DE2254508A1

DE2254508A1 - Steuervorrichtung zur erzeugung eines drehmomentabhaengigen steuerdrucks bei einem automatischen getriebe

Info

Publication number: DE2254508A1
Application number: DE2254508A
Authority: DE
Inventors: William D Ross; Hesham A Roushdy
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1971-11-12
Filing date: 1972-11-08
Publication date: 1973-06-20
Also published as: US3752012A; JPS4854372A; CA969064A; GB1354060A; JPS5716258B2

Description

Patentanwälte ' 2254508 Dipl.-Ing.W.Beyer Dipl.-Wirtsch.-Ing» B»-^vJo.chera

6Frankfurt am Main Freiherr-vom-Stein-Straße 18

Anm.: Ford-Werke AG, 5000 Köln,
Otto-Platz 2

Steuervorrichtung zur Erzeugung eines drehmomentabhängigen, Steuerdrucks bei einem automatischen Getriebe

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zur Erzeugung eines drehmomentabhängigen Steuerdrucks bei einem -automatischen Getriebe mit einem hydrodynamischen Drehmomentwandler und einem reibungsschlüssig schaltbaren Untersetzungsgetriebe.

Automatische Kraftfahrzeuggetriebe'sind normalerweise mittels Reibungsbremsen und Reibungskupplungen schaltbar, welche durch Servokolben betätigt werden. Als Druckquelle für die letzteren dient eine vom Motor angetriebene Verdrängerpumpe. Schaltventile leiten die von der Pumpe geförderte. Druckflüssigkeit je nach Steuerbefehl des Fahrzeugführers und den Fahrbedingungen zu den verschiedenen Eupplungs- und Bremsservos des Getriebes. Bei der automatischen Umschaltung reagieren die Schaltventile auf von einem Geschwindigkeits-Druckregler erzeugte geschwindigkeitsabhängende Drucksignale und außerdem auf ein vom Motordrehmoment abhängiges Signal.

Das drehmomentabhängige Signal wird üblicherweise von einem Drosselventil erzeugt, welches in Abhängigkeit vom Unter-

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druck im Ansaugrohr den Motors beaufschlact int. Dan Drosselventil moduliert einen ihm zugeleiteten regulierten Druck und erzeugt somit ein Drucksignal, welches dem Unterdruck im Ansaugrohr den Motors entspricht. Das drehmomentabhängige Signal wird zu den die Umschaltung des Getriebes steuernden Ventilen geleitet und außerdem auch zu dem Hauptregulierventil, so daß der von diesem erzeugte Steuer- und Betätigungsdruck im hydraulichen System des Getriebes in Beziehung steht zur Größe des von dem Getriebe zu übertragenden Drehmoments.

Bei Bestimmten Antriebssystemen, insbesondere bei Abgasrückführung zur Verringerung unerwünschter Abgas© missionen, kann der Unterdruck im Ansaugrohr des Motors nicht als genauer Anzeiger für dessen Drehmoment dienen. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Steuervorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, Vielehe ein unabhängig vom Unterdruck im Ansaugrohr des Motors gewonnenes drehmomentabhängiges Drucksignal erzeugt.

Vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Abtriebselement des Drehmomentwandlers mit einer das Drehmoment übertragenden Torsionswelle und einer weiteren, im wesentlichen unbelasteten Welle verbunden ist, und die Drehverformung der Torsionswelle mit Bezug auf die unbelastete Welle auf denVentilkörper eines einen regulierten Druckinodulierenden Drosselventils übertragbar ist.

Die neu vorgeschlagene Steuervorrichtung hat unabhängig von der genannten Abgasrückführung gegenüber den herkömmlichen Steuervorrichtungen den Vorteil, daß das drehmomentabhängige Drucksignal unmittelbar von dem übertragenen Drehmoment abhängt und nicht von einer anderen Variablen, welche nur einen mehr oder minder genauen Maßstab für das Motordrehmoment bildet.

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Dadurch xtfird eine bessere Zuverlässigkeit der selbsttätigen" Schaltung der Reibungskupplungen und der Reibungsbremsen des Getriebes erreicht. '.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung naher erläutert. ■ . '

Es zeigen:

Fig. 1A und IB Einen Teil eines automatischen Getriebes

gemäß der Erfindung.

