(57)【要約】【課題】  トルクコンバータに内蔵され、タービンランナから出た作動油の向きを変えてポンプインペラへ導いて回転を助長する働きをするステータの支持構造であって、タービンランナの回転速度が上ってもワンウエイクラッチが解除することなくトルク増幅効果を得ることが出来るステータ支持構造の提供。【解決手段】  ステータサポート軸８にダブルピニオン式プラネタリギア７を取付け、その外輪ギアにワンウエイクラッチを取着すると共にステータリアクタを取付け、タービンランナと同一方向へ低速で回転駆動され、ある程度高速域になってブレード背面に負荷が作用したところで上記ワンウエイクラッチが解除されるように機能する。【選択図】    図１
2008151288.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トルクコンバータに内蔵され、タービンランナから出た作動油の向きを変えてポンプインペラへ導いて回転を助長する働きをするステータの支持構造において、ステータは支持軸に取付けられてワンウエイクラッチを介してタービンランナと同一方向へ低速で回転駆動され、ある程度高速域になってブレード背面に負荷が作用したところで上記ワンウエイクラッチが解除されように機能することを特徴とするトルクコンバータのステータ支持構造。
【請求項２】
上記支持軸にダブルピニオン式プラネタリギアを取付け、タービンランナの出力軸と遊星ギアを取付けている連結リングを連結した請求項１記載のトルクコンバータのステータ支持構造。
【請求項３】
トルココンバータの外にシングルピニオンプラネタリギアを備え、このシングルピニオンプラネタリギアの外輪ギアを固定し、内輪ギアをタービンランナの出力軸に取着し、外輪ギアと内輪ギアの間に介在する複数の遊星ギアを取付けている連結リングとワンウエイクラッチを連結した請求項１記載のトルクコンバータのステータ支持構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はトルクコンバータのトルク比特性及び最高効率を向上させることが出来るステータ支持構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
トルクコンバータとは周知の通りエンジンの動力を、作動流体を媒体としてトランスミッションへ伝えることが出来る一種の継手であり、エンジンによって回されるポンプインペラ、そして該ポンプインペラの回転により送り出される作動流体の動きを受けて回るタービンランナ、さらにタービンランナから出た作動流体の向きを変えてポンプインペラへ導くステータから構成されている。
【０００３】
そこで、これらポンプインペラ、タービンランナ、及びステータには複数枚のブレードが所定の角度をもって一定間隔で配列されている。トルクコンバータ内に封入されている作動流体は、ポンプインペラからその各ブレードを介して外周方向へ送り出され、トルクコンバータのケース内壁を伝い、タービンランナのブレードに当って該タービンランナをポンプインペラと同方向に回す働きをする。又タービンランナに当たってから送り出される作動流体は、ステータのブレードに当たってポンプインペラの回転を助長するように流れ方向が変えられ、再び内周からポンプインペラに流入する。
【０００４】
図７は従来のトルクコンバータの断面を示している。同図の(イ)はポンプインペラ、(ロ)はタービンランナ、(ハ)はステータ、そして(ニ)はピストンをそれぞれ示し、これらはトルクコンバータ外殻（ホ）内に収容されている。そこでエンジンからの動力を得てフロントカバー（ヘ）が回転し、該フロントカバー（ヘ）と一体となっているポンプインペラ(イ)が回転し、その結果、作動流体を媒介としてタービンランナ(ロ)が回る。
【０００５】
