DE2154141B2

DE2154141B2 - Hydraulisches schaltventil fuer ein selbsttaetig schaltbares kraftfahrzeug-wechselgetriebe

Info

Publication number: DE2154141B2
Application number: DE19712154141
Authority: DE
Inventors: Koji Yokohama Enomoto (Japan)
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1970-10-29
Filing date: 1971-10-29
Publication date: 1977-02-24
Also published as: US3785614A; FR2111917A1; GB1350004A; DE2154141A1; JPS4944695Y1; FR2111917B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein hydraulisches Schaltventil für ein selbsttätig schaltbares Kraftfahrzeug-Wechselgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solches Schaltventil ist aus der DT-OS 18 17 060 bekannt.

Ein solches Schaltventil dient dazu, einem Servomotor eines selbsttätig schaltbaren Kraftfahrzeug-Wechselgetriebes wahlweise Arbeitsfluid zuzuführen, Hamit der Servomotor bei Zufuhr von Arbeitsfluid im Wechselgetriebe ein kleines Übersetzungsverhältnis, d. h. einen höheren Gang, einschaltet, und ein höheres Übersetzungsverhältnis, d. h. einen niedrigeren Gang, einschaltet, wenn dem Servomotor vom Umschaltventil kein Arbeitsfluid zugeführt wird. Die Steuerung des Schaltventils erfolgt durch deii Reglerdruck, der der Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht, und den Drosseldruck, der der Motorbelastung entspricht. Dabei soll das Heraufschalten, d. h. der Übergang des Schaltventils aus seiner Herabschaltstellung in seine Heraufschaltstellung, mit zunehmender Motorbelastung bei höherer Fahrzeuggeschwindigkeit erfolgen. Ferner soll das Herabschalten, d. h. der Übergang des Schaltventils aus seiner Heraufschaltstellung in seine Herabschaltstellung, bei starker Motorbelastung bei höherer Fahrzeuggeschwindigkeit als bei niedrigerer Motorbelastung erfolgen. Durch dieses Verhalten soll erreicht werden, daß bei starker Motorbelastung im oberen Drehzahlbereich des Motors gefahren werden kann, damit die volle Leistung des Motors zur Verfügung steht. Ferner muß verhindert werden, daß bei bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeiten und Motorbelastungen ständig abwechselnd herauf- und heruntergeschaltet wird. Daher muß die Fahrzeuggeschwindigkeit, bei der wieder heruntergeschaltet wird, für eine bestimmte Motorbelastung niedriger sein als die Fahrzeuggeschwindigkeit, bei der bei gleicher Motorbelastung hcraufgeschaltet wird. Ein solches Verhalten wird hier als Hysterese bezeichnet. Das bekannte Schaltventil erfüllt beide genannten Forderungen. Sein Schaltverhalten ist schematisch in Fig. 2 (siehe weiter unten) durch die gestrichelten Geraden α und b wiedergegeben, wobei die Gerade α für das Herabschalten und die Gerade b für das Heraufschalten gilt. Bei jeder gegebenen Motorbelastung entspricht der Abstand zwischen den Geraden α und b der erläuterten Hysterese.

Bei dem bekannten Schaltventil wird diese Hysterese dadurch erreicht, daß in Herabschaltstellung des Schaltventil zusätzlich zum Drosseldruck Leitungsdruck in Herabschaltrichtung wirkt, wogegen in Heraufschaltstellung des Schaltventils lediglich Drosseldruck in Herabschaltrichtung wirkt. Bei dem bekannten Schaltventil mündet die zusätzliche Leitungsdruckoffnung in einen Ventilkammerabschnitt zwischen der mittleren Ventilschulter und der dritten Ventilschulter, die von Reglerdruck beaufschlagt wird. Dieser Ventilkammerabschnitt ist in Heraufschaltstellung des Schaltventils entlüftet und daher drucklos. Diese Ausbildung des bekannten Schaltventils hat zur Folge, daß die Hysterese proportional zum Leitungsdruck verläuft. Da der Leitungsdruck P₁ jedoch mit zunehmender Motorbelastung steigt, wie Fig. 3 (siehe weiter unten) zeigt, nimmt auch die Hysterese mit zunehmender Motorbelastung zu, so daß bei höherer Motorbelastung der Abstand zwischen den Geraden α und b größer wird, wie F i g. 3 zeigt.

