JP2004190863A

JP2004190863A - トルクコンバータ

Info

Publication number: JP2004190863A
Application number: JP2004096241A
Authority: JP
Inventors: Jiro Kumada; 治郎熊田; Keiichi Tatewaki; 敬一立脇
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-03-29
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2004-07-08

Abstract

【課題】羽根車の入口流路部、出口流路部の形状を最適に形成して、トルクコンバータ性能を向上する。
【解決手段】偏平型のトルクコンバータにおいて、ポンプ羽根車２０の出口流路部３９またはタービン羽根車２５の入口流路部３５の少なくとも一方のシェル２２，２６の断面形状を円弧形状に形成すると共に、その円弧形状の半径Ｒは、羽根車の羽根２４，２８部分の厚さをＬとした場合、０．７３７＜Ｒ／Ｌ≦１の範囲にある。
【選択図】図１

Description

この発明は、車両の動力伝達機構に用いられるトルクコンバータに関する。

従来のトルクコンバータとしては、例えば図１２に示すようなものがある（特許文献１）。

これは、エンジンクランク軸に連結されるケーシング１と一体に回転するポンプ（ポンプ羽根車）２と、タービンハブ３を介して変速機の入力軸に連結されるタービン（タービン羽根車）４と、ポンプ２の入口とタービン４の出口の間に一方向のみに回転可能なワンウェイクラッチ５を介して配置されるステータ６等から構成される。

ポンプ２はエンジンの回転と同期して回転され、変速機と連結されたタービン４はポンプ２から圧送された流体に応じて駆動され、タービン４を通った流体はステータ６を介してポンプ２に循環する。発進時にはステータ６は固定されており、タービン４からポンプ２に循環する流体の流れの方向を変え、ステータ６が受けたトルク分、トルクの増幅を行う。カップリングポイントを過ぎると、ステータ６は空転し、流体継手となる。
特開平３ー２７７８５７号

近年、車両に搭載されるトルクコンバータは、寸法の制約が厳しい。このため、両羽根車２，４における羽根部分の最大軸方向寸法Ｅを、羽根車２，４の流路最外径Ｆとステータ６の流路内周径Ｇとの半径差Ｊよりも小さくした偏平型のトルクコンバータを採用している。

しかしながら、このような偏平型のトルクコンバータは、両羽根車２，４の入口部分において流路の曲がりがきつくなっているため、図１３のように剥離、曲がり等の損失を生じて、トルクコンバータの効率を悪化させる懸念がある。

この発明は、羽根車の入口流路部、出口流路部の形状を最適に形成して、このような問題点を解決することを目的としている。

第１の発明は、入力軸に連結されると共に、ケーシングに固定されたシェルとコアとの間に羽根を介して流路を画成するポンプ羽根車と、ポンプ羽根車と対向配置されて出力軸に連結されると共に、シェルとコアとの間に羽根を介して流路を画成するタービン羽根車と、ポンプ羽根車の入口とタービン羽根車の出口の間に一方向にしか回転を許さないワンウェイクラッチを介して配置されるステータとを備えており、両羽根車における羽根部分の最大軸方向寸法が羽根車の流路最外径とステータの流路内周径との半径差よりも小さい偏平型のトルクコンバータにおいて、ポンプ羽根車の出口流路部またはタービン羽根車の入口流路部の少なくとも一方のシェルの断面形状を円弧形状に形成すると共に、その円弧形状の半径Ｒは、羽根車の羽根部分の厚さをＬとした場合、０．７３７＜Ｒ／Ｌ≦１の範囲にある。

第２の発明は、入力軸に連結されると共に、ケーシングに固定されたシェルとコアとの間に羽根を介して流路を画成するポンプ羽根車と、ポンプ羽根車と対向配置されて出力軸に連結されると共に、シェルとコアとの間に羽根を介して流路を画成するタービン羽根車と、ポンプ羽根車の入口とタービン羽根車の出口の間に一方向にしか回転を許さないワンウェイクラッチを介して配置されるステータとを備えており、両羽根車における羽根部分の最大軸方向寸法が羽根車の流路最外径とステータの流路内周径との半径差よりも小さい偏平型のトルクコンバータにおいて、前記両羽根車のうち少なくとも一方の羽根車の入口流路部または出口流路部のシェルの断面形状を、径方向を短径Ｒ₁、軸方向を長径Ｒ₂とする楕円弧形状に形成すると共に、その短径Ｒ₁、長径Ｒ₂は、ポンプ羽根車の出口部またはタービン羽根車の入口部における流路外径と流路内径との半径差をＫ、羽根車の羽根部分の厚さをＬとした場合、Ｋ≦Ｒ₁＜Ｌかつ０．７３７＜Ｒ₂／Ｌ≦１の範囲にある。

