JP4314664B2 - 流体継手装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原動機の回転トルクを伝達するための流体継手装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流体継手（フルードカップリング）は船舶用、産業機械用、自動車用の動力伝達継手として従来から用いられている。流体継手は、原動機である例えばディーゼルエンジンのクランクシャフト（流体継手としての入力軸）に連結されたケーシングと、該ケーシングと対向して配設されケーシングに取り付けられたポンプと、該ポンプとケーシングによって形成された室にポンプに対向して配設され入力軸と同一軸線上に配置された出力軸に取り付けられたタービンとを具備している。また、流体継手には、一般に作動流体が上記ポンプとケーシングによって形成された室およびポンプとタービンとによって形成される作動室を循環するように構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図５は流体継手のスリップ率が零（０）のときのエンジン回転数即ちポンプの回転数に対する伝達トルクとの関係を示すグラフである。図５において破線は、従来の流体継手の特性を示すものである。このような特性を有する流体継手を車両の駆動装置に装備したした場合、車両停止状態でエンジンが駆動され変速機の変速ギヤが投入されている状態、即ち入力軸が回転し出力軸が停止している状態では、その特性上ドラッグトルクを有する。ドラッグトルクは、一般的にエンジンがアイドリング回転数で運転されている状態での伝達トルクをいう。このドラッグトルクは、流体継手の設計点を最大効率となる回転速度比、即ちポンプとタービンとの回転速度比を０．９５〜０．９８位にとると、かなり大きくなる。ドラッグトルクが大きいと、エンジンのアイドリング運転が著しく不安定となるとともに、この不安定な回転が駆動系に異常振動を発生させる原因となる。また、ドラッグトルクが大きいことにより、アイドリング運転時の燃費が悪化する原因にもなっている。
【０００４】
上記ドラッグトルクを下げるためには供給する作動流体の圧力を下げることが考えられるが、供給する作動流体の圧力を下げると流体継手への充填効率が低下するために高回転時における伝達トルクも低下してしまう。また、ロックアップクラッチを備えた流体継手においては、ロックアップクラッチの作動圧が不足して、最悪の場合ロックアップ不能となる。
【０００５】
本発明は上記事実に鑑みてなされたもので、その主たる技術的課題は、トルク伝達機能を損なうことなく、ドラッグトルクを低減することができる流体継手装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記主たる技術的課題を解決するために、
「内燃機関によって駆動される入力軸に連結されたケーシングと、
該ケーシングと対向して配設され該ケーシングに取り付けられたポンプと、
該ポンプと該ケーシングによって形成された室に該ポンプと対向して配設され該入力軸と同一軸線上に配置された出力軸に取り付けられたタービンと、
該ポンプと該ケーシングによって形成された室および該ポンプと該タービンとによって形成される作動室に作動流体を循環せしめる作動流体循環手段と、を具備する流体継手装置において、
該作動流体循環手段は、少なくとも該内燃機関のアイドリング回転時においては、該作動室内を該ポンプから該タービンへ循環する循環流を妨げるように、該タービンの外周外側から該ポンプに向けて該作動室に作動流体を流入させ、かつ、
該作動流体循環手段は、流体圧源から送給される作動流体の流体圧を、該内燃機関のアイドリング回転時において該作動室内を該ポンプから該タービンへ循環する該作動室内の作動流体の循環力と略等しくなるように調整する作動流体圧調整手段を具備する」
ことを特徴とする流体継手装置が提供される。
【０００７】
上記作動流体圧調整手段は、流体圧源から送給される作動流体を所定の流体圧に調整するリリーフ弁からなり、該リリーフ弁の開弁圧が内燃機関のアイドリング回転時における上記作動室内の作動流体の循環力と略等しくなるように設定されている。
【０００８】
また、本発明によれば、上記ケーシングとタービンとの間に配設されケーシングとの間に外側室を形成するとともにタービンとの間に内側室を形成するクラッチディスクを備え、ケーシングとタービンとを係合または係合解除するロックアップクラッチを具備する流体継手装置が提供される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に従って構成された流体継手装置の好適実施形態を図示している添付図面を参照して、更に詳細に説明する。
【００１０】
図１には、本発明を適用した流体継手（フルードカップリング）装置を自動車用エンジンと摩擦クラッチとの間に配設した駆動装置の一実施形態が示されている。図示の実施形態における駆動装置は、原動機としての内燃機関２と本発明に従って構成された流体継手装置４および摩擦クラッチ８とによって構成されている。内燃機関２は図示の実施形態においてはディーゼルエンジンからなっており、クランク軸２１の端部には流体継手装置４の後述するポンプ側が取り付けられる。
【００１１】
流体継手装置４は、ディーゼルエンジン２に装着されたハウジング２２にボルト２３等の締結手段によって取り付けられた流体継手ハウジング４０内に配設されている。図示の実施形態における流体継手装置４は、ケーシング４１とポンプ４２およびタービン４３を具備している。
【００１２】
ケーシング４１は、上記クランク軸２１にボルト２４によって内周部が装着されたドライブプレート４４の外周部にボルト４４１、ナット４４２等の締結手段によって装着されている。なお、上記ドライブプレート４４の外周には、図示しないスタータモータの駆動歯車と噛合する始動用のリングギヤ４５が装着されている。
【００１３】
ポンプ４２は上記ケーシング４１と対向して配設されている。このポンプ４２は、椀状のポンプシェル４２１と、該ポンプシェル４２１内に放射状に配設された複数個のインペラ４２２とを備えており、ポンプシェル４２１が上記ケーシング４１に溶接等の固着手段によって取り付けられている。従って、ポンプ４２のポンプシェル４２１は、ケーシング４１およびドライブプレート４４を介してクランク軸２１に連結される。このため、クランク軸２１は流体継手装置４の入力軸として機能する。
