专利名称：机械变速箱利用相关联的发动机系统进行的冷却和润滑的制作方法
技术领域：
本发明与共同未决的美国专利申请NO.08/586,330有关，该申请于1996年1月16日提出，题目为“传动装置冷却系统”。
本发明涉及机械变速箱的润滑和/或冷却系统及方法。
机械齿轮变速箱，包括用于重型汽车的同步和非同步多速变速箱，在现有技术中是广为人知的，可参见美国专利第3,105,395号、第4,735,109号、第4,754,665号、第5,086,897号、第5,193,410号和第5,370,013号，其中所公开的内容在此引用作为参考。典型情况下这种变速箱使用合适的液体给旋转的齿轮和轴提供润滑。通过使变速箱油池中的液体保持足够的液面高度来提供飞溅润滑，从而使各种部件穿过润滑液转动，将其分布到变速箱各处。在飞溅润滑为变速箱润滑和冷却提供了相对简单和有效的系统的同时，由于部件穿过粘性的润滑液转动所产生的液体阻力会造成一些效率损失。
对于一些要求额外润滑和/或冷却的应用场合，可以使用带有油冷却器或其它附属热交换器的强制润滑系统。在先有技术中一些这类系统是众所周知的，可参见美国专利第4,356,889号、第5,157,963号和第5,279,391号，其中公开的内容在此引用作为参考。典型情况下，这类系统需要一个额外的由变速箱传动的泵，以使变速箱润滑液在润滑和/或冷却回路内循环，这也会造成一些效率损失。
将发动机和变速箱结合在一个整一或多腔的箱体内的整体式动力系也已开发出来，可以参见美国专利第3,642,097号和第5,467,668号。但是，这些系统要求对发动机和变速箱做相当大的改动，而且必须在设计和制造时进行。
本发明的一个目的是提供一种适用于重型汽车的机械齿轮变速箱的润滑和/或冷却系统，它不要求对发动机和变速箱做较大的改动。
本发明的另一个目的是提供一种润滑和冷却机械齿轮变速箱的系统和方法，它不需要额外的由变速箱驱动的液体泵。
本发明的又一个目的是提供一种用于对重型机械变速箱进行辅助冷却的系统和方法，而不需要辅助油冷却器或热交换器。
本发明再一个目的是提供一种机械变速箱的润滑和冷却系统和方法，它通过降低伴随飞溅润滑所产生的阻力而提高效率。
为了实现本发明的上述目的和其它目的、特点和优点，提供了一种用于机械齿轮变速箱的冷却和润滑系统，该变速箱具有一个与至少一根能与内燃发动机相联接的轴协同运转的齿轮系。该发动机包括一个发动机冷却系统和一个发动机润滑系统。发动机润滑系统有一个用于使来自发动机油池的润滑液进行循环的泵，该发动机油池有一个为通向油池中的润滑液提供入口的第一发动机口和一个为通向加压润滑液提供入口的第二发动机口。在一个实施例中，该系统包括一个变速箱箱体，其构成一个用于汇集一定量的润滑液的油池部分，当齿轮系在其中转动时，足以为其至少一部分提供飞溅润滑。该油池部分包括一个适于使润滑液连通至发动机润滑系统的第一变速箱口。该箱体包括一个适于连通至发动机润滑系统的第二变速箱口，其最好处于高于第一发动机口的位置，以便于润滑液从变速箱油池返回到发动机油池。为了将加压润滑液从第二发动机口通过第一变速箱口供给到变速箱的油池部分，以给变速箱提供润滑，提供有一第一导管。为了使润滑液通过第二变速箱口从变速箱经过第一发动机口返回发动机油池，以使润滑液借助发动机冷却系统进行冷却，提供有一第二导管。
本发明的优点很多。例如，本发明为机械变速箱提供了润滑和冷却而不需要额外的由变速箱驱动的油泵。这样，变速箱效率可以提高。再者，本发明提供了一个干油池操作的实施例，它还可进一步提高变速箱的运转效率。在没有附加成本和没有复杂的辅助油冷却器或其它的辅助热交换器的前提下，提供了额外的冷却能力。使用发动机润滑剂作为变速箱冷却和润滑液，免除了对变速箱专用润滑剂的需要。
