专利名称：具有带再循环回路的泵的车辆变速器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种车辆变速器。更具体地，本发明涉及一种具有带液压 回路的流体泵的自动变速器。
背景技术：
传统的汽车变速器包括向变速器内各种组件供油的油泵。油泵能被发 动机和/或电动马达驱动。变速器包括可以与发动机曲轴连接的输入轴。油 泵能被发动机通过变速器输入轴间接地驱动。
旋转凸轮泵和齿轮泵可以与传统的汽车变速器一起使用。泵包括至少 两个啮合齿轮或转子。当齿轮啮合时，液体被引入和抽出泵腔。转子在周 期工作期间可能变得过热而引起轴向或径向膨胀并最终导致泵咬死。此 外，在发动机刚刚启动后，变矩器底部沉积的碎屑可能在齿轮之间流动从 而引起两个运动部件之间的拥塞。这种拥塞会引起泵组件的磨损并对泵的 整体性能和耐久性产生消极的影响。
有些泵包括防止液体漏入变速器某些区域的密封圈。然而，这种密封 圈需要大量的额外安装步骤。而且，密封圈的成本增加了泵的整体成本。
因此，需要一种自身具有用于在运行期间降低齿轮温度的液压回路的 流体泵。而且，需要一种用于减少泵腔内碎屑的润滑系统。并且，需要一 种比现有泵的设计成本更低的流体泵。
发明内容
在一示例性实施例中，使用具有再循环回路的流体泵的车辆变速器包 含被设置为旋转的输入轴和相对于输入轴安装的泵壳，所述泵壳定义了入 口和出口。连接至输入轴上的主动齿轮置于泵壳内。从动齿轮位于啮合主动齿轮的位置。主动齿轮和从动齿轮的旋转把液体通过入口吸入并从出口 排出液体。主动齿轮包括被设置为在泵循环期间指引液体从泵的出口流至 泵的入口的再循环回路。
根据另一示例性实施例，车辆变速器中使用的流体泵包括定义了入口 和出口的泵壳；位于壳内的主动齿轮；以及位于啮合主动齿轮位置的从动 齿轮。齿轮的旋转把液体通过入口引入并从出口排出液体。主动齿轮包括 被设置为在泵循环期间引导液体从泵的出口流至泵的入口的再循环回路。
制造在车辆变速器中使用的流体泵的方法包括形成泵壳；形成第一 齿轮；以及形成第二齿轮。形成第二齿轮的步骤包括提供具有在第二齿轮 中制造液压回路的轮廓的铸模的第一部分。液压回路被设置为使液体变 向，从泵的出口部位流至进口部位。形成第二齿轮的步骤进一步包括提供 铸模的第二部分并且固化铸模第一和第二部分中的材料以形成第二齿轮。
本发明提供的一些技术的优点是它们减少了流体泵进口的污染。
本发明提供的一些技术的另一个优点是它们降低了主动齿轮的温度。
参照附图对实施本发明的最佳实施例进行的详细说明使得本发明的 上述特征、优点以及其他特征和优点变得显而易见。
图1是根据示例性实施例的车辆变速器的透视图。
图2是根据示例性实施例的变速器的一部分的剖视图。
图3是根据示例性实施例的流体泵的透视图。
图4是图3的流体泵的入口的透视图。
图5是根据示例性实施例的流体泵的剖视透视图。
图6是图5的齿轮泵的侧视图。
图7是图5的齿轮泵的侧视图，其中具有润滑油流动图。
图8是穿过根据示例性实施例的主动齿轮一侧的压力变化的原理图。
图9是根据示例性实施例的内齿轮泵的侧视图。图io是根据示例性实施例的齿轮泵的侧视图。
图11是表示根据示例性实施例制造流体泵的方法的框图。
具体实施例方式
参见图1至11，表示了一种具有流体泵的车辆变速器，其中，各个视 图中相同或相应部件用相同的标记表示。具体地，参见图1，表示装在发
动机(未示出)上的车辆变速器10。变速器是自动变速器并且包括变矩器 30。变矩器30的连接至变速器输入轴40上(或变矩器30相对于变速器 输入轴40可旋转地安装)，变速器输入轴40也至少部分地被变速器壳50 遮盖。虽然图1所示的变速器IO是自动变速器，但本发明所包含的技术 可以与手动变速器、无级变速器和/或任何用于混合动力或电动车辆的电力 无级变速器一起使用。
如图2所示，至少部分容纳在变速器壳内的另外的变速器组件包括流 体泵60、动力输出传动装置(或称为"PTO" ) 70、以及变矩器的叶轮轮 毂80。在图2的示例性实施例中，动力输出传动装置70相对于输入轴40 可旋转地安装。动力输出传动装置70被设置为与发动机曲轴(未示出) 和输入轴40 —起旋转。PTO70能使其他的车辆设备消耗发动机提供的转 动能。这些辅助设备可以包括自动后掀背门致动器、流体泵、绞盘等。在 一个实施例中，变速器是"实时驱动"变速器，并且不论车辆是否在运动， PTO都保持运作。变矩器30 (如图l所示)包括至少部分收纳变矩器30 的叶轮90 (也如图1所示)的叶轮轮毂80。如图2所示，PTO70部分地 嵌入叶轮轮毂80的远端内。
