Силовой регулятор с дистанционным приводом для автоматических трансмиссий транспортных средств Советский патент 1979 года по МПК B60K20/04 

Предлагаемое изобретение относится к автоматическим многоступенчатым трансмиссия /, преимущественно длинно базных транспортных средств, а именно к системам управления этих трансмиссий. Известны трансмиссии, в котогаах силовой регулятор имеет механичаский рычажный или тросовый дистанционный привод от дроссельной заслонки двигателя или педали подачи топлива 1 Недостатками регуляторов с механическим приводом применительно к длиннобазным транспортным средствам являются подверженность привода деформациям рамы транспортного средства при движении по пересеченной мест ности, вызывающим самопроизвольное срабатывание регулятора, а также , склонность к разрегулировке и потреб ность в частом техническом обслуживании. Эти недостатки устраняются применением гидравлического дистанционног привода. Известны поршневые гидропри воды управления трансмиссией, например ее сцеплением на легковых автомобилях. Однако применительно к длин нобазным транспортным средствам они имеют малую скорость срабатывания и . недостаточную дальность действия, что обусловлено больишми объемами перемещаемой в приводе жидкости л его гидравлическим сопротивлением. Эти недостатки характерны и для диафрагменных приводов силового регулятора, хотя они проще поршневых. Другой недостаток гидропривода состоит в том, что изменение температуры жидкости вгерметичном приводе, сопровождаемое изменением ее объема-, вызывает самопроизвольное перемещение дополнительных элементов привода, снижая тем самым точность силового регулятора. Известен силовой регулятор/ в котором установлены диафрагменные камеры с биметаллическими диафрагмами, компенсирующие изменения объема привода при изменении температуры 2J, Это усложняет конструкцию привода, но не дает полной температурной компенсации, так как дополнительные камеры реагируют лишь на температуру в месте их установки, тогда как она может неравномерно изменяться по всей длине привода всле дствие влияния соседних с ним агрегатов. В поршневых гидроприводах применяется известный метод температурной Компенсации с помощью компенсационных отверстий, сообщаюьщхся задаюгднй Гидроцилиндр с резервуаром для,жидкости и перекрьшаемых поршнем в начале рабочего хода. В диафрагменных приводах этот метод непригоден из-за отсутствия в них Деталей,, которые могли бы служить затвором для компенсационных отверстий. Известен также силовой регулятор с дистанционным приводом для автомати ческих трансмиссий транспортных средств, содержащий управляющий кула ок и исполнительный золотник, приемную и исполнительную диафрагменные ка меры, сообщенные между собой и взаимо | ;ействующие соответственно с управляющим кулачком и исполнительным золотником, основную и вспомогательную пружины,первая из которьк установлена между управляющим кулачком и диафрагмой приемной камеры, а вторая - .между исполнительным золотником и диафрагмой исполнительной камеры, и нажим- . ной элемент основной пружины, взаимодействующий с управляющим кулачком 3 Недостатком известной конструкции лвляется отсутствие температурной компенсации,что снижает точность р.аботы силового регулятора при больших изменениях температуры жидкости в при воде. Другой недостаток состоит в том что заправка привода жидкостью и удаление из него воздушных пробок (прокачка) трудоемка и требуют дополнительных технологических приспособле ний.Кроме того,утечка жидкости из пр вода быстро выводит его из строя,хот регулятор при этом .продолжает работа на режиме минимального силового давл ния за счет вспомогательной пружины. Цель изобретения - повышение точности и надежности регулятора путем исключения влияния температуры и уте чек На работу привода. Поставленная цель достигается тем что регулятор снабжен резервуарсад. и компенсационным клапаном, размещенным в приемной диафрагменной камере и уп равляемым при помощи диафрагмы, при этом вход компенсационного клапана сообщен с резервуаром, а выход - с Исполнительной камерой,- нижняя точка резервуара расположена выше верхней точки камер, а управляющий кулачок установлен с зазором относительно на жимного элемента основной-пружины, а параметры привода находятся в еледующем соотношении: оС.- At эффективная площадь диафрагмы приемной к ctMepw, мм внутренний обьем привода (объем жидкости в приводе), мм максимально допустимое перемещение диафрагмы приемной камеры, вызываемое колебаниями температуры, мм; оС - коэффициент объемного температурного расширения жидкости, 1/град; &t - диапазон изменения температуры жидкости в приводе. Кроме того, компенсационный клапан размещен в приемной камеле соосно ее иафрагме и выполнен в виде нормально закрытого двухходового распределителя с корпусом и штоком, причем на последнем установлено с возможностью ограниченного осевого перемещения упорное кольцо, взаимодействующее с диафрагмой приемной камеры посредством пружины, при этом начальный участок профиля управляющего кулачка выполнен o скосом, ria фиг, 1 показана установка силового регулятора с дистанционным приводом на транспортном средстве; На фиг, 2 - предлагаемый силовой регулятор с дистанционным приводом; на фиг, 3 - график изменения выходного давления регулятора; на фиг, 4 - управляющий кулачок силового регулятора; на фиг, 5 - схема дистанционного привода силового регулятора. Силовой регулятор 1 установлен на картере многоступенчатой трансмис сии 2, закрепленной на лонжеронах 3 Рс1мы транспортного средства, условно изображенной своими поперечными сечениями в зонах крепления двигателя и трансмиссии. Дистанционный привод регулятора состоит из исполнительной диафрагменной камеры 4, установленной на регулятора 1, и приемной диафрагменной камеры 5 с органом управления регулятора, выполненным в виде поворотного плоского управляющего кулачка 6, Приемная и исполнительная камеры 5 и 4 соединены трубопроводом 7, Двигатель 8, закрепленный на лонжеронах 3, имеет топливный насос 9, рычаг 10 которого механически связан с педалью 11 подачи топлива, а тягой 12 - с кулачком б силового регулятора. Приемная камера 5 имеет стакан 13 с выступом 14, игольчатый клапан 15 и компенсационный клапан 16, через который она трубопроводом сообщена с резервуаром 1.7 рабочей жидкости. Резервуар 17 закрыт крьшжрй 18, В нерабочем положении между кулачком 6 и выступом 14 имеется зазор А. Игольчатый клапан 15 находится на высоте X, над верхними полками лонжеронов 3, а днище резервуара 17 на высоте Xj Исполнительная камера 4 также имеет игольчатый клапан 19, расположен- . ный на высоте Jij над папками лонжеров 3, которые в зоне трансмиссии 2 лежат

