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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein stufenlos einstellbares
Getriebe. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein stufenlos
einstellbares Getriebe mit zwei stufenlos einstellbaren Getriebemechanismen
vom Typ mit Riemenscheiben sowie mit einem Planetengetriebemechanismus,
der zwei Eingangskomponenten kombiniert, um diese in Form von einer
einzigen Ausgangskomponente abzugeben.
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2. Beschreibung des einschlägigen
Standes der Technik
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Bisher
beinhaltet ein solcher bekannter Typ eines stufenlos einstellbaren
Getriebes zwei stufenlos einstellbare Getriebemechanismen vom Typ
mit Riemenscheiben (wobei diese im folgenden als "Variatoren" bezeichnet
werden), die parallel zwischen einer Eingangwelle und einer Ausgangswelle
angeordnet sind. Die beiden Variatoren beinhalten jeweils einen
Riemen oder eine Kette sowie eine eingangswellenseitige Riemenscheibe
und eine ausgangswellenseitige Riemenscheibe.
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Die
Riemenscheiben klemmen den Riemen oder die Kette ein. Zwei Ausgangskomponenten,
die von den jeweiligen Variatoren abgegeben werden, werden in einen
Planetengetriebemechanismus eingegeben und kombiniert, so daß sie
in Form einer einzigen Ausgangskomponente abgegeben werden (siehe
zum Beispiel ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichungen
JP-A-52-79 172 und
JP-A-63-9 770 ).
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Bei
dem vorstehend beschriebenen herkömmlichen, stufenlos einstellbaren
Getriebe sind jedoch Scheibenbewegungsvorrichtungen (zum Beispiel
eine Hydraulikkammer, ein Hydraulikkolben oder ein Antriebsmotor)
an den rückwärtigen Bereichen von vier beweglichen
Scheiben zum Steuern eines Drehzahländerungsverhältnisses
durch Ver ändern der Breiten der Riemenscheiben vorgesehen. Dadurch
werden die Eingangwelle und die Ausgangswelle lang, so daß die
Größe des stufenlos einstellbaren Getriebes zunimmt.
Infolgedessen wird der Einbau in ein Fahrzeug schwierig.
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Außerdem
ist das vorstehend beschriebene herkömmliche stufenlos
einstellbare Getriebe derart ausgebildet, daß zwei Ausgangskomponenten,
die von den beiden Variatoren abgegeben werden, in ein Hohlrad bzw.
ein Sonnenrad des Planetengetriebemechanismus eingegeben werden,
um diese in Form einer einzigen Ausgangskomponente von einem Planetenträger
abzugeben. Obwohl eine Differenz zwischen der Drehzahl des Sonnenrads
und der Drehzahl des Hohlrads vorhanden ist, sind somit die Rotationsrichtungen
gleich.
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Infolgedessen
dreht sich der Planetenträger in Vorwärtsrichtung
in Abhängigkeit von der Rotationsrichtung, wobei er sich
jedoch nicht in der Rückwärtsrichtung drehen kann
oder eine neutrale Rotation ausführen kann. Aus diesem
Grund sind eine Vorwärts/Rückwärts-Bewegungsumschaltvorrichtung und
eine Umschaltkupplung erforderlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Aus
diesem Grund ist die vorliegende Erfindung zum Überwinden
der Probleme des einschlägigen Standes der Technik geschaffen
worden, und ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Angabe
eines kleinen stufenlos einstellbaren Getriebes, das einen sehr
großen Bereich von einer niedrigen Drehzahl bis zu einer
hohen Drehzahl bei einer Rotation in Rückwärtsrichtung,
einer neutralen Rotation sowie einer Rotation in Vorwärtsrichtung
abdecken kann, ohne daß dabei eine Vorwärts/Rückwärts-Bewegungsumschaltvorrichtung
und eine Umschaltkupplung verwendet werden.
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Zu
diesem Zweck wird gemäß einem ersten Aspekt der
vorliegenden Erfindung ein stufenlos einstellbares Getriebe angegeben,
das zwei stufenlos einstellbare Getriebemechanismen vom Riemenscheiben-Typ
sowie einen Planetengetriebemechanismus aufweist. Jeder stufenlos
einstellbare Getriebemechanismus vom Riemenscheiben-Typ beaufschlagt
einen Riemen oder eine Kette von links und rechts mit Druck, indem
er die Seiten des Riemens oder der Kette mit einer beweglichen Scheibe
einer eingangswellenseitigen Riemenscheibe, mit einer feststehenden
Scheibe der eingangswellenseitigen Riemenscheibe, mit einer beweglichen
Scheibe einer ausgangswellenseitigen Riemenscheibe sowie mit einer
feststehenden Scheibe der ausgangswellenseitigen Riemenscheibe einklemmt
und indem er die bewegliche Scheibe mittels einer Scheibenbewegungsvorrichtung
bewegt, so daß Kraft durch Reibung von diesen übertragen
wird.
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Die
Scheibenbewegungsvorrichtung ist rückseitig von der beweglichen
Scheibe vorgesehen. Der Planetengetriebemechanismus empfängt
und kombiniert zwei Ausgangskomponenten von den beiden stufenlos
einstellbaren Getriebemechanismen vom Riemenscheiben-Typ und gibt
die kombinierten Ausgangskomponenten in Form einer einzigen Ausgangskomponente
ab. Die beiden eingangswellenseitigen feststehenden Scheiben sind
in integraler Weise miteinander verbunden und aneinander befestigt,
wobei die Rückseiten der beiden eingangswellenseitigen
feststehenden Scheiben aneinander anliegen.
