DE2154141A1 - Hydraulisches Schaltventil für eine automatische Kraftfahrzeug-Kraftübertragungsanlage - Google Patents
Hydraulisches Schaltventil für eine automatische Kraftfahrzeug-KraftübertragungsanlageInfo
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Description
Dipl.-Ing. H. Tledtke (FudwhoM 71)
Oipl.-Chem. G. Bühling
Olpl.-Ing. R. Kinne Dlpl.-Chem. Dr. U. Egger·
8000 München 2
Nissan Motor Company, Limited Yokohama City / Japan
Hydraulisches Schaltventil für eine automatische Kraftfahrzeug-Kraftübertragungsanlage
Die Erfindung bezieht sich auf eine automatische Kraftfahrzeug-Kraftübertragungsanlage
und insbesondere auf ein hydraulisches Schaltventil zur Steuerung einer Vielzahl von i
Reibungselementen der Kraftübertragungsanlage zur Einstellung eines gewünschten Übersetzungsverhältnisses.
Bekanntlich besitzt eine automatische Kraftübertragunr.sanlage
mit Planetengetriebe gewöhnlich eine hydraulische Steuerschaltung (Steuerkreis) mit Schaltventilen zur Steuerung einer
Vielzahl von Reibunfiselementen, wie Reibungskupplungen und
-bremsen, die automatisch ein- und ausgerückt werden, um ein gewünschtes übersetzungsverhältnis in Übereinstimmung mit den
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(UOndhtnt Kto. 11 «74 DtmAmt Ui* (MttiMtMti) KIo. IMtTOf
Änderungen der Motorbelastung und Pahrzeuggeschwindigkeit
einzustellen. Es ist übliche Praxis, ein auf die Fahrzeuggeschwindigkeit ansprechendes Druckregulierventil in der
hydraulischen Steuerschaltung vorzusehen. Das Druckregulierventil ist auf einer angetriebenen Welle der Kraftübertragungsanlage
betrieblich angeordnet und erzeugt einen deren Umdrehungsgeschwindigkeit proportionalen Fluiddruck
(Strömungsmitteldruck). Dieser Fluiddruck wird im folgenden als Regulierdruck bezeichnet. Ferner wird die Motorbelastung
als Funktion eines Ansaugrohrunterdrucks oder der Stellung eines Beschleunigerpedals (Gaspedal) ermittelt. Es wurden
bereits zahlreiche Vorschläge gemacht, nach denen der ermittelte Wert der Motorbelastung in einen Fluiddruck umgewandelt
wird. Nach einem typischen Beispiel dieeer Vorschläge wird ein hydraulisches Drosseldruckventil verwendet, das den von
einer motorbetriebenen ölpumpe erzeugten Leitungsdruck in Abhängigkeit von den Änderungen des Ansaugrohrunterdrucks
modulieren kann. Dieser modulierte Leitungsdruck wird im folgenden als Drosseldruck bezeichnet. Der Regulierdruck
und der so erhaltene Drosseldruck werden an einander gegenüberliegenden Enden des Schaltventilschiebers angelegt, der
in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen den an ihn anliegenden Drücken verschoben wird. Bei diesem konventionellen
Schaltventil tritt darin ein Problem auf, daß es wegen seines Aufbaus schwierig ist, ein notwendiges Herabschalten zufriedenstellend zu erreichen, beispielsweise
wenn das Beschleunigerpedal vollständig niedergedrückt wird,
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damit schnelle Beschleunigung des Kraftfahrzeuges ermöglicht
wird.Weitere Probleme bestehen darin, daß ein solches
Schaltventil einen komplizierten Aufbau besitzt, was zu hohen Produktionskosten führt. Dies trifft auch bei
einem komplizierten Aufbau der hydraulischen Steuerschaltung der Kraftübertragungsanlage zu.
