CN108474471B - 用于无级变速器的液压可调带轮装置及其操作方法 - Google Patents
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Abstract
液压可调带轮装置(24)在带轮轴(10)上具有两个轮盘(12、13)。一个带轮轮盘(13)借助于所述带轮(24)的活塞/缸组件(15、16)并且通过以带有径向间隙的方式设置在所述带轮轴(10)上而相对于所述带轮轴(10)是轴向可移动的。所述轴向可移动的带轮轮盘(13)和所述活塞/缸组件(15、16)一起至少部分地限定缸室(7)。根据本公开,所述缸室(7)通过在所述缸室(7)的径向外周上的密封件(17)和设置在所述缸室(7)的径向内周上的另外的密封件(25)这两者被液压密封。在所述带轮(24)的一个实施例中,这种另外的密封件(25)设置在所述带轮轴(10)与轴向可移动的带轮轮盘(13)之间,以桥接所述带轮轴(10)与所述轴向可移动的带轮轮盘(13)之间的径向间隙。
Description
技术领域
本公开涉及一种用于无级变速器的液压可调带轮装置。这样的带轮和变速器在本领域中通常是已知的,例如从欧洲专利公开EP 1 303 715 A1和EP 1 470 350 A1中已知。
背景技术
已知的无级变速器包括两个带轮,即耦连到发动机的主带轮或主动带轮以及耦连到负载、特别是耦连到机动车辆的车轮的从带轮或从动带轮。每个这样的带轮包括布置在轴上的两个(截头)圆锥形轮盘和液压可操作的调节装置,所述调节装置用于在轴向方向上相向推动轮盘。诸如金属推带、金属传动链或纤维增强橡胶拉带的传动带缠绕在带轮上而位于(部分地)带轮的轮盘之间。在变速器的运行期间以及通过致动带轮调节装置,传动带被夹持在两个带轮的两个轮盘之间,使得旋转力可以从一个带轮传递到另一个带轮。同样借助于带轮调节装置,特别是通过分别在每个带轮处施加在皮带上的夹紧力,控制每个带轮处在带轮轮盘之间的传动带的曲率半径。相应地,这些曲率半径,特别是通过它们之间的比率确定变速器的速比和扭矩比,通过带轮调节装置的适当动作,这些比率因此可以被控制为由变速器设计确定的比率范围内的任意值。
在已知的变速器中,每个带轮调节装置包括活塞/缸组件,其中活塞固定到带轮轴上,缸在径向方向上包含活塞并且固定到第一带轮轮盘的与另一个第二带轮轮盘相反的轴向侧,所述第一带轮轮盘通过设置有围绕所述带轮轴装配的套筒而轴向可移动地安装。通过从带轮外部源在缸中,即在活塞与所述第一带轮轮盘之间的缸室中施加液压,将所述第一带轮轮盘在轴向方向上推向第二带轮轮盘,使得传动带夹持在第一带轮轮盘与第二带轮轮盘之间。尤其值得注意的是,这种第一带轮轮盘,即轴向可移动的带轮轮盘通常借助于键槽或花键连接沿切线方向,即其旋转方向锁定到带轮轴。
在上述已知的变速器中,液压流体的一些泄漏是不利的,但是在所述外部源与每个带轮的旋转缸室之间的液压连接件中会不可避免地发生液压流体的泄漏。在本领域中,已经提出了技术解决方案来减少这种泄漏,从而有利地减少变速器的运行期间液压能量的损失。EP 1 303 715给出了一个关于此点的示例,EP 1 303 715公开了一种待应用于所述液压连接件中的密封衬套,所述密封衬套的设计和尺寸设计成使液压流体泄漏到周围环境的程度最小。替代性地,日本专利公开JP 2010-002044A公开了一种带轮设计,所述带轮设计在缸室与所述液压连接件之间包含液压阀。
在根据JP 2010-002044A的带轮设计中,仅在实际供应液压流体到缸室或实际从缸室排放液压流体时才使用,即加压外部源与旋转的缸室之间的液压连接。因此,液压流体从液压连接件的泄漏减少,因为泄露仅在加压时才发生,即当液压流体在缸室与所述外部压力源之间实际交换时才发生。根据变速器的使用情况,在较短或较长的时间间隔内不需要这种交换,从而至少总体上减少了泄漏流。已知的带轮阀通常在缸室中的压力水平的影响下关闭,但是可以通过将液压连接件中的压力水平控制在这种缸压力以上来打开,从而允许液压流体流入到缸室中和/或增加缸压力。此外,已知的带轮阀设置有致动器,所述致动器能够液压启动以抵抗缸压力来打开带轮阀,从而允许液压流体流出缸室和/或减小缸压力。
