JP3934305B2 - 無段変速機を有する動力伝達装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動力伝達装置、特に、変速装置に無段変速機を有する動力伝達装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用の動力伝達装置として、機械式クラッチ装置と歯車列を有する変速装置の組み合わせからなる装置と、トルクコンバータと歯車列を有する自動変速装置（以下、ＡＴ装置と記す）の組み合わせからなる装置と、各種自動クラッチ装置とベルト・プーリ式の無断変速機を有する変速装置（以下、ＣＶＴ装置と記す）の組み合わせからなる装置とが従来から提供されている。
【０００３】
特にＣＶＴ装置については、無段階に変速比が選択でき、さらに最近はトルク伝達容量の高いベルトの開発も進んでいることから、その可能性が見直されてきている。
【０００４】
従来のＣＶＴ装置を用いた動力伝達装置では、エンジンとＣＶＴ装置との間は電磁クラッチ装置等の自動クラッチ装置によって連結されている。しかし電磁クラッチ装置等の自動クラッチ装置ではクリープ現象が生じないこと等の欠点を有しているため、運転性を向上させるために、ＣＶＴ装置とトルクコンバータとを組み合わせて使用することも行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＣＶＴ装置にトルクコンバータを組み合わせて使用する場合、トルクコンバータの容量（サイズ）は、ＡＴ装置にトルクコンバータを装着する場合と同様に考えることができる。すなわち、まず、装着されるエンジンの性能を十分に発揮できるようにエンジンのトルク特性から必要な容量係数を求める。この容量係数Ｃは、
Ｃ＝Ｔｉ／Ｎｉ2
Ｔｉ：入力トルク
Ｎｉ：入力回転数
で表され、ある回転で入力し得るトルクを示すものである。また、容量係数は、流路の代表寸法（トーラスの外径Ｄ）の５乗に比例する関係があるので、
Ｃ＝Ｔｉ／Ｎｉ2 ＝Ｋ×Ｄ5
で表される。ここで、Ｋはトルクコンバータの型式、構造、作動流体の性質及び速度比によって決まる係数である。一般的にこのような関係から、流路外径の概算値を求め、トルクコンバータのサイズが決定される。
【０００６】
ＣＶＴ装置は、ＡＴ装置と比較して装置全体の寸法を小型化することができる。したがって、ＣＶＴ装置に組み合わされるトルクコンバータも小型化の要望が強い。
【０００７】
本発明の課題は、ＣＶＴ装置とトルクコンバータとの組み合わせに係る動力伝達装置において、ＡＴ装置とトルクコンバータの組み合わせに係る動力伝達装置と同等の性能を有し、かつ小型化を可能にすることにある。
【０００８】
あるいは、ＡＴ装置とトルクコンバータの組み合わせに係る動力伝達装置と同等の外径サイズを有し、かつ容量を向上させることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
ここで、本発明の構成の基本的な原理を説明する。
【００１０】
ＡＴ装置とＣＶＴ装置とを比較した場合、両者の変速比の幅に違いがある。したがって、ＡＴ装置にトルクコンバータを装着する場合と同様に考えてそのサイズを決定したのでは、必要以上にトルクコンバータのサイズが大きくなってしまう。以下にその理由を詳細に説明する。
【００１１】
一般的なＡＴ装置の変速比の一例を示すと、
最大変速比（１速）＝２．８４０−−−最小変速比（４速）＝０．６９７
である。一方、ＣＶＴ装置の変速比の一例を示すと、
最大変速比＝２．４４１ −−−−− 最小変速比＝０．４０７
である。これらから、それぞれの変速比の幅を求めると、以下のようになる。
【００１２】
ＡＴ装置の変速比幅 ：２．８４０／０．６９７＝４．０７５
ＣＶＴ装置の変速比幅：２．４４１／０．４０７＝５．９９８
以上のように、ＣＶＴ装置の変速比幅は、ＡＴ装置のそれに比較して一般的に広く設定されている。
【００１３】
ここで、トルクコンバータの性能を代表するストールトルク比を考慮すると、ＡＴ装置に装着されるトルクコンバータのストールトルク比は、一般に２．０〜２．２である。ＡＴ装置が装着された車両の牽引力とＣＶＴ装置が装着された車両の牽引力とを同じにする場合、前記の変速比の幅がワイド化されている分だけストールトルク比が小さくてもよいことになる。
【００１４】
すなわち、ＣＶＴ装置に組み合わされるトルクコンバータのストールトルク比は、
２．０×４．０７５／５．９９８≒１．４
にすれば、ＡＴ装置とトルクコンバータとの組み合わせに係る動力伝達装置と同様の性能が得られることになる。
【００１５】
以上は、一例により具体的な数値を挙げたが、一般的には、ＣＶＴ装置では、ストールトルク比を１．４前後にすることが可能である。このことを元にトルクコンバータの容量係数について検討すると、以下のようなことが言える。
