JP7433718B2 - 動力伝達機構 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載されたエンジンの動力を伝達する動力伝達機構に関する。

たとえば、自動変速機を搭載した車両では、エンジンからの動力がトルクコンバータを介して自動変速機に入力され、自動変速機で変速された動力がデファレンシャルギヤ（差動装置）などを介して駆動輪に伝達される。トルクコンバータと自動変速機とは、一体に結合されてユニット化されている。自動変速機としては、無段変速機（ＣＶＴ：Continuously Variable Transmission）や有段式の自動変速機（ＡＴ：Automatic Transmission）が広く知られている。

エンジンのクランクシャフトは、自動変速機に向けて延び、その先端には、略円板状のドライブプレートが取り付けられている。ドライブプレートは、トルクコンバータに接続されている。これにより、クランクシャフトとトルクコンバータとがドライブプレートを介して連結されている。たとえば、エンジンの始動時には、スタータの動力がドライブプレートに入力され、その動力によりドライブプレートと一体にクランクシャフトが回転することにより、エンジンがクランキングされる。エンジンの始動後には、ドライブプレートは、エンジンからの動力をトルクコンバータに伝達する。

トルクコンバータには、トルクコンバータの入力側と出力側とを直結するロックアップ機構（ロックアップクラッチ）が内蔵されている。また、トルクコンバータには、ロックアップクラッチによる入出力間の直結時にエンジンからの振動を減衰刷るためのダンパ機構が内蔵されている。

また、さらなる振動の低減を図るために、トルクコンバータに内蔵されたダンパ機構とは別に、エンジンとトルクコンバータとの間にダンパ機構を追加して設ける構成が提案されている。

特開２０１０－２５５７５３号公報 特開２０１３－１６０２７６号公報

ところが、エンジンとトルクコンバータとの間にダンパ機構を単に追加しただけでは、車両において、駆動系ねじり振動（ドライブシャフトの振動）を効果的に抑制できない。

本発明の目的は、駆動系ねじり振動を抑制できる、動力伝達機構を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る動力伝達機構は、車両に搭載されたエンジンからの動力を伝達する機構であって、トルクコンバータと、トランスミッション側回転部材と、トルクコンバータとトランスミッション側回転部材とを連結する連結部材と、エンジンのクランクシャフトに接続されるエンジン側回転部材と、トランスミッション側回転部材とエンジン側回転部材との間に介在されて、エンジン側回転部材とトランスミッション側回転部材との相対回転変位により弾性変形する弾性部材とを含み、トルクコンバータは、動力の入力側と出力側とを直結／分離するロックアップ機構および入力側と出力側との間に介在されるダンパ機構を備え、連結部材は、弾性変形可能に形成されている。

この構成によれば、エンジンのクランクシャフトに接続されるエンジン側回転部材とトルクコンバータに連結されるトランスミッション側回転部材との間に、エンジン側回転部材とトランスミッション側回転部材との相対回転変位により弾性変形する弾性部材が介在されている。また、トルクコンバータとトランスミッション側回転部材とは、弾性変形可能な連結部材を介して連結されている。

トルクコンバータのイナーシャを増大させることにより、車両の左右のドライブシャフトのトルク変動が低減することは一般的に知られている。本願発明者らによる鋭意研究の結果、トルクコンバータの入力側のイナーシャと出力側のイナーシャとの配分を変更し、出力側のイナーシャの比率を高めることにより、ドライブシャフトのトルク変動が低減することが判った。しかしながら、イナーシャ配分の変更によりドライブシャフトのトルク変動の低減を図ると、その背反として、クランクシャフトの回転変動（エンジン回転変動）が悪化することが判った。

エンジン側回転部材とトランスミッション側回転部材との相対回転変位により弾性変形する弾性部材が介在され、トルクコンバータとトランスミッション側回転部材とが弾性変形可能な連結部材を介して連結される構成を採用することにより、イナーシャ配分の変更によりドライブシャフトのトルク変動の低減を図りつつ、トルクコンバータに入力されるエンジン回転変動を抑制することができる。その結果、ドライブシャフトの振動などの駆動系ねじり振動を低減でき、駆動系ねじり振動によるフロア振動やステアリング振動、こもり音などの発生を抑制することができる。

