CN101855474B - 具有涡轮惯性缓冲器的变矩器和运行方法 - Google Patents

具有涡轮惯性缓冲器的变矩器和运行方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种变矩器，该变矩器具有：一个第一减振器级(110；222)；一个第二减振器级(114；224)；一个可运动的法兰(112；226)，该可运动的法兰使该第一减振器级与该第二减振器级无相对转动地连接；一个惯性元件(118；212)；以及一个经协调的扭转减振器(120；122；232)。该扭转减振器使该惯性元件与该法兰连接。在一个优选实施形式中，该惯性元件是涡轮。在一个实施形式中，该第一减振器级是径向外部的减振器级，该第二减振器级是径向内部的减振器级。在另一个优选实施形式中，当该扭转减振器转动时，该扭转减振器产生摩擦力矩。

Description

具有涡轮惯性缓冲器的变矩器和运行方法
技术领域
本发明总体上涉及一种变矩器，确切地说涉及一种具有涡轮的变矩器，该涡轮被构造成经协调的惯性缓冲器。
背景技术
变矩器通常包括一个机械的耦合器，以便绕过液力循环回路并且由此降低燃料消耗。通常将扭转隔离器安装到变矩器耦合器中，以便使扭转振动从发动机到变速器的传递减少。当隔离器的弹簧常数降低时，隔离器的效能得到改善。降低弹簧常数的方式是以串联布置形式使用多组弹簧。
在此完全被纳入的属同一所有权的美国专利No.6,244,401(2001年六月十二日授权，Maienschein等人，VORRICHTUNG”)公开了一种具有“涡轮串联减振器”的变矩器，该变矩器具有一个输入区域，该输入区域与涡轮配合。减振器具一个第一减振器级和一个第二减振器级。在图2中，中间件或可运动的法兰是第一减振器级的输出件并且与径向延伸的法兰状件组合成第二减振器级的能量储存装置，该法兰状件与中间件连接。
可运动的法兰具有显著的惯性并且其在同心的弹簧的组之间的转矩路径中的布置引入一个自由度(法兰模式)，该自由度在某些车辆中引起传动系中的不舒适的颤动。Maienschein引入板式弹簧，以便获得期望量的摩擦力矩来接收法兰模式的能量。遗憾的是，摩擦的添加使得隔离器的效能在法兰模式频率之外的全部频率上变差。
在此完全被纳入的属同一所有权的美国专利申请No.7,083,029(2006年八月十一日授权，Seebacher等人，VORRICHTUNG MIT FLUIDISCHER KOPPLUNG”)公开了一种变矩器，该变矩器具有一个双重减振器，该双重减振器具有两个减振器级，尤其是一个径向内部级和一个径向外部级。转子或涡轮固定地与承载件连接，该承载件对向地固定在两个盘或盖板上。盖板形成径向内部减振器级的输入件。
涡轮的质量提高次级惯性、即在转矩路径中设置在外部减振器级后面的惯性，以便抵抗发动机的扭转振动并且使传递给传动系的振动降低。同样，涡轮惯性到盖板或可运动的法兰的添加使得可运动的法兰的共振频率降低，在一些车辆中在运行区域以外。遗憾的是，共振频率在其它车辆中保持在运行区域内并且造成传动系中的不舒适的振动。
因此，长期以来存在改善变矩器结构的要求，其中，法兰模式在不使用摩擦的情况下减小。长期以来也存在改善变矩器结构的要求，其中，发动机扭转振动的传递在不产生传动系中的不舒适的振动的情况下减小。
发明内容
本发明总体上具有一种变矩器，该变矩器具有：一个第一减振器级；一个第二减振器级；一个可运动的法兰，该可运动的法兰使第一减振器级与第二减振器级就转动而言相连接；一个惯性元件；以及一个经协调的扭转减振器。扭转减振器使惯性元件与法兰连接。在一个优选实施形式中，惯性元件是涡轮。在一个实施形式中，第一减振器级是径向外部的减振器级，第二减振器级是径向内部的减振器级。在另一个实施形式中，扭转减振器在转动的情况下产生摩擦力矩。
在另一个实施形式中，扭转减振器具有一个弹性元件，该弹性元件具有线性的零点转矩穿越。在另一个实施形式中，弹性元件是螺旋弹簧。在另一个实施形式中，弹性元件具有一个在扭转方向上弹性的板。板可固定地与法兰和涡轮连接。板和法兰可分别具有一个轴向的错位量，其中，板错位量小于法兰错位量。
