JP3623640B2 - トルクコンバータのステータ翼 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トルクコンバータにおいてインペラとインペラに対向するタービンとの間に配置されるステータのステータ翼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トルクコンバータは、インペラ、タービン及びステータを内部に有し、充填される作動油により動力を伝達する装置である。作動油は、トルクコンバータの外周部でインペラからタービンへと流れ、トルクコンバータの内周部でステータを介してタービンからインペラへと流れる。
【０００３】
ステータは、インペラとタービンとの間に配置される部材で、ワンウェイクラッチを介してステータシャフトに固定されている。ステータシャフトはトランスミッションハウジングに固定されている。このステータは、樹脂やアルミ合金等で鋳造により製作され、主に、環状のシェルと、環状のコアと、シェルとコアとの間に形成されるステータ翼とから構成される。ステータ翼は、円周方向に複数設けられるもので、内周側のシェルから外周側のコアへと延びており、タービンからインペラへと戻される作動油の方向の調整等の役割を担っている。
【０００４】
このトルクコンバータを備えた車両のアイドリング時の挙動を考えると、タービンの回転が規制された状態でエンジン側のクランク軸に連結されているインペラが回り続ける。したがって、アイドリング時にもエンジンには負荷がかかっており、燃料が消費されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
燃費を向上させるためには、アイドリング時、すなわちインペラの回転数（Ｎｉ）に対するタービンの回転数（Ｎｏ）の比（以下、速度比（ｅ）という。）が０の時における容量係数（Ｃｆ）を低下させればよい。容量係数（Ｃｆ）は、インペラのトルク（Ｔｉ）をインペラの回転数（Ｎｉ）の２乗値で除したものである。この容量係数（Ｃｆ）が低ければ、アイドリング時において、小さなエネルギーによってインペラを回転させることができるため、車両のアイドリング時の燃費が向上する。
【０００６】
本発明の課題は、速度比（ｅ）が０の時の容量係数（Ｃｆ）が低下するような形状のステータ翼を提供し、アイドリング時の燃費を向上させることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のステータ翼は、トルクコンバータのステータのステータ翼であって、翼頭端と、翼尾端と、背面と、腹面とを備えている。ステータは、トルクコンバータにおいて、インペラとインペラに対向するタービンとの間に配置されるものである。翼頭端は、ステータ翼の周面のうちのタービン側の端部である。翼尾端は、ステータ翼の周面のうちのインペラ側の端部である。背面は、翼頭端と翼尾端とを結ぶステータ翼の周面のうちのインペラ側に向いている面であり、流線形状である。腹面は、翼頭端と翼尾端とを結ぶステータ翼の周面のうちのタービン側に向いている面であり、流線形状部と翼頭端側において正圧側にのみ形成される平面部とから構成される。
【０００８】
速度比（ｅ）が０のときには、トルクコンバータの作動油の流れの方向は翼頭端と翼尾端とを結ぶ平面に対して大きな角度を持っており、タービン側からインペラ側へと流れるときにステータ翼に衝突する。従来のように翼頭端側がタービン側に膨らんでいる流線形状の腹面を有するステータ翼であれば、ステータ翼に衝突した後の作動油は腹面の流線形状に沿ってインペラ側へと流れていく。これに対し、本請求項に記載のステータ翼の腹面には翼頭端側において正圧側にのみ平面部が形成されているため、従来に較べて腹面に衝突したときの作動油の衝突損失が大きくなる。このため、作動油の循環流速が低下して流量が減り、速度比（ｅ）が０のときにおける容量係数（Ｃｆ）が小さくなる。これにより、本請求項に記載のステータ翼を有するトルクコンバータを備えた車両のアイドリング時の燃費が向上する。
