JP2004225838A

JP2004225838A - トルクコンバータ

Info

Publication number: JP2004225838A
Application number: JP2003015846A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Tanaka; 大記田中
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-01-24
Filing date: 2003-01-24
Publication date: 2004-08-12

Abstract

【課題】正転および逆転出力可能なトルクコンバータにおいて、コンバータ領域を減少させ、ロックアップ領域を増大させ、正逆転切り替え用のクラッチおよびブレーキの締結に必要な油圧の低減を可能とするトルクコンバータを提案する。
【解決手段】トルクコンバータ１はポンプインペラ２、正転タービン３、逆転タービン４およびステータ５の４要素の羽根車から構成される。トルクコンバータ１内を循環する流体は、入力軸２１と同方向に回転するポンプインペラ２から正転タービン３に流れ込み正転タービン３にポンプインペラ２の回転方向と同方向の回転トルクを与え、次に正転タービン３から逆転タービン４に流れ込み逆転タービン４にポンプインペラ２の回転方向と逆方向の回転トルクを与え、次に逆転タービン４からステータ５を経てポンプインペラ２へ戻りポンプインペラ２のポンプ力を増大させる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン側から入力される駆動力のトルクおよび回転数を、流体を用いて変換して変速機側へ出力するトルクコンバータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エンジン側から入力される回転駆動力を同方向または逆方向の回転として切り替え可能に出力するトルクコンバータとしては従来、例えば特許文献１に記載のごときものが知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−１９０１９２号公報
【０００４】
特許文献１に記載のトルクコンバータは、エンジン側と連結する１本の入力軸と、変速機側と連結する１本の駆動軸と、ポンプインぺラ、第２ステータ、逆転タービン、正転タービンおよび第１ステータの５要素から構成されており、エンジン側からの入力を受けポンプインペラが回転する場合に、正転タービンはポンプインペラと同方向に回転可能とし、逆転タービンは逆方向に回転可能とするものである。
【０００５】
そして、入力軸と同方向の回転を駆動軸に伝達する場合には逆転タービンを固定しつつ正転タービンを駆動軸と連結し、また逆方向の回転を出力する場合には正転タービンを固定しつつ逆転タービンを駆動軸に連結するよう構成していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のようなトルクコンバータにあっては、以下に説明するような問題を生ずる。
つまり、ポンプインペラ、第２ステータ、逆転タービン、正転タービンおよび第１ステータの５要素から構成されるため、部品点数が増加し構造が複雑になる。また各羽根車が小さくなり、伝達トルク容量が小さくなるため、コンバータ領域が増大し、逆にロックアップ領域が減少する。また、逆転タービンを固定しつつ正転タービンを駆動軸と連結するあるいはその逆の固定および連結をするために、トルクコンバータの回転中心付近に、クラッチおよびブレーキを配置しなければならず、モーメントの原理から強力な締結力を必要とし、該締結に必要な油圧の確保が難しくなる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的のため本発明によるトルクコンバータは、請求項１に記載のごとく、
入力軸と駆動結合したポンプインペラと、該ポンプインペラと同方向に回転する正転タービンと、上記ポンプインペラと逆方向に回転する逆転タービンと、ステータとを具え、上記ポンプインペラの回転に対して同方向の回転、及び逆方向の回転駆動力を出力可能なトルクコンバータにおいて、
流体がポンプインペラ、正転タービン、逆転タービン、ステータの順に循環するよう各要素を配置すると共に、
上記正転タービンと駆動結合する前進用駆動軸と、
上記逆転タービンを駆動結合する後進用駆動軸と、
上記入力軸の回転駆動力を前進用駆動軸へ出力する時に、上記逆転タービンの回転を制動させる逆転タービン制動手段と、
上記入力軸の回転駆動力を後進用駆動軸へ出力する時に、上記正転タービンの回転を制動させる正転タービン制動手段とを設けたことを特徴としたものである。
【０００８】
【発明の効果】
かかる本発明のコンバータによれば、ポンプインペラ、正転タービン、逆転タービン、ステータの４要素から構成されることから、上記従来の５要素トルクコンバータよりも１要素を省略することができ、構成部品点数の減少および構造を簡素化することができる。また各羽根車が大きくなり、伝達トルク容量が大きくなるため、コンバータ領域が減少し、逆にロックアップ領域が増大する。さらに前進時には入力軸からトルクコンバータへ入力される駆動力と同回転方向の駆動力を前進用駆動軸へ伝達し、後退時には逆回転方向の駆動力を後進用駆動軸へ伝達するため、トルクコンバータの回転中心付近に、クラッチおよびブレーキを配置する必要がなく、クラッチおよびブレーキを締結させるために上記のような高い油圧を必要することもない。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