Mit der Erfindung wird ein hydraulisches Schaltven- j
til geschaffen, das einen Ventilkörper besitzt, eine in dem Ventilkörper gebildete Ventilkammer, einen in der Ventilkammer
verschiebbar angeordneten Ventilschieber, der in zwei extreme Lagen bewegbar ist und zumindest drei in Abstand
stehende Schul tern unterschiedlichen Durchmessers aufweist, eine mit der Ventilkammer an einer Stelle in Verbindung stehende
Einlaßöffnung, an der sie durch eine mittlere Ventilschulter der drei in Abstand befindlichen Schultern geöffnet
und geschlossen wird, eine Auslaßöffnung, die mit der Ventilkammer an einer Stelle zwischen der mittleren Ventil- "
Schulter und einer der beiden übrigen Ventilschultern in Verbindung steht, eine erste Steuerdrucköffnung, die mit der
Ventilkammer an einer Stelle in Verbindung steht, bei der der Druck in der ersten Steuerdrucköffnung selektiv auf
die andere der beiden übrigen Schultern wirkt, eine zweite Drucksteueröffnung, die mit der Ventilkammer an einer Stelle
in Verbindung steht, bei der der Druck in der zweiten Steuerdrucköffnung selektiv auf die Differenzfläche zwischen der
mittleren Ventilschulter und der anderen der beiden übrigen
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Ventilschultern wirkt, und eine dritte Steuerdrucköffnung, die mit der Ventilkammer an einer Stelle in Verbindung
steht, bei der der Druck in der dritten Steuerdrucks ff nung kontinuierlich auf die eine der beiden übrigen Ventilschultern
wirkt; die mittlere Schulter steuert die Verbindung zwischen den Einlaß- und Auslaßöffnungen; die Anordnung
ist dabei derart getroffen, daß bei Bewegung des Ventilschiebers in Richtung auf eine Extremlage der Druck in der
ersten Steuerdrucköffnung auf die andere der übrigen beiden in Abstand befindlichen Ventilschultern wirkt und der Druck
in der zweiten Steuerdrucköffnung auf die Differenzfläche zwischen der mittleren Ventilschulter und der anderen der
übrigen beiden Ventilschultern wirkt, während bei Bewegung des Ventilschiebers in Richtung auf eine andere Extremlage
der Druck in der ersten Steuerdrucköffnung auf die Differenzfläche
zwischen der mittleren Ventilschulter und der anderen der beiden übrigen in Abstand befindlichen Ventilschultern
wirkt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen hydraulischen Schaltventilsj
Fig. 2 zeigt eine graphische Darstellung eines Beispiels eines Schaltmusters, das bei Verwendung
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des Schaltventils nach Fig. 1 erhalten wird; und
Fig. 3 zeigt eine graphische Darstellung, die
die Beziehung zwischen dem Leitungsdruek und dem hydraulischen Drosseldruck veranschaulicht,
der sich in Übereinstimmung mit den Änderungen der Motordrosselstel- *
lung ändert.
In Fig. 2 ist eine graphische Darstellung gezeigt, die Beispiele der Schaltmuster veranschaulicht. Jedes dieser
Schaltmuster kann als Funktionen der Motorbelastung und Fahrzeuggeschwindigkeit definiert werden, die in Fig. 2
eingetragen ist, um Schaltpunkte zu zeigen, bei denen das Schalten von einem übersetzungsverhältnis zu einem anderen
stattfindet. Bei der automatischen Kraftübertragungsanlage *
ist es notwendig, unerwünschte Drehzahlschwankungen zwischen den Heraufschalt- und Herabschaltvorgängen zu vermeiden, indem
die Schaltpunkte in Übereinstimmung mit der Beschleunigungs-und Verzögerungsbedingüng geändert werden. Der Unter-.schied
zwischen den Schaltpunkten beim Beschleunigen und beim Verzögern wird im folgenden als Hysterese bezeichnet.
Ferner ist es vorteilhaft, die Schaltpunkte auf einen höheren Fahrzeuggeschwindigkeitspegel zu verschieben, so daß das
Heraufschalten bei einem höheren Fahrzeuggeschwindigkeitspegel durchgeführt und das Herabschalten beim Kickdown-Betrieb
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bei einem höheren Fahrzeuggeschwindigkeitspegel stattfindet, beispielsweise wenn das Beschleunigerpedal vollständig niedergedrückt
wird.