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Gemäß einem
ersten Aspekt sind die beiden eingangswellenseitigen feststehenden
Scheiben in integraler Weise miteinander verbunden und aneinander
befestigt, wobei ihre Rückseiten aneinander anliegen. Selbst
wenn die Scheibenbewegungsvorrichtungen jeweils rückseitig
von den beiden eingangswellenseitigen beweglichen Scheiben vorgesehen
sind, kann somit die Gesamtlänge der Eingangswelle kürzer
ausgebildet werden als beim einschlägigen Stand der Technik.
Infolgedessen läßt sich die Größe
des stufenlos einstellbaren Getriebes reduzieren.
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Bei
einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
sind eine bewegliche Scheibe von einer ausgangswellenseitigen Riemenscheibe
und eine feststehende Scheibe der anderen ausgangswellenseitigen
Riemenscheibe zwischen einer feststehenden Scheibe der einen ausgangswellenseitigen
Riemenscheibe und einer beweglichen Scheibe der anderen ausgangswellenseitigen
Riemenscheibe vorgesehen, wobei die Rückseiten der beweglichen Scheibe
der einen ausgangswellenseitigen Riemenscheibe und die feststehende
Scheibe der anderen ausgangswellenseitigen Riemenscheibe derart
aneinander anliegen, daß sie relativ zueinander drehbar sind
und entlang einer Eingangswelle eines Sonnenrads oder entlang einer
Eingangswelle eines Planetenträgers gemeinsam beweglich
sind.
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Die
bewegliche Scheibe der einen ausgangswellenseitigen Riemenscheibe
ist einer Eingangswelle eines Hohlrads oder der Eingangswelle des
Planetenträgers des Planetengetriebemechanismus folgend
vorgesehen. Die feststehende Scheibe der anderen ausgangswellenseitigen
Riemenscheibe ist der Eingangswelle des Planetenträgers
oder der Eingangswelle des Sonnenrads des Planetengetriebemechanismus
folgend vorgesehen.
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Gemäß der
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verändert
die Scheibenbewegungsvorrichtung, die rückseitig von der
beweglichen Scheibe der anderen ausgangswellenseitigen Riemenscheibe
vorgesehen ist, die Breiten der beiden Sätze von Riemenscheiben,
die auf der Ausgangswellenseite vorgesehen sind. Zusätzlich
zu den gemäß dem ersten Aspekt erzielten Betriebsvorteilen bietet
die erste Ausführungsform somit folgende Vorteile.
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Das
heißt, die Größe des stufenlos einstellbaren
Getriebes kann weiter reduziert werden, da die Größe
in Längsrichtung (Axialrichtung) auf der Ausgangswellenseite
kleiner wird als beim Stand der Technik. Ferner kann auf der Ausgangswellenseite die
Anzahl von Scheibenbewegungsvorrichtungen zum Bewegen der beweglichen
Scheiben um eine geringer sein als die Anzahl von Scheibenbewegungsvorrichtungen,
die beim Stand der Technik verwendet werden. Somit läßt
sich die Konstruktion des stufenlos einstellbaren Getriebes weiter
vereinfachen, und die Kosten lassen sich reduzieren.
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Weiterhin
weist das stufenlos einstellbare Getriebe eine unbegrenzte Drehzahländerungsverhältnisbreite
auf. Unter Verwendung eines Bereichs, in dem der Kraftstoffverbrauch
des Motors am besten wird, ist es dem stufenlos einstellbaren Getriebe
somit möglich, ausgehend von dem Startzeitpunkt ohne Verwendung
einer Kupplung auf eine maximale Drehzahl zu beschleunigen. Darüber
hinaus kann es einen sehr großen Bereich von einer niedrigen
Drehzahl bis zu einer hohen Drehzahl bei der Rückwärts-Rotation,
der neutralen Rotation und der Vorwärts-Rotation abdecken,
ohne daß eine Vorwärts-Rückwärts-Bewegungsumschaltvorrichtung und
eine Umschaltkupplung verwendet werden.
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Bei
einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
besitzt das stufenlos einstellbare Getriebe ferner einen hydraulischen
Drucksteuermechanismus, der eine Drehzahländerung durch Steuern
eines hydraulischen Gleichgewichts zum Bewegen der beiden eingangswellenseitigen
beweglichen Scheiben steuert und der die Spannung des Riemens und
der Kette auf der Basis eines Drucks zum Bewegen der beiden ein gangswellenseitigen beweglichen
Scheiben sowie der beweglichen Scheibe der anderen ausgangswellenseitigen
Riemenscheibe vorgibt.
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Gemäß der
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung steuert
der hydraulische Drucksteuermechanismus die Drehzahländerung durch
Steuern eines hydraulischen Gleichgewichts zum Bewegen der beiden
eingangswellenseitigen beweglichen Scheiben und gibt die Spannung
des Riemens oder der Kette auf der Basis eines Drucks zum Bewegen
der beiden eingangswellenseitigen beweglichen Scheiben und der beweglichen
Scheibe der anderen ausgangswellenseitigen Riemenscheibe vor. Zusätzlich
zu der Schaffung der Betriebsvorteile gemäß der
ersten Ausführungsform liefert die zweite Ausführungsform
somit folgende Vorteile.
