ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ НАСОСНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2015 года по МПК F04B49/22 B60K17/34 B60K23/08 F04B1/30 F16D48/06 F16H61/47 G05G15/06 

Настоящее изобретение относится к гидравлическому насосному устройству в системе для распределения крутящего момента между передней и задней осями полноприводного транспортного средства и/или между левыми и правыми колесами транспортного средства с приводом на два или четыре колеса, при этом система содержит по меньшей мере одно муфтовое соединение с повышенным внутренним сопротивлением, имеющее дисковый блок и действующий на него поршень, приводимый в движение указанным гидравлическим насосным устройством,

которое содержит электрический двигатель, гидравлический насос, приводимый им в движение, и центробежный регулятор, причем центробежный регулятор управляет клапаном избыточного давления и соединенный с выходным отверстием гидравлического насоса для выхода масла.

Предпосылки создания изобретения

Гидравлическое насосное устройство вышеописанного типа раскрыто в шведской патентной заявке №0801794-9, поданной заявителем одновременно с настоящей заявкой. Цели устройства, раскрытого в указанной заявке, в целом совпадают с целями настоящего изобретения, а именно: уменьшение количества компонентов, упрощение устройства, уменьшение веса устройства и необходимого для него пространства и сохранение затрат на производство и сборку по возможности низкими. Кроме того, необходимо создание простой, но очень надежной системы привода для муфтового соединения с повышенным внутренним сопротивлением в системе распределения крутящего момента, например для полноприводных транспортных средств, обладающей наименьшим возможным временем отклика на управляющие сигналы.

В указанной заявке представлен первый этап разработки во многом улучшенного устройства, однако работа по разработке будет продолжаться с целью получения полностью завершенного устройства, достигающего описанных выше целей даже лучше, чем предыдущее устройство.

Раскрытие изобретения

Для достижения описанных выше целей гидравлическое насосное устройство, соответствующее настоящему изобретению, содержит:

аксиально-поршневой насос, имеющий поршневой цилиндр, расположенный в корпусе насоса с возможностью поворота и содержащий несколько аксиальных поршней, выполненных с возможностью возвратно-поступательного перемещения,

по меньшей мере один центробежный рычаг, прикрепленный к поршневому цилиндру с возможностью поворота, и

клапанную часть, соединенную с центробежным рычагом и расположенную с обеспечением взаимодействия с входом выходного канала для масла в поршневом цилиндре для образования клапана избыточного давления.

Важным аспектом настоящего изобретения является объединение центробежного рычага и клапана избыточного давления с поршневым цилиндром.

В реализованном на практике варианте настоящего изобретения вокруг поршневого цилиндра равномерно расположено несколько центробежных рычагов, предпочтительно три рычага, каждый из которых оснащен шаровым элементом для обеспечения взаимодействия с каналом в поршневом цилиндре под действием центробежной силы.

Предпочтительно наличие пружинных элементов для поджатия центробежных рычагов в направлении, противоположном направлению действия центробежной силы. На практике это возможно реализовать, например, путем расположения кольцевой пружины вокруг поршневого цилиндра и центробежных рычагов.

В предпочтительном варианте реализации изобретения шаровой элемент может быть соединен со своим центробежным рычагом посредством пружинного зажима, позволяющего проводить определенную регулировку положения шарового элемента относительно канала.

Возможно также включение в конструкцию средств для периодической калибровки устройства во время работы при использовании функции I=f(U), поскольку кривая давления на графике I/U показывает две различных калибровочных точки или два изгиба.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение подробнее описано ниже со ссылками на приложенные чертежи, на которых

на фиг.1-5 показаны схемы различных систем привода транспортных средств с муфтовыми соединениями с повышенным внутренним сопротивлением,

на фиг.6 показана гидравлическая схема гидравлической системы привода, содержащая гидравлическое насосное устройство, соответствующее настоящему изобретению,

на фиг.7 показан вид сбоку, частично в разрезе, гидравлического насосного устройства, соответствующего настоящему изобретению,

на фиг.8 показан вид поперечного сечения в увеличенном масштабе гидравлического насосного устройства вдоль линии А-А, показанной на фиг.7,

на фиг.9 показан изометрический вид в еще большем масштабе отдельных частей устройства, показанного на фиг.7-8,

на фиг.10 показан график зависимости I/U для электрического двигателя устройства, соответствующего настоящему изобретению.

