KR102586327B1

KR102586327B1 - 자동변속기용 동력전달장치

Info

Publication number: KR102586327B1
Application number: KR1020180120456A
Authority: KR
Inventors: 채민호; 박주현; 신용욱; 지성욱
Original assignee: 현대자동차 주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2018-10-10
Filing date: 2018-10-10
Publication date: 2023-10-06
Also published as: US10935083B2; KR20200040488A; US20200116210A1

Abstract

자동변속기용 동력전달장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 자동변속기용 동력전달장치는 하나의 회전요소에 연결되는 클러치 드럼과, 상기 클러치 드럼 내부에서 상기 클러치 드럼과 다른 하나의 회전요소 사이에 구성되어 상기 클러치 드럼의 회전동력을 상기 다른 하나의 회전요소에 전달하도록 구성되는 클러치와, 유압에 의해 상기 클러치를 작동시키는 피스톤 유닛을 포함하는 자동변속기용 동력전달장치에 있어서, 상기 피스톤 유닛은 상기 하나의 회전요소와 상기 클러치 드럼 사이에 내단부와 외주 측이 각각 시일링된 상태로 배치되어 상기 하나의 회전요소에 형성된 제1 유로를 통해 상기 클러치 드럼과의 사이에 유압을 공급받아 외단부의 선단이 상기 클러치에 직접 가압 작동하는 제1 피스톤; 상기 하나의 회전요소와 상기 제1 피스톤의 외단부의 내주면과의 사이에 내단부와 외단부가 각각 시일링된 상태로 배치되는 스프링 리테이너; 상기 제1 피스톤의 내부에서 내단부가 상기 하나의 회전요소에 지지되고, 외단부가 상기 스프링 리테이너에 시일링된 상태로 지지되는 지지드럼; 상기 하나의 회전요소와 상기 지지드럼 사이에서, 상기 하나의 회전요소와 상기 지지드럼에 내단부와 외단부가 각각 시일링된 상태로 배치되며, 상기 하나의 회전요소에 형성된 제2 유로를 통해 상기 스프링 리테이너와의 사이로 공급되는 유압으로 축방향 작동하는 제2 피스톤; 상기 제1 피스톤과 상기 스프링 리테이너 사이에 설치되어 상기 제1 피스톤에 복원력을 제공하는 다수개의 제1 리턴 스프링; 상기 제2 피스톤과 상기 지지드럼 사이에 설치되어 상기 제2 피스톤에 복원력을 제공하는 제2 리턴 스프링; 상기 제1 피스톤의 외단부 선단의 내측에 형성된 끼움홈에 끼워진 상태로, 상기 제1 피스톤의 가압 작동 시, 상기 클러치에 래칭 가압력을 제공하는 래칭 스프링; 및 상기 지지드럼에 형성된 복수의 스토퍼 홀에 각각 삽입되는 복수의 스토퍼를 갖는 스토퍼 링이 상기 제2 피스톤의 외주 둘레에 배치되어 상기 제2 피스톤에 형성된 작동면에 대해 경사면 작동을 통해 상기 제1 피스톤의 내주면 일측을 따라 형성된 지지단에 상기 복수의 스토퍼가 작용하여 상기 제1 피스톤의 스트로크 작동을 선택적으로 제한하는 래칭수단을 포함한다.

Description

자동변속기용 동력전달장치{CLUTCH DEVICE FOR AUTOMATIC TRANSMISSION}

본 발명은 자동변속기용 동력전달장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회전력을 전달하는 클러치의 신속한 구동을 위해 2중 피스톤과 스토퍼 링을 적용하여 작동 구간별로 신속한 이동과 마찰재간의 최적화된 간극제어, 및 결합력을 제공하는 자동변속기용 동력전달장치에 관한 것이다.

차량에 있어서의 친환경 기술은 미래 자동차 산업의 생존이 달린 핵심 기술로서, 최근에는 배기가스 규제가 심화되면서 자동차 메이커들은 환경 규제와 및 연비 향상을 통한 친환경 자동차 개발에 총력을 기울이고 있다.

이러한 연비 향상 목표를 달성하기 위해 고효율 엔진, 고효율 변속기, 차체 경량화 등 다양한 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 특히, 변속기 분야에서는 수동변속기의 효율성과 자동 변속기의 편리성을 접목한 더블 클러치 변속기, 자동화 수동변속기 등의 개발이 활발하게 이루어지고 있다.

이러한 변속기들은 건식 또는 습식 클러치를 통해 엔진의 회전력과 토크를 전달하는데, 더블 클러치 변속기 및 자동화 수동변속기 등에 적용되는 클러치는 자동변속기의 클러치와 같이 토크 컨버터를 거치지 않고, 엔진으로부터 직접적으로 전달되는 엔진 토크를 전달하므로 큰 결합력과 제어 정밀성이 요구된다.

즉, 이러한 더블 클러치 변속기 및 자동화 수동변속기용 클러치는 마찰재인 클러치 디스크와 클러치 플레이트 사이의 결합 초기구간까지는 신속한 동력전달을 위해 피스톤의 빠른 작동속도가 요구되고, 클러치 디스크와 클러치 플레이트가 결합 후에는 동력전달을 시작하면서 피스톤의 빠른 작동속도보다는 동력전달을 위한 큰 결합력이 요구된다.

이러한 관점에서, 최근의 회전력을 전달하는 클러치는 피스톤의 빠른 작동속도와 큰 결합력의 조건을 모두 만족하고 있으나, 피스톤의 빠른 작동속도와 큰 결합력이 동시에 필요하지는 않음에도 이를 작동 구간별로 정밀하게 제어하지 않고 있어 클러치의 전체적인 작동 효율이 감소하는 단점이 있다.

