Автомобильная система гидроусиления с разомкнутым контуром
Изобретение относится к автомобильной системе гидроусиления. Система гидроусиления содержит основный двигатель (М), гидравлическую машину (140) - в качестве насоса, гидравлическую машину (240, 250) - в качестве двигателя. Гидравлический контур, соединяющий две машины (140; 240, 250), представляет собой разомкнутый контур, проходящий через резервуар (300). Гидравлическая машина (240, 250), образующая двигатель, представляет собой машину с отключением сцепления. Гидравлическая машина (140), работающая в качестве насоса, представляет собой насос с переменным рабочим объемом по ограничителю давления (470) с пропорциональной калибровкой. Система гидроусиления включает также один жиклер (460) отбора, расположенный между ограничителем давления (470) с пропорциональной калибровкой и нагнетательной магистралью гидравлической машины (140). Отбор заданного давления, обеспечивающего управление гидравлической машиной (140), работающей в качестве насоса, производится между ограничителем давления (470) и жиклером (460) отбора. Достигается повышение надежности. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 10 ил.
Изобретение относится к области гидроусиления для автомобильных транспортных средств.
Ранее уже предлагались разные типы гидроусиления.
Известно, в частности, гидроусиление, содержащее тепловой двигатель и насос с переменным рабочим объемом, который приводится во вращение этим двигателем и осуществляет подачу в по меньшей мере один гидравлический двигатель, связанный с колесом или осью, по замкнутому контуру.
Известно также гидроусиление, содержащее насос с постоянным рабочим объемом, который установлен на ведомом валу коробки, связанной с тепловым двигателем, и осуществляет подачу в по меньшей мере один гидравлический двигатель, связанный с колесом или осью, по замкнутому контуру.
Так, в частности, в документе FR 2996176 раскрыт гидроусилитель типа показанного на фиг. 1 приложенных чертежей.
На фиг. 1 можно видеть транспортное средство, имеющее ведущую ось 10, связанную с основным тепловым двигателем М через сцепление 2 и коробку передач 3. Ведущая ось 10 разделена дифференциалом 11 на две полуоси 15 и 16, на которых установлены соответствующие колеса 12 и 13. Имеется также ведомая ось 20, которая тоже разделена дифференциалом 21 на две полуоси 25, 26, на которых установлены соответствующие колеса 22 и 23. Каждая из осей 10, 20 снабжена гидравлическим устройством 14, 24. Эти два гидравлических устройства 14, 24 соединены гидравлическими магистралями 30, 32 таким образом, что, когда гидравлическое устройство 14 работает в качестве насоса, вырабатывая некоторый расход среды, оно осуществляет подачу во второе гидравлическое устройство 24, работающее при этом в качестве двигателя, и наоборот.
Для этого сторона нагнетания первой машины 14 соединена со стороной всасывания второй машины 24 магистралью 30, которая является магистралью высокого давления, а сторона нагнетания второй машины 24 соединена со стороной всасывания первой машины 14 магистралью 32, которую называют магистралью низкого давления.
Хотя гидроусилители вышеописанного типа показали себя довольно перспективными, они страдают, тем не менее, некоторыми недостатками.
Так, например, для обеспечения работы насоса по замкнутому контуру требуется подкачивающий насос. Кроме того, для включения и, соответственно, выключения двигателей требуется временно «разомкнуть» замкнутый контур, а значит, совершенно необходим какой-либо клапан, выполняющий такое размыкающее действие.
В этой связи можно упомянуть о документе BE 901116 А1, в котором раскрыта автомобильная система гидроусиления, содержащая основный двигатель, соединенный с насосом, который, в свою очередь, соединен через разомкнутый контур, с двигателем, снабженным системой отключения сцепления. Раскрытый здесь насос отличается тем, что его расход на выходе подбирается таким образом, чтобы в контуре все время поддерживалось постоянное давление. Это давление, которое задает оператор, поддерживается благодаря ограничителю давления, обеспечивающему безопасную работу контура. В результате удается обойтись без какого бы то ни было подкачивающего насоса, а также устранить необходимость в размыкании контура связи для целей отключения сцепления, поскольку этот контур постоянно разомкнут.Однако эта система показала себя недостаточно гибкой и обладающей ограниченными возможностями в диапазоне охваченных давлений.
Целью изобретения является разработка новых средств гидроусиления, обеспечивающих более надежный контроль давления в контуре и получение более широкого диапазона крутящих моментов в двигателе.
Для достижения этой цели в соответствии с изобретением предложена автомобильная система гидроусиления, содержащая основный двигатель и две гидравлические машины, соединенные гидравлическим контуром таким образом, что, когда первая гидравлическая машина работает в качестве насоса, вторая гидравлическая машина работает в качестве двигателя, отличающаяся тем, что гидравлический контур, соединяющий две гидравлические машины, представляет собой разомкнутый контур, проходящий через резервуар, причем гидравлическая машина, образующая двигатель, представляет собой машину с отключением сцепления, а гидравлическая машина, работающая в качестве насоса, представляет собой насос с переменным рабочим объемом, при этом переменный рабочий объем регулируют по давлению с помощью устройства, включающего в себя ограничитель давления с пропорциональной калибровкой, помещенный между сливной магистралью и нагнетательной магистралью гидравлической машины, работающей в качестве насоса, и обеспечивающий калибровку давления гидроусиления, и по меньшей мере, один жиклер отбора, помещенный между ограничителем давления с пропорциональной калибровкой и нагнетательной магистралью гидравлической машины, при этом отбор заданного давления, обеспечивающего управление гидравлической машиной, работающей в качестве насоса, производится между ограничителем давления и жиклером отбора.
