JP2007211886A - トルクコンバータ - Google Patents

Abstract

【課題】低回転領域におけるインペラー軸推力を減少させることによって容量係数を減少させて燃費を向上させることにある。
【解決手段】エンジンからのトルクを流体によってトランスミッション側に伝達するためのトルクコンバータであって、フロントカバー１１は、エンジンからのトルクが入力される。インペラー２１はフロントカバー１１とともに流体室を構成し、内側に複数のインペラーブレード２７が設けられている。タービン２２は、インペラー２１に対向する側に複数の羽根を有し、トランスミッションにトルクを出力可能である。ステータ２３は、タービン２２からインペラー２１に流れる流体の流れを整流する。インペラーブレード２７は低回転領域でのみインペラーの軸推力を減少させる形状である。
【選択図】図１

Description

本発明は、トルクコンバータ、特に、エンジンの低回転領域でのみ軸推力が減少する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内周部間に配置されている。ステータは、主に、環状のシェルと、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（特許文献１参照）。
特開２００４―２０５０１２号公報

トルクコンバータは、エンジンの低回転領域では高回転領域に比べて容量係数が高くなる。このために、エンジンの低回転領域ではエンジンの負荷が大きく燃費が悪くなっている。ここで、容量係数はトルクに比例し、トルクはインペラー軸推力に比例する。エンジンの低回転領域では、インペラー軸推力が高くなっている。

本発明の課題は、低回転領域におけるインペラー軸推力を減少させることによって容量係数を減少させて燃費を向上させることにある。

請求項１に係るトルクコンバータは、エンジンからのトルクを流体によってトランスミッション側に伝達するためのトルクコンバータであって、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。フロントカバーは、エンジン側に配置され、エンジンからのトルクが入力される。インペラーはフロントカバーのトランスミッション側に配置され、フロントカバーとともに流体室を構成し、内側に複数のインペラーブレードが設けられている。タービンは、流体室内においてインペラーのエンジン側に配置され、インペラーに対向する側に複数の羽根を有し、トランスミッションにトルクを出力可能である。ステータは、インペラーとタービンの内周部間に配置され、タービンからインペラーに流れる流体の流れを整流する。インペラーブレードは低回転領域でのみインペラーの軸推力を減少させる形状である。

このトルクコンバータでは、トルクがエンジンからフロントカバーに伝達され、インペラーが回転する。インペラーが回転すると遠心力によってインペラー側からタービン側に作動油が移動してタービンを回転させる。タービン側の作動油はステータを介してインペラー側に流れ込む。インペラー側の作動油によってタービンが回転させられると、トランスミッション側にトルクが伝達される。エンジンが低回転領域であるときには、インペラーブレードによってエンジンの低回転領域でのみインペラーの軸推力を減少させる。ここで、インペラー軸推力はインペラーブレードの正圧側と負圧側の圧力差とインペラーブレードの面積とインペラーブレードの枚数との積で表され、容量係数はインペラー軸推力に比例する。

ここでは、エンジンの低回転領域におけるインペラーの軸推力が減少するために容量係数が減少し、燃費を向上させることができる。

請求項２に係るトルクコンバータは、請求項１に記載のトルクコンバータであって、インペラーブレードはインペラーの回転軸側の端部が削除されている。

このトルクコンバータでは、低回転領域ではインペラーブレードの面積が減少しインペラーブレードの正圧側と負圧側との圧力差の変化が少ないためにインペラー軸推力が減少し、高回転領域ではインペラーブレードの面積は減少するがインペラーブレードの圧力差が増加するためにインペラー軸推力は変わらない。

ここでは、低回転領域でのみインペラー軸推力が減少するために、容量係数が減少して燃費を向上させることができる。

請求項３に係るトルクコンバータは、請求項１または２に記載のトルクコンバータであって、インペラーブレードは入り口に設けられた入り口部端面に屈曲点を有する。

請求項４に係るトルクコンバータは、請求項１から３のいずれかに記載のトルクコンバータであって、入り口部端面は、入り口部第１端面と１００°以上であって１６０°未満の角度をなす入り口部第２端面を回転軸側に備えている。

