JPS5843628B2 - トルクコンバ−タ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、トルクコンバータに関し、特に回転動力源の
動力軸の回転数に関係なく所要の出力を得られるように
したトルクコンバータに関する。

従来のトルクコンバータは、その入力軸をディーゼルエ
ンジン等の原動機の出力軸に連結されていて、負荷に応
じ、低速回転で大トルクの状態から高速回転で小トルク
の状態まで自動的に変速できるようになっている。

しかし、出力軸のトルクは負荷に応じて変化するが、出
力軸の動力すなわち出力は、トルクコンバータの入力軸
に連結されたポンプの吸収動力に応じて変化する。

そしてポンプの吸収動力は、回転数によって決まるので
、入力動力あるいは出力はトルクコンバータの入力軸に
連結される原動機の回転数を変えることにより得られる
。

また、トルクコンバータの入力動力あるいは出力動力を
変化させる具体的な手段として、原動機出力軸とトルク
コンバータの入力軸の間に歯車式の増減速装置とクラッ
チなどを用いて、原動機出力軸の回転数とは別にトルク
コンバータの入力軸を変化させることが考えられる。

しかし、このような増減速手段では装置が大損りになる
ため、実用上２〜３段程度の切換式のものを用いること
になるが、入力動力がステップ状になり、原動機の出力
をなめらかに制御することができない。

例えば、具体的な実用例として考えられる車両のブレー
キエネルギー回収装置などでは、動力源の回転数に関係
なく、ブレーキ動力すなわちトルクコンバータの入力動
力を得るとき、入力軸に歯車増減速装置を入れただけで
は、車両の減速度がステップ状になり、非常に乗りごこ
ちが悪くなるという欠点があるばかりか、安全上も問題
になる。

以上のように、従来のトルクコンバータでは、その入力
軸に連結される原動機が一定回転で運転されているとき
に、任意の出力を取り出すことができず、また回転数が
変化する動力源より任意の出力（例えば一定出力）を取
り出すことができないという問題点がある。

本発明は、このような問題点を解決しようとするもので
、トルクコンバータの入力動力を決めるポンプの吸収動
力を変化させるために、ポンプの羽根の高さを外部より
変化させて、ポンプの流量を制御できるようにすること
により、回転動力源の回転速度に関係なく、所要の出力
が取り出せるようにしたトルクコンバータを提供するこ
とを目的とする。

このため本発明のトルクコンバータは、回転動力源に連
結される入力軸に取付けられたポンプ羽根車と、該ポン
プ羽根車と共働して作動流体の流路を形成するとともに
上記入力軸の軸方向に移動可能に設けられたシュラウド
と、出力軸に連結され上記流路から流出した作動流体に
より駆動されるタービンとをそなえ、上記シュラウドを
駆動して上記作動流体の流路幅を調整するシュラウド駆
動機構が設けられたことを特徴としている。

また本発明のトルクコンバータは、上記回転動力源と上
記入力軸との間に２種以上の変速比に切換可能の歯車変
速装置が介装されたことを特徴としている。

以下、図面により本発明の一実施例としてのトルクコン
バータについて説明すると、第１図はその部分縦断面図
、第２図はその回転動力源と入力軸との間に歯車変速装
置が介装された場合の連結関係を示す縦断面図、第３，
４図はそれぞれその作用を示すグラフである。

第１図において、符号１はトルクコンバータのポンプ羽
根車、２はポンプ羽根シュラウドを示しており、ポンプ
羽根車１は入力軸６に焼ばめされているが、シュラウド
２は入力軸６に沿い移動可能に設けられている。

また符号３はタービン翼、４，５はそれぞれ静翼を示す
。

さらに符号７はタービン軸を示しており、このタービン
軸Ｔにタービン翼３が取付けられている。

なお符号８，９はトルクコンバータのケーシング、１０
はケーシング取付ボルト、１１はシリンダカバー １２
は軸受カバーをそれぞれ示しており、符号１３は補助軸
を示し、補助軸１３には、軸方向に移動可能なシュラウ
ド２が取付けられている。

そして符号１４は制御機構としてのピストンを示し、こ
のピストン１４がシュラウド２の位置制御を行なうこと
によりポンプ羽根車１とシュラウド２との間に形成され
る流路幅Ｈの間隔制御を行なうもので、符号１５，１６
はピストン１４を作動させるための操作油の供給口を示
している。

