JP2003106398A

JP2003106398A - トルクコンバータ

Info

Publication number: JP2003106398A
Application number: JP2001303913A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Okada; 克彦岡田; Toshiaki Noda; 俊明野田; Keiichi Tatewaki; 敬一立脇
Original assignee: JATCO Ltd
Current assignee: JATCO Ltd
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2003-04-09
Also published as: EP1298352A2; US6807808B2; DE60236245D1; EP1298352B1; EP1298352A3; US20030061810A1

Abstract

(57)【要約】【課題】偏平化したときの効率及びトルク容量係数を
向上させることができるトルクコンバータを提供する。【解決手段】偏平率Ｌ／Ｄが０．２１以下に設定され
た偏平化されたトルクコンバータにおいて、タービンシ
ェル１６のポンプインペラ側端部における外周曲率半径
Ｒと、コア１８のポンプインペラ側端部における外周曲
率半径ｒとの比ｒ／Ｒを、０．３≦ｒ／Ｒ≦０．５に設
定して、効率を向上させると共にトルク容量係数を向上
させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジン等の回転
駆動源から動力が伝達されるトルクコンバータに関し、
特にコンバータ特性を確保しながら偏平化することがで
きるようにしたものである。

【０００２】

【従来の技術】この種のトルクコンバータとしては、例
えば特開２００１−１４１０２６号公報に記載されたも
のが知られている。この従来例は、インペラの流路の軸
方向右端からタービンの軸方向左端までの距離２Ｌと、
インペラ及びタービンの流路の最外周半径とステータの
流路の最内周半径との差Ｈとの比で定義される偏平率２
Ｌ／Ｈ及びトーラス内外周径比ｒ／Ｒが０．５５＜２Ｌ
／Ｈ＜０．７５及び０．３５＜ｒ／Ｒ＜０．４０を満足
するトルクコンバータにおいて、回転軸上における流路
の軸方向中央位置を原点とし、軸方向をＸ方向、径方向
をＹ方向としたときに、Ｘ方向に対して４５度の傾きを
有する直線とタービンの流路の外周面をなす曲線との接
点位置が、Ｙ＝（Ｒ／Ｌ）Ｘ＋（６／４）Ｒで表される
第１の直線と、Ｙ＝（Ｒ／Ｌ）Ｘ＋（７／４）Ｒで表さ
れる第２の直線とに囲まれた領域内に位置するようにタ
ービン部材の流路形状を設定することにより、タービン
内部流路を規定する局面の曲率半径を小さくして、オイ
ルの流れをスムーズに変化する内部流路を形成し、これ
によって流体損失が大きいタービン入り口部での流体損
失（渦流の発生等）を軽減して、吸収トルク容量及び伝
達容量を向上させるようにしたトルクコンバータが記載
されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のトルクコンバータにあっては、Ｘ方向に対して４５
度の傾きを有する直線とタービンの流路の外周面をなす
曲線との接点位置が、第１の直線と第２の直線とに囲ま
れた領域内に位置するようにタービン部材の流路形状を
設定するようにしているので、タービン部材の外周側の
流路について曲率半径を小さくしてオイルの流れをスム
ーズに変化させる内部流路を形成することができるので
あるが、タービン部材の内周側の曲率半径については何
ら考慮されておらず、単にトルクコンバータの流路設計
においては、流路断面積がどの断面位置においても等断
面積となるように設定されるため、外周面形状を設定す
ると内周面形状も設定できると記載されているだけであ
るので、偏平率を小さくするとこれに応じて内周面側の
曲率半径も小さくなり、ポンプインペラ出口やタービン
入口での作動流体の曲がり損失が大きくなって効率が低
下すると共に、タービンブレードの内周縁即ちコアの外
周縁で作動流体により剥離して、実流路面積が減少する
ことにより作動流体の流量が低下し、トルク容量係数が
大幅に低下して、トルクコンバータとしてのポテンシャ
ルが低下してしまうという未解決の課題がある。

