KR0158169B1 - 차량용 자동변속기의 파워 트레인 - Google Patents

Abstract

유성기어셋트의 각 멤버에 작용하는 스트레스를 감소시키며 동일한 크기에서 토오크를 증대시키기 위하여, 엔진으로부터 동력을 전달받아 토오크를 변환하여 입력축으로 출력하는 토오크 컨버터와; 상기 입력축 주위에 배치되며 출력수단으로 링기어가 동력전달부재와 연결되는 싱글 피니언 유성기어셋트로 이루어지며, 이 싱글 피니언 유성기어셋트의 링기어와 선기어를 공유하는 더블피니언 유성기어셋트로 이루어지는 복합 유성기어셋트와, 상기한 더블피니언 캐리어를 입력요소로 선택하기 위하여 입력축과의 사이에 배치되는 제1 마찰요소와, 상기 제1 마찰요소가 작동시에 싱글 피니언 캐리어를 반력요소로 선택하는 제2 마찰요소와, 상기 제1 마찰요소가 작동시에 선기어를 반력요소로 선택하는 제3 마찰요소와, 상기 제1 마찰요소가 작동시에 선기어를 입력요소로 선택하기 위한 제4 마찰요소를 포함하는 주변속부와; 상기 주변속부의 출력을 입력받아 링기어를 입력요소로 하며 피니언 캐리어를 출력수단으로 하기 위하여 피니언 캐리어와 트랜스퍼 드라이브 기어가 연결되는 싱글 피니언 유성기어셋트와, 상기한 제1,2 마찰요소, 제1,3 마찰요소, 제1,4 마찰요소의 작동시에 싱글 피니언 유성기어셋트의 선기어를 반력요소로 선택하는 제5 마찰요소와, 상기한 제1,4 마찰요소의 작동시에 싱글 피니언 유성기어셋트의 피니언 기어와 선기어를 출력요소로 선택하여 록킹이 이루어지도록 하는 제6 마찰요소로 이루어지는 부변속부를 포함하는 차량용 자동변속기의 파워 트레인을 제공한다.

Description

차량용 자동변속기의 파워 트레인

제1도는 본 발명의 제1실시예에 따른 변속장치의 파워 트레인을 나타내는 도면,

제2도는 본 발명의 제1실시예에 따른 변속장치의 변속단별 마찰요소의 작동표,

제3도는 제1도의 파워 트레인의 속도비를 레버 해석법으로 설명하기 위한 그래프,

제4도는 본 발명의 제2실시예에 따른 변속장치의 파워 트레인을 나타내는 도면,

제5도는 본 발명의 제2실시예에 따른 변속장치의 변속단별 마찰요소의 작동표이다.

[산업상의 이용분야]

본 발명은 차량용 자동변속기의 파워 트레인에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유성기어 장치의 각 멤버에 작용하는 스트레스를 감소시키며 토오크 증대를 도모하는 차량용 자동변속기의 파워 트레인에 관한 것이다.

[종래의 기술]

일반적으로 차량용 자동변속장치는, 차량의 주행속도와 부하의 변동에 따라 변속비를 자동적으로 제어하는 트랜스 밋션 제어 유닛을 구비하고 있다.

상기한 트랜스 밋션 제어 유닛은 기어트레인에 설치된 다수개의 마찰요소들을 작동 또는 비작동 상태로 제어하여 유성기어의 3요소(선기어, 링기어, 유성 캐리어) 중 어느 요소를 입력요소로 선택하여 출력된 회전수를 조절하게 된다.

실질적으로 전진 4속과 후진 1 속의 변속비를 추력할 수 있는 파워 트레인을 설계하기 위해서는 1개의 복합 유성기어셋트와, 최소한 5개의 마찰요소를 사용하여야 한다.

이러한 마찰요소들 중에서 클러치 요소의 회전 반경은 입력축과 연결되기 위하여 출력요소의 회전반경보다 작아야 하며, 또 반력요소의 회전반경보다도 작아야 하는 구조적 제약조건을 갖는다.

