DE3225356A1

DE3225356A1 - Steuerventilsystem fuer ein mehrgaengiges, selbsttaetig schaltendes umlaufraedergetriebe fuer kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE3225356A1
Application number: DE19823225356
Authority: DE
Inventors: Alan R. 61523 Chillicothe Ill. Coutant
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1981-08-21
Filing date: 1982-07-07
Publication date: 1983-06-01
Also published as: US4506564A; JPH0437309B2; GB2105420A; GB2105420B; JPS5846259A; DE3225356C2

Description

Pat. Anm. P ~ Ford/US-1216/05. Juli 1982

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Patentanmeldung

Steuerventilsystem für ein mehrgängiges,
selbsttätig schaltendes Umlaufrädergetriebe für Kraftfahrzeuge

Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuerventilsystem für ein mehrgängiges, selbsttätig schaltendes Umlaufrädergetriebe für Kraftfahrzeuge, bei dem Schaltventile in Abhängigkeit von Drucksignalen, die von der Fahrgeschwindigkeit und der Drehmomentanforderung beeinflußt sind, Servos von Kupplungen und Bremsen mit Druck beaufschlagen oder entlasten, um Elemente des Umlaufrädergetriebes miteinander zu verbinden oder festzulegen und bei dem der Systemdruck von einem Hauptregulierventil in Abhängigkeit von einem Fahrgeschwindigkeitsdruck und von einem Drehmomentanforderungsdruck einregulieri wird.

Aus den US-PS 3 309 939 und 3 613 484 der Ursprungsanmelderin sind Steuerventüsystem der eingangs genannten Art bekannt, bei denen ein von der Drehmomentanforderung abhängiges Drucksignal von einem Drehmomentanforderungsdruckventil erzeugt wird, das über eine Membrane betätigt wird, die über eine Schlauchleitung in Verbindung mit dem Ansaugrohr des Verbrennungsmotor steht.

Aus der EP-OS 0 045 922 der Anmelderin ist ein Steuerventüsystem der eingangs genannten Art bekannt, bei dem ein von der Drehmomentanforderung abhängiges Drucksignal durch ein Drehmomentanforderungsdnickventil erzeugt wird, das über eine mechanische Gestängeverbindung mit der Drosselklappe des Vergasers des Verbrennungsmotors verbunden

Bei beiden bekannten Ausführungsformen, der Ausführungsform mit der pneumatischen Verbindung und der Ausführungsform mit der mechanischen Verbindung liefert das Drehmomentanforderungsdruckventil ein
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Drucksi^iial an ein Hauptregulier-und Verstärkungsventil, so daß der Systemdruck bei einer entsprechenden Drchmomentnnforderung erhöht wird, um die Kraftübertragungskapazität der Servos der Kupplungen und Bremsen auf dem benötigten Niveau zu halten. Fällt die Drehmomentanforderung mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit ab, so wird der Systemdruck verringert, um einerseits eine unerwünschte Härte bei den selbsttägigen Gangwechseln zu vermeiden und andererseits die von der Druckmittelpumpe benötigte Leistung möglichst gering zu halten. Die von der Druckmittelpumpe verbrauchte Leistung ist als Verlustleistung anzusehen, die an sich den Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors negativ beeinflußt.

Bei den beiden bekannten Ausführungsformen tritt der Nachteil auf, daß bei einem Ausfall der pneumatischen oder mechanischen Verbindung vom Vergaser zum Drehmomentanforderungsventil der Drehmomentanforderungsdruck auf Null oder einen Wert nahe Null absinkt. Tritt ein solcher Ausfall während einer Drehmomentübertragung in den Servos der Kupplungen und Bremsen auf, so tritt durch den ungenügenden Systemdruck ein Gleiten der Reibelemente dieser Servos auf, wodurch diese im Extremfall thermisch zu hoch belastet werden können und ausfallen .

