KR970010443B1

KR970010443B1 - Continuously variable transmission

Info

Publication number: KR970010443B1
Application number: KR1019930015407A
Authority: KR
Inventors: 송정순
Original assignee: 송정순
Priority date: 1993-08-09
Filing date: 1993-08-09
Publication date: 1997-06-26
Also published as: KR950005615A

Abstract

This device provides a solution of the loss of power caused by the limit of the durability or of the amount of feeding power and friction. The pump(9) is installed to control the driving resistance of the pump for implementing the control of the ring gear, and as necessary, employing the flow regulating valve(11), the hydraulic circuit is constituted, also the hydrostatic motor(10) is driven, which enables the output group to be combined to the output axis(8) or integrally manufactured to make the output axis, at the same time, the whole power fed to the output axis is added with the power of the output group of the carrier(6) and the power of the hydrostatic motor(10) to complete this device.

Description

Stepless automatic transmission that controls using the drive resistance of the pump

제1도는 유성기어기구와 펌프 및 정수압모터를 이용하여 구성된 본 발명의 실시예를 보인 단면도.1 is a cross-sectional view showing an embodiment of the present invention configured using a planetary gear mechanism, a pump and a hydrostatic motor.

제2도는 제1도의 구성에서 펌프와 유압회로의 예를 보인 단면도.2 is a cross-sectional view showing an example of a pump and a hydraulic circuit in the configuration of FIG.

제3도는 일반적인 차량에 사용되는 토크컨버터의 특성을 나타내는 그래프.3 is a graph showing characteristics of a torque converter used in a general vehicle.

제4도는 본 발명에서 엔진과 유성기어기구의 출력단인 캐리어의 회전수 비 및 토크사이의 상관관계를 나타내는 그래프.4 is a graph showing the correlation between the rotational speed ratio and the torque of the carrier which is the output stage of the engine and the planetary gear mechanism in the present invention.

제5도는 차량의 속도와 그때의 출력측에 요구되는 구동토크 또는 구동저항 사이의 상관관계를 나타내는 그래프.5 is a graph showing the correlation between the speed of the vehicle and the drive torque or drive resistance required at the output side at that time.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 엔진 2 : 임펠러1: engine 2: impeller

3 : 스테이트 4 : 터빈3: State 4: Turbine

5 : 선기어 6 : 캐리어5: sun gear 6: carrier

7 : 링기어 8 : 출력축7: ring gear 8: output shaft

9 : 펌프 10 : 정수압모터9: pump 10: hydrostatic motor

11 : 유량조절밸브 12 : 개폐밸브11: flow control valve 12: on-off valve

13 : 리저버탱크13: reservoir tank

본 발명은 차량의 구동저항 특성 및 유체펌프를 이용하여 제어를 행하는 무단 자동 변속기(CONTINOUSLT VARIABLE TRANSMISSION)로서 여기에서 구동저항이라 함은 관성저항을 포함한 구동대상물을 운전하는 데에 따르는 저항을 총칭한다.The present invention is a continuous automatic transmission (CONTINOUSLT VARIABLE TRANSMISSION) that performs control by using the drive resistance characteristics of the vehicle and the fluid pump, where the drive resistance refers to the resistance according to the driving object including the inertial resistance.

현재 각종의 차량이나 원동기에 사용되고 있는 변속기들은 대부분 수십개의 기어로 이루어진 몇 개의 단(段)을 가지는 것들로서 원동기의 효율적인 이용이 불가능하다.The transmissions currently used in various vehicles or prime movers have several stages consisting mostly of dozens of gears, and thus, efficient use of the prime mover is impossible.

