用于液压控制回路的球止回阀组件

摘要

本发明涉及用于液压控制回路的球止回阀组件。一种用于球止回阀组件内的流体分配控制元件，球止回阀组件具有阀壳体，阀壳体限定了阀室，和与第二入口开口分开的第一入口开口。控制元件布置在阀室内侧以沿大体上直线的位移路径平移。控制元件包括每个构造为分别流体密封了第一和第二入口开口的第一和第二阻塞元件。控制元件也包括具有幅长度的幅部分，幅部分将第一阻塞元件固定到第二阻塞元件。幅长度构造为在另一个阻塞元件密封另一个相应入口开口时限制第一和第二阻塞元件的一个密封相应入口开口。幅长度进一步构造为最小化控制元件必须沿直线位移路径行进的阀座到阀座距离。

说明书

优先权要求和与相关申请的交叉参考

本申请要求了2007年7月31日提交的美国临时专利申请No60/952,972的权益和优先权，在此通过参考将其完整合并。

技术领域

本发明一般的涉及液压止回阀，且更特定的涉及用于车辆动力总成液压控制单元内的球止回阀，以降低阀座到阀座的平移时间，且因此改进系统的响应时间。

背景技术

一般地，机动车自动变速器包括多个齿轮元件，例如行星齿轮组，以将变速器的输出轴和输入轴联接，且包括相关个数的液压促动的转矩建立设备，例如离合器和制动器(术语“转矩传递设备”经常指离合器和制动器)，它们选择性地可接合以激活以上所述的齿轮元件，以在输入轴和输出轴之间建立希望的向前和后退速度比。发动机转矩和速度通过变速器响应于机动车所需要的牵引动力而被转化。

从一个速度比到另一个速度比的换档响应于发动机节气门和车辆速度进行，且一般地涉及释放与当前的或所获得的速度比相关的一个或多个(待分离的)离合器，且施加与希望的或指令的速度比相关的一个或多个(待接合的)离合器。为进行“减档”，从低速度比向高速度比换档。减档通过将与较低的速度比相关的离合器分离且将与较高的速度比的离合器接合来实现，以因此将齿轮组重组以在较高的速度比下运行。通过以上所述的方式进行的换档称为离合器-离合器换档，且要求精确的定时以实现高质量的换档。

一些变速器构造合并了液压输入设备，例如定位在发动机和变速器之间的转矩转换器。转矩转换器是主要地使用的流体动力的流体联接，以允许当车辆的车轮和变速器齿轮停止时发动机运行而不失速，且在发动机的较低的速度范围内提供转矩倍增。某些转矩转换器组件包括转矩转换器离合器，也已知为锁定离合器，它运行以提供旁通机构，从而允许发动机绕开转矩变换器且将动力直接传递到变速器。

自动变速器的多种液压子系统，例如转矩传动设备、转矩变换器组件、转矩变换器离合器等典型地通过液压回路的运行来控制，该液压回路也已知为液压阀系统。液压回路通过操纵在变速器油泵组件内生成的液压压力常规地接合(促动)或分离(解除激活)多种变速器子系统。在常规的液压控制回路内使用的阀通常包括电液设备(例如，螺线管)、弹簧偏置的蓄能器、弹簧偏置的滑阀和球止回阀。

球止回阀的名称来源于它们使用了球形的流体控制元件，该元件在本领域内称为“球”，以关闭(密封)和打开(解除密封)一个或多个阀口。球止回阀一般地使用在其中希望基于一个或多个物理因素(例如压力梯度)而选择性地将开口密封或解除密封的应用中，且因此允许液压流体在一个方向上流动，且防止液压流体在另一个方向上流动。球止回阀如在此所述不应与球阀混淆，球阀是截然不同的阀组件，其中球用作可控制的转子以停止或引导流体的流动。

在往复型或浮动型球止回阀中，通常存在两个独立的液压(“入口”)回路，该回路构造为供给第三(“排放”或“出口”)回路。在此构造中，当第一入口回路被“加压”且第二入口回路被“排放”时，止回球靠着第二入口就位。因此，第二回路被止回球密封，且排放回路通过第一入口回路被供给以液压流体。相反地，如果第二回路然后被加压且第一回路被排放，则通过生成的压力差异，止回球将从靠着第二入口的就位的位置平移或“浮动”到靠着第一入口的就位的位置。因此，第一入口回路被止回球密封，且排放回路通过第二入口回路被供给以液压流体。另外，当入口回路都不被加压时，必须允许流体从排放回路流动到入口回路的至少一个内，这保证在入口回路都不被加压时排放回路被排放。在其中使用了往复型球止回阀的典型的应用中，相同的转矩传递设备(例如离合器)从两个不同的口接合(即供给以液压流体)。

