带有次级模块的液压传动系的制作方法

文档序号:17532659发布日期:2019-04-29 13:39阅读:168来源:国知局
带有次级模块的液压传动系的制作方法

本发明主要涉及一种用于车辆的液压传动系以及操作该传动系的方法,该液压传动系包括主液压回路、主液压负载和用于液压能量存储的液压蓄能器组件以及液压次级模块。这种液压混合变速器通常可以在农业、采矿或建筑中使用的非公路车辆和作业机械中找到,例如拖拉机、轮式装载机、轮式挖掘机、反铲装载机、伸缩臂叉车、翻斗车等。



背景技术:

闭路配置和高达420-450巴的液压压力通常用于重型操作机械中的静液压行驶功能,而开路配置和高达250-300巴的液压压力更常见于次要功能,如作业功能,并且其它水平的液压压力可以用于其它次要功能,如辅助功能。因此,包括液压行驶功能和次要功能在内的系统的高效和灵活操作继续对开发者提出挑战。

作业机械寿命的一个重要百分比由下列组成:在没有来自操作员的任何请求的情况下处于怠速状态;在怠速状态下,作业机械停止;以及作业机械的发动机以最小速度运行。在怠速状态下,可以关闭作业机械的发动机(其可以是内燃发动机),以便降低作业机械的燃料消耗。液压蓄能器组件可以提供液压存储的能量,以支持作业机械的次级模块的功能。

wo2015/144349教导了一种用于具有液压蓄能器组件的车辆的液压传动系,该液压蓄能器组件是梭阀系统,该梭阀系统对主回路和蓄能器中的给定压力情况做出反应,并自动调节在主回路、蓄能器和次要功能(先导压力)之间建立的连接。

根据wo2015/117962,蓄能器、主回路和工作功能之间的阀是开关阀,该开关阀一方面不允许在蓄能器和主回路之间独立建立流体连接,另一方面不允许在蓄能器和工作功能之间独立建立流体连接。



技术实现要素:

因此,本发明的一个目的是设计一种液压传动系,其包括液压行驶功能和次要功能以及液压蓄能器组件,该液压蓄能器组件可以以高度的灵活性和效率操作。

该目的通过根据权利要求1所述的液压传动系来解决。从属权利要求中描述了特殊的实施例。

因此,提出了一种用于车辆的液压传动系,特别是用于机动车辆,该液压传动系包括:

主液压回路,其具有与第二液压排量单元流体连接的第一液压排量单元,所述第二液压排量单元形成传动系的主液压负载,第一液压排量单元具有可变的液压排量并与内燃发动机驱动连接,

其中,传动系还包括液压蓄能器组件,该液压蓄能器组件通过第一组阀中的一个或多个可控阀选择性地流体连接到主液压回路,并且

其中,传动系还包括第一次级模块,该第一次级模块包括液压蓄能器组件与液压传动系的第一次级液压负载的第一流体连通,其中第一流体连通包括一个或多个可控阀,该一个或多个可控阀允许将液压蓄能器组件与第一次级负载连接或将液压蓄能器组件与第一次级负载分离,并且该一个或多个可控阀属于第二组阀,其中第二组阀的可控阀是独立于第一组阀的可控阀而可控的。

当蓄能器组件选择性地流体连接到包括第一液压排量单元的液压回路时,存储在蓄能器组件中的液压能量可以用于将能量传递到次级负载。当主液压回路操作并且第一液压排量单元由内燃发动机驱动时,该能量可以被传递到次级负载,但是当内燃发动机不运行时,至少在一定时间内也是如此。液压能量可以由第一液压排量单元通过主液压回路和一个或多个可控阀供给到液压蓄能器组件。液压能量还可以由附加的液压排量单元通过相应的可控阀被供给到液压蓄能器组件中,该附加的液压排量单元主要用于产生用于驱动次级负载(例如液压工作功能)的液压压力。附加的液压排量单元也可以由连接到第一液压排量单元的内燃发动机机械驱动。然而,也可以提供用于驱动附加的液压排量单元的附加内燃发动机。

主液压回路通常包括:第一主流体管线,其将第一液压排量单元的第一流体端口流体连接或选择性地流体连接到第二液压排量单元的第一流体端口;以及第二主流体管线,其将第一液压排量单元的第二流体端口流体连接或选择性地流体连接到第二液压排量单元的第二流体端口。液压蓄能器组件可以通过可控阀选择性地流体连接到第一主流体管线和/或第二主流体管线。液压回路中的最小液压或静液压可以是10巴或至少20巴。

传动系可包括一对隔离阀,该对隔离阀适于选择性地将第二液压排量单元与第一液压排量单元流体隔离或断开。当启动发动机以脱开车辆输出时,将第二液压排量单元与第一液压排量单元流体隔离可能是有用的。

