DE102009015850B4 - Integriertes Motorkühl-/Kupplungsnachfüllsystem und -verfahren zur Verwendung in einem Hybridgetriebe - Google Patents

Integriertes Motorkühl-/Kupplungsnachfüllsystem und -verfahren zur Verwendung in einem Hybridgetriebe Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Zuführen von Fluid zu einem Gehäuse (13) eines Hybridgetriebes (12), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Anheben eines Gesamtsystemleitungsdrucks, um ein Entweichen des Fluids bzw. eine Leckage eines Steuersystems (10) herbeizuführen; Leiten des entwichenen Fluids durch wenigstens einen Nachfüllkanal (24) zu dem Gehäuse (13); und Leiten des entwichenen Fluids über wenigstens einen Elektromotor (A, B) innerhalb des Gehäuses (13), um den wenigstens einen Elektromotor (A, B) zu kühlen; Sammeln des über den wenigstens einen Elektromotor (A, B) geleiteten Fluids, um in dem Gehäuse (13) einen Staudruck zu erzeugen.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System und ein Verfahren zum Kühlen von Elektromotoren in einem Hybridgetriebe.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Ein Hybridgetriebe für ein Fahrzeug umfasst im Allgemeinen mehrere Kupplungen und ein Paar von Elektromotoren für das Abgeben mechanischer Leistung an ein Antriebssystem des Fahrzeugs. Um korrekt zu arbeiten, erfordert das Getriebe gewöhnlich eine Zufuhr von Druckfluid wie etwa von herkömmlichem Getriebeöl. Das Druckfluid kann für Funktionen wie etwa Kühlung und Schmierung und in manchen Fällen den Betrieb der Drehmomentübertragungsvorrichtungen verwendet werden. Die Schmier- und Kühlfähigkeiten von Getriebeölsystemen wirken sich auf die Zuverlässigkeit und Haltbarkeit des Getriebes aus. Außerdem erfordern mehrgängige Getriebe Druckfluid für das gesteuerte Ineingriffbringen und Außereingriffbringen der Drehmomentübertragungsmechanismen, die dazu dienen, die Übersetzungen innerhalb der internen Zahnradanordnung herzustellen.
  • Bezüglich beispielhafter Hybrisgetriebe wird auf die Druckschriften DE 601 06 376 T2 , DE 10 2005 011 890 A1 oder DE 10 2005 034 930 A1 verwiesen, bei denen die Kühlung der Elektromotoren durch im Getriebe vorhandene Ölkreisläufe erfolgt.
  • Im Allgemeinen strömt Druckfluid von einer Pumpe durch Ventile und Kanäle in einem ersten elektrohydraulischen Kreis zu den Kupplungen, um die Kupplung zu betätigen. Das Fluid läuft aus dem Getriebe heraus in eine Wanne im Getriebe ab, wo es wieder verwendet wird. Die Elektromotoren im Hybridgetriebe können elektrische Leistung in mechanische Leistung umwandeln, um das Antriebssystem zu betreiben. Während des Betriebs des Getriebes erzeugen die Elektromotoren Wärme, wobei eine Kühlung der Elektromotoren erforderlich ist. Um die Elektromotoren zu kühlen, wird ein zweiter elektrohydraulischer Kreis, um Fluid zum Kühlen der Elektromotoren zu bewegen, verwendet.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Realisierung anzugeben, die eine effiziente Kühlung der Elektromotoren eines Hybridgetriebes ermöglicht.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie mit einem Steuersystem mit den Merkmalen das Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Das Verfahren gemäß Anspruch 1 zum Zuführen von Fluid zu einem Gehäuse eines Hybridgetriebes umfasst das Anheben eines Gesamtsystemleitungsdrucks, um die Leckage bzw. das Entweichen des Fluids durch ein Steuersystem herbeizuführen. Das entwichene Fluid wird durch wenigstens einen Nachfüllkanal zum Gehäuse geleitet. Das entwichene Fluid wird über wenigstens einen Elektromotor innerhalb des Gehäuses geleitet, um den wenigstens einen Elektromotor zu kühlen. Das über den wenigstens einen Elektromotor geleitete Fluid wird gesammelt, um einen Staudruck im Gehäuse zu erzeugen.
