WO2017204404A1 - 차량용 토크 컨버터 - Google Patents

차량용 토크 컨버터 Download PDF

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홍순석
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Abstract

본 발명은 토셔널 댐퍼를 구비한 토크 컨버터에 적용될 수 있으며, 드리븐 플레이트에 곡면부를 형성하고 종방향으로 배치되는 스프링 조립체가 곡면부에 탄성을 가하며, 스토퍼를 이용하여 드리븐 플레이트가 스프링 조립체가 서로 교차되어 지나치는 것을 방지하는 구조를 이용하여 토셔널 댐퍼의 작동반경의 한계를 높이고 저강성화 및 광각화가 가능한 차량용 토크 컨버터를 개시한다.

Description

차량용 토크 컨버터
본 발명은 토셔널 댐퍼를 구비한 토크 컨버터에 적용될 수 있으며, 드리븐 플레이트에 곡면부를 형성하고 종방향으로 배치되는 스프링이 곡면부에 탄성을 가하여, 토셔널 댐퍼의 작동반경의 한계를 높이고 저강성화 및 광각화가 가능한 차량용 토크 컨버터에 관한 것이다.
일반적으로 토크 컨버터는 차량의 엔진과 변속기 사이에 설치되어 유체를 이용하여 엔진의 구동력을 변속기에 전달하는 것이다. 토크 컨버터는 엔진에 작용하는 부하가 커지면 동력전달 효율이 저하될 수 있으므로 엔진과 변속기 사이를 직접 연결하는 수단인 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 통하여 변속기로 전달될 수 있도록 한다.
이러한 록업 클러치는 터빈 축에 축 방향으로 이동할 수 있는 피스톤을 포함한다. 그리고 피스톤과 프론트 커버 사이에는 코어 플레이트가 배치되고, 코어 플레이트의 양측에는 마찰재가 결합된다. 그리고 코어 플레이트에는 축의 회전 방향으로 작용하는 충격 및 진동을 흡수할 수 있는 토크 컨버터용 댐터가 결합되어 있다.
이러한 토크 컨버터용 댐퍼 시스템은 일반적으로 각각의 스프링들이 병렬로 배치되어 스프링들이 동일한 하중을 흡수하는 방식이다.
다만, 토크 컨버터의 댐퍼 시스템은 변속충격을 줄이기위해 댐퍼 스프링의 강성을 낮추어야 하며, 이를 위해 스프링의 직렬 연결방식이 제안되었다. 종래의 직렬 연결 댐퍼 시스템은 동일한 원주 상에 복수개의 스프링을 각각 직렬로 연결하는 구성을 가진다. 이러한 직렬 연결 댐퍼 시스템을 구비한 토크 컨버터는 스프링의 내구성 및 장착 공간의 한계로 인하여 스프링 또는 댐퍼 시스템의 작동 반경이 제한적이고 저강성화 및 광각화의 구현이 제한적인 문제가 있었다.
따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로써, 본 발명의 목적은 드리븐 플레이트에 곡면부를 형성하고 스프링을 종??향으로 배치하여, 토셔널 댐퍼의 작동반경의 한계를 높이고 저강성화 및 광각화가 가능한 차량용 토크 컨버터를 제공하는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본발명의 일 실시예에 따른 차량용 토크 컨버터는 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; 및 상기 터빈 또는 상기 록업 클러치로부터 엔진의 구동력을 전달받는 한 쌍의 리테이닝 플레이트 및 상기 리테이닝 플레이트 사이에 배치되는 드리븐 플레이트를 포함하고, 상기 록업 클러치에 결합되어 회전 방향으로 작용하는 충격과 진동을 흡수하는 토셔널 댐퍼;를 포함하고, 상기 리테이닝 플레이트에는 복수개의 스프링 조립체 안착부가 형성되고, 복수개의 스프링 조립체 안착부에는 스프링 조립체가 상기 토셔널 댐퍼의 원주로부터 회전축 방향으로 탄성을 부여할 수 있도록 배치되며, 상기 드리븐 플레이트는 대체로 원형인 판상의 형상을 가지되, 그 외주면에는 복수개의 곡면부 및 모서리부가 형성되고, 상기 곡면부는 상기 드리븐 플레이트의 최대 지름에 의한 가상의 원주보다 완만한 곡률을 가지며, 상기 스프링 조립체가 상기 곡면부에 맞닿아 상기 곡면부측으로 탄성을 가하는 것을 특징으로 한다.
상기 토셔널 댐퍼는, 3개의 스프링 조립체 안착부, 3개의 스프링 조립체, 및 3개의 곡면부 및 모서리부를 가질 수 있다.
상기 복수개의 곡면부의 길이는 대체로 동일하게 형성될 수 있다.
