KR102440528B1

KR102440528B1 - 별실 적용 토크컨버터

Info

Publication number: KR102440528B1
Application number: KR1020180046838A
Authority: KR
Inventors: 조세환; 손현준; 이종구; 위판석
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2018-04-23
Filing date: 2018-04-23
Publication date: 2022-09-06
Also published as: US10641374B2; KR20190123097A; US20190323588A1

Abstract

본 발명의 토크컨버터(1)에 적용된 록업 클러치(10)가 댐퍼 온(ON) 시 댐퍼 유압으로 댐퍼 클러치(18)를 직결시켜주는 댐퍼 피스톤(11)에 대향되도록 배열된 댐퍼 챔버(13)와 밸런스 챔버(14)로 구분된 챔버, 댐퍼 오프(OFF) 시 토크컨버터 내부 유량을 밸런스 챔버(14)를 거쳐 인풋 샤프트(100)로 보내지도록 오링(16)으로 차단된 출구가 열려지는 배출경로(15)를 포함함으로써 연비개선에 필요한 변속기 필요 요구 라인압을 낮추면서도 성능 개선에 필요한 내부유량손실과 공기유입을 방지하는 특징이 구현된다.

Description

별실 적용 토크컨버터{Separate Chamber type Torque Converter}

본 발명은 토크컨버터에 관한 것으로, 특히 라인압을 낮춤에 따른 성능저하가 방지되는 토크컨버터에 관한 것이다.

일반적으로 자동변속기의 토크컨버터(torque converter)는 임펠러(impeller), 터빈(turbine) 및 스테이터(stator)를 기본 구성요소로 하고, 고속 영역에서 토크를 기계적으로 직접 전달할 수 있는 록업 클러치(Lock Up Clutch)를 구비한다.

일례로, 상기 록업 클러치는 토크 컨버터의 입력측 회전부재인 프론트 커버(front cover)와 출력측 회전부재인 터빈 사이에 형성되는 공간부에 배치되고, 댐퍼 유압 챔버와 함께 내압 챔버를 구비한다.

상기 댐퍼 유압 챔버는 프론트 커버로부터 터빈에 대한 직접적인 토크 전달이 구현되도록 록업 클러치 체결을 위한 유압실로 작용된다. 상기 내압 챔버는 유압라인의 솔레노이드 밸브로 조절된 제어압이 적절한 라인압으로 나가도록 라인압을 하향 제어한다.

그러므로 상기 록업 클러치는 댐퍼 온(N)/오프(OFF) 동작 시 토크 전달과 함께 토크 컨버터의 내부압에 의해 높아지는 라인압을 개선한다. 그 결과 토크컨버터는 댐퍼 작동 시 내압 챔버 미적용 록업 클러치 대비 피스톤에 걸리는 내압을 약 3bar 정도 낮게 사용할 수 있다.

일본특개 2013-145025(2013.07.25)

하지만 라인압 하향 제어는 토크컨버터의 작동성능 저하 없이 이루어질 수 있어야 하는 어려움이 있다.

일례로, 록업 클러치의 내압 챔버가 라인압을 낮추는데 초점이 맞춰짐으로써 하기 문제를 발생시킨다. 첫째, 라인압이 낮춰지는 과정에서 토크컨버터의 내부유량손실을 발생시킬 수 있고, 이는 내부유량손실로 변속기에 대한 윤활유량이 저하되는 문제로 발생된다. 둘째, 장기 방치 시 록업 클러치의 내압 챔버로 공기 유입이 될 수 있고, 이는 원심압으로 댐퍼 피스톤이 오동작하는 문제로 발생된다.

