KR100820384B1

KR100820384B1 - 자동차용 토크컨버터를 이용한 연비향상 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR100820384B1
Application number: KR1020060070540A
Authority: KR
Inventors: 윤주웅; 김경하
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2006-07-27
Filing date: 2006-07-27
Publication date: 2008-04-10
Also published as: KR20080010505A

Abstract

본 발명은 자동차용 토크컨버터를 이용한 연비향상 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량에 전자식 외장형 오일펌프를 두어 차량의 발진 전에 각 기어요소들의 윤활을 시작하는 동시에 록업 클러치를 엔진과 연결된 토크컨버터 커버에 반 클러치 수준으로 직결시켜 엔진의 과도한 회전수 상승을 억제하여 연비를 개선시키고, 상기 외장형 오일펌프 및 내장형 오일펌프의 유압과 더불어 토크컨버터 상에 장착된 압축스프링의 탄성반력을 통해 차량 출발 후 슬립 로스(slip loss)를 최소화하여 연비 향상을 도모할 수 있는 자동차용 토크컨버터를 이용한 연비향상 시스템 및 방법에 관한 것이다.

자동차, 토크컨버터, 연비향상 시스템, 외장형 오일펌프, 제1 및 제2압축스프링

Description

자동차용 토크컨버터를 이용한 연비향상 시스템 및 방법{System and method for improving fuel efficiency using torque converter for automobile}

도 1은 본 발명에 따른 내외장형 오일펌프의 장착상태를 나타내는 도면,

도 2는 본 발명에 따른 자동차용 토크컨버터를 나타내는 도면,

도 3은 본 발명에 따른 자동차용 토크컨버터를 이용한 연비향상방법을 나타내는 플로우차트,

도 4는 종래의 자동차용 토크컨버터를 나타내는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 토크컨버터 11 : 토크컨버터 커버

20 : 댐핑 수단 21 : 제1압축스프링

22 : 제2압축스프링 23,24 : 록-키

50 : 외장형 오일펌프 51 : 내장형 오일펌프

52 : 자동 변속기 53 : 오일펌프 컨트롤러

54 : 오일 리저버탱크 55 : 엔진

일반적으로, 토크컨버터는 유체 커플링의 한 종류로서 자동 변속기 오일과 같은 유체를 사용하면서 로터를 이용하여 동력을 축 사이에 전달하는 장치이다.

상기 토크컨버터는 자동 변속기 오일로 채워져 있고 엔진이 작동하면 동력이 오일을 통하여 크랭크축에서 변속기의 입력축으로 전달된다.

한편, 토크컨버터의 구조는 구동판이 엔진의 크랭크축 플랜지에 연결되고, 토크컨버터 어셈블리는 구동판과 볼트로 체결되며, 유체로 가득 차있는 원형의 하우징은 세가지 부품으로 이루어지는데 즉, 임펠러(impeller), 터빈(turbine), 스테이터(stator)로 구성된다.

상기 임펠러는 구동판에 연결되는 로터로 토크컨버터의 구동 부분이고 엔진의 속도에 따라 항상 회전하게 된다.

상기 터빈은 변속기의 입력축과 연결되는 로터로서, 토크컨버터 내에서 구동되는 요소이다.

토크컨버터가 고정되기 때문에 상기 터빈은 일반적으로 임펠러보다 천천히 회전하게 된다.

엔진이 작동하면 임펠러 내의 베인 사이의 오일은 원심력 때문에 외부로 이동하려 하는 바, 이때 오일은 터빈 베인을 때릴 것이고, 이것은 터빈의 회전력을 증가시켜 이로 인하여 변속기 입력축이 터빈에 연결된다.

이때, 베인 내의 오일은 터빈의 중심쪽으로 직접 이동하고, 또한 임펠러의 중심과 반대 방향으로 이동하게 된다.

이러한 구동을 갖는 토크컨버터에 있어서, 정상 주행시 임펠러는 터빈보다 빨리 회전하게 되는데 이때 생기는 속도의 차이로 인하여 토크컨버터를 통해 동력이 손실된다.

대부분의 자동 변속기에는 토크컨버터가 미끄러지는 것을 기계적으로 방지하는 록업 클러치(lock-up clutch)가 있는데, 도 4에 도시된 바와 같이, 토크컨버터 커버(110)의 외곽부에 동심원상으로 장착되는 댐핑 수단(200)을 통해 토크의 변동을 흡수하여 연료 절감을 가져다 주고 자동 변속기 오일의 온도를 낮게 한다.

상기 록업 클러치는 특정 자동차의 주행조건(정상주행)에서 연결되도록 제어를 하는데, 이때 토크컨버터가 작동하기 위해서는 어느 정도의 유압이 형성되어야 하며, 따라서 엔진의 엔진 회전수가 높아야 한다.

