KR101013982B1 - 자동차의 토크 컨버터 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 댐퍼 클러치의 작동시 고압의 유체에 의해 발생되는 저주파 맥동압을 최소화하여 공진성 저더의 발생을 최소화할 수 있는 자동차의 토크 컨버터를 제공함에 있다.

이를 위하여 본 발명은, 크랭크 축에 연결되어 회전하는 프론트 커버와, 상기 프론트 커버에 연결되어 함께 회전하는 임펠러와, 상기 임펠러와 마주하는 터빈과, 상기 임펠러와 터빈 사이에 위치하여 터빈으로부터 나오는 오일의 흐름을 바꾸어 임펠러측으로 전달하는 스테이터와, 직결 수단인 댐퍼 클러치를 포함하여 이루어지는 자동차의 토크 컨버터에 있어서, 상기 댐퍼 클러치의 마찰부재의 인접한 곳에 저더 주파수의 맥동압을 흡수 감쇠시키는 저더 주파수 흡수댐퍼를 배치하여 이루어지는 자동차의 토크 컨버터를 제공한다.

저더 주파수, 맥동압, 오리피스 부재, 토크 컨버터, 댐퍼 스프링

Description

자동차의 토크 컨버터{TORQUE CONVERTER FOR VEHICLES}

본 발명은 차량용 자동 변속기에 적용되는 토크 컨버터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 댐퍼 클러치의 작동시의 저더(Judder) 발생을 방지할 수 있도록 한 자동차의 토크 컨버터에 관한 것이다.

차량에 있어서의 토크 컨버터는, 엔진의 구동력을 전달받아 회전하는 임펠러와, 상기 임펠러에서 토출되는 오일에 의해 회전되는 터빈과, 상기 임펠러로 환류하는 오일의 흐름을 상기 임펠러의 회전 방향으로 향하게 하여 토크 변화율을 증대시키는 스테이터('리엑터' 라고도 함)를 포함한다.

상기 토크 컨버터는 엔진에 작용하는 부하가 커지면 동력전달 효율이 저하될 수 있으므로 엔진과 변속기 사이를 직접 연결하는 수단인 댐퍼 클러치(Damper Clutch, 또는 '록업 클러치'라고도 함)를 갖추고 있다.

상기 댐퍼 클러치는 엔진과 직결된 프론트 커버와 터빈 사이에 배치되어 엔진의 회전 동력이 직접 터빈으로 전달되도록 하는 역할을 수행하게 된다.

이러한 점을 고려하여 일반적인 토크 컨버터의 구성을 살펴보면, 도 6에서와 같이, 토크 컨버터(100)는 엔진 측의 크랭크 축에 연결되어 회전하는 프론트 커 버(102)와, 상기 프론트 커버(102)에 연결되어 함께 회전하는 임펠러(104)와, 상기 임펠러(104)와 마주하는 터빈(106)과, 상기 임펠러(104)와 터빈(106) 사이에 위치하여 터빈(106)으로부터 나오는 오일의 흐름을 바꾸어 임펠러(104)측으로 전달하는 스테이터(108)를 포함한다.

상기에서 임펠러(104)측으로 오일을 전달하는 스테이터(108)는 프론트 커버(102)와 동일한 회전 중심을 가지며, 엔진과 변속기를 직접 연결하는 수단으로 사용되는 댐퍼 클러치(110)는 프론트 커버(102)와 터빈(106) 사이에 배치된다.

상기 댐퍼 클러치(110)는 대략 원판형으로 이루어지는 피스톤(112)을 구비하고 있으며, 상기 피스톤(112)의 외주측 전면에는 상기 프론트 커버(102)와 접촉되는 마찰부재(114)가 배치된다.

그리고 상기 피스톤(112)은 회전이 가능함과 동시에 축방향 이동이 가능하도록 배치되며, 상기 마찰부재(114)가 프론트 커버(102)에 밀착될 때 회전방향으로 작동하는 비틀림력을 흡수하고 진동을 감쇠시킬 수 있는 토셔널 댐퍼(116)가 배치된다.

상기와 같이 구성되는 토크 컨버터(100)에 있어서, 댐퍼 클러치(110)는 임펠러(104)와 터빈(106) 사이의 유체가 도 6의 화살표와 같이 공급되면서 피스톤(112)을 가압하면 이의 피스톤(112)이 전진하여 그의 전면 외주측에 장착되어 있는 마찰부재(114)가 프론트 커버(102)와 접촉되면서 직결의 상태로 엔진의 회전동력을 자동 변속기로 전달하게 되는 것이다.