в одной горизонтальной плоскости с лонжеронами в зоне двигателя 8. При этом Х Х Хд.

Регулятор (фиг. 2) содержит исполнительный золотник 20, расположенный :в цилиндрической полости 21 корпуса регулятора. Золотник 20 имеет два ра|бочих пояска, разделяюшие полость 21 на полости BY , Bj , Бj, которые соеди1нены с гидросистемой трансмиссии каналами: нагнетательньам 22, сливным 23 и выходным 24. Полости Б и Бд сообщены между собой дроссельным отверст1 ем 25 в правом пояске золотника 20.

Исполнительная камера 4 имеет диа,фрагму 26 с жестким центром, шток 27, роторый в нерабочем положении диафраг |1мы находится на расстоянии В, от золотника 20. Меяоду золотником 20 и диафрагмой 26 установлена вспомогательная пружина 28.. В камере имеется игольчатый клапан 19, расположенный в верхней зоне ее рабочей полости.

В приемной камере 5 установлена основная пружина 29, задающая выходное давление регулятора. Через подвижной стакан 13 и выступ 14 пружина 29 может взаимодействовать с кулачком б, а через опору 30 - с диафрагмой 31, имеющей жесткий центр. В стакане 13 закреплен ограничитель 32 хода пружин 29, который своим буртом 33 при раепрямлении пружины 29 упирается в опору 30 (см. фиг. 2). Выступ 14 является хвостовиком ограничителя 32. В изображенном на фиг. 2 нерабочем положении длина комплекта пружины 29 со стаканом 13 и опорой 30 равна Agг а расстояние от кулачка 6 до жесткого центра диафрагмы 31-A.J . При этом между кулачком 6 и выступом 14 стакана 13 имеется зазор f А - А2.