請求項５に係るトルクコンバータは、請求項１から４のいずれかに記載のトルクコンバータであって、インペラーブレードはインペラーの回転軸側端部が回転軸と平行である。

請求項６に係るトルクコンバータは、請求項１から４のいずれかに記載のトルクコンバータであって、インペラーの回転軸側端部は曲線状に形成されている。

請求項７に係るトルクコンバータは、請求項１から６のいずれかに記載のトルクコンバータであって、インペラーブレードの入り口部端部はタービンブレードの出口側端部よりも回転軸から遠い位置に配置されている。

請求項８に係るトルクコンバータは、請求項４に記載のトルクコンバータであって、インペラーブレードは、入り口部第１端面と入り口部第２端面との接続部分を曲線状に形成している。

本発明は、エンジンの低回転領域におけるインペラー軸推力を減少させることによって容量係数を減少させて、燃費を向上させることができる。

（１）トルクコンバータの基本構造
図１は本発明の一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２からトランスミッションの入力シャフト３にトルクを伝達するための装置である。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がトルクコンバータ１の回転軸である。

トルクコンバータ１は、主に、フレキシブルプレート４とトルクコンバータ本体５とから構成されている。フレキシブルプレート４は、円板状の薄い部材からなり、トルクを伝達するとともにクランクシャフト２からトルクコンバータ本体５に伝達される曲げ振動を吸収するための部材である。また、フレキシブルプレート４に近接してフロントカバー１１が配置されている。トルクコンバータ本体５は、３種の羽根車（インペラー２１、タービン２２、ステータ２３）からなるトーラス形状の流体作動室６と、ロックアップ装置７とから構成されている。

フロントカバー１１は、円板状の部材であって、内周端にはセンターボス１６が溶接により固定されている。センターボス１６は、軸方向に延びる円筒形状の部材であり、クランクシャフト２の中心孔内に挿入されている。フレキシブルプレート４の内周部は複数のボルト１３によってクランクシャフト２の先端面に固定されている。フロントカバー１１の外周側かつエンジン側面には、円周方向に等間隔で複数のナット１２が固定されている。このナット１２内に螺合するボルト１４がフレキシブルプレート４の外周部をフロントカバー１１に固定している。

フロントカバー１１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側筒状部１１ａが形成されている。この外周側筒状部１１ａの先端にインペラー２１のインペラーシェル２６の外周縁が溶接によって固定されている。この結果、フロントカバー１１とインペラー２１とによって、内部に作動油が充填された流体室が形成されている。

インペラー２１は、主に、インペラーシェル２６と、その内側に固定された複数のインペラーブレード２７と、インペラーシェル２６の内周部に固定されたインペラーハブ２８とから構成されている。

インペラーシェル２６は、インペラーブレード２７が固定された部分２３ａと、そこからさらに半径方向外方に延びる環状部分２３ｂを有している。環状部分２３ｂはフロントカバー１１の環状部１１ｂと軸方向に対向しており、その間に流体作動室６より外周側に位置する環状空間Ｃを確保している。

インペラーブレード２７は、インペラーシェル２６の内壁側に固定されている板状部材であって、インペラーシェル２６の内周側に沿うように一定の幅で形成されている。インペラーブレード２７の回転軸側は、徐々に軸方向の幅が狭くなっており、最も回転軸側の端部は回転軸と平行に削除されている。具体的には、図２に示すようにインペラーブレード２７の入り口部第２端面２７ａは入り口部第１端面２７ｂとほぼ１２０°になるように屈曲点が形成されており、インペラーブレード２７の入り口部第２端面２７ａと入り口部第１端面２７ｂとの接触部分は滑らかに曲線状に形成されている。

インペラーハブ２８はトランスミッション側に延びる筒状部を有する。

タービン２２は流体室内でインペラー２１に対して軸方向に対向して配置されている。タービン２２は、主に、タービンシェル３０と、そ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３１と、タービンシェル３０の内周縁に固定されたタービンハブ３２とから構成されている。タービンシェル３０とタービンハブ３２とは複数のリベット３３によって固定されている。