【０００４】そこで、本発明は上記従来例の未解決の課
題に着目してなされたものであり、偏平化による曲がり
損失の増加とトルク容量係数の減少とを抑制することが
できるトルクコンバータを提供することを目的としてい
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係るトルクコンバータは、回転駆動源か
らの回転駆動力が伝達されるコンバータカバーと、該コ
ンバータカバーに一体に形成されたポンプインペラと、
該ポンプインペラから流体を介して動力伝達されるター
ビンシェル及びコア間にタービンブレードを配設したタ
ービンランナーと、前記ポンプインペラと前記タービン
ランナーとの間に配置されたステータとを備え、前記ポ
ンプインペラ及びタービンランナーの軸方向長さＬをポ
ンプインペラ及びタービンランナーの外径Ｄで除した偏
平率Ｌ／Ｄが０．２１以下に設定されたトルクコンバー
タにおいて、前記タービンシェルのタービン入口部にお
ける外周曲率半径Ｒと、前記コアのタービン入口部にお
ける外周曲率半径ｒとの比ｒ／Ｒを、０．３≦ｒ／Ｒ≦
０．５に設定したことを特徴としている。

【０００６】この請求項１に係る発明では、曲率半径比
ｒ／Ｒを０．３〜０．５の範囲に設定することにより、
タービンランナーでの偏平化による作動流体の曲がり損
失の増加を抑制して効率を向上させることができると共
に、剥離を低減してトルク容量係数を増加させることが
できる。しかしながら、曲率半径比ｒ／Ｒを０．３未満
の値に設定すると、効率が低下すると共に、トルク容量
係数も低下してしまい、曲率半径比比ｒ／Ｒが０．５を
越える値に設定するとトルク容量係数は確保することが
できるが効率が低下することになる。

【０００７】また、請求項２に係るトルクコンバータ
は、回転駆動源からの回転駆動力が伝達されるコンバー
タカバーと、該コンバータカバーに一体に形成されたポ
ンプインペラと、該ポンプインペラから流体を介して動
力伝達されるタービンシェル及びコア間にタービンブレ
ードを配設したタービンランナーと、前記ポンプインペ
ラと前記タービンランナーとの間に配置されたステータ
とを備え、前記ポンプインペラ及びタービンランナーの
軸方向長さＬをポンプインペラ及びタービンランナーの
外径Ｄで除した偏平率Ｌ／Ｄが０．２１以下に設定され
たトルクコンバータにおいて、前記タービンシェルのタ
ービン入口部における外周曲率半径Ｒと、前記コアのタ
ービン入口部における外周曲率半径ｒとの比ｒ／Ｒを、
０．３３≦ｒ／Ｒ≦０．４３に設定したことを特徴とし
ている。

【０００８】この請求項２に係る発明では、曲率半径比
ｒ／Ｒを０．３３〜０．４３の範囲に設定するので、作
動流体の曲がり損失の増加をより抑制して高い効率を得
ることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
について説明する。図１は本発明の第１の実施形態を示
す断面図であって、図中、１はトルクコンバータであ
り、このトルクコンバータ１はエンジン等の回転駆動源
に連結されるフロントカバー２とこのフロントカバー２
の後方側に一体に取付けられ且つ自動変速機３における
のミッションケース３Ｍの前端面に配設されたオイルポ
ンプケース４に回転自在に保持されたリヤカバー５とで
構成されるコンバータカバー６を有する。

【００１０】フロントカバー２は、前端面の円板部２ａ
とこの円板部２ａの外周端から後方に延長する円筒部２
ｂとで構成されている。ここで、円板部２ａの中央部に
外周部に比較して後方側に僅かに凹んだ凹部２ｃが形成
され、この凹部２ｃの中心位置に前方に突出する軸部２
ｄが形成されている。また、円板部２ａにおける凹部２
ｃの外周側にエンジン等の回転駆動源と連結する連結部
を構成する４つのナット７が円周方向に所定間隔を保っ
て溶接によって固定されている。

