KR101628128B1 - 차량용 무단변속기 - Google Patents

Abstract

차량용 무단 변속기의 전,후진 제어기구에 있어서, 전진 2속 및 후진 1속을 실현함으로써, 동력 성능과 연비 개선 효과를 얻을 수 있도록 한 차량용 무단 변속기를 제공한다.

Description

차량용 무단변속기 {continuous variable transmission for use a vehicle}

본 발명은 차량용 무단변속기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 2개의 단순유성기어셋트를 조합하여 전진 2속 및 후진 1속을 실현함으로써, 동력 성능과 연비 개선 효과를 얻을 수 있도록 한 차량용 무단변속기에 관한 것이다.

일반적으로 차량에 사용되고 있는 무단 변속기는 대개 무단 변속 벨트기구와 전,후진 제어기구로 이루어진다.

상기 무단 변속 벨트기구는 엔진의 회전동력이 프라이머리 풀리로 입력되어 세컨더리 풀리를 통해 출력이 이루어지는데, 이때 무단 변속은 프라이머 풀리와 세컨더리 풀리의 반경을 가변시킴으로서 실현된다.

그리고 전,후진 제어기구는 싱글 또는 더블 피니언 유성기어셋트와 이 유성기어셋트를 제어하는 다수의 마찰요소로 구성되어 상기 마찰요소의 제어에 따라 회전 동력을 전진 또는 후진 방향으로 전환시키게 되는 것이다.

상기 전,후진 제어기구는 단순히 전진 및 후진 제어만 이루어질 수 있도록 구성하기도 하지만 동력 성능과 연비 개선을 위하여 전진 2속 후진 1속으로 제어가 이루어질 수 있도록 구성하게 된다.

이러한 무단 변속기에 있어서, 본 발명의 관계하는 전진 2속 및 후진 1속의 전,후진 제어기구의 종래 구성을 살펴보면 도 1과 같이 구성된다.

상기 전,후진 제어기구를 구성하는 유성기어셋트(PG)는 라비뇨 방식 복합 유성기어셋트로서, 싱글 피니언 유성기어셋트와 더블 피니언 유성기어셋트를 조합하되, 링기어와 유성 캐리어를 공유함으로써, 제1 선기어(S1)와 제2 선기어(S2), 그리고 유성 캐리어(PC)와 링기어(R)로 이루어지는 4개의 회전요소를 보유하게 된다.

그리고 상기 제2 선기어(S2)를 입력축(IS)과 직접 연결하여 항상 입력요소로 작동하도록 하고, 유성 캐리어(PC)는 출력축(OS)과 직접 연결하여 항상 출력요소로 작동하도록 하고 있다.

또한, 제1 선기어(S1)는 제1 브레이크(B1)를 개재시켜 변속기 하우징(H)과 연결하여 선택적인 고정요소로 작동하도록 하며, 링기어(R)는 제2 브레이크(B2)를 개재시켜 변속기 하우징(H)과 연결하여 선택적인 고정요소로 작동하도록 하되, 상기 링기어(R)는 클러치(C1)를 개지시켜 유성 캐리어(PC)와 가변적으로 연결함으로써, 선택적으로 유성기어셋트(PG) 전체가 직결의 상태가 될 수 있도록 조합 구성한다.

이에 따라 도 2에서와 같이 후진 변속단(REV)에서는 상기 제2 브레이크(B2)가 작동하고, 전진 1속에서는 제1 브레이크(B1)가 작동하며, 전진 2속에서는 클러치(C1)가 작동하게 되는 것이다.

그러나 상기와 같은 무단 변속기의 전,후진 제어기구에 적용된 라비뇨 방식 복합유성기어셋트에 있어서는 전진 1속과 전진 2속의 기어비 차이를 작게 하려면 제1 선기어(S1) 잇수가 제2 선기어(S2) 잇수 보다 작아야 하는데, 2단 기어로 이루어지는 제1 피니언 기어(P1)를 공유하면서 제1 선기어(S1), 제2 선기어(S2), 제2 피니언 기어(P2) 및 링기어(R)를 설계하여 하는 바, 차량 탑재를 위한 제한된 패키지 공간을 고려하면서 전진 1속과 전진 2속의 기어비 차이를 2 이하로 하기가 어렵다.