An ein selbsttätig schaltbares Kraftfahrzeug-Wechselgetriebe wird die weitere Forderung gestellt, daß es bei voll durchgetretenem Gaspedal, d. h. bei sogenanntem Kickdown, so früh wie möglich, d. h. so früh, wie es die Höchstdrehzahl des Motors zuläßt, in einen niedrigeren Gang herunterschaltet. Dies bedeutet, daß die Geschwindigkeit, bei der das Umschaltventil bei voller Motorbelastung herunterschaltet, dicht bei der Heraufschaltgeschwindigkeit bei voller Motorbelastung liegt. Ein solches Verhal-

ten wird jedoch von dem bekannten Schaltventil nicht erreicht, das, wie oben erläutert wurde, bei voller Motorbelastung die größte Hysterese hat. Um diesen Mangel zu beheben, ist in der hydraulischen Schaltung, zu der das bekannte Schaltventil gehört, ein zusätzliches Kickdownventil vorgesehen, das bei Kickdown eine zusätzliche Schulter am Ventilschieber des Schaltventils in Herabschaltrichtung mit Druck beaufschlagt. Dies bedeutet einerseits ein zusätzliches Ventil und andererseits eine kompliziertere Konstruktion des Schaltventils.

Es ist nun bereits ein Schaltventil vorgeschlagen worden (DT-PS 20 40 953), bei dem die Hysterese mit zunehmender Motorbelastung geringer wird. Dieses Schaltventil weist eine zusätzliche Ventilschulter auf, die in Herabschaltrichtung von einem Druck beaufschlagt wird, der mit zunehmender Motorbelastung geringer wird und von einem zusätzlichen Modulationsventil erzeugt wird. Wegen der zusätzlichen Schulter am Schaltventil und des zusätzlichen Modulationsventils führt dieser Vorschlag jedoch zu einer verhältnismäßig komplizierten und daher kostspieligen Schaltung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Umschaltventil so auszubilden, daß damit eine mit steigender Motorbelastung sinkende Hysterese zwischen dem Herauf- und Herabschalten erzielt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird erreicht, daß der Raum zwischen der mittleren Ventilschulter und der ersten Ventilschulter in Herabschaltstellung des Schaltventils unter Leitnngsdruck steht und daß dieser Raum in Heraufschaltstellung des Schaltventils unter Drosseldruck steht. Dies hat zur Folge, daß die Hysterese mit zunehmender Motorbelastung abnimmt, so daß bei höchster Motorbelastung bereits bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit heruntergeschaltet wird, so daß ein zusätzliches Kickdownventil für höchste Ausnutzung der Motorleistung entbehrlich wird. Dies wird erfindungsgemäß ohne ein zusätzliches Ventil und ohne eine zusätzliche Schulter am Ventilschieber des Schaltventils erreicht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Schaltventil,

Fig. 2 eine Darstellung der Schaltpunkte bei einem herkömmlichen und beim erfindungsgemäßen Schaltventil in Ahängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Motorbelastung und

Fig. 3 ein Diagramm, das den Verlauf des Leitungsdrucks und des Drosseldrucks in Abhängigkeit von der Motorbelastung bei einem selbsttätig schaltbaren Kraftfahrzeug-Wechselgetriebe wiedergibt.

Fig. 1 zeigt im Längsschnitt eine Ausführungsform eines hydraulischen Schaltventils 10. Das Schaltventil 10 ist Bestandteil einer nicht dargestellten hydraulischen Schaltung eines Kraftfahrzeug-Wechselgetriebes. Zum Schaltventil 10 gehört ein Ventilkörper 11, in dem eine Ventilkammer 12 mit drei Ventilkammerabschnitten 12«, 12/) und 12 c ausgebildet ist, wobei der Ventilkammerabschnitt 12 b einen kleineren Durchmesser als der Ventilkammerahschnitt 12« hat und wobei der Ventilkammerabschnitt 12 c einen kleineren Durchmesser als der Ventilkammerabschnitt 12 b hat. In der Ventilkammer 12 ist ein Ventilschieber 13 verschiebbar angeordnet. Der Ventilschieber 13 weist zumindest drei Abstand voneinander aufweisende Ventilschultern 14, 15 und 16 mit unterschiedlichen Durchmessern auf. Zusätzlich kann der Ventilschieber 13 eine Hilfsventilschuiter 17 an einem seiner Enden aufweisen, die einen kleineren Durchmesser als die anderen drei

