KR100245679B1 - 자동변속기용 파워 트레인 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 오버 드라이브 상태에서 동력 손실을 저하시키는 것은 물론이고, 기어링에 의한 동력손실, 유성기어셋트 각 부품간의 공용화부족으로 생산성 저하, 피니언 기어 수의 과다로 중량 및 제조 원가 상승, 사이즈 및 내구성 저하를 극복할 수 있는 자동변속기용 파워 트레인을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 자동변속기용 파워 트레인은 입력축에 선기어가 고정 연결되고, 링기어가 제 1브레이크를 개재하여 변속기 하우징에 가변적으로 고정되는 제1싱글 피니언 유성기어셋트;

이 제 1싱글 피니언 유성기어셋트의 선기어와 케리어에 각각 선기어와 케리어가 고정 연결되는 제 2 싱글 피니언 유성기어셋트;

이 제 2 싱글 피니언 유성기어셋트의 링기어에 케리어로 고정 연결되고, 선기어가 제2브레이크를 개재하여 변속기 하우징에 가변적으로 고정되는 제3싱글 피니언 유성기어셋트 ;

이 제 3 싱글 피니언 유성기어셋트의 케리어와 링기어에 링기어와 케리어로 각각 고정 연결되고, 선기어가 출력측 트랜스퍼 드라이브 기어에 고정 연결되는 제 4 싱극 피니언 유성기어셋트를 포함하며;

상기에서 고정 연결된 제3싱글 피니언 유성기어셋트의 링기어와 제4싱글 피니언 유성기어셋트의 케리어는 제1클러치에 의하여 제1싱글 피니언 유성기어셋트의 링기어에 가변적으로 연결되고, 제2클러치에 의하여 제1,2싱글 피니언 유성기어셋트의 케리어에 가변적으로 연결된다.

Description

자동변속기용 파워 트레인

본 발명은 자동변속기용 파워 트레인에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 오버 드라이브 영역에서 출력의 회전수보다 고속으로 회전하는 요소를 제거하므로 동력손실을 적게 하는 자동변속기용 파워 트레인에 관한 것이다.

일반적으로 차량에 사용되는 5속 자동변속기는 유성기어셋트 3개와 클러치 및 브레이크로 구성되는 마찰요소 6,7 개를 사용하는 파워 트레인을 구비하고 있다.

이러한 자동변속기용 파워 트레인은 토오크 컨버터로부터 전달되는 입력 회전수보다 출력이 더 고속으로 회전하는 오버 드라이브 상태로 운행이 가능하며, 이러한 상황에서는 특정 요소가 출력보다 고속으로 회전하게 되어 큰 동력손실을 방생시킨다. 이뿐만 아니라 상기와 같은 자동변속기용 파워 트레인은 많은 개수의 마찰요소를 사용하기 때문에 파워 트레인의 사이즈가 커지고 중량화되는 경향이 있다.

따라서 이와 같이 오버 드라이브 상태에서 출력보다 고속으로 회전하는 특정요소에 의하여 발생되는 동력손실을 제거하면서 컴팩트화 및 경량화를 구현한 5속 자동변속기용 파워 트레인이 있다.

이러한 자동변속기용 파워 트레인은 상당수 있으며, 그 중에 유성기어셋트를 더블 피니언 유성기어셋트 2개와 싱글 피니언 유성기어셋트 2개로 하고, 마찰요소를 브레이크 2개와 클러치 2개로 하는 것이 있다.

그러나 상기의 자동변속기용 파워 트레인은 나름대로 경량화와 컴팩트화를 실현하였으나, 기어링에 의한 동력손실이 다소 크고, 2종의 유성기어셋트를 사용하기 때문에 유성기어셋트 각 부품간의 공용화부족으로 생산성 저하, 더블 피니언 유성기어셋트에 의한 피니언 기어 수의 과다로 중량 및 제조 원가 상승, 사이즈 및 내구성 저하를 야기시키는 경향이 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 경향을 극복하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 오버 드라이브 상태에서 동력 손실을 저하시키는 것은 물론이고, 기어링에 의한 동력손실, 유성기어셋트 각 부품간의 공용화부족으로 생산성 저하, 피니언 기어 수의 과다로 중량 및 제조 원가 상승, 사이즈 및 내구성 저하를 극복할 수 있는 자동변속기용 파워 트레인을 제공하는 데 있다.