在后一已知的带轮设计下,相对于更传统的带轮设计在变速器的运行期间可以至少总体上减少液压流体的泄漏。实际上,外部源与旋转的缸室之间的液压连接件通过带轮阀的打开被加压得越少,-由已知的带轮设计实现的泄漏减少越有效。本公开的目的是在运行期间限制所述液压连接件的增压的情况。
发明内容
根据本公开,用于打开外部源与旋转的缸室之间的液压连接件的一个原因是为了补偿缸室中的液压损失。进一步根据本公开,这种压力损失对于已知的带轮设计是固有的,因为在轴向可移动的带轮轮盘的套筒与带轮轴之间存在径向间隙,以允许轴向可移动的带轮轮盘的套筒与带轮轴之间的相对轴向运动。
根据本公开,在缸室与轴向可移动的带轮轮盘的套筒的从缸室内可见的远端之间设置液压密封件。通过所述液压密封件,可阻止经由轴向可移动的带轮轮盘的套筒与带轮轴之间的间隙从缸室中损失液压流体。因此,根据本公开所依据的目的,有利地减少了缸压力的损失。
在根据本公开的带轮的一个实施例中,液压密封件位于带轮轴与轴向可移动的带轮轮盘的套筒之间,即桥接带轮轴与轴向可移动的带轮轮盘的套筒之间的所述间隙。在这种情况下,液压密封件可以采取其他众所周知的密封环的形式,所述密封环部分地包含在带轮轴的周向槽中并且与套筒的径向内表面滑动接触。
在根据本公开的带轮的另一个实施例中,液压密封件位于活塞/缸组件的活塞与轴向可移动的带轮轮盘的套筒、特别是套筒的径向外表面之间。在本实施例中,所述间隙被完全排除,即不是缸室的一部分,也不与缸室液压连通。
附图说明
现在将参照附图通过示例阐明本公开的上述基本特征。
图1是具有两个液压可调带轮、传动带和电液控制系统6的已知的无级变速器的符号化表示;
图2示意性地示出了已知的液压可调带轮的基本设计的剖视图;
图3示意性地示出了根据本公开的可调带轮的第一实施例的剖视图;
图4示意性地示出了根据本公开的可调带轮的第二实施例的剖视图;
图5示意性地示出了根据本公开的可调带轮的第三实施例的剖视图;
图6示意性地示出了根据本公开的用于操作液压可调带轮的电液控制系统的第一实施例;以及
图7示意性地示出了根据本公开的用于操作液压可调带轮的电液控制系统的第二实施例。
具体实施方式
在这些图中,相同的附图标记视情况而定可涉及相应的技术功能或结构。
在图1中,已知的无级变速器被图示为具有输入轴或主轴1以及输出轴或从轴2。已知的变速器旨在被包含在发动机E与负载L之间,以用于在可能的连续速比范围内改变所述发动机E与所述负载L之间的传动速比。
已知的变速器包括两个液压可调带轮3和4,即要由发动机E经由传动输入轴2驱动的主轮、即驱动带轮3和用于驱动负载L、特别是机动车辆的从动轮的从轮、即从动带轮4。诸如金属推带的传动带5缠绕在带轮3、4上并与带轮3、4摩擦接触。设置电液控制系统,以通过控制每个相应的带轮3、4的活塞/缸组件的缸室7中的液压水平来液压地调节带轮3、4,特别是控制传动速比和传动带5与带轮3、4之间的摩擦。这里,已知的变速器的控制系统至少包括用于从液压流体的储液器9供应加压液压流体流的泵8以及阀系统35。
在图2中更详细地示出了液压可调带轮3和4的基本设计。在图2中,已知的带轮3、4被示出为包括带轮轴10,所述带轮轴10可旋转地由轴承11承载并设置有两个(截头)圆锥形轮盘12和13。第一带轮轮盘12不可移动地固定到带轮轴10上,可能与带轮轴10成一体。第二带轮轮盘13通过设置有装配在带轮轴上并围绕带轮轴具有径向间隙的套筒14轴向可移位地、即可移动地装配在带轮轴10上。可移动的带轮轮盘13及其套筒14通常借助于花键连接(未示出)旋转方向上相对于带轮轴10锁定。通过在相应的带轮3、4的活塞/缸组件15、16的缸室7中施加液压,可移动的带轮轮盘13可以移动或至少被推向另一个固定的带轮轮盘12,其中,缸15固定在可移动的带轮轮盘13上,活塞16固定在带轮轴10上。在活塞16与缸15之间设置有密封环17。
