DE19542653C2 - Automatikgetriebe für ein motorbetriebenes Fahrzeug - Google Patents
Automatikgetriebe für ein motorbetriebenes FahrzeugInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Automatikgetriebe für ein motorbe
triebenes Fahrzeug mit einem Getriebegehäuse und einem Wand
abschnitt, der das Getriebegehäuse von einem Drehmomentwandler
trennt, mit einer als Drehkolbenpumpe ausgebildeten Steuer
pumpe, die vom Motor direkt angetrieben wird, um das Automa
tikgetriebe mit einem Schmierfluid und einem Steuerfluid zu
versorgen, wobei die Pumpe einen Saugkanal und einen Druck
kanal aufweist, und mit Steuerventilen zum Erzeugen eines
gewünschten Förderdrucks der Hydraulikflüssigkeit.
Das Automatikgetriebe eines Fahrzeugs ist mit einer Hydrau
likpumpe ausgerüstet, die von einem Fahrzeugmotor angetrieben
wird, um einen Steuerdruck zu erzeugen. Die Hydraulikflüssig
keit wird Druckregelventilen in der hydraulischen Steuervor
richtung zugeführt, um definierte Druckverhältnisse zu erhal
ten. Diese unter Druck stehende Flüssigkeit wird einem Dreh
momentwandler, Steuerventilen, Kupplungen, Bremsen und
geschmierten Bereichen zugeführt, um verschiedene Funktionen
beim Gangwechsel auszuführen. Da die Hydraulikpumpe direkt von
dem Motor angetrieben wird und die Pumpenfördermenge von der
Motordrehzahl abhängig ist, ist es somit vom Gesichtspunkt des
Kraftstoffverbrauchs erwünscht, daß stets nur die benötigte
Menge des Hydraulikfluids gefördert wird, und zwar besonders
im hohen Drehzahlbereich des Motors.
Hinsichtlich der Steuervorrichtung für die Fördermenge der
Hydraulikpumpe zeigt z. B. die nichtgeprüfte JP-Patentanmel
dung Toku-Kai-Sho 58-204986 eine hydraulische Verstellpumpe.
Ferner zeigt die nichtgeprüfte JP-GM-Anmeldung Jitsu-Kai-Sho
63-69791 eine kombinierte Technik mit einer hydraulischen
Konstantpumpe und einem Fördermengenregelventil.
Die hydraulische Verstellpumpe gemäß der erstgenannten Veröf
fentlichung umfaßt eine Flügelzellenpumpe und einen Exzenter
steuermechanismus. Dabei ist in einem Gehäuse eine Vielzahl
von Flügeln an einem Rotor vorgesehen, der von dem Motor ge
dreht wird, und ein Nockenring ist um den Rotor herum exzen
trisch vorgesehen. In dem Rotor sind ferner ein Flügelring und
der Nockenring exzentrisch vorgesehen, und die Flügel sind
zwischen dem Nockenring und dem Flügelring angeordnet. Der
Nockenring wird von einer Rückstellfeder vorgespannt, und ein
Steuerkolben ist an der Rückstellfeder anliegend vorgesehen.
Eine Hydraulikdruckkammer ist hinter dem Steuerkolben vorge
sehen, um ihm durch ein Druckregelventil einen Steuerdruck
zuzuführen.
Wenn der Rotor von dem Motor gedreht wird, wird Hydraulikfluid
durch eine Saugöffnung angesaugt und verdichtetes Hydraulik
fluid gefördert. Wenn in diesem Moment der Steuerkolben auf
grund des niedrigen Steuerdrucks zurückgeht, wird die Exzen
trizität des Nockenrings am größten, und infolgedessen wird
die Fördermenge erhöht. Wenn ferner die Fördermenge der Pumpe
aufgrund der Erhöhung der Motordrehzahl zunimmt, steigt der
Steuerdruck infolge des erhöhten Hauptleitungsdrucks durch den
Betrieb des Druckregelventils an. Deshalb wird der Nockenring
von dem Steuerkolben verschoben, und seine Exzentrizität wird
allmählich verringert. Somit wird die Fördermenge der Pumpe
herabgesetzt und so gesteuert, daß sie konstant ist, wenn die
Drehzahl der Pumpe einen bestimmten Wert erreicht oder
darüberliegt.
