CN103498883B - 集成于发动机底部的双腔液力缓速装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成于发动机底部的双腔液力缓速装置，包括液力缓速器和控制单元，液力缓速器安装于发动机的底部，并且液力缓速器具有缓速工作腔，它还包括集中输出轴、进口管道、出口管道、泵、回流管道和进口节流阀以及出口节流阀，液力缓速器具有两组动轮与定轮装置并且设置于缓速工作腔内，每组动轮与定轮装置包括动轮和定轮，发动机曲轴通过第一传动装置与集中输出轴相活动连接，第一传动装置与集中输出轴之间设置有总离合器，第二组动轮与定轮装置的动轮与相对应的第二传动装置之间设置有分离合器。本发明以发动机冷却液为工作介质，能够消除空损能耗，提高低速性能，提供有效的缓速制动功能。

Description

集成于发动机底部的双腔液力缓速装置

技术领域

本发明涉及一种集成于发动机底部的双腔液力缓速装置，属于车辆辅助制动技术领域。

背景技术

车辆在长时间持续制动、高强度制动或频繁制动时，制动盘或制动鼓温度会大幅度升高，使得摩擦因数下降、磨损程度加重，出现制动效能部分甚至全部损失的危险热衰退现象。虽然制动防抱死系统(ABS)、电子制动力分配系统(EBD)等的应用提高了车辆制动的稳定性和可靠性，但是它们对制动器的热衰退现象作用甚微。目前，包括我国在内的许多国家已明确规定一定规格以上的客车、载重车必须安装辅助制动装置，有效分流制动器的负荷，提高车辆制动安全性能。缓速器是车辆辅助制动装置之一，主要有液力缓速器和电涡流缓速器两种。在国外，液力缓速器由于制动力矩大、能耗低、可靠性好等优点，基本取代了电涡流缓速器；在国内，由于技术和成本的原因，电涡流缓速器仍是主导产品，但大力发展液力缓速器已成为必然趋势。

液力缓速器，也称为液力减速器，一般安装于变速器前面或后面，内部设有动轮与定轮，动轮与液力缓速器输入轴相连接，定轮与液力缓速器壳体相连接。变速器输入轴或输出轴带动液力缓速器输入轴转动，工作时工作腔内根据要求充入一定量油液，动轮带动油液转动冲击定轮，将一部分车辆制动能量转变为油液的热能，通过冷却散热系统散发掉，实现车辆缓速制动、提高抗热衰退性能的目的。目前，液力缓速器一般采用油液作为工作介质，设有一个专门的油-水热交换器，高温油液通过出液口管道进入热交换器，在热交换器内将热量传递给发动机冷却液，再通过发动机冷却系统将热量散发到大气中，降温后的油液通过管道回到液力缓速器内。但是，这种液力缓速器需要一个体积较大的油-水热交换器及其与发动机冷却系统相连接的长冷却液管道，增加了液力缓速装置的体积、质量、成本及装配难度。

采用水介质式液力缓速装置，可以取消传统的油-水热交换器，克服油液式液力缓速器结构原理上的不足。在已有可查询的车用水介质式液力缓速装置相关信息中，与本发明最相关的技术是VOITH公司开发的安装于发动机曲轴前部的水介质式液力缓速器。但是，由于发动机前部的安装空间有限，上述液力缓速器的尺寸受到限制，所能产生的制动力矩相对较小，且其空损能耗及低速性能没有得到改善。相对而言，发动机底部可用空间较大，且与发动机冷却系统相近，便于冷却液管道的布置，对车辆原有传动系统改动较少，适合于安装液力缓速装置。但是，至目前为止，安装于发动机底部水质式双腔液力缓速器还鲜有提及。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种集成于发动机底部的双腔液力缓速装置，它具有至少两组动轮与定轮装置，以发动机冷却液为工作介质，体积小、质量轻、成本低、结构紧凑、安装方便，能够消除空损能耗，提高了低速性能，提供了有效的缓速制动功能。

