KR20130116998A - 자동화 수동 변속기 - Google Patents

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KR20130116998A
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clutch
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engine
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김세철
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Abstract

본 발명은 자동화 수동변속기에 관한 것으로, 엔진과 연결되어 엔진에 의하여 구동되는 토크 컨버터의 터빈에 연결되는 제1변속 기어부(10), 보조 입력 기어부(30)가 구비되고, 상기 토크 컨버터의 임펠러에 연결되는 제2변속 기어부(20), 보조 입력 기어부(30)가 구비된다.
제1변속 기어부(10)는 토크 컨버터를 통하여 전달된 엔진의 동력을 일정한 기어 속도비에 의해 엔진(1)의 회전 속도를 증가 또는 감소시켜 구동 바퀴(50)에 전달한다. 제2변속 기어부(20)는 엔진(1)과 직결되어 각 변속 기어를 통하여 엔진의 동력을 일정한 기어 속도비에 의해 엔진(1)의 회전 속도를 증가 또는 감소시켜 구동 바퀴(41)에 전달한다. 보조 입력 기어부(30)는 출력축(40)에 연결되는 보조 기어(31)와 제1입력축(11)을 클러치(32)로써 단속하며, 기어 변속시에 제1변속 기어부(10) 또는 제2변속 기어부(20)에서 변속 작동이 이루어지는 동안, 보조 기어(31) 및 클러치(32)를 통하여 엔진(1)의 회전력이 구동 바퀴(50)에 전달된다.

Description

자동화 수동 변속기 {Automated manual transmission}
본 발명은 자동화 수동변속기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 토크 컨버터가 장착되고 토크 컨버터의 터빈과 연결된 1단 기어를 통하여 엔진의 동력을 전달함으로써 저속 주행시의 원활한 주행이 가능하며, 또한 변속이 진행되는 동안에는 엔진의 동력이 보조 기어를 통하여 구동 바퀴에 전달함으로써 변속감이 향상되는 자동화 수동변속기에 관한 것이다.
일반적으로 자동차에 있어서 변속기는 엔진에서 발생하는 동력을 속도에 따라 필요한 회전력으로 바꾸어 전달하는 장치로, 자동차의 속도가 빨라짐에 따라 차량의 주행에 필요한 회전수로 바퀴 측을 회전하기 함으로써 엔진이 일정한 회전수 범위 내에서 작동될 수 있게 한다.
이러한 변속기는 운전자가 직접 클러치 페달을 조작하여 변속을 수행하는 수동변속기와, 전자 장치 등을 이용하여 자동차의 주행 조건에 맞도록 자동적으로 변속을 직접 수행하도록 하는 자동변속기가 있다.
한편, 자동화 수동변속기는 수동변속기와 자동변속기의 장점을 구현할 수 있도록 하는 변속기로서, 운전시의 조작은 자동변속기와 동일하므로 운전 편의성을 제공하는 동시에, 주행 중의 클러치 작동 유압과 같은 동력이 필요하지 않으므로 효율이 높아 연비 측면에서 유리하다.
자동화 수동변속기는 변속기의 자동적인 기어 변속을 위하여, 유압 장치 또는 전기 모터 등이 설치되어 있다.
이러한 유압 장치 또는 전기 모터 등에 의해 기어 변속이 완료되면, 클러치의 작동에 의해 엔진의 회전력이 변속기에 전달되고, 변속된 기어를 통하여 엔진의 회전력이 증가 또는 저감되어 구동 바퀴에 전달된다.
상기한 기술 구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경 기술로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 널리 알려진 종래 기술을 의미하는 것은 아니다.
종래의 자동화 수동변속기는 기어 변속이 이루어지는 동안 엔진의 회전력이 구동 바퀴에 전달되지 않기 때문에, 가속 성능이 저하되는 단점을 가진다.
또한, 클러치의 단속을 자동화하였으나, 클러치의 마모 등에 따른 작동 하중의 변화 또는 경사로의 경사 각도 등에 따라 적절하게 조작하는 것이 어렵기 때문에, 경사로에서의 출발시 차량이 후방으로 밀리게 되거나 클러치 디스크의 마모가 심하게 되어 내구성이 떨어지는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 기어 변속이 이루어지는 동안 엔진의 회전력이 구동 바퀴에 전달되도록 함으로써 가속 성능이 개선되고, 또한 토크 컨버터를 적용하여 경사로에서의 원활한 출발 및 저속 주행시의 승차감이 개선된 자동화 수동변속기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 엔진의 회전 속도를 증가 또는 감소시켜 구동 바퀴에 동력을 전달하는 제1변속 기어부와 제2변속 기어부; 상기 변속 기어부에서의 변속 작동이 이루어지는 동안 상기 엔진의 회전력을 구동 바퀴에 전달하는 보조 입력 기어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동화 수동변속기를 제공한다.