第一液压排量单元可包括液压泵,典型地为静液压泵。例如,第一液压排量单元可以是具有可移动斜盘的静液压径向活塞泵或静液压轴向活塞泵。第二液压排量单元可包括液压马达,典型地为静液压马达。类似于第一液压排量单元,第二液压排量单元可以具有可变的液压排量。第二液压排量单元可以是具有可移动斜盘的静液压径向活塞马达或静液压轴向活塞马达。通常,第二液压排量单元驱动地接合或选择性地驱动地接合车辆输出。例如,车辆输出可包括驱动轴、主减速器、车桥和车轮中的至少一个。

液压传动系通常是液压传动系系统的一部分,该液压传动系系统通常包括电子控制单元。该系统的可控阀通常由电子控制单元控制。电子控制单元通常通过非液压通信线路(通常是线缆或线)或其他通信方式(如无线电或超声波通信)与可控阀连接。电子控制单元通常还与传感器连接,例如压力传感器和/或流量传感器,它们位于与主液压回路或蓄能器组件或单个蓄能器或另一个液压管线流体连通的隔室中,该液压管线可以与次级模块连通。

第二组阀的可控阀可独立于第一组阀的可控阀来控制,这一事实为控制单元的控制产生了高度的灵活性和效率。使主液压回路和液压蓄能器组件连接的不同可控阀可以独立于第一或第二组可控阀中的其它阀的状态而打开或关闭。

可选地,液压蓄能器组件可以独立于液压蓄能器组件与主液压回路的流体连接而与第一次级模块流体连接。可选地,液压蓄能器组件与第一次级模块的流体连接可以是独立于液压蓄能器组件与主液压回路的流体连接而可控的。可选地,液压蓄能器组件与第一次级模块的流体连接可以独立于液压蓄能器组件与主液压回路的流体连接来控制。特别地,液压蓄能器组件与第一次级模块的流体连接可以独立于液压蓄能器组件与主液压回路的流体连接而建立或分离。因此,可以提高系统的灵活性和效率的水平。

电子控制单元可以连接到一个或多个压力传感器,该压力传感器允许测量液压系统中不同点处的液压压力。控制单元可以考虑测量的压力值来确定必要的动作,例如关闭和/或打开阀。这与现有技术有所不同,在现有技术中,同时打开和/或关闭某些液压管线的可能性非常有限。

例如,出于安全原因,如果必须满足某些条件,并且必须避免打开和关闭连接/阀的某些组合,这可以由管控电子控制单元逻辑的一组或多组规则来考虑。控制单元的规则可以容易且低成本地实施,例如电子地或通过软件编程实施。这种规则在电子控制单元中比在类似现有技术中已知的设置的硬件设置中可以更容易地修改。

所提出的传动系可包括与内燃发动机驱动接合的充能泵。当内燃发动机驱动充能泵时,充能泵可以选择性地与次级液压模块流体连通。充能泵可以由低压流体贮存器供给。流体贮存器可以处于大气压力下。

液压传动系还可以包括第二次级模块,该第二次级模块包括:液压蓄能器组件与液压传动系的第二次级液压负载的第二流体连通,其中第二流体连通包括属于第二组阀的一个或多个可控阀,该可控阀是独立于第一组阀的可控阀而可控的。

可选地,液压蓄能器组件可以独立于液压蓄能器组件与主液压回路的流体连接而与第二次级模块流体连接。可选地,液压蓄能器组件与第二次级模块的流体连接可以是独立于液压蓄能器组件与主液压回路的流体连接而可控的。可选地,液压蓄能器组件与第二次级模块的流体连接可以独立于液压蓄能器组件与主液压回路的流体连接来控制。特别地,液压蓄能器组件与第二次级模块的流体连接可以独立于液压蓄能器组件与主液压回路的流体连接而建立或分离。这也可以提高系统的灵活性和效率的水平。

液压传动系的实施方式还可以规定第一次级负载是辅助负载。辅助负载可以是这样的负载:它既不是主负载,如在车辆的情况下,车轮的驱动;也不是用于完成车辆的工作任务(即,与不是车辆的元件的物体相互作用)的工作液压功能。优选地,辅助负载可以是用于内燃发动机的冷却风扇、车辆稳定器、车辆的制动器或用于车轮的有限移动的致动器。

液压传动系的另一实施方式可以规定第一次级负载是工作液压负载。工作液压负载是用于完成车辆的工作任务(即,与不是车辆的元件的物体相互作用)的负载。优选地,工作液压负载是液压驱动的液压吊杆或机械工具。

液压传动系的另一实施方式可以规定第二次级负载是辅助负载或第二次级负载是工作液压负载。在又一实施方式中,液压蓄能器组件与液压传动系的第一次级液压负载的第一流体连通包括:压力调节阀和/或流量调节阀。

压力调节阀可以保护次级液压负载免受液压蓄能器组件的高压的影响,该高压很可能在几百巴左右。当使用液压蓄能器组件驱动次级液压负载时,流量调节阀可以防止流体向次级液压负载的不必要的高流量,并且可以最小化液压蓄能器组件中的压力损失。

