KR20230173934A - 자동 변속기의 파워 트레인 - Google Patents

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김태훈
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현대트랜시스 주식회사
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Abstract

본 발명은 제1 캐리어는 제1 선기어 및 제1 링기어와 치합되는 싱글 피니언과 일체로 구성되고, 제2 캐리어는 제2 선기어 및 제2 링기어와 치합되는 싱글 피니언과 일체로 구성되며, 제3 캐리어는 제3 선기어 및 제3 링기어와 치합되는 싱글 피니언과 일체로 구성되고, 제4 캐리어는 제4 선기어 및 제4 링기어와 치합되는 싱글 피니언과 일체로 구성되며, 모터의 역구동을 입력축을 통해 1단과 동일한 동력전달 경로로 전달하여 후진단을 구현하는 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 파워 트레인을 제공한다.

Description

자동 변속기의 파워 트레인{POWER TRAIN OF AUTOMATIC TRANSMISSION}
본 발명은 전진 8속 변속단과 후진 1속 변속단을 구현할 수 있는 자동 변속기의 파워 트레인에 관한 것이다.
일반적으로 자동 변속기는 엔진의 동력을 주행 부하에 적합하도록 변화시키기 위하여 다양한 형태의 구조로 구성되며, 유성기어를 포함하는 기어열과, 기어열을 조작하는 유압제어장치를 포함한다. 기어열은 유압제어장치에 의해 조작되는 클러치나 브레이크 등의 마찰요소의 작동 조합에 의해 특정의 변속단을 형성하기 때문에 차량의 주행 상태 및 운전자의 조작에 의해 유압제어장치를 자동적으로 조작하면, 원하는 변속단으로 변속이 이루어진다. 자동 변속기의 변속단은 다단으로 형성될수록 엔진에서 출력되는 동력을 보다 높은 효율로 구동륜에 전달할 수 있어 연비 및 가속 성능 향상과 변속 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래 자동 변속기의 파워 트레인을 나타내는 도면이고, 도 2는 종래 자동 변속기의 파워 트레인의 각 변속단별 작동을 나타내는 작동표이다.
도 1, 2를 참조하면, 종래의 자동 변속기의 파워 트레인은 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 동력전달요소(CL1, CL2, CL3, B1, B2)와, 제1 선기어(S1), 제1 캐리어(C1), 제1 링기어(R1)를 포함하는 제1 유성기어세트(PG1)와, 제2 선기어(S2), 제2 캐리어(C2), 제2 링기어(R2)를 포함하는 제2 유성기어세트(PG2)와, 제3 선기어(S3), 제3 캐리어(C3), 제3 링기어(R3)를 포함하는 제3 유성기어세트(PG3)와, 제4 선기어(S4), 제4 캐리어(C4), 제4 링기어(R4)를 포함하는 제4 유성기어세트(PG4)를 포함한다.
제1 선기어(S1), 제2 선기어(S2)를 연결하는 제1 회전요소(N1)와, 제1 캐리어(C1), 제3 캐리어(C3), 제4 링기어(R4)를 연결하는 제2 회전요소(N2)와, 제1 링기어(R1)와 연결되는 제3 회전요소(N3)와, 제2 캐리어(C2), 입력축(IN)을 연결하는 제4 회전요소(N4)와, 제2 링기어(R2)와 연결되는 제5 회전요소(N5)와, 제3 링기어(R3), 출력축(OUT)을 연결하는 제6 회전요소(N6)와, 제4 선기어(S4)와 연결되는 제7 회전요소(N7)와, 제3 선기어(S3), 제4 캐리어(C4)를 연결하는 제8 회전요소(N8)를 포함한다.
그런데 종래의 자동 변속기의 파워 트레인은, 제4 유성기어세트가 더블 피니언 구조로 이루어져 기어 효율이 불리하였다.
대한민국 공개특허공보 제10-2014-0120478호(2014.10.14. 공개)
전술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 복수로 구성되는 유성기어세트 모두 싱글 피니언 구조로 구성하고, 모터의 역구동을 1단과 동일한 동력전달 경로로 전달하여 후진단을 구현할 수 있도록 한 자동 변속기의 파워 트레인을 제공하고자 한다.
