JP2009209979A - トルクコンバータのステータ - Google Patents

Abstract

【課題】 トルクコンバータのステータであって、アイドリング時にはストール容量係数を低くすることでエンジン負荷を低減し、発進時にはストール容量係数を高くすることで大きなエンジントルクを受け止めることが出来、さらに回転速度が高くなった安定走行時（巡航時）には高速度比特性を高めるステータの提供。
【解決手段】 ステータを構成するブレードは主ブレード７と可動ブレード８から成り、アイドリング時には可動ブレード８はそのプレッシャー側面が主ブレード７のサクション側面にバネ力が付勢されて当接し、加速時には作動油の流れに基づく油圧の作用で上記可動ブレード８は主ブレード７から離れてそのサクション側面が主ブレード７のプレッシャー側面に当接し、さらに回転数が高くなった巡航時には上記バネの復元力にて可動ブレード８が戻されて主ブレード７のサクション側面に当接するように動作する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、アイドリング時の車両振動を防止すると共に燃費を向上させることが出来、加速時には大きなエンジントルクを受け止めることが出来、更に巡航時においてもトルクを増幅させるように働いて伝達効率を高めることが出来るトルクコンバータのステータに関するものである。

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。

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。

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。

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。

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）はワンウエイクラッチを介して支持されている。

図８はワンウエイクラッチ（リ）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。

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（イ）とタービンランナ（ロ）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（ハ）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（リ）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。

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（リ）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。

上記機能を果たす為に、ステータ（ハ）はポンプインペラ（イ）及びタービンランナ（ロ）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（ハ）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。

ところで、アイドリング時にはエンジンの負荷を下げることで車両の振動を抑え、燃費を向上させることが出来るが、車両の発進・加速時のエンジントルクを受止めて、ダイレクトな加速感覚を得る為に、ストール時（トルクコンバータ入力軸のみが回転し、出力軸の回転数がゼロの状態）の容量係数を適度に高めておくことが必要である。このことは、アイドリング時の車両振動の原因となり、又燃費悪化の原因と成っている。

近年では、トランスミッション内のクラッチを開放することで、エンジン負荷を低減する手法が一部で用いられているが、該クラッチを開放（ＯＦＦ）するには特別な制御を行う必要があり、しかもクラッチを入れる（ＯＮ）際に、多少を問わず衝撃が発生するなどの問題が残される。

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、アイドリング時にはストール容量係数を低くすることでエンジン負荷を低減し、発進時にはストール容量係数を高くすることで大きなエンジントルクを受け止めることが出来、さらに回転速度が高くなった安定走行時（巡航時）には高速度比特性を高めるステータを提供する。

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、本発明ではステータのブレードを出口部分に当る主ブレードと入口部分に当る可動ブレードに２分割した形態とし、この２種類のブレードにて１枚の大きなブレードを構成している。

主ブレードは従来通りワンウエイクラッチを介して、回転しないステータサポート軸に嵌合されている。一方の可動ブレードは上記主ブレードと同軸を成して回転可能に軸支されているが、バネを介して主ブレードと接合している。そこで、無負荷状態ではバネ力によって主ブレードのサクション側（負圧側）面に可動ブレードのプレッシャー側（正圧側）面が密着している。そして、可動ブレードはトルクコンバータ内の作動油の流れが速くなって押圧力が作用するならば、主ブレードから離れ、回転数が高くなった巡航時には可動ブレードは再びもとの位置に戻される。

（１）アイドリング時
アイドリング状態にある時は、ステータのブレードはプレッシャー側に流れを受けるが、その流れの勢いは弱い為にバネを押し縮めることはない。すなわち、主ブレードのサクション側（負圧側）面に可動ブレードのプレッシャー側（正圧側）面が密着している。この時、主ブレードと可動ブレードで構成する１枚の大きなブレードは、ストール容量係数の低い羽根形状となり、エンジン負荷を低減することが出来る。
（２）発進時
車両が発進する際には、回転数が高まり流れの勢いが強くなると、可動ブレードがバネを押し縮めながら回転移動し、主ブレードのプレッシャー側に可動ブレードのサクション側が密着したところで停止する。この時の主ブレードと可動ブレードで構成する１枚の大きなブレードは、ストール容量係数の高い羽根形状となり、エンジントルクを受け止めるに十分な容量係数を確保することが出来る。
（３）巡航時
速度比が高まりステータのブレードへの流入角度が羽根角度に近づくと、バネの復元力により可動ブレードは元の位置に戻される。この時の主ブレードと可動ブレードで構成する１枚の大きなブレードは、高速度比容量係数及び効率が高い羽根形状となり、高速度比特性が向上するようになる。

ステータのブレードがこのように構成されて動作することで、アイドリング時の車両振動が抑制されると共に燃費の向上をもたらし、発進時にはエンジンのトルクを受け止めてダイレクトな加速感覚を得ることが出来る。又、所定の速度に達した巡航時には、作動油の流入角度がブレードの羽根角度に近づくことで、可動ブレードは元の位置に戻され、高速度比特性に優れた羽根形状と成る。