缸室7经由带轮轴10的连通到带轮轴10的轴向孔20的径向孔19连接到电液控制系统6的位于带轮3、4外的液压管路18。液压连接件21设置在可旋转的带轮轴10的轴向孔20与带轮3、4外的非旋转的液压管路18之间。在所示的示例中,液压连接件21包括插入在所述轴向轴孔20中的圆筒形区段以及布置在所述圆筒形区段的外周上并且围绕所述圆筒形区段的外周的密封环22。
已知的是,如图2中的箭头A所示,旋转的带轮轴10的轴向孔20与静止的液压管路18之间的液压连接件21容易泄漏液压流体。为了最小化这种对整个变速器的效率有害的泄漏,在本领域中已经提出,在带轮3、4上设置阀23,所述阀23被设计和布置成当不需要液压流体流入或流出缸室7时关闭,由此液压管路18以及因此液压连接件21可以被减压并且所述有害泄漏可以至少总体上在变速器的运行期间被减少。
根据本公开,在实际操作中,在运行期间带轮阀23是打开的并且液压连接件21相当频繁地加压,从而限制了所述泄漏减少和/或与此同时可实现的效率提高方面的带轮阀23的有效性。进一步根据本发明,如图2中的箭头B所示,带轮阀23的这种频繁打开是部分需要的,以经由轴向可移动的带轮轮盘13的套筒14与带轮轴10之间的间隙来补偿液压流体从缸室7的泄漏。虽然这种泄漏流量B相对较小,但当带轮阀23关闭时它确实使得缸压力下降。因此,带轮阀23被打开并且液压连接件21比预期仅仅用于改变变速器的速比和/或调节带轮/传动带摩擦力更频繁地被加压。
在图3中示出了根据本公开的用于改进已知的带轮设计的第一解决方案。图3所示的新型带轮24在很大程度上对应于图2中已知的带轮3、4,然而,在轴向可移动的带轮轮盘13的套筒14与带轮轴10之间还包括另外的密封环25。所述另外的密封环25桥接了这种套筒14与轴10之间的间隙,从而有利地防止或至少减少了液压流体经由这种间隙从缸室7的泄漏。因此,与现有技术相比,缸压力可以保持更长的时间,并且带轮阀23需要打开,液压连接件21被加压以用于(再次)加压缸室7的频率有利地较低。
在图4中示出了用于改进已知的带轮设计的第二解决方案。在根据本公开的带轮24的所述第二实施例中,另外的密封环25包括在轴向可移动的带轮轮盘13的套筒14与活塞/缸组件15、16的活塞16之间。此外,在所述第二实施例中,为了提供缸室7与带轮轴10的径向孔19之间的液压连接,用于液压流体的通道26包含在活塞16中。这种活塞通道26的一端通向缸室7,另一端通向所述径向孔19。
通过所述第二实施例中的另外的密封环25,轴向可移动的带轮轮盘13的套筒14与带轮轴10之间的间隙有利地从缸室7排除,从而防止或至少减少了液压流体经由这样的间隙从缸室7泄露。因此,与现有技术相比,缸压力可以保持更长的时间,并且带轮阀23需要打开,液压连接件21被加压以用于(再次)加压缸室7的频率有利地较低。
在图5中示出了用于改进已知的带轮设计的第三解决方案。在根据本公开的带轮24的所述第三实施例中,缸室7由设置在轴向可移动的带轮轮盘13中的环形凹部来实施。在所述第三实施例中,轴向可移动的带轮轮盘13本身实施有活塞/缸组件15、16的缸15。活塞/缸组件15、16的活塞16插入在所述凹部中并且在所述活塞的径向外边缘上由密封环17密封以及在所述活塞的径向内边缘上由另外的密封环25密封。此外,类似于带轮24的第二实施例,活塞16设置有内活塞通道26,以用于将缸室7液压地连接到带轮轴10的径向孔19。
