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Die Erfindung betrifft einen Kraftfahrzeugantriebsstrang mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Aus der
DE 10 2005 005 154 A1 ist eine Ölfördereinrichtung in einem Kraftfahrzeuggetriebe bekannt, mit welcher während eines Betriebs eines Kraftfahrzeugs Getriebeöl aus einem Getriebeölsumpf im unteren Bereich eines Getriebegehäuses in ein Getriebeölreservoir förderbar ist. Die Ölfördereinrichtung dient dazu, eine betriebszustandsabhängige Einstellung eines Getriebeölspiegels des Getriebeölsumpfs zu ermöglichen und insbesondere einen Getriebeölspiegel so einzustellen, dass die Getriebezahnräder gerade nicht in das Getriebeöl eintauchen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine technisch einfache Ölfördereinrichtung für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugantriebsstrangs zu entwickeln, welche es ermöglicht, Getriebeöl aus einem geodätisch tiefer gelegenen Bereich eines Getriebegehäuses in einen geodätisch höher gelegenen Getriebegehäusebereich zu fördern.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Kraftfahrzeugantriebsstrang mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß weist der Kraftfahrzeugantriebsstrang eine Antriebseinheit und ein Getriebe auf, wobei das Getriebe von einem Getriebegehäuse umgeben ist und über Getriebeöl zur Kühlung und Schmierung von Getriebebauteilen verfügt. Es ist eine Ölfördereinrichtung zur Förderung von Getriebeöl aus einem unteren Teilbereich eines ersten Getriebegehäusebereichs in einen zweiten Getriebegehäusebereich vorgesehen, wobei sich der erste Getriebegehäusebereich geodätisch tiefer erstreckt als der zweite Getriebegehäusebereich. Die Erfindung liegt darin, dass die Ölfördereinrichtung eine Förderschnecke aufweist. Eine Förderschnecke einer Ölfördereinrichtung, wie sie im Rahmen der Erfindung verstanden werden soll, weist eine Schneckenwelle und eine Schneckenwendel auf und beruht auf einem Funktionsprinzip einer archimedischen Schraube. Ein zu förderndes Getriebeöl wird mittels einer Rotation der Förderschnecke gefördert. Die erfindungsgemäße Ölfördereinrichtung weist ferner einen Fördertrog, ein Förderrohr oder ein Förderkanal auf. Der Fördertrog, das Förderrohr oder der Förderkanal umgibt die Förderschnecke zumindest teilweise und dient einer Aufnahme des zu fördernden Getriebeöls. Die Förderschnecke kann ein- oder mehrgängig ausgeführt sein. Ölfördereinrichtungen mit Förderschnecken sind hinlänglich aus vielen Industriebereichen insbesondere zur Förderung von Schüttgütern kleiner oder mittlerer Korngrößen bekannt, aber auch zur Förderung von zähflüssigen bis pastösen Medien.
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In einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugantriebsstrang sammelt sich bedingt durch eine Erdanziehungskraft ein von Getriebebauteilen abströmendes, abspritzendes und/oder abtropfendes Getriebeöl in unteren Bereichen des Getriebegehäuses. Vorteilhaft ermöglicht eine Förderschnecke eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugantriebsstrangs eine Getriebeölförderung aus einem unteren Bereich eines ersten Getriebegehäusebereichs in einen zweiten Getriebegehäusebereich, wenn der erste Getriebegehäusebereich sich geodätisch tiefer erstreckt als der zweite, insbesondere wenn für eine Aufrechterhaltung eines Getriebeölkreislaufs, Getriebeöl in den zweiten Getriebegehäusebereich zurückzufördern ist. Besonders vorteilhaft kann eine Ölfördereinrichtung mit einer Förderschnecke dergestalt ausgelegt werden, dass im Betrieb der Ölfördereinrichtung in einem geförderten Getriebeöl ein von einem Umgebungsdruck nicht oder nur geringfügig abweichender statischer und/oder dynamischer Druck herrscht. Bei einer Förderung von Getriebeöl unter einem von einem Umgebungsdruck nicht oder nur geringfügig abweichenden statischen und/oder dynamischen Druck sind Kavitation und Geräusche bedingt durch einen Einschluss von Luftbläschen in das Getriebeöl deutlich reduzierbar oder sogar vermeidbar. Im Rahmen der Erfindung sollen unter geringfügig vom Umgebungsdruck abweichenden Drücken Druckabweichungen von bis zu in etwa +/–0,2 bar verstanden werden.
