Drucksteuereinrichtunq
Die Erfindung betrifft eine Drucksteuereinrichtung zur Beeinflussung des Schließverhaltens von Lastschaltkupplun¬ gen in einem Lastschaltgetriebe, mit einem mit einer Dämp¬ fereinrichtung zusammenwirkenden Regelventil als Drucksteu¬ erventil, mit dem der Druckverlauf beim Einschalten der jeweiligen Kupplung festlegbar ist.
Aus der DE 21 20 545 ist eine Drucksteuereinrichtung für Gangschaltkupplungen in Kraftfahrzeugen bekannt.
Hierbei wird in einen Zwischenraum zwischen einem Hohlkolben und einem Steuerkolben Hydraulikflüssigkeit eingedrückt, so daß sich die genannten Kolben voneinander weg bewegen und somit die Drucksteuereinrichtung wieder in ihre Ausgangsstellung zurückbewegt werden kann.
Nachteilig an der Drucksteuereinrichtung gemäß der DE 21 20 545 ist jedoch, daß die Drucksteuereinrichtung noch nicht in ihre Ausgangslage zurückgesetzt ist, wenn zwei Kupplungen in kurzem, zeitlichen Abstand hintereinan¬ der geschaltet werden. Die Druckst«.**erung der zweiten Kupp- lung beginnt daher an dem Punkt einer Modulationskurve, an dem sich der Druck in der Drucksteuereinrichtung zum Zeit¬ punkt des Betätigens der zweiten Kupplung befindet, und nicht, wie es für einen ruckfreien Schaltvorgang notwendig wäre, an einem definierten Punkt der Modulationskurve, da zum optimalen Schalten die gesamte Modulationskurve durch¬ laufen werden muß.
Der Druck der zweiten Kupplung wird daher nicht all¬ mählich hochgesteuert, sondern springt sofort auf den
momentan in der Drucksteuereinrichtung vorhandenen Druck, wodurch ein sogenannter Schaltstoß verursacht wird.
Ein weiterer Nachteil der in der genannten Druck- schrift offenbarten Drucksteuereinrichtung ist die fehlende Möglichkeit einer Schnellbefüllung des Kupplungszylinders. Dieser Nachteil resultiert daraus, daß sich der Steuerkol¬ ben von seiner Ausgangsstellung, bei der die Steuerkante des Ventils den vollen Öffnungsquerschnitt zum Kupplungs- zylinder freigibt, in seine Drucksteuerstellung bewegt, bei der an der Steuerkante des Ventiles nur ein kleiner Dros¬ selquerschnitt geöffnet ist, sobald der Druck hinter dem Drucksteuerventil und vor der Leitung zum Kupplungszylinder einen durch die Vorspannkraft einer Feder bestimmten Wert erreicht hat.
Dieser Druckwert ist relativ niedrig, wobei ab diesem Punkt der Kupplungszylinder nur noch gedrosselt befüllt wird, so daß der Befüllvorgang des KupplungsZylinders rela- tiv lange dauert.
Um eine gute Schaltqualität zu erreichen, sollte die Befüllzeit jedoch möglichst kurz sein, damit der Kraftfluß im Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges nur kurzfristig un- terbrochen wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Drucksteuereinrichtung vorzusehen, die die Nachteile des Standes der Technik beseitigt, insbeson- dere die ein schaltstoßfreies Schalten sowie eine Schnell¬ befüllung des KupplungsZylinders ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß über ein von einem Magnetventil geschaltetes erstes Schalt- ventil Druck in einen Raum C3 zwischen einem Verdrängerkol-
ben und einem Druckregelkolben einsteuerbar ist, und über ein vom gleichen Magnetventil geschaltetes zweites Schalt¬ ventil ein Raum C2 hinter dem Verdrängerkolben entlüftbar ist, wobei der Druckregelkolben in seiner Ausgangsstellung zur Freigabe des vollen Ventilöffnungsquerschnittes von der Druckzuleitung zur Kupplungsleitung gehalten ist.
Durch die Möglichkeit, Druck in den Raum C3 zwischen Verdrängerkolben und Druckregelkolben einsteuern zu können, können der Verdrängerkolben und der Druckregelkolben sehr schnell wieder in ihre Ausgangsstellung zurückgebracht wer¬ den.
Dieses schnelle Zurückfahren des Verdrängerkolbens und des Regelkolbens in ihre Ausgangsstellung wird auch dadurch ermöglicht, daß der Raum hinter dem Verdrängerkolben ent- lüftbar ist, so daß der Verdrängerkolben gegen keinen gro¬ ßen Widerstand verschoben werden muß.
