JP2009222082A - 可変容量型トルクコンバータ - Google Patents

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Abstract

【課題】トルク比を高め且つ容量係数を低く変化させることができ、車両の動力性能を十分に高めることができる可変容量型トルクコンバータを提供する。
【解決手段】タービン翼車６ｔから出力される出力トルクすなわちタービントルクＴＴを調整するためにステータ翼車６ｓを回転駆動する電動モータ（電動機）１０が備えられていることから、電動モータ１０を用いてステータ翼車６ｓをポンプ翼車６ｐの回転方向である正回転方向へ積極的に駆動すると、従来に比較して高いトルク比ｔと低い容量係数Ｃとが得られる。また、電動モータ１０を用いてステータ翼車６ｓをポンプ翼車６ｐの回転方向である正回転方向およびポンプ翼車６ｐの回転方向とは反対の負回転方向へ回転させることにより、従来に比較してトルク比ｔおよび容量係数Ｃの変化範囲が広範となるので、車両の燃費性能および動力性能を大幅に向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、駆動源から出力されたトルクを流体を介して伝達するトルクコンバータに関し、特にトルク増幅率を変更することが可能な可変容量型トルクコンバータに関するものである。
流体式伝動装置の一種に、内燃機関により回転駆動されることによって流体流を発生させるポンプ翼車と、そのポンプ翼車からの流体流を受けて回転させられるタービン翼車と、そのタービン翼車からポンプ翼車への流体流中に回転可能に配置されたステータ翼車とを備えたトルクコンバータが知られている。このようなトルクコンバータでは、ステータ翼車が一方向クラッチを介して非回転部材に連結されており、可変容量特性を備えない。一般に、トルクコンバータの流体特性としては、燃費指向であるときは高い容量(容量係数)であること、加速指向であるときは低い容量(容量係数)であることが望まれるが、上記従来の構成では、ポンプ翼車、タービン翼車、ステータ翼車の形状によって一義的に定められてしまうため、走行パターンに拘わらず同一流体特性となり、燃費性能および動力性能を同時に向上させることには限界があった。
これに対し、特許文献１に示されているように、ステータと非回転部材との間にブレーキ手段を設け、そのブレーキ手段の制動トルクを調節して容量を可変とした可変容量型トルクコンバータが提案されている。これによれば、ブレーキ手段による制動トルクを調節することによってトルクコンバータのトルク比および容量係数を無段階或いは多段階に変化させることが可能となり、運転条件や走行条件に応じて最適なトルク比および容量係数を設定でき、車両の走行性能を高めることができる。
特開平１−１６９１７０号公報
しかしながら、上記従来の可変容量型トルクコンバータでは、そのステータ翼車の回転はポンプ翼車の回転方向とは反対の負回転方向の範囲で制御されるに過ぎず、それにより得られるトルク比の上限値や容量係数の下限値には限界があり、運転条件や走行条件に応じて必ずしも十分にトルクコンバータのトルク比を高め、容量係数を低く変化させることができず、車両の動力性能を十分に高めることができなかった。
本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、トルク比を高め且つ容量係数を低く変化させることができ、車両の動力性能を十分に高めることができる可変容量型トルクコンバータを提供することにある。
本発明者等は、以上の事情を背景として種々検討を重ねた結果、車両の駆動源とは別の動力源である電動機を用いてステータ翼車をポンプ翼車の回転方向である正回転方向へ積極的に駆動すると、従来に比較して高いトルク比と低い容量係数が得られるということを見いだした。本発明はかかる知見に基づいて為されたものである。
すなわち、請求項１にかかる発明の要旨とするところは、回転駆動されることによって流体流を発生させるポンプ翼車と、該ポンプ翼車からの流体流を受けて回転させられるタービン翼車と、該タービン翼車からポンプ翼車への流体流中に回転可能に配置されたステータ翼車とを備えた可変容量型トルクコンバータであって、前記タービン翼車から出力される出力トルクを調節するために前記ステータ翼車を回転駆動する電動機を含むことを特徴とする。
また、請求項２にかかる発明の要旨とするところは、請求項１にかかる発明において、前記電動機と前記ステータ翼車との間を連結可能なクラッチをさらに含むことを特徴とする。
また、請求項３にかかる発明の要旨とするところは、請求項１または２にかかる発明において、前記ステータ翼車と非回転部材との間を連結可能なブレーキをさらに含むことを特徴とする。
また、請求項４にかかる発明の要旨とするところは、請求項１乃至３のいずれか１にかかる発明において、前記電動機は、前記ステータ翼車を前記ポンプ翼車の回転方向である正回転方向に回転させることによりトルク増幅率を増加させるものであることを特徴とする。
また、請求項５にかかる発明の要旨とするところは、請求項１乃至４のいずれか１にかかる発明において、前記電動機は、その回生によって前記ステータ翼車を前記ポンプ翼車の回転方向とは反対の負回転方向に回転させることによりトルク増幅率を減少させるものであることを特徴とする。
また、請求項６にかかる発明の要旨とするところは、請求項３にかかるの発明において、前記ブレーキは、そのスリップによって前記ステータ翼車を前記ポンプ翼車の回転方向とは反対の負回転方向に回転させることによりトルク増幅率を減少させるものであることを特徴とする。
