專利名稱：雙液壓機變速器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于車輛運動的液壓變速器并涉及適合于相對"重負 載"的汽車所使用的流體液壓泵/馬達機器。更具體地，本發(fā)明適合 于用于汽車的全液壓式變速器。
背景技術(shù)：
全液壓式變速器是現(xiàn)有技術(shù)。在1965年8月10日授權(quán)給 Anderson的名稱為"HYDROSTATIC DRIVE"的3,199,286號美國專8利中，模塊化液壓傳動使用單級泵驅(qū)動獨立式馬達向四個車輪中的每 一個提供無級加速。液壓傳動包括每個車輪處以及少量液體充填的控制閥。在1975年2月15日授權(quán)給Hancock等的名稱為 "HYDROSTATIC VEHICLE TRANSMISSION"的3,641,765號美國專利中，四輪靜液壓傳動具有專門設置的單向閥和允許差異的限制性 連接機構(gòu)，并且在前后輪軸之間提供牽引力控制。為了增強汽油發(fā)動機車輛性能并減小汽車重量和制造成本，本領(lǐng) 域存在一種傳動需求，這種傳動允許使用返回到已證實的但速度相當 低的可減少扭矩損失的發(fā)動機。本領(lǐng)域還存在一種傳動需求，這種傳 動允許汽車改變速度的同時發(fā)動機以更恒定的速度運轉(zhuǎn)。雖然目前正 在大多數(shù)汽車上使用的變速器在加速過程中需要發(fā)動機在低速和超 高速之間進行循環(huán)，但當發(fā)動機等速運行時，發(fā)動機對燃油的使用效 率更高。全液壓式變速器已經(jīng)有效地使用在諸如拖拉機之類低速運行的 重型機械和諸如高爾夫球輕便車和全地形汽車(ATV)之類的輕型車 輛上。盡管已經(jīng)試圖將全液壓式變速器用于汽車，但是現(xiàn)有技術(shù)的液 壓變速器的效率太低，使得它們無法應用在汽車中。對汽車中使用的 現(xiàn)有液壓變速器按比例進行放大將會產(chǎn)生過于龐大、笨重和噪聲很大 的變速器，并且這種變速器比目前用于汽車中的變速器更大、更重、 更吵。盡管內(nèi)燃發(fā)動機是用于美國汽車的行業(yè)標準，但一些主要的汽車 制造商正在研究均質(zhì)充量壓縮點火(HCCI)發(fā)動機。在傳統(tǒng)的汽油 發(fā)動機中，空氣-燃油混合物由火花塞點燃，從而提供動力。在HCCI 發(fā)動機中，類似于柴油機那樣， 一個活塞對空氣-燃油混合物進行壓 縮，從而增加其溫度直到空氣-燃油混合物點燃為止。據(jù)估計，HCCI 發(fā)動機能夠比標準汽油內(nèi)燃發(fā)動機提高30%的燃油燃燒效率。然而， 在汽車上實現(xiàn)HCCI技術(shù)的主要障礙是難于在低發(fā)動機轉(zhuǎn)速和高發(fā)動 機轉(zhuǎn)速兩種速度下控制燃燒。本領(lǐng)域需要這樣一種變速器提供汽車運轉(zhuǎn)所必須的動力，而同 時允許其發(fā)動機轉(zhuǎn)速保持在相對狹窄的低中速范圍內(nèi)，這樣HCCI發(fā)動機的燃燒更容易控制。這種變速器允許在汽油動力車輛上實現(xiàn)更有燃油效率的HCCI發(fā)動機。液壓泵和馬達也是眾所周知和廣泛使用的，它們在相應的氣缸中 安裝有往復運動的活塞，而各個氣缸形成在氣缸體中并沿圓周分布在 距驅(qū)動元件轉(zhuǎn)動軸約第一徑向距離處。許多這種泵/馬達具有可變的 位移能力，并且它們是兩種常用的基本設計。在第一基本設計中，活 塞相對于可變傾斜但固定的斜盤，在旋轉(zhuǎn)的氣缸體中往復運動。在第 二基本設計中，活塞相對于可變傾斜并且轉(zhuǎn)動的斜盤，在固定的氣缸 體中往復運動，斜盤常常被分成包括在旋轉(zhuǎn)和章動轉(zhuǎn)子表面上滑動的 不旋轉(zhuǎn)僅章動的"偏心輪"。盡管本文中的發(fā)明適合于這兩種設計， 但更適合于(并在本文中被描述為)對后一種類型機器的改進，在后 一種類型的機器中，活塞在固定氣缸體中往復運動。在本發(fā)明中使用和在本文中描述的泵和馬達是流體型液壓機，并 且應該了解的是，本文中通篇所使用的術(shù)語"流體"和"承壓流體" 是用來確定不可壓縮的液體而不是可壓縮的氣體。因為液體具有不可 壓縮性，所以這兩種不同類型的液壓機的壓強和載荷循環(huán)完全不同， 以至于用于氣體壓縮型機器的設計無法用于液體型機器，反之亦然。 因此，以下注釋將全部理解為直接地并且適用于流體型液壓機，并且 主要地適用于按照前述內(nèi)容的那些重型汽車應用。帶有固定氣缸體的液壓機可以制造得比必須支撐和保護重型旋 轉(zhuǎn)氣缸體的機器輕得多、小得多。然而，這些更輕的機器需要旋轉(zhuǎn)和 章動斜盤組件，這些組件難于裝配和支撐。為了高壓/高速的運轉(zhuǎn)， 斜盤組件必須得到支撐，其方式為允許不旋轉(zhuǎn)活塞的頭部與旋轉(zhuǎn)和章 動斜盤的配合表面之間可以相對運動。這種現(xiàn)有斜盤常常被分成旋轉(zhuǎn) /章動轉(zhuǎn)子部分和僅章動偏心輪部分，后者包括通過連接"犬骨"式構(gòu)件與不旋轉(zhuǎn)活塞的頭部緊密配合的凹槽。也就是說，迄今為止這種固定氣缸體機器已經(jīng)使用了"犬骨式構(gòu) 件"加長桿(即，帶有兩個球形端的桿)來互連每個活塞的一端和章 動但不旋轉(zhuǎn)的偏心輪。犬骨式構(gòu)件的一個球形端樞軸地安裝到活塞的 頭部，但是通常在不旋轉(zhuǎn)活塞的頭部與章動斜盤的凹槽之間全部相對運動期間，另一個球形端一直保持在斜盤偏心輪的凹槽中。在本領(lǐng)域 中眾所周知，這些相對運動沿著不斷變化的非圓形路徑運動，這些路徑在離開0度的斜盤的全部傾角處產(chǎn)生。這些犬骨式構(gòu)件極大地增加了制造這些輕型機器的旋轉(zhuǎn)斜盤的復雜度和成本。犬骨式構(gòu)件桿有時也用于將帶有傾斜的(但并不旋轉(zhuǎn)的)液壓機 斜盤的每個活塞的一端與旋轉(zhuǎn)的氣缸體互連。然而，更經(jīng)常的情況是， 后一種類型的機器沒有這種犬骨式構(gòu)件，而代替使用了加長的活塞， 每個加長的活塞在一端(再次通常由樞軸裝配的傳統(tǒng)蹄塊元件覆蓋) 具有有效接觸到斜盤非轉(zhuǎn)動平面的球形頭。如此設計這種加長的活 塞，以便即使在活塞最大沖程期間的全部時間內(nèi)也保持由活塞的相應 氣缸壁支撐每個活塞的軸向圓柱體的主要部分。這種對于加長活塞的 附加支持的目的是在活塞繞它們的氣缸體旋轉(zhuǎn)時，確保當每個球狀活 塞頭滑過傾斜但不旋轉(zhuǎn)的斜盤時每個球狀活塞頭的最小橫向位移。通常，這些加長活塞主要通過"滲漏"進行潤滑，即當往復運動 的活塞驅(qū)動高壓流體或者被高壓流體驅(qū)動時，被強制在每個氣缸壁和 每個活塞體的外圓周長之間的高壓流體部分。只有當容許限度允許在 氣缸壁和活塞的長圓柱體之間的足夠的流體時，這種滲漏才提供好的 潤滑，并且足以確保良好潤滑的滲漏經(jīng)常對泵或馬達機的容積效率產(chǎn)生不利影響。例如，10立方英寸的機器為了滲漏每分鐘可以使用差 不多4加侖的流體。當經(jīng)常使用更小的容許限度來減少滲漏時，適當 潤滑的需求限制了減少這種容許限度，增加了機器的壓強和負載大 小。