专利名称：变矩器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于传递原动机的旋转扭矩的变矩器。
背景技术：
使用了液力偶合器的动力传递装置的一个典型例子通过串联配设安装到车辆上的发动机、液力偶合器、湿式摩擦离合器及手动变速器构成。装备到这样的车辆用动力传递装置中的液力偶合器具备泵和涡轮，所述泵具有连接到发动机——例如柴油机的曲柄轴上、即作为液力偶合器的输入轴上的泵壳，以及呈放射状地配设在泵壳内的多个叶轮；所述涡轮具有与泵相对配设并且安装到与输入轴配置在同—轴线上的输出轴上的涡轮壳体，以及呈放射状地配设在涡轮壳体内的多个转轮。该液力偶合器收容用于传递扭矩的工作流体(参照例如日本特开2002-276694号公报)。
以吸收发动机的转速变动和震动为目的而用于动力传递装置中的液力偶合器作为与排量比较大的NA柴油机组合使用的上述形态的动力传递装置的起步离合器使用。但是，为了与日益严格的废气排放政策和节能相适应，预计今后使用小排量高增压柴油机(TC柴油机)的趋势将增加。由于与排量比较大的NA柴油机相比，这种TC柴油机怠速运转时的扭矩小，因此使用液力偶合器作为起步离合器由于牵引扭矩大，因此并不理想。牵引扭矩一般表示发动机以怠速转速(例如500rpm)运转的状态下的传递扭矩，因此如果牵引扭矩大，则发动机的怠速运转明显而变得不稳定，且这种不稳定的旋转是引起驱动系统产生异常震动的原因。并且，牵引扭矩大还是怠速运转时油耗恶化的原因。
而从变速器的排列整合等的角度来说，希望一种变速器具有尽可能宽的扭矩范围。
在上述形态的动力传递装置中，在使用小排量的TC柴油机的情况下，牵引扭矩的问题可以通过使用能够降低牵引扭矩的可变容量型液力偶合器作为起步离合器来解决。而为了满足一种变速器具有尽可能宽的扭矩范围的要求，使用变矩器作为起步离合器比使用液力偶合器更有效。但是，在上述形态的动力传递装置中，由于与手动变速器组合，因此直接使用一般特性的变矩器时放大后的输出一侧扭矩过高，超过了变速器的允许输入限度，存在强度上的问题。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种能够限制从泵经过涡轮传递给定子的传递扭矩使其不超过变速器的允许输入限度、由此能够在变速器的允许输入限度内扩大变速器的扭矩范围、同时能够减小牵引扭矩的新颖的变矩器。
如果采用本发明，能够提供一种变矩器，具备泵，该泵具有安装在旋转自由地支持于壳体内的泵毂上的环状泵壳、和呈放射状地配设在泵壳内的多个叶轮(impeller)；涡轮，该涡轮具有与泵相对地配设并且安装在可相对于泵毂旋转的涡轮毂上的环状涡轮壳体、和呈放射状地配设在涡轮壳体内的多个转轮(runner)；定子，被配置在泵与涡轮之间并且被支持在壳体上；以及工作流体，填充到泵和涡轮内，其特征在于，在定子与壳体之间配设有传递扭矩限制单元，该传递扭矩限制单元进行限制，以使通过涡轮从泵传递给定子的传递扭矩不会增加到超过预定值。
传递扭矩限制单元最好采用这样的结构包括支持在壳体上的单向离合器、和配设在单向离合器与定子之间的扭矩限制器，在该传递扭矩不超过预定值的期间，定子通过扭矩限制器和单向离合器被固定在壳体上，在该传递扭矩增加到超过预定值的情况下，通过扭矩限制器的工作，使定子相对于单向离合器空转。
图1是表示具备本发明的变矩器的动力传递装置的实施形态的纵剖视图。
图2是表示图1所示的变矩器的实施形态的放大纵剖视图。
图3是放大表示图2所示的变矩器的定子部分的横截面图。
图4是示意地表示依本发明构成的变矩器的特性的曲线图。
具体实施例方式
