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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung bezieht sich auf normalerweise eingerückte Kupplungen für Getriebe, die in Kraftfahrzeugen verwendet werden.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Kraftfahrzeuggetriebe weisen häufig hydraulisch betätigte, selektiv einrückbare Drehmomentübertragungsmechanismen auf, die als Kupplungen bezeichnet werden. Die Kupplungen können Kupplungen vom stationären Typ (d. h. Bremsen) oder Kupplungen vom Rotationstyp sein. Typischerweise werden voneinander beabstandete Sätze von Reibungsplatten und Reaktionsplatten miteinander in Kontakt gebracht, wenn die Kupplung eingerückt wird, um eine gemeinsame Drehung (im Fall der Kupplung vom Rotationstyp) oder eine Festsetzung an Masse (im Fall der Kupplung vom stationären Typ) von Komponenten, die mit den jeweiligen Sätzen von Platten verbunden sind, zu bewirken.
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Hydraulisch betätigte Kupplungen weisen inhärente Drehverluste auf, die die Kraftstoffsparsamkeit verringern. Drehverluste werden durch Fluid in der Kupplung verursacht, das den Widerstand gegen die Drehung der mit den Kupplungsplatten verbundenen Komponenten verringert. Außerdem sind solche hydraulisch betätigten Kupplungen nicht einrückbar, bis ein ausreichender Fluiddruck von einer Getriebepumpe erhältlich ist. Typischerweise wird eine Hauptgetriebepumpe durch eine Kraftmaschine angetrieben, die mit dem Getriebe verbunden ist, oder wird durch ein drehbares Getriebeelement angetrieben und wird somit indirekt durch die Kraftmaschine angetrieben.
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Wenn sich die Kraftmaschine mit relativ niedrigen Drehzahlen dreht oder wenn die Kraftmaschine vollständig ausgeschaltet ist, wie es bei einer Kraftmaschine mit einer automatischen Start/Stopp-Fähigkeit der Fall sein kann, kann die Hautpumpe nicht genügend Hydraulikdruck zuführen. Folglich werden Hilfspumpen wie z. B. elektrisch angetriebene Pumpen manchmal verwendet, um den erforderlichen Hydraulikdruck bereitzustellen, wenn der Druck von der Hauptpumpe unzureichend ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es wird eine mechanisch vorbelastete, normalerweise eingerückte Kupplung geschaffen. Die Kupplung umfasst ein Reibungselement mit einer ersten Seite und einer gegenüberliegenden zweiten Seite, eine erste Platte, die zum Pressen gegen das Reibungselement auf der ersten Seite konfiguriert ist, und eine zweite Platte, die zum Pressen gegen das Reibungselement auf der zweiten Seite konfiguriert ist. Die Kupplung umfasst auch eine Vorbelastungsvorrichtung, die dazu konfiguriert ist, eine erste Kraft auf die zweite Platte aufzubringen, um die zweite Platte gegen das Reibungselement zu pressen, um die Kupplung einzurücken. Außerdem umfasst die Kupplung einen Anwendungskolben zum Aufbringen einer zweiten Kraft auf die erste Platte und einen Lösekolben zum Aufbringen einer dritten Kraft auf die zweite Platte. Die Kupplung wird ausgerückt, wenn die zweite Platte vom Reibungselement durch die dritte Kraft bei Abwesenheit der zweiten Kraft weggeschoben wird, und wird eingerückt, wenn die erste Platte durch die zweite Kraft gegen das Reibungselement gepresst wird.
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Die Vorbelastungsvorrichtung kann dazu konfiguriert sein, die erste Kraft auf die zweite Platte ohne Anwendung von Leistung aufzubringen. Die Vorbelastungsvorrichtung kann eine Tellerfeder sein. Die Tellerfeder kann komprimiert werden, um die erste Kraft auf die zweite Platte aufzubringen, und kann ferner durch die dritte Kraft bei Abwesenheit der zweiten Kraft komprimiert werden.
