SE536992C2 - Hydraulisk skivkoppling för ett AWD-fordon med en avstängningsventil - Google Patents

Abstract

En hydraulisk skivkoppling (4) för ett AWD-fordon har organ för att mata ky-lande och smörj ande olja till kopplingens skivpaket (12), vilka organ innefattar en av-stängningsventil (32) för att med vilje stänga av nämnda matning. Avstängningsventilen(32) innefattar en axiellt rörlig ventilslid (42), försedd med en tvärgående ventilfläns(44) för samarbete med ett ventilsäte (45) i kopplingshuset, vilken slid kan påverkas i enstängande riktning av fiäderkraft och i en öppnande riktning av en hydraulisk manövre-rad kula (47), som har ett påverkningsändläge i ett tätande kulsäte (51). Att publiceras med fig 4.

Description

536 992 ventil, nämligen i ett normal AWD-kopplingssytem utan någon frikopp- lings/inkopplingsfunktion. I en standby-mode för en sådan koppling kan det vara för- delaktigt att minska eller eliminera slirförluster på grund av oljesprut från roterande delar i kopplingen.

En normal slidventil har ett visst slag och en viss yta. Detta betyder att en viss oljevolym måste avledas till avstängningsventilen från regleroljeflödet till kopplingen, vilket negativt påverkar kopplingsreaktionstiden vid övergången från frikopplings- till inkopplings-moden eller från standby-moden till momentöverförings-moden.

Ett visst hydraultryck måste nås för att aktivera och förflytta en normal slidven- til mot krafterna från tätningama och en returfj äder. I en slidventil används tätningen primärt för att förhindra oljeläckage i mellan- och högtrycksområden (där svarstidema i AWD-moden kan påverkas). Tåtningens friktion nödvändiggör en högre returfjäder- kraft, vilket betyder att minimitrycket ökar av två skäl. En hög minimitrycknivå kom- mer att begränsa den lägsta möjliga momentöverföringen hos kopplingen på ett negativt sätt.

På grund av svårigheter vid tätningsframställning kan slidens diameter inte vara för liten, eftersom friktionen då kommer att vara proportionellt för hög. Detta kommer att vara en nackdel för den ovan nämnda olj eförbrukningen.

Uppfinningen Det är sålunda ett huvudändarnål med uppfinningen att åstadkomma en av- stängningsventil utan de nämnda och andra nackdelar.

Detta uppnås enligt uppfinningen genom att avstängningsventilen innefattar en axiellt rörlig ventilslid, försedd med en tvärgående ventilfläns för samarbete med ett fast ventilsäte, vilken slid kan påverkas i en stängande riktning av fjäderkraft och i en öpp- nande riktning av en hydrauliskt manövrerad kula, som har ett påverkningsändläge i ett tätande kulsäte.

I en praktisk utföringsforrn kan ventilsliden ha en reglertapp för ingrepp med kulan.

En tryckfjäder kan vara anordnad att verka på ventilsliden i dess axiella rikt- ning.

Kulsätet kan företrädesvis vara anordnat i en kulhållare, som är i gängingrepp i en husborrning, i vilken ventilsliden är anordnad. Reglertappen kan sträcka sig in i kul- hållaren. Kulhållaren kan vara försedd med en stoppring för att hålla kulan i kulhållaren.

Kulan kan motsatt reglertappen påverkas av hydraultryck tillfört genom en husborrning. 10 15 20 25 30 35 536 992 Skivkopplingen kan vara del av ett pumpaktuatorsystem.

Kort beskrivning av ritningarna Uppfinningen skall beskrivas närmare i det följande under hänvisning till de bi- fogade ritningarna, på vilka Fig 1 är en schematisk vy av en första utföringsforrn av en bakaxelarkitektur med en frikopplingskoppling hos ett AWD-fordon, F ig 2 är en motsvarande vy av en andra utföringsforrn, Fig 3 visar ett hydraulschema för den med en avstängningsventil försedda kopplingen, Fig 4 är en tvärsektion genom ett parti av en AWD-koppling med en avstäng- ningsventil enligt uppfinningen i ett stängt läge och Fig 5 är samma tvärsektion men med ventilen i ett öppet läge.

Detaljerad beskrivning Ett drivsystem hos ett AWD-fordon (All Wheel Drive) är välkänt i facket. Ty- piska exempel visas i WO 2011/043722. Ett sådant system har en motor, en framaxel med en differential, en mellanaxel eller kardanaxel och en bakaxel med en differential.

