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KR101700910B1 - 단일 유성기어 세트-유체식 동력전달기구 조합 기반의 무단 자동변속 시스템 - Google Patents

단일 유성기어 세트-유체식 동력전달기구 조합 기반의 무단 자동변속 시스템 Download PDF

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KR101700910B1
KR101700910B1 KR1020150156962A KR20150156962A KR101700910B1 KR 101700910 B1 KR101700910 B1 KR 101700910B1 KR 1020150156962 A KR1020150156962 A KR 1020150156962A KR 20150156962 A KR20150156962 A KR 20150156962A KR 101700910 B1 KR101700910 B1 KR 101700910B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
planetary gear
gear
axle
vehicle
gear set
Prior art date
Application number
KR1020150156962A
Other languages
English (en)
Inventor
나자열
Original Assignee
나자열
(주)대기기업
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 나자열, (주)대기기업 filed Critical 나자열
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60K17/00—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles
    • B60K17/04—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles characterised by arrangement, location, or kind of gearing
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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Abstract

본 발명은 가솔린 엔진, 디젤 엔진, 가스 엔진과 같은 엔진이나 전기모터 등으로 구동되는 다양한 종류의 차량 및 산업기계에 적용되어 차량의 정지, 저속주행, 고속주행, 가속주행, 감속주행, 주차와 같은 각 운전조건에 따라 차량 구동시 요구되는 토크와 속도를 제어하게 되는 단일 유성기어 세트-유체식 동력전달기구 조합 기반의 무단 자동변속 시스템을 제공한다. 이와 같은 본 발명에 따른 단일 유성기어 세트-유체식 동력전달기구 조합 기반의 무단 자동변속 시스템은 유성기어기구와 유체식 동력전달기구(유체 클러치, 토크 컨버터 등)의 조합으로 변속모듈이 구현되고, 변속모듈을 이루는 유성기어기구의 작동을 제어하기 위한 별도의 브레이크기구나 클러치기구가 설치되지 않더라도 차량의 운전자에 의해 조작되는 엑셀러레이터(accelerator)에 의해 조절되는 차량 엔진축의 회전수에 연동되어 유성기어기구와 유체식 동력전달기구의 작동이 자동으로 제어되도록 한다. 이에 따라, 차량의 운전이 간편하고 용이하게 이루어질 수 있게 되고, 차량 운전자의 운전능력이 향상되게 된다. 이와 더불어 본 발명은 차량 엔진축으로부터 차축으로 회전력이 전달될 시 변속모듈의 유성기어기구에 의해 토크와 회전수(rpm)가 서로 반비례하는 관계를 유지하면서 차량의 토크 변화와 변속이 유도되도록 함에 따라 차속에 따른 차량의 등판능력이 자동으로 구현됨으로써 차량 성능이 향상되게 된다. 특히 본 발명은 단일 유성기어 세트와 유체식 동력전달기구의 조합에 기반하는 최소화된 구성요소로 이루어지는 단일 유성기어 세트 변속유닛의 초간단 변속모듈 구조를 통해서도 변속 효율과 시스템 안정성이 극대화되게 된다.

Description

단일 유성기어 세트-유체식 동력전달기구 조합 기반의 무단 자동변속 시스템{Continuously variable automatic transmission system based on combining single planetary gear set and single fluid power train}
본 발명은 단일 유성기어 세트-유체식 동력전달기구 조합 기반의 무단 자동변속 시스템에 관한 것으로, 조금 더 구체적으로는 승용차, 버스, 트럭과 같은 다양한 차량 및 산업기계에 적용되는 변속모듈이 유성기어기구와 유체식 동력전달기구(유체 클러치, 토크 컨버터 등)의 조합으로 이루어지도록 하고, 변속모듈에 별도의 브레이크기구나 클러치기구가 설치되지 않더라도 차량 운전자에 의해 조작되는 엑셀러레이터에 의해 조절되는 차량 엔진축의 회전수에 따라 자동으로 유체식 동력전달기구와 유성기어기구의 작동이 제어될 수 있도록 하며, 특히 단일 유성기어 세트와 유체식 동력전달기구의 조합에 기반하는 최소화된 구성요소로 이루어지는 초간단 변속모듈 구조를 통해서도 변속 효율과 시스템 안정성이 극대화될 수 있으며, 초간단 변속모듈에 증속기어, 감속기어, 클러치를 부가함으로써 전후진, 중립 등으로의 변속 기능을 추가적으로 수행할 수 있는 단일 유성기어 세트-유체식 동력전달기구 조합 기반의 무단 자동변속 시스템에 관한 것이다.
차량의 변속장치(transmission)는 차량의 엔진으로부터 토크를 전달받아 회전하게 되는 엔진축과 차량을 이동시키는 구동바퀴를 구동시키게 되는 차축 사이에 설치되어 정지, 저속주행, 고속주행, 가속주행, 감속주행, 주차와 같은 각 운전조건에서 차량 구동시 요구되는 토크와 속도를 조절하게 되는 장치이다.
이와 같은 차량의 변속장치는 일반적으로 1단에서 5단까지의 변속단계를 구현하기 위해 기어잇수를 달리한 다수개의 기어가 구비되어 각 변속단계 별로 기어를 달리하면서 각 운전조건에서 요구되는 토크와 속도로 차량이 운전될 수 있도록 한다. 이를 구현하기 위한 다양한 구성의 변속장치들이 개발되어 현재 사용되고 있는데, 차량 운전자에 의해 직접 기어가 조작되는 수동변속기(manual transmission), 차량의 속도에 따라 자동으로 기어가 조작되는 자동변속기(automatic transmission), 풀리나 체인 등을 사용하여 무단으로 변속이 이루어지도록 하는 무단 자동변속장치 등이 있다.
여기서, 자동변속기는 유체클러치나 토크컨버터 등의 유체식 동력전달기구와 유성기어기구의 조합으로 이루어지고, 차량에 구비된 변속 레버를 통해 차량 운전자가 P(Parking), R(Reverse), N(Neutral), D(Drive), 2(Second), L(lock-up) 등으로 구성되는 주행 선택모드를 선택하게 되면, 선택된 주행 선택모드에 따라 자동으로 기어가 조작되면서 변속이 이루어지도록 하는 것이다.
이와 같은 자동변속기와 관련된 기술로는 대한민국 특허공보 공고번호 제10-1995-0000045호 "무단자동 변속장치", 등록특허공보 등록번호 제10-0290390호 "자동차용 무단변속장치", 등록번호 제10-0801095호 "무단자동변속장치", 공개특허공보 공개번호 제10-1996-0040756호 "차량용 자동변속장치" 공개번호 제10-1998-030064호 "자동차용 무단 변속장치" 등이 안출되어 있다.
한편, 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0637799호는 도 1에서와 같이 자동 변속 유체를 매개로 하여 엔진 입력축으로부터 엔진 출력축으로 동력을 전달하는 무단 자동 변속 시스템으로서, 자동 변속 유체에 엔진 입력축으로부터의 동력을 전달하는 임펠러, 이 임펠러에 의한 유체 유동을 받아 회전하는 터빈, 이 터빈에 의해 유동되는 자동 변속 유체의 반동을 방지하도록 반동 유체를 상기 임펠러로 유도하여 토크를 배가시키는 스테이터로 이루어져 있으며, 상기 임펠러와 터빈 간의 속도비 차이만큼 변속하여 변속기 입력(input)으로 전달하는 토크 컨버터(10)와; 상기 엔진 입력축과 엔진 출력축 사이의 축선 상에 일정간격을 두고 각각 배치되며, 선기어(20S), 링기어(20R) 및 유성 캐리어(20C)로 각각 이루어지고 외부로부터 전달되는 동력을 각각 변속하는 제1 및 제2 유성 기어 세트(20a,20b)와; 이 제1 유성 기어 세트와 제2 유성 기어 세트 사이에 설치되어 상기 제1 유성 기어 세트(20a)를 통한 출력을 제2 유성 기어 세트(20b)로 전달하는 제1 다판 클러치(30a) 및 상기 제2 유성 기어 세트(20b)의 일부분에 설치되어 그 제2 유성 기어 세트를 통한 동력 전달을 매개하는 제2 다판 클러치(30b)와; 후진 작동시, 상기 제2 유성 기어 세트(20b)의 유성 캐리어(20C)를 고정시키는 다판 브레이크(40)를 포함하며, 상기 제1 유성 기어 세트(20a)의 선기어(20S)는 상기 임펠러의 축(10I)에 직렬되어 엔진으로부터의 동력을 직접 전달받으며, 상기 제1 유성 기어 세트(20a)의 링기어(20R)는 상기 터빈의 축(10T)에 직렬되어 상기 토크 컨버터(10)로부터의 변동출력을 전달받으며, 상기 제1 유성 기어 세트(20a)의 유성 캐리어(20C)는 상기 선기어(20S)와 링기어(20R)에 각기 입력된 출력이 합쳐져 출력되는 구성의 무단 자동 변속 시스템이 개시되고 있다.
