■ 케이스 : 모든 구성요소와 자동 변속기 유체를 담는 외곽 껍질이다
■ 클러치류 : 기계적 장치로 회전하는 부재를 구속하거나 풀어준다
■ 컨트롤 밸브 어셈블리(밸브 바디) : 유체 컨트롤 셀렉터들로 이루어진 하나의
집합체로 변속기의 두뇌 역할을 한다.
가압된 유체를 자동적으로 클러치 및 변속기어 등으로 보내준다.
■ 드라이브 링크 어셈블리 : 여러 개의 링크와 핀으로 이루어진 것으로, 일반적으로 트랜스액슬 내에서 엔진 동력을 전달한다.
■ 오일펌프 : 변속기의 모든 구성요소에 연속적으로 유량을 공급해주는 요소이다.
■ 유성 기어세트 : 3개의 요소(선 기어, 유성기어, 내접 기어)로 이루어져 있으며,
변속기 내에서 동력을 전달하는 데 사용된다.
■ 축류 : 움직이는 요소(클러치, 유성 기어세트)를 연결하여 동력전달용으로 사 용 된 다.
■ 토크 컨버터 : 엔진과 변속기 기어 사이에서 유체 링크(Fluid Link)구실을 한다.
[그림] 일반적인 자동 변속기의 구성요소
[그림] 전형적인 오토 트랜스 액슬의 구성요소
트랜스 액슬은 최종 드라이버 기어(Final drive) 어셈블리를 합친 변속기를 말하며, 전륜구동(Front Wheel Drive)이나 Mid-엔진 마운팅 방식의 차량에 사용된다.
■ 작동원리
토크 컨버터는 엔진과 변속기 사이의 링크역할을 하며, 플렉시블 플레이트라고도 불리는 엔진의 플라이 휠에 볼트로 체결되어 엔진속도로 회전한다.
즉, 토크 컨버터는 동력을 엔진에서 변속기로 전달해 주는 구성요소이다.
일종의 유체 커플링이 토크 컨버터 이면에 존재하는 기본원리이다.
이 원리는 두 개의 선풍기를 예로 들 수 있다. 동력을 지닌 선풍기는 다른 선풍기의 날개를 구동시키고, 이에 동력전달이 이루어지게 된다. 이 예에서는 동력을 전달하는 데 공기의 흐름만을 사용했다.
변속기도 이 원리를 이용하기는 하지만 공기의 흐름 대신에 ATF(Automatic Transmission Fluid)의 흐름을 사용한다.
토크 컨버터의 형상은 반으로 자른 강철 도우넛에 비유된다. 반쪽 짜리 두 개의 도우넛 면은 서로 마주하고 있다. 안쪽 면에는 베인이나 팬을 달았고, ATF로 채워져 있다. 한 쪽은 펌프로 엔진에 의해 구동되고, 다른 한쪽은 터빈으로 변속기기어를 구동시킨다.
토크 컨버터가 회전하게됨에 따라, 그 형상으로 인해 ATF가 가속되며 효율적인 토크 전달이 이루어지게 된다.
이제 ATF를 채운 어셈블리는 동력을 전달할 수 있게 된다.
유체 커플링 이론이란 유체를 한 쪽에서 다른 쪽으로 소용돌이 쳐 흘러가게 하여 일을 하는 것에 불과하다.
한쪽은 엔진에 의해 구동되어 엔진과 같은 속도로 회전하고, 다른 쪽은 유체에 의해 회전되어 변속기 기어를 구동시킨다.
■ 토크 컨버터의 구성요소 - 오일 펌프
토크 컨버터의 커버는 엔진의 플렉시블 플레이트에 볼트로 체결된다. 컨버터의 오일 펌프는 커버에 용접되어 있어 엔진동력 즉, 토크가 이 오일 펌프를 회전시키게 된다. 오일 펌프는 엔진에서 구동륜으로 가는 동력전달 과정에서 첫 번째 링크가 된다.
토크 컨버터 오일 펌프의 역할은 ATF 유동을 생성시키는 것이다.
