トルクコンバータ

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トルクコンバータ構成部品の展開モデル
トルクコンバータのカットモデル

トルクコンバータ(英語:torque converter)は、流体の力学的作用を利用した変速機である。「トルコン」と略されることも多い。

解説[編集]

トルクコンバーターは類似の装置である流体継手とは異なり、入力側と出力側の回転差によりトルクの増幅作用が発生する。これが単なる継手ではなくコンバータと呼ばれるゆえんである。

流体継手同様、「液体」を介しているため、動作に柔軟性があり、一時的に出力側だけを止めることができるなど、自動クラッチのように利用することもできる。出力軸が停止した状態をストールといい、その間の入力はすべてに変換されている。このため、システムによってはオイルクーラー等の液体冷却器が必要となる。機械接続された継ぎ手と比較して、トルクコンバータは負荷が大きくなると滑りが多くなり、伝達効率が落ちる傾向がある。

単体では大きな減速比を効率的に得ることが難しいため、幅広い速度域に対応させるためには、機械式の変速機と組み合わせて使われる。

自動車のオートマチックトランスミッションでは重要な要素となっているが、燃費低減のため、フーガハイブリッドなどのようにトルコンレス化する例もある。

構造[編集]

ポンプインペラタービンランナステータ(固定翼)より構成され、内部を比較的粘度の小さいオイルが循環する。

入力側に接続されたポンプインペラがオイルの流れを生み出し、それに向き合ったタービンランナがその流れの慣性力を受けて出力軸を駆動する。

両者の間に位置するステータは、タービンランナからの排出流(戻り)を整流し、ポンプインペラに還元することでトルク増幅作用を発生させる。

トルクコンバータの特性として、ポンプインペラとタービンランナの回転速度が近づくと(乗り物などでは、ある程度速度が上がった状況)、ステータによるトルク増幅効果が薄れ、むしろ流れの妨げとなるため、ワンウェイクラッチを設けてステータをタービンランナと一緒に回転させることで、効率が落ちることを回避している。

流体の粘性や滑りによるロスが避けられないが、変速作用の必要ない領域で機械式クラッチにより入出力軸を直結することで伝達効率を上げるロックアップ機構があり、この機構によりAT装着車の燃費が低下した。このロックアップ機構が生まれた経緯は、AT専業メーカーであるアイシン・ワーナー(現アイシン・エィ・ダブリュ)と日本自動変速機(ジヤトコ)が設立された1970年代頃から、本格的な日本メーカーのAT開発が始まり、1973年オイルショックを契機に、省資源省エネルギーが叫ばれたことが、きっかけである。

スポーツ走行での伝達効率をさらに上げることを目的として、1速と変速時以外では常時ロックアップさせる制御も行われている場合がある(レクサスIS-F等)。これは、既存のATを使いながら、制御するコンピュータプログラムを改良することにより実現している。ロックアップすることでトルク増幅作用が無くなることがデメリットとされることがあるが、トルク増幅作用はロスエネルギーの回収であるため、直結となるロックアップ時のロスゼロとは比較にならない。なお、常時ロックアップはエンジンのトルク変動が吸収されずに伝わり、特に低速域では振動騒音が増大することから、適したギア比の設定かつロックアップ機構にダンパー機構を持つことが前提となる。

マツダアクセラで初採用した、ガソリンエンジンのみでハイブリッドカーに匹敵する燃費を目指したAT「SKYACTIV-DRIVE」でも、伝達効率向上と燃費の抑制を図るため、発進直後以外の全変速段で常時ロックアップさせている。ロックアップ時の弊害対策としては、こちらも制御コンピュータのプログラムの工夫とロックアップ機構に大容量のダンパー機構を設けることによって解消が図られている。

上記のようにロックアップは伝達効率を向上させるが、その反面ショック等を生じやすく、快適性を損ないやすい。特にトルク変動が大きい低速域ではダンパーでの吸収にも限界があるため、快適性を確保しつつロックアップ領域を拡大するのは難しかった。そこで従来ロックアップを行わなかった低速領域や減速時に、ロックアップクラッチを微少に滑らせる(スリップさせる)程度に接続することでロックアップ時により生じるショックを抑制し、快適性と伝達効率の両立を図ったスリップ制御付ロックアップ機構の採用が見られる。これによりロックアップ領域を低速側に拡大できたため、実用域でのロックアップ作動率は大きく向上している。またアクセルオフ時にロックアップを行いやすくなりエンジンをフューエルカットできるというメリットもある。この技術ではロックアップクラッチの摩擦特性が重要となるため、摩擦特性に大きく影響するATFも専用品が用いられる。スリップ制御を行うATにスリップ制御非対応のATFを用いた場合、摩擦特性の違いなどからジャダーを生じ、快適性の低下や場合によっては損傷にも繋がるため注意が必要となる。また各社ATで摩擦材や制御などが異なるため、同じスリップ制御に対応したATFでも仕様の違いが存在する。このため汎用品ではなく純正品もしくは確実な適合確認が取れているATFの使用が好ましい。

無段変速のトルクコンバータ付CVT車では、遠心式や電磁式などの自動クラッチの代わりとしてトルコンを使っているため、停止、低速走行時以外では、ロックアップさせることが一般的である。これらの車種ではロックアップ機構のオンオフがショックとして伝わることがある。トルクコンバーター付CVTにおいても前述のスリップ制御は取り入れられている。

応用[編集]

カウンターシャフトを用いたギア機構や遊星歯車機構と組み合わせて乗用車や鉄道用ディーゼルカー、液体式ディーゼル機関車自動変速機に用いられる。1990年代後半以降、乗用車用としてはベルト式CVTと組み合わせる例も増えている。この組み合わせでは発進時にトルク増幅効果を活用してレスポンスを向上させることや、クリープなど従来のAT同様の挙動をさせることができる。

なお、日本の鉄道用としては初期には機械式変速機構を持たず、中低速域はすべてトルクコンバータが受け持ち、高速域では直結とする形式が普及していた(現在[いつ?]も実用されている)。詳細は「気動車・ディーゼル機関車の動力伝達方式#液体式(流体式)」を参照。

また大型自動車の補助ブレーキとして搭載される流体式リターダはこのトルクコンバータを応用したものである。

外部リンク[編集]