Устройство переключения ступеней в трансмиссии

Изобретение относится к устройствам переключения ступеней в трансмиссии транспортных средств. Устройство переключения содержит источник давления рабочей жидкости, нагнетательная линия которого соединена с клапанами, обеспечивающими по сигналу электрического переключателя ступеней избирательное соединение цилиндров фрикционных муфт ступеней с нагнетательной линией и гидробаком. При этом устройство переключения содержит управляемый датчик электрических сигналов, подаваемых на электромагнит корректирующего клапана, соединяющего каналом источник давления с нагнетательной линией, снабженной аккумулятором давления. Достигается плавное включение и переключение всех ступеней трансмиссии при сокращении времени. 5 з.п. ф-лы, 12 ил.

 

Устройство переключения ступеней в трансмиссии, содержащее источник давления рабочей жидкости, нагнетательная линия которого соединена с клапанами, обеспечивающими по сигналу электрического переключателя ступеней избирательное соединение цилиндров включения фрикционных муфт ступеней с нагнетательной линией и через каналы слива с гидробаком. При этом электрический переключатель ступеней соединен с датчиком электрических сигналов, управляющих электромагнитом корректирующего клапана, соединяющего каналом источник давления с нагнетательной линией. Кроме того, устройство снабжено аккумулятором давления, соединенным с нагнетательной линией.

Технический результат - сокращение времени переключения ступеней при обеспечении процесса переключения под нагрузкой (т.е. без разрыва потока мощности) и без толчков в трансмиссии.

Изобретение относится преимущественно к транспортным средствам, а именно к устройствам переключения ступеней в трансмиссиях, осуществляемым дисковыми фрикционными муфтами, включаемыми с помощью цилиндров при подаче в них масла под давлением.

Известно устройство переключения ступеней в трансмиссии, содержащее источник давления масла, нагнетательная линия которого соединена с клапанами, обеспечивающими по сигналу электрического переключателя ступеней соединение цилиндров включения фрикционных муфт с источником давления и гидробаком (см., например, заявку №4026658, выложенную в Германии по F16H 59/26).

Это устройство не позволяет обеспечить переключение ступеней без разрыва потока мощности, т.к. каналы слива масла из цилиндров выключаемых ступеней не содержат никаких элементов, замедляющих слив масла.

Кроме того, в известном устройстве при включении ступеней не обеспечивается быстрое сведение фрикционных дисков муфт до соприкосновения, что затягивает время переключения ступеней.

Известно также устройство переключения ступеней по патенту RU 2131547 C1 (F16H 59/04), в котором время включения ступеней определяется корректирующим клапаном, по командам датчика электрических сигналов, управляемого от переключателя ступеней. Данное устройство обеспечивает плавное включение ступеней, но затягивает время переключения. Это связано с тем, что заполнение цилиндров включаемых ступеней маслом при сведении фрикционных дисков муфт до соприкосновения (т.е. для подготовки фрикционных муфт к передаче крутящего момента) затягивается, так как происходит под малым давлением. В связи с тем что каналы слива из цилиндров ступеней через жиклеры постоянно соединены с гидробаком, не обеспечивается задержка давления в цилиндре выключаемой ступени на время нарастания давления в цилиндре включаемой ступени, т.е. на время процесса переключения ступеней.

Поэтому полного перекрытия при переключении ступеней не получается, т.к. время включения фрикционной муфты включаемой ступени больше времени слива масла из цилиндра муфты выключаемой ступени.

Задачей настоящего изобретения является создание устройства переключения ступеней в трансмиссии, лишенное недостатков известных аналогов.

Это достигается тем, что при подаче команды от электрического переключателя ступеней на включение любой из ступеней полностью заряженный аккумулятор давления через нагнетательную линию напрямую соединяется с цилиндром включаемой ступени, а с помощью корректирующего клапана практически отключается от источника давления. Благодаря этому происходит разрядка аккумулятора давления в цилиндр включаемой муфты и быстрое сведение фрикционных дисков этой муфты до соприкосновения. Рабочий объем аккумулятора давления выбирается больше объема заполняемого цилиндра, поэтому после сведения фрикционных дисков в нем создается определенное начальное давление Р0, обеспечивающее исходную начальную величину крутящего момента трения включаемой фрикционной муфты. Далее аккумулятор давления начинает заряжаться через жиклер от источника давления. Происходит плавное повышение давления в аккумуляторе давления, следовательно, и в цилиндре включаемой фрикционной муфты. После окончания времени переключения ступеней, задаваемого датчиком электрических сигналов, корректирующий клапан соединяет аккумулятор давления с источником давления. Происходит быстрое довключение фрикционной муфты до номинального крутящего момента трения.

