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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft eine variable, binäre, Hydraulikpumpe mit konstanter
Verdrängung
für ein Hydrauliksystem
eines Getriebes in einem Fahrzeugantriebsstrang und ein Verfahren
zum Betreiben des Hydrauliksystems.
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Hintergrund der Erfindung
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Das
Hydrauliksystem für
ein Kraftfahrzeuggetriebe dient wichtigen Schmier-, Kühl- und
Kupplungsbebetätigungsfunktionen,
die für
den Betrieb des Getriebes erforderlich sind. Im Allgemeinen sind ein
Hydraulikdruck und eine Hydraulikströmung innerhalb des Hydrauliksystems
durch eine motorbetriebene Hydraulikpumpe bereitgestellt, welche
eine Rotationsgeschwindigkeit aufweist, die zu der Motordrehzahl
proportional ist. Die Hydraulikpumpe muss derart ausgelegt sein,
dass sie einen Spitzenbedarf, wie z. B. einen Hydraulikfluidbedarf
während
des Schaltens des Getriebes, Leerlaufdrehzahl-Anfahrschaltungen
bei heißem
Motor und, bei bestimmten Getrieben, bei einem hydraulischen Parkmodus
in einem elektronischen Getriebebereich-Umschalt (ETRS von electronic
transmission range selector)-System abdeckt. Darüber hinaus können hydraulische
Anforderungen des Getriebes auch noch vorhanden sein, wenn der Motor
(und damit die motorbetriebene Pumpe) abgestellt ist, wie z. B.
in einem reinen Elektromodus in einem elektromechanischen Hybridantriebsstrang.
Die Anforderungen an das Pumpendrehmoment und die PS steigen mit
zunehmender Pumpendrehzahl und besitzen einen damit verbundenen
negativen Einfluss auf die Kraftstoffökonomie; es ist daher wünschenswert,
die Strömungsversorgung
der Pumpe soweit wie möglich
zu begrenzen. Variable Pumpen, die binäre Pumpen umfassen können, sind
bei vollem oder partiellem Ausgabevolumen betreibbar. Somit können solche Pumpen
mit einer Kraftstoff sparenden partiellen Ausgabe betrieben werden,
wann immer es möglich ist,
und arbeiten nur bei voller Ausgabe, wenn es nötig ist.
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Schließlich kann
bei bestimmten Fahrzeugkonstruktionen der Unterbringungsraum sehr
begrenzt sein und bestimmt daher den Ort und unter Umständen die
Größe und Art
der Pumpen, die verwendet werden können. Zum Beispiel besitzt
eine „axial
angeordnete” Hydraulikpumpe
eine Rotationsachse, die mit einer Rotationsachse eines Eingangselements
des Getriebes (d. h. der Getriebeachse) ausgerichtet (d. h. koaxial)
ist. Eine axial angeordnete Pumpe kann die Gesamtlänge des
Getriebes vergrößern. Eine „außeraxiale” Pumpe
besitzt eine Rotationsachse, die zu der Getriebeachse versetzt und nicht
mit dieser konzentrisch oder koaxial ist. Außeraxiale Pumpen bieten eine
erhöhte
Flexibilität
im Hinblick auf den Unterbringungsort. Allerdings kann in einem
Fahrzeug mit Hinterradantrieb, wenn der Getriebe-„Tunnel”, der in
dem Fahrzeug nach vorne und hinten verläuft (d. h. der für das Getriebe
bestimmte Unterbringungsraum, typischerweise tunnelförmig und
unter dem Fahrzeugboden), relativ wenig freien Unterbringungsraum
aufweist, die Unterbringung einer außeraxialen Pumpe, die entsprechend
dimensioniert ist, um den hydraulischen Anforderungen des Getriebes
gerecht zu werden, schwierig oder unmöglich sein.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Um
den Herausforderungen zu begegnen, ein ausreichendes Hydrauliksystem
für ein
Getriebe vorzusehen, ist eine, binäre Pumpe mit konstanter Verdrängung (d.
h. eine Pumpe, die nach Bedarf ein volles oder partielles Ausgabevolumen
liefern kann) für
einen Antriebsstrang eines Fahrzeuges entweder mit Vorderradantrieb
oder mit Hinterradantrieb (d. h. eines Fahrzeuges, bei dem der Motor
die hinteren Räder über das
Getriebe betreibt) vorgesehen. Ein Hydrauliksystem ist funktionell
mit einer ersten und einer zweiten Austrittsöffnung der Pumpe verbunden und
dient dazu, abwechselnd eine Fluidströmung durch beide Austrittsöffnungen
zuzulassen (d. h. volle Verdrängung
oder volles Ausgabevolumen der Pumpe), oder eine Strömung nur
durch die erste Austrittsöffnung
zuzulassen (d. h. partielle Verdrängung oder partielles Ausgabevolumen
der Pumpe). Eine kleinere Pumpenverdrängung (z. B., wenn die binäre Pumpe
mit partieller Ausgabe betrieben wird) würde weniger Drehmoment und
weniger PS erfordern, um die Pumpe zu betreiben, was eine bessere
Kraftstoffökonomie
in dem Fahrzeug während
eines stabilen Betriebes mit sich bringen würde. Eine binäre Pumpe mit
konstanter Verdrängung
kann das schnellere Ansprechen bereitstellen, das erforderlich ist,
um die Steuerung der Übergänge zwischen
einer partiellen Ausgabe während
eines stabilen Betriebes des Getriebes und der vollen Ausgabe, die
während
transienter Ereignisse wie z. B. Getriebeschaltvorgängen erforderlich
ist, zu ermöglichen.
