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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Hydraulikkreis für ein Kraftfahrzeug,
mit wenigstens einem hydraulischen Verbraucher wie einem Ölkühler, der
einen von der Temperatur abhängigen
hydraulischen Widerstand aufweist, und mit einer Versorgungseinrichtung
zur Versorgung des Verbrauchers mit Hydraulikfluid, wobei die Versorgungseinrichtung wenigstens
eine Druckpumpe zum Bereitstellen vom unter Druck stehendem Hydraulikfluid
sowie wenigstens eine Strahlpumpe aufweist, die eine eingangsseitig
aus der Druckpumpe mit Hydraulikfluid gespeiste Treibleitung und
eine Saugleitung aufweist, wobei der Hydraulikkreis dazu eingerichtet
ist, dass die Strahlpumpe bei einer ersten bestimmten Betriebstemperatur
einen ersten vorbestimmten Gesamtvolumenstrom an den Verbraucher
liefert.
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Aus
der
DE 100 20 187
A1 ist eine hydraulische Schaltung für Doppelkupplungsgetriebe bekannt,
wobei in einem Niederdruckkreis (Schmier- und Kühlölkreis) Strahlpumpen verwendet
werden. Die Strahlpumpen werden generell nach Bedarf zugeschaltet.
Im Falle eines Ölkühlers ist
der Treibleitung der Strahlpumpe ein Wegeventil vorgeschaltet, das
bei einer ersten bestimmten Betriebstemperatur (80°C) schaltet
und die Treibleitung mit dem Ausgang einer Druckpumpe verbindet.
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Die
Druckpumpe versorgt im Übrigen
auch einen Hochdruckkreis der hydraulischen Schaltung.
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Bei
einem weiteren bekannten Hydrauliksystem (
DE 103 02 016 A1 ) ist ein
Kühler über ein
Druckbegrenzungsventil an eine Hydraulikpumpe (Druckpumpe) angeschlossen.
Eine Strahlpumpe wird nicht verwendet.
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Ferner
ist es aus der
DE 33
23 158 A1 bekannt, für
ein Wandler-Automatikgetriebe
eine Aufwärmebeschleunigungsvorrichtung
vorzusehen. Diese umfasst eine Umgehungsleitung und ein Umgehungsventil,
die dazu verwendet werden können,
aus dem Wandler abgeleitetes Öl
unter Umgehung eines Ölkühlers direkt
zurückzuführen.
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Auch
ist es bekannt (
DE
199 02 408 C2 ), bei einem Ölkühler für ein Wandler-Automatikgetriebe
einen durchflussgeregelten Bypass vorzusehen.
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Schließlich offenbart
die
DE 195 46 294
A1 ein CVT-Getriebe mit Anfahrkupplung, die durch eine Strahlpumpe
gekühlt
wird. Die Treibleitung der Strahlpumpe ist mit der Abflussöffnung eines
Drehmomentfühlers
verbunden. Hierbei wird die aus dem Drehmomentfühler ggf. abfließende Ölmenge mittels der
Strahlpumpe ausgenutzt, um aus einem Vorratsbehälter zusätzliches Hydraulikfluid anzusaugen
und für
Kühl- und/oder
Schmierzwecke zu benutzen. Der Betrieb der Strahlpumpe ist somit
von dem Betrieb des Drehmomentfühlers
abhängig.
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Vor
dem obigen Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
einen verbesserten Hydraulikkreis für ein Kraftfahrzeug anzugeben,
wobei insbesondere der bauteiltechnische Aufwand verringert sein
soll.
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Diese
Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Hydraulikkreis dadurch gelöst, dass
die Treibleitung im Betrieb permanent mit Hydraulikfluid gespeist
ist, wobei die Strahlpumpe in Abhängigkeit von dem temperaturabhängigen hydraulischen
Widerstand des Verbrauchers dazu ausgelegt ist, bei der ersten bestimmten
Betriebstemperatur den ersten vorbestimmten Gesamtvolumenstrom zu
liefern.
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Während im
Stand der Technik Strahlpumpen generell in Verbindung mit weiteren
Bauelementen verwendet werden, um eine temperaturabhängige Steuerung
zu erzielen, geht die vorliegende Erfindung davon aus, auf solche
Elemente zur aktiven Temperaturregelung im Wesentlichen zu verzichten. Es
sollen im Wesentlichen die Eigenschaften der hydraulischen Strecke
des Kühlers
in Kombination mit der Charakteristik der Strahlpumpe genutzt werden, um
den Volumenstrom für
den hydraulischen Verbraucher zu steuern.
