CN112166266A - 用于变矩器的无源可变螺距定子 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种变矩器，所述变矩器包括叶轮、可相对于所述叶轮轴向移动的涡轮以及可变螺距定子。所述定子包括轮毂和周向布置在所述轮毂上的可变螺距叶片。所述叶片中的每一个可响应于所述涡轮的轴向运动在第一位置和第二位置之间旋转。

Description

用于变矩器的无源可变螺距定子

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年5月15日提交的美国申请No.15/979,984的优先权，该美国申请的公开内容全部通过引述合并于本文。

技术领域

本公开涉及变矩器，并且更具体地涉及具有可变螺距定子的变矩器。

背景技术

自动变速器可包括用于将变速器输入轴联接至发动机的曲轴的变矩器。变矩器包括固定至曲轴的叶轮、固定至输入轴的涡轮以及设置在叶轮和涡轮之间的定子。变矩器还可包括旁路离合器，该旁路离合器将变速器输入轴机械地联接至变矩器的箱壳，该箱壳固定至曲轴。旁路离合器可包括一个或多个随箱壳旋转并且与一个或多个随输入轴旋转的盘交错的离合器片。为了接合离合器，加压流体迫使活塞压缩离合器片。

定子重新引导从涡轮返回的流体，使得流体在与叶轮相同的方向上旋转。一些定子具有可变螺距叶片，该可变螺距叶片可经控制以改变从涡轮到叶轮的流体流量，从而收紧或松开变矩器。

发明内容

根据一个实施例，变矩器包括叶轮、可相对于该叶轮轴向移动的涡轮以及可变螺距定子。定子包括轮毂和周向布置在该轮毂上的可变螺距叶片。叶片中的每一个可响应于涡轮的轴向运动在第一位置和第二位置之间旋转。

根据另一个实施例，变矩器包括叶轮、可相对于该叶轮轴向移动的涡轮以及定子。定子包括：轮毂；可变螺距叶片，该可变螺距叶片周向布置在轮毂上并且各自具有曲柄，该曲柄可旋转以使叶片在第一位置和第二位置之间旋转；以及活塞板，该活塞板设置在涡轮和曲柄之间并且可与曲柄接合。弹性构件设置在轮毂中并且接合曲柄以使叶片偏置到第一位置。定子经构造使得叶片中的每一个响应于涡轮在活塞上施加超过弹性构件弹力的力而朝向第二位置旋转。

根据又一个实施例，变矩器包括叶轮、可相对于该叶轮轴向移动的涡轮以及定子。定子具有可变螺距叶片和活塞，该活塞可与叶片接合以改变叶片的螺距角。定子的弹性构件使叶片中的每一个偏置到第一位置。定子经构造使得叶片中的每一个响应于涡轮在活塞上施加阈值力而朝向第二位置移动。

附图说明

图1示出了根据一个实施例的变矩器的截面侧视图。

图2示出了根据一个实施例的变矩器的定子的局部透视图。

图3示出了根据一个实施例的定子的定位器环和叶片曲柄的局部正视图

具体实施方式

本文描述了本公开的实施例。然而，应当理解，本公开的实施例仅为示例并且其他实施例可采用各种替代形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文公开的特定的结构性和功能性细节不应解释为限制性的，而是仅作为用于教导本领域的技术人员以各种方式采用这些实施例的代表性基础。本领域的普通技术人员将会理解，参考附图中的任何一张所示出并描述的各种特征可与在一张或多张其他附图中示出的特征相结合以产生未明确示出或描述的实施例。所示出的特征的组合提供了用于典型应用的代表性实施例。这些特征的各种组合和修改与本公开的教导一致，然而，可期望其用于特定的应用或实施方式。

参照图1，许多机动车辆包括自动变速器，该自动变速器借由变矩器20联接至动力装置，例如，发动机。变矩器20包括固定至发动机的曲轴的箱壳22。叶轮24固定至箱壳22并且随曲轴旋转。涡轮26邻近叶轮24设置在变矩器20的液力室38内并且连接至向变速器供应动力的涡轮轴34。可使用花键连接，使得涡轮26可旋转地固定至涡轮轴34，但该涡轮可轴向移动。扭振减震器可间置在涡轮26和涡轮轴34之间，以将变速器和其他传动系部件与发动机振动隔离开。

定子28借由单向离合器32联接至定子轴30。定子轴30固定至变速器的前支撑件并且相对于变矩器20静止。当涡轮轴34与曲轴相比是静止或缓慢旋转时，单向离合器32使定子28保持静止。叶轮24的旋转迫使流体在叶轮24、涡轮26和定子28之间移动。流体在涡轮26上施加液力扭矩。定子28提供反作用力，使得涡轮26上的扭矩可大于叶轮24上的扭矩。当涡轮26的速度接近叶轮24的速度时，流体趋向于围绕变矩器的中心线流动，从而导致单向离合器32超限。