이를 실현하기 위하여 본 발명에 따른 자동변속기용 파워 트레인은 입력축에 선기어가 고정 연결되고, 링기어가 제1브레이크를 개재하여 변속기 하우징에 가변적으로 고정되는 제1싱글 피니언 유성기어셋트;

이 제1싱글 피니언 유성기어셋트의 선기어와 케리어에 각각 선기어와 케리어가 고정 연결되는 제2싱글 피니언 유성기어셋트;

이 제2싱글 피니언 유성기어셋트의 링기어에 케리어로 고정 연결되고, 선기어가 제2브레이크를 개재하여 변속기 하우징에 가변적으로 고정되는 제3싱글 피니언 유성기어셋트;

이 제3싱글 피니언 유성기어셋트의 케리어와 링기어에 링기어와 케리어로 각각 고정 연결되고, 선기어가 출력측 트랜스퍼 드라이브 기어에 고정 연결되는 제4싱글 피니언 유성기어셋트를 포함하며;

상기에서 고정 연결된 제3싱글 피니언 유성기어셋트의 링기어와 제4싱글 피니언 유성기어셋트의 케리어는 제1클러치에 의하여 제1싱글 피니언 유성기어셋트의 링기어에 가변적으로 연결되고, 제2클러치에 의하여 제1,2싱글 피니언 유성기어셋트의 케리에에 가변적으로 연결된다.

상술한 바와 같이 구성되는 자동변속기용 파워 트레인은 제1,2클러치와 제1,2클러치와 제1,2브레이크를 각각 차량의 운행 상황에 적절하도록 작동 및 해방시켜 오버 드라이브 영역에서 동력손실을 줄이면서 전진 5 속과 후속 1 속을 실현한다.

이하 본 발명의 바람직한 구성 및 작용을 첨부한 도면에 의거하여 보다 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 관련하는 자동변속기용 파워 트레인의 구성도

제2도는 본 발명에 관련하는 자동변속기용 파워 트레인의 D레인지 1,2,3 속에서 형성되는 속도비를 도시한 속도선도.

제3도는 본 발명에 관련하는 자동변속기용 파워 트레인의 D레인지 4,5속에서 형성되는 속도비를 도시한 속도선도.

제4도는 본 발명에 관련하는 자동변속기용 파워 트레인의 R 레인지에서 형성되는 속도비를 도시한 속도선도이다.

제1도는 본 발명에 관련하는 자동변속기용 파워 트레인의 구성도로서, 제1,2 브레이크(B1,B2)와 제1,2 클러치(C1,C2)를 작동 및 해방시켜 4개의 싱글 피니언 유성기어셋트(PG1,PG2,PG3,PG4)로 구성되는 파워 트레인에서 전진 5속과 후진 1속을 실현할 수 있도록 구성되어 있다.

즉, 엔진(E)에서 발생된 회전 동력이 토오크 컨버터(T)에서 토오크 변환되어 기어 트레인으로 전달될 수 있도록 토오크 컨버터(T) 는 기어 트레인과 입력축(I)으로 고정 연결되어 있다.

이 입력축(s)은 입력 요소인 제1싱글 피니언 유성기어셋트(PG1)의 선기어(S1)로 회전 동력을 항상 전달할 수 있도록 이 선기어(S1)에 고정 연결되어 있다.

그리고 제1싱글 피니언 유성기어셋트(PG1)의 링기어(R1)는 반력 요소로 작동될 수 있도록 제1브레이크(B1)를 개재하여 변속기 하우징(h)에 가변적으로 고정되어 있다.

