JPH10122335A - トルクコンバータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流れの偏りに起因する剥離を抑制する。 【解決手段】 入力軸に連結されるとともに、コア５と
シェル６との間にブレード７を介して流路を画成したポ
ンプインペラ１と、ポンプインペラ１と対向配置されて
出力軸に連結されるとともに、コア５０とシェル６０と
の間にブレードを介して流路を画成したタービン２と、
ポンプインペラ１とタービン２との間に配設されたステ
ータ３とを備え、作動流体を介して動力伝達を行うトル
クコンバータにおいて、ポンプインペラ１の流路の出口
１Ｂに、流路に沿って整流板４を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両等の動力伝達
機構に採用されるトルクコンバータに関し、特に、扁平
型のトルクコンバータの改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来からエンジンと変速機の間にはトル
クコンバータを介装したものが広く採用されており、こ
のようなトルクコンバータとしては、図１０に示すよう
な、３要素式がある。

【０００３】これは、図１０に示すように、カバー１４
を介してエンジンに連結されるポンプインペラ１と、イ
ンナーレース２０を介して変速機の入力軸に連結される
タービン２との間にステータ３を介装したもので、ステ
ータ３は一方向のみに回転可能なワンウェイクラッチ１
２及びインナーレース２１を介して所定の固定軸に支持
され、ポンプインペラ１及びタービン２は回転軸を中心
とした放射状に多数のブレード７をそれぞれ備えてい
る。

【０００４】そして、タービン３のシェル６０とカバー
１４との間には、ポンプインペラ１と一体に結合された
カバー６内周と接離可能なロックアップクラッチ１３が
設けられる。

【０００５】ポンプインペラ１はエンジンの回転と同期
して回転し、変速機と連結されたタービン２は、ステー
タ３を介してポンプインペラ１の出口１Ｂから圧送され
た流体に応じて駆動される。

【０００６】ここで、トルクコンバータの速度比ｅは、
タービン回転速度／インペラ回転速度をトルクコンバー
タで表され、この速度比ｅは、例えば、惰性旋回時等の
減速時には速度比ｅ＞１となり、ロックアップ時には速
度比ｅ＝１に、さらに、アン・ロックアップ状態の通常
走行時等では速度比ｅ＝０．８〜１．０程度、さらに発
進時等では速度比ｅ＜０．３程度となる。

【０００７】そして、速度比ｅ＜１．０となるアン・ロ
ックアップ状態では、ワンウェイクラッチ１２を介して
所定の方向のみに回転可能なステータ３が、作動流体を
介してポンプインペラ１からタービン２に伝達されるト
ルクを増幅している。

【０００８】このような特性を備えたトルクコンバータ
では、燃費を重視する上では、常用域である速度比ｅ＝
０．８近傍の伝達効率を重要である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、車両の搭載
性を向上するため、近年ではトルクコンバータの軸方向
寸法を短縮した、いわゆる扁平型トルクコンバータが普
及しつつある。

【００１０】しかしながら、上記従来のトルクコンバー
タにあっては、ポンプインペラ１からタービン２へ流れ
る内部流体に２次流れが大きく発生し、流れに剥離を起
こして流体損失が急増するため、動力伝達効率を大幅に
低下させ、車両の燃費を悪化させるという問題があり、
特に、前記したような扁平型トルクコンバータでは、図
１１に示すように、ポンプインペラ１の入口１Ａ（図中
Ｄ−Ｄ線）及び出口１Ｂ（図中Ｃ−Ｃ線）と、タービン
２側の入口２Ａ及び出口２Ｂ近傍で、コア５、５０の曲
率が大きくなるため、急激な流路の変化に流れが追随で
きずに剥離を起こしやすく、例えば、ポンプインペラ１
の出口１ＢのＢ−Ｂ断面、同じく出口１Ｂ手前（入口１
Ａ側）のＣ−Ｃ断面及びポンプインペラ入口１ＡのＤ−
Ｄ断面における流速分布は、コア５側の距離を０、シェ
ル６側の距離を１とすると、それぞれ図１２〜図１４に
示すようになり、特に図１２に示すポンプインペラ出口
１ＢのＢ−Ｂ断面では、流れがシェル６側に偏ってしま
いコア５側で剥離を起こす。このため、図１１の斜線で
示した領域α、β、γでは流れの剥離による逆流が発生
して上記のような流体損失の増大が顕著になり、燃費を
悪化させるという問題があった。

