DE19847372B4

DE19847372B4 - Leitradschaufel für einen Drehmomentwandler

Info

Publication number: DE19847372B4
Application number: DE19847372A
Authority: DE
Inventors: Yukiyoshi Neyagawa Takada; Takeshi Neyagawa Kawamoto; Takashi Neyagawa Kawamura
Original assignee: Exedy Corp
Current assignee: Exedy Corp
Priority date: 1997-10-14
Filing date: 1998-10-14
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2018-10-15
Also published as: KR19990037047A; US6003311A; JPH11118019A; KR100284253B1; JP3623640B2; DE19847372A1

Abstract

Leitradschaufel (13) eines Leitrads (6), welches zwischen einem Pumpenrad (4) und einem Turbinenrad (5) in einem Drehmomentwandler (1) angeordnet ist, mit:
einer Schaufelspitze (14) nahe dem Turbinenrad (5);
einer Schaufelhinterkante (15) nahe dem Pumpenrad (4 );
einer Rückenseite (16), welche sich zwischen der Schaufelspitze (14) und der Schaufelhinterkante (15) erstreckt, wobei ein wesentlicher Bereich der Rückenseite (16) dem Pumpenrad (4) gegenüberliegt, wobei die Rückenseite (16) eine konvexe, stromlinienförmige Kontur aufweist; und
einer Bauchseite (17), welche sich zwischen der Schaufelspitze (14) und der Schaufelhinterkante (15) erstreckt, wobei die Bauchseite (17) dem Turbinenrad (5) gegenüberliegt, wobei die Bauchseite (17) einen konkaven, stromlinienförmigen Bereich (17a) und einen ebenen Bereich (17b) aufweist, wobei der ebene Bereich (17b) zwischen der Schaufelspitze (14) und dem konkaven, stromlinienförmigen Bereich (17a) festgelegt ist, wobei eine Sehnenlänge (L) durch einen Abstand zwischen der Schaufelspitze (14) und der Schaufelhinterkante (15) festgelegt ist; und
wobei eine Breite (W) des ebenen Bereichs (17b) gemessen in einer Richtung senkrecht zu einer radial sich erstreckenden Linie festgelegt ist, welche sich senkrecht zu einer Rotationsachse des Drehmomentwandlers (1) erstreckt,
dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (W) und die Sehnenlänge (L) eine Beziehung
0,04 ≤ (W/L) ≤ 0,4
festlegen, wobei ein Übergang von der Schaufelspitze (14) zum ebenen Bereich (17b) konvex ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leitradschaufel eines Leitrades, welches zwischen einem Pumpenrad und einem Turbinenrad in einem Drehmomentwandler angeordnet ist.
Ein Drehmomentwandler ist eine Vorrichtung, welche ein Pumpenrad, ein Turbinenrad- und ein Leitrad umfaßt, und Drehmoment über ein Arbeitsfluid, welches die innerhalb des Drehmomentwandlers gebildeten Innenräume füllt, überträgt. In einem äußeren Umfangsbereich des Drehmomentwandlers strömt Arbeitsfluid vom Pumpenrad zum Turbinenrad und in einem inneren Umfangsbereich des Drehmomentwandlers strömt das Arbeitsfluid durch das Leitrad vom Turbinenrad zum Pumpenrad.
Das Leitrad ist ein Element, welches zwischen dem Pumpenrad und dem Turbinenrad angeordnet ist, und über eine Freilaufkupplung an einer Leitradwelle befestigt ist. Die Leitradwelle befindet sich üblicherweise mit einem befestigten, nicht-drehenden Bereich eines Getriebegehäuses im Eingriff. Das Leitrad ist üblicherweise aus einem gegossenen Harz, einer Aluminiumlegierung oder dergleichen hergestellt und umfaßt im wesentlichen ein ringförmiges Gehäuse, einen ringförmigen Kern und Leitradschaufeln, welche sich zwischen dem Gehäuse und dem Kern erstrecken. Die Leitradschaufeln sind jeweils an in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten Positionen angeordnet und erstrecken sich vom Gehäuse an der radial inneren Position zum Kern an der radial äußeren Position zum Zwecke des z.B. Steuern bzw. Regeln einer Richtung des Arbeitsfluids, welches vom Turbinenrad in Richtung des Pumpenrads zurückkehrt.
Während des Leerlaufs eines mit Drehmomentwandler ausgestatteten Fahrzeugs dreht sich das mit einer Kurbelwelle eines Motors gekuppelte Pumpenrad, während die Drehung des Turbinenrads beschränkt bzw. verhindert wird. Daher arbeitet der Motor während des Leerlaufs unter einer Last, welche den Kraftstoffverbrauch erhöht.
Der Kraftstoffverbrauch kann gesenkt werden, indem ein Kapazitätskoeffizient (Cf) während des Leerlaufs verringert wird, d.h. wenn ein Drehzahlverhältnis (e) bei einer Drehzahl (No) des Pumpenrads zu einer Drehzahl (Ni) des Turbinenrads 0 ist. Der Kapazitätskoeffizient (Cf) wird durch Division des Drehmoments (Ti) des Pumpenrads durch das Quadrat der Drehzahl (Ni) des Pumpenrads erhalten. Wenn der Leistungs- bzw. Kapazitätskoeffizient (Cf) gering ist, wird zur Drehung des Pumpenrads während des Leerlaufs nur eine geringe Energiemenge benötigt, so daß der Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs während des Leerlaufs verbessert ist.

