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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der US-Patentanmeldung Nr. 62/148,785, die am 17. April 2015 eingereicht wurde, und die ausdrücklich in ihrer Gesamtheit durch Verweis hierin aufgenommen ist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Antriebsstrangsysteme und insbesondere ein Wegeventil für ein Mehrdruck-Hydrauliksteuersystem für ein Antriebsstrangsystem.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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Herkömmliche Fahrzeugantriebsstrangsysteme, die im Stand der Technik bekannt sind, umfassen in der Regel einen Motor in drehender Verbindung mit einem Getriebe. Der Motor erzeugt Drehmoment, das selektiv auf das Getriebe übertragen wird, das wiederum Drehmoment an ein oder mehrere Räder überträgt. Das Getriebe vervielfacht Drehzahl und Drehmoment, die durch den Motor erzeugt werden, über eine Reihe von vorbestimmten Zahnradsätzen, wobei ein Wechsel zwischen den Zahnradsätzen dem Fahrzeug ermöglicht, mit unterschiedlichen Fahrzeuggeschwindigkeiten für eine gegebene Motordrehzahl zu fahren. Somit sind die Zahnradsätze des Getriebes so ausgestaltet, dass der Motor mit speziellen gewünschten Drehzahlen betrieben wird, um die Leistung und Effizienz zu optimieren.
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Neben dem Wechseln zwischen den Zahnradsätzen oder Gängen wird das Automatikgetriebe auch verwendet, um den Eingriff mit dem Motor zu modulieren, wodurch das Getriebe selektiv den Eingriff mit dem Motor steuern kann, um den Fahrzeugbetrieb zu vereinfachen. Als Beispiel wird die Drehmomentübertragung zwischen dem Motor und dem Automatikgetriebe in der Regel unterbrochen, während das Fahrzeug abgestellt oder im Leerlauf ist, oder wenn das Getriebe zwischen den Gängen schaltet. Bei herkömmlichen Automatikgetrieben erfolgt die Modulation über eine hydrodynamische Vorrichtung, wie etwa einen hydraulischen Drehmomentwandler. Moderne Automatikgetriebe können den Drehmomentwandler jedoch durch eine oder mehrere elektronisch und/oder hydraulisch betätigte Kupplungen ersetzen (in der Technik manchmal als "Doppelkupplungs-"Automatikgetriebe bezeichnet). Automatikgetriebe werden in der Regel unter Verwendung von Hydraulikfluid gesteuert und umfassen eine Pumpenanordnung, ein oder mehrere Elektromagnetventile und ein elektronisches Steuergerät. Die Pumpenanordnung stellt eine Quelle für Fluidleistung an die Elektromagnetventile bereit, die ihrerseits durch das Steuergerät betätigt werden, um selektiv Hydraulikfluid durch das Automatikgetriebe zu leiten, um die Modulation des Drehmoments zu steuern, das durch den Motor erzeugt wird. Die Elektromagnetventile werden in der Regel auch verwendet, um zwischen den Gängen des Automatikgetriebes zu schalten, und können auch verwendet werden, um Hydraulikfluid zu steuern, das zur Kühlung und/oder Schmierung verschiedener Komponenten des Getriebes während des Betriebs verwendet wird.
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In Abhängigkeit von der spezifischen Konfiguration des Automatikgetriebes, kann die Kupplungsmodulation und/oder Gangwechsel es erfordern, dass die Pumpenanordnung betrieben wird, um Hydraulikfluid mit relativ großen Größenordnungen mit Druck zu beaufschlagen. Umgekehrt erfordern die Schmierung und/oder Kühlung in der Regel einen wesentlich niedrigeren Hydraulikfluiddruck, wobei ein zu hoher Druck einen negativen Effekt auf den Betrieb und/oder die Effizienz des Getriebes hat. Außerdem erwärmt sich das Hydraulikfluid während des Betriebs des Automatikgetriebes, und Temperaturveränderungen des Hydraulikfluids führen zu einer entsprechenden Änderung der Viskosität des Hydraulikfluids. Wo ein spezieller Hydraulikdruck nötig ist, um das Getriebe richtig zu betreiben, variiert somit das Hydraulikfluidvolumen, das erforderlich ist, um den notwendigen Hydraulikdruck zu erzielen, mit der Betriebstemperatur. Ferner ist die Fluidströmung proportional zu der Pumpendrehzahl, wo die Pumpenanordnung durch den Antriebsstrang angetrieben wird. Da die Fluidströmung mit steigender Drehzahl ebenfalls zunimmt, muss unter bestimmten Betriebsbedingungen ein beträchtliches Fluidvolumen, das durch die Pumpenanordnung verdrängt wird, umgewälzt werden, um die richtigen Fluidströmungs- und Druckanforderungen im gesamten Automatikgetriebe aufrecht zu erhalten, was zu unvorteilhaften parasitären Verlusten und damit geringer Effizienz führt.
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Alle Komponenten und Systeme des vorstehend beschriebenen Typs müssen zusammenwirken, um effektiv die Übertragung von Drehmoment von dem Motor an die Räder des Fahrzeugs zu modulieren. Außerdem müssen alle Komponenten und Systeme so ausgelegt werden, dass sie nicht nur eine verbesserte Leistung und Effizienz ermöglichen, sondern auch die Kosten und Komplexität der Herstellung der Fahrzeuge verringern.
