KR100660567B1

KR100660567B1 - 토크 컨버터

Info

Publication number: KR100660567B1
Application number: KR1020050080269A
Authority: KR
Inventors: 이진수; 장재덕; 주인식
Original assignee: 한국파워트레인 주식회사
Priority date: 2005-08-30
Filing date: 2005-08-30
Publication date: 2006-12-22

Abstract

본 발명은 차량 등에 장착되어 엔진의 구동력을 변속기에 전달하는데 이용될 수 있으며, 엔진과 변속기를 직접 연결시킬 수 있는 수단인 록업 클러치(Lock-up clutch)를 구비한 토크 컨버터를 개시한다. 본 발명은, 엔진의 크랭크 축에 결합되는 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 바꾸어 주는 스테이터, 상기 프론트 커버와 터빈을 직접 연결하는 록업 클러치, 상기 록업 클러치에 결합되는 토셔널 댐퍼를 포함하며, 상기 토셔널 댐퍼는 축의 원주 방향을 따라 배치되는 아우터 스프링들, 및 상기 아우터 스프링들의 내부에 배치되는 다수의 인너 스프링, 상기 록업 클러치의 피스톤에 결합되며 상기 스프링들을 지지하는 리테이닝 플레이트, 및 터빈축에 결합되며 상기 스프링들을 지지하는 드리븐 플레이트를 포함하는 토크 컨버터를 제공한다. 따라서 본 발명은 원주 방향으로 배치되는 코일 스프링을 아우터 및 인너 스프링을 가지도록 이중으로 배치하여 초기에는 하나의 스프링이 작동되면서 마찰재의 마찰로 인한 미세한 진동 및 충격을 흡수하고, 일정한 구간이 지나면서 두개의 스프링이 모두 작동하여 더욱 큰 진동 및 충격을 흡수하므로 충격 흡수의 범위를 증대시켜 소음 및 진동을 최소한으로 줄여 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

토크 컨버터, 댐퍼 클러치, 록업 클러치, 토셔널, 댐퍼, 스프링, 리테이닝

Description

토크 컨버터{Torque converter}

도 1은 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위하여 토크 컨버터를 축 방향으로 자른 반단면도이다.

도 2는 본 발명의 주요 부분인 리테이닝 플레이트와 스프링, 그리고 드리븐 플레이트를 도시하고 있는 도면이다.

도 3은 본 발명의 주요 부분을 설명하기 위하여 리테이닝 플레이트와 스프링의 결합 상태를 보여주는 도면이다.

도 4는 본 발명의 주요 부분을 설명하기 위하여 드리븐 플레이트를 도시한 사시도이다.

도 5는 본 발명의 드리븐 플레이트와 스프링의 작동 관계를 설명하기 위하여 도 2의 A부분을 확대하여 도시한 도면이다.

본 발명은 토크 컨버터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량 등에 장착되어 엔진의 구동력을 변속기에 전달하는데 이용될 수 있으며, 엔진과 변속기를 직접 연결시킬 수 있는 장치인 록업 클러치(lock-up clutch, 또는 '댐퍼 클러치'라고도 함 )를 구비한 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, 상기 임펠러에서 토출되는 오일에 의해 회전되는 터빈, 그리고 임펠러로 환류하는 오일의 흐름을 임펠러의 회전 방향으로 향하게 하여 토크 변화율을 증대시키는 스테이터를 포함한다.

상기 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. 상기 록업 클러치는 엔진과 직결된 프론트 커버와 터빈 사이에 배치되어 엔진의 회전 동력이 직접 터빈으로 전달될 수 있도록 한다.

이러한 록업 클러치는, 터빈 축에 축 방향으로 이동 가능하게 스플라인 결합되는 피스톤을 포함한다. 그리고 상기 피스톤은 상기 프론트 커버에 마찰 접촉하는 마찰재가 결합된다. 그리고 상기 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 엔진의 구동력이 변속기로 직접 전달될 때 마찰재가 프론트 커버에 접촉되면서 발생하는 충격으로 인하여 소음 및 진동이 발생하여 품질이 저하될 수 있는 문제점이 있다.

