JP2010174945A - トルクコンバータ - Google Patents

Abstract

【課題】 コンパクトな構造で出力回転数を２段階に切り替え可能なトルクコンバータを提供する。
【解決手段】 遊星歯車機構２１をトルクコンバータケース１３の内部に配置し、リングギヤ１７をエンジンＥにより回転するタービン１５に接続し、サンギヤ１８をステータ１６に接続し、プラネタリキャリヤ１９をトランスミッションＴの入力軸１２に接続し、かつリングギヤ１７およびプラネタリキャリヤ１９を切替クラッチ２５を介して結合可能とする。切替クラッチ２５を係合解除すればエンジンＥの回転を減速してトランスミッションＴに伝達することができ、切替クラッチ２５を係合すればエンジンＥの回転を減速せずにトランスミッションＴに伝達することができる。このとき、ハウジング２３に第２一方向クラッチ２４Ｂを介して接続されるステータシャフト２２にサンギヤ１８を接続したので、切替クラッチ２５の係合時に第２一方向クラッチ２４Ｂをスリップさせ、エンジンＥの回転を直接トランスミッションＴに伝達することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、原動機の出力軸に接続されるポンプと、トランスミッションの入力軸に接続されるタービンと、固定部に一方向クラッチを介して接続されるステータとを備えるトルクコンバータに関する。

下記特許文献１には、第１入力軸３１および第２入力軸３２を有する変速機３と、遊星歯車列１１、ロックアップクラッチ装置１２および一方向クラッチ３５を有するトルクコンバータ２とを組み合わせた自動変速装置において、遊星歯車列１１は、トルクコンバータ２のタービン１６に連結されたリングギヤｒ１と、リングギヤｒ１に噛合する遊星ギヤｐ１と、変速機２の第１入力軸３１に連結されるとともに遊星ギヤｐ１を支持するキャリヤ２０と、リアクタ（ステータ）１７に連結されるとともに遊星ギヤｐ１に噛合するサンギヤｓ１とを有しており、一方向クラッチ３５はトルクコンバータ２のリアクタ１７がインペラ（ポンプ）１５およびタービン１６と逆方向に回転するときのみ動力を変速機３の第２入力軸３２に伝達するものが開示されている。

特開平１０−２６２１１号公報

ところで、近年自動車用トランスミッションの多段化が要求されているが、トランスミッション自体を多段化すると軸方向寸法が増加する問題がある。そこでエンジンとトランスミッションとの間に配置されるトルクコンバータの出力回転数を２段階に切り替え可能にすれば、そのトルクコンバータを既存のトランスミッションと組み合わせることで、軸方向寸法を大型化することなく変速段数を２倍に増加させることができる。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、コンパクトな構造で出力回転数を２段階に切り替え可能なトルクコンバータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、原動機の出力軸に接続されるポンプと、トランスミッションの入力軸に接続されるタービンと、固定部に第１一方向クラッチを介して接続されるステータとを備えるトルクコンバータにおいて、リングギヤ、サンギヤおよびプラネタリキャリヤの三要素を備える遊星歯車機構をトルクコンバータケースの内部に配置し、前記三要素のうちの第１要素を前記タービンに接続し、前記三要素のうちの第２要素を第２一方向クラッチを介して固定部に接続し、前記三要素のうちの第３要素を前記入力軸に接続し、かつ前記第１要素および前記第３要素を切替クラッチにより結合可能としたことを特徴とするトルクコンバータが提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記ステータを固定部に支持する部材と、前記第２要素を固定部に支持する部材とを一体に形成することを特徴とするトルクコンバータが提案される。

尚、実施の形態のエンジンＥは本発明の原動機に対応し、実施の形態のクランクシャフト１１は本発明の出力軸に対応し、実施の形態の第１入力軸１２は本発明の入力軸に対応し、実施の形態のリングギヤ１７は本発明の第１要素に対応し、実施の形態のサンギヤ１８は本発明の第２要素に対応し、実施の形態のプラネタリキャリヤ１９は本発明の第３要素に対応し、実施の形態のステータシャフト２２は本発明の部材に対応し、実施の形態のハウジング２３は本発明の固定部に対応する。

