液压混合动力系统转让专利
申请号 : CN200680013398.6
文献号 : CN100582516C
文献日 : 2010-01-20
发明人 : J·A·奥布里恩
申请人 : 利莫-里德公司
摘要 :
一种液压混合动力系统，包括：动力装置，该动力装置在输出产生高压流体；至少一个驱动马达，该驱动马达响应于所述高压流体，在输出产生旋转运动；模式选择装置，该模式选择装置连接到所述动力装置输出和所述至少一个驱动马达，用于选择所述至少一个驱动马达的操作模式。该系统还包括：控制装置，该控制装置连接到所述动力装置和所述至少一个驱动马达，用于控制所述至少一个驱动马达的操作；以及有选择性致动的制动装置，用于中断至所述至少一个驱动马达的高压流体流。
权利要求 :
1.一种液压混合动力系统，包括：
动力装置，该动力装置在输出产生高压流体；
至少一个驱动马达，该至少一个驱动马达响应于所述高压流体在输 出产生旋转运动；
模式选择装置，该模式选择装置连接到所述动力装置输出和所述至 少一个驱动马达，用于从所述至少一个驱动马达的多个操作模式中选择 操作模式，所述多个操作模式包括驱动模式、空档模式、倒档模式和驻 车模式中的至少两个；
控制装置，该控制装置连接到所述动力装置和所述至少一个驱动马 达，用于控制所述至少一个驱动马达在所述多个操作模式中的操作；
有选择性致动的制动器装置，用于中断至所述至少一个驱动马达的 高压流体流；和止回阀桥接回路，所述止回阀桥接回路用于在致动所述制动器装置 时将所述至少一个驱动马达连接到低压流体源。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述动力装置包括发动机，所述 发动机驱动液压泵/马达以产生所述高压流体。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述模式选择装置包括模式选择 阀，该模式选择阀用于在所述驱动模式和所述倒档模式中将所述至少一 个驱动马达连接在所述动力装置输出与低压流体源之间、在所述空档模 式中将所述至少一个驱动马达从所述动力装置输出断开并连接到所述 低压流体源、以及在所述驻车模式中将所述至少一个驱动马达从所述动 力装置输出和所述低压流体源断开。
4.如权利要求3所述的系统，其中所述模式选择装置包括制动超控 装置，该制动超控装置通常将所述至少一个驱动马达连接在所述动力装 置与所述低压流体源之间，并在制动器致动时将所述至少一个驱动马达 从所述动力装置和所述低压流体源断开。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述至少一个驱动马达为可变排 量泵/马达，所述控制装置有选择地改变所述泵/马达的排量。
6.如权利要求5所述的系统，其中所述控制装置包括排量控制阀和 连接到所述动力装置输出与所述低压流体源的液压致动器，所述液压致 动器连接到所述至少一个驱动马达，以改变其排量。
7.如权利要求6所述的系统，其中所述排量控制阀具有分别使得所 述至少一个驱动马达加速、保持速度和减速的加速位置、保持位置和减 速位置。
8.一种液压混合动力系统，包括：
动力装置，该动力装置在输出产生高压流体；
至少一个可变排量驱动马达，该可变排量驱动马达响应于所述高压 流体在输出产生旋转运动；
模式选择装置，该模式选择装置连接到所述动力装置输出和所述至 少一个驱动马达，用于选择所述至少一个驱动马达的操作模式；
控制装置，该控制装置连接到所述动力装置和所述至少一个驱动马 达，以响应于至所述控制装置的加速器输入和制动器输入而控制所述至 少一个驱动马达的排量；和有选择性致动的制动器装置，用于中断从所述动力装置至所述至少 一个驱动马达的高压流体流。
9.如权利要求8所述的系统，包括止回阀桥接回路，用于在致动所 述制动器装置时将所述至少一个驱动马达连接到低压流体源。
10.如权利要求8所述的系统，其中所述模式选择装置包括模式选择 阀，该模式选择阀用于在驱动模式和倒档模式中将所述至少一个驱动马 达连接在所述动力装置输出与低压流体源之间、在空档模式中将所述至 少一个驱动马达从所述动力装置输出断开并连接到所述低压流体源、以 及在驻车模式中将所述至少一个驱动马达从所述动力装置输出和所述 低压流体源断开。
11.如权利要求10所述的系统，其中所述模式选择装置包括制动超 控装置，该制动超控装置通常将所述至少一个驱动马达连接在所述动力 装置与所述低压流体源之间，并在制动器致动时将所述至少一个驱动马 达从所述动力装置和所述低压流体源断开。
12.如权利要求8所述的系统，其中所述控制装置包括排量控制阀和 连接到所述动力装置输出与低压流体源的液压致动器，所述液压致动器 连接到所述至少一个驱动马达以改变排量。
13.如权利要求12所述的系统，其中所述排量控制阀具有分别使得 所述至少一个驱动马达加速、保持速度和减速的加速位置、保持位置和 减速位置。
14.如权利要求12所述的系统，包括连接在所述排量控制阀和所述 液压制动器之间的反馈连接器。
15.一种液压混合动力系统，包括：
动力装置，所述动力装置包括发动机，所述发动机驱动连接到低压 流体源的泵以在输出产生高压流体；
至少一个可变排量泵/马达，该可变排量泵/马达响应于所述高压流 体在输出产生旋转运动；
模式选择装置，该模式选择装置被连接用于在所述动力装置输出和 所述至少一个泵/马达之间流体连通；
控制装置，该控制装置连接到所述动力装置输出和所述至少一个泵 /马达，以响应于加速器输入和制动器输入而有选择性控制所述至少一个 泵/马达的排量；
制动超控装置，所述制动超控装置连接在所述模式选择装置与所述 至少一个泵/马达之间，所述制动超控装置响应于所述制动器输入以防止 至所述至少一个泵/马达的高压流体流。
16.如权利要求15所述的系统，包括止回阀桥接回路，所述止回阀 桥接回路用于在致动所述制动器装置时连接所述至少一个泵/马达，以使 流体从所述低压流体源流至所述动力装置输出。
17.如权利要求15所述的系统，其中所述控制装置包括排量控制阀 和连接到所述动力装置输出与所述低压流体源的液压致动器，所述液压 致动器连接到所述至少一个驱动马达以改变排量。
18.如权利要求17所述的系统，其中所述排量控制阀具有分别使得 所述至少一个驱动马达加速、保持速度和减速的加速位置、保持位置和 减速位置。
19.如权利要求18所述的系统，包括连接在所述排量控制阀和所述 液压致动器之间的反馈连接器。
20.一种液压混合动力系统，包括：
动力装置，该动力装置在输出产生高压流体；
至少一个驱动马达，该驱动马达响应于所述高压流体在输出产生旋 转运动；
模式选择装置，该模式选择装置连接到所述动力装置输出和所述至 少一个驱动马达，用于选择所述至少一个驱动马达的操作模式；
控制装置，该控制装置连接到所述动力装置和所述至少一个驱动马 达，以控制所述至少一个驱动马达在所述操作模式中的操作；和止回阀桥接回路，所述止回阀桥接回路用于在致动所述制动器装置 时将所述至少一个驱动马达连接到低压流体源。
21.如权利要求20所述的系统，其中，所述动力装置还包括：
有选择性致动的制动器装置，用于中断至所述至少一个驱动马达的 高压流体流。
22.如权利要求20所述的系统，其中，所述动力装置包括发动机， 所述发动机驱动液压泵/马达以产生所述高压流体。
23.如权利要求20所述的系统，其中，所述模式选择装置包括模式 选择阀，该模式选择阀用于在所述驱动模式和所述倒档模式中将所述至 少一个驱动马达连接在所述动力装置输出与低压流体源之间、在所述空 档模式中将所述至少一个驱动马达从所述动力装置输出断开并连接到 所述低压流体源、以及在所述驻车模式中将所述至少一个驱动马达从所 述动力装置输出和所述低压流体源断开。
24.如权利要求23所述的系统，其中所述模式选择装置包括制动超 控装置，该制动超控装置通常将所述至少一个驱动马达连接在所述动力 装置与所述低压流体源之间，并在制动器致动时将所述至少一个驱动马 达从所述动力装置和所述低压流体源断开。
25.如权利要求20所述的系统，其中所述至少一个驱动马达为可变 排量泵/马达，所述控制装置有选择地改变所述泵/马达的排量。
26.如权利要求25所述的系统，其中所述控制装置包括排量控制阀 和连接到所述动力装置输出与所述低压流体源的液压致动器，所述液压 致动器连接到所述至少一个驱动马达以改变排量。