下面通过结合附图对本发明最佳实施例的详细说明，上述优点和其它的优点、特性和目的将肯定会更加明显。
图1是一框图，表示根据本发明利用相联的发动机系统对机械齿轮变速箱进行润滑和/或冷却的一个系统和方法；图2是一框图，表示根据本发明利用相联的发动机系统对机械齿轮变速箱进行润滑和/或冷却的另一个实施例；和图3是一流程图，表示根据本发明利用相联的发动机系统对机械齿轮变速箱进行润滑和/或冷却的一种方法。
在本发明的以下说明中，特定术语的使用旨在说明而非限制。术语“向上”、“向下”、“向左”和“向右”等词及其派生词是指相对于附图中所示系统或装置的方向。术语“变速箱”用于表示某种简单或复合的机动车用齿轮变速箱，它可以采用手动或自动的操纵装置从一组于输入和输出轴之间的齿轮速比中选择一个。这种变速箱的例子可参见美国专利第3,105,395号、第4,735,109号、第4,754,665号、第5,000,060号、第5,089,965号、第5,193,410号和第5,370,013号，其中所公开的内容在此全部引用作为参考。术语“冷却剂”或“发动机冷却剂”等词指的是汽车发动机冷却系统中常用的液体，典型情况下是水和乙醇的混合物，例如乙二醇或类似物质。术语“变速箱液”一词指的是常用于机械变速箱中，为转动部件提供润滑和冷却的液体，例如多用齿轮油。术语“润滑液”一词指的是常用来为汽车发动机提供润滑的天然或合成的油。
现在参见图1，框图所表示的是利用相关联的内燃发动机14的各系统为机械齿轮变速箱12提供润滑和冷却的一套系统10及相应的方法。诸如压缩点火发动机或柴油发动机之类的发动机14通过可以是主摩擦离合器或类似装置的非刚性联轴器16与变速箱12相联。联轴器16包括一通过轴20连接至发动机14的传动件18。传动件18可以有选择地与连接至变速箱输入轴24的被驱动件22相联结。非刚性联轴器16最好包含在连接变速箱12与发动机14的箱体26内。箱体26可以是变速箱箱体28整体之一部分，也可以是一单独的部件，这取决于特定的应用场合。
通过总体上以参考号82表示的构成变速箱齿轮系的各个部件，输入轴24可有选择地与变速箱输出轴30相联结。在一个根据本发明的实施例中，变速箱12采用了飞溅润滑系统，其中齿轮系32的一个或多个部件穿过一定量的润滑液旋转，该润滑液总体上以参考号34表示，盛放在由变速箱箱体28所构成的油池部分36内。正如本技术领域内技术人员可以理解的，齿轮系32包括各种齿轮、离合器、轴、轴承和类似部件，以在输入轴24和输出轴30之间提供可手动或自动选择的齿轮速比。变速箱箱体28可以包括各种槽道、凹窝和类似部分，用以将润滑液分布在共同构成齿轮系32的各个转动部件之间。
油池部分36包括适于使液体连通至总体上以参考号40表示的发动机润滑系统的第一变速箱口38。发动机润滑系统40可以包括各种部件，例如使润滑液自发动机油池44在总体上以参考号46表示的各种发动机部件之间循环的泵42。发动机油池44包括一第一发动机口48，用以提供通向油池44内的润滑液50的入口。发动机润滑系统40还包括一第二发动机口52，用以提供通向借助发动机油泵42通过发动机14循环的加压润滑液的入口。发动机14包括一个相关联的总体上以参考号54表示的冷却系统。一个诸如散热器的热交换器56为发动机冷却剂提供了液体至气体的热交换，正如在本技术领域众所周知的，该发动机冷却剂通过一冷却套管在各个液压缸之间循环，以为发动机部件提供除发动机润滑液或油之外的冷却。为了增强通过热交换器56的气流，还可以设置一风扇58。