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Der Lösekolben kann dazu konfiguriert sein, einen Hydraulikdruck zu empfangen, um dadurch die dritte Kraft auf die zweite Platte aufzubringen, um die Kupplung auszurücken. Ebenso kann der Anwendungskolben dazu konfiguriert sein, einen Hydraulikdruck zu empfangen, um dadurch die zweite Kraft auf die erste Platte aufzubringen, um die Kupplung einzurücken.
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Es wird auch ein Fahrzeug mit einer Kraftmaschine mit einer automatischen Start/Stopp-Fähigkeit zusammen mit einem Getriebe mit der vorstehend beschriebenen Kupplung offenbart.
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Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Arten zur Ausführung der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen leicht ersichtlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische teilweise Darstellung eines Fahrzeugantriebsstrangs mit einer teilweisen Darstellung eines Getriebes mit einer mechanisch vorbelasteten Kupplung in ihrem normalerweise eingerückten Zustand;
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2 ist eine schematische teilweise Darstellung eines Fahrzeugantriebsstrangs von 1 mit einer mechanisch vorbelasteten, normalerweise eingerückten Kupplung in einem hydraulisch eingerückten Zustand; und
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3 ist eine schematische teilweise Darstellung eines Fahrzeugantriebsstrangs von 1 mit einer mechanisch vorbelasteten, normalerweise eingerückten Kupplung in einem hydraulisch ausgerückten Zustand.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In den Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Komponenten beziehen, zeigen 1–3 ein Fahrzeug 10. Das Fahrzeug 10 umfasst einen Antriebsstrang 12 mit einer Kraftmaschine 14 und einem Getriebe 16 zum Übertragen eines Kraftmaschinendrehmoments auf angetriebene Räder (nicht dargestellt) des Fahrzeugs. Wie vorgesehen, umfasst die Kraftmaschine 14 eine automatische Start/Stopp-Funktion oder -Fähigkeit, die die Kraftmaschine 14 des Fahrzeugs automatisch abschalten und neustarten kann, um die Menge an Zeit zu verringern, die die Kraftmaschine im Leerlauf verbringt, wodurch die Kraftstoffsparsamkeit verbessert wird. Die Kraftmaschinen-Start/Stopp-Fähigkeit ist für Fahrzeuge vorteilhaft, die signifikante Mengen an Zeit mit dem Warten an Verkehrsampeln verbringen oder in Verkehrsstaus häufig zu einem Stopp kommen. Ein solches Start/Stopp-Merkmal ist in Hybridelektrofahrzeugen vorhanden, die typischerweise einen Elektromotor/Generator (nicht dargestellt) zusätzlich zur Kraftmaschine 14 verwenden, um das Fahrzeug anzutreiben, kann aber auch in Fahrzeugen verwendet werden, denen ein elektrischer Hybridantriebsstrang fehlt.
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Die Kraftmaschine 14 ist mit dem Getriebe 16 betriebstechnisch verbunden, das zum Empfangen von Leistung und Drehmoment von der Kraftmaschine konfiguriert ist. Das Fahrzeug 10 umfasst außerdem einen Controller 18, der ein Getriebesteuermodul (TCM) sein kann, das zum Steuern des Betriebs des Getriebes 16 ausgelegt ist. Der Controller 18 kann auch als Antriebsstrangcontroller konfiguriert sein, der zum Steuern des Betriebs des ganzen Antriebsstrangs 12 ausgelegt ist. Das Getriebe 16 umfasst ein Eingangselement, das als Eingangswelle 20 gezeigt ist, die mit der Kraftmaschine 14 über einen Drehmomentwandler 21 betriebstechnisch verbunden ist, ein Ausgangselement, das als Ausgangswelle 22 gezeigt ist, und ein stationäres Element, das als Getriebegehäuse 24 gezeigt ist. Das Kraftmaschinendrehmoment wird zwischen der Eingangswelle 20 und der Ausgangswelle 22 über eine Planetengetriebeanordnung 26 übertragen, wie dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt ist.