また、請求項７にかかる発明の要旨とするところは、請求項２または３にかかる発明において、前記ステータ翼車と前記クラッチまたは前記ブレーキとの間には、該ステータ翼車の前記ポンプ翼車の回転方向と同じ正回転方向の回転を許容するが該ポンプ翼車の回転方向と反対の負回転方向の回転を阻止する一方向クラッチをさらに含むことを特徴とする。
請求項１にかかる発明の可変容量型トルクコンバータによれば、前記タービン翼車から出力される出力トルクを調節するために前記ステータ翼車を回転駆動する電動機が備えられていることから、電動機を用いてステータ翼車をポンプ翼車の回転方向である正回転方向へ積極的に駆動すると、従来に比較して高いトルク比と低い容量係数が得られる。また、電動機を用いてステータ翼車をポンプ翼車の回転方向である正回転方向およびポンプ翼車の回転方向とは反対の負回転方向へ回転させることにより、従来に比較してトルク比および容量係数の変化範囲が広範となるので、車両の燃費性能および動力性能を走行性能を大幅に向上させることができる。
また、請求項２にかかる発明の可変容量型トルクコンバータによれば、前記電動機と前記ステータ翼車との間を連結可能なクラッチがさらに含まれることから、このクラッチを常時は係合させる一方で急激なトルクが印加されるときにスリップさせることにより電動機或いはこれにより回転制御されるステータ翼車が保護されるようにするとともに、電動機のフェイル時や充放電制限や発熱により電動機の負荷を抑制したい時においては解放させることでステータ翼車からその電動機を切り離すことができる。
また、請求項３にかかる発明の可変容量型トルクコンバータによれば、前記ステータ翼車と非回転部材との間を連結可能なブレーキがさらに含まれることから、そのブレーキを係合作動させることにより、電動機のフェイル時や充放電制限や発熱により電動機の負荷を抑制したい時などではその電動機を用いないでステータ翼車に反力を付与することができる。
また、請求項４にかかる発明の可変容量型トルクコンバータによれば、前記電動機は、前記ステータを前記ポンプ翼車の回転方向である正回転方向に回転させることによりトルク増幅率を増加させるものであることから、従来に比較して高いトルク比と低い容量係数が得られる。
また、請求項５にかかる発明の可変容量型トルクコンバータによれば、前記電動機は、その回生によって前記ステータ翼車を前記ポンプ翼車の回転方向とは反対の負回転方向に回転させることによりトルク増幅率を減少させるものであることことから、トルク比の低い側および容量係数の大きい側への変化範囲が広範となるので、車両の燃費性能および動力性能を走行性能を一層大幅に向上させることができる。
また、請求項６にかかる発明の可変容量型トルクコンバータによれば、前記ブレーキは、そのスリップによって前記ステータ翼車を前記ポンプ翼車の回転方向とは反対の負回転方向に回転させることによりトルク増幅率を減少させるものであることから、トルク比の低い側および容量係数の大きい側への変化範囲が広範となるので、車両の燃費性能および動力性能を走行性能を一層大幅に向上させることができる。
また、請求項７にかかる発明の可変容量型トルクコンバータによれば、前記ステータ翼車と前記クラッチまたは前記ブレーキとの間には、そのステータ翼車の前記ポンプ翼車の回転方向と同じ正回転方向の回転を許容するが該ポンプ翼車の回転方向と反対の負回転方向の回転を阻止する一方向クラッチが含まれることから、電動機のフェイル時や充放電制限や発熱により電動機の負荷を抑制したい時であっても、従来の一定容量のトルクコンバータと同様の、一定のトルクコンバータ特性が得られる。
ここで、本発明の可変容量型トルクコンバータは、駆動源として内燃機関等のエンジンが設けられている車両等に適用されうる。
また、本発明の可変容量型トルクコンバータは、動力伝達装置として有段式の自動変速機が設けられている車両に適用されるだけに限られず、例えば、手動変速機、無段変速機（ＣＶＴ）等その他の形式の動力伝達装置が設けられている車両等にも適用されうる。
以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。
図１は、本発明の一実施例のトルクコンバータ６（可変容量型トルクコンバータ）が適用された車両用動力伝達装置７の骨子図である。この車両用動力伝達装置７は、上記トルクコンバータ６と縦置き型の自動変速機８とを有するものであって、ＦＲ（フロントエンジン・リアドライブ）型車両に好適に採用されるものであり、車両走行用の動力源としてエンジン９を備えている。内燃機関にて構成されるエンジン９の出力は、流体伝動装置として機能するトルクコンバータ６、自動変速機８、図示しない差動歯車装置（終減速機）、一対の車軸などを介して左右の駆動輪へ伝達されるようになっている。
トルクコンバータ６は、エンジン９のクランク軸に連結され、そのエンジン９から回転駆動されることによってトルクコンバータ６内の作動油の流動による流体流を発生させるポンプ翼車６ｐと、自動変速機８の入力軸２２に連結され、そのポンプ翼車６ｐからの流体流を受けて回転させられるタービン翼車６ｔと、タービン翼車６ｔからポンプ翼車６ｐへの流体流中に回転可能に配置されたステータ翼車６ｓとを備えており、作動油（流体）を介して動力伝達を行うようになっている。
また、上記ポンプ翼車６ｐとタービン翼車６ｔとの間にはロックアップクラッチＬ／Ｃが設けられており、後述の油圧制御回路３０によってそのロックアップクラッチＬ／Ｃの係合状態、スリップ状態、或いは解放状態が制御されるようになっており、完全係合状態とされることによってポンプ翼車６ｐおよびタービン翼車６ｔが一体回転させられるようになっている。すなわち、エンジン９のクランク軸と自動変速機８の入力軸２２とが相互に直結状態とされるようになっている。