따라서 유성기어셋트의 각 요소를 서로 연결하는 클러치 수단이나 브레이크 수단의 연결 구성이 제한적일 수 밖에 없다.

이러한 이유에서 지금까지 제안된 방식의 복합 유성기어셋트는, 유성캐리어와 링기어를 연결하고 또 다른 링기어와 또 다른 유성 캐리어를 연결하는 2 심플 타입이나, 선기어와 선기어를 연결하고, 유성캐리어와 링기어를 연결하는 심프슨 타입이 가장 많이 사용되고 있다.

특히, 상기한 복합 유성기어셋트는, 선기어 또는 링기어를 엔진의 인풋샤프트와 연결하여 입력요소로 널리 사용하고 있다.

[본 발명이 해결하고자 하는 문제점]

그러나 이러한 전통적인 구성에 의한 복합 유성기어셋트가 상당기간 사용되면서 유성기어셋트의 각 멤버에 작용하는 스트레스가 증대되는 것을 발견하게 되었다.

또한, 상기 유성기어셋트는 출력향상을 위하여 토오크를 증대시키는데 크기의 제한을 가지는 구조적 한계를 가지는 문제점이 있다.

[문제점을 해결하기 위한 수단]

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 유성기어셋트의 각 멤버에 작용하는 스트레스를 감소시키며, 동일한 크기에서 토오크를 증대시킴으로서 출력을 향상시키는 차량용 자동변속기의 파워 트레인을 제공하는데 있다.

상기 본 발명의 목적을 실현하기 위하여, 엔진으로부터 동력을 전달받아 토오크를 변환하여 입력축으로 출력하는 토오크 컨버터와;

상기 입력축 주위에 배치되며 출력수단으로 링기어가 동력 전달부재와 연결되는 싱글 피니언 유성기어셋트로 이루어지며, 이 싱글 피니언 유성기어셋트의 링기어와 선기어를 공유하는 더블피니언 유성기어셋트로 이루어지는 복합 유성기어셋트와, 상기한 더블피니언 캐리어를 입력요소로 선택하기 위하여 입력축과의 사이에 배치되는 제1 마찰요소와, 상기 제1 마찰요소가 작동시에 싱클 피니언 캐리어를 반력요소로 선택하는 제2 마찰요소와, 상기 제1 마찰요소가 작동시에 선기어를 반력요소로 선택하는 제3 마찰요소와, 상기 제1 마찰요소가 작동시에 선기어를 입력요소로 선택하기 위한 제4 마찰요소를 포함하는 주변속부와; 상기 주변속부의 출력을 입력받아 링기어를 입력요소로 하며 피니언 캐리어를 출력수단으로 하기 위하여 피니언 캐리어와 트랜스퍼 드라이브 기어가 연결되는 싱글 피니언 유성기어셋트와, 상기한 제1,2 마찰요소, 제1,3 마찰요소, 제1,4 마찰요소의 작동시에 싱글 피니언 유성기어셋트의 선기어를 반력요소로 선택하는 제5 마찰요소와, 상기한 제1,4 마찰요소의 작동시에 싱글 피니언 유성기어셋트의 피니언기어와 선기어를 출력요소로 선택하여 록킹이 이루어지도록 하는 제6 마찰요소로 이루어지는 부변속부를 포함하는 차량용 자동변속기의 파워 트레인을 제공한다.

[작용]

상기 본 발명의 주변속부 복합 유성기어셋트의 더블피니언 캐리어가 D레인지에서 입력요소로 작용하고, 링기어가 출력요소로 작용하여 부변속부로 출력이 이루어진다.

그리고 주변속부의 출력을 부변속부의 링기어를 입력요소로 하며, 부변속부의 싱글 피니언 유성기어장치의 피니언 캐리어를 출력요소로 하여 트랜스퍼 드라이브 기어를 통하여 구동축에 동력을 전달한다.