Цилиндр выключаемой ступени соединен с аккумулятором давления через напорный клапан в прямом направлении. Поэтому, при снижении давления в аккумуляторе давления, производимом при сведении фрикционных дисков до соприкосновения цилиндром включаемой ступени, одновременно снижается давление и в цилиндре выключаемой ступени. Но как только давление в аккумуляторе давления начинает увеличиваться через жиклер, напорный клапан автоматически закрывается, а в цилиндре выключаемой ступени оставшееся давление поддерживается на все время переключения, когда корректирующий клапан соединит цилиндр выключаемой ступени с гидробаком. Поэтому в разработанном устройстве структурно обеспечено плавное включение всех ступеней и переключение ступеней без разрыва потока мощности. Предусмотрены варианты устройства переключения ступеней.

На фиг.1 изображена кинематическая схема трансмиссии; на фиг.2 - принципиальная схема управления трансмиссией; на фиг.3 - переходный процесс изменения давления в цилиндре включаемой ступени; на фиг.4 - переходный процесс изменения давления в цилиндре включаемой ступени при увеличении времени включения; на фиг.5 - переходный процесс изменения давления в цилиндре высшей ступени трансмиссии; на фиг.6 - переходный процесс изменения давления в цилиндре выключаемой ступени; на фиг.7 - переходный процесс изменения давления в цилиндре выключаемой ступени при сильной пружине напорного клапана; на фиг.8 - кинематическая схема трансмиссии, включение каждой ступени которой выполняется двумя фрикционными муфтами; на фиг.9 - принципиальная схема управления трансмиссии по фиг.8; на фиг.10 - кинематическая схема пятиступенчатой трансмиссии; на фиг.11 - таблица включения цилиндров фрикционных муфт на различных ступенях трансмиссии по фиг.10; на фиг.12 - принципиальная схема управления трансмиссии по фиг.10.

Трансмиссия (фиг.1) содержит входной вал 1 и выходной вал 2, на различных ступенях кинематически соединяемые между собой посредством шестерен и фрикционных муфт цилиндрами 3-7 для включения этих муфт. Стрелками показаны кинематические связи между отдельными шестерными. На входе трансмиссии может быть установлен гидротрансформатор 8.

Трансмиссия также содержит источник давления рабочей жидкости 9 (насос). Параллельно насосу 9 (фиг.2) включен регулятор давления 10, поддерживающий на выходе насоса 9 давление РН. Рабочей жидкостью является масло, находящееся в гидробаке 11, куда происходит и слив масла, например, из регулятора давления 10.

Цилиндры 3-7 гидравлически соединены с соответствующими клапанами 12-16, соединенными также с нагнетательной линей 17. С гидробаком 11 клапаны 12-16 соединяются через каналы слива 18-22.

Управление клапанами 12-16 осуществляется электромагнитами 23-27, электрически соединенными с аккумулятором 28, имеющим напряжение V, и электрическим переключателем ступеней 29. Электрический переключатель ступеней 29 может быть, например, с ручным или электронным управлением.

С нагнетательной линией 17 соединен аккумулятор давления 30. Между источником давления 9 и аккумулятором давления 30 установлен двухпозиционный корректирующий клапан 31. С аккумулятором давления 30 корректирующий клапан соединен каналами 32 и 33. В канале 33 установлен жиклер 34.

Корректирующий клапан 31 переключается электромагнитом 35 по командам датчика электрических сигналов 36, управляемого посредством связи 37 от переключателя ступеней 29. В нормальном положении источник давления 9 через корректирующий клапан 31 и канал 32 соединен с аккумулятором давления 30, заряженным до давления РГ, а в нагнетательной линии поддерживается давление РН.

При каждом включении или переключении ступени датчик электрических сигналов 36 подает на электромагнит 35 корректирующего клапана 31 кратковременный сигнал, длительность которого t1, t2 и т.д. зависит от переключаемой ступени и, например, от направления проводимого переключения, т.е. с учетом, что переключение происходит на понижающую или повышающую ступень трансмиссии.

Устройство содержит напорные клапаны 38-41, последовательно соединенные соответственно с обратными клапанами 42-45 и каналами слива 18-21. Напорные клапаны 38-41 в прямом направлении через нагнетательную линию 17 также соединены с аккумулятором давления 30. Обратные клапаны 42-45 через канал 46 и корректирующий клапан 31 соединены с гидробаком 11.

Практически, обратные клапаны выполняются совсем без пружин, закрываемые собственным весом и противодавлением, или с очень слабой пружинкой.