トルクコンバータ６は、ステータ翼車６ｓを回転駆動するための電動モータ（電動機）１０と、その電動モータ１０とステータ翼車６ｓとの間に設けられてそれらを連結可能なクラッチＣ０と、ステータ翼車６ｓと非回転部材であるトランスミッションケース（以下、ケースと表す）１１との間に設けられてそれらを連結可能なブレーキＢ０とを備えている。また、ステータ翼車６ｓとクラッチＣ０またはブレーキＢ０との間には、ステータ翼車６ｓのポンプ翼車６ｐの回転方向と同じ正回転方向の回転を許容するがポンプ翼車６ｐの回転方向と反対の負回転方向の回転を阻止する一方向クラッチＦ０が設けられている。
上記電動モータ１０は、ブレーキＢ０が解放され且つクラッチＣ０が係合される状態で、その駆動によってステータ翼車６ｓのポンプ翼車６ｐの回転方向である正回転方向の回転数を制御するようになっている。この際、ステータ翼車６ｓには、例えば、図２(ａ)に示すように後述の電子制御装置７８から回転駆動のために電動モータ１０に供給される駆動電流ＩＤの大きさに比例する上記正回転方向の駆動トルクＴＤが与えられる。また、電動モータ１０は、その駆動によってステータ翼車６ｓの負回転方向の回転数を制御するようになっている。この際、ステータ翼車６ｓには、例えば、電動モータ１０に供給される駆動電流ＩＤの大きさに比例する上記負回転方向の駆動トルクＴＤが与えられる。
また、電動モータ１０は、ブレーキＢ０が解放され且つクラッチＣ０が係合される状態で、ステータ翼車６ｓに加えられる流体流によって回転させられることによる回生（発電）によってもステータ翼車６ｓのポンプ翼車６ｐの回転方向とは反対の負回転方向の回転数を制御するようになっている。この際、ステータ翼車６ｓには、例えば、図２(ｂ)に示すように例えば車両に設けられた蓄電装置等に供給すなわち蓄電される発電電流ＩＧの大きさに比例する上記負回転方向の負荷トルクすなわち制動トルクＴＢが与えられる。
上記クラッチＣ０およびブレーキＢ０は、油圧アクチュエータとその油圧アクチュエータに供給される油圧により摩擦係合或いは解放される多板式のクラッチあるいはブレーキとを備える油圧式摩擦係合装置である。ステータ翼車６ｓは、ブレーキＢ０が係合されることにより一方向クラッチＦ０を介してケース１１に固定され、ポンプ翼車６ｐの正回転方向とは反対の負回転方向に回転不能にされる。また、ステータ翼車６ｓは、ブレーキＢ０の係合度合いすなわち係合圧が調整されることで発生されるスリップによっても、上記ポンプ翼車６ｐの回転方向とは反対の負回転方向に回転させられるようになっている。上記正回転方向に回転するポンプ翼車６ｐに対して相対的にその正回転方向とは反対の負回転方向に回転させられるようになっている。この際、ステータ翼車６ｓには、例えば上記係合圧が大きくなるとともに増大する上記負回転方向の負荷トルクすなわち制動トルクＴＢが与えられる。また、ステータ翼車６ｓには、クラッチＣ０が係合されることにより上記電動モータ１０による駆動トルクＴＤあるいは制動トルクＴＢがそのまま伝達されるようになっており、また、クラッチＣ０の係合度合いすなわち係合圧が調整されることで発生されるスリップによりその係合圧の大きさに応じて上記駆動トルクＴＤあるいは制動トルクＴＢの伝達割合が変化させられるようになっている。
自動変速機８は、車体に取り付けられる非回転部材としてのケース１１内において、ダブルピニオン型の第１遊星歯車装置１２を主体として構成されている第１変速部１４と、シングルピニオン型の第２遊星歯車装置１６及びダブルピニオン型の第３遊星歯車装置１８を主体として構成されている第２変速部２０とを共通の軸心上に有し、入力軸２２の回転を変速して出力軸２４から出力する。入力軸２２は、走行用の動力源であるエンジン９からの動力により回転駆動されるトルクコンバータ６のタービン軸でもある。なお、このトルクコンバータ６および自動変速機８はその軸心に対して略対称的に構成されており、図１の骨子図においてはそれら軸心の下半分が省略されている。
上記第１遊星歯車装置１２は、サンギヤＳ１、互いに噛み合う複数対のピニオンギヤＰ１、そのピニオンギヤＰ１を自転及び公転可能に支持するキャリアＣＡ１、ピニオンギヤＰ１を介してサンギヤＳ１と噛み合うリングギヤＲ１を備えている。また、第２遊星歯車装置１６は、サンギヤＳ２、ピニオンギヤＰ２、そのピニオンギヤＰ２を自転及び公転可能に支持するキャリアＣＡ２、ピニオンギヤＰ２を介してサンギヤＳ２と噛み合うリングギヤＲ２を備えている。また、第３遊星歯車装置１８は、サンギヤＳ３、互いに噛み合う複数対のピニオンギヤＰ２及びＰ３、そのピニオンギヤＰ２及びＰ３を自転及び公転可能に支持するキャリアＣＡ３、ピニオンギヤＰ２及びＰ３を介してサンギヤＳ３と噛み合うリングギヤＲ３を備えている。
図１において、クラッチＣ１〜Ｃ４およびブレーキＢ１、Ｂ２は、クラッチＣ０およびブレーキＢ０と同様に油圧アクチュエータとその油圧アクチュエータに供給される油圧により係合或いは解放される多板式のクラッチあるいはブレーキとを備える油圧式摩擦係合装置であって、第１回転要素ＲＭ１（サンギヤＳ２）は、第１ブレーキＢ１を介してケース１１に選択的に連結されて回転停止され、第３クラッチＣ３を介して中間出力部材である第１遊星歯車装置１２のリングギヤＲ１（すなわち第２中間出力経路ＰＡ２）に選択的に連結され、さらに第４クラッチＣ４を介して第１遊星歯車装置１２のキャリアＣＡ１（すなわち第１中間出力経路ＰＡ１の間接経路ＰＡ１ｂ）に選択的に連結されるようになっている。
また、第２回転要素ＲＭ２（キャリアＣＡ２およびＣＡ３）は、第２ブレーキＢ２を介してケース１１に選択的に連結されて回転停止され、第２クラッチＣ２を介して入力軸２２（すなわち第１中間出力経路ＰＡ１の直結経路ＰＡ１ａ）に選択的に連結されるようになっている。また、第３回転要素ＲＭ３（リングギヤＲ２およびＲ３）は、出力軸２４に一体的に連結されて回転を出力するようになっている。また、第４回転要素ＲＭ４（サンギヤＳ３）は、第１クラッチＣ１を介してリングギヤＲ１に連結されるようになっている。なお、第２回転要素ＲＭ２とケース１１との間には、第２回転要素ＲＭ２の正回転（入力軸２２と同じ回転方向）を許容しつつ逆回転を阻止する一方向クラッチＦ１が第２ブレーキＢ２と並列に設けられている。
