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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeuggetriebe mit einem hydraulischen Kreislauf mit einer absperrbaren Pumpe zur Betätigung einer Kupplung und Druckspeicher zur Bereitstellung eines rückseitigen Verstärkerdrucks.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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In einem Fahrzeug mit Automatikgetriebe bringt eine Kupplungsanordnung eine rotierende Maschinen-Kurbelwelle in ruhiger bzw. glatter Weise mit einer stationären Antriebswelle zur Kraftübertragung auf die Antriebsräder in Eingriff und bringt die jeweiligen Wellen auch wieder außer Eingriff, um eine Kraftübertragung zwischen diesen zu unterbrechen und so beispielsweise ein ruhiges Umschalten zwischen verschiedenen Gängen eines Planetengetriebes zu erlauben. Hierzu ist es aus den Druckschriften
US 4,856,381 A und
DE 38 33 623 A1 bekannt, hydraulische Druckspeicher in Fluidverbindung mit einer Kupplung vorzusehen, um Druckspitzen dämpfen bzw. kompensieren zu können. Kupplungsanordnungen oder Kupplungen sind drehmomentübertragende Vorrichtungen mit einer Reihe von Reibelementen, d. h. einem Kupplungsstapel, der innerhalb eines Kupplungsgehäuses gelegen ist und durch einen Kupplungskolben betätigt wird, wobei der Kolben durch Zuführung eines Hydraulikfluids angetrieben bzw. mit Energie versorgt wird. Das zugeführte Hydraulikfluid wird typischerweise durch eine regelbare Pumpe mit Druck beaufschlagt. Wird der Druck der Hydraulikkupplung reduziert, so wird die Kupplung gelöst bzw. ausgerückt, und ebenso wird bei Erhöhung des Kupplungsdrucks die Kupplung betätigt bzw. eingerückt. Das Hydrauliksystem kann weiterhin entsprechend regelbar sein, um andere Getriebekomponenten, wie etwa eine spezielle Kupplung oder eine Reihe von Kupplungen innerhalb des Automatikgetriebes zu betätigen.
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Ein Beispiel einer solchen hydraulisch betätigten Kupplung ist eine verriegelte, pumpenbetätigte Kupplung (latched-pump applied clutch – LPAC). In einem Automatikgetriebe mit einer LPAC-Kupplung betätigt ein regelbarer Pumpendruck die LPAC-Kupplung, während ein Sperrventil schließt, um dadurch eine zugeführte Menge von druckbeaufschlagtem Hydraulikfluid innerhalb des LPAC-Kreises einzufangen und im Wesentlichen abdichtend darin einzuschließen. Nachdem ein geeigneter Kupplungsanpressdruck innerhalb des LPAC-Kreises eingefangen bzw. abdichtend darin festgehalten worden ist, kann der regelbare Druck in dem Haupt-Pumpenkreis bei Bedarf entsprechend reduziert werden, um Drehverluste anderswo in dem Getriebe zu minimieren, ohne dass sich dabei der in dem LPAC-Kreis verfügbare Kupplungsanpressdruck verringert.
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Eine undichte Stelle bzw. eine Reihe undichter Stellen innerhalb eines abgedichteten LPAC-Kreises kann zu einer Abnahme bzw. Reduzierung des verfügbaren Kupplungsanpressdrucks führen, wobei die Auswirkung je nach Schweregrad und/oder Anzahl der undichten Stellen in dem Kreis variieren kann. Ein Ausströmen bzw. Vorbeiströmen könnte an verschiedenen Stellen in dem Kreis erfolgen, und zwar unter anderem um die Kolbendichtungen, die Ventilgehäusedichtungen und um verschiedene Komponentenverbindungen herum, innerhalb von Sperrventilen, oder durch die inhärente Porosität von Getriebekomponenten aus Guss. Solche undichten Stellen können, insbesondere in einem relativ starren System bzw. einem System mit geringer Nachgiebigkeit, zu einer Erschöpfung des in dem LPAC-Kreis verfügbaren Kupplungsanpressdrucks führen. Insbesondere im Fall einer Anwendung bei einer Drehkupplung, d. h. wenn ein feststehender Kolben dazu verwendet wird, um mit einem rotierenden Kupplungsstapel in Eingriff zu treten oder gegen diesen zu drücken, wird üblicherweise eine Mehrzahl von Drucklagern verwendet, um eine relative Bewegung ohne ein übermäßig verstärktes Nachschleppen zu erlauben. Unter diesen Umständen kann sich jedoch mit zunehmendem Kupplungsanpressdruck der Drehverlust der Drucklager erhöhen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Demgemäß wird ein Fahrzeuggetriebe geschaffen, das die Merkmale des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 4 aufweist.
