KR20130045719A - 차량용 토크 컨버터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유체를 통한 동력전달 보다는 록업 클러치에 의한 동력 전달을 극대화시키는 토크 컨버터를 개시한다.
본 발명의 차량용 토크 컨버터는, 프론트 커버, 이 프론트 커버에 결합되어 함께 회전하는 임펠러, 임펠러와 마주하는 위치에 배치되는 터빈, 임펠러와 터빈 사이에 위치하여 터빈으로부터 나오는 오일의 흐름을 임펠러 측으로 바꾸는 스테이터, 프론트 커버를 통해 전달되는 구동력을 변속기에 직접 전달함과 동시에 회전방향의 진동 및 충격을 흡수하는 록업 및 댐핑수단을 포함하며, 록업 및 댐핑수단은 터빈에 제공된 터빈 쉘을 회전축을 기준으로 방사상 방향으로 연장한 제1 연장부, 임펠러에 제공된 임펠러 쉘을 회전축을 기준으로 방사상 방향으로 연장한 제2 연장부, 제1 연장부에 제2 연장부를 향하는 면에 결합되는 마찰재, 터빈 쉘과 변속기로 구동력을 전달하는 스플라인 허브 사이에 결합되어 회전 방향의 진동 및 충격을 흡수하는 토셔널 댐퍼를 포함한다.

Description

차량용 토크 컨버터{Torque converter for vehicle}
본 발명은 유체를 통한 동력전달 보다는 록업 클러치에 의한 동력 전달을 극대화시키는 토크 컨버터에 관한 것이다.
일반적으로 토크 컨버터는, 차량의 엔진과 변속기 사이에 설치되어 유체를 이용하여 엔진의 구동력을 변속기에 전달하는 것이다. 이러한 토크 컨버터는, 엔진의 구동력을 전달받아 회전하는 임펠러, 이 임펠러에서 토출되는 오일에 의해 회전되는 터빈, 그리고 임펠러로 되돌아 흐르는 오일의 흐름을 임펠러의 회전 방향으로 향하게 하여 토크 변화율을 증대시키는 리엑터('스테이터' 라고도 함)를 포함한다.
토크 컨버터는 엔진에 작용하는 부하가 커지면 동력전달 효율이 저하될 수 있으므로 엔진과 변속기 사이를 직접 연결하는 수단인 록업 클러치(Lock up clutch, 또는 '댐퍼 클러치'라고도 함)를 갖추고 있다. 록업 클러치는 엔진과 직결된 프론트 커버와 터빈 사이에 배치되어 엔진의 회전 동력이 직접 터빈을 통하여 변속기로 전달될 수 있도록 한다.
이러한 록업 클러치는, 터빈 축에 축 방향으로 이동할 수 있는 피스톤을 포함한다. 그리고 피스톤은 프론트 커버에 마찰 접촉하는 마찰재가 결합된다. 그리고 피스톤에는 마찰재가 프론트 커버에 결합될 때 축의 회전 방향으로 작용하는 충격 및 진동을 흡수할 수 있는 토셔널 댐퍼(Torsional damper)가 결합되어 있다.
종래의 토크 컨버터는 임펠러와 터빈 그리고 스테이터에 의해 주로 유체를 이용해 동력 전달을 하는 기능을 가진다. 그러나 제어기술의 발달과 전기차 및 하이브리드 차량의 발달로 유체에 의한 동력전달 기능은 약화되고 댐퍼 클러치에 의한 동력전달이 강화되고 있다.
