KR970008225B1

KR970008225B1 - 차량용 무단 변속장치

Info

Publication number: KR970008225B1
Application number: KR1019940009171A
Authority: KR
Inventors: 박헌우
Original assignee: 박헌우
Priority date: 1994-04-28
Filing date: 1994-04-28
Publication date: 1997-05-22
Also published as: KR950028975A

Abstract

요약없슴

Description

차량용 무단 변속장치

제1도는 본 발명에 의한 무단 변속장치의 파워 트레인을 나타내는 도면.

제2도는 본 발명의 무단 변속장치에 의해 전진 무단변속작용이 이루어지는 것을 설명하기 위한 도면.

제3도는 본 발명의 무단 변속장치에 의해 후진이 이루어지는 것을 나타내는 도면.

제4도는 본 발명에 관련하는 속도선도를 레버 해석법으로 나타낸 도면이다.

본 발명은 차량용 무단 변속장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 토오크 컨버터에서 변환된 토오크의 출력과 엔진의 출력을 2개의 단순유성기어장치를 사용하여 엔진의 회전수에 따라 차속이 비례적으로 가감될 수 있도록 하는 무단 변속장치에 관한 것이다.

일반적으로 차량용 자동 변속장치는 변속기의 입력축과 엔진 사이에 토오크 컨버터를 사이에 두고 연결되는 구조로 이루어진다.

이러한 자동 변속장치는 토오크 컨버터로 부터 출력되는 토오크가 변속기의 입력축을 회전시키는 구성으로 이루어지는데, 변속기는 다단기어 메카니즘으로 이루어져 유압제어장치에 의해 작동 또는 비작동 상태로 되어 입력축의 회전력을 유성기어장치의 선기어나 링기어 또는 유성 캐리어로 전달하는 클러치 및 브레이크 등에 의해 변속이 이루어지도록 되어 있다.

이러한 유성기어장치는 토오크 컨버터의 토오크 변환능력을 보조함과 아울러 상기한 클러치 및 브레이크의 선택적 작동으로 입력에 대해 출력을 변환시키게 된다.

그런데 이러한 자동 변속장치는 1속에서 2속, 3속, 4속등으로 업시프트되거나 4속에서 3속, 2속, 1속등으로 다운 시프될 때 각 변속단별 변속비 차이가 있으므로 변속시 충격을 발생시키게 된다.

이러한 변속충격을 줄이기 위하여 일방향 클러치를 사용하거나 점화시기를 제어하는 방안이 제안되고 있으나, 이러한 방안은 기계적 또는 전자적 구성요소를 추가시키게 되므로 구조적으로 복잡한 단점이 있다.

이러한 자동 변속장치의 문제점을 해결하기 위한 방안으로 소위 무단 변속장치가 연구중에 있으나, 지금까지 제안된 무단 변속장치는 콘 링을 사용하는 방식이나 풀리를 사용하는 방식등으로 되어 있다.

그러나 이러한 방식의 무단 변속장치는 큰 토오크 전달이 요구되는 차량용 변속장치로 사용하기 위해서는 토오크 출력에 문제가 있으므로 실질적으로 사용에 제한을 받고 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 간단한 구조로 큰 토오크를 출력할 수 있는 차량용 무단 변속장치를 제공하는데 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 실현하기 위하여, 엔진으로부터 동력을 전달받아 회전하는 제1축과; 상기한 제1축으로부터 분기되는 엔진의 동력을 토오크 변환하는 토오크 컨버터와; 상기의 토오크 컨버터에 연결되며, 구동기어를 보유하는 회전축과; 상기한 구동기어와 치차결합되어 동력을 전달받는 종동기어를 보유하는 제2축과; 상기 제2축으로 부터 동력을 전달받아 회전하며, 변속레버에 연동하여 이동가능하게 설치된 슬리이브를 보유하고, 외주에 독립적으로 회전할 수 있도록 설치된 전진기어 및 후진기어를 갖는 동력전달부재와; 상기한 전진기어와 제1축 사이에 위치하여 전진기어의 회전수 변화시 변속비를 다르게 출력하는 제1유성기어장치와; 상기한 제1유성기어장치로부터 변속된 출력을 전달받으며, 상기한 후진입력기어와 역전공전기어를 사이에 두고 동력전달이 가능하게 위치하는 후진 출력기어를 보유하는 제3측과; 상기한 제3측과 출력축 사이에 위치하여 상기 제3축의 회전수 증속 변환시켜 출력하는 제2유성기어장치를 포함하여 이루어지는 차량용 무단변속장치를 제공한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라 더욱 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 의한 무단 변속장치의 파워 트레인을 나타내는 도면으로서, 엔진(2)과, 이 엔진의 크랭크 축과 연결되는 제1축(4)과, 상기 제1축(4)과 평행하게 배치되는 제2축(6)과, 상기 제1축(4)의 후단으로 배치되는 제3축(8), 그리고 차동장치(미도시)로 연결되는 출력축(10)을 포함하여 이루어지고 있음을 보여주고 있다.

