JP2011017407A - トルクコンバータ - Google Patents

Abstract

【課題】４要素型のトルクコンバータにおいて、トルク比を増大する。
【解決手段】このトルクコンバータは、フロントカバー２と、インペラー１０と、タービン１１と、第１ステータ１２と、第２ステータ１３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。第１ステータ１２は、インペラー１０の内周部とタービン１１の内周部との間において、タービン１１側に配置され、複数の第１ステータブレード２７を有する。第２ステータは、インペラー１０の内周部とタービン１１の内周部との間において、インペラー１０側に配置され、複数の第２ステータブレード３３を有する。そして、第１ステータブレード２７の内周縁２７ａは第２ステータブレード３３の内周縁３３ａより内周側に位置している。
【選択図】図１

Description

本発明は、トルクコンバータ、より詳しくは、エンジンからのトルクを流体を介し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）。

また、特許文献１に示されたようなトルクコンバータの効率を改善するために、例えば特許文献２に示されたような４要素型のトルクコンバータが提案されている。この４要素型のトルクコンバータは、特許文献１における１つのステータを２つの分割し、効率を改善したものである。

特開２００７−２１１８８６号公報 特開２００３−２８７１０４号公報

従来のオートマチックトランスミッションにおいては４速が一般的であったが、最近では、６〜８速等の多段化が進んできている。しかし、トルクコンバータのトルク比を上げることによって、多段化をすることなく、加速を良好にしたり、また高出力エンジンに対応することが可能となる。したがって、４要素型のトルクコンバータにおいても、トルク比を効率よく上げることが望まれている。

本発明の課題は、４要素型のトルクコンバータにおいて、トルク比を上げることにある。

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を介してトランスミッション側に伝達するためのものであって、フロントカバーと、インペラーと、タービンと、第１ステータと、第２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、複数のインペラーブレードが内側に設けられている。タービンは、流体室内においてエンジン側に配置されるとともにインペラーブレードに対向する複数のタービンブレードが内側に設けられ、トランスミッションにトルクを出力可能である。第１ステータは、インペラーの内周部とタービンの内周部との間において、タービン側に配置され、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ための複数の第１ステータブレードを有する。第２ステータは、インペラーの内周部とタービンの内周部との間において、インペラー側に配置され、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ための複数の第２ステータブレードを有する。そして、第１ステータブレードの内周縁は第２ステータブレードの内周縁より内周側に位置している。

ここで、従来の４要素型トルクコンバータでは、第１ステータと第２ステータとは、軸方向においてほぼ対称になるように形成されて配置されている。これに対して本発明では、タービン側の第１ステータの第１ステータブレードの内周縁が第２ステータの第２ステータブレードの内周縁より内周側に位置している。すなわち、タービン側の第１ステータが、従来の２つのステータが対称に配置されている場合に比較して、より内周側に配置されている。

以上のように、第１ステータを内周側に配置することにより、これに伴ってタービンブレードの出口側半径が小さくなる。タービンブレードの出口側半径が小さいと、タービン出口における作動流体の流体速度が遅くなり、タービンの出口側トルクが小さくなる。ここで、ステータトルクはステータの出口側トルクからタービンの出口側トルクを引いたものであるから、タービンの出口側トルクを小さくすることによって、ステータトルクを大きくすることができる。そして、ステータトルクを大きくすることによって、トルク比を上げることができる。

請求項２に係るトルクコンバータは、請求項１において、第１ステータブレードの内周縁及び外周縁は回転軸に平行である。すなわち、第１ステータが各要素（インペラー、タービン、第１及び第２ステータ）のうちで最も内周側に配置されて、第１ステータブレードの内周縁及び外周縁は回転軸と平行に形成されている。この場合も、請求項１と同様に、ステータトルクを大きくすることによって、トルク比を上げることができる。

請求項３に係るトルクコンバータは、請求項１又は２において、インペラーの入り口側半径をＲ１、タービンの出口側半径をＲ２、第１ステータの入り口側半径をＲ３、第２ステータの出口側半径をＲ４としたとき、各半径の関係が、Ｒ３＜Ｒ２≦Ｒ４＜Ｒ１、である。