Bei der Kombination aus Konstantpumpe und Fördermengenregel
ventil gemäß der zweiten Veröffentlichung ist das Fördermen
genregelventil an der Druckseite der Innenzahnradpumpe so
angeordnet, daß eine Bypassleitung geöffnet oder geschlossen
wird, indem ein Kolben durch die Druckdifferenz zwischen dem
saug- und dem druckseitigen Bereich bewegt wird. Wenn die
Fördermenge entsprechend der Motordrehzahl ansteigt, bewegt
sich der Kolben, so daß die Bypassleitung geöffnet und ein
Teil des Hydraulikfluids zur Saugseite umgeleitet wird, so daß
die Fördermenge konstant gehalten wird.
Da jedoch bei dem erstgenannten Stand der Technik der Nocken
ring und der Exzentersteuermechanismus des Steuerkolbens groß
ausgelegt sind, sind die Kosten der Vorrichtung hoch, und es
wird viel Platz dafür benötigt. Insbesondere bei einem längs
angebrachten Automatikgetriebe, bei dem ein Antriebsritzel
eines Vorderachsdifferentials von einem Wandbereich getragen
wird, an dem die Hydraulikpumpe vorgesehen ist, muß es möglich
sein, gleichzeitig die Hydraulikkreise und das Ritzellager
unterzubringen. Dadurch wird die Raumnutzung noch schwieriger.
Bei dieser Art von Automatikgetriebe wird außerdem auf den
Wandbereich eine große Schubkraft aufgebracht, und zwar wegen
des Eingriffs des Hypoid-Zahnrads des Vorderachsdifferentials
mit dem Antriebsritzel. Um eine Beschädigung oder einen Abrieb
der Pumpe aufgrund der Formänderung des Wandbereiches, die
durch diese große Schubkraft bewirkt wird, zu vermeiden, ist
es erforderlich, ausreichende Festigkeit dadurch zu gewähr
leisten, daß für das gesamte Gehäuse des Automatikgetriebes
einschließlich des Wandbereiches Stahlwerkstoff verwendet
wird. Dadurch wird das Automatikgetriebe größer und hat hö
heres Gewicht.
Da ferner der Nockenring gleitbar mit dem Steuerkolben ver
bunden ist, wird in bestimmten Bereichen eine große Reibungs
kraft erzeugt. Da der Steuerkolben drei Dichtringe hat, kann
der Kolben nicht gleichmäßig bewegt werden. Wenn der Kolben
ferner über lange Zeit unter den hohen Temperaturbedingungen
betrieben wird, nimmt die Dichtfähigkeit ab, was zu einem ge
ringen Pumpenwirkungsgrad führt.
Aus der DE 43 19 495 A1 ist eine spezielle Regeleinrichtung
für eine hydraulische Servolenkvorrichtung bekannt. Dort ist
ein Druckregelventil vorgesehen, welches in Abhängigkeit eines
Steuerventils auch bei höheren Motordrehzahlen den Pumpen
förderdruck konstant hält. Bei niedrigen Drehzahlen stellt das
Druckregelventil einen zur jeweiligen Pumpenleistung propor
tionalen Steuerdruck bereit, welcher einen im Steuerventil
angeordneten Steuerschieber entgegen einer Federkraft ver
schiebt, so daß die über einen Bypass dem Zuführkanal zuge
führte Hydraulikfluidmenge sich mit steigender Pumpenleistung
erhöht.
Die US 3,824,041 lehrt das Vorsehen einer Zwischeneinspeisung
des Hydraulikfluids in den Pumpenarbeitsraum mit dem Ziel, den
Pumpenlärm, d. h. die durch die Pumpe erzeugten Geräusche zu
reduzieren.
Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik ist es Aufgabe
der Erfindung, ein weiterentwickeltes Automatikgetriebe für
ein motorbetriebenes Fahrzeug anzugeben, wobei die Hydraulik
einrichtung des Getriebes, insbesondere ein vorgesehenes
Bypassventil und eine Hydraulikpumpe, möglichst kompakt und
wartungsfreundlich im Getriebe anzuordnen sind.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Gegen
stand in seiner Definition nach Patentanspruch 1, wobei der
Unteranspruch eine zweckmäßige Ausgestaltung und Weiterbildung
umfaßt.
Erfindungsgemäß wird ein Pumpengehäuse durch einen Wandab
schnitt des Getriebes und einen mit diesem verschraubten
Pumpendeckel gebildet, wobei der Steuerschieber eines der
Steuerventile im Pumpengehäuse angeordnet ist und mit im
Pumpendeckel vorgesehenen Steueröffnungen zusammenwirkt.
Weiterhin sind Bypass-Kanäle im Pumpendeckel sowie Teile des
Saug- und Druckkanals in dem vorgenannten Wandabschnitt und im
Pumpendeckel angeordnet.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von
Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beilie
genden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:
Fig. 1 eine hydraulische Schaltung für die Steuerung einer
Pumpe für ein Automatikgetriebe;
Fig. 2 eine Fördercharakteristik einer Hydraulikpumpe;
Fig. 3A eine Draufsicht auf einen Pumpendeckel;
Fig. 3B eine Draufsicht auf einen Wandbreich; und
Fig. 4 ein Schema eines Automatikgetriebes.
Unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird ein Beispiel eines Automa
tikgetriebes beschrieben, bei dem die Steuervorrichtung ange
wandt wird.
Das Automatikgetriebe umfaßt ein Drehmomentwandlergehäuse 1,
ein Differentialgehäuse 2, ein Getriebegehäuse 3, einen
Gehäuseaufsatz 4 und eine Ölwanne 5.
10 ist ein Motor, dessen Kurbelwelle 11 mit einem Drehmoment
wandler 13 verbunden ist, der mit einer Drehmomentwandler-
Überbrückungskupplung 12 ausgerüstet ist. Eine Eingangswelle
14 von dem Drehmomentwandler 13 ist in ein Automatikgetriebe
30 im Getriebegehäuse 3 geführt. Eine Getriebeabtriebswelle 15
ist koaxial mit der Eingangswelle 14 aus dem Hinterende des
Automatikgetriebes 30 herausgeführt.
Ferner ist ein Pumpendeckel 45 in einem Wandbereich 3a vorge
sehen, der mit dem Getriebegehäuse 3 verbunden und an dem
Vorderende des Automatikgetriebes 30 angeordnet ist, und eine
Steuerpumpe 50 ist in den Wandbereich 3a eingebaut. Die
Steuerpumpe 50 wird von der Antriebskraft des Motors über eine
Pumpenantriebswelle 46 angetrieben, die mit einem Pumpenrad
deckel 13a des Drehmomentwandlers 13 verbunden ist. Das von
der Steuerpumpe 50 geförderte Hydraulikfluid wird einem
Steuerventilkörper 47 zugeführt, der in der Ölwanne 5 aufge
nommen ist.
In dem Wandbereich 3a ist ein Lager 25 mit großem Durchmesser
nahe der Zahnradpumpe vorgesehen, und das Lager 25 nimmt ein
Antriebsritzel 16a drehbar auf, das mit einem Tellerrad 19a
des Vorderachsdifferentials 19 in Eingriff ist.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird eine Ausführungsform der
Steuervorrichtung für die Pumpenfördermenge beschrieben. Die
Steuervorrichtung A für die Pumpenfördermenge besteht aus der
Pumpe 50, die eine Konstantpumpe ist, und einem Fördermengen
regelventil 70. Die Pumpe 50 ist eine Innenzahnradpumpe mit
einem inneren Rotor 51 und einem äußeren Rotor 52. Beide
Rotoren 51, 52 sind in der Ausnehmung 53 des Wandbereiches 3a
aufgenommen. Die Pumpenantriebswelle 46 ist mit dem inneren
Rotor 51 verbunden. Eine Saugöffnung 55 der Pumpe 50 steht mit
der Ölwanne 5 durch einen Ölkanal 57 in Verbindung, und die
Förderöffnung 56 ist mit einem Druckregelventil 60 über einen
Ölkanal 59 verbunden.
