KR20170103879A - 자동 변속기 - Google Patents

Abstract

4 유성·6 마찰 요소의 구성이며, 6개의 마찰 요소 중, 3개의 동시 체결의 조합에 의해 전진 9속의 변속단을 달성한다. 이 자동 변속기에 있어서, 제1 유성 기어(PG1)의 제1 링 기어(R1)와 제2 유성 기어(PG2)의 제2 캐리어(C2)를 연결하는 제1 연결 멤버(M1)를 변속기 케이스(TC)에 대해 고정 가능한 제4 브레이크(B4)를 추가한다. 그리고, 7개의 마찰 요소 중, 제4 브레이크(B4)의 체결을 포함하는 3개의 동시 체결의 조합에 의해 적어도 하나의 변속단을 추가하여, 전진 10속 이상의 변속단을 달성한다.

Description

자동 변속기

본 발명은, 변속단의 다단화 요구나 기어비 폭의 와이드화 요구가 있는 차량의 변속 장치로서 적용되는 자동 변속기에 관한 것이다.

종래, 4개의 싱글 피니언 유성 기어에 대해 마찰 요소로서 3개의 브레이크와 3개의 클러치를 사용하여, 6개의 마찰 요소 중, 3개의 동시 체결의 조합에 의해 전진 9속의 변속단을 달성하는 자동 변속기가 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).

일본 특허 제5492217호 공보

그러나, 종래의 자동 변속기에 있어서는, 4 유성·6 마찰 요소에 의해 전진 9속의 변속단을 달성하기는 하지만, 목표로 하는 기능을 실현하는 성능 요구가 있을 때, 기어비의 선택 자유도가 낮다고 하는 과제를 남기고 있다.

여기서, 목표로 하는 기능을 실현하는 성능 요구라 함은, 예를 들어 오프로드 주행을 실현하기 위해 초로우 기어비를 설정하고자 하는 요구, 고속 순항 시의 연비 성능을 향상시키기 위해 모든 단간비를 밸런스 좋게 작게 하고자 하는 요구 등을 말한다.

본 발명은, 상기 과제에 착안하여 이루어진 것으로, 간단한 구성 변경으로 기어비의 선택 자유도를 높임으로써, 목표로 하는 기능을 실현하는 성능 요구에의 대응성을 향상시키는 자동 변속기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는, 유성 기어로서, 제1 유성 기어와 제2 유성 기어와 제3 유성 기어와 제4 유성 기어를 구비한다. 마찰 요소로서, 제1 브레이크와 제2 브레이크와 제3 브레이크와 제1 클러치와 제2 클러치와 제3 클러치를 구비한다. 그리고, 6개의 마찰 요소 중, 3개의 동시 체결의 조합에 의해 전진 9속의 변속단을 달성한다.

이 자동 변속기에 있어서, 제1 유성 기어의 제1 링 기어와 제2 유성 기어의 제2 캐리어를 연결하는 연결 멤버를, 변속기 케이스에 대해 고정 가능한 제4 브레이크를 추가한다.

7개의 마찰 요소 중, 제4 브레이크의 체결을 포함하는 3개의 동시 체결의 조합에 의해 적어도 하나의 변속단을 추가하여, 전진 10속 이상의 변속단을 달성한다.

따라서, 제1 브레이크와 제2 브레이크와 제3 브레이크와 제1 클러치와 제2 클러치와 제3 클러치에, 제4 브레이크를 추가한 7개의 마찰 요소 중, 제4 브레이크의 체결을 포함하는 3개의 동시 체결의 조합에 의해 적어도 하나의 변속단이 추가되어, 전진 10속 이상의 변속단이 달성된다.

즉, 4 유성·6 마찰 요소에 의해 전진 9속의 변속단을 달성하는 자동 변속기에, 하나의 제4 브레이크(마찰 요소)를 추가할 뿐인 간단한 구성 변경이면서, 전진 9속의 변속단에 적어도 하나의 새로운 변속단이 추가된다. 이 전진 10속 이상의 변속단에 의해 기어비의 선택 자유도가 높아지고, 성능 요구에의 대응성이 향상되어, 목표로 하는 기능을 실현하는 것이 가능해진다. 이 결과, 간단한 구성 변경으로 기어비의 선택 자유도를 높임으로써, 목표로 하는 기능을 실현하는 성능 요구에의 대응성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 실시예 1의 자동 변속기를 나타낸 골조도이다.
도 2는 실시예 1의 자동 변속기에 있어서 7개의 마찰 요소 중 3개의 동시 체결의 조합에 의해 전진 11속 및 후퇴 1속을 달성하는 체결표를 나타낸 도면이다.
도 3은 실시예 1의 자동 변속기에 있어서 새롭게 추가되는 제4 브레이크의 설치 상태를 나타낸 변속기의 부분 단면도이다.
도 4는 실시예 1의 자동 변속기에 있어서 새롭게 추가되는 제4 브레이크의 구동 플레이트가 스플라인 끼워 맞춤되는 스플라인 끼워 맞춤 홈을 형성한 제1 연결 멤버를 나타낸 반단면도이다.
도 5는 실시예 1의 자동 변속기에 있어서 새롭게 추가된 제1속단에서의 마찰 요소의 체결 상태를 나타낸 골조도이다.
도 6은 실시예 1의 자동 변속기에 있어서 새롭게 추가된 제1속단에서의 6개의 회전 멤버에 대한 회전 속도 관계를 나타낸 회전 속도 선도(공선도)이다.
도 7은 실시예 1의 자동 변속기에 있어서 새롭게 추가된 제9속단에서의 마찰 요소의 체결 상태를 나타낸 골조도이다.
도 8은 실시예 1의 자동 변속기에 있어서 새롭게 추가된 제9속단에서의 6개의 회전 멤버에 대한 회전 속도 관계를 나타낸 회전 속도 선도(공선도)이다.
도 9는 비교예의 자동 변속기에 있어서의 각 변속단에서의 기어비 표와 단간비 표의 일례를 나타낸 도면이다.
도 10은 비교예의 자동 변속기에 있어서의 변속단에 대한 감속비의 관계를 나타낸 감속비 특성도이다.
도 11은 비교예의 자동 변속기에 있어서의 변속단에 대한 단간비의 관계를 나타낸 단간비 특성도이다.
도 12는 실시예 1의 자동 변속기에 있어서의 각 변속단에서의 기어비 표와 단간비 표의 일례를 나타낸 도면이다.
도 13은 실시예 1의 자동 변속기에 있어서의 변속단에 대한 감속비의 관계를 나타낸 감속비 특성도이다.
도 14는 실시예 1의 자동 변속기에 있어서의 변속단에 대한 단간비의 관계를 나타낸 단간비 특성도이다.
도 15는 변속단이 고변속단으로 이행할 때에 엔진 회전수와 엔진 출력 토크에 의한 동작점 궤적의 비교 특성을 나타낸 연비율 맵도이다.

