JPS62177354A - 流体トルクコンバ−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】 （イ）　産業上の利用分野 本発明は、流体トルクコンバータ、特に自動車に搭載さ
れる流体トルクコンバータに係り、詳しくは軸方向寸法
が半径方向寸法より小さい扁平型のトーラスを有する流
体トルクコンバータに関する。

（ロ）　従来の技術 近時、車輌のＦ−Ｆ（フロントエンジン・フロントドラ
イブ）化及びエンジンの大容量化、更にロックアツプク
ラッチの採用等に伴って、流体トルクコンバータの設置
スペースが制約される傾向にあり、これに対応すべく、
軸方向寸法を半径方向寸法に比して短かく構成した扁平
形のトーラスを有する流体トルクッンバータが案出され
ている（特公昭５７−３７７９１号公報、特開昭５２−
７９１７４号公報参照）。

従来、該扁平型流体トルクコンバータ１は、第２図に示
すように、エンジン側ドライブプレート２に連結されて
いるポンプ３、自動変速機入力軸５に連結されているタ
ービン６、及び固定部材にワンウェイクラッチ７を介し
て支持されているステーク９を備えており、これらポン
プ３、タービン６及びステータ９にて、軸方向寸法りが
半径方向寸法Ｈより短かい扁平状のトーラス１０′を構
成している。−例として、特公昭５７−３７７９１号公
報に示されるように、扁平比（Ｌ／Ｈ）が０６４〜０．
８７、トーラスの内周径Ｄｉと外周径ＤＯとの比（Ｄ　
ｉ　／　Ｄ　ｏ　）が０．４０〜０．３３、ポンプ出口
のドーナツ型流路部の面積Ｓとトーラス１０の最外周径
が描（円面積Ｓとの比（Ｓ／Ｓ）が０．１８〜０２３に
設定されている。そして、該トーラス１０’はポンプ及
びタービンの子牛面断面の外・内郭線により構成される
外郭（シェル）１０′ａ及び内郭（コア）１０’ｂを有
していると共に、子牛面断面においてポンプ側及びター
ビン側が略々同形状からなる左右対称形状にて形成され
ており、更にこれら外郭１０′ａ及び内郭１０′ｂはそ
れぞれ複数の円弧の組合せにて構成されている。

即ち、外郭１０′ａは３個の円弧Ａ’、Ｂ’、Ｃ’にて
構成され、その互い・の半径の比は、 （Ｂ’／Ｃ’）　＝３．３４１　　、　　（Ｂ’／Ａ’
）　＝３．８６４゜（Ｃ’／Ａ’）　＝１．１５６　　
からなる。また、内郭１０′ｂは２個の円弧Ｄ’、Ｅ’
にて構成され、その半径の比は、（Ｅ’／Ｄ’）＝３．
０７１から７：Ｃ５゜←→　発明が解決しようとする問
題点 ところで、近時、エンジンの高馬力化等に伴う自＊＊の
高性能化１ζより、加速性能、就中発進時の加速性能（
以下出足性能という）の向上が望まれており、このため
（最大）ストール時における高いトルク比を有するトル
クコンバータが要求されている。

一般に、トルクコンバータの設計に際しては、搭載エン
ジンとのマツチング等により容量係数が定められ、更に
該容量係数からトルクコンバータの径方向寸法、ポンプ
のブレード形状及びタービンのブレード形状が定められ
、そして車輌搭載上の制限からトルクコンバータの寸法
、特に軸方向寸法が定められ、該軸方向寸法と容量係数
から扁平比Ｌ／Ｈが定められる。

そこで、一般に、ストールトルク比を高く設定するには
、ステータのブレード形状を変更、具体的にはその入口
角度と出口角度との差を大きくすることにより行われる
。

一方、第３図に示すように、トルクコンバータは、ター
ビンブレード６ａからの流れが、ステータブレード９ｃ
に無衝突となる方向０を基準速度比（ｅｏ）とし、該基
準速度比より低速域にある場合、タービンブレード６ａ
からの流れはステータブレード９ｃの前面に衝突しく矢
印Ｇ）、所定トルク変更がなされるが（コンバータ範囲
）、高速域となってタービンブレード６ａからの流れが
ステータブレード９Ｃのブレード出口方向と平行になっ
た場合（矢印Ｍ）、ステータは流れの方向を変えず従っ
てトルクを受けず（クラッチ点）、更にタービンブレー
ド６ａからの流れが該クラッチ点方向Ｍを越えると（矢
印Ｈン、該流れはステータブレード９ｃの裏面に当り、
ステータをワンウェイクラッチ７にて遊転する（カップ
リング範囲）。