发明内容

为改进车辆动力总成的效率和响应时间，本发明提供了用于球止回阀组件的新颖的双止回球设计。在下文中描述的双止回球设计降低了流体分配控制元件的阀座到阀座的行进距离且因此降低了使流体分配控制元件在运行模式之间切换所要求的行进时间。这样，本发明提供了更快和更一致的液压流体加压和更平滑更具有响应性的换档。

根据本发明的一个实施例提供了球止回阀组件。球止回阀组件具有阀壳体，阀壳体限定了相互分开的第一开口和第二开口，使得它们的各自的中心分开阀座到阀座的长度。球止回阀组件也包括大体上布置在阀壳体内侧的流体分配控制元件。流体分配控制元件包括构造为流体密封了第一开口的第一阻塞元件和构造为流体密封了第二开口的第二阻塞元件。第一阻塞元件通过具有幅长度的幅部分连接、固定或接附到第二阻塞元件。幅长度构造为在另一个元件定位为密封所述的另一个开口时限制第一和第二阻塞元件的一个密封其相应开口。

根据本实施例的一个方面，流体分配控制元件在第一开口和第二开口之间沿大体上直线位移路径平移。在此情况中，幅长度优选地构造为最小化沿直线位移路径的阀座到阀座的行进距离。阀座到阀座的行进距离是流体分配控制元件必须从一个就位位置(例如密封了第一开口)平移到另一个就位位置(例如密封了第二开口)行进的长度。

根据另一个方面，第一和第二阻塞元件分别包括第一和第二大体上球形的构件。在此方面中，幅长度构造为使得在第一和第二球形构件的各自的中心之间的中心到中心长度小于阀座到阀座的长度。特别地，优选的是中心到中心长度大致上小于阀座到阀座长度1mm。

根据本实施例的再另一个方面，流体分配控制元件的特征在于缺少到阀壳体的连续连接。也可以优选的是流体分配控制元件基本上包括单件构件。

根据本发明的另一个实施例提供了用于车辆动力总成的液压控制回路内的球止回阀组件。球止回阀组件包括阀壳体，阀壳体限定了阀室，侧向地相互分开的第一和第二入口开口，使得它们的各自的中心分开阀座到阀座的长度，和选择地与第一和第二入口开口流体连通的排放口。流体分配控制元件布置在阀室内侧以在第一和第二开口之间沿大体上直线的位移路径平移。流体分配控制元件包括构造为流体密封第一入口开口的第一阻塞元件和构造为流体密封第二入口开口的第二阻塞元件。第一阻塞元件通过具有幅长度的幅部分连接、固定或接附到第二阻塞元件。幅长度构造为在另一个阻塞元件密封另一个相应入口开口时限制第一和第二阻塞元件的一个密封其相应入口开口。幅长度也构造为最小化沿直线位移路径的阀座到阀座的行进距离。

根据本实施例的一个方面，第一和第二阻塞元件分别包括第一和第二大体上球形的构件。在此方面中，幅长度构造为使得第一和第二球形构件的各自的中心之间的中心到中心的长度小于阀座到阀座的长度。特别地，优选的是中心到中心的长度大致小于阀座到阀座长度1mm。

根据本发明的再另一个实施例提供了用于车辆动力总成的液压控制单元内的球止回阀组件。球止回阀组件包括阀壳体，阀壳体带有可运行地固定到阀上体的定间隔板以在其间限定阀室。定间隔板限定了第一和第二侧向相互分开的圆形入口开口，使得它们的各自的中心分开阀座到阀座的长度。阀上体限定了与第一和第二入口开口选择地流体连通的排放口。

