專利名稱：具有一組液壓泵的無級變速器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及如下面的權利要求1的前序部分中所限定的無級變速器。
這種無級變速器是廣泛公知的，如申請人在專利公開文本EP-A-0764799中所述。公知的無級變速器可以是幾種公知類型中的一種，其通過適當?shù)闹聞犹峁﹤鲃颖?，其中可以將該傳動比控制為所述變速器覆蓋的傳動比范圍內的任意值。該變速器的這種致動通常需要較高壓力水平的較大液壓介質流。雖然在公知的變速器中，實現(xiàn)和控制這種高壓水平本身沒有特別大的困難，但是特別的是變速器的動態(tài)操作，即改變其傳動比所需的大的液壓介質流對變速器的液壓系統(tǒng)的布置和/或元件造成了相當大的壓力。在變速器的液壓泵由機械驅動，即直接由發(fā)動機驅動時，更能感受到這種壓力。
因此，在上述歐洲專利公開文本中，提出了通過提供不僅具有機械驅動泵而且還具有電驅動泵的變速器來減輕這種壓力，其中該電驅動泵例如由電動機驅動，該電動機由應用該變速器的車輛中的電池提供電能，其中后一種泵在需要時投入運行。在所述公開文本中，該電驅動泵與機械驅動泵并聯(lián)設置和運行，由此機械驅動泵提供基本的被加壓的液壓介質流，其足以使整個變速器穩(wěn)態(tài)運行，即保持恒定傳動比并且向至少一個輔助用戶提供充足的加壓的液壓介質供應，并且由此電驅動泵提供輔助的被加壓的液壓介質流，其是變速器在它的所述動態(tài)操作期間額外需要的。
雖然這種公知結構運行良好，但是它也顯示出幾個缺陷，這些缺陷阻礙了其作為一般應用原理的廣泛應用。其最大的缺陷是在包括一個或多個機械驅動泵的更加常規(guī)的變速器中，該結構表現(xiàn)出較小的效率增益，同時加入電驅動泵的追加成本和困難是相當大的。而且，在可用類型的電驅動泵的特殊應用中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這些泵會顯著增加變速器在運行期間所產(chǎn)生的噪聲水平，這是不期望的。
因此，本發(fā)明的目的是提供對公知無級變速器的改進，其中所述缺陷在機械驅動泵和電驅動泵的十分有效的組合約束內至少被減輕。
根據(jù)本發(fā)明，當將權利要求1的特征部分中的特征應用到從所述權利要求的前序部分所獲知的無級變速器時，可以實現(xiàn)本發(fā)明的目的。
在這種變速器中，并入的電驅動泵與機械驅動泵串聯(lián)，而不是并聯(lián)。因此，令人驚訝的是，并且盡管需要電驅動泵的越來越多(雖然不是必須的)的連續(xù)操作，即不僅在變速器的所述動態(tài)運行期間，而且還在其基本上穩(wěn)態(tài)運行期間，但還是由于多種原因實現(xiàn)了有利的液壓結構。首先，將已經(jīng)由所述機械驅動泵加壓至特定水平的液壓介質提供給電驅動泵，即電驅動泵抽取已經(jīng)由所述機械驅動泵加壓至特定水平的液壓介質。其中，具有的有利效果是壓差，即泵的入口側和出口側之間的壓差對于兩個泵來講都減小了。此外，僅變速器運行期間所產(chǎn)生的整個液壓介質流中的一部分被電驅動泵加壓至該系統(tǒng)中的最大壓力水平，即變速器的致動所需的壓力水平。并且，可以將該流量部分連續(xù)并精確地調節(jié)到電驅動泵的適當激勵實際上所需的水平。機械驅動泵只將整個液壓介質流中的其它部分加壓至相對較低的力水平，該壓力水平是輔助用戶所需要的。由此，實現(xiàn)了泵運效率的提高以及噪聲水平的降低。
