CN102207187A - 变速器的加热和储能装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及变速器的加热和储能装置，具体提供一种用于变速器的热量存储和释放系统，该系统包括能够在变速器的运转温度范围内过冷却的材料。所述材料与变速器热连通。能量输入装置与所述材料关联并且能够向所述材料输入能量以引发所述材料内的放热相变，从而向变速器传递热量。

Description

变速器的加热和储能装置

技术领域

本发明涉及一种用于变速器的加热和储能装置，更具体地涉及下述加热装置：该加热装置用于在车辆冷启动时预热变速器内的液压流体，并且用于在车辆冷启动之后将来自液压流体的热量存储。

背景技术

典型的多档变速器使用扭矩传递装置－例如离合器、制动器和／或爪式离合器／同步器的组合来实现多个前进档传动比和倒档传动比。各扭矩传递装置由液压控制系统致动，所述液压控制系统将来自变速器控制器的电命令通过液压流体转换成机械运动。液压流体的温度影响使扭矩传递装置移动或致动扭矩传递装置所需的作用力。例如，低温液压流体具有较高的粘性，并且液压流体的拖曳阻力因此增加。在冷启动期间，即在变速器闲置相当长一段时间之后开始运转变速器时，液压流体的温度比正常运转状态期间的液压流体温度低。冷启动之后，随着变速器持续运转，液压流体的温度增加至最终运转温度。因此，期望减少预热阶段的时间长度以便改进变速器在冷启动时的换档能力和效率。由此，在本领域中需要一种系统，该系统用于在冷启动时加热变速器的液压流体，以便减少液压流体达到正常运转温度的时间量。

发明内容

本发明提供一种用于加热变速器内的液压流体的加热和储能系统。该系统可包括一种村料，该材料能够在变速器运转温度范围内被过冷却。该材料与变速器热连通。该系统还包括与该材料相关联的能量输入装置。该能量输入装置向过冷却的材料输送足够能量以使该过冷却材料开始放热相变。在该相变期间，过冷却材料释放热量至变速器的液压流体。

在所述系统的一个示例中，所述材料被定位在壳体内，该壳体设置在变速器的储液槽内。

在所述系统的另一个示例中，所述材料是乙酸钠。

在所述系统的又一个示例中，能量输入装置能够机械地扰动所述材料从而使所述材料开始放热相变。

在所述系统的又一个示例中，一旦液压流体处于稳态运转温度，所述材料从液压流体吸收热量。

方案1. 一种用于变速器的热量存储和释放系统，该热量存储和释放系统包括：

能够在变速器的运转温度范围内过冷却的材料，其中该材料与变速器热连通；

能量输入装置，该能量输入装置与所述材料关联并且能够向所述材料输入能量以在所述材料内引发放热相变，从而将热量传递至变速器。

方案2. 如方案1所述的热量存储和释放系统，其中所述放热相变是从所述材料的过冷却的液体状态至固体状态。

方案3. 如方案2所述的热量存储和释放系统，其中所述材料进一步配置成吸收变速器产生的热量，从而经历由固体状态至液体状态的相变。

方案4. 如方案1所述的热量存储和释放系统，其中所述放热相变可以在变速器运转之前被引发。

方案5. 如方案1所述的热量存储和释放系统，其中所述材料包括乙酸钠或乙硫酸钠。

方案6. 如方案1所述的热量存储和释放系统，进一步包括与变速器关联的壳体，其中所述材料定位在该壳体内。

方案7. 如方案6所述的热量存储和释放系统，其中所述壳体联接至变速器内的储液槽。

方案8. 如方案1所述的热量存储和释放系统，其中所述材料与液压流体热连通。

方案9. 如方案1所述的热量存储和释放系统，其中所述能量输入装置包括机械输入装置，所述机械输入装置配置成向所述材料输入适于引发所述放热相变的机械能量。

方案10. 一种变速器中的系统，该系统包括：

变速器液压流体；以及

与液压流体接触的热量存储和释放系统，该热量存储和释放系统包括：

壳体，该壳体限定空腔；

能够存储和释放热量的材料，其中该材料与变速器液压流体热连通；以及

能量输入装置，其与所述材料关联并且能够向所述材料输入能量以在所述材料内引发放热相变，从而将热量传递至变速器液压流体。

方案11. 如方案10所述的系统，其中所述放热相变是从所述材料的过冷却的液体状态相变至固体状态。

方案12. 如方案11所述的系统，其中所述材料进一步配置成吸收变速器液压流体产生的热量，从而经历从固体状态至液体状态的相变。

方案13. 如方案10所述的系统，其中所述放热相变可以在变速器运转之前被引发。

方案14. 如方案10所述的系统，其中所述材料包括乙酸钠或乙硫酸钠。

方案15. 如方案10所述的系统，其中所述壳体联接至变速器内的储液槽。

方案16. 如方案10所述的系统，其中所述能量输入装置包括机械输入装置，该机械输入装置配置成向所述材料输入适于引发所述放热相变的机械能量。

方案17. 一种变速器，包括：

变速器箱体；

储液槽，其定位于变速器箱体的底部；

液压流体，其设置在所述储液槽内；以及

与液压流体接触的热量存储和释放系统，该热量存储和释放系统包括：

限定空腔的壳体，其中该壳体与储液槽的一部分连接；

能够存储和释放热量的材料，其中该材料与液压流体热连通；以及

能量输入装置，其与所述材料关联并且能够向所述材料输入能量以在所述材料内引发放热相变，从而传递热量至液压流体。

方案18. 如方案17所述的变速器，其中所述放热相变是从所述材料的过冷却的液体状态相变至固体状态。

方案19. 如方案17所述的变速器，其中所述材料进一步配置成吸收液压流体产生的热量，从而经历从固体状态至液体状态的相变。

方案20. 如方案17所述的变速器，其中所述材料包括乙酸钠或乙硫酸钠。

方案21. 如方案17所述的变速器，其中所述壳体联接至差速器前盖，该差速器前盖连接至储液槽。

方案22. 如方案17所述的系统，其中所述能量输入装置包括机械输入装置，所述机械输入装置配置成向所述材料输入适于引发所述放热相变的机械能量。

方案23. 如方案17所述的变速器，其中所述能量输入装置由变速器控制模块激活。

本发明进一步的目的、方面和优点将通过参考下文的描述和附图而清楚地显现，附图中相同的附图标记代表相同的部件、元件或特征。

附图说明

这里描述的附图仅用于图示目的，并非用于以任何方式限制本发明的范围。

图1是示例性变速器的示意图，所述变速器具有根据本发明的原理的、处于第一运转模式的加热系统；

图2是示例性变速器的示意图，所述变速器具有根据本发明的原理的、处于第二运转模式的加热系统；以及

图3是示例性变速器的示意图，所述变速器具有根据本发明的原理的、处于第三运转模式的加热系统。

具体实施方式

参阅图1，图中示出了本发明所包括的示例性手动变速器，所述示例性手动变速器总体上用附图标记10标示。该变速器10包括通常铸造而成的金属壳体12，所述壳体封闭和保护变速器10的各种部件。该金属壳体12包括定位和支撑这些部件的多个孔、通道、轴肩和凸缘。虽然图中示出的变速器10是前轮驱动变速器，但是应该理解的是，在不偏离本发明范围的情况下，变速器10也可以是任何类型的变速器，例如混合动力变速器或后轮驱动变速器。变速器10包括输入轴14、输出轴16和齿轮设备20。输入轴14与原动机（未示出）连接－例如与汽油内燃机或柴油内燃机或混合动力装置连接。输入轴14接收来自原动机的输入扭矩或动力。输出轴16优选地与主减速器单元17连接。输入轴14联接至并驱动齿轮设备20。

齿轮设备20包括总体上用附图标记26标示的多个齿轮组和总体上用附图标记28标示的多个轴。多个齿轮组26包括连接至或可选择性地连接至多个轴28的独立啮合的齿轮。多个轴28可包括副轴、中间轴、套轴和中心轴、倒档轴或空转轴、或它们的组合。应该理解的是，在不偏离本发明范围的情况下，变速器10内的齿轮组26的具体布置和数量以及轴28的具体布置和数量可以改变。多个齿轮组26可通过多个扭矩传递装置30选择性地连接至多个轴。在所提供的示例中，扭矩传递装置是同步器组件，但是应该理解的是，在不偏离本发明范围的情况下，扭矩传递装置30可以采取任何形式。

变速器还包括液压控制系统，该液压控制系统使用液压流体34来致动、润滑和冷却变速器10的各种部件。液压流体34被存储于变速器10的储液槽36内。储液槽36是优选地设置在变速器壳体12底部的箱体或容器；从变速器10的各种部件和区域收集的液压流体34返回该储液槽36。如图1示出的，当变速器10不运转时，液压流体34存储于储液槽36内。

变速器10包括流体加热和储能系统40。流体加热系统40能够从液压流体34吸收热量，并且随后在冷启动状态期间将吸收的热量释放给液压流体。流体加热系统40包括限定空腔44的壳体或其他结构42。热量存储材料46设置在空腔44内。壳体42与液压流体34热连通。在所提供的示例中，壳体42设置在储液槽36内并且浸没在液压流体34中。壳体42可机械地（例如，紧固、焊接或以其他方式连接）连接至差速器前盖48，所述差速器前盖48形成储液槽36的底部。然而，应该理解的是，只要在冷启动事件期间壳体42与液压流体34热连通，壳体42可连接在变速器10内的其他位置。应该理解的是，壳体42还可在铸造变速器壳体12或差速器前盖48期间被形成，或者可随后在其中机加工而成。

空腔44可包括用于存储足够数量的热量存储材料46的任何适当形状和／或尺寸。在所提供的示例中，空腔44可对称地构形为圆筒形以便于在生产期间进行机加工。在另一个构造中，空腔44可构形为非对称的形状。在空腔44被铸造成差速器前盖48的情况下，非对称构造可能是特别有利的。

热量存储材料46能够吸收、存储和释放热量。该材料与液压流体34热连通。通常，热量存储材料46配置成在变速器10运转期间吸收由变速器10产生的热量。此后，随着变速器10的冷却，热量存储材料46至少保留一部分存储的能量用于后面的能量释放，尤其是在变速器10随后启动期间。在变速器10需要附加的热量时，热量存储材料46将存储的热量释放给变速器10。

例如，在变速器10运转期间，热量存储材料46吸收由变速器10产生的热量从而使该材料以第一物理状态（例如液态）存在。在变速器10已停止运转并且变速器10已冷却至环境温度之后，热量存储材料46在其第一物理状态下保持过冷却。在变速器10随后启动以前或启动期间，热量存储材料将变化到第二物理状态（例如固态），其中通常以稳定状态方式在热量存储材料46从过冷却的液体状态转变至固体状态期间和以后释放热量。所述热量的释放降低液压流体34的加热时间，从而为变速器提供改进的换档能力、性能和效率。

在一个实施方式中，热量存储材料46在其熔化温度下或其熔化温度以上以液体物理状态存在，并且在其凝固温度下或其凝固温度以下以液体或固体物理状态存在。当热量存储材料46在其凝固点以下以液体状态存在时，该热量存储材料46通常被称为被过冷却或处于过冷却状态。在该过冷却状态中，热量存储材料46需要附加能量以从液体状态转变至固体状态（即，导致热量存储材料46的结晶）。

变速器10的运转温度范围从变速器10的冷启动温度至变速器10的稳定状态运转温度。虽然变速器10的冷启动温度将季节性地和地域性地改变，但是变速器10的稳定状态运转温度将是基本不变的。应该理解的是，稳定状态运转温度可根据变速器构造、模型和运转状态－例如温度和负载而改变。但是一般来说，变速器10的运转温度通常在大约80摄氏度（℃）到110摄氏度（℃）之间，而最大运转温度约为130摄氏度（℃）。就此而论，热量存储材料46也能够在上述温度范围内过冷却。

定位在空腔44内的热量存储材料46的数量取决于变速器10需要的热量的数量。应该理解的是，放置在空腔44内的热量存储材料46越多，可用于传递至变速器10的液压流体34的潜在热量就越多。因此，热量存储材料46的数量可基于变速器尺寸和／或热量需求来确定，或者与变速器尺寸和／或热量需求成比例。

适当的热量存储材料46包括能够跨越变速器10的运转温度范围存储热量的任何材料。在一个示例性实施方式中，热量存储材料46能够在变速器10的运转温度范围内以过冷却状态存在。这些适当的热量存储材料包括具有低于变速器10的稳定状态运转温度的熔化温度和高于变速器10的冷启动温度的凝固温度的材料。进一步地，适当材料将在高于变速器10的冷启动温度的温度下释放热量（即，从过冷却的液体相变成固体）。就此而论，在变速器10处于运转温度时该适当材料熔化，并且在变速器10的温度低于稳定运转状态的温度时该适当材料被过冷却。当过冷却材料经历相变时，热量存储材料46释放的热量导致变速器10内的液压流体34被加热。

适当的热量存储材料46的示例包括乙酸钠、乙硫酸钠（sodium ethanaote）、磷酸氢二钠等。在一个具体示例中，热量存储材料46包括乙酸钠盐，例如乙酸钠。乙酸钠是能够在给定温度范围内相对容易地以一种以上的物理状态存在的材料。例如，乙酸钠具有高于95摄氏度（℃）的熔化温度和约54摄氏度（℃）的固化或凝固温度。然而，由于乙酸钠的固有特性，在显著低于54摄氏度（℃）的温度下，包括变速器10通常遇到的环境温度，乙酸钠可以液体相态存在。

为了使过冷却的液态乙酸钠开始固化，乙酸钠必须被充分激活或扰动。因此，流体加热系统40进一步包括能量输入装置或触发器50。触发器50可与发动机控制器、和车辆点火关联的传感器、车辆门把手或任何其他输入装置进行通讯，所述输入装置表明人们期望启动车辆。触发器50可以具有机械功能并且可以定位在壳体42的内部或外部。触发器50运转以传递足够的机械能量，从而使热量存储材料46开始从液体相变为固体。该机械能量可以是波的形式，该波可通过冲击、振动或其他方式引发。应该理解的是，可用各种构造来产生波或其他形式的供给热量存储材料46的机械能量。例如，在一个构造中，可以设置可移动构件，该可移动构件构造成击打包含热量存储材料46的壳体42从而通过热量存储材料46传递能量波并且引发热量存储材料46中的相变。该可移动构件可包括：销、锤或其他适当的冲击构件，并且可通过使用电磁阀（电动、气动或以其他方式驱动的）使该可移动构件移动。在另一个构造中，触发器50构造成以足够的力使壳体42移动，从而扰动热量存储材料46并使其开始相变。然而，应该理解的是，在不偏离本发明范围的情况下，触发器50可具有各种其他形式。

转至图2，使用乙酸钠作为热量存储材料46的流体加热系统40的工作过程的示例将被描述。在冷启动状态期间，液压流体34 停留在变速器10内，流体加热系统40浸没在液压流体34中，并且乙酸钠以液体状态存在。激活触发器50，以使液压流体34开始预热。当触发器50进行扰动时，乙酸钠从第一物理状态（过冷却液体）转变至第二物理状态（固体）。在此放热相变期间，乙酸钠加热至约54摄氏度（℃）的温度。该相变引起的热量释放导致液压流体34受热。参阅图3，随着变速器10内的各种部件开始移动，预热的液压流体34在整个变速器10内被扰动，并且因此由变速器10运转增加的热量附加至由流体加热系统40提供的热量。任何时候当变速器10的温度高于热量存储材料46的温度时，热量存储材料46吸收由变速器10产生的热量。在热量吸收期间，固体的热量存储材料46的物理状态相变回液体状态。在变速器10的运转终止并且变速器10冷却至环境温度时，热量存储材料46进入过冷却的液体状态。在该状态下，当流体加热系统40随后运转时，材料46又将以热量的形式将存储的能量释放给变速器10。应该理解的是，如同所描述的，流体加热系统40可以在车辆的整个寿命期间被再生，而无需对流体加热系统40进行补给。

