DE102013208714B4

DE102013208714B4 - Pumpenanordnung mit mehreren Übersetzungsverhältnissen

Info

Publication number: DE102013208714B4
Application number: DE102013208714.4A
Authority: DE
Inventors: John C. Schultz; Philip C. Lundberg
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-05-18
Filing date: 2013-05-13
Publication date: 2023-11-16
Anticipated expiration: 2033-05-14
Also published as: CN103423440B; US9500197B2; US20130309104A1; DE102013208714A1; CN103423440A

Abstract

Pumpenanordnung (110) für ein Fahrzeuggetriebe, das mit einer Primärantriebsmaschine (112) gekoppelt ist, wobei die Pumpenanordnung (110) umfasst:eine Kettenantriebsanordnung (114), die ein antreibendes Kettenrad (116) und ein angetriebenes Kettenrad (118) enthält, wobei das antreibende Kettenrad (116) mit der Primärantriebsmaschine (112) drehfest gekoppelt ist;eine Hydraulikpumpe (120), die einen Rotor besitzt;eine Planetenradgruppe (122), die ein erstes, ein zweites und ein drittes Element (122A, 122B, 122C) enthält;eine erste Drehmomentübertragungsvorrichtung (124), die wahlweise in Eingriff gelangen kann, um das zweite Element (122B) der Planetenradgruppe (122) mit einem stationären Element (129) zu verbinden; undeine zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung (126), die wahlweise in Eingriff gelangen kann, um eines (122B) des ersten, des zweiten und des dritten Elements (122A, 122B, 122C) mit einem Weiteren (122C) des ersten, des zweiten und des dritten Elements (122A, 122B, 122C) zu verbinden,wobei die Drehmomentübertragungsvorrichtungen (124, 126) in Eingriff gelangen können, um einen ersten und einen zweiten Übersetzungszustand herzustellen, und wobei sich im zweiten Übersetzungszustand der Rotor der Pumpe (120) mit einer Drehzahl dreht, die mehr als doppelt so hoch wie eine Drehzahl des dritten Elements (122C) der Planetenradgruppe (122) ist,dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpenanordnung (110) ferner einen Elektromotor (113), eine dritte Drehmomentübertragungsvorrichtung (128), eine vierte Drehmomentübertragungsvorrichtung (130), eine fünfte Drehmomentübertragungsvorrichtung (132) und eine sechste Drehmomentübertragungsvorrichtung (134) enthält, wobei die dritte Drehmomentübertragungsvorrichtung (128) wahlweise in Eingriff gelangen kann, um das dritte Element (122C) der Planetenradgruppe (122) mit dem Rotor der Pumpe (120) zu verbinden, die vierte Drehmomentübertragungsvorrichtung (130) wahlweise in Eingriff gelangen kann, um das angetriebene Kettenrad (118) der Kettenantriebsanordnung (114) mit dem dritten Element (122C) der Planetenradgruppe (122) zu verbinden, die fünfte Drehmomentübertragungsvorrichtung (132) wahlweise in Eingriff gelangen kann, um das erste Element (122A) der Planetenradgruppe (122) mit dem Rotor der Pumpe (120) zu verbinden, und die sechste Drehmomentübertragungsvorrichtung (134) wahlweise in Eingriff gelangen kann, um den Elektromotor (113) mit dem ersten Element (122A) der Planetenradgruppe (122) zu verbinden.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Hydraulikpumpenanordnungen für automatische Kraftfahrzeuggetriebe und insbesondere auf außeraxiale Pumpenanordnungen, die mehrere Übersetzungsverhältnisse besitzen.
