JP2010156391A - トルクコンバータ - Google Patents

Abstract

【課題】 トルクコンバータのステータブレードの形状や配置を工夫することでトルク容量の増加を図る。
【解決手段】 トルクコンバータのステータブレード１７ａの翼型のキャンバーラインＣＬの前縁２３および後縁２４における接線がステータの軸線を通る基準面Ｐに対して成す入口角度αｒ，αｔと、キャンバーライン２３の後縁２４における接線が基準面Ｐに対して成す出口角度βｒ，βｔとを、αｒ＜βｒかつαｔ＞βｔの関係に設定し、キャンバーラインＣＬの曲率の方向を翼根側と翼端側とで反転させたことにより、ステータブレード１７ａの翼根側および翼端側でオイルの流入角が変化しても、径方向の全域で翼型に対してオイルを適切な流入角で流入させ、翼型の表面におけるオイルの流れの剥離を防止してトルク容量を高めることができる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、放射状に配置された複数のポンプブレードを有して軸線まわりに回転するポンプと、放射状に配置された複数のタービンブレードを有して前記軸線まわりに回転するタービンと、前記軸線まわりに複数のステータブレードが放射状に配置されたステータとを備えるトルクコンバータに関する。

トルクコンバータのステータを構成する各ステータブレードのキャンバーラインのうち、後縁に近い部分のキャンバーラインの曲率の方向を反転させることで、高速度比領域におけるトルク容量の増加を図ったものが、下記特許文献１により公知である。
特開２００２−１０６６７６号公報

ところで、［発明を実施するための最良の形態］の欄および図３で詳述するように、軸線まわりに放射状に配置されたステータブレードの翼根側（径方向内側部分）に対向するタービンブレードの周速は小さく、ステータブレードの翼端側（径方向外側部分）に対向するタービンブレードの周速は大きくなるため、タービンからステータに流入するオイルの流入角は翼根側と翼端側とで異なる。従って、ステータブレードの翼根側および翼端側の取付角が同一であると、つまりステータブレードが径方向に捩じれていないと、翼根側で適切な流入角が得られるように設定すると翼端側の流入角が不適切になってオイルの流れに剥離が生じたり、翼端側で適切な流入角が得られるように設定すると翼根側の流入角が不適切になってオイルの流れに剥離が生じたりする可能性があり、トルクコンバータのトルク容量が低下する問題があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、トルクコンバータのステータブレードの形状や配置を工夫することでトルク容量の増加を図ることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、放射状に配置された複数のポンプブレードを有して軸線まわりに回転するポンプと、放射状に配置された複数のタービンブレードを有して前記軸線まわりに回転するタービンと、前記軸線まわりに複数のステータブレードが放射状に配置されたステータとを備えるトルクコンバータにおいて、前記ステータブレードの翼型のキャンバーラインの前縁における接線が前記軸線を通る基準面に対して成す入口角度と、前記キャンバーラインの後縁における接線が前記基準面に対して成す出口角度とを、前記ステータブレードの翼根側の入口角度および出口角度の大小関係と、前記ステータブレードの翼端側の入口角度および出口角度の大小関係とが異なるように設定したことを特徴とするトルクコンバータが提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記キャンバーラインの曲率の方向を、前記ステータブレードの翼根側と翼端側とで異ならせたことを特徴とするトルクコンバータが提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記ステータブレードの翼根側では入口角度が出口角度よりも小さくなり、前記ステータブレードの翼端側では入口角度が出口角度よりも大きくなるように設定したことを特徴とするトルクコンバータが提案される。

請求項１の構成によれば、トルクコンバータのステータブレードの翼型のキャンバーラインの前縁における接線がステータの軸線を通る基準面に対して成す入口角度と、キャンバーラインの後縁における接線が基準面に対して成す出口角度とを、ステータブレードの翼根側の入口角度および出口角度の大小関係と、ステータブレードの翼端側の入口角度および出口角度の大小関係とが異なるように設定したので、ステータブレードの翼根側および翼端側でオイルの流入角が変化しても、径方向の全域で翼型に対してオイルを適切な流入角で流入させ、翼型の表面におけるオイルの流れの剥離を防止してトルク容量を高めることができる。

