JP6463752B2 - 軸方向に可動なタービンに予荷重をかける弾性エレメントを有するトルクコンバータ - Google Patents

Description

本願は、２０１３年７月２３日に出願された米国仮特許出願第６１／８５７４９８号の利益を請求し、この出願は、引用により本明細書に組み込まれる。

本開示は、トルクコンバータの駆動アセンブリに関し、特にトルクコンバータのタービンシェルに予荷重をかけることに関する。

米国特許第５７７１９９８号明細書は、中実のストッパと、係合中にピストンによって圧縮されるばねとに組み付けられたトルクコンバータを示している。

トルクコンバータが提供される。トルクコンバータは、インペラと、インペラに向かっておよびインペラから離反するように軸方向に可動なタービンと、タービンに接続されたダンパとを有し、ダンパは、無圧力条件においてタービンをインペラに対して押し付ける弾性エレメントを有する。

トルクコンバータの複数の実施の形態は、以下の有利な特徴のうちの１つまたは複数を含んでもよい。

トルクコンバータは、さらに、タービンに接続された駆動タブを有してもよく、駆動タブはタービンをダンパに回転可能に接続する。駆動タブは、ダンパのばねに係合してもよい。トルクコンバータは、さらに、エンジンに接続するためのフロントカバーを有してもよく、ダンパは、フロントカバーに摺動可能に係合するためのスラスト面を有してもよい。タービンの第１の側はインペラに面し、タービンの第２の側はダンパに面し、弾性エレメントは、タービンの第１の側における圧力がダンパの第２の側における圧力を所定の大きさだけ超過するとインペラから離反させられるように設計されていてもよい。弾性エレメントは、タービンの第１の側における圧力がダンパの第２の側における圧力を所定の大きさだけ超過すると圧縮されてもよい。タービンは、摩擦面を有するタービンシェルを有してもよく、摩擦面は、無圧力条件においてインペラに接触していてもよい。タービンシェルは、丸みづけられた部分と、丸みづけられた部分から突出する外側半径方向延長部とを有してもよく、摩擦材料は、摩擦面を形成するように外側半径方向延長部に取り付けられていてもよい。インペラのシェルは、トルクコンバータのリヤカバーから形成されてもよく、タービンシェルの摩擦面は、無圧力条件においてリヤカバーと接触してもよい。トルクコンバータは、さらに、リヤカバーを有してもよく、タービンシェルは、無圧力条件においてインペラをリヤカバーへ押し付けてもよい。ダンパは、ばねリテーナを含んでもよく、弾性エレメントは、ばねリテーナに形成されていてもよい。ダンパは、カバープレートを含んでもよく、弾性エレメントは、カバープレートに形成されていてもよい。弾性エレメントは、少なくとも１つのフレキシブルなフィンガによって形成されてもよい。

トルクコンバータを形成する方法も提供される。この方法は、弾性エレメントを有するようにダンパを形成し、ダンパをフロントカバー内に提供し、無圧力条件において弾性エレメントがタービンをインペラに係合させるようにダンパとインペラとの間に軸方向に可動なタービンを提供することを含む。

本方法の複数の実施の形態は、以下の有利な特徴のうちの１つまたは複数を含んでもよい。

ダンパとインペラとの間にタービンを提供することは、フロントカバーの軸方向延長部の半径方向内側にリヤカバーの軸方向延長部を提供することによってフロントカバーをリヤカバーに接続することを含んでもよい。フロントカバーをリヤカバーに接続することは、さらに、リヤカバーの軸方向延長部をフロントカバーの軸方向延長部に溶接することをさらに含んでもよい。ダンパを形成することは、ダンパにスラスト面を形成することを含んでもよく、ダンパを提供することは、フロントカバーをスラスト面と接触させることを含んでもよい。方法は、さらに、駆動タブをタービンに接続することを含んでもよく、ダンパとインペラとの間にタービンを提供することは、駆動タブが周方向でダンパに係合するように駆動タブを提供してもよい。方法はさらに、タービンに摩擦面を提供することを含んでもよく、摩擦面は、無圧力条件においてインペラと係合してもよい。インペラのシェルは、トルクコンバータのリヤカバーによって形成されてもよく、弾性エレメントは、無圧力条件においてタービンをインペラシェルに係合させてもよい。