【０００９】
また、トルクコンバータの効率を向上させるため、従来のステータ翼は、中高速度比域における作動油の流れに対する損失が少なくなるよう、一般に流線形をしている。しかし、低速度比域での容量係数（Ｃｆ）を低下させ得る形状が高速度比域での流れを乱すようなことになると、損失が大きくなりトルクコンバータの効率は低下する。本請求項に記載のステータ翼の場合、タービン側の腹面の正圧側にのみ平面部を形成しているため、中高速度比域における作動油の流れの乱れを最小限に抑えることができ、容量係数（Ｃｆ）は従来と同等あるいはそれ以上となり、効率を維持することができる。
【００１０】
請求項２に記載のステータ翼は、トルクコンバータのステータのステータ翼であって、翼頭端と、翼尾端と、背面と、腹面とを備えている。ステータは、トルクコンバータにおいて、インペラとインペラに対向するタービンとの間に配置されるものである。翼頭端は、ステータ翼の周面のうちのタービン側の端部である。翼尾端は、ステータ翼の周面のうちのインペラ側の端部である。背面は、翼頭端と翼尾端とを結ぶステータ翼の周面のうちの負圧側に向いている面であり、流線形状である。腹面は、翼頭端と翼尾端とを結ぶステータ翼の周面のうちの正圧側に向いている面であり、流線形状部と翼頭端側に形成される平面部とから構成される。
【００１１】
速度比（ｅ）が０のときには、トルクコンバータの作動油の流れの方向は翼頭端と翼尾端とを結ぶ平面に対して大きな角度を持っており、タービン側からインペラ側へと流れるときにステータ翼に衝突する。従来のように翼頭端側が正圧側に膨らんでいる流線形状の腹面を有するステータ翼であれば、ステータ翼に衝突した後の作動油は腹面の流線形状に沿って負圧側へと流れていく。これに対し、本請求項に記載のステータ翼の腹面には翼頭端側に平面部が形成されているため、従来に較べて腹面に衝突したときの作動油の衝突損失が大きくなる。このため、作動油の循環流速が低下して流量が減り、速度比（ｅ）が０のときにおける容量係数（Ｃｆ）が小さくなる。これにより、本請求項に記載のステータ翼を有するトルクコンバータを備えた車両のアイドリング時の燃費が向上する。
【００１２】
また、トルクコンバータの効率を向上させるため、従来のステータ翼は、中高速度比域における作動油の流れに対する損失が少なくなるよう、一般に流線形をしている。しかし、低速度比域での容量係数（Ｃｆ）を低下させ得る形状が高速度比域での流れを乱すようなことになると、損失が大きくなりトルクコンバータの効率は低下する。
【００１３】
例えば、翼頭端を挟んで正圧側及び負圧側の両側にまたがるような平面部を設けた場合、中高速度比域における作動油の流れの方向と翼頭の平面部とが大きな角度をなすこととなり、中高速度比域における作動油の乱れが大きくなってトルクコンバータの効率が落ちる。
これに対し、本請求項に記載のステータ翼の場合、正圧側の腹面にのみ平面部を形成しているため、中高速度比域における作動油の流れの乱れを最小限に抑えることができ、容量係数（Ｃｆ）は従来と同等あるいはそれ以上となり、効率を維持することができる。
【００１４】
請求項３に記載のステータ翼は、請求項１又は２に記載のステータ翼において、トルクコンバータの回転軸とステータ翼の腹面の平面部とがなす角度が２５°以上７０°以下である。
トルクコンバータの回転軸とステータ翼の腹面の平面部とがなす角度が２５°以上７０°以下であれば、従来に較べて速度比（ｅ）が０のときにおける容量係数（Ｃｆ）を低下させることができ、かつ中高速度比域における作動油の流れの乱れを小さく抑えることができる。よりトルクコンバータの性能を向上させるためには、トルクコンバータの回転軸とステータ翼の腹面の平面部とがなす角度を３２°以上６１°以下に設定することが望ましい。
