KR100529868B1

KR100529868B1 - 토크 컨버터

Info

Publication number: KR100529868B1
Application number: KR10-2003-0096761A
Authority: KR
Inventors: 후쿠나가다카오; 다카다유키요시; 모리고조
Original assignee: 가부시키가이샤 에쿠세디
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2005-11-22
Also published as: KR20040058074A; US20040128992A1; US6959544B2; JP2004205012A

Abstract

임펠러, 터빈 및 스테이터는 토러스를 구성한다. 토러스의 축방향 길이(L) 대 방사 방향 높이(H)의 비율인 타원율(L/H)이 0.72 이하이다. 토러스의 내경(D2) 대 외경(D1)의 비율인 직경비(D2/Dl)는 0.45 이상이다. 임펠러는 임펠러 코어를 포함하고, 임펠러 코어의 축방향 길이(Lp) 대 토러스의 외경(D1)의 비율인 임펠러 축방향 길이비(Lp/Dl)는 0.030 내지 0.045의 범위에 있다. 터빈은 터빈 코어를 포함하고, 터빈 코어의 축방향 길이(Lt) 대 토러스의 외경(D1)의 비율인 터빈 축방향 길이비(Lt/Dl)는 0.021 내지 0.029의 범위에 있다.

Description

토크 컨버터 {TORQUE CONVERTER}

본 발명은 토크 컨버터에 관한 것으로, 특히 토러스의 축방향 길이가 단축된 타원형 토크 컨버터에 관한 것이다.

토크 컨버터는 3종류의 날개차로 이루어지는 토러스(임펠러, 터빈, 스테이터)를 포함하고, 토러스(torus) 내부의 유체에 의해 동력을 전달하는 장치이다. 이러한 타입의 토크 컨버터 중에서, 토러스의 타원이 축 방향으로 저하된 것이 있다. 토러스를 타원 형상으로 변경함으로써, 전체 토크 컨버터의 축 길이가 짧게 되고, 토크 컨버터가 축 방향으로 제한된 공간 내에 위치될 수 있다.

또한, 록업 장치(lockup device)가 토크 컨버터에서 프론트 커버와 토러스의 사이 공간에 설치된다. 상기 록업 장치는 프론트 커버의 토크를 트랜스미션측으로 기계적으로 전달한다. 상기 록업 장치는 클러치 연결부와 댐퍼 기구(damper mechanism)를 포함한다. 상기 클러치 연결부는 토크 컨버터 내의 유압의 변화에 따라 프론트 커버와 연결 또는 상기 프론트 커버로부터 해제되도록 구성된다. 상기 댐퍼 기구는 예를 들면, 복수의 토션 스프링(torsion springs)을 포함한다. 상기 토션 스프링은 상기 록업 장치가 연결된 상태일 때 비틀림 방향의 진동을 흡수하고 감쇠하도록 작용한다.

록업 장치는 근래의 엔진토크의 증대에 따라, 복수의 마찰면을 포함하는 다판화가 진행되고 있다.

또, 근래는 차량의 출발시에만 유체에 의한 토크전달을 행하고, 예를 들면, 시속 10km 이상에서 록업 장치가 연결되는 토크 컨버터가 종래 기술에 개시되어 있다. 이와 같이 록업 영역이 증대된 구조에서는, 엔진으로부터의 토크의 변화에 대하여 비틀림 진동을 충분히 흡수하고 감쇠하도록 토션 스프링의 성능을 향상하는 것이 바람직하다.

따라서, 다판화나 토션 스프링의 성능 향상을 위해 록업 장치의 축 방향 길이가 커질 필요가 있다.

상기의 내용을 고려하여, 종래 기술의 상기한 문제점을 해결하는 토크 컨버터에 대한 요구가 있다. 본 발명은 이 공개로부터 당업자에 명백하게 될, 다른 요구뿐만 아니라 본 기술의 이러한 요구를 제안한다.

본 발명의 목적은 현재의 토크 컨버터 성능을 유지하거나 또는 향상시키고, 전체 토크 컨버터의 축 방향 길이를 짧게 하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 각 부품의 크기 및/또는 위치를 조정함으로써 축방향으로 제한된 공간에 배치되는 토크 컨버터의 우수한 성능을 얻는데 있다.

