WO2017018575A1 - 차량용 토크 컨버터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토크 컨버터 또는 클러치에 적용될 수 있으며, 회전충격을 흡수하는데 적용되는 댐퍼의 저강성화를 실현하는 차량용 토크 컨버터를 개시한다. 본 발명의 토크 컨버터는 프론트 커버에 결합되어 함께 회전하는 임펠러, 임펠러와 마주하는 위치에 배치되는 터빈, 임펠러와 터빈 사이에 위치하여 터빈으로부터 나오는 오일의 흐름을 임펠러 측으로 바꾸는 리엑터, 프론트 커버와 터빈을 직접 연결하는 피스톤을 구비한 록업 클러치, 록업 클러치에 결합되어 회전 방향으로 작용하는 충격과 진동을 흡수하는 토셔널 댐퍼를 포함하고, 토셔널 댐퍼는 록업 클러치에 연결되는 제1 플레이트, 제1 플레이트와 구동력을 변속기에 전달하는 스플라인 허브 사이에 방사상 방향으로 배치되어 회전방향의 진동과 충격을 흡수하는 인장스프링을 포함한다.

Description

차량용 토크 컨버터

본 발명은 차량의 동력계통에 설치되어 토크를 변환하는 컨버터 또는 클러치에 적용될 수 있으며, 보다 상세하게는 동력전달 과정에서 회전충격을 흡수하는 댐퍼의 저강성화를 실현할 수 있는 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 오일에 의해 회전되는 터빈, 그리고 임펠러로 되돌아 흐르는 오일의 흐름을 임펠러의 회전 방향으로 향하게 하여 토크 변화율을 증대시키는 리엑터('스테이터' 라고도 함)를 포함한다.

이러한 토크 컨버터는 엔진에 부하가 증가하면 동력전달 효율이 저하될 수 있으므로 엔진과 변속기 사이를 직접 연결하는 수단인 록업 클러치(Lock up clutch, 또는 '댐퍼 클러치'라고도 함)를 갖추고 있다. 이 록업 클러치는 엔진과 직결된 프론트 커버와 터빈 사이에 배치되어 엔진의 회전 동력이 직접 터빈을 통하여 변속기로 전달될 수 있도록 한다.

이러한 록업 클러치는, 터빈 축에서 축 방향으로 이동할 수 있는 피스톤을 포함한다. 그리고 이 피스톤과 상기 프론트 커버 사이에는 코어 플레이트가 배치되고, 코어 플레이트의 양측에는 마찰재가 결합된다. 그리고 코어 플레이트에는 축의 회전 방향으로 작용하는 충격 및 진동을 흡수할 수 있는 토셔널 댐퍼(Torsional damper)가 결합되어 있다.

상기 토셔널 댐퍼는, 상기 록업 콜러치가 작동하여 터빈을 통하여 변속기로 엔진의 구동력을 직접 전달할 때에 비틀림 토크를 흡수할 수 있는 스프링들을 포함한다.

이러한 종래의 토셔널 댐퍼에는 압축코일 스프링이 원주 방향을 따라 배치되어 회전방향의 진동과 충격을 흡수할 수 있다.

그러나 엔진의 저 회전영역에서 연비를 향상시킴과 동시에 토크를 증대시킬 수 있는 엔진이 개발되면서 댐퍼의 저강성화가 요구되고 있으나, 종래의 토셔널 댐퍼에 설치되는 압축코일 스프링은 탄성력을 흡수하는 길이의 범위가 제한되어 있어 이에 충분하게 만족하지 못하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로써, 본 발명의 목적은 차량의 연비 향상과 고토크형 엔진에 적합하면서도 간단한 구조를 통해 토셔널 댐퍼의 저강성화를 실현하여 진동을 감소시키며 차량의 승차감을 향상시킬 수 있는 차량용 토크 컨버터를 제공하는데 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 엔진과 직접 연결되는 프론트 커버, 상기 프론트 커버에 결합되어 함께 회전하는 임펠러, 상기 임펠러와 마주하는 위치에 배치되는 터빈, 상기 임펠러와 상기 터빈 사이에 위치하여 상기 터빈으로부터 나오는 오일의 흐름을 상기 임펠러 측으로 바꾸는 리엑터, 상기 프론트 커버와 상기 터빈을 직접 연결하는 피스톤을 구비한 록업 클러치, 상기 록업 클러치에 결합되어 회전 방향으로 작용하는 충격과 진동을 흡수하는 토셔널 댐퍼를 포함하고, 상기 토셔널 댐퍼는 상기 록업 클러치에 연결되는 제1 플레이트, 상기 엔진의 구동력을 변속기에 전달하는 스플라인 허브와 상기 제1 플레이트 사이에 방사상 방향으로 배치되어 회전방향의 진동과 충격을 흡수하는 인장스프링을 포함하는 차량용 토크 컨버터를 제공한다.

