KR100999241B1 - 연비 향상을 위한 자동 변속기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진의 출력측과 자동 변속기의 입력축 사이를 유압식 클러치로 연결하여, 아이들 스톱 기능의 구현에 따른 연비의 향상을 도모하고, 재 기동시 유압식 클러치의 슬립을 제어하여 자동 변속기내 각종 마찰요소에 대한 내구 저하를 배제할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 크랭크 축(10)과 댐퍼(12)를 매개로 연결되는 중간축(14)과, 상기 중간축(14)과 발진 클러치(16)를 매개로 가변 연결되어 상기 발진 클러치(16)의 체결 및 해제에 따라 동력을 단속받는 입력축(18), 상기 중간축(14)과 연동되는 외접기어형 오일 펌프(20), 상기 입력축(18)에 설치되어 다단의 변속비를 조합하는 유성기어세트(22) 및, 상기 유성기어세트(22)를 통한 구동력을 외부로 출력하는 출력축(24)을 구비하는 것을 특징으로 한다.

자동 변속기, 발진 클러치, 외접기어형, 오일 펌프, 스프로킷, 체인

Description

연비 향상을 위한 자동 변속기{automatic transmission for enhanced fuel consumption}

본 발명은 연비 향상을 위한 자동 변속기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주행중 정차시 엔진의 시동을 오프하고 재 기동시 엔진의 시동을 온하는 이른 바 아이들 스톱 앤드 고 기능의 구현을 가능하게 하여 연비의 향상을 기대할 수 있는 자동 변속기에 관한 것이다.

일반적으로 자동 변속기는 자동차의 주행 속도와 스로틀 개도 및 여러 가지 주행 상황 등의 제반 조건에 따라 변속을 자동적으로 수반하는 장치인 바, 이의 개략적 구성은 다음과 같다. 즉, 엔진으로부터 생성된 구동력을 출력하는 크랭크 축과 토크 컨버터를 매개로 연결되어 구동력을 입력받는 입력축과, 상기 입력축에 설치되어 다단의 변속비를 구현하는 유성기어세트, 상기 유성기어세트의 해당 작동요소에 대한 체결과 해제를 조절하는 마찰요소 및, 상기 유성기어세트를 통해 다단의 변속비로 출력된 구동력을 구동륜으로 제공하는 출력축 등으로 이루어진다.

또한, 자동 변속기는 엔진과 직결되어 엔진의 가동중 작동유를 지속적으로 토출하여 상기 마찰요소의 체결에 필요로 하는 체결압과, 자동 변속기에 있어 각종 마찰부위에 대한 윤활에 필요로 하는 윤활압을 제공하는 오일 펌프를 구비하고 있다.

이 경우, 상기 토크 컨버터는 엔진으로부터 발생된 구동력을 증배시켜 자동 변속기의 입력축에 제공하는 기능을 갖추고 있어 차량의 발진 성능을 향상시키게 된다. 그러나, 토크 컨버터는 유체의 유동에 따른 토크의 증배 효과를 구현할 수 있으나, 유체와의 슬립에 따른 동력전달의 효율이 일반 직결식 클러치에 비해 낮기 때문에 연비의 측면에서 불리한 단점을 내재하고 있다.

이 결과, 상기와 같이 엔진과 직결 구동식 오일 펌프와 토크 컨버터를 구비한 종래 자동 변속기에서는 주행중 정차시 엔진의 시동을 오프시켜 연비의 향상을 도모하는 이른 바 아이들 스톱 기능의 구현이 불가능하게 된다. 이는 아이들 스톱시 엔진의 시동 오프에 따라 연동되어 오일 펌프의 구동이 멈추기 때문이다.

즉, 아이들 스톱시 오일 펌프의 구동이 멈추게 되면, 토크 컨버터를 비롯한 밸브바디내 각종 유로내에 잔류하고 있던 작동유는 모두 드레인되고, 이로 인해 아이들 스톱후 재 기동시 토크 컨버터내 적정 유압의 생성을 위한 지연이 발생될 뿐만 아니라, 재 기동에 따른 가속시 자동 변속기의 각 마찰요소내에서 적정의 체결압이 형성되지 못한 관계로 마찰요소에서는 슬립이 발생하여 내구에 악영향을 초래하기 때문이다.

