НАСОСНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2015 года по МПК F16H39/02 F16H57/04 

Область техники

Настоящее изобретение относится к насосному устройству и, в частности, к насосному устройству с двумя ступенями для использования в автомобильных системах трансмиссии, в частности автоматических трансмиссиях или трансмиссиях с двойным сцеплением с гидравлическими элементами приведения в действие.

Уровень техники

В настоящее время автоматические системы трансмиссии используют единственный масляный насос с постоянным смещением, который приводится в движение двигателем внутреннего сгорания транспортного средства в пропорции к скорости вращения двигателя. Поток масла при высоком давлении используется как для смазки и охлаждения блока шестерен и трансформатора, так и для приведения в действие различных тормозов, сцеплений и переключающих элементов. Постоянная зависимость режима работы насоса от скорости двигателя внутреннего сгорания делает этот тип трансмиссии сравнительно неэффективным, когда дело доходит до приведения в действие и потерь смазки. Для систем трансмиссии с двойным сцеплением смазка и охлаждение блока шестерен часто реализуются с помощью разбрызгивания через масляный поддон. Для влажных систем трансмиссии с двойным сцеплением довольно часто относительный объем берется из контура приведения в действие высокого давления, и подается к зацеплению шестерен, подшипникам и синхронизаторам. Все гидравлически приводимые в действие системы с двойным сцеплением требуют постоянного запущенного масляного насоса или электрически приводимого в движение насоса.

У описанных выше систем трансмиссии имеется недостаток в брызгах и потерях на перемешивание масла из-за полного или частичного погружения шестерен в смазочную текучую среду трансмиссии. В автоматических планетарных системах трансмиссии и в системах трансмиссии с двойным сцеплением постоянная работа насоса при относительно высоком давлении приводит к утечке масла, которая должна быть компенсирована соответствующей перезарядкой. Эти потери в системах приведения в действие и смазки известны как паразитные потери.

Краткое описание изобретения

Аспекты настоящего изобретения направлены на преодоление или уменьшение одного или более из вышеперечисленных недостатков.

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения создано насосное устройство, содержащее первую ступень насоса и вторую ступень насоса, причем первая ступень подает текучую среду при относительно низком давлении к первой системе потребления и ко второй ступени, а вторая ступень повышает давление текучей среды, получаемой от первой ступени, и подает текучую среду при относительно высоком давлении ко второй системе потребления.

Вышеупомянутое устройство имеет преимущество в сокращении так называемых паразитных потерь. Во время работы любой системы нагнетания текучей среды текучая среда теряется из-за испарения и утечек. Примерами таких систем являются системы для циркуляции трансмиссионного масла, смазочных материалов и хладагента в автомобильных двигателях. Скорость потери текучей среды увеличивается с объемом текучей среды в системе, давлением и периодом использования. Соответственно, вместо использования текучей среды под высоким давлением во всех целях, устройство в соответствии с настоящим изобретением использует текучую среду под низким давлением, где возможно, и только производит и использует подходящий низкий объем текучей среды под высоком давлением, если и когда это требуется. Это также сохраняет энергию, так как она сохраняет дополнительное количество энергии, необходимое для производства несущественного количества текучей среды под высоким давлением.

В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения создано многоступенчатое насосное устройство для подачи текучей среды при относительно высоком давлении к гидравлическому контуру, содержащая, по меньшей мере, первую и вторую ступени насоса, причем первая ступень насоса выполнена с возможностью подачи текучей среды при относительно низком давлении ко второй ступени, а вторая ступень выполнена с возможностью подачи текучей среды при относительно высоком давлении к гидравлическому контуру, причем первая ступень также выполнена с возможностью подачи текучей среды при относительно низком давлении к отдельному контуру.

