KR101369598B1 - 유체식 토크 전달 장치 - Google Patents

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가즈요시 이또오
아끼히로 나가에
요시히데 모리
준야 가시무라
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아이신에이더블류 가부시키가이샤
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Abstract

토크 컨버터(1)에서는, 터빈 러너(4)의 유체 출구인 터빈 출구에 있어서의 터빈 블레이드(41)의 장착 각도가 당해 터빈 러너(4)의 유체 입구인 터빈 입구에 있어서의 터빈 블레이드(41)의 장착 각도보다도 작게 되어 있고, 터빈 러너(4)는, 펌프 임펠러(3)의 펌프 쉘(30), 서로 이웃하는 펌프 블레이드(31) 및 펌프 코어(32) 사이에 구획되는 펌프 유로의 중심선과 직교하는 당해 펌프 유로의 단면적의 최대값과 최소값의 평균을 기준 면적 Sref라고 했을 때에, 터빈 쉘(40), 서로 이웃하는 터빈 블레이드(41) 및 터빈 코어(42) 사이에 구획되는 터빈 유로의 중심선과 직교하는 당해 터빈 유로의 단면적 St가 |St－Sref|/Sref≤0.1을 만족하도록 구성되어 있다.

Description

유체식 토크 전달 장치 {HYDRAULIC TORQUE TRANSMISSION DEVICE}
본 발명은, 펌프 쉘과 펌프 블레이드와 펌프 코어를 포함하는 펌프 임펠러와, 터빈 쉘과 터빈 블레이드와 터빈 코어를 포함하는 터빈 러너와, 스테이터 블레이드를 포함하는 동시에 터빈 러너로부터 펌프 임펠러로의 작동 유체의 흐름을 정류하는 스테이터를 구비한 유체식 토크 전달 장치에 관한 것이다.
종래, 이러한 종류의 유체식 토크 전달 장치로서, 프론트 커버와, 프론트 커버에 고정된 도넛 형상의 임펠러인 펌프(펌프 임펠러)와, 임펠러의 날개와 서로 대향하는 날개를 갖는 도넛 형상의 임펠러인 터빈(터빈 러너)과, 임펠러와 터빈 사이에 회전 가능하게 설치된 스테이터를 구비한 토크 컨버터가 알려져 있다. 이러한 종류의 토크 컨버터의 펌프 임펠러 및 터빈 러너의 외곽 형상은 일반적으로 서로 대칭으로 형성되지만, 펌프 임펠러 및 터빈 러너의 외곽 형상이 서로 비대칭으로 형성되어 있는 것 같이 보이는 것도 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
또한, 종래, 편평 단면 토크 컨버터의 내부 유로의 설계 방법으로서, 편평율(2L/H) 및 토러스 내 외주 직경비(r/R)가, 0.55＜(2L/H)＜0.75 및 0.35＜(r/R)＜0.40을 만족하도록 토크 컨버터를 형성하고, 회전축 상에 있어서의 중앙 위치를 원점으로 하여, 축 방향을 X 방향, 직경 방향을 Y 방향으로 했을 때에, 45도의 기울기를 갖는 직선과 터빈 러너의 유로의 외주면을 이루는 곡선의 접점의 위치가, Y＝(R/L)×X＋(6/4)×R 및 Y＝(R/L)×X＋(7/4)×R로 나타내는 두 개의 직선으로 둘러싸인 영역 내에 위치하도록 터빈 러너의 내부 유로를 규정하는 외주면 형상을 설정하는 것이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 2 참조). 그리고 이러한 특허문헌 2에 기재된 기술에서는, 이와 같이 터빈 러너의 외주면 형상을 설정하는 동시에, 유로 단면적이 어느 단면 위치에 있어서도 등단면으로 되도록, 즉, 유로 내부에 있어서의 순환 오일의 속도 성분을 어느 위치에 있어서도 동등해지도록 내주면 형상을 설정함으로써, 최종적인 터빈 러너의 내부 유로 형상을 설정한다.
일본 특허 출원 공개 제2007-132459호 공보 일본 특허 출원 공개 제2001-141026호 공보
여기서, 토크 컨버터와 같은 유체식 토크 전달 장치를 소형화하기 위해, 펌프 임펠러 및 터빈 러너의 외곽 형상이 대칭으로 되어 있는 것을 단순하게 축소화하면, 유체식 토크 전달 장치의 토크 용량이 저하되어 버린다. 또한, 펌프 임펠러 및 터빈 러너의 외곽 형상이 대칭인 경우에는, 터빈의 유로 입구에 대하여 유로 출구에서 유로 단면적이 작아져 흐름의 박리가 발생하는 경우가 있지만, 펌프 임펠러 및 터빈 러너의 외곽 형상이 대칭으로 되어 있는 것을 축소화하면, 이러한 박리의 문제가 발생이 조장되어 토크 용량이 보다 저하되어 버릴 우려가 있다. 한편, 상기 특허문헌 1에 기재된 토크 컨버터와 같이, 펌프 임펠러 및 터빈 러너의 외곽 형상이 서로 비대칭으로 형성되어 있는 것 같이 보이는 것도 있지만, 특허문헌 1은, 외곽 형상의 설계 방법을 전혀 개시하고 있지는 않아, 특허문헌 1의 기재로부터는, 펌프 임펠러 및 터빈 러너를 비대칭화한 것이 유체식 토크 전달 장치의 소형화나 토크 용량의 확보에 기여하는지의 여부가 불명하며, 가령 기여하고 있었다고 해도, 구체적인 설계 방법의 개시가 없는 이상, 실용상 만족할 수 있는 유체 전동 장치를 얻을 수는 없다. 한편, 특허문헌 2에 기재되어 있는 바와 같이 유로 단면적이 어느 단면 위치에 있어서도 등단면으로 되도록 터빈 러너의 내부 유로 형상을 설정하면, 토크 컨버터의 토크 용량 저하를 억제할 수 있다. 그러나 터빈 블레이드의 매수나 장착 각도는 여러 가지여서, 터빈 러너의 내부 유로를 유로 단면적이 어느 단면 위치에 있어서도 등단면으로 되도록 설정하는 것은 실질적으로 불가능하다. 따라서, 토크 컨버터와 같은 유체식 토크 전달 장치에서는, 토크 용량이나 토크 증폭 성능의 확보와 장치의 소형화를 양립시키는 것은 용이한 일은 아니다.
따라서, 본 발명은, 토크 용량의 저하를 억제하면서 유체식 토크 전달 장치의 소형화를 도모하는 것을 주 목적으로 한다.
본 발명의 유체식 토크 전달 장치는, 상술한 주 목적을 달성하기 위해 이하의 수단을 채용하고 있다.
