СИСТЕМА СЦЕПЛЕНИЯ
CLUTCH SYSTEM

Данное изобретение касается срабатывающей от разницы в момента в трансмиссии автомобиля.
Система сцепления такого рода может, например, служить в полноприводном автомобиле для того, чтобы в зависимости от разницы в частотах вращения постоянно приводимого в движение первичного моста и выполненного с возможностью включения приводного вторичного моста передавать приводной момент приводного узла к вторичному мосту. В других случаях система сцепления такого рода может служить заменой осевого дифференциала для передачи приводного момента на полуось моста, для блокировки продольного дифференциала полноприводного автомобиля или же для блокировки осевого дифференциала.
Система сцепления имеет входной элемент и выходной элемент, которые могут вращаться относительно друг друга, например входной вал и выходной вал. Далее, система сцепления имеет фрикционную муфту, с помощью которой могут сцепляться друг с другом входной элемент и выходной элемент, обеспечивая эксплуатационный эффект, например, для того, чтобы привести во вращательное движение или затормозить выходной элемент посредством входного элемента. Фрикционная муфта действует в зависимости от гидравлического давления, создаваемого в камере нагнетания системы сцепления. Кроме того, система сцепления имеет гидравлический насос, состоящий из двух частей, первая из которых соединена без возможности вращения с вышеназванным входным элементом, а вторая соединена без возможности вращения с вышеназванным выходным элементом. Насос приводится в движение вращательным движением входного элемента и выходного элемента относительно друг друга. Сторона всасывания насоса соединена с камерой пониженного давления, то есть с камерой, в которой создается более низкое давление, чем в вышеназванной камере нагнетания системы сцепления. Напорная сторона насоса соединена с вышеназванной камерой нагнетания.
При наличии разницы между частотой вращения входного элемента и выходного элемента системы сцепления насос приводится в действие так, что гидравлическая текучая среда подается в камеру нагнетания системы сцепления, чтобы привести в действие фрикционную муфту. Благодаря этому создается фрикционная связь между входным элементом и выходным элементом, что, в свою очередь, ведет к уменьшению разницы в частотах вращения входного элемента и выходного элемента и, таким образом, к уменьшению производительности насоса.
В зависимости от особенностей исполнения, насос может иметь внутренние утечки, т.е. гидравлическая текучая среда может попадать из камеры нагнетания через насос в камеру пониженного давления. Таким образом, производительность насоса уменьшается в соответствии с интенсивностью утечек. Так как вязкость гидравлической текучей среды, как правило, зависит от температуры, то интенсивность утечек, а вместе с ней и производительность насоса зависят от температуры гидравлической текучей среды. Этот эффект приводит к нежелательно высокой зависимости от температуры характеристики сцепления, которая характеризует зависимость передаваемого системой сцепления крутящего момента от разницы в частотах вращения входного элемента и выходного элемента.
Из US 5310388 известна система сцепления описанного рода, у которой на выпускном отверстии насоса расположен клапан управления, имеющий биметаллическую полосу, которая, в зависимости от температуры гидравлической текучей среды, открывает или закрывает выпускное отверстие насоса. Благодаря этому компенсируется зависимость вязкости гидравлической текучей среды от температуры. Однако такой способ компенсации температуры является излишне затратным.
Задачей данного изобретения является создание системы сцепления для передачи крутящего момента в автомобиле, которая при невысоких конструктивных затратах обладала бы уменьшенной зависимостью характеристики сцепления от температуры.
Эта задача решается благодаря системе сцепления с признаками, изложенными в п.1, и, в частности, благодаря тому, что у трубопровода утечек, ведущего от камеры нагнетания системы сцепления к камере пониженного давления и при этом проходящего параллельно насосу, располагается диафрагма с характеристикой утечек, по существу не зависящей от температуры.
Итак, параллельно насосу, который подает гидравлическую текучую среду из камеры пониженного давления в камеру нагнетания, располагается трубоповод утечек, который намеренно позволяет происходить постоянным утечкам гидравлической текучей среды из камеры нагнетания в камеру пониженного давления. Правда, эти утечки обычно зависят от давления. Однако важно то, что интенсивность (скорость) утечек (объем утечек/время) в трубопроводе утечек по существу не зависит от температуры гидравлической текучей среды. Благодаря этому температурная зависимость интенсивности утечек насоса ограничивается так, что зависимость характеристики сцепления от температуры значительно уменьшается.
Достаточная независимость интенсивности утечек от температуры достигается тем, что в трубопроводе утечек располагается диафрагма (orifice). Диафрагма позволяет, в отличие, например, от дроссельного клапана (throttle), получать исключительно турбулентный поток проходящей через нее гидравлической текучей среды, так что сопротивление этого потока практически не зависит от температуры.