이하, 본 발명의 자동 변속기를 실현하는 최량의 형태를, 도면에 나타낸 실시예 1에 기초하여 설명한다.

실시예 1

먼저, 구성을 설명한다.

실시예 1에 있어서의 자동 변속기는, 차량의 변속 장치로서, 엔진차나 하이브리드차 등에 탑재되는 것이다. 이하, 실시예 1의 자동 변속기의 구성을, 「자동 변속기의 전체 구성」, 「제4 브레이크 구성」으로 나누어 설명한다.

[자동 변속기의 전체 구성]

도 1은, 실시예 1의 자동 변속기를 나타낸 골조도이다. 이하, 도 1에 기초하여, 실시예 1의 자동 변속기의 전체 구성을 설명한다.

실시예 1의 자동 변속기는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 유성 기어로서, 입력축(IN)으로부터 출력축(OUT)을 향해 차례로, 제1 유성 기어(PG1)와, 제2 유성 기어(PG2)와, 제3 유성 기어(PG3)와, 제4 유성 기어(PG4)를 구비하고 있다.

상기 제1 유성 기어(PG1)는, 싱글 피니언형 유성 기어이며, 제1 선 기어(S1)와, 제1 선 기어(S1)와 맞물리는 피니언을 지지하는 제1 캐리어(C1)와, 피니언과 맞물리는 제1 링 기어(R1)를 갖는다.

상기 제2 유성 기어(PG2)는, 싱글 피니언형 유성 기어이며, 제2 선 기어(S2)와, 제2 선 기어(S2)와 맞물리는 피니언을 지지하는 제2 캐리어(C2)와, 피니언과 맞물리는 제2 링 기어(R2)를 갖는다.

상기 제3 유성 기어(PG3)는, 싱글 피니언형 유성 기어이며, 제3 선 기어(S3)와, 제3 선 기어(S3)와 맞물리는 피니언을 지지하는 제3 캐리어(C3)와, 피니언과 맞물리는 제3 링 기어(R3)를 갖는다.

상기 제4 유성 기어(PG4)는, 싱글 피니언형 유성 기어이며, 제4 선 기어(S4)와, 제4 선 기어(S4)와 맞물리는 피니언을 지지하는 제4 캐리어(C4)와, 피니언과 맞물리는 제4 링 기어(R4)를 갖는다.

실시예 1의 자동 변속기는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 입력축(IN)과, 출력축(OUT)과, 제1 연결 멤버(M1)(연결 멤버)와, 제2 연결 멤버(M2)와, 변속기 케이스(TC)를 구비하고 있다. 그리고, 마찰 요소로서, 제1 브레이크(B1)와, 제2 브레이크(B2)와, 제3 브레이크(B3)와, 제1 클러치(K1)와, 제2 클러치(K2)와, 제3 클러치(K3)와, 제4 브레이크(B4)를 구비하고 있다.

상기 입력축(IN)은, 구동원으로부터의 회전 구동 토크가 입력되는 축이며, 제1 선 기어(S1)와 제4 캐리어(C4)에 상시 연결되어 있다. 그리고, 입력축(IN)은, 제2 클러치(K2)를 통해 제1 캐리어(C1)에 분리 및 접속 가능하게 연결되어 있다.

상기 출력축(OUT)은, 프로펠러 샤프트나 파이널 기어 등을 통해 구동륜에 변속 후의 구동 토크를 출력하는 축이며, 제3 캐리어(C3)에 상시 연결되어 있다. 그리고, 출력축(OUT)은, 제1 클러치(K1)를 통해 제4 링 기어(R4)에 분리 및 접속 가능하게 연결되어 있다.

상기 제1 연결 멤버(M1)는, 제1 유성 기어(PG1)의 제1 링 기어(R1)와 제2 유성 기어(PG2)의 제2 캐리어(C2)를, 마찰 요소를 개재시키는 일 없이 상시 연결하는 멤버이다.

상기 제2 연결 멤버(M2)는, 제2 유성 기어(PG2)의 제2 링 기어(R2)와 제3 유성 기어(PG3)의 제3 선 기어(S3)와 제4 유성 기어(PG4)의 제4 선 기어(S4)를, 마찰 요소를 개재시키는 일 없이 상시 연결하는 멤버이다.

상기 제1 브레이크(B1)는, 제1 캐리어(C1)의 회전을, 변속기 케이스(TC)에 대해 로크 가능한 마찰 요소이다.

상기 제2 브레이크(B2)는, 제3 링 기어(R3)의 회전을, 변속기 케이스(TC)에 대해 로크 가능한 마찰 요소이다.

상기 제3 브레이크(B3)는, 제2 선 기어(S2)의 회전을, 변속기 케이스(TC)에 대해 로크 가능한 마찰 요소이다.

상기 제1 클러치(K1)는, 제4 링 기어(R4)와 출력축(OUT) 사이를 선택적으로 연결하는 마찰 요소이다.

상기 제2 클러치(K2)는, 입력축(IN)과 제1 캐리어(C1) 사이를 선택적으로 연결하는 마찰 요소이다.