따라서, 상기와 같이 토크 컨버터를 채택함과 더불어 엔진과 직결되어 동작 하는 오일 펌프를 구비한 자동 변속기에서는 아이들 스톱 앤드 고 기능을 수행할 수 없게 되고, 이로 인해 차량의 연비 저감에 한계가 있게 된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 사안들을 해소하기 위해 안출된 것으로, 엔진의 출력측과 자동 변속기의 입력축 사이를 유압식 클러치로 연결하여, 아이들 스톱 기능의 구현에 따른 연비의 향상을 도모하고, 재 기동시 유압식 클러치의 슬립을 제어하여 자동 변속기내 각종 마찰요소에 대한 내구 저하를 배제하며, 작동유의 토출을 위한 오일 펌프를 엔진의 출력측과 연동되게 하면서 동력 전달비의 조절을 통한 토출 용량의 가변화를 구현하여 보다 컴팩트한 오일 펌프의 채택을 가능하게 함으로써, 자동 변속기의 내구 저하에 대한 우려를 배제하면서도 연비의 향상을 기대할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적으로 달성하기 위한 본 발명은, 크랭크 축과 댐퍼를 매개로 연결되는 중간축과, 상기 중간축과 발진 클러치를 매개로 가변 연결되어 상기 발진 클러치의 체결 및 해제에 따라 동력을 단속받는 입력축, 상기 중간축과 연동되는 외접기어형 오일 펌프, 상기 입력축에 설치되어 다단의 변속비를 조합하는 유성기어세트 및, 상기 유성기어세트를 통한 구동력을 외부로 출력하는 출력축을 구비하 는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 연비 향상을 위한 자동 변속기에 의하면, 엔진의 크랭크 축과 자동 변속기의 입력축 사이의 동력전달경로상에 유압 제어식 발진 클러치를 설치하여, 기존 토크 컨버터를 채택한 자동 변속기에 비해 유체의 슬립에 따른 동력의 손실을 배제함과 더불어 자동 변속기의 입력축과 엔진의 크랭크 축 사이의 동력전달경로에 있어 직결 영역의 확장을 통해 연비의 향상을 기대할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 발진 클러치의 적용에 따라, 주행중 정차시 엔진의 시동을 오프시켜 연비의 향상을 도모하는 아이들 스톱 기능의 구현을 가능하게 한다.

아울러, 본 발명은 엔진과 연동되는 외접기어형 오일 펌프를 채택하여 이의 구동을 위해 동력전달경로에 설치되는 드라이브 스프로킷과 드리븐 스프로킷 사이의 직경비에 대한 조절을 통해 오일 펌프의 토출 용량을 보다 간편하게 조절할 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도면에 도시된 바와 같이, 엔진의 연소작용에 의해 생성된 구동력을 출력하는 크랭크 축(10)이 댐퍼(12)를 매개로 중간축(14)과 연결된다. 상기 크랭크 축(10)과 상기 중간축(14)은 동축상으로 배치된다. 상기 중간축(14)은 발진 클러 치(16)를 매개로 자동 변속기의 입력축(18)과 동축상으로 연결된다. 이때, 상기 입력축(18)은 상기 발진 클러치(16)의 체결 및 해제에 따라 상기 중간축(14)과의 연결을 가변적으로 조절받게 된다.

상기 중간축(14)의 둘레에는 외접기어형 오일 펌프(20)가 설치되는 데, 상기 오일 펌프(20)는 상기 중간축(14)과 체인구동의 연동관계를 이루고 있다. 상기 입력축(18)에는 다단의 변속비를 조합하여 출력하는 유성기어세트(22)가 설치되는 데, 상기 유성기어세트(22)는 작동압에 의해 체결 및 해제가 조절되는 다수의 마찰요소와의 상호 작용을 통해 상기 입력축(18)을 통해 제공된 구동력을 적정의 변속비로 조합하여 출력하게 된다. 상기 입력축(18)과 평행한 위치로 이격된 부위에 출력축(24)이 설치되고, 상기 출력축(24)은 차동장치(26)를 통해 좌/우측 구동륜(도시안됨)으로 구동력을 전달하게 된다.

이 경우, 상기 유성기어세트(22)는 상기 출력축(24)으로의 동력전달을 위한 트랜스퍼 드라이브 기어(22a)를 구비한다. 상기 출력축(24)은 상기 트랜스퍼 드라이브 기어(22a)와 치합되는 트랜스퍼 드리븐 기어(24a)를 구비함과 더불어, 상기 차동장치(26)로 동력을 전달하기 위한 출력기어(24b)를 구비한다.

상기 차동장치(26)는 상기 출력기어(24b)와 치합되는 디프드라이브 기어(26a)를 구비함과 더불어, 내부에 디프드라이브 기어(26a)와 함께 자전과 공전을 선택적으로 수행하는 피니언기어(26b) 및, 상기 피니언기어(26b)와 치합되어 좌/우측 구동륜으로 동력을 출력하는 사이드기어(26c)를 구비한다. 이 경우, 상기 사이드기어(26c)는 좌/우측 구동륜과 연결되는 차축(26d)에 연결된다.