Таким образом, пропускная способность Q (= объем на единицу времени, ΔV/Δt) турбулентного потока через диафрагму рассчитывается так:
2
где α - показатель сопротивления, А - площадь поперечного сечения отверстия, ρ - плотность текучей среды и Δp - разница давлений. Коэффициент α сопротивления является безразмерной константой, зависящей только от геометрии диафрагмы. Он составляет для острой диафрагмы приблизительно 0,6. Это соответствует коэффициенту сопротивления (resistance coefficient) ζ=1/α приблизительно от 2,7 до 2,8.
В противоположность этому, пропускная способность Q дросселя в модели ламинарного потока через трубу согласно закону Хагеля-Пуазейля составляет:
где r - радиус поперечного сечения отверстия, η - динамическая вязкость текучей среды, l - длина трубы или дросселя, а Δp - разница давлений. Так как динамическая вязкость η используемых обычно гидравлических текучих сред зависит от температуры, то пропускная способность потока Q дросселя также зависит от температуры.
Используемый в системе сцепления насос может быть намеренно выбран с избыточными параметрами для того, чтобы скомпенсировать утечки гидравлической текучей среды через вышеназванный трубопровод утечек.
Особое преимущество системы сцепления заключается в том, что с низкими конструктивными затратами значительно снижается температурная зависимость характеристики сцепления. Вышеназванная диафрагма представляет собой простую недорогую деталь с низкой подверженностью отказам. Кроме того, диафрагма вызывает благоприятное демпфирование при переходе между различными характеристиками сцепления, в частности, при переходе от крутой характеристики (при закрытом трубопроводе утечек) к средней характеристике (при открытом трубопроводе утечек) так, что обеспечивается достаточно плавное переключение между этими характеристиками сцепления. Далее, диафрагма, включенная параллельно насосу, способствует заданному вытеканию гидравлической текучей среды из камеры нагнетания, так что для переключения между различными характеристиками могут быть использованы простые модели давления.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, трубопровод утечек с расположенной в нем диафрагмой имеет интенсивность утечек, примерно соответствующую интенсивности утечек насоса при рабочей температуре гидравлической текучей среды, то есть когда внутренние утечки насоса сравнительно высоки. Благодаря этому температурная зависимость утечек насоса и таким образом температурная зависимость характеристики сцепления уже значительно снижаются. Пригодная интенсивность утечек вышеназванного трубопровода утечек с диафрагмой находится, например, в пределах приблизительно от 0,4 до 0,9 л/мин (литров в минуту) при разнице давлений приблизительно в 10 бар.
Кроме того, предпочтительным является, если расположенная в трубопроводе утечек диафрагма имеет канальное отверстие с внутренним диаметром в пределах приблизительно от 0,4 мм до 0,8 мм и длину в пределах приблизительно от 0,2 мм до 0,5 мм. Благодаря этому, в зависимости от давления гидравлической текучей среды, получается подходящая интенсивность утечек, которая по существу не зависит от температуры гидравлической текучей среды.
Особенно простое и экономичное исполнение диафрагмы получается, если она образована отверстием в тонком диске, вставленном в вышеназванный трубопровод утечек и располагающемся там перпендикулярно направлению потока гидравлической текучей среды. Диск изготавливается чаще всего из металла, так как благодаря этому можно получить особенно острые переходы или кромки по периметру границы отверстия, чтобы получить желаемый турбулентный поток.
Альтернативно этому диафрагма может быть образована отверстием в участке днища по существу чашеобразной вставки, помещенной в трубопровод утечек. Наиболее простым и экономичным способом такую вставку можно изготовить путем глубокой вытяжки из металла, и она легко закрепляется внутри трубопровода утечек. Вышеназванный участок днища располагается практически перпендикулярно направлению потока гидравлической текучей среды.
Вышеназванный диск или участок днища вышеназванной чашеобразной вставки может иметь толщину приблизительно от 0,2 мм до 0,5 мм.
В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления системы сцепления, для гидравлической текучей среды предусмотрен сливной трубопровод, ведущий от камеры нагнетания системы сцепления к камере пониженного давления и при этом проходящий параллельно трубопроводу утечек, причем в сливном трубопроводе располагается управляемый сливной клапан для того, чтобы иметь возможность по выбору открывать или закрывать сливной трубопровод. Путем открытия сливного клапана возможно быстрое открытие фрикционной муфты и, таким образом, быстрое расцепление выходного элемента и входного элемента системы сцепления. Вышеназванный сливной клапан чаще всего выполняется в виде простого седельного клапана, причем он, в частности, может быть выполнен как магнитный клапан с электрическим управлением.