請求項１の構成によれば、リングギヤ、サンギヤおよびプラネタリキャリヤの三要素を備える遊星歯車機構をトルクコンバータケースの内部に配置し、三要素のうちの第１要素を原動機の出力軸により回転するタービンに接続し、三要素のうちの第２要素を第２一方向クラッチを介して固定部に接続し、三要素のうちの第３要素をトランスミッションの入力軸に接続し、かつ第１、第３要素を切替クラッチを介して結合可能としたので、切替クラッチを係合解除すれば、第２一方向クラッチが係合して原動機の出力軸の回転を遊星歯車機構で減速してトランスミッションの入力軸に伝達することができ、切替クラッチを係合して遊星歯車機構をロック状態にすれば、第２一方向クラッチが係合解除して原動機の出力軸の回転を直接トランスミッションの入力軸に伝達することができる。

また請求項２の構成によれば、ステータを固定部に支持する部材と、第２要素を固定部に支持する部材とを一体に形成したので、部品点数の削減および構造の簡素化に寄与することができる。

自動車の駆動力伝達系のスケルトン図（第１の実施の形態）。 １速変速段の確立時の作用説明図（第１の実施の形態）。 ２速変速段の確立時の作用説明図（第１の実施の形態）。 ３速変速段の確立時の作用説明図（第１の実施の形態）。 ４速変速段の確立時の作用説明図（第１の実施の形態）。 ５速変速段の確立時の作用説明図（第１の実施の形態）。 ６速変速段の確立時の作用説明図（第１の実施の形態）。 ７速変速段の確立時の作用説明図（第１の実施の形態）。 ８速変速段の確立時の作用説明図（第１の実施の形態）。 リバース変速段の確立時の作用説明図（第１の実施の形態）。 各変速段に対応する切替クラッチ、第１、第２クラッチ、ドグクラッチおよび同期装置の作動表（第１の実施の形態）。 自動車の駆動力伝達系のスケルトン図（第２の実施の形態）。 各変速段に対応する切替クラッチ、１速−２速クラッチ、３速−４速クラッチ、５速−６速クラッチ、７速−８速クラッチおよびドグクラッチの作動表（第２の実施の形態）。 自動車の駆動力伝達系のスケルトン図（参考例）。

以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。

図１〜図１１は本発明の第１の実施の形態を示すもので、図１は自動車の駆動力伝達系のスケルトン図、図２は１速変速段の確立時の作用説明図、図３は２速変速段の確立時の作用説明図、図４は３速変速段の確立時の作用説明図、図５は４速変速段の確立時の作用説明図、図６は５速変速段の確立時の作用説明図、図７は６速変速段の確立時の作用説明図、図８は７速変速段の確立時の作用説明図、図９は８速変速段の確立時の作用説明図、図１０はリバース変速段の確立時の作用説明図、図１１は各変速段に対応する切替クラッチ、第１、第２クラッチ、ドグクラッチおよび同期装置の作動表である。

図１に示すように、エンジンＥの駆動力はトルクコンバータＴＣ、トランスミッションＴおよびディファレンシャルギヤＤを介して駆動輪Ｗ，Ｗに伝達される。

トルクコンバータＴＣは、エンジンＥの出力軸であるクランクシャフト１１の駆動力を、トランスミッションＴの第１入力軸１２に伝達するもので、クランクシャフト１１に接続されたトルクコンバータケース１３に設けられたポンプ１４と、ポンプ１４に対向するタービン１５と、ポンプ１４およびタービン１５間に配置されたステータ１６とを備えており、これらポンプ１４、タービン１５およびステータ１６は第１入力軸１２の外周に同軸に配置される。

