KR20230149641A - 작업차량의 클러치 작동 및 윤활 시스템 - Google Patents

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Abstract

작업차량의 클러치 작동 및 윤활 시스템이 개시된다. 본 발명에 따른 노용 작업차량의 클러치 작동 및 윤활 시스템은, 제1 변속유압라인에 연결된 전후진 절환 클러치부, 전후진 절환 클러치부와 회로적으로 병렬 배치를 이루도록 제1 변속유압라인에 연결된 주변속 클러치부, 제1 변속유압라인과 회로적으로 병열 배치된 제2 변속유압라인에 연결되는 부변속 클러치부 및 제2 변속유압라인으로부터 공급되는 오일이 전후진 절환 클러치부와 주변속 클러치부, 그리고 부변속 클러치부 각각의 클러치 마찰요소에 윤활제로 공급되도록 구성된 윤활용 오일 공급부를 포함하며, 윤활용 오일 공급부는 상기 각각의 마찰요소에 대한 오일 공급을 단속하는 클러치 윤활 밸브유닛을 포함하되, 클러치 윤활 밸브유닛은 주변속 클러치부의 클러치 마찰요소와 부변속 클러치부의 클러치 마찰요소에 대한 오일 공급은 상시 허용하고 전후진 절환 클러치부의 클러치 마찰요소에 대해서는 오일 공급을 간헐적으로 허용하도록 구성된 것을 요지로 한다.

Description

작업차량의 클러치 작동 및 윤활 시스템{Clutch lubrication system of work vehicle}
본 발명은 클러치 작동 및 윤활 시스템에 관한 것으로, 특히 유압으로 작동되는 복수의 유압 클러치에 의해 전후진 절환 및 변속이 구현되는 작업차량의 클러치 작동 및 윤활 시스템에 관한 것이다.
종래 작업차량용 변속기(Transmission)는 크게, 수동 변속기와 유압 변속기로 구분될 수 있다. 수동 변속기는 운전자가 변속 레버를 조작하여 시프터(Shifter)를 이동시킴으로써 동력의 회전 방향과 속도를 바꿀 수 있도록 구성되며, 유압 변속기는 상기 수동 변속기의 시프터를 대신하는 유압 클러치의 작동에 따라 동력의 회전 방향과 속도를 바꿀 수 있도록 구성된다.
그 중 수동 변속기는 변속 레버를 통해 시프터를 이동시켜 동력의 회전 방향과 속도를 바꾸는 것이기 때문에, 구성이 복잡하고 변속 시 소음이 발생하는 문제가 있다. 또한 변속이 전적으로 운전자의 힘에 의해 구현되므로 조작 피로가 크다는 문제가 있다. 이에 최근에는 유압을 차량 변속에 이용하는 방식, 즉 상기 유압 변속기를 보편적으로 적용하는 추세에 있다.
작업차량에 적용되는 종래의 유압 변속기는, 유압밸브(솔레노이드 구동 방식의 방향제어밸브) 동작에 의해 작동되는 복수의 클러치를 포함한다. 복수의 클러치는 동력의 회전방향을 결정하는 전후진 절환용 클러치와, 회전방향이 결정된 동력의 회전속도를 1, 2차 걸쳐 변속시키는 둘 이상의 주변속 클러치 및 하나 이상의 부변속 클러치로 구성될 수 있다.
변속기에 사용되는 클러치들은 유압으로 구동측과 피동측으로 구분되는 복수의 마찰요소 간을 상호 긴밀하게 밀착시켜 변속을 구현시키는 매커니즘 특성상, 클러치 작동 시 많은 열이 발생하고 마모가 생길 수 밖에 없다. 클러치 작동 시 발생한 열과 마모는 클러치 오작동과 수명 단축의 주된 요인이 된다. 따라서 마모 방지 및 냉각 등을 위한 적절한 윤활이 필요하다.
이에 종래 작업차량에 적용되는 유압 변속기는 일반적으로, 클러치를 동작시키는 오일(작동유체) 중 일부 오일을 각 클러치(전후진 절환용 클러치, 주변속 클러치, 부변속 클러치 등)의 마찰요소 측에 상시 공급함으로써, 각 클러치를 구성하는 마찰요소의 마모를 방지하고, 마찰열을 흡수하여 클러치 성능을 적절히 유지시키는 윤활회로를 구성하고 있다.
유압 변속기의 여러 클러치 중 전후진 절환용 클러치는 그 특성상 다른 클러치에 비해 동작이 민감하게 이루어져야 한다. 또한 다른 클러치에 비해 사용 빈도가 상대적으로 낮다. 때문에 다른 클러치와 마찬가지로 상시 윤활이 이루어질 경우, 드레그(Drag)나 슬립(Slip)으로 인한 오작동 발생과 같이 과도한 윤활이 오히려 클러치 성능에 악영향을 미칠 수 있다.
