DE10250971A1

DE10250971A1 - Steuerungssystem für Getriebeöl von schaltbaren Getrieben

Info

Publication number: DE10250971A1
Application number: DE2002150971
Authority: DE
Inventors: Jörg Dr. Bart; Roland Dipl.-Ing. Altvater; Olrik Dipl.-Ing. Weinmann; Henryk Bednarek; Detlef Dr. Mathiak; Michael Schreiner
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG; ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG; ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2002-11-02
Filing date: 2002-11-02
Publication date: 2004-05-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuerungssystem für Getriebeöl eines schaltbaren Getriebes, insbesondere eines automatisch schaltbaren Getriebes von Kraftfahrzeugen, mit Einrichtungen zum Erfassen von Betriebszuständen des Getriebes und steuerbaren Verteilereinrichtungen für das Getriebeöl, von denen Getriebeöl als Kühl- oder Wärmemittel des Getriebes in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Getriebes gezielt zu Komponenten des Getriebes steuerbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuerungssystem für Getriebeöl von schaltbaren Getrieben, insbesondere für automatisch schaltbare Getriebe von Kraftfahrzeugen, mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Der Wirkungsgrad von automatisch schaltbaren Getrieben wird bisher im wesentlichen bei Betriebstemperatur optimiert. Die Starttemperatur beim aktuellen ECE-Zyklus beginnt jedoch schon bei 20° C und zukünftig wahrscheinlich bei –7° C. Untersuchungen zeigen, dass die Verlustleistung von automatischen Getrieben und damit deren Verbrauch bei niedrigen Starttemperaturen deutlich erhöht ist. Üblicherweise erwärmt sich das dem schaltbaren Getriebe vor allem zum Betätigen der Schaltkupplungen zur Schmierung und zum Wärmetransport zugeführte Getriebeöl zunächst schneller als die Getriebeteile. Zur Reduktion des Kraftstoffverbrauchs im realen Betrieb von Kraftfahrzeugen und im ECE-Zyklus ist es deshalb als sinnvoll angesehen worden, das Getriebeöl des Getriebes schnell zu erwärmen. Im betriebswarmen Zustand soll das Getriebeöl das Getriebe kühlen.

Die DE 196 37.817 A1 offenbart eine Einrichtung zum dynamischen Regeln von Kühlwasser zum Kühlen und Vorwärmen von Getriebeöl mit einem Ausgleichsbehälter, einem Wasserkühler, der mittels Motorthermostat bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur in den Kühlkreislauf einschaltbar ist und einem Wasser/Öl-Wärmetauscher. Die Regelung der Temperatur des Getriebeöls gemäß diesem Stand der Technik wird über den gesamten Regelungsbereich ausschließlich durch die Mischung kühleren oder wärmeren Kühlwassers in Abhängigkeit des Motorthermostats beeinflusst. Die relevanten Verluststellen im Getriebe werden so aber z. B. im ECE-Zyklus nur vergleichsweise langsam erwärmt, so dass die Verluste im Getriebe und der Kraftstoff-Verbrauch des Kraftfahrzeugs erhöht bleiben.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Steuerungssystem für Getriebeöl von schaltbaren Getrieben, insbesondere für automatisch schaltbare Getriebe von Kraftfahrzeugen, zu schaffen, mit dem Getriebe mit reduzierten Verlusten betrieben werden können.

Die Lösung erfolgt mit einem Steuerungssystem für Getriebeöl von schaltbaren Getrieben, insbesondere für automatisch schaltbare Getriebe von Kraftfahrzeugen, mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.