連結部材は、撓み変形可能な板状に形成されていてもよい。

この構成では、連結部材の撓み変形により、エンジンからの振動を吸収でき、また、クランクシャフトの回転軸線とトルクコンバータの回転軸線とのずれを吸収することができる。その結果、駆動系ねじり振動をより低減することができる。

本発明によれば、イナーシャ配分の変更によりドライブシャフトのトルク変動の低減を図りつつ、トルクコンバータに入力されるエンジン回転変動を抑制することができる。その結果、駆動系ねじり振動を低減でき、駆動系ねじり振動によるフロア振動やステアリング振動、こもり音などの発生を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る駆動伝達機構の構成を示す断面図である。 イナーシャ配分（トルクコンバータのイナーシャにおける入力側のイナーシャが占める割合）とドライブシャフトのトルク変動との関係を示す図である。 イナーシャ配分とエンジンのクランクシャフトの回転変動との関係を示す図である。 トルクコンバータのダンパ機構のねじり剛性とドライブシャフトのトルク変動との関係を示す図である。 トルクコンバータのダンパ機構のねじり剛性とエンジンのクランクシャフトの回転変動との関係を示す図である。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜駆動伝達機構＞
図１は、本発明の一実施形態に係る駆動伝達機構１の構成を示す断面図である。

駆動伝達機構１は、エンジンを駆動源として搭載した車両において、エンジンの動力を伝達する機構である。エンジンは、たとえば、３気筒４ストロークエンジンである。駆動伝達機構１には、トルクコンバータ２と、エンジンとトルクコンバータ２との間に介装される振動低減機構３とが含まれる。

＜トルクコンバータ＞
トルクコンバータ２は、フロントカバー１１、ポンプインペラ１２、タービンハブ１３、タービンランナ１４、ロックアップ機構１５およびダンパ機構１６を備えている。

フロントカバー１１は、トルクコンバータ２におけるエンジン側の端部に配置されている。ポンプインペラ１２は、フロントカバー１１に対してエンジン側と反対側に設けられている。ポンプインペラ１２は、その周縁部がフロントカバー１１の周縁部に突き合わされて、フロントカバー１１に固定されている。これにより、フロントカバー１１とポンプインペラ１２との間には、オイル（ＡＴＦ：Automatic Transmission Fluid）で満たされる油室が形成され、フロントカバー１１とポンプインペラ１２とは、共通の回転中心線Ｃを中心に一体に回転する。ポンプインペラ１２の内面（フロントカバー１１側の面）には、複数のブレード１７が放射状に並べて配置されている。

タービンハブ１３は、フロントカバー１１とポンプインペラ１２との間に設けられている。タービンハブ１３は、略円筒状のボス部１８と、ボス部１８から径方向外側に延出したフランジ部１９とを一体的に有している。フロントカバー１１とポンプインペラ１２との間の油室には、自動変速機のインプット軸４が回転中心線Ｃに沿ってポンプインペラ１２を貫通して挿入されており、ボス部１８は、インプット軸４に外嵌されて、インプット軸４とスプライン嵌合している。

タービンランナ１４は、タービンハブ１３のフランジ部１９に固定されている。タービンランナ１４のポンプインペラ１２との対向面には、ポンプインペラ１２のブレード１７と回転中心線Ｃの方向に対向して、複数のブレード２１が放射状に並べて配置されている。

ロックアップ機構１５は、ロックアップピストン２２を備えている。ロックアップピストン２２は、略円環板状をなし、その内周がタービンハブ１３のフランジ部１９に外嵌されて、フロントカバー１１とタービンランナ１４との間に位置している。ロックアップピストン２２のフロントカバー１１側の面には、その外周端部に摩擦材２３が貼着されている。

ロックアップピストン２２に対してタービンランナ１４側の油圧がフロントカバー１１側の油圧よりも高いと、その差圧により、ロックアップピストン２２がフロントカバー１１側に移動する。摩擦材２３がフロントカバー１１に押し付けられると、ポンプインペラ１２とタービンランナ１４とが直結（ロックアップオン）される。

