JP5684515B2

JP5684515B2 - トルクコンバータ

Info

Publication number: JP5684515B2
Application number: JP2010185245A
Authority: JP
Inventors: 健司川元; 時存坂; 典生岩下; 貴士石山; 英俊前田
Original assignee: Mazda Motor Corp; Exedy Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp; Exedy Corp
Priority date: 2010-08-20
Filing date: 2010-08-20
Publication date: 2015-03-11
Anticipated expiration: 2030-08-20
Also published as: DE112011102766T5; JP2012042012A; CN103380314A; CN103380314B; US8925700B2; WO2012023240A1; DE112011102766B4; US20130153352A1; CN202195022U

Description

本発明は、車両に搭載されるトルクコンバータに関し、車両用変速機の技術分野に属する。

自動変速機に組み込まれて、エンジン出力を変速機構に伝達するトルクコンバータは、エンジンのクランクシャフトと一体的に回転するポンプと、該ポンプに対向配置され、該ポンプにより流体を介して駆動されるタービンと、該ポンプとタービンとの対向部の内側に配置されてトルク増大作用を行うステータとを備え、これらポンプとタービンとステータとで、トーラス（流体が循環するドーナツ状の部分）が構成される。

さらに、トルクコンバータには、エンジンの燃費性能を向上させるため、トルク増大作用を利用する発進時等やポンプとタービンの相対回転を許容する必要がある変速時等を除いて、該ポンプとタービンとを直結するロックアップクラッチを設けることがあり、この場合、ロックアップクラッチ締結時のショックを吸収するため、該ロックアップクラッチの入力側または出力側にロックアップダンパが配設される。

上記のような構成を備えたトルクコンバータとして、特許文献１に記載されたものがある。このトルクコンバータにおいては、ケースのエンジン側の面を構成するフロントカバーとタービンとの間の内周側に湿式多板式のロックアップクラッチを、外周側にダンパ本体に複数のダンパスプリングを周方向に配設してなるダンパを、互いに軸方向にオーバラップさせて配置した構成とされている。

特開２００８−１７５３３８号公報

しかし、上記特許文献１に開示されたものは、前記トーラスの軸方向の寸法を、流体の循環スペースを確保するためにある程度大きくせざるを得ないことに加えて、その軸方向寸法が最大の部位のエンジン側にダンパの構成部材が対向配置され、さらに、該ダンパの構成部材のエンジン側にロックアップクラッチが対向配置されるため、トルクコンバータ全体の軸方向寸法が大きくなる問題がある。

そこで、本発明は、軸方向に小型化可能なトルクコンバータを提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明に係るトルクコンバータは、次のように構成したことを特徴とする。

まず、本願の請求項１に記載の発明は、
エンジン出力軸に連結されたケース内に、該ケースと一体回転するポンプと、そのエンジン側に対向配置されて該ポンプにより流体を介して回転駆動されるタービンと、該ポンプとタービンとの対向部の内側に配設されたステータとでなるトーラスが形成されていると共に、前記タービンとケースとを直結するロックアップクラッチと、該ロックアップクラッチ締結時のショックを吸収するロックアップダンパとが備えられたトルクコンバータであって、
前記タービンは、エンジン側に膨出して前記ポンプ及び前記ステータと共に前記トーラスを形成する外周部と、前記ステータを支持するワンウェイクラッチのエンジン側に位置する内周部と、径方向における前記外周部と前記内周部との間の位置において、前記外周部及び前記内周部よりも反エンジン側に凹陥された中間部と、を備え、
前記ロックアップダンパは、圧縮変形することで前記ロックアップクラッチ締結時のショックを吸収する弾性部と、前記弾性部の過度な圧縮を規制するためのダンパストッパと、を備え、
前記ダンパストッパは、前記タービンの前記中間部のエンジン側で且つ前記トーラスと軸方向にオーバラップする位置に配設され、
前記タービンの外周部のエンジン側に前記弾性部が配設され、
前記ワンウェイクラッチは、前記トーラスの中心よりもエンジン側にオフセットした位置に配設されていることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の発明において、前記ダンパストッパは、前記タービンの前記中間部に固定されていることを特徴とする。

さらに、請求項３に記載の発明は、前記請求項１または請求項２に記載の発明において、前記ダンパストッパのエンジン側に、前記ロックアップクラッチが対向配置されていることを特徴とする。

