KR20120003366A

KR20120003366A - 자동 변속기

Info

Publication number: KR20120003366A
Application number: KR1020110052539A
Authority: KR
Inventors: 유끼요시 이누따; 가즈아끼 아오따; 아끼히로 야마모또; 다까유끼 오꾸다; 뮐러 요르크; 레쉬 리코; 레쉬 미르코
Original assignee: 쟈트코 가부시키가이샤
Priority date: 2010-07-02
Filing date: 2011-06-01
Publication date: 2012-01-10
Also published as: CN102312964B; US8414443B2; US20120004067A1; JP5087747B2; CN102312964A; KR101273851B1; EP2402629B1; JP2012013178A; EP2402629A1; EP2402629A9

Abstract

본 발명의 과제는, 3유성 6마찰 요소에 의해 전진 8속 이상을 달성하면서, 각 변속단에서 발생하는 마찰 손실을 억제할 수 있는 자동 변속기를 제공하는 것이다.
더블 피니언의 유성 기어(PG1)와, 싱글 피니언의 유성 기어(PG2) 및 유성 기어(PG3)를 구비하고, 출력축(OUT)은 캐리어(PC3)에 상시 연결되고, 링 기어(R1)를 상시 고정하고, 캐리어(PC1)와 선 기어(S2)를 상시 연결하고, 선 기어(S1)와 링 기어(R3)를 상시 연결한다. 캐리어(PC2)와 회전 멤버(M2)를 연결하는 제1 클러치(C1), 캐리어(PC2)와 회전 멤버(M1)를 연결하는 제2 클러치(C2), 링 기어(R2)와 선 기어(S3)를 연결하는 제3 클러치(C3)와, 입력축(IN)과 선 기어(S3)를 연결하는 제4 클러치(C4)와, 링 기어(R2)와 캐리어(PC3)를 연결하는 제5 클러치(C5)와, 입력축(IN)과 캐리어(PC2)를 연결하는 제6 클러치(C6)로 이루어지는 6개의 마찰 요소 중 3개를 동시 체결하여 적어도 전진 8속 및 후진 1속을 달성한다.

Description

자동 변속기{AUTOMATIC TRANSMISSION}

본 발명은, 차량의 변속 장치로서 적용되는 유단식 자동 변속기에 관한 것이다.

종래, 3유성·6마찰 요소에 의해 전진 8속의 변속단을 달성하는 자동 변속기로서는, 더블 피니언형 유성 기어와, 라비뇨 타입 유성 기어 유닛(더블 피니언형 유성 기어 1개와 싱글 피니언형 유성 기어 1개)과, 4개의 클러치와, 2개의 브레이크를 갖는 것이 알려져 있다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조).

일본 특허 출원 공개 제2001-182785호 공보

그러나 종래의 자동 변속기에 있어서는, 전진 8속의 각 변속단을 달성하기 위해, 마찰 요소를 2개 체결하도록 하고 있다. 이로 인해, 각 변속단에 있어서, 공회전하는 마찰 요소가 4개로 되어, 공회전하는 마찰 요소에 의한 마찰 손실이 커, 구동 에너지의 전달 효율의 악화를 초래한다고 하는 문제가 있었다.

즉, 마찰 요소로서 다용되고 있는 다판 클러치나 다판 브레이크의 경우, 요소 해방에 의한 공회전 상태일 때, 냉각이나 윤활을 위해 분사되는 오일이 상대 회전하는 플레이트 사이에 개재되어, 드래그 저항(오일의 전단 저항)에 의한 마찰 손실의 발생을 피할 수 없다. 또한, 이 마찰 손실은, 플레이트 매수가 많아 플레이트 사이의 상대 회전 속도가 높을수록 커져 버린다.

본 발명은 상기 문제에 착안하여 이루어진 것으로, 3유성 6마찰 요소에 의해 전진 8속 이상을 달성하면서, 각 변속단에서 발생하는 마찰 손실을 억제함으로써, 구동 에너지의 전달 효율의 향상을 도모할 수 있는 자동 변속기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 자동 변속기는,

제1 선 기어와, 제1 링 기어와, 상기 제1 선 기어와 상기 제1 링 기어에 맞물리는 제1 더블 피니언을 지지하는 제1 캐리어로 이루어지는 제1 유성 기어와,

제2 선 기어와, 제2 링 기어와, 상기 제2 선 기어와 상기 제2 링 기어에 맞물리는 제2 싱글 피니언을 지지하는 제2 캐리어로 이루어지는 제2 유성 기어와,

제3 선 기어와, 제3 링 기어와, 상기 제3 선 기어와 상기 제3 링 기어에 맞물리는 제3 싱글 피니언을 지지하는 제3 캐리어로 이루어지는 제3 유성 기어와,

6개의 마찰 요소를 구비하고,

상기 6개의 마찰 요소를 적절하게 체결 해방함으로써 적어도 전진 8속의 변속단으로 변속하여 입력축으로부터의 토크를 출력축으로 출력 가능한 자동 변속기에 있어서,

상기 출력축은, 상기 제3 캐리어에 상시 연결되어 있고,

상기 제1 링 기어는, 상시 고정되어 제1 고정 멤버를 구성하고 있고,

상기 제1 캐리어와 상기 제2 선 기어는, 상시 연결되어 제1 회전 멤버를 구성하고 있고,

상기 제1 선 기어와 상기 제3 링 기어는, 상시 체결되어 제2 회전 멤버를 구성하고 있고,

상기 6개의 마찰 요소는,

상기 제2 캐리어와 상기 제2 회전 멤버 사이를 선택적으로 연결하는 제1 마찰 요소와,

상기 제2 캐리어와 상기 제1 회전 멤버 사이를 선택적으로 연결하는 제2 마찰 요소와,

상기 제2 링 기어와 상기 제3 선 기어 사이를 선택적으로 연결하는 제3 마찰 요소와,

상기 입력축과 상기 제3 선 기어 사이를 선택적으로 연결하는 제4 마찰 요소와,

상기 제2 링 기어와 상기 제3 캐리어 사이를 선택적으로 연결하는 제5 마찰 요소와,

상기 입력축과 상기 제2 캐리어 사이를 선택적으로 연결하는 제6 마찰 요소에 의해 구성되고,

상기 6개의 마찰 요소 중, 3개의 동시 체결의 조합에 의해, 적어도 전진 8속 및 후진 1속을 달성하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명의 자동 변속기에 있어서는, 6 마찰 요소 중, 3개의 동시 체결의 조합에 의해 적어도 전진 8속 및 후진 1속의 변속단을 달성한다. 이로 인해, 각 변속단에 있어서, 공회전하는 마찰 요소가 3개로 되어, 공회전하는 마찰 요소에 의한 마찰 손실을 작게 억제할 수 있다. 이 결과, 3유성 6마찰 요소에 의해 전진 8속 이상을 달성하면서, 각 변속단에서 발생하는 마찰 손실을 억제함으로써, 구동 에너지의 전달 효율의 향상을 도모할 수 있다.

도 1은 제1 실시예의 자동 변속기를 도시하는 골격도.
도 2는 제1 실시예의 자동 변속기에 있어서 6개의 마찰 요소 중 3개의 동시 체결의 조합에 의해 전진 9속 및 후진 1속을 달성하는 체결 작동표를 나타내는 도면.
도 3은 제1 실시예의 자동 변속기에 있어서 전진 9속의 각 변속단에서의 기어 맞물림 횟수표를 나타내는 도면.
도 4는 제1 실시예의 자동 변속기에 있어서의 각 마찰 요소의 최대 토크 분담비표를 나타내는 도면.
도 5는 제1 실시예의 자동 변속기에 있어서의 제1속(1st)의 변속단에서의 변속 작용 설명도.
도 6은 제1 실시예의 자동 변속기에 있어서의 제2속(2nd)의 변속단에서의 변속 작용 설명도.
도 7은 제1 실시예의 자동 변속기에 있어서의 제3속(3rd)의 변속단에서의 변속 작용 설명도.
도 8은 제1 실시예의 자동 변속기에 있어서의 제4속(4th)의 변속단에서의 변속 작용 설명도.
도 9는 제1 실시예의 자동 변속기에 있어서의 제5속(5th)의 변속단에서의 변속 작용 설명도.
도 10은 제1 실시예의 자동 변속기에 있어서의 제6속(6th)의 변속단에서의 변속 작용 설명도.
도 11은 제1 실시예의 자동 변속기에 있어서의 제7속(7th)의 변속단에서의 변속 작용 설명도.
도 12는 제1 실시예의 자동 변속기에 있어서의 제8속(8th)의 변속단에서의 변속 작용 설명도.
도 13은 제1 실시예의 자동 변속기에 있어서의 제9속(9th)의 변속단에서의 변속 작용 설명도.
도 14는 제1 실시예의 자동 변속기에 있어서의 후진속(Rev)의 변속단에서의 변속 작용 설명도.
도 15는 종래예의 자동 변속기를 도시하는 골격도.
도 16은 종래예의 자동 변속기에 있어서 6개의 마찰 요소 중 2개의 동시 체결의 조합에 의해 전진 8속 및 후진 2속을 달성하는 체결 작동표를 나타내는 도면.
도 17은 종래의 자동 변속기에 있어서 전진 8속의 각 변속단에서의 기어 맞물림 횟수표를 나타내는 도면.
도 18은 종래예의 자동 변속기에 있어서의 각 마찰 요소의 최대 토크 분담비표를 나타내는 도면.

