KR101807138B1

KR101807138B1 - 차량용 자동변속기의 유성기어트레인

Info

Publication number: KR101807138B1
Application number: KR1020160028485A
Authority: KR
Inventors: 김종수; 김진석; 국재창; 황동환; 황성욱; 장우진; 지성욱; 김천옥; 조원민; 권현식; 박종술; 이경훈; 김태환
Original assignee: 현대자동차 주식회사
Priority date: 2016-03-09
Filing date: 2016-03-09
Publication date: 2017-12-07
Anticipated expiration: 2036-03-09
Also published as: CN107178587A; US9822850B2; US20170261071A1; KR20170105360A; CN107178587B

Abstract

차량용 자동변속기의 유성기어트레인이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 자동변속기의 유성기어트레인은 엔진의 동력을 전달받는 입력축; 동력을 출력하는 출력축; 제1, 제2, 제3 회전요소를 보유하는 제1 유성기어세트; 제4, 제5, 제6 회전요소를 보유하는 제2 유성기어세트; 제7, 제8, 제9 회전요소를 보유하는 제3 유성기어세트; 제10, 제11, 제12 회전요소를 보유하는 제4 유성기어세트; 상기 제1 회전요소에 연결되는 제1축; 상기 제2 회전요소와 제4 회전요소를 연결하며, 상기 입력축에 직접 연결되는 제2축; 상기 제3 회전요소와 제10 회전요소를 연결하는 제3축; 상기 제5 회전요소와 제9 회전요소를 연결하는 제4축; 상기 제6 회전요소에 연결되며, 상기 제3축과 선택적으로 연결되는 제5축; 상기 제7 회전요소와 제12 회전요소를 연결하는 제6축; 및 상기 제8 회전요소에 연결되며, 상기 제3축과 선택적으로 연결되는 제7축을 포함한다.

Description

차량용 자동변속기의 유성기어트레인{PLANETARY GEAR TRAIN OF AUTOMATIC TRANSMISSION FOR VEHICLES}

본 발명은 차량용 자동변속기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 최소한의 구성으로 전진 10속을 구현하면서 변속비(또는 기어비) 폭 을 증대시켜 동력 전달 성능과 연비를 향상시키고, 변속단 단간비의 선형성을 확보할 수 있는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인에 관한 것이다.

일반적으로 자동변속기 분야에서, 다단화는 차량의 연비 향상과 운전성을 극대화하기 위한 기술로 연구가 이루어지고 있다.

이러한 자동변속기의 다단화는 엔진의 다운사이징(downsizing)에 따른 동력 성능 및 운전 효율의 극대화를 위해서도 필요하며, 특히, 자동변속기 분야의 경쟁력 확보를 위해서도 변속 전후의 가속도, 및 엔진 속도의 리듬감 등, 운전성에 매우 밀접한 지표로 사용되는 단간비의 선형성이 우수한 고효율 다단 변속기 구조의 개발이 절실히 요구된다.

그런데 자동변속기는 변속단이 증가하면 할수록 구성 부품수가 증가되어 탑재성 및 원가, 중량, 전달 효율 등이 오히려 악화될 수 있다.

따라서 다단화를 통한 연비 개선효과를 증대시키기 위해서는 적은 부품수로 최대한의 동력 효율을 이끌어 낼 수 있는 유성기어트레인의 개발이 중요하다고 할 수 있다.

이러한 측면에서 최근에는 8속 자동변속기가 구현하고 있는 추세이며, 그 이상의 변속단을 구현할 수 있는 유성기어트레인의 연구 개발도 활발하게 진행되고 있다.

그러나 최근 8속 자동변속기의 경우, 변속단 단간비의 선형성 확보를 위해 중요한 인자인 변속비 폭 (Span)이 6.5 ~ 7.5로 낮은 수준으로 유지되고 있기 때문에, 엔진을 소형화하기에는 동력 성능 및 연비 향상 효과가 크지 않다.

또한, 8속 자동변속기는 변속비 폭을 9.0 이상의 수준으로 증대하는 경우에도 변속단 단간비의 선형성을 확보하기에는 불리하여 엔진의 운전 효율 및 차량의 운전성이 저하되므로 적어도 9속 이상의 고효율 자동 변속기의 개발이 요구된다.

본 발명의 실시 예는 최소한의 구성으로 전진 10속 및 후진 1속의 변속단을 구현하면서 변속비 폭을 증대시켜 엔진의 동력 전달 성능 및 연비를 향상시키고, 변속단 단간비의 선형성을 확보할 수 있는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 실시 예는 고단의 전진 변속단 주행 시, 각 유성기어세트 중, 정지된 상태에서 부하를 받는 유성캐리어가 없도록 하여 피니언 샤프트의 내구성능을 유지할 수 있도록 하는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인을 제공하고자 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 엔진의 동력을 전달받는 입력축; 동력을 출력하는 출력축; 제1, 제2, 제3 회전요소를 보유하는 제1 유성기어세트; 제4, 제5, 제6 회전요소를 보유하는 제2 유성기어세트; 제7, 제8, 제9 회전요소를 보유하는 제3 유성기어세트; 제10, 제11, 제12 회전요소를 보유하는 제4 유성기어세트; 상기 제1 회전요소에 연결되는 제1축; 상기 제2 회전요소와 제4 회전요소를 연결하며, 상기 입력축에 직접 연결되는 제2축; 상기 제3 회전요소와 제10 회전요소를 연결하는 제3축; 상기 제5 회전요소와 제9 회전요소를 연결하는 제4축; 상기 제6 회전요소에 연결되며, 상기 제3축과 선택적으로 연결되는 제5축; 상기 제7 회전요소와 제12 회전요소를 연결하는 제6축; 및 상기 제8 회전요소에 연결되며, 상기 제3축과 선택적으로 연결되는 제7축을 포함하는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인이 제공될 수 있다.