이는 자동차의 연비 향상에 장애가 되는 바, 따라서 록업 클러치의 연결 시 점을 앞당길수록 연비는 좋아지게 된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 차량에 전자식 외장형 오일펌프를 두어 차량의 발진 전에 각 기어요소들의 윤활을 시작하는 동시에 록업 클러치를 엔진과 연결된 토크컨버터 커버에 반 클러치 수준으로 직결시켜 엔진의 과도한 회전수 상승을 억제하여 연비를 개선시키고, 상기 외장형 오일펌프 및 내장형 오일펌프의 유압과 더불어 토크컨버터 상에 장착된 압축스프링의 탄성반력을 통해 차량 출발 후 슬립 로스(slip loss)를 최소화하여 연비 향상을 도모할 수 있는 자동차용 토크컨버터를 이용한 연비향상 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이하, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명은, 자동차용 토크컨버터를 이용한 연비향상 시스템에 있어서,

자동차의 발진시 토크컨버터가 엔진 동력을 입력 받을 수 있도록 하는 전자식 외장형 오일펌프를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 자동차의 발진시의 슬립 발생 시점으로부터 탄성 반력을 통해 슬립 손실(slip loss)을 억제 가능하도록 토크컨버터 커버의 외곽부에 동심원상으로 장착 되는 댐핑 수단을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

특히, 자동차용 토크컨버터를 이용한 연비향상 방법은, 자동차의 발진시 토크컨버터가 엔진 동력을 입력 받을 수 있도록 외장형 오일펌프를 작동시키는 단계와;

상기 토크컨버터의 작동시와 동일한 시점에 토크컨버터 커버에 반클러치 상태로 연결시켜 엔진의 과도한 rpm 상승을 억제하는 단계 및 이와 동시에 제1압축스프링을 통해 엔진으로부터의 토크의 변동을 흡수하는 단계와;

자동차의 주행시 토크컨버터의 슬립이 발생할 경우, 상기 외장형 오일펌프와 함께 내장형 오일펌프를 작동시키는 동시에, 제2압축스프링을 통해 주행 상태에서의 토크의 변동을 흡수하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 내외장형 오일펌프의 장착상태를 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 자동차용 토크컨버터를 나타내는 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 자동차용 토크컨버터를 이용한 연비향상방법을 나타내는 플로우차트이다.

본 발명은 엔진(55) 구동시 작동되는 자동차의 토크컨버터(10)를 이용하여 연비의 향상을 도모할 수 있도록 하는 발명으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 종래 토크컨버터의 유압 형성시까지의 비효율 구간을 배제하고 차량 발진시에도 토크컨버터(10)가 엔진(55) 동력을 입력 받을 수 있도록 전자식 외장형 오일펌프(50)가 구비되어 있다.

상기 전자식 외장형 오일펌프(50)는 자동 변속기(52)에 마운팅되어 있고, 오일펌프 컨트롤러(53) 및 오일 리저버탱크(54)와 연결되어 있으며, 내재되어 있는 모터를 통해 오일을 펌핑하도록 구성되어 있으며, 엔진(55)의 전기적인 시동정보만을 입력 받아 작동하게 되는 바, 유압을 발생시켜 자동차의 발진 전에 각 기어요소들의 윤활을 시작하도록 한다.

이와 같이 자동차의 발진 전에 각 기어요소들의 윤활이 시작될 경우, 자동차의 발진시에도 엔진(55)의 동력을 입력 받게 되며, 이에 따라 엔진 회전수가 낮더라도 상기 외장형 오일펌프(50)로 인해 유압이 형성된다.

따라서, 상기 토크컨버터(10)의 록업 클러치에 대한 엔진(55) 동력 연결 시점을 앞당길수록 연비는 좋아지게 된다.

한편, 이와 같이 자동차의 발진시에 토크컨버터(10)에 유압이 형성되도록 할 경우, 엔진(55)의 과도한 회전수의 상승을 불러올 수 있으며, 이로 인하여 연비 개선에 장애가 되므로 상기 토크컨버터(10)의 작동시와 동일한 시점에 토크컨버터 커버(11)에 반클러치 상태(5 ~ 6bar)로 연결시켜 엔진(55)의 과도한 엔진 회전수 상승(토크컨버터(10)의 비효율 구간)을 억제시킴으로써, 자동차의 연비를 개선시킬 수 있게 된다.