トルクコンバータＴＣの内部には、リングギヤ１７と、サンギヤ１８と、プラネタリキャリヤ１９と、プラネタリキャリヤ１９に回転自在に支持されてリングギヤ１７およびサンギヤ１８に同時に噛合する複数のピニオン２０…とを備える遊星歯車機構２１が収納される。リングギヤ１７はタービン１５に固定され、サンギヤ１８はステータシャフト２２に固定され、ステータシャフト２２はトルクコンバータＴＣのハウジング２３に第２一方向クラッチ２４Ｂを介して支持されるとともに、ステータシャフト２２と一体の腕部２２ａに第１一方向クラッチ２４Ａを介してステータ１６が支持される。遊星歯車機構２１のリングギヤ１７とプラネタリキャリヤ１９とは、多板クラッチよりなる切替クラッチ２５を介して一体に結合可能である。

トルクコンバータＴＣの速度比が所定値（一般的に０．８程度の値）を超えてステータ１６のブレードの背面側の作動流体が流入するようになったとき、第１一方向クラッチ２４Ａが係合解除してステータ１６がステータシャフト２２に対して空転するのを許容することで、トルクコンバータＴＣの効率低下を防止する。

切替クラッチ２５が非係合状態にあるとき、遊星歯車機構２１のサンギヤ１８は第２一方向クラッチ２４Ｂを介してハウジング２３に固定されていることから、タービン１５からリングギヤ１７に入力された回転は減速されてプラネタリキャリヤ１９に伝達され、プラネタリキャリヤ１９と一体の第１入力軸１２に出力される。切替クラッチ２５が係合状態にあるとき、タービン１５と一体のリングギヤ１７が、第１入力軸１２と一体のプラネタリキャリヤ１９に結合されるため、タービン１５の回転はそのまま第１入力軸１２に出力される。このとき、リングギヤ１７、サンギヤ１８、プラネタリキャリヤ１９およびピニオン２０…が一体化されて遊星歯車機構２１はロック状態になるが、サンギヤ１８をハウジング２３に拘束する第２一方向クラッチ２４Ｂがスリップすることで、第１入力軸１２を支障なく駆動することができる。

ポンプ１４と一体のトルクコンバータケース１３にタービン１５を結合するロックアップクラッチ２６は、タービン１５に接続したピストン２７と、ピストン２７に設けられてトルクコンバータケース１３に当接可能な摩擦部材２８とを備える。ピストン２７を駆動して摩擦部材２８をトルクコンバータケース１３に当接させるとロックアップクラッチ２６は係合状態となり、ポンプ１４とタービン１５とが一体化され、トルクコンバータＴＣの速度比は１となる。

トランスミッションＴは、第１入力軸１２と平行に配置された第２入力軸３１、出力軸３２およびアイドル軸３３を備える。第１入力軸１２に固設したアイドルドライブギヤ３４が、アイドル軸３３に固定したアイドルギヤ３５に噛合し、アイドルギヤ３５が第２入力軸３１に固設したアイドルドリブンギヤ３６に噛合する。従って、第１入力軸１２および第２入力軸３１は、アイドルドライブギヤ３４、アイドルギヤ３５およびアイドルドリブンギヤ３６の歯数によって決まる一定の回転数比で回転する。

第１入力軸１２には３速−４速ドライブギヤ３７、７速−８速ドライブギヤ３８および第１スリーブ３９が相対回転自在に支持されており、第１入力軸１２と第１スリーブ３９とが第１クラッチＣ１により結合可能である。３速−４速ドライブギヤ３７および７速−８速ドライブギヤ３８は、第１同期装置４０により第１スリーブ３９に選択的に結合可能である。

第２入力軸３１には１速−２速ドライブギヤ４１、５速−６速ドライブギヤ４２および第２スリーブ４３が相対回転自在に支持されており、第２入力軸３１と第２スリーブ４３とが第２クラッチＣ２により結合可能である。１速−２速ドライブギヤ４１および５速−６速ドライブギヤ４２は、第２同期装置４４により第２スリーブ４３に選択的に結合可能である。

