JP3168688B2 - コアレストルクコンバータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各翼が集合している部
分にコアを持たないコアレストルクコンバータに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、コアレストルクコンバータとして
は、例えば、SAE Paper 861213号に記載されているもの
が知られている。

【０００３】この従来出典には、ポンプインペラとター
ビンランナとステータとの３要素を持ち、これらの各翼
が集合している部分にコアを持たない３要素２相型と呼
ばれるコアレストルクコンバータが示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなコアレストルクコンバータにあっては、コア付きト
ルクコンバータに比べて同一径で２〜３倍の伝達トルク
容量を持ち、同一容量で１５〜２０％の小型化が可能に
なるものの、ポンプインペラ及びタービンランナの翼形
状が平面状の、いわゆる平板翼となっている為、高速度
比領域での伝達効率がコア付きトルクコンバータに比べ
て数ポイント程度低く、速度比が０．６以上の領域で使
用する頻度が圧倒的に高い乗用車には燃費性能の面で適
用し難いという問題点があった。

【０００５】本発明は、上述のような問題に着目してな
されたもので、各翼が集合している部分にコアを持たな
いコアレストルクコンバータにおいて、常用される高速
度比領域での伝達効率を改善し、燃費性能の向上を図る
ことを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明のコアレストルクコンバータでは、ポンプイン
ペラとタービンランナとステータとの３要素を持ち、こ
れらの各翼が集合している部分にコアを持たないコアレ
ストルクコンバータにおいて、前記ポンプインペラ及び
タービンランナの翼形状を曲面翼にすると共に、ステー
タ翼端の円筒面で切断したポンプインペラまたはタービ
ンランナの少なくとも一方の翼断面に、翼回転軸に対し
て翼回転方向の倒れ角を持たせた。

【０００７】尚、前記倒れ角は、１５°〜６０°の範囲
に設定するのが好ましい。

【０００８】

【作 用】コアレストルクコンバータの作動時には、第
１に、ポンプインペラ及びタービンランナの翼形状を曲
面翼にしている為、翼の入口角と出口角とを常用される
速度比領域で適切な角度に設定することで、封入流体の
循環流が隣接する翼間流路を円滑に流れ、衝突による流
体損失が減少する。

【０００９】第２に、ポンプインペラまたはタービンラ
ンナの各翼面の圧力面または負圧面及びシェル面には圧
力勾配が生じて、流速の遅い壁面近傍の流れ、すなわち
境界層２次流れが発生する。これに対し、ステータ翼端
の円筒面で切断したポンプインペラまたはタービンラン
ナの少なくとも一方の翼断面に、翼回転軸に対して翼回
転方向の倒れ角を持たせた為、この圧力勾配が大きくな
り、境界層２次流れは強いものとなる。そして、この強
い境界層２次流れにより、各翼面上に境界層を形成する
損失の大きい低エネルギー流体は次々と翼端から排出さ
れて、流路内に蓄積されることはなく、低エネルギー流
体の蓄積による流体損失が減少する。

【００１０】したがって、常用される高速度比領域で
は、上記のように、衝突による流体損失を減少させる作
用と低エネルギー流体蓄積による流体損失を減少させる
作用が併せて達成され、両方の損失減少分の伝達効率上
昇が図られる。

【００１１】尚、翼回転軸に対する倒れ角を小さくし過
ぎた場合、上記低エネルギー流体の有効な排除作用を期
待できなく、また、倒れ角を大きくし過ぎた場合、翼面
積増大や翼厚のブロッケージが増えることでの損失が増
加して効率が低下する為、翼回転軸に対して翼回転方向
の倒れ角は１５°〜６０°の範囲に設定するのが最適で
ある。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面により説明す
る。

【００１３】（第１実施例）まず、構成を説明する。

【００１４】図１は第１実施例のコアレストルクコンバ
ータを示す断面図である。

【００１５】第１実施例のコアレストルクコンバータは
図１の上では、従来例のものと変わるところはなく、エ
ンジン駆動力が入力されるコンバータカバー１に結合さ
れるポンプインペラ２と、該ポンプインペラ２の対向位
置に配置され、トランスミッション入力軸３がタービン
ハブ４を介して連結されるタービンランナ５と、前記ポ
ンプインペラ２とタービンランナ５とに挟まれた内径部
に配置され、図外のケースにワンウェイクラッチ６を介
して設けられるステータ７との３要素を持ち、これらの
各翼２，５，７が集合している部分は互いに翼端を近接
させているだけでコアを持たない。

