KR20220040377A - 토크 컨버터 - Google Patents

Abstract

토크 컨버터에 있어서, 편평율을 작게 하여 장치 전체의 소형화를 도모하면서, 용량 계수를 향상시킨다. 이 토크 컨버터(1)는, 프론트 커버(2)와, 임펠러(5)와, 터빈(6)과, 스테이터(7)를 구비하고 있다. 임펠러(5), 터빈(6), 및 스테이터(7)에 의해 구성된 원환체(8)의 반경 방향 치수 H에 대한 축 방향 치수 L의 비인 편평율(L/H)이 0.5 이하이다. 또한, 원환체(8)의 외경을 직경으로 하는 원의 면적 A에 대한 임펠러(5) 및 터빈(6)의 최소 유로 면적 a의 유로 면적비(a/A)가 0.14 이상 0.16 이하이다.

Description

토크 컨버터{TORQUE CONVERTER}

본 발명은 토크 컨버터에 관한 것이다.

토크 컨버터는, 임펠러(impeller), 터빈, 및 스테이터(stator)를 구비하고, 내부의 유체(流體)에 의해 동력을 전달하는 장치이다. 이와 같은 토크 컨버터로서, 편평율(flattening ratio)을 작게(편평화)한 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 여기서, 편평율이란, 원환체(圓環體; torus)[임펠러, 터빈, 및 스테이터에 의해 구성되는 공간]의 반경 치수에 대한 축 방향 치수의 비이다. 이와 같이, 원환체를 편평화함으로써, 토크 컨버터 전체의 축 방향 치수를 짧게 하고, 축 방향으로 제한된 스페이스 내에 토크 컨버터를 설치하는 것이 가능하게 된다.

일본 공개특허 제2005-249206호 공보

전술한 바와 같이, 토크 컨버터를 편평화함으로써, 토크 컨버터 전체의 축 방향 치수를 짧게 할 수 있다.

그러나, 임펠러나 터빈을 편평화, 소경화(小徑化)함으로써 토크 컨버터의 소형화를 도모하면, 용량 계수(capacity efficient)가 저하되어 버리는 문제가 생긴다.

본 발명의 문제점은, 토크 컨버터에 있어서, 편평율을 작게 하여 장치 전체의 소형화를 도모하면서, 용량 계수를 향상시키는 것에 있다.

(1) 본 발명에 관한 토크 컨버터는, 토크가 입력되는 프론트 커버와, 임펠러와, 터빈과, 스테이터를 구비하고 있다. 임펠러는 프론트 커버와 함께 유체실(流體室)을 구성한다. 터빈은, 임펠러에 대향하여 배치되고, 토크를 출력한다. 스테이터는, 임펠러와 터빈의 내주부 사이에 배치되고, 터빈으로부터 임펠러에 흐르는 유체의 흐름을 정류(整流)한다.

그리고, 이 토크 컨버터에 있어서, 임펠러, 터빈, 및 스테이터에 의해 구성된 원환체의 반경 방향 치수 H에 대한 축 방향 치수 L의 비인 편평율(L/H)이 0.5 이하이다. 또한, 원환체의 외경(外徑)을 직경으로 하는 원의 면적 A에 대한 임펠러 및 터빈의 최소 유로(流路) 면적 a의 유로 면적비(a/A)가 0.14 이상 0.16 이하이다.

여기서, 본 발명자는, 편평율을 작게 한 경우, 임펠러 및 터빈의 최소 유로 면적을 적절한 값으로 설정함으로써, 용량 계수가 향상되는 것을 발견하였다.

그래서, 본 발명의 토크 컨버터에서는, 편평율을 0.5 이하로 하고, 이 경우, 원환체의 외경을 직경으로 하는 원의 면적 A에 대한 임펠러 및 터빈의 최소 유로 면적 a의 유로 면적비(a/A)를 0.14 이상 0.16 이하로 하고 있다. 이로써, 편평율을 작게 하면서, 용량 계수를 향상시킬 수 있다.

(2) 바람직하게는, 유로 면적비는, 0.15 이상 0.16 이하이다.

(3) 바람직하게는, 편평율(L/H)은 0.2 이상이다.

