DE69200317T2

DE69200317T2 - Akkumulator- und Relaisventil.

Info

Publication number: DE69200317T2
Application number: DE69200317T
Authority: DE
Inventors: Dennis Michael Cooke; Martin Robert Dadel; Charles Francis Long; Phillip Franklin Mccauley; J Curt Vapor
Original assignee: General Motors Corp
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1991-10-15
Filing date: 1992-09-02
Publication date: 1994-12-01
Anticipated expiration: 2012-09-03
Also published as: DE69200317D1; EP0537810B1; US5119914A; EP0537810A1

Description

Diese Erfindung betrifft hydraulische Steuerungssysteme und insbesondere solche Steuerungssysteme mit einem pulsbreitenmodulierten Ventil und einem elektrischen Schalter. Insbesondere betrifft diese Erfindung ein Akkumulator- und Relaisventil in derartigen Steuerungssystemen, das die Druckoszillationen des pulsbreitenmodulierten Ventils vom Schalter isoliert.
Elektronische Steuerungen werden in vielen Leistungsgetrieben benutzt, um die Betätigung von fluidbetriebenen Reibungseinrichtungen wie Kupplungen und Bremsen zu steuern. In einer Anzahl der elektronisch gesteuerten Getriebe werden die Fluiddruckniveaus in den verschiedenen fluidbetriebenen Reibungseinrichtungen durch pulsbreitenmodulierte Solenoid-Ventile gesteuert. Diese Solenoid-Ventile arbeiten bei einer im wesentlichen konstanten Wechselstrom-Frequenz im Bereich von 60 Hz bis 70 Hz. Durch Ändern des Tastverhältnisses durch Steuern des Prozentsatzes der Zeit, die sich das Solenoid-Ventil im "Ein"-Zustand befindet, gegenüber dem Prozentsatz der Zeit, die sich das Solenoid-Ventil im "Aus"-Zustand befindet, kann der Aufbringdruck der fluidbetriebenen Einrichtungen bei irgendeinem gewünschten Druckniveau zwischen Null und einem maximalen Systemdruck moduliert werden. Diese Steuerungssysteme haben sich als kosteneffektiv beim Steuern von fluidbetriebenen Reibungseinrichtungen herausgestellt, jedoch stellen sie eine Nebenwirkung dar, indem sie Hochfreguenzrauschen oder hydraulische Druckpulsierungen in den Fluidkreis hinein induzieren.
Diese Steuerungssysteme benutzen auch druckbetriebene elektrische Schalter, die verschiedene Diagnostik- und Steuerungsfunktionen schaffen. Es wird bevorzugt, kostengünstige druckbetriebene elektrische Schalter zu verwenden. Jedoch besitzen kostengünstige Schalter keine strukturellen Vorteile, die die Druckpulsierungen daran hindern, auf den Schalter zu wirken. So erfahren die Schalter signifikant mehr Aus/Ein-Signale als notwendig während eines normalen Getriebebetriebs.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Anordnung, die sowohl den Betrag der auf den elektrischen Schalter wirkenden Druckpulsierungen reduziert als auch einen Akkumulator, wie beispielsweise aus der US-A-4 930 080 bekannt, für die mit auf-kommendem Fluid betriebene Reibungseinrichtung schafft. Dies wird durch die Verwendung eines Akkumulator- und Relaisventils erreicht, das in einem hydraulischen Schaltkreis in Parallelflußbeziehung mit einem Druckschalter installiert ist. Ein Akkumulator- und Relaisventil gemäß der vorliegenden Erfindung ist durch die in Anspruch 1 spezifizierten Merkmale gekennzeichnet.
Das Akkumulator- und Relaisventil wirkt als ein Relaisventil derart, daß, wenn sich die Reibungseinrichtung außer Eingriff befindet, der druckbetriebene elektrische Schalter zum Ablassen gekuppelt ist, und wenn sich die Reibungseinrichtung in Eingriff befindet, der Schalter mit dem Aufbringdruck verbunden ist.
Während eines Aufbringens der Reibungseinrichtung bleibt der elektrische Schalter zum Ablassen geschaltet, bis der Aufbringdruck über die Schalteröffnungsdruckeinstellung angestiegen ist. Bei den höheren Druckniveaus ist der Schalter dem Ausgangsdruck eines pulsbreitenmodulierten Solenoid-Ventils durch eine Akkumulatorkammer und einen Steuerungsdurchgang ausgesetzt, der den Betrag der Druckpulsierungen beträchtlich reduziert.
