KR100427361B1 - continuous variable transmission for use a vehicle - Google Patents
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Abstract
목적 : 본 발명은 변속비의 폭을 증대시켜 연비를 향상시키고, 킥다운 및 고속 주행 중 급제동 후 재출발 시에도 응답성을 빠르게 할 수 있는 차량용 무단변속기를 제공하는 데 그 목적이 있다.Object of the present invention is to provide a continuously variable transmission for a vehicle that can improve the fuel economy by increasing the width of the transmission ratio, and can be responsive even when restarting after rapid braking during kickdown and high-speed driving.
구성 : 이 차량용 무단변속기는, 엔진의 출력을 토크 변환시키는 토크 컨버터, 이 토크 컨버터의 터빈 러너에 연결되어 전진 1,2단과 후진을 구현하는 라비뉴 타입의 유성기어셋, 이 유성기어셋의 각 요소를 제어하는 3개의 클러치와 1개의 브레이크로 구성되는 마찰요소, 이 마찰요소의 선택적 작동 해방에 의하여 유성기어셋의 전진 1,2단 및 후진의 출력을 무단변속하도록 프라이머리 풀리와 세컨더리 풀리를 벨트로 연결하는 무단변속 벨트장치로 구성되어 있다.Construction: The continuously variable transmission for a vehicle includes a torque converter that torque-transforms an engine output, a planetary planetary gearset connected to a turbine runner of the torque converter to achieve forward and second speed and reverse, and each of the planetary gearsets. A friction element consisting of three clutches and one brake controlling the element, and the primary pulley and the secondary pulley are mounted to continuously shift the output of the first, second, and reverse stages of the planetary gear set by selective release of the friction element. It consists of a continuously variable belt device connected by a belt.
효과 : 이 차량용 무단변속기는 라비뉴 타입의 유성기어셋과 4개의 마찰요소로 전진 및 후진 제어는 물론이고 차량의 주행 상황에 따라 전진 1단과 전진 2단을 실현하므로 변속비의 폭을 증대시켜 연비를 향상시키고, 킥다운 및 고속 주행 중 급제동 후 재출발 시에도 전진 2단에서 전진 1단으로 제어하여 응답성을 보다 향상시킬 수 있다.Effect: This vehicle continuously variable transmission has a planetary gear set of four types and four friction elements to control forward and backward as well as one forward and two forward speeds depending on the driving conditions of the vehicle. In addition, even when the vehicle is restarted after rapid braking during kickdown and high-speed driving, the responsiveness can be further improved by controlling from 2nd forward to 1st forward.
Description
본 발명은 차량용 무단변속기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 라비뉴 타입의 유성기어로 전진 1,2단 및 후진을 실현하고 이 출력을 무단변속 벨트장치에 입력시키고 이 무단변속 벨트장치에서 변속된 동력을 출력시키는 차량용 무단변속기에 관한 것이다.The present invention relates to a continuously variable transmission for a vehicle, and more particularly, realizes the first, second and second forwards of a planet type planetary gear, inputs this output into a continuously variable transmission belt device, and shifts the power in the continuously variable transmission belt device. It relates to a continuously variable transmission for a vehicle.
일반적으로 차량에 사용되고 있는 벨트식 무단변속기는 전후진제어장치와 무단변속 벨트장치로 구성되어 있다.In general, a belt continuously variable transmission that is used in a vehicle is composed of a forward and backward control device and a continuously variable belt device.
전후진제어장치는 싱글 또는 더블 피니언 유성기어와 이 유성기어를 제어하는 다수의 마찰요소로 구성되어 엔진으로부터 입력된 동력의 회전방향을 전진 또는 후진 방향으로 전환시킨다.The forward and backward control device is composed of a single or double pinion planetary gear and a plurality of friction elements for controlling the planetary gear to convert the rotational direction of the power input from the engine to the forward or reverse direction.
