DE69609914T2

DE69609914T2 - Stufenlos regelbares Getriebe

Info

Publication number: DE69609914T2
Application number: DE69609914T
Authority: DE
Inventors: Bastiaan Andreas D'herripon
Original assignee: Van Doornes Transmissie BV
Current assignee: Bosch Transmission Technology BV
Priority date: 1995-09-25
Filing date: 1996-09-18
Publication date: 2001-02-01
Anticipated expiration: 2016-09-19
Also published as: JP2007040538A; US5951421A; JPH09112640A; DE69609914D1; NL1001279C2; EP0764799B1; EP0764799A1

Description

Die Erfindung betrifft ein stufenlos regelbares bzw. kontinuierlich variables Getriebe, das durch eine Antriebseinheit angetrieben wird und ein variables Übersetzungsverhältnis aufweist, mit:
- mindestens einer Hydraulikschaltung zum Steuern des Übersetzungsverhältnisses, und
- mindestens einer Pumpe oder Pumpenkomponente für die Zirkulation von Hydraulikfluid in der mindestens einen Hydraulikschaltung,
- wobei die mindestens eine Pumpe oder Pumpenkomponente durch einen Elektromotor antreibbar ist.
Ein Getriebe dieses Typs ist in der JP-A-61167762 beschrieben und wird insbesondere in motorbetriebenen bzw. Kraftfahrzeugen verwendet. Bei einem Getriebe dieses Typs sind zusätzlich zur Hauptkraftübertragung von einer Antriebseinheit über das Getriebe zu einer anzutreibenden Einheit Zusatzkraftübertragungen erforderlich, um das Getriebe zu betreiben. In diesem Zusammenhang kann insbesondere über den Antrieb für eine oder mehrere Pumpen in den Hydraulikschaltungen für die Schmierung, Kühlung und Getriebesteuerung nachgedacht werden. Diese Zusatzkraftübertragungen müssen immer ausreichend groß dimensioniert sein, um die gewünschten Leistungsanforderungen zu erfüllen. Dies bedeutet häufig, daß die in diesen Kraftübertragungen verwendeten Komponenten überdimensioniert sind und deutliche Leistungsverluste auftreten können, wodurch der Leistungsgrad des Getriebes reduziert wird. Dieser Leistungsgradverlust kann zu einem gewissen Grad begrenzt werden, indem beispielsweise zwei Pumpen verwendet werden, von denen eine ein- und aus schaltbar ist, wobei der Leistungsgrad durch diese Maßnahme jedoch noch immer nicht optimal ist.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein kontinuierlich variables oder regelbares Getriebe mit verbesserten Abmessungen und verbessertem Leistungsgrad bereitzustellen. Das erfindungsgemäße kontinuierlich variable Getriebe ist dadurch gekennzeichnet, daß
- die mindestens eine Pumpe oder eine in der Hydraulikschaltung angeordnete zweite Pumpe während des Betriebs des Getriebes durch die Antriebseinheit angetrieben wird; und
- die elektrisch angetriebene Pumpe so angeordnet ist, daß sie während eines im wesentlichen dynamischen Betriebs des Getriebes unabhängig von der Antriebseinheit antreibbar ist.
Dadurch kann in Abhängigkeit von den Bertiebsbedingungen des Getriebes den Zusatzkraftübertragungen optimale Leistung zugeführt werden. Dadurch werden eine Überdimensionierung und ein Leistungsverlust der Zusatzkraftübertragungen verhindert. Außerdem kann in diesem Fall eine optimale Drehzahl des Elektromotors ausgewählt werden, so daß keine Abhängigkeit von der (unbekannten variablen) Drehzahl einer anderen Antriebseinheit auftritt. Durch diese Anordnung ist der Elektromotor vorzugsweise so steuerbar, daß, wenn ein Elektromotor eingeschaltet wird, die zugeführte Leistung in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Getriebes steuerbar ist.
