KR101878199B1 - 차량용 토크 컨버터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스프링 내측에 가이드 역할을 하는 서포트 피스를 적용하여 히스테리시스 토크를 줄일 수 있도록 한 토셔널 댐퍼를 포함하는 차량용 토크 컨버터에 대해 개시한다.
본 발명의 차량용 토크 컨버터는 프론트 커버와, 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 바꾸는 리엑터, 상기 프론트 커버와 상기 터빈을 직접 연결하는 피스톤을 구비한 록업 클러치, 상기 록업 클러치에 결합되어 회전 방향으로 작용하는 충격과 진동을 흡수하는 토셔널 댐퍼를 포함하고, 상기 토셔널 댐퍼는 상기 피스톤에 결합되는 리테이닝 플레이트와, 상기 리테이닝 플레이트에 배치되어 원주방향으로 탄성력이 작용하는 다수의 탄성부재, 상기 탄성부재들에 대한 반력으로 작용하며 상기 터빈에 결합되는 드리븐 플레이트를 포함한다.

Description

차량용 토크 컨버터{Torque Converter for Vehicle}

본 발명은 댐퍼 스프링 내측에 가이드 역할을 하는 서포트 피스를 적용하여 히스테리시스 토크를 줄일 수 있도록 한 토셔널 댐퍼를 포함하는 차량용 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, 이 임펠러에서 토출되는 오일에 의해 회전되는 터빈, 그리고 임펠러로 되돌아 흐르는 오일의 흐름을 임펠러의 회전 방향으로 향하게 하여 토크 변화율을 증대시키는 리엑터('스테이터' 라고도 함)를 포함한다.

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. 록업 클러치는 엔진과 직결된 프론트 커버와 터빈 사이에 배치되어 엔진의 회전 동력이 직접 터빈을 통하여 변속기로 전달될 수 있도록 한다.

이러한 록업 클러치는, 터빈 축에 축 방향으로 이동할 수 있는 피스톤을 포함한다. 그리고 피스톤은 프론트 커버에 마찰 접촉하는 마찰재가 결합된다. 그리고 피스톤에는 마찰재가 프론트 커버에 결합될 때 축의 회전 방향으로 작용하는 충격 및 진동을 흡수할 수 있는 토셔널 댐퍼(Torsional damper)가 결합되어 있다.

최근 토셔널 댐퍼는 터빈을 통하여 변속기로 엔진의 구동력을 직접 전달하는 록업 클러치가 동작하는 경우, 비틀림 진동 감쇠 효과를 최소화 하기 위해 스프링의 작동 각도를 극대화 할 수 있는 아크(arc) 스프링들을 적용하는 것은 물론, 두 개의 스프링을 직렬로 연결할 수 있는 커넥션 플레이트가 구비된 시리즈 형태의 댐퍼 타입이 주요 개발 추세이다.

토셔널 댐퍼에 제공된 스프링들은 비틀림 토크를 증대시키기 위해 아웃터 스프링을 배치하고, 아웃터 스프링의 내부에 인너 스프링을 배치할 수도 있다.

그리고 아웃터 스프링들의 양단에는 아웃터 스프링의 이탈을 방지하기 위해 스프링 시트가 배치된다. 즉, 아웃터 스프링들은 양단이 스프링 시트들에 의해 지지된다.

그러나 토셔널 댐퍼의 작동과정에서 인너 스프링은 여전히 정위치에서 이탈될 수 있어 작동 불량의 원인이 되는 문제점이 있다.

또한, 아웃터 스프링과 인너 스프링이 압축되면서 아웃터 스프링의 가운데 부분의 내주면과 인너 스프링의 가운데 부분의 외주면이 서로 접촉하면서 아웃터 스프링과 인너 스프링의 간섭이 발생할 수도 있다.

이와 같이 아웃터 스프링과 인너 스프링이 간섭되면 스프링의 내구성이 떨어지고 토셔널 댐퍼의 비틀림 토크가 감소되어 토크 컨버터의 상품성이 떨어지는 문제점이 있다.

