CN101103207A - 用于车辆离合器的促动器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于离合器的促动器(413)，该促动器布置在发动机和变速器之间，该促动器包括环形圆筒部分(458)，该环形圆筒部分(458)与输入轴同中心地设置到变速器，且具有圆筒腔室(427)和连接于分离轴承(416)的环形活塞(426)。液压活塞装置(454，554)或位置检测机构(460)的远离所述液压腔室(423)的一部分与流体腔室(469)相邻，流体腔室(469)连接于或形成连接管道(428，469)或圆筒腔室(427)的一部分，这样在流体腔室(469)中，来自阀装置(422)的控制压力，以与所述液压腔室(423)中流体压力作用于液压活塞装置(454，554)的力(442)相反的力(470)，作用于液压活塞装置(454，554)。装配和维修更方便。离合器的摩擦表面与液压油良好地密封。示出了具有过载保护装置和离合器盘的厚度测量装置的实施例。

Description

用于车辆离合器的促动器
技术领域
本发明涉及一种用于对车辆变速器中滑动离合器类型的离合器主要进行手动控制的装置，其包括：用于产生和传递力与运动作为控制离合器的设定点值的元件；促动器，其与离合器的旋转轴线同中心布置，并使用加压流体工作；伺服阀，其用于控制加压流体流入和流出所述促动器；和用于将所述促动器位置的转移反馈给所述伺服阀的元件。
背景技术
手动换档车辆变速器通常设有滑动离合器类型的离合器。使用这种离合器，部分是为了通过滑动使车辆从静止状态逐渐地起动，部分是为了当车辆在运动中离合器被扭转地锁住时，传递发动机的扭矩，部分是为了在换档时中断离合器与发动机的旋转连接。在自动变速器系统中，滑动离合器类型的离合器同样能够在换档时使旋转速度中的波动平稳。在上面列举出的情形下，需要对离合器进行控制。在手动换档车辆变速器中，这通常由驾驶员操作踏板来进行。
图1示出了在现有技术状态中，后轮驱动车辆的动力传动系101的一个示例的示意性视图。动力传动系101包括发动机102和变速器103。发动机102包括发动机主体104，曲轴105在该发动机主体104中旋转。固定于曲轴105后端的是飞轮106。飞轮106布置在飞轮壳体107中。变速器103包括变速器壳体108和离合器壳体110，变速器壳体108具有轴和齿轮的组件109。变速器103中的齿轮通过未示出的装置被手动或自动地接合和脱开。离合器111位于离合器壳体110中，在那里它被用螺栓连接于包围变速器103的输入轴112的飞轮106。离合器111由离合器促动器113来控制，在促动器113中，活塞杆114通过杠杆臂115作用于分离轴承116。而离合器促动器113又通过离合器踏板118的传动元件117被控制。传动元件117可包括如机械杆系、具有覆盖层的钢缆、液压管路或电信号。在半自动离合器中，离合器促动器113改为由例如机电控制系统来控制。和杠杆臂115一起紧邻变速器的离合器促动器113通常被称为侧装离合器控制器。
在重型公路车辆如卡车和公共汽车中，为了控制离合器所需的力非常大，这样常常需要采取伺服辅助来使驾驶员的工作轻松一些。从而，通过传动元件117来自踏板118的力通过外界动力源和控制元件被增大。在重型公路车辆中，通常使用压缩空气作为外界动力源。图2a示出了典型的离合器促动器213的基本原理，其中使用压缩空气来提供伺服辅助，即所谓的基于压缩空气的伺服作用。离合器促动器213包括具有活塞杆214的圆筒部分221，和阀部分222。活塞杆214的一端被插入在离合器促动器213的壳体224里的液压腔室223中。如同在DE102004006269中所示的，液压管道225将液压腔室223连接于液压管路217，液压管路217通过压力油的流动传递来自离合器踏板的力与运动。