В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения создана автомобильная система трансмиссии, содержащая один или более зубчатых компонентов и, по меньшей мере, один контур смазки и/или охлаждения для них, один или более элементов сдвига с гидравлическим приводом и, по меньшей мере, один гидравлический контур для циркуляции гидравлической текучей среды для них, первую ступень насоса, выполненную с возможностью подачи текучей среды при относительно низком давлении к контуру смазки и/или охлаждения, и вторую ступень насоса, выполненную с возможностью принятия текучей среды при относительно низком давлении от первой ступени насоса и подачи текучей среды при относительно высоком давлении к гидравлическому контуру.

В соответствии с четвертым аспектом настоящего изобретения создан способ эксплуатации автомобильной системы трансмиссии, содержащей, по меньшей мере, одну систему потребления текучей среды под низким давлением и, по меньшей мере, одну систему потребления текучей среды под высоким давлением, первую ступень насоса, соединенную с системой потребления текучей среды под низким давлением, и вторую ступень насоса, которая соединена посредством переключающего элемента с выходным отверстием первой ступени насоса для выборочного приема текучей среды из нее при низком давлении и которая выполнена с возможностью подачи текучей среды при относительно высоком давлении к системе потребления текучей среды под высоким давлением, причем в периоды времени, когда текучая среда потребляется только системой потребления текучей среды под низким давлением, приводят в действие переключающий элемент, чтобы закрыть соединение между первой и второй ступенями насоса.

Краткое описание чертежей

Варианты осуществления настоящего изобретения описаны ниже только посредством примера, со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором показано насосное устройство для автомобильной системы трансмиссии.

Описание предпочтительных вариантов осуществления

Выражение “системы потребления”, используемое в настоящем описании, означает систему, которая использует свойства текучей среды, как правило масла, для использования в контуре смазки и гидравлическом контуре транспортного средства. Кроме незначительных потерь, в форме утечек и т.д., система потребления не расходует непосредственно фактического масла, но, как правило, возвращает его к резервуару или поддону.

На чертеже показано схематическое представление автомобильной системы трансмиссии, включающей в себя насосное устройство 10 в соответствии с настоящим изобретением. Устройство содержит первый насос 11 и второй насос 12. Первый насос 11 является насосом большой производительности, подающим масло при давлении от низкого до среднего в диапазоне от 2 до 5 бар, предпочтительно от 3 до 4 бар. Он приводится в движение двигателем внутреннего сгорания транспортного средства. Насос 11 подает масло посредством первой линии 21 выходного отверстия к активной системе 13 распределения смазки. Это масло используется для смазки компонентов трансмиссии, таких как зацепления шестерен, подшипников и синхронизаторов. После использования смазка проходит к линии 33 выходного отверстия и собирается в резервуаре или поддоне 16 без добавления сопротивления блоку шестерен. Насос 11 также подает масло при том же самом давлении посредством отдельной линии 22 к входному отверстию второго насоса 12. Таким образом, объем масла, поставляемого по линии 22, является небольшим по сравнению с общим объемом масла, проходящего через первый насос. Отношение объемов текучей среды, подаваемой линиям 22 и 21, находится в диапазоне от 0,05 до 0,2.

Насос 12 подает масло при высоком давлении посредством линии 23 к аккумулятору 17, от которого оно подается посредством линии 24 к системе 14 гидравлического управления. Высокое давление предпочтительно находится в диапазоне от 40 до 60 бар, наиболее предпочтительно, по существу, 50 бар. При необходимости, система 14 может использоваться для приведения в действие компонентов системы трансмиссии с двойным сцеплением или системы автоматической трансмиссии. Текучая среда прокачки и любая текучая среда утечки, представленная линией 25, проходит от системы 14 к резервуару 16.

Масло от резервуара 16 проходит посредством линии 26 к отдельному фильтру 15 и, затем, посредством линии 34 к первому насосу 11. Фильтр 15 предназначен для увеличения ресурса подшипника, обеспечивая более низкие уровни загрязнения смазки.

