JP2005265020A - Hydraulic power transmission - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、流体伝動要素を介して入力部材から出力部材へと動力を伝達する流体伝動装置に関する。 The present invention relates to a fluid transmission device that transmits power from an input member to an output member via a fluid transmission element.
従来から、互いに対向するポンプインペラおよびタービンランナと、両者の間に配置されたステータとを有するトルクコンバータ(流体伝動装置)が知られている(例えば、特許文献1および2参照。)。また、この種のトルクコンバータとして、ポンプシェルに沿ってポンプインペラに向かって延びる張出し部と、タービンシェルに沿ってポンプインペラに向かって延びる張出し部とを有するブレードを含むステータを備えたものが知られている(例えば、特許文献3参照。)。このように構成されるトルクコンバータでは、タービンランナとステータとの間やステータとポンプインペラとの間で流体の渦が発生してしまうことを抑制することができるので、ポンプインペラ、タービンランナおよびステータを通って循環する流体の整流性を向上させることができる。
Conventionally, a torque converter (fluid transmission device) having a pump impeller and a turbine runner facing each other and a stator disposed therebetween is known (see, for example,
ところで、近年では、上述のようなトルクコンバータをより一層小型化することが求められている。しかしながら、上述のような従来のトルクコンバータをそのまま小型化(扁平化)すると、トルク容量の低下を招いてしまう。 Incidentally, in recent years, there has been a demand for further downsizing the torque converter as described above. However, if the conventional torque converter as described above is reduced in size (flattened) as it is, the torque capacity is reduced.
そこで、本発明は、トルク容量を充分に確保しつつ、容易に小型化することができる流体伝動装置の提供を目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a fluid transmission device that can be easily downsized while sufficiently securing a torque capacity.
本発明による流体伝動装置は、入力部材から出力部材へと動力を伝達する流体伝動装置において、入力部材に取り付けられたポンプインペラと、出力部材に取り付けられてポンプインペラと対向するタービンランナと、タービンランナから流出した流体をポンプインペラに案内するためのステータとを備え、ポンプインペラ、タービンランナおよびステータにより形成されるトーラスを出力部材の軸方向に垂直な所定の基準面によって分割した際に、基準面の一側にポンプインペラのブレードが位置し、基準面の他側にタービンランナのブレードおよびステータのブレードが位置することを特徴とする。 The fluid transmission device according to the present invention is a fluid transmission device that transmits power from an input member to an output member, a pump impeller attached to the input member, a turbine runner attached to the output member and facing the pump impeller, and a turbine A stator for guiding the fluid flowing out from the runner to the pump impeller, and a torus formed by the pump impeller, the turbine runner, and the stator is divided by a predetermined reference plane perpendicular to the axial direction of the output member. The blades of the pump impeller are located on one side of the surface, and the blades of the turbine runner and the stator are located on the other side of the reference surface.
この流体伝動装置は、ポンプインペラ、タービンランナおよびステータにより形成されるトーラス(環状流路)を出力部材の軸方向に垂直な所定の基準面によって分割した際に、基準面の一側にポンプインペラのブレードが位置し、基準面の他側にタービンランナのブレードおよびステータのブレードが位置するように構成されている。これにより、この流体伝動装置では、トーラス内を充分な量の流体が循環するようにポンプ容量を確保することができるので、装置全体(トーラス)を小型化(扁平化)しても、トルク容量を充分に確保することが可能となる。 When the torus (annular flow path) formed by the pump impeller, the turbine runner, and the stator is divided by a predetermined reference plane perpendicular to the axial direction of the output member, the fluid transmission device has a pump impeller on one side of the reference plane. The blade of the turbine runner and the blade of the stator are located on the other side of the reference plane. With this fluid transmission device, the pump capacity can be secured so that a sufficient amount of fluid circulates in the torus. Therefore, even if the entire device (torus) is downsized (flattened), the torque capacity Can be sufficiently secured.
また、ポンプインペラのブレードの流体入口側端部と流体出口側端部とは、基準面と平行に延在すると好ましい。このような構成を採用すれば、ポンプ容量を最大限に確保することが可能となる。 Further, it is preferable that the fluid inlet side end and the fluid outlet side end of the blade of the pump impeller extend in parallel to the reference plane. By adopting such a configuration, it is possible to secure the maximum pump capacity.
