KR20200138942A

KR20200138942A - 차량용 변속장치

Info

Publication number: KR20200138942A
Application number: KR1020190065335A
Authority: KR
Inventors: 김천옥; 황성욱; 어순기; 채민호; 권순성; 신용욱
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2019-06-03
Filing date: 2019-06-03
Publication date: 2020-12-11
Also published as: US20200378478A1; US10955036B2

Abstract

차량용 변속장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 변속장치는 기본적인 전진 4단 DCT 구조에 1개의 유성기어세트와 2개의 싱크로메시의 조합으로 16개의 변속단을 구현할 수 있고, 상기 16개의 변속단 중, 적용 차량의 특성에 따라 임의로 변속단을 선택하여 다단화 함으로써, 동력 전달 성능 향상과 연비를 개선하며, 소형화로 탑재성을 향상시키도록, 제1, 제2, 제3 입력축, 중간축 및 하나 이상의 출력축; 제1, 제2, 제3 회전요소를 포함하여 상기 중간축의 축선 상에 배치되며, 3개의 회전요소 중, 2개의 회전요소가 각각 상기 중간축에 선택적으로 연결되는 유성기어세트; 상기 중간축, 상기 제1, 제2, 제3 입력축, 상기 출력축, 및 상기 유성기어세트 사이에 구성되어 상호간에 동력 연결하는 복수의 기어열; 상기 출력축 상에 배치되어 상기 제2 입력축으로부터 2개의 기어열을 통해 전달되는 회전동력을 출력축에 선택적으로 전달하는 제1 싱크로메시; 상기 출력축 상에 배치되어 상기 제3 입력축으로부터 2개의 기어열을 통해 전달되는 회전동력을 출력축에 선택적으로 전달하는 제2 싱크로메시; 및 축과 축, 축과 회전요소를 선택적으로 연결하는 위치에 구성되는 4개의 클러치를 포함한다.

Description

차량용 변속장치{POWER TRANSMISSION APPARATUS FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 변속장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 최소한의 구성으로 다수의 변속단을 구현하되, 적용 차량의 특성에 따라 임의로 변속단을 선택하여 다단화 함으로써, 동력 전달 성능 향상과 연비를 개선하고, 소형화하여 탑재성을 향상시킬 수 있는 차량용 변속장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동 변속기 분야에서, 변속단의 다단화는 차량의 연비 향상과 운전성을 극대화하기 위한 기술로 연구가 이루어지고 있으며, 최근의 유가 상승은 연비 개선을 향한 무한 경쟁에 돌입하게 하는 요인이 되고 있다.

이에 따라, 엔진은 다운사이징(Down Sizing)을 통해 중량 저감 및 연비를 개선하는 연구가 이루어지고, 자동 변속기는 변속단의 다단화를 통해 운전성 및 연비 경쟁력을 동시에 확보할 수 있는 연구가 이루어지고 있다.

그러나 자동 변속기는 변속단이 증가하면 할수록 내부 부품수, 특히 유성기어세트의 숫자가 증가하여 변속기의 전장이 증가함에 따른 탑재성 및 생산 원가, 중량, 및 동력 전달 효율 등이 오히려 악화될 수 있다.

따라서 자동 변속기는 변속단의 다단화를 통한 연비 개선효과를 증대시키기 위해서 적은 부품수로 최대한의 효율을 이끌어 낼 수 있는 유성기어트레인의 개발이 중요하다.

이러한 측면에서 최근 자동 변속기는 8속 이상의 변속을 구현할 수 있도록 구성되어 차량에 탑재되고 있으며, 그 이상의 변속단을 구현할 수 있는 유성기어트레인의 연구 개발도 지속적으로 요구되고 있다.

일반적인 8속 이상의 자동 변속기는 대부분 3 ~ 4개의 유성기어세트와, 5 ~ 7개의 결합요소(마찰요소)로 이루어지는데, 이 경우에는 변속기의 전장이 길어져 탑재성이 악화될 수밖에 없다는 단점이 있다.

이에 따라, 자동 변속기의 변속단을 다단화하기 위하여 최근에는 2세트의 유성기어세트를 복렬 구조로 적용하거나, 습식 결합요소 대신 도그 클러치를 적용하기도 하지만, 이러한 경우에 적용 가능한 구조가 한정되고, 도그 클러치의 적용으로 인한 변속감 악화를 동반한다는 문제점이 있다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예는 기본적인 전진 4단 DCT 구조에 1개의 유성기어세트와 2개의 싱크로메시의 조합으로 16개의 변속단을 구현할 수 있고, 상기 16개의 변속단 중, 적용 차량의 특성에 따라 임의로 변속단을 선택하여 다단화 함으로써, 동력 전달 성능 향상과 연비를 개선하며, 소형화로 탑재성을 향상시키는 차량용 변속장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 엔진 출력축에 고정 연결되는 제1 입력축; 중공축으로 이루어져 상기 제1 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되며, 상기 제1 입력축에 선택적으로 연결되는 제2 입력축; 중공축으로 이루어져 상기 제2 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되며, 상기 제1 입력축에 선택적으로 연결되는 제3 입력축; 상기 제1, 제2, 제3 입력축과 일정간격을 두고 평행하게 배치되는 중간축 및 하나 이상의 출력축; 제1, 제2, 제3 회전요소를 포함하여 상기 중간축의 축선 상에 배치되며, 3개의 회전요소 중, 2개의 회전요소가 각각 상기 중간축에 선택적으로 연결되는 유성기어세트; 상기 중간축, 상기 제1, 제2, 제3 입력축, 상기 출력축, 및 상기 유성기어세트 사이에 구성되어 상호간에 동력 연결하는 복수의 기어열; 상기 출력축 상에 배치되어 상기 제2 입력축으로부터 2개의 기어열을 통해 전달되는 회전동력을 출력축에 선택적으로 전달하는 제1 싱크로메시; 상기 출력축 상에 배치되어 상기 제3 입력축으로부터 2개의 기어열을 통해 전달되는 회전동력을 출력축에 선택적으로 전달하는 제2 싱크로메시; 및 축과 축, 축과 회전요소를 선택적으로 연결하는 위치에 구성되는 4개의 클러치를 포함하는 차량용 변속장치가 제공될 수 있다.

상기 하나 이상의 출력축은 상기 제2, 제3 입력축과 디프렌셜 사이에서 동력 전달하는 제1 출력축으로 이루어지는 차량용 변속장치.

상기 유성기어세트는 상기 제1, 제2 회전요소가 상기 중간축에 선택적으로 연결될 수 있으며, 상기 4개의 클러치는 상기 제1 입력축과 상기 제2 입력축 사이에 배치되는 제1 클러치; 상기 제1 입력축과 상기 제3 입력축 사이에 배치되는 제2 클러치; 상기 중간축과 상기 유성기어세트의 제2 회전요소 사이에 배치되는 제3 클러치; 및 상기 중간축과 상기 유성기어세트의 제1 회전요소 사이에 배치되는 제4 클러치를 포함할 수 있다.

또한, 상기 유성기어세트는 상기 제2, 제3 회전요소가 상기 중간축에 선택적으로 연결될 수 있으며, 상기 4개의 클러치는 상기 제1 입력축과 상기 제2 입력축 사이에 배치되는 제1 클러치; 상기 제1 입력축과 상기 제3 입력축 사이에 배치되는 제2 클러치; 상기 중간축과 상기 유성기어세트의 제2 회전요소 사이에 배치되는 제3 클러치; 및 상기 중간축과 상기 유성기어세트의 제3 회전요소 사이에 배치되는 제4 클러치를 포함할 수 있다.

또한, 상기 복수의 기어열은 상기 제1 입력축에 고정 연결되는 제1 입력기어와, 상기 중간축에 고정 연결되어 상기 제1 입력기어와 외접 치합되는 제1 외접기어로 이루어지는 제1 기어열; 상기 제2 입력축에 고정 연결되는 제2 입력기어와, 상기 제1 출력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제2 입력기어와 외접 치합되는 제1 변속기어로 이루어지는 제2 기어열; 상기 유성기어세트의 제3 회전요소에 고정 연결되는 제2 외접기어와, 상기 제2 입력축에 고정 연결되어 상기 제2 외접기어와 외접 치합되는 제3 입력기어, 및 상기 제1 출력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제3 입력기어와 외접 치합되는 제2 변속기어로 이루어지는 제3 기어열; 상기 유성기어세트의 제1 회전요소에 고정 연결되는 제3 외접기어와, 상기 제3 입력축에 고정 연결되어 상기 제3 외접기어와 외접 치합되는 제4 입력기어, 및 상기 제1 출력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제4 입력기어와 외접 치합되는 제3 변속기어로 이루어지는 제4 기어열; 및 상기 제3 입력축에 고정 연결되는 제5 입력기어와, 상기 제1 출력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제5 입력기어와 외접 치합되는 제4 변속기어로 이루어지는 제5 기어열을 포함할 수 있다.