그러므로 토크컨버터의 라인압 하향 제어는 라인압을 낮춤과 더불어 내부유량손실을 최소화 하면서 공기유입을 방지할 수 있어야 한다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 댐퍼 챔버에 대해 별실을 이루는 밸런스 챔버가 인풋샤프트 유로로 이어짐으로써 변속기 필요 요구 라인압을 낮추어 연비개선이 가능하고, 특히 라인압이 낮춰지면서 변속기 윤활유량 부족의 원인인 내부유량손실과 댐퍼 피스톤 오동작의 원인인 공기유입에 대한 방지로 성능 개선도 이루어지는 별실 적용 토크컨버터의 제공에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 토크컨버터는 댐퍼 클러치와 연계된 댐퍼 피스톤을 사이에 두고 형성되어 댐퍼 챔버와 밸런스 챔버로 구분된 챔버, 상기 밸런스 챔버를 연결 및 차단하여 토크컨버터 내부 유량을 제어해주는 배출경로, 상기 배출경로를 개폐하는 오링이 포함되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 댐퍼 챔버와 상기 밸런스 챔버는 댐퍼 온(ON)/오프(OFF) 동작이 구현되는 록업 클러치로 구성된다.

바람직한 실시예로서, 상기 댐퍼 챔버와 상기 밸런스 챔버는 상기 댐퍼 피스톤을 마주보도록 서로 대향된다. 상기 댐퍼 챔버에는 댐퍼 오일압을 공급하는 댐퍼 공급 유로가 연결된다. 상기 밸런스 챔버에는 인풋 샤프트의 윤활유로로 윤활 유량이 공급되는 밸런스 드레인 유로가 연결된다.

바람직한 실시예로서, 상기 배출경로는 상기 댐퍼 클러치의 직결을 위한 댐퍼 온(ON) 시 차단되는 반면 상기 댐퍼 클러치의 해제를 위한 댐퍼 오프(OFF) 시 연결된다.

바람직한 실시예로서, 상기 배출경로는 상기 댐퍼 챔버쪽을 입구로 하고 상기 밸런스 챔버쪽을 출구로 하여 상기 오링이 위치된다. 상기 배출경로는 그루브(groove) 또는 오리피스로 형성된다.

바람직한 실시예로서, 상기 오링은 상기 댐퍼 피스톤과 함께 이동된다.

바람직한 실시예로서, 상기 밸런스 챔버에는 상기 댐퍼 피스톤에 스프링 하중을 가하여주는 밸런스 스프링이 구비된다.

바람직한 실시예로서, 상기 밸런스 챔버에는 상기 배출경로를 형성하여 상기 댐퍼 피스톤과 결합된 상태에서 함께 이동되는 밸런스 플레이트가 구비된다.

이러한 본 발명의 토크컨버터는 인풋샤프트 유로로 이어진 밸런스 챔버를 적용함으로써 하기와 같은 작용 및 효과를 구현한다.

첫째 연비개선효과로서, 이는 밸런스 챔버로 라인압을 낮춤으로써 댐퍼 피스톤에 인가되는 토크컨버터 내부압이 낮춰져 변속기 필요 요구 라인압을 낮춰줌에 기인된다. 둘째 기존의 내압 챔버 구조로 인한 문제점의 근본적인 해소로서, 이는 밸런스 챔버 구조로 윤활유량 손실 개선 및 방치 시 댐퍼 ON의 윤활압 공급으로 공기 유입 개선이 이루어짐에 기인된다. 셋째, 댐퍼 피스톤 씰링 안착부에 적용된 유량 배출 그루브를 이용한 밸런스 챔버의 공기 발생개선 및 밸런스 챔버에 적용된 인풋샤프트 윤활 공급부를 이용한 윤활유량 손실 개선으로 구조 단순화도 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 별실 적용 토크컨버터의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 별실 적용 토크컨버터가 록업 클러치에 대해 간략화시킨 예이며, 도 3은 본 발명에 따른 별실 적용 토크컨버터가 록업 클러치에 대해 간략화시킨 다른 예이이고, 도 4는 본 발명에 따른 록업 클러치의 댐퍼 오프(OFF) 시 밸런스 챔버 열림 상태이고, 도 5는 본 발명에 따른 록업 클러치의 댐퍼 온(ON) 시 밸런스 챔버 닫힘 상태이다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시 예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

도 1을 참조하면, 토크컨버터(1)는 임펠러(2), 터빈(3), 스테이터(4) 및 록업 클러치(10)를 포함한다.

