ES2311706T3 - Medios de accionamiento para vehiculos a motor. - Google Patents
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Abstract
Conjunto de accionamiento para vehículos a motor comprendiendo un motor de combustión interna (1) y un árbol de entrada de la caja de velocidades por etapas (7) conectado a través de un embrague de discos (3) al cigüeñal (2) del motor, dicha caja de cambio de velocidades por etapas (9) estando provista de por lo menos un árbol intermedio (11) montado en un alojamiento, dicho árbol intermedio (11) estando provisto de por lo menos un engranaje (16, 17) en acoplamiento con un engranaje (12, 15) sobre el árbol de entrada, un árbol principal (10) el cual está montado en el alojamiento y tiene engranajes (15, 21, 22, 23) que engranan con engranajes (17, 18, 19, 20) sobre el árbol intermedio, por lo menos un engranaje en cada par de engranajes engranados entre sí sobre el árbol intermedio y el árbol principal estando montados de forma giratoria en su árbol y pudiéndose bloquear por medios de acoplamiento (13, 24, 25) de los cuales por lo menos algunos de los engranajes de la velocidad de avance carecen de la función de sincronización y medios de accionamiento (40, 41, 42), que cooperan con los medios de acoplamiento y están controlados por medios de control (45, 48) los cuales se pueden conectar a un selector de velocidades (46) y tienen una función de control de la trasmisión y una función de control del motor, siendo alimentadas señales dentro de dichos medios de control que representan la velocidad seleccionada y los diversos datos del motor y del vehículo, por lo menos incluyendo la velocidad del motor, la velocidad del árbol de entrada de la caja de cambio de velocidades y la velocidad del vehículo y por lo menos un conjunto auxiliar (61) el cual, por medio de medios de conmutación manuales o automáticos (63) puede ser acoplado o desacoplado de una toma de energía (62) del motor y en el que dichos medios de control (45, 48) están dispuestos, al inicio del cambio, para asumir a partir de los medios de conmutación (63) el control del acoplamiento o el desacoplamiento de los conjuntos auxiliares (61) y, al completar el cambio, permitir que el control del conjunto auxiliar vuelva a los medios de conmutación asociados, caracterizado porque dichos medios de control (45, 48) están dispuestos, al inicio del cambio a una velocidad más alta que la velocidad actual, sin tener en cuenta los ajustes de dichos medios de conmutación (63) para controlar el conjunto auxiliar (61) para cargar el motor.
Description
Medios de accionamiento para vehículos a
motor.
La presente invención se refiere a medios de
accionamiento para vehículos a motor, que comprenden un motor de
combustión interna y, conectado al cigüeñal del motor a través de un
embrague de discos, un árbol de entrada de una caja de cambio de
velocidades de múltiples etapas la cual tiene por lo menos un árbol
intermedio el cual está montado en una carcasa y tiene por lo menos
una rueda de engranaje en acoplamiento con una rueda de engranaje
sobre el árbol de entrada, un árbol principal, montado en la
carcasa, con ruedas de engranajes las cuales se acoplan con ruedas
de engranajes sobre el árbol intermedio, por lo menos una rueda de
engranajes, en cada par de ruedas de engranajes que se acoplan
mutuamente sobre el árbol intermedio y el árbol principal, estando
montada su forma giratoria sobre su árbol y pudiéndose bloquear
sobre este árbol por medios de acoplamiento, de los cuales los
medios de acoplamiento de por lo menos algunos de los engranajes de
las velocidades de marcha hacia delante carecen de la función de
sincronización y también medios de accionamiento los cuales
interactúan con los medios de acoplamiento y están controlados por
medios de control, conectados a un selector de la velocidad y
provistos de una función de control de la transmisión y una función
de control del motor y a los cuales son alimentadas señales que
representan la velocidad seleccionada y diversos datos del motor y
del vehículo, los cuales comprenden por lo menos la velocidad del
motor, la velocidad de giro del árbol de entrada de la transmisión y
la velocidad del vehículo y por lo menos un conjunto auxiliar, el
cual se puede acoplar o desacoplar por medios de conmutación manual
o automáticos de una toma de fuerza del vehículo.