Die US-4,692,977 beschreibt eine Leitradschaufel mit einer Rückenseite, die eine konvexe, stromlinienförmige Kontur aufweist, und einer Bauchseite, welche einen konkaven, stromlinienförmigen Bereich und einen ebenen Bereich aufweist. Der ebene Bereich weist dabei eine Länge auf, welche größer als eine Länge zwischen der Schaufelspitze und der Schaufelhinterkante der Leitradschaufel ist. Dies führt zu erhöhten Störungen der Strömung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Leitradschaufel der eingangs genannten Art zu schaffen, welche eine Form aufweist, die einen Kapazitätskoeffizienten des Drehmomentwandlers verringert, wenn ein Drehzahlverhältnis gleich Null ist, und dadurch der Kraftstoffverbrauch während des Leerlaufs verbessert wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Leitradschaufel eines Leitrades eines Drehmomentwandlers eine Schaufelspitze, eine Schaufelhinterkante, eine Rückenseite und eine Hohl- bzw. Bauchseite. Das Leitrad ist zwi- schen einem Pumpenrad und einem Turbinenrad des Drehmomentwandlers angeordnet. Die Schaufelspitze ist an einer Kante einer Umfangsfläche der Leitradschaufel nahe dem Turbinenrad definiert. Die Schaufelhinterkante ist an einer Kante der Umfangsfläche der Leitradschaufel nahe dem Pumpenrad definiert. Die Rück- bzw. Rückenseite erstreckt sich zwischen der Schaufelspitze und der Schaufelhinterkante und liegt größtenteils dem Pumpenrad gegenüber. Die Rückenseite weist eine konvexe, stromlinienförmige Kontur auf. Die Bauchseite der Leitradschaufel erstreckt sich zwischen der Schaufelspitze und der Schaufelhinterkante und liegt dem Turbinenrad gegenüber. Die Vorder- bzw. Bauchseite 17 ist mit einem konkave stromlinienförmigen Bereich 17a einem ebenen Bereich 17b gebildet, welcher nahe der Schaufelspitze angeordnet ist. Genauer ist der ebene Bereich zwischen der Schaufelspitze und dem konkaven, stromlinienförmigen Bereich angeordnet. Die Bauchseite der Leitradschaufel definiert eine Sehnenlänge (L) und die ebene Fläche definiert eine Breite (W), welche die nachfolgende Beziehung festlegen:
0,04 ≤ (W/L) ≤ 0,4.

Die Sehnenlänge (L) ist eine Länge zwischen der Schaufelspitze und der Schaufelhinterkante, und die Breite (W) des , ebenen Bereichs ist eine Breite, welcher in einer senkrechten Richtung zur Radialrichtung der Rotationsachse des Drehmomentwandlers gemessen wird. Ein Übergang von der Schaufelspitze zum ebenen Bereich ist konvex ausgebildet.

Wenn die Breite (W) des ebenen Bereichs sehr klein ist, wird der Kapazitätskoeffizient (Cf) mit dem Drehzahlverhältnis (e) von 0 nicht ausreichend gesenkt. Wenn die Breite (W) des ebenen Bereichs sehr groß ist, treten Nachteile dahingehend auf, daß die Störung der Strömung des Arbeitsfluids im mittleren Drehzahlverhältnisbereich vergrößert wird, der Kapazitätskoeffizient (Cf) im mittleren Drehzahlverhältnisbereich verringert wird, und sich die Motordrehzahl erhöht. Im Hinblick auf das vorher gesagte, ist die Breite (W) des ebenen Bereichs dieses Aspekts auf den oben genannten Bereich beschränkt. Dadurch kann eine Verringerung des Kapazitätskoeffizientens (Cf) verhindert werden, wenn das Drehzahlverhältnis (e) 0 ist, und der Kapazitätskoeffizient (Cf) kann ebenfalls ausreichend im mittleren Drehzahlverhältnisbereich gesichert bzw. bereitgestellt werden.

Wenn ein Drehzahlverhältnis (e) 0 ist, strömt das Arbeitsfluid des Drehmomentwandlers in einem großen Winkel bezüglich einer Ebene, welche sich zwischen der Schaufelspitze und der Schaufelhinterkante erstreckt, und kollidiert mit bzw. strömt auf die Leitradschaufel, wenn es vom Turbinenrad in Richtung des Pumpenrades strömt. Wenn die Leitradschaufel eine herkömmliche Form aufweist, welche eine konvexe, stromlinienförmige Fläche an ihrer vorderen Kante nahe der dem Turbinenrad gegenüberliegenden Schaufelspitze aufweist, würde das Arbeitsfluid nach der Kollision bzw. dem Aufströmen auf die Leitradschaufel entlang der Stromlinienform in Richtung des Pumpenrades strömen. Im Gegensatz dazu weist die Bauchseite der Leitradschaufel der vorliegenden Erfindung den ebenen Bereich nahe der Schaufelspitze auf und ein Stoßverlust des Arbeitsfluids, welches mit der Bauchseite kollidiert, ist daher größer als der bei einem herkömmlichen Aufbau. Demgemäß verringert sich eine Zirkulationsströmungsgeschwindigkeit des Arbeitsfluids und es ergibt sich ein Kapazitätskoeffizient (Cf) mit einem Drehzahlverhältnis (e) von 0, welcher klein ist. Dadurch kann ein Fahrzeug, welches mit dem Drehmomentwandler ausgestattet ist, der eine Leitradschaufel gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist, einen verbesserten, d.h. geringeren, Kraftstoffverbrauch während des Leerlaufs bereitstellen.