Das Druckregelventil 60 ist so aufgebaut, daß der Pumpenför
derdruck PL auf eine Seite eines Schiebers 61 aufgebracht wird
und eine Federkraft Fs und ein Steuerdruck Pm auf die andere
Seite des Schiebers 61 aufgebracht werden, so daß ein
bestimmter Förderdruck PL erzeugt wird. Außerdem wird das
Druckregelventil 60 betätigt, um einen hohen Steuerdruck Pfb
durch Vergrößern eines Verbindungsbereichs zwischen Öffnungen
62 und 63 dann zu erzeugen, wenn der Pumpenförderdruck hoch
wird.
Die Förderöffnung 56 der Pumpe 50 ist mit einem Fördermengen
regelventil 70 über einen Bypasskanal 64, 65 in Verbindung,
und das Fördermengenregelventil 70 ist mit der Saugöffnung 55
der Pumpe 50 über den Bypasskanal 64, 65 in Verbindung. Wenn
die Pumpe 50 eine große Zähnezahl besitzt, um die Fördermenge
zu erhöhen, tritt eine Kavitation auf, weil es für das
Hydraulikfluid schwierig ist, bei hoher Geschwindigkeit in den
Mittelbereich der Zahnbreite einzutreten. Bei dieser Aus
führungsform ist der Bypasskanal 65 mit einem Bereich nahe der
Saugöffnung 55 in Verbindung, und dadurch wird das unter Druck
stehende Hydraulikfluid in den Mittelbereich der Zahnbreite
des Raums 54 eingeleitet, um das Auftreten von Kavitation zu
vermeiden.
Das Fördermengenregelventil 70 ist ein Schaltventil, bei dem
ein Schieber 71 mit der Kraft einer Feder 72 von der einen
Seite beaufschlagt wird und von der anderen Seite ein Steuer
druck Pfb einer Druckkammer 73 durch einen Ölkanal 66 aufge
bracht wird. Dabei wird der Schieber 71 durch die Kräftedif
ferenz aus Pfb . D (D = Fläche, auf die der Steuerdruck Pfb zur
Wirkung gebracht wird) und der Federkraft Fs verschoben, um
die Verbindung zwischen einer Öffnung 74 des Bypasskanals 64
und einer Öffnung 75 des Bypasskanals 65 durch Öffnen oder
Schließen der Öffnung 74 zu regeln.
Als nächstes wird der Betrieb dieser Ausführungsform erläu
tert.
Wenn der Motor in Betrieb ist, wird dessen Betriebsleistung
auf den inneren Rotor 51 der Pumpe 50 über die Pumpenan
triebswelle 46 übertragen, und somit werden der innere Rotor
51 und der äußere Rotor 52 gedreht, während diese miteinander
in Eingriff sind. Das Hydraulikfluid in der Ölwanne 5 wird
durch die zunehmende Vergrößerung des Raums 54 über die
Saugöffnung 55 angesaugt und anschließend durch Verkleinerung
des Pumpenraums 54 über die Förderöffnung 56 abgegeben. Wenn
die Motordrehzahl N niedrig ist, ist die Fördermenge Q klein,
und der Förderdruck Pp ist niedrig, und mit zunehmender
Motordrehzahl N wird die Fördermenge Q (ebenso wie der
Förderdruck Pp) größer, wie Fig. 2 zeigt.
Das aus der Förderöffnung 56 austretende Hydraulikfluid wird
zum Druckregelventil 60 und zum Fördermengenregelventil 70
geführt. In dem Druckregelventil 60 wird der Pumpenförderdruck
PL gedrosselt und ein Steuerdruck Pfb erzeugt. Der
Pumpenförderdruck PL wird, wie bereits erwähnt, für die
Steuerung des Fördermengenregelventils genutzt.