ここで、第２ステータにおいて作動流体に対する良好な整流効果を得ようとすれば、第２ステータの軸方向の長さをある程度確保する必要がある。そこで、各要素の半径を以上のような寸法関係にすることにより、第２ステータの軸長を確保でき、第２ステータにおいて作動流体に対する整流効果を良好にすることができる。また、第２ステータの出口側半径Ｒ４が比較的大きいので、ステータトルクが増大し、トルク比を上げることができる。なお、第２ステータの出口側半径Ｒ４が大きいので、これに伴ってインペラーの入り口側半径Ｒ１が大きくなり、このためトルクコンバータの容量が下がってしまうことになる。しかし、第１ステータの入り口側半径Ｒ３が小さいので、容量の落ち込みを抑えることができる。

なお、各要素の半径は、デザインパスと各ブレードの縁との交差点における半径寸法である。また、ここでいう「デザインパス」とは、流体の流れに沿ってある環状の線分を設定したとき、この線分によって区分けされる一方側と他方側の流路面積が等しくなるような線分である。

請求項４に係るトルクコンバータは、請求項１から３のいずれかにおいて、第１ステータブレードの出口縁部は、外周側に比較して内周側がトランスミッション側に位置するように傾斜している。

ここでは、第１ステータブレードの出口縁を本形状のように傾斜させることにより、第１ステータブレードの軸長を比較的長く確保することができる。

以上のような本発明では、分割ステータを有する４要素型のトルクコンバータにおいて、ステータトルクを増大してトルク比を上げることができる。

本発明の一実施形態によるトルクコンバータの縦断面概略図。 第１ステータ及び第２ステータの拡大図。 本実施形態と従来のトルクコンバータの特性を比較して示す図。

［トルクコンバータの構成］
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、フロントカバー２と、トルクコンバータ本体３と、を備えており、エンジンのクランクシャフトからトランスミッションの入力シャフト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。

フロントカバー２は、円板状の部材であって、内周端にはセンターボス５が溶接により固定されている。センターボス５は、軸方向に延びる円筒形状の部材であり、図示しないクランクシャフトの中心孔内に挿入されるものである。また、フロントカバー２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２ａが形成されている。

トルクコンバータ本体３は、インペラー１０、タービン１１、第１ステータ１２、及び第２ステータ１３からなるトーラス形状の流体作動室１４と、ロックアップ装置１５とから構成されている。

インペラー１０は、外殻を構成するインペラーシェル１７と、内側のコア１８と、インペラーシェル１７とコア１８との間に固定された複数のインペラーブレード１９と、インペラーシェル１７の内周部に固定されたインペラーハブ２０とから構成されている。そして、インペラーシェル１７の外周縁が溶接によってフロントカバー２の外周側筒状部２ａに固定されている。

タービン１１はインペラー１０に対向してエンジン側に配置されている。このタービン１１は、外殻を構成するタービンシェル２１と、内側のコア２２と、タービンシェル２１とコア２２との間に固定された複数のタービンブレード２３と、タービンシェル２１の内周部に固定されたタービンハブ２４と、から構成されている。タービンシェル２１とタービンハブ２４とは複数のリベット２５によって固定されている。タービンハブ２４の内周面には、トランスミッションの入力シャフトに係合するスプライン孔が形成されている。これによりタービンハブ２４は入力シャフトと一体回転するようになっている。

第１ステータ１２は、インペラー１０の内周部とタービン１１の内周部との間において、エンジン側に配置され、タービン１１からインペラー１０に戻る作動油の流れを整流するための機構である。第１ステータ１２は、環状の第１ステータシェル２６と、第１ステータシェル２６の外周面に設けられた複数の第１ステータブレード２７と、複数の第１ステータブレード２７の先端に固定された環状の第１ステータコア２８と、から構成されている。なお、第１ステータ１２は樹脂やアルミ合金等で鋳造により一体に形成されている。また、第１ステータシェル２６は第１ワンウェイクラッチ２９を介して筒状の固定用シャフト３０に支持されている。