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Das
heißt, die Drehzahlen des ersten und des zweiten stufenlos
einstellbaren Getriebemechanismus vom Riemenscheiben-Typ werden
gleichzeitig variiert, um dadurch ein Drehzahländerungs-Ansprechverhalten
zu verdoppeln. Bei dem gleichen Gesamt-Übersetzungsverhältnis
kann ferner eine der Variator-Drehzahländerungsverhältnisbreiten
klein gemacht werden, so daß ein Drehzahländerungsbereich
verwendet werden kann, in dem der Riemen oder die Kette eine gute Übertragungseffizienz
und Lebensdauer aufweist.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein stufenlos einstellbares
Getriebe angegeben, das zwei stufenlos einstellbare Getriebemechanismen
vom Riemenscheiben-Typ und einen Planetengetriebemechanismus aufweist.
Jeder stufenlos einstellbare Getriebemechanismus vom Riemenscheiben-Typ
beaufschlagt einen Riemen oder eine Kette von links und rechts mit
Druck, indem die Seiten des Riemens oder der Kette mit einer beweglichen
Scheibe einer eingangswellenseitigen Riemenscheibe, einer feststehenden
Scheibe der eingangswellenseitigen Riemenscheibe, einer beweglichen
Scheibe einer ausgangswellenseitigen Riemenscheibe sowie mit einer
feststehenden Scheibe der ausgangswellenseitigen Riemenscheibe eingeklemmt
werden und indem die bewegliche Scheibe durch eine Scheibenbewegungsvorrichtung
bewegt wird, so daß Kraft durch Reibungskraft von diesen übertragen
wird.
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Die
Scheibenbewegungsvorrichtung ist rückseitig von der beweglichen
Scheibe vorgesehen. Der Planetengetriebemechanismus leitet einen
Ausgang von einem der beiden stufenlos einstellbaren Getriebemechanismen
vom Riemenscheiben-Typ in ein Sonnenrad ein, und leitet einen Ausgang
des anderen der beiden stufenlos einstellbaren Getriebemechanismen
vom Riemenscheiben-Typ in einen Planetenträger ein und
gibt diese in Form einer einzigen Ausgangskomponente von einem Hohlrad
ab. Der Planetenträger stützt ein Ritzelrad ab,
das mit dem Sonnenrad kämmt. Das Hohlrad kämmt
mit dem Ritzelrad.
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Gemäß dem
zweiten Aspekt werden zwei Ausgangskomponenten, die von den beiden
stufenlos einstellbaren Getriebemechanismen vom Riemenscheiben-Typ
abgegeben werden, in das Sonnenrad bzw. den das Ritzelrad abstützenden
Planetenträger des Planetengetriebemechanismus eingeleitet,
so daß sie in Form einer einzigen Ausgangskomponente von
dem Hohlrad abgegeben werden. Somit ist es möglich, die
Rotationsrichtung des Hohlrads umzukehren oder die Rotation des
Hohlrads zu stoppen, und zwar in Abhängigkeit von der Differenz zwischen
der Drehzahl des Sonnenrads und der Drehzahl des Planetenträgers.
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Das
stufenlos einstellbare Getriebe weist somit eine unbegrenzte Drehzahländerungsspanne auf.
Unter Verwendung eines Bereichs, in dem der Kraftstoffverbrauch
des Motors am besten ist, kann das stufenlos einstellbare Getriebe
somit ausgehend von dem Starten auf eine maximale Drehzahl beschleunigen,
ohne daß eine Kupplung verwendet wird. Darüber
hinaus kann es einen sehr großen Bereich von einer niedrigen
Drehzahl bis zu einer hohen Drehzahl bei der Rückwärts-Rotation,
der neutralen Rotation und der Vorwärts-Rotation abdecken,
ohne daß eine Vorwärts-Rückwärts-Bewegungsumschaltvorrichtung
und eine Umschaltkupplung verwendet werden.
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Das
stufenlos einstellbare Getriebe der vorliegenden Erfindung kann
einen sehr großen Bereich von einer niedrigen Drehzahl
bis zu einer hohen Drehzahl bei der Rückwärts-Rotation,
der neutralen Rotation und der Vorwärts-Rotation abdecken.
Aus diesem Grund kann das stufenlos einstellbare Getriebe in einem
sehr großen Einsatzbereich Verwendung finden, und zwar
nicht nur in einem Getriebe in Transporteinrichtungen, sondern auch
bei landwirtschaftlichen Werkzeugmaschinen, industriellen Werkzeugmaschinen,
Flugzeug-Kraftübertragungsvorrichtungen sowie Kraftübertragungsvorrichtungen
für Wasserfahrzeuge.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung der Konstruktion eines stufenlos einstellbaren
Getriebes gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
Darstellung eines wesentlichen Bereichs der Konstruktion gemäß 1;
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3 eine
Darstellung von Drehzahländerungs-Kennfelddaten des stufenlos
einstellbaren Getriebes; und
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4 eine
Darstellung eines Beispiels einer Drehzahländerungssteuerung
unter Verwendung der in 3 dargestellten Drehzahländerungs-Kennfelddaten.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Ein
stufenlos einstellbares Getriebe gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
ausführlich beschrieben.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung der Konstruktion eines stufenlos einstellbaren
Getriebes gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. 2 zeigt
eine Darstellung eines wesentlichen Bereichs der 1. 3 zeigt
eine Darstellung von Drehzahländerungs-Kennfelddaten des
stufenlos einstellbaren Getriebes. 4 veranschaulicht
ein Beispiel einer Drehzahländerungssteuerung unter Verwendung
der in 3 dargestellten Drehzahländerungs-Kennfelddaten.
