ПРИВОДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМОБИЛЯ
AUTOMOTIVE DRIVE

Настоящее изобретение касается приводного устройства для автомобиля согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
В публикации DE4110161A1 из этой отрасли описан приводной блок автомобиля с двигателем, механической основной линией трансмиссии и гидравлической дополнительной линией трансмиссии. Двигатель представлен как двигатель внутреннего сгорания, который через главную механическую трансмиссию приводит в движение задние колеса автомобиля. Гидравлическая дополнительная линия трансмиссии содержит управляемый гидростатический насос и объемный гидродвигатель, которые соединены гидравлическим контуром. Насос через передачу постоянно соединен с дополнительным отъемом мощности двигателя. Насос выполнен как регулируемый наклоннодисковый насос. В сравнении с описанным задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить эффективное и удобное приводное устройство для автомобилей.
Согласно изобретению задачу решают посредством приводного устройства, обладающего признаками, описанными в пункте 1 формулы формулы изобретения.
Согласно изобретению между регулируемым гидростатическим насосом и дополнительным отъемом мощности размещено управляемое сцепление. Насос через сцепление соединен с дополнительным отбором мощности с возможностью приведения в движение, так что возможна передача мощности по дополнительной гидравлической линии трансмиссии к гидродвигателям, связанным с колесами автомобиля, не приводимыми в движение механической основной линией трансмиссии. Соединение между насосом и дополнительным отбором мощности с возможностью приведения в движение можно разделять сцеплением, так что насос не все время соединен с дополнительным отбором мощности с возможностью приведения в движение. Насос можно подключать и отключать с помощью сцепления и запускать только в случае потребности.
Если дополнительная линия трансмиссии отключена, то сцепление тоже открыто, и насос не приводится в движение, что экономит мощность и обеспечивает высокий коэффициент полезного действия приводного устройства.
В целесообразном усовершенствованном варианте осуществления приводного устройства сцепление выполнено как кулачковая муфта.
Кулачковая муфта создает кинематическую связь между дополнительным отбором мощности двигателя и насосом путем геометрического замыкания, так что на сцеплении не происходит дополнительная потеря мощности. Кулачковая муфта, в частности, недорога в производстве, а при техническом использовании прочна и слабо изнашивается.
В целесообразном усовершенствованном варианте осуществления приводного устройства сцепление выполнено как сцепная муфта с синхронизацией.
Сцепная муфта с синхронизацией создает кинематическую связь между дополнительным отбором мощности двигателя и насосом путем геометрического замыкания, так что на сцеплении не происходит дополнительная потеря мощности. Синхронизация облегчает соединение сцепления при подключении гидравлической дополнительной линии трансмиссии и повышает комфорт при движении автомобиля.
В зависимости от диапазона скоростей вращения двигателя и диапазона скоростей вращения насоса между дополнительным отбором мощности двигателя и насосом можно расположить передачу. Сцепную муфту с синхронизацией рекомендуется разместить на передаче, причем у передачи имеется промежуточное колесо, которое через сцепную муфту с синхронизацией можно привести в рабочую связь с валом.
В целесообразном усовершенствованном варианте осуществления приводного устройства насос выполнен как аксиально-поршневой насос.
Аксиально-поршневые машины доступны с любой мощностью, а потери мощности на них невелики, так что гидравлическая дополнительная линия трансмиссии отличается высокой эффективностью.
В целесообразном усовершенствованном варианте осуществления приводного устройства в гидравлическом контуре имеется промывочный насос.
Промывочный насос можно приводить в действие, в частности, механическим способом, двигателем, при этом можно использовать также и промывочный насос с электроприводом. Промывочный насос подает в гидравлический контур рабочую жидкость из резервуара, причем в гидравлическом контуре возникает гидравлический объемный поток, проходящий, в частности, через регулируемый гидростатический насос. Упомянутый гидравлический объемный поток позволяет приводить регулируемый гидростатический насос во вращение при разъединенном сцеплении. Промывочный насос может быть, в частности, выполнен как пластинчатый насос с постоянной мощностью перекачивания.