本发明解决上述技术问题采取的技术方案是：一种集成于发动机底部的双腔液力缓速装置，包括液力缓速器和控制单元，液力缓速器安装于发动机的底部，并且液力缓速器具有缓速工作腔，它还包括集中输出轴、进口管道、出口管道、泵、回流管道和控制进口管道内冷却液流通量的进口节流阀以及控制出口管道内冷却液流通量的出口节流阀，液力缓速器具有至少两组动轮与定轮装置并且设置于缓速工作腔内，每组动轮与定轮装置包括动轮和定轮，发动机曲轴通过第一传动装置与集中输出轴相活动连接，并且第一传动装置与集中输出轴之间设置有总离合器，该集中输出轴分别通过第二传动装置与每组动轮与定轮装置的动轮相活动连接，并且除第一组动轮与定轮装置外其余的动轮与定轮装置的动轮与相对应的第二传动装置之间设置有分离合器，所述的回流管道的出液端、进口管道、缓速工作腔、出口管道和回流管道的进液端依次相连通形成一循环管路，泵连接在进口管道中，并且泵的转子与集中输出轴固定连接，循环管路还与发动机冷却液腔相连通，所述的进口节流阀连接在进口管道上，所述的出口节流阀连接在出口管道上，并且所述的进口节流阀、出口节流阀、总离合器和分离合器分别与控制单元相控制连接。

进一步为了解决冷却液散热问题，还包括发动机散热装置，所述的出口管道和回流管道的进液端之间连通有可感应冷却液温度的节温器，该节温器还具有一出口端，并且该出口端与发动机散热装置连通后回流至进口管道。

为了进一步能够收集循环管路内的水蒸气，同时满足液力缓速器工作时对冷却液量的要求，还包括冷却液补偿箱，该冷却液补偿箱的一端与出口管道相连通，另一端与进口管道相连通。

为了进一步限制进口管道内冷却液的压力，对液力缓速器及其管道起到保护作用，所述的冷却液补偿箱上连接有溢流阀，该溢流阀的另一端连接在进口管道上泵与缓速工作腔之间的连接管路上。

进一步，所述的总离合器和分离合器为多片式离合器或电磁离合器。

进一步，所述的分离合器为磁粉式电磁离合器，该分离合器包括导磁盘、磁粉、磁粉室和可外接电源的激励线圈，导磁盘安装在相对应的第二传动装置上，激励线圈安装在相对应的动轮上与导磁盘相对应的部位上，磁粉分布于磁粉室内，并且磁粉室位于激励线圈和导磁盘之间。

进一步，所述激励线圈通过电性组件与外部电源相连接，该电性组件包括滑环、碳刷和继电器，激励线圈、滑环、碳刷和继电器依次相电性连接后与外部电源连接。

进一步，所述的进口节流阀和/或出口节流阀包括电机、阀芯和丝杆机构以及开有流通通道的阀体，电机通过丝杆机构与阀芯活动连接，电机与控制单元相控制连接，阀芯位于流通通道内并通过驱动电机带动阀芯在流通通道内移动从而改变流通通道的流通截面大小。

进一步，所述的第一传动装置包括主动齿轮、从动齿轮和从动齿轮轴，主动齿轮套装在发动机曲轴上，从动齿轮套装在从动齿轮轴上，主动齿轮与从动齿轮相啮合，所述的总离合器设置在从动齿轮轴和集中输出轴之间。

更进一步，所述的第二传动装置为锥形齿轮副，第二传动装置包括主动锥形齿轮、从动锥形齿轮和液力缓速器输入轴，主动锥形齿轮套装在集中输出轴上，从动锥形齿轮套装在液力缓速器输入轴上，液力缓速器输入轴与相对应的动轮相连接。