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Steuerventilsystem der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erläuterten Art derart zu verbessern, daß bei einem Ausfall der Verbindung zwischen dem Vergaser und dem Drehmomentanforderungsventil und damit bei einem Ausfall des Drehmomentanforderungsdruckes ein schädliches Absinken des Systemdruckes unter einen bestimmten Wert vermieden und damit eine Beschädigung der Servoeini'ichtungen verhindert wird.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst, indem ein Steuerventilsystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs I die im Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 aufgezeigten Merkmale aufweist.

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Dadurch, daß der aus einem Hauptregulier- und einem Verstärkungsventil bestehenden Hauptregulier-Ventilanordnung ein Ausfallsicherungsventil zugeordnet ist, das bei Ausfall des Drehtnomentanforderungsdruckes infolge des auf eine Differenzfläche eines Ventilkörpers einwirkenden Systemdruckes einen bestimmten Mindest-Systemdruck aufrecht erhalt, wird bei einem Ausfall der Verbindung zwischen dem Vergaser und dem Drehmomentanforderungsventil ein unerwünschtes Durchrutschen der in Kraftübertragung stehenden Servoeinrichtungen für die Kupplungen und Bremsen vermieden und damit deren Beschädigung verhindert.

Im Patentanspruch 2 ist hierbei eine konkrete Ausführungsform eines solchen Ausfallsicherungsventiles näher erläutert.

Die Erfindung wird anhand eines in den beiliegenden Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispioles näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1. eine' schematische Ansicht eines mehrgängigen,

selbsttätig schaltenden Umlaufrädergetriebes mit Teilen des hierfür erforderlichen und gemäß der Erfindung verbesserten Steuerventilsystems;

Fig. 2 eine Tabelle über die in den unterschiedlichen

Gangstufen betätigten Kupplungen und Bremsen

und

Fig. 3 einen vertikalen Schnitt durch eine bevorzugte

Ausführungsform einer Hauptregulier-Ventilanordnung mit einem Ausfallsicherungsventil gemäß der Erfindung.

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Die Kurbelwelle 10 eines Verbrennungsmotors ist mit dem Pumpenrad 12 eines hydrokinetischen Drehmomentwandlers 14 verbunden. Der Drehmomentwandler 14 weist weiterhin ein Turbinenrad 16 und ein Leitrad 18 auf. Das Leitrad 18 ist in bekannter Weise über einen Freilauf 20 an einer feststehenden Statorhohlwelle abgestützt.

Ein einfacher Drehmoment-Verteiler-Planetenradsatz 22 ist zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Drehmomentwandler 14 angeordnet. Der Planetenradsatz 22 besteht aus einem Ringrad 24, einem Sonnenrad 26, einem Planetenradträger 28 und Planetenrädern 30, die auf dem Planetenträger 28 drehbar gelagert sind und in Eingriff mit dem Ringrad 24 und dem Sonnenrad 26 stehen. Da- Ringrad 24 ist hierbei direkt mit der Kurbelwelle 10 des Verbrennungsiaotors verbunden. Eine Zentralwelle 32 erstreckt sich konzentrisch durch den Drehmomentwandler und durch das Umlaufrädergetriebe und ist treibend mit einer Druckmittelpumpe 34 verbunden, die bereits einen Teil des Steuerventilsystems bildet.