そしてタービンランナ(ロ)のタービンハブ（ト）には軸(図示なし)が嵌って、タービンランナ(ロ)の回転をトランスミッション(図示なし)へ伝達することが出来る。トルクコンバータは一種の流体クラッチである為、ポンプインペラ(イ)の回転速度が低い場合には、タービンランナ（ロ）の回転を停止することが出来(車を停止することが出来)、しかし、ポンプインペラ(イ)の回転速度が高くなるに従ってタービンランナ(ロ)は回り始め、さらに高速になるに従ってタービンランナ(ロ)の速度はポンプインペラ(イ)の回転速度に近づく。しかし作動流体を媒介としているトルクコンバータでは、タービンランナ(ロ)の回転速度はポンプインペラ(イ)と同一速度にはなり得ない。
【０００６】
そして、トルクコンバータにはステータ（ハ）が備えられていて、タービンランナ（ロ）に当たってから送り出される作動流体は、ポンプインペラ（イ）の回転を助長する方向に流れ方向が変えられる。該ステータ（ハ）はポンプインペラ（イ）とタービンランナ（ロ）との間に配置され、ポンプインペラ（イ）の回転方向にのみ回転するように、該ステータ（ハ）と固定シャフトとの間にはステータ支持構造が備えられている。
【０００７】
図８はワンウエイクラッチ（タ）を備えた従来のステータ（ハ）を表している。ステータホイール（ル）にはアウターレース（オ）が固定され、固定軸に取着されるインナーレース（ワ）との間にはクラッチ部材（カ）が介在しており、アウターレース（オ）及びステータホイール（ル）を一方向へ回転することが出来る。そして、アウターレース（オ）にはスラストベアリングを受ける為のスラストレース（ヨ）が取着されている。
【０００８】
タービンランナからポンプインペラへ作動流体(作動油)が戻る際に、ステータにより作動油の流れを調整している。ポンプインペラとタービンランナの回転数の差が大きい時は、タービン内周側からインペラ内周側へ流れる作動油は、インペラの回転を妨げる方向に流れる。その為に、ステータのブレード前面、つまりインペラ回転方向と同じ側の面に作動油が衝突し、作動油の流れ方向がインペラ回転方向に変わる。この時、ワンウエイクラッチがステータを固定状態にしている。この結果、トルクコンバータのトルク比は大きくなる。
【０００９】
又、インペラとタービンとの回転数の差が小さくなると、タービンの内周側からインペラ内周側へ流れる作動油は、ステータのブレード背面、つまりインペラ回転方向と逆側の面に当るようになる。この時、ワンウエイクラッチが解除されてステータを回転可能としているためにブレード背面に当った作動油は、ポンプインペラの回転を妨げる方向に流れることはない。
【００１０】
上記機能を果たす為に、ステータはポンプインペラ及びタービンランナと一定のクリアランスを保ちながら滑らかに相対回転する必要があり、ステータ支持構造はトルクコンバータのトルク比増大及びトルク伝達効率の向上を実現する為の重要な構成要素である。
【００１１】
図９は速度比の変化とステータ周り流れの変化を表している。ここでは、ポンプの回転速度は一定とし、タービンランナの回転速度を低速度比、中速度比、及び高速度比の３段階に分けている。
(低速度比)
ポンプの回転速度をＡとし、この時にタービンランナの回転速度は小さくてＦ１とする。タービンランナのブレードに沿って作動油は速度Ｄ１で流れ、この流れ速度Ｄ１とタービンランナの回転速度Ｆ１との合成速度Ｅ１にてステータへ作動油が流れ込む。該ステータのブレードに当った作動油は該ブレードに沿って速度Ｂ１で流出し、これがポンプへ入る。この場合、ステータは回転しないで静止している為に、ステータにトルクＴ１が発生する。そして、ポンプの各ブレードには作動油が速度Ｂ１で当り、ポンプを回転させるトルクとなるが、ポンプは速度Ａにて回転しているために、両速度が合成された速度Ｃ１でもって作動油がブレードに沿って流れる。
(中速度比)
タービンランナの回転速度がある程度高くなった場合であるが、ポンプの回転速度は変化なくＡとし、タービンランナの回転速度はＦ２とする。タービンランナのブレードに沿って作動油は速度Ｄ２で流れ、この流れ速度Ｄ２とタービンランナの回転速度Ｆ２との合成速度Ｅ２にてステータへ作動油が流れ込む。該ステータのブレードに当った作動油はブレードに沿って速度Ｂ２で流出し、これがポンプへ入る。この場合もステータは回転しないで静止している為に、ステータにトルクＴ２が発生する。そして、ポンプの各ブレードには作動油が速度Ｂ２で当り、ポンプを回転させるトルクとなるが、ポンプは速度Ａにて回転しているために、両速度が合成された速度Ｃ２でもって作動油がブレードに沿って流れる。