이와 같은 제1싱글 피니언 유성기어셋트(PG1) 로 전달되는 회전 동력을 제2싱글 피니언 유성기어셋트(PG2)로 전달할 수 있도록 제1싱글 피니언 유성기어셋트(PG1)의 선기어(S1) 와 피니언(P1) 이 장착된 케리어(Ca1)는 제 2싱글 피니언 유성기어셋트(PG2)의 선기어(S2)와 피니언(P2)이 장착된 케리어(Ca2)에 각각 고정 연결되어 있다.

상기와 같은 제2싱글 피니언 유성기어셋트(PG2)로 전달되는 회전 동력을 제3싱글 피니언 유성기어셋트(PG3)로 전달할 수 있도록 제2싱글 피니언 유성기어셋트(PG2)의 링기어(R2)는 피니언 기어(P3) 가 장착된 케리어(Ca3)에 고정 연결되어 있다.

그리고 제3싱글 피니언 유성기어셋트(PG3)의 선기어(S3)는 반력 요소로 작동 될 수 있도록 제2브레이크(B2)를 개재하여 변속기 하우징(h)에 가변적으로 고정되어 있다.

이와 같은 제3싱글 피니언 유성기어셋트(PG3) 로 전달되는 회전 동력을 제4싱글 피니언 유성기어셋트(PG4)로 전달할 수 있도록 제3싱글 피니언 유성기어셋트(PG3)의 케리어(Ca3)와 링기어(R3)는 제4싱글 피니언 유성기어셋트(PG4)의 링기어(R4)와 피니언(P4)이 장착되는 케리어(Ca4)에 각각 고정 연결되어 있다.

그리고 제4싱글 피니언 유성기어셋트(PG4)의 선기어(S4)는 제1,2,3,4싱글 피니언 유성기어셋트(PG1,PG2,PG3,PG4)에서 변속된 회전 동력을 트랜스퍼 드라이브기어(TD)로 전달할 수 있도록 이에 고정 연결되어 있다.

한편 상기에서 고정 연결된 제3싱글 피니언 유성기어셋트(PG3)의 링기어(R3)와 제 4싱글 피니언 유성기어셋트(PG4)의 케리어(Ca4)는 제1싱글 피니언 유성기어셋트(PG1)로부터 회전 동력을 직접 전달받을 수 있도록 제1싱글 피니언 유성기어셋트(PG1)의 링기어(R1)와 케리어(Ca1)에 마찰요소를 개재하여 가변적으로 연결되어 있다.

즉, 제3싱글 피니언 유성기어셋트(PG3)의 링기어(R3)와 이에 고정 연결된 제4싱글 피니언 유성기어셋트(PG4)의 케리어(Ca4)는 제1클러치(C1)에 의하여 제1싱글 피니언 유성기어셋트(PG)의 링기어(R1)에 가변적으로 연결되고, 제2클러치(C2)에 의하여 제1,2싱글 피니언 유성기어셋트(PG1, PG2)의 케리어(Ca1, Ca2)에 가변적으로 연결되어 있다.

상기와 같이 구성되는 파워 트레인은 도2에 도시된 바와 같은 속도선도에 의하여 각 변속단별 속도비 해석이 가능하며, 이 속도선도는 각 변속단별 출력을 1이라 가정하고, 이 1이라는 출력에 대하여 입력의 크기로 변속비를 해석할 수 있도록 구성되어 있다.

즉, 제1,2싱글 피니언 유성기어셋트(PG1, PG2)에 의하여 하나의 제1레버(L1)를 형성하고, 제3,4싱글 피니언 유성기어셋트(PG3, PG4)에 의하여 또 하나의 제2레버(L2)를 형성하게 된다. 그리고 이들 제1,2레버(L1, L2)는 제1,2 클러치(C1,C2)와 제 1,2브레이크(B1,B2)의 작동에 따라 여러 가지의 레버로 재구성되어 변속비 해석을 가능케 한다.

