JP2022052138A - トルクコンバータ - Google Patents

Abstract

【課題】トルクコンバータにおいて、扁平率を小さくして装置全体の小型化を図りつつ、容量係数を向上する。【解決手段】このトルクコンバータ１は、フロントカバー２と、インペラ５と、タービン６と、ステータ７と、を備えている。インペラ５、タービン６、及びステータ７によって構成されたトーラス８の半径方向寸法Ｈに対する軸方向寸法Ｌの比である扁平率（Ｌ／Ｈ）が０．５以下である。また、トーラス８の外径を直径とする円の面積Ａに対するインペラ５及びタービン６の最小流路面積ａの流路面積比（ａ／Ａ）が０．１４以上０．１６以下である。【選択図】図１

Description

本発明はトルクコンバータに関する。

トルクコンバータは、インペラ、タービン、及びステータを有し、内部の流体により動力を伝達する装置である。このようなトルクコンバータとして、扁平率を小さく（扁平化）したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。ここで、扁平率とは、トーラス（インペラ、タービン、及びステータによって構成される空間）の半径寸法に対する軸方向寸法の比である。このようにトーラスを扁平化することにより、トルクコンバータ全体の軸方向寸法を短くし、軸方向に制限されたスペース内にトルクコンバータを設置することが可能になる。

特開２００５－２４９２０６号公報

前述のように、トルクコンバータを扁平化することによって、トルクコンバータ全体の軸方向寸法を短くすることができる。

しかし、インペラやタービンを扁平化、小径化することによってトルクコンバータの小型化を図ると、容量係数が低下してしまうという問題が生じる。

本発明の課題は、トルクコンバータにおいて、扁平率を小さくして装置全体の小型化を図りつつ、容量係数を向上することにある。

（１）本発明に係るトルクコンバータは、トルクが入力されるフロントカバーと、インペラと、タービンと、ステータと、を備えている。インペラはフロントカバーとともに流体室を構成する。タービンは、インペラに対向して配置され、トルクを出力する。ステータは、インペラとタービンの内周部間に配置され、タービンからインペラに流れる流体の流れを整流する。

そして、このトルクコンバータにおいて、インペラ、タービン、及びステータによって構成されたトーラスの半径方向寸法Ｈに対する軸方向寸法Ｌの比である扁平率（Ｌ／Ｈ）が０．５以下である。また、トーラスの外径を直径とする円の面積Ａに対するインペラ及びタービンの最小流路面積ａの流路面積比（ａ／Ａ）が０．１４以上０．１６以下である。

ここで、本願発明者は、扁平率を小さくした場合、インペラ及びタービンの最小流路面積を適切な値に設定することで、容量係数が向上することを見出した。

そこで、本発明のトルクコンバータでは、扁平率を０．５以下とし、その場合、トーラスの外径を直径とする円の面積Ａに対するインペラ及びタービンの最小流路面積ａの流路面積比（ａ／Ａ）を０．１４以上０．１６以下としている。これにより、扁平率を小さくしつつ、容量係数を向上することができる。

（２）好ましくは、流路面積比は、０．１５以上０．１６以下である。

（３）好ましくは、扁平率（Ｌ／Ｈ）は０．２以上である。

以上のような本発明では、扁平化され小型化されたトルクコンバータにおいて、容量係数を向上することができる。

本発明の位置実施形態によるトルクコンバータの断面部分図。 トルクコンバータの流路面積比に対する容量係数のアップ率を示す特性図。 容量係数アップ率を説明するためのトーラスの模式図。

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、エンジンのクランクシャフト（図示せず）からトランスミッションの入力シャフト（図示せず）にトルクの伝達を行うための装置である。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線がトルクコンバータ１の回転軸である。

なお、以下の説明において、軸方向とは、トルクコンバータ１の回転軸が延びる方向である。また、円周方向とは、回転軸を中心とした円の円周方向であり、径方向とは、回転軸を中心とした円の径方向である。なお、円周方向とは、回転軸を中心とした円の円周方向に完全に一致している必要はない。また、径方向とは、回転軸を中心とした円の直径方向に完全に一致している必要はない。

［全体構成］
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、ロックアップ装置４と、を備えている。

フロントカバー２は入力側の部材に固定される。フロントカバー２は、円板部２ａと、筒状部２ｂと、を有している。筒状部２ｂは、円板部２ａの外周部から軸方向トランスミッション側に延びて形成されている。

