JP4022404B2 - トルクコンバータ - 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、特に、偏平化されたトルクコンバータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
トルクコンバータは、３種の羽根車からなるトーラス（インペラ、タービン、ステータ）を有し、トーラス内部の流体により動力を伝達する装置である。インペラはフロントカバーとともに内部に作動油が充填された流体室を形成している。インペラは、主に、環状のインペラシェルと、インペラシェル内側に固定された複数のインペラブレードと、インペラブレードの内側に固定された環状のインペラコアとから構成されている。タービンは流体室内でインペラに軸方向に対向して配置されている。タービンは、主に、環状のタービンシェルと、タービンシェルのインペラ側の面に固定された複数のタービンブレードと、タービンブレードの内側に固定された環状のタービンコアとから構成されている。タービンシェルの内周部はタービンハブのフランジに複数のリベットにより固定されている。タービンハブは入力シャフトに相対回転不能に連結されている。ステータは、タービンからインペラに戻る作動油の流れを整流するための機構であり、インペラの内周部とタービン内周部間に配置されている。ステータは、主に、環状のステータシェルと、ステータシェルの外周面に設けられた複数のステータブレードと、複数のステータブレードの先端に固定された環状のステータコアとから構成されている。ステータシェルはワンウェイクラッチを介して図示しない固定シャフトに支持されている。
【０００３】
ステータにおいては、トルクコンバータの低速度比域において、作動油はステータブレードのプレッシャー面に当接して流れの向きを変えられてからインペラへと流れ、インペラを後押しする。この結果トルク増大作用が行われる。高速度比域では作動油はステータブレードのサクション面に当たるようになり、ワンウェイクラッチの機能によってステータは回転し、伝達効率の低下を防止している。
【０００４】
トルクコンバータの性能を表す計数として、下記の数式で与えられる容量係数Ｃがある
Ｃ＝Ｔ_I／ｎ_I ²
容量係数Ｃは、トルクコンバータの入力軸の回転数ｎ_Iと、トルクコンバータの入力軸に印加されるトルクＴ_Iとの関係を示す係数であり、ある回転数で入力しうるトルクを意味している。上式から分かるように、トルクコンバータの容量係数Ｃが大きい程、トルクコンバータの入力軸の回転数ｎ_I、すなわちエンジン回転数が同一でも、トルクコンバータに入力され得るトルクＴ_Iは大きい。これは、トルクコンバータの容量係数Ｃが大きい程、トルクコンバータの入力軸の回転数ｎ_Iが同一でも、エンジン負荷が大きいことをも意味する。容量係数Ｃは、速度比が小さな領域、すなわちエンジンのアイドリング領域、及びその近傍領域では大きく、速度比が増大するにつれて、すなわちエンジン回転数が上昇するにつれて減少する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
また、トルクコンバータとして、３種の羽根車が形成するトーラスの偏平率を低下させ、トーラスの形状を軸線方向に押し潰した形状にしたものが知られている。トーラス軸線方向寸法が短くなると、トルクコンバータ自体の重量低減、また原動機のパワーアップ、トランスミッションの多段化への搭載性の容易化などを実現できる。さらには、トーラスの軸線方向寸度が短くなることにより生じる余裕スペース内に、複板化されたロックアップ装置等を設置できるメリットも生じる。
【０００６】
ところが一方で、変形された羽根車内を通過する流体は、作動油の流れの急変部であるステータ部分において剥離が発生しやすく、これが有効流路面積を減少させて、低速度比領域の容量係数を小さく容量係数が右上がりになりやすい。この状態であるとエンジンとの特性により加速に違和感が発生する場合がある。