Gemäß der Erfindung ist ein Steuerungssystem für Getriebeöl eines schaltbaren Getriebes, insbesondere eines automatisch schaltbaren Getriebes von Kraftfahrzeugen, mit Einrichtungen zum Erfassen von Betriebszuständen des Getriebes und steuerbaren Verteilereinrichtungen für das Getriebeöl versehen. Zumindest ein Teil des Getriebeöls wird von den steuerbaren Verteilereinrichtungen als Kühl- oder Wärmemittel des Getriebes in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Getriebes gezielt zu Komponenten des Getriebes gesteuert. Gemäß der Erfindung wird das Getriebeöl in Abhängigkeit von den Verhältnissen im Getriebe gesteuert, so dass die verlustrelevanten Komponenten des Getriebes vom Getriebeöl im realen Betrieb von Kraftfahrzeugen und im ECE-Zyklus bis zur dauerhaften Betriebstemperatur beschleu nigt erwärmt werden und im betriebswarmen Zustand das Getriebeöl das Getriebe zumindest vorrangig an den kritischen Stellen kühlt, so dass der Wirkungsgrad des Getriebes verbessert und der Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeugs reduziert ist, so daß Kosten eingespart werden können durch z. B. geringeren Kraftstoffverbrauch einer antreibenden Brennkraftmaschine und deren Schadstoffemissionen reduziert werden. Im ECE-Zyklus und im realen Betrieb wird das Getriebeöl betriebszustandsabhängig, nämlich gang-, schaltungs- und temperaturabhängig so gesteuert, dass aktuell relevante Verluststellen möglichst schnell dadurch gezielt erwärmt werden, dass das Öl durch gezielte Zuleitung zu den belasteten Verzahnungen, Lamellen und/oder Axial-/Radiallagern des Getriebes geführt wird, wobei die umlaufende Menge des Getriebeöls zur geringeren Kühlung und damit schnelleren Erwärmung reduziert und damit auch die das Getriebeöl fördernde Pumpenleistung reduziert werden kann. Im betriebswarmen Zustand ist es mit dem erfindungsgemäßen Steuerungssystem für Getriebeöl abhängig vom Betriebszustand des Getriebes möglich, gezielt die Stellen zu kühlen, die gerade die höchste Erwärmung erfahren, nämlich während des Schaltens die Lamellen und bei eingelegtem Gang die leistungsführenden Verzahnungen und/oder Axial-/Radiallager. Dadurch kann nicht nur die Kühlung aktuell kritischer Stellen verbessert, sondern auch die Abkühlung nicht belasteter Stellen und die Leistung der das Getriebeöl fördernden Pumpe reduziert und der Wirkungsgrad des Getriebes verbessert werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind als Betriebszustände des Getriebes unterschiedliche Last- und/oder Schaltzustände und/oder Temperaturen erfassbar. Je nach Last- oder Schaltzustand sind erfindungsgemäß vor allem leistungsführende Verzahnungen, Lamellen und Axial-/Radiallager mit Getriebeöl zu beaufschlagen und in Abhängigkeit von den Temperaturen ist das Getriebeöl zum gezielten Erwärmen oder Kühlen dieser Stellen einzusetzen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist Getriebeöl gezielt zu Druckausgleichsräumen von Kupplungen automatisch schaltbarer Getriebe steuerbar. Bei ausreichender Spontaneität und Schaltqualität sind nur die Druckausgleichsräume der Kupplungen für die nächste in Frage kommende Schaltung befüllt zu halten. Erfindungsgemäß kann auf die Befüllung der Druckausgleichsräume von Kupplungen, die für die nächste Schaltung nicht in Frage kommen, gezielt verzichtet und so die umlaufende Ölmenge reduziert werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weisen die steuerbaren Verteilereinrichtungen mindestens eine Ventilschaltung mit druckabhängigen Ventilen auf, die zur Getriebeölzuschaltung mit den Drücken der jeweils geschalteten Kupplungen ausgelöst werden. Nachgeschalteter erhöhter Kupplungshaltedruck nach einer Schaltung kann zur Abschaltung der jeweils nur während der Schaltung benötigten Getriebeölmenge an dem relevanten Lamellenpaket herangezogen werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die steuerbare Verteilereinrichtung als elektronisch geschaltete Ventilschaltung ausgebildet.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind Abzweigungen mit Blenden an Zuleitungen zu den Kolbenräumen der Kupplungen und/oder an den Kolbenräu men der Kupplungen vorgesehen, aus denen insbesondere Lamellen aber auch Verzahnungen und/oder Axial-/Radiallager und/oder Druckausgleichsräume des Getriebes beim Schalten der Kupplung direkt mit Getriebeöl als Kühl- oder Wärmemittel gang- und/oder schaltungsabhängig beaufschlagbar sind, so daß gang- und/oder schaltungsabhängig gezieltes Kühlen oder Wärmen leistungsführender Lamellen aber auch Verzahnungen und/oder Axial-/Radiallager des Getriebes ohne zusätzliche Ventile erfolgen kann. Diese Blenden können z. B. durch lange Bohrungen den Durchfluß viskositätsabhängig beeinflussen (bei hohen Temperaturen erhöhte Kühlölmenge).

