KR102539199B1 - 하이브리드 차량용 토크 컨버터 및 자동차의 동력 전달장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 엔진과 모터를 자동변속기에 선택적으로 연결하는 하이브리드 차량용 토크 컨버터를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량용 토크 컨버터는, 제1동력원에 연결되는 프론트 커버, 축 방향으로 이동하는 피스톤에 구비되는 마찰부재로 상기 프론트 커버에 마찰 결합 또는 해제되는 제1클러치, 상기 피스톤에 장착되는 리테이닝 플레이트와 상기 리테이닝 플레이트에 마주하는 드리븐 플레이트의 회전 방향 충격을 흡수하는 토셔널 댐퍼, 상기 프론트 커버의 내측에서 상기 드리븐 플레이트를 장착하는 중간 커버, 제2동력원에 연결되어 상기 프론트 커버와 상대 회전하며 상기 중간 커버와 일체로 연결되는 임펠러, 상기 중간 커버의 내측에서 상기 임펠러와 마주하여 상기 임펠러에서 토출되는 유체에 의하여 회전하는 터빈, 상기 임펠러와 상기 터빈의 연결을 단속하는 제2클러치, 및 상기 임펠러와 상기 터빈 사이에 배치되어 상기 터빈으로부터 나오는 유체의 흐름을 상기 임펠러의 회전 방향으로 전환하는 리엑터를 포함한다.

Description

하이브리드 차량용 토크 컨버터 및 자동차의 동력 전달장치 {TORQUE CONVERTER FOR HYBRID VEHICLE AND POWER TRAIN OF VEHICLE}

본 발명은 하이브리드 차량용 토크 컨버터 및 자동차의 동력 전달장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔진과 모터의 동력을 자동변속기에 선택적으로 연결하는 하이브리드 차량용 토크 컨버터 및 자동차의 동력 전달장치에 관한 것이다.

일반적으로, 토크 컨버터는 차량의 엔진과 자동변속기 사이에 설치되어, 유체 마찰력을 이용하여 엔진의 구동력을 자동변속기로 토크 변환하여 전달하도록 구성된다.

일례로써, 토크 컨버터는 엔진의 구동력을 전달받는 프론트 커버, 프론트 커버와 일체로 회전하는 임펠러, 임펠러에서 토출되는 유체에 의하여 회전되는 터빈, 및 터빈에서 임펠러로 되돌아 가는 유체의 흐름을 임펠러의 회전 방향으로 향하게 하여 토크 변화율을 증대시키는 리엑터를 포함한다.

엔진에 작용하는 부하가 커지게 되면, 토크 컨버터에 의한 동력전달 효율이 저하될 수 있다. 토크 컨버터는 엔진과 자동변속기를 직접 연결하는 록업 클러치(lock up clutch)를 구비하여, 동력전달 효율을 증대시키며, 직접 연결시, 발생되는 충격 및 진동을 감쇠시키는 토셔널 댐퍼를 구비하고 있다.

미국등록특허 제9,709,147호는 내연기관과 전기모터로부터 토크를 전달받는 하이브리드 구동 모듈을 개시하고 있다. 하이브리드 구동 모듈은 출력 토크를 제어하기 위하여, 액압 토크 컨버터에 터빈 클러치 및 댐퍼를 구비하고 있다.

본 발명의 목적은 엔진과 모터의 동력을 자동변속기에 선택적으로 연결하는 하이브리드 차량용 토크 컨버터를 제공하는 것이다. 또한 본 발명의 다른 목적은 상기 토크 컨버터를 적용한 자동차의 동력 전달장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량용 토크 컨버터는, 제1동력원에 연결되는 프론트 커버, 축 방향으로 이동하는 피스톤에 구비되는 마찰부재로 상기 프론트 커버에 마찰 결합 또는 해제되는 제1클러치, 상기 피스톤에 장착되는 리테이닝 플레이트와 상기 리테이닝 플레이트에 마주하는 드리븐 플레이트의 회전 방향 충격을 흡수하는 토셔널 댐퍼, 상기 프론트 커버의 내측에서 상기 드리븐 플레이트를 장착하는 중간 커버, 제2동력원에 연결되어 상기 프론트 커버와 상대 회전하며 상기 중간 커버와 일체로 연결되는 임펠러, 상기 중간 커버의 내측에서 상기 임펠러와 마주하여 상기 임펠러에서 토출되는 유체에 의하여 회전하는 터빈, 상기 임펠러와 상기 터빈의 연결을 단속하는 제2클러치, 및 상기 임펠러와 상기 터빈 사이에 배치되어 상기 터빈으로부터 나오는 유체의 흐름을 상기 임펠러의 회전 방향으로 전환하는 리엑터를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량용 토크 컨버터는, 상기 프론트 커버가 장착되는 프론트 허브, 및 상기 터빈이 장착되고 출력축에 스플라인 결합되는 터빈 축을 더 포함하며, 상기 중간 커버는 상기 프론트 허브와 상기 터빈 사이에 배치되어 양측면에 베어링으로 지지되고, 중심의 장착구로 상기 출력축에 미끄럼 결합될 수 있다.

