일반적으로 자동차 엔진의 동력을 전달하는데 있어 수동 트랜스미션에서는 원판 마찰 클러치가 사용되며, 자동 트랜스미션에서는 유체 클러치의 일종인 토크컨버터가 사용되고 있다.
도 1은 종래의 클러치 디스크 어셈블리가 포함된 원판 마찰 클러치가 도시된 측단면도이다.
종래 기술에 따른 원판 마찰 클러치를 도 1을 참고하여 살펴보면, 미국 특허 제6,062,364호에 개시된 것으로 크게 플라이휠(2)과, 클러치 커버 어셈블리(3)와, 클러치 디스크 어셈블리(4)로 이루어진다. 클러치는 엔진(E)의 크랭크축(5)으로부 터 트랜스미션 기구의 메인 구동축(6)에 단속적으로 토크를 전달한다. 크랭크축(5)의 끝단에는 플레이트(7)가 볼트(12)에 의하여 고정된다. 플라이휠(2)은 볼트(11)에 의하여 플레이트(7)의 외주 근방에 체결된다.
여기서, 클러치 커버 어셈블리(3)는 클러치 커버(21), 압력판(22) 및 다이어프램 스프링(23)으로 이루어진다. 클러치 커버(21)는 그 중앙에 구멍부를 가지는데, 그 구멍부를 통하여 메인 구동축(6)이 뻗어있다. 클러치 커버(21)는 플라이휠(2)에 고정된다. 릴리이즈 기구(8)는 축방향으로 이동 가능하게 메인 구동축(6)의 외측에 설치된다. 스트랩 플레이트(24)의 일단은 볼트(28)에 의하여 압력판(22)의 외주부에 고정되고, 타단은 클러치 커버(21)에 고정된다. 스터드 핀(26)은 두 개의 와이어 링(27)을 지지한다. 릴리이즈 기구(8)가 플라이휠(2)쪽으로 이동될 때, 릴리이즈 기구(8)는 다이아프램 스프링(23)의 내측단을 엔진(E)측으로 밀게되고, 이에 의하여 다이어프램 스프링(23)의 외측단은 와이어 링(27)과의 접촉점을 회전 중심으로 회동된다. 이 때, 클러치 디스크 어셈블리(4)가 플라이휠(2)과 이격되게 되어, 엔진(E)으로부터의 트랜스미션 기구로의 동력 전달이 차단된다.
또한, 클러치 디스크 어셈블리는 클러치 접촉부(31), 디스크 플레이트(32), 서브 플레이트(33), 플랜지(35), 허브(34), 코일 스프링(36)을 포함하여 이루어진다. 디스크 플레이트(32)와 서브 플레이트(33)는 핀(38)에 의하여 상호 결합된다. 디스크 플레이트(32) 및 서브 플레이트(33)와 플랜지(35)의 사이에는 마찰발생기구부(37)가 설치되는데, 이는 다수의 와셔로 이루어진다. 클러치 접촉부(31)는 플레이트(41) 및 그에 고정되는 다수의 마찰 패드로 이루어진다. 플레이트(41)는 리 벳(39)에 의하여 디스크 플레이트(32)에 체결된다. 메인 구동축(6)은 클러치 디스크 어셈블리(3)의 허브(34)와 스플라인 결합되는 스플라인 기어 이빨을 가진다.
동력전달경로를 살펴보면, 크랭크축(5)으로부터 전달된 토크는 플라이휠(2), 클러치 커버(21), 압력판(22) 및 클러치 접촉부(31)를 일체로 회전시키고, 클러치 접촉부(31)에 전달된 토크는 플레이트(32) 및 플레이트(33), 코일 스프링(36), 플랜지(35), 허브(34), 메인 구동축(6)을 거쳐 트랜스미션 기구로 전달된다.
그러나, 종래의 클러치 디스크 어셈블리는 하이브리드 차량에 적용되는 엔진의 큰 각가속도 변동에 따른 히스테리시스 토크가 높은 특성을 구비하고, 하이브리드 차량을 위한 클러치 디스크 어셈블리의 내구성의 문제가 해결되는 것이 요구된다.
