CN1229176A - 液动变速箱范围阀 - Google Patents

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Abstract

一种变速箱范围阀(310),用承压流体偏压代替传统的弹簧偏压,以在明显的液压降低或损失时阻止意外的范围转换。由于承压流体同时用来偏压范围阀(310)和移动范围阀引起副变速器范围转换,因此供给压力的下降或损失不会导致象现有技术弹簧偏压阀那样出现范围阀(310)的状态变化。

Description

液动变速箱范围阀
本发明涉及一种用于控制车用复式变速箱的副变速器促动器的阀总成。
在本技术领域中公知一种复式汽车变速箱，其具有一个主变速箱串联一个副变速箱。通常，主变速器直接由连接于变速滑杆箱体上的换档杆或者单换档轴换档，而副变速器，不管是范围副变速器、分级副变速器还是组合范围/分级式副变速器，用一个或多个阀和活塞远距离换档。副变速器速比变化可由换档杆的位置指示出，或者由换档杆上的独立开关如高/低分级开关(hi/lo split switch)启动。
由于范围副变速器通常利用同步爪式离合器，已开发了许多系统保证在主变速器处于空档时启动并完成范围转换，以防止过度磨损和/或损伤范围变速器的同步爪式离合器。美国专利说明书No.2,654,268；3,138,965；3,229,551；4,060,005；4,450,869；4,974,474中公开了阻止或延迟启动范围副变速器转换直到主变速器处于空档的系统，其公开的内容在此引作参考。美国专利说明书No.5,193,410公开了一种阀总成，该阀总成在主变速器于范围副变速器转换之前完成换档的情况下用于保护范围副变速器同步爪式离合器，其公开内容在此引作参考。
美国专利说明书No.5,193,410公开了一种阀总成，其根据主变速器的空档/啮合状态控制差动活塞的加压和排出，以控制用以转换范围副变速器的力。阀总成利用一个由弹簧偏压于第一位置的阀，以便以较高的力啮合一较高的副变速器速比。压力流克服弹簧偏压力将阀转换到第二位置以啮合较低的副变速器速比。但是，如果因某种原因如系统泄漏或压缩器工作不正常，液压降到低于一个预定的阈值，则弹簧偏压会使阀转到第一位置，导致范围副变速器变到一个不期望的速比。
因此，本发明的一个目的是提供一种能阻止因液压损失引起不期望的范围副变速器速比变化的系统和方法。
本发明的另一个目的是提供一种范围阀总成，其利用压力流偏压阻止因液压损失引起不期望的范围副变速器速比变化。
为实现本发明上述目的和其它目的和特征，在一控制系统中使用一种阀总成，该控制系统用于控制复式变速箱副变速器的由承压流体操作的换档促动器，该阀总成包括利用来自压力流源的流体将阀向第一位置偏压的偏压装置，以降低和/或消除因承压流体的压力降落引起的阀状态变化。这种承压流体偏压提供了一个与承压流体压力成比例的可变偏压力。因此，在液压意外损失时可保持阀的状态或位置。
本技术领域的普通技术人员可以看出本发明有许多伴随优点。例如，本发明通过阻止范围副变速器速比的非预期变化保护范围副变速器同步爪式离合器。
从下面结合附图对本发明最佳实施例的详述中，本技术领域的普通技术人员很容易得出本发明的上述目的和其它目的、特征和优点。
图1是复式变速箱的示意图，该复式变速箱具有范围式副变速器并应用了本发明范围变速器阀总成；
图1A是图1所示变速箱的换档机构示意图；
图1B是图1所示变速箱的“重复H”型换档位置示意图；
图1C是图1所示变速箱的“双H”型换档位置示意图；
图2是复式变速箱的示意图，该复式变速箱具有组合分级/范围式副变速器，应用了本发明的范围保护阀总成和液动范围阀；
图2A是图2所示变速箱的换档位置示意图；
图3是利用单换档轴的换档机构透视图，该单换档轴与备有本发明液动范围阀的变速箱一起使用；
图4是实施本发明液动范围阀的流体控制系统的示意图；
图5是实施本发明范围保护阀总成和液动范围阀的作为另一种选择的流体控制系统示意图；
图6是应用本发明阀总成的另一种流体控制系统示意图；
图7是图6所示控制系统的另一种可选结构型式的示意图；
图8是图6所示控制系统的阀总成剖面图；
图9是图8所示阀总成在不同操作位置时的剖面图。
为方便起见下面的描述采用了某些术语，仅作参考，不是限制性的。词“向上”、“向下”、“向右”、“向左”是指所参考图中的方向。词“向前”、“向后”分别是指变速箱以传统方式安装在车内时的前端和后端，在图1中分别对应变速箱的左侧和右侧。词“向内”、“向外”分别是指向和远离装置和装置中所指部件的几何中心。这种术语包括上面特别提到的词，其派生词，以及意义类似的词。
