Powertrain System (AT, CVT, Differential)

トルク・コンバータの構造こうぞう・トルク比ひ・クラッチ・ポイントとロックアップ機構きこう

Torque Converter Structure, Torque Ratio, Clutch Point, and Lock-Up Mechanism

トルク・コンバータは、エンジンで駆動くどうされる「ポンプ・インペラ」、トランスミッション入力軸にゅうりょくじくにつながる「タービン・ランナ」、およびワンウェイ・クラッチを介かいしてケースに支持しじされる「ステータ」の3要素ようそで構成こうせいされ、内部ないぶのATF（自動じどう変速機油へんそくきゆ）によって動力どうりょくを伝達でんたつ・増大ぞうだいする。

A torque converter consists of three elements: the 'pump impeller' driven by the engine, the 'turbine runner' connected to the transmission input shaft, and the 'stator' supported on the case via a one-way clutch, transmitting and multiplying power through internal ATF (Automatic Transmission Fluid).

「トルク比ひ」とは「タービン・ランナのトルクをポンプ・インペラのトルクで除じょした（割わった）値あたい」であり、タービン回転かいてん速度そくどをポンプ回転かいてん速度そくどで割わった「速度比そくどひ（e）が0のとき（タービン停止ていし・ストール時じ）」にトルク比ひは「最大さいだい（約やく2.0〜2.5）」となる。

'Torque ratio' is the 'value obtained by dividing turbine runner torque by pump impeller torque'; when the 'speed ratio (e = turbine speed ÷ pump speed) is 0 (turbine stopped / stall condition)', the torque ratio reaches its 'maximum (approx. 2.0–2.5)'.

タービン回転かいてん速度そくどが上昇じょうしょうして速度比そくどひが大おおきくなるにつれてトルク比ひは減少げんしょうし、トルク比ひが「1.0」に達たっする速度比そくどひ（約やく0.85付近ふきん）を「クラッチ・ポイント」と呼よぶ。

As turbine speed rises and the speed ratio increases, the torque ratio decreases; the speed ratio (around 0.85) at which the torque ratio reaches '1.0' is called the 'clutch point'.

速度比そくどひがクラッチ・ポイントより小ちいさい領域りょういきはトルク増大ぞうだい作用さようを行おこなう「コンバータ領域りょういき」であり、クラッチ・ポイントを超こえて速度比そくどひが大おおきい領域りょういきでは、ステータがワンウェイ・クラッチにより空転くうてんして単たんなる流体りゅうたい継手つぎてとして働はたらく「カップリング領域りょういき（トルク比ひ1.0）」となる。

The region where the speed ratio is smaller than the clutch point is the 'converter range' where torque multiplication occurs; beyond the clutch point where the speed ratio is larger, the stator freewheels via the one-way clutch and operates as a simple fluid coupling in the 'coupling range (torque ratio 1.0)'.

また「ロックアップ機構きこう」は、高速こうそく走行時そうこうじなどにタービン・ハブに設もうけられたロックアップ・ピストンをフロント・カバーに機械的きかいてきに圧着あっちゃくして直結ちょっけつ（流体りゅうたいの滑すべりを0に）し、燃費ねんぴを向上こうじょうさせる機構きこうであり、接続時せつぞくじの回転かいてん衝撃しょうげきは「ダンパ・スプリング」が吸収きゅうしゅうする。

Additionally, the 'lock-up mechanism' mechanically presses the lock-up piston mounted on the turbine hub against the front cover during high-speed driving to connect power directly (reducing fluid slip to zero) and improve fuel economy, while torsional shock upon engagement is absorbed by 'damper springs'.