毫無疑問，為了實現(xiàn)這種滲漏使用了本應該用于驅(qū)動活塞或被活 塞驅(qū)動的流體。因此，就在上述給出的實例中，每分鐘4加侖流體用 于滲漏潤滑，從而減少了機器的容積效率。本發(fā)明以下公開的內(nèi)容是要改進這種加長活塞機器的容積效率， 而同時保證對活塞適當?shù)臐櫥约昂喕糜诒３只钊托北P之間接 觸的裝置。發(fā)明內(nèi)容模塊化變速器僅使用帶有活塞的一對小而輕的液壓機來顯著地提高容積效率，這些活塞主體部分的長度基本上與活塞進行往復運動 的相應氣缸的軸長相同。在閉合回路中有兩個液壓機運轉(zhuǎn)， 一個用作 由車輛發(fā)動機驅(qū)動的泵，而另一個用作馬達。每個機器具有完全鉸接 的斜盤。通過計算機控制，兩個機器的斜盤角度無級改變，從而為啟 動、城市駕駛、根據(jù)負載和坡度而變化的爬坡以及用于公路的超速傳 動等全部情況提供適當?shù)淖顑?yōu)發(fā)動機/車輪轉(zhuǎn)速比率。這樣實現(xiàn)了整 個車輛的操作，同時車輛發(fā)動機以相對恒定的速度和相對較低的RPM繼續(xù)運轉(zhuǎn)。模塊化變速器被描述為使用各種液壓機的實施例，這些實施例都 具有對簡單結(jié)構(gòu)特征的新穎的組合，結(jié)構(gòu)特征包括在固定氣缸體中往 復運動的加長活塞、具有唯一的潤滑凹槽的氣缸以及直接附著于每個 與旋轉(zhuǎn)和章動斜盤滑動接觸的活塞(沒有犬骨式構(gòu)件)的蹄塊，或優(yōu) 選與分離斜盤的僅章動偏心輪部分滑動接觸的活塞(沒有犬骨式構(gòu) 件)的蹄塊。試驗已經(jīng)證實這些簡單結(jié)構(gòu)特征已經(jīng)協(xié)同地引起容積效 率的顯著增強，并且當機器完全組裝起來時，可以輕易地手動改變這 種增強的機械效率(即使機器的傳動軸有12立方英寸容積)。每種公 開的機器可以作為泵也可以作為馬達運轉(zhuǎn)。這些固定氣缸體液壓機可以制造得比具有類似規(guī)格的傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn) 體液壓機小而輕。隨著改進它們的加長活塞的潤滑，有可能使用這些 更小更輕的液壓機來滿足汽車所需的使用高速/高壓技術(shù)要求以用于 無極可變自動變速器。每個機器具有完全鉸接的斜盤，并且借助于計算機程序，無極改 變兩個機器的斜盤角度的變化，從而對啟動、城市駕駛、根據(jù)負重和 陡度而變化的爬坡以及公路—上的超速傳動等全部情況提供適當最佳 的發(fā)動機/轉(zhuǎn)速比，從而提供等同的無極可變的齒輪傳動比。


圖1顯示帶有可變斜盤角度的液壓機的局部示意剖視圖； 圖2顯示為了清楚而省略零件的沿圖1平面2-2的液壓機局部剖 視圖；圖3A顯示從圖1的平面3A-3A觀察的當斜盤傾斜25度時的下壓板的局部示意圖；圖3B顯示從圖3A的平面3B-3B觀察的斜盤和活塞下壓組件的局部剖視圖；圖4顯示帶有長彈簧的單個氣缸的剖視圖；圖5顯示帶有分離斜盤的液壓機的局部示意剖視圖；圖6顯示現(xiàn)有技術(shù)已知的兩個液壓機的"閉合回路"布置的視圖；圖7A顯示本發(fā)明變速器的液壓模塊的端到端實施例組合的泵和馬達的示意圖；圖7B顯示在并排實施例中組合的相同泵和馬達以形成本發(fā)明變 速器的另 一個液壓模塊的示意性視圖；圖8A示意性地且縮放地顯示圖7A的液壓模塊，表示其是用于 前輪驅(qū)動車輛中的變速器；圖8B示意性地并縮放地顯示圖7A的液壓模塊，表示其是用于 后輪驅(qū)動車輛中的變速器；圖9A是示意性地并縮放地顯示圖7B的液壓模塊的頂視圖，表 示其是用于更傳統(tǒng)的后輪驅(qū)動車輛中的變速器；圖9B是示意性地并縮放地顯示圖9A的液壓模塊的端視圖；圖10是本發(fā)明一個實施例中計算機控制器的優(yōu)選輸入和輸出的 框圖。
具體實施方式
首先，對本發(fā)明的下列關(guān)鍵特征進行描述為了滿足世界上對石油資源保護的需要，而在同時不會明顯干擾 當前世界上燃油分配，本發(fā)明提供一種使用已知的和經(jīng)過驗證的液壓 和電子部件的全液壓、無齒輪、無級可變的變速器。因為本發(fā)明的液壓變速器以極低的發(fā)動機RPM提供工作扭矩，以本發(fā)明代替車輛原有的變扭器傳動的汽油發(fā)動機車輛以低得多的 發(fā)動機轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)。這個特征源于使用具有固定氣缸體和在較寬的角度連續(xù)區(qū)(優(yōu)選從-25度到+25度)內(nèi)發(fā)生改變的轉(zhuǎn)動斜盤的液壓機實現(xiàn)了非常顯著效率。本發(fā)明的變速器在不降低速度的情況下直接耦合到汽油動力車 輛的發(fā)動機上。本發(fā)明的變速器完全代替該車現(xiàn)有的變速器，安裝在 相同的空間位置，但實質(zhì)上比原有的變速器體積更小、重量更輕。在 車輛的發(fā)動機和本發(fā)明之間無需離合器或變扭器，本發(fā)明包括以"閉 合回路"液壓流形式連接的分別作為泵和馬達工作的兩個液壓機。泵 由汽車發(fā)動機直接驅(qū)動，產(chǎn)生液壓流體的斜盤受控流動，而液壓流體 直接傳送到配套的馬達中。馬達直接耦合到車輪傳動軸上，通過選擇 性地定位相應斜盤的位置，在反作用于驅(qū)動輪阻力扭矩的過程中產(chǎn)生 駕駛員所需的扭矩。也就是說，有創(chuàng)造性的變速器根本上改變了汽車響應于駕駛員輸 入的方式。在帶有手動或自動齒輪變速器的汽車中，當駕駛員踩下油 門踏板要求加速時，通過增加發(fā)動機轉(zhuǎn)速將動力增加到車輪傳動軸 上。 一旦連續(xù)加速，當發(fā)動機達到某一高速時，變速器要么自動地要 么由駕駛員經(jīng)離合器進行輸入，從而改為更高的排擋，并且發(fā)動機轉(zhuǎn) 速下降。利用有創(chuàng)造性的無齒輪變速器，當駕駛員踩下油門踏板要求 加速時，通過在變速器中改變斜盤比率而增加動力，并且發(fā)動機轉(zhuǎn)速 仍然保持相對固定。 一旦連續(xù)加速，只有當斜盤比率達到某一值時， 發(fā)動機轉(zhuǎn)速才增加到新的、稍高的水平，從而提供所需的額外動力。變速器的電子控件相當簡單。發(fā)動機轉(zhuǎn)速和輸出傳動軸速度連同 耗油量和駕駛員的節(jié)流閥和制動器指示信號一起受到監(jiān)視，并且受控 的變量僅僅是在液壓泵/馬達中的斜盤角度，并且在不常見的情況下受控的變量是發(fā)動機RPM。利用本發(fā)明的樣機，液壓變速器向運動功用車輛車(重5575磅) 的車輪傳動軸提供足夠的動力，從而在模擬測力計-模擬平路上將汽 車迅速加速到30MPH，而同時保持860RPM的發(fā)動機轉(zhuǎn)速。這個初 步試驗將車輛從25:1的無級變速傳動比率限制到超過0.67:1的無級 變速傳動比率。由于汽車加速到更高的速度，為了使發(fā)動機保持恒定 速度的時間達到最大并且提高燃油效率，有可能使得發(fā)動機轉(zhuǎn)速平緩 變大。液壓變速器樣機能夠提供足夠的動力以使得汽車加速到公路行駛的速度，而同時不會使發(fā)動機轉(zhuǎn)速超過2200RPM。