Zur Verbesserung eines Wirkungsgrades des Drehmomentwandlers weist die herkömmliche Leitradschaufel im allgemeinen einen stromlinienförmigen Bereich auf, welcher einen Verlust bezüglich der Strömung des Arbeitsfluid in mittleren und hohen Drehzahlverhältnisbereichen verringert. Jedoch kann die Form, welche den Kapazitätskoeffizienten (Cf) in einem kleinen Drehzahlverhältnisbereich verringert, die Strömung im hohen Drehzahlverhältnisbereich stören, wodurch sich der Verlust vergrößert und der Wirkungsgrad des Drehmomentwandlers verschlechtert. Gemäß der Leitradschaufel der vorliegenden Erfindung ist der ebene Bereich nur an der Bauchseite gegenüber dem Turbinenrad gebildet. Daher ist es in den mittleren und hohen Drehzahlverhältnisbereichen möglich, die Strömungsstörungen des Arbeitsfluids zu minimieren, und der Kapazitätskoeffizient (Cf) kann gleich oder größer sein als im Stand der Technik, so daß der Wirkungsgrad aufrechterhalten werden kann.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Leitradschaufel eines Leitrades eines Drehmomentwandlers eine Schaufelspitze, eine Schaufelhinterkante, eine Rückenseite und eine Hohl- bzw. Bauchseite. Das Leitrad ist zwischen einem Pumpenrad und einem Turbinenrad in einem Drehmomentwandler angeordnet. Die Schaufelspitze ist eine Kante einer Umfangsfläche der Leitradschaufel nahe dem Turbinenrad. Die Schaufelhinterkante ist eine Kante der Umfangsfläche der Leitradschaufel nahe dem Pumpenrad. Die Rückenseite erstreckt sich zwischen der Schaufelspitze und der Schaufelhinterkante und ist an einer negativen Druckseite des Leitrades angeordnet. Die Rückenseite weist eine konvexe, stromlinienförmige Kontur auf. Die Bauchseite erstreckt sich zwischen der Schaufelspitze und der Schaufelhinterkante und ist an einer positiven Druckseite des Leitrads angeordnet. Die Bauchseite ist mit einem konkaven, stromlinienförmigen Bereich und einem Planaren bzw. ebenen Bereich gebildet, der nahe der Schaufelspitze angeordnet ist.

Wenn ein Drehzahlverhältnis (e) 0 ist, strömt Arbeitsfluid des Drehmomentwandlers in einem großen Winkel bezüglich einer Ebene, welche sich zwischen der Schaufelspitze und der Schaufelhinterkante erstreckt, und kollidiert bzw. strömt auf die Leitradschaufel, wenn es vom Turbinenrad in Richtung des Pumpenrades strömt. Wenn die Leitradschaufel eine herkömmliche Gestalt und Kontur inklusive einer stromlinienförmigen Bauchseite nahe der Schaufelspitze und einer stromlinienförmigen konvexen Kontur, welche an der positiven Druckseite des Leitrades liegt, hätte, würde das Arbeitsfluid nach der Kollision bzw. dem Aufströmen auf die Leitradschaufel in Richtung der negativen Druckseite entlang der stromlinienförmigen Kontur strömen. Im Gegensatz dazu weist die Bauchseite der Leitradschaufel der vorliegenden Erfindung den ebenen Bereich nahe der Schaufelspitze auf und ein Stoßverlust des Arbeitsfluids, welches mit der Bauchseite kollidiert, ist daher größer als der bei einem herkömmlichen Aufbau. Demgemäß verringert sich eine Zirkulationsströmungsgeschwindigkeit des Arbeitsfluids und ergibt einen Kapazitätskoeffizienten (Cf) mit einem Dreh zahlverhältnis (e) von 0, welcher klein ist. Daher kann ein Fahrzeug, welches mit dem Drehmomentwandler ausgestattet ist, der eine Leitradschaufel gemäß diesem Aspekt aufweist, einen verbesserten Kraftstoffverbrauch während des Leerlaufs aufweisen.

Zur Verbesserung des Wirkungsgrads des Drehmomentwandlers weist das herkömmliche Leitrad im allgemeinen einen stromlinienförmigen Bereich auf, welcher einen Verlust bezüglich der Arbeitsfluidströmung in mittleren und hohen Drehzahlverhältnisbereichen verringert. Jedoch kann die Form, welche den Kapazitätskoeffizienten (Cf) in einem geringen Drehzahlverhältnisbereich verringern kann, die Strömung im hohen Drehzahlverhältnisbereich stören, wodurch sich der Verlust erhöht und der Wirkungsgrad des Drehmomentwandlers verschlechtert.

Wenn beispielsweise die Leitradschaufel ebene Bereiche aufweist, welche sich jeweils von der Schaufelspitze an den positiven und negativen Druckseiten erstrecken, bildet die Strömungsrichtung des Arbeitsfluids in den mittleren und hohen Drehzahlverhältnisbereichen einen großen Winkel bezüglich des ebenen Bereichs nahe der Schaufelspitze, so daß in der Strömung des Arbeitsfluids in den mittleren und hohen Drehzahlverhältnisbereichen große Störungen auftreten, welche den Wirkungsgrad des Drehmomentwandlers verschlechtern. Gemäß der Leitradschaufel der vorliegenden Erfindung ist jedoch der ebene Bereich nur an der Bauchseite gegenüber der positiven Druckseite gebildet. Daher ist es in den mittleren und hohen Drehzahlverhältnisbereichen möglich, die Störung der Strömung des Arbeitsfluids zu minimieren, und der Kapazitätskoeffizient (Cf) kann gleich oder größer als der gemäß dem Stand der Technik sein, so daß der Wirkungsgrad aufrechterhalten werden kann.

Vorzugsweise definiert die ebene Fläche der Bauchseite der Leitradschaufel einen Winkel in einem Bereich von 25 Grad bis 70 Grad bezüglich einer Rotationsachse des Drehmomentwandlers.

