DE19542653C2 - Automatikgetriebe für ein motorbetriebenes Fahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Automatikgetriebe für ein motorbe­ triebenes Fahrzeug mit einem Getriebegehäuse und einem Wand­ abschnitt, der das Getriebegehäuse von einem Drehmomentwandler trennt, mit einer als Drehkolbenpumpe ausgebildeten Steuer­ pumpe, die vom Motor direkt angetrieben wird, um das Automa­ tikgetriebe mit einem Schmierfluid und einem Steuerfluid zu versorgen, wobei die Pumpe einen Saugkanal und einen Druck­ kanal aufweist, und mit Steuerventilen zum Erzeugen eines gewünschten Förderdrucks der Hydraulikflüssigkeit.

Das Automatikgetriebe eines Fahrzeugs ist mit einer Hydrau­ likpumpe ausgerüstet, die von einem Fahrzeugmotor angetrieben wird, um einen Steuerdruck zu erzeugen. Die Hydraulikflüssig­ keit wird Druckregelventilen in der hydraulischen Steuervor­ richtung zugeführt, um definierte Druckverhältnisse zu erhal­ ten. Diese unter Druck stehende Flüssigkeit wird einem Dreh­ momentwandler, Steuerventilen, Kupplungen, Bremsen und geschmierten Bereichen zugeführt, um verschiedene Funktionen beim Gangwechsel auszuführen. Da die Hydraulikpumpe direkt von dem Motor angetrieben wird und die Pumpenfördermenge von der Motordrehzahl abhängig ist, ist es somit vom Gesichtspunkt des Kraftstoffverbrauchs erwünscht, daß stets nur die benötigte Menge des Hydraulikfluids gefördert wird, und zwar besonders im hohen Drehzahlbereich des Motors.

Hinsichtlich der Steuervorrichtung für die Fördermenge der Hydraulikpumpe zeigt z. B. die nichtgeprüfte JP-Patentanmel­ dung Toku-Kai-Sho 58-204986 eine hydraulische Verstellpumpe.

Ferner zeigt die nichtgeprüfte JP-GM-Anmeldung Jitsu-Kai-Sho 63-69791 eine kombinierte Technik mit einer hydraulischen Konstantpumpe und einem Fördermengenregelventil.

Die hydraulische Verstellpumpe gemäß der erstgenannten Veröf­ fentlichung umfaßt eine Flügelzellenpumpe und einen Exzenter­ steuermechanismus. Dabei ist in einem Gehäuse eine Vielzahl von Flügeln an einem Rotor vorgesehen, der von dem Motor ge­ dreht wird, und ein Nockenring ist um den Rotor herum exzen­ trisch vorgesehen. In dem Rotor sind ferner ein Flügelring und der Nockenring exzentrisch vorgesehen, und die Flügel sind zwischen dem Nockenring und dem Flügelring angeordnet. Der Nockenring wird von einer Rückstellfeder vorgespannt, und ein Steuerkolben ist an der Rückstellfeder anliegend vorgesehen. Eine Hydraulikdruckkammer ist hinter dem Steuerkolben vorge­ sehen, um ihm durch ein Druckregelventil einen Steuerdruck zuzuführen.

Wenn der Rotor von dem Motor gedreht wird, wird Hydraulikfluid durch eine Saugöffnung angesaugt und verdichtetes Hydraulik­ fluid gefördert. Wenn in diesem Moment der Steuerkolben auf­ grund des niedrigen Steuerdrucks zurückgeht, wird die Exzen­ trizität des Nockenrings am größten, und infolgedessen wird die Fördermenge erhöht. Wenn ferner die Fördermenge der Pumpe aufgrund der Erhöhung der Motordrehzahl zunimmt, steigt der Steuerdruck infolge des erhöhten Hauptleitungsdrucks durch den Betrieb des Druckregelventils an. Deshalb wird der Nockenring von dem Steuerkolben verschoben, und seine Exzentrizität wird allmählich verringert. Somit wird die Fördermenge der Pumpe herabgesetzt und so gesteuert, daß sie konstant ist, wenn die Drehzahl der Pumpe einen bestimmten Wert erreicht oder darüberliegt.

Bei der Kombination aus Konstantpumpe und Fördermengenregel­ ventil gemäß der zweiten Veröffentlichung ist das Fördermen­ genregelventil an der Druckseite der Innenzahnradpumpe so angeordnet, daß eine Bypassleitung geöffnet oder geschlossen wird, indem ein Kolben durch die Druckdifferenz zwischen dem saug- und dem druckseitigen Bereich bewegt wird. Wenn die Fördermenge entsprechend der Motordrehzahl ansteigt, bewegt sich der Kolben, so daß die Bypassleitung geöffnet und ein Teil des Hydraulikfluids zur Saugseite umgeleitet wird, so daß die Fördermenge konstant gehalten wird.