以下の図面を参照して、本発明を以下で説明する。

本発明の１つの実施の形態に係るトルクコンバータを示す図である。 図１に示されたトルクコンバータのダンパの予荷重フィンガの図を示している。 図１に示されたトルクコンバータのダンパの予荷重フィンガの図を示している。 本発明の第２の実施の形態に係るトルクコンバータを示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係るトルクコンバータを示す図である。 本発明の第４の実施の形態に係るトルクコンバータを示す図である。

本開示は、固体ストップ（リフトオフ制御なし）において嵌合させられたインペラとフロントカバーとを有するトルクコンバータを提供する。すなわち、インペラリム半径方向壁部がフロントカバー半径方向壁部と接触するまで、インペラのリムが、対応するフロントカバーリム内へ取り付けられる。次いで、２つの構成部材が溶接によって固定される。可動な弾性エレメントは、無圧力条件においてタービンクラッチがインペラと係合させられるように、公差を吸収する。言い換えれば、トルクコンバータは、トルクコンバータクラッチリフトオフを有することなく組み立てられる。解放圧力を増大させることにより、タービンクラッチはインペラから離反するように押し付けられ、さらに、ばねエレメントを圧縮する。

トルクコンバータがタービンシェルをピストンプレートとして使用する結果、クラッチはタービンスラストを受ける。惰走条件（タービンがインペラよりも高速で回転する）において、タービンスラストはエンジンに向かって方向付けられ、クラッチを係合解除する。このようなトルクコンバータでは、トルクコンバータ閉鎖溶接がフロントカバーとインペラとの間に固体を積層させる場合、トルクコンバータクラッチのリフトオフを制御するためにインペラシェルとフロントカバーシェルとの間に高さ調節シムを使用する必要があることがある。すなわち、惰走条件ではスラスト力がクラッチを押し付けて係合解除させるので、摩擦面における流れ間隙を最小化するためにコンバータアセンブリにシムを提供する必要がある場合がある。これにより、クラッチをつなぐための十分な圧力が得られる。シムがないと、通常は切られているクラッチのための構成部材公差のために、トルクコンバータが固体ストップに組み付けられたときに摩擦境界面に大きな間隙が生じる可能性がある。この大きな間隙は、圧力がタービンスラスト力に打ち勝つことができないときにクラッチの係合を妨げたり、または大きな間隙が突然閉鎖されると激しい係合が生じたりすることがある。本発明の実施の形態は、トルクコンバータのコストおよび複雑さを増大させるシムを使用することなく、固体を積層する閉鎖溶接を使用する。

本明細書に開示される実施の形態は、クラッチリフトオフを最小限に抑えることによって、惰走条件において滑らかなクラッチ係合を提供する。ゼロリフトオフ実施形態において、タービン摩擦材料とインペラとの間のクラッチリフトオフは、完全に排除されている。ゼロリフトオフは、フロントカバーとインペラとの間の閉鎖溶接部において固体を積層させることによって達成される。固体積層物は、これがなければ溶接汚染物をトルクコンバータに進入させる間隙をも閉鎖する。

シムを付加することなく固体積層閉鎖溶接を達成するために、弾性エレメントは、タービンを押し付け、トルクコンバータ内の積層公差を吸収する。弾性エレメントは、タービンに対して小さな相対運動（ダンパワインドアップ）を有し、この鋼対鋼接触における損傷を防止するために丸みづけられたまたは折り返された縁部を使用する。ダンパとフロントカバーとの間のカバースラスト面は、弾性エレメントよりも大きな相対運動（フルエンジン／トランスミッション差）を有し、鋼対鋼接触における連続的なリングを使用してもよい。