タービンハブ３２の内周面には、入力シャフト３に係合するスプラインが形成されている。これによりタービンハブ３２は入力シャフト３と一体回転するようになっている。

ステータ２３は、インペラー２１の内周部とタービン２２の内周部と間に配置され、タービン２２からインペラー２１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２３は樹脂やアルミ合金等で鋳造により一体に製作されている。ステータ２３は、主に、環状のステータシェル３５と、シェル３５の外周面に設けられた複数のステータブレード３６と、複数のステータブレード３６の先端に固定された環状のステータコア６１とから構成されている。ステータシェル３５はワンウェイクラッチ３７を介して筒状の固定シャフト３９に支持されている。固定シャフト３９は入力シャフト３の外周面とインペラーハブ２８の内周面との間を延びている。

以上に述べた各羽根車２１，２２，２３の各シェル２６，３０，３５によって、流体室内にトーラス形状の流体作動室６が形成されている。なお、流体室内においてフロントカバー１１と流体作動室６の間には、ロックアップ装置７が配置された環状の空間９ａ、９ｂが確保されている。図に示すワンウェイクラッチ３７はラチェットを用いた構造であるが、ローラやスプラグを用いた構造であってもよい。

フロントカバー１１の内周部とタービンハブ３２との軸方向間には第１スラストベアリング４１が配置されている。また、タービンハブ３２とステータ２３の内周部との間には第２スラストベアリング４２が配置されている。さらに、ステータ２３とインペラー２１との軸方向間には第３スラストベアリング４３が配置されている。

（２）トルクコンバータの動作
ロックアップ解除されているときには、フロントカバー１１とタービン２２との間のトルク伝達は、インペラー２１とタービン２２との間の流体駆動によって行われている。インペラー２１がエンジンによって回転させられると、作動油は遠心力によってインペラー２１からタービン２２へと流れる。インペラー２１からタービン２２へ流れてきた作動油はタービン２２を回転させた後に、ステータ２３を通過する。ステータ２３を通過する際には、ステータブレード３６に衝突した作動油はブレードによって向きを変えられ、インペラー２１へと戻される。

図３にインペラーブレード２７の圧力分布を示す。この図３では従来品（インペラーブレード２７の入り口端部が削除されていないもの）の圧力分布と本願発明に係るインペラーブレード２７の圧力分布を示している。従来品と本願発明に用いられるインペラーブレードとの両方ともに、５００（ｒ／ｍｉｎ）の正圧側ではインペラーブレード２７の外周側では圧力が高く、入り口側に近づくのに従って徐々に圧力が低くなっている。また、５００（ｒ／ｍｉｎ）の負圧側ではインペラーブレード２７の外周側では圧力が高く、入り口側に近づくのに従って徐々に圧力が低くなっており、Ａの領域が最も低くＡの領域よりも入り口側近づくのに従って圧力が高くなっている。従来品と本願発明に用いられるインペラーブレードとの両方ともに、２０００（ｒ／ｍｉｎ）の正圧側ではインペラーブレード２７の外周側では圧力が高く、入り口側に近づくのに従って徐々に圧力が低くなっている。また、２０００（ｒ／ｍｉｎ）の負圧側ではインペラーブレード２７の外周側では圧力が高く、入り口側に近づくのに従って徐々に圧力が低くなっているが、領域Ａで最も圧力が低くなり最も入り口側端部近傍では徐々に圧力が高くなっている。