第２ステータ１３は、インペラー１０の内周部とタービン１１の内周部との間において、トランスミッション側に配置され、第１ステータ１２とともに、タービン１１からインペラー１０に戻る作動油の流れを整流するための機構である。第２ステータ１３は、環状の第２ステータシェル３２と、第２ステータシェル３２の外周面に設けられた複数の第２ステータブレード３３と、複数の第２ステータブレード３３の先端に固定された環状の第２ステータコア３４と、から構成されている。なお、第２ステータ１３は、第１ステータ１２と同様に、樹脂やアルミ合金等で鋳造により一体に形成されている。また、第２ステータシェル３２は第２ワンウェイクラッチ３５を介して筒状の固定用シャフト３０に支持されている。

また、タービンハブ２４と第１ワンウェイクラッチ２９の外輪との間、第１ワンウェイクラッチ２９の外輪と第２ワンウェイクラッチ３５の外輪との間、第２ワンウェイクラッチ３５の外輪とインペラーハブ２０との間には、それぞれスラストベアリング３７，３８，３９が配置されている。

ロックアップ装置１５については、トルクコンバータに用いられている従来から周知の装置と同様の構成であり、ここでは詳細な構成の説明は省略する。

［第１ステータ及び第２ステータの配置］
第１ステータ１２は第２ステータ１３よりも内周側に配置されている。両ステータ１２，１３について、より詳細に説明すると、図１の一部を拡大して示す図２から明らかなように、第１ステータ１２は、第１ステータブレード２７の内周縁２７ａ（シェル側の縁）及び外周縁２７ｂ（コア側の縁）が、ともに回転軸Ｏ−Ｏに対して平行である。また、第２ステータ１３においては、第２ステータブレード３３の内周縁３３ａ（シェル側の縁）はインペラーシェル１７の形状にほぼ沿って形成されている。すなわち、第２ステータブレード３３の内周縁３３ａは、第１ステータ１２に近い側の端部が最も内側に位置しており、この最内周部が第１ステータ１２の内周縁２７ａとほぼ同じ位置である。そして、第２ステータブレード３３の内周縁３３ａは第１ステータ１２から離れるに従って外周側に位置するように円弧状である。また、第２ステータブレード３３の外周縁３３ｂ（コア側の縁）は、内周縁３３ａと同様に、第１ステータ１２に近い側の端部が最も内側に位置しており、この最内周部が第１ステータ１２の外周縁２７ｂとほぼ同じ位置である。そして、第２ステータブレード３３の外周縁３３ｂは第１ステータ１２から離れるに従って外周側に位置するように円弧状である。

また、第１ステータ１２の第１ステータブレード２７において、タービン１１側の流体の入り口側の縁部２７ｃは回転軸Ｏ−Ｏに対して実質的に垂直に形成されており、出口側の縁部２７ｄは外周側に比較して内周側がトランスミッション側に位置するように傾斜している。このような形状により、第１ステータ１２の軸方向の長さが確保され、第１ステータ１２において作動流体の良好な整流効果を得ることができる。

［各要素の位置関係］
図１に示すように、インペラー１０の入り口側半径をＲ１、タービン１１の出口側半径をＲ２、第１ステータ１２の入り口側半径をＲ３、第２ステータ１３の出口側半径をＲ４としたとき、この実施形態では、各半径の関係は、
Ｒ３＜Ｒ２＜Ｒ４＜Ｒ１
となっている。なお、Ｒ２とＲ４とは等しくてもよい。

ここで、各要素の半径は、前述のように、デザインパスＤｐ（図１参照）と各要素のブレードの縁との交差点における半径寸法である。また、ここでいう「デザインパス」とは、流体の流れに沿ってある環状の線分を設定したとき、この線分によって区分けされる一方側と他方側の流路面積が等しくなるような線分である。

以上のような寸法関係に設定することにより、第２ステータ１３の軸長を確保でき、第２ステータ１３においても作動流体の良好な整流効果を得ることができる。また、第２ステータ１３の出口側半径Ｒ４が比較的大きいので、ステータトルクが増大し、トルク比を上げることができる。

