(57)【要約】【課題】特に高地での車両の発進性能を向上可能なトルクコンバータ装置を提供する。【解決手段】トルクコンバータ装置は、ポンプインペラと、タービンランナと、ポンプインペラとタービンランナの間に配置されるステータとを備え、作動流体を介してポンプインペラからタービンランナに回転動力を伝達する。トルクコンバータ装置は、ポンプインペラ、タービンランナ及びステータを収容するトルクコンバータケースと、周囲の大気圧の低下に伴って前記トルクコンバータケース内の前記作動流体の量を低減する流体量可変機構とをさらに備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの出力軸に接続されるポンプインペラと、変速機の入力軸に接続されるタービンランナと、前記ポンプインペラと前記タービンランナの間に配置されるステータと、を備え、前記ポンプインペラと前記タービンランナとの間に形成された循環路に作動流体を循環させて、前記作動流体を介して前記ポンプインペラから前記タービンランナに回転動力を伝達するトルクコンバータ装置であって、
前記ポンプインペラ、前記タービンランナ及び前記ステータを収容するトルクコンバータケースと、
周囲の大気圧の低下に伴って前記トルクコンバータケース内の前記作動流体の量を低減する流体量可変機構と、を備えた、トルクコンバータ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のトルクコンバータ装置であって、
前記流体量可変機構は、
前記トルクコンバータケースの内部と外部とを連通させる連通管路と、
前記連通管路の先端に設けられ前記外部に開口すると共に、重力方向に移動可能な開口部と、
周囲の大気圧に応じて前記開口部を前記重力方向に移動させる管路調整部と、を有し、
前記管路調整部は、周囲の大気圧の低下に従って前記開口部を前記トルクコンバータケースの前記重力方向における上端より低い位置に移動させて、前記トルクコンバータケース内の前記作動流体の表面レベルを低下させるトルクコンバータ装置。
【請求項３】
請求項２に記載のトルクコンバータ装置であって、
前記連通管路は、周囲の大気圧に応じて前記重力方向に伸縮する、トルクコンバータ装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載のトルクコンバータ装置であって、
前記トルクコンバータケース内に前記作動流体を供給するオイルポンプと、
前記オイルポンプから供給される前記作動流体の圧力に応じて前記連通管路を開閉するバルブと、
前記エンジンの前記出力軸と前記変速機の前記入力軸とを機械的に結合可能なロックアップクラッチと、を備え、
当該トルクコンバータ装置を搭載した車両が発進した後、前記オイルポンプが前記トルクコンバータケース内に前記作動流体を供給して前記連通管路を遮断し、前記トルクコンバータケース内に前記作動流体が充満した状態で前記ロックアップクラッチを締結する、トルクコンバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の発進性能を向上可能なトルクコンバータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンの過給ダウンサイジング化により燃費の向上を図った車両がある。しかし、トルクコンバータを用いたダウンサイジングターボ車が標高の高い地域（高地）の上り坂で発進しようとしても、空気の密度が低いために通常の標高地よりもトルクが出ず、図５に示すように、エンジンがターボブースト回転数に到達する手前でエンジントルクＴＥとタービントルクＴＴが釣り合ってしまい、エンジントルクＴＥが発進に必要なトルクＴＳまで上がらず、結果として発進できないといった状況が生じ得る。このため、過給ダウンサイジング化されたエンジンを搭載した車両が高地の上り坂でも安定して発進可能なシステムが求められていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−２４８７６８号公報
