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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. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang für ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Hydrauliksystem für ein Getriebe.
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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 selec-tor)-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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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, einen Antriebsstrang für ein Fahrzeug sowie ein Hydrauliksystem für ein Getriebe anzugeben, um den zuvor beschriebenen Anforderungen gerecht zu werden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird mit einem Antriebsstrang mit den Merkmalen des Anspruchs 1 für ein Fahrzeug sowie mit einem Hydrauliksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 9 für ein Getriebe gelöst.
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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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Die gesamte erforderliche Pumpenverdrängung der Hydraulikpumpe kann 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. 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 Austrittsöffnungen 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;
- 2 ist eine schematische Veranschaulichung eines Hybridfahrzeuges mit Hinterradantrieb mit einem Getriebe-Hydrauliksys-tem, das eine axial angeordnete, motorbetriebene binäre Pumpe und eine außeraxiale Hilfspumpe aufweist, die entgegen der Erfindung durch einen Elektromotor angetrieben ist;
- 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;
- 4 ist eine schematische Querschnittsveranschaulichung eines Abschnitts einer druckausgeglichenen, binären Flügelzellenpumpe, die als die Pumpe von 3 verwendet werden kann;
- 5 ist eine schematische perspektivische Veranschaulichung in Explosionsdarstellung der druckausgeglichenen Flügelzellenpumpe von 4;
- 6A ist eine schematische perspektivische Veranschaulichung des vorderen Trägers von 3;
- 6B ist eine schematische Veranschaulichung in Vorderansicht des vorderen Trägers von 3 und 6A;
- 7 ist eine schematische Veranschaulichung in Seitenansicht der druckausgeglichenen Flügelzellenpumpe von 5, die in dem vorderen Träger von 6A-6B getragen ist;
- 8 ist eine schematische Veranschaulichung von Hydraulikdurchgängen und -ventilen, die in dem Hydrauliksystem von 4-7 umfasst sind;
- 9 ist eine schematische Veranschaulichung in Seitenansicht in teilweiser Querschnittsansicht einer außeraxialen, binären Zahnradpumpe, die als die Pumpe von 3 verwendet werden kann; und
- 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 sekundäre 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. Allerdings 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 entgegen der Erfindung 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 au-ßeraxialen 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.
