CN103115147A - 自动变速器的液压蓄能器 - Google Patents

Abstract

一种用于在车辆中对变速器提供加压油的液压蓄能器系统，该系统包括变速器油存储室，以将油存储在预先确定的水平面；液压蓄能器，其安装在油存储室中并且包括安装在预先确定的油面以下的蓄能器活塞，该活塞分离蓄能器油区与储油区的剩余部分并且可以移动以增加和减少蓄能器油区中的油，以及朝蓄能器油区方向偏置活塞的弹簧。该系统还具有液压总成，该液压总成包括用于使油从储油区剩余部分排出的第一油路、用于将油引入和引出在预先确定的油面以下的蓄能器油区的第二油路、以及将油从第一油路引入第二油路的液压回路。

Description

自动变速器的液压蓄能器

技术领域

本发明涉及一种具有用于自动变速器的液压储能器的液压系统，更具体地，涉及一种液压蓄能器，其辅助维持液压以允许以发动机停止-启动系统（stop-start system）操作的车辆启动后变速器立即接合。

背景技术

为了提高使用内燃机产生推进力的车辆的燃料经济性，一些车辆采用停止-启动策略，例如在红绿灯处停车时，发动机自动关闭。当绿灯亮起、驾驶者释放制动器以在油门踏板施加压力时，发动机自动启动以允许车辆加速。对于这些还具有自动变速器的车辆，有必要以某种方式维持变速器中的液压以便变速器能够在发动机自动重启后立即接合，这将使车辆毫无停顿地加速。

为了克服这个问题，一些车辆采用电动泵而不是传统的机动泵为液压流体加压。虽然这允许发动机在红灯处关闭时维持液压，但是该系统可能比期望的更昂贵且需要更多的组装空间。该系统还可能需要额外的电池给电动机供电。即使因泵电动机启动和液压泵最佳时间之间的延迟而不需要充压时，该系统可能也需要连续操作。

克服这个问题的另一种尝试是使用外部气体蓄积器存储变速器液压回路外面的额外液压流体。这种尝试也有缺点，它可能比期望的更昂贵且占据更多的组装空间。另外，在蓄能（较低的液面）和排放（较高的液面）期间，外部气体蓄积器可以引起油底壳中的液面变化，这在变速器离合器的接合过程中引起例如缺油或旋转损失等不需要的情况。

另一种尝试过的解决方案是使用具有机械锁的弹簧加载活塞式蓄能器（spring-loaded piston accumulator）。这种方式需要重新设计控制系统以便将其组装在内。这种方式也出现与气体蓄积器相同的在操作过程中改变油底壳中的液面的问题。为了机械地锁住蓄能器的活塞，这种弹簧加载式蓄能器可能需要百分之百容量的流体充压，这在频繁发生停止-启动事件时可能会出现问题。

发明内容

本发明的一个实施例包括一种用于对车辆中的变速器提供加压油的液压蓄能器系统。该系统可以包括将油存储在预先确定水平面的变速器油存储室；安装在油存储室中的液压蓄能器，其包括安装在预先确定的油面以下、分离蓄能器油区与储油区的剩余部分并且可以移动以增加和减少蓄能器油区中的油量的蓄能器活塞，以及与蓄能器活塞接合并且朝蓄能器油区方向偏置活塞的弹簧。该系统还可以具有液压总成，其包括用于使油从储油区剩余部分排出的第一油路、用于将油引入和引出在预先确定的油面以下的蓄能器油区的第二油路、以及选择性地将油从第一油路引入第二油路的液压回路。

本发明的一个实施例包括一种操作车辆自动变速器的方法，包含的步骤有：以内燃机驱动变速器的油泵；当发动机运行时，从油存储室抽油，该油存储室具有安装在其中的蓄能器，并且包括限定蓄能器油区顶部的可移动的蓄能器活塞，油从蓄能器外面的油存储室的剩余部分被抽出；对抗安装在油存储室中的弹簧的偏置选择性地引导油通过液压总成从泵流动到蓄能器活塞下面的蓄能器油区，储能器活塞位于油存储室中预先确定的液面以下；停止运行发动机；当发动机停止运行时，将油从蓄能器油区引入变速器。

本发明实施例的优势在于：发动机关闭时（在停止-启动的操作状态下），液压蓄能器系统维持最小液压充油压力，从而当发动机自动重启时允许变速器立即接合。液压蓄能器可以以短行程和大表面积操作，从而更容易与变速器油底壳（或根据具体情况与变速器壳体的底部）集成。另外，蓄能器充油时，变速器油底壳中的液面能够相对地保持不变。这些优势使蓄能器相对容易地加在现有的变速器总成上，同时还避免该总成所占的组装空间明显增加。另一个优势是：蓄能器的能量存储在弹簧中，而不是在受到压力的壳体内包含被压缩的液体，这使得结构更轻。再一个优势是：部分充油的蓄能器还可以用于短暂的停止-启动的情况，从而提高多种操作状态的功能性。

