DE102017127620A1

DE102017127620A1 - Vorrichtung für ein aktives thermomanagement von schmiermitteln für getriebe

Info

Publication number: DE102017127620A1
Application number: DE102017127620.3A
Authority: DE
Inventors: Avinash Singh; Mohammad A. Hotait; Addison T. Solak; Jeffrey R. Kelly
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2016-11-30
Filing date: 2017-11-22
Publication date: 2018-05-30
Also published as: CN108119640A; US20180149260A1

Abstract

Eine Vorrichtung für ein aktives Thermomanagement von Schmiermitteln für Getriebe beinhaltet ein Getriebe mit einem Gehäuse und einem rotierenden Zahnrad. Eine Ablenkplattenanordnung ist innerhalb des Gehäuses betriebsmäßig angeordnet, um einen Abschnitt der rotierenden Komponente abzudecken und Schmiermittelstrom für Getriebe durch mindestens eine Route zu leiten. Ein Wärmetauscher ist in der mindestens einen Route betriebsmäßig angeordnet, um thermische Energie von einer Wärmequelle zum Schmiermittel für Getriebe zu übertragen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Vorrichtungen in Übereinstimmung mit den Ausführungsbeispielen betreffen Vorrichtungen für Getriebe mit einem Schmiersystem. Insbesondere betreffen Vorrichtungen in Übereinstimmung mit den Ausführungsbeispielen eine Vorrichtung für ein aktives Thermomanagement von Schmiermitteln für Getriebe.
HINTERGRUND
Die Erklärungen in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformationen bereit, die die vorliegende Offenbarung betreffen und dem bisherigen Stand der Technik entsprechen können oder auch nicht.
Die Verwendung von Getriebefluid bei niedrigen Temperaturen bedeutete immer eine langsame Getriebeschaltung, einen trägen Betrieb und Frustration bedeutet. Während der Energieübertragung im Getriebe ist ein wesentlicher Prozentsatz der gesamten Energieverluste darauf zurückzuführen, dass das Getriebe Automatikgetriebefluid zu den Arbeitskomponenten des Getriebes pumpt.
Kalte Temperaturen können dazu führen, dass herkömmliche Getriebefluide an Viskosität zunehmen, was zu einem Verlust des Getriebewirkungsgrades führt. Dieser Wirkungsgradverlust erfordert mehr Energie vom Motor, um alle Teile zu betätigen, die mit dem Getriebefluid in Kontakt kommen.
Die Folge eines erhöhten Energiebedarfs für den Motor kann sich direkt negativ auf den Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs auswirken. Eine Vorrichtung zum Verringern des negativen Einflusses, den Getriebefluide auf den Getriebewirkungsgrad bei niedrigen Temperaturen haben, kann für den Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs vorteilhaft sein.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein oder mehrere Ausführungsbeispiele behandeln die vorgenannten Probleme durch Bereitstellen von Vorrichtungen für Getriebe mit einem Schmiersystem. Insbesondere betreffen Vorrichtungen in Übereinstimmung mit den Ausführungsbeispielen eine Vorrichtung für ein aktives Thermomanagement von Schmiermitteln für Getriebe.
Gemäß einem Aspekt eines Ausführungsbeispiels beinhaltet eine Vorrichtung für ein aktives Thermomanagement von Schmiermitteln für Getriebe ein Getriebe mit einem Gehäuse und einer rotierenden Komponente. Ein weiterer Aspekt des Ausführungsbeispiels beinhaltet eine Ablenkplattenanordnung, die innerhalb des Gehäuses betriebsmäßig angeordnet ist, um einen Abschnitt der rotierenden Komponente abzudecken und Schmiermittelstrom für Getriebe durch mindestens eine Route zu leiten. Ein weiterer Aspekt gemäß dem Ausführungsbeispiel beinhaltet einen Wärmetauscher, der in der mindestens einen Route betriebsmäßig angeordnet ist, um thermische Energie von einer Wärmequelle zum Schmiermittel für Getriebe zu übertragen.
