JP4669256B2

JP4669256B2 - トルクコンバータ

Info

Publication number: JP4669256B2
Application number: JP2004279215A
Authority: JP
Inventors: 幸久都築; 孝男福永; 知寛田坂
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Exedy Corp; Aisin Corp
Current assignee: Exedy Corp; Aisin Corp
Priority date: 2004-09-27
Filing date: 2004-09-27
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2024-09-27
Also published as: US7444807B2; US20060064970A1; JP2006090505A

Description

本発明は、自動変速機等の駆動系列内に用いられるトルクコンバータに関し、特に、小型化が可能なトルクコンバータに関する。

トルクコンバータにおいて、自動車やオートバイ等の機器への取付スペースの優位性（居住性、部品取付スペースの確保等）及び製造コストの低減から、小型化（小径化、偏平化）技術の開発が、従来からのテーマである。

トルクコンバータの小型化を達成するための必要な条件の１つとして、トルクコンバータの特性の１つである容量係数Ｃ（入力トルク／入力回転数^２）を速度比ｅ（出力回転数／入力回転数）の全域に渡り向上させる、という条件がある。容量係数の向上は、主に、トルクコンバータにおけるブレード（ポンプブレード、タービンブレード、ステータブレード）形状、トーラス（外郭など）形状の工夫によりなされる。

容量係数を向上させるためのブレード形状の工夫に関し、近年、スーパーコンピュータの普及・パソコン能力の向上に伴い、３次元熱流体解析（Computational Fluid Dynamics；ＣＦＤ）によってトルクコンバータの複雑なブレード形状に適用、解析することにより、成果を上げているという報告例がある（例えば、特許文献２参照）。

特開昭５５−２７５９８号公報特開平２−２７８０５２号公報Ｖ.Ｊ.ジャンダセキ（V.J.Jandasek）著、「３要素１段トルクコンバータの設計（The design of a single-stage three-element torque）」、ＳＡＥテクニカルペーパーズドキュメント（SAE Technical PapersDocument）、（米国）、Ｎｏ．６１０５７６、ｐ．２０８−２０９石原智男、「トルクコンバータ」、東京大学生産技術研究所報告、東京大学生産技術研究所、昭和３０年１１月３０日、第５巻、第７号、ｐ．８５−８６

しかし、パソコンの能力が向上したとはいえ、必要なトルクコンバータ特性を提示し、複雑なトルクコンバータブレード形状を求める所までは、現在の技術では不可能であり、ステータブレード単体での２次元形状に限定した報告例にとどまる。

然るに、設計者が設計したブレード形状の設定技術として、石原智男、Ｖ.Ｊ.ＪＡＮＤＡＳＥＫらの１次元理論（非特許文献１、非特許文献２参照）がベースとなっているケースが多い。この理論によれば、ポンプブレードの出口角度は、−５０°以上に設定されている。その理由は、この角度を越えると、前記１次元理論に基づく仮定が成立しなくなるからである（この理論によれば−６８°が限界）。したがって、ポンプブレードの出口角度を−６８°以下にすることは現実的にはありえなかった。ここで、ポンプブレードの出口角度に係る「−」（マイナス）という表現は、トルクコンバータをエンジン側から見て、エンジン回転軸に対しエンジンの回転方向側に傾いた状態を示したものである。

また、トルクコンバータの小型化にあたって、容量係数を向上させる技術を追求していく過程において、中速度比域（速度比ｅ＝０．３〜０．７）の容量係数が、低速度比域（速度比ｅ＝０〜０．３）の容量係数より大きくなるといった問題が発生していた。このような問題は、自動車等の車両に適用した場合、車両発進時の加速の際（低速度比領域）にエンジン回転数の低下が発生し、加速フィーリングを損なう結果を生じる。これは、中速度比領域で高容量化すると、低速度比域での動作流体の（循環方向の）流速より中速度比域での動作流体の流速の方が大きくなるからである。

一方、近年、３次元形状測定装置の発達やプレス精度の向上から様々な実験が可能となり、複雑な３次元形状のブレードの評価が可能となり、トーラス部の扁平率等を最適化することで、コンバータ内の摩擦損失や衝突損失の低減が可能となっている。発明者らは、従来形状は非現実的とされていたブレード形状のパラメータを変化させることで、トルクコンバータの高効率化を図れることに着目した。