Альтернативно или дополнительно к вышеназванному сливному клапану, система сцепления может иметь предохранительный клапан или по другом клапан ограничения давления, расположенный на предохранительном трубопроводе, ведущем от камеры нагнетания системы сцепления к камере пониженного давления. Предохранительный клапан располагается, таким образом, параллельно диафрагме трубопровода утечек, а также параллельно вышеназванному сливному клапану, если таковой имеется. В отличие от активного управления вышеназванным сливным клапаном, предохранительный клапан служит для пассивной защиты системы сцепления от избыточного гидравлического давления в камере нагнетания насоса или фрикционной муфты.
В соответствии с одним другим предпочтительным вариантом осуществления, на трубопроводе утечек, а именно, последовательно с диафрагмой, располагается переключающий клапан, с помощью которого может по выбору открываться или закрываться трубопровод утечек. Таким образом, за счет закрытия трубопровода утечек с помощью этого переключающего клапана можно прерывать постоянный поток утечек в трубопроводе утечек, в итоге получая дополнительную, сравнительно крутую характеристику сцепления. В зависимости от измеренных параметров состояний движения (например, скорости автомобиля, разницы частот вращения колес) или с помощью приведения соответствующего переключателя, можно таким образом целенаправленно выбирать более крутую характеристику сцепления. Правда, характеристика сцепления, получающаяся при закрытии трубопровода утечек, больше не компенсирует влияние температуры, так как целенаправленно вызываемые утечки через диафрагму прерываются. Однако путем закрытия трубопровода утечек можно получить экстремально крутую характеристику сцепления, которая означает максимальную тягу и напряжение трансмиссии, вследствие чего в температурной компенсации при этой характеристике может отпадать необходимость. Вышеназванный переключающий клапан также преимущественно выполняется в виде простого седельного клапана, например магнитного клапана с электрическим управлением.
С системой сцепления предпочтительно согласовано устройство управления, которое либо является частью системы сцепления, либо выполнено отдельно от нее.
При наличии описанного переключающего клапана в трубопроводе утечек устройство управления может быть выполнено для того, чтобы открывать переключающий клапан для установки средней характеристики сцепления, при которой при данной разнице в частотах вращения входного элемента и выходного элемента системы сцепления будет передаваться средний крутящий момент и которая будет иметь дросселируемый спад давления при нулевой разнице в частотах вращения, или же закрывать переключающий клапан, чтобы установить характеристику системы сцепления, более крутую, чем вышеназванная характеристика, так, чтобы при той же самой разнице в частотах вращения входного элемента и выходного элемента системой сцепления мог передаваться более высокий крутящий момент.
Ниже изобретение лишь примерно поясняется со ссылкой на чертежи.
Фиг.1 показывает трансмиссию автомобиля с системой сцепления.
Фиг.2 показывает первый вариант осуществления системы сцепления.
Фиг.3 показывает поперечное сечение героторного насоса.
Фиг.4 показывает характеристики, устанавливаемые в варианте осуществления, показанном на фиг.2.
Фиг.5 показывает второй вариант осуществления системы сцепления.
Фиг.6 показывает характеристики, устанавливаемые в варианте осуществления, показанном на фиг.5.
Фиг.1 показывает в схематичном представлении трансмиссию автомобиля. Двигатель 11 через передачу 13 и дифференциальную передачу переднего моста (не показана) приводит в движение два колеса 15 переднего моста 17. Передний мост 17 образует таким образом первичный мост. Кроме того, двигатель 11 через передачу 13, карданный вал 19, систему 21 сцепления и дифференциальную передачу 23 заднего моста приводит в движение два колеса 25 заднего моста 27. Задний мост 27 образует при этом вторичный мост автомобиля. Электронный блок 29 управления автомобиля со стороны входа соединен с четырьмя сенсорами 31 частоты вращения колес, которые согласованы с передними колесами 15 и задними колесами 25. Блок 29 управления может при необходимости (опционально) соединяться с другими сенсорами, например с сенсором угла поворота руля, сенсором частоты рыскания и прочее (не показаны). На выходной стороне блок 29 управления соединен с системой 21 сцепления. Система 21 сцепления служит для того, чтобы передавать часть приводного момента двигателя 11 на задний мост 27, а именно в зависимости от управляющих сигналов блока 29 управления. Если через систему 21 сцепления передается приводной момент на задний мост 27, то автомобиль является полноприводным. Система 21 сцепления может быть также предусмотрена в другом месте трансмиссии, например на передаче 13 или на дифференциальной передаче 23 заднего моста.
