トルクコンバーターの仕組みを解説！トルク増幅作用とは？【トルコン】
Vložit
- čas přidán 11. 09. 2024
- 自動車に多用されるトルクコンバーター・・・
トルコンとよく言われますが、一体どういう構造なのでしょうか？
また、滑っているのに何故トルクが増えるのでしょうか？
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元AT開発部員です。
よくカタログなんかに記載されてる「三要素一段二相型」といのはインペラー（ポンプ）、ステーター、タービンの３つで形成され、コレを１セットとした１段、コンバーター領域とカップリング領域の２つの相型からなってます。
エンジン回転を増幅させる部分をコンバーター領域（I＜T）、エンジン出力と同一になるのをカップリング領域（I＝T）と言います。
速度がある程度乗ると加速に必要なトルクは不要になりますから、トルクを増大する必要はない代わりに等速運動させるためのカップリングを行います。
その時のステーターは固定状態になっています（ワンウェイベアリング内包のため）
そのカップリングでもロスが大きいのでコレを強制的にエンジン回転と直結させるのがロックアップです。
一般的な車両ですとおおよそ60km/hあたりからがロックアップ領域になりますが、一部の車種では30〜40km/hでロックアップが作動します（いわゆるスカイアクティブ技術）
あとインペラー、タービン側共にフルード通路はインバージェンスコンバージェンスを採用してます。
詳しくありがとうございます！
元本職の方からコメントがいただけるとは😋
調べ物の過程で、ベーンの設計がめちゃくちゃ難解だと知りました。
現行スカイアクティブは６速ですが、7段8段・・・と多段化していくと切り替え頻度が増えロックアップ領域が減って意味が無くなりませんか？
2003年〜2008年のJB5〜8型のホンダライフは2速わずか13km/hからロックアップしてましたね。
@@user-os9yp5ni6v
ZFから間を飛ばせる9段ATが出てるね
そんなに段数多くても、どこに入ってるかこんがらがるだけじゃん
@@user-os9yp5ni6v 多段化するとトルク変動が少なくなり高いギアではロックアップしっぱなしにできるんで、ロックアップ領域は増えます。また、変速時のエンジン回転変動も少なくなる事で変速速度が上がり、シフトショック減少や半クラ領域の減少によるロス低減になります。
昭和四十年後半、季節工としてメーカーで働いた事がありました。女子社員が金属板をプラスチックハンマーで打ち付けてトルコンを作っているのを見ました
トルコンは自動車史の中で最も革新的な技術ですね。
メカ技術だけではなく、流体力学、加工技術、低コスト化に加え、
フルードの開発が可能だったGMでなければ1940年代という早い時期に
実用化、市販車への普及は成し遂げられなかったでしょう。
私の中でよく理解できていなかったトルク増幅の原理が理解できました。ありがとうございました。
余談ですが、50年ほど前、とある駅のバス停前に車を横付けし子供の私を車内に置いたまま父が駅に入ってしまった時の事。バスが来てしまい、運転手がウチの車を移動させようと運転席を覗き込むなり「うわっ！トルコンかよ～」と困惑してたのを覚えています。当時ATは圧倒的少数派で、まだ操作したことがない人の方が多い時代でした。
オートマなだけでバカにされるような時代もありましたよね😅
@@メカのロマンを探究する会 様 そうですね。当時の大人たちには「トルコン」→「トロ(い)コンバーター」と性能に対する不満(実際本当だったそうですが)や、「ノークラ」→「(野球の)ノーコン」＋「ボンクラ」(ツーペダルしか運転できない人への侮蔑)など、本来の略語に暗喩を込めて呼んでいたみたいですね。
因みに父は職場で米軍払い下げのウェポンキャリアで運転を教わったとき、クラッチのつなぎ方が下手だと何度も先輩に頭を小突かれたのがよほど悔しかったらしく、歴代の車はすべてATでした。
@@メカのロマンを探究する会 AT車がMTの燃費を超えらえるようになるには、MT以上に多段化するかCVT化するまで待つ必要がありましたね。
トルクコンバーターは、タービン、ステーター、ポンプの3要素で成り立っています。1段3要素が基本的な構成です。