ところで、ストールトルク比を高く設定すべく、ステー
タブレード９Ｃを鎖線で示すものから実線で示すように
角度を大きくすると、基準速度比（ｅｏ）に対応するタ
ービンブレード６ａがらの無衝突方向の流れが、Ｏｌか
ら０２になる。このことは、コンバータ範囲を低速側に
移動することになって、効率特に最高効率り７．８を低
下することになり、上述従来の扁平トルクコンバータ１
では、該効率面での制約からストールトルク比を高く設
定することができず、比較的低く押えられている。

そこで、本発明の目的は、搭載上の制約等により所定扁
平比Ｌ／Ｈ（０，２１２〜０．９）におさまるものであ
りながら、効率を低下することなくストールトルク比を
高く設定し得る流体トルクコンバータを提供することに
ある。

（ロ）問題を解決するための手段 ところで、前記流体トルクコンバータ１は、ポンプ３か
らタービン６そしてステータ９を介して再びポンプ３に
流体が循環されるが、上述のように外郭１０′ａ及び内
郭１０′ｂを構成する円弧Ａ′。

Ｂ’、　Ｃ’、　Ｄ’、　Ｅ’の内の隣接する円弧Ａ′
とＢ／。

Ｂ′とＣ’、Ｄ’とＥ′との曲率の差が大きいため、こ
れら各円弧の曲率の差に影響されて、第５図に鎖線で示
すように、ｌ−一ラス１０′の平均流＆％Ｆ、が急激に
変化している。更に、本発明者が解析したところ、圧力
分布曲線が入口近ｆ５ｊ　（１，２７３）及び出口近傍
（ｘ６，１７，１８）にて凹凸に変曲して不安定になっ
ており、また中央部分（４〜９）にて突出していること
が解った。これにより、ポンプ３及びタービン６の入口
及び出口部分にて、曲率半径方向の流体の圧力バランス
がくずれ、流体の流れが外郭側又は内郭側に乱れて滑ら
かな流れを阻害されているものと推測され、更にこれに
起因して、ポンプ３及びタービン６の出口部分の流速が
低下していると推測される。

また、第４図に示すように、タービン６の流体の絶対流
れｆ、、　ｆ２は、ブレード６ａに沿った相対流れａ、
、ａ２と軸回りのタービンブレード６ａの回転に基づく
流れ「とが合成されたものであるが、上述したように相
対流れの流速ａ１が遅いと、回転流れの流速ｒが比較的
低速状態にある内に、絶対流れｆ、は前述した無衝突方
向Ｏに向くものと解析される。

本発明は、上述解析に鑑みなされたものであって、ター
ビン出口部分の流速を高めることにより、スト−ルトル
ク比を高く設定すると共に、基準速度比に至る絶対流速
の向き（無衝突方向）を速度比が高くなるまで遅らせて
効率の低下を防止することを基本技術思想とするもので
ある。

そして、所定扁平比（Ｌ／Ｈ＝０．８２〜０９゜ｓ　／
　Ｓ＝０．１８〜０．２３　）からなるトーラスを有す
る流体トルクコンバータであって、タービンの子午面断
面における外及び内郭線を複数個の円弧の組合せにて形
成し、更に上記外郭線を構成する各円弧の半径の互いの
比が略々２以下からなり、かつ前記内郭線を構成する各
円弧の半径の互いの比が略々２以下からなることを特徴
とするものである。

（ホ）作用 以上構成に基づき、流体はトーラス内を循環するが、こ
の際、タービン外郭線及び内郭線に近い流体は変曲率の
小さな円弧に沿って滑らかに流れ、かつ隣接しない円弧
の半径比も小さく、タービン全体で流線が帰る乙となく
安定して流れる。これにより、タービンブレードに沿う
相対流速は速くなり　（ａ２＞　ａ、ｌ　、同一回転速
度（ｒ＝ｒｌであっても、ステータに向かう絶対流速ｆ
２の方向は無衝突方向Ｏより前にあり、従って基準速度
比が高くなる。