이하, 본 발명의 자동 변속기를 실시하기 위한 형태를, 도면에 도시하는 제1 실시예에 기초하여 설명한다.

[제1 실시예]

우선, 구성을 설명한다.

도 1은, 제1 실시예의 자동 변속기를 도시하는 골격도이다. 이하, 도 1에 기초하여, 제1 실시예의 자동 변속기의 유성 기어 구성과 마찰 요소 구성을 설명한다.

제1 실시예의 자동 변속기는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 제1 유성 기어(PG1)와, 제2 유성 기어(PG2)와, 제3 유성 기어(PG3)와, 입력축(IN)과, 출력축(OUT)과, 제1 회전 멤버(M1)와, 제2 회전 멤버(M2)와, 제1 고정 멤버(F1)와, 제1 클러치(C1)(제1 마찰 요소)와, 제2 클러치(C2)(제2 마찰 요소)와, 제3 클러치(C3)(제3 마찰 요소)와, 제4 클러치(C4)(제4 마찰 요소)와, 제5 클러치(C5)(제5 마찰 요소)와, 제6 클러치(C6)(제6 마찰 요소)와, 트랜스미션 케이스(TC)를 구비하고 있다.

상기 제1 유성 기어(PG1)는, 제1 더블 피니언(P1s, P1r)을 갖는 더블 피니언형 유성 기어로, 제1 선 기어(S1)와, 상기 제1 선 기어(S1)에 맞물리는 피니언(P1s)과 상기 피니언(P1s)에 맞물리는 피니언(P1r)을 지지하는 제1 캐리어(PC1)와, 상기 피니언(P1r)에 맞물리는 제1 링 기어(R1)로 이루어진다.

상기 제2 유성 기어(PG2)는, 싱글 피니언형 유성 기어로, 제2 선 기어(S2)와, 상기 제2 선 기어(S2)에 맞물리는 제2 피니언(P2)을 지지하는 제2 캐리어(PC2)와, 상기 제2 피니언(P2)에 맞물리는 제2 링 기어(R2)로 이루어진다.

상기 제3 유성 기어(PG3)는, 싱글 피니언형 유성 기어로, 제3 선 기어(S3)와, 상기 제3 선 기어(S3)에 맞물리는 제3 피니언(P3)을 지지하는 제3 캐리어(PC3)와, 상기 제3 피니언(P3)에 맞물리는 제3 링 기어(R3)로 이루어진다.

상기 입력축(IN)은, 구동원(엔진 등)으로부터의 회전 구동 토크가 토크 컨버터 등을 통해 입력되는 축이다.

상기 출력축(OUT)은, 프로펠러 샤프트나 파이널 기어 등을 통해 구동륜으로 변속 후의 회전 구동 토크를 출력하는 축으로, 상기 제3 캐리어(PC3)에 상시 연결되어 있다.

상기 제1 회전 멤버(M1)는, 상기 제1 캐리어(PC1)와 상기 제2 선 기어(S2)를, 마찰 요소를 개재시키는 일 없이 상시 연결하는 회전 멤버이다.

상기 제2 회전 멤버(M2)는, 상기 제1 선 기어(S1)와 상기 제3 링 기어(R3)를, 마찰 요소를 개재시키는 일 없이 상시 연결하는 회전 멤버이다.

상기 제1 고정 멤버(F1)는, 상기 제1 링 기어(R1)를, 트랜스미션 케이스(TC)에 상시 고정하는 멤버이다.

상기 제1 클러치(C1)는, 상기 제2 캐리어(PC2)와 상기 제2 회전 멤버(M2) 사이를 선택적으로 연결하는 제1 마찰 요소이다.

상기 제2 클러치(C2)는, 상기 제2 캐리어(PC2)와 상기 제1 회전 멤버(M1) 사이를 선택적으로 연결하는 제2 마찰 요소이다. 또한, 이 제2 클러치(C2)와 병렬의 위치에, 주행시에 셀프 로크되고, 타행시에 셀프 해방되는 원웨이 클러치(OWC)가 배치되어 있다.

상기 제3 클러치(C3)는, 상기 제2 링 기어(R2)와 상기 제3 선 기어(S3) 사이를 선택적으로 연결하는 제3 마찰 요소이다.

상기 제4 클러치(C4)는, 상기 입력축(IN)과 상기 제3 선 기어(S3) 사이를 선택적으로 연결하는 제4 마찰 요소이다.

상기 제5 클러치(C5)는, 상기 제2 링 기어(R2)와 상기 제3 캐리어(PC3) 사이를 선택적으로 연결하는 제5 마찰 요소이다.

상기 제6 클러치(C6)는, 상기 입력축(IN)과 상기 제2 캐리어(PC2) 사이를 선택적으로 연결하는 제6 마찰 요소이다.

상기 제1 유성 기어(PG1)와 상기 제2 유성 기어(PG2)와 상기 제3 유성 기어(PG3)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 구동원이 접속되는 상기 입력축(IN)으로부터 상기 출력축(OUT)을 향해 차례로 배열되어 있다.

도 2는, 제1 실시예의 자동 변속기에 있어서 6개의 마찰 요소 중 3개의 동시 체결의 조합에 의해 전진 9속 및 후진 1속을 달성하는 체결 작동표를 나타내는 도면이다. 도 3은, 제1 실시예의 자동 변속기에 있어서 전진 9속의 각 변속단에서의 기어 맞물림 횟수표를 나타내는 도면이다. 이하, 도 2 및 도 3에 기초하여, 제1 실시예의 자동 변속기의 각 변속단을 성립시키는 변속 구성을 설명한다.

제1 실시예의 자동 변속기는, 6개의 마찰 요소(C1, C2, C3, C4, C5, C6) 중 3개의 동시 체결의 조합에 의해, 하기에 서술하는 바와 같이 전진 9속 및 후진 1속의 각 변속단을 달성한다.

제1속(1st)의 변속단은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 제2 클러치(C2)[또는 원웨이 클러치(OWC)]와 제4 클러치(C4)와 제5 클러치(C5)의 동시 체결에 의해 달성된다. 이 제1속의 변속단에서의 기어 맞물림 횟수는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 제1 유성 기어(PG1)와 제3 유성 기어(PG3)가 맞물림에 관여하므로, 합계 횟수는, 5회(＝3회＋0회＋2회)로 된다.

제2속(2nd)의 변속단은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 제1 클러치(C1)와 제2 클러치(C2)[또는 원웨이 클러치(OWC)]와 제4 클러치(C4)의 동시 체결에 의해 달성된다. 이 제2속의 변속단에서의 기어 맞물림 횟수는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 제3 유성 기어(PG3)만이 맞물림에 관여하므로, 합계 횟수는, 2회(＝0회＋0회＋2회)로 된다.

제3속(3rd)의 변속단은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 제1 클러치(C1)와 제4 클러치(C4)와 제5 클러치(C5)의 동시 체결에 의해 달성된다. 이 제3속의 변속단에서의 기어 맞물림 횟수는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 제1 유성 기어(PG1)와 제2 유성 기어(PG2)와 제3 유성 기어(PG3)가 맞물림에 관여하므로, 합계 횟수는, 7회(＝3회＋2회＋2회)로 된다.

제4속(4th)의 변속단은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 제1 클러치(C1)와 제3 클러치(C3)와 제4 클러치(C4)의 동시 체결에 의해 달성된다. 이 제4속의 변속단에서의 기어 맞물림 횟수는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 제1 유성 기어(PG1)와 제2 유성 기어(PG2)와 제3 유성 기어(PG3)가 맞물림에 관여하므로, 합계 횟수는, 7회(＝3회＋2회＋2회)로 된다.

제5속(5th)의 변속단은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 제1 클러치(C1)와 제4 클러치(C4)와 제6 클러치(C6)의 동시 체결에 의해 달성된다. 이 제5속의 변속단에서의 기어 맞물림 횟수는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 제1 유성 기어(PG1)와 제2 유성 기어(PG2)와 제3 유성 기어(PG3)가 모두 맞물림에 관여하지 않으므로, 합계 횟수는 0회로 된다.

제6속(6th)의 변속단은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 제1 클러치(C1)와 제3 클러치(C3)와 제6 클러치(C6)의 동시 체결에 의해 달성된다. 이 제6속의 변속단에서의 기어 맞물림 횟수는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 제1 유성 기어(PG1)와 제2 유성 기어(PG2)와 제3 유성 기어(PG3)가 맞물림에 관여하므로, 합계 횟수는, 7회(＝3회＋2회＋2회)로 된다.

제7속(7th)의 변속단은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 제1 클러치(C1)와 제5 클러치(C5)와 제6 클러치(C6)의 동시 체결에 의해 달성된다. 이 제7속의 변속단에서의 기어 맞물림 횟수는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 제1 유성 기어(PG1)와 제2 유성 기어(PG2)가 맞물림에 관여하므로, 합계 횟수는, 5회(＝3회＋2회＋0회)로 된다.