일례로, 상기 임펠러(2)와 상기 터빈(3) 및 상기 스테이터(4)는 토크 컨버터(1)의 기본 구성요소이다. 상기 임펠러(3)는 프론트 커버와 함께 구성되어 엔진의 크랭크 축(미 도시)에 연결됨으로써 엔진과 함께 회전한다. 상기 터빈(4)은 임펠러(3)와 마주하여 배치되며, 상기 임펠러(3)로부터 공급되는 유체에 의하여 회전하여 터빈 허브를 통해 변속기의 인풋 샤프트(100)를 구동시킨다. 상기 스테이터(4)는 임펠러(2)의 프론트 커버와 동일한 회전 중심을 갖고, 터빈(3)으로부터 나오는 유체(자동 변속기용 오일)의 흐름을 바꾸어 임펠러(2)쪽으로 전달한다.

일례로, 상기 록업 클러치(10)는 임펠러(2)(즉, 프론트 커버)와 터빈(3)의 사이에서 터빈 허브(5)와 연계된 배치로 엔진과 변속기를 직접 연결하는 수단으로 작동한다. 이를 위해 상기 록업 클러치(10)는 댐퍼 피스톤(11)과 댐퍼 클러치(18)를 구비하면서 분리와 연통이 이루어지는 한 쌍의 챔버를 더 구비한다.

구체적으로 상기 댐퍼 피스톤(11)은 댐퍼 온(ON)시 클러치 플레이트(18)에 압력을 가해 록업 클러치를 체결 상태로 만들어준다. 상기 댐퍼 클러치(18)는 임펠러(2)(즉, 프론트 커버)로 지지되면서 댐퍼 피스톤(11)이 가하는 압력을 받는 다수의 클러치 디스크와 리테이닝 플레이트로 이루어진다. 상기 챔버는 변속기 필요 요구 라인압을 낮추어 연비개선을 하면서도 인풋샤프트(100)의 윤활유로(100-1)와 연계로 내부유량손실과 외부 공기유입방지로 성능 개선이 이루어지도록 작용한다.

구체적으로 상기 챔버는 댐퍼 챔버(13), 밸런스 챔버(14), 배출경로(15) 및 오링(16)을 구성요소로 한다.

일례로 상기 댐퍼 챔버(13)는 댐퍼 피스톤(11)과 인풋 샤프트(100)를 결합한 터빈 허브(1-5)가 마주하는 공간에 형성되고, 댐퍼 온(ON)(즉, 댐퍼 직결) 시 댐퍼 오일압이 공급된다. 상기 밸런스 챔버(14)는 임펠러(2)와 댐퍼 피스톤(11)이 마주하는 공간에 형성되고, 댐퍼 온(ON) 시 윤활유량이 공급된다. 상기 배출경로(15)는 임펠러(2)와 댐퍼 피스톤(11)의 접촉면에 형성되고, 댐퍼 오프(OFF)(즉, 댐퍼 해제) 시 토크 컨버터의 내부 유량이 인풋 샤프트(100)의 윤활유로(100-1)로 배출되도록 밸런스 챔버(14)에서 윤활유로(100-1)로 이어진다. 이 경우 상기 배출경로(15)는 홈으로 파여진 그루브(groove)로 형성된다. 상기 오링(16)은 댐퍼 피스톤(11)에 구비되고, 댐퍼 온(ON)에 의한 댐퍼 피스톤(11)의 전진으로 배출경로(15)를 차단하는 반면 댐퍼 오프(OFF)에 의한 댐퍼 피스톤(11)의 복귀로 배출경로(15)를 열어준다.

특히 상기 댐퍼 챔버(13)는 인풋 샤프트(100)와 터빈 허브(5)에 형성된 댐퍼 공급 유로(13-1)로 연결되고, 상기 댐퍼 공급 유로(13-1)로 댐퍼 유압 공급이 이루어진다.