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Somit
kann auf Elemente zur temperaturgeregelten Steuerung im Wesentlichen
verzichtet werden. Folglich wird auch Bauraum eingespart. Zudem sind
die Bearbeitungsschritte bei der Fertigung verringert. Das System
beinhaltet im Wesentlichen keine beweglichen Teile, Sensoren oder
Verschleißteile. Ein
Systemausfall kann daher besser vermieden werden.
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Zudem
ist der ausgangsseitige Druck einer Strahlpumpe systembedingt relativ
niedrig, so dass in der Regel auch kein Sicherheitsventil (Druckbegrenzungsventil)
zum Schutz des hydraulischen Verbrauchers vor Überdruck vorgesehen werden
muss.
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Die
obige Aufgabe wird damit vollkommen gelöst.
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Von
besonderem Vorteil ist es, wenn ein von der Strahlpumpe gelieferter
zweiter vorbestimmter Gesamtvolumenstrom bei einer zweiten bestimmten Betriebstemperatur,
die kleiner ist als die erste bestimmte Betriebstemperatur, nicht
wesentlich größer oder
bevorzugt kleiner ist als der in die Treibleitung gespeiste Treibvolumenstrom.
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Bei
dieser Ausführungsform
wird auf der einen Seite erreicht, dass dann, wenn der hydraulische Verbraucher
mit Hydraulikfluid versorgt werden muss (also bei der ersten bestimmten
Betriebstemperatur) ein hinreichender erster vorbestimmter Gesamtvolumenstrom
geliefert wird.
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Wenn
hingegen der hydraulische Verbraucher nicht mit Hydraulikfluid gespeist
werden muss, ist (bei der zweiten bestimmten Betriebstemperatur) aufgrund
der Auslegung des Hydraulikkreises insgesamt vorgesehen, dass die
Strahlpumpe zwar weiterhin mit einem Treibvolumenstrom gespeist
wird. Der hydraulische Widerstand des Verbrauchers ist jedoch bei
der zweiten bestimmten Betriebstemperatur höher, so dass die Strahlpumpe
im Wesentlichen nicht oder nur mit geringer Funktion arbeitet. Demzufolge werden
trotz des permanenten Anschlusses der Strahlpumpe an die Druckpumpe
keine unnötigen Volumenströme erzeugt.
Demzufolge kann der Wirkungsgrad hoch gehalten werden.
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Zudem
haben die Erfinder erkannt, dass bei hydraulischen Verbrauchern
wie Ölkühlern, die
bei normaler Betriebstemperatur nahezu ständig mit Hydraulikfluid gespeist
werden bzw. werden müssen, die
Phasen bzw. Zeiträume,
bei denen dies nicht der Fall ist, relativ kurz sind. Daher wirken
sich diese Phasen auf dem Gesamtwirkungsgrad nur bedingt aus.
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Mit
anderen Worten ist überraschenderweise der
Wirkungsgrad bei solchen Systemen, die ein vorgeschaltetes Steuerventil
aufweisen (wie in der
DE 100
20 187 A1 ), der Wirkungsgrad nicht soviel besser, dass
er die Ersparnis auf Seiten des Bauteilaufwandes kompensieren könnte.
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Insgesamt
ist es vorteilhaft, wenn das Verhältnis von erstem vorbestimmten
Gesamtvolumenstrom zu zweitem vorbestimmten Gesamtvolumenstrom im
Bereich von 1,5:1 bis 3:1 liegt.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
liegt die erste bestimmte Betriebstemperatur im Bereich von 70°C bis 100°C.
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Die
zweite bestimmte Betriebstemperatur liegt vorzugsweise im Bereich
von –10°C bis 30°C.
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Somit
liegt die zweite bestimmte Betriebstemperatur im Durchschnitt bei
einer üblichen
Umgebungstemperatur. Die zweite bestimmte Betriebstemperatur kann
jedoch auch im Bereich von 0°C
bis +20°C
liegen.
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Vorzugsweise
liegt die zweite bestimmte Betriebstemperatur in dem Bereich, bei
dem das Hydraulikfluid eines des Kraftfahrzeuges noch nicht durch
den Betrieb erwärmt
ist, sich also im "kalten" Zustand befindet.
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Gemäß einer
insgesamt bevorzugten Ausführungsform
liegt das Verhältnis
von zweitem Gesamtvolumenstrom zu Treibvolumenstrom im Bereich von
1:10 bis 1:2.
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Demzufolge
ist der Treibvolumenstrom bei der zweiten bestimmten Betriebstemperatur
in der Regel sogar größer als
der ausgangsseitige Gesamtvolumenstrom. Dies bedeutet, dass die
Strahlpumpe bei der zweiten Betriebstemperatur noch nicht "in Betrieb" ist, so dass ein
Teil des Treibvolumenstroms über
die Saugleitung abgeführt
wird.
