CN111315999A - 阀、液压系统和机动车辆变速器 - Google Patents

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Abstract

一种阀(V，V1，V2)，该阀具有壳体(VG)和在该壳体中可移动地引导的活塞(VK)，其中活塞(VK)的第一端部(VK1)能够被施加力，借助于这个力活塞(VK)能够抵抗作用于活塞(VK)的第二端部(VK2)的弹簧(F)而移动，其中阀(V，V1，V2)具有四种切换状态，在这四种切换状态下，设置在壳体(VG)中的四个接口(A，B，P，T)能够选择性地彼此相连接，或者能够相对彼此关断，其中在这四种切换状态中的第一切换状态下，这些接口(A，B，P，T)中没有任何接口彼此相连接，其中弹簧(F)被适配成用于在第一端部(VK1)没有被施加力时使活塞(VK)保持在与阀(V，V1，V2)的第一切换状态相对应的位置；以及一种具有这种阀(V，V1，V2)的液压系统(HY)和一种具有这种液压系统(HY)的机动车辆变速器。

Description

阀、液压系统和机动车辆变速器
本发明涉及一种阀，尤其四位四(4/4)通阀。本发明还涉及一种具有这种阀的液压系统、以及一种具有这种液压系统的机动车辆变速器。阀并不限于应用在液压系统中；而是，阀也可以使用在气动系统中。
专利申请DE 10 2007 033 690 A1描述了一种用于控制双离合器变速器的液压系统。为了切换挡位，使用四个双活塞，这些双活塞藉由一个选择滑阀和两个换挡控制阀来控制。该选择滑阀和这两个换挡控制阀被实施为电磁致动的四位四(4/4)通阀。在选择滑阀和换挡控制阀处于无电流状态时，四个双活塞中的两个双活塞是液压锁定的。剩余的两个双活塞是无力地切换的，因此这两个双活塞可以自由运动。为了以液压方式使得所有双活塞都关停，必须给选择滑阀提供能量。
专利申请DE 10 2011 080 667 A1描述了一种四位四(4/4)通阀作为滑阀，该滑阀被设置为用于在自动变速器中进行液压控制。滑阀是受弹簧加载的，并且具有一个入口接口、两个工作接口和一个出口接口。可以借助于执行器抵抗弹簧力来移动阀芯。在执行器的无能量状态下，这两个工作接口与该出口接口相连接；入口接口与其他的接口液压分离。为了液压关断工作接口，必须给执行器提供能量。
液压关断可以产生致动器的安全状态。然而，施加能量以达到这一状态降低了用于控制致动器的液压系统的能量效率。因此，本发明的目的在于提供一种阀，借助于这种阀即使在没有能量供应时也可以实现这种状态。
该目的通过专利权利要求1的特征实现。有利的设计方案自从属权利要求、说明书以及附图得出。
为了实现该目的，提出一种具有四种切换状态的受弹簧加载的阀。除这四种切换状态外，所述阀可以采取中间位置。所述阀具有活塞，所述活塞在壳体中可移动地引导。所述活塞的第一端部能够被施加力，所述力抵抗由弹簧施加于活塞的第二端部的力而作用。在所述壳体上设有四个接口，所述接口能够取决于活塞的位置选择性地彼此相连接或彼此关断。换言之，阀涉及被实施为比例阀的受弹簧加载的四位四(4/4)通阀。
根据本发明，弹簧被适配成用于在活塞的第一端部没有被施加力时使活塞保持在这些接口中没有任何接口藉由阀彼此相连接的位置。“连接”就此而言被理解为流体连接。这个位置在此对应于阀的这四种切换状态中的第一切换状态。第一切换状态因此适合于与阀相连接的致动器的液压关断。为了维持第一切换状态，不必在活塞的第一端部施加力，因此阀在无能量的状态下自动采取第一切换状态。
