JP3651751B2 - トルクコンバータ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、トルクコンバータ、特に、流体室内の油圧変化によって作動するロックアップ装置を備えたトルクコンバータに関する。
【0002】
【従来の技術】
トルクコンバータは、3種の羽根車(インペラー,タービン,ステータ)からなるトーラスを内部に有し、内部の作動油によりトルクを伝達する装置である。インペラーはトルクが入力されるフロントカバーに固定されており、インペラーシェルとフロントカバーとで内部に作動油が充填された流体室を形成している。タービンは流体室内でインペラーに対向して配置されている。インペラーが回転すると、作動油がインペラーからタービンに向かって流れ、タービンを回転させる。この結果、タービンからトランスミッションのメインドライブシャフトにトルクが出力される。
【0003】
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おり、フロントカバーとタービンとを機械的に連結することでトルクを直接伝達するための機構である。ロックアップ装置は、主に、ピストンと、ピストンをタービン等の出力側部材に連結するための弾性連結機構とから構成されている。ピストンは例えば円板状の部材であり、フロントカバーとタービンとの間の空間をフロントカバー側の第1油圧室と、タービン側の第2油圧室とに分割するように配置されている。この結果、ピストンは第1油圧室と第2油圧室の差圧によりフロントカバーに対して接近及び離反可能である。フロントカバーの外周部フロントカバー側には、摩擦フェーシングが張られた摩擦係合部が形成されている。第1油圧室の作動油が内周側にドレンされ第2油圧室の油圧が高くなると、ピストンはフロントカバー側に移動し、摩擦フェーシングがフロントカバー摩擦面に強く圧接される。弾性連結機構は、例えば、ピストンに固定されたドライブ部材と、タービン側に固定されたドリブン部材と、ドライブ部材とドリブン部材との間でトルク伝達可能に配置されたコイルスプリング等の弾性部材とから構成されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
クラッチ連結時には、第1油圧室の作動油は内周側からドレンされ、第2油圧室にトルクコンバータのトーラスから作動油が供給される。この結果、第2油圧室の油圧が第1油圧室の油圧に比べて大きくなり、ピストンがフロントカバー側に移動を開始する。
【0005】
しかし、トルクコンバータ領域における速度比では、トーラス内の流速が速いため、トーラス内に第2油圧室の作動油が吸い込まれる現象が生じることがある。この結果、第2油圧室の油圧が低下し、第1油圧室の油圧より低くあるいは同等になる現象が生じることがある。この場合は、ピストンがフロントカバー側に移動せずロックアップ連結動作が行われないことになる。また、ロックアップ連結がされない状態までにはいかずとも、ロックアップ応答性が低下する。ここでのロックアップ応答性とは、油圧操作開始からピストンの移動開始までの時間、ピストンの移動時間などをいい、これらは短ければ短いほどよい。
【0006】
本発明の目的は、ロックアップ装置を備えたトルクコンバータにおいてロックアップ応答性を向上させることにある。
【0007】
【課題を解決することの手段】
請求項1に記載のトルクコンバータは、エンジンからのトルクを流体によってトランスミッション側に伝達するための装置である。トルクコンバータはフロントカバーとインペラーとタービンとステータとロックアップ装置とを備えている。フロントカバーにはエンジンからのトルクが入力される。インペラーはフロントカバーのトランスミッション側に配置されている。インペラーは、フロントカバーと共に流体室を構成するインペラーシェルと、インペラーシェルの内側に設けられた複数のインペラープレートとを有する。タービンは流体室内においてインペラーのエンジン側に配置されている。タービンは、タービンシェルと、タービンシェルのインペラーに対向する側に設けられた複数のタービンブレードとを有しており、トランスミッションにトルクを出力可能である。ステータは、インペラーとタービンの内周部間に配置され、タービンからインペラーに流れる流体を調整する。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、流体室内の油圧変化によって駆動され、フロントカバーのトルクを機械的にタービンに出力可能な装置である。ロックアップ装置はピストンを含んでいる。ピストンは前記空間をフロントカバー側の第1油圧室とタービン側の第2油圧室とに分割している。ピストンは、フロントカバーに対向する摩擦連結部を有し、第1及び第2油圧室の差圧によって軸方向に駆動され得る。タービンシェルは、タービンブレードが固定された環状部と、ロックアップ連結動作時において第2油圧室からインペラーとタービンとによって囲まれた流体作動室内に作動油が流入するのを抑制するために、環状部外周部から半径方向外側に延びインペラーシェルの内側面に近接するとともに、トルクコンバータの回転軸線に対してほぼ垂直となる、軸方向トランスミッション側を向いた軸方向面を環状に連続して有する突出部とから構成されている。
