[스터디] 자동 변속기 개요

목차 - 자동 변속기 개요
- 자동 변속기
- 자동 변속기 구성
   유성기어 / 클러치 / 밴드 브레이크 / 유압제어부 / 케이스
- 관련 영상

자동 변속기

자동변속기는 클러치 페달을 조작하지 않아도 자동으로 변속이 가능한 동력 전달기구이다. 따라서 운전자가 주행 중 변속 조작을 하지 않아 운전 편의성을 높여주었다.

 

수동 변속기는 도로 및 주행 상황에 맞추어 운전자의 판단하에 기어비를 선택하는 것이다. 반대로 자동 변속기는 운전자의 판단이 아닌 차량 상태를 자동으로 고려하여 최적의 기어비를 선택하는 것이다. 이것이 어떻게 가능한지에 대해서 알아보자.

 

 

 

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자동 변속기 구성

유성기어, 클러치, 브레이크, 오일펌프, 밸브바디, 전자제어 시스템, 케이스, 파킹 기구

 

1. 유성기어

유성기어는 엔진 동력을 주어진 기어비로 전환하여 각단의 기어비를 구현하는 장치이다.유성기어는 '선기어, 피니언, 캐리어, 링기어'로 구성되어 있다.

유성기어(출처 : Art of Manliness, Gearhead 101: Understanding Automatic Transmission)

 

 

 

1.1 심프슨 방식과 리비뇨 방식

자동차는 다수의 변속 단계를 조절하기 위하여, 2개 이상의 유성기어를 조합하여 전진 및 후진의 변속비를 발생시킨다. 이에 대표적으로 심프슨 방식과 라비뇨 방식이있다.

 

1) 심프슨 방식(Simpson)

2세트의 피니언와 선기어를 고정 연결하는 방식이다.

- 입력 : 입력축에 연결된 제1 링기어를 통하여 들어가는 방식

- 출력 : 제2 링기어를 통해 빠져 나오는 방식

- 강도상 유리하다

- 구성요소의 회전수가 적고 효율이 양호하다.

 

2) 라비뇨 방식(Ravigneaux)

롱 피니언과 숏 피니언을 연이어 접속시킨 방식으로 링기어와 캐리어를 고용으로 사용한다.

- 1차 선 기어는 숏 피니언기어와 물려있고, 2차 선기어는 롱 피니언 기어와 물려있다.

- 입력 : 1, 2차 선기어와 캐리어를 입력으로 들어가는 방식

- 출력 : 링기어을 통해 빠져 나오는 방식

- 구성요소가 작아 콤펙트하다

- 축방향의 치수가 작아 구성요소 회전수가 낮다.

 

아래는  '23년 소나타의 유성기어 세트이다. 2개의 캐리어로 구성되어 있는 것을 보았을 때 심프슨 방식같다.

현대자동차 '23 소나타 유성기어세트 (출처 : HyundaiPartsDeal.com)

 

 

 

2. 클러치

엔진의 회전력을 유성기어로 전달하여 유성기어의 조합에 따라 변속한다. 이 때 엔진의 회전력을 유성기어 각 요소에 전달하려면 여러 종류의 클러치와 브레이크가 필요하다.

 

 

2.1 습식 다판 클러치

유압으로 클러치 판을 접촉시켜 엔진 출력에 동력을 유성기어의 각 요소에 전달 및 절환하는 역할이다.

리테이너, 씰, 피스톤, 리턴스프링, 마찰플레이트, 밸런스피스톤 등으로 구성되어 있다.

'23년 소나타 Multi Plate Clutch (출처 : HyundaiDealParts.com)

 

 

1) 리테이너(Retainer)

입력토크의 1차 전달요소로 마찰 플레이트 및 플레이트의 하우징 역할을 한다.

 

2) 씰(Seal)

작동 유압의 누유를 방지하며, 적용 부위에 따라 D-ring과 O-ring으로 구분 가능하다.

a. D-ring : 피스톤의 내외경에 장착되며, 상대 운동이 발생하는 부위에 적용된다.

b. O-ring : 상대 운동이 없는 부위에 적용된다.