アイドル軸３３にはリバースアイドルギヤ４５が相対回転自在に支持されており、このリバースアイドルギヤ４５はドグクラッチ４６でアイドル軸３３に結合可能である。

出力軸３２には１速〜４速−リバースドリブンギヤ４７と、５速〜８速ドリブンギヤ４８とが固設されており、１速〜４速−リバースドリブンギヤ４７には１速−２速ドライブギヤ４１、３速−４速ドライブギヤ３７およびリバースアイドルギヤ４５が噛合するとともに、５速〜８速ドリブンギヤ４８には５速−６速ドライブギヤ４２および７速−８速ドライブギヤ３８が噛合する。

出力軸３２に固設したファイナルドライブギヤ４９がディファレンシャルギヤＤのファイナルドリブンギヤ５０に噛合する。

次に、図２〜図１１を参照して各変速段の確立状態を説明する。

図２に示すように、１速変速段の確立時には、第２クラッチＣ２が係合して第２入力軸３１を第２スリーブ４３に結合し、第２同期装置４４が右位置になって１速−２速ドライブギヤ４１を第２スリーブ４３に結合する。その結果、エンジンＥの駆動力はクランクシャフト１１→ポンプ１４→タービン１５→リングギヤ１７→ピニオン２０…→プラネタリキャリヤ１９→第１入力軸１２→アイドルドライブギヤ３４→アイドルギヤ３５→アイドルドリブンギヤ３６→第２入力軸３１→第２クラッチＣ２→第２スリーブ４３→第２同期装置４４→１速−２速ドライブギヤ４１→１速〜４速−リバースドリブンギヤ４７→出力軸３２→ファイナルドライブギヤ４９→ファイナルドリブンギヤ５０→ディファレンシャルギヤＤを介して駆動輪Ｗ，Ｗに伝達される。

図３に示すように、２速変速段の確立時には、上述した１速変速段の確立状態から、切替クラッチ２５が係合する。その結果、１速変速段では減速機能を発揮していた遊星歯車機構２１が２速変速段では減速機能を発揮しなくなり、１速変速段よりも減速比が小さい２速変速段が確立する。

図４に示すように、３速変速段の確立時には、第１クラッチＣ１が係合して第１入力軸１２を第１スリーブ３９に結合し、第１同期装置４０が右位置になって３速−４速ドライブギヤ３７を第１スリーブ３９に結合する。その結果、エンジンＥの駆動力はクランクシャフト１１→ポンプ１４→タービン１５→リングギヤ１７→ピニオン２０…→プラネタリキャリヤ１９→第１入力軸１２→第１クラッチＣ１→第１スリーブ３９→第１同期装置４０→３速−４速ドライブギヤ３７→１速〜４速−リバースドリブンギヤ４７→出力軸３２→ファイナルドライブギヤ４９→ファイナルドリブンギヤ５０→ディファレンシャルギヤＤを介して駆動輪Ｗ，Ｗに伝達される。

図５に示すように、４速変速段の確立時には、上述した３速変速段の確立状態から、切替クラッチ２５が係合する。その結果、３速変速段では減速機能を発揮していた遊星歯車機構２１が４速変速段では減速機能を発揮しなくなり、３速変速段よりも減速比が小さい４速変速段が確立する。

図６に示すように、５速変速段の確立時には、第２クラッチＣ２が係合して第２入力軸３１を第２スリーブ４３に結合し、第２同期装置４４が左位置になって５速−６速ドライブギヤ４２を第２スリーブ４３に結合する。その結果、エンジンＥの駆動力はクランクシャフト１１→ポンプ１４→タービン１５→リングギヤ１７→ピニオン２０…→プラネタリキャリヤ１９→第１入力軸１２→アイドルドライブギヤ３４→アイドルギヤ３５→アイドルドリブンギヤ３６→第２入力軸３１→第２クラッチＣ２→第２スリーブ４３→第２同期装置４４→５速−６速ドライブギヤ４２→５速〜８速ドリブンギヤ４８→出力軸３２→ファイナルドライブギヤ４９→ファイナルドリブンギヤ５０→ディファレンシャルギヤＤを介して駆動輪Ｗ，Ｗに伝達される。