又如图2所示，流体泵60连接至输入轴40上。流体泵60至少部分 地由位于叶轮轮毂80和流体泵泵壳110前盖之间的轴承100支承。在本 实施例中，泵壳110包括前盖120和后盖130。盖120、 130将主动齿轮 140和从动齿轮(或被驱动齿轮)150封装在平面排列中。在齿轮140、 150 和前盖120和后盖130的内侧160、170之间各有一个间隙(或轴向缝隙)。 主动齿轮140和从动齿轮150的旋转沿着齿轮140、 150和泵壳110的盖120、 130之间的间隙通过泵的入口引入液体(相对于图4所示和论述)并 从泵的出口排出液体。
如图2所示，主动齿轮140被设置为在180所示处与叶轮轮毂80啮 合。叶轮轮毂80的旋转使主动齿轮140旋转。从动齿轮150与主动齿轮 140在例如190所示处啮合。这样，流体泵60成为变速器的主泵并且有选 择地将液体导向变速器的各个组件。例如，泵将液体(例如，油或润滑油) 从输入轴40导向变矩器30为其提供液体。变矩器30通过PTO70,输入 轴40通过通道200排出液体。液体轴向经过流体泵60并且继续流经泵壳 110后盖130中的通道210和220。流出变矩器的液体温度可以高达175 摄氏度。在图2所示的实施例中，提供有密封圈230和240。密封圈230 限制来自叶轮轮毂80的泄露物进入泵腔。密封圈240限制来自变矩器的 液体经泵壳110的后盖130排出。
在图2-7和9-10的示例性实施例中，表示出了流体泵的齿轮(或转子)。 在图2中，主动齿轮140包括主动齿轮两侧上的再循环回路250。再循环 回路250是被设置为使液体从泵的入口部分变向至泵60的出口部分的液 压回路。在图2-7和9的示例性实施例中，再循环回路是在齿轮侧面内轴 向延伸的环形槽(或通道)。在另一个实施例中，仅在齿轮的一侧包括再 循环回路。在另一个可选的实施例中，从动齿轮150包括再循环回路。
参见图3，图中表示流体泵60的齿轮140和150相对于泵壳后盖130 安装。主动齿轮140相对于从动齿轮150嵌套地安装。主动齿轮140包括 再循环回路250，再循环回路的正面包括一个环形槽。环形槽被示于相当 地紧邻齿轮的内直径260。在另一个可选实施例中，环形槽位于相对于齿 轮内直径的更远端。再循环回路可以紧邻齿轮270的基圆直径。泵壳的后 盖包括一系列用以将盖装在变速器中其他部件(例如，泵壳的前盖)的孔 280。后盖还包括多个用于减少泵的材料成本、减轻重量以及提高泵整体 性能的凹部290。
现在参见图4，图中表示了图3的流体泵60。流体泵60在主动齿轮 140和从动齿轮150的轮齿310、 320相互脱离的位置定义了入口 300。齿
7轮140、 150的分离使液体被吸入泵60的入口 300。在后盖130中设有通 道或喷管330，用于引导液体从泵盖的一侧进入泵的入口 300。主动齿轮 包括一系列使主动齿轮与叶轮轮毂80 (如图2所示)联接的花键340。
参见图5，图中表示了流体泵500的另一个示例性实施例。图5是具 有叶轮轮毂80、 PTO70和输入轴40 (如图2所示)的流体泵500的剖视 图。所示主动齿轮510嵌套地安装在从动齿轮520的内部。图5所示的主 动齿轮510包括被设置为环形槽的两个再循环回路530。泵前盖540包括 协助转移主动齿轮510和从动齿轮520之间液体的月牙形楔子550。主动 齿轮510还包括在其内圆周、用以啮合驱动主动齿轮510的叶轮轮毂80 (如图2所示)的一系列花键560。前盖540,位于泵前盖540和叶轮轮毂 内部的密封圈580上。叶轮轮毂密封圈580限制液体流出变速器。泵壳的 后盖590包括通道600，变矩器可通过该通道排出液体。
图6所示为图5的流体泵的主视图。流体泵500是齿轮泵。主动齿轮 510和从动齿轮520都相对于输入轴40 (如图2所示)可旋转地安装。主 动齿轮510套入从动齿轮520的内部。齿轮510和520相对于输入轴轴向 地安装。进一步参见图6，再循环回路530紧邻齿轮的内圆周610。再循 环回路530位于齿轮的内圆周610和轮齿630的基圆直径620之间。再循 环回路的直径比齿轮的基圆直径620小。楔子550位于主动齿轮510和从 动齿轮520之间。楔子550相对于壳体前盖540固定。前盖540包括一些 用于连接泵壳前和后盖540、 590的孔640。