第３の発明は、入力軸に連結されると共に、ケーシングに固定されたシェルとコアとの間に羽根を介して流路を画成するポンプ羽根車と、ポンプ羽根車と対向配置されて出力軸に連結されると共に、シェルとコアとの間に羽根を介して流路を画成するタービン羽根車と、ポンプ羽根車の入口とタービン羽根車の出口の間に一方向にしか回転を許さないワンウェイクラッチを介して配置されるステータとを備えており、両羽根車における羽根部分の最大軸方向寸法が羽根車の流路最外径とステータの流路内周径との半径差よりも小さい偏平型のトルクコンバータにおいて、前記両羽根車のうち少なくとも一方の羽根車の入口流路部または出口流路部のシェルの断面形状を、軸方向を短径Ａ、座標をＸ、径方向を長径Ｂ、座標をＹとして、（Ｘ／Ａ）ⁿ＋（Ｙ／Ｂ）ⁿ＝１、２＜≦べき数ｎ≦３．５で定義される疑似楕円弧形状にて形成する。

第１の発明によれば、タービン羽根車の入口部分における剥離、曲がり等の損失が減少して、トルクコンバータの効率が向上する。

第２、第３の発明によれば、タービン羽根車の入口部分、ポンプ羽根車の入口部分における剥離、曲がり等の損失を一層減少でき、トルクコンバータの効率が向上する。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１に示すように、２０はケーシング２１と一体のシェル２２とポンプコア２３との間に羽根２４を介して流路を画成するポンプ（ポンプ羽根車）で、ケーシング２１を介してエンジン（図示しない）に連結される。

２５はポンプ２０と対向配置されると共に、シェル２６とタービンコア２７との間に羽根２８を介して流路を画成するタービン（タービン羽根車）で、タービンハブ２９を介して変速機の入力軸（図示しない）に連結される。

ポンプ２０の入口とタービン２５の出口との間に配置されるステータ３０は、内リング３１と外リング（コアリング）３２との間に多数の羽根３３が配列され、一方向のみに回転可能なワンウェイクラッチ３４を介して支持される。

ポンプ２０からタービン２５の羽根２４，２８部分の最大軸方向寸法Ｅがポンプ２０、タービン２５の流路最外径Ｆとステータ３０の流路内周径Ｇとの半径差Ｊよりも小さい偏平型に形成される。

そして、タービン２５の入口流路部３５および出口流路部３６のシェル２６の断面形状が円弧形状に形成される。

この場合、図２のようにタービン２５とポンプ２０との境界線Ｓからタービン２５の入口部３７までのクリアランスｃだけタービン２５側に離れた位置を中心として半径Ｒの円弧形状に形成されると共に、その半径Ｒはタービン２５の羽根２８部分の厚さ（軸方向厚さ）をＬとした場合、０．７３７＜Ｒ／Ｌ≦１の範囲の値に設定される。

シェル２６は、タービン２５の入口部３７において、軸方向に一致される。また、タービン２５の出口側においては、途中までの形成となるが、円弧形状は同様に形成される。

図１のものは、入口流路部３５ならびに出口流路部３６において、それぞれＲ／Ｌ＝１としたものある。

図３のものは、入口流路部３５において、Ｒ／Ｌを１よりも小さく（Ｒ／Ｌ＞０．７３７）したもので、この場合入口流路部３５のシェル２６は途中まで円弧形状に形成すると共に、その下流部位が出口流路部３６に滑らかにつながるように形成する。

なお、タービン２５およびポンプ２０の流路断面積は、入口部から出口部まで一定に形成される。

このように構成したため、タービン２５の入口部分の流路の曲がりが小さくなり、流路を流体が流れやすくなる。これにより、タービン２５の入口部分における剥離、曲がり等の損失が減少される。

また、タービン２５の出口部分の曲がりが小さくなり、このためタービン２５からの流体が偏ることなくステータ３０を介してポンプ２０に流入するようになる。これにより、ポンプ２０の入口部分における剥離、曲がり等の損失も減少される。

したがって、トルクコンバータの効率を向上することができる。図４は、図１、図３および従来のタービンの場合のトルクコンバータ性能を示しており、前記Ｒ／Ｌが１（図１のもの）に近いほど、トルク容量、高速度比の伝達効率が向上している。また、従来のタービンのものはほぼＲ／Ｌ＜０．７３７に相当するが、この場合トルク容量、高速度比の伝達効率が低下していることを確認している。

この一方、図５のものは、ポンプ２０の入口流路部３８および出口流路部３９のシェル２２の断面形状を、図１と同様に、それぞれＲ／Ｌ＝１として円弧形状に形成したものである。

