起步环体扭矩变换器的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种起步环体扭矩变换器。该扭矩变换器具有叶轮、涡轮和设置在叶轮与涡轮之间的定子。扭矩变换器具有沿轴向较薄的设计，例如具有大约0.15至0.17的环体宽度与扭矩变换器直径之比。在一些变型中，定子具有扭转的叶片，其在入口和出口两者处相对于扭矩变换器流的中心线具有比芯部叶片角更小的壳体叶片角。
【专利说明】起步环体扭矩变换器
[0001]相关申请的交叉引用
本申请要求2012年9月17日提交的美国临时申请N0.61/702033的权益。以上申请的公开通过引用结合在本文中。
【技术领域】
[0002]本公开涉及流体动力驱动机构，且更具体而言，涉及包括叶轮，涡轮，以及定子的扭矩变换器组件。
【背景技术】
[0003]本部分的声明仅仅提供关于本公开的背景信息，并且可构成现有技术，或者可不构成现有技术。
[0004]当前的自动动力变速器通常包括流体动力输入装置，诸如扭矩变换器或者流体联接器。扭矩变换器在车辆怠速状态期间自动地使旋转的发动机输出轴与变速器输入轴脱开，以使得车辆能够停止而不会使发动机失速。扭矩变换器还起到扭矩倍增器的作用，其在低速范围中增大递送到变速器的发动机扭矩，直到扭矩变换器输出速度大约与输入(发动机)速度匹配。
[0005]扭矩变换器包括三个带叶片的扇状轮:发动机驱动的叶轮，流体涡轮，以及流体定子。发动机驱动的叶轮使流体加速以便通到涡轮。涡轮将来自叶轮的流体能量转变成机械能量，其被传递到变速器的输入轴。设置在叶轮的流体入口与涡轮的流体出口之间的定子机构使来自涡轮的流体转向到叶轮，由此改进流动效率，并提高流体动力扭矩变换器的扭矩倍增。流体从叶轮的内部环体段基本沿径向向外在环体路径中传送，且然后在基本环体路径中传送通过涡轮中的路径而回到定子。
[0006]定子由多个定子叶片组成，它们在一端处连接到比较小的环-壳体的内部部分，而在另一端处连接到更大的环-芯部。流过定子的流体沿着定子叶片传送。这些叶片迫使流体改变方向，从而离开定子的流体进入泵，沿着与泵旋转相同的方向流动，由此保存动力。
[0007]扭矩变换器性能的度量之一是“K系数”。K系数是在任何扭矩变换器操作点处测量的扭矩变换器输入速度与发动机扭矩输出平方根的比。扭矩变换器的“操作点”又典型地由输出速度与输入速度的比来限定，该比也称为速度比。
[0008]扭矩变换器占据动力系组件中的空间，而空间是非常珍贵的。具有高齿轮含量的变速器留下较少的用于扭矩变换器的轴向空间。然而，典型地已知具有沿轴向紧凑的环体的扭矩变换器承担增大的涡凹风险，这会增大K系数且可呈现不合乎需要的噪音。在所有条件相同的情况下，期望在整个速度比范围上获得低的K系数。通过扭矩变换器的提高的能量传递效率也是高度期望的目标。因此，存在对于如下扭矩变换器的需求:其可匹配到小的轴向空间中，但其仍然可满足针对K系数以及扭矩变换器的总体性能的希望的设计目标。
【发明内容】
[0009]本公开提供了扭矩变换器，其具有:沿轴向紧凑的环体，和在给定环体的轴向大小的情况下提供预料不到地良好的流体动力性能的叶片。在一些实施例中，扭矩变换器具有高K系数延展和联接能力，以实现紧密地电子控制容量离合器(ECCC)滑移速度控制。
[0010]在一种变型中，提供了扭矩变换器，其包括环形壳体，泵部件，涡轮部件以及定子部件。涡轮部件与泵部件相对。在一种变型中，扭矩变换器具有大约0.15至0.17的环体宽度与扭矩变换器直径比。