Los medios de accionamiento de este tipo con
cajas de cambio de velocidades por etapas automáticas conocidas como
cajas de cambio de velocidades automáticas se han hecho comunes de
forma creciente en los vehículos pesados, a medida que la tecnología
de los microordenadores se ha desarrollado adicionalmente y ha hecho
posible utilizar un ordenador de control y una serie de
accionamientos, por ejemplo servo motores, para regular con
precisión la velocidad del motor, el acoplamiento y el
desacoplamiento del embrague y también los medios de acoplamiento de
la caja de cambio de velocidades unos con relación a los otros, de
forma que siempre se obtiene un cambio suave incluso cuando se
realiza el cambio entre etapas de engranajes no sincronizados. La
sincronización durante el cambio se realiza en este tipo de caja de
cambio de velocidades controlando la velocidad del motor. La ventaja
de este tipo de caja de cambio de velocidades automática comparada
con una caja de cambio de velocidades automática convencional
construida con etapas de engranajes planetarios y con un convertidor
del momento de torsión hidrodinámico en el lado de la entrada es, en
primer lugar, especialmente en tanto en cuanto concierne a la
utilización en vehículos pesados, más simple y más resistente y
puede ser producida a un coste considerablemente inferior que la
caja de cambio de velocidades automática convencional y, en segundo
lugar, tiene un rendimiento mayor, lo cual significa que es posible
un consumo inferior de combustible. En una caja de cambio de
velocidades, que consta de un grupo principal en etapas no
sincronizadas y un grupo de gama, la ausencia de sincronización
reduce los costes incluso adicionalmente. La ausencia de medios de
sincronización hace posible fabricar la caja de cambio de
velocidades más corta o, alternativamente, con una longitud
establecida, fabricar los engranajes más anchos que en una caja de
cambio de velocidades sincronizados de la misma longitud, para hacer
posible de ese modo la transmisión de un momento de torsión más
elevado.
Generalmente, por lo menos tres parámetros de
control, esto es: las revoluciones por minuto del motor, el momento
de torsión en el árbol de entrada de la caja de cambios velocidades
y la velocidad del vehículo determinan cuándo debe ocurrir el cambio
de acuerdo con una estrategia de cambio almacenada en un ordenador
de control del motor y de la transmisión. El momento de torsión en
el árbol de entrada de la caja de cambio de velocidades se equipara
aquí con el momento de torsión del motor, esto es la carga en el
motor, la cual se obtiene a partir de sensores que indican la
cantidad de combustible suministrado al motor, por ejemplo un
caudalímetro o un sensor que indica la posición del pedal del
acelerador. Cuando se inicia el cambio, esto es el desacoplamiento
de los engranajes acoplados, de la transmisión del momento de
torsión entre el motor y la caja de cambio de velocidades debe ser
tan pequeña como sea posible. Preferiblemente, la cadena de
accionamiento debe estar sin momento de torsión para conseguir un
desacoplamiento libre de sacudidas. En el interior del ordenador de
control están programados valores de cuán grande debe ser la
cantidad de combustible suministrado para diferentes puntos de
cambio de forma que el momento de torsión en el árbol de entrada de
la caja de cambio de velocidades sea próximo a cero o, en cualquier
caso, tan bajo que un engranaje acoplado se puede desacoplar sin
ninguna sacudida desagradable. Después del desacoplamiento del
engranaje, el ordenador de control controla la velocidad del motor
para la sincronización con las revoluciones por minuto del engranaje
que se va a acoplar. Cuando las velocidades de giro han sido
sincronizadas, se acopla entonces el nuevo engranaje.
Si uno o más conjuntos auxiliares, tales como
por ejemplo una bomba hidráulica, un compresor de aire, un
ventilador de refrigeración o un compresor de aire acondicionado
están acoplados a las tomas de fuerza en el motor antes del
embrague, la señal del momento de torsión del motor indicará la
transmisión del momento de torsión incluso cuando la transmisión del
momento de torsión entre el motor y la caja de cambio de velocidades
sea cero. Los niveles del momento de torsión a los conjuntos
auxiliares por lo tanto deberán ser estimados y alimentados en el
ordenador de control y el control del motor debe tener en cuenta si
uno o más conjuntos auxiliares están acoplados o desacoplados.