优选地，对所述活塞的第二端部施加力是借助于电磁体或借助于液压压力或气动压力来进行的。换言之，阀优选涉及或直接被电磁致动的、或被预先控制的阀。
阀的四种切换状态在下文中表征为第一接口、第二接口、第三接口和第四接口；阀的四个接口以相同的方式表征为第一接口、第二接口、第三接口和第四接口。优选地，以如下方式得到阀的第二切换状态至第四切换状态：在第二切换状态下，第一接口与第三接口彼此相连接，并且第二接口与第四接口彼此相连接。在第三切换状态下，第一接口、第二接口和第四接口彼此相连接，同时第三接口与这些其他的接口断开连接。在第四切换状态下，第一接口与第四接口相连接，并且第二接口与第三接口相连接。
优选地，在第一活塞被施加力时，能够以如下顺序达到第二切换状态至第四切换状态：第二切换状态、第三切换状态、第四切换状态。
根据可能的第一设计方案，该壳体具有阀凹部。所述阀凹部被指配给所述壳体的朝向所述活塞的第二端部的端部处。所述阀凹部与所述阀的第五接口永久地连接。“永久地连接”被理解为始终存在的流体连接，更确切地说与活塞的位置无关。藉由第五接口，阀可以经由阀外部的管线与第四接口连接，优选永久地连接。由此可以简化阀的机械构造。
根据一个替代性设计方案，所述壳体具有阀凹部，所述阀凹部藉由在所述活塞内或在所述壳体内设计的连接管线与所述第四接口永久地连接。所述阀凹部布置在所述壳体的朝向所述活塞的第二端部的端部处。因此可以省去上述阀外部的管线。
藉由上述阀凹部简化了在阀的第三切换状态下第一接口与第四接口之间建立流体连接。这适用于前述的两个设计方案。所述阀凹部优选取决于所述活塞的位置与所述第一接口相连接或与所述第一接口断开连接。
该阀可以是液压系统的组成部分，该液压系统适合于致动机动车辆变速器的致动器。借助于致动器，例如可以致动机动车辆变速器的换挡杆，以控制机动车辆变速器的换挡。
优选地，阀的四个接口以如下方式被指配给液压系统：第一接口与致动器的第一压力室相连接；第二接口与致动器的第二压力室相连接；第三接口与液压系统的压力供应管线相连接；第四接口与液压系统的储箱相连接。由此，通过阀的四种切换状态得到液压系统的以下运行状态：
-在第一切换状态下，致动器的两个压力室彼此隔开并且没有压力室与压力供应管线或储箱相连接，因此致动器以液压方式被阻挡；
-在第二切换状态下，第一压力室与压力供应管线相连接并且第二压力室与储箱相连接，因此可以在第一方向上对致动器进行致动；
-在第三切换状态下，两个压力室与储箱相连接并且压力供应管线与这两个压力室断开连接，因此可以无力地使致动器运动；并且
-在第四切换状态下，第一压力室与储箱相连接并且第二压力室与压力供应管线相连接，因此可以在与第一方向相反的第二方向上对致动器进行致动。
这种指配一方面可以实现能量高效的液压系统，并且另一方面可以实现有利地致动机动车辆变速器中的致动器，原因在于通过在阀的第一运行状态下以液压方式阻挡致动器可以省去对致动器的机械锁定。这简化了机动车辆变速器的机械构造并且还使液压控制变得容易，原因在于免除了机械锁定的液压超压。此外，在从第一方向向第二方向(以及反向地)变换对致动器的致动时，可以实现致动器的不受力状态，因此在变换时不产生压力峰值或者至少降低压力峰值。
优选地，在液压系统的压力供应管线与阀的第三接口之间的连接中设有可切换的关闭阀。如果关闭阀处于关闭位置，则压力供应管线因此与第三接口断开连接。如果关闭阀处于连接位置，则压力供应管线因此与第三接口相连接。由此可以从阀的第四切换状态起向第一切换状态变换，而不用在经过第二切换状态时在第一方向上对致动器进行致动。
在具有第五接口的阀的设计方案中，这个第五接口优选藉由储箱或藉由与储箱相连接的管线与阀的第四接口永久地连接。这简化了阀的机械生产耗费。