前進ぜんしん4段だんロックアップ付つき電子でんし制御式せいぎょしきATの遊星ゆうせい歯車はぐるまと摩擦まさつ要素ようそ

Planetary Gear Set and Friction Elements of an Electronic 4-Speed Lock-Up AT

電子でんし制御式せいぎょしきATの変速へんそく機構きこうには、中心ちゅうしんの「サン・ギヤ」、その周囲しゅういを自転じてんしながら公転こうてんする「ピニオン・ギヤ（プラネタリ・キャリアで支持しじ）」、および外周がいしゅうの「リング・ギヤ（インターナル・ギヤ）」から成なる「プラネタリ・ギヤ・ユニット（遊星ゆうせい歯車はぐるま機構きこう）」が用もちいられる。

The gear-shifting mechanism of an electronically controlled automatic transmission (AT) uses a 'planetary gear unit' consisting of a central 'sun gear', 'pinion gears (supported by a planetary carrier)' that rotate on their own axes while revolving around the sun gear, and an outer 'ring gear (internal gear)'.

各かくギヤ要素ようそを連結れんけつ・解放かいほうする「湿式しっしき多板たばんクラッチ」は、交互こうごに配置はいちされたドライブ・プレートとドリブン・プレートを油圧ゆあつピストンで圧着あっちゃくし、その中なかに組くみ込こまれた「ディッシュ・プレート」が締結時ていけつじの衝撃しょうげき（ショック）を緩和かんわする働はたらきをする。

A 'wet multi-plate clutch' that connects or releases gear elements uses a hydraulic piston to press alternating drive plates and driven plates together, while a 'dish plate' incorporated inside acts to cushion engagement shock.

またクラッチ・ドラムの回転かいてん要素ようそを固定こていする「バンド・ブレーキ」は、内面ないめんに摩擦材まさつざいを貼はった「ブレーキ・バンド」をドラム外周がいしゅうに巻まき付つけ、油圧ゆあつで作動さどうする「サーボ・ピストン」で締しめ付つけて回転かいてんを止とめる構造こうぞうになっている。

Meanwhile, a 'band brake' that locks a rotating drum element consists of a 'brake band' lined with friction material wrapped around the outer circumference of the drum and tightened by a hydraulically operated 'servo piston' to stop rotation.

「ワンウェイ・クラッチ（スプラグ式しきまたはローラ式しき）」は、一方向いちほうこうの回転かいてんのみをロックし逆方向ぎゃくほうこうには空転くうてんする機械的きかいてき要素ようそであり、変速時へんそくじに油圧ゆあつの切きり替かえタイミングを調整ちょうせいしなくても滑なめらかに変速へんそくさせる役割やくわりを持もつ。

A 'one-way clutch (sprag type or roller type)' is a mechanical element that locks rotation in one direction only and freewheels in the opposite direction, allowing smooth shifting without requiring complex hydraulic overlap timing.

AT-ECUは、車速しゃそくセンサやスロットル開度かいど信号しんごうに基もとづいてバルブ・ボデー内ないのシフト・ソレノイド・バルブやリニア・ソレノイド・バルブを制御せいぎょし、最適さいてきな変速段へんそくだんおよびライン・プレッシャ（基本きほん油圧ゆあつ）を作つくり出だす。

Based on vehicle speed sensor and throttle opening signals, the AT-ECU controls shift solenoid valves and linear solenoid valves inside the valve body to produce the optimal gear stage and line pressure.

スチール・ベルト式しきCVT（無段むだん変速機へんそくき）の構造こうぞうと動力どうりょく伝達でんたつ作用さよう

Steel-Belt CVT (Continuously Variable Transmission) Structure and Power Transmission

「スチール・ベルト式しきCVT（無段むだん変速機へんそくき）」は、入力側にゅうりょくがわの「プライマリ・プーリ」と出力側しゅつりょくがわの「セカンダリ・プーリ」の溝幅みぞはばを油圧ゆあつで連続的れんぞくてきに変化へんかさせ、両りょうプーリ間かんに巻まき掛かけたスチール・ベルトの接触せっしょく半径はんけいを変かえることで無段階むだんかいに変速へんそくする。

A 'steel-belt CVT (Continuously Variable Transmission)' continuously varies the groove widths of the input-side 'primary pulley' and output-side 'secondary pulley' using hydraulic pressure, changing the contact radius of the steel belt wrapped between both pulleys to shift steplessly.