일본공개특허 제2005-162210호(2005.06. 23. 공개)
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 다른 클러치에 비해 상대적으로 작동 민감도는 높고 사용 빈도는 낮은 전후진 절환용 클러치의 상시 윤활에 따른 과도한 윤활이 오히려 클러치 성능에 악영향을 미치는 문제를 해소할 수 있는 작업차량의 클러치 작동 및 윤활 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
과제의 해결 수단으로서 본 발명의 실시 예에 따르면,
제1 변속유압라인에 연결된 전후진 절환 클러치부;
전후진 절환 클러치부와 회로적으로 병렬 배치를 이루도록 상기 제1 변속유압라인에 연결된 주변속 클러치부;
제1 변속유압라인과 회로적으로 병열 배치된 제2 변속유압라인에 연결되는 부변속 클러치부; 및
제2 변속유압라인으로부터 공급되는 오일을 상기 전후진 절환 클러치부와 주변속 클러치부, 그리고 부변속 클러치부 각각의 클러치 마찰요소에 윤활제로 공급하는 윤활용 오일 공급부;를 포함하며,
상기 윤활용 오일 공급부는 상기 각각의 마찰요소에 대한 오일 공급을 단속하는 클러치 윤활 밸브유닛을 포함하되,
상기 클러치 윤활 밸브유닛은 상기 주변속 클러치부의 클러치 마찰요소와 부변속 클러치부의 클러치 마찰요소에 대해서는 오일 공급을 상시 허용하고 전후진 절환 클러치부의 클러치 마찰요소에 대해서는 제어부 통제에 따라 오일 공급을 간헐적으로 허용하는 작업차량의 클러치 작동 및 윤활 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 작업차량의 클러치 작동 및 윤활 시스템은, 작업차량의 클러치 작동 및 윤활 시스템 오일펌프가 토출하는 소정 압력의 오일을 상기 제1 변속유압라인과 제2 변속유압라인에 공급하는 입력라인;을 더 포함하며, 상기 입력라인 말단에서 제1 변속유압라인과 제2 변속유압라인이 두 갈래로 분기되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 전후진 절환 클러치부, 주변속 클러치부, 부변속 클러치부 각각은, 적어도 하나 이상의 더블팩 타입 클러치 유닛과, 클러치 유닛을 구성하는 클러치 각각에 상기 제어부 통제에 따라 작동유체인 오일의 급유와 배유를 단속하는 솔레노이드 구동방식의 제어밸브들로 구성될 수 있다.
또한, 상기 윤활용 오일 공급부는 전후진 절환 클러치부가 작동될 때 상기 제어부가 출력하는 구동신호에 따라 상기 전후진 절환 클러치부의 클러치 마찰요소에 대한 오일 공급을 허용하도록 작동될 수 있다.
바람직하게 상기 윤활용 오일 공급부는, 오일의 이동방향을 기준으로 상기 부변속 클러치부 후방의 제2 변속유압라인에서 분기되는 윤활용 오일공급라인과, 윤활용 오일공급라인에 연결되고 전후진 절환 클러치부와 주변속 클러치부, 그리고 부변속 클러치부 각각의 클러치 마찰요소에 윤활제로 공급될 오일의 흐름을 단속하는 상기 클러치 윤활 밸브유닛과, 클러치 윤활 밸브유닛과 전후진 절환 클러치부의 클러치 유닛을 연결하는 제1 윤활라인과, 클러치 윤활 밸브유닛과 주변속 클러치부와 부변속 클러치부 각각의 클러치 유닛을 연결하는 제2 윤활라인을 포함하는 구성일 수 있다.
여기서 상기 클러치 윤활 밸브유닛은, 입구가 하나이고 출구가 두 개인 솔레노이드 구동 방식의 윤활용 방향제어밸브와, 입구가 둘이고 출구가 하나이며, 두 개의 입구 중 한 쪽 입구에 상기 출구 쪽으로만 오일이 이동될 수 있도록 작동되는 체크밸브를 내장한 셔틀밸브를 포함하며, 상기 윤활용 방향제어밸브의 두 개의 출구 중 하나에 상기 제1 윤활라인이 연결되고 다른 하나는 상기 체크밸브 반대편 셔틀밸브의 한 쪽 입구와 연결되며, 체크밸브가 내장된 셔틀밸브의 다른 한 쪽 입구에 상기 제1 윤활라인에서 분기된 우회라인이 연결되고, 셔틀밸브의 출구에 상기 제2 윤활라인이 될 수 있다.
이때 상기 윤활용 방향제어밸브는 제어부에 의한 구동신호 입력이 없는 미작동 상태에서는 셔틀밸브와 연결된 출구를 개방시킨 상태로 유지되고, 전후진 절환 클러치부 작동에 연동하여 상기 제어부가 출력하는 구동신호에 따라 제1 윤활라인 방향 출구를 개방시키도록 절환될 수 있다.
또한 본 발명은, 상기 윤활용 오일 공급부가 제2 변속라인에 회로적으로 접속되는 지점에 설치되며, 전후진 절환 클러치부와 주변속 클러치부, 그리고 부변속 클러치부의 클러치 결합(Engage) 압력 형성 및 상기 윤활용 오일 공급부에 필요한 유량을 공급하는 압력-유량 조절부;를 더 포함할 수 있다.
이때 상기 압력-유량 조절부는, 입구가 하나 이고 출구가 두 개이며 내부에 오리피스가 형성된 유량조절밸브와, 오일의 이동방향을 기준으로 상기 유량조절밸브 전방에 배치되는 릴리프 밸브를 하나의 밸브유닛 형태로 형성시킨 구성일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 높은 수준의 작동 민감도가 요구되지 않으면서 사용 빈도가 상대적으로 높은 주변속 및 부변속 클러치부에는 윤활용 오일을 상시 공급하여 윤활 및 냉각시키고, 상대적으로 높은 수준의 작동 민감도가 요구되고 사용 빈도는 상대적으로 낮은 전후진 클러치부에는 해당 클러치가 작동되는 때에 맞춰 윤활용 오일을 간헐적으로 공급하여 윤활 및 냉각시킨다.
유압 변속기의 여러 클러치 중 전후진 절환용 클러치는 그 특성상 다른 클러치에 비해 동작이 민감하게 이루어져야 한다. 또한 다른 클러치에 비해 사용 빈도가 상대적으로 낮다. 때문에 다른 클러치와 마찬가지로 상시 윤활시키는 방식의 종래 기술은 드레그(Drag)나 슬립(Slip)으로 인한 오작동 발생과 같이 과도한 윤활이 오히려 클러치 성능에 악영향을 미치는 문제가 있었다.