[실시예]

상기 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

제1도는 본 발명의 제1실시예에 따른 변속장치의 파워 트레인을 나타내는 도면으로서, 엔진(E)의 회전동력이 토오크 컨버터(T)에서 토오크 변환되어 주변속부(2)의 입력축(1)으로 전달될 수 있는 구조를 갖는다.

상기한 입력축(1)의 측방으로 길게 연장되는 부위의 외측 주변에는 복합 유성기어장치(5)가 배치되어 클러치 수단 및 브레이크 수단을 통하여 입력축(1)의 동력을 전달받을 수 있도록 주변속부(2)가 구성된다.

그리고 상기 주변속부(2)의 구동력을 전달받아 싱글 유성기장치(5)가 배치되어 클러치 수단 및 브레이크 수단을 통하여 트랜스퍼 드라이브 기어(7)를 통하여 차동장치(도시생략)에 전달될 수 있도록 부변속부(4)가 구성된다.

상기 주변속부(2)의 복합 유성기어장치(5)는, 싱글 피니언 유성기어셋트(6)와 더블 피니언 유성기어(8)의 조합으로 이루어지되, 싱글 피니언(9)과 더블피니언(11)이 링기어(13) 및 선기어(15)를 공유하면서 병렬로 배치되는 구조로 이루어진다.

상기 링기어(13)는 동력 전달부재(17)와 연결되어 드라이브 기어(19)를 통하여 부변속부(4)로 출력할 수 있는 출력수단으로 사용되고 있다.

상기한 입력축(1)의 회전동력을 복합 유성기어장치(3)의 더블피니언 캐리어(21)로 전달될 수 있도록 하기 위하여 입력축(1)과 더블피니언 캐리어(21) 사이에는 제1 마찰요소(C1)가 설치된다.

그리고 이러한 입력요소가 선택되는 변속단에서 싱글 피니언 캐리어(24)를 반력요소로 선택하기 위하여 싱글 피니언 캐리어(24)와 동력 전달부재(25)를 연결하여 이와 변속기 하우징(27) 사이에는 제2 마찰요소(B1)가 설치된다.

또한 더블피니언 캐리어(27)를 입력요소로 하는 다른 변속단을 구현하기 위하여 선기어(15)와 동력전달부재(29)를 연결하여 변속기 하우징(27)과 제3 마찰요소(B2)를 설치하여 선기어(15)를 선택적으로 반력요소로 작동시킬 수 있는 구조로 이루어진다.

그리고 상기한 더블피니언 캐리어(21)를 역시 입력요소로 하는 또 다른 변속단을 구현하기 위하여 입력축(1)의 이단과 선기어(15)와 연결되는 동력전달부재(29) 사이에 제4 마찰요소(C2)가 설치된다.

또한 상기 더블피니언 캐리어(21)를 역시 입력요소로 하는 또 다른 변속단을 구현하기 위한 부변속부(4)는, 드라이브 기어(19)에 드리븐 기어(31)를 직결시켜 주변속부(2)의 출력요소가 입력요소로 이루어지도록 구성된다.

상기 드리븐 기어(31)는 동력전달부재(33)에 의하여 링기어(35)와 연결시킴으로서 부변속부(4) 싱글 유성기어장치(5)의 링기어(35)가 입력요소로 작용하는 구조로 이루어지고 있다.

상기 링기어(35)의 내측에는 피니언 기어(7)가 치합되어 캐리어(39)로 연결되며, 이 피니언 캐리어(39)는 동력전달부재(41)에 의하여 트랜스퍼 드라이브 기어(7)측으로 최종 변속비를 출력할 수 있는 출력수단으로 사용되고 있다.

그리고 상기 피니언 캐리어(39)의 내측에는 선기어(43)가 피니언 기어(37)와 치합되는 구조로 이루어지며 그 중심부는 선기어(43)가 회전함에 따라 일체로 회전이 이루어지는 회전축(45)이 측방으로 길게 연장되는 구조로 이루어지고 있다.

