KR102670955B1 - 차량용 토크 컨버터 - Google Patents

차량용 토크 컨버터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 토크 컨버터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 댐퍼의 스프링 인장 시 좌굴을 방지하도록 스프링 가이드 부재를 갖는 댐퍼를 포함하는 차량용 토크 컨버터에 관한 것이다.

Description

차량용 토크 컨버터{Lockup Clutch of Torque Converter for Motor Vehicle and Torque Converter for Motor Vehicle having the Same}
본 발명은 차량용 토크 컨버터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 댐퍼의 스프링 인장 시 좌굴을 방지하도록 스프링 가이드 부재를 갖는 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 작동유체에 의해 회전되는 터빈, 그리고 임펠러로 되돌아 흐르는 작동유체의 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 연결할 수 있는 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 통해 변속기로 전달될 수 있도록 한다.
도면을 참조하여 토크 컨버터에 대하여 보다 상세히 설명하면, 도 1에는 일반적인 토크 컨버터(101)의 축 방향 단면도가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 토크 컨버터(101)는, 엔진의 크랭크축에 연결되어 회전하는 프론트 커버(10)와, 프론트 커버(10)에 연결되어 함께 회전하는 임펠러(20)와, 임펠러(20)와, 이격되어 대향 배치되는 터빈(30)과, 임펠러(20)와 터빈(30) 사이에 위치하여 터빈(30)으로부터 토출되는 작동유체의 흐름을 바꾸어 임펠러(20) 측으로 전달하는 리엑터(40)와, 프론트 커버(10)와 터빈(30) 사이에 배치되어 축 방향으로 이동할 수 있는 피스톤(60)을 구비하고 피스톤(60)의 이동에 의해 프론트 커버(10)와 터빈(30)을 연결 또는 해제하는 록업클러치(50)와, 록업클러치(50)를 통해 전달되는 구동력을 터빈(30)의 터빈 허브(31)에 전달하여 축의 회전 방향으로 작용하는 비틀림력을 흡수하고 진동을 감쇄시키도록 록업클러치(50)에 결합되는 댐퍼(70)를 포함한다.
도 2에는 종래의 댐퍼(70)의 부분단면도가 도시되어 있고, 도 3에는 종래의 댐퍼(70)의 부분정면도가 도시되어 있다. 도 1 내지 도 3을 참조하면 댐퍼(70)는 직렬로 배치된 외측 댐퍼(70a)를 포함하고, 외측 댐퍼(70a)는, 원주 방향으로 작용하는 충격 및 진동을 흡수하는 다수의 외측 스프링(71)과, 외측 스프링(71)을 탄성적으로 수용하는 리테이닝 플레이트(72)로 이루어진다. 외측 스프링(71)은 리테이닝 플레이트(72)에 원주 방향(회전 방향)으로 배치되며, 압축 코일 스프링으로 이루어진다. 또한 외측 스프링(71)의 양단은 스프링 시트(73)를 통해 리테이닝 플레이트에 고정된다. 이때, 록업 클러치(50)가 작동하면, 작동유체의 유압에 의해 피스톤(60)이 프론트 커버(10)의 반대측으로 이동하면서 프론트 커버(10)의 구동력이 댐퍼(70)의 리테이닝 플레이트(72)에 전달되며, 리테이닝 플레이트(72)가 외측 스프링(71)을 회전방향으로 가압하면서 진동 및 충격이 흡수되고, 진동이나 충격을 흡수된 구동력이 터빈(30)에 전달된다.