이렇게 회전방향이 전환된 출력은 무단변속 벨트장치의 프라이머리 풀리로 입력되고 무단변속되어 세컨더리 풀리로 출력된다. 무단변속은 프라이머 풀리와 세컨더리 풀리의 반경을 가변시킴으로서 실현된다.In this way, the output of which the rotation direction is switched is input to the primary pulley of the continuously variable belt apparatus and continuously shifted to the secondary pulley. Stepless speed is realized by varying the radius of the primer pulley and the secondary pulley.
그러나, 이 무단변속기는 토크 용량의 제한과 내구성의 한계로 인하여 변속비의 폭이 제한되므로 연비를 개선하는 데 한계가 있다.However, this continuously variable transmission is limited in improving fuel efficiency because the width of the transmission ratio is limited due to the limitation of torque capacity and durability.
또, 이 무단변속기는 킥다운과 같이 빠른 변속을 필요로 할 때에는 프라이머리 풀리 및 세컨더리 풀리의 반경을 변화시키는 데 걸리는 시간 때문에 응답성이 늦어진다.In addition, when the CVT requires a fast shift such as a kickdown, the response becomes slow due to the time taken to change the radius of the primary pulley and the secondary pulley.
더욱이, 이 무단변속기는 고속으로 주행하다가 급제동 정지 후, 다시 출발하는 상황에서는, 벨트의 변속 속도 제한으로 인하여, 풀리가 미처 저속단으로 변화되지 않은 상태에서 차량이 정차할 가능성이 있으므로, 풀리가 회전하는 상태에서만 변속되는 것을 감안할 때, 재출발 시 바퀴에서 슬립이 발생되거나 오버 드라이브 변속비로 출발하여 발진 성능이 부족하게 될 수 있다.Moreover, in the situation where the continuously variable transmission runs at a high speed and then starts again after a sudden braking stop, the pulley rotates since the vehicle may stop without the pulley being changed to the low speed stage due to the speed limit of the belt. In consideration of the shifting only in the case of a shift, the starting performance may occur due to slippage in the wheels or starting at the overdrive speed ratio when restarting.
본 발명은 상기와 같은 점들을 감안 한 것으로서, 변속비의 폭을 증대시켜 연비를 향상시키고, 킥다운 및 고속 주행 중 급제동 후 재출발 시에도 응답성을 빠르게 할 수 있는 차량용 무단변속기를 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above points, and improves fuel efficiency by increasing the width of the speed ratio, and to provide a continuously variable transmission for a vehicle that can be quickly responsiveness when restarting after rapid braking during kickdown and high-speed driving There is this.
이 차량용 무단변속기는, 엔진의 출력을 토크 변환시키는 토크 컨버터,The continuously variable transmission for a vehicle includes a torque converter for torque converting an output of an engine,
이 토크 컨버터의 터빈 러너에 연결되어 전진 1,2단과 후진을 구현하는 라비뉴 타입의 유성기어셋,A planetary planetary gearset connected to the turbine runner of this torque converter, which realizes forward and second stages and reverse.
이 유성기어셋의 각 요소를 제어하는 3개의 클러치와 1개의 브레이크로 구성되는 마찰요소,A friction element consisting of three clutches and one brake controlling each element of the planetary gearset,
이 마찰요소의 선택적 작동 해방에 의하여 유성기어셋의 전진 1,2단 및 후진의 출력을 무단변속하도록 프라이머리 풀리와 세컨더리 풀리를 벨트로 연결하는 무단변속 벨트장치를 포함하고 있다.The variable speed belt device connects the primary pulley and the secondary pulley to the belt to continuously shift the output of the first, second, and reverse stages of the planetary gear set by the selective releasing of the friction elements.
상기 라비뉴 타입의 유성기어셋은 하나의 더블피니언 유성기어와 하나의 싱글피니언 유성기어가 링기어와 유성 케리어를 공유하는 구조로 이루어지며, 유성 캐리어와 더블피니언 유성기어의선기어 및 싱글피니언 유성기어의 선기어가 토크 컨버터의 터빈 러너에 가변적으로 연결되고, 유성 케리어가 변속기 하우징에 가변적으로 고정되며, 링기어가 무단변속 벨트장치에 고정 연결되어 있다.The planet type planetary gear set has a structure in which one double pinion planetary gear and one single pinion planetary gear share a planetary carrier with a ring gear, and a sun gear and a single pinion planetary gear of a planetary carrier and a double pinion planetary gear. The sun gear is variably connected to the turbine runner of the torque converter, the planetary carrier is variably fixed to the transmission housing, and the ring gear is fixedly connected to the continuously variable belt device.