■ 토크 컨버터의 구성요소 - 터어빈
엔진에서 구동륜으로의 동력 전달과정에 있어 두 번째 링크는 터어빈이다. 터어빈은 컨버터의 오일 펌프에서 나오는 ATF를 받아 그 유체의 힘으로 인해 돌게 되며, 엔진과 오일 펌프가 더 빠르게 회전할수록 터빈도 더욱 빠르게 회전하게 된다.
■ 컨버터 어셈블리 단일 유니트인 오일 펌프는 유동을 생성하고 또다른 터빈은 그 유동을 받아들이게 된다. 즉, 각기 독립된 유니트들인 오일 펌프와 터빈이 함께 작동하여 유체커플링을 이루게 된다.
변속기의 입력축은 터빈의 끝에 스풀라인으로 체결되며, 엔진에서 변속기 기어로 가는 동력전달과정에서 또 다른 링크가 된다. 컨버터 어셈블리는 케이스에 마운팅된 오일펌프에 의하여 ATF로 가득차게 된다. (스테이터가 추가되기 전에는, 이 컨버터 어셈블리는 진정한 토크 컨버터가 아니다.)
■ 스테이터 어셈블리 및 롤러 클러치
스테이터의 목적은 터빈에서 되돌아오는 유체를 받아서 방향을 바꾸어, ATF의 에너지로 엔진이 펌프를 회전시키는 일을 돕게 하는데 있다.
특히 스테이터는 유체의 방향을 바꾸어 터빈을 구동하는 유체의 힘을 증가시키게 되고 그 경우 토크(회전력)를 배가 시키게 되어 토크 업이 된다. 구속상태(Hold)의 스테이터는 엔진의 토크를 2배이상 배가 시킬 수 있다.
롤러 클러치는 스테이터가 구속상태나 자유롭게 회전할 수 있는 상태(Free wheeling)가 되도록 해 준다. 토크 증가를 위해 유동을 형성시킬 경우 롤러가 필요에 의해 스테이터를 스테이터 샤프트에 구속시키게 된다. 토크 증가가 더 이상 필요 없으면, 롤러는 구속이 해방되고, 스테이터는 자유로이 회전하게 된다.
토크 컨버터의 클러치 압력 플레이트는 엔진과 변속기의 입력축 사이에 직접적인 기계적 결속이 가능하게 하도록 설계된 것이다.
이 기계적인 결속으로 엔진 토크는 구동륜에 좀 더 효율적으로 전달되는 데, 이는 유체 커플링, 즉 토크 컨버터내에서 일어나는 소량의 "Slippage"즉 유체 마찰로 인한 손실을 없앨 수 있기 때문이다.
토크 컨버터의 클러치 어셈블리는 보통의 토크 컨버터와 동일한 커버내에 압력 플레이트 한개를 추가한 것이다. 압력 플레이트는 터빈 어셈블리에 스플라인으로 체결되며, 특정속도에 도달하면 작동된다.
압력 플레이트가 작동되면, 엔진이 변속기 기어와 기계적으로 연결되어 연료 효율을 높여주게 된다. 압력 플레이트가 해제되면, 어셈블리는 통상적인 토크 컨버터로 작동하게 된다.
토크 컨버터의 또 다른 기능으로, 변속기 오일펌프를 기계적으로 작동시켜 준다. 오일펌프 하우징은 변속기 케이스에 볼트로 단단히 체결되어 있다.
토크 컨버터가 회전하면 오일펌프 기어나 로타 베인을 구동시키게 된다.
■ 라인압이라 부르는 변속기의 작동압력은 변속기 오일펌프에 의해 생성된다. 오일펌프는 토크 컨버터에 의해 구동되며, ATF를 섬프나 팬에서 끌어올린다. 여기서 팬은 유조(流槽: Fluid reservoir) 역할을 한다.
기어 타입의 오일 펌프는 정량 토출 펌프(Constant displacement 오일 펌프)이다. 이 펌프는 매 회전시 동일한 양의 오일을 이송할 수 있다. 오일펌프의 속도가 증가함에 따라 분당 이송되는 오일의 총량이 증가하는 데, 이 오일 펌프가 더 빨리 회전하기 때문이다.