이때, 상기 복수의 기어열은 디프렌셜의 종감속 기어와, 상기 제1 출력축에 고정 연결되어 상기 종감속 기어와 외접 치합되는 제1 출력기어로 이루어지는 제6 기어열을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 복수의 기어열은 엔진의 반대측으로부터 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 기어열의 순서로 배치될 수 있다.

상기 제1 싱크로메시는 상기 제2 기어열의 제1 변속기어와 상기 제3 기어열의 제2 변속기어를 제1 출력축에 선택적으로 동기 연결하도록 구성되고, 상기 제2 싱크로메시는 상기 제4 기어열의 제3 변속기어와 상기 제5 기어열의 제4 변속기어를 제1 출력축에 선택적으로 동기 연결하도록 구성될 수 있다.

그리고 본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 상기 하나 이상의 출력축이 상기 제2 입력축과 디프렌셜 사이에서 동력 전달하는 제1 출력축; 및 상기 제3 입력축과 디프렌셜 사이에서 동력 전달하는 제2 출력축으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 복수의 기어열은 상기 제1 입력축에 고정 연결되는 제1 입력기어와, 상기 중간축에 고정 연결되어 상기 제1 입력기어와 외접 치합되는 제1 외접기어로 이루어지는 제1 기어열; 상기 제2 입력축에 고정 연결되는 제2 입력기어와, 상기 제1 출력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제2 입력기어와 외접 치합되는 제1 변속기어로 이루어지는 제2 기어열; 상기 유성기어세트의 제3 회전요소에 고정 연결되는 제2 외접기어와, 상기 제2 입력축에 고정 연결되어 상기 제2 외접기어와 외접 치합되는 제3 입력기어, 및 상기 제1 출력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제3 입력기어와 외접 치합되는 제2 변속기어로 이루어지는 제3 기어열; 상기 유성기어세트의 제1 회전요소에 고정 연결되는 제3 외접기어와, 상기 제3 입력축에 고정 연결되어 상기 제3 외접기어와 외접 치합되는 제4 입력기어, 및 상기 제2 출력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제4 입력기어와 외접 치합되는 제3 변속기어로 이루어지는 제4 기어열; 및 상기 제3 입력축에 고정 연결되는 제5 입력기어와, 상기 제2 출력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제5 입력기어와 외접 치합되는 제4 변속기어로 이루어지는 제5 기어열을 포함할 수 있다.

이때, 상기 복수의 기어열은 디프렌셜의 종감속 기어와, 상기 제1, 제2 출력축에 고정 연결되어 상기 종감속 기어와 각각 외접 치합되는 제1, 제2 출력기어로 이루어지는 제6 기어열을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 싱크로메시는 상기 제2 기어열의 제1 변속기어와 상기 제3 기어열의 제2 변속기어를 제1 출력축에 선택적으로 동기 연결하도록 구성되고, 상기 제2 싱크로메시는 상기 제4 기어열의 제3 변속기어와 상기 제5 기어열의 제4 변속기어를 제2 출력축에 선택적으로 동기 연결하도록 구성될 수 있다.

상기 유성기어세트는 싱글 피니언 유성기어세트로 이루어지며, 상기 제1, 제2, 제3 회전요소가 선기어, 유성캐리어, 링기어로 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 차량용 변속장치는 기본적인 전진 4단 DCT 구조에 1개의 단순유성기어세트와 2개의 싱크로메시의 간단한 조합으로 이루어져 16개의 변속단을 구현하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 변속장치는 16개의 변속단 중, 적용 차량의 설계 조건에 따라 임의로 변속단을 선택하여 다단화 할 수 있기 때문에 다양한 차량의 특성에 맞게 변속기를 다단화 하는 것이 용이하고, 이에 따른 동력 전달 성능과 연비를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 변속장치는 기본적인 전진 4단 DCT 구조를 이용함으로 간단한 구성에 의하여 변속기를 소형화하여 탑재성을 향상시킬 수 있다.

이외에 본 발명의 실시 예들로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예들에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시한다. 즉, 본 발명의 실시 예들에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 차량용 변속장치의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 차량용 변속장치의 변속 작동표이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 차량용 변속장치의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 차량용 변속장치의 모식도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 차량용 변속장치의 모식도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명한다. 단, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 하기의 실시 예들에 한정되는 것은 아니다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 적용하여 설명한다.

또한, 하기의 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일하여 이를 구분하기 위한 것으로, 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 변속장치의 모식도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 변속장치는 제1, 제2, 제3 입력축(IS1)(IS2)(IS3), 중간축(CS), 제1 출력축(OS1), 유성기어세트(PG), 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6 기어열(GT1)(GT2)(GT3)(GT4)(GT5)(GT6), 제1, 제2 싱크로메시(SM1)(SM2), 제1, 제2, 제3, 제4 클러치(CL1)(CL2)(CL3)(CL4)를 포함하여 구성된다.

상기 변속장치의 동력원으로는 기존의 화석연료를 사용하는 가솔린 엔진 또는 디젤 엔진 등의 공지된 각종 엔진(ENG)이 이용될 수 있다.

상기 제1, 제2, 제3 입력축(IS1)(IS2)(IS3)는 동일 축선 상에 배치되며. 상기 제1 입력축(IS1)은 입력부재로서, 엔진(ENG)의 엔진 출력축(EOS; 또는 크랭크 축)에 고정 연결되며, 선단부 외주 측에는 제1 입력기어(IG1)가 고정 배치되어 상기 엔진(ENG)의 회전동력을 변속장치로 전달한다.

이때, 상기 제1 입력축(IS1)은 엔진 출력축(EOS)의 회전동력이 토크 컨버터(미도시)를 통해 토크 변환이 이루어져 입력될 수 있다.

상기 제2 입력축(IS2)은 중공축으로 이루어지며, 상기 제1 입력축(IS1)의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되어 제1 입력축(IS1)에 선택적으로 연결된다.

이때, 상기 제2 입력축(IS2)은 상기 제1 입력축(IS1)의 선단부 일부를 제외한 외주 측에 대하여 회전 간섭 없이 배치되며, 선단부 외주 측에는 상호 일정 간격을 두고 제2, 제3 입력기어(IG2)(IG3)가 고정 배치된다.

상기 제3 입력축(IS3)은 중공축으로 이루어지며, 상기 제2 입력축(IS2)의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되어 제1 입력축(IS1)에 선택적으로 연결된다.

이때, 상기 제3 입력축(IS3)은 상기 제2 입력축(IS2)의 선단부 일부를 제외한 외주 측에 대하여 회전 간섭 없이 배치되며, 외주 측에는 상호 일정 간격을 두고 제4, 제5 입력기어(IG4)(IG5)가 고정 배치된다.

상기 중간축(CS)은 상기 제1, 제2, 제3 입력축(IS1)(IS2)(IS3)과 일정 간격을 두고 평행하게 아이들 상태로 배치되며, 외주 측에는 상기 제1 입력축(IS1) 상의 제1 입력기어(IG1)와 외접 치합되는 제1 외접기어(EG1)가 고정 배치된다.

상기 제1 출력축(OS1)은 출력부재로서, 상기 제1, 제2, 제3 입력축(IS1)(IS2)(IS3)과 일정 간격을 두고 평행하게 배치되며, 외주 측에는 상기 제2, 제3 입력축(IS2)(IS3) 상의 제2, 제3, 제4, 제5 입력기어(IG2)(IG3)(IG4)(IG5)와 각각 외접 치합되는 제1, 제2, 제3, 제4 변속기어(SG1)(SG2)(SG3)(SG4)가 회전 가능하게 배치된다.

