DE19950423A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Schmierung eines Getriebes eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Schmierung eines Getriebes eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Das Verfahren sieht vor, daß Öl von einer Pumpe aus einem Ölsumpf zu Bauteilen des Getriebes gefördert wird, und daß das Getriebe in einer Kaltlaufphase mit einer Mindestschmierölmenge (V_min) versorgt wird, wobei die Ölfördermenge (V) zu den Bauteilen des Getriebes temperaturabhängig erhöht wird. Als Vorrichtung ist eine Pumpe zum Fördern von Öl aus einem von einer Ölwanne begrenzten Ölsumpf des Getriebes zu Bauteilen in dem Getriebe vorgesehen, wobei eine Ölfördermenge (V) im Getriebe, ausgehend von einer Mindestschmierölmenge (V_min), entsprechend einer Temperatur (T) des Getriebes geregelt gefördert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zur Schmierung eines Getriebes eines Kraftfahrzeuges nach der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. 4 näher definierten Art.

Bei aus der Praxis bekannten Getrieben mit Zwangs­ schmierung wird mit einer Pumpe aus einem Ölsumpf des Ge­ triebes Öl entnommen und über Leitungen zu den zu schmie­ renden und zu kühlenden Stellen im Getriebe gefördert. Die von der Pumpe angesaugte Ölmenge richtet sich dabei nach der Drehzahl des Getriebes bzw. nach der Drehzahl der Pum­ pe, da die Pumpe direkt an einem drehenden Teil des Getrie­ bes angeflanscht ist und sich die Antriebsdrehzahl der Pum­ pe daher nach der Eingangsdrehzahl beziehungsweise der Vor­ gelegewellendrehzahl des Getriebes richtet.

Abhängig von der Belastung des Getriebes und der Dreh­ zahl ergibt sich aber eine mehr oder weniger starke Erwär­ mung des Öls und des Getriebes, insbesondere nach dem Fahr­ beginn. So erreichen das Getriebe und das darin befindliche Öl ihre Betriebstemperatur bei niedrigen Umgebungstempera­ turen erst nach längerer Zeit.

Bei kaltem Öl und einer Pumpe, die nach dem Verdrän­ gerprinzip arbeitet, wie sie häufig in solchen Getrieben verwendet wird, wird durch die Bauart der Pumpe bedingt, eine bestimmte Ölmenge in Abhängigkeit von der Drehzahl gefördert. Bei hohen Drehzahlen ergibt sich somit eine hohe Ölfördermenge. Die gesamte im Getriebe bereitgestellte Öl­ menge, die sich aus Schmier- und Kühlölmenge zusammensetzt, ist jedoch nicht in allen Betriebszuständen, wie z. B. bei kalten Getrieben, in vollem Umfang notwendig. Denn bessere Schmierungsverhältnisse der Bauteile durch das Öl werden bekanntlich erst mit zunehmender Temperatur erzielt.

Der Betrieb eines solchen Getriebes mit Zwangsschmie­ rung weist somit bei niedriger Betriebstemperatur, wie z. B. nach einem Kaltstart, den Nachteil auf, daß in dem Getriebe eine hohe Viskosität des kalten Öls zu einer hohen An­ triebsleistung der Pumpe führt, sowie hohe Verlustleistun­ gen, beispielsweise in Lagerstellen, erzeugt werden. Dane­ ben werden hohe Druckspitzen im Getriebe aufgebaut. Dadurch werden Widerstandsmomente erzeugt, die den Treibstoffver­ brauch unnötigerweise erhöhen.

Weiter ist von Nachteil, daß durch eine große Menge an hochviskosem Öl in einem Fahrzustand mit niedriger Be­ triebstemperatur des Getriebes, in dem noch keine Kühlung erforderlich ist, zwischen den mit Differenzdrehzahl dre­ henden Getriebebauteilen Schleppmomente erzeugt werden, die den Schaltkomfort negativ beeinflussen.