【特許文献２】特許第５２４０３６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１には、エンジン回転数がインターセプト点に達しない低回転域の時にはトルクコンバータのトルク容量係数を小さく設定し、発進時におけるエンジン回転数を素早く立ち上げてターボ過給機を作用させる技術が記載されている。また、特許文献２には、過給ダウンサイジング化されたエンジンを搭載した車両においては、エンジン回転数が上昇し排気ガス流量が増加し吸気通路に十分な過給圧が作用するまでは駆動トルクが不足し、発進に際しもたつきが生じるなど発進性能が低下するおそれがあるため、流体伝達機構のトルク容量を小さく設定し、これにより、トルクコンバータのポンプインペラからタービンライナに伝達される動力を少なくしポンプインペラを回転させる際の抵抗を少なくする技術が記載されている。
【０００５】
特許文献１に記載された技術及び特許文献２に記載された技術は、いずれも発進性能の向上を目的とするものではあるが、標高が高く気圧の低い地域での発進性能に関する課題や解決方法の示唆は無い。
【０００６】
本発明の目的は、特に高地での車両の発進性能を向上可能なトルクコンバータ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、
エンジンの出力軸（例えば、後述の実施形態でのクランクシャフト１１ｅ）に接続されるポンプインペラ（例えば、後述の実施形態でのポンプインペラ１２）と、変速機の入力軸（例えば、後述の実施形態での入力軸１１ｔ）に接続されるタービンランナ（例えば、後述の実施形態でのタービンランナ１４）と、前記ポンプインペラと前記タービンランナの間に配置されるステータ（例えば、後述の実施形態でのステータ１６）と、を備え、前記ポンプインペラと前記タービンランナとの間に形成された循環路に作動流体（例えば、後述の実施形態での作動流体Ｒ）を循環させて、前記作動流体を介して前記ポンプインペラから前記タービンランナに回転動力を伝達するトルクコンバータ装置（例えば、後述の実施形態でのトルクコンバータ装置１０）であって、
前記ポンプインペラ、前記タービンランナ及び前記ステータを収容するトルクコンバータケース（例えば、後述の実施形態でのトルクコンバータケース１８）と、
周囲の大気圧の低下に伴って前記トルクコンバータケース内の前記作動流体の量を低減する流体量可変機構と、を備える。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記流体量可変機構は、
前記トルクコンバータケースの内部（例えば、後述の実施形態での内部４２）と外部とを連通させる連通管路（例えば、後述の実施形態での第２排出パイプ４６及び高さ調整パイプ４８）と、
前記連通管路の先端に設けられ前記外部に開口すると共に、重力方向に移動可能な開口部（例えば、後述の実施形態での開口部５０）と、
周囲の大気圧に応じて前記開口部を前記重力方向に移動させる管路調整部（例えば、後述の実施形態での管路調整部６０）と、を備え、
前記管路調整部は、周囲の大気圧の低下に従って前記開口部を前記トルクコンバータケースの前記重力方向における上端より低い位置に移動させて、前記トルクコンバータケース内の前記作動流体の表面レベル（例えば、後述の実施形態での表面レベルＬＶ）を低下させる。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、
前記連通管路は、周囲の大気圧に従って前記重力方向に伸縮可能である。
【００１０】
また、請求項４に記載の発明では、請求項２又は３に記載の発明において、
前記トルクコンバータケース内に前記作動流体を供給するオイルポンプ（例えば、後述の実施形態でのオイルポンプ４１）と、
前記オイルポンプから供給される前記作動流体の圧力に応じて前記連通管路を開閉するバルブ（例えば、後述の実施形態でのチェックバルブ４７）と、
前記エンジンの前記出力軸と前記変速機の前記入力軸とを機械的に結合可能なロックアップクラッチ（例えば、後述の実施形態でのロックアップクラッチ３０）と、を備え、