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Die Effizienz des Hydrauliksteuersystems für ein Antriebsstrangsystem kann durch Verwendung einer oder mehrerer Pumpen mit mehreren Ausgabeanschlüssen verbessert werden, die unterschiedliche Abschnitte des Antriebsstrangsystems mit Fluid speisen, das unterschiedliche Druckpegel und unterschiedliche Strömungsraten aufweist. Es herrscht in der Technik jedoch Bedarf nach einem Wegeventil, das die Ausgaben von einer oder mehreren Pumpen selektiv kombiniert oder trennt, um die Strömungsanforderungen aller Abschnitte des Systems bei allen gegebenen Betriebsbedingungen zu erfüllen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung stellt ein Wegeventil zur Verwendung mit einem Mehrdruck-Hydrauliksteuersystem eines Fahrzeug-Antriebsstrangsystems bereit. Das Wegeventil umfasst ein Ventilelement, das zumindest drei separate Ausgänge von Fluid erhält, das durch zumindest eine Pumpe gepumpt wird, um zu ermöglichen, dass die zumindest drei separaten Ausgänge selektiv kombiniert und/oder getrennt werden können. Das Ventilelement ist zwischen zumindest drei Stellungen beweglich, die Fluidausgänge mit einem hohen Fluiddruck, einem mittleren Fluiddruck und einem niedrigen Fluiddruck als Fluiddrücke an einen oder mehrere Abschnitte des Hydrauliksteuersystems erzeugen.
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Außerdem stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Steuerung eines Wegeventils eines Mehrdruck-Hydrauliksteuersystem eines Fahrzeugantriebsstrangsystems bereit. Das Verfahren umfasst als Schritte das Bereitstellen eines Wegeventils mit einem Ventilelement, das zwischen zumindest drei Stellungen beweglich ist. Das Verfahren umfasst als Schritte auch das Erhalten von zumindest drei separaten Ausgängen von Fluid, das von zumindest einer Pumpe gepumpt wird, durch das Ventilelement, und das Bewegen des Ventilelements zwischen den zumindest drei Stellungen, um Fluidausgänge mit einem hohen Fluiddruck, einem mittleren Fluiddruck, und einem niedrigen Fluiddruck an einen oder mehrere Abschnitte des Hydrauliksteuersystems zu erzeugen.
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Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass ein neues Wegeventil für ein Mehrdruck-Hydrauliksteuersystem bereitgestellt wird, das verwendet wird, um selektiv die mehreren Strömungszweige mit unterschiedlichen Druckpegeln mit gleichen oder unterschiedlichen Strömungsraten für das Hydrauliksteuersystem zu kombinieren und zu trennen. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Effizienz des Mehrdruck-Hydrauliksteuersystems für ein Antriebsstrangsystem durch die Verwendung eines solchen Wegeventils und einer oder mehreren Pumpen mit mehreren Druck- und Strömungsraten verbessert wird. Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das Wegeventil es erlaubt, die Ausgänge der Pumpe(n) selektiv zu kombinieren oder zu trennen, um die Strömungsanforderungen aller Abschnitte des Systems bei allen gegebenen Betriebsbedingungen zu erfüllen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden deutlich werden, wenn dieselbe unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen verständlich gemacht wird. In diesen zeigt/zeigen:
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1 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugantriebsstrangsystems mit einem Wegeventil gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines Mehrdruck-Hydrauliksteuersystems zur Verwendung mit dem Wegeventil von 1; und
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3 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines Mehrdruck-Hydrauliksteuersystems zur Verwendung mit dem Wegeventil von 1.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen gleiche Bezugszahlen verwendet werden, um die gleiche Struktur zu bezeichnen, sofern nichts anderes angegeben wird, wird in 1 bei 10 schematisch ein Fahrzeugantriebsstrang veranschaulicht. Das Antriebsstrangsystem 10 umfasst einen Motor 12 in drehender Verbindung mit einem Automatikgetriebe 14. Der Motor 12 erzeugt Drehmoment, das selektiv auf das Automatikgetriebe 14 übertragen wird, das wiederum Drehmoment an ein oder mehrere Räder überträgt, die allgemein bei 16 angezeigt sind. Zu diesem Zweck überträgt ein Paar von stufenlos variablen Gelenken 18 Drehmoment von dem Automatikgetriebe 14 auf die Räder 16. Es sollte klar sein, dass der Motor 12 und das Automatikgetriebe 14 von 1 von dem Typ sind, der in einem herkömmlichen Antriebsstrangsystem 10 ”mit Vorderrad-Querantrieb” eingesetzt wird. Es sollte auch klar sein, dass der Motor 12 und/oder das Automatikgetriebe 14, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, von einem beliebigen geeigneten Typ sein und auf beliebige geeignete Weise konfiguriert sein könnten, die ausreichend ist, um Drehmoment zu erzeugen und zu übertragen, um das Fahrzeug anzutreiben.
