CN101054961B - 静液减速器泵及马达与改进车辆效率的方法 - Google Patents

静液减速器泵及马达与改进车辆效率的方法 Download PDF

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Abstract

本发明的设备包括静液减速器泵及马达。该设备包括可旋转地支撑轴的壳体。该轴包括第一偏心部及第二偏心部。多个活塞布置在所述壳体内，并可与所述第一偏心部接合。多个阀也布置在所述壳体内，并可与所述第二偏心部接合。所述多个阀设置为选择性地将所述多个活塞与所述低压蓄液器或与所述高压蓄液器连接。可以利用轴旋转来驱动所述多个活塞，并由此将液压液从所述低压蓄液器传输至所述高压蓄液器，使得向所述轴施加阻力并使车辆输出减速。或者，可以利用来自所述高压蓄液器的液压液来驱动所述多个活塞，并由此为所述车辆提供动力。

Description

静液减速器泵及马达与改进车辆效率的方法
技术领域
本发明大体涉及一种泵/马达，其被设置为选择性地作为输出减速器或起动马达工作。
背景技术
当以传统方式使车辆停止时，必需通过制动系统来吸收车辆的动能。上述能量吸收会劣化诸如制动衬块等制动系统组件，还会产生必需被耗散掉的热量。此外，通常不会保存上述被吸收的能量以进一步利用，由此浪费了潜在有价值的能源。
发明内容
本发明提供了一种布置在变速器与差速器之间的静液减速器泵及马达设备。该设备包括可旋转地支撑轴的壳体。该轴包括第一偏心部及第二偏心部。多个活塞布置在所述壳体内，并可与所述第一偏心部接合。多个阀也布置在所述壳体内，并可与所述第二偏心部接合。所述多个阀构造为选择性地将所述多个活塞与所述低压蓄液器或与所述高压蓄液器连接。可以利用轴旋转来驱动所述多个活塞，并由此将液压液从所述低压蓄液器传输至所述高压蓄液器，使得向所述轴施加阻力并使车辆输出减速。或者，可以利用来自所述高压蓄液器的液压液来驱动所述多个活塞，并由此为所述车辆提供动力。
壳体可界定有停止通道，通过该停止通道可传输液压液以使所述多个活塞缩回以脱离与所述第一偏心部的接合，并使所述多个阀缩回以脱离与所述第二偏心部的接合，由此向所述轴施加较小的阻力，并改进所述车辆的燃油经济性。
所述壳体可界定有将所述低压蓄液器与所述多个阀耦合的径向内通道以及将所述高压蓄液器与所述多个阀耦合的径向外通道。
所述壳体可界定有将所述多个活塞与所述多个阀耦合的活塞传输通道。
所述多个阀可以是柱形阀。
结合附图，通过对实施本发明的优选模式的详细描述，可以容易地理解本发明的上述特征及优点以及其他特征及优点。
附图说明
图1是根据本发明的车辆的示意性视图；
图2是根据本发明的泵的剖视图；
图3是图2的泵的多个活塞的剖视图；及
图4是图2的泵的多个阀的剖视图。
具体实施方式
参考附图，其中类似的参考标号表示类似的组件，图1示出了根据本发明示意性示出的车辆10。车辆10包括可操作地连接至变速器12的发动机11。变速器12经由变速器输出轴14可操作地连接至差速器16。差速器16耦合至车辆10的车轮18。可通过变速器12、差速器16将来自发动机11的输出传输至车轮18以驱动车辆10。
泵20可操作地连接至变速器12与差速器16之间的变速器输出轴14。泵20优选地是(将在以下详述的)径向活塞泵。泵20可以在可选择以优化车辆10性能的三种模式中的一种工作。
在泵20的第一工作模式期间，泵20起输出减速器的作用。在本发明中，“输出减速器”被定义为适于施加制动转矩并由此使车辆10减速的装置。随着车辆10减速，车轮18通过差速器16传输旋转运动，由此反向驱动变速器输出轴14。利用被反向驱动变速器输出轴14的转动来驱动或激励泵20，泵20被设置为将液压液22从低压蓄液器24传输至高压蓄液器26。低压蓄液器24及高压蓄液器26是本领域技术人员公知的传统装置，因此不会在以下详述。低压蓄液器24优选地以约200pis来存储液压液22，而高压蓄液器26优选地以约5000psi来存储液压液22。
