KR101371720B1

KR101371720B1 - 토크컨버터

Info

Publication number: KR101371720B1
Application number: KR1020120036496A
Authority: KR
Inventors: 오완수; 이흥석; 진용욱; 황재웅
Original assignee: 현대자동차(주)
Priority date: 2012-04-09
Filing date: 2012-04-09
Publication date: 2014-03-07
Also published as: KR20130114289A

Abstract

본 발명은, 하나의 회전요소가 엔진으로부터 회전력을 입력받도록 설치되며, 나머지 두 회전요소 중 어느 하나의 회전요소가 터빈과 직결되도록 설치되되 다른 하나의 회전요소는 터빈과 상대회전 가능하도록 설치된 유성기어장치; 상기 엔진의 회전력이 상기 유성기어장치를 통하여 터빈에 전달될 수 있도록 상기 엔진에서 유성기어장치 및 터빈으로 이어지는 경로 상에 연결 및 해제 가능하게 설치된 락업클러치; 및 상기 터빈과 상대 회전 가능하도록 설치된 회전요소에 연결되며, 락업클러치 연결시 유성기어장치의 회전요소들 사이에서 발생되는 상호간의 상대회전을 탄성적으로 지지하도록 설치된 댐핑스프링;을 포함하는 토크컨버터가 소개된다.

Description

토크컨버터{TORQUE CONVERTER}

본 발명은 유성기어장치의 기어비를 이용하여 댐퍼의 강성을 저감하면서 진동을 개선시킬 수 있도록 한 토크컨버터에 관한 것이다.

도 1은 자동변속기에 사용되는 토크컨버터에 대해 도시된 것으로, 케이싱 내부에 펌프(2)와 터빈(3), 그리고 스테이터(4)가 마련되어 구성되며, 펌프(2)는 엔진(1)의 플라이휠과 결합되고, 터빈(3)은 변속기의 입력축과 결합된다. 그리고, 케이싱 내부에는 오일이 채워져, 오일이 펌프(2)와 터빈(3) 및 스테이터(4)를 순환하면서 엔진(1)으로부터 발생되는 동력을 입력축을 통해 변속기 측으로 전달하게 된다.

다만, 토크컨버터에서의 오일 순환시, 슬립이 발생되는바 자동변속 매커니즘이 적용된 차량은 수동변속기나 자동화 수동변속기 차량에 비해 동력손실에 따른 동력전달효율이 떨어지게 되어 연비가 좋지 않은 문제가 있다.

이에, 엔진(1)과 터빈 사이에 락업클러치(5)가 마련됨으로써, 펌프(2)에 대한 터빈(3)의 상대 회전속도가 상승하여 일정한 조건을 만족하게 되면, 락업클러치(5)가 작동되면서 터빈(3)이 펌프(2)와 함께 직결되어 회전되는바, 슬립에 의한 동력의 손실을 줄이도록 하고 있다.

이때, 상기 터빈(3)과 락업클러치(5) 사이에는 댐핑스프링(6)이 마련됨으로써, 락업클러치(5)의 작동에 의한 진동을 댐핑스프링(6)을 통하여 완충하도록 구성되어 있다.

한편, 최근에는 고성능 엔진(GDI, 터보챠져, 슈퍼챠져 등 장착)이 탑재된 자동차들이 경쟁적으로 개발 및 출시되고 있는 실정에 있으며, 특히 당사에서는 고급 차량의 취약점인 발진감(다이렉트감) 부족을 해결하기 위해 저속영역에서 고 토크 엔진의 적용을 추진 중에 있다.

그러나, 이같은 엔진의 경우 비틀림 가진력이 증대하여 락업 부밍 등의 NVH 측면이 악화되는 단점이 있다. 또한 연비개선 목적으로 개발 중인 CDA(Cylinder DeActivation) 차량에서는 비틀림 가진력이 2~3배 커지기 때문에 초 저강성 댐퍼의 적용이 반드시 필요한 문제가 있다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 유성기어장치의 기어비를 이용하여 댐퍼의 강성을 저감하면서 진동을 개선시킬 수 있도록 한 토크컨버터를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 하나의 회전요소가 엔진으로부터 회전력을 입력받도록 설치되며, 나머지 두 회전요소 중 어느 하나의 회전요소가 터빈과 직결되도록 설치되되 다른 하나의 회전요소는 터빈과 상대회전 가능하도록 설치된 유성기어장치; 상기 엔진의 회전력이 상기 유성기어장치를 통하여 터빈에 전달될 수 있도록 상기 엔진에서 유성기어장치 및 터빈으로 이어지는 경로 상에 연결 및 해제 가능하게 설치된 락업클러치; 및 상기 터빈과 상대 회전 가능하도록 설치된 회전요소에 연결되며, 락업클러치 연결시 유성기어장치의 회전요소들 사이에서 발생되는 상호간의 상대회전을 탄성적으로 지지하도록 설치된 댐핑스프링;을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 엔진으로부터 회전력을 입력받도록 설치된 한 회전요소는 상기 유성기어장치의 링기어로서, 상기 링기어는 락업클러치를 통하여 엔진과 연결 설치되며; 상기 터빈과 연결된 두 회전요소는 상기 유성기어장치의 선기어 및 캐리어로 구성될 수 있다.

