NL1037587C2 - Automatische overbrenging met een koppelomvormer, een dnr-tandwielgroep en een cvt-eenheid en werkwijze voor het bedrijf daarvan. - Google Patents

Description

AUTOMATISCHE OVERBRENGING MET EEN KOPPELOMVORMER, EEN DNR-TANDWIELGROEP EN EEN CVT-EENHEID EN WERKWIJZE VOOR HET BEDRIJF DAARVAN

5 De uitvinding heeft betrekking op een automatische overbrenging voor het tussen een aandrijvende motor en een aangedreven last overbrengen van een mechanisch vermogen, in het bijzonder voor een voertuig met een verbrandingsmotor, welke automatische overbrenging in aandrijfrichting achtereenvolgens een koppelomvormer, een schakelbare Drive-Neutral-Reverse- of DNR-tandwielgroep en een Continu 10 Variabele Transmissie- of CVT-eenheid omvat. Een dergelijke automatische overbrenging is algemeen bekend en wordt bijvoorbeeld beschreven in de Europese octrooipublicatie EP 1 939 503 A.

De koppelomvormer van de bekende automatische overbrenging als zodanig is eveneens algemeen bekend en wordt toegepast om de verbrandingsmotor te kunnen 15 laten draaien wanneer het voertuig stilstaat, evenals om het door de motor gegenereerde koppel te versterken bij het optrekken, c.q. accelereren van het voertuig in het bijzonder vanuit stilstand. De nominale koppelversterkingsfactor van de koppelomvormer (Engels: "torque ratio"), dat wil zeggen de verhouding tussen het koppel op een stilstaande uitgaande as van de koppelomvormer en het koppel op de 20 met de draaiende verbrandingsmotor verbonden ingaande as daarvan, wordt in de praktijk vaak tussen de 1,5 en de 2,5 gekozen. De bekende koppelomvormer is voorzien van een zogenaamde overbruggingskoppeling (Engels: "lock-up clutch"), die kan worden gesloten om de ingaande as en de uitgaande as van de koppelomvormer in mechanische zin direct met elkaar te verbinden. Zodoende wordt het vermogensverlies 25 van de koppelomvormer geminimaliseerd, nadat het voertuig eenmaal op snelheid is gekomen.

De CVT-eenheid van de bekende automatische overbrenging is van het drijfriem-en-poelie-type voorzien van een primaire poelie op een primaire as, van een secundaire poelie op de secundaire as en van een drijfriem, die om de poelies is geslagen en met 30 elkaar verbindt. Elk van beide poelies omvat twee conische schijven waarvan tenminste één axiaal verplaatsbaar is met behulp van verplaatsingsmiddelen. De axiale posities van de verplaatsbare schijven bepalen de radiale posities van de drijfriem tussen de schijven van de primaire poelie en van de secundaire poelie en daarmee de overbrengingsverhouding van de transmissie-eenheid. Door de verplaatsingsmiddelen 35 van beide poelies op elkaar afgestemd te bedienen, worden zowel de radiale posities 1037587 2 van de drijfriem als de klemkrachten, die de schijven van de poelies op de drijfriem uitoefenen, geregeld.

De bekende schakelbare DNR-tandwielgroep staat ook wel bekend als planetaire tandwielset of, kortweg, planetaire set (Engels: "epicyclic gearing") en is voorzien van 5 een centraal zonnewiel, in aangrijping waarmee een aantal sets van telkens twee planeetwielen zijn voorzien, waarvan de rotatieassen in een onderling gedeelde planeetwielendrager zijn opgenomen. Van de sets planeetwielen is telkens het binnenste planeetwiel in aangrijping met het zonnewiel en het buitenste planeetwiel in aangrijping is met een daaromheen geplaatst en van een inwendige vertanding voorzien 10 ringwiel van de planetaire set. In de bekende automatische overbrenging wordt het zonnewiel -via de koppelomvormer- door de motor aangedreven, terwijl de planeetwielendrager de primaire as van de CVT-eenheid aandrijft. De planetaire set is tevens voorzien van een tweetal koppelingen, waarvan een eerste oftewel "Drive-"koppeling het zonnewiel direct aan de planeetwielendrager kan koppelen, in welk geval 15 de planetaire set in een directe verbinding voorziet tussen de koppelomvormer en de primaire as van de CVT-eenheid. Een tweede oftewel "Reverse'-koppeling is voorzien om het ringwiel te blokkeren, in welk geval de door het zonnewiel aangedreven sets van planeetwielen zich over het ringwiel afwikkelen en zodoende de planeetwielendrager, en daarmee de primaire as van de CVT-eenheid, in een aan die van het zonnewiel 20 tegengestelde rotatierichting in beweging zet. Indien de beide genoemde koppelingen geopend zijn (Engels: "Neutral") wordt de rotatie van het zonnewiel in het geheel niet overgebracht op de primaire as van de CVT-eenheid.