따라서 외측 스프링(71)은 압축과 인장이 반복되게 되는데, 인장 시 반경방향 내측 둘레의 탄성력이 외측 둘레의 탄성력보다 강하기 때문에 화살표와 같은 좌굴 하중이 발생하게 되고, 좌굴 하중이 발생되면, 외측 스프링(71)의 양단부와, 리테이닝 플레이트(72)의 마찰에 의해 외측 스프링(71)의 단부가 파손되거나, 외측 스프링(71)을 지지하는 스프링 시트(73)가 파손 또는 리테이닝 플레이트(72)에서 이탈되는 문제가 발생한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 댐퍼의 리테이닝 플레이트 상에 원주방향을 따라 배치되는 외측 스프링의 인장 시 좌굴을 방지하도록 외측 스프링의 중심을 따라 가이드 부재를 구비한 차량용 토크 컨버터를 제공함에 있다.
본 발명의 일실시 예에 따른 차량용 토크 컨버터는, 프론트 커버; 상기 프론트 커버에 결합되어 상기 프론트 커버에 연동하여 회전하는 임펠러; 상기 임펠러와 축 방향으로 이격되어 대향 배치되는 터빈; 상기 임펠러와 상기 터빈 사이에 위치하여 상기 터빈에서 유출되는 작동유체의 흐름을 상기 임펠러 측으로 바꾸는 리엑터; 및 상기 프론트 커버와 상기 터빈을 직결하는 피스톤을 구비한 록업 클러치; 및 상기 록업 클러치에 결합되어 회전 방향으로 작용하는 충격과 진동을 흡수하여 상기 터빈을 통해 변속기로 구동력을 전달하는 댐퍼; 를 포함하되, 상기 댐퍼는, 원주방향으로 작용하는 충격 및 진동을 흡수하는 적어도 하나 이상의 아우터 스프링; 상기 아우터 스프링을 탄성적으로 수용하는 리테이닝 플레이트; 및 상기 아우터 스프링의 압축과 인장을 안내하도록 상기 아우터 스프링의 중심을 관통하여 구비되는 가이드 부재를 포함한다.
또한, 상기 댐퍼는, 상기 아우터 스프링의 양단에 각각 고정되는 한 쌍의 스프링 시트를 더 포함하고, 상기 가이드 부재는 양단이 한 쌍의 스프링 시트에 결합된다.
또한, 상기 가이드 부재는, 상기 아우터 스프링의 길이 방향 일측에 배치되며, 내부에 실린더 공간이 형성된 가이드 실린더; 및 상기 아우터 스프링의 길이 방향 타측에 배치되며, 일단부가 상기 실린더 공간에 삽입되어 길이 방향을 따라 왕복 이동하는 가이드 피스톤; 으로 구성된다.
또한, 상기 가이드 실린더 또는 상기 가이드 피스톤의 외경은, 상기 아우터 스프링의 내경의 50~80% 인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 실린더 공간은, 상기 가이드 피스톤에 대응되도록 형성되되, 상기 가이드 실린더는, 상기 실린더 공간의 내주면에서 반경 방향 외측으로 함몰 형성되며, 상기 가이드 실린더의 길이 방향을 따라 형성되어 상기 가이드 피스톤이 상기 실린더 공간에 삽입 시 상기 실린더 공간과 외부를 연통하는 배기홈; 을 포함한다.
아울러, 상기 배기홈은, 상기 가이드 실린더의 원주 방향을 따라 복수 개가 이격 형성된다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 차량용 토크 컨버터는 댐퍼에 가해지는 진동이나 충격을 완화하는 아우터 스프링의 압축이나 인장을 가이드 하는 가이드 부재를 통해 아우터 스프링의 인장 시 좌굴을 방지하여 좌굴 하중으로 인한 스프링의 파손이나, 스프링의 양단을 리테이닝 플레이트에 고정하는 스프링 시트의 파손 또는 이탈을 방지한 효과가 있다.