図１は本発明に係るステータを備えたトルクコンバータの縦断面図を表している。トルクコンバータとしての基本構造は前記図７に示した従来と同じであり、１はポンプインペラ、２はタービンランナ、３はステータ、そして４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５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６が回転し、該フロントカバー６と一体となっているポンプインペラ１が回転し、その結果、作動流体(作動油)を媒介としてタービンランナ２が回る。

そして、タービンランナ２に当たってから送り出される作動油は、ステータ３にてポンプインペラ１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３はポンプインペラ１とタービンランナ２との間に配置され、ポンプインペラ１の回転方向にのみ回転するように、該ステータ３はワンウエイクラッチを介して支持されている。

すなわち、タービンランナ２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３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、基本構造は従来技術のトルクコンバータの場合も同じであるが、本発明のステータはそのブレードが主ブレード７と可動ブレード８で構成している。

図２はステータ３の正面図であり、複数枚の主ブレード７，７・・と可動ブレード８，８・・を有している。主ブレード７，７・・は互いに同軸を成す主内輪９と主外輪１０の間に半径方向を向いて等間隔で設けられ、可動ブレード８，８・・は互いに同軸を成す可動内輪１１と可動外輪１２との間に半径方向を向いて等間隔で設けられている。そして、主内輪９の外周にはストッパー１３，１３・・が突出し、可動内輪１１の内周には当り１４，１４・・が突出しており、主内輪９と可動内輪１１との間に形成している空間１５，１５・・にはコイルバネ１６，１６・・が介在すると共に、該コイルバネ１６はストッパー１３と当り１４との間に挟まれている。

上記コイルバネ１６は多少圧縮された状態で取付けられている為に、当り１４はストッパー１３に当接している。そして、可動ブレード８はコイルバネ１６を圧縮して左方向（半時計方向）に回転移動することが可能である。ところで、当り１４がストッパー１３に当接している場合、可動ブレード８は主ブレード７と密着状態にあり、図２(ｂ)に示すように主ブレード７と可動ブレード８とで１枚の大きなブレードを構成している。すなわち、主ブレード７のサクション側（負圧側）面に可動ブレード８のプレッシャー側（正圧側）面が密着している。

これは、車両がアイドリング時の状態であり、ストール容量係数の低い羽根形状となり、その為にエンジン負荷は低減される。そして、アクセルを踏むことでトルクコンバータのポンプインペラ１の回転数を高くするならば、可動ブレード８は作動油に押圧されて主ブレード７から離れる。図３はこの状態を表しているが、可動ブレード８のプレッシャー側（正圧側）面に油圧が作用してコイルバネは圧縮され、同図のように可動ブレード８は主ブレード７から離れる。

そして、可動ブレード８は図４に示すように主ブレード７のプレッシャー側（正圧側）面に当接し、１枚の大きなブレードを構成する。ただし、図４（ｂ）に示すブレードの羽根形状は主ブレード７のプレッシャー側（正圧側）面に可動ブレードのサクション側（負圧側）面が当接することで、図２に示すアイドリング時のブレード羽根形状とは違っている。

このブレード羽根形状はストール容量係数が高く、エンジントルクを受止めるに十分な容量係数と成っている。そして、タービンランナ２の回転数がある程度高くなってステータのブレードへの流入角度が羽根角度に近づくならば、可動ブレード８のプレッシャー側（正圧側）面に作用する作動油の押圧力は低下し、コイルバネの復元力の作用で該可動ブレード８は元の位置に戻り、図２に示すように主ブレード７のサクション側（負圧側）面に可動ブレード８のプレッシャー側（正圧側）面が当接し、１枚の大きなブレードを構成する。

以下、作動油の流れと可動ブレード８の動きを図面に基づいて詳細に説明する。
図５は発進時の場合、すなわちアイドリング時からトルクが増大する場合を示している。
（１）アイドリング中
アイドリング時では主ブレード７と可動ブレード８は接合しており、主ブレード７のサクション側（負圧側）面に可動ブレード８のプレッシャー側（正圧側）面が当接して１枚の大きなブレードを構成している。ここで、矢印（→）は作動油の流れを示しているが、ポンプインペラ１の回転数が低いために作動油の流れは遅く、タービンランナ２から流れてブレードに作用する押圧力（油圧）は小さい。従って、可動ブレード８はコイルバネ１６のバネ力によって主ブレード７のサクション側面に当接している。このブレードは羽根角度が大きくて倒れている状態であり、容量係数は低くてエンジンに作用する負荷は小さくなる。その結果、アイドリング時の車両振動が抑制され、燃費は向上する。
（２）アクセル開直後
アクセルを踏むならば、トルクコンバータ内での作動油の流れ速度は高まり、作動油に押圧されて可動ブレード８は同図に示すように主ブレード７から離れる。すなわち、コイルバネ１６が圧縮されて可動ブレード８は移動することが出来る。
（３）加速中
上記可動ブレード８は移動して隣に位置する主ブレード７に当接する。すなわち、可動ブレード８のサクション側（負圧側）面が主ブレード７のプレッシャー側（正圧側）面に当接して停止し、１枚の大きなブレードが構成される。このブレード形状は羽根角度が小さくて立っている状態となり、その結果、容量係数は高くなって、大きなエンジントルクを受け止めることが出来る。