Как станет понятно из нижеследующего описания, давление в контуре постоянно контролируется с помощью замкнутого контура обратной связи управления рабочим объемом насоса. При этом гибкость функционирования и допускаемый в рамках изобретения диапазон давлений обеспечиваются именно включением указанного контура обратной связи в состав общего контура.
В соответствии с другими предпочтительными признаками изобретения, - данная система содержит:
- два противоположно действующих силовых цилиндра, воздействующих на качающуюся кулачковую шайбу с регулированием при этом наклона шайбы и, тем самым, хода поршней насоса, причем в один из силовых цилиндров подается давление с выхода насоса; и
- модуль управления, обеспечивающий подачу во второй силовой цилиндр, в соответствии с величиной заданного давления, отбираемого между ограничителем давления и жиклером отбора, давления резервуара с целью увеличения рабочего объема или давления с выхода насоса с целью уменьшения рабочего объема, что позволяет поддерживать давление на выходе насоса равным заданной величине;
- модуль управления включает в себя распределитель, представляющий собой золотник обнуления рабочего объема, выполненный с возможностью поочередно подавать в указанный второй силовой цилиндр давление резервуара, когда заданное давление не достигнуто (то есть когда давление на выходе насоса меньше заданного давления), и давление с выхода насоса, когда заданное давление превышено (то есть когда давление на выходе насоса больше заданного давления);
- модуль управления включает в себя распределитель, представляющий собой ограничитель давления, калибруемый, с одной стороны давлением на выходе насоса и, с другой стороны, контрпружиной, и рассчитанный таким образом, чтобы подавать давление с выхода насоса в указанный второй силовой цилиндр, когда давление на выходе насоса превышает некоторую максимальную величину, с целью уменьшения рабочего объема насоса.
Остальные признаки, цели и преимущества изобретения станут понятны после прочтения нижеприведенного подробного описания со ссылками на приложенные чертежи, приводимые в качестве примеров, не имеющих ограничительного характера, на которых:
- фиг. 1 (рассмотрена выше) иллюстрирует систему гидроусиления типа известной из уровня техники, которая была раскрыта в документе FR 2996176,
- фиг. 2 представляет собой схему гидравлической системы согласно настоящему изобретению,
- фиг. 3 представляет собой схему клапана гидроусиления согласно изобретению,
- фиг. 4 представляет собой схему контура управления насосом с переменным рабочим объемом согласно изобретению, при этом на фиг. 4а контур управления иллюстрируется в первом состоянии, на фиг. 4b иллюстрируется тот же контур управления во втором состоянии, а на фиг. 4с - контур управления в третьем состоянии,
- фиг. 5 иллюстрирует конфигурацию предлагаемой системы в режиме свободного хода исключительно на механической трансмиссии,
- фиг. 6 иллюстрирует конфигурацию предлагаемой системы на стадии включения сцепления переднерасположенных двигателей,
- фиг. 7 иллюстрирует конфигурацию предлагаемой системы в режиме гидроусиления с заранее заданным давлением,
- фиг. 8 иллюстрирует конфигурацию предлагаемой системы в режиме отключения сцепления переднерасположенных двигателей,
- фиг. 9 иллюстрирует конфигурацию предлагаемой системы в режиме выбора подъема,
- фиг. 10 иллюстрирует конфигурацию предлагаемой системы в режиме работы с кузовом.
На фиг. 2 и последующих чертежах изображена система гидроусиления, содержащая ведущую ось 10, связанную с тепловым двигателем М через сцепление 2 и коробку передач 3. Ведущая ось 10 разделена дифференциалом 11 на две полуоси 15 и 16, на которых установлены соответствующие колеса 12 и 13, например, (но не обязательно) спаренные.
Ведомые колеса 22, 23 оснащены гидроусилением согласно изобретению. Эти ведомые колеса 22, 23 могут быть установлены на общей оси, разделенной дифференциалом на две полуоси, как показано на фиг. 1.
Однако предпочтительно, чтобы, как видно на фиг. 2 и последующих чертежах, ведомые колеса 22 и 23 были выполнены раздельными и связаны с соответствующими двигателями 240, 250 гидроусиления. Основная гидравлическая машина 140, которая в нормальном рабочем режиме с гидроусилением работает в качестве насоса, приводится в действие отбором мощности теплового двигателя М.
Два гидравлических двигателя 240 и 250 установлены параллельно. Каждый из этих двух гидравлических двигателей 240, 250 имеет всасывающий трубопровод 242, 252 и нагнетательный трубопровод 244, 254.
Основная гидравлическая машина 140, образующая насос, имеет нагнетательный трубопровод 142, выполненный с возможностью подключения к всасывающим магистралям 242, 252 двигателей 240, 250, и всасывающую магистраль 144, по которой отбирается масло в резервуаре 300.
В качестве основного насоса 140 предпочтительно использовать насос с переменным рабочим объемом, регулируемым по давлению. Так, рабочим объемом основного насоса 140 управляют в зависимости от заданного давления. Если давление в контуре меньше конкретной уставки, то рабочий объем насоса 140 увеличивают, и наоборот. Поскольку весь расход основного насоса 140 берут из масляного резервуара 300 без использования давления, контур питания двигателей 240, 250 является разомкнутым контуром без магистрали низкого давления и с непосредственным возвратом в резервуар 300.