상기 출력축은 내측에 중공부를 구비하고, 상기 중공부에 삽입되는 삽입 관체 및 제1유압을 공급하는 제1오일홀을 구비하며, 상기 제1오일홀은 상기 삽입 관체의 내부 오일통로 및 상기 프론트 허브에 구비되는 제1오일통로를 경유하여, 상기 제1클러치를 작동시키도록 상기 피스톤과 상기 중간 커버 사이로 제1유압을 공급할 수 있다.

상기 출력축은 상기 중공부로 제2유압을 공급하는 제2오일홀을 구비하며, 상기 제2오일은 상기 출력축에 구비되는 제3오일홀을 경유하여 상기 제2클러치를 작동시키도록 상기 삽입 관체의 외면과 상기 중공부를 경유하여 상기 중간 커버와 상기 터빈 축 사이로 제2유압을 공급할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 자동차의 동력 전달장치는, 엔진에 연결되는 프론트 커버, 상기 프론트 커버에 결합 또는 해제되는 제1클러치, 상기 프론트 커버의 내측에 배치되어 상기 제1클러치로 연결되는 중간 커버, 모터에 연결되어 상기 프론트 커버와 상대 회전하며 상기 중간 커버와 일체로 연결되는 임펠러, 상기 중간 커버의 내측에서 상기 임펠러와 마주하여 상기 임펠러에서 토출되는 유체에 의하여 회전하는 터빈, 상기 임펠러와 상기 터빈의 연결을 단속하는 제2클러치, 상기 임펠러와 상기 터빈 사이에 배치되어 상기 터빈으로부터 나오는 유체의 흐름을 상기 임펠러의 회전 방향으로 전환하는 리엑터, 및 상기 터빈이 장착되고 터빈 축에 스플라인 결합되어 자동변속기에 연결되는 출력축을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 자동차의 동력 전달장치는, 상기 제1클러치와 상기 중간 커버 사이에 구비되어 상기 제1클러치 작동시 상기 프론트 커버와 상기 중간 커버 사이에서 회전 방향 충격을 흡수하는 토셔널 댐퍼를 더 포함할 수 있다.

상기 토셔널 댐퍼는 상기 제1클러치의 피스톤에 장착되는 리테이닝 플레이트, 상기 리테이닝 플레이트에 마주하고 상기 중간 커버에 장착되는 드리븐 플레이트, 및 상기 리테이닝 플레이트와 상기 드리븐 플레이트 사이에서 상호 회전 방향의 충격을 흡수하는 댐핑 스프링을 포함할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예는 프론트 커버와 중간 커버 및 이들의 연결을 단속하는 제1클러치, 중간 커버에 일체로 연결된 임펠러와 터빈 및 이들의 연결을 단속하는 제2클러치를 구비하므로 프론트 커버에 연결되는 제1동력원(예, 엔진)과 임펠러에 연결되는 제2동력원(예, 모터)을 선택적으로 사용하여 터빈을 통하여 자동변속기에 동력을 전달할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량용 토크 컨버터의 단면도이다.
도 2는 도 1의 토크 컨버터를 적용한 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차의 동력 전달장치의 구성도이다.

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

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량용 토크 컨버터의 단면도이다. 도 1을 참조하면, 일 실시예의 하이브리드 차량용 토크 컨버터는 2개의 동력원, 즉 선택적으로 공급되는 제1동력원(예, 엔진(E) 도 2 참조)과 제2동력원(예, 모터(M) 도 2 참조)에 의하여 구동될 수 있도록 구성된다.

일 실시예의 하이브리드 차량용 토크 컨버터는 프론트 커버(1), 제1클러치(C1), 토셔널 댐퍼(TD), 중간 커버(2), 임펠러(3), 터빈(4), 제2클러치(C2) 및 리엑터(5)를 포함한다.