При включении переключателем ступеней 29, например второй ступени U2 трансмиссии, срабатывает электромагнит 24 и клапан 13 соединяет нагнетательную линию 17 с цилиндром 4. Одновременно на электромагнит 35 корректирующего клапана 31 с датчика электрических сигналов 36 подается сигнал длительностью, например, t1. Корректирующий клапан переключается. При этом аккумулятор давления 30 оказывается соединенным с источником давления 9 через канал 33 и жиклер 34.

Аккумулятор давления, заряженный до давления РГ, через нагнетательную линию 17 начинает разряжаться в цилиндр 4, поршень которого быстро перемещается и сводит диски фрикционной муфты ступени U2 до соприкосновения. Рабочий объем аккумулятора давления выбирается больше объема цилиндра ступени, заполняемого при сведении дисков фрикционной муфты до соприкосновения. Поэтому после разряда аккумулятора давления 30 (за время t0) в цилиндре 4 создается давление Р0, обеспечивающее начальную величину крутящего момента трения включаемой фрикционной муфты.

На фиг.3 разрядка аккумулятора давления 30 в цилиндр 4, проходящая за время t0, показана пунктирной линией.

Далее аккумулятор давления 30 начинает заряжаться через жиклер 34 от источника давления 9. Происходит плавное повышение давления в аккумуляторе давления 30 и в соединенном с ним цилиндре 4 до величины P1.

В этот момент сигнал длительностью t1 с датчика 36 прекращается и корректирующий клапан 31 возвращается в исходное состояние (фиг.2).

Далее аккумулятор давления 30 заряжается через канал 32 (фиг.3, поз.47). Происходит быстрое довключение цилиндра 4 до давления РН, обеспечивающее полное включение фрикционной муфты ступени U2.

При других проходных сечениях жиклера 34 и канала 32 график процесса нарастания давления в цилиндре включаемой ступени характеризуется, например, поз.48 (фиг.3).

Если включается понижающая ступень, например, U1, то датчик электрических сигналов подает на электромагнит 35 корректирующего клапана 31 сигнал большей длительности (t2). В этом случае участок плавного нарастания давления до величины Р2 будет более длительным (фиг.4, поз.49).

При включении, например, высшей ступени (U4) датчик электрических сигналов 36 подаст более короткий сигнал длительностью t0. В этом случае участка плавного нарастания давления через жиклер 34 не будет (фиг.5, поз.50).

Аналогично, в зависимости от длительности сигналов (t0, t1, t2, и т.д.), подаваемых датчиком 36, и проходных сечений жиклера 34 и канала 32, можно получить самые разнообразные зависимости включения всех фрикционных муфт ступеней трансмиссии.

В процессе переключения ступеней, например, с U1 на U2, проводимых по командам переключателя ступеней 29, электромагнит 23 ранее включенной ступени выключается, а на электромагнит 24 включаемой ступени U2 подается напряжение с аккумулятора 28. Процесс изменения давления в цилиндре включаемой ступени будет происходить в соответствии с графиками фиг.3-фиг.5, что ранее было изложено. При этом с датчика электрических сигналов 36 подается на электромагнит 35 корректирующего клапана 31 сигнал, например, длительностью t1. Корректирующий клапан 31 переключается, прерывая соединение аккумулятора давления 30 с источником давления 9, а соединение канала 46 с гидробаком 11 прерывается. Как ранее было показано, аккумулятор давления 30 разряжается с давления РГ до давления Р0 в цилиндр включаемой ступени. Цилиндр 3 выключаемой ступени через канал слива 18 и напорный клапан 38 в прямом направлении соединен с аккумулятором давления 30. Поэтому, при снижении давления в аккумуляторе давления 30 с РГ до Р0, слив масла из ранее включенного цилиндра 3 возможен только в аккумулятор давления 30. При этом давление масла в сливаемом цилиндре 3 будет соответствовать давлению в аккумуляторе давления 30. Но как только в аккумуляторе давления 30 величина давления с Р0 начнет повышаться, связь цилиндра 3 выключаемой ступени через напорный клапан 38 с аккумулятором давления прерывается и в цилиндре 3 будет поддерживаться давление Р0 до конца действия сигнала длительностью t1 (фиг.6). После чего корректирующий клапан 31 переключится в исходное положение и канал 46 соединится с гидробаком 11 через корректирующий клапан. В цилиндре 3 выключаемой ступени давление полностью сбрасывается через канал слива 18, обратный клапан 42, канал 46 и корректирующий клапан 31. При этом обратные клапаны 43-45 не позволяют маслу из сливаемого цилиндра 3 поступать в цилиндры других ступеней.