また、図６のものは、その出口流路部３９において、図３と同様に、Ｒ／Ｌを１よりも小さく（Ｒ／Ｌ＞０．７３７）したものである。

ただし、ポンプ２０に適用する場合、前述のＬをポンプ２０の羽根２４部分の厚さ（軸方向厚さ）に、クリアランスｃをタービン２５とポンプ２０との境界線Ｓからポンプ２０の出口部４０までのクリアランスに置き換える。

このようにポンプ２０に適用した場合も、ポンプ２０の入口部分、タービン２５の入口部分における剥離、曲がり等の損失が減少され、トルクコンバータの効率を向上することができる。図７は、図５、図６および従来のポンプの場合のトルクコンバータ性能を示しており、図５、図６のものは、トルク容量、伝達効率が向上している。

この他、図１、図３、図５、図６のものは、それぞれタービン２５またはポンプ２０の偏平率（２Ｌ／Ｊ）を小さくしつつ、剥離、曲がり等の損失を減少でき、トルクコンバータの効率を向上できるため、車載上有利である。

なお、図１または図３のタービン２５を、図５または図６のポンプ２０と組み合わせても良い。また、タービン２５の入口流路部３５、出口流路部３６またはポンプ２０の入口流路部３８、出口流路部３９の少なくとも１つのシェルの断面形状のみ、前述の円弧形状に形成しても良い。

図８は第２の実施の形態を示す形状説明図である。これは、タービン２５の入口流路部３５のシェル２６の断面形状を、径方向を短径Ｒ₁、軸方向を長径Ｒ₂とする楕円弧形状に形成したものである。

楕円弧の中心は、タービン２５とポンプ２０との境界線Ｓからタービン２５の入口部３７までのクリアランスｃだけタービン２５側に離れた位置とし、短径Ｒ₁、長径Ｒ₂は、タービン２５の入口部３７における流路外径Ｆと流路内径Ｈとの半径差をＫ、タービン２５の羽根２８部分の厚さ（軸方向厚さ）をＬとした場合、Ｋ≦Ｒ₁＜Ｌかつ０．７３７＜Ｒ₂／Ｌ≦１の範囲の値に設定される。

図８のものは、Ｋ≦Ｒ₁＜Ｌ、Ｒ₂／Ｌ＝１としたもので、入口流路部３５の下流部位は径方向となる。

また、Ｒ₂／Ｌを１よりも小さく（Ｒ₂／Ｌ＞０．７３７）した場合、入口流路部３５のシェル２６を途中まで楕円弧形状に形成すると共に、その下流部位を出口流路部３６に滑らかにつながるようにする。

このように、楕円弧形状にすれば、タービン２５の入口部分の流路の曲がりがより小さくなり、剥離、曲がり等の損失がより減少される。したがって、トルクコンバータの効率が一層向上する。

なお、この楕円弧形状は、もちろんタービン２５の出口流路部３６、ポンプの入口流路部、出口流路部のシェルに適用することができる。

図９は第３の実施の形態を示す形状説明図である。これは、タービン２５の入口流路部３５のシェル２６の断面形状を、軸方向を短径Ａ、座標をＸ、径方向を長径Ｂ、座標をＹとして、（Ｘ／Ａ）ⁿ＋（Ｙ／Ｂ）ⁿ＝１、２≦べき数ｎ≦３．５で定義される疑似楕円弧形状にて形成したものである。疑似楕円弧の中心は、タービン２５とポンプ２０との境界線Ｓからタービン２５の入口部３７までのクリアランスｃだけタービン２５側に離れた位置とする。

この場合、べき数ｎを大きくすると、タービン２５の入口部分の曲がりが小さくなるが、タービン２５の偏平率（Ａ／Ｂ）が小さいと、入口流路部３５の下流部位の曲がりがきつくなるため、図１０のようにタービン２５の偏平率に応じてべき数ｎの範囲を設定する。タービン２５の偏平率が小さい（例えば０．５）場合はべき数ｎはほぼ２、偏平率が大きくなるほどべき数ｎの範囲を大きくして、偏平率が１の場合はべき数ｎは３．５以下とする。

このような疑似楕円弧形状によっても、タービン２５の入口部分の剥離、曲がり等の損失が減少され、トルクコンバータの効率が向上する。

なお、この疑似楕円弧形状は、もちろんタービン２５の出口流路部３６、ポンプの入口流路部、出口流路部のシェルに適用することができる。

なお、疑似楕円弧形状を形成する場合、疑似楕円を近似的に作図する方法として以下の方法を用いることができる。

即ち、座標Ｘ、座標Ｙとして、べき関数Ｙ＝ａ＋ｂＸ＋ｃＸ²＋…により作図することができ、また図１１のように極座標（ｒ，θ）で作図する場合、疑似楕円ではｒ＝｛（ａ・ｃｏｓθ）ⁿ＋（ｂ・ｓｉｎθ）ⁿ｝^-1/nにより作図することができる。

