流体动力转矩变换器

本发明涉及一种流体动力转矩变换器，其具有一个液体可操作的搭接离合器，一个由输入机构可驱动的泵轮，它与一个涡轮和一个导轮安置在一个工作腔室内，同时，在转矩变换器的传动机构和输入机构之间以适当作用方式安置的搭接离合器具有一个轴向可移动的活塞，在其一侧面设置一个用于搭接离合器的闭合腔室并且在其另一侧面设置一个分离腔室。

这种形式的转矩变换器如在US-PS4640395，US-PS4619350，或者US-PS4618041中已经公开。

在这些公知的转矩变换器中，可能出现这样的运行状态，此时，虽然希望甚至必需搭接离合器为打开的，但是，搭接离合器的这个状态至少在短时间内是不可调节到的。例如这一状态可能是低的外部温度的情况。因为，给变换器和传动装置供能的泵，由于低温导致的高的油粘度，所以不能提供或维持希望的体积流或希望的压力以便通过给分离腔室施加作用保证搭接离合器有一个足够的打开。这种状态，还特别可能出现在温度为低于0°的情况。一个另外的临界状态可能发生在倒车过程中，因为，在大多数调制压力的情况下，对于操作传动离合器所必需的压力要提高了，所以对于变换器系统的压力是极为不利的。在这些运行状态时，则出现一个不希望的并至少部分方式的搭接离合器闭合。引起这种闭合的原因是一个压力综合力，它是由于在活塞两侧的 压力分布积分作用产生的，同时，这个压力分布基本上由流动元件的动能或动力关系，也就是说，基本上由限定两个腔室的盘件之平均圆周速度和由其转数来决定的，进一步说由运行状态，或者说由泵和涡轮或者活塞的转数水平来确定的。关于这种压力分布的研究在US-PS3213983中作了描述。

本发明的任务在于，消除上面提及的缺点并在转矩变换器的整个使用范围上确保一个无问题的性能。另外，本发明转矩变换器应能具有一个简单的结构以及实现一个成本低廉的生产制造。

这一任务按照本发明是如此实现的，即该搭接离合器至少具有一个依赖于转数的和/或依赖于温度的和/或依赖于粘度的阀门，它可影响在两个腔室之间存在的压力差和依此影响搭接离合器的闭合作用力和/或控制一个在两个腔室之间的液体流。在搭接离合器的分离腔室为不足够的压力供能情况下，该阀门则会由于在分离腔室和闭合腔室中存在的压力关系为临界的运行点或运行区域而通过两个腔室的连通来防止搭接离合器的闭合。但是，在转矩变换器处于这个临界点或临界区域之外运行时，该阀门至少是基本上，并最好是完全关闭的。

因为，在分离腔室中的供油是和油的温度或者油的粘度非常有关的，所以在公知的变换器结构情况下至少在转数接近空转或者低于空转，亦即在转轮低于700至1000U/min（转/分）情况下，由于在变换器活塞两侧存在着压力差或者说压力分布，使得该搭接离合器至少处在一个部分闭合的位置上，因此，通过该搭接离合器就产生一个不希望的转矩传递。这种不希望的闭合可能特别发生在初级的档次或者倒车档的运行情 况下。这一要点归因于，在这种实际上机动工具为静止的档次运行时，涡轮和依此该搭接离合器的活塞至少被制动到一个较低的转数上，所以，作用在活塞和涡轮之间的环腔中所含油液上的动态作用力是下降的，因此，在这个环腔中（沿径向延伸上看）形成一个水平较大的压力变化。这是因为，由于转数的下降，作用于油上的动态作用力或者说离心力也是下降的，所以压力分布的水平径向往里边去随着转数的下降是增加的。在极端情况下，也就是说在涡轮静止时，在活塞和涡轮之间的环形腔内径向里边可能存在着和变换器壳体中径向外边区域中的压力大约相同的压力。亦即在活塞的径向延伸上可以存在着一个至少基本相同的压力水平。

通过本发明就可确保，在上面提及的应该避免搭接离合器发生不希望的闭合的运行状态情况下，在两个腔室之间实现一个连接，因此，就可通过在这两个腔室之间的一个循环油流保证一个压力平衡，依此就可至少避免一个不允许的高闭合力。但是，这两个腔室之间的连接横截面最好是如此确定的，即它能避免在搭接离合器中产生一个摩擦作用。这种不希望的搭接离合器之闭合，在现有技术中是因为，“外部的压力差”，亦即在被油泵提供的为打开搭接离合器施加的供油压力和变换器回流压力之间的压力差可能变得比由活塞两侧的流动关系建立的平均压力差较小的缘故。