먼저 제1레버(L1)는 4개의 노드로 구성되며, 각 노드 중 A 는 입력축(s)에 고정 연결되는 제1,2싱글 피니언 유성기어셋트(PG1, PG2)의 선기어(S1, S2)를, 이어서 순차적으로는 F는 제1,2싱글 피니언 유성기어셋트(PG1, PG2)의 케리어(Ca1, Ca2)를, D는 제1싱글 피니언 유성기어셋트(PG1)의 링기어(R1)를, E는 제 2싱글 피니언 유성기어셋트(PG2)의 링기어(R2)를 각각 의미한다.

한편 제2레버(L2)도 4개의 노드로 구성되며, 각 노드 중 G는 트랜스퍼 드라이브 기어(TD)에 고정 연결되는 제4싱글 피니언 유성기어셋트(PG4)의 선기어(S4)를, H는 제3싱글 피니언 유성기어셋트(PG3)의 링기어(R3)와 이에 고정 연결되는 제4싱글 피니언 유성기어셋트(PG4)의 케리어(Ca4)를, I는 제3싱글 피니언 유성기어셋트(PG3)의 케리어(Ca3)와 이에 고정 연결되는 제3싱글 피니언 유성기어셋트(PG3)의 링기어(R4)를, J는 제3싱글 피니언 유성기어셋트(PG3)의 선기어 (S3)를 각각 의미한다.

상기 제1클러치(C1)는 제1레버(L1)의 D노드와 제2레버(L2)의 H 노드를 가변적으로 연결하고, 제2클러치(C2)는 제1레버(L1)의 F노드와 제2레버(L2)의 H노드를 가변적으로 연결할 수 있는 것을 의미한다.

또 제1브레이크(B1)는 D노드를 변속기 하우징(h) 에 가변적으로 연결하고, 제2브레이크(B2)는 J노드를 변속기 하우징(h)에 가변적으로 연결할 수 있는 것을 의미한다.

상술한 바와 같이 구성되는 자동변속기용 파워 트레인은 차속 및 스로틀 개도와 같은 차량의 운행 상태에 따라 트랜스밋션제어유닛(TCU)이 유압제어시스템의 솔레노이드 밸브를 온,오프 및 듀티 제어함에 따라 제1,2클러치(C1, C2)와 제1,2브레이크(B1,B2)를 [표1]과 같이 작동 및 해방시켜 자동 변속을 실현한다.

[표 1] 각 변속단별 마찰요소 작동표

변속 레버로 D레인지를 선택하고 스로틀 개도를 증대시키면 트랜스밋션제어유닛(TCU)은 1속에서 제1클러치(C1)와 제1브레이크(B1)를, 2속에서는 제1클러치(C1)와 제2브레이크(B2)를, 3속에서는 제1,2클러치(C1,C2)를, 4속에서는 제2클러치(C2)와 제2브레이크(B2)를, 5속에서는 제2클러치(C2)와 제1브레이크(B1)를 각각 작동시킨다.

그리고 변속 레버로 R레인지를 선택하고 스로틀 개도를 증대시키면 트랜스밋션제어유닛(TCU)은 제1,2브레이크(B1,B2)를 작동시킨다.

상기와 같이 마찰요소들이 작동 및 해방됨은 트랜스밋션제어유닛(TCU)이 솔레노이드 밸브들을 제어하므로 유압회로에서 상기 마찰요소로 유압이 공급 및 해방됨을 의미한다.

먼저 제1클러치(C1)와 제1브레이크(B1)가 작동하게 되면, 제2도의 D,H노드가 연결되어 도3에 도시된 바와 같은 제3레버(L3)를 형성하게 된다.

이러한 상태에서 입력축(s)으로 전달되는 회전 동력은 A노드로 입력(D1)되고, 제1브레이크(B1)가 작동되어 D,H 노드를 고정시켜 반력 요소로 작동시키므로 감속되어 트랜스퍼 드라이브 기어(TD)에 고정 연결된 G노드로 1속의 변속비로 출력된다.

상기와 같은 1속 상태에서 차속 및 스로틀 개도를 증대시키면, 트랜스밋션제어유닛(TCU)은 제 1클러치(C1)가 작동하는 상태에서 제1브레이크(B1)를 해방시키고, 제2브레이크(B2)를 작동시킨다.