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Das Automatikgetriebe
14 vervielfacht die Drehzahl und das Drehmoment, die durch den Motor
12 erzeugt werden, durch eine Reihe von vorbestimmten Zahnradsätzen oder Gängen
20 (nicht im Detail dargestellt, aber im Stand der Technik allgemein bekannt), wobei das Wechseln zwischen den Zahnradsätzen
20 dem Fahrzeug ermöglicht, bei einer gegebenen Drehzahl des Motors
12 mit unterschiedlichen Fahrzeuggeschwindigkeiten zu fahren. Somit sind die Zahnradsätze
20 des Automatikgetriebes
14 so ausgestaltet, dass der Motor
12 mit speziellen gewünschten Drehzahlen betrieben wird, um die Leistung und Effizienz des Fahrzeugs zu optimieren. Zusätzlich zum Umschalten zwischen den Zahnradsätzen
20 wird das Automatikgetriebe
14 auch verwendet, um den Eingriff mit dem Motor
12 zu modulieren, wobei das Automatikgetriebe
12 selektiv den Eingriff mit dem Motor
12 steuern kann, um den Fahrzeugbetrieb zu ermöglichen. Als Beispiel wird die Drehmomentübertragung zwischen dem Motor
12 und dem Automatikgetriebe
14 in der Regel unterbrochen, während das Fahrzeug abgestellt oder im Leerlauf ist, oder wenn das Automatikgetriebe
14 zwischen den Zahnradsätzen oder Gängen
20 schaltet. In dem Automatikgetriebe
14 wird die Modulation des Drehmoments zwischen dem Motor
12 und dem Automatikgetriebe
14 über eine hydrodynamische Vorrichtung erreicht, etwa einen hydraulischen Drehmomentwandler (nicht dargestellt, aber im Stand der Technik allgemein bekannt). Ein Beispiel für ein Automatikgetriebe
14 ist in dem
US-Patent Nr. 8,375,816 an Braford, Jr., offenbart, dessen Offenbarung in ihrer Gesamtheit durch Verweis hierin aufgenommen ist. Es sollte klar sein, dass das Automatikgetriebe
14 zur Verwendung mit Fahrzeugen wie Kraftfahrzeugen geeignet ist, jedoch in Verbindung mit jedem geeigneten Fahrzeug verwendet werden könnte.
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Unabhängig von der konkreten Konfiguration des Antriebsstrangsystems 10 wird das Automatikgetriebe 14 in der Regel unter Verwendung von Hydraulikfluid gesteuert. Insbesondere wird das Automatikgetriebe 14 unter Verwendung von Hydraulikfluid gekühlt, geschmiert, betätigt und zur Modulation des Drehmoments eingesetzt. Zu diesen Zwecken umfasst das Automatikgetriebe 14 in der Regel ein Steuergerät 24 in elektrischer Verbindung mit einem oder mehreren Elektromagneten 26 (siehe 1), die verwendet werden, um die Fluidströmung innerhalb des Getriebes 14 zu leiten, zu steuern oder auf andere Weise zu regulieren, wie im Folgenden noch detaillierter beschrieben wird. Um den Fluss von Hydraulikfluid innerhalb des Automatikgetriebes 14 zu erleichtern, umfasst das Antriebsstrangsystem 10 zumindest eine oder mehrere Pumpen, die allgemein bei 28 angezeigt sind. In einer Ausführungsform kann die Pumpe 28 eine Verdrängungspumpenanordnung sein, wie sie in der DKT14308A offenbart ist, die in ihrer Gesamtheit durch Verweis hierin aufgenommen ist. Es sollte klar sein, dass eine Pumpe 28 mit drei Ausgängen, drei unabhängige Pumpen 28 oder drei koaxial angetriebene Pumpen 28, oder eine beliebige Kombination von Pumpen 28 verwendet werden können, die jeweils drei separate Ausgangsanschlüsse aufweist/aufweisen.
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Die Pumpe 28 ist dazu geeignet, eine Fluidleistungsquelle für das Antriebsstrangsystem 10 bereitzustellen. Insbesondere stellt die Pumpe 28 Fluidleistung an verschiedene Positionen und Komponenten des Automatikgetriebes 14 bereit, wie im Folgenden noch detaillierter beschrieben wird. Während die Pumpe 28 hierin so beschrieben wird, dass sie Fluidleistung an das Automatikgetriebe 14 des Antriebsstrangsystems 10 bereitstellt, wird der Fachmann erkennen, dass die Pumpe 28 in Verbindung mit jedem geeigneten Teil des Antriebsstrangsystems 10 verwendet werden könnte, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Als nicht einschränkendes Beispiel könnte die Pumpe 28 der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um eine Fluidleistungsquelle für den Motor 12, ein Verteilergetriebe (nicht dargestellt, aber im Stand der Technik allgemein bekannt), oder eine beliebige andere Komponente oder System des Antriebsstrangsystems 10 bereitzustellen, die Fluid zur Schmierung, Kühlung, Steuerung, Betätigung und/oder Modulation einsetzt.