进一步根据本公开,已知的带轮阀23如此的设计和/或操作可以以如下方式并参照图5进行改进。根据本公开,带轮阀23被实施为单向阀或止回阀23,其中,阀盖27通过缸压力保持关闭,即被压入到其阀座28中。优选地但非必要地,阀盖27附加性地由弹簧29保持关闭,如图5所示。在所述特殊的布置中,止回阀23可以在施加于阀控制缸31中的阀控制压力的影响下通过推杆30抵抗缸压力被主动控制和打开。此时,阀控制压力作用在推杆30的第一活塞式远端32上,而推杆30的相反的第二远端33要么表示阀盖27要么至少与阀盖27接合,图5中示出了与阀盖27接合的这种布置方式。
根据本公开,阀控制压力施加在阀控制缸31中,不仅用于打开止回阀23以通过允许液压流体流出缸室7而减小缸压力,而且还用于打开止回阀23以通过允许充分加压的液压流体从液压管路18流入到缸室7中来增加缸压力。在所述后一种配置中,在所有情况下,也就是当液压管路18中的超压相对于缸室7(中的压力)相对较小时也可以有利地向缸室7快速供应液压流体。在后一种情况下,止回阀23在阀控制缸31中的阀控制压力的影响下完全打开。
进一步根据本公开,如图5所示,包括压力传感器34,以检测缸压力,即缸室7中的压力。通过所述压力传感器34,缸压力也可以在带轮阀23关闭并且液压管路18无压时测量。压力传感器34可以位于带轮24的外部,然而,在这种情况下,需要在旋转的缸室7与静止的压力传感器34之间的另外的液压连接件。尽管所述另外的液压连接件可能非常小,但仍可能导致液压流体的泄漏。因此,根据本公开,如图5所示,压力传感器34优选集成在带轮24中。
根据本公开的液压可调带轮24最终适于与特定类型的电液控制系统6结合部署,在图6中描绘了电液控制系统6的优选类型。如上所述,控制系统6包括泵8,所述泵8在运行期间产生从液压流体的储液器9到控制系统6的主管路36的加压液压流体流,用于已知的变速器的所述液压控制。多余泵流量和诸如来自控制系统6的任何泄漏的减压液压流体被引导回储液器9。控制系统6的阀系统35被设置和布置成控制变速器中的各种液压水平,例如主管路36中的液压。此外,控制系统6、特别是控制系统6的阀系统35被布置成通过使用带轮阀23以上述方式控制变速器带轮24的压力室7中的缸压力。
在所述特殊的电液控制系统6中,泵8由驱动线路或机动车辆的发动机E驱动,其中,应用于变速器。由泵8产生的从储液器9到主管路36的液压介质的流量,即泵流量因此取决于发动机E的(旋转)速度。因此,多余泵流量可以非常显着,尤其是在高发动机转速下。因此,尤其更是为了优化变速器效率,小型泵是优选的。
根据本公开,为了减小变速器运行所需的最小的泵尺寸,从而有利地提高变速器效率,在控制系统中包括液压蓄能器37。蓄能器37经由可调蓄能器阀38连接到主管路36。蓄能器37通过打开蓄能器阀38来充注,即当阀系统35的流量需求低于泵流量时充满加压液压流体,当这样的流量需求高于泵流量时,蓄能器37也通过打开蓄能器阀38来排出液压流体。应注意的是,所述流量需求在变速器的稳态运行中通常是低的,而当通过控制系统6实现变速器的速比变化时所述流量需求是高的。
还应注意的是,能够控制主管路36与蓄能器37之间的液压流体的流量的可调蓄能器阀38在变速器运行期间可以固有地显示比可切换的开/关阀更多的液压流体的泄漏。因此,即为了最小化来自蓄能器37的加压液压流体的损失并且根据本公开,建议在控制系统6中包括可切换的开/关阀,所述开/关阀置于蓄能器37与可调蓄能器阀38之间。
还应注意的是,通过根据本公开的带轮24的设计减少了从缸室7的泄漏,原则上已经允许减小泵的尺寸。然而,在传统的控制系统6中,这可能毕竟是不可能的,因为在这种情况下,泵的尺寸不是由变速器的稳态流量需求决定的,而是由动态中的,即速比变化及其运行的流量需求决定的。因此,特别是通过将带轮24的这种泄漏优化设计与具有蓄能器37的控制系统6的上述布置相结合,其总效率改进潜力可以被解锁。
同样如图6所示,在主管路36与泵8之间可以包括泵止回阀39,以防止当泵8未运行时液压流体经由泵8泄漏到储液器9。