下面参照附图更详细地说明具备本发明的变矩器的优选实施形态的动力传递装置。
图1表示具备依本发明构成的变矩器的实施形态的动力传递装置的实施形态的纵剖视图。图1所示的动力传递装置由图中没有表示的作为原动机的柴油机、变矩器2、湿式多片摩擦离合器4、和手动式变速器6构成，它们串联配设。
图示的动力传递装置具备收容上述变矩器2和湿式多片摩擦离合器4的壳体8。壳体8的作为发动机一侧的一端侧(图1中的左端侧)开放，作为变速器一侧的另一端侧(图1中的右端侧)具有分隔壁10。在壳体8的轴向中央部设置有中间壁12，由中间壁12和后述的泵壳50、52区分变矩器收容室14和摩擦离合器收容室16。这样构成的壳体8的发动机一侧利用图中没有表示的螺栓等连接装置安装到安装于柴油机上的壳体18上，变速器一侧用螺栓22安装到手动式变速器6的壳体20上。
下面主要参照图2说明图1及图2中的变矩器2。变矩器2配设在上述壳体8的变矩器收容室14内。图示实施形态的变矩器2具备壳体24、泵26、涡轮28、和定子30。壳体24由图中没有表示的螺栓和螺母等连接装置被安装到内周部由螺栓32安装于柴油机的曲柄轴31上的驱动板34的外周部。另外，在上述驱动板34的外周安装有与图中没有表示的起动电动机的驱动齿轮啮合的启动用齿环(ringgear)36。
泵26与上述壳体24相对配设。该泵26具备环形泵壳38、呈放射状地配设在该泵壳38内的多个叶轮(impeller)40，泵壳38通过焊接等固定手段被安装到上述壳体24上。因此，泵26的泵壳38通过壳体24和驱动板34连接到曲柄轴31上。因此，曲柄轴31起变矩器2的输入轴的作用。
涡轮28与泵26相对地配设在由上述泵26和壳体24形成的室内。该涡轮28具备与上述泵26的泵壳38相对配设的环状涡轮壳体42、和呈放射状地配设在该涡轮壳体42内的多个转轮(runner)44。涡轮壳体42通过焊接等固定手段被安装到花键嵌合于配设在与上述作为输入轴的曲柄轴31同一轴线上的输出轴46上的涡轮毂47上。另外，编号48表示锁止离合器。虽然锁止离合器48是直接传递结合壳体24和涡轮28的结构，但由于其本身的结构不体现本发明的特征，并且其详细情况已公开在上述日本特开2002-276694号公报中，因此省略其说明。
上述壳体8的中间壁12上通过螺栓54等固定装置安装有泵壳50、52。因此，泵壳50、52区分壳体8内形成的变矩器收容室14和摩擦离合器收容室16。该泵壳50、52内配设有液压泵55。液压泵55由具备内转子和外转子的转子式机油泵构成。泵壳50、52中配设有各控制阀，并且形成工作流体通道。配设在泵壳50、52内的液压泵55为由泵毂56旋转驱动的结构。即，泵毂56包括圆筒部和从圆筒部的一端沿半径方向向外延伸的环形凸缘部，圆筒部的轴向中间部通过轴承58旋转自由地支持在泵壳50上。上述泵26的泵壳38的呈环状的半径方向内侧端部通过焊接等固定手段固定在泵毂56的上述凸缘部上，泵毂56的圆筒部的另一端花键结合在液压泵55的内转子上。
泵壳50、52上形成有与液压泵55的吸入口连通的图中没有表示的吸入通道，该吸入通道向摩擦离合器收容室16的底壁部开口。在图示的实施形态中，工作流体收容在限定于摩擦离合器收容室16的底部的流体储存部中，该工作流体由上述液压泵55的动作吸引。
在泵毂56的中心部配置上述输出轴46，泵毂56与输出轴46之间配设筒状部件60。筒状部件60的一端部通过螺栓等固定装置固定在泵壳52上，筒状部件60的另一端部通过轴承相对旋转自由地支持在输出轴46的外周面上。这样一来，由于筒状部件60固定在泵壳52上，因此可以说是壳体8的一部分。输出轴46的一端部花键结合到涡轮毂47的中心部，通过这样支持，输出轴46的另一端部通过轴承旋转自由地支持在筒状部件60的另一端部的内周面上。变矩器2的定子30通过后面将要叙述的单向离合器70和扭矩限制器80支持在筒状部件60一端的外周面上。有关该结构后面详细叙述。