상기 복수개의 스프링 조립체 안착부의 간격은 대체로 동일하게 형성될 수 있다.
상기 스프링 조립체는 스프링, 및 상기 스프링과 결합되고 반구 형상을 가지는 스프링시트를 포함하고, 상기 반구 형상에서 곡면을 이루는 부분이 상기 곡면부와 맞닿도록 배치될 수 있다.
상기 스프링 조립체는 스프링, 및 상기 스프링과 결합되어 상기 곡면부와 맞닿도록 배치되는 스프링 시트를 포함하고, 상기 스프링 시트에는 상기 스프링 조립체의 횡방향으로 돌출 형성되는 스토퍼가 형성되며, 상기 스토퍼에 의하여 드리븐 플레이트의 모서리부와 상기 스프링 조립체가 서로 교차되어 지나치는 것이 방지될 수 있다.
이와 같은 본 발명의 실시예는 드리븐 플레이트에 곡면부를 형성하고 종방향으로 배치되는 스프링이 곡면부에 탄성을 가하여, 토셔널 댐퍼의 작동반경의 한계를 높이고 저강성화 및 광각화가 가능하고, 이에 따라 차량의 NVH(noise, vibration, harshness) 성능 및 연비를 향상시킬 수 있는 차량용 토크 컨버터를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 컨버터를 축방향으로 잘라 도시한 반단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크컨버터의 주요부분을 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 토셔널 댐퍼의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 토셔널 댐퍼의 작동 전 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 토셔널 댐퍼가 작동하는 경우를 설명하기 위한 설명하기 위한 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 일 실시예에 따른 토크 컨버터를 축방향으로 잘라 도시한 반단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크컨버터의 주요부분을 도시한 분해 사시도이다.
본 발명의 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, 또는 '스테이터'라고도 함)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.
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.
그리고 록업 클러치(14)에는 마찰재(18)가 프론트 커버(4)에 밀착될 때 축의 회전 방향으로 작용하는 비틀림력을 흡수하고 진동을 감쇄시키는 역할을 하는 토셔널 댐퍼(20, Torsional damper)가 결합된다.
코어 플레이트(19)에는 양측에 마찰재(18)가 결합되며, 상기 코어 플레이트(19)는 프론트 커버(4)와 피스톤(16) 사이에 배치된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 토셔널 댐퍼(20)는 한 쌍의 리테이닝 플레이트(22), 드리븐 플레이트(24), 스프링(28), 스프링 시트(29)를 포함할 수 있다.
리테이닝 플레이트(22)는 코어 플레이트(19)를 통해 전달되는 엔진의 구동력을 스프링(28)에 전달할 수 있다. 상기 스프링(28)은 상기 한 쌍의 리테이닝 플레이트(22) 사이에 상기 토셔널 댐퍼(20)의 회전축에 대해 방사상 방향을 따라 배치되며, 압축코일 스프링으로 이루어져 회전 방향으로 작용하는 진동 및 충격을 흡수할 수 있다. 상기 스프링(28)으로 전달된 엔진의 구동력은 드리븐 플레이트(24)로 전달될 수 있다. 상기 드리븐 플레이트(24)로 전달된 구동력은 스플라인 허브(33)를 통해 변속기(도시생략)로 전달될 수 있다(도 1 참조). 한편, 리테이닝 플레이트(22)는 터빈(8)의 축에 연결되어 터빈(8)을 통해 전달된 엔진의 구동력을 전달받을 수 있다.
이와 같이 이루어지는 본 발명의 실시예의 작동과정을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
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 리테이닝 플레이트(22)로 전달된다. 그리고 리테이닝 플레이트(22)로 전달된 엔진의 구동력은 스프링(28)을 거처 드리븐 플레이트(24)로 전달된다. 이때 스프링(28)에 의해 회전 방향의 진동 및 충격이 흡수된다. 드리븐 플레이트(24)로 전달된 엔진의 구동력은 스플라인 허브(33)를 통해 변속기(도시생략)로 전달된다.
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) 및 코어 플레이트(19)를 거쳐 리테이닝 플레이트(22)로 전달된다.
상기 리테이닝 플레이트(22)로 전달된 엔진의 구동력은 스프링(28)에 전달되고, 상기 스프링(28)은 회전방향의 진동 및 충격을 흡수한다. 상기 스프링(28)으로 전달된 엔진의 구동력은 드리븐 플레이트(24)를 통해 스플라인 허브(33)로 전달된다. 상기 스플라인 허브(33)로 전달된 엔진의 구동력은 변속기(도시생략)로 전달될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 토셔널 댐퍼의 분해 사시도이다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 토셔널 댐퍼(20)는 한 쌍의 리테이닝 플레이트(22), 드리븐 플레이트(24) 및 스프링 조립체(27)를 포함할 수 있다.