상기 제3 클러치(K3)는, 제1 캐리어(C1)와 제2 연결 멤버(M2) 사이를 선택적으로 연결하는 마찰 요소이다.

상기 제4 브레이크(B4)는, 제1 연결 멤버(M1)의 회전을, 변속기 케이스(TC)에 대해 로크 가능한 마찰 요소이다.

도 2는, 실시예 1의 자동 변속기에 있어서 6개의 마찰 요소 중 3개의 동시 체결의 조합에 의해 전진 11속 및 후퇴 1속을 달성하는 체결표를 나타낸 도면이다. 이하, 도 2에 기초하여, 실시예 1의 자동 변속기의 각 변속단을 성립시키는 변속 구성을 설명한다.

제1속단(1st)은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 제2 브레이크(B2)와 제3 클러치(K3)와 제4 브레이크(B4)의 동시 체결에 의해 달성된다. 제2속단(2nd)은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 제2 브레이크(B2)와 제3 브레이크(B3)와 제3 클러치(K3)의 동시 체결에 의해 달성된다. 제3속단(3rd)은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 제2 브레이크(B2)와 제2 클러치(K2)와 제3 클러치(K3)의 동시 체결에 의해 달성된다. 제4속단(4th)은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 제2 브레이크(B2)와 제3 브레이크(B3)와 제2 클러치(K2)의 동시 체결에 의해 달성된다. 제5속단(5th)은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 제2 브레이크(B2)와 제3 브레이크(B3)와 제1 클러치(K1)의 동시 체결에 의해 달성된다. 제6속단(6th)은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 제3 브레이크(B3)와 제1 클러치(K1)와 제2 클러치(K2)의 동시 체결에 의해 달성된다. 이상의 제1속단 내지 제6속단이, 기어비가 1을 초과하고 있는 감속 기어비에 의한 언더 드라이브 변속단이다.

제7속단(7th)은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 제1 클러치(K1)와 제2 클러치(K2)와 제3 클러치(K3)의 동시 체결에 의해 달성된다. 제8속단(8th)은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 제3 브레이크(B3)와 제1 클러치(K1)와 제3 클러치(K3)의 동시 체결에 의해 달성된다. 제9속단(9th)은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 제1 클러치(K1)와 제3 클러치(K3)와 제4 브레이크(B4)의 동시 체결에 의해 달성된다. 제10속단(10th)은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 제1 브레이크(B1)와 제1 클러치(K1)와 제3 클러치(K3)의 동시 체결에 의해 달성된다. 제11속단(11th)은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 제1 브레이크(B1)와 제3 브레이크(B3)와 제1 클러치(K1)의 동시 체결에 의해 달성된다. 후퇴속단(Rev)은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 제1 브레이크(B1)와 제2 브레이크(B2)와 제3 브레이크(B3)의 동시 체결에 의해 달성된다. 이상의 제7속단 내지 제11속단 중, 제7속단이 기어비＝1인 직결단이고, 제8속단 내지 제11속단이, 기어비가 1 미만인 증속 기어비에 의한 오버 드라이브 변속단이다.

또한, 제1속단으로부터 제11속단까지의 변속단 중, 인접하는 변속단으로의 업 변속을 행할 때, 혹은 다운 변속을 행할 때, 도 2에 나타낸 바와 같이, 전환 변속에 의해 행하는 구성으로 하고 있다. 즉, 인접하는 변속단으로의 변속 시, 3개의 마찰 요소 중, 2개의 마찰 요소의 체결은 유지한 채, 하나의 마찰 요소의 해방과 하나의 마찰 요소의 체결을 행한다.

[제4 브레이크 구성]

도 3은, 실시예 1의 자동 변속기에 있어서 새롭게 추가되는 제4 브레이크(B4)의 설치 상태를 나타내고, 도 4는, 제4 브레이크(B4)의 구동 플레이트가 스플라인 끼워 맞춤되는 스플라인 끼워 맞춤 홈을 형성한 제1 연결 멤버(M1)를 나타낸다. 이하, 도 3 및 도 4에 기초하여 제4 브레이크 구성을 설명한다.

상기 제1 연결 멤버(M1)는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 제1 유성 기어(PG1)와 제3 클러치(K3)와 제2 유성 기어(PG2)의 외주측을 덮도록 배치되는 원통 드럼 부재이며, 도 4에 나타낸 바와 같이, 대직경 외주면(10)과 소직경 외주면(11)에 의한 단차를 갖는 원통 드럼 형상으로 된다. 이 제1 연결 멤버(M1)의 대직경 외주면(10)에는, 후술하는 제4 브레이크(B4)의 구동 플레이트(40)를 스플라인 끼워 맞춤에 의해 설치하는 스플라인 끼워 맞춤 홈(12)을 형성하고 있다. 또한, 대직경 외주면(10)의 개구 단부의 내면에는, 제1 링 기어(R1)로 연장되는 제1 연결 플레이트(13)를 스플라인 끼워 맞춤에 의해 설치하는 스플라인 끼워 맞춤 홈(14)을 형성하고 있다. 또한, 소직경 외주면(11)의 개구 단부의 내면에는, 제2 캐리어(C2)로 연장되는 제1 연결 부재(15)를 스플라인 끼워 맞춤에 의해 설치하는 스플라인 끼워 맞춤 홈(16)을 형성하고 있다. 그리고, 제1 연결 멤버(M1)에는, 대직경 외주면(10)의 스플라인 홈부에 관통하는 제4 브레이크 냉각 오일 구멍(17)이 개구되고, 소직경 외주면(11)의 스플라인 홈부에 관통하는 제4 브레이크 냉각 오일 구멍(18)이 개구된다. 또한, 제1 연결 멤버(M1)의 소직경 외주면(11)과 대향하는 변속기 케이스(TC)의 내주면 사이에는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 제3 브레이크(B3)가 배치된다.