아울러, 종래의 클러치 디스크 어셈블리는 부품의 마찰 및 마모에 의해 철 및 녹가루가 발생할 수 있다. 이러한 종래의 클러치 디스크 어셈블리가 하이브리드 차량에 적용될 경우, 철 및 녹가루의 유출로 인해 하이브리드 차량의 모터에 형성된 구리선에서 방전이 일어날 수 있다. 이때 하이브리드 차량에서 모터의 방전은 차량의 동력 전달을 불가능하게 만드는 문제를 일으킬 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 클러치 디스크 어셈블리의 일실시예가 도시된 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 클러치 디스크 어셈블리가 플라이휠에 결합된 것을 도시한 도면이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 클러치 디스크 어셈블리의 일실시예는 플라이휠(220), 인터페이스 링(231), 디스크 플레이트(233), 허브(234), 제1 토션 스프링(236), 토션 러버(torsion rubber)(237), 제2 토션 스프링(238) 등으로 이루어질 수 있다.
여기서, 허브(234)는 중앙에 메인 구동축이 관통될 수 있도록 축방향으로 관통구멍이 형성되되, 동력을 변속기구로 전달하는 메인 구동축(미도시)이 허브(234)의 관통구멍에 스플라인 결합되고, 디스크 플레이트(233)의 중앙에 형성된 관통구멍에 삽설된다.
다음, 서브 플레이트(미도시)는 디스크 플레이트(233)와 일체로 회전될 수 있도록 스토퍼 핀(218)에 의해 디스크 플레이트(233)에 고정 결합된다. 이때, 서브 플레이트(미도시)와 디스크 플레이트(233)는 원주방향으로 복수개의 슬릿 구멍이 형성된다.
아울러, 허브 플레이트(미도시)는 허브(234)의 외주에 연장되도록 형성된 원판 형상의 플레이트로 상기 서브 플레이트(미도시)와 디스크 플레이트(233)의 사이에 설치되되, 서브 플레이트(미도시)와 디스크 플레이트(233)에 서로 결합되지 않도록 설치된다.
이때, 허브 플레이트(미도시)는 원주 방향으로 복수개의 슬릿 구멍이 형성된다.
한편, 제1 토션 스프링(236), 토션 러버(237) 및 제2 토션 스프링(238)은 상기 허브 플레이트(미도시)와 상기 서브 플레이트(미도시) 및 디스크 플레이트(233)의 슬릿 구멍에 삽설된다.
여기서 제1 토션 스프링(236)은 서로 동일한 강성을 구비할 수 있으며, 서로 균등한 간격을 형성할 수 있다. 또한 제1 토션 스프링(236)의 사이마다 제2 토션 스프링(238) 및 토션 러버(237)를 구비할 수 있다. 상기 제2 토션 스프링(238) 및 토션 러버(237)는 토션 러버(237)가 제2 토션 스프링(238)의 2배의 개수를 구비할 수 있다.
아울러, 인터페이스 링(231)은 상기 클러치 디스크 어셈블리 부품에 연결되어, 플라이휠(220)에 결합되어 토크를 전달받을 수 있다.
여기서, 제1 토션 스프링(236) 및 토션 러버(237)와 제2 토션 스프링(238)은 하이브리드 차량의 엔진에서 큰 각가속도 변동에 적용하는 히스테리시스 토크가 높은 특성을 낼 수 있다. 또한 상기 제1 토션 스프링(236) 및 토션 러버(237)와 제2 토션 스프링(238)은 복합 스프링의 특성을 구비하고 우수한 내구성을 형성할 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 클러치 디스크 어셈블리의 실시예는 플라이휠(220)에 결합된다. 도 2는 도 3의 배면이라고 할 수 있다. 여기서, 중앙의 관통 구멍에 허브(234)가 위치하며, 제1 토션 스프링(236) 및 토션 러버(237)와 제2 토션 스프링(238)이 서브 플레이트(232)에 삽설된 것을 이해할 수 있다.