逆に、ロックアップピストン２２に対してフロントカバー１１側の油圧がタービンランナ１４側の油圧よりも高いと、その差圧により、ロックアップピストン２２がタービンランナ１４側に移動する。摩擦材２３がフロントカバー１１から離間した状態では、ポンプインペラ１２とタービンランナ１４との直結が解除（ロックアップオフ）される。ロックアップオフの状態において、エンジントルクによりポンプインペラ１２が回転すると、ポンプインペラ１２からタービンランナ１４に向かうオイルの流れが生じる。このオイルの流れがタービンランナ１４のブレード２１で受けられて、タービンハブ１３およびタービンランナ１４が一体に回転する。このとき、トルクの増幅作用が生じ、タービンランナ１４には、エンジントルクよりも大きなトルクが発生する。

ダンパ機構１６は、ポンプインペラ１２とタービンランナ１４との直結時にエンジンからの振動を減衰するための機構である。ダンパ機構１６は、ロックアップピストン２２に支持されるリテーニングプレート２４と、リテーニングプレート２４に支持されるスプリング２５と、タービンランナ１４に固定され、スプリング２５を介して回転方向にリテーニングプレート２４と弾性的に連結されるドリブンプレート２６と、スプリング２５の外周を取り囲む外周部材２７とを備えている。

＜振動低減機構＞
振動低減機構３は、デュアルマスフライホイール（Dual Mass Flywheel：ＤＭＦ）の構成を有している。具体的には、振動低減機構３は、エンジン側のプライマリフライホイール３１と、トルクコンバータ２側のセカンダリフライホイール３２と、プライマリフライホイール３１とセカンダリフライホイール３２との間に介在されるダンパスプリング３３とを備えている。

プライマリフライホイール３１は、略円環板状をなしている。プライマリフライホイール３１の中央部には、エンジンのクランクシャフト３４が接続されて、クランクシャフト３４がボルト３５で固定されている。

セカンダリフライホイール３２は、プライマリフライホイール３１よりも小径の略円環板状をなし、プライマリフライホイール３１に対してトルクコンバータ２側から間隔を空けて対向している。セカンダリフライホイール３２の外周部には、複数の切欠部３６が形成されている。

ダンパスプリング３３は、アークスプリングからなり、セカンダリフライホイール３２の各切欠部３６内に配置されている。プライマリフライホイール３１とセカンダリフライホイール３２とは、各ダンパスプリング３３を介して回転方向に互いに連結されている。

この構成により、エンジンのクランクシャフト３４が回転すると、クランクシャフト３４の動力がプライマリフライホイール３１に入力され、その動力がプライマリフライホイール３１からダンパスプリング３３を介してセカンダリフライホイール３２に伝達される。プライマリフライホイール３１からセカンダリフライホイール３２に動力が伝達される際、プライマリフライホイール３１とセカンダリフライホイール３２とが相対回転し、この相対回転に応じて、プライマリフライホイール３１とセカンダリフライホイール３２との間でダンパスプリング３３が伸縮する。このダンパスプリング３３の伸縮によって、エンジンの回転変動およびトルク変動が減衰される。

セカンダリフライホイール３２は、連結部材３７を介して、トルクコンバータ２のフロントカバー１１に連結されている。

連結部材３７は、金属円板から塑性加工により形成されている。連結部材３７は、略円環板状の本体部３８と、本体部３８の外周を取り囲むリングギヤ３９とを一体に備えている。本体部３８の外周端部は、トルクコンバータ２側に折り曲げられることにより扁平な円筒状をなしており、その外周端部の外周面に、リングギヤ３９が形成されている。リングギヤ３９は、溶接により本体部３８の外周端部に固着されていてもよいし、外周端部の塑性加工（転造加工）により外周端部と一体成形されていてもよい。

連結部材３７の内周側の端部は、ボルト４１によって、セカンダリフライホイール３２に固定されている。連結部材３７の外周側の端部は、ダンパスプリング３３よりも回転径方向の外側まで延びて、トルクコンバータ２のフロントカバー１１のエンジン側の面に配置された複数のボス４２にエンジン側から対向している。ボス４２は、円筒状の部材の内周面にねじが切られた構成であり、フロントカバー１１に溶接により固着されている。連結部材３７の外周側の端部がボス４２の先端面に当接した状態で、ボルト４３が連結部材３７側から取付穴４４を通してボス４２にねじ込まれることにより、連結部材３７がフロントカバー１１に固定される。

