무단변속 벨트장치에서 변속된 동력을 출력시키는 차량용 무단변속기에 관한 것이다.
일반적으로 차량에 사용되고 있는 벨트식 무단변속기는 전후진제어장치와 무단변속 벨트장치로 구성되어 있다.
전후진제어장치는 싱글 또는 더블 피니언 유성기어와 이 유성기어를 제어하는 다수의 마찰요소로 구성되어 엔진으로부터 입력된 동력의 회전방향을 전진 또는 후진 방향으로 전환시킨다.
이렇게 회전방향이 전환된 출력은 무단변속 벨트장치의 프라이머리 풀리로 입력되고 무단변속되어 세컨더리 풀리로 출력된다. 무단변속은 프라이머 풀리와 세컨더리 풀리의 반경을 가변시킴으로서 실현된다.
그러나, 이 무단변속기는 토크 용량의 제한과 내구성의 한계로 인하여 변속비의 폭이 제한되므로 연비를 개선하는 데 한계가 있다.
또, 이 무단변속기는 킥다운과 같이 빠른 변속을 필요로 할 때에는 프라이머리 풀리 및 세컨더리 풀리의 반경을 변화시키는 데 걸리는 시간 때문에 응답성이 늦어진다.
더욱이, 이 무단변속기는 고속으로 주행하다가 급제동 정지 후, 다시 출발하는 상황에서는, 벨트의 변속 속도 제한으로 인하여, 풀리가 미처 저속단으로 변화되지 않은 상태에서 차량이 정차할 가능성이 있으므로, 풀리가 회전하는 상태에서만 변속되는 것을 감안할 때, 재출발 시 바퀴에서 슬립이 발생되거나 오버 드라이브 변속비로 출발하여 발진 성능이 부족하게 될 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 점들을 감안 한 것으로서, 변속비의 폭을 증대시켜 연비를 향상시키고, 킥다운 및 고속 주행 중 급제동 후 재출발 시에도 응답성을 빠르게 할 수 있는 차량용 무단변속기를 제공하는 데 그 목적이 있다.
이 차량용 무단변속기는, 엔진의 출력을 토크 변환시키는 토크 컨버터,
이 토크 컨버터의 터빈 러너에 연결되어 전진 1,2단과 후진을 구현하는 라비뉴 타입의 유성기어셋,
이 유성기어셋의 각 요소를 제어하는 3개의 클러치와 1개의 브레이크로 구성되는 마찰요소,
이 마찰요소의 선택적 작동 해방에 의하여 유성기어셋의 전진 1,2단 및 후진의 출력을 무단변속하도록 프라이머리 풀리와 세컨더리 풀리를 벨트로 연결하는 무단변속 벨트장치를 포함하고 있다.
상기 라비뉴 타입의 유성기어셋은 하나의 더블피니언 유성기어와 하나의 싱글피니언 유성기어가 링기어와 유성 케리어를 공유하는 구조로 이루어지며, 유성 캐리어와 더블피니언 유성기어의선기어 및 싱글피니언 유성기어의 선기어가 토크 컨버터의 터빈 러너에 가변적으로 연결되고, 유성 케리어가 변속기 하우징에 가변적으로 고정되며, 링기어가 무단변속 벨트장치에 고정 연결되어 있다.
마찰요소는 더블피니언 유성기어 측의 선기어와 유성 캐리어를 토크 컨버터의 터빈 러너에 선택적으로 연결 및 해방시키는 제1,2클러치, 싱글피니언 유성기어 측의 선기어를 토크 컨버터의 터빈 러너에 연결 및 해방시키는 제3클러치, 유성 캐리어를 변속기 케이스에 연결 및 해방시키는 제1브레이크로 구성되어 있다.
이와 같이 구성되는 차량용 무단변속기는 라비뉴 타입의 유성기어셋과 4개의 마찰요소를 구비하여, 전진 및 후진 제어는 물론이고 차량의 주행 상황에 따라 전진 1단과 전진 2단을 실현하여 무단변속 벨트장치에서 무단변속을 실현함으로서 변속비의 폭을 증대시켜 연비를 향상시키고, 킥다운 및 고속 주행 중 급제동 후 재출발 시에도 전진 2단에서 전진 1단으로 제어하여 응답성을 보다 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 차량용 무단변속기의 구성 및 중립 상태도.
도 2는 클러치와 브레이크의 작동표.
도 3은 본 발명에 따른 차량용 무단변속기의 저속 상태도.