按照本发明一个优选的结构方案，所述阀门如此设置，即这个阀门在一个低的转数区域和/或低的温度区域内是打开的，而在第二较高的转数区域和/或温度区域内是被关闭的。按有利的方式，这种阀门可以具有一个依赖于离心力的元件，通过它可以控制这个阀门的开 度或者说这个阀门的接通状态。按照本发明一个有利的结构方案，该依赖于离心力的和/或依赖于温度的和/或依赖于粘度的阀门是一个滑阀和/或一个旋转滑阀和/或一具旋塞和/或一个闸阀。

但是还可以应用依赖于温度的阀门，例如自动调温的阀门，还有基于双金属原则的，或者基于记忆原则的阀门。在具有依赖于离心力的元件的阀门情况下，按照目的要求，这个元件被至少一个单级的或多级的能量储存器或力储存器在阀门的打开方向上施加作用。

对于本发明的功能，特别有利的方式可以是，所述阀门设置在活塞的里边边缘部分区域内。亦即，根据这个阀门的径向位置安排，可以使通过该阀门实现的设置在活塞两侧的腔室之间的压力平衡得到调节，或者说，可以使实现的压力平衡适合于相应的应用场合。但是，按照目的要求在大多数情况下，这个阀门设置在平均直径的径向里边，这个平均直径在活塞的外直径和限定中央孔的内直径平均而得。

本发明一个有利的结构方案规定，一个带搭接离合器的转矩变换器包括一个扭矩振荡阻尼器，并且所述阀门基本上安置在该扭矩振荡阻尼器力储存器的径向里边。

本发明另一个符合目的要求的结构方案规定，该搭接离合器的活塞在径向里边区域具有一个齿结构，而所述阀门在径向上基本安置在该活塞的齿结构区域内或者径向上安置在活塞齿结构的里边。

该符合发明要求的阀门可以如此配置，即它通过一个确定的转数范围就逐渐地关闭。但是对于某些应用场合，可能有利的是，该阀门的关闭是以快速方式亦即突然地实现的。而所述打开可以相同的方式完成，同时， 两个动作方式的组合方案可能是有利的。

本发明转矩变换器可以按有利方案安装在一个机动车辆的发动机和传动装置之间，同时，该转矩变换器和传动装置可以通过一个控制系统或者调节系统进行操作，该系统如此配置，即该传动装置的操纵离合器和变换器搭接离合器可以用一个共同的泵提供液体，此外该控制系统还具有这样的装置，它在低于一个最小运行温度时使变换器搭接离合器保持打开，而在超过这个最小运行温度时使搭接离合器实现闭合，同时，使闭合腔和分离腔相互连接的阀门如此设置，即在低于最小运行温度时这个阀门保持打开，而在达到这个最小温度时，该阀门实现关闭和/或该阀门可依据温度进行控制。这个关闭可以逐渐地实现，亦即通过一个确定的转数范围或一个确定的温度范围逐渐完成。但是这个阀门的关闭还可以快速方式实现。这个依赖于温度的阀门可以如已提及的按照双金属原则或者记忆作用的原理作结构设置。但是还可以根据温度关系应用双稳态的弹簧元件。这种双稳态的元件，根据作用其上的温度，具有两个不同的终端位置，同时，这些终端位置可以根据温度变化逐渐地达到，或者，通过这种元件的一种突然的弹跳来实现。

本发明一个符合目的要求的实施方案可以如此地结构设置，即所述阀门按目标要求以步进方式或分级方式打开和/或关闭。此外，在另外的结构方案中可能有利的是，该阀门按目标要求逐渐地或者突然地打开和/或关闭。

按照发明要求具有至少一个阀门的装置，其中该阀门按有利方式安置在变换器搭接离合器的活塞径向里边位置处，而这个带阀门的装置最好如此设置，即，对至 少一个阀门的操作实际上与在活塞两侧的腔室中占据的压力是无关的。亦即，这些压力应该对活塞的锁闭元件不产生在关闭方向或打开方向的作用力。这样，该阀门应该是与压力无关的。按照特别有利的方式，可以应用所谓的滑阀，它们可以是轴向滑阀或旋转滑阀的结构。这些阀门与所谓的支座阀相比具有优点是，它的密封作用或锁闭作用与密封元件由于力储力器或所谓的表面力而在密封座的方向上施加的作用无关。这些阀门还可以按照节流闸阀的原则作结构设置。