그러나 상기에서와 같이 종래 댐퍼 클러치에 있어서는 마찰 슬립시 마찰 슬립 속도에 따른 마찰부재의 특성 변화와, 마찰면에 가해지는 압력 변화에 의하여 저더(Judder)가 발생된다.

즉, 전자의 경우에는 마찰부재의 재질에 관련되고, 후자의 경우에는 슬립시 고압의 유체가 피스톤을 밀어주는 동안 발생되는 저주파 맥동압에 관련된다.

본 발명에서 관련하는 후자의 경우에는 맥동압이 일반적인 저더 주파수(약 20 ~ 40 ㎐)로 가진(加振)할 때 도 7에서와 같이 공진성 저더가 발생한다는 문제점을 내포하고 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 댐퍼 클러치의 작동시 고압의 유체에 의해 발생되는 저주파 맥동압을 최소화하여 공진성 저더의 발생을 최소화할 수 있도록 한 자동차의 토크 컨버터를 제공함에 있다.

상기의 목적을 실현하기 위하여 본 발명은, 크랭크 축에 연결되어 회전하는 프론트 커버와, 상기 프론트 커버에 연결되어 함께 회전하는 임펠러와, 상기 임펠러와 마주하는 터빈과, 상기 임펠러와 터빈 사이에 위치하여 터빈으로부터 나오는 오일의 흐름을 바꾸어 임펠러측으로 전달하는 스테이터와, 직결 수단인 댐퍼 클러치를 포함하여 이루어지는 자동차의 토크 컨버터에 있어서,

상기 댐퍼 클러치의 마찰부재에 인접하여 상기 프론트 커버와 임펠러의 연결부에 저더 주파수의 맥동압을 흡수 감쇠시키는 저더 주파수 흡수댐퍼를 배치하여 이루어지는 자동차의 토크 컨버터를 제공한다.

상기에서 저더 주파수 흡수댐퍼는 원통형 부재로서 상측 중앙부에 공기 유통공이 형성되고, 하측 중앙부에 유체 유통공이 형성되어 상기 공기 유통공은 토크 컨버터의 외부와 연통되고, 상기 유체 유통공은 토크 컨버터 내부에 위치할 수 있도록 배치되는 하우징과;

상기 하우징의 내부에 배치되어 상,하부 쳄버로 구획하면서 상,하부 쳄버내의 유체가 압력 변화에 따라 유통될 수 있도록 하는 오리피스 부재와;

상기 상부 쳄버의 상측에 상하 슬라이드 가능하게 배치되는 피스톤과;

상기 피스톤의 상부와 하우징 사이에 배치되어 항시 상기 피스톤을 하강시키려는 탄성력을 발휘하면서 상부 쳄버내의 유체가 소정의 압력을 유지할 수 있도록 하는 탄성부재를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

상기에서 오리피스 부재는 외주측 내부에 링상의 유체 통로가 형성되어 상부 유체 출입구와 하부 유체 출입구를 통해 상,하부 쳄버와 연통되고, 중앙부분의 내부를 밀폐 공간부로 형성하되, 그 상, 하벽에는 다수의 상,하 오리피스 공이 형성됨을 특징으로 한다.

상기 구성에 의하여 본 발명에 의하면, 댐퍼 클러치의 작동을 위한 고압의 유체가 공급되면서 발생되는 저더 발생 주파수대의 맥동압이 발생되어 저더 주파수 흡수 댐퍼의 내부로 유입되면 상,하부 쳄버의 유체 압력에 따라 오리피스 부재의 유체 통로와 오리피스 공을 통해 왕래하면서 맥동압이 흡수 감쇠됨으로써, 저더 주파수의 발생에 의한 공진성 저더의 발생을 방지할 수 있게 되는 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 토크 컨버터의 반단면도로서, 차량의 자동 변속기에 적용되는 일번적인 토크 컨버터를 도시하고 있다.

