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KR100300297B1 - 복합변속기용동력동기화기 - Google Patents

복합변속기용동력동기화기 Download PDF

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KR100300297B1
KR100300297B1 KR1019950010829A KR19950010829A KR100300297B1 KR 100300297 B1 KR100300297 B1 KR 100300297B1 KR 1019950010829 A KR1019950010829 A KR 1019950010829A KR 19950010829 A KR19950010829 A KR 19950010829A KR 100300297 B1 KR100300297 B1 KR 100300297B1
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South Korea
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shaft
transmission
clutch
motor
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리차드에이넬룸스
Original Assignee
존 씨. 메티유
이턴 코포레이션
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Abstract

본 발명은, 비율 변경중에 동기화를 달성하기 위해, 복합 중형 변속기와 같은 자동차 변속기(14)의 입력축(72)의 회전속도를 제어하는 장치(30)에 관한 것으로, 이 장치는 모우터축(152)이 바람직하게는 중간기어(156) 및 중간축기어(104)를 통해 변속기(14)의 입력축(72)에 작동할 수 있게 맞물리는 가변속도 모우터(150)를 포함한다. 모우터(150)는, 전기, 유압, 및 공압 모우터 일 수 있고, 입력축(72)의 속도가 업시프트중 감소하거나 다운시프트중 증가하도록, 제로(0) 및 최대값 사이에서 가변속도를 갖는다. 또 다른 실시예에서, 모우터(150)는 입력축(72) 및 출력축(22)에 작동할 수 있게 맞물려 있다.

Description

복합변속기용 동력 동기화기
제1도는 본 발명의 토오크컨버터 및 토오크컨버터 분리 및 바이패스 클러치 구조의 개략도.
제2도는 본 발명의 자동 기계식 변속 장치의 상세도.
제3도는 본 발명의 변속기의 주섹션 및 부섹션으로서 적절한 차량의 구동연결을 위한 개략도.
제4도는 제3도와 유사한 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 개략도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
72 : 입력축 100 : 주축
114, 1l6, 118, 120, 128 : 변속기어
90 : 중간축 150, 150' : 모우터
152 : 152' : 모우터축 98 : 입력기어
156 : 중간기어 104 : 중간축기어
본 발명은 변경기어 기계식 복합 변속기용 동력 동기화 조립체에 관한 것이다.
오토사이클(otto cycle) 또는 디젤엔진과 같은 원동기로부터 지상차량을 구동시키는, 수동조작형, 비동기, 비차단, 기계식, 상시 맞물림 변경 기어 변속기가 선행기술에 공지되어 있다. 이러한 변속기의 예가 미합중국 특허 제3,105,395; 3,138,965; 3,283,613 및 3,611,823호에 개시되어 있고, 이를 참고로 여기에 포함했다. 이러한 형태의 변속기는 선택적으로 맞물리는 포지티브 또는 죠우클러치를 활용한다. 이러한 형태의 포지티브 클러치는, 마찰클러치, 동기클러치 및/또는 블록클러치에 비해 소형이고 저렴하며, 어떤 형태의 동기수단과 연결하여 이용하면 매우 신뢰성이 있다.
종래의, 개별 동기 및/또는 블록 포지티브 클러치 구조가 선행기술에 공지되어 있으며, 이는 미합중국 특허 제3,221,851; 3,929, 029; 4,307,624; 4,497, 396; 3,799,OO2; 4,428,469; 및 4,132,122호에 기재되어 있고, 이를 참고로 여기에 포함했다. 종래의 개별 동기화 장치는, 변속기의 시프팅을 쉽게 제공하지만, 변속기 하우징에서 비교적 큰 공간이 필요하며, 변속기 하우징내에서 이용 가능한 공간이 비교적 제한되어 있기 때문에, 수용 용량 및/또는 수명이 제한된다. 이것은 특히 토오크전달 수용능력과 이와 관련된 관성이 매우 큰 중형차량에 이용되는 변속기인 경우에 해당한다. 개별 블록포지티브 클러치 조립체는 변속기의 시프트를 쉽게 하지만, 동기화 교차를 야기하는 어느 정도의 기술을 필요로 하며, 더 복잡하고 종래의 비동기, 비블록 죠우클러치 조립체 보다 더 공간을 필요로 한다.
운전자의 엔진속도 및 이중 클러칭 조작에 의한 종래의 비동기, 비블록 죠우클러치 조립체의 동기화는 매우 효율적이고, 공지되어 널리 이용되는 변속 시프팅 방법이다. 그러나, 이러한 기계식 변속기의 수동 동기화는, 운전자의 기술수준이 높아야 하고, 노력과 주의를 필요로 한다.