따라서 반력요소가 D,H 노드에서 J 노드로 변경되므로 A노드로 전달되는 회전동력(D2)은 J노드의 반력으로 변속되어 트랜스퍼 드라이브 기어(TD)에 고정 연결된 G노드로 2속의 변속비를 출력된다.

도 3에서 G노드를 통하여 변속된 출력은 1이라는 가정하에서 고정되어 있고, A노드로 전달되는 입력이 1속에 비하여 2속에서 감소된 것을 알 수 있으므로 같은 입력에 대해서는 2속의 변속비가 1속보다 증가됨을 알 수 있다.

상기과 같은 2속 상태에서 차속 및 스로틀 개도를 증대시키면, 트랜스밋션제어유닛(TCU)은 제1클러치(C1)가 작동하는 상태에서 제2브레이크(B2)를 해방시키고, 제2클러치(C2)를 작동시킨다.

따라서 제1,2,3,4 싱글 피니언 유성기어셋트(PG1, PG2, PG3, PG4) 전체가 일체로 되어 입력축(s)을 통하여 A노드로 전달되는 회전 동력(D3)은 트랜스퍼 드라이브 기어(TD)에 연결된 G노드를 통하여 그대로 전달되어 (1:1의 변속비) 3속의 변속비로 출력된다.

도3에서 G노드를 통하여 변속된 출력은 1이라는 가정하에서 고정되어 있고, A노드로 전달되는 입력이 2속에 비하여 3속에서 감소된 것을 알 수 있으므로 같은 입력에 대해서는 3속의 변속비가 2속보다 증가됨을 알 수 있다.

상기와 같은 3속 상태에서 차속 및 스로틀 개도를 증대시키면, 트랜스밋션제어유닛(TCU)은 제2클러치(C2)와 제2브레이크(B2)가 작동하는 상태에서 제1클러치(C1)를 해방시킨다.

상기 제2클러치(C2)와 제2브레이크(B2)가 작동하게 되면, 도2의 F,H 노드가 연결되어 도4에 도시된 바와 같은 제 4레버(L4)를 형성하게 된다.

이러한 상태에서 입력축(s)으로 전달되는 회전 동력은 A노드로 입력(D4)되고, 제2브레이크(B2)가 작동되어 J노드를 고정시켜 반력 요소로 작동시키므로 트랜스퍼 드라이브 기어(TD)에 고정 연결된 G노드로 증속되어 4속의 변속비로 출력된다.

도 4에서 G노드를 통하여 변속된 출력은 1이라는 가정하에서 고정되어 있고, A노드로 전달되는 입력이 3속에 비하여 4속에서 감소된 것을 알 수 있으므로 같은 입력에 대해서는 4속의 변속비가 3속보다 증가됨을 알수 있다.

상기와 같은 4속 상태에서 차속 및 스로틀 개도를 증대시키면, 트랜스밋션제어유닛(TCU)은 제2클러치(C2)가 작동하는 상태에서 제2브레이크(B2)를 해방시키고, 제1브레이크(B1)를 작동시킨다.

따라서 반력요소가 J 노드에서 D노드로 변경되므로 A노드로 전달되는 회전 동력(D5)은 D노드의 반력으로 변속되어 트랜스퍼 드라이브 기어(TD)에 고정 연결된 G노드로 5속의 변속비로 출력된다.

도 4 에서 G노드를 통하여 변속된 출력은 1이라는 가정하에서 고정되어 있고, A 노드로 전달되는 입력이 4속에 비하여 5속에서 감소된 것을 알 수 있으므로 같은 입력에 대해서는 5속의 변속비가 4속보다 증가됨을 알 수 있다.

한편 변속 레버를 후진 R레인지로 이동시키면 트랜스밋션제어유닛(TCU)이 제1,2 브레이크(B1, B2)를 작동시켜, 도2의 D, J 노드가 변속기 하우징(h)에 고정되어 도 5에 도시된 바와 같은 제5레버(L5)를 형성하게 된다.