【００１４】
タービン４３は上記ポンプ４２とケーシング４１によって形成された室にポンプ４２と対向して配設されている。このタービン４３は、上記ポンプ４２のポンプシェル４２１と対向して配設された椀状のタービンシェル４３１と、該タービンシェル４３１内に放射状に配設された複数個のランナ４３２とを備えている。タービンシェル４３１は、上記入力軸としての上記クランク軸２１と同一軸線上に配設された出力軸４６にスプライン嵌合されたタービンハブ４７に溶接等の固着手段によって取り付けられている。
【００１５】
図示の実施形態における流体継手装置４は、上記ケーシング４１とタービン４３とを直接伝動連結するためのロックアップクラッチ５０を具備している。ロックアップクラッチ５０は、ケーシング４１とタービン４３との間に配設されケーシング４１との間に外側室４０ａを形成するとともにタービン４３との間に内側室４０ｂを形成するクラッチディスク５１を備えている。このクラッチディスク５１は、内周縁が上記タービンハブ４７の外周に相対回転可能でかつ軸方向に摺動可能に支持されており、その外周部には上記ケーシング４１と対向する面にクラッチフェーシング５２が装着されている。また、クラッチディスク５１の外周部における内側室４０ｂ側には、環状の凹部５３が形成されており、この凹部５３にそれぞれ支持片５４によって支持された複数個のダンパースプリング５５が所定の間隔を置いて配設されている。この複数個のダンパースプリング５５の両側には上記クラッチディスク５１に取り付けられた入力側リテーナ５６が突出して配設されているとともに、各ダンパースプリング５５間には上記タービン４３のタービンシェル４３１に取り付けられた出力側リテーナ５７が突出して配設されている。
【００１６】
図示の実施形態におけるロックアップクラッチ５０は以上のように構成されており、その作動について説明する。
上記内側室４０ｂ側の作動流体の圧力が外側室４０ａの作動流体の圧力より高い場合、即ち後述する作動流体循環手段によって供給される作動流体がポンプ４２とタービン４３とによって形成される作動室４ａから内側室４０ｂを通して外側室４０ａに流れる場合には、上記クラッチディスク５１が図１において左方に押圧されるので、クラッチディスク５１に装着されたクラッチフェーシング５２がケーシング４１に押圧されて摩擦係合する（ロックアップクラッチＯＮ）。従って、ケーシング４１とタービン４３は、クラッチフェーシング５２、クラッチディスク５１、入力側リテーナ５６、ダンパースプリング５５、出力側リテーナ５７を介して直接伝動連結される。一方、上記外側室４０ａの作動流体の圧力が内側室４０ｂ側の作動流体の圧力より高い場合、即ち後述する作動流体循環手段によって供給される作動流体が外側室４０ａから内側室４０ｂを通してポンプ４２とタービン４３とによって形成される作動室４ａに循環する場合には、上記クラッチディスク５１が図１において右方に押圧されるので、クラッチディスク５１に装着されたクラッチフェーシング５２はケーシング４１と摩擦係合せず、従って、ケーシング４１とタービン４３との伝動連結は解除されている。
【００１７】
図示の実施形態における流体継手装置４は後述する作動流体循環手段の流体圧源としての油圧ポンプ６０を具備している。この油圧ポンプ６０は上記流体継手ハウジング４０にボルト６１等の固着手段によって取り付けられポンプハウジング６２に配設されている。この油圧ポンプ６０は、上記ポンプ４２のポンプシェル４２１に取り付けられたポンプハブ４８によって回転駆動されるように構成されている。なお、ポンプハブ４８は上記出力軸４６を包囲するように突出形成されたポンプハウジング６２の筒状支持部６２０に軸受４９０によって回転可能に支持されている。また、図２乃至図４に示すように後述する作動流体循環手段に関連して、出力軸４６に作動流体の通路４６０が設けられているとともに、出力軸４６と筒状支持部６２０との間に作動流体の通路４６１が設けられている。通路４６０は、その一端が出力軸４６の図において左端面に開口し上記外側室４０ａと連通しており、その他端が出力軸４６の外周面に開口する径方向の通路４６２と連通している。また、通路４６１は、上記ポンプ４２とタービン４３とによって形成される作動室４ａと筒状支持部６２０に設けられた連通穴６２１とを連通するように構成されている。
【００１８】
次に、流体継手に作動流体を循環せしめる作動流体循環手段について、図２乃至図４を参照して説明する。
作動流体循環手段は作動流体を収容するリザーブタンク６５を具備しており、該リザーブタンク６５内の作動流体は上記油圧ポンプ６０によって通路６６に吐出される。通路６６に吐出された作動流体は、作動流体の循環経路を制御する電磁方向制御弁６７を介して上記連通穴６２１と連通する通路６８または上記通路４６２と連通する通路６９に供給される。電磁方向制御弁６７が除勢（ＯＦＦ）している図２および図３に示す状態のときには、通路６６に吐出された作動流体は矢印で示すように通路６９、通路４６２、通路４６０、外側室４０ａ、内側室４０ｂ、ポンプ４２とタービン４３とによって形成される作動室４ａ、通路４６１、連通穴６２１、通路６８、戻り通路７０、冷却器７１および通路７２を通してリザーブタンク６５に循環される。作動流体が図２および図３において矢印で示すように循環するときは、外側室４０ａの流体圧が内側室４０ｂの流体圧より高いので、ロックアップクラッチ５０は上述したように摩擦係合しない。一方、電磁方向制御弁６７が付勢（ＯＮ）されると図４で示す状態となり、通路６６に吐出された作動流体は矢印で示すように通路６８、連通穴６２１、通路４６１、ポンプ４２とタービン４３とによって形成される作動室４ａ、内側室４０ｂ、外側室４０ａ、通路４６０、通路４６２、通路６９、戻り通路７０、冷却器７１および通路７２を通してリザーブタンク６５に循環される。作動流体が図４において矢印で示すように循環するときは、内側室４０ｂの流体圧が外側室４０ａの流体圧より高いので、ロックアップクラッチ５０は上述したように摩擦係合する。
【００１９】
