KR20050062809A

KR20050062809A - 더블 클러치 변속기

Info

Publication number: KR20050062809A
Application number: KR1020030093039A
Authority: KR
Inventors: 김인찬
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2003-12-18
Filing date: 2003-12-18
Publication date: 2005-06-28
Also published as: KR100580472B1

Abstract

본 발명은 더블 클러치 변속기에 관한 것으로, 단순 유성기어를 적용하여 변속기의 전장을 단축시키면서 짝수단 기어와 홀수단 기어의 재배치를 통해 스킵 변속을 가능하도록 하는 데 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 엔진으로부터 구동력을 전달받도록 설치된 메인 입력축과, 상기 메인 입력축에 설치된 단순 유성기어 셋트, 상기 메인 입력축과 상기 단순 유성기어 셋트의 캐리어 사이에 설치된 제1클러치, 상기 단순 유성기어 셋트의 링기어에 설치된 브레이크, 상기 메인 입력축과 제2클러치를 매개로 동력의 전달이 가능하도록 동축상으로 배치된 중실형의 제1입력축, 상기 제1입력축의 외주에서 동축상으로 설치되면서 상기 단순 유성기어 셋트의 캐리어와 연결된 중공형의 제2입력축, 상기 제1입력축과 상기 제2입력축에 각각 일체로 회전하도록 설치된 다수개의 구동기어류, 상기 제1입력축과 대향된 위치에 설치되면서 상기 다수개의 구동기어류와 치합되는 다수개의 종동기어류를 갖춘 출력축, 상기 출력축과 상기 종동기어류 사이의 동력전달을 위해 설치된 다수개의 싱크로 기구류 및, 상기 출력축과 연동되는 디프렌셜 장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

더블 클러치 변속기{double clutch transmission}

본 발명은 더블 클러치 변속기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 변속기의 전장을 축소시킴과 더불어 스킵 변속이 가능하게 하는 더블 클러치 변속기에 관한 것이다.

일반적으로 더블 클러치 변속기는 현재 소형 차량에 적용중인 ASG(automated shift gear) 변속기에서 단점으로 대두되는 변속시 클러치 단절에 따른 변속 지연감을 개선한 2세대 자동화된 수동 변속기의 일종으로서, 자동 변속기에 대비 연비와 효율의 측면에서 우수한 성능을 나타내는 것으로 알려져 있다.

이와 같은 더블 클러치 변속기는 입력축에 2개의 클러치를 사용하여, 미리 변속될 기어의 싱크로를 결합하고, 현재 결합된 하나의 클러치를 해제하는 동시에, 새로운 클러치를 결합하여 변속을 함으로써, 클러치의 단절에 의한 변속 지연감(변속중 토크의 저하)을 개선하였다.

현재 개발된 더블 클러치 변속기는 습식 클러치를 적용하는 것과, 건식 클러치를 적용하는 것에 따라 습식 더블 클러치 변속기와 건식 더블 클러치 변속기로 구분되고 있는 바, 건식 클러치의 경우에는 마모에 따른 문제의 발생으로 인해 클러치 제어에 어려움이 있는 반면에 습식 클러치는 제어에 있어 이미 자동 변속기에서 적용되는 기술을 적용하는 데 큰 무리가 없기 때문에, 현재 고토크의 고급 차종에서는 습식 클러치를 이용한 더블 클러치 변속기를 채택하고 있는 실정이다. 아울러 보다 작은 공간내에 시스템을 구성하는 기술이 요구되고 있다.

그런데, 건식의 더블 클러치 변속기나 습식의 더블 클러치 변속기는 모두 기어비의 확장을 위하여 최소 6단의 기어비를 가지는 구조로 되어 있는 데, 전륜 구동형으로 6단의 기어비를 가지면서 클러치도 추가로 필요하기 때문에 전장이 매우 증가되는 문제를 가지고 있다. 특히 습식의 더블 클러치 변속기의 경우에는 클러치 용량이 크기 때문에 대용량 고토크 엔진용으로 적용중이며, 고토크에 대응하기 위해서는 강도 문제로 인해 기어의 치폭을 크게 증가시켜야 하므로, 변속기의 전장측면에서 더욱 더 불리해 진다.