Nach bisheriger Praxis ist das Schaltventil derart aufgebaut, daß es zur Herstellung einer ausreichenden Hysterese
zur Durchführung des forcierten Herabschaltens sowohl
W den Regulierdruck als auch den Drosseldruck oder den Leitungsdruck bei der Beschleunigung empfängt. Bei der Verzögerung
wird jedoch nur der Regulierdruck dem Schaltventil zugeführt. Wie in Piß. 3 dargestellt ist, vergrößern sich der Leitungsdruck P^ und der Drosseldruck Pfch beim Größerwerden der Motordrosseleinstellung,
die der Motorbelastung entspricht. Wird ein Schaltventil verwendet, bei dem die Hysterese durch
Wirkung des Leitungsdrucks erzeugt wird, ändern sich die Sohaltmuster für das Herabschalten und das Heraufschalten
fe in der durch die unterbrochenen Linien a das b in Fig. 2 gezeigten
Weise. Gemäß Darstellung in Fig. 2 ist dde Hysterese der Abstand zwischen den unterbrochenen Linien a und b. Dieser
Abstand neigt zur Vergrößerung, wenn die Motorbelastung, d.h, die Motordrosselöffnunp; größer wird. Es ist jedoch erwünscht,
einen solchen Abstand oder Differenz zwischen den durch die durchgehenden Linien c und d in Fig. 2 gezeigten Schaltmustern
für das Herabschalten und das Heraufschalten kleiner zu machen, wenn das Beschleunigerpedal vollständig niedergedrückt
wird, d.h. beim sogenannten Kickdown-Betrieb. Beim
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Kickdown-Betrieb ist es nämlich vorteilhaft, den.Schaltpunkt
für das Heraufschalten auf den höchsten Fahrzeuggesehwindigkeitspegel
zu legen, um ein überdrehen des Motors zu verhindern, während der Schaltpunkt für das
Ilerabschalten zur Erleichterung der Beschleunigung auf
den höheren Fahrzeuggeschwindigkeitspegel erhöht wird. Das konventionelle Schaltventil, das den Leitungsdruck
zur Bildung der Hysterese verwendet, ist daher nachteilig, weil es die Verwendung einer zusätzlichen Ventileinrichtung
in der hydraulischen Steuerschaltung nötig macht.
Mit der Erfindung wird ein Schaltventil geschaffen, das die Schaltpunkte für das Herabschalten und das Heraufschalten
dicht aneinander liegen läßt, wie dies mit durchgehenden Linien e und f in Fig. 2 gezeigt ist, wodurch der
Aufbau der gesamten hydraulischen Steuerschaltung der Kraftübertragungsanlage vereinfacht wird.
In Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen hydraulischen Schaltventils Io gezeigt. Das Schaltventil
Io besitzt einen Venfcilkörper 11, der in der hydrau-.lischen
Steuerschaltung (nicht gezeigt) der Kraftübertragungsanlage
angeordnet ist. Der Ventilkörper 11 besitzt eine Ventilkammer 12 mit einer Bohrung 12a, einer Bohrung 12b, die
einen kleineren Durchmesser als die Bohrung 12a hats und mit
einer Bohrung 12c, die einen kleineren Durchmesser als die Bohrung 12b hat; in den Bohrungen ist ein Ventilschieber 13
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verschiebbar angeordnet. Der Ventilschieber 13 besitzt zumindest drei in Abstand stehende Ventilschultern 1*1, 15 und
16 mit unterschiedlichem Durchmesser. Der Ventilschieber 13 kann ebenfalls eine Hilfsventilschulter 17 an einerf] seiner
Enden besitzen, die einen kleineren Durchmesser als die anderen drei Ventilschultern hat. Die wirksamen Schnittflächen
der Ventilschulterh 17, 14, 15 und 16 sind in Fig. 1
jeweils mit A0, A1, Ap und A, bezeichnet.
