CN102387948A - 用于防止在具有液力机的工作介质回路中的压力峰值的方法 - Google Patents

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CN102387948A CN2010800159569A CN201080015956A CN102387948A CN 102387948 A CN102387948 A CN 102387948A CN 2010800159569 A CN2010800159569 A CN 2010800159569A CN 201080015956 A CN201080015956 A CN 201080015956A CN 102387948 A CN102387948 A CN 102387948A
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Abstract

本发明涉及一种用于避免工作介质回路中的压力峰值的方法,该工作介质回路中液力机被运转,并具有液力机,其包括共同形成环状工作室的主轮和次轮,该环状工作室可以经由工作介质入口和工作介质出口被填充和被排空,以便将扭矩从主轮水动力地传输到次轮。本发明的特征在于在所述液力机的启动和关闭期间,用于流入及/或流出工作室的工作介质的流截面的改变速度被基于预定输入变量而改变。

Description

用于防止在具有液力机的工作介质回路中的压力峰值的方法
技术领域
本发明涉及一种用于防止由于液力机的运行而在工作介质回路中产生的压力峰值的方法。
背景技术
液力机包括工作室,该工作室中充满工作介质,以便将驱动能各自的扭矩从液力机的主轮传输到次轮。
这种被设置为诸如液力转换器或液力偶合器的液力机已为本技术领域的专业人员所知。它们尤其被用在机动车辆的传动***,以便将驱动能从机动车辆的驱动引擎水动力地传输到驱动轮或另一单元。这种液力机还可以被设置为缓速器,在该情况下,次轮被设置为固定方式,或次轮以旋转方式在与主轮相反的方向上旋转。这样当工作室被充满的时候,允许主轮减速,允许特别是被设置为和主轮具有扭转硬度的轴,例如,与车辆的驱动轮间接连接的万向轴或者传输输出轴减速。本发明还涉及上述液力机的其他方面。
从主轮传输到次轮的驱动能或扭矩,或在液力机作为液力缓速器的配置的情况下的制动扭矩,依赖于液力机的工作室的填充度。传输的能量或扭矩随着填充度的上升而增加,从完全充满或完全排空的状态开始直到充满状态。液力机通过工作介质入口和工作介质出口被连接到外部的工作介质回路,用于填充和排空工作室或冷却液力机。
包括在外部工作介质回路中的液力机的启动和停止,即该外部工作介质回路在液力机的外部延伸,致使可以切换工作介质回路中的工作介质的循环,由此压力峰值产生在工作介质回路中。如果,比如液力机被切换为开或者它的工作室迅速被工作介质充满时,那么这将会导致在液力机外部的工作介质回路的压力降低,并且如果液力机被切换为关或者其的工作室被迅速排空,液力机将会将特定体积的工作介质馈送到液力机外部的工作介质回路,这又将导致各个压力增大。压力峰值会给设置在工作介质回路中的冷却***中的单元施加负荷,特别是给类似本发明的一个实施例的外部工作介质回路的车辆冷却***,例如冷却水驱动引擎的水泵或者衬垫施加负荷。压力降低的突然出现,也被称为负压峰值,将致使可能出现空穴现象。
虽然传统的冷却回路配备有补偿调节水槽,但是在没有任何额外测量的情况下(例如入口及\或出口的特殊的导管构型),这种传统的补偿调节水槽无法快速补偿大幅波动的体积流或迅速的压力波动。
