KR200295182Y1 - blade of stator mounted in a torque convertor - Google Patents
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Abstract
본 고안은 토크컨버터의 구성요소인 종래의 고정자의 날개에 관통통로를 형성시켜 실속(stall)상태 및 저속도비(low speed ratio)구간에서 안정적인 토크를 발생시키고 이완(sag)현상을 방지하는 고정자의 날개에 관한 것이다. 본 고안의 특징은 고정자의 날개의 복면부와 배면부 사이에 오일유동용 관통통로를 새로이 형성시킨 것을 특징으로 한다. 본 고안은 고정자의 날개의 구조형상 변경을 통하여 저속도비 구간에서의 유동박리 및 재순환 영역의 발생을 억제하여 성능저하 현상을 방지하고 그 외의 구간에서도 토크컨버터 전체의 성능을 향상시키는 효과를 기대할 수 있다.The present invention forms a through passage in the wing of a conventional stator, which is a component of a torque converter, to generate stable torque in stall state and low speed ratio section and to prevent sag phenomenon. It's about wings. A feature of the present invention is characterized in that the oil flow through passage is newly formed between the back portion and the back portion of the wing of the stator. The present invention can prevent the performance degradation by restraining the flow separation and the recirculation area in the low speed ratio section by changing the structural shape of the stator blade, and can expect the effect of improving the performance of the entire torque converter in other sections .
Description
본 고안은 유체 커플링식 토크 컨버터에 관한 것이며, 보다 상세하게는 임펠러와 터빈의 사이에 배치된 토크 컨버터의 고정자의 날개에 관한 것이다.The present invention relates to a fluid coupling-type torque converter, and more particularly, to a vane of a stator of a torque converter disposed between an impeller and a turbine.
토크축과 일체적으로 회전하는 임펠러, 그 임펠러에서 토출되는 오일에 의해 회전되는 터빈, 그리고 터빈에서 임펠러로 환류하는 오일의 흐름을 임펠러의 회전방향으로 향하게 하는 고정자를 구비한 유체 커플링식 토크 컨버터는 이미 공지되어 있다.A fluid coupling torque converter having an impeller integrally rotating with the torque shaft, a turbine rotated by oil discharged from the impeller, and a stator for directing the flow of oil returning from the turbine to the impeller in the direction of rotation of the impeller It is already known.
이와 같은 토크 컨버터에서는, 임펠러에서 토출된 오일을 터빈에 유입시키고, 이 오일의 유동에너지로 터빈을 회전시키고, 그 후, 터빈에서 임펠러로 환류하는 오일의 흐름을 고정자에 의해 임펠러의 회전방향으로 전환시키고, 이 오일에 의해 임펠러 날개의 배면을 눌어서 임펠러의 회전을 증가시키고, 더우기 회전이 증가된 임펠러에서 토출된 오일에 의해 터빈을 회전시키는 공정이 반복되고, 이에 의해 터빈에 임펠러보다 큰 토크를 발생시키도록 되어 있다.In such a torque converter, the oil discharged from the impeller flows into the turbine, rotates the turbine with the flow energy of the oil, and thereafter, the flow of oil returning from the turbine to the impeller is switched by the stator in the direction of rotation of the impeller. Pressurizes the back of the impeller wing by this oil to increase the rotation of the impeller, and furthermore, the process of rotating the turbine by the oil discharged from the impeller with increased rotation, thereby giving the turbine greater torque than the impeller. It is supposed to generate.
이를 위한 기존의 토크 컨버터의 고정자는 박판형(sheet shaped)형으로 된 날개를 구비하고 있지만, 오일의 유동이 고정자의 날개에 유입될 때 오일의 유동방향과 박판형 날개의 입구각도가 유동을 부드럽게 흘려보낼 수 없는 영각(attack angle)을 가지고 있어서, 난류인 오일의 유동을 야기하여, 오일이 가진 역학적에너지가 열에너지로 변환되어 손실되게 하기 때문에, 토크 컨버터의 토크 전달효율이 저하한다고 하는 문제가 있다.The stator of the conventional torque converter has a sheet shaped wing, but when the flow of oil enters the wing of the stator, the flow direction of the oil and the inlet angle of the thin blade are used to smoothly flow the flow. There is a problem that the torque transmission efficiency of the torque converter is lowered because it has an unattackable angle, causing a flow of oil that is turbulent, causing the mechanical energy of the oil to be converted and lost.
따라서, 지금은 모두 익형(wing shaped 또는 hydrofoil shaped) 형태의 날개를 구비하고 있다. 이 고정자의 익형 날개는 전연(leading edge) 부위의 기하학적 특성에 의하여 오일의 유동이 고정자의 날개에 유입될 때 오일의 유동방향과 익형날개의 입구각도가 일정 각도 차이에서도 유동을 부드럽게 흘려보낼 수 있다.Thus, all now have wings in the form of wings or hydrofoil shapes. The airfoil wing of this stator can flow smoothly even if the flow direction of the oil and the inlet angle of the airfoil blades are at a certain angle when the oil flows into the wing of the stator due to the geometry of the leading edge. .
하지만, 상기 고정자의 익형 날개가 실속상태에 있을 때에는, 상기 고정자의 날개가 익형임에도 불구하고 도 4에 도시된 바와 같이, 유동을 부드럽게 흘려보낼 수 없다고 하는 것을, 익형형태의 고정자 날개 주의의 오일 흐름을 관찰한 결과, 알게 되었다.However, when the airfoil wing of the stator is in a stall state, it is said that the flow cannot be smoothly flowed as shown in FIG. 4 even though the wing of the stator is airfoil. Observed and found out.