在图7中示出了根据本公开的电液控制系统6的更详细的实施例。在所述特定的实施例中,在由电机M而不是由车辆发动机E驱动的控制系统中包括另外的泵40。所述另外的泵40被布置成独立于第一泵8并且绕过主管路36向蓄能器37供应液压流体并因此对蓄能器37充注。同样如图7所示,另外的泵止回阀41可以被包括在蓄能器37与另外的泵40之间,以防止当另外的泵40未运行时液压流体经由另外的泵40泄漏到储液器9。在控制系统6的所述后一个实施例中,蓄能器37可以独立于第一泵8而被有利地充注,此外,当流量需求最高时,除蓄能器37之外,另外的泵40还可以支持第一泵8,相对于控制系统6的上述第一实施例,第一泵8的尺寸可以进一步减小。
应注意的是,根据本公开的电液控制系统6的后一个更详细的实施例原则上可以通过将由车辆发动机E驱动的第一泵8从主管路36断开连接(或者甚至通过从控制系统6中完全移除第一泵8)来简化,此时所述主管路36被供应来自蓄压器37和/或另外的泵40的加压液压流体。控制系统6的所述特殊的布置可以在变速器成本和/或效率方面带来进一步的益处,然而,其一些应用仅仅需要比由电机M驱动的另外的泵40能够经济地传送的流量更多的流量。
还应注意的是,原则上,控制系统6的上述实施例可以独立于根据本公开的带轮24应用于无级变速器中。然而,特别是从根据本公开的带轮24和控制系统6的组合应用,发现了附加的效率益处。
根据具体情况而定,所要求保护的特征可以在给定产品或给定过程中单独应用,但是也可以应用其中的两个或两个以上这样的特征的任意组合。
由本公开表示的本发明不限于在此明确提及的实施例和/或示例,而是还包括其修正、修改和实际应用,特别是那些在相关领域的技术人员可以达到的修正、修改和实际应用。
Claims (3)
1.一种用于操作用于无级变速器的液压可调的、转动的带轮装置的方法,所述无级变速器具有两个带轮(24)和传动带(5),用于以可变传动比在发动机(E)与负载(L)之间在机动车辆的传动线路中传递驱动动力,所述带轮(24)在带轮轴(10)上设置有两个带轮轮盘(12、13),其中至少一个带轮轮盘(13)在所述带轮轴(10)上是轴向可移位的,所述带轮(24)包括活塞/缸组件(15、16),所述活塞/缸组件(15、16)具有:作为可移位的带轮轮盘(13)的一部分的或至少附连到可移位的带轮轮盘(13)的缸(15),固定到所述带轮轴(10)的活塞(16),设置在所述缸(15)与所述活塞(16)之间的密封件,以及至少在所述缸(15)、所述活塞(16)与所述可移位的带轮轮盘(13)之间限定的缸室(7),所述缸室(7)经由液压连接件(21)连接到变速器的非转动的液压管路(18),所述带轮(24)还设置有可主动控制的带轮阀(23),所述带轮阀(23)位于所述带轮轴(10)的轴向孔(20)内且置于所述缸室(7)与所述液压连接件(21)之间,以用于将所述缸室(7)与所述液压连接件(21)、所述非转动的液压管路(18)液压连接和将所述缸室(7)与所述液压连接件(21)、所述非转动的液压管路(18)断开连接,其中,所述带轮阀(23)被主动打开,以经由所述液压连接件(21)从所述非转动的液压管路(18)向所述缸室(7)供应液压流体和经由所述液压连接件(21)从所述缸室(7)向所述非转动的液压管路(18)排放液压流体。
2.根据权利要求1所述的用于操作用于无级变速器的液压可调的、转动的带轮装置的方法,其中,所述带轮阀(23)包括阀控制缸(31),在所述阀控制缸(31)中施加控制压力以主动打开所述带轮阀(23),以向所述缸室(7)供应液压流体和从所述缸室(7)排出液压流体。
3.根据权利要求1或2所述的用于操作用于无级变速器的液压可调的、转动的带轮装置的方法,其中,所述密封件是密封环(17)。
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