図３は、自動変速機８において各変速段を成立させる際の各係合要素の作動状態を説明する図表であり、「○」は係合状態を、「（○）」はエンジンブレーキ時のみ係合状態を、空欄は解放状態をそれぞれ表している。図３に示すように、本実施例の自動変速機８は、上記各係合装置すなわち複数の油圧式摩擦係合装置（クラッチＣ１〜Ｃ４、ブレーキＢ１、Ｂ２）が選択的に係合させられることにより変速比（＝自動変速機８の入力軸回転速度ＮＩＮ／自動変速機８の出力軸回転速度ＮＯＵＴ）が異なる前進８段を含む複数の変速段が成立するようになっている。なお、各変速段の変速比は、第１遊星歯車装置１２、第２遊星歯車装置１６、および第３遊星歯車装置１８の各ギヤ比ρ１、ρ２、ρ３によって適宜定められる。
図４は、上記複数の油圧式摩擦係合装置であるクラッチＣ０〜Ｃ４、ブレーキＢ０〜Ｂ２（以下特に区別しない場合にはクラッチＣ、ブレーキＢと記載する）に対して油圧を供給する油圧制御回路３０のうち、その複数の油圧式摩擦係合装置に供給される油圧を制御するための部分を示す回路図である。図４に示すように、本実施例の油圧制御回路３０には、前記クラッチＣ０〜Ｃ４、およびブレーキＢ０〜Ｂ２の各油圧アクチュエータ（油圧シリンダ）３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９に応じてリニアソレノイド弁ＳＬ１、ＳＬ２、ＳＬ３、ＳＬ４、ＳＬ５、ＳＬ６、ＳＬ７、ＳＬ８（以下、特に区別しない場合にはＳＬと記載する）がそれぞれ個別に設けられている。上記各油圧アクチュエータ３２〜３９には、油圧供給装置４０から出力される元圧すなわちライン圧ＰＬがそれらリニアソレノイド弁ＳＬにより個別に調圧されて供給されるようになっている。
油圧供給装置４０は、後述の電子制御装置７８により励磁されて油路を開閉するソレノイド弁や油圧制御を行うリニアソレノイド弁、それらソレノイド弁やリニアソレノイド弁から出力される信号圧に従って油路を開閉したり油圧制御を行ったりする開閉弁、調圧弁などを備えて構成されており、エンジン９によって回転駆動される機械式の油圧ポンプ４２（図１参照）から発生する油圧を元にして上記ライン圧ＰＬを調圧する。
図５は、リニアソレノイド弁ＳＬの構成を説明する断面図である。ここで、本実施例の油圧制御回路３０に備えられたリニアソレノイド弁ＳＬ１〜ＳＬ８は、基本的には何れも同じ構成であるため、図５にはリニアソレノイド弁ＳＬ１を例示している。このリニアソレノイド弁ＳＬ１は、通電されることにより電気エネルギを駆動力に変換する装置であるソレノイド５０と、そのソレノイド５０の駆動により元圧であるライン圧ＰＬを調圧して所定の出力油圧ＰＳＬ１を発生させる調圧部５２とを備えている。
ソレノイド５０は、円筒状の巻芯５４と、その巻芯５４の外周に導線が巻回されたコイル５６と、その巻芯５４の内部を軸心方向に移動可能に設けられたコア５８と、そのコア５８における調圧部５２とは反対側の端部に固設された鉄片６０と、それら巻芯５４、コイル５６、コア５８、および鉄片６０を格納するための有底円筒状のヨーク６２と、そのヨーク６２の開口に嵌め着けられたカバー６４とを備えている。調圧部５２は、ヨーク６２に嵌め着けられたスリーブ６６と、そのスリーブ６６の内部を軸心方向に移動可能に設けられて入力ポート７２と出力ポート７６との間を開閉する弁子６８と、その弁子６８をソレノイド５０に向かう方向すなわち閉弁方向に付勢するスプリング７０とを備えており、その弁子６８におけるソレノイド５０側の端部は、コア５８における調圧部５２側の端部に当接させられている。
コイル５６に駆動電流ＩＳＤが流されることによりコア５８を介して弁子６８を開弁方向に付勢する上記駆動電流ＩＳＤに比例するソレノイド推力をＦＳＯＬ、スプリング７０によって弁子６８を閉弁方向に付勢するばね力をＦＳ、弁子６８に設けられた通路７３を介して油室７５に供給される出力油圧ＰＳＬ１とその油室７５における弁子６８の軸心方向の面積差との積で表され、弁子６８を閉弁方向に付勢するフィードバック推力をＦＦとしたとき、弁子６８は、次式(１)が釣り合うように作動させられる。
ＦＳＯＬ ＝ＦＳ ＋ＦＦ ・・・(１)
このため、リニアソレノイド弁ＳＬ１では、上記弁子６８の開弁あるいは閉弁方向の移動位置すなわち作動位置に応じて入力ポート７２から流入する作動油の流量およびドレンポート７４から排出される作動油の流量が調整される。そして、たとえば図６に示されるような駆動電流ＩＳＤと出力油圧ＰＳＬ１との関係を示す特性にしたがって、入力ポート７２から入力されるライン圧ＰＬから駆動電流ＩＳＤに応じた所定の出力油圧ＰＳＬ１が調圧されて、その出力油圧ＰＳＬ１が出力ポート７６から出力されるようになっている。
図７は、図１のエンジン９や自動変速機８、あるいはトルクコンバータ６などを制御するために車両に設けられた制御系統を説明するブロック線図である。電子制御装置７８には、エンジン回転速度センサ８０からのエンジン回転速度ＮＥを示す信号、タービン回転速度センサ８２からのタービン回転速度ＮＴすなわち入力軸回転速度ＮＩＮを示す信号、吸入空気量センサ８４からの吸入空気量ＱＡを示す信号、吸入空気温度センサ８６からの吸入空気温度ＴＡを示す信号、車速センサ８８からの車速Ｖすなわち出力軸回転速度ＮＯＵＴを示す信号、スロットルセンサ９０からのスロットル弁開度θＴＨを示す信号、冷却水温センサ９２からの冷却水温ＴＷを示す信号、油温センサ９４からの油圧制御回路３０の作動油温度ＴＯＩＬを示す信号、アクセル操作量センサ９６からのアクセルペダル９８等のアクセル操作部材の操作量ＡＣＣを示す信号、フットブレーキスイッチ１００からの常用ブレーキであるフットブレーキ１０２の操作の有無を示す信号、レバーポジションセンサ１０４からのシフトレバー１０６のレバーポジション（操作位置）ＰＳＨを示す信号などが供給されるようになっている。