（へ）　実施例 息下、図面に治って本発明による実施例について説明す
る。

流体ｌ・ルクコンパータ１１は、第１図に示すように、
ポンプ３、タービン６及びステータ９を有しており、こ
れらによりトーラス１０を構成している。更に、ポンプ
３ζよトーラス１０の外郭１０ａを構成する部分がケー
ス１２にて一体に構成されており、かつ内郭１０ｂとの
間に固定されている多数のブレード３ａを有する。また
、タービン６はタービン外郭線を構成するトーラス外郭
１０ａ及びタービン内郭線を構成する内郭１０ｂ、及び
その間に固定されている多数のブレード６ａからなる。

また、ステータ９はボス部９ａ、　リング状プレート９
ｂ及びその間に固定されている多数のブレード９ｃから
なる。そして、前記ケース１２と一体に構成されている
フロントカバー１２ａにはエンジンクランクシャフト１
５に連結されているドライブプレート２がポル１−１６
により固定されており、また該カバー１２ａ内にはロッ
クアツプクラッチ１７が配設されている。該ロックアツ
プクラッチ１７はフロントカバ−１２ａ内側面と接離す
るクラッチプレート１７ａ及び該プレート接合に伴うシ
ョックを吸収するダンパ部材１７ｂからなる。そして、
該ロックアツプクラッチ１７は、前記タービン６の外郭
１０ａを構成する部分と一体にタービンボス１９に固定
されており、更に該ボス１９はプラネタリギヤからなる
自動変速機の入力軸となるシャフト５にスプライン結合
されている。また、該シャフト５に被嵌しかっハウレッ
グ２０に固定されている固定スリーブ２１にはワンウェ
イクラッチ７を介して前記ステータボス部９ａが支持さ
れており、更に上記固定スリーブ２１に被嵌してポンプ
スリーブ２２が回動自在に支持されている。また、該ポ
ンプスリーブ２２はその一端が前記ポンプ３の外郭を構
成するケース１２に固定されていると共に、その他端が
オイルポンプ２５の駆動ギヤ２５ａに連結されている。

そして、前記）・−ラス１０はポンプ側及びタービン側
が略々同形状からなり、従って中心線にて略々線対称に
構成されている。なお、以降トーラス１０の形状をター
ビン側の郭形状についてのみ述べるが、ポンプ側につい
ても同様である。また、トーラス１０はその軸方向寸法
りがその半径方向寸法Ｈに比して短かく構成されて、扁
平状になっている。詳しくは、トーラス１０の外形りに
対して、軸方向寸法りは約０．２５Ｄ、半径方向寸法Ｈ
は約０２９Ｄとなり、従って扁平比（Ｌ／Ｈ）が約０８
７となる。また、ポンプ出口のドーナツ型流路部の面積
Ｓとトーラス１０の最外周径が描く円面積Ｓとの比ｓ　
／　Ｓが０２３になり、かつトーラスの内周径Ｄｉと外
周径ＤＯとの比Ｄ　ｉ　／　Ｄ　ｏが０４２になる。

更に、タービンの外郭線、即ちトーラス１０の外郭１０
ａは３個の円弧Ａ、Ｂ、Ｃからなり、その半径の互いの
比（Ｂ／Ｃ）、（Ｂ／Ａ）、（Ｃ／Ａ）はすべて２以下
からなる。詳しくは、円弧Ａの半径は約０．１１４Ｄ、
円弧Ｂの半径は約０１９７Ｄ、円弧Ｃの半径は０．１３
８Ｄとなる（Ｄ；　　）−ラス外径）。従って、各円弧
の半径の比は、（Ｂ／Ｃ）＝１．４３．（Ｂ／Ａ）＝１
．７．（Ｃ／Ａ）＝１２１となる。また、トーラスの内
郭１０ｂは２個の円弧Ｅ、Ｄからなり、その半径の比（
Ｅ／Ｄ）も２以下からなる。詳しくは、円弧りの半径は
約０．０４８Ｄ、円弧Ｅの半径は約０．０８７０からな
る（Ｄ、ｌ−−ラス外径）。従って該円弧の半径の比（
Ｅ／Ｄ）＝１．８となる。