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Zum
anderen ist es insgesamt bevorzugt, wenn das Verhältnis von
erstem Gesamtvolumenstrom zu Treibvolumenstrom im Bereich von 3:1
bis 6:1 liegt.
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Bei
der zweiten bestimmten Betriebstemperatur wird durch die Funktion
der Strahlpumpe folglich bei relativ geringem Treibvolumenstrom
ein vergleichsweise großer
Gesamtvolumenstrom erzeugt, was insbesondere bei Ölkühlern von
besonderer Bedeutung ist.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Hydraulikkreises gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 ein
Diagramm von Gesamtvolumenstrom über
Treibdruck, also über
dem an der Treibleitung anstehenden Druck; und
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3 ein
Diagramm von Gegendruck entsprechend dem hydraulischen Widerstand
eines Verbrauchers und der Öltemperatur
eines ATF-Hydraulikfluids.
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In 1 ist
eine erste Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Hydraulikkreises
für ein Kraftfahrzeug
generell mit 10 bezeichnet.
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Der
Hydraulikkreis 10 kann insbesondere für den Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges
verwendet werden, und zwar insbesondere für ein Getriebe und/oder eine
nasslaufende Kupplung des Antriebsstranges.
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Dabei
kann der Hydraulikkreis 10 sowohl einen Hochdruckkreis
enthalten, beispielsweise zur Ansteuerung von nasslaufenden Reibkupplungen (Lamellenkupplungen).
Insbesondere betrifft der Hydraulikkreis jedoch einen Niederdruckkreis,
der zu Kühlungs- und/oder Schmierzwecken
verwendet wird.
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Der
Hydraulikkreis 10 weist eine Versorgungseinrichtung 12 zum
Bereitstellen von unter Druck stehendem Hydraulikfluid auf. Ein
Teilkreis, der beispielsweise einen Hochdruckkreis und/oder Teile
eines Niederdruckkreises beinhalten kann, ist in 1 schematisch
mit 14 bezeichnet.
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Die
Versorgungseinrichtung 12 dient unter anderem zur Versorgung
des Teilkreises 14 und eines Hydraulikfluidkühlers 16 (im
folgenden kurz Ölkühler genannt)
mit Hydraulikfluid.
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Die
Versorgungseinrichtung 12 weist eine Druckpumpe 18 und
wenigstens eine Strahlpumpe 20 auf.
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Die
Druckpumpe 18 ist an ein Reservoir (Versorgungsbehälter) 22 angeschlossen
und stellt auf einer Druckleitung 24 unter Druck (z.B.
15 bar konstant) stehendes Hydraulikfluid bereit.
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Obgleich
dies nicht näher
dargestellt ist, versteht sich, dass die Druckpumpe 18 in
der Regel mit einer entsprechenden hydraulischen Beschaltung zur
Druckregelung versehen ist.
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Die
Druckleitung 24 ist mit dem Teilkreis 14 verbunden.
Ferner ist die Druckleitung 24 mit einer Treibleitung 26 der
Strahlpumpe 20 verbunden. Eine Saugleitung 28 der
Strahlpumpe 20 ist in an sich bekannter Weise mit dem Reservoir 22 verbunden.
Eine Ausgangsleitung 30 der Strahlpumpe 20 ist
mit dem Ölkühler 16 verbunden.
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Bei 32 ist
schematisch ein hydraulischer Widerstand dargestellt, den die Strahlpumpe 20 ausgangsseitig "sieht". Der hydraulische
Widerstand 32 beinhaltet den hydraulischen Widerstand des Ölkühlers 16 als
auch den hydraulischen Widerstand von ausgangsseitigen Leitungen,
etc.
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In 1 ist
ferner zu erkennen, dass die Strahlpumpe an der Treibleitung 26 einen
Treibvolumenstrom QT aufnimmt. Aus dem Reservoir 22 zieht die
Strahlpumpe 20 einen Saugstrom QS.
Auf der Ausgangsleitung 30 wird ein Gesamtvolumenstrom QG bereitgestellt.
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In 1 ist
ferner gezeigt, dass die Druckleitung 24 mit der Treibleitung 26 über eine
Blende 34 verbunden sein kann. Die Blende 34 ist
jedoch nicht notwendig, da die Treibleitung 26 in der Regel
bereits eine Treibdüse
aufweist, die eine Drosselstelle bildet.