반면, 본 발명은 다른 클러치에 비해 상대적으로 작동 민감도는 높고 사용 빈도는 낮은 전후진 절환용 클러치부의 클러치 마찰요소에 다른 클러치부와는 달리 윤활제인 오일을 간헐적으로 공급하도록 시스템이 구성됨으로써, 전후진 클러치부 상시 윤활에 따른 과도한 윤활이 오히려 클러치 성능에 악영향을 미치는 종래 기술의 문제, 즉 과도한 윤활로 인한 역효과를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 작업차량의 클러치 작동 및 윤활 시스템의 변속 및 윤활 관련 유압 회로도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 클러치 작동 및 윤활 시스템의 시스템 구성도.
도 3은 도 1의 'A'부를 확대 도시한 본 발명의 요부 확대도로서 클러치 윤활 밸브유닛을 확대 도시한 도면.
도 4는 전후진 절환 클러치부 미작동 시 오일의 흐름을 도시한 본 발명의 작동 상태도.
도 5는 전후진 절환 클러치부 작동 시 오일의 흐름을 도시한 본 발명의 작동 상태도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
더하여, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일도면 참조부호를 부여하기로 하며 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 작업차량의 클러치 작동 및 윤활 시스템의 변속 및 윤활 관련 유압 회로도이며, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 클러치 작동 및 윤활 시스템의 시스템 구성도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 클러치 작동 및 윤활 시스템은, 동력의 회전방향을 결정하는 전후진 절환 클러치부(1)와, 회전방향이 결정된 동력의 회전속도를 1, 2차 걸쳐 변속시키는 둘 이상의 주변속 클러치부(2)와 하나 이상의 부변속 클러치부(3), 작동유체인 오일의 일부를 클러치부 각각의 클러치 마찰요소에 윤활제로 공급하는 윤활용 오일 공급부(5)를 포함한다.
전후진 절환 클러치부(1)는 제1 변속유압라인(L1)에 연결된다. 전후진 절환 클러치부(1)는 유압으로 작동되는 두 개의 클러치(전진 클러치(10a)와 후진 클러치(10b))가 하나의 유닛 형태로 구성된 더블팩 타입의 전후진 클러치(10b) 유닛을 포함한다.
또한 전후진 클러치(10b) 유닛을 구성하는 클러치(10a, 10b) 각각에 하나씩 대응되도록 구비되는 두 개의 제어밸브(전진제어밸브(12a)와 후진제어밸브(12b)라 한다)를 포함한다.
전진제어밸브(12a)와 후진제어밸브(12b)는 대응되는 클러치(10a와 10b) 각각에 대해 작동유체인 오일의 급유와 배유를 단속하는 솔레노이드 구동방식의 방향제어밸브일 수 있다. 전진제어밸브(12a)와 후진제어밸브(12b) 각각은, 전후진 절환 레버(7) 조작에 따라 제어부(6)가 출력하는 구동신호에 따라 택일적으로 작동되어 해당 클러치에 작동유체인 오일 공급을 허용하도록 절환된다.
예컨대, 전후진 절환 레버(7)가 전진 측에 조작되면, 관련 정보(전진 측 조작 정보)가 검출된 시점에 제어부(6)는 전진 제어밸브(12a)에 구동신호를 인가하며, 이에 따라 전진제어밸브(12a)가 전진 클러치(10a)에 오일 공급을 허용하는 방향으로 절환된다. 그 결과 전진 클러치(10a)가 결합(Engage, 클러치 접속)됨으로써 엔진 동력은 전진 방향으로 출력된다.
물론, 전진과 후진 클러치(10a, 10b) 각각에 연결된 전진제어밸브(12a)와 후진제어밸브(12b)는 앞서 언급한 바와 같이, 전후진 절환 레버(7) 조작에 따라 상기 제어부(6)가 출력하는 구동신호에 따라 택일적으로 작동되기 때문에, 전진제어밸브(12a)가 전진 클러치(10a)를 결합시키는 방향으로 절환되면, 후진제어밸브(12b)는 후진 클러치(10b)를 결합 해제(Disengage)시키는 절환 상태로 유지된다.
전후진 절환 클러치부(1)를 구성하는 두 개의 클러치(전진 클러치(10a)와 후진 클러치(10b)) 각각은 복수의 마찰요소(부호 생략)를 포함하는 다판식 유압 클러치일 수 있다. 복수의 마찰요소는 일정한 간격을 두고 이격 배치되는 둘 이상의 구동측 마찰요소(클러치 디스크)와, 상기 구동측 마찰요소 사이에 하나씩 위치하도록 구비되는 피동측 마찰요소(클러치 플레이트)로 구성될 수 있다.
주변속 클러치부(2) 역시 상기 제1 변속유압라인(L1)에 연결된다. 바람직하게는, 도 1의 예시와 같이 전술한 전후진 절환 클러치부(1)와 회로적으로 병렬 배치를 이루도록 제1 변속유압라인(L1)에 연결된다. 주변속 클러치부(2) 역시 유압으로 작동되는 두 개의 클러치(이하, '주변속 클러치'라 한다)가 하나의 유닛 형태로 구성된 더블팩 타입의 주변속 클러치 유닛(20-1, 20-2)을 포함한다.
두 개의 주변속 클러치가 하나의 유닛 형태로 구성된 상기 주변속 클러치 유닛(20-1, 20-2)은 둘 이상 복수로 구성될 수 있다. 예컨대, 도 1의 예시와 같이 주변속 클러치 유닛(20-1, 20-2)이 두 개이면 주변속 클러치(20a ~ 20d)는 총 4개이고 변속단수는 4단이 된다. 주변속 클러치(20a ~ 20d) 각각은 기어비가 다른 기어 쌍 중 어느 한 기어 쌍을 통해 동력이 전달되도록 제어부(6) 통제에 따라 택일적으로 작동된다.
