DE3727633C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kegelscheibenumschlingungs­ getriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Getriebe dieser Gattung sind heute allgemein unter dem Begriff Continuously Variable Transmission (CVT) bekannt und deren Pumpe wird in der Regel von dem Verbrennungsmotor drehzahlproportional angetrieben. Da die Druckmittelmenge bei niedrigen Drehzahlen für die Pumpengröße maßgebend ist, entsteht bei höheren Drehzahlen eine unnötige hohe Druckmittelmenge, die den Gesamtwirkungsgrad eines solchen Getriebes erheblich verschlechtert. Außerdem wer­ den bei zu hohen Druckmittelmengen infolge innerer Drosselwider­ stände die Anpreßkräfte zwischen Kegelreibscheiben und Umschlin­ gungsmittel sowie die Lagerkräfte unnötig hoch.

Es sind Lösungen bekannt, die die Druckmittelmenge über der Mo­ tordrehzahl annähernd konstant halten, z.B. Flügelzellenpumpe mit schwenkbarem Innengehäuse, wobei die Druckmittelmenge, also die Exzentrizität, nur von der Motordrehzahl bestimmt wird, oder 2 Zahnradpumpen, wobei die Überschußmenge bei hohen Drehzahlen über einen Bypass abgeleitet wird.

Ferner ist eine Lösung bekannt, bei der durch eine elektronische Recheneinheit angesteuerte Magnetventile den Anpreßdruck und den Verstelldruck des CVTs bestimmen, wobei der jeweils höhere Druck von beiden die Pumpenmenge steuert (EP 02 28 817 A2).

Diese Lösungen genügen jedoch dem erforderlichen funktionellen Verhalten eines Kegelscheibenumschlingungsgetriebes bei den un­ terschiedlichsten Betriebsbedingungen nur unvollkommen. Bei erhöhtem Druckbedarf, der bei erhöhtem zu übertragenden Drehmoment erforderlich ist, ferner bei sehr heißem Öl, reicht die Druckmit­ telmenge wegen der Leckverluste an den Öleinführungen und Zylinder­ dichtungen oft nicht aus, das Getriebe schnell genug zu verstellen bzw. die Anpreßkraft zwischen Kegelscheiben und Umschlingungs­ mittel erreicht nicht die erforderliche Höhe, d.h. Rutschen des Umschlingungsmittels führt zu Schäden und kann das Getriebe zer­ stören. Auch energetisch haben die bekannten Lösungen den Mangel, daß die hydraulische Leistung oft unnötig hoch ist, um das funktionel­ le Verhalten sicherzustellen.

Bei den bekannten Lösungen wird die Druckmittelmenge nicht aus den momentanen Betriebszuständen durch die elektronische Recheneinheit errechnet, weshalb die wirklich erforderliche, optimale Druckmittelmenge auch nicht realisiert werden kann. Da bei einem CVT für Kraftfahrzeuge aber der Wirkungsgrad für den Benzinverbrauch von entscheidender Bedeutung ist, haben die bekannten Lösungen, wie die Praxis gezeigt hat, Mängel in der Funktion bei schnellem Verstellen und schlechteren Wirkungsgrad.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Kegelscheibenumschlingungsge­ triebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, bei dem die Druckmittelmenge entsprechend den jeweiligen Betriebs­ bedingungen optimal geregelt wird.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1.

Dadurch, daß der jeweilige Betriebszustand mittels Sensoren lau­ fend erfaßt und der elektronischen Recheneinheit mitgeteilt wird, wie Motordrehzahl, Fahrpedalstellung, Antriebsdrehzahl, Tempera­ tur usw., bewirkt die Stellgröße für das Magnetventil eine den jeweiligen Erfordernissen entsprechende Druckmittelmenge.

In den Unteransprüchen werden vorteilhafte Ausführungen der im Hauptanspruch gekennzeichneten Erfindung angeben. Die Merkmale des Anspruchs 2 beinhalten eine Lösung mit 2 Pumpen, wobei eine der Pumpen nur ihre geregelte Nutzfördermenge in die hydraulische Steuerung fördert. Im Anspruch 3 wird eine Lösung angegeben, in der eine mengenregulierbare Pumpe allein (z. B. Flügelzellenpumpe mit variabler Exzentrizität) die Nutzfördermenge in die hydraulische Steuerung fördert.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung werden in den folgenden Ausführungsbeispielen dargestellt und näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Kegel­ scheibenumschlingungsgetriebes mit einer Einrichtung für die Regelung einer bedarfsgerechten Druckmittelmenge.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel eines Volumen-Drehzahl-Diagramms, in dessen schraffierter Fläche sich die jeweils bedarfsge­ rechte, geregelte Druckmittelmenge einstellen läßt.