Während des Übergangs, bei dem der elektrische Schalter vom Ablassen zu Hochdruck geschaltet wird, schafft ein Spulenventil im Akkumulator- und Relaisventil eine Steuerungszone, worin der Schalter sowohl mit dem Druckausgang vom pulsbreitenmodulierten Solenoid-Ventil als auch mit dem Ablaß durch einen stark verengten Durchgang verbunden ist, der durch den diametralen Zwischenraum der Ventilspule in der Ventilbohrung geschaffen wird.
Die Verwendung der vorliegenden Erfindung hat sich als effektiv beim Reduzieren der Anzahl von Zustandsänderungen oder Ein/Aus-Signalen des elektrischen Schalters von näherungsweise 8500 pro Stunde auf 200 pro Stunde während eines typischen Antriebsablaufs herausgestellt. Wegen der Reduzierung von Ein/Aus-Signalen wird die Gesamtlebensspanne des elektrischen Schalters verbessert und die Schalterfunktion kann mit einer kostengünstigen Komponente geschaffen werden.
Die vorliegende Erfindung schafft daher ein Akkumulator- und Relaisventil zur Verwendung in Kombination mit einem Getriebesteuerungssystem, worin das Akkumulator- und Relaisventil wirksam mit dem elektrischen Schalter verbunden ist, um einen Schutz vor Druckpulsierungen innerhalb eines hydraulischen Steuerungskreises zu schaffen.
Die vorliegende Erfindung schafft auch ein Akkumulator- und Relaisventil in einem fluidbetriebenen Reibungseinrichtungsaufbringkreis, worin ein pulsbreitenmoduliertes Ventil betreibbar ist, um einen Eingriffsdruck zu schaffen, und ein druckbetriebener elektrischer Schalter wirksam ist, um eine Anzeige des Vorliegens von Eingriffsdruck zu schaffen, und worin ferner der elektrische Schalter wirksam vom Aufbringdruck isoliert ist, bevor ein minimaler Druckwert geschaffen wird, und worin auch die am pulsbreitenmodulierten Ventil erzeugten Druckpulsierungen beträchtlich reduziert werden, bevor sie in den elektrischen Schalter eingeführt werden.
Die vorliegende Erfindung wird nun beispielhaft anhand der folgenden Beschreibung und der begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines fluidbetriebenen Systems ist, das ein Akkumulatorund Relaisventil gemäß der vorliegenden Erfindung mit einschließt;
Figur 2 eine schematische Ansicht ähnlich zu Figur 1 ist, wobei ein Teil des Akkumulator- und Relaisventils in einem anderen Betriebsmodus gezeigt ist; und
Figur 3 eine Ansicht ebenfalls ähnlich zu Figur 1 ist, welche das Akkumulator- und Relaisventil in noch einem weiteren Betriebsmodus zeigt.
Bezugnehmend auf die Zeichnungen, worin gleiche Zeichen die gleichen oder entsprechende Teile durch die einzelnen Ansichten hindurch darstellen, ist in Figur 1 eine schematische Darstellung eines hydraulischen Steuerungssystems mit einer Pumpe 10 zu sehen, die Fluid von einem Reservoir 12 zur Lieferung zu einem herkömmlichen Leistungsgetriebe-Steuerungssystem 14 zieht, welches eine Mehrzahl von Steuerungsventilen und -elementen 16, ein pulsbreitenmoduliertes Solenoid-Ventil 18 und ein Akkumulator- und Relaisventil 20 mit einschließt.
Das Steuerungssystem 14 kann natürlich eine Anzahl von pulsbreitenmodulierten Solenoiden und andere Akkumulator- und Relaisventile ähnlich zu Ventil 20 mit einschließen. Das Solenoid-Ventil 18 ist selektiv betreibbar, um einen Ausgangsdruck in einem Durchgang 24 zu schaffen, der zu einer herkömmlichen fluidbetriebenen Reibungseinrichtung 26 und einer im Akkumulator- und Relaisventil 20 mit eingeschlossenen Akkumulatoröf fnung 28 geliefert wird. Die fluidbetriebene Reibungseinrichtung 26 ist eine herkömmliche Mehrscheibenanordnung, die einen herkömmlichen fluidbetriebenen Kolben, nicht gezeigt, aufweist, der selektiv durch Druck im Durchgang 24 unter Druck gesetzt wird, um den Eingriff und das Lösen herkömmlicher Scheibenbauteile, nicht gezeigt, und dadurch die Errichtung des Drehmomentübertragungswegs zu steuern. Die Reibungseinrichtung 26 kann entweder eine Kupplung oder eine Bremse sein.
