JP5494670B2 - 流体式トルク伝達装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ポンプシェルとポンプブレードとポンプコアとを含むポンプインペラと、タービンシェルとタービンブレードとタービンコアとを含むタービンランナと、ステータブレードを含むと共にタービンランナからポンプインペラへの作動流体の流れを整流するステータとを備えた流体式トルク伝達装置に関する。
従来、この種の流体式トルク伝達装置として、フロントカバーと、フロントカバーに固定されたドーナッツ状の羽根車であるポンプ(ポンプインペラ)と、インペラの羽根と互いに対向する羽根を有するドーナッツ状の羽根車であるタービン(タービンランナ)と、インペラとタービンとの間に回転可能に設けられたステータとを備えたトルクコンバータが知られている。この種のトルクコンバータのポンプインペラおよびタービンランナの外郭形状は一般に互いに対称に形成されるが、ポンプインペラおよびタービンランナの外郭形状が互いに非対称に形成されているようにみえるものもある(例えば、特許文献1参照)。
特開2007−132459号公報
ここで、トルクコンバータといった流体式トルク伝達装置を小型化するために、ポンプインペラおよびタービンランナの外郭形状が対称になっているものを単純に縮小化すると、流体式トルク伝達装置のトルク容量が低下してしまう。また、ポンプインペラおよびタービンランナの外郭形状が対称である場合には、タービンの流路入口に対して流路出口で流路断面積が小さくなって流れの剥離が発生することがあるが、ポンプインペラおよびタービンランナの外郭形状が対称になっているものを縮小化すると、このような剥離の問題が発生が助長されてトルク容量がより低下してしまうおそれがある。一方、上記特許文献1に記載のトルクコンバータのように、ポンプインペラおよびタービンランナの外郭形状が互いに非対称に形成されているようにみえるものもあるが、特許文献1は、外郭形状の設計手法を何ら開示してはおらず、特許文献1の記載からは、ポンプインペラおよびタービンランナを非対称化したことが流体式トルク伝達装置の小型化やトルク容量の確保に寄与するか否か不明であり、仮に寄与していたとしても、具体的な設計手法の開示がない以上、実用上満足し得る流体伝動装置を得ることはできない。このように、トルクコンバータのような流体式トルク伝達装置では、トルク容量の確保と装置の小型化とを両立させることは容易なことではない。
そこで、本発明は、トルク容量の低下を抑制しつつ流体式トルク伝達装置の小型化を図ることを主目的とする。
本発明の流体式トルク伝達装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採っている。
本発明の流体式トルク伝達装置は、
ポンプシェルと該ポンプシェルに取り付けられたポンプブレードと該ポンプブレードに取り付けられたポンプコアとを含むポンプインペラと、タービンシェルと該タービンシェルに取り付けられたタービンブレードと該タービンブレードに取り付けられたタービンコアとを含むタービンランナと、ステータブレードを含むと共に前記タービンランナから前記ポンプインペラへの作動流体の流れを整流するステータとを備えた流体式トルク伝達装置において、
前記タービンランナの流体出口における前記タービンブレードの取付角度は、該タービンランナの流体入口における該タービンブレードの取付角度よりも小さく、
前記タービンランナの前記流体出口で前記タービンブレードの前記タービンシェル側の外郭線と該タービンブレードの前記タービンコア側の内郭線とに内接する内接円の半径は、該タービンランナの流体入口で前記外郭線と前記内郭線とに内接する内接円の半径よりも大きく、
前記タービンブレードの前記外郭線は、前記タービンランナの前記流体出口側で前記ポンプブレードの前記ポンプシェル側の外郭線よりも前記ポンプインペラおよび前記タービンランナの回転軸心の延在方向に膨らんでいることを特徴とする。
この流体式トルク伝達装置では、タービンランナの流体出口におけるタービンブレードの取付角度を小さくしてタービンランナの流体出口から流出する作動流体をステータのステータブレードに当たりやすくすることで、トルクコンバータにおけるトルク増幅性能、特に車両の発進時におけるトルク増幅性能を向上させている。そして、この流体式トルク伝達装置では、タービンランナの流体出口でタービンブレードのタービンシェル側の外郭線とタービンコア側の内郭線とに内接する内接円の半径をタービンランナの流体入口で外郭線と内郭線とに内接する内接円の半径よりも大きくすると共に、タービンブレードの外郭線をタービンランナの流体出口側でポンプブレードのポンプシェル側の外郭線よりもポンプインペラおよびタービンランナの回転軸心の延在方向に膨らませており、これにより、この流体式トルク伝達装置は、ポンプインペラとタービンランナとが非対称化された非対称構造を有し、ポンプインペラ、タービンランナおよびステータにより非対称なトーラス(環状流路)が形成される。このような構成により、タービンランナの流体出口側の領域で互いに隣り合うタービンブレード間に画成される流路の断面積を充分に確保し、タービンランナの流体入口から流体出口までにおける流路断面積の変化幅を小さくすることができる。従って、タービンランナの流体出口におけるタービンブレードの取付角度を小さくしたことに伴うタービンランナの流体出口付近で互いに隣り合うタービンブレード間に画成される流路の断面積の低下、タービンランナの流体出口付近で流れの剥離、トルク容量の低下を抑制しつつ、必要以上にタービンランナを膨らませないようにして流体式トルク伝達装置を小型化することが可能となる。
また、前記流体式トルク伝達装置において、互いに対向する前記ポンプブレードの出口外周端と前記タービンブレードの入口外周端との間の中央と前記ポンプインペラおよび前記タービンランナの回転軸心とを通ると共に該回転軸心と直交する装置中心線から該タービンブレードの前記回転軸心の延在方向に最も遠い最遠部までの長さが前記装置中心線から該ポンプブレードの前記回転軸心の延在方向に最も遠い最遠部までの長さよりも長くなるように構成されてもよい。これにより、タービンランナの流体出口側の領域でタービンブレードの外郭線をポンプブレードの外郭線よりも回転軸心の延在方向により適正に膨らませて、タービンランナの流体入口から流体出口までにおける流路断面積の変化幅をできるだけ小さくすることが可能となる。