프론트 커버(1)는 제1동력원(예, 엔진)에 연결된다. 중간 커버(2)는 프론트 커버(1)의 내측에 구비되어 프론트 커버(1)와 상대 회전 가능하게 결합된다. 프론트 커버(1)는 프론트 허브(11)에 장착된다.

임펠러(3)는 제2동력원(예, 모터)에 연결된다. 임펠러(3)는 프론트 커버(1)와 상대 회전 가능하고 중간 커버(2)를 마주하여 중간 커버(2)에 일체로 회전하도록 중간 커버(2)에 연결된다.

터빈(4)은 중간 커버(2)의 내측에서 임펠러(3)에 마주하여 배치된다. 터빈(4)은 임펠러(3)와 마주하여 임펠러(3)에서 토출되는 유체에 의하여 회전하며 자동변속기(8, 도 2 참조) 측에 연결된다. 터빈(4)은 터빈 축(41)에 장착되며, 터빈 축(41)은 축 방향으로 이동 가능하도록 출력축(7)에 스플라인 결합된다.

리엑터(5)는 임펠러(3)와 터빈(4) 사이에 배치되어, 터빈(4)으로부터 나오는 유체의 흐름을 임펠러(3)의 회전 방향으로 전환시킨다. 리엑터(5)는 리엑터 축(51)에 장착되며, 리엑터 축(51)은 고정 요소(미도시)에 스플라인 결합되어 리엑터(5)에 작용하는 유체 흐름에 대하여 회전 방향을 전환시키는 반력을 제공한다.

제1클러치(C1)는 축 방향으로 이동하는 피스톤(P)에 구비되는 마찰부재(PM1)로 프론트 커버(1)에 마찰 결합 또는 해제되어, 프론트 커버(1)와 피스톤(P) 사이에서 회전 동력을 전달하도록 구성된다. 피스톤(P)은 프론트 허브(11) 상에 설치되어 유압에 의하여 축 방향으로 작동된다.

토셔널 댐퍼(TD)는 피스톤(P)에 장착되는 리테이닝 플레이트(RP)와 리테이닝 플레이트(RP)에 마주하는 드리븐 플레이트(DP), 및 이들 사이에 개재되는 댐핑 스프링(DS)을 포함하며, 리테이닝 플레이트(RP)와 리테이닝 플레이트(RP)에 상대 회전에 따라 작용하는 회전 방향의 충격을 흡수한다.

중간 커버(2)는 드리븐 플레이트(DP)를 장착한다. 중간 커버(2)는 프론트 허브(11)와 터빈 축(41) 사이에 양측면으로 베어링(12, 42)을 개재하여 배치되고, 중심의 장착구(21)로 출력축(7)에 미끄럼 결합된다.

즉, 중간 커버(2)는 미끄럼 결합으로 인하여 출력축(7)의 회전에 영향을 받지 않으며, 베어링(12, 42)으로 인하여 프론트 허브(11)와 터빈 축(41)의 회전에 영향을 받지 않고 지지된다.

중간 커버(2)는 프론트 커버(1)의 내측에 대응하는 외주에 실링(23)을 개재하여 설치된다. 실링(23)은 중간 커버(2)와 프론트 커버(1) 사이에서 오일이 새는 것을 방지한다. 실링(23)은 제1클러치(C1)를 작동시키는 제1유압(P1)의 누유를 방지한다.

제2클러치(C2)는 임펠러(3)의 내측에서 터빈(4)으로부터 신장되는 신장부(61)에 구비되는 마찰부재(PM2)로 임펠러(3)에 마찰 결합 또는 해제되어 임펠러(3)와 터빈(4) 사이에서 회전 동력을 전달하도록 구성된다.

중간 커버(2)(임펠러와 일체)는 제1클러치(C1)의 작동으로 프론트 커버(1)와 같이 회전하고, 제2클러치(C2)의 작동으로 터빈(4)과 같이 회전한다.

출력축(7)은 내측에 중공부(71)를 구비하고, 중공부(71)에 삽입되는 삽입 관체(72) 및 제1유압(P1)을 공급하는 제1오일홀(81)을 구비한다. 제1오일홀(81)은 삽입 관체(72)의 내부 오일통로 및 이에 연결되고 프론트 허브(11)에 구비되는 제1오일통로(13)에 연결된다.

