KR0183247B1 - 차량용 5속 자동 변속기의 기어 트레인 - Google Patents

Abstract

토오크 컨버터에 장착되어 있는 엔진 시동용 링기어를 이용하여 오일펌프를 구동하고, 이의 동력을 주 변속기구에 합류시켜 전진 5속과 후진 1속의 변속비를 얻을 수 있고, 자동변속기의 전체 길이를 줄일 수 있으며, 오일펌프의 설치공간을 확보하는데 용이한 차량용 5속 자동 변속기의 기어트레인을 제공할 목적으로; 엔진으로부터 동력을 전달받아 토오크 변환시키는 토오크 컨버터와; 상기 토오크 컨버터의 출력측단에 직결되어 동력을 전달받고, 또한, 상기 토오크 컨버터의 외주연에 장착되는 링기어로부터 기어전동으로 동력을 전달받을 수 있도록 배치되는 제1, 2축과; 래비뉴형의 복합 유성기어셋트와, 이의 복합 유성기어셋트의 4개의 노드를 제어하여 변속이 이루어지게 하는 5개의 마찰요소를 구비하는 제1축상에 배치되며, 마찰요소들의 제어에 의하여 상기 제1축과 제2축의 동력을 선택적으로 전달받아 전진 5속 후진 1속의 변속이 이루어지는 주 변속기구와; 상기 주 변속기구로부터 출력되는 동력을 트랜스퍼 샤프트를 통해 전달받아 종감속시키는 종감속기구; 를 포함하며, 그리고 상기 제2축의 회전 동력으로 오일펌프를 구동시킬 수 있도록 한 차량용 5속 자동 변속기의 기어트레인을 제공한다.

Description

차량용 5속 자동 변속기의 기어 트레인

제1도는 본 발명에 의한 기어 트레인의 구성도.

제2도는 제1도 기어트레인의 전진 5속과 후진 1 속의 변속비를 얻기 위한 각 변속단별 마찰요소의 작동표.

제3도는 본 발명의 작동설명을 레버 해석법으로 설명하기 위한 도면이다.

본 발명은 차량용 5속 자동 변속기의 기어 트레인에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 토오크 컨버터에 장착되어 있는 엔진 시동용 링기어를 이용하여 오일펌프를 구동하고, 이의 동력을 주 변속기구에 합류시켜 전진 5속과 후진 1속의 변속비를 얻을 수 있도록 한 기어 트레인에 관한 것이다.

예컨대, 차량용 자동변속기는 엔진으로부터 출력되는 회전동력의 토오크 변환을 행하는 토오크 컨버터와, 유성기어셋트와 다수의 마찰요소로 이루어져 상기 토오크 컨버터로부터 출력되는 회전 동력의 변속을 행하는 기어박스와, 상기 마찰요소들을 차량의 주행 조건에 따라 제어하여 변속이 이루어지게 하는 유압 제어시스템을 포함하여 이루어진다.

상기에서 기어박스에 내장되는 유성기어셋트는 선기어와, 다수개의 유성기어 및 이들 유성기어를 연결하는 유성 캐리어, 그리고 링기어를 포함하여 이루어져 다수개의 클러치들과 브레이크(마찰요소)들의 선택적인 작동으로 기어들을 선택적으로 고정하거나 혹은 입력단 요소로 작용토록 함으로써, 요구되는 변속비를 얻을 수 있게 되는 것이다.

이러한 차량용 자동 변속기는, 고출력의 엔진에서 엔진의 성능을 충분히 활용하지 못하게 되면, 잘 알려진 바와 같이, 연비 및 동력성능 그리고 구동성능이 좋지 않게 된다.

따라서 고출력 엔진에서 엔진의 성능을 충분히 활용하기 위하여 변속비를 다단으로 할 수 있도록 하는 방안이 제안되고 있다.

