СИСТЕМА СЦЕПЛЕНИЯ
CLUTCH SYSTEM

Изобретение относится к системе сцепления согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
Автоматические системы сцепления с масляными или сухими муфтами сцепления, которые для передачи крутящего момента удерживаются силой пружины в сцепленном состоянии или же закрытыми, и посредством пневматического, гидравлического или электрического исполнительного механизма переводятся в расцепленное или открытое состояние, известны уже давно. Выполненные таким образом системы сцепления являются относительно дорогостоящими по причине сравнительно высокой стоимости конструктивных элементов и необходимого управления пути для принятых на данный момент характеристических кривых пружин. Однако при использовании в транспортных средствах они имеют большое преимущество, которое заключается в том, что в случае сбоев в электрике, пневматике или гидравлике для управления и приведения в действие муфты сцепления во время движения замкнутая трансмиссия остается сохраненной, что в данном случае представляет собой надежное и желаемое заданное рабочее состояние.
С другой стороны, также известны автоматические системы сцепления, в которых сцепление без приведения в действие удерживается в расцепленном состоянии, и за счет приложения пневматических, гидравлических или электрических сил посредством по меньшей мере одного исполнительного механизма может быть переведено в сцепленное или закрытое состояние. Расцепленное состояние может поддерживаться силой пружины.
Управление приведением в действие такой муфты сцепления можно реализовать сравнительно легко и экономично посредством исполнительного механизма, выполненного в виде поршнево-цилиндрического устройства. Открытие муфты сцепления при этом выполняется посредством удаления воздуха или же опорожнения исполнительного механизма сцепления, в то время как для закрытия муфты сцепления исполнительный механизм сцепления наполняется рабочей средой. Управление давлением при этом обычно выполняется посредством электромагнитных клапанов переключения, которые являются управляемыми электронным блоком управления и регулировки. Указанное управление давлением при приведении сцепления в действие к тому же позволяет с помощью сцепления, например, в режиме проскальзывания, передавать различные крутящие моменты. Подобные системы сцепления или же сцепления с управлением давлением посредством по меньшей мере одного самого по себе известного клапана управления известны, например, из DE 2222184 A1, DE 10018677 A1 и WO 2004/053349 A1.
Как уже упоминалось, управляющие клапаны для приведения сцепления в действие управляются электрически посредством электронного блока управления и регулировки. Однако если электропитание в транспортном средстве исчезает, то надлежащее управление этих клапанов больше не обеспечивается, и с обычными системами сцепления для водителя возможны непредсказуемые рабочие характеристики транспортного средства.
Поэтому для эксплуатации автоматических систем сцепления необходим режим работы, который при движении транспортного средства, неактивном переключении (включена передача) и выходе из строя управления сцеплением оставляют трансмиссию в замкнутом состоянии или же муфту сцепления в сцепленном состоянии. К тому же, режим работы автоматической системы сцепления при стоящем транспортном средстве, работающем двигателе и включенной передаче для трогания с места должен быть таким, чтобы при выходе из строя управления сцеплением трансмиссия с помощью муфты сцепления открывалась, или же муфта сцепления приводилась в расцепленное состояние, или оставалась в таком состоянии.
На основании этого в основу изобретения положена задача создания относительно простой и экономичной системы сцепления с «под давлением закрытой» муфтой сцепления, которая при исчезновении электропитания для управления сцеплением, во-первых, во время движения и при неактивном переключении обеспечивает передачу полного момента сцепления или по меньшей мере его определенной части, и которая, во-вторых, при стоящем транспортном средстве, работающем двигателе и включенной передаче коробки передач предотвращает самостоятельное включение или же закрытие муфты сцепления.
Под «под давлением закрытой» муфтой сцепления при этом понимают вышеописанный тип сцепления, в котором муфта сцепления замкнута для передачи крутящего момента, если на него посредством по меньшей мере одного приводимого в действие давлением исполнительного механизма действует приводное усилие.