【００１５】
請求項４に記載のステータ翼は、請求項１から３のいずれかに記載のステータ翼において、翼弦長（Ｌ）と平面部の幅（Ｗ）とが、
０．０４≦（Ｗ／Ｌ）≦０．４
の関係にある。
翼弦長（Ｌ）は、翼頭端と翼尾端との距離であり、平面部の幅（Ｗ）は、トルクコンバータの回転軸からの放射方向に直交する方向に沿った平面部の幅である。
【００１６】
平面部の幅（Ｗ）が小さすぎれば、速度比（ｅ）が０のときにおける容量係数（Ｃｆ）があまり低下しない。また、平面部の幅（Ｗ）が大きすぎれば、作動油の流れの乱れが中速度比域までの及び中速度比域の容量係数（Ｃｆ）が低下し、エンジン回転数が高くなるなどの不具合につながる。これらのことを考慮して、ここでは平面部の幅（Ｗ）を上記の所定範囲に限定している。これにより、速度比（ｅ）が０のときにおける容量係数（Ｃｆ）の低下と中速度比域における容量係数（Ｃｆ）の確保とが両立する。
【００１７】
請求項５に記載のトルクコンバータは、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。フロントカバーはエンジン側の部材に連結される。インペラは、フロントカバーに固定され、フロントカバーとともに作動油室を形成する。タービンは、作動油室内でインペラに対向して配置され、トランスミッション側の部材に連結される。ステータは、請求項１から４のいずれかに記載のステータ翼を有しており、インペラの内周部とタービンの内周部との間に配置される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の一実施形態であるステータ６を備えたトルクコンバータ１を示す。ここでは、軸Ｏ−Ｏがトルクコンバータ１の回転軸線であり、図の左側にエンジン（図示せず）が配置され、図の右側にトランスミッション（図示せず）が配置されている。
【００１９】
このトルクコンバータ１は、主として、エンジン側のクランクシャフトからトランスミッションのメインドライブシャフトにトルクを伝達するための装置であり、外周部がクランクシャフトに連結されるフロントカバー３と、３種の羽根車（インペラ４，タービン５，ステータ６）からなるトルクコンバータ本体とから構成されている。フロントカバー３とインペラ４とは外周部で溶接され、両者で作動油室を形成している。
【００２０】
クランクシャフトからフロントカバー３に入力されたトルクは、インペラ４からタービン５に流れる作動油によって、タービン５に連結されるメインドライブシャフトに出力される。エンジン始動時、インペラ４によって循環させられた作動油はタービン５に跳ね返されインペラ４を押し戻す方向に流れる。これを抑えるためにステータ６が設けられている。このステータ６は、タービン５により跳ね返された作動油の流れをインペラ４と同じ回転方向に変換して、トルクコンバータ１のトルク伝達の効率を向上させている。
【００２１】
ステータ６は、図１及び図２に示すように、環状のシェル１１と、環状のコア１２と、複数のステータ翼１３とを備えており、一般にアルミ合金や樹脂を原料として鋳造によって一体的に製作される。
シェル１１は、ステータ支持構造を介して、トランスミッションのハウジングに固定されたステータシャフト（図示せず）に固定されている。シェル１１の内周部にはスラスト受け部１１ａが形成されている。ステータ支持構造に関しては後述する。
【００２２】
コア１２は、シェル１１の外周側に配置されている。
ステータ翼１３は、シェル１１とコア１２との間に形成されるもので、円周方向に複数枚設けられている。このステータ翼１３は、シェル１１の外周面とコア１２の内周面とを連結するもので、その周面が翼頭端１４、翼尾端１５、背面１６、及び腹面１７とから構成されている（図３参照）。なお、図３において点線で示された形状は、従来のステータ翼の形状を表している。