Fig. 3 zeigt ein Volumen-Fahrpedalstellung-Diagramm.

Fig. 4 zeigt ein Diagramm des Volumens in Abhängigkeit von der Änderungszeit der Fahrpedalstellung.

Fig. 5 zeigt die Volumenabhängigkeit von der jeweiligen Über­ setzung des stufenlosen Getriebes.

Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform des Förderstromregelventils.

Fig. 7 zeigt eine volumenregelbare Pumpe, z.B. Flügelzellen­ pumpe variabler Exzentrizität.

Fig. 8 zeigt ein Volumen-Drehzahl-Diagramm der Pumpe nach Fig. 7. Es kann innerhalb der schraffierten Fläche der jeweils bedarfsgerechte Förderstrom geregelt werden.

Weitere Einzelheiten des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen. Das in Fig. 1 gezeichnete Kegelscheibenumschlingungsgetriebe mit den Zylinder-Kolben-Aggregaten 1 und 2 wird von der hydrau­ lischen Steuereinheit 3 mit Druckmittel versorgt, welches von den Pumpen 4 und 5 geliefert wird. Einer elektronischen Re­ cheneinheit 6 werden mittels Sensoren 7 laufend die momenta­ nen Betriebsgrößen wie Drehzahlen, Fahrpedalstellung, Pumpendruck usw. mitgeteilt. Hieraus errechnet die elektronische Rechenein­ heit laufend den erforderlichen Sollwert der Druckmittelmenge. Ferner übermittelt ein Mengenmesser 8 den Istwert der Druck­ mittelmenge an die elektronische Recheneinheit. Aus dem Soll- Istwert-Vergleich ermittelt die elektronische Recheneinheit eine Regelgröße, die über ein Magnetventil 9 die überschüssige Druck­ mittelmenge der Pumpe 4 mehr oder weniger in die gemeinsame Saugleitung 10 zurückfließen läßt. Die Druckmittelmenge der Pumpe 5 fließt hierbei immer voll in die hydraulische Steuer­ einheit 3, was durch ein Rückschlagventil 11 gesichert ist. Der Mengenmesser 8 kann entfallen, wenn die Druckmittelmenge indirekt erfaßt wird, z.B. durch Verwendung eines hubgeregelten Magnetventils.

Das beispielhafte Volumen-Drehzahl-Diagramm in Fig. 2 zeigt, daß mit der Einrichtung nach Fig. 1 abweichend von der drehzahlbe­ dingten Basismenge jede geregelte Druckmittelmenge innerhalb des schraffierten Feldes an die hydraulische Steuerung 3 geliefert werden kann.

Die Fig. 3, 4 und 5 zeigen Diagramme, in denen die Abhängig­ keit der Druckmittelmenge von den wichtigsten Einflußgrößen wie Fahrpedalstellung, Zeit der Änderung der Fahrpedalstellung und Getriebeübersetzung dargestellt ist. Dieser funktionelle Zusammenhang ist in der elektronischen Recheneinheit abgespeichert und dient zum Errechnen des jeweiligen Sollwerts der erforderli­ chen Druckmittelmenge mittels eines Programms.

Das Fahrverhalten wird z.B. verbessert, wenn bei niedrigen Über­ setzungen ("kleine Gänge") eine schnellere Verstellung erfolgt als bei höheren Übersetzungen ("Overdrive"), d.h. größere Menge bei niedrigen Übersetzungen. Es ist ferner auf einfache Weise möglich, die Änderungszeit von einer Fahrpedalstellung zur anderen in das Programm aufzunehmen (Steigung zweier benachbarter Meß­ punkte).

Nicht gezeichnet ist die Abhängigkeit der Druckmittelmenge von der Temperatur und vom Druck. Es versteht sich von selbst, daß bei höheren Temperaturen und/oder erhöhtem Druck des Druckmittels entsprechend höhere Leckagen auftreten, die durch eine erhöhte Druckmittelmenge per Programm kompensiert werden können.

Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform des in Fig. 1 erwähnten Magnet­ ventils 9 . Es wandelt den variablen Druck der Leitung 12 in Abhängigkeit von der Regelgröße 13 in einen geregelten Druck um, der in der Kammer 14 herrscht. Dadurch wird der Kolben 15 mehr oder weniger gegen die Feder 16 verschoben, und über die Öffnung 17 und Leitung 18 fließt die überschüssige Druckmit­ telmenge in die gemeinsame Saugleitung 10 zurück.

In Fig. 7 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung darge­ stellt. Bei einer Flügelzellenpumpe mit variabler Exzentrizität 19 ist bekanntlich der Förderstrom von Drehzahl und Exzentri­ zität abhängig. Das Magnetventil 20, z.B. Proportionalventil mit Pulsweitenmodulation, wandelt den variablen Druck der Leitung 12 in Abhängigkeit der Regelgröße 13 in einen geregelten Druck um, der in der Kammer 14 wirkt. Dadurch wird die Exzen­ trizität der Flügelzellenpumpe geändert und damit auch die Druck­ mittelmenge. Diese Ausführung ist besonders günstig, da der Ist­ wert der Druckmittelmenge nicht gesondert erfaßt werden muß, sie kann von der elektronischen Recheneinheit selbst laufend aus Dreh­ zahl und Regelgröße, die ein Maß der Exzentrizität ist, per Pro­ gramm ermittelt werden. Ferner ist diese Ausführung auch energetisch besonders günstig, weil keine druckbehafteten Überschußmengen abfließen müssen.

Schließlich zeigt Fig. 8, daß mit dem Ausführungsbeispiel in Fig. 7, abweichend von der drehzahlbedingten Basismenge, jede Druckmittelmenge innerhalb des schraffierten Feldes möglich ist.

Zweckmäßigerweise sind die Stellorgane so konzipiert, daß bei Ausfall der elektronischen Recheneinheit der hydraulischen Steuereinheit des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes immer die maximale Druckmittelmenge geliefert wird. Wird der Druck der Kammer 14 zu Null, so bewirkt die Feder 16 die maximale Druck­ mittelmenge sowohl bei 2 Zahnradpumpen nach Fig. 1 und 6 als auch bei der Flügelzellenpumpe nach Fig. 7.

Der Mehraufwand der erfindungsgemäßen Lösung ist sehr gering, da für die Regelung der Übersetzung des Kegelscheibenumschlingungs­ getriebes die wichtigsten Sensoren und eine elektronische Rechen­ einheit bereits vorhanden sind.

Claims (3)

1. Stufenlos einstellbares Kegelscheibenumschlingungsgetriebe, bei dem die axial verschiebbaren Kegelscheiben zusammen mit einem wellenfesten Kolben je ein Zylinder-Kolben-Aggregat bilden, dem zur Einstellung und Aufrechterhaltung der Getriebeübersetzung von einer oder mehreren Pumpen bezogenes Druckmittel über eine hydraulische Steuereinheit zugeteilt wird, und das von einem Motor größeren Drehzahlbereichs, insbesondere Verbrennungsmotor, angetrieben wird, wobei Sensoren die erforderlichen, den Betriebszustand des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes kennzeichnenden Daten erfassen und einer elektronischen Recheneinheit zuführen, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Recheneinheit (6) laufend aus den momentanen Sensordaten eine Regelgröße (13) für ein Magnetventil (9 oder 20) errechnet, das den Stelldruck in der Kammer (14) einer hydraulischen Kolben-Zylindereinheit bestimmt, die die von der oder den Pumpen (19 oder 4 oder 5) der hydraulischen Steuereinheit (3) zugeführte Druckmittelmenge steuert.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Druckmittelversorgung zwei Pumpen vorhanden sind, wobei die eine Pumpe (5) immer ihre gesamte Fördermenge in die hydraulische Steuereinheit (3) fördert und daß nur der Nutzförderstrom der anderen Pumpe (4) durch die elektronische Recheneinheit (6) gesteuert wird.

3. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördermenge der einzigen regelbaren Pumpe (19), insbesondere Flügelzellenpumpe mit variabler Exzentrizität, durch die elektronische Recheneinheit (6) gesteuert wird.