이상과 같은 본 발명에서는, 편평화되어 소형화된 토크 컨버터에 있어서, 용량 계수를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 위치 실시형태에 의한 토크 컨버터의 단면 부분도이다.
도 2는 토크 컨버터의 유로 면적비에 대한 용량 계수의 업율을 나타내는 특성도면이다.
도 3은 용량 계수 업율[UP(increase) ratio]을 설명하기 위한 원환체의 모식도이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태가 채용된 토크 컨버터(1)의 종단면 개략도이다. 토크 컨버터(1)는, 엔진의 크랭크샤프트(crankshaft)(도시하지 않음)로부터 트랜스미션의 입력 샤프트(도시하지 않음)로 토크의 전달을 행하기 위한 장치이다. 도 1의 좌측에 도시하지 않은 엔진이 배치되고, 도 1의 우측에 도시하지 않은 트랜스미션이 배치되어 있다. 도 1에 나타낸 O-O선이 토크 컨버터(1)의 회전축이다.

그리고, 이하의 설명에 있어서, 축 방향이란, 토크 컨버터(1)의 회전축이 연장되는 방향이다. 또한, 원주 방향이란, 회전축을 중심으로 한 원의 원주 방향이며, 직경 방향이란, 회전축을 중심으로 한 원의 직경 방향이다. 그리고, 원주 방향이 회전축을 중심으로 한 원의 원주 방향으로 완전히 일치하고 있을 필요는 없다. 또한, 직경 방향이 회전축을 중심으로 한 원의 직경 방향으로 완전히 일치하고 있을 필요는 없다.

[전체 구성]

토크 컨버터(1)는, 프론트 커버(2)와, 토크 컨버터 본체(3)와, 록업(lock-up) 장치(4)를 구비하고 있다.

프론트 커버(2)는 입력측의 부재에 고정된다. 프론트 커버(2)는, 원판부(2a)와, 통형부(2b)를 구비하고 있다. 통형부(2b)는, 원판부(2a)의 외주부로부터 축 방향 트랜스미션측으로 연장되어 형성되어 있다.

토크 컨버터 본체(3)는, 임펠러(5), 터빈(6), 및 스테이터(7)를 구비하고 있다. 그리고, 임펠러(5), 터빈(6), 및 스테이터(7)에 의해 환형(環形)의 공간(원환체)(8)이 형성되어 있다.

임펠러(5)는, 임펠러 쉘(impeller shell)(10)과, 임펠러 쉘(10)의 내측에 고정된 복수의 임펠러 블레이드(impeller blade)(11)와, 임펠러 쉘(10)의 내주부에 고정된 임펠러 허브(impeller hub)(12)를 구비하고 있다. 그리고, 임펠러 쉘(10)의 외주부가, 프론트 커버(2)의 통형부(2b)에 용접에 의해 고정되어 있다. 이 결과, 프론트 커버(2)와 임펠러 쉘(10)에 의해, 내부에 작동유(유체)가 충전된 유체실이 형성되어 있다.

터빈(6)은, 임펠러(5)에 대향하여 배치되고, 터빈 쉘(15)과, 터빈 쉘(15)의 내측에 고정된 복수의 터빈 블레이드(16)와, 터빈 허브(17)를 구비하고 있다. 터빈 허브(17)는, 축 방향으로 연장되는 통형(筒形)의 허브(17a)와, 허브(17a)로부터 직경 방향 외측으로 연장되는 플랜지(17b)를 구비하고 있다. 플랜지(17b)에는, 터빈 쉘(15)의 내주부가, 복수의 리벳(18)에 의해 고정되어 있다. 또한, 허브(17a)의 내주부에는, 트랜스미션의 입력 샤프트(도시하지 않음)가 걸어맞추어지는 스플라인공이 형성되어 있다.

스테이터(7)는, 임펠러(5)와 터빈(6)의 내주부 사이에 배치되어 있다. 스테이터(7)는, 터빈(6)으로부터 임펠러(5)로 돌아오는 작동유의 흐름을 정류하기 위한 기구(機構)이다. 스테이터(7)는, 환형의 캐리어(carrier)(20)와, 캐리어(20)의 외주면(外周面)에 설치된 복수의 스테이터 블레이드(21)를 구비하고 있다. 캐리어(20)는, 원웨이 클러치(one-way cluch)(22)를 통해 도시하지 않은 고정 샤프트에 지지되어 있다.

임펠러 허브(12)와 캐리어(20)와의 사이에는 스러스트(thrust) 베어링(24)이 배치되고, 캐리어(20)와 터빈 허브(17)와의 사이에는, 스러스트 베어링(25)이 배치되어 있다.