상기 제1변속 기어부는 토크 컨버터의 터빈에 연결된 제1입력축; 상기 제1입력축 및 출력축에 설치되어 동력을 전달하는 1단 기어; 상기 1단 기어와 출력축을 단속하는 싱크로나이저를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2변속 기어부는 상기 엔진과 연결되어 회전되는 토크 컨버터의 임펠러와 연결되어 엔진과 일체로 회전하는 제2입력축; 상기 제2입력축 및 출력축에 설치되어 동력을 전달하는 변속 기어; 및 상기 제2입력축 또는 출력축과 변속 기어를 단속하는 싱크로나이저를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 보조 입력 기어부는 상기 제1입력축과 출력축에 설치되는 보조 기어; 상기 보조 기어와 제1입력축의 사이에 설치되어 제1입력축의 회전을 제어하는 클러치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 자동화 수동변속기는 제1변속 기어부 또는 제2변속 기어부에서 기어 변속이 이루어지는 동안에 엔진의 회전 토크는 보조 입력 기어를 통하여 구동 바퀴에 전달되므로, 기어 변속이 이루어 지는 동안 엔진의 런업(run up)이나 동력의 끊김이 발생하지 않게 되어 차량의 가속성 및 변속감이 개선되는 효과가 있다.
또한, 1단 기어는 토크 컨버터의 터빈을 통하여 동력이 전달되므로, 토크 증대에 따라 구동 토크가 증가되며 또한 토크 컨버터의 완충 작용에 따라 저속에서의 원활한 주행이 가능하다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 자동화 수동변속기에서 제1변속 기어부를 통하여 동력이 전달되는 상태를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 자동화 수동변속기에서 제2변속 기어부를 통하여 동력이 전달되는 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 자동화 수동변속기에서 보조 입력부를 통하여 동력이 전달되는 상태를 도시한 도면이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1 : 엔진 2 : 드라이브 플레이트 3 : 토크 컨버터 임펠러 4 : : 토크 컨버터 터어빈 5 : 댐퍼 스프링 6 : 스테이터 7 : 원웨이 클러치 8 : 토크 컨버터 하우징 9 : 오일 시일
10 : 제1변속 기어부 11 : 제1입력축 12 : 1단 기어 13 : 1/2단 싱크로나이저
20 : 제2변속 기어부 21 : 제2입력축 22 : 2단 기어 23 : 3단 기어 24 : 4단 기어 25 : 3/4단 싱크로나이저 26 : 5단 기어 27 : 6단 기어 28 : 5/6단 싱크로나이저
30 : 보조 입력 기어부 31 : 보조 기어 32 : 클러치
40 : 출력축 50 : 구동 바퀴 51 : 차동 장치
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 자동화 수동변속기의 실시 예를 설명한다.
이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자나 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다.
그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 자동화 수동변속기에는 제1변속 기어부(10), 제2변속 기어부(20), 보조 입력 기어부(30)가 구비된다.
제1변속 기어부(10)는 토크 컨버터를 통하여 전달된 엔진의 동력을 일정한 기어 속도비에 의해 엔진(1)의 회전 속도를 증가 또는 감소시켜 구동 바퀴(50)에 전달한다.
제2변속 기어부(20)는 엔진(1)과 직결되어 각 변속 기어를 통하여 엔진의 동력을 일정한 기어 속도비에 의해 엔진(1)의 회전 속도를 증가 또는 감소시켜 구동 바퀴(41)에 전달한다.
보조 입력 기어부(30)는 출력축(40)에 연결되는 보조 기어(31)와 제1입력축(11)을 클러치(32)로써 단속하며, 기어 변속시에 제1변속 기어부(10) 또는 제2변속 기어부(20)에서 변속 작동이 이루어지는 동안, 보조 기어(31) 및 클러치(32)를 통하여 엔진(1)의 회전력을 구동 바퀴(50)에 전달한다.