상기 제4 브레이크(B4)는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 구동 플레이트(40)와 종동 플레이트(41)를 복수 매 조합하여, 유압 작동하는 제4 브레이크 피스톤(42)에 의해 체결/해방되는 다판 브레이크이다. 이 제4 브레이크(B4)는, 제1 연결 멤버(M1)의 대직경 외주면(10)과 대향하는 변속기 케이스(TC)의 내주면 사이에 개재 장착된다. 변속기 케이스(TC)의 내주면에는, 제4 브레이크(B4)의 종동 플레이트(41)를 스플라인 끼워 맞춤에 의해 설치하는 스플라인 끼워 맞춤 홈(50)을 형성하고 있다. 즉, 제4 브레이크(B4)의 구동 플레이트(40)는, 제1 연결 멤버(M1)의 외주측에 형성된 스플라인 끼워 맞춤 홈(12)에 설치되고, 종동 플레이트(41)는 변속기 케이스(TC)의 내주측에 형성된 스플라인 끼워 맞춤 홈(50)에 설치된다.

다음으로, 작용을 설명한다.

실시예 1의 자동 변속기에 있어서의 작용을, 「새롭게 추가된 변속단에서의 변속 작용」, 「비교예와 실시예 1의 기어비와 단간비의 대비 작용」, 「실시예 1의 자동 변속기에 있어서의 특징 작용」으로 나누어 설명한다.

[새롭게 추가된 변속단에서의 변속 작용]

먼저, 본 발명자들은, 일본 특허 제5492217호 공보에 기재된 4 유성·6 마찰 요소의 구성에서, 3개의 동시 체결의 조합에 의해 전진 9속의 변속단을 달성하는 자동 변속기에 대해, 하나의 마찰 요소를 추가함으로써 새로운 기어비를 만드는 것이 가능한 점에 착안하였다.

그리고, 구조를 가능한 한 간단하게 하여, 설계 변경이 적도록 하기 위해, 브레이크를 하나 추가하는 것을 검토하였을 때, 제1 연결 멤버(M1)에 제4 브레이크(B4)를 추가하는 것이 적합하다고 하는 결론에 도달하였다. 왜냐하면, 다른 멤버에 브레이크를 추가하는 다른 패턴에 대해서도 검토하였지만, 기존 기어비로 되거나 인터로크로 되기 때문에, 장점이 없음을 알 수 있었다.

그리고, 제4 브레이크(B4)를 추가하고, 이것을 체결하는 변속단을 상정하였을 때, 기어비가 형성 가능한 패턴으로서 하기의 4개의 패턴을 도출하고, 4개의 패턴 각각에 대해 기어비를 확인하였다.

(a) 제1 클러치(K1)와 제3 클러치(K3)와 제4 브레이크(B4)를 체결하는 변속 패턴

(b) 제3 브레이크(B3)와 제1 클러치(K1)와 제4 브레이크(B4)를 체결하는 변속 패턴

(c) 제2 브레이크(B2)와 제3 클러치(K3)와 제4 브레이크(B4)를 체결하는 변속 패턴

(d) 제2 브레이크(B2)와 제1 클러치(K1)와 제4 브레이크(B4)를 체결하는 변속 패턴

상기 (a) 내지 (d) 중, (b)의 변속 패턴은, 전진 9속의 변속단을 달성하는 자동 변속기의 제8속단과 동일한 기어비가 된다. (d)의 변속 패턴은, 전진 9속의 변속단을 달성하는 자동 변속기의 제4속단과 동일한 기어비가 된다. 즉, (a), (c)의 2개의 변속 패턴이, 새로운 기어비에 의한 변속단으로 될 수 있음이 판명되었다.

상기 (a), (c)의 2개의 변속 패턴을 모두 새로운 변속단으로 하여, 전진 11속의 변속단을 달성하도록 한 것이 실시예 1의 자동 변속기이다. 이 중, (c)의 변속 패턴에 의해 추가된 것이 제1속단이고, 이 제1속단은, 전진 9속에 있어서의 제1속단보다 더욱 로우측의 초로우 기어비 변속단이다. 또한, (a)의 변속 패턴에 의해 추가된 것이 제9속단이고, 이 제9속단은, 전진 9속에 있어서의 제7속단의 기어비와 제8속단의 기어비 사이의 기어비에 의한 하이 기어비 변속단이다. 이하, 제1속단에서의 변속 작용과 제9속단에서의 변속 작용을 설명한다.

(제1속단에서의 변속 작용)

도 5는, 실시예 1의 자동 변속기에 있어서 새롭게 추가된 제1속단에서의 마찰 요소의 체결 상태를 나타내고, 도 6은 새롭게 추가된 제1속단에서의 6개의 회전 멤버에 대한 회전 속도 관계를 나타낸다. 이하, 도 5 및 도 6에 기초하여, 제1속단에서의 변속 작용을 설명한다.

제1속단(1st)에서는, 도 5의 해칭으로 나타낸 바와 같이, 제2 브레이크(B2)와 제3 클러치(K3)와 제4 브레이크(B4)가 동시 체결된다. 다른 마찰 요소는 해방 상태이다.

제4 브레이크(B4)의 체결에 의해, 도 6에 나타낸 바와 같이, 제1 링 기어(R1)와 제2 캐리어(C2)가 변속기 케이스(TC)에 고정된다. 제3 클러치(K3)의 체결에 의해, 도 6에 나타낸 바와 같이, 제1 캐리어(C1)와 제2 링 기어(R2)와 제3 선 기어(S3)와 제4 선 기어(S4)가 입력축(IN)의 입력 회전을 감속시킨 회전이 된다. 제2 브레이크(B2)의 체결에 의해, 도 6에 나타낸 바와 같이, 제3 링 기어(R3)가 변속기 케이스(TC)에 고정된다.

따라서, 제3 링 기어(R3)가 고정된 제3 유성 기어(PG3)에 있어서, 제3 선 기어(S3)에 입력축(IN)의 입력 회전을 감속시킨 회전이 입력되면, 남은 제3 캐리어(C3)가, 제3 선 기어(S3)의 회전을 더욱 감속시킨 회전이 되고, 이 감속 회전이 그대로 출력축(OUT)에 전달되어, 제1속의 변속단이 달성된다.