27.如权利要求26所述的系统，其中，所述排量控制阀具有分别使 得所述至少一个驱动马达加速、保持速度和减速的加速位置、保持位置 和减速位置。
说明书 :
技术领域
本发明总地涉及车辆动力系统，尤其涉及液压混合动力系统。
背景技术
所谓混合动力系，例如用于机动车辆的混合动力系，通常是指这样 的动力系，其中内燃机与辅助马达(例如，电动机或液压马达)联合使 用来驱动车辆。称为并联混合动力的混合动力系统包括典型的机械驱动 系(联接到内燃机上)与辅助驱动系(联接到辅助马达上)。由于这种 系统某些部分的必要重复，所以这些系统重量很重。称为串联混合动力 的混合动力驱动系统摆脱了机械驱动系，只通过液压马达或马达驱动车 辆，而利用发动机给液压马达提供必要的液压压力。由于这种系统能够 获得重量的降低及产生的效率益处，所以这种系统更加有吸引力。尽管 已经认识到这种液压混合动力系的吸引力，但是仍存在许多关于相对于 液压驱动马达操作和控制发动机方面的效率问题。
因此，希望提供一种提高整个液压混合动力系统的效率的液压混合 动力系统。
因此，希望提供一种提高整个液压混合动力系统的效率的液压混合 动力系统。
发明内容
本发明涉及一种液压混合动力系统，包括：动力装置，该动力装置 在输出产生高压流体；至少一个驱动马达，该驱动马达响应于所述高压 流体，用于在输出产生旋转运动；模式选择装置，该模式选择装置连接 到所述动力装置输出和所述至少一个驱动马达，用于选择所述至少一个 驱动马达的操作模式。该系统还包括：控制装置，该控制装置连接到所 述动力装置和所述至少一个驱动马达，用于控制所述至少一个驱动马达 的操作；以及有选择性致动的制动装置，用于中断至所述至少一个驱动 马达的高压流体的流动。
附图说明
当结合附图时，本领域的技术人员从下面对优选实施例的详细描述 能容易了解本发明上面的以及其它的优点，其中：
图1a为根据本发明的液压混合动力系统的示意图，其中模式选择阀 处于“驱动”位置；
图1b为图1a的液压混合动力系统的视图，其中模式选择阀处于“空 档”位置；
图1c为图1a的液压混合动力系统的视图，其中模式选择阀处于“倒 档”位置；
图1d为图1a的液压混合动力系统的视图，其中模式选择阀处于“驻 车”位置；
图1e为图1a的液压混合动力系统的视图，其中制动超控(override) 装置处于超控位置；
图2为图1a-1d中所示驱动马达和排量控制装置的放大比例示意 图；
图3为图1a-1d中所示制动超控装置和止回阀桥接回路的放大比例 示意图；
图4为根据本发明的内齿轮泵/马达的分解透视图；和
图5为根据本发明的外齿轮泵/马达的局部分解透视图。
图1a为根据本发明的液压混合动力系统的示意图，其中模式选择阀 处于“驱动”位置；
图1b为图1a的液压混合动力系统的视图，其中模式选择阀处于“空 档”位置；
图1c为图1a的液压混合动力系统的视图，其中模式选择阀处于“倒 档”位置；
图1d为图1a的液压混合动力系统的视图，其中模式选择阀处于“驻 车”位置；
图1e为图1a的液压混合动力系统的视图，其中制动超控(override) 装置处于超控位置；
图2为图1a-1d中所示驱动马达和排量控制装置的放大比例示意 图；
图3为图1a-1d中所示制动超控装置和止回阀桥接回路的放大比例 示意图；
图4为根据本发明的内齿轮泵/马达的分解透视图；和
图5为根据本发明的外齿轮泵/马达的局部分解透视图。
具体实施方式
现在参考图1a，以10总地表示根据本发明的混合动力系统。动力系 统10可使用中多种设备中，例如，但不限于，机动车辆、船艇、潜艇、 直升机、或者本领域技术人员所了解的那些，但为了清楚起见，在下面 本发明的描述中，视为安装在机动车辆中。动力系统10包括动力装置部 分11、模式选择模块43、控制部分59和动力输出部分76。
动力系统10的动力装置部分11包括与燃料源14相连的发动机12。发 动机12可为传统内燃机、涡轮发动机、电池供电的电动机、燃料电池等。 发动机12有选择地向优选为可变排量的液压泵/马达16提供扭矩，其中可 变排量液压泵/马达16在其入口侧设有液压流体的低压源18和在其出口 侧设有高压管道20。液压流体可为液体，例如但不限于，水、液压油、 变速器油等，或者属于本发明范围内的任意压缩气体。因为该装置16依 据系统10的模式交替地用作泵或马达，所以将该装置描述为泵/马达16， 在下面对其进行更加详细的描述。
系统10的动力装置部分11包括多个附属驱动装置，包括但不限于， 电动发电机22、空调压缩机24和热泵26。电动发电机22连接到动力保持 模块28，该模块依次连接到电池组30。热泵26与加热器芯(heater core) 32相连，热泵26与加热器芯32都与发动机12的冷却水源34流体连通。空 调压缩机24与换热器36相连。附属驱动装置22、24和26优选通过各自的 电动机或液压马达运行。可选择地，附属驱动装置22、24和26有选择性 地机械离合联接到发动机12上。蓄能器38与泵/马达16出口上的高压管道 20流体连通。蓄能器38用作高压液压流体的储液器，并维持系统10内的 高压，例如，通过使用高压气体等(未示出)增压，如本领域的技术人 员所了解的。
节流控制模块40通过线路24a上的信号接收空调压缩机24的输入信 号、通过线路28a上的信号接收动力保持模块28的输入信号、通过线路 38a上的信号接收蓄能器38的输入信号。基于线路24a、28a和38a上的输 入信号，节流控制模块40在线路42上提供控制发动机12和/或泵/马达16 的信号，将在下面详细描述。线路24a、28a、38a和42上的信号可为各种 组件与节流控制模块40之间的电子信号或者机械反馈。节流控制模块40 可为可操作以基于一个或多个输入来控制发动机12和泵/马达16的任意 适合的机械装置或电气装置。
模式选择模块43包括通过高压入口管道46与高压管道20流体连通 的模式选择阀44。优选地，模式选择阀44连接到变速器式换档手档(未 示出)等，以有选择地将阀44移入下列位置之一：“D”或驱动位置(如 图1a中所清楚示出的)、“N”或空档位置(如图1b中所清楚示出的)、 “R”或倒档位置(如图1c中所清楚示出的)、以及“P”或驻车位置(如 图1d中所清楚示出的)。模式选择阀44包括连接到其上、与高压入口管 道46相邻的低压出口管道48。模式选择阀44还包括连接到其上、在模式 选择阀44相对一侧的高压出口管道50和低压出口管道52。模式选择阀44 的各位置P、R、N、D有选择性地将各位置的内部部分与管道46、48、 50和52对齐，并控制系统10中液压流体流的方向，将在下面进行更加详 细的描述。尽管上面描述为“入口”和“出口”，但是在操作期间，各 管道46、48、50和52依据系统10的操作条件可用作入口或出口，这将在 以下详细讨论。
管道50和52依次连接到制动超控装置54上。制动超控装置54还包括 在制动超控装置54相对一侧连接到其上的高压出口管道56和低压出口 管道58。制动超控装置54具有第一或正常位置54a和第二或超控位置 54b，将在下面更加详细地描述。
控制部分59包括通过高压入口管道62与高压管道20流体连通的排 量控制阀60。排量控制阀60包括连接到其上、与高压入口管道62相邻的 低压入口管道64。排量控制阀60还包括连接到其上、在排量控制阀60相 对一侧的高压出口管道66和低压出口管道68。排量控制阀60为浮动定位 阀，并包括连接到其上的加速器70和制动器72，以将流体从排量控制阀 60引导至多个缸74a、74b、74c和74d。加速器70和制动器72优选机械地 连接到各自的加速踏板和制动踏板(未示出)上。制动器72通过连接器 73连接到制动超控装置54上。排量控制阀60具有第一或加速位置60a、 第二或保持位置60b和第三或减速位置66c。排量控制阀60的各位置 60a、60b和60c有选择地将各位置60a、60b和60c的内部部分与管道62、 64、66和68对齐，并控制至缸74a、74b、74c和74d的液压流体流的方向， 如图2中所清楚示出的。