术语“复式变速箱”是指具有一个多前进档的主变速器并串联一个多档副变速器的变速或变传动比的传动装置，其中在主变速器中选定齿轮减速的同时可在副变速器中进一步选定齿轮减速。“同步离合器总成”及意义类似的词语是指一个对置的爪式离合器总成，其用来借助对置的离合器不可转动地将选定齿轮接合到轴上，其中，期望的离合器接合直到离合器片都基本同步旋转时才进行。离合器片采用较大容量的摩擦装置，在离合器初始接合时足以使离合器片及与之一起旋转的所有零件达到同步速度旋转。
术语“空档”和“非接合”可交替使用，是指一种主变速器工况，其中从变速箱输入轴到第二轴(图1和2所示的普通型变速箱)没有扭矩传递。术语“非空档”和“啮合”可交替使用，是指一种主变速器工况，其中接合了一种主变速器驱动比，驱动扭矩从变速箱输入轴传递到第二轴(地图1和2所示的普通型变速箱)。
术语“高速”比是指对给定输入转速下输出转速最大的变速箱传动比。
图1，1A，1B所示为范围式复式变速箱10。复式变速箱10包括一个多档主变速器12串联一个范围式副变速器14。变速箱10装在箱体H内，包括一个由发动机如柴油发动机通过可选择脱开的常啮合主离合器C驱动的输入轴16，该主离合器C具有一输入或驱动部分18和一被驱动部分22，其中输入部分18驱动地连接到发动机曲轴20上，被驱动部分22可旋转地安装在变速箱输入轴16上。
在主变速器12中，输入轴16带动一输入齿轮24，同时以基本相同的转速驱动多个基本相同的中间轴总成26和26A。这两个基本相同的中间轴总成径向对立于第二轴28两侧，第二轴28通常与输入轴16同轴对齐。每个中间轴总成包括由轴承32和34支承在箱体H内的中间轴30，图中只示出了箱体H的一部分。每个中间轴都备有相同的中间轴齿轮组38，40，42，44，46和48，固定在中间轴上并与之一起旋转。如现有技术中所公知，多个第二轴齿轮50，52，54，56和58围绕第二轴28，并通过滑动离合器套环60，62，64可选择地与第二轴28接合一起旋转，一次接合一个。离合器套环60也可用来将输入齿轮24接合到第二轴28上，以在输入轴16和第二轴28之间提供一种直接驱动关系。
通常，离合器套环60，62，64分别借助与换档机构壳体总成70相连的换档拨叉60A，62A和64A轴向定位，对此现有技术中公知。离合器套环60，62，64可以是公知的同步或非同步双作用爪式离合器型。
第二轴齿轮58是反向齿轮，借助传统的中间惰轮(未示出)与中间轴齿轮48常啮合。当主变速器12有五个可选前进速比时，最低的前进速比即通过将第二轴驱动齿轮56驱动连接到第二轴28上提供的速比，通常具有很高的减速比，被称为低档或“爬行”档，仅用于车辆重载工况下起步时，通常不用于高变速范围。相应地，主变速器12具有五个前进档时，通常称为“四加一”(4+1)主变速器，因为只有四个前进档与副变速器14组合使用。
爪式离合器60，62，64是三位离合器，因为它们可借助换档杆72定位于中间非接合位置(图中所示)、或完全向右的啮合位置或完全向左的啮合位置。众所周知，在给定时间内，离合器60，62，64中只有一个可啮合，其它离合器由主变速器联锁装置(未示出)锁定在空档状态。
副变速器范围转换部分14包括两个基本相同的副中间轴总成74和74A，各包括一个靠轴承78和80支承于箱体H内的副中间轴76，并带动两个副变速器中间轴齿轮82和84一起旋转。副中间轴齿轮82常啮合并支承固定安装并与第二轴28一起旋转的范围/输出齿轮86。副变速器中间轴齿轮84与围绕变速箱输出轴90的输出齿轮88常啮合。
两位同步爪式离合器总成92借助换档拨叉94和范围变速器换档促动器总成96轴向定位。爪式离合器总成92用于离合齿轮88和输出轴90(低速范围)或者离合齿轮86和输出轴90(直接范围或高速范围)。图1B给出了复式范围变速箱10“重复H”型换档位置示意图。用一个通常位于换档杆72上由操作者激励的开关或按钮98来完成变速箱10的低高范围选择和/或预选择操作。
尽管图中所示范围式副变速器14是采用正齿式或螺旋式传动的两档变速器，但应理解本发明也可用于采用组合分级/范围式副变速器的范围式变速箱，其具有三个或更多个可选范围比和/或采用行星式传动。而且，如上所指，离合器60，62和64中的任何一个或多个可以是同步爪式离合器型。类似地，变速器12和/或14可以是单中间轴型。