상기에서 전진 1속과 전진 2속의 기어비 차이를 2 이하로 하는 것은 변속시 기어비 차이가 크면 클수록 변속감이 좋지 않기 때문이며, 전진 1속과 전진 2속의 기어비 차이를 작게 하려면 클러치 요소를 1개 이상 추가해야만 한다는 문제점이 있다.

그리고 3개의 마찰부재(C1,B1,B2)를 사용하면서 전진 1속과 전진 2속의 기어비 차이를 작게 하려면 제1 피니언 기어(P1)는 하나의 몸체에 제1 선기어(S1)와 물리는 기어와 제2 선기어(S2)와 물리는 기어의 잇수가 다르게 2단으로 가공해야 하는데, 외경이 작은 기어의 가공시 외경이 큰 기어 부분과 간섭이 발생함으로써, 가공이 매우 어려워 생산성이 저하된다는 문제점이 있다.
또한, 전진 2속에서는 클러치(C1)가 작동하면서 유성 캐리어(PC)와 링기어(R)가 연결하게 되는데, 이때 유성 캐리어(PC)의 토크 분담비가 크게 되어 클러치의 전달 토크가 크게 요구됨으로써, 용량이 큰 클러치를 필요로 하게 되며, 상기와 같이 용량이 큰 클러치가 사용된다는 것은 크기와 중량면에서 매우 불리하고, 설계 자유도가 저하된다는 문제점이 있다.
그리고 전진 2속에서 유성기어세트(PG)가 1:1로 회전하기 때문에 유성 캐리어(PC)에 지지되고 있는 제2 피니언 기어(P2)가 자전하지 않고 제2 선기어(S2)와 링기어(R) 사이에서 상호 치합된 치면(齒面)과 치면을 통하여 동력을 전달하게 되는 바, 접촉 치면에 과대 하중이 계속 작용하여 마모 또는 부식등 치면 손상이 발생하게 되고, 치면의 손상에 의하여 기어 소음 발생 및 파손 위험이 있다는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 전진 1속과 전진 2속 기어비 차이를 작게 하여 변속감을 개선하고, 전진 2속에서 입력 요소의 회전동력을 직접 출력부재인 출력축으로 전달되도록 함으로써, 피니언 기어의 치합된 치면에 연속 과대 하중 작용으로 인한 마모 및 부식을 방지하여 동력 성능과 연비를 증대시키고 그에 따른 제반효과를 얻을 수 있도록 한 차량용 무단 변속기를 제공함에 있다.

상기 목적을 실현하기 위하여 본 발명은 무단 변속 벨트기구와 전,후진 제어기구로 이루어지는 무단 변속기에 있어서,

상기 전,후진 제어기구는 제1,2 유성기어셋트(PG1)(PG2)의 조합으로 이루어지는 복합 유성기어셋트(PG)와, 3개의 마찰부재(C1)(B1)(B2)로 이루어지되, 상기 복합 유성기어셋트(PG)는 입력축(IS)과 직접 연결되어 항상 입력요소로 작동하는 제1 회전요소(N1)와, 제2 브레이크(B2)를 통해 변속기 하우징(H)과 가변적으로 연결되면서 선택적인 고정요소로 작동하는 제2 회전요소(N2)와, 출력축(OS)과 직접 연결됨과 동시에 제1 클러치(C1)를 통해 입력축(IS)과 가변적으로 연결되면서 항상 출력요소로 작동하는 제3 회전요소(N3)와, 제1 브레이크(B1)를 통해 변속기 하우징(H)과 가변적으로 연결되면서 선택적인 고정요소로 작동하는 제4 회전요소(N4)를 보유하는 무단 변속기를 제공한다.