スチール・ベルトは、薄うすい鋼板こうはんを何層なんそうにも重かさねた左右さゆう2本ほんの「スチール・バンド（積層せきそうリング）」に、多数たすうの「スチール・エレメント（金属きんぞくコマ）」を並ならべて組くみ付つけた構造こうぞうになっている。

The steel belt is constructed by aligning hundreds of 'steel elements (metal blocks)' along left and right 'steel bands (laminated rings)' made of multiple layers of thin steel strips.

このスチール・ベルトによるプライマリ・プーリからセカンダリ・プーリへの動力どうりょく伝達でんたつは、ベルトを引ひっ張ぱるのではなく、無数むすうの「エレメントの押おし出だし（圧縮あっしゅく）作用さよう」によって行おこなわれる（引ひっ張ぱり作用さようという記述きじゅつは誤あやまり）。

Power transmission from the primary pulley to the secondary pulley by this steel belt is performed not by pulling the belt, but by the 'pushing (compression) action of the steel elements' (statements describing a pulling action are incorrect).

油圧ゆあつ制御せいぎょの役割やくわり分担ぶんたんとして、「プライマリ・プーリ」にかける油圧ゆあつによって溝幅みぞはばを変かえて「プーリ比ひ（変速比へんそくひ）」を制御せいぎょし、「セカンダリ・プーリ」にかける油圧ゆあつによってベルトが滑すべらないよう「ベルトの張力ちょうりょく（挟圧力きょうあつりょく）」を制御せいぎょしている。

Regarding the division of hydraulic control roles: hydraulic pressure applied to the 'primary pulley' changes groove width to control the 'pulley ratio (gear ratio)', while hydraulic pressure applied to the 'secondary pulley' controls 'belt tension (clamping force)' so the belt does not slip.

変速比へんそくひが最もっとも小ちいさい「ハイ（High）側がわ」では、プライマリ・プーリの溝幅みぞはばが「狭せまく（接触せっしょく半径はんけいが大おおきく）」なり、セカンダリ・プーリの溝幅みぞはばが「広ひろく（接触せっしょく半径はんけいが小ちいさく）」なる（ロー側がわはその逆ぎゃく）。

On the 'High' side where the gear ratio is smallest, the groove width of the primary pulley becomes 'narrow (large contact radius)' and the groove width of the secondary pulley becomes 'wide (small contact radius)' (and vice versa on the Low side).

ディファレンシャルと差動さどう制限せいげん装置そうち（ビスカス式しき・ヘリカル式しきLSD）

Differential and Limited Slip Differentials (Viscous Coupling & Helical Gear LSD)

ディファレンシャル（差動さどう装置そうち）は、旋回時せんかいじに生しょうじる左右さゆう駆動輪くどうりんの回転かいてん速度差そくどさを吸収きゅうしゅうする装置そうちであり、左右さゆうのサイド・ギヤ回転かいてん速度そくどの合計ごうけいは常つねに「リング・ギヤ（デフ・ケース）回転かいてん速度そくどの2倍ばい」となる。

A differential is a device that absorbs the rotational speed difference between the left and right drive wheels during cornering; the sum of the left and right side gear rotational speeds is always 'twice the ring gear (differential case) rotational speed'.

しかし標準ひょうじゅんのディファレンシャルでは、片輪かたりんがぬかるみや凍結路とうけつろで空転くうてん（スリップ）すると、もう一方いっぽうの接地せっちしている駆動輪くどうりんにも駆動力くどうりょくが伝つたわらなくなるため、差動さどうを制限せいげんする「LSD（リミテッド・スリップ・デフ）」が用もちいられる。

However, with a standard differential, if one wheel spins (slips) on mud or ice, drive force can no longer be transmitted to the other grounded wheel; therefore, an 'LSD (Limited Slip Differential)' that restricts differential action is used.