본 발명의 유체식 토크 전달 장치는,
펌프 쉘과 상기 펌프 쉘에 장착된 펌프 블레이드와 상기 펌프 블레이드에 장착된 펌프 코어를 포함하는 펌프 임펠러와, 터빈 쉘과 상기 터빈 쉘에 장착된 터빈 블레이드와 상기 터빈 블레이드에 장착된 터빈 코어를 포함하는 터빈 러너와, 스테이터 블레이드를 포함하는 동시에 상기 터빈 러너로부터 상기 펌프 임펠러로의 작동 유체의 흐름을 정류하는 스테이터를 구비한 유체식 토크 전달 장치에 있어서,
상기 터빈 러너의 유체 출구에 있어서의 상기 터빈 블레이드의 장착 각도는, 상기 터빈 러너의 유체 입구에 있어서의 상기 터빈 블레이드의 장착 각도보다도 작고,
상기 터빈 러너는, 상기 펌프 임펠러의 상기 펌프 쉘, 서로 이웃하는 상기 펌프 블레이드 및 상기 펌프 코어 사이에 구획되는 펌프 유로의 중심선과 직교하는 상기 펌프 유로의 단면적의 최대값과 최소값의 평균을 기준 면적 Sref라고 했을 때에, 상기 터빈 쉘, 서로 이웃하는 상기 터빈 블레이드 및 상기 터빈 코어 사이에 구획되는 터빈 유로의 중심선과 직교하는 상기 터빈 유로의 단면적 St가 |St－Sref|/Sref≤0.2를 만족하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
유체식 토크 전달 장치를 소형화하기 위해서는, 펌프 임펠러나 터빈 러너에 의해 구획되는 토러스를 가능한 한 편평화하는 것이 생각되지만, 터빈 블레이드의 유체 출구에 있어서의 장착 각도가 유체 입구의 장착 각도에 비교하여 작은 경우, 예를 들어 대칭한 토러스를 단순하게 편평화한 것으로는, 터빈 쉘, 서로 이웃하는 터빈 블레이드 및 터빈 코어 사이에 구획되는 터빈 유로의 용적이 특히 터빈 입구로부터 터빈 출구까지의 중앙 부근으로부터 터빈 출구까지의 사이에서 감소해 버려, 유체식 토크 전달 장치의 토크 용량이 저하될 우려가 있다. 또한, 스테이터를 구비한 유체식 토크 전달 장치에서는, 토크 증폭 성능을 향상시키기 위해 터빈 블레이드의 장착 각도를 터빈 러너의 유체 입구에 비해 유체 출구에서 작게 하면 바람직하지만, 단순하게 터빈 러너의 유체 출구에 있어서의 터빈 블레이드의 장착 각도를 작게 하면, 터빈 러너의 유체 출구 부근에서 터빈 유로의 단면적이 작아져 버려, 토크 용량의 저하를 초래하거나, 유체 출구 부근에서 흐름의 박리를 발생시켜 버리거나 할 우려가 있다. 이로 인해, 본 발명자들은, 상기 터빈 유로에 있어서의 유체의 흐름의 방향을 고려하면서 토러스를 보다 적정하게 편평화하기 위해, 펌프 블레이드의 설치각이나 비틀림의 정도에 기인하여 토러스의 편평화에 수반하는 펌프 입구로부터 펌프 출구까지의 유로 용적 변화가 터빈 유로에 비교하여 적은 펌프 유로의 단면적을 기준으로 하여, 토크 용량이나 토크 증폭 성능을 양호하게 확보하는데 있어서 허용되는 터빈 유로의 단면적의 변동 범위를 해석했다. 그리고 해석의 결과, 본 발명자들은, 펌프 임펠러의 펌프 쉘, 서로 이웃하는 펌프 블레이드 및 펌프 코어 사이에 구획되는 펌프 유로의 중심선과 직교하는 당해 펌프 유로의 단면적의 최대값과 최소값의 평균을 기준 면적 Sref라고 했을 때에, 터빈 쉘, 서로 이웃하는 터빈 블레이드 및 터빈 코어 사이에 구획되는 터빈 유로의 중심선과 직교하는 당해 터빈 유로의 단면적 St가 |St－Sref|/Sref≤0.2를 만족하도록 터빈 러너를 펌프 임펠러와는 비대칭으로 구성하면, 실용상 양호한 결과가 얻어지는 것을 발견했다. 즉, 터빈 유로의 단면적 St가 |St－Sref|/Sref≤0.2를 만족하도록 터빈 러너를 구성하면, 토러스의 외경에 따른 실용상 충분한 토크 용량을 확보하는 동시에 토크 증폭 성능을 향상시키면서, 토러스를 편평화함으로써 유체식 토크 전달 장치를 소형화하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 터빈 러너는, 상기 터빈 유로의 단면적 St가 |St－Sref|/Sref≤0.15를 만족하도록 구성된 것이어도 된다. 이에 의해, 토러스를 편평화하면서 토러스의 외경에 따른 실용상 지극히 양호한 토크 용량을 확보하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 터빈 러너의 상기 유체 출구에서 상기 터빈 블레이드의 상기 터빈 쉘측의 외곽선과 상기 터빈 블레이드의 상기 터빈 코어측의 내곽선에 내접하는 내접원의 반경은, 상기 터빈 러너의 유체 입구에서 상기 외곽선과 상기 내곽선에 내접하는 내접원의 반경보다도 커도 되고, 상기 터빈 블레이드의 상기 외곽선은, 상기 터빈 러너의 상기 유체 출구측에서 상기 펌프 블레이드의 상기 펌프 쉘측의 외곽선보다도 상기 펌프 임펠러 및 상기 터빈 러너의 회전 축심의 연장 방향으로 불룩해져 있어도 된다. 이에 의해, 터빈 러너의 유체 출구에 있어서의 터빈 블레이드의 장착 각도를 작게 하는 동시에 토러스를 편평화해도, 터빈 러너의 유체 출구측의 영역에서 서로 이웃하는 터빈 블레이드 사이에 구획되는 유로의 단면적을 충분히 확보하고, 터빈 러너의 유체 입구로부터 유체 출구까지에 있어서의 유로 단면적의 변화 폭을 작게 할 수 있다. 이 결과, 이 유체식 토크 전달 장치에서는, 토크 용량의 저하를 억제하는 동시에 터빈 러너의 유체 출구 부근에서의 흐름의 박리를 억제하면서 토크 증폭 성능을 향상시키면서 유체식 토크 전달 장치의 소형화를 도모하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 유체식 토크 전달 장치는, 서로 대향하는 상기 펌프 블레이드의 유체 출구 외주 단부와 상기 터빈 블레이드의 유체 입구 외주 단부 사이의 중앙과 상기 펌프 임펠러 및 상기 터빈 러너의 회전 축심을 통과하는 동시에 상기 회전 축심과 직교하는 장치 중심선으로부터 상기 터빈 블레이드의 상기 회전 축심의 연장 방향으로 가장 먼 최원부까지의 길이가 상기 장치 중심선으로부터 상기 펌프 블레이드의 상기 회전 축심의 연장 방향으로 가장 먼 최원부까지의 길이보다도 길어지도록 구성된 것이어도 된다. 이와 같이, 한 쌍의 펌프 블레이드와 터빈 블레이드에 관해, 장치 중심선으로부터 터빈 블레이드의 회전 축심의 연장 방향으로 가장 먼 최원부까지의 길이를 장치 중심선으로부터 펌프 블레이드의 회전 축심의 연장 방향으로 가장 먼 최원부까지의 길이보다도 길게 하면, 터빈 러너의 유체 출구측의 영역에서 터빈 블레이드의 외곽선을 펌프 블레이드의 외곽선보다도 회전 축심의 연장 방향으로 보다 적정하게 불룩하게 하여, 터빈 러너의 유체 입구로부터 유체 출구까지에 있어서의 유로 단면적의 변화 폭을 가능한 한 작게 하는 것이 가능해진다. 이 결과, 터빈 유로의 단면적의 변동 범위를 상기 범위 내의 것으로 했을 때에, 토러스의 외경에 따른 토크 용량을 확보하면서, 토러스를 편평화함으로써 유체식 토크 전달 장치를 소형화하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 터빈 블레이드의 상기 외곽선은, 상기 펌프 블레이드의 상기 외곽선과 대칭을 이루는 대칭 영역과 상기 펌프 블레이드의 상기 외곽선과 대칭을 이루지 않는 비대칭 영역을 가져도 되고, 상기 대칭 영역은, 상기 터빈 블레이드의 유체 입구 외주 단부를 포함해도 되고, 상기 비대칭 영역은, 상기 터빈 블레이드의 유체 출구 내주 단부를 포함해도 된다. 이에 의해, 펌프 임펠러로부터 터빈 러너로의 작동 유체의 유입을 원활한 것으로 하여 토크의 전달 로스를 저감하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 실시예에 관한 유체식 토크 전달 장치인 토크 컨버터(1)의 개략 구성도이다.
도 2는 터빈 블레이드의 장착 각도를 설명하는 설명도이다.
도 3은 토크 컨버터(1)의 구성을 설명하기 위한 모식도이다.
도 4는 펌프 유로를 예시하는 모식도이다.
도 5는 펌프 유로의 펌프 입구에 있어서의 단면이나 터빈 유로의 터빈 입구에 있어서의 단면을 설명하기 위한 모식도이다.
도 6은 토크 컨버터(1)에 포함되는 펌프 임펠러(3)의 펌프 유로 중심선 Lpfc와 직교하는 펌프 유로의 단면의 면적을 나타내는 설명도이다.
도 7은 터빈 유로를 예시하는 모식도이다.
도 8은 토크 용량을 확보하는데 있어서 허용되는 터빈 유로의 단면적의 변동 범위의 해석에 사용한 복수의 터빈 러너의 모델 M1 내지 M7을 설명하기 위한 설명도이다.
도 9는 터빈 유로의 단면적의 기준 면적으로부터의 어긋남량과, 펌프 임펠러(3)와 모델 M1 내지 M7 중 어느 하나의 터빈 러너를 포함하는 토크 컨버터의 용량 계수 C의 관계를 나타내는 설명도이다.
도 10은 토크 컨버터(1)의 구성을 설명하기 위한 모식도이다.
다음으로, 본 발명을 실시하기 위한 형태를 실시예를 사용하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 관한 유체식 토크 전달 장치로서의 토크 컨버터(1)의 개략 구성도이다. 상기 도면에 도시하는 토크 컨버터(1)는, 엔진을 구비한 차량에 탑재되는 것이며, 도 1에 도시하는 바와 같이, 프론트 커버(입력 부재)(2), 펌프 임펠러(유체 전동 요소)(3), 터빈 러너(유체 전동 요소)(4), 터빈 허브(출력 부재)(5), 스테이터(6), 댐퍼 유닛(7) 및 로크 업 클러치 기구(8)를 포함한다. 프론트 커버(2)에는, 도시되지 않은 엔진의 크랭크 샤프트(출력축)가 고정된다. 또한, 터빈 허브(5)에는, 도시하지 않은 자동 변속기(AT) 혹은 무단 변속기(CVT)의 입력축(도시 생략)이 고정(스플라인 끼워 맞춤)된다.