主变速器12被装在换档杆壳体70内部的至少一个换档移动轨条或换档轴的轴向运动所控制，并且也受换档杆72所控制。众所周知，换档杆72可直接装在变速箱上，或者远离变速箱。这种类型的装置在现有技术中已知，可参见美国专利说明书No.4,621,537，其公开的内容在此引作参考。通过操作按钮98，或在“双H”型控制中操作位置开关98A，来控制范围变速器，也都在现有技术中已知。换档杆壳体70可以是公知的传统式多个换档移动轨条，如可参见美国专利说明书No.4,782,719；4,738,863；4,722,237和4,614,126，其公开的内容在此引作参考，或者也可采用熟知的单换档轴。
本发明的控制系统同样可用于具有范围式副变速器、组合范围/分级式副变速器或者分级/范围式副变速器的复式变速箱。
参照图2，复式变速比机械变速箱100是一个十八前进档变速箱，其包括一个与上述变速箱10的主变速器12相同或基本相同的主变速器12A。变速箱100的主变速器12A与变速箱10的主变速器12不同仅在于，第二轴8A伸进副变速器102内的长度比第二轴28伸进副变速器14内的长度稍多一点。鉴于主变速器12和12A的结构基本相同，将不再详细描述主变速器12A。
副变速器102包括两个基本相同的副中间轴总成104和104A，各包括一个靠轴承108和110支承于箱体H内的副中间轴106，并带动三个固定安装的副变速器中间轴齿轮112，114和116一起旋转。副中间轴齿轮112常啮合并支承围绕第二轴28A的副变速器分级齿轮118。副变速器中间轴齿轮114常啮合并支承副变速器分级/范围齿轮120，该齿轮120围绕在靠近第二轴28A同轴端部附近的输出轴122端部上。副变速器中间轴齿轮116常啮合并支承围绕输出轴122的副变速器范围齿轮124。
滑动两位爪式离合器套环126用来可选择地将分级齿轮118或分级/范围齿轮120与第二轴28A接合，而两位同步总成128用来可选择地将分级/范围齿轮120或范围齿轮124与输出轴122接合。双作用滑动爪式离合器126的结构和功能与变速箱10所使用的滑动离合器套环60，62和64的结构和功能基本相同。双作用同步离合器总成128的结构和功能与变速箱10所使用的同步离合器总成92的结构和功能基本相同。同步离合器总成如92和128在现有技术中已知，如可参见美国专利说明书No.4,462,489；4,125,179和2,667,995，其公开的内容在此引作参考。
这种离合器通常包括一对可轴向啮合的爪式离合器片，一个用于感测爪式离合器片的非同步旋转和阻断在非同步状态下啮合的传感器/阻断器装置，一对摩擦表面，该摩擦表面通常呈锥形，利于接触，以摩擦式连接离合器各片从而引起离合器各片的基本同步旋转。在这种总成的期望接合过程中，假定出现实质不同步的工况，离合器将设一个阻断位置，在该位置，阻断器装置阻止爪式离合器片的轴向接合，摩擦表面在力的作用下接合。如果离合器总成在较高的轴向接合力作用下保持阻断位置，而主变速器持续接合，则过度的扭矩载荷会损坏和/或损毁摩擦表面。这种副变速器102的具体结构可参见美国专利说明书No.5,193,410。
齿轮118围绕第二轴28A并通常可相对第二轴28A自由旋转，借助限位器相对第二轴28A轴向固定。离合器齿呈锥形表面，相对第二轴28A的轴线倾斜35°，这提供了有利的相互作用，能够阻止非同步接合同时能引起同步旋转，详细描述见美国专利说明书No.3,265,173，其公开内容在此引作参考。离合器齿具有类似的互补锥形表面。
分级/范围齿轮120借助一对推力轴承可旋转地支承在输出轴122的向内端。范围齿轮124围绕输出轴122并借助止推垫圈轴向固定在其上。双作用两位同步离合器总成128轴向位于齿轮120和124之间，并借助外花键和内花键旋转式固定在输出轴122上。许多公知的同步对置离合器结构可用于本发明的副变速器中。同步离合器总成128最好采用前面提到过的美国专利说明书No.4,462,489中所述枢销型。齿轮120和124具有锥形表面，用来与同步离合器总成的相配合摩擦面摩擦式同步接合。同步总成128也可包括多个弹簧销(未示出)，以便在离合器接合操作开始时提供锥形表面的初始接合。
输出轴122由轴承支承在箱体H内并从箱体内伸出，以安装通常构成万向节一部分的十字连接件或类似物，所述万向节用以驱动传动轴传递动力到差速器等。输出轴122也可带动一个车速表齿轮和/或各种密封元件(未示出)。