여기에서, 상기 실속(stall)상태는 속도비가 0인 상태를 말하며, 상기 속도비는 익형의 임펠러의 회전속도 대 터빈의 회전속도의 비를 말한다. 즉, 상기 실속상태는 엔진의 동력을 받아 임펠러가 엔진의 회전 속도로 회전하고 그리고 운전자가 브레이크를 밟고 있음으로 인하여 터빈이 회전 정지된 상태에 있는 것을 말한다.Here, the stall state refers to a state in which the speed ratio is 0, and the speed ratio refers to a ratio of the rotational speed of the air impeller to the rotational speed of the turbine. That is, the stall state means that the turbine is in a stopped state because the impeller rotates at the rotational speed of the engine under the power of the engine and the driver presses the brake.
도 4에 도시된 고정자 날개 주위의 오일 흐름에 대하여 구체적으로 설명하면, 다음과 같다. 속도비가 스톨 상태이거나 낮은 구간에서는 터빈이 정지되어 있거나 낮은 회전속도로 회전하고 있어 터빈 출구를 떠난 유동이 고정자의 날개의 전연의 좌측 아래로부터 복면부쪽으로 비교적 큰 영각을 갖고 유입된다. 이 때, 고정자의 배면부에서는 유동 박리(flow separation)가 발생하면서 재순환 유동(flow recirculation)이 동반되고, 결국 이로 인해 오일의 흐름을 고정자에 의해 임펠러의 회전방향으로 충분히 전환시키지 못하여서, 이 오일에 의해 임펠러 날개의 배면을 충분히 눌러서 임펠러의 회전을 원하는 만큼 증가시키지 못하여, 토크 컨버터의 설계 성능이 저하되는 현상이 발생되는데 이를 소위 새그(sag, 또는 이완) 현상이라 한다.The oil flow around the stator wings shown in FIG. 4 will now be described in detail. In a stall or low speed ratio, the turbine is stationary or rotating at a low rotational speed, so that the flow leaving the turbine outlet flows with a relatively large angle of relief from the bottom left of the leading edge of the stator's wing towards the mask. At this time, in the rear part of the stator, a flow separation occurs and a recirculation flow is accompanied, which causes the oil to not sufficiently convert the flow of oil into the rotational direction of the impeller by the stator, Pressing the back of the impeller blades sufficiently does not increase the rotation of the impeller as desired, the design performance of the torque converter is degraded, which is called a sag (sag or loosening) phenomenon.
이와 같은 새그 현상은 속도비가 점차 증가하면, 터빈의 회전수가 증가하게 되고 따라서 터빈을 떠나 고정자로 유입되는 유동의 영각이 작아지게 되며 따라서 고정자 날개에 완만하게 유입된다. 이로 인해 고정자 날개의 주변에서는 유동 박리 또는 유동 재순환이 일어나지 않는다.This sag phenomenon increases gradually as the speed ratio increases, so that the rotational speed of the turbine increases, and thus the angle of inflow of the flow leaving the turbine to the stator becomes small, and thus slowly enters the stator blades. As a result, no flow separation or flow recirculation occurs around the stator blades.
따라서, 스톨 상태에서 상기 새그 현상을 방지하기 위해, 지금까지 연구가 되었고, 그 일예로서, 고정자의 날개에 다수의 관통구멍을 형성시키는 것이 개시되어 있다. 하지만, 고정자의 날개에 다수의 관통구멍을 형성시키는 것은 다음과 같은 문제점이 야기되었다.Therefore, in order to prevent the sag phenomenon in the stall state, studies have been made so far, and as an example, it is disclosed to form a plurality of through holes in the wings of the stator. However, forming a plurality of through holes in the wings of the stator has caused the following problems.
즉, 고정자의 날개(8)에 다수의 구멍을 형성시킨 경우, 고정자 날개(8)의 복면부에 큰 영각을 가진 상태로 입사되는 고속 유동의 에너지가 구멍을 통하여 배면부로 전달되면서 복면부에서의 충격으로 인한 운동량 손실을 최소화하는 효과를 거두게 되어 유체기계로서의 약간의 효율을 상승시킬 수 있다. 그러나, 도 7에 도시된 바와 같이, 이러한 고정자의 날개에 형성된 다수의 구멍이 토크컨버터의 성능에 직접적인 영향을 미치는 유동 박리 및 재순환 유동을 완전히 방지할 수 없다. 즉, 실속 상태 또는 낮은 속도비 상태의 경우, 터빈 출구로부터 나오는 유동이 큰 영각을 가지고 고정자의 날개에 유입될 때, 복면부 앞부분에 먼저 닿은 유동의 대부분은 복면부 하류 방향으로 빠져나가거나 유동의 반대방향인 전연을 통과하여 배면부로 향하면서 박리(separation)되고 일부 소량의 유동만이 관통구멍을 통과하면서 배면부로 유동을 형성한다. 익형이론에서도 공지된 바와 같이, 박리유동을 방지하기 위해서는 관통구멍을 통한 분출(blowing)은 별로 효과가 없고, 오히려흡입(suction) 유동이 유동박리의 방지 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 따라서, 도 7에 도시된 바와 같이, 다수의 관통 구멍을 갖는 고정자 날개(8)의 배면부에서는 유동 박리와 유동 재순환은 여전히 발생하며 주 유동에 관통구멍을 통과한 분출 유동(jet stream)이 혼합되면서 난류 유동을 더욱 발생시켜 복잡한 유동 구조(complex flow structure)를 형성시키면서 유체기계의 설계성능을 저감시키게 된다.That is, in the case where a plurality of holes are formed in the stator blades 8, the energy of the high-speed flow incident in a state having a large angle of incidence in the back surface portion of the stator blades 8 is transferred to the back portion through the holes and is thus The effect of minimizing the momentum loss due to the impact can be increased to increase some efficiency as a fluid machine. However, as shown in FIG. 7, a plurality of holes formed in the blades of this stator cannot completely prevent flow separation and recycle flow, which directly affect the performance of the torque converter. That is, in a stalled or low velocity ratio state, when the flow from the turbine outlet enters the stator blades with a large angle of incidence, most of the flow that first touches the front of the mask portion exits downstream of the mask portion or Separation is carried out through the leading edge in the opposite direction to the back and only a small amount of flow passes through the through-hole to form a flow to the back. As is known from the airfoil theory, in order to prevent the peeling flow, blowing through the through-hole is not very effective, but rather, suction flow is known to have an effect of preventing the flow separation. Thus, as shown in FIG. 7, flow separation and flow recirculation still occur at the back of the stator vane 8 having a plurality of through holes, while the jet stream passing through the through holes is mixed with the main flow. The turbulent flow is further generated to form a complex flow structure, thereby reducing the design performance of the fluid machine.