도 1은 일반적인 토크 컨버터의 축 방향 단면도
도 2는 종래의 댐퍼의 부분단면도
도 3은 종래의 댐퍼의 부분정면도
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 토크 컨버터의 축 방향 단면도
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 댐퍼의 부분확대단면도
도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 댐퍼의 부분확대정면도
도 7은 본 발명의 일실시 예에 따른 댐퍼의 작동상태 정면도
도 8은 도 6의 AA' 단면도
이하, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4에는 본 발명의 일실시 예에 따른 차량용 토크컨버터(1000)의 축 방향 단면도가 도시되어 있다. 본 발명의 일실시 예에 따른 토크컨버터(1000)는, 엔진의 크랭크축에 연결되어 회전하는 프론트 커버(100)와, 프론트 커버(100)에 연결되어 프론트 커버(100)의 회전에 연동하여 회전하는 임펠러(200)와, 임펠러(200)와 축 방향으로 이격되어 대향되는 위치에 배치되는 터빈(300)과, 임펠러(200) 및 터빈(300) 사이에 위치하여 터빈(300)으로부터 토출되는 작동유체의 흐름을 바꾸어 임펠러(200) 측으로 전달하는 리엑터(400, 또는 '스테이터'라고도 함)를 포함하여 구성된다. 임펠러(200) 측으로 작동유체를 전달하는 리엑터(400)는 프론트 커버(100)와 동일한 회전 중심을 가진다.
또한, 토크컨버터(1000)는, 엔진과 변속기를 직접 연결하는 수단으로 록업 클러치(500)가 구비된다. 록업 클러치(500)는 프론트 커버(100)와 터빈(300) 사이에 배치되며, 원판 형태로 이루어지고, 축 방향으로 이동할 수 있는 피스톤(600)을 구비한다. 록업 클러치(500)는 다판 클러치로 이루어지며, 제1 클러치 드럼(510), 제1 마찰 플레이트(520), 제2 클러치 드럼(530), 제2 마찰 플레이트(540) 및 제3 마찰 플레이트(550)를 포함한다. 제1 클러치 드럼(520)은 프론트 커버(100)에 결합되며 원통 모양이 축 방향으로 배치된다. 제1 마찰 플레이트(510)는 복수 개가 축 방향으로 이격 배치되며, 피스톤(600)에 의해 축 방향으로 이동할 수 있다. 또한, 제1 클러치 드럼(520)에서 반경 방향 내측으로 이격된 위치에 제2 클러치 드럼(530)이 배치되고, 제2 클러치 드럼(530)은 댐퍼(700)에 결합된다. 이러한 제2 클러치 드럼(530)에는 다수의 제2 마찰 플레이트(540)를 끼울 수 있는 홈이 구비된다. 제2 마찰 플레이트(540)는 제2 클러치 드럼(530)에 결합되어 축 방향으로 이동할 수 있고, 복수 개가 제1 마찰 플레이트(520) 사이에 배치된다. 또한, 제2 클러치 드럼(520)에도 제1 클러치 드럼(510)과 마찬가지로, 치형 형상 또 다른 끼움홈(531, 도 5 참조)이 구비되며, 제2 마찰 플레이트(540)의 내주면 측에는 치형 형상 또는 끼움돌출부(541)가 축 방향으로 구비된다. 제3 마찰 플레이트(550)는 제1 클러치 드럼(510)에 끼워지는 방식으로 결합된다. 또한, 제3 마찰 플레이트(550)는 제1 마찰 플레이트(520)와 제2 마찰 플레이트(540)의 반력으로 작용한다. 즉, 제3 마찰 플레이트(550)는 피스톤(600)이 제1 마찰 플레이트(520)를 축 방향으로 가압하면, 제1 마찰 플레이트(520)와 제2 마찰 플레이트(540)가 축 방향으로 이동하면서 제1 마찰 플레이트(520)와 제2 마찰 플레이트(540)의 반력으로 작용한다. 제1 클러치 드럼(510)에는 내주면에 키부재(560)가 끼움 결합된다. 이러한 키부재(560)는 통상 링 형상으로 이루어진다. 키부재(560)를 제1 클러치 드럼(510)에 고정하는 방식은 종래의 스냅링을 이용하는 방식에 비해 자동화 생산라인에서 조립성을 향상시켜 생산성을 증대시킬 수 있다. 상기와 같이 구성된 록업 클러치(500)는 록업 클러치(500)를 통해 전달되는 구동력을 터빈(300)의 터빈 허브(310)에 전달하며, 축의 회전 방향으로 작용하는 비틀림력을 흡수하고 진동을 감쇄시키는 역할을 하는 댐퍼(700, damper)와 결합된다.
