WO2005085679A1

WO2005085679A1 - トルクコンバータ

Info

Publication number: WO2005085679A1
Application number: PCT/JP2005/002919
Authority: WO
Inventors: Takao Fukunaga; Yasunori Kunisaki
Original assignee: Exedy Corporation
Priority date: 2004-03-08
Filing date: 2005-02-23
Publication date: 2005-09-15
Also published as: JP2005249146A; KR100806242B1; DE112005000530T5; KR20060126818A; US7454902B2; US20070169470A1

Abstract

　トルクコンバータ１は、流体を用いてトルクを伝達するためのものであって、フロントカバー１４と、インペラー１８と、タービン１９と、ステータ２０とを備えている。インペラー１８、タービン１９及びステータ２０はトーラス状の流体作動室６を構成している。流体作動室６において、外径Ｄ１に対する軸方向長さＬの比である薄形率（Ｌ／Ｄ１）が０．１８以下である。インペラーシェル２２においてインペラーブレード２３が取り付けられた面２２ａが、断面形状において直線であるインペラー直線部２２ｂを有している。タービンシェル２５においてタービンブレード２６が取り付けられた面２５ａが、断面形状において直線であるタービン直線部２５ｂを有している。

Description

明細書

トノレタコンノータ技術分野

[0001] 本発明は、トルクコンバータ、特に、薄形化が進んだトルクコンバータに関する。

背景技術

[0002] トルクコンバータは、 3種の羽根車からなるトーラス（インペラ一、タービン、ステータ）を有し、トーラス内部の流体により動力を伝達する装置である。インペラ一は、フロントカバーとともに内部に作動油が充填された流体室を形成している。インペラ一は、主に、環状のインペラ一シェルと、インペラ一シェル内側に固定された複数のインペラ一ブレードと、インペラ一ブレードの内側に固定された環状のインペラ一コアと力構成されている。タービンは流体室内でインペラ一に軸方向に対向して配置されている。タービンは、主に、環状のタービンシェルと、タービンシェルのインペラ一側の面に固定された複数のタービンブレードと、タービンブレードの内側に固定された環状のタービンコアと力構成されている。タービンシェルの内周部はタービンハブのフランジに複数のリベットにより固定されている。タービンノヽブは入力シャフトに相対回転不能に連結されている。ステータは、タービン力インペラ一に戻る作動油の流れを整流するための機構であり、インペラ一の内周部とタービンの内周部との間に配置されている。ステータは、主に、環状のステータシェルと、ステータシェルの外周面に設けられた複数のステータブレードと、複数のステータブレードの先端に固定された環状のステータコアとから構成されてレ、る。ステータシェルはワンウェイクラッチを介して固定シャフトに支持されてレ、る。

一般に、トルクコンバータは、流体により動力を伝達するために加速及び減速をスムーズに行うことができる。しかし、流体の滑りによりエネルギーロスが生じ、燃費が悪レ、。そこで従来のトルクコンバータには、入力側のフロントカバーと出力側のタービンとを機械的に連結するロックアップ装置が取り付けられている。ロックアップ装置はフロントカバーとタービンとの間の空間に配置されている。ロックアップ装置は、主に、フロントカバーに摩擦係合可能な円板状ピストンと、タービンの背面側に取り付けられたドリブンプレートと、ピストンとドリブンプレートとを回転方向に弾性的に連結するトーシヨンスプリングとから構成されている。ピストンには、フロントカバーの平坦な摩擦面に対向する位置に円環状の摩擦部材が接着されている (例えば、特許文献 1を参照

。）。

特許文献 1 :特開 2003 - 56669号公報

発明の開示

近年はスペースの制限を理由として、トルクコンバータの薄形化が強く求められている。そして、前述のようにロックアップ装置が採用されさらにその大型化が進んでいるため、特にトーラスの薄形化が必要とされる。しかし、トーラスが薄形化されると、トルクコンバータの性能が低下することが考えられる。