제8속(8th)의 변속단은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 제3 클러치(C3)와 제5 클러치(C5)와 제6 클러치(C6)의 동시 체결에 의해 달성된다. 이 제8속의 변속단에서의 기어 맞물림 횟수는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 제1 유성 기어(PG1)와 제2 유성 기어(PG2)가 맞물림에 관여하므로, 합계 횟수는, 5회(＝3회＋2회＋0회)로 된다.

제9속(9th)의 변속단은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 제4 클러치(C4)와 제5 클러치(C5)와 제6 클러치(C6)의 동시 체결에 의해 달성된다. 이 제9속의 변속단에서의 기어 맞물림 횟수는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 제1 유성 기어(PG1)와 제2 유성 기어(PG2)와 제3 유성 기어(PG3)가 맞물림에 관여하므로, 합계 횟수는, 7회(＝3회＋2회＋2회)로 된다.

후진속(Rev)의 변속단은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 제2 클러치(C2)[또는 원웨이 클러치(OWC)]와 제4 클러치(C4)와 제6 클러치(C6)의 동시 체결에 의해 달성된다.

도 4는, 제1 실시예의 자동 변속기에 있어서의 각 마찰 요소의 최대 토크 분담비표를 나타내는 도면이다. 여기서, 「토크 분담비」라 함은, 입력 토크를「1」로 하였을 때, 이 입력 토크에 대한 비율로 나타낸 각 마찰 요소에 작용하는 토크의 비율이다. 그리고「최대 토크 분담비」라 함은, 제1속 내지 제9속 및 후진속을 포함하는 각 변속단에서의 각 마찰 요소의 토크 분담비 중 최대치를 나타낸다. 이 최대 토크 분담비가 클수록 마찰 요소에 작용하는 토크가 커지므로, 마찰 플레이트의 수가 많아지고 사이즈도 확대된다. 이하, 도 4에 기초하여, 제1 실시예의 자동 변속기의 각 마찰 요소의 최대 토크 분담비를 설명한다.

제1 클러치(C1)는, 제2속, 제3속, 제4속, 제5속, 제6속, 제7속의 각 변속단을 달성할 때에 체결되지만, 토크 분담비가 가장 커지는 것은 제3속의 변속단이고, 그때의 최대 토크 분담비는 1.23이다.

제2 클러치(C2)는, 제1속, 제2속, 후진속의 각 변속단을 달성할 때에 체결되지만, 토크 분담비가 가장 커지는 것은 후진속의 변속단이고, 그때의 최대 토크 분담비는 2.77이다.

제3 클러치(C3)는, 제4속, 제6속, 제8속의 각 변속단을 달성할 때에 체결되지만, 토크 분담비가 가장 커지는 것은 제4속의 변속단이고, 그때의 최대 토크 분담비는 0.48이다.

제4 클러치(C4)는, 제1속, 제2속, 제3속, 제4속, 제5속, 제9속, 후진속의 각 변속단을 달성할 때에 체결되지만, 토크 분담비가 가장 커지는 것은 후진속의 변속단이고, 그때의 최대 토크 분담비는 1.77이다.

제5 클러치(C5)는, 제1속, 제3속, 제7속, 제8속, 제9속의 각 변속단을 달성할 때에 체결되지만, 토크 분담비가 가장 커지는 것은 제1속의 변속단이고, 그때의 최대 토크 분담비는 1.57이다.

제6 클러치(C6)는, 제5속, 제6속, 제7속, 제8속, 제9속, 후진속의 각 변속단을 달성할 때에 체결되지만, 토크 분담비가 가장 커지는 것은 후진속의 변속단이고, 그때의 최대 토크 분담비는 2.77이다.

다음에, 작용을 설명한다.

제1 실시예의 자동 변속기에 있어서의 작용을, 「각 변속단에서의 변속 작용」, 「종래 기술과의 대비에 의한 유리성」으로 나누어 설명한다.

[각 변속단에서의 변속 작용]

(제1속의 변속단)

제1속(1st)의 변속단에서는, 도 5의 빗금으로 나타내는 바와 같이, 주행시, 원웨이 클러치(OWC)와 제4 클러치(C4)와 제5 클러치(C5)가 동시 체결되고, 타행시, 제2 클러치(C2)와 제4 클러치(C4)와 제5 클러치(C5)가 동시 체결된다.

이 제4 클러치(C4)의 체결에 의해, 입력축(IN)과 제3 선 기어(S3)가 직결된다. 제2 클러치(C2)의 체결[또는, 원웨이 클러치(OWC)의 셀프 로크]과 제5 클러치(C5)의 체결과 제1 회전 멤버(M1)에 의해, 제2 유성 기어(PG2)에 있어서 2개의 회전 요소(S2, PC2)가 직결되어 제2 유성 기어(PG2)의 3개의 회전 요소(S2, PC2, R2)가 일체로 회전하는 상태로 되는 동시에, 제1 캐리어(PC1)와 제2 유성 기어(PG2)와 제3 캐리어(PC3)가 직결된다.

따라서, 제3 선 기어(S3)에 입력축(IN)을 경과하여 입력 회전수가 입력되면, 제3 유성 기어(PG3)의 제3 캐리어(PC3)와 제3 링 기어(R3)는, 링 기어 고정의 제1 유성 기어(PG1)의 제1 선 기어(S1)와 제1 캐리어(PC1)의 회전에 의해 구속을 받으면서 회전한다. 이때의 구속 조건은, 제2 클러치(C2)[또는 원웨이 클러치(OWC)], 제5 클러치(C5), 제1 회전 멤버(M1), 제2 유성 기어(PG2)를 통해 제1 캐리어(PC1)와 제3 캐리어(PC3)가 동일한 회전수를 유지하고, 또한 제2 회전 멤버(M2)를 통해 제1 선 기어(S1)와 제3 링 기어(R3)가 동일한 회전수를 유지한다고 하는 조건이다. 이 회전 구속 관계에 의해, 제3 캐리어(PC3)의 회전수는, 입력 회전을 감속한 회전수로 된다. 이 제3 캐리어(PC3)로부터의 출력 회전수(＝입력 회전수보다 낮은 감속 회전수)는, 출력축(OUT)에 그대로 전달되어, 제1속의 변속단이 달성된다.

(제2속의 변속단)

제2속(2nd)의 변속단에서는, 도 6의 빗금으로 나타내는 바와 같이, 주행시, 원웨이 클러치(OWC)와 제1 클러치(C1)와 제4 클러치(C4)가 동시 체결되고, 타행시, 제1 클러치(C1)와 제2 클러치(C2)와 제4 클러치(C4)가 동시 체결된다.

이 제4 클러치(C4)의 체결에 의해, 입력축(IN)과 제3 선 기어(S3)가 직결된다. 제1 클러치(C1)의 체결과 제2 클러치(C2)의 체결[또는, 원웨이 클러치(OWC)의 셀프 로크]과 제1, 제2 회전 멤버(M1, M2)와 제1 고정 멤버(F1)에 의해, 제1 유성 기어(PG1)의 3개의 회전 요소(S1, PC1, R1)와 제2 유성 기어(PG2)의 3개의 회전 요소(S2, PC2, R2)가 일체로 되어 트랜스미션 케이스(TC)에 고정되는 동시에, 제3 링 기어(R3)가 트랜스미션 케이스(TC)에 고정된다.

따라서, 제3 선 기어(S3)에 입력축(IN)을 경과하여 입력 회전수가 입력되면, 링 기어 고정의 제3 유성 기어(PG3)에 있어서, 입력 회전을 감속하여, 제3 캐리어(PC3)로부터 출력한다. 이 제3 캐리어(PC3)로부터의 출력 회전수(＝입력 회전수보다 낮고 제1속보다 높은 감속 회전수)는, 출력축(OUT)에 그대로 전달되어, 제2속의 변속단이 달성된다.

(제3속의 변속단)

제3속(3rd)의 변속단에서는, 도 7의 빗금으로 나타내는 바와 같이, 제1 클러치(C1)와 제4 클러치(C4)와 제5 클러치(C5)가 동시 체결된다.

이 제4 클러치(C4)의 체결에 의해, 입력축(IN)과 제3 선 기어(S3)가 직결된다. 제1 클러치(C1)의 체결과 제2 회전 멤버(M2)에 의해, 제1 선 기어(S1)와 제2 캐리어(PC2)와 제3 링 기어(R3)가 직결된다. 제5 클러치(C5)의 체결에 의해, 제2 링 기어(R2)와 제3 캐리어(PC3)가 직결된다.

따라서, 제3 선 기어(S3)에 입력축(IN)을 경과하여 입력 회전수가 입력되면, 제3 유성 기어(PG3)의 제3 캐리어(PC3)와 제3 링 기어(R3)는, 제2 유성 기어(PG2)의 제2 캐리어(PC2)와 제2 링 기어(R2)에 의해 구속을 받으면서 회전한다. 또한 이때, 제2 유성 기어(PG2)의 제2 선 기어(S2)와 제2 캐리어(PC2)는, 링 기어 고정의 제1 유성 기어(PG1)의 제1 선 기어(S1)와 제1 캐리어(PC1)에 의해 구속을 받으면서 회전한다. 이때의 구속 조건은, 제1 회전 멤버(M1)를 통해 제1 캐리어(PC1)와 제2 선 기어(S2)가 동일한 회전수를 유지하고, 또한 제1 클러치(C1)와 제2 회전 멤버(M2)를 통해 제1 선 기어(S1)와 제2 캐리어(PC2)와 제3 링 기어(R3)가 동일한 회전수를 유지하고, 또한 제5 클러치(C5)를 통해 제2 링 기어(R2)와 제3 캐리어(PC3)가 동일한 회전수를 유지한다고 하는 조건이다. 이 회전 구속 관계에 의해 제3 캐리어(PC3)의 회전수가 정해진다. 이 제3 캐리어(PC3)로부터의 출력 회전수(＝입력 회전수보다 낮고 제2속보다 높은 감속 회전수)는, 출력축(OUT)에 그대로 전달되어, 제3속의 변속단이 달성된다.

