JP4729152B2 - 流体継手装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原動機の回転トルクを伝達するための流体継手装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流体継手（フルードカップリング）は船舶用、産業機械用の動力伝達継手として従来から用いられている。流体継手は、原動機である例えばディーゼルエンジンのクランクシャフト（流体継手としての入力軸）に連結されたケーシングと、該ケーシングと対向して配設され該ケーシングに取り付けられたポンプと、該ポンプとケーシングによって形成された室にポンプ対向して配設され入力軸と同一軸線上に配置された出力軸に取り付けられたタービンとを具備している。また、上記ケーシングとタービンとの間には、ケーシングとタービンとを摩擦係合するロックアップクラッチが配設されている。このロックアップクラッチは、ケーシングとタービンとの間に配設されケーシングとの間に外側室を形成するとともにタービンとの間に内側室を形成するクラッチディスクを備え、ポンプとタービンとによって形成される作動室から内側室を通して外側室に流れる作動流体の内側室側と外側室側との圧力差によってケーシングとタービンとを摩擦係合するように構成されている。そして、ロックアップクラッチによるケーシングとタービンとを摩擦係合を解除するときには、作動流体を外側室から内側室を通してポンプとタービンとによって形成される作動室に流れるように循環せしめ、外側室の流体圧が内側室の流体圧より高くなるようにしている。このような流体継手を例えば車両の駆動装置に装備する場合には、一般に摩擦クラッチを介して変速機に伝動連結されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
車両の駆動装置に装備した上記流体継手においては、車両停止状態でエンジンが駆動され変速機の変速ギヤが投入されてる状態、即ち入力軸が回転し出力軸が停止している状態では、その特性上ドラッグトルクを有する。このドラッグトルクは、流体継手の設計点を最大効率となる回転速度比、即ちポンプとタービンとの回転速度比を０．９５〜０．９８位にとると、かなり大きくなる。ドラッグトルクが大きいと、エンジンのアイドリング運転が著しく不安定となるとともに、この不安定な回転が駆動系に異常振動を発生させる原因となる。また、ドラッグトルクが大きいことにより、アイドリング運転時の燃費が悪化する原因にもなっている。
【０００４】
上述したドラッグトルクが大きくなる原因の一つは、上記ロックアップクラッチの作動形態に起因している。即ち、ドラッグトルクによりポンプとタービンとによって形成される作動室内の負荷が大きくなり作動流体圧が上昇する。また、流体継手による伝達トルクは上記作動室内を循環する作動流体によって生ずるもので、その原理上外周側の方が圧力が高くなる。更に、ポンプの回転による作動流体の遠心力によって外周側の圧力が高くなる。しかるに、従来の流体継手においては、エンジンのアイドリング運転時のようにロックアップクラッチを作動しない状態では、上述したように作動流体が外側室から内側室を通してポンプとタービンとによって形成される作動室に流れるように構成されている。このため、循環する作動流体は圧力が高い外周側から作動室内に流入することになるので、作動流体の循環が制約されて作動室内の作動流体圧が更に上昇するからである。一方、上記ドラッグトルクを下げるためには供給する作動流体の圧力を下げることが考えられるが、供給する作動流体の圧力を下げるとロックアップクラッチの作動圧が不足して、最悪の場合ロックアップ不能となる。
【０００５】
本発明は上記事実に鑑みてなされたもので、その主たる技術的課題は、ロックアップクラッチの作動圧を不足させることなく、ドラッグトルクを減少することができる流体継手装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記主たる技術的課題を解決するために、
「内燃機関によって駆動される入力軸に連結されたケーシングと、
該ケーシングと対向して配設され該ケーシングに取り付けられたポンプと、
該ポンプと該ケーシングによって形成された室に該ポンプと対向して配設され該入力軸と同一軸線上に配置された出力軸に取り付けられたタービンと、
該ケーシングと該タービンとの間に配設され該ケーシングとの間に外側室を形成するとともに該タービンとの間に内側室を形成するクラッチディスクを備え、該外側室と該内側室との流体圧差によって該ケーシングと該タービンとの係合および係合解除を行うロックアップクラッチと、
該外側室、該内側室および該ポンプと該タービンとによって形成される作動室に作動流体を循環せしめる作動流体循環手段とを具備しており、
該作動室内では、作動流体が該ポンプ内を外周に向かって流れ該タービン内に流入する循環流が形成される流体継手装置において、
該ロックアップクラッチに備えられた該クラッチディスクは、軸方向に摺動可能であり、該クラッチディスクの外周端部が該作動室側に延出され、該外周端部の端面には摩擦面が形成されるとともに、該ケーシングの内面に装着された摩擦盤と係合する複数の摩擦盤が設けられ、該クラッチディスクおよび該摩擦盤により該外側室と該内側室が区画されており、かつ、該外側室と該内側室とは該クラッチディスクの外周端部の該摩擦盤および該摩擦面を介してのみ作動流体が連通可能とされ、
該ロックアップクラッチの該ケーシングと該タービンとを係合するときにおいては、該作動流体循環手段が、作動流体を該外側室から該クラッチディスクの外周端部の該摩擦盤および該摩擦面を介して該内側室へ通した後、該作動室に流すことにより、該クラッチディスクの該摩擦面が該摩擦盤を押圧して係合が行われるとともに、少なくとも該内燃機関のアイドリング回転時においては、該作動流体循環手段が、作動流体を該作動室の内周側から外周側に向けて流入し、該作動室の外周側から該内側室を通した後、該クラッチディスクの外周端部の該摩擦盤および該摩擦面を介して該外側室に流すことにより、該摩擦盤の押圧を解除して該ロックアップクラッチの係合解除を行うように構成されている」
