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GEBIET
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Die vorliegende Offenlegung betrifft Steuerorgane der Schmierung für automatische Getriebe und spezieller ein Schmiersteuerungssystem für ein Automatikgetriebe, das den Schmierstrom unter Bedingungen niedriger Drehzahl und Leistung reduziert.
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Beispielsweise beschreibt die
US 2004/0214686 A1 ein hydraulisches Steuersystem mit einem Mehrkanal-Schieberkolbenventil, das von einem Steuerventil angesteuert werden kann. Zu dem Mehrkanal-Schieberkolbenventil führen zwei Einlasskanäle mit unterschiedlich großen Blenden, mittels derer ein niedriger oder ein hoher Schmierölstrom in einer von dem Mehrkanal-Schieberkolbenventil wegführenden Leitung erzeugt werden kann.
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HINTERGRUND
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Bei Kraftfahrzeug-Automatikgetrieben ist es notwendig, eine beachtliche Anzahl von rotierenden Bauteilen ständig mit einem schmierfähigen Getriebeölstrom zu versorgen. Entscheidend ist die Bestimmung des notwendigen Schmierstroms, der auch als minimaler oder ausreichender Durchfluss für ein gegebenes Bauteil oder eine Bauteilgruppe definiert werden kann. Einen solchen notwendigen Durchfluss bereitzustellen, ist eine Herausforderung, da er im gesamten Betriebsdrehzahlbereich des Getriebes aufrechterhalten werden muss. Folglich sind die Durchflusssteuereinrichtungen wie beispielsweise Öffnungen und Durchgänge so dimensioniert, dass ein ausreichender Durchfluss bei hoher Drehzahl trotz der Tatsache erzeugt wird, dass sie, so dimensioniert, bei niedriger Drehzahl einen zu hohen Durchfluss bewirken werden. Während diese ungünstigste technische Lösung die Anforderung an die Schmierung völlig erfüllt, ist eine anerkannte Konsequenz, dass Energie, die den unnötig hohen Durchfluss bei niedriger Drehzahl bewirkt, vergeudet wird. Speziell verursacht ein solcher übermäßiger Durchfluss erhöhte, störende Verluste von den innen liegenden Bauteilen des Getriebes wie geöffnete Kupplungen, Lager, Laufbuchsen, rotierende Hohlteile und dergleichen. Diese störenden Verluste führen zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch.
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Es versteht sich von selbst, dass ein durch Kompromiss erreichter Entwurf problematischer ist. Zu versuchen, einen Kompromiss zwischen notwendigem Mindestdurchfluss bei hoher Drehzahl und zu hohem Durchfluss bei niedriger Drehzahl zu finden, wird höchstwahrscheinlich zu Bauteilen führen, denen es bei hoher Drehzahl zumindest geringfügig an einer Schmierung mangelt, was die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer beeinträchtigen kann.
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In der vorhergehenden Zusammenfassung zum Stand der Technik der Schmierung von Automatikgetrieben wird vorgeschlagen, dass auf diesem Gebiet Verbesserungen wünschenswert wären, worauf die vorliegende Erfindung gerichtet ist.
