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CN104903622A - 用于设有内燃机的车辆传动系的液压致动无级变速器 - Google Patents

用于设有内燃机的车辆传动系的液压致动无级变速器 Download PDF

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Abstract

液压致动的无级变速器(1)设置有液压系统(TH)，用于控制由变速器(1)可传递的扭矩以及由变速器(1)提供的速度比。液压系统(TH)设置有机械驱动液压泵(PM)和电驱动液压泵(PE)，用于变速器的致动的液压介质的加压流动。电驱动泵(PE)可切换为位于机械驱动泵(PM)下游或与机械驱动泵(PM)并联。

Description

用于设有内燃机的车辆传动系的液压致动无级变速器
技术领域
本发明涉及一种如下述权利要求1的前述部分所限定的无级变速器。
背景技术
这样的无级变速器被公知，并且例如在以申请人名义的国际公布WO-A-2006/016797中被描述。作为多种已知类型之一的一种已知无级变速器提供这样的速度比：该速度比通过变速器适当的致动被控制为变速器所覆盖的速度比范围内的任意值。除了这样的速度比控制以外，变速器的致动进一步包括变速器的可传递扭矩的控制。通常而言，这样的传动比和扭矩的控制需要相对较高压力水平处的流量相对较大的液压流体。尽管这样的高压水平在已知的变速器中可无特别困难地被实现和控制，但是特别地在于正是变速器的动态操作所需的、即用于改变它的速度比所需的这样的高压力水平下的大流量流体向变速器的液压系统的布局结构和/或部件施加显著的压力。这样的压力在变速器的液压泵由机械驱动、即直接由应用变速器的车辆传动系的内燃机驱动的场合中被更明显地感测到。
由此在上述提及的国际公布中，建议通过使变速器不仅设置机械驱动泵还设置电驱动泵、例如由设置变速器的车辆的电池或发电机/交流发电机提供电力的电机所驱动的电驱动泵来缓解这样的压力，其中，后一种泵、即电驱动泵设置在机械驱动泵的下游，也即，电驱动泵由机械驱动泵供应流体。在这种已知的结构中，所谓的变速器的辅助液压功能、如离合器的增压和移动部件的润滑由机械驱动泵供应流体，而变速器的主液压功能、即所述的传动比控制和扭矩控制还通过电驱动泵供应流体。这种已知结构被发现可以向无级变速器提供能量效率相对优越并且安静的电子液压控制系统。
当已知的变速器应用在车辆传动系中时，会遇到这样的限制：电驱动泵不得不一直运行并且此外还要不得不具备提供变速器的主液压功能所需的全部流体流量的功能。根据本发明，已知的变速器可通过在其中加入根据下述权利要求1的特征部分的手段而得以显著的改进。通过这样的手段，也即通过能够使电驱动泵选择性切换为位于机械驱动泵下游或与机械驱动泵并联，变速器的功能和整体效率相对于WO-A-2006/016797的已知的变速器得以提高。更具体而言，根据本发明的变速器在已知的变速器所提供的两种已知液压模式基础上增加另外两种液压模式。
发明内容
首先，根据本发明的变速器提出：通过使电驱动泵与机械驱动泵切换为并联而使得机械驱动泵支持电驱动泵，从而提供变速器的主液压功能所需的流体流量。相反地，在已知的变速器中，这样的主液压功能所需的流体的总流量流过电驱动泵、也即由电驱动泵泵送。这意味着电驱动泵的规格(例如它的驱动电机、冲程容积、泵送速度等方面)由主液压功能在变速器的动态操作期间的基本流量和压力要求所决定。通过得以将机械驱动泵切换为与电驱动泵并联，至少在变速器的这样的“动态操作”液压模式期间，电驱动泵的所需的所述规格减小，并且由此变速器的总成本得以减少。