또한 이미 발명되어 일부 실용화되어 있는 마찰을 이용한 무단 변속기들은 마찰로 인한 에너지의 손실과 마찰에 의해 발생한 고열을 냉각시켜 주는 별도의 장치를 필요로 하고 있으며, 최근 베벨기어 또는 유성기어로 구성된 재래의 차동장치(差動裝置)를 이용하여 무단변속을 꾀하는 발명이 수종 공지되어 있으나, 이러한 장치들 역시 공통적으로 변속제어를 위하여 원동기로부터의 입력 이외의 별도의 변속제어를 위한 제어수단으로서 마찰제로 된 밴드의 마찰력 또는 전자기력을 이용하여 특정부위에 저항을 추가로 입력함으로서 무단변속을 꾀하도록 되어 있어 입력에 의한 입력 에너지의 손실과 별도로 추가의 변속제어를 위한 복잡한 장치 및 냉각 장치가 필요하게 되는 문제점을 가지고 있어 아직 실용화되고 있지 못하고 있다.In addition, the frictionless continuously variable transmissions, which have been invented and partly in use, require a separate device for cooling the high heat generated by friction and energy loss due to friction. Recently, conventional differentials composed of bevel gears or planetary gears are required. There are several known inventions for continuously variable transmission using a device, but these devices also commonly have a frictional band as a control means for a separate shift control other than an input from a prime mover. By continuously adding resistance to specific parts by using friction force or electromagnetic force, it is designed to continuously vary the speed. Therefore, a complex device and a cooling device for additional shift control are required separately from the loss of input energy due to the input. It has not been put to practical use yet.

여기에서 마찰에 의한 변속이라 함은 일반적인 운동이 성립하기 위하여 필요한 작은 크기의 마찰력, 예를 들면 기어를 이용하여 동력을 전달할 때의 치면에서 일어나는 크기 정도의 마찰을 이야기하는 것이 아니라, 구동력을 직접 전달할 수 있는 정도의 커다른 크기의 마찰을 말하기는 것이기 때문이다.Here, the shift by friction does not refer to the small amount of friction force required for the general motion to be established, for example, the amount of friction generated on the tooth surface when transmitting power using gears. This is because you are talking about as much friction as you can.

또한 현재 차량에 있어서 실용이 가능한 것으로 공지되어 있는 것으로는 벨트 전달장치의 풀리 크기를 조절하여 무단변속을 꾀하는 것이 알려져 있으나, 내구성이나 전달동력 크기의 한계, 마찰에 따르는 동력의 손실 등을 해결하지 못하여 널리 사용되고 있지 못하고 있다.In addition, it is known that the present invention is practically applicable to a vehicle, but it is known to achieve a stepless speed by adjusting the pulley size of the belt transmission device, but it cannot solve the limitations of durability, the size of the transmission power, the loss of power due to friction, etc. It is not widely used.

본 발명은 이러한 재래의 단(段)을 갖는 수동 및 자동변속기와 현재까지 발명된 각종의 베벨기어 또는 유성기어에 의한 차동장치를 이용한 무단변속기의 결점과 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명에서는 첨부된 도면 제1도에 도시된 바와 같이 유성기어기구에 있어서 입력단을 선기어(5), 링기어(7)로 하고 출력단을 캐리어(6)로 하였을 때, 캐리어(6)와 링기어(7), 선기어(5)에 걸리는 회전저항의 변화에 따라서 선기어(5), 링기어(7), 캐리어(6)가 각기 회전수를 달리하며 일정한 회전수와 토크의 관계를 유지하도록 하는 한편, 상기 유성기어기구의 링기어(7)와 출력측(8) 사이에 펌프(9)와 정수압모터(10)로 이루어지는 유압회로를 연결하고, 제2도에 도시된 바와 같이 상이 유압회로의 펌프(9)에는 리저버탱크(13)가 연결되도록 하며, 유량조절밸브(11)와 개폐밸브(12)로 구성되는 유압제어기구를 사용하여, 무단변속이 가능한 차량용 자동무단 변속장치를 제공하는 것이 주목적이다.The present invention is to solve the shortcomings and problems of the continuously variable transmission using a manual and automatic transmission having such a conventional stage and a differential device using a variety of bevel gears or planetary gears invented to date, in the present invention, As shown in FIG. 1, when the input end is the sun gear 5 and the ring gear 7 and the output end is the carrier 6 in the planetary gear mechanism, the carrier 6 and the ring gear 7, The sun gear 5, the ring gear 7, and the carrier 6 vary the rotational speeds according to the change in the rotational resistance applied to the sun gear 5, and maintain the relation between the rotational speed and the torque while the planetary gear A hydraulic circuit consisting of a pump 9 and a hydrostatic motor 10 is connected between the ring gear 7 and the output side 8 of the mechanism, and as shown in FIG. 2, a reservoir is connected to the pump 9 of the different hydraulic circuit. The tank 13 is connected, and the flow control valve 11 and Using the hydraulic control mechanism constituted by a closed valve 12, it is a primary object to provide a vehicular automatic continuously-variable transmission device, the continuously-variable transmission as possible.