또한, 상기 제1축, 제6축, 제7축은 각각 변속기 하우징에 선택적으로 연결되며, 상기 유성기어트레인은 상기 제11 회전요소에 연결되며, 상기 출력축에 직접 연결되고, 상기 제7축이 변속기 하우징에 연결되지 않은 상태로, 상기 제7축과 선택적으로 연결되는 제8축을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 유성기어세트의 제1, 제2, 제3 회전요소는 각각 제1 선기어, 제1 유성캐리어, 제1 링기어이고, 상기 제2 유성기어세트의 제4, 제5, 제6 회전요소는 각각 제2 선기어, 제2 유성캐리어, 제2 링기어이고, 상기 제3 유성기어세트의 제7, 제8, 제9 회전요소는 각각 제3 선기어, 제3 유성캐리어, 제3 링기어이고, 상기 제4 유성기어세트의 제10, 제11, 제12 회전요소는 각각 제4 선기어, 제4 유성캐리어, 제4 링기어일 수 있다.

또한, 제1, 제2, 제3, 제4 유성기어세트는 엔진 측으로부터 제1 유성기어세트, 제2 유성기어세트, 제3 유성기어세트, 제4 유성기어세트 순서로 배치될 수 있다.

또한, 상기 제2 유성기어세트는 상기 제4, 제5, 제6 회전요소 중, 2개의 회전요소를 선택적으로 연결하여 모든 회전요소가 일체로 회전되도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 제7축과 상기 제8축을 선택적으로 연결하는 제1 클러치; 상기 제2축과 상기 제5축을 선택적으로 연결하는 제2 클러치; 상기 제3축과 상기 제5축을 선택적으로 연결하는 제3 클러치; 상기 제3축과 상기 제7축을 선택적으로 연결하는 제4 클러치; 상기 제6축을 상기 변속기 하우징에 선택적으로 연결하는 제1 브레이크; 상기 제1축을 상기 변속기 하우징에 선택적으로 연결하는 제2 브레이크; 및 상기 제7축을 상기 변속기 하우징에 선택적으로 연결하는 제3 브레이크를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제7축과 상기 제8축을 선택적으로 연결하는 제1 클러치; 상기 제2축과 상기 제4축을 선택적으로 연결하는 제2 클러치; 상기 제3축과 상기 제5축을 선택적으로 연결하는 제3 클러치; 상기 제3축과 상기 제7축을 선택적으로 연결하는 제4 클러치; 상기 제6축을 상기 변속기 하우징에 선택적으로 연결하는 제1 브레이크; 상기 제1축을 상기 변속기 하우징에 선택적으로 연결하는 제2 브레이크; 및 상기 제7축을 상기 변속기 하우징에 선택적으로 연결하는 제3 브레이크를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제7축과 상기 제8축을 선택적으로 연결하는 제1 클러치; 상기 제4축과 상기 제5축을 선택적으로 연결하는 제2 클러치; 상기 제3축과 상기 제5축을 선택적으로 연결하는 제3 클러치; 상기 제3축과 상기 제7축을 선택적으로 연결하는 제4 클러치; 상기 제6축을 상기 변속기 하우징에 선택적으로 연결하는 제1 브레이크; 상기 제1축을 상기 변속기 하우징에 선택적으로 연결하는 제2 브레이크; 및 상기 제7축을 상기 변속기 하우징에 선택적으로 연결하는 제3 브레이크를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예는 단순 유성기어세트로 이루어지는 4개의 유성기어세트를 7개의 제어요소로 조합하여 전진 10속의 변속단 및 후진 1속의 변속단을 구현할 수 있다.

또한, 변속비 폭을 10.0 이상 확보하여 엔진 운전 효율을 극대화할 수 있으며, 다단화에 따라 변속단 단간비의 선형성을 확보할 수 있어 변속 전후 가속도, 및 엔진 속도 리듬감 등의 운전성을 향상시킬 수 있다.

또한, 오버드라이브(overdrive)로 운전되는 고단의 전진 변속단 주행 시, 4개의 유성기어세트 중에 정지된 상태에서 부하를 받는 유성캐리어가 없도록 하여 원활한 윤활을 통해 피니언 기어와 연결되는 피니언 샤프트의 내구성능을 유지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유성기어트레인의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유성기어트레인에 적용되는 제어요소의 변속단별 작동표이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 유성기어트레인의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 유성기어트레인의 구성도이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 통하여 상세하게 설명한다.