本実施例は以上のような構成からなるので、エンジンの
クランクシャフト１５にドライブプレート２及びケース
１２を介して直結されているポンプ３が回転すると、ト
ーラス１０内の流体は遠心力によりタービン６に向けて
流れ、更に該タービン６からステータ９を通って再びポ
ンプ３．に循環される。この際、タービン６とポンプ３
の回転速度差が大きい状態では、ステータ９のブレード
９Ｃが流体の流れをポンプ３の回転を助ける方向に変換
してトルク増加が得られる（コンバータ範囲）。

また、該トルク増加に基づくトルク比は、ポンプ３とタ
ービン６との回転差が大きい程大きく、スト−ル時即ち
車輌が停止してタービン６の回転が０のとき最大となり
、その差が小さくなるに従ってトルク比は減じ、効率は
増加する。更に、タービン６からの流体の流れが速くな
って基準速度比（ｅｏ）を越え、ステータ９の前面に当
っていた流体が裏面に当たるようになると、ステータ９
はワンウェイクラッチ７により遊転して（クラッチ点）
、以降は流体継手として作用する（カップリング範囲）
。更にその後、車速及びエンジンスロットルが所定状態
になると、ロックアツプクラッチ１７がフロントカバー
１２ａに接合して、それ以降は流体を介することなく、
機械的にエンジン側２と自動変速機入力軸５とが連結さ
れる。

そして、上述トーラス１０内の流体の循環において、ト
ーラス１０の外郭１０ａは、それを構成する円弧Ａ、Ｂ
、Ｃの内の隣接する円弧ＡとＢ。

ＢとＣの曲率の差が小さく、かつ隣接しない円弧ＡとＣ
との曲率の差も小さく、全体として該外郭１０ａに沿う
流体は安定して流れ、同様にトーラス１０の内郭１０ｂ
も、それを構成する円弧Ｅ。

Ｄの曲率の差が小さく、該内郭１０ｂに沿う流体も安定
して流れる。これにより、トーラス１０全体として、第
５図に実線で示すように、その平均流ｓＦ２は変曲部分
の小さな滑らかな曲線となり、曲率半径方向に流体の圧
力バランスがくずれることがなく、流れが曲率半径方向
に偏らずに安定して流れ、該偏りによる損失が減少する
。

このことは、圧力分布曲線が、タービンの入口部分（１
，２，３）及び出口部分（１６，１７゜１８）で滑らか
になっており、かつ中央部分く４〜９）の突出量も少な
くなっているから、タービン６内の流れが安定して流れ
ていることが解かる。

そして、該流れの安定に基づき、第４図に示すように、
タービンブレード６ａに沿う相対流れの流速が増加しく
ａ２＞ａ、）、ステータブレード９Ｃの角度変化を大き
くして（第３図参照）無衝突方向Ｏに至る絶対流れの方
向が変化しても　（０□→０２）、該無衝突方向０に至
る回転成分流速ｒが大きくなり、基準速度比を速度比の
大きい方に遅らせる。

なお、扁平比（Ｌ／Ｈ１が０８２〜０９の範囲内におい
て、上述タービン外郭線及び内郭線が形成する各円弧の
半径の互いの比（Ｂ／Ｃ）、ＣＢ／Ａ）、（Ｃ／Ａ）及
び（Ｅ／Ｄ）が実質的に２以下であると、上述安定した
流れが保持されて、上述したようにタービンブレード６
ａに沿う相対流れの流速ａが基準速度比を変更するに充
分な速さとなるが、２以上であると、変曲部分（円弧接
続部分）の圧力分布が乱れ、基準速度比を変更する程の
流速変化が得られない。

ついで、以上のことを証明すべく、同一外径におけろ従
来の流体トルクコンバータ１　（第２図参照）と本発明
に係る流体）・ルクコンバータ１１（第１図参照）の性
能を比較した実験結果を、第６図に后って説明する。

