CN1862061A

CN1862061A - 自动变速器的干摩擦起动离合器及其方法

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Publication number: CN1862061A
Application number: CNA2006100798750A
Authority: CN
Inventors: J·M·马圭尔
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2005-05-13
Filing date: 2006-05-15
Publication date: 2006-11-15
Anticipated expiration: 2026-05-15
Also published as: DE102006022334B4; US7325662B2; DE102006022334A1; CN100538124C; US20060254872A1

Abstract

一种车辆的动力总成，包括连接在发动机输出构件和变速器输入构件之间的干摩擦离合器。此干摩擦离合器可选择性啮合以将转矩从发动机输出构件传递到变速器输入构件从而起动车辆。还提供了一种重设计动力总成的方法。

Description

自动变速器的干摩擦起动离合器及其方法

技术领域

本发明涉及自动变速器的起动。更具体而言，本发明涉及使用在发动机和变速器之间安装的干摩擦离合器来起动变速器。

背景技术

通过经由液力耦合传递转矩的传统变矩器或者通过湿式离合器来完成自动变速器的起动，即在发动机起动时从发动机或者动力源到变速器的转矩传递。还研究了使用存在于变速器(用于改变速比目的)内的干摩擦离合器来同样用作起动离合器。优化的起动系统不会增大变速器内的所需液体容积并且不会缩短液体寿命。此外，优化的起动系统不会折衷燃油经济性并且提供部件寿命很长的离合器。

发明内容

一种车辆的动力总成包括连接在发动机的发动机输出构件和自动变速器输入构件之间的干摩擦离合器。干摩擦离合器可选择性啮合以在速比改变或不改变的情况下将转矩从所述发动机输出构件传递到所述变速器输入构件从而起动车辆，并由此经过变速器内多个可选择性啮合的齿轮(其允许在变速器输出构件处有多个速比)之后在变速器输出构件处提供转矩。通过利用干摩擦离合器，以低于传统变矩器的成本提供了更低质量、更优化封装的起动机构。此外，由于与变矩器可获得的转矩对速度的固定特性相比对给定发动机输入速度可以实现更大目标转矩(例如通过利用受控滑动)，可以实现比传统变矩器更大的经验证的燃油经济性。此外，与湿式离合器相比，干摩擦离合器不会导致油液寿命恶化，并且如果用来替代已有变速器设计上的变矩器，干摩擦离合器可以利用已有的液压控制系统而不会破坏控制干式离合器的油液水平。相对于湿式离合器，干式离合器不具有震动和滑动损失加大的可能性。此外，干式离合器可以被控制使得其正常情况下处于闭合位置以允许转矩从发动机传递到变速器，即使发生电能故障事故。

所以，干摩擦离合器可以包括均对于所述发动机输出构件被安装以与其一起旋转的压力板和飞轮。干摩擦离合器还可以包括对于所述变速器输入构件被安装以与其一起旋转的离合器盘。所述压力板可选择性地轴向移动以接触所述离合器盘，由此使所述飞轮的摩擦面与所述离合器盘的摩擦面啮合以进行转矩传递。

所述干摩擦离合器还可以包括板簧，其对于所述发动机输出构件同心地安装以与其一起旋转并且对于所述压力板可枢转地连接。轴承定位为与所述板簧相邻地定位，并从所述压力板在径向上错开。此轴承可选择性地轴向移动以相对于所述压力板枢转所述板簧，由此将所述压力板从所述离合器盘轴向移动开以将所述离合器盘从所述飞轮分离。

所述动力总成可以包括致动器，其具有缸和在所述缸内可选择性地轴向滑动的活塞。所述活塞连接到所述轴承以轴向移动所述轴承。优选地，如果变速器最初被设计与变矩器一起使用，要求缸内有控制变矩器离合器所需的相同容积液压流体来滑动该活塞；因此利用了相同的液压控制需求并且没有改变变速器油液水平。

作为对致动器的替代，动力总成可以包括具有与所述轴承可操作地连接的轴的电机。所述电机可操作来转动所述轴从而所述轴轴向移动所述轴承。优选地，拨叉连接在所述轴和所述轴承之间并且由所述轴轴向移动。所述分离拨叉的轴向移动传送到所述轴承。优选地，电动机可使用与当变矩器与变速器一起使用时用来控制变矩器离合器相同的脉宽调制(PWM)信号被控制。因此，如果变速器最初被设计来与变矩器一起使用，则由变速器控制单元提供的现有变矩器离合器PWM信号可以用来经由电机控制摩擦起动离合器的啮合。