各缸74a、74b、74c和74d分别通过连接器75a、75b、75c和75d机械 地连接到各车轮上的驱动或牵引马达76a、76b、76c和76d(在动力输出 部分76中)上。马达76a-76d优选为可变排量马达。如本领域的技术人 员所理解的，连接器75a-75d的位置确定了马达76a-76d的排量，例如 通过连接到旋转斜盘等。高压出口管道66与各缸74a-74d内活塞(未示 出)的一侧流体连通，低压出口管道68与缸74a-74d内活塞相对的一侧 流体连通。虽然系统10示出具有多个牵引马达76a、76b、76c和76d，但 是本领域的技术人员应当理解，在本今明的范围内，可只使用少至一个 马达。例如，在只安装单个马达的机动车辆中，单个马达的输出连接到 差速齿轮，该差速齿轮再机械地连接到一对驱动轮上。各牵引马达76a、 76b、76c和76d具有上端口77a、77b、77c、77d和下端口78a、78b、78c、 78d。通过上端口77a-77d和下端口78a-78d的流体流的方向确定了马 达76a-76d的方向。反馈连接器80在排量控制阀60与缸74a-74d的活基 之间延伸。
止回阀桥接回路82包括多个止回阀84、86、88和90，并以与全波 桥接整流器相类似的方式布置，如图3中所清楚示出的。管道92与止 回阀84的入口和止回阀86的出口流体连通。管道92还与高压出口管道 56流体连通。管道94与止回阀86的入口和止回阀88的入口流体连通。 管道94还与液压流体低压源18流体连通。管道96与止回阀88的出口和 止回阀90的入口流体连通。管道96还与低压出口管道58流体连通。管 道98与止回阀84的出口和止回阀90的出口流体连通。管道98还与高压 管道20流体连通。
泵/马达16和马达76a-76d优选为可变排量泵/马达，如图4和5中 所示。可选择地，泵/马达16和马达76a-76d为叶片式或活塞式可变排 量泵/马达或固定排量泵/马达。
现在参考图4，根据本发明的内齿轮装置总地由100表示。如本领 域的技术人员所理解的，装置100可构造成操作为马达或泵，但是在 本发明下面的描述中将称为马达。内齿轮马达100包括具有基座部分 104和端盖106的中空壳体102。基座部分104其中限定了槽或空腔108， 该槽108的大小使得可接收第一心轴110和第一活塞元件112。端盖106 包括至少两个端口107(只示出了一个)，各端口107在端盖106的内 外表面之间延伸，优选在端盖106的相对侧面之间延伸。一个端口107 连接到流体系统的高压部分，例如图1a-1e的高压管道20，另一个端 口107连接到回流管线或流体源(如图1a-1e的流体源18)。
第一心轴110限定有延伸通过其基座部分111的孔114，并包括从 基座部分111的上表面113向上延伸的第一外凸缘116和多个间隔开的 第二外凸缘118。内凸缘120从第一心轴110的基座部分111向上延伸， 位于孔114的附近。第一外凸缘116位于孔114的附近。第二外凸缘118 与孔114和内凸缘120都间隔开。第一密封套筒122的大小使得可旋转 地装配在孔114中，并且第一密封套筒122优选为与第一心轴110的基 座部分111的高度相等，使得当第一密封套筒122置于孔114内时，第 一密封套筒122的上表面与基座部分111的上表面113基本上齐平。
截面基本为圆形的外齿轮124适于设置在基座部分111的上表面113 的顶部，其中齿轮124的曲形外表面与外凸缘116和118各自的曲形内表面 相邻。外齿轮124包括形成在其内表面的多个齿126。当齿轮124置于上表 面113上时，齿轮124轴向地固定在外凸缘118与内凸缘120之间。
截面基本为圆形的内齿轮128包括形成在其外表面的多个齿130，并 限定了从其延伸通过的孔132。齿130可操作，以与形成在外齿轮124内 表面上的齿126啮合。齿轮128的下表面延伸进密封套筒122中并与密封 套筒122一起旋转，其中当组装并运行马达100时，齿130与密封套筒122 上相应的齿啮合，如下面更加详细描述的。内齿轮128的齿130的各外表 面与内凸缘120的内表面相邻。当组装马达100时，孔132适于接收驱动 或输出轴134的自由端。内齿轮128可沿着轴134轴向移动。驱动轴134通 过轴承135(例如，球轴承、辊子轴承等)支撑在端盖106内。驱动轴134 的自由端超过端盖106的上表面延伸预定距离，作为马达100的输出轴。
第二活塞元件136在其内部部分限定了孔138，其适于安装在第一心 轴110的各外凸缘116和118的上表面上。因此，第二活塞136和第一活塞 112分别安装在下心轴110的上表面和下表面上。
第二心轴140适于布置在第二活塞元件136的孔138内，并在其内部 部分上限定了用于接收驱动轴134的孔142。第二心轴140包括向下延伸 的凸缘144，当组装马达100时，该凸缘144与第一心轴110向上延伸的内 凸缘120配合。上心轴140包括从其延伸通过的一对孔146，以在马达100 运行期间与齿轮1.22和124流体连通。
第二密封套筒148包括形成在其外表面的多个齿150，并限定了从其 延伸通过的孔152。第二密封套筒148适于在孔152中接收上心轴140，并 适于接收在外齿轮124中并与其一起旋转，其中当组装和操作马达100 时，齿126与密封套筒148上的齿150啮合，如下面更加详细描述的。
当组装马达100时，第一心轴110和第一活塞112置于壳体102的基座 部分104内，第一密封套筒122置于第一心轴110内，外齿轮124置于第一 心轴110上。内齿轮132和第二心轴138安装在驱动轴134上，并组装成齿 轮子132和124各自的齿126和130可旋转地啮合，并且内齿轮132与第一 密封套筒122啮合。第二活塞136连接到心轴110的上表面上，第二密封 套筒148置于第二心轴138上，并与外齿轮124啮合。向下延伸的凸缘144 与向上延伸的内凸缘120配合，将外齿轮的内部分为马达100的入口腔和 排出腔，上端盖106连接到基座部分104上，以封闭壳体102。凸缘120和 144在齿126与齿130之间径向地延伸，以在凸缘的一侧形成入口腔，在 凸缘的另一侧形成排出腔。
在操作中，轴134连接到负载(未示出)上，例如车轮等。压力流 体通过一个端口107从流体系统(例如图1a-1e的高压管道20)引入， 通过孔146引导向齿轮124和128的入口腔侧，该压力流体作用在啮合的 齿126和130上以转动齿轮和轴，并在各齿之间流向排出室，通过其它的 孔146排向其它的端口107。第一密封套筒122在内齿轮128与第一心轴 110之间提供了旋转密封，第二密封套筒148在外齿轮124与第二心轴140 之间提供了旋转密封，以确保入口腔和排出腔的完整性。根据本发明的 马达100只需密封122和148来保持流体密封，允许马达100的有效运行。
齿轮124的齿126与齿轮128的齿130之间的正常或默认空间关系使 得齿126与130基本在齿的所有轴向面积接合。在这种关系下，马达100 产生其最大容积或最大输出。因为内齿轮128可沿着轴134轴向移动，所 以根据本发明的马达100可有利地从其最大排量变化。当内齿轮128移向 第一心轴110时，齿126与130接合的轴向面积变小，减小了马达100的容 积流量或排量。
当单元100构造为马达时，外部压力源(例如外部液压泵的液压流 体、空气压缩机的压缩空气等等)向端口107提供容积流量，以转动齿 轮124和128，并在轴134上产生输出扭矩。当压力变化时，内齿轮128会 沿着轴134的轴线移动，以改变马达100的输出马力。马达100可有利地 用于在宽范围变化的输出负载下控制输出rpm，所述输出负载包括，但 不限于，机动车辆、炮塔、大型机械、挖土机、大型钻井机、轮船、农 机设备等等。
当单元100构造为以低速或低扭矩转动轴134的泵或原动机(例如图 1a-1e的发动机12)时，泵100通过基于泵壳体102内的内部压力改变其 输出，从而对降低的输入速度或输入扭矩起反应。在这种情形下，输出 端口107会在排出室中产生更高的背压，内齿轮128会沿着轴134的轴线 移动到沿轴线齿轮128处于或近似平衡的点，以继续操作。因此，泵100 可从内齿轮128与上心轴140基本相邻的最大输出或排量变为内齿轮128 与下心轴110基本相邻的最小排量。
现在参考图5，根据本发明的外齿轮设备总地以200表示。设备200 可构造成操作为本领域的技术人员所公知的泵或马达，但是为了简化本 发明的描述，将其称之为泵。外齿轮泵200包括中空壳体202，该壳体202 具有由本体部分208连接的第一端盖204和第二端盖206。优选地，第一 端盖204和第二端盖206通过多个紧固件210(例如，高强度螺栓等)连 接到本体部分208上。本体部分208其中限定有凹槽212。
