JP2005249146A - トルクコンバータ - Google Patents

Abstract

【課題】 トーラスの薄形化が進んだトルクコンバータにおいて、トルクコンバータの流体作動性能の低下を抑える。
【解決手段】 トルクコンバータ１は、流体を用いてトルクを伝達するためのものであって、フロントカバー１４と、インペラー１８と、タービン１９と、ステータ２０とを備えている。インペラー１８、タービン１９及びステータ２０はトーラス状の流体作動室６を構成している。流体作動室６において、外径Ｄ１に対する軸方向長さＬの比である薄形率（Ｌ／Ｄ１）が０．１８以下である。インペラーシェル２２においてインペラーブレード２３が取り付けられた面２２ａが、断面形状において直線であるインペラー直線部２２ｂを有している。タービンシェル２５においてタービンブレード２６が取り付けられた面２５ａが、断面形状において直線であるタービン直線部２５ｂを有している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、トルクコンバータ、特に、薄形化が進んだトルクコンバータに関する。

トルクコンバータは、３種の羽根車からなるトーラス（インペラー、タービン、ステータ）を有し、トーラス内部の流体により動力を伝達する装置である。インペラーは、フロントカバーとともに内部に作動油が充填された流体室を形成している。インペラーは、主に、環状のインペラーシェルと、インペラーシェル内側に固定された複数のインペラーブレードと、インペラーブレードの内側に固定された環状のインペラーコアとから構成されている。タービンは流体室内でインペラーに軸方向に対向して配置されている。タービンは、主に、環状のタービンシェルと、タービンシェルのインペラー側の面に固定された複数のタービンブレードと、タービンブレードの内側に固定された環状のタービンコアとから構成されている。タービンシェルの内周部はタービンハブのフランジに複数のリベットにより固定されている。タービンハブは入力シャフトに相対回転不能に連結されている。ステータは、タービンからインペラーに戻る作動油の流れを整流するための機構であり、インペラーの内周部とタービンの内周部との間に配置されている。ステータは、主に、環状のステータシェルと、ステータシェルの外周面に設けられた複数のステータブレードと、複数のステータブレードの先端に固定された環状のステータコアとから構成されている。ステータシェルはワンウェイクラッチを介して固定シャフトに支持されている。

一般に、トルクコンバータは、流体により動力を伝達するために加速及び減速をスムーズに行うことができる。しかし、流体の滑りによりエネルギーロスが生じ、燃費が悪い。そこで従来のトルクコンバータには、入力側のフロントカバーと出力側のタービンとを機械的に連結するロックアップ装置が取り付けられている。ロックアップ装置はフロントカバーとタービンとの間の空間に配置されている。ロックアップ装置は、主に、フロントカバーに摩擦係合可能な円板状ピストンと、タービンの背面側に取り付けられたドリブンプレートと、ピストンとドリブンプレートとを回転方向に弾性的に連結するトーションスプリングとから構成されている。ピストンには、フロントカバーの平坦な摩擦面に対向する位置に円環状の摩擦部材が接着されている（例えば、特許文献１を参照。）。
特開２００３−５６６６９号公報

近年はスペースの制限を理由として、トルクコンバータの薄形化が強く求められている。そして、前述のようにロックアップ装置が採用されさらにその大型化が進んでいるため、特にトーラスの薄形化が必要とされる。しかし、トーラスが薄形化されると、トルクコンバータの性能が低下することが考えられる。

