DE102014218397A1

DE102014218397A1 - Hydraulisches System für Impulskupplungs- und Anfahrkupplungsaktuierung

Info

Publication number: DE102014218397A1
Application number: DE201410218397
Authority: DE
Inventors: André Palmen; Roshan Willeke; Holger Müller; Thomas Eckenfels
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-10-18
Filing date: 2014-09-15
Publication date: 2015-04-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem für eines Kraftfahrzeugs, mit einem hydrostatisch aktivierbaren ersten Betätigungsorgan für eine erste Kupplung (K0) zwischen einer Verbrennungskraftmaschine und einem Elektromotor, und mit einem hydrostatisch aktivierbaren zweiten Betätigungsorgan für eine zweite Kupplung (K1) zwischen dem Elektromotor und einem Getriebe, wobei eine Volumenstromquelle umfassend einen Elektromotor und eine davon antreibbare Pumpe vorhanden ist, wobei die Volumenstromquelle über ein Leitungssystem mit dem ersten und zweiten Betätigungsorgan verbunden ist, wobei das Leitungssystem einen ersten Leitungszweig aufweist, der mit dem ersten Betätigungsorgan fluidübertragend in Verbindung steht und ein zweiter Leitungszweig an einer von einem Umschaltventil regel- oder steuerbaren Abzweigstelle vom ersten Leitungszweig abzweigt, wobei der erste Leitungszweig eine solche Kapazität aufweist, dass ein leckagebedingter Druckabfalls im ersten Leitungszweig vermindert oder verhindert ist. Die Erfindung betrifft auch einen Parallelhybridantriebstrang mit einer als Trennkupplung ausgebildeten ersten Kupplung und eine als Einfachkupplung ausgebildeten zweiten Kupplung mit einem erfindungsgemäßen Hydrauliksystem.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem zur Aktuierung von zwei Kupplungen eines Kraftfahrzeugs, wie eines Pkw, eines Lkw oder eines anderen Nutzfahrzeugs, mit einem hydraulisch aktivierbaren Betätigungsorgan, wie einem Nehmerzylinder, etwa einem CSC-Aktor (Concentric Slave Cylinder / Zentraler Kupplungsausrücker) für eine erste Kupplung (K0) zwischen einer Verbrennungskraftmaschine und einem Elektromotor, und mit einem hydraulisch aktivierbaren zweiten Betätigungsorgan, wie einem Nehmerzylinder, etwa einem CSC-Aktor (Concentric Slave Cylinder / Zentraler Kupplungsausrücker), für eine zweite Kupplung (K1) zwischen dem Elektromotor und einem Getriebe, wobei eine Volumenstromquelle umfassend einen Elektromotor und eine davon antreibbare Pumpe vorhanden ist, wobei die Volumenstromquelle über ein Leitungssystem mit dem ersten und zweiten Betätigungsorgan verbunden ist, wobei ferner das Leitungssystem einen ersten Leitungszweig ausweist, der mit dem Betätigungsorgan fluidübertragend in Verbindung steht und ein zweiter Leitungszweig an einer von einer vorzugsweise einzigen/alleinigen Umschaltventil regel- oder steuerbaren Abzweigstelle vom ersten Leitungszweig abzweigt.
Unter einem Abzweigen wird hier eine Umschaltbarkeit von einem gemeinsamen Quellsystem in einen ersten Entnahmezweig oder einen zweiten Entnahmezweig verstanden. Darunter ist nicht zwingend zu verstehen, dass beide Zweige immer gleichzeitig mit einem Quellsystem in Verbindung stehen. Vielmehr kann dies wechselweise erfolgen.
Aus dem Stand der Technik, etwa der DE 10 2012 202 162 A1 ist bereits eine hydraulische Einrichtung zur Betätigung einer Kupplung mit einem nahe der Kupplung angeordneten hydraulischen Arbeitszylinder bekannt, der über eine hydraulische Leitung mit einer Volumenstromquelle verbunden ist, wobei der Volumenstrom der Volumenstromquelle durch eine Steuereinheit in Abhängigkeit von Signalen von der hydraulischen Einrichtung zugeordneten Sensoren steuerbar ist, wobei die Volumenstromquelle durch eine in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnete Kombination aus einem Elektromotor und einer hydraulischen Pumpe gebildet ist. Der hydraulische Arbeitszylinder dient dabei als Betätigungsorgan.