단, 본 발명의 실시 예를 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하여 설명한다.

하기의 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일하여 이를 구분하기 위한 것으로, 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인은 동일 축선상에 배치되는 제1, 제2, 제3, 제4 유성기어세트(PG1)(PG2)(PG3)(PG4), 입력축(IS), 출력축(OS), 상기 제1, 제2, 제3, 제4 유성기어세트(PG1)(PG2)(PG3)(PG4)의 각 회전요소를 연결하는 8개의 축(TM1 ~ TM8), 제어요소인 4개의 클러치(C1 ~ C4)와 3개의 브레이크(B1 ~ B3), 및 변속기 하우징(H)을 구비한다.

그리고 상기 입력축(IS)으로부터 입력되는 엔진으로부터의 회전동력이 상기 제1, 제2, 제3, 제4 유성기어세트(PG1)(PG2)(PG3)(PG4)의 상호 보완작동에 의해 변속되어 출력축(OS)을 통해 출력된다.

여기서, 각 유성기어세트는 엔진 측으로부터 제1, 제2, 제3, 제4 유성기어세트(PG1)(PG2)(PG3)(PG4)의 순서로 배치된다.

상기 입력축(IS)은 입력부재로서, 엔진의 크랭크 샤프트로부터의 회전동력이 토크 컨버터를 통해 토크 변환이 이루어져 입력될 수 있다.

상기 출력축(OS)은 출력부재로서, 상기 입력축(IS)과 동일 축선상으로 배치되어 변속된 구동력을 차동장치를 통해 구동축으로 전달될 수 있다.

상기 제1 유성기어세트(PG1)는 싱글 피니언 유성기어세트로서, 제1 회전요소(N1)인 제1 선기어(S1)와, 상기 제1 회전요소(N1)인 제1 선기어(S1)와 외접으로 치합되는 제1 피니언 기어(P1)를 회전 지지하는 제2 회전요소(N2)인 제1 유성 캐리어(PC1)와, 상기 제1 피니언 기어(P1)와 내접으로 치합되는 제3 회전요소(N3)인 제1 링기어(R1)를 포함한다.

상기 제2 유성기어세트(PG2)는 싱글 피니언 유성기어세트로서, 제4 회전요소(N4)인 제2 선기어(S2)와, 상기 제4 회전요소(N4)인 제2 선기어(S2)와 외접으로 치합되는 제2 피니언 기어(P2)를 회전 지지하는 제5 회전요소(N4)인 제2 유성 캐리어(PC2)와, 상기 제2 피니언 기어(P2)와 내접으로 치합되는 제6 회전요소(N6)인 제2 링기어(R2)를 포함한다.

상기 제3 유성기어세트(PG3)는 싱글 피니언 유성기어세트로서, 제7 회전요소(N7)인 제3 선기어(S3)와, 상기 제7 회전요소(N7)인 제3 선기어(S3)와 외접으로 치합되는 제3 피니언 기어(P3)를 회전 지지하는 제8 회전요소(N8)인 제3 유성 캐리어(PC3)와, 상기 제3 피니언 기어(P3)와 내접으로 치합되는 제9 회전요소(N9)인 제3 링기어(R3)를 포함한다.

상기 제4 유성기어세트(PG4)는 싱글 피니언 유성기어세트로서, 제10 회전요소(N10)인 제4 선기어(S4)와, 상기 제10 회전요소(N10)인 제4 선기어(S4)와 외접으로 치합되는 제4 피니언 기어(P4)를 회전 지지하는 제11 회전요소(N11)인 제4 유성 캐리어(PC4)와, 상기 제4 피니언 기어(P4)와 내접으로 치합되는 제12 회전요소(N12)인 제4 링기어(R4)를 포함한다.

이러한 제1, 제2, 제3, 제4 유성기어세트(PG1)(PG2)(PG3)(PG4)는 상기 8개의 축(TM1 ~ TM8) 중에서, 4개의 축에 의해 제2 회전요소(N2)와 제4 회전요소(N4)가 상호 직접 연결되고, 제3 회전요소(N3)와 제10 회전요소(N10)가 상호 직접 연결되고, 제5 회전요소(N5)와 제9 회전요소(N9)가 상호 직접 연결되고, 제7 회전요소(N7)와 제12 회전요소(N12)가 상호 직접 연결된다.

상기 8개의 축(TM1 ~ TM8)의 구성을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

단, 상기 8개의 축(TM1 ~ TM8)은 상기 유성기어세트들(PG1)(PG2)(PG3)(PG4)의 회전요소 중, 복수의 회전요소를 직접 연결하거나, 선택적으로 연결하기 위해 연결된 회전요소와 함께 회전하면서 동력을 전달하는 회전부재일 수 있으며, 상기 회전요소를 변속기 하우징(H)에 직접 연결하여 고정하는 고정부재일 수 있다.

상기 제1축(TM1)은 제1 회전요소{N1; 제1 선기어(S1)}에 연결되며, 상기 변속기 하우징(H)에 선택적으로 연결된다.