마찰요소는 더블피니언 유성기어 측의 선기어와 유성 캐리어를 토크 컨버터의 터빈 러너에 선택적으로 연결 및 해방시키는 제1,2클러치, 싱글피니언 유성기어 측의 선기어를 토크 컨버터의 터빈 러너에 연결 및 해방시키는 제3클러치, 유성 캐리어를 변속기 케이스에 연결 및 해방시키는 제1브레이크로 구성되어 있다.The friction element connects and releases the sun gear on the side of the double pinion planetary gear and the sun carrier on the torque converter to the turbine runner of the torque converter. It consists of a third clutch and a first brake that connects and releases the planetary carrier to the transmission case.
이와 같이 구성되는 차량용 무단변속기는 라비뉴 타입의 유성기어셋과 4개의 마찰요소를 구비하여, 전진 및 후진 제어는 물론이고 차량의 주행 상황에 따라 전진 1단과 전진 2단을 실현하여 무단변속 벨트장치에서 무단변속을 실현함으로서 변속비의 폭을 증대시켜 연비를 향상시키고, 킥다운 및 고속 주행 중 급제동 후 재출발 시에도 전진 2단에서 전진 1단으로 제어하여 응답성을 보다 향상시킬 수 있다.The continuously variable transmission for a vehicle has a planetary gearset of four types and four friction elements, and realizes one forward and two forward speeds as well as forward and reverse control as well as driving conditions of the vehicle. By implementing stepless speed change, the speed ratio can be increased to improve fuel efficiency, and responsiveness can be further improved by controlling from 2nd forward to 1st forward when re-starting after kick-start and high-speed driving.
도 1은 본 발명에 따른 차량용 무단변속기의 구성 및 중립 상태도.1 is a configuration and neutral state diagram of a continuously variable transmission for a vehicle according to the present invention.
도 2는 클러치와 브레이크의 작동표.2 is an operation table of the clutch and the brake.
도 3은 본 발명에 따른 차량용 무단변속기의 저속 상태도.3 is a low-speed state diagram of a continuously variable transmission for a vehicle according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 차량용 무단변속기의 고속 상태도.4 is a high-speed state diagram of a continuously variable transmission for a vehicle according to the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
7 : 무단변속장치 11 : 입력축7: continuously variable transmission 11: input shaft
13 : 유성 캐리어 15 : 링기어13: planetary carrier 15: ring gear
16 : 더블피니언 유성기어 17 : 싱글피니언 유성기어16: Double Pinion Planetary Gear 17: Single Pinion Planetary Gear
31 : 출력축31: output shaft
C1,C2,C3 : 제1,2,3클러치 B1 : 제1브레이크C1, C2, C3: 1st, 2nd, 3rd clutch B1: 1st brake
본 발명의 장점과 이점은 이하의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명함으로서 보다 명확하게 될 것이다.Advantages and advantages of the present invention will be more apparent from the following detailed description based on the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 차량용 무단변속기의 구성 및 중립 상태도로서, 엔진(1)에 연결되는 토크 컨버터(3), 유성기어셋(5), 제1,2,3클러치(C1,C2,C3) 및 제1브레이크(B1)의 마찰요소, 그리고 무단변속장치(7)로 구성되어 있다.1 is a configuration and neutral state diagram of a continuously variable transmission for a vehicle according to the present invention, the torque converter 3, the planetary gear set 5, the first, second, third clutch (C1, C2, C3) connected to the engine (1) ) And the friction element of the first brake (B1), and the continuously variable transmission (7).