国际申请WO 2004/026652描述了一种利用车辆的冷却回路中的缓速器的驱动单元,其中提供了一种用于当缓速器被关闭时从冷却回路中排出预定量的冷却液并且当缓速器打开时向冷却回路输送预定量的冷却液的方法。结果,尽管不时地切换缓速器打开或者关闭,但是在冷却回路中循环的冷却液流被维持在相对恒定的水平。然而,需要额外的设备和控制则较为不便。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于在工作介质回路中避免由于液力机的运行而生产的压力峰值的方法,该方法避免现有技术中的缺点。在外部工作介质回路内或者外启动或者关闭液力机的期间,正压峰值或负压峰值都特别应该被防止或至少已被减小。
这个目的通过根据独立权利要求的方法来实现。从属权利要求代表了本发明的优选实施例。
发明人已经意识到,由于根据预定输入变量工作介质流入液力机或者流出液力机而来填充或排空液力机的工作室,会引起流截面的速度改变(改变的速度),所以在启动和关闭液力机期间,可以防止不希望的压力峰值出现,并且可以减少设置在工作介质回路中的单元上的负荷。当液力机被驱动,根据工作介质引导,液力机被切换到外部工作介质回路内,并且在液力机被关闭期间,液力机被从外部工作介质回路切换出。
与用于在外部工作介质中避免由液力机的运转产生的压力峰值的发明相对应的方法中,该液力机包括主轮和次轮,该主轮和次轮共同地形成环状工作室,该环状工作室可以通过工作介质入口和工作介质出口填充或者排空以便将扭矩水动力地从主轮传输到次轮,在启动和关闭液力机期间,启动变量在其当前变化中被有益地改变,由此流入和/或流出工作室的、用于工作介质的流截面的改变速度被确定。这样,根据预定的输出变量,启动变量的各种当前变化被设定。
根据一个实施例,设定的启动变量的当前变化基于设定在液力机的能量传输或扭矩而改变。在对液力机的相对小的能量传输进行设置期间,在启动变量中的改变和因此在用于工作介质的流截面的改变速度,以特别优选的方式相对更急剧地发生,并且在对液力机的相对大的能量传输进行设置的期间,在启动变量中的改变和因此在用于工作介质的流截面的改变速度,相对缓慢地发生。特别地,在相对小的能量传输中,流进液力机的用于工作介质的流截面被更迅速地增加。除了或替代基于电力传输所设定的启动变量的当前变化中的改变,启动变量的当前变化也会基于驱动引擎的速度而改变,特别是以内燃机的形式的时候,由此设置在外部工作介质回路中的用于循环工作介质的泵及/或液力机被驱动。因此,流进或流出液力机的工作室的用于工作介质的流截面的改变速度在驱动引擎相对高速的时候可以比在驱动引擎相对低速的时候被设置得更大。不希望的压力峰值可以由此被减小,特别是在泵由驱动引擎驱动的时候,特别是在诸如车辆冷却回路的冷却回路中的冷却液泵,在驱动引擎速度较高时,泵将会比在驱动引擎速度较低时使更大量的工作介质流或冷却介质流在外部工作介质回路或冷却回路中循环。由于在液力机的启动和关闭期间,对相对大量流的切换,大容量流显示出了强烈的压力波动的可能性。
另一个可以额外地或者替代地作为用于有目的的改变启动变量的当前变化以便改变流截面的改变速度的变量是工作介质的温度。特别地,用于工作介质的流截面的改变速度在温度相对较高时被减小。
另一个可能的输入变量是工作介质的压力及/或设置在工作介质回路中的补偿调节水槽或储槽的压力,特别是的气压。此时也用于以下情况,特别是在压力相对较高时,用于工作介质的流截面的改变速度较小。特别地,在液力机的工作介质入口中的阀门的打开发生地更缓慢。
最后,设置在外部工作介质回路及/或液力机的速度,特别是它的主轮的速度,将会被检测或确定,并且可以被用作输入变量,改变速度在旋转速度较高时有意地变小时,用于可变地设定流截面的改变速度或用于改变启动变量的当前变化。与以上相同的论述,在涉及阀门的连接速度时也同样适用。
还可能在启动液力机时基于预定输入变量来改变用于工作介质的流截面的改变速度,因为启动变量本身的改变尤其不依赖于时间。位移尤其被用作启动变量,例如阀门的启动位置或路径,及/或力,例如阀门的控制压力或驱动力。因此为了改变阀门的流截面中的速度改变,驱动力可以根据驱动路径来改变(负载位移变化)。这种负载位移的变化可以基于工作介质回路中的当前的压力的反作用力被设定。该实施例可以替代已经提及的实施例或另外的实施例。
附图说明