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In einem Aspekt der Erfindung weist der LPAC-Kreis ein Wegeventil auf, das in Fluidverbindung mit der regelbaren Pumpe und dem Druckspeicher steht, um dem Druckspeicher einen rückseitigen Verstärkerdruck zuzuführen.
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In einem anderen Aspekt der Erfindung weist der LPAC-Kreis ein leckfreies Sperrventil in Fluidverbindung mit der regelbaren Pumpe und dem Kupplungskolben auf, um dem LPAC-Kreis einen Kupplungsanpressdruck zuzuführen.
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In einem anderen Aspekt der Erfindung steht eine regelbare, elektromechanische Vorrichtung mit dem Druckspeicher in Wirkverbindung, um in unabhängiger Weise unmittelbar eine Kraft bzw. einen Verstärkerdruck auszuüben und so einen innerhalb eines entleerbaren Druckspeichers angeordneten Kupplungsanpresskolben zu betätigen.
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Die obigen Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich mit größerer Deutlichkeit aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung der besten Umsetzungsarten der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1A ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Hydraulikkreises;
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1B ist eine Tabelle, die den Betrieb des Hydraulikkreises aus 1A beschreibt;
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2 ist eine schematische Darstellung eines Hydraulikkreises gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung;
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3 ist ein Graph, der drei diskrete Verriegelungsdruckpegel (TPLs) für eine LPAC-Kupplung über eine repräsentative Zeitdauer hinweg zeigt; und
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4 ist ein Graph, der ein LPAC-System mit einem diskreten Verriegelungsdruckpegel und einem rückseitigen Druckspeicherdruck gemäß der Erfindung zeigt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In den Zeichnungen, auf welche nun Bezug genommen wird und in denen gleiche Bezugszahlen sich über die verschiedenen Figuren hinweg auf gleiche oder ähnliche Komponenten beziehen, ist in 1A ein Hydraulikpumpen-Hauptkreis 15 gezeigt, der in Fluidverbindung mit einem hydraulischen Kreislauf mit einer absperrbaren Pumpe zur Betätigung einer Kupplung (LPAC-Kreis) 10 steht. Der Pumpen-Hauptkreis 15 umfasst eine regelbare Hydraulikpumpe 28, die mit einem Hauptsammelbehälter 32 in Wirkverbindung steht. Bei der Pumpe 28 handelt es sich vorzugsweise um eine Verdrängerpumpe, es kann alternativ dazu aber auch eine Konstantpumpe, eine Verstellpumpe oder eine andere zur Verwendung in einem Automatikgetriebe geeignete Pumpe zum Einsatz kommen. Der Hauptsammelbehälter 32 enthält Hydraulikfluid 48, das in 1A durch gestrichelte Linien in dem Sammelbehälter 32 dargestellt ist. Das Fluid 48 wird durch einen ersten Fluiddurchgang 36 hindurch aus dem Sammelbehälter 32 herausgesaugt, dann durch die Pumpe 28 auf einen durch den Pfeil 29 dargestellten, geregelten Druck gebracht, um mit einem zweiten Fluiddurchgang 37 in Fluidverbindung zu stehen. Der zweite Durchgang 37 steht in Fluidverbindung mit einem dritten und einem vierten Fluiddurchgang 38, 39 des LPAC-Kreises 10 und versorgt wahlweise zusätzliche Kreisläufe zur Kupplungsbetätigung oder andere Komponenten.
