CN101044343A - 具有一组液压泵的无级变速器 - Google Patents

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Abstract

用于将发动机(E)的驱动力传送到待驱动负载(L)的无级变速器(1)，其设置有一组液压泵(PM、PE)，用于实现至少为在传动比范围内的变速器(1)的致动以及为变速器(1)的诸如耦合装置(C)等至少一个辅助液压用户(U1、U2)的致动提供加压的液压介质，其中该组液压泵(PM、PE)包括：机械驱动泵(PM)，其可由所述发动机(E)驱动并且能够将液压介质从液压介质的储存室(10)提供到变速器(1)的主液压线路(11)；以及电驱动泵(PE)，其可由独立于所述发动机(E)的电动机驱动并且与机械驱动泵(PM)串联，即该电驱动泵(PE)能够从主液压线路(11)抽取液压介质。

Description

具有一组液压泵的无级变速器
本发明涉及如下面的权利要求1的前序部分中所限定的无级变速器。
这种无级变速器是广泛公知的，如申请人在专利公开文本EP-A-0764799中所述。公知的无级变速器可以是几种公知类型中的一种，其通过适当的致动提供传动比，其中可以将该传动比控制为所述变速器覆盖的传动比范围内的任意值。该变速器的这种致动通常需要较高压力水平的较大液压介质流。虽然在公知的变速器中，实现和控制这种高压水平本身没有特别大的困难，但是特别的是变速器的动态操作，即改变其传动比所需的大的液压介质流对变速器的液压系统的布置和/或元件造成了相当大的压力。在变速器的液压泵由机械驱动，即直接由发动机驱动时，更能感受到这种压力。
因此，在上述欧洲专利公开文本中，提出了通过提供不仅具有机械驱动泵而且还具有电驱动泵的变速器来减轻这种压力，其中该电驱动泵例如由电动机驱动，该电动机由应用该变速器的车辆中的电池提供电能，其中后一种泵在需要时投入运行。在所述公开文本中，该电驱动泵与机械驱动泵并联设置和运行，由此机械驱动泵提供基本的被加压的液压介质流，其足以使整个变速器稳态运行，即保持恒定传动比并且向至少一个辅助用户提供充足的加压的液压介质供应，并且由此电驱动泵提供辅助的被加压的液压介质流，其是变速器在它的所述动态操作期间额外需要的。
虽然这种公知结构运行良好，但是它也显示出几个缺陷，这些缺陷阻碍了其作为一般应用原理的广泛应用。其最大的缺陷是：在包括一个或多个机械驱动泵的更加常规的变速器中，该结构表现出较小的效率增益，同时加入电驱动泵的追加成本和困难是相当大的。而且，在可用类型的电驱动泵的特殊应用中，已经发现这些泵会显著增加变速器在运行期间所产生的噪声水平，这是不期望的。
因此，本发明的目的是提供对公知无级变速器的改进，其中所述缺陷在机械驱动泵和电驱动泵的十分有效的组合约束内至少被减轻。
根据本发明，当将权利要求1的特征部分中的特征应用到从所述权利要求的前序部分所获知的无级变速器时，可以实现本发明的目的。
在这种变速器中，并入的电驱动泵与机械驱动泵串联，而不是并联。因此，令人惊讶的是，并且尽管需要电驱动泵的越来越多(虽然不是必须的)的连续操作，即不仅在变速器的所述动态运行期间，而且还在其基本上稳态运行期间，但还是由于多种原因实现了有利的液压结构。首先，将已经由所述机械驱动泵加压至特定水平的液压介质提供给电驱动泵，即电驱动泵抽取已经由所述机械驱动泵加压至特定水平的液压介质。其中，具有的有利效果是压差，即泵的入口侧和出口侧之间的压差对于两个泵来讲都减小了。此外，仅变速器运行期间所产生的整个液压介质流中的一部分被电驱动泵加压至该系统中的最大压力水平，即变速器的致动所需的压力水平。并且，可以将该流量部分连续并精确地调节到电驱动泵的适当激励实际上所需的水平。机械驱动泵只将整个液压介质流中的其它部分加压至相对较低的力水平，该压力水平是辅助用户所需要的。由此，实现了泵运效率的提高以及噪声水平的降低。