여기서, 상기 무단 자동 변속 시스템은 토크 컨버터를 이루는 펌프의 회전 속도와 유체를 매개로 전달된 동력에 의해 회전하는 터빈의 회전 속도 사이의 속도비에 의해 변속이 이루어지는 시스템으로, 제1유성기어세트와 제2유성기어세트 사이에 제1다판클러치가 설치되어 제1유성기어세트를 통한 출력을 제2유성기어세트로 전달하며, 제2유성기어세트에는 제2다판클러치가 설치되어 제2유성기어세트를 통한 동력전달을 매개하는데, 토크 컨버터와 유성기어세트만으로는 차량의 저속구동시 요구되는 토크에 대응할 수 없어 차속 및 가속 상태의 감지를 통해 제1다판클러치의 작동량을 조절함으로써 원활한 동력 전달이 이루어지도록 한다.
이와 같이 상기 무단 자동 변속 시스템은 토크 컨버터, 유성기어세트 이외에 복수개의 다판클러치가 구비되는 구성이어서 차량의 변속을 위한 장치구성이 복잡해져 제조비용이 증대되고, 차량 운전자가 변속장치 뿐만 아니라 복수개의 다판클러치까지 조작해야 함에 따라 차량 운전에 불편함이 있었으며, 상기와 같이 차속 및 가속 상태의 감지하여 조작되는 다판클러치와 같이 유성기어세트의 동작을 제어하는 별도의 제어기구가 설치되어야 하는 문제점이 있었다.
또한, 대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-1996-0040756호는 도 2에서와 같이 최대 토크비가 2.5 내지 3인 공지의 3요소 1단형 토크컨버터와 유성기어장치, 보조변속기를 조합하여 자동변속기를 구성함에 있어서, 토크컨버터의 펌프(2)와 유성기어장치의 선기어(7)를 동심축으로 결합시키는 입력축(5)를 설치하고, 상기의 입력축을 마찰클러치(1)를 개재시켜 엔진에 연결하여 엔진의 동력이 상기의 펌프(2)와 선기어(7)에 전달되게 하며, 유성기어장치의 링기어(10)와 토크컨버터의 터빈(3)을 동심축으로 결합하는 토크컨버터의 출력축(6)을 설치하여 상기 터빈(3)의 동력을 링기어(10)에 전달하고, 차량의 발진시부터 일정한 주행 속도에 도달될 때 또는 상기 링기어(10)의 역회전(엔진 회전 방향과 반대되는 방향으로의 회전)의 회전속도가 일정한 수치 이하로 감소되는 시점에 이를 때까지 일정한 마찰력을 상기 링기어(10)에 작용시켜 상기 링기어(10)의 역회전 회전속도를 감소시키는 방향으로 그 마찰력이 작용되는 밴드 브레이크(11)를 설치하고, 상기 선기어(7)와 링기어(10) 사이에 치차물림된 피니언기어(8)에 연결된 유송캐리어(9)의 회전축을 보조변속기의 입력축(25)에 연결시킴으로써, 차량의 주행저항의 변화, 엔진의 회전력 및 회전속도의 변화에 따라 토크컨버터의 회전력 및 회전속도가 변화되고, 토크컨버터의 회전력의 변화와 밴드 브레이크(11)의 마찰력의 변화에 따라 링기어(10)의 회전력 및 회전속도가 변화되며, 상기의 여러 가지 요소의 변화에 따라 캐리어(9)의 회전력과 회전속도가 변화되는 구성의 차량용 자동변속장치이 개시되고 있다.
그러나, 상기 차량용 자동변속장치도 상술한 상기 무단 자동 변속 시스템과 마찬가지로, 유성기어장치를 이루는 링기어에 작용되어 링기어의 역회전 회전속도를 감소시키는 밴드 브레이크(1)가 설치되어 유성기어장치의 동작을 제어하는 구성이어서, 차량의 변속을 위한 장치구성이 복잡해지는 문제점이 여전히 존재하며, 이와 더불어 토크컨버터의 회전력 변화와 밴드 브레이크의 마찰력의 변화에 영향을 받으면서 차량의 변속이 이루어지는 시스템이어서 불필요한 동력의 소모를 야기하여 차량의 연비가 낮아지는 문제점이 있었으며, 특히, 상기 밴드 브레이크와 같이 유성기어세트의 동작을 제어하는 별도의 제어기구가 설치되어야 하는 문제점이 있었다.
(특허문헌 1) 대한민국 특허공보 공고번호 제10-1995-0000045호 "무단자동 변속장치"
(특허문헌 2) 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0290390호 "자동차용 무단변속장치"
(특허문헌 3) 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0801095호 "무단자동변속장치"
(특허문헌 4) 대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-1996-0040756호 "차량용 자동변속장치"
(특허문헌 5) 대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-1998-030064호 "자동차용 무단 변속장치"
따라서 본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하여, 유성기어기구와 유체식 동력전달기구(유체 클러치, 토크 컨버터 등)의 조합으로 변속모듈이 구현되고, 변속모듈을 이루는 유성기어기구의 작동을 제어하기 위한 별도의 브레이크기구나 클러치기구가 설치되지 않은 상태에서도 차량의 운전자에 의해 조작되는 엑셀러레이터(accelerator)에 의해 조절되는 차량 엔진축의 회전수에 연동되어 유성기어기구와 유체식 동력전달기구의 작동이 자동으로 제어될 수 있도록 하는 구성이 제공됨에 따라 변속모듈을 이루는 유성기어기구와 유체식 동력전달기구를 제어하기 위한 별도의 제어기구의 설치가 필요없는 새로운 형태의 단일 유성기어 세트-유체식 동력전달기구 조합 기반의 무단 자동변속 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히 본 발명은 선기어, 유성기어, 캐리어가 설정 패턴으로 연결된 단일한 메인 유성기어 세트와 유체식 동력전달기구(토크 컨버터, 유체 클러치 등)가 조합되는 최소화된 구성요소로 이루어진 단일 유성기어 세트 변속유닛의 초간단 변속모듈 구조를 통해서도 변속 효율과 시스템 안정성이 극대화될 수 있는 새로운 형태의 단일 유성기어 세트-유체식 동력전달기구 조합 기반의 무단 자동변속 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 단일 유성기어 세트 변속유닛에 증속기구, 감속기구, 클러치를 부가함으로써 전후진, 중립 등으로의 변속 기능을 추가적으로 수행할 수 있는 새로운 형태의 단일 유성기어 세트-유체식 동력전달기구 조합 기반의 무단 자동변속 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 엔진(1)에 연결된 차량 엔진축(2)과 구동바퀴(4)에 연결된 차축(3) 사이에 배치되어 차량의 변속을 유도하는 변속모듈(20)과, 차량에 설치되어 운전자의 발 누름동작으로 조작되는 엑셀러레이터(42)로 이루어져 차량 엔진축(2)의 회전수를 조절하는 가속조작모듈(40)을 포함하여, 운전자의 발 누름동작으로 조작되는 상기 가속조작모듈(40)의 엑셀러레이터(42)에 의해 차량 엔진축(2)의 회전수가 변경되면서 변속모듈(20)이 작동하여 차량 엔진축(2)의 회전수에 대응하는 토크가 차축(3)으로 전달되면서 차량의 정지, 저속주행, 고속주행, 가속주행, 감속주행, 주차를 위한 변속이 이루어지도록 하되, 변속모듈(20)은, 차량 엔진축(2)으로부터 토크를 전달받는 제1선기어(S1), 제1선기어(S1)와 맞물리는 제1유성기어(PL1), 제1유성기어(PL1)와 맞물리고 차축(3)으로 토크를 전달하게 되는 제1링기어(R1), 제1유성기어(PL1)와 연결되는 제1캐리어(C1)를 포함하는 구성으로 이루어지는 메인 유성기어 세트(241)와; 제1선기어(S1) 전방 또는 후방에 배치되되, 제1캐리어(C1)가 결합되는 펌프(P)와 제1링기어(R1)가 결합되는 터빈(T)을 갖는 유체식 동력전달기구(22)로 이루어진 단일 유성기어 세트 변속유닛(20a)을 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 유성기어 세트-유체식 동력전달기구 조합 기반의 무단 자동변속 시스템을 제공한다. 