【００１６】ここで、トランスミッション入力軸３の中
心軸は、ポンプインペラ２及びタービンランナ５の翼回
転軸に相当する。

【００１７】そして、ポンプインペラ２およびタービン
ランナ５の各翼は、入口角，出口角を有する二次元曲面
状に形成されている。ここで、翼の入口角，出口角を決
めるにあたっては、最も使用頻度の高い速度比０．６〜
０．７程度を設計点とし、コア付きトルクコンバータと
同様な設計手法を用い、速度比０．６〜０．７程度で流
れの適正化を図り得る入口角，出口角及び翼枚数を決め
ている。

【００１８】図２に第１実施例のポンプインペラ２の正
面図を示し、図３に図１のＡ−Ａ線断面図を示す。

【００１９】図１において、ポンプインペラ２及びター
ビンランナ５が矢印Ｘ方向に回転するものとすると、ポ
ンプインペラ２の翼をステータ翼端の円筒面のＡ−Ａ線
で切断した断面は、図３に示すように、翼回転軸に対し
て翼回転方向の倒れ角θ（以下、正の倒れ角θ）を有し
ている。

【００２０】このθ＝３０°としたポンプインペラ２を
正面からみると、図２に示すように、翼の曲面度合いが
小さく、正の倒れ角θ（θ＝３０°）を持った形状とな
っている。

【００２１】次に、作用を説明する。

【００２２】(A) 衝突による流体損失の減少作用 コアレストルクコンバータの作動時には、封入流体の循
環流の流れの方向は、速度比が０から大きくなるにした
がって翼回転軸に対する傾斜角が大きくなるように流れ
の方向が変わる。

【００２３】これに対し、ポンプインペラ２およびター
ビンランナ５の各翼は、最も使用頻度の高い速度比０．
６〜０．７程度を設計点として決めた入口角，出口角を
有する二次元曲面状に形成されている為、速度比０．６
以上での翼間流れをみると、封入流体ほぼ翼間流路に沿
った流線を描いて円滑に流れる。

【００２４】これにより、平板翼に比べ流体の翼面衝突
が少なく抑えられることになり、衝突によりエネルギを
失う流体の衝突損失が減少する。

【００２５】(B) 低エネルギー流体蓄積による流体損失
の減少作用 トルクコンバータ作動時において、循環している流体が
流路の翼面，シェル面の各面に衝突することで、これら
翼面，シェル面に境界層が形成される。この境界層では
流速が小さいため循環主流の圧力勾配に従って循環主流
に垂直方向の成分を持つ２次流れが発生する。この２次
流れはポンプインペラ２の翼の圧力面から翼端面へ、シ
ェル面から負圧面へと流れ、これによりポンプインペラ
２の翼の負圧面の翼端面には、損失の大きい低エネルギ
ー流体が蓄積される。

【００２６】このことは、図４（ａ）で示すθ＝０°の
場合での図１のＡ−Ａ断面の圧力分布で説明される。

【００２７】すなわち、ポンプインペラ２の圧力面Ｂ
Ｂ’及び負圧面ＣＣ’またはシェル面ＢＣには圧力勾配
が発生し、これにより２次流れが発生し、流路内に損失
の大きい低エネルギー流体が蓄積されるのである。

【００２８】しかしながら、本実施例ではステータ７の
翼端の円筒面で切断したポンプインペラ２の翼断面が翼
回転軸に対して正の倒れ角θ＝３０°を有する為、図３
に示すθ＝３０°での図１のＡ−Ａ断面の圧力分布と、
図４（ａ）で示すθ＝０°の圧力分布とを比べて明らか
なように、θ＝３０°の場合の圧力面ＢＢ’及び負圧面
ＣＣ’の圧力勾配がθ＝０°の場合に比べて強いものと
なる。

【００２９】これにより、２次流れはθ＝３０°の場合
の方がθ＝０°の場合より強いものとなるので、翼面上
の境界層を形成する損失の大きい低エネルギー流体は次
々と翼端部から排出され、流路内で蓄積されることが少
なくなる。

【００３０】尚、図４（ｂ）ではθ＝７０°の場合の図
１のＡ−Ａ断面図を示しているが、これによれば翼面積
が増え、また、翼厚のブロッケージが増えて流路損失が
増加するので、この流路損失増加分だけ効率は低下す
る。

【００３１】このように第１実施例のコアレストルクコ
ンバータにあっては、次に記載する効果が得られる。

【００３２】（１）ポンプインペラ２およびタービンラ
ンナ５の各翼を、入口角，出口角を有する二次元曲面状
に形成すると共に、ステータ７の翼端の円筒面で切断し
たポンプインペラ２の翼断面が翼回転軸に対して正の倒
れ角θ＝３０°を有する為、常用される高速度比領域で
は、上記のように、衝突による流体損失を減少させる作
用と低エネルギー流体蓄積による流体損失を減少させる
作用が併せて達成され、両方の損失減少分の伝達効率上
昇を図ることができる。