Решение этой задачи вытекает из признаков независимого пункта формулы изобретения, в то время как преимущественные варианты осуществления и усовершенствования изобретения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.
В основу изобретения положен вывод о том, что в обычных автоматических системах сцепления при исчезновении электропитания для блока управления и регулировки сцеплением могут возникать непосредственно не предусматриваемые, неопределенные рабочие состояния муфты сцепления, которые возникают в течение короткого времени и с которыми водитель в достаточной мере совладать не может.
Поэтому, согласно признакам независимого пункта формулы изобретение исходит из системы сцепления для установления и прерывания силового потока между двигателем и коробкой передач транспортного средства, с муфтой сцепления, которая в незадействованном состоянии находится в расцепленном рабочем состоянии, однако посредством по меньшей мере одного пневматически или гидравлически нагружаемого давлением исполнительного механизма сцепления является переводимой в сцепленное рабочее состояние, а также с одним или несколькими, расположенными в системе нагнетательных трубопроводов устройства управляющих клапанов, регулирующими объемный поток рабочей среды клапанами, которые выполнены с возможностью электрического управления посредством электронного блока управления и регулировки.
Чтобы при исчезновении электропитания, во-первых, во время движения и при неактивном переключении с включенной передачей гарантировать передачу полного момента сцепления или его определенной части, и, во-вторых, чтобы при стоящем транспортном средстве, работающем двигателе и включенной передаче коробки передач предотвратить самостоятельное сцепление или же закрытие муфты сцепления, предусмотрено, что клапаны или клапан выполнены таким образом, что при исчезновении электропитания, и, следовательно, при выходе из строя управления клапанами или клапаном, посредством электронного блока регулировки и управления текущее установленное рабочее состояние муфты сцепления, а именно расцепленное или сцепленное рабочее состояние, остается сохраненным.
Согласно первому предпочтительному варианту осуществления изобретения предусмотрен по меньшей мере один регулируемый клапан для заполнения и по меньшей мере один регулируемый клапан для опорожнения исполнительного механизма сцепления, при этом все клапаны выполнены в виде «без управления закрытых» клапанов. Это означает, что эти клапаны в своем нерабочем состоянии находятся в своем положении закрытия.
Согласно второму варианту осуществления изобретения предусмотрен по меньшей мере один регулируемый клапан для заполнения и по меньшей мере один регулируемый клапан для опорожнения исполнительного механизма сцепления, при этом по меньшей мере один регулируемый клапан для заполнения выполнен в виде «без управления открытого» клапана, в то время как клапан или клапаны для опорожнения выполнены в виде «без управления закрытых» клапанов, и при этом по ходу давления перед регулируемыми клапанами для заполнения расположен бистабильный переключающий клапан, который в зависимости от текущего рабочего состояния муфты сцепления переключен таким образом, что при исчезновении электропитания текущее рабочее состояние муфты сцепления остается сохраненным.
В этой связи под «без управления открытым» клапаном следует понимать такой клапан, который в своем нерабочем состоянии находится в положении пропуска рабочей среды.
Согласно третьему варианту осуществления изобретения предусмотрен по меньшей мере один регулируемый клапан для заполнения и по меньшей мере один регулируемый клапан для опорожнения исполнительного механизма сцепления, при этом по меньшей мере один регулируемый клапан для заполнения и один регулируемый клапан для опорожнения выполнены в виде «без управления открытого» клапана, и с «без управления открытыми» клапанами соотнесен по ходу давления, а также расположен в подводящей и отводящей магистрали системы нагнетательных трубопроводов и включен в зависимости от текущего рабочего состояния муфты сцепления бистабильный переключающий клапан таким образом, что при исчезновении электропитания текущее рабочее состояние муфты сцепления остается сохраненным.