Een nadeel van de bekende automatische overbrenging is de complexiteit en de daaraan verbonden relatief hoge kostprijs van de daarin toegepast DNR-tandwielgroep. 25 In het bijzonder de uitvoering van de planeetwielen in sets van twee draagt daar in negatieve zin aan bij. Deze uitvoering wordt echter toegepast om de benodigde omkering van de rotatierichting van de planeetwielendrager ten opzichte van het zonnewiel te verkrijgen bij onderling overeenkomstige rotatiesnelheden daarvan, oftewel ten einde bij gesloten "Reverse’-koppeling (hierna: "in Reverse") een overbrengings-30 verhouding van althans nagenoeg minus 1 tussen de rotatiesnelheid van de planeetwielendrager en die van het zonnewiel te realiseren.

Het is een doel van de uitvinding te voorzien in een eenvoudigere constructie van de onderhavige overbrenging zonder de functionaliteit daarvan wezenlijk te beïnvloeden. Volgens de uitvinding wordt dit doel bereikt met de automatische overbrenging volgens 35 de conclusie 1 hierna.

Het is bekend dat met een DNR-tandwielgroep waarvan de planeetwielen in 3 aangrijping zijn met zowel het zonnewiel als het ringwiel (hierna: "enkelvoudige planetaire set") in Reverse een versnellende dan wel een vertragende overbrenging wordt gerealiseerd afhankelijk van de specifieke uitvoering van de planetaire set. De te realiseren overbrengingsverhouding, gedefinieerd als de rotatiesnelheid van de 5 uitgaande as gedeeld door de rotatiesnelheid van de ingaande as van de planetaire set, bedraagt daarbij bijvoorbeeld minus 1,5, respectievelijk minus 0,66, zodat een dergelijke enkelvoudige planetaire set gepaard gaat met een aanzienlijke verlaging, respectievelijk met een aanzienlijke verhoging van het doorgeleide en aan de primaire as van de CVT-eenheid afgegeven motor-, c.q. aandrijfkoppel. Deze enkelvoudige planetaire set is 10 weliswaar eenvoudiger van opbouw en goedkoper dan de bekende planetaire set met de genoemde sets van telkens twee planeetwielen, maar in principe zijn de genoemde tegengestelde effecten daarvan op het niveau van het aandrijfkoppel ongewenst. Enerzijds omdat door de verlaging van het aandrijfkoppel het voertuig in Reverse onvoldoende kan accelereren en anderzijds omdat de CVT-eenheid onvoldoende 15 klemkracht tussen de poelieschijven en de drijfriem kan generen om het verhoogde aandrijfkoppel zonder slip van en/of schade aan de drijfriem door te leiden (dan wel dat het ontwerp van de CVT-eenheid speciaal zou moeten worden aangepast om het, uitsluitend in Reverse, optredende hoogste niveau van het aandrijfkoppel te kunnen verwerken).

