CN110219964A - 变速器压力控制排气系统 - Google Patents

Abstract

一种具有压力控制排气系统的变速器，包括：排气管，其配置成接合变速器，使得排气管的第一开口与变速器腔的上部流体连通；第二端部，其限定配置成与外部大气流体连通的第二开口；以及分叉部分，其在第一端部和第二端之间。分叉部分包括第一管段和与第一管段平行的第二管段。在第一管段内同轴设置的减压阀和在第二管段内同轴设置的真空减压阀。减压阀与真空减压阀协作以保持第一开口和第二开口之间的预定压差范围。排气管还可以包括湿气和/或变速器流体分离器。

Description

变速器压力控制排气系统

引言

本公开涉及一种用于变速箱排气的系统，更具体地，涉及一种用于机动车辆的变速器的压力控制排气系统。

本部分中的陈述仅仅提供与本公开相关的背景信息，并且可以或者可以不构成现有技术。用于机动车辆的机械变速器，无论是手动的还是自动的，都利用设置在变速器壳体内的变速器流体来实现各种功能，诸如变速器的冷却、旋转部分的润滑以及扭矩的液压传递。在机动车辆的操作情况下，变速器流体受到温度波动的影响，这是由于暴露于由多个内部工作部件之间的摩擦产生的热以及通过将热传递到外部环境而冷却。温度波动表现为变速器壳体内的变速器流体的粘度和压力的变化。

各种类型的密封件用于将变速器流体保持在变速器内，以便使变速器正常工作。旋转密封件插入在诸如输入轴或输出轴密封件的旋转部件之间。固定密封件插入在变速器壳体的固定部件之间，诸如在变速器壳体的外部密封表面之间。密封件用于在将变速器的内部与外部污染物隔离的同时将变速器流体保持在变速器内。变速器的内部和变速器的外部(即外部大气)之间的足够的压差可能导致静止密封件的偏转，导致变速器流体从变速器的泄漏或污染物进入变速器。

由变速器箱的工作部件产生的热量引起变速器、变速器部件以及变速器流体中的空气膨胀。内部空气和变速器流体的膨胀导致变速器壳体内的压力增加到高于外部大气压力的压力。类似地，如果变速器暴露于突然的冷却情况下，诸如如果当车辆驾驶通过水坑或涉水通过小溪时，变速器暴露于大量的水中，变速器内的压力可能会降低到外部大气压力以下。

如果变速器内的压力基本上大于变速器外的压力，则各种密封件受到可能引起密封件偏转的力，从而从变速器排出变速器流体。如果变速器内的压力基本上低于变速器外的压力，则各种密封件在相反方向上受到应力，并且污物、水或其它污染物可以被吸入变速器中。变速器内部和外部大气之间的压差也可以通过当车辆从较低海拔(诸如海平面)行进到较高海拔(诸如高于海平面10,000英尺)时外部大气压力的变化而产生，反之亦然。

在变速器壳体中设置排气口，以允许变速器内部和外部大气之间的压力平衡。当变速器加热时，增加的压力与夹带在空气中的少量变速器流体蒸汽一起释放到外部大气。当变速器冷却时，外部空气与大气中的湿气和少量污染物一起被吸入变速器中。

因此，希望提供一种压力控制排气系统，其通过减少或消除从变速器排出的不必要的变速器流体并减少不必要的湿气和污染物进入变速器来延长变速器的正常使用寿命。

发明内容

根据多个方面，公开了一种具有压力控制排气系统的变速器。变速器包括限定内部腔的变速器壳体，内部腔被密封以防止内部腔和外部大气之间的流体连通。提供减压阀以在超过内部腔和大气之间的预定压差时，将变速器空气从内部腔的上部排放到外部大气。提供真空减压阀，以在超过内部腔和外部大气之间的预定真空差时，将外部空气排放到内部腔中。

在本公开的另一方面中，变速器进一步包括排气管，排气管具有限定与内部腔的上部流体连通的第一开口的第一端部、限定与外部大气流体连通的第二开口的第二端部以及在第一端部和第二端部之间的分叉部分。分叉部分包括第一管段和与第一管段平行的第二管段。减压阀设置成与第一管段同轴，以及真空减压阀设置成与第二管段同轴。