図示の実施形態における流体回路には、上記通路６６とリザーブタンク６５を結ぶリリーフ通路７３が設けられており、このリリーフ通路７３にリリーフ弁７４が配設されている。このリリーフ弁７４は、開弁圧がディーゼルエンジン２のアイドリング回転時における上記作動室４ａ内の作動流体の循環力と略等しくなるように設定されている。即ち、リリーフ弁７４の開弁圧は、ディーゼルエンジン２によって駆動されるポンプ４２の回転によって発生する作動流体の遠心力によって生ずる循環力と略等しくなるように設定されている。従って、リリーフ弁７４は流体圧源から送給される作動流体の流体圧を該内燃機関のアイドリング回転時における該作動室内の作動流体の循環力と略等しくなるように調整する作動流体圧調整手段として機能する。
【００２０】
次に、上記摩擦クラッチ８について説明する（図１参照）。
摩擦クラッチ８は、上記流体継手ハウジング４０にボルト８１によって装着されたクラッチハウジング８０内に配設されている。図示の実施形態における摩擦クラッチ８は、上記流体継手の出力軸４６に装着されたクラッチドライブプレート８２と、出力軸４６と同一軸線上に配設された伝動軸８３（図示の実施形態においては、図示しない変速機の入力軸）と、該伝動軸８３にスプライン嵌合されたクラッチハブ８４に取り付けられ外周部にクラッチフェーシング８５が装着されているドリブンプレート８６と、該ドリブンプレート８６をクラッチドライブプレート８２に押圧するプレッシャープレート８７と、該プレッシャープレート８７をクラッチドライブプレート８２に向けて付勢するダイアフラムスプリング８８と、該ダイアフラムスプリング８８の内端部に係合してダイアフラムスプリング８８を中間部を支点８８１として作動するレリーズベアリング８９と、該レリーズベアリング８９を軸方向に作動せしめるクラッチレリーズフォーク９０とを具備している。このように構成された摩擦クラッチ８は、図示の状態においてはダイアフラムスプリング８８のばね力によってプレッシャープレート８７がクラッチドライブプレート８２に向けて押圧されており、従って、ドリブンプレート８６に装着されたクラッチフェーシング８５がクラッチドライブプレート８２に押圧されて流体継手の出力軸４６に伝達された動力がクラッチドライブプレート８２およびドリブンプレート８６を介して伝動軸８３に伝達される。この動力伝達を遮断する場合は、図示しないスレーブシリンダに油圧を供給してクラッチレリーズフォーク９０を作動し、レリーズベアリング８９を図１において左方に移動すると、ダイアフラムスプリング８８が図において２点鎖線で示すように作動せしめられ、プレッシャープレート８７への押圧力を解除することにより、クラッチドライブプレート８２からドリブンプレート８６への動力伝達が遮断される。
【００２１】
図示の実施形態における流体継手装置は以上のように構成されており、以下その作動について説明する。
先ず、ディーゼルエンジン２がアイドリング運転している状態について説明する。この場合、作動流体循環手段の上記電磁方向制御弁６７は除勢（ＯＦＦ）されており、作動流体は上述したように図２において矢印で示す方向に循環せしめられている。
ディーゼルエンジン２のクランク軸２１（入力軸）に発生した駆動力は、ドライブプレート４４を介して流体継手装置４のケーシング４１に伝達され、該ケーシング４１と一体的に構成されているポンプ４２が回転せしめられる。ポンプ４２が回転するとポンプ４２内の作動流体は遠心力によりインペラ４２２に沿って外周に向かって流れる循環力が発生しようとするが、作動流体循環手段により外側室４０ａから内側室４０ｂを通ってポンプ４２とタービン４３とによって形成される作動室４ａに循環する作動流体の流体圧がディーゼルエンジン２のアイドリング回転時における上記循環力と略等しくなるように設定されているので、アイドリング回転までは内側室４０ｂから作動室４ａに流入する作動流体に打ち消されてポンプ４２からタービン４３に向かう循環流が発生しない。即ち、ディーゼルエンジン２がアイドリング回転で運転している状態では、流体継手はトルクを伝達することができない。従って、図示していない変速機の変速ギヤが投入され摩擦クラッチ８が接続された状態、即ち出力軸４６が停止しタービン４３が停止していてもドラッグトルクが発生しないか、発生したとしても極めて小さいものとなる。なお、エンジンのアイドリング回転時に内側室４０ｂから作動室４ａに流入する作動流体が、ポンプ４２の回転によって作動流体がインペラ４２２に沿って外周に向かって流れる循環力を効果的に打ち消すように作用せしめるためには、作動室４ａへの作動流体の入口４ｂは作動流体が図２において矢印で示すようにポンプ４２側に向けて流入する構成にすることが望ましい。
【００２２】
次に、ディーゼルエンジン２がアイドリング回転以上の回転速度で運転され、流体継手によって駆動トルクを伝達する状態について説明する。なお、この場合も作動流体循環手段の上記電磁方向制御弁６７は除勢（ＯＦＦ）されており、作動流体は図３において実線矢印で示す方向に循環せしめられている。
ディーゼルエンジン２のクランク軸２１（入力軸）に発生した駆動力は、上述したようにドライブプレート４４を介して流体継手４のケーシング４１に伝達される。ケーシング４１とポンプ４２のポンプシェル４２１は一体的に構成されているので、上記駆動力によってポンプ４２が回転せしめられる。ポンプ４２が回転するとポンプ４２内の作動流体は遠心力によりインペラ４２２に沿って外周に向かって流れる。このポンプ４２の回転による作動流体の循環力はディーゼルエンジン２がアイドリング回転を越えると、作動流体循環手段により外側室４０ａから内側室４０ｂを通って作動室４ａに流入する作動流体の流体圧より大きくなるので、ポンプ４２のインペラ４２２に沿って外周に向かって流れる作動流体は破線矢印で示すようにタービン４３側に流入する。タービン４３側に流入した作動流体は、中心側に向かって流れ破線矢印で示すようにポンプ４２に戻される。このように、ポンプ４２とタービン４３とによって形成される作動室４ａ内の作動流体がポンプ４２とタービン４３内を循環することにより、ポンプ４２側の駆動トルクが作動流体を介してタービン４３側に伝達される。このとき、作動流体循環手段により外側室４０ａから内側室４０ｂを通って作動室４ａに流入する作動流体は、図３において実線矢印で示すようにポンプ４２側からタービン４３側に流入する作動流体の流れに巻き込まれる形でタービン４３側に流入せしめられる。従って、外側室４０ａから内側室４０ｂを通って作動室４ａに流入する作動流体が作動室４ａ内の充填効率を高めるため、ディーゼルエンジン２がアイドリング回転を越えると伝達トルクが急激に立ち上がる。このようにして、タービン４３側に伝達された駆動力は、タービンシェル４３１およびタービンハブ４７を介して出力軸４６に伝達され、更に上記摩擦クラッチ８を介して図示しない変速機に伝達される。