また請求項２の構成によれば、キャンバーラインの曲率の方向を、ステータブレードの翼根側と翼端側とで異ならせたので、ステータブレードの翼根側および翼端側のオイルの流入角が変化しても、径方向の全域で剥離の発生を効果的に防止することができる。

また請求項３の構成によれば、ステータブレードの翼根側では入口角度が出口角度よりも小さくなり、ステータブレードの翼端側では入口角度が出口角度よりも大きくなるように設定したので、ステータブレードの翼根側および翼端側のオイルの流入角が変化しても、径方向の全域で剥離の発生を効果的に防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。

図１〜図５は本発明の第１の実施の形態を示すもので、図１はトルクコンバータの構造の説明図、図２はステータの斜視図、図３はタービンの出口およびステータの入口におけるオイルの流れの説明図、図４は図１の４Ａ−４Ａ線および４Ｂ−４Ｂ線断面図、図５は本実施の形態の効果の説明図である。

図１に示すように、トルクコンバータＴはエンジンのクランクシャフト１１に接続されたポンプ１２と、トランスミッションのメインシャフト１３に接続されたタービン１４と、ケーシング１５に一方向クラッチ１６を介して支持されたステータ１７と、ポンプ１２およびタービン１４を結合可能なロックアップクラッチ１８とを備える。ポンプ１２は同軸に配置されたクランクシャフト１１およびメインシャフト１３の軸線Ｌに関して放射状に延びる複数のポンプブレード１２ａ…を備え、タービン１４は前記軸線Ｌに関して放射状に延びる複数のタービンブレード１４ａ…を備え、ステータ１７は前記軸線Ｌに関して放射状に延びる複数のステータブレード１７ａ…を備える。

エンジンのクランクシャフト１１に接続されたポンプ１２が回転すると、ポンプ１２から矢印方向に押し出されたオイルがタービン１４に流入し、タービン１４にトルクを与えてトランスミッションのメインシャフト１３を回転させた後、ステータ１７を通過してポンプ１２に還流することで、クランクシャフト１１の回転がメインシャフト１３に伝達される。

ロックアップクラッチ１８はトルクコンバータカバー１９の内面に当接可能なクラッチピストン２０を備えており、クラッチピストン２０の両側に第１油室２１および第２油室２２が形成される。第１油室２１に圧油が供給されてクラッチピストン２０がトルクコンバータカバー１９に当接するとロックアップクラッチ１８が係合し、クランクシャフト１１のトルクが直接メインシャフト１３に伝達され、また第２油室２２に圧油が供給されてクラッチピストン２０がトルクコンバータカバー１９から離間するとロックアップクラッチ１８が係合解除し、クランクシャフト１１とメインシャフト１３との機械的な連結が遮断される。

図２から明らかなように、ステータ１７は、径方向内側に位置する小径円環部１７ｂの外周面と、径方向外側に位置する大径円環部１７ｃの内周面とを、径方向に延びる複数のステータブレード１７ａ…で接続したもので、各ステータブレード１７ａ…の形状は全て同一である。以下、ステータブレード１７ａ…の径方向内側（小径円環部１７ｂに接続される側）を翼根側といい、ステータブレード１７ａ…の径方向外側（大径円環部１７ｃに接続される側）を翼端側という。

図３は、タービン１４のタービンブレード１４ａ…から流出したオイルがステータ１７のステータブレード１７ａ…に流入する角度θを模式的に示すものである。

図３（Ａ）および図３（Ｂ）において、ベクトルＶ１はタービンブレード１４ａ…の後縁からオイルが流出する方向および速度を示すものであり、ベクトルＶ２はタービン１７の回転に伴ってタービンブレード１４ａ…の後縁が軸線Ｌを中心とする円周方向に移動する方向および速度を示すものである。ステータブレード１７ａ…に対して流入するオイルのベクトルＶ３はベクトルＶ１およびベクトルＶ２を合成したもので与えられる。

