Устройство гидроусиления транспортного средства и способ сброса давления в таком устройстве
Изобретение относится к устройству гидроусиления транспортного средства и способу сброса давления в таком устройстве. Устройство содержит первое гидравлическое устройство (М1) и второе гидравлическое устройство (М2). Моторы (М1, М2) соединены первой магистралью (11) и второй магистралью (12), подкачивающий насос (30), расположенный между резервуаром и магистралью подкачки. Магистраль подкачки сообщается с по меньшей мере одной из указанных магистралей (11, 12). Насос (30) выполнен с возможностью всасывания масла в магистраль подкачки с целью обеспечения понижения давления в указанных первой и второй магистралях (11, 12). Предметом изобретения является также способ сброса давления, в котором включают подкачивающий насос (30) на всасывание в магистраль подкачки с целью отключения машин (М1, М2). Достигается упрощение устройства. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 10 ил.
Область техники
Изобретение относится к гидроусилению транспортных средств, и в частности, к подключению и отключению такого гидроусиления.
Временное гидроусиление осуществляют с использованием гидравлических машин, которые могут обеспечивать крутящий момент колесам, не имеющим механического привода. Эти машины преобразуют гидравлическую энергию масла под давлением в механическую энергию, или наоборот.
Различают две рабочие фазы: фазу усиления, обеспечивающую повышение тяговой силы/ крутящего момента, и фазу свободного хода. Между этими двумя фазами имеют место переходные фазы, обеспечивающие подключение и отключение гидроусиления.
Для активации такого усиления создают, с помощью специального подкачивающего насоса, давление в гидравлических контурах. Это давление служит для подключения моторов.
Уровень техники
На фиг. 1 представлена подробная гидравлическая схема, известная из уровня техники.
На передней оси транспортного средства V установлена первая гидравлическая машина М1, а на его задней оси - вторая гидравлическая машина М2. Под термином «машина» здесь понимается устройство, способное работать как мотор или как насос.
Представленная здесь конфигурация соответствует «велосипедной цепи» (см. документ FR 2996176), то есть при использовании по основному назначению первая машина М1 служит насосом для второй машины М2, которая выполняет функцию мотора.
Для этого сторона нагнетания первой машины М1 соединена со стороной всасывания второй машины М2 магистралью 11 (так наз. «магистраль высокого давления»), а сторона нагнетания второй машины М2 соединена со стороной всасывания первой машины М1 магистралью 12 (так наз. «магистраль низкого давления»).
Выражения «высокое давление» и «низкое давление» относятся к движению вперед с приложением крутящего момента («основное использование»). Следовательно, поскольку возможен реверс давлений, мы отдаем здесь предпочтение выражениям «первая магистраль 11» и «вторая магистраль 12».
Для подкачки магистралей 11, 12 предусмотрен электронасосный агрегат Р, содержащий подкачивающий насос Р1 и электромотор Р2. В качестве примера можно указать, что питание подкачивающего насоса Р1 может также осуществляться от других узлов, как, например, ось или тепловой двигатель М. Для защиты насоса Р1 от избыточных давлений предусмотрен ограничитель давления 20, установленный в обход этого насоса.
Подкачивающий насос Р1 обеспечивает, по магистрали 10 подкачки, питание первой и второй магистралей 11, 12 через два обратных клапана В11, В12, препятствующих закачке масла в насос Р1, когда давление подкачки меньше рабочих давлений.
Масло поступает из сливной магистрали 13, соединенной с одним или более резервуарами R.
Как обычно, предусмотрены два ограничителя А11, А12 давления для защиты первой и второй магистралей 11, 12 от избыточных давлений путем слива масла в магистраль 10 подкачки.
Гидравлический контур также содержит вакуумный клапан V, установленный в вакуумной магистрали L.
Вакуумная магистраль соединяет первую или вторую магистраль 11, 12 (при необходимости можно установить между магистралями 11 и 12 специальный переключатель) со сливной магистралью 13, которая ведет к резервуару R. В качестве клапана V используется 2/2-ходовой клапан, имеющий один вход и один выход. Вход соединен с магистралью 12, а выход - со сливной магистралью 13. Клапан V имеет два состояния - открытое и закрытое.
Переход в закрытое состояние осуществляется с помощью соленоидного золотника V1 с электрическим управлением. Это изменение состояния обусловливает первую переходную фазу, на которой происходит эффективная активация гидроусилителя, поскольку магистрали 11, 12 высокого и низкого давления уже не соединены с резервуаром R и в них возможно повышение давления. Это повышение давления обеспечивает приведение в действие соединительных муфт Е1 и Е2, связывающих компоненты гидравлических машин М1 и М2 с выходными валами этих машин, чтобы они стали активными на транспортном средстве, то есть включение системы. Это могут быть соединительные муфты типа дисковых или кулачковых муфт, например, такие же, как в известных коробках передач. Они могут также образовывать соединительные муфты радиальных поршневых моторов, которые отсоединяются от кулачка посредством отведения поршней.
С другой стороны, имеется пружина V2, которая в нерабочем положении удерживает клапан V в открытом состоянии. Поскольку управления золотником V1 больше не происходит, клапан V возвращается в открытое положение, что обусловливает вторую переходную фазу, на которой давление в магистрали 12 низкого давления падает, в результате чего гидроусилитель отключается.