ここで、インペラー軸推力は、インペラーブレード２７の正圧側と負圧側との圧力差と、インペラーブレード２７の面積と、インペラーブレード２７の枚数との積によって表される。インペラーブレード２７の圧力分布を示した図３に示すようにインペラーブレード２７の回転軸側端部を削除した場合と削除していない場合とを比較すると、低回転領域（例えば、５００（ｒ／ｍｉｎ））では、インペラーブレード２７の正圧側と負圧側との面圧力差が変わらずインペラーブレード２７の面積が減少するためにインペラー軸推力は減少する。一方、高回転領域（例えば、２０００（ｒ／ｍｉｎ））では、インペラーブレード２７の面積は減少するが、インペラーブレード２７の面圧力差が大きくなるためにインペラーブレード２７の回転軸側先端部を削除しない場合とほぼ同じインペラー軸推力である。従って、インペラーブレード２７のインペラー２１の回転軸側端部を削除すると、低回転領域でのみインペラー軸推力が減少する。従って、図４に示すように容量係数が低回転領域でのみ減少するために燃費が向上する。
（３）他の実施形態
上記実施形態では、インペラーブレード２７の入り口部第２端面２７ａは入り口部第１端面２７ｂとほぼ１２０°であるが、本発明はこれに限らずに、１００°以上１６０°未満であれば良い。さらに、上記実施形態では、インペラーブレード２７の入り口部第２端面２７ａを直線状に構成したが、本発明はこれに限られず図５に示すように、インペラーブレード２７の入り口部第２端面２７ａを曲線状に構成しても良い。さらに、インペラーブレード２７の入り口部第２端面２７ａと入り口部第１端面２７ｂとの接続点を滑らかな曲線状にしても良い。

トルクコンバータ１の縦断面概略図。 インペラーブレード２７の拡大図。 インペラーブレード２７の圧力分布図。 入力軸の回転速度と容量係数との関係を示す図。 他の実施形態のインペラーブレード。

符号の説明

１ トルクコンバータ
２ クランクシャフト
３ 入力シャフト
４ フレキシブルプレート
５ トルクコンバータ本体
６ 流体作動室
７ ロックアップ装置
１１ フロントカバー
２１ インペラー
２２ タービン
２３ ステータ
２６ インペラーシェル
２７ インペラーブレード
２７ａ 入り口部第２端面
２７ｂ 入り口部第１端面
２８ インペラーハブ
３０ タービンシェル
３２ タービンハブ
３５ ステータシェル
３６ ステータブレード
６１ ステータコア

Claims (8)

1. エンジンからのトルクを流体によってトランスミッション側に伝達するためのトルクコンバータであって、
   エンジン側に配置され、前記エンジンからの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の前記トランスミッション側に配置され、前記フロントカバーとともに流体室を構成し、内側に複数のインペラーブレードが設けられたインペラーと、
   前記流体室内において前記インペラーの前記エンジン側に配置され、前記インペラーに対向する側に複数の羽根を有し、前記トランスミッションにトルクを出力可能なタービンと、
   前記インペラーとタービンの内周部間に配置され、前記タービンから前記インペラーに流れる流体の流れを整流するためのステータとを備え、
   前記インペラーブレードは低回転領域でのみ前記インペラーの軸推力を減少させる形状である、
   トルクコンバータ。
2. 前記インペラーブレードは前記インペラーの回転軸側の端部が削除されている、請求項１に記載のトルクコンバータ。
3. 前記インペラーブレードは入り口に設けられた入り口部端面に屈曲点を有する、請求項１または２に記載のトルクコンバータ。
4. 前記入り口部端面は、入り口部第１端面と、前記入り口部第１端面と１００°以上であって１６０°未満の角度をなす入り口部第２端面を回転軸側に備えた、請求項１から３のいずれかに記載のトルクコンバータ。
5. 前記インペラーブレードは前記インペラーの回転軸側端部が回転軸と平行である、請求項１から４のいずれかに記載のトルクコンバータ。
6. 前記インペラーの回転軸側端部は曲線状に形成されている、請求項１から４のいずれかに記載のトルクコンバータ。
7. 前記インペラーブレードの前記入り口部端部は前記タービンブレードの出口側端部よりも回転軸から遠い位置に配置されている、請求項１から６のいずれかに記載のトルクコンバータ。
8. 前記インペラーブレードは、前記入り口部第１端面と前記入り口部第２端面との接続部分を曲線状に形成した、請求項４に記載のトルクコンバータ。
   
   

Images