Dieses Ansprechen wäre
schneller als z. B. bei einer Flügelzellenpumpe mit
verstellbarer Verdrängung
(VDVP von variable displacement vane pump), da sie keine Verzögerung in
Verbindung mit dem Bewegen eines Schiebers wie bei einer VDVP erfordert.
Ein weiterer Vorteil gegenüber
einer VDVP ist der verbesserte volumetrische Wirkungsgrad auf Grund
der reduzierten inneren Undichtheit, die durch das Nichtvorhandensein
des sich bewegenden Schiebers ermöglicht wird.
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Die
binäre
Pumpe kann eine druckausgeglichene Flügelzellenpumpe mit zwei Einlassöffnungen, die
um ungefähr
180 Grad voneinander angeordnet sind, und zwei Austritts- oder Auslassöffnungen
sein, die um ungefähr
180 Grad voneinander angeordnet sind, um die Wirkung der Fluidkraft
auf die Pumpe auszugleichen. Alternativ könnte die binäre Pumpe eine
andere Art von Pumpe sein, wie z. B. zwei Back-to-back-Zahnradpumpen,
die jeweils eine der zwei Austrittsöffnungen bereitstellen, oder
eine Drehschieberpumpe (engl. roller vane pump). Die Hydraulikpumpe
könnte
entweder eine axial angeordnete oder eine außeraxiale Pumpe sein. In einer
Ausführungsform
ist die Hydraulikpumpe eine druckausgeglichene Flügelzellenpumpe
und ist außeraxial
in einem Antriebsstrang angeordnet, welcher für ein Fahrzeug mit Hinterradantrieb
ausgebildet ist. Eine Fluidströmung
aus den separaten Auslässen
könnte zu
denselben Komponenten oder verschiedenen Komponenten in dem Getriebe
geleitet werden.
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Um
die Unterbringungsbegrenzungen abzuschwächen, insbesondere in einer
Ausführungsform mit
außeraxialem
Hinterradantrieb, jedoch nicht auf eine solche beschränkt, kann
die Hydraulikpumpe mit konstanter Verdrängung ausgebildet sein, um
innerhalb eines Hohlraumes eines Trägerabschnitts des Getriebegehäuses untergebracht
zu sein. Das Gehäuse
definiert einen ersten Durchgang, der sich von dem Hohlraum weg
erstreckt, und die erste Austrittsöffnung der Hydraulikpumpe steht
in fluidtechnischer Verbindung mit dem ersten Durchgang. Die zweite
Austrittsöffnung
steht in fluidtechnischer Verbindung mit dem Hohlraum, aber nicht
in fluidtechnischer Verbindung mit dem ersten Durchgang, wenn die
Pumpe in dem Hohlraum beherbergt ist. Demgemäß ist die Pumpe in einem binären Modus
betreibbar, da die Austrittsöffnungen
getrennt voneinander geleitet werden. Das Getriebegehäuse kann
ferner einen Einlassdurchgang definieren, der in fluidtechnischer
Verbindung mit sowohl der ersten als auch der zweiten Einlassöffnung der
Hydraulikpumpe steht. In dieser Anordnung füllt der Fluiddruck innerhalb
des Hohlraumes, d. h., der von dem aus der zweiten Austrittsöffnung strömenden Fluid
herrührt,
einen Abschnitt des Hohlraumes zwischen dem Gehäuse und der Pumpe und spannt
die Pumpe in abdichtenden Eingriff mit dem Gehäuse vor, um eine innere Pumpenundichtheit
sowohl innerhalb der rotierenden Gruppe als auch mit dem Gehäuse zu verringern.
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Der
Betrieb des Getriebes bei Motorleerlaufdrehzahl stellt häufig die
Grenzbedingung dar, welche die größte erforderliche Pumpenverdrängung bestimmt,
da Fahrzeugmanöver
wie Anfahrschaltungen einen beträchtlichen Ölbedarf
aus einer Pumpe erzeugen, wenn deren Kapazität auf Grund des Betriebes bei
ihrer niedrigsten Drehzahl am stärksten
eingeschränkt
ist. Ein Hydraulikparkmerkmal bei einer elektrischen Schaltanwendung
wie z. B. einer elektronischen Getriebebereich-Umschaltung (ETRS)
erhöht
weiter den erforderlichen Pumpenölbedarf
und erhöht
die erforderliche Pumpenverdrängung.
Da eine Pumpe mit konstanter Verdrängung eine Strömungsausgabe
erzeugt, die zu der Rotationsgeschwindigkeit der Pumpe proportional
ist, und typischerweise direkt bei Motordrehzahl betrieben wird, führt die
Bemessung der erforderlichen Pumpenverdrängung bei Motorleerlaufdrehzahl
zu einer Verschlechterung der Kraftstoffökonomie während des verbleibenden Arbeitszyklus
des Fahrzeuges. Mit einer binären
Pumpe kann die Pumpe derart gesteuert werden, dass sie nur eine
partielle Ausgabe bereitstellt, wenn kein Ölspitzenbedarf vorliegt, was
zu Einsparungen bei der Kraftstoffökonomie führt.