以下将会参考实施例和附加的作为说明的附图来解释本发明,其中:
图1显示了被设置在汽车的工作介质回路中的利用液力缓速器的传动列的示意性说明;
图2、3、4显示了基于液力机的启动过程中的时间的启动变量的变化;
图5显示了根据本发明的用于液力机的填充过程,包括启动和关闭过程;
图6显示了用于设置用于工作介质的流截面的阀门的象征性说明;
图7显示了基于在根据另一个实施例的液力机的启动过程期间的路径的控制压力的象征性变化。
具体实施方式
图1显示了具有外部工作介质回路2的机动车辆的传动列10。在该情况下,工作介质回路2代表了冷却回路。此外,在该情况下为液力缓速器的液力机1被设置在外部工作介质回路2中,缓速器在该情况下被设置为挡水器,以便它的工作介质同时也代表车辆的冷却回路的冷却介质。
从流体的流动方向来看,以下组件被设置在工作介质回路2中并在缓速器的后面:阀门9.7,补偿调节水槽17的孔,热交换器18,循环泵16和另一个阀门9.6。阀门9.7在本情况下被设置在工作介质回路2中的工作介质出口6的区域内和阀门9.6被设置在在工作介质回路2中的工作介质入口5的区域中。内燃发动机15被设置在工作介质回路2中的流体的方向且平行于液力缓速器的方向。需要明白的是,还可以把液力缓速器和内燃发动机15相对彼此串联。此外,两个阀门9.6和9.7可以组合成一个公共阀(复合阀)。
液力缓速器在本情况下被设置为二次缓速器,意味着它基于车辆的移动速度被驱动。在本情况下,缓速器被设置在变速器14的动力输出轴19上,缓速器包括主轮3,其被设置为相对于动力输出轴19防扭曲。此外,缓速器包括次轮4,其在本情况下被固定地设置并形成为诸如缓速器壳体的一部分。
动力输出轴19与驱动轮11驱动连接,经由正齿轮组和变速器输出轴12。当驱动器通过诸如启动刹车踏板或刹车踏杆获得制动力的时候,驱动轮11被变速器输出轴12,正齿轮组,动力输出轴19和缓速器减速。为了在液力缓速器的工作室中设置预定工作介质压力,至少阀门9.6和9,7中一个的流截面被改变,以便利用工作介质调节工作室的填充度。在本情况下,两个阀门9.6和9.7被控制压力阀门8触发,在该情况下压力控制阀门8被设置有气动阀。在压缩空气箱9.8或空气压缩***提供了用于该目的的气压。压力控制阀门8可以被设置为比例阀或持续操作阀,例如伺服阀。
控制压力阀门8在此情况下被填充调节阀9触发。通过启动刹车踏板或其它诸如选速器杆的任何启动器(没有所示),以刹车请求13形式的用于启动刹车流程的信号产生在已知的缓速器中。用于压力控制阀门8的压缩空气的流截面将增加,以便来自压缩空气箱9.8或压缩空气***的压缩空气将会通过增加压力同时对阀门9.6和9.7加压。在该情况下,尤其是阀门9.6将会被切换成经过位置,来自工作介质回路2的工作介质经由工作介质入口5到达缓速器,并且阀门9.7被带到控制位置,该位置能够导致设定期望的制动转矩。主轮3和相同的动力输出轴19、变速器输出轴12和最后的轮11一起,将会通过主轮3和次轮4之间的缓速器的工作室中形成的流体回路而被减速。
尤其是在本情况下被设置为开/关阀的阀门9.6过于迅速的切换(打开和关闭),将导致外部工作介质回路2中的压力峰值。为了防止这些压力峰值或减少压力峰值的数量,在本情况下涉及到至少是阀门9.6,特别是阀门9.7的压力峰值,用于工作介质的流截面根据本发明以随着时间且有目的的方式改变而不是突然改变。以有目的的方式改变至少对应于工作介质入口5中的阀门9.6意味着,基于液力机关闭时的最小值,流截面被控制/调节成当液力缓速器启动时的最大流截面,或在工作介质输出6的阀门9.7中的流截面被从它的初始值改变成与液力机所需的能量传输或所需的扭矩或者或制动扭矩相对的截面,特别是在关闭或打开位置时。这个开环/闭环控制通过启动变量的设定的当前变化,由填充控制装置9的外部可启动压力控制阀门8执行,该当前变化决定了用于工作介质的流截面的改变流速。例如,在压力控制阀门8中被调节的气压被用作启动变量。