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Somit ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung eines Schmiersteuerungssystems für ein Automatikgetriebe, das nicht mit den vorgehend aufgezeigten Problemen behaftet ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Diese Aufgabe wird mit einem Schmiersteuerungssystem gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
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Die vorliegende Erfindung stellt ein Automatikgetriebe-Schmiersteuerungssystem mit einem modulierenden, federbelasteten Steuerkolben und einem Rückführkreis bereit. Der einen Endfläche des Steuerkolbens wird unter Arbeitsdruck befindliche Hydraulikflüssigkeit zugeführt. In einem ersten Betriebszustand moduliert der Steuerkolben den Durchfluss von schmierfähiger Hydraulikflüssigkeit, die aus einem Getriebekühler zurückgeführt wird, wobei seine Stellung bestimmt wird durch ein Kräftegleichgewicht zwischen dem Leitungs- oder Arbeitsdruck, dem geregelten Flüssigkeitsausgangsdruck zum Schmiersystem und der Kraft der den Steuerkolben vorspannenden Druckfeder. In einem zweiten reduzierten Schmierzustand öffnet ein Signal von der elektronischen Getriebesteuerung (TCM) ein Magnetventil, um an ein Dreiwegeventil Hydraulikflüssigkeit hohen Druckes abzugeben, welches den Rückführkreis schließt und die Hydraulikflüssigkeit hohen Druckes auf das Ende des durch die vorspannende Druckfeder vorgespannten Steuerkolbens aufbringt. Dieser Vorgang bewegt den Steuerkolben in eine Hubgrenzstellung, die den Durchfluss vom Kühler zum Schmiersystem sperrt und ihn in die Schmierölwanne zurückführt. Anschließend wird dem Schmiersystem schmierfähige Hydraulikflüssigkeit aus der Drehmomentwandlerzuführung zugeführt, um Anforderungen an die Getriebeschmierung bei niedrigeren Getriebedrehzahlen zu erfüllen. In verschiedenen Flüssigkeitsdurchflusswegen sind zahlreiche Öffnungen angeordnet, um Drosselungen zu erzeugen, die eine verbesserte Steuerung des Flüssigkeitsdurchflusses bewirken. Ein Schmierstromschalter wird in dem ersten Zustand mit Hydraulikflüssigkeit unter Druck versorgt, die in dem zweiten Zustand abgegeben wird, und signalisiert der TCM, dass das Schmiersteuerungssystem in dem ersten Zustand mit hohem Durchfluss oder in dem zweiten Zustand mit geringem Durchfluss arbeitet.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Schmiersteuerungssystems für ein Automatikgetriebe mit einem Steuerkolben und einem Dreiwege-Rückschlagventil.
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Eine noch andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Schmiersteuerungssystems für ein Automatikgetriebe mit einem federbelasteten Steuerkolben und einem Dreiwege-Rückschlagventil.
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Eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Schmiersteuerungssystems für ein Automatikgetriebe mit einer ersten größeren Durchflussöffnung für Betriebszustände bei höherer Drehzahl und einer zweiten kleinerer Durchflussöffnung für Betriebszustände bei geringerer Drehzahl.
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Eine noch andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Schmiersteuerungssystems für ein Automatikgetriebe mit einem Druckschalter, der ein Signal an ein elektronisches Getriebesteuerungsmodul abgibt, das den Betriebszustand des Schmiersteuerungssystems berücksichtigt.
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ZEICHNUNGEN
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1 ist die grafische Ansicht eines Automatikgetriebes, das das Schmiersteuerungssystem der vorliegenden Erfindung einschließt;
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2 ist die schematische Ansicht eines Schmiersteuerungssystems für ein Automatikgetriebe gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Betriebzustand bei normalem Durchfluss, d. h. bei höherer Drehzahl;
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3 ist die schematische Ansicht eines Schmiersteuerungssystems für ein Automatikgetriebe gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Betriebszustand bei reduziertem Durchfluss, d. h. niedrigerer Drehzahl; und
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4 ist ein Kurvenbild, das Betriebszustände in einem normalen Automatikgetriebe-Schmierkreis gegenüber einem Getriebeschmierkreis gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Nimmt man nun Bezug auf 1, ist ein beispielhaftes Automatikgetriebe veranschaulicht und im Allgemeinen durch die Bezugszahl 10 bezeichnet. Das Automatikgetriebe 10 umfasst ein Gussmetallgehäuse 12 mit verschiedenen Öffnungen, Flächen, Flanschen und Durchgängen, die die zahlreichen Komponenten des Automatikgetriebes 10 aufnehmen, anordnen und tragen. Unter diesen Komponenten befinden sich eine Getriebeeingangswelle 14 und eine Getriebeabtriebswelle 16. Von einer Komponente des Automatikgetriebes 10 wird der Hydraulikflüssigkeitspumpe 20 Rotationsenergie zugeführt. Typisch ist, dass die Hydraulikpumpe 20 eine mit einer Zulauf- oder Saugleitung 22 verbundene Rotorpumpe mit innenverzahntem Rotor oder Zahnradpumpe sein wird, die Hydraulikflüssigkeit durch einen Filter 24 ansaugt, der in einer Schmierölwanne 26 am Boden des Gehäuses 12 des Automatikgetriebes 10 angeordnet ist.