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Die
Strahlpumpe 20 kann für
den geplanten Einsatzzweck (beispielsweise Bereitstellen eines Gesamtvolumenstromes
QG von etwa 12 l/min bei einer ersten bestimmten
Betriebstemperatur von 90°C)
folgendermaßen
ausgelegt sein (diese Angaben sind nicht beschränkend zu verstehen, sondern
lediglich als Beispiel für
eine günstige
Dimensionierung der Strahlpumpe in Verbindung mit einem Ölkühler 16 für ein Getriebe
zu verstehen):
d11 = 1,5 mm (Durchmesser Treibdüse der Treibleitung 26)
d3
= 5,5 mm (Durchmesser Mischrohr der Ausgangsleitung)
l3 = 30
mm (Länge
Mischrohr der Ausgangsleitung)
d4 = 6 mm (Durchmesser hydraulischer
Verbraucher)
l4 = 1 m (Länge
hydraulischer Verbraucher)
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Systembedingt
kann die Strahlpumpe 20 ausgangsseitig nur einen vergleichsweise
geringen Druck aufbauen (typisch 2 bis 3 bar). Obgleich der Ölkühler 16 häufig auf
einen Maximaldruck von beispielsweise 5 bar ausgelegt ist, ist demzufolge
bei Versorgung über
die Strahlpumpe 20 kein separates Druckbegrenzungsventil
oder ähnliches
notwendig.
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Der
Hydraulikkreis 10 ist so ausgelegt, dass die Strahlpumpe 20 bei
der ersten bestimmten Betriebstemperatur von beispielsweise 80°C oder 90°C und bei
einem vorbestimmten Druck auf der Druckleitung 24 einen
bestimmten Gesamtvolumenstrom QG zur Verfügung stellt.
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Zum
anderen ist der Hydraulikkreis 10 so ausgelegt, dass er
bei einer zweiten vorbestimmten Betriebstemperatur von beispielsweise
20°C nur
einen deutlich geringeren Gesamtvolumenstrom QG bereitstellt,
der beispielsweise im Bereich von 5 oder 6 l/min liegen kann.
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Sofern
man als zweite bestimmte Betriebstemperatur einen Wert von 0°C annimmt,
wird sogar nur ein Gesamtvolumenstrom QG von
1 l/min gefördert.
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Diese
Zusammenhänge
ergeben sich auch aus 2, die ein Diagramm des Gesamtvolumenstromes
QG über
dem Treibdruck, d.h. dem Druck darstellt, der an der Treibleitung 26 anliegt.
Bei einem Treibdruck von 15 bar beträgt der Gesamtvolumenstrom QG bei 90°C
etwa 12 l/min, bei 40°C
immer noch etwa 10 l/min und fällt
bei typischen Kaltstartbedingungen (Temperatur 20°C oder 0°C) deutlich
ab, auf Werte von etwa 5 bis 6 l/min bzw. 1 l/min.
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Sofern
in dem Ölkühler ein
Kühlwasser-Volumenstrom
von 20 l/min strömt,
ergibt sich ein Wärmeübergang
bei 90°C
von 220 W/°K,
bei 20°C
von 110 W/°K
und bei 0°C
von 10 W/°K.
Diese Werte sind für einen
typischen Kühler
für ein
Doppelkupplungsgetriebe ermittelt.
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In 3 ist
ferner dargestellt, wie der maximale Druck auf der Ausgangsseite
der Strahlpumpe 20 (der "Gegendruck") sich in Abhängigkeit von der Temperatur
des Hydraulikfluides (ATF-Öltemperatur) verhält.
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Man
erkennt, dass der relativ höchste
Gegendruck bei einer Temperatur von etwa 20°C erreicht wird, und zwar ein
Maximalwert von 1,2 bar.
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Dies
bedeutet, dass ein typischer maximaler Betriebsdruck eines Ölkühlers (gewöhnlich 5
bar) nicht erreicht wird. Ein Druckbegrenzungsventil ist daher nicht
erforderlich.
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Insgesamt
ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Hydraulikkreis 10 eine
Volumenverstärkung von
QG/QT von etwa 0,2
bei Werten kleiner 20°C
und eine Volumenstärkung
von QG/QT von etwa
4 bei einer Betriebstemperatur von 90°C.
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Insbesondere
bei Hydraulikölen
(Mineralölen)
mit höheren
Viskositäten
ist das beschriebene Verhalten noch ausgeprägter. Auch in der Hydraulik des
Motoröls
ist ein Einsatz des erfindungsgemäßen Hydraulikkreises denkbar.
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Durch
das passive System aus Strahlpumpe 20 und Ölkühler 16 kann
somit eine Steuerung des Volumenstroms des Hydraulikfluides in Abhängigkeit von
der Temperatur realisiert werden. Zusätzliche "aktive" Bauteile zur Ansteuerung der Strahlpumpe 20 sind
nicht erforderlich.