ίο Ventilschultern hat. Die wirksamen Flächen der Ventilschultern 14, 15 und 16 sowie der Hilfsventilschulter 17 sind mit A_x, A₃, A₃ und A_a bezeichnet.

Am Ventilkörper 11 sind eine Einlaßöffnung 18

sowie eine zusätzliche Leitungsdrucköffnung 22 ausgebildet, die an eine Leitungsdruckleitung 19 angeschlossen sind, die mit einer nicht dargestellten motorgetriebenen ölpumpe verbunden ist. Die Einlaßöffnung 18 steht mit der Ventilkammer 12 in Verbindung und wird von der Ventilschuller 15 des

ao Ventilschiebers 13 geöffnet und geschlossen.

Ferner weist der Ventilkörper 11 eine Auslaßöffnung 20 auf, die mit der Ventilkammer 12 an einer Stelle zwischen den Ventilschultern 15 und 16 in Verbindung steht. Die Ausiaßöffnung 20 ist über eine Leitung mit einem nicht dargestellten fluiddruckbetätigten Servomotor verbunden, der den Stellantrieb für ein Reibungselement des Wechselgetriebes bildet. Weiterhin ist im Ventilkörper eine Drosseldrucköffnung 21 ausgebildet, an die von einem nicht dargestellten Drosseklruckventil erzeugter Drosseldruck, der der Motorbelastung entspricht, angelegt ist. Die Drosseldrucköffnung 21 steht so mit der Ventilkammer 12 in Verbindung, daß der Drosseldruck nur auf die Differenzfläche zwischen der Hilfsventilschulter 17 und der Venlilschulter 14 wirkt, wenn der Ventilschieber 13 seine llerabschaltstellung einnimmt, d. h. die Stellung, in der er in F i g. 1 am weitesten rechts angeordnet ist. Wenn der Ventilschieber 13 seine Heraufschaltstellung, d. h. seine in F i g. 1 äußerste linke Stellung, einnimmt, wirkt der Drosseldruck auch auf die Differenzfiäche zwischen den Schultern 14 und 15. Der Drosseldruck erzeugt eine auf den Ventilschieber in F i g. 1 nach rechts wirkende Kraft.
Wenn der Ventilschieber 13 die in F i g. 1 dargestellte Stellung einnimmt, steht der Raum zwischen den Ventilschultern 14 und 15 über die zusätzliche Leitungsdrucköffnung 22 in Verbindung mit der Leitungsdruckleitung 19 und somit unter Leitungsdruck. Dieser Leitungsdruck wirkt auf die Differenzfiäche zwischen den Ventilschultern 14 und 15 und erzeugt eine auf den Venlilschieber 13 in Fig. 1 nach rechts wirkende Kraft, die zur vom Drosseldruck erzeugten Kraft hinzutritt.

Ferner weist der Ventilkörper eine Reglerdrucköffnung 23 auf, an der der Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechender Reglerdruck anliegt, der auf den Ventilschieber 1.6 wirkt und diesen in Heraufschaltrichtung, d. h. nach links in F i g. 1, beaufschlagt.

Durch eine Ablaßöffnung 24 im Ventilkörper 11 kann der in der Auslaßöffnung 20 herrschende Leitungsdruck abgebaut werden, wenn der Ventilschieber in die in F j g. 1 gezeigte Stellung gebracht wird, so daß dann das Reibungselement gelöst wird. Diese Ablaßöffnung 24 kann auch zur Zufuhr von Leitungsdruck zur Auslaßöffnung 20 dienen, wenn das Getriebe im Bedarfsfall von Hand geschaltet wird. Die Ablaßöffnung 24 ist jedoch nicht bei jeder hydraulischen Schaltung erforderlich und kann ge-

gebenenfalls weggelassen werden. Über eine weitere Ablaßöffnung 25 kann überschüssiges Fluid abfließen.