連結部材３７をフロントカバー１１に固定するボルト４３は、回転中心線Ｃの方向において、ダンパスプリング３３とオーバラップしている。これにより、回転中心線Ｃの方向において、トルクコンバータ２および振動低減機構３を含む構成の小型化が図られている。

エンジンの始動時には、スタータの動力が連結部材３７のリングギヤ３９に入力されることにより、連結部材３７が回転し、その連結部材３７の回転がセカンダリフライホイール３２、ダンパスプリング３３およびプライマリフライホイール３１を介してクランクシャフト３４に伝達される。これにより、クランクシャフト３４が回転し（クランキング）、その回転数が始動に必要な回転数まで上昇すると、エンジンの点火プラグがスパークされて、エンジンが始動される。

エンジンの始動後には、エンジンからの動力がセカンダリフライホイール３２から連結部材３７を介してトルクコンバータ２のフロントカバー１１に伝達される。連結部材３７は、弾性変形により撓んで、エンジンの振動などを吸収し、また、クランクシャフト３４の回転軸線とトルクコンバータ２の回転軸線とのずれ（軸ずれ）を吸収する。

＜モデル解析＞
図２は、イナーシャ配分とドライブシャフトのトルク変動との関係を示す図である。図３は、イナーシャ配分とエンジンのクランクシャフト３４の回転変動との関係を示す図である。

本願発明者らは、トルクコンバータ２、ベルト式無段変速機（ＣＶＴ）およびデファレンシャルギヤを含む動力伝達機構をモデル化し、その解析モデルを使用して、トルクコンバータ２のイナーシャにおける入力側のイナーシャが占める割合をイナーシャ配分として、トルクコンバータ２のイナーシャが相対的に大きい場合と相対的に小さい場合とにつき、イナーシャ配分を変化させて、デファレンシャルギヤに接続される左右のドライブシャフトのトルク変動の変化を予測した。その予測結果が図２に示されている。

図２に示される予測結果から、トルクコンバータ２のイナーシャが大きいほど、また、イナーシャ配分が大きいほど、ドライブシャフトのトルク変動が小さくなることが判った。

なお、トルクコンバータ２の入力側の構成には、フロントカバー１１、ポンプインペラ１２およびロックアップ機構１５が含まれ、出力側の構成には、タービンハブ１３およびタービンランナ１４が含まれる。

また、当該解析モデルを使用して、トルクコンバータ２のイナーシャが相対的に大きい場合と相対的に小さい場合とにつき、イナーシャ配分を変化させて、トルクコンバータ２に振動低減機構３を介さずに接続されたエンジンのクランクシャフト３４の回転変動の変化を予測した。その予測結果が図３に示されている。

図３に示される予測結果から、トルクコンバータ２のイナーシャが大きいほど、また、イナーシャ配分が大きいほど、クランクシャフト３４の回転変動が小さくなることが判った。

図４は、トルクコンバータ２のダンパ機構１６のねじり剛性とドライブシャフトのトルク変動との関係を示す図である。図５は、そのねじり剛性とエンジンのクランクシャフト３４の回転変動との関係を示す図である。

当該解析モデルを使用して、トルクコンバータ２のダンパ機構１６のねじり剛性を変化させて、ドライブシャフトのトルク変動の変化およびトルクコンバータ２に振動低減機構３を介さずに接続されたエンジンのクランクシャフト３４の回転変動の変化をそれぞれ予測した。それらの予測結果が図４および図５に示されている。

これらの予測結果から、トルクコンバータ２のダンパ機構１６のねじり剛性を下げることにより、ドライブシャフトのトルク変動を低減できることが判った。また、そのねじり剛性を下げても、クランクシャフト３４の回転変動にはほぼ影響が現れないことが判った。

＜作用効果＞
以上より、トルクコンバータ２のダンパ機構１６のねじり剛性を下げ、トルクコンバータ２のイナーシャを大きくし、そのイナーシャのうちのトルクコンバータ２の出力側のイナーシャが占める割合を大きくすることにより、ドライブシャフトのトルク変動を小さくすることができる。しかしながら、イナーシャ配分の変更によりドライブシャフトのトルク変動の低減を図ると、その背反として、クランクシャフトの回転変動が悪化する。