更に、前記タービンブレードの前記外郭線は、前記流体出口外周端と前記流体入口外周端とが対向する状態で前記タービンブレードを前記装置中心線と前記回転軸心とを含む平面に投影したときの該タービンブレードの投影像における前記タービンシェル側の外縁であってもよく、前記タービンブレードの前記内郭線は、該タービンブレードを前記平面に投影したときの前記投影像における前記タービンコア側の内縁であってもよく、前記ポンプブレードの前記外郭線は、該ポンプブレードを前記平面に投影したときの該ポンプブレードの投影像における前記ポンプシェル側の外縁であってもよい。
また、前記ポンプインペラの流体入口における前記ポンプブレードの取付角度と該ポンプインペラの流体出口における該ポンプブレードの取付角度との差は、前記タービンランナの流体入口における前記タービンブレードの取付角度と該タービンランナの流体出口における該タービンブレードの取付角度との差よりも小さくてもよい。すなわち、ポンプインペラは、タービンランナからの作動流体をくみ上げて再度タービンランナに供給するものであるから、ポンプブレードの取付角度をタービンブレードの取付角度のように小さくする必要はない。従って、ポンプインペラの流体入口におけるポンプブレードの取付角度と流体出口におけるポンプブレードの取付角度との差をタービンランナの流体入口におけるタービンブレードの取付角度と流体出口におけるタービンブレードの取付角度との差よりも小さくすれば、互いに隣り合うポンプブレード間に画成される流路の断面積の変化幅をより小さくすることができるので、ポンプインペラをタービンランナのように膨らませる必要がなくなり、それにより流体式トルク伝達装置をより一層小型化することが可能となる。
更に、前記タービンブレードの前記外郭線は、前記ポンプブレードの前記外郭線と対称をなす対称領域と該ポンプブレードの該外郭線と対称をなさない非対称領域とを有してもよく、前記対称領域は、前記タービンブレードの流体入口外周端を含んでもよく、前記非対称領域は、前記タービンブレードの流体出口内周端を含んでもよい。これにより、ポンプインペラからタービンランナへの作動流体の流入をスムースなものとしてトルクの伝達ロスを低減することが可能となる。
また、前記出口外周端と前記入口外周端とが対向する状態で前記ポンプブレードおよび前記タービンブレードを前記装置中心線と前記ポンプインペラおよび前記タービンランナの前記回転軸心とを含む平面に投影したときに、前記ポンプブレードの投影像と前記タービンブレードの投影像とは、前記ポンプシェル側または前記タービンシェル側の外縁部に曲率変化点をそれぞれ少なくとも一つ含んでもよく、前記タービンブレードの投影像における最外周側の曲率変化点から一定の曲率をもって延びる前記タービンシェル側の外縁部である投影タービン外縁部は、前記ポンプブレードの投影像における最外周側の曲率変化点から一定の曲率をもって延びる前記ポンプシェル側の外縁部である投影ポンプ外縁部に比べて小さい曲率半径を有してもよく、前記投影タービン外縁部の曲率中心は、前記投影ポンプ外縁部の曲率中心よりも前記回転軸心側に位置してもよい。これにより、装置中心線からタービンブレードの回転軸心の延在方向に最も遠い最遠部までの長さを装置中心線からポンプブレードの回転軸心の延在方向に最も遠い最遠部までの長さよりも長くすることが可能となる。そして、タービンランナの互いに隣り合うタービンブレード間に画成される流路の断面積をタービン入口とタービン出口との間の中央部において充分に確保することができるので、当該流路の中央部における流れの剥離の発生を抑制し、トルクの伝達ロスを低減することが可能となる。
更に、前記タービンブレードの投影像における外周側からn番目(ただし“n”は値2以上の整数である)の曲率変化点からn+1番目の曲率変化点または前記タービンブレードの投影像における流体出口内周端までの前記タービンシェル側の外縁部である第n投影タービン外縁部は、前記ポンプブレードの投影像における外周側からn番目の曲率変化点からn+1番目の曲率変化点または前記ポンプブレードの投影像における入口内周端までの前記ポンプシェル側の外縁部である第n投影ポンプ外縁部に比べて小さい曲率半径を有してもよく、前記第n投影タービン外縁部の曲率中心は、前記第n投影ポンプ外縁部の曲率中心よりも前記回転軸心側に位置してもよい。これにより、タービンランナの互いに隣り合うタービンブレード間に画成される流路の断面積がタービン出口に向かうにつれて減少するのを抑制することができるので、当該流路のタービン出口側における流れの剥離の発生を抑制し、トルクの伝達ロスを低減することが可能となる。
そして、前記流体式トルク伝達装置は、前記ポンプブレードおよび前記タービンブレードの回転半径と前記ステータブレードの外周端の回転半径との差は、前記ポンプブレードおよび前記タービンブレードの回転半径と前記ステータブレードの内周端の回転半径との差の2分の1よりも小さくてもよい。これにより、タービンランナの互いに隣り合うタービンブレード間に画成される流路のタービン出口側における断面積をより大きくすることが可能となる。
本発明の実施例に係る流体式トルク伝達装置としてのトルクコンバータ1の概略構成図である。 タービンブレードの取付角度を説明する説明図である。 トルクコンバータ1の構成を説明するための模式図である。 トルクコンバータ1の構成を説明するための模式図である。 実施例のトルクコンバータ1、従来例のトルクコンバータおよび比較例のトルクコンバータに含まれるポンプインペラの互いに隣り合うポンプブレード間に画成される流路の断面積を示すグラフである。 実施例のトルクコンバータ1、従来例のトルクコンバータおよび比較例のトルクコンバータに含まれるタービンランナの互いに隣り合うタービンブレード間に画成される流路の断面積を示すグラフである。 ポンプインペラとタービンランナとの速度比eと、実施例のトルクコンバータ1、従来例のトルクコンバータおよび比較例のトルクコンバータの容量係数Cとの関係を示すグラフである。