펌프 임펠러(3)는, 펌프 쉘(30)과, 펌프 쉘(30)의 내면에 장착된(고정된) 복수의 펌프 블레이드(31)와, 펌프 블레이드(31)의 내측 테두리에 장착된(고정된) 펌프 코어(32)를 갖고, 펌프 쉘(30)은, 프론트 커버(2)에 밀하게 고정된다. 터빈 러너(4)는, 터빈 쉘(40)과, 터빈 쉘(40)의 내면에 장착된(고정된) 복수의 터빈 블레이드(41)와, 터빈 블레이드(41)의 내측 테두리에 장착된(고정된) 터빈 코어(42)를 갖고, 터빈 쉘(40)은 터빈 허브(5)에 고정된다. 프론트 커버(2)측의 펌프 임펠러(3)와, 터빈 허브(5)측의 터빈 러너(4)는 서로 대향하고, 양자 사이에는, 프론트 커버(2)와 동축으로 회전 가능한 복수의 스테이터 블레이드(61)를 갖는 스테이터(6)가 배치된다. 스테이터(6)는, 그 회전 방향을 일 방향으로만 설정하는 원웨이 클러치(60)를 갖고 있다. 이들 펌프 임펠러(3), 터빈 러너(4) 및 스테이터(6)는, 작동유(작동 유체)를 순환시키는 토러스(환 형상 유로)를 형성하고, 스테이터(6)는, 터빈 러너(4)의 유체 출구인 터빈 출구로부터 펌프 임펠러의 유체 입구인 펌프 입구로의 작동유의 흐름을 정류한다. 댐퍼 유닛(7)은, 각각 복수의 스프링(71, 72)을 갖고, 터빈 쉘(40)과 함께 터빈 허브(5)에 고정된다. 로크 업 클러치 기구(8)는, 로크 업 피스톤(80)과 그 표면에 부착된 마찰판(81)을 포함한다.
이와 같이 구성되는 토크 컨버터(1)에서는, 도시하지 않은 엔진의 작동에 수반하여 프론트 커버(2) 및 펌프 임펠러(3)가 회전하면, 펌프 임펠러(3)의 외주측의 펌프 출구로부터 터빈 러너(4)의 외주측의 터빈 입구로의 작동유의 흐름에 의해 터빈 러너(4)가 끌리듯이 하여 회전하기 시작하고, 엔진으로부터의 동력은, 터빈 러너(4)(작동유)를 통해 프론트 커버(2)로부터 터빈 허브(5)에 전달된다. 또한, 스테이터(6)는, 펌프 임펠러(3)와 터빈 러너(4)의 회전 속도차가 클 때에, 작동유의 흐름을 펌프 임펠러(3)의 회전을 돕는 방향으로 변환한다. 이에 의해, 토크 컨버터(1)는, 펌프 임펠러(3)와 터빈 러너(4)의 회전 속도차가 클 때에는, 토크 증폭기로서 작동하고, 양자의 회전 속도차가 작아지면, 스테이터(6)가 원웨이 클러치(60)를 통해 공전함으로써 유체 조인트로서 작동한다. 그리고 차량의 발진 후, 소정의 조건이 만족되면(예를 들어, 차속이 소정값에 도달하면), 로크 업 클러치 기구(8)가 작동시켜져, 엔진으로부터 프론트 커버(2)에 전달된 동력이, 출력 부재로서의 터빈 허브(5)에 직접 전달되게 되고, 그에 의해, 엔진과 변속기의 입력축이 기계적으로 직결된다. 또한, 프론트 커버(2)로부터 터빈 허브(5)에 전달되는 토크의 변동은, 댐퍼 유닛(7)에 의해 흡수된다.
여기서, 실시예의 토크 컨버터(1)에서는, 예기치 못한 공진의 발생을 억제하기 위해 펌프 임펠러(3)의 펌프 블레이드(31)의 수와 터빈 러너(4)의 터빈 블레이드(41)의 수를 다르게 하고 있다[예를 들어, 작동유의 긁어 내기량을 늘리기 위해 펌프 블레이드(31)의 수가 터빈 블레이드(41)의 수보다도 약간 많게 정해짐]. 또한, 터빈 쉘(40)에 대한 각 터빈 블레이드(41)의 장착 각도(블레이드에 유입된 직후의 흐름의 각도)는 펌프 쉘(30)에 대한 각 펌프 블레이드(31)의 장착 각도보다도 작게(눕혀지도록) 정해져 있고, 각 터빈 블레이드(41)에는 비틀림이 부여되어 있다. 또한, 실시예에서는, 펌프 입구에 있어서의 펌프 블레이드(31)의 장착 각도와 펌프 출구에 있어서의 펌프 블레이드(31)의 장착 각도의 차가, 터빈 입구에 있어서의 터빈 블레이드(41)의 장착 각도와 터빈 출구에 있어서의 터빈 블레이드(41)의 장착 각도의 차보다도 작게 정해져 있다. 또한, 펌프 임펠러(3)에 있어서의 펌프 블레이드(31)의 장착 각도의 평균값(펌프 입구로부터 출구까지의 평균값)은, 터빈 러너(4)에 있어서의 터빈 블레이드(41)의 장착 각도의 평균값(펌프 입구로부터 출구까지의 평균값)보다도 크게 정해져 있다.
또한, 터빈 블레이드의 장착 각도는, 도 2에 도시하는 바와 같이 하여 구할 수 있다. 즉, 터빈 입구(유체 입구)에 있어서의 장착 각도(θin)는,
θin＝(θin1＋θin2)/2
로 하여 나타낸다. 단, θin1은, Y 방향의 수선에 대하여 터빈 블레이드 입구 단부점으로부터의 접선이 이루는 각도이며, θin2는, 터빈 블레이드 입구 단부점과 인접하는 블레이드 외곽선에 접하는 내접원을 그렸을 때에, 인접하는 블레이드와 당해 내접원의 접점에 대한 접선이 Y 방향의 수선에 대하여 이루는 각이다. 또한, 터빈 출구(유체 출구)의 장착 각도(θout)는,
θout＝(θout1＋θout2)/2
로 하여 나타낸다. 단, θout1은, Y 방향의 수선에 대하여 터빈 블레이드 출구 단부점으로부터의 접선이 이루는 각도이며, θout2는, 터빈 블레이드 출구 단부점과 인접하는 블레이드 외곽선에 접하는 내접원을 그렸을 때에, 인접하는 블레이드와 상기 내접원의 접점에 대한 접선이 Y 방향의 수선에 대하여 이루는 각이다. 그리고 터빈 출구에 있어서의 터빈 블레이드의 장착 각도가, 터빈 입구에 있어서의 터빈 블레이드의 장착 각도보다도 작다고 하는 것은, θout의 절대값이 θin의 절대값보다도 작다고 하는 것을 의미한다.
또한 실시예에서는, 터빈 러너(4)의 유체 출구로부터 유출하는 작동유가 스테이터(6)의 스테이터 블레이드(61)에 닿기 쉽게 되도록, 터빈 러너(4)의 유체 출구인 터빈 출구에 있어서의 각 터빈 블레이드(41)의 장착 각도가 터빈 러너(4)의 유체 입구인 터빈 입구에 있어서의 각 터빈 블레이드(41)의 장착 각도보다도 작게 정해져 있다. 그리고 펌프 임펠러(3)와 터빈 러너(4)는, 종래의 토크 컨버터에 비해 약간 소경화되는 동시에, 종래의 토크 컨버터에 비해 편평화된 토러스를 구성하도록 형성되어 있고, 그에 의해, 실시예의 토크 컨버터(1)는 전체적으로 콤팩트화되는 동시에 충분한 댐퍼 유닛(7)의 탑재 스페이스를 갖는다. 단, 이와 같이 터빈 출구에 있어서의 각 터빈 블레이드(41)의 장착 각도를 작게 하는 동시에 펌프 임펠러(3) 및 터빈 러너(4)를 편평화, 소경화하면, 터빈 출구 부근에서 서로 이웃하는 터빈 블레이드(41) 사이에 구획되는 터빈 유로의 단면적이 작아져 버려, 토크 용량의 저하를 초래할 뿐만 아니라, 경우에 따라서는 터빈 출구 부근에서 흐름의 박리가 발생해 버릴 우려가 있다.
이로 인해, 실시예의 토크 컨버터(1)를 구성하는 터빈 러너(4)는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 터빈 출구(유체 출구)에서 터빈 블레이드(41)의 터빈 쉘(40)측의 외곽선(41co)과 터빈 코어(42)측의 내곽선(41ci)[내곽선(41ci)의 내주 단부]에 내접하는 내접원(ICo)의 반경 ro가 터빈 입구(유체 입구)에서 외곽선(41co)과 내곽선(41ci)[내곽선(41ci)의 외주 단부]에 내접하는 내접원(ICi)의 반경 ri보다도 커지는 동시에, 터빈 블레이드(41)의 외곽선(41co)이 터빈 출구측에서 펌프 블레이드(31)의 펌프 쉘(30)측의 외곽선(31co)보다도 펌프 임펠러(3) 및 터빈 러너(4)의 회전 축심 AC의 연장 방향으로 불룩하도록 구성된다. 즉, 실시예의 토크 컨버터(1)는, 펌프 임펠러(3)와 터빈 러너(4)가 비대칭화된 비대칭 구조를 갖고, 펌프 임펠러(3), 터빈 러너(4) 및 스테이터(6)에 의해 비대칭한 토러스(환 형상 유로)가 형성된다.