【００１６】
すなわち、従来の一般的なトルクコンバータのストールトルク比は２．０前後であり、インペラを回転数Ｎｐで回転させるために必要なトルクを２．０とした場合、タービン及びステータの負荷トルクはそれぞれ１．０となる。このステータの負荷トルク１．０はインペラを駆動するトルクとしてインペラに作用するため、インペラを回転数Ｎｐで回転させるために必要な実トルクは、
２．０−１．０＝１．０
となる。
【００１７】
一方、ＣＶＴ装置では、前述のようにストールトルク比を１．４前後にすることができるために、インペラを回転数Ｎｐで回転させるために必要なトルクを前記同様に２．０とした場合、タービンの負荷トルクは１．０、ステータの負荷トルクは０．４となる。このステータの負荷トルク０．４はインペラを駆動するトルクとしてインペラに作用するが、残りのトルク（０．６）はインペラの回転を抑える方向に作用する。したがって、インペラを回転数Ｎｐで回転させるために必要な実トルクは、
２．０−０．４＋０．６＝２．２
となる。
【００１８】
以上から明らかなように、ストールトルク比を１．４にすることで、ストールトルク比が２．０である従来の一般的なトルクコンバータに比較して、同サイズで有れば、容量を約２．２倍にすることが可能であることがわかる。
【００１９】
したがって、このことを外径サイズに関して検討すれば、以下のようになる。
【００２０】
入力軸トルク係数（入力軸トルクを回転数の２乗で除したもの）Ｔｉは、
Ｔｉ＝Ｃｓ×Ｄ5
但し、Ｃｓ：ストール時の容量係数
Ｄ：トルクコンバータサイズ（トーラス外径）
で表されるので、ＡＴ装置用トルクコンバータサイズをＤａ、ＣＶＴ装置用トルクコンバータサイズをＤｃとした場合、両者を同様のエンジンに装着すると仮定すれば、
２．２Ｃｓ×Ｄｃ5 ＝Ｃｓ×Ｄａ5
となり、したがって、
Ｄｃ＝｛Ｄａ5 ／２．２｝1/5
となる。
【００２１】
以上をエンジントルクＴｋｇｆ・ｍとＤａmm又はＤｃmmとの関係で表現すると、
Ｄａ＝２．５Ｔ＋（１８５〜１９８）
Ｄｃ＝２．５Ｔ＋（１５７〜１８３）
となる。
【００２２】
また、ＡＴ装置用とＣＶＴ装置用のトルクコンバータサイズを同一にした場合は、トルクコンバータの幅（トーラスの軸方向長さ）Ｌmmは、以下のような範囲に設定することができる。
【００２３】
（０．１４Ｄ＋８．４）≦Ｌ≦（０．１８Ｄ＋１２．３）
ここで、（０．１８Ｄ＋１２．３）はＡＴ装置用トルクコンバータ（のトーラス）の軸方向長さの下限値であり、（０．１４Ｄ＋８．４）はＣＶＴ装置用トルクコンバータ（のトーラス）の軸方向長さの下限値である。
【００２４】
そこで、本発明の動力伝達装置は以下のような構成を有している。
【００２５】
請求項１に係る動力伝達装置は、エンジンからの動力を出力側装置に伝達するための装置であり、トルクコンバータと変速装置とを備えている。トルクコンバータは、エンジンからの動力が入力されるインペラ、インペラに対向して配置されたタービン及びインペラ及びタービンの間に配置されたステータを有している。変速装置は、無段変速機を有し、トルクコンバータからの出力を変速して出力する。そして、トルクコンバータのステータは、タービンから流出した作動油の一部をインペラに直接流入するような翼形状のブレードを有し、トルクコンバータは速度比が０．５以下の低速度比域においてトルクコンバータ領域とフルードカップリング領域とを有する。
【００２６】
ここでは、ステータのブレードが、タービンから流出した作動油の一部をインペラに直接流入するような翼形状であるので、ストールトルク比を下げるとともに容量係数の値を高くすることができる。言い換えれば、ステータのブレードが、速度比が０．５以下の低速度比域においてトルクコンバータがトルクコンバータ領域とフルードカップリング領域とを有するような形状に形成されているため、ストールトルク比を下げるとともに容量係数の値を高くすることができる。したがって、従来のＡＴ装置用のトルクコンバータに比較して、同一サイズの場合は容量を大きくでき、また同容量の場合は小型化が可能である。
【００２７】
請求項２に係る動力伝達装置は、請求項１の装置において、トルクコンバータのトーラス外径Ｄmmは、エンジンの最大トルクＴkgf・mに対して、
Ｄ＝２．５Ｔ＋（１５７〜１８３）
の範囲にある。
【００２８】
この装置では、無断変速装置を有する変速装置に対して必要十分なサイズのトルクコンバータにより動力を伝達でき、無断変速機を採用した変速装置と併せて、装置全体を小型かつ軽量にできる。
【００２９】
請求項３に係る動力伝達装置は、請求項１又は２の装置において、トルクコンバータは、トーラスの軸方向長さＬmmと外径Ｄmmとが、
（０．１４Ｄ＋８．４）≦Ｌ≦（０．１８Ｄ＋１２．３）
である。
【００３０】