Zur Beschleunigung der Aufwärmphase nach einem Kalt­ start oder bei extrem niedrigen Außentemperaturen ist aus der Praxis eine Lösung bekannt, bei der das Öl aus dem von einer Ölwanne begrenzten Ölsumpf des Getriebes zu den Bau­ teilen gefördert wird, wobei der Ölsumpf dabei wenigstens aus einer ersten Kammer und einer zweiten Kammer gebildet ist, zwischen denen eine Verbindung für das Öl vorgesehen ist. Oberhalb der zweiten Kammer ist eine Ableiteinrichtung für wenigstens einen Teil des aus dem Getriebe in den Öl­ sumpf rückströmenden Öls angeordnet. In der Aufwärmphase wird dabei nur Öl aus der ersten Kammer entnommen und über die Ableiteinrichtung auch nur dieser wieder zugeführt. Dadurch zirkuliert nur eine relativ geringe Ölmenge, die sich schneller erwärmen kann, so daß üblicherweise auftre­ tenden Kaltstartproblemen begegnet werden kann.

Eine solche Vorrichtung erfordert jedoch einen rela­ tiv hohen konstruktiven Aufwand. Ferner ergibt sich das Problem, daß sich das verwendete Öl zwar schneller erwärmen kann, aber die Pumpenleistung gleich bleibt. Somit wird auch hier anfangs bei einem Kaltstart zuviel Öl im Getriebe umgewälzt, wodurch Schaltprobleme auftreten können.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu­ grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit welchen während einer Kaltlaufphase des Ge­ triebes die Widerstandsmomente im Getriebe verringert wer­ den können sowie der Schaltkomfort erhöht und der Treib­ stoffverbrauch verringert werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren und einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspru­ ches 1 bzw. 4 gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, daß durch eine temperaturabhängige Ölfördermenge eine Verringe­ rung der Ölfördermenge in dem Getriebe während der Kalt­ laufphase erzielt wird. Dabei wird durch Bereitstellung einer vordefinierten, getriebespezifischen Mindest­ schmierölmenge an den Getriebebauteilen eine ausreichende Schmierölversorgung auch in einer Kaltlaufphase, wie bei­ spielsweise bei extrem niedriger Außentemperatur, gesorgt. Da die Ölfördermenge im Getriebe erst bei einer Erhöhung der Temperatur des Öls erhöht wird, nämlich dann, wenn eine Kühlung erforderlich ist, wird die Ölfördermenge stets so gering wie möglich gehalten.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit beim einem Kaltstart nur eine Mindestschmierölmenge im Getriebe umgewälzt. Dadurch können die durch das im kalten Zustand hochviskose Öl verursachten Widerstandsmomente in dem Ge­ triebe vorteilhafterweise von Anfang an sehr gering gehal­ ten werden.

Weiterhin werden auch die Schaltkräfte durch das Ver­ ringern der durch das hochviskose Öl verursachten Schlepp­ momente ebenso von Anfang an reduziert, womit von Beginn an ein guter Schaltkomfort im Getriebe erreicht wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Schmierung eines Getriebes gewährleistet, daß während einer Kaltlaufphase zwar eine Mindestschmierölmenge im Getriebe vorhanden ist, jedoch nicht unnötig viel Öl zum Kühlen eines noch gar nicht warm gelaufenen Getriebes gefördert wird, und daß die Ölfördermenge danach abhängig von der Temperatur im Getrie­ be, also der Notwendigkeit zu kühlen, erhöht wird.

Das bedeutet, daß durch Vermeidung einer unnötig gro­ ßen Menge an kaltem Öl im Getriebe die sich daraus ergeben­ den Konsequenzen wie erhöhte Widerstandsmomente und ein erhöhter Treibstoffverbrauch sowie eine Beeinträchtigung des Schaltkomforts bei Kaltlaufbedingungen ebenfalls ver­ mieden werden können.

Daneben wird in vorteilhafter Weise verhindert, daß zuviel gefördertes Öl zu einer unerwünschten Kühlung führt bevor das Getriebe seine Betriebstemperatur erreicht hat. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es somit, daß die Betriebstemperatur des Getriebes so schnell wie möglich erreicht wird.

Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung wird die Pum­ penleistung der Getriebepumpe erhöht, wenn die Temperatur des Getriebes beziehungsweise des Getriebeöles ansteigt, um eine bedarfsgerechte Kühlung des Getriebes zu erreichen, wobei das Öl ab einer bestimmten Temperatur auch eine ge­ ringere Viskosität besitzt, so daß keine erhöhten Wider­ standsmomente mehr erzeugt werden.

Die Pumpe der erfindungsgemäßen Vorrichtung besitzt somit bei kaltem Getriebe eine geringere Antriebsleistung, und das gesamte Getriebe weist einen besseren Wirkungsgrad auf.

Weitere Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung er­ geben sich aus den Unteransprüchen und aus den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausfüh­ rungsbeispielen.

Es zeigt:

Fig. 1 einen qualitativen Verlauf der geänderten Öl­ fördermenge über der Temperatur bei einem er­ findungsgemäßen Verfahren gemäß einer bevor­ zugten Ausführung; und

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Vorrich­ tung zur Schmierung eines Getriebes eines Kraftfahrzeuges.

Die Fig. 1 und Fig. 2 erläutern ein Verfahren und ei­ ne Vorrichtung zur Schmierung eines Getriebes 1 eines Kraftfahrzeuges, wobei Öl von einer Pumpe 2 aus einem Öl­ sumpf 3 zu Bauteilen 4 des Getriebes derart gefördert wird, daß das Getriebe 1 beim Start mit einer Mindestschmieröl­ menge V_min versorgt und eine Ölfördermenge V der Pumpe 2 temperaturabhängig erhöht wird.

In Fig. 1 sind beispielhafte qualitative Verläufe der geänderten Ölfördermenge V über der Temperatur T darge­ stellt, wobei sich die prozentuale Fördermenge V des Öls über der Temperatur T hierbei auf eine mit einer Linie C in der Fig. 1 wiedergegebene Fördermenge bezieht, bei der als 100% eine unabhängig von der Temperatur des Getriebes ge­ förderte, maximal mögliche und gegebenenfalls drehzahlab­ hängige Ölfördermenge angenommen wird.

Eine durchgezogene Kurve A zeigt eine kontinuierliche Erhöhung der Ölfördermenge V über der Temperatur T. Gemäß der dargestellten bevorzugten Ausführung des erfindungsge­ mäßen Verfahrens werden bei einem Kaltstart ein nicht näher definierter Anteil der maximal möglichen Ölfördermenge V im Getriebe gefördert. Mit steigender Temperatur T wird beim Kurvenverlauf A die Ölfördermenge V dann kontinuierlich erhöht, bis bei einer näher definierten Temperatur T (z. B. 80°C) die maximale Ölfördermenge erreicht wird. Die Kurve verläuft dabei mit sich änderndem Gradienten in einer Art S-Form.

Eine gestrichelte Kurve B stellt den Kurvenverlauf einer gestuften Erhöhung der Ölfördermenge V dar. Hierbei wird das Getriebe bis zu einer definierbaren Temperatur T von z. B. 20°C mit einer konstanten Ölfördermenge V betrie­ ben. Bei einem Grenzwert GW_T der Temperatur wird die Öl­ fördermenge V rampenartig linear erhöht, so daß bei einer Getriebetemperatur T von z. B. 40°C die maximal mögliche Ölfördermenge V gefördert werden kann.

Bei beiden Ausführungen A und B sind selbstverständ­ lich auch andere Kurvenverläufe möglich, die je nach Ölsor­ te oder Getriebeart eingestellt werden können. Bei dem ge­ stuften Verlauf gemäß Kurve B kann die linear ansteigende Kurve daher auch durchaus mit geringerer Steigung verlau­ fen, womit die maximale Ölfördermenge V erst bei einer hö­ heren Temperatur T erreicht wird. Ebenso kann auch die Er­ höhung der Ölfördermenge V erst ab höheren Temperaturen T erfolgen.

Die Fig. 2 zeigt ein stark vereinfachtes Schema der Vorrichtung zur Schmierung des Getriebes 1, insbesondere zur Durchführung der oben beschriebenen Verfahren. Bei die­ ser Vorrichtung wird mit der Pumpe 2 Öl aus dem von einer Ölwanne begrenzten Ölsumpf 3 des Getriebes 1 zu symbolisch angedeuteten Bauteilen 4 in dem Getriebe gefördert, wobei die Ölfördermenge V im Getriebe 1 entsprechend der Tempera­ tur T des Getriebes 1 bzw. des Getriebeöls geregelt wird.