附图说明

图1是安装在变速器油底壳中的液压蓄能器的示意性侧视图；

图2是安装在变速器油底壳中的液压蓄能器的示意性俯视图；

图3是在油底壳中采用液压蓄能器的变速器液压回路的一部分的示意图；

图4是在油底壳采用液压蓄能器的变速器液压回路的一部分的替代实施例的示意图。

具体实施方式

图1和图2表示具有液压蓄能器22的液压蓄能器系统20，液压蓄能器22安装在变速器油存储室24。油存储室24是油底壳或变速器壳体的底部。油底壳通常用于存储后轮驱动传动车辆中的变速器油，而变速器壳体的底部通常用于存储前轮驱动传动车辆中的变速器油。因此，总体上的结果是相同的，即，都是变速器油存储室。液压蓄能器22与油存储室24集成。因而，这里所使用的油存储室不是可膨胀的或可扩张的液压存储区（如：气囊），并且与变速器油通常的存储位置不分离。

油室24包括圆柱形凹进部分26，其中安装有液压蓄能器22。油室24的侧壁28在柱体部分26的水平高度以上延伸，油室24还包括用于固定和密封油室24的安装法兰30。油室24包括液压通道32，液压通道32使蓄能器22中的油连接到液压回路的其它部分，在下面论述。浇铸或模铸的凹室34从油室24的底壁36向下延伸。

液压蓄能器22包括支承杆38，每个支承杆38固定在凹室34中的一个的一端具有支承头40，相反一端具有螺纹42，接近螺纹42的位置具有支承法兰44。支承杆38被螺纹丝套46保留在凹室34中，螺纹丝套46的每个通过螺纹拧入各凹室34中的一个的顶部，并且具有孔，各个杆38延伸穿过这个孔。每个支承头40和相对应的螺纹丝套46之间安装有弹簧48。液压蓄能器还包括蓄能器活塞50，其安装在支承杆38上，通过拧在螺纹42上的螺母52与支承法兰固定。密封件54围绕蓄能器活塞50的周界安装，从蓄能器活塞50上的室的剩余部分（可能还围绕蓄能器活塞50）密封蓄能器50下面圆柱形凹进部分26内的区域（蓄能器油区51）。油底壳24中的变速器油的液面56特意设置为高于蓄能器活塞50的高度。液压通道32进入凹进部分26的开口低于蓄能器活塞50的高度，允许通道32用于将油引入和引出蓄能器油区51。

虽然弹簧48设置为在受压缩时起作用，以向下偏置蓄能器活塞50，但是也可以采用可选择的设置，即弹簧在拉紧时起作用，以向下偏置蓄能器活塞50。例如，可以将弹簧安装在螺纹丝套46和支承法兰44（或活塞50的底面）之间，并且将它们的两端与螺纹丝套46和支承法兰44固定，在拉紧时起作用，以向下偏置蓄能器活塞50。

液压蓄能器22通过抽吸通过液压通道32进入蓄能器活塞50下面的蓄能器油区51中的油工作。当油被抽入该蓄能器22时，蓄能器活塞50对抗弹簧48的偏置被向上推。密封件54防止油溢出蓄能器活塞50到油底壳24的上部。即使增加蓄能器22中的油，油底壳24中的液面56也可以实质上保持不变，问题仅仅是在蓄能器活塞50上面的油量和在蓄能器活塞50下面的油量是多少。实质上，油从蓄能器活塞50的上面被抽到蓄能器活塞50的下面。在这个操作过程中，油室24不膨胀或收缩，蓄能器活塞50对抗弹簧48的偏置的运动形成可用的液压。油存储室24本身构成蓄能器22的一部分，因而液压蓄能器50与该油存储室24集成。

图3示意性地表示液压系统60，其可以用于图1和图2所示的液压蓄能器系统20，用以在停止-启动的车辆事件过程中提供液压。图3示意性地表示安装在油底壳24中的液压蓄能器22，蓄能器活塞50在液面56下面。由车辆的内燃机61驱动的泵62从油存储室24抽吸蓄能器油区51外面的变速器油。