继续参见图1，变速箱12的箱体28包括一个适于联结至发动机润滑系统40的第二变速箱口60。在此实施例中，变速箱口60的位置高于第一发动机口48，以便于润滑液自变速箱12的油池部分36返回到发动机油池44。依据特定的应用场合，可以设置一个小的传输泵62，以帮助液体从油池部分36返回到发动机油池44。泵62可以通过适当的联结方式由输出轴30或一根副轴(未示出)驱动。另外，可以在第二变速箱口60和第一发动机口48之间设置一个单向阀64，以禁止润滑液50自发动机油池44流向变速箱12。变速箱口60位置的适当设置可以用来控制变速箱12内所汇集的润滑液34的量。对液体量的适当控制可用来减小齿轮系32的各个部件穿过所汇集的润滑液旋转而伴随产生的阻力。
变速箱口38和60的适当选择可对润滑和冷却系统进行补充添加。例如，变速箱12一般包括一个用于添加润滑液的加注口和一个排出润滑液的排放口。在一个实施例中，变速箱口38包括变速箱排放口，而变速箱口60包括变速箱加注口。对于图1中所示的实施例，一第一导管70使发动机口52和变速箱口38相连通，以将加压润滑油自发动机口52提供到变速箱12的油池部分36。同样，提供有一第二导管72，用以使润滑液通过第二变速箱口60自变速箱12经过第一发动机口48返回发动机油池44，以使润滑液能够借助发动机冷却系统54进行冷却。
现在参见图2，所述和所示的为本发明的另一个实施例。带撇号(’)参考号的与参考图1所示和所述的元件在结构和功能上总体是对应的。同样，参考号相同的与参考图1所述和所示的具有同样结构和功能的部件相对应。润滑和冷却系统10’最好用于具有发动机室的重型汽车，而发动机室内实际包括有内燃发动机14。直线82总体上给出了发动机室与汽车其它部分的分界线。发动机14包括发动机冷却系统40，用于使冷却剂通过一气体至液体热交换器56循环，用来冷却穿过发动机14循环的润滑液50。发动机润滑系统40一般包括一润滑回路78，它将加压润滑液提供给各个发动机部件，该润滑液而后返回到发动机油池44。发动机润滑回路78包括一第一口52’和一第二口48，为通向润滑液50提供入口。设置在发动机室内的发动机润滑泵42由内燃发动机14驱动，以使润滑液50通过各个发动机和变速箱部件循环。
也如图2所示，一机械齿轮变速箱12布置在发动机室之外，且以传动方式与内燃发动机14相联结。变速箱12包括箱体28，其构成用于汇集一定量润滑液34’的油池部分36。箱体28包括一个与内燃发动机14的第一口52’相联的入口38’，用于从其中接受加压润滑液。箱体28还包括一个与发动机14的第二口48相联的出口60’，用于使润滑液返回其中以借助发动机冷却系统40进行冷却。在一个实施例中，变速箱12包括一根布置在变速箱内且与入口38’相联的歧管80，用以将加压润滑液分布于总体上以参考号32’表示的多个变速箱齿轮上。由歧管80所分布的润滑液为各个变速箱部件提供了润滑和冷却。与图1的实施例不同，润滑液34’的量最好要控制在使多个变速箱齿轮32’在变速箱油池36所汇集的润滑液之上旋转。这种布置有时被称为“干油池”操作。干油池布置消除了伴随飞溅润滑系统所产生的各个齿轮和部件32’的油阻力。因此，可以认为图2的布置形式效率更高。
歧管80(亦称作喷雾杆)为所有的变速箱部件提供了有效的润滑。润滑液一个通过联结变速箱12的入口38’和第一发动机口52’的第一导管70’供给。同样，一第二导管72’使变速箱12的出口60’与第二发动机口48相连通。变速箱12的出口60’的位置(在安装到汽车上时)最好处在第二发动机口48的上方，以利用重力使润滑液返回到发动机14。
在又一个实施例中，入口38’的位置处于箱体28的油池部分36’之内。在此实施例中，未采用歧管80，变速箱采用飞溅润滑系统进行操作。在又一个实施例中，出口60’的位置处于箱体28的油池部分36’的边界处，以控制其中所汇集的润滑液34’的量。这与图1中所示的布置形式相似。这种实施例既可用于飞溅润滑也可用于干油池操作，它取决于出口60’的相对位置(高度)。