상기 제1 플레이트는 상기 록업 클러치의 코어 플레이트에 결합되는 것이 바람직하다.

상기 제1 플레이트에는 축방향으로 간격을 유지하여 제2 플레이트가 결합되는 것이 바람직하다.

상기 인장스프링은, 메인 인장스프링과 상기 메인 인장스프링에 비해 길이가 더 작게 이루어지는 서브 인장스프링을 포함하며, 상기 메인 인장스프링과 상기 서브 인장스프링은 회전방향을 기준으로 교대로 배치되는 것이 바람직하다.

상기 제1 플레이트에는 축과 나란한 방향으로 제공되는 다수의 메인 스프링 고정부, 상기 메인 스프링 고정부가 배치된 위치보다 회전중심에 더 가까운 부분에 배치되며 축과 나란한 방향으로 제공되는 서브 스프링 고정부가 제공되고, 상기 서브 스프링 고정부는 상기 제1 플레이트에 제공되며 중심축을 기준으로 회전 방향의 접선 방향에 대해 경사진 경사 슬릿에 결합되는 것이 바람직하다.

상기 경사 슬릿은 회전축의 중심에서 방사상으로 연장한 선을 기준으로 좌우대칭으로 경사진 모양으로 이루어지는 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 토크 컨버터는, 토셔널 댐퍼에 인장스프링을 제공함과 동시에 인장스프링이 다단으로 작용할 수 있도록 하며 또, 인장코일 스프링의 길이를 충분하게 늘릴 수 있도록 하므로써 토셔널 댐퍼의 저강성화를 실현할 수 있다.

게다가 이러한 토셔널 댐퍼는 고토크 엔진에 적용될 때 진동을 감소시키고 차량의 승차감을 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 토크 컨버터의 반단면도이다.

도 2는 본 발명의 실시예의 주요부를 분해하여 도시한 분해 사시도이다.

도 3은 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 토셔널 댐퍼가 작동되기 전 상태를 도시한 도면이다.

도 4는 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 토셔널 댐퍼의 메인스프링이 작동되는 상태를 도시한 도면이다.

도 5는 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 토셔널 댐퍼의 서브스프링이 작동되는 상태를 도시한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 다른 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 부여하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예를 설명하기 위해 차량용 토크 컨버터를 축 방향으로 잘라서 본 반단면도로, 차량용 토크 컨버터를 도시하고 있다.

본 발명의 실시예에 따른 토크 컨버터는 엔진의 크랭크 축에 연결되어 회전하는 프론트 커버(4), 이 프론트 커버(4)에 연결되어 함께 회전하는 임펠러(6), 임펠러(6)와 마주하는 위치에 배치되는 터빈(8), 그리고 임펠러(6)와 터빈(8) 사이에 위치하여 터빈(8)으로부터 나오는 오일의 흐름을 바꾸어 임펠러(6) 측으로 전달하는 리엑터(10)를 포함한다. 임펠러(6) 측으로 오일을 전달하는 리엑터(10)는 프론트 커버(4)와 동일한 회전 중심을 가진다. 그리고 엔진과 변속기를 직접 연결하는 수단으로 사용되는 록업 클러치(14)는 프론트 커버(4)와 터빈(8) 사이에 배치된다.

상기 록업 클러치(14)는 대략 원판형으로 이루어지며 축 방향으로 이동할 수 있는 피스톤(16)을 구비하고 있다.

