DE19848935B4

DE19848935B4 - Automatgetriebe für Fahrzeuge mit einem hydrodynamischen Wandler

Info

Publication number: DE19848935B4
Application number: DE1998148935
Authority: DE
Inventors: Armin Gierling
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1998-10-23
Filing date: 1998-10-23
Publication date: 2013-11-07
Anticipated expiration: 2018-10-24
Also published as: DE19848935A1

Abstract

Automatgetriebe für Fahrzeuge mit einer Reibkupplung (23) zum Unterbrechen des Leistungsflusses des Getriebes, wobei die Übertragungsfähigkeit der Reibkupplung während des Stillstandes des Fahrzeugs bei angewählter Fahrposition eines Wählhebens des Getriebes von einer elektronischen Steuereinheit des Getriebes regelbar ist, und wobei ein Schlupfbetrieb der Reibkupplung (23) über ein Steuerventil (24) einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein der Reibkupplung (23) zugeführter Volumenstrom des Kühlöls des Getriebes direkt in Abhängigkeit des an der Reibkupplung (23) anliegenden Steuerdrucks und einer aktuellen Temperatur des Kühlöls über eine Steuereinrichtung derart variierbar ist, daß der Reibkupplung (23) während eines Schlupfbetriebs eine erhöhte Menge Kühlöl zugeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Automatgetriebe für Fahrzeuge mit einem hydrodynamischen Wandler nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Automatisch gesteuerte Getriebe werden in Kraftfahrzeugen immer häufiger eingesetzt. Hierbei kann es sich um Getriebe mit stufenlos veränderbarer Übersetzung oder um Stufengetriebe handeln, die unter Last oder mit Zugkraftunterbrechung schaltbar sind. Um den Komfort solcher Getriebe beim Anfahren und Ändern der Übersetzung in niedrigen Übersetzungsstufen komfortabler zu gestalten, wird in der Regel ein hydrodynamischer Wandler vorgesehen. Wegen des ungünstigen Wirkungsgrads des Wandlers ist diesem häufig eine Überbrückungskupplung zugeordnet, die in Betriebsbereichen zugeschaltet wird, wenn der Wandler nicht mehr benötigt wird. Im zugeschalteten Zustand überträgt die Überbrückungskupplung die Leistung von einer Antriebswelle des Wandlers auf eine Abtriebswelle.
Aufgrund der hydrodynamischen Drehmomentenübertragung im Wandler bei Leerlauf der Antriebsmaschine neigt das ungebremste, stillstehende Fahrzeug zum Kriechen, sobald über den Wählhebel des Getriebes eine Fahrposition angewählt wird. Die Kriechneigung ist besonders bei niedrigen Temperaturen ausgeprägt, wenn die Ölviskosität erhöht ist. Um die Kriechneigung zu vermeiden, wird unter den genannten Randbedingungen eine Reibungskupplung im Leistungsfluß des Getriebes geöffnet, so daß das Fahrzeug stehen bleibt. Zweckmäßigerweise wird die Reibkupplung jedoch nur soweit geöffnet, daß zwar das Kriechen vermieden wird, jedoch die Reaktionszeit zum erneuten Schließen der Reibkupplung möglichst kurz ist. Dadurch wird der Fahrkomfort verbessert.
Die leicht geöffnete Reibkupplung schleift und verursacht Reibungsverluste, die die Temperatur an der Kupplung erhöhen. Dadurch kann je nach Dauer des Schleifens die Reibkupplung beschädigt werden.
Die DE 44 09 122 A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Schlupfsteuerung bei der Anfahrsteuerung, bei der eine Differenzdrehzahlregelung im Anfahrvorgang vorgeschlagen wird, welche eine leistungsgerechte Kupplungsdruckregelung bewirken soll. Um eine Überhitzung von Kupplungen bei einem Anfahrvorgang zu vermeiden, wird nach einem mathematischen Modell ein Belastungswert BINT ermittelt, welcher ein Maß für die momentane thermische Belastung der Kupplung ist. Für den Fall, dass der Belastungswert BINT einen vorgegebenen Maximalwert erreicht, wird die thermische Belastung der Reibkupplung durch Öffnen der Reibkupplung bis hin zu deren vollständiger Öffnung reduziert.
Nachteilig sind hierbei lange Reaktionszeiten bei einem erneuten Schließen der Kupplung.
Aus der DE 197 49 334 A1 ist weiterhin eine Schmiermittel-Steuervorrichtung für Automatikgetriebe bekannt, bei der zur Einstellung eines einer Reibkupplung zugeführten Schmiermittel- bzw. Kühlölvolumenstroms mathematisch ein Wärmewert einer Reibkupplung bestimmt wird, wobei eine wesentliche Größe die aus Temperaturmessungen im Kupplungsschmierungszulauf und Kupplungsschmierungsrücklauf gewonnene Schmieröltemperaturdifferenz darstellt. Bei einer aufgrund des Wärmewertes angenommenen Erhitzung der Kupplungen wird eine auf alle Kupplungen wirkende Schmierdruckanhebung bewirkt, wobei diese Schmierdruckanhebung unabhängig vom Kupplungsschaltdruck der jeweiligen Kupplung erfolgt.