(제9속단에서의 변속 작용)

도 7은, 실시예 1의 자동 변속기에 있어서 새롭게 추가된 제9속단에서의 마찰 요소의 체결 상태를 나타내고, 도 8은 새롭게 추가된 제9속단에서의 6개의 회전 멤버에 대한 회전 속도 관계를 나타낸다. 이하, 도 7 및 도 8에 기초하여, 제9속단에서의 변속 작용을 설명한다.

제9속단(9th)에서는, 도 7의 해칭으로 나타낸 바와 같이, 제1 클러치(K1)와 제3 클러치(K3)와 제4 브레이크(B4)가 동시 체결된다. 다른 마찰 요소는 해방 상태이다.

제4 브레이크(B4)의 체결에 의해, 도 8에 나타낸 바와 같이, 제1 링 기어(R1)와 제2 캐리어(C2)가 변속기 케이스(TC)에 고정된다. 제3 클러치(K3)의 체결에 의해, 도 8에 나타낸 바와 같이, 제1 캐리어(C1)와 제2 링 기어(R2)와 제3 선 기어(S3)와 제4 선 기어(S4)가 입력축(IN)의 입력 회전을 감속시킨 회전이 된다. 제1 클러치(K1)의 체결에 의해, 도 8에 나타낸 바와 같이, 제3 캐리어(C3)와 제4 링 기어(R4)가 출력축(OUT)의 회전이 된다. 따라서, 제4 유성 기어(PG4)에 있어서, 제4 선 기어(S4)에 입력축(IN)의 입력 회전을 감속시킨 회전이 입력되고, 제4 캐리어(C4)에 입력축(IN)의 회전이 입력되면, 남은 제4 링 기어(R4)는, 입력축(IN)으로부터의 회전수를 증속시킨 회전이 되고, 이 증속 회전이 그대로 출력축(OUT)에 전달되어, 제9속의 변속단이 달성된다.

[비교예와 실시예 1의 기어비와 단간비의 대비 작용]

도 9는, 비교예의 자동 변속기에 있어서의 각 변속단에서의 기어비 표와 단간비 표의 일례를 나타내고, 도 10은 비교예에서의 감속비 특성을 나타내고, 도 11은 비교예에서의 단간비 특성을 나타낸다. 이하, 도 9 내지 도 11에 기초하여, 비교예에서의 기어비와 단간비에 대해 설명한다. 또한, 제1 유성 기어(PG1) 내지 제4 유성 기어(PG4)의 선 기어 잇수와 링 기어 잇수의 잇수비를 각각 α1, α2, α3, α4로 하였을 때, α1＝0.4688, α2＝0.4505, α3＝0.4419, α4＝0.4022로 한 경우를 일례로 한다.

여기서, 일본 특허 제5492217호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 4 유성·6 마찰 요소의 구성이며, 6 마찰 요소 중, 3개의 동시 체결의 조합에 의해 전진 9속의 변속단을 달성하는 자동 변속기를 비교예로 한다. 비교예의 경우, 도 9에 나타낸 바와 같이, 1속 기어비＝5.425, 2속 기어비＝3.263, 3속 기어비＝2.250, 4속 기어비＝1.649, 5속 기어비＝1.221, 6속 기어비＝1.000, 7속 기어비＝0.862, 8속 기어비＝0.713, 9속 기어비＝0.597이다. 이것을 그래프로 나타낸 것이 도 10이며, 최로우 변속비인 1속 기어비(＝5.425)에 대해서는, 통상 주행에 자동 변속기를 사용하고자 하는 경우는 문제없다. 그러나, 악로 주행에 변속기를 사용하고자 하는 경우, 도 10의 점선 A로 나타낸 영역의 초로우 변속단이 취해지지 않는다.

비교예의 경우, 도 9에 나타낸 바와 같이, 1-2 단간비＝1.663, 2-3 단간비＝1.451, 3-4 단간비＝1.364, 4-5 단간비＝1.350, 5-6 단간비＝1.221, 6-7 단간비＝1.160, 7-8 단간비＝1.208, 8-9 단간비＝1.195이다. 이것을 그래프로 나타낸 것이 도 11이며, 6-7 단간비＝1.160이고, 8-9 단간비＝1.195인 데 비해, 도 11의 화살표 B로 나타낸 바와 같이, 7-8 단간비＝1.208이 약간 크다. 이 때문에, 오버드라이브 변속단(제7속단 내지 제9속단)을 사용하는 고속 순항 시에 엔진 효율을 최적화할 수 없다.

상기 비교예의 자동 변속기에 대해, 초로우 변속단의 설정 기능과, 고속 순항 시에 있어서의 엔진 효율의 최적화 기능을 모두 부가한 것이 실시예 1의 자동 변속기이다. 실시예 1에 있어서, 제4 브레이크(B4)의 체결에 의해 추가되는 제1속단은, 전진 9속에 있어서의 제1속단보다 더욱 로우측의 초로우 기어비 변속단이다(도 12의 ☆1). 그리고, 제4 브레이크(B4)의 체결에 의해 추가되는 제9속단은, 전진 9속에 있어서의 제7속단의 기어비와 제8속단의 기어비 사이의 기어비에 의한 하이 기어비 변속단이다(도 12의 ☆2).

도 12는, 실시예 1의 자동 변속기에 있어서의 각 변속단에서의 기어비 표와 단간비 표의 일례를 나타내고, 도 13은 감속비 특성을 나타내고, 도 14는 단간비 특성을 나타낸다. 이하, 도 12 내지 도 14에 기초하여, 실시예 1에서의 기어비와 단간비에 대해 설명한다. 또한, 비교예와 마찬가지로, 제1 유성 기어(PG1) 내지 제4 유성 기어(PG4)의 선 기어 잇수와 링 기어 잇수의 잇수비를 각각 α1, α2, α3, α4라 하였을 때, α1＝0.4688, α2＝0.4505, α3＝0.4419, α4＝0.4022로 한 경우를 일례로 한다.