更に、タービンランナのブレードの子午面に対する投影面積は、基準面よりもタービンランナ側のトーラス領域の面積の半分以上であると好ましい。このような構成を採用すれば、トルク伝達効率を良好に維持しつつ、流体伝動装置をコンパクト化することが可能となる。 Furthermore, it is preferable that the projected area of the blade of the turbine runner with respect to the meridian plane is at least half of the area of the torus region on the turbine runner side of the reference plane. By adopting such a configuration, it is possible to make the fluid transmission device compact while maintaining good torque transmission efficiency.
本発明によれば、トルク容量を充分に確保しつつ、容易に小型化することができる流体伝動装置の実現が可能となる。 According to the present invention, it is possible to realize a fluid transmission device that can be easily downsized while sufficiently securing a torque capacity.
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明による流体伝動装置の一例であるトルクコンバータを示す部分断面図である。トルクコンバータ1は、エンジンを備えた車両に適用されるものであり、図1に示されるように、フロントカバー(入力部材)2、ポンプインペラ(流体伝動要素)3、タービンランナ(流体伝動要素)4、タービンハブ(出力部材)5、ステータ6、ダンパユニット7およびロックアップクラッチ機構8を含む。フロントカバー2には、図示されないエンジンの回転軸が固定される。また、タービンハブ5には、図示されない自動変速機(AT)あるいは無段変速機(CVT)の入力軸(図示省略)が固定(スプライン嵌合)される。
FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a torque converter as an example of a fluid transmission device according to the present invention. The
ポンプインペラ3は、ポンプシェル3aと複数のブレード3bとを有し、ポンプシェル3aは、フロントカバー2に密に固定される。同様に、タービンランナ4は、タービンシェル4aと複数のブレード4bとを有し、タービンシェル4aはタービンハブ5に固定される。フロントカバー2側のポンプインペラ3と、タービンハブ5側のタービンランナ4とは互いに対向し合い、両者の間には、入力軸と同軸に回転可能な複数のブレード6bを有するステータ6が配置される。ステータ6は、その回転方向を一方向のみに設定するワンウェイクラッチ9を有しており、ステータ6(およびワンウェイクラッチ9)は、ハブ3cとタービンハブ5との間でスラスト軸受10aおよび10bによりタービンハブ5の軸方向に位置決めされる。これらのポンプインペラ3、タービンランナ4およびステータ6は、作動油を循環させるトーラス(環状流路)を形成する。
The
ここで、本実施形態のトルクコンバータ1は、図1に示されるように、ポンプインペラ3、タービンランナ4およびステータ6により形成されるトーラス(環状流路)を基準面RSによって分割した際に、基準面RSの図中左側にポンプインペラ3のブレード3bが位置し、基準面RSの図中右側にタービンランナ4のブレード4bおよびステータ6のブレード6bが位置するように構成されている。基準面RSは、タービンハブ5の軸方向に垂直な面であり、ポンプインペラ3、タービンランナ4およびステータ6により形成されるトーラスを概ね中央で縦に2等分にするものである。更に、本実施形態では、ポンプインペラ3の各ブレード3bの流体入口側縁部3iと流体出口側縁部3oとが、基準面RSと平行に、すなわち、タービンハブ5の軸方向と垂直に延在している。
Here, the
このように構成されるトルクコンバータ1では、トーラス内を充分な量の流体が循環するようにポンプ容量を確保することができるので、装置全体(トーラス)を小型化、扁平化しても、トルク容量を充分に確保することが可能となる。そして、ポンプインペラ3の各ブレード3bの流体入口側縁部3iおよび流体出口側縁部3oを基準面RSと平行に延びるようにすることで、ポンプ容量を最大限に確保することが可能となる。また、トルクコンバータ1では、タービンシェル4aがいわゆるステータシェル(ブレード6bの側壁)を兼ねており、ステータ6のブレード6bとタービンシェル4aとの間には、僅かな隙間が形成される。これにより、トーラスを小型化すると共に、低速速度比でのトルク容量を増加させることが可能となる。
In the
更に、本実施形態では、タービンランナ4の各ブレード4bの子午面(タービンハブ5の軸を含む紙面と平行な面)に対する投影面積は、基準面RSよりもタービンランナ3側(図中右側)のトーラス領域(概ね基準面RSとタービンシェル4aとで囲まれる領域)の子午面における面積の半分以上とされる。これにより、トルク伝達効率を良好に維持しつつ、トルクコンバータ1をコンパクト化することが可能となる。この場合、子午面におけるトーラスの基準面RSよりも他側(図中右側)の領域において、タービンランナ4のブレード4bの子午面に対する投影面積と、ステータ6のブレード6bの子午面に対する投影面積との比は、5:5〜7:3(タービンブレード:ステータブレード)とされると好ましい。