流体分配控制元件布置为大体上在阀室内侧以在第一和第二开口之间沿大体上直线的位移路径平移。流体分配控制元件包括第一大体上球形的构件，其定尺寸为当就位在第一入口开口内时流体密封第一入口开口，还包括第二大体上球形的构件，其定尺寸为当就位在第二入口开口内时流体密封第二入口开口。第一和第二大体上球形的构件通过具有幅长度的幅部分相互接附。幅长度构造为使得在第一和第二球形构件的各自的中心之间的中心到中心的长度大体上等于和小于阀座到阀座长度。另外，流体分配控制元件的特征在于缺少到阀壳体的连续的连接，即定间隔板或阀上体。

本发明的以上的特征和优点和其他特征和优点将从如下的对优选实施例和用于执行本发明的最佳模式的详细描述中结合附图和附带的权利要求书容易地显见。

附图说明

图1是使用了本发明的典型的动力总成系统的示意图；

图2是用于建立在图1中示出的多种液压部件和子系统的接合和分离的液压控制系统的部分的示意性表示；

图3A是根据本发明的优选的实施例的双止回球止回阀组件的截面图示，图中图示了处于密封了第一入口的第一就位位置的双止回球；和

图3B是图3A的双止回球止回阀组件的截面图示，图中图示了处于密封了第二入口的第二就位位置的双止回球。

具体实施方式

本发明在此结合典型的汽车动力总成描述，动力总成为通过多速比动力变速器通过运行电液控制系统而可运行地连接到最终驱动系统的发动机。特别地，在图1中示出的齿轮组及其控制元件已经相当地简化，应理解的是关于差速齿轮组、流体压力布线等的进一步的信息可以在现有技术中找到。此外，应容易地理解的是图1仅是代表性应用，通过该应用可以合并本发明。这样，本发明不限制于图1的特定的构造。最后，在此提供的附图，即图1至图3B未按比例绘制且仅为解释目的而提供。因此，在此给出的附图的具体尺寸不考虑为限制性的。

参考附图，其中在数个附图中类似的参考数字指示了相同的或类似的部件，图1示意性地图示了一般地由参考数字10指示的汽车动力总成，包括例如发动机12的原动机，多速动力变速器14和通过输入轴18将发动机12流体联接到变速器14的转矩变换器组件16。转矩变换器离合器(或TCC)19示出为在转矩变换器组件16的下游处。TCC 19选择地接合以提供发动机12和变速器输入轴18之间的直接的机械联接。虽然未要求，但瞬态转矩阻尼器(未示出)可以实施在发动机12和变速器输入轴18之间。

变速器输出轴20以数种常规的方式的任何方式联接到车辆的驱动轮(未示出)。图1描绘了四轮驱动(4WD)的应用，其中变速器输出轴20连接到分动箱21，分动箱21联接到后驱动轴R和前驱动轴F。典型地，分动箱21可手动变换，以选择地建立数个驱动条件之一，包括两轮驱动和四轮驱动的多种组合，和高速或低速范围，其中在两轮和四轮驱动条件中间发生空档条件。可认识到，本发明也可以合并到在图1中未图示的另外的应用，包括但不限制于全轮驱动车辆(AWD)，两轮驱动车辆(2WD)等。

变速器14利用了多个不同的齿轮组，优选地具有第一、第二和第三相互连接的行星齿轮组，它们分别总体上以23、24、25指示，以在变速器输入轴18和输出轴20之间建立希望的前进和后退速度比。第一行星齿轮组23包括外齿轮构件29，外齿轮构件29典型地称为齿圈，它围绕了典型地称为太阳轮的内齿轮构件28，还包括行星架组件30。行星架组件30包括多个可旋转地安装在行星架构件上且布置为与太阳轮构件28和齿圈构件29成啮合关系的小齿轮27。

第二行星齿轮组24包括与太阳轮构件31和行星架组件33同轴地布置且相对于它们可旋转的齿圈构件32。行星架组件33包括多个可旋转地安装在行星架构件上且布置为与太阳轮构件31和齿圈构件32成啮合关系的小齿轮37。

类似于第一齿轮组23和第二齿轮组24，第三行星齿轮组25包括围绕了太阳轮构件34和行星架组件36的齿圈构件35。行星架组件36包括多个可旋转地安装在行星架构件上且布置为与太阳轮构件34和齿圈构件35成啮合关系的小齿轮41。以上所述的行星架的每个可以是单小齿轮(简单的)行星架组件，或双小齿轮(或复合的)行星架组件。

