(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力軸に連結されるポンプインペラと、ポンプインペラと対向配置されて出力軸に連結されるタービンと、ポンプインペラの入口とタービンの出口の間に一方向にしか回転を許さないワンウェイクラッチを介して配置されるステータとを備え、ポンプインペラ、タービン、ステータを循環する流体を介して動力伝達を行うトルクコンバータにおいて、
前記ポンプインペラは、シェルとポンプコアとの間にブレードを介して流路を画成し、
前記タービンは、シェルとタービンコアとの間にブレードを介して流路を画成し、
ポンプインペラもしくはタービンの最外径を径とする円の面積に対して、タービン出口およびステータ入口の流路面積の面積比をＡ、ステータ出口およびポンプインペラ入口の流路面積の面積比をＢ、ポンプインペラ出口およびタービン入口の流路面積の面積比をＣとし、ポンプインペラ出口およびタービン入口の流路面積比を滑らかにつながるよう同じに形成し、ＡおよびＢが０．２４〜０．３１の間で同一であり、Ｃが０．２３〜０．３１であり、かつＡおよびＢがＣよりも大きいことを特徴とするトルクコンバータ。
【請求項２】
入力軸に連結されるポンプインペラと、ポンプインペラと対向配置されて出力軸に連結されるタービンと、ポンプインペラの入口とタービンの出口の間に一方向にしか回転を許さないワンウェイクラッチを介して配置されるステータとを備え、ポンプインペラ、タービン、ステータを循環する流体を介して動力伝達を行うトルクコンバータにおいて、
前記ポンプインペラは、シェルとポンプコアとの間にブレードを介して流路を画成し、
前記タービンは、シェルとタービンコアとの間にブレードを介して流路を画成し、
ポンプインペラもしくはタービンの最外径を径とする円の面積に対して、タービン出口およびステータ入口の流路面積の面積比をＡ、ステータ出口およびポンプインペラ入口の流路面積の面積比をＢ、ポンプインペラ出口およびタービン入口の流路面積の面積比をＣとし、ポンプインペラ出口およびタービン入口の流路面積比を滑らかにつながるよう同じに形成し、Ａが０．２４〜０．３１であり、ＢおよびＣが０．２３〜０．３１であり、かつＡがＢおよびＣよりも大きいことを特徴とするトルクコンバータ。
【請求項３】
入力軸に連結されるポンプインペラと、ポンプインペラと対向配置されて出力軸に連結されるタービンと、ポンプインペラの入口とタービンの出口の間に一方向にしか回転を許さないワンウェイクラッチを介して配置されるステータとを備え、ポンプインペラ、タービン、ステータを循環する流体を介して動力伝達を行うトルクコンバータにおいて、
前記ポンプインペラは、シェルとポンプコアとの間にブレードを介して流路を画成し、
前記タービンは、シェルとタービンコアとの間にブレードを介して流路を画成し、
ポンプインペラもしくはタービンの最外径を径とする円の面積に対して、タービン出口およびステータ入口の流路面積の面積比をＡ、ステータ出口およびポンプインペラ入口の流路面積の面積比をＢ、ポンプインペラ出口およびタービン入口の流路面積の面積比をＣとし、ポンプインペラ出口およびタービン入口の流路面積比を滑らかにつながるよう同じに形成し、Ｂが０．２４〜０．３１であり、ＡおよびＣが０．２３〜０．３１であり、かつＢがＡおよびＣよりも大きいことを特徴とするトルクコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両等の動力伝達機構に採用されるトルクコンバータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来からエンジンと変速機の間にはトルクコンバータを介装したものが広く採用されており、このようなトルクコンバータとしては、例えば図５に示すような３要素式がある（新編  自動車工学便覧  第５編  社団法人自動車技術会…昭和５７年１１月発行等参照）。
【０００３】
これは、図５に示すように、ケーシング１を介してエンジンに連結されるポンプインペラ２と、タービンバブ３を介して変速機の入力軸に連結されるタービン４との間にステータ５を介装したもので、ステータ５は一方向のみに回転可能なワンウェイクラッチ６を介して所定の固定軸に支持され、ポンプインペラ２およびタービン４は回転軸を中心とした放射状の多数のブレード８，９をそれぞれ備えている。
【０００４】
タービン４のシェル１０とケーシング１との間には、接離可能なロックアップクラッチ１１を設けている。
【０００５】
