DE60302509T2

DE60302509T2 - Stufenlos veränderbares Riemengetriebe

Info

Publication number: DE60302509T2
Application number: DE60302509T
Authority: DE
Inventors: Shojiro Fuji-shi Kuroda; Yusuke Fuji-shi Watabe
Original assignee: JATCO Ltd
Current assignee: JATCO Ltd
Priority date: 2002-09-04
Filing date: 2003-08-27
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2023-08-28
Also published as: KR20040021545A; JP2004092883A; KR100541911B1; US7044873B2; EP1396664A2; US20040058760A1; EP1396664A3; EP1396664B1; DE60302509D1

Description

FELD DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich auf ein stufenlos veränderbares Riemengetriebe (Riemen-CVT) gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Ein solches Getriebe ist aus US-A 4,560,369 oder EP-A 896171 bekannt.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bei einem Fahrzeug, das ein stufenlos veränderbares Riemengetriebe verwendet, wird das Motordrehmoment über eine Eingangswelle auf eine angetriebene Riemenscheibe des stufenlos veränderbaren Riemengetriebes übertragen. Das Drehmoment wird über einen Metallriemen von der antreibenden Riemenscheibe auf die angetriebene Riemenscheibe übertragen und dann über eine Ausgangswelle und ein Differentialgetriebe von der getriebenen Riemenscheibe auf ein Antriebsrad übertragen. Eine Kupplung zur Steuerung/Regelung der Drehmomentübertragung zum Antriebsrad ist typischerweise dem Getriebe, entsprechend dem Drehmomentfluss nachgelagert angeordnet. Wenn das Fahrzeug geschleppt wird, während das Antriebsrad in Kontakt mit der Straßenoberfläche ist, wird durch Lösen der Kupplung die Drehung des Antriebsrades nicht zum Getriebe übertragen.
Bei einem Fahrzeugtyp ist jedoch die Kupplung zwischen dem Motor und dem stufenlos variablen Riemengetriebe angeordnet. Wenn dieser Fahrzeugtyp geschleppt wird, wird die Kupplung gelöst, jedoch ein Eingang vom Antriebsrad zum Getriebe übertragen. Wenn ein Fahrzeug geschleppt wird, wird typischerweise das Übersetzungsverhältnis des stufenlos veränderbaren Riemengetriebes auf die untere Seite eingestellt (hierbei bedeutet „untere Seite", dass die Drehzahl der getriebenen Riemenscheibe niedrig ist) und dadurch wird ein Drehmoment von der Antriebsrad-Seite eingegeben und die antreibende Riemenscheibe des stufenlos variablen Riemengetriebes dreht sich mit hoher Geschwindigkeit.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Wie im japanischen Patent Nr. H7-92124 vom 9. Oktober 1995 offenbart, wird ein Versatz dX zwischen einer Mittelebene einer Nut in einer antreibenden Riemenscheibe und einer Mittelebene einer Nut in einer getriebenen Riemenscheibe (mit anderen Worten ein Ausrichtungsfehlbetrag) auf Null gesetzt, wenn die Übersetzung auf der oberen Seite ist. Daher ist, wenn die Übersetzung auf der niedrigen Seite ist, der Versatz dX groß. Wenn das Fahrzeug mit der Übersetzung auf der niedrigen Seite geschleppt wird, dreht sich die antreibende Riemenscheibe mit hoher Geschwindigkeit und darüber hinaus ragt eine Stirnseite des Metallriemens aus der Riemenscheiben-Nut heraus. Folglich kann sich die Haltbarkeit auf Grund von Reibung zwischen Metallriemen und Riemenscheibe mindern.
Ein Ziel dieser Erfindung ist es, ein stufenlos einstellbares Riemengetriebesystem bereitzustellen, um die durch Reibung zwischen einem Metallriemen und einer Riemenscheibe verursachte Abnahme der Haltbarkeit zu vermeiden, wenn ein Fahrzeug geschleppt wird.