Bei der vorliegenden Pumpe 2 handelt es sich um eine Kreiselpumpe.

Während Verdrängerpumpen, wie sie üblicherweise ver­ wendet werden bei allen Temperaturen immer die gleiche Öl­ menge fördern, egal wie kalt bzw. zäh das zu fördernde Öl ist, fördern Kreiselpumpen bauartbedingt bei geringerer Temperatur T eine geringere Menge an höherviskosem Öl als bei höherer Temperatur T.

Gemäß der dargestellten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Pumpe 2 elektrisch angetrieben. Der elektrische Antrieb wird dabei über eine Elektronik 5 ge­ steuert, welche eine mit einem Temperatursensor 6 gekoppel­ te Software aufweist. Bei einer Erhöhung der Temperatur T gibt der Temperatursensor 6 dies an die Software weiter, die dann wiederum ab einem bestimmten Grenzwert GW_T eine Erhöhung der Ölfördermenge V der Pumpe 2 entweder kontinu­ ierlich oder gestuft, wie oben schon näher ausgeführt wur­ de, bewirkt. Der elektrische Antrieb der Pumpe 2 wird be­ vorzugt bei einer kontinuierlichen Erhöhung der Ölförder­ menge V eingesetzt.

In einer in Fig. 2 strichliert angedeuteten Ausfüh­ rungsvariante kann die Pumpe 2 jedoch auch, wie schon aus dem Stand der Technik bekannt, eine drehzahlabhängige Öl- menge fördern, wozu sie an drehende Teile 7 des Getriebes 1 angeflanscht ist und dadurch mitgedreht wird. Durch eine geeignete Anpassung bzw. geänderte Bauart von aus dem Stand der Technik bekannten Pumpen kann dabei eine drehzahlabhän­ gige Kennlinie durch eine temperaturabhängige Kennlinie überlagert werden. Auf diese Weise können herkömmliche be­ währte Pumpen und Pumpenantriebe bzw. -konstruktionen ein­ gesetzt werden.

Gemäß einer weiteren, in Fig. 2 strichpunktiert ange­ deuteten Ausführungsform der Erfindung kann die Vorrichtung derart ausgebildet sein, daß durch ein temperaturgesteuer­ tes Ventil 8 unterhalb eines Temperaturgrenzwertes GW_T ein Teil des geförderten Öls direkt in den Ölsumpf 3 zurückge­ leitet wird. Wird dann die vollständige Ölmenge benötigt, kann dieses Ventil 8 geschlossen werden, so daß die gesamte Ölmenge im Getriebe 1 umgewälzt werden kann.

Das Ventil 8 kann dabei vor oder nach der Pumpe 2 an­ geordnet werden. Dabei ist die Bauart der Pumpe 2 aus­ schlaggebend, nämlich ob sie dafür geeignet ist, verschie­ dene Ölvolumina zu fördern oder nicht. Da üblicherweise in Getrieben Pumpen eingesetzt werden, die konstante Ölvolumi­ na fördern, wird das Ventil 8, wie in Fig. 2 dargestellt, vorzugsweise nach der Pumpe 2 angeordnet, und über einen Bypass 9 kann dann gegebenenfalls Öl direkt in den Ölsumpf 3 zurückgeleitet werden. Vorteilhafterweise können bei ei­ ner solchen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dann schon bisher in Serie verwendete Pumpen eingesetzt werden, wobei nur das Ventil 8 zusätzlich eingebaut wird, so daß ein geringer konstruktiver Aufwand notwendig ist.

In der vorliegenden Ausführung ist das Ventil 8 aktiv angesteuert. Der Temperatursensor 6 gibt dabei ab einem bestimmten Temperaturgrenzwert GW_T ein Signal an eine Software, die dann direkt das Öffnen beziehungsweise Schließen des Ventils 8 bewirkt.