이러한 상태에서 입력축(s)으로 전달되는 회전 동력은 A 노드로 입력(REV)되고, 제1,2 브레이크(B1, B2)가 작동되어 D,J 노드를 고정시켜 반력 요소로 작동시키므로 역회전 변속되어 트랜스퍼 드라이브 기어(TD)에 고정 연결된 G노드로 후진의 변속비를 출력하게 된다.

도 5에서 G노드를 통하여 변속된 출력은 정방향 1이라는 가정하에서 고정되어 있고, A노드로 전달되는 입력이 D레인지에 비하여 역회됨을 알 수 있다.

상술한 바와 같이 변속되는 각 변속단에서 알 수 있듯이, 본 발명은 오버 드라이브인 4,5 속에서 G노드의 출력 회전수보다 고속으로 회전하는 요소를 갖지 않지 않게 하여 동력손실을 최소화하면서 전진 5 속과 후진 1 속을 실현한다.

따라서 본 발명은 종래와 같은 작용을 하면서 더블 피니언 유성기어 셋트를 싱글 피니언 유성기어셋트로 변경하므로서 싱글 피니언 유성기어셋트만을 사용하는 장점을 최대로 얻을 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 자동변속기용 파워 트레인은 유성기어셋트 4개 모두를 싱글 피니언 유성기어셋트로 구성하므로 오버 드라이브 영역에서 동력 손실을 줄이면서 전진 5속과 후진 1속을 실현함과 동시에 싱글 피니언 유성기어셋트의 장점을 살려 기어링에 의한 동력손실, 유성기어셋트 각 부품간의 공용화로 생산성 향상, 피니언 기어 수의 감소로 중량 및 제조 원가 저하, 사이즈 및 내구성 향상을 실현할 수 있다.

Claims (1)

1. 엔진으로부터 회전동력을 전달받아 회전하는 입력축과 동일축선 상으로 4개의 싱글 피니언 유성기어셋트를 조합하여 전진 5속 및 후진 1속의 변속단을 얻을 수 있는 자동변속기용 파워 트레인을 형성함에 있어서,

   제1싱글 피니언 유성기어셋트의 선기어는 입력축에 고정적으로 연결됨과 동시에, 제2싱글 피니언 유성기어셋트의 선기어와 고정적으로 연결되고, 상기 제1싱글 피니언 유성기어셋트의 링기어는 제1브레이크를 개재하여 변속기 하우징에 가변적으로 고정되며, 상기 제1싱글 피니언 유성기어셋트의 케리어는 제2싱글 피니언 유성기어셋트의 케리어와 고정적으로 연결되며,

   상기 제2싱글 피니언 유성기어셋트의 링기어는 제3싱글 피니언 유성기어셋트의 케리어와 고정적으로 연결되며,

   상기 제3싱글 피니언 유성기어셋트의 선기어는 제2브레이크를 개재하여 변속기 하우징에 가변적으로 고정되고, 상기 제3싱글 피니언 유성기어셋트의 케리어는 다시 제4싱글 피니언 유성기어셋트의 링기어와 고정적으로 연결되며, 상기 제3싱글 피니언 유성기어셋트의 링기어는 상기 제4싱글 피니언 유성기어셋트의 케리어와 고정적으로 연결되며,

   상기 제 4싱글 피니언 유성기어셋트의 선기어는 출력측 트랜스퍼 드라이브 기어에 고정적으로 연결되며,

   상기 제4싱글 피니언 유성기어셋트의 케리어와 고정적으로 연결된 제3싱글 피니언 유성기어셋트의 링기어는 제1클러치를 개재하여 제1싱글 피니언 유성기어셋트의 링기어에 가변적으로 연결되며,

   상호 고정적으로 연결된 상기 제1,2싱글 피니언 유성기어셋트의 케리어는 제2클러치를 개재하여 상호 고정적으로 연결된 상기 제3싱글 피니언 유성기어셋트의 링기어와 제4싱글 피니언 유성기어셋트의 케리어와 가변적으로 연결됨을 특징으로 하는 자동변속기용 파워 트레인.

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