【００１１】そして、図１でニ点鎖線図示のように、回
転駆動源としてのエンジンのクランクシャフト８に連結
された連結部材としてのドライブプレート９がナット７
に連結されている。このドライブプレート９は、中心部
にクランクシャフト８の突出部８ａを挿通する挿通穴９
ａが形成されている。このドライブプレート９がその挿
通穴９ａにクランクシャフト８の突出部８ａを挿通した
状態でクランクシャフト８にボルト締めされ、且つ外周
部におけるナット７に対向する位置に穿設された透孔９
ｂを通じてボルト９ｃをナット７に螺合させることによ
り、フロントカバー２と一体に連結される。

【００１２】また、リヤカバー５は、オイルポンプケー
ス４に回転自在に支持された円筒部５ａとその前端縁か
ら外方に延長する円板部５ｂとで断面Ｌ字状に形成され
たインナ部材５ｃと、このインナ部材５ｃの円板部５ｂ
の外周円から後方側に湾曲しながら外方に延長し、フロ
ントカバー２の円筒部２ｂの内周面に係合するアウタ部
材５ｄとで構成され、インナ部材５ｃとアウタ部材５ｄ
とがその接合面で溶接されていると共に、アウタ部材５
ｄの外周面におけるフロントカバー２の円筒部２ｂとの
接合面でフロントカバー２に溶接されている。

【００１３】そして、インナ部材５ｃの円筒部５ａがブ
ッシュ４ａを介してオイルポンプケース４に回転自在に
支持されていると共に、先端部がオイルポンプケース４
に収納されたオイルポンプ４ｂに連結されている。ま
た、リヤカバー５のアウタ部材５ｄの内周面にポンプイ
ンペラ１１が取付けられ、これと対向する位置にタービ
ンランナー１２が配設され、ポンプインペラ１１及びタ
ービンランナー１２の中央部に、ステータ１５が配設さ
れている。

【００１４】このステータ１５は、オイルポンプケース
４の裏面側を覆うオイルポンプカバー１３に後方に突出
形成されたミッションケース側部材としての円筒支持部
１３ａにワンウェイクラッチ１４を介して取付けられて
おり、ワンウェイクラッチ１４のアウターレース１４ａ
に固定された基部１５ａと、この基部１５ａの外周面に
配設された多数のステータブレード１５ｂとから構成さ
れている。

【００１５】タービンランナー１２は、タービンシェル
１６と、このタービンシェル１６に取付られた多数のタ
ービンブレード１７と、タービンブレード１７の後端側
を支持するコア１８と、タービンシェル１６の内周側を
支持するタービンハブ１９とで構成され、タービンハブ
１９の円筒部１９ａがミッションケース３Ｍに回転自在
に支持された回転軸２０にスプライン結合されている。
コア１８は、ポンプインペラ１１からの作動油流を受け
入れるタービン入口１２ａ付近の外周形状が例えばター
ビンブレード１７のポンプインペラ１１側端面の延長線
上に中心点を有する円弧面に形成されている。

【００１６】ここで、ポンプインペラ１１及びタービン
ランナー１２を合わせた軸方向の軸長をＬ、ポンプイン
ペラ１１及びタービンランナー１２の外径をＤとしたと
き、軸長Ｌを外径Ｄで除した偏平率Ｌ／Ｄが０．２１以
下に設定されて偏平トルクコンバータに構成されてい
る。また、タービンランナー１２におけるタービンシェ
ル１６のポンプインペラ１１側の端部即ち前記タービン
入口１２ａ付近における外周側の曲率半径をＲとし、コ
ア１８のタービン入口１２ａ付近における外周側の曲率
半径をｒとしたとき、曲率半径Ｒに対する曲率半径ｒの
比ｒ／Ｒが、０．３≦ｒ／Ｒ≦０．５ …………（１）を満足するように設定されている。