특히, 아크(arc) 스프링을 직렬로 연결하는 시스템의 경우에는 토셔널 댐퍼의 작동 영역에서 스프링 외주면과 플레이트 사이 전 영역에서 면 접촉 마찰이 발생되어 히스테리시스 토크가 과도하게 발생하게 되는데, 이것은 차량의 주행 감성에 나쁜 영향을 주는 소음, 진동, 마찰 즉, NVH(Noise, Vibration, Harshness) 문제의 원인으로까지 이어질 수 있다.

대한민국 공개특허공보 제2012-0039307호(2012. 4. 25 공개) 대한민국 등록특허공보 제1,339,389호(2013. 12. 3 등록)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로써, 본 발명의 목적은 댐퍼 스프링의 작동 변위에 대해 가이드 역할이 가능한 서포트 피스를 적용하여 작동 시 입력 토크 및 원심력에 의한 댐퍼 스프링과 리테이닝 플레이트 간의 접촉을 방지할 수 있는 차량용 토크 컨버터를 제공하는데 있다.

나아가, 본 발명의 또 다른 목적은 가이드 역할을 하는 서포트 피스로 댐퍼 스프링의 히스테리시스 토크를 줄임으로써, 차량의 NVH(Noise, Vibration, Harshness) 문제를 개선하기 위한 차량용 토크 컨버터를 제공하는데 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 프론트 커버와, 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 바꾸는 리엑터, 상기 프론트 커버와 상기 터빈을 직접 연결하는 피스톤을 구비한 록업 클러치, 상기 록업 클러치에 결합되어 회전 방향으로 작용하는 충격과 진동을 흡수하는 토셔널 댐퍼를 포함하고,

상기 토셔널 댐퍼는 상기 피스톤에 결합되는 리테이닝 플레이트와, 상기 리테이닝 플레이트에 배치되어 원주방향으로 탄성력이 작용하는 다수의 탄성부재, 상기 탄성부재들에 대한 반력으로 작용하며 상기 터빈에 결합되는 드리븐 플레이트를 포함하는 차량용 토크 컨버터를 제공한다.

상기 탄성부재들은 원주 방향으로 따라 일정한 간격으로 배치되며, 제1 및 제2 스프링으로 나뉘어 배치되는 복수의 댐퍼 스프링과, 상기 댐퍼 스프링의 제1 및 제2 스프링들 사이 내측으로 삽입되어 상기 제1 및 제2 스프링을 직렬로 연결하는 원통형의 스포트 피스를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 탄성부재들은 복수의 상기 스포트 피스 상호 간의 배치 간격이 유지될 수 있도록 연결해 주는 커넥션 플레이트를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 커넥션 플레이트는 좌우 대칭형의 제1 및 제2 플레이트가 리벳 이음 또는 스폿 용접으로 결합되는 것이 바람직하다.

상기 댐퍼 스프링의 양단에는 각각 스프링 시트가 배치되고, 상기 스프링 시트는 상기 댐퍼 스프링의 끝단을 지지하는 지지단과, 상기 지지단에서 연장되어 상기 댐퍼 스프링의 내부에 삽입되는 삽입부를 포함하는 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명의 실시예는 댐퍼 스프링의 작동 변위에 대해 가이드 역할이 가능한 서포트 피스를 적용하여 록업 클러치 작동 시 입력 토크 및 원심력에 의해 댐퍼 스프링이 리테이닝 플레이트와 접촉되는 것을 방지하는 효과를 가진다.

나아가, 본 발명은 가이드 역할을 하는 서포트 피스로부터 댐퍼 스프링의 히스테리시스 토크를 기존의 1/5 수준 이하로 줄임으로써, 히스테리시스 토크 과다로 인해 발생되는 각종 차량의 NVH(Noise, Vibration, Harshness) 문제를 개선하는 효과를 가진다.