20 Echter, in de automatische overbrenging volgens de uitvinding en bij toepassing van de versnellende variant van de enkelvoudige planetaire set daarin, wordt de verlaging van het aandrijfkoppel door de versnellende planetaire set althans bij benadering gecompenseerd door de koppelversterking van de koppelomvormer. Hierbij wordt de nominale koppelversterkingsfactor van de koppelomvormer bij voorkeur gelijk 25 aan of groter dan de absolute waarde van de overbrengingsverhouding van de enkelvoudige planetaire set in Reverse gekozen. In het bijzonder is de vierkantswortel uit de nominale koppelversterkingsfactor van de koppelomvormer, althans nagenoeg - d.w.z. binnen een marge van plus of minus 15%, bijvoorkeur 10%-, gelijk aan de absolute waarde van de overbrengingsverhouding van de enkelvoudige planetaire set in 30 Reverse. Dit omdat bij normale acceleratie van het voertuig vanuit stilstand de koppelomvormer het motorkoppel versterkt met een factor die, althans bij benadering, wordt gegeven door de vierkantswortel uit de nominale koppelversterkingsfactor daarvan.

Daarnaast is volgens de uitvinding ook de toepassing van de vertragende variant 35 van de enkelvoudige planetaire set mogelijk. In dit geval wordt de overbruggings-koppeling van de koppelomvormer gesloten, terwijl de Reverse-koppeling van de 4 planetaire set geopend is om de verbrandingsmotor te kunnen laten draaien. Vervolgens kan de Reverse-koppeling geheel of gedeeltelijk worden gesloten ten einde het voertuig te doen accelereren vanuit stilstand in Reverse. Op deze wijze hoeft het hoogst mogelijke niveau van het aandrijfkoppel op de primaire as van de CVT-eenheid in 5 Reverse niet veel af te wijken van dat niveau in Drive. In Drive versterkt alleen de koppelomvormer het aandrijfkoppel en in Reverse versterkt alleen de enkelvoudige planetaire set het aandrijfkoppel. Hierbij wordt de absolute waarde van de overbrengingsverhouding van de enkelvoudige planetaire set in Reverse bij voorkeur groter dan de inverse waarde van de nominale koppelversterkingsfactor van de 10 koppelomvormer gekozen. In het bijzonder is de absolute waarde van de overbrengingsverhouding van de enkelvoudige planetaire set in Reverse, althans nagenoeg, gelijk aan de inverse waarde van de vierkantswortel uit de nominale koppelversterkingsfactor van de koppelomvormer.

Aldus maakt de uitvinding op voordelig eenvoudige wijze de toepassing van een 15 enkelvoudige planetaire set in de onderhavige overbrenging mogelijk, waarbij de genoemde negatieve bijeffecten daarvan althans grotendeels worden vermeden.

De uitvinding zal in de vorm van een niet-beperkend uitvoeringsvoorbeeld nader worden toegelicht aan de hand van de navolgende figuren.

Figuur 1 geeft op uiterst schematische wijze de bekende automatische 20 overbrenging weer als onderdeel van een aandrijflijn voor een voertuig.

Figuur 2 geeft, eveneens op uiterst schematische wijze, een eerste voorbeeld van een automatische overbrenging volgens de uitvinding weer.

Figuur 3 geeft, eveneens op uiterst schematische wijze, een tweede voorbeeld van een automatische overbrenging volgens de uitvinding weer.

25 De figuur 1 stelt een aandrijflijn voor een voertuig voor met een aandrijvende motor 1, een automatische overbrenging 2 en met twee via een differentieel 3 daarvan aangedreven wielen 4. De bekende automatische overbrenging 2 omvat in aandrijfrichting achtereenvolgens een koppelomvormer 10, een schakelbare Drive-Neutral-Reverse of DNR-tandwielgroep 20 en een Continu Variabele Transmissie of 30 CVT-eenheid 30. Doorgaans is tussen de CVT-eenheid 30 en het differentieel 3 nog een eindreductie (Engels: "final drive"), d.w.z. een tandwieltrap met twee of meer tandwielen, aanwezig (niet weergegeven).

De krukas 5 van de motor 1 is gekoppeld aan een ingaande as 11 van de koppelomvormer 10 die een pompwiel 13 aandrijft. Een turbinewiel 14 van de 35 koppelomvormer 10 drijft de uitgaande as 12 daarvan aan. Op overigens bekende wijze, drijft het pompwiel 13 door tussenkomst van hydraulische vloeistof en een zogenaamde 5 stator 15 van de koppelomvormer 10 het turbinewiel 14 aan, waarbij een aandrijfkoppel van de ingaande as 11 naar de uitgaande as 12 kan worden versterkt. De koppelomvormer 10 is verder voorzien van een overbruggingskoppeling 16 waarmee de ingaande as 11 en de uitgaande as 12 van de koppelomvormer 10 in mechanische zin 5 selectief aan elkaar gekoppeld of ontkoppeld kunnen worden.