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In 1–3 ist gezeigt, dass die Planetengetriebeanordnung 26 drei Planetenradsätze 28, 30 und 32 umfasst. Jeder Planetenradsatz 28, 30 und 32 umfasst ein Sonnenrad 28A, 30A, 32A, ein Hohlrad 28B, 30B, 32B bzw. ein Trägerelement 28C, 30C, 32C. Verschiedene Verbindungen zwischen den Planetenradsätzen 28, 30 und 32 über ihre jeweiligen Sonnenräder, Hohlräder und Trägerelemente sind möglich, wie dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt ist, um die gewünschten Getriebeübersetzungsverhältnisse zwischen der Eingangswelle 20 und der Ausgangswelle 22 zu erreichen. Das Getriebe 16 umfasst auch eine Hydraulikpumpe 34, die dazu ausgelegt ist, ein Druckfluid zu verschiedenen Getriebekupplungen wie z. B. der Kupplung 36 und Servos über zweckgebundene Fluiddurchgänge (nicht dargestellt) zuzuführen,
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1–3 stellen außerdem eine mechanisch vorbelastete, normalerweise eingerückte Kupplung 38 dar, die innerhalb des Getriebes 16 angeordnet ist. Die Kupplung 38 überträgt ein Drehmoment, wenn sie sich im eingerückten Zustand befindet, und überträgt kein Drehmoment, wenn sie sich im ausgerückten Zustand befindet. Die Kupplung 38 kann verwendet werden, um ein Drehmoment zwischen der Kraftmaschine 14 und der Ausgangswelle 22 in einem niedrigen oder ersten Übersetzungsverhältnis zu übertragen, das typischerweise zum Anfahren des Fahrzeugs 10 verwendet wird. Außerdem kann die Kupplung 38 dazu konfiguriert sein, ein Drehmoment zwischen irgendeinem der Zahnradelemente 28A–C, 30A–C und 32A–C und irgendeinem anderen der Zahnradelemente der Planetengetriebeanordnung 26 sowie zwischen einem der Zahnradelemente und dem Getriebegehäuse 24 oder zwischen der Kraftmaschine 14 und dem Getriebe 16 zu übertragen.
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Die Kupplung 38 umfasst ein Reibungselement, das als Kupplungssatz 40 gezeigt ist. Der Kupplungssatz 40 umfasst voneinander beabstandete Sätze von Reibungsplatten 40A und Reaktionsplatte(n) 41, die miteinander in Kontakt gebracht werden, wenn die Kupplung eingerückt wird, wie dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt ist. Die Kupplung 38 umfasst auch eine erste oder Anwendungsplatte 42, die als Anwendungselement fungiert, oder eine Platte, die zum Pressen gegen den Kupplungssatz 40 auf der ersten Seite 40A konfiguriert ist. Außerdem umfasst die Kupplung 38 eine zweite Platte 44, die als Unterstützungselement fungiert, oder eine Platte, die zum Pressen gegen den Kupplungssatz 40 konfiguriert ist. Die Kupplung 38 umfasst auch eine Tellerfeder 46, die eine Vorbelastungsvorrichtung ist, die zum Aufbringen einer ersten Kraft F1 auf die zweite oder Unterstützungsplatte 44 konfiguriert ist, um dadurch den Kupplungssatz 40 zwischen der ersten Platte 42 und der zweiten Platte einzuklemmen, um die Kupplung einzurücken (in 1 gezeigt). Das Gehäuse 24 umfasst einen speziell ausgebildeten oder maschinell bearbeiteten Absatz 24A, damit die erste Platte 42 diesen berührt und sich daran absetzt. Der Absatz 24A schafft eine Reaktionsoberfläche für die erste Platte 42, wenn sich die erste Platte in Ansprechen auf die erste Kraft F1 verschiebt.