Преимущество вышеописанного устройства состоит в том, что паразитные потери из-за захватывания смазки, взбалтывания и сопротивления воздуха остаются малыми, так как принудительная смазка вращающихся компонентов трансмиссии требует только минимального количества масла в постоянном (статическом) контакте с блоком шестерен. Это происходит из-за того, что существенная часть масла находится только при относительно низком давлении. Это обеспечивает гибкость работы, поскольку параметры для различных частей трансмиссии могут быть отобраны отдельно.

В вышеописанном устройстве могут быть выполнены различные модификации. Первый насос 11 может в качестве альтернативы быть приводимым в движение электродвигателем. Рабочие параметры электродвигателя выбраны не для передачи максимальной мощности, а для того чтобы обеспечить дополнительные рабочие характеристики насоса. Другими словами, общая эффективность является более желаемой, чем высокая скорость. Это иногда известно как операция флегматизирования двигателя.

Во время определенных периодов текучая среда не требуется системой 14 гидравлического управления. Для этого на линии 22 может быть установлен двухпозиционный клапан 32, который служит для отключения линии 22 и, таким образом, для сохранения энергии. Это может привести к понижению потери привода посредством использования зависящей от требования стратегии работы насоса.

Насосное устройство может использоваться в широком диапазоне автомобильных систем трансмиссии в дополнение к автоматическим системам и с гидравлически-управляемыми влажными или сухими системами с двойным сцеплением. Насосное устройство может использоваться в транспортных средствах с двигателем внутреннего сгорания или в транспортных средствах с гибридным бескомпрессорным двигателем.

В зависимости от совместимости добавок и используемой основной смазки двигатель и трансмиссия могут работать с контуром низкого давления. Системы, такие как модуль фазовращателя переменного кулачка, использующие гидравлическое приведение в действие, могут использовать контур высокого давления.

Насосное устройство может использоваться в широком диапазоне систем текучей среды, отличных от автомобильных трансмиссий. Могут использоваться другие текучие среды, например вода или воздух. В определенных применениях может быть желаемо, управлять системой 14 высокого давления, а не системой 13 низкого давления. Соответственно, двухпозиционный клапан 31 может быть установлен на линии 21 для ее отключения, когда это необходимо.

Одна или более дополнительных ступеней насоса могут быть добавлены к описанному насосному устройству для формирования цепи насосов с каждым насосом, работающим при более высоком давлении, чем предыдущий насос в цепи.

Кроме того, резервуар 16 может быть оборудован нагревающим устройством, таким как аккумулятор тепла или устройство теплообмена, чтобы сохранять текучую среду теплой между последующими рабочими циклами транспортного средства и/или для увеличения рабочих характеристик высокой температуры, чтобы раньше получить масло низкой вязкости при высокой температуре.

Изобретение относится к насосным устройствам с двумя ступенями для автомобильных трансмиссий. Насосное устройство (10) содержит ступень (11) низкого давления насоса и ступень (12) высокого давления насоса. Первая ступень (11) насоса подает текучую среду под низким давлением к системе (13) смазки/охлаждения и к входному отверстию второй ступени (12) насоса, которая подает текучую среду под высоким давлением к гидравлической системе (14) управления. Текучая среда от обеих систем (13 и 14) возвращается посредством резервуара (16) и фильтра (15) к первой ступени (11) насоса. Достигается повышение КПД устройства. 6 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Насосное устройство, содержащее первую ступень насоса и вторую ступень насоса, причем первая ступень подает текучую среду при относительно низком давлении к первой системе потребления и ко второй ступени, а вторая ступень повышает давление текучей среды, получаемой от первой ступени, и подает текучую среду при относительно высоком давлении к гидравлической системе управления, отличающееся тем, что оно содержит переключающий элемент для выборочного соединения выходного отверстия первой ступени насоса со второй ступенью насоса, при этом вторая ступень подает текучую среду при относительно высоком давлении к аккумулятору, который в свою очередь подает текучую среду к гидравлическим элементам управления.