図１は本発明の一実施の形態になる４要素の羽根車を有するトルクコンバータが変速機と駆動結合した状態の要部を示した側面断面図である。
また図２は図１におけるトルクコンバータ１の拡大図であり、この図を用いてトルクコンバータ１を循環する流体について説明すると、図示せざるエンジンと入力軸２１を介して連結したコンバータカバー２２の内周はポンプインペラ２と一体に連結し、コンバータカバー２２およびポンプインペラ２はエンジンからの駆動力により回転する。ポンプインペラ２内の流体は該回転による遠心力を受け、図２上においてポンプインペラ２から反時計回りに正転タービン３、逆転タービン４、ステータ５へ流入し、再びポンプインペラ２へ戻って循環する。
【００１０】
このとき上記流体が各羽根車に設けられた羽根に衝突するため、正転タービン３および逆転タービン４にはポンプインペラ２の回転方向と同方向（正転方向）および逆転方向の回転トルクが発生する。流体の流れの向きと各羽根車の羽根の形状と回転トルクの関係を図３上において示すに、図上上向きが正方向の回転トルク、下向きが逆方向の回転トルクであり、右から左へ流体が循環する。ポンプインペラ２の内側には円周方向に並んだ多数の羽根２ｈが設けられており、ポンプインペラ２が正転方向（図上上向き）に回転すると、遠心力の作用で流体が羽根２ｈの形状に沿って、正転タービン３へ斜め上方向に流れ込む。
【００１１】
図３上において、正転タービン３へ斜め上方向に流れ込んだ流体は、正転タービン３に多数設けられた羽根３ｈに衝突し、流れの向きを斜め下方向に変更して逆転タービン４へ流れ込む。この際、正転タービン３は流体からの力を受け上向き（正転方向）の回転トルクを得る。さらに、逆転タービン４が固定され、正転タービン３が回転する場合には、正転タービン３から逆転タービン４へ流体が流れ、固定されている逆転タービン４の羽根４ｈに衝突することによってもたらされる斜め上方向（正転方向）の反力が正転タービン３の回転力に加えられ、正転タービン３の上記回転トルクが増大する。
【００１２】
逆転タービン４へ斜め下方向に流れ込んだ流体は、逆転タービン４に多数設けられた羽根４ｈに衝突し、流れの向きを斜め上方向に変更してステータ５へ流れ込む。この際、逆転タービン４は流体からの力を受け下向き（逆転方向）の回転トルクを得る。さらに、正転タービン３が固定され、逆転タービン４が回転する場合には、流体が逆転タービン４から、固定されているステータ５に流入して、ステータ５の羽根５ｈに衝突することによってもたらされる斜め下向き（逆転方向）の反力が逆転タービン４の回転力に加えられ、逆転タービン４の上記回転トルクが増大する。
【００１３】
ステータ５へ斜め上方向に流れ込んだ流体は、ステータ５に多数設けられた羽根５ｈの上向きの面（以下、背面という）に衝突し、流れの向きを斜め下方向に変更する。次に上記羽根５ｈに隣接する羽根５ｈの下向きの面（以下、前面という）に衝突し、流れの向きを斜め上方向に変更し再びポンプインペラ２へ流れ込む。この結果、流体の流れは前記ポンプインペラ２の正転方向と同方向にしてポンプインペラ２の後押しを行い、ポンプ力を増大させる。
【００１４】
以上に説明した回転トルクによって、車両の前進時には逆転タービン４を固定すると共に正転タービン３が正方向に回転し、また後退時には正転タービン３を固定すると共に逆転タービン４が逆方向に回転するが、それぞれの場合においては以下に説明する手段により各タービン３，４の回転トルクを変速機１５に伝達し、また各タービン４，３の回転を制動する。
【００１５】
正転タービン３は前進用駆動軸１１の一端と一体に連結される。前進用駆動軸１１は該中間部に設けたクラッチ２７を介して変速機１５と締結可能である。さらに前進用駆動軸１１の他端側は上記変速機１５を貫通しており、該他端に設けたブレーキ１４を介して変速機１５を包囲するハウジング１６と締結が可能である。
【００１６】
逆転タービン４は後進用駆動軸１３の一端とワンウェイクラッチ８を介して連結される。後進用駆動軸１３のトルクコンバータ１側の一端にはブレーキ９を設け、ステータ５を支持する固定軸１２と締結可能とし、また後進用駆動軸１３の他端にはクラッチ２６を設け、該後進用駆動軸１３は変速機１５と締結可能である。後進用駆動軸１３は中空であり、該内部を駆動軸１１が同軸に延在している。
【００１７】
ステータ５は固定軸１２のトルクコンバータ１側の先端に設けたロックアップ時用ブレーキ１０を介して支持され、該ロックアップ時用ブレーキ１０を締結することによりステータ５を固定可能とする。固定軸１２の他端はハウジング１６に固定されている。固定軸１２は中空であり、該内部を駆動軸１１および後進用駆動軸１３が同軸に延在している。
【００１８】
トルクコンバータカバー２２の回転中心は、ハウジング１６方向に延在する中空軸２２ａを形成し、該先端は上記ハウジング１６に隣接して設けられたオイルポンプ２３に駆動力を伝達する。オイルポンプ２３は各ブレーキ９，１０，１４，各クラッチ２６，２７等に必要な油圧を供給する。