Da jedoch bei dem erstgenannten Stand der Technik der Nocken­ ring und der Exzentersteuermechanismus des Steuerkolbens groß ausgelegt sind, sind die Kosten der Vorrichtung hoch, und es wird viel Platz dafür benötigt. Insbesondere bei einem längs angebrachten Automatikgetriebe, bei dem ein Antriebsritzel eines Vorderachsdifferentials von einem Wandbereich getragen wird, an dem die Hydraulikpumpe vorgesehen ist, muß es möglich sein, gleichzeitig die Hydraulikkreise und das Ritzellager unterzubringen. Dadurch wird die Raumnutzung noch schwieriger. Bei dieser Art von Automatikgetriebe wird außerdem auf den Wandbereich eine große Schubkraft aufgebracht, und zwar wegen des Eingriffs des Hypoid-Zahnrads des Vorderachsdifferentials mit dem Antriebsritzel. Um eine Beschädigung oder einen Abrieb der Pumpe aufgrund der Formänderung des Wandbereiches, die durch diese große Schubkraft bewirkt wird, zu vermeiden, ist es erforderlich, ausreichende Festigkeit dadurch zu gewähr­ leisten, daß für das gesamte Gehäuse des Automatikgetriebes einschließlich des Wandbereiches Stahlwerkstoff verwendet wird. Dadurch wird das Automatikgetriebe größer und hat hö­ heres Gewicht.

Da ferner der Nockenring gleitbar mit dem Steuerkolben ver­ bunden ist, wird in bestimmten Bereichen eine große Reibungs­ kraft erzeugt. Da der Steuerkolben drei Dichtringe hat, kann der Kolben nicht gleichmäßig bewegt werden. Wenn der Kolben ferner über lange Zeit unter den hohen Temperaturbedingungen betrieben wird, nimmt die Dichtfähigkeit ab, was zu einem ge­ ringen Pumpenwirkungsgrad führt.

Aus der DE 43 19 495 A1 ist eine spezielle Regeleinrichtung für eine hydraulische Servolenkvorrichtung bekannt. Dort ist ein Druckregelventil vorgesehen, welches in Abhängigkeit eines Steuerventils auch bei höheren Motordrehzahlen den Pumpen­ förderdruck konstant hält. Bei niedrigen Drehzahlen stellt das Druckregelventil einen zur jeweiligen Pumpenleistung propor­ tionalen Steuerdruck bereit, welcher einen im Steuerventil angeordneten Steuerschieber entgegen einer Federkraft ver­ schiebt, so daß die über einen Bypass dem Zuführkanal zuge­ führte Hydraulikfluidmenge sich mit steigender Pumpenleistung erhöht.

Die US 3,824,041 lehrt das Vorsehen einer Zwischeneinspeisung des Hydraulikfluids in den Pumpenarbeitsraum mit dem Ziel, den Pumpenlärm, d. h. die durch die Pumpe erzeugten Geräusche zu reduzieren.

Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein weiterentwickeltes Automatikgetriebe für ein motorbetriebenes Fahrzeug anzugeben, wobei die Hydraulik­ einrichtung des Getriebes, insbesondere ein vorgesehenes Bypassventil und eine Hydraulikpumpe, möglichst kompakt und wartungsfreundlich im Getriebe anzuordnen sind.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Gegen­ stand in seiner Definition nach Patentanspruch 1, wobei der Unteranspruch eine zweckmäßige Ausgestaltung und Weiterbildung umfaßt.

Erfindungsgemäß wird ein Pumpengehäuse durch einen Wandab­ schnitt des Getriebes und einen mit diesem verschraubten Pumpendeckel gebildet, wobei der Steuerschieber eines der Steuerventile im Pumpengehäuse angeordnet ist und mit im Pumpendeckel vorgesehenen Steueröffnungen zusammenwirkt. Weiterhin sind Bypass-Kanäle im Pumpendeckel sowie Teile des Saug- und Druckkanals in dem vorgenannten Wandabschnitt und im Pumpendeckel angeordnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beilie­ genden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1 eine hydraulische Schaltung für die Steuerung einer Pumpe für ein Automatikgetriebe;

Fig. 2 eine Fördercharakteristik einer Hydraulikpumpe;

Fig. 3A eine Draufsicht auf einen Pumpendeckel;

Fig. 3B eine Draufsicht auf einen Wandbreich; und

Fig. 4 ein Schema eines Automatikgetriebes.

Unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird ein Beispiel eines Automa­ tikgetriebes beschrieben, bei dem die Steuervorrichtung ange­ wandt wird.

Das Automatikgetriebe umfaßt ein Drehmomentwandlergehäuse 1, ein Differentialgehäuse 2, ein Getriebegehäuse 3, einen Gehäuseaufsatz 4 und eine Ölwanne 5.

10 ist ein Motor, dessen Kurbelwelle 11 mit einem Drehmoment­ wandler 13 verbunden ist, der mit einer Drehmomentwandler- Überbrückungskupplung 12 ausgerüstet ist. Eine Eingangswelle 14 von dem Drehmomentwandler 13 ist in ein Automatikgetriebe 30 im Getriebegehäuse 3 geführt. Eine Getriebeabtriebswelle 15 ist koaxial mit der Eingangswelle 14 aus dem Hinterende des Automatikgetriebes 30 herausgeführt.

Ferner ist ein Pumpendeckel 45 in einem Wandbereich 3a vorge­ sehen, der mit dem Getriebegehäuse 3 verbunden und an dem Vorderende des Automatikgetriebes 30 angeordnet ist, und eine Steuerpumpe 50 ist in den Wandbereich 3a eingebaut. Die Steuerpumpe 50 wird von der Antriebskraft des Motors über eine Pumpenantriebswelle 46 angetrieben, die mit einem Pumpenrad­ deckel 13a des Drehmomentwandlers 13 verbunden ist. Das von der Steuerpumpe 50 geförderte Hydraulikfluid wird einem Steuerventilkörper 47 zugeführt, der in der Ölwanne 5 aufge­ nommen ist.

In dem Wandbereich 3a ist ein Lager 25 mit großem Durchmesser nahe der Zahnradpumpe vorgesehen, und das Lager 25 nimmt ein Antriebsritzel 16a drehbar auf, das mit einem Tellerrad 19a des Vorderachsdifferentials 19 in Eingriff ist.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird eine Ausführungsform der Steuervorrichtung für die Pumpenfördermenge beschrieben. Die Steuervorrichtung A für die Pumpenfördermenge besteht aus der Pumpe 50, die eine Konstantpumpe ist, und einem Fördermengen­ regelventil 70. Die Pumpe 50 ist eine Innenzahnradpumpe mit einem inneren Rotor 51 und einem äußeren Rotor 52. Beide Rotoren 51, 52 sind in der Ausnehmung 53 des Wandbereiches 3a aufgenommen. Die Pumpenantriebswelle 46 ist mit dem inneren Rotor 51 verbunden. Eine Saugöffnung 55 der Pumpe 50 steht mit der Ölwanne 5 durch einen Ölkanal 57 in Verbindung, und die Förderöffnung 56 ist mit einem Druckregelventil 60 über einen Ölkanal 59 verbunden.

Das Druckregelventil 60 ist so aufgebaut, daß der Pumpenför­ derdruck PL auf eine Seite eines Schiebers 61 aufgebracht wird und eine Federkraft Fs und ein Steuerdruck Pm auf die andere Seite des Schiebers 61 aufgebracht werden, so daß ein bestimmter Förderdruck PL erzeugt wird. Außerdem wird das Druckregelventil 60 betätigt, um einen hohen Steuerdruck Pfb durch Vergrößern eines Verbindungsbereichs zwischen Öffnungen 62 und 63 dann zu erzeugen, wenn der Pumpenförderdruck hoch wird.

Die Förderöffnung 56 der Pumpe 50 ist mit einem Fördermengen­ regelventil 70 über einen Bypasskanal 64, 65 in Verbindung, und das Fördermengenregelventil 70 ist mit der Saugöffnung 55 der Pumpe 50 über den Bypasskanal 64, 65 in Verbindung. Wenn die Pumpe 50 eine große Zähnezahl besitzt, um die Fördermenge zu erhöhen, tritt eine Kavitation auf, weil es für das Hydraulikfluid schwierig ist, bei hoher Geschwindigkeit in den Mittelbereich der Zahnbreite einzutreten. Bei dieser Aus­ führungsform ist der Bypasskanal 65 mit einem Bereich nahe der Saugöffnung 55 in Verbindung, und dadurch wird das unter Druck stehende Hydraulikfluid in den Mittelbereich der Zahnbreite des Raums 54 eingeleitet, um das Auftreten von Kavitation zu vermeiden.