タービンを3枚（3段）、ステーターを2枚にした3段6要素型も存在します。3段6要素型はキハ110系のDW14系のトルコンで使われています。
キハ20系のTC-2A形・DF115A形は3段6要素、キハ40系のDW10形は1段3要素（変速機換装車では3段6要素のやつへ載せ替えた車両もある）。
この他にも、外向きタービン型の1段3要素、ステーターを二重反転にした構造の1段4要素、2段4要素のトルコンも存在します。
これを考えたエンジニアは本当に偉大。
最近のATはロックアップ領域の拡大によって、伝達効率は90％以上になりましたね！
ギヤ比や乗り方次第では伝達効率約100％のMTの方が燃費悪いとか普通に存在するようになってきました。
トルコンの詳しい説明、ありがとうございます。
DD54の動画でも概略を説明されていたと思うのですが、さらに詳しく説明していただいてありがとうございます。私が今まで見聞きしたものは、はじめに話された扇風機２つの図だけでしたので、空気の代わりに油が入っていて密閉されてるんだろう、なんて思ってました。そうではなく、いろんな状況で一番よい状態で動力が伝わるように工夫されてるんですね。多分、それぞれのパーツの大きさや形状等でも効率なんかは変わってくるんでしょうね。DLファンでトルコンにも興味があるというだけの全くの素人ですが、自動車にせよよりよいものを作るために日々研究されているんだろうなと思いました。
構造も興味ありますが、こういう構造の発明者にも興味あります
いったいいつ頃、どんな苦労があったとか知りたいですね。
この動画で初めて、実物の構造との対応を取りながらトルコンのトルク増幅を理解出来たかも｡｡｡トルコンの説明と言いながらフルードカップリングの話しかしてない説明が多いような気がしてます。
とても解り易いご説明ありがとうございます。
以前より、どうやってトルクを増幅させてるのか疑問に思っておりました。
簡単に言うと、それまでに回っていた力の一部を回収するイメージですね。
1の力が何もなしで1以上になるなんてありえないと思っておりましたので納得です。
自動車の駆動系の自動化を大きく進めた立役者ですね。初期ではトルコンと２速の手動変速なんて有りました。トヨグライドなんて有りました。そしてトルコンより効率が良いからとＣＶＴやＤＣＴやらに変って行くが、最近はトルコン回帰がおこっていて旧式ながら進化し総合力で盛り返している。
2ペダルマニュアル車では、ルノートゥインゴのイージーを試乗したことがありますが、クラッチ操作は不要ですがミッション操作は行わないといけないといけないので、変な感じでした。w
某メーカーでCVTの制御開発しています！
めっちゃわかりやすいですね！
会社で資料作るときもこれぐらい図を使えば、わかりやすい資料作れるんですね！参考にします！
MT車がAT車より発進時に加速が遅い理由って、トルコンのトルク増幅効果が関係しているんですよね
トルコンAT車はオイルが羽根車に当たっている力で走っているので、内燃エンジンはそのオイルを循環させているだけの補機の役割みたいなもの。つまり、”オイルタービンエンジン車”
ターボシャフトエンジンのパワータービンと同じですね🤓
気動車や小型のディーゼル機関車ではリショルム式、高出力のディーゼル機関車ではホイト式(複数のコンバータを用意して使う段に油を入れて切り替える)でしたが、ディーゼルエンジン、発電機、コンバータ(電気的)、モーターそれぞれが小型軽量高効率となったため、開発に時間が掛かる液体式、機械式変速機から電気式に変わりつつありますね。
半導体の進化が大きいですよね。
液体式の軽量というメリットが…
戦前、旧ソ連だったか？ドイツたったか？が、”蒸気ディーゼルハイブリッド機関車”なんていうのを作っていたらしい。外見は蒸気機関車っぽくて、発進～低速時は蒸気で走行し、ある程度速度がついてくると、動輪を動かす蒸気エンジンに空気と燃料（石炭ガスや重油）が吹き込まれて爆発燃焼させてディーゼルエンジン走行する機関車だ。そう、なんとクラッチも変速機も無しで内燃エンジンで蒸気エンジンのように動輪を連接棒で直接駆動していたのだ。が、意外と燃費が悪く、頻繁に故障し騒音もひどかったので、結局廃止になったとか。
解りやすい！
排気量の少ない軽自動車ほどATの方が発進で力強く感じる理由が分かりました
毎週土曜日の楽しみ!