전자 중앙 처리 장치를 이용하여 엔진속도의 자동조작에 의해 포지티브 죠우클러치를 자동적으로 동기화시키는 자동 기계식 변속 장치 및 차량 마스타 클러치가 공지되어 있다. 이는 미합중국 특허 제4,361,060호에 개시되어 있고, 이를 여기에 참고로 포함했다. 이러한 제어장치는, 상당히 복잡한 엔진 및 마스타 클러치 제어를 필요로하고, 다운시프트에 대해 죠우클러치를 동기화할 때, 엔진 제어 속도, 가속도, 및 속도, 가속도에 관한 응답시간 및 변속기 입력축 구동 죠유클러치 부재의 응답시간에 의해 제한된다.
입력축 제동 및 가속도를 제공하며, 엔진속도는 조작하지 않고, 변속기 죠우클러치 부재를 동기화시키는, 엔진, 속도와는 독립적인 장치인, 동력 동기화 장치를 활용하는 자동 기계식 변속 장치가 선행기술에 공지되어 있다. 이러한 예가 미합중국 특허 제3,478,851; 4,023,443; 4,140,031 및 4,614,126호에 개시되어 있고, 이를 참고로 여기에 포함했다.
동력 동기화기, 및 구동엔진과 변속기 입력축 사이에 구동할 수 있게 위치한 토오크컨버터를 지니고, 토오크컨버터 록업(lock-up)/분리 클러치 조립체를 포함하는, 자동 기계식 변속 장치가 공지되어 있다. 이러한 장치의 예가 미합중국 특허 제4,784,019; 4,860,861; 5,099,7ll; 5,136,897호 및 "THE EATON CEEMAT(CONVERTER ENHANCED ELECTRONICALLY MANAGED AUTOMATIC TRANSMISSION)" 이라는 제목의 S.A.E. 논문 제881830 이 개시되어 있고, 이를 참고로 여기에 포함했다.
이러한 변속 장치는, 수동용 변속기의 구조와 사실상 동일한 구조로 되고, 차량 출발시 토오크컨버터의 장점을 제공하며, 차량의 고속/고기어비에서 엔진과 변속기간의 미끄럼 방지의 연결에 대한 장점을 제공하고, 변속기 포지티브 죠우클러치의 비교적 급속 동기화를 제공하는, 기계식 변경기어 변속 장치를 활용하는 자동 기계식 변속 장치를 제공한다. 수동변속 장치에 활용되는 사실상 동일 기계식 변속기어 변속기를 토대로 한 자동 기계식 변속 장치를 제공함으로써, 제조원가 및 정비 비용이 절감된다. 필요하다면, 솔레노이드 등에 의한 자동제어에 알맞는 시프팅메커니즘이 변속기에 추가될 수 있다. 이러한 시프팅 메커니즘의 예가 미합중국 특허 제4,361,060 및 4,899,607 및 4,873,881; 4,722,237 및 4,445,393호에 개시되어 있고, 이를 참고로 여기에 포함했다. 동력 동기 메커니즘이 상기 미합중국 특허 제 4,614,126; 3,478,851호 또는 4,023,443호에 개시되어 있듯이, 변속기 포지티브 죠우클러치를 동기화하기 위해 추가될 수도 있다.
토오크 컨버터는, 구동엔진과 변속기 간에 구동할 수 있게 그 사이에 위치하고 있다. 토오크컨버터 및 록업 클러치 구조는, 토오크컨버터 피구동부재 또는 터어빈을 변속기 입력축에 연결하고, 토오크컨버터 입력 또는 임펠러(즉, 엔진출력)을 토오크 컨버터 피구동 부재 또는 터어빈에 연결하기 위해, 제1 및 제2분리독립 작동가능 클러치를 포함하여 제공한다. 제1 및 제2클러치는 마찰클러치를 구비하는 것이 바람직하다.
제1커플링이 맞물리고, 제2커플링이 분리될 때만, 토오크 컨버어터가 엔진과 변속기 사이에서 구동할 수 있게 상호 연결되어 있다. 제2클러치가 맞물릴때 토오크 컨버터는 록업된다. 즉, 터어빈이 엔진에 의해 직접 구동된다. 제2클러치가 제1클러치와 동시에 맞물릴때마다 변속기가 엔진으로부터 직접 구동된다.
