CN104564588A - 变量柱塞泵及液压式离合器操纵机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种变量柱塞泵及液压式离合器操纵机构，包括同轴设置的第一柱塞泵和第二柱塞泵；第一柱塞泵包括第一柱塞、第一有杆腔和第一无杆腔；第二柱塞泵包括第二柱塞、第二有杆腔和第二无杆腔；第一无杆腔设有第一出油孔，第一出油孔位于第一柱塞的行程范围之外；第二无杆腔设有第二出油孔和定压阀，第二出油孔位于第二柱塞的行程范围之内，第二柱塞运动过程中，当第二无杆腔与第二出油孔连通时，则定压阀封闭，当第二柱塞密封第二出油孔时，则定压阀打开；且两个柱塞为刚性固定连接。该离合总泵可以缩短踏板行程，延长离合器结合段行程，使车辆起步过程中离合器结合更平稳，结合过程更容易控制，其总行程较小，或能够减小踏板力。

Description

变量柱塞泵及液压式离合器操纵机构

技术领域

本发明涉及液压离合器技术领域，特别涉及一种变量柱塞泵及液压式离合器操纵机构。

背景技术

液压式离合器操纵机构是汽车离合器操纵机构的一种，采用液压传动来实现离合器的分离和结合功能。液压式离合器操纵机构主要包括离合总泵和离合分泵，离合总泵与离合分泵通常通过高压油管相连通，离合总泵与离合踏板相连，离合分泵与离合器分离机构相连。液压式离合器操纵机构是将施加在离合踏板上的力传递到离合器分离机构，当踩下离合器踏板时，通过推杆使总泵柱塞向前移动，总泵及高压管路中油液受压，压力升高，在油压的作用下，分泵柱塞也被推动前移，推动分离机构(例如：分离轴承)，使离合器分离。

其中，理想状态时，离合器操纵机构的杠杆比为离合分泵与离合总泵之间的承压面积的比值。现有的液压离合操纵机构中，离合总泵和离合分泵均设有一个工作腔，且两工作腔通过高压油管形成一个封闭的空间，在该液压离合器操纵机构的工作过程中，该液压离合杠杆比为固定值。由于离合器作用在离合器分离机构上的力是变化的(先增大后减小)，所以踩离合踏板时人脚受力也是先增大后减小，受力最大值一般处于离合器的结合点附近，故在车辆频繁起步的情况下驾驶员会因脚部受力大而抱怨；再者，离合器的结合点一般在踩下踏板的70％行程左右，即踏板行程较长；此外，车辆平稳的起步需要较长的离合器半结合行程，而现有液压离合器操纵机构中，该离合器半结合行程较短，且增加该离合器半结合行程时必然会增大离合总泵的总行程，从而使得整个液压离合器操纵机构的体积庞大、笨重。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种变量柱塞泵及液压式离合器操纵机构，至少能解决脚部受力大、分离行程长、半离合行程短或踏板总行程长的技术问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种变量柱塞泵，使用时所述变量柱塞泵与离合分泵连接，所述变量柱塞泵包括同轴设置的第一柱塞泵和第二柱塞泵；

所述第一柱塞泵包括：第一柱塞、第一有杆腔和第一无杆腔，所述第一无杆腔设有第一出油孔，且所述第一出油孔位于所述第一柱塞的行程范围之外；

所述第二柱塞泵包括：第二柱塞、第二有杆腔和第二无杆腔，所述第二无杆腔设有第二出油孔和定压阀，所述第二出油孔位于所述第二柱塞的行程范围之内；

当所述第二柱塞位于初始位置时，所述第二无杆腔与所述第二出油孔连通，所述定压阀处于封闭状态；在所述第二柱塞受力向前运动过程中，当所述第二柱塞封闭所述第二出油孔时，所述定压阀将打开；

所述第一柱塞与所述第二柱塞为刚性固定连接。

进一步的，所述第二柱塞泵设有第二进油孔和第二补偿孔，所述第二柱塞位于初始位置时，所述第二柱塞位于所述第二进油孔和所述第二补偿孔之间；第二柱塞设有只允许油液由所述第二有杆腔流向所述第二无杆腔的单向阀。

进一步的，所述定压阀为机械式溢流阀，包括定压钢球和定压弹簧，所述溢流阀位于所述第二柱塞的行程范围之内；在所述第二柱塞向前运动过程中，当所述第二柱塞逐渐运动到所述定压阀位置时，所述定压钢球逐渐径向向外运动，并逐渐压紧定压弹簧，所述定压阀逐渐开启；当所述第二柱塞逐渐远离所述定压阀时，所述定压弹簧推动所述定压钢球逐渐径向向内运动，所述定压阀将逐渐关闭；

或者，所述定压阀为电动式压差阀，所述定压阀位于所述第二柱塞的行程范围之外；在所述第二柱塞向前运动过程中，当所述第二无杆腔内的压力超过所述定压阀额定值时，所述定压阀处于开启状态，否则，所述定压阀处于关闭状态。

进一步的，所述定压阀为机械式溢流阀，所述第二柱塞外圆周设有与所述定压阀相配合的楔形槽。

相对于现有技术，本发明所述的变量柱塞泵具有以下优势：

本发明中，变量柱塞泵包括同轴设置的第一柱塞泵和第二柱塞泵，且两个柱塞泵的柱塞刚性固定连接。当将变量柱塞泵与离合分泵连接时，由于第一柱塞泵的第一出油孔位于第一柱塞前方的行程范围之外，所以第一柱塞泵的第一无杆腔始终与第一出油孔连通，使得第一柱塞泵的第一无杆腔始终与离合分泵工作腔的油液相连通；由于第二出油孔位于第二柱塞前方的行程范围之内，所以当第二柱塞位于初始位置时，第二柱塞泵的第二无杆腔与第二出油孔连通，定压阀处于封闭状态，此时两个柱塞泵同时为离合分泵提供油液；当第二柱塞受力向前运动直至封闭第二出油孔时，将使得第二无杆腔的油液不能与离合分泵工作腔连通，随着第二柱塞继续向前运动，定压阀将开启，此时，只有第一柱塞泵为离合分泵提供油液，即：处于工作状态的柱塞泵数量将减少。由此可知，该离合器工作过程中，离合器的杠杆比是变化的。