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Die Kupplung 38 verwendet auch einen Anwendungskolben 48, der dazu ausgelegt ist, eine zweite Kraft F2 auf die erste Platte 42 aufzubringen (in 2 gezeigt), und einen Lösekolben 50, der dazu ausgelegt ist, eine dritte Kraft F3 auf die zweite Platte 44 aufzubringen (in 3 gezeigt). Der Anwendungskolben 48 wird an seinem Innen- und Außendurchmesser durch das Gehäuse 24 festgehalten. Wenn der Anwendungskolben 48 vollständig zurückgezogen ist, sitzt der Anwendungskolben an einer Reaktionsoberfläche 24B des Getriebegehäuses 24. Es besteht ein ausreichender Zwischenraum zwischen dem Anwendungskolben 48 in seinem vollständig zurückgezogenen Zustand und der ersten Platte 42, um zu ermöglichen, dass der Kupplungssatz 40 eingeklemmt wird, wenn die erste Kraft F1 aufgebracht wird, und die erste Platte 42 den Absatz 24A kontaktiert und sich daran absetzt. Wenn der Lösekolben 50 vollständig zurückgezogen ist, kann der Lösekolben am Anwendungskolben 48 anliegen.
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Der Lösekolben 50 wird an seinem Außendurchmesser durch das Getriebegehäuse 24 und an seinem Innendurchmesser durch einen Ring 48A, der an der Oberfläche des Anwendungskolbens 48 ausgebildet ist, festgehalten. Der Lösekolben 50 umfasst einen Satz von Fingern 50A, die durch eine Öffnung 42A in der ersten Platte 42 und durch eine Öffnung 41A in der Reaktionsplatte 41 vorstehen, wodurch ermöglicht wird, dass der Lösekolben einen Kontakt mit der zweiten Platte 44 herstellt und die dritte Kraft F3 auf diese überträgt, wie in 3 gezeigt. Es besteht ein ausreichender Zwischenraum zwischen den Fingern 50A und der zweiten Platte 44, um zu ermöglichen, dass der Kupplungssatz 40 eingeklemmt wird, wenn die erste Kraft F1 aufgebracht wird und die erste Platte 42 den Absatz 24A berührt und sich daran absetzt. Wie aus 1–3 zu sehen ist, wird die Kraft F1 in einer Richtung aufgebracht, die zu jener der Kräfte F2 und F3 entgegengesetzt ist. Die Kupplung 38 wird eingerückt, wenn die erste Platte 42 durch die zweite Kraft F2 gegen den Kupplungssatz 40 gepresst wird (wie in 2 gezeigt). Andererseits wird die Kupplung 38 ausgerückt, wenn die dritte Kraft F3 auf die zweite Platte 44 bei Abwesenheit der zweiten Kraft F2 aufgebracht wird (wie in 3 gezeigt).
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Im so montierten, vorkomprimierten Zustand bringt die Tellerfeder 46 die erste Kraft F1 auf die zweite Platte 44 auf, um den Kupplungssatz 40 zwischen der ersten Platte 42 und der zweiten Platte 44 einzuklemmen, und hält daher die Kupplung 38 normalerweise eingerückt. Während des Aufbringens der ersten Kraft F1 berührt die erste Platte 42 den Absatz 24A und setzt sich daran ab, wodurch ermöglicht wird, dass die Kupplung 38 normalerweise eingerückt ist. An sich wird die Kupplung 38 durch die Tellerfeder 46 ohne Aufbringen von Leistung, ob dies eine hydraulische, pneumatische oder elektrische Leistung ist, normalerweise eingerückt gehalten. Das Einrücken der Kupplung 38, das nur durch die erste Kraft F1 von der Tellerfeder 46 geschaffen wird, reicht typischerweise aus, um das Getriebe 16 im Gang zu halten, wenn die Kraftmaschine ausgeschaltet ist. Außerdem reicht die erste Kraft F1 auch aus, um ein relativ niedriges Ausgangsdrehmoment der Kraftmaschine 14 zu übertragen, das im Allgemeinen während des Kraftmaschinenstarts und bei niedrigeren Kraftmaschinendrehzahlen zu sehen ist. Das Aufbringen der dritten Kraft F3 durch den Lösekolben 50, wie vorstehend beschrieben, komprimiert die Tellerfeder 46 über ihren so montierten, vorkomprimierten Zustand hinaus und wirkt zum Beibehalten einer solchen zusätzlichen Kompression. Im Fall, dass die zweite Kraft F2 nicht aufgebracht wird, ermöglicht eine solche zusätzliche Kompression der Tellerfeder 46, dass sich die Reibungsplatten 40A und die Reaktionsplatte(n) 41 des Kupplungssatzes 40 voneinander und auch von der Unterstützungsplatte 44 trennen, um dadurch die Kupplung 38 auszurücken.