[0011]在一些实施例中，本文中公开的扭矩变换器具有以下特性中的一个或多个:大约
0.73至0.78的宽高比(环体宽度除以环体高度)；大约0.053至0.057的通道高度与扭矩变换器直径比；大约0.55至大约0.61的环体位置(2乘以定子壳体半径除以扭矩变换器直径);局部长度分数处的大约75%至90%的环体面积比分布；大约0.89至0.90的联接速度比；大约1.01至1.10的留滞(Kep/Ks);在壳体处比在芯部处具有更长长度的定子环体；大约1.2至1.9的壳体处的环体长度与芯部处的环体长度之比；在壳体处比在芯部处具有更小的叶片角的扭转的定子叶片；具有大约12到17度的入口芯部角减去入口壳体角之差的定子叶片；以及具有大约9到22度的出口芯部角减去出口壳体角之差的定子叶片。
[0012]在可与本文中描述的其它变型结合或者与它们分开的一种变型中，提供了一种用于机动车辆的扭矩变换器。该扭矩变换器包括构造成由机动车辆的原动机液压地驱动的叶轮部件，和构造成以便从叶轮部件接收流体能量以及将流体能量转换成机械能量的涡轮部件。该涡轮部件与叶轮部件相对地设置。该叶轮部件和涡轮部件协作来限定环体宽度Lt和扭矩变换器直径D。定子部件设置在叶轮部件与涡轮部件之间。该定子部件构造成以便增大扭矩变换器的扭矩倍增。该扭矩变换器具有在大约0.15到大约0.17的范围内的环体宽度Lt与扭矩变换器直径D之比(Lt/D)。
[0013]在可与本文中描述的其它变型结合或者与它们分开的另一种变型中，提供了一种用于机动车辆的扭矩变换器。该扭矩变换器包括构造成由机动车辆的原动机液压地驱动的叶轮部件，和构造成以便从叶轮部件接收流体能量以及将流体能量转换成机械能量的涡轮部件。该涡轮部件与叶轮部件相对地设置。定子部件设置在叶轮部件与涡轮部件之间。该定子部件构造成以便增大扭矩变换器的扭矩倍增。该定子部件具有多个定子叶片。该多个定子叶片中的各个定子叶片在定子部件的芯部侧处和定子部件的入口侧处相对于扭矩变换器流的中心线C以入口芯部定子叶片角0延伸。各个定子叶片在定子部件的芯部侧处和定子部件的出口侧处相对于扭矩变换器流的中心线C以出口芯部定子叶片角Y延伸。此夕卜，各个定子叶片在定子部件的壳体侧处和定子部件的入口侧处相对于扭矩变换器流的中心线C以入口壳体定子叶片角a延伸，且各个定子叶片在定子部件的壳体侧处和定子部件的出口侧处相对于扭矩变换器流的中心线C以出口壳体定子叶片角P延伸。入口壳体定子叶片角a小于入口芯部定子叶片角0，且出口壳体定子叶片角P小于出口芯部定子叶片角、。
[0014]此外，本发明还涉及以下技术方案。
[0015]1.一种用于机动车辆的扭矩变换器，所述扭矩变换器包括:
叶轮部件，构造成由所述机动车辆的原动机液压地驱动； 涡轮部件，构造成从所述叶轮部件接收流体能量以及将所述流体能量转换成机械能量，所述涡轮部件设置成与所述叶轮部件相对，所述叶轮部件和所述涡轮部件协作来限定环体宽度Lt和扭矩变换器直径D ；以及
定子部件，设置在所述叶轮部件与所述涡轮部件之间，所述定子部件构造成增大所述扭矩变换器的扭矩倍增，其中
所述扭矩变换器具有在大约0.15至大约0.17的范围内的环体宽度Lt与扭矩变换器直径D之比(Lt/D)。
[0016]2.根据技术方案I所述的扭矩变换器，其特征在于，所述定子部件具有多个定子叶片，该多个定子叶片包括大约20至大约42个定子叶片。