另外，該創(chuàng)造 性的變速器能夠以2RPM (g卩，僅僅16英尺/分鐘的速度)啟動和保 持平穩(wěn)的車速，并且在由容積式流量計測量這種加速的期間，它實現(xiàn) 了加速度變化率峰值大于10MPH/秒，并且減少50%的耗油量。更進 一步地，以20MPH/秒實現(xiàn)了令人滿意的減速，這種減速使車輛完全 停止而無需使用制動器。本發(fā)明的變速器能夠利用對發(fā)動機轉(zhuǎn)速的極小的變動來改變傳 動軸速度。因此，本發(fā)明允許發(fā)動機轉(zhuǎn)速保持在相對較窄的中低范圍 內(nèi)，其中在新近提出的HCCI發(fā)動機中的燃燒更容易控制。本發(fā)明的 變速器非常適用于用在汽油動力車上的更具燃油效率的HCCI發(fā)動 機。更進一步地，本發(fā)明使得汽車工業(yè)有可能恢復到已證明的更低速 /更高扭矩的發(fā)動機，允許利用更輕、成本更低的發(fā)動機來實現(xiàn)甚至 更高效率的改進。盡管可用于創(chuàng)建本發(fā)明變速器液壓部分的液壓機的操作是公知 的，但下文中將詳細描述優(yōu)選的這種液壓機對。如上所述，假定每個 公開的機器連接在公知的帶有適當配對的泵或馬達的"閉合回路"液 壓系統(tǒng)中。本發(fā)明的變速器中的兩個液壓機在結(jié)構(gòu)上盡可能相同，一 個用作泵而另一個用作馬達。在優(yōu)選實施例中，本發(fā)明的變速器和蓄電池一起使用，從而提高 燃油經(jīng)濟性。長活塞液壓機參考圖1，可變液壓機110包括模塊化固定氣缸體112。氣缸體 112具有多個氣缸114(僅顯示出一個)，其中多個相應匹配的活塞116 在活塞116的退回位置和可變延伸位置之間往復運動(最大延伸位置 在活塞116'處)。每個活塞在伸長的軸向圓柱體部分122的一端具有 一個安裝在頸部120上的球形頭118，軸向圓柱體部分122基本上與 每個相應氣缸114的長度一樣。每個球形活塞頭118配合在相應蹄塊 124之內(nèi)，蹄塊124可以在形成在轉(zhuǎn)子128表面上的平面126上滑動， 轉(zhuǎn)子128樞軸地連接到驅(qū)動元件(BP,氣缸體112中心的膛內(nèi)部的軸承支撐的軸130)。液壓機110具有模塊化的閥門組件133，閥門組件133用螺栓固 定，作為模塊化氣缸體112的左端的頂蓋，并且閥門組件133包括多 個調(diào)節(jié)流入和流出氣缸114的流體的滑閥134 (僅僅顯示一個)。機器110可以作為泵或者作為馬達工作。作為馬達工作時，在傳 動軸130的每個循環(huán)的第一個半周期間，來自入口 136的高壓流體通 過端口 137進入每個相應氣缸114的閥門端，從而將每個活塞從其退 回位置驅(qū)動到其完全展開的位置。在每個循環(huán)的第二個半個循環(huán)期 間，因為每個活塞恢復到其完全退回到位置，所以低壓流體通過端口 137和流體出口 139從各個相應氣缸中退出。作為泵工作時，在傳動軸130的每個循環(huán)的半個循環(huán)期間，當每 個活塞116都移動到伸展位置時，低壓流體被吸入到每個氣缸114中， 通過入口 136從循環(huán)液壓流體的"閉合回路"進入端口 137。在每個 循環(huán)的下一個半個循環(huán)期間，回到其完全退回位置的每個相應活塞 116的驅(qū)動力通過出口 139將高壓流體從端口 137導入關(guān)閉的液壓回 路中。然后高壓流體通過適當?shù)拈]合回路槽(未顯示)傳送到匹配的 液壓機(例如上述討論到的液壓機IIO)中，引起配套機器的活塞以 隨著高壓流體體積(加侖/分鐘)變化而變化的速度發(fā)生移動，高壓 流體采用公知技術(shù)進行傳送。模塊化氣缸體112中每個氣缸114的圓柱形壁由沿圓周形成的相 應潤滑槽140呈輻射狀橫切。多個通路142使全部潤滑槽140互相連 接，從而在氣缸體112中形成連續(xù)潤滑通路。在每個活塞的整個沖程期間，每個潤滑槽140實質(zhì)上由每個相應 活塞116的軸向圓柱體122關(guān)閉。也就是說，每個圓柱體122的外圓 周長的作用就如同一直封裝每個潤滑槽140的壁。因此，即使當活塞 116通過最大沖程往復運動時，使全部潤滑槽140互相連接的連續(xù)潤 滑通路實質(zhì)上仍然保持隔離。連續(xù)潤滑通路140、 142簡單、經(jīng)濟地 形成在氣缸體112內(nèi)部。在液壓機110操作期間，來自入口 136通過端口 137進入每個氣 缸114以及正被每個活塞116的氣缸壁和外圓周長之間加壓的高壓流體的最小流量幾乎立即充滿全部互聯(lián)的潤滑槽140。每個潤滑槽140 的潤滑液體損失受到環(huán)繞封條144的限制，環(huán)繞封條144位置接近于 每個氣缸114的開口端。盡管如此，因為每個氣缸的相應圓柱形壁和 每個相應活塞的軸向圓柱體之間的連續(xù)最小流量響應于活塞運動并 響應于當活塞往復運動時傳動軸130的每個旋轉(zhuǎn)半周期中的壓力改 變，所以在潤滑槽140的閉合連續(xù)潤滑通路中的潤滑液體適度而連續(xù) 地流動。由于每個氣缸114的壓力在每個活塞116的回程上減為低壓， 在每個氣缸114壁和每個活塞116的主體部分122外圓周長之間驅(qū)動 在不同的閉合潤滑通路140、 142中的更高壓力的流體，每個活塞116 進入到正經(jīng)歷這種減壓的每個氣缸114的閥門端。因為次級的最小流體流動響應于活塞運動以及響應于當活塞往 復運動時在傳動軸130的每個旋轉(zhuǎn)半周期中的壓力改變，所以在閉合 連續(xù)潤滑通路140、 142中的潤滑液體的流動適度而連續(xù)。泵110的轉(zhuǎn)子128樞軸地安裝到垂直于軸132的軸129周圍的傳 動軸130上。因此，當轉(zhuǎn)子128繞傳動軸130旋轉(zhuǎn)時，它相對于軸 130的傾角優(yōu)選地從0度(即，垂直)變?yōu)檎?5度。在圖1中， 轉(zhuǎn)子128以25度傾斜。對這個可變傾角的控制如下在軸129附近 的轉(zhuǎn)子128的樞軸由環(huán)繞傳動軸130的滑動軸環(huán)180的位置確定，并 且轉(zhuǎn)子128的樞軸可以相對于軸向可發(fā)生移動?？刂七B桿182連接帶 有轉(zhuǎn)子128的軸環(huán)180，以便軸環(huán)180沿著傳動軸130的軸向運動引 起轉(zhuǎn)子128圍繞軸129旋轉(zhuǎn)。比如，當軸環(huán)180在圖1中運動到右側(cè) 時，轉(zhuǎn)子128的傾角從所示正25度傾角回到0度(g卩，垂直)然后 回到負25度的連續(xù)范圍內(nèi)發(fā)生改變。軸環(huán)180的軸向移動由套圈186的銷釘184控制，當套圈186通 過套圈控制臂188的鉸接繞著套圈軸190的軸心旋轉(zhuǎn)。套圈186通過 連接到套圈臂188底部的通用線性伺服機構(gòu)(未顯示)而被驅(qū)動。盡 管套圈186的其余元件全都包括在模塊化斜盤外殼192中，并且套圈 軸190由固定于外殼192的軸承所支撐，但套圈控制臂188位于外殼 192之外。斜盤轉(zhuǎn)子128由基本上與控制連桿182相同的陰影連桿194 保持平衡，并且類似地連接到軸環(huán)180，但處于軸環(huán)180的反側(cè)。