그러나 종래의 자동 변속기에 있어서는 입력요소를 어느 하나에 한정하고 있기 때문에 적어도 2개 이상의 유성기어셋트를 구비하여야만 하는 바, 유성기어셋트의 제조에 따른 제작 비용이 크게 상승되고, 내부 구성 또한 매우 복잡해진다는 문제점을 내포하고 있다.

또한, 2개의 유성기어셋트를 장치하고, 이를 제어할 수 있는 다수의 마찰요소가 부가적으로 배치되기 때문에 변속기의 전장이 매우 길어지며, 자동변속기를 운용하기 위해 유압을 생성하는 오일펌프의 설치공간을 확보하는데에 많은 어려움이 있다.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 토오크 컨버터에 장착되어 있는 엔진 시동용 링기어를 이용하여 오일펌프를 구동하고, 이의 동력을 주변속기구에 합류시켜 전진 5속과 후진 1 속의 변속비를 얻을 수 있도록 한 차랑용 5속 자동변속기의 기어트레인을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 목적의 달성에 의하여 자동변속기의 전체 길이를 줄일 수 있으며, 오일펌프의 설치공간을 확보하는데 용이한 차량용 5속 자동 변속기의 기어트레인을 제공함에 있다.

이러한 목적들을 실현하기 위하여 본 발명은, 엔진으로부터 동력을 전달받아 토오크 변환시키는 토오크 컨버터와; 상기 토오크 컨버터의 출력측단에 직결되는 동력을 전달받고, 또한, 상기 토오크 컨버터의 외주연에 장착되는 링기어로부터 기어전동으로 동력을 전달받을 수 있도록 배치되는 제1, 2축과; 래비뉴형의 복한 유성기어셋트와, 이의 복합 유성기어셋트의 4개의 노드를 제어하여 변속이 이루어지게 하는 5개의 마찰요소를 구비하는 제1축상에 배치되며, 마찰요소들의 제어에 의하여 상기 제1축과 제2축의 동력을 선택적으로 전달받아 전진 5속 및 후진 1속의 변속이 이루어지는 주변속기구와; 상기 주 변속기구로부터 출력되는 동력을 트랜스퍼 샤프트를 통해 전달받아 종감속시키는 종감속기구; 를 포함하며, 그리고 상기 제2축의 회전 동력으로 오일펌프를 구동시킬 수 있도록 한 차량용 5속 자동 변속기의 기어 트레인을 제공한다.

이하, 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명에 의한 제1실시예의 기어트레인을 나타내는 도면으로서, 엔진(2)으로부터 발생된 동력은 토오크 컨버터(4)를 통해 2개의 경로를 통해 주 변속기구(6)로 입력되어 변속이 이루어지게 되며, 이에 변속이 이루어진 회전동력은 차동기구를 포함하는 종감속 기구(8)를 통해 구동륜을 구동할 수 있도록 구성된다.

상기에서 엔진(2)으로부터 발생되는 토오크를 변환시키는 토오크 컨버터(4)는 엔진(2)의 크랭크축에 직결되어 회전하는 펌프 임펠러(10)와; 이 펌프 임펠러(10)와 대향 배치되어 분출되는 오일에 의하여 함께 회전하는 터어빈 런너(12)와; 이들 펌프 임펠러(10)와 터어빈 런너(12) 사이에 배치되어 오일의 흐름을 바꾸어 주어 펌프 임펠러(10)의 회전력을 증가시켜 주는 스테이터(14)를 포함하여 이루어진다.

이에 따라 엔진이 회전을 하면 상기 토오크 컨버터(4)내에 충진된 오일이 펌프 임펠러(10)에서 분출되어 터어빈 런너(12)로 공급되면서 터어빈 런너(12)를 구동시킨 다음 스테이터(14)로 유입된다.

또한, 상기 스테이터(14)로 유입된 오일은 그 방향을 바꾸어 다시 펌프 임펠러(10)로 유입되는 작용을 반복하게 되는데, 이때 스테이터(14)의 회전에 의하여 스테이터(14)가 분담하는 터어빈 런너(12)의 회전력과 펌프 임펠러(10)의 회전력과의 사이에 차이가 생겨 토오크 변환이 이루어지게 되는 것이다.