종래의 토크 컨버터는 제한된 공간에 임펠러와 터빈이 차지하는 공간이 상대적으로 커서 댐퍼 클러치의 설계자유도가 떨어짐은 물론 동력전달 효율이 떨어져 연비 감소로 이어지는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로써, 본 발명의 목적은 댐퍼 클러치를 설치하는 공간을 충분하게 확보하여 댐퍼 클러치의 설계 자유도를 높이고 댐퍼 클러치의 기능을 강화하여 하이브리드 차량에 대응하며 동력전달효율을 증대시켜 연비를 향상시킬 수 있는 토크 컨버터를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 목적은 전장의 길이를 축소하여 하이브리드 차량에 장착할 때 탑재성을 향상시키는 토크 컨버터를 제공하는데 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 프론트 커버, 상기 프론트 커버에 결합되어 함께 회전하는 임펠러, 상기 임펠러와 마주하는 위치에 배치되는 터빈, 상기 임펠러와 상기 터빈 사이에 위치하여 상기 터빈으로부터 나오는 오일의 흐름을 상기 임펠러 측으로 바꾸는 스테이터, 상기 프론트 커버를 통해 전달되는 구동력을 변속기에 직접 전달함과 동시에 회전방향의 진동 및 충격을 흡수하는 록업 및 댐핑수단을 포함하며,
상기 록업 및 댐핑수단은 상기 터빈에 제공된 터빈 쉘을 회전축을 기준으로 방사상 방향으로 연장한 제1 연장부, 상기 임펠러에 제공된 임펠러 쉘을 회전축을 기준으로 방사상 방향으로 연장한 제2 연장부, 상기 제2 연장부를 향하는 상기 제1 연장부의 일면에 결합되는 마찰재, 상기 터빈 쉘과 변속기로 구동력을 전달하는 스플라인 허브 사이에 결합되어 회전 방향의 진동 및 충격을 흡수하는 토셔널 댐퍼를 포함하는 차량용 토크 컨버터를 제공한다.
상기 터빈 쉘은 축방향으로 이동하고 회전방향으로 자유회전하며 상기 스플라인 허브의 외주에 결합되는 것이 바람직하다.
상기 토셔널 댐퍼는 상기 터빈 쉘의 제1 연장부에 결합되는 리테이닝 플레이트, 상기 리테이닝 플레이트에 원주 방향으로 배치되어 회전방향의 진동 및 충격을 흡수하는 압축 코일 스프링, 상기 압축 코일 스프링에 탄성적으로 지지되며 상기 스플라인 허브에 결합되어 구동력을 전달하는 드리븐 플레이트를 제공하는 것이 바람직하다.
상기 터빈의 외주측과 상기 회전축의 중심과의 거리는 상기 압축 코일 스프링의 내주측과 상기 회전축의 중심과의 거리보다 작게 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 임펠러 쉘의 제2 연장부는 회전축의 중심축과 나란한 방향으로 연장되어 상기 프론트 커버에 결합되는 것이 바람직하다.
이와 같은 본 발명은 임펠러, 터빈, 스테이터에 의해 구성되는 공간을 최소화시켜 유체가 작동하는 영역을 최소화시키고 댐퍼 클러치가 설치되는 공간을 충분하게 확보하여 댐퍼 클러치의 설계 자유도를 증대시키고 차량의 연비를 증대시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 토셔널 댐퍼의 내주측에 임펠러와 터빈이 배치되어 전장의 길이를 축소시킬 수 있어 하이브리드 차량에 탑재하는 경우 탑재성을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 토크 컨버터의 반단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 단면도로, 토크 컨버터를 도시하고 있다.
본 발명의 실시예의 토크 컨버터는, 엔진 측의 크랭크 축에 연결되어 회전하는 프론트 커버(1), 이 프론트 커버(1)에 연결되어 함께 회전하는 임펠러(3), 임펠러(3)와 마주하는 위치에 배치되는 터빈(5), 그리고 임펠러(3)와 터빈(5) 사이에 위치하여 터빈(5)으로부터 나오는 오일의 흐름을 바꾸어 임펠러(3) 측으로 전달하는 스테이터(7)를 포함한다. 임펠러(3) 측으로 오일을 전달하는 스테이터(7)는 프론트 커버(1)와 동일한 회전 중심을 가진다.
그리고 본 발명의 실시예의 토크 컨버터는 프론트 커버(1)를 통해 전달되는 구동력을 변속기(도시생략)에 직접 전달함과 동시에 회전방향의 진동 및 충격을 흡수하는 록업 및 댐핑수단을 포함한다.
본 발명의 실시예의 록업 및 댐핑수단은 터빈(5)에 제공된 터빈 쉘(5a)을 연장한 제1 연장부(5b), 임펠러(3)에 제공된 임펠러 쉘(3a)을 연장한 제2 연장부(3b), 마찰재(9), 그리고 토셔널 댐퍼(11)를 포함한다.
터빈 쉘(5a)를 연장한 제1 연장부(5b)는 회전축을 기준으로 방사상 방향으로 연장된다. 그리고 임펠러 쉘(3a)을 연장한 제2 연장부(3b)는 회전축을 기준으로 방사상 방향으로 연장되며 제2 연장부(3b)에서 다시 회전축 방향으로 연장되어 프론트 커버(1)에 용접 등의 결합 방법으로 결합된다.