För att fördela momentet inte bara till framaxeln utan även till bakaxeln i enlighet med körförhållandena är en elektronisk reglerad våtskivkoppling anordnad i drivlinan till bakaxeln, ofta i mellanaxeln eller annars nära den bakre differentialen. Denna våtskiv- koppling kommer att beskrivas närmare nedan.

Två utföringsforrner av bakaxelarkitekturer för ett AWD-fordon visas i fig 1 och 2.

Den i fig 1 visade första utföringsfonnen har mellanaxeln 1, bakaxeln 2 (axel- halvor 2a och 2b), den bakre differentialen 3 och våtskivkopplingen 4. Kopplingen 4 är anordnad runt den första bakaxelhalvan 2a funktionellt mellan ett ringkugghjul 3a och differentialens 3 hus.

Den i fig 2 visade andra utföringsformen innehåller samma delar 1-4, men här är kopplingen 4 belägen i den första bakaxelhalvan 2a, vilket ger samma resultat som i den första utföringsformen.

Andra utföringsforrner är naturligtvis möjliga i ett AWD-fordon.

Kopplingens 4 funktion vid drivning av fordonet i en AWD-mode beskrivs på annat ställe, exempelvis i den nämnda WO 2011/043722.

När det är önskvärt att driva AWD-fordonet i en FWD-mode (Forward Wheel Drive), frikopplas skivkopplingen 4, det vill säga dess skivor separeras för att hindra dem från att överföra något moment. Kopplingen 4 kan sägas vara i en frikopplings- 10 15 20 25 30 35 536 992 mode. För att förhöja denna separeringseffekt kan den olja som normalt finns i kopp- lingen 4 för att smörja och kyla dess skivor avlägsnas från kopplingen. För att minska accelerationen av den roterande massan hos kardanaxeln 1 och att eliminera slirrnomen- tet i lager och tätningar därför kan det finnas kopplingsorgan, företrädesvis nära fram- axeldifferentialen, för att få kardanaxeln 1 att stå stilla i fordonets F WD-mode.

Då fordonets AWD-mode skall återtagas, kan kravet vara att skivkopplingen 4 är i full funktion inom en tid av 0,4 -0,5 sekunder eller till och med mindre, det vill säga att skivoma hos kopplingen har bringats i ingrepp med varandra.

Fig 3 är en översiktlig illustration av de hydrauliska organen för att påverka el- ler reglera skivkopplingen 4. Hänvisning görs till WO 2011/043722 för en full beskriv- ning av påverkningsorganen.

Kopplingen 4 innefattar ett skivpaket 12, som påverkas av en kolv 13 i en cy- linder 14. Kolven 13 har en kolvstång 13 '. När kolven 13 påverkas av hydraultryck, kommer skivoma hos skivpaketet 12 att komma i kontakt med varandra och upprätta drivkontakt mellan de två axlar till vilka de är anslutna. Det finns en returfj äder 15 av trycktyp för att föra kolven 13 tillbaka till dess ursprungsläge, då hydraultrycket på kol- ven minskar.

En elektrisk aktuatonnotor 16 driver en aktuatorpump 17 via en drivaxel 18, som även driver en centrifugalregulator 19. Läget hos centrifugalregulatom 19 reglerar läget hos och flödet genom en trycköverströmningsventil 20.

Hydraulolja för det hydrauliska aktuatorsystemet finns i en behållare 21. Den sugs in i pumpen 17 genom en hydraulledning 22 och levereras därifrån mot cylindem 14 genom en huvudhydraulledning 23. Beroende på läget hos centrifugalregulatom 19 och sålunda trycköverströmningsventilen 20 avleds en del av och ibland hela hydraul- flödet genom en hydraulledning 24, genom överströmningsventilen 20 och tillbaka till behållaren 21. Resultatet är att det hydraulaktuatortryck som levereras till cylindem 14 styrs av centrifugalregulatom 19.

Genom förekomsten av trycköverströmningsventilen 20, som åstadkommer en överströmning av överskottsolja tillbaka till behållaren 21, kan aktuatonnotom 16 rotera konstant och kommer härigenom att ha en mycket kort reaktionstid för att bygga upp tryck i systemet vid behov, eftersom den redan går, och mindre energi kommer sålunda att behövas för att accelerera roterande delar.

Under normala drififörhållanden, när det inte finns något behov av att ha kopp- lingen 4 i ingrepp, roterar aktuatom motom 16 med en lägre hastighet än den vid vilken trycköverströmningsventilen 20 stänger. När det finns ett behov av att få kopplingen 4 i 10 15 20 25 30 35 536 992 ingrepp, det vill säga för att påverka kolven 13, matas en hög ström/spärming till aktua- torrnotom 16. Drivaxelns 18 hastighet kommer att gå upp, varigenom överströmnings- ventilen 20 kommer att stängas av centrifugalregulatom 19. Omvänt kommer över- strömningsventilen 20 att öppnas, om motordrivaxelns 18 rotations hastighet minskas.