Aus einer älteren Anmeldung der Patentanmelderin, nämlich der noch nicht veröffentlichten DE 10 2013 207 548 A1 ist auch ein hydrostatisches Kupplungsbetätigungssystem mit einem ersten und einem zweiten hydrostatisch betätigbaren Nehmerzylinder, mit denen zwei Kupplungen unabhängig voneinander betätigbar sind, bekannt, wobei die beiden hydrostatisch betätigbaren Nehmerzylinder über eine verzweigte hydraulische Strecke hydrostatisch mit nur einer hydraulischen Stelleinrichtung verbunden sind.
Gerade bei Impulskupplungssystemen, also solchen Systemen, bei denen kein separater Anlasser mehr eingesetzt wird, sondern das Massenträgheitsmoment eines im Hybrid-Antriebsstrang verbauten Elektromotors zum Starten der Verbrennungskraftmaschine genutzt wird, besteht Bedarf an Verbesserung. So soll zum einen auf einfache Ventiltechnik zum Ansteuern des jeweiligen Betätigungsorgans zurückgreifbar sein. Bisher tritt aber prinzipbedingt immer eine so hohe Leckage auf, dass sie funktionseinschränkend wirkt. So führt die Leckage dazu, dass beim Befüllen der Kupplung K1, also einer „Anfahrkupplung“ zwischen der Elektromaschine / dem Elektromotor und einem Getriebe, der Druck an der ersten Kupplung K0, also einer „Trennkupplung“ zwischen einer Verbrennungskraftmaschine und der Elektromaschine / dem Elektromotor, nicht so gehalten werden kann, dass ein ungewolltes Schließen der ersten Kupplung K0 verhindert wird/ist. Ferner wird beim Befüllen der ersten Kupplung K0 ungewollt auch Druck in der zweiten Kupplung K1 aufgebaut, da die Zuleitung nicht entlastet ist.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, hier eine Verbesserung zu bieten und die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile abzustellen.
Dies wird bei einem gattungsgemäßen hydrostatischen Kupplungssystem erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der erste Leitungszweig eine solche Kapazität aufweist, dass ein leckagebedingter Druckabfall im ersten Leitungszweig vermindert oder sogar verhindert ist.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn ein Schaltventil eine so hohe Öffnungsdynamik besitzt, so dass die Impulskupplung ihrer Funktion nachkommt.
Es ist auch von Vorteil, wenn in dem ersten Leitungszweig ein Hydraulikspeicher eingebunden ist. Auf diese Weise wird ein Druckabfall wirkungsvoll verzögert, selbst über längere Zeit.
Der Druckabfall kann weiter vermindert werden, wenn in dem ersten Leitungszweig ein Rückfluss von dem ersten Nehmerzylinder zur Volumenstromquelle verhinderndes Rückschlagventil, vorzugsweise zwischen dem Umschaltventil und dem ersten Betätigungsorgan, weiter vorzugsweise zwischen dem Umschaltventil und dem Hydraulikspeicher, eingebunden ist. Eine „normally closed“ Kupplung, etwa die erste Kupplung K0, kann dann besonders über längere Zeit betätigt bspw. offen gehalten werden.
Es ist auch von Vorteil, wenn vom ersten Leitungszweig eine Hydraulikmittelablassleitung nach einem regel- oder steuerbaren Schaltventil, wie einem Sitzventil abzweigt, vorzugsweise zwischen dem Hydraulikmittelspeicher und dem ersten Betätigungsorgan. Dann kann die erste Kupplung K0 extrem schnell geschlossen werden.
Wenn das Schaltventil als Sitzventil ausgestaltet ist, so kann eine Leckage in diesem Bereich wirkungsvoll stark reduziert werden.
Ferner ist es zweckmäßig, wenn das vorzugsweise federvorbelastete und elektrisch betätigbare Schaltventil so eingebaut ist, dass es im unbestromten Zustand die Hydraulikmittelablassleitung verschließt oder alternativ sie öffnet.
Kostengünstig ist es, wenn das Schaltventil als ein 2/2-Ventil ausgestaltet ist.
Für die Funktion des hydrostatischen Kupplungssystems ist es vorteilhaft, wenn das Umschaltventil als 4/2-Ventil oder 4/3-Ventil ausgestaltet ist und eine Rückführleitung aus dem ersten und dem zweiten Leitungszweig so angeordnet ist, dass dort, d.h. im ersten oder zweiten Leitungszweig herrschende Druckverhältnisse am Umschaltventil anliegen.