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Zusätzlich oder
alternativ kann die gesamte erforderliche Pumpenverdrängung der
Hydraulikpumpe verkleinert werden, indem eine Hilfspumpe vorgesehen
wird, die zusammen mit der Hydraulikpumpe (die hierin als die Hauptpumpe
bezeichnet sein kann) steuerbar ist, um dem Ölbedarf des Getriebes bei verschiedenen
Betriebsbedingungen oder -modi gerecht zu werden. Die Hilfspumpe
kann durch ein mechanisches Mittel wie z. B. eine Kettenrad- und Kettenanordnung
angetrieben sein, das getrennt von dem Motor, insbesondere in einem
Nicht-Hybrid-Antriebsstrang, angetrieben sein kann. Alternativ kann die
Hilfspumpe durch einen Elektromotor in einem Hybridgetriebe angetrieben
sein, wodurch ermöglicht wird,
dass die Hilfspumpe in reinen Elektromodi angetrieben wird, in denen
der Motor abgestellt und die motorbetriebene Hydraulikpumpe nicht
in Betrieb ist. Die Hilfspumpe kann eine piezoelektrische Pumpe sein,
da eine solche einen reduzierten Leistungsverbrauch zur Folge haben
kann. Vorzugsweise ist die Hilfspumpe auch eine Pumpe mit konstanter
Verdrängung
wie die Hauptpumpe, da ein gemeinsames Steuersystem verwendet werden
kann, was zu einer Reduktion erforderlicher Komponenten führen kann. Zum
Beispiel kann dieselbe Art von Druckregelventil für beide
Pumpen verwendet werden, wenn beide Pumpen mit konstanter Verdrängung sind,
während eine
andere Art von Druckregelventil für die Hilfspumpe erforderlich
sein kann, wenn es sich dabei um eine andere Art von Pumpe handelt
wie z. B. eine VDVP. Die Verwendung der Hilfspumpe im Tandem mit,
d. h. als Erweiterung der Hauptpumpe, ist unter bestimmten Betriebsbedingungen
wie z. B. Leerlaufbedingungen bei heißem Motor vorteilhaft, wenn
eine dünnere Ölviskosität jegliche
innere Undichtheit in der Hauptpumpe erhöht und zu einem starken Ölbedarf
an der Hauptpumpe führt.
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Von
daher umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines Hydrauliksystems
für ein
Getriebe, das zumindest teilweise durch einen Motor betrieben wird, dass
eine motorbetriebene binäre,
Hydraulikpumpe mit konstanter Verdrängung mit einer ersten und
einer zweiten Austrittsöffnung
vorgesehen wird. Das Hydrauliksystem ist derart ausgebildet, dass
die Hydraulikpumpe mit einem ersten Ausgabevolumen (z. B. voller
Ausgabe) unter Verwendung eines Fluids betreibbar ist, das aus beiden
Austrittsöffnun gen strömt. Die
Hydraulikpumpe ist auch mit einem zweiten Ausgabevolumen (d. h.
partieller Ausgabe) betreibbar, das kleiner als das erste Ausgabevolumen ist,
und verwendet Fluid, das nur aus der ersten Austrittsöffnung strömt. Unter
dem Verfahren werden die Motordrehzahl sowie Getriebebetriebsbedingungen (z.
B. die Öltemperatur,
jedoch nicht auf diese beschränkt) überwacht
und die Hydraulikpumpe wird derart gesteuert, dass sie das erste
Ausgabevolumen bereitstellt, während
die Hilfspumpe das dritte Ausgabevolumen bereitstellt, wenn die
Motordrehzahl kleiner ist als ein vorbestimmter Wert und vorbestimmte
Getriebebetriebsbedingungen erfüllt
sind (z. B. die Öltemperatur
ist hoch, wie in einem Leerlaufzustand bei heißem Motor). Die Pumpe wird
derart gesteuert, dass sie das zweite Ausgabevolumen bereitstellt,
während
die Hilfspumpe derart gesteuert wird, dass sie ausgeschaltet ist,
wenn die Motordrehzahl größer oder
gleich dem vorbestimmten Wert ist, da die Hydraulikpumpe ausreichend
dimensioniert ist, um dem Ölbedarf
des Getriebes bei höheren
Motordrehzahlen gerecht zu werden. In einem Hybridantriebsstrang
umfasst das Verfahren, dass die Hilfspumpe derart gesteuert wird,
dass sie das dritte Ausgabevolumen bereitstellt, wenn der Motor
das Getriebe nicht betreibt, d. h. wenn die motorbetriebene binäre Hydraulikpumpe
mit konstanter Verdrängung nicht
in Betrieb ist.