Further, in the present embodiment, the projected area of the blades 4b of the turbine runner 4 with respect to the meridian plane (the plane parallel to the paper surface including the axis of the turbine hub 5) is on the
なお、本実施形態のポンプインペラ3は、図2に示されるようなブレード3bと、図3に示されるようなコア部材30とを含む。この場合、概ね半円形状を呈するブレード3bは、流体入口側縁部3iと流体出口側縁部3oとの間に所定の間隔を隔てて形成された2つのタブ3tを有する。また、コア部材30は、図3に示されるように、細幅の環状部材として形成されている。コア部材30の外周縁部には、外側に開放された複数のスリット30sが放射状に形成されており、コア部材30の内周縁部には、内側に開放された複数のスリット30sが形成されている。
The
ブレード3bの各タブ3tは、コア部材30のスリット30sに差し込まれると共に、コア部材30の周方向に折り曲げられ、所定の手法によりコア部材30に対して固定される。このような構成を採用すれば、コア部材30のサイズを小さくしても、周方向の力に対するブレード3bの安定性を確保することができるので、ポンプインペラ3の耐久性を向上させることが可能となる。もちろん、かかる構成をタービンランナ4に対して適用し得ることはいうまでもない。
Each
一方、トルクコンバータ1のダンパユニット7は、タービンシェル4aと共にタービンハブ5に連結されている。ダンパユニット7は、図1に示されるように、中間プレート71、複数のスプリング(弾性体)72、ガイドプレート73および74を含む。中間プレート71は、その外周縁の周方向における複数箇所から概ね台形状の突起が外方に向けて延出されている環状部材として形成されており、その内周部は、リベット等を介してタービンハブ5に固定されている。中間プレート71の突起同士の間には、スプリング72が所定数ずつ配置され、中間プレート71および各スプリング72は、ガイドプレート73および74によって両側から挟持される。
On the other hand, the
ガイドプレート73,74は、環状に形成されており、周方向の複数箇所にプレートの一部を外方に膨らませると共に開口することにより形成されたスプリング保持部73a,74aを有する。ガイドプレート73とガイドプレート74とは、それぞれの外周側縁部の周方向における複数箇所でリベット等によって互いに連結(固定)される。そして、中間プレート71は、ガイドプレート73および74との間に、両者に対して回転自在になるように保持され、中間プレート71の突起間に配置されたスプリング72は、それぞれ対応するスプリング保持部73aおよび74a内に収容される。この際、スプリング72の一方の外端(突起とは反対側の端部)が、スプリング保持部73aおよび74aの一方の端部と当接する。
The
そして、トルクコンバータ1のロックアップクラッチ機構8は、上述のダンパユニット7と、フロントカバー2との間に配置される。図1に示されるように、ロックアップクラッチ機構8は、ロックアップピストン80、第1摩擦ディスク(第1摩擦部材)81および第2摩擦ディスク(第2摩擦部材)82を含む。ロックアップピストン80は環状に形成されており、その中心部は、タービンハブ5のフロントカバー2側の端部5aの周りに摺動自在に支持されている。これにより、ロックアップピストン80は、タービンハブ5の軸方向に移動自在となり、フロントカバー2に対して接近離間することができる。
The lockup clutch mechanism 8 of the
本実施形態では、タービンハブ5の端部5aにはめ込まれるロックアップピストン80の内周側位置決め端部80aがフロントカバー2側に延出されている。そして、フロントカバー2には、この内周側位置決め端部80aとタービンハブ5の端部5aとに対向するように凹部2aが形成されており、端部5aと凹部2aとの間には、スラスト軸受10cが配置される。このような構成を採用すれば、ロックアップピストン80のタービンハブ5の軸方向における位置決めと、スラスト軸受10cの配置とに要するスペースを削減することができる。
In this embodiment, the inner peripheral
図1および図4に示されるように、第1摩擦ディスク81は、環状に形成された本体810を含み、ロックアップピストン80とフロントカバー2との間に配置される。本体810の外周側の表裏面(ロックアップピストン80側の面およびフロントカバー2側の面)には、摩擦板83が固定されている。また、本体810の内縁部には、複数の溝が放射状に形成されており、各溝は、フロントカバー2の内面に固定されたディスク支持部材11のガイド部11aと係合する。これにより、第1摩擦ディスク81は、ディスク支持部材11によってフロントカバー2およびタービンハブ5の回転方向への移動(フロントカバー2等に対する回転)を規制された状態でディスク支持部材11に対して軸方向に摺動自在となる。すなわち、第1摩擦ディスク81は、フロントカバー2およびタービンハブ5の回転方向においてフロントカバー2と一体化される一方、フロントカバー2に対してタービンハブ5等の軸方向に移動自在となる。
