KR100286633B1 - 차량용 토크 컨버터의 스테이터 - Google Patents

차량용 토크 컨버터의 스테이터 Download PDF

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야스히로 콘도
겐지 이마이
마사히로 고지마
노부유키 나가시마
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도요타 주오 겐큐쇼 주식회사
와다 아끼히로
도요다 지도샤 가부시끼가이샤
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Abstract

[목적] 토크 변환 작동이 실질적으로 완료된 플루이드 커플링 상태 및 그 근처에 있는 차량용 토크 컨버커의 스테이터에 있어서의 베인 표면에서의 유체류의 박리를 억제하기 위해 스테이터 베인의 익형 및 익배열을 최적화한다.
[구성] 베인 전단 근처의 정압측 표면 및 베인 후단 근처의 부압측 표면에 대해서 각각 하기의 조건을 만족시킨다.
(DL- DLMIN)/DLSL≤0.38(XT/ST- 0.08)1.7
(DT- DTMIN)/DTST≤0.36 (XT/ST- 0.45)1.7

Description

차량용 토크 컨버터의 스테이터
제1도는 차량용 토크 컨버터의 스테이터의 익렬을 가로지르는 유체의 흐름 상태를 토크 컨버터의 풀루이드 커플링(fluid coupling) 상태 및 그 근처에 있어서 일반적으로 도시하는 개략도.
제2도는 본 발명에 의한 스테이터 익렬의 해석을 위한 제원의 설정을 도시하는 개략도.
제3도는 제2도에 도시하는 요령으로 설정되는 직경 DL및 DT의 원이 XL및 XT의 값에 따라서 변화하는 상태를 1 개의 익렬에 대해서 도시하는 개략도.
제4도는 제3도에 도시하는 익렬에 있어서의 익형과 같은 익형의 베인 간격이 제3도에 있어서의 값보다 얼마간 축소된 때의 마찬가지의 원의 변화 양태를 도시하는 개략도.
제5도는 제3도 및 제4도에 도시하는 익렬에 있어서의 익형과 같은 익형의 베인 간격이 축소된 때의 마찬가지의 원의 변화의 양태를 도시하는 개략도.
제6도는 본 발명에 의한 실험적 연구의 대상으로 된 익렬의 하나를 도시하는 개략도.
제7도는 본 발명에 의한 실험적 연구의 대상으로 된 익렬의 다른 하나를 도시하는 개략도.
제8도는 본 발명에 의한 실험적 연구의 대상으로 된 익렬의 다른 하나를 도시하는 개략도.
제9도는 본 발명에 의한 실험적 연구의 대상으로 된 익렬의 다른 하나를 도시하는 개략도.
제10도는 본 발명에 의한 실험적 연구의 대상으로 된 익렬의 다른 하나를 도시하는 개략도.
제11도는 본 발명에 의한 실험적 연구의 대상으로 된 익렬의 다른 하나를 도시하는 개략도.
제12도는 본 발명에 의한 실험적 연구의 대상으로 된 익렬의 다른 하나를 도시하는 개략도.
제13도는 본 발명에 의한 실험적 연구의 대상으로 된 익렬의 다른 하나를 도시하는 개략도.
제14도는 본 발명에 의한 실험적 연구의 대상으로 된 익렬의 다른 하나를 도시하는 개략도.
제15도는 본 발명에 의한 실험적 연구의 대상으로 된 익렬의 다른 하나를 도시하는 개략도.
제16도는 제6도 내지 제15도에 도시하는 익렬에 대한 베인 전단 근처에 있어서의 정압측 표면에 대해서, XL/ SL에 대한 DL의 변화의 경과를 편차의 무차한 값으로 도시하는 동시에 유체류 박리에 관하는 실험 결과를 도시하는 그래프.