В целесообразном усовершенствованном варианте осуществления приводного устройства между дополнительным отбором мощности двигателя и насосом располагается торсионный демпфер (гаситель крутильных колебаний). Торсионный демпфер гасит вращательные колебания двигателя, которые через дополнительный отбор мощности передаются насосу, и таким образом способствует повышению срока службы и эксплуатационной прочности дополнительного отбора мощности.
При реализации способа эксплуатации описанного выше приводного устройства автомобиля для замыкания сцепления между дополнительным отбором мощности двигателя и насосом при разомкнутом сцеплении подающий элемент создает гидравлический объемный поток. Подающий элемент располагается в гидравлическом контуре и подает указанный гидравлический объемный поток в гидравлический контур так, что объемный поток проходит через насос. При разомкнутом сцеплении насос не связан с дополнительным отбором мощности с возможностью приведения в движении, так что объемный поток приводит насос во вращение таким образом, что разность скоростей вращения (дифференциальная скорость) сцепления уменьшается.
При замыкании сцепления дифференциальная скорость вращения на сцеплении уменьшается, пока при закрытом сцеплении проскальзывание не прекращается полностью, и элементы сцепления (муфты) движутся с одинаковой скоростью. Поскольку при разомкнутом сцеплении отбор мощности двигателя вращается со скоростью двигателя, а насос в основном находится в покое и не вращается вовсе, для замыкания сцепления необходимо придать насосу и соответствующему входному валу ускорение. Процесс ускорения насоса поддерживается указанным гидравлическим объемным потоком подающего элемента, поскольку объемный поток проходит через насос и приводит насос в движение при открытом сцеплении. Объемный поток ускоряет вращение насоса таким образом, что дифференциальная скорость муфты сцепления снижается.
В целесообразном усовершенствованном варианте осуществления способа регулируемый гидростатический насос настраивают в зависимости от целевого значения скорости вращения дополнительного отбора мощности. Мощность насоса задают так, чтобы объемный поток вращал насос с той скоростью, которая уменьшает дифференциальную скорость вращения на сцеплении между дополнительным отбором мощности и насосом, причем дифференциальная скорость вращения зависит от скорости вращения дополнительного отбора мощности и от скорости вращения насоса. В частности, настройка насоса зависит также от объемного потока, проходящего через насос. Настраивать насос можно, в частности, посредством управления или регулировки.
В целесообразном усовершенствованном варианте осуществления способа указанный гидравлический объемный поток по меньшей мере частично создается промывочным насосом. Промывочный насос подключен к гидравлическому контуру таким образом, что создаваемый им объемный поток проходит через насос. Следовательно, промывочный насос отчасти берет на себя роль подающего элемента в гидравлическом контуре.
В целесообразном усовершенствованном варианте осуществления способа указанный гидравлический объемный поток по меньшей мере частично создается гидродвигателем вращающегося колеса. Гидродвигатель колеса преобразует гидравлический объемный поток во вращательное движение, но и вращательное движение в гидравлический объемный поток. Таким образом, вращающееся колесо с гидродвигателем также представляет собой подающий элемент в гидравлическом контуре. Вращающееся колесо едущего автомобиля может посредством гидродвигателя создавать гидравлический объемный поток, протекающий по гидравлическому контуру. Объемный поток, протекающий через насос, по меньшей мере частично создается гидродвигателем. Объемный поток, создаваемый гидродвигателем, может быть усилен объемным потоком, создаваемым промывочным насосом. В частности, промывочный насос формирует только часть объемного потока и поэтому может быть невелик, что позволяет сэкономить массу и энергию. Если объемный поток от гидродвигателей достаточен для ускорения вращения насоса, то промывочный насос не должен вырабатывать мощность перекачивания, что позволяет сэкономить энергию и повышает эффективность приводного устройства.