Показанный на фиг. 2 и последующих чертежах контур гидроусиления дополнительно снабжен блоком 400, выполняющим функцию гидроусиления, что обеспечивает, в частности, получение нейтрального положения перепуска и положения реверсирования потока для режима заднего хода. Как уже говорилось выше, в соответствии с изобретением, двигатели 240, 250 - это двигатели с включением/отключением сцепления и с отводом поршней с помощью давления и/или пружины. Если говорить конкретнее, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения, давление в картере устраняется, при этом сохраняются только пружины.
На приложенных чертежах пунктирные линии, направленные к корпусам картеров двигателей 240, 250, обозначают сливные магистрали, соединенные с резервуаром 300. Эти сливные магистрали, обозначенные позициями 246, 256, выполнены таким образом, чтобы в них собирались внутренние утечки двигателей 240, 250 с их последующим возвратом в масляный резервуар 300. В соответствии с изобретением, в них можно создать давление, чтобы поршни двигателей 240, 250 могли быть вытеснены из соответствующих кулачков, если нет давления подачи или выпуска. При необходимости двигатели 240, 250 могут быть также снабжены возвратными пружинами для удержания поршней в убранном положении.
В соответствии с изобретением, можно предусмотреть комбинацию из давления в картерах двигателей 240, 250 и возвратной пружины, что позволит добиться отключения сцепления этих двигателей 240, 250.
В положении ожидания в картерах двигателей 240, 250 поддерживается некоторое минимальное давление, что гарантирует отключение сцепления двигателей. Можно, например, приложить некоторое начальное давление, чтобы обеспечить достаточное заполнение картера в течение небольшого времени порядка секунды, а потом снять это давление, полагаясь затем лишь на пружины, с тем чтобы удерживать поршни в отключенном положении до тех пор, пока не понадобится включение сцепления двигателей 240, 250 с помощью управляющего давления от насоса 140.
Можно также видеть на фиг. 2 и последующих чертежах изолирующий клапан 500 контура кузова, связанный с клапаном 550 подъема, который обеспечивает управление силовым цилиндром 570 одностороннего действия.
Ниже приводится более подробное раскрытие конструкции клапана 400 гидроусиления, иллюстрируемого на фиг. 3.
Клапан 400 гидроусиления включает в себя, главным образом, четырехходовой трехпозиционный распределитель 410, выполненный таким образом, чтобы обеспечивать возможность выбора направления переднего хода, направления заднего хода и положения свободного хода.
Первый вход 412 распределителя 410 соединен с нагнетательной магистралью 142 основного насоса 140.
Второй вход 414 распределителя 410 соединен со сливной магистралью 143, ведущей к резервуару 300.
Первый выход 416 распределителя 410 ведет к стороне всасывания 242, 252 двигателей 240, 250.
Второй выход 418 распределителя 410 ведет к нагнетательным магистралям 244, 254 двигателей 240, 250.
В нейтральном положении, показанном на фиг. 2, первый вход 412 распределителя 410, соединенный с нагнетательной магистралью 142 насоса 140, изолирован, тогда как два выхода 416 и 418 распределителя 410 соединены со вторым входом 414 и, соответственно, со сливной магистралью 143.
В положении переднего хода, как показано на фиг. 6, первый вход 412 распределителя 410, соединенный с нагнетательной магистралью 142 насоса 140, соединен с первым выходом 416 и, соответственно, с всасывающими магистралями 242, 252 насосов 240, 250, а второй вход 414 соединен со вторым выходом 418 и, соответственно, с нагнетательными магистралями 244, 254, которые ведут к резервуару 300 через сливную магистраль 143.
И наоборот, в положении заднего хода распределителя 410 первый вход 412 соединен со вторым выходом 418 и, соответственно, с магистралями, названными выше нагнетательными магистралями 244, 254 двигателей 240, 250, вследствие чего им задается вращение в направлении, обратном направлению переднего хода, в то время как второй вход 414 распределителя 410 соединен с первым выходом 416, чтобы магистрали 242, 252, названные выше питающими магистралями двигателей 240, 250, вели к резервуару 300 через сливную магистраль 143.
Между нагнетательной магистралью 142 основного насоса 140 и сливными магистралями 246, 256, ведущими к двигателям 240, 250, установлен обратный клапан 420. Этот обратный клапан 420 смонтирован с возможностью пропускания в направлении по сливным магистралям 246, 256 к нагнетательной магистрали 142 основного насоса 140. Клапан 420 позволяет ограничивать давление в картерах двигателей 240, 250 давлением покоя при выходе поршней.
Между сливной магистралью 143, ведущей ко второму входу 414 распределителя 410, и сливной магистралью 246, 256, ведущей к картеру двигателей 240, 250, установлен второй обратный клапан 430. Этот обратный клапан 430 установлен с возможностью пропускания в направлении от сливной магистрали 143 к сливным магистралям 246, 256. Клапан 430 позволяет вновь осуществлять подачу в картеры двигателей 240, 250 в процессе отключения сцепления.
В ответвлении, соединяющем сливную магистраль 143, ведущую к резервуару 300, со сливными магистралями 246, 256, ведущими к двигателям 240, 250, последовательно установлены клапан 440 поддержания давления и жиклер 450. Клапан 440 поддержания давления помещен на стороне сливной магистрали 143, ведущей к резервуару 300, а жиклер 450 - на стороне сливных магистралей 246, 256.