График по фиг.6 получается при слабой пружине напорного клапана. При более сильной пружине напорного клапана изменение давления в сливаемом цилиндре выключаемой ступени будет происходить в соответствии с фиг.7. Здесь РНК - величина падения давления в напорном клапане, а РПК=РНК+Р0.

Если давление РНК больше нуля, то в выключаемом цилиндре появляется время задержки слива tz, положительно влияющее на перекрытие при переключении ступеней.

Сравнение графиков фиг.3, фиг.6 и фиг.7 показывает, что за время переключения ступеней t1 нет участков разрыва передаваемого потока мощности. Это серьезное преимущество данного устройства управления трансмиссией.

Аналогично будет происходить сброс давления масла из всех выключаемых цилиндров ступеней трансмиссии.

В настоящее время довольно часто используется кинематическая схема трансмиссии (фиг.8), например, в автомобилестроении, включение каждой ступени которой выполняется двумя фрикционными муфтами, имеющими цилиндры включения этих фрикционных муфт.

В трансмиссии (фиг.8) на всех ступенях переднего хода, избирательно включаемых цилиндрами 3-6, также должна быть включена и центральная фрикционная муфта, управляемая цилиндром 51, что обеспечивается гидравлически управляемым клапаном 52 по сигналам от электромагнитного клапана-пилота 53, электрически соединенного с переключателем ступеней 29 (фиг.9).

На ступени заднего хода (UR) переключателем ступеней 29 включаются две фрикционные муфты, управляемые цилиндрами 3 и 6, что обеспечивается введением диодов 54 и 55. Клапаны других ступеней 56-59, соединенные с нагнетательной линией 17 и цилиндрами 3-6, имеют гидравлическое управление через каналы 60-63 от электромагнитных клапанов-пилотов 64-67, которые соединены с гидробаком, а также с источником давления 9 через канал 68. С источником давления 9 и с гидробаком 11 соединены и ранее упомянутые клапан 52 и клапан-пилот 53.

Каналы слива 18-21 клапанов 56-59 соединены гидравлически с двухпозиционными клапанами слива 69-72, которые гидравлически управляются через канал 73 корректирующим клапаном 74 и соединены напрямую с гидробаком.

Аккумулятор давления 30 соединен с источником давления 9 через жиклер 75.

При включении ступеней переднего хода (U1-U4) центральная фрикционная муфта, управляемая цилиндром 51, всегда полностью включена. Поэтому на процесс переключения ступеней она влияния не оказывает.

При включении, например, второй ступени U2 трансмиссии переключатель ступеней 29 подает на электромагнит клапана-пилота 65 напряжение от аккумулятора 28. Клапан-пилот 65 переключается и соединяет через канал 61 источник давления 9 с гидравлически управляемым клапаном 57. Клапан 57 переключается и соединяет цилиндр 4 ступени U2 с нагнетательной линией 17. Одновременно корректирующий клапан 74 отключает источник давления 9 от аккумулятора давления 30 и через канал 73 подает давление на гидравлически управляемые клапаны слива 69-72, которые переключаются и прерывают связь цилиндров 3-6 с гидробаком.

Происходит возрастание давления в цилиндре 4 в соответствии, например, с фиг.3, фиг.4, как это ранее было изложено. Отличие заключается только в том, что плавное возрастание давления с Р0 до P1 (P2) в цилиндре 4 осуществляется за счет подвода масла через жиклер 75 непосредственно от источника давления 9, минуя корректирующий клапан 74.

При переключении ступеней переходный процесс изменения давления в выключаемой ступени, например, U1 трансмиссии по фиг.9 соответствует графикам по фиг.6, фиг.7.

После окончания сигнала (t1, t2 и т.д.) с датчика сигналов 36 корректирующий клапан 74 возвращается в исходное положение (фиг.9). При этом управляющий клапанами слива 69-72 канал 73 соединяется с гидробаком. Клапаны слива возвращаются в исходное положение. Происходит слив масла в гидробак из цилиндра выключаемой ступени трансмиссии по фиг.9.

Кинематическая схема трансмиссии по фиг.10 содержит дополнительную центральную фрикционную муфту, включаемую цилиндром 76. Все ступени этой трансмиссии включаются двумя фрикционными муфтами с помощью цилиндров 3-6, 51 и 76. В таблице (фиг.11) отмечены цилиндры, включаемые на каждой ступени трансмиссии по фиг.10.

Принципиальная схема (фиг.12) трансмиссии по фиг.10 содержит клапан 77 для соединения цилиндра 51 фрикционной муфты с источником давления 9 и с гидробаком 11.