제1커플링이 분리될 때, 제2커플링의 상태와 관계없이 변속기, 입력축은, 엔진 토오크, 토오크컨버터의 관성, 및 제2커플링의 관성과 분리된다. 이로인해, 죠우클러치가 쉽게 분리되고, 동력동기 메커니즘(입력축에 대한 비교적 저관성으로 인해)이 신속히 작동하고, 선택된 기어가 차량정지 및 구동상태에서 미리 맞물린다. 운전자의 드로틀 페달 설정에 관계없이, 엔진에 공급된 연료가 요구하는 엔진속도를 제공하도록 변조되는, 전자식 및 기타 엔진 연료제어 장치가 선행기술에 공지되어 있다. 이러한 장치는 위에서 언급한 미합중국 특허 제4,081,065; 4,361,060 및 4,792,901호에서 참조할 수 있으며, SAE J1922, SAE J1939 및 ISO 11898(SAE J1939 와 통상 유사하고 조화되는)과 같은 여러 전자 엔진 제어규격에서 참조할 수 있으며, 이들을 참고로 여기에 포함했다. 또 다른 관련된 규격은 J1708, JIS87 및 J1843을 포함하고 이를 참고로 여기에 포함했다.
본 발명은, 선택적으로 맞물릴 수 있는 다수의 변속기어를 지닌 주축과 적어도 하나의 중간축을 포함하는 자동차 변속기의 입력축의 회전속도를 제어하는 장치에 관한 것이다. 이 장치는, 입력축의 회전속도를 선택적으로 증가 또는 감소시키기 위해 입력축과 작동할 수 있게 맞물리는 모우터축을 지닌 가변속도 모우터를 구비한다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 이 장치는, 입력축의 회전속도를 선택적으로 증가 또는 감소시키기 위해 입력축 및 주축과 작동할 수 있게 맞물리는 가변속도 모우터를 포함한다.
따라서, 본 발명의 목적은, 업시프트중 입력축 속도를 선택적으로 감소시키거나, 다운시프트중 입력축속도를 선택적으로 감소시키는, 기계식 변속 장치에 대해 개량된 동력 동기화기를 제공하는 것이다.
첨부된 도면을 참고로 본 발명을 설명한다.
제1도~제3도는, 토오크컨버터 록업 및 분리 클러치 조립체(10)와, 이 조립체(10)를 이용하는 자동 기계식 변속 장치(12)를 도시한다. 여기서 사용한 "자동 기계식 변속 장치"란 적어도 하나의 드로틀장치 제어 열 엔진(16), 다속도 죠우클러치형 변경기어 변속기(14), 마스터 마찰클러치(10) 및/또는 엔진 및 변속기 사이에 위치한 유체 커플링(20)과 같은 비활동 커플링장치, 및 이를 자동적으로 제어하는 제어장치(50)를 포함하는 장치를 의미한다. 이러한 장치는, 물론 입력신호를 송신하고/또는 제어장치로부터 명령 출력신호를 수신하는 센서 및/또는 액츄에이터를 포함한다. 본 발명은, 토오크컨버터 및 토오크컨버터 록업/분리 클러치를 지닌 변속 장치와 연결 이용하기에 적합하면서, 또한 본 발명은, 엔진과 변속기 사이에 구동할 수 있게 위치한 표준 마찰 마스터 클러치를 지닌 변속 장치에도 적용 가능하다. 동력 동기화 모우터가 능력이 충분하다면, 맞물린 마스터 클러치로 엔진속도를 제어할 수도 있다.
본 발명의 자동 기계식 변속 장치(12)는, 중형트럭과 같은 지상차량에 이용되게 되어 있지만, 이러한 이용에 제한되는 것은 아니다. 자동변속기(14)의 출력은, 선행기술에 공지되어 있듯이, 구동액슬 차동장치 및 전달 케이스 등과 같은, 적절한 차량 구성품에 구동 연결하기 적합한 출력축(22)이다.
아래에서 상세히 설명되어 있듯이, 토오크컨버터 록업 및 분리 클러치 조립체(10)는, 토오크컨버터 록업 또는 바이패스 클러치(26) 및 토오크컨버터 분리 클러치(24)와 같은, 2개의 분리, 독립적으로 맞물리는 클러치, 바람직하게는 마찰 클러치를 포함한다. 변속기(14)는, 위에서 언급한 미합중국 특허 제4,445,393호에 개시된 형의 가압 유체 작동 시프팅 조립체 형인 것이 바람직한 변속 작동 메커니즘(28)을 포함한다.