또한 상기 밸런스 챔버(14)는 밸런스 드레인 유로(14-1)로 인풋 샤프트(100)의 윤활유로(100-1)와 연결되고, 공기 유입 방지를 위해 대기에 노출되지 않은 상태에서 댐퍼 오프(OFF) 시 별도 해제 기구 없이 댐퍼 피스톤(11)을 해제 위치로 이동시켜주는 윤활압이 항시 형성되어 있다. 그러므로 상기 밸런스 챔버(14)는 댐퍼 오프(OFF) 시 배출경로(15)에 의해 배출된 유량을 윤활공급에 사용되므로 윤활량 손실을 근본적으로 개선하여 준다.

그리고 상기 배출경로(15)는 댐퍼 온(ON) 시 댐퍼 피스톤(11)의 씰링 위치이동으로 오링(16)이 밀폐되나 댐퍼 오프(OFF) 시 열려져 댐퍼 챔버(13)의 댐퍼 유량(즉, 토컨 유량)을 밸런스 챔버(14)로 공급하여 준다. 상기 배출경로(15)는 면적 튜닝을 통해 배출유량 조정이 이루어진다.

특히 상기 록업 클러치(10)에는 밸런스 플레이트(30)가 포함된다. 상기 밸런스 플레이트(30)는 댐퍼 피스톤(11)에 리벳 결합되어 밸런스 챔버(14)에 수용되고, 배출경로(15)를 그루브로 형성하여 임펠러(2)의 프론트 커버에 파여진 커버 홈(12c)으로 끼워져 결합된 오링(16)과 접촉된다.

그러므로 상기 밸런스 플레이트(30)는 댐퍼 피스톤(11)의 직결위치와 해제위치로 함께 이동됨으로써 배출경로(15)의 출구가 오링(16)에 대해 위치 이동되고, 배출경로(15)의 출구 차단 시 차단되었던 댐퍼 유량이 출구 열림 시 댐퍼 챔버(13)에서 밸런스 챔버(14)로 빠져나간다.

한편 도 2 및 도 3은 록업 클러치(10)의 구조 변형을 예시한다. 이 경우 상기 록업 클러치(10)는 댐퍼 챔버(13), 밸런스 챔버(14) 및 오링(16)을 챔버 공통구성요소로 한다.

도 2를 참조하면, 상기 록업 클러치(10)는 오리피스(15-1)와 밸런스 스프링(20)을 포함한다.

구체적으로 상기 오리피스(15-1)는 댐퍼 챔버(13)와 밸런스 챔버(14)를 연결하고, 임펠러(2)의 프론트 커버에 형성된 커버 보스(12b)에 직접 파여진 상방향 경사구조로 형성되며, 댐퍼 챔버(13)의 댐퍼 유량이 빠져나오는 출구가 오링(16)으로 개폐된다. 이 경우 배출 오리피스(15-1)의 상방향 경사구조는 댐퍼 클러치(18)쪽으로 향해 예각으로 형성된다. 그러므로 상기 오리피스(15-1)는 오링(16)에 의한 출구개폐로 도 1의 그루브로 이루어진 배출경로(15)와 동일한 역할을 수행한다.

구체적으로 상기 밸런스 스프링(20)은 임펠러(2)(즉, 프론트 커버)와 댐퍼 피스톤(11)에 양단이 고정되어 밸런스 챔버(14)에 수용되고, 댐퍼 피스톤(11)의 직결 시 압축되었다 해제 시 스프링 하중을 댐퍼 피스톤(11)에 가하여 준다. 그러므로 상기 밸런스 스프링(20)은 도 1 내지 도 3과 같이 윤활 유량 작용하던 댐퍼 피스톤(11)에 스프링 하중을 더 부가함으로써 댐퍼 온(ON)에 따른 진입 충격 개선 및 댐퍼 오프(OFF)에 따른 해제 응답성을 향상시켜 준다.

도 3을 참조하면, 상기 록업 클러치(10)의 챔버는 임펠러(2)와 댐퍼 피스톤(11)의 연계 구조를 이용하여 형성된다.