从图2中可以看出，通过将分级离合器126和范围离合器128可选择地轴向定位于其向前和向后的轴向位置，可以提供第二轴到输出轴之间四个不同的旋转速比。因此，副变速器102作为组合范围分级式3层副变速器，在其输入(中间轴28A)和输出(输出轴122)之间提供了四个可选择的速比或驱动比。这种类型的变速箱在现有技术中公知，并由受让人Eaton公司以商品名“Super10”和“Super8”销售，详细内容可参考美国专利说明书NO.4,754,665，其公开的内容在此引作参考。
图2A示意了变速箱100的换档杆位置图，其中“S”箭头表示分级换档，“R”箭头表示范围转换。
在本发明的一个实施例中，应用了图3所示类型的单换档轴型换档机构200。这种类型的换档机构在现有技术已知，如可参见美国专利说明书No.4,621,537，其公开的内容在此引作参考。
简言之，换档杆98与联动件202相互作用引起轴204相对变速箱体的旋转运动和轴向运动。旋转运动将使键，如键206和另一个看不见的键，与换档拨叉60A，62A和64A轴套内的棱面或凹槽相互作用，以使两个换档拨叉相对箱体轴向固定，另一个换档拨叉相对轴204轴向固定。然后轴204和所选定换档拨叉的轴向运动会导致相关的爪式离合器接合和脱开接合。
因此，通过监视换档轴204上选定部分的轴向位置，如一个或多个空档锁止凹槽210的轴向位置，可以感测出变速箱10的主变速器12的空档/非空档状态。
本发明也可用于采用公知的多个并联移动轨条型换档杆壳体总成的复式变速箱，如可参见美国专利说明书No.4,445,393；4,275,612；4,584,895和4,722,237，其公开的内容在此引作参考。这种装置通常包括一个垂直换档移动轨条(常常与换档移动轨条互锁机构相连)延伸的总成，该总成设定第一位置或第二位置，其中第一位置是所有换档移动轨条都处于轴向中心空档位置，第二位置是换档移动轨条中的任一个偏离轴向中心空档位置。
在采用其它机械的、电的、电磁的或其它类型的传感器来感测变速箱主变速器空档(非接合)或非空档(接合)工况的复式变速箱中也可应用本发明。
尽管副变速器通常连接在主变速器上，但这里用的术语“副变速器”也可用于分开式传动系统如多档轴，多档分动箱，等等。
由于本发明同样可用于图1所示的变速箱10和图2所示的变速箱100，以及应用同步副变速器爪式离合器总成的其它复式变速箱，为简化和便于理解起见，主要按照图1，1A，1B，1C所示复式范围式变速箱应用本发明的情况描述本发明。
假设换档控制型式如图1B所示，即“重复H”型换档控制，第4档到第5档的复式换档包括将爪式离合器60从4/8档输入齿轮24脱开接合，然后将离合器92从低范围档或减速齿轮86脱开，接合到高范围档或直接范围齿轮88上，然后将爪式离合器62与1/5档主变速器齿轮54接合。为此，车辆操作者在从4/8档位置换到N空档位置之前先用范围选择按钮98预选“HI”，然后再用换档杆72换到1/5位置。在现有技术的范围式变速箱中，如Eaton公司制造并销售的9档RT/RTO 11609“Roadranger”变速箱，具有用于选择“HI”范围的第一位置和用于选择“LO”范围的第二位置的两位随动阀，在主变速器10非空档的任何时候都被一柱塞或类似物闭锁于其一个位置中。这种阀和闭锁机构的例子可参见上述的美国专利说明书No.3,229,551；4,450,869；4,793,378和4,974,474。
如前面所述，虽然这些装置在大多数工况下能通过阻止范围转换直到主变速器换入空档来保护范围副变速器同步器，但某些情况下，主变速器换档可能在副变速器范围转换之前完成，这将使范围同步器处于危险中。这对范围加档(第4到第5档)比对范围减档(第5到第4档)更危险，因为在接合直接范围齿轮88时通过同步器摩擦锥面的扭矩将增加同步器挂于同步器阻断器上的倾向，而在接合减速范围齿轮86时通过同步器摩擦锥面的扭矩将把同步器拉向非阻断状态。一般地，在图1和2所示类型的变速箱中，范围副变速器的同步器损坏不象在范围副变速器减档时问题那么突出。
参照图1所示变速箱，另一个严重问题可能出现在当驾驶员在4档时决定加档，先预选了范围加档并将换档杆移到或者正移向空档位置，但接着变了主意，将换档杆移回4/8档位置而没有更改范围选择。结果会引起从4档到8档的换档，由于通过同步器摩擦锥面的速度差太大而导致同步器损坏。在这种情况下，同步器可能在两秒钟内严重损坏或损毁。