Bekanntlich wird das Solenoid-Ventil 18 elektronisch gesteuert, im allgemeinen durch einen herkömmlichen Mikroprozessor, der in das Steuerungssystem 14 eingegliedert sein kann, um ein rasches Öffnen und Schließen einer Drucköffnung zu veranlassen und somit abwechselnd den Durchgang 24 zwischen einem Druckdurchgang und einem Ablaßdurchgang zu schalten. Durch Steuern des Tastverhältnisses des Solenoid-Ventils 18 wird der Druck innerhalb des Durchgangs 24 gesteuert. Wenn die "Ein"-Zeit des Solenoids als ein Prozentsatz des Gesamttastverhältnisses ansteigt, steigt der Druck im Durchgang 24 an. Dieser Typ von Drucksteuerungsfunktion ist bekannt. Wegen des raschen Öffnens und Schließens des Solenoidventils 18 werden Druckpulsierungen in den Durchgang 24 eingeführt. Diese Pulsierungen werden oft als "Rauschen" bezeichnet.
Die Reibungseinrichtung 26, wie zuvor erwähnt, schließt ein Kolbenbauteil mit ein, dem eine Aufbringkammer zugeordnet ist, die groß genug ist, um Pulsierungen derart zu dämpfen, daß der Kolben nicht auf die Druckpulsierungen anspricht. Es ist allgemein für diagnostische Zwecke wünschenswert, einen elektrischen Schalter einzusetzen, der betätigt wird, wenn die Reibungseinrichtung 26 betrieben wird. Bei der vorliegenden Erfindung ist ein Schalter 30 vorgesehen. Der Schalter 30 ist ein herkömmlicher fluiddruckbetriebener elektrischer Schalter mit einer Fluidverbindung oder einem Druckdurchgang 32, der mit einer Schalteröffnung 34 des Akkumulator- und Relaisventils 20 verbunden ist.
Das Akkumulator- und Relaisventil 20 weist einen Ventilkörper 36 auf, in welchem eine Ventilbohrung 38 ausgebildet ist. Eine Ventilspule 40 mit einem Paar von beabstandeten Ventilflächen 42 und 44 ist gleitbar in der Ventilbohrung 38 angeordnet. Die Ventilfläche 42 wirkt mit der Ventilbohrung 38 zusammen, um eine Akkumulatorkammer 46 zu bilden, die sich in Fluidkommunikation mit der Akkumulatoröffnung 28 befindet.
Das Akkumulator- und Relaisventil 20 weist außerdem eine Feder 48 auf, die zwischen der Ventilfläche 44 und einer Unterlegscheibenfeder 50 zusammengedrückt wird, die ihrerseits in der Ventilbohrung 38 durch einen Federsitz 52 und einen Stift 54 gehalten wird. Die Ventilspule 40 besitzt eine Erweiterung 56, die sich von der Ventilfläche 44 zur Unterlegscheibenfeder 50 erstreckt. Die Erweiterung 56 besitzt einen im wesentlichen kreisförmigen Endabschnitt 58, der mit einer in der Unterlegscheibenfeder 50 ausgebildeten kreisförmigen Öffnung oder Apertur 60 ausgerichtet und leicht größer als diese ist.
Der Federsitz 52 besitzt eine zentrale Öffnung oder Verengung 62, die mit der Apertur 60 ausgerichtet ist. Die Funktion dieser Komponenten wird später diskutiert. Die Ventilspule 40 weist einen longitudinalen Durchgang 64 und einen verengten radialen Durchgang 66 auf. Der longitudinale Durchgang 64 erstreckt sich von einer Seite der Ventilfläche 42 zu einem Ort zwischen den Ventilflächen 42 und 44, wo er sich mit dem radialen Durchgang 66 schneidet.
In der gezeigten "Ruhe"- oder Federsetzposition ist die Ventilfläche 44 betreibbar, um die Schalteröffnung 34 zu dem Raum zwischen den Ventilflächen 42 und 44 zu schließen und eine Fluidkommunikation zwischen der Schalteröffnung 34 und einer Ablaßöffnung 68 zu gestatten. Die Ventilspule 40 wird in dieser Position gehalten, bis der Fluiddruck im Durchgang 24 und daher in der Akkumulatorkammer 46 ausreicht, um die Kraft in der Feder 48 zu überwinden. Wenn das Druckniveau in der Akkumulatorkammer 46 einen vorbestimmten Wert erreicht, beginnt die Ventilspule 40 damit, sich nach rechts in den Zeichnungen gegen die Feder 48 zu bewegen.