杠杆比为离合分泵承压面积与变量柱塞泵承压面积之间的比值，而承压面积与行程为反比关系。在变量柱塞泵的工作过程中，当处于工作状态的柱塞泵的数量减少时，杠杆比是增大的，此种情况下，由于变量柱塞泵的初始工作时的杠杆比较小，即其承压面积较大，从而可以使变量柱塞泵在较短的行程内使离合分泵到达其分离点，即可以缩短踏板行程，随后，在离合器半离合状态时的离合器杠杆比将变大，即其承压面积变小，从而延长离合器半结合段行程，使车辆起步过程中离合器结合更平稳，结合过程更容易控制；此外，与现有离合总泵相比，在本变量柱塞泵的工作过程中，总的承压面积较大，故其总行程较小。

本发明还提出另一种变量柱塞泵，使用时所述变量柱塞泵与离合分泵连接，所述变量柱塞泵包括同轴设置的第一柱塞泵和第二柱塞泵；

所述第一柱塞泵包括：第一柱塞、第一有杆腔和第一无杆腔，所述第一无杆腔设有第一出油孔，且所述第一出油孔位于所述第一柱塞的行程范围之外；

所述第二柱塞泵包括：第二柱塞、第二有杆腔和第二无杆腔，所述第二无杆腔设有第二出油孔和定压阀，所述第二出油孔位于所述第二柱塞的行程范围之内；

所述第二柱塞的前端固接有密封凸起，所述第二柱塞与所述密封凸起之间设有凹槽，所述凹槽径向向内凹入，且所述凹槽与所述第二无杆腔相贯通；当所述第二柱塞位于初始位置时，所述密封凸起封闭所述第二出油孔，所述定压阀处于开启状态；在所述第二柱塞受力向前运动过程中，当所述密封凸起越过所述第二出油孔时，所述第二无杆腔与所述第二出油孔连通，所述定压阀将关闭；

所述第一柱塞与所第二柱塞为刚性固定连接。

进一步的，所述凹槽为环形凹槽，所述密封凸起为环状凸缘，所述环状凸缘与所述第二柱塞泵的内壁紧密配合；所述第二柱塞设有中空腔，所述中空腔将所述第二无杆腔与所述环形凹槽连通。

进一步的，所述第二柱塞泵设有第二进油口和第二补偿孔，所述第二柱塞位于初始位置时，所述第二柱塞位于所述第二进油孔和所述第二补偿孔之间；所述第二柱塞设有只允许油液由所述第二有杆腔流向所述第二无杆腔的单向阀。

进一步的，所述定压阀为机械式溢流阀，包括定压钢球和定压弹簧；所述第二柱塞位于初始位置状态时，所述定压阀位于所述密封凸起的厚度范围之内，所述密封凸起径向向外压紧所述定压钢球，使所述定压阀处于开启状态；在所述第二柱塞向前运动过程中，当所述密封凸起逐渐远离所述定压阀位置时，所述定压钢球在所述定压弹簧的弹力作用下逐渐径向向内运动，所述定压阀将逐渐关闭；

或者，所述定压阀为电动式压差阀，所述定压阀位于所述第二柱塞的行程范围之外，在所述第二柱塞向前运动过程中，当所述第二无杆腔内压力超过所述定压阀额定值时，所述定压阀处于开启状态，否则，所述定压阀处于关闭状态。

进一步的，所述定压阀为机械式溢流阀，所述环状凸缘的外圆周设有与所述定压阀相配合的楔形槽。

本发明中，变量柱塞泵包括同轴设置的第一柱塞泵和第二柱塞泵，且两个柱塞泵为刚性固定连接。当将变量柱塞泵与离合分泵连接时，由于第一柱塞泵的第一出油孔位于第一柱塞前方的行程范围之外，所以第一无杆腔始终与第一出油孔连通，使得第一无杆腔始终与离合分泵工作腔的油液相连通；由于第二出油孔位于第二柱塞前方的行程范围之内，第二柱塞前端设有密封凸起，当第二柱塞位于初始位置时，第二柱塞前端的密封凸起将封闭第二出油孔，使得第二无杆腔不能为离合分泵的工作腔提供油液，此时定压阀处于打开状态；当第二柱塞受力向前运动并使得密封凸起越过第二出油孔时，凹槽与第二无杆腔相贯通，定压阀处于关闭状态，所以此时第二无杆腔将通过第二出油孔为离合分泵提供油液，此时为离合分泵提供油液的柱塞泵数量将增多。由此可知，该离合器工作过程中，离合器的杠杆比是变化的。

杠杆比为离合分泵承压面积与变量柱塞泵承压面积之间的比值，而承压面积与推杆推力成正比关系。在变量柱塞泵的工作过程中，当处于工作状态的柱塞泵的数量增多时，杠杆比是减小的，与现有的固定杠杆比的液压离合器操纵机构相比，当两者的总行程相同时，在变量柱塞泵的整个工作过程中会产生两个杠杆比，则现有液压离合器操纵机构的杠杆比处于本实施例中两个杠杆比之间，所以，本变量柱塞泵的初始杠杆比则需要大于现有液压离合器操纵机构的杠杆比，由于离合分泵的承压面积相同时，杠杆比越大则变量柱塞泵的总承压面积越小，从而需要较小的离合踏板力，使得驾驶员脚部受到的踏板反作用力变小，从而能够减小甚至消除驾驶员因频繁起步而产生的脚部疲劳。

本发明还提出一种液压式离合器操纵机构，包括离合分泵和上述变量柱塞泵，所述第一出油孔和所述第二出油孔均与所述离合分泵的工作腔通过油管连通；

所述离合分泵的工作腔内设有回位弹簧；或者，所述变量柱塞泵中所述第一柱塞泵或/和所述第二柱塞泵内设有回位弹簧；或者，所述变量柱塞泵和所述离合分泵外部设有带动离合踏板回位的回位装置。