Fig. 2

Fig. 2A

Fig. 3

einen Querschnitt nach Schnittlinie 2-2 in Fig. IB,

eine vergrößerte Sehnittansicht eines in Fig. 2 gezeigten Ventils,

V -

einen Teilquerschnitt- durch ein automatisches Getriebe herkömmlicher Art $ um die Unterschiede zwischen diesem und dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Getriebe zu verdeutlichen.

Fig. 1A zeigt das'Ende einer Kurbelwelle 10 eines Kraftfahrzeug -Verbrennungsmotors. Sie ist über eine geeignete Antriebsscheibe 12 mit der Radscheibe 14- des Pumpenrades 18 eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers 16 verbunden. Zu diesem gehören weiterhin eine Turbine 20 und ein Stator Pumpe, Turbine und Stator sind bei dem Ausführungsbeispiel in üblicherweise in einem töroidförmigen Flüssigkeitsumlauf angeordnet. - .

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Der Stator 22 hat eine Nabe 24, die von einer Hohlwelle 26 Getragen wird. Ein Freilauf 28 verhindert die Drehung des Stators 22 in der zur Drehrichtung der Pumpe entgegengesetzten Richtung, gestattet aber die Rotation in derselben Richtung wie die Pumpe. Der Drehmomentwandler 16 ist innerhalb eines Gehäuses 30 montiert, welches auf der mit Bezug auf Fig. 1A linken Seite mit dem Motorblock verschraubt ist.

Auf der rechten Seite ist an das Gehäuse 30 mittels Schrauben 34- ein Getriebegehäuse 32 angeschraubt. Außerdem ist an eine Endwand 40 des Gehäuses 30 mittels Schrauben 38 eine eine Kupplung tragende Wand 36 befestigt. Die Wand 36 "umgrenzt eine Kammer 42, in welcher eine Verdrängerpumpe in Form einer Zahnradpumpe 44 arbeitet. Das antrieboßeitige Zahnrad der Pumpe 44 ist drehfest mit einer Hohlwelle 46 verbunden, welche wiederum antriebsmäßig mit der Nabe 48 des Pumpenrades 18 verkeilt ist. Die Zahnradpumpe 44 wird also von der Kurbelwelle 10 mit der Drehzahl des Motors angetrieben. Ein Lager 50 in der Endwand 40 bildet eine Abstützung für die Hohlwelle 46.

Die Turbinennabe 52 ist mit der in Form einer Hohlwelle ausgebildeten Turbinenwelle 54 verkeilt. Innerhalb der letzteren befindet sich eine Torsionswelle 56. Diese ist bei 58 mit der Hohlwelle 5²^ verkeilt, wodurch eine direkte Antriebsverbindung zwischen der Turbinennabe und ^jeder der Wellen 54 und 56 hergestellt wird. Die Welle 54 ist in einer Lagerbohrung 60 (Fig. 1B) in der tragenden Wand 36 gelagert. Die den Stator tragende Hohlwelle 28 bildet eine Verlängerung der Wand 36. Das freie Ende der Torsionswelle 56 ist mittels eines Lagers 62 in der Hohlwelle 64 abstützt. Bei 64 ist die Torsionswelle 56 mit dem antriebsseitigen Kupplungsteil 66 einer für Vorwärtsfahifc einzurückenden Kupplung 68 verkeilt. Die Kupplung 68 hat die Funktion, wahlweise eine Antriebn-

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verbindung zwischen der Turbine und der Eingangsseite des Schaltgetriebes herzustellen. Das Kupplungsteil 66 bildet einen ringförmigen Zylinder 70) innerhalb dessen ein ringförmiger Kolben verschiffolich ist, durch welchen die Lamellen der Kupplung 68 zum Reibeingriff zusammengedürckt werden können. . .

Eine Ventilscheibe 72 ist an einer Buchse 74- angeformt, ehe auf einem Vorsprung 76 des Kupplungsteils 66 gelagert ist.' Zwischen der Buchse 74 und dem Vorsprung 76 kann eine relative Drehbewegung stattfinden. Die Buchse 74- ist bei auf das freie Ende der Hohlwelle 54- aufgekeilt. Die Ventil-' scheibe 72 rotiert also zusammen mit der !Purbinennabe.