상기한 제1축(4)에는 토오크 컨버터(12)가 설치되어 토오크 변환을 행할 수 있도록 되어 있는데, 이의 토오크 컨버터는 2개의 스테이터를 갖는 4요소 1단 3상형으로서, 2단의 클러치 포인트를 갖는다.

상기한 토오크 컨버터(12)의 터어빈은 중공축으로서 상기 제1축(4)의 외측으로 배치되는 회전축(14)과 연결되며, 이의 회전축(14)은 제1클러치(16)를 개재시켜 상기 제1축(4)과 연결되고 있는데, 이 제1클러치(16)는 통상적으로 자동 변속기 차량에 사용되는 습식 다판클러치와 동일한 구조를 갖는다.

또한, 상기 회전축(14)에는 구동기어(18)가 고정설치되어 함께 회전할 수 있도록 되어 있는데, 이 구동기어(18)는 제2축(4)에 고정설치된 종동기어(22)와 치차물림되어 동력전달이 이루어질 수 있도록 되어 있다.

그리고 상기 제1축(4)의 종단부에는 제1유성기어장치(24)가 설치되어 있는데, 이 제1유성기어장치의 제1링기어(26)는 상기한 제1축(4)에 고정설치된 구조로 되어 있으며, 상기한 제3축(8)이 이의 제1축(4)에 연결되면서 제1선기어(28)를 보유하고 있다.

상기한 제1선기어(28)는 제3축(8)에 헐겁게 끼워마춤되어 개별적으로 회전할 수 있도록 되어 있는데, 이 제1선기어(28)는 제1기어부(30)와 제2기어부(32)를 갖고 있다.

상기한 제1기어부(30)는 제1유성캐리어(34)에 회전가능하게 결합된 제1피니온기어(36)과 치차물림되어 있는데, 이 제1피니온기어(36)는 상기한 제1링기어(26)에 내치차결합되고 있다.

상기한 제1유성캐리어(34)는 제3축(8)에 고정되어 함께 회전할 수 있도록 되어 있는데, 제1선기어(28)의 제2기어부(32)는 제2축(6)과 제2클러치(38)을 통하여 연결되는 동력전달부재(40)의 전진기어(42)와 치차결합되고 있다.

상기한 전진기어(42)는 동력전달부재(40)에 헐겁게 끼움되어 독립적으로 회전할 수 있도록 되어 있는데, 이 동력전달부재(40)에는 슬리이브(44)가 스플라인 결합되어 좌우로 이동할 수 있도록 되어 있다.

즉 상기한 전진기어(42)는 동력전달부재(40)와 관계하지 않고 회전할 수 있도록 되어 있으며, 슬리이브(44)는 동력전달부재(40)와 함께 회전하면서 좌우로 이동할 수 있도록 되어 있다.

상기한 슬리이브(44)는 시프트 포오크의 선단이 위치할 수 있는 홈(46)이 형성되어 있으며, 이 슬리이브(44)가 동력전달부재(40)에서 좌우로 이동할 수 있도록 하기 위하여 동력전달부재(40)와 스플라인 연결하거나 또는 클러치 허브를 개재시켜 연결된다.

상기한 슬리이브(44)가 좌우로 이동하도록 한 것은 동력전달부재(40)의 회전력을 전진기어(42)에 전달하기 위한 것으로서, 상기한 전진기어(42)의 일측면에는 슬리이브(44)와 접촉하여 결합될 수 있는 클러치 기어(48)가 설치되어 있다.

이 클러치 기어(48)는 자동차 등에 사용되고 있는 도그 클러치와 같은 구조이거나 싱크로나이징 기구를 사용할 수 있다.