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Einrichtungen zum Erfassen von Betriebszuständen des Getriebes mit temperatursensierenden Ventilen mit Bimetall-, Gedächtnismetall- und Halbleitersensorelementen ausgebildet.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die temperatursensierenden Ventile in einem hydraulischen Steuergerät des erfindungsgemäßen Steuerungssystems für Getriebeöl, den Zuleitungen oder direkt an den zu kühlenden Lamellen, Verzahnungen und/oder an den Axial-/ Radiallagern des Getriebes angeordnet, wobei vorrangig die Anordnung im hydraulischen Steuergerät ist. Dies können auch Blenden sein, deren Gestaltung zu einem viskositätsabhängigen und damit temperaturabhängigen Durchflußwiderstand führt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Teil des Getriebeöls als Wärmemittel bei niedrigen Temperaturen im hydraulischen Steuergerät direkt von der Pumpendruckseite zur Pumpensaugseite rückführbar, um so die Menge des zu fördernden Getriebeöls zu reduzieren. Direkte Rückführung des nicht benötigten Getriebeöls an die Saugseite führt zu geringerer Ansaugung von kaltem Sumpföl und damit zu wärmerem Getriebeöl.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind bei niedrigen Temperaturen nicht zu wärmende Lamellen, Verzahnungen und/oder Axial-/Radiallager von der Beaufschlagung mit Getriebeöl als Wärmemittel abkoppelbar, so daß vorzugsweise gleichzeitig mit der Rückführung eines Teils des Getriebeöls als Wärmemittel bei niedrigen Temperaturen im hydraulischen Steuergerät direkt zur Pumpe die zu versorgenden Stellen mit unveränderter Getriebeölmenge beaufschlagt werden und dadurch die umlaufende Getriebeölmenge reduziert wird und so eine schnellere Erwärmung des umlaufenden Getriebeöls und der relevanten Verluststellen erreicht wird. Wenn die zu fördernde Menge des Getriebeöls nicht reduziert werden kann, weil im warmen Zustand oder konstruktionsbedingt eine unveränderte Menge des Hydrauliköls erhalten bleiben muß, so kann zwar die Pumpengröße nicht reduziert werden, aber es kann dadurch dennoch eine schnellere Erwärmung der relevanten Verluststellen erreicht werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein gegenüber dem Schaltdruck erhöhter Kupplungshaltedruck vorgesehen, wobei diese Druckdifferenz das Getriebeöl so steuert, dass es nur während der Schaltung gezielt zu Lamellen und Druckausgleichsräumen des Getriebes gelangt.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben.

Ein automatisch schaltbares Getriebe mit Druckausgleichsräumen für Kupplungen weist eine elektronisch geschaltete Ventilschaltung auf, um bedarfsabhängig, z. B. während des Schaltens oder gangabhängig, Getriebeöl zu leistungsführenden Lamellen, Druckausgleichsräumen an Rückseiten von Kolben der Kupplungen zur Vermeidung von Rotationsabhängigkeit, oder auch zu Verzahnungen und/oder Axial-/ Radiallagern eines automatisch schaltbaren Getriebes zu lenken. Lamellen brauchen, eventuell mit einer kurzen Nachlaufzeit, nur während der Schaltung mit Getriebeöl beaufschlagt zu werden.
Druckausgleichsräume und Lamellen sind schaltungsabhängig, Verzahnungen und/oder Axial-/Radiallager sind last- und gangabhängig mit Getriebeöl zu beaufschlagen zum Wärmen bis 60° C oder Kühlen ab Betriebstemperatur.
Die Druckausgleichsräume der Kupplungen müssen vor dem Schalten mit Getriebeöl gefüllt sein. Für ausreichende Spontaneität und Schaltqualität sind nur die Druckausgleichsräume der Kupplungen für die nächste in Frage kommende Schaltung befüllt zu halten. Druckausgleichsräume von Kupplungen, die für die nächste Schaltung nicht in Frage kommen, werden nicht befüllt gehalten.
Schalten der Kupplungen erfolgt bei Drücken von 2 – 4 bar, der nachgeschaltete Kupplungshaltedruck reicht bis 6 bar. Druckabhängige Ventile werden zur Getriebeölzuschaltung mit den Drücken der jeweils geschalteten Kupplungen ausgelöst, wobei der erhöhte nachgeschaltete Kupplungshaltedruck nach einer Schaltung zur Abschaltung der jeweils nur für die Schaltung benötigten Getriebeölmenge an dem relevanten Lamellenpaket heranziehbar ist.
Blenden an Abzweigungen von Zuleitungen zu Kolbenräumen der Kupplungen und/oder an den Kolbenräumen der Kupplungen beaufschlagen gangabhängig Lamellen aber auch Verzahnungen und/oder Axial-/Radiallager und/oder Druckausgleichsräume des Getriebes beim Schalten der Kupplung direkt mit Getriebeöl als Kühl- oder Wärmemittel, so daß gangabhängig und/oder schaltungsabhängig gezieltes Kühlen oder Wärmen leistungsführender Lamellen aber auch Verzahnungen und/oder Axial-/Radiallager des Getriebes ohne zusätzliche Ventile erfolgen kann.
Temperatursensierende Ventile mit Bimetall-, Gedächtnismetall- und/oder Halbleitersensorelementen sind in einem hydraulischen Steuergerät des Steuerungssystems an den Zuleitungen oder direkt an den zu kühlenden Lamellen, Verzahnungen und/oder an den Axial-/Radiallagern des Getriebes angeordnet. Ein Teil des Getriebeöls als Wärmemittel wird bei niedrigen Temperaturen im hydraulischen Steuergerät direkt von der Pumpendruckseite zur Pumpensaugseite zurückgeführt, um so die Menge des umlaufenden Getriebeöls zu reduzieren. Bei niedrigen Temperaturen sind nicht zu wärmende Lamellen, Verzahnungen und/oder Axial-/Radiallager von der Beaufschlagung mit Getriebeöl als Wärmemittel abkoppelbar, so daß gleichzeitig mit der Rückführung eines Teils des Getriebeöls als Wärmemittel bei niedrigen Temperaturen im hydraulischen Steuergerät direkt zur Pumpe die zu versorgenden Stellen mit unveränderter Getriebeölmenge beaufschlagt werden und dadurch die umlaufende Getriebeölmenge reduziert und so eine schnellere Erwärmung des umlaufenden Getriebeöls und der relevanten Verluststellen erreicht wird.

