Мост транспортного средства с коробкой передач, имеющей вал селективного отбора мощности

Предложен мост с коробкой передач транспортного средства, который включает в себя коробку передач, передающую мощность от входного вала на выходной вал с некоторым передаточным числом, картер, поддерживающий коробку передач и содержащий определенный объем жидкости, вспомогательный привод, приспособленный для перемещения гильзы, имеющей опору с внешней стороны картера, а также корпус клапана, выполненный с возможностью распределять жидкость в элементы управления коробки передач для изменения передаточного числа и распределения жидкости во вспомогательный привод. Предложенная конструкция позволяет снизить нагрузку на двигатель и расход топлива при сцепленной муфте редуктора отбора мощности, что достигается за счет предотвращения вращения определенных элементов трансмиссии, приводящего к паразитному сопротивлению. Это может быть обеспечено за счет отсоединения этих элементов при отсутствии потребности в увеличении силы сцепления.

Область техники, к которой относится полезная модель

Полезная модель относится к коробкам передач автомобильных транспортных средств, в частности к коробке передач с приводом на передние колеса, имеющей вал отбора мощности, который предназначен для селективной передачи мощности на задние колеса.

Уровень техники

На современном рынке пассажирских транспортных средств преобладают два варианта конструкции силовой передачи автомобильного транспортного средства: привод на задние колеса (RWD) и привод на передние колеса (FWD). При установке дополнительных элементов оба данных варианта конструкции могут направлять мощность на все четыре колеса. Поскольку сила сцепления на каком-либо определенном колесе может быть ограничена в определенные моменты времени, способность направлять мощность на все четыре колеса увеличивает подвижность. Однако установка дополнительных элементов приводит к дополнительным паразитным потерям, которые увеличивают расход топлива даже в условиях, в которых в дополнительной рабочей мощности нет необходимости.

В стандартной конфигурации RWD двигатель в транспортном средстве расположен в продольном направлении таким образом, что ось коленчатого вала проходит вдоль направления движения транспортного средства. Коробка передач, соединенная с двигателем, приводит во вращение задний карданный вал со скоростью, которая может быть меньше или больше скорости вращения коленчатого вала двигателя в соответствии с текущими требованиями транспортного средства. Задний карданный вал соединен с задним мостом, имеющим изменяемую ось вращения, уменьшает скорость вращения и приводит левый и правый задние мосты, обеспечивая небольшие различия в скорости между мостами при движении транспортного средства на повороте. Конструкция RWD также предусматривает привод передних колес за счет установки раздаточной коробки между коробкой передач и задним карданным валом. Кроме заднего карданного вала, раздаточная коробка обеспечивает привод переднего карданного вала, который, в свою очередь, обеспечивает привод переднего моста. Некоторые раздаточные коробки включают в себя планетарную передачу, которая разделяет крутящий момент между передним и задним карданными валами, допуская незначительные различия в скорости. Другие раздаточные коробки имеют муфту TOD (система автоматического перераспределения крутящего момента) с активным управлением, которая приводит в движение передний карданный вал только в определенных условиях, например, когда контроллер определяет потерю силы сцепления на задних колесах.

В стандартной конфигурации FWD двигатель в транспортном средстве расположен в поперечном направлении таким образом, что ось коленчатого вала проходит вдоль оси вращения колес. Коробка передач, соединенная с двигателем, обеспечивает привод переднего дифференциала со скоростью, соответствующей текущим требованиям транспортного средства. Передний дифференциал, как правило, установлен в одном корпусе с коробкой передач. Передний дифференциал обеспечивает привод левого и правого передних мостов, обеспечивая небольшие различия в скорости между мостами при движении транспортного средства на повороте. Конфигурация FWD также предназначена для привода во вращение задних колес при помощи редуктора отбора мощности (power take off unit, PTU), который обеспечивает привод заднего карданного вала со скоростью, пропорциональной скорости вращения переднего дифференциала. Блок заднего привода (rear drive unit, RDU), как правило, включает в себя муфту TOD, которая при сцеплении приводит во вращение задний дифференциал, который в свою очередь обеспечивает привод левого и правого задних мостов.

В качестве ближайшего аналога полезной модели может быть выбрана конструкция, описанная в публикации патентной заявки US 2004079563 (A1) от 29.04.2004.

Раскрытие полезной модели

Техническим результатом полезной модели является снижение нагрузки на двигатель и расхода топлива при сцепленной муфте редуктора отбора мощности, что достигается за счет предотвращения вращения определенных элементов трансмиссии, приводящего к паразитному сопротивлению. Это может быть обеспечено за счет отсоединения этих элементов при отсутствии потребности в увеличении силы сцепления.

