JPH04296242A - トルクコンバータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トルクコンバータに関
し、特にそのトーラスの形状と翼の形状に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】入力軸に連結されたポンプと、出力軸に
連結されたタービンと、ケースに固定されたステータと
を備え、これらによって形成されるトーラス内で、流体
を循環させてトルクをポンプからタービンへ伝達するよ
うになったトルクコンバータはよく知られている。

【０００３】ポンプからタービンへのトルク伝達効率の
高いトルクコンバータを設計すべく、トーラスの形状や
タービンの翼形状に関し従来種々の改良が成されてきた
。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】最近の研究論文により
、トルク損失を招く、ポンプ翼とタービン翼の回りの流
れの乱れが、流路幅方向の流体の圧力の不釣合いに起因
することが知られているが、従来の設計改良では、係る
流路幅方向の流体の圧力の不釣合いについては十分な考
慮が払われておらず、このため、トルクの伝達効率を十
分に高めることかできなかった。

【０００５】従って本発明の目的は、流路幅方向の流体
の圧力の不釣合いが小さく、性能が向上したトルクコン
バータを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するめた
に、本発明においては、ポンプとタービンとステータと
を備え、ポンプトーラスの偏平率が０．４　乃至０．６
　であり、ポンプトーラスの幅とタービントーラスの幅
との比が１．１　乃至１．４　であり、タービンの翼形
状が自由渦形状であることを特徴とするトルクコンバー
タを提供する。

【０００７】本発明の発明者は、理論解析による鋭意研
究の結果、ポンプトーラスの偏平率、すなわちポンプト
ーラスの幅ｌｐ　と半径Ｈとの比ｌｐ　／　Ｈが０．４
　乃至０．６　の範囲にあり、ポンプトーラス／タービ
ントーラスの非対称率、すなわちポンプトーラスの幅ｌ
ｐ　とタービントーラスの幅ｌｔ　との比ｌｐ　／　ｌ
ｔ　が１．１　乃至１．４　の範囲にあり、かつタービ
ンの翼形状が自由渦形状である場合に、従来のトーラス
形状、翼形状に比べて、流路幅方向の流体の圧力の不釣
合いが顕著に減少することを見出した。本発明は、上記
所見に基づいてなされたものである。

【０００８】以下に、本発明の発明者による理論解析結
果を概説する。 （１）流路幅方向の流体の圧力の不釣合ポンプ、タービ
ン及びステータの翼に隣接する作動流体の微小部分に着
目すると、該微小部分には、ポンプ、タービン及びステ
ータによって形成される循環路内を流れる循環流による
遠心力と、翼の回転による遠心力と、翼が流体に及ぼす
力の合力としての遠心力、すなわちトーラスの径方向外
向きの力ＦＳ　が働き、一方圧力勾配による求心力、す
なわちトーラスの径方向内向きの力ＦＣ　が働く。両者
の合力Ｆ、すなわち遠心力ＦＳ　と求心力ＦＣ　との差
が微小であれば、作動流体の循環流は乱されず、従って
高い伝達効率が得られる。他方合力Ｆが増大すると、作
動流体の循環流が乱されて、伝達効率が低下する。

【０００９】種々の寸法形状を有するトルクコンバータ
に付き、理論計算により循環路内での合力Ｆの平均値Ｆ
Ｍ　を求め、各形状に対してトルク伝達効率の最高値を
実測によって求め、両者の相関をプロットした結果を図
１に示す。図１から分かるごとく、平均合力ＦＭ　の増
加に対して、略線形関係をもって最高効率が低下してい
る。 （２）ポンプトーラス／タービントーラスの非対称率所
定の作動状態において、所定の翼形状を有するポンプ、
タービン及びステータによって形成される循環路に付き
、ポンプトーラス／タービントーラスの非対称率ｌｐ　
／　ｌｔ　を種々変化させ、その都度理論計算により循
環路内での平均合力ＦＭ　を求めた結果を、図２に示す
。図２から、非対称率ｌｐ　／　ｌｔ　が増大するにつ
れて、平均合力が減少すること、及び非対称率ｌｐ　／
　ｌｔ　が１．４　に接近すると平均合力ＦＭ　は一定
値に漸近することが分かる。従来のトルクコンバータで
は、非対称率ｌｐ　／　ｌｔ　は１．０　とするのが一
般的であることを勘案すると、非対称率ｌｐ　／　ｌｔ
　を１．０　よりも大きくすることにより、平均合力Ｆ
Ｍ　を従来よりも低減できることが分かる。一方、製造
の容易性を勘案すると、非対称率ｌｐ　／　ｌｔ　を極
端に大きくすることは好ましくない。従って、非対称率
ｌｐ　／　ｌｔ　は１．１　乃至１．４　の範囲が好ま
しいと考えられる。 （３）タービンの翼形状 図３にタービンの翼の形状を示す。この図では、トーラ
スの中心軸方向をｚ軸とし、トーラスの半径方向をｙ軸
とし、またｙ−ｚ座標面に垂直の方向をｘ軸とする。従
って、図３（ａ）はｙ−ｚ座標におけるタービン翼の平
面形状を示し、図３（ｂ）はｘ−ｙ座標におけるタービ
ン翼の平面形状を示す。タービン翼は、翼幅方向に平均
流線ＡＬで２つに区切り、平均流線ＡＬに沿う方向に１
０の区分区切って、矩形状の要素の集合として示してい
る。