댐퍼(700)의 세부 구성에 대하여 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 도 5에는 본 발명의 일실시 예에 따른 댐퍼(700)의 부분확대단면도가 도시되어 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 댐퍼(700)는 직렬로 배치된 아우터 댐퍼(701), 이너 댐퍼(702) 및 미드 플레이트(750, intermediate plate)로 이루어진다. 아우터 댐퍼(701)는, 원주 방향으로 작용하는 충격 및 진동을 흡수하는 다수의 아우터 스프링(710)과, 아우터 스프링(710)을 탄성적으로 수용하는 리테이닝 플레이트(720)로 이루어진다. 리테이닝 플레이트(720)는 아우터 스프링(710)의 수용하며 탄성적으로 지지하도록 밴딩 형성된 제1 수용부(721)와, 제1 수용부(721)에서 연장 형성되어 록업 클러치(500)의 제2 클러치 드럼(530)과 리벳으로 결합되는 제1 결합부(722)로 이루어진다.
이때, 제2 클러치 드럼(530)은 제2 마찰 플레이트(540)가 결합 지지되는 결합지지부(531)와, 결합지지부(531)에서 밴딩 형성되어 리테이닝 플레이트(720)의 제1 결합부(722)와 리벳 결합되는 리벳 결합부(532)로 이루어진다. 또한, 이너 댐퍼(702)는, 이너 스프링(730)과 이너 드리븐 플레이트(740)로 이루어진다.
아우터 스프링(710) 및 이너 스프링(730)은 원주 방향(회전 방향)으로 배치되며, 압축 코일스프링으로 이루어진다.
이와 같이 구성된 댐퍼(700)의 작동과정을 설명하면 다음과 같다. 록업 클러치(500)가 작동하지 않는 경우에는, 엔진의 구동력이 프론트 커버(100), 임펠러(200), 터빈(300), 그리고 터빈쉘(301)을 통해 터빈 허브(310)로 전달된다. 그리고 터빈 허브(310)로 전달된 구동력은 입력 샤프트로 전달된다.
록업 클러치(500)가 작동하는 경우에는, 엔진의 구동력이 작동유체의 유압에 의해 피스톤(600)이 프론트 커버(100)의 반대측으로 이동하면서 제1 마찰 플레이트(520)를 축방향으로 가압한다. 그러면 제1 마찰 플레이트(520)는 제2 마찰 플레이트(540)를 가압한다. 이때 제1 마찰 플레이트(520)와 제2 마찰 플레이트(540)가 축 방향으로 이동하면서 제3 마찰 플레이트(550)가 반력으로 작용한다.
그러면 제1 마찰 플레이트(520)와 제2 마찰 플레이트(540)가 밀착되면서 프론트 커버(100)의 구동력은 제1 클러치드럼(510), 제1 마찰 플레이트(520), 제2 마찰 플레이트(540), 그리고 제2 클러치 드럼(530)을 통해 댐퍼(700)의 리테이닝 플레이트(720)에 전달된다. 그리고 리테이닝 플레이트(720)가 아우터 스프링(710)을 회전방향으로 가압하면서 진동 및 충격이 흡수된다.
