-
TECHNISCHES GEBIET
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeuggetriebe mit einem verriegelten,
pumpenbetätigten
Kupplungskreis mit Druckspeicher zur Bereitstellung eines rückseitigen
Schubdrucks.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
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. 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.
-
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 Verriegelungsventil
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.
-
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 Verriegelungsventilen,
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.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Demgemäß wird ein
LPAC-Kreis zur Verwendung in einem Fahrzeuggetriebe geschaffen,
wobei die LPAC-Kupplung aufweist: eine Kupplung mit einem Kupplungsanpressdruck,
zumindest ein Ventil in Fluidverbindung mit einer regelbaren Pumpe,
und einen Druckspeicher in Fluidverbindung mit der Kupplung und
dem Ventil, um dem LPAC-Kreis Nachgiebigkeit und Elastizität zu verleihen.
Der Druckspeicher schafft einen regelbaren, rückseitigen Schubdruck, um den
Kupplungsanpressdruck zu verstärken
bzw. zu erhöhen
und so eine rasche Anpassung an vorübergehende Druckspitzen während Perioden mit
erhöhtem
Bedarf an Drehmomentkapazität
zu bewirken.
-
In
einem Aspekt der Erfindung weist der LPAC-Kreis ein Schiebeventil
auf, das in Fluidverbindung mit der regelbaren Pumpe und dem Druckspeicher
steht, um dem Druckspeicher einen rückseitigen Schubdruck zuzuführen.
-
In
einem anderen Aspekt der Erfindung weist der LPAC-Kreis ein leckfreies
Verriegelungsventil in Fluidverbindung mit der regelbaren Pumpe
und dem Kupplungskolben auf, um dem LPAC-Kreis einen Kupplungsanpressdruck
zuzuführen.
-
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 Schubdruck auszuüben und
so einen innerhalb eines entleerbaren Druckspeichers angeordneten
Kupplungsanpresskolben zu betätigen.
-
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.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1A ist
eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Hydraulikkreises;
-
1B ist
eine Tabelle, die den Betrieb des Hydraulikkreises aus 1A beschreibt;
-
2 ist
eine schematische Darstellung eines Hydraulikkreises gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung;
-
3 ist
ein Graph, der drei diskrete Verriegelungsdruckpegel (TPLs) für eine LPAC-Kupplung über eine
repräsentative
Zeitdauer hinweg zeigt; und
-
4 ist
ein Graph, der ein LPAC-System mit einem diskreten Verriegelungsdruckpegel
und einem rückseitigen
Druckspeicherdruck gemäß der Erfindung
zeigt.
-
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
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 verriegelten, pumpenbetätigten Kupplungskreis (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
Kupplungskreise oder andere Komponenten.
-
Der
dritte Fluiddurchgang 38 steht in Fluidverbindung mit einem
ersten Ventil 18, vorzugsweise einem solenoidbetätigten,
leckfreien Verriegelungsventil, 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 Schiebeventil,
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
Druck speicher 20 zwischen dem Durchgang 24 und
einem sechsten Fluiddurchgang 16 angeordnet ist.
-
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
Schubdruck, 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-Schubdruck (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.
-
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.
-
In 1B,
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 Schubdruck (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.
-
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
Schubdruck (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.
-
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
Schubdruck (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
Schubdruck (Pfeil 21) des Fluids 48 in dem Druckspeicher 20 zur
Gänze entleert.
Der Einrück/Ausrückzyklus
kann dann wie weiter oben beschrieben wiederholt werden.
-
In
einer in 2 gezeigten, zweiten Ausführungsform,
in welcher ein Hydraulikpumpen-Hauptkreis 115 in Fluidverbindung
mit einem verriegelten, pumpenbetätigten Kupplungskreis (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 Verriegelungsventil,
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 Kupplungskreise
bzw. andere Komponenten an anderen Stellen in dem Getriebe versorgen.
-
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
Schubdrucks, 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 Schubdruck (Pfeil 121) den Kupplungsanpressdruck
(Pfeil 123) bei Bedarf erhöhen bzw. verstärken.
-
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.