所述液压式离合器操纵机构与上述变量柱塞泵相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例一所述的变量柱塞泵的剖面结构示意图；

图2为图1中所述第一柱塞剖面结构示意图；

图3为图1中所述第二柱塞剖面结构示意图；

图4-图7为图1中所述变量柱塞泵工作原理图；

图4为所述变量柱塞泵的初始状态；

图5为所述第二柱塞未越过第二出油孔时变量柱塞泵的工作状态；

图6为所述第二柱塞刚越过第二出油孔时变量柱塞泵的工作状态；

图7为所述第二柱塞越过定压阀时变量柱塞泵的工作状态；

图8为与图1实施例一中离合器分离轴承的分离力/分离行程的曲线图；

图9为推杆力/变量柱塞泵行程的曲线图；

图10为本发明实施例二所述的变量柱塞泵的剖面结构示意图；

图11为图10中所述的第二柱塞的剖面结构示意图；

图12-图15为图10中变量柱塞泵的工作原理图；

图12为变量柱塞泵的初始工作状态；

图13为第二柱塞将要打开第二出油孔而未打开时的工作状态；

图14为第二柱塞刚刚越过第二出油孔，将定压阀逐渐关闭时的工作状态；

图15为第二柱塞已经越过第二出油孔，定压阀完全关闭时的工作状态。

其中，图9中的粗实线表示实施例一的变量柱塞泵的推杆力/总泵行程的变化规律示意图；图9中的细实线表示现有技术中变量柱塞泵的推杆力/总泵行程的变化规律示意图。

附图标记说明：

1-泵体，2-第一柱塞泵，3-第二柱塞泵，4-第一柱塞，5-第二柱塞，6-连杆，

7-推杆，8-离合分泵；

21-第一出油孔，22-第一补偿孔，23-第一进油孔；

31-第二出油孔，32-第二补偿孔，33-第二进油孔，34-定压阀；

41-第一前凸缘，42-第一后凸缘，43第一环形凹槽，44、第一连通腔；

45-第一单向阀；

51-第二单向阀，52-楔形槽，53-第二连通腔，54-第二前凸缘，

55-第二环形凹槽，56-中空腔。

Fa-离合分泵分离力坐标方向，单位：N；

Sa-离合分泵分离行程坐标方向，单位：mm；

Sc-离合分泵分离点处行程，单位：mm；

Se-离合分泵结合点处行程，单位：mm；

Fz-变量柱塞泵的推杆力，单位：N；

Sz-变量柱塞泵的总泵行程，单位：mm；

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

注释说明：

本发明中，离合器杠杆比是指离合分泵承压面积与变量柱塞泵(也可以称为：离合总泵)承压面积之间的比值，也等于离合分泵所产生的推力与对变量柱塞泵施加的推力之间的比值。

本发明中，前方是指变量柱塞泵工作过程中，柱塞在柱塞泵内向无杆腔方向运动挤压油液时的运动方向。

本发明中，文中出现的柱塞泵并不是指本发明所述的变量柱塞泵，而是指组成变量柱塞泵的单个柱塞泵，例如：第一柱塞泵或第二柱塞泵。

本发明中，无杆腔是指各柱塞泵中柱塞前方的腔室，有杆腔是指各柱塞泵中柱塞后方的腔室。

本发明中，机械式定位阀中的定位钢球径向向内或径向向外运动是指：定位钢球沿柱塞泵的径向方向向靠近该柱塞泵轴线方向或远离该柱塞泵轴线方向运动。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例一

一种变量柱塞泵，使用时变量柱塞泵与离合分泵连接，变量柱塞泵包括同轴设置的两个柱塞泵，分别为第一柱塞泵2和第二柱塞泵3，如图1所示。

第一柱塞泵2包括：第一柱塞4、第一有杆腔和第一无杆腔，第一无杆腔设有第一出油孔21，且第一出油孔21位于第一柱塞4的行程范围之外，如图1所示。

第二柱塞泵3包括：第二柱塞5、第二有杆腔和第二无杆腔，第二无杆腔设有第二出油孔31和定压阀34，第二出油孔31位于第二柱塞5的行程范围之内，如图1所示。

当第二柱塞5位于初始位置时，第二无杆腔与第二出油孔31连通，定压阀34处于封闭状态；在第二柱塞5受力向前运动过程中，当第二柱塞5封闭第二出油孔31时，定压阀34将打开。

此外，第一柱塞4与第二柱塞5为刚性固定连接，从而使得两者能够同步运动，即；两柱塞在联动过程中，在各自柱塞泵内往复运动，并同时到达上止点或下止点。

本实施例中，变量柱塞泵设有两个柱塞泵，但不限于两个柱塞泵，且两个柱塞泵内的柱塞为刚性固定连接。当将变量柱塞泵与离合分泵连接时，由于第一出油孔21位于第一柱塞4前方的行程范围之外，所以第一无杆腔始终与第一出油孔21连通，使得第一无杆腔始终与离合分泵工作腔的油液相连通；由于第二出油孔41位于第二柱塞5前方的行程范围之内，所以当第二柱塞5位于初始位置时，第二无杆腔与第二出油孔31连通，定压阀34处于封闭状态，此时两个柱塞泵同时为离合分泵提供油液；当第二柱塞5受力向前运动直至封闭第二出油孔31时，将使得第二无杆腔的油液不能与离合分泵工作腔连通，随着第二柱塞5继续向前运动，定压阀34将开启，此时，处于工作状态的柱塞泵的数量将减少，只有第一柱塞泵2为离合分泵提供油液。由此可知，该液压离合器操纵机构工作过程中，离合器的杠杆比是变化的。

杠杆比为离合分泵承压面积与变量柱塞泵承压面积之间的比值，而承压面积与行程为反比关系。在变量柱塞泵的工作过程中，当处于工作状态的柱塞泵数量减少时，杠杆比是增大的，此种情况下，由于变量柱塞泵的初始工作时的杠杆比较小，即其承压面积较大，从而可以使变量柱塞泵在较短的行程内使离合器到达其分离点，即：可以缩短踏板行程，随后，在离合器半结合过程中离合器杠杆比将变大，即：变量柱塞泵的承压面积变小，从而延长离合器结合段行程，使车辆起步过程中离合器结合更平稳，结合过程更容易控制；此外，与现有离合总泵相比，在本变量柱塞泵的工作过程中，总的承压面积较大，故其总行程较小。

