專利名稱：泵變量式高氣壓全封閉循環(huán)無級變速器的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種機動車用無級變速器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有無級變速器主要有以下幾種形式摩擦輪無級變速器、機械脈動式無級變速器、V形帶無級變速器、鏈條式無級變速器、液壓泵—馬達無級變速器、近似于無級變速的汽車自動變速器。
除了液壓泵—馬達無級變速器、汽車自動變速器，其余幾種都不能傳遞大的功率，只用在小功率內(nèi)燃機上。液壓泵—馬達無級變速器能夠傳遞大的功率，但容易受氣溫的影響，氣溫低時，液壓油變得粘稠，使傳動效率降低。汽車自動變速器中的液力變矩器，依靠液壓油快速流動的動能傳遞動力，不適宜復雜的行駛狀態(tài)，具有傳遞效率低、裝置復雜、重量大、成本高的缺點。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種泵變量式高氣壓全封閉循環(huán)無級變速器，根據(jù)發(fā)動機輸出扭矩的大小和機動車行駛阻力的大小自動變速，能夠傳遞大功率，充分利用發(fā)動機的功率。
本實用新型的泵變量式高氣壓全封閉循環(huán)無級變速器，其特征在于由變量泵、馬達、變量泵與馬達之間的高壓、低壓氣體封閉連接管路、與變量泵連接的變量機構(gòu)組成。
變量泵的輸入端與機動車發(fā)動機聯(lián)接，馬達的輸出端與機動車的差速器連接，本實用新型通過采用變量泵與馬達之間的封閉高壓氣體，利用氣體的壓力差驅(qū)動馬達的運轉(zhuǎn)，可以傳遞大的功率。所謂變量泵，其結(jié)構(gòu)與液壓泵基本一致，其氣體排量可以改變。由于變量泵與變量機構(gòu)連接，同時變量泵與機動車發(fā)動機聯(lián)接(通過離合器與發(fā)動機連接)因而可根據(jù)發(fā)動機輸出扭矩的大小以及行駛阻力的大小通過變量機構(gòu)改變變量泵的排量，使變量泵輸入端的阻力矩和馬達輸出軸的扭矩分別與發(fā)動機輸出軸的扭矩以及機動車行駛阻力使馬達輸出軸上受到的阻力矩相適應。
所述變量泵與馬達之間的高壓氣體連接管路包括低壓腔、高壓腔，低壓腔連接于變量泵的進氣口與馬達的出氣口間，高壓腔連接于變量泵的出氣口與馬達的進氣口間。高壓腔與低壓腔之間可連通溢流閥，在變量泵排量很小，工作壓力極大時避免損害變速器。
所述變量機構(gòu)包括與變量泵輸入軸傳動聯(lián)接的微型空壓機，空壓機與節(jié)流閥之間的氣體管路與一汽缸I內(nèi)腔連通，汽缸I的活塞桿與移動凸輪連接，移動凸輪對稱的另一端與壓縮彈簧連接，移動凸輪上開有曲線形長槽，曲線形長槽的形狀與發(fā)動機轉(zhuǎn)速和扭矩的關(guān)系曲線相適應，在垂直于汽缸活塞桿方向上第一從動桿與移動凸輪上的長槽通過銷軸連接，第一從動桿的末端連接限位槽板，限位槽板上開有一長槽，通過銷軸與擺移動變量凸輪連接，擺移動變量凸輪上開有曲線形長槽，其形狀與變量泵工作壓力和排量關(guān)系曲線相適應，通過銷軸與第二從動桿連接，該從動桿的末端在變量桿的長槽內(nèi)用銷軸與變量桿連接，變量桿與變量泵連接，變量泵與馬達之間的低壓腔和高壓腔氣體管路上分別通過管路連通一汽缸II的兩個密封腔體，兩個密封腔體之間的活塞通過活塞桿與擺移動變量凸輪鉸接，活塞桿與第二從動桿成垂直關(guān)系，在擺移動變量凸輪另一側(cè)對稱于活塞桿方向上與限位桿接觸，該限位桿與壓縮彈簧連接。
變量桿與變量泵的連接部位與變量泵的種類有關(guān)，如葉片泵，變量桿與定子連接；如軸向柱塞泵，與斜盤變量頭連接；如徑向柱塞泵，與定子或偏心軸連接。