在許多情況下，這種降噪效果得到了下述特征的支持，即在負載最重的電驅動泵上，盡管沒有完全消除出現(xiàn)的氣穴現(xiàn)象，但是其也顯著減少，其中氣穴現(xiàn)象是指在泵的入口側處形成并隨后破裂的氣泡。同樣，為了抽吸大的液壓介質流，可以對機械驅動泵的設計完全優(yōu)化，并且最終，在液壓系統(tǒng)的大多數(shù)公知布置中，可以省略一個調壓閥。
作為上述優(yōu)點的說明，應該注意的是，通常應用的輔助用戶所需的典型壓力水平可以達到大約10巴(bar)，而用于變速器的致動所需的典型壓力水平可以達到60巴，或者有時甚至達到80巴。進一步值得注意的是，輔助液壓用戶可以包括變速器的離合器或耦合裝置，其用于選擇性地將發(fā)動機連接到負載；潤滑裝置，其用于旋轉傳動部件的潤滑；以及所謂的電磁閥，其用于變速器的其他閥門的受控激勵。
現(xiàn)在將根據(jù)附圖進一步闡述本發(fā)明，其中

圖1是現(xiàn)有技術的將被改進的無級變速器的示意性表示；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的新穎變速器的基本液壓結構；圖3到圖5示出根據(jù)本發(fā)明的基本液壓結構在第一原理范圍內的不同實施例；圖6到圖8示出根據(jù)本發(fā)明的基本結構在第二原理范圍內的不同實施例。
在附圖中，根據(jù)具體情況，相同的附圖標記涉及相應的技術功能或結構。粗線表示液壓線路，即液壓介質的通路，而虛線表示用于控制的壓力控制線路，即各種液壓閥的推壓。
圖1示意性示出無級變速器1，其包括用于實現(xiàn)和改變變速器1的輸入軸2和輸出軸3之間的物理傳動比的機械系統(tǒng)TM，以及用于變速器1操作的液壓系統(tǒng)TH，該變速器1的操作包括所述機械系統(tǒng)TM的致動和變速器1的任何輔助液壓用戶U1、U2的控制，該輔助液壓用戶U1、U2例如是耦合裝置，潤滑裝置和/或某些情況下的電磁閥。變速器1可以結合在例如機動車輛中的發(fā)動機E和負載L之間，用于在連續(xù)的可能傳動比范圍內，改變發(fā)動機E和負載L之間的速度傳動比和轉矩傳動比。
在該特定的示例性實例中，公知變速器1的機械系統(tǒng)TM包括纏繞在兩個皮帶輪5和6四周的循環(huán)柔性傳送帶4，由此每個皮帶輪分別連接到變速器1的輸入軸2和輸出軸或副軸3。該傳送帶4通過夾緊力與相應的皮帶輪5、6的皮帶輪盤接合，其中施加在與各自皮帶輪5、6相關的活塞汽缸組件的壓力室7或8中的液壓產(chǎn)生該夾緊力，即該夾緊力或者由施加在與連接到輸入軸2的皮帶輪5相關的所謂一次側壓力室7中的液壓產(chǎn)生，或者由施加在與連接到輸入軸3的皮帶輪6相關的所謂的二次側壓力室8中的液壓產(chǎn)生。
公知變速器1的液壓系統(tǒng)TH包括機械驅動主泵PM以及電驅動輔助泵PE，其中可以根據(jù)需要激勵后一個泵PE并且可以將其激勵到一個可變的程度，特別是在變速器1的機械系統(tǒng)TM的動態(tài)運行期間。另一方面，發(fā)動機E直接并連續(xù)地驅動機械驅動泵PM，由此所提供的介質的流量取決于發(fā)動機的速度。兩個泵PM、PE并聯(lián)排列，并且能夠向第一或主液壓線路11提供經(jīng)加壓的液壓介質流，由此從變速器1的液壓介質的儲存室10抽取該介質。在該主線路11和電驅動泵PE之間設置單向閥17，以防止當泵PE不工作時，介質通過該泵PE泄漏而造成損耗。