Viele moderne automatische Kraftfahrzeuggetriebe verwenden gesteuertes Hydraulikfluid (Getriebeöl), um Kupplungen und Bremsen zu betätigen, um gewünschte Eingriffkombinationen zu erzielen und um eine nützliche Folge von Übersetzungsverhältnissen bereitzustellen. Die Steuerung eines solchen Hydraulikfluids wird durch einen Ventilkörper erzielt, der mehrere Steuerschieber enthält, die eine Hydraulikfluidströmung durch einen Komplex von Durchlässen zu Kupplungs- und Bremsaktoren leiten. Der Ventilkörper wird typischerweise von einer Zahnradpumpe oder Flügelpumpe, die durch die Kraftmaschinenausgangswelle oder die Getriebeeingangswelle angetrieben wird, mit Hydraulikfluid unter Druck versorgt.
Da dies eine übliche Getriebekonfiguration ist und da das Fertigungsvolumen derartiger Automatikgetriebe groß ist, ist eine umfangreiche Forschung und Entwicklung erfolgt, um die Kosten zu verringern und um die Leistung solcher Pumpen zu optimieren. Beispielsweise sind die Vereinfachung solcher Pumpen, um ihr Gewicht und ihre Kosten zu verringern, die Verringerung ihrer Größe, um ihren Gehäuseeinbau zu verbessern, die Verbesserung ihrer Niederdrehzahlleistung, die Verbesserung ihrer Niedertemperaturleistung und die Verringerung von Hochdrehzahl-Energieverlusten alles Bereiche der Entwicklung und der Verbesserung gewesen.
Insbesondere kann eine typische Getriebepumpe mit oder ungefähr mit der gleichen Drehzahl wie die Kraftmaschine des Fahrzeugs gedreht werden. Die Pumpen sind oftmals so bemessen, dass sie Hydraulikdruck- und Hydraulikvolumenanforderungen des Getriebes unter Bedingungen niedriger Drehzahl im Leerlauf der Kraftmaschine erfüllen. Reibungskräfte in der Pumpe nehmen zu, wenn die Größe der Pumpe zunimmt. Daher tragen Pumpen mit größerem Durchmesser und höherer Förderleistung, die Hydraulikanforderungen des Getriebes bei einer Drehzahl in der Umgebung der Kraftmaschinenleerlaufdrehzahl erfüllen, oftmals zu unerwünschten Schleppverlusten bei und verringern den Wirkungsgrad des Fahrzeugs. Diese Pumpen stellen eine viel größere Ölströmung bereit als das Getriebe bei höheren Kraftmaschinendrehzahlen braucht, was zu einem Verlust im Gesamtgetriebewirkungsgrad führt.
Die DE 10 2008 006 578 A1 offenbart ein Leistungsverteilungssystem eines Fahrzeugantriebssystems, bei welchem Nebenaggregate unabhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine angetrieben werden können. Hierzu sind ein Planetengetriebe und eine oder zwei Freilaufkupplungen vorgesehen.
Aus der DE 10 2008 058 080 A1 ist ein Hydraulikversorgungssystem für ein Fahrzeug bekannt, bei dem die Pumpe über zwei Freiläufe entweder vom Verbrennungsmotor, vom Elektromotor oder von beiden angetrieben wird.
Die DE 10 2010 001 259 A1 offenbart eine Pumpenanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Pumpenschleppverluste zu verringern und den Getriebewirkungsgrad zu verbessern und dabei Hydraulikanforderungen des Getriebes bei Kraftmaschinenleerlaufdrehzahlen erfüllen.
Diese Aufgabe wird durch eine Pumpenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