Los conjuntos auxiliares pueden ser
completamente manuales, completamente automáticos o conmutables
entre manual o automático. Un ejemplo de la primera categoría sería
una bomba hidráulica para el accionamiento de diversos equipos
hidráulicos en el vehículo. Un compresor de aire o un ventilador de
refrigeración generalmente está controlado automáticamente a través
de un sensor el cual detecta la presión en un acumulador de aire
comprimido o un sensor el cual detecta la temperatura del motor. Un
compresor de aire acondicionado, por otra parte, generalmente puede
estar controlado tanto manualmente, a través de controles manuales,
como automáticamente a través de controles automáticos que se pueden
ajustar a la temperatura deseada de la cabina.
Si el estado de funcionamiento del equipo
auxiliar se cambia después de que el ordenador de control de la
transmisión haya iniciado el cambio, pero antes de que se haya
completado la sincronización de la velocidad del motor con la
velocidad de giro para la velocidad seleccionada, el control de la
velocidad del motor se verá afectado, convirtiéndose en impreciso o
lento.
El documento DE 4339935 expone las
características principales del preámbulo de la reivindicación 1. El
documento DE 4339935 expone un vehículo accionado a motor el cual
comprende un conjunto auxiliar en forma de un compresor de aire
acondicionado, el cual por medio de medios de conmutación manuales o
automáticos, puede ser acoplado o desacoplado de una toma de fuerza
en el motor. Los medios de control están dispuestos, al inicio del
cambio, para asumir a partir de los medios de conmutación el control
del desacoplamiento del conjunto auxiliar y, al completar el cambio,
permitir que el control del conjunto auxiliar vuelva a los medios de
conmutación asociados.
Un propósito general de la presente invención es
conseguir un conjunto de accionamiento de un vehículo a motor del
tipo descrito por medio de la introducción, el cual permita un
control más rápido y exacto de la velocidad del motor durante el
cambio.
Esto se consigue según la invención en virtud
del hecho de que los medios de control están dispuestos, al inicio
del cambio a una velocidad más alta, que implica una caída de la
velocidad del motor, para controlar todos los conjuntos auxiliares,
si las circunstancias lo permiten, para cargar al máximo el
motor.
La invención será descrita con mayor detalle con
referencia a los ejemplos representados en los dibujos adjuntos, en
los cuales la figura 1 muestra una representación esquemática de un
conjunto de accionamiento según la invención y la figura 2 muestra
el embrague y la caja de cambio de velocidades en la figura 1 a una
escala mayor.
En la figura 1, el 1 designa un motor de
combustión interna de seis cilindros, por ejemplo un motor diesel,
el cigüeñal 2 del cual está acoplado a un embrague de discos secos
de un único disco, globalmente designado por 3, el cual está
encerrado en una campana de embrague 4. En lugar de un embrague de
disco único, se puede utilizar un embrague de disco dual. El
cigüeñal 2 está firmemente unido al alojamiento del embrague 5,
mientras su disco 6 está firmemente unido a un árbol de entrada 7
(figura 2) el cual está montado de forma giratoria en el alojamiento
8 de una caja de cambio de velocidades, globalmente designada por 9.
Un árbol principal 10 (figura 2) y un árbol intermedio 11 (figura 2)
están montados de forma giratoria en el alojamiento 8.