其外表面上形成有多个齿216的第一齿轮214和其外表面上形成有 多个齿220的第二齿轮218适于布置在壳体202的凹槽212中。各齿轮214 和218的齿216和220可操作，以在泵200运行期间在凹槽或泵室212中可 旋转地啮合。第一齿轮2124具有从其延伸的轴222，第二齿轮216具有从 其延伸的阶梯式轴224。第一齿轮214固定在轴222上，第二齿轮218可沿 着轴224轴向移动。轴222和224沿相反的轴向方向延伸，并且轴224的长 度大于轴222的长度。具有内齿的第一密封套筒226接收第一齿轮214， 具有内齿的第二密封套筒228接收第二齿轮218的端部。
板式安装件230包括从其向下延伸的凸缘232，该安装件230在其平 坦上表面上连接到第一推力板234上。优选地，推力板234通过多个紧固 件236(例如，高强度螺栓等)连接到安装件230上。轴222的自由端延 伸穿过形成于安装件230和推力板234内的孔。轴222的自由端通过一对 螺母238可旋转地固定在安装件230和推力板234内，并由轴承240(例 如，球轴承、辊子轴承等)可旋转地支撑。第二密封套筒228可操作， 以接收在安装件230内与凸缘232相邻的凹槽内。当轴222安装在安装件 230和推力板214内时，齿轮214相对于壳体202轴向地固定。
第二推力板242通过多个紧固件244(例如，高强度螺栓等)连接到 第一端盖204的上表面205。推力板242包括用于接收轴224的自由端的孔 以及用于在第一端盖204上表面附近接收和定位第一密封套筒226的较 大的孔。轴224的自由端延伸穿过板242内的孔，在台阶处与一对螺母246 螺纹接合，并通过轴承248(例如，球轴承、辊子轴承等)可旋转地支 撑。轴承248优选布置在形成于第一端盖204上表面205内的空腔250中， 而螺母246在与上表面205相对的下表面上将轴224连接到端盖上。轴224 的自由端超过端盖204的下表面延伸预定距离，作为泵200的驱动轴或输 出轴。
本体部分208限定了在其内外表面之间延伸的第一端口252和第二 端口254。端口252和254之一连接到流体系统的低压部分(例如，图1a- 1e的液压流体源18等)，端口252和254的另一个连接到流体系统的高压 或增压部分(例如，图1a-1e的高压管道20)。
在操作中，轴224连接到原动机，例如图1a-1e的发动机12等。当 原动机转动轴224时，齿轮218旋转，并使得齿轮214旋转。流体从液体 系统通过端口252或254中的一个引入，如本领域所公知的那样捕获在啮 合的齿216与220之间，通过端口252或254中另一个排出。在壳体202内 形成有适当的通路，以确保在泵200运行期间，流体正确地流动。第一 密封套筒226在第一齿轮214与上表面之间提供了旋转密封，第二密封套 筒228在第二齿轮218与安装件230之间提供了旋转密封，以确保泵室212 的完整性。根据本发明的泵200只需要密封套筒226和228来保持密封和 允许泵200的有效运行。
齿轮214与218的齿216和220之间的正常或默认空间关系使得齿216 与220基本在齿的所有轴向面积接合。在这种关系下，泵200产生其最大 容积流量或最大排量。因为第二齿轮218可沿着轴224轴向移动，所以根 据本发明的泵200可有利地从其最大排量变化。当第二齿轮218移向下推 力板242时，齿216与229接合的轴向面积变小，这降低了泵200的容积流 量或排量。通常，这会在原动机以低速或低扭矩转动轴224时发生，泵 200会通过基于泵壳体202内的内部压力改变其输出，从而对降低的输入 速度或输入扭矩起反应。在这种情形下，输出端口252或254会在凹槽212 中产生更高的背压，第二齿轮218会沿着轴224的轴线移动到沿轴线齿轮 218处于或近似平衡的点，以继续操作。因此，泵200可从齿轮218与安 装件230基本相邻的最大输出或排量变为齿轮218与下推力板242基本相 邻的最小排量。
当设备200构造为马达时，外部压力源(例如，外部液压泵的液压 流体、空气压缩机的压缩空气等)向端口252和254提供了容积流量，以 转动齿轮214和218，并在轴224上产生输出扭矩。当压力改变时，第二 齿轮218会沿着轴224的轴线移动，以改变马达200的输出马力。马达200 可有利地用于在宽范围变化的输出负载下控制输出rpm，所述输出负载 包括，但不限于，机动车辆、炮塔、大型机械、挖土机、大型钻井机、 轮船、农机设备等等。
在系统10的操作中，发动机12起动，向泵/马达16提供扭矩，从而泵 /马达16向高压管道20供给增压液压流体。蓄能器38确保高压管道20内的 液压保持相对稳定，并以本领域技术人员公知的方式提供能量存储。管 道20内的压力传递到管道46、62和98。
参考图1a，当模式选择阀44处于D或驱动位置，并且制动超控装置 54处于54a位置时，液压流体将流过管道46、沿着D位置中箭头所示的方 向通过模式选择阀44再流出管道50、沿着54a位置中箭头所示的方向通 过制动超控装置54再流出管道56、至马达76a-76d各自的上端口77a- 77d、通过马达76a-76d再至各自的下端口78a-78d，从而压力降低， 并以本领域技术人员所知的方式沿各马达76a-76d的向前方向提供输 出扭矩。下端口78a-78d内的低压液压流体经由管道58、沿着54a位置 中箭头所示的方向通过制动超控装置再流出管道52、沿着D位置中箭头 所示的方向通过模式选择阀44再流出管道48、到达液压流体源18。
参考图1b，当模式选择阀44处于N或空档位置，并且制动超控装置 54处于54a位置时，液压流体将流过管道46，但由与N位置内管道46相邻 的盖防止流过模式选择阀44。出口管道50和52与管道48内的低压液压流 体相流体连通，从而由于管道50和56内的压力与管道52和58内的压力相 平衡，所以不会有流体流过制动超控装置54，或流向马达76a-76d。当 处于N位置时，如果马达76a-76d中任意一个需要油流，那么蓄液器18 的油可以用来流过马达76a-76d。
参考图1c，当模式选择阀44处于R或倒档位置，并且制动超控装置 54处于54a位置时，液压流体将流过管道46、沿R位置内箭头所示的方向 通过模式选择阀44再流出管道52、沿54a内箭头所示的方向通过制动超 控装置54再流出管道58、至马达76a-76d各自的下端口78a-78d、通过 马达76a-76d再至各自的上端口77a-77d，从而压力降低、并以本领域 内技术人员扭矩的方式为各马达76a-76d在相反的方向提供输出扭 矩。下端口77a-77d内的低压液压流体经由管道56、沿着54a位置中箭 头所示的方向通过制动超控装置再流出管道50、沿着D位置中箭头所示 的方向通过模式选择阀44再流出管道48、到达液压流体源18。
参考图1d，当模式选择阀44处于P或驻车位置，并且制动超控装置 54处于54a位置时，由于在P位置内与各管道46、48、50和52相邻的盖防 止了流向马达76a-76d的所有流动，所以液压流体不会流过管道46、 48、50和52中的任意一个。
如上所述，在第一位置54a中，制动超控装置54允许液压流体在管 道52与56之间和管道52与58之间流动(依赖于模式选择阀44的位置)。 但是，在第二位置54b中，如图1e所清楚示出的，由于在第二位置54b内 与各管道50、52、56和58相邻的盖防止了通过制动超控装置54的所有流 动，所以液压流体不会流过管道50、52、56和58中的任意一个。制动器 72的促动和沿着连接器73的信号传递将制动超控装置54从其正常第一 位置54a移到第二位置54b，并且该制动超控装置54防止了液压流体从排 量控制阀44流到马达76a-76d。
在运行中，如果当模式选择阀44处于D或驱动位置，并且制动超控 装置54移到第二位置54b时，制动器72接合，那么马达76a-76d的仅有 液压流体源通过止回阀桥接回路82，因此所有的流体流都经由止回阀桥 接回路82。在制动期间，马达76a-76d开始用作泵，有利地在制动期间 从车轮的旋转回收能量。当在D位置制动时，液压流体将从液压流体源 18流过管道94、通过止回阀86、通过管道92、到达上端口77a-77d和马 达76a-76d，液压流体压力在这里升高。然后，高压液压流体从马达76a -76d流过下端口78a-78d、通过管道96，并且如果管道96内的压力高 于管道98内的压力，就会流过止回阀90进入管道98，高压液压流体在这 里流向管道20，再填充蓄能器38。