図６は加速して所定の回転数まで高まり、巡航状態のブレードと作動油の流れを表している。
（１）加速⇒巡航
加速してある速度に達して巡航状態に移行する時には、タービンランナ２の回転数が高まって作動油の流れはステータブレードの羽根角度と平行になっていく。その為に、可動ブレード８が作動油から受ける押圧力は低下しつつある。同図に示すように、可動ブレード８が主ブレード７のプレッシャー側（正圧側）面に当接し、１枚の大きなブレードは立っている状態が維持される。
（２）巡航開始
加速が停止して巡航状態となれば、可動ブレード８が受ける作動油からの押圧力は低下し、コイルバネ１６の復元力の方が大きくなって、可動ブレード８は主ブレード７から離れる。
（３）巡航中
所定の速度に達した場合には、可動ブレード８はそのプレッシャー側（正圧側）面が主ブレード７のサクション側（負圧側）面に当接して停止する。この状態はアイドリング時の組み合わせ形態と同じで、ブレードの羽根角度は倒れている為、タービンランナ２の回転数が高まっても、エンジンからのトルクを増幅させるように働くことが出来る。すなわち伝達効率が高くなる。

本発明のステータを備えたトルクコンバータの縦断面。 アイドリング時のステータの正面図。 加速を開始して可動ブレードが主ブレードから離れた場合のステータの正面図。 加速中で、可動ブレードのサクション側が主ブレードのプレッシャー側に当接した場合のステータの正面図。 発進時の作動油の流れと可動ブレードの動き。 巡航時の作動油の流れと可動ブレードの動き。 従来の一般的なトルクコンバータ。 従来の一般的なステータ。

符号の説明

１ ポンプインペラ
２ タービンランナ
３ ステータ
４ ピストン
５ トルクコンバータ外殻
６ フロントカバー
７ 主ブレード
８ 可動ブレード
９ 主内輪
10 主外輪
11 可動内輪
12 可動外輪
13 ストッパー
14 当り
15 空間
16 コイルバネ

Claims (3)

1. トルクコンバータのステータにおいて、該ステータを構成するブレードは主ブレードと可動ブレードから成り、アイドリング時には可動ブレードはそのプレッシャー側（正圧側）面が主ブレードのサクション側（負圧側）面にバネ力が付勢されて当接し、加速時には作動油の流れに基づく油圧の作用で上記可動ブレードは主ブレードから離れてそのサクション側（負圧側）面が主ブレードのプレッシャー側（正圧側）面に当接し、さらに回転数が高くなった巡航時には上記バネの復元力にて可動ブレードが戻されて主ブレードのサクション側（負圧側）面に当接するように動作することを特徴とするトルクコンバータのステータ。
2. トルクコンバータのステータにおいて、該ステータを構成するブレードは主ブレードと可動ブレードから成り、複数枚の主ブレードは互いに同軸を成す主内輪と主外輪の間に半径方向を向いて等間隔で設けられ、複数枚の可動ブレードは上記主内輪の外側に嵌った可動内輪と可動外輪の間に半径方向を向いて等間隔で設けられ、そして主内輪の外側にはストッパーを突出すると共に可動内輪の内側には当りを突出して設け、さらに主内輪と可動内輪の間に形成した空間にはコイルバネを介在して上記可動内輪の当りが主内輪のストッパーに当るようにバネ力を付勢し、アイドリング時には可動ブレードはそのプレッシャー側（正圧側）面が主ブレードのサクション側（負圧側）面にバネ力が付勢されて当接し、加速時には作動油の流れに基づく油圧の作用で上記可動ブレードは主ブレードから離れてそのサクション側（負圧側）面が主ブレードのプレッシャー側（正圧側）面に当接し、さらに回転数が高くなった巡航時には上記バネの復元力にて可動ブレードが戻されて主ブレードのサクション側（負圧側）面に当接するように動作することを特徴とするトルクコンバータのステータ。
3. 上記主ブレードのサクション側（負圧側）面に可動ブレードのプレッシャー側（正圧側）面が当接した１枚の大きなブレードは羽根角度が大きくて倒れている状態と成り、一方の主ブレードのプレッシャー側（正圧側）面に可動ブレードのサクション側（負圧側）面が当接した１枚の大きなブレードは羽根角度が小さくて立っている状態である請求項１、又は請求項２記載のトルクコンバータのステータ。

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