Транспортное средство включает в себя коробку передач, редуктор отбора мощности (PTU) и вспомогательный привод. Коробка передач и PTU имеют собственные картеры с разными жидкостями. PTU включает в себя муфту выключения, которая может быть задействована с помощью вспомогательного привода для обеспечения и прекращения передачи мощности между выходным валом коробки передач и карданным валом. Коробка передач включает в себя корпус клапана, который, помимо распределения жидкости коробки передач для смещения элементов в пределах коробки передач, также направляет жидкость на вспомогательный привод. Привод может представлять собой поршень, выполненный с возможностью скольжения в камере, трубу, выходящую из корпуса клапана коробки передач, и электромагнитный клапан, который попеременно соединяет камеру с трубой поддона коробки передач.

Мост с коробкой передач транспортного средства включает в себя коробку передач, передающую мощность от входного вала на выходной вал с некоторым передаточным числом, картер, поддерживающий коробку передач и содержащий определенный объем жидкости, вспомогательный привод, приспособленный для перемещения гильзы, имеющей опору с внешней стороны картера, а также корпус клапана, выполненный с возможностью распределять жидкость в элементы управления коробки передач для изменения передаточного числа и распределения жидкости во вспомогательный привод. Указанный привод может представлять собой поршень, выполненный с возможностью скольжения относительно картера в зависимости от давления жидкости в камере.

Мост с коробкой передач также может содержать дифференциал, опирающийся на картер и предназначенный для ограничения вращения выходного вала на скорости, средней между скоростью вращения первого вала моста и скоростью вращения второго вала моста, причем первый и второй валы моста и выходной вал имеют опору для вращения вокруг оси моста.

Гильза может быть выполнена с возможностью перемещения параллельно оси моста.

Мост с коробкой передач может дополнительно содержать трубу, подающую жидкость из корпуса вала, и электромагнитный клапан, выполненный с возможностью попеременного сообщения камеры либо с трубой, либо с внутренней частью корпуса.

Труба может быть расположена снаружи или внутри корпуса.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет собой схематичное изображение силовой передачи транспортного средства.

Фиг. 2 представляет собой вид в поперечном разрезе муфты выключения PTU.

Фиг. 3 представляет собой вид в поперечном разрезе первой части гидравлического привода, который может быть использован вместе с муфтой выключения PTU с Фиг. 2.

Фиг. 4 представляет собой вид в поперечном разрезе второй части гидравлического привода с Фиг. 3.

Фиг. 5 представляет собой вид сзади в разрезе корпуса коробки передач и корпуса насоса в сборе, предназначенных для использования вместе с гидравлическим приводом.

Осуществление полезной модели

Далее представлено подробное описание вариантов осуществления полезной модели. Описанные варианты приведены исключительно в качестве примеров, которые могут быть воплощены в различных альтернативных формах. Фигуры необязательно выполнены в масштабе. Некоторые элементы могут быть увеличены или уменьшены с целью изображения деталей конкретных компонентов. Конкретные конструкционные и функциональные особенности, изложенные в данном описании, не должны рассматриваться как ограничение, и приведены лишь в качестве иллюстрации для ознакомления специалистов в данной области техники с вариантами реализации полезной модели. Специалисту в данной области техники будет понятно, что различные признаки, изображенные и описанные со ссылкой на какую-либо из приведенных фигур, могут быть объединены с признаками, проиллюстрированными на одной или нескольких других фигурах, для создания вариантов осуществления полезной модели, которые явным образом не показаны и не описаны в данном документе. Сочетания изображенных признаков представляют собой характерные варианты осуществления полезной модели для обычных случаев применения. Тем не менее, различные сочетания и изменения признаков, соответствующих идеям, представленным в данном раскрытии, могут потребоваться для конкретных случаев применения или вариантов осуществления.

Фиг. 1 представляет собой схему полноприводного автомобильного транспортного средства на базе переднего привода. Поперечно установленный двигатель 10 и мост 12 с коробкой передач обеспечивает привод передних колес 14 посредством переднего дифференциала 16. Передний дифференциал передает приблизительно одинаковый крутящий момент с выходного вала 22 коробки передач на каждое переднее колесо, обеспечивая небольшие различия в скорости при движении транспортного средства на повороте. В частности, выходной вал 22 вращается со скоростью, равной среднему значению скоростей левого и правого валов моста. Для привода задних колес в движение к мосту с коробкой передач присоединен редуктор 18 отбора мощности (PTU), который обеспечивает привод продольного карданного вала 20. Входной вал 31 редуктора PTU соединен с выходным валом 22 коробки передач. Когда муфта расцепления 32 сцеплена, ведомая коническая шестерня 34 соединена с входным валом 31 PTU с возможностью привода. Ведомая коническая шестерня 34 зацепляет ведомую коническую шестерню 35 для изменения оси вращения примерно на 90 градусов. Далее карданный вал обеспечивает привод задних колес 24 посредством блока 26 заднего привода (RDU) с задним дифференциалом 28. RDU включает в себя муфту 30 с активным управлением, которая выборочно соединяет карданный вал с задним дифференциалом при обнаружении или ожидании потери силы сцепления на передних колесах и разъединяет их при других условиях.