Es kann auch von Vorteil sein, das Schaltventil vorgesteuert auszuführen.
Die Erfindung betrifft auch einen Parallelhybridantriebsstrang mit einer als Trennkupplung ausgebildeten ersten Kupplung (K0) und einer als Anfahrkupplung ausgebildeten zweiten Kupplung (K1) mit einem hydrostatischen Kupplungssystem der erfindungsgemäßen Art.
Mit anderen Worten betrifft die Erfindung die Betätigung von zwei Kupplungen mittels eines Pumpenaktors und eine einfach gehaltene Ventiltechnik, insbesondere für die Betätigung eines Impulskupplungssystems bei/für Hybridantriebe. Bei der erfindungsgemäßen Verschaltung hat die baurtbedingte Leckage an Wegeventilen in Schieberbeiweise auf das System nur einen untergeordneten Einfluss.
Beim Befüllen der Kupplung K1 konnte bisher der Druck in der Kupplung K0 nicht gehalten werden, so dass die Kupplung ungewollt schließt. Nun wird das ausgeschlossen. Beim Befüllen der Kupplung K1 konnte bisher auch ungewollt Druck in der Kupplung K1 aufgebaut werden, da die Zuleitung bisher nicht entlastet war. Auch dies ist nun ausgeschlossen.
Es wird daher vorgeschlagen, ein Rückschlagventil zu ergänzen und/oder eine ausreichend große Kapazität im entsprechenden Leitungssystem/Leitungszweig zur Verfügung zu stellen, falls erforderlich einen hydraulischen Speicher zwischen der Kupplung K0 und einem 3/2-Wegeventil vorzusehen. Dadurch kann der Druck hochgehalten werden, während die Kupplung K1 mit Druck beaufschlagt wird. Weiterhin soll ein 4/2-Wegeventil anstelle des 3/2-Wegeventils verwendet werden, um die Zuleitung zur Kupplung K1 während des Befüllvorgangs von der Kupplung K0 zu entlasten, damit sich kein Druck aufbauen kann, der die Kupplung K1 ungewollt öffnet. Alternativ kann die Regelung des Drucks nicht von der Pumpe, sondern vom Druckventil übernommen werden. Hierzu wird das 3/2-Wegeventil bzw. das 4/2-Wegeventil als proportionales 4/3-Druckventil ausgeführt. Durch eine Konstantpumpe mit zwei proportionalen Druckregelventilen kann ein weiteres hydrostatisches Kupplungssystem geschaffen werden. Allerdings stellen sich dann nicht die Vorteile einfacher Ventiltechnik ein.
Nachfolgend wird die Erfindung mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert. Es werden dabei drei Ausführungsbeispiele weiter erklärt. Es zeigen:
1 eine erste Basisvariante eines hydrostatischen Kupplungssystems in einer schematischen Ansicht,
2 eine Variante, bei der zusätzlich zu dem in dem ersten Ausführungsbeispiel eingesetzten Rückschlagventil die Kapazität eines ersten Gattungszweigs auf die zu erwartende Leckage abgestimmt ist und eine hydraulische Vorsteuerung eines in einer Hydraulikmittelablassleitung enthaltenen Schaltventils eingesetzt ist, und
3 eine weitere Ausführungsform mit einem speziellen Druckregelventil.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
In 1 ist ein erstes erfindungsgemäßes Hydrauliksystem 1 dargestellt. Das System 1 ist in einem Parallelhybridantriebsstrang eingesetzt, nämlich in einem Kraftfahrzeug, wie einem Pkw oder einem Lkw mit einer Verbrennungskraftmaschine. Es könnte auch als hydraulisches oder hydrostatisches Kupplungssystem bezeichnet werden.
Es ist eine erste Kupplung 2 und eine zweite Kupplung 3 vorhanden. Die erste Kupplung 2 wird auch als K0 bezeichnet, wohingegen die zweite Kupplung 3 als K1 bezeichnet werden kann. Die erste Kupplung 2 ist zwischen einer Verbrennungskraftmaschine und einem Elektromotor in den Parallelhybridantriebstrang eingebunden. Sie kann auch als Impulskupplung bezeichnet werden oder als Trennkupplung. Die zweite Kupplung 3 ist zwischen dem Elektromotor und einem Getriebe eingebunden und kann als Anfahrkupplung bezeichnet werden.