На фиг. 2 показан упрощенный вариант с использованием клапана V, который в нерабочем положении открывает вакуумную магистраль L и блокирует магистраль 10 подкачки, а в положении с управлением - наоборот. Для этого клапана V тоже предусмотрено электрическое управление с помощью соленоида.
Таким образом, для указанных двух переходных этапов необходимо предусмотреть электронное воздействие на несколько элементов, в частности - на клапаны V, V и подкачивающий насос, что накладывает ограничения на конструкцию и электрические сети.
Сущность изобретения
Одной из целей изобретения является упрощение существующих конструкций путем улучшения эксплуатационных характеристик устройства. Для этого предложено устройство, содержащее:
- первое гидравлическое устройство и второе гидравлическое устройство, причем эти два мотора соединены первой магистралью и второй магистралью, обеспечивающими всасывание или нагнетание масла в указанные моторы,
- подкачивающий насос, расположенный между резервуаром и магистралью подкачки, причем магистраль подкачки сообщается с по меньшей мере одной из указанных магистралей и может обеспечивать подкачку указанных магистралей с помощью подкачивающего насоса,
отличающееся тем, что насос выполнен с возможностью всасывания масла в магистраль подкачки с целью обеспечения понижения давления в указанных первой и второй магистралях.
Благодаря активации насоса при всасывании в магистраль подкачки удается повысить эффективность второй переходной фазы путем ускорения понижения давления в первой и второй магистралях. Циркуляция в обратном направлении, при работе в режиме подкачки с расходом через насос, может быть либо пассивной (выключение насоса и понижение давления в магистралях), либо активной (управление насосом). Ниже по тексту описания мы будем использовать для отражения этого принципа термин «всасывание».
Более конкретно, в соответствии с первым аспектом изобретения, предлагается устройство, в котором насос выполнен с возможностью всасывания масла через магистраль подкачки из первой или второй магистрали, причем масло нагнетается указанным насосом в резервуар.
В этой связи, в соответствии с другими предпочтительными признаками изобретения:
- устройство дополнительно содержит переключатель на более низкое давление между первой и второй магистралями, соединенный с магистралью подкачки, причем указанный переключатель выбирает из первой и второй магистралей магистраль с более низким давлением таким образом, чтобы масло всасывалось в магистраль с более низким давлением и нагнеталось в резервуар благодаря указанному насосу (могло циркулировать в обратном направлении в режиме подкачки со сбросом его давления в резервуаре через магистраль подкачки и подкачивающий насос),
- параллельно переключателю между магистралью подкачки и первой и второй магистралями установлены ограничители давления для защиты двух последних от избыточного давления,
- переключатель на более низкое давление представляет собой инверсивный челночный клапан, который всегда оставляет в сообщении с магистралью подкачки магистраль с более низким давлением из первой и второй магистралей,
- переключатель на более низкое давление содержит два обратных клапана, установленных «спина к спине», каждый из которых снабжен герметизирующим элементом, например шариком, и седлом, причем герметизирующие элементы, образованные, например, шариками, отделены друг от друга стержнем, препятствующим одновременному закрытию обоих клапанов,
- переключатель на более низкое давление содержит ограничитель давления, установленный параллельно каждому обратному клапану, причем переключатель и обратные клапаны являются составными частями одного и того же клапана,
- переключатель на более низкое давление и ограничители давления образованы единственным клапаном, причем указанный клапан имеет гильзу, в которой могут скользить толкатель и штифт по продольной оси Х-Х' клапана, при этом:
- толкатель делит гильзу на первый объем, питаемый первой магистралью, и второй объем, питаемый второй магистралью, причем эти два объема могут сообщаться друг с другом через имеющийся в толкателе внутренний канал,
- толкатель определяет с гильзой кольцевой объем, причем кольцевой объем поочередно сообщается с первым или вторым объемом в зависимости от положения толкателя при его поступательном перемещении в гильзе вдоль продольной оси Х-Х',
- штифт имеет первый конец, обеспечивающий закрытие указанного канала в нерабочем положении, и второй конец, соприкасающийся с пружиной, которая удерживает штифт в нерабочем положении, причем штифт имеет возможность поступательного перемещения вдоль продольной оси Х-Х', чтобы открывать или закрывать внутренний канал,
при этом, когда канал закрыт, положение толкателя определяется силами, обусловленными давлениями в первом объеме и во втором объеме, действующими по обе стороны от толкателя, а магистраль подкачки приходит в сообщение с магистралью с более низким давлением из первой и второй магистралей,
- штифт имеет первую поверхность, заходящую в первый объем, на которую действует сила, обусловленная давлением в первом объеме, и вторую поверхность, заходящую во второй объем, на которую действует сила, обусловленная давлением во втором объеме, причем обе эти силы противодействуют силе пружины,
при этом, когда обе силы превышают силу пружины, штифт совершает поступательное перемещение и открывает указанный канал, обеспечивая сообщение между магистралями высокого и низкого давления.
В отличие от известных конструкций, в которых подкачивающий насос служит исключительно для закачки масла в магистраль подкачки, в рамках данного аспекта изобретения предлагается использовать этот подкачивающий насос для всасывания масла, что позволит облегчить выключение. Активация режима всасывания в магистраль подкачки происходит в течение соответствующего промежутка времени (в зависимости от объема масла и характеристик насоса).