Detta system kan kallas ett pumpaktuatorsystem i motsats till ett ackumulator- system. I detta system skapas och levereras det reglerade aktuatortrycket av en pump, medan i ett ackumulatorsystem det reglerade aktuatortrycket levereras från en ackumu- lator, laddad av en pump.

När man önskar en FWD-mode för fordonet, antingen med vilje av föraren el- ler med mjukvara i fordonet, minskas hydraultrycket i cylindem 14, så att returfiädern 15 frikopplar kopplingen 4 genom att separera dess skivor 12.

Såsom redan sagts, skall kopplingens 4 driftläge återupprättas mycket snabbt efier en beskriven frikoppling, exempelvis inom 0,4-05 sekunder eller mindre.

I ett normalt pumpaktutorsystem enligt beskrivningen ovan skulle det vara svårt att uppnå de önskade inkopplingstidema efter en frikoppling, även om pumpde- placementet ökas flera gånger ijämförelse med behoven vid normal drift.

Problemet med de korta inkopplingstidema kan lösas genom reduktion av den effektiva kolvarean under inkopplingsfasen, såsom beskrivs nedan.

En 3/2-soleonid riktningsventil 25 är anordnad i en hydraulledning 23a från huvudhydraulledningen 23 till ett slutet utrymme hos cylindem 14 bakom kolven 13.

Ventilen 25 har en soleonid 26 för sin rörelse till vänster i ritningen och en tryckfjäder 27 för sin returrörelse. I ritningen är ventilen 25 i sitt normala läge vid AWD-drift av kopplingen 4, och soleoniden 26 kopplas in för att uppnå inkopplings-mode efter en frikopplings-mode. I detta läge tillförs hydraulolja genom ledningen 23 till den främre sidan av kolven 13 men även genom ledningen 23a till baksidan av kolven 13. Genom närvaron av kolvstången 13 ' vid kolvens 13 baksida kommer resultatet att bli en effek- tiv kolvarea av ungefär 15 % i j ärnförelse med kolvens 13 area i normal AWD-drift.

Med en mindre area kommer den krävda hydraulolj emängden i kopplings-moden att bli mycket reducerad, och kolvrörelsen kommer att bli snabbare till ”kysspunkten” mellan skivorna 12 i kopplingen 14. Reglertrycket kommer även att bli högre, exempelvis 30- 80 % av maxtryck, och därför kommer den procentuella tryck/momentnoggrannheten att bli mycket högre, såsom önskas.

Under kolvens 13 rörelse åt höger på ritningen i kopplings-moden kommer hydraulolja att behöva överföras från kolvens baksida till dess framsida. Detta illustre- ras i fig 3 genom en backventil 28 mellan ledningama 23 och 23a. För att uppnå en mi- 10 15 20 25 30 536 992 nimal begränsning av oljeflödet är det emellertid föredraget att anordna en eller flera backventiler i själva kolven 13.

I det i fig 3 visade ventilläget är kolvens 13 baksida dränerad till behållaren 21 genom ventilen 25.

Den illustrerade kopplingen 4 kan vara försedd med ett tyngdkraftsbaserat smörj system. För att kyla och smörja skivoma 12 hos kopplingen 4 kan hydraulolja till- föras genom tyngdkraft från en hydraulsidobehållare 29 genom en ledning 30 vid drift.

Genom krafter som skapas av roterande delar i kopplingen 4 kommer oljan att tvingas tillbaka till sidobehållaren 29 genom en ledning 31. En avstängningsventil 32 kan vara anordnad i ledningen 30 för att stänga av tillförseln av olja genom ledningen 30 i kopp- lingens 4 frikopplings-mode för att minska slirrnoment från oljan i kopplingen. Denna ventil 32 manövreras av hydraultrycket i ledningen 23 genom en ledning 33 och av en returfjäder 34.

Föreliggande uppfinning avser konstruktionen hos avstängningsventilen 32.

Hänvisning görs först till fig 4, som visar ventilen i samma läge om i fig 3, nämligen stängd av fjäderkraft, motsvarande en frikopplings-mode hos kopplingen 4.

Tvärsektionen i fig 4 är från en nedre del av huset för kopplingen 4 med skiv- paketet 12 i den övre delen åt höger.

Ett husfack 40 är i kontakt med sidobehållaren 29 (fig 3) och innehåller sålun- da hydraulolj a. En borrning förbinder facket 40 med skivpaketet 12 för tillförseln av kylande och smörjande olja. Borrningen 41 kan stängas av från facket 40 med hjälp av ventilen enligt uppfinningen, motsvarande ventilen 32 i fig 3.