【００２３】
以上、図示の実施形態における流体継手装置について、ディーゼルエンジン２がアイドリング運転している状態およびアイドリング回転以上の回転速度で運転されている状態について説明したが、スリップ率が零（０）のときのエンジン回転数即ちポンプの回転数に対する伝達トルクとの関係は図５において実線で示すようになる。即ち、図示の実施形態における流体継手装置は、図５において実線で示すようにエンジンがアイドリング回転以下では上述したようにトルクの伝達は無く、アイドリング回転を越えると伝達トルクが急激に上昇する。このように、エンジンがアイドリング回転以下ではトルクの伝達が無いため、摩擦クラッチ８を切らなくとも変速機の変速操作が可能となる。従って、図示の実施形態における流体継手装置を装備した自動車においては、摩擦クラッチ８を接続した状態でクラッチ操作をすることなく、発進ギヤに投入しアクセルペダルを踏み込むことにより発進することができる。
【００２４】
次に、ロックアップクラッチ５０を作動して、ケーシング４１とタービン４３を直結して駆動トルクを伝達する状態について説明する。この場合、作動流体循環手段の上記電磁方向制御弁６７は付勢（ＯＮ）され、作動流体は図４において矢印で示す方向に循環せしめられている。作動流体が図４において矢印で示す方向に循環せしめられている状態においては、上述したように内側室４０ｂ側の圧力が外側室４０ａの圧力より高く、クラッチディスク５１が左方に押圧されるので、クラッチディスク５１に装着されたクラッチフェーシング５２がケーシング４１に押圧されて摩擦係合する（ロックアップクラッチＯＮ）。この結果、ケーシング４１とタービン４３は、クラッチフェーシング５２、クラッチディスク５１、入力側リテーナ５６、ダンパースプリング５５、出力側リテーナ５７を介して直接伝動連結される。従って、ディーゼルエンジン２のクランク軸２１（入力軸）に発生した駆動力は、ドライブプレート４４、ケーシング４１、ロックアップクラッチ５０、タービン４３、タービンハブ４７を介して出力軸４６に伝達され、更に上記摩擦クラッチ８を介して図示しない変速機に伝達される。なお、ロックアップクラッチＯＮ時にロックアップクラッチ５０に作用する作動流体の流体圧は、リリーフ弁７４によってディーゼルエンジン２のアイドリング回転時における上記作動室４ａ内の作動流体の循環力と略等しくなるような値に調整されているので、上記クラッチディスク５１に装着されたクラッチフェーシング５２とケーシング４１とを確実に係合するに必要十分な圧力であるため、ロックアップ効率を向上させることができる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明による流体継手装置は以上のように構成されているので、以下に述べる作用効果を奏する。
【００２６】
即ち、本発明による流体継手装置においては、ポンプとケーシングによって形成された室およびポンプとタービンとによって形成される作動室に作動流体を循環せしめる作動流体循環手段は、流体圧源から送給される作動流体の流体圧を該内燃機関のアイドリング回転時における作動室内の作動流体の循環力と略等しくなるように調整する作動流体圧調整手段を具備したので、アイドリング回転まではポンプとケーシングによって形成された室から作動室に流入する作動流体に打ち消されてポンプからタービンに向かう循環流が発生しない。即ち、内燃機関がアイドリング回転で運転している状態では、流体継手はトルクを伝達することができない。従って、本発明による流体継手装置を自動車に装備した場合には、変速機の変速ギヤが投入され摩擦クラッチが接続された状態、即ち出力軸が停止しタービンが停止していてもドラッグトルクが発生しないか、発生したとしても極めて小さいものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って構成された流体継手装置を装備した駆動装置の一実施形態を示す断面図。
【図２】図１に示す流体継手装置の作動流体循環手段の作動状態を示すもので、内燃機関がアイドリング運転している状態の説明図。
【図３】図１に示す流体継手装置の作動流体循環手段の作動状態を示すもので、ロックアップクラッチＯＦＦ状態の説明図。
【図４】図１に示す流体継手装置の作動流体循環手段の作動状態を示すもので、ロックアップクラッチＯＮ状態の説明図。
【図５】流体継手のスリップ率が零（０）のときのエンジン回転数即ちポンプの回転数に対する伝達トルクとの関係を示す特性図。
【符号の説明】
２：内燃機関
２１：クランク軸
４：流体継手
４０：流体継手ハウジング
４１：ケーシング
４２：ポンプ
４２１：ポンプシェル
４２２：インペラ
４３：タービン
４３１：タービンシェル
４３２：ランナ
４４：ドライブプレート
４５：リングギヤ
４６：出力軸
４７：タービンハブ
４８：ポンプハブ
５０：ロックアップクラッチ
５１：クラッチディスク
５４：支持片
５５：ダンパースプリング
５６：入力側リテーナ
５７：出力側リテーナ
６０：油圧ポンプ
６２：ポンプハウジング
６５：リザーブタンク
６７：電磁方向制御弁
７１：冷却器
７４：リリーフ弁
８：摩擦クラッチ
８０：クラッチハウジング
８２：クラッチドライブプレート
８３：伝動軸
８４：クラッチハブ
８５：クラッチフェーシング
８６：ドリブンプレート
８７：プレッシャープレート
８８：ダイアフラムスプリング
８９：レリーズベアリング
９０：クラッチレリーズフォーク
【発明の属する技術分野】