参见图7，图中表示关于图6的齿轮泵500的液体流动图。在泵循环 期间，液体在主动齿轮510和从动齿轮520之间泵入口 650处被引导。液 体被引导离开泵出口 660。再循环回路530使液体变向，从泵的出口660 流至入口 650。如图7所示，液体沿着670、 680所示的再循环回路530 的通道被引导。在所示的实施例中，液体在通道中的行进既有顺时针方向 也有逆时针方向。泵出口 660的压力比再循环回路中的压力大，因此液体 被引导流入再循环回路530。泵入口 650的压力比再循环回路530中的压 力小，因此液体倾向于流向泵的入口。接近主动齿轮中心部分690的压力 也比再循环回路530中的压力小，因此液体在所示的700被引导从再循环回路流向主动齿轮中心部分。这样，通常会从变矩器排放装置泄露在叶轮
轮毂80 (如图2所示)中的过热液体和杂质将被引导离开主动齿轮510， 主动齿轮的整体温度(或热能)因此降低。
图8是流体泵中主动齿轮一侧的压力变化800的框图。图8进一步说 明了流体泵中的压力差以及其中的流动阻力。在图8的例子中，泵出口 810 的压力为200psi,因此使泵能够引导液体离开泵壳并流向变速器中的各组 件。在泵出口和再循环回路820之间存在流动阻力830，造成所述流动阻 力的部分原因是齿轮与泵壳的盖之间的空隙(例如，如图2所示和论述)。 在图8的例子中，再循环回路820的压力是100psi。在再循环回路820和 泵入口 850之间进一步存在流动阻力840。泵入口 850的压力是Opsi。在 入口，阻力840小于入口的压力，液体将被引导离开再循环回路至入口 850。泵860中心部分的压力约为50psi，在这里，变矩器排出液体。由于 再循环回路820的压力比泵中心部分860的压力大，所以液体也被引导从 再循环回路流向泵中心部分。在再循环回路820和泵中心部分860之间也 存在阻力870。再循环回路820中的压力比泵中心部分860以及再循环回 路和泵中心部分之间的阻力870大。流体泵中的阻力是可变的。例如再循 环回路的圆周可以扩大以减少出口和入口之间的阻力。此外，齿轮和泵壳 盖之间的间隙可以进一步调整以改变泵入口和出口之间的整体阻力。
参见图9，图中表示了用于摆线(g-rotor)流体泵的齿轮。摆线泵包 括齿轮900、 910。主动齿轮900包括一些在轮齿处的凸叶920。在凸叶之 间是用于协助转移主动齿轮900和从动齿轮910之间液体的相对的楔子 (月牙状)930、 940。因此，用于示例的图5中所示的楔子550不是必要 的。主动齿轮900包括再循环回路950,所述再循环回路950包括齿轮前 表面的环形槽。
参见图10， 一示例性实施例示出了具有可变半径的再循环回路1000。 图10的再循环回路1000包括具有在齿轮1010正面的波浪轮廓的通道。 泵入口/出口和再循环回路间的距离是可变的。这样，泵入口/出口和再循 环回路间的阻力是可变的，并且能在再循环回路最外圆周被降低。再循环 回路的设计不受本发明所示实施例的限制。例如，在图10的示例性实施例中，再循环回路1000被示为连续的通道；然而在另一个实施例中，再 循环回路可以包括如叶片、凹部、半圆形沟槽等不连接的要素。此外，在 一实施例中，泵内的流动阻力能通过改变泵壳前盖和后盖之间的间隙进行 调整。盖和齿轮之间的间隙与泵内的阻力是反比的关系。因此，增减间隙 会减少流体泵内的阻力，同样的，减少盖和齿轮之间的间隙会增加泵内的 阻力。
再循环回路的宽度可以至少为0.5毫米。在另一个实施例中，再循环 回路的深度是至少0.5mm。槽的深度和宽度可以是恒量或变量。此外，再 循环回路可以包括具有大于或小于0.5mm的深度或宽度的槽。例如，在 一实施例中，再循环回路包括在齿轮正面表面上的突出。在另一个实施例 中，再循环回路能被包含在轮齿/凸叶上、轮齿/凸叶之间、泵盖、叶轮轮 毂和/或任何其它泵壳内的元件上。
在另一个示例性实施例中，流体泵是离轴泵。主动齿轮没有嵌套在从 动齿轮的内部。例如，主动和从动齿轮的旋转轴是平行的。在另一种设置 中，旋转轴可以是垂直的或其它相交叉的。
流体泵的组件可以由本领域已知的各种材料制成。例如，在一实施例 中，泵前盖由铁制成。主动齿轮由如刚的铁合金制成，从动齿轮由铝合金 制成。泵后盖也是由铝合金制成。