Um dieses Ziel zu erreichen, sieht diese Erfindung ein stufenlos einstellbares Riemengetriebesystem zur Verwendung in einem Fahrzeug gemäß Anspruch 1 vor.
Die Details, ebenso wie andere Eigenschaften und Vorzüge dieser Erfindung, sind im Rest der Beschreibung dargelegt und in der anliegenden Zeichnung dargestellt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine schematische Darstellung eines stufenlosen Getriebesystems, gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung.
2 ist eine detaillierte Darstellung des gleichen stufenlosen Getriebesystems wie in 1. 2A ist eine schematische Draufsicht des stufenlosen Getriebesystems, die einen Versatz dX zeigt.
3 ist eine Kurve, die eine Beziehung zwischen einem Verhältnis der Federkonstanten von zwei Rückstellfedern und einer Wärmeerzeugungsrate zeigt.
4 ist eine Kurve, die eine Beziehung zwischen dem Verhältnis der Federkonstanten zweier Rückstellfedern und dem Versatz dX und einer Beziehung zwischen dem Verhältnis der Federkonstanten zweier Rückstellfedern und einer Riemenscheiben-Übersetzung zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Mit Bezug auf 1 wird der Aufbau eines stufenlos variablen V-Riemengetriebes beschrieben. Ein stufenlos variables Getriebe 17 weist eine antreibende Riemenscheibe 16 auf, zu der ein Drehmoment von einem in der Zeichnung nicht gezeigten Motor übertragen wird und eine angetriebene Riemenscheibe 26 auf, die mit einer Ausgangswelle verbunden ist. Die antreibende Riemenscheibe 16 und die angetriebene Riemenscheibe 26 sind variable Riemenscheiben mit V-förmigen Riemenscheiben-Nuten 81, 82 mit variabler Breite. Hierbei ist der Querschnitt der Riemenscheiben-Nuten 81, 82 in radialer Richtung der Riemenscheibe V-förmig. Ein metallischer V-Riemen mit einem V-förmigen Querschnitt ist um die antreibende Riemenscheibe 16 und die angetriebene Riemenscheibe 26 gewunden, wodurch die antreibende Riemenscheibe 16 und die angetriebene Riemenscheibe 26 ineinander greifen. Der metallische V-Riemen 5 weist einen Metallring und vom Metallring gestützte Metallelemente auf. Die Metallelemente kommen in Kontakt mit der Oberfläche der Riemenscheiben-Nuten 81, 82 und bringen ein Drehmoment auf die antreibenden und angetriebenen Riemenscheiben 16, 26 auf.
Die antreibende Riemenscheibe 16 weist eine befestigte Scheibe 22, die sich einstückig mit einer mit dem Motor (nicht gezeigten) verbundenen Eingangswelle dreht und eine bewegliche Scheibe 18 auf, die der befestigten Scheibe 22 gegenüberliegend angebracht ist, um eine V-förmige Riemenscheiben-Nut auszubilden. Die bewegliche Scheibe 18 ist in Richtung der Drehachse, entsprechend dem zu einer Kolbenkammer 20 der antreibenden Riemenscheibe von einem Übersetzungs-Steuerungs-/Regelungsventil 2 übertragenen Öldruck versetzt.
Die angetriebene Riemenscheibe 26 weist eine befestigte Scheibe 30, die sich einstückig mit der Ausgangswelle dreht und eine bewegliche Scheibe 34 auf, die gegenüberliegend der befestigten Scheibe 30 angeordnet ist, um eine V-förmige Riemenscheiben-Nut auszubilden. Die bewegliche Scheibe 34 ist imstande, einen Abstand in Richtung der Drehachse, entsprechend einem zu einer Kolbenkammer 32 der angetriebenen Riemenscheibe von einer Öldruck-Steuerungs-/Regelungseinheit 3 übertragenen Öldruck zu bilden.