ここでは、従来のＡＴ装置に採用される動力伝達装置に比較してトーラスの軸方向長さが短くなり、装置全体の小型化が可能になる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態による動力伝達装置の模式図である。
【００３２】
この動力伝達装置は、エンジンに装着されるトルクコンバータ１と、トルクコンバータ１の出力をディファレンシャル装置２に伝達するための変速装置３とを有している。
【００３３】
トルクコンバータ１は、インペラ５、タービン６及びステータ７からなり動力を作動流体を介して伝達するトルクコンバータ本体８と、エンジン側の動力を変速装置３に直接伝達するためのロックアップクラッチ装置１０とを有している。
【００３４】
インペラ５はエンジン側の部材の固定されたフロントカバー１１に連結されている。タービン６はインペラ５と対向するように配置されており、作動流体を介してインペラ５から動力が伝達される。また、ステータ７は、インペラ５とタービン６との間に配置されており、ワンウェイクラッチ１２を介してハウジングに固定されている。
【００３５】
図２は、ステータ７のブレード７ａの翼形状の例を示している。図２（ａ）は従来の一般的なステータのブレードとの比較を示すものであり、同図（ｂ）はブレード転向角が小さく出口角度が起きている場合、同図（ｃ）はブレード枚数が少ない場合を示している。
【００３６】
これらの図において、矢印はタービン６のブレード６ａにより制御された作動油の流れる方向を示している。また、ステータブレード７における破線で示した部分は、従来のステータブレードから削除した部分を示している。すなわち、破線で示す形状が、従来のステータブレードの形状である。
【００３７】
これらの図から明らかなように、本実施形態のステータブレード７ａは出口側部分が従来のブレードに比較して短く、このため、タービン６からの作動油の一部は、インペラ５に直接流入される。このインペラ５に直接流入される作動油はインペラ５の回転を抑えるように作用する。したがって、従来のステータブレード形状を採用した場合に比較して、インペラ５を回転させるための実トルクは大きくなり、しかもストールトルク比が低くなる。すなわち、低ストールトルク比で高容量のトルクコンバータを実現できる。
【００３８】
なお、この実施形態では、ストールトルク比が１．４〜１．８になるようにステータブレード７ａの翼形状が決定される。
【００３９】
また、変速装置３は、入力軸１４と、入力軸１４に連結された前後進切換用のクラッチ部１５と、無断変速機１６と、出力側歯車列１７とを有している。
【００４０】
前後進切換用のクラッチ部１５は、遊星歯車列２０と、前進用クラッチ２１と、後進用クラッチ２２と、駆動軸２３とを有している。遊星歯車列２０は、出力軸２３に連結されたサンギア２５と、サンギア２５に噛み合う第１遊星ギア２６ａと、第１遊星ギア２６ａに噛み合う第２遊星ギア２６ｂと、遊星ギア２６ｂに噛み合うリングギア２７とを有している。第１及び第２遊星ギア２６ａ，２６ｂは、入力軸１４に連結されたキャリア２８に支持されている。前進用クラッチ２１はキャリア２８と出力軸２３とを接続あるいは切断するように、また後進用クラッチ２２はリングギア２７の回転を禁止あるいは許容するように設けられている。
【００４１】
無断変速機１６は、入力側プーリ装置３０と、出力側プーリ装置３１と、両プーリ装置３０、３１を連結するベルト３２とを有している。入力側プーリ装置３０は、駆動軸２３に固定された固定プーリ３２と、固定プーリ３２に対して接近離反自在に配置された可動プーリ３３とを有している。また、出力側プーリ装置３１は、出力軸３５に固定された固定プーリ３６と、固定プーリ３６に対して接近離反自在に配置された可動プーリ３７とを有している。そして、この無断変速機１６では、各可動プーリ３３，３７を移動させることにより、最小変速比と最大変速比との間の幅を５以上にすることが可能である。
【００４２】
出力側歯車列１７は、出力軸３５に固定された出力ギア４０と、カウンタ軸４１に固定された第１中間ギア４２及び第２中間ギア４３とを有している。第１中間ギア４２は出力ギア４０に噛み合い、第２中間ギア４３はディファレンシャル装置２の入力ギア４４に噛み合っている。
【００４３】
このような動力伝達装置において、トルクコンバータ本体１のトーラスの外径Ｄmmは、この動力伝達装置が装着されるエンジンの最大トルクＴkgf・ｍに対して、
Ｄ＝２．５Ｔ＋（１５７〜１８３）−−−−（１）
の関係になるように設定されている。また、このトルクコンバータ本体１のストールトルク比は、前述のように、ステータブレード７ａの形状を従来の形状から変更することによって、１．４〜１．８に設定される。
【００４４】