其次，根据本发明的变速器提出：如果电驱动泵故障，车辆可被继续使用或操作。电驱动泵的这样的故障可例如发生在难以获取足够的电力用于电驱动泵的要求操作的情况下。在变速器的这样的“电动泵故障”液压模式中，电驱动泵再一次切换为与机械驱动泵并联由此使得机械驱动泵提供变速器的所述主液压功能所需的液压流体。
并且，德国专利申请DE-A-4134268描述了一种具有电子液压控制系统的无级变速器，当发动机停止时，该电子液压控制系统能够致动变速器。然而，这种变速器系统既没有根据本发明的变速器的能力也没有根据本发明的变速器的优点。例如，这种已知的变速器系统缺乏使下游的电驱动泵与机械驱动泵串联的高能量效率选择。
在本发明的进一步发展中，单向阀或止回阀设置在机械驱动泵和/或电驱动泵的排出口或出口以有利地防止这样的情况出现：当相应的泵没有在操作时，没有流体朝着这样的泵的吸入口或进口泄漏，也即漏回到流体贮存器。
在本发明的另一进一步的发展中，机械驱动泵设置为可变流量泵，该可变流量泵产生可在零和取决于驱动该泵的发动机的速度的一最大值之间变化的流体流量。以这种方式，适应性和响应性非常好的液压系统被获得，该液压系统不仅能够在四种不同的液压模式下操作，并且在这样的四种液压模式的每一种中，由当时操作的一个或多个泵产生的流体流量可适应于变速器的流体流量要求。
附图说明
本发明现在将进一步参考附图予以阐述。所述附图为：
图1为现有技术中受改进的无级变速器的示意图，并且
图2为根据本发明的变速器的液压结构的视图。
具体实施方式
在各图中，相同的标记视情况涉及相应的技术功能或技术结构。粗线表示液压管线、即液压流体的通道，而破折线表示用于各种液压阀的控制、即偏置的压力控制管线。
图1示意性地示出已知的无级变速器1，该无级变速器1包括用于实现和改变变速器1的输入轴2和输出轴3之间的速度比的机械系统TM、以及用于变速器1的操作和控制的液压系统TH。液压系统TH布置用于所述机械系统TM的致动并且用于变速器1的所有辅助液压使用部件U1、U2、如离合器增压和移动部件的润滑的控制。变速器1可设置在内燃机IC和载荷L之间、例如设置在电机车辆传动系中，用于在可能速度比的连续范围内改变发动机IC和载荷L之间的速度比。
在这一具体示例中，已知的变速器1的机械系统TM包括绕着两个带轮5和6缠绕的环形柔性带4，每个带轮连接至变速器1的输入轴2或者输出轴或次轴3。带4通过与相应带轮5、6关联的活塞-缸组件的相应的压力腔7、8中的液压压力、也即与连接至输入轴2的带轮5关联的所谓的主压力腔7或者与连接至输出轴3的带轮6关联的所谓的次压力腔8中的液压压力所产生的夹持力与相应带轮5、6的带轮盘摩擦接合。
已知的变速器1的液压系统TH包括机械驱动主泵PM和电驱动辅助泵PE，其中电驱动辅助泵PE可根据要求并且以可变程度启动、特别是在变速器1的机械系统TM的动态操作期间启动。在另一方面，机械驱动泵PM由发动机IC直接且连续地驱动，由此机械驱动泵PM所供应的流体的流量决定于发动机IC的驱动轴的旋转速度。
机械驱动泵PM通过它的进口或吸入口从液压流体的贮存器10抽取流体。该流体通过泵PM的出口或排出口供应至液压系统TH的分配管线11。电驱动泵PE设置在机械驱动泵PM的下游，由此使得该电驱动泵PE通过它的进口39从分配管线11抽取流体并且将流体供应至液压系统TH的主致动管线20，所述主致动管线20用于控制变速器1的主压力腔7的主压力Ppri和次压力腔8中的次压力Psec。为此，举例而言，主致动管线20连接至主阀23和次阀27，其中，所述主阀23位于电驱动泵PE和主压力腔7之间用于将主压力Ppri控制至期待的水平，所述次阀27位于电驱动泵PE和次压力腔8之间用于将次压力Psec控制至期待的水平。所述阀23和27均在一般包括相应的阀控制管和弹簧的普遍知晓的阀偏置装置的作用下操作。