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GEBIET
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Die
vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Kupplungssteuersystem
für Automatikgetriebe und
insbesondere auf einen Akkumulator und auf ein Kupplungssteuersystem
für Automatikgetriebe.
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HINTERGRUND
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Die
Aussagen in diesem Abschnitt bieten lediglich Hintergrundinformationen
in Bezug auf die vorliegende Offenbarung und können Stand der Technik bilden
oder nicht.
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In
den meisten modernen Automatikgetrieben werden Hydraulikbaueinheiten
gefüllt
und geleert, um verschiedene Kupplungen und Bremsen ein- und auszurücken, um
verschiedene Getriebekomponenten zu verbinden oder zu lösen, um
wahlweise mehrere Vorwärtsgänge oder
-übersetzungsverhältnisse
und einen Rückwärtsgang
zu erzielen.
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Eines
der seit langem erkannten Mittel zum Verbessern der Gangschaltvorgänge und
eines, auf dem gegenwärtig
ein starker Schwerpunkt liegt, ist das Erhöhen der Geschwindigkeit eines
Schaltens, d. h. das Verringern der Zeit zwischen dem Freigeben der
gegenwärtig
eingerückten
Kupplung(en) oder Bremse(n) und dem Einrücken der Kupplung(en) oder
Bremse(n), die dem ausgewählten
neuen Übersetzungsverhältnis zugeordnet
ist/sind.
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Eine
der Möglichkeiten
zum Erhöhen
der Schaltgeschwindigkeit ist das Erhöhen des Fluiddrucks und der
Strömung
durch Erhöhen
der Größe der Pumpe
innerhalb des Getriebes. Jede Erhöhung der Pumpengröße ist von
einem erhöhten
Energieverbrauch und somit von einer verringerten Gesamteffizienz
des Getriebes begleitet. Obgleich wichtig, ist die Gefährdung der
Effizienz des Getriebes für Schaltereignisse,
die während
eines kleinen Bruchteils seiner Betriebszeit stattfinden, keine
leicht akzeptable Abwägung.
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Die
vorliegende Erfindung ist auf eine Vorrichtung gerichtet, die verbesserte
Schaltgeschwindigkeiten ohne die Leistungsgefährdungen, die mit früheren Lösungen einhergehen,
schafft.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die
vorliegende Erfindung schafft einen Strömungsakkumulator und ein Kupplungssteuersystem für ein Automatikgetriebe.
Der Strömungsakkumulator
enthält
einen Kolben mit zwei Flächen,
der in einem komplementären
Zylinder mit zwei Durchmessern angeordnet ist. Das kleine Ende des
Kolbens wird durch Fluid von einem Schieberventil, das der Kupplung
Fluid zuführt
und von ihr abführt,
mit Druck beaufschlagt. Das große
Ende des Kolbens verlagert Fluid in die Kupplung, wenn das kleine
Ende mit Druck beaufschlagt wird. Parallel zu dem Strömungsakkumulator
ist zwischen dem Schieberventil und der Kupplung eine Drosselöffnung angeordnet,
und ein Paar Rückschlagventile
steuern die Fluidströmung
in den und aus dem Zylinder mit größerem Durchmesser. Wenn sich
das Schieberventil bewegt, um an die Kupplung Hydraulikfluid zu
liefern, um sie einzurücken,
verlagert der Fluiddruck an dem kleinen Ende des Kolbens ein großes Fluidvolumen
durch das große
Ende des Kolbens, um die Kupplungsoberflächen schnell in Eingriff zu
bringen. Während
der Fluiddruck weiter zunimmt, gelangen die Kupplungsoberflächen in
Eingriff und übertragen
ein Drehmoment. Wenn sich das Schieberventil entgegengesetzt bewegt,
um die Kupplung zu lösen,
verringert sich der Fluiddruck in der Kupplung und sperrt ein erstes
Rückschlagventil
die Rückströmung in
den Zylinder mit größerem Durchmesser,
während
ein zweites Rückschlagventil Fluid
von einem Auslasskreis fließen
lässt,
um den großen
Zylinder nachzufüllen.
