JP2009541677A - ３要素型タービンダンパ - Google Patents

Abstract

トルクコンバータにおいて、コンバータクラッチが設けられており、コンバータクラッチは、トルクをトルクコンバータのハウジングからトルクコンバータのタービンに伝達するように配置されており、該ハウジングは、機能的に、エンジン回転数で回転するように配置されており、ピストンプレートが設けられており、ピストンプレートは、駆動ハブに取り付けられており、駆動ハブは、機能的に、トルクコンバータの駆動軸の回転数で回転するように配置されており、カバーとクラッチピストンプレートとによって形成された圧力チャンバが設けられており、通流チャンバが設けられており、通流チャンバは、ピストンプレートとクラッチディスクとによって形成されている。さらに車両においてトルクを変換する方法において、エンジンによってトルクコンバータのハウジングを駆動するステップ、トルクコンバータの内側でタービンに流体を伝達するステップ、タービンに流体を伝達することによって、トランスミッションの駆動軸を回転させるステップ、機械式のロックアップ機構を介してエンジントルクを伝達するステップ、通流チャンバを通る、ロックアップ機構のための流体の流れを制御するステップ、開口を通って通流チャンバから流体を排出するステップを有している。

Description

本発明は、普遍的にはトルクコンバータに関し、特にトルクコンバータのための３要素型タービンダンパに関する。

公知のように、トルクコンバータは、トルクをエンジンから自動車のトランスミッションに伝達するために使用される。図１には、典型的な車両におけるエンジン７とトルクコンバータ１０とトランスミッション８とディファレンシャル／車軸アセンブリ９との間の関係を一般的なブロック図で示した。

トルクコンバータの３つの主要構成要素は、ポンプ３７、タービン３８およびステータ３９である。ポンプがカバー１１に溶接されている場合、トルクコンバータは、密に閉じたチャンバとなる。カバーは、コンバータ連行ディスク（フレックスプレート）４１と結合されており、コンバータ連行ディスク４１は、エンジン７のクランク軸４２にねじ止めされている。カバーは、カバーに溶接されたウェブまたはピンを用いてコンバータ連行ディスクと結合することができる。ポンプとカバーとの間の溶接結合部は、エンジントルクをポンプに伝達する。したがってポンプは、常時エンジン回転数で回転する。ポンプの機能は、回転運動を用いて、流体を、半径方向外向きに、かつ軸方向でタービンに搬送することである。したがってポンプは遠心ポンプとして機能し、遠心ポンプは、流体を比較的小さな半径入口から比較的大きな半径出口に搬送して、そうして流体のエネルギを高める。トランスミッションクラッチおよびトルクコンバータクラッチを連結するための圧力は、トランスミッション内における、ポンプハブによって駆動される追加的なポンプによって形成される。

トルクコンバータ１０において、ポンプ（インペラとも呼ばれる）とタービンとステータ（リアクタとも呼ばれる）とによって流体回路が形成される。流体回路によって、車両が停止する場合にエンジンを回転させ続けることができ、運転手によって望まれた場合に車両を再び加速することができる。トルクコンバータは、減速歯車装置と同様に、トルク比によってエンジントルクを補足する。トルク比は、入力トルクに対する出力トルクの比である。トルク比は、タービン回転数が低いか、またはゼロである（ストールとも呼ばれる）場合に最大になる。ストール時のトルク比は、通常１．８〜２．２の範囲である。このことは、トルクコンバータの出力トルクが、入力トルクよりも１．８〜２．２倍の大きさであることを意味している。これに対して出力回転数は、入力回転数よりも著しく低くなっている。なぜならばタービンは出力部と結合されていて、回転していないが、駆動部はエンジン回転数で回転しているからである。

タービン３８は、車両を駆動するために、ポンプ３７から受け取る流体エネルギを利用する。タービンハウジング２２は、タービンハブ１９と結合されている。タービンハブ１９は、キー溝結合によって、タービンのトルクをトランスミッションの駆動軸４３に伝達する。駆動軸は、トランスミッション８における歯車および軸ならびに車軸ディファレンシャル９を介して、車両の車輪と結合されている。タービンブレードに作用する流体の力は、タービンからトルクとして出力される。スラスト軸受３１は、流体によって構成要素に作用する軸方向力を吸収する。出力トルクが停止した車両の慣性を克服するのに十分になると、直ちに車両は動き始める。