当模式选择阀处于R位置的同时制动时，液压流体会从液压流体源 18流过管道94、通过止回阀88、通过管道96、到达低孔78a-78d和马达 76a-76d，液压流体压力在这里升高。然后，高压液压流体从马达76a -76d流过上端口77a-77d、通过管道92，并且如果管道92内的压力高 于管道98内的压力，就会流过止回阀84进入管道98，高压液压流体在这 里流向管道20，再填充蓄能器38。
止回阀桥接回路82用于防止车辆完全停止时，液压流体沿反方向流 向马达76a-76d。当制动并且模式选择阀44处于D位置时，制动超控装 置54移向位置54b，并防止从模式选择阀44流向马达76a-76d。来自高 压管道20的流试图通过管道98达到马达76a-76d，但是通过止回阀84和 90阻止流向马达。止回阀桥接回路82只允许从管道92通过止回阀84或从 管道96通过止回阀90流向管道98，这只会在管道56与92内或管道58与96 内的压力高于管道98内的压力时发生。如果管道92内的压力低于管道98 和管道94内的压力，那么止回阀86将打开，但是由于管道94处于低压， 所以不会发生从蓄液器18至管道92的流动。类似地，如果管道96内的压 力低于管道98和94内的压力，那么止回阀88将打开，但是由于管道94处 于低压，所以不会发生从蓄液器18至管道96的流动，有利地防止了在车 辆达到完全停止以后，高压液压流体使得马达76a-76d沿反方向接合。
在运行中，液压流体通过系统10的流动由操作员通过连接到排量控 制阀60的加速器70和制动器72控制。连接器80和连接75a-75d通过适当 的连杆等连接在一起，允许马达76a-76d以与连接器80通过连接75a- 75d给马达76a-76d提供控制相类似的方式，通过连接75a-75d给排量 控制阀60提供反馈。
例如，如果车辆用户(未示出)压下加速器70，那么这使得反馈连 接器80沿加速方向移动，并使得排量控制阀60移向位置60a。来自管道 62的高压流体将流过排量控制阀60上的端口，提高了管道66内和流向缸 74a-74d的压力。由于管道66内的压力高于管道68内的压力，所以连接 器75a-75d将沿加速方向移动，增加了马达76a-76d的排量，从而增加 了马达76a-76d的输出扭矩。
一旦达到马达76a-76d所需的输出扭矩，马达76a-76d将往回节 流，沿减速方向移动连接器75a-75d，降低管道66内的压力，并增大管 道68内的压力。该移动通过反馈连接器80传递回排量控制阀60，将排量 控制阀移向位置60b。在位置60b，没有通过排量控制阀60的流动，从而 连接器75a-75d保持静止，马达76a-76d的排量保持恒定，从而马达76a -76d的输出扭矩保持恒定。
如果用户将他或她的脚从加速器70移开，那么这使得反馈连接器80 沿减速方向移动，并使得排量控制阀60移向位置60c。管道62的高压流 体将流过排量控制阀60上的端口，增加了管道68内和流向缸74a-74d的 压力。由于管道68内的压力高于管道66内的压力，所以连接器75a-75d 将沿减速方向移动，降低了马达76a-76d的排量，从而降低了马达76a -76d的输出扭矩。
有利地，加速器70与发动机12之间没有直接连接。相反，基于发动 机速度(基于线路42上的信号)、扭矩(基于受加速器70位置影响的排 量控制阀60的位置)和系统压力(基于线路38a上的信号)的组合来操 作和控制发动机12。该输入组合允许系统10的节流控制模块40基于已知 的发动机效率参数，使发动机12总是以其峰值效率运行，因此提供了发 动机12和系统10的比例控制。当系统10完全增压时，可有利地关闭发动 机12，将瞬时燃料消耗降至零。当系统压力降低时，发动机12再次重新 起动，向管道20提供压力。
基于空调压缩机24、动力保持模块28和蓄能器38的情形或运行状态 (由其线路24a、28a和38a上各自的信号确定)，节流控制模块40在线路 42上发送信号，以起动或停止发动机12和/或改变泵/马达16的排量。
当管道20内的系统压力升高时，蓄能器38充满，来自泵/马达16的流 率降低。泵/马达16的流率持续降低，直到系统压力由于到马达76a-76d 的输出而降低时为止。如果在任一时刻，泵/马达16的流量达到零，那么 发动机12可关闭，直到再次需要流量。如果附属设备需要动力防止发动 机12停止(假设附属设备联接在发动机12上)，那么也可降低泵/马达16 的流量。动力系统10通过平均功率消耗率来获得其效率。间歇突发事件 (intermittent burst)所需的能量由蓄能器38内存储的能量供应。泵/马达 16提供的流量大于驱动车辆所需的平均流量。于是，泵16产生的额外流 量存储进蓄能器38。
根据本发明的液压混合动力系统10有利地提供了不复杂并且简单 明了的控制方法，并且依靠马达76a-76d的排量一旦增加，其输出扭矩 响应就非常快的事实，为系统10提供了响应性很好的控制装置。
本领域的技术人员应当了解，根据本发明的系统10可用于向任意数 量的系统提供液压动力，包括，但不限于，用于漂浮的或潜水的舰艇(例 如，轮船、艇或潜艇)的推进系统、直升机的推进系统等等。简而言之， 泵/马达16的输出可与动力系统10一起使用，以运行任意数量的液压马 达，例如马达76a-76d，用于任意数量的目的而属于本发明的范围。
连接器73、75a-75d和80，以及线路24a、28a、38a、和42上的信号 可为任意形式的机械连接器，例如液压管路、线缆、金属杆等，或者与 电磁阀等通信的电信号，而仍然属于本发明的范围。
根据专利法规的规定，已经通过被视为代表其优选实施例的内容描 述了本发明。但是应当注意，在不脱离其宗旨和范围的情况下，本发明 还可通过除具体所示之外的其它方式实现。
本申请要求于2005年2月22日提交的临时申请No.60/655,221的优先 权。
动力系统10的动力装置部分11包括与燃料源14相连的发动机12。发 动机12可为传统内燃机、涡轮发动机、电池供电的电动机、燃料电池等。 发动机12有选择地向优选为可变排量的液压泵/马达16提供扭矩，其中可 变排量液压泵/马达16在其入口侧设有液压流体的低压源18和在其出口 侧设有高压管道20。液压流体可为液体，例如但不限于，水、液压油、 变速器油等，或者属于本发明范围内的任意压缩气体。因为该装置16依 据系统10的模式交替地用作泵或马达，所以将该装置描述为泵/马达16， 在下面对其进行更加详细的描述。
系统10的动力装置部分11包括多个附属驱动装置，包括但不限于， 电动发电机22、空调压缩机24和热泵26。电动发电机22连接到动力保持 模块28，该模块依次连接到电池组30。热泵26与加热器芯(heater core) 32相连，热泵26与加热器芯32都与发动机12的冷却水源34流体连通。空 调压缩机24与换热器36相连。附属驱动装置22、24和26优选通过各自的 电动机或液压马达运行。可选择地，附属驱动装置22、24和26有选择性 地机械离合联接到发动机12上。蓄能器38与泵/马达16出口上的高压管道 20流体连通。蓄能器38用作高压液压流体的储液器，并维持系统10内的 高压，例如，通过使用高压气体等(未示出)增压，如本领域的技术人 员所了解的。
节流控制模块40通过线路24a上的信号接收空调压缩机24的输入信 号、通过线路28a上的信号接收动力保持模块28的输入信号、通过线路 38a上的信号接收蓄能器38的输入信号。基于线路24a、28a和38a上的输 入信号，节流控制模块40在线路42上提供控制发动机12和/或泵/马达16 的信号，将在下面详细描述。线路24a、28a、38a和42上的信号可为各种 组件与节流控制模块40之间的电子信号或者机械反馈。节流控制模块40 可为可操作以基于一个或多个输入来控制发动机12和泵/马达16的任意 适合的机械装置或电气装置。