在此，施加在相应的阀控制管上用于操作相应的阀23、27的阀控制压力通过相应的螺线管操作式附加阀(未示出)予以实现。借助主阀23和次阀27，相应的压力水平Ppri、Psec可在环境压力即流体贮存器10中分布的压力水平、与主致动管线20中分布的主致动压力水平Pact之间控制，其中，主致动压力Pact受到适当操作、即电驱动泵PE的受控操作的影响。替代地，例如为了提高主致动压力Pact的准确性和/或响应性，能够在液压系统TH中包含致动压力调节阀。
变速器1的辅助液压使用部件U1、U2可通过另一压力调节阀33连接至分配管线11，由此使得至少当机械驱动泵PM正在运行并且分配管线11中的压力水平可通过液压系统TH的辅助压力调节阀16保持在辅助压力水平Paux处时，这些辅助液压使用部件U1、U2从分配管线11被供以流体。
在液压系统TH的本示例中还具有的是，由机械驱动泵PM产生的流体流量的任何盈余由辅助压力调节阀16返回至流体贮存器10。然而，还常见的是将所述流量的盈余引导至变速器1的一个或一个以上移动部件用于所述移动部件的润滑和/或冷却。
为了允许即使在机械驱动泵PM停止时使已知的变速器1继续操作——这一情况尤其发生在当车辆发动机IC在传动系的继续操作期间停止时，例如为了在车辆停泊时或在车辆的混合传动系中的电驱动期间节约燃料——液压系统TH还设置有另外的液压管线30，在下文中由供应管线30表示。这一供应管线30在分配管线11和流体贮存器10之间设置并连接分配管线11和流体贮存器10，并且允许电驱动泵PE直接从贮存器10抽取流体，从而当机械驱动泵PM停止时旁通机械驱动泵PM。单向阀或止回阀31设置在供应管线30上，从而当机械驱动泵PM正在运行时、即当机械驱动泵PM正在将流体从贮存器泵送入分配管线11时，防止流体直接从分配管线11流至(流回)贮存器10。
为了已知的变速器1的继续操作，进一步地，另外的压力控制阀33被布置，用于至少当机械驱动泵PM停止时关闭分配管线11和辅助液压使用部件U1、U2之间的(直接)液压连接部，从而防止电驱动泵PE从辅助液压使用部件U1、U2抽取流体。为了在机械驱动泵PM停止时仍向辅助液压使用部件U1、U2供应流体，已知的变速器1的液压系统TH还设置有另外的液压管线34，由管线34表示，该另外的液压管线34在电驱动泵PE的出口40与辅助液压使用部件U1、U2之间设置并连接电驱动泵PE的出口40与辅助液压使用部件U1、U2，并且被切换阀35中断。切换阀35借助包括承载分配管线11中压力的相应的阀控制管35a和弹簧35b的阀偏置装置被布置和操作(“切换”)，从而当分配管线11中的压力水平不能保持在(期待的)辅助压力Paux时，将电驱动泵PE的出口40连接至辅助液压使用部件U1、U2。这一情况例如发生在当机械驱动泵PM停止时。切换阀35由此使得即使在机械驱动泵PM停止时和/或当压力控制阀33关闭时，也使变速器1的辅助液压功能U1、U2可被继续供应液压流体。
根据本发明，上述已知的变速器1可通过在其内应用图2的液压系统TH而得以显著的改进。具体而言，在图2的改进的液压系统TH中，图1的已知的液压系统TH的另外的压力控制阀33和切换阀35、至少是由这两个阀33、35所提供的液压功能已经被在下文中由液压模式切换阀36表示的单个切换阀36替代。根据本发明，液压模式变换阀36布置为在打开主致动管线20和分配管线11之间的(直接)液压连接部37的同时将电驱动泵PE切换为与机械驱动泵PM并联、或者在关闭主致动管线20和分配管线11之间的所述液压连接部37的同时将电驱动泵PE切换为与机械驱动泵PM串联。通过这一特征，也即通过液压系统TH中由此布置的液压模式变换阀36，变速器1可有利地以四种不同的液压模式的一种或一种以上操作。