이하, 본 발명의 구성 및 작용 효과를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 무단자동 변속장치는 제1도 및 제2도에 도시된 바와 같이 엔진(1)의 출력단, 즉 변속장치의 입력축에 직접 연결되어 있는 유성기어기구의 선기어(5)와, 상기 엔진(1)의 출력단에서 상기 선기어(5)와 분기하여 연결되는 토크컨버터의 임펠러(2)에 의해 회전되는 터빈(4)의 회전에 의하여 구동되는 유성기어기구의 링기어(7)와, 상기 선기어(5) 및 상기 링기어(7)에 맞물려서 출력축(8)을 구동시키는 유성기어기구의 캐리어(6)와, 상기 링기어(7)의 동력을 구동원으로하여 구동되는 펌프(9)와, 상기 펌프(9)와 리저버탱크(13) 사이에 설치되고 링기어(7)의 구동저항 제어를 위하여 개폐되도록 형성되는 개폐밸브(12)와, 상기 펌프(9)에서 생성 배출되는 고압유체의 유압과 유량을 조절할 수 있도록 유압회로에 설치되는 유량조절밸브(11)와, 상기 유량조절밸브(11)에 의해 조절된 고압의 유체를 구동원으로 하는 정수압모터(10)와, 상기 정수압모터(10)의 출력단과 일체로 형성되거나 동력전달수단에 의해 연결되고 상기 캐리어(6)의 출력단과 일체로 형성되거나 동력전달수단에 의해 연결되는 출력축(8)으로 구성되어 있다.The continuously variable automatic transmission of the present invention includes the sun gear 5 of the planetary gear mechanism directly connected to the output end of the engine 1, that is, the input shaft of the transmission, as shown in FIGS. 1 and 2, and the engine ( Ring gear 7 of the planetary gear mechanism which is driven by the rotation of the turbine 4 rotated by the impeller 2 of the torque converter which is branched to the sun gear 5 at the output end of 1), and the sun gear ( 5) and a carrier 6 of the planetary gear mechanism engaged with the ring gear 7 to drive the output shaft 8, a pump 9 driven by the power of the ring gear 7 as a drive source, and the pump (9) and the opening and closing valve 12 is provided between the reservoir tank 13 and the opening and closing to control the drive resistance of the ring gear 7, and the hydraulic pressure and flow rate of the high-pressure fluid generated and discharged from the pump (9) Flow rate control valve 11 and the flow rate control valve 11 is installed in the hydraulic circuit to adjust the The hydrostatic pressure motor 10, which is a high pressure fluid controlled by the drive source, and is integrally formed with the output end of the hydrostatic pressure motor 10 or connected by a power transmission means and integrally formed with the output end of the carrier 6 Or an output shaft 8 connected by means of power transmission means.