Фиг.2 показывает в схематичном представлении первый вариант осуществления системы 21 сцепления. Система 21 сцепления имеет входной вал 41, соединенный с вращающимся внутренним корпусом 43 системы 21 сцепления без возможности вращения, и выходной вал 45, который может вращаться относительно входного вала 41. Входной вал 41 и выходной вал 45 установлены с возможностью вращения (не показано) в стационарном наружном корпусе системы 21 сцепления. Система 21 сцепления имеет, кроме того, фрикционную муфту 47 с несколькими внутренними пластинами 49 и несколькими наружными пластинами 51 в чередующемся расположении. Внутренние пластины 49 могут аксиально смещаться вместе с выходным валом 45, однако соединены с ним без возможности вращения. Наружные пластины 51 могут акисально смещаться вместе с внутренним корпусом 43 (и тем самым также с входным валом 41), но соединены без возможности вращения. Фрикционная муфта 47 имеет, кроме того, кольцеобразный, аксиально смещаемый прижимной поршень 53, который своей передней стороной по выбору прижимает внутренние пластины 49 и наружные пластины 51 друг к другу, чтобы передавать крутящий момент от входного вала 41 к выходному валу 45. Задняя сторона прижимного поршня 53 обращена к гидравлической камере 55 нагнетания.
Система 21 сцепления имеет насос 57. Этот насос приводится в действие вращательным движением входного вала 41 и выходного вала 45 относительно друг друга и создает при этом в камере 55 нагнетания гидравлическое давление для того, чтобы перемещать прижимной поршень 53 в направлении включения фрикционной муфты 47. В случае насоса 57, в принципе, речь может идти о любом гидравлическом насосе, в частности об объемном циркуляционном насосе или об объемном поршневом насосе. Чаще всего в случае насоса 57 речь идет о героторном насосе, конструкция которого поясняется ниже на фиг.3.
Фиг.3 показывает поперечное сечение героторного насоса 57, изображенного на фиг.2. Насос 57 имеет внутренний ротор 59, соединенный с выходным валом 45, показанным на фиг.2, без возможности вращения и вращающимся вокруг оси А1. Кроме того, насос 57 имеет кольцевой участок 61, соединенный без возможности вращения с корпусом насоса (не показан), а также с внутренним корпусом 43 системы 21 сцепления, показанным на фиг.2, и соответственно также с входным валом 41. При этом кольцевой участок 61 также вращается вокруг оси А1. Кольцевой участок 61 имеет округлое углубление 63, центр которой смещен относительно оси А1 вращения. Кроме того, насос 57 имеет внешний ротор 65, который установлен с возможностью вращения в углублении 63 кольцевого участка 61 вокруг оси А2 и охватывает внутренний ротор, соприкасаясь с ним. Внутренний ротор 59 имеет наружный зубчатый венец, а внешний ротор 65 имеет внутренний зубчатый венец, причем количество зубьев внешнего ротора на один зуб превышает количество зубьев внутреннего ротора 59.
Кроме того, на фиг.3 показаны первое соединительное отверстие 67 и второе соединительное отверстие 69, выполненные на участке корпуса насоса, аксиально смещенном относительно плоскости поперечного сечения, показанного на фиг.3. В зависимости от направления вращения внутреннего ротора 59 относительно кольцевого участка 61 первое соединительное отверстие 67 служит в качестве впускного отверстия насоса, а второе соединительное отверстие 69 в качестве выпускного отверстия насоса, или же наоборот.
Когда внутренний ротор 59 вращается относительно кольцевого участка 61 и соединительных отверстий 67 и 69, внутренний ротор 59 нагнетает гидравлическую текучую среду, которая подается к одному из соединительных отверстий 67 и 69, в окружном направлении к другому соединительному отверстию 69 или 67. Это происходит благодаря тому, что гидравлическая текучая среда заключается в зазор, образуемый между внутренним ротором 59 и внешним ротором 65. Так как во время вращения внутреннего ротора 59 объем этого зазора изменяется, гидравлическая текучая среда всасывается из одного соединительного отверстия 67, 69 и выталкивается в другое соединительное отверстие 69 или 67. Изменение объема соответствующего зазора во время вращения внутреннего ротора 59, в свою очередь, происходит благодаря тому, что внутренний ротор 59 приводит во вращательное движение внешний ротор 65, причем вследствие разницы в количествах зубьев устанавливаются разные скорости вращения, т.е. внешний ротор 65, вращающийся вокруг оси А2, вращается медленнее, чем внутренний ротор 59.
Снова ссылаясь на фиг.2, поясняются также показанные на фиг.3 соединительные отверстия 67, 69 насоса. Насос 57 согласован с всасывающим трубопроводом 71. Этот трубопровод соединен с обоими соединительными отверстиями 67, 69 насоса 5 с помощью соответствующего расположенного на стороне всасывания обратного клапана 73. В направлении, противоположном направлению потока гидравлической текучей среды, всасывающий трубопровод 71 через вращающийся коллектор 75 и масляный фильтр 77 соединен с приямком 79 насоса. Масляный фильтр 77 и приямок 79 насоса расположены в уже упомянутом стационарном внешнем корпусе системы 21 сцепления. С напорной стороны насос 57 соединен двумя обратными клапанами 81 с напорным трубопроводом 83, ведущим к камере 55 нагнетания системы 21 сцепления. От камеры 55 нагнетания гидравлическая текучая среда может перетекать через сливной трубопровод 85 и другой вращающийся коллектор 87 в приямок 79, как будет показано далее.