Wenn der Winkel zwischen der Rotationsachse des Drehmomentwandlers und dem ebenen Bereich der Bauchseite der Leitradschaufel in einem Bereich zwischen 25 Grad bis 70 Grad liegt, kann der Kapazitätskoeffizient (Cf) mit dem Drehzahlverhältnis (e) von 0 kleiner als im Stand der Technik sein, und es ist ebenfalls möglich, Störungen der Strömung des Arbeitsfluids in den mittleren und hohen Drehzahlverhältnisbereichen zu verhindern. Für eine weitere Verbesserung der Drehmomentwandlerleistung liegt der Winkel zwischen der Rotationsachse des Drehmomentwandlers und des ebenen Bereichs der Bauchseite der Leitradschaufel vorzugsweise in einem Bereich von 32 Grad bis 61 Grad.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Drehmomentwandler eine vordere Abdeckung, ein Pumpenrad, ein Turbinenrad und ein Leitrad. Die vordere Abdeckung ist mit einem Ausgangselement eines Motors verbunden. Das Pumpenrad ist an der vorderen Abdeckung befestigt und bildet zusammen mit der vorderen Abdeckung eine Arbeitsfluidkammer. Das Turbinenrad ist in der Arbeitsfluidkammer angeordnet, dem Pumpenrad gegenüberliegend, und ist mit einem Element auf einer Getriebeseite verbunden. Das Leitrad weist Leitradschaufeln auf, welche jeweils den gleichen Aufbau gemäß den oben beschriebenen verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung aufweisen. Das Leitrad ist zwischen einem inneren Umfangsbereich des Pumpenrads und einem inneren Umfangsbereich des Turbinenrads angeordnet.

