JP2019027568A - トルクコンバータのステータ翼 - Google Patents

Abstract

【課題】低速度比、高速度比ともにトルクコンバータのトルク比（効率）を向上させることができるステータ翼を提供する。【解決手段】ステータ翼２３は、ゼロからカップリングポイントまでの速度比範囲において、中央値よりも小側を低速度比、中央値よりも大側を高速度比とした場合、ステータ翼２３の入口側端部２３ｅの曲率半径は低速度比において翼背面２３ｂからの流れの剥離を抑えることができる曲率半径であり、ステータ翼２３の内部に、入口側端部２３ｅと翼背面２３ｂの出口側とを連通し、少なくとも入口側部分が高速度比に含まれる特定の速度比でステータに流入する流体の流入方向に延びる連通路２４を有する。【選択図】 図３

Description

本発明はトルクコンバータのステータ翼の形状に関する。

トルクコンバータのステータ翼は、入口側端部の曲率半径を小さくするとともに、高速度比においてステータ入口に流入する流れの向きとステータ入口角とが揃っていると、高速度比において流体と入口側端部との衝突損失が低減され、高速度比でのトルク比（効率）を向上させることができる。しかしながら、低速度比において翼背面（負圧面とも呼ぶ）から流が剥離し、低速度比でトルク比が低下してしまう。

特許文献１には、このように入口側端部の曲率半径を小さくしたステータ翼において、翼腹面（正圧面ともいう）側と翼背面側とを連通する連通路を前縁部近傍に形成し、連通路を介して翼背面側に導かれる流れによって剥離流を吹き飛ばすことで、低速度比でのトルク比低下を抑制する技術が開示されている。

実開昭６２−４０３５９号公報

しかしながら、特許文献１に開示されるステータ翼は、高速度比重視の翼形状を基本としているため、低速度比で翼背面から剥離する流れを連通路からの流れによって吹き飛ばすことができても、入口側端部の曲率半径を大きくした低速度比重視のステータ翼と比べて低速度比におけるトルク比がそもそも小さく、小排気量エンジン車等では発進加速時のトルクが不足するという問題があった。

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたもので、低速度比、高速度比ともにトルク比（効率）を向上させることができるステータ翼を提供することを目的とする。

本発明のある態様によれば、トルクコンバータのステータ翼であって、ゼロからカップリングポイントまでの速度比範囲において、中央値よりも小側を低速度比、前記中央値よりも大側を高速度比とした場合、前記ステータ翼の入口側端部の曲率半径は前記低速度比において翼背面からの流れの剥離を抑えることができる曲率半径であり、前記ステータ翼の内部に、前記入口側端部と前記翼背面の出口側とを連通し、少なくとも入口側部分が前記高速度比に含まれる特定の速度比でステータに流入する流体の流入方向に延びる連通路を有する、ことを特徴とするステータ翼が提供される。

上記態様によれば、ステータ翼の入口側端部の曲率半径を大きくしたことにより、低速度比で翼背面から流れが剥離するのが抑制される。また、高速度比に含まれる特定の速度比では連通路内を流体が流れることで、流れがステータ翼に衝突することによる損失が抑えられる。

したがって、上記態様によれば、低速度比、高速度比ともにトルクコンバータのトルク比（効率）を向上させることができる。

本発明の実施形態に係るステータ翼を備えたトルクコンバータの断面図である。 ステータ単体を示した図である。 図１のIII-III断面図であり、ステータ翼の断面を示している。 低速度比における流体の流れを示した図である。 高速度比における流体の流れを示した図である。 速度比とトルク比及びトルク容量係数との関係を示した特性図である。 ステータ翼の変形例の断面図である。 ステータ翼の変形例の断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るステータ翼２３（図３参照）を備えたトルクコンバータの断面図である。

トルクコンバータの内部には、トランスミッションケース側の支持シャフト１０にコンバータシェル１１が回転可能に支持されており、コンバータシェル１１にはポンプインペラ１２が固定される。コンバータシェル１１の入力軸１３には図示しないエンジンの出力が入力される。

コンバータシェル１１内には、タービンランナ１４の入口がポンプインペラ１２の出口に対向するようタービンランナ１４が配置される。タービンランナ１４は、出力軸としての変速機入力軸１５に結合される。