[0017]3.根据技术方案2所述的扭矩变换器，其特征在于，所述叶轮部件和所述涡轮部件协作来限定环体高度山所述扭矩变换器具有在大约0.73至大约0.78的范围内的宽高比(环体宽度Lt除以环体高度d，Lt/d)。
[0018]4.根据技术方案3所述的扭矩变换器，其特征在于，所述扭矩变换器具有大约
0.053至大约0.057的环体通道高度h与扭矩变换器直径D之比(h/D)。
[0019]5.根据技术方案4所述的扭矩变换器，其特征在于，所述定子部件限定了定子壳体半径Rs，所述扭矩变换器具有在大约0.55至大约0.61的范围内的环体位置(2乘以所述定子壳体半径Rs除以所述扭矩变换器直径D，2*RS/D)。
[0020]6.根据技术方案5所述的扭矩变换器，其特征在于，所述叶轮部件和所述涡轮部件中的至少一个限定了沿着所述叶轮部件和所述涡轮部件中的一个的环体长度TL以大约75%至90%的范围内的量减小的环体面积比分布。
[0021]7.根据技术方案6所述的扭矩变换器，其特征在于，各个定子叶片在所述定子部件的芯部侧处和所述定子部件的入口侧处相对于扭矩变换器流的中心线C以入口芯部定子叶片角e延伸；其中，各个定子叶片在所述定子部件的所述芯部侧处和所述定子部件的出口侧处相对于扭矩变换器流的中心线c以出口芯部定子叶片角Y延伸；其中，各个定子叶片在所述定子部件的壳体侧处和所述定子部件的所述入口侧处相对于扭矩变换器流的中心线C以入口壳体定子叶片角a延伸；其中，各个定子叶片在所述定子部件的所述壳体侧和所述定子部件的所述出口侧处相对于扭矩变换器流的中心线C以出口壳体定子叶片角@延伸；其中，所述入口壳体定子叶片角a小于所述入口芯部定子叶片角e ;且其中，所述出口壳体定子叶片角0小于所述出口芯部定子叶片角Y。
[0022]8.根据技术方案7所述的扭矩变换器，其特征在于，所述入口芯部定子叶片角0减去所述入口壳体定子叶片角a在大约12°至大约17°的范围中；且其中，所述出口芯部定子叶片角Y减去所述出口壳体定子叶片角P在大约9°至大约22°的范围中。
[0023]9.根据技术方案8所述的扭矩变换器，其特征在于，各个定子叶片是扭转的，且在所述定子部件的壳体侧处比在所述定子部件的芯部侧处具有更大的二维长度。
[0024]10.根据技术方案9所述的扭矩变换器，其特征在于，各个定子叶片在所述定子部件的所述壳体侧处具有壳体长度Lss,且各个定子叶片在所述定子部件的所述芯部侧处具有芯部长度Ls。，所述壳体长度Lss与所述芯部长度Ls。之比在大约1.2至大约1.9的范围中。
[0025]11.根据技术方案10所述的扭矩变换器，其特征在于，所述叶轮部件具有37个泵叶片。
[0026]12.根据技术方案11所述的扭矩变换器，其特征在于，所述涡轮部件具有35个涡轮叶片。
[0027]13.根据技术方案I所述的扭矩变换器，其特征在于，所述扭矩变换器具有在大约0.89至大约0.90的范围中的联接速度比。
[0028]14.根据技术方案13所述的扭矩变换器，其特征在于，所述扭矩变换器具有在大约1.01至大约1.10的范围中的留滞(所述联接速度比处的K系数除以失速比处的K系数，
KcpAs)。
[0029]15.根据技术方案14所述的扭矩变换器，其特征在于，所述环体宽度Lt与扭矩变换器直径D之比(Lt/D)为大约0.16。
[0030]16.一种用于机动车辆的扭矩变换器，所述扭矩变换器包括:
叶轮部件，构造成由所述机动车辆的原动机液压地驱动；
涡轮部件，构造成从所述叶轮部件接收流体能量以及将所述流体能量转换成机械能量，所述涡轮部件设置成与所述叶轮部件相对；以及
定子部件，设置在所述叶轮部件与所述涡轮部件之间，所述定子部件构造成增大所述扭矩变换器的扭矩倍增，所述定子部件具有多个定子叶片，其中，该多个定子叶片中的各个定子叶片在所述定子部件的芯部侧和所述定子部件的入口侧处相对于扭矩变换器流的中心线C以入口芯部定子叶片角0延伸；其中，各个定子叶片在所述定子部件的所述芯部侧和所述定子部件的出口侧处相对于扭矩变换器流的中心线C以出口芯部定子叶片角Y延伸；其中，各个定子叶片在所述定子部件的壳体侧处和所述定子部件的入口侧处相对于扭矩变换器流的中心线C以入口壳体定子叶片角a延伸；其中，各个定子叶片在所述定子部件的所述壳体侧处和所述定子部件的所述出口侧处相对于扭矩变换器流的中心线C以出口壳体定子叶片角P延伸；其中，所述入口壳体定子叶片角a小于所述入口芯部定子叶片角0 ;且其中，所述出口壳体定子叶片角P小于所述出口芯部定子叶片角Y。
[0031]17.根据技术方案16所述的扭矩变换器，其特征在于，所述入口芯部定子叶片角0减去所述入口壳体定子叶片角a在大约12-17°的范围中；且其中，所述出口芯部定子叶片角Y减去所述出口壳体定子叶片角P在大约9-22°的范围中。
[0032]18.根据技术方案17所述的扭矩变换器，其特征在于，各个定子叶片是扭转的，且在所述定子部件的所述壳体侧处比在所述定子的所述芯部侧处具有更大的二维长度。
[0033]19.根据技术方案18所述的扭矩变换器，其特征在于，各个定子叶片在所述定子部件的所述壳体侧处具有壳体长度Lss,且各个定子叶片在所述定子部件的所述芯部侧处具有芯部长度Ls。，所述壳体长度Lss与所述芯部长度Ls。之比在大约1.2至大约1.9的范围中。
[0034]20.根据技术方案18所述的扭矩变换器，其特征在于，所述叶轮部件具有37个泵叶片，其中，所述涡轮部件具有35个涡轮叶片，且其中，该多个定子叶片包括大约20-42个定子叶片。
[0035]通过参照以下描述和附图，本发明的另外的特征和方面将变得显而易见，其中，相同的参考标号指代相同的构件、元件或者特征。【专利附图】
【附图说明】
[0036]本文所述的附图仅是为了示意性的目的，而并不意图以任何方式限制本公开的范围。
[0037]图1是根据本公开的原理的扭矩变换器的示意图；
根据本公开的原理，图2A是随着图1的扭矩变换器的环体长度分数而变的环体面积比的图表；
根据本公开的原理，图2B是通过图1的扭矩变换器的受控面积环体部分的流动路径的示意性截面图；
根据本公开的原理，图3A是用于供图1的扭矩变换器使用的定子的一部分的平面图； 根据本公开的原理，图3B是图3A的定子的侧视图；
根据本公开的原理，图3C是图3A-3B的定子的叶片的示意性截面图，其沿着定子芯部处的图3A的线3C-3C得到；
根据本公开的原理，图3D是图3A-3B的定子的叶片的示意性截面图，其沿着定子壳体处的图3A的线3D-3D得到；且
根据本发明的原理，图4是随图1的扭矩变换器的四种变型的速度比变化的扭矩比、K系数以及效率的图表。
【具体实施方式】