제1변속 기어부(10)는 제1입력축(11), 1단 기어(12) 및 싱크로나이저(13)로 구성된다. 제1입력축(11)은 토크 컨버터의 터빈(4)에 연결되어 있고, 1단 기어(11)가 제1입력축(11)에 연결되어 있다. 1/2단 싱크로나이저(13)는 1단 기어(12)를 출력축과 연결하여 동력이 전달되도록 한다.
따라서, 1/2단 싱크로나이저(13)가 1단 기어를 연결하고 있는 경우에는, 1단 기어는 구동 바퀴(50)에 연결되므로 구동 바퀴(50)의 회전수에 비례하여 회전한다. 즉, 일반적인 자동변속기의 1단 변속시와 동일한 상태로서, 엔진 시동시 크립 주행이나 정지 상태로의 유지가 가능하다.
제2변속 기어부(20)는 토크 컨버터의 임펠러(3)와 직접 연결된 제2입력축(21), 각 변속 기어(22,23,24,26,27) 및 각 싱크로나이저(13,25,28)로 구성된다.
2단에서 6단까지의 각 변속 기어(22,23,24,26,27)가 제2입력축(21)과 출력축(40)에 설치되고, 각 싱크로나이저(13,25,28)가 설치되어, 수동변속기에서와 마찬가지로 각 변속 기어(22,23,24,26,27)를 제2입력축(21)과 출력축(40)에 단속한다.
한편, 각 싱크로나이저(13,25,28)는 도그 클러치로 대체되어도 된다.
보조 입력 기어부(30)는 보조 기어(31)와 클러치(32)로 구성된다.
보조 기어(31)는 제1입력축(11) 상에 6단 기어 보다 변속비가 더 작게 설정되고, 클러치(32)는 보조 기어(31)와 제1입력축(11)을 단속한다.
상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자동화 수동변속기의 작용을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 차량 정지 상태에서 엔진의 시동이 걸려 있는 상태에서는, 기어가 중립인 경우, 출력축(40)은 구동 바퀴(50)와 함께 멈춰 있고, 임펠러(3)와, 임펠러(3)에 연결된 제2입력축(21), 3/4단 싱크로나이저(25) 및 5/6단 싱크로나이저(28)은 엔진(1)과 동일한 회전수로 회전한다. 한편, 제1입력축(11)과, 제1입력축(11)에 연결된 1단 기어(12)는 터빈(4)과 동일한 회전수로 회전한다. 보조 기어(31)는 출력축(40)에 연결되어 있으므로 정지한 상태로 있다.
이때, 중립에서 전진 주행단(D)으로 변속 레버를 조작하면, 클러치(32)가 작동하여 제1입력축(11)과 보조 기어(31)를 연결하게 되고, 그에 따라 제1입력축(11)과 터빈(4)은 정지하게 된다. 이어서, 1/2단 싱크로나이저(13)가 1단 기어를 연결하면 변속이 완료된다.
변속이 완료된 직후에는 1단 기어(12)와 보조 기어(31)가 동시에 제1입력축(11)에 연결되어 있으므로, 출력축(40)은 회전하지 않는다. 차량을 출발 시키려는 경우, 클러치(32)의 연결을 해제하면 1단 기어(12) 만이 연결된 상태로 되어, 주행이 가능하게 된다. 이러한 작동 원리를 이용하여 클러치(32)의 체결을 통하여 오르막길에서 출발하려는 경우에 차량이 후진하는 것을 방지할 수 있다.
그림1 등에 도시되지 않은 후진 기어의 경우에 있어서, 1단 기어(12)와 마찬가지로 제1입력축(11)에 연결되어 설치되고, 중립에서 후진(R)으로 변속 레버를 조작하는 경우, 1단 변속시와 동일한 방식으로 클러치(32)가 작동하여 제1입력축(11)이 정지시킨 다음 후진 기어가 연결됨으로써 변속이 완료된다.
또한, 내리막길에서 후진 기어로 출발하는 경우, 클러치(32)가 연결되어 있으면 보조기어(31)와 후진 기어가 동시에 연결되어 있어서 출력축(40)이 회전할 수 없게 되어, 차량이 전진하지 않게 된다. 클러치(32)의 연결을 해제하면 차량이 후진할 수 있게 된다.
한편, 과대한 토크로 인하여 구동 바퀴와 노면에서의 미끄러짐이 발생하는 눈길에서의 출발 등에 있어서는, 1단 기어(12) 또는 후진 기어가 연결된 상태에서 클러치(32)를 작동시켜 일부의 회전 토크가 보조 기어(31)를 통하여 전달되게 함으로써, 통상의 자동변속기에 있어서의 2단 기어로의 출발과 같은 기능을 구현할 수 있다.
