-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
1. Gebiet der Erfindung
-
Diese Erfindung betrifft allgemein
ein Kraftfahrzeug-Antriebssystem und insbesondere ein Kraftfahrzeug-Antriebssystem,
das leicht auf eine Vielzahl von Antriebsleistungsquellen anwendbar
ist, welche sich in ihren Ausgabekennwerten unterscheiden.
-
2. Beschreibung des Standes
der Technik
-
Bereits bekannt ist ein Kraftfahrzeug-Antriebssystem,
das so ausgelegt ist, das es eine Drehkraft, die von einer Antriebsleistungsquelle
erzeugt wird, auf Antriebsräder überträgt, während die
Drehzahl durch ein stufenloses Getriebe (continuously variable transmission,
CVT) vom Kegelscheibenumschlingungs-Typ verändert wird. Die japanische
Patent-Offenlegungsschrift Nr. 11-182666 offenbart ein Beispiel
für solch
ein Antriebssystem, bei dem eine Vorwärts-/Rückwärtsgang-Schaltvorrichtung vom Planetengetriebe-Typ
zwischen der Antriebsleistungsquelle und dem stufenlosen Kegelscheibenumschlingungs-Getriebe
angeordnet ist. Während
des Betriebs wird die Vorwärts/Rückwärts-Umschaltvorrichtung
in einen Modus gebracht, der ausgewählt ist aus dem Unterbrechungsmodus,
bei dem die Kraftübertragung
unterbrochen ist, dem Vorwärtsfahr-Modus, in dem das
Fahrzeug vorwärts
fährt,
und dem Rückwärtsfahr-Modus,
bei dem das Fahrzeug rückwärts fährt. Im
Vorwärtsfahr-Modus,
der am häufigsten
vorkommt, dreht sich die Vorwärts/Rückwärts-Umschaltvorrichtung
als Einheit, wobei ihre Kupplung eingerückt ist, um den Energieverlust,
der durch die Drehung kämmender
Zahnräder
in der Umschaltvorrichtung bewirkt wird, zu verringern.
-
Nun unterscheiden sich jedoch ein
Ottomotor, der eine Art Antriebsleistungsquelle darstellt, die in
Fahrzeug-Antriebssystemen eingesetzt wird, und ein Dieselmotor,
der eine andere Art Antriebsleistungsquelle darstellt, in ihren
Ausgabekennwerten, beispielsweise liefern sie die maximale Antriebskraft in
unterschiedlichen Drehzahl-Bereichen. Generell liefert der Dieselmotor
die maximale Antriebskraft bei einer niedrigeren Drehzahl (beispielsweise
bei etwa 3000–4000
UpM) als der Ottomotor, und daher ist das Drehmoment des Dieselmotors
größer als
das des Ottomotors, wenn die maximale Antriebskraft gleich hoch
ist. Das höhere
Drehmoment erfordert eine Änderung
des Designs des stufenlosen Kegelscheibenumschlingungs-Getriebes
abhängig
von den Ausgabekennwerten der Antriebsleistungsquelle, die in dem
System verwendet wird.
-
Beispielsweise wird das stufenlose
Getriebe vergrößert, damit
das Umschlingungsmittel des CVTs mit einer höheren Anpreßkraft festgehalten oder angepreßt werden
kann.
-
Weiter unterliegt der Dieselmotor
relativ großen
Drehmomentschwankungen, weswegen die Anpreßkraft des Übertragungsstrangs im Hinblick
auf die Drehmomentschwankungen relativ hoch eingestellt werden muß. Aus diesen
Gründen
ist der Energieverlust in einem Antriebssystem, in dem ein Dieselmotor
als Antriebsleistungsquelle verwendet wird, allgemein höher als
in einem System, in dem ein Ottomotor verwendet wird.
-
Es ist Gegenstand der Erfindung,
ein Kraftfahrzeug-Antriebssystem bereitzustellen, bei dem ein übliches
stufenloses Kegelscheibenumschlingungs-Getriebe zusammen mit verschiedenen
Arten von Antriebsleistungsquellen verwendet wird, die sich in ihren
Ausgabekennwerten unterscheiden.
-
Um das genannte Ziel zu erreichen,
wird gemäß der Erfindung
ein Kraftfahrzeug-Antriebssystem bereitgestellt,
welches umfaßt:
-
- (a) eine Antriebsleistungsquelle, die eine
Kraft erzeugt,
- (b) ein stufenloses Kegelscheibenumschlingungs-Getriebe, das
die Kraft von der Antriebsleistungsquelle auf ein Antriebsrad überträgt, während es
eine erste Drehzahl seiner Antriebswelle in eine zweite Drehzahl
seiner Abtriebswelle umwandelt, und
- (c) einen Gangwechsel-Mechanismus, der zwischen der Antriebsleistungsquelle
und dem stufenlosen Getriebe vorgesehen ist, um die Drehzahl der
Antriebsleistungsquelle zu erhöhen
oder zu senken, während
das Fahrzeug vorwärts
fährt.
-
Im oben beschriebenen Kraftfahrzeug-Antriebssystem
ist der Gangwechsel-Mechanismus
zwischen der Antriebsleistungsquelle und dem stufenlosen Kegelscheibenumschlingungs-Getriebe
vorgesehen, um die Drehzahl zu erhöhen oder zu senken, während das
Fahrzeug vorwärts
fährt.
So ist der Gangwechsel-Mechanismus in der Lage, das Drehmoment der
Antriebsleistungsquelle zu erhöhen
oder zu senken und das resultierende Drehmoment auf das stufenlose
Getriebe zu übertragen.