Claims

Steuerungssystem für Getriebeöl eines schaltbaren Getriebes, insbesondere eines automatisch schaltbaren Getriebes von Kraftfahrzeugen, mit Einrichtungen zum Erfassen von Betriebszuständen des Getriebes und steuerbaren Verteilereinrichtungen für das Getriebeöl, von denen zumindest ein Teil des Getriebeöls als Kühl- oder Wärmemittel des Getriebes in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Getriebes gezielt zu Komponenten des Getriebes steuerbar ist.
Steuerungssystem gemäß Anspruch 1; dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebszustände des Getriebes unterschiedliche Last- und/oder Schaltzustände und/oder Gangzustände und/oder Temperaturen erfassbar sind.
Steuerungssystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Getriebeöl gezielt zu Druckausgleichsräumen von Kupplungen des Getriebes, Verzahnungen, Lamellen und/oder Axial-/Radiallagern des Getriebes steuerbar ist.
Steuerungssystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die steuerbaren Verteilereinrichtungen mindestens eine Ventilschaltung mit druckabhängigen Ventilen aufweisen, die zur Getriebeölzuschaltung mit den Drücken der jeweils schaltenden oder geschalteten Kupplungen ausgelöst werden.
Steuerungssystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die steuerbare Verteilereinrichtung als elektronisch geschaltete Ventilschaltung ausgebildet ist.
Steuerungssystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Blenden an Abzweigungen von Zuleitungen zu Kolbenräumen der Kupplungen und/oder von den Kolbenräumen der Kupplungen vorgesehen sind, aus denen insbesondere Lamellen aber auch Verzahnungen und/oder Axial-/Radiallager und/oder Druckausgleichsräume des Getriebes beim Schalten der Kupplung direkt mit Getriebeöl als Kühl- oder Wärmemittel gangabhängig und/oder schaltungsabhängig beaufschlagbar sind.
Steuerungssystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zum Erfassen von Betriebszuständen des Getriebes mit temperatursensierenden Ventilen ausgebildet sind.
Steuerungssystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die temperatursensierenden Ventile in einem hydraulischen Steuergerät, in den Zuleitungen oder direkt an zu kühlenden Lamellen, Verzahnungen und/oder Axial-/Radiallager des Getriebes angeordnet sind.
Steuerungssystem gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Getriebeöls bei niedrigen Temperaturen direkt von der Pumpendruckseite zur Pumpensaugseite zurückführbar ist.
Steuerungssystem gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei niedrigen Temperaturen nicht zu wärmende Lamellen, Verzahnungen und/oder Axial-/ Radiallager von der Beaufschlagung mit Getriebeöl als Wärmemittel abkoppelbar sind.
Steuerungssystem gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein gegenüber dem Schaltdruck erhöhter Kupplungshaltedruck vorgesehen ist und diese Druckdifferenz heranziehbar ist, daß Getriebeöl nur während der Schaltung gezielt zu Lamellen und Druckausgleichsräumen des Getriebes steuerbar ist.