与本发明一起使用的副变速器控制系统/方法，在感测到主变速器非空档状态时，将换档拨叉94为接合高速档范围齿轮86所施加的力降低到一较低的水平。较低的力应选择得足以在同步状态出现时引起同步离合器接合，但又足够低以确保同步器损坏的风险降至最小或消除。如图8和图9更详细的图示和解释，本发明通过用施加在范围阀总成上的可变液压偏压来代替传统的弹簧偏压，使阀不会在系统压力意外降低或损失时出现状态变化，从而提供额外保护，使不会发生意外范围转换。
为简化起见，下面结合本发明预期最有利的应用描述本发明，即结合在范围式(10)、范围/分级式或分级/范围式(100)的复式变速器中接合直接档或高速档同步范围离合器所需施加力的控制系统，来描述本发明。
由于可用一个压力可变的调压器来达到第二力水平，用于施加到直接范围离合器、和/或为范围阀提供承压流体偏压，在优选实施例中应用一种面积差动活塞/阀方法。如图4-7所示，范围离合器促动器活塞总成220有一面积差动活塞221，其具有加压后接合到低范围离合器的第一表面积222(约3.96平方英寸)和加压后以第一水平力(p*a224)接合到高范围离合器的第二较大表面积224(4.65平方英寸)。同时加压两个表面积将导致一稳定压力(80psi)施加在差值面积上(第二表面积224减去第一表面积222)，以较低的第二水平力约54lbs(p*(a224□a222))有效地施加到直接离合器上。
活塞221密封可滑动地装在缸内，将缸分成两个腔222A和224A。活塞221包括一个轴226，轴上装有换档拨叉94/164，用以将同步离合器92/128转换到其被选定的位置。
为了给同步器提供保护作用，同时仍能使直接范围离合器接合，在选择了范围转换到直接范围而主变速器处于空档时，只对第二腔224A加压。在选择了范围变速器转换到直接范围而主变速器处于某一速比(即非空档)时，对第一腔222A和第二腔224A两个同时加压。第二力水平必须在高速范围离合器各片达到同步或基本同步时足以引起直接范围离合器接合。有利的是，第二力水平应足以维持直接范围处于接合(或应备有啮合的锁止装置)。另外，第二力应足够低，以保护同步器锥形离合器在同步器已被接合锁定同时主变速器的接合持续了较长时间，如二十(20)到四十五(45)秒，的情况下不受实质损坏。例如，第一力大约300到400lbs，第二力大约40到80lbs，被证明较好。
图4-7给出了能达到上述效果的控制系统示意图，图8和9给出了应用了本发明流体偏压的阀总成。
如前面所指出，可通过感测主变速器换档轴204的轴向非偏移或偏移位置来感测变速箱10的主变速器12的非接合(空档)和接合(非空档)状态。换档轴或换档移动轨条的这种轴向偏移可在轴或轨条本身上、其伸出部分、或横轴或类似物上测出。
图4示出了保护同步器的范围转换气控系统230。主范围阀232与来自滤清调节器234的过滤稳压空气源连通。在重型车辆中，稳定的气压通常是60到80psi。开关或操纵杆98可对低压信号管路或先导管路236加压(低)或者泄压(高)。低范围先导管路236通向液动范围随动阀238，该随动阀是一两位四通阀，由液动管路240偏压至高范围位置(即腔224A加压，腔222A排出流体)。这提供了一个可根据稳压供给234的液压和相应阀面差值面积变化的偏压力，类似于对上述面积差动活塞220的操作。如果液压下降或损失，偏压力相应降低，因而阀不会从低(加压)状态变到高(泄压)状态。加压先导管路236会产生一个抵抗液流偏压的力，将阀移向低范围位置(即腔222A加压，腔224A排流)。这最好通过在阀柱塞凹槽上提供差值阀面表面积来完成，使得来自先导管路236的稳压供给压力施加在表面积比偏压面更大的柱塞凹槽工作面上。作为另一种选择，可用调压器降低偏压压力从而降低偏压力使先导管路236的压力升高能克服偏压力以移动阀。
可移动到啮合位置或空档位置的轴242备有互锁柱塞244，以阻止随动阀238的移动直到主变速器换到空档位置。两位三通范围保护阀246通过管路248与源压力相通并通向与低范围腔222A相联系的随动阀排出口250。范围保护阀246包括柱塞252，用以感测主变速器的接合或空档状态。阀246的排出口253连通到范围促动器总成220的低范围腔222A。
为方便起见，参考图4-7示意及描述的控制系统中具有相似结构和功能的部件采用相同的标号。
当主变速器处于空档，如图4所示，液动随动阀238的排出口250通过范围保护阀直接与腔222A相通。当主变速器接合时，范围保护阀246将低范围腔222A连到源234，不管随动阀238的位置。因此，如果在范围转换启动后的任何时候主变速器换到接合(非空档)状态，则低范围腔222A都将加压，而不管随动阀238的位置。这使向低范围的转换或向高范围的转换可在明显降低的第二力作用下正常完成。