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In einer Ausführungsform umfasst die Pumpe 28 einen Stator 30 mit einer Kammer und ein drehbares Pumpenelement 34, das in der Kammer des Stators 30 angeordnet ist (2). Das Pumpenelement 34 ist in einer drehmomentübertragenden Beziehung mit dem Antriebsstrangsystem 10 angeordnet. Insbesondere empfängt das Pumpenelement 34 Drehmoment von einer Antriebsmaschine 36 (nicht im Detail dargestellt, aber im Stand der Technik allgemein bekannt) des Antriebsstrangsystems 10. In der hierin veranschaulichten repräsentativen Ausführungsform ist das Pumpenelement 34 mit einer Eingangswelle 37 gekoppelt, die ihrerseits in Drehverbindung mit der Antriebsmaschine 36 angeordnet ist. Der gewöhnliche Fachmann wird jedoch erkennen, dass die Pumpe 28 anders ausgestaltet sein könnte, mit oder ohne die Verwendung einer Eingangswelle 37, ohne dabei vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Außerdem sollte klar sein, dass das Pumpenelement 34 Drehmoment von dem Antriebsstrangsystem 10 auch auf eine Reihe von unterschiedlichen Wegen erhalten könnte. Als nicht einschränkendes Beispiel könnte das Pumpenelement 34 direkt mit der Antriebsmaschine 36 gekoppelt sein, oder ein oder mehrere Getriebezüge (nicht im Detail dargestellt, aber im Stand der Technik allgemein bekannt) könnten zwischen dem Pumpenelement 34 und der Antriebsmaschine 36 angeordnet sein, um die Drehzahl und das Drehmoment dazwischen einzustellen.
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In der hierin veranschaulichten repräsentativen Ausführungsform ist die Pumpe 28 in Drehverbindung mit der Antriebsmaschine 36 angeordnet, die in dem Automatikgetriebe 14 getragen wird. Der gewöhnliche Fachmann wird jedoch erkennen, dass die Antriebsmaschine 36 durch eine beliebige geeignete Komponente des Antriebsstrangsystems 10 verwirklicht sein könnte, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Als nicht einschränkendes Beispiel könnte die Antriebsmaschine 36 als eine Welle verwirklicht sein, die in Drehverbindung mit dem Motor 12 und/oder dem Automatikgetriebe 14 getragen wird, oder die Antriebsmaschine 36 könnte eine Welle eines Elektromotors sein (nicht dargestellt, aber im Stand der Technik allgemein bekannt).
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Wie bereits erwähnt umfasst jede Pumpe 28 zumindest eine Einlassregion oder einen Einlassanschluss 40 zur Aufnahme von Fluid, das durch das Pumpenelement 34 gepumpt werden soll, und zumindest eine Ausgaberegion oder einen Ausgabeanschluss 42 zur Ausgabe von Fluid, das durch das Pumpenelement 34 gepumpt wird. In einer Ausführungsform, die in 2 veranschaulicht wird, weist eine einzelne Pumpe 28 eine Einlassregion 40 und drei Ausgaberegionen 42 auf. Die Drehung des Pumpenelements 34 innerhalb der Kammer verdrängt Fluid, so dass jede der Ausgaberegionen 42 eine jeweils separate Fluidleistungsquelle für das Antriebsstrangsystem 10 bereitstellt. Es sollte klar sein, dass die Pumpe 28 auf eine Reihe von unterschiedlichen Wegen ausgestaltet sein kann.
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Wie oben angemerkt betrifft die vorliegende Erfindung ein Wegeventil 78 gemäß der vorliegenden Erfindung für ein Mehrdruck-Hydrauliksteuersystem, das allgemein bei 66 angezeigt ist, zur Verwendung mit dem Automatikgetriebe 14. Das Mehrdruck-Hydrauliksteuersystem 66 leitet oder steuert auf andere Weise die Fluidleistung von den Ausgaberegionen 42 der Pumpe 28 zu dem Antriebsstrangsystem 10, wie im Folgenden noch detaillierter beschrieben wird. Es sollte klar sein, dass das Mehrdruck-Hydrauliksteuersystem 66 auf eine Reihe von unterschiedlichen Wegen ausgestaltet sein kann, um Fluid an das Automatikgetriebe 14 zu leiten. Als nicht einschränkendes Beispiel werden hierin zwei unterschiedliche Ausführungsformen des Mehrdruck-Hydrauliksteuersystems 66 zur Verwendung mit dem Wegeventil 78 beschrieben, die jeweils dazu ausgestaltet sind, Fluid auf unterschiedlichen Wegen an das Automatikgetriebe 14 zu leiten. Zur Verdeutlichung und aus Konsistenzgründen bezieht sich die folgende Erörterung des Mehrdruck-Hydrauliksteuersystems 66, sofern nichts anderes angegeben wird, auf eine erste Ausführungsform des Mehrdruck-Hydrauliksteuersystems 66 zur Verwendung mit dem Wegeventil 78, wie in 2 gezeigt.