通過線路調壓閥12將主線路11中的液壓PLINE調整至二次側壓力室8中所需的水平，將該壓力水平稱為二次側壓力PSEC。這里，線路調壓閥12通常設置有公知的閥門推壓裝置12a、12b和12c，它們是壓力反饋線路12a、機械彈簧12b和控制壓力線路12c，并且其用于允許液壓介質從主線路11可控地流入輔助液壓線路15，即允許將機械驅動泵PM以及可能也是電驅動泵PE供應的過剩流量排放掉。另一個液壓線路13從主線路11經(jīng)由流量調節(jié)閥14分叉，其中流量調節(jié)閥14用于將另一個線路13中的壓力設定為一次側壓力室7所需的水平，將該壓力水平稱為一次側壓力PPRI。這里，流量調節(jié)閥14通常設置有公知的閥門推壓裝置14a和14b，它們是壓力控制線路14a和機械彈簧14b，并且該流量調節(jié)閥14用于主線路11和另一線路13之間的液壓介質的可控流動，以提高一次側壓力PPRI，或者主要用于另一線路13和儲存室10之間的液壓介質的可控流動，以降低一次側壓力PPRI。在該系統(tǒng)中，通常借助于電磁操作的附加閥，通過確定所述壓力控制線路12a和14a中的控制壓力水平，主動地將線路壓力PLINE或二次側壓力PSEC以及一次側壓力PPRI控制到期望的水平。
公知的液壓系統(tǒng)TH進一步包括第二或輔助調壓閥16，其用于將輔助液壓線路15中的壓力水平設定為所謂的輔助壓力PAUX，其中該輔助壓力PAUX是變速器1的輔助液壓用戶U1、U2的致動所需要的，該輔助液壓用戶例如是離合器或耦合裝置，其通常包括在變速器1中，用于選擇性地將發(fā)動機E連接到負載，例如使發(fā)動機E空閑；潤滑裝置，其用于諸如驅動傳送帶4等旋轉傳動部件的潤滑；以及至少在某些情況下的上述電磁操作閥，其用于其他閥門的受控激勵，例如變速器1的上述閥門12、14、16。然而，通常從液壓系統(tǒng)THf的高(較高)壓部分向這些電磁閥提供液壓介質。
輔助壓力PAUX可以具有恒定值，使得輔助調壓閥16的閥門推壓裝置僅需包括壓力反饋線路16a和機械彈簧16b。輔助液壓線路15從主線路11接收的任何多余流量都通過輔助調壓閥16排放，并且在該式例中，將多余流量直接注入儲存室10中。
特別在動態(tài)情況期間，其中改變上述壓力室7和8的容積來實現(xiàn)傳動比的變化，大流量的液壓介質是變速器1的運行所需的，該流量由泵PM、PE提供。這種公知液壓系統(tǒng)TH的不利特征在于泵供給的所有液壓介質流都被升至最高的系統(tǒng)壓力，即線路壓力PLINE，在液壓系統(tǒng)TH的這種特殊結構中，該線路壓力PLINE對應于二次側壓力PSEC。而且，由機械驅動泵PM供給流量中的相當大的部分用于輔助用戶U1、U2的致動，其中輔助用戶典型地運行在比變速器1的致動所需的壓力水平低很多的壓力水平(即輔助壓力PAUX)上。這樣，當將所述流量的后一部分從線路壓力PLINE降壓至輔助壓力PAUX時，就浪費了大量的機械泵功率。
圖2示意性示出根據(jù)本發(fā)明的新穎液壓系統(tǒng)TH的基本結構，原則上，其可以有利地與任意公知類型的機械無級變速器系統(tǒng)TM結合使用。同時，如參照圖3-10的進一步說明，原則上與液壓系統(tǒng)TH的致動電路部分20的特殊布置無關，都可以使用根據(jù)本發(fā)明的結構。
圖2示出串聯(lián)設置的電驅動泵PE，更特別地，該電驅動泵PE與機械驅動泵PM的下游串聯(lián)，由此該電驅動泵PE從主線路11抽取液壓介質，并將其提供至液壓致動電路20以使變速器1致動。和電驅動泵PE一樣，變速器1的輔助液壓用戶U1，U2也連接到主線路11，并從中抽取用于那些輔助液壓用戶U1、U2的致動的液壓介質。在該液壓系統(tǒng)TH的新穎基本結構中，可以將液壓致動電路20看作是另一輔助用戶，相當于用戶U3。