본 고안은 위의 사정을 배경으로서 이루어진 것으로, 고정자의 날개 주위에서의 박리 유동 및 재순환 유동을 상시 방지하여 새그현상을 방지하고자, 고정자 날개의 복면부과 배면부 사이에 오일유동을 위한 최적의 슬롯 타입의 관통통로를 형성시키는 것을 목적으로 한다.The present invention is made with the above circumstances as a background, and in order to prevent the sag phenomenon by always preventing the peeling flow and the recirculation flow around the stator blade, of the optimal slot type for oil flow between the back portion and the back portion of the stator blade It is an object to form a through passage.
도 1은 본 고안에 따른 고정자를 구비한 토크 컨버터의 종단면도,1 is a longitudinal sectional view of a torque converter having a stator according to the present invention;
도 2는 본 고안에 따른 고정자 날개의 일실시예를 도시하는 사시도,Figure 2 is a perspective view showing one embodiment of a stator wing according to the present invention,
도 3은 본 고안에 따른 고정자 날개의 제 2실시예를 도시하는 사시도,3 is a perspective view showing a second embodiment of the stator blade according to the present invention,
도 4는 실속상태에서의 종래의 고정자 날개 주위의 오일의 흐름을 도시하는 도면,4 shows the flow of oil around a stator blade of the related art in a stall state;
도 5는 실속상태에서의 본 고안의 고정자 날개 주위의 오일의 흐름을 도시하는 도면,5 is a view showing the flow of oil around the stator blade of the present invention in the stalled state,
도 6은 임펠러의 날개에 대한 본 고안의 고정자 날개의 각도를 도시하는 도면, 및6 is a view showing the angle of the stator blade of the present invention with respect to the blade of the impeller, and
도 7은 복수의 관통구멍이 형성된 종래 고정자 날개의 주위의 오일 흐름을 실속상태에서 도시하는 도면.FIG. 7 is a diagram showing an oil flow around a stator blade having a plurality of through holes formed in a stall state. FIG.
본 고안은 상기 목적을 달성하기 위해, 연결부재를 통하여 크랭크축과 동축적으로 부착되어 크랭크축과 일체적으로 회전하는 임펠러, 그 임펠러에서 토출된 오일에 의해 회전됨과 동시에, 후단부가 트랜스미션축에 동축으로 부착된 터빈, 고정된 고정자 샤프트에 일방향 클러치를 통하여 부착되고, 터빈에서 임펠러로 환류하는 오일의 유동방향을 임펠러(3)의 회전방향으로 향하게 하는 고정자로서 인너 링(6)과 아우터 링(7)의 사이에 다수의 익형의 날개(8)가 형성되어 있는 상기 고정자를 포함하고 있는 유체식 토크 컨버터에서, 상기 고정자의 날개(8)는, 서로에 소정의 간격을 두고 배치된 2개의 부분(8', 8")으로 되어 있고, 상기 날개(8)에는 상기 2개의 부분(8' 8"), 인너 링(6) 및 아우터 링(7)에 의해 구획형성된 공간이 형성되어 있고, 그 공간이 오일의 흐름방향 상류측인 복면부에서 하류측인 배면부에 걸쳐서 관통하는 오일유동용 슬롯 형태의 관통통로(15)로서 작용하며, 상기 날개(8)는 상기 날개에 형성된 슬롯형태의 관통통로(15)의 각도가 -5°도 내지 +40°범위를 갖고 있으며, 여기에서, 상기 각도는 고정자 날개의 평균 캠버선의 소정의 위치에 위치하는 상기 소정의 간격을 이등분하는 슬롯 형태의 관통통로의 중심축선과 터빈 날개의 설계유선상의 출구점에서의 접선의 평행선이 이루는 각도인 것을 특징으로 하는 토크 컨버터의 고정자의 날개로 되어 있다.In order to achieve the above object, the present invention has an impeller which is coaxially attached to the crankshaft through the connecting member and integrally rotates with the crankshaft, rotated by oil discharged from the impeller, and at the same time, the rear end is coaxial with the transmission shaft. The inner ring (6) and the outer ring (7) as a stator which is attached via a one-way clutch to the fixed stator shaft, and which directs the flow direction of oil returning from the turbine to the impeller in the direction of rotation of the impeller (3). In the fluid torque converter including the stator with a plurality of airfoil blades 8 formed therebetween, the blades 8 of the stator are divided into two parts (arranged at predetermined intervals). 8 ', 8 ", and the wing 8 is formed with a space partitioned by the two parts 8' 8", the inner ring 6 and the outer ring 7, and the space This oil It acts as a through-flow passage 15 in the form of a slot for oil flow, which penetrates from the back surface portion on the upstream side in the lateral direction to the downstream side, and the vane 8 is an angle of the through-path 15 in the form of a slot formed on the wing. Has a range of -5 ° to + 40 °, wherein the angle is a turbine blade and a central axis of the slotted through passage bisecting the predetermined distance located at a predetermined position of the average camber line of the stator blade. It is a blade of the stator of the torque converter, characterized in that the angle formed by the parallel line of the tangent line at the exit point on the wire.
