CN112639333A - 液力变矩器及液力变矩器的设定方法 - Google Patents

Abstract

液力变矩器具有圆环，圆环具有基于通过将圆环的轴向宽度除以圆环的径向宽度而获得的扁平率、通过将圆环的轴向宽度除以圆环的外径而获得的薄型率、以及通过将圆环的内径除以圆环的外径而获得的内径比而设定的尺寸。

Description

液力变矩器及液力变矩器的设定方法

技术领域

本发明涉及一种液力变矩器及液力变矩器的设定方法。

背景技术

JP2018-9632A中公开了用于抑制轴向尺寸的液力变矩器。

近年来，在车辆方面，正在进行使发动机小型涡轮化的研究。小型涡轮发动机虽然有利于油耗，但对液力变矩器有如下影响。即，存在因气缸数量的减少而使来自发动机的输入扭矩的变动增加的影响。另外，由于在起步时发动机的运转状态处于向未增压区域或增压区域的过渡区域，因此，会有起步时来自发动机的输入扭矩下降的影响。

为了抑制输入扭矩的变动，需要高衰减的减震器元件。另外，为了补充输入扭矩的降低，为了提高扭矩比性能，需要大型的圆环。结果，在这种情况下，伴随着需要高衰减的减震器元件，通过使用大型的圆环，难以避免由于液力变矩器的轴向尺寸的延长而使尺寸上升。因此，从确保减震器元件的有效配置和扭矩比性能的观点来看，期望能实现圆环的最优化。

发明内容

本发明是鉴于这样的课题而完成的，其目的在于通过适当地设定圆环(torus)，实现减震器元件的有效配置和扭矩比性能的确保这两者。

本发明的某方式的液力变矩器是具有圆环的液力变矩器，其中，所述圆环具有基于通过将所述圆环的轴向宽度除以所述圆环的径向宽度而得到的扁平率、通过将所述圆环的轴向宽度除以所述圆环的外径而得到的薄型率、以及通过将所述圆环的内径除以所述圆环的外径而得到的内径比而设定的尺寸。

根据本发明的另一方式，提供一种液力变矩器的设定方法，该液力变矩器具有圆环，其中，基于通过将所述圆环的轴向宽度除以所述圆环的径向宽度而得到的扁平率、通过将所述圆环的轴向宽度除以所述圆环的外径而得到的薄型率、以及通过所述圆环的内径除以所述圆环的外径而得到的内径比，设定所述圆环的尺寸。

在此，扁平率、薄型率和内径比是圆环的尺寸指标，在性能方面包含折衷性的关系，同时影响液力变矩器。因此，如果适当地设定扁平率、薄型率和内径比，则能够从尺寸方面和性能方面这两方面得到所希望的圆环。

因此，根据上述各方式，由于能够从减震器元件的有效配置和扭矩比性能确保的观点适当地设定圆环，所以能够实现减震器元件的有效配置和扭矩比性能确保这两者。

附图说明

图1是液力变矩器的概略结构图。

图2是表示起步时的发动机转速、车辆加速度及涡轮转速的变化的图。

图3是表示液力变矩器的速度比与扭矩比及扭矩容量系数的关系的图。

图4是说明液力变矩器的流体性能的代表指标的图。

图5是表示与相对于泵叶轮的出口角的灵敏度特性对应的性能指标的图。

图6是表示与圆环的尺寸指标对应的性能指标的图形数据。

图7是表示必要的外径及必要的轴向宽度与扁平率的关系的图。

图8是表示必要的外径及必要的轴向宽度与内径比的关系的图。

图9是说明圆环的第一尺寸设定范围的图。

图10是说明圆环的第二尺寸设定范围的图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。

图1是液力变矩器1的概略结构图。图1中，用截面表示液力变矩器1的主要部分。液力变矩器1具备盖2、泵叶轮3、涡轮转子4和定子5。

盖2与未图示的发动机连接。盖2具有前盖21而构成，构成液力变矩器1的壳体部。筒状轴部22固定在前盖21的径向内侧。

盖2收纳泵叶轮3、涡轮转子4和定子5。泵叶轮3设置在盖2上。涡轮转子4与泵叶轮3相对配置，并且与输出轴连接。定子5配置于泵叶轮3和涡轮转子4之间。

液力变矩器1具有圆环10。圆环10是由泵叶轮3和涡轮转子4形成的工作油的流路空间，并具有外径D1、内径D2、径向宽度H和轴向宽度W。

在图示的阴影部分配置锁定离合器或减震器元件。减震器元件包括具有均匀地配置在圆周上的多个减震弹簧而构成的减震器机构、以及吸收减震器机构产生的振动的高衰减减震器。例如，高衰减减震器可以使用通过振子运动吸收振动的类型的减震器元件。