套筒可以与所述变速器输入构件共轴地安装。套筒具有与所述板簧互连以与其一起旋转的径向延伸的毂。优选地，所述径向延伸的毂和所述板簧是齿形的以共同旋转。泵或者其他传动部件可以可操作地连接到套筒使得所述套筒可以驱动泵或其他部件。因为套筒通过其与发动机输出构件的刚性互连而以发动机速度旋转，即使离合器分离该传动构件也可以经由套筒被驱动。

此外，诸如扭转弹簧的阻尼元件可以可操作地连接在所述离合器盘和所述变速器输入构件之间以阻尼发动机振动。

上述干摩擦起动离合器优选地与已有的变速器设计兼容，使得其通过对变速器控制策略进行最小改变就可以取代变矩器。因此，重设计动力总成的方法包括：提供自动变速器，所述自动变速器包括具有预定控制需求的变矩器；和用具有相同预定控制需求的干摩擦起动离合器取代所述变矩器。

当结合附图时从实施本发明的最佳模式的以下详细描述，本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点将变得非常明显。

附图说明

图1是通过干摩擦起动离合器与发动机连接的变速器的上半部的示意性剖视图；

图2是连接在发动机和变速器之间的图1干摩擦起动离合器的局部视图形式的示意图剖视图，并以虚线示出电机和分离拨叉；

图3是包括在图1和2的干摩擦起动离合器内、与同变速器中心轴线共轴对齐的套筒互连的板簧的主视图形式的示意图；和

图4是发动机转矩(Nm)对发动机速度(rpm)的曲线图，其表示包括诸如图1变速器在内的多种变速器的比油耗(g/s/kW)。

具体实施方式

参照附图，其中相似标号表示相似部件，图1描绘了具有动力总成12的车辆10，动力总成12包括具有发动机输出构件16的发动机14。动力总成12还包括自动变速器17。变速器17包括分别包括第一、第二和第三行星齿轮组18、20和22。每个行星齿轮组18、20、22包括太阳轮、行星轮架和齿圈，它们可选择性地与彼此、与变速器壳体24、与变速器输入构件26或者与变速器输出构件28啮合，并且它们绕变速器中心线C旋转，以在不同速比下将转矩从输入构件26传递到输出构件28。如本领域技术人员熟知的那样，各个转矩传递机构30A、30B、30C、30D和30E可选择性地啮合，来将行星齿轮组18、20、22中的各个齿轮与彼此、与变速器壳体24、与变速器输入构件26或者与变速器输出构件28啮合。

为了将转矩从发动机输出构件16传递到变速器输入构件26，干摩擦离合器32连接在发动机输出构件16和变速器输入构件26之间并且与每个构件共轴对齐。离合器32可选择性地啮合以在发动机输出构件16和变速器输入构件26之间传递转矩，从而起动车辆10。

参照图2，干摩擦离合器32包括飞轮34，飞轮34包括飞轮毂36和衬板37。飞轮毂36分别利用紧固件38A、38B刚性连接到衬板37和发动机输出构件16，这些紧固件可以是螺栓或者其他紧固设备。覆盖板40固定到飞轮34的衬板37。覆盖板40通过紧固件(未示出)固定到衬板37，如本领域技术人员熟知的那样。板簧42通常由固定到覆盖板40的环形枢轴44中心枢转，并且通常使与离合器盘48接触的压力板46偏置以使离合器盘48与衬板37啮合。离合器盘48被连接以与变速器输入构件26一起旋转。可选的阻尼元件50可以布置在离合器盘48和输入构件26之间以吸收发动机振动。

离合器分离拨叉52连接到绕变速器输入构件26共轴旋转的套筒54。套筒54的径向延伸的毂56与板簧42互连，如以下参照图3更详细描述的那样。

致动器60包括绕变速器输入构件26(并且还绕变速器中心线C)同心布置的缸62。活塞64经由缸室66内液压流体的控制可在缸62内滑动。如本领域技术员认熟知的那样，缸室66可以在变速器控制单元(未示出)的控制下填充变速器油液，以伸出或者缩回活塞64，活塞64再轴向移动轴承52和套筒54以按压或者松开板簧42，按压或者松开板簧42分别松开压力板46或者将压力板46接合到离合器盘48。如本领域技术人员熟知的那样，变速器泵61例如通过链63与套筒54可操作地连接，使得套筒54的旋转驱动泵61。如上所述，板簧42、覆盖板40、飞轮34的衬板37和飞轮毂36全部与发动机输出构件16连接(套筒54经由其与板簧42的互连同样如此，如以下参照图3描述的那样)，并且由此与发动机14在相同速度下旋转。注意，即使干摩擦离合器32分离套筒54也在发动机速度下旋转，因此即使在离合器分离期间泵61也可以由套筒54驱动。