도 1의 예시와 같이, 주변속 클러치(20a ~ 20d) 각각에는 제어밸브(주변속제어밸브(22a ~ 22d))가 하나씩 연결된다. 주변속제어밸브(22a ~ 22d)는 전술한 전후진 절환 클러치부(1)와 마찬가지로, 제어부(6) 통제에 따라 대응되는 주변속 클러치(20a ~ 20d) 각각에 대해 작동유체인 오일의 급유와 배유를 단속하는 솔레노이드 구동방식의 방향제어밸브일 수 있다.
주변속제어밸브(22a ~ 22d) 각각은 주변속 레버(8) 조작 시 상기 제어부(6)가 출력하는 구동신호에 따라 택일적으로 작동된다. 좀 더 구체적으로는, 주변속 레버(8) 조작 시 제어부(6)가 출력하는 구동신호에 따라 해당 레버(주변속 레버(8)) 조작 위치에 대응되는 해당 주변속 클러치에 작동유체인 오일 공급을 허용하도록 밸브 상태가 절환된다.
예컨대, 주변속 레버(8)가 1단 변속 측으로 조작되면, 관련 정보(1단 조작 정보)가 검출된 시점에 제어부(6)는 1단 주변속제어밸브(22a)에 구동신호를 인가한다. 이로 인해 1단 주변속제어밸브(22a)가 1단 주변속 클러치(20a)에 오일 공급을 허용하는 방향으로 절환되고, 그 결과 1단 주변속 클러치(20a)가 결합(Engage, 클러치 접속)됨으로써 1단 변속이 실행된다.
물론, 여기서도 주변속 클러치(20a ~ 20d) 각각에 연결된 주변속제어밸브(22a ~ 22d)는 주변속 레버(8) 조작 시 그 레버 조작에 상응하여 상기 제어부(6)가 출력하는 구동신호에 따라 택일적으로 오일 공급을 허용하도록 작동되기 때문에, 1단 주변속제어밸브(22a)가 제어부(6) 신호로 작동되어 1단 주변속클러치(20a)가 결합되면, 나머지 주변속 클러치(20b ~ 20d)는 결합 해제(Did engage) 상태로 유지된다.
주변속 클러치부(2)를 구성하는 주변속 클러치들(20a ~ 20d) 역시 복수의 마찰요소(부호 생략)를 포함하는 다판식 유압 클러치일 수 있다. 복수의 마찰요소는 일정한 간격을 두고 이격 배치되는 둘 이상의 구동측 마찰요소(클러치 디스크)와, 상기 구동측 마찰요소 사이에 하나씩 위치하도록 구비되는 피동측 마찰요소(클러치 플레이트)로 구성될 수 있다.
부변속 클러치부(3)는 제1 변속유압라인(L1)과 회로적으로 병열 배치된 제2 변속유압라인(L2)에 연결된다. 부변속 클러치부(3) 역시 유압으로 작동되는 두 개의 클러치(고속 클러치(30a)와 저속 클러치(30b))가 하나의 유닛 형태로 구성된 더블팩 타입의 부변속 클러치 유닛(30)을 포함한다. 또한 부변속 클러치 유닛(30)을 구성하는 클러치(30a, 30b) 각각에 하나씩 연결되는 제어밸브(부변속제어밸브(32a, 32b))를 구비한다.
부변속제어밸브(32a, 32b)는 전술한 전후진 절환 클러치부(1)와 마찬가지로, 제어부(6) 통제에 따라 대응되는 클러치(고속 클러치(30a)와 저속 클러치(30b)) 각각에 대해 작동유체인 오일의 급유와 배유를 단속하는 솔레노이드 구동방식의 방향제어밸브일 수 있다.
부변속제어밸브(32a, 32b) 각각은 부변속 레버(9) 조작 시 해당 레버(부변속 레버(9))의 조작 위치에 따라 상기 제어부(6)가 출력하는 구동신호에 따라 택일적으로 구동된다. 좀 더 구체적으로는, 부변속 레버(9) 조작 시 제어부(6)가 출력하는 구동신호에 따라 해당 클러치(고속 클러치(30a) 또는 저속 클러치(30b))에 작동유체인 오일 공급을 허용하도록 작동된다.
예컨대, 부변속 레버(9)가 고속(High) 측으로 조작되면, 관련 정보(고속 측 조작 정보)가 검출된 시점에 제어부(6)는 고속 측 부변속제어밸브(32a)에 구동신호를 인가하며, 이로 인해 고속 측 부변속제어밸브(32a)는 고속 클러치(30a)에 오일 공급을 허용하는 방향으로 절환된다. 그 결과 고속 클러치(30a)가 결합(Engage, 클러치 접속) 됨으로써 추가적인 2차 변속이 실행된다.
물론, 여기서도 고속 클러치(30a)와 저속 클러치(30b) 각각에 연결된 부변속제어밸브(32a, 32b)는, 부변속 레버(9) 조작에 따라 제어부(6)가 출력하는 구동신호에 따라 택일적으로 오일 공급을 허용하도록 작동되기 때문에, 고속 측 부변속제어밸브(32a)가 제어부(6) 신호로 작동되어 고속 클러치(30a)가 결합되면, 저속 측 부변속제어밸브(32b)는 저속 클러치(30b)를 결합 해제(Disengage)시키는 방향의 절환 상태를 유지된다.