固定于活塞杆214的是伺服活塞226，伺服活塞226在大直径的伺服腔室227中运行。当伺服腔室227中充满了压缩空气时，力图将活塞杆214移动到图2a中左边的力作用于活塞杆226。通过阀部分222，这个力根据液压腔室223和液压管路217中的压力的变化而变化，下面将对阀222的功能进行描述。阀222一方面由伺服管道228连接于伺服腔室227，另一方面由侧面管道229连接于液压管道225。阀部分222包括：阀活塞230，其在位于连接到伺服管道228的阀空气腔室232中的弹簧组231的作用下，被推到图2a中的右边；阀液压腔室233，其连接于侧面管道229；座阀234；和座垫弹簧235。座垫弹簧235尽力将座阀234压靠在离合器促动器213的壳体224中的支座236上。压缩空气通过空气接头237被传输。当座阀234压靠在支座236上时，防止了压缩空气通过支座236。
阀活塞230具有排出管道238，排出管道238连接于壳体224中的排出口239。当弹簧组231已将阀活塞230移动到图2a中的右边后，排出管道238还连接于阀空气腔室232、伺服管道228和伺服腔室227。因此，伺服腔室227中的任何压缩空气都能如图2a中用点划线指示的那样朝着排出口239流出。
当驾驶员压下离合器踏板时，不仅在液压管路217中液体压力增加，在液压腔室223、液压管道225、侧面管道229和阀液压腔室233中，液体压力也增加。力图将阀活塞移到图2a中左边的力，随后作用于阀活塞230。由于所谓开启压力的液体压力足够高，所述力比弹簧组231和座垫弹簧235中的预紧力的合力大。这示出在图2b中，与图2a中的位置相比，在图2b中阀活塞230已经移到了左边。在该状态下，阀活塞230与座阀234接触，而座阀234不再与支座236接触。这意味着：i)来自空气接头237的压缩空气能够流入伺服腔室227，这在图2b中用点划线示出，和ii)排出管道238被座阀234关闭。伺服腔室227中的空气压力然后增加，并产生伺服力241，伺服力241力图将伺服活塞226和活塞杆214移到图2b中的左边。该伺服力241使活塞杆214上来自液压腔室223中液体压力的液压力242增大。当液压力242和伺服力241合起来大于离合器的对抗力243时，活塞杆214移到图2b中的左边。
当驾驶员继续施加力到离合器踏板，且所施的力足够大，能够保持液压管路217、液压管道225、侧面管道229和阀液压腔室233中的压力时，图2b中的状态就被保持。如果驾驶员改为保持离合器踏板处于不变的压下位置，液压管路217中的流动将被停止。然后活塞杆214的微小移动将意味液压管路217中的压力会下降，因此液压管道225、侧面管道229、液压腔室223以及阀液压腔室233中的压力也会下降。这导致了阀部分222中新的平衡状态，如图2c所示。活塞杆230上来自阀液压腔室233中液体压力的力244下降到这种程度，以致和图2b相比，来自座垫弹簧235、弹簧组231的相反力和阀空气腔室232中空气压力已将阀活塞230移到了右边。因此，座阀234与支座236接触。这切断了压缩空气到伺服腔室227的供给。图2c示出了能够通过驾驶员移动离合器踏板而轻易地被影响的一种平衡状态。如果离合器踏板被压下，液压管路217中的压力升高。这使阀活塞230移动到左边，并产生图2b所示的状态，更多的压缩空气能够流入伺服腔室227。这导致伺服活塞226和活塞杆214上伺服力241的增加。然后，这些趋向于移动到图中左边，这和离合器的脱开相匹配。另一方面，如果离合器踏板被释放，那么液压管路217中的压力下降，阀活塞230被移到右边。然后，重新建立起了图2a所示的状态，伺服腔室227中的空气压力降低。伺服力241和液压力242被减小。活塞杆214然后趋向于移动到右边，这与离合器的接合相对应。
离合器促动器213的功能能够归纳地说成，阀部分222控制伺服腔室227中的压力，从而获得了伺服力241，伺服力241使液压力242增大。伺服力241一直增加，直到活塞杆214(和分离轴承)已经被移动一段对应于离合器踏板被压下的程度的距离。在实际中，液压力242不可能被增大到无限的程度。由于伺服力241和液压力242之间的紧密联系，阀部分222的功能变得不稳定。然后，这导致图2a、2b和2c中的位置之间迅速和不受控制的转换。这会损坏构件，因此，需要通过对伺服力241的大小设置设计极限来尽力避免其发生。伺服力241一般是液压力242的六倍左右，这意味着使离合器脱开所需的作用力只有七分之一需要来自驾驶员下压离合器踏板。