またさらに、請求項４に記載の発明は、前記請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の発明において、前記弾性部は、前記ロックアップクラッチよりも径方向外側で且つ該ロックアップクラッチと軸方向にオーバラップする位置に配設されていることを特徴とする。

まず、請求項１に記載の発明によれば、反エンジン側に凹陥されたタービンの中間部のエンジン側で且つトーラスと軸方向にオーバラップする位置に、ダンパストッパが配設されているため、軸方向において、該ダンパストッパは反エンジン側に寄せて配置される。すなわち、ダンパのエンジン側への張り出しが抑制されるため、トルクコンバータ全体の軸方向寸法を縮小することができる。

また、請求項２に記載の発明では、タービンの中間部に固定されたダンパストッパによって、弾性部の過度な圧縮を阻止できる。

さらに、請求項３に記載の発明によれば、前記ダンパストッパが反エンジン側に寄せて配置されることに伴って、該ダンパストッパのエンジン側に対向配置されるロックアップクラッチも、反エンジン側に寄せて配置されることとなるため、トルクコンバータ全体の軸方向寸法の縮小に貢献することができる。

また、請求項４に記載の発明によれば、ダンパの弾性部とロックアップクラッチとが軸方向にオーバラップして配置されるため、トルクコンバータ全体の軸方向寸法の縮小を一層図ることができる。

本発明の実施形態に係るトルクコンバータの断面図である。エンジン側から見たダンパの正面図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るトルクコンバータ１を示す。トルクコンバータ１は、その外殻を形成するケース１０を有する。該ケース１０は、そのエンジン側の半部を構成するフロントカバー１１の外周部に固設された複数のスタッドボルト１２と該ボルト１２に螺合されるナットＡとにより、エンジンのクランクシャフトＢの端部にクランクボルトＣを用いて取り付けられたドライブプレートＤの外周部に取り付けられ、これにより、トルクコンバータ１の全体がクランクシャフトＢに連結されて、エンジンにより駆動されるようになっている。

なお、以下の説明では、便宜上、エンジン側（図の右側）を前方、反エンジン側（図の左側）を後方とする。

トルクコンバータ１は、主たる構成要素として、ポンプ２０、タービン３０、ステータ４０、ワンウェイクラッチ５０、ロックアップクラッチ（以下、単に「クラッチ」ともいう。）６０及びロックアップダンパ（以下、単に「ダンパ」ともいう。）７０を有し、これらが前記ケース１０内に収納されている。また、該ケース１０内には流体が充満されるようになっている。

前記ポンプ２０は、ケース１０の後半部を構成するポンプシェル２１と、該シェル２１の外周部に設けられた後方へ膨出する湾曲部２１ａの内部に周方向に所定間隔を隔てて配設された多数のブレード２２とで構成されている。このポンプ２０は、ケース１０と一体的に回転することにより、該ケース１０内に充満されている流体を前記ブレード２２と湾曲部２１ａの内面とで案内して、該流体に軸心周りに旋回しながら外方から前方へ向かう流れａを発生させるようになっている。

なお、前記ポンプシェル２１の内周端部には後方に延びるスリーブ２３が設けられており、該スリーブ２３の先端がトルクコンバータ１の後方に配置されたギヤ式オイルポンプＥのインナギヤＥ’に係合されている。これにより、クランクシャフトＢの回転によってケース１０及び前記スリーブ２３を介して、オイルポンプＥが駆動されるようになっている。

また、前記タービン３０は、外周部３１ａが前記ポンプシェル２１の湾曲部２１ａと反対側に湾曲する湾曲部となっているタービンシェル３１と、該シェル３１の外周部（湾曲部）３１ａの内部に周方向に所定間隔を隔てて配設された多数のブレード３２と、該シェル３１の内周部３１ｃに例えばリベットにより結合されたタービンハブ３３とで構成されており、前記ポンプ１０の前方に配置されて、ケース１０内に回転自在に収納されている。

タービンシェル３１の湾曲部３１ａは、ポンプシェル２１の湾曲部２１ａに対向配置されている。これにより、ポンプ２０の回転によって生じた流れａがタービンシェル３１の湾曲部３１ａ内に導入されて、該湾曲部３１ａの内面とブレード３２とによって内方へ向かう流れｂが形成され、この流れｂがブレード３２を押圧することにより、タービン３０が周方向に力を受け、ポンプ２０と同方向に駆動されるようになっている。この駆動力は、タービンハブ３３の内周端部のボス部３３ａにスプライン嵌合されたタービンシャフトＦにより、当該自動変速機の変速機構へ伝達されるようになっている。