随着泵20被变速器输出轴14的转动驱动以将液压液22从低压蓄液器24传输至高压蓄液器26，泵20还对变速器输出轴14施加阻力，其起减速车辆10作用。因此泵20起输出减速器的作用，由此车辆制动系统(未示出)将承受较少的损耗及热量。此外，被泵20吸收的动能的至少一部分以加压液压液22的形式被保存在高压蓄液器26内。
在泵20的第二工作模式期间，泵20起马达的作用。优选地在车辆10从停止被加速时选择该模式。为了将泵20用作马达，加压液压液22从高压蓄液器26通过泵20被传输进入低压蓄液器24。将在以下详述，对加压液压液22的上述传输驱动了泵20。液压驱动的泵20产生转动变速器输出轴14的转矩。变速器输出轴14的转动通过差速器16被传输至车轮18，由此车辆10被驱动。本发明优选地将泵20用作马达以补充由发动机11提供的动力，由此改进车辆10的燃油经济性。但是，在预定时间段期间使用泵20作为唯一的动力源也是可没想到的。
在泵20的第三工作模式期间，泵20被有效地停止。在车辆10以大致恒定的速度行驶时优选地选择该模式。通过使泵20停止，使施加至变速器输出轴14的阻力最小化，由此减小了旋转损耗。换言之，通过在不需要时使泵20停止，改进了车辆10的效率及燃油经济性。
参考图2，更详细地示出了泵20。泵20包括具有两个装配在一起的部件(即泵体42及盖体44)的泵壳体40。泵体42利用第一轴承组件48及第二轴承组件50来可旋转地支撑轴46。轴46界定了第一端部54及第二端部58。轴46包括第一偏心部60及第二偏心部62，两者相对于轴46的其余部分的转轴64偏移。中心泵腔70径向地界定在轴46与泵体42之间，并轴向地延伸以包括偏心部60及62两者。轴46优选地保持适于与泵体42接合的多个密封件72，由此密封中心泵腔。
第一凸缘52固定至轴46的第一端部54，而第二凸缘56固定至轴46的第二端部58，由此第一凸缘52、轴46及第二凸缘56一起旋转。第一凸缘52可操作地连接至变速器12(如图1所示)，而第二凸缘56可操作地连接至差速器16(如图1所示)。因此，可将来自变速器12的转动通过第一凸缘52、轴46、第二凸缘56及差速器16传输车轮18(如图1所示)以驱动车辆10(如图1所示)。相反，可将来自车轮18的转动通过差速器16、第二凸缘56、轴46及第一凸缘52传输至变速器12。
泵体42界定有多个活塞腔74，每一者都相对于转轴64在径向方向上延伸。活塞腔74以圆形方式大致均匀地间隔开。每个活塞腔74都在其面向偏心部60的端部开口并在相对端以压力密封方式由活塞腔塞76封闭。活塞78布置在各个活塞腔74中，且每个活塞78都在径向方向上可位移。活塞78大致中空，由此界定活塞腔80。活塞弹簧82布置抵靠活塞腔塞76的内侧，且其相对端抵靠中空活塞78的头部84布置。活塞头部84被活塞弹簧82抵压以与偏心部60接合。
泵体42还界定有多个阀腔90，每一者都相对于转轴64在径向方向上延伸。阀腔90以圆形方式大致均匀地间隔开。每个阀腔90都在其面向偏心部62的端部开口并在相对端以压力密封方式由阀腔塞92封闭。阀94被布置在各个阀腔90中，且每个阀94都在径向方向上可位移。阀94优选地为例如授权于Gleasman等人的美国专利号6,095,192中描述的柱形阀，通过引用将该专利文献的内容包含在本说明书中。阀94包括阀弹簧96及阀体98。阀弹簧96抵靠阀腔塞92的内侧，且其相对端部与阀体98接合。阀体98包括由阀弹簧96抵压与偏心部62进行接合的端部100。
盖体44界定了径向内通道104的第一部102，径向内通道与低压蓄液器24及阀94耦合。盖体44还界定有径向外通道108的第一部106，径向外通道与高压蓄液器26及阀94耦合。由泵体42界定径向内通道104的第二部110以及径向外通道108的第二部112。泵体42还界定有互连活塞78及阀94的活塞传输通道114，以及将液压液蓄液器122与中心泵腔70互连的泵停止通道116。
以上已描述了本发明的设备，现将描述其工作。如上所述，泵20可以三种模式中的一种工作。因此，将分别对三种工作模式中的每一者来描述本发明的工作过程。参考图3及图4，图3示出了通过图2的剖面3-3所取的剖视图，图4示出了通过图2的剖面4-4所取的剖视图。