베인 타입 오일 펌프는 가변 용량(Variable capacities)식이다. 즉, 매회전시의 토출량을 가변시킬 수 있다.
베인 오일 펌프와 기어 오일 펌프는 동일한 원리로 작동된다. 베인이나 기어가 회전함에 따라, 오일은 스트레이너나 필터등 여과장치를 통하여 섬프(Sump)에서 빨려나오고, 출구를 통하여 압력 조절 밸브로 이송된다. 압력 조절 밸브는 라인압(변속기의 운전압)을 조절해 주는 역할을 한다.
라인압은 차량의 필요에 따라 변화하며, 모듈레이터/스로틀 밸브 압력에 의하여 조정된다.
■ ATF : 자동 변속기 유체
엔진 토크는 토크 컨버터를 통하여 순환되는 ATF에 의하여 변속기에 전달된다. 엔진에서 변속기까지는 어떠한 기계적 링크도 존재하지 않는다. 연결 링크는 유체가 된다. 변속기에 토크 컨버터 클러치 어셈블리가 있을 경우는, 이 기계적 커플링이 미리 지정된 어떤 속도에서 유체 커플링을 대신함으로써 연료효율을 더욱 높여 준다.
또한 ATF는 가압된 상태로 변속기의 컨트롤 밸브 어셈블리를 통해 순환되어 밸브류와 작동요소들을 동작시킨다. 이때의 압력이 유압이라 한다. ATF는 변속기와 토크 컨버터에서 열을 흡수하여 자동변속기를 냉각시킨다.
유체는 변속기에서 쿨러로 흐르는 데, 유체는 쿨러에서 차량의 라디에이터에 의해 냉각되어 변속기로 되돌아간다.
그런 후 ATF는 다양한 유압회로, 밸브, 작동요소 등으로 흐르게 된다. 이외에도 ATF는 부싱, 베어링, 기어 등을 윤활, 청정시키게 된다.
■ 오일 쿨러
오일 쿨러를 내장하거나 추가함으로써, ATF의 상태를 적절하게(겨울에는 따뜻하고/여름에는 차게) 유지시킬 수 있다. ATF가 동력전달을 위해 힘을 받게 되면 열이 증대된다.
이 열은 소산시켜 주어야 하는 데, 그렇지 못하면 ATF의 효율이 떨어지게 된다. 자동차의 냉각 시스템은 유체가 라디에이터의 온도로 되돌아 갈 수 있도록 해 준다.
열은 차량 변속기에게는 적이 된다. 과도한 열이 올라가도록 내 버려두면 변속기의 수명이 단축된다.
지속적인 고속도로 주행, 트레일러의 견인, 산길 주행은 과도한 열을 발생시킨다.
엔진이 과열되면 변속기 쿨러의 효율이 떨어지게 되므로, 온도계를 수시로 살펴보는 것이 엔진과 자동변속기의 수명을 유지시켜 주는 일이다.
ATF는 밀폐된 쿨러 내를 흐르며, 쿨러는 차량의 라디에이터에 장착된다. 어떤 차량에는 보조 쿨러가 라디에이터 바깥에 마운팅 되어 있는 것도 있다.
CVT(무단변속기)의 구조와 원리에 관한 내용입니다..
■ 필요성
최근 자동차는 자동변속기의 보급이 진행되어 소비자들의 자동변속기에 대한 요구가 높아지고 있다. 이러한 시장동향을 받아들여, 현재의 기술측면에서 변속충격의 저감, 변속 패턴의 최적화와 편리성을 개량한 것 외에 연비개선, 지구환경 보호측면의 사회적 부담을 갖고 있다.
전자제어가 지원된 토크 컨버터의 직결 제어, 4단, 5단의 다단차가 전개되고 있다. 이러한 기능을 끝까지 추진하면, 무단변속기의 개념에 도달한다. 스즈끼에서는 1984년부터 새로운 개념의 전자제어식 체인타입의 무단 변속기(SCVT)의 개발 착수하여 1992년 2월 CULTUS에 탑재하였다.