또한, 본 발명은 복수의 댐퍼 스프링을 직렬로 연결해 주는 스포트 피스 외에 이 스포트 피스들 간의 간격을 일정하게 유지시켜 주는 커넥션 플레이트를 구비함으로써, 직렬 작동 구조의 댐퍼 스프링으로부터 원주 방향의 충격력을 흡수하고 진동 감쇄 성능을 향상시키는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 토크 컨버터의 반단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 토셔널 댐퍼의 주요 부분을 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예를 설명하기 위해 토셔널 댐퍼의 비작동 시 상태를 나타낸 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예를 설명하기 위해 토셔널 댐퍼의 작동 시 상태를 나타낸 부분 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예를 설명하기 위해 탄성부재들을 지지하는 스프링 시트를 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 토셔널 댐퍼를 적용하였을 때 차량의 주 운전영역에서의 진동전달율을 종래와 비교하여 표시한 그래프이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 다른 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예를 설명하기 위해 차량용 토크 컨버터를 축 방향으로 잘라서 본 반단면도이고, 도 2는 도 1의 토셔널 댐퍼에 대한 주요부를 도시한 분해 사시도로, 차량용 토크 컨버터를 도시하고 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 토크 컨버터는 엔진의 크랭크 축에 연결되어 회전하는 프론트 커버(1), 이 프론트 커버(1)에 연결되어 함께 회전하는 임펠러(3), 이 임펠러(3)와 마주하는 위치에 배치되는 터빈(5), 그리고 임펠러(3)와 터빈(5) 사이에 위치하여 터빈(5)으로부터 나오는 오일의 흐름을 임펠러(3) 측으로 바꿔 전달하는 리엑터(7, 또는 '스테이터'라고도 함)를 포함한다.

임펠러(3) 측으로 오일을 전달하는 리엑터(7)는 프론트 커버(1)와 동일한 회전 중심을 가진다. 그리고, 엔진과 변속기를 직접 연결하는 수단이 되는 록업 클러치(9)는 프론트 커버(1)와 터빈(5) 사이에 배치된다.

록업 클러치(9)는 대략 원판형으로 형성되어 축 방향으로의 이동이 가능하게 배치되는 피스톤(11)을 구비한다.

그리고, 피스톤(11)에는 프론트 커버(4)와의 마찰 접촉을 위한 마찰재(13)가 결합된다.

록업 클러치(9) 측에는 소정의 토셔널 댐퍼(15, Torsional damper)가 결합된다. 토셔널 댐퍼(15)는 피스톤(11)과 리벳 이음으로 결합되어 마찰재(13)가 프론트 커버(1)에 밀착될 때, 축의 회전 방향으로 작용하는 비틀림력을 흡수하고 진동을 감쇄시키는 역할을 한다.

토셔널 댐퍼(15) 내에는 원주 방향으로 작용하는 충격 및 진동을 흡수하는 다수의 탄성부재(19)들이 포함된다. 이러한 탄성부재(19)들은 소정의 굴곡진 원반 형태의 리테이닝 플레이트(17)에 의하여 지지된다. 탄성부재(19)들은 리테이닝 플레이트(17)의 원주 방향(회전 방향)으로 배치되며, 압축 코일 스프링으로 이루어지는 것이 바람직하다.

리테이닝 플레이트(17)는 피스톤(11)과 리벳 이음으로 결합된다. 그리고, 탄성부재(19)들은 터빈(5)과 리벳 이음으로 결합되는 드리븐 플레이트(21)에 의해 탄성적으로 지지된다. 즉, 탄성부재(19)들은 리테이닝 플레이트(17)와 드리븐 플레이트(21) 사이에 탄성적으로 지지되어 회전 방향(원주 방향)의 진동 및 충격력을 흡수할 수 있도록 구비된다.

탄성부재(19)들은 다시 제1 스프링(23a) 및 제2 스프링(23b)으로 나누어져 직렬로 연결되는 복수의 댐퍼 스프링(23)을 포함한다. 그리고, 제1 스프링(23a)과 제2 스프링(23b)들 사이에는 원통형의 스포트 피스(25)가 내측으로 삽입된다.

제1 스프링(23a)과 제2 스프링(23b)을 직렬로 연결하는 원통형의 스포트 피스(25)는 제1 스프링(23a) 및 제2 스프링(23b)의 작동 변위에 대한 가이드 역할을 하며, 제1 스프링(23a) 및 제2 스프링(23b)이 입력 토크와 원심력에 의해 리테이닝 플레이트(17)의 내주면과의 접촉을 방지하게 된다.

원주 방향(회전 방향)으로 배치되는 탄성부재(19)들 간에는 상호 간의 간격을 일정하게 유지할 수 있도록 연결해 주는 커넥션 플레이트(27)가 더 구비될 수 있다.

