DE102004003692A1

DE102004003692A1 - Hydraulische Schaltungsanordnung eines Automatikgetriebes für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE102004003692A1
Application number: DE102004003692A
Authority: DE
Inventors: Thilo Dipl.-Ing. Schmidt; Stefan Dr.-Ing. Kilian; Matthias. Dipl.-Ing. Reisch
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2004-01-24
Filing date: 2004-01-24
Publication date: 2005-08-18
Also published as: US20050164830A1; JP2005257070A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Schaltungsanordnung eines Automatikgetriebes für Kraftfahrzeuge mit einer Hydraulikpumpe, welche ein Hydrauliköl mit einem Haupt- oder Systemdruck P¶sys¶ in eine Hauptdruckleitung fördert, an welche über eine Zweigleitung (2) ein Schmierventil (1) und ein Ölkühler (16) angeschlossen sind. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, dass der Ölkühler (16) eine Vorlaufleitung (14) mit einem Vorlaufdruck P¶ZK¶ und die Rücklaufleitung (17) mit einem Rücklaufdruck P¶VK¶ aufweist und dass das Schmierventil (1) sowohl mit der Vorlaufleitung (14) als auch mit der Rücklaufleitung (17) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Schaltungsanordnung eines Automatikgetriebes für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Automatikgetriebe für Kraftfahrzeuge weisen einen Hydraulikölkreislauf auf, welcher die Aufgabe hat, die verschiedenen Teile des Automatikgetriebes, d. h. den Wandler, die Schaltelemente und das Zahnradgetriebe mit Drucköl, Kühlöl und Schmieröl zu versorgen. Für diese unterschiedlichen Aufgaben wird ein Hydrauliköl, ein so genanntes ATF-Öl verwendet, welches von einer Hydraulikpumpe auf einen System- oder Hauptdruck gebracht und in eine Hauptdruckleitung gefördert wird. Von der Hauptdruckleitung werden einzelne Ölströme unterschiedlichen Druckniveaus abgezweigt, was durch Druckreduzier- und Wegeventile erfolgt. Unter anderem wird von der Hauptdruckleitung ein Teilstrom für die verschiedenen Schmierstellen des Automatikgetriebes, z. B. Planetenradsätze und Lamellen der Schaltelemente abgezweigt. Dabei wird der erforderliche Schmierdruck durch ein zentrales Schmierventil gesteuert. Meistens befindet sich in dem Teilstrom für die Schmierung auch ein Ölkühler, in welchem das Hydrauliköl mittels Umgebungsluft oder mittels eines Kühlmittels aus dem Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeuges gekühlt wird. Ein derartiger Hydraulikölkreislauf wurde beispielsweise durch die DE-A 39 37 976 der Anmelderin bekannt. In diesem Kreislauf ist das Schmierventil in Ölströmungsrichtung hinter dem Ölkühler angeordnet, und zwar unter Zwischenschaltung eines Regelventils.