그리고 상기 토오크 컨버터(4)의 외주면에는 링기어(16)가 배치되어 이에 시동모터(18)의 피니언(20)이 치합되며, 이 시동모터(18)의 구동력으로 엔진(2)의 초기 시동이 이루어지게 된다.

또한, 상기 토오크 컨버터(4)의 터어빈 린너(10)에 직결되는 제1축(22)의 후단부에는 이의 제1축(22)과, 상기 링기어(16)에 기어 전동되는 제2축(24)으로부터 동력을 전달받아 변속을 행하는 주 변속기구(6)가 배치된다.

상기에서 주 변속기구(6)는 래비뉴형의 복합 유성기어셋트와 이들을 제어하여 변속이 이루어지게 하는 마찰요소를 구비하여 이루어지는데, 상기 복합 유성기어셋트는 이의 제1선기어(26)가 상기 제1축(22)상에 회전 간섭없이 배치될 수 있도록 하는 중공부재(28)상에 일체로 형성된다.

그리고 상기 제1선기어(26)에는 제1피니언(일명 숏 피니언)(30)이 치합되고, 이의 제1피니언(30)은 다시 외측으로 제2피니언(일명 롱 피니언)(32)이 치합되며, 이의 제2피니언(32) 외측에는 링기어(34)가 치합된다.

또한, 상기 제2피니언(32)은 내측으로 제2선기어(36)가 치합됨으로써, 2개의 유성기어셋트가 제2피니언(32)과 링기어(34)를 공유하면서 하나의 복합 유성기어셋트를 이루게 된다.

이러한 복합 유성기어셋트는 제1, 2선기어(26)(36)가 각각 제1, 2마찰요소(C1)(C2)를 개재시켜 제1축(22)과 연결되고, 또한, 상기 제1선기어(26)의 타측은 제2축(24)으로부터 입력되는 동력을 단속하는 제3마찰요소(C3)를 개재시켜 제2축 동력 입력기어(38)와 연결된다.

이에 따라 상기 제1, 2, 3마찰요소(C1)(C2)(C3)의 작동 제어에 따라 복합 유성기어셋트로 회전 동력이 입력되는 것이다.

그리고 상기 제1, 2피니언(30)(32)을 지지하는 유성 캐리어(40)는 제4마찰요소(B1)를 개재시켜 변속기 하우징(42)과 연결되어 이의 제4마찰요소(B1)의 작동 여부에 따라 유성캐리어(40)가 선택적인 반력요소로의 작동하게 된다.

또한, 상기 제2마찰요소(C3)와 제2선기어(36)흘 연결하는 연결부재(44)는 제5마찰요소(B2)를 기재시켜 변속기 하우징(42)과 연결되어 이의 제5마찰요소(B2)의 작동여부에 따라 제2선기어(36)가 선택적인 반력요소로 작동하게 된다.

상기에서 제1, 2, 3마찰요소(C1)(C2)(C3)는 클러치 수단으로 다판 클러치가 사용 될 수 있으며, 제4, 5마찰요소(B1)(B2)는 브레이크 수단으로 밴드 클러치가 사용될 수 있다.

상기 제2축 동력 입력기어(38)에 동력을 전달하는 제2축(24)은 그 중간부에 오일펌프(46)가 장착되어 토오크 컨버터(4)와 마찰요소들은 운용하는데 사용되는 유압을 생성하게 되며, 그 양단에는 기어(48)(50)가 장착되어 전측 기어(48)는 토오크 컨버터(4)의 링기어(16)와 치합되고, 후측 기어(50)가 제2축 동력 입력기어(38)와 치합되며, 이의 제2축(24)은 제1축(22)과는 반대방향으로 회전하게 된다.

또한, 상기 주 변속기구(6)로부터 변속이 이루어진 동력을 전달받아 최종적으로 감속을 행하는 종감속기구(8)는 링기어(34)와의 사이에 트랜스퍼 샤프트(52)를 개재시켜 연결되며, 이의 링기어(34)의 외주연에 형성되는 기어(54)와 치합되는 기어(56)와, 종감속기구(8)의 링기어(58)와 치합되는 기어(60)로 이루어진다.