상기한 동력전달부재(40)의 슬리이브(44)의 또 다른 일측에는 후진 입력기어(50)가 설치되어 독립적으로 회전할 수 있도록 헐겁게 끼워져 있는데, 이 후진 입력기어(50)의 일측면에도 클러치 기어(48)와 같은 클러치 기어(52)가 설치되어 있다.

상기한 후진 입력기어(50)는 제3축(8)으로 전진시와는 반대방향의 회전을 전달하기 위한 것으로서, 제3축(8)에 설치된 후진출력기어(54)와의 사이에 공전기어(56)를 개재시켜 동력전달이 이루어질 수 있도록 되어 있다.

상기에서 제2축(6)과 동력전달부재(40)를 연결하고 있는 제2클러치(38)는 통상적으로 자동 변속기 차량에 사용되는 습식 다판클러치와 동일한 구조를 가지며, 이의 제2클러치(38)는 유압제어장치(도시생략)에 의해 공급되는 유압에 의해 동작이 이루어지며, 브레이크 페달(도시생략)과 연동하여 유압이 공급되거나 차단된다.

구체적으로 설명하면, 브레이크 페달을 밟은 상태에서 제2클러치(38)으로 유압이 공급되지 않고, 브레이크 페달을 놓은 상태에서만 제2클러치(38)으로 유압이 공급된다.

또한, 상기 제3축(8)의 종단부에는 제2유성기어장치(58)가 배치되는데, 이의 제2선기어(60)는 제3클러치(62)를 개재시켜 제3축(8)과 연결되고 있으며, 브레이크(64)에 의하여 반력 요소로 작용할 수 있도록 되어 있다.

그리고 상기 제2선기어(60)의 외주로 치합되는 제2피니온 기어(66)는 제2유성캐리어(68)에 의해 지지되며, 제2유성캐리어(68)는 제3축(8)과 연결되고 제2링기어(70)는 출력축(10)과 연결되어 출력요소가 된다.

상기한 출력축(10)은 제3축(8)과 일방향 클러치(72)와 연결이 이루어져 증속구간에서 제3클러치(62)가 작동 정지되고, 브레이크(64)가 동작되는 순간적인 과정에서 프리휠링이 이루어지도록 한다.

도면중 미설명부호 20은 스테이터의 역방향 회전을 방지하는 일방향 클러치이다.

이와같이 이루어지는 본 발명의 무단 변속장치는, 엔진(2)이 구동을 시작하면 엔진과 연결된 제1축(4)과 토오크 컨버터(12)가 함께 회전을 하게 되는데, 제1축(4)을 통한 회전력은 제1유성기어장치(24)의 제1링기어(26)로 전달됨과 아울러 회전축(14)의 회전력은 구동기어(18)와 이에 치차결합된 종동기어(22)를 통해 제2축(6)을 회전시키게 된다.

이때 운전자가 브레이크 페달을 밟은 상태이면 유압이 제2클러치(38)으로 공급되지 않기 때문에 토오크 컨버터(12)의 동력이 클러치 수단(38)을 통하여 동력전달부재(40)로 전달되지 못하고 단지 제1유성기어장치(24)의 제1링기어(26)만 회전시키게 된다.

상기한 제1링기어(26)로 전달된 회전력은 내치차 결합된 제1피니온기어(36)를 동일한 방향으로 회전시키게 되는데, 이러한 작용으로 제1피니온기어(36)와 치차결합된 선기어(28)은 엔진의 구동방향과 반대방향으로 회전하게 된다.

즉 제1피니온기어(36)는 제1유성캐리어(34)가 제3축(8)에 고정되어 있기 때문에 이에 작용하는 부하에 의해 제1유성캐리어(34)를 회전시키지 못하고 제1선기어(28)만 회전시키게 된다.

이때, 이 제1선기어(28)는 제3축(8)에 헐겁게 끼움되어 있기 때문에 제3축(8)을 회전시키지는 못한다.

이러한 상태에서 브레이크 페달을 놓고 변속레버(도시생략)를 전진위치로 선택하게 되면, 제2축(6)의 토오크는 제2클러치(38)을 동작에 의하여 동력전달부재(40)로 전달되며, 이와 동시에 미도시된 시프트 포오크가 슬리브(44)를 도면에서 보아 좌측으로 밀게 되므로 슬리이브(44)가 전진기어(42)의 클러치 기어(48)와 제2도와 같이 치합된다.

따라서 제2클러치(38)을 통하여 동력전달부재(40)로 전달되는 토오크에 의해 슬리이브(44)가 회전하는 상태로 있기 때문에 전진기어(42)가 엔진의 구동방향과 반대 방향으로 회전하게 된다.