【００１１】そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなさ
れたもので、流れの偏りに起因する剥離を抑制して、流
体損失を低減することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、入力軸に
連結されるとともに、コアとシェルとの間にブレードを
介して流路を画成したポンプインペラと、前記ポンプイ
ンペラと対向配置されて出力軸に連結されるとともに、
コアとシェルとの間にブレードを介して流路を画成した
タービンと、前記ポンプインペラとタービンとの間に配
設されたステータとを備え、作動流体を介して動力伝達
を行うトルクコンバータにおいて、前記ポンプインペラ
またはタービンの流路の入口あるいは出口に、流路に沿
って整流板を形成する。

【００１３】また第２の発明は、前記第１の発明におい
て、前記整流板はポンプインペラまたはタービンの所定
の円周上で、前記ブレード間に固設される。

【００１４】また第３の発明は、前記第１の発明におい
て、前記整流板は、前記流路全長の２０％以下の長さに
設定される。

【００１５】また第４の発明は、前記第１の発明におい
て、前記整流板は、前記コアからシェルの間の流路断面
方向の距離を１としたときに、コア側から０．２から
０．５の位置に配設される。

【００１６】

【発明の効果】したがって、第１の発明は、ポンプイン
ペラまたはタービンの流路の入口あるいは出口には、流
路に沿って整流板が形成されたため、ポンプインペラの
回転に応じた流路内の流体の流れは、３次元で複雑に湾
曲したブレードの形状と遠心力に加えて、コリオリ力が
合成された複雑な流れとなり、コアの曲率変化に伴っ
て、強い２次流れが発生するが、整流板によって出入口
における流路断面の流速分布に流れの大きな偏りを防ぐ
ことができ、前記従来例のような、流れの偏りに起因す
る逆流の発生を抑制し、トルクコンバータの流体損失を
低減して、動力伝達効率を向上させることができるので
あり、特に、コア側の曲率が大きくなる扁平型トルクコ
ンバータの動力伝達効率を大幅に向上させることができ
る。

【００１７】また第２の発明は、整流板はポンプインペ
ラまたはタービンの所定の円周上に配設されると共に、
ブレード間に固設されて入口または出口の端部から流路
内部へ向けて形成され、例えば、出口側に配設された整
流板では、整流板の入口側における流路断面の流速分布
を維持して流れの大きな偏りを防ぐことができ、流れの
偏りに起因する逆流の発生を抑制することができる。

【００１８】また第３の発明は、前記第１の発明におい
て、整流板の長さは流路全長の２０％以下の長さに設定
され、整流板を設置したことによる摩擦損失の増大より
も逆流抑制による流体損失の低減の方を大きくでき、ト
ルクコンバータ全体の動力伝達効率を向上させることが
できる。

【００１９】また第４の発明は、整流板は、コアからシ
ェルの間の流路断面方向の距離を１としたときに、コア
側から０．２から０．５の位置に配設されるため、流れ
の剥離を効率良く抑制することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面に基づいて説明する。

【００２１】図１に示すように、軸方向の寸法を短縮し
た扁平型のトルクコンバータは、カバー１４を介してエ
ンジンに連結されるポンプインペラ１と、インナーレー
ス２０を介して変速機の入力軸（図示せず）に連結され
るタービン２との間に、一方向のみに回転可能なワンウ
ェイクラッチ１２及びインナーレース２１を介して所定
の固定軸に支持されるステータ３を介装した３要素式の
もので、前記従来例の図１０と同様に、ポンプインペラ
１及びタービン２のコア５、５０及びシェル６、６０の
曲率は、出入口１Ａ、１Ｂ、２Ａ、２Ｂ近傍で大きくな
る。なお、前記従来例と同一のものに、同一の図番を付
して重複説明を省略する。

【００２２】図２にも示すように、ポンプインペラ１の
流路は、コア５とシェル６及びブレード７、７によって
多数画成されており、これら各流路の出口１Ｂ側には、
入口１Ａ側へ向けてコア５とシェル６の間の流路を分割
する整流板４がブレード７、７間に固設され、出口１Ｂ
側では、ほぼ同一円周上に各整流板４が配設される。