그리고 상기 종감속기구(8)는 차동기구(62)를 포함하여 이루어지며, 이의 차동기구(62)는 링기어(58)로부터 입력되는 회전동력을 양 구동륜(64)에 걸리는 부하에 따라 그 조건에 알맞는 동력을 분배하게 되는 것이다.

이와 같이 이루어지는 본 발명의 기어트레인은 제2도의 마찰요소 작동표와 같이 마찰요소가 작동하면서 변속이 이루어지게 되는데, 이의 작동요소표와 제3도의 레버 해석표를 보면서 변속과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 래비뉴형의 복합 유성기어셋트를 레버방식으로 해석하기 위하여는 레버(L)상의 제1노드(N1)는 제2선기어(36), 제2노드(N2)는 유성 캐리어(40), 제3노드(N3)는 링기어(34), 제4노드(N4)는 제1선기어(26)로 설정됨을 전제한다.

이러한 점을 고려하여 전진 1속의 작동과정을 설명하면, 제1속에서는 제1, 4 마찰요소(C1)(B1)이 작동 제어된다.

그러면 엔진의(2)의 회전 동력은 제1축(22)과 제2축(24)을 통해 출력되는데, 이때 제1마찰요소(C1)이 작동되어 제1축(22)의 회전 동력이 제1선기어(26)로 입력되고, 제4마찰요소(B1)가 작동되어 유성 캐리어(40)가 반력요소가 되면서 제1속의 변속이 이루어져 링기어(54)를 통해 출력이 이루어지게 된다.

이때 제2축(24)으로 입력되는 회전동력은 제3마찰요소(C3)가 작동하지 않게 되므로 오일펌프(46)만을 구동시킬 뿐이다.

이러한 변속과정을 가시적으로 제3도를 보면서 살펴보면, 제1선기어(26)인 제4노드(N4)로 입력되는 제1입력 속도선(S1)과 반력요소로 작용하는 유성 캐리어(40)인 제2노드(N2)를 연결하는 직선(L1)을 출력요소인 제3노드(N3)와 가장 가깝게 연결하는 선이 제1속의 출력 속도선(D1)이 되는 것이다.

즉, 이는 입력 회전수 보다 출력 회전수가 아주 작아지게 되어 제1속의 변속비로 감속이 이루어짐을 알 수 있다.

상기와 같은 제1속의 상태에서 제2속으로 변속이 이루어지게 되면, 이의 1속 상태에서 제1마찰요소(C1)의 작동은 해제되고, 제3마찰요소(C3)가 작동제어된다.

그러면 주 변속기구(6)에는 제3 마찰요소 (C3)의 작동에 의하여 제2축(24)을 통해 입력이 이루어져 제1선기어(26)로 입력되고, 제4마찰요소 (b1)가 작동되어 유성 캐리어(40)가 반력요소가 되면서 제2속의 변속이 이루어져 링기어(34)를 통해 출력이 이루어진다.

이때, 제1축(22)으로 출력되는 회전동력은 제1마찰요소(C1)가 작동하지 않게 되므로 주 변속기구(6)의 변속과정에는 아무런 영향을 미치지 않게 되는 것이며, 상기 제1속과 입력 및 반력요소가 동일하므로 동일한 변속비를 가질 수 있다고 혼동할 수 있으나, 이는 제2축(24)이 토오크 컨버터(4)의 외경에 형성되는 링기어(16)로부터 동력을 전달받게 되는 바, 제2축(24)이 제1축(22)보다는 빠른 속도로 회전하면서 입력되기 때문이다.