그리고 프론트 커버(4)와 피스톤(16) 사이에는 마찰재(18)를 구비한 코어플레이트(19)가 결합된다.

상기 록업 클러치(14)는 마찰재(18)가 프론트 커버(4)에 밀착될 때 토크 컨버터의 회전중심 축의 회전 방향으로 작용하는 비틀림력을 흡수하고 진동을 감쇄시키는 역할을 하는 토셔널 댐퍼(20, Torsional damper)가 결합된다.

상기 토셔널 댐퍼(20)는 제1 플레이트(23), 제2 플레이트(25), 그리고 인장스프링(27)을 포함한다.

상기 제1 플레이트(23)는 록업 클러치(14)에 연결되어 록업 클러치(14)가 작동할 때 엔진의 구동력을 전달받을 수 있다. 즉, 제1 플레이트(23)는 록업 클러치(14)의 코어플레이트(19)에 치합된다. 코어플레이트(19)의 외주측에는 외주면을 따라 방사상 방향으로 홈들이 제공되고, 제1 플레이트(23)에는 코어플레이트(19)에 제공된 홈들과 대응되어 결합되는 돌기부들이 제공된다. 따라서 코어플레이트(19)와 제1 플레이트(23)는 서로 치합되어 회전방향으로 일체로 회전할 수 있다.

상기 제2 플레이트(25)는 제1 플레이트(23)와 축 방향으로 일정한 거리가 떨어진 위치에서 제1 플레이트(23)와 결합된다. 즉, 제1 플레이트(23)와 제2 플레이트(25)는 축방향으로 일정한 간격이 유지된 상태로 배치된다. 제1 플레이트(23)와 제2 플레이트(25)는 간격을 유지하여 리벳 또는 후술하는 메인 스프링 고정부(33)와 서브 스프링 고정부(39)에 의해 결합될 수 있다.

상기 제1 플레이트(23)와 제2 플레이트(25)의 사이의 공간에는 인장스프링(27)이 배치된다.

상기 인장스프링(27)은 인장코일 스프링으로 이루어지는 것이 바람직하며, 메인 스프링(29)과 서브 스프링(31)을 포함한다. 이 메인 스프링(29)은 토크 컨버터의 회전방향을 기준으로 일정한 간격을 이루어 다수가 배치되고, 상기 서브 스프링(31)도 회전방향을 기준으로 메인 스프링(29)의 사이에 일정한 간격을 이루어 다수가 배치되는 것이 바람직하다.

상기 메인 스프링(29)은 일측이 메인 스프링 고정부(33)에 고정되고 타측이 스플라인 허브(35)의 외주측에 결합될 수 있다. 메인 스프링 고정부(33)는 토크 컨버터의 회전중심 축과 나란한 방향으로 제1 플레이트(23)와 제2 플레이트(25)를 고정하는 리벳 또는 원기둥 모양의 연결부재(37)로 이루어질 수 있다. 본 발명의 실시예에서 연결부재(37)는 원기둥 모양으로 이루어지며, 제1 플레이트(23)와 제2 플레이트(25)를 고정하는 역할을 함과 동시에 메인 스프링(29)의 일단을 고정하는 역할을 한다. 즉, 메인 스프링(29)은 양단이 고리 형태로 이루어져 연결부재(37)에 끼워져 결합될 수 있다.

상기 연결부재(37)는 제1 플레이트(23)의 회전방향을 따라 일정한 간격으로 배치되며 가능한 제1 플레이트(23)의 외주측에 인접하여 배치되는 것이 바람직하다.

상기 메인 스프링(29)의 타단부는 스플라인 허브(35)에 제공된 고정부(35a)에 결합될 수 있다. 스플라인 허브(35)에 제공된 고정부(35a)는 외주면에 방사상 방향으로 돌출부가 제공되고, 이 돌출부에 구멍이 제공되어 메인 스프링(29)의 일단에 제공된 고리형태의 것이 끼워질 수 있다.