在本公开的另一方面中，减压阀和真空减压阀中的一个包括弹性体阀构件，弹性体阀构件配置成当超过内部腔和大气之间的预定压力或真空差时打开。

在本公开的另一方面中，变速器进一步包括油分离器，油分离器与排气管同轴设置在分叉部分和第一端部之间。油分离器包括限定弯曲路径的缠绕壁，弯曲路径配置成冷凝包含在变速器空气中的变速器流体蒸汽，变速器空气排放到外部大气，并且将冷凝的变速器流体重新引导回到内部腔中。

在本公开的另一方面中，油分离器限定在变速器壳体的靠近腔上部的部分中。油分离器包括限定从内部腔延长到第一开口的弯曲路径的缠绕壁。

在本公开的另一方面中，油分离器包括配置成将冷凝的变速器流体输送回内部腔的外部排管。

在本公开的另一方面中，变速器进一步包括与第二管开口流体连通的除湿器。除湿器配置成冷凝从外部大气进入排气管的水蒸汽并重新蒸发冷凝的水。

在本公开的另一方面中，除湿器包括除湿器壳体，除湿器壳体包括干燥空气开口，干燥空气开口与排气管的第二开口流体连通的，内表面，内表面限定内部容积，以及盖部分，盖部分具有延长到内部容积中的湿气管。湿气管与外部大气流体连通。蒸发器杯同心地设置在内部容积内并且与除湿器壳体的内表面间隔开。蒸发器杯包括向内锥形盖，锥形盖限定围绕湿气管的圆周开口。环形通道限定在蒸发器杯和除湿器壳体的内表面之间。

在本公开的另一方面中，除湿器进一步包括设置在除湿器壳体上方的罩，使得罩与除湿器壳体的盖部分协作以限定与湿气管流体连通的外部空气通道。

在本公开的另一方面中，预定压差小于将引起变速器壳体的外部密封件向外偏转以允许变速器流体泄漏到外部大气中的压差。预定的真空差小于将引起密封件向内偏转以允许外部空气泄漏到变速器壳体的内部腔中的真空差。

根据多个方面，公开了一种用于变速器的压力控制排气系统。该系统包括排气管，排气管具有：第一端部，第一端部限定第一开口，其中第一端部配置成接合变速器壳体，使得第一开口与变速器壳体的内部腔的上部流体连通；第二端部，其限定配置成与外部大气流体连通的第二开口；在第一端部和第二端部之间的分叉部分，其中分叉部分包括第一管段和与第一管段平行的第二管段；减压阀，其在第一管段内同轴设置；以及真空减压阀，其在第二管段内同轴设置。减压阀与真空减压阀协作以保持第一开口和第二开口之间的预定压差范围。

在本公开的另一方面中，减压阀和真空减压阀中的至少一个是处于常闭状态的弹簧加载止回阀。弹簧包括配置成当超过排气管的第一开口和第二开口之间的预定压差时打开阀的弹簧刚度。

在本公开的另一方面中，减压阀和真空减压阀中的至少一个包括常闭弹性体阀构件，常闭弹性体阀构件配置成当超过排气管的第一开口和第二开口之间的预定压差时打开。

在本公开的另一方面中，压力控制排气系统进一步包括油分离器，油分离器与排气管在第一端部和分叉部分之间同轴设置。

在本公开的另一方面中，油分离器包括限定弯曲路径的缠绕壁，弯曲路径配置成冷凝变速器流体蒸汽并将冷凝的变速器流体输送到排气管的第一端部。

在本公开的另一方面中，压力控制排气系统进一步包括与第二管开口流体连通的除湿器。除湿器被配置为分离外部大气中的水蒸汽。

在本公开的另一方面中，除湿器包括除湿器壳体，除湿器壳体具有限定延长到除湿器壳体的内部容积中的湿气管的盖部分。蒸发器杯同心地设置在内部容积内并且与除湿器壳体的内表面间隔开，限定围绕湿气管的圆周开口以及在蒸发器杯和除湿器壳体的内表面之间的环形通道。湿气管与外部大气流体连通。