弾性エレメントは、積層公差およびＴＣバルーニングをカバーするのに十分なたわみを提供する。すなわち、弾性エレメントは、組み合わされた構成部材公差がタービンとカバーとの間の最大距離を生じるときにタービン摩擦材料をインペラと係合させておくように設計されており、かつ高い回転速度における流体力学的圧力によるトルクコンバータの軸方向成長中にクラッチが接触したままとなるように予荷重をかけられている。クラッチ差圧によってタービンがインペラに対して押し付けられるクラッチ適用中、予荷重フィンガは、クラッチ差圧と同じ方向に作用する。トーラス内の圧力によってタービンがインペラから離反させられるクラッチ切断時、インペラとタービンとは分離し、タービンを弾性エレメントに抗して押し付ける。クラッチを切るために要求される圧力は、弾性エレメントの力を克服するように増大させられる。これは、適用流量および適用圧力が低い場合でさえも適用力形成を可能にすることによって惰走係合を改良する。

図１は、本発明の１つの実施の形態によるトルクコンバータ１０を示している。トルクコンバータ１０は、軸方向に可動なタービン１２を有する。タービン１２は、タービン１２の第１の側１４および第２の側１６に作用する圧力によって摺動可能であり、これにより、タービン１２を移動させ、インペラ１８と接触させたり、インペラ１８から離反させたりする。トルクコンバータ１０は、自動車エンジンのクランクシャフトと接続させるためのフロントカバー２０と、インペラ１８のシェル２４を形成するリヤカバー２２とを有する。フロントカバー２０およびリヤカバー２２の双方は、実質的にカップ状であり、リヤカバー２２の軸方向延長部１９をフロントカバー２０の軸方向延長部２１の半径方向内側に提供することによって接合されている。フロントカバー２０は、リヤカバーの軸方向位置決めのための半径方向壁部を有し、これにより、トルクコンバータ１０の全長公差を改善し、溶接による汚染を減じるように間隙を制限している。溶接部２７を形成するように、軸方向延長部２１が次いで軸方向延長部１９に溶接されてもよい。

インペラシェル２４と内側リング２３とは、これらの間に複数のインペラブレード２５を支持している。トルクをタービン１２から軸２８へ伝達するためにフロントカバー２０とタービン１２との間にダンパ２６が位置決めされており、軸２８は、駆動構成部材、例えば変速トランスミッションに接続されていてもよい。ダンパ２６はばねリテーナ３０を有する。ばねリテーナ３０は、ダンパ２６の半径方向外側端部において複数のアークばね３２を保持している

タービン１２は、タービンシェル３４と、内側リング３６とによって形成されており、これらの間には複数のタービンブレード３８が支持されている。タービンシェル３４は、タービンブレード３８を支持する丸みづけられた部分３９と、この丸みづけられた部分３９から半径方向に突出した外側半径方向延長部４０とを有する。外側半径方向延長部４０は、摩擦材料層４２によって形成された摩擦面を有する。摩擦材料層４２は、リヤカバー２２に面した外側半径方向延長部４０の側に取り付けられている。タービンシェル３４は、インペラブレード２５を支持するインペラ１８の丸みづけられた部分４３から半径方向に延びるインペラシェル２４の半径方向に延びる部分４４において、摩擦材料４２を介してインペラ１８に係合しており、これにより、エンジンクランクシャフトによるフロントカバー２０へのトルク入力を軸２８へ伝達する。駆動タブ４４は、タービンシェル３４の丸みづけられた部分３９の外面に固定されており、かつ周方向でアークばね３２の間の空間内へ延びることによって、ばね３２を介して周方向でダンパ２６に駆動係合している。摩擦材料４２およびインペラシェル２４を介した接触によりまたはブレード２５，３８の間の流体流によりタービン１２がインペラ１８によって駆動されると、タービン１２は駆動タブ４４を介してトルクをダンパ２６に伝達する。ばねリテーナ３０の半径方向内側端部においてダンパ２６は、接続部４６によって軸２８に相対回動不能に接続されている。接続部４６は、この実施の形態では、軸２８の外側スプライン表面に接続された内側スプライン表面を有するスプラインリング５０にばねリテーナ３０の軸方向フランジ４８を溶接することによって形成されている。