(高速度比)
タービンランナの回転速度が更に高くなった場合であるが、ポンプの回転速度は変化なくＡとし、タービンランナの回転速度はＦ３とする。タービンランナのブレードに沿って作動油は速度Ｄ３で流れ、この流れ速度Ｄ３とタービンランナの回転速度Ｆ３との合成速度Ｅ３にてステータへ作動油が流れ込む。ここで、ステータのブレードに流れ込む作動油の速度Ｅ３はタービンランナが高速回転することでブレードの背面に当って該ステータを回転させる。すなわち、前記図８に示すワンウエイクラッチ（タ）が解除されてステータは回転する。
従って、作動油はそのままの速度Ｅ３で流れてポンプへ入る。そして、ポンプの各ブレードには作動油が速度Ｅ３で当り、ポンプを回転させるトルクとなるが、ポンプは速度Ａにて回転しているために、両速度が合成されて速度Ｃ３でもって作動油がブレードに沿って流れる。
【００１２】
このように、タービンランナの回転速度がある領域を超えるならば、ワンウエイクラッチが解除されてステータ（ハ）は回転する。その為に、該ステータによるトルク増幅効果はなくなってしまう。高い速度比になってもトルク増幅効果を得るためにステータの翼角度(ブレード角度)を大きく取る(ブレードを寝かせる)方法が考えられる。しかし、ブレードの角度を大きくすれば、低い速度比の領域での流れに対して、ブレードが作動油の流れを邪魔するようになってしまい、低速度比でのトルク比特性の低下を招く。
【００１３】
図１０は低速度比でのステータ翼(ブレード)の形状とトルクコンバータの特性であり、ステータ翼(ブレード)の角度の小(立っている)の場合、中程度の場合、大(寝ている)の場合について、作動油の流れを表している。
(ステータ翼角度が小さい場合)
ポンプの回転速度をＡとし、この時にタービンランナの回転速度は小さくてＦ１とする。タービンランナのブレードに沿って作動油は速度Ｄ１で流れ、この流れ速度Ｄ１とタービンランナの回転速度Ｆ１との合成速度Ｅ１にてステータへ作動油が流れ込む。該ステータのブレードに当った作動油は該ブレードに沿って速度Ｂ１で流出し、これがポンプへ入る。そして、ポンプの各ブレードには作動油が速度Ｂ１で当り、ポンプを回転させるトルクとなるが、ポンプは速度Ａにて回転しているために、両速度が合成された速度Ｃ１でもって作動油がブレードに沿って流れる。
そこで、ステータのブレードには速度Ｅ１で流入して速度Ｂ１で流出することになり、該ブレードにて作動油の流れ方向が変化してポンプに流入する。従って、この場合にはステータ流入角度とステータのブレード角度の食違いが小さく、大流量を確保出来る為に高い容量係数が得られる。
(ステータ翼角度が中程度の場合)
この場合も同じように、ステータのブレードには速度Ｅ１で流入して速度Ｂ１で流出することになり、該ブレードにて作動油の流れ方向が変化してポンプに流入する。
(ステータ翼角度が大きな場合)
この場合も同じように、ステータのブレードには速度Ｅ１で流入して速度Ｂ１で流出することになり、該ブレードにて作動油の流れ方向が変化してポンプに流入する。
従って、この場合にはステータ流入角度とステータのブレード角度の食違い大きく、流れを邪魔してしまう為に流量が低下してしまい、容量係数の低下を招くことになる。
【００１４】
図１１はタービンの回転速度が高くなった場合でのステータ翼(ブレード)の形状とトルクコンバータの特性であり、ステータ翼(ブレード)の角度の小(立っている)の場合、中程度の場合、大(寝ている)の場合について、作動油の流れを表している。
(ステータ翼角度が小さい場合)
タービンランナの回転速度が更に高くなった場合であるが、ポンプの回転速度は変化なくＡとし、タービンランナの回転速度はＦ３とする。タービンランナのブレードに沿って作動油は速度Ｄ３で流れ、この流れ速度Ｄ３とタービンランナの回転速度Ｆ３との合成速度Ｅ３にてステータへ作動油が流れ込む。ここで、ステータのブレードに流れ込む作動油の速度Ｅ３は該ブレードの背面に当ってステータを回転させる。すなわち、ステータのブレード角度が小さい場合には、タービンランナの回転速度が高くなるとワンウエイクラッチが解除されてステータは矢印方向へ回転する。