따라서 전진기어(42)와 치차결합되어 있는 선기어(28)는 반전되면서 엔진의 구동방향과 동일한 방향으로 회전을 시작하게 되므로 결국 제1유성기어장치(24)는 동일한 회전방향의 입력을 제1링기어(26)와 제1선기어(28)로 부터 받게 된다.

이러한 작용은 제1유성기어장치(24)가 2개의 입력요소를 갖는 것이므로 제1유성기어장치(24)는 직결상태로 되면서 일체로 회전하게 된다.

따라서 입력과 출력이 1 : 1이 되는데, 본 발명은 이러한 상태에서 최고의 변속비를 갖는다.

그런데 상기한 제1유성기어장치(24)는 2개의 입력이 동일하게 입력되는 경우에 한하여 1 : 1의 출력비를 갖게 되지만, 토오크 컨버터(12)로 부터 출력되는 회전수가 변화되는 경우에 제1유성기어장치(24)의 제1선기어(28) 회전수는 제1링기어(26)의 회전수와 다르게 되므로 제1유성기어장치(24)는 다른 변속비를 출력하게 된다.

즉, 제1유성기어장치(24)의 제1링기어(26) 회전수는 변화되지 않지만, 제1선기어(28)의 회전수는 토오크 컨버터(12)의 토오크 변환에 따라 다르게 되므로 다른 변속비를 출력하게 된다.

따라서 토오크 컨버터(12)는 엔진(2)의 회전수가 적은 경우에는 동력전달부재(40)로 전달되는 회전수가 적게 되기 때문에 전진기어(42)로 부터 동력을 전달받는 제1선기어(28)는 상대적으로 제1링기어(26)보다 느리게 회전하게 된다.

그러면 제1유성기어장치(24)는 입력요소가 제1링기어(26)가 되고, 반력요소가 제1선기어(28)가 되면서 출력요소가 제1유성캐리어(34)가 되므로 단순 유성기어장치의 레버 해석법에 따라 제4도에 도시한 바와 같이 제1유성캐리어(34)로 일정의 변속비가 출력된다.

따라서 엔진(2)이 고속으로 구동하게 되면 제1유성캐리어(34)를 통하여 출력되는 회전수는 증가하면서 제4도에 도시한 바와 같이 점차적으로 높은 출력이 나가게 된다.

예를들어 제4도에서 A부분을 1 속의 출력분이라 하면 B부분은 1속보다 증속된 출력이 나가 2속이 되고, C부분은 2속보다 증속된 출력이 나가면서 3속이 되고, D부분은 3속보다 증속된 출력이 나가면서 4속이 되면, E 부분은 4속보다 증속된 출력이 나가면서 5속이 되고, F부분은 5속보다 증속된 6속이 된다.

그러나 이것은 설명의 편의를 위하여 변속작용을 기술한 것인데, 실질적으로 토오크 컨버터(12)로 부터 출력되는 회전수는 엔진의 회전수에 비례하여 비레적으로 증속되기 때문에 종래의 자동 변속기와 같이 변속단 구분이 없이 변속비가 출력된다.

이와같은 변속과정을 통해 제3축(8)으로 출력되는 토오크는 제3클러치(62)가 동작되는 상태인 바, 제2유성기어장치(58)는 제2유성캐리어(68)와 제2선기어(60)가 입력요소가 되므로 직결의 상태가 되어 변함없이 출력축(10)을 통해 출력되어진다.

그리고 상기 와 같은 변속이 이루어진 상태에서 주행이 이루어지다가 차량의 주행속도가 소정의 속도 이상이 되면, 트랜스밋션 제어유닛에서는 제3클러치(62)와 브레이크(64)를 제어하여 증속이 이루어지도록 하는데, 이때에는 제3클러치(62)는 동작이 정지되어 제3축(8)의 출력을 제2선기어(60)로 입력되는 것을 차단하고, 브레이크(64)는 제2선기어(60)가 회전하지 못하도록 작동하게 된다.

그러면 제3축(8)의 출력은 제2유성캐리어(68)를 통하여 입력되고, 제2선기어(60)가 반력요소가 되므로 제4도에서와 같이 출력 요소인 제2링기어(70)를 통해 증속되어 출력됨으로써, 오버 드라이브가 이루어지게 되는 것이다.