如上所述，当致动器60被控制以将活塞64向着离合器盘48伸出时，板簧42经由轴承52压缩以将压力板46从离合器盘48松开并由此将离合器盘48从衬板37分离。板簧42在支点70处接触压力板46以轴向移动压力板46。相反，当致动器60被控制以将活塞64缩回缸62内时，轴承52轴向移动离开离合器盘48，以经由环形枢轴44枢转板簧42从而移动压力板46与离合器盘48进入接触。离合器盘48的摩擦面72于是与衬板37的相对邻近的摩擦面74进入接触。注意，相邻的摩擦面72、74之间的摩擦接触不被润滑；因此摩擦接触的热由压力板46和飞轮34进行散热，如本领域技术人员理解的那样。不需要润滑液来冷却摩擦面72、74。因此，不会发生相关的旋转损失和泵送损失。

作为对具有缸62和活塞64的替代，可以采用具有与螺母69匹配并且延伸穿过分离拨叉71的螺纹轴67的电机65(在图2中以虚线示出全部部件)来轴向移动轴承52以由此压缩板簧42。分离拨叉71优选地由变速器壳体24平衡重量。电机65可以用本领域技术人员熟知的任何方式安装在变速器17内。因为变速器控制模块通常被构造为传递脉宽调制控制信号(PWM)(其是调节电机(以及液压致动器60)的认可手段)，与变速器17一起使用的控制模块(未示出)能够经由PWM信号控制电机65或者液压致动器60，而无论这些机构中的哪一个被用来移动轴承52。

参照图3，套筒54的径向延伸的毂56被示为与板簧42互连。毂56是齿形的，具有与板簧42的径向内周88处的匹配凹口84和延伸部分88互配的延伸部分80和凹口82。因此，套筒54与板簧42一起旋转。

参照针对图1-3示出和描述的结构，一种重设计动力总成的方法包括提供自动变速器17，其包括具有预定控制需求的变矩器(未示出，但径向上布置在图1和2中干摩擦起动离合器32所在位置)。该方法还包括用具有相同预定控制需求的干摩擦起动离合器32取代该变矩器。如上所述，预定控制需求可以是用于控制变矩器(例如，用于啮合或者分离允许转矩从发动机旁通过变矩器的变矩器离合器)的液压流体的容积。或者，预定控制需求可以是由控制单元提供来控制变矩器离合器的PWM信号；相同的PWM信号可以代替地用来控制经由分离拨叉71轴向移动轴承52以枢转板簧42并由此利用衬板37啮合或分离离合器盘48的电机65。

参照图4，发动机转矩(Nm)对发动机速度(rpm)的曲线图示了以下各条常数比油耗(BSFC(g/s/KW))线：

线108＝0.18g/s/KW；线110＝0.14g/s/KW；线112＝0.12g/s/KW；

线114＝0.11g/s/KW；线116＝0.10g/s/KW；线118＝0.09g/s/KW；

线120＝0.08g/s/KW；线122＝0.07g/s/KW；线124＝0.065g/s/KW。

如本领域技术人员熟知的那样，低BSFC表示改善的燃油经济性。

曲线126图示了在发动机根据燃油经济性循环运行的情况下，在具有本发明范围内的干摩擦起动离合器(具体而言等效于具有110K因子的变矩器的干摩擦起动离合器)的动力总成中发动机的转矩性能。K因子是变矩器的效率测量值并等于

如本领域技术人员熟知的那样。较低的K因子表示效率更高的变矩器。曲线128图示了在发动机以大开度节气门位置运行的情况下，在具有本发明范围内的干摩擦起动离合器(具体而言等效于具有150K因子的变矩器的干摩擦起动离合器)的动力总成中发动机的转矩性能。曲线130图示了在具有K因子为172的传统变矩器的动力总成中发动机的转矩性能。最后，曲线132表示在大开度节气门位置下发动机的转矩性能。如从图4的曲线图清楚可知，对于任何给定发动机速度，曲线126获得最低BSFC，曲线128获得较大BSFC，而曲线130获得最大BSFC。因此，与具有转矩对发动机速度的固定特性的变矩器相比，干摩擦起动离合器对给定输入速度能够实现更大目标转矩(例如，通过利用受控滑动，通过干摩擦起动离合器可以实现与较低BSFC相对应的转矩)。