このようなトルクコンバータにおいて、流体が流れるいわゆる流路は、ポンプインペラ入口１２、ポンプインペラ出口１３、タービン入口１４、タービン出口１５、ステータ入口１６、ステータ出口１７と、各要素の入口、出口にてその流路面積（流体が流れる部分の面積）がほぼ一定で設計されており、その流路面積は呼び径すなわちトルクコンバータの外径（ポンプインペラ、タービンの最外径）を直径とした円の面積に対して、おおよそ２３％となっている。
【０００６】
ポンプインペラ２はエンジンの回転と同期して回転され、変速機と連結されたタービン４はポンプインペラ２から圧送された流体に応じて駆動され、タービン４を通った流体はステータ５を介してポンプインペラ２に循環する。発進時にはステータ５は固定されており、タービン４からポンプインペラ２に循環する流体の流れの方向を変え、ステータ５が受けたトルク分、トルクの増幅を行う。カップリングポイントを過ぎると、ステータ５は空転し、流体継手となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このようなトルクコンバータは、トルクを吸収、増幅する機能を有しており、この吸収するトルクはポンプを流れる流体が行う仕事と釣り合い、吸収できるトルクの指標はトルク容量（トルク容量係数：入力トルクを入力回転数の２乗で割ったもの）と呼ばれている。このトルク容量が、釣り合うべきエンジントルクよりも小さければ、エンジンは高回転となり、燃費が大幅に悪化する。また、大きすぎると、エンジンの負荷が大きくなる。したがって、エンジンに対して適切なトルク容量を設定する必要がある。
【０００８】
しかしながら、この従来のトルクコンバータにあっては、前述したように流路の面積比をほぼ一定にしてあるため、そのトルク容量を増大するには限界がある。即ち、エンジントルクの大きなエンジンに適用する場合、トルク容量を大きくできないために、低いトルク容量のトルクコンバータを用いることになり、燃費の大幅な悪化が避けられない。また、そのため、要求のトルク容量を確保するように呼び径を大きくしたものを使用したのでは、重量が大きくなって、燃費の大幅な悪化、コストの上昇を招いてしまうという問題がある。
【０００９】
この発明は、流路の面積比を変えることで、適切なトルク容量を得て、このような問題点を解決することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、入力軸に連結されるポンプインペラと、ポンプインペラと対向配置されて出力軸に連結されるタービンと、ポンプインペラの入口とタービンの出口の間に一方向にしか回転を許さないワンウェイクラッチを介して配置されるステータとを備え、ポンプインペラ、タービン、ステータを循環する流体を介して動力伝達を行うトルクコンバータにおいて、前記ポンプインペラは、シェルとポンプコアとの間にブレードを介して流路を画成し、前記タービンは、シェルとタービンコアとの間にブレードを介して流路を画成し、ポンプインペラもしくはタービンの最外径を径とする円の面積に対して、タービン出口およびステータ入口の流路面積の面積比をＡ、ステータ出口およびポンプインペラ入口の流路面積の面積比をＢ、ポンプインペラ出口およびタービン入口の流路面積の面積比をＣとし、ポンプインペラ出口およびタービン入口の流路面積比を滑らかにつながるよう同じに形成し、ＡおよびＢが０．２４〜０．３１の間で同一であり、Ｃが０．２３〜０．３１であり、かつＡおよびＢをＣよりも大きくする。
【００１１】
第２の発明は、入力軸に連結されるポンプインペラと、ポンプインペラと対向配置されて出力軸に連結されるタービンと、ポンプインペラの入口とタービンの出口の間に一方向にしか回転を許さないワンウェイクラッチを介して配置されるステータとを備え、ポンプインペラ、タービン、ステータを循環する流体を介して動力伝達を行うトルクコンバータにおいて、前記ポンプインペラは、シェルとポンプコアとの間にブレードを介して流路を画成し、前記タービンは、シェルとタービンコアとの間にブレードを介して流路を画成し、ポンプインペラもしくはタービンの最外径を径とする円の面積に対して、タービン出口およびステータ入口の流路面積の面積比をＡ、ステータ出口およびポンプインペラ入口の流路面積の面積比をＢ、ポンプインペラ出口およびタービン入口の流路面積の面積比をＣとし、ポンプインペラ出口およびタービン入口の流路面積比を滑らかにつながるよう同じに形成し、Ａが０．２４〜０．３１であり、ＢおよびＣが０．２３〜０．３１であり、かつＡをＢおよびＣよりも大きくする。
【００１２】