參考圖1和圖2，每個氣缸114的圓柱形壁由沿圓周形成于其 上的相應潤滑槽140呈輻射狀橫切。多個通路142互連全部潤滑槽 140，從而在氣缸體112中形成連續(xù)的潤滑槽。在每個活塞的整個沖 程中，每個相應潤滑槽140基本上被每個相應活塞116的軸向圓柱體 122閉合。也就是說，每個圓柱體122的外圓周長作為一直包括每個 相應潤滑槽140的壁。因此，即使活塞116往復運動達到最大沖程時， 互連全部潤滑槽140的連續(xù)潤滑通路基本上仍處于閉合。連續(xù)的潤滑 通路140、 142簡單和經(jīng)濟地形成于氣缸體112內(nèi)部，這些可以從圖 2的示意圖中得到最好的理解，圖2中為了清楚起見，己經(jīng)放大了流 體槽和連接通路的相對尺寸。在液壓機110運轉(zhuǎn)過程中，全部互連的潤滑槽140幾乎立即被來 自入口 36的高壓流體的最小流量充滿，這些流體通過端口 137進入 每個氣缸114并且在每個活塞116的氣缸壁和外圓周長之間被加壓。 來自每個潤滑槽140損失的潤滑液受到位于接近每個氣缸114開口端 的環(huán)繞封條144的限制。盡管如此，在這種潤滑槽140的閉合的連續(xù) 潤滑通路中的潤滑液適度而連續(xù)地流動，因為每個氣缸的相應圓柱形 壁和每個相應活塞的軸向圓柱體之間的流體的連續(xù)最小流量響應于 活塞運動而且響應于當活塞往復運動時傳動軸130的每個旋轉(zhuǎn)半周 期中的壓力發(fā)生。由于在每個活塞116的返回沖程上每個氣缸114的 壓力減為低壓，在閉合的潤滑通路140、 142中每個氣缸114的壁和 每個活塞116主體部分122的外圓周長之間的更高壓的流體再次被驅(qū) 動到每個經(jīng)歷這種壓降的氣缸114的閥門端。參考圖3A和3B，用于液壓機的下壓組件包括帶有多個環(huán)形開口 160的下壓元件154，每個開口環(huán)繞著相應活塞116的頸部120。在 圖3A和3B中斜盤角度為正25度。圖3A顯示從轉(zhuǎn)子128的軸向下 俯視的下壓板154，或者從圖1的3A-3A平面得到的下壓板154。在 下壓元件154和每個活塞蹄塊124之間分別定位多個專門的墊圈156。 每個墊圈156具有一個伸出部158，伸出部158接觸到相應蹄塊124 的外圓周長以保持蹄塊與轉(zhuǎn)子128的平面126 —直接觸。每個相應蹄 塊腔與適當?shù)奶銐K槽162和活塞槽164連接，從而確保處于蹄塊-轉(zhuǎn)子邊界的流體壓力一直等于每個活塞116的頭部的流體壓力。流體壓力繼續(xù)不斷地沿轉(zhuǎn)子128的方向偏置活塞116,并且提供 示例性的止推板組件以攜帶載荷。然而，在汽車運行所需的速度(例 如，4000 rpm)下，附加偏置載荷是確?；钊銐K124和轉(zhuǎn)子128的 平面126之間恒定接觸所必需的。可變的液壓機通過使用三個簡單的 彈簧偏置下壓組件之一來提供這種附加偏置。用于液壓機110的第一下壓組件包括螺旋彈簧150，螺旋彈簧150 定位于軸130周圍并沿圓周圍繞在軸132周圍，形成在氣缸體112中 的適當?shù)膴A縫152中。螺旋彈簧150偏置同樣沿圓周圍繞在軸130和 軸132定位的下壓元件154。下壓元件154具有多個圓形開口 160， 每個開口都環(huán)繞著各個活塞116的頸部120。多個特殊墊圈156分別 設置在下壓元件154和每個活塞蹄塊124之間。每個墊圈156具有接 觸到各個蹄塊124的外圓周長從而使蹄塊與轉(zhuǎn)子128的平面126 —直 接觸的伸出部158。因為在機器運轉(zhuǎn)期間轉(zhuǎn)子128的傾角發(fā)生變化，所以斜盤位置和 活塞蹄塊下壓組件的位置相對改變。參見0度傾角情況下這些零件的 相對位置，每個活塞槽164相對于下壓元件154中各個相應圓形開口 160具有相同的半徑位置。在除O度之外的全部傾角中，每個活塞槽 164相對于每個開口 160的相對半徑位置不同，并且每個特殊墊圈156 的相對位置也不同。因為轉(zhuǎn)子128在每種傾角下通過一個完整循環(huán)進 行旋轉(zhuǎn)和章動，在九個開口 160中的每個開口處的不同的相對位置是 它們自己的恒定變化。比如，在圖3A所示的25度傾角的情況下， 如果在轉(zhuǎn)子128的每個循環(huán)期間人們在下壓元件154的頂端(g卩，在 12點鐘方向)觀測僅僅通過開口 160發(fā)生的運動，那么頂端開口 160 中觀察到的零件相對位置將連續(xù)改變，從而匹配其他8個開口 160的 每一個中所示的相對位置。在除了 O度之外的傾角下，在轉(zhuǎn)子128的每個循環(huán)期間，在每個 蹄塊124滑過轉(zhuǎn)子128的平面126的同時，每個特殊墊圈156在下壓 元件154表面滑過。這些零件中每個零件穿過可從其他8個開口 160 中的每個開口看到的各種位置相對于其自身開口 160改變。每個都遵循帶有斜盤轉(zhuǎn)子128的斜傾角和固定氣缸體112中每個活塞116水平 位置大小變化的環(huán)路徑(跡線看來像是雙紐線，即，"8字形")。為 了保證每個相應蹄塊124和轉(zhuǎn)子128的平面126之間的良好接觸，為 每個開口 160的邊界優(yōu)選尺寸，以便開口 160的邊界在轉(zhuǎn)子128全部 傾角的每個循環(huán)周期內(nèi)仍然保持一直與超過每個特殊墊圈156的一 半表面的接觸。在圖4中以液壓機210的單個活塞的局部放大剖視圖示意性地顯 示第二下壓組件。每個活塞216定位在氣缸214內(nèi)部的模塊化固定氣 缸體212中，后者沿其圓周形成的相應潤滑槽240呈輻射狀橫切。以 按照以上詳細描述的另一個液壓機的相同方式，每個潤滑槽240與該 機器其他的氣缸中的類似槽相互連接，從而在氣缸體212中形成連續(xù) 潤滑通路。任選的環(huán)繞封條244可以定位于接近每個氣缸214的開口 端，從而更進一步地使從每個潤滑槽240損失的潤滑液體減到最少。固定氣缸體212既不包括大的軸向圓周螺旋彈簧，也不包括用于 保持螺旋彈簧的軸向圓周夾縫。液壓機210的模塊化固定氣缸體212 可以連接模塊化固定角度斜盤組件或者模塊化可變角度斜盤組件，但 在任一情況下，液壓機210都提供一種更為簡單的下壓組件。也就是 說，這個實施例中的下壓組件僅僅包括一個用于每個活塞216的相應 普通活塞蹄塊224以及與其組合的僅僅一個相應的螺旋彈簧250，后 者還與每個相應活塞216相關(guān)聯(lián)。每個活塞蹄塊224類似于在第一下壓組件中所示的普通蹄塊，并 且安裝在活塞216的球形頭218上，從而滑過在機器斜盤轉(zhuǎn)子228表 面上形成的平面226。每個螺旋彈簧250分別設置成在每個相應氣缸 214的閥門端上沿圓周圍繞在液壓閥端口 237周圍，并且定位在每個 相應活塞216的主體部分內(nèi)。每個蹄塊224沿雙紐線沖程滑過轉(zhuǎn)子228的平面226，雙紐線沖 程中每個活塞216的水平位置的大小不同并且轉(zhuǎn)子228相對于軸232 的傾角的大小也不同。在液壓機210正常運轉(zhuǎn)期間，蹄塊224由液壓 與斜盤的平面226保持接觸。因此，通過螺旋彈簧250提供的彈簧偏 置最小，但足以使每個蹄塊224和平面226在缺少液壓的情況下在每個氣缸214閥門端保持有效滑動接觸。