【００２３】この整流板４の流路に沿った長さは、出口
１Ｂから入口１Ａへ向けて、流路全長の２０％以下に設
定される。

【００２４】そして、整流板４の配設位置は、コア５側
を０、シェル６側を１としてコア５からシェル６の間の
流路断面方向の距離を１としたときに、コア５側から
０．２から０．５の位置（半径比）に配設される。換言
すれば、図２において、整流板４によって分割されたコ
ア５側の流路断面積Ｓ１と、同じく整流板４によって分
割されたシェル６側の流路断面積Ｓ２の比が０．５〜
１．５、すなわち、 ０．５≦Ｓ２／Ｓ１≦１．５ に設定される。

【００２５】以上のように構成され、次に作用について
説明する。

【００２６】ポンプインペラ１の回転に応じたトルクコ
ンバータ内の流体の流れは、３次元で複雑に湾曲したブ
レード７の形状と遠心力に加えて、コリオリ力が合成さ
れた複雑な流れとなり、前記従来例の図１２〜図１４に
も示したように、コア５側の曲率変化に伴って、強い２
次流れが発生し、コア５側からシェル６側へかけての流
速分布も場所によって大きく変化する。

【００２７】そこで、流路の出口１Ｂに整流板４を配設
したため、出口１Ｂの流速分布は、図４に示すように、
整流板４の入口（入口１Ａ側の端部）における流路断面
の流速分布を維持して流れの大きな偏りを防ぐことがで
き、前記従来例の図１２に示したポンプインペラ出口１
Ｂのような、流れの偏りに起因する逆流の発生を抑制
し、扁平型のトルクコンバータの流体損失を低減して、
動力伝達効率を向上させることができるのである。

【００２８】なお、上記図４の流速分布は、車両の燃費
に大きな影響を与える速度比ｅ＝０．８の常用域におけ
る、コア５側からシェル６側へかけての流速分布を示し
ており、コア５側の流れのエネルギが小さくなることは
なく、前記従来例に比して常用域での燃費の向上を図る
ことができる。

【００２９】ここで、トルクコンバータ内の流れは、上
記したように強い２次流れで構成されており、特に半径
方向の遠心力が強いので、ポンプインペラ出口１Ｂやタ
ービン２の入口では、主流が外周方向に偏ってしまう。

【００３０】この流れの偏りによってコア５側のエネル
ギが小さくなって流れの剥離に至ってしまうわけであ
り、半径方向の流れ（偏り）を整流板４によって抑制す
ることで、剥離の抑制を効果的に行うことができる。

【００３１】ところで、整流板４は流れの剥離を防止す
る流速分布にコントロールすることを目的とするため、
整流板４の配設位置及び長さが増大して、コア５側の流
量が増大すると、摩擦損失が増大して逆効果となる場合
があるため、整流板４の流路に沿った長さは、流路全長
の２０％以下に設定される。

【００３２】すなわち、上記流れの剥離の要因は、強い
２次流れによって流量の偏りが生じることと、流路の曲
率＝コア５の曲率が大きすぎることにあり、整流板４入
口の流速分布が偏っていなければよく、このため、整流
板４の長さを必要以上に大きくする必要がないことが分
かるここで、整流板４の長さと、摩擦損失の関係は次式
のようになる。

【００３３】 ΔＰ＝λ×（Ｌ／ｄ）×（γ／２ｇ）×ｕ² ………（１） ただし、ΔＰ：圧力損失 λ：管摩擦損失係数 Ｌ：管長さ ｄ：管径 γ：比重 ｇ：重力加速度 ｕ：平均流速 である。

【００３４】上記（１）式より、整流板４の長さに比例
して摩擦損失（圧力損失ΔＰ）が増大するため、摩擦損
失の増大に比して逆流抑制による損失の低減が大きくな
ってトルクコンバータの動力伝達効率を全体的に向上可
能な整流板４の長さは、後述するように流路全長の２０
％以下となる。

【００３５】一方、本願発明者の実験によれば、流路の
曲率と整流板４の管径は、図５に示すようになり、図
中、Ｒは流路中心の半径、ａは所定の流路断面の半径方
向の長さ、ｒｉはコア５側の半径、ｒｏはシェル側の半
径、ｒｓは整流板４の半径である。

