DE1080415B - Elektrische Schalt- und Regeleinrichtung fuer eine aus einem Verbrennungsmotor und einem Stufengeschwindigkeits-wechselgetriebe bestehende Antriebseinheit, insbesondere fuer Kraftfahrzeuge - Google Patents

Elektrische Schalt- und Regeleinrichtung fuer eine aus einem Verbrennungsmotor und einem Stufengeschwindigkeits-wechselgetriebe bestehende Antriebseinheit, insbesondere fuer Kraftfahrzeuge

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DE1080415B
DE1080415B DEZ5723A DEZ0005723A DE1080415B DE 1080415 B DE1080415 B DE 1080415B DE Z5723 A DEZ5723 A DE Z5723A DE Z0005723 A DEZ0005723 A DE Z0005723A DE 1080415 B DE1080415 B DE 1080415B
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Max Goepfert
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ZF Friedrichshafen AG
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ZF Friedrichshafen AG
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/021Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine
    • F02D41/0215Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with elements of the transmission
    • F02D41/023Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with elements of the transmission in relation with the gear ratio shifting

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  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Transmission Device (AREA)
  • Gear-Shifting Mechanisms (AREA)

Description

  • Elektrische Schalt- und Regeleinrichtung für eine aus einem Verbrennungsmotor und einem Stufengeschwindigkeitswechselgetriebe bestehende Antriebseinheit, insbesondere für Kraftfahrzeuge Die Erfindung betrifft eine elektrische Schalt- und Regeleinrichtung für eine aus einem Verbrennungsmotor und einem Stufengeschwindigkeitswechselgetriebe bestehende Antriebseinheit, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer Nachlaufsteuerung, bestehend aus einer durch einen Elektroschaltmotor angetriebenen Schaltwalze, einer mit der Schaltwalze trieblich verbundenen Verteilerscheibe und einer die Verteilerscheibe über Relais beeinflussenden Geberstelle, ferner mit einer den Stromkreis des Schaltmotors zeitweilig unterbrechenden Einrichtung zum Regeln der Drehzahl des Verbrennungsmötors während des Umschaltens durch Beeinflussen der Brennstoffzufuhr bzw. durch Regeln der Zündung in Abhängigkeit von der Schaltrichtung.
  • Es ist eine Schalt- und Regeleinrichtung für Kraft= fahrzeugantriebe bekannt, in welcher ein von Hand zu betätigender Schalthebel in beiden Schaltrichtungen auf je ein Steuerglied wirkt, welches eine Hilfskraft zum Betätigen der Vergaserdrossel des Antriebsmotors derart steuert, daß der Antriebsmotor jeweils beim Abwärtsschalten beschleunigt und beim Aufwärtsschalten verzögert wird.
  • In einer bekannten Einrichtung zum halbautomatischen Schalten eines Wechselgetriebes wird beim Gangwechsel kurzzeitig die Zündung des Motors abgestellt. Dadurch sollen die Zahnflanken der zu schaltenden Getrieberäder entlastet und das Schalten erleichtert werden.
  • Eine andere bekannte Regeleinrichtung für Kraftfahrzeuge mit elektrischer Servoschaltkraft verwendet elektrische Kontakte, die in Abhängigkeit von einer Getriebedrehzahl und von der Gashebelstellung verschiebbar sind, wobei auch die Drosselklappe in Abhängigkeit von der Getriebedrehzahl verstellbar ist. Der Zweck dieser Einrichtung ist es, den Motor auf niedrigsten spezifischen Kraftstoffverbrauch zu regeln.
  • Weiterhin ist eine Schalteinrichtung für Stufenwechselgetriebe mit von einer Steuerwalze aus zu betätigenden Gangschaltkupplungen und einer von der Drehung der Steuerwalze abhängigen Vorrichtung (Mitnehmerstern), durch die eine zeitweise Verlangsamung der Drehzahl des Schaltmotors bewirkt wird, bekanntgeworden.