Aufgrund der Freigabe des vollen Ventilöffnungsquer¬ schnittes von der Druckzuleitung zur Kupplungsleitung in der Ausgangsstellung des Druckregelkolbens kann der Kupp¬ lungszylinder schnell befüllt werden.
In vorteilhafter Weise kann das Magnetventil im Neu¬ tralzustand und bei geschaltetem Gang immer aktiviert sein, und das Magnetventil kann nach dem Einschalten einer neuen Kupplung noch eine bestimmte Zeit t_M6 lang aktiviert blei¬ ben, und durch das Abschalten des Magnetventils über das erste Schaltventil kann der Raum C3 entlüftbar sein und der Raum C2 über das zweite Schaltventil mit einer Leitung C2E verbindbar sein, die über eine Blende mit der Kupplungslei¬ tung verbunden ist.
Das Magnetventil ist hierbei nicht ständig aktiviert, sondern nur, so lange ein Gang geschaltet ist bzw. so lange der Gang, der gerade benutzt wird, eingelegt ist. Soll ein neuer Gang geschaltet werden, so ist das Magnetventil, vom Beginn des Schaltvorganges an gerechnet, noch für die Zeit¬ dauer t_M6 aktiviert, so daß der anliegende Druck auf einem hohen Druckniveau verbleibt, um die Schnellbefüllung durch¬ zuführen. Anschließend wird das Magnetventil so lange abge¬ schaltet, bis die Druckmodulation mit Sicherheit beendet ist.
Durch das Entlüften des Raums C3 über das erste Schaltventil kann der Verdrängerkolben möglichst schnell aus seiner Ausgangsstellung in seine Betätigungsstellung verfahren werden.
In einer vorteilhaften Ausführung der Drucksteuerein¬ richtung kann vorgesehen sein, daß zwischen dem Magnetven¬ til und dem zweiten Schaltventil ein Drosselrückschlagven- til angeordnet ist, das beim Aktivieren des Magnetventils den Ölstrom vom Magnetventil zum Schaltventil ungehindert durchläßt, jedoch beim Abschalten des Magnetventils den vom Schaltventil zum Magnetventil zurückfließenden Ölstrom drosselt.
Durch das Drosseln des vom Schaltventil zum Magnetven¬ til zurückfließenden Ölstromes wird erreicht, daß sich das zweite Schaltventil verzögert in seine Ausgangs- bzw. Ruhe¬ lage zurückbewegt, während das zweite Schaltventil beim Einschalten des Magnetventils sofort in seine betätigte
Position gesteuert werden kann, da in dieser Richtung über das Drosselrückschlagventil der volle Volumenstrom der Hy¬ draulikflüssigkeit ungehindert fließen kann.
In einfacher Weise kann das Magnetventil sofort wieder aktivierbar sein, wenn während einer laufenden Druckmodula¬ tion eine neue Kupplung zugeschaltet wird.
Durch die sofortige Aktivierbarkeit des Magnetventils beim Zuschalten einer neuen Kupplung ist gewährleistet, daß die laufende Druckmodulation unterbrochen wird und eine neue Druckmodulation an einem definierten Punkt, der den Anfang der Druckmodulationskurve festlegt, neu beginnt. Hierdurch werden die Schaltstöße des Standes der Technik vermieden.
Für eine exakte Steuerung des Magnetventils ist eine Steuerungselektronik vorgesehen.
In vorteilhafter Weise kann die Zeit t_M6 variabel im Datenfeld der Steuerungselektronik programmiert sein und zusätzlich abhängig von der Ölte peratur und der Kupplungs¬ drehzahl veränderbar sein.
Wie bereits erwähnt, dient die Zeit t_M6 zum Durchfüh¬ ren der Schnellbefüllung des KupplungsZylinders.
Da diese Zeit abhängig ist von der Öltemperatur, wel- ehe die Viskosität der Hydraulikflüssigkeit beeinflußt, und von der Kupplungsdrehzahl, ist die Zeit t_M6 variabel vor¬ gesehen, so daß sie an die genannten Parameter angepaßt werden kann.
Selbstverständlich kann die Zeit t_M6 von der Steue¬ rungselektronik auch auf Null setzbar sein, wenn in äußerst kurzen Zeitabständen hintereinander die Kupplung betätigt wird, um zu verhindern, daß eine bereits (teil)gefüllte Kupplung nochmals befüllt wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Drucksteu¬ ereinrichtung kann vorgesehen sein, daß das Magnetventil nach Ablauf einer bestimmten Zeit t_Reaktivierung vom Schaltbeginn an wieder aktivierbar ist, wobei das Druck¬ steuerventil wieder in seine Ausgangslage steuerbar ist.