Установочное усилие основной пружины 29, определяемое длинами ограничителя 32 и опоры 30, т.е. размером АЗ , меньше установочного усилиг. вспомогательной пружины 28. Усилие пружин 34 клапана 16 меньше усилия возвратно пружины 35, а усилие последней меньше установочного усилия основной пружины 29..

Рабочий профиль кулачка б состоит из трех участков 36, 37 и 38, которьм соответствуют углы gr , . , /j-j его поворота.

Приемная камера 5 имеет игольчатый клапан 15, расположенный в верхней зоне ее рабочей полости и аналогичный клапану 19. В ее рабочей полости, соосно диафрагме 31, помещен нормальн закрытый компенсационный клапан 16, состоящий из штока 39 с затвором 40 из эластичного материала и буртами 41 и 42, корпуса 43 с кольцевым седлом 44 и входным отверстием 45, а также пружины 34. На шток клапана надето подвижное кольцо 46.

Концентрично клапану 1G между его корпусом 43 и кольцом 46 в камере 5 установлена возвратная пружина 313, к торая прижимает кольцо 46 к жесткому центру диафрагмы 31 и к бурту 41 штока 39. Между буртом 41 штока 39 и жестким центром диафрагмы 31 остается зазор В2 , а мелзду затвором 40 и седлом 44 - зазор БЗ меньший 82.

Выходное отверстие 45 клапана 16 соединена с резервуаром 17 (см. фиг,

Участки 37 и 38 рабочего пр филя кулачка очерчены окружностями с центрами Oj .и О2 радиусами R и Rj, а участок 36 - прямой линией и окружностью с радиусом RY. Заштрихованна :3она 47 образована за счет скоса ку лачка на участке 3G. Окружность райиуса R, без скоса, соответствует участку 36 профиля в известн1лх регуляторах .

Устройство работает следующим обра 3 ом.

При неработающем двигателе 8 и отпущенной педали 11 детали находятс в положении, изображенном на фиг. 1 и 2. Возвратная пружина 35 удерживае клапан 16 в открытом положении, а диафрагму 31 и основную пружину 29 со стаканом 13 - в крайнем левом положении. Поскольку между кулачком G и выступом 14 имеется зазор А, усилие пружины 29 воспринимается ограничителем 32, стаканом 13 и опорой 30 и не действует на диафрагму 31. Заправка и прокачка привода. Для заправки заливают жидкость в резервуар 17 и при неработающем двигателе и отпущенной педали 11 открывают игольчатые клапаны 15 и 19. Поскольку резервуар 17 расположен выше приемной камеры 6, а последняя выше исполнительной камеры 4 ( х X ,,) , ж1щкость из резервуара 17 через открытый компенсационный клапан 16 самотеком поступает в камеру 5, а из нее по трубопроводу 7 в камеру 4, Воздух при заполнении камер жидкостью вытесняется в атмосферу через отверстия в игольчатых клапанах 15 и 19. При появлении течи жидкости через клапан 15 его закрывают. Затем аналогично закрывают клапан 19. Привод заполнен, прокачан и готов к работе.

Работа регулятора при холостом ходе и малой нагрузке двигателя.