또한, 피스톤의 큰 결합력과 빠른 작동속도가 클러치 플레이트에 반복적으로 작용하게 됨에 따라 누적피로에 의해 클러치 손상의 원인이 되는 단점도 있다.

본 발명의 실시 예는 회전력을 전달하는 클러치의 구동을 위해 순차적으로 작동하는 2중 피스톤을 적용하여 마찰재간의 신속한 간극제어에 의한 변속 응답성과 결합력을 확보하는 자동변속기용 동력전달장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 실시 예는 제1 피스톤에 직접 작용하는 제1 리턴 스프링과 보상유압에 의해 클러치의 작동 해제 시, 드레그 손실을 방지하면서도 잔존 유체의 원심유압을 상쇄하여 제어 신뢰성을 확보하는 자동변속기용 동력전달장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 실시 예는 제1 피스톤에 직접 작용하는 래칭수단과 클러치에 직접 작용하는 래칭 스프링에 의해 클러치 작동시에도 작동유압을 제거하거나 낮출 수 있어 펌프의 손실동력을 줄여 연비를 향상시키는 자동변속기용 동력전달장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 하나의 회전요소에 연결되는 클러치 드럼과, 상기 클러치 드럼 내부에서 상기 클러치 드럼과 다른 하나의 회전요소 사이에 구성되어 상기 클러치 드럼의 회전동력을 상기 다른 하나의 회전요소에 전달하도록 구성되는 클러치와, 유압에 의해 상기 클러치를 작동시키는 피스톤 유닛을 포함하는 자동변속기용 동력전달장치에 있어서, 상기 피스톤 유닛은 상기 하나의 회전요소와 상기 클러치 드럼 사이에 내단부와 외주 측이 각각 시일링된 상태로 배치되어 상기 하나의 회전요소에 형성된 제1 유로를 통해 상기 클러치 드럼과의 사이에 유압을 공급받아 외단부의 선단이 상기 클러치에 직접 가압 작동하는 제1 피스톤; 상기 하나의 회전요소와 상기 제1 피스톤의 외단부의 내주면과의 사이에 내단부와 외단부가 각각 시일링된 상태로 배치되는 스프링 리테이너; 상기 제1 피스톤의 내부에서 내단부가 상기 하나의 회전요소에 지지되고, 외단부가 상기 스프링 리테이너에 시일링된 상태로 지지되는 지지드럼; 상기 하나의 회전요소와 상기 지지드럼 사이에서, 상기 하나의 회전요소와 상기 지지드럼에 내단부와 외단부가 각각 시일링된 상태로 배치되며, 상기 하나의 회전요소에 형성된 제2 유로를 통해 상기 스프링 리테이너와의 사이로 공급되는 유압으로 축방향 작동하는 제2 피스톤; 상기 제1 피스톤과 상기 스프링 리테이너 사이에 설치되어 상기 제1 피스톤에 복원력을 제공하는 다수개의 제1 리턴 스프링; 상기 제2 피스톤과 상기 지지드럼 사이에 설치되어 상기 제2 피스톤에 복원력을 제공하는 제2 리턴 스프링; 상기 제1 피스톤의 외단부 선단의 내측에 형성된 끼움홈에 끼워진 상태로, 상기 제1 피스톤의 가압 작동 시, 상기 클러치에 래칭 가압력을 제공하는 래칭 스프링; 및 상기 지지드럼에 형성된 복수의 스토퍼 홀에 각각 삽입되는 복수의 스토퍼를 갖는 스토퍼 링이 상기 제2 피스톤의 외주 둘레에 배치되어 상기 제2 피스톤에 형성된 작동면에 대해 경사면 작동을 통해 상기 제1 피스톤의 내주면 일측을 따라 형성된 지지단에 상기 복수의 스토퍼가 작용하여 상기 제1 피스톤의 스트로크 작동을 선택적으로 제한하는 래칭수단을 포함하는 자동변속기용 동력전달장치가 제공될 수 있다.

또한, 상기 래칭수단은 상기 제1 피스톤의 내주면 일측을 따라 형성된 지지단; 상기 지지드럼의 외주 둘레를 따라 형성되는 복수개의 스토퍼 홀; 상기 제2 피스톤의 외주면 일측을 따라 경사면으로 형성되는 작동면; 및 상기 지지드럼과 상기 제2 피스톤 사이에 배치된 상태로, 둘레에는 복수개의 스토퍼가 일체로 형성되어 상기 스토퍼 홀에 각각 삽입되며, 상기 제2 피스톤의 작동에 따라 상기 작동면에 대하여 경사면 작동하여 상기 복수개의 스토퍼가 상기 제1 피스톤의 지지단에 작용하도록 구성되는 스토퍼 링을 포함할 수 있다.

또한, 상기 스토퍼 링은 일측이 절개되어 반경방향으로 신장 가능하도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 스토퍼 홀은 상기 스토퍼에 비하여 상기 지지드럼의 외주 둘레를 따라 더 길게 형성될 수 있다.

또한, 상기 클러치는 클러치 허브를 통하여 상기 다른 하나의 회전요소와 연결될 수 있다.

또한, 상기 제1 피스톤은 외주면이 축방향에 평행하게 배치되어 상기 클러치 드럼과의 사이에 실링을 개재하여 접촉되고, 내주면에는 일측에 반경방향 중심측으로 돌출되는 원형의 상기 지지단이 일체로 형성되며, 내단부는 상기 하나의 회전요소와의 사이에 실링을 개재하여 접촉될 수 있다.