(제4속의 변속단)

제4속(4th)의 변속단에서는, 도 8의 빗금으로 나타내는 바와 같이, 제1 클러치(C1)와 제3 클러치(C3)와 제4 클러치(C4)가 동시 체결된다.

이 제3 클러치(C3)와 제4 클러치(C4)의 동시 체결에 의해, 입력축(IN)과 제2 링 기어(R2)와 제3 선 기어(S3)가 직결된다. 제1 클러치(C1)의 체결과 제2 회전 멤버(M2)에 의해, 제1 선 기어(S1)와 제2 캐리어(PC2)와 제3 링 기어(R3)가 직결된다.

따라서, 입력축(IN)이 입력 회전수에 의해 회전하면, 제2 링 기어(R2)와 제3 선 기어(S3)에 입력 회전수가 입력된다. 이때, 제2 유성 기어(PG2)의 제2 선 기어(S2)와 제2 캐리어(PC2)는, 링 기어 고정의 제1 유성 기어(PG1)의 제1 선 기어(S1)와 제1 캐리어(PC1)에 의해 구속을 받으면서 회전한다. 이때의 구속 조건은, 제1 회전 멤버(M1)를 통해 제1 캐리어(PC1)와 제2 선 기어(S2)가 동일한 회전수를 유지하고, 또한 제1 클러치(C1)와 제2 회전 멤버(M2)를 통해 제1 선 기어(S1)와 제2 캐리어(PC2)가 동일한 회전수를 유지한다고 하는 조건이다. 이 회전 구속 관계에 의해 정해진 제2 캐리어(PC2)의 회전은, 제1 클러치(C1)와 제2 회전 멤버(M2)를 통해 제3 링 기어(R3)에 그대로 입력된다. 이로 인해, 2 입력 1 출력의 제3 유성 기어(PG3)에 있어서, 제3 선 기어(S3)의 회전수(＝입력 회전수)와 제3 링 기어(R3)의 회전수가 규정됨으로써, 제3 캐리어(PC3)의 회전수가 정해진다. 이 제3 캐리어(PC3)로부터의 출력 회전수(＝입력 회전수보다 낮고 제3속보다 높은 감속 회전수)는, 출력축(OUT)에 그대로 전달되어, 제4속의 변속단이 달성된다.

(제5속의 변속단)

제5속(5th)의 변속단에서는, 도 9의 빗금으로 나타내는 바와 같이, 제1 클러치(C1)와 제4 클러치(C4)와 제6 클러치(C6)가 동시 체결된다.

이 제1 클러치(C1)와 제4 클러치(C4)와 제6 클러치(C6)의 동시 체결과 제2 회전 멤버(M2)에 의해, 제3 유성 기어(PG3)에 있어서 2개의 회전 요소(S3, R3)가 직결되어 제3 유성 기어(PG3)의 3개의 회전 요소(S3, PC3, R3)가 일체로 회전하는 상태로 되는 동시에, 입력축(IN)과 제1 선 기어(S1)와 제2 캐리어(PC2)와 제3 유성 기어(PG3)가 직결된다.

따라서, 입력축(IN)이 입력 회전수에 의해 회전하면, 제3 유성 기어(PG3)가 입력 회전수에 의해 일체로 회전한다. 이 제3 유성 기어(PG3)의 회전은, 제3 캐리어(PC3)로부터 출력된다. 이 제3 캐리어(PC3)로부터의 출력 회전수[＝입력축(IN)으로부터의 입력 회전수와 동일한 회전수]는, 출력축(OUT)에 그대로 전달되어, 변속비 1의 제5속의 변속단(직결 변속단)이 달성된다.

(제6속의 변속단)

제6속(6th)의 변속단에서는, 도 10의 빗금으로 나타내는 바와 같이, 제1 클러치(C1)와 제3 클러치(C3)와 제6 클러치(C6)가 동시 체결된다.

이 제1 클러치(C1)와 제6 클러치(C6)의 동시 체결과 제2 회전 멤버(M2)에 의해, 입력축(IN)과 제1 선 기어(S1)와 제2 캐리어(PC2)와 제3 링 기어(R3)가 직결된다. 제3 클러치(C3)의 체결에 의해, 제2 링 기어(R2)와 제3 선 기어(S3)가 직결된다.

따라서, 입력축(IN)이 입력 회전수에 의해 회전하면, 제1 선 기어(S1)와 제2 캐리어(PC2)와 제3 링 기어(R3)에 입력 회전수가 입력된다. 이때, 링 기어 고정의 제1 유성 기어(PG1)에 있어서, 입력 회전 방향에 대해 역방향의 회전을 제1 캐리어(PC1)로부터 출력한다. 이 제1 캐리어(PC1)의 회전은, 제1 회전 멤버(M1)를 통해 제2 선 기어(S2)에 그대로 입력된다. 이로 인해, 2 입력 1 출력의 제2 유성 기어(PG2)에 있어서, 제2 선 기어(S2)의 회전수와 제2 캐리어(PC2)의 회전수(＝입력 회전수)가 규정됨으로써, 제2 링 기어(R2)의 회전수가 정해진다. 이 제2 링 기어(R2)의 회전은, 제3 클러치(C3)를 통해 제3 선 기어(S3)에 그대로 입력된다. 이로 인해, 2 입력 1 출력의 제3 유성 기어(PG3)에 있어서, 제3 선 기어(S3)의 회전수와 제3 링 기어(R3)의 회전수(＝입력 회전수)가 규정됨으로써, 제3 캐리어(PC3)의 회전수가 정해진다. 이 제3 캐리어(PC3)로부터의 출력 회전수(＝입력 회전수보다 높은 증속 회전수)는, 출력축(OUT)에 그대로 전달되어, 제6속의 변속단이 달성된다.

(제7속의 변속단)

제7속(7th)의 변속단에서는, 도 11의 빗금으로 나타내는 바와 같이, 제1 클러치(C1)와 제5 클러치(C5)와 제6 클러치(C6)가 동시 체결된다.

이 제1 클러치(C1)와 제6 클러치(C6)의 동시 체결과 제2 회전 멤버(M2)에 의해, 입력축(IN)과 제1 선 기어(S1)와 제2 캐리어(PC2)와 제3 링 기어(R3)가 직결된다. 제5 클러치(C5)의 체결에 의해, 제2 링 기어(R2)와 제3 캐리어(PC3)가 직결된다.

따라서, 입력축(IN)이 입력 회전수에 의해 회전하면, 제1 선 기어(S1)와 제2 캐리어(PC2)와 제3 링 기어(R3)에 입력 회전수가 입력된다. 이때, 링 기어 고정의 제1 유성 기어(PG1)에 있어서, 입력 회전 방향에 대해 역방향의 회전을 제1 캐리어(PC1)로부터 출력한다. 이 제1 캐리어(PC1)의 회전은, 제1 회전 멤버(M1)를 통해 제2 선 기어(S2)에 그대로 입력된다. 이로 인해, 2 입력 1 출력의 제2 유성 기어(PG2)에 있어서, 제2 선 기어(S2)의 회전수와 제2 캐리어(PC2)의 회전수(＝입력 회전수)가 규정됨으로써, 제2 링 기어(R2)의 회전수가 정해진다. 이 제2 링 기어(R2)의 회전은, 제5 클러치(C5)를 통해 제3 캐리어(PC3)에 그대로 입력된다. 이 제3 캐리어(PC3)로부터의 출력 회전수(＝입력 회전수 및 제6속보다 높은 증속 회전수)는, 출력축(OUT)에 그대로 전달되어, 제7속의 변속단이 달성된다.

(제8속의 변속단)

제8속(8th)의 변속단에서는, 도 12의 빗금으로 나타내는 바와 같이, 제3 클러치(C3)와 제5 클러치(C5)와 제6 클러치(C6)가 동시 체결된다.

이 제6 클러치(C6)의 체결에 의해, 입력축(IN)과 제2 캐리어(PC2)가 직결된다. 제3 클러치(C3)와 제5 클러치(C5)의 동시 체결과 제2 회전 멤버(M2)에 의해, 제3 유성 기어(PG3)에 있어서 2개의 회전 요소(S3, PC3)가 직결되어 제3 유성 기어(PG3)의 3개의 회전 요소(S3, PC3, R3)가 일체로 회전하는 상태로 되는 동시에, 제1 선 기어(S1)와 제2 링 기어(R2)와 제3 유성 기어(PG3)가 직결된다.