여기서 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 클러치 디스크 어셈블리는 토션 스프링의 내구성이 유리할 수 있도록 토션 스프링과 토션 러버를 함께 적용하여 복합 스프링의 특성을 구비할 수 있다. 이와 같이 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 클러치 디스크 어셈블리는 내구성을 높일 수 있는 복합 스프링을 구비한다.
이때, 파우더 캡(powder cap)(210)은 상기 제1 토션 스프링(236) 및 토션 러버(237)와 제2 토션 스프링(238)이 서브 플레이트(232)에 삽설된 것을 모두 밀봉할 수 있는 구조를 형성한다. 이와 같이 파우더 캡(210)이 적용된 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 클러치 디스크 어셈블리는 부품 마찰 및 마모에 발생되는 철 및 녹가루의 유출을 방지할 수 있다.
여기서, 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 클러치 디스크 어셈블리에 구비되는 파우더 캡(210)은 제1 토션 스프링 및 토션 러버와 제2 토션 스프링이 배치된 부분을 원주 방향으로 밀봉할 수 있는 것을 이해할 수 있다.
아울러, 제1 볼트 홀(222)은 하이브리드 차량의 모터(미도시)에 결합될 수 있는 구조를 형성하고, 제2 볼트 홀(224)은 인터페이스 링(231 : 도 2에 도시함)에 연결될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 파우더 캡을 포함하는 클러치 디스크 어셈블리의 단면도를 도시한 도면이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 도 3의 A-A선을 따라 단면도를 도시한 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 클러치 디스크 어셈블리는 파우더 캡(210)을 포함한다. 이때, 상기 파우더 캡(210)은 허브(234)를 허브 플레이트(235)의 중앙의 관통 구멍에 배치하고, 디스크 플레이트(233)와 서브 플레이트(232)의 사이에 허브 플레이트(235)를 배치하며 하이브리드 차량의 클러치 디스크 어셈블리를 밀봉하여 결합한다.
여기서 토션 러버(237)는 허브 플레이트(235), 디스크 플레이트(233) 및 서브 플레이트(231)의 슬릿에 위치한다.
또한, 인터페이스 링(231)은 플라이휠(220)과 결합할 수 있도록 볼트 홀을 구비하고, 플라이휠(220)도 제 2 볼트 홀(224)이 구비된다.
아울러, 스토퍼 핀(218)은 본 발명에 따른 차량의 파우더 캡(210), 디스크 플레이트(233), 서브 플레이트(232) 및 인터페이스 링(231)에 형성된 홀(미도시)을 관통한다.
도 5는 도 4의 B 부분을 확대한 도면이다.
본 발명에 따른 하이브리드 차량의 클러치 디스크 어셈블리는 디스크 플레이트(233 : 도 4에 도시함), 서브 플레이트(232 : 도 4에 도시함), 및 허브 플레이트(235 : 도 4에 도시함) 사이에 제1 프릭션 부싱(510), 프릭션 플레이트(511), 제1 프릭션 스프링(512), 제2 프릭션 스프링(513), 및 제2 프릭션 부싱(514)을 포함한다. 이는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 클러치 디스크 어셈블리는 미세한 히스테리시스 토크의 특성을 형성하기를 위한 부품으로 사용된다.
도 6은 종래의 클러치 디스크 어셈블리의 시뮬레이션 그래프이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 종래의 클러치 디스크 어셈블리는 토크에 따른 각도 변화에 있어서 선형적 비틀림 특성을 형성한다. 이는 종래의 차량에서 가속 방향 또는 감속 방향으로 토크가 주어질 때, 종래의 클러치 디스크 어셈블리의 각도 변화가 거의 선형으로 구성됨을 보여준다.
도 7은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 클러치 디스크 어셈블리의 시뮬레 이션 그래프이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 클러치 디스크 어셈블리는 토크에 따른 각도 변화에 있어서 비선형적 비틀림 특성을 형성한다. 이는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 클러치 디스크 어셈블리가 차량의 가속 방향 또는 감속 방향으로 토크가 주어질 경우, 높은 토크에서는 각도 변화가 줄어들고, 낮은 토크에서는 각도 변화가 일정한 비선형의 시뮬레이션을 보여준다. 이는 하이브리드 차량 엔진의 큰 각가속도 변동에 적용될 경우, 히스테리시스 토크가 높은 특성을 구비할 수 있게 한다.