여기서 제1선기어(S1)의 후방에 배치되는 유체식 동력전달기구(22)의 터빈(T)에 연결되는 제1링기어(R1)는 차축연결 기어(G1)과 맞물리고, 차축연결 기어(G1)는 차축(3)과 연결되어 토크를 전달하게 될 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 의하면, 본 발명은 엔진(1)에 연결된 차량 엔진축(2)과 구동바퀴(4)에 연결된 차축(3) 사이에 배치되어 차량의 변속을 유도하는 변속모듈(20)과, 차량에 설치되어 운전자의 발 누름동작으로 조작되는 엑셀러레이터(42)로 이루어져 차량 엔진축(2)의 회전수를 조절하는 가속조작모듈(40)을 포함하여, 운전자의 발 누름동작으로 조작되는 상기 가속조작모듈(40)의 엑셀러레이터(42)에 의해 차량 엔진축(2)의 회전수가 변경되면서 변속모듈(20)이 작동하여 차량 엔진축(2)의 회전수에 대응하는 토크가 차축(3)으로 전달되면서 차량의 정지, 저속주행, 고속주행, 가속주행, 감속주행, 주차를 위한 변속이 이루어지도록 하되, 변속모듈(20)은, 차량 엔진축(2)으로부터 토크를 전달받는 제1선기어(S1), 제1선기어(S1)와 일체를 이루며 이격 배치되는 제2선기어(S2), 제1선기어(S1)와 맞물리는 제1유성기어(PL1), 제1유성기어(PL1)로부터 전방으로 이격 배치되어 제1유성기어(PL1)와 일체로 연결되는 동시에 제2선기어(S2)와 맞물리는 제2유성기어(PL2), 제1선기어(S1) 후방으로 이격 배치되어 제1유성기어(PL1)와 연결되는 동시에 차축(3)으로 토크를 전달하는 제1캐리어(C1)를 포함하는 구성으로 이루어지는 메인 유성기어 세트(241)와; 제1선기어(S1) 전방 또는 제2선기어(S2)의 후방에 배치되되, 제2선기어(S2)가 결합되는 펌프(P)와 제1캐리어(C1)가 결합되는 터빈(T)을 갖는 유체식 동력전달기구(22)로 이루어진 단일 유성기어 세트 변속유닛(20a)을 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 유성기어 세트-유체식 동력전달기구 조합 기반의 무단 자동변속 시스템을 제공한다. 여기서 제2선기어(S2)의 후방에 배치되는 유체식 동력전달기구(22)의 터빈(T)에 연결되는 제1캐리어(C1)는 차축연결 기어(G1)과 맞물리고, 차축연결 기어(G1)는 차축(3)과 연결되어 토크를 전달하게 될 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또다른 특징에 의하면, 본 발명은 엔진(1)에 연결된 차량 엔진축(2)과 구동바퀴(4)에 연결된 차축(3) 사이에 배치되어 차량의 변속을 유도하는 변속모듈(20)과, 차량에 설치되어 운전자의 발 누름동작으로 조작되는 엑셀러레이터(42)로 이루어져 차량 엔진축(2)의 회전수를 조절하는 가속조작모듈(40)을 포함하여, 운전자의 발 누름동작으로 조작되는 상기 가속조작모듈(40)의 엑셀러레이터(42)에 의해 차량 엔진축(2)의 회전수가 변경되면서 변속모듈(20)이 작동하여 차량 엔진축(2)의 회전수에 대응하는 토크가 차축(3)으로 전달되면서 차량의 정지, 저속주행, 고속주행, 가속주행, 감속주행, 주차를 위한 변속이 이루어지도록 하되, 변속모듈(20)은, 차량 엔진축(2)으로부터 토크를 전달받는 제1선기어(S1), 제1선기어(S1) 맞물리는 제1유성기어(PL1), 제1유성기어(PL1)와 연결되는 제1캐리어(C1)가 구비되고, 제1유성기어(PL1)에 맞물리는 제1캐리어(C1)가 차축(3)으로 토크를 전달하는 메인 유성기어 세트(241)와; 펌프(P)와 터빈(T)을 포함하는 구성으로 이루어지되, 펌프(P)에는 제1선기어(S1)와 일체를 이루며 이격 배치되는 제1캐리어(C1)가 결합되고, 터빈(T)에는 제1선기어(S1)와 일체를 이루며 이격 배치되는 제2선기어(S2)가 결합되는 유체식 동력전달기구(22)로 이루어진 단일 유성기어 세트 변속유닛(20a)을 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 유성기어 세트-유체식 동력전달기구 조합 기반의 무단 자동변속 시스템을 제공한다.
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이와 같은 본 발명에 따른 단일 유성기어 세트-유체식 동력전달기구 조합 기반의 무단 자동변속 시스템에서 변속모듈(20)은, 차량엔진축(2)과 단일 유성기어 세트 변속유닛(20a)에 각각 연결되고, 유체식 동력전달기구(22)의 입력측 RPM 증가를 유도하게 되는 증속기구(20b)와; 단일 유성기어 세트 변속유닛(20a)과 차축(3)에 각각 연결되고, 유체식 동력전달기구(22)의 출력측 RPM 감소를 유도하게 되는 감속기구(20c)를 더 포함할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 단일 유성기어 세트-유체식 동력전달기구 조합 기반의 무단 자동변속 시스템에서 증속기구(20b)는 차량 엔진축(2)과 결합되는 엔진측 제1기어(G1), 엔진측 제1기어(G1)로부터 후방으로 이격 배치되고 후방의 제1선기어(S1)와 일체로 연결되며 엔진측 제1기어(G1)보다 작은 기어이를 갖는 엔진측 제2기어(G2), 엔진측 제1기어(G1)와 엔진측 제2기어(G2)에 맞물리는 이중 기어로 이루어지되 엔진측 제1기어(G1)에 맞물리는 기어보다 엔진측 제2기어(G2)에 맞물리는 기어의 기어이가 크게 형성되는 카운터 샤프트 기어(CSG)를 포함하는 엔진측 증속기어 세트(26)로 이루어질 수 있고, 감속기구(20c)는 제1캐리어(C1)로부터 후방으로 이격 배치되어 제1캐리어(C1)와 일체로 연결되는 차축측 선기어(St), 차축측 선기어(St)와 맞물리는 차축측 유성기어(PLt), 차축측 유성기어(PLt)와 맞물리는 차축측 링기어(Rt), 차축측 유성기어(PLt)와 일체로 연결되는 동시에 차축(3)과 결합되는 차축측 캐리어(Ct)를 포함하는 차축측 감속기어 세트(28)로 이루어질 수 있다.