在本公开的另一方面中，蒸发器杯包括朝向蒸发器杯的中心倾斜并限定圆周开口的圆锥形顶部部分。

根据各个方面，公开了一种变速箱。变速箱包括限定与外部大气密封的内部腔的变速箱壳体和接合到变速箱壳体的压力控制排气系统。压力控制排气系统包括排气管，排气管具有与内部腔流体连通的第一端部、与外部大气流体连通的第二端部以及在第一端部和第二端部之间的分叉部分。分叉部分包括具有减压阀的第一管段和具有真空减压阀的与第一管段平行的第二管段。减压阀与真空减压阀协作以保持密封变速箱的内部腔和外部大气之间的预定压差范围。

在本公开的另一方面中，变速箱进一步包括靠近排气管的第二端部的同轴的除湿器和靠近排气管的第一端部的同轴的油分离器。

通过本文提供的描述，进一步的应用领域将变得显而易见。应该理解的是，描述和具体的示例仅旨在说明的目的，而不旨在限制本公开的范围。

附图说明

本文描述的附图仅用于说明目的，并不旨在以任何方式限制本公开的范围。

图1是具有根据示例性实施例的压力控制排气系统的变速器的局部透视图；

图2是根据示例性实施例的压力控制排气系统的图示；

图3是压力控制排气系统的可替换的实施例的图示；

图4是沿图1的剖面线4-4截取的局部横截面图的图示，示出了位于变速器壳体中的油分离器的可替换的实施例；和

图5是根据示例性实施例的除湿器的实施例的横截面图的图示。

具体实施方式

以下描述本质上仅仅是示例性的，并不旨在限制本公开、应用或用途。参考附图公开了所示出的实施例，其中在各个附图中相同的数字表示相应的部分。图不必按比例绘制，并且一些特征可以被放大或最小化以示出特定特征的细节。所公开的具体结构和功能细节不旨在解释为限制性的，而是作为教导本领域技术人员如何实践所公开的概念的代表性基础。

图1示出了用于机动车辆的变速器的局部透视图，通常通过引用标号100表示。变速器100包括限定内部腔103的变速器壳体102。设置在内部腔103中的是内部工作部件，诸如齿轮组(未示出)和用于为工作部件提供润滑和冷却的变速器流体104。

变速器100包括与变速器壳体102接合的压力控制排气系统，压力控制排气系统通常通过引用标号106表示。压力控制排气系统106包括排气管108、减压阀110、与减压阀110平行的真空减压阀112、除湿器114和在除湿器114的相对端部上的油分离器116。压力控制排气系统106被配置为最小化变速器100的排气循环，也称为呼吸，以将变速器100的内部腔和外部大气之间的压差保持在预定压差限度和预定真空压差水平限度内。压差是指相对于外部大气在内部腔103中测量的正压力，测量单位是(+)PSIG(磅/平方英寸表压)。真空差是指相对于外部大气在内部腔103中测量的负压力，测量单位是(-)PSIG。

当变速器100处于操作模式时，变速器流体104的温度由于变速器壳体102内的工作部件的内部摩擦和流过变速器100的变速器流体104的动力学而升高。温度的增加引起变速器壳体102内的变速器流体104、内部工作部件和变速器空气膨胀，导致内部腔103内的压力增加。变速器空气主要是空气、湿气和变速器流体蒸汽的混合物。变速器流体104的温度也可以在正常操作模式下降低，导致内部腔103内的压力降低，导致内部腔103内的部分真空。许多情况可以引起变速器壳体102内的温度在温度升高之后降低，诸如在驾驶通过水坑或涉水跨过小溪时暴露于水中。另一个情况是当车辆空转或停放时发生的温度逐渐降低。压力控制排气系统106被配置成将内部腔103和外部大气之间的压力/真空差保持在预定范围内，以限制排气的循环的数量，而不会有对变速器100的各种密封件的不适当的应力。