Konzentrisch zur Zentralwelle 32 ist eine erste Hohlwelle 35 angeordnet, deren eines Ende treibend mit dem Planetenträger 28 des Planetenradsatzes 22 verbunden ist und konzentrisch zu dieser ist eine zweite Hohlwelle 36 angeordnet, deren eines Ende treibend mit dem Sonnenrad 26 des Planetenradsatzes 22 und mit dem Turbinenrad 16 des Drehnomentwandlers 14 verbunden ist. Die beiden Hohlwellen 35 und 36 bilden die beiden Eingang.swellen für ein Verbund-Urlaufrädergetriebe 38. Das Verbund-Umlaufrädergetriebe 38 besteht aus einem Ringrad 40, einem kleinen Sonnenrad 42, einem großen Sonnenrad 44, kurzen Planetenrädcrn 46 und langen Planetenrädern 48. Die Planetenräder 46 und 48 sind auf einem Planetenträger 50 drehbar angeordnet und stehen miteinander im Eingriff. Die Planetenräder 48 stehen weiterhin in Eingriff mit dem Ringrad 40 und mit dem Sonnenrad 44. Die Planetenräder 46 stehen in Eingriff mit dem Sonnenrad 42. Eine zweite Kupplung CL2, 52 kann wahlweise eingerückt werden, um die Hohlwelle 35 treibend mit dem Ringrad 40 zu verbinden. Eine dritte, als Bremse wirkende

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Kupplung CL3, 54 kann eingerückt werden, um das Ringrad 40 am Gehäuse festzulegen. Die zweite Kupplung CL2, 52 wird hierbei während eines Betriebes im 2. und im direkten Gang eingerückt.

Eine erste Kupplung CLl, 58 ist vorgesehen, um die Hohlwelle 36 wahlweise mit dem Sonnenrad 42 zu verbinden. Die erste Kupplung CLl, 58 wird hierbei im Rückwärtsgang, im 1. Gang und im direkten Gang eingerückt. Eine Oberholkupplung 60 ist hierbei parallel zur Kupplung 58 zwischen dem Sonnenrad 42 und der Hohlwelle 36 angeordnet, um eine treibende Verbindung im 1. Gang herzustellen.

Das Sonnenrad 44 ist mit einer Bremstrommel 62 verbunden, die von einem Bremsband 64 umfaßt ist, das während des 1. und 2. Ganges angelegt ist.

Der Planetenträger 50 des Verbund-Umlaufrädergetriebes 38 ist über eine Hohlwelle 65 mit einem Abtriebsrad 66 einer Enduntersetzung verbunden. Das Abtriebsrad 66 steht mit einem Antriebsrad 88 über ein Zwischenrad 70 in treibender Verbindung, das auf einer Welle 72 gelagert ist und in bekannter Weise den Eingang eines Ausgleichgetriebes antreiben kann.

In der in Fig. 2 gezeigten Tabelle sind die in unterschiedlichen Gangstufen eingerückten oder betätigten Kupplungen und Bremsen angegeben. Weiterhin sind die erzielten Übersetzungen eingetragen, sowie recht« von der Tabelle die Zähnezahlen für die verschiedenen Räder der Planetenradsätze angegeben. Die einzelnen Räder sind hierzu in Fig. 1 mit entsprechenden Buchstabenbezeichnungen versehen.

Die Kupplungen und Bremsen des im oberen Teil der Fig. 1 gezeigten schematischen Umlaufrädergetriebes werden über durch Druckmittel betätigte Servos eingerückt oder angelegt, von denen im unteren Teil der Fig. 1 als Beispiel ein Servo 74 für das Bremsband 64 schematisch aufgezeigt ist. Die Beaufschlagung der Servos erfolgt hierbei über ein

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hydraulisches Steuerventilsystem, in dem Schaltventile in Abhängigkeit von Drucksignalen, die von der Fahrgeschwindigkeit und von der Drehmomentanforderung beeinflußt sind, tätig werden, um Systemdruck den unterschiedlichen Druckmittelkammern der Servos zuzuleiten.

Vollständige Steuersystem dieser Art sind aus den eingangs erwähnten USrPatentschriften der Ursprungsanmelderin im Detail zu entnehmen. Im vorliegenden Fall, ist in der unteren Hälfte der Fig. 1 nur ein Teil einös solchen Steuerventilsystems schematisch dargestellt, soweit es für; das Verständnis der vorliegenden Erfindung erforderlich ist.