Таким образом, фаза выключения, которая до этого момента была пассивной (прекращение управления клапаном, в частности, посредством отключения подкачивающего насоса) становится активной.
Кроме устранения электромеханического привода клапана, может быть устранена также вакуумная магистраль, что позволяет упростить конструкцию.
В соответствии со вторым аспектом, предложено устройство, дополнительно содержащее вакуумный клапан с управляющим золотником и вакуумную магистраль, причем указанный клапан имеет:
- неуправляемое нерабочее положение, в котором:
- первая магистраль или вторая магистраль (или челночный клапан, выбирающий из первой магистрали и второй магистрали ту, в которой давление выше) соединена с резервуаром через вакуумную магистраль,
- магистраль подкачки закрыта,
- управляемое положение, в котором:
- магистраль подкачки соединена с магистралью высокого давления или магистралью низкого давления,
- вакуумная магистраль закрыта,
отличающееся тем, что управляющий золотник управляется давлением в магистрали подкачки, в результате чего указанный клапан гидравлически управляется подкачивающим насосом, а всасывание масла в магистраль подкачки указанным подкачивающим насосом приводит к установке вакуумного клапана в нерабочее положение, благодаря чему обеспечивается понижение давления в первой и второй магистралях.
В отличие от известных конструкций, в которых вакуумный клапан имеет электрическое управление, в данном случае осуществляется двойное гидравлическое управление. В результате этого управление получается в целом гидравлическим, а сброс давления ускоряется благодаря выполняемому насосом всасыванию. Благодаря этому облегчается реализация пассивного варианта сброса давления (простое понижение давления в магистрали подкачки без активации насоса в обратном направлении в режиме подкачки). Такое решение оказывается в то же время вполне совместимым с активным сбросом давления, которое производится быстрее.
С учетом сказанного, в соответствии с другими предпочтительными признаками изобретения,
- вакуумный клапан имеет герметичное промежуточное положение, препятствующее всякому сообщению между, с одной стороны, магистралями высокого и низкого давления и, с другой стороны, магистралью подкачки и резервуаром,
- всасывание осуществляется посредством реверсирования направления вращения насоса,
-насос представляет собой реверсивный объемный насос с реверсированием подачи, в котором всасывание осуществляется за счет отрицательного рабочего объема, а не за счет реверсирования направления вращения насоса,
- насос представляет собой насос с переменным рабочим объемом.
Наконец, предметом изобретения является способ (см. следующий пункт формулы).
Краткое описание чертежей
Остальные признаки, цели и преимущества изобретения явствуют из нижеследующего описания, которое приводится исключительно в справочных целях, не имеет ограничительного характера и должно рассматриваться совместно с приложенными чертежами, на которых:
- фиг. 1 иллюстрирует гидравлический контур, конкретнее - контур подкачки, в соответствии с принципами, известными из уровня техники,
- фиг. 2 представляет собой схематическое изображение известной конструкции,
- фиг. 3 представляет собой схематическую иллюстрацию одного из аспектов изобретения,
- фиг. 4 представляет собой схему, иллюстрирующую первый вариант осуществления одного из аспектов изобретения,
- фиг. 5 представляет собой схему, иллюстрирующую второй вариант осуществления того же аспекта изобретения,
- фиг. 6 иллюстрирует клапан, обеспечивающий возможность реализации схемы по фиг. 5,
- фиг. 7 представляет собой схему, иллюстрирующую один из вариантов осуществления в соответствии с другим аспектом изобретения,
- фиг. 8 иллюстрирует другой вариант выполнения подкачивающего насоса,
- фиг. 9 иллюстрирует еще один вариант выполнения подкачивающего насоса, интегрированный в другой вариант осуществления контура,
- фиг. 10 представляет собой схему, иллюстрирующую одну из частей гидравлической машины.
Подробное раскрытие изобретения
Ниже будет раскрыто несколько аспектов и вариантов реализации этих аспектов.
Устройство содержит две гидравлических машины М1, М2, работающие по принципу «велосипедной цепи», как сказано во вступительном разделе. Эти машины М1, М2 соединены друг с другом первой магистралью 11 и второй магистралью 12, обеспечивающими подачу в них масла.
В зависимости от режима работы, направление циркуляции масла и давление в указанных магистралях 11, 12 могут меняться.
Так, например, когда оборудованное транспортное средство движется передним ходом и работает в режиме подвода крутящего момента, первая машина М1 функционирует как насос, а вторая машина М2 - как мотор. Если считать, что первая магистраль 11 соединяет сторону нагнетания первой машины М1 со стороной всасывания второй машины М2, а вторая магистраль 12 соединяет сторону нагнетания второй машины М2 со стороной 1 всасывания первой машины М1, то в этом случае в первой магистрали 11 будет иметь место высокое давление, а второй магистрали 12 - низкое давление с направлением циркуляции масла от первой машины М1 ко второй машине М2 в магистрали 11.
Под высокими давлениями здесь понимаются давления более нескольких сотен бар, например, 400 бар, а под низким - давления в несколько десятков бар, например, 10 или 30 бар. Низкое давление отличается от давления в резервуарах с маслом без давления, представленными, в частности, картерами машин М1 и М2 и резервуар R без давления, которые, по существу, имеют выход в атмосферу. Низкое давление, отличное от атмосферного, в известных системах необходимо для обеспечения надлежащей работы трансмиссии с замкнутым контуром.