当該トルクコンバータ装置を搭載した車両が発進した後、前記オイルポンプが前記トルクコンバータケース内に前記作動流体を供給して前記連通管路を遮断し、前記トルクコンバータケース内に前記作動流体が充満した状態で前記ロックアップクラッチを締結する。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、標高の高い地域では低い大気圧のために流体量可変機構によってトルクコンバータケース内の作動流体の量が低減されて、トルクコンバータ装置のトルク容量係数が自然と小さくなる。このため、高地における低い空気密度のために始動時のエンジントルクが低い状況であっても、エンジントルクがタービントルクを上回る状態のままエンジンの回転数が上昇し、エンジントルクが発進に必要なトルクを超えて、トルクコンバータ装置を搭載した車両は容易に発進することができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、標高の高い地域では低い大気圧のために開口部が重力方向下方に移動し、トルクコンバータケース内の作動流体の表面レベルが低下するため、トルクコンバータ装置のトルク容量係数が自然と小さくなる。このため、高地における低い空気密度のために始動時のエンジントルクが低い状況であっても、エンジントルクがタービントルクを上回る状態のままエンジンの回転数が上昇し、エンジントルクが発進に必要なトルクを超えて、トルクコンバータ装置を搭載した車両は容易に発進することができる。また、トルク容量係数を小さくするための構成を電気的な仕組みを用いずに実現することができるため、構造が簡単であると共に、車両の発進性能を向上できる。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、連通管路が伸縮することで、管路調整部は開口部の重力方向の高さを調整することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、車両が発進した後は、作動流体をトルクコンバータケース内に充満させてトルクコンバータ装置のトルク容量係数を大きくすることで、ロックアップクラッチの締結時における発熱を抑えつつ通常のエネルギー伝達効率で車両が走行できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】トルクコンバータ装置の基本構成を示す断面図である。
【図２】トルクコンバータ装置の全体構成を示す模式図である。
【図３】トルク容量低減時のタービントルクを、従来のタービントルクと比較して示すグラフである。
【図４】エンジントルクがタービントルクを上回り、車両が発進する状態を示すグラフである。
【図５】従来のトルクコンバータ装置の特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
【００１７】
本発明に係る一実施形態のトルクコンバータ装置の基本構成について、図１を参照して説明する。図１に示すように、自動車等の車両に搭載されるトルクコンバータ装置１０は、エンジン（図示せず）のクランクシャフト１１ｅに連結されたポンプインペラ１２と、ポンプインペラ１２の作動流体吐出口に近接して配置された作動流体流入口を有し、変速機（図示せず）に結合されたタービンランナ１４と、タービンランナ１４からポンプインペラ１２に戻る作動流体の流れを偏向するステータ１６と、ロックアップクラッチ３０とを備える。ポンプインペラ１２、タービンランナ１４及びステータ１６は、トルクコンバータケース１８内に収容されている。トルクコンバータ装置１０は、ポンプインペラ１２とタービンランナ１４との間に形成された循環路に作動流体を循環させて、作動流体を介してポンプインペラ１２からタービンランナ１４に回転動力を伝達する。
【００１８】
ポンプインペラ１２は、エンジンのクランクシャフト１１ｅに連結されて一体回転するトルクコンバータケース１８に取り付けられている。ポンプインペラ１２は、外側のポンプシェル１２ａと、内側のポンプコアリング１２ｂと、ポンプコアリング１２ｂに取り付けられているポンプブレード１２ｃとから構成され、外側のポンプシェル１２ａ及び内側のポンプコアリング１２ｂによって作動流体の流路を形成する。
【００１９】
タービンランナ１４は、ポンプシェル１２ａに対向して配置されている。タービンランナ１４は、外側のタービンシェル１４ａと、内側のタービンコアリング１４ｂと、タービンコアリング１４ｂに取り付けられているタービンブレード１４ｃとから構成され、外側のタービンシェル１４ａ及び内側のタービンコアリング１４ｂによって作動流体の流路を形成する。タービンランナ１４は、ポンプインペラ１２と同軸上にあるタービンハブ１７に結合され、変速機の入力軸１１ｔと一体に回転する。