Клапан 77 управляется электромагнитом 78 от переключателя ступеней 29. Цилиндр 51 соединен с гидравлически управляемым переключающим клапаном 79 через канал 80. Переключающий клапан 79 соединен каналом 68 с источником давления 9 и через нагнетательную линию 17 с аккумулятором давления 30. Кроме того, переключающий клапан 79 соединен каналом 81 с клапаном 15.

Клапан 82, избирательно соединяющий цилиндр 6 с источником давления 9 и гидробаком, управляется электромагнитом 83 от переключателя ступеней 29.

В схему (фиг.12) введены диоды 84-86 для избирательного соединения в соответствии с таблицей (фиг.11) переключателя ступеней 29 с электромагнитами клапанов, управляющих включением цилиндров 3-5, 51 и 76.

В нормальном положении (фиг.12) переключающий клапан 79 соединяет через канал 81 клапан 15, управляющий цилиндром 76, с источником давления 9.

Аккумулятор давления 30 рассчитан на управление давлением в одном цилиндре для плавного включения выбранной ступени трансмиссии. Поэтому для нормального процесса включения любой из ступеней трансмиссии по фиг.10, один из двух включаемых цилиндров фрикционных муфт должен быстро включаться от источника давления 9, а другой цилиндр должен включаться с использованием аккумулятора давления 30.

При включении ступеней U1-U4 в соответствии с таблицей (фиг.11), производимом электрическим переключателем ступеней 29, масло от источника давления 9 подается в цилиндр 51. Поэтому срабатывает переключающий клапан 79 и соединяет аккумулятор давления 30 через нагнетательную линию 17 и канал 81 с клапаном 15, управляющим цилиндром 76. Следовательно, на ступени U4 будет обеспечено плавное включение за счет цилиндра 76, соединенного с аккумулятором давления 30 и соединенного с источником давления цилиндра 51.

При включении ступени U5 цилиндр 51 соединяется с гидробаком и переключающий клапан 79 возвращается в исходное положение (фиг.12), благодаря чему цилиндр 76 будет соединен с источником давления 9, а плавное включение ступени обеспечивается цилиндром 5, соединенным с аккумулятором давления 30.

Таким образом, введение переключающего клапана 79 потребовалось для того, чтобы в трансмиссии по фиг.10 на ступени U4 цилиндр 76 соединялся с аккумулятором давления 30, а на ступени U5 - с источником давления 9.

Процесс плавного включения всех ступеней без разрыва потока мощности в схеме по фиг.12 происходит аналогично с ранее описанными вариантами трансмиссии.

Изложенное показывает, что данное устройство переключения ступеней в трансмиссии обеспечивает плавное включение и плавное переключение всех передач без разрыва потока мощности при минимизации времени каждого конкретного процесса переключения. При этом его можно применять в трансмиссиях, где включение каждой ступени обеспечивается одной или двумя фрикционными муфтами.

1. Устройство переключения ступеней в трансмиссии, содержащей источник давления рабочей жидкости, нагнетательная линия которого соединена с клапанами, обеспечивающими по сигналу электрического переключателя ступеней избирательное соединение цилиндров включения фрикционных муфт ступеней с нагнетательной линией и через каналы слива с гидробаком, при этом электрический переключатель ступеней соединен с датчиком электрических сигналов, управляющих электромагнитом корректирующего клапана, соединяющего каналом источник давления с нагнетательной линией, отличающееся тем, что оно снабжено аккумулятором давления, соединенным с нагнетательной линией.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что аккумулятор давления дополнительно соединен с корректирующим клапаном через жиклер.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что аккумулятор давления через жиклер соединен с источником давления.

4. Устройство по любому из пп.1, 2-3, отличающееся тем, что оно снабжено напорными и обратными клапанами, попарно последовательно соединенными между собой и через каналы слива с упомянутыми клапанами, при этом напорные клапаны соединены с нагнетательной линией и аккумулятором давления, а все обратные клапаны через корректирующий клапан соединены с гидробаком.

5. Устройство по любому из пп.1, 2-3, отличающееся тем, что оно снабжено напорными клапанами и клапанами слива, попарно последовательно соединенными между собой и через каналы слива с упомянутыми клапанами, при этом напорные клапаны соединены с нагнетательной линией и аккумулятором давления, а клапаны слива управляются от корректирующего клапана и соединены с гидробаком.

6. Устройство по любому из пп.1, 2-3, отличающееся тем, что оно снабжено гидравлически управляемым от цилиндра одной из фрикционных муфт переключающим клапаном, избирательно соединяющим с аккумулятором давления и источником давления клапан другой фрикционной муфты.