1단 기어로 주행하다가 2단 기어로 변속을 하게 되는 경우에는, 먼저 클러치(32)가 작동을 하게 되고, 그에 따라 제1입력축(11)의 속도는 감소하게 된다. 클러치(32)에서의 전달 토크를 증가시키면 엔진(1)의 회전 속도가 감소하기 시작하는데, 이때 1/2단 싱크로나이저(13)를 중립으로 이동시켜 1단 기어(12)의 연결을 해제한다. 1단 기어(12)의 연결이 해제되면, 클러치(32)에서의 전달 토크가 일정 수준이 되도록 제어한다.
그 상태를 유지하여 엔진(1)의 회전 속도가 감소하여 2단 기어(22)의 회전 속도가 출력축(40)과 동등한 수준이 되면, 1/2단 싱크로나이저(12)을 2단 측으로 이동시켜 2단 기어(22)와 출력축(40)을 연결한다.
2단 기어(22)가 출력축(40)에 연결됨과 동시에 클러치(32)의 연결을 해제하여 2단기어(22) 만 연결된 상태가 되면, 2단 변속이 완료된다.
2단에서 3단으로의 변속, 3단에서 4단으로의 변속 등과 같은 상위 기어단으로의 변속시에는 상기와 동일한 방식으로 변속한다.
기어 변속 도중에 보조 기어(31)를 통하여 전달되는 회전 토크는, 6단으로 변속하는 경우에 비하여 2단으로 변속하는 경우에 있어서 더 커야 하는데, 본 고안에서는 토크 컨버터 내에서 임펠러(3)와 터빈(4)의 회전 속도차에 비례하여 증대된 토크가 제2입력축(21)에 전달된다. 따라서, 한 세트의 보조 기어(31) 만으로 각 기어단으로의 변속시에 요구되는 회전 토크가 얻을 수 있다.
물론, 필요에 따라서는, 보조 기어(31)의 기어비를 6단 기어비 보다 크게 설정함으로써 6단 기어로의 변속시에는 통상의 자동화 수동변속기에서와 같이 엔진 제어 등을 통하여 변속이 이루어 지도록 하는 대신에, 2단 또는 3단으로의 변속시에는 보조 기어(31)를 통하여 충분히 큰 회전 토크가 전달되도록 할 수도 있다.
하위 기어단으로의 변속, 예를 들면 6단에서 5단으로의 변속 등에 있어서는, 기어 변속을 위하여 먼저 클러치(32)가 작동하여 보조 기어(21)을 통하여 동력이 전달되며, 클러치(32)에서의 전달 토크를 증가시키면 엔진(1)의 회전 속도가 감소하기 시작하는데, 이때 5/6단 싱크로나이저(28)를 중립으로 이동시켜 6단 기어(27)의 연결을 해제한다. 6단 기어(27)의 연결이 해제되면, 클러치(32)에서의 전달 토크를 감소시켜 클러치(32)에서의 미끄러짐이 발생하도록 함으로써, 엔진(1)의 회전 속도가 증가하도록 제어한다.
그 상태를 유지한 상태에서, 엔진(1)의 회전 속도가 증가하여 5단 기어(26)의 회전 속도가 출력축(40)과 동등한 수준이 되면, 5/6단 싱크로나이저(28)을 5단 측으로 이동시켜 5단 기어(26)와 출력축(40)을 연결한다.
5단 기어(26)가 출력축(40)에 연결됨과 동시에 클러치(32)의 연결을 해제함으로써 5단 변속이 완료된다.
5단에서 4단으로의 변속, 4단에서 3단으로의 변속 등과 같은 하위 기어단으로의 변속시에는 상기와 동일한 방식으로 변속한다.
한편, 보조기어(31)의 변속비가 6단 기어(28) 보다 작게 설정된 경우, 보조 기어(31) 만을 통하여 동력이 전달되게 함으로써 또 하나의 변속단, 즉 7단 기어로서 작동되도록 할 수 있다.
또한, 보조 기어(31)는 변속기의 전장을 줄이기 위하여 제1입력축(11)과 차동장치(50)를 벨트로써 직접 연결할 수 있다. 이때, 보조 기어(31)는 제1입력축(11)과는 항상 연결된 상태로 설치하고 출력축(40)이나 차동장치(51)의 사이를 클러치로써 단속하여도 동일한 방식으로 작동하게 된다.
