-
Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Regler-Schiebekolbenventil, das durch eine direkt wirkende Magnetspule mit einem Multiplex-Einrastventil gesteuert wird und in einem maschinell hergestellten Steuerungsgrundkörper eines Automatikgetriebes angeordnet ist.
-
Ein Automatikgetriebe weist ein Hydrauliksystem zum Regeln des Fluiddrucks und des hydraulischen Fluidflusses in den verschiedenen Leitungen auf, die an die Komponenten des Getriebes angeschlossen sind. Das System weist ein Regler-Schiebekolbenventil auf, das in einem Steuerungsgrundkörper untergebracht ist, der in einem Getriebefertigungswerk maschinell hergestellt ist. Der Grundkörper, der vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung besteht, wird gewöhnlich als ein Ventilkörper bezeichnet. Die Komponenten des Systems werden in dem Ventilkörper zusammengefügt und haben Übertragungsfunktionen, die werkseitig eingeprägt werden.
-
Ein magnetspulenbetriebenes Reglerventil steuert den Druck, der vom Ventil auf eine Kupplung oder Bremse übertragen wird, deren Eingriffs- und Ablösungszustand den Gang bestimmt, in dem das Getriebe arbeitet.
-
Getriebekupplungsregler erfordern ein Verfahren, um den Kupplungen und Bremsen einen hydraulischen Druck unter den Arbeitsbedingungen mit einem großen Drehmoment derart bereitzustellen, dass der erforderliche Druck unabhängig von dem Steuerdruckbereich erzeugt werden kann, der für die Verschiebungssteuerung geeignet ist. Das Trennen des statischen Leistungsvermögens (großes Drehmoment) und der dynamischen Steuerdruckbereiche wird durch die Verwendung von Einrastventilen erreicht.
-
Das typische Einrastventil funktioniert so, dass die Regelung des Kupplungsreglers durch Abbauen des Rückführungsdrucks am Schiebekolben übersteuert wird. Das bewirkt, dass der Schiebekolben nicht länger im Kraftgleichgewicht ist, was dazu führt, dass sich der Schiebekolben bis zu seiner Grenze bewegt, was die uneingeschränkte Übertragung zwischen dem Versorgungs- und dem Steuerdruckanschluß öffnet. Die Absaugung des Rückführungsanschlusses und die anschließende Ventilbewegung führen zu einer beträchtlichen Verzögerung und zu einem Unterschreiten im Kupplungssteuerungsdruck beim Übergang zurück zu dem dynamischen Drucksteuerungszustand.
-
In der Industrie gibt es Bedarf für ein Einrastventil, das in einem Ventilkörper ausgebildet ist und mit einem Regulierungsventil derart arbeitet, dass die Verschiebesteuerung eines Getriebesteuerelements von dem hohen Druck abgetrennt werden kann, der zum Erbringen des Leistungsvermögens des Steuerelements beim Übertragen eines großen Drehmoments eingesetzt wird, wenn das Element im Eingriff steht, das die Unzulänglichkeiten beheben wird, die mit einem sich ändernden Regler-Rückführungsdruck verbunden sind, und das in Verbindung mit separaten Vorrichtungen, wie z. B. den direkt wirkenden Magnetspulen, verwendet werden kann.
-
Ein Einrastventil weist einen ersten Anschluß, um den Leitungsdruck aufzunehmen, einen zweiten Anschluß, um den Steuerdruck aufzunehmen, einen dritten Anschluß, der zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluß liegt, welcher abwechselnd den ersten und zweiten Anschluß mit einem Getriebesteuerelement verbindet, und einen vierten Anschluß auf, um den Steuerdruck aufzunehmen, der darauf ausgerichtet ist, den zweiten Anschluß zu schließen und den ersten Anschluß gegen den Widerstand einer Federkraft zu öffnen.
-
Ein Verfahren zum Betreiben des Einrastventils schließt ein: Zuführen eines Leitungsdrucks zu einem ersten Anschluß, Zuführen eines Steuerdrucks zu einem zweiten Anschluß, abwechselndes Verbinden des ersten und zweiten Anschlusses mit einem Getriebesteuerelement über einen dritten Anschluß, der zwischen dem ersten und zweiten Anschluß liegt, Steuern des Ventils unter Nutzung des Steuerdrucks, der darauf ausgerichtet ist, den zweiten Anschluß zu schließen und den ersten Anschluß gegen den Widerstand einer Federkraft zu öffnen, und Einrasten des Ventils, wenn der erste Anschluß öffnet und der zweite Anschluß schließt.