또한, 종래의 토크 컨버터는 축의 회전 방향으로 작용하는 회전력을 흡수하 는 토션 스프링이 축의 회전 방향으로 이동되면서 이 스프링들을 지지하는 스프링 지지부와 마찰접촉이 증대되어 내구성이 감소되어 품질을 저하시킬 수 있는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 엔진의 구동력이 변속기로 직접 전달될 때 마찰재가 프론트 커버에 접촉되면서 발생하는 충격을 충분히 흡수하여 소음 및 진동을 줄여 품질을 증대시키는 토크 컨버터를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 축방향으로 작용하는 회전력을 흡수하는 스프링과 이 스프링을 지지하는 스프링 지지부의 마찰 접촉을 최소화시켜 내구성을 증대시켜 품질을 향상시키는 토크 컨버터를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 록업 클러치의 록업 작동시에 충분한 전달 토크를 얻을 수 있는 토크 컨버터를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 축 방향의 길이를 최소화시켜 탑재성을 향상시킬 수 있는 토크 컨버터를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 엔진의 크랭크 축에 결합되는 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 바꾸어 주는 스테이터, 상기 프론트 커버와 터빈을 직접 연결하는 록업 클러치, 상기 록업 클러치에 결합되는 토셔널 댐퍼를 포함하며, 상기 토셔널 댐퍼는 축의 원주 방향을 따라 배치되는 아우터 스프링들, 및 상기 아우터 스프링들의 내부에 배치되는 다수의 인너 스프링, 상기 록업 클러치의 피스톤에 결합되며 상기 스프링들을 지지하는 리테이닝 플레이트, 및 터빈축에 결합되며 상기 스프링들을 지지하는 드리븐 플레이트를 포함하는 토크 컨버터를 제공한다.

상기 리테이닝 플레이트와 상기 드리븐 플레이트에 의하여 지지되는 스프링들은 회전 중심을 기준으로 내경과 외경 사이의 거리에 터빈 쉘의 내경의 거리가 배치되는 것이 바람직하다.

상기 아우터 스프링들의 길이는 상기 인너 스프링들의 길이에 비하여 더 길게 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 아우터 스프링은 리테이닝 플레이트에 의하여 회전축 방향으로 이동을 제한할 수 있도록 지지되는 것이 바람직하다.

상기 아우터 스프링이 이루는 원의 중심부분에 드리븐 플레이트의 선단부가 밀착되어 배치되는 것이 바람직하다.

상기 아우터 스프링은 드리븐 플레이트의 일부가 연장된 스프링 지지부에 의하여 지지되는 것이 바람직하다.

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또한, 본 발명은 엔진의 크랭크 축에 결합되는 프론트 커버, 상기 프론트 커 버에 결합되어 함께 회전하는 임펠러, 상기 임펠러와 마주하는 위치에 배치되는 터빈, 상기 임펠러와 상기 터빈 사이에 위치하여 상기 터빈으로부터 나오는 오일의 흐름을 상기 임펠러 측으로 바꾸어 주는 스테이터, 상기 프론트 커버와 터빈을 직접 연결하는 록업 클러치를 포함하며, 상기 록업 클러치를 이루는 피스톤의 내경과, 상기 피스톤에 결합되어 프론트 커버에 접촉되는 마찰재의 내경의 비율이 0.20을 초과하고 0.22 이하로 이루어지는 토크 컨버터를 제공한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위하여 축 방향으로 자른 반단면도로, 차량의 변속기에 적용되는 토크 컨버터를 도시하고 있다. 본 발명의 토크 컨버터는 엔진 측의 크랭크 축에 연결되는 보스(2)와 일체로 이루어지는 프론트 커버(4), 상기 프론트 커버(4)에 연결되어 함께 회전하는 임펠러(6), 상기 임펠러(6)와 마주하는 위치에 배치되는 터빈(8), 그리고 상기 임펠러(6)와 터빈(8) 사이에 위치하여 터빈(8)으로 부터 나오는 오일의 흐름을 바꾸어 상기 임펠러(6) 측으로 전달하는 스테이터(10, 또는 '리엑터'라고도 함)를 포함한다. 상기 임펠러(6) 측으로 전달하는 스테이터(10)들은 상기 프론트 커버(4)와 동일한 회전 중심을 가진다. 그리고 엔진과 변속기를 직접 연결하는 수단으로 사용되는 록업 클러치(14)는 프론트 커버(4)와 터빈(8) 사이에 배치된다.