Das vorhergehende und weitere Ziele, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfol genden Beschreibung in Verbindung mit der begleitenden Zeichnung deutlicher. In der Zeichnung ist:
1 eine schematische Querschnittsansicht eines Drehmomentwandlers, welcher mit einem Leitrad mit Leitradschaufeln gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist;
2 eine Draufsicht- des Leitrads ohne den in 1 dargestellten Drehmomentwandler;
2A eine Querschnittsansicht des Leitrads entlang der Linie IIA-IIA in 2;
3 eine Querschnittsansicht einer Leitradschaufel des in den 2 und 2A dargestellten Leitrads entlang der Linie III-III in 2A, mit einem Vektordiagramm, welches die Strömung des Arbeitsfluids bezüglich der Leitradschaufel darstellt;
4 eine zu 3 ähnliche Ansicht, mit Angaben von relativen Maßen der Leitradschaufel;
5 eine zu 3 ähnliche Ansicht,. welche einen Vergleich von zwei verschiedenen Leitradschaufeln gemäß dem Stand der Technik zeigt, mit einem Vektordiagramm, welches die Strömung des Arbeitsfluids bezüglich den Leitradschaufeln zeigt;
6 eine Darstellung, welche Leistungskurven des Drehmomentwandlers zeigt, der mit erfindungsgemäßen, in den 3 und 4 dargestellten Leitradschaufeln ausgestattet ist; und
7 eine Darstellung, welche als Referenz und zum Vergleich Leistungskurven des Drehmomentwandlers zeigt, welcher mit in 5 dargestellten Leitradschaufeln ausgestattet ist.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
1 zeigt einen Drehmomentwandler 1, der ein Leitrad 6 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufweist. In 1 stellt eine Achse 0-0 eine Rotationsachse eines Drehmomentwandlers 1 dar und ein Motor (nicht gezeigt) und ein Getriebe (nicht gezeigt) wird jeweils an der linken und der rechten Seite in 1 angeordnet.
Der Drehmomentwandler 1 ist im wesentlichen eine Vorrichtung zur Übertragung von Drehmoment von einer Kurbelwelle eines Motors auf eine Hauptantriebswelle eines Getriebes. Der Drehmomentwandler 1 weist eine vordere Abdeckung 3 mit einem äußeren Umfangsbereich, welcher mit der Kurbelwelle verbunden ist, und eine Drehmomentwandlerhaupteinheit auf, welche drei Arten von Schaufeln aufweist, nämlich ein Pumpenrad 4, ein Turbinenrad 5 und ein Leitrad 6. Die vordere Abdeckung 3 und das Pumpenrad 4 sind an ihren äußeren Umfangsbereichen miteinander verschweißt, wobei eine Rrbeitsfluidkammer zwischen ihnen festgelegt wird.
Von der Kurbelwelle auf die vordere Abdeckung 3 übertragenes Drehmoment wird auf die Hauptantriebswelle des Getriebes über das Turbinenrad 5 und das Arbeitsfluid übertragen, welches vom Pumpenrad 4 zum Turbinenrad 5 strömt. Wenn der Motor antreibt, zirkuliert das Arbeitsfluid durch das Pumpenrad 4 zu einem radial äußeren Bereich des Drehmoment wandlers 1 und wird in Richtung des Turbinenrads 5 gerichtet. Das Arbeitsfluid strömt zum Turbinenrad 5 und Drehmoment wird übertragen. Wenn jedoch das Arbeitsfluid den radial inneren Bereich des Turbinenrads 5 verläßt und in Richtung des radial inneren Bereichs des Pumpenrads 4 zurückkehrt, ist die Bewegungsrichtung des Fluids in einer der Rotation des Pumpenrads 4 entgegengesetzten Richtung gerichtet, wodurch der Wirkungsgrad des Drehmomentwandlers beschränkt wird. Das Leitrad 6 ist angeordnet, um diese rückwärts gerichtete Strömung des Arbeitsfluids vom Turbinenrad 5 zu verhindern. Das Leitrad 6 ändert die Strömungsrichtung des Arbeitsfluids, welches durch das Turbinenrad 5 zurückgeführt wird in eine Strömungsrichtung, welche in die gleiche Rotationsrichtung wie die des Pumpenrads 4 gerichtet ist, und dadurch wird der Wirkungsgrad der Drehmomentübertragung des Drehmomentwandlers 1 verbessert.
Wie in den 1 und 2 gezeigt, umfaßt das Leitrad 6 im allgemeinen ein ringförmiges Gehäuse 11, einen ringförmigen Kern bzw. ein ringförmiges Band 12 und mehrere Leitradschaufeln 13, welche einstückig aus einer Vielzahl von Materialien wie beispielsweise einer Aluminiumlegierung oder einem Harz hergestellt sein können.
Das Gehäuse 11 befindet sich üblicherweise mit einer Leitradwelle (nicht gezeigt) im Eingriff, welche an einem Gehäuse des Getriebes über eine Leitradstütze befestigt ist. Das Gehäuse 11 ist an seinem inneren Umfangsbereich mit einer Druck- bzw. Schubabstützung 11a gebildet. Nachfolgend wird der Aufbau der Leitradstütze beschrieben.
Der Kern 12 ist radial außerhalb des Gehäuses 11 angeordnet. Die Leitradschaufeln 13 erstrecken sich zwischen dem Gehäuse 11 und dem Kern 12 und sind jeweils an voneinander gleichen, in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten Positionen angeordnet. Jede Leitradschaufel 13 verbindet die äußere Umfangsfläche des Gehäuses 11 und die innere Umfangsfläche des Kerns 12. Weiter ist eine Umfangsfläche jeder Leitradschaufel 13 mit einer Schaufelspitze 14, einer Schaufelhinterkante 15, einer Rückenseite 16 und einer Hohl- bzw. Bauchseite 17 gebildet, wie in 3 gezeigt. In 3 zeigt die gestrichelte Linie die Form oder Gestalt einer herkömmlichen Leitradschaufel.
Die Schaufelspitze 14 definiert eine Kante der Umfangsfläche der Leitradschaufel 13 nahe dem Turbinenrad 5 (d.h. linke Kante in 3). Die Schaufelhinterkante 15 ist eine Kante der Umfangsfläche der Leitradschaufel 13 nahe dem Pumpenrad 4 (d.h. rechte Kante in 3).
Wie in 3 gezeigt, ist die Rückenseite 16 an einer Umfangsfläche der Leitradschaufel 13 festgelegt, welche sich zwischen der Schaufelspitze 14 und der Schaufelhinterkante 15 erstreckt. Die Rückenseite 16 liegt im allgemeinen dem Pumpenrad 4 gegenüber und weist eine stromlinienförmige Kontur auf. Wenn sich der Drehmomentwandler vorwärts dreht, wird ein hoher Druck an einem oberstromigen Raum (nahe der Schaufelspitze 14) in der Rotationsrichtung bezüglich der Leitradschaufel 13 erzeugt, und ein niederer Druck wird in einem unterstromigen Raum (nahe der Hinterkante 15) in Rotationsrichtung bezüglich der Leitradschaufel 13 erzeugt. Daher wird die oberstromige Seite bezüglich der Leitradschaufel 13 in der Rotationsrichtung im allgemeinen als "positive Druckseite" bezeichnet und die unterstromige Seite bezüglich der Leitradschaufel 13 in der Rotationsrichtung wird im allgemeinen als "negative Druckseite" bezeichnet. Bei diesem Drehmomentwandler 1 ist die Seite der Leitradschaufel 13 nahe dem Pumpenrad 4 die negative Druckseite der Leitradschaufel 13 und die Seite der Leitradschaufel 13 nahe dem Turbinenrad 5 ist die positive Druckseite der Leitradschaufel 13.