第６図は、速度比ｅ　（ｅ−タービン回転数Ｎ２とポン
プ回転数Ｎ１の比（Ｎ２／Ｎ、　）　ｌに対する、トル
ク比し及び効率ｒ）（η＝ｔ−ｅ）の関係を、略々同一
の容量係数からなる従来のトルクコンバーク（鎖Ｒ）と
本発明に係るもの（実線）を比較した図である。本図に
より、容量係数が略々同じものでありながら、ストール
時即ち速度比Ｏにおける１−ルク比ｔが従来のものに比
し本発明に係るものが大きく、かつコンバータ域全部に
亘って効率ｌ待に最高効率−１Ｘが従来のものに比し本
発明に係るものが高く、かつクラッチ点Ｍの速度比従っ
て基準速度比も、従来のものに比して本発明に係るもの
が高いことが解かる。

なお、上述実施例は、トーラス１０の形状を、外郭１０
ａが３個の円弧からまた内郭１０ｂが２個の円弧から構
成したが、これに限らず、外郭を４個、内郭を３個等の
更に多くの（又は少ない）円弧にて形成してもよく、ま
た、トーラスは厳密な意味での円弧だけにて構成するも
のに限定するものではなく、円弧の接続部分に、だ円、
サイクロイド又は渦巻等の他の曲線を介在するもの也含
む。

（１・）　　発明の詳細 な説明したように、本発明によると、軸方向寸法りが半
径方向寸法りより短かい扁平流体トルクコンバータであ
りながら、タービンの外及び内郭線を構成する円弧Ａ、
Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅの半径比が略々２以下と小さいため、平
均流線の曲率変化が小さくなり、曲率半径方向の流体圧
カバランスを保持して流れが偏ることを防止し、該流れ
の偏りによる損失を減少し、全体効率を向上し得る。

更に、タービン６持にその入口部分及び出口部分の圧力
の乱れをなくして、タービンブレード６ａに沿う相対流
れを速くし、基準速度比に至るタービン回転数を大きく
し、基準速度比を高くして最高効率を高くすることがで
き、これにより、ステータブレード９Ｃを変更してスト
ールトルク比を高く設定しても、所定効率を維持するこ
とができ、自動車の出足性能を向上して、近時の自動車
の高性能化に対応することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る流体トルクコンバータを示す断面
図、第２図は従来の流体トルクコンバータを示す断面図
である。また、第３図にタービンブレードからステータ
ブレードへの流れを示す図、第４図はその相対流れ、タ
ービン回転に基づく流れ及び絶対流れを示す図である。 更に、第５図は従来のトーラスと本発明に係るトーラス
における平均流線を示す図である。そして、第６図は従
来の流体１、ルクコンバータと本発明に係る流体トルク
コンバータとの各性能を比較する図である。 ３・・・ポンプ　、　３ａ・・ポンプブレード　、６・
・・タービン　、　６ａ・タービンブレード　、９・・
・ステータ　、　　９Ｃ・・ステークブレード　、１０
・・・トーラス　、　　１０ａ・・外郭（線）　、１０
ｂ・・・内郭（線）　、　１１・流体トルクコンバータ
　、　　１７・・・ロックアツプクラッチ　、Ａ、Ｂ、
Ｃ，Ｄ、Ｅ・・・円弧（の半径）、Ｈ・・・半径方向寸
法　、　Ｌ・・軸方向寸法　。 第３図 Ｈ 第４図 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ポンプ、タービン及びステータを備え、かつ軸方
   向寸法が半径方向寸法より小さい扁平形のトーラスから
   なる流体トルクコンバータにおいて、 前記タービンの子午面断面における外及び内郭線を複数
   個の円弧の組合せにて形成し、更に上記外郭線を構成す
   る各円弧の半径の互いの比が略々２以下からなり、かつ
   前記内郭線を構成する各円弧の半径の互いの比が略々２
   以下からなることを特徴とする流体トルクコンバータ。
2. （２）前記トーラスの軸方向寸法Ｌと半径方向寸法との
   比（Ｌ／Ｈ）が実質的に０．８２〜０．９の範囲内にあ
   る特許請求の範囲第２項記載の流体トルクコンバータ。