Während der Fluiddruck in der Akkumulatorkammer 46 weiter ansteigt, bewegt sich die Ventilspule 40 weiter, bis die in Figur 2 gezeigte Position erreicht ist. An diesem Ort ist zu sehen, daß die Ventilfläche 44, die etwas breiter als die Schalteröffnung 34 ist, die Schalteröffnung 34 bedeckt. Wegen des diametralen Zwischenraums zwischen der Ventilbohrung 38 und der Ventilfläche 44 wird eine gesteuerte Kommunikation zwischen dem am verengten radialen Durchgang 66 zugeführten Fluid, der Schalteröffnung 34 und der Ablaßöffnung 68 geschaffen. Dies gestattet einen langsamen oder gesteuerten Druckaufbau an der Schalteröffnung 34 und daher im Druckdurchgang 32.
Während der Fluiddruck in der Akkumulatorkammer 46 weiter ansteigt, bewegt sich die Ventilspule 40 in die in Figur 3 gezeigte Position. In dieser Position ist der Schalter 30 dem maximalen in der Akkumulatorkammer 46 herrschenden Druck ausgesetzt. Jedoch ist wegen des Volumens der Akkumulatorkammer 46 und des verengten radialen Durchgangs 66 das durch das Solenoid-Ventil 18 eingeführte Rauschen im wesentlichen vom Druckschalter isoliert.
An diesem Punkt ist zu bemerken, daß die Feder 48 so entworfen ist, daß sie Charakteristiken aufweist, welche die Ventilspule 40 daran hindern, die in Figur 2 gezeigte Position zu erreichen, bevor das Druckniveau in der Akkumulatorkammer 46 größer ist als der Schalteröffnungsdruck, der im Durchgang 32 erforderlich ist, um den Schalter 30 zu betätigen. Sobald die Ventilfläche 44 eine vollständige Kommunikation zwischen dem Fluiddruck am radialen Durchgang 66 und der Schalteröffnung 34 geschaffen hat, öffnet sich somit der Druckschalter und bleibt offen, da die Druckpulsierungen oder das Rauschen nicht ausreichen, um dem Druckniveau zu gestatten, unterhalb das zum Aktivieren des Schalters 30 erforderliche Niveau abzunehmen.
In einigen Steuerungssystemen kann die Ventilspule 40 bei Annäherung an das Ende des Hubs, wie in Figur 3 dargestellt, ein beträchtliches Moment aufweisen. Die Unterlegscheibenfeder 50 ist vorgesehen, um viel dieses Moments zu absorbieren und irgendwelche Energievibrationen, die auftreten können, bei Annäherung an das Ende des Hubs zu dämpfen. Die Unterlegscheibenfeder 50 wird durch den Endabschnitt 58 der Erweiterung 56 angestoßen und von der Position in Figur 2 in diejenige, die in Figur 3 gezeigt ist, ausgelenkt.
Durch die Verengung 62 kann neben einer mechanischen Dämpfung auch ein wenig hydraulische Dämpfung geschaffen werden. Wenn der Endabschnitt 58 an die Unterlegscheibenfeder 50 stößt, schließt er die Öffnung 60, wodurch irgendwelches zwischen der Unterlegscheibenfeder 60 und dem Federsitz 52 eingefangenes Fluid daran gehindert wird, zur Ablaßöf fnung 68 zu fließen. Wenn die Unterlegscheibenfeder 50 ausgelenkt wird, wird das darin befindliche Fluid dazu gezwungen, durch die Verengung 62 zu laufen, was durch die Position des Stifts 54 unterstützt wird. Dies schafft etwas Fluiddämpfung neben der mechanischen Federdämpfung. Wenn die Reibungseinrichtung 26 durch das Ablassen von Druck im Durchgang 24 außer Eingriff gebracht wird, kehrt die Ventilspule 40 in die in Figur 1 gezeigte Position in Vorbereitung für das nächste Aufbringsignal der Reibungseinrichtung 26 zurück.
Es sollte zu erkennen sein, daß der Schalter 30 nur ein einziges Mal während des Aufbringsignals der Reibungseinrichtung 26 betätigt wird. In Einrichtungen des Standes der Technik, wo der Schalter 30 nicht isoliert ist, kommt eine beträchtliche Anzahl von Schaltersignalen während jedes Aufbringsignals der Reibungseinrichtung aufgrund der Druckoszillationen vor. Die vorliegende Erfindung erhöht daher beträchtlich die Lebensspanne des Schalters 30 und reduziert signifikant die Kosten, die erforderlich sind, um den Schalter herzustellen.