그리고 제1 연장부(5b)와 제2 연장부(3b)는 서로 마주하여 인접한 위치에 배치된다. 그리고 제1 연장부(5b)에는 제2 연장부(3b)와 마주하는 면에 마찰재(9)가 결합된다.
이와 같이 터빈 쉘(5a)의 제1 연장부(5b) 및 임펠러 쉘(3a)의 제2 연장부(3b)에 의해 공간이 마련되고, 터빈(5)의 외주 부분인 이 공간에 토셔널 댐퍼(11)가 배치될 수 있다. 따라서 토셔널 댐퍼(11)가 배치될 수 있는 충분한 공간이 확보된다.
한편, 터빈 쉘(5a)은 회전축의 축방향으로 이동하고 회전방향으로 자유회전하며 변속기에 구동력을 전달하는 스플라인 허브(13)의 외주에 결합된다.
따라서 터빈 쉘(5a) 및 제1 연장부(5b)에 작용하는 유압에 의해 터빈 쉘(5a) 및 제1 연장부(5b)가 축 방향으로 이동하면서 마찰재(9)가 제2 연장부(3b)에 마찰 접촉할 수 있다.
토셔널 댐퍼(11)는 터빈 쉘(5a)에 결합되어 회전 방향의 진동 및 충격을 흡수할 수 있다.
본 발명의 실시예의 토셔널 댐퍼(11)는 리테이닝 플레이트(15), 압축 코일 스프링(17), 그리고 드리븐 플레이트(19)를 포함한다.
리테이닝 플레이트(15)는 터빈 쉘(5a)의 제1 연장부(5b)에 결합되며 원주 방향으로 압축 코일 스프링(17)을 지지할 수 있는 홈(도시생략)이 제공될 수 있다.
그리고 압축 코일 스프링(17)은 리테이닝 플레이트(15)에 원주 방향으로 배치되어 회전방향의 진동 및 충격을 흡수할 수 있다. 리테이닝 플레이트(15)는 압축 코일 스프링(17)을 탄성적으로 지지한다.
드리븐 플레이트(19)는 압축 코일 스프링(17)을 탄성적으로 지지하며 스플라인 허브(13)에 결합되어 스플라인 허브(13)에 구동력을 전달한다.
한편, 본 발명의 실시예는 터빈(5)의 외주측과 회전축의 중심과의 거리(r)는, 압축 코일 스프링(17)의 내주측과 회전축의 중심과의 거리(R)보다 작게 이루어지는 것이 바람직하다.
이러한 본 발명의 실시예는 토셔널 댐퍼(11)에 제공된 임펠러(3)와 터빈(5)을 이용한 유체에 의한 동력 전달 영역을 축소하고 록업에 의한 동력전달 기능을 극대화시킬 수 있다.
이와 같이 이루어지는 본 발명은 실시예의 작동과정을 설명하면 다음과 같다.
차량의 시동시 록업 작동이 이루어지는 않는 경우에는 프론트 커버(1)로 전달된 구동력이 임펠러(3) 및 터빈(5)을 통해 리테이닝 플레이트(15)로 전달된다. 리테이닝 플레이트(15)로 전달된 구동력은 원주방향으로 압축 코일 스프링(17)을 압축하여 회전 방향의 진동 및 충격을 흡수한다. 압축 코일 스프링(17)으로 전달된 구동력은 드리븐 플레이트(19)로 전달된다. 드리븐 플레이트(19)로 전달된 엔진의 구동력은 변속기와 연결된 스플라인 허브(13)로 전달된다.
본 발명의 실시예는 임펠러(3)와 터빈(5)에서 작용하는 유체에 의해 엔진의 구동력이 변속기로 동력전달이 이루어지는 경우에도 록업 및 댐핑 수단에 의해 원주 방향의 진동 및 충격을 흡수할 수 있다.
계속해서 록업 작동이 이루어져 엔진의 구동력이 스플라인 허브(13)를 통해 변속기로 직접 전달하는 과정을 설명한다.
프론트 커버(1)와 터빈 쉘(5a) 사이로 유압이 작용하면 터빈 쉘(5a)이 축 방향으로 이동하면서 제1 연장부(5a)에 결합된 마찰재(9)가 제2 연장부(3b)에 밀착되어 마찰 접촉한다.