電子制御装置７８は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェース等を備えた所謂マイクロコンピュータを含んで構成されており、ＣＰＵは、ＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつ予めＲＯＭに記憶されたプログラムに従って上記各入力信号を処理し、電子スロットル弁１０８や燃料噴射装置１１０、点火装置１１２、油圧制御回路３０のリニアソレノイド弁等、あるいは電動モータ１０などに信号すなわち出力信号をそれぞれ出力するようになっている。電子制御装置７８は、このような入出力信号処理を行うことにより、エンジン９の出力制御や自動変速機８の変速制御、あるいはトルクコンバータ６のステータ翼車６ｓの回転制御などを実行するようになっており、必要に応じてエンジン制御用や変速制御用などに分けて構成される。
本実施例においては、上記エンジン９の出力制御は、電子スロットル弁１０８、燃料噴射装置１１０、点火装置１１２などによって行われる。
自動変速機８の変速制御は、油圧制御回路３０によって行われ、例えば車速軸とスロットル弁開度軸またはアクセル開度軸との二次元座標内において設定された複数本の変速線から構成される予め記憶された変速線図（変速マップ）から実際のスロットル弁開度θＴＨまたはアクセル操作量ＡＣＣおよび車速Ｖに基づいて自動変速機８の変速すべきギヤ段を決定し、その決定されたギヤ段を成立させるように前記図３に示す作動表に従ってクラッチＣ１〜Ｃ４およびブレーキＢ１、Ｂ２の係合解放状態を切り換える。このクラッチＣおよびブレーキＢの係合解放状態の切換は、駆動力変化などの変速ショックが発生したり摩擦材の耐久性が損なわれたりすることを防止するために、油圧制御回路３０のリニアソレノイド弁ＳＬの駆動電流ＩＳＤの制御によって上記クラッチＣおよびブレーキＢの係合圧が連続的に制御されることにより行われる。なお、上記変速制御は、スロットル弁開度θＴＨや吸入空気量ＱＡ、路面勾配などに基づいて行われる等、種々の態様が可能である。
トルクコンバータ６のステータ翼車６ｓの回転制御は、油圧制御回路３０のクラッチＣ０やブレーキＢ０、あるいは電動モータ１０によって行われる。具体的には、上記ステータ翼車６ｓの回転制御は、電子制御装置７８の指令に従って図示しないインバータから電動モータ１０に供給される駆動電流ＩＤの大きさに比例する駆動トルクＴＤ、あるいは例えばその電動モータ１０から出力される発電電流ＩＧの大きさに比例する制動トルクＴＢが適宜調整されることにより実行される。
ここで、本実施例のトルクコンバータ６において、遠心力により外周側に張り付く作動油は、トルクコンバータ６の断面において図１の流線ＦＬに沿うようにポンプ翼車６ｐ、タービン翼車６ｔ、スタータ翼車６ｓの順に循環する。図８に示すように、ポンプ翼車６ｐ、タービン翼車６ｔ、ステータ翼車６ｓは、周方向において一定間隔に隔てられた複数の羽根を備えている。図８は、各翼車におけるトルクコンバータ６内の作動油の流線ＦＬに沿った羽根の形状をそれぞれ表している。ポンプ翼車６ｐの羽根によってエネルギーが与えられることにより流動させられた作動油は、タービン翼車６ｔの羽根に作用してタービン翼車６ｔを回転させる。タービン翼車６ｔを通過した作動油は、コンバータ領域では、ステータ翼車６ｓの羽根に当たって方向変換させられた後、ポンプ翼車６ｐへ循環させられる。上記ステータ翼車６ｓの羽根に作動油が当たって方向変換させられることにより、そのステータ翼車６ｓに反力トルクが発生させられる。この反力トルクは、上記作動油の方向変換量（角度）に対応しており、後述のトルク比ｔの大きさに対応している。
角運動量の定義によれば各翼車（ポンプ翼車６ｐ、タービン翼車６ｔ、およびステータ翼車６ｓ）が作動油（流体）に与えるトルクＴ[N・m]は、次式(２)のように表される。
Ｔ＝(γ／ｇ)×Ｑ×△(ｒ×ｖＵ) ・・・式(２)
式(２)において、γはトルクコンバータ６内の作動油の比重量[kg/m3]、ｇは重力加速度[m/s2]、Ｑは上記作動油の体積流量[m3/s]、△(ｒ×ｖＵ)は各翼車における流体流の出口と入口とにおける作動油の各絶対速度のモーメントｒ×ｖＵ[m2/s]の差である。
上記式(２)から、ポンプ翼車６ｐが作動油に与えるトルクＴ１[N・m]、タービン翼車６ｔが作動油に与えるトルクＴ２[N・m]、およびステータ翼車６ｓが作動油に与えるトルクＴ３[N・m]は、次式(３)乃至(５)のように表される。式(３)乃至(５)において、ＴＰはポンプトルク[N・m]すなわちエンジントルク、ＴＴはタービントルク[N・m]すなわち出力トルク、ＴＳはステータ翼車６ｓの反力トルクの大きさと一致するステータトルク[N・m]すなわちステータ翼車６ｓにより作動油の流れの向きが変えられる際にそのステータ翼車６ｓに対してポンプ翼車６ｐの回転方向である正回転方向に作用するトルクである。
Ｔ１＝ ＴＰ＝(γ／ｇ)×Ｑ×(ＶＵＰ×ｒ２−ＶＵＳ×ｒ１)・・・式(３)
Ｔ２＝−ＴＴ＝(γ／ｇ)×Ｑ×(ＶＵＴ×ｒ３−ＶＵＰ×ｒ２)・・・式(４)
Ｔ３＝ ＴＳ＝(γ／ｇ)×Ｑ×(ＶＵＳ×ｒ１−ＶＵＴ×ｒ３)・・・式(５)