또한, 도 3에 도시하는 바와 같이, 어느 하나의 펌프 블레이드(31)의 출구 외주 단부(31o)와 어느 하나의 터빈 블레이드(41)의 입구 외주 단부(41i)가 대향할 때에 출구 외주 단부(31o)와 입구 외주 단부(41i) 사이의 중점(중앙)과 회전 축심 AC를 지나는 동시에 당해 회전 축심 AC와 직교하는 직선을 「장치 중심선 CC」라고 규정한다. 장치 중심선 CC를 이와 같이 규정하면, 터빈 블레이드(41)의 외곽선(41co)은, 출구 외주 단부(31o)와 입구 외주 단부(41i)가 대향하는 상태에서 터빈 블레이드(41)를 장치 중심선 CC와 회전 축심 AC를 포함하는 평면에 투영했을 때의 터빈 블레이드(41)의 투영상에 있어서의 터빈 쉘(40)측의 외측 테두리로 된다. 또한, 터빈 블레이드의 내곽선(41ci)은, 터빈 블레이드(41)를 장치 중심선 CC와 회전 축심 AC를 포함하는 평면에 투영했을 때의 터빈 블레이드(41)의 투영상에 있어서의 터빈 코어(42)측의 내측 테두리로 된다. 또한, 펌프 블레이드(31)의 외곽선(31co)은, 펌프 블레이드(31)를 장치 중심선 CC와 회전 축심 AC를 포함하는 평면에 투영했을 때의 펌프 블레이드(31)의 투영상에 있어서의 펌프 쉘(30)측의 외측 테두리로 된다.
실시예에서는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 장치 중심선 CC로부터 그에 대응한 터빈 블레이드(41)의 회전 축심 AC의 연장 방향으로 가장 먼 최원점(최원부)(41x)까지의 길이 dt를 장치 중심선 CC로부터 그에 대응한 펌프 블레이드(31)의 회전 축심 AC의 연장 방향으로 가장 먼 최원점(최원부)(31x)까지의 길이 dp보다도 길게 함으로써, 터빈 블레이드(41)의 외곽선(41co)을 터빈 출구측에서 펌프 블레이드(31)의 펌프 쉘(30)측의 외곽선(31co)보다도 회전 축심 AC의 연장 방향으로 불룩하도록 하고 있다. 또한, 출구 외주 단부(31o)와 입구 외주 단부(41i) 사이의 중점을 포함하는 동시에 회전 축심 AC와 직교하는 평면을 장치 중심면 PC라고 규정하면, 장치 중심면 PC로부터 각 터빈 블레이드(41)의 최원점(41x)까지의 거리(＝dt)가 장치 중심면 PC로부터 각 펌프 블레이드(31)의 최원점(31x)까지의 거리(＝dp)보다도 길어져, 장치 중심면 PC로부터 터빈 쉘(40)의 내면의 최심부까지의 거리(＝dt)가 장치 중심면 PC로부터 펌프 쉘(30)의 내면의 최심부까지의 거리(＝dp)보다도 길어진다. 즉, 실시예의 토크 컨버터(1)에 포함되는 터빈 러너(4)는, 펌프 임펠러(3)와 대략 대칭을 이루도록 구성된 터빈 러너(도 3에 있어서의 2점 쇄선 참조)에 비해, 터빈 입구와 터빈 출구 사이의 중앙부 부근으로부터 터빈 출구에 걸쳐 회전 축심 AC의 연장 방향 또한 외측으로 확대(연장)되어 있고, 그에 의해, 토크 컨버터(1)는 장치 중심선 CC(장치 중심면 PC)에 관해 비대칭한 토러스를 갖는다.
또한, 여기에서는, 상기 터빈 유로에 있어서의 유체의 흐름의 방향을 고려하면서 토러스[터빈 러너(4)]를 보다 적정하게 편평화하기 위해, 펌프 블레이드(31)의 장착각이나 비틀림 정도에 기인하여 토러스의 편평화에 수반하는 펌프 입구로부터 펌프 출구까지의 유로 용적 변화가 터빈 유로에 비교하여 적은 펌프 유로의 단면적을 기준으로 하여, 토크 용량을 양호하게 확보하는데 있어서 허용되는 터빈 유로의 단면적의 변동 범위를 해석했다. 그리고 해석 결과를 근거로 하여, 실시예의 토크 컨버터(1)의 터빈 러너(4)는, 펌프 임펠러(3)의 펌프 쉘(30), 서로 이웃하는 펌프 블레이드(31) 및 펌프 코어(32) 사이에 구획되는 펌프 유로의 중심선과 직교하는 당해 펌프 유로의 단면적의 최대값과 최소값의 평균을 기준 면적 Sref라고 했을 때에, 터빈 쉘(40), 서로 이웃하는 터빈 블레이드(41) 및 터빈 코어(42) 사이에 구획되는 터빈 유로의 중심선과 직교하는 당해 터빈 유로의 단면적 St가 |St－Sref|/Sref≤0.1을 만족하도록 구성된다.
터빈 유로의 단면적의 변동 범위의 해석에 대해 설명하면, 우선, 펌프 쉘(30) 및 펌프 코어(32)에 고정된 1매의 펌프 블레이드(31)의 내주 테두리[펌프 블레이드(31)와 펌프 코어(32)의 경계]를 3차원 공간 내에서 J등분하여 얻어지는 J＋1개의 점을 Ppi(j)라고 하는 동시에(단, "J"는 값 2 이상의 정수이며, "j"는 1≤j≤J＋1을 만족하는 정수임), 당해 1매의 펌프 블레이드(31)의 외주 테두리[펌프 쉘(30)과 펌프 블레이드(31)의 경계]를 3차원 공간 내에서 J등분하여 얻어지는 J＋1개의 점을 Ppo(j)라고 하고, j＝1 내지 J＋1까지의 점 Ppi(j)와 점 Ppo(j)를 연결하는 선분의 중점으로 이루어지는 3차원 곡선을 펌프 블레이드 중심선이라고 규정했다. 그리고 펌프 블레이드(31)의 펌프 블레이드 중심선을 K등분하여 얻어지는 K＋1개의 점을 Ppc(k)라고 하는 동시에(단, "K"는 값 2 이상의 정수이며, "k"는 1≤k≤K＋1을 만족하는 정수임), 서로 이웃하는 펌프 블레이드(31) 각각의 k＝1 내지 K＋1까지의 점 Ppc(k)끼리를 연결하는 선분의 중점으로 이루어지는 3차원 곡선을 펌프 임펠러(3)의 펌프 쉘(30), 서로 이웃하는 펌프 블레이드(31) 및 펌프 코어(32) 사이에 구획되는 펌프 유로의 중심선인 펌프 유로 중심선 Lpfc라고 규정했다(도 4 참조). 또한, 펌프 유로 중심선 Lpfc는, 펌프 유로의 중심, 즉 펌프 유로에 있어서의 작동유의 흐름의 중심을 적정하게 나타내는 것이면, 상술한 바와 같은 수순과는 (약간) 다른 수순에 의해 정해지는 것이어도 된다.
또한, 도 5로부터 알 수 있듯이, 펌프 입구 부근에서 펌프 유로 중심선 Lpfc와 직교하는 동시에 서로 이웃하는 펌프 블레이드(31)의 양쪽과 완전하게 교차하는 면이며 가장 터빈 러너(4)측에 위치하는 면[도 5의 예는, 펌프 유로의 펌프 입구 부근에서 펌프 유로 중심선 Lpfc와 직교하고, 또한 서로 이웃하는 펌프 블레이드(31)의 한쪽의 측부 테두리를 포함하는 동시에 다른 쪽과 완전하게 교차하는 면]을 펌프 유로의 펌프 입구에 있어서의 단면 CSpi라고 규정했다. 또한, 펌프 출구 부근에서 펌프 유로 중심선 Lpfc와 직교하는 동시에 서로 이웃하는 펌프 블레이드(31)의 양쪽과 완전하게 교차하는 면이며 가장 터빈 러너(4)측에 위치하는 면[예를 들어, 펌프 유로의 펌프 출구 부근에서 펌프 유로 중심선 Lpfc와 직교하고, 또한 서로 이웃하는 펌프 블레이드(31)의 한쪽의 측부 테두리를 포함하는 동시에 다른 쪽과 완전하게 교차하는 면]을 펌프 유로의 펌프 출구에 있어서의 단면 CSpo(도 4 참조)라고 규정했다.