Прочие варианты осуществления изобретения явствуют из описания и чертежей. Примеры исполнения изобретения представлены на чертежах в упрощенном виде, а более подробно пояснены в нижеследующем описании.
Более подробное пояснение изобретения дано на основании нижеследующих примеров исполнения. При этом на чертежах представлены:
фиг.1 - схематическое изображение автомобиля с двигателем, механической основной линией трансмиссии и гидравлической дополнительной линией трансмиссии,
фиг.2 - схематическое изображение гидростатического насоса, размещенного на дополнительном отборе мощности двигателя.
На фигуре 1 приведено схематическое изображение приводного устройства автомобиля с двигателем 1, механической основной линией трансмиссии 2 и гидравлической дополнительной линией трансмиссии 3.
Механическая основная линия трансмиссии 2 передает часть усилия привода двигателя через основной приводной вал 5а, блок передач 4 и приводной вал 5b на блок задней оси 6 автомобиля. В частности, механическая основная линия привода 2 передает в основном усилие привода при нормальном движении по дороге и соответствует известным автомобильным техническим решениям. Гидравлическая дополнительная линия трансмиссии 3 оснащена гидравлическим контуром 11 с регулируемым гидростатическим насосом 7 и гидродвигателями 9, 10 - по одному на каждое из передних колес автомобиля, не приводимых в движение механической основной линией трансмиссии. Насос 7 подключен к дополнительному отводу мощности 8 двигателя 1. Дополнительный отбор мощности 8 соединен в двигателе 1 с основным приводным валом 5а и вращается с пропорциональной скоростью. Между насосом 7 и дополнительным отбором мощности 8 располагается сцепление 17. Сцепление 17 позволяет разобщать насос 7 и дополнительный отбор мощности 8.
Насос 7 представлен, в частности, в виде аксиально-поршневой машины, у которой посредством угла качания насоса 7 можно задавать мощность и направление подачи. При выключенной дополнительной гидравлической линии привода 3 насос 7 не передает мощность на гидродвигатели 9, 10. Посредством размыкания (открывания) сцепления 17 насос 7 отделяют от дополнительного отбора мощности 8, и потеря мощности на насосе 7 отсутствует, хотя дополнительный отбор мощности 8 продолжает непрерывно вращаться.
На фигуре 2 приведено схематическое изображение гидростатического насоса 7, размещенного на дополнительном отборе мощности 8 двигателя 1.
Между насосом 7 и дополнительным отбором мощности 8 размещается передача 14, у которой имеется свободно вращающееся колесо 16 на дополнительном отборе мощности 8 и жестко закрепленное колесо 15 на входном валу насоса 13. Свободно вращающееся колесо 16 можно жестко (без возможности поворота) соединять через сцепление 17 с дополнительным отбором мощности, причем сцепление 17 выполнено как кулачковая муфта сцепления со свободно вращающимся колесом и имеет жестко закрепленное колесо 19 на дополнительном отборе мощности 8 и скользящую муфту 20. При замкнутом сцеплении 17 скользящая муфта 20 соединяет свободно вращающееся колесо 16 с жестко закрепленным колесом 19 с геометрическим замыканием.