위에서 언급한 동력 트레인 구성품은, 여러장치에 의해 작동 되며 감시되고, 각각의 상기 장치는 선행기술에서 공지되어 있고, 아래에서 자세히 설명한다. 이들 장치는, 운전자 제어 차량 드로틀페달 또는 다른 연료 드로틀장치의 위치를 감지하는 드로틀 위치 감시 조립체(32), 엔진에 대한 연료공급을 제어하는 드로틀제어기(34), 엔진의 회전속도를 감지하는 엔진 속도 센서 조립체(36), 토오크컨버터 분리 및 록업 클러치를 작동하는 토오크컨버터 분리 클러치 및 록업 클러치 작동자(40), 변속기 입력축 속도 센서(42), 변속기 출력축 속도 센서(44) 및/또는 변속기 시프팅 메커니즘(28)의 작동을 제어하는 변속기 시프팅 메커니즘 작동자(46)를 포함하고 있다. 드로틀제어장치(34)는, 운전자의 드로틀페달 위치에 관계 없이, 엔진에 대한 연료공급을 가변 레벨 또는 설정 레벨로 감소"(dip)" 시키는 간단한 오버라이드 장치(override device)일 수도 있다. 또한, 제어장치(34)는, SAE J1942, SAE J1939 또는 이와 유사한 규격에 해당하는 전자식 연료/엔진 제어장치 일수도 있다.
위에의 언급한 장치는, 정보를 공급하고/또는 전자제어장치(ECU)(50)로부터 명령을 받아들인다. ECU(50)는, 디지털 마이크로프로세서를 토대로 하는 것이 바람직하고, 이의 특정 구성 및 구조는 본 발명의 분야가 아니다. 중앙처리장치(50)는, 또한, 운전자가 차량 작동의 리버스(R), 중립(N) 또는 여러 전진 구동(D, DL) 모우드를 선택하는 시프트 제어 또는 모우드 선택기 조립체(52)로부터 정보를 수신한다. 통상적으로, 작동의 D 모우드는, 온 하이웨이(on-highway) 차량 이동에 이용되는 반면, 작동의 D 모우드는 오프 로드(off-road) 운전에 이용된다.
일반적으로, 장치는, 또한 센서 및/또는 액츄에이터 고장을 감지하고 반응하는 각종 센서, 회로 및/또는 논리 루우틴을 포함한다. 공지되어 있듯이, ECU(50)는 각종 센서 및/또는 작동장치로부터 입력을 수신한다. 이들 직접 입력에 추가해서, ECU(50)에는 각종 감시된 장치의 변화비를 나타내는 연산된 신호를 제공하기 위해 입력신호를 미분하는 회로 및/또는 논리장치와; 입력신호를 비교하는 수단과; 최종 시프트의 방향과 같은 특정 입력 정보를 저장하는 메모리수단과; 소정의 현상이 발생함에 따라 메모리를 소거하는 수단이 제공되어 있다. 위에서 언급한 기능을 제공하는 고유회로가 선행기술에 공지되어 있고, 이의 예는 위에서 언급한 미합중국 특허 제4,361,060, 4,595,986 호 및/또는 기계식 변속기의 자동화(The Automation of Mechanical Transmissions)라는 제목의 기술논문에 개재되어 있다. (이 기술논문은 proceeding of a joint IEEE/SAE conference entitled "International Congress 2O on Transportation Electronics" IEEE Catalog Number 84CH1988-5에 발표) 또한 이를 참고로 여기에 포함했다.
장치(12)는, 클러치(24)또는 마스터 마찰 클러치의 터치포인트(touch point)" 또는 초기 맞물림을 감지하는 논리 루우틴 및 센서를 포함하는 것이 바람직하다. 이의 예가 미합중국 특허 제4,899,838; 4,853,629 및 4,646,891호에 개시되어 있고, 이를 참고로 여기에 포함했다. 전자제어장치, 특히 마이크로 프로세서를 토대로 한 ECU의 작동/기능에서 공지되어 있듯이, 각종 논리 기능은, 제어장치 논리 규칙(즉, 소프트웨어)의 상이한 부분 또는 서브루우틴 하에서 작동하는 별개의 배선에 의한 논리장치 또는 단일 논리장치에 의해 수행될 수 있다.
제1도는 토오크컨버터(20)와, 엔진(16) 및 변경기어 변속기(14)간에 구동할 수 있게 사이에 위치한 토오크컨버터 록업 및 분리 클러치 조립체(10)의 개략 도면이다. 토오크컨버터 조립체(20)는, 슈라우드(shroud)(58)를 통해 엔진출력 또는 크랭크축(56)에 의해 구동되는 임펠러(54), 이 임펠러에 의해 유압으로 구동되는 터빈(60), 및 하우징(64)에 정지된 축(68)에 의해 탑재되는 1방향 롤러 클러치(66)를 경유해 하우징(64)에 정지되는 고정자 또는 런너(62)를 포함한다는 점에서 통상적이다. 또한, 슈라우드(58)는, 토오크컨버터를 가압하고, 변속기를 윤활시키고 변속기 시프팅 메커니즘(28)을 선택적으로 가압하고/또는 분리 및 바이패스 클러치(24 및 26)를 작동시키는 펌프(70)를 구동한다. 펌프(70)는 초승달형 기어펌프와 같은 공지된 구조이다.