ことを特徴とする流体継手装置が提供される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に従って構成された流体継手装置の好適実施形態を図示している添付図面を参照して、更に詳細に説明する。
【０００８】
図１には、本発明に従って構成された流体継手装置を自動車用エンジンと摩擦クラッチとの間に配設した駆動装置の一実施形態が示されている。図示の実施形態における駆動装置は、原動機としての内燃機関２と本発明に従って構成された流体継手装置４および摩擦クラッチ８とによって構成されている。内燃機関２は図示の実施形態においてはディーゼルエンジンからなっており、クランク軸２１の端部には流体継手装置４の後述するポンプ側が取り付けられる。
【０００９】
流体継手装置４は、ディーゼルエンジン２に装着されたハウジング２２にボルト２３等の締結手段によって取り付けられた流体継手ハウジング４０内に配設されている。図示の実施形態における流体継手装置４は、ケーシング４１とポンプ４２およびタービン４３を具備している。
【００１０】
ケーシング４１は、上記クランク軸２１にボルト２４によって内周部が装着されたドライブプレート４４の外周部にボルト４４１、ナット４４２等の締結手段によって装着されている。なお、上記ドライブプレート４４の外周には、図示しないスタータモータの駆動歯車と噛合する始動用のリングギヤ４５が装着されている。
【００１１】
ポンプ４２は上記ケーシング４１と対向して配設されている。このポンプ４２は、椀状のポンプシェル４２１と、該ポンプシェル４２１内に放射状に配設された複数個のインペラ４２２とを備えており、ポンプシェル４２１が上記ケーシング４１に溶接等の固着手段によって取り付けられている。従って、ポンプ４２のポンプシェル４２１は、ケーシング４１およびドライブプレート４４を介してクランク軸２１に連結される。このため、クランク軸２１は流体継手装置４の入力軸として機能する。
【００１２】
タービン４３は上記ポンプ４２とケーシング４１によって形成された室にポンプ４２と対向して配設されている。このタービン４３は、上記ポンプ４２のポンプシェル４２１と対向して配設された椀状のタービンシェル４３１と、該タービンシェル４３１内に放射状に配設された複数個のランナ４３２とを備えている。タービンシェル４３１は、上記入力軸としての上記クランク軸２１と同一軸線上に配設された出力軸４６にスプライン嵌合されたタービンハブ４７に溶接等の固着手段によって取り付けられている。
【００１３】
図示の実施形態における流体継手装置４は、上記ケーシング４１とタービン４３とを直接伝動連結するためのロックアップクラッチ５０を具備している。ロックアップクラッチ５０は、ケーシング４１とタービン４３との間に配設されケーシング４１との間に外側室４０ａを形成するとともにタービン４３との間に内側室４０ｂを形成するクラッチディスク５１を備えている。このクラッチディスク５１は、内周縁が上記タービンハブ４７の外周に相対回転可能でかつ軸方向に摺動可能に支持されており、その外周部には図において右方に突出して形成された環状の摩擦面５１１を備えている。また、クラッチディスク５１の外周部には、上記摩擦面５１１と対向する位置に複数枚の摩擦盤５２が図において左右方向に移動可能に装着されており、この複数枚の摩擦盤５２が上記ケーシング４１に装着された複数枚の摩擦盤５３と交互に配置されている。更に、クラッチディスク５１における上記摩擦面５１１より内周側には、環状の凹部５１２が形成されており、この凹部５１２にそれぞれ支持片５４によって支持された複数個のダンパースプリング５５が所定の間隔を置いて配設されている。この複数個のダンパースプリング５５の両側には上記クラッチディスク５１に取り付けられた入力側リテーナ５６が突出して配設されているとともに、各ダンパースプリング５５間には上記タービン４３のタービンシェル４３１に取り付けられた出力側リテーナ５７が突出して配設されている。
【００１４】
図示の実施形態におけるロックアップクラッチ５０は以上のように構成されており、その作動について説明する。
上記内側室４０ｂ側の作動流体の圧力が外側室４０ａの作動流体の圧力より高い場合、即ち後述する作動流体循環手段によって供給される作動流体がポンプ４２とタービン４３とによって形成される作動室４ａから内側室４０ｂを通して外側室４０ａに流れる場合には、上記クラッチディスク５１が図１において左方に押圧されるので、上記複数枚の摩擦盤５２と複数枚の摩擦盤５３とは摩擦係合せず、従って、ケーシング４１とタービン４３との伝動連結は解除されている。一方、上記外側室４０ａの作動流体の圧力が内側室４０ｂ側の作動流体の圧力より高い場合、即ち後述する作動流体循環手段によって供給される作動流体が外側室４０ａから内側室４０ｂを通してポンプ４２とタービン４３とによって形成される作動室４ａに循環する場合には、上記クラッチディスク５１が図１において右方に押圧されるので、環状の摩擦面５１１が上記複数枚の摩擦盤５２および複数枚の摩擦盤５３を押圧するため、両摩擦盤が摩擦係合する。従って、ケーシング４１とタービン４３は、摩擦盤５２および摩擦盤５３、クラッチディスク５１、入力側リテーナ５６、ダンパースプリング５５、出力側リテーナ５７を介して直接伝動連結される。
【００１５】
図示の実施形態における流体継手装置４は後述する作動流体循環手段の油圧作動源としての油圧ポンプ６０を具備している。この油圧ポンプ６０は上記流体継手ハウジング４０にボルト６１等の固着手段によって取り付けられポンプハウジング６２に配設されている。この油圧ポンプ６０は、上記ポンプ４２のポンプシェル４２１に取り付けられたポンプハブ４８によって回転駆動されるように構成されている。なお、ポンプハブ４８は上記出力軸４６を包囲するように突出形成されたポンプハウジング６２の筒状支持部６２０に軸受４９０によって回転可能に支持されている。また、図２および図３に示すように後述する作動流体循環手段に関連して、出力軸４６に作動流体の通路４６０が設けられているとともに、出力軸４６と筒状支持部６２０との間に作動流体の通路４６１が設けられている。通路４６０は、その一端が出力軸４６の図において左端面に開口し上記外側室４０ａと連通しており、その他端が出力軸４６の外周面に開口する径方向の通路４６２と連通している。また、通路４６１は、上記ポンプ４２とタービン４３とによって形成される作動室４ａと筒状支持部６２０に設けられた連通穴６２１とを連通するように構成されている。