僕は自動車部品メーカーに務めてます
ありがとうございます！
いつも「何となくは分かっているがモヤマヤしている」部分が
分かりやすく説明されてスッキリします。
それにしても電子制御ではなく物理的機械システムを考案する人ってスゴいと思います。
ディファレンシャルギアとか銃のオートマチックシステムとか・・・
今度ロックアップ制御について解説してください。
スイスポの６ATに乗っているのですがホント出来がいいのです。
滑らない、速い、シフトショックない、スケジュールも適切なのです。
ロックアップってステップ式は一般的にはシフト時には緩めているんですか？
シフトショックのないステップATに出会ったことがないのですが、本当にシフトショックがないのかな？気にならないだけなのでは？
6AT,7AT,8ATどれもこれも・・・、シフトショックは大大大嫌い。(9ATと10ATは乗ったことない)
考えた人すごいよなぁ
考えたやつ天才やな
昔、ホンダのホンダマチックて変速機がトルコンで当時のアコード、シビック、バイクではエアラ、ホーク400に搭載されました。オートマと呼ばれますが変速は手動でした。動画でトルコンの変速機的能力を理解できました。感謝🙏
ホンダはステーターの反力で変速機の油圧をコントロールするという特許を持っていました。
他社のATよりも油圧ロスが少なく効率的でした。
昭和の昔、サニー、ブルーバード、スカイラインのレース車を整備していた東名？ニスモ？日産系の整備士がトルクコンバーターは滑るだけでパワーがない？などと話していたのでトルクコンバーターとハイドロマチックの違いは分かるのか？
と質問してからトルクコンバータは発進時や負荷が掛かって駆動側、被駆動側に回転差が生じ滑りを生じた際に駆動側側のトルクより大きなトルクを被駆動側に伝達する巧妙な機工でで人間の感覚だけでパワーがない？などと判断すのは大きな間違いだし、
自動車に応用される前から船舶、ディーゼル機関車でも使われていてそれほど効率は悪くなくストールトルク比は約0.8程ですよと返答したのはもう40年も前のお話で御座いました。
とりあえず日産がんばれ？しっかりしろ？で御座います。
昔の人は頭良かったですね。
トルクコンバータのお話しの腰を折るようですが、私が仕事で使っている大型トラックのSHIFTPILOTシステムは、トルコンでないオートマなんですよ❗
なんでも、電子制御で変速しているらしいですね？
オイルも、普通のミッションオイルだそうです❗（三菱ふそう）
トラックはちっこいの相手する前にクラッチと格闘せにゃならんからなー
戦車も操縦手の負担軽減に繋がってるし
BMWのSMGも、フェラーリのF1マチックも、ランボルギーニのeギアも、スズキのAGSも、実はシフトパイロットと同じ構造なんですよ
ご参考
czcams.com/video/0AQCUg_snU0/video.html
ユタカ技研による説明で、オイルの流れをCGで表現しています。
ありがとうございます！
本動画を参照した後に、ユタカ技研さんの動画を観ると、原理がアニメ仕立てなので、より理解が深まりました。
イメージを直感的に掴む事ができました。ありがとうございます。
文字通り入力されたエネルギーをトルクへコンバートする機械ですからね...
次はDCT かCVT ですかね?