  • Schließlich ist ein Wechselgetriebe bekanntgeworden, dessen elektromagnetische Gangschaltkupplungen für die einzelnen Gänge selbsttätig durch eine Schaltwalze in Abhängigkeit von der Abtriebsdrehzahl des Getriebes und von der Belastung des Fahrzeugmotors geschaltet werden. Der Elektromotor zum Antrieb der Schaltwalze wird durch einen von der Getriebeausgangswelle angetriebenen Wechselstromgenerator gesteuert.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Umschalten durch Beeinflussen der Drehzahl des Verbrennungsmotors zu erleichtern, und zwar derart, daß die einzelnen Phasen des Umschaltvorganges selbsttätig ablaufen, wobei während des Hochschaltens eine Pause eingelegt ist, bis die Drehzahl des Verbrennungsmotors etwa um einen dem Getriebesprung entsprechenden Wert abgesunken ist, während das Abwärtsschalten mit gleichzeitigem Erhöhen der Motordrehzahl nicht unterbrochen wird. Dadurch verläuft der Umschaltvorgang stoßfrei, ohne vom Fahrer Aufmerksamkeit zu erfordern.
  • Die Erfindung besteht darin, daß ein von der Geberstelle aus durch Stromimpulse zu beeinflussendes Mehrstellenschaltrelais vorgesehen ist, das aus in einer Kreisbahn verteilt angeordneten Elektromagneten mit unbeweglichen Kernen und aus einem in der Kreisbahnmitte drehbaren Dauermagnet besteht, daß ferner die Drehzahl des Verbrennungsmotors während des Umschaltens durch zwei in Abhängigkeit von der Verstellung der Schaltwalze schaltbare Relais regelbar ist und daß eine in an sich bekannter Weise von der Drehzahl des Verbrennungsmotors beeinflußbare Einrichtung beim Verringern der Drehzahl des Verbrennungsmotors auf einen gewissen Mindestwert den zeitweilig unterbrochenen Stromkreis des Elektroschaltmotors wieder schließt, so daß der unterbrochene Hochschaltvorgang im Getriebe beendet wird. Die Schalt- und Regeleinrichtung nach der Erfindung hat den Vorteil, daß jedem Schaltimpuls eine bestimmte Stellung der Schaltwalze zugeordnet ist. Bei Bruch einer Leitung zwischen Impulsgeber und Schaltrelais bleiben das Schaltrelais in seiner jeweiligen Stellung und das Getriebe in dem eingeschalteten Gang stehen.
  • In der Zeichnung ist schematisch ein Ausführungsbeispiel der Schalt- und Regeleinrichtung nach der Erfindung dargestellt, bei dem das Schalten von drei Geschwindigkeitsstufen vorgesehen ist.