[0038]参看附图，其中相同的参考标号指代相同的构件，在图1中，为根据本发明的一实施例所示的扭矩变换器10的示意图。扭矩变换器10设置在车辆中、动力源或者原动机12与变速器14之间。原动机12例如为发动机或者马达，且可操作来为可旋转的发动机输出轴16提供扭矩。应当了解，可使用其它类型的原动机而不偏离本发明的范围。
[0039]变速器14大体包括至少一个可旋转的变速器输入轴18，其将扭矩传递到多个齿轮组，多个轴，以及多个扭矩传递机构(未显示)，以便提供多个速度比或者齿轮比。应当了解，所示的输入轴18可备选地被认为是扭矩变换器10的输出轴，且可为可旋转地联接到变速器输入轴的单独的轴。该多个轴可包括副轴或者间轴，套筒和中心轴，反向或者怠速轴，或者其组合。应当了解，齿轮组的具体的布置和数量以及变速器14内的轴的具体的布置和数量可有所变化而不会偏离本公开的范围。
[0040]扭矩变换器10包括泵或者叶轮20和设置成与叶轮20相对的涡轮22。定子24设置在涡轮22的内部部分与叶轮20的内部部分之间，如图1中示意性地示出。叶轮20形状大体为环形，且包括多个翅片或者叶片(未显示)，其定向成以便将旋转能量从叶轮20传递到设置在包围叶轮20、涡轮22以及定子24的环形壳体(未显示)内的液压流体(未显示)。涡轮22形状大体是环形，且包括多个翅片或者叶片(未显示)，它们与叶轮20相对，并且定向成以便将旋转能量从液压流体(未显示)传递到涡轮22。
[0041]定子24可以通过单向离合器26可旋转地联接到固定轴28。定子24包括多个成角度的翅片或者叶片(图1中未显示，见图3A-3B)，它们从定子24的中心沿径向且沿周向延伸，以便使离开涡轮22的液压流体转向。单向离合器26允许定子24在叶轮20的旋转方向上旋转，并且阻止或者防止定子24在与叶轮20的旋转方向相反的旋转方向上旋转。在提供的实例中，固定轴28联接到变速器中的固定构件。[0042]扭矩变换器10具有沿轴向紧凑的环体设计，使得环体宽度(Lt)与扭矩变换器直径D之比(Lt/D)为大约0.15至0.17，且在一些变型中为大约0.16或者0.163。以下表1提供了另外的参数，它们限定了扭矩变换器10的一个实施例。所使用的变量在图1中以图表的方式示出。例如，图1示意性地示出了扭矩变换器直径D，环体宽度Lt，通道高度h，定子壳体半径Rs，环体高度d，芯部处的定子叶片二维长度LsJ以下进一步详细描述)以及壳体处的定子叶片二维长度Lss (以下进一步详细描述)。
【权利要求】
1.一种用于机动车辆的扭矩变换器，所述扭矩变换器包括: 叶轮部件，构造成由所述机动车辆的原动机液压地驱动； 涡轮部件，构造成从所述叶轮部件接收流体能量以及将所述流体能量转换成机械能量，所述涡轮部件设置成与所述叶轮部件相对，所述叶轮部件和所述涡轮部件协作来限定环体宽度Lt和扭矩变换器直径D ；以及 定子部件，设置在所述叶轮部件与所述涡轮部件之间，所述定子部件构造成增大所述扭矩变换器的扭矩倍增，其中 所述扭矩变换器具有在大约0.15至大约0.17的范围内的环体宽度Lt与扭矩变换器直径D之比(Lt/D)。
2.根据权利要求1所述的扭矩变换器，其特征在于，所述定子部件具有多个定子叶片，该多个定子叶片包括大约20至大约42个定子叶片。
3.根据权利要求2所述的扭矩变换器，其特征在于，所述叶轮部件和所述涡轮部件协作来限定环体高度d，所述扭矩变换器具有在大约0.73至大约0.78的范围内的宽高比(环体宽度Lt除以环体高度d，Lt/d)。
4.根据权利要求3所述的扭矩变换器，其特征在于，所述扭矩变换器具有大约0.053至大约0.057的环体通道高度h与扭矩变换器直径D之比(h/D)。
