CN107387598B - 一种自动变速器高效油源系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种自动变速器高效油源系统，采用了新的油源系统，高压油路和低压油路分体式设计，高压油路由电动泵和蓄能器为离合器控制油路和换挡控制油路供油；在高压油路电动泵出口和蓄能器进口的连接油道间，并联压力监测装置，用于电动泵起动和蓄能器充、放油时机的控制；高压油路电动泵出口处设置精滤滤网，用于保证控制油的清洁度；低压油路油源主要由一个大流量电动泵和一个机械泵供油组成，用于离合器和轴齿的润滑、冷却；本系统实现了控制系统流量的精确控制，减少了油液的浪费，提高了系统的工作效率，解决了电动泵的电机寿命短、易损坏的技术瓶颈问题，降低了使用和维护成本。

Description

一种自动变速器高效油源系统
技术领域
本发明涉及混合动力车辆的自动变速器领域，特别涉及油电混合的乘用车自动变速器领域，主要针对液压控制、系统设计与机电耦合方面的技术，具体涉及一种自动变速器高效油源系统
背景技术
随着环境污染的加剧和国家汽车油耗标准的提升，急需一种节能环保的汽车驱动解决方案。混合动力技术作为纯燃油驱动和纯电动方案的过渡方案，具有节油效果好、技术方案相对成熟、技术扩展性强的优点。
在混合动力车辆的自动变速器中，核心的控制系统采用机、电、液耦合的方式。它的发展到目前可分为两个阶段，主要区别在于油源系统和液压控制部分。对油源系统，第一阶段通常采用一个机械油泵和一个电动油泵联合供油的方式。电动油泵为机械油泵的辅助油源，主要在电动起动的工况为液压系统提供油液。为保证低转速的润滑冷却流量需求，机械泵的排量通常较大，在中高转速或两个泵同时工作的工况油的利用率较低，油液的严重浪费造成液压系统的效率低。第二代油源系统采用两个电动泵，或在需要时并联一个较小排量的机械泵，可实现对系统供油量的精确控制，避免了第一代系统中高转速情况下的浪费，流量控制更精益化，大大提高了系统效率。
《Energy efficient actuation units for dual-clutch transmissions》(作者Dipl.-Ing.Erik Schneider,Dr.Mirko Leesch，来自IAV公司。本文选自7th TM SymposiumChina,A)中所展示的系统比较典型，油源部分的方案体现了采用定量机械泵+辅助电动泵或仅用机械泵的第一代油源方案，向两个电动泵与蓄能器联合供油的第二代油源方案的转变。两个电动泵串联布置，采用同一个电机驱动，第一级电动泵排量大于第二级电动泵，向第二级电动泵和冷却润滑油路供油。第二级电动泵向控制油路提供定量的油。由于电动泵的驱动电机转速可独立调节，相对提升了系统的效率。但由于两个油泵共用一个驱动电机，两个泵的输出流量不能按系统需求分配。为系统安全、防止轴齿和离合器烧蚀，需提供较大的冷却润滑流量，导致此时输入控制系统的流量超出使用量，多余的油直接流回油箱，造成了油的浪费和效率的降低。另外，虽然该系统设有储能装置(蓄能器等)，电动泵仍需要频繁起动和长时间工作，大幅降低了驱动电机的使用寿命，需定期更换驱动电机，提高了维护和使用成本。
发明内容
本发明为实现控制系统的少流量精确控制、减少了油的浪费、大幅提高效率、降低油耗，提供了一种自动变速器高效油源系统，本发明是采用如下技术方案实现的：
一种自动变速器高效油源系统，其特征在于，包括油源、离合器压力控制装置、换挡压力和流量控制装置以及离合器/轴齿润滑冷却控制装置，油源包括高压油路油源和低压油路油源；