【００１９】
車両が前方に発進する場合には、クラッチ２７を変速機１５に締結し、ブレーキ１４を解除することで、正転タービン３の正方向回転トルクを前進用駆動軸１１から変速機１５へ出力する。一方、ブレーキ９を締結しクラッチ２６を解除し後進用駆動軸１３を固定することにより、コンバータ領域では逆転タービン４の回転を拘束し、該逆転タービン４は第２のステータの役割を果たす。またコンバータ領域ではロックアップ時用ブレーキ１０がステータ５を締結・固定する。
【００２０】
以上に説明した車両前進時における各ブレーキおよびクラッチの作動の様子を、締結中を黒で、解除中を白で図４に示す。
【００２１】
車両前進時において、車速が一定速に達した場合には、コンバータ領域からロックアップ領域に切り替わる必要があるため、ワンウェイクラッチ８は正方向にフリーとすることで逆転タービン４は正転可能となる。またロックアップ時用ブレーキ１０を解除することでステータ５を正転可能とする。
【００２２】
また車両が後退する場合には、ブレーキ９を解除し、クラッチ２６を締結することで、逆転タービン４の逆方向回転トルクを後進用駆動軸１３から変速機１５へ出力する。一方、クラッチ２７を解除しブレーキ１４を締結することで、正転タービン３を固定し、該正転タービン３は第２のステータの役割を果たす。またロックアップ時用ブレーキ１０はステータ５を締結・固定する。
【００２３】
以上に説明した車両後退時における各ブレーキおよびクラッチの作動の様子を、締結中を黒で、解除中を白で図５に示す。
【００２４】
ところで本実施の形態においては、流体がポンプインペラ２、正転タービン３、逆転タービン４、ステータ５の順に循環するよう４要素の羽根車をトルクコンバータに配置したことから、前記特許文献１に記載の従来の５要素からなるトルクコンバータに比べ、トルクコンバータの構造を簡素化することができると共に、各羽根車が５要素からなるトルクコンバータのものと比べて大きいため、コンバータ領域が減少し、逆にロックアップ領域が増大するという効果を得ることができる。
【００２５】
また、上記正転タービン３は前進用駆動軸１１と駆動結合し、上記逆転タービン４は後進用駆動軸１３と駆動結合したことから、１本の駆動軸を用いた場合と比べて、正転および逆転切り替え用のクラッチおよびブレーキをトルクコンバータの回転中心付近に配置する必要がなく、該クラッチおよびブレーキを締結させるために高い油圧を必要することもない。
【００２６】
また、正転タービン３および逆転タービン４のいずれか一方が駆動軸１１，１３へ駆動力を出力する時に、他方のタービンの回転を制動する手段を設けたことから、他方のタービンが固定され第２のステータの役割を果たすこととなり、上記駆動力の出力トルク増大効果を得ることができる。
【００２７】
また、上述のタービン回転を制動する手段として、前進用駆動軸１１は変速機１５を貫通し、該先端には回転軸Ｏからオフセットした位置にブレーキ１４を設け、変速機用ハウジング１６と締結可能としたため、前進用駆動軸１１の回転を拘束する場合には、モーメントの原理によりオフセット量が大きいほど少ない締結力で正転タービン３を固定することができ、従来のようにエンジン側から軸中心付近で固定する場合と比べてブレーキ１４の締結に必要な油圧を低減することができる。
【００２８】
また本実施の形態においては、ステータ５に流入する流体がまずステータ５に設けた羽根５ｈの背面に衝突して向きを変えるように羽根５ｈの形状を構成したため、上記流体の流れは逆転タービン４および後進用駆動力１３に出力トルク増大効果を与え、
次に該羽根５ｈに隣接する羽根５ｈの前面に衝突して向きを変えるように羽根５ｈの形状を構成したため、ポンプインペラ２の正転方向と同方向に流体が流入してポンプインペラ２の後押しを行い、ポンプ力を増大させる。
【００２９】
さらに、本実施の形態たるトルクコンバータ１をベルト式無段変速機やトロイダル式無段変速機に併用した場合には、前進用駆動軸１１と後進用駆動軸１３で変速比が変わらないため、後退時でのトルク比不足などの問題を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態になるトルクコンバ−タが変速機と駆動結合した状態の要部を示した側面断面図である。
【図２】図１に示したトルクコンバータの拡大断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態になるトルクコンバ−タ内を循環する流体の流れる方向を基準として、各タービンの羽根の向きおよび各タービンに発生する回転トルクの向きを模式的に示した図である。
【図４】図１に示したトルクコンバータおよび変速機において、車両前進時の各ブレーキおよびクラッチの締結および解除状態を示す側面断面図である。
【図５】図１に示したトルクコンバータおよび変速機において、車両後退時の各ブレーキおよびクラッチの締結および解除状態を示す側面断面図である。
【符号の説明】
１トルクコンバータ
２ポンプインペラ
３正転タービン
４逆転タービン
５ステータ
８ワンウェイクラッチ
９，１０，１４ブレーキ
２６，２７クラッチ
１１前進用駆動軸
１２固定軸
１３後進用駆動軸
１５変速機
１６ハウジング
２１入力軸
２２トルクコンバータカバー
２３オイルポンプ
２４油圧路