図７に示すように、６速変速段の確立時には、上述した５速変速段の確立状態から、切替クラッチ２５が係合する。その結果、５速変速段では減速機能を発揮していた遊星歯車機構２１が６速変速段では減速機能を発揮しなくなり、５速変速段よりも減速比が小さい６速変速段が確立する。

図８に示すように、７速変速段の確立時には、第１クラッチＣ１が係合して第１入力軸１２を第１スリーブ３９に結合し、第１同期装置４０が左位置になって７速−８速ドライブギヤ３８を第１スリーブ３９に結合する。その結果、エンジンＥの駆動力はクランクシャフト１１→ポンプ１４→タービン１５→リングギヤ１７→ピニオン２０…→プラネタリキャリヤ１９→第１入力軸１２→第１クラッチＣ１→第１スリーブ３９→第１同期装置４０→７速−８速ドライブギヤ３８→５速〜８速ドリブンギヤ４８→出力軸３２→ファイナルドライブギヤ４９→ファイナルドリブンギヤ５０→ディファレンシャルギヤＤを介して駆動輪Ｗ，Ｗに伝達される。

図９に示すように、８速変速段の確立時には、上述した７速変速段の確立状態から、切替クラッチ２５が係合する。その結果、７速変速段では減速機能を発揮していた遊星歯車機構２１が８速変速段では減速機能を発揮しなくなり、７速変速段よりも減速比が小さい８速変速段が確立する。

リバース変速段の確立時には、切替クラッチ２５および第１、第２クラッチＣ１，Ｃ２を全て係合解除した状態で、ドグクラッチ４６が係合してリバースアイドルギヤ４５をアイドル軸３３に結合する。その結果、エンジンＥの駆動力はクランクシャフト１１→ポンプ１４→タービン１５→リングギヤ１７→ピニオン２０…→プラネタリキャリヤ１９→第１入力軸１２→アイドルドライブギヤ３４→アイドルギヤ３５→アイドル軸３３→ドグクラッチ４６→リバースアイドルギヤ４５→１速〜４速−リバースドリブンギヤ４７→出力軸３２→ファイナルドライブギヤ４９→ファイナルドリブンギヤ５０→ディファレンシャルギヤＤを介して、逆回転となって駆動輪Ｗ，Ｗに伝達される。

尚、この状態で切替クラッチ２５を係合してもリバース変速段を確立することができるが、その減速比は切替クラッチ２５を係合しない場合に比べて小さくなる。

以上のように、トルクコンバータＴＣの内部に遊星歯車機構２１および切替クラッチ２５を配置し、切替クラッチ２５の係合解除により遊星歯車機構２１に減速機能を発揮させるとともに、切替クラッチ２５の係合により遊星歯車機構２１を減速機能を発揮しないロック状態にするので、コンパクトな構造でトルクコンバータＴＣの出力回転数を２段階に切り替えることができる。

またステータシャフト２２を、ステータ１６をハウジング２３に支持する部材と、サンギヤ１８をハウジング２３に支持する部材とに兼用したので、部品点数の削減および構造の簡素化に寄与することができる。

また実質的に前進４速のトランスミッションＴに本実施の形態のトルクコンバータＴＣを組み合わせることで、トランスミッションＴの軸方向寸法を最小限に抑えながら前進８速の変速段を確立することが可能となる。

次に、図１２および図１３に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。

第２の実施の形態は、トランスミッションＴの構造だけが第１の実施の形態と異なっており、その他の構造は第１の実施の形態と同一である。

第２の実施の形態のトランスミッションＴは、第２入力軸３１上に１速−２速クラッチＣ１２および５速−６速クラッチＣ５６を備えており、１速−２速クラッチＣ１２が係合すると１速−２速ドライブギヤ４１が第２入力軸３１に結合され、切替クラッチ２５の非係合および係合に応じて１速変速段あるいは２速変速段が確立するとともに、５速−６速クラッチＣ５６が係合すると５速−６速ドライブギヤ４２が第２入力軸３１に結合され、切替クラッチ２５の非係合および係合に応じて５速変速段あるいは６速変速段が確立する。