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
図1は、本発明の実施例に係る流体式トルク伝達装置としてのトルクコンバータ1の概略構成図である。同図に示すトルクコンバータ1は、エンジンを備えた車両に適用されるものであり、図1に示されるように、フロントカバー(入力部材)2、ポンプインペラ(流体伝動要素)3、タービンランナ(流体伝動要素)4、タービンハブ(出力部材)5、ステータ6、ダンパユニット7およびロックアップクラッチ機構8を含む。フロントカバー2には、図示されないエンジンの回転軸が固定される。また、タービンハブ5には、図示されない自動変速機(AT)あるいは無段変速機(CVT)のインプットシャフト(図示省略)が固定(スプライン嵌合)される。
ポンプインペラ3は、ポンプシェル30と、ポンプシェル30の内面に取り付けられた(固定された)複数のポンプブレード31と、ポンプブレード31の内縁に取り付けられた(固定された)ポンプコア32とを有し、ポンプシェル30は、フロントカバー2に密に固定される。タービンランナ4は、タービンシェル40と、タービンシェル40の内面に取り付けられた(固定された)複数のタービンブレード41と、タービンブレード41の内縁に取り付けられた(固定された)タービンコア42とを有し、タービンシェル40はタービンハブ5に固定される。フロントカバー2側のポンプインペラ3と、タービンハブ5側のタービンランナ4とは互いに対向し合い、両者の間には、フロントカバー2と同軸に回転可能な複数のステータブレード61を有するステータ6が配置される。ステータ6は、その回転方向を一方向のみに設定するワンウェイクラッチ60を有している。これらのポンプインペラ3、タービンランナ4およびステータ6は、作動油(作動流体)を循環させるトーラス(環状流路)を形成し、ステータ6は、タービンランナ4の流体出口であるタービン出口からポンプインペラの流体入口であるポンプ入口への作動油の流れを整流する。ダンパユニット7は、それぞれ複数のスプリング71,72を有し、タービンシェル40と共にタービンハブ5に固定される。ロックアップクラッチ機構8は、ロックアップピストン80とその表面に貼着された摩擦板81とを含む。
このように構成されるトルクコンバータ1では、図示されないエンジンが作動されてフロントカバー2およびポンプインペラ3が回転すると、ポンプインペラ3の外周側のポンプ出口からタービンランナ4の外周側のタービン入口への作動油の流れによりタービンランナ4が引きずられるようにして回転し始め、エンジンからの動力は、タービンランナ4(作動油)を介してフロントカバー2からタービンハブ5に伝達される。また、ステータ6は、ポンプインペラ3とタービンランナ4との回転速度差が大きい時に、作動油の流れをポンプインペラ3の回転を助ける方向に変換する。これにより、トルクコンバータ1は、ポンプインペラ3とタービンランナ4との回転速度差が大きい時には、トルク増幅機として作動し、両者の回転速度差が小さくなると、ステータ6がワンウェイクラッチ60を介して空転することにより流体継手として作動する。そして、車両の発進後、所定の条件が満たされると(例えば、車速が所定値に達すると)、ロックアップクラッチ機構8が作動させられ、エンジンからフロントカバー2に伝えられた動力が、出力部材としてのタービンハブ5に直接伝達されるようになり、それにより、エンジンと変速機の入力軸とが機械的に直結される。また、フロントカバー2からタービンハブ5に伝達されるトルクの変動は、ダンパユニット7によって吸収される。
ここで、実施例のトルクコンバータ1では、予期せぬ共振の発生を抑制すべくポンプインペラ3のポンプブレード31の数とタービンランナ4のタービンブレード41の数とを異ならせている(例えば、作動油の掻き出し量を増やすためにポンプブレード31の数がタービンブレード41の数よりも若干多めに定められる)。また、タービンシェル40に対する各タービンブレード41の取付角度(ブレードに流入した直後の流れの角度)はポンプシェル30に対する各ポンプブレード31の取付角度よりも小さく(ねかせ気味に)定められており、各タービンブレード41には捩りが付与されている。また、実施例では、ポンプ入口におけるポンプブレード31の取付角度とポンプ出口におけるポンプブレード31の取付角度との差が、タービン入口におけるタービンブレード41の取付角度とタービン出口におけるタービンブレード41の取付角度との差よりも小さく定められている。更に、ポンプインペラ3におけるポンプブレード31の取付角度の平均値(ポンプ入口から出口までの平均値)は、タービンランナ4におけるタービンブレード41の取付角度の平均値(ポンプ入口から出口までの平均値)よりも大きく定められている。
なお、タービンブレードの取付角度は、図2に示すようにして求めることができる。すなわち、タービン入口(流体入口)における取付角度(θin)は、
θin=(θin1+θin2)/2
として表される。ただし、θin1は、Y方向の垂線に対してタービンブレード入口端点からの接線がなす角度であり、θin2は、タービンブレード入口端点と隣接するブレード外郭線に接する内接円を描いた際に、隣接するブレードと当該内接円との接点に対する接線がY方向の垂線に対してなす角である。また、タービン出口(流体出口)の取付角度(θout)は、
θout=(θout1+θout2)/2
として表される。ただし、θout1は、Y方向の垂線に対してタービンブレード出口端点からの接線がなす角度であり、θout2は、タービンブレード出口端点と隣接するブレード外郭線に接する内接円を描いた際に、隣接するブレードと前記内接円との接点に対する接線がY方向の垂線に対してなす角である。そして、タービン出口におけるタービンブレードの取付角度が、タービン入口におけるタービンブレードの取付角度よりも小さいということは、θoutの絶対値がθinの絶対値よりも小さいということを意味する。