본 발명의 제1 실시예에 따라, 토크 컨버터는 엔진으로부터 트랜스미션으로 토크를 유체에 의하여 전달하도록 작용하며, 프론트 커버, 임펠러, 터빈 및 스테이터를 포함한다. 상기 프론트 커버는 토크 컨버터의 엔진측에 배치되고, 엔진으로부터 토크가 입력된다. 상기 임펠러는 프론트 커버의 트랜스미션측에 배치되고, 프론트 커버와 함께 유체실을 구성하고, 내측에 복수의 블레이드를 가지고 있다. 상기 터빈은 유체실내에서 임펠러의 엔진측에 배치되고, 임펠러에 대향하는 측에 배치된 복수의 블레이드를 구비하고, 트랜스미션측에 토크를 출력할 수 있다. 상기 스테이터는 임펠러와 터빈의 내주부 사이에 배치되고, 터빈으로부터 임펠러로 흐르는 유체의 흐름을 정류하도록 작용한다. 상기 임펠러, 상기 터빈 및 상기 스테이터는 토러스를 구성한다. 토러스의 축방향 길이(L) 대 방사 방향 높이(H)의 비율인 타원율(L/H)이 0.72 이하이다. 상기 토러스의 내경(D2) 대 토러스의 외경(D1)의 비율인 직경비(D2/D1)는 0.45 이상이다. 상기 임펠러는 임펠러 코어를 포함하고, 상기 토러스의 임펠러 코어의 축방향 길이(Lp) 대 상기 토러스의 외경(D1)의 비율인 임펠러 축방향 길이비(Lp/D1)는 0.030∼0.045의 범위에 있다. 상기 터빈은 터빈 코어를 포함하고, 상기 터빈 코어의 축방향 길이(Lt) 대 상기 토러스의 외경(D1)의 비율인 터빈 축방향 길이비(Lt/D1)는 0.021~ 0.029의 범위에 있다.

제1 실시예에 개시된 토크 컨버터에서는, 토러스의 타원율(elliptic ratio)(L/H)이 0.72 이하로 되면 상기 토러스가 더욱 편평화 될 수 있다.

또한, 임펠러 축방향 길이비(Lp/Dl)가 터빈 축방향 길이비(Lt/D1)보다 커지면, 터빈의 축방향 길이가 임펠러의 축방향 길이보다 짧게 된다. 따라서, 토러스의 축방향 길이는 종래 기술에 비해 더욱 짧게 된다. 그 결과, 전체 토크 컨버터의 축방향 길이가 짧게 되거나, 또는 미리 설정된 축방향 길이 내에 배치된 토크 컨버터에서 예를 들면, 록업 장치가 배치되는 공간이 축 방향으로 크게 될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따라, 상기 임펠러 코어 및 터빈 코어의 내경(D4) 대 외경(D3)의 비율인 직경비(D4/D3)는 0.79∼0.83의 범위 사이에 있다.

이 토크 컨버터에서는, 상기 스테이터의 유로 면적이 임펠러의 출구 포트 및 터빈의 입구 포트의 유로 면적보다 크기 때문에, 스테이터에서의 유체의 능력이 저하되지 않고, 높은 성능이 얻어진다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 임펠러의 출구 포트 및 터빈의 입구 포트의 유로 면적(A1)과 스테이터의 유로 면적(A2) 사이의 관계는

O < (A2 - A1)/〔(π/4)D1²)< 0.02

를 만족시킨다.

이 토크 컨버터에서는, 상기 스테이터의 유로 면적(A2)이 상기 임펠러의 출구 포트 및 터빈의 입구 포트의 유로 면적(A1)보다 크기 때문에, 상기 스테이터에서의 유체의 능력이 저하되지 않고, 높은 성능이 얻어진다.

본 발명의 이들 및 다른 목적, 특징, 실시예 및 장점이 첨부도면과 관련하고, 본 발명의 바람직한 실시예를 공개하는, 다음의 상세한 설명으로부터 당업자에게 명백하게 될 것이다.

본 발명의 원래의 공개의 일부를 구성하는 첨부도면을 참조한다.