本発明の課題は、偏平化されたトルクコンバータにおいて、容量係数をフラットにすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のトルクコンバータは、流体室を構成するインペラと、流体室内でインペラに対向して配置されたタービンと、トルクコンバータのインペラとタービンとの間に配置され、タービンからインペラに流れる流体を整流するためのステータとを備えている。インペラ、タービン及びステータから構成されるトーラスの軸方向長さＬに対する半径方向長さＨの比である偏平率（Ｌ／Ｈ）が０．８１以下である。ステータは、環状のステータシェルと、ステータシェルの外周面に円周方向に並んで固定された複数のステータブレードとを有している。複数のステータブレードは、ステータシェルの外周面に円周方向に不等間隔で配置されている。ステータシェルの外周面において円周方向に等分割された複数の位置は、ステータブレードが設けられた第１位置と、ステータブレードが設けられていない第２位置とを含んでいる。
【０００８】
このトルクコンバータでは、複数のステータブレードはステータシェルの外周面の円周方向に不等間隔で配置されているため、トーラスが偏平化されているのにも関わらず、少なくとも速度比０〜０．５間での領域で、容量係数の平坦化が実現される。
なお、ここでいう「円周方向に不等間隔で配置されている」とは、全てのステータブレードが等間隔に配置されているのではないという意味であり、少なくとも一部に異なる間隔を有していることをいう。
【０００９】
請求項２に記載のトルクコンバータでは、請求項１において、複数のステータブレードは、第１間隔と、第１間隔に円周方向に隣接し第１間隔より広い第２間隔とが形成されるように配置されている。
請求項３に記載のトルクコンバータでは、請求項１において、複数のステータブレードは、円周方向に隣接する複数の第１間隔と、複数の第１間隔に円周方向に隣接し第１間隔より広い複数の第２間隔とが形成されるように配置されている。
【００１０】
請求項４に記載のトルクコンバータでは、請求項１において、第２位置は、円周方向に隣接した複数の第１位置の両側に設けられている。
【００１１】
請求項５に記載のトルクコンバータでは、請求項４において、円周方向に隣接した複数の第１位置と１つの第２位置とが円周方向に交互に設けられている。請求項６に記載のトルクコンバータは、流体室を構成するインペラと、流体室内でインペラに対向して配置されたタービンと、トルクコンバータのインペラとタービンとの間に配置され、タービンからインペラに流れる流体を整流するためのステータとを備えている。インペラ、タービン及びステータから構成されるトーラスの軸方向長さＬに対する半径方向長さＨの比である偏平率（Ｌ／Ｈ）が０．８１以下である。ステータは、環状のステータシェルと、ステータシェルの外周面に円周方向に並んで固定された複数のステータブレードとを有している。複数のステータブレードは、ステータシェルの外周面に円周方向に不等間隔で配置されている。複数のステータブレードは、ステータシェルの外周面に円周方向に等間隔に配置された複数の第１ブレードと、第１ブレード同士の間に配置されステータシェルの外周面に円周方向に等間隔に配置された複数の第２ブレードと、第１および第２ブレードの間に配置されステータシェルの外周面に円周方向に等間隔に配置された複数の第３ブレードと、を有している。隣り合う第１および第２ブレードの円周方向の第１間隔、隣り合う第２および第３ブレードの円周方向の第２間隔、および、隣り合う第３および第１ブレードの円周方向の第３間隔は、それぞれ異なる。請求項７に記載のトルクコンバータは、請求項６において、第２間隔が第１間隔よりも大きい。請求項８に記載のトルクコンバータは、請求項７において、第３間隔は第２間隔よりも大きい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（１）トルクコンバータの基本構造
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２からトランスミッションの入力シャフト３にトルクを伝達するための装置である。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がトルクコンバータ１の回転軸である。
【００１３】
トルクコンバータ１は、主に、フレキシブルプレート４とトルクコンバータ本体５とから構成されている。フレキシブルプレート４は、円板状の薄い部材からなり、トルクを伝達するとともにクランクシャフト２からトルクコンバータ本体５に伝達される曲げ振動を吸収するための部材である。