또한, 상기 스프링 리테이너는 내단부가 상기 하나의 회전요소 상에 끼워져 설치되는 제1 스냅링에 의해 클러치 방향으로 지지될 수 있다.

또한, 상기 스프링 리테이너는 상기 제1 리턴 스프링의 일단을 지지하며, 내단부와 외단부가 각각 상기 하나의 회전요소의 외주면과 상기 제1 피스톤의 내주면과의 사이에 각각 실링을 개재하여 접촉되며, 상기 제2 피스톤과의 사이에 상기 하나의 회전요소에 형성된 제2 유로를 통해 유압을 공급받아 상기 제2 피스톤의 작동유압을 형성할 수 있다.

또한, 상기 지지드럼은 내단부가 상기 하나의 회전요소 상에 끼워져 설치되는 제2 스냅링에 의해 클러치 반대방향으로 지지될 수 있다.

또한, 상기 제2 피스톤은 내단부와 외단부가 상기 하나의 회전요소의 외주면과 상기 지지드럼의 내주면과의 사이에 각각 기밀을 유지하면서 축방향 이동 가능하도록 각각 실링을 개재하여 설치될 수 있다.

또한, 상기 제1 리턴 스프링은 일단이 상기 스프링 리테이너에 지지되고, 타단이 상기 제1 피스톤에 형성된 포켓부에 끼워져 지지될 수 있다.

또한, 상기 제2 리턴 스프링은 상기 하나의 회전요소에 끼워진 상태로, 외단부가 상기 제2 피스톤에 지지되고, 내단부가 상기 지지드럼에 지지되는 판 스프링으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 래칭 스프링은 디스크 형상의 판 스프링으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 래칭 스프링은 상기 제2 리턴 스프링에 비하여 탄성력이 더 크도록 판 스프링의 매수가 더 많게 설정될 수 있다.

또한, 상기 하나의 회전요소는 엔진의 출력측과 동력 연결되는 입력축으로 이루어지고, 상기 다른 하나의 회전요소는 유성기어세트의 3개의 회전요소 중, 하나의 회전요소로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 입력축 상에는 상기 제1 피스톤과 상기 지지드럼 사이에 보상유압을 공급하도록 상기 제1, 제2 유로 사이에 제3 유로가 형성될 수 있다.

본 발명의 실시 예는 회전력을 전달하는 클러치의 구동을 위해 제1, 제2 피스톤과 래칭수단을 적용하여 신속한 작동속도에 의한 마찰재간의 간극제어로 변속 응답성을 향상시키며, 결합력을 확보하여 동력전달효율을 높일 수 있다.

이에 따라, 제1 피스톤은 래칭수단에 의해 마찰재간의 빠른 간극제어와 결합력이 작동 구간별로 순차적으로 이루어져 클러치 플레이트에 반복적으로 작용하던 누적피로를 최소화하며, 이로 인해 클러치 손상의 원인을 배제할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예는 제1 피스톤에 직접 작용하는 제1 리턴 스프링과, 제1 피스톤과 지지드럼 사이에 공급되는 보상유압을 통해 클러치의 작동 해제 시, 드레그 손실을 방지하면서도 잔존 유체의 원심력에 의한 원심유압을 상쇄하여 제어 신뢰성을 확보할 수 있다.

또한, 제1, 제2 피스톤에 작용하는 제1, 제2 리턴 스프링의 스프링력 이상에서 클러치 제어가 시작되어 저압구간에서 불안정한 유압 솔레노이드 밸브의 제어가 배제되어 제어 신뢰성을 높일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예는 제1 피스톤에 직접 작용하는 래칭수단과 클러치에 직접 작용하는 래칭 스프링에 의해 클러치 작동시에도 작동유압을 제거하거나 낮출 수 있어 펌프의 손실동력을 줄여 연비를 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 자동변속기용 동력전달장치의 구성 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 자동변속기용 동력전달장치에 적용되는 지지드럼과 스토퍼 링의 조립 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 자동변속기용 동력전달장치에 적용되는 지지드럼과 스토퍼 링의 분해 사시도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 자동변속기용 동력전달장치의 단계별 작동 상태의 단면도이다.

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 적용하여 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 자동변속기용 동력전달장치의 구성 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 자동변속기용 동력전달장치에 적용되는 지지드럼과 스토퍼 링의 조립 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 자동변속기용 동력전달장치에 적용되는 지지드럼과 스토퍼 링의 분해 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 자동변속기용 동력전달장치는 회전요소와 회전요소 사이에 적용되어 동력전달을 가능하게 하는 클러치 장치(1)를 예로 하여 설명한다.

즉, 클러치 장치(1)는 기본적으로 엔진의 회전동력을 회전요소와 회전요소 사이에서 전달하도록 구성되며, 본 발명의 실시 예에서는 하나의 회전요소인 입력축(IS)과 다른 하나의 회전요소인 유성기어세트(미도시)의 유성캐리어(PC) 사이에 구성되는 예를 통하여 설명한다.

여기서, 상기 유성기어세트는 3개의 회전요소로 선기어와 유성캐리어(PC), 및 링기어가 구성된다. 즉, 상기 선기어와, 상기 선기어 의 외주 측에 방사상 등간격으로 외접 치합되는 복수의 피니언 기어를 자전 및 공전이 가능하게 지지하는 유성캐리어(PC)와, 상기 복수의 피니언 기어와 내접 치합되어 상기 선기어와 동력 연결되는 링기어를 포함한다.

