流体カップリング

流体継手の重要な特性の一つに、失速速度があります。失速速度とは、出力タービンがロックされ、最大入力トルク（失速速度におけるトルク）が加えられたときに、ポンプが回転できる最高速度のことです。失速状態では、その速度におけるエンジンの全出力が流体継手で熱として消費され、損傷につながる可能性があります。

単純な流体継手の改良版として、ステップ回路継手があり、これはかつてフルイドライブ・エンジニアリング社によって「STC継手」として製造されていた。

STCカップリングにはリザーバーが内蔵されており、出力軸が停止すると、オイルの一部（すべてではない）がそこに流れ込みます。これにより入力軸にかかる「抵抗」が軽減され、アイドリング時の燃料消費量が削減されるとともに、車両の「クリープ現象」も抑制されます。

出力軸が回転し始めると、遠心力によってオイルがリザーバーから押し出され、カップリングの本体に戻るため、正常な動力伝達が回復する。^{[ 6 ]}

流体カップリングは、入力角速度と出力角速度が同じ場合、出力トルクを発生させることができません。^{[ 7 ]}したがって、流体カップリングは100パーセントの動力伝達効率を達成することはできません。負荷がかかった流体カップリングでは必ず滑りが発生するため、流体摩擦と乱流によって常にいくらかの動力が失われ、熱として散逸します。他の流体動力装置と同様に、その効率はレイノルズ数で測定されるように、スケールが大きくなるにつれて徐々に増加する傾向があります。

流体継手は運動学的に作動するため、低粘度の流体が好まれます。^{[ 7 ]}一般的には、マルチグレードのエンジンオイルまたはオートマチックトランスミッションフルードが使用されます。流体の密度が増加すると、所定の入力速度で伝達できるトルクの量が増加します。 ^{[ 8 ]}ただし、油圧流体は、他の流体と同様に、温度変化によって粘度が変化します。これにより、伝達性能が変化するため、望ましくない性能/効率の変化を最小限に抑える必要がある場合は、高粘度指数のエンジンオイルまたはオートマチックトランスミッションフルードを使用する必要があります。

流体継手は、流体ブレーキとしても機能し、摩擦力（粘性摩擦と流体／容器摩擦の両方）によって回転エネルギーを熱として散逸させます。流体継手がブレーキとして使用されるときは、リターダーとも呼ばれます。^{[ 5 ]}

流体継手が正しく作動するためには、適切な量の流体が充填されている必要があります。流体が不足していると、継手は本来のトルクを十分に伝達できず、また流体量が限られているため過熱しやすく、シールが損傷する恐れがあります。

カップリングが、通常はインペラと接触しない十分な流体リザーバーを設けることによって、液面が低い状態でも安全に動作するように意図的に設計されている場合、その液面レベルを制御することで、伝達できるトルクを制御したり、場合によっては負荷の速度を制御したりすることができる。^{[ b ]}

充填レベルの制御は、「スクープ」と呼ばれる非回転パイプで行います。このパイプは中央の固定ハブを通して回転カップリングに接続されています。スクープを回転させたり伸ばしたりすることで、カップリングから作動油をすくい上げ、カップリング外部の貯蔵タンクに戻します。必要に応じて作動油をカップリングにポンプで送り返すこともできますし、重力供給方式を採用している設計もあります。この場合、カップリングの回転によって作動油がスクープの力で持ち上げられ、貯蔵タンクに送り込まれます。

スクープ制御は、非常に大きなトルクの伝達を容易に管理し、無段階制御するために使用できます。 1950年代のイギリスの実験的なディーゼル鉄道機関車であるフェルディーゼル機関車は、4つのエンジンと4つの連結器を使用し、それぞれ独立したスクープ制御で各エンジンを順番に接続しました。これは、可変速ドライブを提供するためによく使用されます。^{[ 9 ] [ 10 ]}

流体継手は、回転動力を伴う多くの産業用途で使用されており、^{[ 11 ] [ 12 ]}特に高慣性始動や一定の周期的負荷を伴う機械駆動で使用されています。

流体継手は、動力伝達システムの一部として一部のディーゼル機関車に搭載されている。Self -Changing Gears社は英国国鉄向けに半自動変速機を製造し、Voith社は流体継手とトルクコンバーターを様々な組み合わせで組み込んだディーゼル多目的車両用のターボ変速機を製造している。

流体継手は、初期の様々な半自動変速機や自動変速機に使用されていました。1940年代後半以降、自動車用途では流体継手は油圧式トルクコンバーターに取って代わられました。

自動車用途では、ポンプは通常エンジンのフライホイールに接続されます。実際、カップリングの筐体はフライホイール本体の一部となっている場合もあり、エンジンのクランクシャフトによって回転します。タービンはトランスミッションの入力シャフトに接続されます。トランスミッションがギアに入っている間、エンジンの回転数が上昇すると、流体の動きによってエンジンから入力シャフトにトルクが伝達され、車両が推進されます。この点において、流体カップリングの挙動は、マニュアルトランスミッションを駆動する機械式クラッチの挙動と非常によく似ています。

トルクコンバーターとは異なり、流体フライホイールは、ダイムラー車においてウィルソン式プリセレクターギアボックスと組み合わせて使用​​されたことで最もよく知られています。ダイムラーは、1958年のマジェスティックでオートマチックギアボックスに切り替えるまで、高級車全車種にこの方式を採用していました。ダイムラーとアルビスは、軍用車両や装甲車でも知られており、それらの車両の一部にもプリセレクターギアボックスと流体フライホイールの組み合わせが使用されていました。

航空用途における流体継手の最も顕著な使用例は、DB 601、DB 603、DB 605エンジンで、遠心圧縮機用の気圧制御油圧クラッチとして使用されました。また、ライト ターボコンパウンド往復動エンジンでは、3 つの動力回収タービンがエンジンの排気ガスから約 20 パーセントのエネルギー、つまり約500 馬力 (370 kW)を抽出し、3 つの流体継手とギアを使用して、低トルク高速のタービン回転をプロペラを駆動するための低速高トルク出力に変換しました。