이와 달리 증속기구(20b)는 차량 엔진축(2)과 결합되는 엔진측 유성기어(PLe), 엔진측 유성기어(PLe)와 맞물리고, 후방의 제1선기어(S1)와 일체로 연결되는 엔진측 선기어(Se), 고정된 상태로 엔진측 유성기어(PLe)와 맞물리는 엔진측 링기어(Re)를 포함하는 엔진측 증속기어 세트(26)로 이루어질 수 있고, 감속기구(20c)는 제1캐리어(C1)로부터 전방 또는 후방으로 이격 배치되어 제1캐리어(C1)와 일체로 연결되는 차축측 제1기어(G3), 차축측 제1기어(G3)와 맞물리고 차축(3)과 결합되며 차축측 제1기어(G3)보다 큰 기어이를 갖는 차축측 제2기어(G4)를 포함하는 차축측 감속기어 세트(28)로 이루어질 수 있되, 변속모듈(20)의 메인 유성기어 세트(241)는 제1선기어(S1)의 전방에 위치한 차량 엔진축(2)이 제1선기어(S1)와 연결되도록 할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 단일 유성기어 세트-유체식 동력전달기구 조합 기반의 무단 자동변속 시스템에서 유체식 동력전달기구(22)는 유체 클러치와 토크 컨버터 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
본 발명에 의한 단일 유성기어 세트-유체식 동력전달기구 조합 기반의 무단 자동변속 시스템에 의하면, 유성기어기구의 기구학적 특성에 의해 차량의 변속과 토크구현이 자동으로 이루어짐에 따라 유성기어기구의 작동을 위한 별도의 브레이크기구가 필요없는 변속 시스템의 구성이 가능해져 구성이 단순화되고 제조비용이 절감되는 효과를 가지게 된다. 또한, 차량 운전자는 엑셀러레이터의 조작만으로 자유롭게 차량의 변속과 요구되는 구동토크를 구현할 수 있게 됨에 따라 운전자의 운전 능력이 향상되는 효과를 가지게 된다. 이와 더불어 별도의 제어기구의 간섭없이 차량의 변속이 이루어질 수 있음에 따라 수월한 운전성이 확보되고, 차량의 운전 응답성이 향상되며, 차량의 연비가 증대되는 효과도 동시에 가지게 된다.
특히 본 발명에 의한 단일 유성기어 세트-유체식 동력전달기구 조합 기반의 무단 자동변속 시스템에 의하면, 단일 유성기어 세트와 유체식 동력전달기구의 조합에 기반하는 최소화된 구성요소로 이루어진 단일 유성기어 세트 변속유닛의 초간단 변속모듈 구조를 통해서도 변속 효율과 시스템 안정성이 극대화되는 효과를 가지게 된다. 그리고 구조가 단순화되고, 풀리 타입의 무단변속 시스템의 컨트롤러가 필요없어지며, 일반적인 자동변속기보다 기어나 클러치의 수가 최소화되므로, 시스템 제조원가가 절감되는 효과가 있다.
도 1은 종래 무단 자동 변속 시스템의 구성도;
도 2는 종래 차량용 자동변속장치의 구성도;
도 3은 본 발명에 따른 단일 유성기어 세트-유체식 동력전달기구 조합 기반의 무단 자동변속 시스템의 구성을 보여주기 위한 블록도;
도 4는 증속기구, 감속기구, 클러치가 부가된 본 발명에 따른 단일 유성기어 세트-유체식 동력전달기구 조합 기반의 무단 자동변속 시스템의 구성을 보여주기 위한 블록도;
도 5의 (a)는 본 발명의 제1실시예에 따른 단일 유성기어 세트-유체식 동력전달기구 조합 기반의 무단 자동변속 시스템의 구성을 보여주기 위한 도면;
도 5의 (b)는 본 발명의 제2실시예에 따른 단일 유성기어 세트-유체식 동력전달기구 조합 기반의 무단 자동변속 시스템의 구성을 보여주기 위한 도면;
도 6의 (a)는 본 발명의 제3실시예에 따른 단일 유성기어 세트-유체식 동력전달기구 조합 기반의 무단 자동변속 시스템의 구성을 보여주기 위한 도면;
도 6의 (b)는 본 발명의 제4실시예에 따른 단일 유성기어 세트-유체식 동력전달기구 조합 기반의 무단 자동변속 시스템의 구성을 보여주기 위한 도면;
도 7은 본 발명의 제5실시예에 따른 단일 유성기어 세트-유체식 동력전달기구 조합 기반의 무단 자동변속 시스템의 구성을 보여주기 위한 도면;
도 8은 본 발명의 제6실시예에 따른 단일 유성기어 세트-유체식 동력전달기구 조합 기반의 무단 자동변속 시스템의 구성을 보여주기 위한 도면;
도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 단일 유성기어 세트-유체식 동력전달기구 조합 기반의 무단 자동변속 시스템에서 차속과 RPM의 관계를 보여주기 위한 그래프;
도 10은 본 발명의 제1실시예에 따른 단일 유성기어 세트-유체식 동력전달기구 조합 기반의 무단 자동변속 시스템에서 차속과 토크의 관계를 보여주기 위한 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 3 내지 도 10에 의거하여 상세히 설명한다. 한편, 도면과 상세한 설명에서 일반적인 차량의 변속장치, 자동변속장치, 무단변속장치, 유체클러치, 토크 컨버터, 유성기어기구, 클러치 등으로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 도시 및 언급은 간략히 하거나 생략하였다. 특히 도면의 도시 및 상세한 설명에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략하게 도시하거나 설명하였다.
본 발명에 따른 단일 유성기어 세트-유체식 동력전달기구 조합 기반의 무단 자동변속 시스템(100)은 도 3에서와 같이 변속모듈(20)과 가속조작모듈(40)을 포함하는 구성으로 이루어진다.
변속모듈(20)은 엔진(1)에 연결된 차량 엔진축(2)과 구동바퀴(4)에 연결된 차축(3) 사이에 배치되어 차량의 변속을 유도한다. 이와 같은 변속모듈(20)은 유성기어기구(24)와 유체식 동력전달기구(22)를 포함한다.
유성기어기구(24)는 다수의 선기어와 유성기어 및 캐리어가 설정된 연결 패턴으로 접속되는 메인 유성기어 세트(241)를 포함하는 것으로, 도 3에서와 같이 단일한 메인 유성기어 세트(241)만으로 이루어져 각종 산업기계의 무단변속 시스템에 적용되도록 할 수도 있고, 도 4에서와 같이 엔진측 증속기어 세트(26)나 차축측 감속기어 세트(28), 클러치(30)가 추가적으로 구비되도록 하여 차량의 무단변속기에 적용되도록 할 수도 있다.
유체식 동력전달기구(22)는 유성기어기구(24)의 구성요소에 각각 연결되는 펌프(222)와 터빈(224)를 구비하는 것으로, 유체 클러치나 토크 컨버터 등이 사용될 수 있다.
가속조작모듈(40)은 차량에 설치되어 운전자의 발 누름동작으로 조작되는 엑셀러레이터(42)로 이루어져 차량 엔진축(2)의 회전수를 조절하게 된다.
이와 같은 본 발명에 따른 단일 유성기어 세트-유체식 동력전달기구 조합 기반의 무단 자동변속 시스템(100)은 운전자의 발 누름동작으로 조작되는 가속조작모듈(40)의 엑셀러레이터(42)에 의해 차량 엔진축(2)의 회전수가 변경되면서 변속모듈(20)이 작동하여 차량 엔진축(2)의 회전수에 대응하는 토크가 차축(3)으로 전달되면서 차량의 정지, 저속주행, 고속주행, 가속주행, 감속주행, 주차를 위한 변속이 이루어지도록 한다.
본 발명에 따른 변속모듈(20)의 유성기어기구(24)는 도 3에서와 같이 단일한 메인 유성기어 세트(241)만으로 이루어지고, 변속모듈(20)은 이와 같은 단일한 메인 유성기어 세트(241)와 유체식 동력전달기구(22)의 조합으로 이루어진 단일 유성기어 세트 변속유닛(20a)으로만 이루어질 수 있다. 이와 달리 변속모듈(20)은 도 4에서와 같이 단일 유성기어 세트 변속유닛(20a)에 증속기구(20b), 감속기구(20c), 클러치(30)가 연결되는 구성으로 이루어질 수도 있다. 여기서 증속기구(20b)는 차량엔진축(2)과 단일 유성기어 세트 변속유닛(20a)에 각각 연결되는 것으로, 유체식 동력전달기구(22)의 입력측 RPM 증가를 유도하게 된다. 감속기구(20c)는 단일 유성기어 세트 변속유닛(20a)과 차축(3)에 각각 연결되고, 유체식 동력전달기구(22)의 출력측 RPM 감소를 유도하게 된다. 이와 같은 증속기구(20b)와 감속기구(20c)는 각종 기어세트로 이루어질 수 있다. 증속기구(20b), 감속기구(20c) 이외에 클러치(26)를 추가적으로 구비하여 전후진, 중립 등으로의 변속 기능이 추가적으로 수행되도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 단일 유성기어 세트 변속유닛(20a)을 이루는 메인 유성기어 세트(241)는 2K-H형 유성기어 세트로 이루어질 수 있다. 이와 같은 메인 유성기어 세트(241)는 차량 엔진축(2)으로부터 토크를 전달받는 제1선기어(S1), 제1선기어(S1) 맞물리는 제1유성기어(PL1), 제1유성기어(PL1)와 연결되는 제1캐리어(C1)를 구비하고, 제1유성기어(PL1)에 맞물리는 제1링기어(R1)나 제1캐리어(C1)가 차축(3)으로 토크를 전달하는 구성을 가질 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 단일 유성기어 세트 변속유닛(20a)을 이루는 유체식 동력전달기구(22)는 펌프(P)와 터빈(T)을 포함하는 구성으로 이루어지는 것으로, 펌프(P)와 터빈(T)에는 제1선기어(S1)와 일체를 이루며 이격 배치되는 제2선기어(S2)와 제1캐리어(C1)가 결합되거나, 제1캐리어(C1)와 제1링기어(R1)가 결합될 수 있다.