상기 한 쌍의 리테이닝 플레이트(22)는 프론트 리테이닝 플레이트(22a) 및 리어 리테이닝 플레이트(22b)로 구성될 수 있다. 상기 프론트 리테이닝 플레이트(22a) 및 리어 리테이이닝 플레이트(22b)는 서로 결합되되, 상기 프론트 리테이닝 플레이트(22a) 및 리어 리테이닝 플레이트(22b) 사이에는 드리븐 플레이트(24)가 배치된다.
상기 프론트 리테이닝 플레이트(22a) 및 리어 리테이이닝 플레이트(22b)에는 각각 스프링 조립체 안착홈(23a, 23b)이 형성된다. 상기 스프링 조립체 안착홈(23a, 23b)은 각각, 도 3에 도시된 바와 같이 3 개일 수 있으나, 도 3에 도시된 바와 달리 2개 또는 4 개 이상일 수 있다.
상기 스프링 조립체 안착홈(23a, 23b)이 서로 맞추어지도록 상기 프론트 리테이닝 플레이트(22a) 및 리어 리테이이닝 플레이트(22b)가 결합되는 경우, 상기 스프링 조립체 안착홈(23a, 23b)에 의하여 스프링 조립체 안착부(23)가 형성된다.
상기 스프링 조립체 안착부(23)에는 스프링 조립체(27)가 안착된다. 상기 스프링 조립체(27)는 스프링(28) 및 스프링 시트(29)로 구성될 수 있다. 상기 스프링(28)은 토셔널 댐퍼(20)의 회전축 방향으로 탄성을 부여할 수 있도록 배치된다. 상기 스프링 시트(29)는, 상기 스프링(28)과 결합되되, 상기 토셔널 댐퍼(20)의 회전축을 향하는 방향에 위치하도록 결합될 수 있다. 상기 스프링 시트(29)는 반구 형상을 가지는 것일 수 있다.
한편, 드리븐 플레이트(24)는 대체로 원형인 판상의 형상을 가지되, 상기 드리븐 플레이트(24)의 외주면에는 곡면부(24a) 및 모서리부(24b)가 형성될 수 있다. 상기 곡면부(24a)는 상기 드리븐 플레이트(24)의 최대 지름에 의한 가상의 원주 보다 완만한 곡률을 가진다. 상기 모서리부(24b)는 2 개의 상기 곡면부(24a)가 만나는 지점에 형성되게 된다.
도 3을 참조하면, 상기 곡면부(24a)가 3 개 형성되고, 이에 의하여 상기 모서리부(24b)가 3 개 형성되게 된다. 다만, 도 3에 도시된 바와 달리, 달리 곡면부(24a) 및 상기 모서리부(24b)는 각각 2 개, 또는 4 개 이상 형성될 수 있다.
한편, 하나의 곡면부(24a)는 하나의 스프링 조립체(27)와 맞닿도록 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 하나의 곡면부(24a)가 복수개의 스프링 조립체(27)와 맞닿을 수도 있다. 이때, 상기 리테이닝 플레이트(24)에는 상기 스프링 조립체(27)의 개수에 맞추어 스프링 조립체 안착부(23)가 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 토셔널 댐퍼의 작동 전 상태를 설명하기 위한 도면이다.
상기 스프링 조립체(27)가 상기 스프링 조립체 안착부(23)에 안착되고, 상기 리테이닝 플레이트(22)가 상기 드리븐 플레이트(24)를 사이에 두고 결합되는 경우, 상기 스프링 조립체(27)는 상기 드리븐 플레이트(24)의 곡면부(24a)와 맞닿아 상기 드리븐 플레이트(24)를 토셔널 댐퍼(20)의 회전축 방향으로 밀게 된다.
이때, 상기 스프링(28)은 다소 압축되어 있는 상태이므로, 상기 스프링 조립체(27)는 토셔널 댐퍼(20)의 중심부와 최단거리를 유지하려는 성질을 가진다. 또한, 상기 드리븐 플레이트(24)가 가지는 그 중심부와 그 외주면 사이의 길이는, 중심부와 모서리부(24b)에서 최대가 되고(도 4의 D 참조), 중심부와 곡면부(24a)의 중앙에서 최소가 된다(도 4의 d 참조). 따라서, 외부의 힘이 작용하지 않는 경우, 상기 스프링 조립체(27)의 스프링 시트(29)는 드리븐 플레이트(24)의 곡면부(24a)의 중앙과 맞닿게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 토셔널 댐퍼가 작동하는 경우를 설명하기 위한 설명하기 위한 도면이다.