상기 제1,2 유성기어셋트(PG1)(PG2)는 싱글 피니언 유성기어셋트로 이루어질 수 있다.

상기 복합 유성기어셋트(PG)는 제1 유성 캐리어(PC1)와 제2 링기어(R2)가 제1 회전멤버(M1)에 의하여 직접 연결되고, 제1 링기어(R1)와 제2 유성 캐리어(PC2)가 제2 회전멤버(M2)에 의하여 직접 연결되어 제1 선기어(S1)로 이루어지는 제1 회전요소(N1)와, 상기 제1 유성 캐리어(PC1)와 제2 링기어(R2)로 이루어지는 제2 회전요소(N2)와, 상기 제1 링기어(R1)와 제2 유성 캐리어(PC2)로 이루어지는 제3 회전요소(N3)와, 상기 제2 선기어(S2)로 이루어지는 제4 회전요소(N4)로 이루어질 수 있다.

상기 마찰부재는 후진 변속단에서 제2 브레이크(B2)가 작동하고, 전진 1속에서 제1 브레이크(B1)가 작동하며, 전진 2속에서 제1 클러치(C1)가 작동하면서 변속이 이루어질 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 의하면, 각 단별 기어비 설계 자유도가 유리한 2개의 단순 유성기어세트와 3개의 마찰부재를 사용하여 전진 1속과 전진 2속 기어비 차이를 작게 함으로써, 변속감을 크게 향상시킬 수 있게 된다.

전진 2속시 클러치(C1)의 작동에 의하여 입력축(IS)이 직접 출력축(OS)와 연결됨으로써, 클러치(C1)의 전달 토크가 크게 요구되지 않게 됨으로써, 용량이 작은 클러치를 적용할 수 있다. 이에 따라 클러치(C1)의 크기와 중량면에서 종래 보다 매우 유리하며, 설계자유도를 높일 수 있다는 장점이 있다.
또한, 하나의 출력축(OS)위에 제1 선기어(S1)와 제2 선기어(S2)가 배치되어 2개의 유성기어셋트가 작동 중 편심되어 발생할 수 있는 소음 문제를 해결할 수 있도록 하였다.

그리고 종래와 같이 전진 2속에서 동력 전달이 클러치(C1)를 통하여 출력축으로 직접 이루어지고, 유성기어부 1:1 고정으로 인한 접촉 치면에 작용 하중은 동력이 입력되지 않은 회전부재의 관성 크기만큼만 작용하게 되므로, 그 크기가 매우 작아서 치면 마모 또는 부식 등 치면(齒面) 손상이 발생하지 않게 되고, 치면의 손상에 의한 기어 소음 발생을 근본적으로 방지할 수 있게 되는 것이다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위한 것으로서, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니 된다.
도 1은 종래 무단 변속기의 전, 후진 제어기구에 대한 구성도.
도 2는 종래 전,후진 제어기구에 적용되는 마찰부재의 각 변속단별 작동도.
도 3은 본 발명의 무단 변속기에 적용되는 전,후진 제어기구의 구성도.
도 4는 본 발명에 의한 전,후진 제어기구에 적용되는 마찰부재의 각 변속단별 작동도.
도 5는 본 발명의 무단 변속기에 적용되는 전,후진 제어기구의 변속선도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 부여함을 전제한다.

도 3은 본 발명에 적용되는 전,후진 제어기구의 일예를 보인 도면으로서, 상기 전,후진 제어기구는 하나의 2 심플 유성기어셋트로 이루어지는 복합 유성기어셋트(PG)와 3개의 마찰요소(C1)(B1)(B2)로 이루어진다.

상기 복합 유성기어셋트(PG)는 2개의 싱글 피니언 유성기어셋트(PG1)(PG2)의 조합으로 이루어지며, 제1 유성 캐리어(PC1)와 제2 링기어(R2)가 제1 회전멤버(M1)에 의하여 직접 연결되고, 제1 링기어(R1)와 제2 유성 캐리어(PC2)가 제2 회전멤버(M2)에 의하여 직접 연결되어 4개의 회전요소를 보유하게 된다.