このトーラス外径Ｄmmは、従来のＡＴ装置用トルクコンバータのサイズに比較して小型化されている。この関係を図３に示している。図３に示すように、従来のＡＴ装置用トルクコンバータについては、領域Ａに示すような範囲でトルクコンバータのサイズを決定している。これを一般式で表すと、
Ｄ＝２．５Ｔ＋（１８５〜１９８）−−−−（２）
程度になる。これに対して、ＣＶＴ装置用のトルクコンバータサイズは、一般式では上述の式（１）のように表され、これを図３に示すと、領域Ｃの範囲となる。
【００４５】
このように、ＡＴ装置用トルクコンバータに比較してＣＶＴ装置用トルクコンバータのサイズが小型化できるのは、先に詳しく説明したが、ＣＶＴ装置の変速比幅は、ＡＴ装置のそれに比較して一般的に広く（５以上）設定されており、ＡＴ装置が装着された車両の牽引力とＣＶＴ装置が装着された車両の牽引力とを同じにする場合、前記の変速比の幅がワイド化されている分だけストールトルク比が小さくてもよいことに起因している。
【００４６】
このため、ＣＶＴ装置のトルクコンバータのストールトルク比は、１．４〜１．８とすることができ、サイズも前述のように小型化が可能となる。
【００４７】
ここで、具体的な数値で比較すると、例えば、
１）エンジン（最大）トルクが１２kgf・ｍの場合、ＡＴ装置用トルクコンバータとしては、一般的に、トーラス外径がφ２１５〜２３５mm（式（２）にしたがった計算上では、φ２１５〜２２８mm）のものが使用される。これに対して、ＣＶＴ装置用トルクコンバータとしては、トーラス外径φ１８５〜２１５mm（式（１）にしたがった計算上では、φ１８７〜２１３mm）のものを使用することにより、ＡＴ装置とトーラス外径がφ２１５〜２３５mmのトルクコンバータの組み合わせの装置と同様の性能を得ることができる。
【００４８】
また、
２）エンジントルクが１８kgf・ｍの場合、ＡＴ装置用トルクコンバータとしては、一般的に、トーラス外径がφ２３０〜２４５mm（式（２）にしたがった計算上では、φ２３０〜２４３mm）のものが使用される。これに対して、ＣＶＴ装置用トルクコンバータとしては、トーラス外径φ２００〜２３０mm（式（１）にしたがった計算上では、φ２０２〜２２８mm）のものを使用することにより、ＡＴ装置とトーラス外径がφ２３０〜２４５mmのトルクコンバータの組み合わせの装置と同様の性能を得ることができる。
【００４９】
一方、トルクコンバータのサイズ（トーラス外径）をＡＴ装置用とＣＶＴ装置用で同じにした場合は、ＡＴ装置用のトルクコンバータに比較して、ＣＶＴ装置用のトルクコンバータの軸方向寸法を短くすることが可能である。これを図４に示す。
【００５０】
図４に示すように、トーラスの軸方向長さをＬmm、トーラスの外径をＤmmとした場合、ＡＴ装置用では、軸方向長さＬの下限は、
Ｌ＝０．１８Ｄ＋１２．３
である。また、ＣＶＴ装置用では、軸方向長さＬの下限は、
Ｌ＝０．１４Ｄ＋８．４
である。そこで本実施形態のトルクコンバータでは、軸方向長さＬを、
（０．１４Ｄ＋８．４）≦Ｌ≦（０．１８Ｄ＋１２．３）
となるようにしている。
【００５１】
ここでは、例えばトルクコンバータの外径がφ２００mmの場合、ＡＴ装置用では、
Ｌ＝０．１８×２００＋１２．３＝４８．３（mm）
が下限であるが、ＣＶＴ装置用では、
Ｌ＝０．１４×２００＋８．４＝３６．４（mm）
が下限となる。したがって、ＣＶＴ装置用の場合は、トルクコンバータの外径サイズを同等とすれば、１１．９mm以上の軸方向長さの短縮が可能となる。
【００５２】
【発明の効果】
以上のように、本発明では、無断変速機を有する変速装置を含む動力伝達装置において、従来のＡＴ装置用トルクコンバータに比較して小型のトルクコンバータを装着でき、装置全体を小型かつ軽量化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態が採用された動力伝達装置の模式図。
【図２】 前記装置のトルクコンバータに用いられるステータのブレード形状の一例を示す図。
【図３】 エンジントルクとトルクコンバータサイズとの関係を示す図。
【図４】 トルクコンバータサイズとトルクコンバータの軸方向寸法との関係を示す図。
【符号の説明】
１ トルクコンバータ
３ 変速装置
５ インペラ
６ タービン
７ ステータ
７ａ ステータブレード
８ トルクコンバータ本体
１６ 無断変速機
【発明の属する技術分野】
本発明は、動力伝達装置、特に、変速装置に無段変速機を有する動力伝達装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用の動力伝達装置として、機械式クラッチ装置と歯車列を有する変速装置の組み合わせからなる装置と、トルクコンバータと歯車列を有する自動変速装置（以下、ＡＴ装置と記す）の組み合わせからなる装置と、各種自動クラッチ装置とベルト・プーリ式の無断変速機を有する変速装置（以下、ＣＶＴ装置と記す）の組み合わせからなる装置とが従来から提供されている。