Подробное описание

На фиг.1-5 показаны пять общих примеров различных систем привода для транспортных средств, как правило автомобилей. Во всех примерах транспортное средство приводится в движение посредством двигателя 1 и трансмиссии 2. Во всех примерах транспортные средства имеют переднюю ось 3, заднюю ось 5, один или несколько дифференциалов 1 и одно или несколько муфтовых соединений 7 с повышенным внутренним сопротивлением. Муфтовое соединение с повышенным внутренним сопротивлением может быть использовано в качестве средства для распределения крутящего момента между передней и задней осью полноприводного транспортного средства и/или распределения крутящего момента между левыми и правыми колесами транспортного средства с приводом на два или четыре колеса.

Муфтовое соединение 7 с повышенным внутренним сопротивлением содержит, как схематически показано на фиг.6, дисковый блок 15, приводимый в движение посредством поршня 13, размещенного в цилиндре 14. При приведении в движение поршня 13 посредством гидравлического давления, диски дискового блока 15 входят в контакт друг с другом и устанавливают соединение, обеспечивающее приведение в движение, между двумя валами, с которыми они соединены.

На фиг.1 показан пример известной системы полного привода и в примере на фиг.2 к ней добавлена возможность распределения крутящего момента между задними колесами. На фиг.3 показана система заднего привода с возможностью привода на передние колеса. На фиг.4 показан пример транспортного средства с центральным дифференциалом. Наконец, на фиг.5 показан пример системы переднего привода с распределением крутящего момента между передними колесами. Специалисту известно, что существуют и другие примеры систем привода, в которых может быть использовано настоящее изобретение, имеющее отношение к управлению муфтового соединения 7 с повышенным внутренним сопротивлением.

В примере на фиг.1 между передней осью 3 и задней осью 5 соединена промежуточная ось 4. Муфтовое соединение 7 с повышенным внутренним сопротивлением расположено между промежуточной осью 4 и дифференциалом 6 задней оси 5. Пример на фиг.2 отличается от примера на фиг.1 только тем, что помимо всего прочего на задней оси 5 расположено муфтовое соединение 7 с повышенным внутренним сопротивлением.

В примере на фиг.3 муфтовое соединение 7 с повышенным внутренним сопротивлением расположено между трансмиссией 2 на двигателе 1 и промежуточной осью 8, другой конец которой соединен с дифференциалом 6 задней оси 5. Трансмиссия 9 расположена между муфтовым соединением 7 с повышенным внутренним сопротивлением и добавочной промежуточной осью 10, другой конец которой соединен с дифференциалом 6 передней оси 3.

В примере на фиг.4 трансмиссия 2 на двигателе 1 соединена с дифференциалом 6, который соединен с первой промежуточной осью 11 и второй промежуточной осью 12. Муфтовое соединение 7 с повышенным внутренним сопротивлением соединяет дифференциал 6 со второй промежуточной осью 12. Другой конец первой промежуточной оси 11 соединен с дифференциалом 6 задней оси 5. Один из концов второй промежуточной оси 12 соединен с дифференциалом передней оси 3.

В примере на фиг.5 дифференциал 6 соединен с передней осью 3. Дифференциал 6 соединен с двумя полуосями, образующими переднюю ось 3. Муфтовое соединение 7 с повышенным внутренним сопротивлением расположено таким образом, чтобы соединять дифференциал 6 с одной из половин передней оси 3. В этом примере управление задней осью 5 не осуществляется.

На фиг.6 показана гидравлическая схема гидравлической системы привода, содержащей гидравлическое насосное устройство, соответствующее настоящему изобретению.

Система содержит электрический двигатель 16, приводящий в движение насос 17 посредством приводного вала 18, который также приводит в движение центробежный регулятор 19. Положение центробежного регулятора 19 управляет положением клапана 20 избыточного давления и потоком, проходящим через него.