따라서, 제2 캐리어(PC2)에 입력축(IN)을 경과하여 입력 회전수가 입력되면, 제2 유성 기어(PG2)의 제2 선 기어(S2)와 제2 링 기어(R2) 및 제3 유성 기어(PG3)는, 링 기어 고정의 제1 유성 기어(PG1)의 제1 선 기어(S1)와 제1 캐리어(PC1)에 의해 구속을 받으면서 회전한다. 이때의 구속 조건은, 제1 회전 멤버(M1)를 통해 제1 캐리어(PC1)와 제2 선 기어(S2)가 동일한 회전수를 유지하고, 또한 제3 클러치(C3), 제5 클러치(C5), 제2 회전 멤버(M2)를 통해 제1 선 기어(S1)와 제2 링 기어(R2)와 제3 유성 기어(PG3)가 동일한 회전수를 유지한다고 하는 조건이다. 이 회전 구속 관계에 의해 정해진 제3 유성 기어(PG3)의 회전은, 제3 캐리어(PC3)로부터 출력된다. 이 제3 캐리어(PC3)로부터의 출력 회전수(＝입력 회전수 및 제7속보다 높은 증속 회전수)가, 출력축(OUT)에 그대로 전달되어, 제8속의 변속단이 달성된다.

(제9속의 변속단)

제9속(9th)의 변속단에서는, 도 13의 빗금으로 나타내는 바와 같이, 제4 클러치(C4)와 제5 클러치(C5)와 제6 클러치(C6)가 동시 체결된다.

이 제4 클러치(C4)와 제6 클러치(C6)의 동시 체결에 의해, 입력축(IN)과 제2 캐리어(PC2)와 제3 선 기어(S3)가 직결된다. 제5 클러치(C5)의 체결에 의해, 제2 링 기어(R2)와 제3 캐리어(PC3)가 직결된다.

따라서, 입력축(IN)이 입력 회전수에 의해 회전하면, 제2 캐리어(PC2)와 제3 선 기어(S3)에 입력 회전수가 입력된다. 이때, 제2 유성 기어(PG2)의 제2 선 기어(S2)와 제3 유성 기어(PG3)의 제3 링 기어(R3)는, 링 기어 고정의 제1 유성 기어(PG1)의 제1 선 기어(S1)와 제1 캐리어(PC1)에 의해 구속을 받으면서 회전한다. 이때의 구속 조건은, 제1 회전 멤버(M1)를 통해 제1 캐리어(PC1)와 제2 선 기어(S2)가 동일한 회전수를 유지하고, 또한 제2 회전 멤버(M2)를 통해 제1 선 기어(S1)와 제3 링 기어(R3)가 동일한 회전수를 유지한다고 하는 조건이다. 이 회전 구속 관계에 의해 제3 링 기어(R3)의 회전수가 정해지면, 2 입력 1 출력의 제3 유성 기어(PG3)에 있어서, 제3 선 기어(S3)의 회전수(＝입력 회전수)와 제3 링 기어(R3)의 회전수가 규정됨으로써, 제3 캐리어(PC3)의 회전수가 정해진다. 이 제3 캐리어(PC3)로부터의 출력 회전수(＝입력 회전수 및 제8속보다 높은 증속 회전수)는, 출력축(OUT)에 그대로 전달되어, 제9속의 변속단이 달성된다.

(후진속의 변속단)

후진속(Rev)의 변속단에서는, 도 14의 빗금으로 나타내는 바와 같이, 주행시, 원웨이 클러치(OWC)와 제4 클러치(C4)와 제6 클러치(C6)가 동시 체결되고, 타행시, 제2 클러치(C2)와 제4 클러치(C4)와 제6 클러치(C6)가 동시 체결된다.

이 제2 클러치(C2)의 체결[또는, 원웨이 클러치(OWC)의 셀프 로크]과 제4 클러치(C4)의 체결과 제6 클러치(C6)의 체결과 제1 회전 멤버(M1)에 의해, 제2 유성 기어(PG2)에 있어서 2개의 회전 요소(S2, PC2)가 직결되어 제2 유성 기어(PG2)의 3개의 회전 요소(S2, PC2, R2)가 일체로 회전하는 상태로 되는 동시에, 입력축(IN)과 제1 캐리어(PC1)와 제2 유성 기어(PG2)와 제3 선 기어(S3)가 직결된다.

따라서, 입력축(IN)이 입력 회전수에 의해 회전하면, 제1 캐리어(PC1)와 제3 선 기어(S3)에 입력 회전수가 입력되는 동시에, 제2 유성 기어(PG2)가 입력 회전수에 의해 일체로 회전한다. 이로 인해, 링 기어 고정의 제1 유성 기어(PG1)에 있어서, 입력 회전 방향에 대해 역방향의 회전을 제1 선 기어(S1)로부터 출력한다. 이 제1 선 기어(S1)의 회전은, 제2 회전 멤버(M2)를 통해 제3 링 기어(R3)에 그대로 입력된다. 이로 인해, 2 입력 1 출력의 제3 유성 기어(PG3)에 있어서, 제3 선 기어(S3)의 회전수(＝입력 회전수)와 제3 링 기어(R3)의 회전수가 규정됨으로써, 제3 캐리어(PC3)의 회전수가 정해진다. 이 제3 캐리어(PC3)로부터의 출력 회전수(＝입력 회전수와는 역방향이며 입력 회전수보다 약간 높은 회전수)는, 출력축(OUT)에 그대로 전달되어, 후진속의 변속단이 달성된다.

[종래 기술과의 대비에 의한 유리성]

도 15는, 종래예의 자동 변속기를 도시하는 골격도이다. 도 16은 종래예의 자동 변속기에 있어서 6개의 마찰 요소 중 2개의 동시 체결의 조합에 의해 전진 8속 및 후진 2속을 달성하는 체결 작동표를 나타내는 도면이다. 도 17은, 종래의 자동 변속기에 있어서 전진 8속의 각 변속단에서의 기어 맞물림 횟수표를 나타내는 도면이다. 도 18은, 종래예의 자동 변속기에 있어서의 각 마찰 요소의 최대 토크 분담비표를 나타내는 도면이다. 이하, 도 15 내지 도 18을 사용하여, 종래 기술과의 대비에 의한 제1 실시예의 자동 변속기의 유리성을 설명한다.

우선, 제1 실시예의 자동 변속기(도 1 내지 도 4)와 종래예의 자동 변속기(도 15 내지 도 18)를 대비하면, 하기에 열거하는 점에 대해, 성능은 동등하다고 할 수 있다.

(기본 구성)

종래예의 자동 변속기와 제1 실시예의 자동 변속기는, 모두 3유성·6마찰 요소에 의해 적어도 전진 8속 및 후진 1속의 변속단을 달성한다.

(변속 제어 성능)

종래예의 자동 변속기와 제1 실시예의 자동 변속기는, 모두 인접하는 변속단으로의 변속 및 1단 건너뛴 변속단으로의 변속을, 1개의 마찰 요소의 해방과 1개의 마찰 요소의 체결이라고 하는 1중 전환 변속에 의해 달성된다.

(잇수비)

종래예의 자동 변속기와 제1 실시예의 자동 변속기는, 모두 제1 유성 기어(PG1)와 제2 유성 기어(PG2)와 제3 유성 기어(PG3)의 잇수비(ρ1, ρ2, ρ3)의 절대치를 0.3 내지 0.65의 범위 내로 설정하고 있다.

한편, 하기에 열거하는 「(a) 각 변속단에서의 마찰 손실」「(b) 변속 성능」「(c) 3 유성 기어」「(d) 기어비 폭」「(e) 후진 동력 성능」「(f) 유닛 레이아웃」「(g) 마찰 요소」「(h) 변속 빈도」에서, 제1 실시예의 자동 변속기는, 종래예의 자동 변속기에 비해 유리성을 갖는다.

(a) 각 변속단에서의 마찰 손실

마찰 요소를 체결하여 각 변속단을 얻는 경우, 공회전하는 마찰 요소(해방 요소)에서 발생하는 오일 드래그 등에 의해 마찰 손실을 피할 수 없지만, 자동 변속기로서는, 마찰 손실이 적을수록 바람직한 것으로 된다.

종래예의 자동 변속기의 경우, 전진 8속의 각 변속단을 달성하기 위해, 도 16에 나타내는 바와 같이, 각 변속단에서 마찰 요소를 2개 동시 체결하도록 하고 있다. 이로 인해, 예를 들어 제1속단에서 공회전하는 마찰 요소는, 제2 클러치(C2)와 제3 클러치(C3)와 제4 클러치(C4)와 제1 브레이크(B1)라고 하는 것과 같이, 각 변속단에 있어서 공회전하는 마찰 요소는 4개로 된다. 이로 인해, 공회전하는 4개의 마찰 요소에서의 오일 드래그 등에 의한 마찰 손실이 커져, 구동 에너지의 전달 효율의 악화를 초래한다. 즉, 예를 들어 엔진 차량에 종래예의 자동 변속기를 적용하는 경우, 공회전하는 4개의 마찰 요소에 의한 마찰 손실이 연비 성능의 악화를 초래하는 한 요인으로 된다.