Между дополнительным отбором мощности 8 и насосом 7 располагается торсионный демпфер (гаситель крутильных колебаний) 18. Гаситель крутильных колебаний 18 выполнен как элемент входного вала насоса 13. Насос 7 соединен с гидравлическим контуром 11, имеющим промывочный насос 12. Промывочный насос 12 подает рабочую жидкость из гидравлического резервуара через клапан 22 в гидравлический контур 11. Клапан 22 выполнен как переключающий клапан с обратным клапаном, так что при эксплуатации насоса 7 промывочный насос 12 не подвергается воздействию высокого давления из гидравлического контура 11 на стороне высокого давления насоса 7, а по-прежнему может подавать рабочую жидкость в гидравлический контур 11 на сторону низкого давления насоса 7. Клапан 22 имеет соединение с гидравлическим контуром 11 на стороне низкого давления насоса 7 и соединение с гидравлическим контуром 11 на стороне высокого давления насоса 7, причем рабочую жидкость подают через клапан 22 только по соединению с гидравлическим контуром 11 на стороне низкого давления насоса 7, и клапан 22 запирает соединение с гидравлическим контуром 11 на стороне высокого давления насоса 7. Промывочный насос 12 также служит для гидравлического контура насосом подачи для компенсации утечек и других утрат рабочей жидкости. Через управляемый клапан 21, выполненный как переключающий клапан, гидравлический контур 11 соединен с гидравлическим резервуаром, причем в зависимости от положения клапана 21 соединение с гидравлическим резервуаром открыто или закрыто. Клапан 21 имеет соединение с гидравлическим контуром 11 на стороне низкого давления насоса 7 и соединение с гидравлическим контуром 11 на стороне высокого давления насоса 7, причем в зависимости от положения переключения клапан 21 открывает только одно соединение и закрывает другое, либо же запирает оба соединения. При открытой муфте сцепления 17 можно по положению переключения клапана 22 и клапана 21 задать направление протекания объемного потока, созданного промывочным насосом 12, через насос 7. Объемный поток проходит из гидравлического резервуара через промывочный насос 12, клапан 22, через насос 7 и через клапан 21 снова в гидравлический резервуар. Положение переключения клапанов 22, 21 определяет направление протекания объемного потока через насос 7. На изображении не представлены другие стандартные технические элементы гидравлического контура, как, в частности, предохранительные клапаны (избыточного давления), запорные клапаны, фильтры и холодильники рабочей жидкости, а также точное их соединение с гидравлическим контуром 11.
Управляющий блок 25 управляет положением клапанов 21, 22, других непредставленных клапанов и гидравлических элементов. Управляющий блок 25 регулирует также настройку насоса 7 и положение скользящей муфты 20 в сцеплении 17. Для этого управляющий блок 25 обрабатывает сигналы датчиков, как то: датчика скорости вращения 23 на дополнительном отборе мощности 8, датчика скорости вращения 24 на входном валу насоса 13 и других датчиков, не представленных на чертеже. В качестве замены сигнала от датчика скорости вращения 23 на дополнительном отборе мощности 8 можно использовать также сигнал о скорости вращения двигателя 1, поскольку скорость вращения дополнительного отбора мощности 8 пропорциональна скорости вращения двигателя 1.
При нормальной эксплуатации на дорогах мощность привода передает механическая основная линия трансмиссии 2. Гидравлическая дополнительная линия трансмиссии 3 отключена, а сцепление 17 открыто, так что насос 7 отделен от дополнительного отбора мощности 8. Дополнительный отбор мощности 8 (вал) постоянно вращается со скоростью, соответствующей таковой двигателя, а насос 7 в основном находится в покое. Клапан 21 открыт, так что рабочая жидкость течет из гидравлического контура 11 в гидравлический резервуар, а промывочный насос 12 подает рабочую жидкость из гидравлического резервуара в гидравлический контур 11.
Если же возникает необходимость подключить к механической главной линии трансмиссии 3 гидравлическую дополнительную линию трансмиссии 2 или тронуться с места только на дополнительной гидравлической линии трансмиссии, то муфту сцепления 17 необходимо закрыть. Поскольку дополнительный отбор мощности 8 вращается с определенной скоростью, а насос 7 в основном покоится, на сцеплении 17 имеется дифференциальная скорость вращения. Сцепление 17 выполнено как кулачковая муфта, и замыкание ее возможно только при очень низких дифференциальных скоростях вращения на сцеплении 17, так что для закрывания сцепления 17 дифференциальную скорость вращения необходимо уменьшить, для чего вращение насоса 7 ускоряют.