Daher ist es möglich,
ein übliches
stufenloses Kegelscheibenumschlingungs-Getriebe zu verwenden, das
zusammen mit mehreren Typen von Antriebsleistungsquellen mit unterschiedlichen
Ausgabekennwerten eingesetzt werden kann, z.B. mit unterschiedlichen
Drehmomenteigenschaften, wenn beispielsweise das maximale Drehmoment,
das auf das stufenlose Getriebe übertragen
wird, weitgehend angeglichen wird. Dies führt insgesamt zu einer Reduzierung
der Herstellungskosten.
-
In einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt der Gangwechsel-Mechanismus
mindestens einen Planetengetriebesatz und weist eine Vorwärts/Rückwärts-Umschaltfunktion
auf, mit der ein Modus eingerichtet wird, bei dem es sich entweder um
den Unterbrechungsmodus handelt, bei dem die Kraftübertragung
unterbrochen ist, einen Vorwärtsfahr-Modus,
bei dem das Fahrzeug vorwärts
fährt, oder
um einen Rückwärtsfahr-Modus,
bei dem das Fahrzeug rückwärts fährt.
-
Im oben beschriebenen Antriebssystem
umfaßt
der Gangwechsel-Mechanismus mindestens einen Planetengetriebesatz
und weist eine Vorwärts/Rückwärts-Umschaltfunktion
auf. Im Vergleich zu dem Fall, wo eine Gangwechsel-Vorrichtung und eine
Vorwärts/Rückwärts-Umschaltvorrichtung
unabhängig
voneinander oder separat vorgesehen sind, weist das so aufgebaute
Antriebssystems eine einfachere Konstruktion auf und ist zu geringeren
Kosten erhältlich.
-
In einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung handelt es sich bei der Antriebsleistungsquelle um
einen Dieselmotor, und der Gangwechsel-Mechanismus überträgt die Kraft,
die vom Dieselmotor erzeugt wird, auf das stufenlose Getriebe, während es
die Drehzahl des Dieselmotors während
der Vorwärtsfahrt
des Fahrzeugs erhöht.
-
Im oben beschriebenen Antriebssystem
ist die Antriebsleistungsquelle ein Dieselmotor, der ein hohes Drehmoment
generell in einem niedrigeren Drehzahlbereich abgibt als ein Ottomotor.
Falls ein Dieselmotor als Antriebsleistungsquelle verwendet wird,
wird die Antriebskraft des Dieselmotors auf das stufenlose Kegelscheibenumschlingungs-Getriebe übertragen,
während
die Drehzahl des Motors vom Gangwechsel-Mechanismus erhöht wird, wodurch das Drehmoment,
das auf das stufenlose Getriebe übertragen
wird, sinkt. So kann das maximale Drehmoment, das vom Dieselmotor
auf das stufenlose Getriebe übertragen
wird, dem maximalen Drehmoment angeglichen werden, das von einem
Ottomotor übertragen
wird, unter der Voraussetzung, daß die maximale Antriebskraft
im wesentlichen gleich hoch ist. Außerdem wird der Schwankungsgrad
des Drehmoments verringert, da das Drehmoment mit dem Anstieg der
Drehzahl sinkt, wie oben beschrieben. So kann ein stufenloses Kegelscheibenumschlingungs-Getriebe,
das in einem Dieselmotor eingesetzt wird, im wesentlichen genauso
kompakt gestaltet werden wie eines, das in einem Ottomotor eingesetzt wird,
und der Leistungsverlust aufgrund der großen Umschlingungsmittel-Anpreßkraft,
die ansonsten für einen
Dieselmotor notwendig ist, wird gesenkt, was für bessere Kraftstoffverbrauchswerte
sorgt.
-
Zwar kommt es während der Erhöhung der Drehzahl
durch den Gangwechsel-Mechanismus aufgrund
der Drehung kämmender
Zahnräder
zu einem gewissen Energieverlust, aber dieser Energieverlust ist
geringer als der, welcher in dem Fall entsteht, wo ein großes stufenloses
Kegelscheibenumschlingungs-Getriebe verwendet wird, welches der Höhe des vom
Dieselmotor erzeugten Drehmoments entspricht.
-
Das stufenlose Kegelscheibenumschlingungs-Getriebe
ist in einem Kraftfahrzeug-Antriebssystem
einsetzbar, in dem ein Ottomotor als Antriebsleistungsquelle verwendet wird,
und kann so ausgelegt sein, daß es
eine angemessene Leistung erbringt, wenn die Antriebskraft des Ottomotors
unverändert
auf das stufenlose Getriebe übertragen
wird. Weiter kann das Drehzahlverhältnis, bei dem der Gangwechsel-Mechanismus
die Drehzahl der Antriebsleistungsquelle ändert, so bestimmt werden, daß das maximale
Drehmoment, das vom Dieselmotor auf das stufenlose Getriebe übertragen
wird, im wesentlichen gleich oder kleiner ist als das maximale Drehmoment,
das vom Ottomotor auf das stufenlose Getriebe übertragen wird.
-
Im oben beschriebenen Antriebssystem
ist die Übersetzung
(mit der die Drehzahl erhöht
wird) des Gangwechsel-Mechanismus so bestimmt, daß das maximale
Drehmoment, das vom Dieselmotor auf das stufenlose Getriebe übertragen
wird, im wesentlichen dem maximalen Drehmoment des Ottomotors angeglichen
wird oder geringer ist als dieses. Daher kann das stufenlose Getriebe,
das so ausgelegt ist, daß es
eine angemessene Leistung bringt, wenn die Kraft des Ottomotors
auf das Getriebe übertragen
wird, ohne Modifizierung im Dieselmotor eingesetzt werden.