Mit dieser Ausführungsform wird zu Beginn einer neuen Schaltung keine Zeit verloren, um das System bzw. das Drucksteuerventil in Ausgangsstellung zurückzubringen.
Nachfolgend ist anhand der Zeichnung ein Ausführungs¬ beispiel der vorliegenden Erfindung prinzipmäßig darge¬ stellt.
In der Figur ist das Ölschema der erfindungsgemäßen Drucksteuereinrichtung dargestellt.
Eine Druckzuleitung 1 führt von einer Pumpe zu einem Drucksteuerventil 2. Im Innern des Drucksteuerventils sind ein Druckregelkolben 3 sowie ein Verdrängerkolben 4 linear und koaxial zueinander verschiebbar angeordnet. Der Ver¬ drängerkolben 4 ist hierbei als Hohlkolben ausgebildet. Durch zwei Druckfedern 5, 6 werden sowohl der Verdränger¬ kolben 4 als auch der Druckregelkolben 3 in eine Ausgangs- position innerhalb des Drucksteuerventils 2 gedrückt, wobei die Druckfedern 5, 6 so angeordnet sind, daß der Druckre¬ gelkolben 3 nach links gedrückt ist, während der Verdrän¬ gerkolben 4 von der Druckfeder 6 nach rechts gedrückt ist.
Zwischen dem Druckregelkolben 3 und dem Verdrängerkol¬ ben 4 ist innerhalb des Drucksteuerventils 2 ein Raum C3 ausgebildet, in den Hydraulikflüssigkeit einfließen kann.
Von dem Drucksteuerventil 2 aus führt eine Kupplungs¬ leitung 7 zu den nicht dargestellten Kupplungen des Getrie¬ bes.
Vor dem Eintritt in das Drucksteuerventil 2 zweigt aus der Druckzuleitung 1 eine Leitung 8 ab. Ein Ast der Lei¬ tung 8 führt hierbei in ein Zwei-Druckstufenventil 9, wäh¬ rend ein anderer Ast der Leitung 8 zu einem Magnetventil 10 und zu einem ersten Schaltventil 11 führt. Von dem ersten Schaltventil 11 aus wiederum kann Hydraulikflüssigkeit in den Raum C3 im Drucksteuerventil 2 gefördert werden.
Durch das Zwei-Druckstufenventil 9 kann die Vorspan¬ nung der Druckfedern 5, 6 erhöht werden.
Von dem Magnetventil 10 aus führt eine Leitung 12 zu einem Drosselrückschlagventil 13. Das Drosselrückschlagven¬ til 13 ist direkt mit einem zweiten Schaltventil 14 über eine Leitung P2 verbunden.
Sowohl das erste Schaltventil 11 als auch das zweite Schaltventil 14 sind als sogenannte Schieberventile ausge¬ bildet.
Von der Kupplungsleitung 7 aus zweigt eine Leitung C2E zu dem zweiten Schaltventil 14 ab. Eine weitere Leitung C2A verbindet das zweite Schaltventil 14 mit dem Drucksteuer¬ ventil 2, genauer gesagt mit dem Raum hinter dem Verdrän¬ gerkolben 4.
Das Magnetventil 10 wird von einer nicht dargestellten Elektronik gesteuert.
Wird die Elektronik eingeschaltet, d. h. mit Betriebsspan¬ nung versorgt, dann aktiviert sie sofort das Magnetven-
til 10. Im Magnetventil ist dann die Ausgangsleitung PI mit der Druckversorgung P (Leitung 8) verbunden. Hierdurch kann Hydraulikflüssigkeit mit einem Druck p von der Druckzulei¬ tung 1 über die Leitung 8 und durch das Magnetventil 10 • hindurch durch eine Leitung PI zu dem ersten Schaltven¬ til 11 sowie über eine Leitung 12 durch das Drosselrück¬ schlagventil 13 hindurch zu dem zweiten Schaltventil 14 fließen, wodurch sowohl das erste Schaltventil 11 als auch das zweite Schaltventil 14 betätigt werden.
Beim Betätigen des ersten Schaltventils 11 kann die mit einem Druck p beaufschlagte Hydraulikflüssigkeit in den Raum C3 des Drucksteuerventils 2 fließen. Durch den in dem Raum C3 steigenden Druck werden sowohl der Druckregelkol- ben 3 als auch der Verdrängerkolben 4 linear voneinander weg verschoben. Sowohl der Druckregelkolben 3 als auch der Verdrängerkolben 4 befinden sich nun an ihrem linken bzw. rechten Anschlag im Drucksteuerventil 2.