한편, 상기 댐퍼(12)는 듀얼 매스 플라이휠 또는 싱글 매스 플라이휠중에서 선택하여 적용할 수 있다. 상기 중간축(14)은 상기 오일 펌프(20)를 구동하기 위한 드라이브 스프로킷(28)을 설치하고, 상기 드라이브 스프로킷(28)은 체인(30)을 매개로 드리븐 스프로킷(32)과 연결되는 데, 상기 드리븐 스프로킷(32)은 상기 오일 펌프(20)의 구동축(20a)과 축연결된다.

상기 구동축(20a)은 드라이브 기어(20b)를 장착하고, 상기 드라이브 기어(20b)는 드리븐 기어(20c)와 치합되며, 상기 드리븐 기어(20c)는 종동축(20d)상에 장착되며, 상기 구동축(20a)과 드라이브 기어(20b)와 드리븐 기어(20c) 및 종동축(20d)은 각각 일체의 하우징(20e)내에 수용되는 데, 상기 하우징(20e)은 변속기 케이스(34)상에 고정 지지된다.

상기 발진 클러치(16)는 상기 중간축(14)과 연결되는 허브(14a)의 내주면에 스플라인 결합되는 다수의 디스크(16a)와, 상기 입력축(18)과 연결되는 리테이너(18a)의 외주면에 스플라인 결합되어 상기 다수의 디스크(16a) 사이로 교번적으로 설치되는 다수의 플레이트(16b), 상기 리테이너(18a)에 대해 배면에 압력실(16c)을 형성하고서 상기 디스크(16a)와 상기 플레이트(16b)를 가압하도록 설치된 피스톤(16d), 상기 피스톤(16d)에 복원력을 제공하는 스프링(16e), 상기 리테이너(18a)에 결합되어 상기 스프링(16e)의 일단부를 지지하는 스프링 리테이너(16f;밸런스 피스톤) 및, 상기 압력실(16c)과 대향되는 위치에서 상기 스프링 리테이너(16f)에 의해 형성된 밸런스 체임버(16g)를 구비한다.

이 경우, 상기 압력실(16c)은 마찰요소의 체결을 위한 압력제어를 구현하는 제어밸브류를 갖춘 밸브바디내에서 전용의 제어밸브의 작동에 의해 체결압을 제공받도록 구성되어 있어, 상기 발진 클러치(16)의 체결에 대한 제어에 있어 응답성의 향상을 도모할 수 있도록 되어 있다.

이에 따라, 상기 발진 클러치(16)의 체결 및 해제시 상기 압력실(16c)에 제공되는 작동압의 제어를 통해 상기 디스크(16a)와 상기 플레이트(16b) 사이의 슬립 정도를 조절할 수 있게 된다. 또한, 상기 크랭크 축(10)으로부터 상기 중간축(14)으로 전이되는 구동력이 상기 자동 변속기의 입력축(18)으로 완전하게 전달되는 시점을 보다 용이하게 제어할 수 있게 된다.

이 경우, 상기 발진 클러치(16)에 구비된 밸런스 체임버(16g)내에는 항상 소정량의 작동유가 공급되기 때문에, 상기 밸런스 체임버(16g)내에 잔류된 작동유는 상기 스프링 리테이너(16f)가 고속의 회전상태임에 따라 상기 피스톤(16d)이 플레이트(16b)를 가압하지 못하는 방향으로 가압하는 원심 유압으로 작용하게 된다.

이러한 원심 유압은 상기 발진 클러치(16)의 해제시 상기 스프링(16e)과 함께 상기 피스톤(16d)이 플레이트(16b)를 가압하지 못하도록 함과 더불어, 상기 발진 클러치(16)의 작동시 상기 압력실(16c)내에 가해지는 작동압에 따른 상기 피스톤(16d)의 가압력에 스프링(16e)과 함께 대응하여 상기 디스크(16a)와 플레이트(16b) 사이의 접촉이 부드럽게 이루어지도록 하여 동력의 전달시 발생되는 충격을 완충시키는 역할을 수행하게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 자동 변속기는 엔진의 크랭크 축(10)으로부터 구동력을 전달받는 중간축(14)과 자동 변속기의 입력축(18) 사이에 동력의 단속을 제공 하는 발진 클러치(16)를 설치함으로써, 기존 토크 컨버터를 채택한 자동 변속기에 비해 유체의 슬립에 따른 동력의 손실을 배제할 수 있을 뿐만 아니라, 기존 토크 컨버터의 댐퍼 클러치에 비해 직결 영역의 확장을 통해 엔진으로부터 발생된 구동력을 자동 변속기의 입력축(18)에 직결시켜 운용할 수 있으므로, 대략 2.0% 이상의 연비 향상의 효과를 기대할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 자동 변속기는 상기 발진 클러치(16)의 적용에 따라, 주행중 정차시 아이들 뉴트럴 기능에 의하여 토크 컨버터를 채택한 자동 변속기에 비하여 0.5% 이상의 연비향상 효과를 기대할 수 있으며, 특히 엔진의 시동을 오프시키는 아이들 스톱 기능이 추가될 경우에는 기존 대비 5% 이상의 연비 향상의 효과를 기대할 수 있게 된다.

