KR20200022240A - 차량용 토크 컨버터 - Google Patents

차량용 토크 컨버터 Download PDF

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KR20200022240A
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impeller
torque converter
front cover
transmission
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KR1020180098121A
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신용욱
황성욱
채민호
김천옥
권현식
권순성
지성욱
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현대자동차주식회사
기아자동차주식회사
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Abstract

차량용 토크 컨버터가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 토크 컨버터는 록-업 클러치를 변속기 내부로 분리 배치하여 토크 컨버터의 내부 구성을 간단히 하고, 전장을 축소할 수 있도록, 엔진 출력축에 고정 연결되는 프론트 커버; 상기 프론트 커버로부터 동력을 전달받는 임펠러; 상기 임펠러에 대향 배치되어 상기 임펠러로부터 공급되는 작동 유체에 의하여 회전하면서 변속기 입력축을 구동시키는 터빈; 상기 임펠러와 터빈 사이에 배치되어 상기 터빈으로부터 임펠러로 흐르는 작동 유체의 흐름방향을 제어하는 리액터; 및 상기 프론트 커버와 터빈을 선택적으로 연결하는 록-업 클러치를 변속기 내부에 배치하여 이루어진다.

Description

차량용 토크 컨버터{TORQUE CONVERTER FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 자동 변속기에 적용되는 토크 컨버터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 록-업 클러치를 변속기 내부로 분리 배치하여 토크 컨버터의 내부 구성을 간단히 하고, 전장을 축소할 수 있는 차량용 토크 컨버터에 관한 것이다.
차량에 있어서의 토크 컨버터(Hydraulic Torque Converter)는, 내부 작동 유체(자동 변속기 오일)를 통하여 엔진으로부터 전달되는 회전동력을 자동 변속기로 전달하는 토크 변환기이다.
이러한 토크 컨버터는 엔진의 회전동력을 전달받아 회전하는 임펠러(Impeller)와, 상기 임펠러에서 토출되는 유체에 의해 회전되는 터빈(Turbine)과, 상기 임펠러로 환류하는 유체의 흐름을 상기 임펠러의 회전 방향으로 향하게 하여 토크 변화율을 증대시키는 리액터{Reactor; 스테이터(Stator)라고도 함}를 포함한다.
이에 따라, 상기 임펠러는 입력측 회전체인 프론트 커버(Front Cover)에 고정되어 함께 회전하면서 내부의 작동 유체를 터빈 측으로 향하게 함으로써, 입력측 회전체로부터 출력측 회전체로 토크(Torque)가 전달되도록 하는 것이다.
그리고 상기 프론트 커버와 터빈 사이의 공간부에는 이들을 선택적으로 직접 연결하여 토크 전달이 직접적으로 이루어지도록 하는 록-업 클러치(Lock-up Clutch)가 배치되어, 엔진의 회전 동력이 직접 터빈으로 전달되도록 하는 역할을 수행하게 된다.
또한, 상기 록-업 클러치는 상기 프론트 커버의 내면과 선택적으로 마찰 접촉되는 클러치 플레이트(Clutch Plate)와, 터빈의 바깥면에 부착되어 상기 클러치 플레이트와 치합되는 록 링(Lock Ring)을 포함하여 이루어지며, 상기 클러치 플레이트와 록 링 사이에는 록-업 클러치의 작동에 따라 발생되는 비틀림 진동을 흡수, 감쇠시키는 토셔널 댐퍼(Torsional Damper)가 배치된다.
상기에서 토셔널 댐퍼는 압축 코일스프링으로 이루어지는 토션 스프링(Torsion Spring)으로 구성되며, 차량의 저속 주행 시, 록-업 클러치를 작동 제어하거나 차량의 고성능화에 의하여 엔진으로부터의 토크 변동에 대한 뒤틀림 진동을 충분히 흡수 감쇠시킬 수 있도록 성능 향상이 요구되고 있다.
이러한 토크 컨버터는 내부에 유체 클러치의 역할을 위해 작동 유체가 가득 채워지기 때문에 종래와 같이 록-업 클러치가 토크 컨버터의 내부에 구성되어 있는 경우, 작동 유체의 내부 유동이 복잡해지기 때문에 록-업 클러치의 제어에 많은 영향을 미치고, 록-업 클러치의 작동 영역을 확대하여 연비를 개선하고자 하는 추세에 불리하다는 문제점을 내포하고 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 록-업 클러치를 변속기 내부로 분리 배치하여 토크 컨버터의 내부 구성을 간단히 하고, 전장을 축소할 수 있는 차량용 토크 컨버터를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 실시 예는 작동 유체의 내부 유동이 용이하게 이루어짐으로써, 연비를 향상시킬 수 있는 차량용 토크 컨버터를 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 엔진 출력축에 고정 연결되는 프론트 커버; 상기 프론트 커버로부터 동력을 전달받는 임펠러; 상기 임펠러에 대향 배치되어 상기 임펠러로부터 공급되는 작동 유체에 의하여 회전하면서 변속기 입력축을 구동시키는 터빈; 상기 임펠러와 터빈 사이에 배치되어 상기 터빈으로부터 임펠러로 흐르는 작동 유체의 흐름방향을 제어하는 리액터; 및 상기 프론트 커버와 터빈을 선택적으로 연결하는 록-업 클러치를 변속기 내부에 배치하여 이루어지는 차량용 토크 컨버터가 제공될 수 있다.