이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명은 변속 구간이 아닌 경우에는 각 변속 기어를 통하여 동력이 전달되며, 기어 변속이 진행되는 동안에는 보조 기어(31)를 통해 동력이 전달되므로 구동 토크의 단절 없이 변속이 가능하게 되므로, 변속 중에 엔진(1)의 런업(run up)이 발생되지 않으며 운전자가 느끼는 진동 및 소음이 작아 진다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 하여 설명되었으나, 본 발명은 도면에 도시된 실시 예로 제한되지 않는다는 것에 유의해야 한다. 본 발명은 특허 청구 범위에 정의된 범위 내에서 도면에 도시한 실시 예로부터 변형된 모든 실시 예로 확대된다.

Claims (11)

  1. 엔진과 연결되어 엔진에 의하여 구동되는 토크 컨버터;
    상기 토크 컨버터의 터빈에 연결되는 제1입력축 및 제1입력축에 연결되는 1단 기어;
    상기 토크 컨버터의 임펠러에 연결되는 제2입력축 및 제2입력축에 연결되는 하나 또는 다수의 변속 기어;
    상기 제1입력축에 연결되는 보조 기어;
    상기 보조 기어와 제1입력축을 단속하는 클러치;
    상기 변속 기어가 설치되는 출력축으로 구성된 변속기에 있어서,
    기어 변속이 이루어지는 동안에 상기 클러치의 작동에 의하여 상기 보조 기어를 통해 엔진의 회전력이 구동 바퀴로 전달되는 것을 특징으로 하는 자동화 수동변속기.
  2. 제 1항에 있어서, 중립에서 1단으로의 변속시, 상기 클러치를 작동시켜 제1입력축의 회전 속도를 감소 또는 정지 시킨 다음, 1단 기어와 출력축을 싱크로나이저 또는 도그 클러치로써 연결하는 것을 특징으로 하는 자동화 수동변속기.
  3. 제 1항에 있어서, 1단 기어로 변속된 상태에서 상기 클러치를 작동시켜 엔진의 구동력의 일부가 보조 기어부를 통하여 전달되도록 함으로써 일반적인 자동변속기에서의 2단 출발시와 같이 작은 구동 토크가 전달되도록 하는 것을 특징으로 하는 자동화 수동변속기.
  4. 제 1항에 있어서, 1단 기어로 변속된 상태에서 상기 클러치를 작동시켜 보조 기어부를 통하여 구동력이 전달되도록 함으로써 오르막길 또는 내리막길에서 차량이 후진 또는 전진하지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 자동화 수동변속기.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 보조 기어는 제1입력축에 연결되어 설치되고, 상기 클러치는 상기 출력축과 상기 보조 기어를 단속하는 것을 특징으로 하는 자동화 수동변속기.
  6. 제 1항 또는 제 5항에 있어서, 상기 보조 기어에 맞물려 회전하고 차동장치 상에 설치되는 제2 보조 기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동화 수동변속기.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 보조 기어가 제1입력축과 차동장치 상에 설치되며 양측의 보조 기어가 체인에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 자동화 수동변속기.
  8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서, 클러치가 상기 보조 기어와 제1입력축 또는 출력축을 단속하는 대신, 차동장치에 설치된 보조 기어와 차동장치를 단속하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동화 수동변속기.
  9. 제 1항, 제 5항, 제 6항, 제 7항 또는 제8항의 어느 한 항에 있어서, 상기 보조 기어 또는 제2 보조기어를 통하여 전달되는 변속비가 제2입력축에 설치되는 변속 기어의 최고 상위단의 변속비 보다 더 작게 설정되는 것을 특징으로 하는 자동화 수동변속기.
  10. 제 1항, 제 5항, 제 6항, 제 7항, 제 8항 또는 제9항의 어느 한 항에 있어서, 변속이 완료된 이후 엔진으로부터의 동력이 주행 중에도 상기 보조 기어 또는 제2 보조 기어 만을 통하여 전달되는 것을 특징으로 하는 자동화 수동변속기.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 보조 기어가 상기 제1입력축과 상기 차동장치 사이에 별도로 설치된 제2출력축 상에 설치되어 있고, 기어 변속이 이루어지는 동안에 엔진의 동력이 제1입력축, 제2출력축 및 차동장치를 통하여 구동 바퀴로 전달되는 것을 특징으로 하는 자동화 수동변속기.
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