为了简化整个变量柱塞泵的结构，可以将两个柱塞泵设在同一泵体1上，如图1所示。

本实施例中，将变量柱塞泵的数量设置两个柱塞泵时，不仅能够改变离合器杠杆比，而且具有结构简单的优点。当然，还可以采用包括多于两个柱塞泵的变量柱塞泵结构，此时将产生更多不同的杠杆比。

本实施例中，将第一柱塞4设为柱塞，且在第一柱塞4外圆周沿轴向依次设有环状第一前凸缘41、第一环形凹槽43和环状第一后凸缘42，第一前凸缘41和第一后凸缘42均与第一柱塞泵2的内壁紧密配合，第一出油孔21位于第一无杆腔的末端，如图2所示，如此设置可以保证第一无杆腔始终与第一出油孔21连通，进而保证第一柱塞泵2始终为离合分泵提供油液。

继续参照图2，将第一柱塞泵2设有第一进油孔23和第一补偿孔22，第一柱塞4位于初始位置时，第一前凸缘41位于第一进油孔23和第一补偿孔22之间，本实施例中，将第一进油孔23设在第一前凸缘41的后方，使第一进油孔23与第一环形槽43连通，将第一补偿孔22设在第一前凸缘41的前方，使第一补偿孔22与第一无杆腔连通；第一环形凹槽43与第一无杆腔相连通，且两者之间设有只允许油液由第一环形凹槽43流向第一无杆腔的单向阀，即第一单向阀45，此种结构设置，可以保证第一环形槽43与第一无杆腔之间的压力平衡，使得第一柱塞泵2初始状态处于受力平衡状态，从而使其能够更加平稳。

将第一柱塞4设置成柱塞，且设置成两端粗中间细的结构，即两端凸缘与第一柱塞泵2内壁紧密配合，其中间形成封闭的环形油腔，该环形油腔与第一无杆腔通过第一连通腔44连通，第一单向阀45、第一进油孔23和第一补偿孔22的设置，不仅可以使第一柱塞4初始位置时保证该柱塞两端腔室的压力平衡，还能保证第一柱塞4的受力平衡；当第一柱塞4向前运动时，将封闭第一进油孔23和第一补偿孔22，当第一柱塞4回位时，由于液体本身的特征，不能马上回流到位，从而造成第一无杆腔的压力较低，当压力过低时离合踏板的回位将会受到影响，为了避免该现象的发生，第一单向阀45可以打开，从而为第一无杆腔补充油液，当第一柱塞4回位到位时，第一补偿孔22将第一无杆腔内多余的油液排出。

本实施例中，将第二柱塞5也设置为柱塞，如图1所示，且第二柱塞泵3设有第二进油孔33和第二补偿孔32，第二柱塞5位于初始位置时，第二柱塞5位于第二进油孔33和第二补偿孔32之间，将第二进油孔33设在第二柱塞5的后方，使第二进油孔33与第二有杆腔连通，将第二补偿孔32设在第二柱塞5的前方，使第二补偿孔32与第二无杆腔连通。在第二柱塞泵3内，第二柱塞5中轴线部位设有第二连通腔53，并在该连通腔53内设有只允许油液由第二有杆腔流向第二无杆腔的单向阀，即第二单向阀51，如图3所示。

第二进油孔33、第二补偿孔32和第二单向阀51的设置目的及作用与第一进油孔23、第一补偿孔22和第一单向阀51的设置相同，在此不再赘述。定压阀34与第二出油孔31之间配合，用来改变变量柱塞泵工作过程中的离合器的杠杆比，具体如下分析。

1)如图4所示，变量柱塞泵处于初始静止状态，第一柱塞4位于第一进油孔23与第一补偿孔22之间，第二柱塞5位于第二进油孔33与第二补偿孔32之间；

2)如图5所示，变量柱塞泵在踏板推力F₂的作用下，第一柱塞4和第二柱塞5将由初始静止状态开始向前运动，当运动一段行程后，第一柱塞4将第一补偿孔22封闭，第二柱塞5将第二补偿孔32封闭，定压阀34处于关闭状态，第二出油孔31处于开启状态，故此时两个柱塞泵均为离合分泵提供油液，其杠杆比为：i₁＝A₀/(A₁+A₂)，其中A₀为离合分泵的承压面积，A₁、A₂分别为第一柱塞4和第二柱塞5的承压面积，则离合器分离力(离合分泵所产生的离合推力)为：F₁＝F₂*i₁。

3)如图6所示，变量柱塞泵在踏板推力F₂的作用下使两个柱塞继续向前运动，当第二柱塞5将第二出油孔32封闭，第二柱塞5将推动定压阀34(此种情况的定压阀为机械式定压阀；当定压阀为压差式定压阀时，第二无杆腔内的压力上升，当第二无杆腔的压力上升至定压阀34设定压力时，定压阀34才开启)，定压阀34将开启为第二无杆腔泄压，此时只有第一柱塞泵2为离合分泵提供油液，该过程中的杠杆比为：i₂＝A₀/A₁；离合器分离力为：F₁＝(F₂-F₃)*i₂，其中F₃为定压阀34开启力。

4)如图7所示，变量柱塞泵在力F₂的继续推动作用下，定压阀34仍然处于开启状态，继续为第二无杆腔持续泄压，此时还是只有第一柱塞泵2为离合分泵提供油液，该过程的杠杆比为：i₂＝A₀/A₁，离合器分离力为：F₁＝F₂*i₃。