Предпочтительно, для заполнения и опорожнения или удаления воздуха предусмотрено в каждом случае по меньшей мере два клапана, за счет чего отмечается повышенная отказоустойчивость за счет избыточности и улучшенная динамика при управлении клапанами. В исследованиях, проведенных по этому вопросу, в качестве регулируемых клапанов для заполнения и опорожнения хорошо зарекомендовали себя сами по себе известные 2/2-ходовые клапаны.
И, наконец, согласно четвертому варианту осуществления изобретения предлагается система сцепления предлагаемого типа с клапаном регулировки давления, который выполнен таким образом, что он без электрического управления открыт или без электрического управления закрыт или без электрического управления выполнен с удержанием в последнем состоянии переключения.
Как далее предусматривает изобретение, клапан или клапаны для управления давлением в системе нагнетательных трубопроводов устройства управляющих клапанов являются управляемыми широтно-импульсной или частотно-импульсной модуляцией для того, чтобы, прежде всего, избежать невыгодных колебаний в системе.
Кроме того, предлагается, что в подвод рабочей среды системы нагнетательных трубопроводов встроен по меньшей мере один обратный клапан. Благодаря этой мере, система давления или приведения в действие, а тем самым и сцепленная муфта сцепления защищены от внезапной потери давления, например, из-за неисправного трубопровода.
Кроме того, целесообразной показала себя интеграция в систему нагнетательных трубопроводов по меньшей мере одного датчика давления, который посредством электрических сигналов соединен с электронным блоком управления и регулировки.
Как предусматривает изобретение далее, муфта сцепления может быть выполнена в виде масляной или сухой муфты сцепления.
Кроме того, рассматривается целесообразным, что возможное исчезновение электропитания является отображаемым водителю транспортного средства оптически и/или акустически, и/или оно сопровождается оптически отображаемым указанием к действию для водителя.
Для наглядного пояснения изобретения к описанию прилагаются чертежи. На них показаны:
Фиг.1 - система сцепления согласно изобретению в первом варианте осуществления,
Фиг.2 - такая же система сцепления во второй форме осуществления,
Фиг.3 - система сцепления согласно изобретению в третьем варианте, и
Фиг.4 - система сцепления согласно изобретению в четвертой версии.
В соответствии с этим на фиг.1 очень схематично представлена автоматически действующая система сцепления для установления и прерывания силового потока между приводным двигателем и коробкой передач транспортного средства, каждый из которых отдельно не представлен.
Эта система сцепления включает в себя муфту 2 сцепления, выполненную в виде фрикционной муфты, которая выполнена с возможностью приведения в действие посредством исполнительного механизма 1 муфты, выполненного в виде поршнево-цилиндрического устройства. Муфта 2 выполнена в виде так называемой «закрытой при давлении» муфты, которая в незадействованном состоянии посредством силы натяжения пружины удерживается в расцепленном или же открытом рабочем состоянии, однако, посредством по меньшей мере одного включенного в систему нагнетательных трубопроводов нагружаемого давлением исполнительного механизма 1 сцепления может быть переведена, преодолевая силу пружины, в сцепленное или закрытое рабочее состояние.
Муфта 2 сцепления при этом может быть выполнена в виде масляной или сухой муфта сцепления. Принципиальная конструкция такой муфты 2 сцепления с диском 13 сцепления, прижимной пластиной 14, пружинными элементами и т.д. достаточно известна, так что от подробного пояснения можно отказаться. В отношении этого делается ссылка, прежде всего, на названные в начале публикации из известного уровня техники.
Исполнительный механизм 1 сцепления может быть выполнен в виде пневматически или гидравлически приводимого в действие поршнево-цилиндрического устройства, поэтому в качестве рабочей среды предлагается либо сжатый газ, такой как воздух, либо жидкость, такая как, например, подходящее масло под давлением (напорное масло). В описанных здесь формах осуществления изобретения описываются соответственно пневматически приводимые в действие системы сцепления. Исполнительный механизм 1 сцепления включает в себя по существу поршень 11, который установлен в нагружаемом давлением цилиндре 12 с возможностью аксиального смещения, и воздействует своим свободным концом на радиально внутренние участки нажимной пластины 14 муфты сцепления.