제17도는 제6도 내지 제15도에 도시하는 익렬에 대한 베인 후단 근처에 있어서의 부압측 표면에 대해서, XT/ ST에 대한 DT의 변화의 경과를 편차의 무차한 값으로 도시하는 동시에 유체류 박리에 관한 실험 결과를 도시하는 그래프.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
10 : 스테이터 12, 14, 16 : 스테이터 베인
18 : 러빈 20 : 펌프
22, 24, 26 : 유입 유선 28, 30, 32 : 유출 유선
34 : 유체류 36 : 베인 전단 근처의 정압측 표면 부분
38 : 베인 후단 근처의 부압측 표면 부분
[산업상의 이용분야]
본 발명은 차량용 토크 컨버터에 관한 것으로, 특히 토크 컨버터가 토크 변환 작동을 실질적으로 완료한 플루이드 커플링 상태 및 그 근처에 있을 때 스테이터 베인의 표면에서 유체류가 박리하는 것을 억제하도록 스테이터 익렬을 이루는 스테이터 베인의 익형 및 익배열을 최적화하므로서 차량용 토크 컨버터의 전작동 시간중의 주요부를 차지하는 플루이드 커플링 상태 및 그 근처에서의 토크 컨버터에 있어서의 동력 손실을 저감하고 차량의 연비를 개선코자 하는 것이다.
[종래의 기술]
펌프, 터빈, 스테이터를 차례로 통하고 유체가 순환하는 유체 순환계를 구비한 토크 컨버터(유체식 토크 컨버터)에 있어선 주지와 같이 터빈에서 토출된 유체류는 스테이터로 편향되어서 펌프로 되돌려지고 그때 펌프와 터빈간의 회전 속도비에 따라서 펌프를 입력축으로 하고 또 터빈을 출력축으로 하는 토크 변환 수단의 토크 비가 소정의 최대 확대비에서 1에 가까운 값까지 연속적으로 바뀌게 되어 있다. 이같은 유체식 토크 컨버터이고 특히 차량의 구동계중에 조립되는 소위 차량용의 토크 컨버터에 있어선 토크 컨버터는 차량의 발진시엔 물론 그 토크비가 최대 값까지 서서히 감소하는 무단 변속 작용을 행하고 차량의 매끄러운 발진에 기여하는데 차속이 어느 속도 이상에 도달하면 토크 컨버터의 토크 변환 작동은 실질적으로 완료되고 터빈 토크 컨버터에 있어서 불가피하며 또한 토크 컨버터에 고유의 매끄러운 회전수만큼 펌프의 회전 속도에 비해서 낮은 회전 속도로 회전하고 스테이터는 펌프와 터빈에 따라 회전하는 플루이드 커플링 상태가 생긴다.
[발명이 해결하려는 과제]
차량용 토크 컨버터는 통상 거의 전 작동 시간중에 이같은 플루이드 커플링 상태 또는 그 근처에서 작동된다. 그래서 차량용 토크 컨버터가 플루이드 커플링 상태 및 그 근처에서 작동하고 있을 때의 토크 컨버터에 있어서의 동력 손실을 가급적 저감하면 차량의 연비를 크게 개선하는 것이 기대된다.
차량용 토크 컨버터의 스테이터에 있어서의 스테이터 베인의 익형 및 익배열의 일반적인 예와 토크 컨버터가 플루이드 커플링 상태 및 그 근처에 있을때의 스테이터 익렬을 가로지르는 유체류의 일반적인 양태가 제 1 도에 도시되고 있다. 제 1 도에 있어서 스테이터(10)는 스테이터 베인(12, 14, 16)등을 포함하고 있으며 도면에서 (18)에 의해 도해적으로 도시되어 있는 터빈 익렬과 도면에서 (20)에 의해 도해적으로 도시되어 있는 펌프 익렬의 사이에 배치되고 터빈 익렬(18)을 거쳐서 배출된 유체의 흐름을 편향시키고 펌프 익렬(20)로 도입하게 되어 있다. 터빈 익렬(18)의 출구단 근처에서 스테이터(10)로 향하는 유체의 흐름엔 익렬을 따르는 방향에 얼마간의 흐트러짐이 있으며, 또, 스테이터(10)를 나와서 펌프(20)의 입구부로 향해서 흐르는 유체의 흐름에도 익렬 방향에 얼마간의 흐트러짐이 있는데 스테이터(10)에 있어서의 각 베인에 대해서 보면 각 베인에 대한 유체의 유입 유선 및 각 베인에서의 유체의 유출 유선은 대체로 일정 상태로 유지되고 있으며 그것들은 제 1 도에 있어서 베인(12, 14, 16)에 있어서 각각 (22, 24, 26)로 표시되어 있는 유입 유선과 (28, 30, 32)로 표시된 유출 유선에 의해서 나타내어지며, 따라서 서로 인접하는 2 개의 베인, 예컨대 베인(12, 14)만을 지나서 흐르는 유체의 흐름은 실시된 부분에 상당하는 유체류(32)로서 다뤄져도 좋다.