한편, 현재 습식 클러치를 적용하면서 6단의 기어비를 가지고 있는 더블 클러치 변속기의 구조는 크게 두 가지의 종류로 구분되는 바, 이는 하나의 출력축을 사용하면서 입력축에 6개의 기어를 배치하는 방식과, 전장의 단축을 위해 2개의 출력축을 사용하면서 입력축에 5개의 기어를 배치하는 방식이 있는 데, 하나의 출력축을 사용하면서 입력축에 6개의 기어를 배치하는 방식에서는 실제로 전륜 구동형의 차량에 적용할 수 없을 정도로 전장이 길어지는 관계로 인해 탑재가 불가능하였고, 다른 하나로서 2개의 출력축을 사용하면서 입력축에 5개의 기어를 배치하는 방식에서는 전장의 단축이라는 레이-아웃의 측면에서는 유리하지만, 후진용 드리븐 기어가 2단 드라이브 기어상에 위치하고 있기 때문에, 후진 드리븐 기어의 외경을 크게 할 수 없었고, 이로 인해 후진 감속비가 전진 1단의 감속비에 비해 너무 작게 설정되는 문제가 있었다.

또한, 현재 상용화된 더블 클러치 변속기는 짝수단 기어와 홀수단 기어가 각각 입력축에 분리되어 설치되어 있기 때문에, 변속시 항상 짝수단에서 홀수단 또는 홀수단에서 짝수단으로만 변속이 가능하였다.

이로 인해 킥다운 등의 변속시에 구조적으로 6→4, 5→3, 3→1과 같은 스킵 변속을 할 수 없어서 가속의 응답성이 저하되는 문제가 발생하였다.

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 단순 유성기어를 적용하여 변속기의 전장을 단축시키면서 짝수단 기어와 홀수단 기어의 재배치를 통해 스킵 변속을 가능하도록 하는 더블 클러치 변속기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

엔진으로부터 구동력을 전달받도록 설치된 메인 입력축과,

상기 메인 입력축에 설치된 단순 유성기어 셋트,

상기 메인 입력축과 상기 단순 유성기어 셋트의 캐리어 사이에 설치된 제1클러치,

상기 단순 유성기어 셋트의 링기어에 설치된 브레이크,

상기 메인 입력축과 제2클러치를 매개로 동력의 전달이 가능하도록 동축상으로 배치된 중실형의 제1입력축,

상기 제1입력축의 외주에서 동축상으로 설치되면서 상기 단순 유성기어 셋트의 캐리어와 연결된 중공형의 제2입력축,

상기 제1입력축과 상기 제2입력축에 각각 일체로 회전하도록 설치된 다수개의 구동기어류,

상기 제1입력축과 대향된 위치에 설치되면서 상기 다수개의 구동기어류와 치합되는 다수개의 종동기어류를 갖춘 출력축,

상기 출력축과 상기 종동기어류 사이의 동력전달을 위해 설치된 다수개의 싱크로 기구류 및,

상기 출력축과 연동되는 디프렌셜 장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 구동기어류는 상기 제1입력축상에 설치된 3단 구동기어와 6단 구동기어 및 후진 구동기어와;

상기 제2입력축상에 설치된 1-2단 구동기어와 4-5단 구동기어로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 종동기어류는 상기 1-2단 구동기어와 치합된 1-2단 종동기어와, 상기 4-5단 구동기어와 치합된 4-5단 종동기어, 상기 후진 구동기어와 후진 아이들기어를 매개로 치합된 후진 종동기어, 상기 3단 구동기어와 치합된 3단 종동기어 및, 상기 6단 구동기어와 치합된 6단 종동기어로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진(10)의 크랭크 축과 직결되어 구동력을 전달받도록 메인 입력축(12)이 설치되고, 상기 메인 입력축(12)에 선기어(14a)와 피니언기어(14b) 및 링기어(14c)를 갖춘 싱글 피니언 타입의 단순 유성기어 셋트(14)가 설치되며, 상기 메인 입력축(12)과 상기 단순 유성기어 셋트(14)의 캐리어(C) 사이에 습식 다판형의 제1클러치(C1)가 설치되는 한편, 상기 단순 유성기어 셋트(14)의 링기어(14c)에는 변속기의 케이스(도시안됨)와의 사이로 습식 다판형의 브레이크(B)가 설치되어 있다.

그리고, 중실형의 제1입력축(16)이 상기 메인 입력축(12)과 제2클러치(C2)를 매개로 동력의 전달이 가능하도록 동축상으로 배치되어 설치되고, 상기 제1입력축(16)의 외주에는 동축상으로 상기 단순 유성기어 셋트(14)의 캐리어(C)와 연결된 중공형의 제2입력축(18)이 설치된다.