(1) 토크 컨버터의 기본구조

도 1은 본 발명의 제1 실시예가 적용된 토크 컨버터(1)의 종단면도이다. 토크 컨버터(torque converter)(1)는 엔진의 크랭크샤프트(crankshaft)(도시하지 않음)로부터 트랜스미션 입력 샤프트(도시하지 않음)로 토크를 전달하도록 작용한다. 상기 엔진(도시 않음)이 도 1의 좌측에 배치되고, 트랜스미션(transmission)(도시 않음)이 도 1의 우측에 배치된다. 도 1에 도시된 O-O 선이 토크 컨버터(1)의 회전중심선이다.

상기 토크 컨버터(1)는 3종류의 날개차[임펠러(18), 터빈(19), 스테이터(20)]를 구비하는 토러스(torus)(6), 및 록업 장치(lockup device)(7)를 포함한다.

프론트 커버(front cover)(14)는 엔진의 크랭크샤프트 선단 근처에 배치되는 원판형의 부재이다. 센터 보스(center boss)(15)가 상기 프론트 커버(14)의 내주부에 용접된다. 복수의 너트(11)가 상기 프론트 커버(14)의 외주측 및 엔진측에 고정되고 원주 방향으로 등간격으로 이격되어 있다.

외주 원통형부(16)가 상기 프론트 커버(14)의 외주부에 형성되고 축 방향으로 트랜스미션측으로 연장된다. 임펠러(18)의 임펠러 쉘(impeller shell)(22)의 외주 에지가 용접에 의해 상기 외주 원통형부(16)의 단부에 고정된다. 그 결과, 상기 프론트 커버(14) 및 임펠러(18)가 함께 작동유(유체)로 충전된 유체실을 형성한다. 상기 임펠러(18)는 주로 임펠러 쉘(22), 상기 임펠러 쉘(22)의 내측에 고정된 복수의 임펠러 블레이드(impeller blades)(23), 및 상기 임펠러 쉘(22)의 내주부에 고정된 임펠러 허브(impeller hub)(24)를 포함한다.

상기 터빈(19)은 유체실내에서 상기 임펠러(18)에 축 방향으로 대향하도록 배치된다. 상기 터빈(19)은 주로 터빈 쉘(turbine shell)(25), 상기 임펠러 측면의 터빈 쉘(25)의 표면에 고정된 복수의 터빈 블레이드(26)를 포함한있다. 상기 터빈 쉘(25)의 내주부는 복수의 리벳(28)에 의해 터빈 허브(27)의 플랜지에 고정된다.

상기 터빈 허브(27)는 입력 샤프트(도시 않음)에 상대회전 불가능하게 연결되어 있다.

상기 스테이터(20)는 터빈(19)으로부터 임펠러(18)로 되돌아가는 작동유의 흐름을 정류하도록 작용하는 기구이다. 상기 스테이터(20)는 주조 수지(cast resin)나 주조 알루미늄합금으로 이루어진 일체의 부재이다. 상기 스테이터(20)는 상기 임펠러(18)의 내주부와 상기 터빈(19)의 내주부 사이에 배치되어 있다. 상기 스테이터(20)는 주로 환형의 캐리어(annular carrier)(29), 상기 캐리어(29)의 외주면에 배치되는 복수의 스테이터 블레이드(30), 및 상기 복수의 스테이터 블레이드(30)의 단부에 고정된 환형의 코어(annular core)(31)를 포함한다. 상기 캐리어(29)는 일방향 클러치(one-way clutch)(35)를 통하여 고정 샤프트(도시하지 않음)에 의하여 지지된다.

환형의 임펠러 코어(36)가 복수의 임펠러 블레이드(23)의 내측에 고정된다. 상기 임펠러 블레이드(23)의 원의 중심부분은 초승달 형상으로 되어 있고, 상기 임펠러 코어(36)는 이 초승달 형상에 맞는 단면 형상을 가지고 있다. 환형의 터빈 코어(37)가 복수의 터빈 블레이드(26)의 내측에 고정된다. 상기 터빈 블레이드(26)의 원의 중심부분은 초승달 형상으로 되어 있고, 상기 터빈 코어(37)는 이 초승달 형상에 맞는 단면 형상을 가지고 있다.