Насос 57 приводится в действие, как уже разъяснялось, вращательным движением внутреннего ротора 59 относительно корпуса насоса с кольцевым участком 61 (фиг.3), соответственно вращению входного вала 41 относительно выходного вала 45 (фиг.2). В соответствии с фиг.1 это означает, что насос 57 нагнетает гидравлическую текучую среду тогда, когда имеется разница в частотах вращения колес 15 переднего моста 17, с одной стороны, и колес 25 заднего моста 27, с другой стороны. В зависимости от того, быстрее или медленнее выходного вала 45 вращается входной вал 41, гидравлическая текучая среда всасывается через один из обратных клапанов 73 и подается в камеру 55 нагнетания через один из обратных клапанов 81 (фиг.2). Благодаря гидравлическому давлению, создающемуся в результате этого в камере 55 нагнетания, прижимной поршень 53 перемещается в направлении пластин 49, 51 фрикционной муфты 47, приводя пластины 49, 51 в увеличивающееся фрикционное замыкание. Благодаря этому происходит усиливающееся сцепление вращающихся входного вала 41 и выходного вала 45, так что приводной момент от входного вала 41 через систему 21 сцепления передается на выходной вал 45. Так как более сильное сцепление выходного вала 45 с входным валом 41 способствует уменьшению разницы в частотах вращения, то система 21 сцепления является саморегулирующейся.
Впрочем, изложенное выше действие фрикционной муфты 47 при наличии разницы в частотах вращения входного вала 41 и выходного вала 45 имеет место только тогда, когда гидравлическая камера 55 нагнетания достаточно герметично закрыта. Для того, чтобы, наоборот, получить возможность по выбору деактивировать систему 21 сцепления, вдоль уже упомянутого сливного трубопровода 85 располагают сливной клапан 89. Сливной клапан 89 предпочтительно выполняется в виде магнитного клапана, управление которым происходит через электрический управляющий кабель 91 от блока 29 управления. В случае, если сливной клапан 89 закрыт, система 21 сцепления может сцеплять описанным выше саморегулирующимся способом выходной вал 45 с входным валом 41. В случае, если, напротив, сливной клапан 89 открыт, то накачанная в камеру 55 нагнетания гидравлическая текучая среда может вытекать по сливному трубопроводу 85 в приямок 79, так что даже при наличии разницы в частотах вращения входного вала 41 и выходного вала 45 от входного вала 41 к выходному валу 45 будет передаваться только небольшой приводной момент.
Сливной клапан 89 расположен в стационарном внешнем корпусе системы 21 сцепления. Параллельно сливному клапану 89 располагается предохранительный клапан 93 в предохранительном трубопроводе 95. Благодаря этому ограничивается максимально возможное в камере 55 нагнетания гидравлическое давление, например, в случае выхода из строя сливного клапана 89.
Ниже на примере фиг.4 будет поясняться характеристика передачи момента системы 21 сцепления, показанной на фиг.2. На фиг.4 показан ход нескольких характеристик сцепления, то есть зависимость передаваемого крутящего момента М от разницы Δn в частотах вращения входного вала 41 и выходного вала 45 системы 21 сцепления.
Прежде всего на фиг.4 показана очень пологая характеристика К1 сцепления. Она характеризует передачу момента при открытом сливном клапане 89. В этом случае даже при большой разнице Δn в частотах вращения фрикционная муфта 47 будет передавать только момент холостого хода, так как гидравлическая текучая среда, нагнетаемая насосом 57 в камеру 55 нагнетания, может вытекать по сливному трубопроводу 85 в приямок 79 насоса. При этом какое-либо заметное гидравлическое давление в камере 55 нагнетания не может создаваться. Таким образом, приводной момент передается практически только на первичный вал автомобиля (режим 2WD). Эта характеристика К1 используется, например, для маневрирования автомобиля.
Далее, на фиг.4 показана другая характеристика К2 сцепления, являющаяся гораздо более крутой, чем характеристика К1, и имеющая прогрессивный ход. Характеристика К2 соответствует именно тому состоянию, в котором сливной клапан 89 закрыт, так что при наличии разницы в частотах вращения входного вала 41 и выходного вала 45 в камере 55 нагнетания может создаваться значительное давление для того, чтобы посредством прижимного поршня 53 привести в действие фрикционную муфту 47. Таким образом, с увеличением разницы Δn в частотах вращения крутящий момент М, передаваемый от входного вала 41 на выходной вал 45, возрастает (режим 4WD).