タービンによって流体エネルギがトルクに変換されたあとで、依然として流体にはエネルギが残されている。比較的小さな半径方向の出口開口４４から流出する液体は、通常、ポンプの回転に対抗するようにポンプに進入する。ステータ３９は、液体を方向転換させるために使用され、これによってポンプの加速が助成され、これによってトルク比が高められる。ステータ３９は、ワンウェイクラッチ４６によってステータ軸４５と結合されている。ステータ軸は、トランスミッションハウジング４７と結合されていて、回転しない。ワンウェイクラッチ４６は、ステータ３９が比較的低速比で回転するのを阻止する（ポンプがタービンよりも速く回転する場合）。タービン出口４４からステータ３９に進入する流体は、ステータブレード４８によって方向転換させられるので、流体は、回転方向でポンプ３７に進入する。

ブレードの入口角度および出口角度、ポンプハウジングおよびタービンハウジングの形状、ならびにトルクコンバータの総直径は、出力パラメータに影響を及ぼす。構造に関するパラメータに、エンジンを「回転」させることなくトルクを吸収するトルクコンバータの能力、効率およびトルク比が含まれる。このことは、トルクコンバータが小さすぎて、ポンプがエンジンを制動できない場合に起こる。

低速比においては、トルクコンバータは、正常に機能し、車両が停止した状態でエンジンを回転させ、出力上昇のためにエンジントルクを助成する。高速比においては、トルクコンバータはあまり機能しない。タービンの回転数がポンプの回転数に近づくと、トルクコンバータのトルク比は、約１．８〜２．２の高い値から約１のトルク比に減少する。１のトルク比は、クラッチポイントと呼ばれる。クラッチポイントでは、ステータから進入する流体は、もはや方向転換されず、ステータにおけるワンウェイクラッチは、ポンプおよびタービンと同じ方向で回転を許容する。ステータが流体を変向しないので、トルクコンバータから出力されるトルクは、吸収されたトルクと同じである。流体回路全体は、１ユニットとして回転する。

流体における損失に基づいて、トルクコンバータの最大効率は、約９２％〜９３％である。したがってトルクコンバータの出力部と駆動部とを機械式に結合するために、トルクコンバータクラッチ４９が用いられ、トルクコンバータクラッチ４９は、効率をほぼ１００％に高める。クラッチピストンプレート１７は、トランスミッション制御装置の命令によって流体式に作動させられる。ピストンプレート１７は、内径においてＯリング１８によってタービンハブ１９に対してシールされていて、かつ外径において摩擦材料から成るリング５１によってカバー１１に対してシールされている。これらのシールは、圧力チャンバを形成し、ピストンプレート１７をカバー１１に押し付ける。この機械式結合は、トルクコンバータの流体回路をバイパスする。

トルクコンバータクラッチ４９の機械式結合は、駆動トレーンに極めて多くの捻れ変動を伝達する。駆動トレーンは原則としてばね質量系を成すので、エンジンからの捻れ振動によって系の固有振動が励起され得る。駆動トレーンの固有振動を走行範囲から離間させるために、ダンパが用いられる。ダンパは、直列で配置されたばね１５を備えており、これによって系の有効ばね定数ひいては固有振動数が低下される。

コンバータクラッチ４９は、通常４つの構成要素、ピストンプレート１７とカバープレート１２，１６とばね１５とフランジ１３とを備えている。カバープレート１２，１６は、トルクをピストンプレート１７から押圧ばね１５に伝達する。カバープレートには、ばね１５の周りに突起（ウイング）５２が形成されており、これによってばねは軸方向で保持される。トルクは、リベット結合部を介して、ピストンプレート１７からカバープレート１２，１６に伝達される。カバープレート１２，１６は、ばねのための凹部の縁部と接触することによって、トルクを押圧ばね１５に及ぼす。両カバープレートは、ばねの中心軸線の両側で、ばねを支持する。ばね力は、フランジ窓のための凹部の縁部と接触することによって、フランジ１３に伝達される。場合によっては、フランジは、相対回動不能な舌片または相対回動不能なスリットをも備えており、舌片またはスリットは、カバープレートの一部に係合し、これによって高いトルクを伝達する間にばねの過度の圧縮が防止される。トルクは、フランジ１３からタービンハブ１９と、トランスミッションの駆動軸４３とに伝達される。

エネルギは、必要に応じて、場合によってはヒステリシスとも呼ばれる摩擦によって吸収することができる。ヒステリシスは、ダンパプレートの捻れおよび弛緩から生じ、したがって実際の摩擦トルクの２倍である。ヒステリシス構成群は、概してフランジ１３と一方のカバープレート１６との間におけるダイヤフラムばね（皿ばね）１４から成っており、これによってフランジ１３は、他方のカバープレー１２に押し付けられる。ダイヤフラムばね１４に及ぼされる力を制御することによって、摩擦トルクを制御することもできる。典型的なヒステリシス値は、１０Ｎｍ〜３０Ｎｍの範囲である。

