JP5538408B2 - 流体力学的なトルクコンバータ - Google Patents

Description

本発明は、ポンプホイールと、タービンホイールと、コンバータロックアップクラッチと、ねじり振動ダンパと、ねじり振動動吸振器とを備えた流体力学的なトルクコンバータに関する。

上記トルクコンバータは自動車のパワートレインにおいて公知になっており、有利には内燃機関と変速機との間に配置されている。自動車を発進させるために、有利にはトルクを増幅させるコンバータ機能が利用される。これによりトルクは、内燃機関によって駆動されるハウジングからポンプホイールを介して案内される。このポンプホイールはタービンホイールを駆動する。このタービンホイールは、ガイドホイールに支持されてトルクを増幅させるために出力部を介してトルクを変速機の変速機入力軸に伝達する。回転数が高い場合、コンバータロックアップクラッチは閉鎖されるので、コンバータ構成要素のロックアップ状態において、トルクはハウジングから直接的に出力部を介して変速機入力軸に伝達される。つまり、回転数が高い場合にはコンバータ構成要素の効率低下は排除される。

慣用の内燃機関、特に４気筒ディーゼルエンジンは、高い回転不整合性を有しており、トルクコンバータのハウジング内にはねじり振動ダンパが設けられている。このねじり振動ダンパは、コンバータロックアップクラッチが閉鎖されている場合、ハウジングと出力部との間に、及び／又はコンバータロックアップクラッチが開放している場合にはタービンホイールとトルクコンバータの出力部との間に有効に配置されていてよい。公知の形式におけるねじり振動ダンパとは、例えば外周に亘って配置されたエネルギ貯蔵器の作用に抗して制限されて互いに回動可能である入力部と出力部とを備えたアッセンブリのことと理解することができる。このようなねじり振動ダンパは、互いに直列に及び／又は並列に配置されている複数のダンパ段を有していてよい。

内燃機関のねじり振動の振動遮断を改良するために、トルクコンバータのハウジングにおいて遠心振り子を使用することが公知になっている。遠心振り子はねじり振動ダンパと相俟ってハウジング内に有効に組み込まれていてもよい。減衰ユニットのこのようなアッセンブリでは、遠心振り子の振り子重量体の衝突が発生することがあるので、上記形式の内燃機関においては依然として十分ではない。したがって内燃機関の大きな旋回角を伴う特に低い回転数時の遠心振り子の設計は困難である。振り子重量体又は振り子質量体の衝突は、特に自動車のパワートレインの不快に知覚されるハミング雑音をもたらす。

したがって本発明の目的は、例えば遠心振り子の揺動角を縮小可能にすることで、遠心振り子が振り子衝突しないか又はほとんどしないか、若しくはこの条件のままで遠心振り子の設計が単純化されている、適切な振動遮断部を備えたトルクコンバータを提供することである。

上記目的は、ポンプホイールによって駆動される、出力部に接続されたタービンホイールとハウジングとを備えた流体力学的なトルクコンバータであって、ハウジングに複数のダンパ段及びねじり振動動吸振器を備えたねじり振動ダンパと、ハウジング及び出力部を接続するコンバータロックアップクラッチとが付加的に収納されている流体力学的なトルクコンバータにより達成される。本構成において、ねじり振動動吸振器はタービンホイールに接続されており、遠心振り子とタービン動吸振器とから形成されている。ねじり振動動吸振器をタービン動吸振器と遠心振り子とに分けることにより振動遮断は改良される。本構成において、タービン動吸振器をトルク経路において遠心振り子の上流側に接続することで、遠心振り子の揺動角を小さく調整することができ、ひいてはほとんど手間をかけずに調整することができる。したがって例えば、振り子質量体を支持するディスク部に対する振り子質量体の揺動角を４０°よりも小さく設定することができ、振り子質量体はパワートレインの通常の運転条件下において、例えば４気筒ディーゼルエンジンと相俟ってディスク部に衝突することはない。

コンバータロックアップクラッチに配設されているクラッチダンパ及びタービンホイールに配設されているタービンダンパから形成することができるねじり振動ダンパとねじり振動動吸振器とから成るねじり振動遮断ユニットは、個々の構成要素にコンバータロックアップクラッチの運転状態に基づいた多重機能が設けられているように設計することができる。例えばねじり振動ダンパのダンパ段といったダンパエレメントを、ポンプホイール及びタービンホイールといったコンバータ構成要素を介してトルク経路に、つまりコンバータロックアップクラッチを介してトルク経路に配設することができる。さらにタービン動吸振器はコンバータロックアップクラッチの運転形式に応じて、単に純粋な動吸振器又は振動ダンパとして構成されていてよい。例えばタービン動吸振器はコンバータロックアップクラッチが閉鎖されている場合には動吸振器として作動し、この構成において、タービンホイールはタービン動吸振器の吸振器質量体を形成する。コンバータロックアップクラッチが開放されている場合、タービン動吸振器は、タービンホイールと出力部との間で有効なタービンダンパのダンパ段を形成する。