由上述分析可知，在变量柱塞泵的整个工作行程中，离合器杠杆比不是定值，而在柱塞前进的过程中是变化的，并且F₁、F₂的变化规律是不一样的。

在两个柱塞由初始状态到终止状态的运动过程中，在运动初始阶段，由于第二出油孔31处于开启状态，定压阀34处于关闭状态，从而使第二柱塞泵5与第一柱塞泵4同时为离合分泵的工作腔提供油液，此时，杠杆比为离合分泵承压面积与两个柱塞泵承压面积之和的比值；在柱塞的随后运动阶段，当第二柱塞5向前运动封闭第二出油孔31时，定压阀34将处于开启状态为第二无杆腔泄压，以保证柱塞能够继续前进，此时，只有第一柱塞泵2为离合分泵提供油液，杠杆比为离合分泵承压面积与第一柱塞4承压面积的比值，很明显，在柱塞的整个运动过程中，杠杆比将增大。

本实施例中，定压阀34为机械式溢流阀，该溢流阀通常包括定压钢球和定压弹簧，此时，可以在第二柱塞5与溢流阀配合对应位置处设置楔形槽52，如图3所示，此时溢流阀也设在第二柱塞5的行程范围之内。第二柱塞5向前运动过程中，第二柱塞5逐渐封闭第二出油孔31；同时，第二柱塞5将逐渐运动到溢流阀位置处，定压钢球在第二柱塞5的压力作用下将在楔形槽52内逐渐径向向外运动，并逐渐压紧定压弹簧，从而使溢流阀逐渐平稳的开启；相反，当第二柱塞5逐渐远离溢流阀时，定压弹簧将释放弹性势能推动定压钢球逐渐径向向内运动，从而使溢流阀逐渐关闭。

除此之外，可以采用电动式压差阀代替机械式溢流阀，此时压差阀的设置位置也可以设置在第二柱塞5前方的行程范围之外，防止定压阀34在第二柱塞5运动过程中被无端封住。第二柱塞5向前运动过程中，当第二无杆腔内的压力超过该压差阀34的额定值时，压差阀34将处于开启状态，否则，压差阀34将处于关闭状态。

下面对本实施例中的离合器列举一组具体数据，对本实施例进行分析。

如图8所示，该离合系统中，离合器分离轴承的行程为：S₁＝20mm；

结合点处行程为：Se＝6mm；

分离点处行程为：Sc＝7.5mm；

最大分离力为：F₁＝1000N；

离合分泵的承压面积为：A₁＝630mm²；

液压管路效率为：η＝85％；

变量柱塞泵的最大推杆力为：F₂＝410N；其曲线图如图8所示。

1)对于上述离合器系统，当采用现有技术中的变量柱塞泵时：

液压系统的最小杠杆比为：i＝F₁/(η*F₂)＝1000/(85％*410)＝2.869；

离合总泵的承压面积为：A₂＝A₁/i＝220mm²

离合总泵的内径为：D₂＝16.74mm

离合总泵的总行程为：S₂＝(S₁*A₁)/A₂＝(20*630)/220＝57mm。

2)为了与上述普通总泵形成对比，将变量柱塞泵最大推杆力设定为410N，将杠杆比的变化点设置在当离合分泵的分离力第一次达到800N时行程位置处，根据实验数据得到该处行程为6.8mm，则

变量柱塞泵初始工作阶段，两个柱塞泵同时处于工作状态，即杠杆比变化前的杠杆比为：i₁＝F₁/(η*F₂)＝800/(85％*410)＝2.35；

此时，变量柱塞泵的总承压面积为：Az＝A₁/i₁＝268mm²；

变量柱塞泵中，只有第一柱塞泵处于工作状态时，即杠杆比变化后的杠杆比为：i₂＝F₁/(η*F₂)＝1000/(85％*410)＝2.869；

此时，第一柱塞泵的承压面积为：A₂＝A₁/i₂＝220mm²；

此时，第二柱塞泵的承压面积为：A₃＝Az-A₂＝48mm²；

则，变量柱塞泵行程为：S_z＝(S₁₁*A₁)/Az+(S₁-S₁₁)*A₁/A₂

                        ＝6.8*630/268+(20-6.8)*630/220＝53.8mm。

在该离合器系统的工作过程中，该变量柱塞泵开始由两个柱塞泵与离合分泵工作腔连通，然后由一个柱塞泵的无杆腔与离合分泵工作腔连通，即：当离合分泵达到最大离合力之前，到达离合点之前，变量柱塞泵的杠杆比开始变化，此时第二柱塞泵3的第二无杆腔与离合分泵工作腔断开不连通，同时定压阀34开启，从而使得变量柱塞泵的最大行程为53.8mm。由于53.8＜57，所以此种结构设置能够缩短变量柱塞泵的工作行程。

此外，本实施例中，离合分泵的分离点行程为6.8mm，6.8＜7.5，由此可知，该变量柱塞泵可以在较短的行程内使离合分泵到达其分离点，从而缩短踏板行程；随后，该变量柱塞泵处于半离合状态时，离合分泵的行程为(20-6.8)＞(20-7.5)，由此可知，该变量柱塞泵可以使其所在的液压式离合器操纵机构的半离合(离合器半结合状态)行程延长，从而使车辆起步过程中的离合器结合更加平稳，结合过程更容易控制。

总之，与现有液压离合器操纵机构相比，本发明实施例中变量柱塞泵中，变量柱塞泵所承受的推杆力与变量柱塞泵总行程之间的变化规律、离合器分离力与变量柱塞泵总行程的变化规律，该两个变化规律是不同的，如图9所示。

实施例二

本实施例也是一种变量柱塞泵，如图10所示，该变量柱塞泵包括同轴设置的两个柱塞泵，即为第一柱塞泵2和第二柱塞泵3。

第一柱塞泵2包括：第一柱塞4、第一有杆腔和第一无杆腔，第一无杆腔设有第一出油孔21，且第一出油孔21位于第一柱塞4前方的行程范围之外，如图10所示。

第二柱塞泵3包括：第二柱塞5、第二有杆腔和第二无杆腔，第二无杆腔设有第二出油孔31和定压阀34，第二出油孔31位于第二柱塞5前方的行程范围之内，如图10所示。

该实施例中，第二柱塞5的前端固接有密封凸起，第二柱塞5与密封凸起之间设有凹槽，该凹槽径向向内凹入，且该凹槽与第二无杆腔相贯通；当第二柱塞5位于初始位置时，密封凸起封闭第二出油孔31，定压阀34处于开启状态；在第二柱塞5受力向前运动过程中，当密封凸起越过第二出油孔31时，此时第二出油孔31与凹槽位置正好相对，从而使第二无杆腔与第二出油孔31连通，定压阀34将关闭。