Клапан 440 поддержания давления является пропускающим в направлении от сливных магистралей 246, 256 к сливной магистрали 143. Этот клапан поддержания давления откалиброван и рассчитан на контроль поддержания давления в картере в режиме свободного хода.
Жиклер 450, помещенный между клапаном 440 поддержания давления и сливными магистралями 246, 256, ведущими к двигателям 240, 250, рассчитан таким образом, чтобы обеспечивалось повышение давления в картерах двигателей 240, 250 при выходе поршней с замедлением при этом потока масла.
Показанный на фиг. 3 клапан 400 гидроусиления имеет также ответвление, смонтированное в обход между нагнетательной магистралью 142 основного насоса 140 и общей точкой клапана 440 поддержания давления и жиклера 450.
В этом обходном ответвлении последовательно установлены жиклер 460 и ограничитель давления 470.
Жиклер 460 находится на стороне нагнетательной магистрали 142 основного насоса. Этот жиклер 460 отбора выполнен таким образом, чтобы обеспечивать ограничение расхода, забираемого контуром управления гидроусилением.
Ограничитель давления 470 находится на стороне сливных магистралей 246, 256. Этот ограничитель давления 470 выполнен таким образом, чтобы давление ограничивалось пропорциональной калибровкой, обеспечивающей регулирование давления гидроусиления.
От средней точки указанного обходного ответвления, которая является общей для ограничителя давления 470 и жиклера 460, сделан отвод к магистрали 145 с уставкой давления, обеспечивающей управление основным насосом 140.
Ниже боле детально раскрывается показанное на фиг. 4 устройство регулирования по давлению, обеспечивающее управление работой основного насоса 140.
Рабочий объем насоса 140 регулируется благодаря работе силовых цилиндров или сервопоршней С и D, которые воздействуют известным образом на кулачковую шайбу, вследствие чего регулируется наклон шайбы и, тем самым, ход поршней насоса. В зоне расположения силового цилиндра D, в его камере давления, помещена пружина 602 регулирования давления, обеспечивающая установку насоса в положение полного рабочего объема в отсутствие давления в силовых цилиндрах. Это положение является исходным положением насоса при его включении. Таким образом, при включении насоса он начинает вырабатывать расход, и при этом устанавливаются определенные давления, что дает возможность приведения в действие системы управления насосом. Ниже по ходу описания усилие этой пружины 602 включается в состав общего усилия силового цилиндра D. Давление с выхода насоса 140 подается по магистрали 620 в силовой цилиндр D. Противоположно действующий силовой цилиндр С получает питание от распределителей А и В по магистрали 612. Эти распределители А и В являются трехходовыми (с двумя входными каналами и одним выходным каналом) и двухпозиционными. А и В подключают силовой цилиндр С, так называемый «цилиндр регулирования рабочего объема», либо к выходному давлению насоса 140, либо к магистрали 610, так называемой «безнапорной магистрали», которая соединена с резервуаром 300. Таким образом, рабочий объем насоса определяется равновесным давлением, подаваемым в силовые цилиндры С и D.
Параметры силовых цилиндров С и D подбираются таким образом, чтобы в случае равенства давлений, подаваемых в эти два силовых цилиндра, цилиндр С оказывает усилие, большее, чем у силового цилиндра D, и уменьшает рабочий объем насоса. В течение всего времени, пока давление подачи в D заметно выше давления подачи в С, рабочий объем насоса будет увеличиваться, а с ним будет расти и давление на выходе насоса.
Распределитель А имеет первый вход, соединенный с магистралью 610, которая подключена к резервуару 300, и второй вход, соединенный с магистралью 621, которая подключена к выходу насоса 140. Его выход соединен с первым входом распределителя В.
Распределитель В имеет второй вход, соединенный с магистралью 623, которая подключена к выходу насоса 140. Его выход соединен с силовым цилиндром С с помощью магистрали 612.
Положением распределителя А управляют, с одной стороны, давление на выходе насоса по магистралям 625 и далее 622, а с другой стороны, калибровочная пружина 600 и магистраль 145 с уставкой. До тех пор, пока действие пружины 600 в сочетании с давлением, подаваемым по магистрали 145, сильнее действия давления, подаваемого по магистрали 622, распределитель А соединяет магистраль 610 с магистралью 611, которая образует один из входных каналов распределителя В (положение 1А). Как только давление, подаваемое по магистрали 622 (то есть давление на выходе насоса 140), становится более значимым, чем действие пружины 600 и давление, подаваемое по магистрали 145, распределитель А переходит во второе положение, в котором он соединяет магистраль 611 с магистралью 621, которая соединена с помощью магистрали 625 с давлением на выходе насоса 140 (положение 2А). Распределитель А регулирует рабочий объем насоса в соответствии с давлением в магистрали 145, при этом указанный распределитель А плавно смещается между положениями 1А и 2А, то есть пребывает в «плавающем» равновесии между давлениями в магистрали 145 и магистрали 622.
Положением распределителя В управляют, с одной стороны, давление на выходе насоса по магистралям 625 и далее 624, а с другой стороны, калибровочная пружина 601. До тех пор, пока действие пружины 601 сильнее действия давления, подаваемого по магистрали 624, распределитель В соединяет магистраль 611 с магистралью 612, которая управляет работой силового цилиндра С (положение 1В). Как только давление, подаваемое по магистрали 624 (то есть давление на выходе насоса 140), становится более значимым, чем действие пружины 601, распределитель В переходит во второе положение, в котором он соединяет магистраль 612 с магистралью 623, которая соединена с помощью магистрали 625 с давлением на выходе насоса 140 (положение 2 В). Распределитель В ограничивает рабочий объем насоса настолько, чтобы не было превышения максимального давления, заданного пружиной 601. Здесь мы имеем дело с особым предохранительным устройством.