Nachteilig ist hierbei, dass eine mathematische Wärmewertermittlung aufwändig und fehlerbehaftet ist, und eine pauschale Schmierdruckanhebung für alle Kupplungen zudem einen unerwünschten Wirkungsgradverlust zur Folge hat.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kühlung der Kupplung im Schlupfbetrieb sicherzustellen und im übrigen Wirkungsgradverluste zu vermeiden. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Nach der Erfindung wird der Reibkupplung während der Schlupfphase eine erhöhte Menge Kühlöl zugeführt. Dadurch wird zum einen sichergestellt, daß die Reibkupplung auch bei der erhöhten Belastung ausreichend gekühlt und geschmiert ist und somit einem geringen Verschleiß unterliegt und zum anderen die Wirkungsgradverluste, die üblicherweise mit einer verstärkten Kühlung und Schmierung zunehmen, gering gehalten werden, weil der erhöhte Kühlöldurchsatz auf den Bedarfsfall begrenzt ist.
Im Bedarfsfall wird zweckmäßigerweise die erhöhte Kühlölmenge über eine zusätzliche Leitung der Kupplung zugeführt, die von einem temperaturabhängigen Zuschaltventil mit steigender Öltemperatur zugeschaltet wird. Anstelle des temperaturabhängigen Zuschaltventils kann auch eine temperaturabhängige Blende vorgesehen werden, die mit steigender Öltemperatur ihren Durchflußquerschnitt vergrößert. Das Zuschaltventil und die Blende werden zweckmäßigerweise passiv betrieben, d. h., daß sie ein Thermoelement aus Bimetall oder Memorymetall besitzen, das vom Kühlöl an der Reibkupplung beaufschlagt wird. Zu diesem Zweck wird das Zuschaltventil oder die Blende nahe der Reibkupplung angeordnet. Sie können aber auch in eine hydraulische Getriebesteuerung integriert werden, sofern dafür Sorge getragen wird, daß sie von einem Kühlölstrom aus der Nähe der Reibkupplung beaufschlagt werden. Steigt die Kühlöltemperatur in Folge des Schlupfes der Reibkupplung über einen vorbestimmten Wert, spricht das Zuschaltventil bzw. die Blende an. Im übrigen können das Zuschaltventil bzw. die Blende auch aktiv über eine elektronische Getriebesteuerung in Abhängigkeit der Kühlöltemperatur angesteuert werden.
Der Kühlöldurchsatz kann ferner dadurch erhöht werden, daß ein temperaturabhängig gesteuertes Druckventil nahe der Reibkupplung den Druck des Kühlöls vor der Reibkupplung erhöht. Auch dieses Druckventil kann passiv über ein Thermoelement oder aktiv durch die elektronische Getriebesteuerung angesteuert werden.
In Ausgestaltung der Erfindung wird ferner vorgeschlagen, daß ein Zuschaltventil oder ein Druckventil angesteuert wird, sobald ein Steuerventil betätigt wird, das den Schlupf der Reibkupplung regelt. Das Steuersignal kann elektrisch oder hydraulisch erzeugt werden. Somit wird sichergestellt, daß die Reibkupplung während des Schlupfbetriebs eine erhöhte Kühlölmenge erhält. Dieser Steuerung kann eine temperaturabhängige Steuerung durch die elektronische Getriebesteuerung überlagert werden.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigt:
1 eine reduzierte schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Automatgetriebes mit einem temperaturabhängigen Zuschaltventil, soweit sie zum Verständnis der Erfindung erforderlich ist,
2 eine Variante zu 1 mit einer temperaturabhängigen Drosselstelle,
3 eine Variante zu 1 mit einem während des Schlupfbetriebs zuschaltbaren Zuschaltventil,
4 eine Variante zu 1 mit einem temperaturabhängigen Druckventil und
5 eine Variante mit einer Druckerhöhung während des Schlupfbetriebs.
Ein hydrodynamischer Wandler 1 besitzt ein Pumpenrad 2, das über ein Pumpengehäuse 9 mit einer Antriebswelle 7 verbunden ist. Das Pumpenrad 2 fördert im Kreislauf Öl über ein Leitrad 4 durch ein Turbinenrad 3. Dieses treibt eine Abtriebswelle 8 an. Das Leitrad 4 stützt sich über einen Freilauf 5 als Drehmomentenstütze im Gehäuse 6 ab.