第３の発明は、入力軸に連結されるポンプインペラと、ポンプインペラと対向配置されて出力軸に連結されるタービンと、ポンプインペラの入口とタービンの出口の間に一方向にしか回転を許さないワンウェイクラッチを介して配置されるステータとを備え、ポンプインペラ、タービン、ステータを循環する流体を介して動力伝達を行うトルクコンバータにおいて、前記ポンプインペラは、シェルとポンプコアとの間にブレードを介して流路を画成し、前記タービンは、シェルとタービンコアとの間にブレードを介して流路を画成し、ポンプインペラもしくはタービンの最外径を径とする円の面積に対して、タービン出口およびステータ入口の流路面積の面積比をＡ、ステータ出口およびポンプインペラ入口の流路面積の面積比をＢ、ポンプインペラ出口およびタービン入口の流路面積の面積比をＣとし、ポンプインペラ出口およびタービン入口の流路面積比を滑らかにつながるよう同じに形成し、Ｂが０．２４〜０．３１であり、ＡおよびＣが０．２３〜０．３１であり、かつＢをＡおよびＣよりも大きくする。
【００１３】
【発明の効果】
第１の発明によれば、タービン出口およびステータ入口の流路面積比Ａ、ステータ出口およびポンプインペラ入口の流路面積比Ｂを０．２４〜０．３１の間で大きくすることで、流路を流れる流量が増加してトルク容量を大きくすることができ、またポンプインペラ出口およびタービン入口の流路面積比Ｃを０．２３〜０．３１の間で流路面積比Ａ，Ｂよりも小さくすることで、流路内の剥離の発生を抑制して、良好な伝達効率を維持することができ、これによって、呼び径の大きなトルクコンバータを使用せずとも、要求のトルク容量を得て、エンジントルクの大きなエンジンに適用することができ、燃費、伝達効率を向上できる。
【００１４】
第２、第３の発明によれば、タービン出口およびステータ入口の流路面積比Ａ、ステータ出口およびポンプインペラ入口の流路面積比Ｂの一方を大きくすることによって、エンジンの特性に合ったトルク容量を確保でき、エンジントルクの大きなエンジンに適用することができ、燃費、伝達効率を向上できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１に示すように、２０はケーシング２１に固定されたシェル２２とポンプコア２３との間にブレード２４を介して流路を画成するポンプインペラで、ケーシング２１を介してエンジンに連結される。
【００１７】
２５はポンプインペラ２０と対向配置されると共に、シェル２６とタービンコア２７との間にブレード２８を介して流路を画成するタービンで、インナレース２９を介して変速機の入力軸（図示しない）に連結される。
【００１８】
ポンプインペラ２０とタービン２５との間に介装されるステータ３０は、内リング３１と外リング（コアリング）３２との間に多数の羽根３３が配列され、一方向のみに回転可能なワンウェイクラッチ３４を介して所定の固定軸に支持される。
【００１９】
タービン２５のシェル２６とケーシング２１との間には、接離可能なロックアップクラッチ３６が設けられる。
【００２０】
タービン出口４０とステータ入口４１、ステータ出口４２とポンプインペラ入口４３、ポンプインペラ出口４４とタービン入口４５の流路面積比は、それぞれ同じに形成され、これらタービン２５、ステータ３０、ポンプインペラ２０の各要素間の流路は滑らかにつながるように形成される。
【００２１】
そして、この場合トルクコンバータの外径つまりポンプインペラ２０もしくはタービン２５（両者は同径）の最外径を径とする円の面積に対して、タービン出口４０およびステータ入口４１の流路面積の面積比をＡ、ステータ出口４２およびポンプインペラ入口４３の流路面積の面積比をＢ、ポンプインペラ出口４４およびタービン入口４５の流路面積の面積比をＣとすると、ＡおよびＢ＞Ｃの条件で、ＡおよびＢが共に０．２７に、Ｃが０．２３になるように形成される。
【００２２】
図中、点線で示すポンプコア、タービンコア、ステータのコアリングの部分は、Ａ，Ｂ，Ｃが０．２３の一定の従来のものを示しており、これに対してこの形態のものは、ステータ３０のコアリング３２の径が大きくされ、ポンプインペラ入口４３側のポンプコア２３およびタービン出口４０側のタービンコア２７の内周径が大きくされる。ブレード２４，２８、羽根３３はこれらに合わせて大きさ等が設定される。
【００２３】
即ち、ポンプ流路は入口側から出口側に流路面積が減少され、タービン流路は出口側から入口側に流路面積が増加される。
【００２４】
このように、タービン出口４０およびステータ入口４１の流路面積比Ａ、ステータ出口４２およびポンプインペラ入口４３の流路面積比Ｂを大きくしたので、流路を流体が流れやすくなり、流路を流れる流量が増加する。これにより、トルクコンバータの外径が同一のものにあって、エンジンの特性に合わせてトルク容量を大きくすることができる。
【００２５】