Das Fördermengenregelventil 70 ist ein Schaltventil, bei dem ein Schieber 71 mit der Kraft einer Feder 72 von der einen Seite beaufschlagt wird und von der anderen Seite ein Steuer­ druck Pfb einer Druckkammer 73 durch einen Ölkanal 66 aufge­ bracht wird. Dabei wird der Schieber 71 durch die Kräftedif­ ferenz aus Pfb . D (D = Fläche, auf die der Steuerdruck Pfb zur Wirkung gebracht wird) und der Federkraft Fs verschoben, um die Verbindung zwischen einer Öffnung 74 des Bypasskanals 64 und einer Öffnung 75 des Bypasskanals 65 durch Öffnen oder Schließen der Öffnung 74 zu regeln.

Als nächstes wird der Betrieb dieser Ausführungsform erläu­ tert.

Wenn der Motor in Betrieb ist, wird dessen Betriebsleistung auf den inneren Rotor 51 der Pumpe 50 über die Pumpenan­ triebswelle 46 übertragen, und somit werden der innere Rotor 51 und der äußere Rotor 52 gedreht, während diese miteinander in Eingriff sind. Das Hydraulikfluid in der Ölwanne 5 wird durch die zunehmende Vergrößerung des Raums 54 über die Saugöffnung 55 angesaugt und anschließend durch Verkleinerung des Pumpenraums 54 über die Förderöffnung 56 abgegeben. Wenn die Motordrehzahl N niedrig ist, ist die Fördermenge Q klein, und der Förderdruck Pp ist niedrig, und mit zunehmender Motordrehzahl N wird die Fördermenge Q (ebenso wie der Förderdruck Pp) größer, wie Fig. 2 zeigt.

Das aus der Förderöffnung 56 austretende Hydraulikfluid wird zum Druckregelventil 60 und zum Fördermengenregelventil 70 geführt. In dem Druckregelventil 60 wird der Pumpenförderdruck PL gedrosselt und ein Steuerdruck Pfb erzeugt. Der Pumpenförderdruck PL wird, wie bereits erwähnt, für die Steuerung des Fördermengenregelventils genutzt.

Wenn bei niedriger Drehzahl und hoher Last des Motors ein hoher Druck PL erzeugt wird, ist der Steuerdruck Pfb sehr klein. In dem Fördermengenregelventil 70 wird der Schieber 71 durch die Vorspannkraft Fs nach links verschoben, wie Fig. 1 zeigt, um die Öffnung 74 zu schließen, so daß die Rückführung der Pumpenfördermenge gesperrt wird.

Im Hochgeschwindigkeitszustand dagegen, wenn die Motordrehzahl N zunimmt, ist auch der Steuerdruck Pfb vom Druckregelventil 70 hoch. Zu diesem Zeitpunkt wird die durch den Steuerdruck Pfb bewirkte Kraft in der Druckkammer 73 groß, und der Schieber 71 wird zur rechten Seite verschoben, wenn diese Kraft die Federkraft Fs bei einer bestimmten Motordrehzahl Ns übersteigt, und die Öffnung 74 wird geöffnet, um Hydraulikfluid durch den Bypasskanal 65 zu der Pumpe 50 rückzuführen und ab einer bestimmten Drehzahl Ns die Fördermenge der Pumpe auf einem angenähert gleichen Pegel zu halten, wie Fig. 2 zeigt.

In diesem Zustand wird die auf die Pumpe wirkende Last ent­ sprechend der rückgeführten Hydraulikfluidmenge verringert, und infolgedessen kann der Kraftstoffverbrauch des Motors verringert werden. Da ferner das rückgeführte Hydraulikfluid mit positivem Druck in den Mittelbereich der Zahnbreite eingeleitet wird, wird eine Kavitation verhindert, und der Pumpenlärm kann vermindert werden.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 3A und 3B wird nun beschrieben, wie die Zahnradpumpe 50 und das Fördermengenregelventil 70 in das Automatikgetriebe eingebaut sind.

Bei dieser Ausführungsform ist in dem Wandbereich 3a, der den Drehmomentwandler 12 von dem Automatikgetriebe 30 trennt, eine zylinderartige Ausnehmung 53 mit einem Boden geformt. Die Saugöffnung 55 und die Förderöffnung 56 sind an dem Wand­ bereich 3a und an dem Pumpendeckel 45 ausgebildet. Das För­ dermengenregelventil 70 ist nahe der Verdichtungsbeginnseite der Förderöffnung 56 in der Radialrichtung bei geöffneter Öffnung 74 angeordnet. In dem Wandbereich 3a sind ferner der Bypasskanal 64, der die Förderöffnung 56 mit dem Förder­ mengenregelventil 70 verbindet, und der Bypasskanal 65, der das Fördermengenregelventil 70 und die Saugöffnung 55 mitein­ ander verbindet, mit dem kürzesten Abstand voneinander ausge­ bildet, und an dem äußersten Bereich des Wandbereichs 3a ist der Ölkanal 66 zum Übertragen des Steuerdrucks Pfb vorgesehen.