但是，近年来，在车辆方面，正在进行使发动机小型涡轮化的研究。小型涡轮发动机虽然有利于油耗，另一方面，对液力变矩器1有如下影响。即，存在因气缸数量的减少而使来自发动机的输入扭矩的变动增加的影响。另外，由于在起步时发动机的运转状态处于向未增压区域或增压区域的过渡区域，因此，会有起步时来自发动机的输入扭矩下降的影响。

为了抑制输入扭矩的变动，需要高衰减的减震器元件。另外，为了补充输入扭矩的降低，为了提高扭矩比性能，需要大型的圆环。结果，在这种情况下，伴随着需要高衰减的减震器元件，通过使用大型的圆环，难以避免由于液力变矩器1的轴向尺寸的延长而使尺寸上升。

根据这样的情况，在本实施方式中，为了从减震器元件的有效配置和扭矩比性能的确保的观点来实现圆环10的优化，以下说明那样设定圆环10。

(确保扭矩比性能的要求)

图2是表示起步时发动机的转速NE、车辆的加速度G以及涡轮转子4的转速Nt的变化的图。图3是表示液力变矩器1的速度比SR与扭矩比TR及扭矩容量系数τ的关系的图。速度比SR是通过将液力变矩器1的输出轴转速除以输入轴转速而获得的值。扭矩比TR是通过将液力变矩器1的输出轴扭矩除以输入轴扭矩而得到的值。扭矩容量系数τ是通过将液力变矩器1的输入轴扭矩除以输入轴转速的平方而得到的值。

在此，对上述情况进一步说明，在使发动机小型涡轮化的情况下，由于起步时发动机在向未增压区域或增压区域的过渡区域运转，所以会产生扭矩不足。也就是说，在使发动机小型涡轮化的情况下，如果扭矩比TR保持原样，则在起步时会导致加速度G不足的结果。

另一方面，即使在使发动机小型涡轮化的情况下，作为车辆性能也希望确保起步时的加速度G，因此，期望确保液力变矩器1的扭矩比性能。

扭矩比性能例如能够通过使从起步开始大致经过了时间t1后的加速度G1提高到所希望程度的大小来确保。为了这样确保扭矩比性能，可以在作为变矩器区域R的中间速度比的速度比SRa中管理扭矩比TR。变矩器区域R是具有扭矩增大功能的速度比区域，是速度比SR比扭矩比TR为1的耦合点CP小的区域。速度比SRa例如为0.4，代表整个变矩器区域R为整个变矩器区域R的中央值。

基于以上所述，当使发动机小型涡轮化的情况下，可以通过提高速度比SRa中的扭矩比TRa来确保扭矩比性能。

在液力变矩器1中，期望通过确保扭矩比性能来确保加速度G，另一方面，用于抑制转速NE的上升，也希望确保必要的扭矩容量系数τ。在确保扭矩容量系数τ时，例如，可以确保扭矩容量系数τ为从起步起经过大致时间t1后的发动机转速NE1可抑制为所希望程度的大小。

(减震器元件的有效配置的要求)

一般情况下，为了提高扭矩比TR，不能将圆环10的轴向宽度W大幅度地设窄。进而，如果使发动机小型涡轮化，则来自发动机的输入扭矩的变动会恶化，因此需要高衰减的减震器元件。结果，作为液力变矩器1整体的轴向尺寸变长。因此，期望使圆环10极小而有效地配置减震器元件。例如，在圆环10的形状相同的情况下，如果缩小圆环10，则可以确保在图1所示的阴影部分的区域即、轴向上的圆环10与前盖21之间的区域配置减震器元件的空间。

(圆环尺寸的定义)

