專利名稱：具有帶再循環(huán)回路的泵的車輛變速器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種車輛變速器。更具體地，本發(fā)明涉及一種具有帶液壓 回路的流體泵的自動變速器。
背景技術：
傳統(tǒng)的汽車變速器包括向變速器內(nèi)各種組件供油的油泵。油泵能被發(fā) 動機和/或電動馬達驅(qū)動。變速器包括可以與發(fā)動機曲軸連接的輸入軸。油 泵能被發(fā)動機通過變速器輸入軸間接地驅(qū)動。
旋轉(zhuǎn)凸輪泵和齒輪泵可以與傳統(tǒng)的汽車變速器一起使用。泵包括至少 兩個嚙合齒輪或轉(zhuǎn)子。當齒輪嚙合時，液體被引入和抽出泵腔。轉(zhuǎn)子在周 期工作期間可能變得過熱而引起軸向或徑向膨脹并最終導致泵咬死。此 外，在發(fā)動機剛剛啟動后，變矩器底部沉積的碎屑可能在齒輪之間流動從 而引起兩個運動部件之間的擁塞。這種擁塞會引起泵組件的磨損并對泵的 整體性能和耐久性產(chǎn)生消極的影響。
有些泵包括防止液體漏入變速器某些區(qū)域的密封圈。然而，這種密封 圈需要大量的額外安裝步驟。而且，密封圈的成本增加了泵的整體成本。
因此，需要一種自身具有用于在運行期間降低齒輪溫度的液壓回路的 流體泵。而且，需要一種用于減少泵腔內(nèi)碎屑的潤滑系統(tǒng)。并且，需要一 種比現(xiàn)有泵的設計成本更低的流體泵。

發(fā)明內(nèi)容
在一示例性實施例中，使用具有再循環(huán)回路的流體泵的車輛變速器包 含被設置為旋轉(zhuǎn)的輸入軸和相對于輸入軸安裝的泵殼，所述泵殼定義了入 口和出口。連接至輸入軸上的主動齒輪置于泵殼內(nèi)。從動齒輪位于嚙合主動齒輪的位置。主動齒輪和從動齒輪的旋轉(zhuǎn)把液體通過入口吸入并從出口 排出液體。主動齒輪包括被設置為在泵循環(huán)期間指引液體從泵的出口流至 泵的入口的再循環(huán)回路。
根據(jù)另一示例性實施例，車輛變速器中使用的流體泵包括定義了入口 和出口的泵殼；位于殼內(nèi)的主動齒輪；以及位于嚙合主動齒輪位置的從動 齒輪。齒輪的旋轉(zhuǎn)把液體通過入口引入并從出口排出液體。主動齒輪包括 被設置為在泵循環(huán)期間引導液體從泵的出口流至泵的入口的再循環(huán)回路。
制造在車輛變速器中使用的流體泵的方法包括形成泵殼；形成第一 齒輪；以及形成第二齒輪。形成第二齒輪的步驟包括提供具有在第二齒輪 中制造液壓回路的輪廓的鑄模的第一部分。液壓回路被設置為使液體變 向，從泵的出口部位流至進口部位。形成第二齒輪的步驟進一步包括提供 鑄模的第二部分并且固化鑄模第一和第二部分中的材料以形成第二齒輪。
本發(fā)明提供的一些技術的優(yōu)點是它們減少了流體泵進口的污染。
本發(fā)明提供的一些技術的另一個優(yōu)點是它們降低了主動齒輪的溫度。
參照附圖對實施本發(fā)明的最佳實施例進行的詳細說明使得本發(fā)明的 上述特征、優(yōu)點以及其他特征和優(yōu)點變得顯而易見。


圖1是根據(jù)示例性實施例的車輛變速器的透視圖。
圖2是根據(jù)示例性實施例的變速器的一部分的剖視圖。
圖3是根據(jù)示例性實施例的流體泵的透視圖。
圖4是圖3的流體泵的入口的透視圖。
圖5是根據(jù)示例性實施例的流體泵的剖視透視圖。
圖6是圖5的齒輪泵的側視圖。
圖7是圖5的齒輪泵的側視圖，其中具有潤滑油流動圖。
圖8是穿過根據(jù)示例性實施例的主動齒輪一側的壓力變化的原理圖。
圖9是根據(jù)示例性實施例的內(nèi)齒輪泵的側視圖。圖io是根據(jù)示例性實施例的齒輪泵的側視圖。
圖11是表示根據(jù)示例性實施例制造流體泵的方法的框圖。
具體實施例方式
參見圖1至11，表示了一種具有流體泵的車輛變速器，其中，各個視 圖中相同或相應部件用相同的標記表示。具體地，參見圖1，表示裝在發(fā)