5.根据权利要求4所述的扭矩变换器，其特征在于，所述定子部件限定了定子壳体半径Rs，所述扭矩变换器具有在大约0.55至大约0.61的范围内的环体位置(2乘以所述定子壳体半径Rs除以所述扭矩变换器直径D，2*RS/D)。
6.根据权利要求5所述的扭矩变换器，其特征在于，所述叶轮部件和所述涡轮部件中的至少一个限定了沿着所述叶轮部件和所述涡轮部件中的一个的环体长度TL以大约75%至90%的范围内的量减小的环体面积比分布。
7.根据权利要求6所述的扭矩变换器，其特征在于，各个定子叶片在所述定子部件的芯部侧处和所述定子部件的入口侧处相对于扭矩变换器流的中心线C以入口芯部定子叶片角e延伸；其中，各个定子叶片在所述定子部件的所述芯部侧处和所述定子部件的出口侧处相对于扭矩变换器流的中心线c以出口芯部定子叶片角Y延伸；其中，各个定子叶片在所述定子部件的壳体侧处和所述定子部件的所述入口侧处相对于扭矩变换器流的中心线C以入口壳体定子叶片角a延伸；其中，各个定子叶片在所述定子部件的所述壳体侧和所述定子部件的所述出口侧处相对于扭矩变换器流的中心线C以出口壳体定子叶片角3延伸；其中，所述入口壳体定子叶片角a小于所述入口芯部定子叶片角0 ;且其中，所述出口壳体定子叶片角P小于所述出口芯部定子叶片角Y。
8.根据权利要求7所述的扭矩变换器，其特征在于，所述入口芯部定子叶片角0减去所述入口壳体定子叶片角a在大约12°至大约17°的范围中；且其中，所述出口芯部定子叶片角Y减去所述出口壳体定子叶片角P在大约9°至大约22°的范围中。
9.根据权利要求8所述的扭矩变换器，其特征在于，各个定子叶片是扭转的，且在所述定子部件的壳体侧处比在所述定子部件的芯部侧处具有更大的二维长度。
10.一种用于机动车辆的扭矩变换器，所述扭矩变换器包括: 叶轮部件，构造成由所述机动车辆的原动机液压地驱动； 涡轮部件，构造成从所述叶轮部件接收流体能量以及将所述流体能量转换成机械能量，所述涡轮部件设置成与所述叶轮部件相对；以及 定子部件，设置在所述叶轮部件与所述涡轮部件之间，所述定子部件构造成增大所述扭矩变换器的扭矩倍增，所述定子部件具有多个定子叶片，其中，该多个定子叶片中的各个定子叶片在所述定子部件的芯部侧和所述定子部件的入口侧处相对于扭矩变换器流的中心线C以入口芯部定子叶片角0延伸；其中，各个定子叶片在所述定子部件的所述芯部侧和所述定子部件的出口侧处相对于扭矩变换器流的中心线C以出口芯部定子叶片角Y延伸；其中，各个定子叶片在所述定子部件的壳体侧处和所述定子部件的入口侧处相对于扭矩变换器流的中心线C以入口壳体定子叶片角a延伸；其中，各个定子叶片在所述定子部件的所述壳体侧处和所述定子部件的所述出口侧处相对于扭矩变换器流的中心线C以出口壳体定子叶片角P延伸；其中，所述入口壳体定子叶片角a小于所述入口芯部定子叶片角0 ;且其中，所述出口`壳体定子叶片角P小于所述出口芯部定子叶片角Y。
【文档编号】F16H41/04GK103671802SQ201310423003
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年9月17日 优先权日:2012年9月17日
【发明者】J.M.施维策尔, S.周 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司