本発明の第１の目的は、小型化が可能なトルクコンバータを提供することである。

本発明の第２の目的は、低速度比領域（車両発進時）の加速フィーリングを向上させることができるトルクコンバータを提供することである。

本発明の一視点においては、アウタシェルとインナコアの間に配されたポンプブレードを有するポンプと、タービンブレードを有するタービンと、ステータと、を備えるトルクコンバータにおいて、前記ポンプブレードの出口角度は、前記ポンプブレードと前記アウタシェルとが当接する地点から前記ポンプブレードと前記インナコアとが当接する地点に渡り−９０°より大きく−６８°以下であり、前記ポンプブレードの形状は、前記ポンプブレードを入口部から出口部にかけて２１等分した場合に、前記入口部から第１の部分乃至、第１６の部分のそれぞれの部分にて前記ポンプの全運動量の１％以上４％以下を分担させ、かつ、前記入口部から第１７の部分乃至第２１の部分のそれぞれの部分にて前記ポンプの全運動量の平均７％以上１５％以下を分担させるように構成されたことを特徴とする。

また、本発明の前記トルクコンバータにおいて、前記ポンプブレードの出口角度は、前記ポンプブレードと前記アウタシェルとが当接する地点から前記ポンプブレードと前記インナコアとが当接する地点に渡り−８０°以上−７５°以下であることが好ましい。

本発明によれば、ポンプ出口側の運動量変化が大きくなり、全体的に容量係数を向上させることができ、トルクコンバータの小型化が可能となる。

本発明によれば、ポンプブレードの出口角度を小さくすることで、トルク比及び効率を維持しながら、速度比の全般において容量係数が向上するが、トルクコンバータに与えるエネルギーに対し、中速度比域にての発生する動作流体の流速が限界となるため、相対的に中速度比領域での容量係数の上昇を抑えることが可能となり、低速度比領域（車両発進時など）の加速フィーリングを向上させることができる。

本発明によれば、トルクコンバータにおける他の重要特性である、ストールトルク比と最高効率には影響を与えない。

本発明の実施形態１について図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施形態１に係るトルクコンバータの構成を模式的に示した断面図である。図２は、本発明の実施形態１に係るトルクコンバータのポンプブレードの構成を示したインナコア当接部側から見たときの断面を模式的に示した図である。図３は、本発明の実施形態１に係るトルクコンバータのポンプブレードを２１等分した場合の各分割部分と運動量分担率の関係を示したグラフである。図４は、本発明の実施形態１に係るトルクコンバータのポンプブレードの２１等分の仕方を示した模式図である。

このトルクコンバータ１は、自動車用に自動変速機（図示せず）とともに用いられるものであり、フロントカバー１０と、ポンプ２０と、タービン３０と、ステータ４０と、ロックアップクラッチ５０と、ダンパ機構６０と、を有する。

フロントカバー１０は、セットブロック１１を介してエンジン（図示せず）に連結される。フロントカバー１０は、深皿状に形成され、ポンプ２０のアウタシェル２２と接合する。なお、図示されていないエンジンは、図１の左側に配されることになる。

ポンプ２０は、ステータ４０から流入した流体をタービン３０に送り込むための機械要素であり、ポンプブレード２１と、アウタシェル２２と、インナコア２３と、ポンプハブ２４と、を有する。ポンプブレード２１は、アウタシェル２２とインナコア２３の間に配される。ポンプブレード２１の詳細については後述する。アウタシェル２２は、円環面がフロントカバー１０の反対側に膨らんだ外郭部材である。アウタシェル２２の外周端部は、フロントカバー１０に連結して溶接一体化されている。アウタシェル２２の内周面側には複数のポンプブレード２１が植設されている。インナコア２３は、ポンプブレード２１の内縁側に取付けられている。ポンプハブ２４は、アウタシェル２２の内周端部に連結して溶接一体化されており、オイルポンプギヤ（図示せず）に連結される。ステータ４０からタービン３０に向って流入する流体は、エンジン駆動時、図１の矢印方向に示すようにしてポンプ２０に流入するようになっている。