【００１６】
次に、流体継手に作動流体を循環せしめる作動流体循環手段について、図２および図３を参照して説明する。
作動流体循環手段は作動流体を収容するリザーブタンク６５を具備しており、該リザーブタンク６５内の作動流体は上記油圧ポンプ６０によって通路６６に吐出される。通路６６に吐出された作動流体は、電磁方向制御弁６７を介して上記連通穴６２１と連通する通路６８または上記通路４６２と連通する通路６９に供給される。電磁方向制御弁６７が除勢（ＯＦＦ）している図２に示す状態のときには、通路６６に吐出された作動流体は矢印で示すように通路６８、連通穴６２１、通路４６１、ポンプ４２とタービン４３とによって形成される作動室４ａ、内側室４０ｂ、外側室４０ａ、通路４６０、通路４６２、通路６９、戻り通路７０、冷却器７１および通路７２を通してリザーブタンク６５に循環される。作動流体が図２において矢印で示すように循環するときは、内側室４０ｂの流体圧が外側室４０ａの流体圧より高いので、ロックアップクラッチ５０は上述したように摩擦係合しない。一方、電磁方向制御弁６７が付勢（ＯＮ）されると図３で示す状態となり、通路６６に吐出された作動流体は矢印で示すように通路６９、通路４６２、通路４６０、外側室４０ａ、内側室４０ｂ、ポンプ４２とタービン４３とによって形成される作動室４ａ、通路４６１、連通穴６２１、通路６８、戻り通路７０、冷却器７１および通路７２を通してリザーブタンク６５に循環される。作動流体が図３において矢印で示すように循環するときは、外側室４０ａの流体圧が内側室４０ｂの流体圧より高いので、ロックアップクラッチ５０は上述したように摩擦係合する。図示の実施形態における流体回路には、上記通路６６とリザーブタンク６５を結ぶリリーフ通路７３が設けられており、このリリーフ通路７３にリリーフ弁７４が配設されている。リリーフ弁７４は、開弁圧が例えば６ｋｇ／ｃｍ２ に設定されており、通路６６内の作動流体圧が６ｋｇ／ｃｍ２ を越えると作動流体をリリーフ通路７３を介してリザーブタンク６５に戻す。以上のように、図示の実施形態における流体回路はオープン回路に構成されている。
【００１７】
次に、上記摩擦クラッチ８について説明する。
摩擦クラッチ８は、上記流体継手ハウジング４０にボルト８１によって装着されたクラッチハウジング８０内に配設されている。図示の実施形態における摩擦クラッチ８は、上記流体継手の出力軸４６に装着されたフライホイール８２と、出力軸４６と同一軸線上に配設された伝動軸８３（図示の実施形態においては、図示しない変速機の入力軸）と、該伝動軸８３にスプライン嵌合されたクラッチハブ８４に取り付けられ外周部にクラッチフェーシング８５が装着されているドリブンプレート８６と、該ドリブンプレート８６をクラッチドライブプレート８２に押圧するプレッシャープレート８７と、該プレッシャープレート８７をフライホイール８２に向けて付勢するダイアフラムスプリング８８と、該ダイアフラムスプリング８８の内端部に係合してダイアフラムスプリング８８を中間部を支点８８１として作動するレリーズベアリング８９と、該レリーズベアリング８９を軸方向に作動せしめるクラッチレリーズフォーク９０とを具備している。このように構成された摩擦クラッチ８は、図示の状態においてはダイアフラムスプリング８８のばね力によってプレッシャープレート８７がクラッチドライブプレート８２に向けて押圧されており、従って、ドリブンプレート８６に装着されたクラッチフェーシング８５がクラッチドライブプレート８２に押圧されて流体継手の出力軸４６に伝達された動力がクラッチドライブプレート８２およびドリブンプレート８６を介して伝動軸８３に伝達される。この動力伝達を遮断する場合は、図示しないスレーブシリンダに油圧を供給してクラッチレリーズフォーク９０を作動し、レリーズベアリング８９を図１において左方に移動すると、ダイアフラムスプリング８８が図において２点鎖線で示すように作動せしめられ、プレッシャープレート８７への押圧力を解除することにより、フライホイール８２からドリブンプレート８６への動力伝達が遮断される。
【００１８】
図示の実施形態における流体継手装置を装備した駆動装置は以上のように構成されており、以下その作動について説明する。
先ず、ディーゼルエンジン２がアイドリング回転以上の回転速度で運転され、流体継手によって駆動トルクを伝達する状態について説明する。この場合、作動流体循環手段の上記電磁方向制御弁６７は除勢（ＯＦＦ）されており、作動流体は図２において矢印で示す方向に循環せしめられている。
ディーゼルエンジン２のクランク軸２１（入力軸）に発生した駆動力は、ドライブプレート４４を介して流体継手４のケーシング４１に伝達される。ケーシング４１とポンプ４２のポンプシェル４２１は一体的に構成されているので、上記駆動力によってポンプ４２が回転せしめられる。ポンプ４２が回転するとポンプ４２内の作動流体は遠心力によりインペラ４２２に沿って外周に向かって流れ、矢印で示すようにタービン４３側に流入する。タービン４３側に流入した作動流体は、中心側に向かって流れ矢印で示すようにポンプ４２に戻される。このように、ポンプ４２とタービン４３とによって形成される作動室４ａ内の作動流体がポンプ４２とタービン４３内を循環することにより、ポンプ４２側の駆動トルクが作動流体を介してタービン４３側に伝達される。タービン４３側に伝達された駆動力は、タービンシェル４３１およびタービンハブ４７を介して出力軸４６に伝達され、更に上記摩擦クラッチ８を介して図示しない変速機に伝達される。
【００１９】
次に、ディーゼルエンジン２がアイドリング運転している状態について説明する。なお、この場合も作動流体循環手段の上記電磁方向制御弁６７は除勢（ＯＦＦ）されており、作動流体は図２において矢印で示す方向に循環せしめられている。