Гидравлическое масло для гидравлической системы привода содержится в резервуаре 21. Оно всасывается в насос 17 через гидравлическую линию 22 и направляется оттуда через гидравлическую линию 23 к цилиндру 14. В зависимости от положения центробежного регулятора 19 и, таким образом, клапана 20 избыточного давления часть, а иногда весь гидравлический поток отводится через гидравлическую линию 24, через клапан 20 избыточного давления и обратно в резервуар 21. В результате гидравлическое давление, доставленное к цилиндру 14, может управляться центробежным регулятором 19.

Клапан 25 сброса давления соединен с цилиндром 14 посредством гидравлической линии 26. Клапан 25 сброса давления предназначен для отвода гидравлического масла от цилиндра 14 к резервуару 21, когда его давление превысит определенный уровень, к примеру 40 бар.

На фиг.7 показан общий боковой вид гидравлического насосного устройства, соответствующего настоящему изобретению, с определенными важными частями, показанными в разрезе. В целом оно содержит электрический двигатель 16 и насосно-клапанный блок 26, который подробнее описан ниже. Однако уже здесь можно отметить, что блок 26 содержит насос 17, центробежный регулятор 19 и клапан 20 избыточного давления, описанные со ссылкой на фиг.6. Гидравлическое насосное устройство может быть встроено в корпус гидравлического резервуара (21 на фиг.6) и его насосно-клапанный блок 21 может нижней частью частично заходить в гидравлическое масло.

Электрический двигатель 16 может предпочтительно быть выполнен в виде машины постоянного тока. Посредством обеспечения клапана 20 избыточного давления, подающего избыток масла обратно в резервуар, двигатель 16 может быть постоянно запущен и при этом его щетки не сгорят. Таким образом, двигатель 16 имеет очень небольшое время срабатывания для установки давления в системе при необходимости, так как он уже запущен, и, следовательно, меньше энергии расходуется на ускорение вращающихся частей.

Приводной вал 18 электрического двигателя 16 своим концом проходит в поршневой цилиндр 30 аксиально-поршневого насоса. Поршневой цилиндр 30 расположен в корпусе 31 насоса с возможностью поворота. Приводной вал 18 соединен с поршневым цилиндром с возможностью передачи приводного усилия посредством приводного устройства, позволяющего определенные относительные перемещения.

Поршневой цилиндр 30 опирается на крышку 33 насоса, соединенную с корпусом 31 насоса.

Наклонный шайбовый механизм 34 (в форме аксиального шарикового подшипника) расположен в корпусе 31 насоса. Аксиальные поршни 35 (в показанном варианте реализации шесть поршней) аксиальным образом расположены в соответствующих отверстиях или цилиндрах в поршневом цилиндре 30 и наклонным образом зацеплены с шайбовым механизмом 34 посредством отдельных сжимающих пружин 36. При повороте поршневого цилиндра 30 посредством приводного вала 18 аксиальным поршням 35 передается качающее возвратно-поступательное движение в поршневом цилиндре 30 посредством шайбового механизма 34.

Центробежный регулятор 19 с клапаном 20 избыточного давления, показанные на фиг.6, как единое целое соединены с поршневым цилиндром 30. Важной составной частью регулятора 19 является по меньшей мере один, а в этом варианте реализации настоящего изобретения три центробежных рычага 40. Это касается в основном фиг.8. Каждый такой рычаг 40 находится относительно близко к первому из своих концов, поворотным образом прикрепленному к поршневому цилиндру 30 посредством штыря 41. При повороте поршневого цилиндра 30 другой или второй конец каждого рычага 40 смещается от поршневого цилиндра 30 центробежной силой. Этому смещению противодействуют пружинные элементы в форме кольцевой пружины 42, расположенной вокруг пружинных штырей 43 на рычагах 40.

Первый конец каждого рычага 40 оснащен клапанной частью, выполненной в форме шарового элемента 44 для обеспечения взаимодействия с открытым концом радиального канала 45 в поршневом цилиндре 30. Шаровой элемент 44 соединен с концом рычага посредством пружинного зажима 46, который показан на фиг.9 и который позволяет шаровому элементу 44 плотно прилегать к концу канала или входу канала с определенной возможностью регулировки положения.