즉, 상기 제1 출력축(OS1)은 복수의 기어열을 통하여 전달되는 변속된 구동력을 제1 출력기어(OG1)와 종감속 기어(FDG)를 통해 디프렌셜(DIFF)에 전달한다.

상기 유성기어세트(PG)는 상기 중간축(CS)의 축선 상에 배치되며, 상기 제1 입력축(IS1)으로부터 기어 입력되는 회전동력을 입력 그대로 출력하거나, 상기 제1 입력축(IS1)의 회전동력과 상기 제2, 제3 입력축(IS2)(IS3)으로부터 선택적으로 입력되는 회전동력의 회전수 차이에 따라 변속하여 출력한다.

보다 구체적으로, 상기 유성기어세트(PG)는 상기 제1 입력축(IS1)과 제2 입력축(IS2)으로부터 선택적으로 입력되는 회전동력의 회전수 차이에 따라 변속된 회전동력을 제3 입력축(IS3)으로 출력하거나, 상기 제1 입력축(IS1)과 제3 입력축(IS3)으로부터 선택적으로 입력되는 회전동력의 회전수 차이에 따라 변속된 회전동력을 제2 입력축(IS2)으로 출력한다.

이를 위하여 상기 유성기어세트(PG)는 싱글 피니언 유성기어세트로 이루어지며, 제1 회전요소(N1)인 선기어(S)와, 상기 제1 회전요소(N1)인 선기어(S)와 외접기어 연결되는 복수의 피니언 기어(P)를 자전 및 공전이 가능하게 회전 지지하는 제2 회전요소(N2)인 유성캐리어(PC)와, 상기 복수의 피니언 기어(P)와 내접으로 치합되어 상기 제1 회전요소(N1)인 선기어(S)와 동력 연결되는 제3 회전요소(N3)인 링기어(R)를 포함한다.

또한, 상기 제1, 제2 회전요소(N1)(N2)는 각각 상기 중간축(CS)에 선택적으로 연결되고, 상기 제1, 제3 회전요소(N1)(N3)는 각각 기어열을 통해 상기 제3, 제2 입력축(IS3)(IS2)과 동력 연결된다.

그리고 상기 6개의 기어열(GT1 ~ GT6)의 구성을 살펴보면 다음과 같다.

상기 제1 기어열(GT1)은 상기 제1 입력축(IS1)에 고정 연결되는 제1 입력기어(IG1)와, 상기 중간축(CS)에 고정 연결되어 상기 제1 입력기어(IG1)와 외접 치합되는 제1 외접기어(EG1)로 구성된다.

상기 제1 기어열(GT1)을 구성함에 있어서, 본 발명의 제1 실시 예에서는 제1 외접기어(EG1)가 중간축(CS)을 통하여 유성기어세트(PG)의 제1 회전요소(N1)인 선기어(S)와, 제2 회전요소(N2)인 유성캐리어(PC)에 각각 선택적으로 연결될 수 있다.

상기 제2 기어열(GT2)은 제2 입력축(IS2)에 고정 연결되는 제2 입력기어(IG2)와, 제1 출력축(OS1)의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제2 입력기어(IG2)와 외접 치합되는 제1 변속기어(SG1)로 구성된다.

상기 제3 기어열(GT3)은 유성기어세트(PG)의 제3 회전요소(N3)인 링기어(R)에 고정 연결되는 제2 외접기어(EG2)와, 제2 입력축(IS2)에 고정 연결되어 상기 제2 외접기어(EG2)와 외접 치합되는 제3 입력기어(IG3), 및 제1 출력축(OS1)의 외주 측에 외접 간섭 없이 배치되어 상기 제3 입력기어(IG3)와 외접 치합되는 제2 변속기어(SG2)로 구성된다.

상기 제4 기어열(GT4)은 유성기어세트(PG)의 제1 회전요소(N1)인 선기어(S)에 고정 연결되는 제3 외접기어(EG3)와, 제3 입력축(IS3)에 고정 연결되어 상기 제3 외접기어(EG3)와 외접 치합되는 제4 입력기어(IG4)와, 제1 출력축(OS1)의 외주 측에 외접 간섭 없이 배치되어 상기 제4 입력기어(IG4)와 외접 치합되는 제3 변속기어(SG3)로 구성된다.

상기 제5 기어열(GT5)은 제3 입력축(IS3)에 고정 연결되는 제5 입력기어(IG5)와, 제1 출력축(OS1)의 외주 측에 외접 간섭 없이 배치되어 상기 제5 입력기어(IG5)와 외접 치합되는 제4 변속기어(SG4)로 구성된다.

상기 제6 기어열(GT6)은 디프렌셜(DIFF)의 종감속 기어(FDG)와, 제1 출력축(OS1)에 고정 연결되어 상기 종감속 기어(FDG)와 외접 치합되는 제1 출력기어(OG1)로 구성된다.

이러한 6개의 기어열(GT1 ~ GT6)은 엔진(ENG)의 반대측으로부터 제1, 제2, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6 기어열(GT1)(GT2)(GT3)(GT4)(GT5)(GT6)의 순서로 배치된다.

상기에서 제1 출력축(OS1)의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되는 제1, 제2, 제3, 제4 변속기어(SG1)(SG2)(SG3)(SG4)들은 제1, 제2 싱크로메시(SM1)(SM2)에 의하여 제1 출력축(OS1)과 선택적으로 동기 연결되도록 구성된다.

즉, 상기 제1 싱크로메시(SM1)는 상기 제1 변속기어(SG1)와 제2 변속기어(SG2)를 제1 출력축(OS1)과 선택적으로 동기 연결하도록 구성되고, 상기 제2 싱크로메시(SM2)는 상기 제3 변속기어(SG3)와 제4 변속기어(SG4)를 제1 출력축(OS1)과 선택적으로 동기 연결하도록 구성된다.

상기한 제1, 제2 싱크로메시(SM1)(SM2)는 공지의 구성이므로 상세한 설명은 생략하며, 상기 제1, 제2 싱크로메시(SM1)(SM2)에 적용되는 제1, 제2 슬리이브(SLE1)(SLE2)는 미도시된 별도의 액추에이터를 구비하며, 트랜스밋션 제어유닛에 의하여 변속 시, 해당 액추에이터가 제어되도록 구성된다.

상기한 제1 내지 제6 기어열(GT ~ GT6)의 기어비는 필요로 하는 변속기의 설계 조건에 다양하게 설정될 수 있다.

그리고 본 발명의 제1 실시 예에서는 축과 축 또는 축과 유성기어세트의 회전요소가 상호 선택적으로 연결되는 부분에 결합요소인 4개의 클러치(CL1)(CL2)(CL3)(CL4)가 배치된다.

상기 4개의 클러치(CL1 ~ CL4)의 배치 위치를 살펴보면 다음과 같다.

상기 제1 클러치(CL1)는 제1 입력축(IS1)과 제2 입력축(IS2) 사이에 배치되며, 제1 입력축(IS1)과 제2 입력축(IS2)을 선택적으로 연결하여 동력이 전달되도록 한다.

상기 제2 클러치(CL2)는 제1 입력축(IS1)과 제3 입력축(IS3) 사이에 배치되며, 제1 입력축(IS1)과 제3 입력축(IS3)을 선택적으로 연결하여 동력이 전달되도록 한다.

상기 제3 클러치(CL3)는 중간축(CS)과 유성기어세트(PG)의 제2 회전요소(N2)인 유성캐리어(PC) 사이에 배치되며, 중간축(CS)과 유성캐리어(PC)를 선택적으로 연결하여 동력이 전달되도록 한다.

상기 제4 클러치(CL4)는 중간축(CS)과 유성기어세트(PG)의 제1 회전요소(N1)인 선기어(S) 사이에 배치되며, 중간축(CS)과 선기어(S)를 선택적으로 연결하여 동력이 전달되도록 한다.

상기에서 제1, 제2, 제3, 제4 클러치(CL1)(CL2)(CL3)(CL4)로 이루어지는 각 결합요소는 유압제어장치로부터 공급되는 유압에 의하여 작동되는 다판식 유압마찰결합유닛으로 이루어질 수 있으며, 주로 습식 다판형 유압마찰결합유닛이 사용되지만, 도그 클러치, 전자식 클러치, 자분식 클러치 등과 같이 전자제어장치로부터 공급되는 전기적인 신호에 따라 작동될 수 있는 결합유닛으로 이루어질 수 있다.