泵62的输出端将油引入主调节阀63，主调节阀63包括可变电磁螺线管64，其控制油通过主调节阀63输出端流动。也就是说，可以将油部分或全部引入将油引回到泵吸入口的回油管路66，或者可以将油部分或全部引入通向管路70的油管路68，将油引到自动变速器控制系统或管路72，管路72将油引到梭式止回阀74。梭式止回阀74包括开/关电磁螺线管76，开/关电磁螺线管76可以驱动阀74选择性地允许或阻止油流经此处。阀74的输出端将油引入通向单向球阀80的管路78。球阀80设置为当压力大于预先确定的阈值时允许流动，小于该阈值时则阻止油的流动。球阀80还始终阻止在相反方向上的流动。球阀80和梭式止回阀74是液压蓄能器22的液压充油回路82的一部分。

球阀80的输出端将油引入充油管路84，充油管路84将油引向液压通道（如图1所示）用于对蓄能器22充油和放油。球阀80的输出端还将油引入管路86，管路86与另一个由开/关电磁螺线管90控制的梭式阀88的输入端连接，开关电磁螺线管90能够选择性地允许或阻止油流经此处。从阀88的输出端导出的油管路92将油引到控制自动变速器中的一个或多个离合器的变速器区域。梭式阀88和油管路92是液压蓄能器22的释放回路94的一部分。

现在将论述图1至图3所示的液压系统60和液压蓄能器系统20的操作。当启动车辆的发动机时，发动机驱动泵62从变速器油存储室24将变速器油抽到主调节阀63。控制可变电磁螺线管64以通过控制向变速器控制系统引导的油量和引导通过回油管路66的油量调节变速器的液压。该液压用于操作自动变速器。

当需要给液压蓄能器22加压时，开/关电磁螺线管76驱动梭式止回阀74以允许液流流经它。当对球阀80起作用的油压差速器到达预先确定的阈值（开启压力）时，球阀80打开，允许油通过充油管路84和液压通道32进入圆柱形凹进部分26。因而，液压充油回路82打开，为液压蓄能器22充油。当然，在此期间，液压释放回路94中的梭式阀88关闭。梭式阀88可以设计为具有小的间隙，从而在不需要液流流经它时，即，在蓄能器充油且不需要释放油流的时候，使液体泄漏最小化。

将油抽入蓄能器22时，蓄能器活塞50对抗弹簧48的偏置向上抬起，从而在蓄能器油区51内存储受压油。这在不影响油存储室24中的油液面56的情况下实现，因为油从蓄能器活塞50上面有效地抽到蓄能器活塞50下面。球阀80防止通过充油回路82回流。蓄能器22达到所需最大容量时，可以驱动电磁螺线管76以关闭梭式阀74。

例如，当车辆在红绿灯处停下来时，为了节省燃料，发动机可以自动关闭（停止-启动操作）。蓄能器22仍然充满受压油。当灯变为绿灯、操作者抬起制动器时，发动机自动重启。此时，电磁螺线管90打开梭式阀88。为了在发动机重启时立即开动车辆，蓄能器22中的受压油将通过释放回路94流出，从而控制变速器中需要液压的离合器（图中未示出）。当然，发动机重启时，泵62再次开始通过液压系统60抽油。即使油流出蓄能器22，也能够以回油维持油存储室24中的液面56。

图4示意性地表示另一个液压系统100，其可以采用图1和图2所示的液压蓄能器系统，以在停止-启动的车辆事件过程中提供液压。图4示意性地表示安装在油存储室24中的液压蓄能器22，蓄能器活塞50在液面56下面。由车辆的内燃机驱动的泵102从油存储室24抽吸液压蓄能器22外面的变速器油。

泵102的输出端将油引入主调节阀103，主调节阀103包括电磁螺线管104，其控制油通过主调节阀103输出端流动。也就是说，可以将油部分或全部引入将油引回泵吸入口的回油管路106，或者部分或全部引入通向球形止回阀110的油管路108。当压差大于预先确定的阈值时，球形止回阀110允许从主调节阀103流动但阻止在其它方向上流动。

管路112将油从止回阀110引到蓄能器进给阀114。蓄能器进给阀114可以由电磁螺线管116驱动或可选择地通过调节液压流117驱动（图4示出两种选择）。蓄能器进给阀114有两种油的流动路径。第一种路径允许从管路112流到另一个油管路118，油管路118最终通向蓄能器并且阻止从油管路119流动，油管路119从油管路118延伸并最终通向自动变速器中的低速倒车离合器122。第二种路径允许油从蓄能器通过阀114并通过管路124流动，管路124将油引到低速倒车离合器122。

充量限制阀126位于蓄能器进给阀114和蓄能器22之间。另外，当止回阀128处的压差超过预先确定的值时，球形止回阀128允许在一个方向上围绕充量限制阀126流动。充量限制阀126设置为在预先确定的压力时阻止流动。