Der Ventilkörper 11 besitzt Einlaßöffnungen 18 und 22, die zu einem Leitungsdruckzuführkanal 19 führen, der
mit einer motorgetriebenen ölpumpe (nicht gezeigt) der Kraftübertragungsanlage verbunden ist. Die Einlaßöffnung
18 steht mit der Ventilkammer 12 in Verbindung und wird von der Ventilschulter 15 des Ventilschiebers 13 geöffnet
und geschlossen.
Der Ventilkörper 11 besitzt eine Auslaßöffnung 2o,
die mit der Ventilkammer 12 an einer Stelle zwischen den Ventilschultern 15 und 16 in Verbindung steht. Die Auslaßöffnung
2o ist zur Betätigung eines Reibungselementes mit einem fluiddruck-betriebenen Servomotor (nicht gezeigt)
verbunden.
Damit der Ventilschieber 13 nach rechts(in Fig. 1)
gedrückt wird, ist eine erste Steuerdrucköffnung 21 vorgesehen, an die der Drosseldruck von der hydraulischen Steuer-
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schaltung (nicht gezeigt) der Kraftübertragungsanlage angelegt werden kann. Die erste Steuerdrucköffnung oder Drosseldrucköffnung
21 steht mit der Ventilkammer 12 in Verbindung, so daß der daran befindliche Drosseldruek auf die .
Differenzfläche zwischen den Ventilschultern 17 und 14 wirkt,
wenn der Ventilschieber 13 in die am weitesten rechts liegende Stellung bewegt wird, und der alternativ auf die Diffe- λ
renzflache zwischen den Schultern lh und 15 wirkt.
Damit der Ventiischieber 13 weiter nach rechts gedruckt
wird, ist eine zweite Steuerdrucköffnung 22 vorgesehen, die mit der Ventilkammer 12 in Verbindung steht. Die
zweite Steuerdrucköffnung 22 kann mit dem Leitungsdruckzuführkanal 19 verbunden sein, damit sie von diesem den Leitungsdruck
unmittelbar empfängt. Der der zweiten Steuerdrucköffnung oder Leitungsdrucköffnung 22 gelieferte Leitungsdruck
wirkt auf die Differenzfläche zwischen den Ventilschultern l'l "
und 15 und drückt den Ventiischieber 13 nach rechts, wenn dieser die in Pig. I gezeigte Stellung einnimmt.
In dem Ventilkörper·11 ist eine dritte Steuerdrucköffnung
oder Regulierdrucköffnung 23 vorgesehen, damit der Ventilschieber 13 gegen die auf ihn wirkenden Druckkräfte
nach links (Fig. 1) gedrückt wird. Dazu wird die Ventilschulter 16 des Ventilschiebers 13 dem in der Regulierdrucköffnung
23 herrschenden Reulierdruck ständig ausgesetzt.
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- Io -
Eine öffnung 2*4 ist vorgesehen zum Abziehen des
in der Auslaßöffnung 2o herrschenden Leitungsdrucks zum Lösen des Reibungselementes, wenn der Ventilschieber die
in Fig. 1 gezeigte Stellung einnimmt. Die öffnung 2k kann
als öffnung zum Zuführen des Leitungsdrucks zur Auslaßöffnung
2o verwendet werden, wenn die Kraftübertragungsanlage im Bedarfsfall von Hand betrieben wird. Es ist zu
bemerken, daß diese öffnung 2Ί weggelassen werden kann,
wenn sie nicht nötig ist. Mit der Bezugsziffer 25 ist eine Ablauföffnung bezeichnet, über die ein Pluidüberschuß
abläuft.
Zur Erläuterung der Arbeitsweise des derart aufgebauten Schaltventils wird angenommen, daß der Ventilschieber
13 nach rechts (in Fig. 1) bewegt worden ist. In diesem Zustand wirkt der Drosseldruck in der Drosseldrucköffnung
21 auf die Differenzfläche zwischen den Ventilschultern 17 und 14, und der Leitungsdruck in der
Leitungsdrucköffnung 22 wirkt auf die Differenzfläche zwischen den Ventilschultern 1*1 und 15, während der Regulierdruck
in der Regulierdrucköffnung 23 auf die Ven-. .tilschulter 16 wirkt. Daraus ist ersichtlich, daß der
Ventilschieber 13 in seiner am weitestens rechts (Fig. 1) liegenden Stellung gehalten wird, wenn die auf die Ventilschulter
16 wirkende Druckkraft kleiner als die Druckkräfte ist, die auf die Ventil3chultern 17, l1· und 15 wir-
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-liken. Dies wird durch folgende Gleichung ausgedrückt:
A3Pg<(Λ2 - A1) P1 + (A1 - A0) Pth.