부변속 클러치부(3)를 구성하는 클러치들(30a, 30b) 역시 복수의 마찰요소(부호 생략)를 포함하는 다판식 유압 클러치일 수 있다. 복수의 마찰요소는 마찬가지로, 일정한 간격을 두고 이격 배치되는 둘 이상의 구동측 마찰요소(클러치 디스크)와, 상기 구동측 마찰요소 사이에 하나씩 위치하도록 구비되는 피동측 마찰요소(클러치 플레이트)로 구성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 클러치 작동 및 윤활 시스템은 또한 입력라인(PL)을 포함한다. 입력라인(PL)은 오일펌프(P)의 토출 측과 연결되며, 상기 오일펌프(P)가 토출하는 소정 압력의 오일이 상기 제1 변속유압라인(L1)과 제2 변속유압라인(L2)에 동시에 공급될 수 있도록 연결된다. 바람직하게는, 입력라인(PL) 말단에서 제1 변속유압라인(L1)과 제2 변속유압라인(L2)이 두 갈래로 분기된다.
제2 변속유압라인(L2)에 상기 윤활용 오일 공급부(5)가 연결된다. 제2 변속유압라인(L2)을 따라 이동하는 오일 중 일부는 윤활용 오일 공급부(5)를 통해 각 클러치의 마찰요소에 윤활제로 공급된다. 즉 윤활용 오일 공급부(5)는 작동유체인 오일 중 일부를 전후진 절환 클러치부(1)와 주변속 클러치부(2), 그리고 부변속 클러치부(3) 각각의 클러치 마찰요소에 윤활제로 공급하는 역할을 한다.
윤활용 오일 공급부(5)는 일부 마찰요소에 대해서는 오일이 상시 공급되고, 다른 일부마찰요소에 대해서는 오일이 간헐적으로 공급되도록 구성된다. 바람직하게는, 주변속 클러치부(2)와 부변속 클러치부(3) 각각의 클러치 마찰요소에 대해서는 오일 공급을 상시 허용하고, 전후진 절환 클러치부(1)의 클러치 마찰요소에 대해서는 제어부(6)의 통제에 따라 오일 공급을 간헐적으로 허용하도록 구성된다.
여기서 오일의 간헐적 허용이라 함은, 전후진 절환 레버(7)가 조작되지 않는 동안에는 상기 전후진 절환 클러치부(1)의 클러치 마찰요소에 대한 오일 공급은 차단하고, 전후진 절환 레버(7) 조작으로 전후진 절환 클러치부(1)가 작동될 때에만 정해진 시간 동안 해당 클러치의 마찰요소(전진 클러치(10a)와 후진 클러치(10b)의 마찰요소)에 오일 공급을 허용하는 것을 의미한다.
이때 전후진 절환 클러치부(1)가 작동된다는 것은, 전진 제어밸브(12a)가 제어부(6) 출력 신호로 전진 클러치(10a)를 결합시키거나 반대로 결합을 해제시키는 방향으로 움직이는 것과, 후진 제어밸브가 제어부(6) 출력 신호로 후진 클러치(10b)를 결합시키거나 반대로 결합을 해제시키는 방향으로 움직이는 것을 포함하는 의미로 해석됨이 바람직하다.
윤활용 오일 공급부(5)는 윤활용 오일공급라인(L3)과 클러치 윤활 밸브유닛(52)을 포함한다. 윤활용 오일공급라인(L3)은 오일의 이동방향을 기준으로 부변속 클러치부(3) 후방의 제2 변속유압라인(L2)에서 분기되며, 클러치 윤활 밸브유닛(52)은 상기 윤활용 오일공급라인(L3)에 연결되어 클러치부들(1 ~ 3) 각각의 클러치 마찰요소에 윤활제로 공급될 오일의 흐름을 단속한다.
전후진 절환 클러치부(1)를 구성하는 클러치 유닛(10)은 제1 윤활라인(L4)을 통해 상기 클러치 윤활 밸브유닛(52)으로부터 윤활제로서 기능하는 오일을 공급받을 수 있도록 연결되며, 주변속 클러치부(2)와 부변속 클러치부(3) 각각의 클러치 유닛(20-1, 20-2, 30)은 제2 윤활라인(L5)을 통해 상기 클러치 윤활 밸브유닛(52)으로부터 윤활제인 오일을 공급받을 수 있도록 연결된다.
도 3은 도 1의 'A'부를 확대 도시한 본 발명의 요부 확대도로서, 상기 클러치 윤활 밸브유닛을 확대 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 클러치 윤활 밸브유닛(52)은, 제어부(6)의 통제를 받고 하나의 입구(a1)와 두 개의 출구(b1, b2)를 갖는 솔레노이드 구동 방식의 윤활용 방향제어밸브(53)를 포함한다. 또한 입구(c1, c2)가 둘이고 출구(d1)가 하나이며, 두 개의 입구(c1, c2) 중 한 쪽 입구(c2)에 상기 출구 쪽으로만 오일이 이동될 수 있도록 작동되는 체크밸브(55)를 내장한 기구식 셔틀밸브(54)를 구비한다.
제어부(6)의 통제를 받는 상기 윤활용 방향제어밸브(53)는 이에 형성된 두 개의 출구(b1, b2) 중 한 쪽 출구(b1)에 상기 제1 윤활라인(L4)이 연결되고 나머지 한 쪽 출구(b2)는 상기 체크밸브(55) 반대편에 위치한 셔틀밸브(54)의 한 쪽 입구(c1)에 직접 접속되거나 관(파이프 또는 호스)으로 연결된다. 그리고 체크밸브(55)가 내장된 셔틀밸브(54)의 다른 한 쪽 입구(c2)에 상기 제1 윤활라인(L4)에서 분기된 우회라인(L6)이 연결된다.