Ein Strömungsakkumulator
gemäß der vorliegenden
Erfindung erhöht die
Kupplungsaktivierungsgeschwindigkeit durch Erhöhen der Niederdruckströmung, d.
h. der Anfangsströmung,
in eine Kupplung und ermöglicht
das Verkleinern der Hydraulikpumpe oder einen verringerten Energieverbrauch,
falls dies ein stärker
erwünschtes Entwurfsziel
ist.
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Somit
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Strömungsakkumulator
für eine Kupplung
in einem Automatikgetriebe zu schaffen.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Strömungsakkumulator
für eine
Automatikgetriebekupplung zu schaffen, die zusammen mit einem Strömungssteuerungs-Schieberventil
verwendet wird.
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Es
ist eine nochmals weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
Strömungsakkumulator
für eine
Automatikgetriebekupplung zu schaffen, der parallel zu einer Strömungssteueröffnung angeordnet
ist.
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Es
ist eine nochmals weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
Strömungsakkumulator
für eine
Automatikgetriebekupplung mit einem Paar Rückschlagventilen zu schaffen.
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Es
ist eine nochmals weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
Strömungsakkumulator
für eine
Automatikgetriebekupplung mit einem Kolben mit zwei Flächen zu
schaffen.
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Weitere
Aufgaben, Vorteile und Bereiche der Anwendbarkeit gehen aus der
hier gegebenen Beschreibung hervor. Selbstverständlich sind die Beschreibung
und die spezifischen Beispiele nur zur Veranschaulichung bestimmt
und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.
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ZEICHNUNGEN
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Die
hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur zur Veranschaulichung
und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise
einschränken.
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1 ist
eine Pririzipdarstellung eines Strömungsakkumulators gemäß der vorliegenden
Erfindung in einem Hydraulikkupplungskreis eines Automatikgetriebes,
und
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2A, 2B, 2C und 2D sind Graphen,
die verschiedene Fluiddrücke,
die Kolbenverlagerung, Fluidströmungen
und die Kraft während des
Betriebs eines Fluidakkumulators gemäß der vorliegenden Erfindung
veranschaulichen.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG
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Die
folgende Beschreibung ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft
und soll die vorliegende Offenbarung, die vorliegende Anwendung
oder die vorliegenden Verwendungen nicht einschränken.
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In 1 ist
ein Strömungsakkumulator
gemäß der vorliegenden
Erfindung in einem Hydraulikkupplungskreis eines Automatikgetriebes
veranschaulicht und allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet.
Der Strömungsakkumulator 10 enthält ein abgestuftes
Gehäuse 12 oder
einen abgestuften Zylinder 12 oder ein Gehäuse oder
einen Zylinder 12 mit zwei Durchmessern, das/der einen
ersten Bereich 14 mit kleinerem Durchmesser und einen zweiten
Bereich 16 mit größerem Durchmesser
definiert. Der erste Bereich 14 mit kleinerem Durchmesser
ist durch einen ersten Einlassanschluss 18 zugänglich. Der
zweite Bereich 16 mit größerem Durchmesser ist über ein
erstes Rückschlagventil 22 und
einen Einlass- oder Nachfüllanschluss 24 zugänglich.
Das erste Rückschlagventil 22 ist
so konfiguriert, dass es Fluid von einer Auslassspeiseleitung in
den zweiten Bereich 16 mit größerem Durchmesser, aber nicht aus
ihm heraus, fließen
lässt.
Der zweite Bereich 16 mit größerem Durchmesser ist außerdem über ein zweites
Rückschlagventil 26 und
einen Auslass- oder Entleerungsanschluss 28 zugänglich.
Das zweite Rückschlagventil 26 ist
so konfiguriert, dass es Fluid aus dem zweiten Bereich 16 mit
größerem Durchmesser,
aber nicht in ihn hinein, fließen
lässt.