As shown in FIGS. 1 and 4, the
また、第2摩擦ディスク82も、環状に形成された本体820を含み、図1および図4に示されるように、ダンパユニット7のガイドプレート73および74と、ロックアップピストン80との外周に配置される。本体820は、タービンハブ5の径方向に延びる基部82aと、基部82aからタービンハブ5の軸方向に延びる複数のスプライン82bとを有する。そして、基部82aのフロントカバー2側の面には、摩擦板83が固定されている。
The
更に、ロックアップピストン80の外周部には、図5に示されるように、第2摩擦ディスク82のスプライン82bと対応するように凹部80bが形成されている。同様に、ダンパユニット7を構成するガイドプレート73,74の外周部にも、第2摩擦ディスク82のスプライン82bと対応するように凹部73b,74bが形成されている。図5に示されるように、第2摩擦ディスク82の各スプライン82bは、ロックアップピストン80の凹部80bと、ガイドプレート73,74の凹部73b,74bとに軸方向に摺動自在に係合させられる。
Further, as shown in FIG. 5, a
これにより、第2摩擦ディスク82は、(タービンハブ5等の)回転方向においてロックアップピストン80と一体化されると共に、ロックアップピストン80に対して(タービンハブ5等の)軸方向に移動自在となる。更に、第2摩擦ディスク82は、(タービンハブ5等の)回転方向においてダンパユニット7のガイドプレート73および74と一体化されると共に、ガイドプレート73および74に対して(タービンハブ5等の)軸方向に移動自在となる。従って、ダンパユニット7(中間プレート71)が上述のようにタービンハブ5に連結されていることから、第2摩擦ディスク82は、タービンハブ5と回転方向において一体化されると共に、タービンハブ5に対して軸方向に移動自在となる。
As a result, the
さて、上述のように構成されるトルクコンバータ1では、図示されないエンジンが作動されてフロントカバー2およびポンプインペラ3が回転すると、作動油の流れによりタービンランナ4が引きずられるようにして回転し始める。ステータ6は、ポンプインペラ3とタービンランナ4との回転速度差が大きい時に、作動油の流れをポンプインペラ3の回転を助ける方向に変換する。これにより、トルクコンバータ1は、ポンプインペラ3とタービンランナ4との回転速度差が大きい時には、トルク増幅機として作動し、両者の回転速度差が小さくなると、ステータ6がワンウェイクラッチ9を介して空転し、流体継手として作動する。すなわち、エンジンの動力は、タービンランナ4(作動流体)を介してフロントカバー2からタービンハブ5に伝達される。
Now, in the
そして、車両の発進後、所定の条件が満たされると(例えば、車速が所定値に達すると)、ロックアップクラッチ機構8が作動され、エンジンからフロントカバー2に伝えられた動力が、出力部材としてのタービンハブ5に直接伝達(機械的に〔直接〕伝達)されるようになり、これにより、エンジンと変速機の入力軸とが機械的に直結される。また、フロントカバー2からタービンハブ5に伝達されるトルクの変動は、ダンパユニット7によって吸収されることになる。
When a predetermined condition is satisfied after the vehicle starts (for example, when the vehicle speed reaches a predetermined value), the lock-up clutch mechanism 8 is activated, and the power transmitted from the engine to the
かかるロックアップに際しては、図示されない油圧装置によってロックアップピストン80とポンプシェル3aとの間に画成される油室に作動油が供給される。これにより、ロックアップピストン80は、当該油室からの作動油の流れによって押圧され、フロントカバー2に向けて移動する。これに伴い、第1摩擦ディスク81および第2摩擦ディスク82がロックアップピストン80によって押圧され、フロントカバー2に向けて移動する。
At the time of such lock-up, hydraulic oil is supplied to an oil chamber defined between the lock-up
これにより、第1摩擦ディスク81および第2摩擦ディスク82は、ロックアップピストン80とフロントカバー2とによって挟持される。そして、第1摩擦ディスク81の一方(図中左側)の摩擦板83は、ロックアップピストン80と摩擦接触し、第2摩擦ディスク82の摩擦板83は、フロントカバー2と摩擦接触する。また、第1摩擦ディスク81の他方(図中右側)の摩擦板83は、第2摩擦ディスク82の基部82aと摩擦接触するので、第1摩擦ディスク81と第2摩擦ディスク82とが互いに摩擦接触する。この結果、ロックアップピストン80とフロントカバー2とが強固に連結され、両者は一体となって回転する。なお、トルクコンバータ1では、フロントカバー2とロックアップピストン80との間に画成される油室に作動油が供給されると、フロントカバー2とロックアップピストン80の連結が断たれ、両者間には回転差が生じることになる。
Accordingly, the