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Vorteilhaft ist ein Leistungsbedarf eines Antriebs einer drucklos oder unter geringem Druck betriebenen Förderschnecke sehr gering.
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Die Förderschnecke kann insbesondere aus Kunststoff ausgebildet werden, Kunststoff ist vorteilhaft kostengünstig, leicht und eine Förderschnecke aus Kunststoff ist zudem geräuscharm im Betrieb.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugantriebsstrangs weist die Ölfördereinrichtung einen rein hydraulischen Antrieb auf. Darunter, dass die Ölfördereinrichtung einen rein hydraulischen Antrieb aufweist, soll im Rahmen der Erfindung verstanden werden, dass die Förderschnecke mittels einer hydraulischen Kraft antreibbar ist, welche nicht elektrisch gesteuert und/oder geregelt wird. Diese Ausgestaltung der Erfindung ist besonders vorteilhaft, da ein Steuerungs- und/oder Regelungsaufwand für einen Antrieb der Förderschnecke entfällt.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugantriebsstrangs ist der rein hydraulische Antrieb der Förderschnecke als Außenzahnradpumpe ausgeführt. Außenzahnradpumpen können vorteilhaft sehr kompakt ausgebildet werden und sind technisch einfach sowie kostengünstig realisierbar. Durch die kompakte Bauweise ist eine Unterbringung im Getriebe und insbesondere eine Unterbringung und Befestigung am Getriebegehäuse einfach darstellbar.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugantriebsstrangs ist das Getriebe als automatisches Getriebe ausgebildet, welches von einer Getriebeölpumpe mit Getriebeöl versorgt wird. Ein Getriebeölpumpendruck dient einem hydraulischen Antrieb der Ölfördereinrichtung. Im Rahmen der Erfindung soll unter einem automatischen Getriebe ein Getriebe in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs verstanden werden, in welchem eine Anpassung einer Übersetzung automatisch von einer elektrohydraulischen Getriebesteuerungseinrichtung bewirkbar ist, wobei ein für eine elektrohydraulische Getriebesteuerungseinrichtung notwendiger hydraulischer Druck von einer Getriebeölpumpe bereitstellbar ist. Das automatische Getriebe ist beispielsweise als ein Getriebe mit mehreren gekoppelten Planetensätzen ausgeführt. Das automatische Getriebe kann aber auch beispielsweise als ein Doppelkupplungsgetriebe oder als ein stufenloses Getriebe ausgeführt sein.