Когда А находится в положении 1А, а В в положении 1В, в силовой цилиндр С подается давление, равное давлению в резервуаре 300. Когда А находится в положении 2А, а В в положении 1В, в силовой цилиндр С подается давление, равное давлению на выходе насоса 140. Когда А находится в положении 1А, а В в положении 2В, в силовой цилиндр С подается давление, равное давлению на выходе насоса 140. Как должно быть понятно, случай 2А-2В при нормальном функционировании оборудования практически нереализуем.
Распределитель А представляет собой золотник обнуления рабочего объема.
На начальном этапе работы насоса (при включении) устройство находится в положении 1А-1В, а для насоса устанавливается нужный рабочий объем с помощью пружины 602 регулирования рабочего объема, монтируемой в зоне силового цилиндра D. На силовой цилиндр С поступает давление из магистрали 610 через посредство золотников А и В. По сути дела, давление в магистрали 145 является нулевым (ограничитель 470 открыт), а калибровочная пружина 600 служит для установки распределителя А в положение по умолчанию, соответствующее регулированию рабочего объема до уровня минимального рабочего давления, как правило, около 20 бар. Сразу по достижении этого значения устройство переходит в положение 2А-1В. На силовой цилиндр D давление подается непосредственно с выхода насоса по магистрали 620. При этом на силовой цилиндр С поступает давление с выхода насоса 140 через золотники А и В. Как уже было сказано выше, распределитель А является «плавающим», при этом регулирование насоса производится с постоянным давлением. Для получения другого значения давления достаточно изменить калибровочное значение ограничителя 470, чтобы добавить его к начальной калибровке пружины 600. В результате этого создается промежуточное давление между давлениями перед 460 и за 470. Это избыточное давление передается по магистрали 145 на распределитель А, который переходит в положение 1А, при этом С соединяется с давлением резервуара 300, вследствие чего становится возможным увеличение рабочего объема насоса 140 до того момента, когда давление на его выходе станет достаточным для компенсации избыточного давления, поступившего по магистрали 145. Давление в насосе поддерживается на уровне нужной уставки, при этом А плавно смещается между положениями 1А и 2А, то есть с «плавающим» равновесием между давлениями в магистралях 145 и 622.
Таким образом, золотник А регулирует насос 140 на давление, заданное пружиной 600, как правило, 20 бар, если давление в магистрали 145 нулевое (470 открыт), и на давление, равное 20 бар плюс давление, устанавливающееся за жиклером 460, если клапан 470 закрывают.
Между жиклером 460, на который подается давление стоящего впереди насоса, и клапаном 470, который может отводить рабочую среду к резервуару 300 для масла без давлениям, создают своего рода «жиклерный мост» то есть между давлением перед жиклером 460 и давлением за клапаном 470 формируется некоторое промежуточное давление.
Таким образом, золотник А смещается под действием пружины 600 на 20 бар. Когда давление на выходе на 140 достигает 20 бар, золотник А приходит в равновесное состояние, при этом насос 140 колеблется вокруг достигнутого положения.
Если добавить промежуточное давление, отобранное между жиклером 460 и клапаном 470, то равновесие нарушается, и золотник смещается в положение 1А, увеличивая тем самым рабочий объем насоса 140. Равновесие достигается тогда, когда давление в насосе 140 достигает промежуточного давления, отобранного между жиклером 460 и клапаном 470, плюс калибровочное усилие пружины 600, то есть, как правило, 20 бар.
И наоборот, если промежуточное давление, отобранное между жиклером 460 и клапаном 470, уменьшить посредством воздействия на клапан 470, то равновесие тоже нарушается, и золотник А смещается в положение 2А, уменьшая тем самым рабочий объем насоса 140. Равновесие снова достигается тогда, когда давление в насосе 140 достигает нового давления в магистрали 145, при этом распределитель А «плавает» между положениями 1А и 2А, то есть пребывает в «плавающем» равновесии между давлениями в магистрали 145 и магистрали 622.
Таким образом, уменьшения рабочего объема удается добиться, если давление на выходе насоса меньше уставки, заданной магистралью 145, вследствие того, что золотник А будет смещаться в направлении увеличения давления в силовом цилиндре С. Если давление в магистрали 145 уменьшается до нуля, то клапан А будет оставаться в равновесном состоянии, обеспечивая регулирование давления в диапазоне около 20 бар.
Распределитель В тоже представляет собой золотник обнуления рабочего объема. Он калибруется, с одной стороны, давлением на выходе насоса 140 и, с другой стороны, противоположно действующей пружиной 601. Он обеспечивает уменьшение рабочего объема насоса 140, если это давление достигает некоторой предельной величины, например, 350 бар. Дело в том, что пружина 601 откалибрована таким образом, что, когда давление на выходе на 140 превышает некоторую максимальную величину, как правило 350 бар, распределитель В переходит в положение 2В, устанавливая тем самым связь магистрали 612 с магистралью 623 и, следовательно, с давлением на выходе насоса 140 по магистрали 625. При этом на силовой цилиндр С подается давление с выхода насоса 140 наравне с давлением подачи в силовой цилиндр D, что приводит к уменьшению рабочего объема насоса 140.