通過在主線路11和液壓致動電路20之間設置電驅動泵PE，現(xiàn)在可以由輔助調壓閥16將主線路11中的壓力水平保持在相對較低的輔助壓力PAUX，在該結構中，該輔助壓力PAUX被設定在由各個閥門推壓裝置16a和16b所確定的恒定水平上。由此，可以根據(jù)實際的，例如測量的線路壓力PLINE和變速器的機械系統(tǒng)部分TM的適當激勵所需的瞬時線路壓力水平來控制電驅動泵PE的激勵，以便優(yōu)選地使它們之間的差值最小，但是至少將實際的線路壓力PLINE設定為等于或高于瞬時所需的壓力水平。根據(jù)本發(fā)明的變速器的液壓系統(tǒng)TH的基本結構具有上面提出的優(yōu)勢。
圖3-5示出了根據(jù)本發(fā)明的基本液壓結構的第一原理所設計的不同實施例，其中這些不同的實施例都基于圖1所示液壓系統(tǒng)TH的公知布置，在該設計中，線路壓力PLINE用作二次側壓力PSEC，并且隨后從二次側壓力PSEC推導出一次側壓力PPRI。為此目的，在圖3-5的實施例中，液壓致動電路20包括第一液壓線路21，其由電驅動泵PE提供具有線路壓力PLINE的液壓介質；以及第二液壓線路22，其經(jīng)由流量調節(jié)閥23從第一線路21分叉，流量調節(jié)閥23與上述公知的流量調節(jié)閥14的結構和操作類似，并且其用于將第二線路22的壓力設定為一次側壓力PPRI水平。
通常，液壓系統(tǒng)TH的布置進一步需要線路壓力PLINE可以根據(jù)要求在可能值的優(yōu)選范圍內上升和/或下降，這在液壓系統(tǒng)TH的公知布置中通過所述的線路調壓閥12實現(xiàn)。在圖3的實施例中，選擇類似的液壓布置，然而，其中線路壓力PLINE可以通過電驅動泵PE的所述受控激勵來升高，并且線路壓力PLINE可以通過線路調壓閥24來降低，該線路調壓閥24與上述公知的線路調壓閥12的結構和操作類似。在該實例中，線路調壓閥24允許液壓介質從第一線路21受控地流回主線路11，由此可以將線路壓力PLINE降低至輔助壓力PAUX的水平。
當然，通過將線路調壓閥24直接連接到附圖中用點線18所指示的存儲室10，還可以得到線路壓力PLINE更低的最小水平。與圖1所示的公知布置相比，液壓系統(tǒng)TH的后一種布置的另一主要優(yōu)點是一次側和二次側壓力PPRI、PSEC可以被控制至低于輔助壓力PAUX的水平。由此，即使還在特別的運行條件下，例如當不傳送發(fā)動機功率或者只傳送很小的發(fā)動機功率時，可以進一步提高變速器1的效率。
或者，如圖4的實施例所示，可以省略線路調壓閥24，由此通過本身應用可逆型泵的電驅動泵PE(即，電驅動可逆泵PEREV)的所述受控激勵來降低線路壓力PLINE，該電驅動可逆泵PEREV既能夠主動地又能夠至少被動地從主線路11抽取液壓介質并將其提供給液壓致動電路20，但是優(yōu)選主動并且可控地使液壓介質能夠從液壓致動電路20流回主線路11。
最后，圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的基本液壓結構的第一原理所設計的第三實施例，其說明至少在電驅動泵PE停止時，線路壓力PLINE可以降低，除此之外，通過從液壓致動電路20并入相對較小并且優(yōu)選適當限定的泄漏25(例如依靠所謂的限流裝置25)來使液壓介質能夠流入儲存室10，也可以降低線路壓力PLINE。當然，與可逆泵裝置PEREV并且甚至與線路調壓閥裝置24相比，這種布置構成了比較便宜的裝置25。