决定圆环10的大小的尺寸是使用图1所述的外径D1、内径D2、径向宽度H以及轴向宽度W。对于这些实际尺寸，在本实施方式中，将扁平率、内径比以及薄型率作为圆环10的尺寸指标来使用。

扁平率是通过将圆环10的轴向宽度W除以径向宽度H而获得的值，即“W/H”。内径比是通过将圆环10的内径D2除以外径D1而得到的值，即“D2/D1”。薄型率是通过将轴向宽度W除以外径D1而得到的值，即“W/D1”。

扁平率、内径比及薄型率为无量纲，进而，内径比及薄型率以外径D1为基准被无量纲化。这是由于，如果是相似形状，则扭矩容量系数τ与圆环10的外径D1的5次方成比例(以下称为5次方)，扭矩比TR根据形状而不依赖于尺寸。另外，扭矩比TR实际上是由雷诺数等引起的尺寸变化，但是在讨论以下说明的性能的电位时，无视而进行考虑。

(性能的定义)

图4是说明液力变矩器1的流体性能的代表指标的图。在本实施方式中，作为液力变矩器1的流体性能的代表指标，使用以下两个指标。即，作为扭矩增大功能的评价，使用速度比SRa时的扭矩比TRa。另外，作为扭矩容量的电位评价，使用无量纲扭矩容量K_τb。无量纲扭矩容量K_τb是通过将耦合点CP的跟前(稍前)的速度比SRb中的扭矩容量系数τb除以外径D1的5次方而得到的值。

使用扭矩比TRa的理由如上所述，是为了确保扭矩比性能。使用无量纲扭矩容量K_τb的理由是为了确保可将发动机转速NE1抑制到所希望的大小的扭矩容量系数τ。另外，无量纲扭矩容量K_τb被认为是与速度比SRb对应的指标的理由是，如果是耦合点CP跟前的速度比SRb，则不太依赖于利用定子5的翼板形状的流动的剥离的调整，而适于评价圆环10的电位。

扭矩比TRa和无量纲扭矩容量K_τb具有与泵叶轮3的出口角对应的折衷的关系。例如，在将泵叶轮3的出口角朝向与旋转方向相同的方向的前馈翼板中，成为低扭矩比、高扭矩容量，在朝向相反方向的后馈翼板中，成为高扭矩比、低扭矩容量。

因此，为了定义反映了这样的灵敏度特性的扭矩比TRa和无量纲扭矩容量K_τb，将这些指标进一步汇总到下面说明的性能指标Kab中。

图5表示与相对于泵叶轮3的出口角的灵敏度特性对应的性能指标Kab的图。性能指标Kab是通过将扭矩容量系数τb_TRa除以外径D1的5次方而得到的值，即“τb_TRa/D1⁵”。扭矩容量系数τb_TRa是确保扭矩比TRa时的扭矩容量系数τb。图示的扭矩比TRa1是根据从动力性能目标分配的目标等决定的扭矩比TRa。如图5所示，与相对于泵叶轮3的出口角的灵敏度特性对应的性能指标Kab具有当扭矩容量系数τb变大时扭矩比TRa变小的折衷关系。

(圆环尺寸与性能的关系的图形化)

图6是表示与圆环10的尺寸指标即扁平率、内径比及薄型率对应的性能指标Kab的图形数据。图6所示的图形数据表示通过CFD分析的性能指标Kab，且表示了阴影越深的区域，潜在性能(性能ポテンシャル)越高。这样形成潜在性能的区域是下面的定性的机理导致的。

即，关于扁平率，如果使扁平率接近1而使圆环10成为圆形形状，则减少循环流中的流动损失，扭矩比TR和扭矩容量系数τ一起提高。关于内径比，若提高内径比，则通过涡轮转子4的出口直径上升，速度比SR为低速度比时的扭矩比TR提高，速度比SR为高速度比时的扭矩比TR(例如耦合速度比)降低。另外，泵叶轮3的入口直径上升，泵扬程变小，因此，扭矩容量系数τ降低。关于薄型率，如果在扁平率不超过约1的范围内增大，潜在性能就会提高。这样，作为圆环10的尺寸指标的扁平率、内径比以及薄型率在性能方面包含折衷性的关系，同时影响液力变矩器1。

