KR101173669B1 - 하이브리드 차량용 클러치 장치 - Google Patents

하이브리드 차량용 클러치 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 엔진 등의 구동원과 변속기 사이에 설치되어 구동원의 구동력을 변속기로 전달하거나 차단하는데 이용되며 2-라인(line)의 유압회로를 가지는 하이브리드 차량용 클러치 장치를 개시한다.
본 발명의 하이브리드 차량용 클러치 장치는, 엔진의 회전력을 전달받아 회전하며 피스톤 허브를 구비한 하우징, 하우징을 통하여 전달되는 구동력을 변속기로 전달하거나 차단하는 록업 클러치, 그리고 록업 클러치가 록업 작동할 때 회전 방향의 진동 및 충격을 흡수하는 토셔널 댐퍼를 포함하며,
상기 록업 클러치는 피스톤 허브의 외주에 축 방향으로 이동될 수 있도록 배치되는 피스톤, 피스톤에 결합되며 일정한 간격을 두고 구동 마찰 플레이트들이 제공되는 클러치 허브, 구동 마찰 플레이트들 사이에 배치되는 피동 마찰 플레이트들을 구비하고 클러치 허브의 외주측에 배치되는 클러치 드럼을 포함하고, 토셔널 댐퍼는 클러치 드럼에 결합되어 클러치 드럼의 외주측에 배치된다.

Description

하이브리드 차량용 클러치 장치{Clutch device for automatic transmission of hybrid electric vehicle}
본 발명은 하이브리드 차량용 클러치 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엔진 등의 구동원과 변속기 사이에 설치되어 구동원의 구동력을 변속기로 전달하거나 차단하는데 이용되며 2-라인(line)의 유압회로를 가지는 하이브리드 차량용 클러치 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 하이브리드 차량은, 휘발유나 디젤 등을 이용하는 엔진 뿐 만 아니라 전력 공급에 의한 모터도 함께 가동함으로써, 주행의 상승 효과를 증대시키고, 연비를 향상시키며 환경오염도 줄일 수 있다.
이러한 하이브리드 차량은, 모터 또는 엔진이 선택되어 차량 주행을 위한 구동원으로 사용되는 하드 타입(Hard type, Full type 이라고도 함)과, 항상 엔진이 구동되면서 가속 또는 등판 등 큰 힘이 필요할 때 모터가 보조 구동원으로 사용되는 소프트 타입(Soft type, Mild type 이라고도 함)으로 나누어질 수 있다.
하드 타입의 하이브리드 차량은, 큰 구동력이 필요한 상태인 경우, 즉, 차량의 출발 시에는 모터만으로 차량을 구동하고, 통상적인 주행을 할 때에는 엔진만으로 차량을 구동시킬 수 있는 구성을 가지고 있다.
또한, 소프트 타입의 하이브리드 차량은 엔진이 항상 구동되는 상태에서 가속시 또는 등판시 등의 큰 힘이 필요한 경우에는 모터가 보조적으로 구동되어 차량의 주행이 가능하며, 평상시에는 모터의 구동력이 차단되고 엔진만으로 차량의 구동이 이루어지는 것이다. 이러한 소프트 타입의 하이브리드 차량의 모터가 구동되지 않는 상태에서는 엔진의 구동력에 의하여 충전이 이루어지는 구조를 가진다.
이러한 하이브리드 차량들은 엔진의 구동력을 변속기 측으로 전달하기 위한 클러치 장치가 사용된다. 이러한 클러치 장치는 엔진의 구동력을 변속기에 전달하거나 차단하는 록업 클러치(Lock up clutch)와, 이 록업 클러치가 작동할 때 회전 방향으로 발생하는 진동 및 충격을 흡수하는 토셔널 댐퍼(Torsional damper)를 포함한다.