本発明の課題は、トーラスの薄形化が進んだトルクコンバータにおいて、トルタコンバータの流体作動性能の低下を抑えることにある。

請求項 1に記載のトルクコンバータは、流体を用いてトルクを伝達するためのものであって、フロントカバーと、インペラ一と、タービンと、ステータとを備えている。フロントカバーにはトルクが入力される。インペラ一は、フロントカバーとともに流体作動室を形成しており、インペラ一シェルと、インペラ一シェルに固定された複数のインペラ一ブレードとを有する。タービンは、流体室内でインペラ一に対向して配置され、タービンシェノレと、タービンシェルに固定された複数のタービンブレードとを有する。ステータは、インペラ一とタービンとの間に配置され、タービン力インべラーヘと流れる流体の流れを調整する。インペラ一、タービン及びステータはトーラスを構成している。トーラスにおいて、外径 D1に対する軸方向長さ Lの比である薄形率 (L/D1)が 0. 1 8以下である。インペラ一シェルにおいてインペラ一ブレードが取り付けられた面が、断面形状において直線であるインペラ一直線部を有している。タービンシェルにおいてタービンブレードが取り付けられた面力断面形状において直線であるタービン直線部を有している。

このトルクコンバータでは、薄形率（L/D1)が 0. 18以下であるにも関わらず、インペラ一直線部とタービン直線部を有しているため、流体作動性能の低下が抑えられる。請求項 2に記載のトルクコンバータでは、請求項 1において、インペラ一直線部はィンぺラーシェルの半径方向中間部に形成されている。タービン直線部はタービンシヱルの半径方向中間部に形成されている。

このトルクコンバータでは、タービンの出口半径を小さくすることができ、その結果、高速度比域のトノレク比が高くなり、さらに効率が向上する。また、ステータの出入り口半径を小さくすることができ、そのため高速度比域の容量係数が高くなる。

請求項 3に記載のトルクコンバータでは、請求項 1又は 2において、インペラ一直線部及びタービン直線部は、トルクコンバータの回転軸線に対して垂直に延びている。つまり、インペラ一直線部及びタービン直線部は半径方向に一定の幅を有する環状の平面である。

請求項 4に記載のトルクコンバータでは、請求項 1一 3のいずれかにおいて、トーラスの軸方向長さ Lに対するタービン直線部の長さ Stの比（St/Uは、 0. 1-0. 7の範囲にある。

このトルクコンバータでは、上記範囲内であるため、十分に高い効率及び容量係数を得ること力 Sできる。

請求項 5に記載のトルクコンバータでは、請求項 1一 4のいずれかにおいて、インべラー直線部の長さ Siは、タービン直線部の長さ Stと同等以上になっている。

このトルクコンバータでは、インペラ一直線部の長さ Siが十分に長いため、流体作動性能が低下しにくい。インペラ一外周部の圧力が高くならず、そのため流動損失が大きくならないからである。

請求項 6に記載のトルクコンバータでは、請求項 5において、インペラ一直線部の長さ Siは、タービン直線部の長さ Stの 1. 15倍以上ある。

このトルクコンバータでは、インペラ一直線部の長さ Siが十分に長いため、流体作動性能が低下しにくい。

本発明に係るトルクコンバータでは、トーラスの薄形化が進んでいるにも関わらず、流体駆動性能の低下を抑えることができる。

図面の簡単な説明

園 1]本発明の一実施形態であるトルクコンバータの縦断面概略図。 [図 2]タービン直線部長さ/トーラス軸方向長さに対する効率'容量係数の変化を示す図。

符号の説明

[0005] 1 トルクコンバータ

6 流体作動室（トーラス）

18 インペラ一

19 タービン

20 ステータ

22 インペラーシェノレ

22b インペラ一直線部

25 タービンシェノレ

25b タービン直線部

発明を実施するための最良の形態

[0006] (1)構成

図 1は本発明の 1実施形態が採用されたトルクコンバータ 1の縦断面概略図である。トルクコンバータ 1は、エンジンのクランクシャフトからトランスミッションの入力シャフト

(図示せず）にトルクの伝達を行うための装置である。図 1の左側に図示しないェンジンが配置され、図 1の右側に図示しなレ、トランスミッションが配置されている。図 1に示す o_o線がトルクコンバータ 1の回転軸線である。