また、前記ステータ４０は、内輪部４１と外輪部４２との間に、放射方向に延びる多数のブレード４３を周方向に所定間隔を隔てて設けて全体を一体化した構成とされ、前記ブレード４３が、前記ポンプ２０におけるブレード２２の内周側の端部とタービン３０におけるブレード３２の内周側の端部との間に位置するように配置されている。これにより、タービン３０を駆動した流体の流れｂが該タービン３０側から導入されて、各ブレード４３の間を通過する流れｃが形成されるようになっている。

さらに、この流れｃはポンプシェル２１の湾曲部２１ａに内周側から導入されて前記流れａとなる。これにより、ポンプ２０、タービン３０及びステータ４０の各ブレード２２，３２，４３の間を通過して循環する流れが形成され、トルクコンバータ１の全体として、この循環流が形成されるドーナツ状の空間、即ちトーラスＴが形成されるようになっている。

また、前記ワンウェイクラッチ５０は、前記ステータ４０を支持して該ステータ４０によるトルク増大作用を実現させるもので、アウタレース５１と、インナレース５２と、両レース５１，５２の間に介設された複数のスプラグ５３とを有する。アウタレース５１の外周面は前記ステータ４０の内輪部４１の内周面に圧入嵌合されており、インナレース５２は、内周面が当該自動変速機の変速機ケースに締結された固定部材であるステータシャフトＧの先端にスプライン嵌合されている。

なお、アウタレース５１は、その前方に位置するタービンハブ３３との間、及び後方に位置するポンプシェル２１の内周部との間にそれぞれ配設されたスラストベアリング５４，５５により軸方向の位置が規制されており、これにより、前記ステータ４０がポンプ２０及びタービン３０に対して軸方向に位置決めされている。

ステータ４０は、前記流れｃにより、ブレード４３の一方の面に押圧力が作用して一方向の回転力を受けたときに、ワンウェイクラッチ５０が空転することにより自由に回転し、また、ブレード４３の他方の面に押圧力が作用して他方向の回転力を受けたときには、ワンウェイクラッチ５０がロックすることにより固定される。このとき、トルク増大作用が発生し、エンジンからポンプ２０に入力されたトルクが増大されて、タービン３０からタービンシャフトＦに出力される。

その場合、このトルク増大作用は、変速比が０から０．８〜０．９までの範囲で得られるのが通例であり、変速比０でトルク比（トルクの増大率）が最大となる。

一方、前記クラッチ６０は、同芯状に配置されたクラッチドラム６１及びクラッチハブ６２と、該ドラム６１とハブ６２との間に配設され、これらに交互に係合された複数の摩擦板６３と、前記クラッチドラム６１の前端部の内周面に摺動自在に設けられたピストン６５とを有する。

ピストン６５の背部、すなわちピストン６５とフロントカバー１１の内面との間には油圧室６６が形成されている。作動油圧が、タービンシャフトＦに設けられた油穴Ｆ’から、フロントカバー１１とその内面に固定されたプレート部材６７との間に設けられた油路６７ａを通って、油圧室６６に導入されたとき、ピストン６５により前記複数の摩擦板６３がリテーニングプレート６８側に押し付けられ、該クラッチ６０が締結されるようになっている。

さらに、前記ダンパ７０は、リテーナプレート７１と、該プレート７１の所定の円周上に周方向に向けて配設され、一端が該プレート７１に設けられた図示しないスプリング受け部に受け止められた複数のダンパスプリング７２と、前記タービンシェル３１の外周部の外面に固着されて該固着部から前方へ突出し、前記ダンパスプリング７２の他端を受けるスプリング受け部材７３と、を有する。リテーナプレート７１の内周部は前記クラッチ６０のハブ６２に例えばリベットにより結合されている。

前記クラッチ６０が締結されたとき、フロントカバー１１の回転、即ちクランクシャフトＢの回転が、該クラッチ６０を介してダンパ７０のリテーナプレート７１に入力され、ダンパスプリング７２を圧縮しながら、スプリング受け部材７３からタービン３０に伝達されるようになっている。