在第一液压模式中，液压模式变换阀36位于图2示出的位置上，在该位置上，电驱动泵PE切换为与机械驱动泵PM并联并且主致动管线20和分配管线11之间的液压连接部37打开。在这种第一液压模式中，进一步地，所述泵PE、PM均在操作，由此使得电驱动泵PE被机械驱动泵PM支持。这种第一液压模式有利地允许电驱动泵PE和/或机械驱动泵PM相对于现有技术更小，由此使得电驱动泵PE和/或机械驱动泵PM可被更经济地制造和/或操作。这种第一液压模式在所述传动比控制和扭矩控制要求相对较大流量的液压流体时、例如在车辆的紧急停车过程中特别有用并且往往被启动。
在第二液压模式中，液压模式变换阀36同样地处于图2所示的位置上，在该位置上，电驱动泵PE切换为与机械驱动泵PM并联并且主致动管线20和分配管线11之间的液压连接部37打开。然而，在这种第二液压模式中，只有机械驱动泵PM在操作，而电驱动泵PE不操作、例如由于泵系统的电子或机械故障而不操作。在这种第二操作模式中，机械驱动泵PM完全接手电驱动泵PE的功能并且由此有利地提供对电驱动泵PE的支援。单向阀或止回阀41可设置在电驱动泵P的出口40处，从而当泵PE不操作时，有利地防止流体通过这一泵PE从主致动管线20泄漏至流体贮存器10。
在第三液压模式中，液压模式变换阀36同样处于图2示出的位置上，在该位置上，电驱动泵PE切换为与机械驱动泵PM并联并且主致动管线20和分配管线11之间的液压连接部37打开，然而，在这种第三液压模式中，只有电驱动泵PE在操作，而机械驱动泵PM不操作，也即机械驱动泵PM没有被车辆发动机IC驱动。在这种第三操作模式中，电驱动泵PE完全接手机械驱动泵PM的功能并且由此有利地允许车辆发动机IC停止以节约燃料，而变速器1保持工作。作为可选特征，单向阀或止回阀38设置在机械驱动泵PM的排出口或出口处，从而有利地阻止流体通过这样的相应的泵PM从分配管线11泄漏至流体贮存器10。
需要注意的是，在上述描述的根据本发明的变速器1的第一、第二和第三液压模式中，至少在图2示出的第一、第二和第三液压模式的具体实施例中，由于主致动管线20和分配管线11之间的液压连接部37，辅助压力调节阀16通过液压模式变换阀36有效地确定、至少影响主致动压力Pact。由此，为了允许主致动压力Pact被控制至通常高于辅助压力Paux的期待水平的期待水平，辅助压力Paux临时地、也即在所述第一液压模式的启动期间允许超过辅助压力Paux的期待水平，并且更具体地，辅助压力Paux设置为与主致动压力Pact的期待水平相一致。这一具体控制行为可(临时地)利用辅助压力调节阀16将主致动压力Pact控制至其期待水平而予以实现。替代地，可以完全关闭辅助压力调节阀16并且(继续)以上述参考图1描述的正常方式控制主致动压力Pact。在这样的两种实现方式中，辅助压力调节阀16一定为可主动控制，例如将阀16中加入液压阀控制管线16a，如图2示意性所示。
在第四液压模式中，在关闭主致动管线20和分配管线11之间的所述液压连接部37的同时，液压模式变换阀36从图2示出的位置切换为提供电驱动泵PE和机械驱动泵PM之间的所述串联连接的位置。这种第四液压模式提供变速器1的相对较高的能量效率和安静操作，特别是在变速器1的稳定状态操作过程中提供变速器1的相对较高的能量效率和安静操作，所述稳定状态操作过程如任何车辆的常规使用过程的经常发生的那样。
本公开、以及上述说明书整体和各附图的所有细节还涉及和包括所附的那套权利要求的所有特征。权利要求中括号中的附图标记不限定权利要求的范围，而仅仅用作相应特征的不具有约束性的示例。权利要求中的特征可根据情况在给出的产品中或在给出的工艺中单独应用，但是还可以在在给出的产品中或在给出的工艺中应用这些特征中的两个或两个以上的任意组合。