仍参考图1，输入轴18连续地连接到第一齿轮组23的太阳轮28，通过离合器C1选择地可连接到第二齿轮组24和第三齿轮组25的太阳轮31、34，且通过离合器C2选择地可连接到第二齿轮组24的行星架组件33。第一齿轮组23、第二齿轮组24和第三齿轮组25的齿圈29、32、35分别通过制动器C3、C4和C5选择地可连接到静止构件，例如变速器壳体或外壳42。

在图1中示出的实施例中，离合器C1至C5是流体操作的(例如液压的)，优选地为多板摩擦设备。离合器C1至C5的状态(即完全接合、部分接合或分离)可以控制为提供六个前进速度比(1、2、3、4、5、6)，后退速度比(R)和空档条件(N)。例如，第一前进速度比通过接合离合器C1和C5实现。从一个前进速度比到另一个前进速度比的减档一般地通过分离一个离合器(称为待分离的离合器)同时接合另一个离合器(称为待接合的离合器)来实现。例如，通过分离离合器C4同时接合离合器C5将变速器14从第二前进速度比减档到第一前进速度比。

转矩转换器离合器19和变速器离合器C1至C5由图1中一般地标识为44的电液控制系统控制。控制系统44的液压部分包括将液压流体49从池或存储器48抽取的泵46和压力调节器50，压力调节器50又将泵的输出的部分返回到存储器48以在管线52内建立经调节的压力。控制系统44的液压部分也包括次级压力调节器阀54，通过车辆的操作者操纵的手动阀56，和多个流体控制阀，在此通过第一阀58、第二阀60、第三阀62和第四阀64分别表示。每个控制阀构造为将流体以完全供给状态或调节状态提供到其各自的离合器C1至C5的施加室91。

电液控制系统44的电子部分主要由变速器控制单元或控制器66限定，该控制器66在图1中描绘为基于微处理器且具有常规结构的控制器。变速器控制单元66至少部分地基于多个输入68控制了流体控制阀58至64，以实现希望的变速器速度比。这样的输入例如包括表示了变速器输入速度(TIS)的信号，驾驶员转矩指令(TQ)，变速器输出速度(TOS)，和液压流体温度(TSUMP)。传统地用于给出这样的信号的传感器本质上可以是常规的，且这些传感器为简化被省略。

手动阀56的控制杆82联接到传感器和显示器模块84，该模块84基于控制杆82的位置在线路86上产生了诊断信号；这样的信号通常称为“PRNDL信号”，因为它指示了车辆驾驶员选择了变速器的范围(P、R、N、D或L)哪个。最后，一个或多个流体控制阀或继动阀60提供有多个压力开关，例如74、76、78，以基于每个继动阀60的各位置将诊断信号例如通过线路80供给到控制单元66。控制单元66又监测了多种诊断信号，其目的是验证多种受控元件的正确运行。

图1的流体控制阀58至64一般地特征为“开/关”或调制类型。流体控制阀60包括一组开/关继动阀(在图1中一起描绘为实线方框)，它们与手动阀56相协调地被利用以仅以两个被调制的阀62、64实现离合器C1至C5的受控的接合和分离。对于任何选中的速度比，控制单元66激活了继动阀60的特定的组合，以将被调制的阀62、64的一个联接到待接合的离合器，且将被调制的阀62、64的另一个联接到待分离的离合器。被调制的阀62、64每个包括常规的压力调节器阀(未示出)，该压力调节器阀由可变先导压力偏置，先导压力通过电流受控的加力马达(未示出)建立。流体控制阀58也是被调制的阀。阀58控制了在管线70、72内的到转换器离合器19的流体供给路径，以选择地接合和分离转换器离合器19。

图1的变速器控制单元66构造为其中确定用于平滑地接合待接合离合器同时平滑地分离待分离离合器的指令，以因此从一个速度比换档到另一个速度比。变速器控制单元66建立了相应的加力马达电流指令，且根据电流指令将电流供给到各自的加力马达。因此，离合器C1至C5通过阀58至64及其各自的促动元件(例如，螺线管，电流控制的加力马达)响应于压力指令，如在下文中参考图2更详细地描述。