상기 록업 클러치(14)는 대략 원판형으로 이루어지는 피스톤(16)을 구비하고 있으며, 상기 피스톤(16)에는 프론트 커버(4)에 접촉될 수 있는 마찰재(18)가 결합 된다. 그리고 상기 피스톤(16)은 터빈 축(20)의 외주에 축 방향으로 이동이 가능하게 스플라인 결합된다.

상기 록업 클러치(14)는, 피스톤(16)의 내경(D1)과, 상기 피스톤(16)에 결합되어 프론트 커버(4)에 접촉되는 마찰재(18)의 내경(D5)의 비율(D1/D5)이 0.20을 초과하고 0.22 이하로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 록업 클러치(14)가 상기의 비율로 이루어지는 것은 충분한 동력 전달 토크를 얻기 위한 것이다. 즉, 피스톤의 내경(D1)을 고정시키고 마찰재(18)의 내경(D5)를 변경시켜 얻은 비율로써, 0.2 이하가 되면 마찰재(18)에 작용하는 압력이 높아져 마찰재의 내구성을 저하시킬 수 있으며, 0.22를 초과하면 충분한 전달 토크를 얻을 수 없는 것이다.

한편으로, 상기 록업 클러치(14)는 마찰재(18)가 프론트 커버(4)에 밀착될 때 축의 회전 방향으로 작용하는 비틀림력을 흡수하고 진동을 감쇄시키는 역할을 하는 토셔널 댐퍼(40, Torsional damper, 도 2에 도시하고 있음)가 결합된다.

상기 토셔널 댐퍼(40)는 피스톤(16)에 리벳(42)으로 결합되는 리테이닝 플레이트(44), 상기 리테이닝 플레이트(44)에 지지되는 아우터 스프링(46) 및 인너 스프링(48), 상기 터빈 축(20)에 결합되며 상기 스프링(46, 48)들을 지지하는 드리븐 플레이트(50)를 포함한다. 상기 아우터 스프링(46)과 인너 스프링은 서로 다른 탄성력을 가질 수 있다. 그리고 상기 아우터 스프링(46)의 직경은 상기 인너 스프링(48)의 직경에 비하여 크게 이루어지는 것이 바람직하다. 그리고 상기 아우터 스프링(46)의 내부에 상기 인너 스프링(48)이 배치되는 것이 바람직하다. 그리고 상기 아우터 스프링(46)들의 크기(길이)에 비하여 인너 스프링(48)의 크기(길이)가 더 작게 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 아우터 스프링(46) 및 인너 스프링(48)은 록업 클러치의 록업 작동시에 처음 비틀림력이 시작되는 구간(d1, 도 5에 도시하고 있음)에서는 비교적 약한 비틀림력을 흡수하면서 일정한 각도(거리) 이상 아우터 피스톤이 회전하면 그 다음 구간(d2, 도 5에 도시하고 있음)부터는 아우터 스프링(46)과 인너 스프링(48)이 함께 회전하면서 비교적 큰 비틀림력을 흡수할 수 있는 것이다. 또한, 상기와 같은 스프링들의 배치는 원주 방향으로 작용하는 탄성력의 범위를 증대시킬 수도 있으며, 또한, 전체적인 스프링의 탄성력을 증대시킬 수 있어 록업시 충격 및 진동을 충분히 흡수할 수 있는 것이다. 특히, 상기 아우터 스프링(46) 및 인너 스프링(48)들은 축의 원주 방향을 따라 복수로 배치되는 것이 바람직하며, 통상의 코일 스프링으로 이루어질 수 있다.