커넥션 플레이트(27)는 복수의 스포트 피스(25)들을 일정 간격으로 연결하여 입력 토크 및 원심력에 의해 스포트 피스(25)들이 밀려 나가거나 원주 방향의 배치 상태로부터 이탈되는 것을 방지한다. 이와 더불어 커넥션 플레이트(27)는 각각의 스포트 피스(25)를 길이 방향으로 양분하는 중간 부위에 결합되어 스포트 피스(25) 양쪽으로 끼워진 제1 스프링(23a)과 제2 스프링(23b)의 직렬 완충 효과를 높이는 역할을 병행한다.

커넥션 플레이트(27)는 좌우 대칭형의 제1 플레이트(27a) 및 제2 플레이트(27b)가 서로 마주 결합되고, 제1 플레이트(27a)와 제2 플레이트(27b) 간에는 스포트 피스(25)가 일정 간격으로 맞물린다. 제1 플레이트(27a)와 제2 플레이트(27b)는 리벳 이음 또는 스폿 용접으로 결합된다.

댐퍼 스프링(23)의 양단에는 각각 소정의 스프링 시트(29)가 결합된다. 그리고 스프링 시트(29)는 지지단(29a)과 삽입부(29b)를 포함한다.

스프링 시트(29)의 지지단(29a)은 원판 형상으로 이루어져 댐퍼 스프링(23)의 한쪽 끝에 밀착된다. 그리고 스프링 시트(29)의 삽입부(29b)는 스프링 시트(29)의 지지단(29a)으로부터 외경이 더 작게 돌출된 원주 형상으로 연장되어 형성된다. 이와 같은 삽입부(29b)는 댐퍼 스프링(23)의 코일 안쪽으로 삽입되어 댐퍼 스프링(23)의 내주면 상에 안착된다.

이에 따라, 댐퍼 스프링(23)은 토셔널 댐퍼의 작동 중 스프링 시트(29)로부터 이탈되는 것을 방지하고, 스프링 시트(29)는 리테이닝 플레이트(17)의 회전방향 충격력이나 진동의 흡수를 돕는 것은 물론, 탄성지지 되는 드리븐 플레이트(21)로의 회전력 전달이 원활하도록 하는 역할을 한다.

이와 같이 이루어지는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 토크 컨버터는, 엔진의 구동력을 변속기에 직접 연결하기 위하여 록업이 작동하게 되면, 피스톤(11)이 프론트 커버(1)에 밀착된다. 그리고 프론트 커버(1)의 구동력은 마찰재(13)를 통하여 피스톤(11)에 전달된다.

피스톤(11)으로 전달되는 구동력은 피스톤(11)과 리벳 이음으로 결합된 리테이닝 플레이트(17)로 전달된다. 이때, 리테이닝 플레이트(17)는 원주면 상을 따라 일정 간격으로 부분 절개되어 절곡된 가압플랜지(17a)로부터 탄성부재(19)를 회전 방향으로 가압한다. 탄성부재(19)의 가압과 동시에 소정의 댐핑 작용이 일어나면서 탄성부재(19)들은 드리븐 플레이트(21)에 소정의 탄성력을 가해 회전시키고, 그 내경 측으로 결합된 스플라인 허브를 통해 변속기 쪽으로 소정의 구동력을 직접 전달하게 된다.

토셔널 댐퍼(15) 내에서 소정의 댐핑 작용이 일어날 때, 스프링 시트(29)의 삽입부(29b) 외주면을 감싸면서 지지단(29a)에 의해 지지되는 댐퍼 스프링(23)이 스프링 시트(29)에서 이탈되지 않고 안정적으로 작동한다.

따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 토셔널 댐퍼(15)는 작동 시 각각의 스프링 시트(29)에 의해 제1 스프링(23a) 및 제2 스프링(23b)의 이탈이 방지되어 작동상의 안정성을 증대시키는 기술효과를 얻는다.

특히, 본 발명의 실시 예는 댐퍼 스프링(23)을 제1 스프링(23a)과 제2 스프링(23b)으로 나눠 직렬로 연결하여 회전방향의 충격력이나 진동 감쇄 능력을 높이는 것은 물론, 제1 스프링(23a)과 제2 스프링(23b) 사이에 원통형의 스포트 피스(25)를 배치하여 댐퍼 스프링(23)의 작동 변위에 대한 가이드 역할을 하게 된다. 즉, 원통형의 스포트 피스(25)는 입력 토크와 원심력에 의해 댐퍼 스프링(23)이 리테이닝 플레이트(17)의 내주면과 접촉되는 것을 방지한다.