그리고 소정의 제원을 갖는 펌프 임펠러(3)에 대해, 도 6에 나타내는 바와 같이, 펌프 유로의 펌프 입구에 있어서의 단면 CSpi와 펌프 유로 중심선 Lpfc의 교점으로부터 펌프 출구의 단면 CSpo와 펌프 유로 중심선 Lpfc의 교점까지의 사이에서 펌프 유로 중심선 Lpfc를 M등분(단, "M"은 값 2 이상의 정수이며, 도 6의 예에서는 M＝8임)하여 얻어지는 M＋1개의 점 Pfc(m)에 의해 당해 펌프 유로 중심선 Lpfc와 직교하는 펌프 유로의 단면의 면적을 계산하고, 계산한 펌프 유로의 단면적의 최대값과 최소값의 평균을 기준 면적 Sref로서 정했다(단, "m"은 1≤m≤M＋1을 만족하는 정수임). 도 6에 나타내는 바와 같이, 일반적으로, 펌프 임펠러의 서로 이웃하는 펌프 블레이드 사이에 구획되는 유로의 단면적은 펌프 입구로부터 펌프 출구에 걸쳐 대략 일정해지고, 도 6의 예에서는, 점 Pfc(1)에 있어서의 단면, 즉 펌프 입구에 있어서의 단면 CSpi의 면적이 최소로 되고, 점 Pfc(9)에 있어서의 단면, 즉 펌프 출구에 있어서의 단면 CSpo의 면적이 최대로 된다.
또한, 터빈 쉘(40) 및 터빈 코어(42)에 고정된 1매의 터빈 블레이드(41)의 내주 테두리[터빈 블레이드(41)와 터빈 코어(42)의 경계]를 3차원 공간 내에서 J등분하여 얻어지는 J＋1개의 점을 Pti(j)라고 하는 동시에, 당해 1매의 터빈 블레이드(41)의 외주 테두리[터빈 쉘(40)과 터빈 블레이드(41)의 경계]를 3차원 공간 내에서 J등분하여 얻어지는 J＋1개의 점을 Pto(j)라고 하고, j＝1 내지 J＋1까지의 점 Pti(j)와 점 Pto(j)를 연결하는 선분의 중점으로 이루어지는 3차원 곡선을 터빈 블레이드 중심선이라고 규정했다. 그리고 터빈 블레이드(41)의 터빈 블레이드 중심선을 K등분하여 얻어지는 K＋1개의 점을 Ptc(k)라고 하는 동시에, 서로 이웃하는 터빈 블레이드(41) 각각의 k＝1 내지 K＋1까지의 점 Ptc(k)끼리를 연결하는 선분의 중점으로 이루어지는 3차원 곡선을 터빈 러너(4)의 터빈 쉘(40), 서로 이웃하는 터빈 블레이드(41) 및 터빈 코어(42) 사이에 구획되는 터빈 유로의 중심선인 터빈 유로 중심선 Ltfc라고 규정했다(도 7 참조). 또한, 터빈 유로 중심선 Ltfc는, 터빈 유로의 중심, 즉 터빈 유로에 있어서의 작동유의 흐름의 중심을 적정하게 나타내는 것이면, 상술한 바와 같은 수순과는 (약간) 다른 수순에 의해 정해지는 것이어도 된다.
또한, 도 5로부터 알 수 있듯이, 터빈 입구 부근에서 터빈 유로 중심선 Ltfc와 직교하는 동시에 서로 이웃하는 터빈 블레이드(41)의 양쪽과 완전하게 교차하는 면이며 가장 펌프 임펠러(3)측에 위치하는 면[도 5의 예에서는, 터빈 유로의 터빈 입구 부근에서 터빈 유로 중심선 Ltfc와 직교하고, 또한 서로 이웃하는 터빈 블레이드(41)의 한쪽의 측부 테두리를 포함하는 동시에 다른 쪽과 완전하게 교차하는 면]을 터빈 유로의 터빈 입구에 있어서의 단면 CSti라고 규정했다. 또한, 터빈 출구 부근에서 터빈 유로 중심선 Ltfc와 직교하는 동시에 서로 이웃하는 터빈 블레이드(41)의 양쪽과 완전하게 교차하는 면이며 가장 펌프 임펠러(3)측에 위치하는 면[예를 들어, 터빈 유로의 터빈 출구 부근에서 터빈 유로 중심선 Ltfc와 직교하고, 또한 서로 이웃하는 터빈 블레이드(41)의 한쪽의 측부 테두리를 포함하는 동시에 다른 쪽과 완전하게 교차하는 면]을 터빈 유로의 터빈 출구에 있어서의 단면 CSto(도 7 참조)라고 규정했다.
그리고 토크 용량을 양호하게 확보하는데 있어서 허용되는 터빈 유로의 단면적의 변동 범위를 해석하기 위해, 상기 펌프 임펠러(3)와 함께 사용 가능한 동시에 다른 터빈 쉘 형상(편평도)을 갖는 복수의 터빈 러너(외경, 코어 사이즈, 터빈 출구 각도, 터빈 입구 각도, 블레이드 비틀림각 등은 공통)의 모델 M1 내지 M7을 준비하고, CFD(수치 유체 역학)에 의해 펌프 임펠러(3)와 모델 M1 내지 M7 중 어느 하나의 터빈 러너를 포함하는 토크 컨버터의 용량 계수 C를 구했다. 모델 M1 내지 M7은, 도 8에 나타내는 바와 같이, 터빈 유로의 터빈 입구에 있어서의 단면 CSti와 터빈 유로 중심선 Ltfc의 교점으로부터 터빈 출구의 단면 CSto와 터빈 유로 중심선 Ltfc의 교점까지의 사이에서 터빈 유로 중심선 Ltfc를 M등분(도 8의 예에서는 M＝8)하여 얻어지는 M＋1개의 점 Pfc(m)에서 당해 터빈 유로 중심선 Ltfc와 직교하는 터빈 유로의 단면의 면적을 St(m)라고 했을 때에, 단면적 St(m)의 기준 면적 Sref로부터의 어긋남량 |St(m)－Sref|/Sref의 범위가 각각 다른 것이다.
도 8에 나타내는 모델 M1은, 실시예의 토크 컨버터(1)에 포함되는 터빈 러너(4)이며, 터빈 유로의 단면적 St(m)가 |St(m)－Sref|/Sref≤0.1을 만족하도록 설계된 것이다. 모델 M2는, 터빈 유로의 단면적 St(m)가 －0.15≤[St(m)－Sref]/Sref≤0.1을 만족하도록 설계된 것이다. 모델 M3는, 터빈 유로의 단면적 St(m)가 －0.05≤[St(m)－Sref]/Sref≤0.15를 만족하도록 설계된 것이다. 모델 M4는, 터빈 유로의 단면적 St(m)가 －0.2≤[St(m)－Sref]/Sref≤0.1을 만족하도록 설계된 것이다. 모델 M5는, 터빈 유로의 단면적 St(m)가 0≤[St(m)－Sref]/Sref≤0.2를 만족하도록 설계된 것이다. 모델 M6는, 터빈 유로의 단면적 St(m)가 －0.3≤[St(m)－Sref]/Sref≤0.05를 만족하도록 설계된 것이다. 모델 M7은, 터빈 유로의 단면적 St(m)가 0.05≤[St(m)－Sref]/Sref≤0.3을 만족하도록 설계된 것이다. 그리고 도 8에 있어서의 2점 쇄선(참고예)은, 일반적인 터빈 러너(펌프 임펠러와 대략 대칭을 이루도록 구성된 터빈 러너)에 대해 구해진 터빈 유로의 단면적 St(m)의 당해 터빈 러너에 대응한 펌프 임펠러에 대해 구해진 기준 면적에 대한 어긋남량을 나타내는 것이다. 또한, 도 8의 각 예에서는, 점 Pfc(1)에 있어서의 단면이 터빈 입구에 있어서의 단면 CSti로 되고, 점 Pfc(9)에 있어서의 단면이 터빈 출구에 있어서의 단면 CSto로 된다.
도 9는 터빈 유로의 단면적 St(m)의 기준 면적 Sref로부터의 어긋남량 |St(m)－Sref|/Sref와, 펌프 임펠러(3)와 상기 모델 M1 내지 M7 중 어느 하나의 터빈 러너를 포함하는 토크 컨버터의 용량 계수 C의 관계를 나타내는 설명도이다. 상기 도면으로부터 알 수 있듯이, 모델 M1 내지 M7 중, 모델 M1 내지 M3 중 어느 하나의 터빈 러너, 즉 터빈 유로의 단면적 St(m)의 기준 면적 Sref로부터의 어긋남량이 ±15％ 이하의 범위에 있는 터빈 러너를 포함하는 토크 컨버터에서는, 용량 계수 C를 실용상 지극히 양호한 값으로 하는 것이 가능하다. 또한, 모델 M4 혹은 모델 M5의 터빈 러너, 즉 터빈 유로의 단면적 St(m)의 기준 면적 Sref로부터의 어긋남량이 ±20％ 이하의 범위에 있는 터빈 러너를 포함하는 토크 컨버터에 있어서도, 용량 계수 C를 실용상 충분한 값으로 하는 것이 가능하지만, 모델 M6 혹은 모델 M7의 터빈 러너, 즉 터빈 유로의 단면적 St(m)의 기준 면적 Sref로부터의 어긋남량이 ±30％ 이하의 범위에 있는 터빈 러너를 포함하는 토크 컨버터에 있어서는, 용량 계수 C를 실용상 충분한 값으로 하는 것이 곤란해진다.