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Die
oben stehenden Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und
Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden detaillierten
Beschreibung der besten Arten, die Erfindung auszuführen, in
Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ohne weiteres verständlich.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Veranschaulichung eines Fahrzeuges mit Hinterradantrieb
mit einem Getriebe-Hydrauliksystem, das eine axial angeordnete,
motorbetriebene binäre,
Pumpe und eine motorbetriebene, außeraxiale Hilfspumpe aufweist;
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2 ist
eine schematische Veranschaulichung eines Hybridfahrzeuges mit Hinterradantrieb mit
einem Getriebe-Hydrauliksystem, das eine axial angeordnete, motorbetriebene
binäre
Pumpe und eine außeraxiale
Hilfspumpe aufweist, die durch einen Elektromotor angetrieben ist;
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3 ist
eine schematische Veranschaulichung eines Hybridfahrzeuges mit Hinterradantrieb mit
einem Getriebe-Hydrauliksystem, das eine außeraxiale, motorbetriebene
binäre
Pumpe, die in einem vorderen Trägerabschnitt
des Getriebes getragen ist, und eine außeraxiale Hilfspumpe aufweist, die
durch einen Elektromotor angetrieben ist;
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4 ist
eine schematische Querschnittsveranschaulichung eines Abschnitts
einer druckausgeglichenen, binären
Flügelzellenpumpe,
die als die Pumpe von 3 verwendet werden kann;
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5 ist
eine schematische perspektivische Veranschaulichung in Explosionsdarstellung
der druckausgeglichenen Flügelzellenpumpe
von 4;
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6A ist
eine schematische perspektivische Veranschaulichung des vorderen
Trägers
von 3;
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6B ist
eine schematische Veranschaulichung in Vorderansicht des vorderen
Trägers
von 3 und 6A;
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7 ist
eine schematische Veranschaulichung in Seitenansicht der druckausgeglichenen
Flügelzellenpumpe
von 5, die in dem vorderen Träger von 6A–6B getragen
ist;
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8 ist
eine schematische Veranschaulichung von Hydraulikdurchgängen und
-ventilen, die in dem Hydrauliksystem von 4–7 umfasst sind;
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9 ist
eine schematische Veranschaulichung in Seitenansicht in teilweiser
Querschnittsansicht einer außeraxialen,
binären
Zahnradpumpe, die als die Pumpe von 3 verwendet
werden kann; und
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10 ist
eine schematische Veranschaulichung von Hydraulikdurchgängen und
-ventilen, die in dem Hydrauliksystem von 3 und 9 umfasst
sind.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugsziffern
auf gleiche Komponenten beziehen, zeigt 1 ein Fahrzeug 10 mit vorderen
Rädern 12 und
hinteren Rädern 14.
Die hinteren Räder 14 sind
durch einen Motor 16 über
ein Getriebe 18 betrieben, sodass das Fahrzeug 10 ein Fahrzeug
mit Hinterradantrieb ist. Während
in dieser Ausführungsform
das Getriebe ein Getriebe eines Hinterradantriebes ist, kann das
Getriebe in weiteren Ausführungsformen
ein Getriebe eines Vorderradantriebes sein. Der Motor 16 und
das Getriebe 18 sind Teil eines Antriebsstranges 20.
Der Antriebsstrang 20 kann ein Nicht-Hybrid (d. h. er weist
den Motor 16 als einzige Quelle von Antriebsleistung auf)
oder ein Hybrid sein (d. h. er umfasst eine zusätzliche Quelle von Antriebsleistung wie
einen oder mehrere Elektromotoren/Generatoren, eine Brennstoffzelle
oder eine beliebige andere bekannte Hybridleistungsquelle).
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Der
Antriebsstrang 20 umfasst ferner ein Hydrauliksystem 22,
das verwendet wird, um hydraulischen Druck für das Getriebe 18 zur
Kühlung, Schmierung
und Kupplungsbetätigung
bereitzustellen. Das Hydrauliksystem 22 umfasst eine axial
angeordnete binäre
Pumpe mit konstanter Verdrängung 24.
Die binäre
Pumpe 24 ist „axial
angeordnet”,
da eine Rotationsachse 26 der binären Pumpe 24 koaxial
mit einer Rotationsachse eines Motorausgangselements 28 und
mit einer Rotationsachse eines Getriebeeingangselements 30,
d. h. mit einer Getrieberotationsachse 32, ausgerichtet
ist. Ein Ausgangselement 34 des Getriebes 18 betreibt
die hinteren Räder 14 über ein
Differenzial 36.
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Die
binäre
Pumpe 24 ist durch das Motorausgangselement 28,
vorzugsweise über
einen Drehmomentwandler-Pumpenabschnitt (nicht gezeigt) angetrieben.
Die binäre
Pumpe 24 weist einen ersten Pumpeneinlass 38 und
einen zweiten Pumpeneinlass 39 auf, die Fluid aus einem
Getriebesumpf 40 über
ein Filter 42 saugen. Die binäre Pumpe 24 weist zwei
separate Auslässe
auf, die eine erste Austrittsöffnung
oder einen ersten Auslass 44 und eine zweite Austrittsöffnung oder
einen zweiten Auslass 46 umfassen. Die erste Austrittsöffnung 44 entleert
in ein Druckregelventil 48, das eine Fluidströmung von
der ersten Austrittsöffnung 44 über eine
Hauptdruckleitung 52 zu dem Getriebe 18 ermöglicht.