【００２０】
ステータ１６は、ポンプインペラ１２とタービンランナ１４との間に挟まれるように配置されている。ステータ１６は、シェル側リング１６ａと、コア側リング１６ｂと、ステータブレード１６ｃとから構成され、シェル側リング１６ａ及びコア側リング１６ｂによって作動流体の循環路を形成する。ステータ１６は、ワンウェイクラッチ１９を介してトルクコンバータ装置１０のハウジング（図示せず）に支持されている。
【００２１】
ロックアップクラッチ３０は、トルクコンバータケース１８とタービンランナ１４との間に配置されており、エンジンのクランクシャフト１１ｅと変速機の入力軸１１ｔとを機械的に結合可能である。ロックアップクラッチ３０は、円盤状に形成された入力側プレート３１と、摩擦板３２と、一端が曲げ起こされた爪部を有する入力爪３３とを有する。
【００２２】
入力側プレート３１は、タービンハブ１７の外周面に軸方向に摺動自在に軸支されている。入力側プレート３１の左右の圧力を変えることによって入力側プレート３１を図中、左右方向に移動させ、摩擦板３２とトルクコンバータケース１８とを接離させることで、ロックアップクラッチ３０を締結又は開放する。
【００２３】
また、入力側プレート３１のタービンランナ１４側にリベット３４によって固定されている入力爪３３は、ロックアップクラッチ３０とタービンランナ１４との間に配置されているダンパ装置３５に当接し、トルクを伝達する。
【００２４】
図２は、図１に示したトルクコンバータ装置１０の全体構成を示す模式図である。図２に示すように、トルクコンバータケース１８の内部４２には、エンジンの動力によって駆動されるオイルポンプ４１から給油パイプ４３を介して供給される作動流体Ｒが貯留される。作動流体Ｒは、オイルポンプ４１からトルクコンバータケース１８の内部４２に供給されると共に、排出パイプ４４を介してトルクコンバータケース１８の外部に排出される。
【００２５】
排出パイプ４４は、第１排出パイプ４５と第２排出パイプ４６とに分岐している。第１排出パイプ４５は、不図示のドレンに接続されている。一方、第２排出パイプ４６には、重力方向（図２中、上下方向）にスライド自在に嵌合した高さ調整パイプ４８が接続されている。第２排出パイプ４６の管路内には、チェックバルブ４７が配設されている。また、第２排出パイプ４６と高さ調整パイプ４８との間には、高さ調整パイプ４８を第２排出パイプ４６から離間させる方向（図２中、上方）に付勢するコイルばね４９が管路内に配設されている。
【００２６】
チェックバルブ４７は、弁体であるボール４７ａが弁座４７ｂに対してばね４７ｃを介して設けられた構成である。トルクコンバータケース１８内に供給される作動流体Ｒの流量による圧力がばね４７ｃの弾性力を超えれば、ボール４７ａが弁座４７ｂに当接してチェックバルブ４７が閉じるため、トルクコンバータケース１８と高さ調整パイプ４８との間の流路は遮断される。逆に、作動流体Ｒの流量による圧力がばね４７ｃの弾性力以下であれば、ボール４７ａが弁座４７ｂから離れてチェックバルブ４７が開くため、トルクコンバータケース１８と高さ調整パイプ４８との間の流路は開放される。
【００２７】
高さ調整パイプ４８は、第２排出パイプ４６に対して重力方向（図２中、上下方向）にスライドして移動可能である。高さ調整パイプ４８が重力方向に移動することで、その先端に設けられた開口部５０の高さが変わる。開口部５０の最も高い位置は、トルクコンバータケース１８の重力方向における上端（以下、単に「上端」という。）に等しい位置である。開口部５０は、不図示のドレン等の外部に開口する。このように、トルクコンバータケース１８の内部と外部は、第２排出パイプ４６及び高さ調整パイプ４８によって連通されている。
【００２８】