Eine Übersetzungssteuerung-/Regelung zur Variation der Breite der V-förmigen Nuten der antreibenden Riemenscheibe 16 und angetriebenen Riemenscheibe 26 wird von einem Übersetzungssteuerungs-/Regelungsventil 2 ausgeführt, das die Ölversorgung zur Kolbenkammer 20 der antreibenden Riemenscheibe einstellt.
Mit anderen Worten wird die Übersetzung von einer Magnetspule 4 gesteuert/geregelt, die als Aktuator dient, der Anweisungen von einer CVT-Steuerungs-/Regelungseinheit 1 und der Öldruck-Steuerungs-/Regelungseinheit 3, die das Übersetzungs-Steuerungs-/Regelungsventil 2 aufweist, das von der Magnetspule 4 angetrieben wird, beantwortet.
Die Öldruck-Steuerungs-/Regelungseinheit 3 wird von einer Ölpumpe 75 mit Leitungsdruck versorgt und somit kann der Leitungsdruck zur Kolbenkammer 32 der angetriebenen Riemenscheibe und dem Übersetzungssteuerungs-/Regelungsventil 2 geliefert werden. Die Ölpumpe 75 und Öldruck-Steuerungs-/Regelungseinheit 3 bilden eine Öldruck-Versorgungsvorrichtung, um den beweglichen Scheiben 18, 34 einen Öldruck bereitzustellen. Die Ölpumpe 75 wird durch die Motordrehung angetrieben und wenn folglich der Motor ausgeschaltet ist, wird die Öldruck-Versorgung zur Kolbenkammer 32 der angetriebenen Riemenscheibe und Kolbenkammer der antreibenden Riemenscheibe 20 unterbrochen.
Die auf einen Mikrocomputer basierende CVT-Steuerungs-/Regelungseinheit 1 berechnet ein Ziel-Übersetzungsverhältnis auf der Basis der Betriebsbedingungen des Fahrzeugs, wie z. B. Motordrehzahl Ne und Gaspedaldruck TVO und steuert/regelt den in die Magnetspule 4 fließenden elektrischen Strom so, dass das aktuelle Übersetzungsverhältnis mit dem berechneten Ziel-Übersetzungsverhältnis zusammenfällt. Das aktuelle Übersetzungsverhältnis wird auf der Basis von Signalen von einem Drehzahlsensor 6 berechnet, der eine Drehzahl Nin [U/min] der Eingangswelle oder befestigten Scheibe 22 ermittelt und einem Drehzahlsensor 7, der eine Drehzahl Nout [U/min] der Ausgangswelle oder befestigten Scheibe 30 ermittelt. In dieser Beschreibung wird das aktuelle Übersetzungsverhältnis als Ausgangs-/Eingangs-Geschwindigkeitsverhältnis Nout/Nin erhalten. Das Übersetzungsverhältnis ist die Umkehrfunktion des Riemenscheiben-Verhältnisses Rout/Rin, wobei Rin der effektive Radradius der antreibenden Riemenscheibe 16 und Rout der effektive Radradius der angetriebenen Riemenscheibe 26 ist. Je höher das Übersetzungsverhältnis ist, desto höher ist die Drehzahl der Ausgangswelle.
Mit Bezug auf 2. wird das stufenlos veränderbare Getriebe detailliert beschrieben.
Eine Kupplung 9 zur Steuerung/Regelung der Drehmomentübertragung von einem Drehmomentwandler 8 zum stufenlos variablen Getriebe 17 ist zwischen dem Getriebe 17 und dem Drehmomentwandler 8 angeordnet. Die Kupplung 9 steuert/regelt die Drehmomentübertragung vom Motor zur antreibenden Riemenscheibe. Der Drehmomentwandler 8 überträgt ein Drehmoment vom Motor zum stufenlos veränderbaren Getriebe 17. Wenn das Fahrzeug geschleppt wird, ist die Kupplung ausgekuppelt und daher wird kein Drehmoment von der antreibenden Riemenscheibe zum Motor übertragen. Darüber hinaus ist, wenn das Fahrzeug geschleppt wird, der Motor natürlich ausgeschaltet und daher wird die Ölpumpe 75 nicht durch die Motordrehung angetrieben.