하이브리드 차량은 전륜 구동형 차량의 경우에 구동원으로 엔진과 모터가 함께 배치되므로 엔진의 동력을 전달하거나 차단하는 클러치 장치가 설치될 수 있는 공간이 충분하지 못하다. 따라서 종래의 하이브리드 차량용 클러치 장치는 엔진 및 모터가 구동원으로 사용되는 하이브리드용 전륜 구동 차량에 탑재할 때 공간의 제약으로 인하여 탑재성이 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 종래의 하이브리드 차량용 클러치 장치는 오일 유로가 2 라인(Line)으로 이루어지며 다판으로 이루어지는 록업 클러치의 마찰판에서 오일을 통과시켜 냉각성능을 증대시키면서도 유압의 압력 손실을 방지할 필요가 있으나 이에 충분히 만족하지 못하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로써, 본 발명의 목적은 축 방향의 전장 길이를 최소화하여 엔진 및 모터가 구동원으로 사용되는 하이브리드용 전륜 구동 차량에 탑재할 때 탑재성을 향상시킬 수 있는 하이브리드 차량용 클러치 장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은 2 라인(Line)으로 이루어지는 클러치 장치에서 유압의 압력손실이 방지되도록 하면서 록업 클러치의 냉각 효율을 극대화시켜 내구성을 증대시키는 하이브리드 차량용 클러치 장치를 제공하는데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 엔진의 회전력을 전달받아 회전하며 피스톤 허브를 구비한 하우징, 상기 하우징을 통하여 전달되는 구동력을 변속기로 전달하거나 차단하는 록업 클러치, 그리고 상기 록업 클러치가 록업 작동할 때 회전 방향의 진동 및 충격을 흡수하는 토셔널 댐퍼를 포함하며,
상기 록업 클러치는 상기 피스톤 허브의 외주에 축 방향으로 이동될 수 있도록 배치되는 피스톤, 상기 피스톤에 결합되며 일정한 간격을 두고 구동 마찰 플레이트들이 제공되는 클러치 허브, 상기 구동 마찰 플레이트들 사이에 배치되는 피동 마찰 플레이트들을 구비하고 상기 클러치 허브의 외주측에 배치되는 클러치 드럼을 포함하고,
상기 토셔널 댐퍼는 상기 클러치 드럼에 결합되어 상기 클러치 드럼의 외주측에 배치되는 하이브리드 차량용 클러치 장치를 제공한다.
상기 피스톤은 상기 피스톤 허브와 스플라인 결합으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 토셔널 댐퍼는 상기 클러치 드럼에 결합되어 구동력을 전달받는 드라이브 플레이트, 상기 드라이브 플레이트에 의하여 가압되는 댐퍼 스프링들, 상기 댐퍼 스프링들이 원주 방향으로 배치되도록 탄성적으로 지지하며 상기 댐퍼 스프링을 통하여 전달된 구동력을 변속기 측에 전달하는 리테이닝 플레이트를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 리테이닝 플레이트에는 상기 피스톤에 유압이 작용될 수 있도록 관통된 홀이 제공되는 것이 바람직하다.
상기 피스톤에는 상기 록업 클러치 측으로 오일을 유통시켜 냉각 성능을 증대시킬 수 있는 제 1 냉각홀이 제공되는 것이 바람직하다.
상기 클러치 허브에는 상기 록업 클러치 측으로 오일이 공급되는 제 2 냉각홀이 제공되는 것이 바람직하다.
상기 하이브리드 차량용 클러치 장치는 상기 피스톤의 작동압으로 작용되는 오일이 공급되는 제 1 유로와 상기 피스톤의 해제압으로 작용되는 오일이 공급되는 제 2 유로를 구비한 2 웨이(Way) 유로로 이루어지는 것이 바람직하다.
이와 같은 본 발명의 클러치 장치는 록업 클러치를 작동시키는 피스톤이 피스톤 허브에 스플라인(Spline) 결합되고 상기 피스톤에 상기 클러치 허브가 결합됨과 동시에 토셔널 댐퍼의 드라이브 플레이트가 록업 클러치의 클러치 드럼의 외주에 연결되어 배치되는 구조를 통하여 축 방향 길이가 축소될 수 있어 엔진과 모터가 함께 배치되는 하이브리드 전륜 차량에 설치될 때 탑재성을 향상시키는 효과를 가진다.
또한, 본 발명은 마찰재의 내경측과 외경측이 각각 구분된 오일 유로를 통하여 오일이 통과하여 냉각이 이루어지면서 유압회로가 2 라인(Line)으로 이루어진 록업 클러치의 작동압력을 충분히 유지하면서 마찰재의 냉각효과를 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 하이브리드 차량용 클러치 장치를 도시한 반단면도이다.
도 2는 도 1의 실시예에 적용되는 마찰재의 형상을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예를 설명하기 위하여 클러치가 작동되는 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예를 설명하기 위하여 클러치가 해제되는 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 마찰재에서 오일의 흐름 상태를 설명하기 위하여 마찰재의 일면의 일부를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 단면도로, 하이브리드 차량용 클러치 장치를 도시하고 있다.
본 발명의 실시예 하이브리드 차량용 클러치 장치는, 하우징(1), 록업 클러치(3), 토셔널 댐퍼(5)를 포함한다.
