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Hydraulische Steuervorrichtung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Steuervorrichtung
zur modulierten Zufuhr eines Druckmittels zu einem Schaltglied eines automatischen
Getriebes zwecks Betätigung desselben gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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Um den Anlegevorgang eines Schaltgliedes eines automatischen Kraftfahrzeug-Getriebes
einerseits möglichst schnell und andererseits möglichst ruckfrei, also komfortabel,
ausführen zu können, ist es bereits bekannt, die Druckmittelxufuhr zu dem Schaltglied
so zu steuern, daß bis zum ersten Zufassen des Schaltgliedes die Druck mittelzufuhr
über einen großen Leitungsquerschnitt und danach nur noch über einen gedrosselten
Querschnitt vorgenommen wird. Dazu ist beispielsweise aus der DE-OS 25 02 347 ein
Steuerventil bekannt, dessen Steuerkolben unter dem Einfluß des sich vor dem Schaltglied
aufbauenden Druckes und einer entgegenwirkenden Feder steht.
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Während das Ventil zunächst den vollen Durchtrittsquerschnitt der
Verbindungsleitung von der Druckquelle zu dem Schaltglied öffnet, schließt es bei
Erreichen eines vorgegebenen Druckes vor dem Schaltglied diese Leitung und läßf
dann eine Druckinittelversorgung nur noch über eine das Ventil umgehende Drosselstelle
zu, was für einen langsamen und ruckfreien Einrückvorgang des Schaltgliedes sorgt.
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Nun kann jedoch der Fall auftreten, daß an dem Schaltglied größere
Druckmittelverluste entstehen, die leicht in der Größenordnung des Druckmitteldurchtritts
durch die Drosselstele liegen. In diesem Fall wäre nicht gewährleistet, daß das
Schaltglied vollständig einrückt; vielmehr könnte, beispielsweise bei Kupplungen,
bei nicht vollständig eingerücktem Schaltglied eine schleifende Drehmomentübertragung
stattfinden, die dann zu erheblichem Verschleiß führen würde.
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Zwar ist es bereits aus der DE-AS 20 58 488 bekannt, die Drosseldüse
an einem Ventilkörper anzubringen, der von der Drucksittelströmung gegen einen Ventilsitz
gedrückt wird. Bei nur geringen Druckdifferenzen vor und hinter diesem Ventil, die
sich nach dem Zufassen des Schaltgliedes einstellen, soll dieses Ventil wieder öffnen
und somit die volle Durchtrittsöffnung für den Ausgleich etwa entstehender Druckmittelverluste
bereitstellen. Da jedoch gerade bei größeren Druckmittelverlusten, die etwa/der
Größenordnung der Druckmitteldurchtrittsmenge durch die Drosseldüse liegen, die
Gefahr des nicht vollständigen Einrückens des Schaltgliedes besteht, bei derartigen
Strömungsmengen jedoch das die Drosseldüse aufweisende Ventil schließen würde, würde
sich gerade hier nicht die gewünschte Querschnittsöffnung für die Druckmittel zufuhr
ergeben.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, eine
Steuervorrichtung der im Oberbegriff des-Patentanspruchs angegebenen Art zu schaffen,
bei der einerseits ein schneller und möglichst ruckfreier Einrückvorgang des Schaltgliedes
erreicht wird, indem die Druckmittelzufuhr zu dem Schaltglied zunächst Ub er einen
großen Leitungsquerschnitt und bei Beginn des Zufaßvorganges des Schaltgliedes über
einen gedrosselten Querschnitt erfolgt, und bei der andererseits sichergestellt
wird, daß die Druckmittelversorgung bei im wesentlichen eingerücktem Schaltglied
wieder über einen möglichst großen Leitungsquerschnitt zum Ausgleich etwa vorhandener
Druckinittelverluste erfolgt. In jedem Fall soll sichergestellt werden, daß am Ende
des Einrückvorganges des Schaltgliedes der volle über die Druckmittelzuleitung herangeführte
Hauptdruck zur Wirkung kommt.