-
Wie oben beschrieben, wird vorzugsweise ein
Dieselmotor als Antriebsleistungsquelle für das Fahrzeug-Antriebssystem
der Erfindung verwendet. Es können
jedoch auch andere Antriebsleistungsquellen, wie ein Ottomotor und
ein Elektromotor, verwendet werden. Außerdem kann eine hydraulische Kraftübertragungsvorrichtung,
beispielsweise ein Drehmomentwandler, der Kraft über ein Fluid überträgt, zwischen
der Antriebsleistungsquelle und dem Gangwechsel-Mechanismus vorgesehen
sein.
-
Beispielsweise kann das stufenlose
Kegelscheibenumschlingungs-Getriebe ein Paar variabler Kegelscheiben
umfassen, deren Nutbreiten variabel sind, sowie ein Umschlingungsmittel,
das um die variablen Kegelscheiben herum läuft. Während des Betriebs überträgt das stufenlose
Getriebe Kraft mittels der Reibung, die zwischen dem Umschlingungsmittel und
den variablen Kegelscheiben erzeugt wird. Das stufenlose Getriebe
ist weiter so ausgelegt, daß es die
Umschlingungsmittel-Anpreßkraft,
die von einer der beiden variablen Kegelscheiben erzeugt wird, beispielsweise
mittels eines Hydraulikzylinders so steuert, daß ein Rutschen des Umschlingungsmittels vermieden wird,
und daß es
die Nutbreite der anderen variablen Kegelscheibe beispielsweise
anhand eines Hydraulikzylinders so steuert, daß eine gewünschte Übersetzung erhalten wird.
-
Der Gangwechsel-Mechanismus kann
mindestens einen Planetengetriebesatz wie oben beschrieben umfassen,
kann aber auch verschiedene andere Bauarten aufweisen. Beispielsweise
können auch
andere Gangwechsel-Mechanismen mit Zahnrädern verwendet werden, beispielsweise
solche vom Zweiachsen-Typ, bei denen Getriebeelemente auf zwei Achsen
ineinander greifen. Obwohl der Gangwechsel-Mechanismus vorzugsweise
so konstruiert ist, daß ein
Umschalten zwischen dem Vorwärtsfahr-Modus
und dem Rückwärtsfahr-Modus mittels
einer Kupplung oder einer Verriegelung bewirkt wird, kann auch eine
Vorwärts/Rückwärts-Umschaltvorrichtung
mit einer Übersetzung
von 1 während
der Vorwärtsfahrt
des Fahrzeugs getrennt vom Gangwechsel-Mechanismus vorgesehen sein.
Natürlich
ist es nicht unbedingt notwendig, daß das erfindungsgemäße Antriebssystem
eine Vorwärts/Rückwärts-Umschaltvorrichtung
aufweist.
-
Obwohl der Gangwechsel-Mechanismus
des erfindungsgemäßen Antriebssystems
so ausgelegt ist, daß er
die Drehzahl zumindest während
der Vorwärtsfahrt
des Fahrzeugs, welche am häufigsten
vorkommt, erhöht
oder senkt, kann er auch so konstruiert sein, daß die Drehzahl sowohl während des
Vorwärtsfahrens
als auch während
des Rückwärtsfahrens
des Fahrzeugs erhöht
oder gesenkt wird. Außerdem
kann, wenn ein Dieselmotor als Antriebsleistungsquelle verwendet
wird, der Gangwechsel-Mechanismus auch so konstruiert sein, daß die Drehzahl
der Antriebsleistungsquelle (d.h. des Dieselmotors) sowohl während des
Vorwärtsfahrens
als auch während
des Rückwärtsfahrens
des Fahrzeugs erhöht
wird. Falls die Antriebskraft der Antriebsleistungsquelle beispielsweise
während
des Rückwärtsfahrens
des Fahrzeugs beschränkt
ist, muß die
Drehzahl der Antriebsleistungsquelle während des Rückwärtsfahrens nicht unbedingt
erhöht
oder gesenkt werden, und die Übersetzung,
die im Rückwärtsfahr-Modus
eingestellt wird, kann auf 1 gesetzt sein.
-
Obwohl vorzugsweise ein Dieselmotor
als die oben beschriebene Antriebsleistungsquelle verwendet wird,
kann die Erfindung auch auf ein Kraftfahrzeug angewendet werden,
in dem ein Ottomotor eingebaut ist. Das heißt, im erfindungsgemäßen Fahrzeug-Antriebssystem
kann es sich bei der Antriebsleistungsquelle um einen Ottomotor
handeln, und der Gangwechsel-Mechanismus kann so ausgelegt sein,
daß er
die Drehkraft des Ottomotors überträgt, während er
die Drehzahl während
des Vorwärtsfahrens
des Motors senkt. In diesem Fall kann das stufenlose Getriebe vom
Kegelscheibenumschlingungs-Typ auf ein Fahrzeug-Antriebssystem angewandt
werden, bei dem ein Dieselmotor eingebaut ist, und das Getriebe
kann so ausgelegt sein, daß es
eine ausreichende Leistung bringt, wenn die Antriebskraft des Dieselmotors
unverändert
auf das Getriebe übertragen
wird. Außerdem
kann die Untersetzung des Gangwechsel-Mechanismus so bestimmt werden, daß das maximale
Drehmoment, das vom Ottomotor auf das stufenlose Getriebe übertragen
wird, im Wesentlichen dem maximalen Drehmoment entspricht, bzw.