【０００３】
特にＣＶＴ装置については、無段階に変速比が選択でき、さらに最近はトルク伝達容量の高いベルトの開発も進んでいることから、その可能性が見直されてきている。
【０００４】
従来のＣＶＴ装置を用いた動力伝達装置では、エンジンとＣＶＴ装置との間は電磁クラッチ装置等の自動クラッチ装置によって連結されている。しかし電磁クラッチ装置等の自動クラッチ装置ではクリープ現象が生じないこと等の欠点を有しているため、運転性を向上させるために、ＣＶＴ装置とトルクコンバータとを組み合わせて使用することも行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＣＶＴ装置にトルクコンバータを組み合わせて使用する場合、トルクコンバータの容量（サイズ）は、ＡＴ装置にトルクコンバータを装着する場合と同様に考えることができる。すなわち、まず、装着されるエンジンの性能を十分に発揮できるようにエンジンのトルク特性から必要な容量係数を求める。この容量係数Ｃは、
Ｃ＝Ｔｉ／Ｎｉ2
Ｔｉ：入力トルク
Ｎｉ：入力回転数
で表され、ある回転で入力し得るトルクを示すものである。また、容量係数は、流路の代表寸法（トーラスの外径Ｄ）の５乗に比例する関係があるので、
Ｃ＝Ｔｉ／Ｎｉ2 ＝Ｋ×Ｄ5
で表される。ここで、Ｋはトルクコンバータの型式、構造、作動流体の性質及び速度比によって決まる係数である。一般的にこのような関係から、流路外径の概算値を求め、トルクコンバータのサイズが決定される。
【０００６】
ＣＶＴ装置は、ＡＴ装置と比較して装置全体の寸法を小型化することができる。したがって、ＣＶＴ装置に組み合わされるトルクコンバータも小型化の要望が強い。
【０００７】
本発明の課題は、ＣＶＴ装置とトルクコンバータとの組み合わせに係る動力伝達装置において、ＡＴ装置とトルクコンバータの組み合わせに係る動力伝達装置と同等の性能を有し、かつ小型化を可能にすることにある。
【０００８】
あるいは、ＡＴ装置とトルクコンバータの組み合わせに係る動力伝達装置と同等の外径サイズを有し、かつ容量を向上させることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
ここで、本発明の構成の基本的な原理を説明する。
【００１０】
ＡＴ装置とＣＶＴ装置とを比較した場合、両者の変速比の幅に違いがある。したがって、ＡＴ装置にトルクコンバータを装着する場合と同様に考えてそのサイズを決定したのでは、必要以上にトルクコンバータのサイズが大きくなってしまう。以下にその理由を詳細に説明する。
【００１１】
一般的なＡＴ装置の変速比の一例を示すと、
最大変速比（１速）＝２．８４０−−−最小変速比（４速）＝０．６９７
である。一方、ＣＶＴ装置の変速比の一例を示すと、
最大変速比＝２．４４１ −−−−− 最小変速比＝０．４０７
である。これらから、それぞれの変速比の幅を求めると、以下のようになる。
【００１２】
ＡＴ装置の変速比幅 ：２．８４０／０．６９７＝４．０７５
ＣＶＴ装置の変速比幅：２．４４１／０．４０７＝５．９９８
以上のように、ＣＶＴ装置の変速比幅は、ＡＴ装置のそれに比較して一般的に広く設定されている。
【００１３】
ここで、トルクコンバータの性能を代表するストールトルク比を考慮すると、ＡＴ装置に装着されるトルクコンバータのストールトルク比は、一般に２．０〜２．２である。ＡＴ装置が装着された車両の牽引力とＣＶＴ装置が装着された車両の牽引力とを同じにする場合、前記の変速比の幅がワイド化されている分だけストールトルク比が小さくてもよいことになる。
【００１４】
すなわち、ＣＶＴ装置に組み合わされるトルクコンバータのストールトルク比は、
２．０×４．０７５／５．９９８≒１．４
にすれば、ＡＴ装置とトルクコンバータとの組み合わせに係る動力伝達装置と同様の性能が得られることになる。
【００１５】
以上は、一例により具体的な数値を挙げたが、一般的には、ＣＶＴ装置では、ストールトルク比を１．４前後にすることが可能である。このことを元にトルクコンバータの容量係数について検討すると、以下のようなことが言える。
【００１６】
すなわち、従来の一般的なトルクコンバータのストールトルク比は２．０前後であり、インペラを回転数Ｎｐで回転させるために必要なトルクを２．０とした場合、タービン及びステータの負荷トルクはそれぞれ１．０となる。このステータの負荷トルク１．０はインペラを駆動するトルクとしてインペラに作用するため、インペラを回転数Ｎｐで回転させるために必要な実トルクは、
２．０−１．０＝１．０
となる。
【００１７】