  • Das Steuersystem gemäß Anspruch 11 zum Zuführen eines Fluids zu einem Hybridgetriebe umfasst ein Trimmventil, das ausgestaltet ist, um den Fluss des Fluids zum Hybridgetriebe zu regulieren. Eine Zuleitung ist mit dem Trimmventil funktional verbunden und ausgestaltet, um das Fluid zwischen dem Hybridgetriebe und dem Trimmventil zu transportieren. Ein Nachfüllkanal ist dem Trimmventil funktional verbunden und ausgestaltet, um dem Hybridgetriebe ein entwichenes Fluid vom Trimmventil zuzuführen. Ein Umgehungsdurchlass verbindet die Zuleitung und den Nachfüllkanal funktional miteinander und ist ausgestaltet, um dem Hybridgetriebe zusätzliches Fluid zuzuführen.
  • Ein Hybridgetriebe umfasst ein Gehäuse. Im Gehäuse sind wenigstens ein Elektromotor und wenigstens eine Kupplung angeordnet. Ein Steuersystem steht mit dem Gehäuse in Fluidkommunikation und umfasst wenigstens ein Ventil, das ausgestaltet ist, um den Fluss des Fluids zum Gehäuse zu regulieren. Eine Zuleitung verbindet das Ventil funktional mit dem Gehäuse, um das Fluid zwischen dem Gehäuse und dem Ventil zu transportieren. Ein Nachfüllkanal verbindet das Ventil funktional mit dem Gehäuse, um das Fluid zwischen dem Ventil und dem Gehäuse zu transportieren. Ein Umgehungsdurchlass verbindet die Zuleitung und den Nachfüllkanal funktional miteinander. Der Umgehungsdurchlass ist ausgestaltet, um dem Gehäuse zusätzliches Fluid zuzuführen.
  • Die Motorkühlung und die Kupplungsnachfüllung werden dadurch zustande gebracht, dass Leckagefluid von den Trimmventilen und vom Schaltventil verwendet wird. Das Leckagefluid wird normalerweise zurück zur Getriebewanne abgelassen und verschwendet. Indem das Leckagefluid abgefangen und zu Motorwicklungen des Elektromotors hin umgeleitet wird, werden sowohl die Motorkühlung als auch die Kupplungsnachfüllung in effizienter Weise zustande gebracht. Ohne diese Konfiguration müsste ein eigens zugewiesener Kreis hinzugefügt sein, um die Kühlung des Elektromotors zu besorgen, wobei in diesem Falle Ventilleckage an die Getriebewanne verloren geht. Durch Vereinigen der Kreise zu einem wird die Gesamtsystemeffizienz erhöht, was eine unmittelbare positive Wirkung auf die Kraftstoffwirtschaftlichkeit des Fahrzeugs hat.
  • Die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden genauen Beschreibung der besten Arten zum Ausführen der vorliegenden Erfindung sogleich deutlich, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen aufgenommen wird.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Unter den Figuren, die beispielhafte Ausführungsformen sind, wobei gleiche Elemente gleich bzw. ähnlich beziffert sind, ist:
  • 1 eine schematische Darstellung, die ein elektrohydraulisches Steuersystem beschreibt, das zusammen mit einem Hybridgetriebe verwendet wird;
  • 2 eine schematische Teildarstellung des elektrohydraulischen Steuersystems und des Hybrids von 1, die einen Durchflussweg zum Zuführen von Kühlströmung zu den Elektromotoren innerhalb des Hybridgetriebes, um die Elektromotoren zu kühlen, zeigt; und
  • 3 eine schematische Teildarstellung des elektrohydraulischen Steuersystems von 1, die einen Durchflussweg für das Nachfüllen einer Kupplung über ein Trimmventil, um Luft aus der Kupplung abzuziehen, zeigt.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Um auf die Zeichnungen, worin gleiche Bezugszeichen auf gleiche Komponenten hinweisen, einzugehen, zeigt 1 ein elektrohydraulisches Steuersystem 10 zusammen mit einem Hybridgetriebe 12. Das Hybridgetriebe 12 kann ein Gehäuse 13 mit vier Kupplungen C1, C2, C3 und C4 und zwei Elektromotoren A und B, die im Gehäuse 13 angeordnet sind, umfassen.