ディーゼルエンジン２のクランク軸２１（入力軸）に発生した駆動力は、上述したようにドライブプレート４４を介して流体継手装置４のケーシング４１に伝達され、該ケーシング４１と一体的に構成されているポンプ４２が回転せしめられる。このとき、図示していない変速機の変速ギヤが投入され摩擦クラッチ８が接続された状態においては、出力軸４６が停止しタービン４２が停止しているためにドラッグトルクが発生する。このドラッグトルクにより、ポンプ４２とタービン４３とによって形成される作動室４ａ内の負荷が大きくなり、作動流体圧が上昇する。また、流体継手による伝達トルクはポンプ４２とタービン４３とによって形成される作動室４ａ内を図において矢印で示すように循環する作動流体によって生ずるもので、その原理上外周側の方が圧力が高くなる。更に、ポンプ４２の回転による作動流体の遠心力によって外周側の圧力が高くなる。従って、ポンプ４２とタービン４３とによって形成される作動室４ａ内の作動流体が外周側から流出して循環するように作動流体循環手段が形成されていれば、作動室４ａ内の作動流体は流出し易くなる。しかるに、図示の実施形態においては、ロックアップクラッチ５０を作動しないときには作動流体が図２において矢印で示すように循環せしめられ、ポンプ４２とタービン４３とによって形成される作動室４ａの外周側から流出するように構成されているので、作動室４ａ内の作動流体が積極的に流出する。即ち、図示の実施形態においては、ドラッグトルクによるポンプ４２とタービン４３とによって形成される作動室４ａ内の作動流体の外部への流出を補助するような作動流体の循環流を形成している。従って、作動室４ａへの作動流体の充填効率が低下するため、ディーゼルエンジン２のアイドリング運転時におけるドラッグトルクが減少する。
【００２０】
次に、ロックアップクラッチ５０を作動して、ケーシング４１とタービン４３を直結して駆動トルクを伝達する状態について説明する。この場合、作動流体循環手段の上記電磁方向制御弁６７は付勢（ＯＮ）され、作動流体は図３において矢印で示す方向に循環せしめられている。従って、上述したように外側室４０ａの作動流体の圧力が内側室４０ｂ側の作動流体の圧力より高く、クラッチディスク５１が図１および図３において右方に押圧されるので、環状の摩擦面５１１が上記複数枚の摩擦盤５２および複数枚の摩擦盤５３を押圧するため、両摩擦盤が摩擦係合する。この結果、ケーシング４１とタービン４３は、摩擦盤５２および摩擦盤５３、クラッチディスク５１、入力側リテーナ５６、ダンパースプリング５５、出力側リテーナ５７を介して直接伝動連結される。従って、ディーゼルエンジン２のクランク軸２１（入力軸）に発生した駆動力は、ドライブプレート４４、ケーシング４１、ロックアップクラッチ５０、タービン４３、タービンハブ４７を介して出力軸４６に伝達され、更に上記摩擦クラッチ８を介して図示しない変速機に伝達される。なお、図示の実施形態においては上述したようにドラッグトルクを減少することができるので、ドラッグトルクを低下させるために作動流体の供給圧力を下げる必要はないので、ロックアップクラッチの作動圧不足が生ずることはない。
【００２１】
【発明の効果】
本発明による流体継手装置は以上のように構成されているので、以下に述べる作用効果を奏する。
【００２２】
即ち、本発明による流体継手装置においては、作動流体が外側室から内側室を通して作動室に流れるときロックアップクラッチがケーシングとタービンとを係合し、作動流体が作動室から内側室を通して外側室に流れるときロックアップクラッチによるケーシングとタービンとの係合を解除するように構成されているので、ドラッグトルク発生時における作動室内の作動流体の外部への流出を補助するような作動流体の循環流が形成され、作動室への作動流体の充填効率が低下するため、エンジンのアイドリング運転時におけるドラッグトルクが減少する。従って、エンジンのアイドリング運転が円滑となり、異常振動の発生を防ぐことができるとともに、アイドリング運転時の燃費を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って構成された流体継手装置を装備した駆動装置の一実施形態を示す断面図。
【図２】図１に示す流体継手装置の作動流体循環手段の作動状態を示すもので、ロックアップクラッチが作動していない状態の説明図。
【図３】図１に示す流体継手装置の作動流体循環手段の作動状態を示すもので、ロックアップクラッチを作動した状態の説明図。
【符号の説明】
２：内燃機関
２１：クランク軸
４：流体継手
４０：流体継手ハウジング
４１：ケーシング
４２：ポンプ
４２１：ポンプシェル
４２２：インペラ
４３：タービン
４３１：タービンシェル
４３２：ランナ
４４：ドライブプレート
４５：リングギヤ
４６：出力軸
４７：タービンハブ
４８：ポンプハブ
５０：ロックアップクラッチ
５１：クラッチディスク
５２：摩擦盤
５３：摩擦盤
５４：支持片
５５：ダンパースプリング
５６：入力側リテーナ
５７：出力側リテーナ
６０：油圧ポンプ
６２：ポンプハウジング
６５：リザーブタンク
６７：電磁方向制御弁
７１：冷却器
７４：リリーフ弁
８：摩擦クラッチ
８０：クラッチハウジング
８２：クラッチドライブプレート
８３：伝動軸
８４：クラッチハブ
８５：クラッチフェーシング
８６：ドリブンプレート
８７：プレッシャープレート
８８：ダイアフラムスプリング
８９：レリーズベアリング
９０：クラッチレリーズフォーク
【発明の属する技術分野】
本発明は、原動機の回転トルクを伝達するための流体継手装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流体継手（フルードカップリング）は船舶用、産業機械用の動力伝達継手として従来から用いられている。流体継手は、原動機である例えばディーゼルエンジンのクランクシャフト（流体継手としての入力軸）に連結されたケーシングと、該ケーシングと対向して配設され該ケーシングに取り付けられたポンプと、該ポンプとケーシングによって形成された室にポンプ対向して配設され入力軸と同一軸線上に配置された出力軸に取り付けられたタービンとを具備している。また、上記ケーシングとタービンとの間には、ケーシングとタービンとを摩擦係合するロックアップクラッチが配設されている。このロックアップクラッチは、ケーシングとタービンとの間に配設されケーシングとの間に外側室を形成するとともにタービンとの間に内側室を形成するクラッチディスクを備え、ポンプとタービンとによって形成される作動室から内側室を通して外側室に流れる作動流体の内側室側と外側室側との圧力差によってケーシングとタービンとを摩擦係合するように構成されている。そして、ロックアップクラッチによるケーシングとタービンとを摩擦係合を解除するときには、作動流体を外側室から内側室を通してポンプとタービンとによって形成される作動室に流れるように循環せしめ、外側室の流体圧が内側室の流体圧より高くなるようにしている。このような流体継手を例えば車両の駆動装置に装備する場合には、一般に摩擦クラッチを介して変速機に伝動連結されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