图5所示是一个类似的控制系统270。系统270与上述系统230不同主要在于，与单换档轴204上的凹槽210相互作用的轴272为范围保护阀246提供了一个机械激励，并且也激励一空气互锁机构互锁阀274而不是机械互锁机构。简言之，两位两通互锁阀274将阻止低先导管路236在液动随动阀238处加压或排出，直到主变速器换到空档。如前所述，随动范围阀238包括一个承压的流体偏压240而不是更传统的弹簧偏压，来降低或消除在低系统压力情况下出现意外范围转换的可能性。承压流体偏压是根据系统供给压力，因此系统供给压力的降低会导致偏压力以及低先导管路236所产生的力相应的降低。
如在系统230中，在主变速器接合(非空档)时，范围保护阀246将加压低范围腔222A，而不管其他阀的位置。这样，当选择了低范围而主变速器换到空档，则活塞总成220的高范围腔224A将排流。当主变速器接合，低压力腔222A将被加压以完成向下转换范围。阀246被弹簧273向右偏压，但不足以抵抗通向腔224A的加压管路向左的偏压。
图6给出了空气控制系统300的示意图。控制系统300包括一主阀301，该主阀类似于上述的主阀332，具有一选择高(HI)低(L0)范围速比的选择器开关98。主阀301也可有一个第二选择器开关302，用以选择高分级速比(SP-HI)或低分级速比(SP-LO)。分级低先导管路304控制操作两位三通分级随动阀306。主阀如阀301一般与图2和3所示的组合范围分级式复式变速箱相连。
液动范围随动阀总成310包括一个三位四通阀312和一个闭锁及超控机构314。由阀312的阀体和端部构成的腔通过来自偏压管路330的液体加压以提供可变的偏压力。阀312有口316、口318、口320和口322，分别与排出、来自滤清器/调节器234的源空气(通常80psi)、差动面积活塞总成220的高范围缸224A、动面积活塞总成220的低范围缸222A相连通。
阀312具有第一324位置(图6上部位置)，用以选择高范围，其中高范围缸224A与源压力相通，低范围缸222A被通向排出口。阀312具有第二326位置(图6下部位置)，用以选择低范围，其中低范围缸222A与源压力相通，高范围缸224A被通向排出口。阀312具有中间或第三328位置，其中高(224A)和低(222A)范围缸都与源压力相通。
阀312被液流330偏压到第一(324)或高速范围位置，也可能在来自管路236的低范围先导压力的作用下移向其第二(326)或低速范围位置。这可通过对阀312的差值面积施加相同的源压力以产生一个沿图6向下方向的净力来实现，或者作为另一种选择，通过使用调压器或类似物提供一个较低的偏压压力来实现。但是，偏压压力应该与先导管路236中的供给压力成比例地降低，从而使先导压力的减少或损失在开关98位于LO位置时不会导致意外的状态变换和随后向HI范围的范围转换。如果主变速器在阀处于第一位置时转换到接合位置，借助机械装置即一个超控促动器操纵杆或连杆332与换档轴204上的凹槽210及相邻面相互作用，阀可从第一324位置移动到中间第三328位置。
闭锁及超控总成314的闭锁功能是阻止阀在主变速器处于空档时从第一324位置移到第二326位置，或者从第二326位置移到第一324位置，但允许阀从第一324位置移到中间328第三位置。这样闭锁及超控总成提供了范围互锁功能，即阻止范围转换的启动直到主变速器换入空档。图8和9示出了阀312和闭锁及促动器总成314的具体结构，下面将更详细地描述。
操作中，对从高范围向低范围速比的转换，移动选择器98选择/预选“LO”位置并对先导管路236加压。档换档轴位置表明主变速器处于空档，闭锁机构314将释放，从而允许阀机构312采取第二位置326，该位置将引起低范围腔222A的加压和高范围腔224A的排流。超控机构不影响阀处于第二位置，这样阀312将一直保持该位置直到选择器98被移动。
为从低范围向高范围速比转换，移动选择器98选择/预选“HI”位置并且先导管路236排流。换档轴位置一表明主变速器处于空档，闭锁机构立即释放，并且阀312被液动330产生的力移到第一324位置。高范围腔224A将被加压，低范围腔222A被排流。然后，随着主变速器接合，促动器连杆332将阀312从第一位置(324)移到第三或中间位置(328)，此时缸220的高范围腔(224A)和低范围腔(222A)都被加压，以对换档拨叉94或164提供一个降低的力，促使高速范围同步离合器进入接合。