상술한 주변속부(2)의 더블피니언 캐리어(21)가 입력요소로 선택되는 변속단에서 또다른 변속단을 구현하기 위하여 선기어(43)의 회전축(45)과 피니언 캐리어(39) 사이에는 선기어(43) 및 피니언 캐리어(37)를 동시에 출력요소로 선택하기 위하여 제6 마찰요소(C3)가 설치되고 있다.

또한, 선기어(43)의 회전축(45)과 변속기 하우징(27) 사이에는 후진(R) 레인지 및 전진(D) 레인지에서 선택적으로 작동되어 선기어(43)를 반력요소로 선택하는 제5 마찰요소(B3)가 설치된다.

한편, 상술한 제1,4,6 마찰요소(C1)(C2)(C3)는 클러치 수단으로서 다판 클러치로 이루어지며, 제2,3,5 마찰요소(B1)(B2)(B3)는 브레이크 수단으로서 밴드 브레이크로 이루어지고 있다.

그리고 토오크 컨버터(T)는 통상적으로 동력 전달 효율을 높이기 위한 댐퍼 클러치(D)가 제공되고 있다.

상기 제1 실시예의 구성은 후진(R) 1속 및 전진(D) 4속을 구현하기 위하여 부변속부를 포함하는 예를 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 제4도 및 제5도에 도시하고 있는 바와 같이 전진(D) 3속 및 후진(R) 1속으로 구현하기 위하여 부변속부를 생략하여 제2 실시예로 구성하는 것도 가능한 것이다.

이와 같이 이루어지는 본 발명의 변속장치는, 트랜스 밋션 제어 유닛에 의하여 작동과 비작동이 선택되는 마찰요소들의 작동 유무에 따라 유성기어셋트의 3요소 중 어느 하나의 요소를 입력으로, 그리고 다른 하나의 요소를 반력요소로 선택하여 다음과 같은 전진 4속과 후진 1 속의 변속비를 출력하게 된다.

트랜스 밋션 제어 유닛에 의해 작동과 비작동이 선택되는 마찰요소에 관련하는 레인지별 작동표가 제2도에 나타나 있다.

제3도는 상기한 파워 트레인이 작동요소표와 같이 제어되면서 변속이 이루어질 때의 속도비를 레버 해석법으로 설명하는 그래프로서, 주변속부(2)를 표시하는 레버(L)의 좌측단을 선기어가 존재하는 제1노드(Node)(N1)으로 하고, 인접한 위치를 싱글 피니언 캐리어(24)가 존재하는 제2 노드(N2)로 하고, 또 다른 인접한 위치를 링기어(13)가 존재하는 제3노드(N3)로 하고, 우측단을 더블피니언 캐리어(21)가 존재하는 제4노드(N4)로 표시된다.

그리고 부변속부(4)를 표시하는 레버(1)의 좌측단을 싱글 피니언 유성기어장치(5)의 링기어(35)가 존재하는 제5노드(N5), 인접한 위치를 싱글 피니언 캐리어(39)가 존재하는 제6노드(N6), 우측단을 선기어(43)가 존재하는 제7노드(N7)로 표시한다.

그러므로 전진(D) 1속은, 엔진의 동력이 입력되는 주변속부(2)의 제1마찰요소(C1)를 작동시켜 입력요소로 더블피니언 캐리어(21)를 선택하고, 제2 마찰요소(B1)를 작동시켜 반력요소로 싱글 피니언 캐리어(24)를 선택한다.

따라서 더블피니언 캐리어(21)에 해당하는 제4노드(N4)가 입력단이 되고, 싱글 피니언 캐리어(24)에 해당하는 제2노드(N2)가 고정단이 되면서 제4노드(N4)의 속도 입력선(L1) 임의의 위치에서 제2노드(N2)와 직선(L2)으로 연결하고, 이 직선(L2)와 출력단이 되는 제3노드(N3)에서 연직방향으로 연결하여 얻어지는 선이 1속의 주변속부 출력 속도선(L3)이 된다.