なお符号１７，１８はピストンのシールのための０１Ｊ
ングとバックアップリングを示す。

また符号１９は補助軸１３を入力軸６に沿い移動可能に
すると共に回転力を伝えるためのスプラインを示してい
る。

そして符号２０，２１は静止しているピストン１４の入
力軸６に沿う力を回転している補助軸１３に伝えるため
に設けられた軸受、２２，２３は軸受２０，２１を固定
するための丸ナツト、２４は入力軸６の軸受、２５は固
定用の丸ナツト、２６はシュラウド２の固定用丸ナツト
、２７はポンプ羽根車１のキー、２Ｂ 、２９はタービ
ン軸７の軸受、３０は固定用の丸ナツト、３１は軸受、
３２．３３は丸ナツトを示し、符号１０８は出力歯車、
１０２は回転動力源の動力を伝える入力歯車を示す。

さらに符号Ｈはポンプ羽根車１とシュラウド２とで形成
される流路幅を示す。

シュラウド２は補助軸１３に固定されており、軸受２０
，２１を介してピストン１４に連結されている。

したがって操作油を供給口１５または１６に送給するこ
とによって、シュラウド２は入力軸６に沿い移動し、こ
れにより流路幅Ｈを外部から自由に調整することができ
る。

なおタービン翼３は、一般のトルクコンバータでは、反
動タービン翼を用いているが、このトルクコンバータで
は、タービン翼内での流れの方向を変えるだけで流速を
変えないようにした衝動タービン翼を用いるのがよい。

さらに第２図に、このトルクコンバータに連結する歯車
変速装置をそなえた一例を示すが、第２図において符号
１０１は回転動力源の動力軸、１０２．１０３，１０４
は歯車、１０５，１０６゜１０７はクラッチ円板を示す
。

クラッチＡ、Ｂ、Ｃの作用により、動力軸１０１は入力
軸６と結合したり、切り離したりできるようになってい
る。

また符号１０８はトルクコンバータのタービン軸７に取
付けられた歯車、１０９は出力軸、１１０．１１１，１
１２，１１３は歯車をそれぞれ示している。

これにより常に噛み合った３対の歯車すなわち歯車１０
２，１１０と、歯車１０３，１１１と歯車１０４，１１
２とは、３組のクラッチＡ、Ｂ。

、Ｄい（、よ、いアゎヵ、−カ。エヵ３□５ゎ′旦ので
、この一対の歯車を介して動力がトルクコンバータに伝
えられる。

本発明のトルクコンバータは上述のごとく横取されてい
るので、第１図に示すように、回転動力源（図示せず）
からの動力が歯車１０２を介し入力軸６に伝えられると
、ポンプ羽根車１、補助軸１３、シュラウド２が共に回
転し、これにより作動流体が矢印の方向に流れる。

このとき流路幅Ｈの流路を通って、例えば衝動タービン
翼のごときタービン翼３に流れた高速の作動流体は、こ
のタービン翼３で仕事をし、これにより回転動力源から
の動力がタービン軸７および歯車１０８を介して外部に
取り出される。

いま、入力軸６が、一定回転速度で回転しているとき、
原動機の出力を小さくするには、すなわちトルクコンバ
ータの入力動力を小さくするには、操作油の供給口１６
より高圧油を送り、ピストン１４を軸方向に移動させる
ことにより、軸受２０゜２１補助軸１３を介して、シュ
ラウド２を軸方向に移動させて、これにより流路幅Ｈを
小さくする。

トルクコンバータの入力動力すなわちポンプの吸収動力
は流量に比例し、流量は流路幅Ｈに比例するので、ポン
プの吸収動力は流路幅Ｈに比例することになる。

トルクコンバータのポンプで一旦吸収された動力は、こ
こから吐出される流体の運動エネルギーに変換され、こ
れが再びタービンによって機械的な回転エネルギーに変
換される。

したがって、ポンプ吸収動力すなわちトルクコンバータ
の入力軸の入力動力は、流路幅Ｈに比例し、同時にター
ビンの出力すなわちトルクコンバータの出力軸の出力も
、流路幅Ｈに比例することになる。