상기의 기재에서, 고정 연결(Fixedly connected) 또는 이와 유사한 용어는 해당 축을 통하여 연결된 회전요소와 해당 축이 서로 회전수의 차이 없이 회전하도록 연결되는 것을 의미한다. 즉, 고정 연결된 회전요소와 해당 축은 동일한 회전방향 및 회전수로 회전한다.

또한, 상기의 기재에서, 선택적 연결(Selectively connected) 또는 이와 유사한 용어는 해당 축이 결합요소(클러치 또는 싱크로메시 등)를 통해 동일한 회전방향 및 회전수로 회전 가능하도록 연결되는 것을 의미한다.

즉, 결합요소가 해당 축과 회전요소를 선택적으로 연결하는 경우, 결합요소가 작동하면, 해당 축과 회전요소는 동일한 회전방향 및 회전수로 회전하고, 결합요소가 해제되면, 해당 축의 연결이 해제된다.

도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 변속장치의 변속 작동표로서, 변속과정을 살펴보면 다음과 같다.

본 발명의 제1 실시 예에 따른 변속장치는 결합요소인 4개의 클러치(CL1 ~ CL4)와 2개의 싱크로메시(SM1)(SM2)의 선택적 작동에 의하여 다수의 변속단을 구현할 수 있다.

즉, 상기 제2, 제3 클러치(CL2)CL3)의 동시 작동과 제1 싱크로메시(SM1)의 작동에 의한 2개의 변속단, 상기 제1, 제3 클러치(CL1)CL3)의 동시 작동과 제2 싱크로메시(SM2)의 작동에 의한 2개의 변속단, 상기 제1 클러치(CL1)와 제1 싱크로메시(SM1)의 작동에 의한 2개의 변속단, 상기 제2 클러치(CL2)와 제2 싱크로메시(SM2)의 작동에 의한 2개의 변속단, 상기 제3, 제4 클러치(CL3)(CL4)의 동시 작동과 제1 싱크로메시(SM1) 또는 제2 싱크로메시(SM2)의 작동에 의한 4개의 변속단, 상기 제3 클러치(CL3)와 제1, 제2 싱크로메시(SM1)(SM2)의 작동에 의한 4개의 변속단을 포함하여 총 16개의 변속단을 구현할 수 있다.

본 발명의 제1 실시 예에 따른 변속장치는 상기와 같이 구현되는 16개의 변속단 중, 설계하고자 하는 변속기의 특성에 맞는 변속단을 선택하여 적용함으로써, 다단 변속기로의 운용이 가능할 수 있다.

상기와 같은 16개의 변속단의 구현을 위하여, 각 기어열(GT1 ~ GT6, PG)의 기어비를 아래와 같이 가정하였을 때, 도 2에 개시된 바와 같이, 하기의 16 예의 변속단에 대한 기어비를 산출할 수 있다.

즉, 상기 각 기어열(GT1 ~ GT6, SPG)의 기어비에 있어서,

상기 제1 기어열(GT1)의 제1 외접기어(EG1)/제1 입력기어(EG1)의 기어비는 0.875,

상기 제2 기어열(GT2)의 제1 변속기어(SG1)/제2 입력기어(IG2)의 기어비는 0.875,

상기 제3 기어열(GT3)의 제3 입력기어(IG3)/제2 외접기어(EG2)의 기어비는 0.533,

상기 제3 기어열(GT3)의 제2 변속기어(SG2)/제3 입력기어(IG3)의 기어비는 0.400,

상기 제4 기어열(GT4)의 제3 외접기어(EG3)/제4 입력기어(IG4)의 기어비는 1.433,

상기 제4 기어열(GT4)의 제3 변속기어(SG3)/제4 입력기어(IG4)의 기어비는 4.000,

상기 제5 기어열(GT5)의 제4 변속기어(SG4)/제5 입력기어(IG5)의 기어비는 0.767,

상기 제6 기어열(GT6)의 종감속 기어(FDG)/제1 출력기어(OG1)의 기어비는 3.667,

상기 유성기어세트(PG)의 기어비는 2.462이라고 하였을 때, 도 2와 같이, 아래 16 예의 변속단에 대한 각 기어비가 산출된다.

[제1 예의 변속단]

제1 예의 변속단에서는 제2, 제3 클러치(CL2)(CL3)가 작동 제어되는 상태에서, 제1 싱크로메시(SM1)를 제어하여 제1 변속기어(SG1)와 제1 출력축(OS1)을 동기 연결한다.

그러면, 엔진(ENG)의 회전동력은 제2 클러치(CL2)의 작동에 의하여 제1 입력축(IS1), 제2 클러치(CL2), 제3 입력축(IS3), 제4 기어열(GT4)을 통해 유성기어세트(PG)의 제1 회전요소(N1)에 입력되며, 동시에 제3 클러치(CL3)의 작동에 의하여 제1 입력축(IS1), 제1 기어열(GT1), 제3 클러치(CL3)를 통해 유성기어세트(PG)의 제2 회전요소(N2)에 입력된다.

이때, 상기 유성기어세트(PG)는 제2 회전요소(N2)에 제1 기어열(GT1)의 기어비에 따른 회전동력이 입력되고, 제1 회전요소(N1)에 제4 기어열(GT4)의 기어비에 따른 회전동력이 입력된다.

이에, 상기 제1, 제3 입력축(IS1)(IS3)의 회전동력은 유성기어세트(PG)의 제1, 제2 회전요소(N1)(N2)의 회전수 차이에 따른 변속이 이루어져 제3 회전요소(N3)로 출력되고, 상기 제3 회전요소(N3)의 회전동력은 제3 기어열(GT3), 제2 기어열(GT2), 제1 출력축(OS1), 제1 출력기어(OG1), 종감속 기어(FDG)를 통해 디프렌셜(DIFF)에 전달되면서 변속이 이루어진다.

즉, 상기 제1 예의 변속단에서는 제1, 제3 입력축(IS1)(IS3)의 회전동력이 제1, 제4 기어열(GT1)(GT4)의 기어비로 인해, 유성기어세트(PG)에서 제1, 제2 회전요소(N1)(N2)의 회전수 차이로 1차 변속되고, 제3, 제2 기어열(GT3)(GT2)의 기어비에 의하여 2차 변속되어 제1 출력축(OS1)으로 전달된다.

이때, 제2 싱크로메시(SM2)는 중립 상태를 유지하여 제3 입력축(IS3)의 회전동력이 제4 기어열(GT4) 및 제5 기어열(GT5)을 통해 제1 출력축(OS1)으로 전달되지 않도록 한다.

[제2 예의 변속단]

제2 예의 변속단에서는 제2, 제3 클러치(CL2)(CL3)가 작동 제어되는 상태에서, 제1 싱크로메시(SM1)를 제어하여 제2 변속기어(SG2)와 제1 출력축(OS1)을 동기 연결한다.

이에, 상기 제1, 제3 입력축(IS1)(IS3)의 회전동력은 유성기어세트(PG)의 제1, 제2 회전요소(N1)(N2)의 회전수 차이에 따른 변속이 이루어져 제3 회전요소(N3)로 출력되고, 상기 제3 회전요소(N3)의 회전동력은 제3 기어열(GT3), 제1 출력축(OS1), 제1 출력기어(OG1), 종감속 기어(FDG)를 통해 디프렌셜(DIFF)에 전달되면서 변속이 이루어진다.

즉, 상기 제2 예의 변속단에서는 제1, 제3 입력축(IS1)(IS3)의 회전동력이 제1, 제4 기어열(GT1)(GT4)의 기어비로 인해, 유성기어세트(PG)에서 제1, 제2 회전요소(N1)(N2)의 회전수 차이로 1차 변속되고, 제3 기어열(GT3)의 기어비에 의하여 2차 변속되어 제1 출력축(OS1)으로 전달된다.

[제3 예의 변속단]

제3 예의 변속단에서는 제1, 제3 클러치(CL1)(CL3)가 작동 제어되는 상태에서, 제2 싱크로메시(SM2)를 제어하여 제3 변속기어(SG3)와 제1 출력축(OS1)을 동기 연결한다.