Подвод и отвод рабочей среды в или же из исполнительного механизма 1 сцепления осуществляется посредством оканчивающегося во внутреннем пространстве цилиндра 12 трубопровода 15 рабочей среды, который соединен с устройством 16 управляющих клапанов блока управления и регулировки.
Кроме того, как можно понять из фиг.1, с исполнительным механизмом 1 сцепления в устройстве 16 управляющих клапанов соотнесены два регулируемых клапана 3a, 3b для заполнения и два регулируемых клапана 4a, 4b для его опорожнения. Хотя может быть также предусмотрен только лишь один регулируемый клапан 3 для заполнения и один регулируемый клапан 4 для опорожнения (не показаны подробнее), однако из соображений избыточности и улучшенной динамики приведения в действие, в устройстве 16 управляющих клапанов предпочтительными являются в каждом случае по меньшей мере два клапана 3 или же 4.
Регулируемые клапаны 3a, 3b и 4a, 4b выполнены в виде самих по себе известных электромагнитных 2/2-ходовых клапанов и соединены посредством электрических сигналов с электронным блоком 5 управления и регулировки. Однако изобретение не ограничено устройством 16 управляющих клапанов с 2/2-ходовыми клапанами, а включает в себя любые возможные регулируемые и подходящие для данной цели применения клапаны управления.
Кроме того, с электрическим блоком 5 управления и регулировки соотнесен датчик 6 давления, который непрерывно измеряет измеряемые значения текущего, подаваемого на исполнительный механизм 1 сцепления давления и передает их в блок 5 управления и регулировки для генерации управляющих сигналов для управления клапанами 3a, 3b и 4a, 4b.
Согласно изобретению, нагруженные усилием пружины клапаны 3a, 3b и 4a, 4b выполнены таким образом, что при исчезновении электропитания, а следовательно, при исчезновении управления ими, посредством электронного блока 5 управления и регулировки текущее установленное рабочее состояние муфты 2 сцепления, а именно расцепленное или сцепленное рабочее состояние, остается сохраненным.
В этом отношении все имеющиеся клапаны 3a, 3b и 4a, 4b для заполнения и удаления воздуха выполнены в виде «без управления закрытых» клапанов 3a, 3b и 4a, 4b, что означает, что нерабочее состояние этих клапанов соответствует их положению закрытия. Для реализации этой функции переключения на каждый из клапанов 3a, 3b и 4a, 4b воздействуют не обозначенные подробнее возвратные пружины, которые без подачи электропитания переводят клапаны в их положение закрытия.
Включение или же замыкание муфты 2 сцепления, например, во время трогания с места, маневрирования и при процессах переключения коробки передач, происходит посредством заданного управления клапанами 3a, 3b для продува или же заполнения цилиндра 12 исполнительного механизма 1 сцепления, в то время как расцепление или же открытие муфты сцепления выполняется посредством заданного управления клапанами 4a, 4b для удаления воздуха или же опорожнения цилиндра 12 исполнительного механизма 1 сцепления. Возвратное перемещение поршня 11 исполнительного механизма 1 при этом приводится в действие посредством непоказанной возвратной пружины. При этом рабочая среда попадает из цилиндра 12 через трубопровод 15 рабочего средства и клапаны 4a, 4b устройства 16 управляющих клапанов в отводящий трубопровод 17.
Дозирование объема газа (воздуха) при пневматической подаче давления на исполнительный механизм 1 сцепления или объема жидкости (масла под давлением) при гидравлической подаче давления на исполнительный механизм 1 сцепления может производиться посредством управления с широтно-импульсной или частотно-импульсной модуляцией клапанов 3a, 3b; 4a, 4b, за счет чего максимально предотвращаются неблагоприятные колебания в системе нагнетательных трубопроводов.