다음에 본 고안의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
도 1에 도시된 바와 같이, 유체식 토크 컨버터(1)는 연결부재(2)를 통하여 크랭크축과 동축적으로 부착되어 크랭크축과 일체적으로 회전하는 임펠러(3), 그 임펠러(3)에서 토출된 오일에 의해 회전됨과 동시에, 후단부가 트랜스미션축(13)에 동축으로 부착된 터빈(4), 고정된 고정자 샤프트(12)에 일방향 클러치(9)를 통하여 부착되고, 터빈(4)에서 임펠러(3)로 환류하는 오일의 유동방향을 임펠러(3)의 회전방향으로 향하게 하는 고정자(5)로 구성되어 있다.As shown in FIG. 1, the fluid torque converter 1 is attached coaxially with the crankshaft through the connecting member 2 so that the impeller 3 rotates integrally with the crankshaft, in the impeller 3. At the same time as it is rotated by the discharged oil, the rear end is coaxially attached to the transmission shaft 13 and the fixed stator shaft 12 is attached via the one-way clutch 9, and the impeller in the turbine 4 It consists of the stator 5 which directs the flow direction of the oil returning to (3) to the rotation direction of the impeller 3.
상기 구성에 있어서, 임펠러(3)가 회전하면, 임펠러(3)내의 오일이 화살표 B 로 나타낸 바와 같이, 터빈(4)을 향하여 토출되고, 그 오일에 의해 터빈(4)이 임펠러(3)와 같은 방향으로 회전된다. 이와 같은 것으로 하여, 터빈(4) 내에 유입된 오일은 터빈(4)을 회전시킴과 동시에 그 반작용에 의해 고정자(5)을 향하여 유출된다. 이 때, 터빈(4)의 회전수가 임펠러(3)의 회전수 보다 작은 통상의 상태에서는오일은 터빈의 회전방향, 즉 임펠러(3)의 회전방향과는 반대방향의 둘레속도를 갖는 흐름으로 된다. 그리고 그 임펠러(3)의 회전방향과 반대방향의 둘레속도를 갖는 오일의 흐름은 고정자(5) 내에 그 원주방향으로 다수 배치된 고정자 날개(8)에 의해 임펠러(3)의 회전방향과 동일한 방향의 둘레속도를 갖는 흐름으로 변환된다. 그리고, 이와 같이 임펠러(3)의 회전방향과 동일방향의 둘레속도를 갖는 오일은 임펠러(3) 내에 유입되어, 임펠러(3)의 날개의 배면부에 닿아 임펠러(3)의 회전을 높힌다. 이와 같이 하여서 회전이 높아진 임펠러(3)로부터 재차 오일이 터빈(4)에 토출되어, 터빈(4)에 토크가 전달된다. 이와 같은 공정이 반복되면, 터빈(4)에 전달된 토크가 크게 되고, 임펠러(3)의 토크, 즉 크랭크 축의 토크보다 큰 토크가 터빈(4)에 전달되고, 이와 같이 높아진 토크가 트랜스미션축(13)에 전달된다.In the above configuration, when the impeller 3 rotates, the oil in the impeller 3 is discharged toward the turbine 4, as indicated by the arrow B, and the oil is caused by the turbine 4 and the impeller 3. Rotated in the same direction. In this way, the oil flowing into the turbine 4 flows toward the stator 5 by the reaction of the turbine 4 at the same time as it rotates. At this time, in a normal state in which the rotation speed of the turbine 4 is smaller than the rotation speed of the impeller 3, the oil becomes a flow having a circumferential speed opposite to the rotation direction of the turbine, that is, the rotation direction of the impeller 3. . And the flow of oil having a circumferential speed opposite to the rotational direction of the impeller 3 is the same direction as the rotational direction of the impeller 3 by the stator vanes 8 arranged in the circumferential direction thereof in the stator 5. Is converted into a flow with a circumferential velocity of. In this way, the oil having a circumferential speed in the same direction as the rotational direction of the impeller 3 flows into the impeller 3 and reaches the rear portion of the blade of the impeller 3 to increase the rotation of the impeller 3. In this way, oil is again discharged to the turbine 4 from the impeller 3 which rotation became high, and torque is transmitted to the turbine 4. When such a process is repeated, the torque transmitted to the turbine 4 becomes large, the torque of the impeller 3, ie, the torque larger than the torque of the crankshaft, is transmitted to the turbine 4, and the torque thus increased is transmitted to the transmission shaft ( 13) is delivered.
상기 고정자(5)는, 인너 링(6)과 아우터 링(7)의 사이에 다수의 익형의 날개(8)를 형성한 것이고, 그 인너 링(6)이 일방향 클러치(9)의 아우터 레이스(10)에 스플라인 끼워맞춤되어 있다. 또 그 일방향 클러치(9)의 인너 레이스(11)는 고정자 샤프트(12)에 스플라인 끼워맞춤되고, 또한 그 고정자 샤프트(12)의 내주측에 배치한 트랜스미션 축(13)에 허브(14)가 스프라인 끼워맞춤되고, 이 허브(14)에 터빈(4)이 설치되어 있다.The stator 5 is formed by forming a plurality of airfoil blades 8 between the inner ring 6 and the outer ring 7, and the inner ring 6 is an outer race of the one-way clutch 9 ( 10) is fitted with a spline. In addition, the inner race 11 of the one-way clutch 9 is splined to the stator shaft 12, and the hub 14 is souped on the transmission shaft 13 disposed on the inner circumferential side of the stator shaft 12. Line-fitting is provided and the turbine 4 is provided in this hub 14.