Die zweite Austrittsöffnung 46 strömt über ein
Kugelrückschlagventil 55 und
das Druckregelventil 48, welches, unter der Steuerung eines
elektronischen Controllers 50 und in Ansprechen auf relative
Drücke
von Fluid, das aus den Austrittsöffnungen 44, 46 strömt, wie
weiter unten erklärt,
selektiv eine Fluidströmung
von der zweiten Austrittsöffnung 46 über eine
sekundäre Druckleitung 54 zu
dem Getriebe 18 ermöglicht.
Die erste und die sekun däre
Druckleitung 52, 54 sind in 1 zum
Zweck der Klarheit in der Veranschaulichung mit verschiedenen Formen
gezeigt (die erste Druckleitung 52 mit Kreisen, und die
sekundäre Druckleitung 54 mit
Dreiecken). Die Druckleitungen 52, 54 können in
hydraulischer Verbindung innerhalb des Getriebes 18 stehen,
sodass eine erste Getriebekomponente 56, wie z. B. ein
Drehmomentübertragungsmechanismus,
d. h. eine Kupplung oder eine Bremse, mit Fluid von beiden Austrittsöffnungen 44, 46 versorgt
wird. Alternativ können
die erste und die sekundäre
Druckleitung 52, 54 getrennt voneinander gehalten
sein, wobei die sekundäre
Druckleitung 54 in fluidtechnischer Verbindung mit einer
zweiten Getriebekomponente 58 wie z. B. einer weiteren
Kupplung oder Bremse steht, aber nicht mit der ersten Komponente 56.
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Das
Hydrauliksystem 22 umfasst auch eine Hilfspumpe 60,
die sich „außeraxial” zu der
Getriebeachse 32 befindet (d. h. eine Rotationsachse 64 der Pumpe 60 ist
zu der Getriebeachse 32 verschoben) und ist durch eine
Antriebsverbindung 62, etwa einen Ketten- und Kettenradsatz
angetrieben. Die Hilfspumpe 60 saugt auch Fluid aus dem
Reservoir 40 durch das Filter 42 und stellt selektiv
Fluid mit einem vorbestimmten Ausgabevolumen an das Getriebe 18 über ein
Schalt- oder Magnetventil 63 unter der Steuerung des Controllers 50 bereit,
um selektiv Fluid zu dem Getriebe 18 zuzulassen, um den
durch die binäre
Pumpe 24 bereitgestellten Fluiddruck zu erhöhen, wie
unten stehend weiter erklärt.
Wenn Fluid von der Hilfspumpe 60 unter festgelegten Getriebebetriebsbedingungen
nicht erwünscht
ist, dann leitet das Schaltventil 63 das Fluid zu dem Sumpf 40 um.
Die elektronischen und hydraulischen Verbindungen zwischen dem Controller 50 und
der binären
Pumpe 24, der Hilfspumpe 60, dem Druckregelventil 48 und
weiteren Komponenten des Antriebsstranges 20, wie z. B.
einem Motordrehzahlsensor 66 und einem Getriebetemperatursensor 68,
sind zum Zweck der Klarheit in den Zeichnungen nicht gezeigt. Aller dings
wird der Fachmann, dem solche Verbindungen und elektrohydraulische
Kupplungsbetätigungen
gut bekannt sind, die Fähigkeit
des Controllers 50, diese Komponenten wie unten beschrieben
zu steuern, ohne weiteres erkennen.
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Die
Zwischenverbindungen zwischen der binären Pumpe 24, dem
Druckregelventil 48 und dem Kugelrückschlagventil 55 sind
in 8 in größerem Detail
gezeigt. In 8 sind zwei Einlässe 38, 39 und zwei
Auslässe 44, 46 gezeigt,
die sich von der Pumpe 24 weg erstrecken. Wenngleich in
der schematischen Darstellung von 8 nicht
gezeigt, können die
Einlässe 38 und 39 um
180 Grad einander gegenüberliegend
positioniert sein und die Auslässe 44, 46 um
180 Grad einander gegenüberliegend
angeordnet sein, sodass die Pumpe 24 druckausgeglichen ist,
wie am besten in 4 zu sehen. Da die Pumpe 24 motorbetrieben
ist, steigt, wenn die Motordrehzahl (in Umdrehungen pro Minute)
ansteigt, auch das Volumen des über
das Hydrauliksystem 22 dem Getriebe 18 zugeführten Fluids
an. Wenn der Ausgang von der binären
Pumpe 24 ein kalibriertes Maximum erreicht, wird das Druckregelventil 48 sich
weit genug gegen die Kraft einer Feder 72 bewegen, um einen Rückführdruck
der ersten Druckleitung 52 in der Rückführleitung 53 zuzulassen
und das Kugelrückschlagventil 55 zu
schließen,
um die Fluidströmung
in der sekundären
Leitung 54 zu beenden, sodass die Pumpe 24 nur
mit partieller Ausgabe oder Verdrängung arbeitet. Vor dem kalibrierten
Maximum bleibt das Kugelrückschlagventil 55 offen
und beide Auslässe 44 und 46 stellen
Fluid an das Getriebe (d. h. bei voller Ausgabe oder Verdrängung) über die Druckleitungen 52 und 54 bereit.