따라서, 도 9에 나타내는 해석 결과로부터, 터빈 쉘(40), 서로 이웃하는 터빈 블레이드(41) 및 터빈 코어(42) 사이에 구획되는 터빈 유로의 중심선, 즉 터빈 유로 중심선 Ltfc와 직교하는 당해 터빈 유로의 단면적 St(m)가 |St(m)－Sref|/Sref≤0.2, 보다 바람직하게는, |St－Sref|/Sref≤0.15를 만족하도록 터빈 러너(4)를 구성하면, 토러스의 외경에 따른 실용상 충분한 토크 용량을 확보하면서, 토러스를 편평화하여 토크 컨버터(1)를 소형화할 수 있는 것이 이해될 것이다. 또한, 실시예의 토크 컨버터(1)의 터빈 러너(4)와 같이, 터빈 유로 중심선 Ltfc와 직교하는 터빈 유로의 단면적 St(m)가 |St(m)－Sref|/Sref≤0.2(보다 바람직하게는 0.15)를 만족하도록 하면, 터빈 유로의 단면적의 터빈 입구로부터 터빈 출구까지에 있어서의 변화 폭이 비교적 작아지므로, 터빈 입구로부터 터빈 출구까지의 유로의 중앙부(도 3에 있어서 파선으로 둘러싸인 영역)에 있어서의 흐름의 박리의 발생이나, 당해 유로의 터빈 출구측에 있어서의 흐름의 박리의 발생을 억제하여, 토크의 전달 로스를 저감하는 것도 가능해진다.
계속해서, 도 10을 참조하면서 실시예의 토크 컨버터(1)에 대해 더욱 상세하게 설명한다. 도 10에 도시하는 바와 같이, 출구 외주 단부(31o)와 입구 외주 단부(41i)가 대향하고 있는 한 쌍의 펌프 블레이드(31)와 터빈 블레이드(41)를 장치 중심선 CC와 펌프 임펠러(3) 및 터빈 러너(4)의 회전 축심 AC를 포함하는 평면에 투영했을 때에, 실시예의 펌프 블레이드(31)의 투영상은 펌프 쉘(30)측의 외측 테두리부에 3개의 곡률 변화점(Cp1, Cp2 및 Cp3)을 포함하고, 실시예의 터빈 블레이드(41)의 투영상은 터빈 쉘(40)측의 외측 테두리부에 2개의 곡률 변화점(Ct1 및 Ct2)을 포함한다. 따라서, 회전 축심 AC를 포함하는 평면에서 펌프 쉘(30)을 절단했을 때의 펌프 쉘(30)의 단면(쉘 내주)에는, 상기 곡률 변화점(Cp1, Cp2 및 Cp3)에 대응한 3개의 곡률 변화점이 포함되고, 회전 축심 AC를 포함하는 평면에서 터빈 쉘(40)을 절단했을 때의 터빈 쉘(40)의 단면(쉘 내주)에는, 상기 곡률 변화점(Ct1 및 Ct2)에 대응한 2개의 곡률 변화점이 포함되게 된다.
그리고 실시예의 토크 컨버터(1)에서는, 터빈 블레이드(41)의 투영상에 있어서의 입구 외주 단부(41i)로부터 최외주측의 곡률 변화점(Ct1)까지의 터빈 쉘(40)측의 외측 테두리부인 제0 투영 터빈 외측 테두리부(Et0)의 곡률 반경 rt0와, 펌프 블레이드(31)의 투영상에 있어서의 출구 외주 단부(31o)로부터 최외주측의 곡률 변화점(Cp1)까지의 펌프 쉘(30)측의 외측 테두리부인 제0 투영 펌프 외측 테두리부(Ep0)의 곡률 반경 rp0가 동일한 값으로 되어 있고, 양자의 곡률 중심(Ot0, Op0)도 일치하고 있다. 따라서, 회전 축심 AC를 포함하는 평면에서 터빈 쉘(40)을 절단했을 때의 터빈 쉘(40)의 단면의 상기 입구 외주 단부(41i)에 대응한 점으로부터 상기 곡률 변화점(Ct1)에 대응한 점까지의 쉘 내주의 곡률 반경과, 회전 축심 AC를 포함하는 평면에서 펌프 쉘(30)을 절단했을 때의 펌프 쉘(30)의 단면의 상기 출구 외주 단부(31o)에 대응한 점으로부터 상기 곡률 변화점(Cp1)에 대응한 점까지의 쉘 내주의 곡률 반경은 서로 동일해진다. 즉, 도 3에 도시하는 바와 같이, 터빈 블레이드(41)의 외곽선(41co)은, 펌프 블레이드(31)의 외곽선(31co)과 대칭을 이루는 대칭 영역과 펌프 블레이드(31)의 외곽선(31co)과 대칭을 이루지 않는 비대칭 영역을 갖고, 대칭 영역에는, 터빈 블레이드(41)의 입구 외주 단부(41i)가 포함되고, 비대칭 영역에는, 터빈 블레이드(41)의 출구 내주 단부(41o)가 포함된다. 이에 의해, 펌프 임펠러(3)로부터 터빈 러너(4)로의 작동유의 유입을 원활한 것으로 하여 토크의 전달 로스를 저감하는 것이 가능해진다. 또한, 본 발명에 있어서의 「최외주측의 곡률 변화점」에는, 예를 들어 블레이드와 쉘을 서로(밀하게) 접합하는 관점에서 설치되는 것은 포함되지 않는다.
또한, 터빈 블레이드(41)의 투영상에 있어서의 최외주측의 곡률 변화점(Ct1)으로부터 외주측으로부터 2번째의 곡률 변화점(Ct2)까지의 터빈 쉘(40)측의 외측 테두리부인 제1 투영 터빈 외측 테두리부(Et1)의 곡률 반경 rt1은, 펌프 블레이드(31)의 투영상에 있어서의 최외주측의 곡률 변화점(Cp1)으로부터 외주측으로부터 2번째의 곡률 변화점(Cp2)까지의 펌프 쉘(30)측의 외측 테두리부인 제1 투영 펌프 외측 테두리부(Ep1)의 곡률 반경 rp1보다도 작고, 제1 투영 터빈 외측 테두리부(Et1)의 곡률 중심(Ot1)은, 제1 투영 펌프 외측 테두리부(Ep1)의 곡률 중심(Op1)보다도 회전 축심 AC측에 위치하고 있다. 이에 의해, 장치 중심선 CC로부터 터빈 블레이드(41)의 회전 축심 AC의 연장 방향으로 가장 먼 최원점(41x)까지의 길이 dt를 장치 중심선 CC로부터 펌프 블레이드(31)의 회전 축심 AC의 연장 방향으로 가장 먼 최원점(31x)까지의 길이 dp보다도 길게 하여, 터빈 러너(4)의 서로 이웃하는 터빈 블레이드(41) 사이에 구획되는 유로의 단면적을 터빈 입구와 터빈 출구 사이의 중앙부에 있어서 충분히 확보할 수 있으므로, 당해 유로의 중앙부에 있어서의 흐름의 박리의 발생을 억제하여, 토크의 전달 로스를 저감하는 것이 가능해진다. 또한, 제1 투영 펌프 외측 테두리부(Ep1)의 곡률 반경 rp1과 제1 투영 터빈 외측 테두리부(Et1)의 곡률 반경 rt1의 차(rp1－rt1)는, 예를 들어 30 내지 40㎜로 되면 바람직하다.
또한, 터빈 블레이드(41)의 투영상에 있어서의 외주측으로부터 2번째의 곡률 변화점(Ct2)으로부터 당해 투영상에 있어서의 출구 내주 단부(41o)까지의 쉘측의 외측 테두리부인 제2 투영 터빈 외측 테두리부(Et2)의 곡률 반경 rt2는, 펌프 블레이드(31)의 투영상에 있어서의 외주측으로부터 2번째의 곡률 변화점(Cp2)으로부터 3번째의 곡률 변화점(Cp3)까지의 쉘측의 외측 테두리부인 제2 투영 펌프 외측 테두리부(Ep2)의 곡률 반경 rp2보다도 작고, 제2 투영 터빈 외측 테두리부(Et2)의 곡률 중심(Ot2)은, 제2 투영 펌프 외측 테두리부(Ep2)의 곡률 중심(Op2)보다도 회전 축심 AC측에 위치하고 있다. 이에 의해, 터빈 러너(4)의 서로 이웃하는 터빈 블레이드(41) 사이에 구획되는 유로의 단면적이 터빈 출구를 향함에 따라 감소하는 것을 억제(감소 폭을 작게) 할 수 있으므로, 당해 유로의 터빈 출구측에 있어서의 흐름의 박리의 발생을 억제하여, 토크의 전달 로스를 저감하는 것이 가능해진다.