Ein- solches Steuerventilsystem weist ein Fahrgeschwindigkeitsdruckventil 76 auf, das von der Abtriebswelle der Getriebeanordnung in Drehung Versetzung wird. Es weist weiterhin ein Drehmomentanforderungsdruckventil 80 auf, das z. B. von einem Gaspedal 84 über eine Nockenanordnung 86 betätigt wird. Fahrgeschwindigkeitsdruck wirkt über eine Leitung 78 und ein Abregelventil 120 auf ein Hauptregulierveritil 88 ein, auf das auch Drehmomentanforderungsdruck über eine Leitung 90 einwirkt. Der gleiche Drehmomentanforderungsdruck wird übe? eine Leitung 92 einem Handschaltventil 94 zugeführt. Das Handschaltventil 94 kann in bekannter Weise in eine Vielzahl von unterschiedlichen Betriebsweisen zugeordneten Stellungen eingestellt werden:.

Drehmomentanforderungsdruck wird weiterhin über eine Leitung 82 einöm Verstärkungsventil 114 und einem Ausfallsicherungsventil 116 zugeleitet und wirkt über eine Leitung 102 auch auf ein 1-2 Schaltventil 110 und ein 2-3 Schaltventil 112 ein. Der Drehmomentanforderungsdruck wirkt hierbei einem Fahrgeschwindigkeitsdruck entgegen, der "über die Leitung 78 und die Leitung 104 gleichfalls auf die Schaltventile 110 und 112 einwirkt. Das 1-2 Schaltventil reagiert auf die beiden Drucksignale, um Systemdruck, der von der Leitung 100 vom Hanfischaltventil 94 ansteht auf die Leitung 106 zu verteilen, die zur zweijten Kupplung CL2 führt. In ähnlicher Weise reagiert das 2-3 Schalt-

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ventil auf die beiden Drucksignale, um Systemdruck vom Kanal 100 auf einen Kanal 108 zu verteilen, der zur ersten Kupplung CLl führt.

Der DrehmoiTientanror'lcrungsdruck in der Leitung 82 wirkt über eine Leitung 118 auch auf das Abregelventil 120 ein, das wieder über eine Leitung 122 auf das Hauptregulierventil 88 einwirkt.

Das Hauptregulierventil 88, das Verstärkungsventil 114 und das Ausfallsicherungsventil 116 sind hierbei zu einer Haupt regulier-Ventilan-Ordnung zusammengefaßt, die nachfolgend mit Bezug auf Fig. 3 näher erläutert wird.

In einem Ventilgehäuse 124 ist eine Ventilbohrung 126 angeordnet, die eine Ventilhülse 128 aufnimmt, in der ein unterschiedliche Steuerbunde aufweisender Ventilkörper 130 des Verstärkungsventües 114 aufgenommen wird. Der Ventilkörper 130 weist hierbei Steuerbünde 132, 134 und 136 mit jeweils ansteigenden Durchmessern auf. Das in Fig. 3 gesehen rechte Ende des Steuerbundes 132 steht unter dem Einfluß des Drehmomentanforderungsdruckes, der aus der Leitung 82 über den Eingang 138 in die Ventilbohrung gelangt. Die Steuerbünde 132 und 134 bilden eine Differenzfläche, die dem Abregeldruck aus der Leitung 122 ausgesetzt ist, der über den Eingang 140 in die Ventilbohrung gelangt. Die Steuerbünde 136 und 134 bilden eine weitere Differenzfläche, die dem verstärkten Systemdruck im Rückwärtsgang ausgesetzt ist, der über die Leitung 142 und den Eingang 144 in die Ventilbohrung gelangt. Die Leitung 142 wird hierbei nur mit erhöhtem Systemdruck beaufschlagt, sobald der Handschalthebel 94 in seiner Stellung für den Rückwärtsgang R steht.