湿式多片摩擦离合器4包括花键结合在输出轴46的另一端部上的离合器外座圈62和花键结合在变速器6的输入轴64上的中离合器66，在离合器外座圈62与中离合器66之间，隔着多枚摩擦片67配设有接通或阻断离合器外座圈62与中离合器66的、图中没有表示的液压缸机构或弹簧机构等。由于湿式多片摩擦离合器4本身的结构不是本发明的特征，并且详细情况已公开在上述日本特开2002-276694号公报中，因此省略更多的说明。
下面参照图3说明变矩器2的定子30。定子30通过筒状部件60和泵壳52支持在壳体8上。更具体为，定子30通过单向离合器70和扭矩限制器80支持在固定于泵壳52上的筒状部件60的一端部的外周面上。
单向离合器70具备具有预定的轴向宽度的圆筒状内侧环部件71；可以相对旋转地嵌合并支持在内侧环部件71的圆形外周面上、并且在半径方向的内侧沿圆周方向隔开间隔地配设了多个(实施形态中为6个)凹部73的外侧环部件72；以及插入到由内侧环部件71的外周面与外侧环部件72的凹部73分别形成的空间内的辊74和弹簧部件75。外侧环部件72具有预定的轴向宽度。
内侧环部件71和外侧环部件72配置在共同的轴线上。外侧环部件72的每一个凹部73具备从与外侧环部件72的圆形外周面同心的假想内周面沿半径方向向外延伸的一个端面72a；沿圆周方向隔开间隔、实质与一个端面72a相对的另一个端面72b；以及一个端面72a与另一个端面72b的半径方向的外侧端面之间、沿圆周方向延伸的闭锁和闭锁解除面72c。一个端面72a位于经过内侧环部件71的轴心沿半径方向向外延伸的假想面上。在闭锁和闭锁解除面72c上，在一个端面72a到圆周方向的大致中央的区域中形成与内侧环部件71的轴心同心的圆弧面、即闭锁解除面；在该中央到另一个端面72b的区域内，形成从该中央向另一个端面72b半径逐渐缩小的倾斜面、即闭锁面。内侧环部件71的外周面与上述闭锁解除面之间的半径方向的间隙实质上是一定的，但内侧环部件71的外周面与上述闭锁面之间的半径方向的间隙从该中央向另一个端面72b逐渐变小。
每个辊子74具有直径一定的圆形截面和预定的轴向宽度，各自的直径形成为比对应的凹部73的上述闭锁解除面与内侧环部件71的外周面之间的上述间隙稍小。每个弹簧部件75由压缩弹簧构成，插入对应的凹部73的一个端面72a与辊子74之间。每一个辊子74总是在对应的凹部73内被弹簧部件75沿圆周方向(闭锁方向)向另一个端面72b施力。
如从以上的说明容易理解的那样，如果外侧环部件72沿图3中的顺时针方向相对于内侧环部件71旋转的话，则每一个辊子74在对应的凹部73内咬入内侧环部件71的外周面与上述闭锁面之间的半径方向的间隙(从轴向看沿圆周方向呈楔形的间隙)中，因此外侧环部件72相对于内侧环部件71被闭锁。而当外侧环部件72沿图3中的逆时针方向相对于内侧环部件71旋转时，每一个辊子74在对应的凹部73内克服弹簧部件75的弹力在内侧环部件71的外周面与上述闭锁解除面之间的半径方向的间隙(一定间隙)内移动，因此外侧环部件72可以相对于内侧环部件71旋转。