参照图7示意并描述与“双H”换档机构一起使用的气控系统400。控制系统400采用单换档轴204A，该换挡轴具有较小直径部分402和较大直径部分404，分别对应“双H”换档形式各个的高范围或低范围部分的操作。这样，就不再需要操作者激励的开关如图6所示的开关98A。同样地，主阀406与主阀301的不同仅在于是用分级选择器开关或按钮302。
阀总成408的阀门部分312基本类似于阀总成310的阀门部分312。但是，阀总成408的促动器部分410明显不同于阀总成310的闭锁及超控部分314。除了连杆件332外还设有第二独立的连杆或操纵杆412，所述连杆件332与空档槽210协作，在感测到主变速器的接合状态后将阀门部分312从第一324位置移到第二位置328。操纵杆412是高/低范围促动器，并与换档轴204A上凸起的表面404协作，随着换档轴204A旋转进“双H”形式的高范围部分，将阀门部分312移到第二位置326。
结合图8和9图解说明本发明液动范围随动阀总成的结构。液动范围随动阀总成310装在壳体340内包括，壳体340包括阀槽壳体或阀体部分342和闭锁及超控机构部分344。阀槽部分342有一内孔346，其中装纳阀槽348，也有进出口316(两个)、318、320和322，分别与排出、供给、低范围活塞腔222A和高范围活塞腔224A相连通。连通到低速先导管路236的口350位于闭锁及超控部分344。阀槽的向左端备有一活塞面352，密封可滑动地装在与口350相通的腔354内。承压液动由孔346右端的腔330提供。腔330由阀槽348、阀孔346和端盖331构成。腔330由通道333经口318连通到承压液体供给源。液动提供了一个作用在阀槽348上的向左的可变力，该力与常压液体供给的压力成比例变化。这样，压力的降低或损失将按照压力供给源通过先导管路350所施加的力成比例地降低偏压力(即当选定“LO”范围时)，因此净力将保持向右，阀不会该改变状态，从而阻止意外的范围转换。
阀312的第一位置324对应阀槽348的最左端，如图8上半部所示。在该位置，口318和322液流相通，口320和左边口316液流相通，右边口316与其它口密封隔离。通道331连接口318和腔330，以通过来自公共供给的承压流体提供向左的偏压。
阀312的第二位置326对应阀槽348的右端，如图9所示。在该位置，口318和320液流相通，口322和右边口316液流相通，左边口316与其它口密封隔离。腔330通过通道331与口318保持液流相通。如图9左上和左下部分所示，阀槽348可以被推向右或第二位置，或者通过口350和低范围先导管路236对腔352加压实现，或者借助操纵杆或连杆355实现，该操纵杆355类似于操纵杆332但作用于双H换档型式中所采用轴的大直径表面和阀槽348的推杆部分356上。
图8的下半部分示出了阀312的第三或中间位置328。在该位置，口320和322都与源口318液流相通，两个排出口都与其它口密封隔离。如图8所示，当操纵杆促动器332搭在轴204的外表面上，则操纵杆与推杆356的一部分啮合，将阀槽推向其中间位置。应注意，当阀槽处于最右端位置，即阀312的第二位置326时，超控操纵杆332(见图8)不会影响阀槽的位置。
闭锁及超控总成314的闭锁功能提供了一种范围互锁功能，阻止启动范围转换直到主变速器换入空档。这由套筒360、闭锁滚子362和阀槽348推杆延伸部分356内的凹槽364和366来完成。闭锁器362装在壳体部分344的狭槽内，可径向移动，推杆延伸部分356的外表面包括第一闭锁槽364和细长的第二闭锁槽366，其中第一闭锁槽364在阀槽处于其第二位置(图9)时将与闭锁滚子对齐，第二闭锁槽366在阀槽处于第一位置或者第二位置或者其之间的过度位置时将与闭锁器对齐。当套筒360在弹簧368的偏压作用下处于其缩回位置(见图8和9的顶部)，闭锁球或滚子362可径向向外移动且不会影响阀槽348的轴向移动。但是，当套筒被操纵杆332推向右边(见图8底部)，闭锁滚子362被锁定不能轴向向外移动，阀槽348被互锁在第一到中间(第三)轴向位置或者第二轴向位置。
图9示出了“双H”型换档模式的另一种设计。低范围先导管路236可以省去，将一种改型的或另外的促动器操纵杆和换档轴204用于机械式换档阀312，在换档操纵杆进入“双H”换档模式的低范围部分的位置时，腔330内的承压流体会提供一种向阀第二326低范围位置的偏压，采用上述设计可以抵抗这种偏压。