还可以额外地或替代地使用其它对在阀门9.6及/或9.7中用于工作介质的流截面的改变速度产生影响的参数。如果阀门9.6及/或阀门9.7被设置为电磁启动阀,产生磁力的电流及/或电压也能被作为启动变量。在液力或机械启动阀的情况下,液力启动压力或用在气动、磁力或其他启动阀门中的阀门活塞的位置或路径也可以用作启动变量。
启动变量的当前变化将基于预定输入变量的变化而变化。输入变量可以通过传感器被检测或计算出。图1示意性地显示了四个传感器9.2、9.3、9.4和9.5。例如,传感器9.2能够检测在工作介质回路2或尤其是补偿调节水槽17中的工作介质的温度。传感器9.3能够检测工作介质的电压,尤其是在上述的几处。传感器9.4被设置用于检测启动器需要的制动力,尤其是刹车踏板或选速器杆的位置处。传感器9.5被设置用于检测转速,例如内燃发动机15、变速器输出轴12、动力输出轴19或驱动轮11的速度。还可以基于车辆的速度或加速度有目的地改变启动变量的当前变化,其中,还可以再设置各个传感器(没有显示),直接检测变量或提供可以用于计算的测量值。
需要理解的是,图示的传感器9.2至9.5和它们的编号只应当被理解为示例,并且其他输入变量也能被用于改变启动变量的当前变化。
传感器9.2到9.5可以通过信号线路与控制装置9连接。除了传感器9.2或替代传感器9.2,控制装置9.1可以连接到车辆协助***、引擎或传输控制器,以便基于由这些控制部件或***提供的变量,改变流入及/或流出工作室的用于工作介质的流截面的启动变量或改变速度。
特征线及/或特征图可以有益地存储在控制装置9.1中,其中流入或流出液力机的,在本情况下为流进或流出缓速器,用于工作介质的流截面的启动变量或改变速度的当前变化至少将会间接地基于一个变量而被预定。特别地,触发压力的启动变量,在该情况下为由控制压力阀门8设定的气压,与一个或几个输入变量相关联。
图2,3和4显示了液力机1的启动过程,说明了基于输入变量以有目的的方式设定的启动变量的当前变化,该输入变量大于最大值(额定值)。额定值例如与控制压力相对应,该控制压力是为了设定工作室中的填充度而必须的,该填充度是基于液力机所需的能量而被要求的。它对应于用于启动阀门9.7(图1)到达期望的切换位置或控制位置的传统缓速器的压力。
根据图2至5,诸如压缩空气压力p、阀门位置s、启动力F或压力控制阀门8的流截面A的可能的启动变量随着时间而变化。
图2显示了启动变量的线性的当前变化。在本情况下,工作介质的流截面在每个单位时间内是恒定的,直线的上升的斜度表示改变速度的数值。上升的斜度将会基于一个或几个预定单元变量而被改变。
图3显示了启动变量渐进的当前变化。虚线表示基于输入变量的可能的变化。
图4显示了启动变量的阶梯式的当前变化,直到期望的额定值。
以恒定的方式变化并且尤其是没有断点的其它变化也是可能的。
与图2至图4相比,图5显示了液力机完整的启动和关闭过程。如图所示,启动发生在从t=0到基于图2的变化的t1。在t1点达到期望的额定值和特别是额定压力。压力其后基本上被维持恒定(t1到t2的部分,该部分与t轴平行),以便在工作室获得工作介质的量,为了获得用于各个电力传输的期望填充度该工作介质的量是必须的。如果液力机被闭合,在该情况下,液力机1通过阀门9.6(图1)被与外部工作电路2断开。在该情况下,变化也不会突然发生,而是在线性变化之后。额定值在从t2到t3关闭期间被减小为最小值。如图5所示,启动和关闭过程显示出不同的斜度。这是因为,液力机通常具有泵浦效应,其放大工作电路2中的循环泵的泵浦效应,由此导致了尤其在关闭期间压力峰值的可能性增加。用虚线表示的变化显示相对更迅速的启动和更缓慢的关闭过程。
需要理解的是,可以选择性的设定线性和其他的基于输入变量的当前变化并且结合根据尤其是根据特性图2到4的变化。