상기 제2축(TM2)은 제2 회전요소{N2: 제1 유성캐리어(PC1)}와 제4 회전요소{N4; 제2 선기어(S2)}를 직접 연결하며, 상기 입력축(IS)에 직접 연결되어 항상 입력요소로 작동된다.

상기 제3축(TM3)은 제3 회전요소{N3: 제1 링기어(R1)}와 제10 회전요소{N10; 제4 선기어(S4)}를 직접 연결한다.

상기 제4축(TM4)은 제5 회전요소{N5; 제2 유성캐리어(PC2)}와 제9 회전요소{N9: 제3 링기어(R3)}를 직접 연결한다.

상기 제5축(TM5)은 제6 회전요소{N6: 제2 링기어(R2)}에 연결되며, 상기 제2축(TM2)과 제3축(TM3)에 각각 선택적으로 연결된다.

상기 제6축(TM6)은 제7 회전요소{N7; 제3 선기어(S3)}와 제12 회전요소{N12; 제4 링기어(R4)}를 직접 연결하며, 상기 변속기 하우징(H)에 선택적으로 연결된다.

상기 제7축(TM7)은 제8 회전요소{N8; 제3 유성캐리어(PC3)}에 연결되며, 상기 제3축(TM3)과 선택적으로 연결되거나 상기 변속기 하우징(H)에 선택적으로 연결된다.

상기 제8축(TM8)은 제11 회전요소{N11; 제4 유성캐리어(PC4)}에 연결되며, 상기 제7축(TM7)과 선택적으로 연결되면서 상기 출력축(OS)에 직접 연결되어 항상 출력요소로 작동된다.

그리고 상기 8개의 축(TM1 ~ TM8) 중에서, 상기 입력축(IS)과 출력축(OS)을 포함하여 축끼리 상호 선택적으로 연결되는 부분에는 4개의 클러치(C1)(C2)(C3)(C4)가 배치된다.

또한, 상기 8개의 축(TM1 ~ TM8) 중에서, 축과 변속기 하우징(H)이 선택적으로 연결되는 부분에는 3개의 브레이크(B1)(B2)(B3)가 배치된다.

즉, 상기 4개의 클러치(C1 ~ C4)와 3개의 브레이크(B1 ~ B3)의 배치 위치를 살펴보면, 다음과 같다.

상기 제1 클러치(C1)는 제7축(TM7)과 제8축(TM8) 사이에 배치되어 제7축(TM7)과 제8축(TM8)을 선택적으로 연결하여 동력 전달되도록 한다.

상기 제2 클러치(C2)는 제2축(TM2)과 제5축(TM5) 사이에 배치되어 제2축(TM2)과 제5축(TM5)을 선택적으로 연결하여 동력 전달되도록 한다.

상기 제3 클러치(C3)는 제3축(TM3)과 제5축(TM5) 사이에 배치되어 제3축(TM3)과 제5축(TM5)을 선택적으로 연결하여 동력 전달되도록 한다.

상기 제4 클러치(C4)는 제3축(TM3)과 제7축(TM7) 사이에 배치되어 제3축(TM3)과 제7축(TM7)을 선택적으로 연결하여 동력 전달되도록 한다.

상기 제1 브레이크(B1)는 제6축(TM6)과 변속기 하우징(H) 사이에 배치되어 제6축(TM6)을 변속기 하우징(H)에 선택적으로 연결하여 고정한다.

상기 제2 브레이크(B2)는 제1축(TM1)과 변속기 하우징(H) 사이에 배치되어 제1축(TM1)을 변속기 하우징(H)에 선택적으로 연결하여 고정한다.

상기 제3 브레이크(B3)는 제7축(TM7)과 변속기 하우징(H) 사이에 배치되어 제7축(TM7)을 변속기 하우징(H)에 선택적으로 연결하여 고정한다.

상기에서 제2 클러치(C2)는 상기 제2 유성기어세트(PG2)의 제4, 제5, 제6 회전요소(N4)(N5)(N6) 중, 2개의 회전요소를 선택적으로 연결하여 모든 회전요소가 일체로 회전되도록 하는 일체화 수단의 기능을 가지며, 제2, 제4, 제5축(TM2)(TM4)(TM5) 중, 2개의 축을 선택적으로 연결함으로써, 제2 유성기어세트(PG2)가 록킹되어 일체로 회전할 수 있도록 한다.

단, 본 발명의 제1 실시 예에서는 상기 제2 클러치(C2)가 상기 제2 유성기어세트(PG2)의 제4, 제5, 제6 회전요소(N4)(N5)(N6) 중, 제4, 제6 회전요소(N4)(N6)를 연결하여 유성기어세트를 일체화하도록 제2축(TM2)과 제5축(TM5)을 선택적으로 연결하는 위치에 구성된다.

상기에서 제1, 제2, 제3, 제4 클러치(C1)(C2)(C3)(C4)와 제1, 제2, 제3 브레이크(B1)(B2)(B3)로 이루어지는 각 제어요소는 유압에 의하여 마찰 결합되는 다판식 유압마찰결합유닛으로 이루어질 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인에 적용되는 각 제어요소의 각 변속단별 작동표이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인은 각 변속단에서, 제어요소인 제1, 제2, 제3, 제4 클러치(C1)(C2)(C3)(C4)와 제1, 제2, 제3 브레이크(B1)(B2)(B3) 중, 3개가 작동하면서 하나의 후진속과 전진 10속까지의 변속이 이루어지며, 변속과정을 살펴보면 다음과 같다.