Ventilen har en ventildel i form av en slid 42, som är axiellt rörlig i en ventil- borrning 43 i huset. Sliden 42 har en tvärgående ventilfläns 44 att ansättas mot ett ven- tilsäte 45 i huset runt borrningen 41. Ansättningskraften åstadkommes genom fjäder- kraft, företrädesvis av en tryckfjäder 46 uppstödd av huset. Denna fjäder 46 motsvarar 34 i fig 3.

Slidens 42 ventilöppningsrörelse åt vänster i ritningen mot fjäderns 46 kraft påverkas av en kula 47. Denna kula 47 är rörligt anordnad i en kulhållare 48, som är gängat och tätande upptagen i borrningen 43. Kulhållaren 48 har ett centrumhål för en reglertapp 49 hos sliden 42 i kontakt med kulan 47. För att hålla kulan 47 i kulhållaren 48 är den senare till höger på ritningen försedd med stoppring 50.

Kulan 47 har något mindre diameter än tvärsektionsdiametem i kulhållaren 48 och ansätts - när det rör sig åt vänster på ritningen - mot ett kulsäte 51 i kulhållaren 48. 10 15 20 536 992 Kulans rörelse åt vänster på ritningen regleras av oljetryck tillfört genom en husborrning 52, motsvarande hydraulledningen 33 i fig 3.

Fig motsvarar fig 4 men visar avstängningsventilen i ett öppet läge med kulan 47 i ingrepp med kulsätet 51 under hydraultryck tillfört genom husborrningen 52. Kulan 47 har skjutit sliden 42 åt vänster på ritningen mot kraften av fjädem 46, så att ventil- flänsen 44 har lyfts från ventilsätet 45 och åstadkommit förbindelse mellan husfacket 40 och husborrningen 41 till skivpaketet 12.

Avstängningsventilen enligt uppfinningen ger ett antal fördelar: Det finns inga tätningsfriktioner, vilket betyder att returtj ädem 46 kan vara svagare och ge mindre motkraft och att minimumtrycknivån kommer att gå ned.

Genom användning av en kula uppnås ett läcksystem, då ventilen öppnas och kulan har nått sitt kulsäte.

Kulans diameter kan hållas liten, vilket leder till en mycket reducerad reglervo- lym, i praktiken utan relevans.

Andra användningar av avstängningsventilen kan tänkas.

Modifikationer är möjliga inom ramen för de bifogade patentkraven, exempel- vis att avstängningsventilen är anordnad i en separat enhet utanför själva kopplingen.

Claims (8)

10 15 20 25 536 992 PATENTKRAV

1. Hydraulisk skivkoppling (4) för ett AWD-fordon, vilken koppling har organ (29-34) för att mata kylande och smörjande olja till kopplingens skivpaket (12), vilka organ innefattar en avstängningsventil (32) för att med vilje stänga av nämnda matning, kännetecknad av att avstängningsventilen (32) innefattar en axiellt rörlig ventilslid (42), försedd med en tvärgående ventilfläns (44) för samarbete med ett fast ventilsäte (45), vilken slid kan påverkas i en stängande riktning av fjäderkraft och i en öppnande riktning av en hydrauliskt manövrerad kula (47), som har ett påverkningsändläge i ett tätande kulsäte (51).

2. Hydraulisk skivkoppling enligt krav 1, varvid ventilsliden (42) har en regler- tapp (49) för ingrepp med kulan (47).

3. Hydraulisk skivkoppling (4) enligt krav 1, varvid en tryckt] äder (46) är an- ordnad att verka på ventilsliden (42) i dess axiella riktning.

4. Hydraulisk skivkoppling (4) enligt något av de föregående kraven, varvid kulsätet (51) är anordnat i en kulhållare (48), som är i gängingrepp i en husborrning (43), i vilken ventilsliden (42) är anordnad.

5. Hydraulisk skivkoppling (4) enligt krav 2 och 4, varvid reglertappen (49) sträcker sig in i kulhållaren (48).

6. Hydraulisk skivkoppling (4) enligt krav 4, varvid kulhållaren (48) är försedd med en stoppring (50) för att hålla kulan (47) i kulhållaren.

7. Hydraulisk skivkoppling enligt krav 5, varvid kulan (47) motsatt reglertap- pen (49) kan påverkas av hydraultryck tillfört genom en husborrning.

8. Hydraulisk skivkoppling (4) enligt något av de föregående kraven, varvid skivkopplingen (4) är del av ett pumpaktuatorsystem.