この時、ステータのブレードはトルクを発生せず、トルク増幅効果はない。
(ステータ翼角度が中程度の場合)
ステータのブレード角度が中程度となれば、ステータのブレードに流れ込む作動油の速度Ｅ３が同じであっても、ブレードの前面に当ってステータは回転することなく停止している。従って、ブレードへの速度Ｅ３で流入するが該ブレードからは速度Ｂ３で流出し、トルクの増幅効果が得られる。
(ステータ翼角度が大きな場合)
ステータのブレード角度が更に大きくなれば、ステータのブレードに流れ込む作動油の速度Ｅ３が同じであっても、ブレードの前面に当ってステータは回転することなく停止している。従って、ブレードへの速度Ｅ３で流入するが該ブレードからは速度Ｂ４で流出し、より大きなトルクの増幅効果が得られる。
【００１５】
このように、ステータのブレード角度を大きくするならば、該ステータへ流れ込む作動油はブレードの背面側に当ることはなく、ワンウエイクラッチが働いて回転することなく停止している。従って、作動油はブレードによって向きが変えられポンプへ流れ込むことが出来、トルク増幅効果が得られる。しかし、図１０  に示すように、タービンランナの回転速度が低い領域ではブレード角度を大きくすれば、ブレード背面側で渦が発生する。これは、作動油の流れを邪魔して大流量を確保することが出来なくなり、伝達トルクの低下を招く。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
このように従来のトルクコンバータのステータには上記のごとき問題がある。本発明が解決しようとする課題はこれら問題点であり、タービンランナの回転速度がある程度高くなる領域であってもステータが空転することなくトルク増幅効果を発揮することが出来るステータの支持構造を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明ではステータを支持軸にワンウエイクラッチ(一方向クラッチ)を介して取付け、ブレードの背面に負荷が作用するならば該ワンウエイクラッチが解除されてステータは回転することが出来る。この機構は従来と同じであるが、上記支持軸は固定軸ではなくステータをゆっくり回転させることが出来る回転機構と成っている。従って、ブレードの背面側に働くようになるタービンランナの回転速度領域が高められ、高速域においてもトルク増幅効果が得られる構造としている。ここで、ステータを回転する動力はポンプインペラ、又はタービンランナなどの回転を利用することが出来るが、しかしその具体的な駆動手段は限定しないことにする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、トルクコンバータのステータを回転駆動することが出来る支持構造としている。従って、低速回転領域では該ステータの回転によってトルク増幅効果が僅かに低下するが、中速回転領域から高速回転領域にかけては長いトルク増幅効果を得ることが出来る。従って、車両の発進時には滑らかな加速を実現することが出来、中間加速時や追い越し加速時は高速度比領域のみを用いる為、車両の加速性能及び燃費性能が向上する。
【実施例】
【００１９】
図１は本発明に係るステータ支持構造を備えたトルクコンバータの概略図を従来技術との比較で表している。入力軸１から入る動力はポンプインペラ２を回転駆動し、ポンプインペラ２が回転することで作動油が攪拌されてタービンランナ３が追従して回転する。そして、タービンランナ３の回転は出力軸４へ伝達されてトランスミッション側へ出力される。
【００２０】
ところで、ポンプインペラ２とタービンランナ３との間にはステータ５が介在しており、タービンランナ３から流れ出る作動油をポンプインペラ２が回転する方向へ送り込むように機能している。しかも、タービンランナ３の回転速度が速くなってある領域を超えたならば、ステータに備わっているワンウエイクラッチ(一方向クラッチ)が解除されて作動油の流れと共に回転することが出来る。この、基本構造は図１に於ける従来技術のトルクコンバータの場合も同じである。