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Nun Bezug nehmend auf 2 wird eine erste Ausführungsform des Mehrdruck-Hydrauliksteuersystems 66, des Wegeventils 78 und der Pumpe 28 in Verbindung mit dem Automatikgetriebe 14 gezeigt. Wie vorstehend erwähnt setzt das Automatikgetriebe 14 Hydraulikfluid zur Schmierung, Betätigung, Modulation und/oder Steuerung ein. Zu diesem Zweck umfasst das Automatikgetriebe 14 einen ersten Betätigungsabschnitt oder -kreis 68, einen zweiten Betätigungsabschnitt oder -kreis 70 und einen Schmierungs-/Kühlungsabschnitt oder -kreis 72. Der erste Betätigungskreis 68 wird verwendet, um selektiv ein Stellglied, etwa eine Kupplung, in einem Stufen-Automatikgetriebe zu betätigen. Der zweite Betätigungskreis 70 wird verwendet, um selektiv ein Stellglied, etwa einen Drehmomentwandler, in einem Stufen-Automatikgetriebe zu betätigen. Der Schmierungs-/Kühlungskreis 72 wird zur Kühlung und Schmierung an anderen Stellen innerhalb des Automatikgetriebes 14 verwendet, etwa Wellen, Lager, Zahnräder und dgl. (nicht im Detail dargestellt, aber im Stand der Technik allgemein bekannt). Der Fachmann wird erkennen, dass es eine Reihe von unterschiedlichen Wegen gibt, in der die vorstehend beschriebenen Kreise 68, 70, 72 ausgestaltet sein können. Somit wird jeder der Kreise 68, 70, 72 nur ganz allgemein dargestellt. Außerdem sollte klar sein, dass das Mehrdruck-Hydrauliksteuersystem 66 und Wegeventil 78 verwendet werden könnten, um Fluidleistung an eine beliebige geeignete Anzahl von Kreisen zu liefern, die auf beliebige geeignete Weise und für jeden beliebigen Zweck innerhalb des Antriebsstrangsystems 10 ausgestaltet sein könnten, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Während die hierin veranschaulichten repräsentativen Ausführungsformen das Mehrdruck-Hydrauliksteuersystem 66 und Wegeventil 78 so beschreiben, dass es mit Hydraulikfluid in dem Automatikgetriebe 14 verwendet wird, sollte klar sein, dass das Mehrdruck-Hydrauliksteuersystem 66, das Wegeventil 78 und die Pumpe 28 in ähnlicher Weise dazu geeignet sein können, einen beliebigen geeigneten Typ von Fluid zu verdrängen oder an beliebige geeignete Komponenten oder Systeme des Antriebsstrangsystems 10 eines beliebigen geeigneten Typs oder einer beliebigen geeigneten Konfiguration zu leiten, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Der Fachmann wird erkennen, dass jeder der Kreise 68, 70, 72 jeweils unterschiedliche Druck- und/oder Strömungsanforderungen aufweisen kann. In einer Ausführungsform erfordert das Mehrdruck-Hydrauliksteuersystem 66 drei unterschiedliche Druckpegel. Als nicht einschränkendes Beispiel erfordert in der hierin beschriebenen repräsentativen Ausführungsform des Mehrdruck-Hydrauliksteuersystems 66 der erste Betätigungskreis 68 einen relativ hohen oder ersten Hydraulikfluiddruck (zum Beispiel ~15–20 bar). Dieser Druck kann in dem Automatikgetriebe 14 zum Beispiel für einen Variator eines kontinuierlich variablen (automatischen) Getriebes oder für Kupplungs- und Zahnradbetätigungssysteme für ein Doppelkupplungs-Automatikgetriebe oder ein Stufen-Automatikgetriebe erforderlich sein. Dieser Abschnitt des Systems erfordert oft nur eine geringe Strömungsrate an Fluid in stabilen Betriebszuständen, jedoch hohe Strömungsraten an Fluid, wenn Betätigungsvorgänge durchgeführt werden. Der zweite Betätigungskreis 70 erfordert einen mittleren oder zweiten Hydraulikfluiddruck (zum Beispiel ~2 bar). Dieser Druck kann in dem Automatikgetriebe 14 zum Beispiel für einen Drehmomentwandler in einem kontinuierlich variablen Automatikgetriebe oder einem Stufen-Automatikgetriebe, oder für den Kupplungskühlungsabschnitt des Kreises für ein Doppelkupplungs-Automatikgetriebe oder ein Stufen-Automatikgetriebe erforderlich sein. Ähnlich wie der Hochdruckkreis erfordert dieser Abschnitt gewöhnlich nur eine geringe Fluidströmungsrate im Normalbetrieb. Während oder nach den Schaltereignissen mit hoher Energie (oder Startvorgängen) erfordert die Kupplung eine hohe Strömungsrate (von bis zu 20 l/min), um sicherzustellen, dass die Temperatur der Reibungsschnittstelle rasch verringert wird. Der Schmierungs-/Kühlungskreis 72 erfordert einen niedrigen oder dritten Hydraulikfluiddruck (zum Beispiel < 0,5 bar) zur Kühlung und Schmierung. Dieser Druck kann in dem Automatikgetriebe 14 zum Beispiel für einen Variator oder eine Ketten-/Riemen-Schmierung in einem kontinuierlich variablen (automatischen) Getriebe, oder zur Schmierung des Getriebekastens in einem Doppelkupplungs-Automatikgetriebe oder einem Stufen-Automatikgetriebe erforderlich sein. Es sollte klar sein, dass dieser Abschnitt des Systems eine Strömungsrate erfordert, die von der Drehzahl, dem Drehmoment und der Temperatur abhängig ist, bei welchen das Automatikgetriebe 14 betrieben wird.