Ein Drehmomentsignaldruck 57, eine Umkehröffnung 59,
eine Schmiermittelversorgung 61 und eine Wandlerversorgung 65 werden
ebenfalls über
das Druckregelventil 48 geleitet. Wie ein Fachmann ohne
weiteres einsehen wird, ist der Drehmomentsignaldruck ein hydraulisches
Signal, das den durch das Druckregelventil 48 erzeugten
Leitungsdruck erhöht,
wie es durch das Getriebe 18 erforderlich sein kann, um
zu verhindern, dass Kupplungen unter Bedingungen einer Fahrzeugbeschleunigung
rutschen, wobei ein größeres Drehmoment über die
Kardanwelle übertragen
wird. Der Getriebesumpf kann zu seicht sein, um die Pumpe 24 einzutauchen,
und sie in Bereitschaft zu halten. Demgemäß besteht eine andere Möglichkeit,
die Pumpe 24 in Bereitschaft zu halten, darin, die Pumpe 24 luftdicht
abzudichten, was verhindern wird, dass ein Ablaufen (d. h. Öl läuft aus
der Pumpe 24 ab) auftritt.
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Unter
Bezugnahme auf 2 umfasst eine weitere Ausführungsform
des Fahrzeuges 100 einen Antriebsstrang 120 mit
einem elektromechanischen Hybridgetriebe 118, das mit dem
Motor 16 verbunden ist. Gleiche Komponenten, die auf dieselbe
Weise funktionieren wie mit Bezug auf das Fahrzeug 10 in 1 beschrieben,
besitzen in 2 gleiche Bezugsziffern. Da
das Getriebe 118 ein elektromechanisches Hybridgetriebe
ist, das rein elektrische Betriebsmodi aufweist, in denen das Ausgangselement 34 durch
einen Elektromotor/Generator 74 angetrieben ist, und in
denen der Motor 16 von dem Ausgangselement 34 getrennt
ist und dieses nicht antreibt, ist während solcher Betriebsmodi
die motorbetriebene binäre
Pumpe 24 ausgeschaltet. Demgemäß ist eine Hilfspumpe 160 vorgesehen,
die selektiv durch einen Elektromotor 176 betrieben wird
(und nicht durch den Motor 16 betrieben wird). Während rein
elektrischer Betriebsmodi ist die Hilfspumpe 160 durch
den Elektromotor 176 betrieben, um Fluid an das Getriebe 118 mit
einem dritten Ausgabevolumen anstelle des partiellen Ausgabevolumens
und/oder vollen Ausgabevolumens bereitzustellen, die von der binären Pumpe 24 verfügbar sind.
Darüber
hinaus kann die Hilfspumpe 160 durch den Elektromotor 176 angetrieben
sein, um die binäre
Pumpe 24 selbst während
Betriebsmodi zu verstärken,
wenn der Motor 16 die binäre Pumpe 24 betreibt.
Die zusätzliche
Fluidausgabe, die von der Hilfspumpe 160 verfügbar ist,
ermöglicht
es, die Größe der binären Pumpe 24 zu
reduzieren, die Kraftstoffökonomie
zu verbessern und die Unterbringungsoptionen zu erhöhen.
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Unter
Bezugnahme auf 3 umfasst eine weitere Ausführungsform
eines Fahrzeuges 200 einen Antriebsstrang 220 mit
einem elektromechanischen Hybridgetriebe 218, das funktionell
mit dem Motor 16 verbunden und durch diesen angetrieben ist.
Gleiche Komponenten, die auf dieselbe Weise funktionieren wie mit
Bezug auf das Fahrzeug 10 in 1 und das
Fahrzeug 100 in 2 beschrieben, besitzen in 3 gleiche
Bezugsziffern. Das Getriebe 218 umfasst einen Trägerabschnitt 280,
der die binäre
Pumpe 224 trägt.
Der Trägerabschnitt 280 ist ein
vorderer Träger
des Getriebes 218, der einen inneren Hohlraum des Getriebes 218 im
Wesentlichen quer überspannt
und schließt,
wie mit Bezug auf 6B beschrieben, in welcher der
Trägerabschnitt 280 in
größerem Detail
gezeigt ist. Die binäre
Pumpe 224 ist eine außeraxiale
Pumpe mit einer Rotationsachse 226, die nicht koaxial mit
einer Rotationsachse 232 des Getriebes 218 ist,
die durch das Getriebeeingangselement 30 und das Getriebeausgangselement 34 definiert
ist. Die binäre
Pumpe 224 ist durch den Motor 16 über eine
Antriebsverbindung 262 angetrieben, die eine Ketten- und
Kettenradanordnung sein kann.