De DNR-tandwielgroep 20 is voorzien van een centraal zonnewiel 21, in aangrijping waarmee een aantal sets van telkens twee planeetwielen 22, 23 zijn voorzien waarvan de rotatieassen in een onderling gedeelde planeetwielendrager 24 zijn opgenomen en van welke sets planeetwielen telkens het binnenste planeetwiel 22 in 10 aangrijping is met het zonnewiel 21 en het buitenste planeetwiel 23 in aangrijping is met een daaromheen geplaatst en van een inwendige vertanding voorzien ringwiel 25. Hierbij is de motor 1 -via de koppelomvormer 10- aan het zonnewiel 21 van de DNR-tandwielgroep 20 gekoppeld en is de planeetwielendrager 24 aan -een primaire as 31 van- de CVT-eenheid 30 gekoppeld.

15 De DNR-tandwielgroep 20 is tevens voorzien van een tweetal koppelingen 26, 27, waarvan een eerste oftewel "Drive-"koppeling 26 het zonnewiel 21 rotatievast aan de planeetwielendrager 24 kan koppelen, in welk geval in een directe verbinding wordt gerealiseerd tussen de koppelomvormer 10 en -de primaire as 31 van- de CVT-eenheid 30. Een tweede oftewel "Reverse'-koppeling 27 is voorzien om -bij geopende Drive-20 koppeling 26- het ringwiel 25 te blokkeren, in welk geval de door het zonnewiel 21 aangedreven sets van planeetwielen 22, 23 zich over het ringwiel 25 afwikkelen en zodoende de planeetwielendrager 24 en daarmee de primaire as 31 van de CVT-eenheid 30 in een aan die van het zonnewiel 21 tegengestelde rotatierichting in beweging zet. Indien de beide genoemde koppelingen 26, 27 geopend zijn ("Neutral"), 25 wordt een rotatie van het zonnewiel 21 in het geheel niet overgebracht op de primaire as 31 van de CVT-eenheid 30.

De CVT-eenheid 30 is van het drijfriem-en-poelie-type voorzien van een primaire poelie 33 op de primaire as 31, van een secundaire poelie 34 op een secundaire as 32 en van een drijfriem 35 die om beide poelies 33, 34 is geslagen. De secundaire as 32 30 van de CVT-eenheid 30 is via (een niet afgebeelde) eindreductie en het differentieel 3 aan de aangedreven wielen 4 gekoppeld. Dit type CVT-eenheid 30 is als zodanig algemeen bekend. In de CVT-eenheid 30 wordt de drijfriem 35 tussen de poelieschijven van de afzonderlijke poelies 33, 34 geklemd met een kracht die voldoende is om het aandrijfkoppel met behulp van wrijving van de primaire as 31 naar de secundaire as 32 35 over te dragen. Hoe groter dat aandrijfkoppel is, hoe groter de per poelie 33, 34 benodigde klemkracht is; 6

De bekende automatische overbrenging 2 uit de figuur 1 heeft als nadeel dat tenminste de DNR-tandwielgroep 20 daarvan een relatief complexe en dure component betreft. Volgens de uitvinding verdient het daarom de voorkeur een goedkopere zogenaamde enkelvoudige DNR-tandwielgroep 40 toe te passen, waarvan de 5 planeetwielen 42 in aangrijping zijn met zowel het zonnewiel 41 als het ringwiel 43. Een eerste voorbeeld van een dergelijke enkelvoudige DNR-tandwielgroep 40 is weergegeven in de figuur 2 als onderdeel van de automatische overbrenging 2 volgens de uitvinding.