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Wie
in 1 gezeigt ist, beinhaltet ein stufenlos einstellbares
Getriebe 10 (das im folgenden auch als "CVT 10"
bezeichnet wird) eine Eingangswelle 11, eine Ausgangswelle 12,
einen ersten stufenlos einstellbaren Getriebemechanismus 20 vom Typ
mit Riemenscheiben-Typ (der im folgenden auch als "erster Variator 20"
bezeichnet wird), einen zweiten stufenlos einstellbaren Getriebemechanismus 30 vom
Riemenscheiben-Typ (der im folgenden auch als "zweiter Variator 30"
bezeichnet wird), einen Planetengetriebemechanismus 40 sowie
einen hydraulischen Drucksteuermechanismus 50.
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Insbesondere
handelt es sich bei der Eingangswelle 11 um eine Kraftübertragungswelle,
die eine von einer Motorausgangswelle (Kurbelwelle) (nicht gezeigt)
abgegebene Antriebskraft (Rotationskraft, Drehmoment) in das stufenlos
einstellbare Getriebe bzw. CVT 10 eingibt. Der erste Variator 20,
der zweite Variator 30 und der Planetengetriebemechanismus 40 sind
zwischen der Eingangswelle 11 und der Ausgangswelle 12 angeordnet.
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Die
Variatoren 20 und 30 sind parallel zueinander
derart angeordnet, daß die Drehzahl der Antriebskraft,
die von der Eingangswelle 11 übertragen wird,
in stufenloser Weise verändert wird. Der Planetengetriebemechanismus 40 empfängt
und kombiniert zwei Ausgangskomponenten, die von dem ersten Variator 20 und
dem zweiten Variator 30 abgegeben werden, so daß die
beiden Ausgangskomponenten in Form einer einzigen Ausgangskomponenten auf
die Ausgangswelle 12 übertragen werden.
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Der
erste Variator 20 beaufschlagt einen Riemen (oder eine
Kette) 21 von der linken und der rechten Seite mit Druck,
indem die Seiten des Riemens mittels einer beweglichen Scheibe 22 einer
eingangswellenseitigen Riemenscheibe, einer feststehenden Scheibe 23 der
eingangswellenseitigen Riemenscheibe, einer beweglichen Scheibe 24 einer ausgangswellenseitigen
Riemenscheibe sowie einer feststehenden Scheibe 25 der
ausgangswellenseitigen Riemenscheibe eingeklemmt werden, und überträgt
Kraft unter Verwendung der Reibungskraft von diesen.
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Ähnlich
dem ersten Variator 20 drückt auch der zweite
Variator 30 von links und rechts gegen einen Riemen (oder
eine Kette) 31, indem die Seiten des Riemens mittels einer
beweglichen Scheibe 32 einer eingangswellenseitigen Riemenscheibe,
einer feststehenden Scheibe 33 der eingangwellenseitigen Riemenscheibe,
einer beweglichen Scheibe 34 einer ausgangswellenseitigen
Riemenscheibe sowie einer feststehenden Scheibe 35 der
ausgangswellenseitigen Riemenscheibe eingeklemmt werden, und er überträgt
Kraft unter Verwendung der Reibungskraft von diesen.
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Die
eingangswellenseitigen feststehenden Scheiben 22 und 33 des
ersten Variators 20 bzw. des zweiten Variators 30 sind
auf der Eingangswelle 11 in unverschiebbarer Weise befestigt,
wobei ihre Rückseiten aneinander anliegen (wobei sie zum
Beispiel mechanisch oder metallurgisch miteinander verbunden sind
oder in integraler Weise kombiniert und aneinander befestigt sind,
indem sie in integraler Weise ausgebildet sind).
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Die
bewegliche Scheibe 22 ist unter Verwendung einer Kugel-Keilnutverbindung
auf die Eingangwelle 11 gepaßt. Eine Hydraulikkammer 26,
ein Hydraulikkolben 27, ein Hydraulikkreis (nicht gezeigt) und
ein hydraulisches Steuerventil (nicht gezeigt) sind rückseitig
von der beweglichen Scheibe 22 vorgesehen und dienen als
eine Scheibenbewegungsvorrichtung unter der Steuerung einer Steuereinheit 51.
Die bewegliche Scheibe 22 bewegt sich auf der Eingangswelle 11 auf
der Basis eines Steuersignals der Steuereinheit 51.
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In ähnlicher
Weise ist die bewegliche Scheibe 32 unter Verwendung einer
Kugel-Keilnutverbindung auf die Eingangswelle 11 gepaßt.