즉, 상기 4개의 회전요소는 제1 선기어(S1)로 이루어지는 제1 회전요소(N1)와, 상기 제1 유성 캐리어(PC1)와 제2 링기어(R2)로 이루어지는 제2 회전효소(N2)와, 상기 제1 링기어(R1)와 제2 유성 캐리어(PC2)로 이루어지는 제3 회전요소(N3)와, 상기 제2 선기어(S2)로 이루어지는 제4 회전요소(N4)로 이루어지게 된다.

그리고 상기 제1 회전요소(N1)인 제1 선기어(S1)는 입력축(IS)과 직접 연결하여 항상 입력요소로 작동하도록 하고, 제3 회전요소(N3)인 제1 링기어(R1)와 제2 유성 캐리어(PC2)를 연결하는 제2 회전멤버(M2)가 상기 입력축(IS)과 동일축상으로 배치되는 출력축(OS)과 직접 연결되어 항상 출력요소로 작동하도록 하고 있다.

상기에서 입력축(IS)은 제1 클러치(C1)를 개재시켜 출력축(OS)과 가변적으로 연결되고, 제4 회전요소(N4)인 제2 선기어(S2)는 제1 브레이크(B1)를 개재시켜 변속기 하우징(H)과 가변적으로 연결되며, 제2 회전요소(N2)인 제1 유성 캐리어(PC1)와 제2 링기어(R2)를 연결하는 제1 회전멤버(M1)가 제2 브레이크(B2)를 개재시켜 변속기 하우징(H)과 가변적으로 연결된다.
또한, 상기 복합 유성기어셋트(PG)가 출력축(OS)상에 배치되며, 상기 입력축(IS)와 출력축(OS)은 도시하지 않은 무단 변속기구와 전,후진 제어기구의 상대 위치에 따라서 달라진다.

그리고 동력 흐름상 무단 변속기구 뒤에 상기 전,후진 제어기구를 배치함에 있어서, 상기 입력축(IS)은 도시하지 않은 무단 변속기구의 세컨더리 풀리축을 의미하며, 상기 무단 변속기구에 의하여 무단 변속이 이루어진 회전동력이 입력되는 것이며, 상기 출력축(OS)은 출력부재로서 종감속 기어를 거쳐서 공지의 차동장치를 통해 구동륜을 구동시키게 된다.
또한, 동력 흐름상 무단 변속기구 앞에 상기 전,후진 제어기구를 배치함에 있어서, 상기 입력축(IS)은 토크 컨버터로부터 동력을 전달받는 구동부재가 되고, 상기 출력축(OS)은 무단 변속기구의 프라이머리 풀리축과 연결되며, 상기 무단 변속기구에 의하여 무단 변속 변속이 이루어진 동력은 종감속기어를 거쳐서 공지의 차동장치를 통해 구동륜을 구동시키게 된다.

상기에서 무단 변속기구는 토크 컨버터로부터 동력을 전달받는 구동부재인 프라이머리 풀리와, 피동부재인 세컨더리 풀리와, 상기 프라이머리 풀리와 세컨더리 풀리를 연결하는 금속 벨트로 이루어져 상기 프라이머리 풀리와 세컨더리 풀리의 직경 변화에 따라 무단 변속이 이루어지는 공지의 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.

상기에서 제1 클러치(C1)와 제1, 2 브레이크(B1)(B2)로 이루어지는 마찰요소는 유압에 의하여 마찰 결합되는 다판식 유압 마찰 결합 유닛으로 이루어지는 것이 통상적이며, 상기 제1 클러치(C1)는 복합유성기어셋트(PG) 전방에 배치되고, 상기 제1 브레이크(B1)는 복합유성기어셋트(PG) 후방에 배치되며, 상기 제2 브레이크(B2)는 변속기 전장을 줄일 수 있도록 제1,2 유성기어셋트(PG1)(PG2)의 외곽부에 배치된다.