Der Druckregelkolben 3 gibt in dieser Stellung den vollen Strömungsquerschnitt am Drucksteuerventil 2 zwi¬ schen dem Druck p, der auch als Systemdruck bezeichnet werden kann, in der Druckzuleitung 1 und einem gesteuer¬ ten Druck p_g in der Kupplungsleitung 7 frei, so daß Öl mit Systemdruck in die Kupplungen fließen kann und somit eine Schnellbefüllung der Kupplungen realisiert ist.
Damit der Verdrängerkolben 4 möglichst schnell in seine rechte Anschlagposition verfahren werden kann, wenn sich im Raum C3 im Drucksteuerventil 2 ein Druck aufbaut, wird über die Leitung C2A der Raum hinter dem Verdränger¬ kolben 4 entlüftet. Diese Entlüftung erfolgt durch das Be¬ tätigen des zweiten Schaltventils 14 über das Magnetven¬ til 10.
Das Magnetventil 10 bleibt für eine bestimmte, vorein¬ gestellte Zeit t_M6 aktiviert. Während dieser Zeit bleibt der Strömungsquerschnitt zwischen der Druckzuleitung 1 und der Kupplungsleitung 7 ganz geöffnet. Die Kupplung wird hierbei mi _ maximalem Druck und maximaler Ölmenge befüllt.
Die Zeit t_M6 ist dabei so eingestellt, daß einerseits eine vollständige Füllung des Kupplungszylinders sicherge¬ stellt ist, andererseits aber kein Drehmomentaufbau während des Befüllens des KupplungsZylinders eintreten kann. Der Wert für die Zeit t_M6 ist daher von der Größe der Kupp¬ lung, der Temperatur der Hydraulikflüssigkeit und der Dreh¬ zahl des Antriebsstranges der Antriebseinrichtung des Fahr¬ zeuges abhängig.
Ist die Zeit t_M6 abgelaufen, wird das Magnetventil 10 abgeschaltet. Das erste Schaltventil 11 kehrt hierbei in seine ursprüngliche Stellung zurück, die in der Figur durch die rechte Hälfte des Kolbens des ersten Schaltventils 11 dargestellt ist.
Die Leitung C3 zwischen dem Spreizventil 2 und dem ersten Schaltventil 11 wird hierbei mit einer Entlüftungs¬ leitung E verbunden, welche zum Tank der Hydraulikflüssig- keit führt.
Wird das Magnetventil 10 geschlossen, so verringert sich auch langsam der Druck in der Leitung PI zwischen dem Magnetventil 10 und dem ersten Schaltventil 11. Gleichzei- tig beginnt sich auch der Betätigungsdruck in der Lei¬ tung P2 zwischen dem Drosselrückschlagventil 13 und dem zweiten Schaltventil 14 zu vermindern. Durch die Drossel des Drosselrückschlagventils 13 fließt das Öl langsam ab. Aufgrund des durch die Drossel des Drosselrückschlagven- tils 13 begrenzten Ölflusses geht das zweite Schaltven-
til 14 mit einer Zeitverzögerung gegenüber dem ersten Schaltventil 11 in seine ursprüngliche Stellung zurück (siehe rechte Hälfte des Kolbens des zweiten Schaltven¬ tils 14 in der Figur) . Der Wert der Zeitverzögerung beträgt in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ungefähr 0,1 sec und wird als sogenannte Füllausgleichszeit bezeichnet. Hierdurch ist sichergestellt, daß der Kupplungszylinder ordnungsgemäß gefüllt ist und daß sich der Druck der Hydraulikflüssigkeit auf dem Niveau des Anfangsdruckes der Modulation befindet, bevor Öl über die Leitung C2A fließt und somit der modulierte Druckanstieg beginnt.
Zu Beginn des modulierten Druckanstiegs bewegt sich der Druckregelkolben 3 nach rechts und schließt hierbei beinahe den Strömungsquerschnitt zwischen der Druckzulei¬ tung 1 und der Kupplungsleitung 7. Entsprechend der Feder¬ kraft der Druckfedern 5, 6 regelt sich in der Kupplungslei¬ tung 7 ein Druck p_g ein. Der Ölfluß durch die Leitung C2E und eine in der Leitung C2E angeordnete Blende 15 sowie durch das zweite Schaltventil 14 hindurch verschiebt den Verdrängerkolben 4 im Drucksteuerventil 2 nach links, wo¬ durch die Druckfedern 5, 6 zusammengepreßt werden-, was dazu führt, daß der Druck p_g linear mit dem Weg des Verdränger¬ kolbens ansteigt.