그리고 2속에서는 제1 마찰요소(C1)를 계속해서 작동시켜 더블피니언 캐리어(21)를 계속해서 입력요소로 선택하고, 제2 마찰요소(B1)를 해재함과 동시에 제3 마찰요소(B2)를 작동시켜 선기어(15)를 반력요소로 선택한다.

따라서, 더블피니언 캐리어(21)가 계속해서 입력요소가 되므로 제4노드(N4)가 입력단이 되고, 선기어(15)에 해당하는 제1노드(N1)가 고정단이 되면서 제4노드(N4)의 속도 입력선(L1)의 임의의 위치에서 제1노드(N1)와 직선(L4)을 연결하고, 이 직선(L4)와 출력단이 되는 제3노드(N3)에서 연직방향으로 연결하여 얻어지는 선이 2 속의 주변속부 출력 속도선(L5)이 된다.

또한, 3속에서는 제1 마찰요소(C1)를 계속해서 작동시켜 더블피니언 캐리어(21)를 계속해서 입력요소로 선택하고, 제3 마찰요소(B2)를 해제함과 동시에 제4 마찰요소(C2)를 작동시켜 선기어(15)를 입력요소로 선택한다.

따라서, 더블피니언 캐리어(21)에 해당하는 제4노드(N4)와, 선기어(15)에 해당하는 제1노드(N1)가 입력단이 되므로 이들 입력 속도선(L1)(L6)의 끝단을 직선(L7)으로 연결하고, 이 직선(L7)과 출력단이 되는 제3노드(N3)에서 연직방향으로 연결하여 얻어지는 선이 3속의 주변속부 출력 속도선(L8)이 된다.

상기 주변속부(2)에서 얻어지는 1,2,3 속의 회전동력은 부변속부(4)에서 재차 감속이 이루어지는데, 부변속부(4)에서는 드라이브 기어(19)와 치합되어 있는 드리븐 기어(31)와 동력 전달부재(33)에 의하여 연결되는 싱글 피니언 유성기어장치(5)의 링기어(35)에 해당하는 제5노드(N5)가 입력단이 되고, 제5 마찰요소(B3)에 의하여 고정되는 싱글 피니언 유성기어장치(5)의 선기어(43)에 해당하는 제7노드(N7)가 고정단이 된다.

그리고 부변속부(4)를 이루는 싱글 피니언 유성기어장치(5)의 싱글 피니언 캐리어(39)에 해당하는 제6노드(N6)가 출력단이 된다.

이에 따라 상기 제3노드(N3)의 주변속부 출력 속도선(L3)(L5)(L8)과 크기는 같고 방향이 반대가 되도록 제5노드(N5)가 입력단이 되어 입력 속도선(L3)(L5)(L8)과 제7노드(N7)를 연결하여 얻어지는 직선(L9)(L10)(L11)을 제6노드(N6)에서 연직하방으로 연결하여 얻어지는 선이 부변속부(4)로부터 출력되는 제1,2,3 속의 출력선(L12)(13)(14)이 된다.

따라서 주변속부(2)에서 출력이 부변속부(4)에서 재차 감속이 이루어짐으로서 토오크가 증대되는 것이다.

그리고 계속해서 4속에서는 주변속부(2)의 3속 상태에서 부변속부(4)의 제5 마찰요소(B3)의 작동을 정지시키고, 제6 마찰요소(C3)를 동작시켜 싱글 피니언 유성기어장치(5)의 선기어(43)가 싱글 피니언 유성기어장치(5)의 피니언 캐리어(39)와 록킹되어 선기어(43)에 해당하는 제7노드(N7)로도 입력이 이루어지게 되어 이의 속도입력선(L15)와 상기 제5노드(N5)의 속도 입력선(L8)의 끝단을 연결하는 직선(L16)과 제6노드(N6)를 최단거리에서 연결하여 얻어지는 선이 제4 속의 출력선(L17)이 된다.