변속기(14)는, 토오크컨버터 조립체(20) 및/또는 록업 및 분리 클러치 조립체(10)를 경유해 엔진(16)에 의해 구동되는 입력축(72)을 포함한다. 변속기 입력축(72)은 이에 고정되어 함께 회전하는 연결부재(74)를 탑재한다. 연결부재(74)는, 토오크컨버터 분리 클러치(24)에 연관된 부분(76)과, 입력축에 연관하기 위해 스플라인 형성된 제2허브부(78)를 포함한다. 아래에서 상세히 설명되어 있듯이, 토오크 컨버터 분리 클러치(24)는, 연결부재(74)의 부분(76)을 경유하여 변속기 입력축(72)까지, 및 그것으로부터 토오크 컨버터 터빈(60) 및 록업 클러치(26)와 연관된 연결부재(79)를 마찰적으로 맞물리거나 또는 분리하기 위해, 록업 클러치(26)의 맞물림 또는 분리와 독립적으로, 맞물리거나 분리될 수 있다. 토오크컨버터 록업 클러치(26)는, 엔진 크랭크축(56)과 이에 의해 구동되는 슈라우드(58)를 연결부재(79)에 마찰적으로 맞물리기 위해, 분리 클러치(24)의 맞물림 또는 분리에 독립적으로, 마찰적으로 분리되거나 또는 맞물릴 수 있다.
토오크컨버터 록업 클러치(26)의 맞물림은, 토오크컨버터 분리 클러치(24)의 맞물림 또는 분리상태에 관계 없이, 엔진 크랭크축(26)을 슈라우드(58)를 경유하여 직접 연결부재(79)와 맞물리게 함으로써, 분리 클러치(24)가 맞물려 있다면, 토오크컨버터(20)를 록업하고 변속기(14)를 엔진(16)으로부터 직접 구동하는 유효 록업을 제공한다. 더욱이, 토오크컨버터 록업 속도 이상의 속도에서, 록업 클러치(26)는, 클러치(24)의 분리로 입력축(72)으로부터 연결부재(79)의 관성이 분리되기 때문에, 시프트중 맞물리고 분리될 필요가 없다.
토오크컨버터 바이패스 클러치 또는 록업(26)이 분리되고, 토오크컨버터 분리 클러치(24)가 맞물린다면 변속기(14)는, 선행기술에 공지되어 있듯이, 엔진(16)으로부터 토오크컨버터 유체 커플링을 경유하여 구동된다. 토오크 컨버터 분리 클러치(24)가 분리되면, 록업 클러치(26)의 상태에 관계없이, 변속기 입력축(72)은, 엔진에 의해 공급되는 구동 토오크, 또는 토오크컨버터, 엔진 및 클러치(26)에 의해 공급되는 관성 견인력으로부터 구동할 수 있게 분리된다. 엔진, 클러치(26) 및/또는 토오크컨버터의 관성효과로부터의 변속기 입력축(72)의 분리는, 입력축(72)의 회전속도 및 이에 연결되어 구동하는 모든 변속기어가 변속기의 다운시프트 또는 업시프트 동안 급속히 동기화를 성취하기 위해 본 발명에 따라 변속기 동력 동기화 메커니즘(30)(후술)에 의해 가속되거나 감속되는 반면, 동력 동기화기(30)가 입력축(72)을 제어 엔진 속도 보다 큰 회전속도로 회전시키도록 한다.
모우드 선택기가 구동 또는 오프하이웨이 구동 모우드로 차량이 정지하고 있을 때, 분리 클러치(24)는 맞물리고, 록업 클러치(26)는 분리되어, 공지된 장점으로 토오크컨버터 시동을 허용한다. 소정의 차량속도 및/또는 기어비 이상에서, 토오크컨버터 작동의 장점은 더 이상 필요하지 않고, 구동엔진과 변속기간의 직접 구동의 증가된 효율이 요구된다. 이러한 상태에서, 토오크컨버터 록업 클러치(26)는, 맞물림을 유지하여, 분리 클러치(24)가 맞물릴 때, 변속기 입력축(72)이 토오크컨버터 슈라우드(58) 및 연결부재(79)를 경유하여 엔진으로부터 직접 구동되도록 한다.