采用了上述技术方案后，本发明具有以下的有益效果：

1、本发明采用发动机冷却液作为液力缓速器的工作介质，取消了长的冷却液管道，不需要定期的换油服务，具有体积小、质量轻、成本低、结构紧凑及装配方便等优点；

2、本发明的液力缓速器安装于发动机底部，具有较大的布置空间，可以满足液力缓速器的尺寸要求；

3、本发明与发动机共用一个发动机散热装置和冷却风扇，取消了传统液力缓速器的油-水热交换器，体积小，结构简单；

4、本发明具有两个动轮与定轮装置，通过控制单元设有正常与加强两个工作模式，提高低速性能，提供有效的车辆缓速制动力矩；

5、本发明能够通过控制总离合器的接入和分开，从而有效地消除液力缓速器的空损能耗；

6、本发明还有助于发动机的快速暖机或温度提高。

附图说明

图1为本发明的集成于发动机底部的双腔液力缓速装置的结构示意图；

图2为本发明的分离合器的一种结构的结构示意图；

图3为本发明的出口节流阀和进口节流阀的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

如图1~3所示，一种集成于发动机底部的双腔液力缓速装置，包括液力缓速器和控制单元，液力缓速器安装于发动机8的底部，并且液力缓速器具有缓速工作腔34，它还包括集中输出轴18、进口管道35、出口管道36、泵20、回流管道37和控制进口管道35内冷却液流通量的进口节流阀22以及控制出口管道36内冷却液流通量的出口节流阀10，液力缓速器具有至少两组动轮与定轮装置并且设置于缓速工作腔34内，每组动轮与定轮装置包括动轮16和定轮11，发动机曲轴6通过第一传动装置与集中输出轴18相活动连接，并且第一传动装置与集中输出轴18之间设置有总离合器21，该集中输出轴18分别通过第二传动装置与每组动轮与定轮装置的动轮16相活动连接，并且除第一组动轮与定轮装置外其余的动轮与定轮装置的动轮16与相对应的第二传动装置之间设置有分离合器13，回流管道37的出液端、进口管道35、缓速工作腔34、出口管道36和回流管道37的进液端依次相连通形成一循环管路，泵20连接在进口管道35中，并且泵20的转子与集中输出轴18固定连接，循环管路还与发动机冷却液腔38相连通，进口节流阀22连接在进口管道35上，出口节流阀10连接在出口管道36上，并且进口节流阀22、出口节流阀10、总离合器21和分离合器13分别与控制单元相控制连接。定轮11分别与液力缓速器壳体相连接，液力缓速器壳体与发动机机体通过螺栓固定连接。其中，泵20可固定连接在发动机机体上，其转子与集中输出轴18固定连接，集中输出18带动泵20转子转动。进口节流阀22和出口节流阀10用于调节液力缓速器的充液量，进而控制液力缓速器的缓速制动转矩。发动机曲轴6上安装有飞轮9。

还包括发动机散热装置2，出口管道36和回流管道37的进液端之间连通有可感应冷却液温度的节温器3，该节温器3还具有一出口端，并且该出口端与发动机散热装置2连通后回流至进口管道35。

发动机散热装置2上设置有冷却风扇1。

还包括冷却液补偿箱7，该冷却液补偿箱7的一端与出口管道36相连通，另一端与进口管道35相连通。冷却液补偿箱7用于收集循环管路内的水蒸气，同时满足液力缓速器工作时对冷却液量的要求。

冷却液补偿箱7上连接有溢流阀19，该溢流阀19的另一端连接在进口管道35上泵20与缓速工作腔34之间的连接管路上。该溢流阀19用于限制进口管道35内冷却液的压力，对液力缓速器及其管道起到保护作用。