그러면, 엔진(ENG)의 회전동력은 제1 클러치(CL1)의 작동에 의하여 제1 입력축(IS1), 제1 클러치(CL1), 제2 입력축(IS2), 제3 기어열(GT3)을 통해 유성기어세트(PG)의 제3 회전요소(N3)에 입력되며, 동시에 제3 클러치(CL3)의 작동에 의하여 제1 입력축(IS1), 제1 기어열(GT1), 제3 클러치(CL3)를 통해 유성기어세트(PG)의 제2 회전요소(N2)에 입력된다.

이때, 상기 유성기어세트(PG)는 제2 회전요소(N2)에 제1 기어열(GT1)의 기어비에 따른 회전동력이 입력되고, 제3 회전요소(N3)에 제3 기어열(GT3)의 기어비에 따른 회전동력이 입력된다.

이에, 상기 제1, 제2 입력축(IS1)(IS2)의 회전동력은 유성기어세트(PG)의 제2, 제3 회전요소(N2)(N3)의 회전수 차이에 따른 변속이 이루어져 제1 회전요소(N1)로 출력되고, 상기 제1 회전요소(N1)의 회전동력은 제4 기어열(GT4), 제1 출력축(OS1), 제1 출력기어(OG1), 종감속 기어(FDG)를 통해 디프렌셜(DIFF)에 전달되면서 변속이 이루어진다.

즉, 상기 제3 예의 변속단에서는 제1, 제2 입력축(IS1)(IS2)의 회전동력이 제1, 제3 기어열(GT1)(GT3)의 기어비로 인해, 유성기어세트(PG)에서 제2, 제3 회전요소(N2)(N3)의 회전수 차이로 1차 변속되고, 제4 기어열(GT4)의 기어비에 의하여 2차 변속되어 제1 출력축(OS1)으로 전달된다.

이때, 제1 싱크로메시(SM1)는 중립 상태를 유지하여 제2 입력축(IS1)의 회전동력이 제2 기어열(GT2) 및 제3 기어열(GT3)을 통해 제1 출력축(OS1)으로 전달되지 않도록 한다.

[제4 예의 변속단]

제4 예의 변속단에서는 제1, 제3 클러치(CL1)(CL3)가 작동 제어되는 상태에서, 제2 싱크로메시(SM2)를 제어하여 제4 변속기어(SG4)와 제1 출력축(OS1)을 동기 연결한다.

이에, 상기 제1, 제2 입력축(IS1)(IS2)의 회전동력은 유성기어세트(PG)의 제2, 제3 회전요소(N2)(N3)의 회전수 차이에 따른 변속이 이루어져 제1 회전요소(N1)로 출력되고, 상기 제1 회전요소(N1)의 회전동력은 제4 기어열(GT4), 제5 기어열(GT5), 제1 출력축(OS1), 제1 출력기어(OG1), 종감속 기어(FDG)를 통해 디프렌셜(DIFF)에 전달되면서 변속이 이루어진다.

즉, 상기 제4 예의 변속단에서는 제1, 제2 입력축(IS1)(IS2)의 회전동력이 제1, 제3 기어열(GT1)(GT3)의 기어비로 인해, 유성기어세트(PG)에서 제2, 제3 회전요소(N2)(N3)의 회전수 차이로 1차 변속되고, 제4 기어열(GT4)과 제5 기어열(GT5)의 기어비에 의하여 2차 변속되어 제1 출력축(OS1)으로 전달된다.

[제5 예의 변속단]

제5 예의 변속단에서는 제1 클러치(CL1)가 작동 제어되는 상태에서, 제1 싱크로메시(SM1)를 제어하여 제1 변속기어(SG1)와 제1 출력축(OS1)을 동기 연결한다.

그러면, 엔진(ENG)의 회전동력은 제1 클러치(CL1)의 작동에 의하여 제1 입력축(IS1), 제1 클러치(CL1), 제2 입력축(IS2), 제2 기어열(GT2), 제1 출력축(OS1), 제1 출력기어(OG1), 종감속 기어(FDG)를 통해 디프렌셜(DIFF)에 전달되면서 변속이 이루어진다.

즉, 상기 제5 예의 변속단에서는 제1 입력축(IS1)의 회전동력이 제2 기어열(GT2)의 기어비에 의하여 변속되어 제1 출력축(OS1)으로 전달된다.

이때, 제2 싱크로메시(SM2)는 제3 변속기어(SG3) 또는 제4 변속기어(SG4)를 제1 출력축(OS1)과 동기 연결하여도 변속에는 아무런 영향을 미치지 않는다.

[제6 예의 변속단]

제6 예의 변속단에서는 제1 클러치(CL1)가 작동 제어되는 상태에서, 제1 싱크로메시(SM1)를 제어하여 제2 변속기어(SG2)와 제1 출력축(OS1)을 동기 연결한다.

그러면, 엔진(ENG)의 회전동력은 제1 클러치(CL1)의 작동에 의하여 제1 입력축(IS1), 제1 클러치(CL1), 제2 입력축(IS2), 제3 기어열(GT3), 제1 출력축(OS1), 제1 출력기어(OG1), 종감속 기어(FDG)를 통해 디프렌셜(DIFF)에 전달되면서 변속이 이루어진다.

즉, 상기 제6 예의 변속단에서는 제1 입력축(IS1)의 회전동력이 제3 기어열(GT3)의 기어비에 의하여 변속되어 제1 출력축(OS1)으로 전달된다.

[제7 예의 변속단]

제7 예의 변속단에서는 제2 클러치(CL2)가 작동 제어되는 상태에서, 제2 싱크로메시(SM2)를 제어하여 제3 변속기어(SG3)와 제1 출력축(OS1)을 동기 연결한다.

그러면, 엔진(ENG)의 회전동력은 제2 클러치(CL2)의 작동에 의하여 제1 입력축(IS1), 제2 클러치(CL2), 제3 입력축(IS3), 제4 기어열(GT4), 제1 출력축(OS1), 제1 출력기어(OG1), 종감속 기어(FDG)를 통해 디프렌셜(DIFF)에 전달되면서 변속이 이루어진다.

즉, 상기 제7 예의 변속단에서는 제1 입력축(IS1)의 회전동력이 제4 기어열(GT4)의 기어비에 의하여 변속되어 제1 출력축(OS1)으로 전달된다.

이때, 제1 싱크로메시(SM1)는 제1 변속기어(SG1) 또는 제2 변속기어(SG2)를 제1 출력축(OS1)과 동기 연결하여도 변속에는 아무런 영향을 미치지 않는다.

[제8 예의 변속단]

제8 예의 변속단에서는 제2 클러치(CL2)가 작동 제어되는 상태에서, 제2 싱크로메시(SM2)를 제어하여 제4 변속기어(SG4)와 제1 출력축(OS1)을 동기 연결한다.

그러면, 엔진(ENG)의 회전동력은 제2 클러치(CL2)의 작동에 의하여 제1 입력축(IS1), 제2 클러치(CL2), 제3 입력축(IS3), 제5 기어열(GT5), 제1 출력축(OS1), 제1 출력기어(OG1), 종감속 기어(FDG)를 통해 디프렌셜(DIFF)에 전달되면서 변속이 이루어진다.

즉, 상기 제8 예의 변속단에서는 제1 입력축(IS1)의 회전동력이 제5 기어열(GT5)의 기어비에 의하여 변속되어 제1 출력축(OS1)으로 전달된다.

[제9 예의 변속단]

제9 예의 변속단에서는 제3, 제4 클러치(CL3)(CL4)가 작동 제어되는 상태에서, 제1 싱크로메시(SM1)를 제어하여 제1 변속기어(SG1)와 제1 출력축(OS1)을 동기 연결한다.

그러면, 엔진(ENG)의 회전동력은 제3 클러치(CL3)의 작동에 의하여 제1 입력축(IS1), 제1 기어열(GT1), 제3 클러치(CL3)를 통해 유성기어세트(PG)의 제2 회전요소(N2)에 입력되고, 동시에 제4 클러치(CL4)의 작동에 의하여 제1 입력축(IS1), 제1 기어열(GT1), 제4 클러치(CL4)를 통해 유성기어세트(PG)의 제1 회전요소(N1)에 입력된다.

이때, 상기 유성기어세트(PG)는 제1, 제2 회전요소(N1)(N2)에 제1 입력축(IS1)의 동일한 회전동력이 입력되어 하나로 회전하는 상태가 되어 제1, 제2 회전요소(N1)(N2)로 입력되는 회전동력을 입력 그대로 제1, 제3 회전요소(N1)(N3)를 통해 출력한다.