更に、実施例では、タービンランナ4の流体出口から流出する作動油がステータ6のステータブレード61に当たりやすくなるように、タービンランナ4の流体出口であるタービン出口における各タービンブレード41の取付角度がタービンランナ4の流体入口であるタービン入口における各タービンブレード41の取付角度よりも小さく定められている。そして、ポンプインペラ3とタービンランナ4とは、従来のトルクコンバータに比べて若干小径化されると共に、従来のトルクコンバータに比べて偏平化されたトーラスを構成するように形成されており、それにより、実施例のトルクコンバータ1は全体にコンパクト化されると共にダンパユニット7の搭載スペースが充分に確保される。ただし、このようにタービン出口における各タービンブレード41の取付角度を小さくすると共にポンプインペラ3およびタービンランナ4を偏平化、小径化すると、タービン出口付近で互いに隣り合うタービンブレード41間に画成される流路の断面積が小さくなってしまい、トルク容量の低下を招くばかりか、場合によってはタービン出口付近で流れの剥離が発生してしまうおそれがある。
このため、実施例のトルクコンバータ1を構成するタービンランナ4は、図3に示すように、タービン出口(流体出口)でタービンブレード41のタービンシェル40側の外郭線41coとタービンコア42側の内郭線41ci(内郭線41ciの内周端)とに内接する内接円ICoの半径roがタービン入口(流体入口)で外郭線41coと内郭線41ci(内郭線41ciの外周端)とに内接する内接円ICiの半径riよりも大きくなると共に、タービンブレード41の外郭線41coがタービン出口側でポンプブレード31のポンプシェル30側の外郭線31coよりもポンプインペラ3およびタービンランナ4の回転軸心ACの延在方向に膨らむように構成される。すなわち、実施例のトルクコンバータ1は、ポンプインペラ3とタービンランナ4とが非対称化された非対称構造を有する。
また、図3に示すように、何れかのポンプブレード31の出口外周端31oと何れかのタービンブレード41の入口外周端41iとが対向するときに出口外周端31oと入口外周端41iとの間の中点(中央)と回転軸心ACとを通ると共に当該回転軸心ACと直交する直線を「装置中心線CC」と規定する。装置中心線CCをこのように規定すれば、タービンブレード41の外郭線41coは、出口外周端31oと入口外周端41iとが対向する状態でタービンブレード41を装置中心線CCと回転軸心ACとを含む平面に投影したときのタービンブレード41の投影像におけるタービンシェル40側の外縁となる。また、タービンブレードの内郭線41ciは、タービンブレード41を装置中心線CCと回転軸心ACとを含む平面に投影したときのタービンブレード41の投影像におけるタービンコア42側の内縁となる。更に、ポンプブレード31の外郭線31coは、ポンプブレード31を装置中心線CCと回転軸心ACとを含む平面に投影したときのポンプブレード31の投影像におけるポンプシェル30側の外縁となる。
実施例では、図3に示すように、装置中心線CCからそれに対応したタービンブレード41の回転軸心ACの延在方向に最も遠い最遠点(最遠部)41xまでの長さdtを装置中心線CCからそれに対応したポンプブレード31の回転軸心ACの延在方向に最も遠い最遠点(最遠部)31xまでの長さdpよりも長くすることで、タービンブレード41の外郭線41coをタービン出口側でポンプブレード31のポンプシェル30側の外郭線31coよりも回転軸心ACの延在方向に膨らむようにしている。また、出口外周端31oと入口外周端41iとの間の中点を含むと共に回転軸心ACと直交する平面を装置中心面PCと規定すれば、装置中心面PCから各タービンブレード41の最遠点41xまでの距離(=dt)が装置中心面PCから各ポンプブレード31の最遠点31xまでの距離(=dp)よりも長くなり、装置中心面PCからタービンシェル40の内面の最深部までの距離(=dt)が装置中心面PCからポンプシェル30の内面の最深部までの距離(=dp)よりも長くなる。
すなわち、実施例のトルクコンバータ1に含まれるタービンランナ4は、ポンプインペラ3と概ね対称をなすように構成された場合(図3における二点鎖線参照)に比べて、タービン入口とタービン出口との間の中央部付近からタービン出口にかけて回転軸心ACの延在方向かつ外方に拡大(延出)されており、それにより、トルクコンバータ1は装置中心線CC(装置中心面PC)に関して非対称なトーラスを有する。加えて、実施例のトルクコンバータ1では、図3に示すように、ポンプブレード31およびタービンブレード41の回転半径Rtpとステータブレード61の外周端の回転半径Rsoとの差(Rtp−Rso)がポンプブレード31およびタービンブレード41の回転半径Rtpとステータブレード61の内周端の回転半径Rsiとの差(Rtp−Rsi)の2分の1よりも小さくなるようにポンプインペラ3、タービンランナ4およびステータ6の寸法等が定められている。
図4を参照しながら実施例のトルクコンバータ1について更に詳細に説明すると、同図に示すように、出口外周端31oと入口外周端41iとが対向している一対のポンプブレード31とタービンブレード41とを装置中心線CCとポンプインペラ3およびタービンランナ4の回転軸心ACとを含む平面に投影したときに、実施例のポンプブレード31の投影像はポンプシェル30側の外縁部に3つの曲率変化点Cp1,Cp2およびCp3を含み、実施例のタービンブレード41の投影像はタービンシェル40側の外縁部に2つの曲率変化点Ct1およびCt2を含む。従って、回転軸心ACを含む平面でポンプシェル30を切ったときのポンプシェル30の断面(シェル内周)には、上記曲率変化点Cp1,Cp2およびCp3に対応した3つの曲率変化点が含まれ、回転軸心ACを含む平面でタービンシェル40を切ったときのタービンシェル40の断面(シェル内周)には、上記曲率変化点Ct1およびCt2に対応した2つの曲率変化点が含まれることになる。