したがって長年来通流チャンバを備えたトルクコンバータの要求が存在している。さらに長年来トルクコンバータにおける流体を精確に制御する方法の要求が存在している。

発明の概要
本発明は、概してトルクコンバータであって、トルクコンバータは、トルクコンバータクラッチを備えており、トルクコンバータクラッチは、トルクをトルクコンバータのハウジングからトルクコンバータのタービンに伝達するように配置されている。ハウジングは、機能的に、エンジン回転数で回動するように配置されている。ピストンプレートは、駆動ハブと固定結合されており、駆動ハブもまた、機能的に、トランスミッションの駆動軸の回転数で回動するように配置されている。クラッチディスクは、タービンハブと固定結合されており、タービンハブは、機能的に、トランスミッションの駆動軸の回転数で回転するように配置されている。圧力チャンバは、クラッチのカバーとピストンプレートとによって形成されている。通流チャンバは、ピストンプレートとクラッチディスクとによって形成されている。

本発明は、自動車においてトルク変換する方法において、以下のステップ：エンジンによってコンバータハウジングを駆動するステップ、トルクコンバータの内側でタービンに流体を伝達するステップ、タービンへの流体の伝達によってトランスミッションの駆動軸を回動させるステップ、機械式のロックアップ機構によってエンジントルクを伝達するステップ、通流チャンバを通るロックアップ機構の流体の流れを制御するステップ、ならびに、開口を通って通流チャンバから流体を排出するステップ、を有している。

本発明の課題は、ピストンプレートとクラッチディスクとによって形成された通流チャンバを備えたトルクコンバータを提供することである。

本発明の別の課題は、トルクコンバータにおいて流体の流れを制御する方法を提供することである。

本発明の別の課題および利点は、以下の、本発明の有利な実施の形態の説明、図面ならびに請求の範囲から明らかである。

以下に、図面につき、本発明の詳細な説明において、本発明の構成および機能を説明する。

駆動トレーンにおけるトルクコンバータの関係および機能を説明するための、自動車における力流れを示す一般的なブロック線図である。 自動車のエンジンに組み込んだ位置で示した、従来技術に基づくトルクコンバータを示す横断面図である。 図２の３−３線に沿った、図２のトルクコンバータを左側からみて示す図である。 図３の４−４線に沿った、図２および図３のトルクコンバータを示す横断面図である。 図２のトルクコンバータを左側からみて示す第１展開図である。 図２のトルクコンバータを右側からみて示す第２展開図である。 本発明によるコンバータアセンブリを示す横断面図である。 図７の円形部分を示す拡大図である。

本発明の詳細な説明
図７には、トルクコンバータ１０を横断面図で示した。トルクコンバータ１０は、コンバータクラッチ４９を備えている。コンバータクラッチ４９は、ピストンプレート１７を備えている。シール１０４が配置されており、シール１０４によって、ピストンプレート１７とカバー１１との間の流体密なシールが形成される。シール１０６が配置されており、シール１０６によって、ピストンプレート１７とシールアセンブリ１５３との間の流体密なシールが形成される。相対回動不能な結合手段（図示していない）は、ピストンプレート１７とカバー１１とを相対回動不能に結合しており、これによってカバー１１内でのピストンプレート１７の回動に起因する、シール１０４，１０６における摩擦が回避される。幾つかの観点から述べると、相対回動不能な結合手段は、カバー１１における凸部とピストンプレート１７における相補的な凹部とを備えている。さらにシールアセンブリ１５１は、シール１５２によって、駆動軸（図示していない）に対してシールされている。カバ１１、シールアセンブリ１５１およびピストンプレート１７は、シール１５２，１０４，１０６と相俟って、圧力チャンバ２００の外縁を有している。

図８には、図７に示した円形範囲「Ｆｉｇ８」を示した。さらにコンバータクラッチ４９は、クラッチセット１０８を備えている。クラッチセット１０８は、多数のクラッチディスク１１０，１１２，１１４，１１６と摩擦材料から成るリング１１８，１２０，１２２，１２４とから成っている。幾つかの観点から述べると、摩擦材料から成るリング１１８は、摩擦クラッチディスクと結合されており、摩擦材料から成るリング１２０は、クラッチディスク１１２と結合されており、摩擦材料から成るリング１２２は、クラッチディスク１１４と結合されており、摩擦材料から成るリング１２４は、クラッチディスク１１６と結合されている。クラッチディスク１１０は、板ばね１２６によって、カバー１１と相対回動不能に結合されている。クラッチディスク１１４は、板ばね１２８によって、カバー１１と相対回動不能に結合されている。クラッチディスク１１２は、歯環１３２によって、カバープレート１３０と回動可能に結合されている。操作ディスク１５５は、溶接シーム１６０によって、ポンプハウジング２０と相対回動不能に結合されている。操作ディスク１５５は、通流開口２４を備えている。