In anderen bekannten Hydraulikölkreisläufen der Anmelderin ist das zentrale Schmierventil im Vorlauf des Ölkühlers, also stromaufwärts angeord net, wobei der aus dem Ölkühler austretende Schmierölstrom Schmierdruckniveau aufweist. Der ölseitige Druckabfall im Ölkühler ist abhängig von der Öltemperatur, d. h. der Viskosität des Hydrauliköls. Insofern ergibt sich bei niedrigen Temperaturen ein höherer Druckabfall, was insgesamt zu einem Schmierölstrom mit veränderlichem Schmierdruckniveau führt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine hydraulische Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art derart zu gestalten, dass ein konstanter Schmierdruck oder ein konstanter Schmierölstrom erreicht werden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Druck im Kühlerrücklauf, der so genannte Rücklaufdruck, auf das Schmierventil zurückgeführt wird, d. h. das Schmierventil ist sowohl mit dem Vorlauf als auch mit dem Rücklauf des Ölkühlers verbunden. Je nach Ausgestaltung des Schmierventils und der Anordnung der Druckanschlüsse können damit einerseits ein konstanter Schmieröldruck und andererseits ein konstanter Schmierölstrom erreicht werden.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Schmierventil eine Ventilbohrung auf, in welcher ein Ventilschieber gleitend angeordnet und durch eine Ventilfeder belastet ist. Die Ventilbohrung weist ferner einzelne Ringkammern, eine Steuerkammer und einer Federkammer auf, die als Druckanschlüsse für die Verbindung zum Vorlauf und Rücklauf bzw. für den Systemdruck dienen.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Kühlerrücklauf über eine Steuerleitung mit dem stirnseitigen Steuerraum verbunden, in welchem der erste Kolben des federbelasteten Ventilschiebers aufgenommen ist. Der Rücklaufdruck wird somit zurückgeführt auf die Kolbenfläche des ersten Kolbens. Der Druck im Steuerraum wird über die Ventilfeder kraft bestimmt. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass stromabwärts vom Ölkühler, d. h. in dessen Rücklauf ein konstanter Druck herrscht, der als konstanter Schmierdruck den Schmierstellen des Automatikgetriebes zur Verfügung steht. Der Schmierdruck ist nicht mehr abhängig vom Druckabfall im Kühler.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist parallel zum Kühler ein Druckbegrenzungsventil angeordnet. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass der Kühler gegen einen unzulässig hohen Vorlaufdruck geschützt ist, da der Vorlaufdruck mit zunehmendem Druckabfall ebenfalls zunimmt.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuerleitung zur Rückführung des Rücklaufdruckes mit der stirnseitigen Federkammer des Schmierventils verbunden. Der Rücklaufdruck wird damit zurückgeführt auf die Kolbenfläche des zweiten Kolbens, welche gleich der Kolbenfläche des ersten Kolbens ist. Damit ergibt sich am Kühler ein konstanter Druckabfall, der über die Federsteifigkeit der Ventilfeder und die Kolbenflächen eingestellt wird. Mit diesem konstanten Druckabfall erreicht man den Vorteil eines konstanten Schmierölstromes.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Vorlaufdruck des Kühlers sowohl auf die Kolbenfläche des zweiten als auch über eine Druckausgleichsleitung auf die Kolbenfläche des ersten Kolbens, d. h. in den Steuerraum zurückgeführt. Damit ergibt sich der Vorteil, dass Druckspitzen des Vorlaufdruckes zum Schutz des Ölkühlers gedämpft werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

1 eine Schaltungsanordnung für ein schmierdruckkonstantes Schmierventil,

2 eine Schaltungsanordnung für ein stromkonstantes Schmierventil,

3 eine verallgemeinerte Darstellung des Ausführungsbeispieles gemäß 1 und

4 eine verallgemeinerte Darstellung des Ausführungsbeispieles gemäß 2.

1 zeigt eine Schaltungsanordnung eines vollständig nicht dargestellten Hydraulikölkreislaufes eines Automatikgetriebes für ein Kraftfahrzeug. Der Hydraulikölkreislauf weist einen Systemdruck P_sys auf, welcher über eine nicht dargestellte Hydraulikpumpe erzeugt wird. Von diesem maximalen Druck werden mittels nicht dargestellter Ventile weitere Drücke wie der Schaltdruck zum Schalten von Schaltelementen oder der Schmierdruck für die Versorgung der Schmierstellen des Automatikgetriebes abgeleitet.

An eine Hauptdruckleitung 2 mit dem Systemdruck P_sys ist über eine Drossel 3 ein zentrales Schmierventil 1 angeschlossen. Das Schmierventil 1 weist eine Ventilbohrung 4 auf, in welcher ein Ventilschieber 5 mit zwei Kolben 6, 7 gleitend aufgenommen und durch eine Druckfeder 8 belastet ist. Das Schmierventil 1, dessen Gehäuse nur teilweise schraffiert dargestellt ist, weist vier Anschlüsse auf, nämlich einen stirnseitigen Steuerraum 9 sowie eine erste Ringkammer 10, eine zweite Ringkammer 11 und eine dritte Ringkammer 12. An die Ringkammer 10 ist die Hauptdruckleitung 2 über die Drossel 3 angeschlossen. Die Ventilbohrung 4 endet stirnseitig in einer Federkammer 13, welche die Druckfeder 8 aufnimmt, die sich einerseits am Ventilgehäuse 1 und andererseits am Kolben 7 abstützt. Von der dritten Ringkammer 12 führt eine Vorlaufleitung 14 über eine Drossel 15 zu einem Ölkühler 16. Das Schmierventil 1 ist somit im Vorlauf des Ölkühlers 16 angeordnet. Das über die Vorlaufleitung 14 dem Kühler 16 zuströmende Öl durchströmt den Ölkühler 16 und tritt anschließend in die Rücklaufleitung 17 ein, welche über eine weitere Drossel 18 zu nicht dargestellten Schmierstellen des Automatikgetriebes führt und diese, z. B. Planetenradsätze oder Lamellen von Schaltgetrieben mit Schmier- und Kühlöl versorgt. Die Rücklaufleitung 17 ist über eine Steuerleitung 19 und eine weitere Drossel 20 mit dem Steuerraum 9 des Schmierventils 1 verbunden. Parallel zum Ölkühler 16 ist über eine Bypassleitung 21 ein Druckbegrenzungsventil 22 geschaltet.