【００２１】
本発明では、一方向クラッチ６を備えているが、その内側にはダブルピニオン式プラネタリギア７を設けている。このダブルピニオン式プラネタリギア７はステータサポート軸８に取付けられていて、タービンランナ３の出力軸４と連結している。そこで、ステータリアクタ９は静止しておらず、タービンランナ３と共に同じ方向へ回転することが出来る。しかし、ダブルピニオン式プラネタリギア７を介在していることで、その回転速度はタービンランナ３より減速される。
【００２２】
図２は上記ダブルピニオン式プラネタリギア７を示す概略図である。このダブルピニオン式プラネタリギア７は内輪ギア１０と外輪ギア１１との間に対を成した２個の遊星ギア１２ａ，１２ｂが配置され、外側に位置する遊星ギア１２ａは外輪ギア１１に噛み合い、内側に位置する遊星ギア１２ｂは内輪ギア１０と噛み合っている。
【００２３】
２個の遊星ギア１２ａ，１２ｂは連結部材１３にて互いに連結されると共に互いに噛み合い、内輪ギア１０と外輪ギア１１の間に設けた連結リング１４に取着されている。連結部材１３は連結リング１４に固定されて、遊星ギア１２ａ，１２ｂは互いに噛み合った状態で外輪ギア１１と内輪ギア１０との噛み合いを保っている。
【００２４】
ところで、内輪ギア１０はステータサポート軸８に回転することなく固定され、タービンランナ３の出力軸４が連結リング１４と連結している。従って、連結リング１４はタービンランナ３と共に回転することが出来るが、その回転速度はダブルピニオン式プラネタリギア７にて減速される。例えば、連結リング１４が矢印方向の時計回りに回転する場合、回転しない内輪ギア１０に噛み合った遊星ギア１２ｂは連結リング１４と共に回転しながら公転し、他方の遊星ギア１２ａも公転する。そして、遊星ギア１２ｂの回転にて遊星ギア１２ａも同一速度で回転し、この回転が外輪ギア１１に伝えられる。
【００２５】
外輪ギア１１は外径が大きい為にその歯数は内輪ギア１０の歯数より多く、遊星ギア１２ａとの噛み合い回転にて外輪ギア１１は減速されて回転する。すなわち、連結リング１４の回転と共に外輪ギア１１は同一方向へ回転することが出来るが、遊星ギア１２ａ，１２ｂにて大きく減速される。
【００２６】
すなわち、ダブルピニオン式プラネタリギア７を用いることで、ステータ５のブレード部分であるステータリアクタ９はタービンランナ３と同じ回転方向にゆっくり回転する。その結果、タービンランナ３の回転速度が高くなっても、タービンランナ３から流出する作動油がステータのブレード背面に当ることがなく前面に当って、高速領域に達しても増速効果を得ることが出来る。
【００２７】
図３は本発明におけるステータのブレード周りの作動油の流れを、従来技術の比較で表している。従来ではタービンランナの回転速度が高くなると作動油はステータのブレード背面に当り、ワンウエイクラッチ(一方向クラッチ)が解除されてステータは回転する。しかし、本発明の場合にはステータがタービンランナ３と同一方向に回転することで、タービンランナ３の回転速度が高くなっても相対回転速度差は小さく、作動油はより高い速度比域までブレード前面に当り、ワンウエイクラッチ(一方向クラッチ)が解除されることなくトルク増幅効果が得られる。
【００２８】
図４は本発明のステータ支持構造を備えたトルクコンバータの性能を従来技術との比較で表している。点線は本発明の場合、実線は従来技術の場合であり、トルクコンバータから出力されるトルクは高速領域になって高くなることが分かる。逆に低速回転域ではステータの回転駆動にタービンランナの回転力を利用することで出力トルクは低下する。
【００２９】
図５は本発明のステータ支持構造を備えたトルクコンバータ搭載車両の加速性能を従来技術との比較で表している。同図に記載しているように、本発明のステータ支持構造のトルクコンバータを搭載することで、スタート直後の過大な出力トルクを抑制し、加速の変化は小さくなる。そして、ステータが空転を始めるカップリングまでは高いトルクを維持し、優れた中間加速・追い越し加速性能が発揮される。
【００３０】