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Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruchs 1. Dadurch, daß das Ventil bei Erreichen eines zweiten, gegenüber
dem ersten vorgegebenen Druck höheren Druckes zur erneuten Öffnung der Zulaufleitung
ausgebildet ist, wird sichergestellt, daß im Verlaufe des Einrückvorganges gegen
Ende in jedem Fall wieder der volle Leitungsquerschnitt zur Druckbeaufschlagung
des Schaltgliedes bereitsteht. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben
sich gemäß den Unteransprüchen.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen
Steuervorrichtung in schematischer Darstellungsweise gezeigt, die im folgenden näher
erläutert werden. Dabei zeigt Figur 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform
der Steuervorrichtung gemäß der Erfindung, Figur 2 einen Längsschnitt durch eine
andere Ausführungsvariante gemäß der Erfindung und Figur 3 ein Diagramm verschiedener
Druckverläufe über dem Drosselklappen- bzw. Gaspedalwinkel.
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In den Figuren 1 und 2 der Zeichnung sind bei den dort gezeigten Ausführungsvarianten
für gleiche oder vergleichbare Bauteile jeweils die gleichen, jedoch in der Figur
2 mit einem Strich versehenen Bezugszeichen verwendet worden. So ist mit 1 das Steuerventil
insgesamt bezeichnet, das einen in einem Gehäuse 2 verschiebbar gehaltenen Steuerkolben
11 besitzt. Das Gehäuse weist einen ersten Druckraum 3 auf, der über eine Durchgangsöffnung
23 in einer das Gehäuse abdeckenden Zwischenplatte 22 mit einer den Hauptdruck zuführenden
Zuleitung 24 verbunden ist,in der ein hier nicht weiter gezeigter Schaltschieber
zur Ein- bzw. Ausschaltung des Schaltgliedes angeordnet ist.
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In dem Gehäuse 2 ist ein zweiter Druckraum 4 vorgesehen, der über
eine Verbindungsöffnung 29 in der Zwischenplatte 22 mit einer zu dem hier nicht
weiter gezeigten Schaltglied des automatischen Getriebes führenden Leitung 30 verbunden
ist. Das Schaltglied kann beispielsweise durch die sogenannte Vorwärtskupplung eines
automatischen Kraftfahrzeuggetriebes gebildet sein, die im allgemeinen in
den
Vorwärtsgängen des Getriebes eingerückt ist und die zwecks Unterbrechung der Triebverbindung
zwischen dem Antriebsmotor und den angetriebenen Rädern, beispielsweise um einen
Freilaufbetrieb im Schubbetriebszustand des Fahrzeugs zu erreichen-oder das Eriechen
bei Stillstand des Fahrzeugs zu vermeiden, ausgerückt werden kann.
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Der erste Druckraum 3 und der zweite Druckraum 4 sind durch einen
in dem Gehäuse vorgesehenen Steg 5 voneinander getrennt, in dem eine die beiden
Räume miteinander verbindende zylindrische Bohrung 6 vorgesehen ist.
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Der zweite Druckraum 4 ist darüberhinaus noch direkt unter Umgehung
der zylindrischen Bohrung 6 und des ersten Druckraums 3 direkt mit der Druckmittelzuleitung
24 verbunden, und zwar über eine Durchtrittsöffnung 28 in -der Zwischenplatte 22
und eine Drosselbohrung 27 in einem als Rückströmungsventil wirkenden tellerförmigen
Ventilkörper 26, der in einem von der Zuleitung 24 abzweigenden Zweigkanal 25 angeordnet
ist.
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In dem Gehäuse 2 ist außer der zylindrischen Bohrung 6 in der Zeichnung
rechts von dem Druckraum 3 noch eine Sacklochbohrung 7 und in der Zeichnung links
von dem Druckraum 4 eine Bohrung 8 vorgesehen.