圖6-8示出了根據(jù)本發(fā)明的基本液壓結構的第二原理所設計的不同實施例，該設計基于從EP-A-0210663所獲知的液壓電路TH的布置。在該設計中，將線路壓力PLINE實現(xiàn)為液壓致動電路20中的單獨壓力水平，并其隨后從中推導出一次側壓力PPRI和二次側壓力PSEC。為此目的，該液壓致動電路20包括第一液壓線路21，其被提供了由電驅動泵PE的適當激勵產(chǎn)生和控制的具有線路壓力PLINE水平的液壓介質。相應地，同樣在該原理設計中，與公知的布置相比，可以省略調壓閥，即線路調壓閥。
根據(jù)本發(fā)明的液壓致動電路20還包括從第一線路21分別經(jīng)由各自的流量調節(jié)閥23和27分支的第二液壓線路22和第三液壓線路26，其中流量調節(jié)閥23與27可以在結構和操作上類似于上述公知的流量調節(jié)閥14，并且分別用于將第二線路22中的壓力水平設定為期望的一次側壓力PPRI，以及將第三線路26中的壓力水平設定為期望的二次側壓力PSEC水平。
在圖7中，示出了液壓系統(tǒng)TH的圖6布置的改進，在該布置中，如果電驅動泵PE在液壓致動電路20中不能產(chǎn)生期望的線路壓力PLINE和期望的流量，則輔助壓力水平PAUX可以暫時上升到更高水平。這種改進的優(yōu)勢在于電驅動泵PE可以具有更小的流量和/或壓力容量，并由此其可以更加便宜且可能更加有效，由此至少在關鍵的運行條件下，機械驅動泵PM至少可以暫時升高輔助壓力水平PAUX，從而輔助電驅動泵PE。
根據(jù)本發(fā)明，這些特征可以通過提供輔助調壓閥16的閥門推壓裝置來實現(xiàn)，其中該閥門推壓裝置不僅具有壓力反饋線路16a和機械彈簧16b，而且還具有允許控制壓力PSOL作用在輔助調壓閥16的控制壓力線路16c，以便主動將輔助壓力PAUX控制到期望的水平?？蛇x地，或者另外，上述特征還可以由被動控制輔助壓力PAUX來實現(xiàn)，其中通過允許液壓致動電路20中的壓力水平和與該壓力水平相關的控制壓力分別但是以彼此相反的方式影響輔助調壓閥16來被動控制輔助壓力PAUX。該后一特征的實例是圖7所示的壓力反饋線路16d和控制壓力線路16c，其中，壓力反饋線路16d允許液壓致動電路20中的二次側壓力PSEC作用在輔助調壓閥16，并且在該情況下，控制壓力線路16c允許控制壓力PSOL也作用在輔助調壓閥16，其中該控制壓力PSOL對應于與二次側壓力PSEC相關的控制壓力PSOL-SEC，且控制壓力PSOL-SEC在二次側壓力流量調節(jié)閥27的壓力控制線路27c中占優(yōu)。在與二次側壓力PSEC相關的控制壓力PSOL-SEL的變化和二次側壓力PSEC本身的相應變化之間出現(xiàn)滯后是正常的，該滯后附加并且暫時地對該布置中的輔助調壓閥16推壓。當然，輔助調壓閥16的這些閥門推壓裝置16c、16d應當如此布置，使得由此當期望二次側壓力PSEC增大時，增大該輔助壓力PAUX。
當然應當注意的是，這些原理方案可以應用于任何一個根據(jù)本發(fā)明的基本液壓結構的特殊設計中。
在圖8中，示出了圖6的布置的可選改進，以用于實現(xiàn)輔助壓力PAUX的適當被動控制。在該布置中，除了壓力反饋線路16a和機械彈簧16b之外，根據(jù)液壓致動電路20中的一次側和二次側壓力PPRI，PSEC兩個中最高的一個與線路壓力PLINE之間的差值，還對輔助調壓閥16的閥門推壓裝置進行被動控制，從而影響輔助調壓閥16，其可以由圖8中所示的壓力反饋線路16e和16f以及切換閥16g作為實例。
權利要求