상기 록-업 클러치는 상기 변속기 내부로 연장된 프론트 커버의 회전 중심축과, 상기 변속기 내부로 연장되어 변속기 입력축과 고정 연결되는 터빈의 동력 전달축 사이에 배치될 수 있다.
상기 토크 컨버터는 상기 임펠러가 프론트 커버의 원주방향 외주 측에 배치되고, 상기 터빈이 상기 임펠러의 내주 측에 대향 배치되고, 상기 리액터가 상기 임펠러와 터빈 사이의 변속기 측에 배치될 수 있다.
또한, 상기 터빈의 동력 전달축 상에는 상기 프론트 커버와 터빈의 연결 시에 발생되는 충격을 흡수하도록 충격 흡수 구조물이 배치될 수 있다.
이러한 충격 흡수 구조물은 상기 터빈의 내주 측 공간부에 배치될 수 있다.
또한, 상기 엔진 출력축 상에는 상기 동력전달 충격을 흡수하도록 충격 흡수 구조물이 배치될 수 있다.
또한, 상기 충격 흡수 구조물과 프론트 커버 사이의 엔진 출력축 상에 모터/제너레이터가 배치될 수 있다.
또한, 상기 모터/제너레이터는 로터가 클러치를 통해 엔진 출력축과 선택적으로 연결되도록 설치될 수 있다.
본 발명의 제1 실시 예에 따른 토크 컨버터는 록-업 클러치를 토크 컨버터의 내부가 아닌 변속기 내부로 분리 구성함으로써, 토크 컨버터의 내부 구성을 간단히 하여 전장을 축소할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 토크 컨버터는 작동 유체의 내부 유동이 용이하게 이루어짐으로써, 연비를 향상시킬 수 있으며, 토크 컨버터의 내부 유압 상태와 관계없이 록-업 클러치를 제어할 수 있으므로 제어가 용이하여 작동 영역을 확장시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 토크 컨버터는 상기 제1 실시 예에 따른 토크 컨버터에 있어서, 엔진 출력축 상에 충격 흡수 구조물을 배치함으로써, 엔진 충격 흡수가 용이하여 임펠러의 진동을 효과적으로 저감시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 토크 컨버터는 내부에 배치되어 있는 충격 흡수 구조물을 생략됨으로써, 토크 컨버터의 크기를 더욱 작게 만들 수 있으므로 탑재성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 토크 컨버터는 상기 제2 실시 예에 따른 토크 컨버터에 있어서, 상기 충격 흡수 구조물과 프론트 커버 사이의 엔진 출력축 상에 모터/제너레이터를 배치하여 하이브리드 차량에 적용할 수 있다.
그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 토크 컨버터의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 토크 컨버터의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 토크 컨버터의 모식도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 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 실시 예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 적용하여 설명한다.
또한, 하기의 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일하여 이를 구분하기 위한 것으로, 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 토크 컨버터의 모식도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 토크 컨버터(TC)는 프론트 커버(2), 임펠러(4), 터빈(6), 리액터(8)를 포함하여 이루어진다.
상기 프론트 커버(2)는 엔진의 출력축(EOS)에 고정 연결되는 원판형 부재로서, 엔진의 구동에 연동된다.
상기 임펠러(4)는 상기 프론트 커버(2)의 외주측 통형부의 내부에 용접 등에 의하여 고정 배치되며, 유체실(10)의 작동 유체를 펌핑하여 터빈(6)측으로 토출한다.
또한, 상기 임펠러(4)의 중앙부 후측으로 돌출 형성되는 펌프 드라이브 허브(12)는 변속기 하우징(H)과의 결합부로서, 오일펌프를 구동하거나 상기 유체실(10)로 공급되는 작동 유체의 유로 역할을 수행한다.
상기 터빈(6)은 상기 임펠러(4)와 동일 회전 중심을 가지면서 대향하여 배치되며, 상기 임펠러(4)로부터 공급되는 작동 유체에 의하여 회전하면서 변속기의 입력축(IS)을 구동시킨다.
상기 터빈(6)의 회전 동력을 변속기 입력축(IS)으로 전달하는 동력 전달축(14)상에는 충격 흡수 구조물(16)이 배치되며, 상기 충격 흡수 구조물(16)은 압축 코일 스프링으로 이루어지는 토셔널 댐퍼로 이루어질 수 있다.
상기 리액터(8)는 상기 프론트 커버(2)와 동일한 회전 중심을 가지며, 상기 임펠러(4)와 터빈(6) 사이에 위치하여 터빈(6)으로부터 나오는 작동 유체(자동 변속기 오일)의 흐름 방향을 바꾸어 임펠러(4)측으로 유도하여 전달한다.
또한, 상기 리액터(8)는 원웨이 클러치(OWC)를 개재시켜 고정축(18)과 연결되어 한쪽 방향으로만 토크를 전달하고, 반대방향으로는 공전한다.
상기와 같은 주요 구성 부품으로 이루어지는 토크 컨버터(TC)는 록-업 클러치(LUC)를 포함하는데, 본 발명의 제1 실시 예에서는 상기 록-업 클러치(LUC)를 변속기 내부에 배치하였다.
이를 위하여, 상기 록-업 클러치(LUC)는 변속기 내부에서 상기 프론트 커버(2)의 회전 중심축(CS)과, 상기 펌프 드라이브 허브(12; 또는 변속기 입력축(IS)) 사이에 구성되며, 작동 제어 시에는 엔진의 회전 동력이 직접 변속기 입력축(IS)으로 전달되도록 한다.
이때, 록-업 클러치(LUC)의 작동 제어에 따라 발생되는 회전방향의 비틀림력은 상기 충격 흡수 구조물(16)에서 흡수하고 진동을 감쇠시킨다.