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In der Bohrung 8 ist eine Führungsbuchse 9 von einem durch einen Sicherungsring
21 gesicherten Deckel 19 gehalten, der eine Ölablaufbohrung 20 aufweist. In den
Bohrungen 6 und 7 sowie in einer in der Führungsbuchse 9 vorgesehenen Bohrung 10
ist der Steúerkolben 11 verschiebbar geführt. Der Steuerkolben 11 weist einen ersten,
mittleren Kolbenbund 12 und einen zweiten Kolbenbund 13 auf, die durch ein Verbindungsstück
14 miteinander verbunden sind. Während der Kolbenbund 13 in der zylindrischen Bohrung
7 des Gehäuses gleitend geführt ist, gleitet ein an der linken Seite des Kolbenschiebers
11 vorgesehener Kolbenschaft 15,der im Querschnitt kleiner als der Kolbenbund 12
ausgebildet ist, mit seinem Ende in der zylindrischen Bohrung 10 der Führungsbuchse
9.
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Dem in der Zeichnung rechten stirnseitigen Ende des Steuerkolbens
11 zugeordnet ist ein Druckraum 17, der bei dem in der Figur 1 gezeigten
Ausführungsbeispiel
direkt über einen Anschluß 18 mit einem motorlastabhängigen Druck, dem sogenannten
Gasdruck, beaufschlagbar ist. Dieser Gasdruck steigt proportional mit der Drosselklappenöffnung
bzw. der Gaspedalverstellung an. Außerdem ist im Grund der in der Zeichnung als
Sacklochbohrung ausgeführten Bohrung 7 eine Feder 16 abgestützt, die zumindest von
einer bestimmten Stellung des Steuerkolbens 11 an die in der Zeichnung rechte Stirnfläche
des Kolbenbundes 13 belastet.
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Die Funktion und Wirkungsweise der in der Figur 1 dargestellten Steuervorrichtung
soll nun nachfolgend näher beschrieben werden., Ausgehend von einem Zustand bei
ausgerücktem Schaltglied, bei dem die Druckmittelzufuhr über die Zuleitung 24 abgeschaltet
ist, erfolgt das Wiedereinrücken des Schaltgliedes durch erneute Druckinittelzufuhr
über die Zuleitung 24. Der Steuerkolben 11 steht in der Ausgangsstellung, bedingt
durch den in dem Druckraum 17 wirksamen Gasdruck, der selbst bei freigegebenem Gaspedal
einen Mindestwert, den sogenannten Nullgasdruck annimmt, in einer Stellung, die
etwa der mit unterbrochenen Linien angedeuteten entspricht. Dabei gibt der Kolbenbund
12 die Bohrung 6 zwischen den beiden Druckräumen 3 und 4 frei, so daß zunächst die
Druckmittelzufuhr von der Zuleitung 24 über den Druckraum 3, die Bohrung 6, den
Druckraum 4 und die Leitung 30 zu dem Schaltglied über große Leitungsquerschnitte
und damit recht schnell erfolgt. Dieser schnelle Druckaufbau bewirkt, daß die einzelnen
Elemente des Schaltgliedes, beispielsweise im Falle der Vorwärtskupplung des automatischen
Getriebes die einzelnen Lamellenpakete, zur gegenseitigen Anlage und damit zur Einleitung
des Einrückvorganges gebracht werden.