In der Vorlaufleitung 14 herrscht der Vorlaufdruck P_ZK, in der Rücklaufleitung 17 herrscht der Rücklaufdruck P_VK. Der Druckabfall am Kühler 16 ergibt sich als Differenz Δp = P_ZK – P_VK. Die Druckfeder 8 weist eine Federsteifigkeit C auf bzw. eine daraus resultierende Federkraft F = C × X, wobei X der Federweg ist. Im Steuerraum 9 herrscht aufgrund der Verbindung durch die Steuerleitung 19 der Rücklaufdruck P_VK. Der Kolben 6 weist eine Kolbenfläche A1 auf. Somit gilt folgende Beziehung: PVK = F/A1

Der Rücklaufdruck P_VK wird somit durch das Verhältnis von Federkraft F und Kolbenfläche A1 bestimmt, d. h. er ist konstant. Der Vorlaufdruck P_ZK dagegen ist variabel, da der Druckabfall Δp am Kühler 16 temperaturvariabel ist. Je größer der Druckabfall Δp ist, umso größer ist der Vorlaufdruck P_ZK. Um den Kühler 16 vor einem erhöhten, unzulässigen Druck zu schützen, ist daher das Druckbegrenzungsventil 22 vorgesehen, welches bei einem unzulässig hohen Vorlaufdruck P_ZK öffnet und den Kühler 16 entlastet.

2 zeigt das Schmierventil 1 in einer abgewandelten Schaltungsvariante, wobei im Folgenden für gleiche Teile dieselben Bezugsziffern wie in 1 verwendet werden. Wie beim Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist das Schmierventil 1 über die erste Ringkammer 10 an die Hauptdruckleitung 2 über eine Drossel 3 angeschlossen. Der Ölkühler 16 ist über die Vorlaufleitung 14 und eine Drossel 15 mit der dritten Ringkammer 12 des Schmierventils 1 verbunden, d. h. das Schmierventil 1 liegt wiederum im Vorlauf des Ölkühlers 16.

Der Kolben 7 weist eine Kolbenfläche A2 auf, die gleich A1 ist. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist hier die Rücklaufleitung 17 über eine Steuerleitung 23 und eine Drossel 24 verbunden mit der Federkammer 13, d. h. der Rücklaufdruck P_VK ist zurückgeführt auf die Kolbenfläche A2 des Kolbens 7. Ferner ist die zweite Ringkammer 11 über eine Druckausgleichsleitung 25 und eine Drossel 26 mit der Steuerkammer 9 verbunden, d. h. der Vorlaufdruck P_ZK ist auf die Kolbenfläche A1 des Kolbens 6 zurückgeführt. Es gilt somit folgende Beziehung: der Druckabfall Δp am Kühler 16 ergibt sich aus dem Quotienten von Federkraft, d. h. Kraft F der Feder 8 und der Kolbenfläche A1 bzw. A2. Δp = F/A1 = F/A2

Der Druckabfall Δp am Kühler 16 ist somit konstant und über die Federkraft F sowie die Kolbenflächen A1, A2 einstellbar. Damit ergibt sich auch ein konstanter Schmierölstrom in der Rücklaufleitung 17. Durch die Rückführung des Vorlaufdruckes P_ZK über die Druckausgleichsleitung 25 in den Steuerraum 9 werden Druckspitzen des Vorlaufdruckes P_ZK gedämpft, und der Ölkühler 16 wird geschützt.

3 zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß 1 in einer verallgemeinerten Form, wobei für gleiche Teile dieselben Bezugszahlen verwendet sind. Das Schmierventil 1 weist einen ersten Druckanschluss 12, einen zweiten Druckanschluss 9 und einen Systemdruckanschluss 10 auf, über welchen es an die Hauptdruckleitung angeschlossen ist. Der Ölkühler 16 weist eine Vorlaufleitung 14 mit einem Vorlaufdruck P_ZK und eine Rücklaufleitung 17 mit einem Rücklaufdruck p_VK auf. Das Schmierventil 1 ist einerseits über die Vorlaufleitung 14 und den ersten Druckanschluss 12 mit dem Ölkühler 16 und andererseits über den zweiten Druckanschluss 9 und eine Steuerleitung 19 mit dem Rücklauf 17 des Ölkühlers 16 verbunden; am Schmierventil 1 liegt somit der Differenzdruck bzw. Druckabfall des Ölkühlers 16 an.