여기서 본 발명의 제1실시예에 따른 단일 유성기어 세트 변속유닛(20a)의 메인 유성기어 세트(241)는 도 5의 (a)에서와 같이 차량 엔진축(2)으로부터 토크를 전달받는 제1선기어(S1), 제1선기어(S1)로부터 전방으로 이격 배치되는 제2선기어(S2), 제1선기어(S1)와 맞물리는 제1유성기어(PL1), 제1유성기어(PL1)로부터 전방으로 이격 배치되어 제1유성기어(PL1)와 일체로 연결되는 동시에 제2선기어(S2)와 맞물리는 제2유성기어(PL2), 제1선기어(S1) 후방으로 이격 배치되어 제1유성기어(PL1)와 일체로 연결되는 동시에 차축(3)으로 토크를 전달하는 제1캐리어(C1)로 이루어진다. 여기서 제1유성기어(PL1)와 제2유성기어(PL2)는 기어 이가 2열로 배열된 2중기어 형상으로 이루어지는 것으로, 아이들 기어로 사용된다.
본 발명의 제1실시예에 따른 단일 유성기어 세트 변속유닛(20a)의 유체식 동력전달기구(22)는 제1선기어(S1) 전방에 배치되는 토크 컨버터로 이루어지나, 유체 클러치가 사용될 수도 있다. 이와 같은 유체식 동력전달기구(22)의 펌프(P)는 제2선기어(S2)가 결합되고, 유체식 동력전달기구(22)의 터빈(T)은 제1캐리어(C1)가 결합된다. 제2선기어(S2)가 연결된 펌프(P)와 제1캐리어(C1)가 연결된 터빈(T) 사이에서 토크가 증대되고, 증대된 토크는 제1캐리어(C1)를 통해 차축(3)으로 전달되게 된다.
이와 같은 본 발명의 제1실시예에 따른 변속모듈(20)은 메인 유성기어 세트(241)의 제1선기어(S1)를 입력으로 하고, 제1캐리어(C1)를 출력으로 하는 것으로, 토크 컨버터는 중간 동력전달 기능과 동력 차단 기능을 수행하게 된다. 여기서 차량 엔진축(2)의 동력은 메인 유성기어 세트(241)의 제1선기어(S1)와 제2선기어(S2)를 거쳐 토크 컨버터로 전달되고, 토크 컨버터로부터 메인 유성기어 세트(241)의 제1캐리어(C1)로 다시 전달되면서 차축(3)으로 출력된다.
한편 상기와 같은 본 발명의 제1실시예에 따른 변속모듈(20)에 전/후진 기어를 추가하여 무단변속 기능이 수행되도록 하거나, 파킹 브레이크 등을 추가하여 각종 기능이 추가적으로 수행되도록 할 수 있다.
그리고 본 발명의 제2실시예에 따른 단일 유성기어 세트 변속유닛(20a)의 메인 유성기어 세트(241)는 도 5의 (b)에서와 같이 차량 엔진축(2)으로부터 토크를 전달받는 제1선기어(S1), 제1선기어(S1)와 맞물리는 제1유성기어(PL1), 제1유성기어(PL1)와 맞물리고 차축(3)으로 토크를 전달하게 되는 제1링기어(R1), 제1유성기어(PL1)와 연결되는 제1캐리어(C1)를 포함하는 구성으로 이루어지고, 유체식 동력전달기구(22)는 제1선기어(S1) 전방 또는 후방에 배치되고, 제1캐리어(C1)가 결합되는 펌프(P)와 제1링기어(R1)가 결합되는 터빈(T)을 갖는 구성으로 이루어진다.
상기와 같은 본 발명의 제1실시예에 따른 단일 유성기어 세트 변속유닛(20a)와 본 발명의 제2실시예에 따른 단일 유성기어 세트 변속유닛(20a)는 메인 유성기어 세트(241) 중 가장 작은 토크가 걸리는 제1선기어(S1)를 입력으로 하고, 메인 유성기어 세트(241) 중 가장 큰 토크가 걸리는 본 발명의 제1실시예에 따른 단일 유성기어 세트 변속유닛(20a)의 제2선기어(S2)와 본 발명의 제2실시예에 따른 단일 유성기어 세트 변속유닛(20a)의 제1캐리어(C1)를 유체식 동력전달기구(22)의 펌프(P)에 연결시키며, 메인 유성기어 세트(241)의 중간인 본 발명의 제1실시예에 따른 단일 유성기어 세트 변속유닛(20a)의 제1캐리어(C1)와 본 발명의 제2실시예에 따른 단일 유성기어 세트 변속유닛(20a)의 제1링기어(R1)를 유체식 동력전달기구(22)의 터빈(T)과 차축(3)에 연결시키는 시스템이다.
여기서 본 발명의 제1실시예에 따른 단일 유성기어 세트 변속유닛(20a)와 본 발명의 제2실시예에 따른 단일 유성기어 세트 변속유닛(20a)은 배치구성을 반대로 하여 도 6의 (a)와 (b)에서와 같은 구조를 가지게 될 수도 있다.
도 6의 (a)에 도시된 본 발명의 제3실시예에 따른 단일 유성기어 세트 변속유닛(20a)는 본 발명의 제1실시예에 따른 단일 유성기어 세트 변속유닛(20a)의 배치구성을 반대로 한 것으로, 제2선기어(S2)의 후방에 배치되는 유체식 동력전달기구(22)의 터빈(T)에 연결되는 제1캐리어(C1)가 차축연결 기어(G1)과 맞물리고, 차축연결 기어(G1)가 차축(3)과 연결되면서 토크를 전달하게 되는 구조를 갖는다.
도 6의 (b)에 도시된 본 발명의 제4실시예에 따른 단일 유성기어 세트 변속유닛(20a)는 본 발명의 제2실시예에 따른 단일 유성기어 세트 변속유닛(20a)의 배치구성을 반대로 한 것으로, 제1선기어(S1)의 후방에 배치되는 유체식 동력전달기구(22)의 터빈(T)에 연결되는 제1링기어(R1)가 차축연결 기어(G1)과 맞물리고, 차축연결 기어(G1)가 차축(3)과 연결되면서 토크를 전달하게 되는 구조를 갖는다.
한편 전술(前述)된 본 발명의 제1실시예에 따른 메인 유성기어 세트(241)는 다음과 같이 분석될 수 있다.
먼저 본 발명의 제1실시예에 따른 메인 유성기어 세트(241)의 회전비와 토크비는 다음과 같다.
[회전비 수식]
Figure 112015109050487-pat00001
[토크비 수식]
Figure 112015109050487-pat00002
(tC"는 ts1에 대한 제1캐리어(C1)의 반력)
Figure 112015109050487-pat00003
여기서 기어비(i1)를 다음과 같이 설정한 변속모듈(20)의 RPM 변동과 토크 변동을 살펴보면 다음과 같다. 먼저 최초 ωC=0이면, [회전비 수식]
Figure 112015109050487-pat00004
에서 ωS1=1일 때, ωS2=ωP=1/i1=1/2.829=0.3535가 되고, ωT=ωC=0이 되어 입력부가 공회전 상태가 된다.