在一个实施形式中，扭转减振器的运动处于2度至20度之间。在另一个实施形式中，运动处于6度至10度之间。在另一个实施形式中，扭转减振器的总转动运动通过惯性元件与法兰之间的具有间隙的连接装置限制。在另一个实施形式中，具有间隙的连接装置是铆钉，该铆钉设置在法兰中的缝隙中或花键轴连接装置中。
本发明总体上还具有一种变矩器，该变矩器具有：一个径向外部的第一减振器级；一个径向内部的第二减振器级；一个可运动的法兰，该可运动的法兰具有轴向偏置的第一区域，其中，法兰使第一减振器级与第二减振器级无相对转动地连接；一个涡轮；以及一个就扭转而言弹性的板，该板具有线性的零点转矩穿越和轴向偏置的第二区域，该第二区域固定地与涡轮和法兰连接。第一错位位置比第二错位位置轴向偏置更大，当扭转减振器转动时，第一错位位置与第二错位位置之间的接触产生摩擦力矩。
本发明还具有一种用于运行变矩器的方法，该方法具有下列步骤：在一个第一减振器级中接收转矩；将转矩从第一减振器级传递给一个可运动的法兰；将转矩从可运动的法兰传递给一个第二减振器级；以及使一个惯性元件与法兰通过经协调的扭转减振器连接，以便抑制法兰共振。在一个实施形式中，该方法具有用于协调扭转减振器的步骤，以便通过使减振器的弹簧常数和摩擦与法兰相适配来降低高频率峰值。在一个实施形式中，摩擦处于5Nm至20Nm之间，或者弹簧常数这样计算，使得该弹簧常数使惯性元件的共振移动到低转速运行区域以下的点上。
在一个实施形式中，惯性元件是变矩器的涡轮。在另一个实施形式中，扭转减振器的总扭转处于2度至20度之间。在另一个实施形式中，扭转处于6度至10度之间。
本发明的一般目的是对于变矩器提供改善的结构，由此，法兰模式减小。本发明的一个目的也是提供改善的变矩器结构，其中，发动机的扭转振动的传递降低，而不引起传动系中的不舒适的振动。
本发明的这些和其它目的和优点从现在对本发明优选实施形式进行的下述说明中以及从附图和权利要求书中得到。
附图说明
现在在下面的详尽说明中对本发明的类型和工作方式进行详细描述，尤其是参照附图来解读该说明。附图表示：
图1根据本发明的减振器装置的示意图；
图2变矩器的上半部分的横剖面，其表示图1的减振器配置的实施形式；以及
图3与6缸柴油发动机相联系的用于不同减振器装置的模拟的差速器反应的曲线图。
具体实施方式
开始应该确定，不同附图视图中的相同参照标号标记本发明的相同的或功能上类似的基本构件。虽然参照目前优选的实施形式来描述本发明，但应该确定，要求保护的本发明并不局限于公开的实施形式。
另外应该确定，本发明并不局限于确定的所描述的方法论、材料和变型方案，本身当然可变化。也应该确定，在此使用的名称仅仅用于描述确定的实施形式，并不限制仅仅通过所附的权利要求书限定的本发明保护范围。
如果其它什么也没有确定，则在此所使用的全部技术和科学表达具有与通常由本发明所处技术领域中的专业人员所理解的意义相同的意义。虽然在实施或试验本发明时可使用与所说明的方法、装置或材料类似或等价的任意方法、装置或材料，但现在描述优选的方法、装置和材料。
图1是根据本发明的减振器装置100的示意性视图。
图2是变矩器的上半部分的横剖面，该横剖面表示图1中的减振器装置的实施形式。
图3是与6缸柴油发动机相联系的用于不同减振器装置的模拟的差速器反应的曲线图，尽管其它发动机结构(4缸、5缸、8缸、汽油发动机等等)和转速也可以。现在下面的描述应参照图1至图3来考察。在图1中，惯性矩表示为块，尽管这些块的相对大小不必涉及部件的惯性矩。发动机101固定地与变矩器壳体102耦合。变矩器耦合器104和流体循环回路106示意性地作为从壳体102出发的并行的转矩路径示出。耦合器104使活塞板108与壳体102在该耦合器接合时连接。弹簧110使可运动的法兰112与活塞板108带有扭转弹性地耦合。弹簧114也使输出轮毂116弹性地与法兰112耦合。活塞108、法兰112与轮毂116之间的摩擦的最小化通常改善隔离器的效能。在并行的路径中，惯性元件118与法兰112通过可挠曲元件120和减振器元件122耦合。元件122可以是技术中公知的任意减振器元件，例如摩擦元件或液压元件。元件120可以是技术中公知的任意可挠曲元件。在下面的描述中，作为可挠曲元件使用弹簧。在一个优选实施形式中，惯性元件118是流体循环回路106的涡轮。其它实施形式(未示出)包含附加的惯性元件，其中，在此情况下去除惯性元件118与流体循环回路106之间的象征性的连接装置124。