  • Eine nicht dargestellte Geberstelle liefert mit Hilfe eines über verschiedene Kontaktpunkte verstellbaren Schaltgliedes Strom in unterschiedlichen Spannungsstufen zu polarisierten Relais 5 und 6, deren Schaltkontaktzungen 7 und 8 für gewöhnlich in einer mittleren, den Strom unterbrechenden Ruhelage gehalten sind. In die Erregerstromkreise der Relais 5 und 6 sind Widerstände verschiedener Charakteristik eingefügt, und zwar sind die Widerstände 10 spannungsabhängiger Art, die jeweils gegenüberliegenden Widerstände 11 linearer Art. Letztere sind vorzugsweise einstellbar. Die Anordnung dieser Widerstände ist jedoch nicht Gegenstand der Erfindung. Die drei Schaltbefehle für die vorgesehenen drei Geschwindigkeitsstufen werden durch Umlegen der Kontaktzungen 7 bzw. 8 nach der einen oder anderen Seite auf ein Mehrstellenschaltrelais übertragen, das drei auf eine Kreisbahn verteilte Elektromagnete mit unbeweglichen Kernen 20, 21 und 22 aufweist, in deren Kreisbahnmitte ein Dauermagnet 23 als Läufer gelagert ist, wobei der Dauermagnet durch Erregen jeweils eines der untereinander einheitlich gepolten Elektromagnetkerne schrittweise gedreht wird. Mit der Welle 24 des drehbaren Dauermagnets 23 ist eine Kurvenscheibe 25 verbunden, die auf Stangen 26 mit Kontaktbrücken 27 einwirkt. Jede dieser Kontaktbrücken 27 verbindet verschiedene Kontaktpunktpaare. Die Kontaktpunktpaare 31, 32 und 33 liegen in den zu den Wicklungen der Elektromagnete 20, 21 und 22 gehörigen Leitungen 37, 38 und 39. Die Leitung 37 hat Anschluß an den Kontaktpunkt 40 des polarisierten Relais 5. Im gleichen Relais ist die Leitung 38 mit dem Kontaktpunkt 41 verbunden. Das polarisierte Relais 6 weist die beiden Kontaktpunkte 42 und 43 auf. Am Kontaktpunkt 43 ist die Leitung 39 angeschlossen. Der Kontaktpunkt 42 ist durch eine Leitung 44 mit der Kontaktzunge 7 des Relais 5 und die Kontaktzunge 8 des Relais 6 mit einer Plusleitung 45 durch eine Leitung 46 verbunden. Die vorbeschriebene Anordnung wirkt über die Kontaktpunktpaare 34, 35 und 36 auf eine Nachlaufschalteinrichtung ein, die im wesentlichen aus einer drehbaren Verteilerscheibe 50 und einer Schaltwalze 51 besteht, die gemeinschaftlich von einem umsteuerbaren Elektroschaltmotor 52 angetrieben werden. Der hierzu notwendige Wellenzug ist mit 53 bezeichnet. Dieser enthält ein Zwischengetriebe 49, auf das nicht eingegangen zu werden braucht.
  • Die Verteilerscheibe 50 ist aus Isolierstoff hergestellt und trägt zwei halbkreisförmige Kontaktschienen 54 und 55, die voneinander getrennt sind und an der Scheibe zwei diametral gegenüberstehende nichtleitende Stellen 56 und 57 frei lassen. In einer bestimmten Einteilung liegen an der Verteilerscheibe 50 die Anschlußenden von drei Leitungen 58, 59 und 60, die von den Kontaktpunktpaaren 34, 35 und 36 ausgehen. Außerdem liegen an der Verteilerscheibe 50 zwei Leitungen 62 und 63, die zum An- und Abschalten sowie zum Umsteuern des Elektroschaltmotors 52 mittels zweier Relais 65 und 66 dienen. Das Relais 65 vermittelt mit seiner Kontaktzunge 67 den Antrieb des Elektroschaltmotors 52 zum Aufwärtsschalten des Geschwindigkeitswechselgetriebes, während das Relais 66 mit seiner Kontaktzunge 68 den Antrieb des Motors 52 zum Abwärtsschalten des Geschwindigkeitswechselgetriebes vermittelt. Die Kontaktzungen 67 und 68 sind mit den Polen des Elektromotors 52 durch die Leitungen 69 und 75 verbunden und zwischen zwei Kontaktpaaren 70 und 71 zum Anschluß des Elektromotors 52 an die Plus- und an die Minusleitung umschaltbar.
