KR20040055633A

KR20040055633A - 토크 컨버터

Info

Publication number: KR20040055633A
Application number: KR1020030092046A
Authority: KR
Inventors: 모리고조
Original assignee: 가부시키가이샤 에쿠세디
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2003-12-16
Publication date: 2004-06-26
Also published as: DE10359625B4; US20040118112A1; DE10359625A1; JP2004197906A

Abstract

저편평율을 갖는 토크 컨버터의 전달 효율을 향상시키는 토크 컨버터가 제공된다. 임펠러(21), 터빈(22), 및 스테이터(23)는 토러스를 구성한다. 토러스의 반경 방향 길이(H)에 대한 축 방향 길이(L)의 비율인 토러스의 편평율(L/H)이 0.8보다 작고, 또 상기 임펠러(21)는 터빈(22)을 향하는 쪽으로 적어도 37매의 임펠러 블레이드(27)를 가지고 있다.

Description

토크 컨버터 {TORQUE CONVERTER}

본 발명은 일반적으로 토크 컨버터에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 편평화된 토크 컨버터에 관한 것이다.

종래의 토크 컨버터는 3종류의 날개차(임펠러, 터빈, 스테이터)로 이루어지는 토러스를 가지고 있고, 토러스 내부에 배치된 유체를 사용하여 동력을 전달하도록 구성된 장치이다. 임펠러(impeller)와 프론트 커버(front cover)는 작동유로 충전된 유체실(fluid chamber)을 형성한다. 임펠러는 주로 환형의 임펠러쉘(impeller shell), 상기 임펠러쉘 내측에 고정된 복수의 임펠러 블레이드(impeller blades), 및 상기 임펠러 블레이드의 내측에 고정된 환형의 임펠러 코어(impeller core)를 포함한다. 터빈(turbine)은 임펠러에 축 방향으로 대향하도록 유체실 내에 배치된다. 터빈은 주로 환형의 터빈쉘, 상기 임펠러를 향하는 터빈쉘의 표면에 고정된 복수의 터빈 블레이드, 및 상기 터빈 블레이드의 내측에 고정된 환형의 터빈코어를 포함한다. 상기 터빈쉘의 내주부는 터빈 허브(turbine hub)의 플랜지에 복수의 리벳에 의해 고정되어 있다. 상기 터빈 허브는 입력 샤프트에 상대회전 불가능하게 연결되어 있다. 스테이터(stator)는 터빈으로부터 임펠러로 되돌아가는 작동유의 흐름을 바꾸기 위한 기구이고, 임펠러의 내주부와 터빈 내주부 사이에 배치된다. 스테이터는 주로 환형의 스테이터 쉘, 상기 스테이터 쉘의 외주면에 설치된 복수의 스테이터 블레이드, 및 상기 스테이터 블레이드의 선단에 고정된 환형의 스테이터 코어를 포함한다. 상기 스테이터 쉘은 일방향 클러치(one-way clutch)를 통하여 고정 샤프트에 지지된다.

여기에 참고로 통합되는 일본 특허 공개 공보 2000-74174호는 토러스(torus)가 축 방향으로 비교적 좁거나 또는 찌그러뜨린 형상을 가진, 즉 저편평율을 가지도록 구성된 토크 컨버터를 개시하고 있다. 이와 같이 토러스를 편평화함으로써, 토크 컨버터 전체 축 방향의 길이가 짧게 될 수 있어, 축 방향 치수가 제한되는 공간 내에 토크 컨버터를 설치하는 것이 가능하게 된다. 또한, 저편평율의 토크 컨버터를 이용함으로써 더 강력한 엔진의 사용을 할 수 있고 더 많은 수의 기어를 갖는 트랜스미션의 설치를 용이하게 한다. 또한, 짧은 축방향 치수를 갖는 토러스를 사용함으로써 여유의 공간 내에 복판(multiple-plate) 록업 장치(lockup device) 등을 설치할 수 있는 이점도 생긴다.

토크 컨버터에서 임펠러로부터 터빈으로 토크의 전달이 고효율로 실행되는 것이 바람직하다. 편평율이 작으면 토크 컨버터의 전달 효율이 저하되기 쉽기 때문에, 저편평율을 갖는 토크 컨버터의 전달 효율의 개선이 요구되고 있다.

상기의 내용을 고려하여, 개선된 토크 컨버터에 대한 요구가 있다는 것이 이 공개로부터 당업자에게 명백하게 될 것이다. 본 발명은 이 공개로부터 당업자에 명백하게 될, 다른 요구뿐만 아니라 본 기술의 이러한 요구를 제안한다.