回転差かいてんさ感応型かんのうがたの「ビスカス・カップリング式しきLSD」は、微小びしょうな隙間すきまで交互こうごに配置はいちしたインナ・プレートとアウタ・プレートの間あいだに「高粘度こうねんどシリコン・オイル」を封入ふうにゅうした構造こうぞうを持もつ。

A speed-difference-sensing 'viscous coupling LSD' has a structure in which 'high-viscosity silicone oil' is sealed between inner plates and outer plates arranged alternately with tiny clearances.

ビスカス・カップリング式しきでは、左右さゆう駆動輪くどうりんの「回転かいてん速度差そくどさが大おおきいほど、シリコン・オイルのせん断だん抵抗ていこうにより大おおきなビスカス・トルク（差動さどう制限力せいげんりょく）を発生はっせいし」、高回転こうかいてん側がわから低回転ていかいてん側がわへトルクを伝達でんたつする。

In a viscous coupling LSD, 'the larger the rotational speed difference between the left and right drive wheels, the larger the viscous torque (differential limiting force) generated by the shear resistance of the silicone oil', transferring torque from the faster wheel to the slower wheel.

一方いっぽう、トルク感応型かんのうがたの「ヘリカル・ギヤ式しきLSD」は、プラネタリ・ギヤの「歯先はさきとデフ・ケース内壁ないへきとの摩擦まさつ抵抗ていこう」およびヘリカル・ギヤ噛かみ合あいによるスラスト方向ほうこうの摩擦まさつ抵抗ていこうを利用りようして差動さどう制限力せいげんりょくを発生はっせいさせる。

Conversely, a torque-sensing 'helical gear LSD' generates differential limiting force by utilizing 'frictional resistance between the tooth tips of the planetary pinion gears and the inner wall of the diff case' as well as thrust-direction friction from helical gear meshing.

クラッチ・プロペラシャフト・等速とうそくジョイント・4WD機構きこう

Clutch, Propeller Shaft, Constant Velocity Joints, and 4WD Mechanisms

摩擦まさつクラッチに広ひろく使つかわれる「ダイヤフラム・スプリング式しきクラッチ」は、コイル・スプリング式しきに比くらべてばね特性とくせいが平坦へいたんであるため、「クラッチ・ディスクのフェーシングが摩耗まもうしてもプレッシャ・プレートの圧着力あっちゃくりょくがほとんど低下ていかしない」特徴とくちょうがある。

A 'diaphragm spring clutch' widely used in friction clutches has a flatter spring characteristic than a coil spring type, giving it the feature that 'pressure plate clamping force hardly drops even when the clutch disc facings wear'.

またダイヤフラム・スプリング式しきは高速こうそく回転時かいてんじにも遠心力えんしんりょくによる圧着力あっちゃくりょく低下ていかが少すくなく、ペダル踏力とうりょくも軽かるいが、機械式きかいしきリンク機構きこうではディスクが摩耗まもうすると「クラッチ・ペダルの遊あそびが小ちいさくなる」ため点検てんけん・調整ちょうせいが必要ひつようである。

Furthermore, the diaphragm spring type suffers less clamping force loss from centrifugal force at high RPM and has a lighter pedal effort; however, in mechanical linkage systems, as the disc wears, 'clutch pedal free play becomes smaller', requiring inspection and adjustment.

FR車しゃなどのプロペラ・シャフトに用もちいられる「フック・ジョイント（カルダン・ジョイント）」は、取付とりつけ角かく（交角こうかく）があると1回転かいてんにつき2回かいの回転かいてん速度そくど・トルク変動へんどうが生しょうじるため、2個このジョイントの交角こうかくを等ひとしく配置はいちして変動へんどうを打うち消けしている。

A 'Hooke's joint (Cardan joint)' used on propeller shafts of FR vehicles produces rotational speed and torque fluctuations twice per revolution when installed at an angle, so two joints are arranged with equal angles to cancel out the fluctuations.