ダンパ２６がタービン１２によって回転させられると、ばねリテーナ３０のスラスト面５２はフロントカバー２０の内面と接触する。スラスト面５４の摩耗を制限または防止するために、ばねリテーナ３０のこの部分は低い摩擦係数を有するように変更されており、これは、スラスト面５２とフロントカバー２０の内面との間の滑らかな相互作用を提供する。例えば、スラスト面５２は、テフロンコーティング、低摩擦材料の層、プラスチックワッシャまたはベアリングによって形成されてもよい。

有利には、ダンパ２６は、タービン１２をインペラ１８と係合させるための弾性エレメント５４をも有する。タービン１２の第１および第２の側１４，１６における圧力が等しい無圧力条件において、弾性エレメント５４は、摩擦材料４２をインペラシェル２４の外側半径方向部分４４と接触させることによって、タービン１２に予荷重をかけてインペラ１８に接触させている。弾性エレメント５４は、タービンシェル３４の内側半径方向延長部５６に接触している。内側半径方向延長部５６は、丸みづけられた部分３９から半径方向内向きに延びており、軸２８を包囲するシーリングリング５８に沿って軸方向に摺動可能である。シーリングリング５８は、軸２８に接触する軸方向フランジと、半径方向フランジとを有する。タービン１２およびステータ６０は、ステータへ向かうタービンの移動を制限する軸方向ストッパとして作用するそれぞれの半径方向壁部を有する。同様に、インペラ１８およびステータ６０は、ステータの移動を制限するそれぞれの半径方向壁部を有する。ステータ壁部は、摩擦を低減するために、図面に破線で示されたオイル流れ溝を有してもよい。

１つの好適な実施の形態では、図２ａおよび図２ｂに示したように、弾性エレメント５４は少なくとも２つの予荷重フィンガ６２によって形成されている。図２ａは、図１におけるＡ−Ａに沿った予荷重フィンガ６２およびタービンシェル３４の内側半径方向延長部５６の図を示しており、図２ｂは、図１におけるＢ−Ｂに沿った予荷重フィンガ６２およびスラスト面５２の図を示している。この実施の形態では、ばねリテーナ３０は、金属のシートであり、スロット６４を形成すべくこの金属のシートから材料を除去するように加工されている。スロット６４は、ばねリテーナ３０に予荷重フィンガ６２を形成し、フレキシブルなジオメトリを備える予荷重フィンガ６２を提供する。予荷重フィンガ６２は、ベース端部７０によってばねリテーナ３０の本体６８に接続された自由端部６６を有する。予荷重フィンガ６２の半径方向に延びる部分７２は、ベース端部７０から、周方向に延びる部分７４へ延びており、これにより、予荷重フィンガ６２は実質的にＴ字形になっている。周方向に延びる部分７４は、半径方向に延びる部分７２から突出した２つの周方向に延びる端部７６を有する。これらの端部７６は、タービンシェル３４の内側半径方向延長部５６に接触する予荷重フィンガ６２の接触面７８から軸方向に離れる方向へ延びるように曲げられている。接触面７８は、低い摩擦係数を有するように変更されてもよく、例えば、テフロンコーティング、低摩擦材料の層、プラスチックワッシャまたはベアリングによって形成されていてもよく、これは、接触面７８と、内側半径方向延長部５６の前側の面との滑らかな相互作用を提供する。スラスト面５２は、トルクコンバータ１０の中心軸線ＣＡを中心に周方向に延びるリングとして形成されている。