さらにコンバータロックアップクラッチに配設されているクラッチダンパは、二段式に形成されていてよい。有利には、クラッチダンパの一方のダンパ段は、コンバータロックアップクラッチが開放されている場合にはタービンダンパに配設することができるので、クラッチダンパとタービンダンパとによって一緒に利用される。このためにクラッチダンパは２つのダンパ段に共通の介在部を有している。さらにこの介在部は、タービン動吸振器のフランジ部に相対回動不能に接続されていてよい。この構成において、ねじり振動ダンパの機能を発揮するために、タービン動吸振器には、エネルギ貯蔵器の作用に抗してフランジ部に対して制限されて回動可能な対応ディスク部が備え付けられている。この対応ディスク部自体はタービンホイールに相対回動不能に結合されている。コンバータロックアップクラッチが開放している場合、ハウジングにかかっている、内燃機関から提供されるトルクはポンプホイールを介してタービンホイールに伝わる。タービン動吸振器は、第１のダンパ段として働き、対応ディスク部とエネルギ貯蔵器とを介してトルクを介在部に導き、この介在部からクラッチダンパの第２のダンパ段を介してトルクコンバータの出力部に導く。この出力部からトルクは変速機入力軸に導入される。遠心振り子はそのディスク部を介してタービンホイールに対して相対回動不能に配設されており、この接続状態において唯一のねじり振動動吸振器として作用する。

コンバータロックアップクラッチが閉鎖されている状態において、トルクはハウジングからコンバータロックアップクラッチを介してねじり振動ダンパの第１のダンパ段へ導入され、第１のダンパ段から出力部及び変速機入力軸に導入される。２つのダンパ段の介在部とタービン動吸振器との接合により、タービン動吸振器はそのフランジ部を介してクラッチダンパに連結される。対応ディスク部を介して接合されているタービンホイールは吸振器質量体として働く。さらに特にタービンホイールの翼配列の流体力学的な効果は、付加的な慣性モーメントを追加することができる。有利にはタービンホイールに連結されている遠心振り子は、タービン動吸振器により未だに吸振されていない揺動角にのみさらされており、小さな揺動角に合わせて適切に設計することができる。

有利な構成においてはトルクコンバータの出力部が設けられている。この出力部は変速機の変速機入力軸に相対回動不能に接続されている。出力部、例えばいわゆる変速機入力軸と歯列係合しているダンパハブに、クラッチダンパの入力部とタービンハブとが回動可能に収容されており、ねじり振動ダンパの出力部は相対回動不能に収容されている。有利にはねじり振動ダンパの出力部とトルクコンバータの出力部とは一体に形成されていて、例えば焼結方法又は鍛造方法を介して製造される。タービンハブはこの構成において、対応ディスク部と、タービンホイールと、振り子質量体を支持する遠心振り子のディスク部とをタービンハブに相対回動不能に収容する。タービンハブには半径方向に突出している、環状のフランジが設けられていてよい。このフランジに、対応ディスク部と、タービンハブと、ディスク部とが、有利には共通のリベット又は他の取付け手段により収容されている。

有利には、フランジ部と対応ディスク部との間に、例えばフランジ部と対応ディスク部との間に緊張されている皿ばねの形式の摩擦装置が設けられていてよい。

機能モデルの概略図である。 種々異なるねじり振動遮断ユニットの振動遮断を示すグラフである。 流体力学的なトルクコンバータの一部を示す断面図である。

本発明を、図１〜３に記載の実施の形態及び機能に基づいて詳細に説明する。

図１に、流体力学的なトルクコンバータ１を備えた自動車におけるパワートレイン１００の機能モデルを概略的に示す。流体力学的なトルクコンバータ１は内燃機関２、例えば４気筒ディーゼルエンジンによって駆動され、内燃機関２によって導かれ場合によっては変換されるトルクを、出力部３を介して変速機４に設けられている変速機入力軸５に伝達する。自動マニュアル変速機、変速段オートマチック又はトロイダル式又は巻掛け手段式変速機といった連続的に調整可能な変速機であってよい変速機４において、自動車の走行状態に応じて変速比が制御され、駆動モーメントはディファレンシャル６を介して少なくとも１つの駆動ホイール７に伝達される。