在上述单向离合器70的外侧环部件72的半径方向外侧配设有扭矩限制器80。扭矩限制器80具备沿外侧环部件72的圆周方向隔开相等的间隔、从外侧环部件72的外周面沿半径方向向外延伸出实质上相等高度的多个(实施形态中为3个)弹簧座凸起76；配设在沿圆周方向彼此相对的弹簧座凸起76之间的圆周方向中央的驱动键81；分别配置在驱动键81的圆周方向两侧的一对滑动构件82；配设在分别配置于驱动键81的圆周方向两侧的一对滑动构件82和相对于上述一对滑动构件82分别在圆周方向外侧隔开间隔相对的弹簧座凸起76的圆周方向的一个面之间的压缩螺旋弹簧83。每一个弹簧座凸起76的横截面实质上为矩形。每个滑动构件82的半径方向内侧面的圆周方向的长度比半径方向外侧面的圆周方向的长度稍短，横截面形状为近似梯形。
在单向离合器70的外侧环部件72的轴向两侧，与外侧环部件72一体旋转地配设有图中没有表示的环状保持构件。单向离合器70中的每一个上述辊74和弹簧部件75、扭矩限制器80的滑动构件82和压缩螺旋弹簧83分别由保持构件防止沿轴向脱落。从轴向看单向离合器70，每一个驱动键81包括以几乎一定的圆周方向宽度沿半径方向延伸的两侧面、近似圆弧状的半径方向外侧端面81a、和半径方向内侧端面81b，具有沿半径方向纵长的横截面形状。每一个驱动键81的圆周方向宽度形成为从半径方向内侧端面向半径方向外侧端面逐渐变窄。
上述结构的每一个驱动键81的半径方向的大致中央部可以围绕配设在上述各保持构件之间、并且与内侧环部件71的轴线平行地延伸的轴84旋转地支持在该轴上。在每一个驱动键81的两侧面，各滑动构件82被压缩螺旋弹簧83以实质上相等的弹力沿圆周方向压住。结果，每一个驱动键81像图3所示那样被保持在沿半径方向直立的状态。每一个驱动键81的半径方向外侧端面81a位于半径方向外侧端，半径方向内侧端面81b位于半径方向外侧端，向着内侧环部件71的轴心。上述每一个弹簧座凸起76和滑动构件82的半径方向外侧面实质上位于与内侧环部件71同心的假想圆上，每一个驱动键81的半径方向外侧端面81a分别从该假想圆沿半径方向向外延伸出实质上相等的距离。每一个滑动构件82的半径方向内侧面相对于外侧环部件72的外周面在半径方向外侧留有间隙地被定位。每一个驱动键81的半径方向内侧端面81b与外侧环部件72的外周面接触。
定子30由具有预定的轴向宽度的内环30A，同心地位于内环30A的半径方向的外侧的外侧环部件B，一体地配设在内环30A与外侧环部件B之间、并且沿圆周方向隔开间隔配置的多个叶片部件30C构成。每一个叶片部件30C虽然在图面上简化地表示，但实际上如众所周知的那样，面向圆周方向的两个面由形成了沿轴线方向的规定的流路的曲面形成。内环30A的内周面上沿圆周方向隔开相等的间隔形成有多个(实施形态中为3个)沟槽30a。每一个沟槽30a的横截面的形状为几乎与每一个驱动键81的半径方向的外侧端面81a的圆弧面相同的圆弧面，沿内环30A的轴线方向延伸。在每一个驱动键81像上述那样保持在沿半径方向直立的状态下，各沟槽30a的圆周方向的间隔规定为实际上与各驱动键81的半径方向的外侧端面81a的圆周方向的间隔相同。另外，内环30A的每一个沟槽30a构成扭矩限制器80的一部分。
上述结构的定子30通过使内环30A的内周面上形成的每一个沟槽30a嵌合到处于直立状态的对应的驱动键81的半径方向外侧端面81a上，而被安装到单向离合器70的外侧环部件72的半径方向外侧。内环30A的内周面位于上述假想圆的半径方向外侧。如图2所示，单向离合器70的内侧环部件71通过花键结合到固定于壳体8上的上述筒状部件60的一端部，实质上被固定在壳体8上。包含各个叶片部件30C的定子30位于泵26与涡轮28之间。在配设于单向离合器70的外侧环部件72的轴向两侧的上述环状保持构件中的一个与涡轮毂47之间，以及保持构件中的另一个与泵毂56之间，分别通过适当的保持装置配设有多个辊。结果，外侧环部件72相对于涡轮毂47和泵毂56旋转自由。上述单向离合器70和扭矩限制器80构成传递扭矩限制单元。另外，单向离合器70和扭矩限制器80各自的基本结构可以使用众所周知的结构，因此，也可以使用其他结构的单向离合器和扭矩限制器。
