JP2009168112A - 流体式トルクコンバータ - Google Patents

Abstract

【課題】ストール運転状態でのタービンランナの倒れ込みが低減されたコンパクトな流体式トルクコンバータを提案する。
【解決手段】内側壁にポンプインペラ1bを配設したケース本体1と、このケース本体1の開口端に合わさりその内側に作動流体の充填空間Mを形成するフロントカバー2と、ケース本体1のポンプインペラ1bに対面するブレード3bを有し、フロントカバー2の内壁面に沿い間隔を隔てて配置されたタービンランナ3と、該ポンプインペラ1b及びブレード3bとの相互間に位置し、充填空間M内の作動流体をタービンランナ側からケース本体側に向けて誘導するとともに該ポンプインペラ1b、ブレード3bと協働して充填空間M内に作動流体の環状経路を形成するステータ5とを備えた流体式トルクコンバータにおいて、前記タービンランナ3のシェル3aの背面に、該フロントカバー2との相互間に存在する作動流体を、ポンプインペラ側へ向けて誘導するフィン7を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車に適用される流体式トルクコンバータに関するものであり、とくに、出力軸が回らない状態でアクセルペダルが踏み込まれるような所謂ストール運転状態でのタービンランナの倒れこみを効果的に回避しようとするものである。

流体式のトルクコンバータは、ポンプインペラを配設したケース本体の開放端に、入力軸に連結するフロントカバーを配置してその相互間に作動流体の充填空間を区画形成し、この充填空間内にポンプインペラに対向するブレードを備えたタービンランナと、該ポンプインペラ及びブレードとの相互間に位置するステータと組み入れた構成からなっており、ポンプインペラの回転によって生み出された作動流体の流れをブレードに伝達せしめて該タービンライナを回転させることにより出力軸を駆動するものであって、通常の運転では、タービンライナには、ポンプインペラからの作動流体による力と、タービンライナ自体の回転による遠心力と、該タービンライナの背面側にかかる作動油圧によりポンプインペラへ向けて押圧する力が作用している。

ところで、急勾配な路面における発進のような、出力軸が回転せずアクセルが踏み込まれる状態（ストール運転状態）では、タービンランナの回転が停止して遠心力が作用しなくなることから、回転軸に沿う成分の総和が大きくなって該タービンライナがポンプインペラ側へ向けて倒れこむ不具合があった。

タービンライナの倒れ込みが起きた場合にはそのブレードがポンプインペラに接触するのが避けられないので、通常はその接触を回避するためタービンランナの倒れ込み量を見込んだ隙間をその相互間に設けることによって対処しているところ、従来のこの種の対応では該隙間がトルクコンバータの小型化（とくに軸方向に沿う寸法の短縮化）を阻害する原因になっていた。

また、タービンライナの本体部分をなすシェルは、プレス成形により製造されており、流体継ぎ手となるブレードについては別途にシェルに取り付けなければならないためその形状は比較的簡素化されているのが普通であり、その形状に工夫を加えてシェルそのものの剛性を上げるにも限界があって、剛性の確保のためには厚さを厚くするか、「ろう付け」等の工程を付加して対応せざるを得ず、重量の増大やコストの上昇が避けられない状況にあった。

この点に関する先行技術としては、タービンの流体流の流路面積をポンプの流体流の流路面積よりも大きく設定するか、あるいはタービンのフロントカバー側に作用する作動油の量を減らす作動油減量手段を設けることによってタービンの倒れ込みの防止を図ったトルクコンバータが知られている（例えば、特許文献1参照）。
特開平9-112649号公報

しかしながら、上記従来のトルクコンバータは、設計条件が厳しくサイズのコンパクト化、重量の軽減を図るにも困難があり、とくに作動油減量手段を適用するに当たっては油圧制御弁を別途に別途に設ける必要があることから構造の複雑化、コストの上昇を伴うことが懸念され、未だ改善の余地が残されていた。

本発明の課題は、上記のような従来の問題を解消し得る流体式トルクコンバータを提案するところにある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、その具体的手段は、内側壁にポンプインペラを配設したケース本体と、このケース本体の開口端に合わさりその内側に作動流体の充填空間を区画形成するフロントカバーと、ケース本体のポンプインペラに対面するブレードを有し、フロントカバーの内壁面に沿い隙間を隔てて配置されたタービンランナと、該ポンプインペラ及びブレードとの相互間に位置し、充填空間内の作動流体をタービンランナ側からケース本体側に向けて誘導するとともに該ポンプインペラ、ブレードと協働して充填空間内に作動流体の環状経路を形成するステータとを備えた流体式トルクコンバータにおいて、前記タービンランナのフロントカバーの内壁面側に、該フロントカバーとの相互間に存在する作動流体を、ポンプインペラ側へ向けて誘導するフィンを設けたことを特徴とする。