Einstückig mit der Wand 36 ist ein bücfrsenförmiger Vorsprung 80 ausgebildet, welcher eine Kupplung trägt und die Buchse.74-in sich aufnimmt. Auf dem büchsenförmigen Vorsprung 80 ist mittels einer. Lagerbüchse 84 eine Kupplungstrommel 82 gelagert. ■-■-.-". .

Das Kupplungsteil 66 ist mit einer Ventilkammer 36 versehen (Fig. 2) deren Längsachse sich quer zur Achse der Kupplung erstreckt. In der Ventilkammer 86 sitzt verschieblich ein Ventilkörper 88. Eine Feder 90 wirkt unmittelbar auf den Ventilkörper 88. Die Feder sitzt in einer Aufnahme 92, welche innerhalb einer-im wesentlichen zur Ventilkammer 86 koaxialen Bohrung 94- verstellbar angeordnet ist* Die zentrale Bohrung in. der Aufnahme 92» innerhalb welcher die Feder 90 sitzt, ist mit 96 bezeichnet. An der äußeren Umfangsflache der Aufnahme 92 ist eine zahnstangenartige Verzahnung 98 ausgebildet. Diese Zähne stehen mit Zähnen 100 auf der äußeren Umfangsf lache der Ventilscheibe 72 in Eingriff.

Die Federaufnahme 92 ist an einer Schulter 102 des Kupplungsteils 66 abgestützt. Falls gewünscht, kann in den Boden der FO 8398/6.November 1972

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Aufnahme 92 eine Stellschraube 104 eingeschraubt werden. Diese drückt gegen eine Scheibe, an welcher sich die Feder 90 abstützt. Die Einschraubtiefe der Stellschraube 104 mit Bezug auf die Aufnahme 92 bestimmt somit die Ausgang3spannung der Feder 90.

Der Ventilkörper 88 ist mit Bunden 106 und 108 versehen. Eine am Ventil angeordnete Kammo?110, durch welche sich die Feder 90 erstreckt, steht zu einem Auslaß hin offen. Ein Druckmittelkanal 116, der Anschluß hat an die Druckleitung der Pumpe 44, führt zu einem Ventileinlaß an der Ventilkam-, mer 86, welcher durch den Bund 106 gesteuert wird; Ein Druckmittelkanal 114 für die Rückkoppelung kommuniziert mit der linken Seite des Blindes 106. Ein Druckauslaßkanal 112 empfängt den im Ventil durch Drosselung modulierten Druck, dessen Größe von der Kompression der Feder 90 abhängt. Bei einer Vergrößerung der Kraft der Feder 90 wird der Grad der Strömungsverbindung zwischen den Kanälen 112 und 116 ebenfalls vergrößert, während die Strömungsverbindung zwischen dem Kanal 112 und der zum Auslaß offenen Kammer 110 verkleinert wird. Umgekehrt verhält es sich , wenn die Kompression der Feder 90 verringert wird. Die Höhe des Drucks im Kanal 112 zeigt somit die Kompression der Feder 90 an, welche wiederum durch die Lage der Aufnahme 92 mit Bezug auf das Kupplungsteil 66 bestimmt wird. Die Lage der Aufnahme 92 richtet sich wiederum nach der Relativdrehung der Welle 56 mit Bezug auf die Hohlwelle 54.

Die Buchse 74 ist mit vier sich axial erstreckenden Kanälen versehen, welche mit entsprechenden Kanälen im Vorsprung 80 in Verbindung stehen. Diese sind in Fig. 2A schematisch angedeutet und mit den Bezugszeichen 116 und 112, 118 und 120 bezeichnet. Die Kanäle 118 und 120 sind mit einem Kickdown-Ventil 122 verbunden · " FO 8398/;6.November 1972

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Zu diesem Ventil gehört ein Ventilkorben mit Bunden 124 und 126. Diese sitzen verschiedlich in einer Ventilkammer 128.' Der Kanal 120,welcher den Druekauslaßkanal des Ventils 122 , bildet, ist an einer Stelle zwischen den Bunden 124 und 126 an die Ventilkammer 128. angeschlossen. Der Kanal 118 kommuniziert auch mit der rechten Seite des Ventils 122. Der Druck- \ mittelversorgungskanal 120 mündet in einen Ventilanschluß 130 unmittelbar bei dem Bund 126. Diese Anschlußöffnung wird von dem Bund 126 freigegeben, wenn der Ventilkolben nach rechts verschoben wird. Der Verschiebung des Ventilkörpers nach rechts wirkt der Systemdruck entgegen, welcher im Kanal 118 vorherrscht.