[기어비]
Figure 112015109050487-pat00005
출발후 ωS1=1은 항상 일정하지만, 출력측 제1캐리어(C1)의 토크(tC)가 입력측 제1선기어(S1)의 토크(tS1)에서 증대되어진 토크보다 작으면 출력측 제1캐리어(C1)는 회전하기 시작하며, 제1캐리어(C1)의 회전수(ωC)는 점차 증가하게 된다. 제1캐리어(C1)의 회전수(ωC)가 증가하기 시작하면 [회전비 수식]
Figure 112015109050487-pat00006
에 의해 변속모듈(20)의 각 구성요소의 회전수(ωS2=ωP,ωT=ωC)도 증가하게 되며, 변속모듈(20)의 모든 구성요소의 RPM이 ωS1과 동일하게 될 때까지 증가하며 이때부터 전체 메인 유성기어 세트(241)와 유체식 동력전달기구(22) 전체가 일체가 되어 회전하게 된다. 도 9에는 전술(前述)된 변속모듈(20) 구성요소의 RPM 변동이 도시되어 있다.
여기서 토크 컨버터의 효율은
Figure 112015109050487-pat00007
(e는 회전비, y는 토크 증대비)로 계산되는데, 회전비가 상대적으로 커지는 만큼 토크 컨버터의 효율이 커진다. 즉 ωC 값이 증가할 때, ωP, ωT 값도 증가하게 되며, 토크 컨버터의 회전비(e)도 증가하게 된다.
한편 메인 유성기어 세트(241)의 제1선기어(S1)의 입력 토크를 tS1=1이라고 할때, [토크비 수식]
Figure 112015109050487-pat00008
에서 제2선기어(S2)로 전달되는 토크는 기어비 i1=2.829만큼 증대되고, 제2선기어(S2)의 토크는 토크 컨버터의 펌프(P)로 입력된 다음, 토크 증배율(y) 값만큼 증대되어 토크 컨버터의 터빈(T)으로 전달된다. 토크 컨버터의 터빈(T)은 증대된 토크를 메인 유성기어 세트(241)의 제1캐리어(C1)로 전달하여 차축(3)을 통해 출력되도록 한다.
여기서 출력이 브레이킹(고정)된 상태인 최초 정지상태의 출력측 제1캐리어(C1)의 토크는 tC=∞이고, tS1이 작을 때 토크 컨버터의 유체에 의해 공회전하게 된다. 이를 통해 토크 컨버터는 동력 차단 기능을 수행하게 된다. 변속모듈(20) 작동시 토크는 [토크비 수식]에서 입력측 제1선기어(S1)의 토크는 tS1=1이고, 출력측 제1캐리어(C1)의 반력 토크(
Figure 112015109050487-pat00009
)가 발생되면 제2선기어(S2)의 토크는 tS2=i1*tS1=2.829*1=2.829이 된다.
한편 토크 컨버터의 토크 관계식은 다음과 같다.
Figure 112015109050487-pat00010
(y는 회전비 e에 따른 토크 컨버터의 토크 증배값으로, 본 발명의 실시예에서는 y=2.25로 설정됨. tC'는 토크 컨버터의 터빈이 출력측 제1캐리어(C1)에 전달해주는 토크임)
그리고 출력토크는 다음의 [출력 토크 수식]으로 도출된다.
[출력토크 수식]
Figure 112015109050487-pat00011
상기 [출력토크 수식]에서 토크 컨버터의 토크 증배(y>1)가 있으면, 전체 출력토크는 증대(tC>tS1)되며, y=1이면 출력토크는 tC=tS1임을 알수 있다. 여기서 변수 i1, y값이 커지면, tC 값도 커지므로, 목표 tC 값의 증대를 위하여 변수 i1, y값을 증대시키게 된다.
최초 변속모듈(20) 작동후, tC 값이 목표 tC 값보다 작으면, [회전비 수식]에서 ωC 값이 커지고, 토크 컨버터의 e값도 커지면서(e=0 -> e=1) y값은 y=2.25에서 y=1이 될때까지 작아지고, [출력토크 수식]에서 tC값이 점점 작아지면서 tC=tS1 이 된다. 즉 입력측에서 항상 ωS1=0, tS1=1로 일정하게 입력될 때, 출력은 ωc=0, tc=4.54(y=1,i1=2.829
Figure 112015109050487-pat00012
)에서 ωc=ωS1=1, tc=ts1=1이 될 때까지 변하는 무단변속 시스템이 된다. 도 10에는 전술(前述)된 변속모듈(20) 구성요소의 토크 변동이 도시되어 있다.
한편 토크 컨버터가 클러치 포인트(clutch point)일 때, y=1이 되어 tc=ts1=1이 된다. 이는 [토크비 수식] ts1 + tc" =ts2에서 메인 유성기어 세트(241)에 i1의 기어비를 부여하여 토크 컨버터의 펌프(P) 입력토크를 크게 하고, 이에 따라 증대되는 토크 컨버터의 터빈(T) 토크는
Figure 112015109050487-pat00013
이 되고, 출력측 제1캐리어의 토크는
Figure 112015109050487-pat00014
가 되어 입력 토크 ts1 보다 1+(y-1)*i1만큼 증대된 토크를 얻을 수 있게 된다.
한편 토크 컨버터의 토크 계산식은 다음과 같은데, 펌프 RPM이 커질수록 토크 컨버터의 펌프 토크가 커짐을 확인할 수 있다.
[토크 컨버터 토크 계산식]
Figure 112015109050487-pat00015
(tP : 펌프 토크, DP : 펌프 외경, C : 차량용량계수,ωP : 펌프 RPM)
상기와 같은 본 발명의 제1실시예에 따른 무단 자동변속 시스템(100)은 토크 컨버터의 펌프 RPM이 점차 상승할 시 입력측의 엔진 마력을 받지 않고 출력측의 분력이 들어와 토크 컨버터의 마력이 증가되도록 한다. 이와 같이 증가된 마력이 차량 속도를 스스로 높이게 되는 것이다. 출력측의 저항이 커질 경우에도 역시 입력측이 변하지 않더라도 스스로 토크 컨버터의 터빈 RPM이 작아지면서 출력측 저항에 대응하게 된다.
한편 본 발명의 제1실시예에 따른 무단 자동변속 시스템(100)은 토크 컨버터의 토크를 증대시키기 위한 i1의 기어비 사용으로 최초 시스템 가동시 토크 컨버터의 펌프 RPM이 차량 엔진보다 낮은 RPM으로 가동됨에 따라, 입력측에 기어비 1/i0의 기어 세트를 추가적으로 설치하면 안정적인 유체식 동력전달기구(22)의 동력전달을 유도할 수 있다. 이 경우 시스템 전체의 RPM이 높아지게 되는데, 출력측에 기어비 i0의 기어 세트를 추가적으로 설치함으로써 시스템 전체의 RPM이 높아지는 것을 방지하고, 토크 증대를 유지할 수 있다.
이를 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 단일 유성기어 세트-유체식 동력전달기구 조합 기반의 무단 자동변속 시스템(100)의 변속모듈(20)은 도 6에서와 같이 증속기구(20b)인 엔진측 증속기어 세트(26)와 감속기구(20c)인 차축측 감속기어 세트(28)를 추가적으로 구비하게 된다.
증속기구(20b)를 이루는 엔진측 증속기어 세트(26)는 엔진측 제1기어(G1), 엔진측 제2기어(G2), 카운터 샤프트 기어(CSG)를 포함하는 구성으로 이루어진다.
엔진측 제1기어(G1)는 차량 엔진축(2)과 결합되는 것으로, 카운터 샤프트 기어(CSG)의 전방 기어와 맞물리게 된다.
엔진측 제2기어(G2)는 엔진측 제1기어(G1)로부터 후방으로 이격 배치되고, 후방의 제1선기어(S1)와 일체로 연결되는 것으로, 엔진측 제1기어(G1)보다 작은 기어이를 갖는다. 이와 같은 엔진측 제2기어(G2)는 카운터 샤프트 기어(CSG)의 후방 기어와 맞물리게 된다.