図３（Ａ）はステータブレード１７ａ…の翼根側を示し、図３（Ｂ）はステータブレード１７ａ…の翼端側を示しているが、両者においてタービンブレード１４ａ…の後縁から流出するオイルのベクトルＶ１は同じであるが、タービンブレード１４ａ…の回転に起因するベクトルＶ２は、軸線Ｌからの距離が小さいために周速が小さい翼根側（図３（Ａ）参照）で小さく、軸線Ｌからの距離が大きいために周速が大きい翼端側（図３（Ｂ）参照）で大きくなる。

その結果、ベクトルＶ１およびベクトルＶ２を合成したベクトルＶ３、つまりステータブレード１７ａ…に流入するオイルの方向および速度を示すベクトルＶ３は、その流入角が、翼根側では軸線Ｌを通る基準面Ｐの方向に近い角度θ１に立っており、翼端側では前記基準面Ｐから遠い角度θ３に寝ており、翼根側および翼端側に中間位置では前記角度θ１，θ３の中間の角度θ２になる（図２および図３参照）。

図７は、従来のステータブレード１７ａ…の翼根側および翼端側の翼型を示すものである。翼型は前縁２３および後縁２４を結んで翼厚の中心を通る弧状に湾曲するキャンバーラインＣＬを有しており、軸線Ｌおよび前縁２３を通る基準面Ｐと前縁２３におけるキャンバーラインＣＬの接線とが成す入口角度αｒ，αｔと、軸線Ｌおよび後縁２４を通る基準面Ｐと後縁２４におけるキャンバーラインＣＬの接線とが成す出口角度βｒ，βｔとは、翼根側ではαｒ＜βｒの関係があり、翼端側ではαｔ＜βｔの関係がある。

つまり従来のステータブレード１７ａ…の翼型は、入口角度αｒ，αｔおよび出口角度βｒ，βｔの大小関係が翼根側から翼端側まで同一である。従って、翼根側でオイルが翼型のプレッシャ面ＰＳ（凹状に湾曲した正圧発生面）およびサクション面ＳＳ（凸状に湾曲した負圧発生面）の両方に沿ってスムーズに流れるように流入角θ１を適切に設定しても、上述したように翼端側でオイルの流入角θ３が大きくなるため、翼型のプレッシャ面ＰＳ側でオイルの流れが剥離して渦が発生し、圧損が増加する問題がある。

図４は、本実施の形態のステータブレード１７ａ…の翼根側および翼端側の翼型を示すものである。翼根側の翼型は図７に示す従来のものと基本的に同じであるが、翼端側の翼型は従来のものと異なっている。即ち、翼端側の翼型のキャンバーラインＣＬは、翼型の前縁２３および後縁２４を結ぶ直線である翼弦線に対して、翼根側の翼型のキャンバーラインＣＬと逆方向に湾曲しており、かつ翼根側から翼端側へと連続的に変化している。言い換えると、翼型の翼根側におけるプレッシャ面ＰＳおよびサクション面ＳＳは、翼型の翼端側ではサクション面ＳＳおよびプレッシャ面ＰＳに入れ代わっている。

その結果、図４（Ａ）に示す翼根側の翼型では、入口角度αｒ＜出口角度βｒであるが、図４（Ｂ）に示す翼端側の翼型では、入口角度αｔ＞出口角度βｔとなって大小関係が反転している。よって、上述したように翼端側でオイルの流入角θ３が大きくなっても、翼端側においてもオイルが翼型のプレッシャ面ＰＳおよびサクション面ＳＳの両方に沿ってスムーズに流れるようになり、オイルの流れの剥離を防止して圧損を低減することができる。

図５は、第１の実施の形態および従来のステータブレード１７ａ…を備えたトルクコンバータＴの性能を比較するもので、第１の実施の形態のものは、速度比ｅ＝１．０未満の加速領域および速度比ｅ＝１．０以上の減速領域の両方において、従来のものと比べて高いトルク容量τを確保しながら、トルク比κおよび伝達効率ηは従来のものと比べて遜色がないことが分かる。