タービンランナを構成するシェルの背面のとくに外縁部に沿ってフィンを設けることによりフロントカバーとの相互間に存在する作動流体が該フロントカバーの回転に伴いポンプインペラ側へ向かう流れが誘導され、その結果としてタービンライナの背面における作動流体の圧力が下がり該タービンランナのポンプインペラ側への倒れ込みが回避され、回転軸方向に沿う寸法の短縮化（サイズのコンパクト化）、重量の軽減が可能となる。

以下、図面を用いて本発明をより具体的に説明する。
図1は本発明にしたがう流体式トルクコンバータの実施の形態を、回転軸Lを境にしてその上側半分（下側半分については上側半分と同等の形状になるため図示は省略してある。）について摸式的に示した図（断面図）である。

図における符号1はケース本体である。このケース本体1は開口1aを有しており、その内側壁にはポンプインペラ1bが設けられている。また、2はケース本体1の開口端に合わさり(液密状態で固定保持される。)、該ケース本体1と協働してその内側に作動流体の充填空間Mを区画形成するフロントカバーである。このフロントカバー2はエンジンの回転軸に連結し、ケース本体1とともに回転可能に支持されており、このケース本体1とフロンとカバー2によってポンプを構成している。

3はフロントカバー2の内壁面に沿い間隔をおいて回転可能に配置されたタービンランナである。このタービンランナ3は、その本体部分をなすタービンシェル3aと、このタービンシェル3a（以下、単にシェル3aと記す。）の内面壁にポンプインペラ1bに対面する向きで隙間hをあけて配置されたタービンブレード3b（以下、単にブレード3bと記す。）からなっており、ハブ4を介して出力軸（変速機の入力軸）にスプライン結合している。

5はポンプインペラ1b及びブレード3bとの相互間に位置し、充填空間M内の作動流体をタービンライナ側からケース本体側（ポンプインペラ側）に向けて誘導するステータである。このステータ5はその回転方向を一方向のみに設定するワンウエイクラッチ6（インナーレース6a、アウターレース6b）を有しており、ハブ4とケース本体側のハブとの間でスラスト軸受けを介して位置決めされている。ここにステータ5はポンプ側とタービン側の回転速度差が大きい時には作動流体の流れをポンプ側の回転を助ける向きに変換する（トルクの増幅）。また、ワンウエイクラッチ6はポンプ側とタービン側の回転速度差が小さくなった時にステータ5を空転させるように機能する。

7はタービンランナ3のシェル3aの背面の外縁部に一体的に設けられたフィンである。このフィン7はその要部を拡大して図2（図1のA視図（平面図）、図3（図1のB視図（背面図））に示す如く、該シェル3aの周りに沿い間隔をおいて複数枚配列されており、このフィン7によってフロントカバー2との相互間に存在する作動流体をポンプインペラ1b側(隙間h)へ向けて積極的に排出する。

さらに、8はタービンランナ3とフロントカバー2の相互間に配置されたロックアップクラッチである。このロックアップクラッチ8は変速の必要がない領域で入力軸と出力軸を直結する機能を有するものであり、ロックアップピストン8aと、ロックアップダンパ8bにて構成されている。

エンジンの回転によりフロントカバー2が回転すると、これに連結するケース本体1も同時に回転しポンプインペラ1bによって作動流体に流れが生じる。この作動流体の流れはブレード3bへと伝達されてタービンライナ3を回転させて変速機の入力軸につながる出力軸5を駆動することになる(充填空間M内は、ポンプインペラ1b、タービンランナ3及びステータ5により作動流体を循環させる環状経路を形成する。)。フロントカバー2の回転に伴い、タービンライナ3の背面側に存在する作動流体（タービンライナ3の背面側に存在する作動流体はフロントカバー2の回転によって遠心力が作用している。）はフィン7によってポンプインペラ側（隙間h）へ向けて誘導され、これによりタービンランナ3の前後における差圧が小さくなり、ストール運転状態のようにタービンライナ3の回転が停止した場合にあっても、該タービンランナ3のポンプインペラ1b側への倒れ込み量は非常に小さくなる。

本発明においては、フィン7の回転軸芯Lに対する角度θ（フロントカバー2の回転により生じる作動流体の流れに対する角度）は図4に示すように0°超〜90°未満（すなわち、0〜90°の範囲において0°及び90°を含まない角度をいう。）の範囲に設定することができる。

フィン7に角度θを付与することによりタービンライナ3の背面側の作動流体はポンプインペラ側へ積極的に誘導されるうえ、該フィン7には、作動流体の流れ（流体力F）を受けてタービンランナ3をフロントカバー2側へ倒れ込ませる力（F_１）が作用し、タービンライナ3の倒れ込み量がさらに低減される。フィン7の厚さは作動流体の流体力、また、高さについてはフィン7の枚数、低減させたい作動流体の流体力に応じて適宜設定される。

また、フィン7は、図5に示すように、回転軸芯Lに沿って湾曲させたものを適用する（側壁を湾曲させる。）のが好ましく、これにより作動流体はポンプインペラ1b側へ向けてスムーズに流れることになる。