在许多情况下，这种降噪效果得到了下述特征的支持，即在负载最重的电驱动泵上，尽管没有完全消除出现的气穴现象，但是其也显著减少，其中气穴现象是指在泵的入口侧处形成并随后破裂的气泡。同样，为了抽吸大的液压介质流，可以对机械驱动泵的设计完全优化，并且最终，在液压系统的大多数公知布置中，可以省略一个调压阀。
作为上述优点的说明，应该注意的是，通常应用的辅助用户所需的典型压力水平可以达到大约10巴(bar)，而用于变速器的致动所需的典型压力水平可以达到60巴，或者有时甚至达到80巴。进一步值得注意的是，辅助液压用户可以包括：变速器的离合器或耦合装置，其用于选择性地将发动机连接到负载；润滑装置，其用于旋转传动部件的润滑；以及所谓的电磁阀，其用于变速器的其他阀门的受控激励。
现在将根据附图进一步阐述本发明，其中：
图1是现有技术的将被改进的无级变速器的示意性表示；
图2示出根据本发明的新颖变速器的基本液压结构；
图3到图5示出根据本发明的基本液压结构在第一原理范围内的不同实施例；
图6到图8示出根据本发明的基本结构在第二原理范围内的不同实施例。
在附图中，根据具体情况，相同的附图标记涉及相应的技术功能或结构。粗线表示液压线路，即液压介质的通路，而虚线表示用于控制的压力控制线路，即各种液压阀的推压。
图1示意性示出无级变速器1，其包括用于实现和改变变速器1的输入轴2和输出轴3之间的物理传动比的机械系统TM，以及用于变速器1操作的液压系统TH，该变速器1的操作包括所述机械系统TM的致动和变速器1的任何辅助液压用户U1、U2的控制，该辅助液压用户U1、U2例如是耦合装置，润滑装置和/或某些情况下的电磁阀。变速器1可以结合在例如机动车辆中的发动机E和负载L之间，用于在连续的可能传动比范围内，改变发动机E和负载L之间的速度传动比和转矩传动比。
在该特定的示例性实例中，公知变速器1的机械系统TM包括缠绕在两个皮带轮5和6四周的循环柔性传送带4，由此每个皮带轮分别连接到变速器1的输入轴2和输出轴或副轴3。该传送带4通过夹紧力与相应的皮带轮5、6的皮带轮盘接合，其中施加在与各自皮带轮5、6相关的活塞汽缸组件的压力室7或8中的液压产生该夹紧力，即该夹紧力或者由施加在与连接到输入轴2的皮带轮5相关的所谓一次侧压力室7中的液压产生，或者由施加在与连接到输入轴3的皮带轮6相关的所谓的二次侧压力室8中的液压产生。
公知变速器1的液压系统TH包括机械驱动主泵PM以及电驱动辅助泵PE，其中可以根据需要激励后一个泵PE并且可以将其激励到一个可变的程度，特别是在变速器1的机械系统TM的动态运行期间。另一方面，发动机E直接并连续地驱动机械驱动泵PM，由此所提供的介质的流量取决于发动机的速度。两个泵PM、PE并联排列，并且能够向第一或主液压线路11提供经加压的液压介质流，由此从变速器1的液压介质的储存室10抽取该介质。在该主线路11和电驱动泵PE之间设置单向阀17，以防止当泵PE不工作时，介质通过该泵PE泄漏而造成损耗。
通过线路调压阀12将主线路11中的液压PLINE调整至二次侧压力室8中所需的水平，将该压力水平称为二次侧压力PSEC。这里，线路调压阀12通常设置有公知的阀门推压装置12a、12b和12c，它们是压力反馈线路12a、机械弹簧12b和控制压力线路12c，并且其用于允许液压介质从主线路11可控地流入辅助液压线路15，即允许将机械驱动泵PM以及可能也是电驱动泵PE供应的过剩流量排放掉。另一个液压线路13从主线路11经由流量调节阀14分叉，其中流量调节阀14用于将另一个线路13中的压力设定为一次侧压力室7所需的水平，将该压力水平称为一次侧压力PPRI。这里，流量调节阀14通常设置有公知的阀门推压装置14a和14b，它们是压力控制线路14a和机械弹簧14b，并且该流量调节阀14用于主线路11和另一线路13之间的液压介质的可控流动，以提高一次侧压力PPRI，或者主要用于另一线路13和储存室10之间的液压介质的可控流动，以降低一次侧压力PPRI。在该系统中，通常借助于电磁操作的附加阀，通过确定所述压力控制线路12a和14a中的控制压力水平，主动地将线路压力PLINE或二次侧压力PSEC以及一次侧压力PPRI控制到期望的水平。