토크 컨버터(3)는 엔진(1)의 출력을 토크 변환시켜 터빈 러너(9)에 직접 연결된 입력축(11)으로 전달하도록 구성 및 연결되어 있다. 이 토크 컨버터(3)는 통상적인 자동변속기 및 무단변속기에 사용되는 것이 그대로 적용되므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.The torque converter 3 is configured and connected to torque convert the output of the engine 1 and transmit it to the input shaft 11 directly connected to the turbine runner 9. The torque converter 3 is used as it is used in conventional automatic transmission and continuously variable transmission, so a detailed description thereof will be omitted.
유성기어셋(5)은 라비뉴 타입으로서 전진 1,2단과 후진을 선택적으로 구현하도록 구성되며, 토크 컨버터(3)의 터빈 러너(9)와 일체로 구동되는 입력축(11)에 연결되어 있다.The planetary gear set 5 is a rib type and configured to selectively implement forward 1,2 stages and reverse, and is connected to an input shaft 11 driven integrally with the turbine runner 9 of the torque converter 3.
이 유성기어셋(5)은 유성 캐리어(13)와 링기어(15)를 공유하는 더블피니언 유성기어(16)와 싱글피니언 유성기어(17)로 구성되어 있다. 그리고 유성 캐리어(13)와 더블피니언 유성기어(16) 측 선기어(19) 및 싱글피니언 유성기어(17) 측 선기어(21)는, 터빈 러너(9)에 직결된 입력축(11)에 마찰요소를 개재하여 각각 가변적으로 연결되어 있다. 또 유성 케리어(13)는 반력 요소로 작용할 수 있도록 변속기 하우징(23)에 가변적으로 고정되고, 링기어(15)는 전진 1,2단 및 후진 출력을 전달할 수 있도록 무단변속 벨트장치(7)에 직접 연결되어 있다.The planetary gear set 5 is composed of a double pinion planetary gear 16 and a single pinion planetary gear 17 which share a planetary carrier 13 and a ring gear 15. The planetary carrier 13, the double pinion planetary gear 16 side sun gear 19, and the single pinion planetary gear 17 side sun gear 21 are provided with friction elements on the input shaft 11 directly connected to the turbine runner 9. It is variably connected via each other. In addition, the planetary carrier 13 is variably fixed to the transmission housing 23 so as to act as a reaction force element, and the ring gear 15 is attached to the continuously variable transmission belt device 7 so as to transmit forward 1,2 stages and reverse outputs. It is directly connected.
즉, 이 유성기어셋(5)의 요소를 입력축(11) 및 변속기 하우징(23)에 가변적으로 연결 및 고정시키는 마찰요소는 전자제어유닛(미도시)에 의하여 유압 제어되는 3개의 제1,2,3클러치(C1,C2,C3)와 1개의 제1브레이크(B1)로 구성되어 있다.That is, the friction elements for variably connecting and fixing the elements of the planetary gear set 5 to the input shaft 11 and the transmission housing 23 are three first and second hydraulically controlled by an electronic control unit (not shown). And three clutches C1, C2 and C3 and one first brake B1.
제1클러치(C1)는 더블피니언 유성기어(16) 측의 선기어(19)를 입력축(11)에 가변적으로 연결 및 해방시키고, 제2클러치(C2)는 유성 캐리어(13)를 입력축(11)에 가변적으로 연결 및 해방시키며, 제3클러치(C3)는 싱글피니언 유성기어(17) 측 선기어(21)를 입력축(11)에 가변적으로 연결 및 해방시킨다. 그리고 제1브레이크(B1)는 유성 캐리어(13)를 변속기 하우징(23)에 가변적으로 고정 연결 및 해방시킨다.The first clutch C1 variably connects and releases the sun gear 19 on the side of the double pinion planetary gear 16 to the input shaft 11, and the second clutch C2 connects the planet carrier 13 to the input shaft 11. The third clutch C3 variably connects and releases the sun gear 21 on the single pinion planetary gear 17 to the input shaft 11. The first brake B1 variably fixes and releases the planetary carrier 13 to the transmission housing 23.
이들 마찰요소의 선택적 작동 및 해방에 의하여 유성기어셋(5)은 전진 1,2단과 후진을 출력하여 무단변속 벨트장치(7)로 전달한다.By selective actuation and release of these friction elements, the planetary gear set 5 outputs forward 1,2 stages and backwards and transmits them to the continuously variable transmission belt apparatus 7.