トルクコンバータ本体５は、３種の羽根車（インペラ２１、タービン２２、ステータ２３）からなるトーラス形状の流体作動室６と、ロックアップ装置７とから構成されている。
【００１４】
フロントカバー１１は、円板状の部材であり、フレキシブルプレート４に近接して配置されている。フロントカバー１１の内周端にはセンターボス１６が溶接により固定されている。センターボス１６は、軸方向に延びる円筒形状の部材であり、クランクシャフト２の中心孔内に挿入されている。
フレキシブルプレート４の内周部は複数のボルト１３によってクランクシャフト２の先端面に固定されている。フロントカバー１１の外周側かつエンジン側面には、円周方向に等間隔で複数のナット１２が固定されている。このナット１２内に螺合するボルト１４がフレキシブルプレート４の外周部をフロントカバー１１に固定している。
【００１５】
フロントカバー１１の外周部には、軸方向トランスミッション側に延びる外周側筒状部１１ａが形成されている。この外周側筒状部１１ａの先端にインペラ２１のインペラシェル２６の外周縁が溶接によって固定されている。この結果、フロントカバー１１とインペラ２１とによって、内部に作動油が充填された流体室が形成されている。インペラ２１は、主に、インペラシェル２６と、その内側に固定された複数のインペラブレード２７と、インペラシェル２６の内周部に固定されたインペラハブ２８とから構成されている。
【００１６】
タービン２２は流体室内でインペラ２１に対して軸方向に対向して配置されている。タービン２２は、主に、タービンシェル３０と、そのインペラ側の面に固定された複数のタービンブレード３１と、タービンシェル３０の内周縁に固定されたタービンハブ３２とから構成されている。タービンシェル３０とタービンハブ３２とは複数のリベット３３によって固定されている。
【００１７】
タービンハブ３２の内周面には、入力シャフト３に係合するスプラインが形成されている。これによりタービンハブ３２は入力シャフト３と一体回転するようになっている。
ステータ２３は、インペラ２１の内周部とタービン２２の内周部と間に配置され、タービン２２からインペラ２１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２３は樹脂やアルミ合金等で鋳造により一体に製作されている。ステータ２３は、主に、環状のステータシェル３５と、シェル３５の外周面に設けられた複数のステータブレード３６と、複数のステータブレード３６の先端に固定された環状のステータコア６１とから構成されている。ステータシェル３５はワンウェイクラッチ３７を介して筒状の固定シャフト３９に支持されている。固定シャフト３９は入力シャフト３の外周面とインペラハブ２８の内周面との間を延びている。なお、ステータ２３は、ワンウェイクラッチ３７によって、図２に示す回転方向Ｒ１側には固定されており、回転方向Ｒ２側には回転可能になっている。
【００１８】
以上に述べた各羽根車２１，２２，２３の各シェル２６，３０，３５によって、流体室内にトーラス形状の流体作動室６が形成されている。なお、流体室内においてフロントカバー１１と流体作動室６の間には、ロックアップ装置７が配置された環状の空間９が確保されている。
さらに、偏平率Ｌ／Ｈ（トーラスの軸方向長さＬに対するトーラスの半径方向長さＨの割合）は０．８１以下である。偏平率は、０．７５〜０．６０の範囲にあってもよいし、０．６０〜０．５０の範囲にあってもよい。さらに、偏平率は０．５０〜０．４０の範囲にあってもよい。
【００１９】
図に示すワンウェイクラッチ３７はラチェットを用いた構造であるが、ローラやスプラグを用いた構造であってもよい。
フロントカバー１１の内周部とタービンハブ３２との軸方向間には第１スラストベアリング４１が配置されている。また、タービンハブ３２とステータ２３の内周部との間には第２スラストベアリング４２が配置されている。さらに、ステータ２３とインペラ２１との軸方向間には第３スラストベアリング４３が配置されている。
（２）ステータの構造
次に、ステータ２３の構造について詳細に説明する。
【００２０】
ステータシェル３５は軸方向に一定の長さを有する外周面６４を有している。外周面６４は断面において軸方向にストレートに形成されている。ブレード３６は外周面６４のインペラ２１側よりに固定され半径方向外方に延びている。ブレード３６は、図２に示すように各々が翼形状の断面を有している。ブレード３６のタービン２２側端は丸みを帯びた頭部となっており、インペラ２１側端は細長い尾部となっている。さらに、ブレード３６の回転方向Ｒ２側の面であるプレッシャー面６２は湾曲凹形状であり、回転方向Ｒ１側の面であるサクション面６３は湾曲凸形状である。