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In einem Getriebe eines Kraftfahrzeugantriebsstrangs fällt während eines Betriebs des Kraftfahrzeugantriebsstrangs Leakageöl und/oder Schmieröl und/oder Kühlöl an, welches von Getriebebauteilen abströmt und/oder abspritzt und oder abtropft. Das Leakageöl und/oder Schmieröl und/oder Kühlöl, aus welchem sich Getriebeölansammlungen in einem Getriebegehäuse bilden können, fällt nur dann an, wenn dem Getriebe Getriebeöl über die Getriebeölpumpe zugeführt wird und sich damit ein Getriebeölpumpendruck aufbaut. Vorteilhaft dient bei dieser Ausgestaltung der Erfindung der Getriebeölpumpendruck als Antriebsdruck für die Förderschnecke der Ölfördereinrichtung, da der Getriebeölpumpendruck immer genau dann verfügbar ist, wenn auch ein Bedarf für einen Betrieb der Förderschnecke für ein Herausfördern von sich im Getriebegehäuse ansammelnden Getriebeöls vorhanden ist.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugantriebsstrangs ist das Getriebe als automatisches Getriebe mit einer elektrohydraulischen Getriebesteuerungseinrichtung ausgebildet. Ein Systemdruck der elektrohydraulischen Getriebesteuerungseinrichtung bewirkt einen Antrieb der Ölfördereinrichtung. Unter einer elektrohydraulischen Getriebesteuerungseinrichtung soll im Rahmen der Erfindung eine Steuerungseinrichtung verstanden werden, welche einen elektrohydraulische Ventileinrichtung mit hydraulischen und/oder elektrohydraulischen Ventilen und eine mit der elektrohydraulischen Ventileinrichtung zusammenwirkende elektronische Getriebesteuereinrichtung aufweist. Die elektronische Getriebesteuereinrichtung kann als separate Steuereinheit ausgeführt sein oder in eine umfassendere Steuereinrichtung des Kraftfahrzeugs integriert sein. Unter einem Systemdruck der elektrohydraulischen Getriebesteuereinrichtung soll im Rahmen der Erfindung ein in der elektrohydraulischen Ventileinrichtung einstellbarer Druck für einen hydraulischen Teilkreis des automatischen Getriebes verstanden werden, wie beispielsweise ein in heutigen automatischen Getrieben in der Regel vorhandener Ventilversorgungsdruck für eine Versorgung von Vorsteuerventilen oder ein einstellbarer Schmierdruck zur Schmierung von Getriebebauteilen. Vorteilhaft baut sich ein Systemdruck der elektrohydraulischen Ventileinrichtung immer dann auf, wenn ein automatisches Getriebe über eine elektrohydraulische Ventileinrichtung mit Getriebeöl versorgt wird, insbesondere versorgt von einer Getriebeölpumpe, und immer nur dann fällt ein Leakageöl und/oder Schmieröl und/oder Kühlöl an und es können sich Getriebeölansammlungen im Getriebegehäuse bilden, aus welchen das Getriebeöl mit der vorliegenden Erfindung vorteilhaft herausförderbar ist. Vorteilhaft ist in dieser Ausgestaltung der Erfindung die Ölfördereinrichtung immer in Betrieb, wenn ein Bedarf für ihren Betrieb vorhanden ist und ein Leakageöl und/oder Schmieröl und/oder Kühlöl aus den Getriebebauteilen abströmt und/oder abtropft und/oder abspritzt. Vorteilhaft ist ein Systemdruck der elektrohydraulischen Ventileinrichtung geringer als ein von der Getriebeölpumpe bereitgestellter Getriebeölpumpendruck, damit ist eine Förderschnecke mit einem Systemdruck energieeffizient betreibbar.