따라서 제1유압(P1)은 제1오일홀(81), 삽입 관체(72) 및 제1오일통로(13)를 경유하여, 피스톤(P)과 중간 커버(2) 사이로 공급되어 중간 커버(2)의 압력 지지를 받으면서 피스톤(P)을 프론트 커버(1) 측으로 밀어서 제1클러치(C1)를 작동시킨다.

출력축(7)은 중공부(71)로 제2유압(P2)을 공급하는 제2오일홀(82)을 구비한다. 제2오일홀(82)은 삽입 관체(72)의 외면과 중공부(71) 및 이에 연결되도록 출력축(7)에 구비되는 제3오일홀(83)에 연결된다.

따라서 제2유압(P2)은 중공부(71) 및 제3오일홀(83)을 경유하여, 중간 커버(2)와 터빈 축(41) 사이로 공급되어 중간 커버(2)의 압력 지지를 받으면서 터빈(4) 및 터빈 축(41)을 임펠러(3) 측으로 밀어서 제2클러치(C2)를 작동시킨다.

한편, 토셔널 댐퍼(TD)는 제1클러치(C1)와 중간 커버(2) 사이에 구비되어, 제1클러치(C1) 작동시, 프론트 커버(1)와 중간 커버(2) 사이에서 회전 방향 충격을 흡수한다.

토셔널 댐퍼(TD)에서, 리테이닝 플레이트(RP)는 제1클러치(C1)의 피스톤(P)에 장착되고, 드리븐 플레이트(DP)는 리테이닝 플레이트(RP)에 마주하고 중간 커버(2)에 장착되며, 댐핑 스프링(DS)은 리테이닝 플레이트(RP)와 드리븐 플레이트(DP) 사이에서 상호 회전 방향의 충격을 흡수한다.

도 2는 도 1의 토크 컨버터를 적용한 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차의 동력 전달장치의 구성도이다. 도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 자동차의 동력 전달장치에서, 엔진(E)의 동력을 사용하는 경우, 제1클러치(C1)가 작동되고, 모터(M)의 동력을 사용하는 경우, 제1클러치(C1)가 작동 해제된다.

제1클러치(C1) 작동시, 프론트 커버(1), 제1클러치(C1) 및 토셔널 댐퍼(TD), 중간 커버(2), 및 임펠러(3)를 통하여 터빈(4)으로 동력이 전달될 수 있다. 이때, 임펠러(3)에서 토출되는 유체 회전력은 터빈(4)에 회전 토크를 전달한다.

이 상태에서 제2클러치(C2)가 작동되면, 임펠러(3)와 터빈(4)이 일체로 구동되어, 엔진(E)의 동력이 터빈(4)으로 직접 전달될 수 있다.

모터(M)의 동력을 사용하는 경우, 제1클러치(C1)가 작동 해제된다. 제1클러치(C1)가 작동 해제시, 임펠러(3)를 통하여 터빈(4)으로 동력이 전달될 수 있다. 이때, 임펠러(3)에서 토출되는 유체 회전력은 터빈(4)에 회전 토크를 전달한다.

이 상태에서 제2클러치(C2)가 작동되면, 임펠러(3)와 터빈(4)이 일체로 구동되어, 모터(M)의 동력이 터빈(4)으로 직접 전달될 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 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 2: 중간 커버
3: 임펠러 4: 터빈
5: 리엑터 7: 출력축
8: 자동변속기 11: 프론트 허브
12, 42: 베어링 13: 제1오일통로
21: 장착구 23: 실링
41: 터빈 축 51: 리엑터 축
61: 신장부 71: 중공부
72: 삽입 관체 81: 제1오일홀
82: 제2오일홀 83: 제3오일홀
C1: 제1클러치 C2: 제2클러치
DP: 드리븐 플레이트 DS: 댐핑 스프링
E: 엔진(제1동력원) M: 모터(제2동력원)
P: 피스톤 P1: 제1유압
P2: 제2유압 PM1, PM2: 마찰부재
RP: 리테이닝 플레이트 TD: 토셔널 댐퍼

Claims (7)