Claims

入力軸と駆動結合したポンプインペラと、該ポンプインペラと同方向に回転する正転タービンと、上記ポンプインペラと逆方向に回転する逆転タービンと、ステータとを具え、上記ポンプインペラの回転に対して同方向の回転、及び逆方向の回転駆動力を出力可能なトルクコンバータにおいて、
流体がポンプインペラ、正転タービン、逆転タービン、ステータの順に循環するよう各要素を配置すると共に、
上記正転タービンと駆動結合する前進用駆動軸と、
上記逆転タービンを駆動結合する後進用駆動軸と、
上記入力軸の回転駆動力を前進用駆動軸へ出力する時に、上記逆転タービンの回転を制動させる逆転タービン制動手段と、
上記入力軸の回転駆動力を後進用駆動軸へ出力する時に、上記正転タービンの回転を制動させる正転タービン制動手段とを設けたことを特徴とするトルクコンバータ。
請求項１に記載のトルクコンバータにおいて、上記正転タービン制動手段は、上記前進用駆動軸が変速機を貫通し該変速機用ハウジングと締結するよう構成したことを特徴とするトルクコンバータ。
請求項１または２に記載のトルクコンバータにおいて、コンバータ領域では、上記ステータに流入する流体が該ステータに設けた羽根の背面に衝突して流れの向きを変え、次に隣接する羽根の前面に衝突して流れの向きを変えるように、上記羽根の形状を構成したことを特徴とするトルクコンバータ。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のトルクコンバータの前進用駆動軸および後進用駆動軸が、無段変速機と駆動結合したことを特徴とする車両の駆動装置。