一方いっぽう、FF車しゃのドライブ・シャフトには交角こうかくが大おおきくても回転かいてん変動へんどうを生しょうじない「等速とうそくジョイント（CVJ）」が使つかわれ、ホイール側がわ（外側そとがわ）には「バーフィールド型がた（ツェッパ型がた）」、デフ側がわ（内側うちがわ）には軸じく方向ほうこうに伸縮しんしゅくできる「トリポード型がた」や「ダブル・オフセット型がた」が用もちいられる。

Meanwhile, FF vehicle drive shafts use 'Constant Velocity Joints (CVJs)' that produce no rotational fluctuation even at large angles; a 'Birfield (Rzeppa) type' is used on the wheel (outer) side, and an axially sliding 'Tripod type' or 'Double Offset type' is used on the differential (inner) side.

フルタイム4WD車しゃには、旋回時せんかいじの前後輪ぜんごりんの回転かいてん速度差そくどさを吸収きゅうしゅうして「タイト・コーナ・ブレーキング現象げんしょう」を防ふせぐため、前輪ぜんりんと後輪こうりんの間あいだに「センタ・ディファレンシャル」または電子でんし制御せいぎょカップリングが設もうけられている。

Full-time 4WD vehicles are equipped with a 'center differential' or electronically controlled coupling between the front and rear wheels to absorb front-to-rear wheel speed differences during cornering and prevent the 'tight-corner braking phenomenon'.

試験しけんによく出でるポイントと覚おぼえ方かた

Common Exam Points and How to Remember Them

動力どうりょく伝達でんたつ装置そうちの2号ごう学科がっか試験しけんでは、トルク・コンバータ、電子でんし制御せいぎょAT、スチール・ベルト式しきCVT、およびLSDの4テーマから毎年まいとし出題しゅつだいされている。

In the powertrain section of the Type 2 written exam, questions appear every year from four themes: Torque Converter, Electronically Controlled AT, Steel-Belt CVT, and LSD.

トルク・コンバータは「トルク比ひ＝タービン÷ポンプ」「速度比そくどひ0（タービン停止ていし）でトルク比ひは最大さいだい」「トルク比ひ1.0＝クラッチ・ポイント」「それより低速ていそく＝コンバータ領域りょういき、高速こうそく＝カップリング領域りょういき」の4点てんセットを確実かくじつに覚おぼえよう。

For the torque converter, firmly memorize the 4-point set: 'Torque ratio = Turbine ÷ Pump', 'Torque ratio is maximum at speed ratio 0 (turbine stopped)', 'Torque ratio 1.0 = Clutch point', 'Below clutch point = Converter range, above = Coupling range'.

AT・CVTでは、「多板たばんクラッチのディッシュ・プレート＝締結ていけつショック緩和かんわ」「スチール・ベルト式しきCVT＝エレメントの押おし出だし作用さようで伝達でんたつ（引ひっ張ぱりは誤あやまり）」「プライマリ油圧ゆあつ＝変速比へんそくひ、セカンダリ油圧ゆあつ＝ベルト張力ちょうりょく」が最頻出さいひんしゅつポイントである。

For AT and CVT, the most frequent points are: 'Multi-plate clutch dish plate = cushions engagement shock', 'Steel-belt CVT = transmits power by pushing action of elements (pulling is false)', 'Primary hydraulic pressure = gear ratio, Secondary hydraulic pressure = belt tension'.

LSDでは、「ビスカス式しき＝高粘度こうねんどシリコン・オイル封入ふうにゅうで、回転かいてん速度差そくどさが大おおきいほどビスカス・トルクも大おおきい」「ヘリカル式しき＝歯先はさきとケース内壁ないへきの摩擦まさつおよびスラスト摩擦まさつを利用りよう」と整理せいりしておこう。

For LSDs, keep clear: 'Viscous type = filled with high-viscosity silicone oil, larger speed difference produces larger viscous torque', 'Helical type = uses friction between tooth tips and case inner wall plus thrust friction'.