图2示出了具有排气管108的压力控制排气系统106的图示，排气管108具有同轴平行的压力和真空减压阀110、112。排气管108包括第一端部118和与第一端部118相对的第二端部120。排气管108的第一端部118限定第一开口122。第一端部118接合变速器壳体，使得第一开口122与内部腔103的上部流体连通在变速器壳体102内的变速器流体104的表面水平(L)之上。流体管108的第二端部120限定第二开口124并且与外部大气流体连通。排气管108靠近第一端部118的部分被分叉成第一管段126和第二管段128。第一和第二管段126、128在靠近排气管108的第二端部120的地方重新连接。减压阀110设置成与第一管段126同轴，以及真空减压阀112设置成与第二管段128同轴。

变速器空气在内部腔103中沉降在变速流体104的表面水平(L)之上。典型地，当变速器100处于非操作模式时，变速器流体104的水平高于当变速器100处于操作模式时的水平。然而，可以预见的是，对于车辆内的某些变速器设计或变速器定向，当变速器100处于操作模式时，变速器壳体102内的变速器流体104的水平可以高于当变速器100处于非操作模式时的水平。因此，优选的是，无论变速器100处于操作模式或非操作模式，流体管108的第一开口122在高于变速器流体104的最大水平(L)的位置处与变速器100的内部腔103流体连通。

减压阀110与真空减压阀112协作以提供内部腔103和外部大气之间的选择性流体连通，以便于保持内部腔103和外部大气压力之间的压力/真空差的预定范围。减压阀110和真空减压阀112平行地位于排气管108的第一端部118和第二端部120之间。减压阀110配置成当超过内部腔103和大气之间的预定压差时，通过将内部腔103内的变速器空气排放到外部大气来释放内部腔103内的压力。真空减压阀112配置成当超过内部腔103和外部大气之间的预定真空差时通过将外部空气排放到内部腔103中来释放内部腔103内的真空。

仍然参考图2，机械致动的减压阀110的示例包括限定阀腔132A的阀体130A，其中球形构件134A密封与阀腔132A流体连通的阀口136A。球形构件134A由偏压构件138A(诸如压缩弹簧138A)推向阀口136A。偏压构件138A包括允许球形构件134A远离阀口136A移动的弹簧刚度，因此当超过内部腔103和外部大气之间的预定压差时打开阀口136A。阀口136A的打开允许变速器空气排放到外部大气。一旦压差下降到预定值以下，球形构件134A返回以密封阀口136A。

类似地，机械致动的真空减压阀112的示例包括阀体130B，阀体130B具有阀腔132B，其中球形构件134B密封阀口136B，阀口136B与外部大气132B流体连通。球形构件134B由偏压构件138B推向阀口136B。偏压构件138B包括允许球形构件134B远离阀口136B移动的弹簧刚度，因此当超过内部腔103和外部大气之间的预定真空差时打开阀口136B。阀口136B的打开允许外部空气排放到内部腔103。一旦真空差下降到预定值以下，球形构件134B返回以密封阀口136B。

图3示出了用于压力控制排气系统106的平行减压阀110’和真空减压阀112’的可替换的实施例。减压阀110’包括限定流动通道140A’的阀体130A’。弹性体单向阀构件142A’设置在流动通道140A’内，并且通常处于关闭状态以密封流动通道140A’，直到超过内部腔103和外部大气之间的预定压差。弹性体包括弹性，当压差超过时，弹性体单向阀构件142A’打开以通过将内部腔103内的变速器空气排放到外部大气来释放内部腔103内的压力。

类似地，真空减压阀112’是设置在流动通道140B’内的弹性体单向阀构件142B’，并且通常处于关闭状态以密封流动通道140B’，直到超过内部腔103和外部大气之间的预定真空差。弹性体包括弹性，当真空差超过时，弹性体单向阀构件142B’打开以通过将外部空气排放到内部腔103中来释放内部腔103内的真空。弹性体阀可以由天然橡胶或合成聚合物形成。弹性体阀的示例包括但不限于瓣阀、鸭嘴阀和狭缝膜阀，其被配置成在压力/真空差的2至8PSIG的范围内打开。