리테이닝 플레이트(22) 또는 드리븐 플레이트(24)에 회전력이 가해지면, 상기 스프링 조립체(27)는 드리븐 플레이트(24)의 곡면부(24a)를 따라 이동하며 압축되게 된다. 이 때, 상기 스프링 조립체(27)는 상기 곡면부(24a)에 탄성력을 가하게 된다. 즉, 스프링(28)이 회전방향의 진동 및 충격을 흡수하게 된다.
스프링 시트(29)에는 스토퍼(29a)가 형성될 수 있다. 상기 스토퍼(29a)는 상기 스프링 조립체(27)의 횡방향으로 돌출 형성될 수 있다. 이 때, 리테이닝 플레이트(22)의 스프링 조립체 안착부(23)는 상기 스토퍼(29a) 보다 작게 형성될 수 있다. 이러한 경우, 리테이닝 플레이트(22) 또는 드리븐 플레이트(24)의 회전에 의하여 스프링(28)이 압축되면, 상기 스프링 시트(19)가 상기 스프링 조립체 안착부(23)에 걸리게 되고, 상기 스프링(28)은 더 이상 압축되지 않게 된다. 이에 이하여, 드리븐 플레이트(24)의 모서리부(24b)와 상기 스프링 조립체(27)가 서로 교차되어 지나치는 정도까지 상기 리테이닝 플레이트(22) 또는 상기 드리븐 플레이트(24)가 회전하는 것이 방지될 수 있다.
도 5를 참조하면, 복수개의 곡면부(24a) 각각의 길이는 대체로 동일하게 형성될 수 있다. 또한, 스프링 조립체(27)가 안착되는 복수개의 스프링 조립체 안착부(23) 각각의 간격은 대체로 동일하게 형성될 수 있다. 이러한 경우, 서로 맞닿는 각각의 스프링 조립체(27) 및 곡면부(24a)가 다른 스프링 조립체(27) 및 곡면부(24a)와 대체로 상호 동일한 작동 반경을 가지게 된다.
한편, 전술한 바와 같이, 상기 스프링 시트(29)는 반구 형상을 가질 수 있고, 상기 반구 형상에서 곡면을 이루는 부분이 상기 드리븐 플레이트(25)의 곡면부(24a)와 맞닿도록 배치될 수 있다. 이에 의하여, 상기 스프링 조립체(27)와 상기 드리븐 플레이트(24) 간의 슬라이딩이 원활하게 이루어질 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. 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; 및
    상기 터빈 또는 상기 록업 클러치로부터 엔진의 구동력을 전달받는 한 쌍의 리테이닝 플레이트 및 상기 리테이닝 플레이트 사이에 배치되는 드리븐 플레이트를 포함하고, 상기 록업 클러치에 결합되어 회전 방향으로 작용하는 충격과 진동을 흡수하는 토셔널 댐퍼;
    를 포함하고,
    상기 리테이닝 플레이트에는 복수개의 스프링 조립체 안착부가 형성되고, 복수개의 스프링 조립체 안착부에는 스프링 조립체가 상기 토셔널 댐퍼의 원주로부터 회전축 방향으로 탄성을 부여할 수 있도록 배치되며,
    상기 드리븐 플레이트는 대체로 원형인 판상의 형상을 가지되, 그 외주면에는 복수개의 곡면부 및 모서리부가 형성되고, 상기 곡면부는 상기 드리븐 플레이트의 최대 지름에 의한 가상의 원주보다 완만한 곡률을 가지며,
    상기 스프링 조립체가 상기 곡면부에 맞닿아 상기 곡면부측으로 탄성을 가하는 차량용 토크 컨버터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 토셔널 댐퍼는,
    3개의 스프링 조립체 안착부, 3개의 스프링 조립체, 및 3개의 곡면부 및 모서리부를 가지는 차량용 토크 컨버터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수개의 곡면부의 길이는 대체로 동일하게 형성되는 차량용 토크 컨버터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수개의 스프링 조립체 안착부의 간격은 대체로 동일하게 형성되는 차량용 토크 컨버터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 스프링 조립체는 스프링, 및 상기 스프링과 결합되고 반구 형상을 가지는 스프링시트를 포함하고,
    상기 반구 형상에서 곡면을 이루는 부분이 상기 곡면부와 맞닿도록 배치되는 차량용 토크 컨버터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 스프링 조립체는 스프링, 및 상기 스프링과 결합되어 상기 곡면부와 맞닿도록 배치되는 스프링 시트를 포함하고,
    상기 스프링 시트에는 상기 스프링 조립체의 횡방향으로 돌출 형성되는 스토퍼가 형성되며,
    상기 스토퍼에 의하여 드리븐 플레이트의 모서리부와 상기 스프링 조립체가 서로 교차되어 지나치는 것이 방지되는 차량용 토크 컨버터.
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