在又一实施方式中,液压蓄能器组件与液压传动系的第二次级液压负载的第二流体连通包括:压力调节阀或流量调节阀,其原因与上面关于第一次级液压负载讨论的相同。

液压蓄能器组件可包括:单个液压蓄能器,该液压蓄能器具有可以在高压下存储液压流体的至少一个隔室;或者多个两个或更多个液压蓄能器,每个液压蓄能器具有可以在高压下存储液压流体的至少一个隔室。不同的液压蓄能器可以存储不同压力水平的液压流体,并且不同的液压蓄能器可以通过单独的可控阀单独地连接到一个或多个次级液压负载。压力调节阀或流量调节阀可以设置在将单个液压蓄能器与单个次级负载连接的连通管线中和/或将所有蓄能器或液压蓄能器组与单个次级负载或次级负载组或所有次级负载连接的连通管线中。

液压传动系的另一实施方式可以规定液压蓄能器组件包括至少一个高压蓄能器和至少一个低压蓄能器,其中高压蓄能器中的压力高于低压蓄能器中的压力。

高压蓄能器可以选择性地与连接第一液压排量单元/泵的高压端口和第二排量单元的流体管线连接,而低压蓄能器可以选择性地与连接第一液压排量单元/泵的低压端口和第二排量单元的流体管线连接。上述选择性连接优选通过可控阀在两种情况下实现。高压蓄能器以及低压蓄能器可各自包括在高压下存储液压流体的多个多于一个的隔室。

在传动系的又一实施方式中,高压蓄能器和低压蓄能器各自通过第二组可控阀中的两个不同可控阀之一连接到流体连通的连接点,其中连接点流体连接或可连接到次级负载,并且其中压力控制阀包括或布置在高压蓄能器和连接点之间。

在该设置中,次级负载被保护免受高压蓄能器的高压影响,同时它可以直接与低压蓄能器连接,因为低压蓄能器的压力水平可以低于可能危及次级负载的临界水平。

还可以规定,高压蓄能器和低压蓄能器各自通过第二组可控阀中的两个不同可控阀之一连接到流体连通的连接点,并且其中连接点流体连接或可连接到次级负载,并且其中压力控制阀或流量控制阀包括或布置在连接点和次级负载之间。在这种情况下,次级负载可以由阀保护,不受来自蓄能器组件的两个蓄能器的危险影响。流量控制阀可以限制次级负载的流体消耗。

传动系的另一个实施方式可以规定至少一个次级负载包括工作液压功能,例如液压吊杆或液压致动机械工具。

传动系的又一个实施方式可以规定至少一个次级负载是辅助功能,优选地由但不限于用于内燃发动机的冷却风扇、车辆稳定器、车辆的制动器或用于车轮的有限移动的致动器形成。

除了液压传动系之外,本发明涉及具有如上所述的液压传动系的液压传动系系统,其中该系统包括电子控制单元,该电子控制单元被配置成控制第一组阀中的一个或多个或所有可控阀。

本发明还涉及一种液压传动系系统,其中该系统包括电子控制单元,该电子控制单元被配置成控制第二组阀中的一个或多个或所有可控阀。如上所述,连接主液压回路与液压蓄能器组件或单个蓄能器或蓄能器组的不同可控阀可以通过来自控制单元的信号打开或关闭,而与第一或第二组可控阀中的其他阀的状态无关。控制单元可以与位于液压传动系系统的流体管线或隔室中不同位置的流量传感器和/或压力传感器连接。控制单元可以接收来自操作者的命令,并且控制单元可以产生信号以控制一个或多个阀。这些信号可以根据某些逻辑在控制单元中产生,遵循提供有效、高效和安全操作的预定规则。

控制单元的规则可以通过电子方式或软件编程容易和灵活地实施。例如,出于安全原因,如果必须满足某些条件,并且必须避免打开和关闭连接的某些组合,这可以由管控电子控制单元的逻辑的一组或多组规则来实施。

除了液压传动系和液压传动系系统之外,本发明还涉及一种如上所述的液压传动系的操作方法,其中对于次级液压负载的操作,首先蓄能器组件的低压蓄能器与次级负载连接,所述低压蓄能器与次级负载分离,然后高压蓄能器与次级负载连接。

这样,次级负载处的压力可以被小心地升高,并且低压蓄能器的压力最初可以用于例如先导过程。通过切换到高压蓄能器,可以限制高压蓄能器的高压流体消耗。

当关闭内燃发动机时或就在关闭内燃发动机之前,可以检查蓄能器组件的充能状态,以确保蓄能器组件中存储有足够的液压能量,例如用于通过先导压力模块重新启动发动机。为此,该系统可以配备有一个或多个压力传感器,该压力传感器适于确定蓄能器组件的充能状态。例如,该系统可包括用于确定高压蓄能器中的液压压力的第一压力传感器和/或用于确定低压蓄能器中的液压压力的第二压力传感器。蓄能器组件的充能状态可以由高压蓄能器中的液压压力、低压蓄能器中的液压压力以及高压蓄能器中的液压压力和低压蓄能器中的液压压力之间的压差中的至少一个来表征。控制单元可以被配置成与压力传感器通信。例如,控制单元可以被配置成命令压力传感器执行压力测量、接收压力传感器执行的压力测量的结果、以及处理压力测量的结果以确定蓄压器组件的充能状态中的至少一个。