下面参照图1说明手动式变速器6。图示实施形态中的变速器6由平行轴式齿轮变速器构成，具备壳体20；配设在该壳体20内、安装有上述湿式多片摩擦离合器4的中离合器66的输入轴64；与该输入轴64配设在同一轴上的输出轴90；以及与该输出轴90平行配设的中间轴92。驱动齿轮94配设在输出轴90上，输出轴90上配设有变速齿轮96a、96b、……，并且配设有同步啮合装置98a、98b、……。并且，中间轴92上设置有一直与上述驱动齿轮94和变速齿轮96a、96b、……啮合的中间轴齿轮100a、100b、100c、……。手动式变速器6可以使用众所周知的结构，由于其本身结构不是本发明的特征，因此省略其进一步的说明。
具备图示实施形态的变矩器2的动力传递装置采用以上的结构，下面说明其动作。参照图1及图2，柴油机的曲柄轴31(输入轴)上产生的驱动力通过驱动板34传递给变矩器2的壳体24。由于壳体24与泵26的泵壳38一体地构成，因此上述驱动力使泵26旋转。当泵26旋转时，泵26内的工作流体在离心力的作用下沿叶轮40向外周流动，像箭头所示那样流入涡轮28一侧。流入涡轮28一侧的工作流体向内周侧流动，像箭头所示那样流入定子30内。从涡轮28流入定子30内的工作流体被定子30的叶片部件30C改变流向，回到泵26。从定子30回到泵26中的工作流体流入泵26的叶轮40的背面一侧(旋转方向的后面一侧)。
这样一来，工作流体经由泵26、涡轮28和定子30在泵壳38和涡轮壳体42内循环，通过这样，泵26一侧的驱动扭矩实质被增大，传递给涡轮28一侧。被传递给涡轮28一侧的驱动力经由涡轮壳体42和涡轮毂47传递给输出轴46，再通过上述摩擦离合器4传递给变速器6。
下面参照图1～图4说明上述变矩器2的扭矩传递特性。在图4中，虚线示意地表示变矩器的一般特性，实线示意地表示本发明的变矩器的特性，横轴为用泵26的转速Np和涡轮28的转速Nt规定的速度比(e＝Nt/Np)，纵轴为通过涡轮28从泵26传递给定子30的传递扭矩量。如同从图4判断的那样，变矩器具有泵26与涡轮28的速度比(e)越接近于零(0)、上述传递扭矩增大的特性。在将具有这种特性的变矩器安装到车辆的传动传动装置中时，不管车速如何，随着速度比(e)接近于零(0)，即随着泵26的转速Np与涡轮28的转速Nt之差增大，上述传递扭矩增大，因此在车辆停止状态下驱动发动机，变速器的变速齿轮投入的状态下，即在输入轴旋转、输出轴停止的状态下，上述传递扭矩最大。并且，在车辆急剧加速或因上坡等负荷增大等情况下，即使在速度比(e)接近于零(0)的情况下，上述传递扭矩也接近于最大值。
因此，如先前叙述的那样，在使用了小排量的TC柴油机的动力传递装置中，在使用变矩器作为起步离合器的情况下，有可能满足一种变速器具有尽可能宽的扭矩范围的要求。但是，在与手动变速器组合的动力传递装置中，在直接使用上述那种一般特性的变矩器的情况下，放大的输出一侧的扭矩过高，超出变速器的允许输入限度，会产生强度上的问题。
本发明的变矩器2在定子30与壳体8之间配置限制从泵26通过涡轮28传递给定子30的传递扭矩不会增加到超过预定值y(图4)的传递扭矩限制单元。如图2及图3所示，传递扭矩限制单元包括支持在壳体8上的单向离合器70、和配设在单向离合器70与定子30之间的扭矩限制器80，在上述传递扭矩不超过预定值期间，定子30通过扭矩限制器80和单向离合器70被固定在壳体8上，在该传递扭矩增加到超过预定值时，扭矩限制器80工作，使定子30相对于单向离合器70空转。