여기서, 상기 제1클러치(C1)와 제2클러치(C2) 및 브레이크(B)는 변속시 각각 컨트롤러(도시안됨)에 의한 제어에 따라 체결 및 해제가 이루어지는 바, 이는 기존의 자동 변속기에서와 동일하게 체결 및 해제시 압력 제어에 의해 응답성과 쇽크를 고려하는 수준에서 이루어지는 공지의 사안이므로 상세한 작동은 생략하기로 한다.

또한, 상기 제1입력축(16)과 상기 제2입력축(18)에는 각각 일체로 회전하는 다수개의 구동기어류가 설치되는 바, 상기 제1입력축(16)에는 1-2단 구동기어(G-1,2)와 4-5단 구동기어(G-4,5)가 각각 설치되고, 상기 제2입력축(18)에는 3단 구동기어(G-3)와 6단 구동기어(G-6) 및 후진 구동기어(R)가 각각 설치된다.

한편, 상기 제1입력축(16)과 대향된 위치에는 상기 다수개의 구동기어류와 치합되면서 공회전 가능하게 설치되는 다수개의 종동기어류를 갖춘 출력축(20)이 배치되는 바, 상기 출력축(20)에는 1-2단 종동기어(G'-1,2)와 3단 종동기어(G'-3)와 4-5단 종동기어(G'-4,5)와 6단 종동기어(G'-6) 및 후진 종동기어(R')가 각각 공회전이 가능한 상태로 설치된다.

이에 따라, 상기 제1입력축(16)에 설치된 3단 구동기어(G-3)와 6단 구동기어(G-6) 및 후진 구동기어(R)는 상기 출력축(20)에 설치된 3단 종동기어(G'-3)와 6단 종동기어(G'-6) 및 후진 종동기어(R')에 각각 치합되고, 상기 제2입력축(18)에 설치된 1-2단 구동기어(G-1,2)와 4-5단 구동기어(G-4,5)는 상기 출력축(20)에 설치된 1-2단 종동기어(G'-1,2)와 4-5단 종동기어(G'-4,5)에 각각 치합된다.

그리고, 상기 출력축(20)과 종동기어류 사이에는 이들 사이의 동력전달을 위한 싱크로 기구류가 구비되는 바, 상기 싱크로 기구류는 상기 1-2단 종동기어(G'-1,2)와 4-5단 종동기어(G'-4,5) 사이에 설치된 제1싱크로 기구(S1)와, 상기 3단 종동기어(G'-3)와 6단 종동기어(G'-6) 사이에 설치된 제2싱크로 기구(S2) 및, 상기 후진 종동기어(R')에 설치된 제3싱크로 기구(S3)로 이루어진다.

여기서, 상기 제1싱크로 기구(S1) 내지 제3싱크로 기구(S3)는 각각에 구비된 액츄에이터의 구동에 따라 작동되는 것으로, 각각의 액츄에이터의 작동은 이미 공지된 반자동 변속기에서와 같이 컨트롤러(도시안됨)에 의해 이루어지는 것이므로, 이에 대한 상세한 구성을 생략하기로 한다.

또한, 상기 후진 구동기어(R)와 후진 종동기어(R') 사이에는 후진 아이들기어(I)가 아이들축상에 치합되도록 설치되어 있다.

한편, 상기 출력축(20)에는 디프렌셜 장치(D)와의 동력전달을 위한 디프렌셜 드라이브 기어(21)가 설치되어 있다.

이하, 본 발명에 따른 더블 클러치 변속기에 대한 상세한 동작을 설명한다.

먼저, 상기 메인 입력축(12)상에 설치된 단순 유성기어 셋트(14)를 통해 상기 엔진(10)으로부터 발생되어 상기 제1입력축(16)으로 전달되는 회전 속도비를 살펴보면 다음과 같다.

도 2의 (a),(b)에 각각 도시된 바와 같이, 상기 브레이크(B)의 체결에 따라 상기 캐리어(C)를 통해 제1입력축(16)으로 전달되는 회전 속도는, 상기 제1클러치(C1)의 체결에 따라 상기 캐리어(C)를 통해 제1입력축(16)으로 전달되는 회전 속도에 비해 작게 된다.

이를 통해, 상기 엔진(10)에서 발생된 동일한 정도의 구동력이 상기 제2입력축(18)으로 전달될 때, 상기 단순 유성기어 셋트(14)에 의해 변화될 수 있게 되고, 이로 부터 상기 제2입력축(18)에 설치된 1-2단 구동기어(G-1,2)와 4-5단 구동기어(G-4,5)는 각각 변속단이 다른 구동기어임에도 불구하고, 각각 동일한 치수의 구동기어를 상호 공유할 수 있게 되는 것이다.