ロックアップピストン80とフロントカバー2とが連結され、両者が共に回転を始めると、フロントカバー2およびロックアップピストン80の回転(動力)は、ダンパユニット7を介して出力部材としてのタービンハブ5に機械的に直接伝達される。この際、本実施形態では、フロントカバー2からダンパユニット7(ガイドプレート73および74)への動力伝達経路が、図5において矢印で示されるように3系統に分けられる。
When the
すなわち、第1の動力伝達経路は、フロントカバー2→摩擦板83→第2摩擦ディスク82→ダンパユニット7という順番でフロントカバー2からダンパユニット7に動力を伝達するものである。また、第2の動力伝達経路は、フロントカバー2→ディスク支持部材11→第1摩擦ディスク81→摩擦板83→第2摩擦ディスク82→ダンパユニット7という順番でフロントカバー2からダンパユニット7に動力を伝達するものである。そして、第3の動力伝達経路は、フロントカバー2→ディスク支持部材11→第1摩擦ディスク81→摩擦板83→ロックアップピストン80→第2摩擦ディスク82→ダンパユニット7という順番でフロントカバー2からダンパユニット7に動力を伝達するものである。
In other words, the first power transmission path transmits power from the
このように、トルクコンバータ1では、フロントカバー2からの動力(トルク)は、第1から第3の動力伝達経路に分散された状態でダンパユニット7(タービンハブ5)に伝達されることになる。従って、トルクコンバータ1では、各部材に加わる応力を小さくすると共に特定の部位に応力が集中してしまうことを確実に防止することができる。特に、本実施形態では、ロックアップピストン80を経由してフロントカバー2からからダンパユニット7(タービンハブ5)へと伝達されるトルクを従来のものに比べて大幅に低減することが可能となるので、ロックアップピストン80を容易に薄肉化(小型化)することが可能となる。
As described above, in the
そして、トルクコンバータ1では、第2摩擦ディスク82を介してロックアップピストン80とダンパユニット7(タービンハブ5)とが連係することになるので、ロックアップピストン80とダンパユニット7(タービンハブ5)とを連係するための係合部(嵌合部)を簡略化(削減)することが可能となり、それに要する部品点数を削減することができる。また、第2摩擦ディスク82のスプライン82bや、ロックアップピストン80、ガイドプレート73および74の凹部80b,73b,74bは、いずれも比較的容易かつ低コストで形成可能なものである。従って、本発明によれば、ロックアップクラッチ機構8の部品点数を削減して、トルクコンバータ1を低コスト化することが可能となる。
In the
1 トルクコンバータ
2 フロントカバー
3 ポンプインペラ
3a ポンプシェル
3b ブレード
3i 流体入口側縁部
3o 流体出口側縁部
4 タービンランナ
4a タービンシェル
4b ブレード
5 タービンハブ
6 ステータ
6b ブレード
7 ダンパユニット
8 ロックアップクラッチ機構
11 ディスク支持部材
73,74 ガイドプレート
73b,74b,80b 凹部
80 ロックアップピストン
81 第1摩擦ディスク
82 第2摩擦ディスク
82a 基部
82b スプライン
83 摩擦板
RS 基準面
S 入力軸
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記入力部材に取り付けられたポンプインペラと、
前記出力部材に取り付けられて前記ポンプインペラと対向するタービンランナと、
前記タービンランナから流出した流体を前記ポンプインペラに案内するためのステータとを備え、
前記ポンプインペラ、前記タービンランナおよび前記ステータにより形成されるトーラスを前記出力部材の軸方向に垂直な所定の基準面によって分割した際に、前記基準面の一側に前記ポンプインペラのブレードが位置し、前記基準面の他側に前記タービンランナのブレードおよび前記ステータのブレードが位置することを特徴とする流体伝動装置。 In a fluid transmission device that transmits power from an input member to an output member,
A pump impeller attached to the input member;
A turbine runner attached to the output member and facing the pump impeller;
A stator for guiding the fluid flowing out of the turbine runner to the pump impeller,
When a torus formed by the pump impeller, the turbine runner, and the stator is divided by a predetermined reference plane perpendicular to the axial direction of the output member, a blade of the pump impeller is positioned on one side of the reference plane. The fluid transmission device, wherein the turbine runner blade and the stator blade are located on the other side of the reference surface.
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