이 무단변속 벨트장치(7)는 유성기어셋(5)의 출력을 무단 변속시키도록 프라이머리 풀리(25)와 세컨더리 풀리(27)를 벨트(29)로 연결하고, 이 두 풀리(25,27)의 직경을 유압으로 가변 제어하도록 구성되어 있다. 이러한 풀리(25,27)는 공지의 것이 그대로 적용될 수 있으므로 이에 대한 구체적 설명은 생략한다. 프라이머리 풀리(25)는 링기어(15)에, 세컨더리 풀리(27)는 출력축(31)에 각각 고정 연결되어 있다.The continuously variable belt device 7 connects the primary pulley 25 and the secondary pulley 27 with the belt 29 so as to continuously change the output of the planetary gear set 5, and the two pulleys 25 and 27. Is configured to control the diameter of the hydraulically. Since the pulleys 25 and 27 are well known, specific description thereof will be omitted. The primary pulley 25 is fixedly connected to the ring gear 15 and the secondary pulley 27 is fixed to the output shaft 31, respectively.
상기와 같이 구성되는 차량용 무단변속기는 도 2에 도시된 작동표에서와 같이 전자제어유닛이 마찰요소를 선택적으로 작동 및 해방 제어함으로서 전진 1,2단과 후진을 실현하게 된다.The continuously variable transmission for a vehicle configured as described above realizes first and second steps and backwards by the electronic control unit selectively operating and releasing the friction elements as shown in the operation table shown in FIG. 2.
먼저, 도 1은 중립 상태이다. 이때 전자제어유닛은 어떠한 마찰요소도 제어하지 않는다. 따라서 엔진(1)에서 발생되어 토크 컨버터(3)를 거친 출력은 입력축 (11)만을 회전시키게 된다.First, FIG. 1 is a neutral state. At this time, the electronic control unit does not control any friction elements. Therefore, the output generated from the engine 1 and passed through the torque converter 3 rotates only the input shaft 11.
이러한 상태에서 차량을 저속으로 전진시키면, 전자제어유닛은 제1클러치 (C1)와 제1브레이크(B1)를 작동시켜, 도 3과 같은 상태로 제어한다.When the vehicle is advanced at a low speed in such a state, the electronic control unit operates the first clutch C1 and the first brake B1 to control the vehicle as shown in FIG. 3.
따라서, 더블피니언 유성기어(16) 측 선기어(19)는 입력축(11)에 연결되어 일체로 구동되고, 유성 캐리어(13)는 고정되어 반력을 제공하며, 이러한 상태에서 링기어(15)는 입력축(11)과 회전 방향은 같으나 속도가 감속된 전진 1단을 출력하게 된다.Accordingly, the double pinion planetary gear 16 side sun gear 19 is connected to the input shaft 11 to be integrally driven, and the planet carrier 13 is fixed to provide reaction force. In this state, the ring gear 15 is input shaft. Outputs the 1st forward gear with the same direction of rotation as 11 but with reduced speed.
이 전진 1단의 출력은 무단변속장치(7)에서 차량의 운전 상황에 상응하는 변속비로 제어되어 출력축(31)으로 출력된다.The output of the first forward speed is controlled by the speed ratio corresponding to the driving situation of the vehicle in the continuously variable transmission 7 and output to the output shaft 31.
그리고, 이 전진 1단 상태에서 차량을 가속시키면, 전자제어유닛은 제1,2클러치(C1,C2)를 작동시키면서 제1브레이크(B1)를 해방시켜, 도 4와 같은 상태로 제어한다.Then, when the vehicle is accelerated in this forward first stage, the electronic control unit releases the first brake B1 while operating the first and second clutches C1 and C2, and controls the state as shown in FIG.
따라서, 유성기어셋(5) 전체가 일체로 구동되면서 입력축(11)과 같은 회전 방향과 같은 속도의 전진 2단을 출력하게 된다.Therefore, the entire planetary gear set 5 is integrally driven and outputs two forward speeds at the same speed as the rotation direction of the input shaft 11.
