(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のみ回転を許可する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、
トルクコンバータの最外径方向の直径値に対する最外軸方向の値の比である扁平率が０．２３以下であって、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、
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としたとき、
ＡおよびＢを０．２３<Ａ≦０．４５，０．２３<Ｂ≦０．４５で、かつ、同一とし、Ｃを０．１５≦Ｃ<０．２３とした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】
本発明は、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３要素式がある。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，ポンプインペラ出口，タービン入口，タービン出口，ステータ入口，ステータ出口と、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。
【０００３】
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、エンジントルクに対する適正値よりも小さければ、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。
【０００４】
しかしながら、この従来のトルクコンバータにあっては、前述したような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。すなわち、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。
【０００５】
上記課題を解決する手段として、例えば特開平１１−６３１４９号公報に記載の技術が知られている。この公報には、トルク容量係数を確保するため、タービン出口及びステータ入口の面積比をＡ、ステータ出口及びインペラ入口の面積比をＢ、インペラ出口とタービン入口の面積比をＣとした場合、
▲１▼Ａ及びＢが０．２４〜０．３１の間で同一、Ｃが０．２３〜０．３１かつＡ及びＢがＣよりも大きい。
▲２▼Ａが０．２４〜０．３１の間で、Ｂ及びＣが０．２３〜０．３１かつＡがＢ及びＣよりも大きい。
▲３▼Ｂが０．２４〜０．３１で、Ａ及びＣが０．２３〜０．３１かつＢがＡ及びＣよりも大きい。
といった条件に基づいて流路面積比を最適値にすることで、トルク容量を大きくしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図５はトルクコンバータの概略図である。図に示すように、トルクコンバータの最外径の直径をＤとし、トルクコンバータの厚み（ポンプインペラの軸方向車両前方側端部とタービンランナの軸方向車両後方側端部との間の距離）をＬとすると、トルクコンバータの扁平率はＬ／Ｄで表すことができる。
【０００７】
ここで、車載搭載性を向上する観点から、トルクコンバータのコンパクト化を図るために、トルクコンバータの厚みを小さくすることが考えられる。このとき、扁平率が高い（トルクコンバータの最外径の大きさＤに対してトルクコンバータの厚みＬが薄くなる）と、下記に示す課題が発生することが判明した。
▲１▼インペラ出口及びタービン入口のコアの曲率が大きくなることから、流れに剥離を生じ、効率が低下する。
▲２▼この剥離により有効な流路面積が減少するため、インペラ出口、タービン入口の面積を大きくしても、作動流体の流量が増加せず、その結果トルク容量係数は増加しない。
【０００８】
本発明は上述のような課題に基づいて成されたもので、本発明が解決しようとする課題は、扁平率の高いトルクコンバータにおいて、流路の面積比を適切な値に設定することで、適切なトルク容量を得ることができるトルクコンバータを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、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のみ回転を許可する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、トルクコンバータの最外径方向の直径値に対する最外軸方向の値の比である扁平率が０．２３以下であって、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、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としたとき、ＡおよびＢを０．２３<Ａ≦０．４５，０．２３<Ｂ≦０．４５で、かつ、同一とし、Ｃを０．１５≦Ｃ<０．２３としたことを特徴とする。
【００１０】
【発明の作用および効果】
請求項１記載のトルクコンバータにあっては、扁平率を０．２３以下のトルクコンバータとすることによりトルクコンバータのコンパクト化を達成すると共に、インペラ出口及びタービン入口面積比Ｃを０．１５≦Ｃ＜０．２３とすることで、曲率が大きい場合でも流れがコアに沿うようになり、剥離が低減され効率を向上することができる。