【００３６】この図からも分かるように、Ｒ／ａ＜２と
なる曲率が大きな場所では、整流板４による損失の改善
が可能であるが、Ｒ／ａ≧２の曲率が小さい場所では、
整流板４による損失改善の効果が低減してしまう。

【００３７】通常、扁平型トルクコンバータのポンプイ
ンペラ及びタービンの出入口付近では、これら出入口の
端面から流路内部に向けて流路全長の２０％以下では、
大きな曲率（Ｒ／ａ＜２）に設定されて整流板４による
損失低減効果を期待できるが、中間部などその他の流路
の曲率は小さくなっているため、整流板４による損失低
減効果は望めない。

【００３８】したがって、整流板４の長さを流路全長の
２０％以下とすることで、流れの剥離を防止したことに
よる損失の減少を、上記（１）式による摩擦損失の増大
よりも大きくして、トルクコンバータ全体の効率を向上
させるのである。

【００３９】次に、図６には、出口１Ｂのコア５側から
シェル６側へかけての流路断面上の整流板４の位置と、
全圧損失係数ζの関係を示す。上記と同様にｒｉ＝コア
５側の半径、ｒｏ＝シェル６側の半径、ｒｓ＝整流板４
の半径とすると、理論的には、 ｒｓ＝（ｒｏ×ｒｉ）^1/2 ………（２） の位置へ整流板４を配置した場合に全圧損失係数ζが最
も小さくなる。なお、図中コア５側が０、シェル６側が
１として表され、整流板４の配設位置ｒｓは流路断面上
の半径比（半径方向の比）で表現される。

【００４０】これは、整流板４がコア５側またはシェル
６側のいずれかの壁面に近寄ると、いわゆる濡れぶち面
積が減少して、上記（１）より摩擦損失が急増すること
は明白である。

【００４１】しかし、全圧損失係数ζを低減可能な領
域、すなわち、流れの剥離を防止可能な領域としては、
上記（２）式の近傍の半径比＝（ｒｓ−ｒｉ）／（ｒｏ
−ｒｉ）が０．２〜０．５の領域であれば、上記（２）
式の理論値とほぼ同様に流れの剥離を抑制することが可
能となるのである。

【００４２】こうして、ポンプインペラ１の出口１Ｂに
整流板４を設け、この整流板４の長さをポンプインペラ
１の流路全長の２０％以下に設定し、さらに、コア５側
を０、シェル６側を１としたときに、流路断面上で０．
２〜０．５の半径比へ設置することにより、流れの偏り
に起因する逆流の発生を抑制し、扁平型のトルクコンバ
ータの流体損失を低減して、動力伝達効率を向上させる
ことができ、流れの剥離を防止したことによる損失の減
少を、上記（１）式による摩擦損失の増大よりも大きく
して、トルクコンバータ全体の効率を向上させることが
でき、特に、軸方向の寸法を短縮した扁平型トルクコン
バータの動力伝達効率を前記従来例に比して大幅に向上
させて、トルクコンバータを搭載した車両の燃費の向上
を図ることができる。

【００４３】図７は第２の実施形態を示し、前記第１実
施形態の整流板４と同様に、タービン入口２Ａからター
ビン出口２Ｂへ向けて整流板８を設けたもので、その他
の構成は、前記第１実施形態と同様である。

【００４４】整流板８は、前記第１実施形態と同じく、
流路に沿った長さをタービン２の流路全長の２０％以下
に設定し、さらに、コア５０側を０、シェル６０側を１
としたときに、流路断面上で０．２〜０．５の半径比に
配設することにより、流れの偏りに起因する逆流の発生
を抑制し、扁平型のトルクコンバータの流体損失を低減
して、動力伝達効率を向上させることができ、流れの剥
離を防止したことによる損失の減少を、整流板８を設置
したことによる損失の増大よりも大きくして、トルクコ
ンバータ、特に、軸方向の寸法を短縮した扁平型トルク
コンバータ全体の動力伝達効率を向上させることができ
るのである。