하우징(1)은 내부에 록업 클러치(3)와 토셔널 댐퍼(5)를 수용할 수 있는 공간이 제공된다. 하우징(1)은 엔진(도시생략) 등 구동원의 구동력을 전달받아 회전할 수 있다.
그리고 하우징(1)에는 내부에 축 방향으로 피스톤 허브(7)가 연장되어 일체형으로 제공된다. 피스톤 허브(7)의 외주에는 스플라인(Spline)으로 이루어지는 것이 바람직하다. 피스톤 허브(7)는 별도의 부재가 용접 등의 결합수단에 의하여 하우징(1)의 내부에 제공된 것도 가능하다.
록업 클러치(3)는 피스톤(9), 피스톤(9)에 결합되는 클러치 허브(11), 클러치 허브(11)에 결합되는 구동 마찰 플레이트(13)들, 구동 마찰 플레이트(13)들 사이에 배치되는 피동 마찰 플레이트(15)들, 피동 마찰 플레이트(15)가 결합되며 클러치 허브(11)의 외주측에 배치되는 클러치 드럼(17)을 포함한다.
피스톤(9)의 회전 중심 부분이 또 다른 스플라인(Spline)으로 이루어져 상술한 피스톤 허브(7)에 스플라인 결합된다. 따라서 피스톤(9)은 유압에 의하여 축 방향으로 이동할 수 있으며 하우징(1)과 함께 회전할 수 있다.
클러치 허브(11)는 피스톤(9)의 일측면에 결합된다. 클러치 허브(11)에는 다수의 구동 마찰 플레이트(13)들이 결합된다. 그리고 이들 구동 마찰 플레이트(13)들 사이에는 피동 마찰 플레이트(15)들이 결합된다. 이 피동 마찰 플레이트(15)들은 클러치 허브(11)의 외주측에 배치되는 클러치 드럼(17)에 결합된다. 이들 구동 마찰 플레이트(13)들과 피동 마찰 플레이트(15)들은 피스톤(9)이 축 방향으로 이동하는 것에 의하여 서로 밀착되어 동력을 전달하거나 또는 서로 떨어져 동력 전달을 차단하는 역할을 한다.
토셔널 댐퍼(5)는 드라이브 플레이트(19), 댐퍼 스프링(21)들, 리테이닝 플레이트(23)를 포함한다. 토셔널 댐퍼(5)는 록업 클러치(3)의 외주에 배치되는 것이 바람직하다.
드라이브 플레이트(19)는 록업 클러치(3)의 클러치 드럼(17)에 결합되어 클러치 드럼(17)의 외주측에 배치된다. 그리고 이러한 드라이브 플레이트(19)는 댐퍼 스프링(21)들을 탄성적으로 지지한다. 댐퍼 스프링(21)들은 압축 코일 스프링으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 댐퍼 스프링(21)들은 회전 방향의 충격을 흡수하기 위하여 일정한 간격을 두고 원주 방향으로 배치되는 것이 바람직하다. 이러한 댐퍼 스프링(21)들은 원주 방향으로 배치됨과 동시에 인너 및 아웃터 스프링들을 구비하여 스프링의 내부에 또 다른 스프링들이 배치될 수도 있다.
리테이닝 플레이트(23)는 상술한 댐퍼 스프링(21)들을 감싸면서 댐퍼 스프링(21)들의 자세를 유지할 수 있다. 즉, 리테이닝 플레이트(23)는 댐퍼 스프링(21)들이 원주 방향으로 배치되도록 탄성적으로 지지하며 댐퍼 스프링(21)들을 통하여 전달된 구동력을 변속기 측에 전달할 수 있다. 이러한 리테이닝 플레이트(23)는 댐퍼 허브(25)에 리벳 등으로 결합된다.
한편, 본 발명의 실시예의 하이브리드 차량용 클러치 장치는 2 라인(Line)으로 이루어지는 유압 라인이 제공된다. 즉, 본 발명의 실시예의 하이브리드 차량용 클러치 장치는 피스톤(9)의 작동압으로 작용되는 오일이 공급되는 제 1 유로(27), 피스톤(9)의 해제압으로 작용되는 오일이 공급되는 제 2 유로(29)를 구비한 2 웨이(Way) 유로로 이루어진다.