【００３３】ちなみに、図５にはポンプインペラ２の倒
れ角θを、θ＝０°，１５°，３０°，４５°，６０
°，７０°の場合の実験結果を示す（入口角及び出口角
は同一である）。

【００３４】この実験結果によると、θ＝３０°の場
合、最も伝達効率上昇がみられるし、また。トルク容量
に関しても、θ＝１５°，３０°の場合、速度比０．５
７程度まではθ＝０°の方がトルク容量が大きいが、速
度比０．５７以上の領域では、逆転してθ＝１５°，３
０°の方がトルク容量が大きい特性を示している。

【００３５】このことは、倒れ角θを１５°〜３０°程
度に設定することで、常用域である速度比０．６以上で
効率の高い運転が確保されることを示し、この常用域で
はコア付トルクコンバータ並の伝達効率による高い燃費
性能が得られるし、大きなトルク伝達容量による高い運
転性能が得られ、乗用車への適用を可能とする。

【００３６】また、図６にはポンプインペラ２の倒れ角
θに対する最高効率η_MAX の実験結果を示す（タービン
ランナ５の倒れ角θ＝３０°に固定）。

【００３７】この実験結果ではポンプインペラ２の倒れ
角θが１５°〜６０°の範囲において、最高効率η_MAX
が０．８５程度を示し、その前後の範囲では、最高効率
η_MAXの急な低下がみられる。これにより、伝達効率の
面で、ポンプインペラ２の倒れ角θを設定する場合、θ
＝１５°〜６０°の範囲が最適であることがわかる。

【００３８】（２）二次元曲面状に形成されているポン
プインペラ２およびタービンランナ５の各翼の入口角，
出口角を決めるにあたって、コア付きトルクコンバータ
と同様な設計手法を用いて決めるようにした為、コアレ
ストルクコンバータであるにもかかわらず設計容易性を
達成することができる。

【００３９】（第２実施例）次に、第２実施例について
説明する。

【００４０】第２実施例では、タービンランナ５に上記
したものと同様な倒れ角θを付与したものであって、そ
の他の構成は第１実施例のものと変わるところはない。
図７にタービンランナ４の正面図を示す。

【００４１】また、作用及び効果については第１実施例
のもと変わるところはない。

【００４２】ちなみに、図８にはタービンランナ５の倒
れ角θを、θ＝０°，１５°，３０°，４５°，６０
°，７０°の場合の実験結果を示す（入口角及び出口角
は同一である）。

【００４３】この実験結果によると、θ＝３０°の場
合、最も伝達効率上昇がみられるし、また。トルク容量
に関しても、θ＝１５°，３０°，４５°，６０°，７
０°の場合、速度比０．４程度まではθ＝０°の方がト
ルク容量が大きいが、速度比０．４以上の領域では、逆
転してθ＝１５°，３０°，４５°，６０°，７０°の
方がトルク容量が大きい特性を示している。

【００４４】このことは、倒れ角θを１５°〜６０°程
度に設定することで、常用域である速度比０．６以上で
効率の高い運転が確保されることを示し、この常用域で
はコア付トルクコンバータ並の伝達効率による高い燃費
性能が得られるし、大きなトルク伝達容量による高い運
転性能が得られ、乗用車への適用を可能とする。

【００４５】また、図９にはタービンランナ５の倒れ角
θに対する最高効率η_MAX の実験結果を示す（ポンプイ
ンペラ２の倒れ角θ＝３０°に固定）。

【００４６】この実験結果ではタービンランナ５の倒れ
角θが１５°〜６０°の範囲において、最高効率η_MAX
が０．８５程度を示し、その前後の範囲では、最高効率
η_MAXの急な低下がみられる。これにより、伝達効率の
面で、タービンランナ５の倒れ角θを設定する場合、θ
＝１５°〜６０°の範囲が最適であることがわかる。

【００４７】尚、上述の第１実施例と第２実施例とを組
み合わせ、ポンプインペラ２とタービンランナ５の両方
に倒れ角θもたせた場合、その効果は倍増する。

【００４８】最後に、従来のコア付きトルクコンバータ
に対し、ポンプインペラ，タービンランナに倒れ角がつ
いたものとの差異について説明する。

【００４９】図１０にはコア付きトルクコンバータにお
いて図１０のａ方向からみたポンプインペラの形状例と
して、倒れ角θ＝０°（図１０ｂ）のものとθ＝２５°
（図１０ｃ）のものを示す。

【００５０】また、図１１にはポンプインペラ，タービ
ンランナを共に倒れ角θ＝０°としたものと、共にθ＝
２５°としたものと性能を比較した特性図を示す。

【００５１】この図１１の特性図に示されるように、コ
ア付きトルクコンバータの場合は倒れ角をつけても性能
（トルク容量，トルク比等）に大きな変化はなく、特に
効率に関しては影響が現われない。