Eine Hydraulikkammer 36, ein Hydraulikkolben 37,
ein Hydraulikkreis (nicht gezeigt) und ein hydraulisches Steuerventil
(nicht gezeigt) sind rückseitig von der beweglichen Scheibe 32 als
eine weitere Scheibenbewegungsvorrichtung unter der Steuerung der
Steuereinheit 51 vorgesehen. Die bewegliche Scheibe 32 bewegt
sich auf der Eingangswelle 11 auf der Basis eines Steuersignals
der Steuereinheit 51.
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Ölwege 110 und 111 sind
im Innenbereich der Eingangswelle 11 vorgesehen. Die Ölwege 110 und 111 werden
dafür verwendet, den Hydraulikkammern 26 und 36 Hydraulikdruck
zuzuführen sowie von diesen abzuführen. Der Hydraulikdruck
wird zum Bewegen der beweglichen Scheiben 22 und 32 entlang
der Eingangswelle 11 verwendet.
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Da
die beiden eingangwellenseitigen feststehenden Scheiben 23 und 33 in
integraler Weise miteinander verbunden und aneinander befestigt
sind, wobei ihre Rückseiten aneinander anliegen, wird selbst
dann, wenn die Scheibenbewegungsvorrichtungen an der Rückseite
der beiden eingangswellenseitigen beweglichen Scheiben 22 und 32 vorgesehen
sind, die Gesamtlänge der Eingangswelle 11 kürzer
als beim einschlägigen Stand der Technik. Auf diese Weise
kann die Größe des stufenlos einstellbaren Getriebes 10 reduziert
werden.
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Die
feststehende Scheibe 25 der ersten ausgangswellenseitigen
Riemenscheibe und die bewegliche Scheibe 34 der zweiten
ausgangswellenseitigen Riemenscheibe sind zwischen der beweglichen Scheibe 24 der
ersten ausgangswellenseitigen Riemenscheibe und der feststehenden
Scheibe 35 der zweiten ausgangswellenseitigen Riemenscheibe durch
ein Axiallager 13 in integraler Weise miteinander verbunden,
so daß sie relativ zueinander drehbar sind, während
ihre Rückseiten aneinander anliegen.
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Die
feststehende Scheibe 25 der ersten ausgangswellenseitigen
Riemenscheibe ist einer Sonnenrad-Eingangswelle 410 des
Planetengetriebemechanismus 40 durch eine Kugel-Keilnutverbindung folgend
beweglich vorgesehen. Die bewegliche Scheibe 34 der zweiten
ausgangswellenseitigen Riemenscheibe ist dem Innenumfang einer Planetenträger-Eingangswelle 24 des
Planetengetriebemechanismus 40 durch eine Kugel-Keilnutverbindung
folgend vorgesehen, so daß sie auf einer Sonnenrad-Eingangswelle 41 relativ
beweglich und drehbar ist.
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Das
heißt, die feststehende Scheibe 25 der ersten
ausgangswellenseitigen Riemenscheibe und die bewegliche Scheibe 34 der
zweiten ausgangswellenseitigen Riemenscheibe, die miteinander integriert
ausgebildet sind, sind derart vorgesehen, daß sie auf der
Sonnenrad-Eingangswelle 41 beweglich sind. Die Ausgangskomponente
des ersten Variators 20 wird in das Sonnenrad 41 des
Planetengetriebemechanismus 40 eingeleitet, und die Ausgangskomponente
des zweiten Variators 30 wird in dem Planetenträger 42 des
Planetengetriebemechanismus 40 eingeleitet.
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Die
bewegliche Scheibe 24 der ersten ausgangswellenseitigen
Riemenscheibe ist unter Verwendung einer Kugel-Keilnutverbindung
auf einer Drehwelle 14 (koaxial mit der Ausgangswelle 12)
angebracht. Ferner sind eine Hydraulikkammer 28, ein Hydraulikkolben 29,
ein Hydraulikkreis (nicht gezeigt) und ein hydraulisches Steuerventil
(nicht gezeigt) an der Rückseite von der beweglichen Scheibe 24 der ersten
ausgangswellenseitigen Riemenscheibe als Scheibenbewegungsvorrichtung
unter der Steuerung der Steuereinheit 51 vorgesehen. Ein Ölweg 140 ist in
dem Innenbereich der Drehwelle 14 vorgesehen. Der Ölweg 140 wird
dazu verwendet, der Hydraulikkammer 28 Hydraulikdruck zuzuführen
sowie aus dieser abzuführen. Der Hydraulikdruck wird zum
Bewegen der beweglichen Scheibe 24 entlang der Drehwelle 14 verwendet.
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Eine
Bewegung der beweglichen Scheibe 24 auf der Drehwelle 14 auf
der Basis eines Steuersignals der Steuereinheit 51 ermöglicht
somit eine Veränderung der Riemenscheiben-Nutbreiten der
beweglichen Scheibe 24 und der feststehenden Scheibe 25 der
ausgangswellenseitigen Riemenscheibe sowie der Riemenscheiben-Nutbreiten
der beweglichen Scheibe 34 und der feststehenden Scheibe 35. Die
Größe in Längsrichtung (Ausgangwellenseiten) der
Ausgangswelle 12 bis zu der Drehwelle 14 ist verkürzt,
und die Eingangswelle 11 ist kürzer ausgebildet,
so daß die Größe des stufenlos einstellbaren
Getriebes 10 vermindert ist.