本発明においてトルクコンバータ１は発進・トルク伝達エレメントとして働き、内燃機関２から伝達されるねじり振動を伴うトルクを伝達するために２つのトルク経路を有している。一方のトルク経路は流体力学的な伝達により、ポンプホイール８と、このポンプホイール８に作業流体によって連結されているタービンホイール９とを介して案内される。図１においてタービン質量体１０はタービンホイール９に概略的に配設されている。タービン質量体１０に遠心振り子１１が配置されている。タービン質量体１０若しくはタービンホイール９と介在部１２との間には、エネルギ貯蔵器１３と摩擦装置１４とが配置されている。エネルギ貯蔵器１３と摩擦装置１４とは、介在部１２に対するタービンホイール９の相対回動時に有効である。介在部１２、つまりエネルギ貯蔵器１５と出力部１６とを備えたダンパ段１７の入力部を介して、トルクは出力部１６からトルクコンバータ１の出力部３に伝達される。

第２のトルク経路はコンバータロックアップクラッチ１８を介して形成される。このコンバータロックアップクラッチ１８の下流側に、直接的に若しくはトルクコンバータ１のハウジング（図示せず）を介して、２つのダンパ段１７，２０を備えたねじり振動ダンパ１９が接続されている。トルクはねじり振動ダンパ１９の入力部２１から、介在部１２により形成される出力部を有する第１のダンパ段のエネルギ貯蔵器２２と、第２のダンパ段１７と、出力部３とを介して変速機入力軸５に伝わる。

ねじり振動ダンパ１９とねじり振動動吸振器３０とから成る、内燃機関２からもたらされるねじり振動を減衰するためのねじり振動遮断ユニット２３の機能は、２つのトルク経路を介するトルクフローに基づき異なって行われる。コンバータロックアップクラッチ１８が開放している場合、タービン動吸振器２４は、このタービン動吸振器２４を介して伝わるトルクフローに基づきタービンダンパ段２５として有効である。タービンホイール９と入力部と介在部１２とは、これらのダンパ段の出力部を形成し、二段式のタービンダンパ２６を形成するようにしてタービンダンパ段２５の下流側にダンパ段１７が接続されている。ディスク部２８と、このディスク部２８に対して回動方向に制限されて移動可能な振り子質量体２９とを備えた遠心振り子１１は、タービンホイール９に配設されており、ねじり振動動吸振器３０の唯一の構成要素として作用する。ダンパ段２０はコンバータ運転中には機能しない。コンバータ運転中にトルクを高めるために、ポンプホイール８とタービンホイール９との間に配置されているガイドホイール（図示せず）が有効に設けられていてよい。

コンバータロックアップクラッチ１８が閉鎖されている場合、直列に互いに配置された２つのダンパ段１７，２０はクラッチダンパ３１として有効である。タービンホイール９は、タービン質量体１０及び作業液に対する粘性モーメントによりもたらされる慣性モーメントを除いて自由に回動可能であるので、タービンダンパ段２５の効果は発揮されない。これにより、介在部１２と回動連結されている対応ディスク部３１の機能は、タービン質量体１０に連結されているエネルギ貯蔵器１３と、タービン動吸振器２４における摩擦装置１４とに関連して変化する。タービン動吸振器２４は、コンバータロックアップクラッチ１８が閉鎖している場合、タービン質量体１０に連結されている遠心振り子１１と相俟って、２つの部分から成るねじり振動動吸振器３０を形成する。

図２には、トルクコンバータ内に配置された種々異なるねじり振動遮断ユニットの、ディファレンシャル６において読み取られる曲線３２，３３を示す。これらの曲線３２，３３は夫々、回転数ｎと残留する回転不整合性ΔＭとの関係を表す。記号（○）が付された曲線３２は、トルクコンバータを備えた４気筒ディーゼルエンジンを備えたパワートレインの回転不整合性を示す。曲線３２において遠心振り子は有効であり接続されたタービン動吸振器は用いられない。約１０００／分の回転数範囲における内燃機関の広幅な揺動角により、遠心振り子の振り子質量体はディスク部に衝突し、自動車のボデーを介して増幅されることがある、ディファレンシャルにおいて知覚されるハミング雑音として聞こえる騒音を引き起こす。振り子質量体の衝突を回避することができる揺動角を遠心振り子に設定することは、例えば相応に厳格な公差に関する調整及び製造の理由から、技術的に大きな手間がかかりかつ合理的ではない。