Gemäß einem weiteren Aspekt des Ausführungsbeispiels ist eine Fluidstromsteuervorrichtung in mindestens einer Route betriebsmäßig angeordnet, um einen Schmiermittelstrom zu ermöglichen oder zu verhindern. Gemäß weiteren Aspekten des Ausführungsbeispiels, worin die Fluidstromsteuervorrichtung ein passives Stellglied ist, wird dieses betriebsmäßig in Reaktion auf eine Zustandsänderung betätigt. Weiterhin, gemäß Aspekten des Ausführungsbeispiels, ist die Zustandsänderung eine Temperaturänderung.
Ein weiterer Aspekt des Ausführungsbeispiels ermöglicht einen Fluidstrom durch die mindestens eine Route unter einer vorbestimmten Temperaturschwelle. Und in einem weiteren Aspekt des Ausführungsbeispiels ist die Wärmequelle ein Motorkühlmittelsystem. In einem weiteren Aspekt des Ausführungsbeispiels beinhaltet der Wärmetauscher mindestens einen Rohrzweig zum Ermöglichen einer thermischen Energieübertragung zwischen dem Motorkühlmittel und dem Schmiermittel für Getriebe. Und in einem weiteren Aspekt beinhaltet der Wärmetauscher eine maximale Anzahl an Rohrzweigen, die in der mindestens einen Route realisierbar sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt des Ausführungsbeispiels sind die Rohrzweige so ausgebildet, um einen maximalen Oberflächenbereich für maximale thermische Energieübertragung zwischen dem Motorkühlmittel und dem Schmiermittel für Getriebe aufzuweisen.
Figurenliste
Die vorliegenden exemplarischen Ausführungsformen werden aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen besser verständlich, in denen:

1 ist eine Darstellung eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs gemäß einem Aspekt des Ausführungsbeispiels;
1a ist eine Darstellung eines Frontantrieb-Verteilergetriebes gemäß Aspekten eines Ausführungsbeispiels;
2 ist eine Darstellung einer Vorrichtung für ein aktives Thermomanagement des Schmiermittels für Getriebe gemäß einem Ausführungsbeispiel;
3 ist eine Darstellung einer Innenansicht der Ablenkplatte mit mindestens einer Route zum Leiten des Schmiermittelstroms für Getriebe auf einen Wärmetauscher gemäß Aspekten des Ausführungsbeispiels; und
4 ist eine Darstellung einer Innenansicht einer Vorrichtung für ein aktives Thermomanagement von Schmiermittel für Getriebe mit Motorkühlmittel, das durch den Wärmetauscher gemäß Aspekten des Ausführungsbeispiels geleitet wird.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die folgende Beschreibung ist ihrer Art nach lediglich exemplarisch und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendungen davon in keiner Weise einschränken.
1 sieht eine Darstellung eines Antriebsstrangs 10 eines Fahrzeugs gemäß einem Aspekt des Ausführungsbeispiels vor. Der Antriebsstrang 10 beinhaltet einen Motor 12, ein Getriebe 14 (z. B. Frontantrieb, Heckantrieb, automatisch, stufenlos, Doppelkupplung oder manuell), eine Antriebswelle und ein hinteres Differenzial 16, Antriebsräder 18 und ein Antriebsstrangsteuermodul (PCM - Powertrain Control Module) 20. Die Sensoren 21 stehen mit dem PCM 20 in Verbindung und können einen Motorkühlmitteltemperatursensor zum Messen der Temperatur des Motorkühlmittels und einen Getriebefluidtemperatursensor zum Überwachen der Temperatur des Getriebefluids beinhalten. Die Sensoren 21 können dann diese Informationen dem PCM 20 zur Verfügung stellen.