Хотя при сцепленной муфте RDU полноприводная система передает мощность только на задние колеса, несколько элементов, включая карданный вал, вращаются со скоростью, пропорциональной скорости транспортного средства во всех случаях, когда муфта 32 выключения сцеплена. Вращение данных элементов приводит к паразитному сопротивлению, которое увеличивает нагрузку на двигатель и расход топлива. Воздействие паразитных потерь будет более серьезным при высокой скорости транспортного средства. Отрицательное воздействие данного паразитного сопротивления может быть уменьшено, если некоторые элементы будут отсоединены при отсутствии потребности в увеличении силы сцепления. Расцепление муфты 32 останавливает вращение данных элементов, что снижает расход топлива.

Муфта 32 расцепления более подробно показана на Фиг. 2. Хотя муфта 32 является осесимметричной, для удобства понимания на верхней половине фигуры представлена муфта в расцепленном положении, а на нижней половине показана муфта в сцепленном положении. Первый набор зубьев 36 муфты соединен с входным валом 31 PTU. Второй набор зубьев 38 муфты имеет шлицы для вращения с ведомой конической шестерней 34, но может скользить по оси. Пружина 40 зацепления толкает зубья 38 муфты в осевом направлении, чтобы они вошли в зацепление с зубьями 36 муфты, для соединения входного вала 31 PTU с конической ведомой шестерней 34, как показано на нижней части Фиг. 2. Гильза 42 скользит вдоль оси относительно конической ведомой шестерни 34 RDU. Когда гильза 42 скользит вправо, как показано в верхней части Фиг. 2, она выталкивает зубья 38 муфты из зацепления с зубьями 36 муфты, отсоединяя входной вал 31 PTU от конической ведомой шестерни 34.

На Фиг. 3 показан приводной механизм для муфты 32 расцепления. Муфта 32 установлена в корпусе 44 PTU, соединяемом с картером 46 моста и коробки передач при сборке транспортного средства. Корпус 48 поршня прикреплен к внешней части картера 46 моста и коробки передач. При подаче жидкости под давлением в камеру 50 поршень 52 расцепления может быть перемещен вправо. Вилка 54 расцепления опирается на корпус 44 PTU и скользит по оси относительно моста 12 с коробкой передач и PTU 18. При перемещении поршня 52 выключения вправо он заставляет вилку 54 привода расцепления скользить вправо. Вилка 54 расцепления, в свою очередь, толкает гильзу 42 вправо, что приводит к расцеплению муфты 32. Хотя гильза 42 вращается вместе с ведомой конической шестерней 34, а вилка 54 выключения не вращается, любое сочетание относительной скорости и силы имеет малую продолжительность. После расцепления зубчатой муфты сопротивление на карданном вале приводит к прекращению вращения конической ведомой шестерни. При сбросе давления жидкости в полости 50 возвратная пружина 56 толкает поршень 52 выключения и вилку 54 расцепления влево. Пружина 40 зацепления толкает гильзу 42 влево. В другом варианте осуществления полезной модели пружина 52 не используется, а пружина 40 зацепления толкает гильзу 42, вилку 54 выключения и поршень 52 расцепления влево. В другом варианте осуществления полезной модели пружина между картером 46 коробки передач и поршнем 50 расцепления толкает поршень 54 расцепления влево. Муфта 30 RDU может быть использована для согласования скоростей вращения входного вала 31 PTU и ведомой конической шестерни 34 до попытки зацепления.

Во многих мостах с автоматической коробкой передач для сцепления различных муфт и тормозов применяют жидкость под давлением, что позволяет установить различные передаточные отношения. Следовательно, такие мосты с коробками передач уже имеют источник жидкости под давлением. Объединение привода муфты расцепления и моста с коробкой передач устраняет необходимость в создании отдельного источника давления жидкости. Как показано на Фиг. 4, электромагнитный клапан 58, прикрепленный к внешней стороне картера 46 моста с коробкой передач, регулирует давление в полости 50. Труба 60 подает жидкость под давлением от корпуса клапана моста с коробкой передач в электромагнитный клапан 58. При подаче электрического тока на электромагнитный клапан 58 труба 60 гидравлически соединяется с полостью 50 через трубу 62. При отсутствии подачи электрического тока на электромагнитный клапан 58 полость 46 сообщается с выпускной трубой 64, позволяя жидкости стекать во внутреннюю часть картера 46 моста с коробкой передач. В качестве альтернативы электромагнитный клапан может быть предназначен для соединения полости 50 с выпускной трубой 64 во время подачи электрического тока и с нагнетательной трубой 60 при отсутствии подачи электрического тока.