본 발명의 동력전달장치의 실시 예로 적용되는 클러치 장치(1)는 클러치 드럼(11)과 클러치 허브(13) 사이에 마찰재를 포함하는 클러치(CL)와, 상기 클러치(CL)를 구동 제어하는 피스톤 유닛(20)을 포함한다.

즉, 상기 클러치 드럼(11)은 엔진 출력측에 동력 연결된 입력축(IS) 상에 접합되어 연결되고, 선단부의 내경에 복수의 클러치 플레이트(15)가 스플라인 결합된다.

상기 클러치 허브(13)는 클러치 작동 시, 상기 입력축(IS)의 회전동력을 유성기어세트(미도시)의 유성캐리어(PC)에 전달하도록 내주단이 상기 유성캐리어(PC)와 연결되고, 외경에 복수의 클러치 디스크(17)가 스플라인 결합된다.

이때, 상기 복수의 클러치 디스크(17)는 상기 복수의 클러치 플레이트(15) 사이사이에 배치되며, 상기 클러치 드럼(11)의 내경 선단측에 끼워져 설치된 스냅링(19)에 의해 리액션 플레이트(15a)와 상기 복수개의 클러치 플레이트(15)와 함께 지지된다.

그리고 상기 피스톤 유닛(20)은 링 플레이트 형상의 제1, 제2 피스톤(21)(23)으로 이루어지는 2중 피스톤과, 상기 제1, 제2 피스톤(21)(23) 사이에 구성되는 지지드럼(25), 상기 제1, 제2 피스톤(21)(23)에 복원력을 제공하는 스프링 리테이너(27)와 제1, 제2 리턴 스프링(S1)(S2), 상기 클러치(CL)에 래칭 가압력을 제공하는 래칭 스프링(S3), 및 상기 제1 피스톤(2)의 스트로크 작동을 선택적으로 제한하는 래칭수단(30)으로 구성된다.

이러한 피스톤 유닛(20)은 클러치(CL)에 대응하는 제1 피스톤(21)의 선단이 유압에 의해 클러치(CL)를 가압 작동시켜 클러치(CL)가 회전동력을 전달하도록 이루어진다.

먼저, 상기 제1 피스톤(21)은 상기 하나의 회전요소인 입력축(IS)과 상기 클러치 드럼(11) 사이에 내단부와 외주 측이 각각 시일링된 상태로 배치되어 상기 입력축(IS)에 형성된 제1 유로(L1)를 통해 상기 클러치 드럼(11)과의 사이에 유압을 공급받아 상기 클러치(CL)를 향하여 스트로크 작동을 이루면서 외단부의 선단을 통해 상기 클러치(CL)를 직접 가압 작동하여 상기 클러치(CL)의 복수개의 클러치 플레이트(15)와 클러치 디스크(17) 사이를 밀착시키도록 작동 제어된다.

즉, 상기 제1 피스톤(21)은 외주면이 축방향에 평행하게 배치되어 상기 클러치 드럼(11)과의 사이에 실링(SR)을 개재하여 접촉되고, 내주면에는 일측에 반경방향 중심측으로 돌출되는 원형의 지지단(21a)이 일체로 형성된다. 또한, 내단부는 상기 입력축(IS)과의 사이에 실링(SR)을 개재하여 접촉된 상태로 스트로크 작동을 이루게 된다.

상기 스프링 리테이너(27)는 상기 입력축(IS)과 상기 제1 피스톤(21)의 외단부의 내주면과의 사이에 내단부와 외단부가 각각 시일링된 상태로 배치된다.

즉, 상기 스프링 리테이너(27)는 내단부와 외단부가 각각 상기 입력축(IS)의 외주면과 상기 제1 피스톤(21)의 내주면과의 사이에 각각 실링(SR)을 개재하여 접촉되며, 내단부가 상기 입력축(IS) 상에 끼워져 설치되는 제1 스냅링(31)에 의해 클러치 방향으로 지지된다.

도 2와 도 3을 참조하면, 상기 지지드럼(25)은 상기 제1 피스톤(21)의 내부에서, 내단부가 상기 입력축(IS) 상에 끼워져 설치되는 제2 스냅링(33)에 의해 클러치 반대방향으로 지지되고, 외단부의 선단이 상기 스프링 리테이너(27)에 시일링된 상태로 접촉되어 지지된다.

즉, 상기 지지드럼(25)은 외단부의 선단이 상기 스프링 리테이너(27)의 내측면과의 사이에 실링(SR)을 개재하여 접촉된다.

상기 제2 피스톤(23)은 상기 입력축(IS)과 상기 지지드럼(25) 사이에서, 상기 입력축(IS)과 상기 지지드럼(25)에 내단부와 외단부가 각각 시일링된 상태로 배치된다.

즉, 상기 제2 피스톤(23)은 내단부와 외단부가 상기 입력축(IS)의 외주면과 상기 지지드럼(25)의 내주면과의 사이에 기밀을 유지하면서 축방향 이동 가능하도록 각각 실링(SR)을 개재하여 설치된다.

이러한 제2 피스톤(23)은 상기 입력축(IS)에 형성된 제2 유로(L2)를 통해 상기 스프링 리테이너(27)와의 사이로 공급되는 유압으로 축방향 작동하는데, 상기 제2 피스톤(23)은 상기 스프링 리테이너(27)와의 사이에 상기 입력축(IS)에 형성된 제2 유로(L2)를 통해 유압을 공급받아 형성된 작동유압에 의해 스트로크 작동을 이룬다.