도 4는 본 발명에 적용되는 마찰요소 즉, 클러치와 브레이크가 각 변속단에서 작동하는 것을 나타낸 작동표로서, 본 발명의 전,후진 제어기구는 각 변속단에서 1개의 마찰부재가 작동하면서 변속이 이루어짐을 알 수 있다.

즉, 후진 변속단에서는 제2 브레이크(B2)가 작동되고,

전진 1속에서는 제1 브레이크(B1)가 작동되며,

전진 2속에서는 제1 클러치(C1)가 작동 제어된다.

도 5는 본 발명에 의한 전,후진 제어기구의 변속과정을 가시적으로 도시한 것으로서, 하측의 가로선이 회전속도 "0"을 나타내고, 상측의 가로선이 회전속도 "1.0" 즉, 입력축(IS)과 동일 회전속도를 나타낸다.

복합 유성기어셋트(PG)의 4개의 세로선은 좌측으로부터 차례로 제1 회전요소(N1)로부터 제4 회전요소(N4)까지 설정되는데, 상기 제1 회전요소(N1)는 제1 선기어(S1), 제2 회전요소(N2)는 제1 유성 캐리어(PC1)와 제2 링기어(R2), 제3 회전요소(N3)는 제1 링기어(R1)와 제2 유성 캐리어(PC2), 제4 회전요소(N4)는 제2 선기어(S2)로 설정되며, 이들 간격은 유성기어셋트(PG)의 각 기어비(선기어의 잇수/링기어의 잇수)에 따라 결정된다.

[후진]

후진 변속단에서는 도 4에서와 같이 제2 브레이크(B2)가 작동 제어된다.

그러면 제1 회전요소(N1)인 제1 선기어(S1)를 통해 입력이 이루어지는 상태에서 제2 브레이크(B2)의 작동으로 제2 회전요소(N2)인 제1 유성 캐리어(PC1)와 제2 링기어(R2)가 고정요소로 작동하게 되는 바, 상기 제1 회전요소(N1)와 제2 회전요소(N2)를 연결하는 후진 변속선(RS)을 형성하면서 출력요소인 제3 회전요소(N3)를 통해 REV 만큼의 후진 출력이 이루어지게 되는 것이다.

[전진 1속]

전진 1속에서는 도 4에서와 같이 제1 브레이크(B1)가 작동 제어된다.

그러면 제1 회전요소(N1)인 제1 선기어(S1)를 통해 입력이 이루어지는 상태에서 제1 브레이크(B1)의 작동으로 제4 회전요소(N4)인 제2 선기어(S2)가 고정요소로 작동하게 되는 바, 상기 제1 회전요소(N1)와 제4 회전요소(N4)를 연결하는 전진 1속 변속선(SP1)을 형성하면서 출력요소인 제3 회전요소(N3)를 통해 D1 만큼의 전진 1속 출력이 이루어지게 되는 것이다.

[전진 2속]

전진 2속에서는 도 4에서와 같이 제1 클러치(C1)가 작동 제어된다.

그러면 입력축(IS)이 제1 클러치(C1)의 작동으로 출력축(OS)과 직접 연결되는 바, 입력 그대로 출력이 이루어지게 된다.

그리고 복합 유성기어셋트(PG)에서는 제1 회전요소(N1)인 제1 선기어(S1)를 통해 입력이 이루어지는 상태에서 제1 클러치(C1)의 작동으로 출력축(OS)이 회전하면서 제2 회전멤버(M2)로도 입력이 이루어짐으로써, 복합 유성기어셋트(PG)가 전체가 직결의 상태가 되며, 이에 따라 전진 2속 변속선(SP2)을 형성하면서 입력 그대로인 D2 만큼의 출력이 이루어지게 되는 것이다.

즉, 전진 2속에서는 복합 유성기어셋트(PG)는 변속에 아무런 영향을 미치지 않고, 단순히 직결의 상태에서 회전만을 하게 되는 것이다.