【００２１】
この実施形態では、ブレード３６の配置は以下のようになっている。図２に示すように、各ブレード３６は円周方向幅が異なる第１間隔部７１と第２間隔部７２を有することで不等間隔配置を実現している。第１間隔部７１と第２間隔部７２は円周方向に交互に形成されている。さらに、第２間隔部７２の円周方向長さＷ２は、第１間隔部７１の２倍である。
【００２２】
言い換えると、従来の等間隔のブレード配置に対して３枚に１枚のブレードを省略した構造である。さらに言い換えると、ステータシェルの外周面において円周方向に等分割された複数の位置は、ステータブレードが設けられた第１位置と、ステータブレードが設けられていない第２位置とを含んでおり、円周方向に隣接した複数の第１位置と１つの第２位置とが円周方向に交互に設けられている。
（３）トルクコンバータの動作
ロックアップ解除されているときには、フロントカバー１１とタービン２２との間のトルク伝達はインペラ２１とタービン２２との間の流体駆動によって行われている。インペラ２１からタービン２２へと流れる作動油は、タービン２２を回転させた後に、ステータ２３を通ってインペラ２１へと戻る。ステータ２３のブレード３６のプレッシャー面６２に衝突した作動油は、ブレード３６によって向きを変えられ、インペラ２１へと戻される。
【００２３】
ここでは、第１間隔部７１内を流れる作動油は、そのＲ１側のブレード３６のプレッシャー面６２に衝突し、その面に沿って流れる。しかし、第２間隔部７２内に流れる作動油は大半がそのそのＲ１側のブレード３６のプレッシャー面６２に衝突する。しかし、一部の作動油の流入向きの直線上には、ブレード３６が位置しないようになっている。この結果、従来の構造に比べて、ステータブレード３６によって流れの向きが変えられない作動油の流量が多くなる。そのためインペラ２１に流入する流量が低速度比側で特に多くなり、またインペラ２１への流入角がステータ２３の角度の影響を受けにくくなる。その結果、低速度側で容量係数が増大し容量がよりフラットになる
図５は速度比に対する容量係数の関係を示すグラフである。図５では、点線が従来の等間隔のブレード配置における容量係数の変化を示したものであり、実線が本願発明に係る不等間隔のブレード配置における容量係数の変化を示したものである。なお、両者ともにトーラスの偏平率は０．８１以下である。
【００２４】
従来のトルクコンバータの容量係数の変化を検討すると、速度比の低い領域、特に速度比０．６から０までは、左肩下がりに傾斜している。それに対して本願発明のトルクコンバータの容量係数は、速度比の低い領域、特に速度比０．６から０までにおいて、平坦になっており、従来に比べて大きくなっている。したがって、どのようなエンジン特性に対しても適合させやすいトルコン性能となる。具体的には、加速途中にてエンジンの回転数の上昇が一旦止まったり落ち込んだりすることが生じにくくなる。
（４）他の実施形態
▲１▼図３に示すように、第１間隔部７１が２つ続いた後に第２間隔部７２が配置されるようにしてもよい。この場合は従来の等間隔の配置に対して４枚に１枚のブレードを省略した構造となる。
【００２５】
なお、何枚に１枚のブレードを省略するかは適宜可能であり、５〜１０枚に１枚としてもよい。
▲２▼前記実施形態では、等しい間隔の第１間隔部７１が円周方向に２つ並んでいたが、円周方向に隣接する間隔部の大きさを異なるようにしてもよい。例えば、図４に示すように、回転方向Ｒ１側からＲ２側に並んだ第１間隔部７５と第２間隔部７６と第３間隔部７７は全て円周方向長さが異なる。具体的には、第１間隔部７５の円周方向長さＷ１’、第２間隔部７６の円周方向長さＷ２’、第３間隔部７７の第３間隔部の円周方向長さＷ３’は、この順番で大きくなっている。また、さらに具体的には、この実施形態では、Ｗ１’：Ｗ２’：Ｗ３’は２：３：４となっている。なお、第１間隔部７５と第２間隔部７６と第３間隔部７７とからなるパターンは円周方向全体にわたって形成されている。
【００２６】
▲３▼ステータブレードを不等間隔に配置するパターンは前記実施形態に限定されない。