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Obwohl das nur durch die Tellerfeder 46 geschaffene Festklemmen ausreichen kann, um ein relativ niedriges Ausgangsdrehmoment der Kraftmaschine 14 zu übertragen, kann ein höheres Kraftmaschinendrehmoment, wie typischerweise bei erhöhten Kraftmaschinendrehzahlen und größeren Drosselklappenöffnungen zu sehen, einen höheren Klemmgrad erfordern. Die durch den Anwendungskolben 48 gelieferte Kraft F2 soll höher sein als die erste Kraft F1, so dass ein höherer Klemmgrad und daher ein sichereres Einrücken der Kupplung 38 erzeugt werden kann als es mit der vorkomprimierten Tellerfeder 46 möglich ist.
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Der vorstehend beschriebene Controller 18 steuert den Betrieb eines Ventils 52, das entfernt von der Kupplung 38 angeordnet ist. Das Ventil 52 ist dazu konfiguriert, die Strömung von Hydraulikfluid, das von der Fluidpumpe 34 empfangen wird, zu regeln und entweder den Anwendungskolben 48 oder den Lösekolben 50 mit Druck zu beaufschlagen. Der Fluiddruck wird verwendet, um entweder den Anwendungskolben 48 oder den Lösekolben 50 in Abhängigkeit davon, ob es erwünscht ist, dass die Kupplung 38 eingerückt bzw. ausgerückt wird, selektiv zu betätigen. Typischerweise wird der niedrigste zweckmäßige Fluiddruck gewählt, um Drehverluste im Getriebe 16 zu begrenzen und die Kraftstoffsparsamkeit des Fahrzeugs 10 zu erhöhen. Das Ventil 52 ist dazu konfiguriert, sich innerhalb einer Bohrung 54 zu verschieben, um zu ermöglichen, dass entweder der Anwendungskolben 48 oder der Lösekolben 50 über einen Fluidzufuhrdurchgang 56 durch Durchgänge 57A bzw. 57B mit Druck beaufschlagt wird, während der Druck innerhalb des anderen der zwei Kolben über einen von zwei separaten Ablassdurchgängen 58A und 58B abgebaut wird. Das Ventil 52 kann auch eine neutrale Position annehmen, in der beiden Kolben 48 und 50 ermöglicht wird, den Druck über die Ablassdurchgänge 58A und 58B abzubauen.