상기 제1 리턴 스프링(S1)은 상기 제1 피스톤(21)과 상기 스프링 리테이너(27) 사이에 설치되어 상기 제1 피스톤(21)에 복원력을 제공하도록 구성된다.

즉, 상기 제1 리턴 스프링(S1)은 일단이 상기 스프링 리테이너(27)에 지지되고, 타단이 상기 제1 피스톤(21)에 형성된 포켓부(21c)에 끼워져 지지되는 코일 스프링으로 이루어진다.

여기서, 상기 스프링 리테이너(27)는 상기 제1 리턴 스프링(S1)의 일단을 지지할 뿐만 아니라, 상기 지지드럼(25)와 함께 제2 피스톤(23)과의 사이에 상기 입력축(IS)에 형성된 제2 유로(L2)를 통해 유압을 공급받아 상기 제2 피스톤(23)의 작동유압을 형성해 준다.

상기 제2 리턴 스프링(S2)은 상기 제2 피스톤(23)과 상기 지지드럼(25) 사이에 설치되어 상기 제2 피스톤(23)에 복원력을 제공하도록 구성된다.

즉, 상기 제2 리턴 스프링(S2)은 상기 입력축(IS)에 끼워진 상태로, 외단부가 상기 제2 피스톤(23)에 지지되고, 내단부가 상기 지지드럼(25)에 지지되는 판 스프링으로 이루어진다.

여기서, 본 발명의 실시 예에서는 상기 제2 리턴 스프링(S2)으로 판 스프링이 적용된 예를 도시하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 제2 피스톤(23)과 상기 지지드럼(25) 사이에서 제2 피스톤(23)에 복원력을 제공할 수 있는 금속재 탄성부재이면 적용이 가능하다.

상기 래칭 스프링(S3)은 상기 제1 피스톤(21)의 외단부 선단의 내측에 형성된 끼움홈(21b)에 끼워진 상태로, 상기 제1 피스톤(21)의 가압 작동 시, 상기 클러치(CL)에 래칭 가압력을 제공하도록 구성된다.

즉, 상기 래칭 스프링(S3)은 디스크 형상의 판 스프링으로 이루어지며, 상기 제2 리턴 스프링(S2)에 비하여 탄성력이 더 크도록 판 스프링의 매수가 더 많은 2장의 판 스프링을 겹쳐서 설치된다.

한편, 도 2와 도 3을 참조하면, 상기 래칭수단(30)은 상기 지지드럼(25)에 형성된 복수의 스토퍼 홀(SH)에 각각 삽입되는 복수의 스토퍼(ST)를 갖는 스토퍼 링(29)이 상기 제2 피스톤(23)의 외주 둘레에 배치되어 상기 제2 피스톤(23)과 경사면 작동에 의해 상기 제1 피스톤(21)의 내주면 일측을 따라 형성된 지지단(21a)에 작용하여 상기 제1 피스톤(21)의 양방향 스트로크 작동을 선택적으로 제한하도록 구성된다.

이러한 래칭수단(30)의 구성을 보다 구체적으로 설명하면, 상기 래칭수단(30)은 지지단(21a), 스토퍼 홀(SH), 작동면(CF), 스토퍼 링(29)으로 구성된다.

즉, 상기 지지단(21a)은 상기 제1 피스톤(21)의 내주면 일측을 따라 원반 형상으로 형성되고, 선단에는 클러치 반대방향에 경사면(21d)이 형성된다.

또한, 상기 스토퍼 홀(SH)은 상기 지지드럼(25)의 외주 둘레를 따라 일정간격으로 복수개가 형성된다.

상기 작동면(CF)은 상기 제2 피스톤(23)의 외주면 일측에 둘레를 따라 외측으로 돌출되어 경사면으로 형성된다.

상기 스토퍼 링(29)은 상기 지지드럼(25)과 상기 제2 피스톤(23) 사이에 배치된 상태로, 둘레에는 복수개의 스토퍼(ST)가 일체로 형성되어 상기 스토퍼 홀(SH)에 각각 삽입되며, 상기 제2 피스톤(23)의 축방향 작동에 따라 상기 작동면(CF)에 대하여 경사면 작동하여 반경이 늘어나거나 줄어들면서 상기 스토퍼(ST)가 상기 제1 피스톤(21)의 지지단(21a)에 대하여 스토퍼의 기능으로 작용하거나 해제하도록 구성된다.

이때, 도 3을 참조하면, 상기 스토퍼 링(29)은 일측이 절개되어 반경방향으로 신장 가능하도록 형성되고, 상기 스토퍼 홀(SH)은 상기 스토퍼(ST)에 비하여 상기 지지드럼(25)의 외주 둘레를 따라 더 길게 형성되어 작동 유격을 형성한다.

또한, 상기 입력축(IS) 상에는 상기 제1 피스톤(21)과 상기 지지드럼(25) 사이에 보상유압을 공급하도록 상기 제1, 제2 유로(L1)(L2) 사이에 제3 유로(L3)가 형성된다.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 자동변속기용 동력전달장치의 단계별 작동 상태의 단면도이다.

도 1과 함께 도 4 내지 도 6을 참조하여 상기한 바와 같은 구성을 갖는 동력전달장치인 클러치 장치(1)의 작동을 설명한다.

도 1을 참조하면, 먼저, 클러치 드럼(11)은 엔진(미도시)의 출력측에 연결된 입력축(IS)과 함께 회전하여 엔진의 동력이 전달된다.

이때, 제2 피스톤(23)은 제2 리턴 스프링(S2)의 탄성력에 의해 클러치 방향으로 이동한 상태로, 스토퍼(ST)가 스토퍼 홀(SH)을 통해 지지드럼(25)의 외측으로 돌출된 상태를 유지한다.