单向离合器32设置在定子28的轮毂(外座圈)40内。离合器32可包括内座圈42和离合器元件44，该内座圈连接(例如花键连接)至定子轴30，该离合器元件选择性地将轮毂40在一个方向上锁定至内座圈42。定子28进一步包括外环48和周向布置在轮毂40和外环48之间的多个叶片50。

通过液力动力流路径的动力流由叶轮24的速度和涡轮26的速度支配。速度和扭矩之间的关系为叶轮24、涡轮26和定子28的环面几何形状和叶片角度的函数。在恒定的涡轮速度下，叶轮扭矩和涡轮扭矩两者都随着叶轮速度的提高而增加。经设计用于向在给定叶轮和涡轮速度下的叶轮施加较高阻力扭矩的变矩器称为刚性(stiffer)或收紧(tighter)变矩器，而经设计用于就相同的叶轮和涡轮速度施加较低扭矩的变矩器称为松弛(looser)变矩器。变矩器的紧密性可以用叶轮扭矩与叶轮速度相关联的K系数表示。低K系数表示变矩器收紧，而高K系数表示变矩器松弛。涡轮扭矩与叶轮扭矩的比率通常随着叶轮速度与涡轮速度的比率的增加而增加。速度比与扭矩比的乘积即为变矩器效率，其随叶轮速度和涡轮速度的函数在零与一之间变化。

当车辆停止时，需要的是松弛的变矩器，因为它减少了发动机的负荷，从而提高了燃油经济性。对于涡轮增压发动机来说，可能也需要松弛的变矩器，因为它使涡轮增压器加速更快。一旦车辆开始行驶，可能需要收紧的变矩器以降低发动机转速。因此，需要一种变矩器，可用来调节K系数以优化在这些不同运行条件下变矩器的运行。可通过改变定子28的叶片50的螺距角来调节K系数。通常，变矩器通过闭合定子的叶片而变松，而通过打开定子的叶片而变紧。

叶片50中的每一个都可旋转以改变叶片在打开位置、闭合位置和中间位置范围之间的螺距角。打开位置对应于变矩器20的最紧状态，而闭合位置对应于最松状态。在大多数设计中，叶片并非设计成完全打开，即，平行于变矩器的轴向中心线，也不设计成完全闭合，即，垂直于该中心线。刀片50可借由设置在轮毂40中的致动器52旋转。

参照图1和图2，叶片50中的每一个包括曲柄54，该曲柄具有轴56和臂58，该轴形成叶片50的枢转轴线，该臂从轴56延伸使得臂58偏离该枢转轴线。臂58中的每一个可包括第一部分59和第二部分61，该第一部分从轴56向外延伸，该第二部分从该第一部分朝向定子28的中心延伸。第二部分61可基本平行于轴56并且偏离枢转轴线。外环48可限定多个孔70并且轮毂40的外缘76可限定狭槽72。孔70和狭槽72围绕定子28周向布置并且彼此径向对准。每个曲柄54设置在孔70和狭槽72中的相应一者中，其中将曲柄54的远端74接纳在相应的孔70中并且其中轴56延伸穿过相应的狭槽72。曲柄54可在孔70和狭槽72内旋转以改变叶片50的螺距角。

参照图1和图3，定子28包括曲柄定位器环60，该曲柄定位器环在外缘76的径向内侧设置在轮毂40内。定位器环60限定多个底座78，该多个底座各自构造成接纳曲柄54的第二部分61中的一个。底座78可由多个凸起部分80限定，该多个凸起部分通过切割或其他适当的制造技术形成。定位器环60固定曲柄54的第二部分61，并且确保曲柄54被均匀地致动，使得叶片50中的每一个具有基本相同的螺距角。

再次参考图1，致动器52借由轴向移动臂58来改变叶片50的螺距角，从而使轴56旋转。致动器52可包括活塞62，该活塞可轴向移动以接合曲柄54。活塞62可以是环形板，该环形板具有抵靠外缘76设置的外表面和环绕涡轮轴34的内表面。在所示的实施例中，活塞62和定位器环60将曲柄54夹在其间。弹性构件66设置在轮毂40的邻接部64和定位器环60的后侧之间，以将定位器环60和曲柄54抵靠活塞62而偏置。凸起部分80可从定位器环60的主表面延伸一定距离，该距离超过第二部分61的直径，使得凸起部分80的面抵靠活塞62而设置。这允许曲柄54在未受到活塞62的摩擦阻力的情况下旋转。外缘76和邻接部64可协作以在轮毂40内限定腔体82，并且弹性构件66、活塞62、曲柄54和定位器环60可设置在腔体82内。轮毂40可限定放泄孔(未示出)以抑制致动器52的操作。