2. Насосное устройство по п. 1, отличающееся тем, что первая система потребления является системой распределения смазки и/или охлаждения.

3. Насосное устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит резервуар, причем текучая среда от первой и второй систем потребления подается к резервуару, который подает текучую среду к первым ступеням насоса.

4. Насосное устройство по п. 3, отличающееся тем, что резервуар содержит устройство, нагревающее текучую среду.

5. Многоступенчатое насосное устройство для подачи текучей среды при относительно высоком давлении к гидравлическому контуру, содержащее, по меньшей мере, первую и вторую ступени насоса, при этом первая ступень насоса выполнена с возможностью подачи текучей среды при относительно низком давлении ко второй ступени, а вторая ступень выполнена с возможностью подачи текучей среды при относительно высоком давлении к гидравлическому контуру, причем первая ступень также выполнена с возможностью подачи текучей среды при относительно низком давлении к отдельному контуру, отличающееся тем, что оно содержит переключающий элемент для выборочного соединения выходного отверстия первой ступени насоса со второй ступенью насоса, при этом вторая ступень выполнена с возможностью подачи текучей среды при относительно высоком давлении к аккумулятору, который в свою очередь подает текучую среду к гидравлическим элементам управления.

6. Насосное устройство по п. 5, отличающееся тем, что отдельный контур является контуром смазки и/или охлаждения.

7. Насосное устройство по п. 5 или 6, отличающееся тем, что текучая среда от гидравлического контура и отдельного контура подается в общий резервуар, который подает текучую среду к первой ступени насоса.

8. Насосное устройство по п. 7, отличающееся тем, что резервуар содержит устройство, нагревающее текучую среду.

9. Автомобильная система трансмиссии, содержащая один или более зубчатых компонентов и, по меньшей мере, один контур смазки и/или охлаждения для них, один или более элементов сдвига с гидравлическим приводом и, по меньшей мере, один гидравлический контур для циркуляции гидравлической текучей среды для них, первую ступень насоса, выполненную с возможностью подачи текучей среды при относительно низком давлении к контуру смазки и/или охлаждения, и вторую ступень насоса, выполненную с возможностью принятия текучей среды при относительно низком давлении от первой ступени насоса и подачи текучей среды при относительно высоком давлении к гидравлическому контуру, отличающаяся тем, что она содержит переключающий элемент для выборочного соединения выходного отверстия первой ступени насоса со второй ступенью насоса, при этом вторая ступень выполнена с возможностью подачи текучей среды при относительно высоком давлении к аккумулятору, который в свою очередь подает текучую среду к элементам сдвига с гидравлическим приводом.

10. Система трансмиссии автоматического транспортного средства, отличающаяся тем, что она содержит систему по п. 9.

11. Система трансмиссии транспортного средства с двойным сцеплением, отличающаяся тем, что она содержит систему по п. 9.

12. Способ эксплуатации автомобильной системы трансмиссии, содержащей, по меньшей мере, одну систему потребления текучей среды под низким давлением и, по меньшей мере, одну систему потребления текучей среды под высоким давлением, первую ступень насоса, соединенную с системой потребления текучей среды под низким давлением, и вторую ступень насоса, которая соединена посредством переключающего элемента с выходным отверстием первой ступени насоса для выборочного приема текучей среды из нее при низком давлении и которая выполнена с возможностью подачи текучей среды при относительно высоком давлении к системе потребления текучей среды под высоким давлением, отличающийся тем, что в периоды времени, когда текучая среда потребляется только системой потребления текучей среды под низким давлением, приводят в действие переключающий элемент, чтобы закрыть соединение между первой и второй ступенями насоса.

13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что переключающий элемент является двухпозиционным клапаном.

14. Способ по п. 12 или 13, отличающийся тем, что система потребления текучей среды под низким давлением содержит один или более контуров смазки и/или охлаждения, а система потребления текучей среды под высоким давлением содержит один или более гидравлических элементов управления.