彈簧250的最小偏置不僅便于 裝配而且阻止了在裝配期間和在磨損情況下夾帶的細小灰塵和金屬 殘屑。參見圖5，用于液壓機310的第三下壓組件包括改進的普通分離 斜盤布置。多個活塞316均包括相應的滑動蹄塊324，多個活塞316 在與氣缸體112相同的氣缸體312內(nèi)的各個氣缸314中往復運動。每 個蹄塊324在偏心輪327上形成的平面326上滑過，偏心輪327通過 適當?shù)妮S承372、 374安裝在匹配的轉(zhuǎn)子328上，軸承372、 374容許 偏心輪327在沒有旋轉(zhuǎn)的情況下章動，而同時轉(zhuǎn)子328按照公知技術(shù) 章動和旋轉(zhuǎn)。圍繞軸329的偏心輪327和轉(zhuǎn)子328的傾角通過滑動軸 環(huán)380、控制連桿382和平衡陰影連桿394的位置進行控制。蹄塊324由實質(zhì)上相同于第一下壓組件的下壓組件下壓，然而， 較大的單個螺旋彈簧150由多個較小的獨立螺旋彈簧代替。下壓板354被固定到偏心輪327上。每個蹄塊324接收各個特殊 墊圈356的圓周延伸，并且每個活塞316的頸部定位在通過下壓板 354形成的多個對應開口 360之一的內(nèi)部。盡管偏心輪327不繞轉(zhuǎn)子 328旋轉(zhuǎn)，但是偏心輪327的章動與轉(zhuǎn)子328的章動相同，因此，蹄 塊324和偏心輪327的平面326之間的相對運動也和第一下壓組件的 相對運動相同。多個獨立螺旋彈簧350提供最小的彈簧偏置，從而在每個氣缸 314的閥門端缺少液壓的情況下，維持每個蹄塊324和偏心輪327的 平面326之間的有效滑動接觸。每個螺旋彈簧350沿圓周定位在每個 蹄塊324周圍，在每個特殊墊圈356和恰好在每個蹄塊324的底部之 上形成的軸環(huán)之間被固定。參考圖6，公知的"閉合回路"布置中，無論馬達或泵，每個液 壓機優(yōu)選與另一個液壓機(配套的泵或馬達)配套。比如，從液壓機 110的出口 139退出的高壓流體直接被傳遞到配套的液壓機110'的輸 入136'，而從液壓機110'的出口 139'退出的低壓流體直接被傳遞到 配套的液壓機110的輸入136。除了將液壓機IIO用作泵而液壓機110' 用作馬達之外，液壓機110和液壓機110，在結(jié)構(gòu)上可以相同。在這個閉循環(huán)系統(tǒng)中的部分流體不斷地丟失到"滲漏"中并在油箱中被收集 起來，并且流體自動從油箱中倒回閉合回路中，從而在閉合回路系統(tǒng) 中一直保持預定量的流體。 液壓變速器在一個實施例中，如圖7A所示，兩個液壓機按照首尾相連的形 式設置，而如圖7B所示，在另一個實施例中兩個液壓機按照并排形 式設置。在首尾相連的實施例中，泵400包括驅(qū)動泵斜盤404的泵軸 402，泵斜盤404驅(qū)動泵氣缸體406中的長活塞。液壓回路408將泵 400連接到馬達410。液壓回路408使得液體在泵氣缸體406和馬達 氣缸體412之間流動。來自泵400的承壓液壓流體驅(qū)動馬達活塞，從 而驅(qū)動馬達斜盤414轉(zhuǎn)動馬達傳動軸416。在并排實施例中，液壓回 路418被配置成連接兩個彼此相鄰的氣缸體406、 412。在這個實施 例中，泵400和馬達410可以沿著它們的共同側(cè)面結(jié)構(gòu)相連，從而為 泵-馬達單元提供恒定性。盡管首尾相連的形式更簡單、輕便，連接泵和馬達的零件更少， 但并排方案的長度明顯更短。首尾相連的12立方英寸樣機長25英寸、 直徑10英寸、重150磅。并排的12立方英寸樣機是長17英寸和寬 20英寸。這兩個樣機在完全泵晃動處每次循環(huán)泵送12立方英寸的承 壓流體。兩個樣機效率非常高，以致幾乎沒有能量以熱的形式被損失 掉。在運轉(zhuǎn)全部過程中，氣缸體相對于現(xiàn)有液壓機仍然是相當涼的。 在運轉(zhuǎn)期間兩種樣機也都相當安靜。如前所述，變速器的電子控件相當簡單。發(fā)動機轉(zhuǎn)速、流體工作 壓力和輸出傳動軸速度與耗油量和駕駛員的減速和制動指示信號一 起受到監(jiān)視，并且受控的變量僅僅是在液壓泵和液壓馬達中的發(fā)動機 RPM和斜盤角度。此外，在達到公路速度之后，馬達斜盤發(fā)生改變， 從而提高從l: l到約0.5: l的連續(xù)無級超速傳動。在本發(fā)明的一個實施例中，液壓變速器是模塊化的。在本文中使 用的術(shù)語"模塊化"專門用于描述可用作"不予改變"的單元，從而 替代目前運行或設計的車輛現(xiàn)有變速器。根據(jù)本發(fā)明的模塊化變速器 從而有可能允許當前的汽油發(fā)動機車輛運行起來可以具有更高的燃油效率，這種燃油效率可與類似大小的柴油機車輛的燃油效率相比。圖8A是示意圖，按比例描繪了前輪驅(qū)動汽車，表示出"從東往 西的"發(fā)動機401位于前輪輪胎405a、 405b之間并且在后輪405c、 405d之前。所述車輛的變速器已經(jīng)拆掉，并且替換上圖7A所示的本 發(fā)明的首尾相連的模塊化實施例，也就是說，液壓泵400通過液壓回 路408連接到液壓馬達410。這個模塊按照相對于發(fā)動機401的一個 合適的位置被示出，而泵軸402通過皮帶411連接到發(fā)動機401的輔 助組件傳動軸403a。連接機構(gòu)424將來自馬達傳動軸416的液壓模 塊的輸出連接到前輪傳動軸422。優(yōu)選地，通過與接收車輛原始變速器輸出相同的機構(gòu)，輸出被連 接到車輛的前輪。在一個實施例中，連接機構(gòu)424是唯一的馬達輸出 軸416到前輪傳動軸422的機械耦合。在另一個實施例中，連接機構(gòu) 424包含機械地將馬達輸出416與發(fā)動機輸出403b合并，從而向前 輪傳動軸422提供動力。在兩個實施例中，提供給車輪驅(qū)動軸422的 動力主要通過改變液壓設置而改變液壓模塊的輸出。在兩個實施例 中，可以輔助地通過改變發(fā)動機401的轉(zhuǎn)速來改變提供給驅(qū)動輪軸 422的動力。在第二實施例中，連接機構(gòu)424可以包括單個軌跡器， 從而將來自馬達軸416的動力輸出與來自發(fā)動機傳動軸403b的輸出 合并。圖8B是示意圖，按比例描繪了后輪驅(qū)動汽車，表示出"從北向 南的"發(fā)動機401a位于前輪輪胎405a、 405b之間。這輛車的變速器 已經(jīng)拆掉，并且替換上圖7A所示的本發(fā)明首尾相連的模塊化實施例， 也就是說，液壓泵400通過液壓回路408連接到液壓馬達410。這個 模塊按照相對于發(fā)動機401的一個可能位置被示出，而泵軸402通過 皮帶411連接到發(fā)動機401的輔助組件傳動軸403a。連接機構(gòu)428 將來自馬達傳動軸416的液壓模塊的輸出連接到后輪傳動軸426。優(yōu)選地，通過與接收車輛原始變速器輸出相同的機構(gòu)，輸出被連 接到車輛的后輪。在一個實施例中，連接機構(gòu)428是唯一的馬達輸出 軸416到后輪傳動軸426的機械耦合。在另一個實施例中，連接機構(gòu) 428包含機械地將馬達輸出416與發(fā)動機輸出403b合并，從而向后輪傳動軸426提供動力。在兩個實施例中，提供給車輪驅(qū)動軸426的 動力主要通過改變液壓而改變液壓模塊的輸出。