상기에서 록-업 클러치(LUC)는 유압제어장치로부터 공급되는 유압에 의하여 작동되는 습식 다판형 유압마찰결합유닛으로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 토크 컨버터(TC)는 임펠러(4)를 프론트 커버(2)의 원주방향 외주 측에 배치하고, 터빈(6)을 상기 임펠러(4)의 내주 측에 대향 배치하고, 리액터(8)를 상기 임펠러(4)와 터빈(6) 사이의 변속기 측에 배치함으로써, 상기 터빈 내주 측 공간을 크게 확보하여 충격 흡수 구조물(16)의 배치가 용이하다.
상기와 같이, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 토크 컨버터(TC)는 록-업 클러치(LUC)를 토크 컨버터(TC)의 내부가 아닌 변속기 내부로 분리 구성함으로써, 토크 컨버터(TC)의 내부 구성을 간단히 하여 전장을 축소할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시 예는 작동 유체의 내부 유동이 용이하게 이루어짐으로써, 연비를 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명의 제1 실시 예는 토크 컨버터(TC)의 내부 유압 상태와 관계없이 록-업 클러치(LUC)는 제어할 수 있으므로 제어가 용이하여 작동 영역을 확장시킬 수 있다.
도 1에서 설명하지 않은 부호 20은 엔진 시동을 위한 시동모터(미도시)의 피니언 기어와 맞물려 시동모터의 회전동력을 엔진에 전달하는 링기어(20)로서, 프론트 커버(2)에 용접 등에 의해 고정되며, 부호 BR은 펌프 드라이브 허브(12)를 회전 가능하게 지지하는 베어링(BR)이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 차량용 토크 컨버터의 모식도이다.
도 2를 참조하면, 제2 실시 예에 따른 토크 컨버터(TC)는 상기 제1 실시 예에 따른 토크 컨버터에 있어서, 토크 컨버터(TC) 내부에 배치되어 있는 충격 흡수 구조물(16)을 생략하고, 상기 충격 흡수 구조물(16)을 엔진 출력축(EOS) 상에 배치한 것이다.
상기 충격 흡수 구조물(16)은 공지의 듀얼 매스 플라이 휠(Dual Mass Flywheel)을 사용할 수 있다.
상기에서와 같이 충격 흡수 구조물(16)을 엔진 출력축(EOS) 상에 배치하면, 상기 제1 실시 예에서는 록 업 작동 시, 충격 흡수가 이루어지지만, 제2 실시 예에서는 엔진 충격 흡수가 용이하여 임펠러(4)의 진동을 효과적으로 저감시킬 수 있다.
또한, 상기 제2 실시 예에 따른 토크 컨버터(TC)는 내부에 배치되어 있는 충격 흡수 구조물(16)을 생략됨으로써, 토크 컨버터(TC)의 전체적인 크기를 더욱 소형화할 수 있으므로 탑재성을 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 차량용 토크 컨버터의 모식도이다.
도 3을 참조하면, 제3 실시 예에 따른 토크 컨버터(TC)는 상기 제2 실시 예에 따른 토크 컨버터에 있어서, 상기 충격 흡수 구조물(16)과 프론트 커버(2) 사이의 엔진 출력축(EOS) 상에 모터/제너레이터(MG)를 배치하여 하이브리드 차량에 적용할 수 있도록 한 것이다.
상기 모터/제너레이터(MG)는 공지와 같이 모터와 제너레이터 기능을 수행하며, 변속기 하우징에 고정되는 스테이터(ST)와, 상기 스테이터(ST)의 반경방향 내측에서 회전 가능하게 지지되는 로터(RT)를 포함하여 이루어진다.
상기 모터/제너레이터(MG)는 로터(RT)가 클러치(CL)를 통하여 엔진 출력축(EOS)에 선택적으로 연결되도록 설치된다.
이에 따라, 상기 모터/제너레이터(MG)는 선택적으로 엔진의 시동모터 또는 발전기로 작동될 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명의 제1 실시 예에 따른 토크 컨버터(TC)는 록-업 클러치(LUC)를 토크 컨버터(TC)의 내부가 아닌 변속기 내부로 분리 구성함으로써, 토크 컨버터(TC)의 내부 구성을 간단히 하여 전장을 축소할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 토크 컨버터(TC)는 작동 유체의 내부 유동이 용이하게 이루어짐으로써, 연비를 향상시킬 수 있으며, 토크 컨버터(TC)의 내부 유압 상태와 관계없이 록-업 클러치(LUC)를 제어할 수 있으므로 제어가 용이하여 작동 영역을 확장시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 토크 컨버터(TC)는 상기 제1 실시 예에 따른 토크 컨버터(TC)에 있어서, 엔진 출력축(EOS)상에 충격 흡수 구조물(16)을 배치함으로써, 엔진 충격 흡수가 용이하여 임펠러(4)의 진동을 효과적으로 저감시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 토크 컨버터(TC)는 내부에 배치되어 있는 충격 흡수 구조물(16)을 생략됨으로써, 토크 컨버터(TC)의 크기를 더욱 소형화할 수 있으므로 탑재성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 토크 컨버터(TC)는 상기 제2 실시 예에 따른 토크 컨버터에 있어서, 상기 충격 흡수 구조물(16)과 프론트 커버(2) 사이의 엔진 출력축(EOS)상에 모터/제너레이터(MG)를 배치하여 하이브리드 차량에 적용할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
TC...토크 컨버터 CS...회전 중심축
2... 프론트 커버 4... 임펠러
6... 터빈 8... 리액터
10... 유체실 12... 펌프 드라이브 허브
14... 동력 전달축 16... 충격 흡수 구조물
18... 고정축 EOS... 엔진 출력축
IS... 변속기 입력축 LUC... 록-업 클러치
OWC... 원웨이 클러치