Das stufenlos veränderbare Getriebe 17 weist eine erste Rückstellfeder 40 (d. h. erste Vorspanneinrichtung) auf, um die bewegliche Scheibe 18 der antreibenden Riemenscheibe 16 konstant zur Seite deren befestigter Scheibe 34 vorzuspannen und eine zweite Rückstellfeder 41 (d. h. zweite Vorspanneinrichtung) auf, um die bewegliche Scheibe 34 der angetriebenen Riemenscheibe 26 konstant zur Seite deren befestigter Scheibe vorzuspannen. Andere elastische Körper können anstelle der ersten Rückstellfeder 40 und der zweiten Rückstellfeder 41 verwendet werden.
Die erste, auf der antreibenden Riemenscheibe 16 angeordnete Rückstellfeder 40 wirkt, um die Riemenscheiben-Nutbreite der antreibenden Riemenscheibe 16 zu verengen, um das Übersetzungsverhältnis zu erhöhen, wenn kein Öldruck auf der beweglichen Scheibe 18 der angetriebenen Riemenscheibe 16 anliegt, weil der Motor angehalten wurde. Die zweite, auf der angetriebenen Riemenscheibe 26 angeordnete Rückstellfeder 41 wirkt andererseits, um die Riemenscheiben-Nutbreite der angetriebenen Riemenscheibe 26 zu verengen, um das Übersetzungsverhältnis zu reduzieren, wenn kein Öldruck auf der beweglichen Scheibe 34 der angetriebenen Riemenscheibe 26 anliegt, weil der Motor angehalten wurde.
Beim Stand der Technik wird das Übersetzungsverhältnis auf der niedrigen Seite durch eine Einwirkung der zweiten Rückstellfeder 41 bestimmt, wenn der Motor ausgeschaltet ist. Bei dieser Erfindung jedoch, wird das Übersetzungsverhältnis gemäß dem Verhältnis einer Federkonstante der ersten Rückstellfeder 40 und einer Federkonstante der zweiten Rückstellfeder 41 bestimmt. Dies geschieht deshalb, weil die Positionen der beweglichen Scheiben 18, 34 durch das Gleichgewicht zwischen den Vorspannkräften der ersten und zweiten Rückstellfedern 40, 41 bestimmt werden, die auf den metallischen V-Riemen 5 anliegen. Da darüber hinaus die erste Rückstellfeder 40 auf der antreibenden Riemenscheibe 16 angeordnet ist, wird das Übersetzungsverhältnis auf der hohen Seite festgelegt, wenn der Motor ausgeschaltet ist. Wenn das Fahrzeug geschleppt wird, während der Motor ausgeschaltet ist, wird das Übersetzungsverhältnis höher eingestellt, als ein Übersetzungsverhältnis, das nur durch die zweite Rückstellfeder 41 bestimmt wird. Folglich kann der Versatz dX zwischen der Mittelebene 71 der antreibenden Riemenscheiben-Nut und der Mittelebene 73 der angetriebenen Riemenscheibe-Nut so reduziert werden, dass ein abnormer Kontakt zwischen dem metallischen V-Riemen und den Riemenscheiben unterdrückt wird. 2A stellt den Versatz dX dar. Folglich wird die Haltbarkeit des metallischen V-Riemens und der Riemenscheiben verbessert.