公知的液压系统TH进一步包括第二或辅助调压阀16，其用于将辅助液压线路15中的压力水平设定为所谓的辅助压力PAUX，其中该辅助压力PAUX是变速器1的辅助液压用户U1、U2的致动所需要的，该辅助液压用户例如是：离合器或耦合装置，其通常包括在变速器1中，用于选择性地将发动机E连接到负载，例如使发动机E空闲；润滑装置，其用于诸如驱动传送带4等旋转传动部件的润滑；以及至少在某些情况下的上述电磁操作阀，其用于其他阀门的受控激励，例如变速器1的上述阀门12、14、16。然而，通常从液压系统THf的高(较高)压部分向这些电磁阀提供液压介质。
辅助压力PAUX可以具有恒定值，使得辅助调压阀16的阀门推压装置仅需包括压力反馈线路16a和机械弹簧16b。辅助液压线路15从主线路11接收的任何多余流量都通过辅助调压阀16排放，并且在该式例中，将多余流量直接注入储存室10中。
特别在动态情况期间，其中改变上述压力室7和8的容积来实现传动比的变化，大流量的液压介质是变速器1的运行所需的，该流量由泵PM、PE提供。这种公知液压系统TH的不利特征在于泵供给的所有液压介质流都被升至最高的系统压力，即线路压力PLINE，在液压系统TH的这种特殊结构中，该线路压力PLINE对应于二次侧压力PSEC。而且，由机械驱动泵PM供给流量中的相当大的部分用于辅助用户U1、U2的致动，其中辅助用户典型地运行在比变速器1的致动所需的压力水平低很多的压力水平(即辅助压力PAUX)上。这样，当将所述流量的后一部分从线路压力PLINE降压至辅助压力PAUX时，就浪费了大量的机械泵功率。
图2示意性示出根据本发明的新颖液压系统TH的基本结构，原则上，其可以有利地与任意公知类型的机械无级变速器系统TM结合使用。同时，如参照图3-10的进一步说明，原则上与液压系统TH的致动电路部分20的特殊布置无关，都可以使用根据本发明的结构。
图2示出串联设置的电驱动泵PE，更特别地，该电驱动泵PE与机械驱动泵PM的下游串联，由此该电驱动泵PE从主线路11抽取液压介质，并将其提供至液压致动电路20以使变速器1致动。和电驱动泵PE一样，变速器1的辅助液压用户U1，U2也连接到主线路11，并从中抽取用于那些辅助液压用户U1、U2的致动的液压介质。在该液压系统TH的新颖基本结构中，可以将液压致动电路20看作是另一辅助用户，相当于用户U3。
通过在主线路11和液压致动电路20之间设置电驱动泵PE，现在可以由辅助调压阀16将主线路11中的压力水平保持在相对较低的辅助压力PAUX，在该结构中，该辅助压力PAUX被设定在由各个阀门推压装置16a和16b所确定的恒定水平上。由此，可以根据实际的，例如测量的线路压力PLINE和变速器的机械系统部分TM的适当激励所需的瞬时线路压力水平来控制电驱动泵PE的激励，以便优选地使它们之间的差值最小，但是至少将实际的线路压力PLINE设定为等于或高于瞬时所需的压力水平。根据本发明的变速器的液压系统TH的基本结构具有上面提出的优势。
图3-5示出了根据本发明的基本液压结构的第一原理所设计的不同实施例，其中这些不同的实施例都基于图1所示液压系统TH的公知布置，在该设计中，线路压力PLINE用作二次侧压力PSEC，并且随后从二次侧压力PSEC推导出一次侧压力PPRI。为此目的，在图3-5的实施例中，液压致动电路20包括：第一液压线路21，其由电驱动泵PE提供具有线路压力PLINE的液压介质；以及第二液压线路22，其经由流量调节阀23从第一线路21分叉，流量调节阀23与上述公知的流量调节阀14的结构和操作类似，并且其用于将第二线路22的压力设定为一次侧压力PPRI水平。