전술한 목적을 이루기 위해 본 발명은, 제1 브레이크에 의해 케이스에 선택적으로 고정되는 제1 선기어, 제1 캐리어 및 제2 브레이크에 의해 케이스에 선택적으로 고정되는 제1 링기어를 포함하는 제1 유성기어세트; 상기 제1 유성기어세트와 연결되는 것으로서, 상기 제1 선기어와 연결되는 제2 선기어, 제2 캐리어 및 제2 링기어를 포함하는 제2 유성기어세트; 상기 제2 유성기어세트와 연결되는 것으로서 제3 선기어, 제3 캐리어 및 제3 링기어를 포함하는 제3 유성기어세트; 및 상기 제3 유성기어세트와 연결되는 것으로서, 제4 선기어, 제4 캐리어 및 제4 링기어를 포함하는 제4 유성기어세트; 를 포함하고, 상기 제1 캐리어는 상기 제1 선기어 및 상기 제1 링기어와 치합되는 싱글 피니언과 일체로 구성되고, 상기 제2 캐리어는 상기 제2 선기어 및 상기 제2 링기어와 치합되는 싱글 피니언과 일체로 구성되며, 상기 제3 캐리어는 상기 제3 선기어 및 상기 제3 링기어와 치합되는 싱글 피니언과 일체로 구성되고, 상기 제4 캐리어는 상기 제4 선기어 및 상기 제4 링기어와 치합되는 싱글 피니언과 일체로 구성되며, 모터의 역구동을 입력축을 통해 1단과 동일한 동력전달 경로로 전달하여 후진단을 구현하는 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 파워 트레인을 제공한다.
또한, 후진단 시, 모터의 역구동에 의한 동력은 입력축으로 전달되고, 상기 입력축으로 전달된 동력은 상기 제2 캐리어를 거쳐 상기 제3 클러치의 결합작동에 의해 상기 제3 선기어로 전달되며, 상기 제3 선기어로 전달된 동력은 상기 제3 링기어를 거쳐 상기 제4 선기어로 전달되고, 상기 제4 선기어로 전달된 동력은 상기 제4 링기어를 거쳐 출력축으로 출력된다.
또한, 상기 제4 선기어는 상기 제3 링기어와 연결되면서 제1 클러치에 의해 상기 제2 링기어와 가변 연결된다.
또한, 상기 제2 링기어는 제2 클러치에 의해 상기 제3 선기어와 가변 연결된다.
또한, 상기 제2 캐리어는 입력축과 연결되면서 제3 클러치에 의해 상기 제3 선기어와 가변 연결된다.
또한, 상기 제1 캐리어는 상기 제3 캐리어 및 상기 제4 캐리어와 연결된다.
또한, 상기 제4 링기어는 출력축과 연결된다.
또한, 상기 제1 클러치는 4단, 5단, 6단, 7단, 8단에서 결합작동한다.
또한, 상기 제2 클러치는 2단, 3단, 4단, 6단, 8단에서 결합작동한다.
또한, 상기 제3 클러치는 1단, 3단 5단, 6단, 7단, 후진단에서 결합작동한다.
또한, 상기 제1 브레이크는 1단, 2단, 7단, 8단, 후진단에서 결합작동한다.
또한, 상기 제2 브레이크는 1단, 2단, 3단, 4단, 5단, 후진단에서 결합작동한다.
또한, 상기 모터는 엔진과 변속기 사이에 위치하고, 상기 엔진의 동력은 제4 클러치에 의해 상기 입력축과 가변 연결된다.
본 발명은 복수로 구성되는 유성기어세트 모두 싱글 피니언 구조로 구성하고, 모터의 역구동을 1단과 동일한 동력전달 경로로 전달하여 후진단(R단)을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명은 종래에 비하여 후진단 기어비를 증대시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 모터의 역구동을 통해 후진단을 구현하여 하이브리드 구조에 최적화된 차량용 변속장치를 제공할 수 있다.
도 1은 종래 자동 변속기의 파워 트레인을 나타내는 도면이다.