즉, 하나의 구동기어를 통해 입력되는 회전 속도비를 달리함으로써, 이를 통해 복수개의 변속비를 구현할 수 있는 것이다.

그리고, 상기 단순 유성기어 셋트(14)에 있어, 1속 내지 6속 및 후진 변속단에서 각각 체결되는 마찰 요소에 대한 작동표는 하기와 같다.

변속단	작동 요소
1	브레이크(B)
2	제1클러치(C1)
3	제2클러치(C2)
4	브레이크(B)
5	제1클러치(C1)
6	제2클러치(C2)
R	제2클러치(C2)

또한, 각 변속단별로 동작하는 싱크로 기구는 다음과 같다.

먼저, 상기 제1싱크로 기구(S1)가 작동되어, 1-2단과 4-5단 사이를 변속에 있어 선택을 절환시키게 되고, 상기 제2싱크로 기구(S2)는 3단과 6단 사이의 변속을 절환시키게 되며, 상기 제3싱크로 기구(S3)가 후진 변속단으로 변속을 선택하게 된다.

이를 보다 상세하게 살펴보면, 1단에서는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 브레이크(B)의 체결에 따라, 상기 단순 유성기어 셋트(14)의 링기어(14c)가 구속되고, 이에 따라 상기 엔진(10)으로부터 전달된 구동력은 캐리어(C)를 통해 상기 제2입력축(18)으로 전달되며, 상기 제1싱크로 기구(S1)의 작동에 따라 1단 구동기어(G-1)와 1단 종동기어(G'-1) 사이의 치합에 따른 구동력이 상기 출력축(20)을 통해 상기 디프렌셜 장치(D)로 출력된다. 이 경우 동력의 전달경로는 도면에서 굵은 선으로 표시되어 있다.

그리고, 2단에서는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1클러치(C1)의 체결이 이루어지고, 상기 엔진(10)으로부터 전달된 구동력은 상기 단순 유성기어 셋트(14)의 캐리어(C)를 통해 상기 제2입력축(18)으로 전달되며, 역시 상기 제1싱크로 기구(S1)의 작동에 따라 2단 구동기어(G-2)와 2단 종동기어(G'-2) 사이의 치합에 따른 구동력이 상기 출력축(20)을 통해 상기 디프렌셜 장치(D)로 출력된다. 이 경우에서도 동력의 전달경로는 도면에서 굵은 선으로 표시되어 있다.

또한, 3단에서는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제2클러치(C2)의 체결이 이루어지고, 상기 엔진(10)으로부터 전달된 구동력은 상기 제1입력축(16)으로 전달되며, 상기 제2싱크로 기구(S2)의 작동에 따라 3단 구동기어(G-3)와 3단 종동기어(G'-3) 사이의 치합에 따른 구동력이 상기 출력축(20)을 통해 상기 디프렌셜 장치(D)로 출력된다. 이 경우에도 동력의 전달경로는 도면에서 굵은 선으로 표시되어 있다.

한편, 4단 내지 6단 및 후진 변속단의 상태에서도 상기와 같은 방법으로 상기 엔진(10)의 구동력이 상기 디프렌셜 장치(D)로 출력되는 데, 이는 각각 도 5 내지 도 8에 각각 도시되어 있으며, 이에 대한 상세한 과정은 전술한 1단 내지 3단에서와 동일하므로, 이는 생략하기로 한다.

이와 같이, 상기 엔진(10)으로부터 발생된 동일한 수준의 구동력을 변속기의 입력축으로 전달함에 있어, 상기 메인 입력축(12)과 단순 유성기어 셋트(14) 사이에 설치된 제1클러치(C1)와 브레이크(B)의 선택적인 작동을 매개로 직결 내지 증가시킬 수 있어, 이를 통해 동일한 치형을 갖는 상기 제2입력축(18)의 1-2단 구동기어(G-1,2)와 4-5단 구동기어(G-4,5)는 상기 제1싱크로 기구(S1)와 제2싱크로 기구(S2)의 작동에 따라 각각 1단 또는 2단, 그리고 4단 또는 5단의 속도비로 변화시켜 상기 출력축(20)에 구비된 해당 종동기어류로 출력할 수 있게 된다.