Передаточные характеристики муфты 2 сцепления или же динамика крутящего момента реализуются посредством регулировки давления с помощью вышеупомянутого датчика 6 давления и тактов клапанов 3a, 3b; 4a, 4b для продува и удаления воздуха.
В случае регистрации исчезновения электропитания текущее существующее рабочее состояние муфты 2 сцепления сохраняется в каждом случае в качестве желаемого заданного состояния. Это может быть во время движения сцепленным рабочим состоянием или в состоянии остановки расцепленным рабочим состоянием муфты 2 сцепления, так как клапаны 3a, 3b; 4а, 4b, как упомянуто, выполнены в виде «закрытых без управления» клапанов 3a, 3b; 4a, 4b и блокируют тем самым нежелательный рост или снижение давления в системе нагнетательных трубопроводов при исчезновении электропитания.
Во время движения созданное давление в системе и, тем самым, давление в цилиндре 12 исполнительного механизма 1 сцепления поддерживается для обеспечения сцепленной муфты 2 сцепления и, тем самым, замкнутой трансмиссии, в то время как во время остановки и при работающем двигателе для обеспечения расцепленной муфты 2 сцепления предотвращается поддержание давления в цилиндре 12 и, тем самым, трогание транспортного средства с места в результате нежелательного сцепления муфты 2 сцепления.
При этом исчезновение электропитания может сообщаться водителю транспортного средства, предпочтительно, оптически и/или акустически и/или сопровождаться оптически отображаемым указанием к действию для водителя, так чтобы он мог, например, во время движения безопасно вывести транспортное средство с замкнутой трансмиссией из дорожного движения и переместить его на подходящее место стоянки.
Кроме того, чтобы защитить систему нагнетательных трубопроводов или же систему приведения в действие, а, тем самым, также и возможную, находящуюся в сцепленном состоянии муфту 2 сцепления от внезапной потери давления вследствие возможно неисправного трубопровода 7 рабочей среды, в нее встроен обратный клапан 8.
Устройство 16' управляющего клапана согласно варианту осуществления по фиг.2 отличается от вышеописанного варианта прежде всего тем, что по меньшей мере один регулируемый клапан 3a, 3b для продува, предпочтительно клапан 3a', выполнен в виде «без управления открытого» клапана, в то время как регулируемый клапан 3b, как и раньше, выполнен в виде «без управления закрытого» клапана. Регулируемые клапаны 4a и 4b выполнены, как и в примере согласно фиг.1, в виде «без управления закрытых» клапанов 4a, 4b. Для клапана 3a' это означает, что этот клапан 3a' в нерабочем состоянии без подачи тока управления, т.е. например, при выходе из строя блока 5 управления и регулировки, находится в положении переключения, в котором он позволяет проход рабочей среды.
Если предположить, что транспортное средство движется и электропитание исчезает, то муфта 2 сцепления в силу нерабочего положения клапана 3a' сцеплена или же остается благодаря постоянной подаче на исполнительный механизм 1 сцепления рабочей среды надежно сцепленной или же замкнутой, за счет чего дальность движения с замкнутой муфтой сцепления в этой ситуации неисправности является, предпочтительно, большей, и возможные, конструктивно обусловленные негерметичности системы нагнетательных трубопроводов являются компенсируемыми.
Для находящегося в остановленном состоянии транспортного средства эта концепция требует дополнительных мер, так как при работающем двигателе, включенной передаче и исчезновении электропитания для электронного блока 5 управления и регулировки и/или электромагнитов регулируемых клапанов 3a', 3b; 4a, 4b транспортное средство могло бы самостоятельно тронуться с места.
Чтобы эффективно противодействовать этому обстоятельству, перед регулирующими клапанами 3a', 3b для продува или же заполнения цилиндра 12 исполнительного механизма 1 сцепления расположен сам по себе известный бистабильный клапан 9 переключения, который в зависимости от текущего рабочего состояния муфты 2 сцепления всегда включен так, чтобы при исчезновении электропитания текущее рабочее состояние остается сохраненным в качестве заданного.