Однако на фиг.4 показан исключительно идеальный ход характеристики К2 сцепления. Фактически следует учитывать, что насос 57 имеет внутренние утечки. Из-за температурной зависимости вязкости гидравлической текучей среды интенсивность утечек насоса 57 также сильно зависит от температуры. Таким образом, с характеристикой К2 сцепления фактически согласовано поле характеристики, которое располагается от кривой К2LT′ (для низких температур при соответственно малой интенсивности утечек) до кривой К2HT′ (для высоких температур при соответственно большой интенсивности утечек). Итак, без соответствующих контрмер показанная характеристика К2 (при закрытом сливном клапане 89) может изменяться в диапазоне, находящемся между кривыми К2LT′ и К2HT′ и отмеченном на фиг.4 горизонтальной штриховкой.
Эта сильная температурная зависимость хода характеристики при активированной системе 21 сцепления является нежелательной, так как в зависимости от температуры гидравлической текучей среды в системе 21 сцепления возникает очень различающаяся характеристика передачи крутящего момента и тем самым ходовых качеств автомобиля.
Чтобы простым способом и с малыми затратами снизить эту температурную зависимость, с помощью диафрагмы, имеющей по существу не зависящую от температуры характеристику утечек, целенаправленно создается дополнительная утечка гидравлической текучей среды из камеры 55 нагнетания, чтобы тем самым скомпенсировать температурную зависимость интенсивности утечек насоса 57. С этой целью в трубопроводе 97 утечек, проходящем параллельно насосу 57 от камеры 55 нагнетания к приямку 79, располагается такого рода диафрагма 99 (фиг.2). Желаемая температурная независимость интенсивности утечек диафрагмы 99 обусловлена тем, что, в частности, в отличие от дросселя, отверстие диафрагмы создает турбулентный поток, так что объемный поток при имеющих здесь место диапазонах температур по существу зависит только от давления гидравлической текучей среды. Диафрагма 99 размещается при этом, например, в уже названном стационарном внешнем корпусе системы 21 сцепления.
Принцип действия диафрагмы 99 также показан на фиг.4. Характеристика К2 сцепления при закрытом сливном клапане 89 и открытом трубопроводе 97 утечек с диафрагмой 99 теперь изменяется только в диапазоне между кривой К2LT (для низких температур) и кривой K2HT (для высоких температур). Этот диапазон отмечен вертикальной штриховкой. Получающаяся при этом температурная зависимость характеристики К2 сцепления благодаря предусмотренной диафрагме 99 снижена до приемлемой величины.
Ниже на примере фиг.5 поясняется второй вариант осуществления системы 21 сцепления, показанный на фиг.1. На фиг.5 показано, в свою очередь, схематичное представление системы 21 сцепления, причем одинаковые или подобные элементы, показанные на фиг.2, обозначены теми же самыми обозначениями. В частности, в варианте осуществления, показанном на фиг.5, также предусмотрены входной вал 41, выходной вал 45 и насос 57, соединенный с входным валом 41 и выходным валом 45 и срабатывающий в зависимости от разницы в частотах вращения. Далее, предусмотрена фрикционная муфта 47, которая, в зависимости от создаваемого насосом 57 гидравлического давления, состыковывает выходной вал 45 с входным валом 41. Система 21 сцепления, показанная на фиг.5, имеет также гидравлическую камеру 55 нагнетания, соединенную сливным трубопроводом 85 с приямком 79 насоса.
В сливном трубопроводе 85 в варианте осуществления, показанном на фиг.5, также расположен сливной клапан 89, управление которым осуществляется блоком 29 управления, чтобы по выбору соединять камеру 55 нагнетания с приямком 79 насоса или же прерывать это соединение. Кроме того, параллельно сливному клапану 89, с одной стороны, и параллельно всасывающему трубопроводу 71, насосу 57 и напорному трубопроводу 83, с другой стороны, расположен трубопровод 97 утечек, соединяющий камеру 55 нагнетания через диафрагму 99 с приямком 79 насоса, причем диафрагма 99 имеет по существу независимую характеристику утечек.
В отличие от варианта осуществления, показанного на фиг.2, в вышеназванном трубопроводе 97 утечек, а именно, последовательно с диафрагмой 99, расположен переключающий клапан 101. Переключающий клапан 101 выполнен в виде магнитного клапана, управление которым осуществляется через электрический управляющий кабель 103 от блока 29 управления, и служит для того, чтобы по выбору закрывать или открывать трубопровод 97 утечек. При открытом переключающем клапане 101 диафрагма 99 вызывает температурную компенсацию интенсивности утечек насоса 57, как и при варианте осуществления, показанном на фиг.2. Путем закрытия переключающего клапана 101, напротив, можно по выбору получать дополнительную (третью) характеристику сцепления системы 21 сцепления. Это поясняется на фиг.6.