상기 코어(31, 36, 37)는 토러스(6) 내에서 유로의 내측(토러스의 내측 코어)을 구성한다. 상기 코어(31, 36, 37)의 내측의 공간(38)은 유체로 충전된 공동부(cavity portion)이며, 동력의 전달에는 기여하지 않는 공간이다.

스러스트 베어링(thrust bearing)(39)이 상기 캐리어(29)와 임펠러 허브(24)의 사이에 배치된다. 스러스트 베어링(40)이 상기 캐리어(29)와 터빈 허브(27)의 사이에 배치되어 있다.

(2) 토크 컨버터의 각 구조의 치수 관계

상기 토크 컨버터(1)의 축방향 길이는 종래의 토크 컨버터의 축방향 길이보다 상당히 짧다. 특히, 토러스(6)의 축방향 길이(L) 대 방사 방향 높이(H)의 비율인 타원율(L/H)이 0.72 이하이다. 또, 토러스(6)의 축방향 길이(L)는 임펠러 쉘(22)의 내측에서 가장 트랜스미션측 부분과 터빈(19)의 터빈 쉘(25)의 내측에서 가장 엔진측 부분 사이의 거리라는 것을 알 수 있다. 또한 토러스(6)의 방사 방향 높이(H)는 캐리어(29)의 외주면과 임펠러 쉘(22) 또는 터빈 쉘(25)의 내측에서 가장 방사 방향 외측의 면 사이의 거리라는 것을 알 수 있다.

상기 터빈(19)의 축방향 길이는 임펠러(18)의 축방향 길이보다 짧다. 즉, 토러스(6)의 임펠러(18) 및 터빈(19)이 축 방향으로 비대칭이다.

상기 터빈 코어(37)의 축방향 길이는 임펠러 코어(36)의 축방향 길이보다 짧다. 특히, 임펠러 코어(36)에 축방향 길이(Lp) 대 토러스(6)의 외경(D1)의 비율인 임펠러 축방향 길이비(Lp/D1)는 0.030∼0.045의 범위에 있다. 상기 터빈 코어(37)의 축방향 길이(Lt) 대 토러스(6)의 외경(D1)의 비율인 터빈 축방향 길이비(Lt/D1)는 0.021∼0.029의 범위에 있다. 상기 임펠러 코어(36)의 축방향 길이(Lp)는 임펠러(18)의 출구 포트와 터빈(19)의 입구 포트 사이의 축 방향의 중심위치(C1)[임펠러 블레이드(23)와 터빈 블레이드(26)의 단부면 사이의 중간위치]로부터 임펠러 코어(36)의 유로측에서 가장 트랜스미션측 부분까지의 거리라는 것을 알 수 있다. 상기 터빈 코어(37)의 축방향 길이(Lt)는 축 방향의 중심위치(C1)로부터 상기 터빈 코어(37)의 유로측에서 가장 엔진측 부분까지의 거리이다.

상기에서 설명된 타원형 토크 컨버터(1)에서는, 상기 토크 컨버터(1)의 전체 축방향 길이가 상기 토크 컨버터(1)를 비대칭으로 만들도록 상기 터빈(19)의 축방향 길이를 더욱 짧게 함으로써 더욱 단축될 수 있다.

상기 토러스(6)의 내경(D2) 대 외경(D1)의 비율인 직경비(D2/D1)는 0.45 이상이다. 상기 임펠러 코어(36) 및 터빈 코어(37)의 내경(D4) 대 외경(D3)의 비율인 직경비(D4/D3)는 0.79∼0.83의 범위에 있다. 상기 임펠러(18)의 출구 포트 및 터빈(19)의 입구 포트의 유로 면적(A1)[방사 방향 길이(R1)]과 스테이터(20)의 유로 면적(A2)[방사 방향 길이(R2)] 사이의 관계는,

O < (A2 - A1)/〔(π/4)D1²)< 0.02

를 만족시킨다.

따라서, 상기 스테이터(20)의 유로 면적(A2)이 상기 임펠러(18)의 출구 포트 및 터빈(19)의 입구 포트의 유로 면적(A1)보다 크고, 상기 조건을 만족하기 때문에, 스테이터(20)에서의 유체의 운동 전달 능력이 저하되지 않고, 높은 성능이 얻어진다.