また、タービンランナ１４の出口とポンプインペラ１２の入口の間にステータ１が配置される。ステータ１はワンウエイクラッチ１６を介して支持シャフト１０に支持されている。ステータ１は、図２に示すように、同心に配置された内輪２１及び外輪２２と、内輪２１と外輪２２との間に配置される多数のステータ翼２３とで構成される。

ポンプインペラ１２及びタービンランナ１４はそれぞれ周方向に配置される多数の翼を有する。多数の翼はコア１７、１８によって連結され、これによって取り付け剛性を向上させている。ポンプインペラ１２が回転すると、矢印方向に流体（オートマチックトランスミッションフルード：ＡＴＦ）が流れる循環路１９が形成される。

コンバータシェル１１内には、さらにロックアップクラッチ機構２０が配置される。軸方向長さを伸ばすことなくロックアップクラッチ機構２０を収納するために、ポンプインペラ１２とタービンランナ１４は偏平形状とされる。

図３は、図１のIII-III断面図であり、ステータ１のステータ翼２３の断面形状を示している。なお、以下の説明では、ステータ１の流体が流入する側（タービンランナ１４側）を入口側、流体が流出する側（ポンプインペラ１２側）を出口側とする。

また、トルクコンバータのトルク比が１となりトルク増幅作用がなくなる速度比をカップリングポイント（速度比＝ｔｃ）とすると、ゼロからｔｃまでの速度比範囲において、当該範囲の中央値であるｔｃ／２よりも小側を低速度比、中央値よりも大側を高速度比とする。

ステータ翼２３の形状について説明すると、ステータ翼２３は、入口側端部２３ｅの曲率半径を大きくして厚みを持たせ、低速度比で翼背面２３ｂからの流体の剥離を抑えられる曲率半径としている。また、翼中心（翼の整列方向の幅）を結んだ線を翼中心線Ｃとした場合、低速度比に含まれる特定の速度比（以下、第１設計点という。）でステータ１に流入する流体の流入方向が入口側端部２３ｅにおける翼中心線Ｃと揃うようにステータ翼２３の断面形状が設定される（図４参照）。

また、ステータ翼２３には、入口側端部２３ｅと翼背面２３ｂの出口側とを連通する連通路２４が形成されている。連通路２４は、ステータ１の径方向にも幅を有しており、内輪２１と外輪２２との間の任意の位置でステータ翼２３の断面をとると、図３同様に連通路２４が現れる。

連通路２４は、少なくとも入口側部分が、高速度比に含まれる特定の速度比（以下、第２設計点という。）でステータ１に流入する流体の流入方向に延びるようにステータ翼２３内に形成される。この例では連通路２４は直線形状であるので、連通路２４の全体が第２設計点でステータ１に流入する流体の流入方向に延びている。

第２設計点は、連通路２４を形成しない場合のカップリングポイント未満の値、すなわち、トルク増幅作用が奏される速度比に設定される。これは、連通路２４を設けない場合のカップリングポイントよりも速度比が大きいと、ステータ１が空転し、連通路２４を形成することによる効果が得られないからである。

続いて、図４〜図６を参照しながら、ステータ翼２３を上記形状とすることによる作用効果について説明する。

図４は、低速度比でのステータ翼２３周りの流体の流れを示した図である。

本実施形態に係るステータ翼２３では、入口側端部２３ｅの曲率半径を大きくしたことにより、低速度比で翼背面２３ｂから流れが剥離するのが抑制される。ステータ翼２３は連通路２４を有しているが、流体の流れには慣性があるため、連通路２４を形成したことによる影響は殆どない。

また、低速度比に含まれる第１設計点ではステータ１に流入する流体の流入方向と入口側端部２３ｅにおける翼中心線Ｃの方向が揃うので、第１設計点を中心とする範囲で流れがステータ翼２３に衝突することによる損失が抑えられる。

これに対し、図５は、高速度比でのステータ翼２３周りの流体の流れを示した図である。

本実施形態に係るステータ翼２３は、入口側端部２３ｅと翼背面２３ｂの出口側とを連通する連通路２４を有し、高速度比に含まれる第２設計点ではステータ１に流入する流体の流入方向と連通路２４の方向とが揃う。このため、高速度比では、第２設計点を中心とする範囲で流体が連通路２４を流れ、流れがステータ翼２３に衝突することによる損失が抑えられる。