Die Bauchseite 17 ist ein Bereich der Umfangsfläche der Leitradschaufel 13, welcher sich zwischen der Schaufelspitze 14 und der dem Turbinenrad 5 im allgemeinen gegenüberliegenden Schaufelhinterkante 15 erstreckt, und ist mit einem stromlinienförmigen Bereich 17a und einem ebenen Bereich 17b gebildet. Der ebene Bereich 17b erstreckt sich von nahe der Schaufelspitze 14 in Richtung des stromlinienförmigen Bereichs 17a. In 3 ist die übliche Form einer Leitradschaufel mit einer gestrichelten Linie dargestellt.
Wie in 4 gezeigt, ist eine Länge zwischen der Schaufelspitze 14 und der Schaufelhinterkante 15 in diesem Abschnitt eine Sehnenlänge (L) und eine Breite des ebenen Bereichs 17b gemessen in einer Richtung senkrecht zu den radialen Linien, welche sich von der Rotationsachse 0-0 erstrecken, ist eine Breite (W). Die Sehnenlänge (L) und die Breite (W) legen die folgende Beziehung fest:
0,062 ≤ W/L ≤ 0,324
Wie in 4 gezeigt, ist ein Winkel (a) zwischen einer Ebene parallel zum ebenen Bereich 17b und der Achse 0-0 in einem Bereich gebildet, welcher die nachfolgende Beziehung erfüllt 32° ≤ α ≤ 61°.
Nachfolgend wird eine Beschreibung von Leistungskurven gegeben, welche die Leistung des Drehmomentwandlers 1 darstellen, der mit den oben beschriebenen Leitradschaufeln 13 ausgestattet ist. °Die nachfolgenden Bezeichnungen sind für ein einfacheres Verständnis der Leistungskurven vorgesehen. Das Drehzahlverhältnis (e) eines Drehmomentwandlers ist die Beziehung der Drehzahl des Pumpenrads und der Drehzahl des Turbinenrads. Genauer ist das Drehzahlverhältnis (e) definiert als:
Drehzahlverhältnis (e) = No ÷ Ni
wobei (No) die Drehzahl des Turbinenrads und (Ni) die Drehzahl des Pumpenrads ist. Es sei angemerkt, daß im Leerlauf (keine Fahrzeugbewegung) das Drehzahlverhältnis (e) gleich Null ist, da sich das Turbinenrad im bremsenden bzw. gebremsten Zustand nicht dreht.
Der Kapazitätskoeffizient (Cf) ist die folgt definiert:
Kapazitätskoeffizient = Ti ÷ Ni²
wobei (Ti) das Drehmoment des Pumpenrads und (Ni) die Drehzahl des Pumpenrads ist.
Die Gestalt und Form der Leitradschaufel gemäß der vorliegenden Erfindung ist derart, daß der Kapazitätskoeffizient (Cf) geringer als im Stand der Technik ist, wenn das Drehzahlverhältnis (e) 0 ist (das Fahrzeug ist nicht in Bewegung – und befindet sich im Leerlauf).
In 6 sind die Leistungskurven des Drehmomentwandlers 1 mit durchgehenden Linien dargestellt. In 6 stellen die gepunkteten Linien die Leistungskurven des Drehmomentwand lers mit den herkömmlichen Leitradschaufeln dar. Genauer entsprechen die gepunkteten Linien in 6 den Leitradschaufeln mit einer Form, welche mit der gestrichelten Linie in 3 dargestellt ist. Die Abszisse in 6 gibt das Drehzahlverhältnis (e) an. Die Ordinate gibt einen Kapazitätskoeffizienten (Cf), ein Drehmomentverhältnis (t) und einen Wirkungsgrad (η) an. Das Drehzahlverhältnis (e) ist definiert durch (Drehzahl des Turbinenrads 5)/(Drehzahl des Pumpenrads 4). Der Kapazitätskoeffizient (Cf) ist definiert durch (Drehmoment des Pumpenrads 4)/(Quadrat der Drehzahl des Pumpenrads 4). Das Drehmomentverhältnis (t) ist definiert durch (Drehmoment des Turbinenrads 5)/(Drehmoment des Pumpenrads 4). Der Wirkungsgrad (η) ist definiert durch (Drehmomentverhältnis (t)) × (Drehzahlverhältnis (e)) × 100).
Wenn das Drehzahlverhältnis (e) 0 ist, ist der Kapazitätskoeffizient (Cf1) des Drehmomentwandlers 1 kleiner. als der herkömmliche Kapazitätskoeffizient (Cf2). Dies liegt in erster Linie darin begründet, daß das Arbeitsfluid des Drehmomentwandlers 1 in der in 3 durch einen Pfeil A dargestellten Richtung strömt; wenn das Drehzahlverhältnis (e) 0 ist. Da die Richtung des Pfeils A einen großen Winkel bezüglich der Ebene, welche sich. zwischen der Schaufelspitze 14 und der Schaufelhinterkante 15 erstreckt, bildet, kollidiert das von dem Turbinenrad 5 zum Pumpenrad 4 strömende Arbeitsfluid mit den Leitradschaufeln 13.
Im Stand der Technik ist eine in 3 in gestrichelten Linien dargestellte Leitradschaufel 80 derart gebildet, daß das Arbeitsfluid mit dem stromlinienförmigen Bauchbereich kollidiert, welcher benachbart der Schaufelspitze 14 angeordnet ist, und eine konvexe Kontur aufweist, welche sich nach außen in Richtung des Turbinenrads 5 erstreckt. Das Arbeitsfluid stößt gegen die Schaufelspitze der Leitradschaufel 80 des Standes der Technik und strömt dann in Richtung des Pumpenrads entlang der Stromlinienform des Bauchbereichs, wie in 3 durch die Pfeile A1 und A2 dargestellt. Im Gegensatz dazu weist gemäß der vorliegenden Erfindung der Drehmomentwandler 1 Leitradschaufeln 13 mit Bauchseiten 17 auf, welche jeweils einen ebenen Bereich 17b nahe der Spitze 14 aufweisen, und daher ein großer Stoßverlust im Arbeitsfluid auftritt, wenn das Arbeitsfluid auf die Leitradschaufeln 13 strömt. Beim Drehmomentwandler 1 ist die Strömungsmenge in Richtung des Pfeils A2, d.h. die Strömungsmenge des Arbeitsfluids in Richtung des Turbinenrads 5, größer als die gemäß dem Stand der Technik. Aus den obigen Gründen ist die Zirkulationsgeschwindigkeit des Arbeitsfluids und daher die Strömungsmenge geringer als die gemäß dem Stand der Technik und der Kapazitätskoeffizient (Cf1) ist klein, wenn das Drehzahlverhältnis (e) 0 ist.
Da der Kapazitätskoeffizient (Cf1) des Drehmomentwandlers 1 wie oben beschrieben klein ist, kann das mit dem Drehmomentwandler 1 ausgestattete Fahrzeug einen verbesserten Kraftstoffverbrauch während des Leerlaufs aufweisen.
Beim Drehmomentwandler 1 ist der Kapazitätskoeffizient (Cf1) in den mittleren und hohen Drehzahlverhältnisbereichen groß (siehe den Bereich von (e ≥ 0,4) in 6), obwohl der Kapazitätskoeffizient (Cf1) kleiner als der im Stand der Technik ist, wenn das Drehzahlverhältnis (e) klein ist. Einer der Gründe, warum der Kapazitätskoeffizient (Cf1) in den mittleren und hohen Drehzahlverhältnisbereichen groß ist, ist, daß das Arbeitsfluid des Dreh momentwandlers 1 in der in 3 durch den Pfeil B dargestellten Richtung strömt, wenn das Drehzahlverhältnis in den mittleren oder hohen Bereichen ist. In den mittleren und hohen Drehzahlverhältnisbereichen nähert sich die Richtung des Pfeils B der Richtung parallel zum ebenen Bereich 17b. Dies fördert die Strömung des Arbeitsfluids von der Turbinenradseite 5 (linke Seite in 3) in Richtung der Pumpenradseite 4 (rechte Seite in 3), im Vergleich mit dem Stand der Technik.
Diese Erhöhung des Kapazitätskoeffizienten (Cf1) in mittleren und hohen Drehzahlverhältnisbereichen bedeutet, daß die Motordrehzahl während des Fahrens des Fahrzeugs in den mittleren und hohen Drehzahlverhältnisbereichen relativ gering ist, und deshalb zu einer Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs und der Geräuschemission des Fahrzeugs führt.