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Die Hydraulikpumpe 20 führt unter Druck befindliche Hydraulikflüssigkeit in einer Auslass- oder Speiseleitung 28 verschiedenen Komponenten innerhalb des Automatikgetriebes 10, wie beispielsweise einem Druckregler (nicht dargestellt) und einer innerhalb des Gehäuses 12 des Automatikgetriebes 10 angeordneten Schmiersteuereinheit 30, zu. Die Schmiersteuereinheit 30 nimmt außerdem unter Druck befindliche Hydraulikflüssigkeit von einem Kühler 32 (in 2 dargestellt) in einer Rückleitung 34 auf. Der Kühler 32 ist typischerweise von dem Automatikgetriebe 10 entfernt in einem Wärme aufnehmenden Medium angeordnet. Die Abgabe von Hydraulikflüssigkeit der Schmiersteuereinheit 30 wird einem Schmierverteiler 36 bereitgestellt, der im Wesentlichen eine Vielzahl von Leitungen oder Durchgängen ist, die die Hydraulikflüssigkeit an verschiedene Komponenten des Automatikgetriebes 10 verteilen. Eine Schmierölwannenrückleitung 38 führt die dem Schmierverteiler 36 nicht zugeführte Hydraulikflüssigkeit in die Schmierölwanne 26 zurück.
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Nimmt man jetzt Bezug auf 1 und 2, umfasst die Schmiersteuereinheit 30 gemäß der vorliegenden Erfindung ein Mehrkanal-Schiebekolbenventil oder Steuerventil 40 mit einem Gehäuse oder Ventilgehäuse 42, in dem ein Mehrfachkolben oder Steuerkolben 44 mit Stegen verschiebbar aufgenommen ist. Wie es in 2 dargestellt ist, befindet sich der Steuerkolben 44 in einer ersten Modulier- oder Arbeitsstellung für hohes Volumen, in der er dem Schmierölverteiler 36 des Automatikgetriebes 10 einen Volumendurchsatz von Hydraulikflüssigkeit unter Druck, der hohen Betriebsdrehzahlen zugeordnet ist, zuführt. Der Steuerkolben 44 wird durch eine Druckfeder 46 in eine zweite Stellung für geringen Durchfluss oder Ruhestellung im Ventilgehäuse 42 nach links vorgespannt.
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Das Ventilgehäuse 42 bildet einen ersten Einlasskanal 42A, der Hydraulikflüssigkeit von dem Getriebekühler 32 in der Rückleitung 34 aufnimmt.
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In der ersten oder Modulierstellung für hohes Volumen des Steuerkolbens 44 leiten die Kolben oder Stege des Steuerkolbens 44 die Hydraulikflüssigkeit zu einem ersten Auslasskanal 42B, der in Verbindung steht mit einer ersten Zuführöffnung 52 für hohes Volumen, die so dimensioniert ist, um einen Volumendurchsatz von Hydraulikflüssigkeit zu bewirken, der zur Erfüllung von Anforderungen an das Automatikgetriebe 10 bei höheren Drehzahlen ausreichend ist. Die Abgabe der Öffnung 52 hohen Volumens strömt in den Schmierverteiler 36. Der Durchfluss von Hydraulikflüssigkeit von dem ersten Auslasskanal 42B ist außerdem durch eine Leitung 54 und eine erste Steueröffnung 56 zu einem ersten Kanal 60A eines Dreiwege-Rückschlagventils 60 vorgesehen. Der zweite Kanal 60B des Dreiwege-Rückschlagventils 60 ist durch eine zweite Steueröffnung 62 mit einem ersten Steuerkanal 42C des Ventilgehäuses 42 verbunden. Der erste Steuerkanal 42C steht mit einer ersten Steuerkammer 64 in Verbindung, welche die Druckfeder 46 enthält. Ein dritter Kanal 60C des Dreiwege-Rückschlagventils 60 steht durch eine weitere Steueröffnung 66 in Verbindung mit einem Steuerventil 68, das durch das elektronische Getriebesteuerungsmodul (TCM) 70 betätigt wird. Wie nachstehend ausführlicher erläutert wird, stellt das elektronische Getriebesteuerungsmodul 70, wenn Anforderungen von niedriger Drehzahl und reduzierter Schmierung erfasst sind, ein Übersteuerungssignal bereit, welches das Steuerventil 68 betätigt, das wiederum dem dritten Kanal 60C des Dreiwege-Rückschlagventils 60 unter Druck befindliche Hydraulikflüssigkeit zuführt.