现在参见图3，该流程图给出了一种根据本发明利用相关联的发动机系统对机械齿轮变速箱进行润滑和冷却的方法。该方法最好用于与内燃发动机传动联结的机械齿轮变速箱，该内燃发动机具有发动机润滑系统和与发动机润滑系统协同运转的对循环的润滑液进行冷却的发动机冷却系统。
步骤100表示将机械齿轮变速箱的入口联结到发动机润滑系统的加压口。这就利用发动机润滑液在变速箱部件的冷却中提供了加压润滑。框102表示将变速箱的出口联结到发动机润滑系统，以使润滑液返回发动机，用以借助发动机冷却系统进行冷却。出口位置的选择最好是能控制汇集在变速箱内的润滑液的量，以减小伴随变速箱部件穿过所汇集的润滑液旋转所产生的阻力。
在一个实施例中，机械齿轮变速箱包括一个可拆卸的排放塞，使变速箱的油池部分内的润滑液能通过相关联的排放口排出。在此实施例中，联结入口的步骤包括如框108所表示的从相关联的排放口上卸去排放塞和如框110所表示的将排放口联结到发动机润滑系统的加压口。
在另一个实施例中，机械齿轮变速箱包括一个可拆卸的加注塞，以便于通过相关联的加注口给变速箱补充润滑液。在此实施例中，联结变速箱出口的步骤包括如框104所示的从相关联的加注口卸去加注塞和如框106所示的将加注口联结至发动机润滑系统。
如此，本发明提供了一种对重型机械变速箱进行辅助冷却的系统和方法，而不需要辅助油冷却器或热交换器。本发明提供给飞溅润滑或干油池操作使用均可。使用普通液体对发动机和变速箱进行润滑和冷却，免去了对专用变速箱润滑剂的需要。
在已经对本发明的最佳实施例进行了详细说明的同时，对于那些熟知本技术的技术人员而言，本发明所涉及的内容将使其考虑到多种实施由下述权利要求所规定的本发明的其它设计和实施例。
权利要求
1．一种用于机械齿轮变速箱(12)的冷却和润滑系统(10)，该变速箱具有与至少一根能联结到内燃发动机(14)的轴(24)共同运转的齿轮系(32)，该发动机(14)包括一个发动机冷却系统和一个发动机润滑系统，发动机润滑系统(40)具有一个使润滑液自发动机油池(44)循环的泵(42)，发动机油池有一第一发动机口(48)，用以提供通向油池内的润滑液(50)的入口，润滑系统(40)还有一第二发动机口(52)，用以提供通向加压润滑液的入口，该系统包括一个变速箱箱体(28)，其构成一个汇集一定量润滑液(34)的油池部分(36)，当齿轮系(32)在其中转动时足以为其至少一部分提供飞溅润滑，油池部分(36)具有一个适于使润滑液连通至发动机润滑系统(40)的第一变速箱口(38)，箱体(28)包括一个适于连通至发动机润滑系统(40)的第二变速箱口(60)，第二变速箱口(60)处于高于第一发动机口(48)的位置，以便于润滑液(34)自变速箱油池(36)返回到发动机油池(44)；一第一导管(70)，用于将加压润滑液从第二发动机口(52)通过第一变速箱口(38)提供到变速箱(12)的油池部分(36)，为变速箱(12)提供润滑；和一第二导管(72)，用于使润滑液通过第二变速箱口(60)从变速箱(12)经过第一发动机口(48)返回到发动机油池(44)，使润滑液能借助发动机冷却系统(54)进行冷却。
2．如权利要求1所述的系统，其中，第二变速箱口(60)的位置设定成能控制润滑液的量。
3．如权利要求1所述的系统，其还包括一个单向阀(64)，其设置于第二变速箱口(60)和第一发动机口(48)之间，以禁止润滑液(50)自发动机油池(40)流向变速箱(12)。
4．如权利要求1所述的系统，其中，机械齿轮变速箱(12)包括一个用于给变速箱添加润滑液的加注口和一个用于从变速箱排出润滑液的排放口，且其中第一变速箱口(38)包括该排放口。
5．如权利要求4所述的系统，其中，第二变速箱口(60)包括该加注口。