В процессе эксплуатации трансмиссия с замкнутым контуром состоит из магистрали высокого давления (ВД) и магистрали низкого давления (НД). Если машины не создают никакого крутящего момента, то в обеих магистралях имеет место давление НД, которое является минимальным давлением для работающего замкнутого контура.
При движении задним ходом происходит реверсирование направления циркуляции масла, в результате чего высокое давление имеет место во второй магистрали 12, а низкое - в первой магистрали 11.
Аналогично, когда транспортное средство работает в режиме «сдерживания», например движется по спуску, может также происходить смена давлений между магистралями 11, 12.
Сцепление, то есть включение, этих машин М1, М2 осуществляется благодаря соединительным муфтам Е1, Е2, получающим гидравлическое питание от первой и второй магистралей 11, 12. Показанные здесь соединительные муфты соединяют блоки гидравлических машин с проходящими через них валами и активируют эти машины.
Предусмотрен контур подкачки для подачи масла в магистрали 11, 12 с целью обеспечения включения машин М1, М2, а также компенсации утечек масла. С помощью этого контура удается поддерживать в магистралях, к которым он подключен, минимальное низкое давление, которое называют «давлением подкачки». Таким образом, в магистралях 11 и 12 будет всегда иметь место, по меньшей мере, давление подкачки, когда система активирована. Для этого предусмотрен подкачивающий насос 30, который далее мы будем называть «насос 30»). Он соединен с резервуаром R с помощью сливной магистрали 13 и может запитывать первую и вторую магистрали 11, 12, в частности - через магистраль 10 подкачки.
Подкачивающий насос 30 может выдавать масло под давлением в несколько десятков бар, которое по, существу, эквивалентно низкому давлению.
Благодаря созданию давления в магистралях ВД и НД с замкнутым контуром с помощью контура подкачки происходит активация гидравлических машин М1 и М2 в результате приведения в действие муфт Е1 и Е2. И наоборот, выход масла из замкнутого контура приводит к падению давления в магистралях М1 и М2, в результате сего они становятся неактивными.
Первый аспект изобретения
Упрощенная схема, иллюстрирующая первый аспект изобретения, приведена на фиг. 3.
Насос 30 выполнен с возможностью всасывания масла из магистрали 10 подкачки, а конкретнее - его нагнетания в резервуар R по сливной магистрали 13. Таким образом, понижение давления осуществляется посредством реверсирования направления действия насоса 31, поэтому нет необходимости ни в вакуумном клапане, ни в специальной вакуумной магистрали.
Поэтому каждая из первой и второй магистралей 11, 12 больше не содержит, как раньше, независимый обратный клапан. Это объясняется тем, что всасывание в магистраль 10 подкачки привело бы к блокировке этих обратных клапанов, что мешало бы попаданию масла в магистраль 10 подкачки.
Когда требуется гидроусиление, устройство работает как обычно, с активацией насоса 30 с целью впрыскивания масла в магистраль 10 подкачки, что затем будет поднимать давление в первой и второй магистралях 11, 12, а также, при необходимости, и в соединительных муфтах Е1, Е2 для включения машин М1, М2. С другой стороны, когда гидроусиление больше не требуется, происходит реверсирование направления действия насоса 30, то есть вместо того чтобы отбирать масло из резервуара R для его впрыскивания в магистраль 10 подкачки, этот насос отбирает масло из первой и/или второй магистрали 11, 12 по магистрали 10 подкачки и закачивает его в резервуар R. Таким образом, происходит понижение давления в первой и второй магистралях 11, 12 и отключение машин М1, М2 в результате всасывания насосом 30 нужного объема масла.
Отключение происходит быстро благодаря всасыванию насосом 30, которое считается более эффективным, чем простой сброс давления посредством открытия вакуумного клапана.
В зависимости от конструкции, с магистралью 10 подкачки соединяется только та из двух магистралей 11, 12, которая является магистралью низкого давления при движении передним ходом и с подводом крутящего момента.
Говоря точнее, понижение давления вызывает кавитацию в цилиндрах гидравлических машин М1, М2. Падение давления в магистрали с более низким давлением приводит к появлению мертвых объемов под поршнями, и вследствие вращения машин М1, М2 эти мертвые объемы заполняются магистралью высокого давления, что дает возможность сброса давления также в магистрали с более высоким давлением. При вращении машин М1 и М2 одна из них будет отбирать из магистрали с более высоким давлением для закачки в магистраль низкого давления, где оно будет всасываться через клапан. Поскольку из другого места магистрали низкого давления происходит слив, давление будет уменьшаться одновременно в обеих магистралях. Таким образом, благодаря изобретению удается в этом конкретном контуре снижать давление в обеих магистралях, даже если непосредственно к насосу присоединена только одна из них. Выражение «непосредственно присоединена» следует понимать как означающее «без прохождения через вторую гидравлическую машину» или «присоединена с помощью открытого обратного клапана к магистрали, идущей в сторону подкачивающего насоса».
Здесь мы имеем дело с процессом спонтанной кавитации, который инициируется всасыванием насосом 30, ускоряющим сброс давления.
Таким образом, произошел переход от пассивного сброса давления (прекращение управления насосом и вакуумным клапаном) к активному сбросу давления с устранением при этом клапана (вакуумного клапана) и, по существу, устранением одной из магистралей (вакуумной магистрали, имеющейся в системах, известных из уровня техники).