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Mit dem ersten Zufassen der Elemente des Schaltgliedes steigt der
Druck vor dem Schaltglied schnell an und belastet, da er auch in den Druckkammern
3 und 4 ansteht, die an dem Steuerkolben 11 vorgesehene Differenzfläche. Diese Differenzfläche
wird durch die in der Zeichnung mit 12a angegebene linke Ringfläche des Kolbenbundes
12, nämlich durch den Unterschied zwischen der Fläche des
Kolbenbundes
12 und des Kolbenschaftes 15, gebildet. Der sich vor dem Schaltglied aufbauende
Druck versucht also, -den Steuerschieber 11 in der Zeichnung nach rechts- entgegen
dem n der rechten Stirnfläche wirksamen Gasdruck zu verschieben. Übersteigt der
sich vor dem Schaltglied aufbauende Druck den Gasdruck, so beginnt er den Steuerkolben
11 in die mit ausgezogenen Linien eingezeichnete Position zu verstellen, in der
die Verbindung der beiden Druckräume 3 und 4 und damit die ungedrosselte Druckmittelzufuhr
von der Zuleitung 24 zu der zu dem Schaltglied führenden Leitung 30 unterbrochen
ist. Die weitere Druckmittelversorgung in diesem Zustand erfolgt nur noch über die
kleine Drosselöffnung 27 an dem Ventilkörper 26 unter Umgehung des Druckraumes 3
und der Bohrung 6. Dies hat zur Folge, daß der weitere Druckanstieg vor dem Schaltglied
nur noch langsam entsprechend der geringeren Durchtrittsfläche des Drosselquerschnitts
27 vor sich gehen kann, wodurch der weitere Einrückvorgang des Schaltgliedes weich
und komfortvoll ausgeführt werden kann.
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Mit dem Beginn des Verschließens der zylindrischen Verbindungsbohrung
6 durch den Kolbenbund 12 des Steuerkolbens 11 kommt auch die in der Sacklochbohrung
7 angeordnete Feder 16 zur Wirkung, die nunmehr den Gasdruck in dem Druckraum 17
unterstützt und den Eolbenbund 13 entgegen dem an der Differenzfläche 12a des Kolbenbundes
12 wirkenden Schaltglieddruck belastet.
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Mit steigendem Schaltglieddruck wird der Steuerkolben- 11 immer weiter
in der Zeichnung nach rechts unter Zusammenpressung der Feder 16 bis etwa in die
mit strichpunktierten Linien angedeutete Stellung verschoben, in der der Kolbenbund
12 bei Erreichen eines zweiten mrgegebenen Druckes vor dem Schaltglied die Verbindungsbohrung
6 zwischen den beiden Druckräumen 3 und 4 wieder öffnet. Von diesem Moment an kann
die Druckmittelzufuhr von der Zuleitung 24 wieder direkt über die Druckräume 3 und
4 zu der Leitung 30 erfolgen, so daß sich dann schnell der volle von der Leitung
24 zugeführte Druck vor dem Schaltglied aufbaut, der in jedem Fall dazu ausreicht,
das Schaltglied in vollständig eingerücktem Zustand zu halten. Durch entsprechende
Auslegung der Differenzfläche 12a am Kolbenbund 12
des Steuerkolbens
11, des Durchmessers des Kolbenbundes 13, an dem der Gasdruck anliegt und der Fedekonstante
der Feder 16 kann nun dafür gesorgt werden, daß nach Möglichkeit bei allen Lastzuständen
des Antriebsmotors der Einrückvorgang des Schaltgliedes noch beendet wird, bevor
der Kolbenbund 12 wieder den vollen Druckmittelzuleitungsquerschnitt öffnet. Dies
sichert einen jederzeit weichen und komfortvollen Einrückvorgang des Schaltgliedes
und damit ein ruckfreies Anfahren des Fahrzeugs aus dem Stand bei allen Gaspedalstellungen.