本发明又一个有利的结构方案规定，应用的滑阀具有一个按目的要求的使用开度和/或一个按目的要求可调节的开启区域和/或可控制的开启区域，在这一使用开度或开启区域中，可按目的要求控制一个体积流或者体积流是可调节的或者体积流是可计量的。

按有利的方式可以在圆周上设置多个，最好均匀分布的阀门。还可能的是将不同的阀门进行组合设置。这样，例如可以将依赖于离心力的阀门与取决于温度的阀门进行组合设置加以应用。

按照目的要求，所述阀门安置在转矩变换器的壳体内部和/或阀门与变换器搭接离合器的活塞相连接和/或阀门安置在变换器搭接离合器的活塞上。

将阀门配置在变换器壳体内和/或活塞上的优点是对安全性能具有维护作用，因为，阀门这样安置当液压系统有故障时或在液压供能停止时，可以避免搭接离合器发生一个冲击式的或突然的闭合。依此，就可以例如当其变换器搭接离合器为打开状态的机动车停止时，最大可能地避免由于搭接离合器突然闭合导致的事故。

此外，按照目的要求可以是，所述阀门锁闭元件之 截流运动的方向在截流运动开始时至少基本上与通过阀门开口和/或通过阀门的流动方向相垂直。

同样可以符合目的要求的是，所以阀门锁闭元件的截流运动不是纯粹的移动运动并且该截流运动的方向在截流运动开始时至少与通过阀门开口或通过阀门的流动方向相垂直。

一个本发明另外的有利结构方案可以如此实现，即所述锁闭元件之截流运动的方向相对于流动方向可以在一个大于0°的角度内调节和/或是固定的，但最好是30°至90°的角度范围内。

同样，可以有利的是，在其截流运动的方向相对于流动方向基本上为垂直定位的阀门情况下，该截流机构（同前面的锁闭元件）的性能不应被里边的变换器压力所影响或者只有很微小的影响。可以特别有利的是，该阀门是一个滑阀。

在本发明一个有利的结构方案中可以有利的是，在其截流运动的方向相对于通过阀门的流动方向基本形成一个大于0°角度的阀门情况下，该截流机构（同前面的锁闭元件）的性能不应被里边的变换器压力所影响或者只有很微小的影响。

下面借助附图1至3a详细说明本发明。其中表明：

图1为一个转矩传递系统的简图描绘，该系统具有一个变换器和一个锁闭或搭接离合器以及一个对应设置的压力介质控制装置简图;

图2为一个具有搭接离合器的液力变矩器部分截面视图;

图2a是本发明的阀在开启状态沿箭头Ⅱ方向的视图;

图2b是类似于图2a的视图，其中，该阀门是闭合的;

图3是一个转矩变换器另一实施形式的局部截面视图，其中，该搭接离合器具有依赖于温度的阀门;

图3a是沿图3中箭头Ⅲ方向的视图，其中，该阀门处于其闭合的位置。

图1表明的转矩-传递系统10包括一具转矩变换器11和一个流体压力介质可操作的搭接离合器12，其相对转矩变换器平行连接（并联）。该转矩-传递系统与一个未表示的内燃机但仅表明的轴13为作用连接，并且该系统本身在传动侧通过一个传动件14和一个在传动线路中后置的自动传动装置处于传动连接，该自动传动装置同样未描绘。

如该转矩传递系统10的部分截面简图并结合压力控制简图所表示的那样在转矩变换器11情况下涉及一个传统的流动变换器。这个流动变换器包括一个作为输入件与内燃机的驱动装置相连接的变换器盖16，一个与变换器盖一起构成变换器壳体的泵轮17，一个本身作为传动件通过传动轮毂14与未描绘的自动传动装置相连接的涡轮18以及一个在泵轮和涡轮之间安置的导轮19。这使变换器形成搭接的摩擦离合器12安置在涡轮18和变换器盖16之间并具有一个与传动轮毂14为转动连接的或与变换器的涡轮18相连接的离合器盘20，其摩擦表面21与变换器盖16的一个对置表面22配合作用。该摩擦离合器另外具有一个朝向涡轮18的背侧腔室24和一个朝着该变换器盖16之径向壁的前侧腔室25。该离合器盘20具有一个使两个腔室24，25轴向上相互分开的活塞20a，它通过一 个扭转阻尼器20b与传动轮毂14相连接。