在兩個實施例中，可 以輔助地通過改變發(fā)動機401速度來改變提供給車輪傳動軸426的動 力。在第二實施例中，連接機構(gòu)428可以包括單個軌跡器，從而將來 自馬達軸416的動力輸出與來自發(fā)動機傳動軸403b的輸出合并。類似的，圖9A和圖9B是示意圖，按比例描繪了普通后輪驅(qū)動 車輛的前端的頂視圖和后視圖，表示出位于車輛前輪輪胎405c、 405d 之間的普通"從北向南的"發(fā)動機401a。同樣，這輛車的變速器已 經(jīng)拆掉，并且替換上圖7B所示的本發(fā)明并排的模塊化實施例。盡管 液壓泵400仍通過模塊后側(cè)的液壓回路408連接到液壓馬達410，但 模塊前部包括帶有固定板419的連接盒407。模塊用螺栓固定到位于 發(fā)動機401a后部的飛輪外殼409。液壓泵400的泵軸通過普通裝置 連接到發(fā)動機401a的主傳動軸(未顯示)，并且液壓模塊的輸出也通 過連接盒407內(nèi)部普通裝置(未顯示)連接到輸出軸417，輸出軸417 通過與接收車輛原始變速器輸出相同的機構(gòu)連接于車輛的車輪。在第 二實施例中，連接盒407可以包括單個軌跡器，從而將來自馬達軸 402 (參見圖7B)的動力輸出與來自發(fā)動機傳動軸的輸出合并。車輛運行車輛發(fā)動機運行以普通方式開始，讓車輛的換擋桿位于"停車"。(注意車輛的換擋桿以下被稱為"駕駛模式選擇器"。)當發(fā)動機以空轉(zhuǎn)狀態(tài)運行時，例如，大約750RPM并且車輛仍處于"停車"時， 變速器和它的計算機控制器處于等待模式。通過油門踏板操作，發(fā)動 機可以以空檔進行空轉(zhuǎn)。 一旦駕駛模式選擇器不在"停車"位置，計 算機控制器開始根據(jù)下列實時輸入對發(fā)動機轉(zhuǎn)速和車輛速度進行控 制a) 駕駛模式選擇器的位置b) 加速器踏板的位置c) 制動器踏板的位置d) 基于發(fā)動機輸出軸速度和車輪傳動軸速度的車輛速度e) 流向發(fā)動機的燃油流速f) 泵-馬達上的斜盤位置g) 液壓回路壓力。計算機控制器使用這些輸入對下列組件產(chǎn)生實時輸出-a) 泵-馬達上的高壓液壓安全閥b) 泵-馬達上的斜盤伺服位置閥c) 調(diào)整到最優(yōu)發(fā)動機轉(zhuǎn)速的發(fā)動機節(jié)流閥。計算機控制器和汽車的各種組件之間的通信在圖10中示意性地 示出。每當汽車發(fā)動機發(fā)動時，計算機控制器450不斷地監(jiān)視駕駛員 的輸入，也就是駕駛模式選擇器452的位置、制動器454的位置和油 門踏板456的位置。計算機控制器也監(jiān)視發(fā)動機傳動軸458的速度， 以確定是否需要進行調(diào)整，從而改變傳動軸458的速度。當駕駛員輸 入452、 454、 456表明需要改變傳動軸速度458時，計算機控制器確 定(a)流向發(fā)動機460的燃油流率作為發(fā)動機轉(zhuǎn)速的間接測量值； (b)泵和馬達中的液壓462的值以及(c)泵斜盤464a和(d)馬達 斜盤464b的位置。計算機控制器450然后使用預定算法最有效率地實現(xiàn)需要改變 的傳動軸速度458。通過進行一個或多個下列改變來實現(xiàn)上述情況 計算機控制器450可以調(diào)整發(fā)動機節(jié)流閥466，從而改變到發(fā)動機460 的燃油流率，和/或可以調(diào)整斜盤伺服閥470，從而調(diào)整泵和馬達斜盤 464a、 464b中之一或這兩者的位置。結(jié)合本發(fā)明的變速器的車輛優(yōu)選具有下列特征1、 當駕駛模式選擇器從"停車"改為"駕駛"或"空檔"，而仍然踩住制動器時，該系統(tǒng)將泵斜盤保持在o度位置，從而避免在閉合系統(tǒng)中產(chǎn)生任何液壓。2、 當駕駛模式選擇器從"停車"改為"駕駛"或"空檔"，并且 不再踩住制動器時，泵斜盤仍然是0度而馬達斜盤留在正25度處。 只要泵斜盤保持在O度，那么閉合回路中的全部流體保持在"沒有流 動"的條件。這使得車輪傳動軸保持在"鎖定"位置，從而提供一種"斜坡固定"特征。 一旦車輛處于極端的上坡或下坡情況下，即在這 種情況下盡管后傳動軸被鎖定，但車輛因重力而移動，泵斜盤受控在正或者負方向稍微地增加流體的流動，從而保持0 MPH的車輛速度。3、當駕駛模式選擇器處于"駕駛"并且沒有踩制動器時，只要 壓下加速器，要求多于克服牽引阻力扭矩所需的液壓/扭矩，那么泵 斜盤角度穩(wěn)定地按照正方向增大，將流體移動到馬達并且增加馬達旋 轉(zhuǎn)和車輛傳動軸的旋轉(zhuǎn)，使車加速。在這些情況下，車輛將持續(xù)加速， 直到液壓/扭矩等于在該地形上車輛車輪的牽引阻力扭矩為止。如果 加速器上的壓力減小，要求更低的壓力設定點，那么泵斜盤角度減小， 從而降低車輛的加速度，直到達到該設定點為止。本發(fā)明的變速器根本上改變了汽車對駕駛員輸入做出反應的方 式。在帶有標準或自動齒輪變速器的汽車中，當駕駛員踩下加速器要 求加速時，通過增加發(fā)動機轉(zhuǎn)速將動力增加到車輪傳動軸上。 一旦連 續(xù)加速，當發(fā)動機達到某一高速時，變速器要么自動地要么由駕駛員 經(jīng)由離合器輸入，從而改為更高的排擋，并且發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降。在具 有本發(fā)明的無級變速器的汽車中，當駕駛員通過踩油門踏板要求加速 時，通過改變變速器中的斜盤比率增加動力，而發(fā)動機轉(zhuǎn)速保持恒定。 一旦連續(xù)加速，只有當斜盤比率達到特定值時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速才加快， 從而提供更多的動力。由于本發(fā)明的液壓變速器以極低的發(fā)動機RPM提供工作扭矩， 以本發(fā)明代替車輛原有的變扭器傳動的汽油發(fā)動機車輛以低得多的 發(fā)動機轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)。這個特征源于使用具有固定氣缸體和在至少從負 25度到正25度的優(yōu)選連續(xù)區(qū)內(nèi)發(fā)生改變的旋轉(zhuǎn)斜盤的液壓機實現(xiàn)了 非常明顯的效率提升。本發(fā)明的變速器能夠利用對發(fā)動機轉(zhuǎn)速的極小的變動來改變傳 動軸速度。因此，本發(fā)明允許發(fā)動機轉(zhuǎn)速保持在相對較窄的中低范圍 內(nèi)，在這個范圍內(nèi)更容易控制在HCCI發(fā)動機中的燃燒。本發(fā)明的變 速器非常適用于用在汽油動力車上的更具燃油效率的HCCI發(fā)動機。本發(fā)明的泵-馬達優(yōu)選不使用"犬骨式構(gòu)件"。它們優(yōu)選具有最小 的"滲漏"性，即優(yōu)選小于0.1加侖/分鐘。它們優(yōu)選以"閉合回路" 連接。泵-馬達優(yōu)選具有傳統(tǒng)的分離斜盤，通過增加軸承進行改進， 從而支撐在章動/旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子元件上的只進行章動的偏心輪部分。在本發(fā)明的一個實施例中，這些軸承是滾針軸承。