上述變量機構(gòu)體現(xiàn)了兩種方式，一是發(fā)動機在不同轉(zhuǎn)速時，變量泵排量的變化，其變量方式為可變恒功率；一是在發(fā)動機轉(zhuǎn)速不變時，工作壓力的變化，變量泵排量的變化，其變量方式為恒功率變量。在實際運行過程中，變量泵同時根據(jù)發(fā)動機輸出扭矩的大小和工作壓力的大小改變排量，使發(fā)動機處于滿負載工作狀態(tài)。
本實用新型在改變變量泵的排量時，所述馬達可以采用定量馬達(排量不變)，也可以采用變量馬達，變量馬達通過聯(lián)動桿與連接在變量泵上的變量桿連接，變量泵為主動控制，馬達聯(lián)動。當變量泵的排量減小時，馬達的排量變大；變量泵的排量增大時，馬達的排量減小。
本實用新型的優(yōu)點1、操作方式簡單。只需控制油門發(fā)動機轉(zhuǎn)速，便能自動變速，控制車速。
2、發(fā)動機在怠速時斷開與變速器連接的離合器，在行駛過程中，變速器根據(jù)發(fā)動機輸出扭矩的大小和行駛阻力的大小自動變速，保證發(fā)動機不熄火，同時最大限度利用發(fā)動機輸出功率。
3、使機動車具有優(yōu)異的加速性能和爬坡性能。
4、高壓氣體經(jīng)過少量的壓縮就可以產(chǎn)生大的壓力，所以本實用新型的變速器能夠傳遞大的功率(可至幾百千瓦)，不受環(huán)境溫度影響。因氣體粘度系數(shù)低，運動阻力小，能夠高速流動，所以效率高于液壓泵-馬達變速器；同時利用高壓氣體靜壓傳動，汽車自動變速器中的液力變矩器是利用流體的動能傳遞動力，所以效率高于汽車自動變速器。
5、適用于復雜的路況和走走停停的行駛狀態(tài)，效率高于帶液力變矩器的機動車自動變速器。
6、結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，成本低。
圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為變量泵與變量馬達之間的連接方式示意圖；圖3為發(fā)動機轉(zhuǎn)速與輸出扭矩關(guān)系曲線示意圖；圖4為變量泵工作壓力與排量關(guān)系曲線示意圖。
圖中1變量泵 2同步傳動聯(lián)接 3空氣濾清器 4微型空壓機 5節(jié)流閥 6排氣 7進氣管 8出氣管 9汽缸I 10移動凸輪 11導向平鍵 12壓縮彈簧 13螺母 14絲杠 15第一從動桿 16導向平鍵 17限位槽板 18支臂 19擺移動變量凸輪 20、21曲線形長槽 22銷軸 23壓縮彈簧 24限位桿 25螺母 26絲杠 27汽缸II 28高壓腔 29低壓腔 30溢流閥 31充氣開關(guān) 32第二從動桿 33變量桿34長槽 35馬達 36聯(lián)動桿 37變量桿 38換向閥具體實施方式
變量泵1的輸入端通過機動車上的離合器與發(fā)動機連接，馬達35的輸出軸與機動車的差速器連接。
與變量泵1輸入軸同步傳動聯(lián)接微型空壓機4，空壓機4與節(jié)流閥5之間的氣體管路由進氣管7與汽缸I9內(nèi)腔連通，汽缸I的活塞桿與移動凸輪10連接，移動凸輪對稱的另一端通過導向平鍵11連接壓縮彈簧12，移動凸輪上開有曲線形長槽21，曲線形長槽21的形狀體現(xiàn)發(fā)動機轉(zhuǎn)速與扭矩關(guān)系曲線，如圖3所示。長槽的左右方向距離表示發(fā)動機脫離怠速時最低轉(zhuǎn)速至最高轉(zhuǎn)速的范圍，上下方向的距離表示發(fā)動機輸出扭矩的最小至最大的范圍。在垂直于汽缸活塞桿方向上第一從動桿15與移動凸輪上的曲線形長槽21通過銷軸22連接，移動凸輪10直線左右擺動，帶動從動桿15上下移動。