상기와 같이 구성 작동되는 본 발명의 전,후진 제어기구는 각 단별 기어비 설계 자유도가 유리한 2개의 단순 유성기어세트와 3개의 마찰부재를 사용하여 전진 1속과 전진 2속 기어비 차이를 작게 함으로써, 변속감을 크게 향상시킬 수 있게 된다.

전진 2속시 클러치(C1)의 작동에 의하여 입력축(IS)이 직접 출력축(OS)와 연결됨으로써, 클러치(C1)의 전달 토크가 크게 요구되지 않게 됨으로써, 용량이 작은 클러치를 적용할 수 있다. 이에 따라 클러치(C1)의 크기와 중량면에서 종래 보다 매우 유리하며, 설계자유도를 높일 수 있다는 장점이 있다.

그리고 종래와 같이 전진 2속에서 동력 전달이 클러치(C1)를 통하여 출력축으로 직접 이루어지고, 유성기어부 1:1 고정으로 인한 접촉 치면에 작용 하중은 동력이 입력되지 않은 회전부재의 관성 크기 만큼만 작용하게 되므로, 그 크기가 매우 작아서 치면(齒面) 마모 또는 부식 등 치면 손상이 발생하지 않게 되고, 치면의 손상에 의한 기어 소음 발생을 근본적으로 방지할 수 있게 되는 것이다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

S1,S2...제1,2 선기어 PC1, PC2...제1,2 유성 캐리어
R1,R2...제1,2 링기어 IS...입력축
OS...출력축 C1...제1 클러치
B1,B2...제1,2 브레이크

Claims (5)

1. 무단 변속 벨트기구와 전,후진 제어기구로 이루어지는 무단 변속기에 있어서,
   상기 전,후진 제어기구는 제1,2 유성기어셋트(PG1)(PG2)의 조합으로 이루어지는 복합 유성기어셋트(PG)와, 3개의 마찰부재(C1)(B1)(B2)로 이루어지되,
   상기 복합 유성기어셋트(PG)는 출력축(OS)상에 배치되면서 입력축(IS)과 직접 연결되어 항상 입력요소로 작동하도록 제1 선기어(S1)로 이루어지는 제1 회전요소(N1)와, 제2 브레이크(B2)를 통해 변속기 하우징(H)과 가변적으로 연결되면서 선택적인 고정요소로 작동하도록 제1 유성 캐리어(PC1)와 제2 링기어(R2)로 이루어지는 제2 회전요소(N2)와, 출력축(OS)과 직접 연결됨과 동시에 제1 클러치(C1)를 통해 입력축(IS)과 가변적으로 연결되면서 항상 출력요소로 작동하도록 제1 링기어(R1)와 제2 유성 캐리어(PC2)로 이루어지는 제3 회전요소(N3)와, 제1 브레이크(B1)를 통해 변속기 하우징(H)과 가변적으로 연결되면서 선택적인 고정요소로 작동하도록 제2 선기어(S2)로 이루어지는 제4 회전요소(N4)를 포함하며,
   상기 제1 유성 캐리어(PC1)와 제2 링기어(R2)가 제1 회전멤버(M1)에 의하여 직접 연결되고, 상기 제1 링기어(R1)와 제2 유성 캐리어(PC2)가 제2 회전멤버(M2)에 의하여 직접 연결되는 차량용 무단 변속기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1,2 유성기어셋트(PG1)(PG2)는
   싱글 피니언 유성기어셋트로 이루어지는 차량용 무단 변속기.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 마찰부재는
   후진 변속단에서 제2 브레이크(B2)가 작동하고, 전진 1속에서 제1 브레이크(B1)가 작동하며, 전진 2속에서 제1 클러치(C1)가 작동하면서 변속이 이루어지는 차량용 무단 변속기.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 클러치(C1)는 복합유성기어셋트(PG) 전방에 배치되고,
   상기 제1 브레이크(B1)는 복합유성기어셋트(PG) 후방에 배치되며,
   상기 제2 브레이크(B2)는 제1,2 유성기어셋트(PG1)(PG2)의 외곽부에 배치됨을 특징으로 하는 차량용 무단 변속기.

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