전진 1속 변속단(D1)에서는 제1 브레이크(B1)와 제2, 제4 클러치(C2)(C4)가 동시에 작동된다.

이에 따라, 제2축(TM2)과 제5축(TM5)이 제2 클러치(C2)의 작동에 의해 상호 연결되고, 제3축(TM3)과 제7축(TM7)이 제4 클러치(C4)의 작동에 의해 상호 연결된 상태에서, 제2축(TM2)으로 입력이 이루어지고, 제6축(TM6)이 제1 브레이크(B1)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서 전진 1속의 변속이 이루어지고, 제8축(TM8)과 연결된 출력축(OS)으로 출력된다.

전진 2속 변속단(D2)에서는 제1 브레이크(B1)와 제2, 제3 클러치(C2)(C3)가 동시에 작동된다.

이에 따라, 제2축(TM2)과 제5축(TM5)이 제2 클러치(C2)의 작동에 의해 상호 연결되고, 제3축(TM3)과 제5축(TM5)이 제3 클러치(C3)의 작동에 의해 상호 연결된 상태에서, 제2축(TM2)으로 입력이 이루어지고, 제6축(TM6)이 제1 브레이크(B1)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서 전진 2속의 변속이 이루어지고, 제8축(TM8)과 연결된 출력축(OS)으로 출력된다.

전진 3속 변속단(D3)에서는 제1, 제2 브레이크(B1)(B2)와 제2 클러치(C2)가 동시에 작동된다.

이에 따라, 제2축(TM2)과 제5축(TM5)이 제2 클러치(C2)의 작동에 의해 상호 연결된 상태에서, 제2축(TM2)으로 입력이 이루어지고, 제6축(TM6), 제1축(TM1)이 제1, 제2 브레이크(B1)(B2)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서 전진 3속의 변속이 이루어지고, 제8축(TM8)과 연결된 출력축(OS)으로 출력된다.

전진 4속 변속단(D4)에서는 제1 브레이크(B1)와 제1, 제2 클러치(C1)(C2) 동시에 작동된다.

이에 따라, 제7축(TM7)과 제8축(TM8)이 제1 클러치(C1)의 작동에 의해 상호 연결되고, 제2축(TM2)과 제5축(TM5)이 제2 클러치(C2)의 작동에 의해 상호 연결된 상태에서, 제2축(TM2)으로 입력이 이루어지고, 제6축(TM6)이 제1 브레이크(B1)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서 전진 4속의 변속이 이루어지고, 제8축(TM8)과 연결된 출력축(OS)으로 출력된다.

전진 5속 변속단(D5)에서는 제2 브레이크(B2)와 제1, 제2 클러치(C1)(C2)가 동시에 작동된다.

이에 따라, 제7축(TM7)과 제8축(TM8)이 제1 클러치(C1)의 작동에 의해 상호 연결되고, 제2축(TM2)과 제5축(TM5)이 제2 클러치(C2)의 작동에 의해 상호 연결된 상태에서, 제2축(TM2)으로 입력이 이루어지고, 제1축(TM1)이 제2 브레이크(B2)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서 전진 5속의 변속이 이루어지고, 제8축(TM8)과 연결된 출력축(OS)으로 출력된다.

전진 6속 변속단(D6)에서는 제1, 제2, 제3 클러치(C1)(C2)(C3)가 동시에 작동된다.

이에 따라, 제7축(TM7)과 제8축(TM8)이 제1 클러치(C1)의 작동에 의해 상호 연결되고, 제2축(TM2)과 제5축(TM5)이 제2 클러치(C2)의 작동에 의해 상호 연결되고, 제3축(TM3)과 제5축(TM5)이 제3 클러치(C3)의 작동에 의해 상호 연결된 상태에서, 전체 유성기어세트가 일체화되어 하나로 회전하는 상태가 되며, 제2축(TM2)으로 입력이 이루어지면, 입력 그대로 출력되는 전진 6속의 변속이 이루어져 제8축(TM8)과 연결된 출력축(OS)으로 출력된다.

전진 7속 변속단(D7)에서는 제2 브레이크(B2)와 제1, 제3 클러치(C1)(C3)가 동시7에 작동된다.

이에 따라, 제7축(TM7)과 제8축(TM8)이 제1 클러치(C1)의 작동에 의해 상호 연결되고, 제3축(TM3)과 제5축(TM5)이 제3 클러치(C3)의 작동에 의해 상호 연결된 상태에서, 제2축(TM2)으로 입력이 이루어지고, 제1축(TM1)이 제2 브레이크(B2)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서 전진 7속의 변속이 이루어지고, 제8축(TM8)과 연결된 출력축(OS)으로 출력된다.

전진 8속 변속단(D8)에서는 제2 브레이크(B2)와 제1, 제4 클러치(C1)(C4)가 동시에 작동된다.