该变换器11以公知的方式通过一个在泵轮侧接入该变换器壳体的管道30并通过一个未描绘的压力介质源，例如一个油泵提供流体压力介质，同时，该压力控制通过一个控制阀31实现，该阀本身由一个控制元件32控制。这个控制元件32可以通过一个比例阀或一个脉冲宽度调制的阀门构成，该阀门通过一个计算单元或一个程序机32a进行调节或操作，并且根据存在的输入数值或参数以及在程序机中贮存的组合特性曲线进行工作。而排出的流体压力介质通过一个未描绘的管道排至一个仅表示的冷却器33。除了对涡轮18的施加作用，该在泵轮17的排出侧的流体介质的压力还作用在摩擦离合器12的后侧腔室24中。该压力介质施加在活塞20a并将其压到变换器盖16的对置表面22上。因为，按照本发明一个优选的实施变化方案，该离合器至少在某些运行区域是带打滑运行的，所以，前侧腔室25的流体压力介质的施加作用可以借助一个用管道34和这个腔室相连的阀门31如此进行控制，即，一个可调节的并在后腔室24和前腔室25之间起作用的压力差来决定由该摩擦离合器12可传递的转矩。

鉴于变换器11和以后搭接的摩擦离合器12的平行安置，该发动机转矩则与由变换器或泵轮和由离合器传递的转矩总和相等，亦即

M发动机＝M离合器+M泵轮

该传动转矩，只要人们忽略传递系统中的损失，就与由变换器或涡轮传递的转矩总和相等，亦即

M传动装置＝M离合器+M涡轮或M离合器+（M泵轮×变换率）。

随着增加的打滑作用，由变换器传递的发动机转矩部分是增加的和与此相对应，由离合器传递的转矩是下降的。

该变换器或搭接离合器的控制或调节可以按有利方式如德国专利申请P4322974或PCT-申请93/00765中描述的那样实现。

在如图2的实施例描述的转矩-传递系统110情况下，涉及一个液力转矩变换器111，其具有一个搭接离合器112和一个在转矩变换器和搭接离合器之间起作用的阻尼单元135。

该转矩变换器11包括一个泵轮117，其与一个未示出内燃机处于抗扭的传动连接;一个与传动侧的轮毂114为作用连接的涡轮118;一个在泵轮和涡轮之间的流动循环中安置的导轮119和一个与泵轮为抗扭连接的并包围涡轮的变换器盖或变换器壳体116。

该变换器盖116是与泵轮117抗扭连接的并完成其与内燃机的传动连接。

在涡轮118和变矩器盖116的径向区域之间安置一个相对变换器的转轴对中的环活塞136。这个环活塞136在径向里边安装在一个与涡轮118为抗扭连接的传动轮毂114上，并在径向外边构成一个锥形的区域，该区域装有一个垫片121。该环活塞136与变换器盖116的一个相应锥形结构的对置摩擦表面122配合作用。

该锁闭（Lock-up）离合器112具有一个位于环活塞136与涡轮118之间的后侧压力腔124和一个位于环活塞136及变换器盖116之径向壁之间的前侧压力腔125。该活塞136关于其与对置 摩擦表面122配合作用的离合器位置是通过充有流体介质的前侧压力腔125的施加作用而操作的。由摩擦离合器112传递的转矩的数值是依据在压力腔室124、125之间调节的压力差或者基于这个压力差产生的作用于活塞136上的轴向力决定的。