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Um die konkurrierenden Strömungs- und Druckanforderungen der Kreise 68, 70, 72 zu bewältigen, umfasst das Mehrdruck-Hydrauliksteuersystem 66 Fluidleitungen, die allgemein bei 76 angezeigt sind, sowie ein Wege- oder Schaltventil gemäß der vorliegenden Erfindung, das allgemein mit 78 angezeigt ist, die mit der Pumpe 28 zusammenwirken. Eine Fluidleitung 76A der Fluidleitungen 76, auch als die Hauptleitung bezeichnet, ist in Fluidverbindung mit einer der Ausgaberegionen 42 der Pumpe 28, dem Wegeventil 78 und dem ersten Betätigungskreis 68 angeordnet. Der erste Betätigungskreis 68 hat die höchsten relativen Hydraulikfluid-Druckanforderungen des Automatikgetriebes 14. Eine weitere Fluidleitung 76B der Fluidleitungen 76 ist in Fluidverbindung mit dem Wegeventil 78 und dem zweiten Betätigungskreis 70 angeordnet. Der zweite Betätigungskreis 70 weist mittlere Hydraulikfluid-Druckanforderungen des Automatikgetriebes 14 auf. Noch eine weitere Fluidleitung 76C ist in Fluidverbindung mit dem Wegeventil 78 und dem Schmierungs-/Kühlungskreis 72 angeordnet. Der Schmierungs-/Kühlungskreis 72 weist die niedrigsten Hydraulikfluid-Druckanforderungen des Automatikgetriebes 14 auf. Es sollte klar sein, dass die Fluidleitungen 76 auf beliebige geeignete Weise definiert sein und in Fluidverbindung mit beliebigen geeigneten Komponenten oder Kreisen des Mehrdruck-Hydrauliksteuersystems 66 angeordnet sein könnten, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Das Wegeventil 78 umfasst ein bewegliches Ventilelement 80 mit zumindest drei Stellungen, etwa einer ersten Stellung, einer zweiten Stellung und einer dritten Stellung. In einer Ausführungsform ist das Wege- oder Schaltventil 78 gemäß der vorliegenden Erfindung ein Sechswege-Dreistellungsventil. An einem Ende des Wegeventils 78 ist das Ventilelement 80 durch eine Feder 82 und ein mögliches Drucksignal vorgespannt. An dem anderen Ende des Wegeventils 78 weist das Ventilelement 80 einen Hydraulikeinlass 83 auf, der durch ein weiteres Signal gesteuert wird, das ein Drucksignal von einem weiteren Elektromagnet 26 oder ein elektrisches Signal sein kann. Wenn in dieser Ausführungsform das Ventilelement 80 des Wegeventils 78 in der ersten oder rechten Stellung ist, wird Fluidleistung von einer der Ausgaberegionen 42 zu der Fluidleitung 76A geleitet, und Fluidleistung von den anderen beiden Ausgaberegionen 42 wird von der Fluidleitung 76A weg geleitet, um den niedrigen oder dritten Hydraulikfluiddruck bereitzustellen. Wenn das Ventilelement 80 des Wegeventils 78 in der zweiten oder mittleren Stellung ist, wird Fluidleistung von zwei der Ausgaberegionen 42 zu der Fluidleitung 76A geleitet, und Fluidleistung von der anderen Ausgaberegion 42 wird von der Fluidleitung 76A weg geleitet, um den mittleren oder zweiten Hydraulikfluiddruck bereitzustellen. Wenn das Ventilelement 80 des Wegeventils 78 in der dritten oder linken Stellung ist, wird Fluidleistung von allen drei der Ausgaberegionen 42 zu der Fluidleitung 76A geleitet, um den hohen oder ersten Hydraulikfluiddruck bereitzustellen. Das Ventilelement 80 des Wegeventils 78 ist selektiv zwischen den Stellungen beweglich, um die Strömung von Fluidleistung von den Ausgaberegionen 42 der Pumpe 28 zu der Fluidleitung 76A zu steuern. Es sollte klar sein, dass das Wegeventil 78 die Fähigkeit hat, selektiv die drei Ausgänge der Pumpe 28 zu steuern, um die Strömungs- und Druckanforderungen aller Abschnitte des Mehrdruck-Hydrauliksteuersystems 66 zu erfüllen, und gleichzeitig jegliche Energieverschwendung zu minimieren.