Como se pone más claramente de manifiesto a
partir de la figura 2 un engranaje 12 está montado de forma
giratoria sobre el árbol de entrada 7 y puede ser bloqueado a un
árbol de este tipo con la ayuda de un manguito de acoplamiento 13
provisto de medios de sincronización. Dicho manguito de acoplamiento
13 está montado de forma no giratoria, pero que se puede desplazar
axialmente, en un cubo 14 unido de forma no giratoria al árbol de
entrada. Con la ayuda del manguito de acoplamiento 13, un engranaje
15, montados de forma giratoria sobre el árbol principal 10, se
puede bloquear con relación al árbol de entrada 7. Los engranajes 12
y 15, respectivamente, se engranan con los engranajes 16 y 17,
respectivamente, los cuales están unidos de forma no giratoria al
árbol intermedio 11. Engranajes adicionales 18, 19 y 20,
respectivamente, están unidos de forma no giratoria al árbol
intermedio 11 y se engranan a los engranajes 21, 22 y 23,
respectivamente, sobre el árbol principal 10 y se pueden bloquear al
árbol principal con la ayuda de manguitos de acoplamiento 24 y 25,
respectivamente, los cuales en el ejemplo representado no tienen
medios de sincronización. Sobre el árbol principal 10, un engranaje
adicional 28 está montado de forma giratoria y engrana con un
engranaje intermedio 30 montado de forma giratoria sobre un árbol
separado 29. El engranaje intermedio 30 se engrana a su vez con un
engranaje del árbol intermedio 20. El engranaje 28 se puede bloquear
a su árbol con la ayuda de un manguito de acoplamiento 26.
Los pares de engranajes 12, 16 y 15, 17 y el
manguito de acoplamiento 13 forman un grupo del divisor con una
etapa baja LS y una etapa alta HS. El par de engranajes 15, 17 junto
con los pares de engranajes 21, 18, 22, 19, 23, 20 y 28, 30 forman
el grupo principal para cuatro velocidades de avance y una de marcha
atrás. En el extremo de salida del árbol principal 10, un engranaje
31 está montado de forma no giratoria para formar el engranaje
planetario de un grupo de dos gamas de tipo planetario, globalmente
designado por 32, el soporte planetario 33 del cual está montado de
forma no giratoria a un árbol 34, que forma el árbol de salida de la
caja de cambios de velocidades. Los engranajes planetarios 35 del
grupo de gama 32 se engranan con una corona dentada 36 la cual, con
la ayuda de un manguito de acoplamiento 37, se puede bloquear con
relación al alojamiento de la caja de cambio de velocidades 8 para
la gama baja LR y con relación al soporte planetario 33 para la
gama alta HR. El manguito de acoplamiento 37 tiene también una
posición neutra NR que descansa entre la gama baja LR y la gama alta
HR, posición neutra en la cual el árbol de salida 34 está liberado
del árbol principal 10.
Los manguitos de acoplamiento 13, 24, 25, 26 y
37 se pueden desplazar como se indica mediante las flechas en la
figura 2, proporcionando las posiciones de los engranajes indicadas
por encima de las flechas. El desplazamiento se consigue por servo
sistemas 40, 41, 42, 43 y 44, esquemáticamente indicados en la
figura 2, los cuales pueden ser dispositivos de pistón y cilindro
accionados neumáticamente del tipo utilizado en una caja de cambio
de velocidades del tipo descrito antes en este documento, los cuales
están comercializados bajo el nombre Geartronic®. Los sistemas servo
están controlados por un conjunto de control electrónico 45 (figura
1), que comprende un microordenador que depende de señales
alimentadas en el conjunto de control que representan los diversos
datos del motor y del vehículo, incluyendo por lo menos la velocidad
del motor, la velocidad del vehículo, la posición del pedal del
embrague y del acelerador y, cuando sea aplicable, la conexión y
desconexión del freno del motor, cuando un selector electrónico de
velocidades 46 acoplado al conjunto de control 45 está en su
posición automática. Cuando el selector está en su posición para el
cambio manual, el cambio ocurre al mandato del conductor a través
del selector de velocidades 46. El conjunto de control 45 también
controla la inyección de combustible, es decir, la velocidad del
motor, dependiendo de la posición del pedal del acelerador y el
suministro de aire al dispositivo neumático de pistón y cilindro 47,
por medio del cual se acopla y se desacopla el embrague 3.
El conjunto de control de la trasmisión 45 está
programado de una manera conocida de tal forma que el embrague 3 se
mantiene acoplado cuando el vehículo permanece inmóvil y el selector
de velocidades 46 está en la posición neutra. Esto significa que el
motor está accionando el árbol de entrada 7 y por lo tanto también
el árbol intermedio 11, mientras el árbol de salida 34 está
desacoplado. Aparatos complementarios accionados por el árbol
intermedio, por ejemplo una bomba de aceite para la lubricación de
la caja de cambio de velocidades, son accionados en esta posición.