元件126限制元件120的压缩和减振器122的运动。如果耦合器104接合，则储存在元件120中的力通常远小于发动机100的驱动力。但是，如果耦合器104没有接合，则流体循环回路106将转矩从发动机101通过连接装置124传递给惯性元件118和元件120。运动限制器126限制施加在元件120上的力的量以便提高寿命。
弹簧120被布置用于使涡轮的共振频率移位到精确地处于最小转速以下的点上，在那里，耦合器接合。耦合器接合时的最低发动机转速可被称为用于低转速运行方式的极限。例如期望的涡轮共振转速可取值为955转/分(对于6缸发动机为47.75Hz)，此时认为用于低转速运行方式的最小转速取值为1000转/分。弹簧常数可在使用下列方程的情况来计算：
k＝4Jπ2f2
其中，J是涡轮的惯性矩，为0.035kg·m2，f是经协调的频率，为47.75Hz。
据此，对于该例子而言，弹簧常数k对于1000转/分的低转速运行区域的极限而言应设计到3150.5Nm/rad(55Nm/°)。
弹簧120将一个附加的自由度引入到振动系统中并且将可运动的法兰的共振频率分成两个共振频率。弹簧120的协调使较低的共振频率从正常的工作区域运动出来，但较高的共振频率可仍然处于该工作区域内，例如对于图3中的线340所示。减振器元件122被设计到使较高的共振频率得到阻尼。对于元件122通常摩擦阻尼，尽管也可使用其它阻尼类型(流体、橡胶等等)。典型的是5Nm至20Nm的摩擦系数，其中，柴油发动机由于转矩波动较高而比汽油发动机需要更大的摩擦。元件122阻尼较高的共振，而不使隔离器效能在其它频率下明显变差，例如对于图3中的线350所示。
在图2中，变矩器装置200具有一个泵202和一个盖204(类似于图1中的盖102)。盖204通过鼻208固定在柔性板206上。柔性板206通过用连接元件210固定而从发动机(未示出)获得转矩。泵202的转矩传递给涡轮212并且由导轮214转向。变矩器200也具有一个减振器216。涡轮转矩通过减振器216传递给输入轴218。耦合器220跨接由泵202、涡轮212和定子214产生的流体循环回路以便减小燃料消耗。这就是说，耦合器220使盖204直接与减振器连接。
减振器216具有减振器级222(类似于图1中的110)、减振器级224(类似于图1中的114)和可运动的法兰226(类似于图1中的法兰112)，该法兰使级222和224无相对转动地连接。无相对转动地连接是指由级222接收的转矩由法兰传递给级224以及反之。在一个优选实施形式中，可运动的法兰226具有盖板228和盖板230。在另一个实施形式中，减振器级222是径向外部的减振器级，减振器级224是径向内部的减振器级。在另一个实施形式中，级222和224轴向相邻地设置在一个近似的半径上。
减振器216具有一个经协调的扭转减振器232(类似于图1中的元件120)，该扭转减振器使涡轮212无相对转动地与法兰226连接。尽管涡轮212已被示出，但当耦合器104处于接合时，减振器232可使在转动方面未耦合的任意惯性元件无相对转动地连接。在一个优选实施形式中，减振器232具有在技术中公知的任意构件，该构件具有线性的零点转矩过渡。这就是说，当元件被从正转矩转换到负转矩时，弹簧常数在零点穿越时是线性的。换言之，当减振器232的转动从第一转动方向变化到相反的第二转动方向时，零点转矩穿越是线性的。
在另一个实施形式(未示出)中，减振器232具有螺旋弹簧。在另一个实施形式(未示出)中，减振器232具有就转动而言弹性的板。转动弹性的板可具有用于固定在涡轮212和法兰226上的突缘状的环和使环连接并且同时允许转动的薄的脚。在另一个实施形式(未示出)中，脚一体地成形出并且形成一个S曲线，该S曲线类似于属同一所有权的美国专利申请No.60/876,317(美国临时申请，于2006年十二月二十一日，Kneidel和Schroeder，“FEDERPLATTE ZUR VERMEIDUNG VON SPIEL”)中的S曲线，该专利申请在此完全被纳入。在一个优选实施形式(未示出)中，减振器232固定地安置在涡轮212和法兰226上，例如分别通过铆钉234和236。