Как и в большинстве автоматических многоступенчатых трансмиссий, силовой регулятор имеет характеристику, изображенную на фиг. 3. При малой нагрузке двигателя (например, до 1/3 хода педали 11) он работает на постоянном минимальном давлении , при дальнейшем повороте педали давление плавно нарастает и, например, при 3/4 хода достигает максимума - Pj- макс , При дальнейшем движении педали давление остается постоянным. Этим фазам соот|&;етствуют участки 36, 37 и 38 профиля кулачка и углы , 3 его поворот ria холостом ходу педаль 11 отпущена и кулачок 6 находится в положении изображенном на фиг. 1 и 2. В это время наибольшее усилие имеет вспомо гательная пружина 28, вследствие чег остальные детали привода находятся: в Положении, изображенном на фиг. 2. И Хидросистемы трансмиссии жидкость под Давлением поступает через канал 22 в полость Б и через дроссель 25 в поjiocTb БЗ . Золотник 20, сжимая пружину 28, перемещается в рабочее положе ние (влево) . При этом приоткрывается фтивной канал 23 и прикрывается .нагнетательный канал 22. в полостях В и Б устанавливается минимальное выходное давление Рз-мин,уравновешив;зн)щ Усилие пружиньЛ 28 и поступающее по каналу 24 в систему автоматического управления (не показана) , Компенсационный клапан 16 открыт И привод сообщен с резервуаром 17. При малой нагрузке двигателя кулачок б повернут на угол меньший з и работа регулятора аналогична работ на холостом ходу. Выходное давление на этом режиме задается только вспомогательной пружиной 28. При повороте кулачка 6 на угол, близкий КЗ / участок 36 кулачка подходит к выступу 14 стакана 13, выбирая зазор AJ. Усилием, приложенным к кулачку от тяги 12, стакан 13 перемещается вместе с пружиной 29, опорой 30 и ограничителем 32, опора 30 воздействует на жесткий центр диа фрагмы 31 и перемещает ее вправо, сжимая возвратную пружину 35 через кольцо 46. Пружина 34 отводит шток 39 вправо, удерживая его бурт 41 в контакте с кольцом 46. При этом диафрагма 31 вытесняет часть жидкость и камеры 5 через клапан 16 в резервуар 17, При перемещении диафрагмы 31 на величину БЗ клапан 16 закрывается, а кольцо 46 отходит от бурта 41 штока 39. Привод изолируется от резерву ара 17 и при дальнейшем Движении ди фрагмы 31 жидкость вытесняется из камеры 5 в камеру 4. Диафрагма 26 от ходит от стенки камеры 4 и при ходе равном Bj , шток 27 упирается в золот нике 20. Привод готов к работе при большой нагрузке двигателя. Этот момент соответствует повороту кулачка на угол и холостому ходу диафрагмы 31, примерно равному В| + Bj (для сл чая равных диаметров диафрагмы). Со противление движению диафрагмы 31 на участке холостого хода равно сумме усилий пружин 35 и 28 минус усилие; пружины 34. В конце холостого ходё1 пружина 28 отключается, так как што 27 соприкасается с золотником 20. Работа при большойнагрузке двиг теля . Рабочий ход золотника 20 вправо, необходимый для увеличения выходного цавления от до {,- макс, очень мал и лежит в пределах десятых долей миллиметра. Соответственно рабочие перемещения диафрат-мы 31 и 26 после того, как шток 27 вошел в контакт с золотником 20, равны рабочему ходу последнего. Вследствие этого при повороте кулачка 6 на угол, больший j-. бурт 33 ограничителя 32 отходит от опорн 30 вправо и перемецение стакана :13 вызывает сжатие основной пружины ;29. Выходное давление регулятора задается только пружиной 29. При возрастании ее деформации увеличивается усилие на диафрагме31 и, соответственно, на диафрагме 26 и штоке 27.Золотник 20 смещается вправо,и выходное давление в полостях В и Б возрастает до величины, уравновешивающей усилие пружины 29. Максимально возможный рабочий ход диафрагмы 31 на этом режиме равен свободному ходу В кольца 46 относительно штока 39 клапана 16. Деформация пружины 29 возрастает, пока кулачок не повернется на угол 3i + За (фиг. 2) и выходное давление не достигнет величины Рл, макс . Участок 38 профиля кулачка выполнен по радиусу Ко, с центром Off совпадающим с осью поворота (фиг, 4). Поэтому далее деформация пружины 29 не возрастает, а давление останется постоянным и равным макс до окончания поворота кулачка на максимальный угол j-, + f отпускании педали 11 детали привода золотник перемещается в обратном порядке, и выходное давление падает до величины , задаваемой вспомогательной пружиной 28, а привод сообщается с резервуаром чевез клапан 16. Зависимость изменения давления от поворота кулачка может изменяться путем соответствующего профилирования участка 37. Для зависимости, близкой к линейной (фиг. 3), участок 37 может быть очерчен окружностью радиусом Rg с центром Og (фиг. 4). Примеры других зависимостей даны на фиг.