카운터 샤프트 기어(CSG)는 엔진측 제1기어(G1)와 엔진측 제2기어(G2)에 맞물리는 이중 기어로 이루어지는 것으로, 엔진측 제1기어(G1)에 맞물리는 전방 기어보다 엔진측 제2기어(G2)에 맞물리는 후방 기어의 기어이가 크게 형성되어 증속이 이어질 수 있도록 한다.
감속기구(20c)를 이루는 차축측 감속기어 세트(28)는 차축측 선기어(St), 차축측 유성기어(PLt), 차축측 링기어(Rt), 차축측 캐리어(Ct)를 포함하는 구성으로 이루어진다.
차축측 선기어(St)는 제1캐리어(C1)로부터 후방으로 이격 배치되어 제1캐리어(C1)와 일체로 연결되는 것이다.
차축측 유성기어(PLt)는 차축측 선기어(St)와 맞물리는 것이고, 차축측 링기어(Rt)는 차축측 유성기어(PLt)와 맞물리는 것이다.
차축측 캐리어(Ct)는 차축측 유성기어(PLt)와 일체로 연결되는 동시에 차축(3)과 결합되는 것이다.
한편 본 발명의 다른 실시예에 따른 단일 유성기어 세트-유체식 동력전달기구 조합 기반의 무단 자동변속 시스템(100)의 변속모듈(20)은 다수의 클러치(CL①, CL②, CL③, CL④)가 감속기구(20c)를 이루는 차축측 감속기어 세트(28)에 배치되도록 함으로써 차량의 무단변속기에 적용될 수 있도록 하는데, 도 6에서 CL①, CL②, CL③, CL④가 모두 해제되면 중립 상태가 되고, CL①과 CL④가 해제되고 CL②와 CL③이 결합되면 전진 변속이 되며, CL①과 CL④가 결합되고 CL②와 CL③이 해제되면 후진 변속이 된다.
이와 달리 본 발명의 또다른 실시예에 따른 단일 유성기어 세트-유체식 동력전달기구 조합 기반의 무단 자동변속 시스템(100)의 변속모듈(20)은 도 7에서와 같이 증속기구(20b)를 이루는 엔진측 증속기어 세트(26)가 차량 엔진축(2)과 결합되는 엔진측 유성기어(PLe), 엔진측 유성기어(PLe)와 맞물리고 후방의 제1선기어(S1)와 일체로 연결되는 엔진측 선기어(Se), 고정된 상태로 엔진측 유성기어(PLe)와 맞물리는 엔진측 링기어(Re)를 포함하는 구성으로 이루어지도록 할 수 있다.
그리고 감속기구(20c)를 이루는 차축측 감속기어 세트(28)는 제1캐리어(C1)로부터 전방 또는 후방으로 이격 배치되어 제1캐리어(C1)와 일체로 연결되는 차축측 제1기어(G3), 차축측 제1기어(G3)와 맞물리고 차축(3)과 결합되며 차축측 제1기어(G3)보다 큰 기어이를 갖는 차축측 제2기어(G4)를 포함하는 구성으로 이루어지도록 할 수 있다. 여기서 변속모듈(20)의 메인 유성기어 세트(241)는 제1선기어(S1)의 전방에 위치한 차량 엔진축(2)이 제1선기어(S1)와 연결되도록 할 수 있다.
한편 본 발명의 또다른 실시예에 따른 단일 유성기어 세트-유체식 동력전달기구 조합 기반의 무단 자동변속 시스템(100)의 변속모듈(20)도 클러치(CL⑤, CL⑥, CL⑦)이 감속기구(20c)를 이루는 차축측 감속기어 세트(28)에 배치되도록 함으로써 차량의 무단변속기에 적용될 수 있도록 한다. 여기서 전후진, 중립 상태 구현을 위하여 차축측 제1기어(G3) 전방에 차축측 제3기어(G5)가 배치되어 CL⑤를 통해 서로 결합되거나 해제되도록 하고, 차축측 제3기어(G5), 차축측 제4기어(G6), 차축측 제5기어(G7)가 서로 맞물리면서 차축(3)과 CL⑥을 매개로 연결되도록 하며, 차축측 제2기어(G4)는 CL⑦을 매개로 차축(3)과 연결되도록 한다.
상기와 같은 본 발명의 제1실시예에 따른 단일 유성기어 세트-유체식 동력전달기구 조합 기반의 무단 자동변속 시스템(100)은 유체식 동력전달기구(24)(유체 클러치, 토크 컨버터 등)의 조합으로 변속모듈(20)이 구현되고, 변속모듈(20)을 이루는 유성기어기구(24)의 작동을 제어하기 위한 별도의 브레이크기구나 클러치기구가 설치되지 않은 상태에서도 차량의 운전자에 의해 조작되는 엑셀러레이터(accelerator)(42)에 의해 조절되는 차량 엔진축(2)의 회전수에 연동되어 유성기어기구(24)와 유체식 동력전달기구(22)의 작동이 자동으로 제어될 수 있도록 하는 구성이 제공됨에 따라 변속모듈(20)을 이루는 유성기어기구(24)와 유체식 동력전달기구(22)를 제어하기 위한 별도의 제어기구의 설치가 필요없게 된다. 특히 본 발명의 제1실시예에 따른 단일 유성기어 세트-유체식 동력전달기구 조합 기반의 무단 자동변속 시스템(100)은 선기어, 유성기어, 캐리어가 설정 패턴으로 연결된 단일한 메인 유성기어 세트(241)와 유체식 동력전달기구(22)(토크 컨버터, 유체 클러치 등)가 조합되는 최소화된 구성요소로 이루어진 단일 유성기어 세트 변속유닛(20a)의 초간단 변속모듈 구조를 통해서도 변속 효율과 시스템 안정성이 극대화되도록 한다.
상술한 바와 같은, 본 발명의 제1실시예에 따른 단일 유성기어 세트-유체식 동력전달기구 조합 기반의 무단 자동변속 시스템을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
1 : 엔진 2 : 차량 엔진축
3 : 차축 4 : 구동바퀴
10 : 하우징 20 : 변속모듈
20a : 단일 유성기어 세트 변속유닛 20b : 증속기구
20c : 감속기구 22 : 유체식 동력전달기구
P : 펌프 T : 터빈
24 : 유성기어기구 241 : 메인 유성기어 세트
26 : 엔진측 증속 기어세트 28 : 차축측 감속기어 세트
30 : 클러치 40 : 가속조작모듈
42 : 엑셀러레이터 100 : 무단 자동변속 시스템

Claims (9)

  1. 엔진(1)에 연결된 차량 엔진축(2)과 구동바퀴(4)에 연결된 차축(3) 사이에 배치되어 차량의 변속을 유도하는 변속모듈(20)과,
    차량에 설치되어 운전자의 발 누름동작으로 조작되는 엑셀러레이터(42)로 이루어져 차량 엔진축(2)의 회전수를 조절하는 가속조작모듈(40)을 포함하여,
    운전자의 발 누름동작으로 조작되는 상기 가속조작모듈(40)의 엑셀러레이터(42)에 의해 차량 엔진축(2)의 회전수가 변경되면서 변속모듈(20)이 작동하여 차량 엔진축(2)의 회전수에 대응하는 토크가 차축(3)으로 전달되면서 차량의 정지, 저속주행, 고속주행, 가속주행, 감속주행, 주차를 위한 변속이 이루어지도록 하되,
    변속모듈(20)은,
    차량 엔진축(2)으로부터 토크를 전달받는 제1선기어(S1), 제1선기어(S1)와 맞물리는 제1유성기어(PL1), 제1유성기어(PL1)와 맞물리고 차축(3)으로 토크를 전달하게 되는 제1링기어(R1), 제1유성기어(PL1)와 연결되는 제1캐리어(C1)를 포함하는 구성으로 이루어지는 메인 유성기어 세트(241)와;
    제1선기어(S1) 전방 또는 후방에 배치되되, 제1캐리어(C1)가 결합되는 펌프(P)와 제1링기어(R1)가 결합되는 터빈(T)을 갖는 유체식 동력전달기구(22)로 이루어진 단일 유성기어 세트 변속유닛(20a)을 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 유성기어 세트-유체식 동력전달기구 조합 기반의 무단 자동변속 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    제1선기어(S1)의 후방에 배치되는 유체식 동력전달기구(22)의 터빈(T)에 연결되는 제1링기어(R1)는 차축연결 기어(G1)과 맞물리고, 차축연결 기어(G1)는 차축(3)과 연결되어 토크를 전달하게 되는 것을 특징으로 하는 단일 유성기어 세트-유체식 동력전달기구 조합 기반의 무단 자동변속 시스템.