unter dem maximalen Drehmoment liegt, das vom Dieselmotor übertragen
wird.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
-
Die genannten und weitere Ziele,
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform zusammen
mit der begleitenden Zeichnung deutlicher, wobei ähnliche
Ziffern verwendet werden, um ähnliche
Elemente zu bezeichnen, und worin:
-
1A ein
Schema ist, welches ein Kraftfahrzeug-Antriebssystem darstellt,
auf das die Erfindung angewendet wird;
-
1B eine
Betriebstabelle für
Reibmittel ist, mit denen das Antriebssystem zwischen einem Vorwärtsfahr-Modus
und einem Rückwärtsfahr-Modus
umgeschaltet wird;
-
2 ein
Beispiel für
einen Schaltplan des Antriebssystems von 1A für
ein stufenloses Getriebe vom Kegelscheibenumschlingungs-Typ zeigt;
-
3 ein
Beispiel für
einen Kennfeld ist, das anzeigt, welcher Hydraulikdruck der Umschlingungsstrang-Anpreßkraft des
stufenlosen Getriebes von 1 entspricht;
-
4A eine
schematische Darstellung ist, die ein Kraftfahrzeug-Antriebssystem
zeigt, das mit dem gleichen stufenlosen Getriebe vom Kegelscheiben-Umschlingungstyp
ausgestattet ist wie das von 1, und
bei dem ein Ottomotor als Antriebsleistungsquelle eingebaut ist;
-
4B eine
Betriebstabelle für
Reibmittel für das
Umschalten des Antriebssystems zwischen einem Vorwärtsfahr-Modus
und einem Rückwärtsfahr-Modus
ist; und
-
5 eine
Darstellung ist, welche die Ausgabekennwerten eines Ottomotors und
eines Dieselmotors miteinander vergleicht.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
-
Eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung wird nun detailliert mit Bezug auf die begleitenden
Zeichnungen beschrieben.
-
1 zeigt
schematisch ein Kraftfahrzeug-Antriebssystem 10, auf welches
die Erfindung angewendet wird. Das Fahrzeug-Antriebssystem 10, das
vom Quertyp ist, wird bevorzugt in einem FF- (Frontantrieb/Frontmotor-)
Fahrzeug eingesetzt. Das Antriebssystem 10 umfaßt einen
Dieselmotor 12 als Antriebsleistungsquelle für das Antreiben
des Fahrzeugs. Die Antriebskraft des Dieselmotors 12 wird über einen
Drehmomentwandler 14, bei dem es sich um eine hydraulische
Kraftübertragungsvorrichtung handelt,
eine Gangwechsel-Hilfsvorrichtung 15, eine Vorwärts/Rückwärts-Umschaltvorrichtung 16,
ein stufenloses Getriebe (CVT) vom Kegelscheibenumschlingungs-Typ 18 und
ein Reduktionsgetriebe 20 auf eine Differentialgetriebe-Einheit 22 übertragen. Die
solchermaßen
auf die Differentialgetriebe-Einheit 22 übertragene
Antriebskraft wird dann auf die rechten und linken Antriebsräder 24R, 24L verteilt.
-
Der Drehmomentwandler 14 umfaßt ein Pumpenrad 14p,
das mit einer Kurbelwelle des Dieselmotors 12 verbunden
ist, und ein Turbinenrad 14t, das über eine Turbinenwelle 34 mit
der Gangwechsel-Hilfsvorrichtung 15 verbunden ist. Der
Drehmomentwandler 14 hat die Aufgabe, die Antriebskraft vom
Dieselmotor 12 mittels eines Fluids auf die Gangwechsel-Hilfsvorrichtung 15 zu übertragen.
Der Drehmomentwandler 14 umfaßt weiter eine Überbrückungskupplung 26,
die zwischen dem Pumpenrad 14p und dem Turbinenrad 14t angeordnet
ist. Während
des Betriebs drehen sich das Pumpenrad 14p und das Turbinenrad 14t als
eine Einheit, wenn die Überbrückungskupplung 26 vollständig eingerückt ist.
Das Pumpenrad 14p ist mit einer mechanischen Ölpumpe 28 ausgestattet,
welche die Aufgabe hat, einen Hydraulikdruck zu erzeugen, um das
Schalten des CVT 18 zu steuern, die Umschlingungsstrang-Anpreßkraft für das CVT 18 zu
erzeugen oder um einen Hydraulikdruck zu erzeugen, mit dem ein Schmiermittel
in die verschiedenen Bereiche des Antriebssystems gebracht wird.
-
Die Gangwechsel-Hilfsvorrichtung 15 besteht
hauptsächlich
aus einem Planetengetriebesatz vom Doppelritzeltyp und umfaßt ein Sonnenrad 15s, einen
Zahnkranz 15r und einen Träger 15c. Die Turbinenwelle 34 des
Drehmomentwandlers 14 ist integral mit dem Sonnenrad 15s verbunden,
und der Zahnkranz 15r ist integral mit dem Gehäuse des
Antriebssystems 10 verbunden, während der Träger 15c integral
mit einer Zwischenwelle 35 verbunden ist, die ihrerseits
mit der Vorwärts/Rückwärts-Umschaltvorrichtung
16 verbunden ist. Während
des Betriebs überträgt der Träger 15c die
Antriebskraft, die er vom Drehmomentwandler 14 erhalten
hat, über
die Zwischenwelle 35 auf die Vorwärts/Rückwärts-Umschaltvorrichtung 16.