Die erste Kupplung 2 wird von einem ersten Betätigungsorgan 4 betätigt, wohingegen die zweite Kupplung 3 von einem zweiten Betätigungsorgan 5 betätigt wird. Die beiden Betätigungsorgane sind Aktoren, insbesondere CSC-Aktoren, d.h. zentrale Kupplungsausrücker. Hier sei erwähnt, dass je nach Wahl der ersten bzw. zweiten Kupplung zwei oder drei als „normally open“ oder bevorzugt „normally closed“ Kupplung das jeweilige Betätigungsorgan 4 oder 5 als Kupplungseinrücker oder bevorzugt Kupplungsausrücker ausgebildet ist.
Das Hydrauliksystem 1 weist eine Volumenstromquelle 6 auf. Die Volumenstromquelle 6 ist in den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 als Reversierpumpengerät ausgebildet. Die Volumenstromquelle 6 umfasst eine Control Unit / Ansteuergerät 7, einen Elektromotor 8, eine Pumpe 9 und ein Reservoir 10. Die Volumenstromquelle 6 bildet somit einen elektrischen Pumpenaktor. Die Pumpe 9 pumpt Hydraulikmittel, wie Öl in ein Leitungssystem 11. Das Leitungssystem 11 weist einen ersten Leitungszweig 12 auf und einen zweiten Leitungszweig 13. In der in 1 dargestellten Schaltstellung eines Umschaltventils 14 ist die Pumpe 9 mit dem ersten Betätigungsorgan 4 verbunden, wohingegen das zweite Betätigungsorgan 5 mit einem Tank/Reservoir 15 verbunden ist. Das Umschaltventil 14 ist an einer Abzweigstelle 16 vorgesehen. An dieser Abzweigstelle kann die Pumpe 9 bei anderer Schaltstellung des Umschaltventils 14 mit dem zweiten Betätigungsorgan 5 verbunden werden und das erste Betätigungsorgan 4 mit dem Tank/Reservoir 15.
Das Umschaltventil 14 ist ein 4/2-Wegeventil und ist federvorbelastet und elektrisch/elektromagnetisch betätigbar.
Nach dem Umschaltventil 14, in Richtung des ersten Betätigungsorgans 14, ist ein Rückschlagventil 17 vorgesehen. Stromabwärts davon zweigt eine Hydraulikmittelablassleitung 18 ab. In der Hydraulikmittelablassleitung 18 ist ein Schaltventil 19, nach Art eines Sitzventils 20 angeordnet. Das Sitzventil 20 ist, wie auch das Umschaltventil 14 federvorbelastet und elektrisch/elektromagnetisch betätigbar. Es kann auch ebenso wie das Umschaltventil 14 mit einer umgekehrten Ausgangsschaltstellung verbaut werden, so dass das Schaltventil 19 bei Wegfall der Bestromung geschlossen bleibt. Die Hydraulikmittelablassleitung 18 führt zu einem weiteren Tank/Reservoir 21. Die erste Kupplung 2 ist eine „normally closed-“Kupplung.
In Abwandlung zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist in 2 ein Hydraulikmittelspeicher/Speicher 22 zwischen dem Abzweig der Hydraulikmittelablassleitung aus dem ersten Leitungszweig 12 und dem Rückschlagventil 17 angesetzt. Der Hydraulikmittelspeicher/Speicher 22 ist an einer weiteren Abzweigstelle angebunden/eingebunden. Anders als in dem ersten Ausführungsbeispiel ist jedoch ein Vorsteuerventil 23 am Schaltventil 19 angreifend.
Ein solches Vorsteuerventil 23 ist natürlich auch in dem ersten Ausführungsbeispiel an entsprechender Stelle einsetzbar. Es kann dann mit weniger elektrischem Strom dann geschalten werden und/oder es können größere Stellbewegungen erhalten werden. Die Hydraulikkraft kann unterstützend beim Schalten/Bewegen des entsprechenden Ventils eingesetzt werden. Die hydraulische Vorsteuerung ist häufig wünschenswert.
In 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel dargestellt, das auf einen Hydraulikmittelspeicher/Speicher 22 verzichtet, diesen jedoch einsetzen kann. Auch ist kein Vorsteuerventil 23 eingesetzt, doch ist dieses einsetzbar. Die Volumenstromquelle 6 ist nicht als Reservierpumpengerät / reservierbare Pumpe ausgelegt. Auch ist statt eines als 4/2-Wegeventil ausgestaltetes Umschaltventil 14 ein 4/3-Wegedruckregler bzw. 4/3-Wegeventil eingesetzt.