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Bei
dem Planetengetriebemechanismus 40 handelt es sich um einen
von dem Typ mit einem Planetentrieb. Eine Ausgangskomponente, die
von dem ersten Variator 20 ausgegeben wird, wird in das
Sonnenrad 41 eingeleitet. Eine Ausgangskomponente, die
von dem zweiten Variator 30 ausgegeben wird, wird in den
Planetenträger 42 eingeleitet, der ein Ritzelrad 43 abstützt,
das mit dem Sonnenrad 41 kämmt. Ein Hohlrad 44,
das mit dem Ritzelrad 43 kämmt, gibt die Ausgangskomponenten
ab.
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Die
Ausgangwelle 12, die koaxial zu der Eingangswelle 410 des
Sonnenrads ist, ist mit dem Sonnenrad 41 verbunden. Die
Planetenträger-Eingangswelle 420, die von der
Sonnenrad-Eingangswelle 410 relativ und drehbar abgestützt
ist, ist mit dem Planetenträger 42 verbunden.
Die Ausgangswelle 12 ist mit dem Hohlrad 44 verbunden.
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Der
Planetengetriebemechanismus 40 ist nicht auf einen von
dem Typ mit einem Planetentrieb begrenzt. Es kann sich auch um einen
Typ mit doppeltem Planetentrieb handeln.
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Der
hydraulische Drucksteuermechanismus 50 beinhaltet die Steuereinheit 51 sowie
die jeweiligen Scheibenbewegungsvorrichtungen (die Hydraulikkammern 26, 28 und 36,
die Hydraulikkolben 27, 29 und 37, die
Hydraulikkreise sowie die hydraulischen Steuerventile). Die Art
der Scheibenbewegungsvorrichtungen ist nicht auf einen hydraulischen Typ
beschränkt. Es kann sich zum Beispiel auch um einen elektrischen
Typ handeln, bei dem ein Antriebsmotor verwendet wird.
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Die
Steuereinheit 51 beinhaltet einen Mikroprozessor und verschiedene
Eingangs-/Ausgangsanschlüsse. Durch Ausführen
von verschiedenen Anwendungsprogrammen, die in Form vom Firmware unter
Verwendung eines ROM vorliegen, werden die Betriebsdrücke
der beiden eingangswellenseitigen beweglichen Scheiben 22 und 32 und
der Betriebsdruck der ausgangswellenseitigen beweglichen Scheibe 24 auf
der Basis von verschiedenen Kennfelddaten (von denen ein Beispiel
in 3 dargestellt ist), auf der Basis der Motorbelastung
(Öffnungswinkel eines Gaspedals), der Anzahl von Umdrehungen des
Motors sowie eines Drehzahländerungsverhältnisses
(Fahrzeuggeschwindigkeit)) verändert, wie dies von verschiedenen
in dem Fahrzeug vorhandenen Sensoren erfaßt wird.
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Wenn
die Betriebsdrücke geändert werden, erfolgt eine
Steuerung der Riemenscheiben-Nutbreiten des ersten und des zweiten
Variators 20 und 30. Die Steuerung einer Änderung
des Drehzahlverhältnisses erfolgt durch Steuern des hydraulischen Gleichgewichts
zum Bewegen der beiden eingangswellenseitigen beweglichen Scheiben 22 und 32.
Die Spannung der Riemen 21 und 31 wird auf der
Basis eines Drucks zum Bewegen der beiden eingangswellenseitigen
beweglichen Scheiben 22 und 32 und der ausgangswellenseitigen
beweglichen Scheibe 24 vorgegeben.
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Im
folgenden wird das Verfahren zum Bestimmen der in 3 dargestellten
Kennfelddaten erläutert.
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Wie
in 2 gezeigt ist, wird die von der Eingangswelle 11 übertragene
Antriebskraft durch die Eingangsriemenscheiben (d. h. die bewegliche Scheibe 22 und
die feststehende Scheibe 23) des ersten Variators 20 sowie
durch die Eingangsriemenscheiben (d. h. die bewegliche Scheibe 32 und
die feststehende Scheibe 33) des zweiten Variators 30 aufgeteilt.
Die aufgeteilte Antriebskraft wird zu der Ausgangsriemenscheibe
(d. h. der beweglichen Scheibe 24 und der feststehenden
Scheibe 25) des Variators 20 sowie der Ausgangsriemenscheibe
(d. h. der beweglichen Scheibe 34 und der feststehenden Scheibe 35)
des Variators 30 durch den Riemen 21 des Variators 20 sowie
den Riemen 31 des Variators 30 übertragen.
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Definiert
man diesen Zustand derart, daß die Anzahl der Umdrehungen
der Eingangsriemenscheibe des Variators 20 und die Anzahl
der Umdrehungen der Eingangsriemenscheibe des Variators 30 den
Wert N1 besitzt, die Anzahl der Umdrehungen der Ausgangsriemenscheibe
des Variators 20 den Wert N2 besitzt, die Anzahl der Umdrehungen
der Ausgangsriemenscheibe des Variators 30 den Wert NC
besitzt, das Drehzahlverhältnis des Variators 20 den
Wert R1 besitzt und das Drehzahlverhältnis des Variators 30 den
Wert R3 besitzt, ergeben sich folgende Gleichungen (1) und (2): NS = N1/R1 (1) NC = N1/R2 (2).