[토크 컨버터의 각 부의 치수 관계]

이 토크 컨버터(1)는, 축 방향 치수가 단축화되어 있다. 구체적으로는, 원환체(8)의 반경 방향 치수 H에 대한 축 방향 치수 L의 비인 편평율(L/H)은, 이 실시형태에서는, 0.5로 되어 있다.

그리고, 원환체(8)의 반경 방향 치수 H는, 캐리어(20)의 외주면과, 임펠러 쉘(10) 또는 터빈 쉘(15)의 내주면(內周面)에서 가장 반경 방향 외측의 부분과의 사이의 거리이다. 또한, 축 방향 치수 L은, 임펠러 쉘(10)의 내주면과, 터빈 쉘(15)의 내주면이 가장 서로 이격된 부분의 거리이다.

또한, 원환체(8)의 외경 D를 직경으로 하는 원의 면적 A에 대한 임펠러(5) 및 터빈(6)의 최소 유로 면적 a의 유로 면적비(a/A)는, 이 실시형태에서는, 0.15로 설정되어 있다. 그리고, 유로 면적비는, 바람직하게는, 0.14 이상 0.16 이하이며, 더욱 바람직하게는, 0.15 이상 0.16 이하이다.

이와 같이, 각 부의 치수를 설정함으로써, 용량 계수를 향상시킬 수 있다. 구체적으로는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 편평율 0.5의 경우와, 편평율 0.68의 경우를 비교하면, 유로 면적비를 14%(0.14) 이상으로 설정하면, 편평율 0.5쪽이, 용량 계수를 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 편평율을 0.5로 설정하고, 유로 면적비를 15%(0.15) 이상으로 설정하면, 용량 계수는 현저하게 향상된다.

도 2에 있어서, 세로축은, 용량 계수의 업율을 나타내고 있다. 여기서, 「용량 계수의 업율」이란, 예를 들면, 편평율이 0.5의 원환체의 경우, 도 3에 나타낸 바와 같이, 코어 부분을 점선으로 나타내는 유로 면적비 14%로부터 실선으로 나타낸 유로 면적비 16%로 개량한 경우의, 원래의 용량 계수에 대한 개량 후의 용량 계수의 비이다.

용량 계수 UP율=[(개량 후의 용량 계수)/(원래의 용량 계수)]

×100

용량 계수=(입력 토크)/(입력 회전수)²

즉, 도 2는, 유로 면적비를 14% 이상으로 하면, 각각의 편평율(0.5로 0.68)에 있어서 용량 계수가 커지는 것을 나타내고 있다.

그리고, 도 2의 각 특성은, 종래부터 주지의 유한 체적법을 이용하여, 각각의 편평율에 있어서, 유로 면적비를 14% 내지 16%로 변화시킨 경우의 용량 계수의 업율을 해석한 것이다.

여기서, 편평율이 0.5를 초과하는 경우에는, 편평율이 0.68의 경우와 같이, 유로 면적비를 여러 가지 바꾸어도, 용량 계수의 향상은 기대할 수 없는 것이 판명되었다. 따라서, 편평율은 0.5 이하이며, 0.2 이상이 바람직하다. 편평율이 0.2 미만, 또는 유로 면적비가 14%(0.14) 미만에서는, 임펠러 및 터빈의 유로 면적이 너무 작아져버려, 토크 컨버터로서 만족하게 기능하지 않는다.

또한, 편평율을 0.5 이하로 설정하고, 유로 면적비가 16%(0.16)를 초과하도록 한 토크 컨버터를 제작하는 것은 곤란하다.

이상으로부터, 용량 계수를 향상시키기 위해서는, 편평율(L/H)을 0.2 이상 0.5 이하로 설정하고, 유로 면적비(a/A)를 0.14 이상 0.16 이하로 하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는, 유로 면적비는 0.15 이상 0.16 이하이다. 그리고, 유로 면적비가 0.15를 경계로 용량 계수의 업율이 변화되는 요인의 하나로서, 유로 면적비의 변경에 따라 임펠러 등의 블레이드 형상이 변화되어 있는 것을 생각할 수 있다.

[록업 장치(4)]

록업 장치(4)는, 피스톤(30)과, 댐퍼 기구(damper mechanism)(31)를 구비하고 있다.

피스톤(30)은, 원판형의 본체부(30a)와, 내주(內周) 통형부(30b)를 구비하고 있다. 본체부(30a)는 프론트 커버(2)에 대향하고 있다. 내주 통형부(30b)는, 본체부(30a)의 내주단부가, 축 방향 트랜스미션측으로 연장되어 형성되어 있다. 내주 통형부(30b)는, 터빈 허브(17)의 허브(17a)의 외주면에 상대 회전 및 축 방향으로 이동 가능하게 지지되어 있다. 허브(17a)의 외주면에는 실링 부재(32)가 배치되어 있다.