参考图2和图3，油分离器116的实施例与排气管108在第一端部118和一组压力和真空减压阀110、112、110’、112’之间同轴设置。油分离器116包括限定弯曲路径146的缠绕壁144，弯曲路径146将变速器100的内部腔103与一组平行压力和真空减压阀110、112、110’、112’流体连接。当减压阀打开110、110’时，加压内部腔103内的部分变速器空气通过油分离器116的弯曲路径146。当变速器流体的微观液滴与壁碰撞时，液滴与其他液滴聚结形成较大液滴，并且在重力下落入内部腔103中；从而，将变速器流体与外出的变速器空气分离。

图4示出了油分离器116的可替换的实施例的横截面图，其通常通过引用标号116’表示。在该可替换的实施例中，集油分离器116’包括限定在变速器壳体102的部分中的弯曲路径146’。弯曲路径146’相对于重力方向从较低海拔延长到较高海拔，将内部腔103与排气管108的第一开口端部122流体连接。集油分离器116’还包括内部排管148’，其将聚结的变速器流体104输送回内部腔103。

图5示出了示例性除湿器114的横截面图的图示。除湿器114包括除湿器壳体150，除湿器壳体150限定与排气管108的第二开口124流体连通的干燥空气开口152。除湿器壳体150进一步包括限定内部容积156的内表面154和限定朝向内部容积156向内延长的湿气管160的盖部分158。蒸发器杯162同心地设置在内部容积156内并与除湿器壳体150的内表面154间隔开。环形通道164限定在蒸发器杯162和除湿器壳体150的内表面154之间。蒸发器杯162包括朝向蒸发器杯162的中心向内逐渐变细的圆锥形盖166。锥形盖166限定围绕湿气管160的圆周开口168。除湿器罩170设置在除湿器壳体150上，使得罩170与除湿器壳体150的盖部分158协作以限定与湿气管160流体连通的外部空气通道168。

当真空阀112、112’打开时，外部空气流通过限定在罩170和除湿器壳体150之间的外部空气通道168被吸入除湿器114。空气流通过湿气管160被向下吸入蒸发器杯162中。空气流被圆锥形盖166偏转，并且通过圆周开口168离开蒸发器杯162，并且通过从干燥空气开口152离开的环形通道164流到内部腔103。当空气流在蒸发器杯162内旋转地改变方向时，旋转动作引起微液滴碰撞并聚结。随着水滴的尺寸增大，液滴的重量作为积水(W)沉降在蒸发器杯162内。一旦真空减压阀112关闭，蒸发器杯162内的积水(W)最终蒸发回到大气中。当减压阀110打开时，蒸发器杯162中的积水(W)的蒸发由离开变速器壳体102的内部腔103的较热的变速器空气辅助。

预定内部腔103和大气之间的压力/真空差的范围，以最小化内部腔103和外部大气之间的空气交换的数量，从而通过避免变速器流体104损失和暴露外部污染物来延长变速器100的寿命。压力/真空差的预定范围包括相对于内部腔103的最大压差和最大真空差。

优选的是，最大压差小于将引起变速器箱的密封件向外偏转从而允许变速器流体104的泄漏的压差。进一步优选的是，最大真空差小于将引起密封件向内偏转，从而允许空气和污染物泄漏到变速器壳体的内部腔103中的真空差。换句话说，优选的是，预定的压差范围在变速器的操作情况范围内，使得当内部腔103处于压力下时，变速器流体104不会通过变速器100的各种密封件排出，并且当内部腔103在真空下操作时，变速器100的各种密封件不会内爆。

典型变速器100的内部腔103和外部大气之间的压差的优选预定范围的示例可以是(-8至-2)PSIG至(+2至+8)PSIG，优选-4PSIG至+4PSIG。应当理解的是，特定类型的变速器100的优选范围可以基于实验测试来确定，以在变速器100密封的完整性受损之前的正常操作情况期间确定内部腔103和大气之间的最大压力和最大真空差。虽然已经描述了变速器100，但是应当理解的是，本公开可以应用于密封变速箱的变速箱，诸如包括但不限于前或后差速器单元、变速箱和动力输出单元。