Das PCM 20 arbeitet als das „Gehirn“ eines Fahrzeugs und steuert die mehreren Stellglieder an einem Verbrennungsmotor, um eine optimale Motorleistung sicherzustellen. Das PCM 20 ist im Allgemeinen eine kombinierte Steuereinheit, die aus einer Motorsteuereinheit (ECU - Engine Control Unit) und einer Getriebesteuereinheit (TCU - Transmission Control Unit) besteht.
Der Motor 12 ist ein Verbrennungsmotor, der dem Getriebe 14 ein Antriebsmoment zuführt. Herkömmlicherweise wird ein Verbrennungsmotor durch die Anzahl der darin enthaltenen Zylinder identifiziert, und in welcher Konfiguration die Zylinder angeordnet sind. Der dargestellte Motor 12 ist ein V8-konfigurierter Motor 12, da der Motor 12 acht Zylinder aufweist, die in einer „V“-Konfiguration angeordnet sind. Das Getriebe 14, das in der Lage ist, mehrere Vorwärtsübersetzungsverhältnisse auszuführen, stellt wiederum ein Drehmoment für die Antriebswelle und das hintere Differenzial 16 und die Antriebsräder 18 bereit.
Es versteht sich, dass die meisten Fahrzeuge bei einem Kaltstart etwa mehrere Minuten brauchen werden, bis die Motorkühlmitteltemperatur heiß wird, während es unter gleichen Bedingungen wesentlich länger dauern könnte, bis sich die Getriebefluidtemperatur erwärmt hat. Wenn Getriebefluide kalt sind, können sie andicken und verlängerte und harte Schaltungen verursachen, was einen Verlust des Getriebewirkungsgrades bewirkt, bis sich das Fluid genug erwärmt hat, um richtig zu fließen. Dieser Wirkungsgradverlust erfordert mehr Energie vom Motor, um alle Teile zu betätigen, die mit dem Getriebefluid in Kontakt kommen. Ein erhöhter Energiebedarf vom Motor erfordert einen erhöhten Bedarf an Kraftstoff, der den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs beeinträchtigen könnte.
Unter Bezugnahme auf 1a ist eine Darstellung eines Frontantrieb-Verteilergetriebes 100 gemäß Aspekten eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung für ein aktives Thermomanagement eines Schmiermittels für Getriebes vorgesehen. Das Verteilergetriebe 100 beinhaltet ein Gehäuse 105 mit einem Kühlmitteleinlass 110 und einem Kühlmittelauslass 115, um zu ermöglichen, dass Motorkühlmittel durch das Verteilergetriebe 105 gemäß Aspekten des Ausführungsbeispiels strömt. Es versteht sich, dass sich das Ausführungsbeispiel auf ein Frontantrieb-Getriebesystem bezieht, das offenbarte Konzept jedoch allgemein auf andere Getriebesysteme (z. B. automatisch, CVT, DCT, Heckantrieb oder manuell) anwendbar ist, die innerhalb des offenbarten Konzepts liegen sollen.
2 ist eine Darstellung einer Vorrichtung 200 für ein aktives Thermomanagement eines Schmiermittels für Getriebe. Die Vorrichtung 200 beinhaltet eine rotierende Komponente, z. B. ein Enddifferentialhohlrad oder jede andere rotierende Komponente innerhalb eines Getriebes, die genutzt werden kann, um den gerichteten Schmierölstrom 210 zu zwingen, wobei ein Abschnitt davon durch eine Ablenkplatte 220 abgedeckt ist. Die Ablenkplatte 220 dient dazu, den Schmiermittelstrom für Getriebe durch eine Drehung der rotierenden Komponente 210 durch mindestens eine Route zu zwingen, sodass das Schmiermittel für Getriebe über und durch Zwischenräume strömt, die zwischen Abschnitten eines Wärmetauschers 230 ausgebildet sind. Es versteht sich, dass die Drehrichtung der rotierenden Komponente 210 entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn sein kann, um den Schmiermittelstrom durch eine geeignete Ablenkplattenanordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel zu zwingen.