【００１７】このように、曲率半径比ｒ／Ｒを設定する
理由を以下に説明する。曲率半径比ｒ／Ｒが大きい値で
あるとタービン入口１２ａ付近での作動流体の曲がり損
失が小さくなり、効率が向上する反面、流路面積の変化
率が大きくなって損失が大きくなり、効率が低下すると
いうトレードオフの関係がある。また、曲率半径比ｒ／
Ｒが大きい値であると、コア１８側での作動流体の剥離
が少なくトルク容量係数を大きくすることができる反
面、流路面積が小さくなりトルク容量係数が小さくなる
というトレードオフの関係がある。

【００１８】そこで、曲率半径比ｒ／Ｒを種々変化させ
て効率及びトルク容量係数τを測定したところ、図３に
示す特性曲線が得られた。この図３で、効率については
曲率半径比ｒ／Ｒが０．３７であるときにピークとな
り、曲率半径比ｒ／Ｒが０．３７から減少すると効率も
緩やかに減少し、逆に０．３７から増加する場合も緩や
かに減少する。一方、トルク容量係数τについては曲率
半径比ｒ／Ｒが０．５であるときにピークとなり、曲率
半径比ｒ／Ｒが０．５から減少するとこれに応じてトル
ク容量係数τが緩やかに減少し、０．５から増加する場
合もトルク容量係数τが減少する。

【００１９】すなわち、曲率半径比ｒ／Ｒが小さい状態
からを大きくしていくと、効率とトルク容量係数τが共
に大きい値となるが、曲率半径比ｒ／Ｒが０．３７を超
えると図４に示すように流路面積の変化率が大きくなり
すぎることにより、効率が低下する。さらに曲率半径比
ｒ／Ｒを大きくしていくと曲率半径比ｒ／Ｒが０．５を
超えると図４に示すように中間部での流路面積が小さく
なるためトルク容量係数τも減少し始める。

【００２０】したがって、トルク容量係数τがピークと
なる曲率半径比ｒ／Ｒが０．５における効率を使用可能
な最低効率として設定すると、効率が良好な範囲は、曲
率半径比ｒ／Ｒが０．３以上０．５以下となり、前記
（１）式が得られる。この（１）式の範囲内で、特に効
率を優先させる場合には、曲率半径比ｒ／Ｒを効率のピ
ークから１％減少するまでの範囲即ち０．３３≦ｒ／Ｒ
≦０．４３に設定することが好ましい。

【００２１】また、フロントカバー２とタービンランナ
ー１２との間には、ロックアップクラッチ２２が配設さ
れている。このロックアップクラッチ２２は、中心部に
係合円筒部２３ａを有するロックアップピストン２３を
備えており、このロックアップピストン２３の係合円筒
部２３ａがタービンハブ１９の円筒部１９ａの外周面に
軸方向に変位可能で且つタービンハブ１９と回転可能に
係合されている。このロックアップピストン２３の外周
側におけるフロントカバー２に配設したナット７に対向
する位置には、ロックアップフェーシング２３ｂが設け
られ、このロックアップフェーシング２３ｂに対向する
フロントカバー２の内周面が回転軸２０と直交する平坦
面２３ｃとされている。

【００２２】また、ロックアップクラッチ２２は、内周
縁がタービンハブ１９に連結された可撓性を有するクラ
ッチハブ２４を有し、このクラッチハブ２４の外周縁に
ダンパースプリング２５を介してドライブプレート２６
が連結され、このドライブプレート２６がロックアップ
ピストン２３に連結されている。次に、上記第１の実施
形態の動作を説明する。

【００２３】今、車両が停止している状態で、エンジン
等の回転駆動源が始動されてアイドル回転数に維持され
ている状態では、回転軸２０の潤滑油通路３０内にロッ
クアップピストン２３の後面側におけるポンプインペラ
１１及びタービンランナー１２を収納する収納部３１に
充填されている潤滑油の圧力よりに僅かに高い圧力の潤
滑油が供給されている。このため、回転軸２０の潤滑油
通路３０内の潤滑油がフロントカバー２の円板部２ａと
ロックアップピストン２３との間に形成された潤滑油室
３２に供給され、この潤滑油室３２からロックアップピ
ストン２３の外周面とフロントカバー２の円筒面２ｂと
の間の絞り部を通じてロックアップピストン２３の反対
側の収納部３１に潤滑油が流れる。