Wenn bei niedriger Drehzahl und hoher Last des Motors ein
hoher Druck PL erzeugt wird, ist der Steuerdruck Pfb sehr
klein. In dem Fördermengenregelventil 70 wird der Schieber 71
durch die Vorspannkraft Fs nach links verschoben, wie Fig. 1
zeigt, um die Öffnung 74 zu schließen, so daß die Rückführung
der Pumpenfördermenge gesperrt wird.
Im Hochgeschwindigkeitszustand dagegen, wenn die Motordrehzahl
N zunimmt, ist auch der Steuerdruck Pfb vom Druckregelventil
70 hoch. Zu diesem Zeitpunkt wird die durch den Steuerdruck
Pfb bewirkte Kraft in der Druckkammer 73 groß, und der
Schieber 71 wird zur rechten Seite verschoben, wenn diese
Kraft die Federkraft Fs bei einer bestimmten Motordrehzahl Ns
übersteigt, und die Öffnung 74 wird geöffnet, um
Hydraulikfluid durch den Bypasskanal 65 zu der Pumpe 50
rückzuführen und ab einer bestimmten Drehzahl Ns die
Fördermenge der Pumpe auf einem angenähert gleichen Pegel zu
halten, wie Fig. 2 zeigt.
In diesem Zustand wird die auf die Pumpe wirkende Last ent
sprechend der rückgeführten Hydraulikfluidmenge verringert,
und infolgedessen kann der Kraftstoffverbrauch des Motors
verringert werden. Da ferner das rückgeführte Hydraulikfluid
mit positivem Druck in den Mittelbereich der Zahnbreite
eingeleitet wird, wird eine Kavitation verhindert, und der
Pumpenlärm kann vermindert werden.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 3A und 3B wird nun beschrieben,
wie die Zahnradpumpe 50 und das Fördermengenregelventil 70 in
das Automatikgetriebe eingebaut sind.
Bei dieser Ausführungsform ist in dem Wandbereich 3a, der den
Drehmomentwandler 12 von dem Automatikgetriebe 30 trennt, eine
zylinderartige Ausnehmung 53 mit einem Boden geformt. Die
Saugöffnung 55 und die Förderöffnung 56 sind an dem Wand
bereich 3a und an dem Pumpendeckel 45 ausgebildet. Das För
dermengenregelventil 70 ist nahe der Verdichtungsbeginnseite
der Förderöffnung 56 in der Radialrichtung bei geöffneter
Öffnung 74 angeordnet. In dem Wandbereich 3a sind ferner der
Bypasskanal 64, der die Förderöffnung 56 mit dem Förder
mengenregelventil 70 verbindet, und der Bypasskanal 65, der
das Fördermengenregelventil 70 und die Saugöffnung 55 mitein
ander verbindet, mit dem kürzesten Abstand voneinander ausge
bildet, und an dem äußersten Bereich des Wandbereichs 3a ist
der Ölkanal 66 zum Übertragen des Steuerdrucks Pfb vorgesehen.
Die Rotoren 51 und 52 werden in der Ausnehmung 53 des Wand
bereich 3a angeordnet, dann wird der Pumpendeckel 45 auf den
Wandbereich 3a aufgesetzt, und dann werden die Teile mit Ge
windebolzen befestigt. Ferner wird ein Lager 25 zur Abstützung
des Antriebsritzels 16a in das Loch 26 eingesetzt, das unter
den Öffnungen 55 und 56 und zwischen ihnen in dem Wandab
schnitt 3a vorgesehen ist. Da die von dem Antriebsritzel 16a
auf das Lager 25 aufgebrachte Schubkraft von dem gesamten
Körper des Wandbreichs 3a aufgenommen wird, wirkt sich die
Schubkraft nicht auf die Zahnradpumpe 50 und das Förder
mengenregelventil 70 aus.
Die hier beschriebene Hydraulikpumpe für das Automatikgetriebe
ist zwar eine Zahnradpumpe, sie ist aber nicht darauf be
schränkt. Jede andere Art von Pumpe, beispielsweise eine
Flügelzellenpumpe, eine Rotorpumpe, eine Rollenzellenpumpe und
dergleichen können verwendet werden.