  • Das Steuersystem 10 kann vier Trimmventile T1, T2, T3 und T4 und zwei Schaltventile X und Y umfassen. Die Trimmventile T1, T2, T3 und T4 und die zwei Schaltventile X und Y weisen jeweils ein Ventilgehäuse 14 auf, das mehrere Anschlüsse 16 definiert. Im Ventilgehäuse 14 ist ein Ventilelement 18 zwischen einer angehobenen (stroked) und einer nicht angehobenen (unstroked) Stellung verschiebbar angeordnet. Die Ventilgehäuse 14 der Trimmventile T1, T2, T3 und T4 und der zwei Schaltventile X und Y stehen mit den Kupplungen C1, C2, C3 und C4 des Getriebes 12 über ein dazwischen geschaltetes Netz aus Zuleitungen 20 zum Bewegen von Hydraulikfluid. Öl usw. durch das Steuersystem 10 und das Getriebe 12 in Fluidkommunikation, um die Kupplungen C1, C2, C3 und C4 zu steuern. Die Zuleitungen 20 sind mit den verschiedenen Anschlüssen 16 verbunden, um die Fluidkommunikation mit dem Ventilgehäuse 14 herzustellen.
  • Außerdem kann das Steuersystem 10 mehrere Solenoide S1, S2, S3, S4, S5 und S6 zum Steuern der Trimmventile T1, T2, T3 und T4 und der zwei Schaltventile X und Y umfassen. Die Solenoide S1, S2, S3, S4, S5 und S6 sind so gestaltet, dass jedes Solenoid, S1, S2, S3, S4, S5 und S6, eigens einem jeweiligen Trimmventil, T1, T2, T3 und T4, oder Schaltventil, X und Y, zugeordnet ist, um das Trimmventil, T1, T2, T3 und T4, oder das Schaltventil, X und Y, zwischen einer angehobenen Stellung und einer nicht angehobenen Stellung zu verstellen, um das in das jeweilige Trimmventil, T1, T2, T3 und T4, oder Schaltventil, X und Y, eintretende und aus diesem austretende Fluid zu regulieren und die Kupplungen C1, C2, C3 und C4 im Gehäuse 13 zu steuern.
  • Das Fluid kreist mittels der Zuleitungen 20 zwischen dem Gehäuse 13 und dem Steuersystem. Das Fluid wird vom Getriebe 12 durch die Zuleitungen 20 und von den Zuleitungen 20 durch die Trimmventile T1, T2, T3 und T4 und die Schaltventile X und Y zurück zu den Kupplungen C1, C2, C3 und C4 innerhalb des Gehäuses 13 geleitet. Das Fluid kann mittels einer Pumpe 22 durch die Zuleitungen 20, die Trimmventile T1, T2, T3 und T4, die Schaltventile X und Y, das Getriebe 12 usw. bewegt werden. Die Pumpe 22 kann eine Getriebepumpe, eine Zusatzpumpe usw. sein. Während des Betriebs, wenn sich das Fluid durch die Trimmventile T1, T2, T3 und T4 und/oder die Schaltventile X und Y bewegt, kann eine kleine Menge des Fluids zwischen dem Ventilgehäuse 14 und dem Ventilelement 18 entweichen. Der Gesamtsystemleitungsdruck kann angehoben werden, um eine Leckage durch die Trimmventile T1, T2, T3 und T4 und die Schaltventile X und Y herbeizuführen. Von den Anschlüssen 16 gehen mehrere Nachfüllkanäle 24 aus, die die Trimmventile T1, T2, T3 und T4 und die Schaltventile X und Y im Ventilgehäuse 14 innerhalb des Getriebes 12 miteinander verbinden. Die Nachfüllkanäle 24 können allgemein über jeden der Elektromotoren A und B zu einer Oberseite 15 des Gehäuses 13 verlaufen. Die Nachfüllkanäle 24 fangen dieses Fluid ab, wenn es von den Trimmventilen T1, T2, T3 und T4 und/oder den Schaltventilen X und Y entweicht, wobei das Fluid bei einem im Allgemeinen niedrigen Druck in den Nachfüllkanälen 24 zur Oberseite 15 des Gehäuses 13 des Getriebes 12 strömt. Das entwichene Fluid wird so geleitet, dass es über die Motoren A und B im Gehäuse 13 strömt, um die Elektromotoren A und B zu kühlen. Die Schwerkraft drückt das Fluid von der Oberseite 15 des Gehäuses 13 über die Elektromotoren A und B nach unten. Das Fluid, das geleitet wurde, um über die Elektromotoren A und B zu strömen, wird im Gehäuse 13 gesammelt, wobei sich das Fluid eventuell nach oben zur Oberseite 14 des Gehäuses auffüllt, um Kupplungskolbenhohlräume 17 zu füllen, wobei die Kupplungskolbenhohlräume 17 jeweils in unmittelbarer Nähe der Kupplungen C1, C2, C3 und C4 angeordnet sind. Das in das Gehäuse 13 strömende Fluid erzeugt einen Staudruck. Der Staudruck im Gehäuse 13 drängt das Fluid oben zur Oberseite 15 des Gehäuses 13 hin in die Kupplungskolbenhohlräume 17 und bei niedrigem Druck von den Kupplungskolbenhohlräumen 17 in die Kupplungen C1, C2, C3 und C4, um jegliche in den Kupplungen C1, C2, C3 und C4 eingefangene Luft zu beseitigen.