상기 고정자(5)에 있어서 익형의 날개(8)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 오일유동용 슬롯 형상의 관통구멍(15)이 형성되어 있다.In the stator 5, the airfoil wing 8 is formed with a slotted through hole 15 for oil flow, as shown in FIG.
이를 구체적으로 설명하면, 상기 고정자의 익형 날개(8)는, 일실시예로서 상기 고정자의 익형 날개(8)를 사시도로 도시하는 도 2에 도시된 바와 같이, 중실 구조이고, 외표면이 볼록곡면으로 된 배면부와 오목곡면으로 된 복면부에 의해 형성되어 있다. 또한, 상기 고정자의 익형 날개(8)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 서로에 소정의 간격을 두고 배치된 2개의 부분(8', 8")으로 되어 있고, 상기 날개(8)에는 상기 2개의 부분(8' 8"), 인너 링(6) 및 아우터 링(7)에 의해 구획형성된 공간이 형성되어 있고, 그 공간이 오일의 흐름방향 상류측인 복면부에서 하류측인 배면부에 걸쳐서 관통하는 오일유동용 슬롯 형태의 관통통로(15)로서 작용한다.Specifically, the airfoil wing 8 of the stator is, as an example, shown in FIG. 2 showing the airfoil wing 8 of the stator in a perspective view, the solid structure of which the outer surface is a convex curved surface. It is formed by the back part which consists of, and the back part which becomes a concave curved surface. Also, as shown in FIG. 2, the airfoil blades 8 of the stator have two portions 8 ′ and 8 ″ arranged at predetermined intervals from each other. A space partitioned by two portions 8 '8 ", an inner ring 6 and an outer ring 7 is formed, and the space extends from the back surface portion upstream of the oil flow direction to the rear portion downstream from the back portion. It acts as a through passage 15 in the form of a slot for oil flow therethrough.
도 4에 도시된 바와 같이, 종래의 고정자 익형 날개에서는 그 날개 주위에서 유동박리 및 유동 재순환이, 주로 고정자 익형 날개의 배면부 근처에서 발생하였으나, 상기 관통통로(15)를 구비하고 있는 본 고안의 고정자(5)의 익형 날개(8)에서는 그 관통통로(15)에서 하류측인 배면부 근처로 유출하는 오일의 흐름에 의해 날개 주위에서의 유동박리 및 유동 재순환현상 발생을 방지할 수 있다.As shown in FIG. 4, in the conventional stator airfoil, flow peeling and recirculation occurred around the wing, but mainly near the rear part of the stator airfoil wing, but the stator of the present invention includes the through passage 15. In the airfoil blade 8 of (5), it is possible to prevent the occurrence of flow peeling and recirculation around the wing due to the flow of oil flowing near the rear portion downstream from the through passage 15.
본 고안의 제 1실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 단순하게 서로에 소정의 간격을 두고 배치된 2개의 부분(8', 8")을 합한 전체적인 형상이 익형으로 되어 있고, 2개의 부분(8', 8") 각각의 형상이 익형이 아닌 형상으로 되어 있으나, 본 고안의 제 2실시예로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 2개의 부분(8', 8") 각각을 자체적인 형상으로서 익형이 되도록 형성시켜도 바람직한 것은 물론이다.In the first embodiment of the present invention, as shown in Fig. 2, the overall shape of two parts 8 ', 8 ", which are simply arranged at predetermined intervals from each other, is airfoil, and two Although the shape of each of the portions 8 'and 8 "is not the airfoil shape, as a second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 3, each of the two portions 8' and 8" is formed by itself. It is a matter of course that even if it is formed so that it may become an airfoil as a phosphorus shape.
그 이유는 이미 유체역학 교과서( Fluid Mechanics, 제 3판, 저자: F. M. White, McGrawHill출판, pp.423-431)에서도 공지하였듯이, 다양한 영각을 갖는 유동 형태에 대하여, 가변익(variable wing)처럼 날개의 모양을 능동적으로 변경할 수 있도록 주 날개의 전연부 및 후연부에 또 하나의 작은 보조 날개(flap 또는slat)를 부착하여 이중 날개의 구조를 갖고 이착륙시 날개의 모양 및 날개의 각도를 변형시켜 양력 및 비행 성능을 향상시키고 있다. 이와 같은 개념에서 출발하여서 날개의 각도를 능동적으로 변경할 수 없는 환경이지만, 본 고안의 경우, 기존 고정자의 날개에 큰 영각의 유동에 대해서 전연부 쪽의 보조 날개를 부착한 형태의 이중 날개이거나 기존 고정자의 날개에 슬롯을 적절하게 형성시켜 이중 날개구조를 갖게되면, 큰 영각의 유동에 대해서도 유동 박리 없이 완만하게 유동을 고정자 날개 표면을 따라 흐르게 할 수 있게 된다. 도 3은 이러한 본 고안의 한 실시예로서 기존 고정자의 날개에 슬롯을 적절하게 형성시켜 이중 날개구조를 갖게 한 것으로 유동박리를 거의 제거한 유동 구조를 보이며 영각이 큼에도 불구하고 날개 표면을 완만하게 흐르는 유동 형태를 보이고 있어 성능계수의 향상이 기대된다. 물론 항공기의 날개에서는 안정적인 양력(lift force)를 얻는 것에 주목적이 있지만, 본 고안에서는 큰 영각의 유동을 유동박리 없이 흘려보내 항력(drag force)를 감소시키려는데 그 목적이 있다. 토크컨버터내의 유동 항력이 감소되면 유체의 흐름 속도가 증가하게 되며 이로 인해 성능계수, 특히 입력 용량계수가 증가하게되는 것이다.The reason is already known in the Fluid Mechanics textbook (3rd edition, author: FM White, McGrawHill, pp. 423-431), for variable shapes with varying angles of flight, like a variable wing. Another small wing (flap or slat) is attached to the leading edge and the trailing edge of the main wing so that the shape of the wing can be actively changed. And improving flight performance. Starting from such a concept, the angle of the wing cannot be changed actively, but in the case of the present invention, the wing of the existing stator is a double wing or the existing stator in which the auxiliary wing of the leading edge is attached to the large angle of movement. When the slot is properly formed in the blade to have a double wing structure, the flow can be smoothly flowed along the surface of the stator blade even without large flow angle separation even for large angle of flow. Figure 3 is an embodiment of the present invention to form a slot on the wing of the existing stator to have a double wing structure to show a flow structure almost eliminates the flow separation and smoothly flowing the wing surface despite the large angle of incidence It is expected to improve the coefficient of performance because of its flow shape. Of course, the wing of the aircraft is the main purpose to obtain a stable lift (lift force), but the present invention aims to reduce the drag force by flowing a large angle of flow without flow separation. As the flow drag in the torque converter decreases, the flow velocity of the fluid increases, which in turn increases the performance factor, especially the input capacity factor.