【0008】
請求項1に記載のトルクコンバータでは、タービンブレードの外周部にインペラーシェルの内側面に近接する突出部が形成されているため、従来に比べて、インペラー、タービン及びステータにより形成されるトーラス空間と、ロックアップ装置が設けられた空間との流体が通過可能な断面積が少なくなっている。このため、ロックアップ装置連結動作時において、第2油圧室からトーラス空間内に作動油が流入しにくい。この結果、第2油圧室の油圧が低下しにくくなり、ロックアップ応答性が向上する。
【0009】
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、突出部はインペラーブレードの最も半径方向外側の縁よりさらに半径方向外側に延びている。
【0010】
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、突出部が環状部から突出している突出量は1mm以上である。
【0011】
請求項4に記載のトルクコンバータでは、請求項1〜3のいずれかにおいて、インペラーシェルは、エンジン側を向く環状の第1内壁面を有している。突出部は第1内壁面に対向する軸方向面を有している。
【0012】
請求項4に記載のトルクコンバータでは、第1内壁面と軸方向面により両面の軸方向間の流路が狭くなっているため、さらにロックアップ連結動作時において第2油圧室からトーラス内に流体が流入しにくい。
【0013】
請求項5に記載のトルクコンバータは、請求項4において、インペラーシェルは第1内壁面の外周側に設けられ内周側を向く環状の第2内壁面をさらに有している。突出部は第2内壁面に対向する外周面を有する。
【0014】
請求項5に記載のトルクコンバータでは、前述の軸方向隙間に加えてその外周側に第2内壁面と外周面とにより両面の半径方向間の流路が狭くなっているため、第2油圧室の流体はさらにトーラス内に流入しにくい。
【0015】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の一実施形態としてのトルクコンバータ1を示している。トルクコンバータ1は車輌に採用される。トルクコンバータ1は、エンジンのクランクシャフト2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エンジンが配置され、図1の右側に図示しないトランスミッションが配置されている。図1のO−Oがトルクコンバータ1の回転軸線である。
【0016】
図1において、トルクコンバータ1は、主に、フレキシブルプレート4とトルクコンバータ本体5とから構成されている。フレキシブルプレート4は、円板状の薄い板材からなり、トルクを伝達するとともにクランクシャフト2から伝達される曲げ振動を吸収するための部材である。フレキシブルプレート4の内周部は複数のボルト10によりクランクシャフト2の先端に固定されている。フロントカバー14の外周部には円周方向に複数のナット11が固定されている。このナット11内に螺合するボルト12がフレキシブルプレート4の外周部をフロントカバー14に固定している。
【0017】
トルクコンバータ本体5は、主に、3種の羽根車(インペラー18,タービン19,ステータ20)からなるトーラス構造の流体作動室Aと、ロックアップ装置7とから構成されている。
【0018】
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4のエンジン側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、軸方向に延びる部材であり、クランクシャフト2の中心孔内に挿入され半径方向に位置決めされている。
【0019】
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16が形成されている。この外周筒状部16の先端にインペラー18のインペラーシェル22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とインペラー18が、内部に作動油(流体)が充填された流体室を形成している。インペラー18は、主に、インペラーシェル22と、インペラーシェル22の内側に固定された複数のインペラーブレード23とから構成されている。インペラーシェル22の内周部にはインペラーハブ24が固定されている。
【0020】
タービン19は流体室内でインペラー18の軸方向エンジン側に配置されている。タービン19は、主に、タービンシェル25と、タービンシェル25のインペラー側の面に固定された複数のタービンブレード26とから構成されている。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により固定されている。タービンハブ27は、内周部がトランスミッション側から延びる図示しないシャフトに相対回転不能に連結している。