またトランスミッションＴは、第１入力軸１２上に３速−４速クラッチＣ３４および７速−８速クラッチＣ７８を備えており、３速−４速クラッチＣ３４が係合すると３速−４速ドライブギヤ３７が第１入力軸１２に結合され、切替クラッチ２５の非係合および係合に応じて３速変速段あるいは４速変速段が確立するとともに、７速−８速クラッチＣ７８が係合すると７速−８速ドライブギヤ３８が第１入力軸１２に結合され、切替クラッチ２５の非係合および係合に応じて７速変速段あるいは８速変速段が確立する。

リバース変速段は、切替クラッチ２５、１速−２速クラッチＣ１２、３速−４速クラッチＣ３４、５速−６速クラッチＣ５６および７速−８速クラッチＣ７８を全て係合解除した状態で、ドグクラッチ４６が係合してリバースアイドルギヤ４５をアイドル軸３３に結合することで確立することができる。

この第２の実施の形態によっても、上述した第１の実施の形態と同様の作用効果を達成することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、トランスミッションＴの構造は第１、第２の実施の形態のものに限定されず、無段変速が可能なものを含む任意の構造のものを採用することができる。

また実施の形態ではトルクコンバータＴＣのリングギヤ１７、サンギヤ１８およびプラネタリキャリヤ１９の三要素のうち、リングギヤ１７を入力要素とし、サンギヤ１８を固定要素とし、プラネタリキャリヤ１９を出力要素としているが、三要素の何れを入力要素、固定要素、出力要素とするかは任意である。

また本発明の原動機は実施の形態のエンジンＥに限定されず、電動モータであっても良く、エンジンおよび電動モータの組み合わせであっても良い。

また実施の形態ではハウジング２３をトルクコンバータＴＣのハウジングとしているが、トランスミッションＴのハウジングであっても良い。

尚、図１４には本発明に含まれない参考例が示される。参考例はトルクコンバータＴＣを、ステータ１６を備えていない単なる流体継ぎ手で構成したものである。この参考例によれば、トルクコンバータＴＣの性能は低下するものの、本願発明と同様の機能を発揮することができ。

Ｅ エンジン（原動機）
Ｔ トランスミッション
１１ クランクシャフト（出力軸）
１２ 第１入力軸（入力軸）
１３ トルクコンバータケース
１４ ポンプ
１５ タービン
１６ ステータ
１７ リングギヤ（第１要素）
１８ サンギヤ（第２要素）
１９ プラネタリキャリヤ（第３要素）
２１ 遊星歯車機構
２２ ステータシャフト（部材）
２３ ハウジング（固定部）
２４Ａ 第１一方向クラッチ
２４Ｂ 第２一方向クラッチ

Claims (2)

1. 原動機（Ｅ）の出力軸（１１）に接続されるポンプ（１４）と、トランスミッション（Ｔ）の入力軸（１２）に接続されるタービン（１５）と、固定部（２３）に第１一方向クラッチ（２４Ａ）を介して接続されるステータ（１６）とを備えるトルクコンバータにおいて、
   リングギヤ（１７）、サンギヤ（１８）およびプラネタリキャリヤ（１９）の三要素を備える遊星歯車機構（２１）をトルクコンバータケース（１３）の内部に配置し、
   前記三要素のうちの第１要素（１７）を前記タービン（１５）に接続し、前記三要素のうちの第２要素（１８）を第２一方向クラッチ（２４Ｂ）を介して固定部（２３）に接続し、前記三要素のうちの第３要素（１９）を前記入力軸（１２）に接続し、かつ前記第１要素（１７）および前記第３要素（１９）を切替クラッチ（２５）により結合可能としたことを特徴とするトルクコンバータ。
2. 前記ステータ（１６）を固定部（２３）に支持する部材（２２）と、前記第２要素（１８）を固定部（２３）に支持する部材（２２）とを一体に形成することを特徴とする、請求項１に記載のトルクコンバータ。

Images