車両の駆動装置に装備した上記流体継手においては、車両停止状態でエンジンが駆動され変速機の変速ギヤが投入されてる状態、即ち入力軸が回転し出力軸が停止している状態では、その特性上ドラッグトルクを有する。このドラッグトルクは、流体継手の設計点を最大効率となる回転速度比、即ちポンプとタービンとの回転速度比を０．９５〜０．９８位にとると、かなり大きくなる。ドラッグトルクが大きいと、エンジンのアイドリング運転が著しく不安定となるとともに、この不安定な回転が駆動系に異常振動を発生させる原因となる。また、ドラッグトルクが大きいことにより、アイドリング運転時の燃費が悪化する原因にもなっている。
【０００４】
上述したドラッグトルクが大きくなる原因の一つは、上記ロックアップクラッチの作動形態に起因している。即ち、ドラッグトルクによりポンプとタービンとによって形成される作動室内の負荷が大きくなり作動流体圧が上昇する。また、流体継手による伝達トルクは上記作動室内を循環する作動流体によって生ずるもので、その原理上外周側の方が圧力が高くなる。更に、ポンプの回転による作動流体の遠心力によって外周側の圧力が高くなる。しかるに、従来の流体継手においては、エンジンのアイドリング運転時のようにロックアップクラッチを作動しない状態では、上述したように作動流体が外側室から内側室を通してポンプとタービンとによって形成される作動室に流れるように構成されている。このため、循環する作動流体は圧力が高い外周側から作動室内に流入することになるので、作動流体の循環が制約されて作動室内の作動流体圧が更に上昇するからである。一方、上記ドラッグトルクを下げるためには供給する作動流体の圧力を下げることが考えられるが、供給する作動流体の圧力を下げるとロックアップクラッチの作動圧が不足して、最悪の場合ロックアップ不能となる。
【０００５】
本発明は上記事実に鑑みてなされたもので、その主たる技術的課題は、ロックアップクラッチの作動圧を不足させることなく、ドラッグトルクを減少することができる流体継手装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記主たる技術的課題を解決するために、
「内燃機関によって駆動される入力軸に連結されたケーシングと、
該ケーシングと対向して配設され該ケーシングに取り付けられたポンプと、
該ポンプと該ケーシングによって形成された室に該ポンプと対向して配設され該入力軸と同一軸線上に配置された出力軸に取り付けられたタービンと、
該ケーシングと該タービンとの間に配設され該ケーシングとの間に外側室を形成するとともに該タービンとの間に内側室を形成するクラッチディスクを備え、該外側室と該内側室との流体圧差によって該ケーシングと該タービンとの係合および係合解除を行うロックアップクラッチと、
該外側室、該内側室および該ポンプと該タービンとによって形成される作動室に作動流体を循環せしめる作動流体循環手段とを具備しており、
該作動室内では、作動流体が該ポンプ内を外周に向かって流れ該タービン内に流入する循環流が形成される流体継手装置において、
該ロックアップクラッチに備えられた該クラッチディスクは、軸方向に摺動可能であり、該クラッチディスクの外周端部が該作動室側に延出され、該外周端部の端面には摩擦面が形成されるとともに、該ケーシングの内面に装着された摩擦盤と係合する複数の摩擦盤が設けられ、該クラッチディスクおよび該摩擦盤により該外側室と該内側室が区画されており、かつ、該外側室と該内側室とは該クラッチディスクの外周端部の該摩擦盤および該摩擦面を介してのみ作動流体が連通可能とされ、
該ロックアップクラッチの該ケーシングと該タービンとを係合するときにおいては、該作動流体循環手段が、作動流体を該外側室から該クラッチディスクの外周端部の該摩擦盤および該摩擦面を介して該内側室へ通した後、該作動室に流すことにより、該クラッチディスクの該摩擦面が該摩擦盤を押圧して係合が行われるとともに、少なくとも該内燃機関のアイドリング回転時においては、該作動流体循環手段が、作動流体を該作動室の内周側から外周側に向けて流入し、該作動室の外周側から該内側室を通した後、該クラッチディスクの外周端部の該摩擦盤および該摩擦面を介して該外側室に流すことにより、該摩擦盤の押圧を解除して該ロックアップクラッチの係合解除を行うように構成されている」
ことを特徴とする流体継手装置が提供される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に従って構成された流体継手装置の好適実施形態を図示している添付図面を参照して、更に詳細に説明する。
【０００８】
図１には、本発明に従って構成された流体継手装置を自動車用エンジンと摩擦クラッチとの間に配設した駆動装置の一実施形態が示されている。図示の実施形態における駆動装置は、原動機としての内燃機関２と本発明に従って構成された流体継手装置４および摩擦クラッチ８とによって構成されている。内燃機関２は図示の実施形態においてはディーゼルエンジンからなっており、クランク軸２１の端部には流体継手装置４の後述するポンプ側が取り付けられる。
【０００９】
流体継手装置４は、ディーゼルエンジン２に装着されたハウジング２２にボルト２３等の締結手段によって取り付けられた流体継手ハウジング４０内に配設されている。図示の実施形態における流体継手装置４は、ケーシング４１とポンプ４２およびタービン４３を具備している。
【００１０】
ケーシング４１は、上記クランク軸２１にボルト２４によって内周部が装着されたドライブプレート４４の外周部にボルト４４１、ナット４４２等の締結手段によって装着されている。なお、上記ドライブプレート４４の外周には、図示しないスタータモータの駆動歯車と噛合する始動用のリングギヤ４５が装着されている。