이 경우, 본 발명의 자동 변속기는 주행중 정차후 재 시동시 상기 중간축(14)의 구동에 따른 외접기어형 오일 펌프(20)의 작동을 통해 밸브바디를 포함한 자동 변속기의 각 마찰요소내에 적정의 체결압이 제공되는 시점까지 상기 발진 클러치(16)의 체결을 지연시키는 제어, 즉 상기 중간축(14)을 통해 상기 입력축(18)으로 구동력이 전달되는 시점이 마찰요소내 적정의 체결압이 제공된 이후의 시점에서 이루어지도록 제어하게 되면, 재 기동에 따른 가속시 자동 변속기의 각 마찰요소내에서 적정의 체결압이 형성되지 못한 경우에 있어 마찰요소에서 발생되는 슬립에 의해 부품이 손상되는 내구의 문제 발생이 배제될 수 있게 된다.

아울러, 본 발명의 자동 변속기는 상기 중간축(14)에 대해 체인(30)을 매개로 구동되는 외접기어형 오일 펌프(20)를 채택함으로써, 기존 자동 변속기에 설치 된 내접기어형 오일 펌프에 비해 엔진 회전수가 저속인 작동구간에서 효율이 높아 보다 많은 양의 작동유를 토출할 수 있으므로, 펌프의 용량을 축소하여 적용할 수 있고, 이로부터 기존 대비 1.0% 이상의 연비 향상의 효과를 기대할 수 있게 된다.

즉, 상기 외접기어형 오일 펌프(20)는 드라이브 스프로킷(28)과 드리븐 스프로킷(32) 사이의 직경비를 적절하게 조절하면, 상기 오일 펌프(20)의 토출 용량을 용이하게 변화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 기존 내접기어형 오일 펌프에 비해 동일한 토출 용량 대비 동력의 소모가 작기 때문에, 엔진의 측면에서 불필요한 동력의 소모를 줄일 수 있어 연비의 향상을 초래할 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 자동 변속기의 구조를 개략적으로 도시한 도면.

도 2는 본 발명의 요부에 대한 실제 부위를 도시한 단면도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10-크랭크 축 12-댐퍼

14-중간축 16-발진 클러치

18-입력축 20-오일 펌프

22-유성기어세트 24-출력축

26-차동장치 28-드라이브 스프로킷

30-체인 32-드리븐 스프로킷

34-변속기 케이스

Claims (5)

1. 크랭크 축과 댐퍼를 매개로 연결되는 중간축과;

   상기 중간축과 발진 클러치를 매개로 가변 연결되는 입력축;

   상기 중간축과 연동되는 외접기어형 오일 펌프;

   상기 입력축에 설치되는 유성기어세트 및;

   상기 유성기어세트를 통한 구동력을 외부로 출력하는 출력축을 구비함과 더불어;

   상기 발진 클러치는 상기 중간축과 연결되는 허브의 내주면에 스플라인 결합되는 다수의 디스크와, 상기 입력축과 연결되는 리테이너의 외주면에 스플라인 결합되어 상기 다수의 디스크 사이로 교번적으로 설치되는 다수의 플레이트, 상기 리테이너에 대해 배면에 압력실을 형성하고서 상기 디스크와 상기 플레이트를 가압하도록 설치된 피스톤, 상기 피스톤에 복원력을 제공하는 스프링, 상기 리테이너에 결합되어 상기 스프링의 일단부를 지지하는 스프링 리테이너 및, 상기 압력실과 대향되는 위치에서 상기 스프링 리테이너에 의해 형성된 밸런스 체임버를 구비한 것을 특징으로 하는 자동 변속기.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 중간축에는 상기 오일 펌프를 구동하기 위한 드라이브 스프로킷이 설치되고, 상기 드라이브 스프로킷은 체인을 매개로 상기 오일 펌프의 구동축에 축연결된 드리븐 스프로킷과 연동되는 것을 특징으로 하는 자동 변속기.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 오일 펌프는 상기 구동축에 설치된 드라이브 기어와, 상기 드라이브 기어와 치합되는 드리븐 기어, 상기 드리븐 기어를 축연결하는 종동축 및, 상기 구동축과 상기 드라이브 기어와 상기 드리븐 기어 및 상기 종동축을 내부에 수용하는 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 변속기.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 하우징은 변속기 케이스에 설치되어 지지되는 것을 특징으로 하는 자동 변속기.
5. 삭제

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