또한, 이와 같은 자동차의 발진시, 즉 토크컨버터(10)가 작동할 경우 발진 직후의 슬립 발생 시점으로부터 적용되는 댐핑 수단(20)의 탄성 반력을 통해 슬립 손실(slip loss)을 억제하여 연비 향상 효과를 도모하게 되는 바, 상기 토크컨버터 커버(11)의 외곽부에 동심원상으로 장착되어 자동차의 발진 시점부터 댐핑 작동하 도록 시작점이 구비되는 댐핑 수단(20)인 제1압축스프링(21)이 구성되어 있다.

이때, 상기 제1압축스프링(21)에 밀착되어 그 제1압축스프링(21)이 압축 가능토록 작동시키는 부재로서, 토크컨버터(10)의 터빈측에 용접되어 있는 록-키(lock-key)(23,24)가 구비되어 있는 바, 엔진(55)으로부터 토크컨버터(10)에 비틀림 토크가 전달되면 토크컨버터(10)와 같이 회전하고 있던 록-키(23,24)는 상기 제1압축스프링(21)에 외압을 가하게 된다.

다시 말해서, 상기 제1압축스프링(21)은 외압(관성력)에 의해 팽창과 수축을 반복하면서 토크의 변동을 흡수하여 댐핑 효과를 이루게 되는 것이다.

한편, 자동차의 초기 출발을 위한 발진시에는 상기 제1압축스프링(21)의 작동 구간만큼 댐핑 효율을 향상시키며 출발 후 시간이 경과한 후에는 다른 댐핑 수단(20)이 보강되어야 하므로 본 발명에서는 제2압축스프링(22)을 통해 이를 해결 가능하게 된다.

상기 제2압축스프링(22)은 상기 제1압축스프링(21)의 외측에 동심원상으로 구성되며, 제1압축스프링(21)의 구간이 종료되는 시점부터 댐핑 작동하도록 시작점이 구비되어 있으며, 자동차의 발진 직후부터 탄성 반력이 적용된다.

한편, 상기 제2압축스프링(22)의 탄성계수는 상기 제1압축스프링(21)의 탄성계수보다 크며 이는 자동차의 발진시보다 주행 상태의 토크가 더 크기 때문이며, 따라서 그 댐핑 구간도 더 길다.

이와 같이, 자동차의 출발 후, 즉 주행 상태일 경우, 제2압축스프링(22)의 탄성 반력을 통해 자동 변속기(52)의 토크컨버터(10)와 크랭크축으로부터 전달되는 토크의 변동을 흡수하므로 토크 변동을 저감하게 된다.

이와 동시에, 기존의 자동 변속기(52)에 내장되어 있는 내장형 오일펌프(51)와 상기 전자식 외장형 오일펌프(50)의 유압을 통해서 주행 상태에서 발생하는 슬립 발생 현상을 방지하게 되는 것이다.

이러한 본 발명에 따른 자동차용 토크컨버터를 이용한 연비향상 시스템 및 방법은 자동차의 자동 변속기(52)에 전자식 외장형 오일펌프(50)를 두어 차량의 발진 전에 각 기어요소들의 윤활을 시작하는 동시에 록업 클러치를 엔진(55)과 연결된 토크컨버터 커버(11)에 반 클러치 수준으로 직결시켜 엔진(55)의 과도한 rpm 상승을 억제하여 연비를 개선시키고, 상기 외장형 오일펌프(50) 및 기존의 내장형 오일펌프(51)에서 발생하는 유압과 더불어 토크컨버터(10)에 댐핑 수단(20)으로 압축스프링을 설치하여 비틀림 토크와 진동 그리고 소음을 저감하도록 하므로서 정숙 주행이 이루어지고, 결국은 연비 향상을 도모하여 제품의 신뢰성을 개선시킬 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 토크컨버터를 이용한 연비향상 시스템 및 방법에 의하면, 엔진의 과도한 rpm 상승을 억제하여 연비를 개선시키며, 비틀림 토크와 진동 그리고 소음을 저감토록 하여 정숙 주행은 물론 연비 향상을 도모할 수 있는 효과가 있다.

Claims

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자동차의 발진시 토크컨버터가 엔진 동력을 입력 받을 수 있도록 외장형 오일펌프를 작동시키는 단계와;

상기 토크컨버터의 작동시와 동일한 시점에 토크컨버터 커버에 반클러치 상태로 연결시켜 엔진의 과도한 rpm 상승을 억제하는 단계 및 이와 동시에 제1압축스프링을 통해 엔진으로부터의 토크의 변동을 흡수하는 단계와;

자동차의 주행시 토크컨버터의 슬립이 발생할 경우, 상기 외장형 오일펌프와 함께 내장형 오일펌프를 작동시키는 동시에, 제2압축스프링을 통해 주행 상태에서의 토크의 변동을 흡수하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차용 토크컨버터를 이용한 연비향상 방법.