이러한 상태로, 도 4와 같이, 클러치(CL) 작동을 위해 제1 유로(L1)를 통해 클러치 드럼(11)과 제1 피스톤(21) 사이로 유압이 공급되면, 제1 피스톤(21)은 클러치(CL) 방향으로 신속한 스트로크 작동을 이루어 지지단(21a)이 상기 스토퍼(ST)에 닿으면서 지지된다.

이때, 상기 래칭 스프링(S3)도 제1 피스톤(21)과 함께 클러치(CL) 방향으로 신속한 스트로크 작동을 이루어 클러치(CL)의 복수의 클러치 플레이트(15)와 복수의 클러치 디스크(17) 사이의 간격을 마찰접촉 직전까지 제어한다.

이후, 도 5를 참조하면, 제1 유로(L2)에 유압이 공급되고 있는 상태에서, 제2 유로(L2)를 통해 스프링 리테이너(27)와 지지드럼(25) 및 제2 피스톤(23) 사이로 유압을 공급한다.

그러면, 제2 피스톤(23)이 제2 리턴 스프링(S2)의 탄성력을 극복하면서 클러치(CL) 반대방향으로 스트로크 작동을 이룬다.

이때, 상기 스토퍼 링(29)은 자체 탄성력에 의해 제2 피스톤(23)의 작동면(CF)에 대해 경사면 작동을 이루면서 직경이 축소되고, 이에 따라, 스토퍼(ST)가 스토퍼 홀(SH)을 통해 지지드럼(25)의 내부로 들어가면서 제1 피스톤(21)의 지지단(21a)에 대한 지지력을 해제하게 된다.

그러면, 상기 제1 피스톤(21)은 제1 유로(L1)를 통하여 공급되고 있는 유압에 의해 클러치(CL) 방향으로 스트로크 작동을 진행하여 래칭 스프링(S3)과 함께 선단이 클러치(CL)의 클러치 플레이트(15)에 접촉된 상태로 가압 작동하게 된다.

이로써, 제1 피스톤(21)은 선단이 래칭 스프링(S3)과 함께 클러치(CL)의 복수의 클러치 플레이트(15)와 복수의 클러치 디스크(17) 사이를 밀착시켜 클러치(CL)를 통한 동력전달이 가능하도록 한다.

이어서, 도 6을 참조하면, 제2 유로(L2)를 통해 스프링 리테이너(27)와 지지드럼(25) 및 제2 피스톤(23) 사이로 공급되는 유압을 제거하면, 제2 피스톤(23)은 제2 리턴 스프링(S2)에 의해 먼저 클러치(CL) 방향으로 스트로크 작동하여 초기위치로 복원되고, 이에 따라, 상기 스토퍼 링(29)은 제2 피스톤(23)의 작동면(CF)에 대해 경사면 작동을 이루면서 직경이 확대되면서 스토퍼(ST)가 스토퍼 홀(SH)을 통해 지지드럼(25)의 외부로 돌출하면서 제1 피스톤(21)의 지지단(21a)을 후방에서 걸어 클러치(CL) 반대방향으로 지지하게 된다.

이후, 제1 유로(L1)를 통해 클러치 드럼(11)과 제1 피스톤(21) 사이로 공급되는 유압을 제거하면, 제1 피스톤(21)은 지지단(21a)이 스토퍼(ST)에 의해 지지된 상태로, 가압 위치를 유지하게 되며, 래칭 스프링(S3)이 클러치(CL)의 복수의 클러치 플레이트(15)와 복수의 클러치 디스크(17) 사이를 밀착시켜 클러치(CL)를 통한 동력전달 기능을 유지시켜 준다.

이러한 제1, 제2 피스톤(21)(23)의 4단계에 걸친 순차적 작동으로 상기 클러치(CL)는 빠른 변속 응답성과 충분한 결합력으로 입력축(IS)의 회전동력을 유성기어세트(PG)의 유성캐리어(PC)로 전달한다.

이때, 제1 피스톤(21)에 직접 작용하는 래칭수단(30)과, 클러치(CL)에 직접 작용하는 래칭 스프링(S3)에 의해 클러치 작동시에도 작동유압을 제거하거나 낮출 수 있어 펌프의 손실동력을 줄여 연비를 향상시킬 수 있다.

한편, 이러한 동력전달장치의 작동 해제를 위해서는 제2 유로(L2)를 통해 스프링 리테이너(27)와 지지드럼(25) 및 제2 피스톤(23) 사이로 유압을 순간적으로 공급하였다가 배출하면, 제2 피스톤(23)은 제2 리턴 스프링(S2)의 탄성력을 극복하면서 클러치(CL) 반대방향으로 스트로크 작동하였다가 제2 리턴 스프링(S2)에 의해 클러치(CL) 방향으로 스트로크 작동하여 초기위치로 복원된다.

그러면, 상기 스토퍼 링(29)은 자체 탄성력에 의해 제2 피스톤(23)의 작동면(CF)에 대해 경사면 작동을 이루면서 직경이 축소되어 스토퍼(ST)가 스토퍼 홀(SH)을 통해 지지드럼(25)의 내부로 들어가면서 제1 피스톤(21)의 지지단(21a)에 대한 후방 지지력을 해제하였다가 다시 제2 피스톤(23)의 작동면(CF)에 대해 경사면 작동을 이루면서 직경이 확대되어 스토퍼(ST)가 스토퍼 홀(SH)을 통해 지지드럼(25)의 외부로 돌출된다.