상기 리테이닝 플레이트(44)는 상기 피스톤(16)의 일측인 회전 중심에서부터 외주면 사이의 중간 부분에 배치되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 리테이닝 플레이트(44)와 상기 드리븐 플레이트(50)에 의하여 지지되는 아우터 스프링(46)들은 회전 중심(O, 도 1에 도시하고 있음)을 기준으로 내경(D2)과 외경(D4)을 가지고 배치되며, 그 사이(D2와 D3) 사이의 거리에 회전 중심(O)에서 터빈 쉘의 내경이 이루는 거리(D3)의 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 이러한 구조는 토크 컨버터의 축 방향의 길이(거리)를 최소화하여 탑재성을 향상시키기 위한 것이다. 즉, 상기 아우터 스프링을 포함하는 스프링들이 외측으로 배치될수록 축 방향 공간을 많이 차지하게 되고 탑재성이 떨어지므로 스프링들의 배치 위치는 회전 중심에서 대략 중앙부에 위치하도록 하는 것이다.

그리고 상기 리테이닝 플레이트(44)는, 도 3에 도시하고 있는 바와 같이, 상술한 리벳(42)들에 의하여 상기 피스톤(16)에 결합될 수 있다. 또한, 상기 리테이닝 플레이트(44)는 선단부(44a)가 밴딩되어 상기 아우터 스프링(46)이 축의 회전 방향으로 이동하는 것을 제한하도록 지지하고 있다. 즉, 상기 리테이닝 플레이트(44)는 선단부(44a)가 밴딩되어 아우터 스프링(46)의 일단을 지지하고 있다. 그리고 리테이닝 플레이트(44)는 중간부의 일부를 밴딩하여 아우터 스프링(46)을 지지할 수 있는 연장 지지부(44b)를 구비하고 있다.

상기 드리븐 플레이트(50)는, 도 4에 도시하고 있는 바와 같이, 축의 원주 방향으로 작용하는 진동을 흡수하는 것으로, 터빈 축(2)의 외주에 결합되어 있다. 상기 드리븐 플레이트(50)는 선단부(50a)가 밴딩되어 아웃터 스프링(46)의 중심부에 위치하여 아우터 스프링(46)에 비틀림 토크를 가하게 되며, 아우터 스프링(46)과 인너 스프링(48)의 비틀림 토크를 동시에 흡수할 수 있는 것이다. 즉, 리테이닝 플레이트(50)는 그 선단부(44a)가 아우터 스프링(46)의 토크를 흡수하도록 아우터 스프링(46)에 밀착되어 배치되어 있는데 비하여, 드리븐 플레이트(50)는 그 선단부(50a)가 아우터 스프링(46)의 중심부에 배치됨으로서 초기 상태에서 아우터 스프링(46)의 토크는 물론 일정한 구간이 지난 부분에서는 인너 스프링(48)의 토크도 함께 흡수할 수 있는 구조를 가지는 것이다. 이러한 구조는 피스톤(16)이 축 방향으로 이동하여 마찰재(18)가 프론트 커버(4)에 밀착되어 엔진의 구동력이 터빈과 직접 연결되어 변속기로 전달될 때 발생하는 충격을 서로 다른 스프링에 의하여 순차적으로 흡수함으로서 진동 및 충격을 줄일 수 있는 것이다. 한편, 상기 드리븐 플 레이트(50)는 일부를 밴딩하여 아우터 스프링(46)의 일부를 지지할 수 있도록 배치된다. 즉, 상기 드리븐 플레이트(50)는 중간부 일부를 밴딩하여 아우터 스프링 지지부(50b)를 이루고, 이러한 스프링 지지부(50b)가 아우터 스프링(46)의 일부에 밀착되어 지지되어 있는 것이다. 특히 상기 드리븐 플레이트(50)의 스프링 지지부(50b)는 상기 드리븐 플레이트(50)와 하나의 부품으로 구성되어 있어 드리븐 플레이트(50)의 선단부(50a)가 아우터 스프링(46)에 토크를 가할 때, 스프링 지지부(50b)가 동시에 움직이므로 압축되면서 발생할 수 있는 상기 아우터 스프링(46)과 상기 스프링 지지부(50b) 사이의 마찰을 감소시킬 수 있는 것이다.