З пунктиром. Работа при утечках жидкости из привода. Небольшая утечка жидкости в случае недостаточной герметичности соединений привода компенсируется ее поступлением из резервуара 17 через открытый клапан 16, Поскольку он открыт на стоянке, холостом ходу и при малой нагрузке, автоматическая подпитка привода обеспечивается даже в движении вследствие частых отпусканий педали 11. йормальная работа привода возможна без устранения неисправностидо полного расходования жидкости из резервуара 17, Работа при повреждении привода. В случае вытекания жидкости из привода и резервуара 17 вследствие их повреждения, пружины 35 и 28 перемещают диафрагмы 31 и 26 до упора крышки камер 5 и 4 отключат привод. Однако пружина 28 обеспечивает рабо ту регулятора на режигле минимальног выходного Дсшления PJMHH . Работа при медленных изменениях температуры жидкости в приводе. Минеральные масла, обычно применяемые в трансмиссиях в качестве рабочей жидкости, имеют высокий коэффициент объемного температурного рас ширения oi. , приблизительно равный 0,0008 1/град. Следовательно, изменение температуры рабочей жидкости на 100 С вызьшает изменение ее объема на 8%. Это изменение объема вызывает самопроизвольное перемещение диафрагмы 26 на вел-ичину, его компен сирующую, т.е. снижает точность работы силового регулятора. Колебания температуры могут быть вызваны атмосферными условиями и вли нием соседних с приводом агрегатов транспортного средства. Первые из низ связаны с изменение климатических зон эксплуатации, времени года и суток, погодных условий Эти колебания, следовательно, являют ся медленными. Они компенсируются в приводе за счет того, что при нагревании жидкости ее излишек через компенсационный клапан 16 вытесняется в резервуар 17 на участке холостого хода диафрагмы 31, а при охлаждении недостающее количество жидкости само теком поступает через клапан 16 из резервуара 17 во время работы на холостом ходу, малой нагрузке или на стоянке. Однако за счет воздействия соседних агрегатов (например, вследствие повышения температуры в моторном отсеке при работе двигателя), температура жидкости может быстро изменяться на режимах, когда компенсационный клапан закрыт. Работа при быстрых изменениях тем пературы жидкости в приводе. При таких колебаниях компенсация изменения объема жидкости и требуема точность работы регулятора обеспечиваются определенным соотношением его основных размеров (см. фиг. 5) . Если диапазон быстрых колебаний температу ры t равен At, то изменение ЛУ объе ма V жидкости в приводе составляет ду V-ot-.At ria режиме большой нагрузки, когда компенсационный клапан 16 закрыт, эт изменение объема вызывает перемещен ясесткого центра диафрагмы 31 (диафра му 21 исполнительной камеры, взаимо|рействующую с золотником, можно считать неподвижной ввиду малого рабоче го хода последнего). Если эффективна пло1цадь диафрагмы 31 прием: ой камерн 5 равна S, то ее перемещенi- e будет: аи -,: -VioC.-ut f - макс 6 5 Поскольку перемещениеД1(,,,|,определяет температурную погрешность привода, его величина известка из общих требований к точности регулятора. Например, она может быть равна 5% ог максимального рабочего хода основной пружины 29, Для выполнения этого требования эффективная площадь диафраггушл 31 приемной камеры 5 должна выбираться на основании выражения (1): (2) При соблюдении этого условия практическое перемещение всегда меньше или :равно максимально допустимому. Объем жидкости V определяется диаметрами dn, du, dx приемной камеры, исполнительной камеры и трубопровода, а также их длинами hn, hu, 1, Поскольку для уменьшения температуркой погрешности объема жидкости должен быть как можно меньше, высота hn, hu камеры выполняются минимальными и величина V зависит в основном от размеров трубопровода, т.е. от дальности действия привода. Поэтому изменение площади S не оказывает сущеетвеннохо влияния на величину V. Преимущества предлагаемого регулятора по сравнению с известным заключаются в значительном повышении точности его работы при изменениях температуры окружающей среды, которые, в зависимости от географического района эксплуатации транспортного средства, могут достигать 100°С и более/ на крайнем Севере - до - БОс на юге - до +50°С). В известных регуляторах, гидроприводы которых не имеют устройств температурной компенсации, выходное давление самопроиззольно изменяется при колебаниях температуры вследствие изменения объема жидкости в приводе. Известные средства компенсации - дополнительные биметаллические мембранные,камеры- обеспечивают стабилизацию характеристик регулятора при медленных (например, сезонных) изменениях температуры, но бесполезны при неравномерном и быстром нагреве элементов гидропривода соседними с ним агрегатами транспортного средства - двигателем, теплообменникаиии, гидротрансформатором и т.