第一柱塞4与第二柱塞5为刚性固定连接，从而使得两者能够同步运动，即；两柱塞在联动过程中，在各自柱塞泵内往复运动，并同时到达上止点或下止点。

本实施例中，变量柱塞泵设有两个同轴设置的柱塞泵，且两个柱塞泵内的柱塞刚性固定连接。当将变量柱塞泵与离合分泵连接时，由于第一工作腔的第一出油孔21位于第一柱塞4前方的行程范围之外，所以第一工作腔2始终与第一出油孔21连通，使得第一无杆腔始终与离合分泵工作腔的油液相连通；由于第二出油孔31位于第二柱塞5前方的行程范围之内，第二柱塞5前端设有密封凸起，所以当第二柱塞5位于初始位置时，第二柱塞5前端的密封凸起将封闭第二出油孔31，使得第二无杆腔不能为离合分泵的工作腔提供油液，此时定压阀34处于打开状态，变量柱塞泵只有第一柱塞泵2为离合分泵提供油液；当第二柱塞5受力向前运动使得密封凸起越过第二出油孔31时，凹槽与第二出油孔31相对，凹槽与第二无杆腔相贯通，定压阀34处于关闭状态，所以此时第二无杆腔将通过第二出油孔31为离合分泵提供油液，变量柱塞泵有两个柱塞泵为离合分泵提供油液。由此可知，该离合器工作过程中，离合器的杠杆比是变化的。

杠杆比为离合分泵承压面积与变量柱塞泵承压面积之间的比值，而承压面积与推杆力成正比关系。在变量柱塞泵的工作过程中，当处于工作状态的柱塞泵的数量增多时，杠杆比是减小的，与现有离合总泵相比，当两者的总行程相同时，在变量柱塞泵的整个工作过程中会产生两个杠杆比，则现有液压离合器操纵机构的杠杆比处于本实施例中两个杠杆比之间，所以，本变量柱塞泵的初始杠杆比则需要大于现有液压离合器操纵机构的杠杆比，由于离合分泵的承压面积相同时，杠杆比越大则变量柱塞泵的总承压面积越小，从而需要较小的离合踏板力，即：与现有固定杠杆比的液压离合器操纵机构相比，本实施例中的变量柱塞泵在初始工作阶段时，即：离合器分离轴承到达分离点之前，可使得驾驶员脚部受到较小的踏板反作用力，从而减小甚至消除驾驶员因频繁起步而产生的脚部疲劳。为了简化整个变量柱塞泵的结构，可以将两个柱塞泵设在同一泵体1上，如图1所示。

本实施例中的第一柱塞泵2内的第一柱塞4与上述实施例一中的第一柱塞4的完全相同，故在此不再赘述。

当然，本实施例中，第二柱塞5和密封凸起可以是一体式结构。

本实施例中，如图11所示，第二柱塞5为柱塞，凹槽为环形凹槽，即第二环形凹槽55，密封凸起为环状凸缘，即为第二前凸缘54，第二前凸缘54与第二柱塞泵3的内壁紧密配合，第二环形凹槽55与第二无杆腔相连通；第二柱塞5位于初始位置时，第二出油孔31由第二前凸缘54封闭，定压阀34位于第二柱塞5的前方位置处，且定压阀34处于开启状态。其中，第二柱塞5设有中空腔56，中空腔56将第二无杆腔与第二环形凹槽55相连通，如图11所示。

此外，第二柱塞泵3设有第二进油口33和第二补偿孔32，第二柱塞5位于初始位置时，第二柱塞5位于第二进油孔33和第二补偿孔32之间。第二柱塞5设有只允许油液由第二有杆腔流向第二无杆腔的单向阀，即第二单向阀51。

本实施例中，第二补偿孔32、第二进油孔33、定压阀34和第二单向阀51的设置目的及作用于实施例1完全相同，故在此不再赘述。

此外，本实施例中，第二前凸缘54的设置是为了在第二柱塞5的初始静止状态时使其将第二出油孔31封闭，第二环形凹槽55的设置是为了使其与第二无杆腔连通，在第二柱塞5前进过程中使第二出油孔31能够为离合分泵工作腔提供油液，从而改变变量柱塞泵的总承压面积，进而改变离合器杠杆比。

本实施例中，定压阀34也可以采用机械式溢流阀或电动式压差阀。

当采用机械式定压阀34时，定压阀34包括定压钢球和定压弹簧，当第二柱塞5位于初始位置时，密封凸起封闭第二出油孔31，同时，定压阀34位于密封凸起的厚度范围之内，该密封凸起将径向向外压紧定压钢球，定压钢球将压缩定压弹簧，使该定压阀34处于开启状态。在第二柱塞5向前运动过程中，密封凸起逐渐远离第二出油孔31，使第二出油孔31与第二无杆腔连通，进而使第二柱塞泵为离合分泵的工作腔提供油液；同时，密封凸起将逐渐远离定压阀34位置，密封凸起将逐渐释放施加在定压钢球上的径向向外的压力，定压钢球在定压弹簧的弹力作用下将逐渐径向向内运动，最终是定压阀34逐渐关闭。

当该定压阀34采用电动势压差阀时，定压阀34设在第二柱塞5的行程范围之外；尤其，当第二柱塞5前方的密封凸起为环状第二前凸缘54时，由于该第二前凸缘54与第二柱塞泵3的内壁紧密配合，此时最好将定压阀34设在第二前凸缘54的行程范围之外，防止定压阀34在第二柱塞5运动过程中被无端封住。第二柱塞5向前运动过程中，当第二无杆腔内的压力超过该压差阀34的额定值时，压差阀34将处于开启状态，否则，压差阀34将处于关闭状态。