Die Zwischenwelle 35 dreht sich entgegengesetzt zur Richtung,
in der sich die Turbinenwelle 34 dreht, und zwar bei einer
Ubersetzung von (1 – p1)/p1,
wobei das Zähnezahlverhältnis des
Planetengetriebesatzes (15) gleich p1 ist. Wenn p1 größer als
0,5 ist (d.h. 0,5 < p1),
liegt die Übersetzung
unter 1, und die Zwischenwelle 35 dreht sich in entgegengesetzter
Richtung zur Turbinenwelle 34 und mit höherer Geschwindigkeit oder
mit einer Geschwindigkeit, die über
der Drehzahl NE des Dieselmotors 12 liegt. Wenn p1 gleich oder kleiner
ist als 0,5 (d.h. 0,5 ≥ p1),
ist das Drehzahlverhältnis
gleich oder größer als
1, und die Zwischen welle 35 dreht sich in entgegengesetzter
Richtung und mit einer Geschwindigkeit, die gleich oder niedriger
ist als die Drehzahl NE des Dieselmotors 12.
-
Die Vorwärts/Rückwärts-Umschaltvorrichtung 16
besteht hauptsächlich
aus einem Planetengetriebe vom Einzelritzel-Typ und umfaßt ein Sonnenrad 16s,
einen Zahnkranz 16r und einen Träger 16c. Die Zwischenwelle 35 ist
integral mit dem Zahnkranz 16r verbunden, und eine Antriebswelle 36 des CVT 18 ist
integral mit dem Sonnenrad 16s verbunden, während der
Träger 16c über eine
Vorwärtsfahr-Verriegelung
B1 nach Bedarf an dem Gehäuse festgelegt
wird. Der Zahnkranz 16r und das Sonnenrad 16s werden
nach Bedarf über
eine Rückwärtsfahr-Kupplung
C1 miteinander verbunden. Sowohl bei der Vorwärtsfahr-Verriegelung B1 als
auch der Rückwärtsfahr-Kupplung C1 handelt
es sich um ein hydraulisches Reibmittel, das so angeordnet ist,
daß es
mit dem Hydraulikzylinder reibschlüssig verbunden wird. Während des
Betriebs werden die Verriegelung B1 und die Kupplung C1 nach Bedarf
ein- oder ausgerückt,
wenn ein Hydraulikkreislauf durch ein manuelles Ventil, das mit
einem (nicht gezeigten) Schalthebel verbunden ist, mechanisch geschaltet wird.
Der Schalthebel weist eine „D"-Position
auf, um das Fahrzeug vorwärts
fahren zu lassen, eine „N"-Position,
um die Kraftübertragung
zu unterbrechen, und eine „R"-Position,
um das Fahrzeug rückwärts fahren
zu lassen. Wenn der Schalthebel in die „D"-Stellung gebracht wird,
wird die Vorwärtsfahr-Verriegelung
B1 eingerückt,
und die Rückwärtsfahr-Kupplung
C1 wird ausgerückt,
wie in 1B gezeigt, so
daß die
Vorwärts/Rückwärts-Umschaltvorrichtung 16 in
den Vorwärtsfahr-Modus
gebracht wird, in dem die Antriebswelle 36 des CVT 18 sich
in entgegengesetzter Richtung dreht wie die Zwischenwelle 35,
das heißt,
in der gleichen Richtung wie der Dieselmotor 12, und die
Antriebskraft, mit der das Fahrzeug zum Vorwärtsfahren gebracht wird, auf
das CVT 18 übertragen
wird. Die Übersetzung
der Umschaltvorrichtung 16 im Vorwärtsfahr-Modus ist gleich p2,
wobei p2 das Zähnezahlverhältnis des
Planetengetriebesatzes (16) darstellt, und die Antriebswelle 36 des
CVT 18 sich mit einer Geschwindigkeit drehen kann, die über derjenigen
liegt, mit der sich die Zwischenwelle 35 dreht, je nach
dem Zähnezahlverhältnis p2.
-
Wenn der Schalthebel in die „R"-Position
bewegt wird, wird die Rückwärtsfahr-Kupplung C1 eingerückt, und
die Vorwärtsfahr-Verriegelung
B1 wird ausgerückt,
wie in 1B dargestellt,
so daß die
Vorwärts/Rückwärts-Umschaltvorrichtung
16 in den Rückwärtsfahr-Modus
gebracht wird, bei dem die Umschaltvorrichtung 16 sich
als Einheit mit der Zwischenwelle 35 dreht. Im Rückwärtsfahr-Modus
dreht sich die Antriebswelle 36 des CVT 18 als
Einheit mit der Zwischenwelle 35 in einer Richtung, die
der Drehrichtung des Dieselmotors 12 entgegengesetzt ist, und
die Antriebskraft, mit das Fahrzeug zum Rückwärtsfahren gebracht wird, wird
auf das CVT 18 übertragen.
Die Übersetzung
der Umschaltvorrichtung 16 im Rückwärtsfahr-Modus ist gleich 1.
Wenn der Schalthebel in die „N"-Position
gebracht wird, werden sowohl die Vorwärtsfahr-Verriegelung B 1 als auch die Rückwärtsfahr-Kupplung
C1 ausgerückt,
und die Vorwärts/Rückwärts-Umschaltvorrichtung
16 wird in den Neutral- (Kraftunterbrechungs-)Modus gebracht, bei
dem die Kraftübertragung
unterbrochen ist.