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugantriebsstrangs ist die Getriebeölpumpe mit einer Antriebswelle der Antriebseinheit mechanisch verbunden und die Antriebswelle ist über ein Anfahrelement mit einem Getriebeeingangselement verbindbar. Das Anfahrelement kann im Rahmen der Erfindung als Anfahrkupplung oder als Drehmomentwandler eines automatischen Getriebes, welches Planetenradsätze aufweist, ausgeführt sein. Das Anfahrelement kann auch als Doppelkupplung eines Doppelkupplungsgetriebes oder als Anfahrkupplung eines stufenlosen Getriebes ausgeführt sein. Bei dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugantriebsstrangs ist vorteilhaft ein sich in einem Getriebegehäusebereich ansammelndes Getriebeöl unabhängig von einer Getriebeeingangselementdrehzahl aus einer Getriebeölansammlung herausförderbar. Insbesondere im Stillstand des Kraftfahrzeugs oder bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten, wenn die Antriebseinheit und mit dieser die mechanische Getriebeölpumpe in Betrieb ist, das Anfahrelement geöffnet ist und das Getriebeeingangselement stillsteht, ist der erfindungsgemäße Kraftfahrzeugantriebsstrang besonders vorteilhaft. In diesem Betriebszustand fällt einerseits zumindest Leakageöl an, andererseits stehen die Getriebebauteile still, so dass im Getriebegehäuse Getriebeöl aus sich bildenden Getriebeölansammelungen nicht von drehenden Getriebebauteilen mitgerissen werden kann. Insbesondere sind eigens für ein Herausfördern von Getriebeöl aus Getriebeölansammlungen vorgesehene Einrichtungen, wie beispielsweise am Umfang von drehenden Getriebebauteilen angebrachte ölschöpfende Geometrien oder als separates Bauteil vorgesehene Ölschöpfräder, bei still stehendem Kraftfahrzeug ohne Wirkung.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugantriebsstrangs sind mindestens zwei Einlassöffnungen für einen Eintritt von Getriebeöl in die Ölfördereinrichtung vorgesehen, wobei eine erste Einlassöffnung in Vorwärtsfahrtrichtung des Kraftfahrzeugs vorne im ersten Getriebegehäusebereich angeordnet ist, eine zweite Einlassöffnung in Vorwärtsfahrtrichtung des Kraftfahrzeugs hinten im ersten Getriebegehäusebereich angeordnet ist. Unter einer „in Vorwärtsfahrtrichtung des Kraftfahrzeugs vorne im ersten Getriebegehäusebereich” vorgesehenen ersten Einlassöffnung soll im Rahmen der Erfindung verstanden werden, dass die erste Einlassöffnung im vorderen Teilbereich, insbesondere in den vorderen 20 Prozent, des ersten Getriebegehäusebereichs entlang einer in Vorwärtsfahrtrichtung orientierten Achse eines geradeaus fahrenden Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. Unter einer „in Vorwärtsfahrtrichtung des Kraftfahrzeugs hinten im ersten Getriebegehäusebereich” vorgesehenen zweiten Einlassöffnung soll im Rahmen der Erfindung verstanden werden, dass die zweite Einlassöffnung im hinteren Teil, insbesondere in den hinteren 20 Prozent, des ersten Getriebegehäusebereichs entlang einer in Vorwärtsfahrtrichtung orientierten Achse eines geradeaus fahrenden Kraftfahrzeugs vorgesehen ist.
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Vorteilhaft kann mit einem Kraftfahrzeugantriebsstrang gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung ein Betrieb der Ölfördereinrichtung unabhängig von einer Neigung eines Kraftfahrzeugs aufgrund einer Bergauffahrt oder einer Bergabfahrt erreicht werden. Vorteilhaft dient diese Ausgestaltung der Erfindung dazu, einen Ölkreislauf auch bei längeren Bergauffahrten oder Bergabfahrten zu gewährleisten und somit insbesondere ein Luftsaugen einer Getriebeölpumpe und damit verbundene Fehlfunktionen des Getriebes zu vermeiden. Insbesondere bei Bergauffahrten sind bei Kraftfahrzeugen mit einer Heck-Längs-Anordnung des Kraftfahrzeugantriebsstrangs an drehenden Getriebebauteilen angebrachte ölschöpfende Geometrien ohne Wirkung.