일례로 댐퍼 피스톤(11)은 피스톤 보스(12a)를 형성하고, 상기 임펠러(2)는 프론트 커버에 커버 홈(12c)이 파여진 커버 보스(12b)를 형성한다. 그러므로 상기 피스톤 보스(12a)와 상기 커버 보스(12b)는 배출경로(15)의 위치공간과 함께 오링(16)의 접촉면을 형성한다.

따라서 상기 록업 클러치(10)는 댐퍼 챔버(13), 밸런스 챔버(14), 배출경로(15) 및 오링(16)을 구성요소로 한 챔버를 이용함으로써 변속기필요요구 라인압을 낮추어 연비개선을 하면서도 인풋샤프트(100)의 윤활유로(100-1)와 연계로 내부유량손실과 외부 공기유입방지로 성능 개선도 이루어진다.

한편 도 4 및 도 5는 댐퍼 오프(OFF)와 댐퍼 온(ON)에 따른 록업 클러치(10)의 작동 시 챔버 상태를 각각 예시하며, 도 3을 기반으로 하여 설명된다.

도 4의 댐퍼 오프(OFF)에 따른 록업 클러치(10)의 작동을 참조하면, 댐퍼 챔버(13)는 댐퍼 공급 유로(13-1)로부터 댐퍼 유량을 공급받지 못함으로써 댐퍼 피스톤(11)이 해제위치로 이동된다. 이때 밸런스 챔버(14)의 윤활 유량은 댐퍼 피스톤(11)을 해제위치로 이동시켜주는 작용을 한다.

이어 오링(16)은 댐퍼 피스톤(11)과 함께 해제위치로 이동됨으로써 배출경로(15)에 대한 출구연결위치를 형성하고, 상기 출구연결위치는 오링(16)으로 막혀있던 배출경로(15)의 출구를 열어준다. 그러면 토크컨버터 내부 유량은 배출경로(15)를 거쳐 밸런스 챔버(14)로 유입되는 유량 흐름(하방향의 점선 화살표 참조)을 형성한다. 이후 밸런스 챔버(14)로 유입된 토크컨버터 내부 유량은 밸런스 챔버(14)와 연결된 밸런스 드레인 유로(14-1)를 거쳐 인풋 샤프트(100)의 윤활유로(100-1)로 공급된다,

그 결과 토크컨버터(1)는 인풋 샤프트(100)의 윤활에 밸런스 챔버(14)에서 나온 유량을 활용함으로써 연비개선을 위한 변속기필요요구 라인압을 낮추면서도 토크컨버터(1)의 내부유량손실을 방지한다.

반면 도 5의 댐퍼 온(ON)에 따른 록업 클러치(10)의 작동을 참조하면, 댐퍼 챔버(13)는 댐퍼 공급 유로(13-1)로부터 공급된 오일압력으로 채워져 댐퍼 유압을 형성함으로써 댐퍼 피스톤(11)의 직결위치이동과 함께 댐퍼 클러치(18)의 직결이 이루어진다. 동시에 밸런스 챔버(14)는 인풋 샤프트(100)의 윤활유로(100-1)로부터 공급된 윤활 유량으로 채워져 약 0.2 ~0.5 bar의 윤활 유압을 형성한다.

이어 오링(16)은 댐퍼 피스톤(11)과 함께 직결위치로 이동함으로써 배출경로(15)에 대한 출구차단위치를 형성하고, 상기 출구차단위치는 오링(16)으로 막혀있지 않던 배출경로(15)의 출구를 막아준다. 그러면 댐퍼 챔버(13)와 밸런스 챔버(14)는 오링(16)으로 분리된 독립적인 챔버로 형성된다.