Фиг.6 показывает зависимость крутящего момента М, передаваемого системой 21 сцепления, показанной на фиг.5, от разницы Δn в частотах вращения входного вала 41 и выходного вала 45. Показаны пологая характеристика К1 при открытом сливном клапане 89 и характеристика К2 при закрытом сливном клапане 89, причем, однако, трубопровод утечек открыт, т.е. переключающий клапан 101 открыт. Ради большей наглядности на фиг.6 показан только идеальный ход характеристики К2, без кривых К2LT и K2HT.
Путем закрытия переключающего клапана 101 поток утечек по трубопроводу утечек прерывается, так что при наличии данной разницы в частотах вращения входного вала 41 и выходного вала 45 в камере 55 нагнетания может возникнуть еще более сильное гидравлическое давление. Благодаря этому получается еще более крутой ход соответствующей характеристики К3 сцепления относительно характеристики К2, т.е. при данной разнице Δn в частотах вращения входного вала 41 и выходного вала 45 передается более высокий крутящий момент. Правда, в принципе, характеристика К3 зависит от температуры гидравлической текучей среды (на фиг.6 не показано). Впрочем, характеристика К3 сцепления сравнительно крута (только ограничена внутренними утечками насоса), что и так уже соответствует максимальной тяге и напряжению трансмиссии, так что в температурной компенсации при характеристике К3 может отсутствовать необходимость. Тем не менее, благодаря диафрагме 99 переход от характеристики К3 к характеристике К2 осуществляется гармонично, причем для последующего перехода к характеристике К1 характеристика К2 является «промежуточной характеристикой». Характеристика К2 может, в свою очередь, быть рассчитана таким образом, что при разнице Δn=0 в частотах вращения гидравлическое давление в камере 55 нагнетания будет быстро падать, так что путем открытия сливного клапана 89 (переход к характеристике К1) можно быстро и без декомпрессионного удара переключиться на режим 2WD (высокий комфорт маневрирования).
Благодаря возможности, в системе 21 сцепления, срабатывающей от разницы в частотах вращения, дополнительно к пологой характеристике К1 устанавливать еще две различные крутые характеристики К2 и К3 сцепления, система 21 сцепления может таким образом обеспечивать лучшую тягу трансмиссии (крутая характеристика К3), в то время как одновременно, в отсутствие декомпрессионных ударов, повышается комфорт маневрирования (переход через мягкую характеристику К2 к характеристике К1). Благодаря предусмотренной дополнительной характеристике К3 характеристика К2, в отличие от варианта осуществления, показанного на фиг.2 и 4, может быть рассчитана сравнительно полого для того, чтобы позволить перейти без рыскания от характеристики К2 к характеристике К1. Преимуществом также является демпфирующее действие диафрагмы 99, так как при любых условиях езды можно переключаться от крутой характеристики К3 на пологую характеристику К2, не вызывая тем самым нежелательно сильной ударной нагрузки.
Ниже поясняются различные возможности управления сливным клапаном 89 и, при необходимости, переключающим клапаном 101, изображенными на фиг.2 и 5.
Здесь следует сначала отметить, что блок 29 управления в принципе может быть постоянной составной частью системы 21 сцепления. Однако блок 29 управления может быть также выполнен отдельно от системы 21 сцепления или являться частью уже имеющегося блока регулировки динамики движения автомобиля. Ниже рассматривается пример, в котором блок 29 управления выполнен отдельно от блока регулировки динамики движения, но все же соединен с ним. Кроме того, блок 29 управления соединен с сенсорами 31 частоты вращения колес (фиг.1), например, через шинную систему автомобиля или через вышеназванный блок регулировки динамики движения автомобиля.
При наличии сливного клапана 89 (фиг.2 и 5) блок 29 управления служит для того, чтобы по выбору открывать сливной клапан 89 для получения пологой характеристики К1 сцепления, или закрывать сливной клапан 89 для получения характеристики К2, К3 сцепления, гораздо более крутой, чем вышеназванная пологая характеристика К1.
Открытие сливного клапана 89 осуществляется, например, тогда, когда блок 29 управления по сигналам сенсоров 31 частоты вращения колес и на основании соответствующего модельного расчета определяет, что от входного вала 41 к выходному валу 45 не будет передаваться крутящий момент значительной величины. Альтернативно или дополнительно блок 29 управления открывает сливной клапан 89, когда поступает сигнал от вышеназванного блока регулировки динамики движения автомобиля, например, какое-либо активирование электронной программы устойчивости (ESP). Отключающий клапан 89 закрывается, например, тогда, когда разница в частотах вращения входного вала 41 и выходного вала 45 превышает заданное пороговое значение.