Eine Rückführleitung 24 führt vom zweiten Leitungszweig 13 zum Umschaltventil 14 zurück. Eine weitere Rückführleitung 24 führt vom ersten Leitungszweig 12 zum Umschaltventil 14 zurück. Auch hier ist ein Vorsteuerventil 23 entweder am Umschaltventil 14 oder am Sitzventil 20 einsetzbar.
Auf diese Weise kann ein Hybridmodul für manuelle und automatisierte Schaltgetriebe in Kraftfahrzeugen geschaffen werden.
Bezugszeichenliste

1: Hydrauliksystem / Kupplungssystem
2: erste Kupplung (K0)
3: zweite Kupplung (K1)
4: erstes Betätigungsorgan
5: zweites Betätigungsorgan
6: Volumenstromquelle
7: Control Unit (Steuergerät)
8: Elektromotor der Volumenstromquelle
9: Pumpe
10: Reservoir
11: Leitungssystem
12: erster Leitungszweig
13: zweiter Leitungszweig
14: Umschaltventil
15: Tank/Reservoir für ersten/zweiten Leitungszweig
16: Abzweigstelle
17: Rückschlagventil
18: Hydraulikmittelablassleitung
19: Schaltventil
20: Sitzventil
21: Tank/Reservoir für Hydraulikmittelablassleitung
22: Hydraulikmittelspeicher/Speicher
23: Vorsteuerventil
24: Rückführleitung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012202162 A1 [0003]
DE 102013207548 A1 [0004]

Claims

Hydrauliksystem (1) zur Aktuierung von zwei Kupplungen eines Kraftfahrzeugs, mit einem hydrostatisch aktivierbaren ersten Betätigungsorgan (4) für eine erste Kupplung (K0) (2) zwischen einer Verbrennungskraftmaschine und einem Elektromotor, und mit einem hydrostatisch aktivierbaren zweiten Betätigungsorgan (5) für eine zweite Kupplung (K1) (3) zwischen dem Elektromotor und einem Getriebe, wobei eine Volumenstromquelle (6) umfassend einen Elektromotor (8) und eine davon antreibbare Pumpe (9) vorhanden ist, wobei die Volumenstromquelle (6) über ein Leitungssystem (11) mit dem ersten und zweiten Betätigungsorgan (4, 5) verbunden ist, wobei das Leitungssystem (11) einen ersten Leitungszweig (12) aufweist, der mit dem ersten Betätigungsorgan (4) fluidübertragend in Verbindung steht und ein zweiter Leitungszweig (13) an einer von einem Umschaltventil (14) regel- oder steuerbaren Abzweigstelle (16) vom ersten Leitungszweig (12) abzweigt, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Leitungszweig (12) eine solche Kapazität aufweist, dass ein leckagebedingter Druckabfalls im ersten Leitungszweig (12) vermindert oder verhindert ist.
Hydrauliksystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Leitungszweig (12) ein Hydraulikspeicher (22) eingebunden ist.
Hydrauliksystem (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Leitungszweig (12) ein einen Rückfluss vom ersten Betätigungsorgan (4) zur Volumenstromquelle (6) verhinderndes Rückschlagventil (17) eingebunden ist.
Hydrauliksystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass vom ersten Leitungszweig (12) eine Hydraulikmittelablassleitung (18) nach einem regeloder steuerbaren Schaltventil abzweigt.
Hydrauliksystem (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventil (19) als Sitzventil (20) ausgestaltet ist.
Hydrauliksystem (1) nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventil (19) eine so hohe Öffnungsdynamik besitzt, so dass die Impulskupplung ihrer Funktion nachkommt.
Hydrauliksystem (1) nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventil (19) so eingebaut ist, dass es im unbestromten Zustand die Hydraulikmittelablassleitung (18) verschließt.
Hydrauliksystem (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventil (19) als ein 2/2-Ventil ausgestaltet ist.
Hydrauliksystem (1), nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschaltventil (14) als 4/2-Ventil oder 4/3-Ventil ausgestaltet ist und/oder eine Rückführleitung (24) aus dem ersten und/oder dem zweiten Leitungszweig (12, 13) so angeordnet ist, dass dort herrschende Druckverhältnisse am Umschaltventil (14) anliegen.
Parallelhybridantriebsstrang mit einer als Trennkupplung ausgebildeten ersten Kupplung (K0) (2) und einer als Anfahrkupplung ausgebildeten zweiten Kupplung (K1) (3) mit einem Hydrauliksystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.