1.無級變速器(1)，其用于將發(fā)動機(E)的驅動力傳送到待驅動的負載(L)，該無級變速器(1)設置有一組液壓泵(PM、PE)，用于實現(xiàn)至少為在傳動比范圍內的所述變速器(1)的致動以及為所述變速器(1)的諸如耦合裝置(C)等至少一個輔助液壓用戶(U1、U2)的致動提供加壓的液壓介質，其中該組液壓泵(PM、PE)包括可由所述發(fā)動機(E)驅動的機械驅動泵(PM)以及可由獨立于所述發(fā)動機(E)的電動機驅動的電驅動泵(PE)，由此所述機械驅動泵(PM)能夠將液壓介質從液壓介質的儲存室(10)提供到所述變速器(1)的主液壓線路(11)，其特征在于所述電驅動泵(PE)與所述機械驅動泵(PM)串聯(lián)，即所述電驅動泵(PE)能夠從所述主液壓線路(11)抽取液壓介質，并且將所述液壓介質提供到所述變速器(1)的用于其致動的液壓致動電路(20)。
2.根據(jù)前述權利要求所述的變速器(1)，其特征在于從所述主液壓線路(11)向所述輔助液壓用戶(U1、U2)提供液壓介質以用于其致動。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的變速器(1)，其特征在于設置輔助調壓閥(16)，以用于將所述主液壓線路(11)中的壓力調節(jié)為期望的輔助壓力(PAUX)。
4.根據(jù)前述權利要求所述的變速器(1)，其特征在于根據(jù)作用在所述輔助調壓閥(16)上的控制壓力(PSOL)來設定所述輔助壓力(PAUX)。
5.根據(jù)權利要求3或4所述的變速器(1)，其特征在于根據(jù)所述液壓致動電路(20)中作用在所述輔助調壓閥(16)上的液壓(PLINE；PSEC；PPRI)來設定所述輔助壓力(PAUX)。
6.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的變速器(1)，其特征在于通過影響提供到所述泵(PE)的所述電動機的電能，并根據(jù)所述液壓致動電路(20)中的液壓(PLINE；PSEC；PPRI)，特別是其中占優(yōu)的最高液壓水平，來控制由電驅動泵(PE)提供到所述液壓致動電路(20)的介質量。
7.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的變速器(1)，其特征在于所述液壓致動電路(20)包括至少兩個壓力室(7、8)，每個壓力室與所述變速器(1)中相應的皮帶輪(5、6)相關，并且驅動傳送帶(4)纏繞在所述皮帶輪(5、6)四周；以及包括裝置(PE，21-27)，其用于獨立控制各自在所述至少兩個壓力室(7、8)中占優(yōu)的液壓(PSEC；PPRI)。
8.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的變速器(1)，其特征在于所述電驅動泵(PE)是可逆的。
全文摘要
用于將發(fā)動機(E)的驅動力傳送到待驅動負載(L)的無級變速器(1)，其設置有一組液壓泵(PM、PE)，用于實現(xiàn)至少為在傳動比范圍內的變速器(1)的致動以及為變速器(1)的諸如耦合裝置(C)等至少一個輔助液壓用戶(U1、U2)的致動提供加壓的液壓介質，其中該組液壓泵(PM、PE)包括機械驅動泵(PM)，其可由所述發(fā)動機(E)驅動并且能夠將液壓介質從液壓介質的儲存室(10)提供到變速器(1)的主液壓線路(11)；以及電驅動泵(PE)，其可由獨立于所述發(fā)動機(E)的電動機驅動并且與機械驅動泵(PM)串聯(lián)，即該電驅動泵(PE)能夠從主液壓線路(11)抽取液壓介質。
文檔編號F16H61/662GK101044343SQ200480044216
公開日2007年9月26日 申請日期2004年8月13日 優(yōu)先權日2004年8月13日
發(fā)明者弗朗西斯·馬里亞·安東尼厄斯·范德斯路易斯 申請人:羅伯特·博世有限公司