실시예 1의 자동 변속기는, 4 유성·7 마찰 요소의 구성이며, 7 마찰 요소 중, 3개의 동시 체결의 조합에 의해 전진 11속의 변속단을 달성한다. 실시예 1의 경우, 도 12에 나타낸 바와 같이, 1속 기어비＝10.225, 2속 기어비＝5.425, 3속 기어비＝3.263, 4속 기어비＝2.250, 5속 기어비＝1.649, 6속 기어비＝1.221, 7속 기어비＝1.000, 8속 기어비＝0.862, 9속 기어비＝0.785, 10속 기어비＝0.713, 11속 기어비＝0.597이다. 이것을 그래프로 나타낸 것이 도 13이며, 도 13의 점선 A'로 나타낸 바와 같이, 1속 기어비(＝10.225)가 오프로드용 초로우 기어비가 되므로, 악로 주행에 변속기를 사용하고자 하는 요구에 응할 수 있다.

실시예 1의 경우, 도 12에 나타낸 바와 같이, 1-2 단간비＝1.885, 2-3 단간비＝1.663, 3-4 단간비＝1.451, 4-5 단간비＝1.364, 5-6 단간비＝1.350, 6-7 단간비＝1.221, 7-8 단간비＝1.160, 8-9 단간비＝1.098, 9-10 단간비＝1.101, 10-11 단간비＝1.195이다. 이것을 그래프로 나타낸 것이 도 14이며, 새롭게 추가한 제9속단을 끼워넣은 단간비인 8-9 단간비가 1.098이고, 9-10 단간비가 1.101이고, 도 14의 화살표 B'로 나타낸 바와 같이, 제8속단으로부터 제10속단까지의 단간비가 작게 억제되었다. 이 때문에, 오버드라이브 변속단(제8속단 내지 제11속단)을 사용하는 고속 순항 시에 엔진 효율을 최적화할 수 있다.

여기서, 오버드라이브 변속단에서 단간비가 작게 억제됨으로써, 고속 순항 시에 엔진 효율을 최적화할 수 있는 이유를, 도 15에 기초하여 설명한다.

먼저, 엔진 회전수와 엔진 출력 토크의 관계 특성에 있어서, 도 15의 가는 실선 특성으로 나타낸 바와 같이, 복수의 원 형상 특성에 의해 등연비선 특성이 그려지고, 이 등연비선 특성의 중심을 향할수록 연비가 좋고, 중심 영역(눈 영역)이 최적 연비 영역이 된다. 이에 비해, 엔진 회전수와 엔진 출력 토크에 의한 동작점이, 도 15의 굵은 실선으로 나타낸 바와 같이 이동하는 것이 엔진 효율을 최적화하는 의미에서는 이상적이다.

이에 비해, 비교예의 경우, 단간비가 약간 크기 때문에, 도 15의 점선 특성으로 나타낸 바와 같이, 시프트 체인지에 수반되는 엔진 회전 변동도 커진다. 그러나, 실시예 1의 경우, 단간비가 작게 억제되므로, 도 15의 실선 특성으로 나타낸 바와 같이, 고속 순항에 사용하는 오버드라이브 변속단에 있어서, 시프트 체인지에 수반되는 엔진 회전 변동이 작아진다. 따라서, 오버드라이브 변속단에서 엔진 회전 변동을 작게 억제한 만큼, 이상적인 특성에의 근사성이 높아져, 엔진 효율을 최적화할 수 있다.

[실시예 1의 자동 변속기에 있어서의 특징 작용]

실시예 1에서는, 마찰 요소로서, 제1 브레이크(B1)와 제2 브레이크(B2)와 제3 브레이크(B3)와 제1 클러치(K1)와 제2 클러치(K2)와 제3 클러치(K3)에 의한 6 마찰 요소에, 제4 브레이크(B4)를 추가하였다. 그리고, 7개의 마찰 요소 중, 제4 브레이크(B4)의 체결을 포함하는 3개의 동시 체결의 조합에 의해 적어도 하나의 변속단을 추가하여, 전진 10속 이상의 변속단을 달성하는 구성으로 하였다.

즉, 4 유성·6 마찰 요소에 의해 전진 9속의 변속단을 달성하는 자동 변속기에, 하나의 제4 브레이크(B4)를 추가할 뿐인 간단한 구성 변경이면서, 전진 9속의 변속단에 새로운 변속단(예를 들어, 제1속단과 제9속단 중 적어도 하나의 변속단)이 추가된다.

따라서, 전진 10속 이상의 변속단에 의해, 기어비의 선택 자유도가 높아지고, 성능 요구에의 대응성이 향상되어, 목표로 하는 기능을 실현하는 것이 가능해진다.

실시예 1에서는, 7개의 마찰 요소 중, 3개의 동시 체결의 조합에 의해 전진 11속의 변속단이 달성된다. 전진 11속의 변속단 중, 제4 브레이크(B4)의 체결에 의해 추가되는 제1속단을, 전진 9속에 있어서의 제1속단보다 더욱 로우측의 초로우 기어비 변속단으로 하는 구성으로 하였다. 또한, 제4 브레이크(B4)의 체결에 의해 추가되는 제9속단을, 전진 9속에 있어서의 제7속단의 기어비와 제8속단의 기어비 사이의 기어비에 의한 하이 기어비 변속단으로 하는 구성으로 하였다.

즉, 오프로드 주행을 실현하기 위해 초로우 기어비를 설정하고자 하는 요구에 대해서는, 전진 9속에 있어서의 제1속단보다 더욱 로우측의 초로우 기어비 변속단인 제1속단에 의해, 악로 주파 요구에 응할 수 있다. 또한, 고속 순항 시의 연비 성능을 향상시키기 위해 모든 단간비를 밸런스 좋게 작게 하고자 하는 요구에 대해서는, 전진 9속에 있어서의 제7속단의 기어비와 제8속단의 기어비 사이의 기어비에 의한 하이 기어비 변속단인 제9 변속단에 의해, 연비 성능 향상 요구에 응할 수 있다.