다음에, 상기와 같이 구성된 고정자(5)의 작용에 관하여 설명하면 다음과 같다. 속도비가 0인 실속(stall) 상태 또는 낮은 속도비 구간에서, 고정자(5)의 날개(8)의 전연의 좌측 아래에 유입되는 오일은 고정자(5)의 날개(8)에 대하여 큰영각(迎角)에서 흐르고, 그 날개(8)에 의해 흐름 방향이 변화될 수 있다. 그 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 날개(8)의 표면에 가까운 경계층에서의 속도 분포는, 날개(8)의 전연에서 후연측으로 감에 따라 변화하고, 날개(8)의 표면을 따라 흐르지 않는 경우에는 그 부분에서 박리가 생기지만, 본 고안의 상기 고정자(5)에서는, 작은 영각을 갖고서 상기 날개(8)에 유입되는 오일의 유체는 상기 날개(8)의 전연을 따라 우회하지만, 도 5에 도시된 바와 같이, 큰 영각을 갖고서 상기 날개(8)에 유입되는 오일의 유체는 날개(8)에 새로이 형성된 관통통로(15)를 통하여 날개의 배면부 측으로 토출되기 때문에, 고정자의 날개의 배면부 측에서의 오일 유체의 박리 영역 내지 재순환 영역을 야기함 없이 하류측으로 유출되어서, 압력 손실의 방지, 환언하면 전달 비율의 향상을 도모하는 것이 가능하다.Next, the operation of the stator 5 configured as described above will be described. In a stalled state or a low speed ratio section where the speed ratio is zero, the oil flowing into the lower left of the leading edge of the blade 8 of the stator 5 has a large angle of attack with respect to the blade 8 of the stator 5. Iii), the flow direction can be changed by the vanes 8. In that case, as shown in FIG. 4, the velocity distribution in the boundary layer close to the surface of the blade 8 changes as it goes from the leading edge of the blade 8 to the trailing edge side and does not flow along the surface of the blade 8. If not, peeling occurs at the portion, but in the stator 5 of the present invention, the fluid of the oil flowing into the blade 8 with a small angle of view is diverted along the leading edge of the blade 8. As shown in Fig. 5, since the fluid of the oil flowing into the blade 8 with a large angle of view is discharged to the rear side of the blade through the through passage 15 newly formed in the blade 8, the rear part of the blade of the stator It is possible to flow out to the downstream side without causing the separation region or the recirculation region of the oil fluid on the side, thereby preventing the pressure loss and in other words, improving the delivery rate.
또한, 상기 설명에서, 고정자의 익형 날개(8)에 관통통로(15)가 형성되면, 고정자의 날개의 배면부 측에서의 오일 유체의 박리 영역 내지 재순환 영역이, 도 5에 도시된 바와 같이, 발생되지 않는 것으로 실험적으로 입증되었으며, 이에 더하여 고정자의 날개(8)가 익형이 아닌 중실의 박판형이더라도, 외표면이 볼록곡면으로 된 배면부와 오목곡면으로 된 복면부에 의해 형성되어 있고, 오일의 흐름방향 상류측인 복면부에서 하류측인 배면부에 걸쳐서 고정자 날개(8)를 관통하는 오일유동용 슬롯형태의 관통통로(15)를 구비하면, 도 4에 도시된 바와 같은 현상이, 즉 그 관통통로에서 하류측인 배면부 근처로 유출하는 오일의 흐름에 의해 유동박리형상이 방지되는 것으로 실험적으로 입증되었다.In addition, in the above description, when the through passage 15 is formed in the airfoil blade 8 of the stator, the peeling region or the recirculation region of the oil fluid on the back side of the stator blade is not generated, as shown in FIG. 5. In addition, although the stator blades 8 are solid thin plates rather than airfoils, the outer surface is formed by a convex back surface and a concave curved back surface, and the oil flows upstream. With a through-flow passage 15 in the form of a slot for oil flow through the stator blade 8 over the back portion downstream from the phosphor-receiving portion, a phenomenon as shown in FIG. 4 is developed, i.e., downstream from the through passage. It has been experimentally demonstrated that the flow-off shape is prevented by the flow of oil flowing near the back.
이하, 상기 고정자 날개(8)에 대한 최적의 조건에 대해서 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the optimum conditions for the stator blade 8 will be described.