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Ein zweiter Steuerkanal 42D, der mit einer zweiten Steuerkammer 72 an dem Ende des Steuerkolbens 44 gegenüber der ersten Steuerkammer 64 in Verbindung steht, ist durch eine Steueröffnung 74 mit der Auslass- oder Zuleitung 28 der Hydraulikpumpe 20 verbunden. Der Druck in der zweiten Steuerkammer 72 wird sich mit der Drehzahl der Hydraulikpumpe 20 und anderen veränderlichen Größen andern und kann typischerweise im Bereich von 300 bis 2100 kPa liegen.
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Somit wird deutlich, dass die axiale Stellung des Steuerkolbens 44 und der Hydraulikflüssigkeitsstrom zu dem Schmierverteiler 36 das Ergebnis eines Kraftausgleiches sein wird zwischen dem Pumpendruck innerhalb der zweiten Steuerkammer 72, der dazu neigt, den Steuerkolben 44 nach rechts in 2 zu verschieben, und dem Rückleitungsdruck in der Leitung 54, dem Dreiwege-Rückschlagventil 60 und der ersten Steuerkammer 64, kombiniert mit der Kraft der Druckfeder 46, die gemeinsam dazu neigen, den Steuerkolben 44 nach links zu verschieben.
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Der Mehrkanal-Steuerkolben oder das Mehrkanal-Steuerventil 40 enthält zusätzliche Kanäle, die im normalen geregelten Betriebszustand nicht einbezogen sind. Sie umfassen einen weiteren Einlasskanal 42E, der dem ersten Einlasskanal 42A benachbart ist und der durch eine Steueröffnung 76 Hydraulikflüssigkeitsstrom aus der Rückleitung 34 aufnimmt. Eine Drehmomentwandler-Zulaufleitung 78 gibt Hydraulikflüssigkeit durch eine zweite Zuführöffnung 82 für geringes Volumen und von dort an einen weiteren Einlasskanal 42F ab. Eine Steueröffnung oder ein Paar von Öffnungen 84 stellt ebenfalls Hydraulikflüssigkeit von der Drehmomentwandler-Zulaufleitung 78 durch eine andere Zulaufleitung 86 für einen Schmierdruckschalter 88 und einen vierten Einlasskanal 42G bereit. Der Schmierdruckschalter 88 liefert ein Signal an das elektronische Getriebesteuerungsmodul 70, dass in der Zulaufleitung 86 ein verhältnismäßig hoher Druck vorhanden ist, was anzeigt, dass der vierte Einlasskanal 42G geschlossen ist, womit dem elektronischen Getriebesteuerungsmodul 70 bestätigt wird, dass sich der Steuerkolben 44 in seiner normalen geregelten Betriebsstellung befindet.
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Nimmt man jetzt Bezug auf 3, ist der Betriebszustand der Schmiersteuereinheit 30 im reduzierten Schmierstrom veranschaulicht. Es wird ersichtlich, dass sich der Steuerkolben 44 in diesem Betriebszustand an seine äußerste linke Hubgrenze bewegt hat, wie es in 3 dargestellt ist. Dieses Verschieben ist infolge dessen aufgetreten, dass das elektronische Getriebesteuerungsmodul 70 die Betriebszustände erfasst, bei denen ein reduzierter Schmierstrom geeignet ist. In dieser Situation erzeugt das elektronische Getriebesteuerungsmodul 70 ein Signal an das Steuerventil 68 zum Öffnen desselben, wodurch an den dritten Kanal 60C des Dreiwege-Steuerventils 60 durch die Steueröffnung 66 Hydraulikflüssigkeit unter Druck abgegeben wird. Der Kugelverschluss bewegt sich so, dass der Kanal 60A verschlossen wird und die Hydraulikflüssigkeit durch die zweite Steueröffnung 62 fließt und die erste Steuerkammer 64 füllt. Die kombinierte Kraft von Hydraulikflüssigkeit und Druckfeder 46 bewirkt, dass sich der Steuerkolben 44 bis an seine volle linke Hubgrenze verschiebt.