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In dem in der Figur 3 gezeigten Diagramm ist über dem auf der Abszisse
aufgetragenen Gaspedalweg der Verlauf der verschiedenen, zur Wirkung kommenden Drücke
aufgetragen. So ist mit der Linie 42 der Druck vor dem Schaltglied angegeben, bei
dessen Erreichen der Kolbenbund 12 der Ausführung nach der Figur 1 die Verbindungsbohrung
6 zwischen den beiden Druckräumen 3 und 4 des Ventils 1 schließt, während die Linie
43 den Druck kennzeichnet, bei dem der Kolbenbund 12 die Verbindungsbohrung 6 wieder
öffnet. Mit der strichpunktierten Linie 41 ist der Verlauf des über den Anschluß
18 zugeführten Gasdruckes dargestellt, während der Linienzug 40 den Verlauf des
über die Zuleitung 24 zugeführten Hauptdruckes zeigt, der zunächst ebenfalls mit
dem Gaspedalweg proportional ansteigt, von einer bestimmten Gaspedalstellung an,
beispielsweise von dem halben Gaspedalweg an, jedoch konstant bleibt. In dem schraffierten
Bereich zwischen den Linien 42 und 43 erfolgt die Druckmittelzufuhr zu dem Schaltglied
also nicht über die großen Leitungsquerschnitte, sondern über die Drosselbohrung
27, während in den übrigen Bereichen bis zum Haupt druck der volle Leitungsquerschnitt
zur Druckmittelzufuhr zur Verfügung steht.
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Damit ergibt sich in allen Lastzuständen des Fahrzeugmotors zunächst
ein schnelles Verstellen des Schaltgliedes bis zum ersten Zufassen der Schaltglieder
durch schnellen Druckaufbau über den vollen Leitungsquerschnitt, anschließend ein
sanftes Zufassen durch langsamen Druckaufbau über einen gedrosselten Querschnitt
und anschließend, nachdem der Einrückvorgang im wesentlichen abgeschlossen ist,
wieder eine volle Öffnung des Leitungsquerschnittes, so
daß in
jedem Fall das Schaltglied vollständig eingerückt wird und auch bei größeren Druckmittelverlusten
im Bereich des Schaltglieds vollständig eingerückt bleibt.
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Abweichend von der in der Figur 1 der Zeichnung gezeigten und beschriebenen
Ausführung könnte die den Steuerkolben 11 entgegen dem Druck vor dem Schaltglied
belastende Feder 16 auch so ausgebildet sein, daß sie von vornherein den Kolbenbund
13 belastet, also nicht erst mit dem Verschließen der Verbindungsbohrung 6 zur Wirkung
kommt. Die im Zusammenhang mit der Figur 1 der Zeichnung beschriebene Ausführung
hat jedoch den Vorteil, daß die Festlegung des Umschaltpunktes, bei dem die Verbindungsbohrung
6 -geschlossen wird und folglich die Druckmittelbeaufschlagung von einem großen
Zuleitungsquerschnitt auf den kleinen Drosselquerschnitt umgeschaltet wird, nicht
von immer einzurechnenden Federtoleranzen abhängig ist.
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Vorteilhaft könnte es auch sein, anstelle des über den gesamten Gaspedalweg
proportional ansteigenden Gasdruckes einen in der Getriebesteuerung im allgemeinen
ohnehin vorhandenen Gasdruck zur Beaufschlagung des Druckraumes 17 zu verwenden,
der, ähnlich wie der Hauptdruck, von einer bestimmten Gaspedalstellung an in seiner
Höhe begrenzt ist. Die dazugehörige Gasdrucklinie im Diagramm der Figur 3 würde
also dann geknickt sein, ebenso wie die damit erzieltennden Linien 42 und 43 entsprechenden
Druckverlaufslinien, bei denen von dem vollen Leitungsquerschnitt auf den gedrosselten
und von diesem wieder auf den vollen Querschnitt umgeschaltet wird.
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Weiter könnte auch eine Ausführung möglich sein, bei der ganz auf
die Beaufschlagung des Steuerkolbens 11 durch den Gasdruck verzichtet wird. Anstelle
dessen müßte dann die Feder 16 so ausgebildet sein, daß sie allein entgegen dem
auf die Differenz fläche des Steuerkolbens 11 wirkenden Druck arbeitet. Gegebenenfalls
könnten auch zwei Federn vorgesehen sein, wobei dann eine erste schwächere Feder
eingebaut sein könnte, die ständig wirkt und eine zweite, stärkere, die erst bei
Erreichen des ersten vorgegebenen Druckes zur Wirkung kommt.