(4) 록업 장치

다음에, 록업 장치(7)가 설명된다. 상기 록업 장치(7)는 주로 피스톤 부재(piston member)(44) 및 댐퍼 기구(damper mechanism)(45)를 포함한다.

상기 피스톤 부재(44)는 프론트 커버(14)의 축 방향으로 엔진측 근처에 배치되는 원판형의 부재이다. 트랜스미션측으로 축방향으로 연장되는 내주 원통형부(48)가 상기 피스톤 부재(44)의 내주부에 형성된다. 상기 내주 원통형부(48)는 터빈 허브(27)의 외주면에 상대회전 및 축 방향으로 이동 가능하게 지지되어 있다. 또, 내주 원통형부(48)의 축 방향 트랜스미션측 단부는 터빈 허브(27)의 플랜지 부분에 접촉하고, 축 방향 트랜스미션측으로의 이동은 그 때문에 미리 설정된 위치까지 제한된다는 것을 알 수 있다. 밀봉링(seal ring)(49)이 상기 터빈 허브(27)의 외주면에 배치되고, 상기 터빈 허브(27)의 외주면과 상기 피스톤 부재(44)의 내주부 사이의 공간을 밀봉한다.

상기 피스톤 부재(44)의 외주부는 클러치 연결부로서 기능한다. 환형의 마찰 페이싱(annular friction facing)(46)이 상기 피스톤 부재(44)의 외주부의 엔진측에 고정되어 있다. 상기 마찰 페이싱(46)은 프론트 커버(14)의 외주부 내측면에 형성된 환형이고 또한 평탄한 마찰면에 대향하고 있다.

댐퍼 기구(45)는 리테이닝 플레이트(retaining plate)(52), 드리븐 플레이트(driven plate)(53), 및 복수의 토션 스프링(torsion springs)(54)을 포함한다. 상기 리테이닝 플레이트(52)는 피스톤 부재(44)의 외주부의 터빈(19)측에 결합되어 있다. 상기 리테이닝 플레이트(52)는 토션 스프링(54)을 수용하고 지지하기 위한 절삭 돌기부(cut and raised portions)를 포함한다. 복수의 토션 스프링(54)은 원주 방향으로 연장되는 코일 스프링이고, 리테이닝 플레이트(52) 내에 수용되고, 각각의 양단부는 상기 리테이닝 플레이트(52)에 의하여 원주 방향으로 지지된다. 상기 드리븐 플레이트(53)는 터빈(19)의 터빈 쉘(25)의 외주측에 고정되는 판금(sheet metal)으로 이루어진 환형의 플레이트이다. 상기 드리븐 플레이트(53)는 프론트 커버(14)측으로 연장되고, 상기 토션 스프링(54)의 각각의 양단부와 원부 방향으로 결합하는 돌기부(53a)를 포함한다.

(5) 동작

엔진의 크랭크샤프트(도시하지 않음)로부터 상기 프론트 커버(14) 및 상기 임펠러(18)로 토크가 전달된다. 상기 임펠러(18)의 임펠러 블레이드(23)에 의해 구동된 작동유는 터빈(19)을 회전시킨다. 상기 터빈(19)의 토크는 터빈 허브(27)를 통하여 입력 샤프트(도시하지 않음)에 출력된다. 상기 터빈(19)으로부터 임펠러(18)로 흐르는 작동유는 스테이터(20)의 캐리어(29) 및 코어(31)에 의해 결정된 통로를 통하여 임펠러(18) 측으로 흐른다.

상기 프론트 커버(14)와 상기 피스톤 부재(44) 사이 공간의 작동유가 내주측으로부터 흐르면, 유압 차이에 의해서 상기 피스톤 부재(44)가 프론트 커버(14)측으로 이동하고, 마찰 페이싱(46)이 프론트 커버(14)의 마찰면에 가압된다. 그 결과, 프론트 커버(14)로부터 록업 장치(7)를 통하여 터빈 허브(27)로 토크가 전달된다.

(6) 다른 실시예

본 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 범위를 일탈하지 않고 여러 가지 변형 또는 수정이 가능하다.