図７に示したクラッチディスク１１６は、歯環２８の噛合によって、タービンハブ１９と回動可能に結合されている。タービンハブ１９は、リベット３２によって、タービンハウジング２２と堅固に結合されている。溶接または接着によって、クラッチディスク１１６とタービンハブ１９との間に、流体密なシールが形成されている。シール３６が配置されており、シール３６によって、タービンハブ１９と駆動ハブ１５６との間の流体密なシールが形成される。駆動ハブ１５６は、開口４０を備えている。ピストンプレート１０２、カバー１１、操作ディスク１５５、摩擦材料から成るリング１２４、クラッチディスク１１６、タービンハブ１９、駆動ハブ１５６、シール構成部材１５３、シール１５２，３６，１０４，１０６ならびに溶接シームは、通流チャンバ２０２の外縁を有している。

カバープレート１３０は、歯環２８の噛合によって、タービンハブ１９と回動可能に結合されている。カバープレート１３０は、リベット１３６によって、カバープレート１３４と固定結合されている。カバープレート１３０，１３４における凹部の縁部は、共にコイルばね１３８の第１端部に接触している。コイルばね１３８もまたフランジ１４０における凹部の縁部に接触している。フランジ１４０は、歯環１５７によって、駆動ハブ１５６と回動可能に結合されている。駆動ハブは、歯環１５７によって、駆動軸と回動可能に結合されている。図示していない過負荷キー（楔部材）によって、フランジ１４０に対してカバープレート１３０が所定の値で回動すると、タービンハブ１９と駆動ハブ１５６とが噛み合う。

コンバータモードで運転する間、クラッチセット１０８は噛み合わない。したがってカバー１１から受け取られるトルクは、溶接シーム１６０を介してポンプハウジング２０に伝達される。タービンハウジング３０によって、ポンプから受け取られるトルクは、リベット３２を通ってタービンハブ１９に伝達される。キー２８は、トルクをカバープレート１３０に伝達し、カバープレート１３０もまたリベット結合部１３６によってカバープレート１３４と結合されている。カバープレート１３０，１３４は、ばね１３８をフランジ１４０に押し付ける。フランジは、ダンパトルクを、キー溝結合部１５７を通って駆動ハブ１５６に伝達する。回動が所定の値を超えると、過負荷キー（図示していない）によって、タービンハブ１９と駆動ハブ１５６とは直に噛み合い、これによって有利には、過度に大きなトルクがタービンからコイルばね１３８を介して伝達される、ということが防止される。したがってカバープレート１３０，１３４およびフランジ１４０は、増強されたタービントルクではなく、単にエンジントルクに関して設計すればよい。

トルクコンバータを自由回転モード（ロックアップモード）で運転しようとする場合、駆動軸（図示していない）によって圧力下の油が圧力チャンバ２００に導入される。圧力チャンバ２００における圧力下の油は、ピストンプレート１０２をポンプ３４に向かって押し付け、これによってクラッチセット１０８が押し合わされる。カバー１１によって吸収されるトルクは、板ばね１２６，１２８によってクラッチディスク１１０，１１４に伝達され、かつ溶接シーム１６０を介して操作ディスク１５５に伝達される。摩擦材料から成るリング１１８，１２０，１２２，１２４の押し合わせによって、トルクは、クラッチディスク１１２，１１６に伝達される。クラッチディスク１１２は、キー溝結合１３２によって、トルクの一部をカバープレート１３０に伝達する。クラッチディスク１１６は、タービンハブ１９における歯環２８によって、トルクの残存部分をカバープレート１３０に伝達する。したがってディスク１１６，１３０は、歯環２８と密に結合されているので、場合によっては生じる、キー溝結合の遊びに起因するがたつきが排除されている。