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Der dritte Fluiddurchgang 38 steht in Fluidverbindung mit einem ersten Ventil 18, vorzugsweise einem solenoidbetätigten, leckfreien Sperrventil, welches entsprechend betreibbar ist, um ein Fluid 48 mit einem geregelten Fluiddruck (Pfeil 29) von dem Pumpen-Hauptkreis 15 dem LPAC-Kreis 10 zuzuführen, dann zu verriegeln bzw. zu schließen, um dadurch den Leitungsdruck in Form von druckbeaufschlagtem Fluid 48 wie benötigt innerhalb des Kreises 10 einzufangen und abdichtend einzuschließen, wo der Druck des Fluids 48 dann dazu verwendbar ist, den durch den Pfeil 23 dargestellten Kupplungsanpressdruck des Fluids 48 zu beeinflussen. Zusätzlich steht ein vierter Fluiddurchgang 39 in Fluidverbindung mit einem zweiten Ventil 22, vorzugsweise einem solenoidbetätigten Wegeventil, welches entsprechend betreibbar ist, um zwischen zwei Primärzuständen (offen/geschlossen) hin- und herzuschalten bzw. zu wechseln, und weiterhin entsprechend ausgelegt ist, um wahlweise das Fluid 48 zu entleeren bzw. zurück in den Sammelbehälter 32 zu leiten. Zusätzlich steht ein fünfter Fluiddurchgang 24 mit dem zweiten Ventil 22 und mit einem Druckspeicher 20 in Fluidverbindung, wobei der Druckspeicher 20 zwischen dem Durchgang 24 und einem sechsten Fluiddurchgang 16 angeordnet ist.
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Bei dem Druckspeicher 20 handelt es sich um einen Vorratsbehälter zum Speichern von Druck, welcher druckbeaufschlagtes Fluid 48 fasst, vorzugsweise in Form einer federbelasteten Ausführung, bei welcher einer Druckspeicherfeder 13 durch den Druck des Fluids 48 Energie zugeführt wird, so dass diese eine Druckkraft bzw. einen rückseitigen Verstärkerdruck, dargestellt durch den Pfeil 21, auf einen Druckspeicherkolben 17 ausübt, welcher innerhalb des Volumens des Druckspeichers 20 angeordnet ist. Der Druckspeicher 20 steht in Fluidverbindung mit einem sechsten Fluiddurchgang 16, wobei der Druckspeicher 20 weiterhin entsprechend betreibbar ist, um einen anweisbaren, rückseitigen Reserve-Verstärkerdruck (Pfeil 21) des Fluids 48 innerhalb des Volumens des Druckspeichers 20 aufzubauen bzw. aufzustauen, damit der Kupplungsanpressdruck (Pfeil 23) rasch ergänzt bzw. verstärkt werden kann, wenn dies erforderlich ist, wie etwa während eines leckbedingten Druckverlustes innerhalb des LPAC-Kreises 10. Der sechste Fluiddurchgang 16 schließlich steht in Fluidverbindung mit einem Kupplungszylinder 30, der einen darin angeordneten Kupplungskolben 14 aufweist, wobei der Kupplungskolben 14 entsprechend betreibbar ist, um mit einer sich drehenden Hydraulikkupplung 12 in Eingriff zu treten, wenn er betätigt wird.
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Ein Faktor beim Entwurf eines LPAC-Kreises, wie weiter oben und durch 1A beschrieben, ist der Kompromiss zwischen der Ansprechzeit des Kupplungsanpresskreises und beispielsweise den Drehverlusten durch die Drucklager 50, 51, die auf beiden Seiten der Kupplung 12 innerhalb des LPAC-Kreises 10 angeordnet sind. Wenn beispielsweise ein Kupplungsanpressdruck (Pfeil 23) auf die maximale Auslegungskapazität der Kupplung 12 eingestellt ist, so ergeben sich daraus relativ hohe Drehverluste, und zwar insbesondere durch die Drucklager 50, 51 des LPAC-Kreises 10. Gleichermaßen können, wenn der Kupplungsanpressdruck (Pfeil 23) auf einen idealeren Punkt von knapp unterhalb der maximalen Auslegungskapazität der Kupplung eingestellt ist, Drehverluste durch die Drucklager 50, 51 dadurch minimiert werden, wobei jedoch hier ein vorübergehender Anstieg bzw. eine Spitze bei dem Getriebe-Drehmoment zu einer erhöhten Wahrscheinlichkeit eines Kupplungsschlupfes führen kann. Daher weist eine LPAC-Kupplung, um während vorübergehender Perioden mit erhöhtem Bedarf an Drehmomentkapazität einen Ausgleich zwischen Drehverlust und Ansprechzeit zu finden, vorzugsweise eine Mehrzahl von diskreten Kupplungs-Drehmomentkapazitätsstufen auf, wie in 3 veranschaulicht.