이에, 상기 제3 회전요소(N3)를 통해 출력되는 회전동력은 제3 기어열(GT3), 제2 기어열(GT2), 제1 출력축(OS1), 제1 출력기어(OG1), 종감속 기어(FDG)를 통해 디프렌셜(DIFF)에 전달되면서 변속이 이루어진다.

즉, 상기 제9 예의 변속단에서는 제1 입력축(IS1)의 회전동력이 제1 기어열(GT1), 제3, 제2 기어열(GT3)(GT2)의 기어비에 의하여 변속되어 제1 출력축(OS1)으로 전달된다.

이때, 제2 싱크로메시(SM2)는 중립 상태를 유지하고 있기 때문에 유성기어세트(PG)의 제1 회전요소(N1)를 통해 출력되는 회전동력은 제1 출력축(OS1)으로 전달되지 않아 변속에 아무런 영향을 미치지 않는다.

[제10 예의 변속단]

제10 예의 변속단에서는 제3, 제4 클러치(CL3)(CL4)가 작동 제어되는 상태에서, 제1 싱크로메시(SM1)를 제어하여 제2 변속기어(SG2)와 제1 출력축(OS1)을 동기 연결한다.

이에, 상기 제3 회전요소(N3)를 통해 출력되는 회전동력은 제3 기어열(GT3), 제1 출력축(OS1), 제1 출력기어(OG1), 종감속 기어(FDG)를 통해 디프렌셜(DIFF)에 전달되면서 변속이 이루어진다.

즉, 상기 제10 예의 변속단에서는 제1 입력축(IS1)의 회전동력이 제1 기어열(GT1), 제3 기어열(GT3)의 기어비에 의하여 변속되어 제1 출력축(OS1)으로 전달된다.

[제11 예의 변속단]

제11 예의 변속단에서는 제3, 제4 클러치(CL3)(CL4)가 작동 제어되는 상태에서, 제2 싱크로메시(SM2)를 제어하여 제3 변속기어(SG3)와 제1 출력축(OS1)을 동기 연결한다.

이에, 상기 제1 회전요소(N1)를 통해 출력되는 회전동력은 제4 기어열(GT4), 제1 출력축(OS1), 제1 출력기어(OG1), 종감속 기어(FDG)를 통해 디프렌셜(DIFF)에 전달되면서 변속이 이루어진다.

즉, 상기 제11 예의 변속단에서는 제1 입력축(IS1)의 회전동력이 제1 기어열(GT1), 제4 기어열(GT4)의 기어비에 의하여 변속되어 제1 출력축(OS1)으로 전달된다.

이때, 제1 싱크로메시(SM1)는 중립 상태를 유지하고 있기 때문에 유성기어세트(PG)의 제3 회전요소(N3)를 통해 출력되는 회전동력은 제1 출력축(OS1)으로 전달되지 않아 변속에 아무런 영향을 미치지 않는다.

[제12 예의 변속단]

제12 예의 변속단에서는 제3, 제4 클러치(CL3)(CL4)가 작동 제어되는 상태에서, 제2 싱크로메시(SM2)를 제어하여 제4 변속기어(SG4)와 제1 출력축(OS1)을 동기 연결한다.

이에, 상기 제1 회전요소(N1)를 통해 출력되는 회전동력은 제4 기어열(GT4), 제5 기어열(GT5), 제1 출력축(OS1), 제1 출력기어(OG1), 종감속 기어(FDG)를 통해 디프렌셜(DIFF)에 전달되면서 변속이 이루어진다.

즉, 상기 제12 예의 변속단에서는 제1 입력축(IS1)의 회전동력이 제1 기어열(GT1), 제4, 제5 기어열(GT4)(GT5)의 기어비에 의하여 변속되어 제1 출력축(OS1)으로 전달된다.

[제13 예의 변속단]

제13 예의 변속단에서는 제3 클러치(CL3)가 작동 제어되는 상태에서, 제1 싱크로메시(SM1)를 제어하여 제1 변속기어(SG1)를 제1 출력축(OS1)과 동기 연결하고, 제2 싱크로메시(SM2)를 제어하여 제3 변속기어(SG3)와 제1 출력축(OS1)을 동기 연결한다.

그러면, 상기 유성기어세트(PG)의 제3 회전요소(N3)는 제1 싱크로메시(SM1)의 작동에 의하여 제3 기어열(GT3), 제2 기어열(GT2)을 통해 제1 출력축(OS1)과 동력 연결되고, 상기 유성기어세트(PG)의 제1 회전요소(N1)는 제2 싱크로메시(SM2)의 작동에 의하여 제4 기어열(GT4)을 통해 제1 출력축(OS1)과 동력 연결된 상태에서, 엔진(ENG)의 회전동력이 제1 입력축(IS1), 제1 기어열(GT1), 제3 클러치(CL3)를 통해 유성기어세트(PG)의 제2 회전요소(N2)로 입력된다.

이에 따라, 상기 유성기어세트(PG)는 제1, 제3 회전요소(N1)(N3)가 제1 출력축(OS1)과 하나의 폐회로적인 동력 연결이 이루어지며, 상기 제1 회전요소(N1)는 제4 기어열(GT4)의 기어비, 상기 제3 회전요소(N3)는 제3, 제2 기어열(GT3)(GT2)의 기어비에 따라 상호 보완적으로 회전하면서 상기 제2 회전요소(N2)로 입력되는 회전동력을 변속하여 제1 출력축(OS1), 제1 출력기어(OG1), 종감속 기어(FDG)를 통해 디프렌셜(DIFF)에 전달되면서 변속이 이루어진다.

[제14 예의 변속단]

제14 예의 변속단에서는 제3 클러치(CL3)가 작동 제어되는 상태에서, 제1 싱크로메시(SM1)를 제어하여 제1 변속기어(SG1)를 제1 출력축(OS1)과 동기 연결하고, 제2 싱크로메시(SM2)를 제어하여 제4 변속기어(SG4)와 제1 출력축(OS1)을 동기 연결한다.

그러면, 상기 유성기어세트(PG)의 제3 회전요소(N3)는 제1 싱크로메시(SM1)의 작동에 의하여 제3 기어열(GT3), 제2 기어열(GT2)을 통해 제1 출력축(OS1)과 동력 연결되고, 상기 유성기어세트(PG)의 제1 회전요소(N1)는 제2 싱크로메시(SM2)의 작동에 의하여 제4, 제5 기어열(GT4)(GT5)을 통해 제1 출력축(OS1)과 동력 연결된 상태에서, 엔진(ENG)의 회전동력이 제1 입력축(IS1), 제1 기어열(GT1), 제3 클러치(CL3)를 통해 유성기어세트(PG)의 제2 회전요소(N2)로 입력된다.

이에 따라, 상기 유성기어세트(PG)는 제1, 제3 회전요소(N1)(N3)가 제1 출력축(OS1)과 하나의 폐회로적인 동력 연결이 이루어지며, 상기 제1 회전요소(N1)는 제4, 제5 기어열(GT4)(GT5)의 기어비, 상기 제3 회전요소(N3)는 제3, 제2 기어열(GT3)(GT2)의 기어비에 따라 상호 보완적으로 회전하면서 상기 제2 회전요소(N2)로 입력되는 회전동력을 변속하여 제1 출력축(OS1), 제1 출력기어(OG1), 종감속 기어(FDG)를 통해 디프렌셜(DIFF)에 전달되면서 변속이 이루어진다.

[제15 예의 변속단]

제15 예의 변속단에서는 제3 클러치(CL3)가 작동 제어되는 상태에서, 제1 싱크로메시(SM1)를 제어하여 제2 변속기어(SG2)를 제1 출력축(OS1)과 동기 연결하고, 제2 싱크로메시(SM2)를 제어하여 제3 변속기어(SG3)와 제1 출력축(OS1)을 동기 연결한다.

그러면, 상기 유성기어세트(PG)의 제3 회전요소(N3)는 제1 싱크로메시(SM1)의 작동에 의하여 제3 기어열(GT3)을 통해 제1 출력축(OS1)과 동력 연결되고, 상기 유성기어세트(PG)의 제1 회전요소(N1)는 제2 싱크로메시(SM2)의 작동에 의하여 제4 기어열(GT4)을 통해 제1 출력축(OS1)과 동력 연결된 상태에서, 엔진(ENG)의 회전동력이 제1 입력축(IS1), 제1 기어열(GT1), 제3 클러치(CL3)를 통해 유성기어세트(PG)의 제2 회전요소(N2)로 입력된다.