阀体342的端盖331最好通过螺钉335和O形垫圈密封337密封固定到阀体上。在各阀面上备有平面碳氟化合物盘封如盘封339。有利的是，面封具有从左到右的锥面，使其整体呈截头圆锥形，以提供改善的擦拭作用。图中示出的其它各种密封件和固定件都按常规应用在这种或类似的场合，为清楚起见，不再标号。
这样，本发明提供了一个具有偏压力的范围随动阀，该偏压力与供给压力成比例变化，从而使供给压力的降低或损失不会导致阀状态的变化，阻止意外的范围转换。
当然应该理解，这里示出的和描述的本发明形式是实施本发明的最佳方式，并不是本发明的所有可能形式。同时也应理解，这里所用的词语是描述性的不是限制性的，在不超出后附权利要求所要求的本发明的精神实质和范围情况下，可以做出多种变动。

Claims (4)

1、在一控制系统(300，400)中使用的一种阀总成(310，408)，所述控制系统用于控制复式变速箱(10，100)副变速器(14，102)的由承压流体操作的换档促动器(220)，所述阀总成包括一主变速器(12，12A)串联一副变速器(14，102)，所述主变速器有接合位置和非接合位置，所述副变速器(14，102)包括一可选择的高速比和可选择的低速比，每个所述速比可通过同步爪式离合器作出(92，128)接合，所述促动器包括一个差动面积活塞(221)，该活塞具有构成第一腔(224A)的第一活塞面和构成第二腔(222A)的第二活塞面，所述第一活塞面的面积比所述第二活塞面限定的面积大，加压所述第一腔(224A)会引起所述促动器推动所述同步离合器总成接合到所述高速比，而加压所述第二腔会引起所述促动器推动所述离合器总成(92，128)接合到所述低速比，所述系统(300，400)包括一个用于指示所述主变速器(12，12A)当前接合或非接合状态的指示器(204)、一个用于选择理想副变速器速比的选择器(98)、一个公共承压流体源(234)和一个排出装置，所述阀总成包括一个三位阀(312)和超控装置，所述三位阀具有第一位置(324)、第二位置(326)和第三位置(328)，其中第一位置用于加压所述第一腔(224A)和排流所述第二腔(222A)，第二位置用于加压所述第二腔(222A)和排流所述第一腔(224A)，第三位置用于加压所述第一和第二两个腔(224A，222A)，所述超控装置与所述的指示所述主变速器(12，12A)当前接合或非接合状态的装置协作，在所述主变速器(12，12A)接合时推动所述阀(312)从其第一位置(324)移到第三位置(328)，所述阀总成特征在于，
偏压装置(330，333，342，344，346，348)利用来自所述公共承压流体源(234)的流体将所述阀向所述第一位置偏压。
2、根据权利要求1所述的阀总成(310，408)，其特征在于，所述阀包括响应所述选择器的先导装置，用以克服所述偏压装置所产生的力将所述阀从所述第一位置移到所述第二位置。
3、根据权利要求1所述的阀总成(310，408)，其特征在于，所述偏压装置包括：
一个限定了一轴向延伸孔的阀体(342)，所述阀体(342)限定了四个通向所述孔的口(316，318，320，322)，其中第一口(316)与所述排出装置相连，第二口(318)与所述源相连，第三口(320)与所述第二腔(222A)相连，第四口(322)与所述第一腔(224A)相连；
一个阀槽(348)，其滑动密封地装在所述阀体(342)内，所述阀槽(348)在所述孔内具有第一轴向位置、第二轴向位置和第三轴向位置，其中第一轴向位置用来在所述第一口(316)和第三口(320)之间以及所述第二口(318)和第四口(322)之间建立液流相通，第二轴向位置用来在所述第一口(316)和第四口(322)之间以及所述第二口(318)和第三口(320)之间建立液流相通，第三轴向位置用来在所述第二口(318)、第三口(320)和第四口(322)之间建立液流相通阻断所述第一口(316)与其它口(318，320，322)之间的连通；
一个端盖(331)，密封地装在所述阀体(342)上，所述端盖(331)与所述阀体(342)和所述阀槽(348)配合以限定腔(330)，所述腔(330)由所述源(324)供给承压流体，以将所述阀槽(348)向所述第一位置偏压。
4、根据权利要求3所述的阀总成，其特征在于，所述阀体(342)包括通道(333)，从所述第二口(318)到所述腔(330)连通流体。
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