由液压致动器形成的次级液压负载可以通过先导压力部分与液压蓄能器组件和液压回路流体连通,先导压力部分包括梭阀,例如适于从系统中的不同点选择最高可用液压压力的一系列梭阀。由梭阀选择的最高压力然后可以用作控制液压致动器的先导压力。例如,由梭阀选择的最高压力可以被施加或选择性地施加到液压致动器,用于控制第一液压排量单元的排量并启动联接到第一液压排量单元的内燃发动机。

附图说明

当前提出的传动系和传动系系统和方法的优选实施例在下面的详细描述中描述,并在附图中描绘,其中:

图1示出了构成本发明的基础的现有技术的液压混合动力传动系的示例;

图2示出了没有次级模块的液压传动系的核心单元的示例;

图3示出了具有次级模块的液压传动系,该次级模块包括液压工作功能;和

图4示出了具有次级模块的液压传动系,该次级模块包括辅助液压功能。

具体实施方式

图1示意性地示出了包括动力毂(powerhub,或称“动力枢纽”)2的串联液压混合动力传动系1。液压混合动力传动系1包括驱动液压可变排量泵4的发动机3。动力毂2位于泵4和静液压可变排量马达5之间。动力毂2允许液压混合动力传动系1在可能时将液压能量存储在一对液压蓄能器6a、6b中,并在需要时重新供应液压能量,以节省燃料或提高液压混合动力传动系1的性能。高压蓄能器6a和低压蓄能器6b一起形成液压蓄能器组件,并且被配置为例如液压-气动气囊式蓄能器。

泵4和马达5通过第一主流体管线7a和第二主流体管线7b流体连通。通常具有比第二主流体管线7b更高的压力水平的第一主流体管线7a通过第一隔离阀iva选择性地将泵4的第一流体端口(高压端口)流体连接到马达5的第一流体端口(高压端口)。第二主流体管线7b通过第二隔离阀ivb选择性地将泵4的第二流体端口(低压端口)流体连接到马达5的第二流体端口(低压端口)。泵4、马达5和主流体管线7a、7b形成主液压回路8。隔离阀iva、ivb可以可控地连接到控制单元cu。为了简单起见,可控阀和控制单元cu之间的电连接或无线电连接或其它连接在图中未明确示出,并且仅由连接到控制单元cu的短电线部分18象征性地表示。

当隔离阀iva、ivb处于打开(连接)位置时,主液压回路8关闭,使得液压流体可以在主液压回路8中循环。例如,当液压回路8关闭时,来自发动机3的机械能可以通过主液压回路8传递,以驱动车辆输出9,该车辆输出9与马达5驱动接合。当传动系1运行时,主液压回路8中的最小液压压力通常为至少10巴或至少20巴,但也可以是几百巴。

动力毂2包括三个部分:形成次级液压模块2a的先导压力部分、蓄能器连接部分2b和马达隔离部分2c。马达隔离部分2c包括两个隔离阀iva、iv8,它们是处于常闭位置的二位二通阀。当隔离阀iva、ivb未被致动时,隔离阀iva、ivb将一个或多个静液压可变排量马达5与液压混合动力传动系1的其余部分隔离。作为非限制性示例,当发动机不运行时,静液压可变排量马达5可以被隔离,以便于静液压制动。

先导压力部分2a为动力毂2提供先导压力端口pp。当车辆行驶和/或蓄能器6a、6b被加压时,先导压力端口pp提供适合于先导的压力(例如,约30巴的压力)。先导压力部分2a包括三个梭阀sv1、sv2、sv3和减压阀10。

梭阀通常包括中空主体,例如管道,其具有两个入口和一个出口。阻挡元件可以在中空主体内自由移动,以选择性地阻挡两个入口中的一个,从而允许液压流体在未被阻挡的入口和出口之间流动。例如,当第一液压压力施加到第一入口并且第二液压压力施加到第二入口时,第一液压压力大于第二液压压力,阻挡元件被推向第二入口,从而阻挡第二入口。这样,第一入口流体连接到出口,并且出口处的液压压力等于施加到第一入口的第一液压压力。可选地,梭阀可以由包括至少两个止回阀的布置代替,这对于技术人员来说是显而易见的。例如,这种布置可包括第一止回阀和第二止回阀,第一止回阀在第一(入口)流体端口和出口流体端口之间提供流体连通,第二止回阀在第二(入口)流体端口和出口流体端口之间提供流体连通。在这种布置中,第一止回阀可以被配置成允许流体从第一流体端口流向出口流体端口,并且阻止流体从出口流体端口流向第一流体端口,并且第二止回阀可以被配置成允许流体从第一流体端口流向出口流体端口,并且阻止流体从出口流体端口流向第一流体端口。这样,施加到入口流体端口的最大液压压力被选择在出口流体端口处。