阀或具有阀的液压系统可以是机动车辆变速器的组成部分。机动车辆变速器在此尤其指代多挡的变速器或无级的变速器，借助于该变速器可以在驱动轴与变速器的输出轴之间的多个传动比之间进行切换。这种变速器主要在机动车辆中应用，以便以适合的方式使驱动单元的转速输出特性和转矩输出特性与车辆的行驶阻力相适配。
机动车辆变速器可以具有优选形状配合地作用的换挡元件，该换挡元件能够通过借助于液压系统被致动的致动机构被打开并和闭合。优选地，该换挡元件在阀的第二切换位置中在第一方向上运动，并且在第四切换位置中在与第一方向相反的第二方向上运动。在第一切换位置中，可以锁定该换挡元件。在第三切换位置中，该换挡元件能够与液压致动无关地运动。
下文借助附图详细描述本发明的实施例。在附图中：
图1至图3各自示出根据本发明第一实施例至第三实施例的阀；
图4至图6示出根据第一实施例的阀的另外的切换状态；
图7示出具有根据本发明的阀的液压系统；并且
图8示出具有液压系统的机动车辆变速器的示意性视图。
图1示出根据本发明第一实施例的阀V。阀V包括壳体VG和在其中被引导的活塞VK。活塞VK的第一端部VK1是可以被施加力的，例如通过施加液压压力或气动压力。替代于此，在第一端部VK1处可以接合有可以借以移动活塞VK的电磁体。作用于第一端部VK1的力抵抗作用于活塞VK的第二端部VK2的弹簧F的力。在图1中展示的阀V被设计为滑阀。这仅应被视为示例性的。替代于此，还可能设计为座阀。
阀V具有五个接口，这些接口被称为第一接口A、第二接口B、第三接口P、第四接口T和第五接口T2。活塞VK成形为：取决于活塞VK在壳体VG中的位置，接口A、B、P、T选择性地彼此相连接、或彼此断开连接。第五接口T2藉由在图1中未展示的阀外部连接与第四接口T永久地连接，因此在第四接口T和第五接口T2处施加有相同的压力。第五接口T2与在壳体VG内形成的压力凹部TS相连接。
在活塞VK的在图1中展示的位置中，阀V采取四种切换状态中的第一切换状态。在这种第一切换状态下，接口A、B、P、T中没有任何接口彼此相连接。这种情况是在第一端部VK1上没有使活塞VK抵抗弹簧F的力在朝向第二端部VK2的方向移动的力作用或仅有很小的力作用时发生的。当在第一端部VK1上没有外力作用时，阀V相应地处于第一切换状态。图1b以第一切换位置示出阀V的框图，其示例性地借助电磁体来选择性地将力施加于第一端部VK1。
图2示出根据本发明第一实施例的阀V，该实施例大体上与在图1中展示的第一实施例相对应。现在，替代于第五接口T2，阀V具有在活塞VK内设计的连接管线VKL，压力凹部TS藉由该连接管线与第四接口T永久地连接。
图3示出根据本发明第三实施例的阀V，该实施例大体上与在图1中展示的第一实施例相对应。现在，替代于第五接口T2，阀V具有在壳体VG内设计的连接管线VKL，压力凹部TS藉由该连接管线与第四接口T永久地连接。
图4示出处于四种切换状态中的第二切换状态的根据第一实施例的阀V。这种切换状态是在第一端部VK1上有大到足以使活塞VK抵抗弹簧F的力在朝向第二端部VK2的方向上移动限定的行程的力作用时发生的。在这个第二切换状态下，第一接口A与第三接口P相连接，并且第二接口B与第四接口T相连接。图4b以第二切换位置示出阀V的框图，其示例性地借助电磁体来选择性地将力施加于第一端部VK1。