またタービン翼３を出た作動流体は、静翼４゜５により
整流されて、ポンプ羽根車１とシュラウド２との間に形
成された流路に再び戻される。

なお操作油圧は負荷側のトルクまたは回転速度を検出す
ることにより、自動制御を行なうこともできるし、また
手動操作により油圧を調整することもできる。

またトルクコンバータの入力動力を変化させるに際し、
ポンプ羽根車１とシュラウド２とで形成される流路幅Ｈ
を大幅に変えることは、効率上好ましくない。

そこで広い出力範囲で所要出力が得られるようにするた
めには、第２図に示すような歯車式の変速装置を併用す
る。

第２図に示す歯車式変速装置は、３対の歯車、すなわち
歯車１０２，１１０と歯車１０３゜１１１と歯車１０４
，１１２とを常時噛み合わせておき、３組のクラッチＡ
、Ｂ、Ｃの結合を適宜選択することによって、上記３対
の歯車のうちいずれか一対の歯車を介して、動力軸１０
１の動力を入力軸６に伝える。

なおりラッチＡ、 Ｂ 、 Ｃの結合の状態は次表に示
すとおりである。

いま動力軸１０１の最高回転数をＮｍとし、十Ｎｍまで
変化する回転動力源に動力軸１０１が連結されていると
き、負荷側の出力軸１０９に一定の出力を得るには、流
路幅Ｈを第３図に示すように制御する。

まずクラッチＣを結合して、動力軸１０１の回転数がＮ
ｍのときに流路幅Ｈを十開として、このときのトルクコ
ンバータのポンプの吸収動力が、定格出力になるように
設計する。

動力軸１０１の回転が低下すると、流路幅Ｈを第３図ａ
のように大きくしてゆき、そして動力軸１０１の回転速
度が０．６９３Ｎｍになると、流路幅Ｈが定格状態の３
倍になるようにする。

これはポンプ吸収動力が回転速度の３乗に比例するから
である。

このため動力軸１０１の回転速度が０．６９３Ｎｍの点
では、流路幅Ｈが全開の状態にあるので、旦クラッチＣ
を断にしてから、流路幅Ｈを最小にし、ついでクラッチ
Ｂを入れて２速の状態にする。

これにより、第３図における０、６９３Ｎｍから０．４
８１Ｎｍの範囲では、動力軸１０１の回転速度が低下し
ても、一定出力で運転することができる。

同様に、０．４８１Ｎｍから０．３３３Ｎｍ（４Ｎｍ）
までは、クラッチＡを入れて１速に切換えることによっ
て一定出力の運転ができる。

なお０．３３３Ｎｍ以下では、流路幅Ｈが最大でも一定
出力を確保できなくなり、第３図すの０．３３３Ｎｍ以
下におけるような出力特性になる。

このように本発明のトルクコンバータと３段歯車変速装
置とを組合せたものとによって、動力軸１０１の回転速
度が＋ＮｍからＮｍまで変動しても、動力軸１０１の回
転速度に関係なく、一定の出力を得ることができる。

さらに動力軸１０１の回転速度が一定な場合に、トルク
コンバータの入力動力を変化させるには、まずクラッチ
Ａを結合し、その状態での入力軸６の回転速度が最高で
、且つ流路幅Ｈが最大のとき、この入力動力が最大とな
るので、この値が定格となるように設計する。

このようなトルクコンバークの入力動力が最大の状態か
ら、流路幅Ｈを小さくしてゆくと、これに伴って、第４
図の１連の線が示すように、トルクコンバータの入力動
力が低下する。

すなわち流路幅Ｈが最小になる十開の状態では、入力動
力が１になる。

ついでこの動力が＋になった時点で、一旦クラッチＡを
断にしてから、流路幅Ｈを最大にし、ついでクラッチＢ
を結合して、２速の状態にする。

これにより第４図の２速の状態における直線上の特性と
なるので、流路幅Ｈを小さくしてゆくと、トルクコンバ
ータの入力動力も低下してゆく。

同様にして、３速の状態にし、流路幅Ｈを十開にするこ
とにより、定格出力の１／２７までトルクコンバータの
入力動力を変化させることができる。

逆に、トルクコンバータの入力動力を大きくするには、
流路幅Ｈを大きくするか、適宜クラッチを切換えればよ
い。

このようにして、トルクコンバータの入力動力を必要に
応じて、大きくしたり小さくしたりすることができる。

また入力軸６の動力は、タービン翼３の働きにより、負
荷トルクに応じて、大トルクのときは低速回転になり、
小トルクのときは高速回転となるが、本装置では、トル
クコンバータの入力動力を任意に変化させることができ
るので、負荷トルクに関係なく所要の回転速度にするこ
とができる。