이에 대해, 제1 실시예의 자동 변속기의 경우, 전진 9속의 각 변속단을 달성하기 위해, 도 2에 나타내는 바와 같이, 각 변속단에서 마찰 요소를 3개 동시 체결하도록 하고 있다. 이로 인해, 예를 들어 제1속단에서 공회전하는 마찰 요소는, 제1 클러치(C1)와 제3 클러치(C3)와 제6 클러치(C6)라고 하는 것과 같이, 각 변속단에 있어서 공회전하는 마찰 요소는 3개로 된다. 따라서, 종래예에 비해, 공회전하는 마찰 요소에서의 마찰 손실이 작게 억제되어, 구동 에너지의 전달 효율의 향상을 도모할 수 있다. 즉, 예를 들어 엔진 차량에 제1 실시예의 자동 변속기를 적용하는 경우, 연비 성능의 향상이 도모된다.

(b) 변속 성능

종래예의 자동 변속기의 경우, 3유성·6마찰 요소에 의해 전진 8속의 변속단을 달성하고 있는 것에 대해, 제1 실시예의 자동 변속기의 경우, 3유성·6마찰 요소에 의해 전진 9속을 달성하고 있다.

이로 인해, 기어비의 선택지가 넓어져, 차량의 상황을 따른 구동력을 출력할 수 있으므로, 연비를 향상시킬 수 있다. 또한, 변속단수가 증가함으로써, 단간비(段間比)의 간격이 작아져, 단간의 구동력 단차나 변속 쇼크를 억제할 수 있다.

(c) 3유성 기어

자동 변속기에 사용하는 유성 기어를 선택하는 경우, 선택지로서, 싱글 피니언형 유성 기어와 더블 피니언형 유성 기어가 있지만, 기어의 전달 효율 등의 관점에서 더블 피니언형 유성 기어보다도 싱글 피니언형 유성 기어의 선택이 바람직하다고 되어 있다.

종래예의 자동 변속기는, 도 15에 도시하는 바와 같이, 더블 피니언형 유성 기어와, 라비뇨 타입 유성 기어 유닛(더블 피니언형 유성 기어 1개와 싱글 피니언형 유성 기어 1개)을 사용하고 있다. 즉, 실질적으로 더블 피니언형 유성 기어를 2개 사용하고 있으므로, 피니언의 기어 직경이 작아져 내구 신뢰성이 저하되고, 부품 개수가 많아져 비용이 높아진다고 하는 문제가 있다.

이에 대해, 제1 실시예의 자동 변속기의 경우, 싱글 피니언에 의한 제2 유성 기어(PG2), 제3 유성 기어(PG3)와, 더블 피니언에 의한 제1 유성 기어(PG1)를 사용하고 있다. 즉, 2개의 더블 피니언형 유성 기어를 사용하는 종래예와 달리, 더블 피니언형 유성 기어는 1개밖에 사용하고 있지 않다. 이로 인해, 2개의 더블 피니언형 유성 기어를 사용하는 종래예에 비해, 하기의 항목에서 유리해진다.

제1 실시예의 자동 변속기의 경우, 피니언의 기어 직경이 커지므로, 내구 신뢰성이 향상된다. 즉, 싱글 피니언형 유성 기어의 경우, 선 기어와 링 기어 사이에, 양 기어의 간격을 기어 직경으로 하는 싱글 피니언이 배치된다. 한편, 더블 피니언형 유성 기어의 경우, 더블 피니언의 기어 직경은 양 기어의 간격보다 작은 직경으로 할 필요가 있다. 이와 같이, 싱글 피니언의 경우, 더블 피니언에 비해 피니언의 기어 직경이 커지므로, 피니언의 강성이나 치면(齒面) 강도를 높일 수 있어, 내구 신뢰성이 향상된다.

제1 실시예의 자동 변속기의 경우, 부품 개수가 적어져, 비용적으로 유리해진다. 예를 들어, 더블 피니언형 유성 기어의 경우, 4세트의 더블 피니언을 선 기어의 주위에 배치하면 피니언의 수는 8개로 된다. 이에 대해, 싱글 피니언형 유성 기어의 경우, 선 기어의 주위에 4개의 피니언을 배치하면 되어, 부품 개수가 4개 감소한다. 이 결과, 비용 절감을 달성할 수 있다.

또한, 제1 실시예의 자동 변속기의 경우, 기어 맞물림 횟수가 종래예의 자동 변속기와 거의 동등하여, 기어의 전달 효율의 저하나, 기어 노이즈의 증가를 억제할 수 있다. 즉, 제1 실시예의 경우에는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 평균 맞물림수는 5.00으로 된다. 이에 대해, 종래예의 자동 변속기에서는, 도 17에 나타내는 바와 같이, 평균 맞물림수가 4.75이다. 이 결과, 평균 맞물림 횟수는 거의 동등하여, 기어의 전달 효율의 저하를 방지하고, 기어 노이즈의 증가를 억제할 수 있다.

(d) 기어비 폭

자동 변속기의 기어비의 변경 폭은, 비율 범위(＝최저 변속단 기어비/최고 변속단 기어비 : 이하,「RC」라 함)에 의해 나타내어진다. 이 RC값은, 큰 값일수록 기어비의 변경 폭이 넓은 것을 의미하고, 기어비의 설정 자유도가 높아짐으로써 바람직하다고 되어 있다.

종래예의 자동 변속기의 경우, 도 16에 나타내는 바와 같이, 더블 피니언형 유성 기어의 잇수비를 ρ1＝-0.375, 라비뇨 타입 유성 기어 유닛의 잇수비를 ρ2＝0.500, ρ3＝-0.375로 한 경우, RC＝6.397(＝4.267/0.667)이다. 이에 대해, 제1 실시예의 자동 변속기에 있어서, 도 2에 나타내는 바와 같이, 제1 유성 기어(PG1)의 잇수비를 ρ1＝-0.493, 제2 유성 기어(PG2)의 잇수비를 ρ2＝0.658, 제3 유성 기어(PG3)의 잇수비를 ρ3＝0.327로 한 경우, 인접하는 변속단에서의 적정한 단간비를 유지하면서, RC＝9.637(＝4.086/0.424)을 얻고 있다.

즉, 적정한 단간비를 유지하면서도, RC값을 종래예 이상의 값으로 할 수 있어, 최저 변속단 기어비에서의 발진 성능과 최고 변속단 기어비에서의 고속 연비의 양립을 확보할 수 있다. 여기서, 「적정한 단간비」라 함은, 각 변속단에서의 단간비를 플롯하고, 플롯한 각 점을 선에 의해 연결한 특성을 그린 경우, 로우 기어측으로부터 하이 기어측을 향해 매끄러운 구배로 저하된 후, 보합 상태로 추이하는 특성선을 그릴 수 있는 것을 말한다.

그리고 실제로 구동륜으로 전달되는 회전수는, 자동 변속기의 하류 위치에 설치한 종감속기의 파이널 기어비에 의해 조정된다. 따라서, RC값이 큰 값일수록 파이널 기어비에 의한 조정 자유도가 높아져, 예를 들어 보다 로우측으로 조정함으로써, 토크 컨버터를 갖지 않는 하이브리드 차량의 자동 변속기에의 대응이 유리해진다. 또한, 최적 연비 영역이나 최고 토크 영역이 다른 가솔린 엔진과 디젤 엔진에의 대응도 유리해진다. 즉, 엔진 차량의 경우, 발진 구동력의 유지와 연비 향상(고속시의 엔진 회전수의 저회전화)을 양립할 수 있다.

(e) 후진 동력 성능

1속 기어비와 후진 기어비는, 발진 가속성과 오르막 주행 성능을 결정짓는 값이며, 예를 들어 1속 기어비와 후진 기어비의 비가 1 근방에 있지 않은 경우, 전후진의 전환시에 구동력차가 발생한다. 또한, 후진 기어비가 1속 기어비보다 낮으면, 전진 발진시의 구동력보다도 후진 발진시의 구동력이 낮아져, 후진 발진성이 떨어져 버린다.

종래예의 자동 변속기의 경우, 도 16에 나타내는 바와 같이, Rev1/1st＝0.750이고, Rev2/1st＝0.469이다. 따라서, Rev1/1st의 경우, 즉 후진 1속(Rev1)을 선택한 경우에는 후진시의 구동력 부족을 방지할 수 있는 레벨은 유지할 수 있지만, 후진 2속(Rev2)을 선택한 경우에는, 1속 기어비와 후진 기어비의 비가 1보다도 대폭 낮은 값이므로, 전후진의 전환시에 구동력차가 발생하여, 후진 발진성이 떨어져 버릴 우려가 있다.

이에 대해, 제1 실시예의 자동 변속기의 경우, 도 2에 나타내는 바와 같이, Rev/1st＝1.090으로, 1속 기어비와 후진 기어비의 비가 종래예의 후진 1속보다도 1 근방에 있다. 이로 인해, 종래예의 자동 변속기와 같이 전후진의 전환시에 구동력차가 발생하는 일은 없고, 후진 발진성이 떨어져 버리는 일도 없다. 즉, 발진 가속성과 오르막 주행 성능을 손상시키는 일 없이 동작시킬 수 있다.