次に、図６に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。

第２の実施の形態のステータブレード１７ａ…の翼型は、第１の実施の形態のステータブレード１７ａ…の翼型に比べて翼厚が薄くなっており、かつキャンバーラインＣＬの曲率が小さくなっているが、翼根側および翼端側でキャンバーラインＣＬの曲率の方向が逆になることや、翼根側で入口角度αｒ＜出口角度βｒの関係を持ち、翼端側で入口角度αｔ＞出口角度βｔの関係を持つことは、第１の実施の形態と同一である。

第２の実施の形態のステータブレード１７ａ…は、第１の実施の形態ステータブレード１７ａ…に比べて、トルク容量τを更に高めることができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態のステータブレード１７ａ…の翼型では、翼根側の入口角度αｒ＜出口角度βｒの関係と、翼端側の入口角度αｔ＞出口角度βｔの関係とが反転しているが、入口角度が翼根側から翼端側に向かって次第に増加し、出口角度が翼根側から翼端側に向かって次第に減少していれば良い。

また実施の形態ではステータブレード１７ａ…の翼弦長が径方向に一定であるが、翼根側の翼弦長が長く、翼端側の翼弦長が短くなるようにステータブレード１７ａ…をテーパさせても良いし、逆に翼根側の翼弦長が短く、翼端側の翼弦長が長くなるようにステータブレード１７ａ…をテーパさせても良い。

第１の実施の形態のトルクコンバータの構造の説明図 ステータの斜視図 タービンの出口およびステータの入口におけるオイルの流れの説明図 図１の４Ａ−４Ａ線および４Ｂ−４Ｂ線断面図 本実施の形態の効果の説明図 第２の実施の形態に係る、前記図４に対応する図 従来例に係る、前記図４に対応する図

符号の説明

１２ ポンプ
１２ａ ポンプブレード
１４ タービン
１４ａ タービンブレード
１７ ステータ
１７ａ ステータブレード
２３ 前縁
２４ 後縁
ＣＬ キャンバーライン
Ｌ 軸線
Ｐ 基準面
αｒ 入口角度
αｔ 入口角度
βｒ 出口角度
βｔ 出口角度

Claims (3)

1. 放射状に配置された複数のポンプブレード（１２ａ）を有して軸線（Ｌ）まわりに回転するポンプ（１２）と、放射状に配置された複数のタービンブレード（１４ａ）を有して前記軸線（Ｌ）まわりに回転するタービン（１４）と、前記軸線（Ｌ）まわりに複数のステータブレード（１７ａ）が放射状に配置されたステータ（１７）とを備えるトルクコンバータにおいて、
   前記ステータブレード（１７ａ）の翼型のキャンバーライン（ＣＬ）の前縁（２３）における接線が前記軸線（Ｌ）を通る基準面（Ｐ）に対して成す入口角度（αｒ，αｔ）と、前記キャンバーライン（ＣＬ）の後縁（２４）における接線が前記基準面（Ｐ）に対して成す出口角度（βｒ，βｔ）とを、前記ステータブレード（１７ａ）の翼根側の入口角度（αｒ）および出口角度（βｒ）の大小関係と、前記ステータブレード（１７ａ）の翼端側の入口角度（αｔ）および出口角度（βｔ）の大小関係とが異なるように設定したことを特徴とするトルクコンバータ。
2. 前記キャンバーライン（ＣＬ）の曲率の方向を、前記ステータブレード（１７ａ）の翼根側と翼端側とで異ならせたことを特徴とする、請求項１に記載のトルクコンバータ。
3. 前記ステータブレード（１７ａ）の翼根側では入口角度（αｒ）が出口角度（βｒ）よりも小さくなり、前記ステータブレード（１７ａ）の翼端側では入口角度（αｔ）が出口角度（βｔ）よりも大きくなるように設定したことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のトルクコンバータ。

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