仅图6所示的图形数据中，不能表示外径D1、内径D2、轴向宽度W、径向宽度H的实际尺寸的最佳值。可以基于5次方和必要的扭矩容量系数τbreq之间的关系来进行向所必要的实际尺寸的转换。也就是说，可以根据5次方的下式1来确定所必要的外径D1req。此外，所必要的内径D2req、所必要的轴向宽度Wreq以及所必要的径向宽度Hreq可以通过以下的式2～式4来确定。

[式1]

D1req＝(τbreq/Kab)^1/5

[式2]

D2req＝D1req×内径比

[式3]

Wreq＝D1req×薄型率

[式4]

Hreq＝W1req×扁平率

根据式1～式4，可以从图6所示的图形数据中求出圆环10所必要的实际尺寸。

根据图6所示的图形数据，可视化了在性能方面包括折衷关系并且影响扭矩变换器1的尺寸指标和性能指标Kab之间的关系。基于此，在确保所必要性能的条件下，即在所希望的扭矩容量系数τbreq和扭矩比TRa1中，可以如下求出使圆环10的尺寸最小化的条件。

图7是表示所必要外径D1req及所必要的轴向宽度Wreq与扁平率之间的关系的图。图8是表示所必要外径D1req及所必要的轴向宽度Wreq与内径比的关系的图。在图7中，表示阴影越深的区域，扁平率越大。在图8中，表示阴影越深的区域，内径比越大。

图7和图8表示了在确保所必要性能的条件下，圆环10的尺寸是怎样的。这是因为，将轴向宽度W乘以外径D1而得到的值，即“D1×W”表示了圆环10的外形的大小的指标。

在图7、图8的粗线的弯道上，与外径D1对应的轴向宽度W或与轴向宽度W对应的外径D1最小。因此，在图7、图8的粗线的弯道上设定外径D1及轴向宽度W成为使圆环10的尺寸最小化的条件。

在图7、图8中，沿着粗线的弯道的尺寸指标(即、使圆环10的尺寸最小化的扁平率、内径比以及薄型率)的轨迹不依赖于所必要的扭矩容量系数τb的大小(即，根据5次方，外径D1的大小)而成为共同的。因此，将“D1×W”定义为表示圆环10外形大小的指标即截面指标S，如下设定圆环10的尺寸。

(圆环尺寸的设定范围)

图9是说明圆环10的第一尺寸设定范围的图。在图9中，与图6所示的图形数据相同，根据尺寸指标表示比截面指标S’。比截面指标S’是将截面指标S除以作为截面指标S的最小值的Smin而得到的值，即“S/Smin”。在图9中，表示阴影越深的区域，比截面指标S’越大。

在此，当整理尺寸指标对性能的影响时，如下所述。

关于扁平率，如果接近圆形形状(接近1)，则减少循环流中的流动损失，扭矩比TR、扭矩容量系数τ一起提高。

关于薄型率，如果在扁平率不超过约1的范围增大，潜在性能就会提高。因此，如果在该范围内增大薄型率，则能够在提高潜在性能的同时减小外径D1。

关于内径比，当涡轮转子4的出口直径上升时，速度比SR为低速度比时的扭矩比TR提高，速度比SR为高速度比时的扭矩比TR(例如耦合速度比)降低。另外，若涡轮转子4的出口直径上升，则泵叶轮3的入口直径也上升，泵扬程变小，因此扭矩容量系数τ下降。

也就是说，尺寸指标具有这样的定性的机理，也影响液力变矩器1的性能，在图9中，在比截面指标S’不依赖于所必要的扭矩容量系数τb的大小，而确保必要的性能的条件下，表示圆环10的尺寸变成什么样。因此，如果选择比截面指标S’变得最小的尺寸指标，则能最优地实现减震器元件的有效配置和扭矩比性能确保这两者。

在图9中，最小点Pmin表示比截面指标S’变得最小的尺寸指标。因此，截面指标S在最小点Pmin为最小值。从截面指标S与尺寸指标的关系来看，关于扁平率，可以在0.9附近使截面指标S最小。关于薄型率，可以在0.21附近使截面指标S最小。关于内径比，可以在0.55附近使截面指标S最小。