现在将论述图1和图4所示的液压系统100和液压蓄能器系统20的操作。启动车辆发动机时，发动机驱动泵102从变速器油存储室24将变速器油抽到主调节阀103。控制电磁螺线管104以便通过控制朝变速器控制系统引导的油量和引导通过回油管106的流量调节变速器的液压。该液压用于操作自动变速器。

需要给液压蓄能器22加压时，电磁螺线管116驱动驱动器进给阀114以允许液流通过其流入油管路118。这允许油通过油管路118、充量限制阀126和液压通道32流入圆柱形凹进部分26。因而，打开液压充油回路为液压蓄能器22充油。充量限制阀126可以设置为在预先确定的压力阈值调节压力。也就是说，例如，充量限制阀126可以设置为允许油流动，直到液压蓄能器22中的压力达到60磅每平方英寸，大于该压力则阻止流动。

油被抽入蓄能器22中时，蓄能器活塞50对抗弹簧48的偏置向上抬起，从而在蓄能器油区51内存储受压油。这在不影响储油区24中的油液面56的情况下实现，因为油从蓄能器活塞50上面有效地抽到蓄能器活塞50下面。

例如，当车辆在红绿灯处停下来时，为了节省燃料，发动机可以自动关闭（停止-启动操作）。蓄能器22仍然充满受压油。当灯变为绿灯、操作者抬起制动器时，发动机自动重启。此时，电磁螺线管116将蓄能器进给阀114移动至引导油从油管路118流入油管路124到前进和低速倒车离合器122的位置。为了在车辆重启时立即开动车辆，22中的受压油将推开止回阀128，引起油从蓄能器22流到变速器中需要液压的离合器122。

当然，发动机启动时，泵102再次通过液压系统100抽油。即使油流出蓄能器22，也能够以回油维持油存储室24中的液面56。

虽然已经对本发明的某些实施例进行了具体说明，但是本领域的技术人员将认识到有多种可选择的用于实施本发明的设计和具体实施方式。

Claims (8)

1.一种用于对车辆中的变速器提供加压油的液压蓄能器系统，其特征在于，包含：

变速器油存储室，其设置为将油存储在预先确定的水平面；

液压蓄能器，其安装在油存储室中，并且包括蓄能器活塞，所述蓄能器活塞安装在预先确定的油面以下、分离蓄能器油区与储油区的剩余部分并且可以移动以增加和减少蓄能器油区中的油量，以及弹簧，所述弹簧设置为与蓄能器活塞接合并且朝蓄能器油区方向偏置活塞；以及

液压总成，其包括用于使油从储油区剩余部分排出的第一油路、用于将油引入和引出在预先确定的油面以下的蓄能器油区的第二油路、以及设置为选择性地将油从第一油路引入第二油路的液压回路。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述液压蓄能器包括至少一个凹室，所述凹室从油存储室底面向下延伸，第一末端可与凹室接合、相反的第二末端与蓄能器活塞固定的杆，所述弹簧安装在凹室内并且设置为与杆接合以便朝凹室的底部偏置杆。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述液压蓄能器还包括安装在凹室上部开口的螺纹丝套，所述螺纹丝套使弹簧固定在凹室中，其中，所述杆包括在第一末端的支承头，所述支承头可与弹簧接合，当蓄能器活塞向上移动时，所述支承头压缩弹簧。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述液压蓄能器由油存储室的凹进的圆柱形部分形成，其在油存储室中向下延伸，蓄能器活塞横跨所述凹进的圆柱形部分的上部延伸，将油存储室分为蓄能器活塞下面的蓄能器油区和蓄能器活塞上面的油存储室的剩余部分。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述液压总成包括泵，所述泵设置为由内燃机驱动，并且设置为通过第一油路从油存储区的剩余部分抽油。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述液压总成包括：

主调节阀，其设置为选择性地使从泵流出的油改变方向，流回泵吸入口或流到液压总成的充油回路部分；以及

开/关阀，其设置为接收从主调节阀流出的油并且选择性地允许或禁止通过开/关阀流动，其中，当需要为液压蓄能器充油时，打开所述开/关阀。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述液压总成包括单向止回阀，所述单向止回阀设置为接收从开/关阀流出的油，并且当对单向止回阀起作用的油压差超过预先确定的阈值时，允许油通过单向止回阀流入第二油路。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述液压总成包括开/关释放阀，所述开/关释放阀设置为接收从液压蓄能器流出的油，并且选择性地允许油从蓄能器流到变速器。

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