1 ist eine schematische Ansicht einer Pumpenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Kupplungsdiagramm, das die Pumpenanordnung von 1 gemäß Prinzipien der vorliegenden Erfindung weiter beschreibt;

In 1 ist eine Pumpenanordnung für die Verwendung in einem Kraftfahrzeug gezeigt und allgemein mit dem Bezugszeichen 110 bezeichnet. Die Pumpenanordnung 110 wird durch eine Primärantriebsmaschine 112 über eine Kettenantriebsanordnung 114 und durch einen Elektromotor 113 in verschiedenen Betriebsarten angetrieben. In dem gegebenen Beispiel ist die Primärantriebsmaschine 112 eine Benzinkraftmaschine. Es sollte anerkannt werden, dass die Primärantriebsmaschine 112 andere Konfigurationen wie etwa jene einer Flexkraftstoff-, eine Diesel- oder eine Hybrid-Kraftmaschine haben könnte, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Der Elektromotor 113 ist vorzugsweise ein verhältnismäßig kostengünstiger Motor, der eine hohe Drehzahl und einen verhältnismäßig niedrigen Drehmomentausgang bereitstellt. In dem gegebenen Beispiel ist der Elektromotor 113 ein Induktionsmotor, der keine Permanentmagneten besitzt. Außerdem arbeitet der Elektromotor 113 vorzugsweise mit einem Standard-12-Volt-Kraftfahrzeugelektrosystem. Die Kettenantriebsanordnung 114 enthält ein antreibendes Kettenrad 116, das mit der Kraftmaschine 112 drehfest verbunden ist, ein angetriebenes Kettenrad 118 und eine Kette 119, die mit dem antreibenden Kettenrad 116 und mit dem angetriebenen Kettenrad 118 in Eingriff ist.
Die Pumpenanordnung 110 enthält eine Pumpe 120, eine Planetenradgruppe 122, eine erste Drehmomentübertragungsvorrichtung 124, eine zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung 126, eine dritte Drehmomentübertragungsvorrichtung 128, eine vierte Drehmomentübertragungsvorrichtung 30, eine fünfte Drehmomentübertragungsvorrichtung 132, eine sechste Drehmomentübertragungsvorrichtung 134 und ein Vorbelastungselement 136. In dem gegebenen Beispiel ist die Pumpenanordnung 110 in einem Gehäuse 129 des Getriebes angeordnet. Die Pumpenanordnung 110 treibt die Pumpe 120 mit verschiedenen Vielfachen der Drehzahl der Primärantriebsmaschine 12 oder der Drehzahl des Elektromotors 113 an, wie später beschrieben wird. Die Pumpe 120 kann, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen, irgendein Pumpentyp sein. Die Pumpe 120 ist so bemessen, dass sie Hydraulikströmungsanforderungen des Getriebes erfüllt, wenn sie mit einem Vielfachen der Drehzahl der Primärantriebsmaschine 112 läuft, die durch die Pumpenanordnung 110 bereitgestellt wird. In dem gegebenen Beispiel ist die Pumpe 120 eine Gerotorpumpe, die Hydraulikfluid mit etwa 5 cm³/U fördert und auf einem Standard-12-Volt-Bus eines Fahrzeugs arbeitet. In einer alternativen Ausführungsform ist die Pumpe 120 eine ausgeglichene Flügelpumpe, die Hydraulikfluid mit etwa 8 bis 10 cm³/U fördert. Die Pumpe 120 enthält eine ringförmige Düse 131, um eine Kavitation bei hohen Drehzahlen zu begrenzen.
Die Planetenradgruppe 122 enthält ein Sonnenrad 122A, ein Hohlrad 122B, ein Trägerelement 122C und mehrere Planetenräder 122D, die von dem Trägerelement 122C getragen werden. Die erste Drehmomentübertragungsvorrichtung 124 kann wahlweise in Eingriff gelangen, um das Hohlrad 122B mit einem stationären Element oder dem Gehäuse 129 zu erden oder zu bremsen. Die zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung 126 kann wahlweise in Eingriff gelangen, um das Hohlrad 122B mit dem Trägerelement 122C zu verbinden. Das Vorbelastungselement 136 drängt unter Standardbedingungen die zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung 126 in die Eingriffposition und die