図１の装置における曲線３３に記号（×）を付して示す。４０°よりも小さな範囲における振り子質量体の小さな揺動角にもかかわらず曲線３３の均一の延在に亘って、著しく突出する、ディスク部と振り子質量体との接触を示すピークは発生しない。したがってタービン動吸振器２４（図１）が、大きな振幅を伴う揺動角を排除することができるので、遠心振り子を小さな揺動角を吸振するために設計することができる。

図３に、図１のトルクコンバータ１の構造的に有利な実施の形態を示す。トルクコンバータ１は、内燃機関によって駆動されるハウジング３４内に収納されている。ハウジング３４においてポンプホイール８は図示のように直接的に連結されているか、又は、別の実施の形態においては、分離クラッチを介して接続可能である。ポンプホイール８はタービンホイール９を駆動する。ポンプホイール８とタービンホイール９との間には、フリーホイール３６を介して変速機のハウジングに固定されているガイドホイール用管片（図示せず）に収容されているガイドホイール３５が配置さている。

タービンホイール９はリベット３７によってタービンハブ３８に収容されている。リベット３７によって振り子質量体２９を備えた遠心振り子１１のディスク部２８と、エネルギ貯蔵器１３を収容する半径方向外側において互いにリベット留めされている２つの金属薄板部から形成された対応ディスク部３１とが、タービンハブ３６に相対回動不能に収容されている。タービン動吸振器２４は、タービンホイール９に接続されて、エネルギ貯蔵器１３を一方で加圧する対応ディスク部３１と、エネルギ貯蔵器１３を他方で加圧するフランジ部３９と、対応ディスク部３１及びフランジ部３９の間に緊張されている皿ばねにより形成されている、対応ディスク部３１及びフランジ部３９の間において有効な摩擦装置１４とにより形成されている。

コンバータロックアップクラッチ１８は、図示の実施の形態において、ディスクパッケージ４０により形成されている。ディスクパッケージ４０はロックアップクラッチ１８が閉鎖されている場合、ハウジング３４に加わるトルクを、ねじり振動ダンパ１９の入力部２１にリベット等により不動に結合されたディスク支持体４１に伝達する。ねじり振動ダンパ１９は二段式にダンパ段１７，２０を備えて形成されている。２つのダンパ段１７，２０の間には介在部１２が配置されている。この介在部１２はエネルギ貯蔵器１５，２２を夫々入力側若しくは出力側において加圧する。第２のダンパ段１７のエネルギ貯蔵器１５は、ねじり振動ダンパ１９の出力部１６の出力側において加圧される。ねじり振動ダンパ１９の出力部１６は、出力部３と一体に形成されている。出力部３は、本実施の形態においては図示されていない変速機入力軸と歯列係合しており、タービンハブ３８を制限して回動可能に収容する。

提案した構成を変更することなく、図３に記載のトルクコンバータ１の構成スペースに関するさらに有利な最適化を達成することができるということは自明である。例えばエネルギ貯蔵器１３を、タービンハブ３８とのリベット留め部の半径方向外側の領域で軸線方向に引き込まれたタービンホイール９のドーナツ形の環状空間の構成スペースを適切に利用して収納することができる。ディスク部２８とタービン動吸振器２４の構成部材とは適切に調整される。

図１のトルクコンバータ１の機能は、図１の概略図に基づいて詳細に説明し、少なくとも図３に示したトルクコンバータ１に実質的に適用可能である。この図３に示したトルクコンバータ１は単に構造について詳細に記載した実施の形態であり、この点において図１のトルクコンバータ１とは異なる。

１ 流体力学的なトルクコンバータ、 ２ 内燃機関、 ３ 出力部、 ４ 変速機、 ５ 変速機入力軸、 ６ ディファレンシャル、 ７ 駆動ホイール、 ８ ポンプホイール、 ９ タービンホイール、 １０ タービン質量体、 １１ 遠心振り子、 １２ 介在部、 １３ エネルギ貯蔵器、 １４ 摩擦装置、 １５ エネルギ貯蔵器、 １６ 出力部、 １７ ダンパ段、 １８ コンバータロックアップクラッチ、 １９ ねじり振動ダンパ、 ２０ ダンパ段、 ２１ 入力部、 ２２ エネルギ貯蔵器、 ２３ ねじり振動遮断ユニット、 ２４ タービン動吸振器、 ２５ タービンダンパ段、 ２６ タービンダンパ、 ２７ クラッチダンパ、 ２８ ディスク部、 ２９ 振り子質量体、 ３０ ねじり振動動吸振器、 ３１ 対応ディスク部、 ３２ 曲線、 ３３ 曲線、 ３４ ハウジング、 ３５ ステータ、 ３６ フリーホイール、 ３７ リベット、 ３８ タービンハブ、 ３９ フランジ部、 ４０ ディスクパッケージ、 ４１ ディスク支持体、 １００ パワートレイン、 ΔＭ 回転不整合性、 ｎ 回転数