图6显示了可能的阀门,可以利用该阀门在工作室中设定填充度。例如这个阀门可以替代图1中的阀门9.6,其中,该阀门尤其满足上述的阀门9.6作为组合阀门的一部分功能,该组合阀门包括图1中的阀门9.6和阀门9.7。根据图6的阀门包括阀门座21和阀挺杆20,该阀挺杆20通过弹簧被抵靠阀门座21弹性地预拉。在阀挺杆的两侧上的工作介质中的压力之间存在平衡,意味着在显示的图中的阀挺杆20以上和阀挺杆20以下,在液力机的关闭状态时,存在环绕液力机的支路(没有显示),意味着当根据图6的阀门被以这种方式关闭时,阀挺杆20以密封的方式支撑在阀门座21。环绕着液力机的支路以引导工作介质的方式将阀挺杆20的两侧互相连接,然而在阀门的打开状态,阀挺杆20将会有益地将支路局部地或完全地密封,并且将会同时释放工作介质流,尤其是从阀挺杆20进入液力机的工作室内。
由于存在抵靠阀门座21的阀挺杆20的密封件22,阀挺杆20的通过工作介质压力被加压且互相相对的表面面积之间具有不同的尺寸。这样,在闭合阀门的情况下,尽管阀挺杆20的每侧上的工作介质压力相同,但产生了施加到阀挺杆20的总压力,并且因此将力添加到预拉弹簧上。这个构型的一个优点在于,在液力机关闭的状态时,阀门可以被可靠地保持闭合。存在的缺点是较大的力需要被施加到打开阀的阀挺杆20。
现在,当阀挺杆20朝远离阀门座21的方向移动时,特别是通过作用于阀挺杆20的合适位置上的气动控制电压p,或通过其它任何适当的力,必须要施加使阀挺杆20从阀门座21抬离的力,该力克服闭合阀门的力和阀挺杆20的被工作介质压力加压的两个侧面的表面积之间的不同尺寸之间所导致的力。一旦阀挺杆20通过该力被从阀门座21抬离,在阀挺杆20两边的被工作介质压力加压的表面面积将相等,以便该力打开阀门,特别是来自控制压力p的力,只与预拉弹簧的力相反。如果没有该对抗的力,将会导致阀门的突然打开和相当大的的负荷施加在阀挺杆20和弹簧上。
为了避免这种情况,根据图6的阀门,特别是根据图1的阀门9.6,通过对启动力F或控制压力p的当前变化的变量设定而被打开,如图7所示。附图显示了随时间进入的启动力F和控制压力p,特别是气动的启动压力。当液力机(图1)被关闭时,控制压力p被突然增加到最大值b(利用脉冲冲击)。最大值b可以被维持某段长度,例如(脉冲持续时间),如a所示。其后,控制压力p被减小为最小值c。如上述实施例中所述,基于最小值c,控制压力p(或启动力F)被随之设定成额定值(这里为数值d)。用于工作介质的流截面的改变速度可以基于预定的输入变量并通过对启动力或控制压力的当前变化的变量设定而被改变。特别地,其它诸如图2至5所示的变化也是可以的。显然还可以改变脉冲冲击的变化趋势或形状,特别是关于值a,b和c。
最小值b和脉冲持续时间a可以实验得到,特别是在不同的工作介质温度和引擎转速时,该工作介质同时也是引擎的冷却介质。如果引擎驱动冷却介质泵,可以在不同的引擎转速时在冷却介质回路中实现不同的***超压力,并且因此在冷却介质的不同泵转速和不同温度时可以被实现,冷却介质回路可以同时作为工作介质回路。用于设置当前变化的数值,特别是如图7所示,可以有益地以以下方式被选取,当液力机被启动时,工作介质回路中的压降为最小。最小值c对应于最小的可调整的控制压力。
同时,启动力、控制压力或另一个启动变量的当前变化应当以以下方式选取,液力机的启动时间不超过默认值。
如图7所示的脉冲冲击可以在液力机的任何启动中的重复启动中被设定。
根据本发明的方案确保启动和关闭时间在同时和工作介质回路的最低压力峰值结合的车辆的整个速度和引擎速度的范围内保持不变,尽管工作介质回路中的体积流量和压力将会基于车辆速度及/或引擎转速而变化,或也可以在切换时间方面做有目的性的变化。
附图标记列表
1            液力机
2            外部工作介质回路
3            主轮
4                    次轮
5                    工作介质入口
6                    工作介质出口
7                    工作室
8                    压力控制阀门
9                    填充控制装置