-
Ein Multiplex-Einrastventil, das über den Druckbereich des Reglerventils hinweg mit der Bewegung fortfahren kann, hat eine Doppelfunktion als eine Elastizitätsquelle, um das Reglerventil zu stabilisieren, wenn das Getriebesteuerelement nicht mit dem Reglerventil verbunden ist. Diese Kombination hält das Reglerventil in einem Druckzustand mit normaler Rückführung, selbst wenn das Steuerelement beim Leitungsdruck eingerastet ist.
-
Das Einrastventil wird durch den Regler-Steuerdruck betätigt, um selektiv entweder den Regler-Steuerdruck oder den Leitungsdruck an das Steuerelement anzulegen.
-
Die Multiplex-Architektur kann entweder auf Koppelsysteme aus einem Reglerventil mit einem verstellbaren Magnetspulenablaß (VBS) oder auf direkt wirkende Magnetspulensysteme angewendet werden. Für das direkt wirkende Magnetspulensystem kommt es zum Einrasten ohne das Hinzufügen einer weiteren Magnetspule, entweder durch Ergänzen der Kraft der primären Magnetspule oder als eine Ein-Aus-Steuerung eines ähnlichen Multiplex-Einrastventils.
-
Das Einrastventil stellt eine Kreislaufelastizität bereit, um das Reglerventil zu stabilisieren, nachdem es von der Kupplung getrennt ist, wodurch der Bedarf an einem eigenen Druckspeicherteil entfällt.
-
Der Anwendungsbereich der bevorzugten Ausführungsform wird aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen ersichtlich. Es sollte verständlich sein, dass die Beschreibung und die speziellen Beispiele nur der Veranschaulichung dienen, obwohl sie bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung kennzeichnen. Fachpersonen werden verschiedene Änderungen und Abwandlungen zu den beschriebenen Ausführungsformen und Beispielen erkennbar sein.
-
Die Erfindung wird leichter zu verstehen sein durch Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung, die mit den beigefügten Zeichnungen verbunden ist, in denen:
-
1 ein Querschnitt eines direkt wirkenden Magnetspulen-Regelventils und eines Einrastventils ist, die in einem Grundkörper integriert sind;
-
2 ein Querschnitt einer Abwandlung des Ventils von 1 ist, wobei der Schiebekolben aus der Ventilkammer entfernt ist;
-
3 ein Querschnitt eines in einem Grundkörper integrierten, direkt wirkenden Magnetspulen-Regelventils ist, die den in der Ventilkammer liegenden Schiebekolben zeigt;
-
4 eine grafische Darstellung des Steuerelementdrucks und des Magnetspulenstroms während des Eingriffs des Steuerelements ist; und
-
5 grafische Darstellungen des Ausrastdrucks und der Position des Regelungsschiebekolbens bei ausgerastetem Einrastventil sind.
-
Das in einem Grundkörper integrierte, direkt wirkende Magnetspulen-Hydraulikventil 10, das in 1 und 2 dargestellt ist, weist einen Ventilkörper 12 auf, der aus Gußmetall, vorzugsweise einer Aluminium-legierung, hergestellt ist. Der Ventilkörper 12 enthält einen Ventil-Schiebekolben 14, der mit Stegflächen 16–19 versehen ist; eine Kompressionsfeder 20, die den Schiebekolben nach rechts drückt; einen Adapter 22; einen Ankerstift 24, der sich durch den Adapter hindurch erstreckt und den Schiebekolben kontaktiert; eine elektromagnetische Spule 26, die den Stift antreibt, sich nach links zu bewegen, wenn die Magnetspule mit Strom versorgt wird, und die eine Bewegung des Schiebekolbens nach rechts erlaubt, wenn die Magnetspule abgeschaltet ist; und eine zweite Kompressionsfeder 28, um den Stift in Kontakt mit dem Schiebekolben zu halten.
-
Vorzugsweise weist die Feder 20 eine verhältnismäßig kleine Federkonstante auf, so dass der Steuerdruck, der durch das Ventil 10 erzeugt wird, im Wesentlichen null ist, wenn kein elektrischer Strom zugeführt wird, um die Magnetspule 26 zu erregen.