Der Wärmetauscher 230 ist wirksam, um Motorkühlmittel 240 vom Motorkühlmittelsystem durch ein Fluidübertragungssystem (nicht dargestellt) zu empfangen, sodass Motorkühlmittel 240 in den Kühlmitteleinlass 110 durch die Innenabschnitte des Wärmetauschers 230 aufgenommen wird, und heraus durch den Kühlmittelauslass 115, um zum Motorkühlsystem (nicht dargestellt) zurückzukehren.
Unter Bezugnahme auf 3, zeigt eine Darstellung 300 eine Innenansicht des Verteilergetriebegehäuses 105 und der Ablenkplatte 220 mit mindestens einer Route 320 zum Leiten des Schmiermittelstroms für Getriebe 310 zu einem Wärmetauscher 230. Wenn sich das Enddifferentialhohlrad 210 in einer Drehung im Uhrzeigersinn dreht, zwingt es das Schmiermittel für Getriebe 310 durch die mindestens eine Route 320 der Ablenkplatte 220. Der Schmiermittelstrom für Getriebe 310 läuft über die Außenfläche(n) des Wärmetauschers 230 und kehrt dann gemäß Aspekten des Ausführungsbeispiels zu einem Getriebefluidsumpf (nicht dargestellt) zurück.
4 ist eine weitere Darstellung einer Innenansicht einer Vorrichtung 400 für ein aktives Thermomanagement von Schmiermittel für Getriebe 310 mit Motorkühlmittel 240, das durch den Wärmetauscher gemäß Aspekten des Ausführungsbeispiels geleitet wird. Das Enddifferentialhohlrad 210 bewegt das Schmiermittel für Getriebe 310 und zwingt es, durch den mindestens eine Route 320 der Ablenkplatte 220 zu strömen. Somit wird Wärme vom Motorkühlmittel 240, das durch das Innere des Wärmetauschers 230 strömt, zum Schmiermittelstrom für Getriebe 310 übertragen, wenn es über und durch Räume strömt, die zwischen Abschnitten 410 des Wärmetauschers 230 gemäß Aspekten des vorgesehenen Ausführungsbeispiels ausgebildet sind.
Der Wärmetauscher 230 beinhaltet mindestens einen Rohrzweig 410 zum Ermöglichen einer thermischen Energieübertragung zwischen dem Motorkühlmittel 240 und dem Schmiermittel für Getriebe 310. Gemäß Aspekten des Ausführungsbeispiels beinhaltet den Wärmeaustauscher 230 der Wärmetauscher eine maximale Anzahl an Rohrzweigen 410, die innerhalb der Verpackungsbeschränkungen der mindestens einen Route 320 realisierbar sind. Die Rohrzweige 410 sind so ausgebildet sind, um einen maximalen Oberflächenbereich für maximale thermische Energieübertragung zwischen dem Motorkühlmittel 240 und dem Schmiermittel für Getriebe 310 aufzuweisen. Ein schnelleres Erwärmen des Schmiermittels für Getriebe 310 von einem Fahrzeugkaltstartzustand durch die Verwendung des Wärmeübertragungsverfahrens gemäß dem Ausführungsbeispiel kann dabei helfen, den negativen Einfluss zu verringern, den kalte Getriebefluide auf den Getriebewirkungsgrad bei niedrigen Temperaturen haben, was für den Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs von Vorteil sein kann.