さらに、ケース本体1の内側壁には、図6〜8に示すようにフィン7に対向する溝部1cを設けることができる。なお、ケース本体1とフロントカバー2の継ぎ目の形態によってはフロントカバー2の内周側に形成される場合もある。ここに、図6はケース本体1の側面の要部を断面で示した図であり、図7は図6のC視図、図8は図6のD視図である。このような溝部1cを設けることにより作動流体はポンプインペラ1b側（隙間h）へ向けてより積極的に誘導される。ケース本体1の溝部1cについても、フィン7と同様に回転軸芯Lに対して0°超〜90°未満の角度θ_１を付与することができる。

図9は、フィン7と溝部1cの配置状況をそれぞれ重ね合わせて示した図である（図6のE視図）。フィン7と溝部1cとは同じ角度に設定した場合について表示したが、フィン7の角度θ、溝部1cの角度θ_１はそれぞれ任意に設定される。

フィン7はシェル3aの背面の外周縁部に設けることでフロントカバー2との相互間に存在する作動流体をポンプインペラ1b側(隙間h)へ向けて効率よく排出することが可能となる。

タービンライナ3のシェル3aは、ダイキャスト法（アルミダイキャスト）を適用して一体物として成形されるので、フィン7はタービンランナ3の回転軸芯Lに沿う向きに配され、しかもシェル3aの外表面から垂直に立ち上がる起立片を適用するのが好ましく、これにより、金型からの引き抜き（軸方向への引き抜き）が可能となりフィン7を別途に設ける追加工程を付加する必要がなく効率的な製造が可能になる。

本発明においてはタービンランナのポンプインペラ側への倒れ込みが緩和されたコンパクトな流体式トルクコンバータが提供できる。フィンを、タービンランナの回転軸芯に対し0°超〜90°未満の角度に設定することにより、該フィンには、作動流体の流れ（流体力）を受けてタービンランナをフロントカバー側へ倒れ込ませる力が作用し、タービンライナの倒れ込みがより一層小さくなる。また、前記フィンを、タービンランナの回転軸芯に沿って湾曲した側壁を有するもので構成することにより、ポンプインペラ側へ向けて作動流体がスムーズに流れる。また、フロントカバーの内側壁に、フィンに対向する溝部を設けることにより、作動流体がポンプインペラ側へ向けて積極的に誘導される。さらに、フィンを、シェルの背面の外周縁部に設けること、タービンランナの回転軸芯に沿う向きでシェルの外表面から垂直に立ち上がる起立片とすることにより、作動流体をポンプインペラ側へ向けて効率的に流すことが可能となり、タービンライナの倒れ込みがより小さくなる。

本発明にしたがう流体式トルクコンバータの実施の形態を模式的に示した図である。 図1のA視図である。 図1のB視図である。 フィンの角度θと作動流体の流れを示した図である。 フィンの形状を示した図である。 ケース本体の要部を断面で示した図である。 図6のC視図である。 図6のD視図である。 図6のE視図である。

符号の説明

1 ケース本体
1a 開口
1b ポンプインペラ
2 フロントカバー
3 タービンランナ
3a タービンシェル
3b タービンブレード
4 ハブ
5 ステータ
6 ワンウエイクラッチ
7 フィン
8 ロックアップクラッチ
8a ロックアップピストン
8b ロックアップダンパ

Claims (6)

1. 内側壁にポンプインペラを配設したケース本体と、このケース本体の開口端に合わさりその内側に作動流体の充填空間を区画形成するフロントカバーと、ケース本体のポンプインペラに対面するブレードを有し、フロントカバーの内壁面に沿い間隔を隔てて配置されたタービンランナと、該ポンプインペラ及びブレードとの相互間に位置し、充填空間内の作動流体をタービンランナ側からケース本体側に向けて誘導するとともに該ポンプインペラ、ブレードと協働して充填空間内に作動流体の環状経路を形成するステータとを備えた流体式トルクコンバータにおいて、
   前記タービンランナのフロントカバーの内壁面側に、該フロントカバーとの相互間に存在する作動流体を、ポンプインペラ側へ向けて排出するフィンを設けたことを特徴とする流体式トルクコンバータ。
2. 前記フィンは、タービンランナの回転軸芯に対し0°超〜90°未満の角度を有する請求項1記載の流体式トルクコンバータ。
3. 前記フィンは、タービンランナの回転軸芯に沿って湾曲した側壁を有する請求項1又は2記載の流体式トルクコンバータ。
4. 前記ケース本体若しくはフロントカバーの内側壁に、フィンに対向する溝部を有する請求項1〜3の何れかに記載の流体式トルクコンバータ。
5. 前記フィンは、シェルの背面の外周縁部に設けられたものである請求項1〜4の何れかに記載の流体式トルクコンバータ。
6. 前記フィンは、タービンランナの回転軸芯に沿って設けられ、シェルの外表面から垂直に立ち上がる起立片よりなる請求項1〜5の何れかに記載の流体式トルクコンバータ。

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