윤활용 방향제어밸브(53)는 제어부(6)에 의한 구동신호 입력이 없는 미작동 상태에서는 도면의 예시와 같이, 셔틀밸브(54)와 출구(b2)를 개방시킨 상태로 유지되고, 전후진 절환 클러치부(1) 작동에 연동하여 상기 제어부(6)가 출력하는 구동신호에 따라 셔틀밸브(54)와 연결된 출구(b2)는 닫고 제1 윤활라인(L4)이 연결된 출구(b1)를 개방시키도록 작동될 수 있다.
즉 구동신호 입력이 없는 미작동 상태에서는 셔틀밸브(54)와 연결된 출구(b2) 측으로 오일이 유동할 수 있도록 절환된 상태를 유지하며, 전후진 절환 레버(7) 조작으로 전후진 절환 클러치부(1)가 작동될 때에만 제어부(6)가 출력하는 구동신호로 셔틀밸브(54)와 연결된 출구(b2)는 폐쇄하고 제1 윤활라인(L4)이 연결된 출구(b1)를 개방시키도록 작동될 수 있다.
예를 들어, 전후진 절환 레버(7)가 전진 조작되면, 제어부(6)는 전진 제어밸브(12a)에 전진 클러치(10a)를 결합시키는 구동명령을 인가하고, 동시에 윤활용 방향제어밸브(53)에도 구동신호를 인가한다. 이에 따라 전진 클러치(10a)가 결합되고, 윤활용 방향제어밸브(53)의 제1 윤활라인(L4) 방향 출구(b1)가 개방됨으로써 전진 클러치(10a)와 후진 클러치(10b)의 마찰요소에 오일이 윤활제로 공급된다.
윤활용 방향제어밸브(53)를 포함하는 상기 클러치 윤활 밸브유닛의 작동에 대해서는 이후 도 4 및 도 5를 참조하여 좀 더 자세히 살펴보기로 한다.
한편, 앞서 도 1에서 도면부호 5는은 압력-유량 조절부를 가리킨다. 압력-유량 조절부(5)는 윤활용 오일 공급부(5)가 제2 변속라인에 회로적으로 접속되는 지점에 설치되며, 회로 압력이 전술한 클러치부들 각각의 클러치 결합(Engage)에 필요한 압력을 유지하도록 하면서 상기 윤활용 오일 공급부(5)에 필요한 유량이 공급될 수 있도록 기능한다.
본 발명의 실시 예에 적용된 압력-유량 조절부(5)는 바람직하게, 도면(도 1)의 예시와 같이 입구가 하나 이고 출구가 두 개이며 내부에 오리피스(Orifice, 부호 생략)가 형성된 유량조절밸브(Flow regulating valve, 42)와, 오일의 이동방향을 기준으로 상기 유량조절밸브(42)의 전방에 배치되는 릴리프 밸브(Relief valve, 40)를 하나의 밸브유닛 형태로 형성시킨 구성일 수 있다.
도 1에서 미설명 도면부호 T는 작동유체인 오일이 저장되는 오일탱크를 가리킨다.
이상과 같이 구성된 본 발명의 실시 예에 따른 클러치 작동 및 윤활 시스템에 의해 행해지는 변속 클러치의 작동 및 클러치 윤활에 대해 유압 회로도를 참조하여 설명하기로 한다.
도 4와 도 5는 본 발명의 작동 상태도로서, 도 4는 전후진 절환 클러치부 미작동 시 오일의 흐름을 도시한 본 발명의 작동 상태도이며, 도 5는 전후진 절환 클러치부 작동 시 오일의 흐름을 도시한 본 발명의 작동 상태도이다.
도 4를 참조하여 전후진 절환 클러치부 미작동 시 오일의 흐름부터 먼저 살펴보기로 한다.
도 4를 참조하면, 오일펌프(P)가 구동되면 입력라인(PL)을 통해 제1 변속유압라인(L1)과 제2 변속유압라인(L2)에 소정 압력의 오일이 공급된다. 제1 변속유압라인(L1)과 제2 변속유압라인(L2) 각각에 공급된 오일은 레버 조작에 따른 제어밸브 각각의 절환 상태에 따라, 전후진 절환 클러치부(1), 주변속 클러치부(2), 부변속 클러치부(3)에 클러치를 동작시키기 위한 작동유체로 공급된다.
예를 들어, 주변속 레버(8)가 1단 변속 측으로 조작되고, 부변속 레버(9)가 고속(High) 측으로 조작되면, 제어부(6) 통제로 1단 주변속제어밸브(22a)는 1단 주변속클러치(20a)에 오일 공급을 허용하는 방향으로 절환되고, 고속 측 부변속제어밸브(32a)는 고속 클러치(30a)에 오일 공급을 허용하는 방향으로 절환된다. 이에 따라 오일은 1단 주변속클러치(20a)와 고속 클러치(30a)에 해당 클러치를 결합(Engage)시키는 작동유체로 공급된다.
여기서 제1 변속유압라인(L1)과 제2 변속유압라인(L2)의 압력은 오일탱크와 상기 제2 변속유압라인(L2) 중간의 압력-유량 조절부(5)에 의해 클러치부들(1 ~ 3) 각각의 클러치를 결합(Engage)시킴에 있어 요구되는 압력 값으로 유지된다. 그리고 제2 변속유압라인(L2)을 따라 흐르는 오일 중 일부는 상기 압력-유량 조절부(5)에 의한 유량 조절 작용으로 윤활용 오일 공급부(5)로 이동된다.
윤활용 오일 공급부(5)를 구성하는 클러치 윤활 밸브유닛(52)의 윤활용 방향제어밸브(53)는 전후진 절환 레버(7) 조작으로 전후진 클러치(10b)부가 작동되는 시점(전진 클러치(10a) 혹은 후진 클러치(10b)가 결합되거나 결합 상태에 있던 클러치가 결합 해제되는 시점)에 제어부(6)의 통제에 따라 정해진 시간 동안만 작동되며, 그 외에는 도 4의 부분 확대도와 같은 밸브 절환 상태로 유지된다.