【００２７】
【発明の効果】
本発明に係るトルクコンバータでは、複数のステータブレードはステータシェルの外周面に円周方向に不等間隔で配置されているため、トーラスが偏平化されているのにも関わらず、容量係数のフラット化が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としてのトルクコンバータの縦断面概略図。
【図２】ステータの外周面におけるブレードの配置位置を説明するための部分展開図。
【図３】他の実施形態における、ステータの外周面におけるブレードの配置位置を説明するための部分展開図。
【図４】他の実施形態における、ステータの外周面におけるブレードの配置位置を説明するための部分展開図。
【図５】本発明の実施形態に係るトルクコンバータの速度比−容量係数グラフ。
【符号の説明】
２３ ステータ
３５ シェル
３６ ブレード
７１ 第１間隔部
７２ 第２間隔部

Claims (8)

1. 流体室を構成するインペラと、
   前記流体室内で前記インペラに対向して配置されたタービンと、
   前記トルクコンバータのインペラとタービンとの間に配置され、前記タービンから前記インペラに流れる流体を整流するためのステータとを備え、
   前記インペラ、タービン及びステータから構成されるトーラスの軸方長さＬに対する半径方向長さＨの比である偏平率（Ｌ／Ｈ）が０．８１以下であり、
   前記ステータは、環状のステータシェルと、前記ステータシェルの外周面に円周方向に並んで固定された複数のステータブレードとを有し、
   前記複数のステータブレードは前記ステータシェルの外周面に円周方向に不等間隔で配置されており、
   前記ステータシェルの外周面において円周方向に等分割された複数の位置は、前記ステータブレードが設けられた第１位置と、前記ステータブレードが設けられていない第２位置とを含んでいる、
   トルクコンバータ。
2. 前記複数のステータブレードは、第１間隔と、前記第１間隔に円周方向に隣接し前記第１間隔より広い第２間隔とが形成されるように配置されている、請求項１に記載のトルクコンバータ。
3. 前記複数のステータブレードは、円周方向に隣接する複数の第１間隔と、前記複数の第１間隔に円周方向に隣接し前記第１間隔より広い複数の第２間隔とが形成されるように配置されている、請求項１に記載のトルクコンバータ。
4. 前記第２位置は、複数の円周方向に隣接した前記第１位置の両側に設けられている、請求項１に記載のトルクコンバータ。
5. 複数の円周方向に隣接した前記第１位置と１つの第２位置とが円周方向に交互に設けられている、請求項４に記載のトルクコンバータ。
6. 流体室を構成するインペラと、
   前記流体室内で前記インペラに対向して配置されたタービンと、
   前記トルクコンバータのインペラとタービンとの間に配置され、前記タービンから前記インペラに流れる流体を整流するためのステータとを備え、
   前記インペラ、タービン及びステータから構成されるトーラスの軸方長さＬに対する半径方向長さＨの比である偏平率（Ｌ／Ｈ）が０．８１以下であり、
   前記ステータは、環状のステータシェルと、前記ステータシェルの外周面に円周方向に並んで固定された複数のステータブレードとを有し、
   前記複数のステータブレードは、前記ステータシェルの外周面に円周方向に不等間隔で配置されており、前記ステータシェルの外周面に円周方向に等間隔に配置された複数の第１ブレードと、前記第１ブレード同士の間に配置され前記前記ステータシェルの外周面に円周方向に等間隔に配置された複数の第２ブレードと、前記第１および第２ブレードの間に配置され前記前記ステータシェルの外周面に円周方向に等間隔に配置された複数の第３ブレードと、を有しており、
   隣り合う前記第１および第２ブレードの円周方向の第１間隔、隣り合う前記第２および第３ブレードの円周方向の第２間隔、および、隣り合う前記第３および第１ブレードの円周方向の第３間隔は、それぞれ異なる、
   トルクコンバータ。
7. 前記第２間隔は、前記第１間隔よりも大きい、
   請求項６に記載のトルクコンバータ。
8. 前記第３間隔は、前記第２間隔よりも大きい、
   請求項７に記載のトルクコンバータ。

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