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Die mechanisch vorbelastete, normalerweise eingerückte Kupplung 38 erleichtert die Kraftmaschinen-Stopp/Start-Funktion ohne Verwendung irgendeiner elektrischen Hilfspumpe oder eines Druckspeichers. In einem typischen Getriebe, das mit der Kraftmaschine 14 gepaart ist, die die Stopp/Start-Technologie verwendet, ist, wenn das Fahrzeug stationär ist, die Kraftmaschinenzündung eingeschaltet, aber die Kraftmaschine ist ausgeschaltet, während sich das Getriebe im ausgewählten Antriebsmodus befindet und der Fahrzeugfahrer die Fahrzeugbremsen betätigt. In einem solchen Fall befindet sich das Getriebe in einem Betriebsmodus mit niedrigem oder erstem Gang, der einen Hydraulikdruck erfordert. Sobald der Fahrer das Bremspedal loslässt, startet die Kraftmaschine automatisch und eine elektrische Hilfspumpe beginnt, Hydraulikdruck zu liefern, um die Eingangskupplung einzurücken und zu halten. Ein solcher unverzüglicher Hydraulikdruck ermöglicht typischerweise, dass das Fahrzeug beschleunigt, sobald der Fahrzeugfahrer das Fahrpedal herabtritt. Eine weitere Methode besteht darin, die elektrische Hilfspumpe durch einen Druckspeicher zu ersetzen, um das unverzügliche Eingangskupplungseinrücken zu erleichtern. Beide Methoden sind jedoch kostspielig, erfordern häufig einen zusätzlichen Fahrzeugunterbringungsraum (der typischerweise beengt ist) und haben eine direkte Auswirkung auf die Kraftstoffeffizienz aufgrund der zusätzlichen Leistung, die für ihren Betrieb erforderlich ist. Die Kupplung 38 kann als effektive Alternative für beide vorstehend beschriebenen Methoden verwendet werden.
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Im Fall des Fahrzeugs 10 startet die Kraftmaschine 14, wenn die Fahrzeugbremsen gelöst werden, und der Controller 18 weist das Ventil 52 an, Druckhydraulikfluid von der Pumpe 34 zum Anwendungskolben 48 zu schicken. Während sich der Hydraulikdruck im Zufuhrdurchgang 56 und im Durchgang 57A aufbaut, bleibt die Kupplung 38 über die erste Kraft F1, die durch die Tellerfeder 46 bereitgestellt wird, eingerückt, wie in 1 gezeigt. Wie in 2 dargestellt, verschiebt der Fluiddruck, sobald er im Zufuhrdurchgang 56 und im Durchgang 57A aufgebaut ist, den Anwendungskolben 48 über die zweite Kraft F2 in Richtung der ersten Platte 42, die wiederum den Kupplungssatz 40 gegen die zweite Platte 44 komprimiert und die Tellerfeder 46 komprimiert und abflacht. In einem solchen Modus ist die Klemm- und Haltedrehmomentkapazität der Kupplung 38 äquivalent zum Hydraulikdruck, der durch das TCM gesteuert wird. Nach einem solchen Einrücken der Kupplung 38 kann das Getriebe 16 durch andere Antriebsgänge fortschreiten, die erfordern, dass die Kupplung 38 eingerückt ist, wie es der Fahrzeugbetrieb vorgibt.
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Wenn das Ausrücken der Kupplung 38 für einen speziellen Betriebsmodus im Getriebe 16 erforderlich ist, weist der Controller 18 das Ventil 52 an, Druckhydraulikfluid zum Lösekolben 50 zu schicken, während gleichzeitig der Hydraulikdruck vom Anwendungskolben 48 abgebaut wird. Wie in 3 dargestellt, wird der Hydraulikdruck zum Durchgang 57B gelenkt, um den Anwendungskolben 48 über die dritte Kraft F3 in der Richtung von der Tellerfeder 46 weg zu schieben, sowie den Lösekolben 50 in Richtung der Tellerfeder zu schieben, um die zweite Platte 44 zu berühren und die Tellerfeder zu komprimieren und abzuflachen. Folglich wird der Kupplungssatz 40 nicht mehr zwischen der ersten und der zweiten Platte 42, 44 gepresst, was dazu führt, dass die Kupplung 38 ausgerückt wird.
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Da die Kupplung 38 eine mechanisch vorbelastete, normalerweise eingerückte Vorrichtung ist, können insgesamt eine oder mehrere solche Kupplungen innerhalb eines Getriebes verwendet werden, um Drehverluste und Hydraulikdruckanforderungen zu verringern und somit die Kraftstoffsparsamkeit zu erhöhen.
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Obwohl die besten Arten zur Ausführung der Erfindung im Einzelnen beschrieben wurden, erkennt der Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich diese Erfindung bezieht, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Ausführung der Erfindung innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche.
