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？
【書き起こし】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】
(00:05) みなさんこんにちはメカのロマンを探求する回今回のお題はこれ トルクコンバーターの仕組み 自動車に乗る方なら一度は聞いたことがあるであろう トルコンという単語を主に自動車のオートマチックトランスミッションに搭載されて いる貴方です オイルで力を伝えてエンジンのトルクを増幅することもできるというものですが は果たしてどのような構造になっているのでしょうか このグラフがトルコンの特性を表しているのですが滑ってトルクが増えるとか謎ですよ ね ということで今回はトルクコンバーターについて調べてきましたのでご紹介したいと 思います クラッチとミッションを自動化したい たぶんこの動画を見てくださっている方は mt で教主を受けた方が大半だと思い ます 僕も今は車もバイクも mt 車に乗っているのですがこの mt の操作 楽しいことは楽しいですが場合によっては面倒ですよね だから一般的な客層に車を売り込むために発進時の半クラや変速操作を自動化して簡単
(01:15) に楽になるようにと自動車メーカーは考えます 一番最初に思いつくのは mt 車のシステムを油圧なり連記形でそのままち同化する ことです でも実はこの方法技術的なないのが高いんです トランスミッションの操作は何かしらの動力でガシャガシャ動かせば受動かもそう 難しくはありません ところがクラッチ操作が問題ですこのクラッチ操作は意外と繊細でこれを自動化しよう としてもスムーズに動かすのが困難で制御も複雑になります さらにクラッチを切るとエンジンの負荷がなくなるためエンジン回転数が上がります 後ろシフトアップの時はエンジンの回転数を下げないといけませんよね そのためエンジンの回転も制御しなければなりません なので自動化した mt 車は簡単には作れません この操作をほぼ無意識にできる人間は実は高性能なマイコン月アクチュエーターなん です
(02:18) トルクコンバーターとは mt 車をそのまま自動化するのは難易度が高いと言いました 諸々の問題はクラッチを繋げたり切ったりするから発生するんです ということはクラッチを切らなければ全て解決すると思いませんか でもそれだけだと発進時や変速時に困ります そこで登場するのがトルクコンバーターです トルクコンバーターはフルードで回転力を伝える装置デー 入力側と出力顔が機械的に固定されているわけではないので滑っと回転力を伝えます 言い方は悪いですが常に半クラのような状態といえます エンジンとタイヤの間に取る金があればエンジンがを回しずつ ブレーキでタイヤの回転を止めて停車させることもできます このままブレーキを離せばアイドリングのパワーで車が進みますこれをクリープって 言いますよね そのままアクセルを踏んでエンジン回転数を増大させれば走り出すことができます 変則の時もこの曖昧な接続加減によってドンとギアを変えても衝撃を吸収してくれます
(03:32) [音楽] fluid カップリング トルクコンバーターはルードカップリングという装置の進化系ともいえる構造している のでまずはフルードカップリングについて解説します rude カップリングを説明でよく見るお約束ないですね じゃなくて動画にします プロペラを2つ向かい合わせて左をエンジンガーと仮定してモーターで回します すると大会側と仮定した右側のプロペラが回り始めます 左のプロペラがエンジンの動力を空気の流れに変換して右のプロペラはその風を 受け取って回転しています だからこのように右のプロペラを止めても左のプロペラは 回り続けます それがアイドリングのままブレーキを踏んで停車している状態です でもこれだと会やカップリングなので空気を作動ように置き換えたものがフルード カップリングです では実際のフルードカップリングを見てみましょう 左側が園児につながるポンプ右側がタイヤにつながるタービン
(04:40) それらが向かい合っていてフルードが満たされています これだと分かりづらいので絵にしてみます 左が外洋で全体の雰囲気を表しています 右は模式図でさっきの扇風機の例を真横から見た状態で手前側の部分が見えています ポンプの腫れは下向きに動いています これ以降回転方向というのはこの下向きの方向いうことにします rude カップリングの羽は実はプロペラのように角度はつけられておらずただの 委託綺麗です 赤色のポンと側の羽が振るう同マウスと黄緑どのフルードは回転運動を与えられます そのフルードの回転が青いたびにあたってこれを回して回転力を伝えますというのが 基本的な原理です ところがポンプの羽にはプロペラみたいな角度がついていないのでポンプからタービン に贈る方向にはフルードを動かせません 何かしらの方法でフルードポンプからタービンに向かわせないとポンプの中をぐるぐる