이에 따라, 상기 유성기어세트(PG)는 제1, 제3 회전요소(N1)(N3)가 제1 출력축(OS1)과 하나의 폐회로적인 동력 연결이 이루어지며, 상기 제1 회전요소(N1)는 제4 기어열(GT4)의 기어비, 상기 제3 회전요소(N3)는 제3 기어열(GT3)의 기어비에 따라 상호 보완적으로 회전하면서 상기 제2 회전요소(N2)로 입력되는 회전동력을 변속하여 제1 출력축(OS1), 제1 출력기어(OG1), 종감속 기어(FDG)를 통해 디프렌셜(DIFF)에 전달되면서 변속이 이루어진다.

[제16 예의 변속단]

제16 예의 변속단에서는 제3 클러치(CL3)가 작동 제어되는 상태에서, 제1 싱크로메시(SM1)를 제어하여 제2 변속기어(SG2)를 제1 출력축(OS1)과 동기 연결하고, 제2 싱크로메시(SM2)를 제어하여 제4 변속기어(SG4)와 제1 출력축(OS1)을 동기 연결한다.

그러면, 상기 유성기어세트(PG)의 제3 회전요소(N3)는 제1 싱크로메시(SM1)의 작동에 의하여 제3 기어열(GT3)을 통해 제1 출력축(OS1)과 동력 연결되고, 상기 유성기어세트(PG)의 제1 회전요소(N1)는 제2 싱크로메시(SM2)의 작동에 의하여 제4 기어열(GT4)과 제5 기어열(GT5)을 통해 제1 출력축(OS1)과 동력 연결된 상태에서, 엔진(ENG)의 회전동력이 제1 입력축(IS1), 제1 기어열(GT1), 제3 클러치(CL3)를 통해 유성기어세트(PG)의 제2 회전요소(N2)로 입력된다.

이에 따라, 상기 유성기어세트(PG)는 제1, 제3 회전요소(N1)(N3)가 제1 출력축(OS1)과 하나의 폐회로적인 동력 연결이 이루어지며, 상기 제1 회전요소(N1)는 제4, 제5 기어열(GT4)(GT5)의 기어비, 상기 제3 회전요소(N3)는 제3 기어열(GT3)의 기어비에 따라 상호 보완적으로 회전하면서 상기 제2 회전요소(N2)로 입력되는 회전동력을 변속하여 제1 출력축(OS1), 제1 출력기어(OG1), 종감속 기어(FDG)를 통해 디프렌셜(DIFF)에 전달되면서 변속이 이루어진다.

이와 같이, 상기 16개 예의 변속단의 기어비를 참조하여 필요로 하는 변속단의 변속기를 설계할 수 있는데, 도 2에서와 같이, 제1, 제3, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 제11, 제12, 제13 예의 변속단을 이용하여 전진 9속 및 후진 1속의 변속단을 갖는 변속기의 설계가 가능하다.

도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 변속장치의 모식도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예는 상기 제1 실시 예에서, 중간축(CS)과 유성기어세트(PG)의 제1 회전요소(N1)인 선기어(S) 사이에 배치되었던 제4 클러치(CL4)를 중간축(CS)과 유성기어세트(PG)의 제3 회전요소(N3)인 링기어(R) 사이에 변경하여 배치하였다.

상기 제2 실시 예는 제1 실시 예와 비교하여 제4 클러치(CL4)의 위치만 바뀌었을 뿐, 변속과정 및 그 작용효과는 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

도 4는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 변속장치의 모식도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예는 상기 제1 실시 예에서, 제1 출력축(OS1)을 상호 평행하게 배치되는 제1, 제2 출력축(OS1)(OS2)로 분할하고, 제1 출력축(OS1)에는 제1 싱크로메시(SM2)를 배치하고, 제2 출력축(OS2)에는 제2 싱크로메시(SM1)를 배치하였다.

이에 따라 상기 제1 출력축(OS1)은 제2, 제3 기어열(GT2)(GT3)을 통해 입력되는 회전동력을 제6 기어열(GT6)인 제1 출력기어(OG1)와 종감속 기어(FDG)를 통해 디프렌셜(DIFF)로 전달하고, 상기 제2 출력축(OS2)은 상기 제4, 제5 기어열(GT4)(GT5)을 통해 입력되는 회전동력을 역시 제6 기어열(GT6)인 제2 출력기어(OG2)와 종감속 기어(FDG)를 통해 디프렌셜(DIFF)로 전달하도록 구성하였다.

이에 따라, 상기 제1, 제2 출력기어(OS1)(OS2)를 변경하여 상기 제1 실시 예와는 다른 종감속 기어비를 얻을 수 있다.

도 5는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 변속장치의 모식도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 제4 실시 예는 상기 제3 실시 예에서, 중간축(CS)과 유성기어세트(PG)의 제1 회전요소(N1)인 선기어(S) 사이에 배치되었던 제4 클러치(CL4)를 중간축(CS)과 유성기어세트(PG)의 제3 회전요소(N3)인 링기어(R) 사이에 변경하여 배치하였다.

상기 제4 실시 예는 제3 실시 예와 비교하여 제4 클러치(CL4)의 위치만 바뀌었을 뿐, 변속과정 및 그 작용효과는 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

이상에서와 같이 본 발명의 실시 예들에 따른 차량용 변속장치는 기본적인 전진 4단 DCT 구조에 1개의 단순유성기어세트와 2개의 싱크로메시의 간단한 조합으로 16개의 변속단을 구현할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예들에 따른 차량용 변속장치는 16개의 변속단 중, 적용 차량의 설계 조건에 따라 임의로 변속단을 선택하여 다단화 할 수 있기 때문에 다양한 차량의 특성에 맞게 변속기를 다단화 하는 것이 용이하고, 이에 따른 동력 전달 성능 향상과 연비 향상을 도모할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예들에 따른 차량용 변속장치는 기본적인 전진 4단 DCT 구조를 이용함으로 간단한 구성에 의하여 변속기를 소형화할 수 있으며, 이로 인해 탑재성을 향상시킬 수 있다.

이상으로 본 발명의 실시 예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예들에 한정되지 아니하며, 상기 실시 예와 청구범위를 벗어나지 않는 범위 내에서, 당해 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

ENG: 엔진
EOS: 엔진 출력축(크랭크 축)
IS1,IS2,IS3: 제1, 제2, 제3 입력축
OS1,OS2: 제1, 제2 출력축
CS: 중간축
PG: 유성기어세트
CL1,CL2,CL3,CL4: 제1, 제2, 제3, 제4 클러치
GT1,GT2,GT3,GT4,GT5,GT6: 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6 기어열
IG1,G2,IG3,IG4,IG5: 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 입력기어
SG1,SG2,SG3,SG4: 제1, 제2, 제3, 제4 변속기어
EG1,EG2,EG3: 제1, 제2, 제3 외접기어
OG1,OG2: 제1, 제2 출력기어
SM1,SM2: 제1, 제2 싱크로메시
DIFF: 디프렌셜
FDG: 종감속 기어

