JP2003106399A - トルクコンバータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 車両の発進性とアイドル回転時の燃費を向上
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】 ステータブレードの軸長をＷとし、トル
クコンバータの呼び径をＤとしたときに、両者の比Ｗ／
Ｄを、０．０３０≦Ｗ／Ｄ≦０．０５２を満足するよう
に設定し、ストール時のトルク比を増加させると共に、
トルク容量係数を減少させる。

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、
特にステータの軸長を所定範囲に設定することにより、
ストール側でトルク比を増加させながらトルク容量係数
を低下させることができるトルクコンバータに関する。 【０００２】 【従来の技術】この種のトルクコンバータとしては、ポ
ンプインペラ、タービンランナー及びステータの内部に
作動油の循環流路を形成し、ポンプインペラを回転駆動
源で回転駆動することにより、ポンプインペラで発生し
た作動油流をタービンランナーのタービンブレードに当
ててタービンランナーを回転させ、このタービンランナ
ーから出た作動油流をステータのブレードで方向を変換
してポンプインペラに戻すことにより、ポンプインペラ
からタービンランナーに回転駆動力を伝達させるように
している。 【０００３】ここで、ステータの軸方向長さである軸長
は、設計角通りの流出角を得るためにできるだけ長くす
るようにしているのが一般的である。このように、軸長
が長いと、ポンプインペラとタービンランナーとの速度
比ｅ（タービンランナー回転速度／ポンプインペラ回転
速度）が略“０”となるストール時と、速度比ｅが例え
ば０．８となるタービンランナーの回転速度がポンプイ
ンペラの回転速度に近づいた時でもステータのブレード
から流出する作動油流の流出角を略同じに維持すること
ができる。 【０００４】 【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、ステータの軸長が長
いので、ステータブレードの翼面積が広くなり、翼表面
で生じる摩擦損失が多くなるため、トルク比及び伝達効
率が低下することにより、車両の発進性が低下すると共
に、燃費効率が低下するという未解決の課題がある。 【０００５】また、ステータの軸長が長いとステータブ
レードの前縁半径Ｒも大きくなることから、ストール時
に作動油流がブレード表面に追従して流れ易くなり、剥
離が少なくなることから作動油流量が多くなり、ストー
ル時のトルク容量係数が高くなってアイドル時の燃費効
率が低下するという未解決の課題がある。そこで、本発
明は、車両の発進性を確保しながらアイドル時の燃費効
率低下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。 【０００６】 【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、ステータブレードを有しミッ
ションケースに対してワンウェイクラッチを介して支持
されたステータとを備えたトルクコンバータにおいて、
前記ステータブレードの軸長をＷとし、トルクコンバー
タの呼び径をＤとしたときに、軸長及び呼び径の比Ｗ／
Ｄを、０．０３０≦Ｗ／Ｄ≦０．０５２に設定したこと
を特徴としている。 【０００７】この請求項１に係る発明では、ステータブ
レードの軸長Ｗとトルクコンバータの呼び径Ｄを０．０
３０〜０．０５２の範囲に設定することにより、ストー
ル時のトルク比を軸長が長い場合のトルク比より増加さ
せて発進性を向上させると共に、トルク容量係数を低下
させてアイドル時の燃費を向上させる。ここで、ステー
タブレード軸長Ｗと呼び径Ｄの比Ｗ／Ｄを０．０３未満
に設定すると、ステータブレード長が短くなりすぎ、流
出スリップ角が大きくなるためストール時のトルク比が
低下して発進性が低下する。逆に、比Ｗ／Ｄが０．０５
２を越えると、ステータブレード長が長くなりすぎ、翼
面との摩擦損失が増大し、ストール時のトルク比が低下
すると共にトルク容量係数が増加して、発進性が低下す
ると共に、アイドル時の燃費効率が低下する。 【０００８】 【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。 【０００９】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。 【００１０】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。 【００１１】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。 【００１２】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。 【００１３】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、タービンシェル１６の内周側を
支持するタービンハブ１８とで構成され、タービンハブ
１８がミッションケース３Ｍに回転自在に支持された回
転軸１９にスプライン結合されている。ここで、タービ
ンシェル１６は多数のタービンブレード１７が取付けら