図２はタービン出口４０およびステータ入口４１の流路面積比Ａ、ステータ出口４２およびポンプインペラ入口４３の流路面積比Ｂを変化させた場合に、各流路面積比Ａ，Ｂ，Ｃが０．２３である従来例に対して、トルク容量τ、伝達効率ηのポテンシャルの向上効果を示したものである。この指標は、速度比０．８（走行時）におけるトルク容量τの向上量（％）を伝達効率ηの低下量（ポイント）で割った値を示しており、この値が大きければ大きいほど、伝達効率ηを落とすことなく、トルク容量τを大きくすることができる。
【００２６】
この図から明らかなように、タービン出口４０およびステータ入口４１の流路面積比Ａ、ステータ出口４２およびポンプインペラ入口４３の流路面積比Ｂを大きくすれば、トルク容量は大きくなる。
【００２７】
そして、同時にポンプインペラ出口４４およびタービン入口４５の流路面積比Ｃをこれらの流路面積比Ａ，Ｂよりも小さくすることにより、トルク容量、伝達効率のポテンシャルの向上が大きくなる。この理由は、トルクコンバータの伝達効率はポンプの単体効率の大きさが大きく支配することによる。つまり、流路面積比Ａ，Ｂの増加に応じてポンプインペラ出口４４およびタービン入口４５の流路面積比Ｃを大きくすると、ポンプコア２３の曲率が小さくなり、エネルギの小さいポンプコア２３部の流体は流れの曲率に耐え切れずに剥離を起こし、損失が増加してしまう。そのため、ポンプ流路の流路面積を出口に行くにしたがい小さくすることにより、ポンプコア２３部分の急激な減速を抑え剥離を遅らせて、損失を小さくする。これにより、良好な伝達効率を維持する。
【００２８】
即ち、タービン出口４０およびステータ入口４１の流路面積比Ａ、ステータ出口４２およびポンプインペラ入口４３の流路面積比Ｂを０．２４〜０．３１の間で同一に大きくすると共に、ポンプインペラ出口４４およびタービン入口４５の流路面積比Ｃを０．２３〜０．３１の間で流路面積比Ａ，Ｂよりも小さくすることによって、伝達効率を損なうことなく、トルク容量を大きくすることができるのである。
【００２９】
したがって、呼び径の大きなトルクコンバータを使用せずとも、要求のトルク容量を得て、エンジントルクの大きなエンジンに適用することができ、燃費、伝達効率を向上できる。また、トルクコンバータの小径化が可能になるため、車両の軽量化に大きく寄与するだけでなく、イナーシャも小さくなるので、レスポンスも向上する。
【００３０】
図３は第２の実施の形態を示す。これは、タービン出口４０およびステータ入口４１の流路面積比Ａを０．２４〜０．３１の間で大きくすると共に、ステータ出口４２およびポンプインペラ入口４３の流路面積比Ｂ、ポンプインペラ出口４４およびタービン入口４５の流路面積比Ｃを０．２３〜０．３１の間で同一の値にかつ流路面積比Ａよりも小さく形成したものである。
【００３１】
このように、ステータ出口４２およびポンプインペラ入口４３に対する、一方のタービン出口４０およびステータ入口４１の流路面積比Ａを大きくすることによっても、トルク容量の向上効果は大きく、エンジンの特性に合ったトルク容量を確保できる。
【００３２】
図４は第３の実施の形態を示す。これは、第２の実施の形態とは反対に、ステータ出口４２およびポンプインペラ入口４３の流路面積比Ｂを０．２４〜０．３１の間で大きくすると共に、タービン出口４０およびステータ入口４１の流路面積比Ａ、ポンプインペラ出口４４およびタービン入口４５の流路面積比Ｃを０．２３〜０．３１の間で同一の値にかつ流路面積比Ｂよりも小さく形成したものである。
【００３３】
この場合も、トルク容量の向上効果は大きく、エンジンの特性に合ったトルク容量を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態を示す要部断面図である。
【図２】面積比と流体性能のポテンシャルの関係を示す特性図である。
【図３】第２の実施の形態を示す要部断面図である。
【図４】第３の実施の形態を示す要部断面図である。
【図５】従来例の部分断面図である。
【符号の説明】
２０  ポンプインペラ
２１  ケーシング
２２  シェル
２３  ポンプコア
２４  ブレード
２５  タービン
２６  シェル
２７  タービンコア
２８  ブレード
３０  ステータ
３１  内リング
３２  外リング
３３  羽根
３４  ワンウェイクラッチ
４０  タービン出口
４１  ステータ入口
４２  ステータ出口
４３  ポンプインペラ入口
４４  ポンプインペラ出口
４５  タービン入口
【図１】
0003593859.tif 000002
【図２】
0003593859.tif 000003
【図３】
0003593859.tif 000004
【図４】
0003593859.tif 000005
【図５】
0003593859.tif 000006