На фиг.8 показаны рычаги 40, совершающие качающее движение под действием центробежной силы, и шаровые элементы 44, закрывающие радиальные каналы 45.

В нормальном рабочем состоянии, когда двигатель 16 работает на постоянной скорости, шаровые элементы 44 достигают устойчивого полуоткрытого положения относительно каналов 45.

Гидравлическое масло проходит внутри насоса и клапанного блока 26 следующим образом:

Масло всасывается из резервуара 21 через аксиальный входной канал 50 в крышке 33 насоса. Входной канал 50 открывается в круговой неглубокий паз в поверхности крышки насоса, прилегающий к поршневому цилиндру 30, так что масло может попасть в каждый цилиндр, содержащий поршень 35, в поршневом цилиндре 30 при вращении последнего.

Масло, сжимаемое поршнем 35, затем проходит через другой круговой неглубокий паз в поверхности указанной крышки насоса, расположенный диаметрально противоположно первому пазу и открывающийся в радиальный канал 51 в крышке 33 насоса и, в дальнейшем, в выходной канал 52 корпуса 31 насоса, при этом выходной канал соединен с гидравлической линией 23, ведущей к цилиндру 14 (фиг.6).

Радиальный канал 51 также соединен с центральным глухим каналом 53, от которого в наружном направлении по направлению к шаровым элементам 44 отходят радиальные каналы 45. Наконец, от круговой полости 54 корпуса 31 насоса, окружающей поршневой цилиндр 30 и рычаги 40 центробежного регулятора 19 отходит аксиальный канал 55 в крышке 51 насоса для обратной доставки избыточного масла от клапана 20 избыточного давления, приводимого в действие смещенными пружиной шаровыми элементами 44.

Как было упомянуто ранее, электродвигатель 16 постоянного тока постоянно работает при работе транспортного средства. В нормальных рабочих условиях, когда нет необходимости в действии муфтового соединения 7 с повышенным внутренним давлением, двигатель работает со скоростью вращения ниже той, при которой клапан 20 избыточного давления закрывается. При необходимости обеспечения взаимодействия соединения 7, т.е. для приведения в движение поршня 13, на электродвигатель 16 подается высокий ток/напряжение. Скорость приводного вала 18 возрастает, и соответственно, клапан 20 избыточного давления закрывается с помощью центробежного регулятора 19, т.е. рычаги 40 отворачиваются, плотно прижимая шаровые элементы 44 к концам радиальных каналов 45. И наоборот, при уменьшении скорости вращения приводного вала 18 двигателя, центробежная сила, действующая на рычаги 40, уменьшается, позволяя кольцевой пружине 42 вернуть рычаги 40 к поршневому цилиндру 30, так что шаровые элементы поднимаются и радиальные каналы 45 открываются.

Клапан 25 сброса давления предназначен для управления максимальным давлением в системе, для обеспечения возможности калибровки системы в любой момент и для выпуска из системы воздуха, появление которого связано со сборкой, а также с запуском двигателя транспортного средства.

На фиг.10 показан график, показывающий зависимость между током I и напряжением U применительно к двигателю 16 при нагнетании гидравлического давления Р от гидравлического насосного устройства. В сущности, уровень давления управляется током I. На определенном температурном интервале ток, в принципе, пропорционален давлению. Каждое изготовленное гидравлическое насосное устройство имеет индивидуальную постоянную величину, связывающую давление и ток, и, таким образом, калибровка каждого насосного устройства после его изготовления является нормальной практикой.

Однако эта постоянная величина, как правило, подвергается изменениям, связанным, к примеру, со сглаживанием поверхностей различных частей при работе насосного устройства, и, таким образом, может быть предпочтительным использование средств для повторного проведения калибровки на определенных интервалах, к примеру каждый раз при запуске двигателя транспортного средства посредством ключа зажигания.