そして、実施例では、タービンブレード41の投影像における入口外周端41iから最外周側の曲率変化点Ct1までのタービンシェル40側の外縁部である第0投影タービン外縁部Et0の曲率半径rt0と、ポンプブレード31の投影像における出口外周端31oから最外周側の曲率変化点Cp1までのポンプシェル30側の外縁部である第0投影ポンプ外縁部Ep0の曲率半径rp0とが同一の値とされており、両者の曲率中心Ot0,Op0も一致している。従って、回転軸心ACを含む平面でタービンシェル40を切ったときのタービンシェル40の断面の上記入口外周端41iに対応した点から上記曲率変化点Ct1に対応した点までのシェル内周の曲率半径と、回転軸心ACを含む平面でポンプシェル30を切ったときのポンプシェル30の断面の上記出口外周端31oに対応した点から上記曲率変化点Cp1に対応した点までのシェル内周の曲率半径とは互いに同一となる。すなわち、図3に示すように、タービンブレード41の外郭線41coは、ポンプブレード31の外郭線31coと対称をなす対称領域とポンプブレード31の外郭線31coと対称をなさない非対称領域とを有し、対称領域には、タービンブレード41の入口外周端41iが含まれ、非対称領域には、タービンブレード41の出口内周端41oが含まれる。なお、本発明における「最外周側の曲率変化点」には、例えばブレードとシェルとを互いに(密に)接合する観点から設けられるものは含まれない。
また、タービンブレード41の投影像における最外周側の曲率変化点Ct1から外周側から2番目の曲率変化点Ct2までのタービンシェル40側の外縁部である第1投影タービン外縁部Et1の曲率半径rt1は、ポンプブレード31の投影像における最外周側の曲率変化点Cp1から外周側から2番目の曲率変化点Cp2までのポンプシェル30側の外縁部である第1投影ポンプ外縁部Ep1の曲率半径rp1よりも小さく、第1投影タービン外縁部Et1の曲率中心Ot1は、第1投影ポンプ外縁部Ep1の曲率中心Op1よりも回転軸心AC側に位置している。更に、タービンブレード41の投影像における外周側から2番目の曲率変化点Ct2から当該投影像における出口内周端41oまでのシェル側の外縁部である第2投影タービン外縁部Et2の曲率半径rt2は、ポンプブレード31の投影像における外周側から2番目の曲率変化点Cp2から3番目の曲率変化点Cp3までのシェル側の外縁部である第2投影ポンプ外縁部Ep2の曲率半径rp2よりも小さく、第2投影タービン外縁部Et2の曲率中心Ot2は、第2投影ポンプ外縁部Ep2の曲率中心Op2よりも回転軸心AC側に位置している。
すなわち、実施例のトルクコンバータ1において、タービンブレード41の投影像における外周側からn番目(ただし“n”は値1以上の整数である)の曲率変化点Ctnからn+1番目の曲率変化点Ctn+1またはタービンブレード41の投影像における出口内周端41oまでのシェル側の外縁部である第n投影タービン外縁部Etnは、ポンプブレード31の投影像における外周側からn番目の曲率変化点Cpnからn+1番目の曲率変化点Cpn+1またはポンプブレード31の投影像における入口内周端31iまでのシェル側の外縁部である第n投影ポンプ外縁部Epnに比べて小さい曲率半径を有し、第n投影タービン外縁部Etnの曲率中心Otnは、第n投影ポンプ外縁部Epnの曲率中心Opnよりも回転軸心AC側に位置する。これにより、装置中心線CCからそれに対応したタービンブレード41の回転軸心ACの延在方向に最も遠い最遠点41xまでの長さdtを装置中心線CCからそれに対応したポンプブレード31の回転軸心ACの延在方向に最も遠い最遠点31xまでの長さdpよりも長くすることが可能となる。また、回転軸心ACを含む平面でタービンシェル40を切ったときのタービンシェル40の断面の上記n番目の曲率変化点Ctnに対応した点からn+1番目の曲率変化点Ctn+1またはタービンブレード41の投影像における出口内周端41oに対応した点までのシェル内周の曲率半径は、回転軸心ACを含む平面でポンプシェル30を切ったときのポンプシェル30の断面の上記n番目の曲率変化点Cpnに対応した点からn+1番目の曲率変化点Cpn+1またはポンプブレード31の投影像における入口内周端31iに対応した点までのシェル内周の曲率半径よりも小さくなる。更に、回転軸心ACを含む平面でタービンシェル40を切ったときのタービンシェル40の断面の曲率変化点Ctnに対応した点からn+1番目の曲率変化点Ctn+1または出口内周端41oに対応した点までのシェル内周の曲率中心は、回転軸心ACを含む平面でポンプシェル30を切ったときのポンプシェル30の断面の曲率変化点Cpnに対応した点からn+1番目の曲率変化点Cpn+1または出口内周端41oに対応した点までのシェル内周の曲率中心よりも回転軸心AC側に位置することになる。
なお、実施例のトルクコンバータ1では、タービンブレード41の投影像における外周側から2番目(最内周側)の曲率変化点Ct2から当該投影像における出口内周端41oまでのシェル側の外縁部である第2投影タービン外縁部Et2の曲率半径rt2が、ポンプブレード31の投影像における外周側から3番目(最内周側)の曲率変化点Cp3から当該投影像における入口内周端31iまでのシェル側の外縁部である第3投影ポンプ外縁部Ep3の曲率半径rp3よりも小さく、第2投影タービン外縁部Et2の曲率中心Ot2は、第3投影ポンプ外縁部Ep3の曲率中心Op3よりも回転軸心AC側に位置している。これにより、タービンランナ4の互いに隣り合うタービンブレード41間に画成される流路のタービン出口側における断面積をより大きくすることが可能となる。
図5は、上述のように構成された実施例のトルクコンバータ1、従来例のトルクコンバータおよび比較例のトルクコンバータに含まれるポンプインペラの互いに隣り合うポンプブレード間に画成される流路の断面積を示すグラフであり、図6は、実施例のトルクコンバータ1、従来例のトルクコンバータおよび比較例のトルクコンバータに含まれるタービンランナの互いに隣り合うタービンブレード間に画成される流路の断面積を示すグラフである。なお、図5の横軸は、ポンプ入口からの流路長Lpのポンプ入口からポンプ出口までの総流路長Lp0に対する比Lp/Lp0を示し、図6の横軸は、タービン入口からの流路長Ltのタービン入口からタービン出口までの総流路長Lt0に対する比Lt/Lt0を示す。ここで、従来例のトルクコンバータは、上記ポンプインペラ3に比べて若干外径が大きく、かつ偏平度の低いポンプインペラと、このポンプインペラと概ね対称を成すように構成されたタービンランナとを含むものである。また、比較例のトルクコンバータは、上記ポンプインペラ3と同一のポンプインペラと、このポンプインペラと概ね対称を成すように構成されたタービンランナとを含むものである。