在其中泵20起输出减速器作用的泵20的第一工作模式期间，车辆10(如图1所示)减速，由此由车轮18(如图1所示)反向驱动轴46(如图2所示)。轴46的转动导致偏心部60旋转，由此与活塞78接合使得活塞78被顺序地压缩并释放。类似地，轴46的转动导致偏心部62转动，由此与阀94接合使得阀94被顺序地压缩并释放。根据优选实施例，偏心部60及62偏移约90度。
在图3中，在12点钟位置的顶部活塞78示出为被偏心部60完全压缩，同时在6点钟位置的相对底部活塞78示出为完全伸出。随着各个活塞78从被完全压缩行进至完全伸出，活塞78将液压液22(如图2所示)从低压蓄液器24(如图2所示)经由内通道104(如图2所示)抽吸进入其活塞腔80。随着各个活塞78从被完全伸出行进至完全压缩，活塞78将液压液22从活塞腔80泵出经由外通道108进入高压蓄液器26(如图2所示)。
在图4中，在9点钟位置的阀94示出为被偏心部62完全压缩或缩回，同时在3点钟位置的相对阀94示出为完全伸出。随和各个阀94从被完全压缩行进至完全伸出，阀94将径向外通道108(如图2所示)与活塞传输通道114(如图2所示)耦合，使得可在其间传输液压液22(如图2所示)。随着阀94从完全伸出行进至被完全压缩，阀94将径向内通道104(如图2所示)与活塞传输通道114耦合，使得可在其间传输液压液。
由偏心部62对阀94以及由偏心部60对活塞78的组合顺序致动用于将液压液22(如图2所示)从低压蓄液器24传输至高压蓄液器26。此外，在液压液22被传输时，活塞78及阀94对轴46(如图2所示)施加阻力，使得泵20起到对车辆10(如图1所示)减速的输出减速器的作用。
再参考图2，在第一工作模式期间，泵20可起变排量泵的作用。当停止通道116中的压力为零时，泵20以最大排量工作。如将在以下详述的，通过向停止通道116加压，活塞78将缩回。通过部分地缩回活塞78，其运动范围减小，从而相应地减小了泵20的输出。因此，通过控制向停止通道116内传输液压液22，可以选择泵20的排量。注意理解的是，当泵20起马达的作用时，其仅可以最大排量工作。
再参考图4，在其中泵20起马达作用的泵20的第二工作模式期间，泵20向轴46施加转矩(如图2所示)，然后轴46驱动车轮18(如图1所示)。在图4的9点钟位置示出的完全压缩或缩回的阀94将外通道108(如图2所示)与活塞传输通道114(如图2所示)耦合，使得可将来自高压蓄液器26(如图2所示)的高压液压液22(如图2所示)传输至在图3的9点钟位置示出的部分压缩活塞78的活塞腔80。将高压液压液22引入部分压缩活塞78的活塞腔80可使得伸出活塞78直至其完全伸出(如在图3的6点钟位置所示)。在活塞78完全伸出后，通过偏心部62释放其补充阀94，以将活塞传输通道114与内通道104耦合(如图2所示)使得可将活塞腔80内的加压液压液22传输至低压蓄液器24(如图2所示)。
由此设置阀94以控制从高压蓄液器26(如图2所示)至活塞78以及从活塞78至低压蓄液器24(如图2所示)的加压液压液22(如图2所示)的传输。当加压液压液22被传输至各个活塞78时，活塞78被液压地伸出。通过顺序地液压地伸出活塞78，活塞78可向偏心部62施加意在转动轴46(如图2所示)的转矩，并由此驱动车辆10(如图1所示)。
在泵20的第三工作模式期间，有效地使泵20停止。再参考图2，通过将加压液压液22通过停止通道116传输进入中心泵腔70来选择第三工作模式。通过泵120从液压液蓄液器122传输加压液压液22。泵120及蓄液器122优选地是变速器12的一部分(如图1所示)，因此不需要使泵20脱离的额外结构。
当加压液压液22被传输进入中心泵腔70时，在其中形成压力水平。当中心泵腔70中的压力水平超过由活塞回位弹簧82施加的力时，活塞78缩回脱离与偏心部60的接合。类似地，当中心泵腔70中的压力水平超过由阀回位弹簧96施加的力时，阀94缩回脱离与偏心部62的接合。通过缩回活塞78及阀94脱离与其各个偏心部60，62的接合，轴46会承受较小的旋转阻力，且由此改进车辆10(如图1所示)的燃油经济性。
虽然已经详细描述了实施本发明的优选模式，但与本发明相关的领域的技术人员可以想到落入所附权利要求范围内、用于实施本发明的各种替代设计及实施例。