Nimmt die Fahrzeuggeschwindigkeit zu oder nimmt die Motorbelastung ab, ist die auf die Ventilschulter
16 wirkende Druckkraft größer oder gleich den auf die anderen Ventilschultern wirkenden Druckkräften. Dies
wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt:
-A1) P1+ (A1 -A0) Pth.
Unter dieser Bedingung wird der Ventilschieber 13 nach links (in Fig. 1) bewegt. Befindet sich der Ventilschieber
13 in dieser Stellung, ist die Einlaßöffnung 18 mit der Auslaßöffnung 2o in Verbindung gebracht worden,
durch die der Leitungsdruck dem fluiddruck-betriebenen Servomotor zur Betätigung des Reibunftselementes «zur Durchführung
des Schaltens zwischen den Übersetzungsverhältnissen geliefert wird. Die Beziehung zwischen der Motorbelastung
und der Fahrzeuggeschwindigkeit, wo der Ventilschieber 13 nach links bewegt wird, ist durch die durchgehende
Linie fin Fig. 2 dargestellt. Nimmt der Ventilschieber 13 die
am weitesten links liegende Stellung ein, ist die Leitungsdrucköffrung
22 durch die Ventilschulter 15 gesperrt, und der der Drosseldrucköffnunn 21 gelieferte Drosseldruck wird der
Ventilkammer zwischen den Ventilschultern 14 und 15 zugeführt.
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Daher wird der Ventilschieber 13 in seiner am weitesten links liegenden Stellung nur gehalten, wenn die auf die
Ventilschulter 16 wirkende Druckkraft größer als die" Druckkraft ist, die auf die Differenzfläche zwischen den
Ventilschultern Ik und 15 ausgeübt wird. Diese Beziehung wird ausgedrückt mit A_P (Ap -A1).
A Es ist dabei zu bemerken, daß die den Ventilschieber
13 nach rechts (in Fig. 1) drückende Kraft, wenn dieser die am weitesten links befindliche Stellung einnimmt, kleiner
als die Kraft ist, die auf ihn ausgeübt wird, wenn er die am weitesten rechts liegende Stellung einnimmt, und demgemäß
ändern sich die Schaltpunkte in einer mit der durchgehende Linie e gezeigten Weise. Die Abstandsdifferenz zwischen
diesen beiden durchgehenden Linie e und f ist die sogenannte Hysterese, wie dies zuvor bemerkt wurde. Die
auf den Ventilschieber 13 wirkende Kraft F iet folgender-
^ maßen bestimmt:
F = (A2 - A1) P1 + (A1 - A0) Pth - (A2 -
= (A2 - A1) (P1 - Pth).
Somit ändert sich die Kraft F als Funktion des Wertes von (P, - Pfch)· Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, nimmt
der Wert von (P, - Pfch) ab, wenn die Drosselöffnung zunimmt,
und daher wird die Hysterese beim Ansteigen der Motorbela-
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stung verkleinert, wie dies aus Fig. 2 ersichtlich ist.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist das Schältventil
Io derart aufgebaut, daß die Ventilkammer 12 zwischen den Ventilschultern I^ und 15 selektiv mit dem Drosseldruck
oder dem Leitungsdruck versorgt wird, und demzufolge befindet sich der Ventilschieber 13 stets in einer
der beiden Extremlagen.
Da das erfindungsgemäße hydraulische Schaltventil derart aufgebaut ist, daß es eine Hysterese liefert, die
bei ansteigender Motorbelastung abnimmt, wird das forcierte Herabschalten, das unter bestimmten Umständen schnelle
Beschleunigung ermöglicht, leicht durchgeführt.