여기에서 유체류(32)에 대해서 보면 이 유체류에 있어서의 유체가 베인(12, 14) 사이를 지나서 흐를 때 베인의 표면에서 유체류가 박리되는 것에 의해서 동력 손실이 생길 우려가 있는 부분은 베인(12)의 전단 근처에 있어서의 정압측 표면이며 인접하는 베인(14)에 의한 박리 억제 작용이 미치기 어려운 표면 부분(34)과 베인(14)의 후단 근처에 있어서의 부압측 표면이 미치기 어려운 표면 부분(36)이다.
표면 부분(34)에 대해선 이 부분에 있어서의 베인 표면에서의 유체류의 박리가 생기느냐 아니냐는 베인(12)의 전단 근처에 있어서의 정압면이 유체류(32)에 대한 유로 폭에 미치는 변화와 유체류에 대해서 표면 부분(14)이 이루는 각도에 의해 영향을 받고 또, 표면 부분(36)에서의 유체류의 박리가 생기느냐 아니냐는 베인(14)의 후단 근처의 부압측 표면이 유체류(32)의 유로 폭에 끼치는 변화와 유체류에 대해서 표면부(36)가 이루는 각도에 의해서 영향을 받는다고 생각된다.
본 발명은 상기의 관점에서 스테이터 베인 전단 근처에 있어서의 정압측 표면과 후단 근처에 있어서의 부압측 표면에 발생할 우려가 있는 베인 표면에서의 유체류의 박리를 억제하기 위한 조건을 구하므로서 그같은 박리를 억제하는 최적화된 익형 및 익배열을 갖는 차량용 토크 컨버터의 스테이터를 제공하는 것을 과제로 하고 있다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
상기의 과제를 해결하기 위해서 발명자들은 차량용 토크 컨버터의 스테이터에 있어서의 스테이터 베인의 일반적인 익형 및 익배열에 대해서 제 2 도에 도시하는 것같은 제원을 설정하고 이같은 제원에 의거해서 스테이터 베인에 있어서의 베인 표면에서의 유체류의 박리의 발생을 억제하기 위한 스테이터 베인의 익형 및 익배열의 최적화의 조건이 임의적으로 얻어지는지 아닌지를 해석과 실험으로 검토했다.
그 결과, 스테이터 베인의 전단 근처의 정압측 표면에 발생할 우려가 있는 베인 표면에서 유체류의 박리에 대해선 토크 컨버터가 플루이드 커플링 상태 및 그 근처에 있을 때, 스테이터 베인의 익형 및 익배열이 제 1 스테이터 베인(V1)의 전단(L1) 근처의 정압측 표면과 유체류를 따라서 상기 제 1 스테이터 베인의 후에 계속하는 제 2 스테이터 베인(V2)의 전단(L2)에 이르는 유입 유선(Fa)과 양자에 접하는 원의 직경(DL)의 변화로 보아 상기 제 1 스테이터 베인의 전단(L1)에서 상기 유입 유선(Fa)에 세운 수선과 그 유입 유선과의 기점(M:foot point)에서 XL=0.08SL의 점을 지나는 원에서 상기 제 2 스테이터 베인의 전단(L2)을 지나는 원에 이르는 동안에서 실질적으로 하기의 조건을 만족하게 정해지고 있을 때 그것이 효과적으로 억제된다는 것을 알았다.
[식 1]
(DL- DLMIN)/DLSL≤0.38 (XL/SL- 0.08)1.7
여기서,
SL: 기점(M)에서 유입 유선(Fa)을 따르는 전단(L2)까지의 거리
XL: 기점(M)에서 유입 유선(Fa)을 따르는 거리 변수
DL: XL의 위치에서 유입 유선(Fa)에 접하는 상기 정의에 의한 원의 직경
DLMIN: DL의 최소값
DLSL: XL= SL의 위치(즉 전단 L2)에서 유입 유선(Fa)에 접하는 상기 정의에 의한 원의 직경
또, 스테이터 베인의 후단 근처의 부압측 표면에 발생하는 우려가 있는 베인 표면에서의 유체류의 박리에 대해선 토크 컨버터가 플루이드 커플링 상태 및 그 근처에 있을 때 스테이터 베인의 익형 및 익배열이 제 1 스테이터 베인(V1)의 후단(T1)에서 나오는 유출 유선(Fb)과 유체류를 따라서 상기 제 1 스테이터 베인의 뒤에 계속하는 제 2 스테이터 베인(V2)의 정압측 표면과의 양자에 접하는 원의 직경(DT)의 점을 지나는 원에서 상기 제 2 스테이터 베인의 후단(T2)에서 상기 유출 유선(Fb)에 세운 수선과 그 유출 유선과의 기점(N)을 지나는 원에 이르는 동안에서 실질적으로 하기의 조건을 만족하게 정해지고 있을 때 그것이 효과적으로 억제된다는 것이 알려져 있다.