Wie in 6 gezeigt, kann der Drehmomentwandler 1 den maximalen Wirkungsgrad sicherstellen, welcher gleich oder größer als der gemäß dem Stand der Technik ist.
Um die Vorteile der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Leitradschaufelkonfiguration weiter darzulegen, werden nachfolgend Leistungskurven eines Drehmomentwandlers beschrieben, welcher mit Leitradschaufeln 81 ausgestattet ist, welche die in 5 durch Strichpunktlinie dargestellte Form aufweisen. In 5 ist die Leitradschaufel 80 gemäß dem Stand der Technik in gestrichelten Linien dargestellt. Die Leitradschaufeln 81 sind in der am 14. Januar 1997 offengelegten Schrift JP 9-14388 offenbart.
In 7 sind die Leistungskurven des Drehmomentwandlers mit den Leitradschaufeln 81 in durchgezogenen Linien darge stellt. Die gepunkteten Linien in 7 stellen die Leistungskurven des Drehmomentwandlers mit den herkömmlichen Leitradschaufeln 80 dar, welche in 5 mit den gestrichelten Linien dargestellt ist. Die Form der Leitradschaufel 81 kann durch Abschneiden des Schaufelspitzenbereichs der herkömmlichen Leitradschaufel 81 erhalten werden, um einen ebenen Bereich 81a zu erhalten.
Wenn das Drehzahlverhältnis (e) 0 ist, ist der Kapazitätskoeffizient (Cf3) des mit den Leiträdschaufeln 81 ausgestatteten Drehmomentwandlers kleiner als der herkömmliche Kapazitätskoeffizient (Cf2). Dies liegt in erster Linie darin begründet, daß das Arbeitsfluid in Richtung des Pfeils A in 5 strömt, wenn das Drehzahlverhältnis (e) 0 ist, und die Richtung des Pfeils A einen relativ großen Winkel bezüglich des ebenen Bereichs 81a bildet. Somit stört der ebene Bereich 81a die Strömung des Arbeitsfluids und verringert den Kapazitätskoeffizienten (Cf3).
Der Kapazitätskoeffizient (Cf3) des mit den Leitradschaufeln 81 ausgestatteten Drehmomentwandlers ist demnach klein, wenn das Drehzahlverhältnis in den mittleren oder hohen Drehzahlverhältnisbereichen ist (siehe 7). Einer der Gründe, warum der Kapazitätskoeffizient (Cf3) in den mittleren oder hohen Drehzahlverhältnisbereichen klein ist, ist, daß das Arbeitsfluid in einer Richtung des Pfeils B in 5 strömt, wenn das Drehzahlverhältnis im mittleren oder hohen Bereich ist. Es kann gefolgert werden, daß die Strömung des Arbeitsfluids gestört ist, und der Kapazitätskoeffizient (Cf3) absinkt, da die Richtung des Pfeils B einen relativ großen Winkel bezüglich des ebenen Bereichs 81a bildet. Das Absinken des Kapazitätskoeffizienten (Cf3) in den mittleren und hohen Drehzahlverhältnisbereichen bedeutet, daß die Motordrehzahl während des Fahrens des Fahrzeugs in den mittleren und hohen Drehzahlverhältnisbereichen hoch ist, woraus eine Verschlechterung des Kraftstoffverbrauch und der Geräuschemission des Fahrzeugs resultiert.
Beim Drehmomentwandler mit den Leitradschaufeln 81 ist, wie in 7 gezeigt, das Drehmomentverhältnis (t3) geringer als das bei der Leitradschaufel 80 gemäß dem Stand der Technik, und der maximale Wirkungsgrad ist in gleicher Weise geringer als der beim Stand der Technik.
Zurückkehrend zur vorliegenden Erfindung wird nachfolgend der Leitradstützaufbau des Drehmomentwandlers 1 beschrieben.
Der Leitradstützaufbau ist aus einem Freilauf-Kupplungsmechanismus 21 und einem ringförmigen Rückhalteteil 22 gebildet. Der Freilauf-Kupplungsmechanismus 21 ist ein Mechanismus, welcher die Drehung des Leitrades 6 nur in eine Richtung ermöglicht und ist aus einem äußeren Laufring 23, einem inneren Laufring 25 und einem Kupplungselement 24, welches zwischen diesen Laufringen angeordnet ist, gebildet. Der äußere Laufring 23 ist am inneren Umfangsbereich des Gehäuses 11 befestigt. Die Seitenbereiche der äußeren und inneren Laufringe 23 und 25 nahe dem Motor befinden sich mit dem Rückhalteteil 22 in Kontakt, welches auf einer Turbinenradnabe 8 über ein Axialrollenlager 26 getragen wird. Die Turbinenradnabe 8 ist am inneren Umfangsbereich des Turbinenrads 5 befestigt. Die anderen Seitenbereiche der äußeren und inneren Laufringe 23 und 25 nahe dem Getriebe befinden sich mit der Schubabstützung 11a des Gehäuses 11 in Kontakt, und die Schubabstützung 11a wird auf einer Pumpenradnabe 4a über ein Axialrollenlager 27 getragen. Die Pumpenradnabe 4a ist am inneren Umfangsbereich des Pumpenrads 4 befestigt. Wie oben beschrieben, beschränken die Axialrollenlager 26 und 27 die Bewegung des Gehäuses 11 des Leitrads 6 und der Leitradstützstruktur in Richtung der Achse 0-0 zwischen der Pumpenradnabe 4a und der Turbinenradnabe 8. Der innere Laufring 25 ist an seinem inneren Umfang mit einer keilverzahnten Öffnung 25a gebildet, welche sich mit der Leitradwelle (nicht gezeigt) im Eingriff befindet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein im wesentlichen ebener Bereich an einem Bereich der Bauchseite der Leitradschaufel nahe der Schaufelspitze gebildet. Während des Leerlaufs ist daher der Stoßverlust des Arbeitsfluids groß, und die Zirkulationsströmungsgeschwindigkeit des Arbeitsfluids und daher die Strömungsmenge sind gering, so daß der Kapazitätskoeffizient (Cf) mit dem Drehzahlverhältnis (e) von 0 klein ist. Dadurch wird der Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs während des Leerlaufs verbessert. Zusätzlich kann das Vorsehen des ebenen Bereichs an der Bauchseite nahe dem Turbinenrad die Störung der Strömung des Arbeitsfluids in den mittleren und hohen Drehzahlverhältnisbereichen verhindern. Daher kann der Wirkungsgrad des Drehmomentwandlers aufrecht erhalten werden.
Zusammenfassend wurde insoweit eine Leitradschaufel 13 mit einer Schaufelspitze 14, einer Schaufelhinterkante 15, einer Rückenseite 16 und einer Bauchseite 17 beschrieben. Die Schaufelspitze 14 ist eine Kante der Umfangsfläche der Leitradschaufel 13 nahe dem bzw. naheliegend zum Turbinenrad. Die Schaufelhinterkante 15 ist eine Kante der Umfangsfläche der Leitradschaufel 13 nahe dem bzw. naheliegend zum Pumpenrad. Die Rückenseite 16 ist ein Bereich der Umfangsfläche der Leitradschaufel 13, welcher sich zwischen der Schaufelspitze 14 und der Schau felhinterkante 15 erstreckt, und dem Pumpenrad 4 gegenüberliegt sowie einen stromlinienförmigen Bereich aufweist. Die Bauchseite 17 ist ein Bereich der Umfangsfläche der Leitradschaufel 13, welcher sich zwischen der Schaufelspitze 14 und der Schaufelhinterkante 15 erstreckt und gegenüber dem Turbinenrad 5 angeordnet ist und mit einem stromlinienförmigen Bereich 17a und einem nahe der Schaufelspitze 14 angeordneten ebenen Bereich 17b gebildet ist. Die Form der Leitradschaufel 13 ist derart, daß ein Kapazitätskoeffizient (Cf) eines Drehmomentwandlers geringer ist, wenn ein Drehzahlverhältnis (e) 0 ist, und dadurch der Kraftstoffverbrauch während des Leerlaufs verbessert wird.