本発明の課題は、トーラスの薄形化が進んだトルクコンバータにおいて、トルクコンバータの流体作動性能の低下を抑えることにある。

請求項１に記載のトルクコンバータは、流体を用いてトルクを伝達するためのものであって、フロントカバーと、インペラーと、タービンと、ステータとを備えている。フロントカバーにはトルクが入力される。インペラーは、フロントカバーとともに流体作動室を形成しており、インペラーシェルと、インペラーシェルに固定された複数のインペラーブレードとを有する。タービンは、流体室内でインペラーに対向して配置され、タービンシェルと、タービンシェルに固定された複数のタービンブレードとを有する。ステータは、インペラーとタービンとの間に配置され、タービンからインペラーへと流れる流体の流れを調整する。インペラー、タービン及びステータはトーラスを構成している。トーラスにおいて、外径Ｄ１に対する軸方向長さＬの比である薄形率（Ｌ／Ｄ１）が０．１８以下である。インペラーシェルにおいてインペラーブレードが取り付けられた面が、断面形状において直線であるインペラー直線部を有している。タービンシェルにおいてタービンブレードが取り付けられた面が、断面形状において直線であるタービン直線部を有している。

このトルクコンバータでは、薄形率（Ｌ／Ｄ１）が０．１８以下であるにも関わらず、インペラー直線部とタービン直線部を有しているため、流体作動性能の低下が抑えられる。

請求項２に記載のトルクコンバータでは、請求項１において、インペラー直線部はインペラーシェルの半径方向中間部に形成されている。タービン直線部はタービンシェルの半径方向中間部に形成されている。

このトルクコンバータでは、タービンの出口半径を小さくすることができ、その結果、高速度比域のトルク比が高くなり、さらに効率が向上する。また、ステータの出入り口半径を小さくすることができ、そのため高速度比域の容量係数が高くなる。

請求項３に記載のトルクコンバータでは、請求項１又は２において、インペラー直線部及びタービン直線部は、トルクコンバータの回転軸線に対して垂直に延びている。つまり、インペラー直線部及びタービン直線部は半径方向に一定の幅を有する環状の平面である。

請求項４に記載のトルクコンバータでは、請求項１〜３のいずれかにおいて、トーラスの軸方向長さＬに対するタービン直線部の長さＳｔの比（Ｓｔ／Ｌ）は、０．１〜０．７の範囲にある。

このトルクコンバータでは、上記範囲内であるため、十分に高い効率及び容量係数を得ることができる。

請求項５に記載のトルクコンバータでは、請求項１〜４のいずれかにおいて、インペラー直線部の長さＳｉは、タービン直線部の長さＳｔと同等以上になっている。

このトルクコンバータでは、インペラー直線部の長さＳｉが十分に長いため、流体作動性能が低下しにくい。インペラー外周部の圧力が高くならず、そのため流動損失が大きくならないからである。

請求項６に記載のトルクコンバータでは、請求項５において、インペラー直線部の長さＳｉは、タービン直線部の長さＳｔの１．１５倍以上ある。

このトルクコンバータでは、インペラー直線部の長さＳｉが十分に長いため、流体作動性能が低下しにくい。

本発明に係るトルクコンバータでは、トーラスの薄形化が進んでいるにも関わらず、流体駆動性能の低下を抑えることができる。

（１）構成
図１は本発明の１実施形態が採用されたトルクコンバータ１の縦断面概略図である。トルクコンバータ１は、エンジンのクランクシャフトからトランスミッションの入力シャフト（図示せず）にトルクの伝達を行うための装置である。図１の左側に図示しないエンジンが配置され、図１の右側に図示しないトランスミッションが配置されている。図１に示すＯ−Ｏ線がトルクコンバータ１の回転軸線である。

トルクコンバータ１は、主に、３種の羽根車（インペラー１８、タービン１９，ステータ２０）からなるトーラス形状の流体作動室（トーラス）６と、ロックアップ装置７とから構成されている。

１）流体作動室
フロントカバー１４は、円板状の部材であり、フレキシブルプレートに近接して配置されている。フロントカバー１４の内周部にはセンターボス１５が溶接により固定されている。センターボス１５は、軸方向に延びる円柱形状の部材であり、クランクシャフトの中心孔内に挿入されている。フロントカバー１４の外周側かつエンジン側には、フレキシブルプレートの固定のために、円周方向に等間隔で複数のボルト１２が設けられている。