第一從動桿15的末端連接限位槽板17，限位槽板上開有長槽，通過銷軸與擺移動變量凸輪19上的支臂18連接，擺移動變量凸輪19上開有曲線形長槽20，通過銷軸與第二從動桿32連接，該曲線形長槽20的形狀體現(xiàn)變量泵為了維持扭矩不變，工作壓力與排量關(guān)系曲線，如圖4所示，M最大代表發(fā)動機最大輸出扭矩的關(guān)系曲線，M最小代表發(fā)動機最小輸出扭矩的關(guān)系曲線。第二從動桿32的末端與變量桿33在變量桿的長槽34內(nèi)用銷軸連接，變量桿33與變量泵1連接，變量泵與馬達之間的低壓腔29和高壓腔28分別通過管路連通汽缸II 27的兩個密封腔體，兩個密封腔體之間的活塞通過活塞桿與擺移動變量凸輪鉸接，該活塞桿與第二從動桿32成垂直關(guān)系，在擺移動變量凸輪的另一側(cè)對稱于活塞桿方向上與限位桿24接觸，該限位桿24與壓縮彈簧23連接。
其工作原理為圖中主要由高壓腔28、低壓腔29、汽缸汽缸II 27、限位桿24、壓縮彈簧23組成的部分體現(xiàn)變速器工作壓力的大小自動變速的情況。其余變量機構(gòu)體現(xiàn)發(fā)動機在不同轉(zhuǎn)速時的自動變速情況。
發(fā)動機在不同轉(zhuǎn)速時的自動變速原理為節(jié)流閥5阻礙空氣的排出，使節(jié)流閥5與微型空壓機4之間的氣管產(chǎn)生壓力，壓力的大小與發(fā)動機的轉(zhuǎn)速成正比，使汽缸I 9活塞受到的作用力就與發(fā)動機的轉(zhuǎn)速成正比。發(fā)動機轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時，汽缸I 9活塞的作用力增大或減小，使移動凸輪10左右直線移動，壓縮彈簧12控制壓力體現(xiàn)活塞壓力的大小，移動凸輪10左右移動帶動第一從動桿15上下運動，進而帶動擺移動變量凸輪19擺動一定角度，使第二從動桿32拉動變量桿33轉(zhuǎn)動一定角度，改變變量泵的排量。發(fā)動機輸出扭矩大時，變量泵的排量大；扭矩小時，排量小。使泵的輸出扭矩與發(fā)動機輸出扭矩相適應。由于馬達為定量馬達，變量泵排量增大時，馬達的轉(zhuǎn)速加快，使車速加快，反之，變量泵排量減小時，車速減慢。
在發(fā)動機轉(zhuǎn)速不變，輸出扭矩一定時，當變速器工作壓力變化時(如受到行駛阻力)的情況為變速器的工作壓力即為高壓腔與低壓腔的壓力差。汽缸II 27的活塞桿根據(jù)壓力變化改變行程。當工作壓力增大時，汽缸II 27的活塞桿推向左移，使擺移動變量凸輪19左移，使第二從動桿32帶動變量桿33減小變量泵的排量(按照q＝M/1.59p，q為排量，p為工作壓力，M為扭矩)，保持變量泵的扭矩不變。反之，當工作壓力減小時，擺移動變量凸輪向右移動，使第二從動桿32帶動變量桿33增大變量泵的排量，同樣保持泵的扭矩不變。
在實際運行過程中，變量泵是同時根據(jù)發(fā)動機輸出扭矩的大小和工作壓力的大小改變排量，使發(fā)動機處于滿負荷工作狀態(tài)。為了不致在變量泵排量很小、工作壓力極大時損壞變速器，高壓腔與低壓腔之間安裝有溢流閥30，溢流閥調(diào)定的壓力略大于高壓腔的最高壓力。
在變量泵與馬達之間的氣體連接管路上可裝有換向閥38，轉(zhuǎn)換馬達的進氣口與出氣口，使通過馬達的氣體流向發(fā)生改變，馬達實現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)，進而使汽車實現(xiàn)前進或倒退。
圖2為在圖1的基礎上，馬達采用變量馬達，變量馬達上連接變量桿37與連接在變量泵上的變量桿33之間鉸接聯(lián)動桿36。變量泵為主動控制，馬達聯(lián)動。當變量泵排量減小時，馬達的排量變大，變量泵排量增大時，馬達排量減小。在變速器有同樣輸出扭矩范圍情況下，變量泵與馬達可以有較小的排量。