한편, 상기 터빈축(20)과 상기 피스톤(16) 사이에는 실링부재인 오링(62, O-ring)이 배치될 수 있다. 상기 오링(62)은 피스톤(16)이 록업 작동을 하는 과정에서 축 방향으로 이동할 때 기밀성을 유지하여 작동의 안정성을 확보하기 위한 것이다.

이와 같이 본 발명은 원주 방향으로 배치되는 코일 스프링을 아우터 및 인너 스프링을 가지도록 이중으로 배치하여 초기에는 하나의 스프링이 작동되면서 마찰재의 마찰로 인한 미세한 진동 및 충격을 흡수하고, 일정한 구간이 지나면서 두개의 스프링이 모두 작동하여 더욱 큰 진동 및 충격을 흡수하므로 충격 흡수의 범위를 증대시켜 소음 및 진동을 최소한으로 줄여 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 드리븐 플레이트가 록업 작동시에 스프링을 지지하는 스프 링 지지부와 하나의 몸체로 이루어져 스프링과 드리븐 플레이트의 스프링 지지부가 동시에 이동되어 스프링과 드리븐 플레이트의 마찰 접촉을 최소화할 수 있어 내구성의 증대로 품질을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 록업 클러치의 록업 작동시에 마찰재의 내구성을 충분히 유지하면서도 전달 토크를 극대화시킬 수 있어 품질을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 축 방향의 길이를 최소화시켜 탑재성을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.

Claims

엔진의 크랭크 축에 결합되는 프론트 커버(4);

상기 프론트 커버(4)에 결합되어 함께 회전하는 임펠러(6);

상기 임펠러(6)와 마주하는 위치에 배치되는 터빈(8);

상기 임펠러(6)와 상기 터빈(8) 사이에 위치하여 상기 터빈(8)으로부터 나오는 오일의 흐름을 상기 임펠러(6) 측으로 바꾸어 주는 스테이터(10);

상기 프론트 커버(4)와 상기 터빈(8)을 직접 연결하는 록업 클러치(14);

상기 록업 클러치(14)에 결합되는 토셔널 댐퍼(40)를 포함하며;

상기 토셔널 댐퍼(40)는

축의 원주 방향을 따라 배치되는 아우터 스프링(46)들, 및 상기 아우터 스프링(46)들의 내부에 배치되는 다수의 인너 스프링(48);

상기 록업 클러치(14)의 피스톤(16)에 결합되며 상기 스프링들을 지지하는 리테이닝 플레이트(44); 및

상기 터빈(8)을 지지하는 터빈축(20)에 결합되며 상기 스프링들을 지지하는 드리븐 플레이트(50);

를 포함하는 토크 컨버터.
제1항에 있어서, 회전중심을 기준으로 상기 아우터 스프링(46)들의 내경(D2)과 외경(D4) 사이의 거리에 터빈 쉘의 내경(D3)이 위치하는 토크 컨버터.
제1항에 있어서, 상기 아우터 스프링(46)들의 길이는 상기 인너 스프링(48)들의 길이에 비하여 더 길게 이루어지는 토크 컨버터.
제1항에 있어서, 상기 아우터 스프링(46)은 리테이닝 플레이트(44)에 의하여 회전축 방향으로 이동을 제한할 수 있도록 지지되는 토크 컨버터.
제1항에 있어서, 상기 아우터 스프링(46)이 이루는 원의 중심부분에 드리븐 플레이트(50)의 선단부(50a)가 밀착되어 배치되는 토크 컨버터.
제1항에 있어서, 상기 아우터 스프링(46)은 드리븐 플레이트(50)의 일부가 연장된 스프링 지지부(50b)에 의하여 지지되는 토크 컨버터.
제1항에 있어서, 상기 터빈축(20)과 상기 피스톤(16) 사이에는 실링부재(62)가 개재되는 토크 컨버터.
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