이러한 변속과정을 가시적으로 제3도를 보면서 살펴보면, 제1선기어(26)인 제4노드(N4)로 제1입력 속도선(S1)과 제2입력 속도선(S2)를 합한 만큼의 입력이 이루어지는 상태에서 반력요소로 작용하는 유성 캐리어(40)인 제2노드(N2)를 연결하는 직선(L2)을 출력요소인 제3노드(N3)와 가장 가깝게 연결하는 선이 제2속의 출력 속도선(D2)이 되는 것이다.

즉, 이는 제1속의 상태에서 입력을 더 크게 주어 제2속의 변속이 이루어지도록 한 것이다.

상기와 같은 제2속의 상태에서 제3속으로 변속이 이루어지면, 제1마찰요소 (C1)와 제5 마찰요소 (B2)가 작동된다.

그러면 엔진의(2)의 회전 동력은 제1마찰요소 (C1)이 작동으로 제1축(22)을 통해 제1 선기어(26)로 입력되고, 제5마찰요소 (B2)가 작동되어 제2선기어(36)가 반력요소가 되면서 제3속의 변속이 이루어져 링기어(54)를 통해 출력이 이루어지게 된다.

이때 제2축(24)으로 입력되는 회전동력은 제3마찰요소(C3)가 작동하지 않게 되므로 오일펌프(46)만을 구동시킬 뿐이다.

이러한 제3속의 변속과정을 가시적으로 제3도를 보면서 살펴보면, 제1선기어(26)인 제4노드(N4)로 입력되는 제1입력 속도선(S1)과, 반력요소로 작용하는 제2선기어(36)인 제1노드(N1)를 연결하는 직선(L3)을 출력요소인 제3노드(N3)와 가장 가깝게 연결하는 선이 제3속의 출력 속도선(D3)이 되는 것이다.

상기와 같은 제3속의 상태에서 제4속으로 변속이 이루어지게 되면, 이의 3속 상태에서 제1 마찰요소 (C1)의 작동은 해제되고, 제3마찰요소(C3)가 작동 제어된다.

그러면 주 변속기구(6)에는 제3마찰요소(C3)의 작동에 의하여 제2 축(24)을 통해 입력이 이루어져 제1선기어(26)로 입력되고, 제5마찰요소(B2)가 작동되어 제2 선기어(36)가 반력요소가 되면서 제3속의 변속이 이루어져 링기어(34)를 통해 출력이 이루어진다.

이러한 제4속의 변속과정을 가시적으로 제3도를 보면서 살펴보면, 제1선기어(26)인 제4노드(N2)로 제1입력 속도선(S1)과 제2입력 속도선(S2)를 합한 만큼의 입력이 이루어지는 상태에서 반력요소로 작용하는 제2선기어(36)인 제1노드(N1)를 연결하는 직선(L4)을 출력요소인 제3노드(N3)와 가장 가깝게 연결하는 선이 제4속의 출력 속도선(D4)이 되는 것이다.

상기와 같은 제4속의 상태에서 제5속으로 변속이 이루어지게 되면, 제4속에서 작동하던 제3, 5마찰요소(C3)(B2)의 작동을 해제하고, 제1, 2마찰요소(C1)(C2)를 작동 제어한다.

그러면 제1축(22)의 회전 동력이 제1, 2선기어(26)(36)을 통해 동시에 입력이 이루어지게 되는 바, 유성기어셋트가 록킹이 되면서 직결되어 제5속의 변속이 이루어지게 되는 것이다.

이러한 제5속의 변속과정을 가시적으로 제3도를 보면서 살펴보면, 제1선기어(26)인 제4노드(N4)로 제1입력 속도선(S1)과, 또 다른 입력요소로 작용하는 제2선기어(36)인 제1노드(N1)의 입력 속도선(S3)를 연결하는 직선(L5)을 출력요소인 제3노드(N3)와 가장 가깝게 연결하는 선이 제5속의 출력 속도선(D5)이 되는 것이다.

상기와 같이 전진 5속의 변속이 이루어지는 과정은 결과적으로 제1속과 제2속, 제3속과 제4속에서 동일 작동요소를 갖고 있으나, 제1속과 제3속에서는 제1축(22)의 회전동력이 입력되고, 제2속과 제4속에서는 상기 제1축(22) 보다 회전속도가 빠른 제2축(24)의 회전동력이 입력되면서 전진 5속까지의 변속을 이루어질 수 있는 것이다.