이에 따라, 제7축(TM7)과 제8축(TM8)이 제1 클러치(C1)의 작동에 의해 상호 연결되고, 제3축(TM3)과 제7축(TM7)이 제4 클러치(C4)의 작동에 의해 상호 연결된 상태에서, 제2축(TM2)으로 입력이 이루어지고, 제1축(TM1)이 제2 브레이크(B2)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서 전진 8속의 변속이 이루어지고, 제8축(TM8)과 연결된 출력축(OS)으로 출력된다.

전진 9속 변속단(D9)에서는 제2 브레이크(B2)와 제3, 제4 클러치(C3)(C4)가 동시에 작동된다.

이에 따라, 제3축(TM3)과 제5축(TM5)이 제3 클러치(C3)의 작동에 의해 상호 연결되고, 제3축(TM3)과 제7축(TM7)이 제4 클러치(C4)의 작동에 의해 상호 연결된 상태에서, 제2축(TM2)으로 입력이 이루어지고, 제1축(TM1)이 제2 브레이크(B2)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서 전진 9속의 변속이 이루어지고, 제8축(TM8)과 연결된 출력축(OS)으로 출력된다.

전진 10속 변속단(D10)에서는 제2 브레이크(B2)와 제2, 제4 클러치(C2)(C4)가 동시에 작동된다.

이에 따라, 제2축(TM2)과 제5축(TM5)이 제2 클러치(C2)의 작동에 의해 상호 연결되고, 제3축(TM3)과 제7축(TM7)이 제4 클러치(C4)의 작동에 의해 상호 연결된 상태에서, 제2축(TM2)으로 입력이 이루어지고, 제1축(TM1)이 제2 브레이크(B2)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서 전진 10속의 변속이 이루어지고, 제8축(TM8)과 연결된 출력축(OS)으로 출력된다.

후진 변속단(REV)에서는 제1, 제3 브레이크(B1)(B3)와 제3 클러치(C3)가 동시에 작동된다.

이에 따라, 제3축(TM3)과 제5축(TM5)이 제3 클러치(C3)의 작동에 의해 상호 연결된 상태에서, 제2축(TM2)으로 입력이 이루어지고, 제6축(TM6), 제7축(TM7)이 제1, 제3 브레이크(B1)(B3)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서 후진 변속이 이루어지고, 제8축(TM8)과 연결된 출력축(OS)으로 역회전 출력이 이루어진다.

도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 유성기어트레인의 구성도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유성기어트레인에서는 도 1과 같이, 제2 유성기어세트(PG2)의 일체화 수단인 제2 클러치(C2)를 제2축(TM2)와 제5축(TM5) 사이에 배치하고 있으나, 제2 실시 예에 따른 유성기어트레인에서는 제2 클러치(C2)를 제2축(TM2)과 제4축(TM4) 사이에 배치한 차이점이 있다.

이에 따라, 상기 제2 실시 예는 제1 실시 예에 따른 유성기어트레인과 비교하여 제2 클러치(C2)의 배치 위치만 다를 뿐, 그 작동 및 효과는 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

도 4는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 유성기어트레인의 구성도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유성기어트레인에서는 도 1과 같이, 제2 유성기어세트(PG2)의 일체화 수단인 제2 클러치(C2)를 제2축(TM2)와 제5축(TM5) 사이에 배치하고 있으나, 제3 실시 예에 따른 유성기어트레인에서는 제2 클러치(C2)를 제4축(TM4)과 제5축(TM5) 사이에 배치한 차이점이 있다.

이에 따라, 상기 제3 실시 예는 제1 실시 예에 따른 유성기어트레인과 비교하여 제2 클러치(C2)의 배치 위치만 다를 뿐, 그 작동 및 효과는 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

상기와 같이 본 발명의 제1 내지 제3 실시 예에 따른 유성기어트레인은 4개의 유성기어세트(PG1)(PG2)(PG3)(PG4)를 4개의 클러치(C1)(C2)(C3)(C4)와 3개의 브레이크(B1)(B2)(B3)의 작동 제어를 통하여 전진 10속 및 후진 1속의 변속단을 실현할 수 있다.

또한, 변속비 폭이 10.0 이상 확보되므로 엔진 운전 효율을 극대화할 수 있다.

또한, 고효율 다단화에 따라 변속단 단간비의 선형성을 확보함으로써, 변속 전후 가속도, 및 엔진 속도 리듬감 등의 운전성을 향상시킬 수 있다.

또한, 오버드라이브(overdrive)로 운전되는 고단(전진 7속 변속단 이상)의 전진 변속단 주행 시, 4개의 유성기어세트 중에 정지된 상태에서 부하를 받는 유성캐리어가 없도록 하여 원활한 윤활을 통해 피니언 기어와 연결되는 피니언 샤프트의 내구성능을 유지할 수 있다.