模式选择模块43包括通过高压入口管道46与高压管道20流体连通 的模式选择阀44。优选地，模式选择阀44连接到变速器式换档手档(未 示出)等，以有选择地将阀44移入下列位置之一：“D”或驱动位置(如 图1a中所清楚示出的)、“N”或空档位置(如图1b中所清楚示出的)、 “R”或倒档位置(如图1c中所清楚示出的)、以及“P”或驻车位置(如 图1d中所清楚示出的)。模式选择阀44包括连接到其上、与高压入口管 道46相邻的低压出口管道48。模式选择阀44还包括连接到其上、在模式 选择阀44相对一侧的高压出口管道50和低压出口管道52。模式选择阀44 的各位置P、R、N、D有选择性地将各位置的内部部分与管道46、48、 50和52对齐，并控制系统10中液压流体流的方向，将在下面进行更加详 细的描述。尽管上面描述为“入口”和“出口”，但是在操作期间，各 管道46、48、50和52依据系统10的操作条件可用作入口或出口，这将在 以下详细讨论。
管道50和52依次连接到制动超控装置54上。制动超控装置54还包括 在制动超控装置54相对一侧连接到其上的高压出口管道56和低压出口 管道58。制动超控装置54具有第一或正常位置54a和第二或超控位置 54b，将在下面更加详细地描述。
控制部分59包括通过高压入口管道62与高压管道20流体连通的排 量控制阀60。排量控制阀60包括连接到其上、与高压入口管道62相邻的 低压入口管道64。排量控制阀60还包括连接到其上、在排量控制阀60相 对一侧的高压出口管道66和低压出口管道68。排量控制阀60为浮动定位 阀，并包括连接到其上的加速器70和制动器72，以将流体从排量控制阀 60引导至多个缸74a、74b、74c和74d。加速器70和制动器72优选机械地 连接到各自的加速踏板和制动踏板(未示出)上。制动器72通过连接器 73连接到制动超控装置54上。排量控制阀60具有第一或加速位置60a、 第二或保持位置60b和第三或减速位置66c。排量控制阀60的各位置 60a、60b和60c有选择地将各位置60a、60b和60c的内部部分与管道62、 64、66和68对齐，并控制至缸74a、74b、74c和74d的液压流体流的方向， 如图2中所清楚示出的。
各缸74a、74b、74c和74d分别通过连接器75a、75b、75c和75d机械 地连接到各车轮上的驱动或牵引马达76a、76b、76c和76d(在动力输出 部分76中)上。马达76a-76d优选为可变排量马达。如本领域的技术人 员所理解的，连接器75a-75d的位置确定了马达76a-76d的排量，例如 通过连接到旋转斜盘等。高压出口管道66与各缸74a-74d内活塞(未示 出)的一侧流体连通，低压出口管道68与缸74a-74d内活塞相对的一侧 流体连通。虽然系统10示出具有多个牵引马达76a、76b、76c和76d，但 是本领域的技术人员应当理解，在本今明的范围内，可只使用少至一个 马达。例如，在只安装单个马达的机动车辆中，单个马达的输出连接到 差速齿轮，该差速齿轮再机械地连接到一对驱动轮上。各牵引马达76a、 76b、76c和76d具有上端口77a、77b、77c、77d和下端口78a、78b、78c、 78d。通过上端口77a-77d和下端口78a-78d的流体流的方向确定了马 达76a-76d的方向。反馈连接器80在排量控制阀60与缸74a-74d的活基 之间延伸。
止回阀桥接回路82包括多个止回阀84、86、88和90，并以与全波 桥接整流器相类似的方式布置，如图3中所清楚示出的。管道92与止 回阀84的入口和止回阀86的出口流体连通。管道92还与高压出口管道 56流体连通。管道94与止回阀86的入口和止回阀88的入口流体连通。 管道94还与液压流体低压源18流体连通。管道96与止回阀88的出口和 止回阀90的入口流体连通。管道96还与低压出口管道58流体连通。管 道98与止回阀84的出口和止回阀90的出口流体连通。管道98还与高压 管道20流体连通。
泵/马达16和马达76a-76d优选为可变排量泵/马达，如图4和5中 所示。可选择地，泵/马达16和马达76a-76d为叶片式或活塞式可变排 量泵/马达或固定排量泵/马达。
现在参考图4，根据本发明的内齿轮装置总地由100表示。如本领 域的技术人员所理解的，装置100可构造成操作为马达或泵，但是在 本发明下面的描述中将称为马达。内齿轮马达100包括具有基座部分 104和端盖106的中空壳体102。基座部分104其中限定了槽或空腔108， 该槽108的大小使得可接收第一心轴110和第一活塞元件112。端盖106 包括至少两个端口107(只示出了一个)，各端口107在端盖106的内 外表面之间延伸，优选在端盖106的相对侧面之间延伸。一个端口107 连接到流体系统的高压部分，例如图1a-1e的高压管道20，另一个端 口107连接到回流管线或流体源(如图1a-1e的流体源18)。
第一心轴110限定有延伸通过其基座部分111的孔114，并包括从 基座部分111的上表面113向上延伸的第一外凸缘116和多个间隔开的 第二外凸缘118。内凸缘120从第一心轴110的基座部分111向上延伸， 位于孔114的附近。第一外凸缘116位于孔114的附近。第二外凸缘118 与孔114和内凸缘120都间隔开。第一密封套筒122的大小使得可旋转 地装配在孔114中，并且第一密封套筒122优选为与第一心轴110的基 座部分111的高度相等，使得当第一密封套筒122置于孔114内时，第 一密封套筒122的上表面与基座部分111的上表面113基本上齐平。
截面基本为圆形的外齿轮124适于设置在基座部分111的上表面113 的顶部，其中齿轮124的曲形外表面与外凸缘116和118各自的曲形内表面 相邻。外齿轮124包括形成在其内表面的多个齿126。当齿轮124置于上表 面113上时，齿轮124轴向地固定在外凸缘118与内凸缘120之间。
截面基本为圆形的内齿轮128包括形成在其外表面的多个齿130，并 限定了从其延伸通过的孔132。齿130可操作，以与形成在外齿轮124内 表面上的齿126啮合。齿轮128的下表面延伸进密封套筒122中并与密封 套筒122一起旋转，其中当组装并运行马达100时，齿130与密封套筒122 上相应的齿啮合，如下面更加详细描述的。内齿轮128的齿130的各外表 面与内凸缘120的内表面相邻。当组装马达100时，孔132适于接收驱动 或输出轴134的自由端。内齿轮128可沿着轴134轴向移动。驱动轴134通 过轴承135(例如，球轴承、辊子轴承等)支撑在端盖106内。驱动轴134 的自由端超过端盖106的上表面延伸预定距离，作为马达100的输出轴。
第二活塞元件136在其内部部分限定了孔138，其适于安装在第一心 轴110的各外凸缘116和118的上表面上。因此，第二活塞136和第一活塞 112分别安装在下心轴110的上表面和下表面上。
第二心轴140适于布置在第二活塞元件136的孔138内，并在其内部 部分上限定了用于接收驱动轴134的孔142。第二心轴140包括向下延伸 的凸缘144，当组装马达100时，该凸缘144与第一心轴110向上延伸的内 凸缘120配合。上心轴140包括从其延伸通过的一对孔146，以在马达100 运行期间与齿轮1.22和124流体连通。
第二密封套筒148包括形成在其外表面的多个齿150，并限定了从其 延伸通过的孔152。第二密封套筒148适于在孔152中接收上心轴140，并 适于接收在外齿轮124中并与其一起旋转，其中当组装和操作马达100 时，齿126与密封套筒148上的齿150啮合，如下面更加详细描述的。
当组装马达100时，第一心轴110和第一活塞112置于壳体102的基座 部分104内，第一密封套筒122置于第一心轴110内，外齿轮124置于第一 心轴110上。内齿轮132和第二心轴138安装在驱动轴134上，并组装成齿 轮子132和124各自的齿126和130可旋转地啮合，并且内齿轮132与第一 密封套筒122啮合。第二活塞136连接到心轴110的上表面上，第二密封 套筒148置于第二心轴138上，并与外齿轮124啮合。向下延伸的凸缘144 与向上延伸的内凸缘120配合，将外齿轮的内部分为马达100的入口腔和 排出腔，上端盖106连接到基座部分104上，以封闭壳体102。凸缘120和 144在齿126与齿130之间径向地延伸，以在凸缘的一侧形成入口腔，在 凸缘的另一侧形成排出腔。