本発明は、原動機の回転トルクを伝達するための流体継手装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流体継手（フルードカップリング）は船舶用、産業機械用、自動車用の動力伝達継手として従来から用いられている。流体継手は、原動機である例えばディーゼルエンジンのクランクシャフト（流体継手としての入力軸）に連結されたケーシングと、該ケーシングと対向して配設されケーシングに取り付けられたポンプと、該ポンプとケーシングによって形成された室にポンプに対向して配設され入力軸と同一軸線上に配置された出力軸に取り付けられたタービンとを具備している。また、流体継手には、一般に作動流体が上記ポンプとケーシングによって形成された室およびポンプとタービンとによって形成される作動室を循環するように構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図５は流体継手のスリップ率が零（０）のときのエンジン回転数即ちポンプの回転数に対する伝達トルクとの関係を示すグラフである。図５において破線は、従来の流体継手の特性を示すものである。このような特性を有する流体継手を車両の駆動装置に装備したした場合、車両停止状態でエンジンが駆動され変速機の変速ギヤが投入されている状態、即ち入力軸が回転し出力軸が停止している状態では、その特性上ドラッグトルクを有する。ドラッグトルクは、一般的にエンジンがアイドリング回転数で運転されている状態での伝達トルクをいう。このドラッグトルクは、流体継手の設計点を最大効率となる回転速度比、即ちポンプとタービンとの回転速度比を０．９５〜０．９８位にとると、かなり大きくなる。ドラッグトルクが大きいと、エンジンのアイドリング運転が著しく不安定となるとともに、この不安定な回転が駆動系に異常振動を発生させる原因となる。また、ドラッグトルクが大きいことにより、アイドリング運転時の燃費が悪化する原因にもなっている。
【０００４】
上記ドラッグトルクを下げるためには供給する作動流体の圧力を下げることが考えられるが、供給する作動流体の圧力を下げると流体継手への充填効率が低下するために高回転時における伝達トルクも低下してしまう。また、ロックアップクラッチを備えた流体継手においては、ロックアップクラッチの作動圧が不足して、最悪の場合ロックアップ不能となる。
【０００５】
本発明は上記事実に鑑みてなされたもので、その主たる技術的課題は、トルク伝達機能を損なうことなく、ドラッグトルクを低減することができる流体継手装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記主たる技術的課題を解決するために、
「内燃機関によって駆動される入力軸に連結されたケーシングと、
該ケーシングと対向して配設され該ケーシングに取り付けられたポンプと、
該ポンプと該ケーシングによって形成された室に該ポンプと対向して配設され該入力軸と同一軸線上に配置された出力軸に取り付けられたタービンと、
該ポンプと該ケーシングによって形成された室および該ポンプと該タービンとによって形成される作動室に作動流体を循環せしめる作動流体循環手段と、を具備する流体継手装置において、
該作動流体循環手段は、少なくとも該内燃機関のアイドリング回転時においては、該作動室内を該ポンプから該タービンへ循環する循環流を妨げるように、該タービンの外周外側から該ポンプに向けて該作動室に作動流体を流入させ、かつ、
該作動流体循環手段は、流体圧源から送給される作動流体の流体圧を、該内燃機関のアイドリング回転時において該作動室内を該ポンプから該タービンへ循環する該作動室内の作動流体の循環力と略等しくなるように調整する作動流体圧調整手段を具備する」
ことを特徴とする流体継手装置が提供される。
【０００７】
上記作動流体圧調整手段は、流体圧源から送給される作動流体を所定の流体圧に調整するリリーフ弁からなり、該リリーフ弁の開弁圧が内燃機関のアイドリング回転時における上記作動室内の作動流体の循環力と略等しくなるように設定されている。
【０００８】
また、本発明によれば、上記ケーシングとタービンとの間に配設されケーシングとの間に外側室を形成するとともにタービンとの間に内側室を形成するクラッチディスクを備え、ケーシングとタービンとを係合または係合解除するロックアップクラッチを具備する流体継手装置が提供される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に従って構成された流体継手装置の好適実施形態を図示している添付図面を参照して、更に詳細に説明する。
【００１０】
図１には、本発明を適用した流体継手（フルードカップリング）装置を自動車用エンジンと摩擦クラッチとの間に配設した駆動装置の一実施形態が示されている。図示の実施形態における駆動装置は、原動機としての内燃機関２と本発明に従って構成された流体継手装置４および摩擦クラッチ８とによって構成されている。内燃機関２は図示の実施形態においてはディーゼルエンジンからなっており、クランク軸２１の端部には流体継手装置４の後述するポンプ側が取り付けられる。
【００１１】
流体継手装置４は、ディーゼルエンジン２に装着されたハウジング２２にボルト２３等の締結手段によって取り付けられた流体継手ハウジング４０内に配設されている。図示の実施形態における流体継手装置４は、ケーシング４１とポンプ４２およびタービン４３を具備している。
【００１２】
ケーシング４１は、上記クランク軸２１にボルト２４によって内周部が装着されたドライブプレート４４の外周部にボルト４４１、ナット４４２等の締結手段によって装着されている。なお、上記ドライブプレート４４の外周には、図示しないスタータモータの駆動歯車と噛合する始動用のリングギヤ４５が装着されている。
【００１３】
ポンプ４２は上記ケーシング４１と対向して配設されている。このポンプ４２は、椀状のポンプシェル４２１と、該ポンプシェル４２１内に放射状に配設された複数個のインペラ４２２とを備えており、ポンプシェル４２１が上記ケーシング４１に溶接等の固着手段によって取り付けられている。従って、ポンプ４２のポンプシェル４２１は、ケーシング４１およびドライブプレート４４を介してクランク軸２１に連結される。このため、クランク軸２１は流体継手装置４の入力軸として機能する。
【００１４】
タービン４３は上記ポンプ４２とケーシング４１によって形成された室にポンプ４２と対向して配設されている。このタービン４３は、上記ポンプ４２のポンプシェル４２１と対向して配設された椀状のタービンシェル４３１と、該タービンシェル４３１内に放射状に配設された複数個のランナ４３２とを備えている。タービンシェル４３１は、上記入力軸としての上記クランク軸２１と同一軸線上に配設された出力軸４６にスプライン嵌合されたタービンハブ４７に溶接等の固着手段によって取り付けられている。
【００１５】