【0021】
ステータ20は、タービン19からインペラー18に戻る作動油の流れを調整するための機構である。ステータ20はインペラー18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、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とから構成されている。キャリア29はワンウエイクラッチ32を介して図示しない固定シャフトに支持されている。
【0022】
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14とタービン19との軸方向間の空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44と、ダンパー機構31(弾性連結機構)とから構成されている。ピストン44はフロントカバー14と機械的に連結するためのクラッチ機能を有している。ダンパー機構31は、ピストン44からのトルクをタービンハブ27に伝達するとともに、回転方向捩り振動を吸収・減衰する機能を有している。
【0023】
ピストン44は、円板状の部材であり、その内周縁はタービンハブ27に近接し、外周縁は外周筒状部16に近接している。このようにしてピストン44は、フロントカバー14とタービン19との間の空間をさらに軸方向に分割する機能を有している。ここでは、フロントカバー14とピストン44との間を第1油圧室Bとし、ピストン44とタービン19との間の空間を第2油圧室Cとする。ピストン44は、第1油圧室Bと第2油圧室Cの差圧によって軸方向に移動可能である。すなわち、第1油圧室Bの油圧が第2油圧室Cより低くなると、ピストン44はエンジン側に移動し、フロントカバー14に強く押し付けられる。
【0024】
ピストン44の外周側エンジン側の面には、半径方向に所定の幅を有する環状の摩擦フェーシングが固定されている。フロントカバー14には、摩擦フェーシングに対向する平坦な環状摩擦面が形成されている。ピストン44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が形成されている。この外周筒状部はフロントカバー14の外周筒状部16の内周側に半径方向に僅かな隙間を空けて配置されている。ピストン44の内周縁には軸方向トランスミッション側に延びる内周筒状部が形成されている。この内周筒状部はタービンハブ27の外周面に相対回転及び軸方向移動可能に支持されている。フロントカバー14の内周部とタービンハブ27との間には、図示しない油圧作動機構に第1油圧室Bを連通させるための油路が形成されている。この油路により、第1油圧室B内に内周部から作動油を供給又は作動油をドレンすることが可能である。また、第1油圧室Bは、外周部がクラッチ連結解除状態において第2油圧室Cを介して流体作動室Aに連通している。なお、クラッチ連結状態では第1油圧室Bの外周は第2油圧室C及び流体作動室Aから遮断されている。
【0025】
次に、ダンパー機構31の構造について説明する。ダンパー機構31は、主に、ドライブ側の部材として機能する第1及び第2ドライブプレート45,46と、ドリブン側の部材として機能するドリブンプレート47と、ドライブ部材とドリブン部材とを回転方向に弾性的に連結し、両者が相対回転するとその間で回転方向に圧縮されるばね48とから構成されている。
【0026】
第1ドライブプレート45は円板状の部材であり、外周部が複数のリベットによりピストン44に固定されている。第1ドライブプレート45は半径方向中間部及び内周部がピストン44の半径方向中間部から軸方向トランスミッション側に間隔を空けて配置されている。第2ドライブプレート46は、ピストン44の半径方向中間部と第1ドライブプレート45との間に配置されている。第2ドライブプレート46は複数のリベット50によりピストン44に固定されている。第1及び第2ドライブプレート45,46には、後述するばね48の円周方向両端を支持するための支持部が形成されている。ドリブンプレート47は円板状の部材であり、第1及び第2ドライブプレート45,46の軸方向間に配置されている。ドリブンプレート47には、第1及び第2ドライブプレート45,46の支持部に対応する窓孔が形成されている。この窓孔及び第1及び第2支持部内にばね48が配置されている。ばね48は円周方向に延びるコイル状のトーションスプリングである。ばね48の円周方向両端は、窓孔及び第1及び第2支持部の円周方向端部に支持されている。ドリブンプレート47の内周部には、軸方向トランスミッション側に延びる筒状部が形成されている。筒状部の内周面は、タービンハブ27の外周面に相対回転不能にかつ軸方向移動可能に係合している。