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Das
Vorhandensein der durch den Elektromotor angetriebenen Hilfspumpe 160 in
den Hydrauliksystemen 122 bzw. 222 der 2 und 3 gestattet
ein Verfahren zum Betrieb des Hydrauliksystems, um sicherzustellen,
dass die Hybridgetriebe 118, 218 entsprechend
mit Fluiddruck versorgt werden. Im Speziellen umfasst das Verfahren
für den
Betrieb, dass die motorbetriebene, binäre Hydraulikpumpe mit konstanter
Verdrängung 124 oder 224 der 2 und 3,
wie oben beschrieben, gemeinsam mit der Hilfspumpe 160 vorgesehen
wird. Das Verfahren umfasst ferner, dass die Motordrehzahl über den Motordrehzahlsensor 66 überwacht
wird, und die Motordrehzahlinformation an den Controller 50 weitergeleitet
wird. Auch die Getriebebetriebsbedingungen werden überwacht
und an den Controller 50 weitergeleitet, z. B. durch Überwachen
der Getriebetemperatur über
den Getriebetemperatursensor 68. Dann wird die motorbetriebene
binäre
Hydraulikpumpe mit konstanter Verdrängung 124 oder 224 gesteuert,
um das entsprechende Ausgabevolumen in Übereinstimmung mit der überwachten
Motordrehzahl und den überwachten
Getriebebetriebsbedingungen bereitzustellen. Insbesondere wird die
Pumpe 124 oder 224 derart gesteuert, dass sie
ein erstes Ausgabevolumen bereitstellt, das eine Fluidströmung von
beiden Pumpenaustrittsöffnungen 44, 46 (d.
h. volle Ausgabe) verwendet, wenn die Motordrehzahl kleiner ist
als ein vorbestimmter Wert und vorbestimmte Getriebebetriebsbedingungen
erfüllt
sind (z. B. befindet sich das Getriebe 118 oder 218 bei
oder oberhalb einer vorbestimmten minimalen Temperatur). Die Hilfspumpe 160 wird
auch gesteuert, um ein drittes Ausgabevolumen unter diesen Bedingungen
bereitzustellen. Somit stellen bei niedriger Motordrehzahl mit relativ
hoher Getriebetemperatur wie z. B. bei einer Leerlaufbedingung mit
heißem
Motor, wenn der maximale Betrag an Pumpenausgabe zum Betreiben des
Getriebes erforderlich ist, sowohl die Pumpe 124 oder 224 als
auch die Hilfspumpe 160 einen maximalen Betrag an Fluidausgabe
an das Getriebe 118 oder 218 bereit. Bei höheren Motordrehzahlen,
wenn die motorbetriebene, binäre
Pumpe 124 oder 224 daher ein größeres Ausgabevolumen
bereitstellt, das proportional zu der Motordrehzahl ist, ist eine
Fluidströmung
bei einer partiellen Ausgabe von der binären Pumpe 124 oder 224 ausreichend,
um die Getriebebetriebsbedingungen zu erfüllen. Demgemäß wird der
Elektromotor 176 für
die Hilfspumpe 160 ausgeschaltet und das Hydrauliksystem 122 oder 222 wird gesteuert,
um die binäre
Pumpe 124 oder 224 bei partieller Ausgabe zu betreiben.
Des Weiteren wird die Hilfspumpe 160, wenn der Motor 16 das
Getriebe 118 oder 218 nicht betreibt, wie z. B.
in einem rein elektrischen Betriebsmodus, durch den Elektromotor 176 betrieben,
um das dritte Ausgabevolumen an das Getriebe 118 oder 218 bereitzustellen.
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4 ist
eine Querschnittsansicht der druckausgeglichenen binären Flügelzellenpumpe 224 von 3.
Eine druckausgeglichene binäre
Flügelzellenpumpe 224 ist
in 5 auch in Explosionsdarstellung gezeigt. 4 ist
an den Linien 4-4 von 5 aufgenommen. Unter Bezugnahme
auf 4 und 5 umfasst die Pumpe 224 eine
mittlere Platte 281, die einen beliebigen länglichen
Hohlraum bildet, in dem ein Rotor 282 in Ansprechen auf
die Rotation der durch den Motor betriebenen Welle 283 rotiert.
Der Rotor 282 weist Schlitze auf, welche die Pumpenflügel 284 tragen
(die Flügel
sind in 5 nicht gezeigt). Eine vordere
Platte 285 und eine Druckplatte 286 sind an jeder
Seite der mittleren Platte 281 durch Schrauben 287 gesichert.
Die vordere Platte 285, die Druckplatte 286 und
die mittlere Platte 281 bilden zusammenwirkend die erste
und die zweite Einlassöffnung 38 bzw. 39,
die um ungefähr
180 Grad voneinander angeordnet sind. Die vordere Platte 285,
die Druckplatte 286 und die mittlere Platte 281 bilden
zusammenwirkend auch die Austrittsöffnungen 44 und 46,
die um ungefähr
180 Grad voneinander angeordnet sind. Kugellager 288 unterstützen die
Verringerung der Reibung des rotierenden Rotors 282. Führungsstifte 289 unterstützen dabei,
die vordere Platte 285, die Druckplatte 286 und
die mittlere Platte 281 aneinander zu halten, bevor sie
mit den Schrauben 287 gesichert werden. O-Dichtringe 290 unterstützen dabei,
die binäre
Pumpe 224 mit dem vorderen Trägerabschnitt 280 in
abdichtenden Eingriff zu bringen, wie weiter mit Bezug auf 7 beschrieben.