動機(未示出)上的車輛變速器10。變速器是自動變速器并且包括變矩器 30。變矩器30的連接至變速器輸入軸40上(或變矩器30相對于變速器 輸入軸40可旋轉(zhuǎn)地安裝)，變速器輸入軸40也至少部分地被變速器殼50 遮蓋。雖然圖1所示的變速器IO是自動變速器，但本發(fā)明所包含的技術 可以與手動變速器、無級變速器和/或任何用于混合動力或電動車輛的電力 無級變速器一起使用。
如圖2所示，至少部分容納在變速器殼內(nèi)的另外的變速器組件包括流 體泵60、動力輸出傳動裝置(或稱為"PTO" ) 70、以及變矩器的葉輪輪 轂80。在圖2的示例性實施例中，動力輸出傳動裝置70相對于輸入軸40 可旋轉(zhuǎn)地安裝。動力輸出傳動裝置70被設置為與發(fā)動機曲軸(未示出) 和輸入軸40 —起旋轉(zhuǎn)。PTO70能使其他的車輛設備消耗發(fā)動機提供的轉(zhuǎn) 動能。這些輔助設備可以包括自動后掀背門致動器、流體泵、絞盤等。在 一個實施例中，變速器是"實時驅(qū)動"變速器，并且不論車輛是否在運動， PTO都保持運作。變矩器30 (如圖l所示)包括至少部分收納變矩器30 的葉輪90 (也如圖1所示)的葉輪輪轂80。如圖2所示，PTO70部分地 嵌入葉輪輪轂80的遠端內(nèi)。
又如圖2所示，流體泵60連接至輸入軸40上。流體泵60至少部分 地由位于葉輪輪轂80和流體泵泵殼110前蓋之間的軸承100支承。在本 實施例中，泵殼110包括前蓋120和后蓋130。蓋120、 130將主動齒輪 140和從動齒輪(或被驅(qū)動齒輪)150封裝在平面排列中。在齒輪140、 150 和前蓋120和后蓋130的內(nèi)側160、170之間各有一個間隙(或軸向縫隙)。 主動齒輪140和從動齒輪150的旋轉(zhuǎn)沿著齒輪140、 150和泵殼110的蓋120、 130之間的間隙通過泵的入口引入液體(相對于圖4所示和論述)并 從泵的出口排出液體。
如圖2所示，主動齒輪140被設置為在180所示處與葉輪輪轂80嚙 合。葉輪輪轂80的旋轉(zhuǎn)使主動齒輪140旋轉(zhuǎn)。從動齒輪150與主動齒輪 140在例如190所示處嚙合。這樣，流體泵60成為變速器的主泵并且有選 擇地將液體導向變速器的各個組件。例如，泵將液體(例如，油或潤滑油) 從輸入軸40導向變矩器30為其提供液體。變矩器30通過PTO70,輸入 軸40通過通道200排出液體。液體軸向經(jīng)過流體泵60并且繼續(xù)流經(jīng)泵殼 110后蓋130中的通道210和220。流出變矩器的液體溫度可以高達175 攝氏度。在圖2所示的實施例中，提供有密封圈230和240。密封圈230 限制來自葉輪輪轂80的泄露物進入泵腔。密封圈240限制來自變矩器的 液體經(jīng)泵殼110的后蓋130排出。
在圖2-7和9-10的示例性實施例中，表示出了流體泵的齒輪(或轉(zhuǎn)子)。 在圖2中，主動齒輪140包括主動齒輪兩側上的再循環(huán)回路250。再循環(huán) 回路250是被設置為使液體從泵的入口部分變向至泵60的出口部分的液 壓回路。在圖2-7和9的示例性實施例中，再循環(huán)回路是在齒輪側面內(nèi)軸 向延伸的環(huán)形槽(或通道)。在另一個實施例中，僅在齒輪的一側包括再 循環(huán)回路。在另一個可選的實施例中，從動齒輪150包括再循環(huán)回路。
參見圖3，圖中表示流體泵60的齒輪140和150相對于泵殼后蓋130 安裝。主動齒輪140相對于從動齒輪150嵌套地安裝。主動齒輪140包括 再循環(huán)回路250，再循環(huán)回路的正面包括一個環(huán)形槽。環(huán)形槽被示于相當 地緊鄰齒輪的內(nèi)直徑260。在另一個可選實施例中，環(huán)形槽位于相對于齒 輪內(nèi)直徑的更遠端。再循環(huán)回路可以緊鄰齒輪270的基圓直徑。泵殼的后 蓋包括一系列用以將蓋裝在變速器中其他部件(例如，泵殼的前蓋)的孔 280。后蓋還包括多個用于減少泵的材料成本、減輕重量以及提高泵整體 性能的凹部290。