4 zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß 3 in einer verallgemeinerten Form, wobei dieselben Bezugszahlen für gleiche Teile verwendet sind. Das Schmierventil 1 ist über einen Systemanschluss 10 mit der Hauptdruckleitung verbunden und weist einen ersten Druckanschluss 12, einen zweiten Druckanschluss 9 und einen dritten Druckanschluss 13 auf, welcher über eine Steuerleitung 23 mit der Rücklaufleitung 17 des Ölkühlers 16 verbunden ist, der wiederum über eine Vorlaufleitung 14 mit dem ersten Druckanschluss 12 des Schmierventils 1 verbunden ist. Ein vierter Druckanschluss 11 des Schmierventils 1 ist über eine Druckausgleichsleitung 25 mit dem zweiten Druckanschluss 9 verbunden.

1: Schmierventil
2: Hauptdruckleitung
3: Drossel
4: Ventilbohrung
5: Ventilschieber
6: 1. Ventilkolben
7: 2. Ventilkolben
8: Ventilfeder
9: Steuerraum (zweiter Druckanschluss)
10: 1. Ringkammer (Systemdruckanschluss)
11: 2. Ringkammer (vierter Druckanschluss)
12: 3. Ringkammer (erster Druckanschluss)
13: Federkammer (dritter Druckanschluss)
14: Vorlaufleitung
15: Drossel
16: Ölkühler
17: Rücklaufleitung
18: Drossel
19: Steuerleitung
20: Drossel
21: Bypassleitung
22: Druckbegrenzungsventil
23: Steuerleitung
24: Drossel
25: Druckausgleichsleitung
26: Drossel

Claims

Hydraulische Schaltungsanordnung eines Automatikgetriebes für Kraftfahrzeuge mit einer Hydraulikpumpe, welche ein Hydrauliköl mit einem Haupt- oder Systemdruck P_sys in eine Hauptdruckleitung fördert, an welche über eine Zweigleitung (2) ein Schmierventil (1) und ein Ölkühler (16) angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet , dass der Ölkühler (16) eine Vorlaufleitung (14) mit einem Vorlaufdruck P_ZK und eine Rücklaufleitung (17) mit einem Rücklaufdruck P_VK aufweist und dass das Schmierventil (1) sowohl mit der Vorlaufleitung (14) als auch mit der Rücklaufleitung (17) verbunden ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmierventil (1) über einen ersten Druckanschluss (12) mit der Vorlaufleitung (14) und über einen zweiten Druckanschluss (9) und eine Steuerleitung (19) mit der Rücklaufleitung (17) verbunden ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmierventil (1) über einen ersten Druckanschluss (12) mit der Vorlaufleitung (14) und über einen dritten Druckanschluss (13) und eine Steuerleitung (23) mit der Rücklaufleitung (17) verbunden ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmierventil (1) einen vierten Druckanschluss (11) aufweist, der über eine Druckausgleichsleitung (25) mit dem zweiten Druckanschluss (9) verbunden ist.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmierventil (1) über einen Systemdruckanschluss (10) mit der Zweigleitung (2) verbunden ist.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmierventil (1) eine einen Ventilschieber (5) aufnehmende Ventilbohrung (4) mit koaxial angeordneten Ringkammern (10, 11, 12), einen stirnseitigen Steuerraum (9) und eine stirnseitige Federkammer (13) aufweist, wobei der Ventilschieber (5) zwei in der Ventilbohrung (4) gleitende Ventilkolben (6, 7) aufweist und durch eine in der Federkammer (13) angeordnete Ventilfeder (8) belastet ist, und dass der erste, der vierte und der fünfte Druckanschluss durch die Ringkammern (12, 11, 10), der zweite Druckanschluss durch den Steuerraum (9) und der dritte Druckanschluss durch die Federkammer (13) gebildet werden.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben (6) im Steuerraum (9) eine Kolbenfläche A1 und die Druckfeder (8) eine auf den Ventilschieber (5) wirkende Federkraft F aufweisen und dass der Druck im Steuerraum (9) dem Rücklaufdruck P_VK entspricht.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuerleitung (19) eine Drossel (20) angeordnet ist.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, parallel zum Ölkühler (16) ein Druckbegrenzungsventil (22) geschaltet ist.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vorlaufleitung (14) eine Drossel (15) angeordnet ist.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuerleitung (23) eine Drossel (24) angeordnet ist.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Druckausgleichsleitung (25) eine Drossel (26) angeordnet ist.