따라서, 제4 브레이크(B4)를 추가하는 것만으로 새롭게 2개의 변속단이 추가되어, 악로 주파 요구와 연비 성능 향상 요구에 응할 수 있다.

실시예 1에서는, 제1 연결 멤버(M1)를, 제1 유성 기어(PG1)와 제2 유성 기어(PG2)의 외주측을 덮도록 배치되는 원통 드럼 부재로 하였다. 그리고, 제4 브레이크(B4)는, 제1 연결 멤버(M1)의 외주면과 대향하는 변속기 케이스(TC)의 내주면 사이에 개재 장착되는 구성으로 하였다.

즉, 새롭게 추가 설정하는 제4 브레이크(B4)가, 제1 유성 기어(PG1)와 제2 유성 기어(PG2)의 외주측이며, 변속기 케이스(TC)의 내주면에 면하는 위치에의 배치가 된다. 이 때문에, 다른 부품의 레이아웃 위치 변경 등을 요하는 일 없이, 기존의 부품 레이아웃 그대로 제4 브레이크(B4)가 용이하게 추가 설정된다.

따라서, 6개의 마찰 요소 중, 3개의 동시 체결의 조합에 의해 전진 9속의 변속단을 달성하는 자동 변속기에 대해, 용이하게 제4 브레이크(B4)를 추가 설정할 수 있다.

실시예 1에서는, 제4 브레이크(B4)를, 구동 플레이트(40)와 종동 플레이트(41)를 복수 매 조합한 다판 브레이크로 하였다. 그리고, 제1 연결 멤버(M1)의 외주측에, 구동 플레이트(40)를 설치하는 스플라인 끼워 맞춤 홈(12)을 형성하고, 변속기 케이스(TC)의 내주측에, 종동 플레이트(41)를 설치하는 스플라인 끼워 맞춤 홈(50)을 형성하는 구성으로 하였다.

즉, 제1 연결 멤버(M1)의 외주측에 스플라인 끼워 맞춤 홈(12)을 형성하고, 변속기 케이스(TC)의 내주측에 스플라인 끼워 맞춤 홈(50)을 형성한다. 이것만으로, 구동 플레이트(40)와 종동 플레이트(41)를 복수 매 조합한 다판 브레이크 구조의 제4 브레이크(B4)가 추가하여 설치된다.

따라서, 제1 연결 멤버(M1)와 변속기 케이스(TC)의 대향면에 스플라인 끼워 맞춤 홈(12, 50)을 형성하는 것만으로, 다판 브레이크 구조의 제4 브레이크(B4)를 추가하여 설치할 수 있다.

다음으로, 효과를 설명한다.

실시예 1의 자동 변속기에 있어서는, 하기에 열거하는 효과를 얻을 수 있다.

(1) 유성 기어로서, 제1 유성 기어(PG1)와 제2 유성 기어(PG2)와 제3 유성 기어(PG3)와 제4 유성 기어(PG4)를 구비하고,

마찰 요소로서, 제1 브레이크(B1)와 제2 브레이크(B2)와 제3 브레이크(B3)와 제1 클러치(K1)와 제2 클러치(K2)와 제3 클러치(K3)를 구비하고,

6개의 마찰 요소 중, 3개의 동시 체결의 조합에 의해 전진 9속의 변속단을 달성하는 자동 변속기에 있어서,

제1 유성 기어(PG1)의 제1 링 기어(R1)와 제2 유성 기어(PG2)의 제2 캐리어(C2)를 연결하는 연결 멤버(제1 연결 멤버(M1))를, 변속기 케이스(TC)에 대해 고정 가능한 제4 브레이크(B4)를 추가하고,

7개의 마찰 요소 중, 제4 브레이크(B4)의 체결을 포함하는 3개의 동시 체결의 조합에 의해 적어도 하나의 변속단을 추가하여, 전진 10속 이상의 변속단을 달성한다.

이로 인해, 간단한 구성 변경으로 기어비의 선택 자유도를 높임으로써, 목표로 하는 기능을 실현하는 성능 요구에의 대응성을 향상시킬 수 있다.

(2) 6개의 마찰 요소 중, 도 2에 나타낸 바와 같이, 3개의 동시 체결의 조합에 의해 전진 11속의 변속단이 달성되고,

제4 브레이크(B4)의 체결에 의해 추가되는 제1속단을, 전진 9속에 있어서의 제1속단보다 더욱 로우측의 초로우 기어비 변속단으로 하고,

제4 브레이크(B4)의 체결에 의해 추가되는 제9속단을, 상기 전진 9속에 있어서의 제7속단의 기어비와 제8속단의 기어비 사이의 기어비에 의한 하이 기어비 변속단으로 한다.

이로 인해, (1)의 효과 외에도, 제4 브레이크(B4)를 추가하는 것만으로 새롭게 2개의 변속단이 추가되어, 악로 주파 요구와 연비 성능 향상 요구에 응할 수 있다. 또한, 인접단으로의 변속을, 하나의 마찰 요소의 체결과 하나의 마찰 요소의 해방에 의한 전환 변속에 의해 달성할 수 있다.

(3) 연결 멤버(제1 연결 멤버(M1))를, 제1 유성 기어(PG1)와 제2 유성 기어(PG2)의 외주측을 덮도록 배치되는 원통 드럼 부재로 하고,

제4 브레이크(B4)는, 연결 멤버(제1 연결 멤버(M1))의 외주면과 대향하는 변속기 케이스(TC)의 내주면 사이에 개재 장착된다. 이로 인해, (1) 또는 (2)의 효과 외에도, 6개의 마찰 요소 중, 3개의 동시 체결의 조합에 의해 전진 9속의 변속단을 달성하는 자동 변속기에 대해 용이하게 제4 브레이크(B4)를 추가 설정할 수 있다.

(4) 제4 브레이크(B4)를, 구동 플레이트(40)와 종동 플레이트(41)를 복수 매 조합한 다판 브레이크로 하고,

연결 멤버(제1 연결 멤버(M1))의 외주측에, 구동 플레이트(40)를 설치하는 스플라인 끼워 맞춤 홈(12)을 형성하고,

변속기 케이스(TC)의 내주측에, 종동 플레이트(41)를 설치하는 스플라인 끼워 맞춤 홈(50)을 형성한다.