トルクコンバータケース１８と高さ調整パイプ４８との間の流路が開放された状態において、開口部５０の高さがトルクコンバータケース１８の上端に等しいとき、トルクコンバータケース１８内の作動流体Ｒの表面レベルＬＶはトルクコンバータケース１８の上端の高さに等しい状態となる。しかし、開口部５０の高さがトルクコンバータケース１８の上端よりも低いとき、トルクコンバータケース１８内に貯留された作動流体Ｒが開口部５０から流出して、トルクコンバータケース１８内の作動流体Ｒの表面レベルＬＶは、トルクコンバータケース１８の上端よりも低い開口部５０の高さに等しい状態となる。なお、互いにスライド自在に嵌合する第２排出パイプ４６及び高さ調整パイプ４８は、開口部５０の高さが変更可能であればよく、１本の伸縮可能なパイプから構成されてもよい。
【００２９】
重力方向に移動可能な高さ調整パイプ４８には、固定滑車６５に巻き掛けられたワイヤ６６の一端６６ａが固定されている。また、ワイヤ６６の他端６６ｂは、管路調整部６０の可動パイプ６２に固定されている。
【００３０】
管路調整部６０は、周囲の大気圧に応じて開口部５０の重力方向の高さを調整する。管路調整部６０は、固定パイプ６１と、この固定パイプ６１にスライド自在に内嵌すると共に、固定パイプ６１の内部を気密に保持する可動パイプ６２と、固定パイプ６１と可動パイプ６２との間に設けられて可動パイプ６２を固定パイプ６１から押し出す方向に付勢するコイルばね６３とを有する。
【００３１】
可動パイプ６２は、周囲の大気圧に応じて固定パイプ６１に対してスライドする。大気圧が低下すると可動パイプ６２に作用する外力が低下し、可動パイプ６２は、コイルばね６３の弾性力により固定パイプ６１から押し出される方向（図２中、上方）に移動する。
【００３２】
図２に点線の矢印で示すように、大気圧の低下によって可動パイプ６２が上方へ移動すると、ワイヤ６６を介して高さ調整パイプ４８が下降するので、開口部５０の高さが低くなる。開口部５０がトルクコンバータケース１８の上端より低くなると、作動流体Ｒがトルクコンバータケース１８から流出して作動流体Ｒの表面レベルＬＶが低下する。このように、トルクコンバータケース１８と高さ調整パイプ４８との間の流路が開放された状態において、作動流体Ｒの表面レベルＬＶは、大気圧の低下に応じて自然と低下する。逆に、大気圧が高くなると、開口部５０の高さが高くなるため、作動流体Ｒの表面レベルＬＶは、トルクコンバータケース１８の上端を上限として自然と上昇する。このように、トルクコンバータケース１８内の作動流体Ｒの表面レベルＬＶは、周囲の大気圧に応じて自然と上下する。
【００３３】
次に、本実施形態のトルクコンバータ装置１０を搭載した車両が、標高が高く大気圧が低い地域の上り坂で発進する際のトルクコンバータ装置１０の作用について、図３及び図４を参照して詳細に説明する。
【００３４】
標高が高く大気圧が低い地域では、大気圧による可動パイプ６２に作用する下方への押圧力が低下している。このため、可動パイプ６２はコイルばね６３の弾性力により上方に移動しており、ワイヤ６６を介して接続されている高さ調整パイプ４８が下方に移動しているので、開口部５０の位置は低くなっている。開口部５０がトルクコンバータケース１８の上端より低い位置に移動されると、トルクコンバータケース１８内の作動流体Ｒの表面レベルＬＶが開口部５０の高さと同じ高さになるまで、作動流体Ｒはトルクコンバータケース１８内から流出する。トルクコンバータケース１８内の作動流体Ｒの表面レベルＬＶが低い状態のトルクコンバータ装置１０は、トルク容量係数が小さい状態である。なお、エンジンを始動する前はオイルポンプ４１からトルクコンバータケース１８内に作動流体Ｒが供給されず、チェックバルブ４７は開いた状態であるため、トルクコンバータケース１８と高さ調整パイプ４８との間の流路は開放された状態である。
【００３５】
このように、トルクコンバータ装置１０のトルク容量係数が小さい状態であれば、タービントルクＴＴは、図３に点線で示すトルク容量係数が大きい状態のトルクよりも小さな、実線で示すトルクまで低下する。その結果、エンジンが始動すると、図４に示すように、エンジントルクＴＥがタービントルクＴＴを上回る状態のままエンジンの回転数が上昇して、エンジントルクＴＥは発進に必要なトルクＴＳを超える。その後、タービントルクＴＴがトルクＴＳを超えると車両の発進が可能となる。
【００３６】