그 결과 토크컨버터(1)는 인풋 샤프트(100)의 윤활압이 밸런스 챔버(14)에 안정적으로 공급되면서도 밸런스 챔버(14)의 대기노출차단으로 공기유입도 방지한다. 특히 토크컨버터(1)는 밸런스 챔버(14)의 윤활 유량을 댐퍼 피스톤(11)의 해제위치 이동에 사용한다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 토크컨버터(1)는 록업 클러치(10)를 포함하고, 상기 록업 클러치(10)는 댐퍼 온(ON) 시 댐퍼 유압으로 댐퍼 클러치(18)를 직결시켜주는 댐퍼 피스톤(11)에 대향되도록 배열된 댐퍼 챔버(13)와 밸런스 챔버(14)로 구분된 챔버, 댐퍼 오프(OFF) 시 토크컨버터 내부 유량을 밸런스 챔버(14)를 거쳐 인풋 샤프트(100)로 보내지도록 오링(16)으로 차단된 출구가 열려지는 배출경로(15)를 포함함으로써 연비개선에 필요한 변속기 필요 요구 라인압을 낮추면서도 성능 개선에 필요한 내부유량손실과 공기유입을 방지하여 준다.

1 : 토크컨버터 2 : 임펠러
3 : 터빈 4 : 스테이터
5 : 터빈 허브 10 : 록업 클러치
11 : 댐퍼 피스톤 12a : 피스톤 보스
12b : 커버 보스 12c : 커버 홈
13 : 댐퍼 챔버 13-1 : 댐퍼 공급 유로
14 : 밸런스 챔버 14-1 : 밸런스 드레인 유로
15 : 배출경로 15-1 : 오리피스
16 : 오링 18 : 댐퍼 클러치
20 : 밸런스 스프링 30 : 밸런스 플레이트
100 : 인풋 샤프트 100-1 : 윤활유로

Claims

댐퍼 클러치와 연계된 댐퍼 피스톤을 사이에 두고 형성되어 댐퍼 챔버와 밸런스 챔버로 구분된 챔버,
상기 밸런스 챔버를 연결 및 차단하여 토크컨버터 내부 유량을 제어해주는 배출경로,
상기 배출경로를 개폐하는 오링
이 포함되는 것을 특징으로 하는 토크컨버터.
청구항 1에 있어서, 상기 댐퍼 챔버와 상기 밸런스 챔버는 댐퍼 온(ON)/오프(OFF) 동작이 구현되는 록업 클러치로 구성되는 것을 특징으로 하는 토크컨버터.
청구항 2에 있어서, 상기 댐퍼 챔버는 댐퍼 오일압을 공급하는 댐퍼 공급 유로와 연결되는 것을 특징으로 하는 토크컨버터.
청구항 2에 있어서, 상기 밸런스 챔버는 인풋 샤프트의 윤활 유량이 공급되는 밸런스 드레인 유로와 연결되는 것을 특징으로 하는 토크컨버터.
청구항 4에 있어서, 상기 밸런스 드레인 유로는 상기 인풋 샤프트의 윤활유로와 연결되는 것을 특징으로 하는 토크컨버터.
청구항 1에 있어서, 상기 배출경로는 상기 댐퍼 클러치의 직결을 위한 댐퍼 온(ON) 시 차단되는 반면 상기 댐퍼 클러치의 해제를 위한 댐퍼 오프(OFF) 시 연결되는 것을 특징으로 하는 토크컨버터.
청구항 6에 있어서, 상기 배출경로는 그루브(groove)로 형성되는 것을 특징으로 하는 토크컨버터.
청구항 6에 있어서, 상기 배출경로는 오리피스로 형성되는 것을 특징으로 하는 토크컨버터.
청구항 1에 있어서, 상기 오링은 상기 댐퍼 피스톤과 함께 이동되는 것을 특징으로 하는 토크컨버터.
청구항 1에 있어서, 상기 밸런스 챔버에는 밸런스 스프링이 구비되고, 상기 밸런스 스프링은 상기 댐퍼 피스톤에 스프링 하중을 가하여주는 것을 특징으로 하는 토크컨버터.
청구항 1에 있어서, 상기 밸런스 챔버에는 밸런스 플레이트가 구비되고, 상기 밸런스 플레이트는 상기 배출경로를 형성하여 상기 댐퍼 피스톤과 함께 이동되는 것을 특징으로 하는 토크컨버터.
청구항 11에 있어서, 상기 밸런스 플레이트는 상기 댐퍼 피스톤에 결합되는 것을 특징으로 하는 토크컨버터.