Claims (8)

  1. 엔진 출력축에 고정 연결되는 프론트 커버;
    상기 프론트 커버로부터 동력을 전달받는 임펠러;
    상기 임펠러에 대향 배치되어 상기 임펠러로부터 공급되는 작동 유체에 의하여 회전하면서 변속기 입력축을 구동시키는 터빈;
    상기 임펠러와 터빈 사이에 배치되어 상기 터빈으로부터 임펠러로 흐르는 작동 유체의 흐름방향을 제어하는 리액터; 및
    상기 프론트 커버와 터빈을 선택적으로 연결하는 록-업 클러치를 변속기 내부에 배치하여 이루어지는 차량용 토크 컨버터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 록-업 클러치는
    상기 변속기 내부로 연장된 프론트 커버의 회전 중심축과, 상기 변속기 내부로 연장되어 변속기 입력축과 고정 연결되는 터빈의 동력 전달축 사이에 배치된 차량용 토크 컨버터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 토크 컨버터는
    상기 임펠러가 프론트 커버의 원주방향 외주 측에 배치되고,
    상기 터빈이 상기 임펠러의 내주 측에 대향 배치되고,
    상기 리액터가 상기 임펠러와 터빈 사이의 변속기 측에 배치된 차량용 토크 컨버터.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 터빈의 동력 전달축 상에는
    상기 프론트 커버와 터빈의 연결 시에 발생되는 충격을 흡수하도록 충격 흡수 구조물이 배치된 차량용 토크 컨버터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 충격 흡수 구조물은
    상기 터빈의 내주 측 공간부에 배치된 차량용 토크 컨버터.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 엔진 출력축 상에는
    상기 동력전달 충격을 흡수하도록 충격 흡수 구조물이 배치된 차량용 토크 컨버터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 충격 흡수 구조물과 프론트 커버 사이의 엔진 출력축 상에 모터/제너레이터가 배치된 차량용 토크 컨버터.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 모터/제너레이터는
    로터가 클러치를 통해 엔진 출력축과 선택적으로 연결되도록 설치된 차량용 토크 컨버터.
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