  • Zum Kontaktpaar 70, 70 führt die Plusleitung 45 und vom Kontaktpaar 71, 71 kommt die Minusleitung 73. Die Schaltwalze 51 ist mit mehreren Kontaktleisten versehen, und zwar sind diese entsprechend den mittels des Elektroschaltmotors 52 erzielbaren Stellungen versetzt. Dies gilt sowohl für die Überbrückungskontaktleisten 76, 77 und 78 als auch für die Einzelkontaktblöcke 80, 81 und 82, durch die Leitungen 83, 84 und 85 anschließbar sind. Die Leitungen 83, 84 und 85 führen zum Geschwindigkeitswechselgetriebe, wo sie z. B. Elektromagnete speisen, die zum Einrücken der Schaltkupplungen des Geschwindigkeitswechselgetriebes dienen. Die Überbrückungskontaktleisten 76, 77 und 78 vermitteln zeitweise die Verbindung zwischen einer Leitung 63 und dem Relais 65 über eine Leitung 64.
  • Weiter ist noch auf der Schaltwalze eine Ringkontaktleiste 90 angebracht, von der aus die Blöcke 80, 81 und 82 und ein doppelarmiger Hebel 87 mit Strom versorgt werden. Außer der Schaltwalze 51 ist auf deren Welle 53 ein Mitnehmerstern 86 befestigt, durch den der Hebel 87 betätigt wird. Der Hebel 87 greift mit einer Rolle 88 in den Mitnehmerstern 86 ein und ist um einen ortsfesten Bolzen 89 drehbar gelagert. Sein freier Arm hat einen leitenden Kontaktkopf 87a, der über eine Leitung 91 mit der Ringkontaktleiste 90 verbunden ist. Dem Kontaktkopf 87a gegenüber sind Kontaktstellen 92 und 93 zweier Relais 95 und 96 vorgesehen, durch die wechselweise zwei Elektromagnete 97 und 98 an- und abschaltbar sind. Diese bewegen ein Gestänge 99 in der einen oder anderen Richtung, wodurch entweder die Drosselklappe der Gasgemischzuleitung oder die Zündung verstellt werden.
  • Die Leitungen 63 und 64 sind zwischen zwei Kontaktpunkten 100 und 101 durch ein in Abhängigkeit von der Drehzahl des Verbrennungsmotors bewegliches Kontaktglied 102 unterbrechbar. Das Kontaktglied 102 ist beim Ausführungsbeispiel eine Schiebebüchse, die an einem Fliehkraftregler 103 angelenkt ist. Der Fliehkraftregler 103 ist auf einer vom Verbrennungsmotor angetriebenen Welle 104 angebracht.
  • Vor dem Einrücken eines höheren Ganges durchläuft die aus der Verteilerscheibe 50 und der Schaltwalze 51 bestehende Nachlaufeinrichtung eine Ruhestellung, in welcher alle Gänge ausgeschaltet sind, der Verbrennungsmotor leerläuft und die Schaltwalze so steht, daß die Leitungsenden- 64, 63, 83, 84 und 85 mit keiner der Kontaktleisten bzw. Kontaktblöcke der Schaltwalze in Berührung sind. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Ruhestellungen vorhanden, die in der Zeichnung auf der Schaltwalze 51 durch strichpunktierte Längslinien angedeutet sind. Die erwähnten Ruhestellungen sind auch auf der Verteilerscheibe 50 angedeutet. Auf dieser ist die Drehrichtung für Aufwärtsschalten mit einem Pfeil eingezeichnet. Die entsprechende Drehrichtung der Schaltwalze 51 ist auf der Stirnfläche der Walze angegeben.
  • Die Verteilerscheibe und die Schaltwalze sind in der Stellung für eingestellten ersten Getriebegang gezeichnet. Diese Stellung ist durch einen von der nicht dargestellten Geberstelle ausgesandten Stromimpuls über das polarisierte Relais 5 erreicht worden, dessen Kontaktzunge 7 sich nach links bewegt hat, so daß durch Erregen des Elektromagnets 20 der Drehmagnet 23 in die gezeichnete Stellung gelangt ist. Gleichzeitig hat der Nocken der Kurvenscheibe 25 die Kontaktbrücke 27 vom Kontaktpunktpaar 31 abgehoben und steht in Berührung mit dem Kontaktpunktpaar 34. Die Wicklung des Magnets 20 ist dadurch wieder stromlos geworden, und der Drehmagnet 23 bleibt infolge seiner Eigenwirkung stehen. Die Leitung 83 liegt am Einzelkontaktblock 80 an, so daß der erste Getriebegang eingelegt ist, Bei Fahrt im ersten Gang hebt der vom Verbrennungsmotor beeinflußte Fliehkraftregler 103 mit seinen ausgeschwungenen Fliehgewichten die Scheibe 102 von den Kontaktstellen 100 und 101 ab. Der Mitnehmerstern 86 hält den Hebel 87 in seiner mittleren Lage, in der die Drossel nicht selbsttätig verstellt wird.