図６は図１の別形態で、ステータ駆動機構がトルクコンバータの外に設けた場合である。ステータリアクタ９は一方向クラッチ６を備えていて、該一方向クラッチ６はステータのブレード背面に作動油が当ることで、一定方向にのみ回転を許容するが、本発明では図１のステータ支持構造の場合と同じく、ブレード前面に作動油が当る低速度域においては、該ステータリアクタ９は一方向クラッチ６と共にゆっくり回転駆動される。
【００３１】
すなわちステータ駆動機構を備え、このステータ駆動機構はシングルピニオンプラネタリギアから成っている。シングルピニオンプラネタリギア式ステータ駆動機構は、回転しないように固定された外輪ギア１５、タービンランナ３と共に回転する内輪ギア１６、そして外輪ギア１５と内輪ギア１６の間に介在する複数の遊星ギア１７，１７・・、複数の遊星ギア１７，１７・・を連結・取着している連結リング１８で構成している。
【００３２】
上記内輪ギア１６はタービンランナ３の出力軸４に取着され、該出力軸４が回転すれば内輪ギア１６は回転し、そして遊星ギア１７，１７・・回転しながら内輪ギア１６の周りを公転する。そして、遊星ギア１７，１７・・を連結・取着している連結リング１８が回転することになる。すなわち、連結リング１８はタービンランナ３と共に回転する。
【００３３】
そして、この連結リング１８は上記一方向クラッチ６と連結している為に、ステータリアクタ９は静止しておらず、タービンランナ３と共に同じ方向へ回転することが出来る。しかも、シングルピニオンプラネタリギアを介在していることで、その回転速度はタービンランナ３より減速される。
【００３４】
その結果、タービンランナ３の回転速度が高くなっても、タービンランナ３から流出する作動油がステータのブレード背面に当ることがなく前面に当って、高速領域に達してもトルク増速効果を得ることが出来る。同図のステータ駆動機構はトルクコンバータの外に設けているが、その為に従来のトルクコンバータと組み合わせることが可能である。すなわち、トルクコンバータの構造を変えることなく、同図に示すようにステータを回転駆動させることで高速度域でのトルク増幅効果を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明にかかるステータ支持構造を備えたトルクコンバータの概略図を従来技術との比較で表している。
【図２】ステータを回転させるダブルピニオン式プラネタリギア。
【図３】ステータのブレード周りの作動油流れを従来技術との比較で表している。
【図４】本発明のステータを備えたトルクコンバータの性能を従来技術との比較で表している。
【図５】本発明のステータを備えたトルクコンバータを搭載した車両の加速性能を従来技術との比較で表している。
【図６】本発明に係るステータ支持構造を備えたトルクコンバータの概略図。
【図７】従来の一般的なトルクコンバータ。
【図８】従来の一般的なステータ。
【図９】速度比の変化とステータ周り流れの変化。
【図１０】ステータ翼形状とトルクコンバータの性能(低速時)。
【図１１】ステータ翼形状とトルクコンバータの性能(高速時)
【符号の説明】
【００３６】
１  入力軸
２  ポンプインペラ
３  タービンランナ
４  出力軸
５  ステータ
６  一方向クラッチ
７  ダブルピニオン式プラネタリギア
８  ステータサポート軸
９  ステータリアクタ
10  内輪ギア
11  外輪ギア
12  遊星ギア
13  連結部材
14  連結リング
15  外輪ギア
16  内輪ギア
17  遊星ギア
18  連結リング
【図１】
2008151288.tif 000003
【図２】
2008151288.tif 000004
【図３】
2008151288.tif 000005
【図４】
2008151288.tif 000006
【図５】
2008151288.tif 000007
【図６】
2008151288.tif 000008
【図７】
2008151288.tif 000009
【図８】
2008151288.tif 000010
【図９】
2008151288.tif 000011
【図１０】
2008151288.tif 000012
【図１１】
2008151288.tif 000013