フロントカバー１４の外周部には、軸方向トランスミッション側に延びる外周筒状部１６が形成されている。この外周筒状部１６の先端にインペラー１８のインペラーシェル２２の外周縁が溶接により固定されている。この結果フロントカバー１４とインペラー１８が、内部に作動油（流体）が充填された流体室１１を形成している。インペラー１８は、主に、インペラーシェル２２と、インペラーシェル２２の内側の面２２ａに固定された複数のインペラーブレード２３と、インペラーシェル２２の内周部に固定されたインペラーハブ２４とから構成されている。

タービン１９は流体室１１内でインペラー１８に軸方向に対向して配置されている。タービン１９は、主に、タービンシェル２５と、タービンシェル２５のインペラー側の面２５ａに固定された複数のタービンブレード２６とから構成されている。タービンシェル２５の内周部はタービンハブ２７のフランジに複数のリベット２８により固定されている。タービンハブ２７は図示しない入力シャフトに相対回転不能に連結されている。

ステータ２０は、タービン１９からインペラー１８に戻る作動油の流れを整流するための機構である。ステータ２０は、樹脂やアルミ合金等で鋳造により製作された一体の部材である。ステータ２０はインペラー１８の内周部とタービン１９の内周部間に配置されている。ステータ２０は、主に、環状のキャリア２９と、キャリア２９の外周面に設けられた複数のステータブレード３０と、複数のステータブレード３０の先端に固定された環状のコアとから構成されている。キャリア２９はワンウェイクラッチ３２を介して図示しない固定シャフトに支持されている。

ワンウェイクラッチ３２は、キャリア２９に固定されたアウターレース３３と、固定シャフトに固定されたインナーレース３４とに支持されている。キャリア２９とインペラーハブ２４との間には、スラストベアリング３９が配置されている。ワンウェイクラッチ３２のアウターレース３３の軸方向エンジン側には、環状の係止部材３６が配置されている。係止部材３６はワンウェイクラッチ３２の部材が軸方向に脱落するのを防止している。係止部材３６とタービンハブ２７との間には、スラストベアリング４０が配置されている。

インペラーシェル２２においてインペラーブレード２３が取り付けられた面２２ａが、断面形状において直線であるインペラー直線部２２ｂを有している。タービンシェル２５においてタービンブレード２６が取り付けられた面２５ａが、断面形状において直線であるタービン直線部２５ｂを有している。インペラー直線部２２ｂ及びタービン直線部２５ｂは、トルクコンバータ１の回転軸線Ｏ−Ｏに対して垂直に延びている。すなわち、インペラー直線部２２ｂ及びタービン直線部２５ｂは、半径方向に一定の幅を有する環状平面となっている。

インペラー直線部２２ｂはインペラーシェル２２の半径方向中間部に形成されている。タービン直線部２５ｂはタービンシェル２５の半径方向中間部に形成されている。つまり、各直線部２２ｂ，２５ｂの半径方向両側の部分は、滑らかに湾曲した形状である。インペラー直線部２２ｂとタービン直線部２５ｂは軸線方向に対応しており、つまり半径方向位置が同じ部分を有している。なお、この実施形態では、インペラー直線部２２ｂの長さＳｉはタービン直線部２５ｂの長さＳｔより長く、例えば２倍程度である。なお、ここでいう「直線」とは、実質的に直線であることを意味し、例えばタービン直線部２５ａの線分に対して曲率半径ＲがＤ１（流体作動室６の外径）／２以上である場合を含む。

インペラー直線部２２ｂの半径方向外側縁の位置はタービン直線部２５ｂの半径方向外側縁の位置と概ね等しいが、インペラー直線部２２ｂ半径方向内側縁の位置はタービン直線部２５ｂの半径方向内側縁の位置より半径方向内側に位置している。つまり、インペラー直線部２２ｂの内周部はタービン直線部２５ｂに対して軸方向に対向していない。インペラー直線部２２ｂの内周部が、図１に示す二点鎖線で示すＢ部分のように従来のインペラーシェルの湾曲部分を変更して、新たに直線状にした部分である。つまり、本実施形態では、二点鎖線Ｂで囲まれた斜線部分が新たにインペラーにおける流路として確保されたことになる。この結果、インペラー１８の翼面積が従来より増えている。また、インペラー１８の入口部分の内径が大きくなっている。