한편, 리테이닝 플레이트(23)에는 피스톤(9)에 유압이 작용될 수 있도록 관통된 홀(23a)이 제공된다. 그리고 피스톤(9)에는 록업 클러치(3) 측으로 오일을 유통시켜 마찰재의 냉각 성능을 증대시킬 수 있는 제 1 냉각홀(9a)이 제공된다. 또한, 클러치 허브(11)에는 록업 클러치(3) 측으로 오일이 공급되는 제 2 냉각홀(11a)이 제공되는 것이 바람직하다.
상술한 제 1, 2 냉각홀(9a, 11a)들은 록업 클러치(3)의 마찰재 내경측부에 냉각용 오일을 공급하여 마찰재의 내경부를 냉각하기 위한 것이다.
또 한편으로, 피동 마찰 플레이트(15)는 양면에 마찰재(31)들이 결합된다. 이러한 마찰재(31)들은, 도 2에 도시하고 있는 바와 같이, 내경측 유로(31a)와 외경측 유로(31b)를 구비한다. 그리고 내경측 유로(31a)는 분지된 유로(31c)들이 제공될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 내경측 유로(31a)와 외경측 유로(31b)는 서로 구분되어 내경측 유로(31a)를 따라 이동하는 오일이 외경측 유로(31b)로 이동하는 일이 없이 순환하면서 마찰재(31)가 냉각되는 것이 바람직하다.
이와 같이 이루어지는 본 발명의 작동 과정을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
록업 클러치(3)를 작동시켜 구동원을 통하여 나오는 동력을 변속기에 전달하는 경우, 도 3에 도시하고 있는 바와 같이, 제 1 유로(27)를 통하여 유압이 하우징(1)의 내측으로 공급된다.
하우징(1)의 내측으로 공급된 오일은 리테이닝 플레이트(23)에 제공된 관통된 홀(23a)을 통하여 피스톤(9)에 작동압으로 작용한다. 그러면 피스톤(9)은 도 3을 기준으로 오른쪽으로 이동되면서 구동 마찰 플레이트(13)와 피동 마찰 플레이트(15)가 서로 밀착되도록 한다. 그러면 하우징(1)을 통하여 전달되는 구동원이 피스톤 허브(7)와 피스톤(9), 구동 마찰 플레이트(13)와 피동 마찰 플레이트(15)를 통하여 토셔널 댐퍼(5)로 전달된다.
이때 피스톤(9)에 작동압으로 작용하는 일부의 오일은 피스톤(9)에 제공된 제 1 냉각홀(9a)을 통하여 마찰재(31)의 내경측 유로(31a)로 공급된다. 마찰재(31)의 내경측 유로(31a)로 공급된 오일은 마찰재(31)의 내경부를 냉각시키면서 제2 유로(29)로 빠져나간다.
그리고 피스톤(9)의 가압하여 작동압으로 작용하는 일부의 오일은 마찰재 외경측으로 이동되면서 마찰재(31)의 외경측 유로(31b)로 공급된다. 마찰재(31)의 외경측 유로(31b)로 공급된 오일은 마찰재(31)의 외경부를 냉각시키면서 제 2 유로(29)로 빠져나간다.
그리고 록업 클러치로 전달된 구동력은 토셔널 댐퍼(5)의 드라이브 플레이트(19)로 전달된다. 드라이브 플레이트(19)로 전달된 구동력은 댐퍼 스프링(21)들에 전달된다. 따라서 댐퍼 스프링(21)들은 원주 방향으로 작용하는 충격 및 진동을 흡수하게 되는 것이다. 계속해서 댐퍼 스프링(21)으로 전달된 동력은 리테이닝 플레이트(23)로 전달되면서 댐퍼 허브(25)를 통하여 변속기로 전달된다.
록업 클러치(3)를 해제시켜 구동원의 동력을 변속기로 전달하는 것을 차단하는 경우, 도 4에 도시하고 있는 바와 같이, 제 2 유로(29)를 통하여 유압이 하우징(1)의 내측으로 공급된다.
하우징(1)의 내측으로 공급된 오일은 피스톤(9)의 해제압으로 작용한다. 그러면 피스톤(9)은 도 4를 기준으로 왼쪽으로 이동되면서 구동 마찰 플레이트(13)와 피동 마찰 플레이트(15)가 서로 밀착된 상태를 해제시킨다. 그러면 하우징(1)을 통하여 전달되는 구동원이 구동 마찰 플레이트(13)와 피동 마찰 플레이트(15)가 서로 떨어지면 변속기로 이동되는 상태가 차단된다.
이때 피스톤(9)에 해제압으로 작용하는 일부의 오일은 클러치 허브(7)에 제공된 제 2 냉각홀(11a)을 통하여 마찰재(31)의 내경측 유로(31a)로 공급된다. 마찰재(31)의 내경측 유로(31a)로 공급된 오일은 마찰재(31)의 내경부를 냉각시키면서 제 1 유로(27)로 빠져나간다.