また、ダンパ７０は、ダンパスプリング７２の過度な圧縮を阻止するダンパストッパ７５を有する。該ダンパストッパ７５は、ダンパスプリング７２に対応して、周方向に間隔を隔てて複数設けられている。各ダンパストッパ７５は、タービンシェル３１に例えば溶接により固着された基部７５ａと、該基部７５ａから前方に突出するストッパ部７５ｂとを備えている。ストッパ部７５ｂは、前記リテーナプレート７１に設けられた周方向に長い長穴７１ａに突入されている。これにより、図２に示すように、ダンパストッパ７５とリテーナプレート７１との相対回転が所定量に規制され、ダンパスプリング７２の過度な圧縮が阻止されるようになっている。

ここで、このトルクコンバータ１の作用を説明すると、まず、発進時や変速時等のクラッチ６０の非締結時には、エンジンのクランクシャフトＢと一体的に回転するポンプ２０により、トーラスＴ内で循環する流体を介してタービン３０が駆動され、タービンシャフトＦを介して変速機構に動力が伝達されることになる。その場合、速度比が約０．８〜０．９以下のコンバータ領域では、ステータ４０のトルク増大作用により、エンジン出力トルクが増大されて変速機構へ出力される。

また、発進時や変速時等以外の運転状態において、前記タービンシャフトＦに設けられた油穴Ｆ’から油路６７ａ等を介して油圧室６６に作動油圧を供給すれば、該クラッチ６０が締結されて、ケース１０のフロントカバー１１とタービン３０とがダンパ７０を介して連結されることになり、エンジン出力トルクは、クランクシャフトＢからケース１０、クラッチ６０及びダンパ７０を介して直接タービン３０に伝達されることになる。この場合、動力は流体を介することなく変速機構へ伝達されることにより、クラッチ６０の非締結時より回転エネルギーの伝達効率が向上し、エンジンの燃費性能が向上する。

クラッチ６０を締結する際、該クラッチ６０の締結時のショックを抑制するため、前記油圧室６６に供給する油圧を制御して該クラッチ６０を一旦スリップ状態とし、その後、完全に締結するのであるが、該クラッチ６０の複数の摩擦板６３が接触し始めてトルクの伝達が開始されたときに、ダンパ７０のダンパスプリング７２が圧縮されることによりトルク伝達開始時のショックが吸収され、これにより、クラッチ６０が円滑に締結されることになる。

次に、このトルクコンバータ１の前記各構成要素の形状や配置等と、それに伴う作用効果について説明する。

まず、トーラスＴの内径は比較的大きく形成されているため、トーラスＴとワンウェイクラッチ５０とは径方向に離間して配置されている。よって、タービンシェル３１とポンプシェル２１との間には、外周側に、流体を循環させるためにある程度の軸方向寸法を有するトーラスＴが存在し、内周側に、トーラスＴの中心に対して前方へオフセットされたワンウェイクラッチ５０が存在するが、トーラスＴとのワンウェイクラッチ５０との間の径方向中間部には、ステータ４０の内輪部４１が存在するのみである。

そのため、タービンシェル３１は、次のような外周部３１ａ、中間部３１ｂ及び内周部３１ｃを有する。つまり、外周部３１ａは、エンジン側に膨出してトーラスＴを形成し、内周部３１ｃは、ワンウェイクラッチ５０を避けるように前方（エンジン側）へ膨出して設けられている。これに対して、タービンシェル３１の中間部３１ｂは、径方向における外周部３１ａと内周部３１ｃとの間の位置において後方（反エンジン側）へ凹陥されたくびれ部となっている。そして、この中間部（くびれ部）３１ｂにダンパストッパ７５が固着されており、これにより、該ダンパストッパ７５は、前記中間部３１ｂのエンジン側で且つトーラスＴと軸方向にオーバラップする位置に配設されている。

よって、ダンパストッパ７５が反エンジン側に寄せて配置されると共に、該ダンパストッパ７５のエンジン側に対向配置された前記クラッチ６０も反エンジン側に寄せて配置されるため、トルクコンバータ１の軸方向寸法の縮小を図ることができる。

なお、フロントカバー１１における径方向中間部は前方に膨出されており、該フロントカバー１１の膨出部１１ａとタービンシェル３１の中間部３１ｂとの間に、クラッチ６０を収納する軸方向の間隔が確保されている。