이상으로 본 발명의 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

B1,B2,B3... 제1, 제2, 제3 브레이크
C1,C2,C3,C4... 제1, 제2, 제3, 제4 클러치
PG1,PG2,PG3,PG4... 제1, 제2, 제3, 제4 유성기어세트
S1,S2,S3,S4... 제1, 제2, 제3, 제4 선기어
PC1,PC2,PC3,PC4... 제1, 제2, 제3, 제4 유성캐리어
R1,R2,R3,R4... 제1, 제2, 제3, 제4 링기어
IS... 입력축
OS... 출력축
TM1,TM2,TM3,TM4,TM5,TM6,TM7,TM8...제1,제2,제3,제4,제5,제6,제7,제8축

Claims

엔진의 동력을 전달받는 입력축;
동력을 출력하는 출력축;
제1, 제2, 제3 회전요소를 보유하는 제1 유성기어세트;
제4, 제5, 제6 회전요소를 보유하는 제2 유성기어세트;
제7, 제8, 제9 회전요소를 보유하는 제3 유성기어세트;
제10, 제11, 제12 회전요소를 보유하는 제4 유성기어세트;
상기 제1 회전요소와 고정 연결되고, 제어요소에 의해 변속기 하우징에 선택적으로 연결되는 제1축;
상기 제2 회전요소와 상기 제4 회전요소와 고정 연결되며, 상기 입력축과 고정 연결되는 제2축;
상기 제3 회전요소와 상기 제10 회전요소와 고정 연결되는 제3축;
상기 제5 회전요소와 상기 제9 회전요소와 고정 연결되는 제4축;
상기 제6 회전요소와 고정 연결되며, 제어요소에 의해 상기 제3축과 선택적으로 연결되는 제5축;
상기 제7 회전요소와 상기 제12 회전요소와 고정 연결되고, 제어요소에 의해 변속기 하우징에 선택적으로 연결되는 제6축; 및
상기 제8 회전요소와 고정 연결되며, 제어요소에 의해 상기 제3축과 선택적으로 연결되고, 제어요소에 의해 변속기 하우징에 선택적으로 연결되는 제7축;
상기 제11 회전요소와 고정 연결되며, 상기 출력축과 고정 연결되고, 제어요소에 의해 상기 제7축과 선택적으로 연결되는 제8축을 포함하며,
상기 제2 유성기어세트는 상기 제4, 제5, 제6 회전요소 중, 2개의 회전요소가 제어요소에 의해 선택적으로 연결되어 상기 제4, 제5, 제6 회전요소가 하나로 회전되도록 구성되는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1 유성기어세트의 제1, 제2, 제3 회전요소는 각각 제1 선기어, 제1 유성캐리어, 제1 링기어이고,
상기 제2 유성기어세트의 제4, 제5, 제6 회전요소는 각각 제2 선기어, 제2 유성캐리어, 제2 링기어이고,
상기 제3 유성기어세트의 제7, 제8, 제9 회전요소는 각각 제3 선기어, 제3 유성캐리어, 제3링기어이고,
상기 제4 유성기어세트의 제10, 제11, 제12 회전요소는 각각 제4 선기어, 제4 유성캐리어, 제4 링기어인 것을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
제1항에 있어서,
제1, 제2, 제3, 제4 유성기어세트는
엔진 측으로부터 제1 유성기어세트, 제2 유성기어세트, 제3 유성기어세트, 제4 유성기어세트 순서로 배치되는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제어요소는
상기 제7축과 상기 제8축을 선택적으로 연결하는 제1 클러치;
상기 제2축과 상기 제5축을 선택적으로 연결하는 제2 클러치;
상기 제3축과 상기 제5축을 선택적으로 연결하는 제3 클러치;
상기 제3축과 상기 제7축을 선택적으로 연결하는 제4 클러치;
상기 제6축을 상기 변속기 하우징에 선택적으로 연결하는 제1 브레이크;
상기 제1축을 상기 변속기 하우징에 선택적으로 연결하는 제2 브레이크; 및
상기 제7축을 상기 변속기 하우징에 선택적으로 연결하는 제3 브레이크;
를 포함하는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
제1항에 있어서,
상기 제어요소는
상기 제7축과 상기 제8축을 선택적으로 연결하는 제1 클러치;
상기 제2축과 상기 제4축을 선택적으로 연결하는 제2 클러치;
상기 제3축과 상기 제5축을 선택적으로 연결하는 제3 클러치;
상기 제3축과 상기 제7축을 선택적으로 연결하는 제4 클러치;
상기 제6축을 상기 변속기 하우징에 선택적으로 연결하는 제1 브레이크;
상기 제1축을 상기 변속기 하우징에 선택적으로 연결하는 제2 브레이크; 및
상기 제7축을 상기 변속기 하우징에 선택적으로 연결하는 제3 브레이크;
를 포함하는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
제1항에 있어서,
상기 제어요소는
상기 제7축과 상기 제8축을 선택적으로 연결하는 제1 클러치;
상기 제4축과 상기 제5축을 선택적으로 연결하는 제2 클러치;
상기 제3축과 상기 제5축을 선택적으로 연결하는 제3 클러치;
상기 제3축과 상기 제7축을 선택적으로 연결하는 제4 클러치;
상기 제6축을 상기 변속기 하우징에 선택적으로 연결하는 제1 브레이크;