상기 엔진으로부터 회전력을 입력받도록 설치된 한 회전요소는 상기 유성기어장치의 링기어로서, 상기 링기어는 엔진과 직결 설치되며; 상기 터빈과 연결된 두 회전요소는 상기 유성기어장치의 선기어 및 캐리어로서, 상기 캐리어는 락업클러치를 통하여 터빈과 연결 설치될 수 있다.

상기 터빈과 상대 회전 가능하도록 설치된 회전요소는 유성기어장치의 캐리어이며; 상기 댐핑스프링은 상기 캐리어와 터빈 사이에 설치될 수 있다.

상기 터빈과 상대 회전 가능하도록 설치된 회전요소는 유성기어장치의 선기어이며; 상기 댐핑스프링은 상기 선기어와 터빈 사이에 설치될 수 있다.

엔진으로부터 회전력을 전달받아 회전하며, 엔진의 회전축과 연결된 펌프; 상기 펌프로부터 유입되는 유체의 흐름에 의해 회전하며, 변속기 입력축과 결합된 터빈; 상기 펌프와 터빈 사이에 마련되며, 상기 터빈에서 펌프 측으로 흐르는 유체의 흐름 방향을 변경하여 토크를 변환하는 스테이터; 하나의 회전요소가 엔진으로부터 회전력을 입력받도록 설치되며, 나머지 두 회전요소 중 어느 하나의 회전요소가 터빈과 직결되도록 설치되되 다른 하나의 회전요소는 터빈과 상대회전 가능하도록 설치된 유성기어장치; 상기 엔진의 회전력이 상기 유성기어장치를 통하여 터빈에 전달될 수 있도록 상기 엔진에서 유성기어장치 및 터빈으로 이어지는 경로 상에 연결 및 해제 가능하게 설치된 락업클러치; 및 상기 터빈과 상대 회전 가능하도록 설치된 회전요소에 연결되며, 락업클러치 연결시 유성기어장치의 회전요소들 사이에서 발생되는 상호간의 상대회전을 탄성적으로 지지하도록 설치된 댐핑스프링;을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 유성기어장치와 댐핑스프링을 조합하되, 유성기어장치의 기어비를 활용함으로써, 댐핑스프링을 저강성화시키는 것과 같은 효과가 발휘되도록 한다. 따라서, 점차 증가하는 엔진 출력의 비틀림 진동을 더욱 효과적으로 저감 및 완충할 수 있도록 하여 고성능 차량에서의 더욱 우수한 진동 감쇠성능을 발휘함과 아울러, 정숙하고 안정된 승차감을 구현할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 토크컨버터의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 의한 토크컨버터의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 3은 도 2에 도시한 토크컨버터의 구성에서 락업클러치의 설치 위치가 변경한 상태의 실시예 도면.
도 4는 본 발명에 의한 작동원리를 설명한 도면.
도 5는 본 발명에 의한 토크컨버터의 구성에서 댐핑스프링의 설치 위치가 변경된 상태의 실시예 도면.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2 내지 도 5에서 도시된 본 발명의 토크컨버터는, 하나의 회전요소가 엔진(10)으로부터 회전력을 입력받도록 설치되며, 나머지 두 회전요소 중 어느 하나의 회전요소가 터빈(30)과 직결되도록 설치되되 다른 하나의 회전요소는 터빈(30)과 상대회전 가능하도록 설치된 유성기어장치(PG)와; 상기 엔진(10)의 회전력이 상기 유성기어장치(PG)를 통하여 터빈(30)에 전달될 수 있도록 상기 엔진(10)에서 유성기어장치(PG) 및 터빈(30)으로 이어지는 경로 상에 연결 및 해제 가능하게 설치된 락업클러치(50) 및; 상기 터빈(30)과 상대 회전 가능하도록 설치된 회전요소에 연결되며, 락업클러치(50) 연결시 유성기어장치(PG)의 회전요소들 사이에서 발생되는 상호간의 상대회전을 탄성적으로 지지하도록 설치된 댐핑스프링(60)을 포함하여 구성됨으로써, 락업클러치(50) 작동시 엔진(10)으로부터 입력되는 비틀림 진동을 상기 탄성적으로 지지되는 회전요소들의 탄성적인 상대운동에 의해 감쇠시키도록 하게 된다.