본 발명의 목적은 저편평율을 갖는 토크 컨버터의 전달 효율을 향상시키는데 있다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 토크 컨버터는 유체를 사용하여 토크를 전달하고, 임펠러, 터빈, 및 스테이터를 구비한다. 상기 임펠러는 프론트 커버와 함께 유체실을 형성한다. 상기 터빈은 임펠러를 향하도록 유체실 내에 배치된다. 상기 스테이터는 임펠러와 터빈의 사이에 배치되고, 터빈으로부터 임펠러로 흐르는 유체의 흐름을 바꾸도록 작용한다. 상기 임펠러, 터빈, 및 스테이터가 토러스를 구성한다. 상기 토러스의 반경 방향 길이(H)에 대한 축 방향 길이(L)의 비율인 토러스의 편평율(L/H)이 0.8 미만이다. 상기 임펠러는 터빈에 대향하는 쪽에 적어도 37매의 임펠러 블레이드를 가진다.

종래의 토크 컨버터는 일반적으로 29매 또는 31매의 임펠러 블레이드를 가지고 있지만, 본 토크 컨버터의 임펠러는 37매 이상의 임펠러 블레이드를 가지고 있다. 임펠러 블레이드의 더 많은 매수는 토크 전달 효율을 현저하게 향상시키기 때문에, 토크 컨버터가 0.8 미만의 저편평율을 가지고 있어도 충분한 전달 효율을 얻을 수 있다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 토크 컨버터는 상기 제1 실시예에 설명된 바와 같은 토크 컨버터이고, 상기 임펠러 블레이드의 매수가 소수(prime number)이다.

상기 임펠러 블레이드 매수가 소수가 아니면, 유체실내의 유체의 순환이 주기적이고 바람직하지 않은 간섭을 발생할 가능성이 있다. 본 토크 컨버터에서는 블레이드의 매수가 소수이기 때문에, 유체 간섭의 발생이 억제될 수 있다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 토크 컨버터는 상기 제1 실시예 또는 상기 제2 실시예에 설명된 바와 같은 토크 컨버터이고, 상기 토러스의 편평율이 0.7 미만이다.

이 토크 컨버터에서는, 상기 편평율이 0.7 미만이라도 임펠러 블레이드의 매수가 종래 기술에 비하여 증가되었기 때문에 충분한 전달 효율을 얻을 수 있다. 전달 효율이 저하된 편평율 때문에 저하되어도, 저하된 편평율이 임펠러 블레이드의 매수 증가에 의한 전달율을 증가시킨다.

본 발명의 이들 및 다른 목적, 특징, 실시예 및 이점이 첨부도면과 관련하고, 본 발명의 바람직한 실시예를 공개하는, 다음의 상세한 설명으로부터 당업자에게 명백하게 될 것이다.

본 발명의 원래의 공개의 일부를 구성하는 첨부도면을 참조한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 토크 컨버터의 종단면 개략도이다.

도 2는 상이한 편평율 및 임펠러 블레이드의 매수를 갖는 토크 컨버터의 최대 토크 전달 효율의 도표이다.

도 3은 도 1의 토크 컨버터의 임펠러의 정면도이다.

본 발명의 선택된 실시예가 도면을 참조하여 설명된다. 본 발명의 실시예의다음 설명이 부가된 청구항 및 그 균등물에 의하여 규정되는 본 발명을 제한할 목적이 아니고 단지 예시 목적으로 제공된다는 것이 이 공개로부터 당업자에게 명백하게 될 것이다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 토크 컨버터(1)가 도 1에 도시된다. 도 1은 토크 컨버터(1)의 종단면 개략도이다. 토크 컨버터(torque converter)(1)는 엔진의 크랭크샤프트(crankshaft)(2)로부터 트랜스미션의 입력 샤프트(3)에 토크를 전달하기 위한 장치이다. 엔진(도시 않음)이 도 1의 좌측에 배치되고, 트랜스미션(transmission)(도시 않음)이 도 1의 우측에 배치된다. O-O 선이 토크 컨버터(1)의 회전축이다.