車両が発進した後、トルクコンバータ装置１０のトルク容量係数が小さいままであると、ポンプインペラ１２とタービンランナ１４との相対すべり速度が高く、エネルギー伝達効率が悪い。また、トルクコンバータケース１８内の作動流体Ｒの表面レベルＬＶが低いためにロックアップクラッチ３０が作動流体Ｒに浸かっておらず、ロックアップクラッチ３０を締結する際の発熱のためにロックアップクラッチ３０の寿命が短くなることが懸念される。このため、車両が発進した後、オイルポンプ４１からトルクコンバータケース１８内に作動流体Ｒを供給し、作動流体Ｒをトルクコンバータケース１８内に充満させることによって、トルクコンバータ装置１０のトルク容量係数を大きくする。このとき、トルクコンバータケース１８内に供給される作動流体Ｒの流量による圧力によって、ボール４７ａがばね４７ｃの弾性力に抗して弁座４７ｂに当接するため、チェックバルブ４７が閉じて、トルクコンバータケース１８と高さ調整パイプ４８との間の流路が遮断される。その結果、高さ調整パイプ４８からの作動流体Ｒの流出が阻止される。本実施形態では、高さ調整パイプ４８からの作動流体Ｒの流出を阻止して、トルクコンバータケース１８内に作動流体Ｒが充満した状態で、ロックアップクラッチ３０を締結する。
【００３７】
なお、標高が低い地域では、開口部５０はトルクコンバータケース１８の上端と同じ高さに位置するため、トルクコンバータケース１８内は作動流体Ｒで満たされているが、エンジントルクＴＥは図４に示した場合よりも大きいため、タービントルクＴＴと釣り合う前に発進に必要なトルクＴＳを超える。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態によれば、標高の高い地域では低い大気圧のために開口部５０が重力方向下方に移動し、トルクコンバータケース１８内の作動流体Ｒの表面レベルＬＶが低下するため、トルクコンバータ装置１０のトルク容量係数が自然と小さくなる。このため、高地における低い空気密度のために始動時のエンジントルクが低い状態であっても、エンジントルクＴＥがタービントルクＴＴを上回る状態のままエンジンの回転数が上昇し、エンジントルクＴＥが発進に必要なトルクＴＳを超えて、車両は容易に発進することができる。また、トルク容量係数を小さくするための構成を電気的な仕組みを用いずに実現することができるため、構造が簡単であると共に、車両の発進性能を向上できる。
【００３９】
さらに、車両が発進した後は、作動流体Ｒをトルクコンバータケース１８内に充満させてトルクコンバータ装置１０のトルク容量係数を大きくすることで、ロックアップクラッチ３０の締結時における発熱を抑えつつ通常のエネルギー伝達効率で車両が走行できる。
【００４０】
尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、上記実施形態では、第２排出パイプ４６、高さ調整パイプ４８及び管路調整部６０等によって、トルクコンバータ装置１０の周囲の大気圧に伴ってトルクコンバータケース１８内の作動流体Ｒの量を低減する流体量可変機構が構成されているが、この流体量可変機構と同様の機能を、電動ポンプ及び排出バルブ等を用いて実現しても良い。電動ポンプ及び排出バルブ等から構成された流体量可変機構による作動流体Ｒの量の低減には電動ポンプへの通電が必要であるが、トルクコンバータ装置１０を搭載した車両の開錠に応じて電動ポンプへ通電すれば、エンジン始動までの時間を有効に活用して、車両が発進するまでのトルクコンバータケース１８内の作動流体Ｒの量を所望の状態まで低減する時間を短縮可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  トルクコンバータ装置
１１ｅ  クランクシャフト
１１ｔ  入力軸
１２  ポンプインペラ
１４  タービンランナ
１６  ステータ
１８  トルクコンバータケース
３０  ロックアップクラッチ
４１  オイルポンプ
４６  第２排出パイプ
４７  チェックバルブ
４８  高さ調整パイプ
５０  開口部
６０  管路調整部
ＬＶ  表面レベル
Ｒ  作動流体
【図１】
2016217436.tif 000003
【図２】
2016217436.tif 000004
【図３】
2016217436.tif 000005
【図４】
2016217436.tif 000006
【図５】
2016217436.tif 000007