トルクコンバータ本体３は、インペラ５、タービン６、及びステータ７を有している。そして、インペラ５、タービン６、及びステータ７によって環状の空間（トーラス）８が形成されている。

インペラ５は、インペラシェル１０と、インペラシェル１０の内側に固定された複数のインペラブレード１１と、インペラシェル１０の内周部に固定されたインペラハブ１２と、を有している。そして、インペラシェル１０の外周部が、フロントカバー２の筒状部２ｂに溶接により固定されている。この結果、フロントカバー２とインペラシェル１０とによって、内部に作動油（流体）が充填された流体室が形成されている。

タービン６は、インペラ５に対向して配置され、タービンシェル１５と、タービンシェル１５の内側に固定された複数のタービンブレード１６と、タービンハブ１７と、を有している。タービンハブ１７は、軸方向に延びる筒状のハブ１７ａと、ハブ１７ａから径方向外側に延びるフランジ１７ｂと、を有している。フランジ１７ｂには、タービンシェル１５の内周部が、複数のリベット１８により固定されている。また、ハブ１７ａの内周部には、トランスミッションの入力シャフト（図示せず）が係合するスプライン孔が形成されている。

ステータ７は、インペラ５とタービン６の内周部間に配置されている。ステータ７は、タービン６からインペラ５に戻る作動油の流れを整流するための機構である。ステータ７は、環状のキャリア２０と、キャリア２０の外周面に設けられた複数のステータブレード２１と、を有している。キャリア２０は、ワンウェイクラッチ２２を介して図示しない固定シャフトに支持されている。

インペラハブ１２とキャリア２０との間にはスラストベアリング２４が配置され、キャリア２０とタービンハブ１７との間には、スラストベアリング２５が配置されている。

［トルクコンバータの各部の寸法関係］
このトルクコンバータ１は、軸方向寸法が短縮化されている。具体的には、トーラス８の半径方向寸法Ｈに対する軸方向寸法Ｌの比である扁平率（Ｌ／Ｈ）は、この実施形態では、０．５となっている。

なお、トーラス８の半径方向寸法Ｈは、キャリア２０の外周面と、インペラシェル１０又はタービンシェル１５の内周面で最も半径方向外側の部分と、の間の距離である。また、軸方向寸法Ｌは、インペラシェル１０の内周面と、タービンシェル１５の内周面と、が最も互いに離れた部分の距離である。

また、トーラス８の外径Ｄを直径とする円の面積Ａに対するインペラ５及びタービン６の最小流路面積ａの流路面積比（ａ／Ａ）は、この実施形態では、０．１５に設定されている。なお、流路面積比は、好ましくは、０．１４以上０．１６以下であり、より好ましくは、０．１５以上０．１６以下である。

このように各部の寸法を設定することにより、容量係数を向上することができる。具体的には、図２に示すように、扁平率０．５の場合と、扁平率０．６８の場合と、を比較すると、流路面積比を１４％（０．１４）以上に設定すると、扁平率０．５の方が、容量係数をより向上することができる。また、扁平率を０．５に設定し、流路面積比を１５％（０．１５）以上に設定すると、容量係数は著しく向上する。

図２において、縦軸は、容量係数のアップ率を示している。ここで、「容量係数のアップ率」とは、例えば、扁平率が０．５のトーラスの場合、図３に示すように、コア部分を点線で示す流路面積比１４％から実線で示す流路面積比１６％に改良した場合の、元の容量係数に対する改良後の容量係数の比である。
容量係数ＵＰ率＝［（改良後の容量係数）／（元の容量係数）］×１００
容量係数＝（入力トルク）／（入力回転数）^２

すなわち、図２は、流路面積比を１４％以上にすると、各扁平率（０．５と０．６８）において容量係数が大きくなることを示している。

なお、図２の各特性は、従来から周知の有限体積法を用いて、各扁平率において、流路面積比を１４％から１６％に変化させた場合の容量係数のアップ率を解析したものである。

ここで、扁平率が０．５を超える場合は、扁平率が０．６８の場合のように、流路面積比を種々変えても、容量係数の向上は期待できないことが判明した。したがって、扁平率は０．５以下で、０．２以上が好ましい。扁平率が０．２未満、あるいは流路面積比が１４％（０．１４）未満では、インペラ及びタービンの流路面積が小さくなりすぎて、トルクコンバータとして満足に機能しない。