따라서 엔진 출력 토오크가 1:1로 구동바퀴로 출력이 이루어짐으로서 엔진의 토오크를 최대로 발휘할 수 있게 된다.

또한, 후진(R) 레인지에 있어서는 주변속부(2)의 제4 마찰요소(C2)를 작동시켜 선기어(15)를 입력요소로 선택하고, 제2 마찰요소(B1)를 작동시켜 싱글 피니언 캐리어(24)를 반력요소로 선택한다.

그리고 부변속부(2)에서는 제5 마찰요소(B3)를 작동시켜 싱글 피니언 유성기어장치(5)의 선기어(43)를 반력요소로 선택한다.

따라서, 주변속부(2)의 선기어(15)에 해당하는 제1노드(N1)가 입력단이 되고, 싱글 피니언 캐리어(24)에 해당하는 제2노드가 고정단이 되므로 이들을 연결하여 얻어지는 직선(L18)과 출력단이 되는 제3노드(N3)에서 연직하방으로 연결하여 얻어지는 선이 주변속부(2)의 후진 출력선(L19)가 된다.

그리고 주변속부(2)에서 얻어지는 출력이 크기는 같고 방향은 반대의 상태로 부변속부(4)의 제5노드(N5)로 입력되고, 제7노드(N7)가 고정단이 되면서 이들을 연결하는 직선(L20)과 제6노드(N6)를 연결하는 선이 최종 후진 출력선(L21)이 된다.

[발명의 효과]

상기 본 발명의 차량용 자동변속기의 파워 트레인은, 전진 레인지 상태에서 입력요소를 더블피니언 캐리어를 사용함으로서 선기어 및 링기어에 작용하는 스트레스를 감소시킬 수 있으며, 또한 동일한 크기에서는 토오크의 증대가 이루어지며, 동일한 토오크를 내기 위하여는 크기를 적게 구현하여도 경량화를 실현할 수 있다.

Claims (3)

1. 엔진으로부터 동력을 전달받아 토오크를 변환하여 입력축으로 출력하는 토오크 컨버터와; 상기 입력축 주위에 배치되며 출력수단으로 링기어가 동력전달부재와 연결되는 싱글 피니언 유성기어셋트로 이루어지며, 이 싱글 피니언 유성기어셋트의 링기어와 선기어를 공유하는 더블피니언 유성기어셋트로 이루어지는 복합 유성기어셋트와, 상기한 더블피니언 캐리어를 입력요소로 선택하기 위하여 입력축과의 사이에 배치되는 제1 마찰요소와, 상기 제1 마찰요소가 작동시에 싱글 피니언 캐리어를 반력요소로 선택하는 제2 마찰요소와, 상기 제1 마찰요소가 작동시에 선기어를 반력요소로 선택하는 제3 마찰요소와, 상기 제1 마찰요소가 작동시에 선기어를 입력요소로 선택하기 위한 제4 마찰요소를 포함하는 주변속부와; 상기 주변속부의 출력을 입력받아 링기어를 입력요소로 하며 피니언 캐리어를 출력수단으로 하기 위하여 피니언 캐리어와 트랜스퍼 드라이브 기어가 연결되는 싱글 피니언 유성기어셋트와, 상기한 제1,2 마찰요소, 제1,3 마찰요소, 제1,4 마찰요소의 작동시에 싱글 피니언 유성기어셋트의 선기어를 반력요소로 선택하는 제5 마찰요소와, 상기한 제1,4 마찰요소의 작동시에 싱글 피니언 유성기어셋트의 피니언 기어와 선기어를 출력요소로 선택하여 록킹이 이루어지도록 하는 제6 마찰요소로 이루어지는 부변속부를 포함하는 차량용 자동변속기의 파워 트레인.
2. 제1항에 있어서, 제1,4,6 마찰요소는 클러치 수단으로서 다판 클러치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 자동변속기의 파워 트레인.
3. 제1항에 있어서, 제2,3,5 마찰요소는 브레이크 수단으로서 밴드 브레이크로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 자동변속기의 파워 트레인.