위에서 설명했듯이, 클러치(24)가 이전의 맞물린 기어에서 중립으로 시프트하도록 분리되면, 동력 동기화기(30)는 맞물림 기어의 죠우클러치 부재를 동기화시키고 맞물림 기어의 동기화된 죠우클러치를 맞물린다. 바람직한 기어비의 선택과, 토오크컨버터 분리 또는 록업 클러치의 요구되는 맞물림 또는 분리 상태의 선택은, 각종 클러치 및 변속기 작동자에 대해 명령신호를 발하는 것과 함께 선행기술에 공지된 방식으로 중앙처리장치(50)에 의해 성취되고, 이는 미합중국 특허 제4,361,060호 및 제4,395,986호에 개시되어 있다.
제3도는 하나 이상의 주섹션 중간축(90)과 하나 이상의 부섹션 중간축(92)을 가진 복합변속기(14)를 도시한다. 변속기(14)는 비교적 표준설계이고, 도시되어 있듯이, 한쌍의 중간축형인 것이 바람직하다. 동축으로 정렬된 주섹션 및 부섹션 중간축을 지닌 이러한 변속기의 예가, 미합중국 특허 제3,105,395호 및 제3,138,965호에 개시되어 있고, 이를 참고로 여기에 포함했다.
변속기(14)는, 부재(78)가 이와 함께 회전하기 위해 고정되고, 이에 회전할 수 없게 부착된 입력기어(98)를 추가적으로 탑재하는 입력축(72)을 포함한다. 각각의 주섹션 중간축(90)은, 주축(100)에 실질적으로 평행하고, 이와 함께 회전하기 위해 중간축기어(102, 104, 106, 108, 110, 111 및 112)가 구비되어 있다. 다수의 주축기어, 또는 소위 변속기어(114, 1l6, 118 및 120)는 주축을 감싸고, 양측 포지티브 죠우클러치 칼라(122, 124 및 126)에 의해 한번에 하나씩 선택적으로 주축에 클러치 될 수 있다. 또한, 죠우클러치 칼라(122)는 입력축(72)을 직접 주축(100)에 클러치 할 수 있는 반면, 클러치 칼라(126)는 역 주축기어(128)를 주축에 클러치할 수 있다.
변속기어(114, 116, 118 및 120)는 주축을 감싸 항상 맞물려 있고, 설치수단을 지닌 대향 쌍의 중간축기어(106, 108, 110 및 111)에 의해 지지되는 것이 바람직하다. 설치수단의 장점은 미합중국 특허 제 3,105,395 호 및 제3,333,616호에 개시되어 있다. 역 주축기어(128)는 종래의 중간 아이들러기어 수단(도시되지 않음)에 의해 중간축기어(112)와 항상 맞물려있다. 최전방 중간축기어(102)는, 입력기어가 회전할 수 있게 구동될 때마다 중간축(90)을 회전시키기 위해 입력기어(98)에 항상 맞물려 이에 의해 구동된다.
선행기술에 공지되어 있듯이, 각각의 클러치 칼라가 주축에 직,간접으로 스플라인 되어 이와 회전하고, 이에 대해 축방향 이동을 한다. 클러치 칼라의 또 다른 설치수단이 선행기술에 공지되어 있고, 본 발명의 범주내에 포함되어 있다. 각각의 클러치 칼라(122, 124 및 126)에는 시프트 포크 또는 시프트 요크(도시되지 않음)를 수용하는 수단이 구비되어 있음으로써, 클러치 칼라가 액츄에이터(28)에 의해 제3도에 도시된 위치로부터 한번에 하나씩 축방향으로 이동된다.
부변속섹션(96)은, 입력축(72) 및 주축(100)에 동축이고 베어링 수단에 의해 변속기 하우징내에서 회전하도록 지지된 출력축(22)을 포함한다. 또한, 부섹션은 베어링 수단에 의해 하우징내에서 회전하도록 지지된 하나 이상의 부섹션 중간축(92)을 포함한다. 부섹션구동기어(136)는 주축(100)에 회전할 수 있게 설치되어 있다. 부섹션 중간축(92)은 함께 회전하기 위해 고정된 부섹션 중간축기어(138, 140 및 141)를 탑재한다. 부섹션 중간축기어(138)는 부섹션 입력기어(136)와 일정하게 정합되어 있는 반면, 부섹션 중간축기어(140 및 141)는, 출력축(22)을 감싸는 기어(142 및 143)와 각각 일정하게 정합되어 있다. 스플리터 클러치(144)는, 선행기술에 공지되어 있듯이, 주축(100) 및 부구동기어(136) 또는 기어(142)를 선택적으로 클러치하는데 이용된다. 종래의 개별 동기화된 죠우클러치 설계의, 동기화된 클러치 구조(145)는, 기어(142) 또는 기어(143)중 하나를 출력축(22)에 맞물리기 위해 액츄에이터(28)에 의해 축방향으로 이동되는 시프트 포오크(도시되지 않음)에 의해 제어된다.