通常，液压系统TH的布置进一步需要线路压力PLINE可以根据要求在可能值的优选范围内上升和/或下降，这在液压系统TH的公知布置中通过所述的线路调压阀12实现。在图3的实施例中，选择类似的液压布置，然而，其中线路压力PLINE可以通过电驱动泵PE的所述受控激励来升高，并且线路压力PLINE可以通过线路调压阀24来降低，该线路调压阀24与上述公知的线路调压阀12的结构和操作类似。在该实例中，线路调压阀24允许液压介质从第一线路21受控地流回主线路11，由此可以将线路压力PLINE降低至辅助压力PAUX的水平。
当然，通过将线路调压阀24直接连接到附图中用点线18所指示的存储室10，还可以得到线路压力PLINE更低的最小水平。与图1所示的公知布置相比，液压系统TH的后一种布置的另一主要优点是一次侧和二次侧压力PPRI、PSEC可以被控制至低于辅助压力PAUX的水平。由此，即使还在特别的运行条件下，例如当不传送发动机功率或者只传送很小的发动机功率时，可以进一步提高变速器1的效率。
或者，如图4的实施例所示，可以省略线路调压阀24，由此通过本身应用可逆型泵的电驱动泵PE(即，电驱动可逆泵PEREV)的所述受控激励来降低线路压力PLINE，该电驱动可逆泵PEREV既能够主动地又能够至少被动地从主线路11抽取液压介质并将其提供给液压致动电路20，但是优选主动并且可控地使液压介质能够从液压致动电路20流回主线路11。
最后，图5示出了根据本发明的基本液压结构的第一原理所设计的第三实施例，其说明至少在电驱动泵PE停止时，线路压力PLINE可以降低，除此之外，通过从液压致动电路20并入相对较小并且优选适当限定的泄漏25(例如依靠所谓的限流装置25)来使液压介质能够流入储存室10，也可以降低线路压力PLINE。当然，与可逆泵装置PEREV并且甚至与线路调压阀装置24相比，这种布置构成了比较便宜的装置25。
图6-8示出了根据本发明的基本液压结构的第二原理所设计的不同实施例，该设计基于从EP-A-0210663所获知的液压电路TH的布置。在该设计中，将线路压力PLINE实现为液压致动电路20中的单独压力水平，并其随后从中推导出一次侧压力PPRI和二次侧压力PSEC。为此目的，该液压致动电路20包括第一液压线路21，其被提供了由电驱动泵PE的适当激励产生和控制的具有线路压力PLINE水平的液压介质。相应地，同样在该原理设计中，与公知的布置相比，可以省略调压阀，即线路调压阀。
根据本发明的液压致动电路20还包括从第一线路21分别经由各自的流量调节阀23和27分支的第二液压线路22和第三液压线路26，其中流量调节阀23与27可以在结构和操作上类似于上述公知的流量调节阀14，并且分别用于将第二线路22中的压力水平设定为期望的一次侧压力PPRI，以及将第三线路26中的压力水平设定为期望的二次侧压力PSEC水平。
在图7中，示出了液压系统TH的图6布置的改进，在该布置中，如果电驱动泵PE在液压致动电路20中不能产生期望的线路压力PLINE和期望的流量，则辅助压力水平PAUX可以暂时上升到更高水平。这种改进的优势在于电驱动泵PE可以具有更小的流量和/或压力容量，并由此其可以更加便宜且可能更加有效，由此至少在关键的运行条件下，机械驱动泵PM至少可以暂时升高辅助压力水平PAUX，从而辅助电驱动泵PE。