参见图11，公开了一种制造流体泵的方法1100。方法包括步骤形 成泵壳1U0;形成第一齿轮1120;以及形成第二齿轮1130。形成工艺可 以包括如粉末冶金、碾磨、激光切割、模铸、锻造或冲压的任意多个传统 形成工艺。形成第二齿轮的步骤进一步包括提供具有在第二齿轮中制造液 压回路的轮廓的铸模的第一部分1140。该轮廓被设置为使第二齿轮的液压 回路能使液体变向，从泵的出口部分流向入口部分。在图2-7和9-10中的 再循环回路中示出了示例性的液压回路。该方法也包括提供铸模的第二部 分1150并且固化在印模第一和第二部分中的材料以形成第二齿轮1160。 齿轮的形成也可以使用其它制造技术如切割、冲压等。
10在一实施例中，使用粉末冶金形成主动和从动齿轮。在第一和第二铸 模/印模中提供粉状材料，然后材料被烧结(或热处理)并被加压至凝固。 粉状材料能由任意高强度合金构成，如铝或铁合金。
该方法也可以包括在泵壳内设置第一齿轮和第二齿轮以使第二齿轮
套入第一齿轮内部的步骤。示例的第一和第二齿轮表示于本发明的图2-7 和9-10中。
虽然本技术的一些实施例已详细描述，但与本发明有关的所属领域技 术人员知道各种其它设计和实施例可用于实现由权利要求定义的本发明。 此外，虽然实施本发明的最佳方式已被详细描述，但与本发明有关的所述 领域技术人员知道各种其它设计和实施例可用于实现在从属权利要求范 围内的本发明。
ii
权利要求
1.一种具有带再循环回路的流体泵的车辆变速器，包括被设置为旋转的输入轴；相对于输入轴安装的泵壳，所述泵壳定义了入口和出口；连接至输入轴上并且位于泵壳内的主动齿轮；位于啮合主动齿轮位置的从动齿轮，所述主动齿轮和从动齿轮的旋转将液体从入口引入并将液体从出口排出；所述主动齿轮包括被设置为在泵循环期间指引液体从泵的出口流至入口的再循环回路。
2. 根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述变速器进一步包括与输入轴连接的变矩器，所述变矩器与流体泵的出口进行液体流通， 并且所述变矩器通过主动齿轮和输入轴之间的毂排出液体；所述再循环回路至少部分地阻止液体从毂流向入口 。
3. 根据权利要求2所述的变速器，其特征在于，所述再循环回路被设 置于引导液体在离开泵的入口的方向进入。
4. 根据权利要求2所述的变速器，其特征在于，所述再循环回路被设 置为在泵循环期间增减泵的入口的压力，以使液体从入口流向输入轴。
5. 根据权利要求2所述的变速器，其特征在于，所述再循环回路被设 置为减少泵循环期间毂与入口之间的阻力，以使液体从入口流向毂。
6. 根据权利要求2所述的变速器，其特征在于，所述主动和从动齿轮 相对于变速器的毂可旋转地安装，并且从动齿轮的连接至主动齿轮上。
7. 根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述再循环回路被设 置为在循环期间减少主动齿轮中的热能。
8. 根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述再循环回路包括在主动齿轮的至少一侧上的环形槽。
9. 根据权利要求8所述的变速器，其特征在于，所述再循环回路包括在主动齿轮的至少两侧上的环形槽。
10. 根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述再循环回路包括在主动齿轮的至少一侧上的环形槽，所述槽的位置随主动齿轮的半径变化。
11. 根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述流体泵是齿轮泵并且主动齿轮和从动齿轮具有圆周分布的轮齿。
12. 根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述流体泵是摆线泵并且主动和从动齿轮具有圆周分布的凸叶。
全文摘要
本发明涉及一种使用具有再循环回路的流体泵的车辆变速器。所述再循环回路被设置为在泵循环期间指引液体从泵的出口流至入口。本发明还公开了一种制造在车辆变速器中使用的流体泵的方法。
文档编号F16H41/24GK101639117SQ20091016154
公开日2010年2月3日 申请日期2009年7月31日 优先权日2008年8月2日
发明者布拉德·罗纳德·霍弗 申请人:福特全球技术公司