Darüber hinaus
verbindet auf abdichtende Weise eine Auslassdichtung 291 die
erste Austrittsöffnung 44 mit
einem ersten Durchgang 292, der in dem Trägerabschnitt 280 gebildet
ist, wie am besten in 7 gezeigt. Der Durchgang 292 steht
in fluidtechnischer Verbindung mit der ersten Druckleitung 52 von 3. Die
zweite Austrittsöffnung 46 entleert an
einen Hohlraum 293, der zwischen dem vorderen Träger 280 und
der binären
Pumpe 224 gebildet ist, wenn die binäre Pumpe 224 in einem
Hohlraum oder einer Tasche 293 des Trägerabschnitts 280 untergebracht
ist, wie am besten in 6B gezeigt. Unter Bezugnahme
auf 6B erstreckt sich ein Drehmomentwandler (nicht
gezeigt) oder ein anderes motorbetriebenes Element durch eine zentrale Öffnung 294 in
dem vordern Trägerabschnitt 280.
Die binäre
Pumpe 224 ist durch eine Kettenrad- und Kettenanordnung
oder eine andere Antriebsverbindung 262 angetrieben, wie
in 3 gezeigt, wenn sie von der Rotationsachse 232 des
Getriebes versetzt und in dem Hohlraum 293 getragen ist
(die Antriebsverbindung 262 ist in 3 nicht
gezeigt).
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Unter
Bezugnahme auf 6A ist der vordere Trägerabschnitt 280 innerhalb
des Einlasses 295 in fluidtechnischer Verbindung mit dem
ersten und dem zweiten Einlass 38 und 39 von 4 gebildet, wenn
die binäre
Pumpe 224 in dem Hohlraum 293 untergebracht ist.
Außerdem
bildet der vordere Trägerabschnitt 280 den
ersten Austrittsdurchgang 292 wie auch den zweiten Austrittsdurchgang 296,
der in fluidtechnischer Verbindung mit dem in 7 gezeigten
Hohlraum 293 und mit der zweiten Austrittsöffnung 46 und
der sekundären
Leitung 54 steht. Fluiddruck, der aus der zweiten Austrittsöffnung 46 austritt und
einen Abschnitt des Hohlraumes 293 zwischen dem vorderen
Träger 280 und
der Pumpe 224 füllt, spannt
die Pumpe 224, um eine innere Pumpenundichtheit sowohl
innerhalb der rotierenden Gruppe zwischen der mittleren Platte 281,
der vorderen Platte 285 und der Druckplatte 286 als
auch gegen die O-Ringdichtungen 290 zu verringern, vor,
um dabei zu unterstützen,
die Pumpe 224 in abdichtendem Eingriff mit dem vorderen
Trägerabschnitt 280 zu
sichern.
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Die
Hydrauliksysteme 122 und 222 von 2 und 3 arbeiten
auf dieselbe Weise wie das Hydrauliksystem 22, das mit
Bezug auf das Getriebe 20 von 1 und mit
Bezug auf 8 beschrieben ist.
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Unter
Bezugnahme auf 9 ist eine alternative Ausführungsform
einer binären
Pumpe 324 veranschaulicht. Die binäre Pumpe 324 umfasst
eine erste und eine zweite Zahnradpumpe, die Rückseite an Rückseite
(back-to-back) miteinander
positioniert sind, sodass nur eine erste Zahnradpumpe 325 in 9 sichtbar
ist. Die binäre
Zahnradpumpe 324 kann in einer außeraxialen oder axial angeordneten Anordnung
verwendet werden. In 9 und 10 wird
die binäre
Pumpe, die die erste Zahnradpumpe 325 und die zweite Zahnradpumpe 326 umfasst,
in einer außeraxialen
Anordnung verwendet. Die erste Zahnradpumpe 325 wie auch
eine zweite Zahnradpumpe 326 sind in 10 sichtbar,
sind jedoch zum Zweck der Klarheit der Veranschaulichung des Hydrauliksystems 322 in 10 nicht
in der Back-to-back-Anordnung gezeigt. Die binäre Zahnradpumpe 324 ist
motorbetrieben und ist außeraxial von
einer Getriebemittellinie 232 von 3 und kann anstelle
der binären
Pumpe 224 von 3 verwendet werden. Die Antriebsverbindung 262 umfasst Kettenräder 333 und 335 wie
auch eine Kette 337. Alternativ könnte die binäre Pumpe 324 auch
in einer axial angeordneten Anordnung verwendet werden, wie z. B.
anstelle der binären
Pumpe 24 von 1.
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Unter
Bezugnahme auf 10 erstreckt sich die erste
Austrittsöffnung 44 von
der ersten Zahnradpumpe 325 zu der Druckleitung 52.
Die Austrittsöffnung 46 erstreckt
sich von der zweiten Zahnradpumpe 326 zu der sekundären Druckleitung 54.
Das Hydrauliksystem 322 von 10 arbeitet
auf dieselbe Weise wie das Hydrauliksystem 22, das mit
Bezug auf 1 und 8 beschrieben
ist, wobei sich gleiche Bezugsziffern auf gleiche Komponenten beziehen.
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Während die
besten Arten, die Erfindung auszuführen, im Detail beschrieben
wurden, wird der Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich die Erfindung
bezieht, verschiedene alternative Ausgestaltungen und Ausführungsformen
erkennen, um die Erfindung innerhalb des Schutzumfangs der beiliegenden Ansprüche praktisch
umzusetzen.