减振器232和法兰226可在固定位置之间具有一个轴向的错位量238。减振器232中的错位量比法兰226中的错位量在自由状态中小，即法兰在图2中比减振器更靠左。为了使固定位置处于法兰226的固定位置附近，减振器232中的错位量更大，由此可安置铆钉236。在一个优选实施形式中，盖板228具有法兰226的带有错位量238的区域。在一个优选实施形式中，减振器232的力在法兰226上在方向239上产生摩擦(类似于图1中的盖122)，以便当减振器232转动时阻尼转动的不均匀性。
在一个优选实施形式中，带有间隙的连接装置240(类似于图1中的元件126)的扭转受到限制，该连接装置具有间隔铆钉234并且在法兰226中具有缝隙242。因此，涡轮212和减振器232在使法兰226接合之前可以以一个预确定的角度数值转动。在一个优选实施形式中，预确定的间距处于2度与20度之间。确切地说，间距也可限制在6度与10之间。在另一个实施形式(未示出)中，扭转减振器232的总扭转通过具有间隙的花键轴连接装置来限制。
在跨接工况中，发动机转矩通过柔性板206传递给盖204。活塞板244从盖204通过板式弹簧246获得转矩。活塞244相对于输入轴218通过密封装置248密封并且允许活塞244使耦合器220闭合并且将转矩传递给板250——当腔251中的流体压力足够高时。板250将转矩通过花键轴连接装置254传递给盖板252。铆钉56使盖板252与盖板258连接。板252和258驱动弹簧260，该弹簧将转矩施加到可运动的法兰226上。法兰226的板228和230使弹簧262压缩，该弹簧通过输出法兰266上的花键轴连接装置264驱动输入轴218。
如上所述，扭转减振器232允许涡轮212的惯性相对于法兰226振动。减振器232和涡轮212铆接在涡轮轮毂268上。法兰266中的孔270提供用于铆接工具的自由空间，以便将铆钉234镦粗。铆钉234的增大的头部区域272阻碍盖板228轴向运动，而该头部区域允许板228仍然在扭转减振器232在旋转方向上扭转期间运动。轮毂268在法兰266上对中。
轴承274和276控制变矩器200中的构件的轴向运动。花键轴连接装置254限制板252的轴向运动。铆接连接装置256确定板228、涡轮212和轮毂268与铆钉234的轴向布置。阶台278控制法兰266相对于轮毂268的轴向运动。
在图3中，在横坐标上绘制了发动机转速，在纵坐标上绘制了差速器的转速的峰值波动。反过来表达，对于不同的减振器装置关于发动机转速绘制了作为转速峰值波动来测量的差速器反应。典型的柴油发动机可在800转/分至3500转/分之间工作，其中，变矩器耦合器在最低情况下可约为1000转/分的转速下接合。较大的峰值波动很可能导致不期望的颤动并且导致驾驶员受影响。
点线310描绘传动系的差速器反应，该传动系具有一个串联减振器，其在涡轮上无摩擦。如上所述，线310部分地由于可运动的法兰的惯性而示出了大约1900转/分时的共振位置。点划线320表示当相对于减振器的摩擦添加到线310时的反应。尽管在900转/分时的峰值被消除，但在共振位置以上和以下的发动机转速时的隔离降低，如较大的波动所示。例如对于大约1500以下和2500转/分以上的转速值而言线320处于线310上方。
点划线330描绘具有双重减振器装置的传动系的反应。涡轮的附加惯性导致比涡轮串联减振器低的共振位置(大约1000转/分)，但共振始终仍在该发动机的通常工作区域中存在并且会引起不舒适的颤动。
虚线340描绘具有无摩擦的减振器装置、即根据本发明的所谓“涡轮缓冲器”的传动系的反应。在该例子中，涡轮缓冲器被协调到955转/分的转速上。在此，串联减振器的自由法兰的共振分布在两个共振位置上。较低的共振位置342处于通常运行区域以下的大约750转/分的发动机转速。共振位置344处于大约2600转/分的转速。位置344由此始终仍处于由发动机和传动系构成的所述装置的运行区域中，但可显著降低——当添加摩擦时，如点划线350所示。减振器摩擦使得在转速小时隔离器效能稍微减小，但该减振器摩擦使位置344处的共振减弱。总地来说，在1000转/分至3500转/分的通常跨接转速时涡轮缓冲器的效能在线350上显示出相对于串联涡轮减振器和具有双重减振器的装置显著改善。涡轮缓冲器显示出关于由实线360描绘的发动机点火波动绘制的差速器显著隔离。