제2도에 도시된 바에 따라 본 발명의 특징을 보다 상세히 설명하면, 유성기어기구의 링기어(7)에 연결된 펌프(9)에 의해서 정수압모터(10)를 구동시키는 고압유체의 유량 및 유로를 조절하기 위한 유압회로에는, 개폐밸브(12)가 펌프(9)와 리저버탱크(13) 사이에 설치되고, 유량조절밸브(11)가 펌프(9)와 정수압모터(10)사이에 설치되어 있다.Referring to the features of the present invention in more detail as shown in Figure 2, the flow rate and flow path of the high-pressure fluid for driving the hydrostatic pressure motor 10 by the pump (9) connected to the ring gear (7) of the planetary gear mechanism In the hydraulic circuit for adjustment, an on-off valve 12 is provided between the pump 9 and the reservoir tank 13, and a flow regulating valve 11 is provided between the pump 9 and the hydrostatic pressure motor 10. .

또한 고압유체의 유량 및 유로를 조절하기 위한 상기의 유압회로에는 별도의 축압기(ACCUMULATOR)가 추가로 구성될 수 있고, 펌프(9)와 정수압모터(10) 사이 또는 정수압모터(10)와 출력축(8) 사이에 기어기구 또는 벨트기구가 추가로 구성될 수 있다.In addition, a separate accumulator may be further included in the hydraulic circuit for adjusting the flow rate and the flow path of the high pressure fluid, between the pump 9 and the hydrostatic motor 10 or between the hydrostatic motor 10 and the output shaft. A gear mechanism or a belt mechanism may be further configured between the eight.

제1도에 도시된 바와 같이 엔진(1)으로부터 나오는 동력은 그 출력단에서 토크컨버터(TORQUE CONVERTER)의 임펠러(2)와 유성기어의 선기어(5)에 분기되어 전달된다.As shown in FIG. 1, the power coming from the engine 1 is transmitted to the impeller 2 of the torque converter and the sun gear 5 of the planetary gear at its output end.

따라서, 토크컨버터의 임펠러(2)로 들어온 동력은 토크컨버터 내부의 유체를 매개체로 하여 토크컨버터의 스테이터(3)를 통하여 터빈(4)으로 전달된다. 이때 전달되는 동력은 토크컨버터의 스테이터(3)에 의하여 임펠러(2)와 터빈(4)의 회전속도의 비에 따라서 제3도에 도시된 것처럼 터빈(4)에 전달되는 토크가 커지게 된다.Therefore, the power entering the impeller 2 of the torque converter is transmitted to the turbine 4 through the stator 3 of the torque converter via the fluid inside the torque converter. In this case, the power transmitted is increased by the stator 3 of the torque converter according to the ratio of the rotational speeds of the impeller 2 and the turbine 4, as shown in FIG. 3.

물론, 이와 같이 터빈(4)으로 전달되어진 동력은 유성기어의 링기어(7)로 전달된다.Of course, the power transmitted to the turbine 4 in this way is transmitted to the ring gear 7 of the planetary gear.

또한, 엔진(1)의 동력은 엔진(1)의 출력단에 직접 연결된 유성기어기구의 선기어(5)로도 분기되어서, 선기어(5)를 입력단으로 하여서 캐리어(6)로 동력이 출력되게 된다.Further, the power of the engine 1 is also branched to the sun gear 5 of the planetary gear mechanism directly connected to the output end of the engine 1, so that power is output to the carrier 6 with the sun gear 5 as the input end.

이때, 캐리어(6)를 통하여 출력되는 동력의 토크는 선기어(5)로부터의 전달되는 토크와 링기어(7)로부터 전달되는 토크에 의하여 결정되며, 그 크기는 선기어(5)와 링기어(7) 및 캐리어(6)의 회전속도의 비에 따르면 또한 엔진(1)의 출력단으로부터의 입력 토크의 크기와 제3도의 토크컨버터의 특성으로부터 결정되게 된다.In this case, the torque of the power output through the carrier 6 is determined by the torque transmitted from the sun gear 5 and the torque transmitted from the ring gear 7, the magnitude of which is the sun gear 5 and the ring gear 7. And the ratio of the rotational speed of the carrier 6 are also determined from the magnitude of the input torque from the output of the engine 1 and the characteristics of the torque converter in FIG.