【００５２】この理由としては、図１２に示すように、
倒れ角θ＝２５°（ 図１２ｂ）の場合も倒れ角θ＝０
°（図１２ａ）の場合と同様に、コア面の負圧面に低エ
ネルギー流体が蓄積されるメカニズムは同様であり、倒
れ角θをつけたとしても低エネルギー流体の損失が低減
されることはないためである。

【００５３】つまり、コア付きトルクコンバータでは内
側にコアを有する為、低エネルギー流体は流路から吐き
出されることなく、最終的には流路内の主流と混合して
大きな混合損失を発生するのである。

【００５４】以上、実施例を図面に基づいて説明してき
たが、具体的な構成はこの第１，第２実施例に限られる
ものではない。

【００５５】例えば、第１実施例ではポンプインペラ２
に、第２実施例ではタービランナ５に正の倒れ角θを設
けるようにしたが、ポンプインペラ２及びタービンラン
ナ５の両方に正の倒れ角θを設けるようにしても良い。

【００５６】

【発明の効果】請求項１記載の本発明にあっては、各翼
が集合している部分にコアを持たないコアレストルクコ
ンバータにおいて、ポンプインペラ及びタービンランナ
の翼形状を曲面翼にすると共に、ステータ翼端の円筒面
で切断したポンプインペラまたはタービンランナの少な
くとも一方の翼断面に、翼回転軸に対して翼回転方向の
倒れ角を持たせた為、常用される高速度比領域での伝達
効率を改善し、燃費性能の向上を図ることができるとい
う効果が得られる。

【００５７】請求項２記載の本発明にあっては、請求項
１記載のコアレストルクコンバータにおいて、倒れ角を
１５°〜６０°の範囲に設定した為、常用される高速度
比領域での伝達効率をコア付きトルクコンバータ並まで
向上させることができるという効果が得られる。

【００５８】特に、本発明の技術は、コアレストルクコ
ンバータを乗用車の適用できるレベルまで伝達効率を高
め、コアレストルクコンバータの実用性への道を開くこ
とができたという点で有用な技術である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明第１実施例のコアレストルクコンバータ
を示す断面図である。

【図２】本発明第１実施例のコアレストルクコンバータ
のポンプインペラの正面図である。

【図３】圧力分布を記載した図１のＡ−Ａ線によるポン
プインペラの断面図である。

【図４】図４ａは倒れ角θ＝０°とした時の圧力分布記
載のポンプインペラの断面図であり、図４ｂは倒れ角θ
＝７０°とした時のポンプインペラの断面図である。

【図５】本発明第１実施例のコアレストルクコンバータ
の性能試験結果を示す特性図である。

【図６】本発明第１実施例のコアレストルクコンバータ
のポンプインペラ倒れ角θと最高効率η_MAX との関係を
示す図である。

【図７】本発明第２実施例のコアレストルクコンバータ
のタービンランナの正面図である。

【図８】本発明第２実施例のコアレストルクコンバータ
の性能試験結果を示す特性図である。

【図９】本発明第２実施例のコアレストルクコンバータ
のタービンランナ倒れ角θと最高効率η_MAX との関係を
示す図である。

【図１０】図１０ａはコア付きトルクコンバータの平面
図で、図１０ｂは倒れ角０°とした時のポンプインペラ
を示す矢視図で、図１０ｃは倒れ角２５°とした時のポ
ンプインペラを示す矢視図である。

【図１１】コア付きトルクコンバータに倒れ角θ＝０°
とθ＝２５°をつけたものの性能試験結果を示す特性図
である。

【図１２】コア付きトルクコンバータに低エネルギー流
体の蓄積の様子を示す図で、図１２ａは倒れ角θ＝０°
のもの、図１２ｂは倒れ角θ＝２５°のものを示す。

【符号の説明】 １ コンバータカバー ２ ポンプインペラ ３ トランスミッション入力軸 ４ タービンハブ ５ タービンランナ ６ ワンウェイクラッチ ７ ステータ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポンプインペラとタービンランナとステ
   ータとの３要素を持ち、これらの各翼が集合している部
   分にコアを持たないコアレストルクコンバータにおい
   て、 前記ポンプインペラ及びタービンランナの翼形状を曲面
   翼にすると共に、ステータ翼端の円筒面で切断したポン
   プインペラまたはタービンランナの少なくとも一方の翼
   断面に、翼回転軸に対して翼回転方向の倒れ角を持たせ
   たことを特徴とするコアレストルクコンバータ。
2. 【請求項２】 請求項１記載のコアレストルクコンバー
   タにおいて、 前記倒れ角を１５°〜６０°の範囲に設定したことを特
   徴とするコアレストルクコンバータ。