또한, 아우터 스프링(710)이 리테이닝 플레이트(720)에 의해 탄성적으로 지지되면서 미드 플레이트(750)로 구동력이 전달된다. 그리고 미드 플레이트(750)에 의해 이너 스프링(730)으로 구동력이 전달되며, 이 구동력은 이너 드리븐 플레이트(740)로 전달되고, 이너 드리븐 플레이트(740)는 터빈 쉘(301)에 리벳 결합되어 있으므로 구동력은 터빈 쉘(301)을 통해 터빈 허브(310)와 입력 샤프트로 전달된다.
상기와 같은 구성의 댐퍼(700)는 리테이닝 플레이트(720)가 아우터 스프링(710)을 회전방향으로 가압하면 압축되고, 가압이 해제되면 인장되는데, 인장 시 아우터 스프링의 외측 보다 내측의 탄성력이 강하여 반경방향 외측으로 좌굴 하중이 발생하게 되는데, 이를 방지하고, 아우터 스프링이 정해진 경로로 안정적으로 인장되도록 다음과 같은 구성을 갖는다.
도 6 및 도 7에는 본 발명의 일실시 예에 따른 아우터 댐퍼(701)의 부분확대정면도가 도시되어 있고, 도 8에는 본 발명의 일실시 예에 따른 아우터 댐퍼(701)의 단면도가 도시되어 있다.
아우터 댐퍼(701)는 아우터 스프링(710)의 압축과 인장을 가이드 하기 위한 가이드 부재(760)가 구비된다. 가이드 부재(760)는 아우터 스프링(710)의 중심을 따라 관통 구비되며, 아우터 스프링(710)의 양단에 고정되는 스프링 시트(761)와, 아우터 스프링(710)의 길이 방향 일측에 배치되는 가이드 실린더(762)와 아우터 스프링(710)의 길이 방향 타측에 배치되는 가이드 피스톤(763)을 포함한다. 가이드 피스톤(763)의 일측 단부는 가이드 실린더(762)의 타측 단부에 삽입되어 왕복 운동하도록 구성되어 아우터 스프링(710)이 압축 시에는 도 7에 도시된 바와 같이 일측으로 이동하고, 인장 시에는 도 6에 도시된 바와 같이 타측으로 이동하여 스프링의 압축 또는 인장에 따라 가이드 부재(760)의 길이가 가변되도록 구성된다.
가이드 실린더(762) 및 가이드 피스톤(763)의 외경은 아우터 스프링(710)이 내경보다 작게 형성되되, 너무 근접하게 형성된 경우 아우터 스프링(710)의 압축이나 인장에 영향을 줄 수 있고, 너무 작게 형성된 경우 아우터 스프링(710)의 가이드 효과가 미미해지기 때문에 바람직하게는 가이드 실린더(762) 및 가이드 피스톤(763)의 외경은 아우터 스프링(710)이 내경의 50~80% 로 형성될 수 있다.
또한 도 8을 참조하면, 아우터 스프링(710)이 압축됨에 따라 가이드 피스톤(763)이 가이드 실린더(762)의 일측으로 이동하게 되는데, 이때 가이드 실린더(762) 내부의 실린더 공간(762a)의 내부 압력이 높아짐에 따라 가이드 피스톤(763)의 이동이 원활하지 못할 수 있다. 반대로 아우터 스프링(710)이 인장됨에 따라 가이드 피스톤(763)이 가이드 실린더(762)의 타측으로 이동하게 되는데, 이때 가이드 실린더(762) 내부의 실린더 공간(762a)의 내부 압력이 낮아짐에 따라 가이드 피스톤(763)의 이동이 원활하지 못할 수 있다.
이에 따라 실린더 공간(762a) 상에는 내주면에서 반경 방향 외측으로 함몰 형성된 배기홈(762b)이 가이드 실린더(762)의 길이 방향을 따라 형성될 수 있다. 따라서 실린더 공간(762a)과 외부가 배기홈(762b)을 통해 연통되도록 구성하여 가이드 피스톤(763)의 이동이 원활해지도록 구성할 수 있다. 배기홈(762b)은 복수 개가 가이드 실린더(762)의 원주 방향을 따라 이격 형성될 수 있다.