【００２３】
翼頭端１４はステータ翼１３の周面のうちタービン５側（図３の左側）の端部であり、翼尾端１５はステータ翼１３の周面のうちインペラ４側（図３の右側）の端部である。
背面１６は、翼頭端１４と翼尾端１５とを結ぶステータ翼１３の周面のうちインペラ４側に向いている面であり、流線形状である。なお、トルクコンバータが正回転したときには、ステータ翼１３の回転方向上流側の空間の圧力が高くステータ翼１３の回転方向下流側の空間の圧力が低い状態となる。このため、一般に、ステータ翼１３から見て回転方向上流側を正圧側と呼び、ステータ翼１３から見て回転方向下流側を負圧側と呼ぶ。すなわち、このトルクコンバータ１では、ステータ翼１３のインペラ４側がステータ翼１３の負圧側であり、ステータ翼１３のタービン５側がステータ翼１３の正圧側である。
【００２４】
腹面１７は、翼頭端１４と翼尾端１５とを結ぶステータ翼１３の周面のうちタービン５側に向いている面であり、流線形状部１７ａと翼頭端１４側に形成される平面部１７ｂとから構成される。
図４に示すように、各横断面における翼頭端１４と翼尾端１５との距離が翼弦長（Ｌ）であり、軸Ｏ−Ｏからの放射線に対して直交する方向に沿った平面部１７ｂの幅が幅（Ｗ）である。これらの間には、
０．０６２≦（Ｗ／Ｌ）≦０．３２４
という関係が成立している。
【００２５】
また、図４に示すように、平面部１７ｂに平行な面と軸Ｏ−Ｏとがなす角度が角度（α）であり、角度（α）は、
３２°≦（α）≦６１°
の範囲に設定される。
次に、上記のようなステータ翼１３を備えたトルクコンバータ１の性能曲線図を説明する。
【００２６】
トルクコンバータ１の性能曲線を図６において実線で示す。なお、図６において点線で示される性能曲線は、従来のステータ翼（図３において点線で示すもの）を備えたトルクコンバータの性能曲線である。横軸は速度比（ｅ）である。縦軸は、それぞれ、容量係数（Ｃｆ）、トルク比（ｔ）、効率（η）である。なお、速度比（ｅ）は（タービン５の回転数／インペラ４の回転数）、容量係数（Ｃｆ）は（インペラ４のトルク／インペラ４の回転数の２乗）、トルク比（ｔ）は（タービン５のトルク／インペラ４のトルク）、効率（η）は（トルク比（ｔ）×速度比（ｅ）×１００）で定義される。
【００２７】
まず、速度比（ｅ）が０のときには、従来の容量係数（Ｃｆ２）に較べてトルクコンバータ１の容量係数（Ｃｆ１）が小さくなる。これは、主として、速度比（ｅ）が０のときには、トルクコンバータ１の作動油の流れの方向が図３に示す矢印Ａの向きであることに起因する。この矢印Ａの方向が翼頭端１４と翼尾端１５とを結ぶ平面に対して大きな角度を持っているため、作動油はタービン５側からインペラ４側へと流れるときにステータ翼１３に衝突する。従来であれば、翼頭端１４側がタービン５側に膨らんでいる図３の点線で示す流線形状の腹面に衝突した後の作動油は、腹面の流線形状に沿ってインペラ４側へと流れる（図３の矢印Ａ１，Ａ２参照）。これに対し、トルクコンバータ１では、ステータ翼１３の腹面１７には翼頭端１４側に平面部１７ｂが形成されているため、作動油がステータ翼１３に衝突したときの作動油の衝突損失が大きくなる。また、トルクコンバータ１では、従来に較べて、矢印Ａ２の方向、すなわちタービン５側に流れる流量が増加する。これらのため、作動油の循環流速が従来に較べて低下して流量が減り、速度比（ｅ）が０のときにおける容量係数（Ｃｆ１）が小さくなっている。
【００２８】
このように、トルクコンバータ１の容量係数（Ｃｆ１）が小さくなるため、トルクコンバータ１を備える車両のアイドリング時の燃費が向上する。