또한, 피스톤(30)의 외주부에는, 환형의 마찰 페이싱(friction facing)(34)이 고정되어 있다. 마찰 페이싱(34)은, 프론트 커버(2)의 외주부에 형성된 마찰면에 대향하고 있고, 이 마찰면에 압압(押壓; pressing) 가능하다.

댐퍼 기구(31)는, 리테이닝 플레이트(retaining plate)(35)와, 드리븐 플레이트(driven plate)(36)와, 복수의 토션 스프링(torsion spring)(37)을 구비하고 있다.

리테이닝 플레이트(35)는, 내주부가 피스톤(30)에 리벳에 의해 연결되어 있다. 또한, 리테이닝 플레이트(35)의 외주부에는, 토션 스프링(37)을 수납 및 지지하기 위한 수용부(35a)가 형성되어 있다. 이 수용부(35a)에, 복수의 토션 스프링(37)이 수납되어 있다.

드리븐 플레이트(36)는, 터빈 쉘(15)의 외주측에 고정된 환형의 플레이트이다. 드리븐 플레이트(36)는 복수의 걸어맞춤 폴(pawls)(36a)을 구비하고 있고, 복수의 걸어맞춤 폴(36a)은, 프론트 커버(2) 측으로 연장되고, 토션 스프링(37)의 원주 방향 양단에 걸어맞추어져 있다.

[동작]

토크 컨버터(1)의 동작은, 종래 주지의 토크 컨버터와 마찬가지이고, 이하, 간단하게 설명한다.

도시하지 않은 엔진의 크랭크샤프트로부터 프론트 커버(2) 및 임펠러(5)에 토크가 전달되면, 원환체(8) 내의 작동유를 통해 임펠러(5)로부터 터빈(6)으로 토크가 전달된다. 터빈(6)으로 전달된 토크는, 터빈 허브(17)를 통해 도시하지 않은 입력 샤프트에 출력된다. 터빈(6)으로부터 임펠러(5)로 흐르는 작동유는, 스테이터(7)에 의해 정류되어, 임펠러(5) 측으로 흐른다.

프론트 커버(2)와 피스톤(30)과의 사이의 공간의 작동유가 내주측으로부터 드레인되면, 유압차(油壓差)에 의해 피스톤(30)이 프론트 커버(2) 측으로 이동하고, 마찰 페이싱(34)이 프론트 커버(2)의 마찰면에 가압된다. 이 결과, 프론트 커버(2)로부터 록업 장치(4)를 통해 직접 터빈 허브(17)에 토크가 전달된다.

[다른 실시형태]

본 발명은 이상과 같은 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 범위를 일탈하지 않고 각종 변형 또는 수정이 가능하다.

록업 장치의 구성은, 상기 실시형태에 한정되지 않고, 다판형(多板形)의 클러치에 의해 구성해도 된다.

1: 토크 컨버터
2: 프론트 커버
5: 임펠러
6: 터빈
7: 스테이터
8: 원환체

Claims (3)

1. 토크가 입력되는 프론트 커버;
   상기 프론트 커버와 함께 유체실(流體室)을 구성하는 임펠러(impeller);
   상기 임펠러에 대향하여 배치되고, 토크를 출력하는 터빈; 및
   상기 임펠러와 상기 터빈의 내주부 사이에 배치되고, 상기 터빈으로부터 상기 임펠러에 흐르는 유체의 흐름을 정류(整流)하기 위한 스테이터(stator);
   를 포함하고,
   상기 임펠러, 상기 터빈, 및 상기 스테이터에 의해 구성된 원환체(圓環體; torus)의 반경 방향 치수 H에 대한 축 방향 치수 L의 비인 편평율(L/H)이 0.5 이하이며,
   상기 원환체의 외경(外徑)을 직경으로 하는 원의 면적 A에 대한 상기 임펠러 및 상기 터빈의 최소 유로(流路; flowpath) 면적 a의 유로 면적비(a/A)가 0.14 이상 0.16 이하인,
   토크 컨버터(torque converter).
2. 제1항에 있어서,
   상기 유로 면적비는, 0.15 이상 0.16 이하인, 토크 컨버터.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 편평율(L/H)은 0.2 이상인, 토크 컨버터.

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