도 4는 본 발명에 따른 차량용 무단변속기의 고속 상태도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
7 : 무단변속장치 11 : 입력축
13 : 유성 캐리어 15 : 링기어
16 : 더블피니언 유성기어 17 : 싱글피니언 유성기어
31 : 출력축
C1,C2,C3 : 제1,2,3클러치 B1 : 제1브레이크
본 발명의 장점과 이점은 이하의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명함으로서 보다 명확하게 될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 차량용 무단변속기의 구성 및 중립 상태도로서, 엔진(1)에 연결되는 토크 컨버터(3), 유성기어셋(5), 제1,2,3클러치(C1,C2,C3) 및 제1브레이크(B1)의 마찰요소, 그리고 무단변속장치(7)로 구성되어 있다.
토크 컨버터(3)는 엔진(1)의 출력을 토크 변환시켜 터빈 러너(9)에 직접 연결된 입력축(11)으로 전달하도록 구성 및 연결되어 있다. 이 토크 컨버터(3)는 통상적인 자동변속기 및 무단변속기에 사용되는 것이 그대로 적용되므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
유성기어셋(3)은 라비뉴 타입으로서 전진 1,2단과 후진을 선택적으로 구현하도록 구성되며, 토크 컨버터(3)의 터빈 러너(9)와 일체로 구동되는 입력축(11)에 연결되어 있다.
이 유성기어셋(3)은 유성 캐리어(13)와 링기어(15)를 공유하는 더블피니언 유성기어(16)와 싱글피니언 유성기어(17)로 구성되어 있다. 그리고 유성캐리어(13)와 더블피니언 유성기어(16) 측 선기어(19) 및 싱글피니언 유성기어(17) 측 선기어(21)는, 터빈 러너(9)에 직결된 입력축(11)에 마찰요소를 개재하여 각각 가변적으로 연결되어 있다. 또 유성 케리어(13)는 반력 요소로 작용할 수 있도록 변속기 하우징(23)에 가변적으로 고정되고, 링기어(15)는 전진 1,2단 및 후진 출력을 전달할 수 있도록 무단변속 벨트장치(7)에 직접 연결되어 있다.
즉, 이 유성기어셋(3)의 요소를 입력축(11) 및 변속기 하우징(23)에 가변적으로 연결 및 고정시키는 마찰요소는 전자제어유닛(미도시)에 의하여 유압 제어되는 3개의 제1,2,3클러치(C1,C2,C3)와 1개의 제1브레이크(B1)로 구성되어 있다.
제1클러치(C1)는 더블피니언 유성기어(16) 측의 선기어(19)를 입력축(11)에 가변적으로 연결 및 해방시키고, 제2클러치(C2)는 유성 캐리어(13)를 입력축(11)에 가변적으로 연결 및 해방시키며, 제3클러치(C3)는 싱글피니언 유성기어(17) 측 선기어(21)를 입력축(11)에 가변적으로 연결 및 해방시킨다. 그리고 제1브레이크(B1)는 유성 캐리어(13)를 변속기 하우징(23)에 가변적으로 고정 연결 및 해방시킨다.
이들 마찰요소의 선택적 작동 및 해방에 의하여 유성기어셋(3)은 전진 1,2단과 후진을 출력하여 무단변속 벨트장치(7)로 전달한다.
이 무단변속 벨트장치(7)는 유성기어셋(3)의 출력을 무단 변속시키도록 프라이머리 풀리(25)와 세컨더리 풀리(27)를 벨트(29)로 연결하고, 이 두 풀리(25,27)의 직경을 유압으로 가변 제어하도록 구성되어 있다. 이러한 풀리(25,27)는 공지의 것이 그대로 적용될 수 있으므로 이에 대한 구체적 설명은 생략한다. 프라이머리 풀리(25)는 링기어(15)에, 세컨더리 풀리(27)는 출력축(31)에 각각 고정 연결되어있다.
상기와 같이 구성되는 차량용 무단변속기는 도 2에 도시된 작동표에서와 같이 전자제어유닛이 마찰요소를 선택적으로 작동 및 해방 제어함으로서 전진 1,2단과 후진을 실현하게 된다.
먼저, 도 1은 중립 상태이다. 이때 전자제어유닛은 어떠한 마찰요소도 제어하지 않는다. 따라서 엔진(1)에서 발생되어 토크 컨버터(3)를 거친 출력은 입력축 (11)만을 회전시키게 된다.
이러한 상태에서 차량을 저속으로 전진시키면, 전자제어유닛은 제1클러치 (C1)와 제1브레이크(B1)를 작동시켜, 도 3과 같은 상태로 제어한다.
따라서, 더블피니언 유성기어(16) 측 선기어(19)는 입력축(11)에 연결되어 일체로 구동되고, 유성 캐리어(13)는 고정되어 반력을 제공하며, 이러한 상태에서 링기어(15)는 입력축(11)과 회전 방향은 같으나 속도가 감속된 전진 1단을 출력하게 된다.