タービン３０は、ポンプ２０から送り込まれた流体の運動エネルギーを回転運動にかえ、回転動力を得るための機械要素であり、ポンプ２０に対向して配され、タービンブレード３１と、アウタシェル３２と、インナコア３３と、タービンハブ３４と、を有する。タービンブレード３１は、ポンプ２０と対向させて配設され、アウタシェル３２とインナコア３３の間に配される。タービンブレード３１の端面は、アウタシェル３２とインナコア３３に当接する。アウタシェル３２は、円環面がフロントカバー１０側に膨らんだ部分を有する外郭部材である。アウタシェル３２の内周面側には複数のタービンブレード３１が植設されている。アウタシェル３２は、内周方向に屈曲延長されて、リベット３５によりタービンハブ３４に連結されている。インナコア３３は、タービンブレード３１の内縁側に取付けられている。タービンハブ３４は、その内周のスプラインで自動変速機（図示せず）の入力軸（図示せず）に連結されている。タービンハブ３４は、ダンパ機構６０の構成部材、及びアウタシェル３２とリベット３５により連結一体化されている。

ステータ４０は、タービン３０側からポンプ２０側に流れる流体を整流して還流するための機械要素であり、ポンプ２０とタービン３０の間に配設され、ワンウェイクラッチ４１に支持されている。

ロックアップクラッチ５０は、入力側のポンプ２０と出力側のタービン３０とを両者の回転差が小さいときに直結して動力を伝達する機械要素である。ロックアップクラッチ５０は、ポンプ２０とタービン３０により構成されるトーラス部と軸方向に並べてフロントカバー１０内に配置される。ロックアップクラッチ５０は、ピストン５１の動作により、ダンパ機構６０を介してフロントカバー１０を自動変速機（図示せず）の入力軸（図示せず）に係脱させる。

ダンパ機構６０は、ロックアップクラッチ５０により入力側のポンプ２０と出力側のタービン３０とを直結したときのポンプ２０とタービン３０の回転差を吸収する機械要素である。ダンパ機構６０は、タービン３０とロックアップクラッチ５０の間のスペースに配置されている。ダンパ機構６０は、リベット５２によりロックアップクラッチ５０の構成部材に連結されており、リベット３５によりタービンハブ３４に連結されており、バネ６１によってポンプ２０とタービン３０の回転差（ショック）を吸収する。

次に、実施形態１に係るトルクコンバータのポンプブレードの構成について詳細に説明する。

ポンプブレード２１は、入口部２１ａと、出口部２１ｂと、プレッシャ面２１ｃと、サクション面２１ｄと、アウタシェル当接部２１ｅと、インナコア当接部２１ｆと、を有する（図１及び図２参照）。入口部２１ａは、ステータ４０から流れ込む流体の入口である。出口部２１ｂは、ステータ４０から流れ込んだ流体の出口である。プレッシャ面２１ｃは、入口部２１ａと出口部２１ｂとの間に形成されるとともに、ポンプ２０側からタービン３０側に流体が流れるように圧力を与える面である。サクション面２１ｄは、入口部２１ａと出口部２１ｂとの間に形成されるとともに、流体がポンプ２０側からタービン３０側に流体が流れるように吸引力を与える面であり、プレッシャ面２１ｃの反対側の面である。アウタシェル当接部２１ｅは、アウタシェル２２と当接する境界部分である。インナコア当接部２１ｆは、インナコア２３と当接する境界部分である。

ポンプブレード２１の出口角度は、出口部２１ｂにおけるポンプブレード２１とアウタシェル２２とが当接する地点からポンプブレード２１とインナコア２３とが当接する地点に渡り、−９０°より大きく−６８°以下であり、好ましくは−８０°以上−７５°以下である。ここで、ポンプブレード２１の出口角度とは、プレッシャ面２１ｃとサクション面２１ｄとの中心を入口部２１ａから出口部２１ｂに亘って結ぶキャンバー線（面）Ｃの出口部２１ｂに係る接線（接平面）Ｔと、トルクコンバータ１の回転軸に直交する直線（直平面）Ｌと、がなす角度αをいう（図２参照）。なお、ポンプブレードの出口角度に係る「−」（マイナス）という表現は、トルクコンバータ１をエンジン側（図１の左側）から見て、回転軸に対しエンジンの回転方向側に傾いた状態を示したものである。

ポンプブレード２１の形状は、ポンプブレード２１を入口部２１ａから出口部２１ｂにかけて２１等分した場合に、入口部２１ａから第１の部分乃至、第１６の部分のそれぞれの部分にて前記ポンプの全運動量の１％以上４％以下を分担させ、かつ、前記入口側から第１７の部分乃至、第２１の部分のそれぞれの部分にて前記ポンプの全運動量の平均７％以上１５％以下を分担させるように構成される（図３参照）。ここで、２１等分は、入口部２１ａから出口部２１ｂにかけてアウタシェル当接部２１ｅを２１等分し、入口部２１ａから出口部２１ｂにかけてインナコア当接部２１ｆし、アウタシェル当接部２１ｅで２１等分された分点（分線）と、対応するインナコア当接部２１ｆで２１等分された分点（分線）と、を結ぶ直線（平面）によって分けたものである（図４参照）。よって、ポンプブレード２１は、入口部２１ａから順に、第１の部分、第２の部分、……、第２１の部分のように分けられる。