【0027】
次に、図2を用いて本発明の特徴について詳細に説明する。インペラー18の外周部とタービン19の外周部は互いに接近している。言い換えると、インペラー18の出口とタービン19の入口とは軸方向に互いに近接して配置されている。流体作動室Aは、インペラー18出口とタービン19入口の隙間、さらにはインペラーシェル22とタービンシェル25との間を介して、第2油圧室Cに連通している。インペラーシェル22はインペラーブレード23の最外周部分からさらに軸方向エンジン側に延び、タービンシェル25の外周側を覆い、先端がフロントカバー14の外周筒状部に固定されている。
【0028】
タービンブレード26の半径方向外側縁は、インペラーブレード23の半径方向外側縁及びインペラーシェル22のインペラーブレード23からさらに軸方向エンジン側に延びる部分に近接している。タービンブレード26の外周縁には、半径方向外側に突出する突出部61が形成されている。突出部61とは、タービンブレード26においてタービンブレード26の入口端面に沿うように半径方向外側に延びている部分である。突出部61はその内周側の弧状に湾曲した部分から外周側に延びるフランジ形状である。すなわち、タービンシェル25は、タービンブレード26の背面に沿った湾曲形状断面を有する環状部60と、環状部60の外周に形成されたフランジとしての突出部61とから構成されている。突出部61は環状に連続しており、図2に示す断面ではトルクコンバータ1の回転軸線に対してほぼ垂直となる、軸方向トランスミッション側を向いた軸方向面62を有している。軸方向面62はタービンブレード26の入口端面とほぼ平行になっている。この突出部61により、インペラーシェル22とタービンブレード26との間の環状の隙間の流路面積が小さくなっている。このため、ロックアップ連結動作時において第2油圧室Cから流体作動室A内に作動油が流入しにくくなっている。突出部61は、その内周側の環状部60の外周部からTだけ半径方向外側に突出している。突出量Tはタービンシェル25の最外周面すなわちタービンシェル25の背面において最も半径方向外側に位置する部分と先端との間で計られる。この突出量Tは1mm以上あることが好ましい。突出部61は、当然のことながら、タービンブレード26よりさらに半径方向外側に位置し、タービンブレード26の最も半径方向外側の部分(この実施形態では図2においてはタービンブレード26の最外周部にある爪26a)よりさらに半径方向外側に延びている。
【0029】
インペラーシェル22においてインペラーブレード23の半径方向外側縁に接触する部分Dとする。この部分Dからさらに延びる部分は、インペラーブレード23ののシェル側面に沿った部分より内径の大きい筒状部分71を有している。筒状部分71は部分Dから半径方向に延びる環状の中間部72から連続して形成されている。筒状部分71は流体室内側において内周側すなわちタービン19側を向く内周面77(第1内壁面)を形成している。中間部72は流体室内側において軸方向エンジン側を向く軸方向面76(第2内壁面)を形成している。
【0030】
突出部61とインペラーシェル22の前述の構造との関係及び両者による相乗効果を説明する。突出部61の軸方向トランスミッション側の主面である軸方向面62は、軸方向面76に対して軸方向に間隔をあけて対向している。軸方向面62と軸方向面76との間の軸方向隙間S1は5mm以下であることが好ましい。突出部61の外周面63は、インペラーシェル22の内周面77に対して半径方向に間隔をあけて対向している。この半径方向隙間S2は例えば5mm以下であることが好ましい。このように、隙間S1,S2が連続して設けられており、第2油圧室C内の作動油が流体作動室A内に流入しにくくなっている。特に、第2油圧室Cから軸方向に流れる作動油は隙間S2を通った後に軸方向面76に衝突する。次に作動油は、流体作動室A内に流入するには、半径方向内側に向かってすなわち遠心力に逆らいながら隙間S1を流れる必要がある。このように、突出部61及びインペラーシェル22の形状の組み合わせによって第2油圧室C内の作動油が流体作動室A内にさらに流入しにくい。
【0031】
次に、動作について説明する。トルクコンバータ作動領域では、図示しない油圧作動機構から第1油圧室B内に作動油が供給され、この作動油は半径方向外方に移動し、さらにピストン44の摩擦部付近を通って第2油圧室Cに移動し、さらに突出部61とインペラーシェル22との間を通って流体作動室A内に流入する。この状態では第1油圧室Bの油圧が第2油圧室Cの油圧より高いため、ピストン44及びダンパー機構31は軸方向トランスミッション側に移動している。すなわち、ピストン44の摩擦フェーシングはフロントカバー14の摩擦面から軸方向に離れた状態を保っている。
【0032】