如图1所示，侧装的离合器控制器具有这样的缺点，其在动力传动系101的外部占据了大量空间。这意味着在车辆中为侧装离合器控制器找到空间会困难。一个更紧凑的公知的方案是将离合器控制器的主要部分围绕变速器输入轴同中心地布置。图3示出了这种公知技术的基本原理。动力传动系301包括发动机302和变速器303。离合器311固定于飞轮306。在离合器壳体310中，离合器促动器313与输入轴312同中心地布置到变速器303。离合器促动器313中的活塞314直接作用于分离轴承316。液压管路317将力与运动从离合器踏板318传递到离合器促动器313的阀元件349。
在如DE19716600、DE19714226和DE10018678中示出了具有伺服作用的同心离合器促动器的例子。
DE19716600在图1中示出了一种同心离合器促动器，其包括促动圆筒单元52和阀74。这些与本文图2a中的圆筒部分221和阀部分222相对应。促动圆筒单元52还包括液压环形圆筒54和气动环形圆筒56。这两个圆筒与中心轴线A同中心，且作用于分离轴承装置48上。液压环形圆筒54给了促动圆筒单元52一个复杂的构造。DE19716600在图7中示出了一个更简单的构造，该构造具有圆筒形的、非同心布置的液压圆筒54f。该非同心装置会导致分离轴承装置48f变为偏心荷载，而这是应该避免的。在DE19714226中示出了补偿这种偏心荷载的各种方法，例如带有弹簧(图18-24)，带有多个圆筒形的、非同心布置的液压圆筒(图8-10)，或带有叉状杠杆臂(图28-33)。
DE19716600和DE19714226中示出的具有基于压缩空气的伺服作用的液压操作同心离合器促动器的方案，由于各种为了减少活塞和分离轴承上的倾斜荷载而采取的措施，这些方案都可以说已经变得非常复杂。这还存在于进行维护、修理和替换方面，DE10018678在这些方面给出了非常复杂的方案的例子。此外，在离合器壳体内部具有液压装置是不理想的，也就是指本文图3中用310表示的部分。当发生泄漏时，液压流体不仅能够导致非金属部分的解体，还会因为离合器311中扭矩传递摩擦表面的摩擦力低而导致故障的发生。
发明内容
本发明的一个主要目的是要简化设有基于压缩空气的伺服作用的液压操作同心离合器促动器的构造，并充分减少活塞和分离轴承的倾斜荷载。在必须满足这些目的的同时，还要做到主要在离合器壳体的外部布置所有的液压装置，使其与离合器中扭矩传递摩擦表面密封良好，并使液压装置能够轻易地进行维护和修理。本发明的另一个目的是当发生压缩空气供给中断时，保护促动器的构成部件不过载。
参照根据权利要求1中所述的本发明的装置，对实现本发明目的所采取的方案进行了描述。其它的权利要求描述了根据本发明的装置的优选实施例和发展(权利要求2-9)。
根据本发明的装置包括用于离合器的促动器，该促动器位于发动机和变速器之间的车辆动力传动系中的离合器壳体中，该促动器包括：
环形圆筒部分，其在所述离合器壳体内部与输入轴大致同中心地设置到变速装置，并具有圆筒腔室和连接于分离轴承的环形活塞，
外部部分，其主要位于所述离合器壳体的外部，并且具有：
液压腔室，其连接于在液压管路中被传递且对应于来自离合器踏板的运动和力的液流，
液压活塞装置，其具有被所述液压腔室中流体压力作用的表面，其中液压活塞装置的轴向运动大致对应于所述离合器踏板的运动，
以及阀装置，其连接于所述液压腔室，并减少被从压力源连接到控制压力的流体压力，控制压力的大小随所述液压腔室中流体压力的变化而变化。
位置检测机构，其以机械方式将所述环形活塞的位置传递到所述液压活塞装置，
连接管道，其允许流体的流动，并使所述阀装置和所述圆筒腔室之间的流体压力相平衡。
本发明的特征在于，所述活塞装置或所述位置检测机构的远离所述液压腔室的一部分与流体腔室相邻，该流体腔室连接于或形成所述连接管道或所述圆筒腔室的一部分，这样在所述流体腔室中，来自所述阀装置的所述控制压力，以与所述液压腔室中所述流体压力作用于所述液压活塞装置上的力相反的力，作用于所述液压活塞装置上。