Auf den Ventilkolben des Ventils 122 wirkt eine Ventilfeder 1$2, die in einer Aufnahme 134- sitzt, welche in einer Kammer 136 verschieblich angeordnet ist. Die Aufnahme 134 stützt sich an einer Schulter 136 am Kupplungsteil 66 ab. Mittels einer Stellschraube 138, die in eine·Bohrung im Boden der Aufnahme 134· eingeschraubt werden kann, .laßt sich die Ausgangsspannung der Feder 132 einstellen.

Die Ventilscheibe 72 hat Aussparungen 140, welche zur Begrenzung des Drehmoments bestimmte Anschlagblöcke 14,2 auf- \ nehmen, die am Kupplungsteil 66 ansetzen. Wegen der größeren Erstreckung der Ausparungen 140 in Umfangsrichtung ist für eine ausreichende relative Drehbewegung der Blöcke 142 innerhalb der Aussparungen 140 gesorgt.

Während des normalen Betriebs gelangt das Drehmoment der Turbine über die Well 56 auf das antriebsseitige Kupplungsteil 66. Unter dem Drehmoment erfährt die Welle 56 eine Torsion, welche zu einer Kompression der Feder 90 führt, die iviederum die auf den Ventilkörper 88 des Drosselventils wirkenden Kräfte verändert. Je größer die Drehverformung der Welle 56 mit Bezug auf die Hohlwelle 54- ist, desto größer ist

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auch die auf den Ventilkörper 88 wirkende Kraft. Eine verstärkte Torsion resultiert demnach in einer Druckerhöhung im Kanal 112, dessen Druck also jeweils proportional der Verformung der Welle 56 ist, die wiederum linear abhängig ist vom Drehmoment der Turbine.

Wenn die Drosselklappe am Vergaser des Motors weit geöffnet wird, wird die Feder 132 des Kickdown-Ventils 122 genügend zusammengedrückt, so daß dessen Ventilkörper den Kanal 120 mit dem Druck des hydraulischen Systems freigibt und eine Strömungsverbindung zwischen den' Kanälen 118 und 120 zustande kommt. Dadurch wird im Kanal 118 ein Kickdown-Drucksignal erzeugt, welches innerhalb der Steuervorrichtung dann dazu dienen kann, ein Herunterschalten des Getriebes zu veranlassen. Dieses Herunterschalten bildet die Ergänzung zu der durch den gedrosselten Druck erzeugten, auf ein Herunterschalten zielenden Tendenz.

Nachdem ein Grenzwert des Drehmoments erreicht worden ist, kommen die Anschlagsblöcke 14-2 an den Wänden der Aussparungen 140 zur Anlage, so daß dann das Drehmoment der Turbine über beide Wellet 56 und 54- zum antriebsseitigen Kupplungsteil 66 der Kupplung 68 übertragen wird.

In Pig. 3 ist zum Vergleich eine herkömmliche Konstruktion einer Getriebekupplung und -bremse gezeigt. Diejenigen Einzelteile in Fig. 3i welche oben im Zusammenhang mit den schon beschriebenen Figuren geschilderten Teilen entsprechen, sind mit demselben Bezugszeichen versehen worden, wobei lediglich ein oberer Indexstrich hinzugefügt worden ist.<Es sollte bei dem Vergleich der Figuren 2 und 3 beachtet werden, daß nach Fig. 3 ein Kupplungsteil 66' vorgesehen ist, welches keine Ventilanordnungen entsprechend den Ventilen 88 und trägt.

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Tlrin (Ifelimomcntribhiiiifj-Lcn SUcuoroinnal wird bei dor herkömmlichen Konstruktion nach "1''.Lg. 3 durch ein I).ror>i:olvonl;:r 1 erzeugt, welches in Abhängigkeit von der Stellung der Drossel·-, klappe des. Vergasers oder des Unterdrucks im Ansaugrohr gesteuert wird. Das Drosselventil und das Kickdown-Ventil sind somit nach Fig. 3 nicht Teil des Getriebes, wie dies gemäß der Erfindung der Fall ist.