根据本发明，这些特征可以通过提供辅助调压阀16的阀门推压装置来实现，其中该阀门推压装置不仅具有压力反馈线路16a和机械弹簧16b，而且还具有允许控制压力PSOL作用在辅助调压阀16的控制压力线路16c，以便主动将辅助压力PAUX控制到期望的水平。可选地，或者另外，上述特征还可以由被动控制辅助压力PAUX来实现，其中通过允许液压致动电路20中的压力水平和与该压力水平相关的控制压力分别但是以彼此相反的方式影响辅助调压阀16来被动控制辅助压力PAUX。该后一特征的实例是图7所示的压力反馈线路16d和控制压力线路16c，其中，压力反馈线路16d允许液压致动电路20中的二次侧压力PSEC作用在辅助调压阀16，并且在该情况下，控制压力线路16c允许控制压力PSOL也作用在辅助调压阀16，其中该控制压力PSOL对应于与二次侧压力PSEC相关的控制压力PSOL-SEC，且控制压力PSOL-SEC在二次侧压力流量调节阀27的压力控制线路27c中占优。在与二次侧压力PSEC相关的控制压力PSOL-SEL的变化和二次侧压力PSEC本身的相应变化之间出现滞后是正常的，该滞后附加并且暂时地对该布置中的辅助调压阀16推压。当然，辅助调压阀16的这些阀门推压装置16c、16d应当如此布置，使得由此当期望二次侧压力PSEC增大时，增大该辅助压力PAUX。
当然应当注意的是，这些原理方案可以应用于任何一个根据本发明的基本液压结构的特殊设计中。
在图8中，示出了图6的布置的可选改进，以用于实现辅助压力PAUX的适当被动控制。在该布置中，除了压力反馈线路16a和机械弹簧16b之外，根据液压致动电路20中的一次侧和二次侧压力PPRI，PSEC两个中最高的一个与线路压力PLINE之间的差值，还对辅助调压阀16的阀门推压装置进行被动控制，从而影响辅助调压阀16，其可以由图8中所示的压力反馈线路16e和16f以及切换阀16g作为实例。

Claims (8)

1、无级变速器(1)，其用于将发动机(E)的驱动力传送到待驱动的负载(L)，该无级变速器(1)设置有一组液压泵(PM、PE)，用于实现至少为在传动比范围内的所述变速器(1)的致动以及为所述变速器(1)的诸如耦合装置(C)等至少一个辅助液压用户(U1、U2)的致动提供加压的液压介质，其中该组液压泵(PM、PE)包括可由所述发动机(E)驱动的机械驱动泵(PM)以及可由独立于所述发动机(E)的电动机驱动的电驱动泵(PE)，由此所述机械驱动泵(PM)能够将液压介质从液压介质的储存室(10)提供到所述变速器(1)的主液压线路(11)，其特征在于所述电驱动泵(PE)与所述机械驱动泵(PM)串联，即所述电驱动泵(PE)能够从所述主液压线路(11)抽取液压介质，并且将所述液压介质提供到所述变速器(1)的用于其致动的液压致动电路(20)。
2、根据前述权利要求所述的变速器(1)，其特征在于从所述主液压线路(11)向所述辅助液压用户(U1、U2)提供液压介质以用于其致动。
3、根据权利要求1或2所述的变速器(1)，其特征在于设置辅助调压阀(16)，以用于将所述主液压线路(11)中的压力调节为期望的辅助压力(PAUX)。
4、根据前述权利要求所述的变速器(1)，其特征在于根据作用在所述辅助调压阀(16)上的控制压力(PSOL)来设定所述辅助压力(PAUX)。
5、根据权利要求3或4所述的变速器(1)，其特征在于根据所述液压致动电路(20)中作用在所述辅助调压阀(16)上的液压(PLINE；PSEC；PPRI)来设定所述辅助压力(PAUX)。
6、根据前述权利要求中任一项所述的变速器(1)，其特征在于通过影响提供到所述泵(PE)的所述电动机的电能，并根据所述液压致动电路(20)中的液压(PLINE；PSEC；PPRI)，特别是其中占优的最高液压水平，来控制由电驱动泵(PE)提供到所述液压致动电路(20)的介质量。
7、根据前述权利要求中任一项所述的变速器(1)，其特征在于所述液压致动电路(20)包括至少两个压力室(7、8)，每个压力室与所述变速器(1)中相应的皮带轮(5、6)相关，并且驱动传送带(4)缠绕在所述皮带轮(5、6)四周；以及包括装置(PE，21-27)，其用于独立控制各自在所述至少两个压力室(7、8)中占优的液压(PSEC；PPRI)。
8、根据前述权利要求中任一项所述的变速器(1)，其特征在于所述电驱动泵(PE)是可逆的。
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