トルクコンバータ 1は、主に、 3種の羽根車（インペラ一 18、タービン 19,ステータ 20 )からなるトーラス形状の流体作動室（トーラス） 6と、ロックアップ装置 7と力ら構成されている。

1)流体作動室

フロントカバー 14は、円板状の部材であり、フレキシブルプレートに近接して配置されている。フロントカバー 14の内周部にはセンターボス 15が溶接により固定されている。センターボス 15は、軸方向に延びる円柱形状の部材であり、クランクシャフトの中心孔内に挿入されている。フロントカバー 14の外周側かつエンジン側には、フレキシブルプレートの固定のために、円周方向に等間隔で複数のボルト 12が設けられている。

フロントカバー 14の外周部には、軸方向トランスミッション側に延びる外周筒状部 1 6が形成されている。この外周筒状部 16の先端にインペラ一 18のインペラ一シェル 2 2の外周縁が溶接により固定されている。この結果フロントカバー 14とインペラ一 18 が、内部に作動油（流体）が充填された流体室 11を形成している。インペラ一 18は、主に、インペラーシェノレ 22と、インペラ一シェル 22の内側の面 22aに固定された複数のインペラ一ブレード 23と、インペラ一シェル 22の内周部に固定されたインペラーハブ 24とから構成されている。

タービン 19は流体室 11内でインペラ一 18に軸方向に対向して配置されている。タ一ビン 19は、主に、タービンシェノレ 25と、タービンシェル 25のインペラ一側の面 25a に固定された複数のタービンブレード 26と力構成されている。タービンシェル 25の内周部はタービンハブ 27のフランジに複数のリベット 28により固定されている。タービンノ、ブ 27は図示しない入力シャフトに相対回転不能に連結されている。

ステータ 20は、タービン 19からインペラ一 18に戻る作動油の流れを整流するための機構である。ステータ 20は、樹脂やアルミ合金等で铸造により製作された一体の部材である。ステータ 20はインペラ一 18の内周部とタービン 19の内周部間に配置されている。ステータ 20は、主に、環状のキャリア 29と、キャリア 29の外周面に設けられた複数のステータブレード 30と、複数のステータブレード 30の先端に固定された環状のコアとから構成されてレ、る。キャリア 29はワンウェイクラッチ 32を介して図示しない固定シャフトに支持されている。

ワンウェイクラッチ 32は、キャリア 29に固定されたアウターレース 33と、固定シャフトに固定されたインナーレース 34とに支持されてレ、る。キャリア 29とインペラーハブ 24 との間には、スラストベアリング 39が配置されている。ワンウェイクラッチ 32のアウターレース 33の軸方向エンジン側には、環状の係止部材 36が配置されている。係止部材 36はワンウェイクラッチ 32の部材が軸方向に脱落するのを防止している。係止部材 36とタービンハブ 27との間には、スラストベアリング 40が配置されている。

インペラ一シェル 22においてインペラ一ブレード 23が取り付けられた面 22aが、断面形状において直線であるインペラ一直線部 22bを有している。タービンシェル 25においてタービンブレード 26が取り付けられた面 25aが、断面形状において直線であるタービン直線部 25bを有している。インペラ一直線部 22b及びタービン直線部 25b は、トルクコンバータ 1の回転軸線〇_〇に対して垂直に延びている。すなわち、インペラ一直線部 22b及びタービン直線部 25bは、半径方向に一定の幅を有する環状平面となっている。