Das Ventil 8 kann aber auch passiv angesteuert wer­ den, wobei ein Bimetall als Ventil 8 vorgesehen sein kann.

Hinsichtlich der Zuführung von Öl an die Bauteile 6 kann in einer Ausführungsvariante auch vorgesehen sein, daß die Pumpe 2 das Öl nur zu einer Zahnradpaarung des Getrie­ bes 1 fördert, die gerade in Lasteingriff steht. Mit einer solchen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die geförderte Schmierölmenge weiter erheblich redu­ ziert werden. Dies kann dadurch erreicht werden, daß eine Ölleitung 10 im Bereich einer Zahnradpaarung eine oder meh­ rere Öffnungen aufweist und diese Verschlußeinrichtungen aufweisen, welche so ausgebildet sind, daß sie dann geöff­ net sind, wenn sich die ihr zugeordnete Zahnradpaarung im Lasteingriff oder im Leistungsfluß des Getriebes befindet und dabei geschmiert oder gekühlt werden muß. Läuft die betreffende Zahnradpaarung nur im lastfreien Zustand mit, wird keine Zuführung von Schmieröl über die dem Zahnradpaar zugeordnete Öffnung der Ölleitung benötigt, und die Öffnung wird mittels der Verschlußeinrichtung verschlossen.

Damit ist in vorteilhafter Weise gewährleistet, daß immer nur in Lasteingriff stehende Zahnradpaare mit Schmieröl versorgt werden, und die restlichen lastfrei um­ laufenden Zahnradpaarungen kein Schmieröl über die Öllei­ tung 10 erhalten.

Bezugszeichen

1

Getriebe

2

Pumpe

3

Ölsumpf

4

Bauteile des Getriebes

5

elektrischer Antrieb, Elektronik

6

Temperatursensor

7

drehende Getriebeteile (z. B. Welle)

8

Ventil

9

Bypass

10

Ölleitung
A Verlauf einer temperaturabhängigen Ölfördermenge
B Verlauf einer temperaturabhängigen Ölfördermenge
C Verlauf einer temperaturabhängigen Ölfördermenge
GW_T Grenzwert der Temperatur
T Temperatur
V Ölfördermenge
V_min Mindestschmierölmenge

Claims (11)

1. Verfahren zur Schmierung eines Getriebes eines Kraftfahrzeuges, wobei Öl von einer Pumpe aus einem Ölsumpf zu Bauteilen des Getriebes gefördert wird, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Getriebe (1) in einer Kaltlaufphase mit einer Mindestschmierölmenge (V_min) ver­ sorgt wird, wobei die Ölfördermenge (V) zu den Bauteilen (4) des Getriebes (1) temperaturabhängig erhöht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ölfördermenge (V) ausgehend von der Mindestschmierölmenge (V_min) kontinuierlich mit stei­ gender Temperatur (T) erhöht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ölfördermenge (V) ober­ halb eines Grenzwertes (GW_T) der Temperatur erhöht wird.

4. Vorrichtung zur Schmierung eines Getriebes eines Kraftfahrzeuges, insbesondere zur Durchführung eines Ver­ fahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer Pumpe zum Fördern von Öl aus einem von einer Ölwanne begrenzten Ölsumpf des Getriebes zu Bauteilen in dem Getriebe, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (2) eine Öl- fördermenge (V) in dem Getriebe (1) ausgehend von einer Mindestschmierölmenge (V_min) in Abhängigkeit einer Tempe­ ratur (T) geregelt fördert.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Pumpe (2) elektrisch ange­ trieben wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Pumpe (2) einen elektri­ schen Antrieb mit einer Elektronik (5) aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (2) eine drehzahlabhängige Ölmenge fördert.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß durch ein temperaturgesteu­ ertes Ventil (8) unterhalb eines Temperaturgrenzwertes (GW_T) ein Teil des geförderten Öls direkt in den Ölsumpf (3) zurückgeleitet wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Ventil (8) aktiv angesteuert wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Ventil (8) passiv angesteu­ ert wird.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (2) das Öl nur zu einer Zahnradpaarung des Getriebes (1) fördert, die in Lasteingriff steht.