【００１０】タービンの翼幅上の角度分布に、自由渦分
布と強制渦分布とがある。自由渦分布とは、翼角度係数
Ｋが下記の数式によって表される分布をいう。 Ｋ＝（ｒωｚ／Ｃｏ）−（ｒｍ／ｒ） ・（ｒｍωｚ／Ｃｏ−Ｋｍ） ただし、ｒはタービントーラスの半径であり、ωｚはタ
ービン角速度であり、ｒｍは平均流線上のタービントー
ラスの半径であり、Ｋｍは平均流線上の翼角度係数であ
り、Ｃｏは循環流速である。

【００１１】強制渦分布とは、翼角度係数Ｋが下記の数
式によって表される分布をいう。 Ｋ＝Ｋｍ（ｒｍ／ｒ） 所定の作動状態において、所定の寸法、形状を有するタ
ービン翼に付き、タービン翼のシェル形状とコア形状と
のオフセット角度θを−３°乃至−９°の範囲に設定し
、且つ翼幅上の角度分布を自由渦分布に設定した場合と
、タービン翼のシェル形状とコア形状とのオフセット角
度θを６°に設定し、且つ翼幅上の角度分布を強制渦分
布に設定した場合と、についてその都度理論計算により
循環路内での平均合力ＦＭ　を求めた結果を、図４に示
す。シェル形状とコア形状とのオフセット角度とは、図
３（ｂ）に示すごとく、ｙ軸がシェル形状の入口側端を
通るｘ−ｙ座標の原点とコア形状の入口側端とを結ぶ直
線がｙ軸と成す角度である。

【００１２】図４から、自由渦分布の方が強制渦分布よ
りも平均合力ＦＭ　が小さいことが分かる。従来のトル
クコンバータにおいては、タービンの翼形状として強制
渦分布形状が採用されていたことを勘案すると、自由渦
分布形状を採用することにより、平均合力ＦＭ　を従来
よりも低減できることが分かる。 （４）ポンプトーラスの偏平率 所定の作動状態において、ポンプトーラスの偏平率ｌｐ
　／Ｈを０．５４に設定し、タービン翼形状を強制渦分
布形状とした循環路と、ポンプトーラスの偏平率ｌｐ　
／Ｈを０．５４に設定し、タービン翼形状を自由渦分布
形状とした循環路とに付き、ポンプ／タービンの非対称
率ｌｐ　／　ｌｔ　を種々変化させ、その都度理論計算
により循環路内での平均合力ＦＭ　を求めた結果を図５
に示す。図５には、タービン翼形状を自由渦分布形状と
した循環路に付き、ポンプ／タービンの非対称率ｌｐ　
／ｌｔ　が１．１　乃至１．４　の範囲にある時に、ポ
ンプトーラスの偏平率ｌｐ　／Ｈを０．４乃至０．６　
の範囲で変化させた場合に、平均合力ＦＭ　が変化する
と推察される範囲をハッチングで示してある。 従来のトルクコンバータにあっては、ポンプトーラスの
偏平率ｌｐ　／Ｈが０．５　前後で、ポンプ／タービン
の非対称率求ｌｐ　／　ｌｔ　が１．０　で、且つター
ビン翼形状が強制渦形状であるのが一般的であったこと
を勘案すると、タービン翼形状を自由渦分布形状とし、
且つポンプ／タービンの非対称率ｌｐ　／　ｌｔ　を１
．１　乃至１．４　に設定すれば、ポンプトーラスの偏
平率ｌｐ　／Ｈは０．４　乃至０．６　の範囲であれば
、循環路内での平均合力ＦＭ　は従来に比べて十分小さ
いことが、図５から分かる。

【００１３】

【作用】本発明の上記構成によれば、従来のトーラス形
状、翼形状を有するトルクコンバータに比べて、流路幅
方向の流体の圧力の不釣合いが低減し、従ってトルク伝
達率が向上する。

【００１４】

【実施例】以下添付図に基づいて、本発明の実施例を説
明する。図６は本発明の実施例に係るトルクコンバータ
Ａを示す。トルクコンバータＡは、ポンプ１、タービン
２及びステータ３を有し、これらによりトーラス４を構
成している。上記ポンプ１及びタービン２は、それぞれ
トーラス４の外殻を構成するシェル１ａ、２ａと、トー
ラス４の内殻を構成するコア１ｂ、２ｂと、これらの間
に配設された多数のブレード１ｃ、２ｃとから成る。