Claims

Leitradschaufel (13) eines Leitrads (6), welches zwischen einem Pumpenrad (4) und einem Turbinenrad (5) in einem Drehmomentwandler (1) angeordnet ist, mit: einer Schaufelspitze (14) nahe dem Turbinenrad (5); einer Schaufelhinterkante (15) nahe dem Pumpenrad (4 ); einer Rückenseite (16), welche sich zwischen der Schaufelspitze (14) und der Schaufelhinterkante (15) erstreckt, wobei ein wesentlicher Bereich der Rückenseite (16) dem Pumpenrad (4) gegenüberliegt, wobei die Rückenseite (16) eine konvexe, stromlinienförmige Kontur aufweist; und einer Bauchseite (17), welche sich zwischen der Schaufelspitze (14) und der Schaufelhinterkante (15) erstreckt, wobei die Bauchseite (17) dem Turbinenrad (5) gegenüberliegt, wobei die Bauchseite (17) einen konkaven, stromlinienförmigen Bereich (17a) und einen ebenen Bereich (17b) aufweist, wobei der ebene Bereich (17b) zwischen der Schaufelspitze (14) und dem konkaven, stromlinienförmigen Bereich (17a) festgelegt ist, wobei eine Sehnenlänge (L) durch einen Abstand zwischen der Schaufelspitze (14) und der Schaufelhinterkante (15) festgelegt ist; und wobei eine Breite (W) des ebenen Bereichs (17b) gemessen in einer Richtung senkrecht zu einer radial sich erstreckenden Linie festgelegt ist, welche sich senkrecht zu einer Rotationsachse des Drehmomentwandlers (1) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (W) und die Sehnenlänge (L) eine Beziehung 0,04 ≤ (W/L) ≤ 0,4 festlegen, wobei ein Übergang von der Schaufelspitze (14) zum ebenen Bereich (17b) konvex ausgebildet ist.
Leitradschaufel (13) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkel (α) zwischen einer Rotationsachse des Drehmomentwandlers (1) und dem ebenen Bereich (17b) festgelegt ist, wobei der Winkel in einem Bereich von 25 Grad bis 70 Grad liegt.
Leitradschaufel (13) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – die Rückenseite (16), an einer negativen Druckseite der Leitradschaufel (13) angeordnet ist und – die Bauchseite (17) auf einer positiven Druckseite der Leitradschaufel (13) angeordnet ist.
Leitradschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (W) und die Sehnenlänge (L) eine Beziehung 0,062 ≤ (W/L) ≤ 0, 324 festlegt.
Leitradschaufel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) in einem Bereich von 32 Grad bis 61 Grad liegt.
Drehmomentwandler (1) mit einer Leitradschaufel (13) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.