본 고안에 따른 고정자 날개(8)에 형성된 최적의 관통통로는 도 6에서 도시된 바와 같이 각도(θ)로서 한정되는데, 이 각도는 고정자 날개의 평균 캠버선(mean camber line)의 임의의 위치하는 관통통로의 폭(상기 2개의 부분(8', 8")이 서로에 떨어져서 배치된 간격)을 이등분하는 관통통로의 중심축선과 터빈 날개의 설계유선(design path)상의 출구점에서의 접선의 평행선이 이루는 각도를 관통통로의 각도(θ)로 정의한다. 터빈 날개의 출구 접점에서 연장한 선과 관통통로의 중심축선이 평행하면 관통통로의 각도는 0°가 되며 관통통로의 중심축선이 주유동 방향으로 기울어지는 각도를 관통통로 각도의 양(+)의 방향으로 정한다.The optimum through passage formed in the stator blade 8 according to the present invention is defined as an angle θ as shown in FIG. 6, which is an arbitrary position of the mean camber line of the stator blade. Parallel line of the center axis of the through passage dividing the width of the through passage (the spacing of the two portions 8 'and 8 "apart from each other) and the tangent at the exit point on the design path of the turbine blades This angle is defined as the angle of the through passage, and if the line extending from the exit contact of the turbine blade and the center axis of the through passage are parallel, the angle of the through passage is 0 ° and the center axis of the through passage is the main flow direction. The angle of inclination is determined in the positive direction of the through passage angle.
본 고안의 효과를 거두기 위해서 다양한 관통통로의 각도에 대하여 체계적인 실험연구 결과, 표 1에 나타낸 바와 같은 결과를 얻었다. 즉, 관통통로의 각도 변화에 따라 토크 컨버터의 주요 성능계수로 사용되는 토크비(torque ratio, TR)와 입력성능계수(input capacity factor, CF)의 변화를 연구한 결과, -5°에서 +40°도 사이의 최적 각도 범위에서는 입력성능계수가 10% 이상 향상되는 것을 볼 수 있으며 이 각도 범위에서의 토크비는 관통통로가 없는 기존의 날개에 대한 값에 비해 거의 동일한 값을 갖는다는 점이다. 이와 같이 입력성능계수가 향상된 것은 도 5에 나타난 바와 같이 본 고안에서 이루고자 하였던 날개의 배면부에서의 유동박리 및 유동재순환이 관통통로를 통과하는 새로운 유동에 의하여 저감되거나 소멸되었기 때문인 것으로 확인되었다. 도 5는 본 고안의 일 실시예로서 관통통로의 각도는 10°이다. 그러나, 관통통로의 각이 -5°보다 작거나 40°보다 큰 경우, 표 1에 나타난 바와 같이 성능계수들이 크게 저하되는 현상을 볼 수 있어, 본 고안의 효과를 얻기 위해서는 위에서 언급한 최적의 각도의 구현이 절대적으로 필요하다.In order to achieve the effect of the present invention, as a result of a systematic experimental study on the angle of the various through passages, the results as shown in Table 1 were obtained. In other words, the change in the torque ratio (TR) and the input capacity factor (CF), which are used as the main performance coefficients of the torque converter according to the change of the angle of the through passage, was studied. It can be seen that the input performance coefficient is improved by more than 10% in the optimum angle range between degrees, and the torque ratio in this angle range is almost the same as that of the conventional wing without the through passage. As described above, the input performance coefficient was improved because it was confirmed that the flow separation and flow recirculation at the back of the wing, which was intended to achieve in the present invention, was reduced or eliminated by the new flow passing through the through passage. 5 is an angle of the through passage as an embodiment of the present invention is 10 degrees. However, when the angle of the through passage is smaller than -5 ° or larger than 40 °, as shown in Table 1, the performance coefficients are greatly reduced, so that the optimum angle mentioned above is obtained in order to obtain the effect of the present invention. The implementation of is absolutely necessary.
또한, 고정자 날개(8)에 형성된 관통통로의 위치도 최적의 조건이 있음을 본 고안을 통하여 연구되었다. 먼저, 관통통로의 위치의 정의는 고정자 날개(8)의 전연(leading edge)으로부터 후연까지의 직선거리인 전체 코드(chord)에 대하여 고정자 날개(8)의 평균캠버선과 관통통로의 중심축이 교차하는 점으로부터 코드선에 수선의 발을 내려 교차하는 점까지의 전연으로부터의 거리의 비를 백분율로 나타낸다. 다양한 위치의 관통통로가 가능하지만, 본 고안의 효과를 거두기 위해서 다양한 관통통로의 위치에 대하여 체계적인 실험연구 결과 표 2에 도시되어있는 바와 같은 결과를 얻었다. 즉, 관통통로의 위치가 변화함에 따라 적절한 위치의 경우, 입력성능계수(input capacity factor, CF)가 크게 향상되는 것에 반하여 위치가 적절치 못한 경우, 오히려 성능을 크게 저하시키며 심지어 토크비의 현저한 저하를 초래하기도 한다는 점이다. 이러한 연구 결과를 정리하면 표 2와 같다.In addition, the position of the through passage formed in the stator blade (8) has been studied through the present invention that there is an optimum condition. First, the definition of the position of the through passage is that the average camber line of the stator blade 8 and the center axis of the through passage intersect with respect to the entire chord which is a straight line distance from the leading edge to the trailing edge of the stator blade 8. The ratio of the distance from the leading edge to the point where the foot crosses the waterline on the cordline and crosses it is expressed as a percentage. Through passages of various positions are possible, but in order to achieve the effects of the present invention, the results of systematic experimental studies on the positions of the various passages were obtained as shown in Table 2. In other words, when the position of the through passage is changed, the proper position, the input capacity factor (CF) is greatly improved, while the position is not appropriate, the performance is greatly reduced and even the torque ratio is significantly reduced It is also caused. The results of these studies are summarized in Table 2.