  3. 엔진(1)에 연결된 차량 엔진축(2)과 구동바퀴(4)에 연결된 차축(3) 사이에 배치되어 차량의 변속을 유도하는 변속모듈(20)과,
    차량에 설치되어 운전자의 발 누름동작으로 조작되는 엑셀러레이터(42)로 이루어져 차량 엔진축(2)의 회전수를 조절하는 가속조작모듈(40)을 포함하여,
    운전자의 발 누름동작으로 조작되는 상기 가속조작모듈(40)의 엑셀러레이터(42)에 의해 차량 엔진축(2)의 회전수가 변경되면서 변속모듈(20)이 작동하여 차량 엔진축(2)의 회전수에 대응하는 토크가 차축(3)으로 전달되면서 차량의 정지, 저속주행, 고속주행, 가속주행, 감속주행, 주차를 위한 변속이 이루어지도록 하되,
    변속모듈(20)은,
    차량 엔진축(2)으로부터 토크를 전달받는 제1선기어(S1), 제1선기어(S1)와 일체를 이루며 이격 배치되는 제2선기어(S2), 제1선기어(S1)와 맞물리는 제1유성기어(PL1), 제1유성기어(PL1)로부터 전방으로 이격 배치되어 제1유성기어(PL1)와 일체로 연결되는 동시에 제2선기어(S2)와 맞물리는 제2유성기어(PL2), 제1선기어(S1) 후방으로 이격 배치되어 제1유성기어(PL1)와 연결되는 동시에 차축(3)으로 토크를 전달하는 제1캐리어(C1)를 포함하는 구성으로 이루어지는 메인 유성기어 세트(241)와;
    제1선기어(S1) 전방 또는 제2선기어(S2)의 후방에 배치되되, 제2선기어(S2)가 결합되는 펌프(P)와 제1캐리어(C1)가 결합되는 터빈(T)을 갖는 유체식 동력전달기구(22)로 이루어진 단일 유성기어 세트 변속유닛(20a)을 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 유성기어 세트-유체식 동력전달기구 조합 기반의 무단 자동변속 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    제2선기어(S2)의 후방에 배치되는 유체식 동력전달기구(22)의 터빈(T)에 연결되는 제1캐리어(C1)는 차축연결 기어(G1)과 맞물리고, 차축연결 기어(G1)는 차축(3)과 연결되어 토크를 전달하게 되는 것을 특징으로 하는 단일 유성기어 세트-유체식 동력전달기구 조합 기반의 무단 자동변속 시스템.
  5. 엔진(1)에 연결된 차량 엔진축(2)과 구동바퀴(4)에 연결된 차축(3) 사이에 배치되어 차량의 변속을 유도하는 변속모듈(20)과,
    차량에 설치되어 운전자의 발 누름동작으로 조작되는 엑셀러레이터(42)로 이루어져 차량 엔진축(2)의 회전수를 조절하는 가속조작모듈(40)을 포함하여,
    운전자의 발 누름동작으로 조작되는 상기 가속조작모듈(40)의 엑셀러레이터(42)에 의해 차량 엔진축(2)의 회전수가 변경되면서 변속모듈(20)이 작동하여 차량 엔진축(2)의 회전수에 대응하는 토크가 차축(3)으로 전달되면서 차량의 정지, 저속주행, 고속주행, 가속주행, 감속주행, 주차를 위한 변속이 이루어지도록 하되,
    변속모듈(20)은,
    차량 엔진축(2)으로부터 토크를 전달받는 제1선기어(S1), 제1선기어(S1) 맞물리는 제1유성기어(PL1), 제1유성기어(PL1)와 연결되는 제1캐리어(C1)가 구비되고, 제1유성기어(PL1)에 맞물리는 제1캐리어(C1)가 차축(3)으로 토크를 전달하는 메인 유성기어 세트(241)와;
    펌프(P)와 터빈(T)을 포함하는 구성으로 이루어지되, 펌프(P)에는 제1캐리어(C1)가 결합되고, 터빈(T)에는 제1선기어(S1)와 일체를 이루며 이격 배치되는 제2선기어(S2)가 결합되는 유체식 동력전달기구(22)로 이루어진 단일 유성기어 세트 변속유닛(20a)을 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 유성기어 세트-유체식 동력전달기구 조합 기반의 무단 자동변속 시스템.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    변속모듈(20)은,
    차량엔진축(2)과 단일 유성기어 세트 변속유닛(20a)에 각각 연결되고, 유체식 동력전달기구(22)의 입력측 RPM 증가를 유도하게 되는 증속기구(20b)와;
    단일 유성기어 세트 변속유닛(20a)과 차축(3)에 각각 연결되고, 유체식 동력전달기구(22)의 출력측 RPM 감소를 유도하게 되는 감속기구(20c)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 유성기어 세트-유체식 동력전달기구 조합 기반의 무단 자동변속 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    증속기구(20b)는 차량 엔진축(2)과 결합되는 엔진측 제1기어(G1), 엔진측 제1기어(G1)로부터 후방으로 이격 배치되고 후방의 제1선기어(S1)와 일체로 연결되며 엔진측 제1기어(G1)보다 작은 기어이를 갖는 엔진측 제2기어(G2), 엔진측 제1기어(G1)와 엔진측 제2기어(G2)에 맞물리는 이중 기어로 이루어지되 엔진측 제1기어(G1)에 맞물리는 기어보다 엔진측 제2기어(G2)에 맞물리는 기어의 기어이가 크게 형성되는 카운터 샤프트 기어(CSG)를 포함하는 엔진측 증속기어 세트(26)로 이루어질 수 있고,
    감속기구(20c)는 제1캐리어(C1)로부터 후방으로 이격 배치되어 제1캐리어(C1)와 일체로 연결되는 차축측 선기어(St), 차축측 선기어(St)와 맞물리는 차축측 유성기어(PLt), 차축측 유성기어(PLt)와 맞물리는 차축측 링기어(Rt), 차축측 유성기어(PLt)와 일체로 연결되는 동시에 차축(3)과 결합되는 차축측 캐리어(Ct)를 포함하는 차축측 감속기어 세트(28)로 이루어질 수 있는 것을 특징으로 하는 단일 유성기어 세트-유체식 동력전달기구 조합 기반의 무단 자동변속 시스템.
  8. 제 6항에 있어서,
    증속기구(20b)는 차량 엔진축(2)과 결합되는 엔진측 유성기어(PLe), 엔진측 유성기어(PLe)와 맞물리고, 후방의 제1선기어(S1)와 일체로 연결되는 엔진측 선기어(Se), 고정된 상태로 엔진측 유성기어(PLe)와 맞물리는 엔진측 링기어(Re)를 포함하는 엔진측 증속기어 세트(26)로 이루어질 수 있고,
    감속기구(20c)는 제1캐리어(C1)로부터 전방 또는 후방으로 이격 배치되어 제1캐리어(C1)와 일체로 연결되는 차축측 제1기어(G3), 차축측 제1기어(G3)와 맞물리고 차축(3)과 결합되며 차축측 제1기어(G3)보다 큰 기어를 갖는 차축측 제2기어(G4)를 포함하는 차축측 감속기어 세트(28)로 이루어질 수 있되,
    변속모듈(20)의 메인 유성기어 세트(241)는 제1선기어(S1)의 전방에 위치한 차량 엔진축(2)이 제1선기어(S1)와 연결되도록 하는 것을 특징으로 하는 단일 유성기어 세트-유체식 동력전달기구 조합 기반의 무단 자동변속 시스템.
  9. 제 6항에 있어서,
    유체식 동력전달기구(22)는 유체 클러치와 토크 컨버터 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 단일 유성기어 세트-유체식 동력전달기구 조합 기반의 무단 자동변속 시스템.
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