В соответствии с этим, этот переключающий клапан 9 во время движения включен на пропуск для заполнения, так что возможна постоянная подача давления на исполнительный механизм 1 сцепления. Если транспортное средство останавливается, то бистабильный клапан 9 переключения автоматически переключается в положение блокировки, так что при исчезновении электропитания давление для активации исполнительного механизма 1 сцепления не создается, и тем самым предотвращается автоматическое трогание транспортного средства с места.
Устройство 16'' управляющих клапанов согласно варианту осуществления по фиг.3 отличается тем, что по меньшей мере один регулируемый клапан 3a' для заполнения и один регулируемый клапан 4a'' для опорожнения выполнены в виде «без управления открытых» клапанов 3a', 4a'.
Кроме того, с обоими «без управления открытыми» клапанами 3a' и 4a' соотнесен бистабильный клапан переключения 9' таким образом, а также и расположен в подающей и отводящей магистрали системы нагнетательных трубопроводов и переключен в зависимости от текущего рабочего состояния муфты 2 сцепления так, что при исчезновении электропитания текущее рабочее состояние муфты 2 сцепления остается сохраненным.
Оба других клапана 3b и 4b для продува и удаления воздуха из цилиндра 12 исполнительного механизма 1 сцепления выполнены в данном варианте в виде «без управления закрытых» клапанов 3b, 4b. Однако они могут быть также выполнены, в виде не показанных здесь более подробно «без управления открытых» клапанов, что, однако, вызывает необходимость также их непосредственного подчинения бистабильному клапану 9' переключения.
Сцепление или же замыкание муфты 2, например, во время трогания с места, маневрирования и при переключениях коробки передач, выполняется путем определенного управления в данном случае «без управления открытым» клапаном 3a' и/или «без управления закрытым» клапаном 3b для заполнения в комбинации с соответственно управляемым бистабильным клапаном 9' переключения.
Согласно этому расцепление или же открытие муфты 2 сцепления происходит посредством определенного управления в данном случае «без управления открытым» клапаном 4a и/или «без управления закрытым» клапаном 4b для удаления воздуха в комбинации с соответственно управляемым бистабильным клапаном 9' переключения.
При исчезновении электропитания во время движения муфта 2 сцепления сцепляется или же остается надежно замкнутой, так как посредством соответственно включенного на пропускание для заполнения и в положение блокировки для опорожнения бистабильного клапана 9' переключения, а также «без управления открытого» клапана 3a' для продува, на исполнительный механизм 1 сцепления постоянно подается давление.
При остановленном транспортном средстве бистабильный клапан 9' переключения переключается в положение блокировки для заполнения и пропуска для опорожнения, так что при исчезновении электропитания в исполнительном элементе 1 сцепления давление не может быть создано, и самостоятельное трогание транспортного средства с места предотвращено.
Показанный на фиг.4 пример осуществления отличается в отношении устройства 16''' управляющих клапанов от всех остальных описанных выше устройств 16, 16' и 16'' управляющих клапанов согласно фиг.1-3 тем, что у него имеется только один единственный регулируемый клапан, а именно, сам по себе известный клапан 10 регулировки давления.
Сцепление и расцепление муфты 2 сцепления или же режим выхода из строя управления сцеплением могут быть определены на основании вышеописанных примеров осуществления за счет конструктивного выполнения названного клапана 10 регулировки давления, который может быть открытым без электрического управления или закрытым без электрического управления, или оставаться без электрического управления в последнем включенном состоянии.
Последствия и возможно необходимые меры соответствуют вариантам согласно фиг.1-3.
Передаточные характеристики муфты 2 сцепления (динамика крутящего момента) корректируются посредством регулировки давления с помощью клапана 10 регулировки давления. Датчик 6 давления может дополнительно контролировать систему.