【００４５】図８、９は第３の実施形態を示し、前記第
２実施形態の整流板８と同様に、ポンプインペラ１の入
口１Ａからポンプインペラ１の出口１Ｂへ向けて整流板
９を設けたもので、その他の構成は、前記第１実施形態
と同様である。

【００４６】この整流板９も、前記第１実施形態と同じ
く、流路に沿った長さをポンプインペラ１の流路全長の
２０％以下に設定し、さらに、コア５側を０、シェル６
側を１としたときに、流路断面上で０．２〜０．５の半
径比に配設することにより、流れの偏りに起因する逆流
の発生を抑制して、扁平型のトルクコンバータの流体損
失を低減するのである。

【００４７】なお、上記整流板９に加えて前記第１実施
形態の整流板４を同時に配設し、ポンプインペラ１の出
入口１Ａ、１Ｂ共に整流板４、９を備えるようにしても
よく、上記と同様に、トルクコンバータの流体損失を低
減でき、タービン２の出入口２Ａ、２Ｂへ同時に整流板
を配設しても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示すトルクコンバータの
断面図。

【図２】同じくポンプインペラ内周の一部を示す斜視
図。

【図３】同じく作用を示すトルクコンバータの断面図。

【図４】図３のＡ−Ａ断面における流速分布を示すグラ
フで、無次元距離はコア側を０、シェル側を１としたも
のである。

【図５】流路の曲率と全圧損失の関係を示すグラフで、
破線は本発明を、実線は従来例を示し、（Ａ）は曲率Ｒ
／ａ＝１．５の場合を、（Ｂ）は曲率Ｒ／ａ＝２．０の
場合を、（Ｃ）は曲率Ｒ／ａ＝３．６の場合をそれぞれ
示す。

【図６】全圧損失係数ζと整流板の配設位置の関係を示
すグラフで、図中低損失の範囲が、整流板の配設位置と
なる。

【図７】第２の実施形態を示すトルクコンバータの断面
図。

【図８】第３の実施形態を示すトルクコンバータの断面
図。

【図９】同じくポンプインペラ内周の一部を示す斜視
図。

【図１０】従来の例を示すトルクコンバータの断面図。

【図１１】流れの偏りによる逆流域を示すトルクコンバ
ータの断面図。

【図１２】図１１のＢ−Ｂ断面における流速分布を示す
グラフで、無次元距離はコア側を０、シェル側を１と
し、速度比ｅ＝０．８の場合を示す。

【図１３】同じく、図１１のＣ−Ｃ断面における流速分
布を示すグラフで、無次元距離はコア側を０、シェル側
を１とし、速度比ｅ＝０．８の場合を示す。

【図１４】同じく、図１１のＤ−Ｄ断面における流速分
布を示すグラフで、無次元距離はコア側を０、シェル側
を１とし、速度比ｅ＝０．８の場合を示す。

【符号の説明】

１ ポンプインペラ ２ タービン ３ ステータ ４ ポンプ出口整流板 ５ コア ６ シェル ７ ブレード ８ タービン入口整流板 ９ ポンプ入口整流板 １１ インナーレース １２ ワンウェイクラッチ １３ ロックアップクラッチ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力軸に連結されるとともに、コアとシ
   ェルとの間にブレードを介して流路を画成したポンプイ
   ンペラと、前記ポンプインペラと対向配置されて出力軸
   に連結されるとともに、コアとシェルとの間にブレード
   を介して流路を画成したタービンと、前記ポンプインペ
   ラとタービンとの間に配設されたステータとを備え、作
   動流体を介して動力伝達を行うトルクコンバータにおい
   て、前記ポンプインペラまたはタービンの流路の入口あ
   るいは出口に、流路に沿って整流板を形成したことを特
   徴とするトルクコンバータ。
2. 【請求項２】 前記整流板はポンプインペラまたはター
   ビンの所定の円周上で、前記ブレード間に固設されたこ
   とを特徴とする請求項１に記載のトルクコンバータ。
3. 【請求項３】 前記整流板は、前記流路全長の２０％以
   下の長さに設定されたことを特徴とする請求項１に記載
   のトルクコンバータ。
4. 【請求項４】 前記整流板は、前記コアからシェルの間
   の流路断面方向の距離を１としたときに、コア側から
   ０．２から０．５の位置に配設されたことを特徴とする
   請求項１に記載のトルクコンバータ。