更具体地说明，则工作流体通过泵26、涡轮28和定子30在泵壳38和涡轮壳体42内循环，通过这样，泵26一侧的驱动扭矩实质被增大，传递给涡轮28一侧，但由于作用于叶片部件30C的流体的反作用力的作用，图3中的顺时针方向的旋转扭矩作用于定子30。该扭矩通过内环30A的沟槽30a、扭矩限制器80的驱动键81、滑动构件82、压缩螺旋弹簧83和单向离合器70的外侧环部件72中的弹簧座凸起76被传递给单向离合器70。如先前叙述的那样，外侧环部件72通过辊子74闭锁在内侧环部件71上，通过筒状部件60和泵壳52闭锁壳体8。由于定子30被固定在壳体8上，定子30起增大扭矩的作用，因此如图4中实线所示，随着速度比(e)接近零(0)，上述传递扭矩增加。
当速度比(e)逐渐接近零(0)时，作用于定子30的叶片部件30C的流体的反作用力逐渐增大，但如果速度比(e)接近零(0)达到预定的值x时，扭矩限制器80的驱动键81围绕轴84沿图3中的顺时针方向转动，解除与内环30A的沟槽30a的卡合。定子30相对于扭矩限制器80的驱动键81空转，因此定子30不起放大扭矩的作用。结果，即使速度比(e)超过预定值x接近零(0)，上述传递扭矩也不会增加到超过预定值y。
即，当速度比(e)超过预定值x接近零(0)时，由于定子30相对于单向离合器70空转，因此定子30停止放大扭矩的作用，如图4中几乎平坦地延伸的实线所表示的那样，上述传递扭矩被防止超过预定值y。因此，在使用这种特性的变矩器2的情况下，由于能够限制上述传递扭矩不超过变速器6的允许输入限度，因此能够在变速器6的允许输入的限度内扩大变速器6的扭矩范围。并且，即使是在车辆停止状态下驱动发动机、投入变速器6的变速齿轮的状态下、即输入轴31旋转、输出轴46停止的状态下产生的牵引扭矩，也能够降低到比最大值低的预定值y。另外，在速度比(e)从预定值x变化到接近于1.0的情况下，由扭矩限制器80的压缩螺旋弹簧83和滑动构件82等的恢复动作使驱动键81再次与内环30A的沟槽30a卡合，定子30开始起放大扭矩的作用。
权利要求
1.一种变矩器，具备泵，该泵具有安装在旋转自由地支持于壳体内的泵毂上的环状泵壳、和呈放射状地配设在泵壳内的多个叶轮；涡轮，该涡轮具有与泵相对地配设并且安装在可相对于泵毂旋转的涡轮毂上的环状涡轮壳体、和呈放射状地配设在涡轮壳体内的多个转轮；定子，被配置在泵与涡轮之间并且被支持在壳体上；以及工作流体，填充到泵和涡轮内，其特征在于，在定子与壳体之间配设有传递扭矩限制单元，该传递扭矩限制单元进行限制，以使通过涡轮从泵传递给定子的传递扭矩不会增加到超过预定值。
2.如权利要求1所述的变矩器，其特征在于，传递扭矩限制单元包括支持在壳体上的单向离合器、和配设在单向离合器与定子之间的扭矩限制器，在该传递扭矩不超过预定值的期间，定子通过扭矩限制器和单向离合器被固定在壳体上，在该传递扭矩增加到超过预定值的情况下，通过扭矩限制器的工作，使定子相对于单向离合器空转。
全文摘要
本发明提供一种变矩器，具备具有泵壳和叶轮的泵、具有涡轮壳体和转轮的涡轮、配置在泵与涡轮之间并且支持在壳体上的定子、填充到泵和涡轮内的工作流体。在定子与壳体之间配设有限制传递给定子的传递扭矩不会增加到超过预定值的传递扭矩限制单元。
文档编号F16H45/02GK1906431SQ20048004101
公开日2007年1月31日 申请日期2004年11月11日 优先权日2003年11月26日
发明者岩男信幸, 山本康 申请人:五十铃自动车株式会社