【００１１】
ポンプ４２は上記ケーシング４１と対向して配設されている。このポンプ４２は、椀状のポンプシェル４２１と、該ポンプシェル４２１内に放射状に配設された複数個のインペラ４２２とを備えており、ポンプシェル４２１が上記ケーシング４１に溶接等の固着手段によって取り付けられている。従って、ポンプ４２のポンプシェル４２１は、ケーシング４１およびドライブプレート４４を介してクランク軸２１に連結される。このため、クランク軸２１は流体継手装置４の入力軸として機能する。
【００１２】
タービン４３は上記ポンプ４２とケーシング４１によって形成された室にポンプ４２と対向して配設されている。このタービン４３は、上記ポンプ４２のポンプシェル４２１と対向して配設された椀状のタービンシェル４３１と、該タービンシェル４３１内に放射状に配設された複数個のランナ４３２とを備えている。タービンシェル４３１は、上記入力軸としての上記クランク軸２１と同一軸線上に配設された出力軸４６にスプライン嵌合されたタービンハブ４７に溶接等の固着手段によって取り付けられている。
【００１３】
図示の実施形態における流体継手装置４は、上記ケーシング４１とタービン４３とを直接伝動連結するためのロックアップクラッチ５０を具備している。ロックアップクラッチ５０は、ケーシング４１とタービン４３との間に配設されケーシング４１との間に外側室４０ａを形成するとともにタービン４３との間に内側室４０ｂを形成するクラッチディスク５１を備えている。このクラッチディスク５１は、内周縁が上記タービンハブ４７の外周に相対回転可能でかつ軸方向に摺動可能に支持されており、その外周部には図において右方に突出して形成された環状の摩擦面５１１を備えている。また、クラッチディスク５１の外周部には、上記摩擦面５１１と対向する位置に複数枚の摩擦盤５２が図において左右方向に移動可能に装着されており、この複数枚の摩擦盤５２が上記ケーシング４１に装着された複数枚の摩擦盤５３と交互に配置されている。更に、クラッチディスク５１における上記摩擦面５１１より内周側には、環状の凹部５１２が形成されており、この凹部５１２にそれぞれ支持片５４によって支持された複数個のダンパースプリング５５が所定の間隔を置いて配設されている。この複数個のダンパースプリング５５の両側には上記クラッチディスク５１に取り付けられた入力側リテーナ５６が突出して配設されているとともに、各ダンパースプリング５５間には上記タービン４３のタービンシェル４３１に取り付けられた出力側リテーナ５７が突出して配設されている。
【００１４】
図示の実施形態におけるロックアップクラッチ５０は以上のように構成されており、その作動について説明する。
上記内側室４０ｂ側の作動流体の圧力が外側室４０ａの作動流体の圧力より高い場合、即ち後述する作動流体循環手段によって供給される作動流体がポンプ４２とタービン４３とによって形成される作動室４ａから内側室４０ｂを通して外側室４０ａに流れる場合には、上記クラッチディスク５１が図１において左方に押圧されるので、上記複数枚の摩擦盤５２と複数枚の摩擦盤５３とは摩擦係合せず、従って、ケーシング４１とタービン４３との伝動連結は解除されている。一方、上記外側室４０ａの作動流体の圧力が内側室４０ｂ側の作動流体の圧力より高い場合、即ち後述する作動流体循環手段によって供給される作動流体が外側室４０ａから内側室４０ｂを通してポンプ４２とタービン４３とによって形成される作動室４ａに循環する場合には、上記クラッチディスク５１が図１において右方に押圧されるので、環状の摩擦面５１１が上記複数枚の摩擦盤５２および複数枚の摩擦盤５３を押圧するため、両摩擦盤が摩擦係合する。従って、ケーシング４１とタービン４３は、摩擦盤５２および摩擦盤５３、クラッチディスク５１、入力側リテーナ５６、ダンパースプリング５５、出力側リテーナ５７を介して直接伝動連結される。
【００１５】
図示の実施形態における流体継手装置４は後述する作動流体循環手段の油圧作動源としての油圧ポンプ６０を具備している。この油圧ポンプ６０は上記流体継手ハウジング４０にボルト６１等の固着手段によって取り付けられポンプハウジング６２に配設されている。この油圧ポンプ６０は、上記ポンプ４２のポンプシェル４２１に取り付けられたポンプハブ４８によって回転駆動されるように構成されている。なお、ポンプハブ４８は上記出力軸４６を包囲するように突出形成されたポンプハウジング６２の筒状支持部６２０に軸受４９０によって回転可能に支持されている。また、図２および図３に示すように後述する作動流体循環手段に関連して、出力軸４６に作動流体の通路４６０が設けられているとともに、出力軸４６と筒状支持部６２０との間に作動流体の通路４６１が設けられている。通路４６０は、その一端が出力軸４６の図において左端面に開口し上記外側室４０ａと連通しており、その他端が出力軸４６の外周面に開口する径方向の通路４６２と連通している。また、通路４６１は、上記ポンプ４２とタービン４３とによって形成される作動室４ａと筒状支持部６２０に設けられた連通穴６２１とを連通するように構成されている。
【００１６】
次に、流体継手に作動流体を循環せしめる作動流体循環手段について、図２および図３を参照して説明する。