erste Drehmomentübertragungsvorrichtung 124 in die Nichteingriffposition. Die dritte Drehmomentübertragungsvorrichtung 128 kann wahlweise in Eingriff gelangen, um das Trägerelement 122C mit dem Rotor der Pumpe 120 zu verbinden. Die vierte Drehmomentübertragungsvorrichtung 130 kann wahlweise in Eingriff gelangen, um das angetriebene Kettenrad 118 der Kettenantriebsanordnung 114 mit dem Trägerelement 122C zu verbinden. Die fünfte Drehmomentübertragungsvorrichtung 132 kann wahlweise in Eingriff gelangen, um das Sonnenrad 122A mit dem Rotor der Pumpe 120 zu verbinden. Die sechste Drehmomentübertragungsvorrichtung 134 kann wahlweise in Eingriff gelangen, um das Sonnenrad 122A mit dem Elektromotor 113 zu verbinden. In dem gegebenen Beispiel sind die Drehmomentübertragungsvorrichtungen 124, 126, 128, 130, 132, 134 Kegelkupplungen, die zu Synchronisierkupplungen eines manuellen Getriebes ähnlich sind. Die Kegelkupplungen stellen nützliche Drehverlust-, Gehäuseeinbau- und Betätigungseigenschaften bereit. Es sollte anerkannt werden, dass andere Typen von Kupplungen eingebaut werden könnten, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Jede der Drehmomentübertragungsvorrichtungen 124, 126, 128, 130, 132, 134 wird vorzugsweise durch einen (nicht gezeigten) Hydraulikaktor betätigt.
Nun wird mit Bezug auf 2 die Funktionsweise der Ausführungsform der Pumpenanordnung 110 beschrieben. Es wird anerkannt werden, dass die Pumpenanordnung 110 Drehmoment von der Primärantriebsmaschine 112 oder dem Elektromotor 113 an die Pumpe 120 in mehreren verschiedenen Übersetzungsverhältnissen übertragen kann. 2 ist eine Wahrheitstabelle, die die verschiedenen Kombinationen von Drehmomentübertragungsvorrichtungen (die in der oberen Zeile gezeigt sind), die aktiviert oder eingerückt werden, um die verschiedenen Getriebezustände (die in der ersten Spalte gezeigt sind) zu erzielen, darstellt. Ein „x“ in dem Kasten bedeutet, dass die bestimmte Kupplung oder Bremse in Eingriff ist, um den gewünschten Übersetzungszustand zu erzielen. Ein leerer Kasten gibt an, dass die bestimmte Kupplung oder Bremse in dem entsprechenden Drehzahlverhältnis ausgerückt ist. Ein „◯“ in dem Kasten gibt an, dass die bestimmte Kupplung oder Bremse eingerückt oder ausgerückt sein kann, ohne den Zustand der Pumpenanordnung 110 zu verändern. Um beispielsweise den ersten Übersetzungszustand zu bilden, sind die zweite, die vierte und die fünfte Drehmomentübertragungsvorrichtung 126, 130, 132 in Eingriff. Der erste Zustand ist ein Kraftmaschinen-Direktantriebszustand, in dem die Pumpe 120 ungefähr mit der gleichen Drehzahl wie die Primärantriebsmaschine 112 arbeitet. Um den zweiten Übersetzungszustand herzustellen, sind die erste, die vierte und die fünfte Drehmomentübertragungsvorrichtung 124, 130, 132 in Eingriff. Der zweite Übersetzungszustand ist ein Kraftmaschinen-Schnellübersetzungszustand, in dem die Pumpe 120 schneller als die Primärantriebsmaschine 112 läuft. Um den dritten Übersetzungszustand herzustellen, sind die erste, die dritte und die sechste Drehmomentübertragungsvorrichtung 124, 128, 134 in Eingriff. Der dritte Übersetzungszustand ist ein Motor-Untersetzungszustand, in dem die Pumpe 120 mit einer Drehzahl arbeitet, die niedriger ist als die Drehzahl des Elektromotors 113, und das Drehmoment von dem Motor 113 zu der Pumpe 120 vervielfacht ist. Um den vierten Übersetzungszustand zu bilden, sind die fünfte und die sechste Drehmomentübertragungsvorrichtung 132, 134 in Eingriff. Der vierte Übersetzungszustand ist ein Motor-Direktantriebszustand, in dem die Pumpe 120 ungefähr mit der gleichen Drehzahl wie der Elektromotor 113 arbeitet.