インペラ一直線部 22bはインペラ一シェル 22の半径方向中間部に形成されている。タービン直線部 25bはタービンシェル 25の半径方向中間部に形成されている。つまり、各直線部 22b, 25bの半径方向両側の部分は、滑らかに湾曲した形状である。インペラ一直線部 22bとタービン直線部 25bは軸線方向に対応しており、つまり半径方向位置が同じ部分を有している。なお、この実施形態では、インペラ一直線部 22b の長さ Siはタービン直線部 25bの長さ Stより長ぐ例えば 2倍程度である。なお、ここでいう「直線」とは、実質的に直線であることを意味し、例えばタービン直線部 25aの線分に対して曲率半径 Rが D1 (流体作動室 6の外径) /2以上である場合を含む。インペラ一直線部 22bの半径方向外側縁の位置はタービン直線部 25bの半径方向外側縁の位置と概ね等しいが、インペラ一直線部 22b半径方向内側縁の位置はタ一ビン直線部 25bの半径方向内側縁の位置より半径方向内側に位置している。つまり、インペラ一直線部 22bの内周部はタービン直線部 25bに対して軸方向に対向していない。インペラ一直線部 22bの内周部が、図 1に示す二点鎖線で示す B部分のように従来のインペラ一シェルの湾曲部分を変更して、新たに直線状にした部分である。つまり、本実施形態では、二点鎖線 Bで囲まれた斜線部分が新たにインペラ一における流路として確保されたことになる。この結果、インペラ一 18の翼面積が従来より増えている。また、インペラ一 18の入口部分の内径が大きくなつている。

トーラス形状の流体作動室 6の内径 D2と外径 D1との比（D2ZD1)が 0. 58である。なお、内径 D2はステータ 20のキャリア 29の外周面に一致する円の直径であり、外径 D 1はインペラ一 18又はタービン 19の最外周部分 (インペラ一 18出口又はタービン 19入口における各ブレードの最外周縁）に一致する円の直径である。前記比は、外径 D1が従来と同程度であるとすると、内径 D2が十分に大きくなつていることを意味する。このため、流体作動室 6の内周側に空間を確保でき、そこにロックアップ装置 7のトーシヨンスプリング 54を配置することが可能となる（後述）。 D2/D1は 0· 50— 0. 77の範囲にあることが好ましい。なぜなら、 D2/D1が 0· 77以上となると、トーラス内の流路面積が非常に小さくなり、その結果ブレードに作用する流量が減少するため、インペラ一のトノレク容量が小さくなる。また、タービン 19の出口半径 R1が大きくなりトルクコンバータの最高効率も悪化する結果となるからである。

このトルクコンバータ 1では、従来に比べて軸方向長さが大幅に短縮されている。具体的には、流体作動室 6の扁平化が進んでおり、流体作動室 6の外径 D1に対する軸方向寸法 Lの比である薄形率 (LZD1)は 0. 17程度であり、 0. 18以下であることが好ましい。これは、トーラスの外径 D1が従来と同程度であるとすると、軸寸法 Lが大幅に短くなつていることを意味する。なお、流体作動室 6の軸方向長さ Lは、インペラ一シェル 22の内側で最もトランスミッション側の部分とタービン 19のタービンシェル 2 5の内側で最もエンジン側の部分との間の距離である。

2)ロックアップ装置

次に、ロックアップ装置 7について説明する。ロックアップ装置 7は、フロントカバー 1 4とタービン 19とを機械的に連結するための装置であり、流体室 11内において両者の軸方向間に配置されている。

ロックアップ装置 7は、主に、ピストン部材 44とダンパー機構 45とから構成されている。ピストン部材 44はフロントカバー 14の軸方向エンジン側に近接して配置された円板状の部材である。ピストン部材 44の内周部には軸方向トランスミッション側に延びる内周筒状部 48が形成されている。内周筒状部 48はタービンハブ 27の外周面に相対回転及び軸方向に移動可能に支持されている。なお、内周筒状部 48の軸方向トランスミッション側端部はタービンハブ 27のフランジ部分に当接することで、軸方向トランスミッション側への移動が所定位置までに制限されている。タービンハブ 27の外周面にはシールリング 49が配置され、シールリング 49はピストン部材 44の内周部において軸方向の空間を互いにシールしている。

ピストン部材 44の外周部はクラッチ連結部として機能している。ピストン部材 44の外周部のエンジン側には、環状の摩擦フエ一シング 46が固定されている。摩擦フエ一シング 46は、フロントカバー 14の外周部に形成された環状でかつ平坦な摩擦面に対向している。ピストン部材 44の外周部には、軸方向トランスミッション側に延びる複数の突起 47が形成されてレ、る。