즉, 본 발명의 토크컨버터의 구성은 전체적으로, 엔진(10)으로부터 회전력을 전달받아 회전하며, 엔진(10)의 회전축과 연결된 펌프(20)와; 상기 펌프(20)로부터 유입되는 유체의 흐름에 의해 회전하며, 변속기 입력축과 결합된 터빈(30)과; 상기 펌프(20)와 터빈(30) 사이에 마련되며, 상기 터빈(30)에서 펌프(20) 측으로 흐르는 유체의 흐름 방향을 변경하여 토크를 변환하는 스테이터(40)와; 하나의 회전요소가 엔진(10)으로부터 회전력을 입력받도록 설치되며, 나머지 두 회전요소 중 어느 하나의 회전요소가 터빈(30)과 직결되도록 설치되되 다른 하나의 회전요소는 터빈(30)과 상대회전 가능하도록 설치된 유성기어장치(PG)와; 상기 엔진(10)의 회전력이 상기 유성기어장치(PG)를 통하여 터빈(30)에 전달될 수 있도록 상기 엔진(10)에서 유성기어장치(PG) 및 터빈(30)으로 이어지는 경로 상에 연결 및 해제 가능하게 설치된 락업클러치(50); 및 상기 터빈(30)과 상대 회전 가능하도록 설치된 회전요소에 연결되며, 락업클러치(50) 연결시 유성기어장치(PG)의 회전요소들 사이에서 발생되는 상호간의 상대회전을 탄성적으로 지지하도록 설치된 댐핑스프링(60)을 포함하여 구성된다.

도 2는 락업클러치(50)의 설치 위치에 따른 일실시예를 나타낸 도면으로, 상기 엔진(10)으로부터 회전력을 입력받도록 설치된 한 회전요소는 상기 유성기어장치(PG)의 링기어(R)로서, 상기 링기어(R)는 락업클러치(50)를 통하여 엔진(10)과 연결 설치되며, 상기 터빈(30)과 연결된 두 회전요소는 상기 유성기어장치(PG)의 선기어(S) 및 캐리어(C)로 구성될 수 있다.

즉, 락업클러치(50)가 캐리어(C)와 터빈(30) 사이에 설치됨으로써, 락업클러치(50)가 연결된 상태에서는 상기 엔진(10)으로부터 입력되는 회전력이 펌프(20)에 전달되어 펌프(20)를 회전시키면서, 이와 함께 링기어(R)를 통해 캐리어(C) 및 선기어(S)에 전달되면서, 상기 캐리어(C) 및 선기어(S)가 터빈(30)을 회전시켜, 터빈(30)과 펌프(20)가 직결된 상태로 회전이 이루어지게 된다.

반면, 락업클러치(50)가 해제된 상태에서는 상기 엔진(10)으로부터 입력되는 회전력이 펌프(20)를 회전시키게 되나, 링기어(R)와의 연결은 해제된 상태에 있어, 캐리어(C) 및 선기어(S)는 터빈(30)의 회전력에 종속되어 회전이 되면서, 링기어(R)는 자유 회전 상태에 있게 된다.

도 3은 락업클러치(50)의 설치 위치에 따른 다른 일실시예를 나타낸 도면으로, 상기 엔진(10)으로부터 회전력을 입력받도록 설치된 한 회전요소는 상기 유성기어장치(PG)의 링기어(R)로서, 상기 링기어(R)는 엔진(10)과 직결 설치되며, 상기 터빈(30)과 연결된 두 회전요소는 상기 유성기어장치(PG)의 선기어(S) 및 캐리어(C)로서, 상기 캐리어(C)는 락업클러치(50)를 통하여 터빈(30)과 연결 설치될 수 있다.