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In 13, auf welche nun Bezug genommen wird und welche die verschiedenen, mit der Ausführungsform aus 1A verfügbaren Betriebszustände zeigt, in denen ein Schiebemagnetventil mit zwei Zuständen als Ventil 22 verwendet wird, zeigt der Zustand 1 eine Kupplung 12 im Prozess des Einrückens, d. h. die Einrückung der Kupplung ist bereits eingeleitet, jedoch noch nicht zur Gänze vollendet, das Ventil 18 öffnet und das Ventil 22 schließt. In diesem Anfangszustand wird durch den geregelten Druck (Pfeil 29) des Pumpen-Hauptkreises 15 der Kupplungsanpressdruck (Pfeil 23) des Fluids 48 innerhalb des LPAC-Kreises 10 aufgebaut bzw. erhöht. Beim Eintritt in den Zustand 2 ist eine Kupplung 12 zur Gänze eingerückt. Das Ventil 18 wird geschlossen, um den Kupplungsanpressdruck (Pfeil 23) des Fluids 48 innerhalb des Kupplungsanpresszylinders 30 zu verriegeln bzw. abdichtend einzuschließen. Das Ventil 22 kann dann geöffnet werden, wodurch ermöglicht wird, dass der Druckspeicher 20 als Elastizitätsvorrichtung fungiert. Der Druckspeicher 20 steht auch in Wirkverbindung mit dem geregelten Druck (Pfeil 29) des Fluids 48 und ist somit in der Lage, einen rasch verfügbaren, rückseitigen Verstärkerdruck (Pfeil 21) des Fluids 48 bereitzustellen, um die Drehmomentkapazität der Kupplung 12 abzustimmen/anzupassen, ohne das Ventil 18 zu öffnen, und zwar insbesondere in Situationen, die rasche, vorübergehende Drehmomentkapazitätsanstiege bzw. -spitzen erfordern, wie dies in dem Graph aus 4 dargestellt ist.
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Durch eine beschreibungsgemäße Verwendung des Druckspeichers 20 wird dem LPAC-Kreis 10 eine Elastizität bzw. ein Rückfedervermögen verliehen, so dass beispielsweise eine kleine Undichtigkeit oder Undichtigkeiten innerhalb des Kreises eine geringere negative Auswirkung auf die verfügbare Kupplungs-Drehmomentkapazität bzw. auf den verfügbaren Kupplungsanpressdruck (Pfeil 23) des Fluids 48 haben, was dazu beiträgt, die Ansprechzeit der LPAC-Kupplung und das daraus resultierende gute Fahrverhalten des Fahrzeugs aufrechtzuerhalten. Bei dem Kupplungskolben 14 handelt es sich vorzugsweise um einen nicht-rotierenden Kolben, der eine doppelseitige Fluiddichtung verwendet, um das Potential für ein Entweichen oder Vorbeifließen von Fluid innerhalb des Kupplungszylinders 30 zu minimieren. Der rückseitige Verstärkerdruck (Pfeil 21) des Fluids 48 ist anweisbar, wenn der Kupplungsanpressdruck (Pfeil 23) des Fluids 48 unzureichend ist, um die Kupplung 12 während vorübergehender Perioden mit erhöhtem Bedarf an Drehmomentkapazität ordnungsgemäß einzurücken, wie beispielsweise während eines Gasgabezustands wie in 4 gezeigt.
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Während die sich drehende Kupplung 12 beginnt, auszurücken, jedoch noch nicht zur Gänze ausgerückt bzw. außer Eingriff ist, tritt der LPAC-Kreis 10 in den Zustand 3 ein, in welchem beide Ventile 18, 22 gegenüber dem geregelten Druck (Pfeil 29) offen sind und der rückseitige Verstärkerdruck (Pfeil 21) des Fluids 48 innerhalb des Druckspeichers 20 durch das Ventil 22 zu dem Sammelbehälter 32 hin abgelassen wird. Die Kupplung 12 erreicht dadurch das Niveau des geregelten Drucks (Pfeil 29) des Fluids 48, bis sie zur Gänze ausgerückt ist bzw. sich in Zustand 4 aus 1B befindet. Beim Eintritt in den zur Gänze ausgerückten Zustand werden die Ventile 18, 22 beide geschlossen, ist der Kupplungsanpressdruck (Pfeil 23) des Fluids 48 minimal, und ist der rückseitige Verstärkerdruck (Pfeil 21) des Fluids 48 in dem Druckspeicher 20 zur Gänze entleert. Der Einrück-/Ausrückzyklus kann dann wie weiter oben beschrieben wiederholt werden.