토크 컨버터(1)는 주로 플렉시블 플레이트(flexible plate)(4)와 토크 컨버터 본체(5)를 구비한다. 상기 플렉시블 플레이트(4)는 토크를 전달하며 또한 상기 크랭크샤프트(2)로부터 토크 컨버터 본체(5)로 전달되는 휨 진동을 흡수하기 위한 얇은 원판형 부재이다. 상기 토크 컨버터 본체(5)는 3종류의 날개차[임펠러(21), 터빈(22), 스테이터(23)]로 이루어지는 토러스 형상의 유체 작동실(6) 및 록업(lockup device) 장치(7)를 구비한다. 프론트 커버(front cover)(11)는 상기 플렉시블 플레이트(4)에 근접하게 배치되는 원판형의 부재이다. 센터 보스(center boss)(16)가 상기 프론트 커버(11)의 내주 에지에 용접에 의해 고정된다. 상기 센터 보스(16)는 축 방향으로 뻗어 있는 원통 형상의 부재이고 상기 크랭크샤프트(2)의 중심구멍 내에 삽입된다. 상기 플렉시블 플레이트(4)의 내주부는 복수의 볼트(13)에 의해서 상기 크랭크샤프트(2)의 선단면에 고정된다. 원주방향으로 등간격으로 배치된 복수의 너트(12)가 상기 프론트 커버(11)의 외주부의 엔진 측면에 고정된다. 상기 너트(12)와 결합하는 볼트(14)가 상기 플렉시블 플레이트(4)의 외주부를 프론트 커버(11)에 고정하고 있다.

축방향으로 트랜스미션으로 연장되는 외측 원통형부(11a)가 상기 프론트 커버(11)의 외주부에 형성된다. 임펠러(21)의 임펠러쉘(impeller shell)(26)의 외주 에지가 상기 외측 원통형부(11a)의 선단에 용접된다. 그 결과, 상기 프론트 커버(11)와 임펠러(21)는 작동유로 충전된 유체실을 형성한다. 상기 임펠러(21)는 주로 임펠러쉘(26), 상기 임펠러 쉘의 내측에 고정된 임펠러 블레이드(27), 및 상기 임펠러쉘(26)의 내주부에 고정된 임펠러 허브(impeller hub)(28)를 포함한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 바람직하게 상기 임펠러는 이 실시예에서 37매의 블레이드를 가지고 있다.

도 1을 참조하면, 상기 터빈(22)은 임펠러(21)에 축방향으로 대향하는 방식으로 유체실 내에 배치된다. 상기 터빈(22)은 주로 터빈쉘(30), 상기 임펠러를 향하는 터빈쉘의 표면에 고정된 복수의 터빈 블레이드(turbine blades)(31), 및 상기 터빈쉘(30)의 내주 에지에 고정된 터빈 허브(32)를 포함한다. 상기 터빈쉘(30)과 터빈 허브(32)는 복수의 리벳(33)에 의해서 고정된다. 상기 입력 샤프트(3)와 결합하는 스플라인(splines)이 상기 터빈 허브(32)의 내주면에 형성된다. 이에 의해, 상기 터빈허브(32)는 입력샤프트(3)와 일체로 회전된다.

상기 스테이터(23)는 상기 임펠러(21)의 내주부와 터빈(22)의 내주부 사이에 배치되는 기구이다. 상기 스테이터(23)는 상기 터빈(22)으로부터 임펠러(21)로 되돌아가는 작동유의 흐름을 바꾸도록 작용한다. 바람직하게 상기 스테이터(23)는 수지 또는 알루미늄합금으로 제조되고 주조(casting)에 의해 일체로 제작된다. 상기 스테이터(23)는 주로 환형의 스테이터 쉘(35), 상기 스테이터 쉘(35)의 외주면에 설치된 복수의 스테이터 블레이드(36), 및 상기 스테이터 블레이드(36)의 선단에 고정된 환형의 스테이터 코어(61)를 구비한다. 상기 스테이터 쉘(35)은 일방향 클러치(37)를 통하여 원통형의 고정 샤프트(39)에 지지된다. 상기 고정 샤프트(39)는 입력 샤프트(3)의 외주면과 임펠러 허브(28)의 내주면의 사이에 뻗어 있다.

토러스 형상의 유체 작동실(6)이 상기에서 설명한 날개차(21, 22, 23) 및 쉘(26, 30, 35)에 의하여 유체실 내에 형성된다. 바람직하게, 토러스 형상의 유체 작동실(6)은 축방향 길이(L) 및 반경 방향 높이 또는 길이(H)에 의하여 규정된다. 바람직하게 상기 축방향 길이(L)는 그 각 쉘에 연결된 블레이드(27, 31)의 축방향 외측 에지 사이의 거리이다. 바람직하게 상기 반경 방향 길이(H)는 상기 블레이드(27, 31)의 반경 방향 외측 에지와 상기 스테이터 블레이드(36)가 상기 스테이터쉘(35)에 고정되는 부분 사이의 거리이다. 또한, 상기 유체실 내부에, 환형의 공간(9)이 상기 프론트 커버(11)와 유체 작동실(6)의 사이에 확보된다. 록업 장치(7)가 상기 환형의 공간(9)에 배치된다.