  • Zum Einschalten des zweiten Ganges wird durch Impulsgeben die Kontaktzunge 7 des polarisierten Relais 5 nach rechts und die Kontaktzunge 8 des polarisierten Relais 6 nach links umgelegt, so daß die Wicklung des Elektromagnets 21 erregt wird und der Dauermagnet 23 in der angegebenen Pfeilrichtung nach oben zum Elektromagnet 21 dreht. Hierauf verbindet die zugehörige Kontaktbrücke 27 das Kontaktpunktpaar 35, und die Kontaktzunge 67 des Relais 65 wird durch Schließen des Stromkreises über die Leitungen 55, 63, 64 und 73 und die Kontaktleiste 76 angezogen. Nun erhält der Elektroschaltmotor 52 Strom über die Kontaktzunge 68 und die Leitungen 45; 69, 75 und 73 und dreht die Schaltwalze 51 in der angegebenen Aufwärtsschaltrichtung, jedoch nur so lange, bis die Enden der Leitungen 64 und 63 frei werden und damit der Stromfluß in diesen Leitungen unterbrochen ist, wodurch das Relais 65 wieder stromlos wird. Gleichzeitig ist die Leitung 83 von dem Kontaktblock 80 getrennt worden, wodurch das Getriebe auf Leerlauf zurückgestellt worden ist. Infolge des gleichzeitigen Drehens des Mitnehmersterns 86 wurde der Hebel 87 mit dem Kontaktpunkt 93 in Berührung gebracht. Das Relais 96 erhält Strom und bewirkt über den Elektromagnet 98 und das Gestänge 99 eine Füllungswegnahme vom Verbrennungsmotor, so daß dessen Drehzahl zu sinken beginnt und nach Erreichen des einem Getriebsprung entsprechenden Drehzahlunterschiedes die Kontaktpunkte 100, 101 miteinander leitend verbunden werden. Damit ist der Stromfluß zwischen den Leitungen 63, 64 wieder hergestellt. Das Relais 65 zieht an. Der Elektroschaltmotor 52 ist eingeschaltet und dreht die Verteilerscheibe 50 so weit, bis sich der Leitungsanschluß 59 von der Kontaktleiste 55 trennt, indem die Isolierlücke 56 unter dem Leitungsanschluß 59 liegt. Dabei wird die Schaltwalze 51 so weit gedreht, daß die Überbrückungskontaktleiste 77 die Enden der Leitungen 63 und 64 verbindet und gleichzeitig der Einzelkontaktblock 81 mit dem Leitungsende 84 zusammentrifft. Dadurch wird der zweite Getriebegang eingeschaltet.
  • Der beschriebene Vorgang wiederholt sich, wenn beabsichtigt ist, weiter in den dritten Getriebegang aufwärts zu schalten. Nach Einrücken des dritten Ganges liegt die Lücke 56 unter dem Leitungsanschluß 60.
  • Beim Abwärtsschalten wird der durch das Mehrstellenschaltrelais 20, 21, 22, 23 eingeleitete Schaltvorgang ohne irgendwelche Wartepausen durchgeführt, da das Relais 66 für die umgekehrte Drehrichtung des Schaltmotors 52 Strom über Masse, über die Leitungen 73, 62, 58, 34 und über den Pluskontakt erhält. Dabei werden die Leitungen 63 und 64 und die Kontaktleisten 76, 77 und 78 nicht benutzt.