Ferner ist zu bemerken, daß das erfindungsgemäße hydraulische Schaltventil aus einer minimalen Anzahl von
Komponententeilen besteht, wodurch die zugehörig-e hydraulische
Steuerschaltung der Kraftübertragungsanlage vereinfacht wird.
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Claims (3)
1.JHydraulisches Schaltventil, gekennzeichnet
durch einen Ventilkörper (11), eine in dem Ventilkörper (11) gebildete Ventilkammer (13), einen in der Ventilkammer
(12) verschiebbar angeordneten Ventilschieber (13)» der in zwei extreme Lagen bewegbar ist und zumindest
drei in Abstand 3tehende Ventilschultern (14, 15, 16) mit unterschiedlichem Durchmesser besitzt, eine
Einlaßöffnung (18), die mit der Ventilkammer (12) an einer Stelle in Verbindung steht, an der sie durch eine
mittlere Ventilachulter (15) der drei in Abstand stehenden Ventilschultern (14, 15, 16) geöffnet und geschlossen
wird, eine »it der Ventilkammer (12) an einer Stelle zwischen der mittleren Ventilschulter (15) und einer (16)
der übrigen beiden Ventilschultern in Verbindung stehende Auslaßöffnung (2o), eine erste Steuerdrucköffnung (21),die
mit der Ventilkammer (12) an einer Stelle in Verbindung steht, bei der der Druck in der ersten Steuerdrucköffnung
(21) selektiv auf die andere der beiden übrigen Ventilschultern
wirkt, eine zweite Steuerdrucköffnung (22)', die
..mit der Ventilkammer (12) an einer Stelle in Verbindung
steht, bei der der Druck in der zweiten Steuerdrucköffnung
(22) selektiv auf die Differenzfläche zwischen der mittleren Ventilschulter (15) und der anderen der übrigen beiden
Ventilschultern wirkt, und eine dritte SteuerdruciCÖffnung
(23), die mit der Ventilkammer (12) an einer Stelle in
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Verbindunc steht, bei der der Druck in der dritten Steuerdrucköffnung
(23) kontinuierlich auf die eine der beiden übrigen Ventilschultern-wirkt, wobei die mittlere Schulter
(15) die Verbindung zwischen der Einlaß- und Auslaßöffnung (18, 2o) steuert und die Anordnung derart getroffen
ist, daß bei Bewegung des Ventil3chiebers (13) in eine Extremlage der Druck in der ersten Steuerdrucköffnung
auf die andere der beiden übrigen in Abstand stehenden Ventilschultern wirkt und der Druck in der zweiten
Steuerdrucköffnung auf die Differenzfläche zifischen der
mittleren Ventilschulter (15) und der anderen der beiden übrigen Ventilschultern wirkt, während bei Bewegung des
Ventilschiebers (13) in eine andere Extremlage der Druck in der ersten Steuerdrucköffnung (21) auf die Differenzfläche
zwischen der mittleren Ventilechulter (15) und der einen der beiden übrigen in Abstand stehenden Ventilschultern
wirkt.
2. Schaltventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Steuerdrucköffnung mit der Einlaßöffnung
in Verbindung steht.
3. Schaltventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschieber (13) eine Hilfsventilschulter
(17) mit einer wirksamen Fläche besitzt, die kleiner als die der drei zuvor genannten Ventilschultern
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, 15, 16) ist, wobei der Druck in der ersten Steuerdrucköffnung (21) auf die Differenzfläche zwischen der
anderen der beiden übrigen Ventilschultern und der Hilfsventilschulter
(17) wirkt.
1I. Verwendunn des Schaltventils nach Anspruch 2,
für eine automatische Kraftfahrzeuc-Kraftübertragunfsanlage,
wobei die erste Steuerdrucköffnunp, eine Drosseldrucköffnun^,
die zweite Steuerdrucköffnunp; eine Leitungsdrucköffnunß
und die dritte Steuerdruckoffnunr eine Reßulierdi'ucköffnung ist.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
| EF | Willingness to grant licences | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |