CN102308109A - 液力机器和用于使得这种液力机器的牵引功率最小化的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液力机器，特别是减速器，具有外部的工作介质循环回路(4)，该液力机器包括：安装有叶片的初级叶轮(1)和安装有叶片的次级叶轮(2)，它们共同形成圆环面形的工作室(3)。本发明的特征在于：具有：至少一个布置在工作室(3)之上或之外的分接开口(8)，其和液力机器的工作室(3)或辅助室导流地连接；和至少一个填充通道(10)，其通入液力机器之内的相对较低工作介质压力的区域中并且导流地和工作室(3)连接；其中，至少一个分接开口(8)和填充通道(10)借助于在外部的工作介质循环回路(4)之外的回流管路(11)这样以引导工作介质的方式相互连接，即工作介质从至少一个分接开口(8)流入填充通道(10)中并且从那里重新流入工作室(3)中。

Description

液力机器和用于使得这种液力机器的牵引功率最小化的方法

技术领域

本发明涉及一种液力机器、特别是液力减速器，该液力机器/液力减速器集成在外部的工作介质循环回路中，本发明还涉及一种用于使得这种液力机器的牵引功率最小化的方法。

背景技术

具有外部的工作介质循环回路的液力机器和没有外部的循环回路的液力机器的区别在于，即工作介质不长期停留在液力机器内部，例如或者是在工作室中或者是在设置在液力机器中的储备室-也称为减速腔-中，而是从外部的工作介质循环回路引导入液力机器或其工作室中，在该外部的工作介质循环回路中通常布置了用于工作介质的冷却器，并且工作介质随后被重新从工作室或液力机器排出到外部的工作介质循环回路中。相应地，液力机器具有至少一个工作介质入口和一个工作介质出口。在工作介质出口中或者在其后的流动方向上，例如设有调压阀，借助于该调压阀调节工作室中的静压力并且进而调节了工作室的填充度。

从工作室中向外卸载工作介质和，在断开液力机器时排空工作室通过所谓的出口孔实现。这些出口孔在液力机器的圆周上(在旋转方向上看去)分布在叶片中或叶片之间的空隙中，在通常定子的减速器中设置并且一方面通入工作室中和另一方面通入环形通道中，其在液力机器的圆周方向(旋转方向)上延伸。环形通道用于收集工作介质，也就是说工作介质从各个出口孔中流出并在环形通道中汇集。工作介质随后从该环形通道中通过所谓的工作介质出口引导入外部的工作介质循环回路中，该工作介质出口相对于流动方向和出口孔串接。

这种已知的实施方式的缺点在于，特别是当液力机器设计为减速器并且定子中的出口孔设置在非环形的叶轮中时，该液力机器未完全排空，这是因为特别在工作室的部分填充的状态中，也就是说，当工作室中不再有最大可能的工作介质量时，工作介质流动中的压力损失通过出口孔阻止。在工作室的这种部分填充的状态中，在工作室中的促使排空的压力也就小于在完全填充的状态中的压力。

DE 102007029018描述了这样一种具有初级叶轮和次级叶轮的液力机器，初级叶轮和次级叶轮形成工作室，该工作室能通过外部的工作介质循环回路填充，以便相应地调节液力机器的功率传输。此外设有环形通道，该环形通道通过出口孔在初级叶轮和次级叶轮中以引导工作介质的方式和工作室连接。由于排空的问题，除了出口孔之外已经还设有工作介质出口，其通入工作室中并且平行于环形通道布置。该文献的特征在权利要求1的前序部分中被概括。

现在尝试了，即液力机器，如上述文献对其所描述地，虽然将牵引功率(在液力机器停止运行时在工作室中基于剩余工作介质量的传输的功率)减小。然而，牵引功率不在每个转速的情况下都是最佳的，因此在特定的转速的情况下，液力机器传输不期望的功率，这可能导致在其中使用了液力机器的传动系中不期望的功率损失。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种液力机器，其中相对于现有技术改进了很大程度上排空工作介质，以及提出一种用于在所有的转速的情况下使得牵引功率最小化的方法。

根据本发明的目的通过根据独立权利要求所述的一种液力机器和一种方法实现。从属权利要求描述了有利的和特别适合的设计方案。

详细来说，根据本发明的液力机器特别设计为减速器，也就是说具有旋转的叶轮和固定的叶轮并且其集成在外部的工作介质循环回路中，该液力机器例如具有：机动车的发动机冷却循环回路；安装有叶片的初级叶轮和安装有叶片的次级叶轮，初级叶轮和次级叶轮共同形成圆环面形的工作室，工作室可填充来自外部的工作介质循环回路的工作介质，其中工作介质被重新从液力机器的工作室返回引导到外部的工作介质循环回路中

在液力机器中，在工作室外部设有环形通道，该环形通道特别在轴向方向上看去直接布置在工作室后面，并且有利地具有和工作室相同的直径，并且环形通道通过在两个叶轮中任一个中的出口孔，在减速器的情况下特别是在定子中，以引导工作介质的方式和工作室连接，以便收集那些通过出口孔从工作室中排出的工作介质并且随后通过工作介质出口引导入外部的循环回路中。多个出口孔在工作介质流动方面和特别也几何地相互平行地布置并且例如在多个或所有叶片空隙上，在圆周方向上看去布置在安装有叶片的叶轮中、特别是减速器的定子中。

有利地，就平行于出口孔的工作介质流动而言设有至少一个附加的工作介质出口，特别是一个唯一的附加的工作介质出口，该工作介质出口同样也通常直接地通入工作室中，并且其同时直接地或间接地通入外部的工作介质循环回路中。由于这个附加的工作介质出口可以说绕开环形通道或平行于该环形通道布置，因此可以在其中避免流动中的压力损失，该压力损失当工作介质经过出口孔流动时并且特别当工作介质从出口孔流入环形通道中时产生，该环形通道的横截面显著大于各个出口孔，从而可以实现对工作室的容易得多的排空以及进而实现不取决于工作室中的低工作介质压力的尽可能的排空。

根据本发明，特别除了至少一个工作介质出口之外还设有：至少一个在工作室之上或之外、有利地径向在工作室之外布置的分接开口该分接开口和液力机器的工作室导流地连接；和至少一个填充通道，其通入液力机器之内的相对较低工作介质压力的区域中并且导流地和工作室连接。在此，至少一个分接开口和填充通道借助于回流管路这样以引导工作介质的方式相互连接，即工作介质从至少一个分接开口流入填充通道中并且从那里重新间接地或直接地流入工作室中。在此除了通常的外部的工作介质循环回路之外设有回流管路并且该回流管路因此不通过环形通道和工作介质入口之间的连接部通过外部的工作介质循环回路显示。回流管路更确切地说通常明显比这种连接部更短。

在工作室中或者在叶轮背面上的工作介质有利地通过旋转的安装有叶片的初级叶轮(在液力耦合器中也是次级叶轮)径向向外离心分离并且进入到至少一个分接开口上，该分接开口有利地直接面对于旋转的叶轮。通过离心加速，工作介质以相对较高的滞止压力穿过分接开口并且通过回流管路流入填充通道中。由于填充通道通入液力机器中的相对较低工作介质压力的位置中，例如是在工作室中的工作介质循环回路的液力中心的区域中，在液力机器中的流入通道中或在工作介质入口中，从而实现了从工作室通过回流管路循环流动到填充通道并且从那里重新循环流动到工作室。借助于这种循环流动因此使得一部分来自于液力机器(循环回路容积)的工作室的工作介质分支并且首先在绕过工作室的情况下通过填充通道重新输送给它。由此，特别是当没有附加的工作介质通过外部的工作介质循环回路输送(液力机器停止运行)时，液力机器中的瞬间的工作介质容积下降。通过部分流体的这种分支，因此相对较少的工作介质到达工作室中，从而在液力机器停止运行时进一步降低牵引功率。循环流动可以同样地在停止运行的(减速器中的非制动运行)以及激活的(制动运行)液力机器的情况下形成，然而在停止运行的状态中是优选的。因此循环流动可以有利地在激活的状态中断开，例如借助于阀。

有利地，在回流管路中在流动方向上看去，第一阀或隔板和接收容器以及第二阀顺序地布置。

有利地，第一阀和/或第二阀设计为换向阀、特别是2/2-换向阀。

借助于两个阀或其中一个阀和隔板以及接收容器可以实现在液力机器停止运行时使得牵引功率的最小化还进一步得到改进，而不会在激活的状态中损害效率或者说功率传输。特别地，可以通过阀的开关位置最佳地控制接收容器的填充和排空。

根据本发明的用于使得根据本发明设计的液力机器的牵引功率最小化的方法包括以下步骤：

-在液力机器停止运行时，通过关闭第二阀或使得第二阀保持关闭并且可能地也通过打开第一阀或使得第一阀保持打开来经过附加的工作介质出口为接收容器填充来自工作腔的工作介质；

-在激活液力机器或在液力机器已经被激活时，通过打开第二阀并且可能地也通过关闭第一阀来经过填充通道排空接收容器。

如果液力机器设计为减速器，则因此在制动运行中、也就是说在激活减速器时(在初级叶轮旋转并且工作室通过外部的工作介质循环回路至少部分填充时)，关闭第一阀，而同时打开第二阀，从而在接收容器中存储的工作介质能通过第二阀流入填充通道中并且从那里流入工作室中。接收容器在此通过填充通道的区域中的负压排空。如果填充通道的入口区域中的工作介质压力这样小，从而使其下降到工作介质的蒸气压力之下，因此接收容器中的工作介质蒸发。关闭第一阀和打开第二阀在此有利地在利用减速器进行制动期间以及也在一个短的持续时间之后调节。如果现在结束制动过程，因此阻止了工作介质从工作介质循环回路流入工作室中，从而关闭第二阀并且打开第一阀。工作室中的工作介质有利地由于初级叶轮向外的旋转运动而被加速，进入到分接开口上并且经过打开的第一阀流入接收容器中，在该接收容器中通过之前进行的排空而存在相对较低的压力。在此通过关闭第二阀来阻止从接收容器中流出。与之并行地，为了排空工作室，如前述地，工作介质通过出口孔、环形通道或工作介质出口以及因此通过外部的工作介质循环回路从工作室中卸载。这种卸载就并行于卸载的工作介质流动而言通过至少一个分接开口进行。换句话说，工作介质流动通过外部的工作介质循环回路为了排空工作室的目的并且通过分接开口相互独立。

接收容器的尺寸这样确定，即在液力减速器的内部里保留了最佳的工作介质量。

有利地，接收容器在此可以这样设计，即它的容积在完全填充工作室(循环回路容积)时小于液力机器中或液力减速器中的工作介质的总容积。特别地，接收容器容积可以相应于循环回路容积的0.2至0.6倍之间。

如所述地，可以取代第一阀使用隔板、特别是固定隔板，其开口横截面的尺寸这样确定，即通过隔板得到比通过打开第二阀得到的更小的工作介质容积流量。在这种情况下，从接收容器中流出的工作介质量大于流入的工作介质量，随后当通过第二阀抽吸相对较大的工作介质流量时，当激活液力机器时排空接收容器，即使并不强制性地完全进行抽吸时也是这样。由此可以省去第一阀和因此省去对其的控制。

附图说明

现在在下面根据实施例和附图示意性地说明本发明。

图中示出：

图1示出了根据本发明的液力机器的一部分的示意图；

图2示出了穿过液力减速器形式的本发明的一个有利的实施方式的轴向截面图；

图3示出了垂直于液力机器的旋转轴线的轴向截面图中的液力机器的细节视图；

图4示出了图3中示出的根据本发明的液力机器的另一个实施方式。

具体实施方式

图1示出了液力机器的根据本发明的回流管路的示意图。液力机器包括初级叶轮1以及次级叶轮2。次级叶轮2和初级叶轮1分别配有叶片(在此未示出)并且在液力机器的轴向方向上相互面对，次级叶轮和初级叶轮共同形成圆环面形的工作室3，在该工作室中，在填充的或部分填充的状态中可以形成循环回路流动24(图2)，从而将旋转的初级叶轮1的转矩-在设计为液力耦合器时-传输到次级叶轮2上，由此次级叶轮2进入运动状态中。在设计为液力减速器时，次级叶轮2设计为定子，因此是抗扭的，从而将转矩从旋转的初级叶轮1传输到静止的次级叶轮2上并且由此将制动力矩施加到初级叶轮1上。

初级叶轮1和次级叶轮2在此由壳体15(部分示出地)围绕，该壳体具有分接开口8。该分接开口通过回流管路11重新和工作室3导流地连接。优选地设有一个、特别是一个唯一的分接开口8以及回流管路11。然而也可以考虑多个分接开口8，它们特别通入同一个回流管路11中。

除了外部的工作介质循环回路4之外还设有回流管路11，在该外部的工作介质循环回路中设有热交换器，用于将热量从工作介质中排出，从而可以相应地形成工作介质从工作室3中流动经过回流管路11重新进入外部的工作介质循环回路4之外的工作室3中的循环回路流动。也可能涉及的是第二个、特别是较小的工作介质循环回路，其中在第二个循环回路中的循环利用回流管路11特别也可以随着以下情况进行，即工作介质通过外部的工作介质循环回路4从工作室3中并且又重新返回到工作室3中的循环被中断。

在图2中可以看到根据图1的液力机器的细节图，液力机器在此设计为减速器。在此，相应的元件以相同的参考标号标注。设有输入轴19，该输入轴驱动初级叶轮1并且在输入轴上安装了小齿轮20或该小齿轮设计为和输入轴19成一个整体。

在液力机器运行时，也就是说当前在减速器的制动运行时，在工作室3和外部的工作介质循环回路4之间进行持续性的工作介质交换。外部的工作介质循环回路4在此仅仅示意性地示出，更确切地说仅仅是在流动方向上看去直接在液力机器之后连接的那个部分，以及在流动方向上看去直接在液力机器之前连接的那个部分。在例如可以是车辆发动机冷却循环回路的一部分的外部的工作介质循环回路4中，通常设有冷却器(未示出)，用于冷却在工作室3中被加热的工作介质。工作介质可以相应地是水或水混合物或在另一个实施方式中也可以是油。

工作介质在液力机器的运行状态期间并且在从运行状态(激活液力机器)过渡到非运行状态(停止运行)中时从工作室3中通过次级叶轮2中的多个出口孔6到达以圆环形式在液力机器的圆周上延伸的环形通道5中并且从那里到达外部的工作介质循环回路4中。在此，特别是当工作介质从出口孔6流出到环形通道中时，在工作介质流动中出现一定的压力损失，这是因为在此存在流动横截面的跳跃式的扩大。这种压力损失导致了，即特别在工作室3中压力相对较低的情况下，阻止了在非运行状态(非制动运行)中或在从运行状态(制动运行)过渡到非运行状态(非制动运行)中时工作室3的完全排空。

不期望地停留在工作室3中的工作介质导致了，即也在非运行状态中使得剩余转矩从初级叶轮1传输到次级叶轮2上，这导致了在传动系、例如在其中集成了液力机器的机动车传动系中的不期望的功率损失。

为了能够实现工作室3的更好的排空，还在平行于出口孔6或环形通道5的流动方向上设有一个附加的工作介质出口7，通过该工作介质出口将工作介质从工作室3引入到外部的循环回路4中。工作介质出口7在此安装在当前和次级叶轮抗扭设计的壳体15中。附加的工作介质出口7在此可以直接地和外部的工作介质循环回路4连接或直接地通入该工作介质循环回路中。

壳体15除了次级叶轮2之外还围绕初级叶轮1和进而围绕工作室3，在工作室中可以形成循环回路流动24。当前在初级叶轮1的区域中将分接开口8，如其在图1中所示出地，设置在壳体15中。在此，其基本上在液力机器的径向方向上延伸。然而它也可能是另一种形式。在此，多个分接开口8特别在初级叶轮1的旋转方向上看去可以装入壳体15中。至少一个分接开口8和回流管路11以及填充通道10以引导工作介质的方式相互连接。在当前情况下，在回流管路11中，在工作介质的流动方向上看去，第一阀12、接收容器13以及第二阀14顺序地布置。当前，填充通道10同样也装在壳体15中或者由其形成并且直接地通入填充室21中，该填充室具有比分接开口8中更低的工作介质压力。填充室21通过工作介质输入端22、例如以多个装入次级叶轮2中的孔的形式，以引导工作介质的方式和工作室3连接。由此，工作介质可以从外部的工作介质循环回路4以及从回流管路11至少间接地被输送给工作室3。

在运行状态(制动运行)中关闭第一阀12，而同时打开第二阀14，从而没有工作介质通过回流管路11流入到接收容器13中，然而工作介质由于填充室21中的相对较低的工作介质压力而从接收容器13流入到填充室21中。接收容器13在此可以排空。在此，剩余的工作介质量然而可以停留在接收容器13中。在从运行状态过渡到非运行状态中时，相反地打开了第一阀12并且关闭了第二阀14。在此，从初级叶轮1向外加速的工作介质流入回流通道11中并且经过打开的阀12流入接收容器13中，其方法是，基于预先的排空而存在相对较低的压力。

图3和4在垂直于液力机器的旋转轴线17(图2)的轴向截面图中示出了根据本发明的液力机器的分接开口8的两个另外的实施方式。在此也利用相同的参考标号标注同样的元件。

在图3中当前示出了初级叶轮1以及壳体15的一部分。两者在此界定了间隙23，通过该间隙，工作介质可以从工作室3流入所示出的压力分接开口8中。在初级叶轮1的流动方向或旋转方向上看在分接开口8下游，壳体15这样设计，即该壳体在其面向初级叶轮1的表面上形成凸出部16。凸出部16在此径向在朝向于初级叶轮1的方向上延伸。由此在凸出部16的径向最内部的区域中产生最小的间隙，该间隙略微可通过工作介质并且进而使得工作介质的一大部分在面向分接开口8的端面上转向进入分接开口8。

在图4中取代凸出部16示出了分接开口8的另一个实施方式。分接开口当前设计为倾斜的孔。这表明，即孔的纵向轴线的延长部在垂直于液力机器的旋转轴线的轴向截面中看去以割线的形式相交于壳体15。在此，套筒18装入分接开口8中。通过这个倾斜的孔，工作介质可以最佳地从间隙23排出到回流管路11中。套筒18在此可以制成为夹紧销、特别是由钢制成。

参考标号表

1  初级叶轮

2  次级叶轮

3  工作室

4  工作介质循环回路

5  环形通道

6  出口孔

7  工作介质出口

8  分接开口

9  辅助室

10 填充通道

11 回流管路

12 第一阀

13 接收容器

14 第二阀

15 壳体

16 凸出部

17 旋转轴线

18 套筒

19 输入轴

20 小齿轮

21 填充室

22 工作介质输入端

23 间隙

24 循环回路流动

Claims (10)

1.一种液力机器，特别是减速器，具有外部的工作介质循环回路(4)，所述液力机器包括：

1.1安装有叶片的初级叶轮(1)和安装有叶片的次级叶轮(2)，所述初级叶轮和所述次级叶轮共同形成圆环面形的工作室(3)，所述工作室可填充来自所述外部的工作介质循环回路(4)的工作介质，所述工作介质被重新返回引导到所述外部的工作介质循环回路(4)中；

1.2布置在所述工作室(3)外部的环形通道(5)，所述环形通道通过在所述初级叶轮(1)或所述次级叶轮(2)中的出口孔(6)以引导工作介质的方式和所述工作室(3)连接并且和所述外部的工作介质循环回路(4)导流地连接，以便收集从所述工作室(3)中经过所述出口孔(6)排出的工作介质并且输送至所述外部的工作介质循环回路(4)；

其特征在于以下特征，

1.3具有：至少一个布置在所述工作室(3)之上或之外的分接开口(8)，所述分接开口和所述液力机器的所述工作室(3)导流地连接；和至少一个填充通道(10)，所述填充通道通入所述液力机器之内的相对较低工作介质压力的区域中并且导流地和所述工作室(3)连接；其中

1.4至少一个所述分接开口(8)和所述填充通道(10)借助于在所述外部的工作介质循环回路(4)之外的回流管路(11)这样以引导工作介质的方式相互连接，即工作介质从至少一个所述分接开口(8)流入所述填充通道(10)中并且从那里重新流入所述工作室(3)中，从而在所述外部的工作介质循环回路(4)之外形成一个工作介质循环回路。

2.根据权利要求1所述的液力机器，其特征在于，在所述回流管路(11)中，在所述工作介质的流动方向上看去，第一阀(12)或隔板和接收容器(13)以及第二阀(14)顺序地布置。

3.根据权利要求2所述的液力机器，其特征在于，所述第一阀(12)和所述第二阀(14)设计为换向阀。

4.根据权利要求1或2所述的液力机器，其特征在于，所述接收容器(13)的容积小于所述液力机器的循环回路容积。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的液力机器，其特征在于，所述液力机器包括壳体(15)，所述壳体围绕所述初级叶轮(1)和所述次级叶轮(2)，并且至少一个所述分接开口(8)设置在所述壳体(15)中。

6.根据权利要求5所述的液力机器，其特征在于，所述壳体(15)在所述壳体的面向所述初级叶轮(1)或所述次级叶轮(2)的侧面上在流动方向上看在所述分接开口下游具有在径向方向上的凸出部(16)。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的液力机器，其特征在于，所述分接开口(8)设计为穿孔。

8.根据权利要求7所述的液力机器，其特征在于，所述分接开口(8)的纵向轴线的延长部在轴向截面中垂直于所述液力机器的旋转轴线(17)以割线的形式穿过所述壳体(15)延伸。

9.根据权利要求7或8所述的液力机器，其特征在于，在所述分接开口(8)中设置有套筒(18)。

10.一种用于使得液力机器的牵引功率最小化的方法，所述液力机器根据权利要求2至9中任一项所述地设计；所述方法的特征在于以下步骤：

10.1在所述液力机器停止运行时，通过关闭第二阀(14)或使得所述第二阀(14)保持关闭并且可能地也通过打开第一阀(12)或使得所述第一阀(12)保持打开来经过附加的工作介质出口(17)为接收容器(13)填充来自工作腔(3)的工作介质；

10.2在激活所述液力机器或在所述液力机器已经被激活时，通过打开所述第二阀(14)并且可能地也通过关闭所述第一阀(12)来经过填充通道(10)排空所述接收容器(13)。

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