이와 같은 본 발명은 전진 주행시에는 무단 변속을 실현하게 되는데, 후진의 경우에는 제3도에서와 같이 제1유성기어장치(24)를 이용하지 않고 슬리이브(44)의 이동으로 후진입력기어(50)로 동력전달부재(40)의 회전력을 전달하고 공전기어(56)를 통하여 회전방향으로 바꾸면서 후진출력기어(54)를 통하여 출력될 수 있도록 하고 있다.

물론 이 경우에 제2유성기어장치(58)는 직결의 상태가 된다.

이러한 무단 변속장치는, 변속단 구분이 없기 때문에 변속시 변속충격이 발생하지 않으며, 또 자동 변속기 차량의 유압제어장치가 복잡한 구성으로 되어 있는데 반하여 소수의 클러치만을 제어하면 되므로 그 구조를 간단히 할 수 있고, 토오크 컨버터에서 차량의 부하에 따라 토오크 변환이 이루어지도록 되어 있기 때문에 종래의 무단 변속장치에 비하여 큰 토오크를 출력할 수 있어 차량에 적용할 수 있는 이점을 갖는다.

Claims

엔진으로부터 동력을 전달받아 회전하는 제1축과; 상기한 제1축으로부터 분기되는 엔진의 동력을 토오크 변환하는 토오크 컨버터와; 상기의 토오크 컨버터에 연결되며, 구동기어를 보유하는 회전축과; 상기한 구동기어와 치차 결합되어 동력을 전달받는 종동기어를 보유하는 제2축과; 상기 제2축으로부터 동력을 전달받아 회전하며, 변속레버에 연동하여 이동 가능하게 설치된 슬리이브를 보유하고, 외주에 독립적으로 회전할 수 있도록 설치된 전진기어 및 후진기어를 갖는 동력전달부재와; 상기한 전진기어와 제1축 사이에 위치하여 전진기어의 회전수 변화시 변속비를 다르게 출력하는 제1유성기어장치와; 상기한 제1유성기어장치로부터 변속된 출력을 전달받으며, 상기한 후진입력기어와 역전공전기어를 사이에 두고 동력 전달이 가능하게 위치하는 후진 출력기어를 보유하는 제3축과; 상기한 제3축과 출력축 사이에 위치하여 상기 제3축의 회전수를 증속 변환시켜 출력하는 제2유성기어장치를 포함하는 차량용 무단 변속장치.
제1항에 있어서, 제1유성기어장치는, 제1축과 함께 회전하는 제1링기어와, 제1링기어의 내측에 치차 결합되며 제3축에 고정된 제1유성 캐리어에 회전 가능하게 결합된 제2피니온 기어와, 상기한 전진기어로부터 전달되는 동력을 제1피니온 기어로 전달하는 선기어를 포함하여 차량용 무단변속장치.
제2항에 있어서, 제1선기어는 제1피니온 기어와 치차 결합되는 제1기어부와, 전진기어와 치차 결합되는 제2기어부를 포함하는 차량용 무단변속장치.
제1항에 있어서, 유성기어장치는 주행시 링기어와 선기어로 동시에 입력이 이루어지도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 무단변속장치.
제4항에 있어서, 제1링기어는 엔진으로부터 직접 동력을 전달받도록 되고, 제1선기어는 토오크 컨버터를 통하여 동력 전달이 이루어질 수 있도록 구성된 차량용 무단변속장치.
제1항에 있어서, 제2축과 동력전달부재 사이에는 브레이크와 연동하여 동력을 전달하거나 차단하는 클러치가 설치됨을 특징으로 하는 차량용 무단변속장치.
제6항에 있어서, 클러치는 습식 다판 클러치로 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 무단변속장치.
제1항에 있어서, 슬리이브는 전진기어와 후진입력기어 사이에 이동 가능하게 설치됨을 특징으로 하는 차량용 무단변속장치.
제1항에 있어서, 제2유성기어장치는 제3축과 선택적으로 연결됨과 동시에 반력요소로 작동하는 제1선기어와, 이 제1선기어의 외측에 치차 결합되며 제3축에 고정된 제2유성 캐리어에 회전 가능하게 결합된 제2피니온 기어와, 상기한 제2피니온 기어에 외접치합되어 출력요소가 되는 제2링기어를 포함하는 차량용 무단변속장치.
제9항에 있어서, 제2선기어는 증속시 브레이크에 의하여 반력요소가 되도록 한 것을 특징으로 하는 차량용 무단변속장치.