-
Der Ventilkörper 12 ist ausgebildet mit: Steueranschlüssen 30, 42, durch die der Steuerdruck auf die Kammer 32 übertragen wird, die den Schiebekolben 14 enthält; einem Leitungsdruckanschluß 34, durch den der Leitungsdruck auf die Kammer übertragen wird; einem Sumpfanschluß 36, durch den das Hydraulikfluid aus der Kammer in einen Niederdrucksumpf fließt; und Absauganschlüssen 38, 40, durch welche die Kammer 32 mit einer Niederdruckabsaugung in Verbindung steht.
-
Durch die elastische Kraft, die durch einen Federbügel 44 erzeugt wird, der an der Außenfläche eines die Magnetspule 26 umgebenden Gehäuses 45 befestigt ist, wird ein Adapter 22 ständig in Kontakt mit einer Installationsbezugsebene oder Referenzfläche 46 gehalten, die im Sumpfanschluß 34 ausgebildet ist.
-
Im Betrieb regelt das Ventil 10 den Steuerdruck im Anschluß 30 und den Rückführungsdruck im Anschluß 42 durch Erzeugen einer ersten Summe aus der Kraft der Feder 20 und der nach rechts gerichteten Gesamtkraft aufgrund des Steuerdrucks im Anschluß 42, der auf die Differenzbereiche der Stegflächen 16 und 17 einwirkt. Der Ausgleich der ersten Summe von Kräften ist eine zweite Summe nach linksgerichteter Kräfte, welche die Kraft des durch eine Magnetspule angetriebenen Stifts 24 und die Kraft der Feder 28 umfaßt. Bei zunehmender Kraft des Stifts 24 öffnet das Ventil 10 eine Verbindung über die Steuerkante 49 zwischen dem Leitungsdruck im Anschluß 34 und dem Steuerdruck in den Anschlüssen 30, 42. Beim Öffnen der Steuerkante 49 nimmt der Steuerdruck zu. Wenn der Steuerdruck für die momentane Lage des Stifts 24 ausreichend zunimmt, bewirkt der differentielle Rückführungssteuerdruck an den Stegflächen 16, 17, dass die Steuerkante 49 eine Verbindung zwischen dem Steuerdruckanschluß 30 und der Niederdruckabsaugung durch die Kammer 32, den Absauganschluß 38 und den Durchlaß 72 hindurch schließt und dass die Steuerkante 48 diese öffnet.
-
Sowohl die Steuerkanten 48, 49 als auch Installationsbezugsebene oder Referenzfläche 46 im Ventilkörper werden gleichzeitig von einem einzigen Schlagzahnfräswerkzeug maschinell hergestellt. Das Magnetspulen-Bauelement 50 weist den Adapter 22, die Magnetspule 26, das Gehäuse 45 und die Feder 28 auf.
-
Alle Kanten, die genaue relative Lagen verlangen, werden wegen der verbesserten Toleranzen und der Fertigungsleistung in einem einzigen Arbeitsschritt gefräst. Wegen der verbesserten Kantenqualität, der Lagegenauigkeit und der Fertigung ohne Nachbearbeitung werden die Steuerkanten präzisionsgefräst statt gegossen. Die hochpräzisen Toleranzen erlauben eine genaue Steuerung des Abflusses und eine Druckregelungsgenauigkeit. Die engen Toleranzen ermöglichen eine Durchflußsteuerung mit einem Kurzhub-Magnetabschnitt 50.
-
Ohne Veränderung in den Toleranzen kann an der Schiebekolben-Stegfläche 18 ein einzelner Meß-Steuerdruckanschluß 30 (dosierter Zulauf – dosierter Ablauf, wie in 1 gezeigt ist) oder an der Steuerstegfläche 52 ein doppelter Meß-Steuerdruckanschluß 30, 38 (dosierter Ablauf – dosierter Ablauf, wie in 3 gezeigt ist) untergebracht werden. Für die zwei Fertigungsgruppen ist eine klare Einteilung der Toleranzverbindlichkeit eingestellt.
-
Die in den 1–3 dargestellten Ventile erlauben standardmäßige zentrale Steuerungsbauformen (Mehrloch einschließlich Schneckenpfad), während die Magnetschnittstellentoleranzen bereitgestellt werden.
-
Ein Steuerdruckablaßanschluß 38 stellt die Schiebekolbenlagensteuerung und die Stabilität bereit. Dadurch, dass kein Totbereich zu durchlaufen ist, wird die Nachführungsreaktion verbessert. Es wird auch das niederfrequente Pendeln über den Totbereich hinweg verhindert.
-
Die hohe Genauigkeit bei der maschinellen Herstellung ermöglicht ein auf ein Minimum verringertes Übergreifen, was den Unempfindlichkeitsbereich reduziert.