第一梭阀sv1的入口端口分别流体连接到主液压回路8的第一主流体管线7a和第二主流体管线7b。因此,第一梭阀sv1在其出口端口处选择在第一主流体管线7a中的液压压力和第二主流体管线7b中的液压压力之间的较大液压压力。第二梭阀sv2的入口端口分别流体连接到高压蓄能器6a和低压蓄能器6b。因此,第二梭阀sv2在其出口端口处选择在高压蓄能器6a中的液压压力和低压蓄能器6b中的液压压力之间的较大液压压力。第三梭阀sv3的入口端口分别流体连接到第一梭阀sv1和第二梭阀sv2的出口端口。因此,第三梭阀sv3在其出口端口处选择在第一梭阀sv1选择的液压压力和第二梭阀sv2选择的液压压力之间的较大液压压力。梭阀sv1、sv2和sv3在没有控制单元中央控制的情况下自主工作。减压阀10被供以来自第三梭阀sv3的液压压力。减压阀10将该压力降低到先导压力(例如,约30巴的压力),并将降低的压力供应到先导压力端口pp。

先导压力部分2a允许在两个主流体管线7a、7b没有压力时供应先导压力,因为先导压力将从高压蓄能器6a或低压蓄能器6b供应。通常,两个主流体管线7a、7b内的压力通过发动机3的操作由电动液压可变排量泵4供应。在如本文所述的液压混合动力传动系1中,发动机3可以被置于非操作状态,因此先导压力部分2a允许从高压蓄能器6a或低压蓄能器6b供应先导压力。

通常,在串联液压混合动力传动系1中,在制动操纵之后,高压蓄能器6a充至大约最大压力,低压蓄能器6b减压至大约最小压力。作为非限制性示例,最大压力可以是约200巴,最小压力可以是约20巴。在液压混合动力传动系1的操作者没有向液压混合动力传动系1提供任何命令的情况下,发动机3可以被置于非操作状态。

图1具体示出了当发动机3被置于非操作状态时的液压混合动力传动系1。这里和下文中,重复出现的特征用相同的附图标记表示。关于用于确定何时以及如何将发动机3置于非操作状态或将发动机3返回到操作状态的逻辑的具体细节在下文中描述。发动机3可以通过控制器(未示出)以两种方式之一自动置于非操作状态。

在第一种方式中,控制器使用禁止燃料喷射过程的具体命令来指示发动机控制单元(未示出)。在第二种方式中,可以修改发动机控制单元和发动机3之间的电子电路,以允许对燃料喷射过程进行控制,从而允许根据请求禁止或启用燃料喷射过程。

图2所示的液压混合动力传动系1包括启停阀ssv,其在动力毂2的先导压力端口pp和充能泵压力测量端口mc之间提供流体连通。在图1中,阀ssv处于关闭位置,在该位置没有液压流体可以流过阀ssv。也就是说,在图2中,阀ssv将先导压力端口pp与充能泵测量端口mc流体断开。充能泵压力测量端口mc是液压可变排量泵的典型特征。

图1进一步示出了以下操作状态:

发动机3被置于非操作状态,并且静液压泵4的可移动斜盘自动旋转到零排量位置,导致没有液压压力施加到主流体管线7a、7b。通常流体连接到主流体管线7a、7b的静液压马达5可通过关闭隔离阀iva、ivb与动力毂2的其余部件流体断开,以便于制动操纵。

高压蓄能器6a被充能或加压至大约最大压力,低压蓄能器7b减压至大约最小压力。

先导压力部分2a选择来自高压蓄能器6a的液压压力,并通过减压阀10将其降低到先导压力。

在图1所示的条件下,不能命令液压泵4的斜盘沿任何方向旋转,因为液压泵4的先导管线11a-d没有流体连接到任何加压管线。然而,通过使用启停阀ssv,可以为静液压泵4的先导管线11a-d提供先导压力。

如果提供了先导压力,机械联接到泵4的斜盘的液压致动器12被供以使静液压泵4的斜盘旋转出来所需的先导压力,从而将泵4的液压排量增加到期望的非零值。

液压致动器12包括液压活塞,该液压活塞可以通过改变活塞相对侧上的相应致动室中的液压流体量和/或静液压力来移动。4位3通的泵控制阀15选择性地将液压致动器的致动室流体连接到先导管线11b和流体贮存器13。先导管线11b可以通过打开启停阀ssv来流体连接到先导压力部分2a的先导压力端口pp。此外,先导管线11b流体连接到充能泵14,充能泵14与发动机3驱动地接合。通过致动泵控制阀15的第一螺线管(或称电磁铁)spa,泵控制阀15切换到第一阀芯位置。在第一阀芯位置,液压致动器12的第一致动室流体连接到先导管线11b,并且液压致动器12的第二致动室流体连接到低压贮存器13,由此将先导压力部分2a提供的先导压力施加到液压致动器12的第一致动室。