れた外周側の断面Ｃ字状の円環状部１６ａと、この円環
状部１６ａの内周縁から前方に延長する円筒部１６ｂ
と、この円筒部１６ｂの前方端から内方に延長する取付
円板部１６ｃとで構成されている。 【００１４】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１３
ａ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１４ｃ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】そして、ステータブレード１５ｂの軸方向
の長さを表す軸長Ｗは、トルクコンバータの呼び径Ｄ
（ポンプインペラ１１及びタービンランナー１２の外
径）との比Ｗ／Ｄが下記（１）式を満足するように設定
されている。 ０．０３０≦Ｗ／Ｄ≦０．０５２ …………（１） したがって、Ｗ／Ｄの値が大きくなると軸長Ｗが長くな
り、逆に小さくなると軸長Ｗが短くなる。 【００１６】ここで、呼び径Ｄに対して軸長Ｗを規定す
る理由は、タービンブレード１７を流れる作動油流によ
る剥離や損失状態は作動油の流速により影響をうける
が、この流速は、呼び径Ｄが支配的パラメータとなるの
で、呼び径Ｄをもって軸長Ｗを規定するようにしてい
る。そして、ステータブレード軸長Ｗと呼び径Ｄとの比
Ｗ／Ｄを上記（１）式を満足するように設定する理由
は、入力側となるポンプインペラ１１の回転速度Ｖｐで
出力側となるタービンランナー１２の回転速度Ｖｔを除
した速度比ｅ（＝Ｖｔ／Ｖｐ）が略零であるストール時
におけるストールトルク比変化率とＷ／Ｄとの関係を表
す図２から明らかなように、Ｗ／Ｄが０．０４０付近で
最大ストールトルク比となり、この状態からＷ／Ｄの値
が減少するとこれに応じてストールトルク比変化率も減
少し、Ｗ／Ｄの値が０．０３０未満となるとステータブ
レードの翼長が短くなり過ぎ、流出スリップ角が大きく
なるためピークトルク比に対する低下率が１％を越えて
しまうため発進性が低下して好ましくない。また、最大
トルク比からＷ／Ｄを増加させた場合にも、その増加に
応じてトルク比変化率が減少し、Ｗ／Ｄが０．０５２を
越えるとステータブレードの翼長が長くなり過ぎ、翼面
との摩擦損失が増大してピークトルク比に対する低下率
が１％を越えることになり、発進性が低下して好ましく
ない。 【００１７】したがって、Ｗ／Ｄを前記（１）式を満足
するように設定することにより、トルク比を最大トルク
比に近い状態とすることができ、車両の発進性を向上さ
せることができる。また、Ｗ／Ｄの値をパラメータとし
て速度比ｅとトルク容量係数τ及びトルク比との関係を
表すと、図３に示すようになり、通常のトルクコンバー
タにおけるＷ／Ｄが０．０６６である場合にストール時
のトルク容量係数τが一点鎖線図示の特性曲線Ｌ１で示
すように比較的大きな値となるが、Ｗ／Ｄを０．０５２
に設定した場合には実線図示の特性曲線Ｌ２で示すよう
にストール時のトルク容量係数τを通常のトルクコンバ
ータにおけるＷ／Ｄ（＝０．０６６）に比較して十分に
低下させることができ、さらに、トルク比がピークとな
るＷ／Ｄを０．０４０に設定した場合には、破線図示の
特性曲線Ｌ３で示すようにトルク容量係数τをさらに低
下させることができる。このようにストール時のトルク
容量係数τを低下させることができる理由は、通常ター
ビンブレード１７は図４に示すように翼形を、図４
（ａ）に示すように軸長Ｗが長いものと、図４（ｂ）に
示すように軸長Ｗが短いものとで相似形状とするように
しているので、軸長を短くすることにより、前縁の半径
Ｒも小さくなることにより、ストール時に図４（ｃ）に
示すように、タービンブレード１７の背側でうず流が発
生して剥離現象が生じ、これによって作動油流量が減少
することにより、トルク容量係数τが減少する。なお、
図３から明らかなように、軸長が短い場合には速度比ｅ
が小さいストール側におけるトルク比を大きくすること
で軸長が長い場合に比較して増加するが効率については
Ｗ／Ｄが変化しても略同一特性を有する。 【００１８】したがって、トルク容量係数τはトルクコ
ンバータへの伝達トルクをＴｉ、入力軸回転速度をＮｉ
とすると、τ＝Ｔｉ／Ｎｉ²で表すことができ、伝達ト
ルクＷ／Ｄを前記（１）式を満足するように設定するこ
とにより、アイドル回転時の入力軸回転速度Ｎｉが低回
転速度で略一定となるので、ストール時のトルク容量係
数τを通常のトルクコンバータに比較して減少させるこ
とにより、伝達トルクＴｉを減少させて、エンジン負荷
を軽減することにより、アイドル回転時の燃費を向上さ
せることができる。 【００１９】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を有すると共に外周部にも外円筒部２
３ｂ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１８の円筒部１８ｂの外周面に軸方向に変位
可能で且つタービンハブ１２ａと回転可能に係合されて
いる。また、外円筒部２３ｂに円周方向に所定間隔を保
って複数の係合溝部２３ｃが形成されている。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２３ｄが設けられ、このロックアップフ
ェーシング２３ｄに対向するフロントカバー２の内周面