以上詳述したように、本発明のトルクコンバータによれ
ば、その内部のポンプ羽根車とシュラウドとの間の流路
幅を制御する制御機構をそなえ、この流路幅を経由する
作動流体でタービンが駆動されるので、ポンプ吸収動力
を外部より制御することが可能となり、これにより回転
動力源の回転速度に関係なく、所要の出力を効率よく得
られる利点がある。

また本発明のトルクコンバータによれは、回転動力源の
回転速度がほぼ一定な場合でも、負荷側の動力を任意に
選択しうるので、トルク変動の大きい負荷を回転速度一
定で運転しうる利点がある。

さらに本発明のトルクコンバータによれば、回転動力源
と入力軸との間に介装された歯車変速装置とあいまって
、上述の出力制御が一層効率よく行なわれるのである。

【図面の簡単な説明】

第１〜４図は本発明の一実施例としてのトルクコンバー
タを示すもので、第１図はその部分縦断面図、第２図は
その回転動力源と入力軸との間に歯車変速装置が介装さ
れた場合の連結関係を示す縦断面図、第３，４図はそれ
ぞれその作用を示すグラフである。 １・・・・・・ポンプ羽根車、２・・・・・・ポンプ羽
根車シュラウド、３・・・・・・タービン翼、４，５・
・・・・・静翼、６・・・・・・入力軸、７・・・・・
・タービン軸、８，９・・・・・・トルクコンバータの
ケーシング、１０・・・・・・ケーシング取付ボルト、
１１・・・・・・シリンダカッく−１２０００１，。 軸受カバー １３・・・・・・補助軸、１４・・・・・
・ピストン、１５．１６・・・・・・操作油の供給口、
１７・・・・・・０１Ｊング、１８・・・・・・バック
アップリング、１９・・・・・・スプライン、２０，２
１・・・・・・軸受、２２，２３・・・・・・丸ナツト
、２４・・・・・・軸受、２５，２６・・・・・・丸ナ
ツト、２７・・・・・・ポンプ羽根車のキー ２８，２
９・・・・・・軸受、３０・・・・・・丸ナツト、３１
・・・・・・軸受、３２゜３３・・・・・・丸ナツト、
１０１・・・・・・動力軸、１０２゜１０３．１０４・
・・・・・歯車、１０５，１０６，１０７・・・・・・
クラッチ円板、１０８・・・・・・出力歯車、１０９・
・・・・・出力軸、１１０，１１１，１１２，１１３・
・・・・・歯車、Ａ・・・・・・１速クラツチ、Ｂ・・
・・・・２速クラツチ、Ｃ・・・・・・３速クラツチ、
Ｈ・・・・・・流路幅。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転動力源に連結される入力軸に取付けられたポン
   プ羽根車と、該ポンプ羽根車と共働して作動流体の流路
   を形成するとともに上記入力軸の軸方向に移動可能に設
   けられたシュラウドと、出力軸に連結され上記流路から
   流出した作動流体により駆動されるタービンとをそなえ
   、上記シュラウドを駆動して上記作動流体の流路幅を調
   整するシュラウド駆動機構が設けられたことを特徴とす
   るトルクコンバータ。 ２ 回転動力源に連結される入力軸に取付けられたボブ
   羽根車と、該ポンプ羽根車と共働して作動流体の流路を
   形成するとともに上記入力軸の軸方向に移動可能に設け
   られたシュラウドと、出力軸に連結され上記流路から流
   出した作動流体により駆動されるタービンとをそなえ、
   上記シュラウドを駆動して上記作動流体の流路幅を調整
   するシュラウド駆動機構が設けられたトルクコンバータ
   において、上記回転動力源と上記入力軸との間に２種以
   上の変速比に切換可能の歯車変速装置が介装されたこと
   を特徴とするトルクコンバータ。