図示の実施形態における流体継手装置４は、上記ケーシング４１とタービン４３とを直接伝動連結するためのロックアップクラッチ５０を具備している。ロックアップクラッチ５０は、ケーシング４１とタービン４３との間に配設されケーシング４１との間に外側室４０ａを形成するとともにタービン４３との間に内側室４０ｂを形成するクラッチディスク５１を備えている。このクラッチディスク５１は、内周縁が上記タービンハブ４７の外周に相対回転可能でかつ軸方向に摺動可能に支持されており、その外周部には上記ケーシング４１と対向する面にクラッチフェーシング５２が装着されている。また、クラッチディスク５１の外周部における内側室４０ｂ側には、環状の凹部５３が形成されており、この凹部５３にそれぞれ支持片５４によって支持された複数個のダンパースプリング５５が所定の間隔を置いて配設されている。この複数個のダンパースプリング５５の両側には上記クラッチディスク５１に取り付けられた入力側リテーナ５６が突出して配設されているとともに、各ダンパースプリング５５間には上記タービン４３のタービンシェル４３１に取り付けられた出力側リテーナ５７が突出して配設されている。
【００１６】
図示の実施形態におけるロックアップクラッチ５０は以上のように構成されており、その作動について説明する。
上記内側室４０ｂ側の作動流体の圧力が外側室４０ａの作動流体の圧力より高い場合、即ち後述する作動流体循環手段によって供給される作動流体がポンプ４２とタービン４３とによって形成される作動室４ａから内側室４０ｂを通して外側室４０ａに流れる場合には、上記クラッチディスク５１が図１において左方に押圧されるので、クラッチディスク５１に装着されたクラッチフェーシング５２がケーシング４１に押圧されて摩擦係合する（ロックアップクラッチＯＮ）。従って、ケーシング４１とタービン４３は、クラッチフェーシング５２、クラッチディスク５１、入力側リテーナ５６、ダンパースプリング５５、出力側リテーナ５７を介して直接伝動連結される。一方、上記外側室４０ａの作動流体の圧力が内側室４０ｂ側の作動流体の圧力より高い場合、即ち後述する作動流体循環手段によって供給される作動流体が外側室４０ａから内側室４０ｂを通してポンプ４２とタービン４３とによって形成される作動室４ａに循環する場合には、上記クラッチディスク５１が図１において右方に押圧されるので、クラッチディスク５１に装着されたクラッチフェーシング５２はケーシング４１と摩擦係合せず、従って、ケーシング４１とタービン４３との伝動連結は解除されている。
【００１７】
図示の実施形態における流体継手装置４は後述する作動流体循環手段の流体圧源としての油圧ポンプ６０を具備している。この油圧ポンプ６０は上記流体継手ハウジング４０にボルト６１等の固着手段によって取り付けられポンプハウジング６２に配設されている。この油圧ポンプ６０は、上記ポンプ４２のポンプシェル４２１に取り付けられたポンプハブ４８によって回転駆動されるように構成されている。なお、ポンプハブ４８は上記出力軸４６を包囲するように突出形成されたポンプハウジング６２の筒状支持部６２０に軸受４９０によって回転可能に支持されている。また、図２乃至図４に示すように後述する作動流体循環手段に関連して、出力軸４６に作動流体の通路４６０が設けられているとともに、出力軸４６と筒状支持部６２０との間に作動流体の通路４６１が設けられている。通路４６０は、その一端が出力軸４６の図において左端面に開口し上記外側室４０ａと連通しており、その他端が出力軸４６の外周面に開口する径方向の通路４６２と連通している。また、通路４６１は、上記ポンプ４２とタービン４３とによって形成される作動室４ａと筒状支持部６２０に設けられた連通穴６２１とを連通するように構成されている。
【００１８】
次に、流体継手に作動流体を循環せしめる作動流体循環手段について、図２乃至図４を参照して説明する。
作動流体循環手段は作動流体を収容するリザーブタンク６５を具備しており、該リザーブタンク６５内の作動流体は上記油圧ポンプ６０によって通路６６に吐出される。通路６６に吐出された作動流体は、作動流体の循環経路を制御する電磁方向制御弁６７を介して上記連通穴６２１と連通する通路６８または上記通路４６２と連通する通路６９に供給される。電磁方向制御弁６７が除勢（ＯＦＦ）している図２および図３に示す状態のときには、通路６６に吐出された作動流体は矢印で示すように通路６９、通路４６２、通路４６０、外側室４０ａ、内側室４０ｂ、ポンプ４２とタービン４３とによって形成される作動室４ａ、通路４６１、連通穴６２１、通路６８、戻り通路７０、冷却器７１および通路７２を通してリザーブタンク６５に循環される。作動流体が図２および図３において矢印で示すように循環するときは、外側室４０ａの流体圧が内側室４０ｂの流体圧より高いので、ロックアップクラッチ５０は上述したように摩擦係合しない。一方、電磁方向制御弁６７が付勢（ＯＮ）されると図４で示す状態となり、通路６６に吐出された作動流体は矢印で示すように通路６８、連通穴６２１、通路４６１、ポンプ４２とタービン４３とによって形成される作動室４ａ、内側室４０ｂ、外側室４０ａ、通路４６０、通路４６２、通路６９、戻り通路７０、冷却器７１および通路７２を通してリザーブタンク６５に循環される。作動流体が図４において矢印で示すように循環するときは、内側室４０ｂの流体圧が外側室４０ａの流体圧より高いので、ロックアップクラッチ５０は上述したように摩擦係合する。
【００１９】
図示の実施形態における流体回路には、上記通路６６とリザーブタンク６５を結ぶリリーフ通路７３が設けられており、このリリーフ通路７３にリリーフ弁７４が配設されている。このリリーフ弁７４は、開弁圧がディーゼルエンジン２のアイドリング回転時における上記作動室４ａ内の作動流体の循環力と略等しくなるように設定されている。即ち、リリーフ弁７４の開弁圧は、ディーゼルエンジン２によって駆動されるポンプ４２の回転によって発生する作動流体の遠心力によって生ずる循環力と略等しくなるように設定されている。従って、リリーフ弁７４は流体圧源から送給される作動流体の流体圧を該内燃機関のアイドリング回転時における該作動室内の作動流体の循環力と略等しくなるように調整する作動流体圧調整手段として機能する。
【００２０】
次に、上記摩擦クラッチ８について説明する（図１参照）。