［トルクコンバータの動作］
本実施例におけるトルクコンバータの基本的な動作は、一般的な従来のトルクコンバータの動作と同様である。すなわち、ロックアップ解除されているときには、フロントカバー２とタービン１１との間のトルク伝達は、インペラー１０とタービン１１との間の流体駆動によって行われる。具体的には、フロントカバー２とともにインペラー１０が回転させられると、作動油は遠心力によってインペラー１０からタービン１１へと流れる。インペラー１０からタービン１１へ流れてきた作動油はタービン１１を回転させた後に、第１ステータ１２及び第２ステータ１３を通過する。これらのステータ１２，１３を通過する際には、各ステータブレード２７，３３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１３へと戻される。

また、ロックアップ装置がオンされているときは、フロントカバー２からのトルクはロックアップ装置１５を介してタービンハブ２４に直接伝達される。

［特徴］
このような実施形態では、第１ステータ１２と第２ステータ１３とを従来のように対称に配置するのではなく、第１ステータ１２を内周側に、第２ステータ１３を外周側に配置しているので、第２ステータ１３の出口半径Ｒ４が比較的大きくなる。このため、ステータトルクが増大し、トルク比を向上させることができる。図３に、従来の４要素型のトルクコンバータのトルク比Ｔ１（破線）と、本実施形態のトルクコンバータのトルク比Ｔ２（実線）とを示している。この特性図から明らかなように、本実施例の装置では、特に低速域及び中速域において、従来装置に比較してトルク比が増大されている。

なお、第２ステータ１３の出口半径Ｒ４が大きくなることに伴ってインペラー１０の入り口半径Ｒ１が大きくなり、トルクコンバータの容量の低下を招くことになる。しかし、ここでは、第１ステータ１２をより内周側に配置することにより、第１ステータ１２の入り口半径Ｒ３が小さくなり、容量の低下を抑えることができる。図３に、従来の４要素型のトルクコンバータの容量Ｃ１（破線）と、本実施形態のトルクコンバータの容量Ｃ２（実線）とを示している。この特性図から明らかなように、容量は特に変化していない。

以上から、本実施形態のトルクコンバータでは、容量を従来のトルクコンバータとほぼ同じにしつつ、トルク比を向上させることができることが明らかである。

［他の実施形態］
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。

１ トルクコンバータ
２ フロントカバー
３ トルクコンバータ本体
１０ インペラー
１１ タービン
１２ 第１ステータ
１３ 第２ステータ
１４ 流体作動室
１９ インペラーブレード
２３ タービンブレード
２７ 第１ステータブレード
２７ａ 第１ステータブレード２７の内周縁
２７ｂ 第１ステータブレード２７の外周縁
２７ｄ 第１ステータブレード２７の出口側の縁部

Claims (4)

1. エンジンからのトルクを流体を介し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、複数のインペラーブレードが内側に設けられたインペラーと、
   前記流体室内においてエンジン側に配置されるとともに前記インペラーブレードに対向する複数のタービンブレードが内側に設けられ、トランスミッションにトルクを出力可能なタービンと、
   前記インペラーの内周部と前記タービンの内周部との間において、前記タービン側に配置され、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複数の第１ステータブレードを有する第１ステータと、
   前記インペラーの内周部と前記タービンの内周部との間において、前記インペラー側に配置され、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複数の第２ステータブレードを有する第２ステータと、
   を備え、
   前記第１ステータブレードの内周縁は前記第２ステータブレードの内周縁より内周側に位置している、
   トルクコンバータ。
2. 前記第１ステータブレードの内周縁及び外周縁は回転軸に平行である、請求項１に記載のトルクコンバータ。
3. 前記インペラーの入り口側半径をＲ１、前記タービンの出口側半径をＲ２、前記第１ステータの入り口側半径をＲ３、前記第２ステータの出口側半径をＲ４としたとき、各半径の関係が、
   Ｒ３＜Ｒ２≦Ｒ４＜Ｒ１
   である、請求項１又は２に記載のトルクコンバータ。
4. 前記第１ステータブレードの出口縁部は、外周側に比較して内周側がトランスミッション側に位置するように傾斜している、請求項１から３のいずれかに記載のトルクコンバータ。

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