一方、ＣＶＴ装置では、前述のようにストールトルク比を１．４前後にすることができるために、インペラを回転数Ｎｐで回転させるために必要なトルクを前記同様に２．０とした場合、タービンの負荷トルクは１．０、ステータの負荷トルクは０．４となる。このステータの負荷トルク０．４はインペラを駆動するトルクとしてインペラに作用するが、残りのトルク（０．６）はインペラの回転を抑える方向に作用する。したがって、インペラを回転数Ｎｐで回転させるために必要な実トルクは、
２．０−０．４＋０．６＝２．２
となる。
【００１８】
以上から明らかなように、ストールトルク比を１．４にすることで、ストールトルク比が２．０である従来の一般的なトルクコンバータに比較して、同サイズで有れば、容量を約２．２倍にすることが可能であることがわかる。
【００１９】
したがって、このことを外径サイズに関して検討すれば、以下のようになる。
【００２０】
入力軸トルク係数（入力軸トルクを回転数の２乗で除したもの）Ｔｉは、
Ｔｉ＝Ｃｓ×Ｄ5
但し、Ｃｓ：ストール時の容量係数
Ｄ：トルクコンバータサイズ（トーラス外径）
で表されるので、ＡＴ装置用トルクコンバータサイズをＤａ、ＣＶＴ装置用トルクコンバータサイズをＤｃとした場合、両者を同様のエンジンに装着すると仮定すれば、
２．２Ｃｓ×Ｄｃ5 ＝Ｃｓ×Ｄａ5
となり、したがって、
Ｄｃ＝｛Ｄａ5 ／２．２｝1/5
となる。
【００２１】
以上をエンジントルクＴｋｇｆ・ｍとＤａmm又はＤｃmmとの関係で表現すると、
Ｄａ＝２．５Ｔ＋（１８５〜１９８）
Ｄｃ＝２．５Ｔ＋（１５７〜１８３）
となる。
【００２２】
また、ＡＴ装置用とＣＶＴ装置用のトルクコンバータサイズを同一にした場合は、トルクコンバータの幅（トーラスの軸方向長さ）Ｌmmは、以下のような範囲に設定することができる。
【００２３】
（０．１４Ｄ＋８．４）≦Ｌ≦（０．１８Ｄ＋１２．３）
ここで、（０．１８Ｄ＋１２．３）はＡＴ装置用トルクコンバータ（のトーラス）の軸方向長さの下限値であり、（０．１４Ｄ＋８．４）はＣＶＴ装置用トルクコンバータ（のトーラス）の軸方向長さの下限値である。
【００２４】
そこで、本発明の動力伝達装置は以下のような構成を有している。
【００２５】
請求項１に係る動力伝達装置は、エンジンからの動力を出力側装置に伝達するための装置であり、トルクコンバータと変速装置とを備えている。トルクコンバータは、エンジンからの動力が入力されるインペラ、インペラに対向して配置されたタービン及びインペラ及びタービンの間に配置されたステータを有している。変速装置は、無段変速機を有し、トルクコンバータからの出力を変速して出力する。そして、トルクコンバータのステータは、タービンから流出した作動油の一部をインペラに直接流入するような翼形状のブレードを有し、トルクコンバータは速度比が０．５以下の低速度比域においてトルクコンバータ領域とフルードカップリング領域とを有する。
【００２６】
ここでは、ステータのブレードが、タービンから流出した作動油の一部をインペラに直接流入するような翼形状であるので、ストールトルク比を下げるとともに容量係数の値を高くすることができる。言い換えれば、ステータのブレードが、速度比が０．５以下の低速度比域においてトルクコンバータがトルクコンバータ領域とフルードカップリング領域とを有するような形状に形成されているため、ストールトルク比を下げるとともに容量係数の値を高くすることができる。したがって、従来のＡＴ装置用のトルクコンバータに比較して、同一サイズの場合は容量を大きくでき、また同容量の場合は小型化が可能である。
【００２７】
請求項２に係る動力伝達装置は、請求項１の装置において、トルクコンバータのトーラス外径Ｄmmは、エンジンの最大トルクＴkgf・mに対して、
Ｄ＝２．５Ｔ＋（１５７〜１８３）
の範囲にある。
【００２８】
この装置では、無断変速装置を有する変速装置に対して必要十分なサイズのトルクコンバータにより動力を伝達でき、無断変速機を採用した変速装置と併せて、装置全体を小型かつ軽量にできる。
【００２９】
請求項３に係る動力伝達装置は、請求項１又は２の装置において、トルクコンバータは、トーラスの軸方向長さＬmmと外径Ｄmmとが、
（０．１４Ｄ＋８．４）≦Ｌ≦（０．１８Ｄ＋１２．３）
である。
【００３０】
ここでは、従来のＡＴ装置に採用される動力伝達装置に比較してトーラスの軸方向長さが短くなり、装置全体の小型化が可能になる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態による動力伝達装置の模式図である。
【００３２】
この動力伝達装置は、エンジンに装着されるトルクコンバータ１と、トルクコンバータ１の出力をディファレンシャル装置２に伝達するための変速装置３とを有している。
【００３３】
トルクコンバータ１は、インペラ５、タービン６及びステータ７からなり動力を作動流体を介して伝達するトルクコンバータ本体８と、エンジン側の動力を変速装置３に直接伝達するためのロックアップクラッチ装置１０とを有している。