6．一种用于具有发动机室的重型汽车的润滑和冷却系统(10’)，该系统包括一个基本设置在该发动机室之内的内燃发动机(14)，该发动机具有一发动机冷却系统(40)，用于使冷却剂通过一气体至液体热交换器(56)循环，以对循环通过发动机润滑回路(78)的润滑液(50)进行冷却，该发动机润滑回路(78)具有第一口(52’)和第二口(48)，用于提供通向润滑液的入口；一个设置在发动机室之内且由内燃发动机(14)驱动用来使润滑液(50)循环的泵(42)；和一个设置在发动机室之外且与内燃发动机(14)传动联结的机械齿轮变速箱(12)，该变速箱(12)包括一箱体(28)，其构成一个用于汇集一定量润滑液(34’)的油池部分(36)，箱体(28)有一联结至发动机(14)的第一口(52’)用于从其中接受加压润滑液的入口(38’)和一联结至发动机(14)的第二口(48)用于使由发动机冷却系统(40)进行冷却的润滑液返回其中的出口(60’)。
7．如权利要求6所述的系统，其还包括一个设置在变速箱(12)内且连通至入口(38’)的歧管(80)，以将加压润滑液分布在多个变速箱齿轮(32’)之间，对其进行润滑和冷却，其中润滑液(34’)的量被控制成使多个变速箱齿轮(32’)在汇集于变速箱油池内的润滑液之上旋转。
8．如权利要求7所述的系统，其还包括一个使变速箱(12)的入口(38’)与第一发动机口(52’)连通的第一导管(70’)；和一个使变速箱(12)的出口(60’)与第二发动机口(48)连通的第二导管(72’)，其中变速箱的出口(60’)的位置处在第二发动机口(48)之上，以利用重力使润滑液返回发动机(14)。
9．如权利要求6所述的系统，其中，变速箱入口(38’)的位置处在箱体(28)的油池部分(36’)之内。
10．如权利要求6所述的系统，其中，变速箱出口(60’)的位置处于箱体(28)的油池部分(36’)的边界处，以控制汇集在其中的润滑液(34’)的量。
11．一种对与内燃发动机传动联结的机械齿轮变速箱进行润滑和冷却的方法，该发动机具有一发动机润滑系统和一与发动机润滑系统协同运转的对循环的润滑液进行冷却的发动机冷却系统，该方法包括将机械齿轮变速箱的入口(100)联结至发动机润滑系统的加压口，以利用润滑液为变速箱部件提供加压润滑和冷却；和将机械齿轮变速箱的出口(102)联结至发动机润滑系统，以使润滑液返回发动机，用来借助发动机冷却系统进行冷却。
12．如权利要求11所述的方法，其还包括控制汇集在机械齿轮变速箱内的润滑液的量，以减小伴随变速箱部件通过所汇集的润滑液转动所产生的阻力。
13．如权利要求11所述的方法，其中，机械齿轮变速箱包括一个可拆卸的排放塞，使润滑液能通过与变速箱的油池部分中的相关联的排放口排出，且其中联结入口的步骤包括从相关联的排放口上卸去排放塞(108)；和将排放口(110)联结到发动机润滑系统的加压口。
14．如权利要求11所述的方法，其中，该机械齿轮变速箱包括一个可拆卸的加注塞，以便于通过相关联的加注口给变速箱添加润滑液，且其中联结出口的步骤包括从相关联的加注口上卸去加注塞(104)；和将加注口(106)联结到发动机润滑系统。
全文摘要
一种用于机械齿轮变速箱(12)的冷却和润滑系统(10、10’),它包括一个用于从相关联的内燃发动机(14)提供加压润滑液的第一导管(70)和一个用于使润滑液返回发动机(14)的第二导管(72)。润滑可通过一个歧管(80)以干油池操作方式提供,该歧管将润滑液分布到变速箱部件(32、32’)之间。提供飞溅润滑法也是可以的,其中润滑液(34)的液位可以通过适当确定变速箱出口(60)的位置来控制。可用一个小型传输泵(62)和一单向阀(64)将润滑液从变速箱(12)传送回发动机(14)。
文档编号F16H57/04GK1212929SQ9811857
公开日1999年4月7日 申请日期1998年9月2日 优先权日1997年9月2日
发明者E·J·波格马 申请人:易通公司