図5からわかるように、従来例のトルクコンバータに含まれるポンプインペラは、外径が若干大きくかつ偏平度が低いことから、実施例や比較例のトルクコンバータに含まれるポンプインペラに比べて互いに隣り合うポンプブレード間に画成される流路の断面積がポンプ入口からポンプ出口までの全域で大きくなっている。そして、実施例のトルクコンバータ1、従来例のトルクコンバータおよび比較例のトルクコンバータの何れにおいても、ポンプインペラの互いに隣り合うポンプブレード間に画成される流路の断面積は、ポンプ入口からポンプ出口にかけて概ね一定となる。
これに対して、図6からわかるように、従前の設計手法に従って製造された従来例や比較例のタービンランナでは、基本的に、タービン入口からタービン出口に向かうにつれて互いに隣り合うタービンブレード間に画成される流路の断面積が小さくなる。これに対して、実施例のトルクコンバータ1に含まれるタービンランナでは、互いに隣り合うタービンブレード間に画成される流路の断面積のタービン入口からタービン出口までにおける変化幅が他に比べて小さくなっており、タービン入口からタービン出口までの中央付近からタービン出口までの領域では、従来例と概ね同様の流路断面積が確保されている。従って、実施例のトルクコンバータ1では、タービン入口からタービン出口までの流路の中央部(図3において破線で囲まれた領域)における流れの剥離の発生や、当該流路のタービン出口側における流れの剥離の発生を抑制し、トルクの伝達ロスを低減することが可能となる。
図7に、ポンプインペラとタービンランナとの速度比eと、実施例のトルクコンバータ1、従来例のトルクコンバータおよび比較例のトルクコンバータの容量係数Cとの関係を示す。同図において、実施例および比較例のトルクコンバータの容量係数Cは、従来例のトルクコンバータの容量係数Cを値1としたときの換算値として示される。同図からわかるように、ポンプインペラおよびタービンランナを単純に偏平化(および小径化)しただけでは、トルク容量の低下を免れることができないが(比較例参照)、上記実施例のように、タービンランナの特にタービン入口とタービン出口との間の中央部付近からタービン出口までの領域をトルクコンバータの回転軸心の延在方向かつ外方に拡大(延出)してトーラスを非対称化することにより、従来のトルクコンバータを上回る性能(トルク容量)を得ることができる。
以上説明したように、実施例のトルクコンバータ1では、タービンランナ4の流体出口であるタービン出口におけるタービンブレード41の取付角度がタービンランナ4の流体入口であるタービン入口におけるタービンブレード41の取付角度よりも小さくされている。そして、タービン出口でタービンブレード41のタービンシェル40側の外郭線41coとタービンコア42側の内郭線41ciとに内接する内接円ICoの半径roがタービン入口で外郭線41coと内郭線41ciとに内接する内接円ICiの半径riよりも大きくなっており、タービンブレード41の外郭線41coは、タービン出口側でポンプブレード31のポンプシェル30側の外郭線31coよりも回転軸心ACの延在方向に膨らんでいる。
このように、タービン出口におけるタービンブレード41の取付角度をタービン入口におけるタービンブレード41の取付角度よりも小さくすることで、タービンランナ4から流出する作動油がステータ6のステータブレード61に当たりやすくなるようにしてトルク増幅性能を向上させることができる。そして、タービン出口でタービンブレード41の外郭線41coと内郭線41ciとに内接する内接円ICoの半径roをタービン入口で外郭線41coと内郭線41ciとに内接する内接円ICiの半径riよりも大きくすると共に、タービンブレード41の外郭線41coをタービン出口側でポンプブレード31のポンプシェル30側の外郭線31coよりも回転軸心ACの延在方向に膨らませることで、タービン出口におけるタービンブレード41の取付角度を小さくすると共にトーラスを偏平化しても、タービン出口側の領域で互いに隣り合うタービンブレード41間に画成される流路の断面積を充分に確保し、タービン入口からタービン出口までにおける流路断面積の変化幅を小さくすることができる。これにより、実施例のトルクコンバータ1では、トルク容量の低下を抑制すると共にタービン出口付近での流れの剥離を抑制しながらトルク増幅性能を向上させつつ装置全体の小型化を図ることが可能となる。
そして、上記実施例のトルクコンバータ1は、例えば車速がおよそ10km/hと極く低速でロックアップクラッチ機構8によるロックアップが実行される車両に極めて好適なものである。すなわち、このような車両にトルク容量の低下を抑制すると共にトルク増幅性能を向上させることができるトルクコンバータ1を搭載すれば、要求されるトルク容量が小さくなることで、トルク増幅性能を確保可能な範囲内でポンプブレード31およびタービンブレード41の回転半径Rtpをダンパユニット7の回転半径Rdp(図1参照)に対して大幅に小さくすることが可能となり、それによりトルクコンバータ1の全体ひいてはトランスミッション全体をより小型化することができる。
また、一対のポンプブレード31とタービンブレード41に関して、装置中心線CCからタービンブレード41の回転軸心ACの延在方向に最も遠い最遠点41xまでの長さdtを装置中心線CCからポンプブレード31の回転軸心ACの延在方向に最も遠い最遠点31xまでの長さdpよりも長くすれば、トーラスすなわちポンプインペラ3やタービンランナ4を偏平化、小径化し、タービンブレード41の取付角度をポンプブレード31に比べてねかせたとしても、タービン出口側の領域でタービンブレード41の外郭線41coをポンプブレード31の外郭線31coよりも回転軸心ACの延在方向により適正に膨らませて、タービン入口からタービン出口までにおける流路断面積の変化幅をできるだけ小さくすることが可能となる。