現(xiàn)在參見圖4，圖中表示了圖3的流體泵60。流體泵60在主動齒輪 140和從動齒輪150的輪齒310、 320相互脫離的位置定義了入口 300。齒
7輪140、 150的分離使液體被吸入泵60的入口 300。在后蓋130中設有通 道或噴管330，用于引導液體從泵蓋的一側進入泵的入口 300。主動齒輪 包括一系列使主動齒輪與葉輪輪轂80 (如圖2所示)聯(lián)接的花鍵340。
參見圖5，圖中表示了流體泵500的另一個示例性實施例。圖5是具 有葉輪輪轂80、 PTO70和輸入軸40 (如圖2所示)的流體泵500的剖視 圖。所示主動齒輪510嵌套地安裝在從動齒輪520的內(nèi)部。圖5所示的主 動齒輪510包括被設置為環(huán)形槽的兩個再循環(huán)回路530。泵前蓋540包括 協(xié)助轉(zhuǎn)移主動齒輪510和從動齒輪520之間液體的月牙形楔子550。主動 齒輪510還包括在其內(nèi)圓周、用以嚙合驅(qū)動主動齒輪510的葉輪輪轂80 (如圖2所示)的一系列花鍵560。前蓋540,位于泵前蓋540和葉輪輪轂 內(nèi)部的密封圈580上。葉輪輪轂密封圈580限制液體流出變速器。泵殼的 后蓋590包括通道600，變矩器可通過該通道排出液體。
圖6所示為圖5的流體泵的主視圖。流體泵500是齒輪泵。主動齒輪 510和從動齒輪520都相對于輸入軸40 (如圖2所示)可旋轉(zhuǎn)地安裝。主 動齒輪510套入從動齒輪520的內(nèi)部。齒輪510和520相對于輸入軸軸向 地安裝。進一步參見圖6，再循環(huán)回路530緊鄰齒輪的內(nèi)圓周610。再循 環(huán)回路530位于齒輪的內(nèi)圓周610和輪齒630的基圓直徑620之間。再循 環(huán)回路的直徑比齒輪的基圓直徑620小。楔子550位于主動齒輪510和從 動齒輪520之間。楔子550相對于殼體前蓋540固定。前蓋540包括一些 用于連接泵殼前和后蓋540、 590的孔640。
參見圖7，圖中表示關于圖6的齒輪泵500的液體流動圖。在泵循環(huán) 期間，液體在主動齒輪510和從動齒輪520之間泵入口 650處被引導。液 體被引導離開泵出口 660。再循環(huán)回路530使液體變向，從泵的出口660 流至入口 650。如圖7所示，液體沿著670、 680所示的再循環(huán)回路530 的通道被引導。在所示的實施例中，液體在通道中的行進既有順時針方向 也有逆時針方向。泵出口 660的壓力比再循環(huán)回路中的壓力大，因此液體 被引導流入再循環(huán)回路530。泵入口 650的壓力比再循環(huán)回路530中的壓 力小，因此液體傾向于流向泵的入口。接近主動齒輪中心部分690的壓力 也比再循環(huán)回路530中的壓力小，因此液體在所示的700被引導從再循環(huán)回路流向主動齒輪中心部分。這樣，通常會從變矩器排放裝置泄露在葉輪
輪轂80 (如圖2所示)中的過熱液體和雜質(zhì)將被引導離開主動齒輪510， 主動齒輪的整體溫度(或熱能)因此降低。