[식 2]
(DT- DTMIN)/DTST≤ 0.36 (XT/ST- 0.45)1.7
여기서,
ST: 후단(T1)에서 유출 유선(Fb)을 따르는 기점(N)까지의 거리
XT: 후단(T1)에서 유출 유선(Fb)을 따르는 거리 변수
DT: XT의 위치에서 유출 유선(Fb)에 접하는 상기 정의에 의한 원의 직경
DTMIN: DT의 최소값
DTST: XT= ST의 위치(즉 기점 N)에서 유출 유선(Fb)에 접하는 상기 정의에 의한 원의 직경
따라서, 본 발명은 차량용 토크 컨버터의 스테이터를 상기와 같은 스테이터 베인의 전단 근처의 정압측 표면에 관한 조건과 스테이터 베인의 후단 근처의 부압측 표면에 관한 조건의 적어도 어느 한쪽을 만족하는 상태의 것으로서 제공하는 것이다.
[발명의 작용 및 효과]
이하에 첨부표면을 참조로 행해지는 몇개의 서로 상이한 익형 및 익배열을 갖는 스테이터에 대한 해석과 실험의 결과로 이해되듯이 상기와 같은 스테이터 베인의 조건이 만족될 때엔 토크 컨버터가 플루이드 커플링 상태 및 그 근처에 있을 때 스테이터 베인의 정압측에 있어서의 베인 표면에서의 유체류의 박리 및 부압측에 있어서의 베인 표면에서의 유체류의 박리는 각각 효과적으로 억제되며 이것에 의해서 토크 컨버터의 플루이드 커플링 상태 및 그 근처에 있어서의 스테이터에서의 동력 손실의 저감과 용량 계수의 증대가 효과적으로 달성되고 이같은 차량용 토크 컨버터를 탑재한 차량의 연비가 그것에 상당해서 개선된다.
[실시예]
이하에 첨부 도면을 참조하여, 차량용 토크 컨버터의 스테이터에 베인의 익형과 익배열과의 조합에 있어서 서로 상이한 몇개의 베인 익렬을 조립한 실시예에 대해서 제 2 도에 도시하는 제원에 의거하는 각 스테이지의 익렬 형상 특성에 대한 유체류 박리 억제 특성의 관계를 설명하고 그것에서 상기와 같은 스테이터 베인의 정압측 표면부 및 부압측 표면부에 있어서의 유체류 박리 억제를 위한 조건이 유도되는 것을 설명한다.
본 발명에 있어서 토크 컨버터가 플루이드 커플링 상태 및 그 근처에 있을 때의 스테이터의 익렬 형상 특성을 나타내기 위한 제원은 상술같이 제 2 도에 도시하는 대로이다. 즉, 일련의 스테이터 베인중의 임의의 서로 인접하는 2개의 스테이터 베인을 취하고 토크 컨버터의 중심 축선을 중심 축선으로 하고 스테이터 익의 근원과 선단과 사이의 중점을 지나는 원통면에서 스테이터 익렬을 절단한 단면을 평면상에 전개했다고 하고, 그중의 스테이터를 가로지르고 흐르는 유체를 따라서 보아 상류측에 위치하는 스테이터 베인을 (V1)로 하고 하류측에 위치하는 스테이터 베인을 (V2)로 하면, 베인(V1)의 전단(L1)에서 베인(V2)에서 베인(V2)의 전단(L2)에 이르는 유입 유선(Fa)과 그 유입 유선과의 점을 (M)로 하고, 기점(M)과 베인(V2)의 전단(L2)와 유입 유선(Fa)를 따르는 거리가 (SL)로 정의되며 또, 기점(M)에서 유입 유선(Fa)을 따라서 전단(L2)에 이르기까지의 도중의 임의의 점까지의 거리가 변수(XL)로 나타내어 진다. 그리고 유입 유선(Fa)을 변수(XL)의 좌표축으로 보고 좌표값(XL)에 중심을 갖는 원이며 베인(V1)의 정압측 표면과 유입 유선(Fa)과의 양자에 접하는 원의 직경이 (DL)로서 나타내어진다. 도시의 예에 있어서의 유입류의 유입각(θ1)은 약 60°이며 이것은 이 종류의 토크 컨버터에 있어서의 전형적인 값이다.