Zur näheren Erläuterung der Ausführung nach Fig. 3 sei auf die US-Patentschriften 3 446 098 und 3 310 991 verwiesen.

Bei dem vorgeschlagenen Getriebe nach Fig. 1B ist eine Kupplung 144 für die Fahrt mit hoher Geschwindigkeit vorgesehen, welche im eingerückten Zustand das Kupplungsteil 66 mit dem Kupplungsteil 62 verbindet, welches, wie oben erwähnt, drehbar auf dem büchsenförraigen Vorsprung 80 gelagert ist. Ein Bremsband 146 für die Einschaltung des mittleren Getriebeganges umgibt das Kupplungsteil 82 und bildet für dieses im mittleren Gang eine Verankerung. Die Kupplung 144 wird betätigt mittels eines Ringkolbens, der innerhalb eines ringförmigen Zylinders 148 innerhalb des Kupplungsteils 82 verrschieblich sitzt. Das letztere ist drehfest mit einem drehbaren Gehäuseteil bzw, einer Glocke 150 verbunden, welche die Kupplung 68 umgibt und eine Verbindung zur Antriebsseite des mechanischen Untersetzungsgetriebes darstellt.

Pat ent ansprüche

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Claims

- ίο -

Patentansprüche

/ Steuervorrichtung zur Erzeugung eines drehmomentabhängi ^s gen Steuerdrucks bei einem automatischen Getriebe mit einem hydrodynamischen Drehmomentwandler und einem reibungsQchlüssig schaltbaren Untersetzungsgetriebe, insbeonsere für Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet , daß das Abtriebselement (20, 52) des Drehmomentwandlers (16)mit einer das Drehmoment übertragenden Torsionswelle (56) und einer v/eiteren, im wesentlichen unbelasteten Welle (54) verbunden ist, und die Drehverformung der Torsionswelle (56) mit Bezug auf die unbelastete Welle (54) auf den Ventilkörper (88) eines einen regulierten Druck modulierenden Drosselventils (86, 88) übertragbar ist.
2). Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet , daß die Torsionswelle (56) koaxial innerhalb der als Hohlwelle ausgebildeten unbelasteten Welle (54) angeordnet ist·
3). Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e kennzeichnet, daß das Gehäuse des Drosselventils (86, 88) an einem mit der als Torsionswelle aus gebildeten Turbinenwelle (56) des Drehmoraentwandlers (16) verbundenen, antriebsseitigen Teil (66) einer Reibungskupplung (68) angeordnet ist.
4-). Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, daß die unbelastete Welle (54·) mit der Abstützung (92) einer Ventil feder (90) verbunden ist, welche am Ventilkolben (88) des Drosselventils (86, 88) angreift und deren Kraft

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einem hydraulischen Eingangsdruck entgegenwirkt, wobei d^e Anordnung derart getroffen ist, daß mit zunehmendem Drehmoment die Ventilfeder (90) zusammengedrück und durch die stärkere Federkraft das Drosselventil (86, 88) weiter geöffnet wird,.
5). Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 4 »dadurch g e k^ e η η ζ e i c h η e t , daß die unbelastete Welle' (54) über eine Verzahnung (98, 100) mit einer die Ventilfeder (90)' haltenden Aufnahme (92) in,. Eingriff steht. \ '
6), Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5» dadurch gekennzeichnet , daß der maximale Torsionswinkel der Turbinenwelle (56); mit Bezug auf die Hohlwelle (54) durch Anschlag (140, 142) begrenzt ist.
7). Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet ₉ daß zwischen der Torsionswelle (56) und der "unbelasteten Welle (5^) ^ei& Kickdown-Ventil angeordnet ist₉ welches bei einem bestimmten Grenzwert der Torsion eine Kickdown-Steuerleitung (120) öffnet.
8), Steuervorrichtung nach Anspruch 7? dadurch gekennzeichnet, daß die unbelastete Welle (54) mit der Abstützung (134) einer Ventilfeder (132) verbunden ist, welche am Ventilkolben^S(122) des KicKdown-Vent^ls angreift und deren Kraft einem hydraulischen Eingangsdruck entgegenwirkt, wobei die Anordnung derart getroffen ist, daß mit zunehmendem Drehmoment die Ventilfeder (13?) zusammengedrückt und durch die stärkere Federkraft das Kickdown-Ventil geöffnet wird. '

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