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Die
Ausgangskomponente der Ausgangsriemenscheibe des Variators 20 wird
in das Sonnenrad 41 des Planetengetriebemechanismus 40 eingeleitet, und
die Ausgangskomponente der Ausgangsriemenscheibe des Variators 30 wird
in den Planetenträger 42 eingeleitet. Diese Ausgangskomponenten
werden kombiniert und in Form einer einzigen Ausgangskomponente
an das Hohlrad 44 abgegeben.
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Wenn
dieser Zustand derart definiert ist, daß die Anzahl von
Zähnen des Sonnenrads 41 den Wert ZS besitzt,
die Anzahl von Zähnen des Hohlrads 44 den Wert
ZR besitzt und die Anzahl von Umdrehungen des Hohlrads den Wert
NR besitzt, ergibt sich folgende Gleichung (3): ZS·NS + ZR·NR = (ZS + ZR)·NC (3).
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Daraus
ergibt sich die Gleichung (4): NR
= {(ZS + ZR)/RS – ZS/R1}/ZR·NI (4).
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Wenn
ZR/ZS = R3 beträgt, ergibt sich folgende Gleichung (5): NR = {(1 + 1/R3)/R2 – 1/R3/R1)·NI (5).
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Anhand
der Gleichung (5) wird das Übersetzungsverhältnis
der Anzahl NR von Ausgangsumdrehungen in bezug auf die Anzahl NI
von Eingangsumdrehungen durch folgende Gleichung (6) bestimmt: NR/NI = (1 + 1/R3) – 1/R3/R1 (6).
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Wenn
R1 und R2 Variable sind und R3 ein konstanter Wert ist (zum Beispiel
72/48 = 1,5), erhält man die in 3 dargestellten
Kennfelddaten.
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Das
Verfahren zum Ermitteln der in 3 dargestellten
Kennfelddaten sieht so aus, wie dies vorstehend erläutert
worden ist.
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Wenn
die Drehzahländerungsverhältnisse des ersten und
des zweiten Variators 20 und 30 mittels des gleichen
Drehzahländerungsverhältnisses erzielt werden
können, steuert die Steuereinheit 51 die Drehzahländerungsverhältnisse
der Variatoren 20 und 30 derart, daß die
Drehzahländerungsverhältnisse gleich sind. Wenn
das Drehzahländerungsverhältnis von einem der
Variatoren eine obere Grenze oder eine untere Grenze erreicht, wird
nur die Drehzahl von dem anderen Variator verändert, wie
dies mit dem mit durchgezogener Linie dargestellten Pfeil in 4 gezeigt
ist.
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Wenn
ferner die jeweiligen Drehzahländerungsverhältnisse
der beiden Variatoren 20 und 30 zu einem Soll-Drehzahländerungsverhältnis
werden, das nicht durch das gleiche Drehzahländerungsverhältnis
erzielt werden kann, so ändert der eine der Variatoren
seine Drehzahl, so daß diese reduziert wird, dieser Variator
stoppt oder seine Drehzahländerungsrichtung wird umgekehrt,
wie dies mit der gestrichelten Linie in 4 dargestellt
ist.
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Dies
führt dazu, daß das stufenlos einstellbare Getriebe 10 eine
unbegrenzte Drehzahländerungsbreite aufweist. Unter Verwendung
eines Bereichs, in dem der Kraftstoffverbrauch des Motors am besten
ist, kann somit das stufenlos einstellbare Getriebe 10 ab
dem Start des Motors auf eine maximale Geschwindigkeit beschleunigen,
ohne daß ein Kupplung verwendet wird.
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Ferner
kann ohne Verwendung einer Vorwärts/Rückwärts-Bewegungsumschaltvorrichtung und
einer Umschaltkupplung das stufenlos einstellbare Getriebe 10 einen
sehr großen Bereich von einer niedrigen Drehzahl bis zu
einer hohen Drehzahl (auf der Drehzahlanstiegsseite kann die Drehzahl
in bezug auf einen Eingang vervierfacht werden) bei Rückwärts-Rotation
(das Rückwärts-Übersetzungsverhältnis
kann auf ca. 1:1 erweitert werden), bei neutraler Rotation sowie
bei Vorwärts-Rotation abdecken, ohne daß eine
Vorwärts-Rückwärts-Bewegungsumschaltvorrichtung
und eine Umschaltkupplung verwendet werden. Da ferner die Drehzahl
kontinuierlich verändert wird, gibt es keinen Drehzahländerungs-Ruck.
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Durch
gleichzeitiges Verändern der Drehzahlen der Variatoren 20 und 30 kann
das Drehzahländerungsansprechen verdoppelt werden, und
die Drehzahländerungsverhältnisspanne von einem
der Variatoren kann bei dem gleichen Gesamt-Übersetzungsverhältnis
klein gewählt werden. Somit kann eine Drehzahländerungsspanne
verwendet werden, in der die Übertragungseffizienz und
die Lebensdauer der Riemen 21 und 31 gut sind.
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Durch
Installieren des stufenlos einstellbaren Getriebes 10 in
einem Hybridfahrzeug ist es ferner möglich, die Effizienz
zu steigern, wenn ein Regenerationsbremsvorgang bei einer niedrigen
Fahrzeuggeschwindigkeit ausgeführt wird.