도 2는 종래 자동 변속기의 파워 트레인의 각 변속단별 작동을 나타내는 작동표이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 자동 변속기의 파워 트레인을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 후진단 시 속도선도를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 자동 변속기의 파워 트레인의 각 변속단별 작동을 나타내는 작동표이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 자동 변속기의 파워 트레인의 후진단 시 동력의 흐름을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 자동 변속기의 파워 트레인을 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 후진단 시 속도선도를 나타내는 도면이며, 도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 자동 변속기의 파워 트레인의 각 변속단별 작동을 나타내는 작동표이다.
도 3 내지 5에 도시된 바와 같이, 본 발명은 제1 유성기어세트, 제1 유성기어세트와 연결되는 제2 유성기어세트, 제2 유성기어세트와 연결되는 제3 유성기어세트 및 제3 유성기어세트와 연결되는 제4 유성기어세트를 포함한다.
제1 유성기어세트는 서로 연결되는 제1 선기어(S1), 제1 캐리어(C1) 및 제1 링기어(R1)를 포함한다. 제2 유성기어세트는 서로 연결되는 제2 선기어(S2), 제2 캐리어(C2) 및 제2 링기어(R2)를 포함한다. 제3 유성기어세트는 서로 연결되는 제3 선기어(S3), 제3 캐리어(C3) 및 제3 링기어(R3)를 포함한다. 제4 유성기어세트는 서로 연결되는 제4 선기어(S4), 제4 캐리어(C4) 및 제4 링기어(R4)를 포함한다.
제1 선기어(S1)는 제1 브레이크(B1)에 의해 변속기(T)의 케이스(1)에 선택적으로 고정될 수 있다. 제1 링기어(R1)는 제2 브레이크(B2)에 의해 변속기(T)의 케이스(1)에 선택적으로 고정될 수 있다.
본 발명은 제1 유성기어세트, 제2 유성기어세트, 제3 유성기어세트 및 제4 유성기어세트는 기어 효율을 향상시킬 수 있도록 싱글 피니언 구조로 구성될 수 있다.
구체적으로 제1 캐리어(C1)는 싱글 피니언(미도시)과 일체로 구성될 수 있다. 싱글 피니언은 제1 선기어(S1)와 제1 링기어(R1) 사이에 위치하고 제1 선기어(S1) 및 제1 링기어(R1)와 치합될 수 있다.
제2 캐리어(C2)는 싱글 피니언(미도시)과 일체로 구성될 수 있다. 싱글 피니언은 제2 선기어(S2)와 제2 링기어(R2) 사이에 위치하고 제2 선기어(S2) 및 제2 링기어(R2)와 치합될 수 있다.
제3 캐리어(C3)는 싱글 피니언(미도시)과 일체로 구성될 수 있다. 싱글 피니언은 제3 선기어(S3)와 제3 링기어(R3) 사이에 위치하고 제3 선기어(S3) 및 제3 링기어(R3)와 치합될 수 있다.
제4 캐리어(C4)는 싱글 피니언(미도시)과 일체로 구성될 수 있다. 싱글 피니언은 제4 선기어(S4)와 제4 링기어(R4) 사이에 위치하고 제4 선기어(S4) 및 제4 링기어(R4)와 치합될 수 있다.
종래 제4 유성기어세트는 제4 캐리어가 더블 피니언과 일체로 구성되는 더블 피니언 구조로 구성되어 기어 효율이 불리하였다. 그러나 본 발명은 제1 유성기어세트, 제2 유성기어세트, 제3 유성기어세트 및 제4 유성기어세트는 싱글 피니언 구조로 구성되어 종래의 더블 피니언 구조에 비하여 기어 효율을 향상시킬 수 있다.
모터(M)의 역구동을 입력축(IN)을 통해 1단 변속단과 동일한 동력전달 경로로 전달하여 후진단(R단)을 구현할 수 있다. 모터(M)는 엔진(E)과 변속기(T) 사이에 위치할 수 있다. 엔진(E)의 동력은 제4 클러치(CL4)의 결합작동 시 입력축(IN)과 연결될 수 있다.