마찬가지로 베인(V1)의 후단(T1)에서 나오는 유출 유선(Fa)에 대해서 베인(V2)의 후단(T2)에서 세운 수선이 그 유출 유선(Fb)과 교차하는 기점을 N으로 하고 베인(V1)의 후단(T1)과 기점 N 과 사이의 유출 유선(Fa)을 따르는 거리가 (ST)로 정의되고 후단(T1)에서 유출 유선(Fb)을 변수(XT)의 좌표축으로 보고 좌표 위치(XT)에 중심을 갖는 원이며 유출 유선(Fb)과 베인(V2)의 부압측 표면과의 양자에 접하는 원의 직경이 (DT)로 나타내어 진다. 유출 유선의 유출각(θ0)은 실험적으로 구해지는데 아인레이의 식으로서 알려져 있는 하기의 식으로 계산에 의해서도 추정된다.
[식 3]
θ0= 1-(8/7)COS -1(D/P) + 10.71
여기서, D 는 후단(T1)과 베인(V1)과의 사이의 최단 거리, P 는 베인(V1, V2)사이의 피치이며, θ0의 단위는 도(°)이다.
상기와 같이 제원이 설정될 때 베인(V1, V2)가 각각 단독으로는 동일 익형 단면을 갖는 경우에도 익간 거리가 다르면 (SL, ST)는 각각 변화되고 또, (XL/SL)에 대한 (DL)의 변화의 양태 및 (XT/ST)에 대한 (DT)의 변화의 양태도 다르게 된다. 그 변화의 예가 제 3, 제 4, 제 5 도에 도시되어 있다. 이것들의 제 3 도 내지 제 5 도에 있어서의 베인간의 거리는 제 4 도 및 제 5 도에 도시되어 있는 베인간의 거리 보다 크고, 제 4 도에 도시되어 있는 익렬에 있어서의 베인간의 거리는 제 3 도에 도시되어 있는 익렬에 있어서의 그것보다 작으나, 제 5 도에 도시되어 있는 익렬에 있어서의 그것보다 크다. 이것들의 도면에서 이것들 3 개의 익렬에 관하는 DL대 XL/SL의 관계 및 DT대 XT/ST의 관계는 서로 다르다는 것이 이해될 것이다.
제 6 도 내지 제 15 도는 10 종류의 서로 다른 익렬을 도시하는 제 1 도와 마찬가지의 도해적 단면도이다. 제 6 도, 제 7 도, 제 8 도에 각각 도시되어 있는 익렬(A1, A2, A3)은 어느 것이나 베인 자체의 단면 형상 및 기울기는 서로 동일하지만 베인 간격이 익렬(A1)에서 익렬(A2)을 거쳐서 익렬(A3)로 향해서 차례로 작아지게 되어 있다. 마찬가지로 제 9 도, 제 10 도, 제 11 도에 각각 도시되어 있는 익렬(B1, B2, B3)은 어느 것이나 서로 동일한 단면 형상을 가지며 또한 서로 동일 각도로 배열된 베인으로 되어 있는데 베인 간격이 익렬(B1)에서 익렬(B2)을 거쳐서 익렬(B3)로 향해서 차례로 감소되어 있다. 또한, 제 12 도, 제 13 도에 각각 도시되어 있는 익렬(C1, C2)도 서로 동일 단면 형상과 기울기를 갖는 베인으로 되어 있는데 익렬(C1)에 있어서의 베인 간격은 익렬(C2)에 있어서의 베인 간격 보다 크다. 제 14 도에 도시되어 있는 익렬(D1) 및 제 15 도에 도시되고 있는 익렬(E)은 어느 것이나 다른 익렬에 비해서 베인의 단면 형상에 있어서 다르다.