作動流体循環手段は作動流体を収容するリザーブタンク６５を具備しており、該リザーブタンク６５内の作動流体は上記油圧ポンプ６０によって通路６６に吐出される。通路６６に吐出された作動流体は、電磁方向制御弁６７を介して上記連通穴６２１と連通する通路６８または上記通路４６２と連通する通路６９に供給される。電磁方向制御弁６７が除勢（ＯＦＦ）している図２に示す状態のときには、通路６６に吐出された作動流体は矢印で示すように通路６８、連通穴６２１、通路４６１、ポンプ４２とタービン４３とによって形成される作動室４ａ、内側室４０ｂ、外側室４０ａ、通路４６０、通路４６２、通路６９、戻り通路７０、冷却器７１および通路７２を通してリザーブタンク６５に循環される。作動流体が図２において矢印で示すように循環するときは、内側室４０ｂの流体圧が外側室４０ａの流体圧より高いので、ロックアップクラッチ５０は上述したように摩擦係合しない。一方、電磁方向制御弁６７が付勢（ＯＮ）されると図３で示す状態となり、通路６６に吐出された作動流体は矢印で示すように通路６９、通路４６２、通路４６０、外側室４０ａ、内側室４０ｂ、ポンプ４２とタービン４３とによって形成される作動室４ａ、通路４６１、連通穴６２１、通路６８、戻り通路７０、冷却器７１および通路７２を通してリザーブタンク６５に循環される。作動流体が図３において矢印で示すように循環するときは、外側室４０ａの流体圧が内側室４０ｂの流体圧より高いので、ロックアップクラッチ５０は上述したように摩擦係合する。図示の実施形態における流体回路には、上記通路６６とリザーブタンク６５を結ぶリリーフ通路７３が設けられており、このリリーフ通路７３にリリーフ弁７４が配設されている。リリーフ弁７４は、開弁圧が例えば６ｋｇ／ｃｍ２ に設定されており、通路６６内の作動流体圧が６ｋｇ／ｃｍ２ を越えると作動流体をリリーフ通路７３を介してリザーブタンク６５に戻す。以上のように、図示の実施形態における流体回路はオープン回路に構成されている。
【００１７】
次に、上記摩擦クラッチ８について説明する。
摩擦クラッチ８は、上記流体継手ハウジング４０にボルト８１によって装着されたクラッチハウジング８０内に配設されている。図示の実施形態における摩擦クラッチ８は、上記流体継手の出力軸４６に装着されたフライホイール８２と、出力軸４６と同一軸線上に配設された伝動軸８３（図示の実施形態においては、図示しない変速機の入力軸）と、該伝動軸８３にスプライン嵌合されたクラッチハブ８４に取り付けられ外周部にクラッチフェーシング８５が装着されているドリブンプレート８６と、該ドリブンプレート８６をクラッチドライブプレート８２に押圧するプレッシャープレート８７と、該プレッシャープレート８７をフライホイール８２に向けて付勢するダイアフラムスプリング８８と、該ダイアフラムスプリング８８の内端部に係合してダイアフラムスプリング８８を中間部を支点８８１として作動するレリーズベアリング８９と、該レリーズベアリング８９を軸方向に作動せしめるクラッチレリーズフォーク９０とを具備している。このように構成された摩擦クラッチ８は、図示の状態においてはダイアフラムスプリング８８のばね力によってプレッシャープレート８７がクラッチドライブプレート８２に向けて押圧されており、従って、ドリブンプレート８６に装着されたクラッチフェーシング８５がクラッチドライブプレート８２に押圧されて流体継手の出力軸４６に伝達された動力がクラッチドライブプレート８２およびドリブンプレート８６を介して伝動軸８３に伝達される。この動力伝達を遮断する場合は、図示しないスレーブシリンダに油圧を供給してクラッチレリーズフォーク９０を作動し、レリーズベアリング８９を図１において左方に移動すると、ダイアフラムスプリング８８が図において２点鎖線で示すように作動せしめられ、プレッシャープレート８７への押圧力を解除することにより、フライホイール８２からドリブンプレート８６への動力伝達が遮断される。
【００１８】
図示の実施形態における流体継手装置を装備した駆動装置は以上のように構成されており、以下その作動について説明する。
先ず、ディーゼルエンジン２がアイドリング回転以上の回転速度で運転され、流体継手によって駆動トルクを伝達する状態について説明する。この場合、作動流体循環手段の上記電磁方向制御弁６７は除勢（ＯＦＦ）されており、作動流体は図２において矢印で示す方向に循環せしめられている。
ディーゼルエンジン２のクランク軸２１（入力軸）に発生した駆動力は、ドライブプレート４４を介して流体継手４のケーシング４１に伝達される。ケーシング４１とポンプ４２のポンプシェル４２１は一体的に構成されているので、上記駆動力によってポンプ４２が回転せしめられる。ポンプ４２が回転するとポンプ４２内の作動流体は遠心力によりインペラ４２２に沿って外周に向かって流れ、矢印で示すようにタービン４３側に流入する。タービン４３側に流入した作動流体は、中心側に向かって流れ矢印で示すようにポンプ４２に戻される。このように、ポンプ４２とタービン４３とによって形成される作動室４ａ内の作動流体がポンプ４２とタービン４３内を循環することにより、ポンプ４２側の駆動トルクが作動流体を介してタービン４３側に伝達される。タービン４３側に伝達された駆動力は、タービンシェル４３１およびタービンハブ４７を介して出力軸４６に伝達され、更に上記摩擦クラッチ８を介して図示しない変速機に伝達される。
【００１９】
次に、ディーゼルエンジン２がアイドリング運転している状態について説明する。なお、この場合も作動流体循環手段の上記電磁方向制御弁６７は除勢（ＯＦＦ）されており、作動流体は図２において矢印で示す方向に循環せしめられている。
ディーゼルエンジン２のクランク軸２１（入力軸）に発生した駆動力は、上述したようにドライブプレート４４を介して流体継手装置４のケーシング４１に伝達され、該ケーシング４１と一体的に構成されているポンプ４２が回転せしめられる。このとき、図示していない変速機の変速ギヤが投入され摩擦クラッチ８が接続された状態においては、出力軸４６が停止しタービン４２が停止しているためにドラッグトルクが発生する。このドラッグトルクにより、ポンプ４２とタービン４３とによって形成される作動室４ａ内の負荷が大きくなり、作動流体圧が上昇する。また、流体継手による伝達トルクはポンプ４２とタービン４３とによって形成される作動室４ａ内を図において矢印で示すように循環する作動流体によって生ずるもので、その原理上外周側の方が圧力が高くなる。更に、ポンプ４２の回転による作動流体の遠心力によって外周側の圧力が高くなる。従って、ポンプ４２とタービン４３とによって形成される作動室４ａ内の作動流体が外周側から流出して循環するように作動流体循環手段が形成されていれば、作動室４ａ内の作動流体は流出し易くなる。しかるに、図示の実施形態においては、ロックアップクラッチ５０を作動しないときには作動流体が図２において矢印で示すように循環せしめられ、ポンプ４２とタービン４３とによって形成される作動室４ａの外周側から流出するように構成されているので、作動室４ａ内の作動流体が積極的に流出する。即ち、図示の実施形態においては、ドラッグトルクによるポンプ４２とタービン４３とによって形成される作動室４ａ内の作動流体の外部への流出を補助するような作動流体の循環流を形成している。従って、作動室４ａへの作動流体の充填効率が低下するため、ディーゼルエンジン２のアイドリング運転時におけるドラッグトルクが減少する。