후진단 시, 모터(M)의 역구동에 의한 동력은 입력축(IN)으로 전달될 수 있다. 입력축(IN)으로 전달된 동력은 제2 캐리어(C2)를 거쳐 제3 클러치(CL3)의 결합작동에 의해 제3 선기어(S3)로 전달될 수 있다. 제3 선기어(S3)로 전달된 동력은 제3 링기어(R3)를 거쳐 제4 선기어(S4)로 전달될 수 있다. 제4 선기어(S4)로 전달된 동력은 제4 링기어(R4)를 거쳐 출력축(OUT)으로 출력될 수 있다.
제4 선기어(S4)는 회전요소에 의해 제3 링기어(R3)와 연결될 수 있다. 제4 선기어(S4)는 제1 클러치(CL1)에 의해 제2 링기어(R2)와 가변 연결될 수 있다.
제2 링기어(R2)는 제2 클러치(CL2)에 의해 제3 선기어(S3)와 가변 연결될 수 있다.
제2 캐리어(C2)는 회전요소에 의해 입력축(IN)과 연결될 수 있다. 제2 캐리어(C2)는 제3 클러치(CL3)에 의해 제3 선기어(S3)와 가변 연결될 수 있다.
제1 캐리어(C1)는 회전요소에 의해 제3 캐리어(C3) 및 제4 캐리어(C4)와 연결될 수 있다.
제4 링기어(R4)는 회전요소에 의해 출력축(OUT)과 연결될 수 있다.
제1 클러치(CL1)는 4단, 5단, 6단, 7단, 8단에서 결합작동할 수 있다. 제2 클러치(CL2)는 2단, 3단, 4단, 6단, 8단에서 결합작동할 수 있다. 제3 클러치(CL3)는 1단, 3단 5단, 6단, 7단, 후진단에서 결합작동할 수 있다. 제1 브레이크(B1)는 1단, 2단, 7단, 8단, 후진단에서 결합작동할 수 있다. 제2 브레이크(B2)는 1단, 2단, 3단, 4단, 5단, 후진단에서 결합작동할 수 있다.
다음은 본 발명의 후진단 시 동력 흐름에 대해 설명한다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 자동 변속기의 파워 트레인의 후진단 시 동력의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 4 내지 6와 같이, 후진단 시, 모터(M)의 역구동에 의한 동력은 입력축(IN)으로 입력된다. 입력축(IN)으로 입력된 동력은 제2 캐리어(C2)로 전달된다.
제2 캐리어(C2)로 전달된 동력은 제3 클러치(CL3)의 결합작동에 의해 제3 선기어(S3)로 전달된다. 이때, 제1 선기어(S1)는 제1 브레이크(B1)의 결합작동에 의해 케이스(1)에 고정되는 고정요소로 작용할 수 있고, 제1 링기어(R1)는 제2 브레이크(B2)의 결합작동에 의해 케이스(1)에 고정되는 고정요소로 작용할 수 있다.
제3 선기어(S3)로 전달된 동력은 제3 링기어(R3)를 거쳐 제4 선기어(S4)로 전달될 수 있다. 제4 선기어(S4)로 전달된 동력은 제4 링기어(R4)를 거쳐 역회전 동력이 출력축(OUT)으로 출력된다.
한편, 1단 시, 엔진(E)의 동력은 입력축(IN)으로 입력된다. 이때, 제4 클러치(CL4)의 결합작동에 의해 엔진(E)과 모터(M)가 회전 동기화되어 엔진(E)의 동력이 입력축(IN)으로 전달될 수 있다.
입력축(IN)에 입력된 동력은 제2 캐리어(C2)로 전달된다. 제2 캐리어(C2)로 전달된 동력은 제3 클러치(CL3)의 결합작동에 의해 제3 선기어(S3)로 전달된다. 이때, 제1 선기어(S1)는 제1 브레이크(B1)의 결합작동에 의해 케이스(1)에 고정되고 제1 링기어(R1)는 제2 브레이크(B2)의 결합작동에 의해 케이스(1)에 고정된다.