Das erste und das zweite Rückschlagventil 22 und 26 können irgendein
geeigneter Typ von Einweg-Strömungventilen
wie etwa die veranschaulichten Rückschlagventile
vom Kugelhahntyp, ein Klappenventil oder ein Tellerventil sein.
Innerhalb des abgestuften Gehäuses
der Zylinders 12 oder des Gehäuses oder Zylinders 12 mit
zwei Durchmessern ist ein abgestufter Kolben 30 oder Kolben 30 mit
zwei Durchmessern gleitfähig
angeordnet, wobei innerhalb des zweiten Bereichs 16 mit
größeren Durchmesser
eine erste Druckfeder 32 angeordnet ist und den Kolben 30 mit zwei
Durchmessern in Richtung des ersten Einlassanschlusses 18 vorbelastet.
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Ein
Schieberventil 40 enthält
ein allgemein zylindrisches Gehäuse 42,
das einen Ventilschieber 44 verschiebbar aufnimmt. Der
Ventilschieber 44 enthält
mehrere Steuerkolben oder Stege 46. Das Zylindergehäuse 42 definiert
einen Einlassanschluss 48 und einen Speiseanschluss 52,
der mit einer Verzweigungsspeiseleitung 54 und mit einem
Entleerungsanschluss 56 in Verbindung steht. Der Einlassanschluss 48 ist
mit einer Druckhydraulikfluid- oder -ölquelle wie etwa mit einer
Zahnradpumpe oder Rotorpumpe 50 mit innen verzahntem Rotor
verbunden, die innerhalb des Automatikgetriebes einen Druckregler
enthalten kann. Eine Abzweigung der Speiseleitung 54 steht
mit dem ersten Einlassanschluss 18 des Strömungsakkumulators 10 in
Verbindung. Eine weitere Abzweigung der Verzweigungsspeiseleitung steht über eine
erste Drosselöffnung 58 mit
einem ersten Steueranschluss 62 an einem Ende des Gehäuses 42 des
Schieberventils 40 in Verbindung. Eine zweite Druckfeder 64,
die auf ein Ende des Ventilschiebers 44 ausgerichtet ist,
belastet den Ventilschieber 44 von dem ersten Steueranschluss 62 weg vor.
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Ein
zweiter Steueranschluss 66 an dem Ende des Zylindergehäuses 42,
das dem ersten Steueranschluss 62 gegenüber liegt, empfängt von einem
ersten Steuermagnetventil 70, wenn es erregt ist, Druckhydraulikfluid
und ein dritter Steueranschluss 72, der an den zweiten
Steueranschluss 66 angrenzt, empfängt von einem zweiten Steuermagnetventil 80,
wenn es erregt ist, Druckhydraulikfluid. Die Erregung der Steuermagnetventile 70 und 80 und die
Zufuhr von Druckhydraulikfluid zu dem zweiten und zu dem dritten
Steueranschluss 66 und 62 steuern die axiale Stellung
des Ventilschiebers 44 und der Stege 46 oder stellen
sie ein und steuern somit bzw. stellen somit ein, ob von dem Einlassanschluss 48 zu dem
Speiseanschluss 52 Druckhydraulikfluid zugeführt wird
oder ob Hydraulikfluid in dem Speiseanschluss 52 und in
der Verzweigungsspeiseleitung 54 aus dem Entleerungsanschluss 56 entleert
wird.
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In
der Verzweigungsspeiseleitung 54 befindet sich parallel
zu dem Strömungsakkumulator 10 eine
zweite Drosselöffnung 84.