그리고 피스톤(9)의 해제압으로 작용하는 일부의 오일은 마찰재 외경측으로 이동되면서 마찰재(31)의 외경측 유로(31b)로 공급된다. 마찰재(31)의 외경측 유로(31b)로 공급된 오일은 마찰재(31)의 외경부를 냉각시키면서 리테이닝 플레이트(23)의 관통된 홀(23a)을 통하여 제 1 유로(27)로 빠져나간다.
이러한 본 발명의 실시예는 피스톤 허브(7), 피스톤(9), 그리고 클러치 허브(11)를 통하여 구동 마찰 플레이트(13) 및 피동 마찰 플레이트(15)에 큰 구동력을 전달하면서도 피스톤 허브(7)와 피스톤(9)을 스플라인으로 연결하여 부품의 수를 최소화시키고, 토셔널 댐퍼(5)를 클러치 드럼(17)의 외주측에 배치하여 축 방향으로 기준으로 전장을 축소시킬 수 있어 제한된 공간을 가지는 하이브리드 타입의 전륜 구동형 차량에 용이하게 탑재할 수 있게 된다.
특히, 본 발명의 실시예는 2 라인(Line)의 유로를 가지는 하이브리드 차량용 클러치 장치에서 최대의 작동압력을 유지하면서도 마찰재의 냉각을 극대화시켜 내구성을 향상시킬 수 있다.
1. 하우징, 3 록업 클러치,
5. 토셔널 댐퍼, 7. 피스톤 허브,
9. 피스톤, 11. 클러치 허브,
13. 구동마찰 플레이트, 15. 피동 마찰 플레이트,
17. 클러치 드럼, 19. 드라이브 플레이트,
21. 댐퍼 스프링, 23. 리테이닝 플레이트,
25. 댐퍼 허브, 27. 제 1 유로,
29. 제 2 유로, 31. 마찰재

Claims (7)

  1. 엔진의 회전력을 전달받아 회전하며 피스톤 허브를 구비한 하우징, 상기 하우징을 통하여 전달되는 구동력을 변속기로 전달하거나 차단하는 록업 클러치, 그리고 상기 록업 클러치가 록업 작동할 때 회전 방향의 진동 및 충격을 흡수하는 토셔널 댐퍼를 포함하며,
    상기 록업 클러치는
    상기 피스톤 허브의 외주에 축 방향으로 이동될 수 있도록 배치되는 피스톤,
    상기 피스톤에 결합되며 일정한 간격을 두고 구동 마찰 플레이트들이 제공되는 클러치 허브,
    상기 구동 마찰 플레이트들 사이에 배치되는 피동 마찰 플레이트들을 구비하고 상기 클러치 허브의 외주측에 배치되는 클러치 드럼을 포함하고,
    상기 토셔널 댐퍼는
    상기 클러치 드럼에 결합되어 구동력을 전달받는 드라이브 플레이트,
    상기 드라이브 플레이트에 의하여 가압되는 댐퍼 스프링들,
    상기 댐퍼 스프링들이 원주 방향으로 배치되도록 탄성적으로 지지하며 상기 댐퍼 스프링을 통하여 전달된 구동력을 변속기 측에 전달하는 리테이닝 플레이트를 포함하고,
    상기 토셔널 댐퍼는
    상기 클러치 드럼의 외주측에 배치되며,
    상기 리테이닝 플레이트에는 상기 피스톤에 유압이 작용될 수 있도록 관통된 홀이 제공되는 하이브리드 차량용 클러치 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 피스톤은
    상기 피스톤 허브와 스플라인 결합으로 이루어지는 하이브리드 차량용 클러치 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 피스톤에는
    상기 록업 클러치 측으로 오일을 유통시켜 냉각 성능을 증대시킬 수 있는 제 1 냉각홀이 제공되는 하이브리드 차량용 클러치 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 클러치 허브에는
    상기 록업 클러치 측으로 오일이 공급되는 제 2 냉각홀이 제공되는 하이브리드 차량용 클러치 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 하이브리드 차량용 클러치 장치는
    상기 피스톤의 작동압으로 작용되는 오일이 공급되는 제 1 유로와
    상기 피스톤의 해제압으로 작용되는 오일이 공급되는 제 2 유로를 구비한 2 웨이 유로로 이루어지는 하이브리드 차량용 클러치 장치.
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