すぐではないですが、そのうち動画にしようとは思ってます😃
名車キハ181や板谷峠(奥羽本線)とか出てきて、鉄の要素もある動画、グッドです。
1:18 なんでここの画像電車の運転台なんだw
・・・テクノロジーは、人間側の負担を軽減する為に開発される、というのは世の常ですからね。
【クラッチ】
最近のオートマの殆どはロックアップ付きだと思います。
そんなオートマの故障の多くがクラッチの摩擦材の消耗のように思っています。
滑ると入力よりも出力の回転数が下がる、回転数が下がる分だけトルクに回る。
当然じゃないのかな、そうでなければトルコンの温度が大変なことになりますよ。
うん、その通り！
けど、フルードカップリングだとエネルギーを回収できてないので、熱エネルギーとして逃げてます。
なので、出力の回転が下がった分だけトルクが増えることはありません。
@@greart22 さん
ロックアップしているとトルコンは働きませんが、クラッチが滑ってロックアップできないとトルコンが働きます。
トルコンが働くとトルコンの出力側のトルクが増しますよね。
@@user-zz2tx7cg3h はい、その通りです。
ただ、フルードカップリングとトルクコンバーターは別物ですので、減速した分をトルクの増大に回せているのはトルクコンバータだけです。
フルードカップリングは滑った分だけ残留エネルギーを熱エネルギーとして捨てることになります。
最も、車には昔から使われてませんが。
トルコンも性能特性がありますから、ロックアップするような回転域でクラッチ板が滑る程度の回転差ではトルクに回ることはほぼ無いでしょう（だからロックアップするわけで）。ただ摩擦板でロスしてるだけ。
冒頭で触れられている、普通のMTを自動化したものが、スズキのAGSですね。当初はシフトアップのタイミングなどがいまいちで不評でしたが、改良されてだいぶ良くなったようです。あと、初代フィットや派生のモビリオあたりは、CVTですがトルコンは使用せずに電磁クラッチでした。フィットはともかく車重のあるモビリオはクラッチがすぐ駄目になり、数万kmごとにクラッチ交換が必要になってしまうので、FMCでトルコン化されました。なんだかんだでトルコンは優秀なんですかね。
そのタイプのシビック乗ったことあるけど
クリープ濃いめ設定だが、なかなか良かった。
停車時クラッチ解放じゃダメだったのだろうか
@@reosYF708 停車時はクラッチ切る制御になっていましたよ。ブレーキを離すとクラッチが繋がり、クリープ状態になりました。
HMMのジャダー問題、基本的にはクラッチ素材の選定の問題、更に当時はCVT専用油(HMMF)が存在せずホンダの汎用ATFが指定となっていた事も重なっていたようです。ちょっと不思議なのは、ハード的にはフィットの前のロゴから採用していた筈なのに、その頃は同様のトラブルの話は耳にしなかった事ですね
@@TheKaerupyokopyoko ロゴも初代フィットも車重が軽かったからだと思います。同じクラッチ容量でモビリオの車重は・・・
初代フィットもジャダー出てましたよ。出る出ないは車にも乗り方にもよる様です。要するに半クラッチのトルク、時間など負担が大きいと、摩耗が進み易く、ある摩耗まで進むとジャダーに至る様です。
速度比の辺りから誘導電動機の話を聞いてるようでしたw(ポンプとタービンの関係がまんま回転界磁と回転子)
こういうのって流体継手っていうんだっけ？よく思いつくよなこんなの
以前はエンジン出力が大きな特殊大型車輌や大陸移動車輌等(ｱﾒ車)にフルードカップリング(トルコン)が使われてましたね。
今やロックアップ機能なる高効率装置が着いた時点で巡行効率もMTと変わらなくなり大量生産がされた今日ではMTは玩具要素しか無いのかと…(MTしか愛車経験が無い奴)(-_-)ﾉｼ
どっちがいいって聞かれても
両方のって評価してくれ。
MTに無性に乗りたくなるし、乗りたくなくなる
駐車場と維持費に余裕があれば2台持ってると楽しい
下手したら多段のトルコンATのほうが低燃費ですもんね。
とは言っても車は趣向品でもあるので、しばらくはMTも残りそうです。
@@メカのロマンを探究する会
『カタログ上』はそうだが
実走で丁寧に走ると1.4倍くらいになりますよ。
リッター9.1(カタログ値)ですけどね
@@reosYF708さん
仕事で色々な車で徘徊しているのでＡＴ車輌が欲しかったんすがね｡
最後に買ってるサンバーのＡＴがとても残念(トルコン３速)だったのでMTにして今ですわ｡
@@メカのロマンを探究する会 さん
この間ヤスリＨＶ回送したら瞬間燃費計で50.2Km/L！少し流して30Km/Lすわ｡今時の乗用車ってスゲーです(-_-)
解説図の羽根の向きが、、ポンプ羽根の傾斜方向が逆なのが気になりました。