(f) 유닛 레이아웃

종래예의 자동 변속기에서는, 도 18에 나타내는 바와 같이, 각 마찰 요소[제1 클러치(C1) 내지 제2 브레이크(B2)]의 최대 토크 분담비 중, 가장 큰 것이 제2 브레이크(B2)의 4.800으로 되어 있다. 이에 대해, 제1 실시예의 자동 변속기의 각 마찰 요소[제1 클러치(C1) 내지 제6 클러치(C6)]의 최대 토크 분담비는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 가장 큰 것이라도 제2 클러치(C2)와 제6 클러치(C6)의 2.77이다. 이로 인해, 마찰 요소에 있어서의 마찰 플레이트의 수가 적어지게 되어, 저비용으로 제조할 수 있는 데 더하여, 각 마찰 요소[제1 클러치(C1) 내지 제6 클러치(C6)]의 각각의 사이즈 확대를 억제할 수 있어, 유닛 레이아웃의 확대 방지를 도모할 수 있다.

그리고 유닛 레이아웃의 확대를 방지함으로써, 트랜스미션 케이스(TC)의 콤팩트화를 달성할 수 있어, 자동 변속기의 유닛 소형화나 유닛 경량화 및 비용 저감에 크게 기여한다.

(g) 마찰 요소

자동 변속기의 마찰 요소에는, 유성 기어의 3개의 회전 요소 중 2개의 회전하고 있는 요소를 체결하거나, 해방하는 클러치 요소와, 하나의 요소의 회전을 정지시키거나, 해방하는 브레이크 요소가 있다. 여기서, 브레이크 요소는, 회전 요소와 트랜스미션 케이스 등의 회전하지 않는 부재 사이에 설치하므로, 이른바 드리븐 플레이트가 항상 정지하고 있는 상태로 되어 있다. 이로 인해, 이 브레이크 요소에서는, 마찰 플레이트 사이에 들어간 오일이 원심력에 의해 배출되기 어려워, 공회전 상태일 때에 발생하는 드래그 저항(오일의 전단 저항)에 의한 마찰 손실이 클러치 요소보다도 커져 버린다. 따라서, 연비 성능의 관점에서는, 브레이크 요소로 되는 마찰 요소는 적은 쪽이 바람직하다고 되어 있다.

종래예의 자동 변속기의 경우, 6개의 마찰 요소 중 2개가 브레이크 요소이며, 이 2개의 브레이크 요소는, 모든 변속단에 있어서 적어도 한쪽이 공회전하고 있고, 제3속 내지 제7속 사이는 양쪽 모두 공회전하고 있다. 그로 인해, 공회전하는 브레이크 요소에 의한 마찰 손실이 커, 연비 성능의 저하를 초래하고 있다.

이에 대해, 제1 실시예의 자동 변속기의 경우, 6개의 마찰 요소 전부가 오일 배출성이 좋은 클러치 요소로 구성되어 있다. 이로 인해, 마찰 요소 공회전시, 즉 클러치 해방시에 있어서의 마찰 손실이 낮아져, 연비 성능의 저하를 억제할 수 있다.

또한, 클러치 요소는, 트랜스미션 케이스 등의 회전하지 않는 부재에 고정할 필요가 없으므로, 마찰 요소의 레이아웃의 자유도를 향상시킬 수 있다.

(h) 변속 빈도

종래예의 자동 변속기는, 도 16에 나타내는 바와 같이, 제6속을 직결단으로 하고, 제1속 내지 제5속을 언더 드라이브 변속단으로서 설정하고 있다. 따라서, 언더 드라이브측에서의 변속 간격이 작아져, 예를 들어 정지와 발진 주행을 반복하는 시가지 주행 등에 있어서, 변속 빈도가 높은 비지 시프트로 된다. 그리고 엔진 차량의 경우, 언더 드라이브측에서의 엔진 회전수의 상승이 빠르므로, 비지 시프트에 의해 승차감이 악화된다.

이에 대해, 제1 실시예의 자동 변속기는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 제5속을 직결단으로 하고, 제1 내지 제4속을 언더 드라이브 변속단으로 하고 있다. 따라서, 언더 드라이브측에서의 변속 간격이 종래예에 비해 넓어지므로, 예를 들어 정지와 발진 주행을 반복하는 시가지 주행 등이라도 비지 시프트가 억제되어, 승차감의 악화를 방지할 수 있다.

다음에, 효과를 설명한다.

제1 실시예의 자동 변속기에 있어서는, 하기에 열거하는 효과를 얻을 수 있다.

(1) 제1 선 기어(S1)와, 제1 링 기어(R1)와, 상기 제1 선 기어(S1)와 상기 제1 링 기어(R1)에 맞물리는 제1 더블 피니언(P1s, P1r)을 지지하는 제1 캐리어(PC1)로 이루어지는 제1 유성 기어(PG1)와, 제2 선 기어(S2)와, 제2 링 기어(R2)와, 상기 제2 선 기어(S2)와 상기 제2 링 기어(R2)에 맞물리는 제2 싱글 피니언(P2)을 지지하는 제2 캐리어(PC2)로 이루어지는 제2 유성 기어(PG2)와, 제3 선 기어(S3)와, 제3 링 기어(R3)와, 상기 제3 선 기어(S3)와 상기 제3 링 기어(R3)에 맞물리는 제3 싱글 피니언(P3)을 지지하는 제3 캐리어(PC3)로 이루어지는 제3 유성 기어(PG3)와, 6개의 마찰 요소를 구비하고, 상기 6개의 마찰 요소를 적절하게 체결 해방함으로써 적어도 전진 8속의 변속단으로 변속하여 입력축(IN)으로부터의 토크를 출력축(OUT)으로 출력 가능한 자동 변속기에 있어서, 상기 출력축(OUT)은, 상기 제3 캐리어(PC3)에 상시 연결되어 있고, 상기 제1 링 기어(R1)는, 상시 고정되어 제1 고정 멤버(F1)를 구성하고 있고, 상기 제1 캐리어(PC1)와 상기 제2 선 기어(S2)는, 상시 연결되어 제1 회전 멤버(M1)를 구성하고 있고, 상기 제1 선 기어(S1)와 상기 제3 링 기어(R3)는, 상시 체결되어 제2 회전 멤버(M2)를 구성하고 있고, 상기 6개의 마찰 요소는, 상기 제2 캐리어(PC2)와 상기 제2 회전 멤버(M2) 사이를 선택적으로 연결하는 제1 마찰 요소[제1 클러치(C1)]와, 상기 제2 캐리어(PC2)와 상기 제1 회전 멤버(M1) 사이를 선택적으로 연결하는 제2 마찰 요소[제2 클러치(C2)]와, 상기 제2 링 기어(R2)와 상기 제3 선 기어(S3) 사이를 선택적으로 연결하는 제3 마찰 요소[제3 클러치(C3)]와, 상기 입력축(IN)과 상기 제3 선 기어(S3) 사이를 선택적으로 연결하는 제4 마찰 요소[제4 클러치(C4)]와, 상기 제2 링 기어(R2)와 상기 제3 캐리어(PC3) 사이를 선택적으로 연결하는 제5 마찰 요소[제5 클러치(C5)]와, 상기 입력축(IN)과 상기 제2 캐리어(PC2) 사이를 선택적으로 연결하는 제6 마찰 요소[제6 클러치(C6)]에 의해 구성되고, 상기 6개의 마찰 요소 중, 3개의 동시 체결의 조합에 의해, 적어도 전진 8속 및 후진 1속을 달성하는 구성으로 하였다.

이로 인해, 3유성 6마찰 요소에 의해 전진 8속 이상을 달성하면서, 각 변속단에서 발생하는 마찰 손실을 억제함으로써, 구동 에너지의 전달 효율의 향상을 도모할 수 있다.

(2) 상기 6개의 마찰 요소 중, 3개의 동시 체결의 조합에 의한 전진 9속은, 상기 제2 마찰 요소[제2 클러치(C2)]와 상기 제4 마찰 요소[제4 클러치(C4)]와 상기 제5 마찰 요소[제5 클러치(C5)]의 동시 체결에 의해 달성되는 제1속과, 상기 제1 마찰 요소[제1 클러치(C1)]와 상기 제2 마찰 요소[제2 클러치(C2)]와 상기 제4 마찰 요소[제4 클러치(C4)]의 동시 체결에 의해 달성되는 제2속과, 상기 제1 마찰 요소[제1 클러치(C1)]와 상기 제4 마찰 요소[제4 클러치(C4)]와 상기 제5 마찰 요소[제5 클러치(C5)]의 동시 체결에 의해 달성되는 제3속과, 상기 제1 마찰 요소[제1 클러치(C1)]와 상기 제3 마찰 요소[제3 클러치(C3)]와 상기 제4 마찰 요소[제4 클러치(C4)]의 동시 체결에 의해 달성되는 제4속과, 상기 제1 마찰 요소[제1 클러치(C1)]와 상기 제4 마찰 요소[제4 클러치(C4)]와 상기 제6 마찰 요소[제6 클러치(C6)]의 동시 체결에 의해 달성되는 제5속과, 상기 제1 마찰 요소[제1 클러치(C1)]와 상기 제3 마찰 요소[제3 클러치(C3)]와 상기 제6 마찰 요소[제6 클러치(C6)]의 동시 체결에 의해 달성되는 제6속과, 상기 제1 마찰 요소[제1 클러치(C1)]와 상기 제5 마찰 요소[제5 클러치(C5)]와 상기 제6 마찰 요소[제6 클러치(C6)]의 동시 체결에 의해 달성되는 제7속과, 상기 제3 마찰 요소[제3 클러치(C3)]와 상기 제5 마찰 요소[제5 클러치(C5)]와 상기 제6 마찰 요소[제6 클러치(C6)]의 동시 체결에 의해 달성되는 제8속과, 상기 제4 마찰 요소[제4 클러치(C4)]와 상기 제5 마찰 요소[제5 클러치(C5)]와 상기 제6 마찰 요소[제6 클러치(C6)]의 동시 체결에 의해 달성되는 제9속으로 이루어지는 구성으로 하였다.