이때, 상기 제1 피스톤(21)은 상기 스토퍼 링(29)의 직경 축소로 지지단(21a)에 대한 후방 지지력이 해제되는 순간, 제1 리턴 스프링(S1)과 래칭 스프링(S3)의 탄성력에 의해 지지단(21a)의 경사면(21d)을 통해 스토퍼(ST)를 벗어나면서 초기위치로 복원된다. 또한, 이러한 제1 피스톤(21)의 복원 작동시, 제3 유로(L3)를 통해 제1 피스톤(21)과 지지드럼(25) 사이에 유압을 공급하면, 제1 피스톤(21)과 클러치 드럼(11) 사이에 잔존하는 유체의 원심력에 의해 원심유압을 상쇄할 수 있으며, 이로 인해 클러치(CL)의 마찰재간 드레그 손실을 방지하는 효과가 있다.
여기서, 상기 원심유압은 제1 피스톤(21)과 클러치 드럼(11) 사이에 잔존하는 유체가 클러치 장치(1)의 회전에 의해 함께 회전하면서 원심력에 의해 제1 피스톤(21)을 클러치(CL) 측으로 가압하는 압력으로 정의하며, 이러한 원심유압을 보상하도록 제3 유로(L3)를 통해 제1 피스톤(21)과 지지드럼(25) 사이에 공급되는 유압을 보상유압이라고 정의한다.

이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 동력전달장치는 회전요소와 함께 회전하면서 회전력을 전달하는 클러치(CL)의 구동을 위해 제1, 제2 피스톤(21)(23)으로 이루어지는 2중 피스톤을 적용하여 신속한 작동속도에 의한 마찰재간의 간극제어로 변속 응답성을 향상시키며, 충분한 결합력을 확보하여 동력전달효율을 높일 수 있다.

또한, 제1, 제2 피스톤(21)(23)으로 이루어지는 2중 피스톤의 순차적 4단계 작동으로, 마찰재간의 빠른 간극제어와 결합력이 작동 구간별로 이루어져 클러치 플레이트(15)에 반복적으로 작용하던 누적피로를 최소화하며, 이로 인해 클러치(CL) 손상을 최소화할 수 있다.

또한, 제1, 제2 피스톤(21)(23)으로 이루어지는 2중 피스톤에 직접 작용하는 제1 리턴 스프링(S1)과 래칭 스프링(S3), 및 제3 유로(L3)를 통해 제1 피스톤(21)과 지지드럼(25) 사이에 공급되는 보상유압을 통해 클러치(CL)의 작동 해제 시, 마찰재간의 드레그 손실을 방지하면서도 제1 피스톤(21)과 클러치 드럼(11) 사이의 잔존 유체의 원심력에 의한 원심유압을 상쇄하여 제어 신뢰성을 확보할 수 있다.

또한, 제1 피스톤(21)에 작용하는 제1 리턴 스프링(S1)의 스프링력 이상에서 제어가 시작되어 저압구간에서 불안정한 유압 솔레노이드 밸브(미도시)의 제어가 배제되어 제어 신뢰성을 높일 수 있다.

상기에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 개시하고 있으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 발명하여 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

1: 클러치 장치
CL: 클러치
11: 클러치 드럼
13: 클러치 허브
15: 클러치 플레이트
17: 클러치 디스크
19: 스냅링
20: 피스톤 유닛
21,23: 제1, 제2 피스톤
21a: 지지단
25: 지지드럼
27: 스프링 리테이너
29: 스토퍼 링
SH: 스토퍼 홀
ST: 스토퍼
S1,S2: 제1, 제2 리턴 스프링
S3: 래칭 스프링
30: 래칭수단
31,33: 제1, 제2 스토퍼
IS: 입력축
L1,L2,L3: 제1, 제2, 제3 유로
SR: 실링
PC: 유성캐리어