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In einer in 2 gezeigten, zweiten Ausführungsform, in welcher ein Hydraulikpumpen-Hauptkreis 115 in Fluidverbindung mit einem hydraulischen Kreislauf mit einer absperrbaren Pumpe zur Betätigung einer Kupplung (LPAC-Kreis) 110 steht, führt eine elektromechanische Vorrichtung 40 einem Hydraulik-Druckspeicher 120 innerhalb des LPAC-Kreises Energie zu bzw. beaufschlagt diesen mit Druck, indem sie auf direkte Weise Kraft auf einen Druckspeicherkolben 117 ausübt, der innerhalb des Volumens des Druckspeichers 120 angeordnet ist. Eine regelbare Pumpe 128 steht über einen ersten Durchgang 136 mit einem Hauptsammelbehälter 132 in Fluidverbindung, welcher das Hydraulikfluid 148 enthält. Die Pumpe 128 bringt ein Fluid 148 auf einen geregelten Druck, der durch den Pfeil 129 dargestellt ist, und überträgt das Fluid 148 durch einen zweiten Fluiddurchgang 137, durch einen dritten Fluiddurchgang 138 und zu einem Ventil 118, vorzugsweise einem leckfreien Sperrventil, das entsprechend betreibbar ist, um einen geregelten Druck (Pfeil 129) von einem Pumpen-Hauptkreis 115 einem LPAC-Kreis 110 zuzuführen. Dann verriegelt bzw. schließt das Ventil 118, um dadurch den geregelten Druck wie benötigt innerhalb des Kreises 110 einzufangen und abdichtend darin einzuschließen. Der abdichtend eingeschlossene, geregelte Druck ist dann als ein Kupplungsanpressdruck verwendbar, der durch den Pfeil 123 dargestellt ist. Der Fluiddurchgang 137 kann wie gezeigt wahlweise zusätzliche Kreisläufe zur Kupplungsbetätigung bzw. andere Komponenten an anderen Stellen in dem Getriebe versorgen.
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Das Ventil 118 steht durch einen vierten Fluiddurchgang 116 in Fluidverbindung mit einem Kupplungszylinder 130, wobei der Zylinder 130 einen in diesem angeordneten Zylinderkolben 114 aufweist. Der Kolben 114 ist entsprechend betreibbar, um mit einer zwischen den Drucklagern 150, 151 angeordneten Drehkupplung 112 in Eingriff zu treten bzw. diese zu betätigen, wie in 2 gezeigt. Ein Druckspeicher 120 steht in Fluidverbindung mit einem vierten Fluiddurchgang 116, wobei der Druckspeicher 120 weiterhin einen Auslass 44 umfasst, der entsprechend ausgelegt ist, um Fluid 148 (und gegebenenfalls darin mitgeführte Luft) zu entlüften bzw. in den Hauptsammelbehälter 132 abzulassen. Der Druckspeicher 120 steht in Wirkverbindung mit einer elektromechanischen Vorrichtung 40, vorzugsweise einer motorbetriebenen Kugelumlaufspindel, mit welcher eine direkte Aufwendung einer rückseitigen Schubkraft bzw. eines rückseitigen Verstärkerdrucks, dargestellt durch den Pfeil 121, des Fluids 148 auf den Druckspeicherkolben 117 erfolgen kann, wenn der Kupplungsanpressdruck (Pfeil 123) des Fluids 148 unzureichend ist, um die Kupplung 112 zu betätigen bzw. einzurücken. Auf diese Weise kann der Verstärkerdruck (Pfeil 121) den Kupplungsanpressdruck (Pfeil 123) bei Bedarf erhöhen bzw. verstärken.
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Während die besten Umsetzungsarten der vorliegenden Erfindung hier im Detail beschrieben worden sind, sind für den Fachmann auf dem Gebiet, zu welchem diese Erfindung gehört, verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen für die Umsetzung der Erfindung im Umfang der beigefügten Patentansprüche erkenntlich.