本发明的优点在于，它为这种类型的促动器提供了一种更简单的构造，同时使装配和维护更方便。
依照根据本发明的装置的第一个实施例，所述外部部分布置在所述离合器壳体的外部，这样外部部分能够在不分离发动机和变速器的情况下就能从离合器壳体中拆卸下来。这使保养和维护更加容易。
依照根据本发明的装置的第二个实施例，通过至少两个布置在液压腔室和摩擦表面之间的物理分离的密封装置，离合器的摩擦表面和液压腔室中的液压流体物理分离。
这同外部部分的布置一起提供了这样的优点，即离合器中扭矩传递摩擦表面暴露于液压流体的危险被减至最小。离合器的扭矩传递功能更能得到保证，即使有任何液压流体泄漏发生。
依照根据本发明的装置的第三个实施例，位置检测机构包括至少一个摇臂，该摇臂铰接在固定点。这意味着摇臂的指向所述环形活塞的一端通过固定滚动元件与环形活塞接触，该滚动元件铰接在摇臂的该端上，滚动元件与环形活塞的接触点布置成为更加靠近所述输入轴的几何中心。
本实施例的优点在于，减少了环形活塞倾斜荷载的危险，同时保留了相对简单的设计构造。
依照根据本发明的装置的第四个实施例，液压活塞装置远离液压腔室的一端包括有圆锥腔。这使液压活塞装置和位置检测机构的装配更方便。
依照根据本发明的装置的第五个实施例，在位置检测机构和/或液压活塞装置中布置了过载弹簧。该过载弹簧在没有所述流体压力时被触发，从而将位置检测机构的荷载损害和环形活塞倾斜荷载的危险减至最小。
在从属权利要求中提出了本发明的进一步的实施例。
附图说明
图1示出了根据现有技术状态的动力传动系的一个示例的示意性代表，其具有侧装离合器控制器。
图2示出了根据现有技术状态的离合器促动器在不同状态的示意性视图。
图3示出了根据现有技术状态的动力传动系的一个示例的示意性代表，其具有同心设置的离合器控制器。
图4示出了根据本发明的离合器促动器的第一个实施例在不同状态的示意性视图。
图5示出了根据本发明的离合器促动器的一个实施例的示意性代表，其具有过载保护和测量装置，该测量装置用于测量离合器盘的厚度。
图6示出了根据本发明的用于离合器促动器的过载保护装置的另一个实施例的示意性代表。
具体实施方式
图4a示出了具有基于压缩空气的伺服作用的液压操作同心离合器促动器413。该离合器促动器413包括内部部分451和外部部分452。内部部分451位于离合器壳体410内部并固定于离合器壳体410。外部部分452位于离合器壳体410外部上，并通过离合器壳体410中的开口固定于内部部分451。
外部部分452包括阀部分422和液压圆筒部分453。阀部分422的功能在原理上与图2a、2b、2c中的阀部分222相同。液压圆筒部分453包括液压管道425，来自于离合器踏板(未示出)的液压管路417、液压腔室423、液压活塞454和预紧弹簧455连接于该液压管道425。液压腔室423通过密封装置456在液压活塞454处被密封。
内部部分451包括壳体457、环形圆筒部分458、连接部分459和位置检测机构460。环形圆筒部分458包括环形伺服腔室427、环形活塞426、内部密封和支撑装置461、外部密封装置462和分离轴承416，分离轴承416的一端支撑在离合器(未示出)上。
连接部分459将环形圆筒部分458连接于外部部分452。密封装置463在外部部分452和连接部分459之间的接触处形成密封。通过外部部分452中的伺服管道428，在阀部分422和伺服腔室427之间以这种方式实现了气动连接。与图2a对应，图4a示出了离合器处于接合位置的状态。图4a中的点划线指示出了伺服腔室427中的任何压缩空气随后是如何能够向外流到周围环境中的。
位置检测机构460包括推杆464、摇臂465(在所示实施例中为L形)和滚动元件467，摇臂465铰接在壳体457的突出部分466中。推杆464和滚动元件467均牢固地铰接在摇臂465的任一端。在所示的实施例中，滚动元件为辊子。其它形状如球形也是可以的。推杆464远离摇臂465的一端被插入液压活塞454中圆锥腔468的底部中。