즉, 때 링기어(7)의 회전수의 비를 작게 함에 따라서, 또는 때 캐리어(6)의 회전수의 비를 작게 함에 따라서, 제4도와 같이 캐리어(6)를 통하여 출력되는 동력의 토크는 엔진(1)의 입력토크에 대하여 일정한 비율로 커지게 된다.That is, as the ratio of the rotational speed of the ring gear 7 is reduced or when the ratio of the rotational speed of the carrier 6 is reduced, the torque of the power output through the carrier 6 as shown in FIG. The input torque of the engine 1 is increased at a constant rate.

이를 이용하여서, 차량의 구동저항 특성에 적합한 유성기어기구의 제원 및 토크컨버터의 특성을 선택하여 무단자동 변속기를 구성할 수 있다.By using this, the stepless automatic transmission can be configured by selecting the specifications of the planetary gear mechanism and the characteristics of the torque converter suitable for the driving resistance characteristics of the vehicle.

제2도의 유압회로에 도시된 바와 같이, 펌프(9)는 유성기어기구의 링기어(7)의 동력을 구동원으로 하여서 리저버탱크(RESERVOUR TANK : 13)로부터 유체를 빨아들이게 되는데, 개폐밸브(12)가 열려 있을 때에는 고압의 유체를 형성하지 않고 펌프(9)로 빨아들인 유체를 바로 리저버탱크(13)로 다시 배출하게 되고, 개폐밸브(12)가 닫혀 있을 때에는 고압의 유체를 형성하게 되고, 또한 유량조절밸브(11)를 통과한 고압의 유체가 소정의 압력과 유량을 가지고 정수압모터(20)를 구동하게 된다.As shown in the hydraulic circuit of FIG. 2, the pump 9 draws fluid from the reservoir tank 13 by using the power of the ring gear 7 of the planetary gear mechanism as a driving source. ) Is open, the fluid sucked by the pump 9 is discharged directly to the reservoir tank 13 without forming a high pressure fluid, and when the open / close valve 12 is closed, a high pressure fluid is formed. In addition, the high pressure fluid passing through the flow control valve 11 drives the hydrostatic pressure motor 20 with a predetermined pressure and flow rate.

제5도에 도시된 바와 같이 차량의 속도 변화에 따라서 구동저항도 변화되며, 이와 더불어 차량을 급가속해야 하는 경우 또는 차량이 경사로를 따라 올라가야 하는 경우 등에는 차량의 구동저항이 보다 크게 증가하게 되어서 평상시보다 큰 출력토크를 필요로 한다.As shown in FIG. 5, the driving resistance also changes according to the speed change of the vehicle, and in addition, the driving resistance of the vehicle increases significantly when the vehicle is to be rapidly accelerated or when the vehicle needs to climb along the slope. This requires a larger output torque than usual.

본 발명에서는 상기와 같은 경우에 출력토크를 증대시키기 위하여, 제1도에 도시된 바와 같이 링기어(7)에 펌프(9)를 연결 설치하여 링기어(7)가 펌프(9)의 구동원이 되도록 하며, 제2도에 보인 바와 같이 리저버탱크(13)로 통하는 개폐밸브(12)를 닫아서 펌프(9)의 구동저항을 증가시키면 이와 연결된 링기어(7)의 회전수의 비를 작게하고, 이에 따라서 캐리어(6)를 통하여 출력되는 동력의 토크는 보다 증대되어서, 엔진(1)을 통하여 전달되는 동력에 비하여 출력 토크가 보다 커지게 된다.In the present invention, in order to increase the output torque in the above case, as shown in FIG. 1, the ring gear 7 is connected to the ring gear 7 so that the ring gear 7 is connected to the driving source of the pump 9. When the driving resistance of the pump 9 is increased by closing the on / off valve 12 connected to the reservoir tank 13 as shown in FIG. 2, the ratio of the rotational speed of the ring gear 7 connected thereto is reduced, Accordingly, the torque of the power output through the carrier 6 is increased, so that the output torque is larger than the power transmitted through the engine 1.