-
Das CVT 18 vom Kegelscheibenumschlingungs-Typ
umfaßt
antriebseitig eine variable Kegelscheibe 42, die sich auf
der Antriebswelle 36 befindet und die einen variablen Arbeitsdurchmesser
aufweist, sowie ein Kraftübertragungs-Umschlingungsmittel 48,
das um die variablen Kegelscheiben 42, 46 läuft. Das
CVT 18 hat die Aufgabe, mittels der Reibung, die zwischen
den variablen Kegelscheiben 42, 46 und dem Kraftübertragungs-Umschlingungsmittel 48 erzeugt
wird, eine Antriebskraft zu übertragen.
Die variablen Kegelscheiben 42, 46 weisen zusammen eine
V-förmige
Nut auf, deren Breite verändert
werden kann, und sind mit Hydraulikzylindern (nicht gezeigt) ausgestattet.
Durch Steuern des Hydraulikdrucks, der auf den Hydraulikzylinder
der antriebseitigen Kegelscheibe 42 ausgeübt wird,
wird die Breite der V-förmigen
Nuten der variablen Kegelscheiben 42, 46 verändert, und
der Umschlingungs-Durchmesser (Arbeitsdurchmesser des Kraftübertragungs-Umschlingungsmittels 48)
wird entsprechend verändert, so
daß die Übersetzung γ (= Drehzahl
der Antriebswelle NIN/Drehzahl der Antriebswelle NOUT) stufenlos
verändert
wird. Beispielsweise wird die Ziel-Drehzahl NINT der Antriebswelle 36 anhand
eines vorher festgelegten Schalt-Kennfelds, wie in 2 dargestellt, berechnet, für das als
Parameter der Verstellweg des Gaspedals Acc, welcher eine Lastanforderung
durch den Fahrer darstellt, und die Fahrzeuggeschwindig keit V verwendet
werden. Dann wird das CVT 18, genauer gesagt, werden die
Zufuhr und die Abgabe von Arbeitsfluid zum und vom Hydraulikzylinder
der antriebseitigen variablen Kegelscheibe 42 abhängig von
der Abweichung der tatsächlichen Drehzahl
NIN der Antriebswelle 36 von der Ziel-Drehzahl NINT so
gesteuert, daß die
tatsächliche
Antriebsgeschwindigkeit NIN der Ziel-Antriebsgeschwindigkeit NINT
angeglichen wird. Wie aus der Abbildung von 2 hervorgeht, die Schaltzustände anzeigt,
wird die Ziel-Drehzahl NINT so eingestellt, daß die Übersetzung γ höher wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit
V abnimmt und der Verstellweg des Bremspedals Acc länger wird.
Die Fahrzeuggeschwindigkeit V entspricht der Drehzahl NOUT der Abtriebswelle,
und daher entspricht die Ziel-Drehzahl NINT als Zielwert der Antriebswellendrehzahl
NIN dem Ziel-Uersetzungsverhältnis,
das in einem Bereich bestimmt wird, der von der minimalen Übersetzung γmin und der
maximalen Übersetzung
ymax des CVT 18 begrenzt wird.
-
Andererseits wird der Hydraulikdruck,
der auf den Hydraulikzylinder der abtriebseitigen variablen Kegelscheibe 46 ausgeübt wird,
so geregelt oder gesteuert, daß kein
Rutschen des Umschlingungsmittels 48 bewirkt wird. Beispielsweise
wird der Hydraulikdruck, der auf den Hydraulikzylinder der abtriebseitigen
variablen Kegelscheibe 46 ausgeübt wird, gemäß einem
vorher festgelegten Plan, wie in 3 gezeigt,
gesteuert, welcher den erforderlichen Hydraulikdruck anzeigt (der
dem Umschlingungsmittel-Klemmdruck entspricht), der erforderlich
ist, um ein Rutschen des Umschlingungsmittels zu vermeiden. Das
Kennfeld von 3 verwendet
als Parameter den Verstellweg des Gaspedals Acc, welcher dem übermittelten
Drehmoment entspricht, und die Ubersetzung y. Entsprechend dem Hydraulikdruck,
der auf den Hydraulikzylinder der abtriebseitigen variablen Kegelscheibe 46 ausgeübt wird,
wird die Umschlingungsmittel-Anpreßkraft, d.h. die Reibungskraft,
die zwischen den variablen Kegelscheiben 42, 46 und
dem Kraftübertragungs-Umschlingungsmittel 48 erzeugt
wird, erhöht
oder gesenkt.
-
Das wie oben beschriebene CVT vom
Kegelscheibenumschlingungs-Typ 18 kann als Antriebssystem 102 für ein Kraftfahrzeug
verwendet werden, bei dem ein Ottomotor
104 als Antriebsleistungsquelle
verwendet wird, wie in 4 gezeigt.
Das heißt, das
CVT 18 kann sowohl in einem Fahrzeug mit Dieselmotor als
auch einem Fahrzeug mit Ottomotor eingesetzt werden. Bei der Konstruktion
des CVT 18 werden die druckaufnehmenden Flächen der
Hydraulikzylinder der variablen Kegelscheiben 42, 46 so
bestimmt, daß das
CVT 18 eine ausreichende Leistung mit Bezug auf die Umschlingungsmittel-Anpreßkraft oder
dergleichen erreicht, wenn die Antriebskraft des Ottomotors während des
Vorwärtsfahrens
so wie sie ist (d.h. ohne Änderung)
auf das CVT 18 übertragen
wird, wobei die Vorwärtsfahr-Kupplung C2
einer Vorwärts/Rückwärts-Umschaltvorrichtung 106 eingerückt ist.