이에 따라, 공급된 오일은 윤활용 오일공급라인(L3)-윤활용 방향제어밸브(53)-셔틀밸브(54)-제2 윤활라인(L5)을 차례로 지나 주변속 클러치부(2)와 부변속 클러치부(3)를 구성하는 클러치 유닛(20-1. 20-2, 30) 각각의 마찰요소에 윤활제로 공급된다. 그 결과 오일의 윤활작용으로 해당 마찰요소 마모가 방지되고, 냉각작용으로 마찰요소의 마찰열이 감소되어 클러치 성능이 적절히 유지될 수 있다.
다음 전후진 절환 클러치부 작동 시 오일 흐름에 대해 도 5를 참조하여 살펴보기로 한다.
윤활용 방향제어밸브(53)는 앞서도 설명한 바와 같이, 전후진 절환 레버(7) 조작으로 전후진 절환 클러치부(1)가 작동될 때에만 제어부(6)가 출력하는 구동신호로 작동된다. 좀 더 구체적으로는, 전후진 절환 클러치부(1)가 작동되는 시점에 제어부(6)가 출력하는 구동신호에 따라, 도 5의 부분 확대도와 같이 제1 윤활라인(L4)이 연결된 출구(b1) 방향으로 유로가 형성되도록 작동된다.
예를 들어, 전후진 절환 레버(7)가 전진 조작되면, 제어부(6)는 전진 제어밸브(12a)에 전진 클러치(10a)를 결합시키는 구동명령을 인가하고, 동시에 윤활용 방향제어밸브(53)에도 구동신호를 인가한다. 이에 따라 전진 클러치(10a)는 결합되고, 윤활용 방향제어밸브(53)는 셔틀밸브(54)와 연결된 방향의 유로를 폐쇄하고 제1 윤활라인(L4)이 연결된 방향의 유로를 개방시킨다.
이와 같은 윤활용 방향제어밸브(53)의 유로 절환에 따라, 오일 중 일부는 윤활용 오일공급라인(L3)-윤활용 방향제어밸브(53)-제1 윤활라인(L4)을 따라 전후진 절환 클러치부(1)를 구성하는 클러치 유닛(10) 각각의 마찰요소에 냉각 및 마찰저감을 위한 윤활제로 공급된다. 이때 제1 윤활라인(L4)에서 우회라인(L6)이 분기되고, 우회라인(L6)은 셔틀밸브(54)의 타측 입구와 연결되어 있다.
따라서 오일 중 다른 일부는 제1 윤활라인(L4)과 우회라인(L6)을 거쳐 셔틀밸브(54)에 우회적으로 공급되고, 우회적으로 공급된 오일은 셔틀밸브(54) 타측 입구의 체크밸브(55)를 밀어 개방시킴으로써 셔틀밸브(54) 내부로 이동한다. 그리고 셔틀밸브(54)의 출구(d1)와 제2 윤활라인(L5)을 통해 주변속 클러치부(2)와 부변속 클러치부(3)를 구성하는 클러치 유닛(20-1, 20-2, 30) 각각의 마찰요소에도 윤활제로 공급된다.
즉 본 발명은 주변속 클러치부(2)의 클러치 마찰요소와 부변속 클러치부(3)의 클러치 마찰요소에는 전후진 절환 클러치부(1)의 작동 여부와 상관 없이 윤활제로서 기능하는 오일을 상시 공급하고, 전후진 절환 클러치부(1)의 클러치 마찰요소에는 특정 조건(전후진 절환 클러치부(1)가 작동 작동되는 경우)에서만 오일 공급을 간헐적으로 허용하여 해당 마찰요소를 윤활 및 냉각시키는 것이다.
이상과 같은 본 발명의 실시 예에 따르면, 상대적으로 작동 민감도는 낮고 사용 빈도가 높은 주변속 및 부변속 클러치부 각각의 클러치 마찰요소에는 상시 오일을 공급하여 윤활 및 냉각시키고, 상대적으로 작동 민감도는 높고 사용 빈도가 낮은 전후진 절환용 클러치부의 클러치 마찰요소에는 윤활제인 오일을 간헐적으로 공급함으로써 해당 마찰요소를 윤활 및 냉각시킨다.
유압 변속기의 여러 클러치 중 전후진 절환용 클러치는 그 특성상 다른 클러치에 비해 동작이 민감하게 이루어져야 한다. 또한 다른 클러치에 비해 사용 빈도가 상대적으로 낮다. 때문에 다른 클러치와 마찬가지로 상시 윤활시키는 방식의 종래 기술은 드레그(Drag)나 슬립(Slip)으로 인한 오작동 발생과 같이 과도한 윤활이 오히려 클러치 성능에 악영향을 미치는 문제가 있었다.
본 발명은 다른 클러치에 비해 상대적으로 작동 민감도는 높고 사용 빈도는 낮은 전후진 절환용 클러치부의 클러치 마찰요소에 다른 클러치부와는 달리 윤활제인 오일을 간헐적으로 공급하도록 시스템이 구성됨으로써, 전후진 클러치부 상시 윤활에 따른 과도한 윤활이 오히려 클러치 성능에 악영향을 미치는 종래 문제를 명확하게 해소할 수 있다.