更に、ポンプインペラ3は、タービンランナ4からの作動油をくみ上げて再度タービンランナ4に供給するものであるから、ポンプブレード31の取付角度をタービンブレード41の取付角度のように小さくする必要はない。従って、ポンプ入口におけるポンプブレード31の取付角度とポンプ出口におけるポンプブレード31の取付角度との差をタービン入口におけるタービンブレード41の取付角度とタービン出口におけるタービンブレード41の取付角度との差よりも小さくすれば、互いに隣り合うポンプブレード31間に画成される流路の断面積の変化幅をより小さくすることができるので、ポンプインペラ3をタービンランナ4のように膨らませる必要がなくなり、それによりトルクコンバータ1をより一層小型化することが可能となる。
また、実施例のトルクコンバータ1では、ポンプブレード31の出口外周端31oとタービンブレード41の入口外周端41iとが対向する状態で当該ポンプブレード31および当該タービンブレード41を装置中心線CCとポンプインペラ3およびタービンランナ4の回転軸心ACとを含む平面に投影したときに、タービンブレード41の投影像における最外周側の曲率変化点Ct1から一定の曲率をもって延びるタービンシェル40側の外縁部である第1投影タービン外縁部Et1が、ポンプブレード31の投影像における最外周側の曲率変化点Cp1から一定の曲率をもって延びるポンプシェル30側の外縁部である第1投影ポンプ外縁部Ep1に比べて小さい曲率半径を有しており(rt1<rp1)、第1投影タービン外縁部Et1の曲率中心Ot1が第1投影ポンプ外縁部Ep1の曲率中心Op1よりも回転軸心AC側に位置している。これにより、装置中心線CCからタービンブレード41の回転軸心ACの延在方向に最も遠い最遠点41xまでの長さdtを装置中心線CCからポンプブレード31の回転軸心ACの延在方向に最も遠い最遠点31xまでの長さdpよりも長くすることが可能となる。そして、タービンランナ4の互いに隣り合うタービンブレード41間に画成される流路の断面積をタービン入口とタービン出口との間の中央部において充分に確保することができるので、当該流路の中央部における流れの剥離の発生を抑制し、トルクの伝達ロスを低減することが可能となる。なお、第1投影ポンプ外縁部Ep1の曲率半径rp1と第1投影タービン外縁部Et1の曲率半径rt1との差(rp1−rt1)は、例えば30〜40mmとされると好ましい。
更に、実施例のトルクコンバータ1では、タービンブレード41の投影像における外周側から2番目の曲率変化点Ct2から当該投影像における出口内周端41oまでのタービンシェル40側の外縁部である第2投影タービン外縁部Et2が、ポンプブレード31の投影像における外周側から2番目の曲率変化点Cp2から3番目の曲率変化点Cp3までのポンプシェル30側の外縁部である第2投影ポンプ外縁部Ep2に比べて小さい曲率半径を有しており(rt2<rp2)、第2投影タービン外縁部Et2の曲率中心Ot2は、第2投影ポンプ外縁部Ep2の曲率中心Op2よりも回転軸心AC側に位置している。これにより、タービンランナ4の互いに隣り合うタービンブレード41間に画成される流路の断面積がタービン出口に向かうにつれて減少するのを抑制(減少幅を小さく)することができるので、当該流路のタービン出口側における流れの剥離の発生を抑制し、トルクの伝達ロスを低減することが可能となる。
更に、実施例のトルクコンバータ1では、タービンブレード41の投影像における入口外周端41iから最外周側の曲率変化点Ct1までのシェル側の外縁部である第0投影タービン外縁部Et0の曲率半径rt0と、ポンプブレード31の投影像における出口外周端31oから最外周側の曲率変化点Cp1までのポンプシェル30側の外縁部である第0投影ポンプ外縁部Ep0の曲率半径rp0とが同一の値とされている。すなわち、タービンブレード41の外郭線41coは、ポンプブレード31の外郭線31coと対称をなす対称領域とポンプブレード31の外郭線31coと対称をなさない非対称領域とを有し、対称領域には、タービンブレード41の入口外周端41iが含まれ、非対称領域には、タービンブレード41の出口内周端41oが含まれる。これにより、ポンプインペラ3からタービンランナ4への作動油の流入をスムースなものとしてトルクの伝達ロスを低減することが可能となる。
そして、実施例のトルクコンバータ1では、ポンプブレード31およびタービンブレード41の回転半径Rtpとステータブレード61の外周端の回転半径Rsoとの差(Rtp−Rso)がポンプブレード31およびタービンブレード41の回転半径Rtpとステータブレード61の内周端の回転半径Rsiとの差(Rtp−Rsi)の2分の1よりも小さくなるようにポンプインペラ3、タービンランナ4およびステータ6の寸法等が定められている。これにより、タービンランナ4の互いに隣り合うタービンブレード41間に画成される流路のタービン出口側における断面積をより大きくすることが可能となり、当該流路のタービン出口側における流れの剥離の発生を抑制してトルクの伝達ロスを低減することが可能となる。
なお、実施例のトルクコンバータ1において、トルク容量の向上と装置の小型化との両立を図るためには、装置中心線CCからタービンブレード41の回転軸心ACの延在方向に最も遠い最遠点41xまでの長さdtと装置中心線CCからポンプブレード31の回転軸心ACの延在方向に最も遠い最遠点31xまでの長さdpとの比dt/dpを例えば1.05≦dt/dp≦1.20の範囲内に定めるとよい。また、トルクコンバータ1の偏平率Λを、Λ=(dt+dp)/(Rtp−Rsi)と表した場合、トルクコンバータ1は、例えば0.5≦Λ≦0.7を満たすように構成されると好ましい。更に、上記実施例のポンプブレード31の投影像はポンプシェル30側の外縁部に3つの曲率変化点Cp1,Cp2およびCp3を含み、上記実施例のタービンブレード41の投影像はタービンシェル40側の外縁部に2つの曲率変化点Ct1およびCt2を含んでいるが、ポンプブレード31およびタービンブレード41の投影像における曲率変化点の数はこれに限られるものではなく、任意に定められてよい。