式(３)乃至(５)において、ｒ１はポンプ翼車６ｐの流体流の出口ｂｐおよびタービン翼車６ｔの流体流の入口ａｔにおける回転軸心すなわち自動変速機８の入力軸（タービン軸）２２からの距離[m]、ｒ２はタービン翼車６ｔの流体流の出口ｂｔおよびステータ翼車６ｓの流体流の入口ａｓにおける回転軸心からの距離[m]、ｒ３はステータ翼車６ｓの流体流の出口ｂｓおよびポンプ翼車６ｐの流体流の入口ａｐにおける回転軸心からの距離[m]である。また、式(３)乃至(５)中において、ＶＵＰはポンプ翼車６ｐの絶対速度の円周分速度[m/s]、ＶＵＴはタービン翼車６ｔの絶対速度の円周分速度[m/s]、ＶＵＳはステータ翼車６ｓの絶対速度の円周分速度[m/s]である。
式(３)乃至(５)からＴ１＋Ｔ２＋Ｔ３＝０(零)が成立するため、ポンプトルクＴＰ、タービントルクＴＴ、およびステータトルクＴＳは次式(６)のように表される。つまり、トルクコンバータ６におけるポンプトルクＴＰに対するタービントルクＴＴのトルク増加分は、ステータトルクＴＳに一致する。
ＴＴ＝ＴＰ＋ＴＳ・・・式(６)
ここで、本実施例のトルクコンバータ６は、ステータ翼車６ｓの反力が前述の電動モータ１０の回転制御により調整される駆動トルクＴＤあるいは制動トルクＴＢにより増減されることから、タービン翼車から出力される出力トルクが従来の一定容量のトルクコンバータで得られる出力トルクに対して増減させられるようになっている。
図９および図１０は、上述の内容を示す本実施例のトルクコンバータ６の特性を示す図である。図９は、タービン翼車６ｔのタービン回転数ＮＴ[rpm]とポンプ翼車６ｐのポンプ回転数ＮＰ[rpm]との回転速度比すなわち速度比ｅ(＝ＮＴ／ＮＰ)に対する、タービントルクＴＴとポンプトルクＴＰとのトルク比（トルク増幅率）ｔ(＝ＴＴ／ＴＰ)を示す図であり、図１０は、上記速度比ｅ(＝ＮＴ／ＮＰ)に対する、容量係数Ｃ(＝ＴＰ／ＮＰ ２)[N・m/rpm2]を示す図である。図９、図１０を見れば明らかなように、トルク比ｔ（トルク増幅率）と容量係数Ｃとの関係はほぼ反比例の関係にあり、同じ速度比ｅである場合には、容量係数Ｃが大きいときは容量係数Ｃが小さいときに比較してトルク比ｔが大きいという関係にある。
図９および図１０において、制動トルクＴＢが所定の値に調整されるかあるいはブレーキＢ０が係合されることにより、ステータ翼車６ｓが一方向クラッチＦ０を介してケース１１に固定され、図９の実線に示すベースラインＢｔで示すように従来の一定容量のトルクコンバータと同様に設計上定まる所定のトルク比ｔでトルクの伝達が行われる。なお、このときのトルクコンバータ６の容量係数Ｃは、図１０の実線で示すベースラインＢＣで示すようになる。
また、クラッチＣ０が適宜係合された状態で電動モータ１０により駆動トルクＴＤが所定の値に調整されてステータ翼車６ｓがポンプ翼車６ｐと同一回転速度で回転させられると、ステータトルクＴＳが増加し、図９のステータ正転を示す長鎖線のように従来の一定容量のトルクコンバータで得られるよりも大きいトルク比ｔでトルクの伝達が行われる。このときのトルクコンバータ６の容量係数Ｃは、図１０のステータ正転を示す長鎖線のようになる。なお、トルク比ｔおよび容量係数Ｃは、同じ速度比ｅであっても、電動モータ１０により駆動トルクＴＤがさらに増減されることにより図９および図１０の矢印ａ、ｄに示すように図９のベースラインＢｔからステータ正転を示す長鎖線以上または図１０のベースラインＢＣからステータ正転を示す長鎖線以下の範囲で適宜設定される。
また、クラッチＣ０およびブレーキＢ０が解放されることによりステータトルクＴＳが零とされると、図９のステータフリーを示す１点鎖線で示すようにトルクの増大が行われずトルク比ｔ＝１でトルクの伝達が行われる。その結果、トルクコンバータ６が流体継手として作動するようになる。このときのトルクコンバータ６の容量係数Ｃは、図１０のステータフリーを示す１転鎖線のようになる。
また、制動トルクＴＢが所定の値に調整されるかあるいはブレーキＢ０の係合圧が所定の値に調整されてブレーキＢ０がスリップさせられると、ステータトルクＴＳがステータ翼車６ｓが固定される場合に比較して減少し、図９のステータモータ回生で示す短鎖線で示すように従来の一定容量のトルクコンバータで得られるよりも小さいトルク比ｔでトルクの伝達が行われる。このときのトルクコンバータ６の容量係数Ｃは、図１０のステータモータ回生で示す短鎖線のようになる。なお、トルク比ｔおよび容量係数Ｃは、同じ速度比ｅであっても、制動トルクＴＢあるいはブレーキＢ０の係合圧がさらに増減されることにより図９および図１０の矢印ｂ、ｃに示すようにベースラインＢｔ又はＢＣからステータフリーで示す１点鎖線までの範囲で適宜設定される。
つまり、本実施例における電動モータ１０は、ステータ翼車６ｓをポンプ翼車６ｐの回転方向である正回転方向に回転制御することによりトルク比ｔを増加させるものである。さらに、本実施例における電動モータ１０は、その回生によってステータ翼車６ｓをポンプ翼車６ｐの回転方向とは反対の負回転方向に回転制御することによりトルク比ｔを減少させるものである。さらに、本実施例におけるブレーキＢ０は、そのスリップによってステータ翼車６ｓをポンプ翼車６ｐの回転方向とは反対の負回転方向に回転制御することによりトルク比ｔを減少させるものである。
具体的には、電子制御装置７８は、車両の発進時あるいは加速走行時に、クラッチＣ０を係合させるとともに電動モータ１０によりステータ翼車６ｓをポンプ翼車６ｐと同回転へ回転させる制御を行う。これにより、前述のようにトルクコンバータ６のトルク比ｔが増大制御され容量係数Ｃが低減制御される。このトルク比ｔの増大により発進トルクあるいは加速トルクが増大し、容量係数Ｃの低減によりエンジン回転のスムーズな上昇が可能となる。このような制御は、高アクセル開度等の加速（動力性能）指向走行時において有効であり、特に、エンジン回転のよりスムーズな上昇が求められるターボチャージャーエンジン等にて実行されると有効である。