第一传动装置包括主动齿轮24、从动齿轮23和从动齿轮轴23-1，主动齿轮24套装在发动机曲轴6上，从动齿轮23套装在从动齿轮轴23-1上，主动齿轮24与从动齿轮23相啮合，总离合器21设置在从动齿轮轴23-1和集中输出轴18之间。在发动机曲轴6的曲轴带轮4的前面加装一个主动齿轮24，其与从动齿轮23啮合带动从动齿轮轴23-1旋转，当总离合器21接合时，发动机曲轴6通过主动齿轮24、从动齿轮23、从动齿轮轴23-1及总离合器21带动集中输出轴18及泵20的转子转动，为该双腔液力缓速装置提供具有一定压力的冷却液。

第二传动装置为锥形齿轮副，第二传动装置包括主动锥形齿轮14、从动锥形齿轮17和液力缓速器输入轴17-1，主动锥形齿轮14套装在集中输出轴18上，从动锥形齿轮17套装在液力缓速器输入轴17-1上，液力缓速器输入轴17-1与相对应的动轮16相连接。

总离合器21和分离合器13为多片式离合器或电磁离合器。多片式离合器通过冷却液压力压紧或松开钢片和摩擦片，实现所连接两个部件的接合或分离；电磁离合器通过电磁线圈的通电或断电，实现所连接两个部件的接合或分离；本实施例中，总离合器21用于连接从动齿轮轴23-1与集中输出轴18，分离合器13用于连接第二组动轮与定轮装置后的动轮16与液力缓速器输入轴17-1。当总离合器21接合时，发动机曲轴6带动集中输出轴18旋转，集中输出轴18带动第一组动轮与定轮装置的动轮16转动；当分离合器13也接合时，集中输出轴18也带动其他组的动轮与定轮装置的动轮16同时转动。

分离合器13为磁粉式电磁离合器，该分离合器13包括导磁盘28、磁粉26、磁粉室39和可外接电源的激励线圈25，导磁盘28安装在相对应的第二传动装置上，激励线圈25安装在相对应的动轮16上与导磁盘28相对应的部位上，磁粉26分布于磁粉室39内，并且磁粉室39位于激励线圈25和导磁盘28之间。激励线圈25通过电性组件与外部电源相连接，该电性组件包括滑环、碳刷27和继电器，激励线圈、滑环、碳刷27和继电器依次相电性连接后与外部电源连接。通过给激磁线圈25供电或断电实现其所连接两个部件的连接或分离。以分离合器13为例，激磁线圈25获得供电后周围产生磁场。动轮16通过滚动轴承30支承在液力缓速器输入轴17-1上，两者在激磁线圈25没有电流通过时可以自由转动，磁粉26为可以磁化的30～50μm钢微粒粉末，在激磁线圈25没有电流通过时，磁粉26没有受到磁场作用，松散地分布于磁粉室内，分离合器13为分离状态，此时相对应的动轮16与相对应的液力缓速器输入轴17-1可以自由转动；在激磁线圈25有电流通过时，磁粉26在磁场作用下快速凝固，由“松散”状态竖起呈链状，在磁场中形成“固体磁链”，分离合器13为接合状态，将该动轮16与该液力缓速器输入轴17-1连接为一体，导磁盘28通过花键与液力缓速器输入轴17-1相连接，随着液力缓速器输入轴17-1一起转动。

进口节流阀22和/或出口节流阀10包括电机32、阀芯33和丝杆机构以及开有流通通道31-1的阀体31，电机32通过丝杆机构与阀芯33活动连接，电机32与控制单元相控制连接，阀芯33位于流通通道31-1内并通过驱动电机32带动阀芯33在流通通道31-1内移动从而改变流通通道31-1的流通截面大小。控制单元根据需要控制电机32转动，通过丝杆机构将电机32的旋转运动转变为阀芯33的直线移动，使进口节流阀22或出口节流阀10的流通截面发生变化。经发动机散热装置2冷却后的冷却液通过进口节流阀22，由泵20压进缓速工作腔34；出口节流阀10与发动机冷却液出口及节温器3相连接，液力缓速器内的冷却液与发动机内的冷却液一起流向节温器3，若进口节流阀22的流通截面大、出口节流阀10的流通截面小，则液力缓速器的充液率高，制动力矩大；若进口节流阀22流通截面小、出口节流阀10流通截面大，则液力缓速器的充液率低，制动力矩小。