ダンパー機構 45は、ドライブ部材 52と、ドリブン部材 53と、複数のトーシヨンスプリング 54とから構成されている。ドライブ部材 52は軸方向に並んで配置された一対のプレート部材 56, 57力らなる。一対のプレート部材 56， 57の外周部は互いに当接しており、複数のリベット 55により互いに固定されている。一対のプレート部材 56, 57の外周縁には、突起 47に係合するように半径方向に延びる複数の突起 52aが形成されている。この係合により、ピストン部材 44とドライブ部材 52は軸方向には相対移動可能であるが回転方向には一体に回転するようになっている。一対のプレート部材 5 6, 57は、内周部分が軸方向に互いに間隔をあけて配置されている。各プレート部材 56, 57内周部には、円周方向に並んだ複数の第 1及び第 2支持部 56a、 57aが形成されている。第 1及び第 2支持部 56a、 57aは後述するトーシヨンスプリング 54を収納及び支持するための構造であり、具体的には軸方向に切り起こされた半径方向両側の切り起こし部となっている。ドリブン部材 53は円板状の部材である。ドリブン部材 53 は第 1及び第 2プレート部材 56, 57の軸方向間に配置され、内周部が複数のリベット 28によりタービンノヽブ 27のフランジに固定されている。ドリブン部材 53には、第 1及び第 2支持部 56a, 57aに対応して窓孔 58が形成されている。窓孔 58は円周方向に長く延びる孔である。複数のトーシヨンスプリング 54は各窓孔 58、第 1及び第 2支持部 56a, 57a内に収納されてレ、る。トーシヨンスプリング 54は円周方向に延びるコイルスプリングであり、円周方向両端が各窓孔 58及び第 1及び第 2支持部 56a, 57aの円周方向端に支持されている。さらに、トーシヨンスプリング 54は、第 1及び第 2支持部 5 6a, 57aの切り起こし部によって軸方向の移動を制限されている。なお、ダンパー機構 45は、ストッパートルクを実現するためのトーシヨンスプリング 59をさらに有している前述のように流体作動室 6の内径 D2が大きくなつているため、トーシヨンスプリング 54のコイル径を従来より大きくできる。具体的には、トーシヨンスプリング 54の軸方向トランスミッション側縁の軸方向位置は、タービンシェル 25の外側面の最エンジン側部分の軸方向位置よりさらに軸方向トランスミッション側にあり、さらにはタービンシヱノレ 25の内側の面 25aの最エンジン側部分（タービン直線部 25b)よりさらに軸方向トランスミッション側に位置している。この結果、トーシヨンスプリング 54の性能が向上させること力 S容易になる。この結果、トルクコンバータ 1の流体作動室 6による流体トルク伝達を発進時のみに利用し、その後はロックアップ装置 7を作動させた状態で使用することが実際に可能となる。

(2)動作

図示しないエンジンからクランクシャフトにトルクが伝達されるとフレキシブルプレートを介してフロントカバー 14及びインペラ一 18にトルクが伝達される。インペラ一 18のインペラ一ブレード 23により駆動された作動油は、タービン 19を回転させる。このタ一ビン 19のトルクはタービンハブ 27を介して図示しない入力シャフトに出力される。タービン 19からインペラ一 18へと流れる作動油は、ステータ 20を通ってインペラ一 1 8側へと流れる。

フロントカバー 14とピストン部材 44の間の空間の作動油が内周側からドレンされると、油圧差によってピストン部材 44がフロントカバー 14側に移動し、摩擦フエ一シング 46がフロントカバー 14の摩擦面に押しつけられる。この結果、フロントカバー 14からロックアップ装置 7を介してタービンハブ 27にトルクが伝達される。ここでは、前述のようにトーシヨンスプリング 54の性能が向上しているため、ロックアップ連結を低速領域力行っても捩じり振動を十分に抑えることができる。