所述的高压油路油源包括小油箱、大油箱、粗滤器、第一单向阀、带有驱动电机的第一电动泵、第二单向阀、精滤滤网、压力传感器、蓄能器和高压油路卸荷阀，粗滤器的进油口浸没在大油箱的油液中，粗滤器的出油口与第一单向阀的进油口通过管路连接，第一单向阀的出油口与第一电动泵的进油口通过管路连接，第一单向阀的出油口与第一电动泵的进油口之间的管路与小油箱连通，第一电动泵的出油口与第二单向阀的进油口通过管路连接，第二单向阀的出油口与精滤滤网的进油口通过管路连接，精滤滤网的出油口与蓄能器的进油口通过管路连接，蓄能器的出口与小油箱通过管路连通，蓄能器的出口有三条分支油道，其中一条分支油道与小油箱通过管路连通，蓄能器的出口与小油箱连接的管路中安装有高压油路卸荷阀，蓄能器出口的另外两条分支油道分别与换挡压力和流量控制装置的进油口和离合器压力控制装置的进油口通过管路连接，精滤滤网的出油口与蓄能器的进油口之间的管路上安装有一个压力传感器；
所述低压油路油源包括带有驱动电机的第二电动泵、机械泵和低压油路卸荷阀，第二电动泵的进油口和机械泵的进油口通过管路彼此连通后再接入粗滤器出油口与第一单向阀进油口之间的管路上，第二电动泵的出油口和机械泵的出油口通过管路彼此连通后分成两条支路油道，其中一条支路油道与离合器/轴齿润滑冷却控制装置的进油口通过管路连接，另一条支路油道与低压油路卸荷阀的进油口通过管路连接，低压油路卸荷阀的出油口与大油箱通过管路连通；
第一电动泵、第二电动泵和压力传感器通过数据线与车辆变速器的控制单元连接。
进一步的技术方案包括：
换挡压力和流量控制装置中的控制元件的回油口与离合器压力控制装置中的控制元件的回油口均与小油箱连通，上述两个回油口流回的油液通过小油箱回流到第一电动泵的进油口处，重复利用精滤滤网过滤后的油，防止其流回大油箱造成清洁油液的浪费。
第二单向阀采用无弹簧式的单向球阀，球阀配合位置采用圆锥面，用于防止蓄能器出口的油流向第一电动泵造成反向冲击。
所述的机械泵与汽车发动机通过花键或联轴器联接。
本发明采用了新一代的油源系统、高压和低压油路分体式设计。高压油路包括电动泵、蓄能器、离合器控制油路和换挡控制油路等，由电动泵和蓄能器为离合器控制油路和换挡控制油路供油。电动泵自身驱动电机转速变化输出不同流量，可根据离合器和换挡执行机构的需求调节电动泵的输出流量。蓄能器作为辅助油源供油。以上方案实现了控制系统流量的精确控制。减少了油液的浪费。相比第一代系统方案，本方案至少提高系统的效率50％。
在高压油路电动泵出口和蓄能器进口的连接油道间，并联压力监测装置(如压力传感器)，用于电动泵起动和蓄能器充、放油时机的控制。当系统压力低于设置的最低油压时，电动泵的驱动电机启动，向系统供油、向蓄能器充油。当系统压力达到设置最高油压时，电动泵的驱动电机停止工作，系统由蓄能器供油。通过最高和最低油压的合理设置，可实现电动泵间歇工作，有效降低电动泵的驱动电机的启停次数和工作时间，实现整车全寿命无需更换电动泵的驱动电机，解决了电动泵的驱动电机寿命短、易损坏的技术瓶颈问题，降低了使用和维护成本。
高压油路电动泵出口处设置精滤滤网，用于保证控制油的清洁度。通常精滤器元件上并联有旁通阀，当精滤器达到使用寿命时压差较大，旁通阀开启。本发明以精滤滤网取代了常规的带有旁通阀的精滤器，本发明利用精滤滤网达到寿命时电动泵驱动电流增大的特点，通过监测高压油路电动泵的反馈驱动电流，实时监控精滤滤网是否达到寿命，提高了系统的工作可靠性。因使用精滤滤网取代了常规的精滤器，和常规精滤器相比取消了常规精滤器的旁通阀，简化了液压系统。
高压油源采用闭式回路设计。离合器控制或换挡控制油路中的控制元件(如电磁阀)回油口流出的油通过闭式油道回到小油箱。小油箱直接与电动泵吸油口联通。由于系统的大油箱和电动泵间有粗滤器和单向阀，存在一定压力阻力，所以小油箱的油优先进入电动泵。这部分油清洁度较高，可延长精滤器的使用寿命，实现精滤器全寿命使用，降低了维护成本。
低压油路油源主要由一个大流量电动泵和一个机械泵供油组成，用于离合器和轴齿的润滑、冷却。电动泵的驱动电机单独驱动的工况独立供油，其它工况根据需求流量供油。机械泵可由发动机驱动，比第一代系统的泵排量要小。在混合动力驱动或发动机驱动工况，机械泵供油满足润滑冷却需求时电动泵不工作。在大流量需求时，两个泵可共同为系统供油，使润滑冷却系统的可控性大大增强。机械泵的采用大幅降低了电动泵的工作负荷，延长了电动泵的驱动电机的使用寿命。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