3 ist eine Kurve, die eine Beziehung zwischen dem Verhältnis der Federkonstanten der ersten und zweiten Rückstellfedern 40, 41 und der Wärmeerzeugungsrate im CVT zeigt, wenn das Fahrzeug geschleppt wird. Hierbei ist das Verhältnis der Federkonstanten definiert als (Federkonstante der ersten Rückstellfeder 40)/(Federkonstante der zweiten Rückstellfeder 41). Die Wärmeerzeugungsrate ist entweder eine Wärmeerzeugungsrate zwischen der Riemenscheibe und dem Metallelement des metallischen V-Riemens 5 oder z. B. eine Wärmeerzeugungsrate zwischen dem Metallelement des metallischen V-Riemens und dem Metallring des metallischen V-Riemens. Wie in der Zeichnung gezeigt, tendiert die Wärmeerzeugungsrate dazu, abzufallen, wenn das Federkonstanten-Verhältnis ansteigt. Die in 3 gezeigte Beziehung wird vorab, z. B. experimentell oder dergleichen erhalten und dementsprechend kann das Federkonstanten-Verhältnis der Rückstellfedern so eingestellt werden, dass die Wärmeerzeugungsrate in eine vorgegebene Rate fällt. Die vorgegebene Rate kann eine zulässige maximale Wärmeerzeugungsrate sein.
Ferner kann durch Festlegen des Federkonstanten-Verhältnisses der ersten und zweiten Rückstellfedern 40, 41 auf einen vorgegebenen Wert, der Versatz dX zwischen den Riemenscheiben im Wesentlichen auf Null eingestellt werden. (in Wirklichkeit besitzt der Versatz eine Toleranz von ±15% in Anbetracht von Einstellungsfehlern, Riemenscheibendrehung, u.s.w.). Folglich wird die Haltbarkeit des metallischen V-Riemens 5 und der Riemenscheiben verbessert.
4 zeigt ein Beispiel einer Beziehung zwischen dem Federkonstanten-Verhältnis der Rückstellfedern und dem Versatz dX. 4 zeigt auch eine Beziehung zwischen dem Federkonstanten-Verhältnis der Rückstellfedern und der Riemenscheiben-Übersetzung. Die Riemenscheiben-Übersetzung verringert sich, wenn sich das Federkonstanten-Verhältnis erhöht. Diese Beziehungen werden vorab experimentell oder dergleichen bestimmt und folglich werden die Federkonstanten der ersten und zweiten Rückstellfedern so festgelegt, dass der Versatz dX im Wesentlichen Null beträgt.
Daher wird das Federkonstanten-Verhältnis der ersten und zweiten Rückstellfedern 40, 41 so festgelegt, um die Bedingung, dass der Versatz dX Null ist, zu erfüllen. Folglich kann die Haltbarkeit des V-Riemens und der Riemenscheiben verbessert werden.
Der gesamte Inhalt der japanischen Patentanmeldung P2002-258653 (vom 4. September 2002) wird hierbei als Referenz mit einbezogen.
Modifikationen und Variationen der oben beschriebenen Ausführungsformen werden dem Durchschnittsfachmann angesichts des oben Gesagten nahegelegt. Der Umfang der Erfindung ist mit Bezug auf die nachfolgenden Ansprüche definiert.