그리고 닛산 자동차에서는 전자 클러치를 채용하고 변속기구에는 금속벨트와 풀리를 채용한 무단변속기(NCVT)를 개발하여 1992년 MICRA에 탑재된 적이 있다. 이는 엔진 총합제어로 무단변속기 특징에 있어서 유연하고 민첩한 주행과 경제성을 살리고 벨트 소음 저감시켰다.
개발개념은 이런 점을 최대로 발휘하도록 주안점이 잡혀있다.
설계에 있어서 유의할 점은 다음과 같은 항목이다.
□ 신뢰성과 제조시 용이성을 고려한 단순한 구조이다.
□ 전자제어에 대응할 수 있는 구조로서 운전자 의지에 따라 주행 가능하다.
□ 동력성능과 연비향상을 달성할 수 있는 변속비 폭 넓다.
■ 장점
자동변속기와 달리 주어진 변속 패턴에 따라 최상 변속비와 최소 변속비 사이를 연속적으로 무한대의 단으로 변속시킴으로써
엔진의 동력을 최대한 이용하여 우수한 동력 성능과 연비 향상을 얻을 수 있도록 운전 가능한 변속기이다.
즉 차의 변속비를 무단 변속제어 할 수 있는 장치로서 다음과 같은 장점이 있다.
□ 운전이 쉬우며 변속 충격이 거의 없다.
□ 차량 주행 조건에 알맞도록 변속되어 동력성능이 향상된다.
□ 최저 연비소모를 따라 주행하도록 변속 패턴에 따라 운전하여 연비가 향상된다.
□ 엔진 출력특성을 최대한 살리는 파워트레인 통합제어의 기초가 된다.
■ 기본형식 및 특징
무단 변속기는 기본적으로 벨트 구동방식, 트랙션 구동방식, 유압 모터/ 펌프의 조합형으로 나눌 수 있다.
□ 벨트 드라이브식
◆ 고무벨트식
이륜차에 많이 사용되며, 자동차에 사용하려면 고무벨트의 토크전달 용량이 작아서 풀리 지름을 대형화해야 하므로 적합치 않다.
◆ 금속벨트식
풀리의 최소반지름을 작게 할 수 있으므로 변속비를 크게 잡을 수 있는 장점이 있으며, 발진클러치로는 전자클러치나 습식다판 클러치를 사용하며, 전후진 변환을 위해서는 싱크로 기구가 사용된다.
◆ 금속체인식
금속벨트와 유사한 구조이다.
□ 트랙션 드라이브식
트랙션 드라이브 전용으로 개발된 전단저항이 큰 오일에 의해 금속면 사이에 유막을 형성시켜 동력을 전달하는 방식이다.
변속응답성이 좋고, 발진 클러치가 불필요한 장점이 있으나, 접촉 압력이 높아 접촉면의 금속피로 방지와 전단저항이 큰 오일의 개발이 과제이다.
□ 유압 모터/ 펌프의 조합형
유압펌프와 유압모터로 이루어져 있으며 펌프에서 만들어진 유체동력은 기계적인 동력으로 바뀌어지는 유압식 변속기 구조로서
내구성, 유연한 변속 등의 장점에도 불구하고 부피가 크고 무거워서 승용차에 적용하는데 어려움이 있으나 농기계나 상업 장비에 이용된다.
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■ Belt CVT 작동원리
가. 작동원리
금속벨트와 원추형 풀리로 구성된 무단변속부가 차량 주행조건에 따라 금속
벨트와 풀리간의 접촉 반경의 변화로
무한대의 단계로 변속이 행해짐.
나. 특징
· 변속이 무단이므로 변속충격 없음
· A/T 대비 가속성능 우수
· A/T 대비 연비성능 우수 |
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■ Toroidal CVT 변속원리
가. 작동원리
입력 디스크와 출력 디스크사이에 롤러를 배치하여 롤러의 회전으로 인한 접촉반경의 변화로 변속되는 Traction 구동방식의 무단변속기.
나. 특징
· 넓은 변속비 폭(Ratio Range)
·높은 전달 효율
· 신속한 변속비 변화율
(Rate of Ratio Change)
· 정숙한 작동
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Torodat CVT
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