예를 들면, 록업 장치의 구조는 상기한 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명에 관한 토크 컨버터에서는, 토러스의 축방향 길이가 종래에 비해 더욱 짧게 되며, 그 결과, 전체 토크 컨버터의 축방향 길이를 짧게 할 수 있고, 또는 미리 설정된 축방향 길이 내에 배치된 토크 컨버터에 있어서 예를 들면, 록업 장치가 배치되는 공간을 축 방향으로 크게 할 수 있다.

여기서 사용되는 "실질적으로(substantially)", "대락(about), 및 "거의(approximately)"와 같은 정도의 임의의 용어들은 목적 결과가 상당히 변경되지 않도록 변경된 용어의 편차의 상당한 양을 의미한다. 이들 용어는 본 발명이 변경되는 이 편차가 단어의 의미를 부정하지 않는다면 변경된 용어의 적어도 ±5%의 편차를 포함하는 것으로 해석될 수 있다.

본 출원은 일본 특허 출원 번호 2002-377667호의 우선권을 청구한다. 일본 특허 출원 번호 2002-377667호의 전체 공개가 참고로 여기에 통합된다.

선택된 실시예만이 본 발명을 예시하기 위하여 선택되었지만, 다수의 변경 및 수정이 부가된 청구항에 규정된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고서 여기에 만들어질 수 있다는 것이 이 공개로부터 당업자에게 명백할 것이다. 또한, 본 발명에 따른 실시예의 상기한 설명이 부가된 청구항 및 그 균등물에 의하여 규정되는 본 발명을 제한할 목적이 아니고, 단지 예시 목적으로 제공된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 컨버터의 종단면도이다.

Claims

엔진으로부터 트랜스미션으로 토크를 유체에 의해서 전달하기 위한 토크 컨버터로서,

상기 엔진으로부터 토크가 입력되는 토크 컨버터의 엔진측에 배치되는 프론트 커버(front cover),

상기 프론트 커버의 상기 트랜스미션측에 배치되고, 상기 프론트 커버와 함께 유체실(fluid chamber)을 구성하며, 내측에 복수의 블레이드가 설치된 임펠러(impeller),

상기 유체실 내에서 상기 임펠러의 상기 엔진측에 배치되고, 상기 임펠러에 대향하는 측에 배치되는 복수의 블레이드(blades)를 가지며, 상기 트랜스미션측에 토크를 출력할 수 있는 터빈(turbine), 및

상기 임펠러와 상기 터빈의 내주부 사이에 배치되고, 상기 터빈으로부터 상기 임펠러로 흐르는 유체의 흐름을 정류하기 위한 스테이터(stator)

를 포함하고,

상기 임펠러, 상기 터빈 및 상기 스테이터는 토러스(torus)를 구성하고,

상기 토러스의 축방향 길이(L) 대 방사 방향 높이(H)의 비율인 타원율(elliptic ratio)(L/H)이 O.72 이하이며,

상기 토러스의 내경(D2) 대 외경(D1)의 비율인 직경비(D2/Dl)는 0.45 이상이며,

상기 임펠러는 임펠러 코어(impeller core)를 포함하고, 상기 임펠러 코어의 축방향 길이(Lp) 대 상기 토러스의 외경(D1)의 비율인 임펠러 축방향 길이비(Lp/D1)는 0.030~ 0.045의 범위에 있고,

상기 터빈은 터빈 코어(turbine)를 포함하고, 상기 터빈 코어의 축방향 길이(Lt) 대 상기 토러스의 외경(D1)의 비율인 터빈 축방향 길이비(Lt/Dl)는 0.021~ 0.029의 범위에 있는

토크 컨버터.
제1항에 있어서,

상기 임펠러 코어 및 상기 터빈 코어의 내경(D4) 대 외경(D3)의 비율인 직경비(D4/D3)는 0.79∼0.83의 범위에 있는 토크 컨버터.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 임펠러의 출구 포트 및 상기 터빈의 입구 포트의 유로 면적(A1)과 상기 스테이터의 유로 면적(A2) 사이의 관계는

O < (A2 - A1)/〔(π/4)D1²)< 0.02

의 조건을 만족시키는 토크 컨버터.