它們優(yōu)選地具有機械閥 門系統(tǒng)。每個泵-馬達優(yōu)選地包括通過多個彈簧偏置的下壓板，每個 彈簧分別沿圓周設置在與每個活塞頭相關(guān)的滑動蹄塊周圍。分離斜盤 和下壓元件的這種結(jié)合顯著地減少了蹄塊和斜盤之間相對運動的表 面速度，，此減少了磨損和成本，并且顯著地增加了機器效率。實例2004ChevyTahoe全液壓式變速器的安裝和評估為了表明模塊化性質(zhì)和量化本發(fā)明的全液壓式變速器的燃油效 率，2004 Chevrolet Tahoe的自動變速器被拆除，并且在其位置安裝了 本發(fā)明的變速器。車輛動力系包含通過非減速齒輪直接耦合到無級變速變速器的 GM5.3L V8發(fā)動機。變速器包含僅僅由液壓流耦合的液壓泵和馬達。 由發(fā)動機驅(qū)動的泵產(chǎn)生必要的指向液壓馬達的斜盤受控流動。通過馬 達斜盤的位置和直接耦合到用于車輛驅(qū)動輪的傳動軸，馬達對應于驅(qū) 動輪阻力扭矩產(chǎn)生必要的扭矩。采用了從車輛控制模塊到無級變速變速器控制器的下列輸入1、 帶有停車、倒車、空檔、駕駛和停車鎖定的駕駛模式選擇器。2、 用于駕駛員指示所需動力的加速器踏板位置傳感器。3、 用于冗余控制駕駛員踏板處于完全關(guān)閉位置的關(guān)閉空轉(zhuǎn)開關(guān)。4、 用于駕駛員指示加快減速的制動器踏板傳感器。 為了向計算機控制器進行輸入，安裝了下列變速器元件1、 三個液壓傳感器，用于監(jiān)視高壓泵、馬達和管理回路壓力。2、 兩個速度傳感器，用于監(jiān)視來自發(fā)動機的變速器輸入以及向 后傳動軸輸出速度。3、 兩個燃油流量計，用于發(fā)動機供應和返還。4、 兩個泵和馬達斜盤位置LVDT。5、 液壓管理回路流量計。 來自計算機控制器的輸出6、 高壓液壓安全電磁閥。7、 兩個高壓泵和馬達斜盤伺服閥。首先由計算機控制器計算所有各種加速器踏板/斜盤角度設置比率，然后利用測力計數(shù)據(jù)進行測試。對于樣機，初始的計算為發(fā)動機空轉(zhuǎn)狀態(tài)將系統(tǒng)壓力設置在200 PSI，使得最大為3,800 PSI，帶有167 磅-英尺扭矩每1,000 PSI壓力差變動。對于樣機Tahoe車輛，初步計 算表明發(fā)動機RPM范圍限制在750到2,200，帶有25:1 (低速-低速) 到0.67:1 (超速傳動)的傳動比限制。樣機設計的目的在于使得發(fā)動 機以最低RPM運轉(zhuǎn)時保持對全部EPA測試的足夠扭矩。因為對于所 需要的給定量扭矩而言，發(fā)動機可以產(chǎn)生在RPM和燃油供給值范圍 內(nèi)的值，所以對計算機控制器算法進行選擇以獲得最高的燃油經(jīng)濟 性。應當指出，盡管本發(fā)明目的在于采用模塊化來代替汽油發(fā)動機車 輛中的現(xiàn)有變速器，但是也可以采用廠家安裝的單元并用于柴油發(fā)動 機車輛中。在這點上，本發(fā)明將用于已經(jīng)具有(諸如1960-70年代流行的) 更低速/更高扭矩發(fā)動機的現(xiàn)有高速汽油發(fā)動機的車輛，或者模塊化 地代替(諸如1960-70年代流行的)更低速/更高扭矩發(fā)動機的現(xiàn)有高 速汽油發(fā)動機，汽油效率將更為顯著地提高。因此，本發(fā)明的變速器不僅重量更輕，更為簡單并且制造成本更 低，而且還允許人們保持其巨大的汽油發(fā)動機基本設施，同時改進了 可與由柴油發(fā)動機相媲美的耗油量，因此實現(xiàn)了節(jié)約能源的需要而且 不會破壞世界燃油分配。本發(fā)明使得汽車工業(yè)有可能恢復到已證明的更低轉(zhuǎn)速/更高扭矩 的發(fā)動機，允許利用更輕、成本更低的發(fā)動機來實現(xiàn)更高效率的改進。因此，應當理解的是，本文所述的本發(fā)明的實施例僅僅是本發(fā)明 原理應用的示例。本文涉及的示例性實施例的細節(jié)不是對權(quán)利要求范 圍的限制，如權(quán)利要求所述的那些特征被認為是本發(fā)明的必要特征。
權(quán)利要求
1、一種適用于車輛的模塊化變速器，所述車輛具有發(fā)動機、用于指示車輛速度的期望變化的加速器、用于指示車輛速度的期望降低的制動器以及用于驅(qū)動所述車輛車輪的輸出驅(qū)動器，所述變速器包括-多個液壓機，每個所述液壓機具有轉(zhuǎn)軸、在固定氣缸體中形成的氣缸內(nèi)往復運動的加長活塞以及角度可調(diào)的斜盤，通過所述斜盤的角度調(diào)整，所述活塞具有可變的、至多達到預定最大量的沖程；-所述液壓機分別(a)與可由所述車輛的發(fā)動機轉(zhuǎn)動的相應的液壓泵軸一起作為所述液壓泵運轉(zhuǎn)；(b)與可操作地連接來旋轉(zhuǎn)所述車輛的所述輸出驅(qū)動器的相應的液壓馬達軸一起作為所述液壓馬達運轉(zhuǎn)；以及(c)在液壓閉合回路中相互連接；-控制器，用于確定所述車輛的所述輸出驅(qū)動器的相對速度，所述控制器可在所述車輛發(fā)動機的運轉(zhuǎn)開始后進行操作并且響應于-所述液壓泵軸的速度；-所述液壓馬達軸的速度；以及-由所述加速器和所述制動器的操作所指示的車輛速度的期望變化；以及所述控制器確定-所述液壓泵的斜盤的所述角度調(diào)整；-所述液壓馬達的斜盤的所述角度調(diào)整；以及-所述發(fā)動機的速度；-所述控制器根據(jù)由所述加速器和所述制動器的操作所指示的車輛速度的所述期望變化來改變所述車輛的運轉(zhuǎn)，同時對車輛負載的變動和所述車輛經(jīng)過的地形的變化進行補償，并且自動地調(diào)整所述發(fā)動機的速度，以最大化與燃油經(jīng)濟性相關(guān)的預定參數(shù)。
2、如權(quán)利要求1所述的模塊化變速器，其中，所述控制器改變 無極地可變增大所述車輛的所述輸出驅(qū)動器相對于所述液壓泵軸的速度，直到所述比率達到一為止；以及在所述比率達到一之后，無極地可變增大所述車輛的所述輸出驅(qū) 動器相對于所述液壓泵軸的速度；因此，在整個車輛運轉(zhuǎn)過程中最大化與燃油經(jīng)濟性相關(guān)的所述預 定參數(shù)，所述車輛運轉(zhuǎn)過程包括在所述比率達到一之后的超速傳動狀 態(tài)期間。
3、 如權(quán)利要求1的所述模塊化變速器，其中，當所述控制器在 所述車輛發(fā)動機的運轉(zhuǎn)開始后進行操作時，由所述加速器和所述制動 器的操作所指示的車輛速度的所述期望變化導致不直接與所述發(fā)動 機轉(zhuǎn)速的變動相關(guān)的所述車輛的速度變化，所述發(fā)動機的速度由所述 模塊化變速器來確定。
4、 如權(quán)利要求1所述的模塊化變速器，其中，所述發(fā)動機是均 質(zhì)充量壓縮點火型發(fā)動機。