權(quán)利要求1.泵變量式高氣壓全封閉循環(huán)無級變速器，其特征在于由變量泵(1)、馬達(35)、變量泵與馬達之間的高壓、低壓氣體封閉連接管路、與變量泵連接的變量機構(gòu)組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速器，其特征在于所述變量泵(1)與馬達(35)之間的氣體封閉連接管路包括低壓腔(29)、高壓腔(28)，低壓腔連接于變量泵的進氣口與馬達的出氣口間，高壓腔連接于變量泵的出氣口與馬達的進氣口間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變速器，其特征在于高壓腔與低壓腔之間連通溢流閥(30)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速器，其特征在于所述的變量機構(gòu)包括與變量泵輸入軸同步傳動聯(lián)接的微型空壓機(4)，空壓機(4)與節(jié)流閥(5)之間的氣體管路與一汽缸I(9)內(nèi)腔連通，汽缸I(9)的活塞桿與移動凸輪(10)連接，移動凸輪(10)對稱的另一端與壓縮彈簧(12)連接，移動凸輪(10)上開有曲線形長槽(21)，曲線形長槽(21)的形狀與發(fā)動機轉(zhuǎn)速和扭矩的關(guān)系曲線相適應，在垂直于汽缸活塞桿方向上第一從動桿(15)與移動凸輪(10)上的長槽通過銷軸(22)連接，第一從動桿(15)的末端連接限位槽板(17)，限位槽板(17)上開有一長槽，通過銷軸與擺移動變量凸輪(19)連接，擺移動變量凸輪上開有曲線形長槽，其形狀與變量泵工作壓力和排量關(guān)系曲線相適應，通過銷軸與第二從動桿(32)連接，第二從動桿的末端在變量桿(33)的長槽內(nèi)用銷軸與變量桿(33)連接，變量桿(33)與變量泵(1)連接，變量泵與馬達之間的低壓腔和高壓腔氣體管路上分別通過管路連通一汽缸II(27)的兩個密封腔體，兩個密封腔體之間的活塞通過活塞桿與擺移動變量凸輪鉸接，活塞桿與第二從動桿(32)成垂直關(guān)系，在擺移動變量凸輪(19)對稱于活塞桿方向上與限位桿(24)接觸，該限位桿與壓縮彈簧(23)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的變速器，其特征在于所述馬達為定量馬達。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的變速器，其特征在于所述馬達為變量馬達，變量馬達上連接變量桿(37)與連接在變量泵上的變量桿(33)之間鉸接一聯(lián)動桿(36)。
專利摘要泵變量式高氣壓全封閉循環(huán)無級變速器，其特征在于由變量泵、馬達、變量泵與馬達之間的氣體封閉連接管路、與變量泵連接的變量機構(gòu)組成。變量泵的輸入端與機動車發(fā)動機聯(lián)接，馬達的輸出端與機動車的差速器連接，本實用新型通過采用變量泵與馬達之間的封閉高壓氣體，利用氣體的壓力差驅(qū)動馬達的運轉(zhuǎn)，可以傳遞大的功率。變量泵與變量機構(gòu)連接，根據(jù)發(fā)動機輸出扭矩的大小以及行駛阻力的大小通過變量機構(gòu)改變變量泵的排量。本實用新型操作方式簡單，只需控制油門便能自動變速，控制車速。能夠傳遞大的功率，同時最大限度利用發(fā)動機輸出功率。使機動車具有優(yōu)異的加速性能和爬坡性能。
文檔編號F16H39/01GK2546690SQ0226731
公開日2003年4月23日 申請日期2002年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月26日
發(fā)明者熊小新 申請人:熊小新