如图1所示，本实施例的动轮与定轮装置有两组，当总离合器21接合，分离合器13断开为正常模式状态，当总离合器21接合，分离合器13也接合时为加强模式状态。

本发明的工作原理如下：

在驾驶室内设有一个液力缓速器工作模式选择开关用来驱动控制单元改变液力缓速器的工作模式，它包括正常与加强两个工作状态，驾驶员通过该模式选择开关确定液力缓速器的工作模式，若选择为正常模式状态，此时总离合器21接合，发动机曲轴6通过主动齿轮24、从动齿轮23带动泵20转动工作为缓速工作腔34供给冷却液，同时集中输出轴18带动第一组动轮与定轮装置的动轮16转动，实现缓速制动功能。当车速较低或者车辆需要较大缓速制动力矩时，驾驶员可以选择为加强模式状态，此时总离合器21与分离合器13都接合，集中输出轴18带动两组动轮与定轮装置的动轮16同时转动，两组动轮与定轮装置同时工作，液力缓速器的缓速制动力矩增加。

在液力缓速器工作时，控制单元根据驾驶员的操作指令及传感器信号调节进口节流阀22与出口节流阀10的流通截面，控制液力缓速器的充液量及缓速制动力矩。

当车辆不需要缓速制动时，总离合器21与分离合器13都分离，从动齿轮轴23-1与集中输出轴18相互可以自由转动，发动机曲轴6不能带动各自的动轮16转动，可以有效消除液力缓速器的空损能耗。

当冷却液温度较低时，发动机冷却系统处于小循环状态，泵20工作，冷却液通过进口节流阀22，经泵20进入缓速工作腔34，再由出口节流阀10通过节温器3回到进口节流阀22的进水口处，如此不断循环，冷却液温度快速升高。当冷却液温度较高时，发动机冷却系统处于大循环状态，泵20工作，冷却液通过进口节流阀22，经泵20进入缓速工作腔34，再由出口节流阀10通过节温器3进入发动机散热装置2，经发动机散热装置2冷却后的冷却液回到进口节流阀22的进水口处，如此不断循环，将液力缓速器由缓速制动而产生的热量散发到大气中。

当发动机在冷机起动或温度较低时，控制单元可以使一个或两个离合器接合，液力缓速装置工作，将发动机或车辆的动能转变为冷却液的热能，冷却液温度迅速上升，便于发动机的快速暖机或温度提高。

以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种集成于发动机底部的双腔液力缓速装置，包括液力缓速器和控制单元，液力缓速器安装于发动机（8）的底部，并且液力缓速器具有缓速工作腔（34），其特征在于：它还包括集中输出轴（18）、进口管道（35）、出口管道（36）、泵（20）、回流管道（37）和控制进口管道（35）内冷却液流通量的进口节流阀（22）以及控制出口管道（36）内冷却液流通量的出口节流阀（10），液力缓速器具有至少两组动轮与定轮装置并且设置于缓速工作腔（34）内，每组动轮与定轮装置包括动轮（16）和定轮（11），发动机曲轴（6）通过第一传动装置与集中输出轴（18）相活动连接，并且第一传动装置与集中输出轴（18）之间设置有总离合器（21），该集中输出轴（18）分别通过第二传动装置与每组动轮与定轮装置的动轮（16）相活动连接，并且除第一组动轮与定轮装置外其余的动轮与定轮装置的动轮（16）与相对应的第二传动装置之间设置有分离合器（13），所述的回流管道（37）的出液端、进口管道（35）、缓速工作腔（34）、出口管道（36）和回流管道（37）的进液端依次相连通形成一循环管路，泵（20）连接在进口管道（35）中，并且泵（20）的转子与集中输出轴（18）固定连接，循环管路还与发动机冷却液腔（38）相连通，所述的进口节流阀（22）连接在进口管道（35）上，所述的出口节流阀（10）连接在出口管道（36）上，并且所述的进口节流阀（22）、出口节流阀（10）、总离合器（21）和分离合器（13）分别与控制单元相控制连接。