Ook de enkelvoudige DNR-tandwielgroep 40 is voorzien van een tweetal 10 koppelingen 45, 46, waarvan een eerste oftewel "Drive-"koppeling 45 in dit geval het zonnewiel 41 rotatievast aan het ringwiel 43 kan koppelen. De tweede oftewel "Reverse'-koppeling 46 is nu voorzien om de planeetwielendrager 44 te blokkeren. Omdat in dit geval de primaire as 31 van de CVT-eenheid 30 aan het ringwiel 43 is gekoppeld, zal deze bij gesloten "Reverse'-koppeling 46 in tegengestelde rotatierichting 15 ten opzichte van het zonnewiel 41 via de planeetwielen 42 in beweging worden gezet. De rotatiesnelheid van het ringwiel 43, c.q. de primaire as 31 van de CVT-eenheid 30, is daarbij lager dan die van het zonnewiel 41. Met andere woorden, in de onderhavige uitvoering realiseert de DNR-tandwielgroep 40 een vertragende overbrenging met een overbrengingverhouding van het zonnewiel 41 naar de planeetwielendrager 44 van 20 bijvoorbeeld minus 0,66, waardoor het aandrijfkoppel aanzienlijk wordt verhoogd en waardoor de CVT-eenheid 30 bij gesloten "Reverse'-koppeling 46 (oftewel in Reverse) zwaarder wordt belast dan bij gesloten "Drive"-koppeling 45 (oftewel in Drive).

De genoemde zwaardere belasting van de CVT-eenheid 30 is in principe ongewenst, zodat in de praktijk in de automatische overbrenging 2 volgens de stand der 25 techniek de bekende, tweevoudige DNR-tandwielgroep 20 uit de figuur 1 wordt toegepast, waarmee wel een overbrengingsverhouding van, althans nagenoeg, minus 1 kan worden gerealiseerd. Echter, volgens de uitvinding kan de vertragende, enkelvoudige DNR-tandwielgroep 40 weldegelijk worden toegepast, indien bij stilstand van het voertuig de overbruggingskoppeling 16 van de koppelomvormer 10 gesloten 30 wordt bij geopende "Reverse"-koppeling 46 om de verbrandingsmotor 1 te kunnen laten draaien. Vervolgens wordt de "Reverse'-koppeling geheel of gedeeltelijk gesloten ten einde het voertuig te doen accelereren. Op deze wijze zal het hoogst haalbare niveau van het aandrijfkoppel op de primaire as 31 van de CVT-eenheid 30 bij gesloten "Reverse'-koppeling 46 niet veel af wijken van het hoogst haalbare niveau bij gesloten 35 "Drive"-koppeling 45. De genoemde overbrengingsverhouding van minus 0,66 past daarbij zeer goed bij een koppelomvormer 10 met een nominale koppelversterkings- 7 factor van rond de 2,3 (=0,66A'2).

Een tweede voorbeeld van een, in dit geval versnellende, enkelvoudige DNR-tandwielgroep 50 volgens de uitvinding is weergegeven in de figuur 3. Ook deze versnellende, enkelvoudige DNR-tandwielgroep 50 is voorzien van een tweetal 5 koppelingen 55, 56, waarvan een eerste oftewel "Drive-"koppeling 55 in dit geval het ringwiel 53 rotatievast aan het zonnewiel 51 kan koppelen. De tweede oftewel "Reverse'-koppeling 56 is ook nu voorzien om de planeetwielendrager 54 te blokkeren. Omdat in dit tweede voorbeeld de primaire as 31 van de CVT-eenheid 30 aan het zonnewiel 51 is gekoppeld, zal deze bij gesloten "Reverse'-koppeling 56 in 10 tegengestelde rotatierichting ten ojDzichte van het aan de uitgaande as 12 van de koppelomvormer 10 gekoppelde ringwiel 53 via de planeetwielen 52 in beweging worden gezet. De rotatiesnelheid van het zonnewiel 51, c.q. de primaire as 31 van de CVT-eenheid 30, is daarbij hoger dan die van het ringwiel 53. De versnelling van de DNR-tandwielgroep 50 kan bijvoorbeeld minus 1,5 bedragen, waardoor het aandrijfkoppel 15 aanzienlijk wordt verlaagd en waardoor de acceleratie van het voertuig onvoldoende zou kunnen zijn. Echter, volgens de uitvinding kan de versnellende, enkelvoudige DNR-tandwielgroep 50 weldegelijk worden toegepast, indien deze wordt gecombineerd met een koppelomvormer 10. Hierbij wordt de nominale koppelversterkingsfactor van de koppelomvormer 10 bijvoorkeur ongeveer gelijk aan het kwadraat van de 20 overbrengingsverhouding van de versnellende, DNR-tandwielgroep 50 in Reverse gekozen.