Claims

하나의 회전요소에 연결되는 클러치 드럼과, 상기 클러치 드럼 내부에서 상기 클러치 드럼과 다른 하나의 회전요소 사이에 구성되어 상기 클러치 드럼의 회전동력을 상기 다른 하나의 회전요소에 전달하도록 구성되는 클러치와, 유압에 의해 상기 클러치를 작동시키는 피스톤 유닛을 포함하는 자동변속기용 동력전달장치에 있어서,
상기 피스톤 유닛은
상기 하나의 회전요소와 상기 클러치 드럼 사이에 내단부와 외주 측이 각각 시일링된 상태로 배치되어 상기 하나의 회전요소에 형성된 제1 유로를 통해 상기 클러치 드럼과의 사이에 유압을 공급받아 외단부의 선단이 상기 클러치에 직접 가압 작동하는 제1 피스톤;
상기 하나의 회전요소와 상기 제1 피스톤의 외단부의 내주면과의 사이에 내단부와 외단부가 각각 시일링된 상태로 배치되는 스프링 리테이너;
상기 제1 피스톤의 내부에서 내단부가 상기 하나의 회전요소에 지지되고, 외단부가 상기 스프링 리테이너에 시일링된 상태로 지지되는 지지드럼;
상기 하나의 회전요소와 상기 지지드럼 사이에서, 상기 하나의 회전요소와 상기 지지드럼에 내단부와 외단부가 각각 시일링된 상태로 배치되며, 상기 하나의 회전요소에 형성된 제2 유로를 통해 상기 스프링 리테이너와의 사이로 공급되는 유압으로 축방향 작동하는 제2 피스톤;
상기 제1 피스톤과 상기 스프링 리테이너 사이에 설치되어 상기 제1 피스톤에 복원력을 제공하는 다수개의 제1 리턴 스프링;
상기 제2 피스톤과 상기 지지드럼 사이에 설치되어 상기 제2 피스톤에 복원력을 제공하는 제2 리턴 스프링;
상기 제1 피스톤의 외단부 선단의 내측에 형성된 끼움홈에 끼워진 상태로, 상기 제1 피스톤의 가압 작동 시, 상기 클러치에 래칭 가압력을 제공하는 래칭 스프링; 및
상기 지지드럼에 형성된 복수의 스토퍼 홀에 각각 삽입되는 복수의 스토퍼를 갖는 스토퍼 링이 상기 제2 피스톤의 외주 둘레에 배치되어 상기 제2 피스톤에 형성된 작동면에 대해 경사면 작동을 통해 상기 제1 피스톤의 내주면 일측을 따라 형성된 지지단에 상기 복수의 스토퍼가 작용하여 상기 제1 피스톤의 스트로크 작동을 선택적으로 제한하는 래칭수단;
을 포함하는 자동변속기용 동력전달장치.
제1항에 있어서,
상기 래칭수단은
상기 제1 피스톤의 내주면 일측을 따라 형성된 지지단;
상기 지지드럼의 외주 둘레를 따라 형성되는 복수개의 스토퍼 홀;
상기 제2 피스톤의 외주면 일측을 따라 경사면으로 형성되는 작동면; 및
상기 지지드럼과 상기 제2 피스톤 사이에 배치된 상태로, 둘레에는 복수개의 스토퍼가 일체로 형성되어 상기 스토퍼 홀에 각각 삽입되며, 상기 제2 피스톤의 작동에 따라 상기 작동면에 대하여 경사면 작동하여 상기 복수개의 스토퍼가 상기 제1 피스톤의 지지단에 작용하도록 구성되는 스토퍼 링;
을 포함하는 자동변속기용 동력전달장치.
제2항에 있어서,
상기 스토퍼 링은
일측이 절개되어 반경방향으로 신장 가능하도록 형성되는 자동변속기용 동력전달장치.
제2항에 있어서,
상기 스토퍼 홀은
상기 스토퍼에 비하여 상기 지지드럼의 외주 둘레를 따라 더 길게 형성되는 자동변속기용 동력전달장치.
제1항에 있어서,
상기 클러치는
클러치 허브를 통하여 상기 다른 하나의 회전요소와 연결되는 자동변속기용 동력전달장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 피스톤은
외주면이 축방향에 평행하게 배치되어 상기 클러치 드럼과의 사이에 실링을 개재하여 접촉되고, 내주면에는 일측에 반경방향 중심측으로 돌출되는 원형의 상기 지지단이 일체로 형성되며, 내단부는 상기 하나의 회전요소와의 사이에 실링을 개재하여 접촉되는 자동변속기용 동력전달장치.
제1항에 있어서,
상기 스프링 리테이너는
내단부가 상기 하나의 회전요소 상에 끼워져 설치되는 제1 스냅링에 의해 클러치 방향으로 지지되는 자동변속기용 동력전달장치.
제1항에 있어서,
상기 스프링 리테이너는
상기 제1 리턴 스프링의 일단을 지지하며, 내단부와 외단부가 각각 상기 하나의 회전요소의 외주면과 상기 제1 피스톤의 내주면과의 사이에 각각 실링을 개재하여 접촉되며, 상기 제2 피스톤과의 사이에 상기 하나의 회전요소에 형성된 제2 유로를 통해 유압을 공급받아 상기 제2 피스톤의 작동유압을 형성하는 자동변속기용 동력전달장치.
제1항에 있어서,
상기 지지드럼은
내단부가 상기 하나의 회전요소 상에 끼워져 설치되는 제2 스냅링에 의해 클러치 반대방향으로 지지되는 자동변속기용 동력전달장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 피스톤은
내단부와 외단부가 상기 하나의 회전요소의 외주면과 상기 지지드럼의 내주면과의 사이에 각각 기밀을 유지하면서 축방향 이동 가능하도록 각각 실링을 개재하여 설치되는 자동변속기용 동력전달장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 리턴 스프링은
일단이 상기 스프링 리테이너에 지지되고, 타단이 상기 제1 피스톤에 형성된 포켓부에 끼워져 지지되는 코일 스프링으로 이루어지는 자동변속기용 동력전달장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 리턴 스프링은
상기 하나의 회전요소에 끼워진 상태로, 외단부가 상기 제2 피스톤에 지지되고, 내단부가 상기 지지드럼에 지지되는 판 스프링으로 이루어지는 자동변속기용 동력전달장치.
제1항에 있어서,
상기 래칭 스프링은
디스크 형상의 판 스프링으로 이루어지는 자동변속기용 동력전달장치.
제1항에 있어서,
상기 래칭 스프링은
상기 제2 리턴 스프링에 비하여 탄성력이 더 크도록 판 스프링의 매수가 더 많게 설정되는 자동변속기용 동력전달장치.
제1항에 있어서,
상기 하나의 회전요소는 엔진의 출력측과 동력 연결되는 입력축으로 이루어지고,
상기 다른 하나의 회전요소는 유성기어세트의 3개의 회전요소 중, 하나의 회전요소로 이루어지는 자동변속기용 동력전달장치.
제15항에 있어서,
상기 입력축 상에는
상기 제1 피스톤과 상기 지지드럼 사이에 보상유압을 공급하도록 상기 제1, 제2 유로 사이에 제3 유로가 형성되는 자동변속기용 동력전달장치.