Da die Steuervorrichtung für die Fördermenge der Hydraulik
pumpe für das Automatikgetriebe von einem Bypasskanal zwischen
der Förderöffnung und der Saugöffnung, einem Fördermengen
regelventil in dem Bypasskanal und einem Druckregelventil zur
Regelung des Fördermengenregelventils mit Hilfe von dessen
Steuerdruck gebildet ist, kann die Fördermenge ordnungsgemäß
gesteuert werden, und der Kraftstoffverbrauch des Motors kann
herabgesetzt werden. Da außerdem diese Steuervorrichtung aus
der konstruktiven Kombination von Pumpe und Fördermengen
regelventil besteht, ist die technische Umsetzung sehr ein
fach, so daß die Herstellungskosten niedrig sind. Ferner ist
die Vorrichtung einfach und kompakt aufgebaut, so daß die
Einbaufähigkeit der Vorrichtung und die Raumnutzung im
Getriebegehäuse gut sind.
Die Steuervorrichtung für die Fördermenge ist so aufgebaut,
daß das unter Druck stehende Hydraulikfluid zu einem Bereich
nahe der Saugöffnung der Pumpe rückgeführt wird, und somit
können auch Kavitationserscheinungen und daraus entstehender
Pumpenlärm verhindert werden.
Claims (2)
1. Automatikgetriebe für ein motorbetriebenes Fahrzeug mit
einem Getriebegehäuse (3) und einem Wandabschnitt (3a), der das
Getriebegehäuse (3) von einem Drehmomentwandler (13) trennt,
mit einer als Drehkolbenpumpe ausgebildeten Steuerpumpe (50),
die von dem Motor (10) direkt angetrieben wird, um das Auto
matikgetriebe mit einem Schmierfluid und einem Steuerfluid zu
versorgen, wobei die Pumpe einen Saugkanal (55) und einen
Druckkanal (56) aufweist, und mit Steuerventilen (60; 70) zum
Erzeugen eines gewünschten Förderdrucks des Hydraulikfluids,
weiterhin mit einem zwischen dem Saugkanal und dem Druckkanal
der Steuerpumpe (50) angeordneten Zuführkanal, der einen Bypass
(64, 65) mit dem Druckkanal (56) bildet, wobei der Steuer
schieber (71) eines der Steuerventile die über den Bypass (64,
65) dem Zuführkanal zugeführte Hydraulikflüssigkeitsmenge mit
steigender Pumpenleistung vergrößert,
wobei weiterhin ein Pumpengehäuse durch den Wandabschnitt (3a) und einen mit diesem verschraubten Pumpendeckel (45) gebildet, der Steuerschieber (71) im Pumpengehäuse angeordnet ist und mit im Pumpendeckel (45) vorgesehenen Steueröffnungen (74, 75) zusammenwirkt, und
wobei weiterhin die Bypass-Kanäle (64, 65) im Pumpendeckel (45) sowie Teile des Saug- und Druckkanals (55, 56) in dem Wandab schnitt (3a) und im Pumpendeckel (45) angeordnet sind.
wobei weiterhin ein Pumpengehäuse durch den Wandabschnitt (3a) und einen mit diesem verschraubten Pumpendeckel (45) gebildet, der Steuerschieber (71) im Pumpengehäuse angeordnet ist und mit im Pumpendeckel (45) vorgesehenen Steueröffnungen (74, 75) zusammenwirkt, und
wobei weiterhin die Bypass-Kanäle (64, 65) im Pumpendeckel (45) sowie Teile des Saug- und Druckkanals (55, 56) in dem Wandab schnitt (3a) und im Pumpendeckel (45) angeordnet sind.
2. Automatikgetriebe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Steuerschieber die Betriebsflüssigkeit so reguliert, daß
die Fördermenge auf einem annähernd gleichen Wert gehalten
wird, wenn die Motordrehzahl einen vorbestimmten Wert über
schreitet.
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