また、扁平率を０．５以下に設定し、流路面積比が１６％（０．１６）を超えるようなトルクコンバータを制作することは困難である。

以上から、容量係数を向上させるためには、扁平率（Ｌ／Ｈ）を０．２以上０．５以下に設定し、流路面積比（ａ／Ａ）を０．１４以上０．１６以下にするのが好ましく、より好ましくは、流路面積比は０．１５以上０．１６以下である。なお、流路面積比が０．１５を境に容量係数のアップ率が変化する要因の１つとして、流路面積比の変更に伴ってインペラ等のブレード形状が変化していることが考えられる。

［ロックアップ装置４］
ロックアップ装置４は、ピストン３０と、ダンパ機構３１と、を有している。

ピストン３０は、円板状の本体部３０ａと、内周筒状部３０ｂと、を有している。本体部３０ａはフロントカバー２に対向している。内周筒状部３０ｂは、本体部３０ａの内周端部を、軸方向トランスミッション側に延ばして形成されている。内周筒状部３０ｂは、タービンハブ１７のハブ１７ａの外周面に相対回転及び軸方向に移動可能に支持されている。ハブ１７ａの外周面にはシール部材３２が配置されている。

また、ピストン３０の外周部には、環状の摩擦フェーシング３４が固定されている。摩擦フェーシング３４は、フロントカバー２の外周部に形成された摩擦面に対向しており、この摩擦面に押圧可能である。

ダンパ機構３１は、リティニングプレート３５と、ドリブンプレート３６と、複数のトーションスプリング３７と、を有している。

リティニングプレート３５は、内周部がピストン３０にリベットにより連結されている。また、リティニングプレート３５の外周部には、トーションスプリング３７を収納及び支持するための収容部３５ａが形成されている。この収容部３５ａに、複数のトーションスプリング３７が収納されている。

ドリブンプレート３６は、タービンシェル１５の外周側に固定された環状のプレートである。ドリブンプレート３６は複数の係合爪３６ａを有しており、複数の係合爪３６ａは、フロントカバー２側に延び、トーションスプリング３７の円周方向両端に係合している。

［動作］
トルクコンバータ１の動作は、従来周知のトルクコンバータと同様であり、以下、簡単に説明する。

図示しないエンジンのクランクシャフトからフロントカバー２及びインペラ５にトルクが伝達されると、トーラス８内の作動油を介してインペラ５からタービン６にトルクが伝達される。タービン６に伝達されたトルクは、タービンハブ１７を介して図示しない入力シャフトに出力される。タービン６からインペラ５へと流れる作動油は、ステータ７によって整流され、インペラ５側へと流れる。

フロントカバー２とピストン３０との間の空間の作動油が内周側からドレンされると、油圧差によってピストン３０がフロントカバー２側に移動し、摩擦フェーシング３４がフロントカバー２の摩擦面に押しつけられる。この結果、フロントカバー２からロックアップ装置４を介して直接タービンハブ１７にトルクが伝達される。

［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。

ロックアップ装置の構成は、前記実施形態に限定されず、多板型のクラッチによって構成してもよい。

１ トルクコンバータ
２ フロントカバー
５ インペラ
６ タービン
７ ステータ
８ トーラス

Claims (3)

1. 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とともに流体室を構成するインペラと、
   前記インペラに対向して配置され、トルクを出力するタービンと、
   前記インペラと前記タービンの内周部間に配置され、前記タービンから前記インペラに流れる流体の流れを整流するためのステータと、
   を備え、
   前記インペラ、前記タービン、及び前記ステータによって構成されたトーラスの半径方向寸法Ｈに対する軸方向寸法Ｌの比である扁平率（Ｌ／Ｈ）が０．５以下であり、
   前記トーラスの外径を直径とする円の面積Ａに対する前記インペラ及び前記タービンの最小流路面積ａの流路面積比（ａ／Ａ）が０．１４以上０．１６以下である、
   トルクコンバータ。
   
2. 前記流路面積比は、０．１５以上０．１６以下である、請求項１に記載のトルクコンバータ。
   
3. 前記扁平率（Ｌ／Ｈ）は０．２以上である、請求項１又は２に記載のトルクコンバータ。
   

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