Claims

엔진 출력축에 고정 연결되는 제1 입력축;
중공축으로 이루어져 상기 제1 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되며, 상기 제1 입력축에 선택적으로 연결되는 제2 입력축;
중공축으로 이루어져 상기 제2 입력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되며, 상기 제1 입력축에 선택적으로 연결되는 제3 입력축;
상기 제1, 제2, 제3 입력축과 일정간격을 두고 평행하게 배치되는 중간축 및 하나 이상의 출력축;
제1, 제2, 제3 회전요소를 포함하여 상기 중간축의 축선 상에 배치되며, 3개의 회전요소 중, 2개의 회전요소가 각각 상기 중간축에 선택적으로 연결되는 유성기어세트;
상기 중간축, 상기 제1, 제2, 제3 입력축, 상기 출력축, 및 상기 유성기어세트 사이에 구성되어 상호간에 동력 연결하는 복수의 기어열;
상기 출력축 상에 배치되어 상기 제2 입력축으로부터 2개의 기어열을 통해 전달되는 회전동력을 출력축에 선택적으로 전달하는 제1 싱크로메시;
상기 출력축 상에 배치되어 상기 제3 입력축으로부터 2개의 기어열을 통해 전달되는 회전동력을 출력축에 선택적으로 전달하는 제2 싱크로메시; 및
축과 축, 축과 회전요소를 선택적으로 연결하는 위치에 구성되는 4개의 클러치;
를 포함하는 차량용 변속장치.
제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 출력축은
상기 제2, 제3 입력축과 디프렌셜 사이에서 동력 전달하는 제1 출력축으로 이루어지는 차량용 변속장치.
제2항에 있어서,
상기 유성기어세트는
상기 제1, 제2 회전요소가 상기 중간축에 선택적으로 연결되는 차량용 변속장치.
제3항에 있어서,
상기 4개의 클러치는
상기 제1 입력축과 상기 제2 입력축 사이에 배치되는 제1 클러치;
상기 제1 입력축과 상기 제3 입력축 사이에 배치되는 제2 클러치;
상기 중간축과 상기 유성기어세트의 제2 회전요소 사이에 배치되는 제3 클러치; 및
상기 중간축과 상기 유성기어세트의 제1 회전요소 사이에 배치되는 제4 클러치;
를 포함하는 차량용 변속장치.
제2항에 있어서,
상기 유성기어세트는
상기 제2, 제3 회전요소가 상기 중간축에 선택적으로 연결되는 차량용 변속장치.
제5항에 있어서,
상기 4개의 클러치는
상기 제1 입력축과 상기 제2 입력축 사이에 배치되는 제1 클러치;
상기 제1 입력축과 상기 제3 입력축 사이에 배치되는 제2 클러치;
상기 중간축과 상기 유성기어세트의 제2 회전요소 사이에 배치되는 제3 클러치; 및
상기 중간축과 상기 유성기어세트의 제3 회전요소 사이에 배치되는 제4 클러치;
를 포함하는 차량용 변속장치.
제2항에 있어서,
상기 복수의 기어열은
상기 제1 입력축에 고정 연결되는 제1 입력기어와, 상기 중간축에 고정 연결되어 상기 제1 입력기어와 외접 치합되는 제1 외접기어로 이루어지는 제1 기어열;
상기 제2 입력축에 고정 연결되는 제2 입력기어와, 상기 제1 출력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제2 입력기어와 외접 치합되는 제1 변속기어로 이루어지는 제2 기어열;
상기 유성기어세트의 제3 회전요소에 고정 연결되는 제2 외접기어와, 상기 제2 입력축에 고정 연결되어 상기 제2 외접기어와 외접 치합되는 제3 입력기어, 및 상기 제1 출력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제3 입력기어와 외접 치합되는 제2 변속기어로 이루어지는 제3 기어열;
상기 유성기어세트의 제1 회전요소에 고정 연결되는 제3 외접기어와, 상기 제3 입력축에 고정 연결되어 상기 제3 외접기어와 외접 치합되는 제4 입력기어, 및 상기 제1 출력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제4 입력기어와 외접 치합되는 제3 변속기어로 이루어지는 제4 기어열; 및
상기 제3 입력축에 고정 연결되는 제5 입력기어와, 상기 제1 출력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제5 입력기어와 외접 치합되는 제4 변속기어로 이루어지는 제5 기어열;
을 포함하는 차량용 변속장치.
제7항에 있어서,
상기 복수의 기어열은
디프렌셜의 종감속 기어와, 상기 제1 출력축에 고정 연결되어 상기 종감속 기어와 외접 치합되는 제1 출력기어로 이루어지는 제6 기어열을 더 포함하는 차량용 변속장치.
제7항에 있어서,
상기 복수의 기어열은
엔진의 반대측으로부터 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 기어열의 순서로 배치되는 차량용 변속장치.
제7항에 있어서,
상기 제1 싱크로메시는
상기 제2 기어열의 제1 변속기어와 상기 제3 기어열의 제2 변속기어를 제1 출력축에 선택적으로 동기 연결하도록 구성되고,
상기 제2 싱크로메시는
상기 제4 기어열의 제3 변속기어와 상기 제5 기어열의 제4 변속기어를 제1 출력축에 선택적으로 동기 연결하도록 구성되는 차량용 변속장치.
제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 출력축은
상기 제2 입력축과 디프렌셜 사이에서 동력 전달하는 제1 출력축; 및
상기 제3 입력축과 디프렌셜 사이에서 동력 전달하는 제2 출력축;
으로 이루어지는 차량용 변속장치.
제11항에 있어서,
상기 유성기어세트는
상기 제1, 제2 회전요소가 상기 중간축에 선택적으로 연결되는 차량용 변속장치.
제12항에 있어서,
상기 4개의 클러치는
상기 제1 입력축과 상기 제2 입력축 사이에 배치되는 제1 클러치;
상기 제1 입력축과 상기 제3 입력축 사이에 배치되는 제2 클러치;
상기 중간축과 상기 유성기어세트의 제2 회전요소 사이에 배치되는 제3 클러치; 및
상기 중간축과 상기 유성기어세트의 제1 회전요소 사이에 배치되는 제4 클러치;
를 포함하는 차량용 변속장치.
제11항에 있어서,
상기 유성기어세트는
상기 제2, 제3 회전요소가 상기 중간축에 선택적으로 연결되는 차량용 변속장치.
제14항에 있어서,
상기 4개의 클러치는
상기 제1 입력축과 상기 제2 입력축 사이에 배치되는 제1 클러치;
상기 제1 입력축과 상기 제3 입력축 사이에 배치되는 제2 클러치;
상기 중간축과 상기 유성기어세트의 제2 회전요소 사이에 배치되는 제3 클러치; 및
상기 중간축과 상기 유성기어세트의 제3 회전요소 사이에 배치되는 제4 클러치;
를 포함하는 차량용 변속장치.
제11항에 있어서,
상기 복수의 기어열은
상기 제1 입력축에 고정 연결되는 제1 입력기어와, 상기 중간축에 고정 연결되어 상기 제1 입력기어와 외접 치합되는 제1 외접기어로 이루어지는 제1 기어열;
상기 제2 입력축에 고정 연결되는 제2 입력기어와, 상기 제1 출력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제2 입력기어와 외접 치합되는 제1 변속기어로 이루어지는 제2 기어열;
상기 유성기어세트의 제3 회전요소에 고정 연결되는 제2 외접기어와, 상기 제2 입력축에 고정 연결되어 상기 제2 외접기어와 외접 치합되는 제3 입력기어, 및 상기 제1 출력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제3 입력기어와 외접 치합되는 제2 변속기어로 이루어지는 제3 기어열;
상기 유성기어세트의 제1 회전요소에 고정 연결되는 제3 외접기어와, 상기 제3 입력축에 고정 연결되어 상기 제3 외접기어와 외접 치합되는 제4 입력기어, 및 상기 제2 출력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제4 입력기어와 외접 치합되는 제3 변속기어로 이루어지는 제4 기어열; 및
상기 제3 입력축에 고정 연결되는 제5 입력기어와, 상기 제2 출력축의 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제5 입력기어와 외접 치합되는 제4 변속기어로 이루어지는 제5 기어열;
을 포함하는 차량용 변속장치.
제16항에 있어서,
상기 복수의 기어열은
디프렌셜의 종감속 기어와, 상기 제1, 제2 출력축에 고정 연결되어 상기 종감속 기어와 각각 외접 치합되는 제1, 제2 출력기어로 이루어지는 제6 기어열을 더 포함하는 차량용 변속장치.
제16항에 있어서,
상기 복수의 기어열은
엔진의 반대측으로부터 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 기어열의 순서로 배치되는 차량용 변속장치.
제16항에 있어서,
상기 제1 싱크로메시는
상기 제2 기어열의 제1 변속기어와 상기 제3 기어열의 제2 변속기어를 제1 출력축에 선택적으로 동기 연결하도록 구성되고,
상기 제2 싱크로메시는
상기 제4 기어열의 제3 변속기어와 상기 제5 기어열의 제4 변속기어를 제2 출력축에 선택적으로 동기 연결하도록 구성되는 차량용 변속장치.
제1항에 있어서,
상기 유성기어세트는
싱글 피니언 유성기어세트로 이루어지며, 상기 제1, 제2, 제3 회전요소가 선기어, 유성캐리어, 링기어로 이루어지는 차량용 변속장치.