トーラス形状の流体作動室６の内径Ｄ２と外径Ｄ１との比（Ｄ２／Ｄ１）が０．５８である。なお、内径Ｄ２はステータ２０のキャリア２９の外周面に一致する円の直径であり、外径Ｄ１はインペラー１８又はタービン１９の最外周部分（インペラー１８出口又はタービン１９入口における各ブレードの最外周縁）に一致する円の直径である。前記比は、外径Ｄ１が従来と同程度であるとすると、内径Ｄ２が十分に大きくなっていることを意味する。このため、流体作動室６の内周側に空間を確保でき、そこにロックアップ装置７のトーションスプリング５４を配置することが可能となる（後述）。Ｄ２／Ｄ１は０．５０〜０．７７の範囲にあることが好ましい。なぜなら、Ｄ２／Ｄ１が０．７７以上となると、トーラス内の流路面積が非常に小さくなり、その結果ブレードに作用する流量が減少するため、インペラーのトルク容量が小さくなる。また、タービン１９の出口半径Ｒ１が大きくなりトルクコンバータの最高効率も悪化する結果となるからである。

このトルクコンバータ１では、従来に比べて軸方向長さが大幅に短縮されている。具体的には、流体作動室６の扁平化が進んでおり、流体作動室６の外径Ｄ１に対する軸方向寸法Ｌの比である薄形率（Ｌ／Ｄ１）は０．１７程度であり、０．１８以下であることが好ましい。これは、トーラスの外径Ｄ１が従来と同程度であるとすると、軸寸法Ｌが大幅に短くなっていることを意味する。なお、流体作動室６の軸方向長さＬは、インペラーシェル２２の内側で最もトランスミッション側の部分とタービン１９のタービンシェル２５の内側で最もエンジン側の部分との間の距離である。

２）ロックアップ装置
次に、ロックアップ装置７について説明する。ロックアップ装置７は、フロントカバー１４とタービン１９とを機械的に連結するための装置であり、流体室１１内において両者の軸方向間に配置されている。

ロックアップ装置７は、主に、ピストン部材４４とダンパー機構４５とから構成されている。ピストン部材４４はフロントカバー１４の軸方向エンジン側に近接して配置された円板状の部材である。ピストン部材４４の内周部には軸方向トランスミッション側に延びる内周筒状部４８が形成されている。内周筒状部４８はタービンハブ２７の外周面に相対回転及び軸方向に移動可能に支持されている。なお、内周筒状部４８の軸方向トランスミッション側端部はタービンハブ２７のフランジ部分に当接することで、軸方向トランスミッション側への移動が所定位置までに制限されている。タービンハブ２７の外周面にはシールリング４９が配置され、シールリング４９はピストン部材４４の内周部において軸方向の空間を互いにシールしている。

ピストン部材４４の外周部はクラッチ連結部として機能している。ピストン部材４４の外周部のエンジン側には、環状の摩擦フェーシング４６が固定されている。摩擦フェーシング４６は、フロントカバー１４の外周部に形成された環状でかつ平坦な摩擦面に対向している。ピストン部材４４の外周部には、軸方向トランスミッション側に延びる複数の突起４７が形成されている。