이들 10 종류의 익렬에 대해서 각각의 정압측 표면 및 부압측 표면에 대해서 전단 근처의 정압측 표면에 있어서의 (XL/SL)에 대한 (DL)의 변화의 양태 및 후단 근처의 부압측 표면에 있어서의 (XT/ST)에 대한 (DT)의 변화의 양태를 제 16 도 및 제 17 도에 도시한다. 또한, 제 16 도에 있어선 (DT)의 양태를 보다 명료하게 하기 위해서 세로축의 값은 (DL)의 최소값을 (DLMIN)로 하고, 또 (XL)이 (SL)인 때의 (DL)의 값을 (DLSL)로서 (DL- DLMIN)/DLSL로 나타내어 지고 있으며 마찬가지로 제 17 도에 있어선 (DT)의 변화의 양태를 도시하는 세로축의 값은 (DT)의 최소값을 (DTMIN)로 하고 또 (XT)가 (ST)인 때의 (DT)의 값을 (DTST)로 하고 (DT- DTMIN)/DTST로 나타내어 지고 있다.
이것들의 제 16 도 및 제 17 도에는 베인 표면에서의 유체류의 박리가 생겼는지 아닌지가 0 또는 X 로 도시되어 있으며, 0 은 베인 표면에서의 유체류의 박리가 발생하지 않았다는 것을 도시하며, X 는 베인 표면에서의 유체류의 박리가 발생했다는 것을 도시한다. 즉, 전단 근처에 있어서의 정착축 표면에 대해서 보면 익렬(A1, C1, C2, D, E)에 있어선 박리가 발생하고 있으며, 익렬(A2, A3, B1, B2, B3)에 있어선 그같은 박리는 발생하지 않는다. 제 1 도에 도시하는 것 같은 익렬과 유체류와의 관계에서 유체 역학적으로 추측되는 베인의 전단 근처에 있어서의 정압측 표면에서의 유체류의 박리의 발생 원인과 제 2 도에 도시하는 제원의 설정을 감안해서 제 16도의 실험결과를 음미하면 전단 근처에서의 정압측 표면에 있어서의 유체류의 발생은 (XL/SL)에 대한 (DL- DLMIN)/DLSL의 증대가 (XL/SL)이 0.08 에 이르는 이후에 일어나며 또, XL/SL이 0.08 에서 0.8 정도까지 증대하는 동안에 있어서 (DL- DLMIN)/DLSL의 증대값이 익렬(A2)에 있어서 정하는 값 이하이면 회피된다고 이해된다. 이같은 박리 억제를 위한 조건은 제 16 도에서 이하와 같이 구해진다.
[식 1]
(DL- DLMIN)/DLSL 0.38(XL/SL- 0.08)1.7
여기서,
SL: 기점(M)에서 유입 유선(Fa)을 따르는 전단(L2)까지의 거리
XL: 기점(M)에서 유입 유선(Fa)을 따르는 거리변수
DL: XL의 위치에서 유입 유선(Fa)에 접하는 상기 정의에 의한 원의 직경
DLMIN: DL의 최소값
DLSL: XL= SL의 위치(즉, 전단 L2)에서 유입 유선(Fa)에 접하는 상기 정의에 의한 원의 직경
제 16 도에 있어서 각 특성 곡선의 구배가 부인 영역은 인간 유로가 좁아지는 영역이며 유체류의 유속이 증대하고 유체의 정압은 유체의 흐름 방향을 따라서 차차로 저하되는 순구배를 보이므로 어느 경우에도 유체류의 박리가 생기기 어려운 영역이다. 이것에 대해서 각 특성 곡선의 구배가 정인 영역은 익간 유로가 넓어지는 영역이며 유체류의 유속이 감소되고 유체의 동압에서 정압이 회복되는 영역인데 이같은 영역에선 유체의 정압은 유체의 흐름 방향을 따라서 차례로 상승하는 역구배를 보이므로 유체류중에 부분적인 역류가 발생하려고 하고 특히, 베인의 익면을 따라서 흐르는 유체 부분엔 흐름을 거스르는 방향의 저항도 작용하고 있으므로 베인의 익면을 따르는 유체 부분에서 시작해서 유체류중의 발리가 발생하기 쉽게 된다.
따라서, 제 16 도와 같은 좌표계의 특성 곡선으로 보아 상기의 (식 1)로 나타내어지듯이 조건이 충족되느냐 아니냐에 의해서 베인의 전단 부근에 있어서의 정압측 표면의 박리가 일어나느냐 아니냐의 관계를 알 수 있다.
또한, 익렬(C1,C2)에 있어서와 같이 (XL/SL)의 증대에 대한 (DL- DLMIN)/DLSL의 증대의 경과가 XL/SL의 큰 영역에선 상당히 낮고 또한 그 구배가 부로 반전하는 경우에도 XL/SL이 비교적 작은 영역에 있어서 그 특성 곡선의 구배가 상기 (식 1)의 조건을 한번 크게 이탈하는 부분이 있으면 그곳에서 발생한 유체류의 박리가 종으로 되어서 그후도 박리가 진행되므로 결국 전체로서의 항박리 성능은 저하된다.