상기 서브 스프링(31)은 일측이 서브 스프링 고정부(39)에 고정되고, 타측이 스플라인 허브(35)의 외주측에 결합될 수 있다. 서브 스프링 고정부(39)는 토크 컨버트의 회전중심 축을 기준으로 볼 때 메인 스프링 고정부(33)와 비교하여 중심측에 더 가까운 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 서브 스프링 고정부(39)도 일측이 메인 스프링 고정부(33)와 마찬가지로 또 다른 연결부재(41)에 결합될 수 있다. 서브 스프링(31)을 고정하는 연결부재(41)는 축과 나란한 방향으로 제1 플레이트(23)와 제2 플레이트(25)를 고정하는 원기둥 모양으로 이루어질 수 있다. 본 발명의 실시예에서 서브 스프링(31)을 고정하는 연결부재(41)는 제1 플레이트(23)와 제2 플레이트(25)를 고정하는 역할을 함과 동시에 서브 스프링(31)의 일단을 고정하는 역할을 한다. 즉, 서브 스프링(31)은 양단이 고리 형태로 이루어져 그의 일단이 연결부재(41)에 끼워져 결합될 수 있다.

상기 서브 스프링(31)을 고정하는 연결부재(41)는 회전방향을 따라 일정한 간격으로 배치되며, 메인 스프링(29)을 연결하는 연결부재(37) 사이에 배치되는 것이 바람직하다.

상기 서브 스프링(31)의 타단부는 스플라인 허브(35)의 외주에 제공된 또 다른 고정부(35b)에 결합될 수 있다. 스플라인 허브(35)에 제공된 고정부(35b)는 외주면에 방사상 방향으로 돌출부가 제공되고, 이 돌출부에 구멍이 제공되어 서브 스프링(31)의 타단이 끼워질 수 있다.

상기 서브 스프링(31)은 메인 스프링(29)에 비해 그 길이가 더 짧게 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 제1 플레이트(23)와 제2 플레이트(25)에는 서브 스프링 고정부(39)가 연결부재(41)이 끼워지는 경사진 경사슬릿(43)이 제공된다. 경사슬릿(43)은 회전 중심축을 기준으로 회전 방향의 접선 방향에 대해 경사진 모양으로 이루어진다. 이러한 경사슬릿(43)은 회전축의 중심에서 방사상으로 연장한 선을 기준으로 좌우대칭으로 경사진 모양으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 경사슬릿(43)은 방사상 방향으로 외주측을 향하는 부분을 돌출부(43a), 돌출부(43a)에서 연장되어 경사진 홈을 경사면(43b), 그리고 경사면(43b)과 연결되어 중심측 방향의 홈의 끝 부분을 홈부(43c)로 칭하기로 한다(도 2 내지 도 5 참조).

이와 같이 이루어지는 본 발명의 실시예의 작동과정을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

상기 록업 클러치(14)가 작동되지 않는 상태에서는 엔진의 구동력이 프론트 커버(4)를 통해 임펠러(6)로 전달된다. 임펠러(6)로 전달된 엔진의 구동력은 터빈(8)을 거쳐 스플라인 허브(35)를 통해 변속기(도시생략)로 전달된다.

상기 피스톤(16)이 작동하여 록업 클러치(14)가 작동되는 경우에는 마찰재(18)가 프론트 커버(4)와 피스톤(16) 사이에 밀착되면서 엔진의 구동력이 프론트 커버(4)를 통해 코어 플레이트(19)를 거쳐 제1 플레이트(23)에 전달된다. 제1 플레이트(23)와 제2 플레이트(25)는 일체로 결합되어 있으므로 함께 회전할 수 있다(도 3 참조).

상기 제1 플레이트(23)와 제2 플레이트(25)가 회전하기 시작하면 메인 스프링(29)에 인장력이 작용하면서 회전방향의 진동 및 충격을 흡수한다(도 4 참조).

이때 상기 서브 스프링(31)의 일단이 결합된 연결부재(41)는 경사슬릿(43)의 돌출부(43a)에 배치된 상태를 유지하고 있다. 즉, 서브 스프링(31)은 인장력이 작용하지 않은 상태의 자체의 길이에 의해 연결부재(41)가 경사슬릿(43)의 돌출부(43a)에 위치하는 상태를 유지할 수 있다.