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Wie aus der folgenden Beschreibung deutlich wird, ermöglichen die Stellungen des Ventilelements 80 des oben beschriebenen Schaltventils 78 der Pumpe 28, selektiv Fluidleistung von den drei Ausgaberegionen 42 auf bestimmte Arten zu kombinieren und/oder zu trennen, um den richtigen Hydraulikfluiddruck in der Fluidleitung 76A unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen des Automatikgetriebes 14 sicherzustellen. In der beispielhaften Ausführungsform der oben beschriebenen und in 2 veranschaulichten Stellungen leitet das Wegeventil 78 des Mehrdruck-Hydrauliksteuersystems 66 Fluidleistung von allen drei Ausgaberegionen 42 an die Fluidleitung 76A, wenn das Ventilelement 80 des Wegeventils 78 in der dritten Stellung ist. Der gewöhnliche Fachmann wird jedoch erkennen, dass das Automatikgetriebe 14 und/oder Mehrdruck-Hydrauliksteuersystem 66 in Abhängigkeit von der speziellen Anwendung auch wesentlich andere Betriebsanforderungen haben könnten. Es sollte klar sein, dass das Wegeventil 78 mit einer beliebigen geeigneten Anzahl von Stellungen ausgestaltet werden könnte, die dazu geeignet sind, Fluid von der Pumpe 28 in einer Reihe von unterschiedlichen Wegen zu leiten, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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In einer Ausführungsform umfasst das Mehrdruck-Hydrauliksteuersystem 66 einen Sumpf 84, um eine Hydraulikfluidquelle für die Einlassregion(en) 40 der Pumpe 28 bereitzustellen. Insbesondere ist der Sumpf 84 dazu geeignet, nicht druckbeaufschlagtes Hydraulikfluid zu speichern, und ist dazu angeordnet, in Fluidverbindung mit allen Einlassregionen 40 der Pumpe 28 zu stehen. Während jedoch das hierin abgebildete Mehrdruck-Hydrauliksteuersystem 66 einen gemeinsamen Sumpf 84 für alle Einlassregionen 40 einsetzt, sollte klar sein, dass eine Vielzahl von Sümpfen 84 eingesetzt werden könnte. Als nicht einschränkendes Beispiel könnte jede Einlassregion 40 in Fluidverbindung mit einem anderen Sumpf angeordnet sein (nicht dargestellt, aber im Stand der Technik allgemein bekannt). In einer Ausführungsform wird, wenn das Ventilelement 80 des Wegeventils 78 in der ersten Stellung und/oder der zweiten Stellung ist, Fluidleistung zumindest zum Teil in den Sumpf 84 geleitet. In ähnlicher Weise wird, wenn das Ventilelement 80 des Wegeventils 78 in der ersten Stellung und/oder der zweiten Stellung ist, Fluidleistung zumindest zum Teil an den ersten Betätigungskreis 70 und/oder den Schmierungs-/Kühlungskreis 72 geleitet.
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Wie vorstehend erwähnt leitet das Wegeventil 78 des Mehrdruck-Hydrauliksteuersystems 66 Hydraulikfluid von einem gemeinsamen Sumpf 84 weg. Um eine lange Lebensdauer des Automatikgetriebes 14 sicherzustellen, kann ein Ansaugfilter 86 in Fluidverbindung zwischen dem Sumpf 84 und der oder den Einlassregionen 40 der Pumpe 28 angeordnet sein. Der Ansaugfilter 86 schützt die Pumpe 28 vor Partikeln und anderen Verunreinigungen, die sich in dem Hydraulikfluid ansammeln können. In ähnlicher Weise kann ein Druckfilter (nicht dargestellt) zwischen dem Wegeventil 78 und einem oder mehreren der Kreise 68, 70, 72 angeordnet sein, um zusätzlichen Filterschutz gegen Verunreinigungen, etwa in dem Hydraulikfluid durch die Pumpe 28 abgelagerte Partikel, bereitzustellen. In ähnlicher Weise können ein oder mehrere Zusatzfilter (nicht dargestellt) verwendet werden, um die Elektromagnetventile 26 vor Verunreinigungen zu schützen.
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Wie vorstehend erwähnt kann das Mehrdruck-Hydrauliksteuersystem 66 ein Steuergerät 24 in elektrischer Verbindung mit einem oder mehreren Elektromagnetventilen 26 umfassen, die verwendet werden, um das Wegeventil 78 zu steuern. Das Steuergerät 24 steuert über das Elektromagnetventil 26 das Wegeventil 78, wobei das Elektromagnetventil 26 in Fluidverbindung zwischen der Fluidleitung 76A und dem Hydraulikeinlass 83 angeordnet ist. Insbesondere ist in dieser Ausführungsform das Elektromagnetventil 26 als ein Proportional-Elektromagnetventil verwirklicht, das dazu geeignet ist, das Ventilelement 80 des Wegeventils 78 zwischen den Stellungen zu bewegen. Zu diesem Zweck ist das Steuergerät 24 dazu geeignet, das Proportional-Elektromagnetventil so zu betätigen, dass es das Wegeventil 78 selektiv zwischen den Stellungen bewegt. Während hier ein Ventil vom Proportionaltyp beschrieben wird, sollte klar sein, dass viele unterschiedliche Typen von Elektromagnetventilen 26 im verwandten Stand der Technik bekannt sind. Somit könnte das Proportionalventil ein beliebiger geeigneter Typ sein, der auf beliebige geeignete Weise gesteuert wird, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Als nicht einschränkendes Beispiel sind im Stand der Technik Elektromagnetventile 26 bekannt, die zyklusgesteuert sind, etwa durch Pulsbreitenmodulation (PWM), oder eine variable Stellungsfunktionalität aufweisen können und etwa durch einen Schrittmotor oder einen zusätzlichen Elektromagnet gesteuert werden (nicht dargestellt, aber im Stand der Technik allgemein bekannt).