在第二前凸缘54的外圆周设有与定压阀34相配合的楔形槽52，如图10所示，两个实施例中的楔形槽52的倾斜方向是相反的，如图11所示。

此外，本实施例中，第二柱塞泵3的初始状态时，第二柱塞5前方的第二前凸缘54封闭第二出油孔31，从而使第二无杆腔不能为离合分泵的工作腔相连，同时，第二前凸缘54的楔形槽52压紧定压阀34的定压钢球，并使定压钢球压紧定压弹簧，从而使得定压阀34处于开启状态；随着第二柱塞5的向前运动，第二柱塞5在前进过程中，将逐渐打开第二出油孔31，使第二无杆腔为离合分泵连通并为其提供油液，同时，楔形槽52的向前运动将逐渐释放定压钢球的压紧力，定压钢球在定压弹簧的弹力作用下将逐渐回位，直至使定压阀34完全关闭。需要注意的是，本实施例中的定压阀34以机械式定压阀为例，当采用压差是定压阀时，定压阀34的开启取决于第二无杆腔内的压力。

本实施例中，定压阀34与第二出油孔31之间配合，用来改变变量柱塞泵工作过程中的离合器的杠杆比，具体如下分析。

1)如图12所示，变量柱塞泵处于初始静止状态，第一柱塞4位于第一进油孔23与第一补偿孔22之间，第二柱塞5位于第二进油孔33与第二补偿孔32之间，第二前凸缘54将第二出油孔31密封，定压阀34处于打开状态，此时只有第一柱塞泵2为离合分泵8提供油液；

2)如图13所示，变量柱塞泵在踏板推力F2的作用下，使两个柱塞由初始静止状态同时开始向前运动，当运动一段行程后，第一柱塞4将第一补偿孔22封闭，第二柱塞5将第二补偿孔32封闭，由于此时楔形槽52通过定压钢球仍然使定压弹簧处于半压缩状态，即第二无杆腔的定压阀34仍然处于开启状态，第二出油孔31处于封闭状态，故此时仍然只有第一工作腔2为离合分泵提供油液，其杠杆比为：i₁＝A₀/A₁，其中A₀为离合分泵的承压面积，A₁为第一柱塞4的承压面积，则离合器分离力为：F₁＝(F₂-F₃)*i₁，其中F₃为定压阀开启力。

3)如图14所示，变量柱塞泵在踏板推力F₂的作用下使两个柱塞继续向前运动，当第二柱塞5将第二出油孔32打开时，第二柱塞泵3将为离合分泵的工作腔提供油液，定压钢球在定压弹簧的弹力作用下将逐渐回位，使定压弹簧处于最大初始放松状态，即：使定压阀34将逐渐关闭，此时第一柱塞泵2和第二柱塞泵3同时为离合分泵工作腔提供油液，即：两个柱塞泵同时工作，该过程中的杠杆比为：i₂＝A₀/(A₁+A₂)；离合器分离力为：F₁＝F₂*i₂。

4)如图15所示，变量柱塞泵在力F₂的继续推动作用下，定压阀34仍然处于闭合状态，继续为离合分泵8的工作腔提供油液，此时杠杆比为i₂＝A₀/(A₁+A₂)；A₁、A₂分别为第一柱塞4和第二柱塞5的承压面积，离合器分离力为：F₁＝F₂*i₂。

为了与普通总泵形成鲜明的对比，将变量柱塞泵的总行程设定为57mm，与上述实施例一相同。

该实施例中，将杠杆比变化点设置在离合器分离轴承的分离点处，即离合器分离轴承行程为：Sc＝12.5mm处；将最大踏板力设为：F₂＝400N，则：

变量柱塞泵初始工作阶段，只有第一柱塞泵处于工作状态时，即杠杆比变化前的杠杆比为：

i₁＝F₁/(η*F₂)＝1000/(85％*400)＝＝2.94；

此时，变量柱塞泵总承压面积为：Az＝A₁/i₁＝214mm²；

此时，变量柱塞泵杠杆比变化前的行程为：S₂₁＝(S₁₁*A₁)/A₂＝36.8mm；

变量柱塞泵中，两个柱塞泵均处于工作状态时，即：杠杆比变化后剩余的行程为：S₂₂＝57-36.8＝20.2mm；

变量柱塞泵杠杆比变化后的承压面积为：A₃＝(S₁-S₁₁)*A₁/S₂₂＝233.9mm²；

变量柱塞泵杠杆比变化后的杠杆比为：i₂＝A₁/A₃＝2.69；

在离合器系统的工作过程中，该变量柱塞泵开始由一个柱塞泵与离合分泵工作腔连通，然后由两个柱塞泵与离合分泵工作腔连通，离合器分离轴承到达分离点时，杠杆比开始变化，此时第二出油孔31开始与离合分泵工作腔连通，同时定压阀34关闭，从而使得最大踏板力为400N。由于400＜410，所以此种结构设置能够减小作用在踏板的最大推杆力，使驾驶员在使用过程中更加省力。

由上述分析可知，通过调整变量柱塞泵上第二柱塞泵3的第二出油孔31和定压阀34的轴向位置、调整两个柱塞泵的内径可以实现增大和减小踏板力的作用。

实施例三

本实施例是一种液压式离合器操纵机构，包括离合分泵和上述实施例一或实施例二中的变量柱塞泵，第一柱塞泵的第一无杆腔和第二柱塞泵的第二无杆腔均可以与离合分泵工作腔连通。其中，第一无杆腔始终为离合分泵的工作腔提供油液；随着第二柱塞的运动状况，第二无杆腔根据该第二柱塞与第二出油孔的连接状态可实现与离合分泵的工作腔的油路进行连通或切断。

本实施例中个，可以在离合分泵内设置回位弹簧，或在变量柱塞泵和离合分泵外部设有带动离合踏板回位的回位装置。当然也可以只在变量柱塞泵内设置回位弹簧。

本实施例中的液压离合器具有上述实施例一或实施例二的所有优点，故在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种变量柱塞泵，其特征在于，包括同轴设置的第一柱塞泵(2)和第二柱塞泵(3)；

所述第一柱塞泵(2)包括：第一柱塞(4)、第一有杆腔和第一无杆腔，所述第一无杆腔设有第一出油孔(21)，且所述第一出油孔(21)位于所述第一柱塞(4)的行程范围之外；