  • Um dem Gehäuse 13 zusätzliches Fluid zu verschaffen, kann wenigstens ein Umgehungsdurchlass 19 zwischen den Zuleitungen 20 und den Nachfüllkanälen 24 angeordnet sein. Der Umgehungsdurchlass stellt sicher, dass auch dann, wenn durch die Trimmventile T1, T2, T3 und T4 und/oder die Schaltventile X und Y keine ausreichende Leckage zustande gebracht werden kann, dennoch eine angemessene Menge von Fluid durch die Nachfüllkanäle 24 zur Oberseite 15 des Gehäuses 13 strömt. Der Umgehungsdurchlass 19 beschränkt daher den Fluss des Fluids zwischen den Zuleitungen 20 und den Nachfüllkanälen 24 und lässt dabei eine hinreichende Menge an Fluid hindurchströmen. Das Fluid wird von den Zuleitungen 20 durch den Umgehungsdurchlass 19 zu den Nachfüllkanälen 24 geleitet.
  • Wie oben beschrieben worden ist, wird die Leckage aus den Trimmventilen T1, T2, T3 und T4 und/oder den Schaltventilen X und Y heraus durch die Nachfüllkanäle 24 zu den Elektromotoren A und B geleitet, um Statorwicklungen 26 der Elektromotoren A und B zu kühlen. Wenn durch den Betrieb des Getriebes 12 die Temperatur im Steuersystem 10 zunimmt, nimmt auch die Temperatur der Elektromotoren A und B zu. Wenn die Temperatur der Elektromotoren A und B zunimmt, ist daher mehr Fluid erforderlich, um die gewünschte Kühlung der Elektromotoren A und B zu erreichen. Wenn die Temperatur im Steuersystem 10 zunimmt, nimmt jedoch auch die Leckage des Fluids zu, was zu mehr Fluid, um die Nachfrage zum Kühlen der Elektromotoren A und B zu erfüllen, führt. Wenn aus irgendeinem Grund nicht genug Fluid zum Kühlen der Statorwicklungen 26 der Elektromotoren A und B verfügbar ist, können die Ventilelemente 18 innerhalb des Ventilgehäuses 14 so verstellt werden, dass zur Ergänzung des entwichenen Fluids Fluid direkt in die Nachfüllkanäle 24 geleitet wird.
  • Die Elektromotoren A und B sind vorzugsweise in der Nähe der Oberseite 15 des Gehäuses 13 des Getriebes 12 angeordnet. Um auf 2 einzugehen, ermöglicht die Platzierung der Elektromotoren A und B in der Nähe der Oberseite 15 des Getriebes 12 das Sprühen oder Strömen des Fluids über die Statorwicklungen 26 der Elektromotoren A und B. Von dort kann die Schwerkraft bewirken, dass das Fluid im Gehäuse 13 hinab in eine Getriebewanne 28 oder eine andere ähnliche Vorrichtung, die sich in der Nähe einer Unterseite des Getriebes 12 befindet, strömt, um im Steuersystem 10 und dem Getriebe 12 wieder verwendet zu werden.
  • In 3 ist eines der Trimmventile, T1, gezeigt. Einer der Nachfüllkanäle 24 verbindet das Trimmventil T1 und die entsprechende Kupplung C1 miteinander. Der Nachfülldruck in den Nachfüllkanälen 24 ist hoch genug, um die Kupplung C1 vorzufüllen oder ”nachzufüllen”, d. h., Luft, die in der Kupplung C1 enthalten sein kann, wenn sich die Kupplung C1 in einem unbetätigten Zustand befindet, abzuziehen. Obwohl 3 nur die Nachfüllkonfiguration zum Abziehen von Luft aus der Kupplung C1 über das Trimmventil T1 zeigt, gibt es wohlgemerkt eine ähnliche Anordnung zwischen jedem der Trimmventile T2, T3 und T4, um jegliche Luft aus den entsprechenden Kupplungen C2, C3 und C4 abzuziehen.