预紧弹簧455将液压活塞454压靠在推杆464上，推杆464通过摇臂465将滚动元件467压靠在环形活塞426上。通过这种方式，在液压活塞454的运动和环形活塞426的运动之间获得了挠性。这意味着离合器踏板的某一位置和分离轴承416的某一位置相匹配。这对于阀部分422的工作很重要，其方式已发现与现有技术状态下的图2a、2b和2c所示侧装离合器促动器213的情况相同。
外部部分452能够被拆除，以进行维护、修理或更换，而无需将变速器从发动机上拆下来。液压活塞454紧随外部部分452，同时推杆464留在内部部分451中。当装配外部部分452时，推杆464的端部被液压活塞454的圆锥腔468的底部抓住，并被向下导入液压活塞454的圆锥腔468的底部中。在连接部分459中的连接腔室469中进行推杆464的定心时，不需要单独的装置。作为替选，推杆464可具有圆锥腔。
所有的液压装置都一起聚在外部部分452里。如果液压流体设法进入了离合器壳体410内部的空间，将必须通过两个物理分开的密封装置，例如密封装置456和密封装置461、462、463中的任何其它一个密封装置。这提供了很好的安全措施，来防止液压流体的泄漏，所述液压流体减小离合器中的扭矩传递摩擦表面中的摩擦。
图4b示出了当离合器踏板被压下时的状态。流体压力随后在液压管路417、液压腔室423和连接阀液压腔室433中增加。液压活塞454将被图4b中朝下的液压力442作用，阀活塞430将被液压力444移到左边。座阀434从而被打开，压缩空气能够朝着环形圆筒部分458中的环形伺服腔室427流入。朝向左边的伺服力441随后作用于环形活塞426上。此外，图中朝上的来自压缩空气的相反力470作用于液压活塞454。相反力470因此与液压力442相对。这意味着在液压活塞454和推杆464之间被传递的力比没有相反力470的情况要小的多。作用于滚动元件467和环形活塞426之间的力然后也大大减小。这最终致使环形活塞426和分离轴承416的倾斜荷载大大减少。尽管阀部分422已经和图2a、2b、2c中对应的阀部分222一样，液压活塞454具有大活塞面积，但是也可以通过简单的方式获得环形活塞426的低倾斜荷载。
当离合器接合时，分离轴承416的轴向位置是离合器中扭矩传递摩擦表面的磨损的间接测量值。该轴向位置可在外部部分452被移除时，根据推杆464的位置来测量。作为替选，液压活塞454的位置可在装配了外部部分452时，以某种其它的合适方式来测量。图5清楚地示出了这样一种方案。液压活塞554设有量尺571，该量尺在外部部分552上穿过壳体524中的密封开口伸出。量尺571的位置能够被轻易地测出，这给出了离合器的扭矩传递摩擦表面(通常为盘)的磨损的间接测量值。量尺571具有头部572，当外部部分552被移除时，头部572防止预紧弹簧555将液压活塞554推出壳体542外。
如果离合器踏板在没有充足的压缩空气供给时被压下，在图4a和4b中的位置检测机构460上可获得非常大的力。这意味着位置检测机构460中的部分将需要被设计成，具有比平常工作中所需尺寸大得多的尺寸，还意味着环形活塞426受到非常重的倾斜荷载。
为了避免这样情况的发生，图5中的液压活塞554设有过载保护装置，该过载保护装置包括过载弹簧573，过载弹簧573将过载活塞574压靠在液压活塞554中的支座575上。推杆564的上端承受过载活塞574的压下。如果推杆564上的力变得大于过载弹簧573将过载活塞574压靠在支座575上所用的预紧力，那么过载活塞574将从支座575升起。推杆564上的力然后被限于过载弹簧573中的力。
图6示出了一种替选的过载保护装置。此处，推杆664被分为第一部分676和第二部分677。过载弹簧673将第二部分677上的头形部分678压靠在第一部分676上的支座675。如果推杆664上的力超过过载弹簧673中的预紧力，头形部分678将从支座675升起。作为替选，摇臂465可设计为两个部分，在所述两个部分之间具有预紧弹簧。
本发明不应视为受限于上面描述的典型实施例，在不偏离随后的权利要求的范围的情况下，可以进行许多的进一步变化和修改。