Для этой калибровки могут быть отмечены и использованы две контрольных точки или изгиба:

Первая точка 56, когда центробежные рычаги 40 преодолевают силу кольцевой пружины 42 и закрывают клапаны, образованные шаровыми элементами 44, прилегающими к радиальным каналам 45. Давление превосходит основное давление, зависящее от гидравлических потерь в трубах также при открытых клапанах.

Вторая точка 57, когда механический клапан 25 сброса давления открывается так, что давление больше не может быть увеличено насосным устройством.

В обоих случаях используется отношение между напряжением U и током I. Построение функции I=f(U) позволяет отметить и использовать два изгиба или две калибровочных точки.

Возможны модификации настоящего изобретения в пределах, установленных пунктами формулы настоящего изобретения.

Изобретение относится к гидравлическому насосу для привода муфт. Система для распределения крутящего момента между передней и задней осями полноприводного транспортного средства и/или между левыми и правыми колесами транспортного средства с приводом на два или четыре колеса содержит одно муфтовое соединение с повышенным внутренним сопротивлением, имеющее дисковый блок и приводящий его в движение поршень, управляемый гидравлическим насосным устройством. Указанное устройство имеет электрический двигатель и управляемые им гидравлический насос и центробежный регулятор, управляющий клапаном избыточного давления и соединенный с выходным отверстием гидравлического насоса для выхода масла. В частности, устройство содержит аксиально-поршневой насос, имеющий поршневой цилиндр, расположенный в корпусе насоса с возможностью поворота и содержащий несколько аксиальных поршней, выполненных с возможностью возвратно-поступательного перемещения, один центробежный рычаг, прикрепленный к поршневому цилиндру с возможностью поворота и клапанную часть, соединенную с центробежным рычагом и расположенную с обеспечением ее взаимодействия с входом выходного канала для масла в поршневом цилиндре для образования клапана избыточного давления. Достигается упрощение устройства. 5 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Гидравлическое насосное устройство в системе для распределения крутящего момента между передней и задней осями полноприводного транспортного средства и/или между левыми и правыми колесами транспортного средства с приводом на два или четыре колеса, содержащей по меньшей мере одно муфтовое соединение (7) с повышенным внутренним сопротивлением, имеющее дисковый блок (15) и действующий на него поршень (13), приводимый в движение указанным гидравлическим насосным устройством,
которое содержит электрический двигатель (16) и приводимые им в движение гидравлический насос (17) и центробежный регулятор (19), управляющий клапаном (20) избыточного давления и соединенный с выходным отверстием (23) гидравлического насоса (17) для выхода масла, и
отличается тем, что оно содержит
аксиально-поршневой насос, имеющий поршневой цилиндр (30), расположенный в корпусе (31) насоса с возможностью поворота и содержащий несколько аксиальных поршней (35), выполненных с возможностью возвратно-поступательного перемещения,
по меньшей мере один центробежный рычаг (40), прикрепленный к поршневому цилиндру (30) с возможностью поворота, и
клапанную часть (44), соединенную с центробежным рычагом (40) и расположенную с обеспечением взаимодействия с входом выходного канала (45) для масла в поршневом цилиндре (30) для образования указанного клапана (20) избыточного давления.

2. Устройство по п.1, в котором вокруг поршневого цилиндра (30) равномерно расположено несколько центробежных рычагов (40), предпочтительно три рычага, каждый из которых оснащен шаровым элементом (44) для обеспечения взаимодействия с каналом (45) в поршневом цилиндре под действием центробежной силы.

3. Устройство по п.2, в котором для поджатия центробежных рычагов (40) в направлении, противоположном направлению действия центробежной силы, выполнены пружинные элементы (42).

4. Устройство по п.3, в котором вокруг поршневого цилиндра (30) и центробежных рычагов (40) расположена кольцевая пружина (42).

5. Устройство по п.2, в котором шаровой элемент (44) соединен со своим центробежным рычагом (40) посредством пружинного зажима (46), позволяющего производить определенную регулировку положения шарового элемента (44) относительно канала (45).

6. Устройство по любому из пп.1-5, в котором обеспечены средства для калибровки устройства время от времени во время работы при использовании функции I=f(U), поскольку кривая давления на графике I/U показывает две различных калибровочных точки или два изгиба.