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Das Steuergerät 24, das manchmal auch als ”elektronisches Steuermodul" bezeichnet wird, kann auch verwendet werden, um andere Komponenten des Automatikgetriebes 14 zu steuern. Ferner umfasst in einer Ausführungsform das Mehrdruck-Hydrauliksteuersystem 66 zumindest einen Sensor 96, der in Fluidverbindung mit der Fluidleitung 76A und in elektrischer Verbindung mit dem Steuergerät 24 angeordnet ist (die elektrische Verbindung ist nicht im Detail dargestellt, aber im Stand der Technik allgemein bekannt). Der Sensor 96 erzeugt ein Signal, das zumindest eines von Hydraulikdruck, Temperatur, Viskosität und/oder Strömungsrate darstellt. Das Steuergerät 24 kann dazu ausgestaltet sein, den Sensor 96 zu überwachen, um das Wegeventil 78 zwischen den Stellungen zu bewegen. In einer Ausführungsform ist der Sensor 96 ein Druckmesswandler zur Erzeugung eines Signals, das den in der Fluidleitung 76A herrschenden Hydraulikfluiddruck darstellt. Obwohl in der hierin veranschaulichten repräsentativen Ausführungsform ein einzelner Sensor 96 eingesetzt wird, sollte klar sein, dass das Mehrdruck-Hydrauliksteuersystem 66 eine beliebige geeignete Anzahl von Sensoren von einem beliebigen geeigneten Typ umfassen könnte, die auf beliebige geeignete Weise angeordnet sein können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Die Stellungen für die Fluidströmung des in
2 veranschaulichten Wegeventils
78 können wie folgt zusammengefasst werden:
| Zustand Wegeventil | P1 | P2 | P2 |
| Linke Stellung | Stellglied 1 | Stellglied 1 | Stellglied 1 |
| Mittlere Stellung | Stellglied 1 | Stellglied 1 | Schmieren/Kühlen |
| Rechte Stellung | Stellglied 1 | Sumpf | Schmieren/Kühlen |
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Wie vorstehend erwähnt wird eine zweite Ausführungsform des Mehrdruck-Hydrauliksteuersystems 66 zur Verwendung mit dem Wegeventil 78 der vorliegenden Erfindung in 3 gezeigt. In der folgenden Beschreibung werden ähnliche Komponenten der zweiten Ausführungsform des Mehrdruck-Hydrauliksteuersystems mit denselben Bezugszeichen versehen, die in Verbindung mit der ersten Ausführungsform des Mehrdruck-Hydrauliksteuersystems 66 verwendet werden, und unterschiedliche Komponenten sind mit Bezugszeichen versehen, die um hundert (100) erweitert sind.
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Nun Bezug nehmend auf 3 umfasst die zweite Ausführungsform des Hydrauliksteuersystems 166 Fluidleitungen 176, das Wegeventil 178 und einen Akkumulator 198, der in Fluidverbindung mit der Fluidleitung 176B angeordnet ist, um druckbeaufschlagtes Hydraulikfluid zu speichern. Insbesondere ist der Akkumulator 198 dazu geeignet, Hydraulikfluid unter bestimmten Betriebsbedingungen des Automatikgetriebes 14 zu speichern, so dass druckbeaufschlagte Fluidenergie in der Folge an der Fluidleitung 176B unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen des Automatikgetriebes 14 verfügbar gemacht werden kann. Der Akkumulator 198 ist ein herkömmlicher gasgeladener Hydraulikakkumulator; der Fachmann wird jedoch erkennen, dass der Akkumulator 198 von einem beliebigen geeigneten Typ sein könnte, oder auch ganz weggelassen werden könnte, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. In einer Ausführungsform wird ein Akkumulator-Rückschlagventil 200 verwendet, um das Zurückfließen von Fluid von dem Akkumulator 198 zu dem Sumpf 184 sowie von dem Akkumulator 198 zu dem Schaltventil 178 zu verhindern. Es sollte klar sein, dass das Wegeventil 178 das Ventilelement 180, die Feder 182 und den hydraulischen Schaltereinlass 183 umfasst, und das Ventilelement 180 zumindest drei Stellungen aufweist. Es sollte auch klar sein, dass der Betrieb des Wegeventils 178 ähnlich erfolgt wie beim Wegeventil 78, mit Ausnahme der unten zusammengefassten Stellungen, die die Fluidströmung in dem Mehrdruck-Hydrauliksteuerkreis 166 leiten.
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Die Stellungen für die Fluidströmung des in
3 veranschaulichten Wegeventils
178 können wie folgt zusammengefasst werden:
| Zustand Wegeventil | P1 | P2 | P2 |
| Linke Stellung | Stellglied 2 | Stellglied 1 | Schmieren/Kühlen |
| Mittlere Stellung | Schmieren/Kühlen | Schmieren/Kühlen | Schmieren/Kühlen |
| Rechte Stellung | Stellglied 2 | Sumpf | Schmieren/Kühlen |
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Die Erfindung wurde hierin rein zur Veranschaulichung beschrieben. Es sollte jedoch klar sein, dass die verwendete Terminologie rein deskriptiv und keinesfalls einschränkend gemeint ist.
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Im Licht der oben angeführten Lehren sind verschiedene Abwandlungen und Variationen der vorliegenden Erfindung möglich. Daher kann die Erfindung innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche auf andere Weise praktisch umgesetzt werden, als dies in der Beschreibung beschrieben wurde.