摩擦クラッチ８は、上記流体継手ハウジング４０にボルト８１によって装着されたクラッチハウジング８０内に配設されている。図示の実施形態における摩擦クラッチ８は、上記流体継手の出力軸４６に装着されたクラッチドライブプレート８２と、出力軸４６と同一軸線上に配設された伝動軸８３（図示の実施形態においては、図示しない変速機の入力軸）と、該伝動軸８３にスプライン嵌合されたクラッチハブ８４に取り付けられ外周部にクラッチフェーシング８５が装着されているドリブンプレート８６と、該ドリブンプレート８６をクラッチドライブプレート８２に押圧するプレッシャープレート８７と、該プレッシャープレート８７をクラッチドライブプレート８２に向けて付勢するダイアフラムスプリング８８と、該ダイアフラムスプリング８８の内端部に係合してダイアフラムスプリング８８を中間部を支点８８１として作動するレリーズベアリング８９と、該レリーズベアリング８９を軸方向に作動せしめるクラッチレリーズフォーク９０とを具備している。このように構成された摩擦クラッチ８は、図示の状態においてはダイアフラムスプリング８８のばね力によってプレッシャープレート８７がクラッチドライブプレート８２に向けて押圧されており、従って、ドリブンプレート８６に装着されたクラッチフェーシング８５がクラッチドライブプレート８２に押圧されて流体継手の出力軸４６に伝達された動力がクラッチドライブプレート８２およびドリブンプレート８６を介して伝動軸８３に伝達される。この動力伝達を遮断する場合は、図示しないスレーブシリンダに油圧を供給してクラッチレリーズフォーク９０を作動し、レリーズベアリング８９を図１において左方に移動すると、ダイアフラムスプリング８８が図において２点鎖線で示すように作動せしめられ、プレッシャープレート８７への押圧力を解除することにより、クラッチドライブプレート８２からドリブンプレート８６への動力伝達が遮断される。
【００２１】
図示の実施形態における流体継手装置は以上のように構成されており、以下その作動について説明する。
先ず、ディーゼルエンジン２がアイドリング運転している状態について説明する。この場合、作動流体循環手段の上記電磁方向制御弁６７は除勢（ＯＦＦ）されており、作動流体は上述したように図２において矢印で示す方向に循環せしめられている。
ディーゼルエンジン２のクランク軸２１（入力軸）に発生した駆動力は、ドライブプレート４４を介して流体継手装置４のケーシング４１に伝達され、該ケーシング４１と一体的に構成されているポンプ４２が回転せしめられる。ポンプ４２が回転するとポンプ４２内の作動流体は遠心力によりインペラ４２２に沿って外周に向かって流れる循環力が発生しようとするが、作動流体循環手段により外側室４０ａから内側室４０ｂを通ってポンプ４２とタービン４３とによって形成される作動室４ａに循環する作動流体の流体圧がディーゼルエンジン２のアイドリング回転時における上記循環力と略等しくなるように設定されているので、アイドリング回転までは内側室４０ｂから作動室４ａに流入する作動流体に打ち消されてポンプ４２からタービン４３に向かう循環流が発生しない。即ち、ディーゼルエンジン２がアイドリング回転で運転している状態では、流体継手はトルクを伝達することができない。従って、図示していない変速機の変速ギヤが投入され摩擦クラッチ８が接続された状態、即ち出力軸４６が停止しタービン４３が停止していてもドラッグトルクが発生しないか、発生したとしても極めて小さいものとなる。なお、エンジンのアイドリング回転時に内側室４０ｂから作動室４ａに流入する作動流体が、ポンプ４２の回転によって作動流体がインペラ４２２に沿って外周に向かって流れる循環力を効果的に打ち消すように作用せしめるためには、作動室４ａへの作動流体の入口４ｂは作動流体が図２において矢印で示すようにポンプ４２側に向けて流入する構成にすることが望ましい。
【００２２】
次に、ディーゼルエンジン２がアイドリング回転以上の回転速度で運転され、流体継手によって駆動トルクを伝達する状態について説明する。なお、この場合も作動流体循環手段の上記電磁方向制御弁６７は除勢（ＯＦＦ）されており、作動流体は図３において実線矢印で示す方向に循環せしめられている。
ディーゼルエンジン２のクランク軸２１（入力軸）に発生した駆動力は、上述したようにドライブプレート４４を介して流体継手４のケーシング４１に伝達される。ケーシング４１とポンプ４２のポンプシェル４２１は一体的に構成されているので、上記駆動力によってポンプ４２が回転せしめられる。ポンプ４２が回転するとポンプ４２内の作動流体は遠心力によりインペラ４２２に沿って外周に向かって流れる。このポンプ４２の回転による作動流体の循環力はディーゼルエンジン２がアイドリング回転を越えると、作動流体循環手段により外側室４０ａから内側室４０ｂを通って作動室４ａに流入する作動流体の流体圧より大きくなるので、ポンプ４２のインペラ４２２に沿って外周に向かって流れる作動流体は破線矢印で示すようにタービン４３側に流入する。タービン４３側に流入した作動流体は、中心側に向かって流れ破線矢印で示すようにポンプ４２に戻される。このように、ポンプ４２とタービン４３とによって形成される作動室４ａ内の作動流体がポンプ４２とタービン４３内を循環することにより、ポンプ４２側の駆動トルクが作動流体を介してタービン４３側に伝達される。このとき、作動流体循環手段により外側室４０ａから内側室４０ｂを通って作動室４ａに流入する作動流体は、図３において実線矢印で示すようにポンプ４２側からタービン４３側に流入する作動流体の流れに巻き込まれる形でタービン４３側に流入せしめられる。従って、外側室４０ａから内側室４０ｂを通って作動室４ａに流入する作動流体が作動室４ａ内の充填効率を高めるため、ディーゼルエンジン２がアイドリング回転を越えると伝達トルクが急激に立ち上がる。このようにして、タービン４３側に伝達された駆動力は、タービンシェル４３１およびタービンハブ４７を介して出力軸４６に伝達され、更に上記摩擦クラッチ８を介して図示しない変速機に伝達される。
【００２３】
以上、図示の実施形態における流体継手装置について、ディーゼルエンジン２がアイドリング運転している状態およびアイドリング回転以上の回転速度で運転されている状態について説明したが、スリップ率が零（０）のときのエンジン回転数即ちポンプの回転数に対する伝達トルクとの関係は図５において実線で示すようになる。即ち、図示の実施形態における流体継手装置は、図５において実線で示すようにエンジンがアイドリング回転以下では上述したようにトルクの伝達は無く、アイドリング回転を越えると伝達トルクが急激に上昇する。このように、エンジンがアイドリング回転以下ではトルクの伝達が無いため、摩擦クラッチ８を切らなくとも変速機の変速操作が可能となる。従って、図示の実施形態における流体継手装置を装備した自動車においては、摩擦クラッチ８を接続した状態でクラッチ操作をすることなく、発進ギヤに投入しアクセルペダルを踏み込むことにより発進することができる。