2.根据权利要求1所述的集成于发动机底部的双腔液力缓速装置，其特征在于：还包括发动机散热装置（2），所述的出口管道（36）和回流管道（37）的进液端之间连通有可感应冷却液温度的节温器（3），该节温器（3）还具有一出口端，并且该出口端与发动机散热装置（2）连通后回流至进口管道（35）。

3.根据权利要求1所述的集成于发动机底部的双腔液力缓速装置，其特征在于：还包括冷却液补偿箱（7），该冷却液补偿箱（7）的一端与出口管道（36）相连通，另一端与进口管道（35）相连通。

4.根据权利要求3所述的集成于发动机底部的双腔液力缓速装置，其特征在于：所述的冷却液补偿箱（7）上连接有溢流阀（19），该溢流阀（19）的另一端连接在进口管道（35）上泵（20）与缓速工作腔（34）之间的连接管路上。

5.根据权利要求1所述的集成于发动机底部的双腔液力缓速装置，其特征在于：所述的总离合器（21）和分离合器（13）为多片式离合器或电磁离合器。

6.根据权利要求5所述的集成于发动机底部的双腔液力缓速装置，其特征在于：所述的分离合器（13）为磁粉式电磁离合器，该分离合器（13）包括导磁盘（28）、磁粉（26）、磁粉室（39）和可外接电源的激励线圈（25），导磁盘（28）安装在相对应的第二传动装置上，激励线圈（25）安装在相对应的动轮（16）上与导磁盘（28）相对应的部位上，磁粉（26）分布于磁粉室（39）内，并且磁粉室（39）位于激励线圈（25）和导磁盘（28）之间。

7.根据权利要求6所述的集成于发动机底部的双腔液力缓速装置，其特征在于：所述激励线圈（25）通过电性组件与外部电源相连接，该电性组件包括滑环、碳刷（27）和继电器，激励线圈、滑环、碳刷（27）和继电器依次相电性连接后与外部电源连接。

8.根据权利要求1所述的集成于发动机底部的双腔液力缓速装置，其特征在于：所述的进口节流阀（22）和/或出口节流阀（10）包括电机（32）、阀芯（33）和丝杆机构以及开有流通通道（31-1）的阀体（31），电机（32）通过丝杆机构与阀芯（33）活动连接，电机（32）与控制单元相控制连接，阀芯（33）位于流通通道（31-1）内并通过驱动电机（32）带动阀芯（33）在流通通道（31-1）内移动从而改变流通通道（31-1）的流通截面大小。

9.根据权利要求1所述的集成于发动机底部的双腔液力缓速装置，其特征在于：所述的第一传动装置包括主动齿轮（24）、从动齿轮（23）和从动齿轮轴（23-1），主动齿轮（24）套装在发动机曲轴（6）上，从动齿轮（23）套装在从动齿轮轴（23-1）上，主动齿轮（24）与从动齿轮（23）相啮合，所述的总离合器（21）设置在从动齿轮轴（23-1）和集中输出轴（18）之间。

10.根据权利要求1所述的集成于发动机底部的双腔液力缓速装置，其特征在于：所述的第二传动装置为锥形齿轮副，第二传动装置包括主动锥形齿轮（14）、从动锥形齿轮（17）和液力缓速器输入轴（17-1），主动锥形齿轮（14）套装在集中输出轴（18）上，从动锥形齿轮（17）套装在液力缓速器输入轴（17-1）上，液力缓速器输入轴（17-1）与相对应的动轮（16）相连接。