변속기(14)는 복합 스플리터 및 레인지형으로, 레인지 클러치(145)에 의해 제공된 부섹션 변속단계는 주섹션 변속비의 전체 범위 보다 크다. 이러한 변속기가 미합중국 특허 제4,734,665호에 개시되어 있고, 이를 여기에 참고로 포함했다.
동력 동기화기(30)는 모우터축(152)을 지닌 가변속도 모우터(150)를 포함한다. 모우터축은, 입력기어(98), PTO 기어(104)와 같은 중간축기어 중 하나, 모우터축에 회전할 수 있게 고정된 기어(154), 및 기어(154) 및 중간축기어(104) 모두와 일정하게 맞물린 중간기어(156)를 통해, 입력축(72)과 작동할 수 있게 맞물려 있다. 이 실시예에서, 모우터(150)의 하우징은 고정되고 모우터축(152)은 이 하우징에 고정될 수 있어, 모우터의 속도는 ECU(50)에 의해 제로 0에서 최대 속도까지 가변된다. 크기, 내구성 및 동력에 맞게 특별히 모우터 선택하면, 이 최대속도는 변한다. 예를 들어, 적절한 모우터는 약 5000 rpm 에서 최대동력을 발생시킨다. 속도와 내구성 요건이 높기 때문에, 브러쉬 없는 전기 모우터가 바람직하다. 또한, 모우터(150)는 유압 또는 공압으로 작동될 수도 있다. 통상 최대속도가 약 1500 rpm 인 중간축(98)과 최적으로 작용하기 위해, 기어(154) 및 기어(104)가 약 1 : 3.33의 변속비가 되어야 한다.
장치(12)에서 변속기(14)의 단순한 시프트에 대한 시프트 시퀀스를 설명한다. 제2속으로부터 제3속으로의 주섹션 시프트(단순 업시프트)가 요구된다고 ECU(54)가 결정한다고 가정하면, ECU에 의해 연료콘트롤러(34)가 드로틀페달의 위치와 관계없이, 엔진의 연료를 감소(dip) 시킨다. 엔진에 연료를 감소시키는 한편, 분리 클러치(24)(또는 마스터 클러치)가 분리되고, 주섹션(94)에 대한 시프트가 중립이 된다.
엔진에 연료를 감소시키고, 분리 클러치를 해제하여 주섹션을 분리함에 따라, 동력 동기화기의 작동에 의해 목표 주축기어((이 예에서, 제3속 주축 기어(116))가 주축(100)에 대해 목표 또는 실질적인 동기속도로서 회전한다. 목표 주축 속도는, 변속비간의 공지된 단계를 이용하여 추정하거나 출력축 속도 및 부섹션(96)의 비율에 의해 결정할 수 있다. 출력축 속도는 센서(44)에 의해 감지되는 반면, 여러 주축기어의 속도는 입력축(72) 속도의 공지된 배수이다. 입력축 속도는 모우터축(152)의 속도로부터 결정되거나 센서(52)에 의해 감지된다.
레일 선택 기능은 주섹션 분리후 어느때라도 발생할 수 있다. 새로운 비율의 주섹션 재맞물림은, 동력 동기화기가 맞물린 기어를 목표 속도로 향하게 함에 따라 발생하도록 시간이 정해진다. 실질적으로, 중형 기계식 변속기(12)에 이용되는 죠우클러치형에 대해, 포지티브 클러치 간의 차이가 150 rpm 이하이면, 포지티브 클러치가 사실상 동기화 되었다고 간주된다. 물론, 업시프트인 경우, 동력 동기화기(30)는 입력축 및 이에 관련된 기어의 속도를 지연시키는데 필요하다. 이것은 예를 들어 음전압을 DC 전기 모우터에 인가함으로써, 모우터(150)가 부의 토오크를 발생하게 하면 된다. 적절한 주섹션 비율의 맞물림을 달성함에 따라, 분리 클러치가 다시 맞물리고, 엔진에 연료가 다시 공급된다. 일반적으로, 간단한 시프트는, 분리시간(즉, 토오크 브레이크)이 약 0.50 초로서, 약 0.70 ~ 0.80 초 내에 성취될 수 있다.
간단한 다운시프트의 예로서, 초기 입력축 속도가 1500 rpm 이면 동기화를 성취하기 위해 2200 rpm 까지 증가해야 한다. 5000 rpm 의 모우터(150)인 경우, 모우터 축기어(154)의 이빨수와 기어(102)의 이빨수의 곱한 것을 기어(104)의 이빨의수와 입력기어(98)의 이빨수의 곱한 양으로 나눈 변속비가 약 1 : 2.27(2200/5000)보다 같거나 크다고 가정하면, 출력축 속도는 적어도 목표속도 만큼 높은 속도로 쉽게 구동될 수 있다.