В целях замыкания сцепления 17 для ускорения вращательного движения насоса применяют следующий способ. При еще открытом сцеплении 17 клапан 21 открыт, а промывочный насос 12 подает рабочую жидкость из гидравлического резервуара в гидравлический контур 11. Клапаны 21, 22 переключены таким образом, чтобы объемный поток гидравлической жидкости, который создается промывочным насосом 12, протекал через клапан 22, насос 7 и через клапан 21 снова обратно в гидравлический резервуар. Управляющий блок 25 регулирует интенсивность перекачивания насоса 7 в зависимости от сигнала о скорости вращения на дополнительном отборе мощности и от сигнала о скорости вращения на входном валу насоса 13. Для замыкания сцепления 17 необходимо сближение двух скоростей вращения, так чтобы дифференциальная скорость вращения на сцеплении 17 сошла на нуль. Соответственно, управляющий блок 25 задает мощность перекачивания насосом 7 так, чтобы насос 7 получал ускорение от объемного потока промывочного насоса 12 до тех пор, пока дифференциальная скорость вращения на сцеплении 17 не станет достаточно мала, чтобы дать возможность сцеплению 17 закрыться без ухудшения комфорта или проявлений износа. В зависимости от дифференциальной скорости вращения на сцеплении 17 блок управления 25 дает команду на закрытие сцепления 17.
При закрытом сцеплении 17 закрывается также и клапан 21, чтобы мощность перекачивания насоса 7, которая теперь обусловлена двигателем 1, не переходила из гидравлического контура 11 в гидравлический резервуар. В другом месте управляющий блок 25 открывает не представленные на чертеже переключающие клапаны, которые проводят гидравлический контур 11 через гидродвигатели 9, 10 в колесах. Благодаря закрытому сцеплению 17 и переключению клапанов приводное усилие двигателя 1 передается через дополнительный отбор мощности 8, насос 7, гидравлический контур 11 к гидродвигателям 9, 10 в колесах. Теперь привод автомобиля осуществляется по меньшей мере частично через дополнительную гидравлическую линию трансмиссии.
Для размыкания сцепления управляющий блок 25 регулирует (изменяет) мощность перекачивания насоса 7 так, чтобы усилие с дополнительного отбора мощности 8 не передавалось на насос 7, и таким образом сцепление 17 можно легко разомкнуть.
На фигуре 3 представлено схематическое изображение гидростатического насоса 7, размещенного на дополнительном отборе мощности 8, по существу идентичное фигуре 2, за исключением исполнения сцепления 17.
Все введенные и описанные элементы и условные обозначения для фигуры 3 взяты из фигуры 2, и повторное пояснение не приводится. Одинаковые элементы играют также одинаковую роль.
В представленном варианте осуществления изобретения сцепление 17 выполнено как сцепная муфта 26 с синхронизацией. Сцепная муфта 26 соединяет дополнительный отбор мощности 8 (геометрическим замыканием) со свободно вращающимся колесом 16, которое размещено на дополнительном отборе мощности 8 и представляет собой часть передачи 14 от дополнительного отбора мощности 8 к входному валу насоса 13. Сцепная муфта 26 оснащена синхронизацией, которая способствует замыканию сцепления 17, причем синхронизация посредством потерь на трение дополнительно снижает дифференциальную скорость вращения на сцеплении 17 во время замыкания. Известный из фигуры 2 способ закрытия сцепления 17 применяют также в схеме, изображенной на фигуре 3, причем синхронизация сцепной муфты 26 поддерживает закрытие сцепления 17. Управляющий блок 25 дает команду на сдвиг сцепной муфты 26 для закрытия сцепления 17 уже при несколько более высокой дифференциальной скорости вращения на сцеплении 17, чем это делает управляющий блок 25 с фигуры 2 в отношении скользящей втулки 20 кулачковой муфты.