圖8是流體泵中主動齒輪一側的壓力變化800的框圖。圖8進一步說 明了流體泵中的壓力差以及其中的流動阻力。在圖8的例子中，泵出口 810 的壓力為200psi,因此使泵能夠引導液體離開泵殼并流向變速器中的各組 件。在泵出口和再循環(huán)回路820之間存在流動阻力830，造成所述流動阻 力的部分原因是齒輪與泵殼的蓋之間的空隙(例如，如圖2所示和論述)。 在圖8的例子中，再循環(huán)回路820的壓力是100psi。在再循環(huán)回路820和 泵入口 850之間進一步存在流動阻力840。泵入口 850的壓力是Opsi。在 入口，阻力840小于入口的壓力，液體將被引導離開再循環(huán)回路至入口 850。泵860中心部分的壓力約為50psi，在這里，變矩器排出液體。由于 再循環(huán)回路820的壓力比泵中心部分860的壓力大，所以液體也被引導從 再循環(huán)回路流向泵中心部分。在再循環(huán)回路820和泵中心部分860之間也 存在阻力870。再循環(huán)回路820中的壓力比泵中心部分860以及再循環(huán)回 路和泵中心部分之間的阻力870大。流體泵中的阻力是可變的。例如再循 環(huán)回路的圓周可以擴大以減少出口和入口之間的阻力。此外，齒輪和泵殼 蓋之間的間隙可以進一步調(diào)整以改變泵入口和出口之間的整體阻力。
參見圖9，圖中表示了用于擺線(g-rotor)流體泵的齒輪。擺線泵包 括齒輪900、 910。主動齒輪900包括一些在輪齒處的凸葉920。在凸葉之 間是用于協(xié)助轉(zhuǎn)移主動齒輪900和從動齒輪910之間液體的相對的楔子 (月牙狀)930、 940。因此，用于示例的圖5中所示的楔子550不是必要 的。主動齒輪900包括再循環(huán)回路950,所述再循環(huán)回路950包括齒輪前 表面的環(huán)形槽。
參見圖10， 一示例性實施例示出了具有可變半徑的再循環(huán)回路1000。 圖10的再循環(huán)回路1000包括具有在齒輪1010正面的波浪輪廓的通道。 泵入口/出口和再循環(huán)回路間的距離是可變的。這樣，泵入口/出口和再循 環(huán)回路間的阻力是可變的，并且能在再循環(huán)回路最外圓周被降低。再循環(huán) 回路的設計不受本發(fā)明所示實施例的限制。例如，在圖10的示例性實施例中，再循環(huán)回路1000被示為連續(xù)的通道；然而在另一個實施例中，再 循環(huán)回路可以包括如葉片、凹部、半圓形溝槽等不連接的要素。此外，在 一實施例中，泵內(nèi)的流動阻力能通過改變泵殼前蓋和后蓋之間的間隙進行 調(diào)整。蓋和齒輪之間的間隙與泵內(nèi)的阻力是反比的關系。因此，增減間隙 會減少流體泵內(nèi)的阻力，同樣的，減少蓋和齒輪之間的間隙會增加泵內(nèi)的 阻力。
再循環(huán)回路的寬度可以至少為0.5毫米。在另一個實施例中，再循環(huán) 回路的深度是至少0.5mm。槽的深度和寬度可以是恒量或變量。此外，再 循環(huán)回路可以包括具有大于或小于0.5mm的深度或?qū)挾鹊牟?。例如，?一實施例中，再循環(huán)回路包括在齒輪正面表面上的突出。在另一個實施例 中，再循環(huán)回路能被包含在輪齒/凸葉上、輪齒/凸葉之間、泵蓋、葉輪輪 轂和/或任何其它泵殼內(nèi)的元件上。
在另一個示例性實施例中，流體泵是離軸泵。主動齒輪沒有嵌套在從 動齒輪的內(nèi)部。例如，主動和從動齒輪的旋轉(zhuǎn)軸是平行的。在另一種設置 中，旋轉(zhuǎn)軸可以是垂直的或其它相交叉的。
流體泵的組件可以由本領域已知的各種材料制成。例如，在一實施例 中，泵前蓋由鐵制成。主動齒輪由如剛的鐵合金制成，從動齒輪由鋁合金 制成。泵后蓋也是由鋁合金制成。
參見圖11，公開了一種制造流體泵的方法1100。方法包括步驟形 成泵殼1U0;形成第一齒輪1120;以及形成第二齒輪1130。形成工藝可 以包括如粉末冶金、碾磨、激光切割、模鑄、鍛造或沖壓的任意多個傳統(tǒng) 形成工藝。形成第二齒輪的步驟進一步包括提供具有在第二齒輪中制造液 壓回路的輪廓的鑄模的第一部分1140。該輪廓被設置為使第二齒輪的液壓 回路能使液體變向，從泵的出口部分流向入口部分。在圖2-7和9-10中的 再循環(huán)回路中示出了示例性的液壓回路。該方法也包括提供鑄模的第二部 分1150并且固化在印模第一和第二部分中的材料以形成第二齒輪1160。 齒輪的形成也可以使用其它制造技術如切割、沖壓等。