Die Vorwärts/Rückwärts-Umschaltvorrichtung 106 besteht
hauptsächlich
aus einem Planetengetriebesatz vom Doppelritzeltyp und umfaßt ein Sonnenrad 106s,
einen Zahnkranz 106r und einen Träger 106c. Die Turbinenwelle 34 des Drehmomentwandlers 14 ist
integral mit dem Sonnenrad 106s verbunden, und die Antriebswelle 36 des
CVT 18 ist integral mit dem Träger 106c verbunden.
Weiter können
der Träger 106c und
das Sonnenrad 106s nach Bedarf über die Vorwärtsfahr-Kupplung
C2 miteinander verbunden werden, und der Zahnkranz 106r kann über eine
Rückwärtsfahr-Verriegelung
B2 nach Bedarf an dem Gehäuse festgelegt
werden. Wie in 4B gezeigt,
wird, wenn der Schalthebel in die „D"-Position gebracht wird,
die Vorwärtsfahr-Kupplung
C2 eingerückt
und die Rückwärtsfahr-Verriegelung B2 wird
ausgerückt,
so daß die
Vorwärts/Rückwärts-Umschaltvorrichtung
106 in den Vorwärtsfahr-Modus
gebracht wird, in dem die Umschaltvorrichtung 106 sich
als Einheit mit der Turbinenwelle 34 des Drehmomentwandlers 14 dreht, und
die Antriebskraft, die das Fahrzeug vorwärts fahren läßt, wird
auf das CVT 18 übertragen.
Da die Vorwärts/Rückwärts-Umschaltvorrichtung
106 sich im Vorwärtsfahr-Modus,
der am häufigsten
vorkommt, als eine Einheit dreht, kann ein Energieverlust, der ansonsten
durch die Drehung kämmender
Zahnräder bewirkt
würde,
vermieden werden, und es kann ein ausgezeichneter Wirkungsgrad erreicht
werden. Somit ist das CVT 18 so ausgelegt, daß es bezüglich des
Antriebsdrehmoments, das während
des Vorwärtsfahrens
des Fahrzeugs auf das CVT 18 übertragen wird, eine angemessene
Leistung erbringt.
-
Wenn der Schalthebel in die „R"-Position
gebracht wird, wird die Rückwärtsfahr-Verriegelung B2 eingerückt und
die Vorwärtsfahr-Kupplung
C2 wird ausgerückt,
so daß die
Vorwärts/Rückwärts-Umschaltvorrichtung 106 in
den Rückwärtsfahr-Modus gebracht
wird, in dem die Antriebswelle 36 des CVT 18 sich
in einer Richtung dreht, die der Drehrichtung der Turbinenwelle 34 entgegengesetzt
ist, und die Antriebskraft, mit der das Fahrzeug zum Rückwärtsfahren
gebracht wird, auf das CVT 18 übertragen wird. Wenn der Schalthebel
in die „N"-Position
gebracht wird, werden sowohl die Vorwärtsfahr-Kupplung C2 als auch
die Rückwärtsfahr-Verriegelung
B2 ausgerückt,
und die Vorwärts/Rückwärts-Umschaltvorrichtung 106 wird
in einen neutralen (Absperr-) Modus gebracht, in dem die Kraftübertragung
unterbrochen ist.
-
Der Ottomotor 104 und der
Dieselmotor 12 weisen jedoch unterschiedliche Ausgangskennwerte auf.
Genauer gesagt, liefert der Ottomotor 104 die maximale
Antriebskraft bei einer relativ hohen Motorgeschwindigkeit, wie
als Beispiel von der durchgezogenen Linie in 5 angezeigt, während der Dieselmotor 12 die
maximale Antriebskraft bei einer niedrigeren Motorgeschwindigkeit
als der Ottomotor 12 liefert, wie von der Strich/Punkt-Linie
in 5 angezeigt. Angenommen,
die maximale Antriebskraft ist gleich hoch, dann ist das maximale
Drehmoment des Dieselmotors 12 generell höher als
das des Ottomotors 104. Wenn anstelle eines Ottomotors 104 ein Dieselmotor 12 im
Fahrzeug-Antriebssystem 102 von 4 installiert
wäre, würde daher
die Umschlingsmittel-Anpreßkraft
des CVT 18 nicht mehr ausreichen, was zu einem Rutschen
des Umschlingungsmittels oder dergleichen führen würde. In diesem Fall müßte ein
großes
CVT 18 vom Kegelscheibenumschlingungs-Typ verwendet werden.
-
Im Gegensatz dazu ist das Fahrzeug-Antriebssystem 10 der
vorliegenden Erfindung mit einer Vorwärts/Rückwärts-Umschaltvorrichtung 16
und einer Gangwechsel-Hilfsvorrichtung 15 ausgestattet, um
die Drehzahl während
des Vorwärtsfahrens
des Fahrzeugs zu erhöhen.