토셔널 댐퍼(15)의 작동 시 원통형의 스포트 피스(25)는 원주 방향으로 배열된 간격과 위치가 커넥션 플레이트(27)에 의해 더 확실하게 유지되기 때문에 입력 토크와 원심력에 의한 히스테리시스 토크를 현저히 떨어뜨릴 뿐만 아니라, 히스테리시스 토크 과다로 인해 발생하는 차량의 각종 NVH(Noise, Vibration, Harshness) 문제를 개선하는 효과를 가진다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 토셔널 댐퍼를 적용하였을 때 차량의 주 운전영역에서의 진동전달율을 종래와 비교하여 표시한 그래프이다.

도6의 그래프를 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 차량의 엔진 스피드가 높아질수록 변속기의 각가속도로 표출되는 변속기의 샤프트 떨림량을 현저히 떨어뜨리게 된다.

댐퍼 스프링(23)에 대한 커넥션 플레이트(27) 및 스포트 피스(25)의 가이드 역할로 토셔널 댐퍼(15)의 히스테리시스 토크는 기존 시스템의 1/5 수준 이하로 저감시킬 수 있다.

특히, 차량의 주 운전영역에서의 진동전달율은 기존 댐퍼 사양 대비 50% 수준 이하로 감쇄시킴으로써, 히스테리시스 토크의 과다로 인해 발생하는 차량의 각종 NVH(Noise, Vibration, Harshness) 문제를 효과적으로 개선하는 것이 가능하다.

이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

1. 프론트 커버
3. 임펠러
5. 터빈
7. 리엑터
9. 록업 클러치
11. 피스톤
13. 마찰재
15. 토셔널 댐퍼
17. 리테이닝 플레이트, 17a. 가압플랜지
19. 탄성부재
21. 드리븐 플레이트
23. 댐퍼 스프링, 23a. 제1 스프링, 23b. 제2 스프링
25. 스포트 피스
27. 커넥션 플레이트, 27a. 제1 플레이트, 27b. 제2 플레이트
29. 스프링 시트, 29a. 지지단, 29b. 삽입부

Claims (6)

1. 프론트 커버와,
   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 바꾸는 리엑터,
   상기 프론트 커버와 상기 터빈을 직접 연결하는 피스톤을 구비한 록업 클러치,
   상기 록업 클러치에 결합되어 회전 방향으로 작용하는 충격과 진동을 흡수하는 토셔널 댐퍼를 포함하고,
   상기 토셔널 댐퍼는,
   상기 피스톤에 결합되는 리테이닝 플레이트,
   상기 리테이닝 플레이트에 배치되어 원주방향으로 탄성력이 작용하는 다수의 탄성부재,
   상기 탄성부재들에 대한 반력으로 작용하며 상기 터빈에 결합되는 드리븐 플레이트를 포함하며,
   상기 탄성부재들은,
   원주 방향으로 따라 일정한 간격으로 배치되며, 제1 및 제2 스프링으로 나뉘어 배치되는 복수의 댐퍼 스프링과,
   상기 댐퍼 스프링의 제1 및 제2 스프링들 사이 내측으로 삽입되어 상기 제1 및 제2 스프링을 직렬로 연결하는 원통형의 스포트 피스를 포함하고,
   상기 탄성부재들은 복수의 상기 스포트 피스 상호 간의 배치 간격이 유지될 수 있도록 연결해 주는 커넥션 플레이트를 포함하며,
   상기 커넥션 플레이트는 좌우 대칭형의 제1 및 제2 플레이트가 리벳 이음 또는 스폿 용접으로 결합되는 차량용 토크 컨버터.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 댐퍼 스프링의 양단에는 각각 스프링 시트가 배치되는 차량용 토크 컨버터.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 스프링 시트는,
   상기 댐퍼 스프링의 끝단을 지지하는 지지단과,
   상기 지지단에서 연장되어 상기 댐퍼 스프링의 내부에 삽입되는 삽입부를 포함하는 차량용 토크 컨버터.

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