【００２４】この結果、潤滑油室３２の圧力がロックア
ップピストン２３の反対側の収納部３１の潤滑油圧力に
比較して高くなるので、図１に示すように、ロックアッ
プピストン２３のロックアップフェーシング２３ｂがフ
ロントカバー２の平坦面２３ｃに対して後方に離間する
ロックアップ解除状態を維持する。このロックアップ解
除状態で、車両が停止してエンジン等の回転駆動源がア
イドル回転されている状態では、エンジン等の回転駆動
源の回転駆動力が連結部材９及びナット７を介してフロ
ントカバー２に伝達され、このフロントカバー２に一体
に形成されたリヤカバー５の内面側に形成されたポンプ
インペラ１１が回転してコンバータカバー６の収納部３
１内に充填された作動油の運動エネルギに変換される
が、自動変速機３の回転軸２０の回転が停止されている
ので、タービンランナー１２も停止してストール状態を
維持する。このとき、コンバータカバー６の回転駆動力
がリヤカバー５のインナ部材５ｃにおける円筒部５ａを
介して自動変速機３のオイルポンプ４ｂに伝達され、オ
イルポンプ４ｂは回転駆動される。

【００２５】このアイドル回転状態でのストール状態で
も、収納部３１内に充填された作動油は、ポンプインペ
ラ１１からタービンランナー１２及びステータ１５の各
ブレード１７及び１５ｂをその順に経てポンプインペラ
１１に戻る流路を形成している。本実施形態では、前述
したように、タービンシェル１６の外周側曲率半径Ｒと
コア１８の外周側曲率半径ｒとの曲率半径比ｒ／Ｒが
（１）式を満足するように設定されているので、偏平化
による曲がり損失の増加を抑制して従来例に比較して効
率を向上させることができると共にと、コア１８側での
作動油流の剥離を低減してトルク容量係数τを向上させ
てトルクコンバータとしてのポテンシャルを向上させる
ことができる。このとき、トルク容量係数τよりも効率
を優先させる場合には、曲率半径比ｒ／Ｒを０．３３≦
ｒ／Ｒ≦０．４３に設定することにより、より効率の高
いトルクコンバータを設計することができ、このうち一
番高い効率を選択する場合には曲率半径比ｒ／Ｒを０．
３７に設定する。

【００２６】一方、トルク容量係数τを優先させる場合
には、効率がピークとなる曲率半径比ｒ／Ｒが０．３７
以上でトルク容量係数τがピークとなる曲率半径比ｒ／
Ｒが０．５以下の範囲を選択することが好ましい。その
後、車両を発進状態とすると、回転軸２０が回転可能な
状態となることにより、タービンランナー１２がポンプ
インペラ１１で変換された作動油の運動エネルギによっ
て回転駆動されることにより、車両を発進させることが
でき、その後、車速が増加して速度比ｅが“１”に近い
値となって図示しない変速制御装置からロックアップ指
令が出力されることにより、回転軸２０に形成された潤
滑油通路３０の潤滑油圧力が低レベルに減少される。

【００２７】このため、潤滑油室３２に充填されていた
潤滑油が回転軸２０に形成された潤滑油通路３０に戻さ
れ、潤滑油室３２の内圧が収納部３１の内圧より低くな
るためロックアップピストン２３が軸方向に前方に移動
して、ロックアップフェーシング２３ｂがフロントカバ
ー２の内周面の平坦面２３ｃに押し付けられ、このとき
の摩擦力によりフロントカバー２の回転駆動力がロック
アップピストン２３、ドライブプレート２６、ダンパー
スプリング２５、クラッチハブ２４及びタービンハブ１
９を介して回転軸２０に直接伝達されてロックアップ状
態となる。