Claims (8)

1. 流体力学的なトルクコンバータ（１）であって、
   ポンプホイール（８）によって駆動される、出力部（３）に接続されたタービンホイール（９）と、内燃機関（２）によって駆動されるハウジング（３４）とを備えており、
   該ハウジング（３４）内に、クラッチダンパ（２７）の複数のダンパ段（１７，２０）及びねじり振動動吸振器（３０）を有するねじり振動ダンパ（１９）と、前記ハウジング（３４）及び前記出力部（３）を接続するコンバータロックアップクラッチ（１８）とが付加的に収納されている、流体力学的なトルクコンバータにおいて、
   前記コンバータロックアップクラッチ（１８）は、前記ハウジング（３４）及び前記ダンパ段（１７，２０）の間のトルク経路に配置されており、
   前記ねじり振動動吸振器（３０）は、前記タービンホイール（９）及び前記ダンパ段（１７，２０）の間のトルク経路に配置されており、かつ、遠心振り子（１１）とタービン動吸振器（２４）とから形成されており、
   前記コンバータロックアップクラッチ（１８）が閉鎖している場合のトルク経路において、前記タービン動吸振器（２４）は前記遠心振り子（１１）の上流側に接続されており、
   前記コンバータロックアップクラッチ（１８）が閉鎖している場合、前記タービンホイール（９）は前記タービン動吸振器（２４）の吸振器質量体（１０）を形成し、前記コンバータロックアップクラッチ（１８）が開放している場合、前記タービン動吸振器（２４）はタービンダンパ（２６）のタービンダンパ段（２５）を形成することを特徴とする、流体力学的なトルクコンバータ。
2. 前記コンバータロックアップクラッチ（１８）に接続されている前記クラッチダンパ（２７）が二段式に構成されていることを特徴とする、請求項１記載の流体力学的なトルクコンバータ。
3. 一方のダンパ段（１７）を前記クラッチダンパ（２７）及び前記タービンダンパ（２６）が共通に使用することを特徴とする、請求項２記載の流体力学的なトルクコンバータ。
4. 前記クラッチダンパ（２７）は前記２つのダンパ段（１７，２０）に共通の介在部（１２）を有しており、該介在部（１２）に前記タービン動吸振器（２４）のフランジ部（３９）が相対回動不能に接続されていることを特徴とする、請求項２又は３記載の流体力学的なトルクコンバータ。
5. 前記フランジ部（３９）に対応して設けられた対応ディスク部（３１）を有し、
   該対応ディスク部（３１）及び前記フランジ部（３９）の間に配置されたエネルギ貯蔵器（１３）を有し、
   前記対応ディスク部は、前記エネルギ貯蔵器（１３）の作用に抗して、前記フランジ部（３９）に対して制限されて回動可能であり、前記タービンホイール（９）と相対回動不能に接続されていることを特徴とする、請求項４記載の流体力学的なトルクコンバータ。
6. 前記対応ディスク部（３１）と、前記タービンホイール（９）と、遠心振り子（１１）のディスク部（２８）とは、タービンハブ（３８）に相対回動不能に収容されていることを特徴とする、請求項５記載の流体力学的なトルクコンバータ。
7. 前記トルクコンバータ（１）の出力部（３）は、変速機（４）の変速機入力軸（５）に相対回動不能に接続されており、前記出力部（３）に前記クラッチダンパ（２７）の入力部（２１）とタービンハブ（３８）とが回動可能に収容されており、かつ、前記ねじり振動ダンパ（１９）の出力部（１６）が相対回動不能に収容されていることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか一項記載の流体力学的なトルクコンバータ。
8. 前記ねじり振動ダンパ（１９）の出力部（１６）と、前記トルクコンバータ（１）の出力部（３）とは一体に形成されていることを特徴とする、請求項７記載の流体力学的なトルクコンバータ。

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