An der Seite der zweiten Drosselöffnung 84,
die dem Schieberventil 40 gegenüberliegt, stehen das zweite
Rückschlagventil 26 und
der Auslass- oder Entleerungsanschluss 28 mit der Verzweigungsspeiseleitung 54 in
Verbindung. Die Verzweigungsspeiseleitung 54 endet in einem Zylinder 88 einer
Kolben- und Zylinderbaueinheit 90, die einer Kupplung oder
Bremse 92 eines Automatikgetriebes (nicht veranschaulicht)
zugeordnet ist. Es sollte erkannt werden, dass das Automatikgetriebe
z. B. ein Mehrplanetenzahnradtyp, ein Doppelkupplungstyp oder eine
andere Automatikgetriebekonfiguration sein kann und dass die Kupplung
oder Bremse irgendein Typ, z. B. ein Scheiben- oder Reibungskupplungpaket
oder ein Band- oder Reibungsbremsenpaket, das in einer solchen Vorrichtung
genutzt wird, sein kann.
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Im
Folgenden wird der Betrieb des Strömungsakkumulators 10 beschrieben.
Die Erregung des zweiten Steuermagnetventils 80 liefert
an den Ventilschieber 44 Druckhydraulikfluid oder -öl und verschiebt
ihn in 1 nach rechts, um den Einlassanschluss 48 zu öffnen und
dem Auslassanschluss 52 und der Verzweigungsspeiseleitung 54 Druckfluid zuzuführen. Die Öffnungen 58 und 84 stellen
gesteuerte Drosseln oder Strömungsbegrenzungen
bereit, die in diesem Abschnitt der Verzweigungsspeiseleitung 54 einen
höheren
Druck als auf der unterstromigen Seite der Öffnungen 58 und 64 erzeugen.
Der Hydraulikdruck an der kleineren Fläche des Kolbens 30 mit
zwei Durchmessern veranlasst, dass er von dem Einlassanschluss 18 weg
verschoben wird. Das erste Rückschlagventil 22 schließt und das
zweite Rückschlagventil 26 öffnet, um
ein verhältnismäßig großes Volumen
Hydraulikfluid oder -öl
aus den zweiten Bereich 16 mit größerem Durchmesser in die Verzweigungsspeiseleitung 54 und
in den Zylinder 88 der Kolben- und Zylinderbaueinheit 90 fließen zu lassen.
Während
der Druck in der Verzweigungsspeiseleitung 54 weiter zunimmt,
schließt
das zweite Rückschlagventil 26,
wobei es die Strömung
in den zweiten Bereich 16 mit größerem Durchmesser des Zylinders 12 mit
zwei Durchmessern sperrt, wobei die Kupplung oder Bremse 92 mit
maximalem Druck beaufschlagt wird, um sie vollständig einzurücken, und wobei der Druck an
dem ersten Steueranschluss 62 zunimmt und den Ventilschieber 44 nach
links verschiebt, um den Einlassanschluss 48 zu schließen zu beginnen.
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Obgleich
das Hydraulikfluid oder -öl,
das den Zylinder 88 anfangs füllt, auf einem niedrigeren
Druck ist als dem, der nominell von der Pumpe 50 geliefert wird
und der notwendig ist, um die Kupplung oder Bremse 92 notwendig
einzurücken,
sollte gewürdigt werden,
dass es ausreicht, den Kolben und die Kupplung oder Bremse 92 in
beginnenden Eingriff zu verschieben, d. h. diese Komponenten aus
einer ausgerückten
Ruhestellung in eine Stellung gerade kurz vor dem vollständigen Einrücken zu
verschieben, wonach es wenig zusätzliche
Bewegung, aber eine ausreichende Zunahme des Drucks gibt, der auf
die Kupplung oder Bremse 92 ausgeübt wird, um sie vollständig einzurücken. Dementsprechend
verringert der Strömungsakkumulator 10 den
Strömungsbedarf,
der notwendig ist, um den Zylinder 88 innerhalb einer akzeptablen
Zeit zu füllen.