(05:48) 回るだけになってしまいます 黄緑色の矢印がポンプからタービンに伝えたい回転力を持っていて 会では縦向きになっていますがこのままではタービンに当たりませんよね ここでフルードが回転するということは遠心力がかかります ポンプで回転運動を与えられたフルードは遠心力で外側に向かいます ケースはこのような形状になっているのでフルードはその勢いでタービン顔に流れ込み ます タービンをれたフルードは内側を通ってまたポンプに戻ります 立野黄緑色の矢印がこの伝えたい回転力を保ったまま 遠心力が作る流れによって横にも移動します そうするとこの回転力をタービンに伝えることができます 実際にはこれらが合成されフルードは斜め方向に流れています 回転数が上昇しフルードのにの流れが速くなるとトルクを伝える能力も上がっていく そうです
(06:54) こんな感じで fluid カップリングはフルードを使ってゆるい感じで回転力を 伝えているため入力軸と出力軸での回転差を吸収することができます 負荷がかかっている場合ポンプとタービンの回転数が同じになることは絶対にありませ ん 仮に同じ回転数になるとフルードが タービンの羽根を押せないためトルクがゼロになります この入力軸と出力軸の回転数の日を 速度日といって一なら同じ回転数ゼロなら 主力顔が停止ということになります 主力軸の負荷が大きくなるとフルードカップリングはどんどん滑りが大きくなり速度日 が増えていきます この速度火が大きくなるにつれて法律も低下します そして失ったエネルギーは熱となります [音楽] トルクコンバーター 構造 fluid カップリングの解説をしたところでトルクコンバーターです 自動車の変速機にフルードカップリングを使うことは稀です
(08:04) 登録コンバーターの特徴は食ドヒが大きい つまり滑っている時の効率低下が少ない それどころか出力軸のトルクを増やせるという点です 滑っているのにトルクが増えるとか本当に不思議です 一体どんな魔法を使っているのでしょうか トルコン和風カップリングのタービンの後に ステーターというパーツを追加して羽根の形状を少し変えただけです タービンがエンジンがはポンプがトランスミッション側にあるのはこれらの指示気候の 関係で逆の位置に取り付いていて同軸構造になっているためお互いを支えながら相方の 向こう側につながっています 回転力の伝わる順番に違い入りません ここからは時空をゆがめないと平面図では開設できません 実際のポンプタービンステーターは輪っかになっているので フルードはぐるぐると回っていますだから 平面図ではここからワープしているようになりますが実際は連続して流れています 速度ヘが大きい場合ポンプの回転数の割に
(09:13) タービンの回転数が遅い発信地とか急にアクセルを踏み込んだときのようないわゆる トルコンが滑っていると表現される状況です トルコンではないフルードカップリングでこの状況が起こると ポンプで回転力を与えられた振るうのがパー便に力を伝えてから出て行くとき タービンと同じ速度でしか回転していません タービンが停止していると回転はゼロでポンプに戻ってきてもゼロから回転力が与え られます これだと毎回毎回ポンプは苦労しでフルードを加速させないといけないので明らかに 効率が悪いし党派も伝わらなさそうですよね トルコンはフルードカップリングにステーターが追加されています ステーターというくらいなので止まっていると考えるのが普通ですよね この場合のトルコンの動きを考えてみます ポンプが作った回転力は振るう同会してタービンを回します この時のポンプからタービンに向かう fluid ナーガでは 先ほど解説たように遠心力で作られます
(10:21) タービンに入ってきたフルードですがタービンがフルードの回転よりも非常に低い回転 数のため タービンに力を伝えた後タービンの羽根の1曲に沿って逆回転で出て行きますここが フルードカップリングとの違いの1つ目です フルードは次にステーターに行ってきます ステーターは止まっているためフルードは湾曲している羽にあたって 今度は回転方向に向きを変えられて出ていきます これがフルードカップリングとの違いの2つ目です ステーターを出て行ったフルードはフォントに戻っていきます フルードは回転方向に流れたままポンプで再スタートを切ることとなります フルードはげたをはかされた状態でスタートしてさらにポンプによって回転力を与え られるため ゼロからスタートするよりもより多くの回転力を持ちます 結果的にポンプに入ると6よりも大きなトルクを取り出すことが出来ますこれがトルク 増幅作用です
(11:26) 理論的にはタービンをまーすトルク=ポンプをまーすトルク +ステーターを回そうとするトルクになります ステーターはこのような羽の向きなので ステーターが回転方向とは逆に押された力分 フルードは回転方向の力が与えられてこの力を持ったままポンプに戻っていきます 例えると腕立て伏せと同じです床を力いっぱい押しても当たり前ですが床は動かずに体 が動きます それと同じでフルードはステーターを押した分の力で押し返されます その分の登録がタービンに加算されるということになります このステーターを逆方向に回す力つまり ステーターによるフルードへ与える回転力は 本との回転数が一定とした場合 パーミンの回転数が遅い方が強くなり停止 g に最大となります なぜならタービンで曲げて出て行くフルードの向きとタービンの回転方向が逆でお互い