图1为本发明所述的一种自动变速器高效油源系统的结构示意图；
图中：1.小油箱，2.大油箱，3.粗滤器，4.第一单向阀，5.第一电动泵，6.第二电动泵，7.机械泵，8.低压油路卸荷阀，9.离合器/轴齿润滑冷却控制装置，10.第二单向阀，11.精滤器，12.压力传感器，13.换挡压力和流量控制装置，14.蓄能器，15.高压油路卸荷阀，16.离合器压力控制装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细的描述：
如说明书附图所示，整个液压系统可分成四大部分，分别是油源、离合器压力控制装置16、换挡压力和流量控制装置13和离合器/轴齿润滑冷却9。油源包括高压油路油源和低压油路油源。高压油路油源包括小油箱1、大油箱2、粗滤器3、第一单向阀4、带有驱动电机的第一电动泵5、第二单向阀10、精滤滤网11、压力传感器12、蓄能器14和高压油路卸荷阀15。低压油路油源由第二电动泵6、机械泵7、低压油路卸荷阀8组成。
高压油路油源中，粗滤器3的进油口浸没在大油箱2的油液中，粗滤器3的出油口与第一单向阀4的进口通过管路连接，第一单向阀4的出口与第一电动泵5的进油口之间的管路与小油箱1连通。输出高压油，第一电动泵5的出油口与第二单向阀10的进油口通过管路连接，第二单向阀10的出油口与精滤滤网11的进油口通过管路连接，精滤滤网11的出油口与蓄能器14的进油口通过管路连通，蓄能器14的出口有三条分支油道，其中一条分支油道与小油箱1通过管路连通，该管路中安装有高压油路卸荷阀15，高压油路卸荷阀在达到一定油压时才开启。蓄能器14的另外两条分支油路分别与换挡压力和流量控制装置13的进油口和离合器压力控制装置16的进油口通过管路连接。精滤滤网11的出油口与蓄能器14的进油口之间的管路上安装有一个压力传感器12。第一电动泵5和压力传感器12通过数据线与车辆变速器的控制单元(TCU)连接。高压油路的主要控制过程如下：
第一电动泵5在自身驱动电机的驱动下旋转并输出高压油，输出高压油的压力由压力传感器12监测。当系统油压低于设定压力下限时，第一电动泵5接收到变速器的控制单元(TCU)的命令，第一电动泵5的驱动电机旋转，带动第一电动泵5向蓄能器14和/或换挡压力和流量控制装置13、离合器压力控制装置16供油；当系统油压达到压力上限时，蓄能器14已充满油液，第一电动泵5停止工作，由蓄能器14向换挡压力和流量控制装置13以及离合器压力控制装置16供油。
高压系统采用闭式循环油路设计，换挡压力和流量控制装置13、离合器压力控制装置16的控制元件(如电磁阀)回油口(T口)回油和泄漏的油通过油道流回到小油箱1，小油箱1与第一电动泵5的吸油口通过管路连通。由于大油箱2和第一电动泵5间有粗滤器3和第一单向阀4，存在一定的压力阻力，因此小油箱1的油优先进入第一电动泵5，这部分油清洁度较高，可被系统直接利用，减轻了精滤滤网11的负担，延长了精滤滤网11的使用寿命。当精滤滤网11达到使用寿命时，它的压力损失加大从而负载变大，驱动第一电动泵5的电流变大，可利用这一特点实时监控精滤滤网11的工作状态，达到寿命后及时更换，便于清洁度控制。第一电动泵5和粗滤器3之间的第一单向阀4可防止小油箱1内的油反向流到大油箱2。第一电动泵5和精滤滤网11间的第二单向阀10保证蓄能器出口油液只能流向换挡压力和流量控制装置13及离合器压力控制装置16，防止这部分油反向冲击第一电动泵5。
低压油路油源包括带有驱动电机的第二电动泵6、机械泵7和低压油路卸荷阀8。第二电动泵6的进油口和机械泵7的进油口通过管路彼此连通后再接入粗滤器3出油口与第一单向阀4进油口之间的管路上，第二电动泵6的出油口与机械泵7的出油口通过管路彼此连通后分成两条支路油道，其中一条支路油道与离合器/轴齿润滑冷却控制装置9的进油口通过管路连接，另一条支路油道与低压油路卸荷阀8的进油口通过管路连接，低压油路卸荷阀8的出油口与大油箱2通过管路连通。第二电动泵6通过数据线与车辆变速器的控制单元(TCU)连接