그리고 후진에서는 제2마찰요소(C2)와 제4마찰요소(B1)가 작동 제어되어 제1축(22)의 회전 동력이 제2선기어(36)로 입력되고, 제4마찰요소(B1)의 작동으로 유성 캐리어(40)가 반력요소로 작용하면서 후진 변속이 이루어지게 된다.

즉, 제3도에서와 같이, 제2선기어(36)인 제1노드(N1)의 제3입력 속도선(S3)과, 반력요소로 작용하는 유성 캐리어(40)인 제2노드(N2)를 연결하는 직선(L5)을 출력요소인 제3노드(N3)와 가장 가깝게 연결하는 선이 후진 출력 속도선(R)이 되는 것이다.

상기에서 후진 출력 속도선(R)이 레버(L)의 하측으로 위치하게 되는 바, 후진이 이루어짐을 명확히 알 수 있게 된다.

상기와 같은 과정으로 변속이 이루어진 회전동력은 트랜스퍼 샤프트(52)를 종감속 기구(8)로 입력되어 차동기구(62)를 통해 구동륜(64)을 시켜 차량의 전, 후 주행이 가능하도록 하는 것이다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 토오크 컨버터에 장착되어 있는 엔진 시동용 링기어를 이용하여 오일펌프를 구동하고, 이의 동력을 주 변속기구에 합류시켜 전진 5속과 후진 1속의 변속비를 얻을 수 있게 되는 것이다.

그리고 1개의 유성기어셋트를 이용하여 전진 5속과 후진 1속의 변속비를 얻을 수 있게 되는 바, 자동 변속기의 전체 길이를 유성기어셋트를 적어도 2개 이상 사용하는 종래 자동변속기 보다 크게 줄일 수 있게 된다.

또한, 오일펌프를 또 다른 축에 의하여 구동되도록 함으로써, 그의 설치공간을 확보하는데 큰 어려움이 없는 잇점이 있다.

Claims (1)

1. 엔진으로부터 동력을 전달받아 토오크 변환시키는 토오크 컨버터와; 상기 토오크 컨버터의 출력측단에 직결되어 동력을 전달받고, 또한, 상기 토오크 컨버터의 외주연에 장착되는 링기어로부터 기어전동으로 동력을 전달받을 수 있도록 배치되는 제1, 2축과; 상기 제1축상에 회전 간섭없이 배치될 수 있도록 하는 중공부재상에 일체로 형성되는 제1선기어와, 상기 제1선기어의 외측으로 치합되는 제1피니언과, 상기 제1피니언 외측에 치합됨과 동시에 제2선기어와 치합되는 제2피니언과, 상기 제2피니언의 외측으로 치합되는 링기어로 이루어지는 복합유성기어 셋트와; 상기 제1, 2선기어에 제1축의 동력이 입력되는 것을 각각 단속하는 제1, 2마찰요소와; 상기 제1선기어에 제2축의 동력이 입력되는 것을 단속하는 제3마찰요소; 상기 제1, 2피니언을 지지하는 유성 캐리어 및 상기 제2 마찰요소와 제2선기어를 연결하는 연결부재를 변속기 하우징에 연결하는데 각각 개재되어 이들이 반력요소로 작용할 수 있도록 하는 제4, 5 마찰요소를 포함하는 주 변속기구와; 상기 주 변속기구로부터 출력되는 동력을 트랜스퍼 샤프트를 통해 전달받아 종감속시키는 종감속기구; 를 포함하며, 그리고 상기 제2축에는 오일펌프가 장착되고, 그 양단에 기어가 장착되어 전측 기어는 토오크 컨버터의 링기어와 치합되고, 후측 기어는 제2축 동력 입력기어와 치합되는 차량용 5속 자동 변속기의 기어 트레인.