д. Предлагаемый регулятор имеет полную автоматическую компенсацию температурных погрешнеегей при медленных изменениях темпеатуры за счет принудительного сообщения гидропривода с резервуаром рабочей жидкости на стоянке и режимах холостого хода. Компенсация быстрых изменений температуры обеспечена оп1ределенным соотношением между разкерами привода (в том числе протяженностью) и объемом: заключенной в нем жидкости, в результате чего температурный дрейф характеристик регулятора не превьлиает предварительно заданных пределов, При этом не имеет значения неравномерность нагрева раз личных участков.привода. Другим преимуществом предлагаемо™ го регулятора является повышение его надежности за счет автоматической пСщпитки привода как при неработающ м двигателе (на стоянках),так и в движении (на режимах холостого ход В: известных конструкциях даже неболь шая утечка лшдкости в неисправном приводе приводит к падению выходного давления регулятора. В предлагаемом устройстве небольшие утечки компенсируются поступлением жидкости в при вод из резервуара при открытии компе сационного клапана. Суммарная утечка при достаточном объеме резервуара или периодическом его пополнении может многократно пре вышать объем привода. Это позволяет некоторое время без ремонта продолжа эксплуатацию при неизменных характеристиках регулятора (и, следовательно, автоматической трансмиссии). Кроме того, по сравнению с извест ным, предлагаемое устройство облегчает техническое обслуживание и повышает качество последнего: для замены рабочей жидкости в приводе и прследующей его прокачке не требуются специальные приспособления, так как жидкость в привод подается, непосредственно из резервуара. Формула изобретения Силовой регулятор с дистанционным npHBOAOiv; для автоматических трансмис сий транспортных средств, преимущес венно длиннобазных содержащий управ ляклций кулачок и исполнительный золотник , приемную и исполнительную Диафрагменные камеры, сообщенные ме ДУ собой и взаимодействующие соответ ственно с управляющим кулачком и ис полнительным золотником, основную и вспомогательную пружины,первая из которых установлена между управляющим кулачком и диафрагмой приемной камеры, а вторая - между исполнител рым золотником и диафрагмой исполни тельной камеры, и нажимной элемент осовной пружины, взаимодействующий с правляющим кулачком, отличаюийся тем, что, с целью повышения точности и надежности регулятора путем исключения влияния температуры и утечек на работу привода, он снабжен резервуаром и компенсационным клапаном, размещенным в приемной диафраг- манной камере и управляемым при помощи диафрагмы, при этом вход компенсационного клапана сообщен с резервуаром, а выход - с исполнительной камерой, причем нижняя точка резервуаров расположена выше верхней точки камер, а управляющий кулачок установлен с зазором относительно нажимного элемента основ юй пружины, а параметры привода находятся в следующем соотношении : о -- 0, Д и где S - эффективная площадь диафрагмы приемной камеры, мм ; V - внутренний объем привода (объем жидкости в приводе) мм лу максимально допустимое перемещение диафрагмы приемной камеры, вызываемое колебаниями температуры, мм, сЛ- - коэффициент объемного тем:;ературного расширения жидкости, 1/град; At - диапазон изменения температуры жидкости в приводе. . 2. Силовой регулятор по п.1, о т личающийся тем, что компенсационный клапан размещен в приемной камере соосно ее диафрагме.и выпол- . нен в виде нормально закрытого двухходового распределителя с корпусом и штоком, причем на последнем установлено с возможностью ограниченного осевого перемещения упорное кольцо, взаимодействющее с диафрагмой приемной камеры посредством пружины, при этом начальный у хасток профиля управлягацего кулачка выполнен со скосом. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент С№ 3885770, кл. 251/294, опублик, 1975. 2.Патент США 3203186, кл. 60-54,5, опублик. 1965. 3.Авторское свидетельство СССР № 515672, кл. В 60 К 20/04, 1973 (прототип),