Das Drucköl für den Wandler 1 und das nicht näher dargestellte Getriebe sowie das Schmier- und Kühlöl werden von einer regelbaren Pumpe 14 zur Verfügung gestellt, die von einem Motor 15 angetrieben wird und Öl aus einem Ölsumpf 12 über einen Ölfilter 13 ansaugt. Sie fördert das Öl über einen Anschluß 18 zu weiteren Niederdruckverbrauchern, während sie über ein Hochdruckventil 16 und eine Leitung 28 Öl zu einem Zulauf 10 des Wandlers 1 fördert. Das Hochdruckventil 16 ist über ein Druckregelventil 17 ansteuerbar. Ein Wandlersicherheitsventil 19 schützt den Wandler 1 gegen einen unzulässig hohen Überdruck. Von der Leitung 28 zweigt eine Leitung 31 zur Schmier- und Kühlölversorgung ab. Der Druck in der Leitung 31 wird gesteuert von einem Druckventil 20, hinter dem ein Rücklauf 11 des Wandlers 1 über eine Leitung 30 mit einem Rückschlagventil 21 einmündet. In der Leitung 31 ist ein Ölkühler 22 vorgesehen.
Die Leitung 31 verzweigt sich in Leitungen 32, 33, 34 für verschiedene Kühl- und Schmieraufgaben. Die Anzahl der Leitungen 32, 33, 34 richtet sich nach den Getriebeanforderungen, wobei die Leitung 34 hier exemplarisch als eine Leitung sämtliche Getriebeschmierstellen, außer der Kupplung 23, mit Öl versorgt. Die Leitung 33 vereinigt sich mit der Leitung 32 zu einer Leitung 35, die Schmier- und Kühlöl zu einer Reibkupplung 23 führt. Diese liegt im Leistungsfluß zwischen einer Antriebsmaschine und einer Getriebeausgangswelle und ist bei der Stellung eines nicht näher dargestellten Wählhebels in einer Fahrposition geschlossen.
Befindet sich die ebenfalls nicht näher dargestellte Antriebsmaschine im Leerlauf und steht das Fahrzeug, wird die Reibkupplung 23 durch ein Steuerventil 24 leicht geöffnet, um ein Kriechen des Fahrzeugs zu vermeiden, ohne eine Betriebsbremse stark betätigen zu müssen. Das Steuerventil 24 ist mit einer nicht näher dargestellten, elektronischen Steuereinheit des Getriebes verbunden, die Signale entsprechend den Randbedingungen erzeugt.
Durch das Schleifen der Reibkupplung 23 wird Reibungswärme erzeugt. Um die anfallende Wärme abzuführen, ohne während des übrigen Betriebs des Getriebes den Wirkungsgrad durch einen erhöhten Kühlöldurchsatz zu verschlechtern, ist in der zusätzlichen Leitung 32 ein Zuschaltventil 25 mit einem Thermoelement 36 in Form eines Bimetalls oder eines Memorymetalls vorgesehen, das die Leitung 32 der Leitung 33 zuschaltet, sobald die Öltemperatur ϑ einen vorgegebenen Wert überschreitet. Dazu ist es zweckmäßig, daß das Zuschaltventil 25 in der Nähe der Kupplung 23 angeordnet ist und das Thermoelement 36 vom Kühlöl der Reibkupplung 23 beaufschlagt wird. Schließt die Reibkupplung 23, fällt die Kühlöltemperatur wieder ab und das Zuschaltventil schließt die zusätzliche Leitung 32.
Das Steuerventil 24 kann auch extern von der elektronischen Getriebesteuerung in Abhängigkeit der Kühlöltemperatur ϑ angesteuert werden.
Anstelle des Zuschaltventils 25 kann eine temperaturabhängige Drosselstelle in Form einer Blende 26 vorgesehen werden (2). Sie wird im wesentlichen wie das Zuschaltventil 25 angesteuert und verändert den Durchflußquerschnitt durch die zusätzliche Leitung 32 in Abhängigkeit der Kühlöltemperatur ϑ.
Die Ausführung nach 3 unterscheidet sich von der Ausführung nach 1 dadurch, daß in der zusätzlichen Leitung 32 ein Zuschaltventil 39 vorgesehen ist, das in Abhängigkeit von der Betätigung des Steuerventils 24 aktiviert wird. Sobald durch das Steuerventil 24 die Reibkupplung 23 leicht öffnet, schaltet das Zuschaltventil 39 den Durchfluß durch die zusätzliche Leitung 32 auf, so daß zusätzliches Kühlöl zur Reibkupplung 23 gelangt. In 3 ist gezeigt, daß das Zuschaltventil 39 hydraulisch angesteuert wird. Es ist jedoch auch möglich, das Zuschaltventil 39 elektromagnetisch anzusteuern.
Bei den Ausführungen nach 5 und 6 entfällt die zusätzliche Leitung 32. Um den Kühlöldurchsatz durch die Reibkupplung 23 im Bedarfsfall zu erhöhen, wird der Druck p in der Leitung 31 entsprechend erhöht. Hierzu dient ein Druckventil 37 mit einem Thermoelement 27, das mit zunehmender Kühlöltemperatur an der Reibkupplung 23 den Druck P in der Leitung 31 erhöht. Das Ventil 37 kann aber auch von der elektronischen Getriebesteuereinheitabhängigkeit von der Kühlöltemperatur angesteuert werden.
Das Druckventil 38 (5) wird in ähnlicher Weise wie das Zuschaltventil 39 vom Steuerventil 24 angesteuert, so daß es den Druck p des Kühlöls in der Leitung 31 erhöht, sobald das Steuerventil 24 betätigt wird. Der von dem Steuerventil 24 abhängigen Ansteuerung des Druckventils 38 kann eine temperaturabhängige Ansteuerung von der elektronischen Steuereinheit des Getriebes überlagert sein. Eine solche überlagerte Ansteuerung kann auch bei dem Zuschaltventil 39 zweckmäßig sein.
Bezugszeichenliste