5、 一種用于汽車的液壓變速器，所述汽車具有發(fā)動機、由所述 發(fā)動機驅(qū)動的發(fā)動機傳動軸、以及用于驅(qū)動多個車輪以移動所述汽車 的車輪傳動軸，所述變速器包括在液壓閉合回路中相連接的液壓泵和液壓馬達，所述泵和馬達均 包括非轉(zhuǎn)動氣缸體，所述非轉(zhuǎn)動汽缸體中形成有多個氣缸，所述 氣缸繞著驅(qū)動元件的所述轉(zhuǎn)動軸、沿圓周在與所述驅(qū)動元件的所述轉(zhuǎn) 動軸距離第一徑向距離處設置；多個相應的長活塞，所述多個長活塞可往復運動地安裝在所 述氣缸上，每個長活塞包括活塞體和連接到所述活塞體的球形頭，并 且每個相應的氣缸具有開口頭部分，所述活塞頭總是延伸出所述開口 頭部分；由所述驅(qū)動元件驅(qū)動的分離斜盤，所述分離斜盤包括 旋轉(zhuǎn)和章動的可變傾斜轉(zhuǎn)子；以及具有僅僅章動的平面的偏心輪； 其中，每個所述活塞的沖程根據(jù)所述斜盤的傾角而變化，至 多達到預定的最大值；以及所述液壓泵的所述驅(qū)動元件由所述發(fā)動機傳動軸驅(qū)動；以及 所述液壓馬達的所述驅(qū)動元件向所述車輪傳動軸傳遞扭矩和動力；其中，當所述發(fā)動機以相對恒定的速度和相對低的RPM運轉(zhuǎn)時， 所述液壓泵和所述液壓馬達向所述車輪傳動軸提供足夠的扭矩和動 力，從而在連續(xù)加速運動而無需改變?nèi)魏晤愋偷娜魏沃虚g齒輪傳動的 情況下，將所述汽車從靜止狀態(tài)移動到高速狀態(tài)。
6、 如權(quán)利要求5所述的變速器，其中，每個相應的液壓機還包 括相應的滑動蹄塊，所述滑動蹄塊樞軸地和直接地附在每個所述活塞 頭上而沒有任何中間犬骨式構(gòu)件，每個所述相應的滑動蹄塊在所述活 塞和所述平面之間的全部相關(guān)旋轉(zhuǎn)運動期間保持與所述偏心輪的平 面直接滑動接觸。
7、 如權(quán)利要求5所述的變速器，其中，所述斜盤的角度在-25 度到+25度之間變化。
8、 如權(quán)利要求5所述的變速器，其中，每個相應的液壓機還包括相應的潤滑槽，所述潤滑槽形成在所述氣缸體中每個氣缸的圓柱 壁上，用于保持承壓流體；全部所述潤滑槽相互連接，從而在所述氣缸體中形成連續(xù)潤滑通路；在每個活塞的完整沖程期間，通過由每一相應活塞軸向圓柱體的 外表面對每個相應的潤滑槽形成的實質(zhì)閉合保持所述連續(xù)潤滑通路 中的所述承壓流體，所述連續(xù)潤滑通路接收到的承壓流體的唯一來源 是每個氣缸的每個相應的圓柱壁和每個相應活塞的所述軸向圓柱體之間的所述流體的最小流量；以及所述閉合連續(xù)潤滑通路完全形成在所述氣缸體內(nèi)部，所述閉合連 續(xù)潤滑通路橫切每個所述氣缸，并且按照一定徑向距離呈中心圓周分 布，所述一定徑向距離實質(zhì)上相同于所述驅(qū)動元件的轉(zhuǎn)動軸與所述氣 缸中心之間的徑向距離。
9、 如權(quán)利要求5所述的變速器，其中，每個相應的液壓機還包 括下壓組件，用于將每個滑動蹄塊朝向所述偏心輪的所述平面進行偏 置。
10、 如權(quán)利要求5所述的變速器，其中，所述發(fā)動機是均質(zhì)充量 壓縮點火型發(fā)動機。
11、 一種用于代替汽車變速器腔室中的自動變速器的方法，所述 汽車具有發(fā)動機、由發(fā)動機驅(qū)動的發(fā)動機傳動軸以及用于驅(qū)動多個車 輪以移動所述汽車的車輪傳動軸，所述方法包括以下步驟a) 將所述自動變速器斷開與所述發(fā)動機傳動軸和所述車輪傳動 軸的連接；b) 從所述變速器腔室中移除所述自動變速器；c) 將包括泵和馬達的液壓變速器完全放置在所述變速器腔室內(nèi)部；d) 將所述發(fā)動機傳動軸連接到所述泵上并將所述車輪傳動軸連 接到所述馬達上；以及e) 提供計算機控制，以控制所述液壓變速器的操作；其中，所述液壓變速器代替所述自動變速器，并且轉(zhuǎn)換來自所述 發(fā)動機的扭矩和動力，從而向所述車輪傳動軸提供足夠的扭矩和動 力，以使所述汽車從靜止狀態(tài)移動到高速狀態(tài)。
12、 如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述發(fā)動機是均質(zhì)充量 壓縮點火型發(fā)動機。
13、 一種控制向汽車的車輪傳動軸提供動力的方法，所述汽車具 有發(fā)動機、駕駛模式選擇器、加速器踏板、制動器踏板和變速器，所 述變速器包括具有可調(diào)節(jié)斜盤角度的泵斜盤和具有可調(diào)節(jié)斜盤角度的馬達斜盤，所述方法包括以下步驟a) 測量駕駛模式選擇器的位置、加速器踏板的位置和制動器踏 板的位置；b) 測量發(fā)動機轉(zhuǎn)速和汽車速度；以及c) 基于所述駕駛模式選擇器的位置、所述加速器踏板的位置、 所述制動器踏板的位置、所述發(fā)動機轉(zhuǎn)速和所述汽車速度來控制所述 泵斜盤角度和所述馬達斜盤角度，同時在所述泵斜盤角度和所述馬達 斜盤角度的預定值范圍內(nèi)保持恒定的發(fā)動機轉(zhuǎn)速。
14、 如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述發(fā)動機是均質(zhì)充量 壓縮點火型發(fā)動機。
15、 如權(quán)利要求13所述的方法，還包括以下步驟d) 僅當^f述泵斜盤角度和所述馬達斜盤角度達到預定值并且所 述車輪傳動軸需要更大動力時，才增大所述發(fā)動機轉(zhuǎn)速；以及e) 僅當所述發(fā)動機轉(zhuǎn)速超過空轉(zhuǎn)并且所述車輪傳動軸需要更小 動力時，才減小所述發(fā)動機轉(zhuǎn)速。
16、 一種控制向汽車的車輪傳動軸提供動力的方法，所述汽車發(fā) 動機具有從所述發(fā)動機前方延伸并且由所述發(fā)動機驅(qū)動的輔助傳動 軸、以及從所述發(fā)動機后方延伸并且由所述發(fā)動機驅(qū)動的主傳動軸， 所述方法包括以下步驟-a) 驅(qū)動液壓模塊，所述液壓模塊包括具有液壓馬達的閉合回路 中的液壓泵，并使用所述輔助傳動軸以從所述液壓馬達產(chǎn)生液壓輸 出；b) 機械地將所述液壓輸出耦合到所述車輪傳動軸，以向所述車輪傳動軸提供動力；以及c)通過調(diào)整所述泵斜盤角度和馬達斜盤角度，無極地改變提供 給所述車輪傳動軸的動力。
17、如權(quán)利要求16所述的方法，還包括機械地將所述主傳動軸 耦合到所述車輪傳動軸的步驟，其中，所述液壓輸出和所述主傳動軸 的輸出機械地合并，從而產(chǎn)生用于向所述車輪傳動軸提供動力的變速 器輸出。
全文摘要
模塊化變速器僅使用帶有活塞的一對小而輕的液壓機來顯著地提高容積效率，這些活塞主體部分的長度基本上與活塞進行往復運動的相應氣缸的軸長相同。在一個閉合回路中有兩個液壓機運轉(zhuǎn)，一個用作由車輛發(fā)動機驅(qū)動的泵，而另一個用作馬達。每個機器具有一個完全鉸接的斜盤。通過計算機控制，兩個機器的斜盤角度無級改變，從而為啟動、城市駕駛、根據(jù)負載和坡度而變化的爬坡以及公路上的超速傳動等全部情況提供適當?shù)淖顑?yōu)發(fā)動機/車輪轉(zhuǎn)速比率。這樣實現(xiàn)了整個車輛的操作，而同時車輛發(fā)動機以相對恒定的轉(zhuǎn)速和相對較低的RPM繼續(xù)運轉(zhuǎn)。
文檔編號B60W30/18GK101253351SQ200680021310
公開日2008年8月27日 申請日期2006年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月15日
發(fā)明者K·E·格利斯曼, M·R·弗羅納 申請人:托維克公司