Beim Antriebssystem 10 wird die Drehkraft des Dieselmotors 12 auf
das CVT 18 übertragen,
wobei die Drehzahl verändert
wird. Somit kann das CVT 18 vom Kegelscheibenumschlingungs-Typ
des Fahrzeug-Antriebssystems 102 von 4 auch
in dem Fahrzeug-Antriebssystem 10 verwendet werden, ohne
modifiziert zu werden. Das heißt,
das CVT 18 kann so wie es ist in dem Antriebssystem 10 verwendet
werden, wenn die Gesamtübersetzung
a (= Drehzahl NT der Turbinenwelle 34/Drehzahl NIN der Antriebswelle 36)
der Gangwechsel-Hilfsvorrichtung 15 und der Vorwärts/Rückwärts-Umschaltvorrichtung 16 so
eingestellt wird, daß das
maximale Drehmoment, das vom Dieselmotor 12 auf das CVT 18 übertragen
wird, dem maximalen Drehmoment angeglichen wird, das im Fahrzeug-Antriebssystem 102 der 4 vom Ottomotor 104 auf das CVT 18 übertragen
wird, oder noch unter diesem liegt. Falls der Ottomotor 104 und
der Dieselmotor 12 beispielsweise Ausgangskennwerte aufweisen
wie in 5, wird die Übersetzung
a so eingestellt, daß die
folgende Gleichung (1) erfüllt
ist, in der die Drehzahl NEG, bei welcher
der Ottomotor 104 die maximale Leistung bringt, und die
Drehzahl NED, bei welcher der Dieselmotor 12 die
maximale Leistung bringt, eingesetzt werden. Da das Drehzahlverhältnis a
durch die folgende Gleichung (2) mittels der Zähnezahlverhältnisse p1 und p2 ausgedrückt wird,
werden die Zähnezahlverhältnisse
p1 und p2 so bestimmt, daß die
Gleichung (1) erfüllt
wird. Aus der Gleichung (1) geht hervor, daß die Übersetzung kleiner als 1 ist, und
daß die
Drehkraft des Dieselmotors 12 auf die CVT 18 übertragen
wird, während
die Drehzahl erhöht
wird. In der vorliegenden Erfindung stellen die Gangwechsel-Hilfsvorrichtung 15 und
die Vorwärts/Rückwärts-Umschaltvorrichtung
16 einen Gangwechsel-Mechanismus dar. a ≈ NED/NEG
(1) a = p2·(1 – p1)/p1 (2)
-
Im Fahrzeug-Antriebssystem 10 der
vorliegenden Ausführungsform
ist der Gangschaltungs-Mechanismus (d.h. die Gangwechsel-Hilfsvorrichtung 15 und
die Vorwärts/-Rückwärts-Umschaltvorrichtung 16)
für die
Erhöhung
der Drehzahl des Dieselmotors 12 während des Vorwärtsfahrens
des Fahrzeugs zwischen dem Dieselmotor 12 und dem CVT 1.8 vom
Kegelscheibenumschlingungs-Typ vorgesehen, um das Drehmoment des
Dieselmotors 12 zu reduzieren und das reduzierte Drehmoment
auf das CVT 18 zu übertragen.
Somit kann das CVT 18, das in einem Fahrzeug eingesetzt
wird, in dem ein Dieselmotor eingebaut ist, im Wesentlichen genauso klein
gestaltet werden wie das CVT 18, das in einem Fahrzeug
eingesetzt wird, in dem ein Ottomotor eingebaut ist, und der Energieverlust
aufgrund einer hohen Umschlingungsmittel-Anpreßkraft kann vermindert werden,
was für
bessere Kraftstoffverbrauchswerte sorgt.
-
Die Gangwechsel-Hilfsvorrichtung 15 und die
Vorwärts/Rückwärts-Umschaltvorrichtung
16 können
einen Energieverlust erleiden, der durch die Drehung kämmender
Zahnräder
des Planetengetriebesatzes während
des Vorwärtsfahrens
des Fahrzeugs bewirkt wird. Der Energieverlust ist jedoch geringer
als der, welcher in dem Fall auftritt, wo angesichts des erhöhten Drehmoments
des Dieselmotors 12 ein großes CVT vom Kegelscheibenumschlingungs-Typ
verwendet wird, Somit kann der Energieverlust des Antriebssystems 10 insgesamt
reduziert werden.
-
Weiter wird die Übersetzung a des Gangwechsel-Mechanismus
so bestimmt, daß das
maximale Drehmoment, das vom Dieselmotor 12 auf das CVT 18 ausgeübt wird,
im Wesentlichen gleich oder geringer wird als das maximale Drehmoment,
das vom Ottomotor 104 auf das CVT 18 übertragen
wird. Somit kann das CVT 18, das so ausgelegt ist, daß es eine
ausreichende Leistung bringt, wenn es die Antriebskraft vom Ottomotor 104 unverändert übernimmt,
wie im Fahrzeug-Antriebssystem 102 von 4,
ohne Modifizierung im Dieselmotor-Fahrzeug von 1 verwendet
werden, was zu einer Reduzierung der Gesamt-Herstellungskosten führt.
-
In der vorliegenden Ausführungsform
besteht der Gangwechsel-Mechanismus aus der Gangwechsel-Hilfsvorrichtung 15 und
der Vorwärts/Rückwärts-Umschaltvorrichtung
16, und besitzt daher eine Vorwärts/Rückwärts-Umschaltfunktion.
Somit ist die Konstruktion des Antriebssystems relativ einfach und
es ist kostengünstiger
erhältlich
im Vergleich zu dem Fall, wo ein Gangwechsel-Mechanismus und eine
Vorwärts/Rückwärts-Umschaltvorrichtung
unabhängig
voneinander vorgesehen sind.
-
Obwohl die bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung detailliert mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen
beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf die Details dieser
speziellen Ausführungsform
beschränkt,
sondern kann auch anderweitig mit verschiedenen Änderungen, Modifizierungen
und Verbesserungen versehen werden, die für einen Fachmann naheliegend
sind, ohne vom Bereich der Erfindung abzuweichen.