【００１５】上記ポンプ１のシェル１ａは、タービン２
の背面、すなわちエンジン側に配置されたフロントカバ
ー５に接合されており、フロントカバー５には、エンジ
ンのクランク軸６に連結されたドライブプレート７がボ
ルト８により固定されている。また、フロントカバー５
とタービン２との間には、ロックアップクラッチ９が配
設されており、ロックアップクラッチ９は、フロントカ
バー５の内側面と離接するクラッチプレート９ａと、ク
ラッチプレート９ａの接合に伴うショックを吸収するダ
ンパ部材９ｂとから成る。ロックアップクラッチ９は、
上記タービン２のシェル２ａと一体にタービンボス１０
に固定されており、タービンボス１０は、自動変速機の
入力軸となるシャフト１１にスプライン結合されている
。

【００１６】上記ステータ３は、ボス部３ａとリング状
プレート３ｂとの間に多数のブレード３ｃを配設して構
成されている。上記ボス部３ａは、一方向クラッチ１２
を介して固定側のハウジング１３に連結されており、上
記一方向クラッチ１２は、タービン２の回転方向と同一
方向のステータ３の回転をフリー状態とするものである
。

【００１７】本実施例に係るトルクコンバータＡにおい
ては、ポンプ１によって形成されるトーラス、すなわち
ポンプトーラスの偏平率Ｉｐ　／　Ｈが０．５４に、ポ
ンプトーラス／タービントーラス、すなわちタービン２
によって形成されるトーラス、の非対称率Ｉｐ　／　Ｉ
ｔ　が１．２　に、且つタービン２の翼形状が自由渦形
状に設定されている。

【００１８】このように構成された本実施例に係るトル
クコンバータＡにあっては、前述のごとく、ポンプトー
ラスの偏平率ｌｐ　／Ｈが０．５　前後に、ポンプトー
ラス／タービントーラスの非対称率ｌｐ　／　ｌｔ　が
１．０　に、且つタービン翼形状が強制渦形状に設定さ
れていた従来のトルクコンバータに比べて、循環路内の
流体に作用する遠心力と求心力との差が小さい。このた
め、図７に示すごとく、本実施例に係るトルクコンバー
タＡの性能は、従来のトルクコンバータの性能よりも優
れている。尚、図７は、ポンプトーラスの偏平率ｌｐ　
／Ｈを０．５４に、ポンプトーラス／タービントーラス
の非対称率ｌｐ　／　ｌｔ　を１．０　に、且つタービ
ン翼形状が強制渦形状に設定した従来型のトルクコンバ
ータと本実施例に係るトルクコンバータＡとに付き、容
量係数、トルク比、トルク伝達効率を実測により計測し
た結果をプロットしたものである。

【００１９】

【効果】上述のごとく、本発明においては、ポンプトー
ラスの偏平率Ｉｐ　／　Ｈを０．４　乃至０．６　に、
ポンプトーラス／タービントーラスの非対称率Ｉｐ　／
　Ｉｔ　を１．１　乃至１．４　に、且つタービン２の
翼形状を自由渦形状に設定したので、従来のトーラス形
状、翼形状を有するトルクコンバータに比べて、翼に隣
接する流体に作用する遠心力と求心力との不釣り合いが
低減し、この結果トルク伝達率が増大する。

【００２０】従って本発明により、高い性能を有するト
ルクコンバータが提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　循環路内の流体に作用する遠心力と求心力
との差の平均値ＦＭ　とトルク伝達効率の最高値との関
係を示す図である。

【図２】　　ポンプトーラス／タービントーラスの非対
称率と循環路内の流体に作用する遠心力と求心力との差
の平均値ＦＭ　との相関を示す図である。

【図３】　　タービン翼の形状を示す平面図である。

【図４】　　タービン翼の形状と循環路内の流体に作用
する遠心力と求心力との差の平均値ＦＭ　との相関を示
す図である。

【図５】　　ポンプトーラスの偏平率ｌｐ　／Ｈを０．
５４に設定し、タービン翼形状を強制渦分布形状とした
循環路と、ポンプトーラスの偏平率ｌｐ　／Ｈを０．５
４に設定し、タービン翼形状を自由渦分布形状とした循
環路とに付き、ポンプ／タービンの非対称率ｌｐ　／　
ｌｔと循環路内での平均合力ＦＭ　との相関を示した図
である。

【図６】　　本発明の実施例に係るトルクコンバータの
構造を示す断面図である。

【図７】　　本発明の実施例に係るトルクコンバータと
従来構造のトルクコンハータの性能を比較した図である
。

【符号の説明】

Ａ　　トルクコンバータ １　　ポンプ ２　　タービン ３　　ステータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ポンプとタービンとステータとを備え
   、ポンプトーラスの偏平率が０．４　乃至０．６　であ
   り、ポンプトーラスの幅とタービントーラスの幅との比
   が１．１　乃至１．４　であり、タービンの翼形状が自
   由渦形状であることを特徴とするトルクコンバータ。