【００２４】
次に、ロックアップクラッチ５０を作動して、ケーシング４１とタービン４３を直結して駆動トルクを伝達する状態について説明する。この場合、作動流体循環手段の上記電磁方向制御弁６７は付勢（ＯＮ）され、作動流体は図４において矢印で示す方向に循環せしめられている。作動流体が図４において矢印で示す方向に循環せしめられている状態においては、上述したように内側室４０ｂ側の圧力が外側室４０ａの圧力より高く、クラッチディスク５１が左方に押圧されるので、クラッチディスク５１に装着されたクラッチフェーシング５２がケーシング４１に押圧されて摩擦係合する（ロックアップクラッチＯＮ）。この結果、ケーシング４１とタービン４３は、クラッチフェーシング５２、クラッチディスク５１、入力側リテーナ５６、ダンパースプリング５５、出力側リテーナ５７を介して直接伝動連結される。従って、ディーゼルエンジン２のクランク軸２１（入力軸）に発生した駆動力は、ドライブプレート４４、ケーシング４１、ロックアップクラッチ５０、タービン４３、タービンハブ４７を介して出力軸４６に伝達され、更に上記摩擦クラッチ８を介して図示しない変速機に伝達される。なお、ロックアップクラッチＯＮ時にロックアップクラッチ５０に作用する作動流体の流体圧は、リリーフ弁７４によってディーゼルエンジン２のアイドリング回転時における上記作動室４ａ内の作動流体の循環力と略等しくなるような値に調整されているので、上記クラッチディスク５１に装着されたクラッチフェーシング５２とケーシング４１とを確実に係合するに必要十分な圧力であるため、ロックアップ効率を向上させることができる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明による流体継手装置は以上のように構成されているので、以下に述べる作用効果を奏する。
【００２６】
即ち、本発明による流体継手装置においては、ポンプとケーシングによって形成された室およびポンプとタービンとによって形成される作動室に作動流体を循環せしめる作動流体循環手段は、流体圧源から送給される作動流体の流体圧を該内燃機関のアイドリング回転時における作動室内の作動流体の循環力と略等しくなるように調整する作動流体圧調整手段を具備したので、アイドリング回転まではポンプとケーシングによって形成された室から作動室に流入する作動流体に打ち消されてポンプからタービンに向かう循環流が発生しない。即ち、内燃機関がアイドリング回転で運転している状態では、流体継手はトルクを伝達することができない。従って、本発明による流体継手装置を自動車に装備した場合には、変速機の変速ギヤが投入され摩擦クラッチが接続された状態、即ち出力軸が停止しタービンが停止していてもドラッグトルクが発生しないか、発生したとしても極めて小さいものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って構成された流体継手装置を装備した駆動装置の一実施形態を示す断面図。
【図２】図１に示す流体継手装置の作動流体循環手段の作動状態を示すもので、内燃機関がアイドリング運転している状態の説明図。
【図３】図１に示す流体継手装置の作動流体循環手段の作動状態を示すもので、ロックアップクラッチＯＦＦ状態の説明図。
【図４】図１に示す流体継手装置の作動流体循環手段の作動状態を示すもので、ロックアップクラッチＯＮ状態の説明図。
【図５】流体継手のスリップ率が零（０）のときのエンジン回転数即ちポンプの回転数に対する伝達トルクとの関係を示す特性図。
【符号の説明】
２：内燃機関
２１：クランク軸
４：流体継手
４０：流体継手ハウジング
４１：ケーシング
４２：ポンプ
４２１：ポンプシェル
４２２：インペラ
４３：タービン
４３１：タービンシェル
４３２：ランナ
４４：ドライブプレート
４５：リングギヤ
４６：出力軸
４７：タービンハブ
４８：ポンプハブ
５０：ロックアップクラッチ
５１：クラッチディスク
５４：支持片
５５：ダンパースプリング
５６：入力側リテーナ
５７：出力側リテーナ
６０：油圧ポンプ
６２：ポンプハウジング
６５：リザーブタンク
６７：電磁方向制御弁
７１：冷却器
７４：リリーフ弁
８：摩擦クラッチ
８０：クラッチハウジング
８２：クラッチドライブプレート
８３：伝動軸
８４：クラッチハブ
８５：クラッチフェーシング
８６：ドリブンプレート
８７：プレッシャープレート
８８：ダイアフラムスプリング
８９：レリーズベアリング
９０：クラッチレリーズフォーク
Claims (3)
- 内燃機関によって駆動される入力軸に連結されたケーシングと、
該ケーシングと対向して配設され該ケーシングに取り付けられたポンプと、
該ポンプと該ケーシングによって形成された室に該ポンプと対向して配設され該入力軸と同一軸線上に配置された出力軸に取り付けられたタービンと、
該ポンプと該ケーシングによって形成された室および該ポンプと該タービンとによって形成される作動室に作動流体を循環せしめる作動流体循環手段と、を具備する流体継手装置において、
該作動流体循環手段は、少なくとも該内燃機関のアイドリング回転時においては、該作動室内を該ポンプから該タービンへ循環する循環流を妨げるように、該タービンの外周外側から該ポンプに向けて該作動室に作動流体を流入させ、かつ、
該作動流体循環手段は、流体圧源から送給される作動流体の流体圧を、該内燃機関のアイドリング回転時において該作動室内を該ポンプから該タービンへ循環する該作動室内の作動流体の循環力と略等しくなるように調整する作動流体圧調整手段を具備することを特徴とする流体継手装置。 - 該作動流体圧調整手段は、流体圧源から送給される作動流体を所定の流体圧に調整するリリーフ弁からなり、該リリーフ弁の開弁圧が該内燃機関のアイドリング回転時における該作動室内の作動流体の循環力と略等しくなるように設定されている、請求項１記載の流体継手装置。
- 該ケーシングと該タービンとの間に配設され該ケーシングとの間に外側室を形成するとともに該タービンとの間に内側室を形成するクラッチディスクを備え、該ケーシングと該タービンとを係合または係合解除するロックアップクラッチを具備する、請求項１又は２記載の流体継手装置。
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