이로 인해, 기어비의 선택지가 넓어져, 차량의 상황을 따른 구동력을 출력할 수 있어 연비를 향상시킬 수 있다. 또한, 변속단수가 증가함으로써, 단간비의 간격이 작아져, 단간의 구동력 단차나 변속 쇼크를 억제할 수 있다. 덧붙여, 적정한 단간비를 유지하면서도 RC값을, 최저 변속단 기어비에서의 발진 성능과 최고 변속단 기어비에서의 고속 연비의 양립을 도모하는 요구값에 도달하는 설정으로 할 수 있다. 또한, 언더 드라이브측에서의 변속 간격이 넓어져, 비지 시프트가 억제되어 승차감의 악화를 방지할 수 있다. 또한, 6개의 마찰 요소 전부가 클러치 요소로 구성되어, 마찰 요소 공회전시에 있어서의 마찰 손실을 억제할 수 있는 데 더하여, 내구 신뢰성ㆍ비용ㆍ유닛 레이아웃의 면에서 유리하게 할 수 있다.

(3) 상기 6개의 마찰 요소 중, 3개의 동시 체결의 조합에 의해 달성되는 후진 1속은, 상기 제2 마찰 요소[제2 클러치(C2)]와 상기 제4 마찰 요소[제4 클러치(C4)]와 상기 제6 마찰 요소[제6 클러치(C6)]의 동시 체결에 의해 달성되는 구성으로 하였다. 이로 인해, 적절한 RC값 및 단간비를 달성하는 잇수비를 선택해도, 후진 기어비 평가값(＝후진 기어비/1속 기어비)을 1 근방의 값으로 할 수 있고, 이 결과, 전후진의 전환시에 구동력차가 발생하는 것을 방지할 수 있어, 발진 가속성과 오르막 주행 성능을 손상시키는 일 없이 동작시킬 수 있다.

이상, 본 발명의 자동 변속기를 제1 실시예에 기초하여 설명해 왔지만, 구체적인 구성에 대해서는, 이 제1 실시예에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위의 각 청구항에 관한 발명의 요지를 일탈하지 않는 한, 설계의 변경이나 추가 등은 허용된다.

제1 실시예에서는, 제1 유성 기어(PG1)의 잇수비(ρ1)와, 제2 유성 기어(PG2)의 잇수비(ρ2)와, 제3 유성 기어(PG3)의 잇수비(ρ3)를, 각각에 대해 적합한 값으로 설정하는 예를 나타냈다. 그러나 각 유성 기어(PG1, PG2, PG3)의 잇수비(ρ1, ρ2, ρ3)는, 잇수비 설정이 가능한 범위 내의 값이며, RC값이 높은 기어비나 적절한 단간비를 얻도록 설정한 것이면, 구체적인 값은, 제1 실시예의 값에 한정되는 것은 아니다.

제1 실시예에서는, 입출력축을 동축 배치로 하는 FR 엔진 차량에 적용되는 자동 변속기의 예를 나타냈지만, FR 엔진 차량에 한정되지 않고, FF 엔진 차량이나, 하이브리드 차량이나 전기 자동차나 연료 전지차 등의 다양한 차량의 자동 변속기로서도 적용할 수 있다. 또한, 동력원으로서 엔진 회전수 폭이 가솔린 엔진보다도 좁고, 동일 배기량으로 비교한 경우에 토크가 낮은 디젤 엔진을 동력원으로서 탑재한 차량의 변속기로서도 적용할 수 있다.

PG1 : 제1 유성 기어
S1 : 제1 선 기어
PC1 : 제1 캐리어
R1 : 제1 링 기어
PG2 : 제2 유성 기어
S2 : 제2 선 기어
PC2 : 제2 캐리어
R2 : 제2 링 기어
PG3 : 제3 유성 기어
S3 : 제3 선 기어
PC3 : 제3 캐리어
R3 : 제3 링 기어
IN : 입력축
OUT : 출력축
F1 : 제1 고정 멤버
M1 : 제1 회전 멤버
M2 : 제2 회전 멤버
C1 : 제1 클러치(제1 마찰 요소)
C2 : 제2 클러치(제2 마찰 요소)
C3 : 제3 클러치(제3 마찰 요소)
C4 : 제4 클러치(제4 마찰 요소)
C5 : 제5 클러치(제5 마찰 요소)
C6 : 제6 클러치(제6 마찰 요소)
TC : 트랜스미션 케이스

Claims

제1 선 기어와, 제1 링 기어와, 상기 제1 선 기어와 상기 제1 링 기어에 맞물리는 제1 더블 피니언을 지지하는 제1 캐리어로 이루어지는 제1 유성 기어와,
제2 선 기어와, 제2 링 기어와, 상기 제2 선 기어와 상기 제2 링 기어에 맞물리는 제2 싱글 피니언을 지지하는 제2 캐리어로 이루어지는 제2 유성 기어와,
제3 선 기어와, 제3 링 기어와, 상기 제3 선 기어와 상기 제3 링 기어에 맞물리는 제3 싱글 피니언을 지지하는 제3 캐리어로 이루어지는 제3 유성 기어와,
6개의 마찰 요소를 구비하고,
상기 6개의 마찰 요소를 적절하게 체결 해방함으로써 적어도 전진 8속의 변속단으로 변속하여 입력축으로부터의 토크를 출력축으로 출력 가능한 자동 변속기에 있어서,
상기 출력축은, 상기 제3 캐리어에 상시 연결되어 있고,
상기 제1 링 기어는, 상시 고정되어 제1 고정 멤버를 구성하고 있고,
상기 제1 캐리어와 상기 제2 선 기어는, 상시 연결되어 제1 회전 멤버를 구성하고 있고,
상기 제1 선 기어와 상기 제3 링 기어는, 상시 체결되어 제2 회전 멤버를 구성하고 있고,
상기 6개의 마찰 요소는,
상기 제2 캐리어와 상기 제2 회전 멤버 사이를 선택적으로 연결하는 제1 마찰 요소와,
상기 제2 캐리어와 상기 제1 회전 멤버 사이를 선택적으로 연결하는 제2 마찰 요소와,
상기 제2 링 기어와 상기 제3 선 기어 사이를 선택적으로 연결하는 제3 마찰 요소와,
상기 입력축과 상기 제3 선 기어 사이를 선택적으로 연결하는 제4 마찰 요소와,
상기 제2 링 기어와 상기 제3 캐리어 사이를 선택적으로 연결하는 제5 마찰 요소와,
상기 입력축과 상기 제2 캐리어 사이를 선택적으로 연결하는 제6 마찰 요소에 의해 구성되고,
상기 6개의 마찰 요소 중, 3개의 동시 체결의 조합에 의해, 적어도 전진 8속 및 후진 1속을 달성하는 것을 특징으로 하는, 자동 변속기.
제1항에 있어서, 상기 6개의 마찰 요소 중, 3개의 동시 체결의 조합에 의한 전진 9속은,
상기 제2 마찰 요소와 상기 제4 마찰 요소와 상기 제5 마찰 요소의 동시 체결에 의해 달성되는 제1속과,
상기 제1 마찰 요소와 상기 제2 마찰 요소와 상기 제4 마찰 요소의 동시 체결에 의해 달성되는 제2속과,
상기 제1 마찰 요소와 상기 제4 마찰 요소와 상기 제5 마찰 요소의 동시 체결에 의해 달성되는 제3속과,
상기 제1 마찰 요소와 상기 제3 마찰 요소와 상기 제4 마찰 요소의 동시 체결에 의해 달성되는 제4속과,
상기 제1 마찰 요소와 상기 제4 마찰 요소와 상기 제6 마찰 요소의 동시 체결에 의해 달성되는 제5속과,
상기 제1 마찰 요소와 상기 제3 마찰 요소와 상기 제6 마찰 요소의 동시 체결에 의해 달성되는 제6속과,
상기 제1 마찰 요소와 상기 제5 마찰 요소와 상기 제6 마찰 요소의 동시 체결에 의해 달성되는 제7속과,
상기 제3 마찰 요소와 상기 제5 마찰 요소와 상기 제6 마찰 요소의 동시 체결에 의해 달성되는 제8속과,
상기 제4 마찰 요소와 상기 제5 마찰 요소와 상기 제6 마찰 요소의 동시 체결에 의해 달성되는 제9속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 자동 변속기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 6개의 마찰 요소 중, 3개의 동시 체결의 조합에 의해 달성되는 후진 1속은, 상기 제2 마찰 요소와 상기 제4 마찰 요소와 상기 제6 마찰 요소의 동시 체결에 의해 달성되는 것을 특징으로 하는, 자동 변속기.