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Die Figur 2 der Zeichnung zeigt nun eine weitere Ausführungsvariante
gemäß der Erfindung. Bei dieser besitzt der Steuerkolben 11' neben den beiden Kolbenbünden
12' und 13' noch einen weiteren Kolbenbund 31, der ebenso wie der Kolbenbund 13'
in der Bohrung 7' gleitet. Zwischen diesen beiden Kolbenbünden 13' und 31 ist ein
Kolbenabsatz 33 gebildet, der über eine in dem Kolben verlegte Verbindungsleitung
32 mit dem dem rechten stirnseitigen Ende des Kolbens zugeordneten Druckraum 17'
verbunden ist. Zwei an den Kolbenbünden 13' und 31 vorgesehene Steuerkanten 34 und
35 steuern dabei die Verbindung des Kolbenabsatzes 33 mit dem den motorlastabhängigen
Druck führenden Leitungsanschluß 18' bzw. mit einer zum Auslaß führenden Leitung
36. Dabei ist, wie aus der in der Zeichnung gezeigten Stellung ersichtlich ist,
die Anordnung so getroffen, daß der Kolbenabsatz 33 in der Ruhestellung bei abgeschaltetem
Schaltglied immer mit dem Leitungsanschluß 18' verbunden ist und erst mit dem Versperren
der Verbindungsbohrung 6' durch den Kolbenbund 12', also bei Überschreitung des
ersten vorgegebenen Druckes vor dem Schaltglied, mit der Atmosphärenleitung 36 verbunden
wird. Die Folge ist, daß damit auch die Beaufschlagung des Steuerkolbens 11 mit
dem motorlastabhängigen Druck beendet ist, so daß die erneute Öffnung des Verbindungsquerschnittes
6' durch den Kolbenbund 12' nur noch von der Feder 16 abhängig ist. In dem Diagramm
der Figur 3 ergibt sich dann eine horizontale Drucklinie etwa analog der unterbrochenen
Linie 45, die das Wiederöffnen des großen Leitungsquerschnittes für die Druckbeaufschlagung
des Schaltgliedes anzeigt. Durch entsprechende Bemessung der Federkonstante der
Feder 16 kann die Höhe dieser Linie 45 selbstverständlich beliebig festgelegt werden.
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In der Ausführung nach der Figur 2 ist im übrigen weiter angedeutet,
daß der Steuerkolben 11 auch noch von einer zweiten Feder 37 belastet sein kann,
allerdings mit gleicher Wirkungsrichtung wie der Druck vor dem Schaltglied.
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Die Feder 37 stützt sich dabei auf der Buchse 9' ab und belastet die
Stirnfläche 12a des Kolbenbundes 12', die ja auch als Differenzfläche
des
Steuerkolbens der Belastung durch den sich vor dem Schaltglied aufbauenden Druck
ausgesetzt ist. Diese Feder 37 kann jedoch relativ weich sein und bewirkt, daß der
Druck, bei dem der Kolbenbund 12' die Bohrung 6' verschließt, früher erreicht wird.
Die in dem Diagramm der Figur 3 eingezeichnete Drucklinie 42, bei der die Druckmittelzufuhr
von dem großen auf den kleinen Leitungsquerschnitt umgeschaltet wird, wird also
unter dem Einfluß einer solchen zusätzlichen, den Schaltglieddruck unterstützenden
Feder 37 parallel verschoben und könnte dann beispielsweise den Verlauf entsprechend
der unterbrochenen Linie 44 annehmen. Es sei noch darauf hingewiesen, daß die Feder
37 selbstverständlich auch bei der Ausführung nach der Figur 1 eingebaut sein könnte,
ebenso wie sie auch bei der Ausführung nach der Figur 2 weggelassen werden könnte.
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