Claims (9)

1.一种用于离合器的促动器(413)，该促动器位于发动机和变速器之间的车辆动力传动系中的离合器壳体(410)中，该促动器包括：
环形圆筒部分(458)，其在所述离合器壳体(410)内部与输入轴大致同心地设置到变速装置，并且具有圆筒腔室(427)和连接于分离轴承(416)的环形活塞(426)，
外部部分(452，552)，其主要位于所述离合器壳体(410)的外部，并且具有：
液压腔室(423)，其连接于在液压管路(417)中被传递且对应于来自离合器踏板的运动和力的液流，
液压活塞装置(454，554)，其具有被所述液压腔室(423)中流体压力作用的表面，其中液压活塞装置(454，554)的轴向运动大致对应于所述离合器踏板的运动，
以及阀装置(422)，其连接于所述液压腔室(423)，并减少被从压力源连接到控制压力的流体压力，控制压力的大小随所述液压腔室(423)中流体压力的变化而变化。
位置检测机构(460)，其以机械方式将所述环形活塞(426)的位置传递到所述液压活塞装置(454，554)，
以及连接管道(428，469)，其允许流体的流动，并使所述阀装置(422)和所述圆筒腔室(427)之间的流体压力相平衡，
其特征在于，所述液压活塞装置(454，554)或所述位置检测机构(460)的远离所述液压腔室(423)的一部分与流体腔室(469)相邻，该流体腔室连接于或形成所述连接管道(428，469)或所述圆筒腔室(427)的一部分，这样在所述流体腔室(469)中，来自所述阀装置(422)的所述控制压力，以与所述液压腔室(423)中所述流体压力作用于所述液压活塞装置(454，554)上的力(442)相反的力(470)，作用于所述液压活塞装置(454，554)上。
2.根据权利要求1所述的促动器，其特征在于，所述外部部分(452，552)布置在所述离合器壳体(410)的外部上，这样外部部分能够在不分离发动机和变速器的情况下就从离合器壳体上拆除。
3.根据权利要求1所述的促动器，其特征在于，通过至少两个布置在液压腔室和摩擦表面之间的物理分离的密封装置，从而离合器的摩擦表面和液压腔室(423)中的液压流体被物理分离。
4.根据前述权利要求所述的促动器，其特征在于，设计第一个这种密封装置，以在液压活塞装置(454，554)和液压腔室(423)之间形成密封，设计第二个这种密封装置，以在圆筒腔室(427)和环形活塞(426)之间形成密封。
5.根据权利要求1所述的促动器，其特征在于，位置检测机构(460)包括至少一个摇臂，该摇臂铰接于固定点(466)，摇臂朝向所述环形活塞(426)的一端通过固定的滚动元件(467)与环形活塞接触，滚动元件铰接在摇臂的该端上，滚动元件和环形活塞之间的接触点布置成为更加靠近所述输入轴的几何中心，以达到将环形活塞(426)上的倾斜荷载减至最小的目的。
6.根据权利要求1所述的促动器，其特征在于，液压活塞装置(454，554)远离液压腔室(423)的一端包括有圆锥腔(468)，以达到使液压活塞装置(454，554)和位置检测机构(460)的装配更方便的目的。
7.根据权利要求1所述的促动器，其特征在于，过载弹簧(573，673)布置在位置检测机构(460)和/或液压活塞装置(454，554)中，以达到这样的目的：当没有所述流体压力时，将位置检测机构(460)受载损害的危险减至最小，并将环形活塞(426)倾斜荷载的危险减至最小。
8.根据权利要求1所述的促动器，其特征在于，量尺(571)在一端处固定于液压活塞装置(454，554)，并同时在其另一端处穿过外部部分(552)的开口伸出，以达到通过测量量尺(571)的伸出部分来间接测量分离轴承(416)的轴向位置的目的。
9.根据前述权利要求所述的促动器，其特征在于，头部(572)布置在量尺(571)的伸出端上，以达到这样的目的：当将外部部分(552)从离合器壳体(410)移除时，防止液压活塞装置(554)被推出或落出到外部部分(552)外面。
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