したがって、本実施形態に係るステータ翼２３によれば、低速度比、高速度比ともに損失を抑え、トルク比（効率）を向上させることができる（請求項１、２、５に対応する効果）。

図６は、速度比とトルク比及びトルク容量係数との関係を示した特性図である。ステータ翼２３を連通路２４を有さない断面形状とした比較例を実線で示し、ステータ翼２３を図３に示した断面形状とした本実施形態を破線で示している。

ステータ翼２３の基本形状は、入口側端部２３ｅの曲率半径が大きく低速度比での高トルク比を重視した形状であるので、連通路２４の有無に関わりなく低速度比では高トルク比、高トルク容量係数が実現される。

また、低速度比での高トルク比を重視した形状では、高速度比で流体とステータ翼２３との衝突が大きくなり、実線で示すようにトルク比、トルク容量係数が低下するのであるが、本実施形態に係るステータ翼２３では、連通路２４を形成したことにより高速度比での流体とステータ翼２３との衝突が抑制され、高速度比でトルク比、トルク容量係数が低下するのが抑制される。

なお、図３に示した例では、連通路２４を直線形状としているが、連通路２４の形状はこれに限定されない。例えば、図７に示すように連通路２４を途中の屈曲部２４ｂで屈曲させ、連通路２４がステータ１の軸線方向となす角に関し、連通路２４の入口側部分がなす角αよりも出口側部分がなす角βの方が大きくなるようにしてもよい。

この構成によれば、連通路２４を流れる流体の方向が途中で転換されるので、連通路２４を流れる流体にも翼間を流れる流体と同様のトルク増幅作用を持たせることができ、特に、連通路２４を流れる流体の流量が増える高速度比におけるトルク比を向上させることができる（請求項３に対応する効果）。

図８は図７に示した形態をさらに変形したもので、屈曲部２４ｂにおいて連通路２４がステータ１の軸線方向となす角が連続的に（なめらかに）変化するように屈曲部２４ｂの曲率半径を大きくしている。これにより、屈曲部２４ｂでの流れの損失を抑制し、連通路２４におけるトルク増幅作用を向上させ、高速度比におけるトルク比をさらに向上させることができる（請求項４に対応する効果）。

なお、図７、図８に示した変形例では、屈曲部２４ｂは連通路２４一つにつき一つであるが、一つの連通路２４に対して複数の屈曲部２４ｂを設ける、あるいは、連通路２４全体を屈曲させて、連通路２４とステータ１の軸線方向とのなす角が入口側部分のαから出口部分のβまで漸増するようにしてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したものに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

１ ：ステータ
２３ ：ステータ翼
２３ｂ：翼背面
２３ｅ：入口側端部
２４ ：連通路
２４ｂ：屈曲部

Claims (5)

1. トルクコンバータのステータ翼であって、
   ゼロからカップリングポイントまでの速度比範囲において、中央値よりも小側を低速度比、前記中央値よりも大側を高速度比とした場合、前記ステータ翼の入口側端部の曲率半径は前記低速度比において翼背面からの流れの剥離を抑えることができる曲率半径であり、
   前記ステータ翼の内部に、前記入口側端部と前記翼背面の出口側とを連通し、少なくとも入口側部分が前記高速度比に含まれる特定の速度比でステータに流入する流体の流入方向に延びる連通路を有する、
   ことを特徴とするステータ翼。
2. 請求項１に記載のステータ翼であって、
   前記連通路は直線形状である、
   ことを特徴とするステータ翼。
3. 請求項１に記載のステータ翼であって、
   前記連通路は屈曲しており、
   前記連通路が前記ステータの軸線方向となす角は前記入口側部分よりも出口側部分の方が大きい、
   ことを特徴とするステータ翼。
4. 請求項３に記載のステータ翼であって、
   前記連通路が屈曲する屈曲部においては前記連通路が前記ステータの軸線方向となす角が連続的に変化する、
   ことを特徴とするステータ翼。
5. 請求項１から４のいずれかに記載のステータ翼であって、
   前記特定の速度比は、前記連通路をなくした場合のカップリングポイント未満の速度比である、
   ことを特徴とするステータ翼。

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