제4도는 복합변속기어의 또 다른 실시예를 도시한 것으로, 가변속도 모우터(150')가 입력축(72)과 출력축(22)사이에 연결되어 있다. 모우터축의 일단(152') 상에는 기어(154')가 제3도에 도시된 실시예처럼 입력기어(98)와 맞물려 있는 반면, 모우터 하우징에 연결된 또 다른 제2축(158)은 기어(162 및 141)를 경유하여 출력축에 설치된 기어(143)와 부섹션 기어에 작동되게 맞물린 기어(160)를 지닌다. 동기화 클러치 구조물(145)의 위치에 따라서, 출력축(22)은 기어(143)에 직접 연결되거나, 기어(142, 140 및 141)를 통해 기어(143)에 간접적으로 연결된다. 이용 가능한 공간에 따라서, 기어(160)는, 기어(162)와 같은 하나 이상의 중간기어를 통해 부섹션기어(143)와 맞물릴 수 있다. 본 실시예에서, 모우터(150' )의 속도는, 입력축(72)의 속도와 출력축(22)의 속도 사이에서 가변하고, 업시프트 및 다운시프트는 제3도에 대해 위에서 설명한 바와 같이 다루어 진다. 물론, 변속기에 부섹션이 없을 때와 같이, 기어(160)는 출력축(22)또는 주축(100)에 영구적으로 고정된 기어와 번갈아 작동할 수 있게 맞물릴 수 있다는 것을 이해하여야 된다.
본 발명을 어느 정도 특정하게 설명하였으나, 이후에서 청구하는 본 발명의 취지 및 범주로부터 벗어남이 없이 각종 구성품이 대체 및/또는 재구성될 수 있음을 이해하여야 된다.

Claims (4)

  1. 선택적으로 맞물릴 수 있는 다수의 변속기어(114, 116, 118, 120)를 지닌 주축(100)과, 입력축(72)을 출력축(22)에 작동할 수 있게 연결하는 적어도 하나의 중간축(90, 92)을 포함하는 자동차 변속기(14)의 입력축(72)의 회전속도 제어장치에 있어서; 내부 회전요소 및 외부 하우징 요소를 지니고, 내부 회전요소 또는 외부 하우징요소 중의 하나는 입력축(72)에 작동할 수 있게 맞물리고, 내부 회전요소 또는 외부 하우징 요소 중의 다른 하나는 출력축(22)에 작동할 수 있게 맞물려서, 출력축(22)의 회전속도에 대해 입력축(72)의 회전속도를 선택적으로 증가 또는 감소시키는 가변속도 모우터(150)를 특징으로 하는 입력축 회전속도 제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 기어(154)는 중간축(90, 92) 중의 하나(90)에 회전을 위해 고정된 중간축기어(104)에 연결된 중간기어(156)에 맞물리며, 중간축(90)은 회전을 위해 중간축상에 장착된 중간축기어(102)를 지지하고, 기어(102)는 회전을 위해 입력축(72)에 연결된 입력기어(98)에 맞물리도록 된, 상기 모우터(150) 및 기어(154)에 연결된 모우터축(152)과; 기어(160)는 기어(162)에 맞물리며, 기어(162)는 회전을 위해 중간축(90, 92) 중의 다른 하나(92)에 고정된 기어(141)에 맞물리고, 다른 하나의 중간축(92)은 그에 장착된 하나 이상의 추가 중간축기어(138, 140)을 지니며, 중간축기어 중의 하나(141) 및 추가 중간축기어(138, 140)는 출력축(22) 상에 장착되고 회전을 위해 그에 선택적으로 맞물릴 수 있는 다수기어(136, 142, 143) 중의 하나에 각각 맞물리도록 된, 상기 모우터(150) 및 기어(160)에 연결된 제2축(158)을 특징으로 하는 입력축 회전속도 제어장치.
  3. 제1항에 있어서, 입력축(72) 상에 장착된 입력기어(98), 및 중간축(90, 92) 중의 하나(90) 위에 장착된 기어(104)를 추가로 포함하며, 중간축(90)은 그에 장착된 기어(102)에 의해 입력기어(98)에 연결되고, 모우터(150)는 기어(104)에 작동할 수 있게 맞물린 모우터 축(152)을 포함하는 것을 특징으로 하는 입력축 회전속도 제어장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 모우터축(152)은 기어(156)를 통해 기어(104)에 작동할 수 있게 맞물리는 것을 특징으로 하는 입력축 회전속도 제어장치.
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