Ein Ventilkörper 146 des Hauptregulierventiles 88 ist in einer Ventilbohrung 148 im Ventilgehäuse 124 angeordnet und weist Steuerbünde 148, 150 und 152 auf. Das Ventilelement 146 wird in Fig. 3 gesehen, über eine Ventilfeder 154 nach links gedrückt, deren anderes Ende sich an der Ventilhülse 128 abstützt. Systemdruck aus der Leitung 90

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gelangt über den Eingang 156 zum linken Ende des Ventilkörpers 148. Ein Eingang 158 stellt eine Verbindung zur Ventilbohrung 148 im Bereich zwischen den Steuerbünden 150 und 152 her. Der Steuerbund 150 steuert hierbei die Verbindung zwischen dem Eingang 158 und einem Ausgang 160 zum Sumpf. Der Drehmomentwandler und Schmierölkreislauf des Getriebes nach Fig. 1 wird hierbei iber den Auslaß 162 versorgt, dessen Verbindung mit dem Eingang 158 über den Steuerbund 152 gesteuert wird. Der Ventilkörper 146 stellt somit einerseits Systemdruck für das Steuerventilsystem als auch einen Systemdruck für den Drehmomentwandler und den Schmierölkreislauf zur Verfügung.

Steigt der Drehmoentanforderungsdruck in der Leitung 82 an, so erhöht sich die Kraft auf das rechte Ende des Steuerbundes 132. Diese Kraft wird über den Schaft 164, der vom Ventilkörper 130 des Verstärkungsventiles 114 beaufschlagt wird, auf den Ventilkörper 146 übertragen, wodurch sich eine Erhöhung des Systemdruckes in der Leitung 90 ergibt.

Wirkt über die Leitung 142 ein Rückwärtsgang-Steuerdruck ein, so wird infolge der Differenzfläche zwischen den Steuerbünden 136 und 134 wieder eine Erhöhung des Systemdruckes in der Leitung 90 bewirkt.

Steigt die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges über einen bestimmten Punkt an, so wird ein Drucksignal vom Abregelventil 120 über die Leitung 122 zum Eingang 140 unterbrochen und hierdurch die nach links gerichtete Kraft des Ventilkörpers 130 des Verstärkungsventiles 114 verringert. Dementsprechend wird dann auch der Systemdruck in der Leitung 90 verringert. Bei niedrigen Geschwindigkeiten, bei denen eine Erhöhung des Systemdruckes zur Aufrechterhaltung der Drehmomentkapazität der Kupplungen und Bremsen erforderlich ist, wirkt ein Drucksignal auf die Differenz fläche der Steuerbünde 134 und 132 ein.

Ein Ausfallsichcrungsventil 114 ist in einem Bohrungsabschnitt 166 im Ventilgehäuse 124 angeordnet. Der Ventilkörper 116 weist hierbei drei

Steuerbünde 168, 170 und 172 auf. Die zwischen den Steuerbünden 35

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170 und 172 gebildete Differenzfläche ist über die Leitung 90 mit Systemdruck beaufschlagt, so daß normalerweise auf den Ventilkörper 116 eine in Fig. 3 gesehen nach links gerichtete Kraft ausgeübt wird. Diese Kraft kann auf den Ventilkörpor 130 des Verstärkungsventiles 114 übertragen werden, sobald die beiden Ventilkörper anoinanderanliegen. An der rechten Seite des Steuerbundes 168 wirkt jedoch normalerweise der Drehmomentanforderungsdruck ein, der den Ventilkörper 116 nach rechts und außer Berührung mit dem Ventilkörper 130 hält. Die Wirkung des Drehmomentanforderungsdruckes in der Leitung 82 wird bei Vorliegen eines Rückwärtsgang-Steuerdruckes in der Leitung 142 durch die Differenzfläche zwischen den Steuerbünden 170 und 168 unterstützt, da dieser Steuerdruck über den Eingang 176 einwirkt.