高压蓄能器6a可以通过致动高压蓄能器阀hpb来流体连接到第二主流体管线7b,而低压蓄能器6b可以通过致动低压蓄能器阀lpa来流体连接到第一主流体管线7a。在这种情况下,静液压泵4的斜盘旋转以将流体从第二主流体管线7b引导至第一主流体管线7a,并且静液压泵4承受压差。如果静液压马达5被隔离,则液压混合动力传动系1不被驱动,静液压泵4作为马达工作,将流体从高压蓄能器6a引导至低压蓄能器7b,并加速发动机3。这种配置一直维持到发动机3达到启用燃料喷射过程的最小速度,之后发动机被置于操作状态。

一旦发动机3达到怠速状态,液压混合动力传动系1可以如下操作:由于现在使用与发动机3驱动接合的充能泵14来提供先导压力,所以启停阀ssv被切换到关闭位置,充能泵14与液压致动器12和流体贮存器13流体连通。泵控制阀15的第二螺线管spb被致动以移动液压致动器12的活塞,从而将静液压泵4的斜盘旋转回零排量。具体地,通过致动泵控制阀15的第二螺线管spb,泵控制阀15切换到第二阀芯位置,从而对第二致动室加压。

一旦静液压泵4的斜盘旋转回零排量,高压蓄能器6a和低压蓄能器6b可以与主流体管线7a、7b断开,而没有任何气穴的风险,并且泵控制阀15(与泵控制阀螺线管spa和spb相关联)保持在中立位置,在该位置,泵控制阀螺线管spa、spb不被致动。当切换到中间位置时,泵控制阀15将液压致动器12的致动室与低压贮存器13和先导管线11b流体断开。此外,甚至隔离阀iva、ivb也可以被致动,以将一个或多个静液压马达5流体连接到主流体管线7a、7b以恢复驱动状态。

图2示出了没有次级模块的上述液压传动系的基础版本。图2包括串联液压混合动力传动系1的示意图,该传动系包括动力毂2。如上所述的液压混合动力传动系1包括驱动液压可变排量泵4的发动机3。动力毂2允许在可能时将液压能量存储在一对蓄能器6a、6b中,并且在需要时重新供应液压能量,例如用以节省燃料或提高液压混合动力传动系1的性能。高压蓄能器6a和低压蓄能器6b一起形成液压蓄能器组件。高压蓄能器6a在连接点16以及连接点17处流体连接到阀hpa、hpb,连接点16在图2中示出仅是为了在图3和4中引用的原因。在连接点17,低压蓄能器6b与阀lpb、lpa流体连接。

主液压回路8的泵4和马达5通过第一主流体管线7a和第二主流体管线7b流体连通。第一主流体管线7a通常具有比第二主流体管线7b更高的压力水平。主液压回路(8)以与结合图1描述的相同方式形成,并且隔离阀iva、ivb的功能在图2中与根据图1的相同。

在图3中显示,次级模块,例如液压工作模块,可以流体连接到如图2所示的连接点16、17。在图3中,主液压回路(优选具有动力毂,进一步优选具有图2所示的所有元件)由方框19象征性地表示。高压蓄能器6a可以充有高压流体,低压蓄能器6b可以充有低压流体。液压蓄能器6a、6b通过连接点16、17流体连接到液压传动系的动力毂。对于如权利要求所述的当前传动系的实现,液压蓄能器的其它配置也是可能的,并且包括例如仅一个单独的液压蓄能器或者多于两个的液压蓄能器。图3中具有液压工作功能的次级模块在图3中由方框28表示。

图3所示配置的一个优点是,即使当内燃发动机关闭时,它也允许使用存储在液压蓄能器组件中的液压能量。通常,液压蓄能器组件可以存储能量,该能量可以提供给工作液压功能,或者可以用于提高传动系的主负载的动力。该能量可以用于开始和/或完成次级模块和次级负载(例如工作液压)的动作或任务。工作液压可以独立于液压蓄能器组件与主液压回路的液压连接来控制,如下所示。因此,工作液压的动作/任务可以在不需要重新启动内燃发动机的情况下完成,因此不需要额外产生燃烧气体的排放(“零排放吊杆”)。同时,如图1所示的启动和停止功能也可以包含在相同的配置中。

液压蓄能器组件可以由传动系的液压泵或工作液压的液压泵来充能。液压蓄能器组件也可以由动力毂之外的其他机构来充能,例如,通过车辆的再生制动器将能量反馈回主液压回路中,或者通过从任何工作液压中回收液压能量(例如,当吊杆因重力降低时)。液压流体管线23将高压蓄能器6a与可以由中央控制单元cu控制的可控阀20连接。