1037587

Claims (8)

1. Automatische overbrenging (2) voorzien van een koppelomvormer (10), van een schakelbare DNR-tandwielgroep (20) met een zonnewiel (41; 51), planeetwielen (42; 52) 5 en een ringwiel (43; 53) en van een continu-variabele-transmissie-eenheid (30), met het kenmerk dat elk planeetwiel (42; 52) van de DNR-tandwielgroep (20) in aangrijping is met zowel het zonnewiel (41; 53) als het ringwiel (43; 53) daarvan.

2. Automatische overbrenging (2) volgens de conclusie 1, met het kenmerk dat de 10 DNR-tandwielgroep (20) een negatieve overbrengingsverhouding met een absolute waarde groter dan 1 kan realiseren en dat een nominale koppelversterkingsfactor van de koppelomvormer (10) gelijk is aan of groter is dan die absolute waarde van de overbrengingsverhouding van de DNR-tandwielgroep (20).

3. Automatische overbrenging (2) volgens de conclusie 2, met het kenmerk dat de vierkantswortel uit de nominale koppelversterkingsfactor van de koppelomvormer (10) groter is dan die absolute waarde van de overbrengingsverhouding van de DNR-tandwielgroep (20). \

4. Automatische overbrenging (2) volgens de conclusie 2, met het kenmerk dat de vierkantswortel uit de nominale koppelversterkingsfactor van de koppelomvormer (10), althans binnen een marge van plus of minus 15%, bijvoorkeur 10%, gelijk is aan die absolute waarde van de overbrengingsverhouding van de DNR-tandwielgroep (20).

5. Automatische overbrenging (2) volgens de conclusie 1, met het kenmerk dat de DNR-tandwielgroep (20) een negatieve overbrengingsverhouding met een absolute waarde tussen 0 en 1 kan realiseren en dat een nominale koppelversterkingsfactor van de koppelomvormer (10) gelijk is aan of groter is dan de inverse waarde van die absolute waarde van de overbrengingsverhouding van de DNR-tandwielgroep (20). 30

6. Automatische overbrenging (2) volgens de conclusie 5, met het kenmerk dat de vierkantswortel uit de nominale koppelversterkingsfactor van de koppelomvormer (10) groter is dan de inverse waarde van die absolute waarde van de overbrengingsverhouding van de DNR-tandwielgroep (20). 35

7. Automatische overbrenging (2) volgens de conclusie 5, met het kenmerk dat de 1037587 vierkantswortel uit de nominale koppelversterkingsfactor van de koppelomvomner (10), althans binnen een marge van plus of minus 15%, bijvoorkeur 10%, gelijk is aan de inverse waarde van de absolute waarde van die overbrengingsverhouding van de DNR-tandwielgroep (20). 5

8. Werkwijze voor het bedrijf van een automatische overbrenging (2) voorzien van een koppelomvormer (10) met een overbruggingskoppeling (16), die kan worden gesloten teneinde een ingaande as (11) en een uitgaande as (12) van de koppelomvormer (10) in mechanische zin aan elkaar te koppelen, van een schakelbare 10 DNR-tandwielgroep (20) met een zonnewiel (41; 51), planeetwielen (42; 52) en een ringwiel (43; 53) waarvan elk planeetwiel (42; 52) in aangrijping is met zowel het zonnewiel (41; 53) als het ringwiel (43; 53) daarvan, welke DNR-tandwielgroep (20) een negatieve overbrengingsverhouding met een absolute waarde tussen 0 en 1 kan realiseren, en van een continu-variabele-transmissie-eenheid (30), in welke werkwijze de 15 bedrijfstoestand waarin de DNR-tandwielgroep (20) de genoemde negatieve overbrengingsverhouding realiseert uitsluitend wordt, c.q. kan worden, geactiveerd indien, c.q. nadat, de overbruggingskoppeling (16) van de koppelomvormer (10) is gesloten. 1037587