【００３４】
インペラ５はエンジン側の部材の固定されたフロントカバー１１に連結されている。タービン６はインペラ５と対向するように配置されており、作動流体を介してインペラ５から動力が伝達される。また、ステータ７は、インペラ５とタービン６との間に配置されており、ワンウェイクラッチ１２を介してハウジングに固定されている。
【００３５】
図２は、ステータ７のブレード７ａの翼形状の例を示している。図２（ａ）は従来の一般的なステータのブレードとの比較を示すものであり、同図（ｂ）はブレード転向角が小さく出口角度が起きている場合、同図（ｃ）はブレード枚数が少ない場合を示している。
【００３６】
これらの図において、矢印はタービン６のブレード６ａにより制御された作動油の流れる方向を示している。また、ステータブレード７における破線で示した部分は、従来のステータブレードから削除した部分を示している。すなわち、破線で示す形状が、従来のステータブレードの形状である。
【００３７】
これらの図から明らかなように、本実施形態のステータブレード７ａは出口側部分が従来のブレードに比較して短く、このため、タービン６からの作動油の一部は、インペラ５に直接流入される。このインペラ５に直接流入される作動油はインペラ５の回転を抑えるように作用する。したがって、従来のステータブレード形状を採用した場合に比較して、インペラ５を回転させるための実トルクは大きくなり、しかもストールトルク比が低くなる。すなわち、低ストールトルク比で高容量のトルクコンバータを実現できる。
【００３８】
なお、この実施形態では、ストールトルク比が１．４〜１．８になるようにステータブレード７ａの翼形状が決定される。
【００３９】
また、変速装置３は、入力軸１４と、入力軸１４に連結された前後進切換用のクラッチ部１５と、無断変速機１６と、出力側歯車列１７とを有している。
【００４０】
前後進切換用のクラッチ部１５は、遊星歯車列２０と、前進用クラッチ２１と、後進用クラッチ２２と、駆動軸２３とを有している。遊星歯車列２０は、出力軸２３に連結されたサンギア２５と、サンギア２５に噛み合う第１遊星ギア２６ａと、第１遊星ギア２６ａに噛み合う第２遊星ギア２６ｂと、遊星ギア２６ｂに噛み合うリングギア２７とを有している。第１及び第２遊星ギア２６ａ，２６ｂは、入力軸１４に連結されたキャリア２８に支持されている。前進用クラッチ２１はキャリア２８と出力軸２３とを接続あるいは切断するように、また後進用クラッチ２２はリングギア２７の回転を禁止あるいは許容するように設けられている。
【００４１】
無断変速機１６は、入力側プーリ装置３０と、出力側プーリ装置３１と、両プーリ装置３０、３１を連結するベルト３２とを有している。入力側プーリ装置３０は、駆動軸２３に固定された固定プーリ３２と、固定プーリ３２に対して接近離反自在に配置された可動プーリ３３とを有している。また、出力側プーリ装置３１は、出力軸３５に固定された固定プーリ３６と、固定プーリ３６に対して接近離反自在に配置された可動プーリ３７とを有している。そして、この無断変速機１６では、各可動プーリ３３，３７を移動させることにより、最小変速比と最大変速比との間の幅を５以上にすることが可能である。
【００４２】
出力側歯車列１７は、出力軸３５に固定された出力ギア４０と、カウンタ軸４１に固定された第１中間ギア４２及び第２中間ギア４３とを有している。第１中間ギア４２は出力ギア４０に噛み合い、第２中間ギア４３はディファレンシャル装置２の入力ギア４４に噛み合っている。
【００４３】
このような動力伝達装置において、トルクコンバータ本体１のトーラスの外径Ｄmmは、この動力伝達装置が装着されるエンジンの最大トルクＴkgf・ｍに対して、
Ｄ＝２．５Ｔ＋（１５７〜１８３）−−−−（１）
の関係になるように設定されている。また、このトルクコンバータ本体１のストールトルク比は、前述のように、ステータブレード７ａの形状を従来の形状から変更することによって、１．４〜１．８に設定される。
【００４４】
このトーラス外径Ｄmmは、従来のＡＴ装置用トルクコンバータのサイズに比較して小型化されている。この関係を図３に示している。図３に示すように、従来のＡＴ装置用トルクコンバータについては、領域Ａに示すような範囲でトルクコンバータのサイズを決定している。これを一般式で表すと、
Ｄ＝２．５Ｔ＋（１８５〜１９８）−−−−（２）
程度になる。これに対して、ＣＶＴ装置用のトルクコンバータサイズは、一般式では上述の式（１）のように表され、これを図３に示すと、領域Ｃの範囲となる。
【００４５】
このように、ＡＴ装置用トルクコンバータに比較してＣＶＴ装置用トルクコンバータのサイズが小型化できるのは、先に詳しく説明したが、ＣＶＴ装置の変速比幅は、ＡＴ装置のそれに比較して一般的に広く（５以上）設定されており、ＡＴ装置が装着された車両の牽引力とＣＶＴ装置が装着された車両の牽引力とを同じにする場合、前記の変速比の幅がワイド化されている分だけストールトルク比が小さくてもよいことに起因している。