Am Ende seiner linearen Verschiebung trifft der Ver¬ drängerkolben 4 auf den Druckregelkolben 3 und schiebt die¬ sen zu seinem linken Anschlag innerhalb des Drucksteuerven¬ tils 2, so daß der Druck p_g sofort auf den Systemdruck p ansteigt, da nunmehr von dem Druckregelkolben 3 der volle
Ventilöffnungsquerschnitt zwischen der Druckzuleitung 1 und der Kupplungsleitung 7 freigegeben ist.
Nach dem Ablauf einer vorab eingestellten Reaktivie- rungszeit t_Reaktivierung wird das Magnetventil 10 erneut
betätigt, wobei die Leitung C2A, wie beschrieben, entlüftet wird und der Raum C3 im Steuerventil 2 zwischen dem Druck¬ regelkolben 3 und dem Verdrängerkolben 4 wieder mit System¬ druck p beaufschlagt wird. Dadurch wird der Verdrängerkol¬ ben 4 zu seinem rechten Anschlag zurückgeschoben.
Die gesamte Drucksteuereinrichtung ist somit für ein weiteres Befüllen der Kupplung in ihre Ausgangslage zurück¬ gestellt.
Die Zeit t_Reaktivierung ist etwas länger als die nor¬ male Modulationszeit, die ungefähr 1,6 sec beträgt.
Im Falle eines Kaltstarts ist die Viskosität der Hydraulikflüssigkeit relativ hoch. Dies führt zu einer sehr langen Modulationszeit und somit zu einer langen Kupplungs¬ rutschzeit. Durch diese lange Kupplungsrutschzeit können die Kupplungsbeläge beschädigt werden. Durch eine Reakti¬ vierung des Magnetventils 10 wird in diesem Fall die Kupp- lung geschlossen, so daß hierdurch die Kupplungsrutschzeit begrenzt wird.
Soll durch einen neuen Schaltvorgang eine Kupplung geschaltet werden, die vor dem letzten Schaltvorgang be- reits benutzt wurde, so sind die Kupplungszylinder und Lei¬ tungen der Kupplung für eine gewisse Zeit noch weitgehend gefüllt.
In diesem Fall wäre eine Schnellbefüllung der Kupp- lungszylinder ungünstig, so daß die Schnellfüllphase unter¬ drückt wird, wenn eine solche Schaltung in der Schnellfüll- unterdrückungszeit t_Schnellfüllunterdrückung auftritt. Die Zeit t_M6 wird dann von der Steuerungselektronik auf Null gesetzt, so daß eine Schnellbefüllung verhindert wird.
Tritt ein neuer Schaltvorgang noch vor der Rückstel¬ lung der erfindungsgemäßen Drucksteuereinrichtung auf, so wird das Magnetventil 10 sofort aktiviert, um die Druck¬ steuereinrichtung zurückzustellen. Hierdurch wird eine un- modulierte Schaltung und somit ein Schaltstoß verhindert.
Da jedoch zusätzlich Zeit benötigt wird, um den Ver¬ drängerkolben 4 in seine Ausgangslage zurückzuschieben, bleibt das Magnetventil 10 für eine bestimmte Zeit einge- schaltet, die als Baumannzeit t_Baumann bezeichnet wird. Der Wert dieser Zeit beträgt ca. 0,1 sec.
Zusätzlich sind während der Zeit t_Baumann die Wende¬ kupplungen des Fahrzeuges ausgeschaltet, um eine Dreh- momentspitze am Getriebeabtrieb des AntriebsStranges zu verhindern, falls die Kupplung bereits vor Ablauf der Zeit t_Baumann vollständig gefüllt ist.
Die beschriebene Funktion ist aktiv, wenn die neue Betätigung der Kupplung vor Ablauf der Rückstellsteuerzeit auftritt, wobei sich die Rückstellsteuerzeit t_Rückstell- steuerung als Summe der Zeiten t_Reaktivierung und t_Bau- ann ergibt.
Bezugszeichen
1 Druckzuleitung 2 Drucksteuerventil
3 Druckregelkolben
4 Verdrängerkolben
5 Druckfeder
6 Druckfeder 7 • Kupplungsleitung
8 Leitung
9 Zwei-Druckstufenventil
10 Magnetventil
11 erstes Schaltventil 12 Leitung
13 Drosselrückschlagventil
14 zweites Schaltventil
15 Blende
C2 Raum hinter Verdrängerkolben