즉, 12%에서 38% 사이의 최적 위치 범위에서는 토크비의 감소 없이 입력성능계수가 향상되는 것을 볼 수 있으나 이외의 위치에서는 관통통로가 토크비 및 입력성능계수가 급격히 저하되어 기준 날개의 값보다 좋지 못한 결과를 초래하기도 한다. 따라서, 표 2에 나타난 바와 같이 본 고안의 효과를 얻기 위해서는 최적 위치에 대한 관통통로의 구현이 절대적으로 필요하다.In other words, in the optimum position range between 12% and 38%, the input performance coefficient can be seen to be improved without decreasing the torque ratio, but in other positions, the through passage sharply deteriorates the torque ratio and input performance coefficient. It can also lead to bad results. Therefore, as shown in Table 2, in order to obtain the effect of the present invention, the implementation of the through passage for the optimal position is absolutely necessary.
한편, 관통통로의 면적도 관통통로의 주요 변수로서 관통통로의 배변부 표면적 대 고정자 날개(8)의 배면부 표면적의 비로 관통통로의 면적비를 정의한다. 앞의 연구에서와 같이, 다양한 크기의 관통통로에 대하여 체계적으로 연구한 결과 표 3과 같이 그 결과를 정리할 수 있다. 즉, 관통통로의 면적이 너무 작으면 본 고안의 효과가 미미하게 되고 너무 크면 오히려 고정자 날개(8)의 고유기능, 즉 터빈에서 나온 유동을 잘 정렬하여 임펠러에 보내어 토크 증배를 발생하는 고유의 기능을 잃게 된다. 연구 결과, 관통통로의 면적비는 3% 내지 20%의 범위 내에 있어야만, 이완(sag) 현상의 방지 기능과 더불어 원래의 토크 증배기능이 최적으로 존재함을 알게 되었다.On the other hand, the area of the through passage also defines the area ratio of the through passage as the ratio of the surface area of the defecation portion of the through passage to the surface area of the back portion of the stator blade 8 as the main variable. As in the previous study, the results of a systematic study of through passages of various sizes can be summarized as shown in Table 3. That is, if the area of the through passage is too small, the effect of the present invention is insignificant. If the area of the through passage is too small, the unique function of the stator blade 8, that is, the unique function of aligning the flow from the turbine well and sending it to the impeller to generate torque multiplication. Will lose. As a result, the area ratio of the through passage should be in the range of 3% to 20%, and it was found that the original torque multiplication function as well as the prevention of the sag phenomenon existed optimally.
한편, 관통통로의 단면적이 유동방향으로 점차 확대되는 형상이 본 고안의 효과에 보다 좋은 효과를 가져오는 것으로 판명되었다. 즉, 단면적이 일정한 경우에서는 관통통로의 유입속도가 배면부로의 출구속도와 동일하여 자칫, 관통 유동이 분출(jet) 성분의 유동으로 되어 배면부 유동을 방해할 수 도 있다. 하지만, 단면적이 확대되는 관통통로의 경우에서는 관통통로를 관통하는 유동이 단면적의 확대로 인하여 유입 속도보다 관통통로의 출구 유동 속도가 감소하게 되어 배면부의 주 유동과 완만하게 진입하여 주유동장을 방해하는 일 없이 본 고안의 효과인 유동박리 및 재순환 유동을 저감시키게 된다.On the other hand, the shape in which the cross-sectional area of the through passage gradually increases in the flow direction has been found to bring a better effect on the effect of the present invention. That is, in the case where the cross-sectional area is constant, the inflow velocity of the through passage is the same as the outlet velocity to the rear portion, so that the through flow becomes the flow of the jet component, which may hinder the flow of the rear portion. However, in the case of the through passage having an enlarged cross-sectional area, the flow through the through passage decreases the exit flow velocity of the through passage rather than the inflow velocity due to the enlargement of the cross-sectional area, which gently enters the main flow at the rear part and obstructs the main flow field. It is possible to reduce the flow separation and recycle flow effect of the present invention without work.
본 연구에서는 표 4에 나타난 바와 같이 관통통로의 입구 면적에 비해 출구의 단면적의 비가 10% 내지 30% 범위 내에서 확대가 된 것이 최적인 것으로 연구되었다.In this study, as shown in Table 4, it was optimized that the ratio of the cross-sectional area of the exit was increased in the range of 10% to 30% compared to the inlet area of the through passage.
이상의 설명으로부터 명확한 바와 같이, 본 고안의 토크 컨버터의 고정자의 날개에 의하면, 실속 및 낮은 속도비 구간에서도 유동박리 및 유동재순환 발생을 억제하여 유체의 손실을 최소화함으로써 발생 토크를 증대시킬 수 있을 뿐 아니라실속점에서부터 일정 속도비 영역까지 안정적인 토크를 발생시켜 전달할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 특히, 이완(sag) 현상을 유체역학적인 측면에서 발생원인을 규명하고 이에 대한 본 고안의 설계안에 대해 유동해석을 통해 획기적인 유동박리 감소 및 입력용량계수의 증가, 그리고 안정적인 토크를 확인할 수 있었다.As is clear from the above description, according to the vane of the stator of the torque converter of the present invention, it is possible to increase the generated torque by minimizing the loss of fluid by suppressing the flow separation and the recirculation of the flow even in the stall and the low speed ratio section. A stable torque can be generated and transmitted from the stall point to the constant speed ratio region. In particular, the cause of the relaxation of the sag phenomena was investigated in the hydrodynamic aspect, and through the flow analysis for the design of the present invention, the breakthrough flow separation, the increase of the input capacity factor, and the stable torque were confirmed.
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