Claims

Pumpenanordnung (110) für ein Fahrzeuggetriebe, das mit einer Primärantriebsmaschine (112) gekoppelt ist, wobei die Pumpenanordnung (110) umfasst: eine Kettenantriebsanordnung (114), die ein antreibendes Kettenrad (116) und ein angetriebenes Kettenrad (118) enthält, wobei das antreibende Kettenrad (116) mit der Primärantriebsmaschine (112) drehfest gekoppelt ist; eine Hydraulikpumpe (120), die einen Rotor besitzt; eine Planetenradgruppe (122), die ein erstes, ein zweites und ein drittes Element (122A, 122B, 122C) enthält; eine erste Drehmomentübertragungsvorrichtung (124), die wahlweise in Eingriff gelangen kann, um das zweite Element (122B) der Planetenradgruppe (122) mit einem stationären Element (129) zu verbinden; und eine zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung (126), die wahlweise in Eingriff gelangen kann, um eines (122B) des ersten, des zweiten und des dritten Elements (122A, 122B, 122C) mit einem Weiteren (122C) des ersten, des zweiten und des dritten Elements (122A, 122B, 122C) zu verbinden, wobei die Drehmomentübertragungsvorrichtungen (124, 126) in Eingriff gelangen können, um einen ersten und einen zweiten Übersetzungszustand herzustellen, und wobei sich im zweiten Übersetzungszustand der Rotor der Pumpe (120) mit einer Drehzahl dreht, die mehr als doppelt so hoch wie eine Drehzahl des dritten Elements (122C) der Planetenradgruppe (122) ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpenanordnung (110) ferner einen Elektromotor (113), eine dritte Drehmomentübertragungsvorrichtung (128), eine vierte Drehmomentübertragungsvorrichtung (130), eine fünfte Drehmomentübertragungsvorrichtung (132) und eine sechste Drehmomentübertragungsvorrichtung (134) enthält, wobei die dritte Drehmomentübertragungsvorrichtung (128) wahlweise in Eingriff gelangen kann, um das dritte Element (122C) der Planetenradgruppe (122) mit dem Rotor der Pumpe (120) zu verbinden, die vierte Drehmomentübertragungsvorrichtung (130) wahlweise in Eingriff gelangen kann, um das angetriebene Kettenrad (118) der Kettenantriebsanordnung (114) mit dem dritten Element (122C) der Planetenradgruppe (122) zu verbinden, die fünfte Drehmomentübertragungsvorrichtung (132) wahlweise in Eingriff gelangen kann, um das erste Element (122A) der Planetenradgruppe (122) mit dem Rotor der Pumpe (120) zu verbinden, und die sechste Drehmomentübertragungsvorrichtung (134) wahlweise in Eingriff gelangen kann, um den Elektromotor (113) mit dem ersten Element (122A) der Planetenradgruppe (122) zu verbinden.
Pumpenanordnung (110) nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung (124, 126) Kegelkupplungen sind.
Pumpenanordnung (110) nach Anspruch 1, wobei die Pumpe (120) eine Düse (131) enthält, die eine Kavitation bei hohen Drehzahlen verringert.
Pumpenanordnung (110) nach Anspruch 1, wobei das erste Element (122A) der Planetenradgruppe (122) ein Sonnenrad ist, das zweite Element (122B) der Planetenradgruppe (122) ein Hohlrad ist und das dritte Element (122C) der Planetenradgruppe (122) ein Trägerelement ist.
Pumpenanordnung (110) nach Anspruch 1, wobei die zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung (126) wahlweise in Eingriff gelangen kann, um das zweite Element (122B) der Planetenradgruppe (122) mit dem dritten Element (122C) der Planetenradgruppe (122) zu verbinden.