9.1                  控制装置
9.2,9.3,9.4,9.5   传感器
9.6,9.7             阀门
9.8                  压缩空气箱
10                   传动列
11                   驱动轮
12                   变速器输出轴
13                   刹车请求
14                   传动装置
15                   内燃机
16                   循环泵
17                   补偿调节水槽
18                   热交换器
19                   动力输出轴
20                   阀挺杆
21                   阀门座
22                   密封件

Claims (8)

1.一种用于避免工作介质回路(2)中的压力峰值的方法,其中液力机被运转,并且所述液力机(1)包括主轮(3)和次轮(4),所述主轮(3)和次轮(4)共同形成环状工作室(7),所述环状工作室(7)经由工作介质入口(5)和工作介质出口(6)能够被填充或排空,以便将扭矩液力地从所述主轮(3)传输到所述次轮(4),其特征在于,
在所述液力机(1)的启动和关闭期间,用于流入及/或流出所述工作室(7)的所述工作介质的流截面的改变速度被基于预定输入变量而改变。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述改变速度被通过对启动变量的当前变化的变量设定而改变,特别是所述阀门(8,9.6,9.7)的控制压力,所述启动力、所述启动路径或所述阀门(8,9.6,9.7)的位置被用作所述启动变量,所述阀门(8,9.6,9.7)特别为填充控制装置(9)的气压启动阀门、液力启动阀门、机械启动阀门、电气启动阀门、电磁启动阀门,所述填充控制装置被用来设定所述液力机(1)的所述工作室(7)中的填充度。
3.如权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述工作介质的压力及/或温度被用作测量得到或计算得到的输入变量。
4.如权利要求1到3中任一项所述的方法,其特征在于,所述流截面的改变速度被设定,特别是启动变量的当前变化基于所述液力机的能量传输而被设定或者被当前检测,特别是被检测到的主轮或次轮的速度,及/或根据驱动引擎(15)的能量或它的当前速度。
5.如权利要求2到4中任一项所述的方法,其特征在于,所述启动变量的所述当前变化对于所述输入变量的依赖性被存储在特征图、特征线及/或参数中,所述特征图、特征线及/或参数特别是被储存在液力机(1)的控制装置中。
6.如权利要求1到5中任一项所述的方法,其特征在于,所述工作介质的温度及/或压力被用作输入变量,并且比起在较低温度和较低压力,所述用于工作介质的流截面的所述改变速度在较高温度和高低压力被更缓慢地设定。
7.如权利要求1到6中任一项所述的方法,其特征在于,所述液力机(1)的速度,及/或被设置在所述工作介质回路(2)中的循环泵(16)的速度,及/或被设置在所述工作介质回路(2)中的引擎,特别是内燃发动机(15)的速度,被用做输入变量,并且用于所述工作介质的流截面的所述改变速度的相对更高的速度被设置成低于相对较低的速度。
8.如权利要求2到7中任一项所述的方法,其特征在于,所述液力机(1)一旦被启动,所述启动变量被以与脉冲方式相似的方式增加到一个预定的最大值(b),以便突然至少部分地释放所述工作介质的流截面,并且随后在预定的脉冲持续时间后,所述启动变量被减小到预定的最小值(c),并且被随后增加到预定的额定值。
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