图5示出处于四种切换状态中的第三切换状态的根据第一实施例的阀V。这种切换状态是在第一端部VK1上有大到足以使活塞VK抵抗弹簧F的力在朝向第二端部VK2的方向上移动限定的行程的力作用时发生的。在这个第三切换状态下，第一接口A与第二接口B和第四接口T相连接。第一接口A与第四接口T的连接藉由第五接口T2和在第五接口T2与第四接口T之间的(未展示的)阀外部连接来实现。在使用根据第二实施例或第三实施例的阀V时，藉由连接管线VGL来进行连接。第三接口P与接口A、B、T断开连接。图5b以第三切换位置示出阀V的框图，其示例性地借助电磁体来选择性地将力施加于第一端部VK1。
图6示出处于四种切换状态中的第四切换状态的根据第一实施例的阀V。这种切换状态是在第一端部VK1上有大到足以使活塞VK抵抗弹簧F的力在朝向第二端部VK2的方向上移动限定的行程的力作用时发生的。在这个第四切换状态下，第一接口A与第四接口T相连接，并且第二接口B与第三接口P相连接。第一接口A与第四接口T的连接藉由第五接口T2和在第五接口T2与第四接口T之间的(未展示的)阀外部连接来实现。在使用根据第二实施例或第三实施例的阀V时，藉由连接管线VGL来进行连接。图6b以第四切换位置示出阀V的框图，其示例性地借助电磁体来选择性地将力施加于第一端部VK1。
图7示出具有泵PP的液压系统HY，该泵将液压流体从储箱HT经过过滤器FI吸出并且输送给压力供应管线HV。为了防止液压流体从压力供应管线HV向泵PP的方向的回流，设有受弹簧加载的止逆阀RV。压力供应管线HV为不同的液压消耗器(例如消耗器K2、消耗器K3以及两个致动器S1和S2)供应液压流体。在压力供应管线HV(一方面)与消耗器K3以及致动器S1和S2(另一方面)之间的连接中布置有受弹簧加载的、可电磁致动的关闭阀DC。替代于电磁致动，可能以预先控制的方式致动关闭阀。两个致动器S1，S2各自由阀V1、V2控制。阀V1、V2的构造和工作方式与在前述附图中描述的阀V相对应。阀V的根据图1至图3的这三个实施例中的每个实施例都可以在液压系统中用作阀V1、V2；因此，在下文中参考阀V的说明和附图标记。
在关闭阀DC的关闭位置中，消耗器K3以及阀V1、V2的第三接口P与安全阀相连接，该安全阀在超过极限压力的情况下建立与储箱HT的连接。
这两个致动器S1、S2中的每个致动器均具有两个压力室S1a、S1b、S2a、S2b，这些压力室藉由活塞S1K、S2K相互隔开。阀V1的第一接口A与压力室S1a相连接。阀V1的第二接口B与压力室S1b相连接。阀V1的第三接口P藉由关闭阀DC与压力供应管线HV相连接。阀V1的第四接口T藉由止回阀与储箱HT相连接。以相同的方式，阀V2的第一接口A与压力室S2a相连接，阀V2的第二接口B与压力室S2b相连接，并且阀V2的第三接口P藉由关闭阀DC与压力供应管线HV相连接。阀V2的第四接口T藉由止回阀和节流阀与阀V1的第四接口T相连接。
如果阀V1如在图7中所示处于第一切换状态，则两个压力室S1a、S1b以液压方式相互隔开，并且既不藉由第三接口P与压力供应管线HV相连接，也不藉由第四接口T与储箱HT相连接。因此，在阀V1未被致动的状态下，活塞S1K是以液压方式固定的。在阀V1的第二切换状态下，在关闭阀DC采取打开位置的情况下，第一压力室S1a与压力供应管线HV相连接。压力室S1b与储箱HT相连接。在阀V的第二切换状态下以及在压力供应管线HV中的对应压力下，活塞S1K向右移动。在阀V1的第三切换状态下，两个压力室S1a、S1b在压力供应管线HV关断的情况下与储箱HT相连接。在第三切换状态下，活塞S1K可以与液压系统HY无关地移动。在阀V1的第四切换状态下，在关闭阀DC采取打开位置的情况下，压力室S1b与压力供应管线HV相连接，并且压力室S1a与储箱HT相连接。在阀V的第四切换状态下以及在压力供应管线HV中的对应压力下，活塞S1K向左移动。第一阀V1的四种切换状态的上述功能说明以相同的方式适用于阀V2、两个压力室S2a、S2b和活塞S2K。