이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
1 : 전후진 절환 클러치부 2 : 주변속 클러치부
3 : 부변속 클러치부 4 : 압력-유량 조절부
5 : 윤활용 오일 공급부 6 : 제어부
7: 전후진 절환 레버 8 : 주변속 레버
9 : 부변속 레버 10 : 전후진 클러치 유닛
10a : 전진 클러치 10b : 후진 클러치
12a : 전진제어밸브 12b : 후진제어밸브
20-1, 20-2 : 주변속 클러치 유닛 20a ~ 20d : 주변속 클러치
22a ~ 22d : 주변속제어밸브 30 : 부변속 클러치 유닛
30a : 고속 클러치 30b : 저속 클러치
32a : 고속 측 부변속제어밸브 32b : 저속 측 부변속제어밸브
40 : 릴리프 밸브 42 : 유량조절밸브
53 : 윤활용 방향 제어밸브 54 : 셔틀밸브
55 : 체크밸브 PL : 입력라인
L1 : 제1 변속유압라인 L2 : 제2 변속유압라인
L3 : 윤활용 오일공급라인 L4 : 제1 윤활라인
L5 : 제2 윤활라인 L6 : 우회라인

Claims (9)

  1. 제1 변속유압라인에 연결된 전후진 절환 클러치부;
    전후진 절환 클러치부와 회로적으로 병렬 배치를 이루도록 상기 제1 변속유압라인에 연결된 주변속 클러치부;
    제1 변속유압라인과 회로적으로 병열 배치된 제2 변속유압라인에 연결되는 부변속 클러치부; 및
    제2 변속유압라인으로부터 공급되는 오일을 상기 전후진 절환 클러치부와 주변속 클러치부, 그리고 부변속 클러치부 각각의 클러치 마찰요소에 윤활제로 공급하는 윤활용 오일 공급부;를 포함하되,
    상기 윤활용 오일 공급부는,
    상기 주변속 클러치부의 클러치 마찰요소와 부변속 클러치부의 클러치 마찰요소에 대해서는 오일 공급을 상시 허용하고 전후진 절환 클러치부의 클러치 마찰요소에 대해서는 제어부 통제에 따라 오일 공급을 간헐적으로 허용하도록 구성된 작업차량의 클러치 작동 및 윤활 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    오일펌프가 토출하는 소정 압력의 오일을 상기 제1 변속유압라인과 제2 변속유압라인에 공급하는 입력라인;을 더 포함하며,
    상기 입력라인 말단에서 제1 변속유압라인과 제2 변속유압라인이 두 갈래로 분기되는 작업차량의 클러치 작동 및 윤활 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전후진 절환 클러치부, 주변속 클러치부, 부변속 클러치부 각각은,
    적어도 하나 이상의 더블팩 타입 클러치 유닛과,
    클러치 유닛을 구성하는 클러치 각각에 상기 제어부의 통제에 따라 작동유체인 오일의 급유와 배유를 단속하는 솔레노이드 구동방식의 제어밸브들로 구성되는 작업차량의 클러치 작동 및 윤활 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 윤활용 오일 공급부는,
    상기 전후진 절환 클러치부가 작동될 때 제어부가 출력하는 구동신호에 따라 전후진 절환 클러치부의 클러치 마찰요소에 대한 오일 공급을 허용하도록 구성된 작업차량의 클러치 작동 및 윤활 시스템.
  5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 윤활용 오일 공급부는,
    오일의 이동방향을 기준으로 상기 부변속 클러치부 후방의 제2 변속유압라인에서 분기되는 윤활용 오일공급라인과,
    윤활용 오일공급라인에 연결되고, 전후진 절환 클러치부와 주변속 클러치부, 그리고 부변속 클러치부 각각의 클러치 마찰요소에 윤활제로 공급될 오일의 흐름을 단속하는 상기 클러치 윤활 밸브유닛과,
    클러치 윤활 밸브유닛과 전후진 절환 클러치부의 클러치 유닛을 연결하는 제1 윤활라인과,
    클러치 윤활 밸브유닛과 주변속 클러치부와 부변속 클러치부 각각의 클러치 유닛을 연결하는 제2 윤활라인을 포함하는 작업차량의 클러치 작동 및 윤활 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 클러치 윤활 밸브유닛은,
    입구가 하나이고 출구가 두 개인 솔레노이드 구동 방식의 윤활용 방향제어밸브와,
    입구가 둘이고 출구가 하나이며, 두 개의 입구 중 한 쪽 입구에 상기 출구 쪽으로만 오일이 이동될 수 있도록 작동되는 체크밸브를 내장한 셔틀밸브를 포함하며,
    상기 윤활용 방향제어밸브의 두 개의 출구 중 하나에 상기 제1 윤활라인이 연결되고 다른 하나는 상기 체크밸브 반대편 셔틀밸브의 한 쪽 입구와 연결되며,
    체크밸브가 내장된 셔틀밸브의 다른 한 쪽 입구에 상기 제1 윤활라인에서 분기된 우회라인이 연결되고,
    셔틀밸브의 출구에 상기 제2 윤활라인이 연결되는 작업차량의 클러치 작동 및 윤활 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 윤활용 방향제어밸브는 전후진 절환 클러치부 작동에 연계하여 제어부가 출력하는 구동신호에 따라 제1 윤활라인 방향 출구를 개방시키도록 절환되는 작업차량의 클러치 작동 및 윤활 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 윤활용 오일 공급부가 제2 변속라인에 회로적으로 접속되는 지점에 설치되며, 전후진 절환 클러치부와 주변속 클러치부, 그리고 부변속 클러치부의 클러치 결합(Engage) 압력 형성 및 상기 윤활용 오일 공급부에 필요한 유량을 공급하는 압력-유량 조절부;를 더 포함하는 작업차량의 클러치 작동 및 윤활 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 압력-유량 조절부는,
    입구가 하나 이고 출구가 두 개이며 내부에 오리피스가 형성된 유량조절밸브와, 오일의 이동방향을 기준으로 상기 유량조절밸브 전방에 배치되는 릴리프 밸브를 하나의 밸브유닛 형태로 구성한 작업차량의 클러치 작동 및 윤활 시스템.

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