Im folgenden wird die Funktionsweise des in Fi g. 1 dargestellten Schaltventils erläutert. Es sei angenommen, daß der Ventilschieber 13 seine in F i g. 1 dargestellte Herabschaltstellung einnimmt. In dieser Stellung wirkt der Drosseldruck an der Drosseldrucköffnung 21 auf die Differenzfläche zwischen der Hilfsventilschulter 17 und der Ventilschulter 14. Der Leitungsdruck an der zusätzlichen Leitungsdrucköffnung 22 wirkt auf die Differenzfläche zwischen den Ventilschultern 14 und 15, und der Reglerdruck an der Reolerdrucköffnung 23 wirkt auf die Ventilschulter 16. Diese in Fig. 1 dargestellte Stellung wird vom Ventilschieber 13 dann eingenommen bzw. beibehalten, wenn die auf die Ventilschulter 16 wirkende Druckkraft kleiner als die Druckkräfte ist, die auf die Hilfsventilschulter 17 und die Ventilschultern 14 und 15 wirken. Diese Bedingung wird durch folgende Ungleichung ausgedrückt:

A₃P,

₁- A₀)P_l

Darin ist P_K der Reglerdruck. P₁ der Leitungsdruck und P₁), der Drosseldruck. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt oder die Motorbelastung abnimmt, wird die auf die Ventilschulter 16 wirkende Druckkraft größer oder gleich den auf die anderen Ventilschultern wirkenden Druckkräften. Dieser Zustand wird durch folgende Ungleichung beschrieben:

A₃P_S^(A,~ A₁)P₁^[A₁-A₀) P_!h

Wenn diese Bedingung erfüllt ist, wird der Ventilschieber 13 nach links (in Fig. 1) verschoben. Dann steht die Einlaßöffnung 18 mit der Auslaßöffnung 20 in Verbindung, so daß der fluiddruckbetriebene Servomotor zur Betätigung des Reibungselementes mit Leitungsdruck beaufschlagt wird und eine Heraufschaltung bewirkt. Die Lage der Heraufschahpunkte, d. h. der Punkte, bei denen der Ventilschieber 13 nach links in F i g. 1 verschoben wird, ist in Fig. 2 für das erfindungsgemäße Schaltventil in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Motorbelastung als Gerade / wiedergegeben. Wenn der Ventilschieber 13 seine Heraufschaltstellung einnimmt, d. h. in F i g. 1 am weitesten links liegt, ist die zusätzliche Leitungsdruckörfnung 22 von der Ventilschulter 15 gesperrt, während gleichzeitig der Drosseidruck an der Drosseldnicköffnung 21 auch im Raum zwischen den Ventilschultern 14 und 15 herrscht. Der Venülschieber 13 wird in seiner Heraufschaltstellung mir gehalten, wenn die auf die Ventüschulter 16 wirkende Druckkraft größer als die Druckkraft ist, die auf die Differenzfläche zwischen der Ventilschulter 15 und der Hilfsventilschulter 17 wirkt. Diese Bedinsunj; wird durch folgende Ungleichung beschrieben:

A₃P_S> (A₂-A_a) P₁₁₁

Die auf den Ventilschieber 13 nach rechts (in Fig. 1) wirkende Kraft ist, wenn der Ventilschieber seine Heraufschaltstellung einnimmt, kleiner als die Kraft, die auf den Ventilschicber nach rechts (in Fig. 1) wirkt, wenn der Ventilschieber seine Herabschallstellung einnimmt. Demgemäß liegen die Herabschaltpup.kte in Fig. 2 weiter links als die Heraufschaltpunkte, wie die für das erfindungsgemäße Schaltventil geltende Gerade e der Herabschaltpunkte zeigt. Der Abstand zwischen den Geraden / und e bei konstanter Motorbelastung ist die bereits erläuterte Hysterese. Diese Hysterese ist proportional zur Differenz AF der in Herabschaltstellung und in Heraufschaltstellung auf den Ventilschieber nach rechts (in Fig. 1) wirkenden Kräfte. Für diese Differenz AF gilt folgende Gleichung:

AF - (A., -A₁)P₁ + (A₁ - /J₀) P,,,, - (A, - A_n) P.„ ~ (A.-A₁) [P₁-P₁₁₁)

Somit ändert sich die Kräfledifferenz AF proportional zu (P₁-P,,Χ Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist. nimmt der Wert von (P₁ - P„.) ab, wenn die Motorbelastung zunimmt. Dies wiederum bedeute¹, daß die Hysterese bei steigender Motorbelastung abnimmt, wie die Geraden / und e in Fig. 2 zeigen. Bei höchster Motorbelastun» hat die Hysterese ihren Kleinstwert, wie der Abstand zwischen den Geraden c und d in Fig. 2 zeigt, so daß bei diesem Zustand erst bei hoher fahrzeuggeschwindigkeit heraufgeschaltet und schon bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit herabgeschaltet wird. Somit is» forciertes Herabschalten, das unter bestimmten Urnständen schnelle Beschleunigung ermöglicht. leicht durchführbar.

Wie die vorstehende Beschreibung gezeigt hat. wird diese Wirkung mit einem einfach aufgebauten Schahventil und ohne zusätzliche Ventile erreicht, so daß die zugehörige hydraulische Steuerung für das Kraftfahrzeug-Wechselgetriebe verhältnismäßig einfach sein kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hydraulisches Schaltventil für ein selbsttätig schaltbares Kraftfahrzeug-Wechselgetriebe, mit einer Ventilkammer in einem Ventilkörper, einem in der Ventilkammer verschiebbaren Ventilschieber, mindestens einer ersten, einer mittleren und einer dritten Ventilschulter am Ventilschieber, die Abstand voneinander sowie unterschiedliche Durchmesser haben, einer Leitungsdruck führenden Einlaßöffnung, die in der Herabschaltstellung geschlossen ist, einer zu einem Servomotor führenden Auslaßöffnung zwischen der mittleren Ventilschulter und einer der angrenzenden Ventilschultern, einer Drosseldrucköffnung, deren Drosseldruck zu einer Kraft auf den Ventilschieber führt, die in Herabschaltrichtung wirkt, einer tusätzlichen Leitungsdrucköffnung zwischen der mittleren Vennlschulter und der anderen angrenienden Ventilschulter, die in Heraufschaltstellung geschlossen ist und deren Leitungsdruck aufgrund einer Flächendifferenz der beiden letztgenannten Ventilschultern zu einer in Herabschaltrichtung wirkenden Kraft auf den Ventilschieber führt, und mit einer Reglerdrucköffnung, über die die dritte Ventilschulter mit Reglerdruck beauf- $chlagbar ist, der eine am Ventilschieber in Heraufschaltrichtung wirkende Kraft hervorruft, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (18) durch die mittlere Ventilschulter (15) verschließbar ist, daß die Auslaßöffnung (20) zwischen der mittleren Ventilschulter (15) und der dritten Ventilschulter (16) liegt, daß in der Herabschaltstellung des Ventilschiebers (13) die zusätzliche Leitungsdruckoffnung (22) in den Raum zwischen der mittleren Ventilschulter (15) und der ersten Ventilschulter (14) und die Drosseldrucköffnung (21) in den Raum außerhalb der ersten Ventilschulter (14) mündet, und daß in der Heraufschaltstellung des Ventilschiebers (13) die zusätzliche Leitungsdruckoffnung (22) durch die mittlere Ventilschulter geschlossen ist und die Drosseldrucköffnung (21) in den Raum zwischen der ersten (14) und der mittleren (15) Ventilschulter mündet.

2. Schaltventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschieber (13) eine Hilfsventilschulter (17) aufweist, deren Fläche kleiner als die der drei übrigen Ventilschultern (14, 15 und 16) ist, wobei der Druck in ölt Drosseldruckoffnung (21) auf die Differenzfläche zwischen der ersten Ventilschulter (14) und der Hilfsventilschulter (17) wirkt.

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