 

3) 피스톤(Piston)

유압에 의해 작동하며 플레이트와 마찰플레이트를 압착한다.

 

4) 리턴스프링(Return Spring) 

피스톤 작동력에 의한 반력제공 및 유압제거 시 피스톤을 복귀시킨다.

피스톤 형상에 따라 코일(Coil)/디시(Dish)/코일드웨이브(Coiled Wave) 스프링 타입으로 구분된다.

 

5) 밸런스 피스톤

회전에 의해 발생하는 원심 유압을 상쇄한다.

 

6) 플레이트

플레이트는 마찰 플레이트와 접촉하여 마찰 토크를 발생시킨다. 압착 시 발생하는 열에너지를 발산시킨다. 

 

 

 

2.2 습식 다판 클러치의 기본 작동원리

- 리테이너는 변속기 입력 토크 요소인 입력축, 유성기어 세트 등과 연결된다.

- 플레이트는 리테이너의 스플라인으로 연결된다.

- 벨브바디로부터 공급된 작동 유압은 클러치 피스톤에 작용하여 피스톤의 작용력을 형성한다.

- 작용력은 리턴스프링의 작용반력보다 커지게되면 피스톤을 움직이게 되며, 이 피스톤의 작용력에 의해 마찰플레이트와 플레이트가 압착한다.

- 마찰플레이트와 스플라인으로 연결된 허브를 통해 스플라인으로 힘을 전달한다.

습식 다판 클러치 (출처 : ResearchGate uploaded by Yu Liang)

 

 

 

3. 밴드 브레이크

회전체를 잡아주는 외부 수축식 브레이크다. 선기어, 캐리어, 링기어의 회전운동을 필요에 따라 고정시키는 기능을 수행하낟.

유성기어에 연결되어 회전하고 있으며 드럼을 밴드브레이크가 감싸고 있고, 서보 피스톤에 유압이 작용하여 서보 피스톤과 일체로 연결된 로드가 밴드에 작용하여 조이면서 드럼의 회전을 구속한다.

 

 

 

4. 유압제어부

자동변속기의 유압을 제어하며 변속 시 필요한 동력을 발생시키며 적절한 유압을 공급하여 변속 단수를 조정한다.

 

4.1 유압제어부의 구성

유압제어부의 구성에 대해서 간단하게 알아보자

1) 오일펌프 : 자동변속기의 오일팬에 저장되어 있는 오일을 흡입하여, 토크컨버터와 유압제어기구에 필요한 작동 유압을 공급한다. 또한 유성기어 세트, 입력축, 각종 요소 등의 마찰부분에 윤활유압을 공급한다.

 

2) 밸브바디 : 자동변속기의 클러치와 토크컨버터에 오일압력을 공급하여 차량의 속도에 맞춰 자동변속이 가능하게 만드는 자동 유압제어 장치이다. 밸브바디 중 어느 유로를 타고 공급되냐에 따라 변속 단수가 달라지게 된다.  

 

1, 2번) '23 소나타 오일펌프 및 밸브바디 3번) 밸브바디 유로 (출처 : HyundaiPartsDeal.com, Amazon)

 

 

 

5. 케이스

케이스는 변속기와 엔진, 차체 프레임과 연결되어 자동변속기를 구성하는 부품을 고정하고 지지하는 역할을 힌다.

이 밖에도 외부 충격으로부터 변속기를 보호하며, 변속제어를 위한 유압전달 및 오일필터, 오일펌프, 밸브 바디간 유압회로를 구성한다.

자동변속기 케이스 (출처 : AT Racing World, Turbo 400 TH400 Aluminum Heavy Duty Transmission Case SFI Approved)

 

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관련 영상

클러치 및 밴드 브레이크

[Youtube] Siu automotive, Basic auto trans clutches and bands

 

 

 

자동변속기 작동방식(유성기어세트 중심)

[Youtube] Lesics, Automatic Transmission, How it works?