以上、実施例を用いて本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、様々な変更をなし得ることはいうまでもない。
本発明は、トルクコンバータのような流体式トルク伝達装置の製造分野等において利用可能である。

Claims (8)

  1. ポンプシェルと該ポンプシェルに取り付けられたポンプブレードと該ポンプブレードに取り付けられたポンプコアとを含むポンプインペラと、タービンシェルと該タービンシェルに取り付けられたタービンブレードと該タービンブレードに取り付けられたタービンコアとを含むタービンランナと、ステータブレードを含むと共に前記タービンランナから前記ポンプインペラへの作動流体の流れを整流するステータとを備えた流体式トルク伝達装置において、
    タービンブレード出口端点と隣接するブレード外郭線とに内接する内接円の中心における作動流体の流れの角度は、タービンブレード入口端点と隣接するブレード外郭線とに内接する内接円の中心における作動流体の流れの角度よりも小さく、
    前記タービンランナの流体出口で前記タービンブレードの前記タービンシェル側の外郭線と該タービンブレードの前記タービンコア側の内郭線の内周端とに内接する内接円の半径は、該タービンランナの流体入口で前記外郭線と前記内郭線の外周端とに内接する内接円の半径よりも大きく、
    前記タービンブレードの前記外郭線は、前記タービンランナの前記流体出口側で前記ポンプブレードの前記ポンプシェル側の外郭線よりも前記ポンプインペラおよび前記タービンランナの回転軸心の延在方向に膨らんでいることを特徴とする流体式トルク伝達装置。
  2. 請求項1に記載の流体式トルク伝達装置において、
    互いに対向する前記ポンプブレードの流体出口外周端と前記タービンブレードの流体入口外周端との間の中央と前記ポンプインペラおよび前記タービンランナの回転軸心とを通ると共に該回転軸心と直交する装置中心線から該タービンブレードの前記回転軸心の延在方向に最も遠い最遠部までの長さが前記装置中心線から該ポンプブレードの前記回転軸心の延在方向に最も遠い最遠部までの長さよりも長くなるように構成されることを特徴とする流体式トルク伝達装置。
  3. 請求項2に記載の流体式トルク伝達装置において、
    前記タービンブレードの前記外郭線は、前記流体出口外周端と前記流体入口外周端とが対向する状態で前記タービンブレードを前記装置中心線と前記回転軸心とを含む平面に投影したときの該タービンブレードの投影像における前記タービンシェル側の外縁であり、
    前記タービンブレードの前記内郭線は、該タービンブレードを前記平面に投影したときの前記投影像における前記タービンコア側の内縁であり、
    前記ポンプブレードの前記外郭線は、該ポンプブレードを前記平面に投影したときの該ポンプブレードの投影像における前記ポンプシェル側の外縁であることを特徴とする流体式トルク伝達装置。
  4. 請求項1から3の何れか一項に記載の流体式トルク伝達装置において、
    前記ポンプインペラの流体入口における前記ポンプブレードの取付角度と該ポンプインペラの流体出口における該ポンプブレードの取付角度との差は、前記タービンランナの流体入口における前記タービンブレードの取付角度と該タービンランナの流体出口における該タービンブレードの取付角度との差よりも小さいことを特徴とする流体式トルク伝達装置。
  5. 請求項1から4の何れか一項に記載の流体式トルク伝達装置において、
    前記タービンブレードの前記外郭線は、前記ポンプブレードの前記外郭線と対称をなす対称領域と該ポンプブレードの該外郭線と対称をなさない非対称領域とを有しており、前記対称領域は、前記タービンブレードの流体入口外周端を含み、前記非対称領域は、前記タービンブレードの流体出口内周端を含むことを特徴とする流体式トルク伝達装置。
  6. 請求項5に記載の流体式トルク伝達装置において、
    前記出口外周端と前記入口外周端とが対向する状態で前記ポンプブレードおよび前記タービンブレードを前記装置中心線と前記ポンプインペラおよび前記タービンランナの前記回転軸心とを含む平面に投影したときに、前記ポンプブレードの投影像と前記タービンブレードの投影像とは、前記ポンプシェル側または前記タービンシェル側の外縁部に曲率変化点をそれぞれ少なくとも一つ含み、前記タービンブレードの投影像における最外周側の曲率変化点から一定の曲率をもって延びる前記タービンシェル側の外縁部である投影タービン外縁部は、前記ポンプブレードの投影像における最外周側の曲率変化点から一定の曲率をもって延びる前記ポンプシェル側の外縁部である投影ポンプ外縁部に比べて小さい曲率半径を有すると共に、前記投影タービン外縁部の曲率中心は、前記投影ポンプ外縁部の曲率中心よりも前記回転軸心側に位置することを特徴とする流体式トルク伝達装置。
  7. 請求項5または6に記載の流体式トルク伝達装置において、
    前記タービンブレードの投影像における外周側からn番目(ただし“n”は値2以上の整数である)の曲率変化点からn+1番目の曲率変化点または前記タービンブレードの投影像における流体出口内周端までの前記タービンシェル側の外縁部である第n投影タービン外縁部は、前記ポンプブレードの投影像における外周側からn番目の曲率変化点からn+1番目の曲率変化点または前記ポンプブレードの投影像における入口内周端までの前記ポンプシェル側の外縁部である第n投影ポンプ外縁部に比べて小さい曲率半径を有すると共に、前記第n投影タービン外縁部の曲率中心は、前記第n投影ポンプ外縁部の曲率中心よりも前記回転軸心側に位置することを特徴とする流体式トルク伝達装置。
  8. 請求項1から7の何れか一項に記載の流体式トルク伝達装置において、
    前記ポンプブレードおよび前記タービンブレードの回転半径と前記ステータブレードの外周端の回転半径との差は、前記ポンプブレードおよび前記タービンブレードの回転半径と前記ステータブレードの内周端の回転半径との差の2分の1よりも小さいことを特徴とする流体式トルク伝達装置。
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