이 결과, 입력축에 설치된 4종류의 기어로도 6단의 변속비를 구현할 수 있으므로, 변속기의 전장을 크게 줄일 수 있고, 아울러, 상기 메인 입력축(12)과 단순 유성기어 셋트(14) 및 제1입력축(16) 사이에 설치된 제1클러치(C1)와 제2클러치(C2) 및 브레이크(B)의 작동을 적절하게 제어함에 따라, 6→4, 5→3, 3→1과 같은 스킵 변속도 가능하게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 더블 클러치 변속기에 의하면, 엔진(10)과 직결되어 구동력을 전달받는 메인 입력축(12)에서 동일한 수준의 구동력을 변속기의 제2입력축(18)으로 직결 내지 증가되도록 전달함으로써, 이를 매개로 동일한 치형을 갖는 상기 제2입력축(18)의 1-2단 구동기어(G-1,2)와 4-5단 구동기어(G-4,5)는 각각 1단 또는 2단, 그리고 4단 또는 5단의 속도비로 출력할 수 있게 된다.

이로 인해, 입력축에 4종류의 구동기어를 설치하고도 6단의 변속비를 구현할 수 있으므로, 변속기의 전장을 크게 축소할 수 있는 이점이 있게 되고, 또한, 상기 메인 입력축(12)과 단순 유성기어 셋트(14) 및 제1입력축(16) 사이에 설치된 제1클러치(C1)와 제2클러치(C2) 및 브레이크(B)의 체결 및 해제를 적절하게 제어함에 따라, 6→4, 5→3, 3→1과 같은 스킵 변속도 가능하게 된다.

또한, 단순 유성기어 셋트(14)는 여러 개의 피니언기어(14b)가 하중을 분담하여 전달하는 기능을 하므로, 작은 사이즈로 큰 토오크를 전달할 수 있으므로, 큰 토오크의 전달을 위해 기어의 치폭을 증가시키는 것과 같은 불필요한 대응을 배제할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 더블 클러치 변속기의 구성을 도시한 개략도.

도 2는 도 1에 도시된 단순 유성기어 셋트의 속도 선도를 도시한 도면.

도 3 내지 도 8은 도 1에 도시된 더블 클러치 변속기의 변속단별 동력전달의 경로를 각각 도시한 개략도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10-엔진 12-메인 입력축

14-단순 유성기어 셋트 16-제1입력축

18-제2입력축 20-출력축

Claims

엔진으로부터 구동력을 전달받도록 설치된 메인 입력축과;

상기 메인 입력축에 설치된 단순 유성기어 셋트;

상기 메인 입력축과 상기 단순 유성기어 셋트의 캐리어 사이에 설치된 제1클러치;

상기 단순 유성기어 셋트의 링기어에 설치된 브레이크;

상기 메인 입력축과 제2클러치를 매개로 동력의 전달이 가능하도록 동축상으로 배치된 중실형의 제1입력축;

상기 제1입력축의 외주에서 동축상으로 설치되면서 상기 단순 유성기어 셋트의 캐리어와 연결된 중공형의 제2입력축;

상기 제1입력축과 상기 제2입력축에 각각 일체로 회전하도록 설치된 다수개의 구동기어류;

상기 제1입력축과 대향된 위치에 설치되면서 상기 다수개의 구동기어류와 치합되는 다수개의 종동기어류를 갖춘 출력축;

상기 출력축과 상기 종동기어류 사이의 동력전달을 위해 설치된 다수개의 싱크로 기구류 및;

상기 출력축과 연동되는 디프렌셜 장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 더블 클러치 변속기.
제 1 항에 있어서,

상기 메인 입력축은 엔진의 크랭크 축과 직결되는 것을 특징으로 하는 더블 클러치 변속기.
제 1 항에 있어서,

상기 구동기어류는 상기 제1입력축상에 설치된 3단 구동기어와 6단 구동기어 및 후진 구동기어와;

상기 제2입력축상에 설치된 1-2단 구동기어와 4-5단 구동기어로 이루어진 것을 특징으로 하는 더블 클러치 변속기.
제 1 항에 있어서,

상기 종동기어류는 상기 1-2단 구동기어와 치합된 1-2단 종동기어와, 상기 4-5단 구동기어와 치합된 4-5단 종동기어, 상기 후진 구동기어와 후진 아이들기어를 매개로 치합된 후진 종동기어, 상기 3단 구동기어와 치합된 3단 종동기어 및, 상기 6단 구동기어와 치합된 6단 종동기어로 이루어진 것을 특징으로 하는 더블 클러치 변속기.
제 1 항에 있어서,

상기 싱크로 기구류는 상기 1-2단 종동기어와 4-5단 종동기어 사이에 설치된 제1싱크로 기구와, 상기 3단 종동기어와 상기 6단 종동기어 사이에 설치된 제2싱크로 기구 및, 상기 후진 종동기어에 설치된 제3싱크로 기구로 이루어진 것을 특징으로 하는 더블 클러치 변속기.