1000 : 토크 컨버터
100 : 프론트 커버
200 : 임펠러
300 : 터빈
400 : 리엑터
500 : 록업 클러치
510 : 제1 클러치 드럼 520 : 제1 마찰부재
530 : 제2 클러치 드럼 540 : 제2 마찰부재
550 : 제3 마찰부재
600 : 피스톤
700 : 댐퍼 710 : 아우터 스프링
720 : 리테이닝 플레이트 730 : 이너 스프링
740 : 이너 드리븐 플레이트 750 : 미드 플레이트
760 : 가이드 부재
761 : 스프링 시트 762 : 가이드 실린더
763 : 가이드 피스톤

Claims (6)

  1. 프론트 커버;
    상기 프론트 커버에 결합되어 상기 프론트 커버에 연동하여 회전하는 임펠러;
    상기 임펠러와 축 방향으로 이격되어 대향 배치되는 터빈;
    상기 임펠러와 상기 터빈 사이에 위치하여 상기 터빈에서 유출되는 작동유체의 흐름을 상기 임펠러 측으로 바꾸는 리엑터;
    상기 프론트 커버와 상기 터빈을 직결하는 피스톤을 구비한 록업 클러치; 및
    상기 록업 클러치에 결합되어 회전 방향으로 작용하는 충격과 진동을 흡수하여 상기 터빈을 통해 변속기로 구동력을 전달하는 댐퍼; 를 포함하고,
    상기 댐퍼는,
    원주방향으로 작용하는 충격 및 진동을 흡수하는 적어도 하나 이상의 아우터 스프링;
    상기 아우터 스프링을 탄성적으로 수용하는 리테이닝 플레이트; 및
    상기 아우터 스프링의 압축과 인장을 안내하도록 상기 아우터 스프링의 중심을 관통하여 구비되는 가이드 부재를 포함하되,
    상기 아우터 스프링은 상기 리테이닝 플레이트 상에 원주방향을 따라 곡선형으로 수용되고, 상기 가이드 부재는 상기 아우터 스프링에 대응되도록 곡선형으로 형성되고,
    상기 가이드 부재는,
    상기 아우터 스프링의 길이 방향 일측에 배치되며, 내부에 실린더 공간이 형성된 가이드 실린더; 및
    상기 아우터 스프링의 길이 방향 타측에 배치되며, 일단부가 상기 실린더 공간에 삽입되어 길이 방향을 따라 왕복 이동하는 가이드 피스톤으로 구성되되,
    상기 실린더 공간은, 상기 가이드 피스톤에 대응되도록 형성되고,
    상기 가이드 실린더는, 상기 가이드 피스톤의 압축 시 상기 실린더 공간의 공기를 외부로 배출하고, 상기 가이드 피스톤의 인장 시 외부의 공기를 상기 실린더 공간으로 유입시키도록 상기 실린더 공간의 내주면에서 반경 방향 외측으로 함몰 형성되며, 상기 가이드 실린더의 길이 방향을 따라 형성되어 상기 가이드 피스톤이 상기 실린더 공간에 삽입 시 상기 실린더 공간과 외부를 연통하는 배기홈을 포함하는, 차량용 토크 컨버터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 댐퍼는,
    상기 아우터 스프링의 양단에 각각 고정되는 한 쌍의 스프링 시트를 더 포함하고,
    상기 가이드 부재는 양단이 한 쌍의 스프링 시트에 결합되는, 차량용 토크 컨버터.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 가이드 실린더 또는 상기 가이드 피스톤의 외경은,
    상기 아우터 스프링의 내경의 50~80% 인 것을 특징으로 하는, 차량용 토크 컨버터.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 배기홈은,
    상기 가이드 실린더의 원주 방향을 따라 복수 개가 이격 형성되는, 차량용 토크 컨버터.
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