液压流体管线24将低压蓄能器6b与也可以由控制单元cu控制的可控阀21连接。阀20、21在点25流体连接,点25与分配器流体连接。在阀20和连接点25之间,可以设置减压阀22,如果次级负载27或分配器26不会抵抗压力水平,该减压阀22确保来自高压蓄能器6a的高压被降低。这种减压阀22或者替代地由于其它原因减流阀可以附加地或替代地设置在连接点25和分配器26之间,以实现其它目的。

分配器26可以由泵29供给液压能量,泵29可以与内燃发动机连接,例如与供给主液压回路或工作液压功能的同一内燃发动机连接。如果泵29不提供高压流体,例如因为内燃发动机关闭,高压流体和因此液压能量可以由液压蓄能器组件6a、6b提供。在这种情况下,位于泵29和流体管线31之间的止回阀30防止来自液压蓄能器组件的流体通过泵29流到低压贮存器32。流体管线31将连接点25和分配器26连接。

在分配器中,流体管线31与先导端口p连接。先导端口与本领域已知的先导功能连接,该先导功能为次级负载27的操作提供了启动过程。当先导过程完成时,高压流体被输送到端口a、b中的一个,并因此被输送到负载。分配器能够控制液压流体流向负载,而与其入口端口p处的压力无关(如果端口p处的压力水平足够高)。

分配器还具有用于压力传感器33的负载感测端口ls。负载感测端口也可以连接到控制单元cu,该控制单元cu连接到一个或多个压力传感器。压力传感器33测量分配器的优先模块处的压力,因此它感测分配器内每个模块的入口端口处的最大压力。例如,当分配器连接到具有更多液压致动器的吊杆时,压力传感器33测量所有液压致动器的最大压力。通过用压力传感器33测量压力,可以提供反馈以电子地控制工作液压泵的排量(或最大允许排量),以便提供提升负载所需的正确油压。

次级负载27(第一次级负载)可以是工作液压负载。工作液压负载是用于完成车辆的工作任务的负载,也就是说,它与不是车辆本身的元件的物体而是车辆外部和独立于车辆的物体相互作用。优选地,工作液压负载是液压驱动的液压吊杆或机械工具。

操作方法可以如下:

如果内燃发动机关闭,则监测和比较液压蓄能器组件和负载27处的压力水平(由传感器33测量)。

如果并且只要液压蓄能器组件(例如高压蓄能器6a)的压力水平高于负载27的压力水平(高于压力传感器33测量的压力),蓄能器6a就连接到分配器。控制单元cu向阀20发送信号并打开阀20。高压液压蓄能器6a通过流体管线23和31连接到分配器。减压阀22将来自高压液压蓄能器6a的压力降低到分配器26可接受的水平。

如果低压液压蓄能器6b中的压力水平足够高并且在可接受的水平上,该蓄能器6b可以替代地通过根据控制单元cu的适当命令来打开阀21而连接到连接点。

在一些系统中,优先考虑的是将分配器处的先导压力保持在可接受的水平,以确保提供最小的先导压力,并且不会损害次级模块的可控性。对模块的不良控制也可能导致液压流体从蓄能器流向低压贮存器/罐。因此,特别是如果次级负载不工作,最好将低压蓄能器连接到分配器,而不是高压蓄能器。

当先导阶段结束,并且次级负载应被提供动力时,连接可以切换到高压蓄能器6a。该切换过程需要一些努力。一方面,两个阀21、22可以不同时打开。另一方面,连接点25既不连接到蓄能器6a也不连接到蓄能器6b的切换时间必须足够短,以避免液压分配器26的可控性损失。先导管线中或先导端口p处的非零控制容积或连接到端口p或流体管线31的小型额外液压蓄能器可能对此有所帮助。

图3所示系统的修改可以规定该系统仅包括高压液压蓄能器6a而不包括低压液压蓄能器。在这种情况下,可控阀21可以连接到车辆中的低压罐。如果不需要低压液压蓄能器,这是一种更便宜、更简单的结构。

图3所示系统的另一个应用应该是与图1所示的启动/停止功能相结合,其中先导压力由液压蓄能器6a、6b提供,以便启动内燃发动机3。

仅当次级负载27的能量消耗不过度并且高压液压蓄能器6a处的压力水平足以启动发动机时,启动/停止功能才能启动发动机。两个蓄能器6a、6b必须被适当地控制和管理,以保证发动机3的快速重启和次级负载27的长期运行。在这种情况下,必须考虑到,对于启动和停止功能的正常运行,可用的功率由蓄能器6a和6b之间的压差决定。另一方面,次级负载(例如,“零排放吊杆”)27可用的能量取决于两个蓄能器6a、6b中的总能量,特别地,低压蓄能器6b中的相对高的压力水平可能有助于确保液压部件的必要先导阶段中的短怠速阶段。