또한, 편평율(L/H)[토러스의 축 방향 길이(L)에 대한 토러스의 반경 방향 길이(H)의 비율]은 0.8 이하이다. 상기 편평율은 0.7 이하일 수도 있다. 도 1에 나타낸 토크 컨버터(1)는 0.68의 편평율을 가지고 있다.

도면에 도시된 일방향 클러치(37)는 래치트(ratchet)를 이용하지만, 롤러(rollers)나 스프래그(sprags)를 이용한 구조일 수도 있다.

<토크 컨버터의 동작>

상기 록업 장치(7)가 해제 상태에 있을 때에는, 상기 프론트 커버(11)와 터빈(22) 사이의 토크 전달은 상기 임펠러(21)와 터빈(22)의 사이의 작동유의 유체구동에 의해서 달성된다. 상기 임펠러(21)로부터 터빈(22)으로 흐르는 작동유는 상기 터빈(22)을 회전시키고, 그 다음 상기 스테이터(23)를 통하여 상기 임펠러(21)로 되돌아간다.

<특징>

도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 바람직하게 본 발명의 이 실시예에 따른 토크 컨버터(1)는 0.68의 편평율을 갖는 토러스를 가지고 있고 37매의 임펠러 블레이드(27)를 가지고 있다.

본 발명에 따른 토크 컨버터(1)는 적어도 37매의 임펠러 블레이드를 가지고 있는 임펠러를 구비하고 있다. 상기 임펠러 블레이드(27)의 증가된 매수는 토크 컨버터(1)의 토크 전달 효율을 현저하게 향상시킨다. 이로 인하여, 상기 토크 컨버터(1)가 0.8 미만의 저편평율을 가지고 있더라도, 충분한 전달 효율을 얻을 수 있다. 상기 임펠러 블레이드(27)의 매수가 소수이기 때문에, 유체 작동실(6) 내에서 바람직하지 않은 간섭의 발생이 억제될 수 있다.

도 2는 종래의 토크 컨버터와 본 발명에 따른 토크 컨버터(1)의 편평율에 대한 전달 효율의 최고값(최고 효율)의 변화의 측정 결과를 나타낸다. 종래의 토크컨버터(29매 내지 34매의 임펠러 블레이드를 가짐)의 값은 속이 빈 흰색 마크로 표시되고, 본원 발명에 따른 토크 컨버터(1)(37매의 임펠러 블레이드를 가짐)의 값은 속이 찬 흑색 마크로 표시된다. 도 2에서, 점선은 29매의 임펠러 블레이드 매수를 갖는 종래의 토크 컨버터의 최고 효율의 변화를 나타내는 보조선이고, 실선은 37매의 임펠러 블레이드를 가지는 본 발명에 따른 토크 컨버터의 최고 효율의 변화를 나타내는 보조선이다.

종래의 토크 컨버터의 최고 효율은 편평율이 내려감에 따라서 내려가고, 전달 효율은 편평율이 0.8 이하일 때 불충분하게 된다.

반대로, 본 발명에 따른 토크 컨버터(1)의 경우에는, 최고 효율은 편평율이 내려감에 따라서 내려가지만, 임펠러 블레이드(27)의 매수가 많아지기 때문에, 최고 효율의 값은 종래의 토크 컨버터의 값보다도 크다. 그 결과, 0.8 이하의 편평율에서도 최고 효율의 값은 허용치로 된다. 특히, 도 2의 측정 결과는 0.7 이하의 편평율에서도 최고 효율의 값이 허용치로 되는 것을 나타낸다.

본 발명은 저편평율을 가지는 토크 컨버터의 전달 효율을 향상시킬 수 있다.

여기서 사용되는 바와 같이, 다음의 방향의 용어 "전방으로(forward), 후방으로(rearward), 상부로(above), 하부로(downward), 수직으로, 수평으로, 아래로, 및 가로로" 뿐만 아니라 임의의 다른 유사한 방향의 용어들은 본 발명을 구비한 차량의 그 방향을 가리킨다. 따라서, 본 발명을 설명하기 위하여 사용되는 이들 용어는 본 발명을 구비한 차량에 관련된 것으로 해석되어야 한다.

장치의 구성요소, 부분(section) 또는 부품(part)을 설명하기 위하여 여기서 사용되는 용어 "구성된(configured)"은 원하는 기능을 실행하도록 구성되고 및/또는 프로그램되는 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 포함한다.