所述第二柱塞泵(3)包括：第二柱塞(5)、第二有杆腔和第二无杆腔，所述第二无杆腔设有第二出油孔(31)和定压阀(34)，所述第二出油孔(31)位于所述第二柱塞(5)的行程范围之内；

当所述第二柱塞(5)位于初始位置时，所述第二无杆腔与所述第二出油孔(31)连通，所述定压阀(34)处于封闭状态；在所述第二柱塞(5)受力向前运动过程中，当所述第二柱塞(5)封闭所述第二出油孔(31)时，所述定压阀(34)将打开；

所述第一柱塞(4)与所述第二柱塞(5)为刚性固定连接。

2.根据权利要求1所述的变量柱塞泵，其特征在于，所述第二柱塞泵(3)设有第二进油孔(33)和第二补偿孔(32)，所述第二柱塞(5)位于初始位置时，所述第二柱塞(5)位于所述第二进油孔(33)和所述第二补偿(32)孔之间；且所述第二柱塞(5)设有只允许油液由所述第二有杆腔流向所述第二无杆腔的单向阀。

3.根据权利要求1或2所述的变量柱塞泵，其特征在于，所述定压阀(34)为机械式溢流阀，包括定压钢球和定压弹簧，所述定压阀(34)位于所述第二柱塞(5)的行程范围之内；在所述第二柱塞(5)向前运动过程中，当所述第二柱塞(5)逐渐运动到所述定压阀(34)位置时，所述定压钢球逐渐径向向外运动，并逐渐压紧定压弹簧，所述定压阀(34)逐渐开启；当所述第二柱塞(5)逐渐远离所述定压阀(34)时，所述定压弹簧推动所述定压钢球逐渐径向向内运动，所述定压阀(34)将逐渐关闭；

或者，所述定压阀(34)为电动式压差阀，所述定压阀(34)位于所述第二柱塞(5)的行程范围之外；在所述第二柱塞(5)向前运动过程中，当所述第二无杆腔内压力超过所述定压阀(34)额定值时，所述定压阀(34)处于开启状态，否则，所述定压阀(34)处于关闭状态。

4.根据权利要求3所述的变量柱塞泵，其特征在于，所述定压阀(34)为机械式溢流阀，所述第二柱塞(5)外圆周设有与所述定压阀(34)相配合的楔形槽。

5.一种变量柱塞泵，其特征在于，包括同轴设置的第一柱塞泵(2)和第二柱塞泵(3)；

所述第一柱塞泵(2)包括：第一柱塞(4)、第一有杆腔和第一无杆腔，所述第一无杆腔设有第一出油孔(21)，且所述第一出油孔(21)位于所述第一柱塞(4)的行程范围之外；

所述第二柱塞泵(3)包括：第二柱塞(5)、第二有杆腔和第二无杆腔，所述第二无杆腔设有第二出油孔(31)和定压阀(34)，所述第二出油孔(31)位于所述第二柱塞(5)的行程范围之内；

所述第二柱塞(5)的前端固接有密封凸起，所述第二柱塞(5)与所述密封凸起之间设有凹槽，所述凹槽径向向内凹入，且所述凹槽与所述第二无杆腔相贯通；当所述第二柱塞(5)位于初始位置时，所述密封凸起封闭所述第二出油孔(31)，所述定压阀(34)处于开启状态；在所述第二柱塞(5)受力向前运动过程中，当所述密封凸起越过所述第二出油孔(31)时，所述第二无杆腔与所述第二出油孔(31)连通，所述定压阀(34)将关闭；

所述第一柱塞(4)与所第二柱塞(5)为刚性固定连接。

6.根据权利要求5所述的变量柱塞泵，其特征在于，所述凹槽为环形凹槽，所述密封凸起为环状凸缘，所述环状凸缘与所述第二柱塞泵(3)的内壁紧密配合；所述第二柱塞(5)设有中空腔(56)，所述中空腔(56)将所述第二无杆腔与所述环形凹槽连通。

7.根据权利要求6所述的变量柱塞泵，其特征在于，所述第二柱塞泵(3)设有第二进油口(33)和第二补偿孔(32)，所述第二柱塞(5)位于初始位置时，所述第二柱塞(5)位于所述第二进油孔(33)和所述第二补偿孔(32)之间；所述第二柱塞(5)设有只允许油液由所述第二有杆腔流向所述第二无杆腔的单向阀。

8.根据权利要求5、6或7所述的变量柱塞泵，其特征在于，所述定压阀(34)为机械式溢流阀，包括定压钢球和定压弹簧；所述第二柱塞(5)位于初始位置状态时，所述定压阀(34)位于所述密封凸起的厚度范围之内，所述密封凸起径向向外压紧所述定压钢球，使所述定压阀(34)处于开启状态；在所述第二柱塞(5)向前运动过程中，当所述密封凸起逐渐远离所述定压阀(34)位置时，所述定压钢球在所述定压弹簧的弹力作用下逐渐径向向内运动，所述定压阀(34)逐渐关闭；

或者，所述定压阀(34)为电动式压差阀，所述定压阀(34)位于所述第二柱塞(5)的行程范围之外，在所述第二柱塞(5)向前运动过程中，当所述第二无杆腔内压力超过所述定压阀(34)额定值时，所述定压阀(34)处于开启状态，否则，所述定压阀(34)处于关闭状态。

9.根据权利要求8所述的变量柱塞泵，其特征在于，所述定压阀(34)为机械式溢流阀，所述环状凸缘的外圆周设有与所述定压阀(34)相配合的楔形槽。

10.一种液压式离合器操纵机构，其特征在于，包括离合分泵(8)和如权利要求1-9任一项所述的变量柱塞泵，所述第一出油孔(21)和所述第二出油孔(31)均与所述离合分泵(8)的工作腔通过油管连通；

所述离合分泵(8)的工作腔内设有回位弹簧；或者，所述变量柱塞泵中所述第一柱塞泵(2)或/和所述第二柱塞泵(3)内设有回位弹簧；或者，所述变量柱塞泵和所述离合分泵外部设有带动离合踏板回位的回位装置。