또한, 실시예의 토크 컨버터(1)에서는, 터빈 블레이드(41)의 투영상에 있어서의 외주측으로부터 2번째(최내주측)의 곡률 변화점(Ct2)으로부터 당해 투영상에 있어서의 출구 내주 단부(41o)까지의 쉘측의 외측 테두리부인 제2 투영 터빈 외측 테두리부(Et2)의 곡률 반경 rt2가, 펌프 블레이드(31)의 투영상에 있어서의 외주측으로부터 3번째(최내주측)의 곡률 변화점(Cp3)으로부터 당해 투영상에 있어서의 입구 내주 단부(31i)까지의 쉘측의 외측 테두리부인 제3 투영 펌프 외측 테두리부(Ep3)의 곡률 반경 rp3보다도 작고, 제2 투영 터빈 외측 테두리부(Et2)의 곡률 중심(Ot2)은, 제3 투영 펌프 외측 테두리부(Ep3)의 곡률 중심(Op3)보다도 회전 축심 AC측에 위치하고 있다. 이에 의해, 터빈 러너(4)의 서로 이웃하는 터빈 블레이드(41) 사이에 구획되는 유로의 터빈 출구측에 있어서의 단면적을 보다 크게 하는 것이 가능해진다.
또한, 실시예의 토크 컨버터(1)에서는, 펌프 블레이드(31) 및 터빈 블레이드(41)의 회전 반경 Rtp와 스테이터 블레이드(61)의 외주 단부의 회전 반경 Rso의 차(Rtp－Rso)가 펌프 블레이드(31) 및 터빈 블레이드(41)의 회전 반경 Rtp와 스테이터 블레이드(61)의 내주 단부의 회전 반경 Rsi의 차(Rtp－Rsi)의 2분의 1보다도 작아지도록 펌프 임펠러(3), 터빈 러너(4) 및 스테이터(6)의 치수 등이 정해져 있다(도 3 참조). 이에 의해, 터빈 러너(4)의 서로 이웃하는 터빈 블레이드(41) 사이에 구획되는 유로의 터빈 출구측에 있어서의 단면적을 보다 크게 하는 것이 가능해지고, 당해 유로의 터빈 출구측에 있어서의 흐름의 박리의 발생을 억제하여 토크의 전달 로스를 저감하는 것이 가능해진다.
이상 설명한 바와 같이, 실시예의 토크 컨버터(1)에서는, 터빈 러너(4)의 유체 출구인 터빈 출구에 있어서의 터빈 블레이드(41)의 장착 각도가 당해 터빈 러너(4)의 유체 입구인 터빈 입구에 있어서의 터빈 블레이드(41)의 장착 각도보다도 작게 되어 있다. 그리고 터빈 러너(4)는, 펌프 임펠러(3)의 펌프 쉘(30), 서로 이웃하는 펌프 블레이드(31) 및 펌프 코어(32) 사이에 구획되는 펌프 유로의 중심선인 펌프 유로 중심선 LPFc와 직교하는 당해 펌프 유로의 단면적의 최대값과 최소값의 평균을 기준 면적 Sref라고 했을 때에, 터빈 쉘(40), 서로 이웃하는 터빈 블레이드(41) 및 터빈 코어(42) 사이에 구획되는 터빈 유로의 중심선인 터빈 유로 중심선 Ltfc와 직교하는 당해 터빈 유로의 단면적 St가 |St－Sref|/Sref≤0.2, 보다 바람직하게는, |St－Sref|/Sref≤0.15를 만족하도록 구성된다. 이에 의해, 토러스의 외경에 따른 실용상 충분한 토크 용량을 확보하는 동시에 토크 증폭 성능을 향상시키면서, 토러스를 편평화함으로써 토크 컨버터(1)를 소형화하는 것이 가능해진다.
그리고 상기 실시예의 토크 컨버터(1)는, 예를 들어 차속이 약 10㎞/h로 극히 저속에서 로크 업 클러치 기구(8)에 의한 로크 업이 실행되는 차량에 지극히 적합한 것이다. 즉, 이러한 차량에 토크 용량의 저하를 억제하는 동시에 토크 증폭 성능을 향상시킬 수 있는 토크 컨버터(1)를 탑재하면, 요구되는 토크 용량이 작아짐으로써, 토크 증폭 성능을 확보 가능한 범위 내에서 펌프 블레이드(31) 및 터빈 블레이드(41)의 회전 반경 Rtp를 댐퍼 유닛(7)의 회전 반경 Rdp(도 1 참조)에 대하여 대폭으로 작게 하는 것이 가능해지고, 그에 의해 토크 컨버터(1)의 전체, 나아가서는 트랜스미션 전체를 보다 소형화할 수 있다.
또한, 상기 실시예의 토크 컨버터(1)에서는, 터빈 출구에서 터빈 블레이드(41)의 터빈 쉘(40)측의 외곽선(41co)과 터빈 코어(42)측의 내곽선(41ci)에 내접하는 내접원(ICo)의 반경 ro가 터빈 입구에서 외곽선(41co)과 내곽선(41ci)에 내접하는 내접원(ICi)의 반경 ri보다도 크게 되어 있고, 터빈 블레이드(41)의 외곽선(41co)은, 터빈 출구측에서 펌프 블레이드(31)의 펌프 쉘(30)측의 외곽선(31co)보다도 회전 축심 AC의 연장 방향으로 불룩해져 있다. 이에 의해, 터빈 출구에 있어서의 터빈 블레이드(41)의 장착 각도를 작게 하는 동시에 토러스를 편평화해도, 터빈 출구측의 영역에서 서로 이웃하는 터빈 블레이드(41) 사이에 구획되는 터빈 유로의 단면적을 충분히 확보하고, 터빈 입구로부터 터빈 출구까지에 있어서의 유로 단면적의 변화 폭을 작게 할 수 있다. 이 결과, 토크 컨버터(1)에서는, 토크 용량의 저하를 억제하는 동시에 터빈 출구 부근에서의 흐름의 박리를 억제하면서 토크 증폭 성능을 향상시키면서 장치 전체의 소형화를 도모하는 것이 가능해진다.
또한, 펌프 임펠러(3)는, 터빈 러너(4)로부터의 작동유를 퍼올려 다시 터빈 러너(4)에 공급하는 것이므로, 펌프 블레이드(31)의 장착 각도를 터빈 블레이드(41)의 장착 각도와 같이 작게 할 필요는 없다. 따라서, 펌프 입구에 있어서의 펌프 블레이드(31)의 장착 각도와 펌프 출구에 있어서의 펌프 블레이드(31)의 장착 각도의 차를 터빈 입구에 있어서의 터빈 블레이드(41)의 장착 각도와 터빈 출구에 있어서의 터빈 블레이드(41)의 장착 각도의 차보다도 작게 하면, 서로 이웃하는 펌프 블레이드(31) 사이에 구획되는 유로의 단면적의 변화 폭을 보다 작게 할 수 있으므로, 펌프 임펠러(3)를 터빈 러너(4)와 같이 불룩하게 할 필요가 없어지고, 그에 의해 토크 컨버터(1)를 한층 더 소형화하는 것이 가능해진다.
또한, 실시예의 토크 컨버터(1)는, 서로 대향하는 펌프 블레이드(31)의 출구 외주 단부(31o)와 터빈 블레이드(41)의 입구 외주 단부(41i) 사이의 중점(중앙)과 펌프 임펠러(3) 및 터빈 러너(4)의 회전 축심 AC를 지나는 동시에 당해 회전 축심 AC와 직교하는 직선을 장치 중심선 CC로서 규정했을 때에, 장치 중심선 CC로부터 당해 터빈 블레이드(41)의 회전 축심 AC의 연장 방향으로 가장 먼 최원점(41x)까지의 길이 dt가 장치 중심선 CC로부터 당해 펌프 블레이드(31)의 회전 축심 AC의 연장 방향으로 가장 먼 최원점(31x)까지의 길이 dp보다도 길어지도록 구성되고, 장치 중심선 CC에 관해 비대칭인 토러스(환 형상 유로)를 갖는다. 이와 같이, 한 쌍의 펌프 블레이드(31)와 터빈 블레이드(41)에 관해, 장치 중심선 CC로부터 터빈 블레이드(41)의 회전 축심 AC의 연장 방향으로 가장 먼 최원점(41x)까지의 길이 dt를 장치 중심선 CC로부터 펌프 블레이드(31)의 회전 축심 AC의 연장 방향으로 가장 먼 최원점(31x)까지의 길이 dp보다도 길게 하면, 터빈 출구측의 영역에서 터빈 블레이드(41)의 외곽선(41co)을 펌프 블레이드(31)의 외곽선(31co)보다도 회전 축심 AC의 연장 방향으로 보다 적정하게 불룩하게 하여, 터빈 입구로부터 터빈 출구까지에 있어서의 유로 단면적의 변화 폭을 가능한 한 작게 하는 것이 가능해진다. 이 결과, 터빈 유로의 단면적 St(m)의 변동 범위를 상기 범위 내의 것으로 했을 때에, 토러스의 외경에 따른 토크 용량을 확보하면서, 토러스를 편평화함으로써 토크 컨버터(1)를 소형화하는 것이 가능해진다.