在操作中，轴134连接到负载(未示出)上，例如车轮等。压力流 体通过一个端口107从流体系统(例如图1a-1e的高压管道20)引入， 通过孔146引导向齿轮124和128的入口腔侧，该压力流体作用在啮合的 齿126和130上以转动齿轮和轴，并在各齿之间流向排出室，通过其它的 孔146排向其它的端口107。第一密封套筒122在内齿轮128与第一心轴 110之间提供了旋转密封，第二密封套筒148在外齿轮124与第二心轴140 之间提供了旋转密封，以确保入口腔和排出腔的完整性。根据本发明的 马达100只需密封122和148来保持流体密封，允许马达100的有效运行。
齿轮124的齿126与齿轮128的齿130之间的正常或默认空间关系使 得齿126与130基本在齿的所有轴向面积接合。在这种关系下，马达100 产生其最大容积或最大输出。因为内齿轮128可沿着轴134轴向移动，所 以根据本发明的马达100可有利地从其最大排量变化。当内齿轮128移向 第一心轴110时，齿126与130接合的轴向面积变小，减小了马达100的容 积流量或排量。
当单元100构造为马达时，外部压力源(例如外部液压泵的液压流 体、空气压缩机的压缩空气等等)向端口107提供容积流量，以转动齿 轮124和128，并在轴134上产生输出扭矩。当压力变化时，内齿轮128会 沿着轴134的轴线移动，以改变马达100的输出马力。马达100可有利地 用于在宽范围变化的输出负载下控制输出rpm，所述输出负载包括，但 不限于，机动车辆、炮塔、大型机械、挖土机、大型钻井机、轮船、农 机设备等等。
当单元100构造为以低速或低扭矩转动轴134的泵或原动机(例如图 1a-1e的发动机12)时，泵100通过基于泵壳体102内的内部压力改变其 输出，从而对降低的输入速度或输入扭矩起反应。在这种情形下，输出 端口107会在排出室中产生更高的背压，内齿轮128会沿着轴134的轴线 移动到沿轴线齿轮128处于或近似平衡的点，以继续操作。因此，泵100 可从内齿轮128与上心轴140基本相邻的最大输出或排量变为内齿轮128 与下心轴110基本相邻的最小排量。
现在参考图5，根据本发明的外齿轮设备总地以200表示。设备200 可构造成操作为本领域的技术人员所公知的泵或马达，但是为了简化本 发明的描述，将其称之为泵。外齿轮泵200包括中空壳体202，该壳体202 具有由本体部分208连接的第一端盖204和第二端盖206。优选地，第一 端盖204和第二端盖206通过多个紧固件210(例如，高强度螺栓等)连 接到本体部分208上。本体部分208其中限定有凹槽212。
其外表面上形成有多个齿216的第一齿轮214和其外表面上形成有 多个齿220的第二齿轮218适于布置在壳体202的凹槽212中。各齿轮214 和218的齿216和220可操作，以在泵200运行期间在凹槽或泵室212中可 旋转地啮合。第一齿轮2124具有从其延伸的轴222，第二齿轮216具有从 其延伸的阶梯式轴224。第一齿轮214固定在轴222上，第二齿轮218可沿 着轴224轴向移动。轴222和224沿相反的轴向方向延伸，并且轴224的长 度大于轴222的长度。具有内齿的第一密封套筒226接收第一齿轮214， 具有内齿的第二密封套筒228接收第二齿轮218的端部。
板式安装件230包括从其向下延伸的凸缘232，该安装件230在其平 坦上表面上连接到第一推力板234上。优选地，推力板234通过多个紧固 件236(例如，高强度螺栓等)连接到安装件230上。轴222的自由端延 伸穿过形成于安装件230和推力板234内的孔。轴222的自由端通过一对 螺母238可旋转地固定在安装件230和推力板234内，并由轴承240(例 如，球轴承、辊子轴承等)可旋转地支撑。第二密封套筒228可操作， 以接收在安装件230内与凸缘232相邻的凹槽内。当轴222安装在安装件 230和推力板214内时，齿轮214相对于壳体202轴向地固定。
第二推力板242通过多个紧固件244(例如，高强度螺栓等)连接到 第一端盖204的上表面205。推力板242包括用于接收轴224的自由端的孔 以及用于在第一端盖204上表面附近接收和定位第一密封套筒226的较 大的孔。轴224的自由端延伸穿过板242内的孔，在台阶处与一对螺母246 螺纹接合，并通过轴承248(例如，球轴承、辊子轴承等)可旋转地支 撑。轴承248优选布置在形成于第一端盖204上表面205内的空腔250中， 而螺母246在与上表面205相对的下表面上将轴224连接到端盖上。轴224 的自由端超过端盖204的下表面延伸预定距离，作为泵200的驱动轴或输 出轴。
本体部分208限定了在其内外表面之间延伸的第一端口252和第二 端口254。端口252和254之一连接到流体系统的低压部分(例如，图1a- 1e的液压流体源18等)，端口252和254的另一个连接到流体系统的高压 或增压部分(例如，图1a-1e的高压管道20)。
在操作中，轴224连接到原动机，例如图1a-1e的发动机12等。当 原动机转动轴224时，齿轮218旋转，并使得齿轮214旋转。流体从液体 系统通过端口252或254中的一个引入，如本领域所公知的那样捕获在啮 合的齿216与220之间，通过端口252或254中另一个排出。在壳体202内 形成有适当的通路，以确保在泵200运行期间，流体正确地流动。第一 密封套筒226在第一齿轮214与上表面之间提供了旋转密封，第二密封套 筒228在第二齿轮218与安装件230之间提供了旋转密封，以确保泵室212 的完整性。根据本发明的泵200只需要密封套筒226和228来保持密封和 允许泵200的有效运行。
齿轮214与218的齿216和220之间的正常或默认空间关系使得齿216 与220基本在齿的所有轴向面积接合。在这种关系下，泵200产生其最大 容积流量或最大排量。因为第二齿轮218可沿着轴224轴向移动，所以根 据本发明的泵200可有利地从其最大排量变化。当第二齿轮218移向下推 力板242时，齿216与229接合的轴向面积变小，这降低了泵200的容积流 量或排量。通常，这会在原动机以低速或低扭矩转动轴224时发生，泵 200会通过基于泵壳体202内的内部压力改变其输出，从而对降低的输入 速度或输入扭矩起反应。在这种情形下，输出端口252或254会在凹槽212 中产生更高的背压，第二齿轮218会沿着轴224的轴线移动到沿轴线齿轮 218处于或近似平衡的点，以继续操作。因此，泵200可从齿轮218与安 装件230基本相邻的最大输出或排量变为齿轮218与下推力板242基本相 邻的最小排量。
当设备200构造为马达时，外部压力源(例如，外部液压泵的液压 流体、空气压缩机的压缩空气等)向端口252和254提供了容积流量，以 转动齿轮214和218，并在轴224上产生输出扭矩。当压力改变时，第二 齿轮218会沿着轴224的轴线移动，以改变马达200的输出马力。马达200 可有利地用于在宽范围变化的输出负载下控制输出rpm，所述输出负载 包括，但不限于，机动车辆、炮塔、大型机械、挖土机、大型钻井机、 轮船、农机设备等等。
在系统10的操作中，发动机12起动，向泵/马达16提供扭矩，从而泵 /马达16向高压管道20供给增压液压流体。蓄能器38确保高压管道20内的 液压保持相对稳定，并以本领域技术人员公知的方式提供能量存储。管 道20内的压力传递到管道46、62和98。
参考图1a，当模式选择阀44处于D或驱动位置，并且制动超控装置 54处于54a位置时，液压流体将流过管道46、沿着D位置中箭头所示的方 向通过模式选择阀44再流出管道50、沿着54a位置中箭头所示的方向通 过制动超控装置54再流出管道56、至马达76a-76d各自的上端口77a- 77d、通过马达76a-76d再至各自的下端口78a-78d，从而压力降低， 并以本领域技术人员所知的方式沿各马达76a-76d的向前方向提供输 出扭矩。下端口78a-78d内的低压液压流体经由管道58、沿着54a位置 中箭头所示的方向通过制动超控装置再流出管道52、沿着D位置中箭头 所示的方向通过模式选择阀44再流出管道48、到达液压流体源18。
参考图1b，当模式选择阀44处于N或空档位置，并且制动超控装置 54处于54a位置时，液压流体将流过管道46，但由与N位置内管道46相邻 的盖防止流过模式选择阀44。出口管道50和52与管道48内的低压液压流 体相流体连通，从而由于管道50和56内的压力与管道52和58内的压力相 平衡，所以不会有流体流过制动超控装置54，或流向马达76a-76d。当 处于N位置时，如果马达76a-76d中任意一个需要油流，那么蓄液器18 的油可以用来流过马达76a-76d。