В рассматриваемом случае насос 30 получает питание от электроагрегата 31, образуя электронасосный агрегат (ЭНА). Параллельно насосу 30, как во всех традиционных системах, включен ограничитель давления 20. В случае использования электронасоса 30, 31 реверсирование направления вращения электромотора 31 приводит к реверсированию направления действия насоса 30. Скорость и продолжительность активации являются функциями всасываемого объема масла и характеристик устройства, таких как рабочий объем. Таким образом, необходимо иметь ЭНА 30, 31, который мог бы работать с обоими направлениями вращения.
Использование электрического агрегата 31 не является специфичным лишь для первого аспекта изобретения и не имеет ограничительного характера.
Возможны несколько вариантов осуществления этого первого аспекта.
Как показано на фиг. 4, магистраль 10 подкачки предпочтительно присоединена к первой и второй магистралям 11, 12 с помощью переключателя 50 на более низкое давление (в англоязычной терминологии «inverse shuttle valve» - «инверсивный челночный клапан»). Это всегда обеспечивает возможность подкачки магистрали с более низким давлением (когда транспортное средство движется задним ходом или притормаживает, давления в магистралях 11 и 12 можно реверсировать). Переключатель 50 оставляет магистраль с более низким давлением вместе с магистралью 10 подкачки постоянно открытыми.
В этой конфигурации снова используются ограничители давления 41, 42, включенные параллельно переключателю 50, что защищает первую и вторую магистрали 11, 12 от возможного избыточного давления.
Переключатель 50 на более низкое давление состоит, как правило, из двух обратных клапанов 51, 52, расположенных «спина к спине», каждый из которых содержит герметизирующий элемент, например шарик, или клапан, форма которого адаптирована к действующим в системе расходам и давлениям. Ниже по тексту мы будем рассматривать в качестве герметизирующего элемента, например (но это не единственное возможное решение), шарик 51а, 52а, который может быть помещен в соответствующее седло 51а, 51b для перекрытия прохода масла. Шарики 51а, 52а удерживаются на минимальном расстоянии друг от друга с помощью жесткого стержня 53, так что один из двух обратных клапанов 51, 51 постоянно открыт.Эти шарики 51а, 52а могут быть также жестко соединены с жестким стержнем 53.
Как только давление с одной стороны становится более высоким, шарик 51а, 52а прижимается к седлу 51а, 51b, перекрывая сообщение между магистралью 11, 12 и магистралью 10 подкачки, в результате чего освобождается отверстие с другой стороны между второй магистралью 12, 11 и магистралью 10 подкачки.
Так, например, на фиг. 4 видно, что более высокое давление имеет место во второй магистрали 12, что приводит к закрытию обратного клапана 52 шариком 52а, при этом указанный шарик 52а способствует, благодаря стержню 53, открытию обратного клапана 51, вследствие чего первая магистраль 11 с более низким давлением начинает сообщаться с магистралью 10 подкачки. Существует и промежуточное положение, в котором открыты все три магистрали 10, 11, 12.
Кроме того, благодаря стержню 52, поддерживающему открытое состояние одного из двух обратных клапанов 51, 52, отсутствует опасность блокировки переключателя 50, когда насос 30 выполняет всасывание в магистраль 10 подкачки, создавая при этом падение давления.
На фиг. 5 и 6 показан другой клапан 70, включающий в себя как ограничитель 71 давления, так и переключатель 72 на более низкое давление. В этом клапане 70 ограничитель 71 представляет собой двойной ограничитель, помещенный между первой и второй магистралями 11, 12.
Возможное избыточное давление в одной из магистралей 11, 12 будет сбрасываться посредством слива масла в другую магистраль 12, 11.
Клапан 70 снабжен гильзой 701, в которой находятся штифт 711 и толкатель 721. Эти два последних могут совершать относительное скользящее поступательное перемещение вдоль продольной оси Х-Х'.
Толкатель 721 делит объем гильзы 701 на первый объем V1, получающий питание от первой магистрали 11, и второй объем V2, получающий питание от второй магистрали 12. Эти два объема V1, V2 не являются полностью независимыми и могут сообщаться по текучей среде друг с другом по выполненному в толкателе 721 внутреннему каналу 722.
Кроме того, толкатель 721 определяет, вместе с гильзой 701, кольцевой объем Va между указанными толкателем 721 и гильзой 701. Этот кольцевой объем Va постоянно сообщается с магистралью 10 подкачки, а также попеременно сообщается с первым или вторым объемом V1, V2. Таким образом, даже тогда, когда подкачивающий насос 30 осуществляет всасывание, риск закупорки отсутствует.
Штифт 711 имеет первый конец 711а, обеспечивающий закрытие указанного внутреннего канала 722 в нерабочем положении и его открытие в рабочем положении. Эти два положения достигаются посредством поступательного перемещения штифта 711 вдоль оси Х-Х'. Второй конец 711b указанного штифта 711 соприкасается с пружиной 712, которая удерживает штифт 711 в нерабочем положении.
Когда внутренний канал 722 перекрыт, положение толкателя 721 зависит от давлений, действующих в первом и втором объемах V1, V2:
- когда давление в первом объеме V1 больше давления во втором объеме V2, толкатель 721 обеспечивает сообщение между магистралью 10 подкачки и вторым объемом V2, а следовательно, и второй магистралью 12,
- когда давление во втором объеме V2 больше давления в первом объеме V1, толкатель 721 обеспечивает сообщение между магистралью 10 подкачки и первым объемом V1, а следовательно, и первой магистралью 11.