さらに、前記ダンパ７０は、フロントカバー１１とタービンシェル３１との間の空間の最外周部に配置され、前記クラッチ６０の外側で該クラッチ６０と軸方向にオーバラップさせて配置されている。これにより、ケース１０内にクラッチ６０とダンパ７０とを収納することによるトルクコンバータ１の軸方向寸法ないし当該自動変速機の全長の増大が抑制されている。

また、クラッチ６０を内側に、ダンパ７０を外側に配置したことにより、前述のように、クラッチ締結時のショックの吸収効果が増大すると共に、クラッチ締結動作開始時におけるスリップ制御を緻密に行うことが可能となり、該クラッチ締結時のショックが効果的に抑制されることになる。

一方、前記フロントカバー１１においては、クラッチ６０を収納した膨出部１１ａの内周側が後方に凹陥され、この凹陥部１１ｂ内に前記クランクボルトＣの頭部を位置させることにより、フロントカバー１１ないしトルクコンバータ１の全体をエンジンに近接させることが可能となっている。

また、ワンウェイクラッチ５０がトーラスＴの中心に対して前方へオフセットされていることに伴って、その後方に位置するポンプシェル２１の湾曲部２１ａの内周側が前方に凹陥されており、この凹陥部２１ｂにより、その後方に位置するオイルポンプＥをエンジン側へ寄せることが可能とされている。

以上のように、フロントカバー１１の凹陥部１１ｂ内にクランクボルトＣの頭部を位置させることと、ポンプシェル２１の凹陥部２１ｂによってオイルポンプＥをエンジン側へ寄せることとが可能とされたことにより、該クランクボルトＣの頭部とオイルポンプＥとの軸方向の間隔を狭くすることが可能とされており、これにより、当該自動変速機の全長が効果的に短縮されることになる。

以上、上述の実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、タービン３０の中間部３１ｂのエンジン側にダンパストッパ７５を配設する構成について説明したが、当該位置には、ダンパ７０の一部であれば、ダンパストッパ７５以外の要素が配設されるようにしてもよい。

以上のように、本発明によれば、トルクコンバータを軸方向に小型化することが可能となるから、この種のトルクコンバータないし自動変速機、或いはこれを搭載する車両の製造産業分野において好適に利用される可能性がある。

１トルクコンバータ
１０ケース
２０ポンプ
３０タービン
３１ａ外周部
３１ｂ中間部
３１ｃ内周部
４０ステータ
５０ワンウェイクラッチ
６０ロックアップクラッチ
７０ロックアップダンパ
７２ダンパスプリング（弾性部）
７５ダンパストッパ
Ｔトーラス

Claims

エンジン出力軸に連結されたケース内に、該ケースと一体回転するポンプと、そのエンジン側に対向配置されて該ポンプにより流体を介して回転駆動されるタービンと、該ポンプとタービンとの対向部の内側に配設されたステータとでなるトーラスが形成されていると共に、前記タービンとケースとを直結するロックアップクラッチと、該ロックアップクラッチ締結時のショックを吸収するロックアップダンパとが備えられたトルクコンバータであって、
前記タービンは、エンジン側に膨出して前記ポンプ及び前記ステータと共に前記トーラスを形成する外周部と、前記ステータを支持するワンウェイクラッチのエンジン側に位置する内周部と、径方向における前記外周部と前記内周部との間の位置において、前記外周部及び前記内周部よりも反エンジン側に凹陥された中間部と、を備え、
前記ロックアップダンパは、圧縮変形することで前記ロックアップクラッチ締結時のショックを吸収する弾性部と、前記弾性部の過度な圧縮を規制するためのダンパストッパと、を備え、
前記ダンパストッパは、前記タービンの前記中間部のエンジン側で且つ前記トーラスと軸方向にオーバラップする位置に配設され、
前記タービンの外周部のエンジン側に前記弾性部が配設され、
前記ワンウェイクラッチは、前記トーラスの中心よりもエンジン側にオフセットした位置に配設されていることを特徴とするトルクコンバータ。
前記ダンパストッパは、前記タービンの前記中間部に固定されていることを特徴とする請求項１に記載のトルクコンバータ。
前記ダンパストッパのエンジン側に、前記ロックアップクラッチが対向配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のトルクコンバータ。
前記弾性部は、前記ロックアップクラッチよりも径方向外側で且つ該ロックアップクラッチと軸方向にオーバラップする位置に配設されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のトルクコンバータ。