반면, 락업클러치(50)가 해제된 상태에서는 상기 엔진(10)으로부터 입력되는 회전력이 펌프(20)를 회전시키면서, 이와 함께 링기어(R)를 통해 캐리어(C) 및 선기어(S)에 회전력이 전달이 되나, 캐리어(C)와 터빈(30) 사이의 연결이 해제된 상태에 있어, 선기어(S)는 터빈(30)의 회전력에 종속되어 회전이 되면서, 캐리어(C)는 자유 회전 상태에 있게 된다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 터빈(30)과 상대 회전 가능하도록 설치된 회전요소는 유성기어장치(PG)의 캐리어(C)이며, 상기 댐핑스프링(60)은 상기 캐리어(C)와 터빈(30) 사이에 설치될 수 있다.

도 5는 댐핑스프링(60)의 다른 설치 예시를 나타낸 것으로, 상기 터빈(30)과 상대 회전 가능하도록 설치된 회전요소는 유성기어장치(PG)의 선기어(S)이며, 상기 댐핑스프링(60)은 상기 선기어(S)와 터빈(30) 사이에 설치될 수 있다.

본 발명의 작용 및 효과를 상세하게 설명한다.

본 발명 실시예들은 엔진(10)으로부터의 동력이 플라이휠(도시 생략)과 결합된 컨버터하우징(도시 생략)을 통하여 링기어(R)가 회전하면서 상기 캐리어(C)와 선기어(S)를 회전시키게 되어, 동력은 상기 캐리어(C) 및 선기어(S)와 연결된 터빈(30)을 통해 인출되게 된다.

도 4를 참조하면, 차량의 운전조건에 따라 락업클러치(50)가 연결되는 작동이 이루어지게 되면, 엔진(10)으로부터 입력되는 동력(Tr)에 의해 링기어(R)가 회전하게 되고, 그에 따라 캐리어(C)와 선기어(S)가 함께 동일한 방향(시계방향)으로 회전하게 되어 캐리어(C) 및 선기어(S)에 연결된 터빈(30)을 회전시키게 되는바, 펌프(20)와 터빈(30)이 직결된 상태로 회전이 이루어지게 된다.

이때, 락업클러치(50)가 작동되어 연결이 이루어지기 이전에는, 적어도 펌프(20)와 터빈(30)의 상대회전 속도에 대한 변위차가 있게 되는바, 락업클러치(50)에 의해 연결되는 순간에 상기 엔진(10)으로부터 입력되는 동력의 비틀림 진동이 상기 캐리어(C)와 선기어(S) 사이의 상대운동과 이를 탄성적으로 지지하는 댐핑스프링(60)에 의해 감쇠작용이 이루어지게 된다.

구체적으로, 상기 링기어(R)의 시계방향 회전에 의해 상기 캐리어(C)의 유성기어(P)는 상기 선기어(S)의 외주를 타고 공전 및 자전하면서 캐리어(C)를 시계방향으로 회전시키게 되고, 이에 의해 상기 선기어(S)는 반시계방향으로 회전되려고 하는 반력(Rr)을 형성하게 되어, 결과적으로 상기 선기어(S)와 상기 캐리어(C) 사이는 서로 반대방향의 상대 회전이 유발되게 되며, 이러한 상대 회전은 상기 댐핑스프링(60)에 의해 탄성적으로 지지되게 되어, 엔진(10)으로부터의 비틀림 진동은 이러한 선기어(S)와 캐리어(C)의 상대운동 및 상기 댐핑스프링(60)의 탄성 변화에 의해 감쇠되게 되는 것이다.

여기서, 상기 댐핑스프링(60)의 강성은 상기 유성기어장치(PG)의 기어비에 의해 상기 댐핑스프링(60)이 가지고 있는 본래의 강성에 비하여 낮아진 강성을 제공하는 것과 같은 효과를 내게 된다.

즉, 상기 링기어(R)와 상기 캐리어(C)의 기어비에 의해, 락업클러치(50)가 작동되는 순간에 상기 링기어(R)의 회전력이 상기 캐리어(C)에서 감속되어 상기 댐핑스프링(60)에 가해지는 것과 같은 원리에 의함으로써, 링기어(R)와 선기어(S) 사이의 상대적으로 큰 회동변위에 대하여 상기 댐핑스프링(60)은 상기 기어비가 곱해진만큼 적은 변위로 신축하여 상대적으로 낮은 강성을 제공하는 것과 같은 효과를 얻도록 하는 것이다.