Die Rotoren 51 und 52 werden in der Ausnehmung 53 des Wand­ bereich 3a angeordnet, dann wird der Pumpendeckel 45 auf den Wandbereich 3a aufgesetzt, und dann werden die Teile mit Ge­ windebolzen befestigt. Ferner wird ein Lager 25 zur Abstützung des Antriebsritzels 16a in das Loch 26 eingesetzt, das unter den Öffnungen 55 und 56 und zwischen ihnen in dem Wandab­ schnitt 3a vorgesehen ist. Da die von dem Antriebsritzel 16a auf das Lager 25 aufgebrachte Schubkraft von dem gesamten Körper des Wandbreichs 3a aufgenommen wird, wirkt sich die Schubkraft nicht auf die Zahnradpumpe 50 und das Förder­ mengenregelventil 70 aus.

Die hier beschriebene Hydraulikpumpe für das Automatikgetriebe ist zwar eine Zahnradpumpe, sie ist aber nicht darauf be­ schränkt. Jede andere Art von Pumpe, beispielsweise eine Flügelzellenpumpe, eine Rotorpumpe, eine Rollenzellenpumpe und dergleichen können verwendet werden.

Da die Steuervorrichtung für die Fördermenge der Hydraulik­ pumpe für das Automatikgetriebe von einem Bypasskanal zwischen der Förderöffnung und der Saugöffnung, einem Fördermengen­ regelventil in dem Bypasskanal und einem Druckregelventil zur Regelung des Fördermengenregelventils mit Hilfe von dessen Steuerdruck gebildet ist, kann die Fördermenge ordnungsgemäß gesteuert werden, und der Kraftstoffverbrauch des Motors kann herabgesetzt werden. Da außerdem diese Steuervorrichtung aus der konstruktiven Kombination von Pumpe und Fördermengen­ regelventil besteht, ist die technische Umsetzung sehr ein­ fach, so daß die Herstellungskosten niedrig sind. Ferner ist die Vorrichtung einfach und kompakt aufgebaut, so daß die Einbaufähigkeit der Vorrichtung und die Raumnutzung im Getriebegehäuse gut sind.

Die Steuervorrichtung für die Fördermenge ist so aufgebaut, daß das unter Druck stehende Hydraulikfluid zu einem Bereich nahe der Saugöffnung der Pumpe rückgeführt wird, und somit können auch Kavitationserscheinungen und daraus entstehender Pumpenlärm verhindert werden.

Claims (2)

1. Automatikgetriebe für ein motorbetriebenes Fahrzeug mit einem Getriebegehäuse (3) und einem Wandabschnitt (3a), der das Getriebegehäuse (3) von einem Drehmomentwandler (13) trennt, mit einer als Drehkolbenpumpe ausgebildeten Steuerpumpe (50), die von dem Motor (10) direkt angetrieben wird, um das Auto­ matikgetriebe mit einem Schmierfluid und einem Steuerfluid zu versorgen, wobei die Pumpe einen Saugkanal (55) und einen Druckkanal (56) aufweist, und mit Steuerventilen (60; 70) zum Erzeugen eines gewünschten Förderdrucks des Hydraulikfluids, weiterhin mit einem zwischen dem Saugkanal und dem Druckkanal der Steuerpumpe (50) angeordneten Zuführkanal, der einen Bypass (64, 65) mit dem Druckkanal (56) bildet, wobei der Steuer­ schieber (71) eines der Steuerventile die über den Bypass (64, 65) dem Zuführkanal zugeführte Hydraulikflüssigkeitsmenge mit steigender Pumpenleistung vergrößert,
wobei weiterhin ein Pumpengehäuse durch den Wandabschnitt (3a) und einen mit diesem verschraubten Pumpendeckel (45) gebildet, der Steuerschieber (71) im Pumpengehäuse angeordnet ist und mit im Pumpendeckel (45) vorgesehenen Steueröffnungen (74, 75) zusammenwirkt, und
wobei weiterhin die Bypass-Kanäle (64, 65) im Pumpendeckel (45) sowie Teile des Saug- und Druckkanals (55, 56) in dem Wandab­ schnitt (3a) und im Pumpendeckel (45) angeordnet sind.

2. Automatikgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber die Betriebsflüssigkeit so reguliert, daß die Fördermenge auf einem annähernd gleichen Wert gehalten wird, wenn die Motordrehzahl einen vorbestimmten Wert über­ schreitet.