図３は、本発明の別の実施の形態によるトルクコンバータ１１０を示している。トルクコンバータ１１０は、トルクコンバータ１０と実質的に同じ形式で構成されているが、ダンパ２６は、アークばね１３２ａの半径方向外側セットと、アークばね１３２ｂの半径方向内側セットとを有するシリーズダンパ１２６と置き換えられている。ダンパ１２６は、ばね１３２ｂを支持する、前方に面したカバープレート１３０ａと、後方に面したカバープレート１３０ｂとを有する。前方に面したカバープレート１３０ａは、スラスト面５２と同じ形式で形成されたスラスト面１５２を有しており、後方に面したカバープレート１３０ｂは、タービンシェル３４の内側半径方向延長部５６に接触するスラスト面１５４を有している。部分１５２および／または１５４は、弾性エレメントを含んでもよい。一例としての実施の形態では、弾性エレメントは、弾性エレメント５４と同じ形式で形成されていてもよい。トルクコンバータ１０のように、無圧力条件において、摩擦材料４２をインペラシェル２４の外側半径方向部分４４と接触させることによって、弾性エレメント１５４はタービン１２に予荷重をかけてインペラ１８に接触させている。

図４は、本発明の別の実施の形態によるトルクコンバータ２１０を示している。トルクコンバータ２１０は、トルクコンバータ１１０と実質的に同じ形式で構成されているが、ダンパ２２６は、さらに、付加的なねじり振動吸収を提供するために、遠心振り子吸収装置２０２を有する。

図５は、本発明の別の実施の形態によるトルクコンバータ３１０を示している。トルクコンバータ３１０は、トルクコンバータ１０と実質的に同じ形式で構成されているが、インペラ１８は、エンジンのクランクシャフトから切り離されてもよいインペラ３１８と置き換えられている。インペラ１８とは対照的に、インペラ３１８は、トルクコンバータ３１０のリヤカバー３２２とは別個のインペラシェル３２４を有する。インペラシェル３２４は、タービンシェル３４の摩擦材料４２と接触するための外側半径方向延長部３０２を有する。外側半径方向延長部３０２は、タービン１２をインペラ３１８およびリヤカバー３２に接続すべくリヤカバー３２２の半径方向に延びる部分３４４と係合するための、摩擦材料３０４によって形成された摩擦面を有する。無圧力条件において、弾性エレメント５４はタービン１２をインペラ１８に対して押し付け、これにより、インペラシェル３２４とカバー３２２との間に配置された、カバー３２２に接触するスラスト面３０８を有する板ばね３０６は圧縮され、インペラ３１８は、摩擦材料３０４を介してリヤカバー３２２に係合する。

本発明の付加的な代替的な実施の形態では、弾性エレメントは、タービンに予荷重をかけてインペラに接触させるための１つまたは複数のダイヤフラムばね、コイルばねまたはゴムによって形成されてもよい。

以上の説明において、本発明は、特定の典型的な実施の形態およびその実施例に関して説明されている。しかしながら、以下の請求項に示された発明のより広い思想および範囲から逸脱することなく、それらの実施の形態に対して様々な修正および変更を成し得ることは明らかである。したがって、明細書および図面は、制限的な意味ではなく例示とみなされるべきである。

Claims (20)