이 전진 2단의 출력은 무단변속장치(7)에서 차량의 운전 상황에 상응하는 변속비로 제어되어 출력축(31)으로 출력된다.The output of the two forward speeds is controlled by the speed ratio corresponding to the driving situation of the vehicle in the continuously variable transmission 7 and output to the output shaft 31.
한편, 도 1의 중립 상태에서 차량을 후진시키면, 전자제어유닛은 제3클러치 (C3)와 제1브레이크(B1)를 작동시켜, 도 5와 같은 상태로 제어한다.On the other hand, when the vehicle is reversed in the neutral state of FIG. 1, the electronic control unit operates the third clutch C3 and the first brake B1 to control the state as shown in FIG. 5.
따라서, 싱글피니언 유성기어(17) 측 선기어(21)는 입력축(11)에 연결되어 일체로 구동되고, 유성 캐리어(13)는 고정되어 반력을 제공하며, 이러한 상태에서 링기어(15)는 입력축(11)과 반대 방향으로 회전하는 후진을 출력하게 된다.Accordingly, the single-pinion planetary gear 17 side sun gear 21 is connected to the input shaft 11 to be integrally driven, and the planetary carrier 13 is fixed to provide reaction force. In this state, the ring gear 15 is input shaft. The reverse direction which rotates in the opposite direction to (11) is output.
이 후진의 출력은 무단변속장치(7)에서 차량의 운전 상황에 상응하는 변속비로 제어되어 출력축(31)으로 출력된다.The output of this reverse is controlled by the speed ratio corresponding to the driving condition of the vehicle in the continuously variable transmission 7 and output to the output shaft 31.
상기와 같이 유성기어셋(5)과 제1,2,3클러치(C1,C2,C3) 및 제1브레이크(B1)는 종래기술의 전후진제어장치가 담당하던 작용을 그대로 실현함과 동시에 전진 1,2단을 선택적으로 실현할 수 있게 한다.As described above, the planetary gear set 5, the first, second, third clutches C1, C2, C3, and the first brake B1 realize the same function as the prior art forward and backward control device, and at the same time move forward. The first and second stages can be selectively realized.
이 전진 1,2단의 실현은 곧 무단변속기의 토크 용량 제한을 극복하여 변속비의 폭을 넓혀주고, 킥다운 변속이나, 고속으로 주행하다가 급제동 정지 후 다시 출발하는 상황 등에서 무단변속장치(7)의 프라이머리 풀리(25)와 세컨더리 풀리(27)의 반경 변화에 걸리는 시간을 극복해 준다.The realization of the 1st and 2nd forward speeds overcomes the torque capacity limitation of the continuously variable transmission, thereby widening the range of the transmission ratio, the kickdown shift, or the situation where the vehicle starts at high speed and starts again after stopping sudden braking. It overcomes the time taken for the radius change of the primary pulley 25 and the secondary pulley 27.
이와 같이 본 발명의 차량용 무단변속기는 라비뉴 타입의 유성기어셋과 4개의 마찰요소를 구비하여, 전진 및 후진 제어는 물론이고 차량의 주행 상황에 따라 전진 1단과 전진 2단을 선택적으로 실현함으로서, 전후진제어장치로 단지 전진과후진만을 실현하는 종래기술과는 달리, 변속비의 폭을 증대시켜 연비를 향상시키고, 킥다운 및 고속 주행 중 급제동 후 재출발 시에도 전진 2단에서 전진 1단으로 제어하여 응답성을 보다 향상시킬 수 있다.As described above, the continuously variable transmission for a vehicle of the present invention includes a planetary planetary gear set of four types and four friction elements, so that the forward and reverse control as well as the first and second forward stages are selectively realized according to the driving situation of the vehicle. Unlike the prior art which realizes only forward and reverse by the forward and backward control device, the speed ratio is increased to improve fuel efficiency, and control from 2nd forward to 1st forward even when restarting after sudden braking during kickdown and high speed driving. Responsiveness can be further improved.
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