ダンパー機構４５は、ドライブ部材５２と、ドリブン部材５３と、複数のトーションスプリング５４とから構成されている。ドライブ部材５２は軸方向に並んで配置された一対のプレート部材５６，５７からなる。一対のプレート部材５６，５７の外周部は互いに当接しており、複数のリベット５５により互いに固定されている。一対のプレート部材５６，５７の外周縁には、突起４７に係合するように半径方向に延びる複数の突起５２ａが形成されている。この係合により、ピストン部材４４とドライブ部材５２は軸方向には相対移動可能であるが回転方向には一体に回転するようになっている。一対のプレート部材５６，５７は、内周部分が軸方向に互いに間隔をあけて配置されている。各プレート部材５６，５７内周部には、円周方向に並んだ複数の第１及び第２支持部５６ａ、５７ａが形成されている。第１及び第２支持部５６ａ、５７ａは後述するトーションスプリング５４を収納及び支持するための構造であり、具体的には軸方向に切り起こされた半径方向両側の切り起こし部となっている。ドリブン部材５３は円板状の部材である。ドリブン部材５３は第１及び第２プレート部材５６，５７の軸方向間に配置され、内周部が複数のリベット２８によりタービンハブ２７のフランジに固定されている。ドリブン部材５３には、第１及び第２支持部５６ａ，５７ａに対応して窓孔５８が形成されている。窓孔５８は円周方向に長く延びる孔である。複数のトーションスプリング５４は各窓孔５８、第１及び第２支持部５６ａ，５７ａ内に収納されている。トーションスプリング５４は円周方向に延びるコイルスプリングであり、円周方向両端が各窓孔５８及び第１及び第２支持部５６ａ，５７ａの円周方向端に支持されている。さらに、トーションスプリング５４は、第１及び第２支持部５６ａ，５７ａの切り起こし部によって軸方向の移動を制限されている。なお、ダンパー機構４５は、ストッパートルクを実現するためのトーションスプリング５９をさらに有している。

前述のように流体作動室６の内径Ｄ２が大きくなっているため、トーションスプリング５４のコイル径を従来より大きくできる。具体的には、トーションスプリング５４の軸方向トランスミッション側縁の軸方向位置は、タービンシェル２５の外側面の最エンジン側部分の軸方向位置よりさらに軸方向トランスミッション側にあり、さらにはタービンシェル２５の内側の面２５ａの最エンジン側部分（タービン直線部２５ｂ）よりさらに軸方向トランスミッション側に位置している。この結果、トーションスプリング５４の性能が向上させることが容易になる。この結果、トルクコンバータ１の流体作動室６による流体トルク伝達を発進時のみに利用し、その後はロックアップ装置７を作動させた状態で使用することが実際に可能となる。

（２）動作
図示しないエンジンからクランクシャフトにトルクが伝達されるとフレキシブルプレートを介してフロントカバー１４及びインペラー１８にトルクが伝達される。インペラー１８のインペラーブレード２３により駆動された作動油は、タービン１９を回転させる。このタービン１９のトルクはタービンハブ２７を介して図示しない入力シャフトに出力される。タービン１９からインペラー１８へと流れる作動油は、ステータ２０を通ってインペラー１８側へと流れる。

フロントカバー１４とピストン部材４４の間の空間の作動油が内周側からドレンされると、油圧差によってピストン部材４４がフロントカバー１４側に移動し、摩擦フェーシング４６がフロントカバー１４の摩擦面に押しつけられる。この結果、フロントカバー１４からロックアップ装置７を介してタービンハブ２７にトルクが伝達される。ここでは、前述のようにトーションスプリング５４の性能が向上しているため、ロックアップ連結を低速領域から行っても捩じり振動を十分に抑えることができる。

（３）効果
このトルクコンバータ１では、薄形率（Ｌ／Ｄ１）が０．１８以下であるにも関わらず、インペラー直線部２２ｂとタービン直線部２５ｂを有しているため、トルクコンバータ１の流体作動の性能の低下が抑えられる。特に、インペラー直線部２２ｂがインペラーシェル２２の半径方向中間部に形成されており、タービン直線部２５ｂがタービンシェル２５の半径方向中間部に形成されているため、タービン１９の出口半径Ｒ１を小さくすることができ、その結果、ステータ２０に入っていく作動油の向きが変わり、高速度比域のトルク比が高くなり、効率が向上する。また、ステータ２０の出入り口半径Ｒ２を小さくすることができ、そのため高速度比域の容量が高くなる。