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugantriebsstrangs ist in den ersten Getriebegehäusebereich zusätzlich eine Elektromaschine als weitere Antriebseinheit integriert, der zweite Getriebegehäusebereich weist einen Getriebeölsumpf auf. Vorteilhaft ist mit dieser Ausgestaltung der Erfindung eine Anzahl von Gleichteilen für verschiedene Kraftfahrzeugapplikationen mit und ohne Elektromaschine als weitere Antriebseinheit erhöhbar. Vorteilhaft kann bei dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugantriebsstrangs insbesondere ein zweiteiliges Getriebegehäuse eines Getriebes von einem rein verbrennungsmotorisch angetriebenen Kraftfahrzeug mit einem Wandlerautomatikgetriebe für ein Hybridkraftfahrzeug als Gleichteil übernommen werden, indem anstelle des Wandlers eine Anfahrkupplung und eine Elektromaschine in den dem Verbrennungsmotor zugewandten, vorderen Teil des Getriebegehäuses, der Wandlerglocke, integriert wird. Es ist auch denkbar, den Wandler des rein verbrennungsmotorisch angetriebenen Kraftfahrzeugs als Anfahrelement im Hybridfahrzeug beizubehalten und eine Elektromaschine zusätzlich in die Wandlerglocke zu integrieren. Bei einer Übernahme eines zweiteiligen Getriebegehäuses von einem Wandlerautomatikgetriebe für ein Hybridgetriebe ist es notwendig ein zusätzlich im vorderen Getriebegehäuseteil anfallendes Kühlöl der Elektromaschine aus dem vorderen Getriebegehäuseteil heraus und in den Getriebeölsumpf zurück zu fördern. Vorteilhaft ermöglicht diese Ausgestaltung der Erfindung ein sich im vorderen Getriebegehäuseteil ansammelndes Getriebeöl mit einer Förderschnecke zurück in den Getriebeölsumpf zu fördern, auch wenn sich der vordere Getriebegehäuseteil geodätisch tiefer erstreckt als der Getriebeölsumpf. Mit dieser Ausgestaltung der Erfindung ist vorteilhaft ein Ölkreislauf des automatischen Getriebes mit einer in einen vorderen Getriebegehäuseteil integrierten Elektromaschine verbesserbar und insbesondere ein Luftsaugen der Getriebeölpumpe vermeidbar.
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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Figur, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigt
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1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugantriebsstrangs mit einer in ein Getriebegehäuse integrierten Elektromaschine und einer Förderschnecke zur Rückförderung von Getriebeöl aus einem vorderen Getriebegehäuseteil in einen Getriebeölsumpf.
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1 zeigt einen Kraftfahrzeugantriebsstrang 1 mit einem Verbrennungsmotor 2 und einer motorisch und/oder generatorisch betreibbaren Elektromaschine 4 als Antriebseinheiten. Eine Kurbelwelle 2a des Verbrennungsmotors 2 ist über eine nasse Anfahrkupplung 3 mit einem Getriebeeingangselement 5a eines Stufenautomatikgetriebes mit Planetenradsätzen 5 verbindbar. Ein Rotor 4a der Elektromaschine 4 ist ebenfalls mit dem Getriebeeingangselement 5a verbunden. Ein nicht dargestellter Getriebeabtrieb dient zum Antrieb des Kraftfahrzeugs. Das Automatikgetriebe 5 weist eine elektrohydraulische Getriebesteuerungseinrichtung 11 mit einer elektrohydraulischen Ventileinheit 11a und einer elektronischen Getriebesteuereinheit 11b auf, welche im Getriebe integriert ist. Eine Getriebeölpumpe 12 wird mechanisch vom Verbrennungsmotor 2 angetrieben und ist mit der Kurbelwelle 2a verbunden. Die Getriebeölpumpe 12 saugt über eine nicht dargestellte Ölführung Getriebeöl aus einem Getriebeölsumpf 9 an und versorgt damit die elektrohydraulische