Claims

Stufenlos veränderbares Riemengetriebesystem zur Verwendung in einem Fahrzeug, mit: einem stufenlos veränderbaren Riemengetriebe, das mit einer antreibenden Riemenscheibe (16) und einer getriebenen Riemenscheibe (26) versehen ist, wobei jede eine befestigte Scheibe (22, 30) und eine bewegliche Scheibe (18, 34), die gegenüberliegend der befestigten Scheibe angeordnet ist, um eine V-förmige Riemenscheiben-Nut auszubilden, aufweist, wobei die Breite jeder Riemenscheiben-Nut entsprechend dem an den beweglichen Scheiben anliegenden Öldruck variabel ist, einem V-Riemen (5), der in jeder Riemenscheiben-Nut eingepasst und um die antreibende Riemenscheibe (16) und die getriebene Riemenscheibe (26) gewunden ist und ein Übersetzungsverhältnis, das entsprechend der Breite der Riemenscheiben-Nut in der antreibenden Riemenscheibe und getriebenen Riemenscheibe eingestellt ist; einer Öldruck-Versorgungsvorrichtung (3, 75), um einen Öldruck zu jeder beweglichen Scheibe zu liefern; und einer Kupplung (9), um die Drehmomentübertragung von einem Motor des Fahrzeugs zur antreibenden Riemenscheibe (16) zu steuern/zu regeln; wobei das variable Riemengetriebe aufweist: eine erste Vorspanneinrichtung (40), um eine Vorspannkraft auf die bewegliche Scheibe (18) der antreibenden Riemenscheibe (16) aufzubringen, um die bewegliche Scheibe auf die entsprechende befestigte Scheibenseite vorzuspannen; und eine zweite Vorspanneinrichtung (41), um eine Vorspannkraft auf die bewegliche Scheibe (34) der getriebenen Riemenscheibe (26) aufzubringen, um die bewegliche Scheibe auf die entsprechende befestigte Scheibenseite vorzuspannen, wobei die erste Vorspanneinrichtung (40) die Riemenscheibenbreite der antreibenden Riemenscheibe und die zweite Vorspanneinrichtung (41) die Riemenscheibenbreite der getriebenen Riemenscheibe bestimmt, wenn die Öldruck-Versorgungsvorrichtung außer Betrieb ist; dadurch gekennzeichnet, dass: das Federkonstanten-Verhältnis der ersten Vorspanneinrichtung (40) und der zweiten Vorspanneinrichtung (41) so festgelegt ist, dass wenn die Öldruck-Versorgungsvorrichtung (3, 75) außer Betrieb ist, ein Versatz zwischen einer Mittelebene (71) der Riemenscheiben-Nut (81) in der antreibenden Riemenscheibe (16) und einer Mittelebene (73) der Riemenscheiben-Nut (82) in der getriebenen Riemenscheibe (26) reduziert wird.
Stufenlos veränderbares Riemengetriebesystem gemäß Anspruch 1, wobei das Verhältnis der Federkonstante der ersten Vorspanneinrichtung (40) und der Federkonstante der zweiten Vorspanneinrichtung (42) so eingestellt ist, dass wenn die Öldruck-Versorgungsvorrichtung (3, 75) außer Betrieb ist, der Versatz zwischen der Mittelebene (71) der Riemenscheiben-Nut (81) in der antreibenden Riemenscheibe (16) und der Mittelebene (73) der Riemenscheiben-Nut (82) der getriebenen Riemenscheibe (26) im wesentlichen Null ist.
Stufenlos veränderbares Riemengetriebesystem gemäß Anspruch 1, wobei, wenn die Öldruck-Versorgungsvorrichtung (3, 75) außer Betrieb ist, die erste Vorspanneinrichtung (40) und die zweite Vorspanneinrichtung (41) das Übersetzungsverhältnis höher einstellen, als ein Übersetzungsverhältnis, das nur von der zweiten Vorspanneinrichtung eingestellt ist.
Stufenlos veränderbares Riemengetriebesystem gemäß Anspruch 1, wobei die Öldruck-Versorgungsvorrichtung (3, 75) eine Ölpumpe (75) und eine Öldruck-Steuerungs-/Regelungseinheit (3) aufweist.
Stufenlos veränderbares Riemengetriebesystem gemäß Anspruch 1, wobei die erste Vorspanneinrichtung (40) eine erste Feder und die zweite Vorspanneinrichtung eine zweite Feder ist.
Stufenlos veränderbares Riemengetriebesystem gemäß Anspruch 1, wobei das Verhältnis der Federkonstanten der ersten Vorspanneinrichtung (40) und der zweiten Vorspanneinrichtung (41) so eingestellt ist, dass eine Wärmeerzeugungs-Rate im stufenlos veränderbaren Getriebe in eine vorgegebene Rate fällt, wenn das Fahrzeug geschleppt wird.