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Wie
vorstehend erwähnt, sind bei dem stufenlos einstellbaren
Getriebe zwei eingangwellenseitige festgelegte Scheiben 23 und 33 in
integraler Weise miteinander verbun den und aneinander befestigt, wobei
ihre Rückseiten aneinander anliegen. Selbst wenn die Scheibenbewegungsvorrichtungen
rückseitig von den beiden eingangswellenseitigen beweglichen
Scheiben 22 bzw. 32 vorgesehen sind, kann somit
die Gesamtlänge der Eingangswelle 11 kürzer
als bei dem einschlägigen Stand der Technik ausgebildet werden.
Infolgedessen läßt sich die Größe
des stufenlos einstellbaren Getriebes 10 reduzieren.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung verändern die Scheibenbewegungsvorrichtungen,
die rückseitig von der ausgangswellenseitigen beweglichen
Scheibe 24 des ersten stufenlos einstellbaren Getriebemechanismus 20 vom
Riemenscheiben-Typ vorgesehen sind, die Riemenscheibenbreiten der ausgangswellenseitigen
Scheiben 24, 25, 34 und 35. Dies
ermöglicht eine Verkürzung der Größe
in der Längsrichtung (Axialrichtung) im Vergleich zum Stand
der Technik. Auf diese Weise kann die Größe des
stufenlos einstellbaren Getriebes 10 reduziert werden.
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Ferner
kann an der Ausgangswellenseite die Anzahl von Scheibenbewegungsvorrichtungen
zum Bewegen der beweglichen Scheiben um 1 geringer sein als die
Anzahl der Scheibenbewegungsvorrichtungen beim Stand der Technik.
Auf diese Weise kann die Konstruktion des stufenlos einstellbaren Getriebes 10 vereinfacht
werden und die Kosten lassen sich reduzieren. Darüber hinaus
hat das stufenlos einstellbare Getriebe eine unendliche Drehzahländerungsbreite.
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Unter
Verwendung eines Bereichs, in dem der Kraftstoffverbrauch des Motors
am besten ist, kann somit das stufenlos einstellbare Getriebe ab dem
Start auf eine maximale Drehzahl beschleunigen, ohne daß eine
Kupplung verwendet wird. Darüber hinaus kann es einen sehr
großen Bereich von einer niedrigen Drehzahl bis zu einer
hohen Drehzahl bei Rückwärts-Rotation, neutraler
Rotation und Vorwärts-Rotation abdecken, ohne daß eine
Vorwärts-Rückwärts-Bewegungsumschaltvorrichtung und
eine Umschaltkupplung verwendet werden.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung steuert der hydraulische Drucksteuermechanismus 50 die Drehzahländerung
durch Steuern eines hydraulischen Gleichgewichts zum Bewegen der
beiden eingangswellenseitigen beweglichen Scheiben, und er gibt
die Spannung des Riemens oder der Kette auf der Basis eines Drucks
zum Bewegen der beiden eingangswellenseitigen beweglichen Scheiben
und der anderen, ausgangswellenseitigen beweglichen Scheibe vor.
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Somit
werden die Drehzahlen des ersten und des zweiten Variators 20 und 30 gleichzeitig
variiert, so daß ein Drehzahländerungs-Ansprechverhalten verdoppelt
wird. Ferner kann bei dem gleichen Gesamt-Übersetzungsverhältnis
eine der Variator-Drehzahländerungsverhältnisbreiten
klein gemacht werden, so daß ein Drehzahländerungsbereich
verwendet werden kann, in dem die Riemen 21 und 31 eine gute Übertragungseffizienz
und Lebensdauer aufweisen.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung werden zwei Ausgangskomponenten, die von
dem ersten und dem zweiten Variator 20 und 30 abgegeben
werden, jeweils in das Sonnenrad 31 und den das Ritzelrad 43 abstützenden
Planetenträger 42 des Planetengetriebemechanismus 40 eingeleitet,
so daß sie von dem Hohlrad 44 in Form von einer
einzigen Ausgangskomponente abgegeben werden. Somit ist es möglich,
die Rotationsrichtung des Hohlrads 44 umzukehren oder die
Rotation des Hohlrads 44 zu stoppen, und zwar in Abhängigkeit
von der Differenz zwischen der Drehzahl des Sonnenrads 41 und
der Drehzahl des Planetenträgers 42. Auf diese
Weise hat das stufenlos einstellbare Getriebe 10 eine unendliche
Drehzahländerungsbreite.
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Unter
Verwendung eines Bereichs, in dem der Kraftstoffverbrauch des Motors
am besten ist, ist es somit möglich, daß das stufenlos
einstellbare Getriebe 10 vom Start weg ohne Verwendung
einer Kupplung auf eine maximale Drehzahl beschleunigen kann. Darüber
hinaus kann es einen sehr großen Bereich von einer niedrigen
Drehzahl bis zu einer hohen Drehzahl bei der Rückwärts-Rotation,
der neutralen Rotation und der Vorwärts-Rotation abdecken, ohne
daß eine Vorwärts-Rückwärts-Bewegungsumschaltvorrichtung
und eine Schaltkupplung verwendet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 52-79172
A [0003]
- - JP 63-9770 A [0003]