Claims (13)

  1. Verfahren zum Zuführen von Fluid zu einem Gehäuse (13) eines Hybridgetriebes (12), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Anheben eines Gesamtsystemleitungsdrucks, um ein Entweichen des Fluids bzw. eine Leckage eines Steuersystems (10) herbeizuführen; Leiten des entwichenen Fluids durch wenigstens einen Nachfüllkanal (24) zu dem Gehäuse (13); und Leiten des entwichenen Fluids über wenigstens einen Elektromotor (A, B) innerhalb des Gehäuses (13), um den wenigstens einen Elektromotor (A, B) zu kühlen; Sammeln des über den wenigstens einen Elektromotor (A, B) geleiteten Fluids, um in dem Gehäuse (13) einen Staudruck zu erzeugen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das gesammelte Fluid durch den Staudruck nach oben in dem Gehäuse (13) in wenigstens einen Kupplungskolbenhohlraum (17) in dem Gehäuse (13) gedrängt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das gesammelte Fluid durch den Staudruck aus dem wenigstens einen Kupplungskolbenhohlraum (17) in eine jeweilige Kupplung (C1, ..., C4) gedrängt wird, um Luft aus der jeweiligen Kupplung (C1, ..., C4) abzuziehen.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Sammeln des Fluids ferner als Sammeln des über den wenigstens einen Elektromotor (A, B) geleiteten Fluids in einer Wanne (28), um einen Staudruck in dem Gehäuse (13) zu erzeugen, definiert ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Leiten des Fluids vom Getriebe (12) durch wenigstens eine Zuleitung (20) zu einem Ventil (T1, T2, T3, T4, X, Y) und durch selbiges hindurch.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Fluid mittels einer Pumpe (22) von dem Getriebe (12) durch die wenigstens eine Zuleitung (20) gefördert wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Steuersystem (10) das Ventil (T1, T2, T3, T4, X, Y) ist, zu dem das Fluid gefördert wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, das ferner das Leiten des Fluids von dem wenigstens einen Ventil (T1, T2, T3, T4, X, Y) durch den wenigstens einen Nachfüllkanal (24) umfasst.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Steuersystem (10) ein Trimmventil (T1, T2, T3, T4) und/oder ein Schaltventil (X, Y) ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Leiten des Fluids von der wenigstens einen Zuleitung (20) durch einen Umgehungsdurchlass (19) zu dem wenigstens einen Nachfüllkanal (24) umfasst.
  11. Steuersystem (10) zum Zuführen eines Fluids zu einem Hybridgetriebe (12), wobei das Steuersystem (10) umfasst: wenigstens ein Ventil (T1, T2, T3, T4, X, Y), das ausgestaltet ist, um den Fluss des Fluids zum Hybridgetriebe (12) zu regulieren; wenigstens eine Zuleitung (20), die mit dem wenigstens einen Ventil (T1, T2, T3, T4, X, Y) funktional verbunden ist und ausgestaltet ist, um das Fluid zwischen dem Hybridgetriebe (12) und dem Ventil (T1, T2, T3, T4, X, Y) zu transportieren; wenigstens einen Nachfüllkanal (24), der mit dem wenigstens einen Ventil (T1, T2, T3, T4, X, Y) funktional verbunden ist und ausgestaltet ist, um dem Hybridgetriebe (12) ein entwichenes Fluid von dem wenigstens einen Ventil (T1, T2, T3, T4, X, Y) zuzuführen; und ein Umgehungsdurchlass (19), der die wenigstens eine Zuleitung (20) und den wenigstens einen Nachfüllkanal (24) funktional verbindet und ausgestaltet ist, um dem Hybridgetriebe (12) durch den wenigstens einen Nachfüllkanal (24) zusätzliches Fluid zuzuführen.
  12. Steuersystem nach Anspruch 11, wobei das wenigstens eine Ventil (T1, T2, T3, T4, X, Y) ein Trimmventil (T1, T2, T3, T4) und/oder ein Schaltventil (X, Y) ist.
  13. Steuersystem nach Anspruch 11, das ferner eine Pumpe (22) umfasst, die mit der wenigstens einen Zuleitung (20) funktional verbunden ist und dazu dient, das Fluid vom Hybridgetriebe (12) durch die wenigstens eine Zuleitung (20) zu transportieren.
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