상기 제1축을 상기 변속기 하우징에 선택적으로 연결하는 제2 브레이크; 및
상기 제7축을 상기 변속기 하우징에 선택적으로 연결하는 제3 브레이크;
를 포함하는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
엔진의 동력을 전달받는 입력축;
동력을 출력하는 출력축;
제1, 제2, 제3 회전요소를 보유하는 제1 유성기어세트;
제4, 제5, 제6 회전요소를 보유하는 제2 유성기어세트;
제7, 제8, 제9 회전요소를 보유하는 제3 유성기어세트; 및
제10, 제11, 제12 회전요소를 보유하는 제4 유성기어세트를 포함하며,
상기 입력축은 상기 제2 회전요소와 고정 연결되고,
상기 출력축은 상기 제11 회전요소와 고정 연결되고,
상기 제1 회전요소는 제어요소에 의해 변속기 하우징에 선택적으로 연결되고,
상기 제2 회전요소는 상기 제4 회전요소와 고정 연결되고,
상기 제3 회전요소는 상기 제10 회전요소와 고정 연결되고, 제어요소에 의해 상기 제6 회전요소와 상기 제8 회전요소와 각각 선택적으로 연결되고,
상기 제5 회전요소는 상기 제9 회전요소와 고정 연결되고,
상기 제7 회전요소는 상기 제12 회전요소와 고정 연결되며, 제어요소에 의해 변속기 하우징에 선택적으로 연결되고,
상기 제8 회전요소는 제어요소에 의해 변속기 하우징에 선택적으로 연결되고, 제어요소에 의해 상기 제11 회전요소와 선택적으로 연결되며,
상기 제2 유성기어세트는 상기 제4, 제5, 제6 회전요소 중, 2개의 회전요소가 제어요소에 의해 선택적으로 연결되어 상기 제4, 제5, 제6 회전요소가 하나로 회전되도록 구성되는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
삭제
제9항에 있어서,
상기 제1 유성기어세트의 제1, 제2, 제3 회전요소는 각각 제1 선기어, 제1 유성캐리어, 제1 링기어이며,
상기 제2 유성기어세트의 제4, 제5, 제6 회전요소는 각각 제2 선기어, 제2 유성캐리어, 제2 링기어이며,
상기 제3 유성기어세트의 제7, 제8, 제9 회전요소는 각각 제3 선기어, 제3 유성캐리어, 제3 링기어이며,
상기 제4 유성기어세트의 제10, 제11, 제12 회전요소는 각각 제4 선기어, 제4 유성캐리어, 제4 링기어인 것을 특징으로 하는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
제9항에 있어서,
제1, 제2, 제3, 제4 유성기어세트는
엔진 측으로부터 제1 유성기어세트, 제2 유성기어세트, 제3 유성기어세트, 제4 유성기어세트 순서로 배치되는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
삭제
제9항에 있어서,
상기 제어요소는
상기 제8 회전요소와 상기 제11 회전요소를 선택적으로 연결하는 제1 클러치;
상기 제4 회전요소와 상기 제6 회전요소를 선택적으로 연결하는 제2 클러치;
상기 제3 회전요소와 상기 제6 회전요소를 선택적으로 연결하는 제3 클러치;
상기 제3 회전요소와 상기 제8 회전요소를 선택적으로 연결하는 제4 클러치;
상기 제7 회전요소와 상기 변속기 하우징을 선택적으로 연결하는 제1 브레이크;
상기 제1 회전요소와 상기 변속기 하우징을 선택적으로 연결하는 제2 브레이크; 및
상기 제8 회전요소와 상기 변속기 하우징을 선택적으로 연결하는 제3 브레이크;
를 더 포함하는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
제9항에 있어서,
상기 제어요소는
상기 제8 회전요소와 상기 제11 회전요소를 선택적으로 연결하는 제1 클러치;
상기 제4 회전요소와 상기 제5 회전요소를 선택적으로 연결하는 제2 클러치;
상기 제3 회전요소와 상기 제6 회전요소를 선택적으로 연결하는 제3 클러치;
상기 제3 회전요소와 상기 제8 회전요소를 선택적으로 연결하는 제4 클러치;
상기 제7 회전요소와 상기 변속기 하우징을 선택적으로 연결하는 제1 브레이크;
상기 제1 회전요소와 상기 변속기 하우징을 선택적으로 연결하는 제2 브레이크; 및
상기 제8 회전요소와 상기 변속기 하우징을 선택적으로 연결하는 제3 브레이크;
를 더 포함하는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
제9항에 있어서,
상기 제어요소는
상기 제8 회전요소와 상기 제11 회전요소를 선택적으로 연결하는 제1 클러치;
상기 제5 회전요소와 상기 제6 회전요소를 선택적으로 연결하는 제2 클러치;
상기 제3 회전요소와 상기 제6 회전요소를 선택적으로 연결하는 제3 클러치;
상기 제3 회전요소와 상기 제8 회전요소를 선택적으로 연결하는 제4 클러치;
상기 제7 회전요소와 상기 변속기 하우징을 선택적으로 연결하는 제1 브레이크;
상기 제1 회전요소와 상기 변속기 하우징을 선택적으로 연결하는 제2 브레이크; 및
상기 제8 회전요소와 상기 변속기 하우징을 선택적으로 연결하는 제3 브레이크;
를 더 포함하는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.