Таким образом, когда толкатель 721 блокирован, он выполняет функцию переключателя 72 на более низкое давление.
Штифт 711 имеет также первую поверхность S1, заходящую в первый объем V1, на которую действует сила, обусловленная давлением в первом объеме V1. На практике эта первая поверхность S1 соответствует поверхности, перекрывающей внутренний канал 722. Аналогично, штифт имеет вторую поверхность S2, заходящую во второй объем V2, на которую действует сила, обусловленная давлением во втором объеме V2. На практике эта поверхность S2 располагается между объемом V2 и гнездом 713 пружины 712.
Обе силы действуют в одном направлении, стремясь установить штифт 711 в рабочее положение, то есть сжать пружину 712 и открыть внутренний канал 722.
Таким образом, когда сумма этих двух сил превышает силу пружины, происходит открытие внутреннего канала 722, и два объема V1, V2 сообщаются друг с другом, обеспечивая при этом возможность сброса избыточного давления из магистрали 11, 12 в другую магистраль 12, 11. Штифт 711 и пружина 712 образуют ограничитель давления 71.
Можно добиться разных калибровок для первого объема V1 и второго объема V2 путем выбора нужной поверхности S1, S2. На практике, с учетом действующих в системе давлений (например, 400 бар в одной из магистралей при 30 бар в другой), лишь один из двух объемов V1, V2 будет оказывать значительное на пружину 712
Указанный клапан 70, в состав которого входят ограничитель 71, действующий с единственной пружиной 712, и переключатель 72 на более низкое давление, позволяет добиться большей компактности устройства.
Независимо от варианта осуществления получают устройство, в котором включением и выключением машин М1, М2 управляют исключительно подкачивающим насосом 30 и реверсированием направления его действия. При этом отпадает необходимость в клапанах с электроприводом.
Второй аспект изобретения
На фиг. 7 представлена гидравлическая схема, иллюстрирующая второй аспект изобретения.
В соответствии с этим вариантом, предусмотрены вакуумный клапан 100 с золотником 101 и вакуумная магистраль 14.
Вакуумная магистраль 14 соединяет по меньшей мере одну из двух, первой и второй, магистралей 11, 12 с резервуаром R через, например, сливную магистраль 13.
В нерабочем положении вакуумный клапан 100:
- закрывает магистраль 10 подкачки, что означает, что первая и вторая магистрали 11, 12 не могут получать масло от насоса 30;
- открывает вакуумную магистраль 14, что позволяет произвести сброс давления из устройства.
В управляемом положении вакуумный клапан 100:
- открывает магистраль 10 подкачки, что обеспечивает подачу масла в первую и вторую магистрали 11, 12,
- закрывает вакуумную магистраль 14.
Вакуумный клапан 100 предпочтительно имеет промежуточное защитное герметичное положение, в котором магистраль 10 подкачки и вакуумная магистраль 14 закрыты.
В соответствии с этим вторым аспектом изобретения, золотник 101 гидравлически управляется магистралью 10 подкачки.
В результате, когда возникает потребность в гидроусилении, активируется насос 30, при этом в магистрали 10 подкачки создается давление. Далее оказывается воздействие на золотник 101, и вакуумный клапан переходит в управляемое положение, чтобы обеспечить возможность подкачки первой и второй магистралей 11, 12.
И наоборот, когда необходимость в гидроусилении отпадает, насос 30 действует в обратном направлении, что влечет за собой всасывание масла в магистраль 10 подкачки и ускорение перехода вакуумного клапана 100 в нерабочее положение. Таким образом, понижение давления в первой и второй магистралях 11, 12 осуществляется быстро и способствует выключению машин М1, М2.
Здесь тоже используются ограничители давления 81, 82 и обратные клапаны 91, 92 (в направлении от магистрали 10 подкачки к магистралям 11, 12), параллельно включенные между первой и второй магистралями 11, 12 и магистралью 10 подкачки (когда вакуумный клапан 100 находится в управляемом положении).
В зависимости от конкретного альтернативного варианта, вакуумная магистраль 14 соединяется только с магистралью, которая соответствует низкому давлению при движении передним ходом в режиме подвода крутящего момента.
Также возможно обеспечить переключатель на более низкое давление, выбирающий из первой и второй магистралей 11, 12 ту, в которой действует более низкое давление, чтобы соединить ее с вакуумной магистралью 14.
Также можно присоединить обе магистрали 11, 12 к вакуумной магистрали 14.
Как и в случае с первым аспектом, получено устройство, в котором включение и выключение машин М1, М2 управляется исключительно подкачивающим насосом 30 и реверсированием направления его действия.
Другие варианты осуществления
Независимо от конкретного варианта осуществления, включение и выключение гидравлических машин М1, М2 осуществляются благодаря циркуляции в обратном направлении, в режиме подкачки, потока через насос и, как правило, благодаря всасыванию, производимому подкачивающим насосом 30. Эта циркуляция может быть пассивной или активной. Используют несколько видов насосов. Напомним, что на ранее рассмотренных чертежах был показан насос 30, приводимый в действие электромотором 31, который может вращаться в обоих направлениях, однако возможные решения отнюдь не ограничиваются таким вариантом.