El conjunto de control 45 también está programado, cuando el
vehículo permanece inmóvil y entonces se frena el árbol intermedio
11, para detenerlo con la ayuda del freno del árbol intermedio 50
indicado en la figura 2, y el cual puede ser un dispositivo de
frenado de un tipo conocido por sí mismo y controlado por el
conjunto de control 45. Con el árbol intermedio 11 frenado para
detenerlo o por lo menos casi detenerlo, el conjunto de control 45
inicia ahora el cambio en el grupo principal de un engranaje de
arranque el cual proporciona la relación de velocidades total
seleccionada por la trasmisión automática o por el conductor. Cuando
el conductor, después del acoplamiento del engranaje de arranque
seleccionado, por ejemplo la primera velocidad, presiona el
acelerador, el pedal del acelerador funcionará como un pedal de
embrague inverso, el cual, a través del conjunto de control de la
trasmisión aumenta sucesivamente el acoplamiento del embrague con la
abertura creciente del acelerador.
Cuando se ha iniciado el cambio, ya sea
directamente por el conductor ya sea por los medios de control
automático de acuerdo con la estrategia de selección de la velocidad
almacenada en el conjunto del control de la trasmisión 45, la cual
puede tener en cuenta cómo aparecerá el entorno del vehículo en un
futuro inmediato, el conjunto de control de la trasmisión 45
controla primero el conjunto de control del motor 48 para regular el
suministro de combustible al motor, de forma que se cree un estado
sin momento de torsión o prácticamente sin momento de torsión en la
cadena de accionamiento del vehículo. En otras palabras, la
trasmisión del momento de torsión desde el cigüeñal del motor 2 al
árbol de entrada 7 de la caja de cambios de velocidades 9 debe ser
cero o por lo menos prácticamente cero. El conjunto de control de
la trasmisión 45 recibe información continua, y la registra, sobre
el momento de torsión actual del motor, a través de la cantidad de
combustible inyectado.
El número 61 designa globalmente uno o más
conjuntos auxiliares, los cuales son accionados a partir de una o
más tomas de energía accionadas por el motor 62 o montadas en el
motor antes del embrague 3. Los conjuntos auxiliares 61, por ejemplo
una bomba hidráulica, un ventilador de refrigeración, un generador,
un compresor de aire o un compresor de aire acondicionado, pueden
estar acoplados para ser accionados por el motor o pueden ser
desacoplados mediante controles manuales o automáticos 63 acoplados
al conjunto de control del motor 48. Si uno o más conjuntos
auxiliares 61 están acoplados a través de los controles 63 la carga
del motor aumentará y se requerirá más combustible para la
sincronización que si no estuvieran acoplados los conjuntos
auxiliares y el momento de torsión se nivela. El conjunto de control
de la trasmisión 45 puede calcular los niveles del momento de
torsión para éstos y pueden dirigir el conjunto de control del motor
48 para regular la cantidad de combustible al motor hacia el
momento de torsión cero al árbol de entrada de la transmisión,
cuando se desacopla el engranaje actual para la sincronización de la
velocidad con la velocidad de la caja de cambio de velocidades para
el nuevo engranaje.
A fin de evitar una conmutación automática o
manual no intencionada de uno o más controles 63 para que sean
capaces de acoplar o desacoplar uno o más conjuntos auxiliares 61,
desde el inicio del cambio hasta que se haya completado la
sincronización, lo cual podría afectar al control del motor durante
el proceso de cambio y hacerlo impreciso o más lento que de otro
modo, el conjunto de control de la trasmisión 45 está programado
según la invención para asumir, con una función de anulación, el
control de los conjuntos auxiliares 61 a partir de los controles 63
desde el inicio del cambio hasta que se haya completado el cambio.
Después de eso el conjunto de control de la trasmisión 45 devuelve
el control de los conjuntos auxiliares a los controles 63.