1. トルクコンバータであって、
   インペラと、
   タービンと、
   前記タービンに接続されたダンパとを備え、
   該ダンパは、無圧力条件において前記タービンに予荷重をかけて前記インペラに接触させる弾性エレメントを有することを特徴とする、トルクコンバータ。
2. 前記タービンに接続された駆動タブをさらに備え、該駆動タブは前記タービンを前記ダンパに回転可能に接続している、請求項１記載のトルクコンバータ。
3. 前記駆動タブは、前記ダンパのばねに係合している、請求項２記載のトルクコンバータ。
4. エンジンに接続するためのフロントカバーをさらに備え、前記ダンパは、前記フロントカバーに摺動可能に係合するためのスラスト面を有する、請求項１記載のトルクコンバータ。
5. 前記タービンの第１の側は前記インペラに面し、前記タービンの第２の側は前記ダンパに面し、前記弾性エレメントは、前記タービンの前記第１の側における圧力が、前記ダンパの前記第２の側における圧力を所定の大きさだけ超過したときに前記タービンが前記インペラから離反させられるように設計されている、請求項１記載のトルクコンバータ。
6. 前記弾性エレメントは、前記タービンの前記第１の側における圧力が前記ダンパの前記第２の側における圧力を所定の大きさだけ超過したときに圧縮される、請求項５記載のトルクコンバータ。
7. 前記タービンは、摩擦面を有するタービンシェルを備え、前記摩擦面は、無圧力条件において前記インペラに接触している、請求項１記載のトルクコンバータ。
8. 前記タービンシェルは、丸みづけられた部分と、該丸みづけられた部分から突出する外側半径方向延長部とを有し、前記摩擦面を形成するように前記外側半径方向延長部に摩擦材料が取り付けられている、請求項７記載のトルクコンバータ。
9. 前記インペラのシェルは、前記トルクコンバータのリヤカバーから形成されており、前記タービンシェルの前記摩擦面は、無圧力条件において前記リヤカバーと接触している、請求項７記載のトルクコンバータ。
10. リヤカバーをさらに備え、前記タービンシェルは、無圧力条件において前記インペラを前記リヤカバーへ押し付ける、請求項７記載のトルクコンバータ。
11. 前記ダンパは、ばねリテーナを含み、前記弾性エレメントは、前記ばねリテーナに形成されている、請求項１記載のトルクコンバータ。
12. 前記ダンパは、カバープレートを含み、前記弾性エレメントは、前記カバープレートに形成されている、請求項１記載のトルクコンバータ。
13. 前記弾性エレメントは、少なくとも１つのフレキシブルなフィンガによって形成されている、請求項１記載のトルクコンバータ。
14. トルクコンバータを形成する方法であって、
    弾性エレメントを有するようにダンパを形成し、
    該ダンパをフロントカバー内に提供し、
    無圧力条件において前記弾性エレメントがタービンをインペラと係合させるように前記ダンパと前記インペラとの間に軸方向に可動なタービンを提供することを含む、トルクコンバータを形成する方法。
15. 前記ダンパと前記インペラとの間にタービンを提供することは、リヤカバーの軸方向延長部を前記フロントカバーの軸方向延長部の半径方向内側に提供することによって前記フロントカバーを前記リヤカバーに接続することを含む、請求項１４記載の方法。
16. 前記フロントカバーを前記リヤカバーに接続することは、さらに、前記リヤカバーの前記軸方向延長部を前記フロントカバーの前記軸方向延長部に溶接することをさらに含む、請求項１５記載の方法。
17. 前記ダンパを形成することは、該ダンパにスラスト面を形成することを含み、前記ダンパを提供することは、前記フロントカバーを前記スラスト面と接触させることを含む、請求項１４記載の方法。
18. 駆動タブを前記タービンに接続することをさらに含み、前記ダンパと前記インペラとの間に前記タービンを提供することは、前記駆動タブが周方向で前記ダンパに係合するように前記駆動タブを提供することを含む、請求項１４記載の方法。
19. 前記タービンに摩擦面を提供することをさらに含み、該摩擦面は、無圧力条件において前記インペラと係合する、請求項１４記載の方法。
20. 前記インペラのシェルは、前記トルクコンバータの前記リヤカバーから形成されていて、前記弾性エレメントは、無圧力条件において前記タービンを前記インペラシェルと係合させる、請求項１５記載の方法。

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