Es kann wünschenswert sein, eine Erwärmung des Schmiermittels für Getriebe gemäß dem Ausführungsbeispiel nur dann zuzulassen, wenn sie unter einer bestimmten Temperatur liegt. Gemäß weiteren Aspekten ist eine (nicht dargestellte) Fluidstromsteuervorrichtung an einem Einlass der mindestens einen Route 320 angeordnet und dient dazu, um zu ermöglichen oder zu verhindern, dass der Schmiermittelstrom für Getriebe 310 passiert. Im Ausführungsbeispiel ist die Fluidstromsteuervorrichtung ein passives oder aktives Stellglied, das in Reaktion auf eine Zustandsänderung betätigt werden kann. Die Zustandsänderung kann eine Temperaturänderung sein, bei der das passive Stellglied es dem Schmiermittel für Getriebe 310 ermöglicht, durch die wenigstens eine Route 320 unter einer vorbestimmten Temperaturschwelle zu fließen, aber der Strom verhindert, wenn die Temperatur über die vorbestimmte Schwelle ansteigt.
Die Beschreibung der Erfindung ist nur als Beispiel zu verstehen und Variationen, die nicht vom Kern der Erfindung abweichen, werden als im Rahmen der Erfindung befindlich vorausgesetzt. Diese Variationen sollen nicht als eine Abweichung vom Sinn und Umfang der Erfindung betrachtet werden.

Claims

Vorrichtung für ein aktives Thermomanagement von Schmiermitteln für Getriebe, umfassend: ein Getriebe mit einem Gehäuse und einer rotierenden Komponente; eine Ablenkplattenanordnung, die innerhalb des Gehäuses betriebsmäßig angeordnet ist, um einen Abschnitt der rotierenden Komponente abzudecken und Schmiermittelstrom für Getriebe durch mindestens eine Route zu leiten; und einen Wärmetauscher, der in der mindestens einen Route betriebsmäßig angeordnet ist, um thermische Energie von einer Wärmequelle zum Schmiermittel für Getriebe zu übertragen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Fluidstromsteuervorrichtung, die an einem Einlass der mindestens einen Route betriebsmäßig angeordnet ist, um eine Schmiermittelstrom für Getriebe zu ermöglichen oder zu verhindern.
Vorrichtung nach Anspruch 2, worin die Fluidstromsteuervorrichtung ein passives Stellglied ist, um betriebsmäßig in Reaktion auf eine Zustandsänderung betätigt zu werden.
Vorrichtung nach Anspruch 3, worin die Zustandsänderung eine Temperaturänderung ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, worin die passive Vorrichtung dem Schmiermittel für Getriebe ermöglicht durch die mindestens eine Route unter einer vorbestimmten Temperaturschwelle zu fließen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die Wärmequelle ein Motorkühlmittelsystem ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, worin der Wärmetauscher mindestens einen Rohrzweig zum Ermöglichen einer thermischen Energieübertragung zwischen dem Motorkühlmittel und dem Schmiermittel für Getriebe beinhaltet.
Vorrichtung nach Anspruch 7, worin der Wärmetauscher eine maximale Anzahl an Rohrzweigen beinhaltet, die innerhalb der Verpackungsbeschränkungen der mindestens einen Route realisierbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8, worin die Rohrzweige so ausgebildet sind, um einen maximalen Oberflächenbereich für maximale thermische Energieübertragung zwischen dem Motorkühlmittel und dem Schmiermittel für Getriebe aufzuweisen.
Vorrichtung für ein aktives Thermomanagement von Schmiermitteln für Getriebe, umfassend: ein Getriebe mit einem Gehäuse und einer rotierenden Komponente; eine Ablenkplattenanordnung, die innerhalb des Gehäuses betriebsmäßig angeordnet ist, um einen Abschnitt der rotierenden Komponente abzudecken und Schmiermittelstrom für Getriebe durch mindestens eine Route zu leiten; eine Fluidstromsteuervorrichtung, die in mindestens einer Route betriebsmäßig angeordnet ist, um einen Schmiermittelstrom zu ermöglichen oder zu verhindern; und einen Wärmetauscher, der in dem mindestens einer Route betriebsmäßig angeordnet ist, um thermische Energie von einer Wärmequelle zum Schmiermittel für Getriebe zu übertragen.