차량의 가속페달(ACCLERATOR PEDAL)의 밟는 정도, 엔진의 회전수, 링기어(7)의 회전수 등을 입력으로 하여 최적의 가속성능과 연비성능을 얻도록 펌프(9)에서 생성된 유체의 유량조절밸브(11)로 적절히 제어하며 정수압모터(10)를 구동함으로써, 상기 캐리어(6)의 출력단 뿐만 아니라 정수압모터(10)의 출력단과도 연결되는 출력축(8)에서는 차량에 요구되는 회전속도와 토크를 얻을 수 있다.The flow rate of the fluid generated by the pump 9 to obtain the optimum acceleration performance and fuel efficiency performance by inputting the degree of the accelerator pedal of the vehicle, the rotation speed of the engine, the rotation speed of the ring gear 7, etc. By appropriately controlling the control valve 11 and driving the hydrostatic pressure motor 10, the output shaft 8 connected not only to the output end of the carrier 6 but also to the output end of the hydrostatic pressure motor 10 has a rotation speed required for the vehicle. Torque can be obtained.

제1도에서 선기어(5)와 링기어(7)를 통하여 전달되는 동력은 캐리어(6)를 통하여 출력축(8)으로 전달되고, 이때 제2도에서 개폐밸브(12)가 닫혀있는 때에는 링기어(7)를 구동원으로 하는 펌프(9)에서 생성된 고압의 유체가 정수압모터(10)를 통하여 출력축(8)에 전달된다. 따라서, 출력축(8)으로 전달되는 동력은 캐리어(6)를 통하여 전달되는 동력과 링기어(7), 펌프(9), 정수압모터(10)를 통하여 전달된 동력을 합한 값이 된다.In FIG. 1, power transmitted through the sun gear 5 and the ring gear 7 is transmitted to the output shaft 8 through the carrier 6, and in this case, the ring gear when the on-off valve 12 is closed in FIG. The high-pressure fluid generated by the pump 9 having 7 as the driving source is transmitted to the output shaft 8 through the hydrostatic pressure motor 10. Therefore, the power transmitted to the output shaft 8 is the sum of the power transmitted through the carrier 6 and the power transmitted through the ring gear 7, the pump 9, and the hydrostatic motor 10.

Claims

Branching power from the engine 1 is transmitted to the impeller 2 of the torque converter and the sun gear 5 of the planetary gear mechanism, and the ring gear of the planetary gear mechanism via the turbine 4 from the impeller 2. In the structure where the transmission power of the carrier 6 is obtained by the sum of the power transmitted to (7) and the input power transmitted via the sun gear 5, the pump driven by using the power of the ring gear 7 as a drive source. (9), an on-off valve (12) provided between the pump (9) and the reservoir tank (13) and formed to open and close for the control of the drive resistance of the ring gear (7), and the product discharge from the pump (9). And a hydrostatic pressure motor 10 having a high pressure fluid regulated by the flow control valve 11 as a driving source, a flow control valve 11 installed in the hydraulic circuit so as to adjust the hydraulic pressure and the flow rate of the high pressure fluid to be controlled. It is formed integrally with the output terminal of the hydrostatic motor 10 or Power transmission is connected by means of the continuously-variable transmission device being configured to output shaft 8 which is connected by an output terminal and formed integrally, or the power transmission means of the carrier 6.

The continuously variable transmission as claimed in claim 1, wherein an accumulator is added to the hydraulic circuit between the pump (9) and the hydrostatic motor (10).

The continuously variable transmission according to claim 1 or 2, wherein a gear or a belt mechanism is added to the hydraulic circuit between the pump (9) and the output shaft (8).