駆動伝達機構１では、エンジンとトルクコンバータ２との間に、振動低減機構３が介装されている。振動低減機構３では、クランクシャフト３４に接続されるプライマリフライホイール３１とトルクコンバータ２に連結されるセカンダリフライホイール３２との間に、プライマリフライホイール３１とセカンダリフライホイール３２との相対回転変位により弾性変形するダンパスプリング３３が介在されている。また、トルクコンバータ２とセカンダリフライホイール３２とは、弾性変形可能な連結部材３７を介して連結されている。

この構成により、イナーシャ配分の変更によりドライブシャフトのトルク変動の低減を図りつつ、トルクコンバータ２に入力されるエンジン回転変動を抑制することができる。その結果、ドライブシャフトの振動などの駆動系ねじり振動を低減でき、駆動系ねじり振動によるフロア振動やステアリング振動、こもり音などの発生を抑制することができる。

また、連結部材３７が撓み変形可能な板状に形成されているので、連結部材３７の撓み変形により、エンジンからの振動を吸収でき、また、クランクシャフト３４の回転軸線とトルクコンバータ２の回転軸線とのずれを吸収することができる。その結果、駆動系ねじり振動をより低減することができる。

また、ダンパスプリング３３のバネ定数を低減する方がトルクコンバータ２に内蔵されているダンパ機構１６のバネ定数を低減するよりも低回転域では効果が大きい。

＜変形例＞
以上，本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、ダンパスプリング３３の位置はトルクコンバータ２の内、外を問わないが、トルクコンバータ２内にダンパスプリング３３を設置した場合よりも、トルクコンバータ２とエンジンとの間にダンパスプリング３３を設置することにより、イナーシャの大きなトルクコンバータ２がバネ後ろになり、ドライブシャフトのトルク変動は減少するため、より効果的である。

エンジンは、たとえば、３気筒４ストロークエンジンであるとしたが、３気筒４ストロークエンジンに限定されない。エンジンの気筒数は、３気筒に限らず、４気筒以上であってもよいし、２気筒以下であってもよい。また、エンジンのストローク数は、４ストロークに限らず、２ストロークであってもよい。ただし、エンジンの気筒数が３気筒または２気筒であれば、エンジンのトルク変動が比較的大きいので、本発明が適用されることにより、駆動系ねじり振動の低減の効果が顕著である。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１：駆動伝達機構
２：トルクコンバータ
１５：ロックアップ機構
１６：ダンパ機構
３１：プライマリフライホイール（エンジン側回転部材）
３２：セカンダリフライホイール（トランスミッション側回転部材）
３３：ダンパスプリング（弾性部材）
３４：クランクシャフト
３７：連結部材

Claims (2)

1. 車両に搭載されたエンジンからの動力を伝達する機構であって、
   トルクコンバータと、
   トランスミッション側回転部材と、
   前記トルクコンバータと前記トランスミッション側回転部材とを連結する連結部材と、
   前記トランスミッション側回転部材に対して前記エンジン側に配置され、前記エンジンのクランクシャフトに接続されるエンジン側回転部材と、
   前記トランスミッション側回転部材と前記エンジン側回転部材との間に介在されて、前記エンジン側回転部材と前記トランスミッション側回転部材との相対回転変位により弾性変形する弾性部材と、を含み、
   前記トルクコンバータは、動力の入力側と出力側とを直結／分離するロックアップ機構および前記入力側と前記出力側との間に介在されるダンパ機構を備え、
   前記連結部材は、弾性変形可能かつ撓み変形可能な板状に形成されている、動力伝達装置。
2. 前記連結部材は、内周側の端部が前記トランスミッション側回転部材に当接した状態で固定され、前記弾性部材を前記トランスミッション側に迂回して膨出するように湾曲し、外周側の端部が前記トルクコンバータのフロントカバーに対して平行をなして前記クランクシャフトの回転軸線の方向に対向している、請求項１に記載の動力伝達装置。

Images