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In dieser Stellung stellen die Stege des Steuerkolbens 44 eine Verbindung zwischen dem Einlasskanal 42F und dem ersten Auslasskanal 42B her. Die zweite Zuführöffnung 82 für geringes Volumen ist bedeutend kleiner als die erste Zuführöffnung 52 für großes Volumen, und folglich ist der Hydraulikflüssigkeitsstrom in den Schmierverteiler 36 erheblich reduziert. Außerdem befindet sich in dieser Stellung des Steuerkolbens 44 der Einlasskanal 42E in Verbindung mit einem ersten Austrittskanal 42H und der Schmierölwannenrückleitung 38, die Hydraulikflüssigkeit vom Kühler 32 zur Schmierölwanne 26 zurückführt. Dieses Merkmal gewährleistet, dass jederzeit ein voller Kühlerstrom und somit eine maximale Kühlung vorhanden sind, ungeachtet der Flüssigkeitsmenge, die durch den Schmierverteiler 36 geht. Schließlich stellen die Stege des Steuerkolbens 44 eine Verbindung her zwischen dem vierten Einlasskanal 42G und einem zweiten Austrittskanal 42J, der durch die Schmierölwannenrückleitung 38 mit der Schmierölwanne 26 verbunden ist. Weil die Steueröffnungen 84 den Hydraulikflüssigkeitsstrom in der Zulaufleitung 86 begrenzen, fällt der Druck ab und der Schmierdruckschalter 88 ändert den Zustand, indem dem elektronischen Getriebesteuerungsmodul 70 angezeigt wird, dass die Schmiersteuereinheit 30 und speziell der Steuerkolben 44 in ihrem Zustand bei reduziertem Durchfluss arbeiten.
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Nimmt man jetzt Bezug auf 4, sind Kurvenbilder von verschiedenen Betriebszuständen in einem üblichen Automatikgetriebe-Schmierkreis gegenüber einem Getriebe-Schmierkreis gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die (horizontale) X-Achse stellt den ansteigenden Leitungsdruck dar, das heißt, den Hydraulikdruck in der Auslass- oder Speiseleitung 28 von der Hydraulikpumpe 20. Die (vertikale) linke Y-Achse stellt den ansteigenden Schmiermittel-Zuleitungsdruck zu dem Schmierverteiler 36 und die (vertikale) rechte Y-Achse stellt den tatsächlichen Durchfluss von Hydraulikflüssigkeit in Litern pro Minute dar.
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Das Schmiersteuerungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung bringt mehrere Vorteile gegenüber Systemen im Stand der Technik. Zuallererst wird eingeschätzt, dass eine Reduzierung des Hydraulikflüssigkeitsstroms bei leistungsarmem Betrieb eine Verbesserung des Kraftstoffverbrauches von 1% erzielen kann. Zweitens geht die gesamte Hydraulikflüssigkeit durch den Getriebekühler, ob sie zur Schmierung verwendet wird oder direkt zurück in die Schmierölwanne umgeleitet wird. Somit wird immer eine maximale Kühlung des Getriebeöls bewirkt. Zuallerletzt ist der normale und ausfallsichere Betriebszustand eine Schmierung mit geregeltem Durchfluss bei höherem Volumen, es sei denn, dass das Steuerventil 68 betätigt wird. In dieser Hinsicht bestätigt der Schmierdruckschalter 88 dem elektronischen Getriebesteuerungsmodul 70 eine Übereinstimmung zwischen dem angewiesenen und dem tatsächlichen Betriebszustand.