本公开所呈现的发明不局限于本文明确提及的各实施例和/或各示例，并且还涵盖各实施例和/或各示例的修改、改型和实际应用、特别是位于相关领域技术人员所能想到范围内的那些修改、改型和实际应用。

Claims (9)

1.一种无级变速器(1)，用于在发动机(IC)和载荷(L)之间、特别在车辆的传动系中以可变传动比传递驱动动力，所述无级变速器(1)设置有液压系统(TH)，所述液压系统(TH)用于所述液压系统(TH)的至少两个部件中的液压压力的控制，所述至少两个部件的液压压力包括主致动管线(20)中的致动压力(Pact)和分配管线(11)中的辅助压力，所述无级变速器(1)具有第一泵(PM)、第二泵(PE)和切换阀(36)，所述第一泵(PM)为机械驱动、特别被发动机(IC)机械驱动，用于将液压流体从贮存器(10)泵送至分配管线(11)，所述第二泵(PE)为电驱动，用于将液压流体从所述第二泵(PE)的进口(39)泵送至主致动管线(20)，并且所述切换阀(36)在电驱动泵(PE)的进口(39)与分配通道(11)之间或者电驱动泵(PE)的进口(39)与贮存器(10)之间选择性地提供液压连接，其特征在于，所述液压系统(TH)包括连接装置(36)，如果所述电驱动泵(PE)的所述进口(39)连接至所述贮存器(10)，则所述连接装置(36)在主致动管线(11)和分配管线(11)之间形成液压连接部(37)，并且如果所述电驱动泵(PE)的所述进口(39)连接至所述分配管线(11)，则所述连接装置(36)没有形成这样的液压连接部(37)。
2.根据权利要求1所述的无级变速器(1)，其特征在于，所述连接装置(36)与所述切换阀(36)集成。
3.根据权利要求1或2所述的无级变速器(1)，其特征在于，单向阀(38)设置在机械驱动泵(PM)和所述分配管线(11)之间。
4.根据权利要求1、2或3所述的无级变速器(1)，其特征在于，单向阀(41)设置在所述电驱动泵(PE)和所述主致动管线(11)之间。
5.根据前述权利要求之一所述的无级变速器(1)，其特征在于，所述变速器(1)设置驱动带(4)和具有压力腔(7，8)的至少一个可调整带轮(5，6)，所述压力腔(7，8)被供应以流出所述主致动管线(20)的液压流体。
6.根据权利要求5所述的无级变速器(1)，其特征在于，所述变速器(1)设置有诸如离合器或润滑系统的一个或一个以上辅助液压使用部件(U1，U2)，这些另外的液压使用部件(U1；U2)被供应以流出所述分配管线(11)的液压流体。
7.根据前述权利要求之一所述的无级变速器(1)，其特征在于，所述变速器(1)设置压力控制装置，所述压力控制装置用于所述分配管线中的液压压力(Paux)和所述致动管线中的液压压力(Pact)的相互独立的控制。
8.一种根据权利要求7的所述无级变速器(1)的所述分配管线中的液压压力(Paux)和所述致动管线中的液压压力(Pact)的控制的方法，其特征在于，如果所述主致动管线(20)和所述分配管线(11)之间的所述液压连接部(37)由所述切换阀(36)形成，则所述分配管线中的液压压力(Paux)和所述主致动管线中的液压压力(Pact)被控制至相同的水平。
9.根据权利要求8的液压压力(Paux，Pact)的控制的方法，其特征在于，用于所述分配管线中的液压压力(Paux)的控制的所述压力控制装置包括可控辅助压力调节阀(16)，并且，如果所述主致动管线(20)和所述分配管线(11)之间的所述液压连接部(37)由所述切换阀(36)形成，则所述可控辅助压力调节阀(16)关闭。
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