마찬가지로, 베인의 후단 근처에 있어서의 부압측 표면에서의 유체류의 박리는 익렬(B1, D, E)에선 발생하지만 기타의 익렬에 있어서는 발생하지 않는다는 것과 제 1 도에 도시하듯이 익렬과 유체류와의 관계에서 유체 역학적으로 추측되는 베인 표면에서의 유체류의 박리 발생의 원인과 제 2 도에 도시하는 것 같은 제원의 설정을 감안해서 제 17 도에 나타난 실험 결과를 음미하면 베인 후단 근처의 부압측 표면에 있어서의 유체류 박리의 발생을 회피하기 위해선 XT/ST의 증대에 대해서 (DT- DTMIN)/DTST의 증대가 (XT/ST)가 0.45 를 초과할 때까지 일어나지 않고 XT/ST에 대한 (DT- DTMIN)/DTST의 증대값이 (XT/ST)가 0.45 에서 0.9 정도까지 증대하는 동안에 익렬(B2)에 있어서의 값 이하이면 좋다고 이해된다.
이 유체류 박리 회피를 위한 조건은 이하와 같이 구해진다.
[식 2]
(DT- DTMIN)/DTST≤ 0.36 (XT/ST- 0.45)1.7
여기서,
ST: 후단(T1)에서 유출 유선(Fb)을 따르는 기점(N)까지의 거리
XT: 후단(T1)에서 유출 유선(Fb)을 따르는 거리 변수
DT: XT의 위치에서 유출 유선(Fb)에 접하는 상기 정의에 의한 원의 직경
DTMIN: DT의 최소값
DTST: XT= ST의 위치(즉 기점 N)에서 유출 유선(Fb)에 접하는 상기 정의에 의한 원의 직경
제 16 도와 제 17 도를 비교하면 제 17 도 즉 익후 단부의 부압면에 있어서의 유체류 박리 발생을 회피하는 범위에서 허용되는 특성 곡선의 정구배의 값이 제 16 도 즉, 익전 단부의 정압면에 있어서의 유체류 박리 발생을 회피하는 범위에서 허용되는 특성 곡선의 구배의 값에 비해서 상당히 작다는 것을 알 수 있다. 이것은 익전 단부의 정압면의 영역에는 그것에 계속해서 구배가 영으로 되어서 또한 부호 반전하는 익중앙부 익후단부 입구부가 이어져 있기 때문이다.
이상에 도시한 10 종류의 익렬에 관한 박리 발생의 유무에 관한 해석과 실험에 있어선 스테이터 베인의 익형과 익배열만이 파리미터로 되어 있다. 스테이터 베인에 있어서의 박리의 발생엔, 물론, 익렬의 치수, 익렬을 가로지르고 흐르는 유체의 속도 및 유체의 점성이 영향을 주고 이것들을 대표하는 레이놀즈수와 같은 매개변수가 이것에 관여해야 할 것인데, 본 발명은 특히, 차량용 토크 컨버터의 스테이터를 대상으로 하고 또한 차량용 토크 컨버터가 플루이드 커플링 상태 및 그 근처에서 작동하고 있을 때의 스테이터에 있어서의 스테이터 베인의 표면에서의 유체류의 박리의 억제를 대상으로 하는 것이며 이같은 전체 조건에서 스테이터의 개략 지수, 스테이터를 가로지르는 유체의 유속 및 유체의 점성은 통상 어떤 비교적 좁은 일반적 실용값의 범위내에 있는 것으로 되어도 좋은 것이다. 따라서, 그같은 일반적 실용 조건을 전제로서 행해진 본 발명에 있어서의 해석과 실험의 결과는 그것이 대상으로 하는 한정된 용도에 있어서 이대로 유효하게 적용되어서 좋은 것이라고 생각된다.