本公开的描述本质上仅仅是示例性的，并且不脱离本公开的要点的变化旨在在本公开的范围内。这些变化不应被视为偏离本公开的精神和范围。

Claims (10)

1.一种具有压力控制排气系统的变速器，包括：

变速器壳体，所述变速器壳体限定内部腔，其中所述变速器被密封以防止所述内部腔与外部大气之间的流体连通；

减压阀，所述减压阀与所述内部腔的上部流体连通，其中所述减压阀配置成当超过所述内部腔与大气之间的预定压差时，将所述内部腔的所述上部内的变速器空气排放到外部大气；和

真空减压阀，所述真空减压阀与所述内部腔的所述上部流体连通，其中所述真空减压阀配置成当超过所述内部腔与所述外部大气之间的预定真空差时，将外部空气排放到所述内部腔中。

2.如权利要求1所述的变速器，进一步包括排气管，所述排气管具有：

第一端部，所述第一端部限定与所述内部腔的所述上部流体连通的第一开口；

第二端部，所述第二端部限定与所述外部大气流体连通的第二开口；和

分叉部分，所述分叉部分在所述第一端部和所述第二端部之间，其中所述分叉部分包括第一管段和与所述第一管段平行的第二管段；

其中，所述减压阀设置成与所述第一管段同轴，并且所述真空减压阀设置成与所述第二管段同轴。

3.如权利要求2所述的变速器，其中所述减压阀和所述真空减压阀中的一个包括弹性体阀构件，所述弹性体阀构件被配置成在超过所述内部腔和大气之间的所述预定压力或真空差时打开。

4.如权利要求2所述的变速器，进一步包括油分离器，所述油分离器与所述排气管在所述分叉部分与所述第一端部之间同轴设置，其中所述油分离器包括缠绕壁，所述缠绕壁限定了弯曲路径，所述弯曲路径被配置成冷凝包含在所述变速器空气中的变速器流体蒸汽，所述变速器空气被排放到所述外部大气中，并且将所述冷凝的变速器流体重新引导回到所述内部腔中。

5.如权利要求2所述的变速器，其中所述油分离器被限定在所述变速器壳体的靠近所述内部腔的上部的部分中，并且包括限定从所述内部腔延长到所述第一开口的弯曲路径的缠绕壁。

6.如权利要求5所述的变速器，其中所述油分离器包括配置成将冷凝的变速器流体输送回所述内部腔的外部排管。

7.如权利要求2所述的变速器，进一步包括与所述第二管开口流体连通的除湿器，其中所述除湿器配置成冷凝从所述外部大气进入所述排气管的水蒸汽并且重新蒸发所述冷凝的水蒸汽。

8.如权利要求7所述的变速器，其中所述除湿器包括：

除湿器壳体，所述除湿器壳体包括干燥空气开口，所述干燥空气开口与所述排气管的所述第二开口流体连通，内表面，所述内表面限定内部容积，以及盖部分，所述盖部分具有延长到所述内部容积中的湿气管，其中所述湿气管与所述外部大气流体连通；

蒸发器杯，所述蒸发器杯同心地设置在所述内部容积内并且与所述除湿器壳体的所述内表面间隔开，其中所述蒸发器杯包括向内锥形盖，所述向内锥形盖限定围绕所述湿气管的圆周开口；和

环形通道，所述环形通道限定在所述蒸发器杯和所述除湿器壳体的所述内表面之间。

9.如权利要求8所述的变速器，其中所述除湿器包括设置在所述除湿器壳体上方的罩，使得所述罩与所述除湿器壳体的所述盖部分协作以限定与所述湿气管流体连通的外部空气通道。

10.如权利要求3所述的变速器，

其中所述预定压差小于将引起所述变速器壳体的外部密封件向外偏转以允许所述变速器流体泄漏到所述外部大气中的所述压差；和

其中所述预定真空差小于将引起所述密封件向内偏转以允许外部空气泄漏到所述变速器壳体的所述内部腔中的所述真空差。