虽然已经详细描述了实施本发明的最佳模式，但熟知本发明相关领域的技术人员将认识到在所附权利要求范围内实施本发明的各种替代设计和实施例。

Claims

1.一种车辆的动力总成，包括：

具有发动机输出构件的发动机；

自动变速器，其具有变速器输入构件、用于在多个速比下将转矩从所述变速器输入构件传递到变速器输出构件的多个可选择性啮合的齿轮；和

干摩擦离合器，其连接在所述发动机输出构件和所述变速器输入构件之间并且可选择性啮合以将转矩从所述发动机输出构件传递到所述变速器输入构件从而起动车辆。

2.根据权利要求1所述的动力总成，其中所述干摩擦离合器包括：

均对于所述发动机输出构件被安装以与其一起旋转的压力板和飞轮；和

对于所述变速器输入构件被安装以与其一起旋转的离合器盘；

其中所述压力板可选择性地轴向移动以接触所述离合器盘，由此使所述飞轮与所述离合器盘啮合。

3.根据权利要求2所述的动力总成，其中所述干摩擦离合器还包括：

板簧，其对于所述发动机输出构件同心地安装以与其一起旋转并且对于所述压力板可枢转地连接；和

轴承，其与所述板簧相邻地定位，从所述压力板在径向上错开，并且可选择性地轴向移动以相对于所述压力板枢转所述板簧，由此将所述压力板从所述离合器盘轴向移动开以将所述离合器盘从所述飞轮分离。

4.根据权利要求3所述的动力总成，其中所述干摩擦离合器还包括：

致动器，其具有缸和在所述缸内可选择性地轴向滑动并与所述轴承连接以移动所述轴承的活塞。

5.根据权利要求3所述的动力总成，还包括：

具有与所述轴承可操作地连接的轴的电机；其中所述电机可选择性地操作来转动所述轴从而移动所述轴承。

6.根据权利要求5所述的动力总成，还包括：

可操作地连接在所述轴和所述轴承之间的分离拨叉；其中所述分离拨叉被所述转动轴轴向移动以由此移动所述轴承。

7.根据权利要求3所述的动力总成，还包括：

套筒，其与所述变速器输入构件共轴地安装并且具有与所述板簧互连以与其一起旋转的径向延伸的毂。

8.根据权利要求7所述的动力总成，其中所述毂和所述板簧是齿形的以彼此互连。

9.根据权利要求7所述的动力总成，其中所述套筒驱动用于加压所述变速器内流体的泵。

10.根据权利要求7所述的动力总成，还包括：

可操作地连接在所述离合器盘和所述变速器输入轴之间以阻尼发动机振动的阻尼元件。

11.根据权利要求1所述的动力总成，其中所述变速器构件和所述干摩擦离合器共轴。

12.一种干摩擦起动离合器，包括：

均可安装来与发动机输出构件一起旋转的压力板和飞轮；

可安装来与自动变速器的输入构件一起旋转的离合器盘；和

板簧，其可枢转地连接到所述压力板以与其一起旋转，并且当所述压力板、所述飞轮和所述离合器盘被安装到所述各个构件上时，所述板簧可在一个方向上枢转以选择性地将所述压力板接合到所述离合器盘以使所述离合器盘与所述飞轮啮合，从而将转矩从所述发动机输出构件传递到所述输入构件，并且可在相反方向上枢转以将所述压力板从所述离合器盘移动开以由此将所述离合器盘从所述飞轮分离，从而防止转矩从所述发动机输出构件传递到所述输入构件。

13.根据权利要求12所述的干摩擦起动离合器，其中所述离合器盘具有第一摩擦面；其中所述飞轮具有第二摩擦面；并且其中当所述离合器盘与所述飞轮啮合时所述第一和第二摩擦面相接，所述第一和第二摩擦面的特征在于在啮合和分离期间基本上没有润滑流体。

14.根据权利要求11所述的干摩擦起动离合器，还包括：

套筒，其对于所述变速器输入构件可共轴地安装并且具有与所述弹簧构件互连使得所述套筒与所述弹簧构件一起旋转的径向延伸的毂；

其中所述套筒可操作地连接到用于加压所述变速器内流体的泵以驱动所述泵。

15.一种重设计动力总成的方法，包括：

提供自动变速器，所述自动变速器包括具有预定控制需求的变矩器；和

用具有相同预定控制需求的干摩擦起动离合器取代所述变矩器。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述预定控制需求是用来控制所述变矩器和所述干摩擦起动离合器的液压流体容积。

17.根据权利要求15所述的方法，其中所述预定控制需求是用来控制所述变矩器和所述干摩擦起动离合器的电信号。