【００１１】
また、インペラ出口及びタービン入口面積比Ｃを０．１５≦Ｃ＜０．２３としても、インペラ及びタービンの有効流路面積は小さくならないので、作動流体の流量は低下せず、むしろインペラ出口の半径（流路平均径）が大きくなるため、トルク容量係数を増大することができる。
【００１２】
また、タービン出口及びステータ入口面積比、ステータ出口及びインペラ入口面積比（Ａ，Ｂ）を０．２３<Ａ≦０．４５，０．２３<Ｂ≦０．４５とすることにより、作動流体の流量が増大し、トルク容量係数を増加させることができる。
【００１３】
【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。
【００１４】
図１は本実施の形態のトルクコンバータを表す断面図である。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ている。
【００１５】
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、インナーレース２９を介して変速機の入力軸（図示しない）に連結されている。
【００１６】
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。また、タービン２５のシェル２６とケーシング２１との間には、断接可能なロックアップクラッチ３６が設けられている。
【００１７】
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ている。
【００１８】
ここで、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）の最外径の直径をＤとし、トルクコンバータの厚みをＬとすると、トルクコンバータの扁平率Ｌ／Ｄは、０．２３以下となるように形成されている。また、最外径Ｄ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が共に０．２３〜０．４５に、Ｃが０．１５〜０．２３になるように形成される。
【００１９】
図２は扁平率の高い（扁平率０．２３以下）トルクコンバータに従来技術の面積比を適用した場合の概略図、及び本願発明を適用した場合の概略図である。図２（ａ）は、Ａ及びＢが０．２４〜０．３１の間で同一、Ｃが０．２３〜０．３１かつＡ及びＢがＣよりも大きい従来のものを示しており、これに対して図２（ｂ）に示す本実施の形態は、ポンプインペラ出口４４およびタービン入口４５側の流路平均径が大きいものを示している。ブレード２４，２８はこれらに合わせて大きさ等が設定される。
【００２０】
すなわち、インペラ出口及びタービン入口面積比Ｃを０．１５〜０．２３の間に設定することで、扁平率が高くなり曲率が大きくなる場合であっても、作動流体の流れがコアに沿うようになり、図２（ａ）の斜線に示すような剥離が低減され効率を向上することができる。また、インペラ及びタービンの有効流路面積は小さくならないので、作動流体の流量は低下せず、むしろインペラ出口の半径（流路平均径）が大きくなるため、トルク容量係数は増大する。これにより、外径が同一の場合、扁平率の高いトルクコンバータであっても、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。
【００２１】
（実施例）
以下、本発明の実施の形態に基づいて実施例を説明する。ここで、トルクコンバータを設計する上で重要なパラメータの優先順位は第１に効率、第２にストールトルク比、第３にトルク容量係数が挙げられる。以下、各パラメータについて説明する。
【００２２】
▲１▼効率
効率は、燃費を左右するものであり、効率が低いと車両の燃費は低下する。このパラメータは、他のパラメータによって調整することが困難であるため、トルクコンバータを設計する上では、まず効率が高い領域（少なくとも８５％以上）を選択することが前提となる。
【００２３】
▲２▼ストールトルク比
ストールトルク比は、発進性に大きく関与するパラメータであり、効率と相反関係にある。すなわち、効率が高いと発進性が悪化し、効率が引くと発進性が向上する。ここで、ストールトルク比は少なくとも１．７以上が使用可能領域となる。
【００２４】
▲３▼トルク容量係数
トルク容量係数は、高いほどチューニングが容易であるため好ましいものの、このパラメータは他のパラメータによっても、ある程度対応が可能であるため、それほど重要度は高くない。例えば、ステータの出口の角度を油の流れに対して平行に近づければ、トルク容量係数をある程度高くすることが可能であり、また、ポンプインペラの角度を変更することでトルク容量係数をある程度変更することも可能である。
【００２５】
図３はインペラ出口及びタービン入口面積比Ｃを変化させたときの効率，トルク容量係数及びストールトルク比を表す図である。ここで、上述の各パラメータの性質▲１▼，▲２▼，▲３▼を踏まえて各特性について説明する。
【００２６】
（効率）
面積比Ｃを小さくすると効率は増加する。これは、流れがコアに沿うようになり、剥離が低減されるためである。但し、小さくしすぎると、流路の急拡大、急縮小のため図３のピークＰ１を頂点として低下する。
【００２７】
（ストールトルク比）