이때 프론트 커버(1)로 전달된 구동력은 임펠러 쉘(3a)의 제2 연장부(3b)를 통해 임펠러 쉘(3a)에 전달된다. 임펠러 쉘(3a)에 전달된 엔진의 구동력은 마찰재(9)를 통해 터빈 쉘(5a)의 제1 연장부(5b)로 전달된다.
터빈 쉘(5a)의 제1 연장부(5b)로 전달된 엔진의 구동력은 리테이닝 플레이트(15)로 전달된다.
리테이닝 플레이트(15)로 전달된 엔지의 구동력은 원주방향으로 압축 코일 스프링(17)을 압축하여 회전 방향의 진동 및 충격을 흡수한다. 압축 코일 스프링(17)으로 전달된 구동력은 드리븐 플레이트(19)로 전달된다. 드리븐 플레이트(19)로 전달된 엔진의 구동력은 변속기와 연결된 스플라인 허브(13)로 전달된다.
이와 같이 본 발명의 실시예는 록업의 작동이 이루어지는 경우에도 록업 및 댐핑 수단에 의해 원주 방향의 진동 및 충격을 흡수할 수 있다.
본 발명의 실시예는 유체에 의한 동력전달 영역을 대폭 축소하고 록업 및 댐핑 수단을 임펠러 및 터빈 보다 외경쪽에 배치하여 크게 설계할 수 있어 유체에 의한 동력전달보다는 록업에 의한 동력전달을 극대화시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 록업 및 댐핑 수단을 설치할 수 있는 충분한 공간을 확보하므로 록업 및 댐핑 수단 또는 토셔널 댐퍼의 설계 자유도를 증대시키고 전장의 길이를 축소시켜 하이브리드 차량에 장착할 때 장착성을 향상시킬 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
1. 프론트 커버,
3. 임펠러, 3a. 임펠러 쉘, 3b. 제2 연장부,
5. 터빈, 5a. 터빈 쉘, 5b. 제1 연장부,
7. 스테이터,
9. 마찰재,
11. 토셔널 댐퍼,
13. 스플라인 허브,
15. 리테이닝 플레이트,
17. 압축 코일 스프링,
19. 드리븐 플레이트,

Claims (5)

  1. 프론트 커버,
    상기 프론트 커버에 결합되어 함께 회전하는 임펠러,
    상기 임펠러와 마주하는 위치에 배치되는 터빈,
    상기 임펠러와 상기 터빈 사이에 위치하여 상기 터빈으로부터 나오는 오일의 흐름을 상기 임펠러 측으로 바꾸는 스테이터,
    상기 프론트 커버를 통해 전달되는 구동력을 변속기에 직접 전달함과 동시에 회전방향의 진동 및 충격을 흡수하는 록업 및 댐핑수단을 포함하며,
    상기 록업 및 댐핑수단은
    상기 터빈에 제공된 터빈 쉘을 회전축을 기준으로 방사상 방향으로 연장한 제1 연장부,
    상기 임펠러에 제공된 임펠러 쉘을 회전축을 기준으로 방사상 방향으로 연장한 제2 연장부,
    상기 제2 연장부를 향하는 상기 제1 연장부 일면에 결합되는 마찰재,
    상기 터빈 쉘과 변속기로 구동력을 전달하는 스플라인 허브 사이에 결합되어 회전 방향의 진동 및 충격을 흡수하는 토셔널 댐퍼,
    를 포함하는 차량용 토크 컨버터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 터빈 쉘은 축방향으로 이동하고 회전방향으로 자유회전하며 상기 스플라인 허브의 외주에 결합되는 차량용 토크 컨버터.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 토셔널 댐퍼는
    상기 터빈 쉘의 제1 연장부에 결합되는 리테이닝 플레이트,
    상기 리테이닝 플레이트에 원주 방향으로 배치되어 회전방향의 진동 및 충격을 흡수하는 압축 코일 스프링,
    상기 압축 코일 스프링에 탄성적으로 지지되며 상기 스플라인 허브에 결합되어 구동력을 전달하는 드리븐 플레이트
    를 포함하는 차량용 토크 컨버.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 터빈의 외주측과 상기 회전축의 중심과의 거리는
    상기 압축 코일 스프링의 내주측과 상기 회전축의 중심과의 거리보다 작게 이루어지는 차량용 토크 컨버터.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 임펠러 쉘의 제2 연장부는 회전축의 중심축과 나란한 방향으로 연장되어 상기 프론트 커버에 결합되는 토크 컨버터.
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