【００２０】
次に、ロックアップクラッチ５０を作動して、ケーシング４１とタービン４３を直結して駆動トルクを伝達する状態について説明する。この場合、作動流体循環手段の上記電磁方向制御弁６７は付勢（ＯＮ）され、作動流体は図３において矢印で示す方向に循環せしめられている。従って、上述したように外側室４０ａの作動流体の圧力が内側室４０ｂ側の作動流体の圧力より高く、クラッチディスク５１が図１および図３において右方に押圧されるので、環状の摩擦面５１１が上記複数枚の摩擦盤５２および複数枚の摩擦盤５３を押圧するため、両摩擦盤が摩擦係合する。この結果、ケーシング４１とタービン４３は、摩擦盤５２および摩擦盤５３、クラッチディスク５１、入力側リテーナ５６、ダンパースプリング５５、出力側リテーナ５７を介して直接伝動連結される。従って、ディーゼルエンジン２のクランク軸２１（入力軸）に発生した駆動力は、ドライブプレート４４、ケーシング４１、ロックアップクラッチ５０、タービン４３、タービンハブ４７を介して出力軸４６に伝達され、更に上記摩擦クラッチ８を介して図示しない変速機に伝達される。なお、図示の実施形態においては上述したようにドラッグトルクを減少することができるので、ドラッグトルクを低下させるために作動流体の供給圧力を下げる必要はないので、ロックアップクラッチの作動圧不足が生ずることはない。
【００２１】
【発明の効果】
本発明による流体継手装置は以上のように構成されているので、以下に述べる作用効果を奏する。
【００２２】
即ち、本発明による流体継手装置においては、作動流体が外側室から内側室を通して作動室に流れるときロックアップクラッチがケーシングとタービンとを係合し、作動流体が作動室から内側室を通して外側室に流れるときロックアップクラッチによるケーシングとタービンとの係合を解除するように構成されているので、ドラッグトルク発生時における作動室内の作動流体の外部への流出を補助するような作動流体の循環流が形成され、作動室への作動流体の充填効率が低下するため、エンジンのアイドリング運転時におけるドラッグトルクが減少する。従って、エンジンのアイドリング運転が円滑となり、異常振動の発生を防ぐことができるとともに、アイドリング運転時の燃費を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って構成された流体継手装置を装備した駆動装置の一実施形態を示す断面図。
【図２】図１に示す流体継手装置の作動流体循環手段の作動状態を示すもので、ロックアップクラッチが作動していない状態の説明図。
【図３】図１に示す流体継手装置の作動流体循環手段の作動状態を示すもので、ロックアップクラッチを作動した状態の説明図。
【符号の説明】
２：内燃機関
２１：クランク軸
４：流体継手
４０：流体継手ハウジング
４１：ケーシング
４２：ポンプ
４２１：ポンプシェル
４２２：インペラ
４３：タービン
４３１：タービンシェル
４３２：ランナ
４４：ドライブプレート
４５：リングギヤ
４６：出力軸
４７：タービンハブ
４８：ポンプハブ
５０：ロックアップクラッチ
５１：クラッチディスク
５２：摩擦盤
５３：摩擦盤
５４：支持片
５５：ダンパースプリング
５６：入力側リテーナ
５７：出力側リテーナ
６０：油圧ポンプ
６２：ポンプハウジング
６５：リザーブタンク
６７：電磁方向制御弁
７１：冷却器
７４：リリーフ弁
８：摩擦クラッチ
８０：クラッチハウジング
８２：クラッチドライブプレート
８３：伝動軸
８４：クラッチハブ
８５：クラッチフェーシング
８６：ドリブンプレート
８７：プレッシャープレート
８８：ダイアフラムスプリング
８９：レリーズベアリング
９０：クラッチレリーズフォーク
Claims (1)
- 内燃機関によって駆動される入力軸に連結されたケーシングと、
該ケーシングと対向して配設され該ケーシングに取り付けられたポンプと、
該ポンプと該ケーシングによって形成された室に該ポンプと対向して配設され該入力軸と同一軸線上に配置された出力軸に取り付けられたタービンと、
該ケーシングと該タービンとの間に配設され該ケーシングとの間に外側室を形成するとともに該タービンとの間に内側室を形成するクラッチディスクを備え、該外側室と該内側室との流体圧差によって該ケーシングと該タービンとの係合および係合解除を行うロックアップクラッチと、
該外側室、該内側室および該ポンプと該タービンとによって形成される作動室に作動流体を循環せしめる作動流体循環手段とを具備しており、
該作動室内では、作動流体が該ポンプ内を外周に向かって流れ該タービン内に流入する循環流が形成される流体継手装置において、
該ロックアップクラッチに備えられた該クラッチディスクは、軸方向に摺動可能であり、該クラッチディスクの外周端部が該作動室側に延出され、該外周端部の端面には摩擦面が形成されるとともに、該ケーシングの内面に装着された摩擦盤と係合する複数の摩擦盤が設けられ、該クラッチディスクおよび該摩擦盤により該外側室と該内側室が区画されており、かつ、該外側室と該内側室とは該クラッチディスクの外周端部の該摩擦盤および該摩擦面を介してのみ作動流体が連通可能とされ、
該ロックアップクラッチの該ケーシングと該タービンとを係合するときにおいては、該作動流体循環手段が、作動流体を該外側室から該クラッチディスクの外周端部の該摩擦盤および該摩擦面を介して該内側室へ通した後、該作動室に流すことにより、該クラッチディスクの該摩擦面が該摩擦盤を押圧して係合が行われるとともに、少なくとも該内燃機関のアイドリング回転時においては、該作動流体循環手段が、作動流体を該作動室の内周側から外周側に向けて流入し、該作動室の外周側から該内側室を通した後、該クラッチディスクの外周端部の該摩擦盤および該摩擦面を介して該外側室に流すことにより、該摩擦盤の押圧を解除して該ロックアップクラッチの係合解除を行うように構成されていることを特徴とする流体継手装置。
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