이로 인해, (3)의 효과 외에도, 제1 연결 멤버(M1)와 변속기 케이스(TC)의 대향면에 스플라인 끼워 맞춤 홈(12, 50)을 형성하는 것만으로, 다판 브레이크 구조의 제4 브레이크(B4)를 추가하여 설치할 수 있다.

이상, 본 발명의 자동 변속기를 실시예 1에 기초하여 설명해 왔지만, 구체적인 구성에 대해서는 이 실시예 1에 한정되는 것은 아니며, 청구범위의 각 청구항에 관한 발명의 요지를 일탈하지 않는 한, 설계의 변경이나 추가 등은 허용된다.

실시예 1에서는, 제4 브레이크(B4)의 추가에 의해 새로운 기어비에 의한 2개의 변속단을 추가하여, 전진 11속 후퇴 1속으로 하는 예를 나타냈다. 그러나, 제4 브레이크(B4)의 추가에 의해 새로운 기어비에 의한 2개의 변속단 중, 어느 하나의 변속단만을 추가하는 예로 해도 된다.

실시예 1에서는, 주행 중에 있어서, 예를 들어 변속 맵에 따라서 전진 11속 후퇴 1속의 변속이 행해지는 자동 변속기의 예를 나타냈다. 그러나, 통상 주행 모드와 악로 주행 모드를 전환하는 선택 스위치 등을 설치하여, 통상 주행 모드의 선택 시에는, 제1속단을 제외한 전진 10속 후퇴 1속의 변속이 행해지는 자동 변속기로 하고, 악로 주행 모드의 선택 시에는, 제1속단을 포함하는 언더 드라이브측의 변속단에 의한 변속을 행하는 자동 변속기로 해도 된다.

실시예 1에서는, 엔진차나 하이브리드차에 적용되는 자동 변속기의 예를 나타냈지만 이들 차량에 한정되지 않고, 전기 자동차나 연료 전지차 등의 전비 성능의 향상을 목표로 하는 자동 변속기로서도 적용하는 것이 가능하다.

Claims (4)

1. 유성 기어로서, 제1 유성 기어와 제2 유성 기어와 제3 유성 기어와 제4 유성 기어를 구비하고,
   마찰 요소로서, 제1 브레이크와 제2 브레이크와 제3 브레이크와 제1 클러치와 제2 클러치와 제3 클러치를 구비하고,
   상기 6개의 마찰 요소 중, 3개의 동시 체결의 조합에 의해 전진 9속의 변속단을 달성하는 자동 변속기에 있어서,
   상기 제1 유성 기어의 제1 링 기어와 제2 유성 기어의 제2 캐리어를 연결하는 연결 멤버를, 변속기 케이스에 대해 고정 가능한 제4 브레이크를 추가하고,
   상기 7개의 마찰 요소 중, 상기 제4 브레이크의 체결을 포함하는 3개의 동시 체결의 조합에 의해 적어도 하나의 변속단을 추가하여, 전진 10속 이상의 변속단을 달성하는,
   자동 변속기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제2 브레이크와 상기 제3 클러치와 상기 제4 브레이크의 동시 체결에 의해 달성되는 제1속단과,
   상기 제2 브레이크와 상기 제3 브레이크와 상기 제3 클러치의 동시 체결에 의해 달성되는 제2속단과,
   상기 제2 브레이크와 상기 제2 클러치와 상기 제3 클러치의 동시 체결에 의해 달성되는 제3속단과,
   상기 제2 브레이크와 상기 제3 브레이크와 상기 제2 클러치의 동시 체결에 의해 달성되는 제4속단과,
   상기 제2 브레이크와 상기 제3 브레이크와 상기 제1 클러치의 동시 체결에 의해 달성되는 제5속단과,
   상기 제3 브레이크와 상기 제1 클러치와 상기 제2 클러치의 동시 체결에 의해 달성되는 제6속단과,
   상기 제1 클러치와 상기 제2 클러치와 상기 제3 클러치의 동시 체결에 의해 달성되는 제7속단과,
   상기 제3 브레이크와 상기 제1 클러치와 상기 제3 클러치의 동시 체결에 의해 달성되는 제8속단과,
   상기 제1 클러치와 상기 제3 클러치와 상기 제4 브레이크의 동시 체결에 의해 달성되는 제9속단과,
   상기 제1 브레이크와 상기 제1 클러치와 상기 제3 클러치의 동시 체결에 의해 달성되는 제10속단과,
   상기 제1 브레이크와 상기 제3 브레이크와 상기 제1 클러치의 동시 체결에 의해 달성되는 제11속단에 의해 전진 11속의 변속단이 달성되고,
   상기 제4 브레이크의 체결에 의해 추가되는 상기 제1속단을, 전진 9속에 있어서의 제1속단보다 더욱 로우측의 초로우 기어비 변속단으로 하고,
   상기 제4 브레이크의 체결에 의해 추가되는 상기 제9속단을, 상기 전진 9속에 있어서의 제7속단의 기어비와 제8속단의 기어비 사이의 기어비에 의한 하이 기어비 변속단으로 하는,
   자동 변속기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 연결 멤버를, 상기 제1 유성 기어와 상기 제2 유성 기어의 외주측을 덮도록 배치되는 원통 드럼 부재로 하고,
   상기 제4 브레이크를, 상기 연결 멤버의 외주면과 대향하는 상기 변속기 케이스의 내주면 사이에 개재 장착하는,
   자동 변속기.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제4 브레이크를, 구동 플레이트와 종동 플레이트를 복수 매 조합한 다판 브레이크로 하고,
   상기 연결 멤버의 외주측에, 상기 구동 플레이트를 설치하는 스플라인 끼워 맞춤 홈을 형성하고,
   상기 변속기 케이스의 내주측에, 상기 종동 플레이트를 설치하는 스플라인 끼워 맞춤 홈을 형성하는,
   자동 변속기.

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