一方、トルクコンバータ１では、速度比（ｅ）が小さいときには従来よりも容量係数（Ｃｆ１）が小さくなっているにも係わらず、中高速度比域での容量係数（Ｃｆ１）は大きくなっている（図６の（ｅ≧０．４）の範囲を参照）。このように中高速度比域での容量係数（Ｃｆ１）が大きくなった要因の１つとして、中高速度比域では、トルクコンバータ１の作動油の流れの方向が図３に示す矢印Ｂの向きであることが挙げられる。中高速度比域では矢印Ｂの方向が平面部１７ｂに対して平行に近くなることから、従来に較べて作動油がタービン５側（図３の左側）からインペラ４側（図３の右側）へと流れ易くなる。
【００２９】
このような中高速度比域での容量係数（Ｃｆ１）の増加は、中高速度比域で車両が走行しているときのエンジン回転数が低くなることを意味し、燃費の向上及び車両の静粛性の向上につながる。
なお、図６に示すように、トルクコンバータ１では、最高効率についても従来のものと同等以上の効率を確保している。
【００３０】
次に、参考として、図５において２点鎖線で示すような形状のステータ翼８１を備えたトルクコンバータの性能曲線図を説明する。
ステータ翼８１を備えたトルクコンバータの性能曲線を図７の実線に示す。なお、図７において点線で示される性能曲線は、従来のステータ翼８０（図５において点線で示すもの）を備えたトルクコンバータの性能曲線である。ステータ翼８１の形状は、従来のステータ翼８０の翼頭部分をカットして平面部８１ａとした形状である。
【００３１】
まず、速度比（ｅ）が０のときには、従来の容量係数（Ｃｆ２）に較べてステータ翼８１を備えたトルクコンバータの容量係数（Ｃｆ３）は小さくなる。これは、主として、速度比（ｅ）が０のときには、作動油の流れの方向が図５に示す矢印Ａの向きであり、矢印Ａの方向と平面部８１ａとがある程度の大きさの角度をなしていることに起因する。すなわち、平面部８１ａの存在により、作動油の流れが乱れて容量係数（Ｃｆ３）が低下する。
【００３２】
一方、中高速度比域におけるステータ翼８１を備えたトルクコンバータの容量係数（Ｃｆ３）も小さくなっている（図７参照）。このように中高速度比域での容量係数（Ｃｆ３）が小さくなった要因の１つとして、中高速度比域では、作動油の流れの方向が図５に示す矢印Ｂの向きであることが挙げられる。矢印Ｂの方向と平面部８１ａとがある程度の大きさの角度をなしていることにより、作動油の流れに乱れが生じ容量係数（Ｃｆ３）が低下すると考えられる。このような中高速度比域での容量係数（Ｃｆ３）の低下は、中高速度比域で車両が走行しているときのエンジン回転数が高くなることを意味し、燃費の悪化及び車両の静粛性の悪化につながる。
【００３３】
なお、図７に示すように、ステータ翼８１を有するトルクコンバータでは、トルク比（ｔ３）が従来よりも全体的に低下しており、最高効率も従来のものよりも小さくなっている。
最後に、トルクコンバータ１のステータ支持構造について説明する。
ステータ支持構造は、ワンウェイクラッチ機構２１と、環状のリティーナ２２とから構成されている。ワンウェイクラッチ機構２１は、ステータ６を一方向にのみ回転させるための機構であり、アウターレース２３と、インナーレース２５と、両レース間に配置されたクラッチ部材２４とから構成されている。アウターレース２３は、シェル１１の内周部に固定されている。また、アウターレース２３及びインナーレース２５のエンジン側の側部は、リティーナ２２に当接し、リティーナ２２はスラストころ軸受２６を介してタービンハブ８に支持されている。タービンハブ８はタービン５の内周部に固定されている部材である。一方、アウターレース２３及びインナーレース２５のトランスミッション側の側部は、シェル１１のスラスト受け部１１ａに当接し、スラスト受け部１１ａはスラストころ軸受２７を介してインペラハブ４ａに支持されている。インペラハブ４ａは、インペラ４の内周部に固定されている部材である。このように、ステータ６のシェル１１及びステータ支持構造は、インペラハブ４ａとタービンハブ８との間でスラストころ軸受２６，２７によって軸Ｏ−Ｏ方向の移動が規制される。インナーレース２５の内周部には、ステータシャフト（図示せず）に係合するスプライン孔２５ａが形成されている。