Während eines normalen Betriebes des Steuerventilsystems ist der Drehmomentanforderungsdruck in der Leitung 82 ausreichend hoch, um das Ventilelement 116 außer Eingriff mit dem Ventilelement 120 des Verstärkungsventiles 114 zu halten. Im Falle eines Ausfalles der Gestängeverbindung zwischen dem Gaspedal bzw. dem Vergaser des Verbrennungsmotors und dem Drehmomentanforderungsventil wird der Drehmomentanforderungsdruck in der Leitung 82 auf Null oder nahezu Null abfallen. Dieser Druckverlust wird jedoch gemäß der Erfindung nun nicht mehr zu einem unerwünschten Abfall des Systemdruckes unter einem Mindestwert führen, da in diesem Fall das Ausfallsicherungsventil 116 sich nach links bewegt, in Berührung mit dem Ventilkörper 130 des Verstärkungsventiles 114 gelangt und dessen Kraft durch die auf die Differenzfläche zwischen den Steuerbünden 170 und 172 einwirkende Kraft unterstützt und hierdurch die Kraft des ausgefallenen Drehmomentanforderungsdruckes ersetzt.

Claims

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Patentansprüche

(I.) Steucrventilsystem für ein mehrgängiges, selbsttätig schaltondes Uniaufrädergetriebe für Kraftfahrzeuge, bei dem Schaltventile in Abhängigkeit von Drucksignalen die von der Fahrgeschwindigkeit und der Drehmomenanforderung beeinflußt sind, Servos von Kupplungen und Bremsen mit Druck beaufschlagen oder entlasten, um Elemente des Umlaufrädergetriebes miteinander zu verbinden oder festzulegen und bei dem der Systemdruck von einem Hauptregulierventil in Abhängigkeit von einem Fahrgeschwindigkeitsdruck und von einem Drehmomentanforderungsdruck einreguliert wird, dadurch gekennzeichnet*, daß der aus einem Hauptregulier- und einem Verstärkungsventil (88 und 114) bestehenden Hauptregulier-Ventilanordnung ein Ausfallsicherungsventil (116) zugeordnet ist, das bei Ausfall des Drehmomentanforderungsdruckes infolge des auf eine Differennfläche eines Ventilkörpers (116) einwirkenden Systemdruckes einen bestimmten Mindest-Systemdruck aufrecht erhält.

2. Steuerventilsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptregulierventil (88) aus einem in einer Ventilbohrung (148) verschiebbar aufgenommenen Ventilkörper (146) besteht, der an einer Seite von einer Ventilfeder (154) und von der anderen Seite durch den Systemdruck (90) belastet ist und auf dem Bünde (148 und 150 bzw. 150 und 152) den Systemdruck (158) bzw. einen Drehmomentwandler-und Schmierölkreislaufdruck (162) steuern und wobei der Ventilkörper (146) einen Schaft (164) aufweist, über den er mit dem Ventilkörper (130) des Verstärkungsventiles (114) zusammenwirkt, der zwei unterschiedliche Steuerbünde (132 und 134) aufweist und an dessen einen Ende der Drehmomentanforderungsdruck (Eingang 138) einwirkt und an dessen anderem Ende zeitweise ein Abregeldruck (Eingang 140) einwirkt und der über einen dritten Steuerbund (136) zeitweise einen Rückwärtsgang-Steuerdruck ausge-

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setzt ist und wobei benachbart dem Ventilkörper (130) des Verstärkungsventiles (114) das Ausfallsicherungsventil (116) angeordnet ist, das aus einem in einem größeren Ventilbohrungsabschnitt (166) angeordneten Ventilkörper (116) mit Steuerbünden (168, 170 und

172) besteht, an dessen einer Seite, zwischen den Steuerbünden (170 und 172) der Systemdruck (90) einwirkt und an dessen anderer Seite am Steuerbund (168) der Drehmomentanforderungsdruck (82) einwirkt, so daß bei Ausfall des Drehmomentanforderungsdruckes (82) sich der Ventilkörper (116) an den Ventilkörper (130) des Verstärkungsventiles (114) verstärkend anlegt.