参考图1c，当模式选择阀44处于R或倒档位置，并且制动超控装置 54处于54a位置时，液压流体将流过管道46、沿R位置内箭头所示的方向 通过模式选择阀44再流出管道52、沿54a内箭头所示的方向通过制动超 控装置54再流出管道58、至马达76a-76d各自的下端口78a-78d、通过 马达76a-76d再至各自的上端口77a-77d，从而压力降低、并以本领域 内技术人员扭矩的方式为各马达76a-76d在相反的方向提供输出扭 矩。下端口77a-77d内的低压液压流体经由管道56、沿着54a位置中箭 头所示的方向通过制动超控装置再流出管道50、沿着D位置中箭头所示 的方向通过模式选择阀44再流出管道48、到达液压流体源18。
参考图1d，当模式选择阀44处于P或驻车位置，并且制动超控装置 54处于54a位置时，由于在P位置内与各管道46、48、50和52相邻的盖防 止了流向马达76a-76d的所有流动，所以液压流体不会流过管道46、 48、50和52中的任意一个。
如上所述，在第一位置54a中，制动超控装置54允许液压流体在管 道52与56之间和管道52与58之间流动(依赖于模式选择阀44的位置)。 但是，在第二位置54b中，如图1e所清楚示出的，由于在第二位置54b内 与各管道50、52、56和58相邻的盖防止了通过制动超控装置54的所有流 动，所以液压流体不会流过管道50、52、56和58中的任意一个。制动器 72的促动和沿着连接器73的信号传递将制动超控装置54从其正常第一 位置54a移到第二位置54b，并且该制动超控装置54防止了液压流体从排 量控制阀44流到马达76a-76d。
在运行中，如果当模式选择阀44处于D或驱动位置，并且制动超控 装置54移到第二位置54b时，制动器72接合，那么马达76a-76d的仅有 液压流体源通过止回阀桥接回路82，因此所有的流体流都经由止回阀桥 接回路82。在制动期间，马达76a-76d开始用作泵，有利地在制动期间 从车轮的旋转回收能量。当在D位置制动时，液压流体将从液压流体源 18流过管道94、通过止回阀86、通过管道92、到达上端口77a-77d和马 达76a-76d，液压流体压力在这里升高。然后，高压液压流体从马达76a -76d流过下端口78a-78d、通过管道96，并且如果管道96内的压力高 于管道98内的压力，就会流过止回阀90进入管道98，高压液压流体在这 里流向管道20，再填充蓄能器38。
当模式选择阀处于R位置的同时制动时，液压流体会从液压流体源 18流过管道94、通过止回阀88、通过管道96、到达低孔78a-78d和马达 76a-76d，液压流体压力在这里升高。然后，高压液压流体从马达76a -76d流过上端口77a-77d、通过管道92，并且如果管道92内的压力高 于管道98内的压力，就会流过止回阀84进入管道98，高压液压流体在这 里流向管道20，再填充蓄能器38。
止回阀桥接回路82用于防止车辆完全停止时，液压流体沿反方向流 向马达76a-76d。当制动并且模式选择阀44处于D位置时，制动超控装 置54移向位置54b，并防止从模式选择阀44流向马达76a-76d。来自高 压管道20的流试图通过管道98达到马达76a-76d，但是通过止回阀84和 90阻止流向马达。止回阀桥接回路82只允许从管道92通过止回阀84或从 管道96通过止回阀90流向管道98，这只会在管道56与92内或管道58与96 内的压力高于管道98内的压力时发生。如果管道92内的压力低于管道98 和管道94内的压力，那么止回阀86将打开，但是由于管道94处于低压， 所以不会发生从蓄液器18至管道92的流动。类似地，如果管道96内的压 力低于管道98和94内的压力，那么止回阀88将打开，但是由于管道94处 于低压，所以不会发生从蓄液器18至管道96的流动，有利地防止了在车 辆达到完全停止以后，高压液压流体使得马达76a-76d沿反方向接合。
在运行中，液压流体通过系统10的流动由操作员通过连接到排量控 制阀60的加速器70和制动器72控制。连接器80和连接75a-75d通过适当 的连杆等连接在一起，允许马达76a-76d以与连接器80通过连接75a- 75d给马达76a-76d提供控制相类似的方式，通过连接75a-75d给排量 控制阀60提供反馈。
例如，如果车辆用户(未示出)压下加速器70，那么这使得反馈连 接器80沿加速方向移动，并使得排量控制阀60移向位置60a。来自管道 62的高压流体将流过排量控制阀60上的端口，提高了管道66内和流向缸 74a-74d的压力。由于管道66内的压力高于管道68内的压力，所以连接 器75a-75d将沿加速方向移动，增加了马达76a-76d的排量，从而增加 了马达76a-76d的输出扭矩。
一旦达到马达76a-76d所需的输出扭矩，马达76a-76d将往回节 流，沿减速方向移动连接器75a-75d，降低管道66内的压力，并增大管 道68内的压力。该移动通过反馈连接器80传递回排量控制阀60，将排量 控制阀移向位置60b。在位置60b，没有通过排量控制阀60的流动，从而 连接器75a-75d保持静止，马达76a-76d的排量保持恒定，从而马达76a -76d的输出扭矩保持恒定。
如果用户将他或她的脚从加速器70移开，那么这使得反馈连接器80 沿减速方向移动，并使得排量控制阀60移向位置60c。管道62的高压流 体将流过排量控制阀60上的端口，增加了管道68内和流向缸74a-74d的 压力。由于管道68内的压力高于管道66内的压力，所以连接器75a-75d 将沿减速方向移动，降低了马达76a-76d的排量，从而降低了马达76a -76d的输出扭矩。
有利地，加速器70与发动机12之间没有直接连接。相反，基于发动 机速度(基于线路42上的信号)、扭矩(基于受加速器70位置影响的排 量控制阀60的位置)和系统压力(基于线路38a上的信号)的组合来操 作和控制发动机12。该输入组合允许系统10的节流控制模块40基于已知 的发动机效率参数，使发动机12总是以其峰值效率运行，因此提供了发 动机12和系统10的比例控制。当系统10完全增压时，可有利地关闭发动 机12，将瞬时燃料消耗降至零。当系统压力降低时，发动机12再次重新 起动，向管道20提供压力。
基于空调压缩机24、动力保持模块28和蓄能器38的情形或运行状态 (由其线路24a、28a和38a上各自的信号确定)，节流控制模块40在线路 42上发送信号，以起动或停止发动机12和/或改变泵/马达16的排量。
当管道20内的系统压力升高时，蓄能器38充满，来自泵/马达16的流 率降低。泵/马达16的流率持续降低，直到系统压力由于到马达76a-76d 的输出而降低时为止。如果在任一时刻，泵/马达16的流量达到零，那么 发动机12可关闭，直到再次需要流量。如果附属设备需要动力防止发动 机12停止(假设附属设备联接在发动机12上)，那么也可降低泵/马达16 的流量。动力系统10通过平均功率消耗率来获得其效率。间歇突发事件 (intermittent burst)所需的能量由蓄能器38内存储的能量供应。泵/马达 16提供的流量大于驱动车辆所需的平均流量。于是，泵16产生的额外流 量存储进蓄能器38。
根据本发明的液压混合动力系统10有利地提供了不复杂并且简单 明了的控制方法，并且依靠马达76a-76d的排量一旦增加，其输出扭矩 响应就非常快的事实，为系统10提供了响应性很好的控制装置。
本领域的技术人员应当了解，根据本发明的系统10可用于向任意数 量的系统提供液压动力，包括，但不限于，用于漂浮的或潜水的舰艇(例 如，轮船、艇或潜艇)的推进系统、直升机的推进系统等等。简而言之， 泵/马达16的输出可与动力系统10一起使用，以运行任意数量的液压马 达，例如马达76a-76d，用于任意数量的目的而属于本发明的范围。
连接器73、75a-75d和80，以及线路24a、28a、38a、和42上的信号 可为任意形式的机械连接器，例如液压管路、线缆、金属杆等，或者与 电磁阀等通信的电信号，而仍然属于本发明的范围。
根据专利法规的规定，已经通过被视为代表其优选实施例的内容描 述了本发明。但是应当注意，在不脱离其宗旨和范围的情况下，本发明 还可通过除具体所示之外的其它方式实现。
本申请要求于2005年2月22日提交的临时申请No.60/655,221的优先 权。