３要素型作動システムによって、クラッチセット１０８の冷却が実現され、同時に圧力チャンバ２００における所望の圧力が維持される。冷却流の流れは、開口４０を通って、駆動軸２０３とステータ軸１５８との間の中間室からチャンバ２０２に進入する。油は、摩擦材料から成るリング１１８，１２０，１２２を通って半径方向外向きに押し付けられる。幾つかの観点から述べると、摩擦材料から成るリングに溝が設けられており、これによって油が通流可能である。油がリング１１８，１２０，１２２を通ったあとで、油は、操作ディスク１５５における開口２４または摩擦材料から成るリング１２４を通って通流チャンバ２０２を通過する。油は、ステータ軸１５８とポンプハブ５０との間の中間室を通ってトルクコンバータの通流チャンバ２０２を通過する。

したがって、権利範囲として要求する本発明の思想および有効範囲に含まれる、本発明に関する修正および変更は、当業者にとって想到可能ではあるが、本発明の目的は効果的に達成することができる。また前述の説明は、本発明の理解を深めるためのものであり、本発明を制限するものではない。したがって本発明の思想および有効範囲から逸脱することなく、本発明の別の形態も実現可能である。

７ エンジン、 ８ トランスミッション、 ９ ディファレンシャル／車軸アセンブリ、 １０ トルクコンバータ、 １１ カバー、 １２ カバープレート、 １３ フランジ、 １４ ダイヤフラムばね、 １５ ばね、 １６ カバープレート、 １７ クラッチピストンプレート、 １８ Ｏリング、 １９ タービンハブ、 ２２ タービンハウジング、 ２４ 開口、 ２８ 歯環、 ３０ タービンハウジング、 ３１ スラスト軸受、 ３２ リベット、 ３４ ポンプハウジング、 ３６ タービンハブのシール、 ３７ ポンプ、 ３８ タービン、 ３９ ステータ、 ４０ 開口、 ４１ コンバータ連行ディスク（フレックスプレート）、 ４２ クランク軸、 ４３ トランスミッションの駆動軸、 ４４ タービン出口、 ４５ ステータ軸、 ４６ ワンウェイクラッチ、 ４７ トランス未ションハウジング、 ４８ ステータブレード、 ４９ コンバータクラッチ、 ５０ ポンプハブ、 ５１ 摩擦材料から成るリング、 ５２ 摩擦材料から成るリング、 １０４ 外径におけるシール、 １０６ 内径におけるシール、 １０８ クラッチセット、 １１０ クラッチディスク、 １１２ クラッチディスク、 １１４ クラッチディスク、 １１６ クラッチディスク、 １１８ 摩擦材料から成るリング、 １２０ 摩擦材料から成るリング、 １２２ 摩擦材料から成るリング、 １２４ 摩擦材料から成るリング、 １２６ 板ばね、 １２８ 板ばね、 １３０ カバープレート、 １３２ 歯環、 １３４ カバープレート、 １３６ リベット、 １３８ コイルばね、 １４０ フランジ、 １５２ 内径におけるシール、 １５３ シールアセンブリ、 １５５ 操作ディスク、 １５６ 駆動ハブ、 １５７ キー溝結合、 １５８ ステータ軸、 １６０ 溶接シーム、 ２００ 圧力チャンバ、 ２０２ 通流チャンバ、 ２０３ 駆動軸

Claims (3)

1. トルクコンバータにおいて、
   コンバータクラッチが設けられており、該コンバータクラッチは、トルクをトルクコンバータのハウジングからトルクコンバータのタービンに伝達するように配置されており、該ハウジングは、機能的に、エンジン回転数で回転するように配置されており、
   ピストンプレートが設けられており、該ピストンプレートは、駆動ハブに取り付けられており、該駆動ハブは、機能的に、トルクコンバータの駆動軸の回転数で回転するように配置されており、
   カバーとクラッチピストンプレートとによって形成された圧力チャンバが設けられており、
   通流チャンバが設けられており、該通流チャンバは、ピストンプレートとクラッチディスクとによって形成されている、
   ことを特徴とする、トルクコンバータ。
2. 車両においてトルクを変換する方法において、
   該変換方法が、以下のステップを有していて、つまり、
   エンジンによってトルクコンバータのハウジングを駆動するステップ、
   トルクコンバータの内側でタービンに流体を伝達するステップ、
   タービンに流体を伝達することによって、トランスミッションの駆動軸を回転させるステップ、
   機械式のロックアップ機構を介してエンジントルクを伝達するステップ、
   通流チャンバを通る、ロックアップ機構のための流体の流れを制御するステップ、
   開口を通って通流チャンバから流体を排出するステップ、
   を有していることを特徴とする、車両においてトルクを変換する方法。
3. 通流チャンバにおける流体が冷却流である、請求項２記載の方法。

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