На фиг. 8 иллюстрируется вариант осуществления, в соответствии с которым в качестве подкачивающего насоса использован насос 32 с регулируемым рабочим объемом. Здесь уже нет обязательного условия параллельного подключения ограничителя давления 20. Этот насос известного типа обеспечивает привязку рабочего объема насоса к уставке давления через посредство линии обратной связи и тарированной пружины. Применение такого насоса эквивалентно совмещению насоса с постоянным рабочим объемом и ограничителя давления.
Насос 32 с регулируемым рабочим объемом применим для всех раскрытых выше вариантов осуществления.
На фиг. 9 иллюстрируется вариант осуществления, в соответствии с которым подкачивающий насос представляет собой реверсивный объемный насос 33. Этот насос 33 вращается всегда в одном направлении, но изменение рабочего объема на отрицательный влечет за собой всасывание.
Основной принцип рассмотренных выше вариантов осуществления остается одним и тем же.
Кроме того, на фиг. 9 иллюстрируется, независимо от реверсивного объемного насоса 33, такая конструкция, в которой насос приводится во вращение от оси транспортного средства (при необходимости с редуктором и муфтой, например, типа дискового сцепления).
Тем не менее, это альтернативное решение относится, в основном, к насосу 33, поскольку в противном случае пришлось бы включать между осью и насосом инвертор вращения, с тем чтобы стало возможным всасывание.
На фиг. 9 опять можно наблюдать функцию ограничения давления в обеих магистралях, например, в форме ограничителей давления 91, 92 типа управляемых обратных клапанов, а также переключатель 93 типа описанного выше.
Приведение насоса во вращение может также осуществляться непосредственно тепловым двигателем М.
Гидравлические машины М1, М2
Гидравлические машины М1, М2 представляют собой предпочтительно машины с радиальными поршнями, например, такими, как схематически показанная на фиг. 10, которая включает в себя:
- кулачок 1 с рабочими выступами,
- ряд поршней 2, радиально расположенных в блоке цилиндров 3, причем каждый из поршней имеет ролик 4, который может катиться по кулачку 1 с рабочими выступами,
- вал 5, который может быть жестко связан с блоком цилиндров, в частности, когда включены муфты Е1, Е2.
Эти машины преобразуют гидравлическую энергию в механическую путем изменения рабочего хода поршней при их движении по кулачку с рабочими выступами.
Частота вращения таких машин М1, М2 относительно невелика, но они характеризуются большим крутящим моментом.
Такие машины М1, М2 устанавливают на транспортном средстве таким образом, чтобы они вращались со скоростью приводимых ими во вращение колес, без повышения или понижения числа оборотов. Если имеется по одной машине на каждую ось, то они должны вращаться со средней скоростью двух колес оси, для чего необходим дифференциал или другая аналогичная система.
Вся конструкция защищена специальным кожухом (не показан). Этот кожух может выполнять функцию резервуара R. В этом резервуаре R действует атмосферное давление. К нему могут быть присоединены сапуны, фильтры или клапаны, благодаря чему будет создаваться очень незначительный перепад давления относительно наружного пространства.
1. Устройство гидроусиления транспортного средства, содержащее:
- первое гидравлическое устройство (М1) и второе гидравлическое устройство (М2), причем два мотора (М1, М2) соединены первой магистралью (11) и второй магистралью (12), обеспечивающими всасывание или нагнетание масла в указанные моторы (М1, М2),
- подкачивающий насос (30, 32, 33), расположенный между резервуаром (R) и магистралью (10) подкачки, причем магистраль (10) подкачки сообщается с по меньшей мере одной из указанных магистралей (11, 12) и выполнена с возможностью обеспечивать подкачку указанных магистралей (11, 12) с помощью подкачивающего насоса (30), отличающееся тем, что насос (30, 32, 33) выполнен с возможностью всасывания масла в магистраль (10) подкачки, чтобы обеспечить понижение давления в указанных первой и второй магистралях (11, 12).
2. Устройство по п. 1, в котором насос (30, 32, 33) выполнен с возможностью всасывания масла через магистраль (10) подкачки из первой или второй магистрали (11, 12), при этом указанный насос (30) обеспечивает нагнетание масла в резервуар (R).
3. Устройство по п. 2, дополнительно содержащее переключатель (50, 60, 72) на более низкое давление между первой и второй магистралями (11, 12), соединенный с магистралью (10) подкачки, причем указанный переключатель (50, 60, 72) выполнен с возможностью выбора из первой и второй магистралей (11, 12) магистрали с более низким давлением таким образом, чтобы масло могло циркулировать в обратном направлении в режиме подкачки со сбросом его давления в резервуаре через магистраль подкачки и подкачивающий насос, будучи эффективно всасываемым в магистраль с более низким давлением и нагнетаемым в резервуар (R) с помощью указанного насоса (30, 32, 33).
4. Устройство по п. 3, в котором параллельно переключателю (50, 60, 72) между магистралью (10) подкачки и первой и второй магистралями (11, 12) включены ограничители давления (41, 42, 72) для защиты этих двух магистралей (11, 12) от избыточного давления.
5. Устройство по п. 3 или 4, в котором переключатель на более низкое давление представляет собой инверсивный челночный клапан, всегда оставляющий в сообщении с магистралью (10) подкачки магистраль (11, 12) с более низким давлением из первой и второй магистралей (11, 12).