Esto puede significar que en una forma de
realización el conjunto de control de la trasmisión 45 esté
programada para mantener todos los conjuntos auxiliares 61 en el
estado funcional en los cuales estén cuando se haya iniciado el
cambio y dejar de mantenerlos cuando se haya completado el
cambio.
En un desarrollo adicional preferido de la
presente invención, el conjunto de control de la trasmisión 45 está
programado para controlar activamente los conjuntos auxiliares 61
para conseguir un cambio más rápido que cuando los conjuntos
auxiliares 61, como ha sido descrito antes en este documento,
meramente se mantienen en su estado de funcionamiento actual. El
conjunto de control de la trasmisión 45 está programado para cargar,
cuando el cambio es hacia arriba, el motor con tantos conjuntos
auxiliares 61 como sean adecuados con respecto a las condiciones de
funcionamiento. Por ejemplo, puede ser inadecuado acoplar un
compresor de aire, si existe la máxima presión en el acumulador de
presión asociado. Por el contrario, el conjunto de control de la
trasmisión 45 está programado, cuando se realicen los cambios hacia
abajo, para desacoplar tantos conjuntos auxiliares 61 como sea
adecuado con respecto a las condiciones de funcionamiento. Aquí como
por ejemplo, puede ser inadecuado desacoplar un ventilador de
refrigeración si la temperatura del motor es más alta que la
normal.
Claims (3)
1. Conjunto de accionamiento para vehículos a
motor comprendiendo un motor de combustión interna (1) y un árbol de
entrada de la caja de velocidades por etapas (7) conectado a través
de un embrague de discos (3) al cigüeñal (2) del motor, dicha caja
de cambio de velocidades por etapas (9) estando provista de por lo
menos un árbol intermedio (11) montado en un alojamiento, dicho
árbol intermedio (11) estando provisto de por lo menos un engranaje
(16, 17) en acoplamiento con un engranaje (12, 15) sobre el árbol de
entrada, un árbol principal (10) el cual está montado en el
alojamiento y tiene engranajes (15, 21, 22, 23) que engranan con
engranajes (17, 18, 19, 20) sobre el árbol intermedio, por lo menos
un engranaje en cada par de engranajes engranados entre sí sobre el
árbol intermedio y el árbol principal estando montados de forma
giratoria en su árbol y pudiéndose bloquear por medios de
acoplamiento (13, 24, 25) de los cuales por lo menos algunos de los
engranajes de la velocidad de avance carecen de la función de
sincronización y medios de accionamiento (40, 41, 42), que cooperan
con los medios de acoplamiento y están controlados por medios de
control (45, 48) los cuales se pueden conectar a un selector de
velocidades (46) y tienen una función de control de la trasmisión y
una función de control del motor, siendo alimentadas señales dentro
de dichos medios de control que representan la velocidad
seleccionada y los diversos datos del motor y del vehículo, por lo
menos incluyendo la velocidad del motor, la velocidad del árbol de
entrada de la caja de cambio de velocidades y la velocidad del
vehículo y por lo menos un conjunto auxiliar (61) el cual, por medio
de medios de conmutación manuales o automáticos (63) puede ser
acoplado o desacoplado de una toma de energía (62) del motor y en el
que dichos medios de control (45, 48) están dispuestos, al inicio
del cambio, para asumir a partir de los medios de conmutación (63)
el control del acoplamiento o el desacoplamiento de los conjuntos
auxiliares (61) y, al completar el cambio, permitir que el control
del conjunto auxiliar vuelva a los medios de conmutación asociados,
caracterizado porque dichos medios de control (45, 48) están
dispuestos, al inicio del cambio a una velocidad más alta que la
velocidad actual, sin tener en cuenta los ajustes de dichos medios
de conmutación (63) para controlar el conjunto auxiliar (61) para
cargar el motor.
2. Conjunto de accionamiento según la
reivindicación 1 caracterizado porque dichos medios de
control (45, 48) están dispuestos para controlar el conjunto
auxiliar (61) para cargar al máximo el motor.
3. Conjunto de accionamiento según la
reivindicación 1 o 2 caracterizado porque dichos medios de
control (45, 48) comprenden un conjunto de control de la trasmisión
(45) y un conjunto de control del motor (48) los cuales se comunican
entre sí.
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