また、電子制御装置７８は、車両の発進時あるいは加速走行時に、ブレーキＢ０を解放させるとともに、クラッチＣ０を解放させるかあるいは電動モータ１０を空転状態とする制御を行う。これにより、ステータ翼車６ｓの回転が非回転部材に対してフリーにされ、前述のようにトルクコンバータ６のトルク比ｔが１となり、容量係数Ｃが増大される。この容量係数Ｃの増大によりエンジン回転の上昇を抑制させることが可能となる。このような制御は、低アクセル開度等の低燃費指向走行時において有効である。
また、電子制御装置７８は、車両の発進時あるいは加速走行時に、ブレーキＢ０を解放し且つクラッチＣ０を係合させるとともに、電動モータ１０をステータ翼車６ｓに作用するトルクにより回転させられるようにする制御を行う。これにより、車両の発進時あるいは加速走行時にトルクコンバータ６がトルク増幅を行っている場合において、前述のようにステータ翼車６ｓが流体流から受けるトルクすなわち反力トルクによりポンプ翼車６ｐの回転方向とは反対方向の負回転方向に回転されるに伴う電動モータ１０の回生量を制御する。これにより、トルクコンバータ６のトルク比ｔが低減制御され、容量係数Ｃが増大制御される。このような制御は、低アクセル開度等の低燃費指向走行時において有効である。さらに、電動モータ１０の回生による燃費向上が可能となる。
また、電子制御装置７８は、クラッチＣ０を常時は係合させる一方で急激なトルクすなわち駆動トルクＴＤあるいは制動トルクＴＢが印加されるときにスリップさせることにより、電動モータ１０或いはこれにより回転制御されるステータ翼車６ｓが保護されるようにするとともに、電動モータ１０のフェイル時や充放電制限や発熱により電動機の負荷を抑制したい時においては解放させることでステータ翼車６ｓからその電動モータ１０を切り離す。また、ブレーキＢ０を係合作動させることにより、電動モータ１０のフェイル時や充放電制限や発熱により電動機の負荷を抑制したい時などではその電動モータ１０を用いないでステータ翼車６ｓに反力を付与する。
上述のように、本実施例の可変容量型のトルクコンバータ６によれば、タービン翼車６ｔから出力される出力トルクすなわちタービントルクＴＴを調整するためにステータ翼車６ｓを回転駆動する電動モータ（電動機）１０が備えられていることから、電動モータ１０を用いてステータ翼車６ｓをポンプ翼車６ｐの回転方向である正回転方向へ積極的に駆動することにより、従来に比較して高いトルク比ｔと低い容量係数Ｃとが得られる。また、電動モータ１０を用いてステータ翼車６ｓをポンプ翼車６ｐの回転方向である正回転方向およびポンプ翼車６ｐの回転方向とは反対の負回転方向へ回転させることにより、従来に比較してトルク比ｔおよび容量係数Ｃの変化範囲が広範となるので、車両の燃費性能および動力性能を大幅に向上させることができる。
また、本実施例の可変容量型のトルクコンバータ６によれば、電動モータ１０とステータ翼車６ｓとの間を連結可能なクラッチＣ０がさらに含まれることから、このクラッチＣ０を常時は係合させる一方で急激なトルクすなわち駆動トルクＴＤあるいは制動トルクＴＢが印加されるときにスリップさせることにより、電動モータ１０或いはこれにより回転制御されるステータ翼車６ｓが保護されるようにするとともに、電動モータ１０のフェイル時や充放電制限や発熱により電動機の負荷を抑制したい時においては解放させることでステータ翼車６ｓからその電動モータ１０を切り離すことができる。
また、本実施例の可変容量型のトルクコンバータ６によれば、ステータ翼車６ｓと非回転部材すなわちケース１１との間を連結可能なブレーキＢ０がさらに含まれることから、そのブレーキＢ０を係合作動させることにより、電動モータ１０のフェイル時や充放電制限や発熱により電動機の負荷を抑制したい時などではその電動モータ１０を用いないでステータ翼車６ｓに反力を付与することができる。
また、本実施例の可変容量型のトルクコンバータ６によれば、電動モータ１０は、ステータ翼車６ｓをポンプ翼車６ｐの回転方向である正回転方向に回転させることによりトルク比ｔを増加させるものであることから、従来に比較して高いトルク比ｔと低い容量係数Ｃが得られる。
また、本実施例の可変容量型のトルクコンバータ６によれば、電動モータ１０は、その回生によってステータ翼車６ｓをポンプ翼車６ｐの回転方向とは反対の負回転方向に回転させることによりトルク比ｔを減少させるものであることから、トルク比ｔの低い側および容量係数Ｃの大きい側への変化範囲が広範となるので、車両の燃費性能および動力性能を一層大幅に向上させることができる。
また、本実施例の可変容量型のトルクコンバータ６によれば、ブレーキＢ０は、そのスリップによってステータ翼車６ｓをポンプ翼車６ｐの回転方向とは反対の負回転方向に回転させることによりトルク比ｔを減少させるものであることから、トルク比ｔの低い側および容量係数Ｃの大きい側への変化範囲が広範となるので、車両の燃費性能および動力性能を一層大幅に向上させることができる。
また、本実施例の可変容量型のトルクコンバータ６によれば、ステータ翼車６ｓとクラッチＣ０またはブレーキＢ０との間には、そのステータ翼車６ｓのポンプ翼車６ｐの回転方向と同じ正回転方向の回転を許容するがポンプ翼車６ｐの回転方向と反対の負回転方向の回転を阻止する一方向クラッチＦ０が含まれることから、電動モータ１０のフェイル時や充放電制限や発熱により電動機の負荷を抑制したい時であっても、従来の一定容量のトルクコンバータと同様の、一定のトルクコンバータ特性が得られる。
以上、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明したが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、別の態様でも実施され得る。