상기 토크 컨버터(2)는 엔진 측의 크랭크 축에 연결되어 회전하는 프론트 커버(4)와, 상기 프론트 커버(4)에 연결되어 함께 회전하는 임펠러(6)와, 상기 임펠러(6)와 마주하는 터빈(8)과, 상기 임펠러(6)와 터빈(8) 사이에 위치하여 터빈(8)으로부터 나오는 오일의 흐름을 바꾸어 임펠러(6)측으로 전달하는 스테이터(10)를 포함한다.

상기에서 임펠러(6)측으로 오일을 전달하는 스테이터(10)는 프론트 커버(4)와 동일한 회전 중심을 가지며, 엔진과 변속기를 직접 연결하는 수단으로 사용되는 댐퍼 클러치(12)는 프론트 커버(4)와 터빈(8) 사이에 배치된다.

상기 댐퍼 클러치(12)는 대략 원판형으로 이루어지는 피스톤(14)을 구비하고 있으며, 상기 피스톤(14)에는 상기 프론트 커버(4)와 접촉되는 마찰부재(16)가 배치된다.

그리고 상기 피스톤(14)은 회전이 가능함과 동시에 축방향 이동이 가능하도 록 배치되고, 상기 마찰부재(16)가 프론트 커버(4)에 밀착될 때 회전방향으로 작동하는 비틀림력을 흡수하고 진동을 감쇠시킬 수 있는 토셔널 댐퍼(18)가 배치된다.

이러한 토크 컨버터(2)에 있어서, 본 발명은 저더 발생에 제일 민감한 부분인 상기 마찰부재(16)와 인접된 곳에 저더 주파수 흡수 댐퍼(20)를 배치한 것에 특징이 있다.

상기 저더 주파수 흡수 댐퍼(20)를 배치할 위치로서 본 발명에서는 도 1에서와 같이, 터빈(8)의 외주측 프론트 커버(4)와 임펠러(6)의 연결부의 빈 공간부에 배치한 것으로 도시하고 있으나, 토크 컨버터(2)의 회전시 밸런스를 고려하여 장착하여야만 한다.

상기 저더 주파수 흡수 댐퍼(20)는 도 2 내지 도 4에서와 같이, 하우징(22)의 내부에 오리피스 부재(24)와 피스톤(26), 그리고 상기 피스톤(26)을 탄성적으로 지지하는 탄성부재(28)를 포함하여 이루어진다.

상기에서 하우징(22)은 원통형 부재로서, 상측에는 공기 유통공(30)이 형성되고, 하측 중앙부에는 유체 유통공(32)이 형성되며, 외주측 상부에는 환상의 플렌지(34)가 형성되어 도 1에서와 같이 상기 플렌지(34)가 프론트 커버(4)의 내면에 고정되어 상기 플렌지(34)를 기준으로 하우징(22)의 상측 부분이 프론트 커버(4)를 관통하여 외부에 위치하고, 하우징(22)의 하측 부분이 토크 컨버터(2) 내부에 위치하는 형태로 배치된다.

그리고 상기 하우징(22)의 내부는 상기 오리피스 부재(24)에 의하여 상,하부 쳄버(36)(38)로 구획되는데, 상기 오리피스 부재(24)는 외주측 내부에 링상의 유체 통로(40)가 형성된다.

또한, 상기 유체 통로(40)는 일측에 상기 하부 쳄버(38)와 연통되는 하부 유체 출입구(42)가 형성되고, 상기 유체 출입구(42)의 반대측에는 상부 쳄버(38)와 연통되는 상부 유체 출입구(44)가 형성되어 상,하부 쳄버(36)(38)에 충전되어 있는 유체가 유통될 수 있도록 하였다.

그리고 중앙 부분의 내부를 밀폐 공간부로 형성하되, 그 상,하벽에는 다수의 상,하 오리피스 공(46)(48)이 형성되어, 작은 오리피스 공(46)(48)을 통해 유체가 상,하 유통될 수 있도록 하였다.

상기 피스톤(26)은 상부 쳄버(36)내에서 상하 이동이 가능하도록 내장되고, 상기 피스톤(26)의 상부와 하우징(22)의 상부 내면 사이에 탄성부재(28)가 배치된다.

이에 따라 상기 탄성부재(28)는 항시 상기 피스톤(26)을 하강시키려는 탄성력을 발휘하여 상기 상,하부 쳄버(36)(38)내의 유체가 소정의 압력을 받을 수 있도록 하였다.