为了有效和高效地管理两个蓄能器6a、6b的压力水平,提供了传感器34和35,传感器34和35电连接到或者例如通过无线电触点(在图3中用天线符号表示)连接到控制单元cu。控制单元可以以适当的方式管理来自两个蓄能器6a、6b的能量的使用,以确保在任何时候液压能量的最佳可用性。如果蓄能器中可用的能量低于预定值,则控制单元还可以停止次级模块的活动。

还应该提到的是,在替代系统中,如图1所示的启动/停止功能可以与如图3所示的次级模块和仅一个高压蓄能器6a组合。

在图4中,同样如图3所示,主液压回路(优选具有动力毂,进一步优选具有图2所示的所有元件)由方框19象征性地表示。同样,如以上结合图3所讨论的,高压蓄能器6a可以充有高压流体,低压蓄能器6b可以充有低压。液压蓄能器6a、6b同样通过连接点16、17流体连接到液压传动系的动力毂。对于如图4中进一步示出的系统的实现,液压蓄能器的其它配置也是可能的,并且包括例如仅单个液压蓄能器或者多于两个的液压蓄能器。

具有液压辅助功能的次级模块在图4中由方框28’表示。图4所示配置的优点在于,它允许利用存储在液压蓄能器组件中的液压能量,并且即使在内燃发动机关闭时,也将该能量用于具有由辅助液压负载37形成的次级液压负载的次级液压模块的活动。

图4中的辅助液压负载37可以通过流体管线23’、24’中的一个与蓄能器6a、6b流体连接,这取决于与负载37连接的蓄能器。流体连接还通过打开(=其入口端口与出口端口的内部连接)可控阀20’、21’中的一个来实现,这两个阀都可以由中央控制单元cu控制。这样,连接点25’与一个蓄能器连接,辅助负载37通过阀36与连接点25’连接,阀36可以由控制单元控制或不可控制,并且可以是压力控制阀或流量控制阀,具体取决于负载37的要求。

辅助负载37可以是这样的负载:它既不是主负载,如在车辆的情况下,用于将车辆从一个地方移动到另一个地方的车轮驱动,也不是用于完成车辆工作任务(即,与不是车辆元件的物体相互作用)的工作液压功能。优选地但非排他地,辅助负载可以由用于内燃发动机的冷却风扇、车辆稳定器、车辆的制动器或用于车轮的有限移动的致动器形成。

如果辅助负载是内燃发动机的冷却风扇,它可以由液压马达驱动。在这种情况下,可以在发动机运行时(发动机没有额外的努力)或者在发动机已经关闭并且必须冷却一定时间时驱动冷却风扇。在这种情况下,只要蓄能器组件中可获得确定的压力水平,并且只要可用压力足够高以适合运行风扇,风扇就可以由来自液压蓄能器组件的能量运行。

如果辅助负载是一个稳定器或一组稳定器,它们可以在关闭内燃发动机之前和之后使用,并且它们可以用于稳定车辆或者甚至从地面提升车辆(或者降低车辆),从而增加其稳定性和安全性。只要蓄能器组件中可获得确定的压力水平,并且只要可用压力足够高以适合运行稳定器,稳定器就可以由来自液压蓄能器能量的能量运行。控制单元可以通过压力传感器进行的测量来预先检查蓄能器组件中存储的能量是否足够大,以完成计划的活动。如果不是这种情况,控制单元可以发出信号,表明发动机必须再次启动,以避免活动中断。

当车辆开始移动时或在车辆开始移动前不久,还可以通过存储在蓄能器组件中的能量来脱开自动驻车制动器。车辆的制动器(行车制动器)也可以由控制单元使用存储在蓄能器组件中的能量来致动。当车辆制动时,导致较低的发动机负载。然而,由蓄积的液压能量对制动器的致动取决于蓄能器组件中足够能量的可用性。

如果辅助负载是转向油缸,这种转向油缸可以容易地用于转向功能,例如在内燃发动机关闭后自主转动车辆的车轮。这可以增加安全性和灵活性,尤其是当车辆停在斜坡上时。因为只要蓄能器组件中可获得确定的压力水平,并且只要可用压力足够高以运行转向油缸,转向油缸就可以仅通过来自液压蓄能器能量的能量运行,所以控制单元可以预先检查蓄能器组件中存储的能量是否足以完成计划的活动,如果不是这样,则发出警告信号,或者自动开启内燃发动机以给蓄能器组件充能。

在图4中,示出了另外的连接点16’、16”、17’、17”,其代表向模块28’添加更多辅助模块或其他次级模块的机会。液压压力可以通过可控阀20″、21″在连接点25″处提供。可以在连接点25’、25”和相应负载37、47之间,或者在高压侧阀20’、20”和相应连接点25’、25”之间为每个单一的次级负载37、47提供压力控制阀和/或流量控制阀36、36’,如方框22’、22”所示。应该提到的是,以与关于图4讨论的相同的方式,同样在图3中,一个或多个次级模块可以被添加到模块28中。

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