(3)効果

このトルクコンバータ 1では、薄形率（L/D1)が 0. 18以下であるにも関わらず、ィンペラ一直線部 22bとタービン直線部 25bを有しているため、トルクコンバータ 1の流体作動の性能の低下が抑えられる。特に、インペラ一直線部 22bがインペラ一シェル 22の半径方向中間部に形成されており、タービン直線部 25bがタービンシェル 25の半径方向中間部に形成されているため、タービン 19の出口半径 R1を小さくすることができ、その結果、ステータ 20に入っていく作動油の向きが変わり、高速度比域のトルク比が高くなり、効率が向上する。また、ステータ 20の出入り口半径 R2を小さくすること力 Sでき、そのため高速度比域の容量が高くなる。

このトルクコンバータ 1では、流体作動室 6の軸方向長さ Lに対するタービン直線部 25bの長さ Stの比（St/L)は、 0· 29である。比（St/L)は、図 2のグラフに示すように、 0. 1-0. 7の範囲にある場合は、十分に高い効率及び容量係数を得ることができる。また、比（St/L)が 0. 2— 0. 6の範囲でも、十分に高い効率及び容量係数を得ること力 Sできる。

インペラ一直線部 22bの長さ Siが十分に長いため、性能低下が生じにくい。インべラー 18の外周部（図 1の円 Aの部分）の圧力が高くならず、そのため流動損失が大きくならなレ、からである。インペラ一直線部 22bの長さ Siがタービン直線部 25bの長さ S tと同等以上になっている場合は、インペラ一 18において二点鎖線 Bで囲まれた斜線部分の翼面積が増えるため、インペラ一 18の半径方向中間分から出口にかけて作動油の流れ力 Sスムーズとなり、その結果全速度比域において容量係数が高くなる。ィンペラ一直線部 22bの長さ Siは、タービン直線部 25bの長さ Stの 1. 15倍以上あることが好ましい。

本発明はかかる上記実施形態に限定されるものではなぐ本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。

産業上の利用可能性

本発明は、車両のトルクコンバータに適用可能である。

Claims

請求の範囲

[1] 流体を用いてトルクを伝達するためのトルクコンバータであって、

トルクが入力されるフロントカバーと、

前記フロントカバーとともに流体室を形成しており、インペラ一シェルと、前記インぺラーシェルに固定された複数のインペラ一ブレードとを有するインペラ一と、

前記流体室内で前記インペラ一に対向して配置され、タービンシェルと、前記タービンシェルに固定された複数のタービンブレードとを有するタービンと、

前記インペラ一と前記タービンとの間に配置され、前記タービンから前記インペラ一へと流れる流体の流れを調整するステータとを備え、

前記インペラ一、前記タービン及び前記ステータはトーラスを構成し、

前記トーラスにおいて、外径 D1に対する軸方向長さ Lの比である薄形率 (L/D1) が 0. 18以下であり、

前記インペラ一シェルにおいて前記インペラ一ブレードが取り付けられた面力断面形状において直線であるインペラ一直線部を有しており、

前記インペラ一シェルにおいて前記タービンブレードが取り付けられた面力断面形状にぉレ、て直線であるタービン直線部を有してレ、る、

トノレタコンノータ。

[2] 前記インペラ一直線部は前記インペラ一シェルの半径方向中間部に形成され、前記タービン直線部は前記タービンシェルの半径方向中間部に形成されている、請求項 1に記載のトルクコンバータ。

[3] 前記インペラ一直線部及び前記タービン直線部は、前記トルクコンバータの回転軸線に対して垂直に延びている、請求項 1又は 2に記載のトノレクコンバータ。

[4] 前記トーラスの軸方向長さ Lに対する前記タービン直線部の長さ Stの比（St/L) は、 0. 1—0. 7の範囲にある、請求項 1一 3のいずれかに記載のトルクコンバータ。

[5] 前記インペラ一直線部の長さ Siは、前記タービン直線部の長さ Stと同等以上になつてレ、る、請求項 1一 4のレ、ずれかに記載のトルクコンバータ。

[6] 前記インペラ一直線部の長さ Siは、前記タービン直線部の長さ Stの 1. 15倍以上である、請求項 5に記載のトノレクコンバータ。