상기와 같은 저더 주파수 흡수 댐퍼(20)를 적용한 토크 컨버터(2)에 있어서는 슬립 록업을 위하여 고압의 유체가 도 1의 화살표에서와 같이 입력되면, 내부 유체에 압력 변동이 발생되면서 유체의 맥동압이 저더 주파수로 가진되면 이의 유체가 유체 유통공(32)을 통해 하부 쳄버(38)로 입력이 이루어지게 된다.

그러면 상기 유체의 압력에 의하여 상,하부 쳄버(36)(38)의 압력이 변하면서 유체 통로(40)와 상,하부 유체 출입구(40)(44)를 통해 유체가 이동되며, 이때의 유 체의 이동에 의해 특정 주파수 대역에 메스 댐핑(Mass Damping) 효과가 발생하게 된다.

상기와 같은 메스 댐핑 효과는 유체 통로(40)의 직경과 길이에 따라 댐퍼 특성이 바뀔 수 있으며, 감쇠 주파수를 제외한 주파수는 상대적으로 작은 직경을 갖는 상,하 오리피스 공(46)(48)을 통해 이동하면서 제어되는 것이다.

즉, 본 발명은 댐퍼 클러치(12)의 작동을 위한 고압의 유체가 공급되면서 발생되는 저더 발생 주파수대의 맥동압이 발생되면 이를 흡수 감쇠시킴으로써, 도 5에서와 같이 공진성 저더의 발생을 방지할 수 있게 되는 것이다.

상기에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 개시하고 있으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 발명하여 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

도 1은 본 발명에 의한 토크 컨버터의 반단면도.

도 2는 본 발명에 적용되는 저더 주파수 흡수댐퍼의 단면도.

도 3은 도 2의 저더 주파수 흡수댐퍼에 적용되는 오리피스 부재의 저면도.

도 4는 도 2의 저더 주파수 흡수댐퍼에 적용되는 오리피스 부재의 평면도.

도 5는 본 발명의 작용 효과를 설명하기 위한 그래프선도.

도 6은 종래 토크 컨버터의 반단면도.

도 7은 종래 문제점을 설명하기 위한 그래프 선도이다.

Claims (4)

1. 크랭크 축에 연결되어 회전하는 프론트 커버와, 상기 프론트 커버에 연결되어 함께 회전하는 임펠러와, 상기 임펠러와 마주하는 터빈과, 상기 임펠러와 터빈 사이에 위치하여 터빈으로부터 나오는 오일의 흐름을 바꾸어 임펠러측으로 전달하는 스테이터와, 직결 수단인 댐퍼 클러치를 포함하여 이루어지는 자동차의 토크 컨버터에 있어서,

   상기 댐퍼 클러치의 마찰부재에 인접하여 상기 프론트 커버와 임펠러의 연결부에 저더 주파수의 맥동압을 흡수 감쇠시키는 저더 주파수 흡수댐퍼를 배치하여 이루어지는 자동차의 토크 컨버터.
2. 제1항에 있어서,

   저더 주파수 흡수댐퍼는

   원통형 부재로서 상측 중앙부에 공기 유통공이 형성되고, 하측 중앙부에 유체 유통공이 형성되어 상기 공기 유통공은 토크 컨버터의 외부와 연통되고, 상기 유체 유통공은 토크 컨버터 내부에 위치할 수 있도록 배치되는 하우징과;

   상기 하우징의 내부에 배치되어 상,하부 쳄버로 구획하면서 상,하부 쳄버내의 유체가 압력 변화에 따라 유통될 수 있도록 하는 오리피스 부재와;

   상기 상부 쳄버의 상측에 상하 슬라이드 가능하게 배치되는 피스톤과;

   상기 피스톤의 상부와 하우징 사이에 배치되어 항시 상기 피스톤을 하강시키려는 탄성력을 발휘하면서 상부 쳄버내의 유체가 소정의 압력을 유지할 수 있도록 하는 탄성부재를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 자동차의 토크 컨버터.
3. 삭제
4. 제2항에 있어서, 오리피스 부재는 외주측 내부에 링상의 유체 통로가 형성되어 상부 유체 출입구와 하부 유체 출입구를 통해 상,하부 쳄버와 연통되고, 중앙부분의 내부를 밀폐 공간부로 형성하되, 그 상, 하벽에는 다수의 상,하 오리피스 공이 형성됨을 특징으로 하는 자동차의 토크 컨버터.

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