В альтернативном варианте осуществления полезной модели жидкость может быть направлена в электромагнитный клапан 58 с помощью внутреннего канала. Фиг. 5 представляет собой вид сзади в разрезе картера 46 коробки передач. Ведущий вал 70 коробки передач проходит через картер от картера 72 гидротрансформатора. Входной вал 31 PTU и полуось с пассажирской стороны проходят через картер 12 коробки передач в точке 74. Корпус 76 насоса может быть прикреплен с помощью болтов к внутренней стороне картера коробки передач. Насос 78, находящийся в корпусе 76, обеспечивает подачу жидкости под давлением в корпус клапана коробки передач, который может быть частично или полностью объединен с корпусом насоса. Выступ 80 корпуса насоса расположен напротив электромагнитного клапана 58. Жидкость под давлением может быть направлена из насоса 78 через выступ 80 и далее через просверленное отверстие в картере 46 коробки передач в электромагнитный клапан 58.

Стык между мостом с коробкой передач и PTU, как описано выше, обеспечивает преимущества при изготовлении, проведении испытаний и сборке. Жидкость, используемая в мосте с коробкой передач для привода в действие и смазки, не зависит от жидкости, применяемой для смазки внутри PTU. Мост с коробкой передач и PTU могут быть изготовлены и испытаны по отдельности и соединены друг с другом болтами непосредственно перед установкой в транспортное средство.

Хотя выше приведены иллюстративные примеры вариантов осуществления полезной модели, это не означает, что они описывают все возможные формы, ограниченные пунктами формулы. Конкретные термины использованы исключительно в описательных целях и не являются ограничивающими, и следует понимать, что возможно внесение различных изменений без отступления от объема и сущности предложенного решения. Как было описано выше, характеристические признаки различных вариантов осуществления могут быть объединены для создания других вариантов, не описанных и не изображенных в явном виде. Хотя различные варианты могли быть описаны как предпочтительные или имеющие преимущества перед другими вариантами реализации или применения, известными из уровня техники, по одному или нескольким выборочным параметрам, специалисты в данной области техники поймут, что для достижения общих желаемых характеристик, которые зависят от конкретного варианта применения или реализации, одним или более признаками или характеристиками можно пренебречь. Данные характеристики включают в себя стоимость, прочность, долговечность, затраты за срок службы, пригодность к реализации, внешний вид, упаковку, размер, пригодность к применению, вес, технологичность, простота сборки и т.д. Таким образом, варианты, описанные как менее предпочтительные по сравнению с другими вариантами реализации или использования, известными из уровня техники, по одной или более характеристикам, также входят в объем сущности полезной модели, и могут быть предпочтительными для конкретного варианта осуществления.

1. Мост с коробкой передач транспортного средства, который включает в себя коробку передач, передающую мощность от входного вала на выходной вал с некоторым передаточным числом, картер, поддерживающий коробку передач и содержащий определенный объем жидкости, вспомогательный привод, приспособленный для перемещения гильзы, имеющей опору с внешней стороны картера, а также корпус клапана, выполненный с возможностью распределять жидкость в элементы управления коробки передач для изменения передаточного числа и распределения жидкости во вспомогательный привод.

2. Мост с коробкой передач по п.1, который также содержит дифференциал, опирающийся на картер и предназначенный для ограничения вращения выходного вала на скорости, средней между скоростью вращения первого вала моста и скоростью вращения второго вала моста, причем первый и второй валы моста и выходной вал имеют опору для вращения вокруг оси моста.

3. Мост с коробкой передач по п.2, в котором гильза выполнена с возможностью перемещения параллельно оси моста.

4. Мост с коробкой передач по п.1, в котором указанный привод представляет собой поршень, выполненный с возможностью скольжения относительно картера в зависимости от давления жидкости в камере.

5. Мост с коробкой передач по п.4, который дополнительно содержит трубу, подающую жидкость из корпуса вала, и электромагнитный клапан, выполненный с возможностью попеременного сообщения камеры либо с трубой, либо с внутренней частью корпуса.

6. Мост с коробкой передач по п.5, в котором труба расположена снаружи корпуса.

7. Мост с коробкой передач по п.5, в котором труба расположена внутри корпуса.

РИСУНКИ