Torque Converter (토크 컨버터)

자동차가 브레이크를 잡을 때 엔진은 계속해서 움직이고 있으므로 엔진의 회전과 변속기를 분리해 줄 필요가 있다.

Torque Converter는 제동 시에 엔진 회전을 변속기에서 분리하거나, 평상시에는 엔진 회전과 동력을 변속기로 전달하는 역할을 하는 기계 장치이다.

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우선, 단순화된 형태를 살펴보자.

토크 컨버터는 엔진과 자동 변속기 사이에 위치하고 있는데, Pump, Reactor, Turbine으로 구성되어 있고, 내부에는 Transmission liquid가 있다.

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위 사진처럼 엔진이 회전하게 되면 연결된 토크 컨버터의 pump가 회전하고, 그에 따라 transmission liquid가 turbine을 돌리면서 자동변속기로 동력이 전달되게 된다. 여기서 Reactor는 transmission liquid를 pump로 효율적으로 보내주는 역할을 한다.

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토크 컨버터의 이와 같은 구조 덕분에 엔진이 계속해서 작동하고 있고, 브레이크를 통해서 자동 변속기의 shaft가 멈추더라도 엔진 회전에 영향을 미치지 않는다. (엔진과 자동 변속기를 분리해준다.)

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실제 토크 컨버터는 위 사진과 같이 Pump와 Turbine의 위치가 반대로 되어 있고, Pump는 엔진에 Cover를 통해서 연결되어 있다(Current Design).

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효율적인 작동을 위해서는 토크 컨버터의 pump와 turbine이 크랭크축 중심선을 따라서 회전해야 하는데, previous design의 경우 turbine이 크랭크축과 떨어져 있기 때문에 이를 달성하기 어렵다. 하지만 Current design과 같은 형태에서는 크랭크 축에 베어링을 달아서 Turbine과 연결하면 간단하게 중심축을 맞출 수 있으므로 위와 같은 형태로 디자인을 한다.

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토크 컨버터는 제동 시 엔진과 자동 변속기를 분리해주는 기능뿐만 아니라 차량이 움직이기 시작할 때 토크를 증가시켜주는 기능도 있다.

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이를 달성하기 위해 Reactor에 한 방향으로만 회전할 수 있게 만드는 One way Clutch를 장착하여 사용한다.

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차량이 움직이기 시작할 때 Pump는 엔진의 속도로 회전하지만, Turbine은 정지하고 있던 상태이기 때문에 낮은 속도로, 천천히 증가하게 된다. 이에 따라 Turbine에서 나오는 유체는 거의 직선 형태를 띄면서 나오는데, 이 유체는 Reactor에 부딪힌다. 원래대로라면 유체에 의해 Reactor가 회전해야 하지만, One way clutch가 해당 방향으로의 움직임을 제한하기 때문에 유체는 위 사진처럼 펌프 회전과 같은 방향으로 전환된다. 이는 펌프의 움직임을 강화하고 터빈에서 amplified 된 torque를 생성한다.

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Turbine이 점점 빨라지면서 turbine에서 나오는 유체도 기울어지고, 어느 순간부터는 토크 증가는 멈추게 된다. 이 상황에서 터빈은 펌프의 90%의 속도로 회전하게 된다.

즉, 정리하자면 차량이 움직이기 시작하면 토크 컨버터는 터빈이 임계 속도에 도달할 때까지 터빈에 작용하는 토크를 증가시키고, 임계 속도에 도달하면 토크 증가는 자동으로 중지된다.

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어떠한 경우에도 유체 내의 에너지 손실로 인해 Turbine은 Pump보다 낮은 rpm으로 돌게 되는데, 이러한 에너지 손실을 제거하기 위해 록업 클러치를 사용한다.

정상 작동 중에 이 클러치를 활성화하면 터빈이 펌프 장치와 기계적으로 잠기고 동일한 속도로 회전하게 된다.

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출처: https://www.youtube.com/watch?v=bRcDvCj_JPs&t=445s

 

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