한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

10 : 엔진 20 : 펌프
30 : 터빈 40 : 스테이터
50 : 락업클러치 60 : 댐핑스프링
PG : 유성기어장치 S : 선기어
C : 캐리어 R : 링기어

Claims

하나의 회전요소가 엔진(10)으로부터 회전력을 입력받도록 설치되며, 나머지 두 회전요소 중 어느 하나의 회전요소가 터빈(30)과 직결되도록 설치되되 다른 하나의 회전요소는 터빈(30)과 상대회전 가능하도록 설치된 유성기어장치(PG);
상기 엔진(10)의 회전력이 상기 유성기어장치(PG)를 통하여 터빈(30)에 전달될 수 있도록 상기 엔진(10)에서 유성기어장치(PG) 및 터빈(30)으로 이어지는 경로 상에 연결 및 해제 가능하게 설치된 락업클러치(50); 및
상기 터빈(30)과 상대 회전 가능하도록 설치된 회전요소에 연결되며, 락업클러치(50) 연결시 유성기어장치(PG)의 회전요소들 사이에서 발생되는 상호간의 상대회전을 탄성적으로 지지하도록 설치된 댐핑스프링(60);을 포함하는 토크컨버터.
청구항 1에 있어서,
상기 엔진(10)으로부터 회전력을 입력받도록 설치된 한 회전요소는 상기 유성기어장치(PG)의 링기어(R)로서, 상기 링기어(R)는 락업클러치(50)를 통하여 엔진(10)과 연결 설치되며;
상기 터빈(30)과 연결된 두 회전요소는 상기 유성기어장치(PG)의 선기어(S) 및 캐리어(C)로 구성된 것을 특징으로 하는 토크컨버터.
청구항 1에 있어서,
상기 엔진(10)으로부터 회전력을 입력받도록 설치된 한 회전요소는 상기 유성기어장치(PG)의 링기어(R)로서, 상기 링기어(R)는 엔진(10)과 직결 설치되며;
상기 터빈(30)과 연결된 두 회전요소는 상기 유성기어장치(PG)의 선기어(S) 및 캐리어(C)로서, 상기 캐리어(C)는 락업클러치(50)를 통하여 터빈(30)과 연결 설치된 것을 특징으로 하는 토크컨버터.
청구항 1에 있어서,
상기 터빈(30)과 상대 회전 가능하도록 설치된 회전요소는 유성기어장치(PG)의 캐리어(C)이며;
상기 댐핑스프링(60)은 상기 캐리어(C)와 터빈(30) 사이에 설치된 것을 특징으로 하는 토크컨버터.
청구항 1에 있어서,
상기 터빈(30)과 상대 회전 가능하도록 설치된 회전요소는 유성기어장치(PG)의 선기어(S)이며;
상기 댐핑스프링(60)은 상기 선기어(S)와 터빈(30) 사이에 설치된 것을 특징으로 하는 토크컨버터.
엔진(10)으로부터 회전력을 전달받아 회전하며, 엔진(10)의 회전축과 연결된 펌프(20);
상기 펌프(20)로부터 유입되는 유체의 흐름에 의해 회전하며, 변속기 입력축과 결합된 터빈(30);
상기 펌프(20)와 터빈(30) 사이에 마련되며, 상기 터빈(30)에서 펌프(20) 측으로 흐르는 유체의 흐름 방향을 변경하여 토크를 변환하는 스테이터(40);
하나의 회전요소가 엔진(10)으로부터 회전력을 입력받도록 설치되며, 나머지 두 회전요소 중 어느 하나의 회전요소가 터빈(30)과 직결되도록 설치되되 다른 하나의 회전요소는 터빈(30)과 상대회전 가능하도록 설치된 유성기어장치(PG);
상기 엔진(10)의 회전력이 상기 유성기어장치(PG)를 통하여 터빈(30)에 전달될 수 있도록 상기 엔진(10)에서 유성기어장치(PG) 및 터빈(30)으로 이어지는 경로 상에 연결 및 해제 가능하게 설치된 락업클러치(50); 및
상기 터빈(30)과 상대 회전 가능하도록 설치된 회전요소에 연결되며, 락업클러치(50) 연결시 유성기어장치(PG)의 회전요소들 사이에서 발생되는 상호간의 상대회전을 탄성적으로 지지하도록 설치된 댐핑스프링(60);을 포함하는 토크컨버터.