图2提供了用于控制图1的变速器14的液压部件和子系统(例如，转矩变换器组件16，TCC 19，离合器C1至C5等)的接合和分离的液压控制系统44的部分的示意性表示。更特定地，根据本发明的往复型球止回阀组件100(在此也成为“止回阀”或“阀组件”)示出为与液压“开/关”阀(后文中称为滑阀150)经排放口118通过控制孔154流体连通。止回阀100和滑阀150部分地限定了“换档阀系统”，如将在下文中进一步解释，其是多路的，以控制例如图1的离合器C1至C5的一个或多个转矩传递设备的接合和分离。控制孔54用于调节控制介质进入填充腔158内的流量(例如，以加仑/分钟或立方英寸/秒为单位)。

滑阀150包括滑阀活塞156(或“阀槽”)，其可滑动地在滑阀壳体162内侧延伸且相对于其同轴地定向，滑阀壳体162具有纵向形式且一般地具有圆柱形构造。作为其轴向延伸，存在填充腔158和同轴地布置在滑阀壳体162的相对端处的壳体空间160。壳体空间160容纳了偏置构件152，偏置构件152例如包括压缩弹簧设备，压缩弹簧设备使其两端分别靠着阀壳体162的远端172和滑阀活塞156的弹簧座表面170支承。

多个阀道164在外周打开到布置在填充腔158和壳体空间160之间的滑阀壳体162的中间部分内。类似地，多个流体通道166在外周打开到布置在填充腔158和壳体空间160之间的滑阀壳体162的中间部分内，选择地与多个阀道164的一个或多个流体连通。流体通道166通到液压控制系统44的外部连接侧，其中流体管线或管道(未图示)可以连接到系统的其他部分(例如，图1的离合器C5)。

滑阀活塞156分别包括大体上圆柱形的第一、第二、第三、第四、第五和第六平台部分174、176、178、180、182和184，它们分别由大体上圆柱形的相应第一、第二、第三、第四和第五沟槽部分186、188、190、192和194分开。弹簧座196从第一平台174的弹簧座表面170大体上垂直地延伸，且壳体连接件198大体上从第六平台184垂直地延伸。

根据图2的布置，通过将其压力大于偏置构件152的返回力的控制介质(例如，图1中的液压流体49)引入到填充腔158内而将滑阀活塞156接合(即在相对于图2的向左的方向上被推动)。滑阀活塞156在滑阀壳体162内的侧向平移(即向左移动)将阀道164的一个或多个与相应流体通道166的一个或多个流体连通，以液压地促动相应的变速器部件(例如，图1的离合器C1至C5)。滑阀活塞156在滑阀壳体162内的相同的侧向平移也通过将相应平台部分(例如，平台174至184)定位在其间消除了阀道164的一个或多个与相应流体通道166的一个或多个之间的流体连通，以阻止流体的流动。滑阀活塞156的返回移动(即相对于图2的向右移动)通过填充腔158排空而由于偏置构件152的返回力实现。

如以下关于图3A和图3B详细地描述，止回阀100确定了加压流体是否从第一液压回路130通过第一供给或入口开口144供给到填充腔158(在此为解释性目的通过图2中虚线箭头F1描绘)，或是否加压流体从第二液压回路132通过第二供给或入口开口116供给到填充腔158(在此为解释性目的通过图2中实线的箭头F2描绘)。通过第一入口开口114进入止回阀组件100的加压的控制介质(例如，箭头F1)的压力优选地大于通过第二入口开口116进入阀壳体101的控制介质(例如，箭头F2)的压力。

图3A和图3B是图2的双止回球止回阀组件100的截面图示。止回阀组件100包括阀壳体101，阀壳体101在此通过控制阀上体102的部分和定间隔板104限定。阀壳体101的定间隔板104部分又限定了通过它的第一入口开口114和第二入口开口116；如在图2中所示定向以将加压的控制介质(例如图1的液压流体49)从相应第一液压回路130和第二液压回路132传递到填充腔，例如图2的填充腔158。在类似的方面，阀壳体101的控制阀上体102部分限定了排放口118，排放口118将止回阀组件100与填充腔158(图2)流体连通。虽然在图3A至图3B中描绘为合并到“浴盆”飘浮止回阀构造，但本发明的双止回球设计可以合并到其他止回阀构造中，包括但不限制于孔止回阀等，而不偏离所要求的本发明的范围。