例えば、前述の実施例において、ブレーキＢ０、クラッチＣ０、一方向クラッチＦ０のうちの一部又は全部が設けられていなくても差し支えない。たとえば、図１１に例示するトルクコンバータ１１６は、電動モータ１０とステータ翼車６ｓとの間のクラッチＣ０が除去されて構成されている。図１２に例示するトルクコンバータ１１８は、電動モータ１０とステータ翼車６ｓとの間のクラッチＣ０が除去されて構成されて電動モータ１０がステータ翼車６ｓと直接接続されている。図１３に例示するトルクコンバータ１２０は、電動モータ１０とステータ翼車６ｓとの間のクラッチＣ０、およびハウジング１１とステータ翼車６ｓとの間のブレーキＢ０が除去されて構成され，電動モータ１０がステータ翼車６ｓと直接接続されている。図１４に例示するトルクコンバータ１２２は、ブレーキＢ０、クラッチＣ０、一方向クラッチＦ０が除去され、電動モータ１０がステータ翼車６ｓと直接接続されている。
また、前述の実施例では、ＦＲ（フロントエンジン・リアドライブ）型車両に好適に採用される縦置き型の自動変速機８を有する車両であったが、これに限らず、横置き型の自動変速機であってもよいし、その他の種々の駆動方式の車両であってもよい。
なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、その他一々例示はしないが、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づいて種々変更、改良を加えた態様で実施することができる。
本発明が適用された車両用動力伝達装置の構成の一例を説明する骨子図である。 図１のトルクコンバータの電動モータにおける、駆動電流と駆動トルク、あるいは発電電流と制動トルクとの関係を示す図である。 図１の自動変速機の複数のギヤ段（変速段）を成立させる際の油圧式摩擦係合装置（係合要素）の作動の組み合わせを説明する作動表である。 図１の自動変速機のクラッチおよびブレーキの各油圧アクチュエータの作動を制御するリニアソレノイド弁等に関する回路図であって、油圧制御回路の一部を示す回路図である。 図５のリニアソレノイド弁の構成を説明する断面図である。 図５のリニアソレノイド弁に供給される駆動電流とそのリニアソレノイド弁から出力される出力油圧との関係を示す図である。 図１のエンジンや自動変速機、あるいはトルクコンバータなどを制御するために車両に設けられた制御系統の要部を説明するブロック線図である。 図１のトルクコンバータにおいて、ポンプ翼車、タービン翼車、ステータ翼車の羽根の流線に沿った断面形状をそれぞれ展開して示す図である。 図１のトルクコンバータの特性を示す図であって、トルクコンバータにおける速度比に対するトルク比を示す図である。 図１のトルクコンバータの特性を示す図であって、トルクコンバータにおける速度比に対する容量係数を示す図である。 本発明が適用された他の実施例のトルクコンバータの構成を説明する骨子図である。 本発明が適用された他の実施例のトルクコンバータの構成を説明する骨子図である。 本発明が適用された他の実施例のトルクコンバータの構成を説明する骨子図である。 本発明が適用された他の実施例のトルクコンバータの構成を説明する骨子図である。
符号の説明
６，１１６，１１８，１２０，１２２：トルクコンバータ
６ｐ：ポンプ翼車
６ｔ：タービン翼車
６ｓ：ステータ翼車
１０：電動モータ（電動機）
１１：トランスミッションケース（ケース、非回転部材）
Ｂ０〜Ｂ２：ブレーキ（油圧式摩擦係合装置）
Ｃ：容量係数(＝ＴＰ／ＮＰ ２)
Ｃ０〜Ｃ４：クラッチ（油圧式摩擦係合装置）
Ｆ０，Ｆ１：一方向クラッチ
ＮP：ポンプ回転速度
ＮT：タービン回転速度
ＴＰ：ポンプトルク（エンジントルク）
ＴＴ：タービントルク（出力トルク）
ｅ：速度比(＝ＮＴ／ＮＰ)
ｔ：トルク比（トルク増幅率、＝ＴＴ／ＴＰ)

Claims (7)

  1. 回転駆動されることによって流体流を発生させるポンプ翼車と、該ポンプ翼車からの流体流を受けて回転させられるタービン翼車と、該タービン翼車からポンプ翼車への流体流中に回転可能に配置されたステータ翼車とを備えた可変容量型トルクコンバータであって、
    前記タービン翼車から出力される出力トルクを調節するために前記ステータ翼車を回転駆動する電動機を含むことを特徴とする可変容量型トルクコンバータ。
  2. 前記電動機と前記ステータ翼車との間を連結可能なクラッチをさらに含むことを特徴とする請求項１の可変容量型トルクコンバータ。
  3. 前記ステータ翼車と非回転部材との間を連結可能なブレーキをさらに含むことを特徴とする請求項１または２のいずれか１の可変容量型トルクコンバータ。
  4. 前記電動機は、前記ステータ翼車を前記ポンプ翼車の回転方向である正回転方向に回転させることによりトルク増幅率を増加させるものである請求項１乃至３のいずれか１の可変容量型トルクコンバータ。
  5. 前記電動機は、その回生によって前記ステータ翼車を前記ポンプ翼車の回転方向とは反対の負回転方向に回転させることによりトルク増幅率を減少させるものである請求項１乃至４のいずれか１の可変容量型トルクコンバータ。
  6. 前記ブレーキは、そのスリップによって前記ステータ翼車を前記ポンプ翼車の回転方向とは反対の負回転方向に回転させることによりトルク増幅率を減少させるものである請求項３の可変容量型トルクコンバータ。
  7. 前記ステータ翼車と前記クラッチまたは前記ブレーキとの間には、該ステータ翼車の前記ポンプ翼車の回転方向と同じ正回転方向の回転を許容するが該ポンプ翼車の回転方向と反対の負回転方向の回転を阻止する一方向クラッチをさらに含むことを特徴とする請求項２または３の可変容量型トルクコンバータ。
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