在活塞136的径向里边区域137设置有阀门138，并且如图2a和2b看出的，安置两个在直径的相反两端的阀门。在图2中描述的阀门138为闭合的。

该阀门138是和离心力有依赖关系的结构设置并为滑阀的结构。在活塞136上固定一个环件139，其如图2a和2b表示的，具有两个沿圆周方向的长形隙缝140，其与在活塞136中设置的并对应配合的开口（在轴向上看）对准。通过开口140，可以在活塞136两边存在的腔室124，125之间形成一个连接，因此，在这两个腔室之间就可以实现一个压力平衡。在环形构件139上，导入两个弓形结构的锁闭元件141，它们对称地安置在直径的相反对置侧。这两个锁闭元件141是在径向上可移动的，并且与弹簧142的作用相反，而该弹簧142对元件141施加在径向上朝里的作用。该弹簧142是作为拉力弹簧设置的结构，其分别与每个滑动（锁闭）元件141相连接。该图2a表明阀门138为开启的位置。这个位置在低于一个确定的转数时被阀门138占据。而这个转数可通过滑动元件141的质量，弹簧142的弹性比率以其可能的予应力来确定。这个按图2a开启的位置，在低于和该转矩变换器110配合作用的内燃机之空转转速时，应该得到确保。这个转数例如可以处于700和1000U/min（转/分）的数量级内。按照应用 情况，这个转数还可以具有较小的或较大的数值。

该滑动元件141的径向导行可以通过该滑动元件141的径向外边的凸件144之侧边区域143实现。这（些）侧边区域143，被在环形构件139中设置的轴向凹槽146的侧壁145所导引。该侧边区域143和侧壁145是相互对应一致的。该径向的突伸144依此被容置在轴向的凹槽146中并在其中沿径向导行，由此，还确保在构件139和141之间一个抗扭的连接。

在超过前面限定的转数情况下，该滑动元件141由于其上作用的离心力而径向往外移动，因此，隙缝140被封闭住。这个闭合的位置在图2b和图2中表明了。在这一位置时，该滑动元件141中从中间区域144侧向安排的腿件147就支承在环件139的内圆表面上。通过滑动元件141的这种径向移动，弹簧142就相应地被张紧了。

如从图2a所看出的，该开口140的横截面是相对较大的，因此在开启的状态，一个搭接离合器112的闭合或者说一个通过该搭接离合器因为干扰导致的转矩传递就不可能了。这样，该开口140就不能考虑用来保持一个为冷却搭接离合器的摩擦表面可能必需的油流并且也不能设置为实现搭接离合器的一个限定的柔性闭合特性。这种连接开口140应该主要是确保，在涡轮118和因此还有活塞136被减速到一个低转数的状态情况下，该搭接离合器112至少是基本上打开的。该后者（搭接离合器）是如此确保的，在上述状态时，通过开孔140可以实现一个在两个腔室124，125之间的压力平衡，依此，在径向上看，在活塞136 的两侧，该压力变化或者说压力分布至少是倾向于平衡的。依此，这在活塞上作用的合成力特别在闭合方向上的合成力就被卸掉了。

按有利的方式，该搭接离合器122闭合时的摩擦表面通过一个在两个腔室124，125之间存在的冷却油流所冷却。与此相关的内容，可考虑德国专利申请P4322974，P4325605和P4401656。

在图3和3a的实施方案中，为构成阀门238，在环活塞236的里边区域又固定一个环形的构件239。在环形构件239和在活塞236中设置了在轴向上重合的孔240，其与径向孔240a相连接，而孔240a至构件239的内圆表面是敞开的。如从图3a获知的，设置4个在圆周上均匀分布的阀门238。

该阀门238的锁闭元件241是通过一个依赖于温度的元件构成的，该元件可用双金属元件构成，或者由双稳态的弹簧元件构成。在图3中看出的是完全的开启位置和在图3a中为阀门238的闭合位置。

该和温度有关的锁闭元件241最好是如此构成，即它在低于一个最小的油运行温度例如30℃时，该阀部238保持打开和在超过这个温度时该阀门238是锁闭的。

这种和温度有关的阀门可以特别和一个传动装置相结合应用，其离合器可使用转矩变换器的相同油泵，同时，该传动装置和转矩变换器可通过一个控制或调节系统操作，该系统如此设置，即传动装置的操纵离合器和变换器搭接离合器可被一个共同的泵提供液体;该控制系统具有这样的装置，它在低于一个最小一运行温度时 使变换器搭接离合器保持打开和在超过这个温度时，可使该搭接离合器实现一个闭合。

本发明不局限在描绘的和说明的实施例上，而是特别还包括那些结合本发明描述的特征或元件可能构成的组合变型方案。此外，单个的并结合附图描述的特征或功能方式可以单独构成一个独立的发明。因此，本申请人声明保留对至今仅在说明书中，特别结合附图公开的有发明实质意见的特征内容进一步要求保护的权利。