Claims (12)

1.一种用于车辆的泵设备，该泵设备选择性地用作减速器或马达，包括：
壳体；
由所述壳体可旋转地支撑的轴，所述轴包括第一偏心部和第二偏心部；及
布置在所述壳体内的多个活塞，所述多个活塞可与所述第一偏心部接合，所述多个活塞可选择性地与低压蓄液器及高压蓄液器中一者连接；和
布置在所述壳体内的多个阀，所述多个阀被构造为选择性地将所述多个活塞与低压蓄液器或高压蓄液器相连接；
其中所述第二偏心部可与所述多个阀接合；
其中，可以利用轴旋转来驱动所述多个活塞，并由此将液压液从所述低压蓄液器传输至所述高压蓄液器，使得向所述轴施加阻力并使车辆输出减速，而且其中还可以利用来自所述高压蓄液器的液压液来驱动所述多个活塞，并由此为所述车辆提供动力。
2.如权利要求1所述的用于车辆的泵设备，其中所述壳体界定有脱离通道，通过该脱离通道可传输液压液以使所述多个活塞缩回以脱离与所述第一偏心部的接合，并使所述多个阀缩回以脱离与所述第二偏心部的接合，由此向所述轴施加较小的阻力，并改进所述车辆的燃油经济性。
3.如权利要求2所述的用于车辆的泵设备，其中所述壳体界定有将所述低压蓄液器与所述多个阀耦合的径向内通道以及将所述高压蓄液器与所述多个阀耦合的径向外通道。
4.如权利要求3所述的用于车辆的泵设备，其中所述壳体界定有将所述多个活塞与所述多个阀耦合的活塞传输通道。
5.如权利要求4所述的用于车辆的泵设备，其中所述多个阀是柱形阀。
6.一种泵设备，该泵设备选择性地用作减速器或马达并布置在车辆的变速器与差速器之间，所述泵设备包括：
壳体，其界定有与低压蓄液器流体连通的内通道，以及与高压蓄液器流体连通的外通道；
由所述壳体可旋转地支撑的轴，所述轴包括第一偏心部及第二偏心部；
多个布置在所述壳体内的活塞，所述多个活塞可与所述第一偏心部接合；
多个布置在所述壳体内的阀，所述多个阀可与所述第二偏心部接合，所述多个阀设置为选择性地将所述多个活塞与所述低压蓄液器或所述高压蓄液器连接；
其中，可以利用轴旋转来驱动所述多个活塞，并由此将液压液从所述低压蓄液器传输至所述高压蓄液器，使得向所述轴施加阻力并使车辆输出减速，而且其中还可以利用来自所述高压蓄液器的液压液来驱动所述多个活塞，并由此为所述车辆提供动力。
7.如权利要求6所述的泵设备，其中所述壳体界定有脱离通道，通过该脱离通道可传输液压液以使所述多个活塞缩回以脱离与所述第一偏心部的接合，并使所述多个阀缩回以脱离与所述第二偏心部的接合，由此向所述轴施加较小的阻力，并改进所述车辆的燃油经济性。
8.如权利要求7所述的泵设备，其中所述壳体界定有将所述多个活塞与所述多个阀耦合的活塞传输通道。
9.如权利要求8所述的泵设备，其中所述多个阀是柱形阀。
10.一种用于改进车辆效率的方法，所述车辆具有变速器及差速器，所述方法包括以下步骤：
设置泵，所述泵被布置以安装至所述变速器与所述差速器之间的变速器输出轴，所述泵被可操作地连接至低压调节器及高压调节器；
判定所述车辆是否在减速；
如果所述车辆在减速，则利用所述变速器输出轴的旋转来驱动所述泵，其中所述被驱动的泵将液压液从所述低压蓄液器传输至所述高压蓄液器，使得向所述轴施加阻力并使车辆输出减速；
判定所述车辆是否在加速；并且
如果所述车辆在加速，则利用来自所述高压蓄液器的液压液来驱动所述泵，其中所述被驱动的泵向所述变速器输出轴施加转矩以向所述车辆提供动力。
11.如权利要求10所述的方法，还包括以下步骤：如果所述车辆以大致恒定速度行驶，则使所述泵停止，其中使所述泵停止减小了变速器输出轴阻力，由此改进车辆燃油经济性。
12.如权利要求11所述的方法，其中使所述泵停止的步骤包括将加压液压液传输进入所述泵的停止通道。
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