应该理解的是，变速器10可包括多于一个的流体加热系统40，每个流体加热系统40都可以起到提供同时加热、连续加热或其他加热方案的作用。例如，可以构想到的是，在一个构造中，一个或多个流体加热系统40可以定位在储液槽36内。这些流体加热系统40可以沿着储液槽36的全部或一部分长度或者全部或一部分宽度延伸，或者可以在各种深度上延伸。应该理解的是，可通过不同的构造来获得期望的加热效果。

触发器50可以在不同时间由不同的激活装置来激活，这些激活可以是环境条件导致的自动激活或通过电子命令进行的激活。例如，触发器50可以在变速器10运转期间被激活、可以在变速器10非运转期间被激活或可以在两个期间都被激活。在一个示例性实施方式中，在与变速器10关联的发动机（未示出）点火以前，触发器50被激活。例如，触发器50可以与适当的控制器关联以便在车辆操作者靠近车辆期间、在车门解锁期间、在车钥匙被插入发动机点火系统或在发动机点火系统中旋转车钥匙时、或者在其他事件期间激活能量输入装置。在另一个构造中，触发器50在发动机启动期间被激活。可以通过控制器，或通过在发动机启动期间发动机或变速器10的自然振动来实现所述激活。在再一个示例性实施方式中，在发动机开始点火以后或在变速器10的部件开始旋转以后，触发器50可以被激活。在一个构造中，触发器50通过远程装置－例如车辆的远程无钥匙进入装置来激活。在那些使用多于一个触发器50的构造中，可以构想到的是，触发器50可以同时激活或在不同时间激活－例如顺序激活或以其他次序激活。然而，在所有状态中，变速器10必须运转以重新激励流体加热系统40或在流体加热系统40中存储热量。

对本发明的描述本质上仅仅是示例性的，且不偏离本发明的总体原理的变型将落入本发明的范围内。这些变型不应被认为偏离了本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于变速器的热量存储和释放系统，该热量存储和释放系统包括：

能够在变速器的运转温度范围内过冷却的材料，其中该材料与变速器热连通；

能量输入装置，该能量输入装置与所述材料关联并且能够向所述材料输入能量以在所述材料内引发放热相变，从而将热量传递至变速器。

2.如权利要求1所述的热量存储和释放系统，其中所述放热相变是从所述材料的过冷却的液体状态至固体状态。

3.如权利要求2所述的热量存储和释放系统，其中所述材料进一步配置成吸收变速器产生的热量，从而经历由固体状态至液体状态的相变。

4.如权利要求1所述的热量存储和释放系统，其中所述放热相变可以在变速器运转之前被引发。

5.如权利要求1所述的热量存储和释放系统，其中所述材料包括乙酸钠或乙硫酸钠。

6.如权利要求1所述的热量存储和释放系统，进一步包括与变速器关联的壳体，其中所述材料定位在该壳体内。

7.如权利要求6所述的热量存储和释放系统，其中所述壳体联接至变速器内的储液槽。

8.如权利要求1所述的热量存储和释放系统，其中所述材料与液压流体热连通。

9.一种变速器中的系统，该系统包括：

变速器液压流体；以及

与液压流体接触的热量存储和释放系统，该热量存储和释放系统包括：

壳体，该壳体限定空腔；

能够存储和释放热量的材料，其中该材料与变速器液压流体热连通；以及

能量输入装置，其与所述材料关联并且能够向所述材料输入能量以在所述材料内引发放热相变，从而将热量传递至变速器液压流体。

10.一种变速器，包括：

变速器箱体；

储液槽，其定位于变速器箱体的底部；

液压流体，其设置在所述储液槽内；以及

与液压流体接触的热量存储和释放系统，该热量存储和释放系统包括：

限定空腔的壳体，其中该壳体与储液槽的一部分连接；

能够存储和释放热量的材料，其中该材料与液压流体热连通；以及

能量输入装置，其与所述材料关联并且能够向所述材料输入能量以在所述材料内引发放热相变，从而传递热量至液压流体。

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