  • Da der Schaltmotor 52 in entgegengesetzter Richtung treibt, wird mit der Schaltwalze 51 und dem Mitnehmerstern 86 jedesmal beim Übergehen von der einen zur anderen Gangschaltung kurzzeitig der Korntakt 87a, 92 geschlossen, und das Relais 95 zieht jeweils vorübergehend kurz an, so daß der Verbrennungsmotor eine entsprechend größere Füllung erhält.

Claims (4)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Elektrische Schalt- und Regeleinrichtung für eine aus einem Verbrennungsmotor und einem Stufengeschwindigkeitswechselgetriebe bestehende Antriebseinheit, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer Nachlaufsteuerung, bestehend aus einer durch einen Elektroschaltmotor angetriebenen Schaltwalze, einer mit der Schaltwalze trieblich verbundenen Verteilerscheibe und einer die Verteilerscheibe über Relais beeinflussenden Geberstelle, ferner mit einer den Stromkreis des Schaltmotors zeitweilig unterbrechenden Einrichtung zum Regeln der Drehzahl des Verbrennungsmotors während des Umschaltens durch Beeinflussen der Brennstoffzufuhr bzw. durch Regeln der Zündung in Abhängigkeit von der Schaltrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der Geberstelle aus durch Stromimpulse zu beeinflussendes Mehrstellenschaltrelais (20 bis 27, 31 bis 36) vorgesehen ist, das aus in einer Kreisbahn verteilt angeordneten Elektromagneten mit unbeweglichen Kernen (20, 21 und 22) und aus einem in der Kreisbahnmitte drehbaren Dauermagnet (23) besteht, daß ferner die Drehzahl des Verbrennungsmotors während des Umschaltens durch zwei in Abhängigkeit von der Verstellung der Schaltwalze (51) schaltbare Relais (95 und 96) regelbar ist und daß eine in an sich bekannter Weise von der Drehzahl des Verbrennungsmotors beeinflußbare Einrichtung (100 bis 104) beim Verringern der Drehzahl des Verbrennungsmotors auf einen gewissen Mindestwert den zeitweilig unterbrochenen Stromkreis des Elektroschaltmotors (52) wieder schließt, so daß der unterbrochene Hochschaltvorgang im Getriebe beendet wird.
  2. 2. Schalt- und Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltwalze in an sich bekannter Weise mit verschiedenartigen Überbrückungskontaktleisten (76, 77 und 78) und Einzelkontaktblöcken (80, 81 und 82) versehen ist, von denen die einen in an sich bekannter Weise den Elektroschaltmotor durch selbsttätiges Öffnen und Schließen des zum Elektroschaltmotor gehörigen Stromkreises an- und abstellen, während die anderen in an sich bekannter Weise einzeln zum Einschalten der Getriebegänge dienen.
  3. 3. Schalt- und Regeleinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Drehzahl des Verbrennungsmotors beeinflußte Einrichtung aus einem an sich bekannten Fliehkraftregler (103) mit einer als Kontaktscheibe (102) dienenden verschiebbaren Hülse besteht.
  4. 4. Schalt- und Regeleinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Schaltwalzenwelle ein an sich bekannter Mitnehmerstern (86) verbunden ist, durch welchen mit jeder Teildrehung der Schaltwalze (51) in an sich bekannter Weise über einen Hebel (87) ein Kontakt (92 bzw. 93) geschlossen wird und damit jeweils ein Relais zur Veranlassung einer Füllungsweg- oder -zunahme beim Verbrennungsmotor erregt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 820 693, 834 646, 875 441, 991199; 897 809, 910'748; 928 141, 928 390; 931 150; französische Patentschrift Nr. 902'625; britische Patentschrift Nr. 554 973.
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