-
In 2 ist der Durchmesser der Steuerstegfläche 17 größer als der Durchmesser der Stegfläche 16 des Ventils 10’. Die einen großen Durchmesser aufweisende Stegfläche 16 des Ventils 10’ legt einen Schiebekolbenenddämpfer 60 mit einem großen Durchmesser zur Vergrößerung der Stabilität fest, was die Verwendung eines verunreinigungsfesten Dämpferanschlusses 62 mit einem verhältnismäßig großen Durchmesser erlaubt. Der Dämpfer 60 ist für eine minimale Rückführungsverzögerung und eine verbesserte Stabilität außerhalb des Rückführungspfades 64 ausgebildet. Der Durchmesser des Dämpfers 60 ist groß im Verhältnis zur Differenz der Durchmesser der Stegflächen 16 und 17.
-
Kombiniert mit Durchflußkerben ermöglicht der große Durchmesser der Schiebekolben-Stegfläche 16 und des Dämpfers 60 einen hohen Durchfluß mit dem Kurzhubmagnet sowie ein Schlagzahnfräs-Herstellungsverfahren.
-
Die axiale Fläche 68 des Adapters 22 liegt wegen des Kontakts mit der Referenzfläche 46 derart in der Kammer 32, dass dann, wenn die Magnetspule 26 stromlos ist und sich der Schiebekolben 14 in der Kammer nach rechts bewegt, die Stegfläche 19 die Fläche 68 berührt, bevor der Ankerstift 24 eine Stoppfläche 70 in dem Magnetspulen-Bauelement berührt, wodurch verhindert wird, dass die Feder 28 aufgrund der Berührungen zwischen ihren Windungen vollständig zusammengepreßt wird. Auf diese Weise stellt das Schiebekolben-Endmerkmal einen eindeutigen Stopp für den Schutz des Magnetspulen-Bauelements 50 gegen einen erzwungenen übermäßigen Hub bereit.
-
Die Dämpfungskammer 60 ist mit einem Ölbehälter versehen, wobei eine höher gelegene Entlüftungsöffnung 66 genutzt wird und der aus dem Steuerdruck-Ablaßanschluß 42 gespeist wird.
-
Die im Grundkörper integrierten, direkt wirkenden Magnetspulen-Hydraulikventile 10, 10” enthalten alle ein Einrastventil 80, das in dem Gußmetall-Ventilkörper 12 ausgebildet ist. Das Ventil 80 weist auf: einen Schiebekolben 82, der mit Stegflächen 84, 86 ausgebildet ist; eine Kompressionsfeder 87, die den Schiebekolben 82 nach rechts drückt; den Absauganschluß 88; den Leitungsanschluß 90, der an eine Quelle des Leitungsdrucks angeschlossen ist, dessen Größe im Wesentlichen konstant ist; einen Auslaßanschluß 92, durch den eine Kupplung oder Bremse 94 des Getriebes betätigt wird; einen Steueranschluß 96, der durch den Durchlaß 64 mit den Steuerdruckanschlüssen 30, 42 des Reglerventils 10 in Verbindung steht; und einen Steuerdruck-Rückführungsanschluß 98, der auch durch den Durchlaß 64 mit den Steuerdruckanschlüssen 30, 42 des Reglerventils 10 in Verbindung steht.
-
Im Betriebszustand stellt das Ventil 80 über die Leitung 100 dem Zylinder 102 einer hydraulischen Servoeinrichtung, die das Getriebesteuerelement 94 betätigt, den Betätigungsdruck bereit. Ist die vom Steuerdruck erzeugte Kraft kleiner als die von der Feder aufgebrachte Last, dann drückt die Feder 87 den Schiebekolben 82 zum rechts liegenden Ende der Kammer hin, wodurch der Leitungsanschluß 90 geschlossen, der Steueranschluß 96 geöffnet und das Fluid bei dem Steuerdruck über den Auslaßanschluß 92 und die Leitung 100 auf das Steuerelement 94 übertragen wird. Steigt der Steuerdruck an, dann bewegt sich der Schiebekolben 82 infolge einer durch den Steuerdruck im Rückführungsanschluß 98 erzeugten Kraft, die der Kraft der Feder 87 entgegenwirkt, axial entlang der Ventilkammer nach links. Nachdem die Kupplung in vollem Umfang eingelegt ist und der Steuerdruck weiter zunimmt, schließt die Stegfläche 86 allmählich den Anschluß 96, und die Stegfläche 84 hält den Leitungsanschluß 90 geschlossen. Bei einem weiteren Anstieg des Steuerdrucks schließt die Stegfläche 86 den Steueranschluß 96, und die Stegfläche 84 öffnet eine Verbindung zwischen dem Leitungsanschluß 90 und dem Ausgangsanschluß 92, wobei das Ventil 80 umgangen und das Steuerelement 94 unter Nutzung des Leitungsdruckes mit Druck beaufschlagt wird, was auf der Statikfähigkeit der eingesetzten Kupplungen beruht. Steigt der Steuerdruck nach dem Einrasten des Ventils 80 weiter an, dann wird der Leitungsdruck allein verwendet, um das Steuerelement 94 zum vollständigen Eingriff zu bringen. Der Schiebekolben 14 des Regelventils 10 wird in seiner Regelstellung belassen, solange das Ventil 80 eingerastet ist.