このトルクコンバータ１では、流体作動室６の軸方向長さＬに対するタービン直線部２５ｂの長さＳｔの比（Ｓｔ／Ｌ）は、０．２９である。比（Ｓｔ／Ｌ）は、図２のグラフに示すように、０．１〜０．７の範囲にある場合は、十分に高い効率及び容量係数を得ることができる。また、比（Ｓｔ／Ｌ）が０．２〜０．６の範囲でも、十分に高い効率及び容量係数を得ることができる。

インペラー直線部２２ｂの長さＳｉが十分に長いため、性能低下が生じにくい。インペラー１８の外周部（図１の円Ａの部分）の圧力が高くならず、そのため流動損失が大きくならないからである。インペラー直線部２２ｂの長さＳｉがタービン直線部２５ｂの長さＳｔと同等以上になっている場合は、インペラー１８において二点鎖線Ｂで囲まれた斜線部分の翼面積が増えるため、インペラー１８の半径方向中間分から出口にかけて作動油の流れがスムーズとなり、その結果全速度比域において容量係数が高くなる。インペラー直線部２２ｂの長さＳｉは、タービン直線部２５ｂの長さＳｔの１．１５倍以上あることが好ましい。

本発明はかかる上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。

本発明の一実施形態であるトルクコンバータの縦断面概略図。 タービン直線部長さ／トーラス軸方向長さに対する効率・容量係数の変化を示す図。

符号の説明

１ トルクコンバータ
６ 流体作動室（トーラス）
１８ インペラー
１９ タービン
２０ ステータ
２２ インペラーシェル
２２ｂ インペラー直線部
２５ タービンシェル
２５ｂ タービン直線部

Claims (6)

1. 流体を用いてトルクを伝達するためのトルクコンバータであって、
   トルクが入力されるフロントカバーと、
   前記フロントカバーとともに流体室を形成しており、インペラーシェルと、前記インペラーシェルに固定された複数のインペラーブレードとを有するインペラーと、
   前記流体室内で前記インペラーに対向して配置され、タービンシェルと、前記タービンシェルに固定された複数のタービンブレードとを有するタービンと、
   前記インペラーと前記タービンとの間に配置され、前記タービンから前記インペラーへと流れる流体の流れを調整するステータとを備え、
   前記インペラー、前記タービン及び前記ステータはトーラスを構成し、
   前記トーラスにおいて、外径Ｄ１に対する軸方向長さＬの比である薄形率（Ｌ／Ｄ１）が０．１８以下であり、
   前記インペラーシェルにおいて前記インペラーブレードが取り付けられた面が、断面形状において直線であるインペラー直線部を有しており、
   前記インペラーシェルにおいて前記タービンブレードが取り付けられた面が、断面形状において直線であるタービン直線部を有している、
   トルクコンバータ。
2. 前記インペラー直線部は前記インペラーシェルの半径方向中間部に形成され、
   前記タービン直線部は前記タービンシェルの半径方向中間部に形成されている、請求項１に記載のトルクコンバータ。
3. 前記インペラー直線部及び前記タービン直線部は、前記トルクコンバータの回転軸線に対して垂直に延びている、請求項１又は２に記載のトルクコンバータ。
4. 前記トーラスの軸方向長さＬに対する前記タービン直線部の長さＳｔの比（Ｓｔ／Ｌ）は、０．１〜０．７の範囲にある、請求項１〜３のいずれかに記載のトルクコンバータ。
5. 前記インペラー直線部の長さＳｉは、前記タービン直線部の長さＳｔと同等以上になっている、請求項１〜４のいずれかに記載のトルクコンバータ。
6. 前記インペラー直線部の長さＳｉは、前記タービン直線部の長さＳｔの１．１５倍以上である、請求項５に記載のトルクコンバータ。
   

Images