第二电动泵6的流量可通过其自身的驱动电机单独调节。机械泵7与发动机输出轴通过花键、联轴器或类似机构连接，由发动机驱动。机械泵7与第二电动泵6均可向离合器/轴齿润滑冷却控制装置9油路供油。纯电动工况时，机械泵7不转，由电动泵6单独供油。发动机工作的工况，机械泵7随转供油，第二电动泵6不工作或根据需求供油。通常电动泵自身的驱动电机的寿命较短，所述工作策略可降低第二电动泵6自身的驱动电机的负荷，提高第二电动泵6自身的驱动电机的寿命。低压油路卸荷阀8在油路压力超出设计压力时卸荷，保护低压油路。

Claims (4)

1.一种自动变速器高效油源系统，其特征在于，包括油源、离合器压力控制装置(16)、换挡压力和流量控制装置(13)以及离合器/轴齿润滑冷却控制装置(9)，油源包括高压油路油源和低压油路油源；
所述的高压油路油源包括小油箱(1)、大油箱(2)、粗滤器(3)、第一单向阀(4)、带有驱动电机的第一电动泵(5)、第二单向阀(10)、精滤滤网(11)、压力传感器(12)、蓄能器(14)和高压油路卸荷阀(15)，粗滤器(3)的进油口浸没在大油箱(2)的油液中，粗滤器(3)的出油口与第一单向阀(4)的进油口通过管路连接，第一单向阀(4)的出油口与第一电动泵(5)的进油口通过管路连接，第一单向阀(4)的出油口与第一电动泵(5)的进油口之间的管路与小油箱(1)连通，第一电动泵(5)的出油口与第二单向阀(10)的进油口通过管路连接，第二单向阀(10)的出油口与精滤滤网(11)的进油口通过管路连接，精滤滤网(11)的出油口与蓄能器(14)的进油口通过管路连接，蓄能器(14)的出口与小油箱(1)通过管路连通，蓄能器(14)的出口有三条分支油道，其中一条分支油道与小油箱(1)通过管路连通，蓄能器(14)的出口与小油箱(1)连接的管路中安装有高压油路卸荷阀(15)，蓄能器(14)出口的另外两条分支油道分别与换挡压力和流量控制装置(13)的进油口和离合器压力控制装置(16)的进油口通过管路连接，精滤滤网(11)的出油口与蓄能器(14)的进油口之间的管路上安装有一个压力传感器(12)；
所述低压油路油源包括带有驱动电机的第二电动泵(6)、机械泵(7)和低压油路卸荷阀(8)，第二电动泵(6)的进油口和机械泵(7)的进油口通过管路彼此连通后再接入粗滤器(3)出油口与第一单向阀(4)进油口之间的管路上，第二电动泵(6)的出油口和机械泵(7)的出油口通过管路彼此连通后分成两条支路油道，其中一条支路油道与离合器/轴齿润滑冷却控制装置(9)的进油口通过管路连接，另一条支路油道与低压油路卸荷阀(8)的进油口通过管路连接，低压油路卸荷阀(8)的出油口与大油箱(2)通过管路连通；
第一电动泵(5)、第二电动泵(6)和压力传感器(12)通过数据线与车辆变速器的控制单元连接。
2.根据权利要求1所述的一种自动变速器高效油源系统，其特征在于，换挡压力和流量控制装置(13)中的控制元件的回油口与离合器压力控制装置(16)中的控制元件的回油口均与小油箱(1)连通，上述两个回油口流回的油液通过小油箱(1)回流到第一电动泵(5)的进油口处，重复利用精滤滤网(11)过滤后的油，防止其流回大油箱(2)造成清洁油液的浪费。
3.根据权利要求1所述的一种自动变速器高效油源系统，其特征在于，第二单向阀(10)采用无弹簧式的单向球阀，球阀配合位置采用圆锥面，用于防止蓄能器(14)出口的油流向第一电动泵(5)造成反向冲击。
4.根据权利要求1所述的一种自动变速器高效油源系统，其特征在于，所述的机械泵(7)与汽车发动机通过花键或联轴器联接。
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