(12:34) に打ち消し合うからです タービンが早く回るといくら逆方向にフルードを流そうとしても タービン自体の回転に追いつけなくなってしまいます フルードがステーターに勢いよくぶつかるほど ステーターには大きな力がかかるのでタービンの回転が上がって フルードの逆回転の速度が落ちると ステーターを力強く押せなくなって これをさっきの式に当てはめるとトルク増幅作用が弱くなってしまいます 速度日が小さい場合 神光寺などポンプとタービンの回転数の差が小さい場合です 直前に出てきたように出力軸の負荷が減って 食ドヒが小さくなっていくとトルク増幅作用は小さくなります それからさらに速度火が小さくなるとどうなるんでしょうか タービンの回転が羽根が作る逆回転の流れに勝ると フルードはステーターに対してこのようにあたります ここでルートがこの角度でステーターに当たると
(13:40) せっかくタービンと同じ方向に回っていた フルードの回転をせき止めてそれからポンプに対します これだとどう考えても効率が悪いですよね それは嫌なのでタービンの回転が速い場合はこのステーターが動くようになります 仕組みは簡単でワンウェイクラッチが組み込まれているだけです このステーターはタービンから出てきたフルードに押されて邪魔になる方向つまり 回転方向に向かって力がかかると空回りし始めます こうするとステーターはもう存在していないも同然なので プルードアタービンポンプと同じ方向が回転を保ったまま 本当に戻りますおはやふるのカップリングと同じ機能ですよね トルコン=変則キー トルコンの白く軸のトルクが入力軸の何倍のトルクになるかを表す言葉としてトルク比 というものがあって 特に出力中が停止している時の登録費を ストールトルク姫と言います
(14:45) トルク中で考えるとリアの減速比と同じです トルコンは変速機も同然で冒頭に出てきた このキリル文字のグラフを見てみるとわかりやすいです 赤色の線がトルク日黒色の前が効率です 縦軸がこれらの代償を表します横軸が速度日で左学科が大きい場合つまり速度比が 大きい 右学科が小さい場合つまり速度比が大きい トルコンは発進や加速時など主力軸の負荷が大きく速度日がを聞い 滑っている時はトルク増幅作用が強く働きます いやで言うとしたのギアでグイグイ加速します その代わり効率は低めです その後だんだんと巡行に血が付いてきて出力軸の負荷が小さくなると食ドヒが小さく なり トルク日が下がって上のギアとなってそれとともに効率も向上します こんな感じでトルコン自体が変則キーとしての機能を持ちます
(15:51) しかも減速比は負荷に応じて自動的に変化していきます さらに速度火が小さくなるとステーターが邪魔になって効率は下がり始めます ところがここのポイントで急にグラフの傾きが変わっていますよねこれは ステーターが空回りを始める店で音ないならこちらのグラフになるはずが ステーターが機能しなくなることにより急に 効率が上がりますまた出力トルクを示す赤い線もステーターが空回りしないと入力 トルクを示すピンク色の線より下に来てしまいます このように撮る今は非常に優秀な機能を持っています 実際に車を運転していてもトルコンオートマはダイレクト感がない香りにマニュアルや dct よりもスムーズに走ることができます 自動車はトルコンの粥にギアおいて変速はどちらかというとギアが主役ですがそれでも 取る金を使うと mt 車売りも少ない段数で車を浮かせます トルコのトルク増幅作用が遺憾なく発揮されていたのが古いディーゼル動車の液体式
(17:01) 変速機です 例えば日ハ181系は検測撃ち弾 直結一段という液体式変速機を積んでいました これ変則キーと言いながらもギアを切り替えるわけじゃないんです 変速はトルコンのみで行い速度が上がってきたら トルコンをロックアップさせます非常に単純な変速機ですが トルコンのトルク増幅作用を使えばそれでも板谷峠などの難所を除けば普通に走ること ができました 今時の気動車は自動車と同じようにギアを切り替えながら変速するタイプが主流になっ ています トルク日は設計によって選ぶことができてタービンやステーターのダンス羽根の形状 などによって特性が変わります 例えばこのようにタービンとポンプが同じ取る今でもステーターが一つだと弟子と回転 の2段階の可変になります ステーターを2セット取り付ければ一つ目のステーターが動き始めてから2つ目の ステーターを動かすようなことができ
(18:06) 特性を3段階の可変にすることができます ちなみに それぞれを二層三層と言います まとめトルクコンバーターの機能をまとめると mt 車をそのまま自動化するのが困難なため採用されます 停車地はエンジンが音タイヤ側の回転差を吸収します 発進時は徐々に回転を伝えつつトルク増幅作用で力強く車体を進めます 変速ではぬるっとしたつながりによってショックを吸収します 巡航時などのトルクが少なくていい時は ステーターを空回りさせて攻撃力走ります ということでご視聴ありがとうございました今後もこのような動画を投稿していきます ので チャンネル登録をお願いします また何かリクエストがあればコメント欄にお願いします 次回もお楽しみにバイバーイ
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