第１の実施の形態を示す要部断面図である。シェルの形状説明図である。タービン入口流路部の円弧半径の異なる要部断面図である。トルクコンバータ性能を示す特性図である。ポンプのシェルを円弧形状に形成した要部断面図である。ポンプ出口流路部の円弧半径の異なる要部断面図である。トルクコンバータ性能を示す特性図である。第２の実施の形態を示す形状説明図である。第３の実施の形態を示す形状説明図である。偏平率とべき数の関係を示す特性図である。疑似楕円を作図する方法を示す極座標図である。従来例の部分断面図である。その流体の流れの様子を示す説明図である。

符号の説明

２０ポンプ（ポンプ羽根車）
２１ケーシング
２２シェル
２３ポンプコア
２４羽根
２５タービン（タービン羽根車）
２６シェル
２７タービンコア
２８羽根
３０ステータ
３５入口流路部
３６出口流路部
３７入口部
３８入口流路部
３９出口流路部
４０出口部

Claims

入力軸に連結されると共に、ケーシングに固定されたシェルとコアとの間に羽根を介して流路を画成するポンプ羽根車と、ポンプ羽根車と対向配置されて出力軸に連結されると共に、シェルとコアとの間に羽根を介して流路を画成するタービン羽根車と、ポンプ羽根車の入口とタービン羽根車の出口の間に一方向にしか回転を許さないワンウェイクラッチを介して配置されるステータとを備えており、両羽根車における羽根部分の最大軸方向寸法が羽根車の流路最外径とステータの流路内周径との半径差よりも小さい偏平型のトルクコンバータにおいて、
ポンプ羽根車の出口流路部またはタービン羽根車の入口流路部の少なくとも一方のシェルの断面形状を円弧形状に形成すると共に、
その円弧形状の半径Ｒは、羽根車の羽根部分の厚さをＬとした場合、０．７３７＜Ｒ／Ｌ≦１の範囲にあることを特徴とするトルクコンバータ。
入力軸に連結されると共に、ケーシングに固定されたシェルとコアとの間に羽根を介して流路を画成するポンプ羽根車と、ポンプ羽根車と対向配置されて出力軸に連結されると共に、シェルとコアとの間に羽根を介して流路を画成するタービン羽根車と、ポンプ羽根車の入口とタービン羽根車の出口の間に一方向にしか回転を許さないワンウェイクラッチを介して配置されるステータとを備えており、両羽根車における羽根部分の最大軸方向寸法が羽根車の流路最外径とステータの流路内周径との半径差よりも小さい偏平型のトルクコンバータにおいて、
前記両羽根車のうち少なくとも一方の羽根車の入口流路部または出口流路部のシェルの断面形状を、径方向を短径Ｒ₁、軸方向を長径Ｒ₂とする楕円弧形状に形成すると共に、
その短径Ｒ₁、長径Ｒ₂は、ポンプ羽根車の出口部またはタービン羽根車の入口部における流路外径と流路内径との半径差をＫ、羽根車の羽根部分の厚さをＬとした場合、Ｋ≦Ｒ₁＜Ｌかつ０．７３７＜Ｒ₂／Ｌ≦１の範囲にあることを特徴とするトルクコンバータ。
入力軸に連結されると共に、ケーシングに固定されたシェルとコアとの間に羽根を介して流路を画成するポンプ羽根車と、ポンプ羽根車と対向配置されて出力軸に連結されると共に、シェルとコアとの間に羽根を介して流路を画成するタービン羽根車と、ポンプ羽根車の入口とタービン羽根車の出口の間に一方向にしか回転を許さないワンウェイクラッチを介して配置されるステータとを備えており、両羽根車における羽根部分の最大軸方向寸法が羽根車の流路最外径とステータの流路内周径との半径差よりも小さい偏平型のトルクコンバータにおいて、
前記両羽根車のうち少なくとも一方の羽根車の入口流路部または出口流路部のシェルの断面形状を、
軸方向を短径Ａ、座標をＸ、径方向を長径Ｂ、座標をＹとして、（Ｘ／Ａ）ⁿ＋（Ｙ／Ｂ）ⁿ＝１、２＜べき数ｎ≦３．５で定義される疑似楕円弧形状にて形成したことを特徴とするトルクコンバータ。