또한, 청구항에서 "수단-플러스 기능(means-plus function)"으로 표현되는 용어는 본 발명의 그 부품의 기능을 실행하도록 사용될 수 있는 임의의 구조를 포함한다.

여기서 사용되는 "실질적으로(substantially)", "대락(about), 및 "거의(approximately)"와 같은 정도의 용어들은 목적 결과가 상당히 변경되지 않도록 변경된 용어의 편차의 상당한 양을 의미한다. 예를 들면, 이들 용어는 본 발명이 변경되는 단어의 의미를 부정하지 않는다면 변경된 용어의 적어도 ±5%의 편차를 포함하는 것으로 해석될 수 있다.

본 출원은 일본 특허 출원 번호 2002-370211호의 우선권을 청구한다. 그 때문에 일본 특허 출원 번호 2002-370211호의 전체 공개가 참고로 여기에 통합된다.

선택된 실시예만이 본 발명을 예시하기 위하여 선택되었지만, 다수의 변경 및 수정이 부가된 청구항에 규정된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고서 여기에 만들어질 수 있다는 것이 이 공개로부터 당업자에게 명백할 것이다. 또한, 본 발명에 따른 실시예의 상기한 설명이 부가된 청구항 및 그 균등물에 의하여 규정되는 본 발명을 제한할 목적이 아니고, 단지 예시 목적으로 제공된다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기 공개된 실시예로 제한되지 않는다.

Claims

유체를 사용하여 토크를 전달하도록 구성되는 토크 컨버터로서,

프론트 커버(front cover),

상기 프론트 커버에 대향하여 축방향으로 배치되고 상기 프론트 커버와 함께 유체실(fluid chamber)을 형성하는 임펠러(impeller),

상기 임펠러에 대향하도록 상기 유체실 내에 배치되는 터빈(turbine), 및

상기 터빈으로부터 상기 임펠러로 흐르는 유체의 흐름을 바꾸도록 상기 임펠러와 상기 터빈의 사이에 배치되는 스테이터(stator)

를 포함하고,

상기 임펠러는 적어도 37매의 임펠러 블레이드(blades)를 구비하고,

상기 임펠러, 상기 터빈, 및 상기 스테이터가 0.8 미만의 편평율(flatness ratio)을 가지는 토러스(torus)를 구성하는

토크 컨버터.
제1항에 있어서,

상기 임펠러 블레이드의 매수가 소수(prime number)인 토크 컨버터.
제2항에 있어서,

상기 토러스의 상기 편평율이 0.7 미만인 토크 컨버터.
제1항에 있어서,

상기 토러스의 상기 편평율이 0.7 미만인 토크 컨버터.
토크 컨버터로서,

엔진 크랭크샤프트에 고정되는 플렉시블 플레이트(flexible plate),

상기 플렉시블 플레이트에 회전불가능하게 연결되는 프론트 커버,

상기 프론트 커버에 회전불가능하게 연결되고, 상기 프론트 커버와 함께 유체실을 형성하는 임펠러,

상기 유체실 내에 상기 임펠러와 대향하여 축방향으로 배치되고, 트랜스미션의 입력 샤프트와 일체로 회전하도록 구성되는 터빈, 및

상기 터빈으로부터 상기 임펠러로 흐르는 유체의 흐름을 바꾸도록 상기 임펠러와 상기 터빈의 사이에 축방향으로 배치되는 스테이터(stator)

를 구비하고,

상기 임펠러는 적어도 37매의 임펠러 블레이드를 구비하고,

상기 임펠러, 상기 터빈, 및 상기 스테이터가 0.8 미만의 편평율(flatness ratio)을 가지는 토러스(torus)를 구성하는

토크 컨버터.
제5항에 있어서,

상기 임펠러 블레이드의 매수가 소수인 토크 컨버터.
제6항에 있어서,

상기 토러스의 상기 편평율이 0.7 미만인 토크 컨버터.
제7항에 있어서,

상기 토크 컨버터는 상기 프론트 커버와 상기 터빈 사이에 축방향으로 배치되는 록업 장치(lockup device)를 추가로 포함하는 토크 컨버터.
제5항에 있어서,

상기 토러스의 상기 편평율이 0.7 미만인 토크 컨버터.
제9항에 있어서,

상기 토크 컨버터는 상기 프론트 커버와 상기 터빈 사이에 축방향으로 배치되는 록업 장치를 추가로 포함하는 토크 컨버터.