6. Устройство по п. 5, в котором переключатель (50, 60, 72) на более низкое давление включает в себя два обратных клапана (51, 52), расположенных «спина к спине», каждый из которых снабжен герметизирующим элементом, например шариком (51а, 52а) и седлом (51b, 52b), причем герметизирующие элементы, образованные, например, шариками (51а, 52а), отделены друг от друга стержнем (53), препятствующим одновременному закрытию обоих клапанов (51, 52).
7. Устройство по п. 6, в котором переключатель на более низкое давление включает в себя ограничитель давления параллельно с каждым обратным клапаном, причем переключатель и данные клапаны образуют часть одного и того же клапана (60).
8. Устройство по любому из пп. 3–6, в котором переключатель на более низкое давление и ограничители давления (71) образованы единственным клапаном (70), причем указанный клапан имеет гильзу (701), обеспечивающую возможность скольжения в ней толкателя (721) и штифта (711) вдоль продольной оси X-X’ клапана (70), при этом:
- толкатель (721) делит гильзу (701) на первый объем (V11), питаемый первой магистралью (11), и второй объем (V12), питаемый второй магистралью (12), причем эти два объема (V11, V12) способны сообщаться друг с другом через имеющийся в толкателе внутренний канал (722),
- толкатель (721) определяет с гильзой (701) кольцевой объем (Vа), причем кольцевой объем (Vа) поочередно сообщается с первым или вторым объемом (V11, V12) в зависимости от положения толкателя (721) при его поступательном перемещении в гильзе (701) вдоль продольной оси (X-X’),
- штифт (711) имеет первый конец (711а), обеспечивающий закрытие указанного канала (722) в нерабочем положении, и второй конец (711b), соприкасающийся с пружиной (712), которая удерживает штифт (711) в нерабочем положении, причем штифт (711) имеет возможность поступательного перемещения вдоль продольной оси (X-X’), чтобы открывать или закрывать внутренний канал (722), при этом, когда канал будет закрыт, положение толкателя (721) будет определено силами, обусловленными давлениями в первом объеме (V1) и во втором объеме (V2), действующими по обе стороны от толкателя (721), а магистраль (10) подкачки в результате этого придет в сообщение с магистралью (11, 12) с более низким давлением из первой и второй магистралей (11, 12),
- штифт (711) имеет первую поверхность (S1), заходящую в первый объем (V1), на которую действует сила, обусловленная давлением в первом объеме (V1), и вторую поверхность (S2), заходящую во второй объем (V2), на которую действует сила, обусловленная давлением во втором объеме (V2), причем обе эти силы противодействуют силе пружины (712), при этом превышение этими двумя силами силы пружины (712) обусловит поступательное перемещение штифта (711) с открыванием указанного канала (722), что обеспечит сообщение между магистралями (11, 12) высокого и низкого давления.
9. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее вакуумный клапан (100) с управляющим золотником (101) и вакуумную магистраль (14), причем указанный клапан имеет:
- неуправляемое нерабочее положение, в котором:
- первая магистраль (11), вторая магистраль (12) или челночный клапан, выбирающий из первой магистрали (11) и второй магистрали (12) ту, в которой давление выше, соединены с резервуаром (R) через вакуумную магистраль (14),
- магистраль подкачки закрыта,
- управляемое положение, в котором:
- магистраль (10) подкачки соединена с магистралью (11) высокого давления или магистралью (12) низкого давления,
- вакуумная магистраль (14) закрыта, отличающееся тем, что управляющий золотник (101) является управляемым посредством давления в магистрали (10) подкачки, в результате чего указанный клапан (101) является гидравлически управляемым посредством подкачивающего насоса (30), а всасывание масла в магистраль (10) подкачки указанным подкачивающим насосом (30) приводит к установке вакуумного клапана (101) в нерабочее положение, что обеспечивает сброс давления в первой и второй магистралях (11, 12).
10. Устройство по п. 9, в котором вакуумный клапан (100) имеет герметичное промежуточное положение, препятствующее какому-либо сообщению между, с одной стороны, магистралями (11, 12) высокого и низкого давления и, с другой стороны, магистралью (10) подкачки и резервуаром (R).
11. Устройство по любому из пп. 1-10, в котором всасывание обеспечено за счет реверсирования направления вращения насоса (30).
12. Устройство по любому из пп. 1-11, в котором насос представляет собой реверсивный объемный насос (33), в котором всасывание осуществляется за счет отрицательного рабочего объема, а не за счет реверсирования направления вращения насоса.
13. Устройство по любому из пп. 1-12, в котором насос представляет собой насос с регулируемым рабочим объемом.
14. Способ сброса давления в устройстве по любому из пп. 1-13, в котором включают подкачивающий насос (30) на всасывание в магистраль (10) подкачки, чтобы обеспечить отключение машин (М1, М2).
15. Способ по п. 14 с использованием устройства по п. 11, в соответствии с которым включение насоса (30) на всасывание осуществляют посредством реверсирования направления вращения электродвигателя привода насоса (30).
16. Способ по п. 14 с использованием устройства по п. 11, в соответствии с которым включение насоса (30) на всасывание осуществляют посредством реверсирования рабочего объема насоса (30) без изменения направления его вращения.