続いて、クラッチ連結時においては、図示しない作動油圧機構が第1油圧室B内の作動油を内周側からドレンする。これにより、第1油圧室Bの油圧が第2油圧室Cの油圧より低くなり、ピストン44及びダンパー機構31が軸方向エンジン側に移動する。この結果、ピストン44の摩擦フェーシングがフロントカバー14に強く押し付けられクラッチ連結される。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にトルクが出力され、トルクはさらに図示しないトランスミッションメインドライブシャフトに出力される。
【0033】
以上のロックアップ連結動作中に、従来であればトルクコンバータの作動領域などの速度比において、トーラス(流体作動室A)内の流速が早いため、第2油圧室C内の作動油が流体作動室A内に流入しようとする。しかし、本発明における実施形態では、タービンシェル25に形成された突出部61によって、第2油圧室C内の作動油が流体作動室A内に流入しにくくなっており、また流入量が低減する。この結果、第2油圧室C内の油圧低下が防がれ、第2油圧室Cが第1油圧室Bに比べて確実に油圧が大きくなる。この結果、ピストン44は確実にしかも速やかにフロントカバー14側に移動を行う。すなわちロックアップ装置7においてロックアップ応答性が良好である。
【0034】
以上の結果、ロックアップ装置7が作動可能な速度比領域を広げることができる。本発明に係るタービンシェルの突出部は、この発明の実施の形態に記述された種類のトルクコンバータやロックアップ装置以外にも採用できる。
【0035】
【発明の効果】
請求項1に記載のトルクコンバータでは、タービンブレードの外周部にインペラーシェルの内側面に近接する突出部が形成されているため、ロックアップ装置連結動作時において、第2油圧室からトーラス空間内に作動油が流れにくく、この結果ロックアップ応答性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態としてのトルクコンバータの縦断面概略図。
【図2】 図1の部分拡大図。
【符号の説明】
1 トルクコンバータ
7 ロックアップ装置
14 フロントカバー
18 インペラー
19 タービン
20 ステータ
44 ピストン
31 ダンパー機構
25 タービンシェル
26 タービンブレード
60 環状部
61 突出部
62 軸方向面
63 外周面
71 筒状部
72 中間部
76 軸方向面
77 内周面
Claims (5)
- エンジンからのトルクを流体によってトランスミッション側に伝達するためのトルクコンバータであって、
前記エンジンからの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のトランスミッション側に配置され、前記フロントカバーとともに流体室を構成するインペラーシェルと、前記インペラーシェルの内側に設けられた複数のインペラーブレードとを有するインペラーと、
前記流体室内において前記インペラーのエンジン側に配置され、タービンシェルと、前記タービンシェルの前記インペラーに対向する側に設けられた複数のタービンブレードとを有し、前記トランスミッションにトルクを出力可能なタービンと、
前記インペラーとタービンの内周部間に配置され、前記タービンから前記インペラーに流れる流体を調整するためのステータと、
前記フロントカバーと前記タービンとの間の空間に配置され、前記流体室内の油圧変化によって駆動され、前記フロントカバーのトルクを機械的に前記タービンに出力可能な装置であり、前記空間を前記フロントカバー側の第1油圧室と前記タービン側の第2油圧室とに分割し、前記フロントカバーに対向する摩擦連結部を有し、前記第1及び第2油圧室の差圧によって軸方向に駆動され得るピストンを含むロックアップ装置とを備え、
前記タービンシェルは、前記タービンブレードが固定された環状部と、ロックアップ連結動作時において前記第2油圧室から前記インペラーと前記タービンとによって囲まれた流体作動室内に作動油が流入するのを抑制するために、前記環状部外周部から半径方向外側に延び前記インペラーシェルの内側面に近接するとともに、トルクコンバータの回転軸線に対してほぼ垂直となる、軸方向トランスミッション側を向いた軸方向面を環状に連続して有する突出部とから構成されている、トルクコンバータ。 - 前記突出部は、前記インペラーブレードの最も半径方向外側の縁よりさらに半径方向外側に延びている、請求項1に記載のトルクコンバータ。
- 前記突出部が前記環状部から突出している突出量は1mm以上である、請求項1又は2に記載のトルクコンバータ。
- 前記インペラーシェルは、前記エンジン側を向く環状の第1内壁面を有し、前記突出部は前記第1内壁面に対向する軸方向面を有している、請求項1〜3のいずれかに記載のトルクコンバータ。
- 前記インペラーシェルは前記第1内壁面の外周側に設けられ内周側を向く環状の第2内壁面をさらに有し、
前記突出部は前記第2内壁面に対向する外周面を有する、請求項4に記載のトルクコンバータ。
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