在止回阀组件100内也包括了流体分配控制元件，或“双止回球”106，它包括在此描述为第一球形构件108的第一阻塞元件，第一阻塞元件通过中心幅部分112连接、固定或接附到第二阻塞元件，第二阻塞元件在此描绘为第二球形构件110。如将在下文中更详细地描述，第一球形构件108和第二球形构件110每个构造为分别与第一入口开口114和第二入口开口116接合、相互作用或匹配，且因此将第一入口开口114和第二入口开口116流体密封。

双止回球106布置在阀室126内侧且可运行以侧向地在第一就位位置和第二就位位置之间平移，如在图3A和图3B中分别示出，以用于交替地打开和关闭第一入口开口114和第二入口开口116，以因此选择地将排放口118以来自第一液压回路130或第二液压回路132的液压流体加压。例如参考图3A，当加压的控制介质通过第二入口开口116进入阀室126(例如，箭头F2)且作用在第二球形构件110上时，双止回球106在向左的方向上沿大体上直线路径被推动，在此以箭头A1指示。同时，第一液压回路130被排放，从而造成了越过第一入口开口114的压力梯度，从而将第一球形构件108拉入到就位位置，因此将第一入口开口114流体密封。相反，当加压的控制介质通过第一入口开口114进入阀室126(例如，箭头F1)且作用在第一球形构件108上时，双止回球106在向右的方向上沿大体上直线路径被推动，在此以图3B中的箭头A2指示。同时，第二液压回路132被排放，从而造成了越过第二入口开口116的压力梯度，从而将第二球形构件110拉入到就位位置，因此将第二入口开口116流体密封。

双止回球106限定了一定的几何特征，该几何特征可取决于止回阀组件100的意图中的应用和阀体101的特定的构造而选择地修改。例如，幅部分112的长度120设计为限制双止回球106在任何一个时间密封第一入口开口114和第二入口开口116两者。另外，幅部分112的长度120构造为降低使第一球形构件108和第二球形构件110从不就位不密封的位置(例如，在图3A中的球形构件110)平移到就位的密封的位置(例如，图3B中的球形构件110)所要求的行进距离。优选地，幅部分112的长度120设计为使得双止回球106的中心到中心的长度124(即从第一球形构件108的中心C1到第二球形构件110的中心C2，如在图3B中示出)大体上等于但小于(在大约1mm的量级上)在第一入口开口114和第二入口开口116的中心点之间的阀座到阀座的长度122(也在图3B中显示)，因此最小化了阀座到阀座的距离，且因此最小化了双止回球106的阀座到阀座行进时间，同时总是允许至少一个路径从填充腔158排放机油。实际上，阀座到阀座距离是双止回球106在从一个就位位置(例如，在第一入口开口114内就位的第一球形构件108，图3A)平移到另一个就位位置(例如，在第二入口开口116内就位的第二球形构件110，图3B)时必须行进的空间。

在类似的方面中，每个第一和第二阻塞元件(即，第一球形构件108和第二球形构件110)的几何构造使得当就位在它们各自的入口开口114种116时(如以上所述的参考图3A和图3B描述)，造成了压力紧密封。例如，第二球形构件110的直径142(如在图3A中可见)相对于第二入口开口116的直径146定尺寸，以因此在第二球形构件110在其上就位时造成流体密封。类似地，参考图3B，第一球形构件108的直径140相对于第一入口开口114的直径144定尺寸，以因此当第一球形构件108在其上就位时造成流体密封。

根据优选的实施，双止回球106的特征在于缺少到阀壳体101的连续连接。换言之，没有连接件将双止回球106接附到上阀体102或定间隔板104的任一个部分。此外，双止回球106优选地包括单件构件，从而消除了为实现正确运行的例如分开的偏置构件(例如，弹簧)控制臂或导向件的不必要的部件。虽然在图3A和图3B中描绘为具有大体上球形的设计，但第一和第二阻塞构件可以具有其他几何构造，例如半球形、泪珠等，而不偏离所要求的本发明范围。

虽然用于执行本发明的最佳模式已经在此详细描述，但本发明所属的领域的一般技术人员将认识到在附带的权利要求的范围内的用于实行本发明的多种替代的设计和实施例。