Таким образом, изменяя величину ограничения, обеспечиваемую ограничителем 470, можно менять давление в магистрали 145, а значит, и регулирование в сторону нового значения уставки давления. При этом насос 140, действуя, главным образом, через посредство золотника А и силовых цилиндров С, D, будет самостоятельно регулировать свой рабочий объем вне зависимости от потребляемого расхода, что позволит постоянно достигать давления, соответствующего давлению в магистрали 145, к которому добавляется минимальное давление регулирования рабочего объема, заданное пружиной 600 (как правило, 20 бар).
Таким образом, благодаря управлению работой клапана 470 обеспечивают воздействие, посредством регулирования рабочего объема насоса, на уставку давления, по которой осуществляется регулирование насоса 140.
Давление в контуре пропорционально моменту, создаваемому гидравлическими двигателями 240 и 250. Регулировать момент можно также путем управления давлением в контуре с помощью компонента 470.
Следует заметить, что 470 может работать, как говорилось выше, с пропорциональной калибровкой, с тем чтобы получать любое нужное давление на выходе насоса, но он может также представлять собой всего лишь клапан с двумя состояниями. Так, например, в качестве 470 можно использовать пропорциональный клапан с электроприводом, который нормально открыт, если надо нейтрализовать гидроусиление в случае отказа сети питания, или нормально закрыт, если в случае такого отказа необходимо обеспечить максимальное гидроусиление.
На чертежах фиг. 4 можно также видеть дросселирующее устройство 630, установленное между магистралью 612, соединяющей распределитель В с силовым цилиндром С, и магистралью 610, которая сообщается с резервуаром 300. Как и во всех известных системах, это дросселирующее устройство 630 создает направленный к резервуару путь утечки, который служит амортизатором при переключении управления силовым цилиндром С и предотвращает флуктуации, которые могут вызываться переключениями золотников А и В.
На фиг. 3 можно также видеть клапан 500 для изолирования контура подъема. Этот клапан 500 включает в себя распределитель 510 двухходового двухканального типа. Вход 512 распределителя 510 соединен с нагнетательной магистралью 142 основного насоса 140. Выход 514 распределителя 510 соединен с подающей магистралью 552 с клапаном 550 подъема.
В нерабочем положении выход 552 изолирован от входа 512.
В рабочем положении выход 552 соединен со входом 512.
В режиме свободного хода (см. фиг. 5) подающие магистрали 242, 252 двигателей 240, 250 соединены с резервуаром 300 через посредство распределителя 410. Основной насос 140 находится в режиме ожидания с величиной давления, зависящей от калибровки пружины компенсатора 470.
Жиклер 460 отбирает некоторый расход среды с целью создания давления в картере, при этом уровень давления в картере ограничивается значением калибровки предохранительного клапана 440.
При запросе на гидроусиление для обеспечения отключения сцепления двигателей 240, 250 распределитель 410 регулируют так, как показано на фиг. 6, с тем чтобы был выбран режим переднего хода.
Подающие магистрали 242, 252 двигателей 240, 250 соединены при этом с нагнетательной магистралью 142 основного насоса, в то время как нагнетательные магистрали 244, 254 двигателей соединены со сливной магистралью 143, ведущей к резервуару 300.
Таким образом, поршни, соединенные с подающей магистралью 242, 252, выходят из блоков цилиндров. Давление в картере ограничивается уставкой для основного насоса 140 при выходе поршней, а потом возвращается на свой уровень, задаваемый предохранительным клапаном 440.
Система не вырабатывает крутящего момента, а насос 140 находится в режиме ожидания калибровочного значениям пружины компенсатора 470.
Производя калибровку электропропорционального ограничителя давления 470, оператор увеличивает калибровочное значение сигнала уставки, подаваемого в магистраль 145 для управления работой основного насоса 140. В результате этого, когда давление в насосе становится равным нужному значению, происходит фиксация рабочего объема основного насоса 140.
Гидроусиление поддерживают в течение времени, пока насос 140 способен вырабатывать расход.
Подобное же поведение системы гидроусиления имеет место в режиме заднего хода благодаря переключению распределителя 410 и простому реверсированию направления связи между входами и выходами распределителя 410 с целью соединения в этом случае магистрали 244, 254 двигателей с нагнетательной магистралью 142 основного насоса и магистралей 242, 252 двигателей со сливной магистралью 143.
Отключение сцепления переднерасположенных двигателей 240, 250 осуществляется так, как иллюстрируется на фиг. 8. Для выхода из режима гидроусиления необходимо сначала отменить калибровку системы, выключив управление ограничителем давления 470, а затем установить распределитель 410, образующий селектор переднего/заднего хода, в нейтральное положение, как показано на фиг. 8.
При этом снова будет происходить отвод из нагнетательных ответвлений двигателей 240, 250 к резервуару 300 по сливной магистрали 143. Клапан 430 повторной подачи13а в картеры позволяет компенсировать объем масла, которого недостает из-за входа поршней в отверстия.
На фиг. 9 иллюстрируется выбор режима подъема. Этот режим используется в тех случаях, когда селектор гидроусиления 410 находится в нейтральном положении.
Сначала осуществляется управление работой клапана 550 подъема, после которого производится управление изолирующим клапаном 500.
Обратная последовательность привела бы к установке насоса 140 в режим максимального рабочего объема, поскольку он осуществляет подачу непосредственно в резервуар 300.
При этом в магистрали 572 подъема, идущей от клапана 550 подъема к силовому цилиндру 570, создается давление, равное калибровочному значению для компенсатора 470.