제3 선기어(S3)로 전달된 동력은 제3 링기어(R3)를 거쳐 제4 선기어(S4)로 전달될 수 있다. 제4 선기어(S4)로 전달된 동력은 제4 링기어(R4)를 거쳐 출력축(OUT)으로 출력될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 : 케이스
S1 : 제1 선기어 C1 : 제1 캐리어 R1 : 제1 링기어
S2 : 제2 선기어 C2 : 제2 캐리어 R2 : 제2 링기어
S3 : 제3 선기어 C3 : 제3 캐리어 R3 : 제3 링기어
S4 : 제4 선기어 C4 : 제4 캐리어 R4 : 제4 링기어
CL1 : 제1 클러치 CL2 : 제2 클러치 CL3 : 제3 클러치
CL4 : 제4 클러치 B1 : 제1 브레이크 B2 : 제2 브레이크
IN : 입력축 OUT : 출력축
E : 엔진 M : 모터 T : 변속기

Claims (13)

  1. 제1 브레이크에 의해 케이스에 선택적으로 고정되는 제1 선기어, 제1 캐리어 및 제2 브레이크에 의해 케이스에 선택적으로 고정되는 제1 링기어를 포함하는 제1 유성기어세트;
    상기 제1 유성기어세트와 연결되는 것으로서, 상기 제1 선기어와 연결되는 제2 선기어, 제2 캐리어 및 제2 링기어를 포함하는 제2 유성기어세트;
    상기 제2 유성기어세트와 연결되는 것으로서, 제3 선기어, 제3 캐리어 및 제3 링기어를 포함하는 제3 유성기어세트; 및
    상기 제3 유성기어세트와 연결되는 것으로서, 제4 선기어, 제4 캐리어 및 제4 링기어를 포함하는 제4 유성기어세트;
    를 포함하고,
    상기 제1 캐리어는 상기 제1 선기어 및 상기 제1 링기어와 치합되는 싱글 피니언과 일체로 구성되고, 상기 제2 캐리어는 상기 제2 선기어 및 상기 제2 링기어와 치합되는 싱글 피니언과 일체로 구성되며, 상기 제3 캐리어는 상기 제3 선기어 및 상기 제3 링기어와 치합되는 싱글 피니언과 일체로 구성되고, 상기 제4 캐리어는 상기 제4 선기어 및 상기 제4 링기어와 치합되는 싱글 피니언과 일체로 구성되며,
    모터의 역구동을 입력축을 통해 1단과 동일한 동력전달 경로로 전달하여 후진단을 구현하는 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 파워 트레인.
  2. 제 1 항에 있어서,
    후진단 시,
    모터의 역구동에 의한 동력은 입력축으로 전달되고, 상기 입력축으로 전달된 동력은 상기 제2 캐리어를 거쳐 상기 제3 클러치의 결합작동에 의해 상기 제3 선기어로 전달되며, 상기 제3 선기어로 전달된 동력은 상기 제3 링기어를 거쳐 상기 제4 선기어로 전달되고, 상기 제4 선기어로 전달된 동력은 상기 제4 링기어를 거쳐 출력축으로 출력되는 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 파워 트레인.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제4 선기어는,
    상기 제3 링기어와 연결되면서 제1 클러치에 의해 상기 제2 링기어와 가변 연결되는 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 파워 트레인.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 링기어는,
    제2 클러치에 의해 상기 제3 선기어와 가변 연결되는 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 파워 트레인.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 캐리어는,
    입력축과 연결되면서 제3 클러치에 의해 상기 제3 선기어와 가변 연결되는 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 파워 트레인.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 캐리어는,
    상기 제3 캐리어 및 상기 제4 캐리어와 연결되는 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 파워 트레인.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제4 링기어는,
    출력축과 연결되는 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 파워 트레인.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 클러치는,
    4단, 5단, 6단, 7단, 8단에서 결합작동하는 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 파워 트레인.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 제2 클러치는,
    2단, 3단, 4단, 6단, 8단에서 결합작동하는 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 파워 트레인.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 제3 클러치는,
    1단, 3단 5단, 6단, 7단, 후진단에서 결합작동하는 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 파워 트레인.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 브레이크는,
    1단, 2단, 7단, 8단, 후진단에서 결합작동하는 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 파워 트레인.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 브레이크는,
    1단, 2단, 3단, 4단, 5단, 후진단에서 결합작동하는 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 파워 트레인.
  13. 제 2 항에 있어서,
    상기 모터는 엔진과 변속기 사이에 위치하고, 상기 엔진의 동력은 제4 클러치에 의해 상기 입력축과 가변 연결되는 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 파워 트레인.
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