Dieser Vorteil kann entweder durch Nutzung des schnelleren Kupplungsfüllens und
der schnelleren Ansprechzeit, durch Verringern der Größe und der
Ausgangsströmung
der Hydraulikpumpe 50 oder durch einen gewichteten Kompromiss
zwischen diesen zwei Betriebsparametern genutzt werden. Obgleich
die vorstehende Diskussion das Einrücken oder die Aktivierung einer Kupplung
oder Bremse 92 beschrieben hat, die in ihrem entspannten oder
Ruhezustand kein Drehmoment überträgt, sollte
außerdem
gewürdigt
werden, dass sie gleichfalls auf das Lösen einer solchen Vorrichtung,
die normalerweise Drehmoment überträgt und die
aktiviert wird, um die Übertragung
des Drehmoments zu beenden, anwendbar ist.
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Um
die Kupplung oder Bremse 92 zu lösen, wird die Erregung des
Magnetventils 80 beendet und verschieben der Fluiddruck
bei dem ersten Steueranschluss 62 und die Kraft der zweiten
Druckfeder 64 den Ventilschieber 44 weiter nach
links, um den Einlassanschluss 48 zu schließen und
den Entleerungsanschluss 56 zu öffnen. Der Fluiddruck in der
Verzweigungsspeiseleitung 54 sinkt, das erste Rückschlagventil 22 öffnet sich,
das zweite Rückschlagventil 26 bleibt
geschlossen, die erste Druckfeder 32 verschiebt den Kolben 30 mit
zwei Durchmessern in Richtung des Einlassanschlusses 18 und
der zweite Bereich 16 mit größerem Durchmesser füllt sich
erneut mit Fluid von dem ersten Einlassanschluss oder Nachfüllanschluss 24,
dem Fluid von dem Entleerungsanschluss 56 zugeführt werden
kann. Nun wird der zweite Bereich 16 mit größerem Durchmesser des
Strömungsakkumulators 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung mit Fluid gefüllt
und ist bereit, den Zyklus zu wiederholen, wenn das Einrücken der Kupplung
oder Bremse 92 angewiesen wird.
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Die
Graphen der 2A, 2B, 2C und 2D veranschaulichen
verschiedene Beziehungen zwischen den Hydraulikdrücken und
der Verlagerung während
eines oben direkt beschriebenen Betriebszyklus des Strömungsakkumulators 10.
In 2A sowie in allen 2B, 2C und 2D ist
die X-Achse (die
Abszisse) die Zeit. In 2A ist die Y-Achse (die Ordinate)
der relative Druck. Die durchgezogene Linie repräsentiert den Druckreglerausgangsdruck
und die Strichlinie repräsentiert
den Druck in der Kolben- und
Zylinderbaueinheit 90. 2B stellt
synchron zu 2A die Verlagerung des Kolbens 30 mit
zwei Durchmessern dar. 2C stellt ebenfalls synchron
zu 2A Flüsse
dar: Die durchgezogene Linie stellt die Gesamtströmung zu der
Kolben- und Zylinderbaueinheit 90 dar, die Strichlinie
stellt die Strömung
von dem Akkumulator 10 dar und die punktierte Linie stellt
die Strömung
direkt von dem Druckregler und von der Pumpe 50 dar. 2D stellt
ebenfalls synchron zu 2A die auf die Kupplung oder
Bremse 92 ausgeübte
Kraft dar. Es wird angemerkt, dass der Druck in der Kolben- und
Zylinderbaueinheit 90 und die von ihr auf die Kupplung
oder Bremse 92 ausgeübte
Kraft im Wesentlichen erst anzusteigen beginnt, nachdem die Hydraulikfluid-
oder -ölströmung (siehe 2C)
beendet wurde. Somit erfolgt eine wesentliche Fluidströmung, die
notwendig ist, um das beginnende Einrücken der Kupplung oder Bremse 92 zu
erzielen, bei einem niedrigen Druck und wird durch den Strömungsakkumulator 10 der
vorliegenden Erfindung geliefert.
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Die
Beschreibung der Erfindung ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft,
wobei Änderungen, die
nicht von dem Hauptpunkt der Erfindung abweichen, im Umfang der
Erfindung liegen sollen. Solche Änderungen
werden nicht als Abweichung vom Erfindungsgedanken und vom Umfang
der Erfindung und der folgenden Ansprüche betrachtet.