実は逆ではないんです。
これが扇風機でトルコンを解説しようとするとチンプンカンプンになる問題点だと思います。
扇風機の例を考えると逆に感じますが、回転を伝えるのはあくまでフルードの回転です。
ポンプに帰ってくるフルードとの迎角を重視しているため、このようになっていると考えられます。
そうなんですか？
ちょっと長くなってしまいますが、
まず動画での解説の通りフルードは回転軸の内から外へ、外から内へ、という流れで、ラジアルタービン&ポンプです、軸流タービンの扇風機とは違う。
8:24の写真を見ると、
ポンプ側は回転軸の内から外へ流れるフルードの向きに対して、回転がフルードを外に押す方向に羽根の傾斜が付けられています。
この画像のトルコンはエンジン側から見て左回転、羽根は回転軸中心から外に向かって回転方向の逆側に傾斜しています。
タービン側は回転軸の外から内へ流れるフルードの向きに対して、フルードがタービンを押すように傾斜が付けられていて、
羽根は回転軸の内から外へ向かって回転方向側に傾斜しています。
トルコンの回転軸からの羽根の傾斜方向を見ると逆ですが、フルードの流れは逆向きなので、フルード流れ方向から羽根の傾斜を見ると羽根は同じ向きに傾いています。
フルードと回転方向と羽根の傾斜方向を模式図にするとき、羽根の傾斜はフルードに対する力の作用方向を考えてるわけですから、
フルードに対してポンプとタービンの羽根は同じ向きの傾斜、ステーターは逆向きの傾斜、というのが正しいのではないかと思います。
動画を作る際、
そこまでは考えていなかったので、検証します。
この画像のトルコンはポンプ側からタービン側を見た場合、
ステーターの角度などを総合的に見て、
反時計回りに回転するようですね。
当然フルードも反時計回りに回転します。
トルコン外側では、画像の右から左に流れます。
遠心力を無視すると、
内側にフルードを掻き込むような方向に羽根の角度がついているように見えます。
扇風機の場合、これだと逆にフルードが流れてしまいますが、
フルードの流れは遠心力でつくる、
かつ、ステーターから入ってくるフルードのベクトルを考慮して、
迎角が大きくなりすぎないようにするためであろうと考えられます。
【↓↓＼↓↓】
タービンは羽根が回転方向の推力を出さないといけないので、
羽根が進む方向と逆にフルードを出すように羽根の角度を設定します。
【↓↓／↓↓】
ステーターはタービンが捨てたフルードの流れを、
回転方向に正します。
【↓↓＼↓↓】
なお、この模式図は僕が考えたわけではなく、
複数の資料から持ってきていますので、
その点からも間違えてはいないだろうと思います。
というか、この断面の画像をみると、そうなっていそうですよ。
立体だから混乱しますが・・・
液体滑車みたいな
クラッチ操作・・、マニュアルミッションのクラッチレス、いすゞだねｗ。スムーサー。
NAVI-5のことも思い出してあげてください。
電動機だとトランスは必要ないですねw
電動機の種類にもよるので何とも言えませんが、エンジンほど顕著ではないものの電動機にも出力特性があるので、車の用途によってはミッション付きになると思いますよ
자세한 설명 멋집니다!
滑って流れたトルクが、
流れとなって帰って来る。
回転ロス防ぐにわシフトダウする回転ロス少なくなるシフトダウする前に切り替えるMTに近い加速が出来る[MTオ-トミッションがある]
乗ってるけど、3ペダルATって感じで変速ショックは少ないよ
走り出しにさえ注意すれば、クラッチも長持ちするだろう。
細かいことですが、フルードカップリングでは無く、フィールドカップリングでは？
Fluidなので、フルードが近いかと思います。
カタカナ読みなので、近いだけですけどね。
なぜフィールドなのでしょう？
フルードの粘度を粘っこいのにしたら、効率良くなりませんか。
設計時の粘度以上だと、熱でダメにするぞい
伝達効率が悪くなりますね！
羽根をプロペラ形式じゃなくて、板にしているのも、粘性で効率が下がるからみたいです。
なる程、そうなんですねー。ご回答有難う御座います。
粘性を使うビスカスカップリングは、デフの差動制限などに使われています。
４分事のカップリングの説明…右側のモーター…電気でまわしてねーか？(笑)
全く何を言ってるか理解できません
解説では開発時の仕様としてトルク比を与えるとも受け取れますが、実際は容量係数を選択することで自動的にトルク比が求まる
のではなかったかと思います。ATの自製化が進み多数の仕様が設定できるのかも知れませんが、かつては数種類の容量係数の中
から選択する以外なかったし、海外では今でもその様な設定をしている社もあると聞きます。
www.jstage.jst.go.jp/article/tsj/41/6/41_355/_pdf