图8示出具有液压系统HY的机动车辆变速器G的示意性图示。机动车辆变速器G具有连接轴AN，该连接轴可以藉由分离离合器K0与驱动轴GW1相连接。电动机器EM的转子与驱动轴GW1相连接。驱动轴驱动用于给液压系统HY供应压力的泵PP。
机动车辆变速器G具有离合器区段GK，该离合器区段包含第一离合器DK1和第二离合器DK2。通过闭合第一离合器K1，驱动轴GW1可以与第一子变速器相连接。通过闭合第二离合器K2，驱动轴GW1可以与第二子变速器相连接。在换挡区段GW中，借助于未展示的齿轮组可以在子变速器与输出轴GW2之间形成不同的挡位级。示例性地借助于液压系统HY的两个活塞S1K、S2K来接合或解除接合这些挡位级。活塞S1K、S2K中的各个活塞在此控制换挡元件SE1、SE2。
电子控制单元ECU控制阀液压系统HY的电磁致动的阀。控制单元ECU与多个传感器和其他控制单元相连接，并且被适配成用于处理所接收的信号，并且用于取决于特征曲线或模型来触发对阀以及可能对液压系统HY的其他控制构件的控制指令。
附图标记清单
V，V1，V2 阀
VG 壳体
VK 活塞
VK1 第一活塞端部
VK2 第二活塞端部
F 弹簧
A 第一接口
B 第二接口
P 第三接口
T 第四接口
T2 第五接口
TS 阀凹部
VKL 连接管线
HY 液压系统
PP 泵
FI 过滤器
HT 储箱
RV 止逆阀
HV 压力供应管线
DC 关闭阀
K2，K3 消耗器
S1 第一致动器
S1a 第一压力室
S1b 第二压力室
S1K 活塞
S2 第二致动器
S2a 第一压力室
S2b 第二压力室
S2K 活塞
G 机动车辆变速器
AN 连接轴
K0 分离离合器
GG 壳体
EM 电动机器
GW1 驱动轴
GW2 输出轴
GK 离合器区段
DK1 第一离合器
DK2 第二离合器
GW 换挡区段
SE1，SE2 换挡元件
ECU 电子控制单元

Claims (15)

1.一种阀(V，V1，V2)，所述阀具有壳体(VG)和在所述壳体中可移动地引导的活塞(VK)，其中所述活塞(VK)的第一端部(VK1)能够被施加力，借助于所述力所述活塞(VK)能够抵抗作用于所述活塞(VK)的第二端部(VK2)的弹簧(F)而移动，其中所述阀(V，V1，V2)具有四种切换状态，在所述四种切换状态下，设置在所述壳体(VG)中的四个接口(A，B，P，T)能够选择性地彼此相连接，或者能够相对彼此关断，其中在所述四种切换状态中的第一切换状态下，所述接口(A，B，P，T)中没有任何接口彼此相连接，
其特征在于，所述弹簧(F)被适配成用于在所述第一端部(VK1)没有被施加力时使所述活塞(VK)保持在与所述阀(V，V1，V2)的第一切换状态相对应的位置。
2.根据权利要求1所述的阀(V，V1，V2)，其特征在于，对所述第一端部(VK1)施加力是借助于电磁体或借助于液压压力或气动压力来进行的。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的阀(V，V1，V2)，其特征在于，
-在所述四种切换状态中的第二切换状态下，所述四个接口中的第一接口(A)与所述四个接口中的第三接口(P)相连接，并且所述四个接口中的第二接口(B)与所述四个接口中的第四接口(T)相连接，其中
-在所述四种切换状态中的第三切换状态下，所述第一接口(A)、所述第二接口(B)和所述第四接口(T)彼此相连接而所述第三接口(P)断开，并且其中