【００２８】なお、上記実施形態においては、タービン
ランナー１２のコア１８の形状をタービン入口１２ａ付
近で円弧面とする場合について説明したが、これに限定
されるものではなく、楕円形状やそのたの曲線形状とす
ることができる。また、上記実施形態においては、ロッ
クアップクラッチ２２を配設した場合について説明した
が、これを省略するようにしてもよい。

【００２９】また、上記実施形態においては、回転駆動
源としてエンジンを適用した場合について説明したが、
これに限定されるものではなく、電気自動車又はハイブ
リッド車の電動モータ等の他の回転駆動源を適用するよ
うにしてもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る発
明によれば、偏平率Ｌ／Ｄが０．２１以下の偏平トルク
コンバータにおいて、曲率半径比ｒ／Ｒを０．３以上
０．５以下の範囲に設定することにより、タービンラン
ナーでの偏平化による作動流体の曲がり損失の増加を抑
制して効率を向上させることができると共に、剥離を低
減してトルク容量係数を増加させることができるという
効果が得られる。

【００３１】また、請求項２に係る発明によれば、曲率
半径比ｒ／Ｒを０．３３〜０．４３の範囲に設定するの
で、作動流体の曲がり損失の増加をより抑制して効率を
優先させたトルクコンバータを設計することができると
いう効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示す断面図である。

【図２】図１におけるポンプインペラ及びタービンラン
ナの拡大図である。

【図３】曲率半径比ｒ／Ｒと効率及びトルク容量係数と
の関係を示す特性曲線図である。

【図４】曲率半径比ｒ／Ｒを大きい値とした場合のター
ビンランナーにおける作動油流を説明するための説明図
である。

【符号の説明】

１トルクコンバータ３自動変速機６コンバータカバー１１ポンプインペラ１２タービンランナー１２ａタービン入口１４ワンウェイクラッチ１５ステータ１５ｂステータブレード１６タービンシェル１７タービンブレード１８コア１９タービンハブ２０回転軸２２ロックアップクラッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者立脇敬一静岡県富士市吉原宝町１番１号ジヤトコ・トランステクノロジー株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転駆動源からの回転駆動力が伝達され
るコンバータカバーと、該コンバータカバーに一体に形
成されたポンプインペラと、該ポンプインペラから流体
を介して動力伝達されるタービンシェル及びコア間にタ
ービンブレードを配設したタービンランナーと、前記ポ
ンプインペラと前記タービンランナーとの間に配置され
たステータとを備え、前記ポンプインペラ及びタービン
ランナーの軸方向長さＬをポンプインペラ及びタービン
ランナーの外径Ｄで除した偏平率Ｌ／Ｄが０．２１以下
に設定されたトルクコンバータにおいて、前記タービン
シェルのタービン入口部における外周曲率半径Ｒと、前
記コアのタービン入口部における外周曲率半径ｒとの比
ｒ／Ｒを、０．３≦ｒ／Ｒ≦０．５に設定したことを特
徴とするトルクコンバータ。
【請求項２】回転駆動源からの回転駆動力が伝達され
るコンバータカバーと、該コンバータカバーに一体に形
成されたポンプインペラと、該ポンプインペラから流体
を介して動力伝達されるタービンシェル及びコア間にタ
ービンブレードを配設したタービンランナーと、前記ポ
ンプインペラと前記タービンランナーとの間に配置され
たステータとを備え、前記ポンプインペラ及びタービン
ランナーの軸方向長さＬをポンプインペラ及びタービン
ランナーの外径Ｄで除した偏平率Ｌ／Ｄが０．２１以下
に設定されたトルクコンバータにおいて、前記タービン
シェルのタービン入口部における外周曲率半径Ｒと、前
記コアのタービン入口部における外周曲率半径ｒとの比
ｒ／Ｒを、０．３３≦ｒ／Ｒ≦０．４３に設定したこと
を特徴とするトルクコンバータ。