面積比Ｃを小さくするとストールトルク比は低下する。これは、インペラ出口面積比を小さくすることにより、インペラ出口半径が大きくなるため、ステータ半径比は小さくなる。その結果、ストールトルク比は図３のピークＰ２を頂点として低下するが、インペラで出口面積比を小さくしても、ストールトルク比の低下は微小である。
【００２８】
（トルク容量係数）
面積比Ｃを小さくしていくと、トルク容量係数は増加する。これは、作動流体の流量はほぼ変わらず、インペラ出口の半径（流路平均径）が大きくなったためである。
【００２９】
以上の結果から、面積比Ｃについて下記のようにまとめることができる。
（Ｃ＜０．１５の場合）
効率、トルク容量係数は高いものの、ストールトルク比が使用可能領域から低下してしまう。
（０．１５≦Ｃ＜０．２３の場合）
効率は０．１５をピークＰ１として面積比Ｃの増加に応じて低下するものの、緩やかな低下であり、使用可能領域を満たす。ストールトルク比は緩やかに増加し、使用可能領域を満たす。また、トルク容量係数も他のパラメータによって対応可能な領域にある。
（０．２３≦Ｃの場合）
ストールトルク比が０．２３でピークとなるが、０．１５をピークとする効率が低下してしまい、使用可能領域から外れてしまう。また、トルク容量も低下し続けてしまう。
【００３０】
よって、面積比Ｃは０．１５≦Ｃ＜０．２３の領域に設定することが望ましいことがわかる。尚、本実施例では、面積比Ｃの値として０．１９としている。これは、効率においては、ピークＰ１とほぼ同等の値が得られており、ストールトルク比においては、ピークＰ２とほぼ同等の値が得られており、トルク容量係数も他のパラメータにて対応可能範囲にあるからである。
【００３１】
図４はステータ面積比（Ａ，Ｂ）を変化させたときの効率、トルク容量係数及びストールトルク比を表す図である。ここで、上述の各パラメータの性質▲１▼，▲２▼，▲３▼を踏まえて各特性について説明する。
【００３２】
（効率）
面積比Ａ，Ｂを大きくしていくと、効率はあまり変化しないが、０．４０付近から低下する。これは流路が急拡大、急縮小するためである。
【００３３】
（ストールトルク比）
面積比Ａ，Ｂを大きくしていくと、ストールトルク比は増加する。これはステータ流路平均径が大きくなり、ステータトルクが増大するためである。
【００３４】
（トルク容量係数）
面積比Ａ，Ｂを大きくしていくと、トルク容量係数は増加する。これはステータの流路抵抗、インペラ吸入抵抗が低下し、作動流体の流量が増大するためである。
【００３５】
以上の結果から、面積比Ａ，Ｂについて下記のようにまとめることができる。
（（Ａ，Ｂ）<０．２３の場合）
効率は高いものの、トルク容量係数が低下し、ストールトルク比が使用可能領域よりも低下してしまう。
（０．２３≦（Ａ，Ｂ）≦０．４５の場合）
効率は０．２３をピークＰ３として面積比Ａ，Ｂの増加に応じて低下するものの、緩やかな低下であり、０．４５まで使用可能領域を満たす。ストールトルク比は緩やかに増加し、０．２３から使用可能領域を満たす。また、トルク容量係数も他のパラメータによって対応可能な領域にある。
（０．４５<（Ａ，Ｂ）の場合）
ストールトルク比及びトルク容量係数は増加、若しくはピーク値と同等となるが、効率が低下してしまい、使用可能領域から外れてしまう。
【００３６】
よって、面積比Ａ，Ｂは０．２３≦（Ａ，Ｂ）≦０．４５の領域に設定することが望ましいことがわかる。尚、本実施例では、面積比Ａ，Ｂの値として０．３１としている。これは、効率においては、ピークＰ３と同等の値が得られており、ストールトルク比においては、ピークＰ４と同等の値が得られており、トルク容量係数も他のパラメータにて対応可能範囲にあるからである。
【００３７】
以上説明したように、本実施例のトルクコンバータにあっては、扁平率を０．１９とすることで、トルクコンバータをコンパクト化すると共に、面積比Ａ，Ｂを０．３１に設定し、面積比Ｃを０．１９の領域に設定することで、効率，ストールトルク比，トルク容量係数の各パラメータをバランス良く設定することが可能となる。
【００３８】
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態におけるトルクコンバータを表す断面図である。
【図２】実施の形態及び従来技術の流路面積比の比較を表す概略図である。
【図３】実施の形態のインペラ出口及びタービン入口面積比Ｃと効率、トルク容量係数、ストールトルク比の変化を表す特性図である。
【図４】実施の形態のステータ面積比Ａ，Ｂと効率、トルク容量係数、ストールトルク比の変化を表す特性図である。
【図５】トルクコンバータの断面を表す概略図である。
【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
２４，２８    ブレード
２５    タービン
２６    シェル
２７    タービンコア
２９    インナーレース
３０    ステータ
３１    内リング
３３    羽根
３４    ワンウェイクラッチ
３６    ロックアップクラッチ
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
Ａ，Ｂ    ステータ面積比
Ｃ    タービン入口面積比
【図１】
0004160298.tif 000002
【図２】
0004160298.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004160298.tif 000005
【図５】
0004160298.tif 000006