【００３４】
【発明の効果】
本発明では、ステータ翼の腹面の翼頭端側に平面部が形成されているため、アイドリング時における作動油の衝突損失が大きくなり、作動油の循環流速が低下して流量が減って、速度比（ｅ）が０のときにおける容量係数（Ｃｆ）が小さくなる。これにより、車両のアイドリング時の燃費が向上する。一方、タービン側の腹面に平面部を形成することにより中高速度比域における作動油の流れの乱れを抑える構造としているため、トルクコンバータの効率が維持される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態におけるステータ翼が採用されたトルクコンバータの概略断面図。
【図２】ステータ翼の平面図。
【図３】ステータ翼に対する作動油のベクトル図。
【図４】ステータ翼断面の寸法図。
【図５】比較参考形状のステータ翼に対する作動油のベクトル図。
【図６】本発明のステータ翼を採用したトルクコンバータの性能曲線図。
【図７】比較参考形状のステータ翼を採用したトルクコンバータの性能曲線図。
【符号の説明】
１ トルクコンバータ
３ フロントカバー
４ インペラ
５ タービン
６ ステータ
１１ シェル
１２ コア
１３ ステータ翼
１４ 翼頭端
１５ 翼尾端
１６ 背面
１７ 腹面
１７ａ 流線形状部
１７ｂ 平面部
Ｌ 翼弦長
Ｗ 平面部の幅

Claims (5)

1. トルクコンバータにおいてインペラと前記インペラに対向するタービンとの間に配置されるステータのステータ翼であって、
   前記タービン側の翼頭端と、
   前記インペラ側の翼尾端と、
   前記翼頭端と前記翼尾端とを結び、前記インペラ側に向いている、流線形状の背面と、
   前記翼頭端と前記翼尾端とを結び、前記タービン側に向いており、流線形状部及び前記翼頭端側において正圧側にのみ形成される平面部を有する腹面と、
   を備えたステータ翼。
2. トルクコンバータにおいてインペラと前記インペラに対向するタービンとの間に配置されるステータのステータ翼であって、
   前記タービン側の翼頭端と、
   前記インペラ側の翼尾端と、
   前記翼頭端と前記翼尾端とを結ぶ面のうち負圧側にある、流線形状の背面と、
   前記翼頭端と前記翼尾端とを結ぶ面のうち正圧側にあり、流線形状部及び前記翼頭端側において正圧側にのみ形成される平面部を有する腹面と、
   を備えたステータ翼。
3. 前記トルクコンバータの回転軸と前記腹面の平面部とがなす角度が２５°以上７０°以下である、請求項１又は２に記載のステータ翼。
4. 前記翼頭端と前記翼尾端との距離である翼弦長（Ｌ）と前記トルクコンバータの回転軸からの放射方向に直交する方向に沿った前記平面部の幅（Ｗ）との関係が、
   ０．０４≦（Ｗ／Ｌ）≦０．４
   である、
   請求項１から３のいずれかに記載のステータ翼。
5. エンジン側の部材に連結されるフロントカバーと、
   前記フロントカバーに固定され、前記フロントカバーとともに作動油室を形成するインペラと、
   前記作動油室内で前記インペラに対向して配置され、トランスミッション側の部材に連結されるタービンと、
   請求項１から４のいずれかに記載のステータ翼を有しており、前記インペラの内周部と前記タービンの内周部との間に配置されるステータと、
   を備えたトルクコンバータ。

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