Ventileinheit 11a. Die elektrohydraulische Ventileinheit 11a verteilt das Getriebeöl in die hydraulischen Teilkreise des Automatikgetriebes 5 und stellt Systemdrücke und Teilkreisdrücke in Abhängigkeit von Vorgaben aus der elektronischen Getriebesteuereinheit 11b ein. Das Getriebegehäuse 6 ist in ein dem Verbrennungsmotor 2 zugewandten vorderen Teil des Getriebegehäuses 6a und in ein hinteres dem Getriebeabtrieb zugewandten Teil des Getriebegehäuses 6b geteilt. Der vordere Getriebegehäuseteil 6a umschließt die Elektromaschine 4 und die nasse Anfahrkupplung 3. Das hintere Teil des Getriebegehäuses 6b umschließt im Wesentlichen die nicht dargestellten Schaltelemente und Planetenradsätze des Getriebes 6 und weist einen Getriebeölsumpf 9 im unteren Gehäusebereich auf. Da der vordere Getriebegehäuseteil 6a geodätisch tiefer reicht, als der Getriebeölsumpf 9 des hinteren Getriebegehäuseteils 6b, sammelt sich Getriebeöl im unteren Bereich des vorderen Getriebegehäuseteils 6a an. Um dieses sich im vorderen Getriebegehäuseteil 6a ansammelnde Getriebeöl in den Getriebeölsumpf 9 zurückzufördern, ist im Kraftfahrzeugantriebsstrang 1 eine Förderschneckeneinrichtung 7 vorgesehen. Die Förderschnecke 7 ist, ausgenommen von zwei Öleinlassöffnungen 7b und 7c, in einen geschlossenen Kanal 6c der unteren Gehäusewand des vorderen Getriebegehäuseteils 6a integriert und ist damit im Wesentlichen horizontal zu einer Fahrbahnoberfläche angeordnet. Die Außenzahnradpumpe 10 ist in das Getriebegehäuse 6 integriert und an der dem Verbrennungsmotor 2 zugewandten Gehäusewand des vorderen Getriebegehäuseteils 6a befestigt. Die Außenzahnradpumpe 10 treibt unmittelbar eine Schneckenwelle 7d der Förderschneckeneinrichtung 7 an. Die Schneckenwendel 7e der Förderschneckeneinrichtung 7 erstreckt sich angrenzend an die Außenzahnradpumpe 10 über den gesamten vorderen Getriebegehäuseteil 6a. Eine Steigung der Schneckenwendel 7e beträgt vorteilhaft in etwa 1. Ein dynamischer Druck des Getriebeöls, welcher sich im Betrieb der Förderschneckeneinrichtung 7 im Bereich der Öleinlassöffnung 7c einstellt ist ausreichend, damit das Getriebeöl eine Höhendifferenz zwischen dem Getriebeölsumpf 9 und der Förderschnecke 7a überwinden kann. Die Höhendifferenz beträgt in dem Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches in 1 gezeigt ist, in etwa 20 mm. Die Förderschneckeneinrichtung 7 ermöglicht eine Rückförderung des Getriebeöls in den Getriebeölsumpf 9 und damit eine Aufrechterhaltung eines Ölkreislaufs des Automatikgetriebes 5. Ein Gewährleistung eines Ölkreislaufs, in welchem das Getriebeöl, welches von der Getriebeölpumpe 12 den verschiedenen Teilkreisen des Automatikgetriebes 5 zugeführt wird, im Wesentlichen in den Getriebeölsumpf 9 zurück gelangt, ist notwendig für eine fehlerfreie Funktion des Automatikgetriebes 5. Insbesondere ist mit einem Ölkreislauf, in welchem das Getriebeöl im Wesentlichen in den Getriebeölsumpf 9 zurückgelangt, ein Absacken des Getriebeölpegels vermeidbar, womit ein Luftsaugen der Getriebeölpumpe 12 und damit Fehlfunktionen und Schäden des Automatikgetriebes 5 einher gehen, vermeidbar. Die Schneckenwelle 7d der Förderschnecke 7a wird von einer im Detail nicht dargestellten Außenzahnradpumpe 10 angetrieben. Dabei dient als hydraulischer Druck für den Antrieb der Außenzahnradpumpe 10 ein Schmierdruck 8 des Automatikgetriebes 5 für eine Schmierung von Getriebebauteilen, welcher ohnehin von der elektrohydraulischen Ventileinrichtung 11a eingestellt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005005154 A1 [0002]