또한, 실시예의 토크 컨버터(1)에 있어서, 터빈 블레이드(41)의 투영상에 있어서의 외주측으로부터 n번째(단 "n"은 값 1 이상의 임의의 정수임)의 곡률 변화점(Ctn)으로부터 n＋1번째의 곡률 변화점(Ctn＋1) 또는 터빈 블레이드(41)의 투영상에 있어서의 출구 내주 단부(41o)까지의 쉘측의 외측 테두리부인 제n 투영 터빈 외측 테두리부(Etn)는, 펌프 블레이드(31)의 투영상에 있어서의 외주측으로부터 n번째의 곡률 변화점(Cpn)으로부터 n＋1번째의 곡률 변화점(Cpn＋1) 또는 펌프 블레이드(31)의 투영상에 있어서의 입구 내주 단부(31i)까지의 쉘측의 외측 테두리부인 제n 투영 펌프 외측 테두리부(Epn)에 비해 작은 곡률 반경을 갖고, 제n 투영 터빈 외측 테두리부(Etn)의 곡률 중심(Otn)은, 제n 투영 펌프 외측 테두리부(Epn)의 곡률 중심(Opn)보다도 회전 축심 AC측에 위치한다. 또한, 회전 축심 AC를 포함하는 평면에서 터빈 쉘(40)을 절단했을 때의 터빈 쉘(40)의 단면의 상기 n번째의 곡률 변화점(Ctn)에 대응한 점으로부터 n＋1번째의 곡률 변화점(Ctn＋1) 또는 터빈 블레이드(41)의 투영상에 있어서의 출구 내주 단부(41o)에 대응한 점까지의 쉘 내주의 곡률 반경은, 회전 축심 AC를 포함하는 평면에서 펌프 쉘(30)을 절단했을 때의 펌프 쉘(30)의 단면의 상기 n번째의 곡률 변화점(Cpn)에 대응한 점으로부터 n＋1번째의 곡률 변화점(Cpn＋1) 또는 펌프 블레이드(31)의 투영상에 있어서의 입구 내주 단부(31i)에 대응한 점까지의 쉘 내주의 곡률 반경보다도 작아진다. 또한, 회전 축심 AC를 포함하는 평면에서 터빈 쉘(40)을 절단했을 때의 터빈 쉘(40)의 단면의 곡률 변화점(Ctn)에 대응한 점으로부터 n＋1번째의 곡률 변화점(Ctn＋1) 또는 출구 내주 단부(41o)에 대응한 점까지의 쉘 내주의 곡률 중심은, 회전 축심 AC를 포함하는 평면에서 펌프 쉘(30)을 절단했을 때의 펌프 쉘(30)의 단면의 곡률 변화점(Cpn)에 대응한 점으로부터 n＋1번째의 곡률 변화점(Cpn＋1) 또는 출구 내주 단부(41o)에 대응한 점까지의 쉘 내주의 곡률 중심보다도 회전 축심 AC측에 위치하게 된다. 이에 의해, 장치 중심선 CC로부터 그에 대응한 터빈 블레이드(41)의 회전 축심 AC의 연장 방향으로 가장 먼 최원점(41x)까지의 길이 dt를 장치 중심선 CC로부터 그에 대응한 펌프 블레이드(31)의 회전 축심 AC의 연장 방향으로 가장 먼 최원점(31x)까지의 길이 dp보다도 길게 하는 것이 가능해진다.
또한, 실시예의 토크 컨버터(1)에 있어서, 토크 용량의 향상과 장치의 소형화의 양립을 도모하기 위해서는, 장치 중심선 CC로부터 터빈 블레이드(41)의 회전 축심 AC의 연장 방향으로 가장 먼 최원점(41x)까지의 길이 dt와 장치 중심선 CC로부터 펌프 블레이드(31)의 회전 축심 AC의 연장 방향으로 가장 먼 최원점(31x)까지의 길이 dp의 비 dt/dp를 예를 들어 1.05≤dt/dp≤1.20의 범위 내로 정하면 된다. 또한, 토크 컨버터(1)의 편평율 Λ를, Λ＝(dt＋dp)/(Rtp－Rsi)로 나타낸 경우, 토크 컨버터(1)는, 예를 들어 0.5≤Λ≤0.7을 만족하도록 구성되면 바람직하다. 또한, 상기 실시예의 펌프 블레이드(31)의 투영상은 펌프 쉘(30)측의 외측 테두리부에 3개의 곡률 변화점(Cp1, Cp2 및 Cp3)을 포함하고, 상기 실시예의 터빈 블레이드(41)의 투영상은 터빈 쉘(40)측의 외측 테두리부에 2개의 곡률 변화점(Ct1 및 Ct2)을 포함하고 있지만, 펌프 블레이드(31) 및 터빈 블레이드(41)의 투영상에 있어서의 곡률 변화점의 수는 이것에 한정되는 것은 아니고, 임의로 정해져도 된다.
이상, 실시예를 사용하여 본 발명의 실시 형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 상기 실시예에 전혀 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서, 여러 가지 변경을 이룰 수 있는 것은 말할 필요도 없다.
본 발명은, 토크 컨버터와 같은 유체식 토크 전달 장치의 제조 분야에 있어서 이용 가능하다.

Claims (5)

  1. 펌프 쉘과 상기 펌프 쉘에 장착된 펌프 블레이드와 상기 펌프 블레이드에 장착된 펌프 코어를 포함하는 펌프 임펠러와, 터빈 쉘과 상기 터빈 쉘에 장착된 터빈 블레이드와 상기 터빈 블레이드에 장착된 터빈 코어를 포함하는 터빈 러너와, 스테이터 블레이드를 포함하는 동시에 상기 터빈 러너로부터 상기 펌프 임펠러로의 작동 유체의 흐름을 정류하는 스테이터를 구비한 유체식 토크 전달 장치에 있어서,
    상기 터빈 러너의 유체 출구에 있어서의 상기 터빈 블레이드의 장착 각도는, 상기 터빈 러너의 유체 입구에 있어서의 상기 터빈 블레이드의 장착 각도보다도 작고,
    상기 터빈 러너는, 상기 펌프 임펠러의 상기 펌프 쉘, 서로 이웃하는 상기 펌프 블레이드 및 상기 펌프 코어 사이에 구획되는 펌프 유로의 중심선과 직교하는 상기 펌프 유로의 단면적의 최대값과 최소값의 평균을 기준 면적 Sref라고 했을 때에, 상기 터빈 쉘, 서로 이웃하는 상기 터빈 블레이드 및 상기 터빈 코어 사이에 구획되는 터빈 유로의 중심선과 직교하는 상기 터빈 유로의 단면적 St가 |St－Sref|/Sref≤0.2를 만족하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 유체식 토크 전달 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 터빈 러너는, 상기 터빈 유로의 단면적 St가 |St－Sref|/Sref≤0.15를 만족하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 유체식 토크 전달 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 터빈 러너의 상기 유체 출구에서 상기 터빈 블레이드의 상기 터빈 쉘측의 외곽선과 상기 터빈 블레이드의 상기 터빈 코어측의 내곽선에 내접하는 내접원의 반경은, 상기 터빈 러너의 유체 입구에서 상기 외곽선과 상기 내곽선에 내접하는 내접원의 반경보다도 크고,
    상기 터빈 블레이드의 상기 외곽선은, 상기 터빈 러너의 상기 유체 출구측에서 상기 펌프 블레이드의 상기 펌프 쉘측의 외곽선보다도 상기 펌프 임펠러 및 상기 터빈 러너의 회전 축심의 연장 방향으로 불룩해져 있는 것을 특징으로 하는, 유체식 토크 전달 장치.
  4. 제3항에 있어서, 서로 대향하는 상기 펌프 블레이드의 유체 출구 외주 단부와 상기 터빈 블레이드의 유체 입구 외주 단부 사이의 중앙과 상기 펌프 임펠러 및 상기 터빈 러너의 회전 축심을 지나는 동시에 상기 회전 축심과 직교하는 장치 중심선으로부터 상기 터빈 블레이드의 상기 회전 축심의 연장 방향으로 가장 먼 최원부까지의 길이가 상기 장치 중심선으로부터 상기 펌프 블레이드의 상기 회전 축심의 연장 방향으로 가장 먼 최원부까지의 길이보다도 길어지도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 유체식 토크 전달 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 터빈 블레이드의 상기 외곽선은, 상기 펌프 블레이드의 상기 외곽선과 대칭을 이루는 대칭 영역과 상기 펌프 블레이드의 상기 외곽선과 대칭을 이루지 않는 비대칭 영역을 갖고 있고, 상기 대칭 영역은, 상기 터빈 블레이드의 유체 입구 외주 단부를 포함하고, 상기 비대칭 영역은, 상기 터빈 블레이드의 유체 출구 내주 단부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유체식 토크 전달 장치.
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