Claims (3)

  1. 제 1 스테이터 베인(V1)의 정압측 표면과 제 2 스테이터 베인(V2)의 전단(L2)에 이르는 유입 유선(Fa)의 접선 방향으로 접하는 원의 직경(DL)의 변화에 관해서, 상기 원이 상기 유입 유선(Fa)에 대해 상기 제 1 스테이터 베인의 전단(L1)으로 부터 연장된 수선과 교차하는 기점(M)으로부터 상기 제 2 스테이터 베인의 전단(L2) 위치로 XL= 0.08SL만큼 옮겨질 때, 각각의 상기 스테이터 베인의 전단에 인접한 정압측 표면이 토크 변환 작동이 완료된 후에 얻어지는 플루이드 커플링 상태에서 스테이터 베인의 표면으로부터 유체류의 박리를 억제하는 하기 식 1의 조건을 충족시키는 익형 및 익배열을 갖는 각각의 스테이터 베인을 포함하는 차량용 토크 컨버터의 스테이터.
    [식 1]
    (DL- DLMIN)/DLSL≤ 0.38(XL/SL- 0.08)1.7
    여기서,
    SL: 기점(M)에서 유입 유선(Fa)을 따르는 전단(L2)까지의 거리
    XL: 기점(M)에서 유입 유선(Fa)을 따르는 거리 변수
    DL: XL의 위치에서 유입 유선(Fa)에 접하는 상기 정의에 의한 원의 직경
    DLMIN: DL의 최소값
    DLSL: XL= SL의 위치(즉, 전단 L2)에서 유출 유선(Fa)에 접하는 상기 정의에 의한 원의 직경.
  2. 제 1 스테이터 베인(V1)의 후단으로부터 연장된 유출 유선(Fb)과 제 2 스테이터 베인(V2)의 부압측 표면의 접선 방향으로 접하는 원의 직경(DT)의 변화에 관해서, 상기 원이 상기 제 1 스테이터 베인의 후단(T1)으로부터 상기 유출 유선(Fb)에 대해 상기 제 2 스테이터 베인의 후단(T2)으로부터 연장된 수선과 교차하는 기점(N)의 위치로 XT= 0.45ST만큼 옮겨질 때, 각각의 상기 스테이터 베인의 후단에 인접한 부압측 표면이 토크 변환 작동이 완료된 후에 얻어지는 플루이드 커플링 상태에서 스테이터 베인의 표면으로부터 유체류의 박리를 억제하는 하기 식 2의 조건을 충족시키는 익형 및 익배열을 갖는 각각의 스테이터 베인을 포함하는 차량용 토크 컨버터의 스테이터.
    [식 2]
    (DT- DTMIN)/DTST≤ 0.36(XT/ST- 0.45)1.7
    여기서,
    ST: 후단(T1)에서 유출 유선(Fb)을 따르는 기점(N)까지의 거리
    XT: 후단(T1)에서 유출 유선(Fb)을 따르는 거리 변수
    DT: XT의 위치에서 유출 유선(Fb)에 접하는 상기 정의에 의한 원의 직경
    DTMIN: DT의 최소값
    DTST: XT= ST의 위치(즉 기점 N)에서 유출 유선(Fb)에 접하는 상기 정의에 의한 원의 직경.
  3. 제1항에 있어서, 각각의 상기 스테이터 베인의 후단에 인접한 부압측 표면은, 제 1 스테이터 베인(V1)의 후단으로부터 연장된 유출 유선(Fb)과 제 2 스테이터 베인(V2)의 부압측 표면의 접선 방향으로 접하는 원의 직경(DT)의 변화에 관해서, 상기 원이 상기 제 1 스테이터 베인의 후단(T1)으로부터 상기 유출 유선(Fb)에 대해 상기 제 2 스테이터 베인의 후단(T2)으로부터 연장된 수선과 교차하는 기점(N)의 위치로 XT= 0.45ST만큼 옮겨질 때, 토크 변환 작동이 완료된 후에 얻어지는 플루이드 커플링 상태에서 스테이터 베인의 표면으로부터 유체류의 박리를 억제하는 하기 식 2의 조건을 충족시키는 차량용 토크 컨버터의 스테이터.
    [식 2]
    (DT- DTMIN)/DTST≤0.36 (XT/ST- 0.45)1.7
    여기서,
    ST: 후단(T1)에서 유출 유선(Fb)을 따르는 기점(N)까지의 거리
    XT: 후단(T1)에서 유출 유선(Fb)을 따르는 거리 변수
    DT: XT의 위치에서 유출 유선(Fb)에 접하는 상기 정의에 의한 원의 직경
    DTMIN: DT의 최소값
    DTST: XT= ST의 위치(즉 기점 N)에서 유출 유선(Fb)에 접하는 상기 정의에 의한 원의 직경.
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