-在所述四种切换状态中的第四切换状态下，所述第一接口(A)与所述第四接口(T)相连接，并且所述第二接口(B)与所述第三接口(P)相连接。
4.根据权利要求3所述的阀(V，V1，V2)，其特征在于，在所述第一端部(VK1)被施加力时，能够以如下顺序达到所述第二切换状态至第四切换状态：第二切换状态、第三切换状态、第四切换状态。
5.根据权利要求3或权利要求4所述的阀(V，V1，V2)，其特征在于所述壳体(VG)的阀凹部(TS)，其中所述阀凹部(TS)布置在所述壳体(VG)的朝向所述活塞(VK)的第二端部(VK2)的端部处，其中所述阀凹部(TS)与所述阀(V，V1，V2)的第五接口(T2)永久地连接。
6.根据权利要求3或权利要求4所述的阀(V，V1，V2)，其特征在于所述壳体(VG)的阀凹部(TS)，所述阀凹部藉由在所述活塞(VK)或所述壳体(VG)内设计的连接管线(VKL)与所述第四接口(T)永久地连接，其中所述阀凹部(TS)布置在所述壳体(VG)的朝向所述活塞(VK)的第二端部(VK2)的端部处。
7.根据权利要求5或权利要求6所述的阀(V，V1，V2)，其特征在于，所述阀凹部(TS)取决于所述活塞(VK)的位置与所述第一接口(A)相连接或与所述第一接口断开连接。
8.一种用于致动机动车辆变速器(G)的致动器(S1，S2)的液压系统(HY)，其特征在于根据前述权利要求之一所述的阀(V，V1，V2)。
9.根据权利要求8所述的液压系统(HY)，其特征在于，
-所述阀壳体(VG)的第一接口(A)与所述致动器(S1，S2)的第一压力室(S1a，S2a)相连接，
-所述阀壳体(VG)的第二接口(B)所述致动器(S1，S2)的第二压力室(S1b，S2b)相连接，
-所述阀壳体(VG)的第三接口(P)与所述液压系统(HY)的压力供应管线(HV)相连接，并且
-所述阀壳体(VG)的第四接口(T)与所述液压系统(HY)的储箱(HT)相连接。
10.根据权利要求9所述的液压系统(HY)，其特征在于，在所述压力供应管线(HV)与所述第三接口(P)之间的连接中布置有可切换的关闭阀(DC)。
11.根据引用权利要求5的权利要求8至10之一所述的液压系统(HY)，其特征在于，所述第五接口(T2)藉由所述储箱(HT)或藉由与所述储箱(HT)相连接的管线与所述第四接口(T)永久地连接。
12.一种机动车辆变速器(G)，其特征在于根据权利要求8至11之一所述的液压系统(HY)或根据权利要求1至7之一所述的阀(V，V1，V2)。
13.一种机动车辆变速器(G)，具有根据权利要求8至11之一所述的液压系统(HY)，其特征在于，所述机动车辆变速器(G)具有优选形状配合的换挡元件(SE1，SE2)，所述换挡元件能够藉由借助于所述液压系统(HY)被致动的致动器(S1，S2)来打开和闭合。
14.根据权利要求13所述的机动车辆变速器(G)，其特征在于，所述致动器(S1，S2)藉由处于所述第一切换状态的阀(V，V1，V2)以液压方式被锁定。
15.根据权利要求13或权利要求14所述的机动车辆变速器(G)，其特征在于，所述换挡元件(SE1，SE2)借助于所述致动器(S1，S2)
-在所述阀(V，V1，V2)的四种切换状态中的第二切换状态下，能够在第一方向上运动，
-在所述阀(V，V1，V2)的四种切换状态中的第三切换状态下，能够独立于所述液压系统(HY)运动，并且
-在所述阀(V，V1，V2)的四种切换状态中的第四切换状态下，能够在第二方向上运动。
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