-
Das Ventil 80 wird durch Verringern des Steuerdrucks ausgerastet, was bewirkt, dass die Stegfläche 84 den Leitungsanschluß 90 schließt und die Stegfläche 86 wieder eine Verbindung zwischen dem Steueranschluß 96 und dem Getriebesteuerelement 94 über den Auslaßanschluß 92 und die Leitung 100 öffnet.
-
4 zeigt die Veränderung des Auslaßdrucks im Anschluß 92 in Reaktion auf den Strom in der Magnetspule 26. Der erste Teil der Abhängigkeit tritt bei einer Zunahme des Steuerdrucks auf, während der Steueranschluß 96 mit dem Auslaßanschluß 92 verbunden und der Leitungsanschluß geschlossen ist. Der zweite Teil 106 tritt nach dem Punkt 108 auf, wo der Steueranschluß 96 schließt und der konstante Leitungsdruck über den Anschluß 90 den Auslaßanschluß 92 öffnet, wobei das Steuerelement bei 110 auf die volle Leistungsfähigkeit gebracht wird. Die zwei Teile ermöglichen eine erhöhte Druck-Strom-Auflösung (reduzierte Verstärkung), während der insgesamt erreichbare Druckbereich erhalten bleibt, wie bei einem Vergleich der Systemveränderung ohne Einrastmerkmal ersichtlich ist.
-
Die Rückführungskammer 102 des Ventils 80 ist nicht entleert, wenn das Ventil 80 eingerastet ist, wodurch die Möglichkeit ausgeschlossen ist, dass Luft in das Leitungseinspeisungs-Steuerelement 94 hinein gelangt. Da die Rückführungskammer 102 des Ventils 80 nicht entleert ist, wenn das Ventil 80 eingerastet ist, müssen diese Leitungen nicht wieder aufgefüllt werden, wenn das Ventil 80 ausgerastet ist.
-
Gemeinsam liefern das Reglerventil 10 und das Einrastventil 80 funktionelle Vorteile in den Übergangszuständen der Kupplungssteuerung, indem der Einrastübergang ausgeführt wird, während die Regelungssteuerung aufrechterhalten wird. Wie 5 zeigt, bleibt beim Ausrasten des Ventils 80 die Position 112 des Schiebekolbens 14 des Reglerventils 10 in einer Steuerungsmeßlage, da sein Schiebekolben sich während des Einrastens auf den Leerumlauf 96 und das Nachgiebigkeitsvolumen 98 eingeregelt hat, und liefert im Vergleich zu einem VBS-Regler-Einrastventilsystem 114 beim Schalten einen besseren Übergang zum Regeln der Leitung 100 und des Steuerelements 94.
-
In einem VBS-Regler-Einrastventilsystem kommt es gewöhnlich zu Druckunterschreitungen 116 über den gewünschten Ausrastdruck 118 hinaus, wohingegen der Ausrastdruckübergang 120, der durch die Kombination der Ventile 10, 80 erzeugt wird, dem gewünschten Ausrastdruck 118 genau nachfolgt, wobei es praktisch keine Unterschreitung gibt.
-
Das Einrastventil ist sowohl bei den durch VBS/VFS betätigten Schiebekolbenventilen als auch bei den direkt wirkenden magnetspulgesteuerten Systemen einsetzbar.
-
Entsprechend den Bestimmungen der Patentgesetze wurde die bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Es sollte jedoch angemerkt werden, dass die alternativen Ausführungsformen auf andere Weise als die im Besonderen veranschaulichten und beschriebenen realisiert werden können.