도 8은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 클러치 디스크 어셈블리의 전개도를 도시한 도면이다.
도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 클러치 디스크 어셈블리는 인터페이스 링 (231), 서브 플레이트(232), 디스크 플레이트(233), 토션 스프링(236), 허브 플레이트(235) 및 허브(234) 등을 구성하고 플라이휠(220)에 결합될 수 있다. 이때, 파우더 캡(210)은 서브 플레이트(232), 디스크 플레이트(233), 토션 스프링(236), 허브 플레이트(235) 및 허브(234)를 밀봉할 수 있고, 인터페이스 링 (231)에 스토퍼 핀(218)으로 연결될 수 있다.
먼저, 인터페이스 링(231)은 플라이휠(220)과 결합되며, 모터 및/또는 엔진으로부터 토크를 전달받는다. 아울러, 허브 플레이트(235)는 중앙의 관통 구멍에 허브(234)를 설치할 수 있고, 허브 플레이트(235)의 원주 방향으로 복수개의 슬릿(235s)이 형성된다. 슬릿(235s)에는 토션 스프링(236) 또는 토션 러버(237)가 위치한다. 이때, 슬릿(235s)의 크기는 토션 스프링(236) 또는 토션 러버(237)의 크기에 따라 조정가능하다.
또한, 토션 스프링(236)은 토션 러버(237)와 더불어 클러치 디스크 어셈블리가 플라이휠에 접촉하여, 클러치 디스크 어셈블리로 충격적으로 전달되는 토크를 완충하는 기능을 수행한다. 본 실시예서는 토션 스프링(236), 토션 러버(237)를 도시하고 있으나, 반드시 이에 한정하지 않음은 물론이다.
서브 플레이트(232) 및 디스크 플레이트(233)는 허브 플레이트(235)를 사이에 두고 상호 반대측에서 허브 플레이트(235)와 평행하게 설치된다. 또한, 허브 플레이트(235)의 슬릿(235s)에 대응하는 위치에 원주 방향으로 복수개의 슬릿이 형성되어, 토션 스프링(236) 또는 토션 러버(237)가 장착된다. 서브 플레이트(232) 및 디스크 플레이트(233)는 전체적으로 원판 형상을 가지며, 중앙에는 허브(234)가 관통 설치될 수 있도록 구멍이 형성된다.
아울러, 서브 플레이트(232)의 일면에 제1 프릭션 부싱(320)이 위치하고, 제2 프릭션 부싱(124), 제1 프릭션 스프링(126), 제2 프릭션 스프링(128), 및 토션 러버(237)는 서브 플레이트(232)와 허브 플레이트(235) 사이에 위치할 수 있다.
이때, 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 클러치 디스크 어셈블리는 파우더 캡(210)을 통해 인터페이스 링(231) 및 클러치 어셈블리의 서브 플레이트(232)에 접하여 밀봉 조립될 수 있다.
다시 말해서, 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 클러치 디스크 어셈블리는 제1 토션 스프링 및 토션 러버와 제2 토션 스프링이 배치된 부분을 원주 방향으로 밀봉할 수 있는 파우더 캡을 구비할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 하이브르드 차량의 클러치 디스크 어셈블리는 클러치 디스크 어셈블리를 밀봉하는 구조를 형성하여, 부품 마찰 및 마모에 의해 발생하는 철 및 녹가루가 유출되는 방지할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 클러치 디스크 어셈블리는 하이브리드 차량의 엔진의 각가속도 변동에 따른 히스테리시스 토크가 높은 특성을 구비하고 내구성을 갖출 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 클러치 디스크 어셈블리는 부품의 마찰 및 마모에 의해 철 및 녹가루가 유출되는 방지하여 방전과 같은 문제점이 발생되지 않도록 할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형, 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.