JP3651751B2 - トルクコンバータ - Google Patents

Description

【０００１】
【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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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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