が回転軸１９と直交する平坦面２３ｅとされている。 【００２０】また、ロックアップクラッチ２２は、内周
縁がタービンハブ１８に連結されたクラッチハブ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にサイドプレート２７が一体化
され、これらドライブプレート２６及びサイドプレート
２７の外周端部がロックアップピストン２３の外円筒部
２３ｂに形成した係合溝部２３ｃに摺動可能に係合して
いる。 【００２１】次に、上記第１の実施形態の動作を説明す
る。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１９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１９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２
３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。 【００２２】この結果、潤滑油室３２の圧力がロックア
ップピストン２３の反対側における収納部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２３
ａがフロントカバー２の平坦面２３ｂ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３１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１９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５
ａ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。 【００２３】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、ステータブレードの軸長Ｗとトルクコンバ
ータ１の呼び径Ｄとの比Ｗ／Ｄが（１）式を満足するよ
うに設定されているので、このストール時にトルク比を
大きくすることができるので、車両の発進性を向上させ
ることができると共に、アイドル回転状態でのトルク容
量係数τを小さくすることにより、このアイドル回転状
態での燃費を向上させることができる。 【００２４】その後、車両を発進状態とすると、回転軸
１９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、トルク
比が大きい状態を維持するので、良好な発進性を確保す
ることができる。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１９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。 【００２５】このため、潤滑油室３２に充填されていた
潤滑油が回転軸１９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２３ｄがフロントカバ
ー２の内周面の平坦面２３ｅ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及びサイド
プレート２７、ダンパースプリング２５並びにタービン
ハブ１８を介して回転軸１９に直接伝達されてロックア
ップ状態となる。 【００２６】なお、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。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。 【００２７】 【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、ステータの軸長Ｗとトルクコンバータの呼
び径Ｄを０．０３０〜０．０５２の範囲に設定すること
により、ストール時のトルク比を軸長が長い場合のトル
ク比より増加させて発進性を向上させると共に、トルク
容量係数を低下させてアイドル時の燃費を向上させるこ
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】Ｗ／Ｄとストールトルク比変化率との関係を示
す特性線図である。 【図３】Ｗ／Ｄをパラメータとしたトルク容量係数及び
トルク比と速度比との関係を示す特性線図である。 【図４】トルク容量係数の低下を説明する説明図であ
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 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 タービンハブ 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 (1)

1. 【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、
   ステータブレードを有しミッションケースに対してワン
   ウェイクラッチを介して支持されたステータとを備えた
   トルクコンバータにおいて、前記ステータブレードの軸
   長をＷとし、トルクコンバータの呼び径をＤとしたとき
   に、軸長及び呼び径の比Ｗ／Ｄを、０．０３０≦Ｗ／Ｄ
   ≦０．０５２に設定したことを特徴とするトルクコンバ
   ータ。