이 전진 1단의 출력은 무단변속장치(7)에서 차량의 운전 상황에 상응하는 변속비로 제어되어 출력축(31)으로 출력된다.
그리고, 이 전진 1단 상태에서 차량을 가속시키면, 전자제어유닛은 제1,2클러치(C1,C2)를 작동시키면서 제1브레이크(B1)를 해방시켜, 도 4와 같은 상태로 제어한다.
따라서, 유성기어셋(5) 전체가 일체로 구동되면서 입력축(11)과 같은 회전 방향과 같은 속도의 전진 2단을 출력하게 된다.
이 전진 2단의 출력은 무단변속장치(7)에서 차량의 운전 상황에 상응하는 변속비로 제어되어 출력축(31)으로 출력된다.
한편, 도 1의 중립 상태에서 차량을 후진시키면, 전자제어유닛은 제3클러치 (C3)와 제1브레이크(B1)를 작동시켜, 도 5와 같은 상태로 제어한다.
따라서, 싱글피니언 유성기어(17) 측 선기어(21)는 입력축(11)에 연결되어 일체로 구동되고, 유성 캐리어(13)는 고정되어 반력을 제공하며, 이러한 상태에서 링기어(15)는 입력축(11)과 반대 방향으로 회전하는 후진을 출력하게 된다.
이 후진의 출력은 무단변속장치(7)에서 차량의 운전 상황에 상응하는 변속비로 제어되어 출력축(31)으로 출력된다.
상기와 같이 유성기어셋(5)과 제1,2,3클러치(C1,C2,C3) 및 제1브레이크(B1)는 종래기술의 전후진제어장치가 담당하던 작용을 그대로 실현함과 동시에 전진 1,2단을 선택적으로 실현할 수 있게 한다.
이 전진 1,2단의 실현은 곧 무단변속기의 토크 용량 제한을 극복하여 변속비의 폭을 넓혀주고, 킥다운 변속이나, 고속으로 주행하다가 급제동 정지 후 다시 출발하는 상황 등에서 무단변속장치(7)의 프라이머리 풀리(25)와 세컨더리 풀리(27)의 반경 변화에 걸리는 시간을 극복해 준다.
이와 같이 본 발명의 차량용 무단변속기는 라비뉴 타입의 유성기어셋과 4개의 마찰요소를 구비하여, 전진 및 후진 제어는 물론이고 차량의 주행 상황에 따라 전진 1단과 전진 2단을 선택적으로 실현함으로서, 전후진제어장치로 단지 전진과후진만을 실현하는 종래기술과는 달리, 변속비의 폭을 증대시켜 연비를 향상시키고, 킥다운 및 고속 주행 중 급제동 후 재출발 시에도 전진 2단에서 전진 1단으로 제어하여 응답성을 보다 향상시킬 수 있다.

Claims (3)

  1. 엔진의 출력을 토크 변환시키는 토크 컨버터,
    상기 토크 컨버터의 터빈 러너에 연결되어 전진 1,2단과 후진을 구현하는 라비뉴 타입의 유성기어셋,
    상기 유성기어셋의 각 요소를 제어하는 3개의 클러치와 1개의 브레이크로 구성되는 마찰요소,
    상기 마찰요소의 선택적 작동 해방에 의하여 유성기어셋의 전진 1,2단 및 후진의 출력을 무단변속하도록 프라이머리 풀리와 세컨더리 풀리를 벨트로 연결하는 무단변속 벨트장치를 포함하는 차량용 무단변속기.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 라비뉴 타입의 유성기어셋은 상기 유성 캐리어와 상기 더블피니언 유성기어의 선기어 및 싱글피니언 유성기어의 선기어가 상기 토크 컨버터의 터빈 러너에 가변적으로 연결되고, 상기 유성 케리어가 변속기 하우징에 가변적으로 고정되며, 상기 링기어가 무단변속 벨트장치에 고정 연결됨을 특징으로 하는 차량용 무단변속기.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 마찰요소는 상기 더블피니언 유성기어 측의 선기어와 유성 캐리어를 상기 토크 컨버터의 터빈 러너에 선택적으로 연결 및 해방시키는 제1,2클러치,
    상기 싱글피니언 유성기어 측의 선기어를 상기 토크 컨버터의 터빈 러너에 연결 및 해방시키는 제3클러치,
    상기 유성 캐리어를 변속기 케이스에 연결 및 해방시키는 제1브레이크로 구성됨을 특징으로 하는 차량용 무단변속기.
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