При наличии сливного клапана 89 в сливном трубопроводе 85 и дополнительно переключающего клапана 101 в трубопроводе 97 утечек (фиг.5) блок 29 управления служит, например, для того, чтобы по выбору открывать сливной клапан 89 для получения первой характеристики К1 сцепления, или закрывать сливной клапан 89 и открывать переключающий клапан 101 для получения второй характеристики К2 сцепления, которая благодаря диафрагме 99 является температурно-компенсированной и гораздо более крутой, чем первая характеристика К1 сцепления, или закрывать сливной клапан 89 и закрывать переключающий клапан 101 для получения третьей характеристики К3 сцепления, еще более крутой, чем вышеназванная вторая характеристика К2 сцепления. Таким образом можно по выбору и в зависимости от состояния движения автомобиля получать три различные характеристики сцепления.
В зависимости от состояния, при котором сливной клапан 89 и переключающий клапан 101 закрыты, существует принципиальная опасность ударной нагрузки, в случае если должна быть открыта фрикционная муфта 47. В этом состоянии устанавливается сравнительно крутая характеристика К3 сцепления, т.е. даже при низких разницах Δn в частотах вращения от входного вала 41 к выходному валу 45 все еще будет передаваться высокий крутящий момент М. Поэтому предпочтительным является, чтобы блок 29 управления имел возможность в зависимости от вышеназванного состояния сначала открывать переключающий клапан 89 для перехода от третьей характеристики К3 сцепления ко второй менее крутой характеристике К2 сцепления, и только после этого открывать сливной клапан 89 для перехода от вышеназванной второй характеристики К2 сцепления к первой пологой характеристике К1 сцепления.
Система 21 сцепления может также находиться в состоянии, в котором сливной клапан 89 и переключающий клапан 101 открыты. Для того чтобы в этом состоянии установить передачу высокого крутящего момента, блок 29 управления чаще всего имеет возможность сначала закрывать сливной клапан 89, когда разница Δn в частотах вращения входного вала 41 и выходного вала 45 превышает первое пороговое значение, а затем закрывать переключающий клапан 101, когда разница Δn в частотах вращения входного вала 41 и выходного вала 45 превышает второе пороговое значение, более высокое, чем вышеназванное первое пороговое значение. Исходя из пологой характеристики К1 сцепления, в зависимости от разницы Δn, в частотах вращения, характеристики К2 и К3 сцепления, показанные на фиг.6, устанавливаются в последовательном порядке.
Следует еще заметить, что вышеназванные критерии переключения представляют собой исключительно минимальные критерии. Таким образом, может также возникнуть необходимость учета дополнительных критериев, например использования водителем LOCK-выключателя для того, чтобы независимо от измеренной разницы Δn в частотах вращения закрывать или держать в закрытом состоянии сливной клапан 89 и переключающий клапан 101. Определение соответствующей разницы Δn в частотах вращения входного вала 41 и выходного вала 45 не должно происходить непосредственно, а она определяется блоком 29 управления предпочтительно по сигналам сенсоров 31 частоты вращения колес (фиг.1).
Список ссылочных позиций
11 двигатель
13 передача
15 переднее колесо
17 передний мост
19 карданный вал
21 система сцепления
23 дифференциальная передача заднего моста
25 заднее колесо
27 задний мост
29 блок управления
31 сенсор частоты вращения колес
41 входной вал
43 внутренний корпус
45 выходной вал
47 фрикционная муфта
49 внутренняя пластина
51 наружная пластина
53 прижимной поршень
55 камера нагнетания
57 насос
59 внутренний ротор
61 кольцевой участок
63 углубление
65 внешний ротор
67 первое соединительное отверстие
69 второе соединительное отверстие
71 всасывающий трубопровод
73 обратный клапан
75 вращающийся коллектор
77 масляный фильтр
79 приямок насоса
81 обратный клапан
83 напорный трубопровод
85 сливной трубопровод
87 вращающийся коллектор
89 сливной клапан
91 управляющий трубопровод
93 предохранительный клапан
95 предохранительный трубопровод
97 трубопровод утечек
99 диафрагма
101 переключающий клапан
103 управляющий трубопровод
А1 ось вращения
А2 ось вращения
Δn разница в частотах вращения
М передаваемый крутящий момент
К1 характеристика сцепления
К2 характеристика сцепления
К3 характеристика сцепления
K2LT′ характеристика при низкой температуре (не компенсированная)
K2HT′ характеристика при высокой температуре (не компенсированная)
K2LT характеристика при низкой температуре (компенсированная)
K2HT′ характеристика при высокой температуре (компенсированная)