弹性构件66可以是膜片弹簧、波形弹簧等。弹性构件66使活塞62、定位器环60和曲柄54从邻接部64偏置，以使叶片50偏置到闭合位置。活塞62朝向邻接部64的轴向运动使叶片50朝向打开位置旋转。涡轮26依照液力室38内的吸力来驱动活塞62。在活塞62与涡轮26之间设置有止推轴承68，以在涡轮26与活塞62之间传递轴向力，同时允许涡轮26与活塞62之间的独立旋转。

在操作期间，液力室38内的抽吸将涡轮26拉向叶轮24。抽吸的幅度取决于叶轮24的速度和涡轮26与叶轮24之间的速度比(即，涡轮速度/叶轮速度)。抽吸通常随着速度比的增加而加大。例如，在空转速度下，吸力可能小于1000牛顿(N)，但是到发动机处于3000RPM时，吸力可能会增加10,000N以上。弹性构件66设计成抵抗涡轮26的轴向运动直至达到阈值力，以在第一速度比范围内将定子叶片50保持在闭合位置。一旦超过阈值力，弹性构件66压缩并且活塞62朝向打开位置致动叶片50。弹性构件66可具有可变的弹簧刚度，使得当弹性构件66随着抽吸增加逐渐压缩时，定子叶片50处于可用的中间位置。另选地，弹性构件66可具有恒定的弹簧刚度，使叶片在打开位置和闭合位置之间快速转换，从而在实质上形成了双位置定子。

上述设计允许变矩器20在对应于小于阈值弹簧力的抽吸的第一速度比范围内处于松弛状态，并且在对应于大于阈值弹簧力的抽吸的第二速度比范围内处于收紧状态，该第二范围高于第一范围。通过改变弹性构件66的弹簧刚度，可校准变矩器20，从而使得速度范围对于不同的发动机都是最优的。例如，对于涡轮增压发动机而言，理想的是具有更强的弹性构件以在更大的第一速度范围内使变矩器保持松弛，而使第一速度范围缩小的较弱弹性构件则可能理想适合于产生偏高低端扭矩的发动机。

尽管上文描述了示例性实施例，其并非旨在使这些实施例描述由权利要求书所包含的所有可能的形式。本说明书所用的字词是为了说明而非限制，并且应当理解，可在不脱离本公开的精神和范围的情况下做出各种改变。如先前所述，可结合各个实施例的特征以形成未明确描述或示出的本发明的更多实施例。尽管各个实施例可能已描述为相对于一个或多个所需特性而提供优点或者优先于其他实施例或现有技术实施方式，但是本领域的普通技术人员认识到可削减一个或多个特征或特性以实现期望的总体系统属性，其取决于特定的应用和实施方式。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐久性、寿命周期成本、适销性、外观、包装、大小、适用性、重量、可制造性、易组装性等。正因如此，就一个或多个特性而言，在任何实施例被描述为期望值低于其他实施例或现有技术实施方式的程度上，这些实施例没有脱离本次公开的范围并且可期望用于特定的应用。

Claims (10)

1.变矩器，包括：

叶轮；

涡轮，所述涡轮可相对于所述叶轮轴向移动；和

定子，所述定子包括轮毂和周向布置在所述轮毂上的可变螺距叶片，其中所述叶片中的每一个可响应于所述涡轮的轴向运动在第一位置和第二位置之间旋转。

2.根据权利要求1所述的变矩器，其中所述叶片中的每一个偏置到所述第一位置，并且所述定子经构造使得所述涡轮朝向所述叶轮的运动使所述叶片中的每一个朝向所述第二位置旋转。

3.根据权利要求2所述的变矩器，其中所述第一位置为闭合位置并且所述第二位置为打开位置。

4.根据权利要求1所述的变矩器，其中所述定子进一步包括使所述涡轮从所述叶轮偏置的弹性构件。

5.根据权利要求4所述的变矩器，其中所述弹性构件为弹簧。

6.根据权利要求1所述的变矩器，其中所述叶片中的每一个均包括曲柄，所述曲柄延伸至所述轮毂中并且具有从所述叶片的枢转轴线径向偏移的部分。

7.根据权利要求6所述的变矩器，其中所述定子进一步包括曲柄定位器环，所述曲柄定位器环设置在所述轮毂中并且限定周向布置的底座，所述底座接纳所述曲柄。

8.根据权利要求6所述的变矩器，其中所述定子进一步包括活塞板，所述活塞板设置在所述涡轮和所述曲柄之间并且构造成将所述涡轮的运动传递至所述曲柄的各部分以使所述叶片旋转。

9.根据权利要求8所述的变矩器，其中所述定子进一步包括使所述各部分、所述活塞板和所述涡轮从所述叶轮偏置的弹性构件。

10.根据权利要求9所述的变矩器，其中所述弹性构件为环形。

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