1: Wandler
2: Pumpenrad
3: Turbinenrad
4: Leitrad
5: Freilauf
6: Gehäuse
7: Antriebswelle
8: Abtriebswelle
9: Pumpengehäuse
10: Zulauf
11: Rücklauf
12: Ölsumpf
13: Ölfilter
14: Druckölpumpe
15: Pumpenmotor
16: Hochdruckventil
17: Druckregelventil
18: Anschluß
19: Wandlersicherheitsventil
20: Druckventil
21: Rückschlagventil
22: Ölkühler
23: Reibkupplung
24: Steuerventil
25: Zuschaltventil
26: Blende
27: Thermoelement
28: Leitung
30: Leitung
31: Leitung
32: Leitung
33: Leitung
34: Leitung
35: Leitung
36: Thermoelement
37: Druckventil
38: Druckventil
39: Zuschaltventil
ϑ: Kühlöltemperatur

Claims

Automatgetriebe für Fahrzeuge mit einer Reibkupplung (23) zum Unterbrechen des Leistungsflusses des Getriebes, wobei die Übertragungsfähigkeit der Reibkupplung während des Stillstandes des Fahrzeugs bei angewählter Fahrposition eines Wählhebens des Getriebes von einer elektronischen Steuereinheit des Getriebes regelbar ist, und wobei ein Schlupfbetrieb der Reibkupplung (23) über ein Steuerventil (24) einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein der Reibkupplung (23) zugeführter Volumenstrom des Kühlöls des Getriebes direkt in Abhängigkeit des an der Reibkupplung (23) anliegenden Steuerdrucks und einer aktuellen Temperatur des Kühlöls über eine Steuereinrichtung derart variierbar ist, daß der Reibkupplung (23) während eines Schlupfbetriebs eine erhöhte Menge Kühlöl zugeführt wird.
Automatgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Leitung (32) für Kühlöl vorgesehen ist, die von einem temperaturabhängigen Zuschaltventil (25) mit steigender Öltemperatur (ϑ) zugeschaltet wird.
Automatgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Leitung (32) für Kühlöl durch eine temperaturabhängige Blende (26) mit steigender Öltemperatur (ϑ) zugeschaltet wird.
Automatgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuschaltventil (25) oder die Blende (26) nahe der Reibkupplung (23) angeordnet ist.
Automatgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuschaltventil (25) oder die Blende (26) in einer hydraulischen Getriebesteuerung integriert ist und ihre Thermolemente (36) von einem Ölstrom aus der Nähe der Reibkupplung (23) beaufschlagt werden.
Automatgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Leitung (32) für Kühlöl durch ein Zuschaltventil (39) zugeschaltet wird, sobald ein Steuerventil (24) für die Reibkupplung (23) betätigt wird.
Automatgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlöldruck (p) vor der Reibkupplung (23) in Abhängigkeit von der Öltemperatur (ϑ) erhöht wird.
Automatgetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein temperaturabhängig gesteuertes Druckventil (37) nahe der Reibkupplung (23) angeordnet ist.
Automatgetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Reibkupplung (23) ein Druckventil (38) vorgesehen ist, das auf einen höheren Druck schaltet, sobald das Steuerventil (24) betätigt wird.
Automatgetriebe nach Anspruch 6 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerung des Zuschaltventils (39) bzw. des Druckventils (38) eine von der Kühlöltemperatur (ϑ) abhängige Regelung einer elektronischen Getriebesteuerung überlagert ist.