На фиг. 10 иллюстрируется использование кузова. Постепенная калибровка электропропорционального ограничителя давления 470, схематически представленная на фиг. 10, позволяет приводить в действие силовой цилиндр 570 и, следовательно, приподнимать кузов.
Для удержания кузова в нужном положении достаточно прекратить управление работой пропорционального ограничителя.
Для опускания кузова достаточно отключить питание изолирующего клапана 500 и выполнить реверсирование управления селектором 550 подъема. При этом кузов опустится под действием собственного веса.
На приложенных чертежах изображение компонентов, имеющих электрический привод, снабжено знаком молнии.
Выше было описано применение насоса 140 с ответвлением к силовому цилиндру 570, предназначенному для приведения в действие кузова. Совершенно понятно, что изобретение может распространяться и на любое другое применение, например, для приведения в действие крана или иного механизма.
Предпочтительным основным применением изобретения может быть гидроусиление прицепа грузового автомобиля в случае транспортировки на стройплощадке. Однако возможна также работа с одной из осей грузовика.
Благодаря настоящему изобретению удается добиться исключительно качественного контроля гидроусиления с разомкнутым контуром.
Изобретение может быть применено, в частности, для гидроусиления тяги на несущих колесах грузовика.
В случае с несущими колесами прицепа преимущество изобретения состоит в получении тяги под колесами, несущими груз, что является очень эффективным решением.
Изобретение имеет и другие преимущества:
- используемый в рамках изобретения насос 140 управляется посредством изменяемого контроля давления; клапан 470 с изменяемой калибровкой обеспечивает возможность изменения крутящего момента, пригодного для гидроусиления; в этой связи можно, например:
- создать первую переходную стадию, на которой давление поддерживается на низком уровне, для обеспечения выхода поршней, а затем
- последовательно регулировать уровни давления в контуре с целью регулирования крутящего момента гидроусиления. Это регулирование можно выполнить:
- в зависимости от частоты вращения теплового двигателя М (на малых оборотах давление незначительно, так как надо предотвратить заклинивание), при этом, начиная с некоторой дроссельной уставки, которая считается достаточной, давление может стать пропорциональным дроссельной уставке,
- в соответствии со скоростью транспортного средства - априори с максимальным давлением на малой скорости и с уменьшением этого давления, когда скорость возрастает, чтобы, например, соблюдалась кривая мощности,
или
- в зависимости от крутящего момента, имеющегося на тепловом двигателе М (при этом можно разделить теоретически имеющийся момент на две равные части, распределяемые, например, между передом и задом). Для этого на приборном щитке предусматривают, например, какой-нибудь орган управления, позволяющий в случае буксования посылать в насос фиксированную уставку давления меньшей величины. Действуя таким образом, водитель сможет сохранить незначительное гидроусиление, когда чувствует, что грунт не позволяет передавать весь момент (например, при трогании на снегу).
- можно использовать промежуточный клапан для управления режимами переднего/заднего хода,
- можно для предотвращения буксования предусмотреть контроль скорости колес. Значение скорости можно снимать с колес, снабженных гидроусилением, таким образом, что, если они начинают буксовать, будет происходить понижение давления, что приведет к уменьшению тенденции к пробуксовке,
- благодаря такой конфигурации удается упростить монтаж и свести контроль к каким-либо несложным и доступным мерам,
- представляется целесообразным использовать специальную муфту для предотвращения непрерывного вращения насоса 140,
- можно предусмотреть калибровку клапана 470 на ноль, с тем чтобы обеспечить полное обнуление рабочего объема, а следовательно, и устранить необходимость в муфте.
Разумеется, изобретение не ограничивается описанным выше вариантом его осуществления и распространяется на любые модификации, соответствующие его сущности.
1. Автомобильная система гидроусиления, содержащая основный двигатель (М) и две гидравлические машины (140; 240, 250), соединенные гидравлическим контуром так, чтобы когда первая гидравлическая машина (140) работает в качестве насоса, вторая гидравлическая машина (240, 250) работала в качестве двигателя, отличающаяся тем, что гидравлический контур, соединяющий две гидравлические машины (140; 240, 250), представляет собой разомкнутый контур, проходящий через резервуар (300), причем гидравлическая машина (240, 250), образующая двигатель, представляет собой машину с отключением сцепления, а гидравлическая машина (140), работающая в качестве насоса, представляет собой насос, переменный рабочий объем которого является регулируемым по давлению с помощью устройства, содержащего ограничитель давления (470) с пропорциональной калибровкой, расположенный между сливной магистралью (143) и нагнетательной магистралью гидравлической машины (140), работающей в качестве насоса, и обеспечивающий калибровку давления гидроусиления, и по меньшей мере один жиклер (460) отбора, расположенный между ограничителем давления (470) с пропорциональной калибровкой и нагнетательной магистралью гидравлической машины (140), при этом отбор заданного давления, обеспечивающего управление гидравлической машиной (140), работающей в качестве насоса, предусмотрен между ограничителем давления (470) и жиклером (460) отбора.
2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что она содержит:
- два противоположно действующих силовых цилиндра (С, D), воздействие которых на качающуюся кулачковую шайбу обеспечивает регулирование наклона шайбы и тем самым ход поршней насоса, причем в одном из силовых цилиндров (D) предусмотрена подача давления с выхода насоса (140); и
- модуль (А, В) управления, обеспечивающий подачу в другой силовой цилиндр (С) в соответствии с величиной заданного давления, отбираемого между ограничителем давления (470) и жиклером (460) отбора, на основании давления резервуара в целях увеличения рабочего объема или на основании давления на выходе насоса в целях уменьшения рабочего объема, чтобы поддерживать давление на выходе насоса равным заданной величине.
3. Система по п. 2, отличающаяся тем, что модуль (А, В) управления включает в себя распределитель (А), образующий собой золотник обнуления рабочего объема, выполненный с возможностью поочередно подавать в указанный второй силовой цилиндр (С) давление резервуара, когда заданное давление не достигнуто, и давление с выхода насоса, когда заданное давление превышено.
4. Система по п. 2 или 3, отличающаяся тем, что модуль (А, В) управления включает в себя распределитель (В), образующий ограничитель давления, калибруемый, с одной стороны, давлением на выходе насоса (140) и, с другой стороны, контрпружиной (601), и предназначенный для подачи давления с выхода насоса (140) в указанный второй силовой цилиндр (С), когда давление на выходе насоса (140) превышает определенное максимальное значение, чтобы уменьшить рабочий объем насоса (140).
5. Система по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что она содержит две гидравлические машины (240, 250) второго типа, установленные параллельно, связанные с соответствующими колесами (22, 23) и работающие в качестве двигателей.
6. Система по любому из пп. 1-5, отличающаяся тем, что она содержит трехпозиционный распределитель, задающий нейтральное положение, в котором из подающей магистрали (242, 252) каждой гидравлической машины, работающей в качестве двигателя, происходит слив в резервуар, и два рабочих положения, в которых в подающие магистрали (242, 252; 244, 254) гидравлических машин, образующих двигатель, происходит подача из нагнетательной магистрали гидравлической машины, образующей насос, тогда как из нагнетательных магистралей гидравлических машин (240, 250), образующих двигатель, происходит слив в резервуар, причем указанные два рабочих положения определяют реверсивные направления для переднего хода и заднего хода.
7. Система по любому из пп. 1-6, отличающаяся тем, что она содержит обратный клапан (420), расположенный между нагнетательной магистралью гидравлической машины (140), образующей насос, и сливной магистралью (143), что позволяет ограничить давление в картерах гидравлических машин (240, 250), образующих двигатель, давлением покоя при выходе поршней.
8. Система по любому из пп. 1-7, отличающаяся тем, что она содержит обратный клапан (430), расположенный между нагнетательной магистралью гидравлических машин (240, 250), образующих двигатели, и сливной магистралью (246, 256), идущей от картеров двигателей, что позволяет обеспечить повторную подачу в картер при отключении сцепления.
9. Система по любому из пп. 1-8, отличающаяся тем, что она содержит клапан (440) поддержания давления в картерах в режиме свободного хода, расположенный между сливной магистралью (246, 256), идущей от картеров гидравлических машин (240, 250), образующих двигатели, и резервуаром (300).
10. Система по п. 9, отличающаяся тем, что она содержит жиклер (450), расположенный последовательно с клапаном (440) поддержания давления, для обеспечения возможности повышения давления в картере двигателя при выходе поршней.
11. Система по любому из пп. 1-10, отличающаяся тем, что она выполнена с возможностью подачи среды в какое-либо вспомогательное устройство, например силовой цилиндр одностороннего действия.
12. Система по любому из пп. 1-11, отличающаяся тем, что она содержит клапан (500) изоляции контура подачи вспомогательного устройства, расположенный последовательно с клапаном (550) подачи в контур вспомогательного устройства.
13. Система по любому из пп. 1-12, отличающаяся тем, что она содержит сцепление (2).
14. Система по любому из пп. 1-13, отличающаяся тем, что каждая гидравлическая машина (240, 250), образующая двигатель типа машины, отсоединяемой от своего картера, образована двигателем (240, 250) типа двигателя с включением/отключением сцепления и с отводом поршней с помощью давления и/или пружины.
15. Способ управления гидроусилением для автомобильных транспортных средств, в рамках которого используют основный двигатель (М) и по меньшей мере две гидравлические машины (140; 240, 250), соединенные гидравлическим контуром таким образом, что когда первая гидравлическая машина (140) работает в качестве насоса, вторая гидравлическая машина (240, 250) работает в качестве двигателя, отличающийся тем, что гидравлический контур, соединяющий две машины (140; 240, 250), представляет собой разомкнутый контур, проходящий через резервуар (300), при этом данный способ включает в себя этап, на котором регулируют изменяемый рабочий объем насоса (140) и отключают сцепление гидравлической машины, образующей двигатель (240, 250), с помощью заданного давления, обеспечивающего регулирование гидравлической машины (140), работающей в качестве насоса, и отбираемого между ограничителем давления (470) с пропорциональной калибровкой, расположенным между сливной магистралью (143) и нагнетательной магистралью гидравлической машины (140), работающей в качестве насоса, и по меньшей мере одним жиклером (460) отбора, расположенным между ограничителем давления (470) с пропорциональной калибровкой и нагнетательной магистралью гидравлической машины (140).
16. Способ по п. 15, отличающийся тем, что он включает в себя этапы, на которых:
- создают первую переходную стадию, на которой поддерживают давление низкого уровня в картерах гидравлических машин (240, 250), образующих двигатель, для обеспечения выхода поршней, и
- регулируют затем уровень давления в контуре, чтобы регулировать крутящий момент гидроусиления в соответствии с частотой вращения основного двигателя (М), или в соответствии со скоростью транспортного средства, или в соответствии с крутящим моментом, доступным на основном двигателе.