次に、実施形態１に係るトルクコンバータの特性について、従来例と比較しながら、図面を用いて説明する。図５は、本発明の実施形態１に係るトルクコンバータの特性を説明するためのグラフである。図５では、実線が従来例（ポンプブレードの出口角度が５０°のトルクコンバータ）にかかるものを示し、点線が実施形態１にかかるものを示している。トルクコンバータの特性については、速度比ｅと容量係数Ｃの関係、速度比ｅと効率ηの関係、及び、速度比ｅとトルク比ｔの関係を示している。

速度比の全領域において、トルク比ｔや効率ηについて、実施形態１と従来例には変化がない。一方、容量係数Ｃについて、実施形態１は、従来例と比較して、全般的に容量係数Ｃが向上しており、しかも中速度比領域（ｅ＝０．３〜０．７）において容量係数Ｃの向上が抑えられており、中速度比領域の容量係数Ｃよりも低速度比領域（ｅ＝０〜０．３）の容量係数Ｃの方が高い状態にある。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定される意図はなく、本発明の主旨に沿った形態のトルクコンバータであればどのような形態であってもよい。

実施形態１によれば、ポンプブレードの出口角度を小さくすることで、ポンプ出口側の運動量変化が大きくなり、全体的に容量係数を向上させることができ、トルクコンバータの小型化が可能となる。また、実施形態１によれば、トルク比及び効率を維持しながら、低速度比領域において、車両発進時の加速の際にエンジン回転数の低下が発生せず、加速フィーリングがよくなり、高速度比領域（ｅ＝０．７〜１．０）において、車両の追越加速性、通常走行時の静粛性等の車両動力性能、及び燃費性能が向上する。

本発明の実施形態１に係るトルクコンバータの構成を模式的に示した断面図である。本発明の実施形態１に係るトルクコンバータのポンプブレードの構成を示したインナコア当接部側から見たときの断面を模式的に示した図である。本発明の実施形態１に係るトルクコンバータのポンプブレードを２１等分した場合の各分割部分と運動量分担率の関係を示したグラフである。本発明の実施形態１に係るトルクコンバータのポンプブレードの２１等分の仕方を示した模式図である。本発明の実施形態１に係るトルクコンバータの特性を説明するためのグラフである。

符号の説明

１トルクコンバータ
１０フロントカバー
１１セットブロック
２０ポンプ
２１ポンプブレード
２１ａ入口部
２１ｂ出口部
２１ｃプレッシャ面
２１ｄサクション面
２１ｅアウタシェル当接部
２１ｆインナコア当接部
２２アウタシェル
２３インナコア
２４ポンプハブ
３０タービン
３１タービンブレード
３２アウタシェル
３３インナコア
３４タービンハブ
３５リベット
４０ステータ
４１ワンウェイクラッチ
５０ロックアップクラッチ
５１ピストン
５２リベット
６０ダンパ機構
６１バネ

Claims

アウタシェルとインナコアの間に配されたポンプブレードを有するポンプと、タービンブレードを有するタービンと、ステータと、を備えるトルクコンバータにおいて、
前記ポンプブレードの出口角度は、前記ポンプブレードと前記アウタシェルとが当接する地点から前記ポンプブレードと前記インナコアとが当接する地点に渡り−９０°より大きく−６８°以下であり、
前記ポンプブレードの形状は、前記ポンプブレードを入口部から出口部にかけて２１等分した場合に、前記入口部から第１の部分乃至、第１６の部分のそれぞれの部分にて前記ポンプの全運動量の１％以上４％以下を分担させ、かつ、前記入口部から第１７の部分乃至第２１の部分のそれぞれの部分にて前記ポンプの全運動量の平均７％以上１５％以下を分担させるように構成されたことを特徴とするトルクコンバータ。
前記ポンプブレードの出口角度は、前記ポンプブレードと前記アウタシェルとが当接する地点から前記ポンプブレードと前記インナコアとが当接する地点に渡り−８０°以上−７５°以下であることを特徴とする請求項１記載のトルクコンバータ。