상기 제1 플레이트(23)와 제2 플레이트(25)가 계속해서 회전하게 되면 서브 스프링(31)의 연결부재(41)가 경사슬릿(43)의 경사면(43b)을 따라 토크 컨버터의 회전중심 축과 가까워지는 방향으로 이동하여 경사슬릿(43)의 홈부(43c)에 위치한다(도 5 참조). 계속해서 제1 플레이트(23)와 제2 플레이트(25)가 회전하면 서브 스프링(31)도 인장력이 작용하면서 회전방향의 진동 및 충격을 흡수한다. 이때 메인 스프링(29)과 서브 스프링(31)에 동시에 인장력이 작용하면서 회전방향의 진동 및 충격을 흡수한다.

그리고 엔진의 구동력은 스플라인 허브(35)를 통해 변속기로 전달된다.

본 발명의 실시예에서 메인 스프링(29)이 1차로 작동하면서 회전 방향의 진동 및 충격을 흡수하고 일정시간이 경과한 후에 이어서 메인 스프링(29)과 서브 스프링(31)이 동시에 작동하여 회전방향의 진동 및 충격을 흡수한다.

이와 같이 본 발명의 실시예는 인장코일스프링을 이용하여 토셔널 댐퍼(20)를 구성하고, 다단으로 인장 코일 스프링이 작용하며 충분한 길이로 인장코일 스프링을 늘려 회전 방향의 진동 및 충격 흡수함으로써, 고토크 엔진에 장착되는 경우 토셔널 댐퍼의 저강성화를 실현하여 진동을 감소시켜 차량의 승차감을 향상시킬 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.

Claims (6)

1. 엔진에 직결되는 프론트 커버;

   상기 프론트 커버에 결합되어 함께 회전하는 임펠러;

   상기 임펠러와 마주하는 위치에 배치되는 터빈;

   상기 임펠러와 상기 터빈 사이에 위치하여 상기 터빈으로부터 나오는 오일의 흐름을 상기 임펠러 측으로 바꾸는 리엑터;

   상기 프론트 커버와 상기 터빈을 직접 연결하는 피스톤을 구비한 록업 클러치;

   상기 록업 클러치에 결합되어 회전 방향으로 작용하는 충격과 진동을 흡수하는 토셔널 댐퍼를 포함하고,

   상기 토셔널 댐퍼는

   상기 록업 클러치에 연결되는 제1 플레이트;

   상기 엔진의 구동력을 변속기에 전달하는 스플라인 허브와 상기 제1 플레이트 사이에 방사상 방향으로 배치되어 회전방향의 진동과 충격을 흡수하는 인장스프링; 을 포함하는 차량용 토크 컨버터.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 제1 플레이트는

   상기 록업 클러치의 코어 플레이트에 결합되는 차량용 토크 컨버터.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 제1 플레이트에는 토크 컨버터의 회전중심 축방향으로 간격을 유지하여 제2 플레이트가 결합되는 차량용 토크 컨버터.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 인장스프링은

   메인 인장스프링과 상기 메인 인장스프링에 비해 길이가 더 작게 이루어지는 서브 인장스프링을 포함하며,

   상기 메인 인장스프링과 상기 서브 인장스프링은 회전방향을 기준으로 교대로 배치되는 차량용 토크 컨버터.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 제1 플레이트에는 토크 컨버터의 회전중심 축과 나란한 방향으로 제공되는 다수의 메인 스프링 고정부,

   상기 메인 스프링 고정부가 배치된 위치보다 회전중심에 더 가까운 부분에 배치되며 축과 나란한 방향으로 제공되는 서브 스프링 고정부가 제공되고,

   상기 서브 스프링 고정부는

   상기 제1 플레이트에 제공되며 중심축을 기준으로 회전 방향의 접선 방향에 대해 경사진 경사 슬릿에 결합되는 차량용 토크 컨버터.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 경사 슬릿은 회전축의 중심에서 방사상으로 연장한 선을 기준으로 좌우대칭으로 경사진 모양으로 이루어지는 차량용 토크 컨버터.

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