Claims

1. Ein Akkumulator- und Relaisventil (20) zur Verwendung in einem hydraulischen Getriebesteuerungssystem (14) mit einem pulsbreitenmodulierten Solenoid-Ventil (18), einer fluidbetriebenen Reibungseinrichtung (26) und einem druckempfänglichen elektrischen Schalter (30) mit einem Schließdruckniveau, wobei das Akkumulator- und Relaisventil umfaßt

eine Ventilbohrung (38) mit einer Schalteröffnung (34) vorbestimmter Öffnung, eine Ablaßöf fnung (68) und eine Akkumulatoröffnung (28);

eine gleitbar in der Ventilbohrung angeordnete Ventilspule (40) mit einem Paar von beabstandeten Flächen (42, 44), von denen eine (42) mit der Ventilbohrung zusammenwirkt, um eine Akkumulatorkammer (46) zu schaffen, die zwischen einem minimalen Volumen und einem maximalen Volumen variabel ist, und von denen die andere (44) die Akkumulatorkammer von der Ablaßöffnung trennt, wobei die genannte andere Fläche eine vorbestimmte Breite aufweist, die größer ist als die vorbestimmte Öffnung der Schalteröffnung, so daß während eines Teils eines Ventilhubs innerhalb der Ventilbohrung ein Überlappzustand vorliegt;

eine die Ventilspule innerhalb der Ventilbohrung beaufschlagende Feder (48), um das Volumen der Akkumulatorkammer zu reduzieren und die Schalteröffnung mit der Ablaßöffnung zu verbinden, wobei die Akkumulatoröffnung zu einer Fluidkommunikation mit dem pulsbreitenmodulierten Solenoid-Ventil und der fluidbetriebenen Reibungseinrich tung in der Lage ist, so daß darin erzeugter Fluiddruck auf die genannte eine Fläche wirkt, um die Ventilspule gegen die Feder zu bewegen und somit das Volumen der Akkumulatorkammer zu erhöhen und dadurch den Eingriff der fluidbetriebenen Reibungseinrichtung zu steuern und am pulsbreitenmodulierten Solenoid-Ventil erzeugte Druckpulsierungen zu dämpfen;

und einen verengten Durchgang (64, 66), der in der Ventilspule ausgebildet ist, um Fluiddruck in der Akkumulatorkammer auf den Raum zwischen den Flächen zu übertragen, um dadurch Druck am pulsbreitenmodulierten Solenoid-Ventil auf die Schalteröffnung bei einem vorbestimmten Druckniveau in der fluidbetriebenen Reibungseinrichtung zu übertragen.

2. Ein Akkumulator- und Relaisventil wie in Anspruch 1 beansprucht,

worin die Feder (48) ausreichende Charakteristiken besitzt, um die andere Fläche (44) daran zu hindern, die Schalteröffnung (34) dem Fluiddruck zwischen den Flächen (42, 44) zu öffnen, bevor ein Druckniveau in der Akkumulatorkammer (46) größer als das Schließdruckniveau ist.

3. Ein Akkumulator- und Relaisventil wie in Anspruch 1 oder Anspruch 2 beansprucht,

ferner mit einer Unterlegscheibenfeder (50), die benachbart dem einen Ende der Ventilbohrung (38) angeordnet ist und sich in Kontakt mit dem einen Ende der Feder (48) befindet und dabei ein Polster für die Ventilspule (40) schafft, wenn sich die Akkumulatorkammer (46) innerhalb eines vorbestimmten Volumenbereichs befindet.

4. Ein Akkumulator- und Relaisventil wie in Anspruch 3 beansprucht,

ferner mit einem Dämpferkammermittel benachbart der Unterlegscheibenfeder (50) zur Zusammenwirkung mit der Ventilspule (40), um eine gesteuerte Auslenkung der Unterlegscheibenfeder zu schaffen.