【００４６】
このため、ＣＶＴ装置のトルクコンバータのストールトルク比は、１．４〜１．８とすることができ、サイズも前述のように小型化が可能となる。
【００４７】
ここで、具体的な数値で比較すると、例えば、
１）エンジン（最大）トルクが１２kgf・ｍの場合、ＡＴ装置用トルクコンバータとしては、一般的に、トーラス外径がφ２１５〜２３５mm（式（２）にしたがった計算上では、φ２１５〜２２８mm）のものが使用される。これに対して、ＣＶＴ装置用トルクコンバータとしては、トーラス外径φ１８５〜２１５mm（式（１）にしたがった計算上では、φ１８７〜２１３mm）のものを使用することにより、ＡＴ装置とトーラス外径がφ２１５〜２３５mmのトルクコンバータの組み合わせの装置と同様の性能を得ることができる。
【００４８】
また、
２）エンジントルクが１８kgf・ｍの場合、ＡＴ装置用トルクコンバータとしては、一般的に、トーラス外径がφ２３０〜２４５mm（式（２）にしたがった計算上では、φ２３０〜２４３mm）のものが使用される。これに対して、ＣＶＴ装置用トルクコンバータとしては、トーラス外径φ２００〜２３０mm（式（１）にしたがった計算上では、φ２０２〜２２８mm）のものを使用することにより、ＡＴ装置とトーラス外径がφ２３０〜２４５mmのトルクコンバータの組み合わせの装置と同様の性能を得ることができる。
【００４９】
一方、トルクコンバータのサイズ（トーラス外径）をＡＴ装置用とＣＶＴ装置用で同じにした場合は、ＡＴ装置用のトルクコンバータに比較して、ＣＶＴ装置用のトルクコンバータの軸方向寸法を短くすることが可能である。これを図４に示す。
【００５０】
図４に示すように、トーラスの軸方向長さをＬmm、トーラスの外径をＤmmとした場合、ＡＴ装置用では、軸方向長さＬの下限は、
Ｌ＝０．１８Ｄ＋１２．３
である。また、ＣＶＴ装置用では、軸方向長さＬの下限は、
Ｌ＝０．１４Ｄ＋８．４
である。そこで本実施形態のトルクコンバータでは、軸方向長さＬを、
（０．１４Ｄ＋８．４）≦Ｌ≦（０．１８Ｄ＋１２．３）
となるようにしている。
【００５１】
ここでは、例えばトルクコンバータの外径がφ２００mmの場合、ＡＴ装置用では、
Ｌ＝０．１８×２００＋１２．３＝４８．３（mm）
が下限であるが、ＣＶＴ装置用では、
Ｌ＝０．１４×２００＋８．４＝３６．４（mm）
が下限となる。したがって、ＣＶＴ装置用の場合は、トルクコンバータの外径サイズを同等とすれば、１１．９mm以上の軸方向長さの短縮が可能となる。
【００５２】
【発明の効果】
以上のように、本発明では、無断変速機を有する変速装置を含む動力伝達装置において、従来のＡＴ装置用トルクコンバータに比較して小型のトルクコンバータを装着でき、装置全体を小型かつ軽量化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態が採用された動力伝達装置の模式図。
【図２】 前記装置のトルクコンバータに用いられるステータのブレード形状の一例を示す図。
【図３】 エンジントルクとトルクコンバータサイズとの関係を示す図。
【図４】 トルクコンバータサイズとトルクコンバータの軸方向寸法との関係を示す図。
【符号の説明】
１ トルクコンバータ
３ 変速装置
５ インペラ
６ タービン
７ ステータ
７ａ ステータブレード
８ トルクコンバータ本体
１６ 無断変速機
Claims (3)
- エンジンからの動力を出力側装置に伝達するための動力伝達装置であって、
前記エンジンからの動力が入力されるインペラ、前記インペラに対向して配置されたタービン及び前記インペラ及びタービンの間に配置されたステータを有するトルクコンバータと、
無段変速機を有し、前記トルクコンバータからの出力を変速して出力する変速装置とを備え、
前記トルクコンバータのステータは、タービンから流出した作動油の一部を前記インペラに直接流入するような翼形状のブレードを有し、
前記トルクコンバータは速度比が０．５以下の低速度比域においてトルクコンバータ領域とフルードカップリング領域とを有する、
動力伝達装置。 - 前記トルクコンバータのトーラス外径Ｄmmは、前記エンジンの最大トルクＴkgf・mに対して、
Ｄ＝２．５Ｔ＋（１５７〜１８３）
の範囲にある、請求項１に記載の動力伝達装置。 - 前記トルクコンバータは、トーラスの軸方向長さＬmmと外径Ｄmmとが、
（０．１４Ｄ＋８．４）≦Ｌ≦（０．１８Ｄ＋１２．３）
である、請求項１又は２に記載の動力伝達装置。
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