10在一實施例中，使用粉末冶金形成主動和從動齒輪。在第一和第二鑄 模/印模中提供粉狀材料，然后材料被燒結(或熱處理)并被加壓至凝固。 粉狀材料能由任意高強度合金構成，如鋁或鐵合金。
該方法也可以包括在泵殼內(nèi)設置第一齒輪和第二齒輪以使第二齒輪
套入第一齒輪內(nèi)部的步驟。示例的第一和第二齒輪表示于本發(fā)明的圖2-7 和9-10中。
雖然本技術的一些實施例已詳細描述，但與本發(fā)明有關的所屬領域技 術人員知道各種其它設計和實施例可用于實現(xiàn)由權利要求定義的本發(fā)明。 此外，雖然實施本發(fā)明的最佳方式已被詳細描述，但與本發(fā)明有關的所述 領域技術人員知道各種其它設計和實施例可用于實現(xiàn)在從屬權利要求范 圍內(nèi)的本發(fā)明。
ii
權利要求
1.一種具有帶再循環(huán)回路的流體泵的車輛變速器，包括被設置為旋轉(zhuǎn)的輸入軸；相對于輸入軸安裝的泵殼，所述泵殼定義了入口和出口；連接至輸入軸上并且位于泵殼內(nèi)的主動齒輪；位于嚙合主動齒輪位置的從動齒輪，所述主動齒輪和從動齒輪的旋轉(zhuǎn)將液體從入口引入并將液體從出口排出；所述主動齒輪包括被設置為在泵循環(huán)期間指引液體從泵的出口流至入口的再循環(huán)回路。
2. 根據(jù)權利要求1所述的變速器，其特征在于，所述變速器進一步包括與輸入軸連接的變矩器，所述變矩器與流體泵的出口進行液體流通， 并且所述變矩器通過主動齒輪和輸入軸之間的轂排出液體；所述再循環(huán)回路至少部分地阻止液體從轂流向入口 。
3. 根據(jù)權利要求2所述的變速器，其特征在于，所述再循環(huán)回路被設 置于引導液體在離開泵的入口的方向進入。
4. 根據(jù)權利要求2所述的變速器，其特征在于，所述再循環(huán)回路被設 置為在泵循環(huán)期間增減泵的入口的壓力，以使液體從入口流向輸入軸。
5. 根據(jù)權利要求2所述的變速器，其特征在于，所述再循環(huán)回路被設 置為減少泵循環(huán)期間轂與入口之間的阻力，以使液體從入口流向轂。
6. 根據(jù)權利要求2所述的變速器，其特征在于，所述主動和從動齒輪 相對于變速器的轂可旋轉(zhuǎn)地安裝，并且從動齒輪的連接至主動齒輪上。
7. 根據(jù)權利要求1所述的變速器，其特征在于，所述再循環(huán)回路被設 置為在循環(huán)期間減少主動齒輪中的熱能。
8. 根據(jù)權利要求1所述的變速器，其特征在于，所述再循環(huán)回路包括在主動齒輪的至少一側上的環(huán)形槽。
9. 根據(jù)權利要求8所述的變速器，其特征在于，所述再循環(huán)回路包括在主動齒輪的至少兩側上的環(huán)形槽。
10. 根據(jù)權利要求1所述的變速器，其特征在于，所述再循環(huán)回路包括在主動齒輪的至少一側上的環(huán)形槽，所述槽的位置隨主動齒輪的半徑變化。
11. 根據(jù)權利要求1所述的變速器，其特征在于，所述流體泵是齒輪泵并且主動齒輪和從動齒輪具有圓周分布的輪齒。
12. 根據(jù)權利要求1所述的變速器，其特征在于，所述流體泵是擺線泵并且主動和從動齒輪具有圓周分布的凸葉。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種使用具有再循環(huán)回路的流體泵的車輛變速器。所述再循環(huán)回路被設置為在泵循環(huán)期間指引液體從泵的出口流至入口。本發(fā)明還公開了一種制造在車輛變速器中使用的流體泵的方法。
文檔編號F16H41/24GK101639117SQ20091016154
公開日2010年2月3日 申請日期2009年7月31日 優(yōu)先權日2008年8月2日
發(fā)明者布拉德·羅納德·霍弗 申請人:福特全球技術公司