综上所述，在本实施方式中，液力变矩器1的圆环10具有基于扁平率、薄型率和内径比而设定的尺寸而构成。

根据这样的构成，由于能够从减震器元件的有效配置和扭矩比性能确保的观点适当地设定圆环10，所以能够实现减震器元件的有效配置和扭矩比性能确保这两者。

在图9中，由粗线包围的区域R1是截面指标S从最小点Pmin直至约为+10％的范围，并表示扁平率从0.75到1.05、薄型率从0.175到0.240、内径比在0.48以上的范围。在本实施方式中，液力变矩器1成为在这样的范围内设定了尺寸指标的结构。

根据这样的结构，在确保所必要性能的条件下，从减震器元件的有效配置的观点来看，可以将圆环10的尺寸抑制在从最佳的最小尺寸到+10％的范围内。因此，根据这样的构成，从减震器元件的有效配置和扭矩比性能确保的观点来看，能够适当地设定扁平率、薄型率以及内径比。因此，通过适当地设定圆环10，能够实现减震器元件的有效配置和扭矩比性能确保这两者。另外，根据这样的构成，由于可以使收束在一定范围的形状中的圆环10的内径比变大而使圆环10变小，所以能够确保在图1所示的阴影部分的区域中配置减震器元件的空间，由此，能够有效地配置减震器元件。

液力变矩器1也可以是在以下范围设定了尺寸指标的结构。

图10是说明圆环10的第二尺寸设定范围的图。在图10中，由粗线包围的区域R2是截面指标S从最小点Pmin到约为+5％的范围，并表示扁平率从0.82到1.00、薄型率从0.18到0.23、内径比在0.5以上的范围。

根据在上述的范围设定尺寸指标的圆环10，在确保所必要性能的条件下，可以将圆环10的尺寸抑制在从最佳的最小尺寸到+5％的范围内。因此，在这种情况下，从减震器元件的有效配置和扭矩比性能确保的观点出发，可以更适当地设定圆环10，由此，能够更适当地实现这两者。在这种情况下，去除阴影最深的区域，并且与图9所示的情况相比，可以更适当地抑制圆环10的尺寸。在这种情况下，通过确保在图1所示的阴影部分的区域中配置减震器元件的空间，能够有效地配置减震器元件。

可以将圆环10的尺寸指标以截面指标S为最小点Pmin的方式设定。这样设定尺寸指标包括通过设计公差或制造误差在来自最小点Pmin的偏差范围内设定截面指标S。在这种情况下，可以实现减震器元件的有效配置和扭矩比性能的确保这两者的最优化。

以上对本发明的实施方式进行了说明，但上述实施方式只表示了本发明的应用例的一部分，并不是将本发明的技术范围限定于上述实施方式的具体构成的宗旨。

本发明基于2018年10月17日向日本特许厅申请的特愿2018-195821主张优先权，该申请的全部内容通过参照编入到本说明书中。

Claims (4)

1.一种液力变矩器，具有圆环，其中，

所述圆环具有基于通过将所述圆环的轴向宽度除以所述圆环的径向宽度而得到的扁平率、通过将所述圆环的轴向宽度除以所述圆环的外径而得到的薄型率、以及通过将所述圆环的内径除以所述圆环的外径而得到的内径比而设定的尺寸。

2.一种液力变矩器，具有圆环，其中，

所述圆环的所述扁平率在0.75～1.05的范围设定，

所述圆环的所述薄型率在0.175～0.240的范围设定，

所述圆环的所述内径比在0.48以上的范围设定。

3.一种液力变矩器，具有圆环，其中，

所述圆环的所述扁平率在0.82～1.00的范围设定，

所述圆环的所述薄型率在0.18～0.23的范围设定，

所述圆环的所述内径比在0.5以上的范围设定。

4.一种液力变矩器的设定方法，该液力变矩器具有圆环，其中，

基于通过将所述圆环的轴向宽度除以所述圆环的径向宽度而得到的扁平率、通过将所述圆环的轴向宽度除以所述圆环的外径而得到的薄型率、以及通过将所述圆环的内径除以所述圆环的外径而得到的内径比，设定所述圆环的尺寸。

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