本发明也具有一种用于运行变矩器的方法。尽管该方法出于清楚原因而作为步骤的序列予以描述，但这并不确定步骤的顺序，除非这被明确规定。第一步骤在第一减振器级中接收转矩。第二步骤将转矩从第一减振器级传递给可运动的法兰。第三步骤将转矩从可运动的法兰传递给第二减振器级。第四步骤使惯性元件与法兰通过经协调的扭转减振器连接，以便防止法兰共振。
在一个实施形式中，第五步骤协调扭转减振器，以便通过使减振器的弹簧常数和摩擦与法兰相适配来降低高频峰值。在另一个实施形式中，摩擦处于5Nm至20Nm之间或者弹簧常数这样计算，使得该弹簧常数使惯性元件的共振处于用于无冲击运行工况的极限以下的点上。在一个实施形式中，惯性元件是变矩器的涡轮。在另一个实施形式中，扭转减振器的总扭转处于2度至20度之间。在另一个实施形式中，扭转处于6度至10度之间。
由此可知，有效实现了本发明的目的，尽管本发明的变型和变化对于专业人员而言是明显的并且这些变型在要求保护的本发明的保护范围之内。也需要确定的是，上述说明仅仅示例性地描述了并且绝对不会限制本发明。因此，本发明的其它实施形式也是可能的，而不会超出本发明的保护范围。

Claims (20)

1.变矩器，该变矩器具有：
一个第一减振器级；
一个第二减振器级；
一个可运动的法兰，该可运动的法兰使该第一减振器级与该第二减振器级无相对转动地连接；
一个惯性元件；以及
一个经协调的扭转减振器，其中，该扭转减振器使该惯性元件与该法兰连接；
其中，该扭转减振器具有一个弹性构件，该弹性构件具有线性的零点转矩穿越。
2.根据权利要求1的变矩器，其中，该惯性元件是涡轮。
3.根据权利要求1的变矩器，其中，该第一减振器级是径向外部的减振器级，该第二减振器级是径向内部的减振器级。
4.根据权利要求1的变矩器，其中，当该扭转减振器转动时，该扭转减振器产生摩擦力矩。
5.根据权利要求1的变矩器，其中，该弹性构件具有一个就扭转而言弹性的板。
6.根据权利要求5的变矩器，其中，该板固定地与该法兰和该惯性元件连接。
7.根据权利要求5的变矩器，其中，该板还具有一个轴向的错位量，该法兰还具有一个轴向的错位量，板错位量小于法兰错位量。
8.根据权利要求1的变矩器，其中，该弹性构件是螺旋弹簧。
9.根据权利要求1的变矩器，其中，该扭转减振器的总扭转处于2度至20度之间。
10.根据权利要求9的变矩器，其中，该扭转处于6度至10度之间。
11.根据权利要求10的变矩器，其中，该扭转减振器的总扭转通过该惯性元件与该法兰之间的具有间隙的连接装置限制。
12.根据权利要求11的变矩器，其中，该具有间隙的连接装置具有铆钉，该铆钉设置在该法兰中的缝隙中。
13.根据权利要求11的变矩器，其中，该具有间隙的连接装置具有花键轴连接装置。
14.变矩器，该变矩器具有：
一个径向外部的第一减振器级；
一个径向内部的第二减振器级；
一个可运动的法兰，该可运动的法兰具有轴向错位的第一区域，其中，该法兰使该第一减振器级与该第二减振器级无相对转动地连接；
一个涡轮；以及
一个扭转弹性的板，该板具有线性的零点转矩穿越和轴向错位的第二区域，该第二区域固定地与该涡轮和该法兰连接，其中，该第一错位区域比该第二错位区域轴向错位更大，其中，当该扭转减振器转动时，该第一错位区域与该第二错位区域之间的接触产生摩擦力矩。
15.用于运行根据权利要求1所述变矩器的方法，该方法具有下列步骤：
在一个第一减振器级中接收转矩；
将该转矩从该第一减振器级传递给一个可运动的法兰；
将该转矩从该可运动的法兰传递给一个第二减振器级；以及
使一个惯性元件与该法兰通过经协调的扭转减振器连接，以便抑制该法兰共振。
16.根据权利要求15的方法，该方法还具有用于协调该扭转减振器的步骤，以便通过使该减振器的弹簧常数和摩擦系数与该法兰相适配来降低高频率峰值。
17.根据权利要求16的方法，其中，该弹簧常数这样计算，使得该弹簧常数使该惯性元件的共振移动到无冲击运行工况的极限以下的点上。
18.根据权利要求15的方法，其中，该惯性元件是该变矩器的涡轮。
19.根据权利要求15的方法，其中，该扭转减振器的总扭转处于2度至20度之间。
20.根据权利要求17的方法，其中，该扭转处于6度至10度之间。
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