1. 제1동력원에 연결되는 프론트 커버;
   축 방향으로 이동하는 피스톤에 구비되는 마찰부재로 상기 프론트 커버에 마찰 결합 또는 해제되는 제1클러치;
   상기 피스톤에 장착되는 리테이닝 플레이트와 상기 리테이닝 플레이트에 마주하는 드리븐 플레이트의 회전 방향 충격을 흡수하는 토셔널 댐퍼;
   상기 프론트 커버의 내측에서 상기 드리븐 플레이트를 장착하는 중간 커버;
   제2동력원에 연결되어 상기 프론트 커버와 상대 회전하며 상기 중간 커버와 일체로 연결되는 임펠러;
   상기 중간 커버의 내측에서 상기 임펠러와 마주하여 상기 임펠러에서 토출되는 유체에 의하여 회전하는 터빈;
   상기 임펠러와 상기 터빈의 연결을 단속하는 제2클러치; 및
   상기 임펠러와 상기 터빈 사이에 배치되어 상기 터빈으로부터 나오는 유체의 흐름을 상기 임펠러의 회전 방향으로 전환하는 리엑터;
   를 포함하고,
   상기 프론트 커버가 장착되는 프론트 허브, 및
   상기 터빈이 장착되고 출력축에 스플라인 결합되는 터빈 축을 더 포함하며,
   상기 중간 커버는
   상기 프론트 허브와 상기 터빈 사이에 배치되어 양측면에 베어링을 지지되고,
   중심의 장착구로 상기 출력축에 미끄럼 결합되는
   자동차용 토크 컨버터.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 출력축은
   내측에 중공부를 구비하고, 상기 중공부에 삽입되는 삽입 관체 및 제1유압을 공급하는 제1오일홀을 구비하며,
   상기 제1오일홀은
   상기 삽입 관체의 내부 오일통로 및 상기 프론트 허브에 구비되는 제1오일통로를 경유하여, 상기 제1클러치를 작동시키도록 상기 피스톤과 상기 중간 커버 사이로 제1유압을 공급하는
   자동차용 토크 컨버터.
4. 제3항에 있어서,
   상기 출력축은 상기 중공부로 제2유압을 공급하는 제2오일홀을 구비하며,
   상기 제2오일홀은
   상기 출력축에 구비되는 제3오일홀을 경유하여 상기 제2클러치를 작동시키도록 상기 삽입 관체의 외면과 상기 중공부를 경유하여 상기 중간 커버와 상기 터빈 축 사이로 제2유압을 공급하는
   자동차용 토크 컨버터.
5. 엔진에 연결되는 프론트 커버;
   상기 프론트 커버에 결합 또는 해제되는 제1클러치;
   상기 프론트 커버의 내측에 배치되어 상기 제1클러치로 연결되는 중간 커버;
   모터에 연결되어 상기 프론트 커버와 상대 회전하며 상기 중간 커버와 일체로 연결되는 임펠러;
   상기 중간 커버의 내측에서 상기 임펠러와 마주하여 상기 임펠러에서 토출되는 유체에 의하여 회전하는 터빈;
   상기 임펠러와 상기 터빈의 연결을 단속하는 제2클러치;
   상기 임펠러와 상기 터빈 사이에 배치되어 상기 터빈으로부터 나오는 유체의 흐름을 상기 임펠러의 회전 방향으로 전환하는 리엑터; 및
   상기 터빈이 장착되고 터빈 축에 스플라인 결합되어 자동변속기에 연결되는 출력축
   을 포함하고,
   상기 프론트 커버가 장착되는 프론트 허브, 및
   상기 터빈이 장착되고 출력축에 스플라인 결합되는 터빈 축을 더 포함하며,
   상기 중간 커버는
   상기 프론트 허브와 상기 터빈 사이에 배치되어 양측면에 베어링을 지지되고,
   중심의 장착구로 상기 출력축에 미끄럼 결합되는, 자동차의 동력 전달장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제1클러치와 상기 중간 커버 사이에 구비되어 상기 제1클러치 작동시 상기 프론트 커버와 상기 중간 커버 사이에서 회전 방향 충격을 흡수하는 토셔널 댐퍼
   를 더 포함하는 자동차의 동력 전달장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 토셔널 댐퍼는
   상기 제1클러치의 피스톤에 장착되는 리테이닝 플레이트,
   상기 리테이닝 플레이트에 마주하고 상기 중간 커버에 장착되는 드리븐 플레이트, 및
   상기 리테이닝 플레이트와 상기 드리븐 플레이트 사이에서 상호 회전 방향의 충격을 흡수하는 댐핑 스프링
   을 포함하는 자동차의 동력 전달장치.

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