Erfindungsgemäß kann die Pumpe oder Pumpenkomponente insbesondere während eines im wesentlichen Beharrungs- oder Dauerzustandbetriebs des Getriebes durch die Antriebseinheit und während eines im wesentlichen dynamischen Betriebs durch den Elektromotor antreibbar sein.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist mindestens eine der nicht elektrisch antreibbaren Pumpen oder Pumpenkomponenten mit einer Hydraulikschaltung für niedrigen Druck (Niedrigdruckhydraulikschaltung) verbunden. Außerdem kann erfindungsgemäß mindestens eine der elektrisch antreibbaren Pumpen oder Pumpenkomponenten mit einer Hydraulikschaltung für hohen Druck (Hochdruckhydraulikschaltung) verbunden werden. Die nicht elektrisch angetriebene Pumpe kann daher einer Niedrigdruckhydraulikschaltung Fluid zuführen, wobei für die Schaltung im allgemeinen eine niedrige stabile Durchflußrate erforderlich ist. Für die Hochdruckhydraulikschaltung sind dagegen im allgemeinen höhere und insbesondere stark schwankende Durchflußraten erforderlich, für die der Elektromotor besonders geeignet ist. Außerdem kann sowohl eine Pumpe oder Pumpenkomponente für eine Hochdruckhydraulikschaltung als auch eine Pumpe oder Pumpenkomponente für eine Nierigdruckhydraulikschaltung durch einen Elektromotor angetrieben werden.
Erfindungsgemäß können sowohl eine durch einen Elektromotor antreibbare Pumpe oder Pumpenkomponente als auch rinr durch eine Antriebseinheit direkt oder indirekt antreibbare Pumpe oder Pumpenkomponente mit einer Hochdruckhydraulikschaltung verbunden werden. Auf diese Weise wird durch die nicht elektrisch angetriebene Pumpe die Basisdurchflußmenge und durch die elektrisch angetriebene Pumpe die gewünschte Zusatzdurchflußmenge zugeführt.
Insbesondere sind der Elektromotor und/oder die Pumpe erfindungsgemäß steuerbar. Außerdem kann das Getriebe einen Akkumulator aufweisen, um zu ermöglichen, daß kurzzeitig ein zusätzlicher Leistungsbedarf gedeckt werden kann.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezug auf eine Zeichnung beschrieben; es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen kontinuierlich variablen Getriebes;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Getriebes;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Getriebes;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Getriebes;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Getriebes;
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Getriebes; und
Fig. 7 eine schematische Darstellung einer sechsten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Getriebes.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines herkömmlichen kontinuierlich variablen Getriebes. Im wesentlichen ist der Variator 1 dargestellt. Der Variator 1 weist zwei Riemenscheiben mit Scheiben 2, 3 bzw. 9, 8 auf. Die Scheiben 2, 3 der ersten Riemenscheibe sind auf einer Riemenscheibenwelle 4 angeordnet, und die Scheiben 9, 8 der zweiten Riemenscheibe sind auf einer Riemenscheibenwelle 10 angeordnet. Die Scheiben 2 und 8 sind auf den Riemenscheibenwellen 4 bzw. 10 axial beweglich. Diese Bewegung kann durch Verstelleinrichtungen bewirkt werden, die in diesem Fall eine Kolben-/Zylinderanordnung aufweisen. In dieser Konfiguration weisen die Kolben-/Zylinderanordnungen der ersten und der zweiten Riemenscheibe jeweils einen Kolben 6 bzw. 12, einen Zylinder 5 bzw. 11 und eine Zylinderkammer 7 bzw. 13 auf, die durch den Zylinder 5 bzw. 11 umschlossen ist. Durch Zuführen von Fluid zu und Ableiten von Fluid von den Zylinderkammern 7 bzw. 13 über Leitungen 14 bzw. 15 wird die axiale Position der beweglichen Scheiben 2 bzw. 8 und damit die radiale Position des Antriebsriemens 29 zwischen den Riemenscheiben eingestellt. Die radiale Position des Antriebsriemens 29 zwischen den beiden Riemenscheiben bestimmt das Übersetzungsverhältnis des Getriebes. Ansonsten wird vorausgesetzt, daß die Funktionsweise des kontinuierlich variablen Getriebes bekannt ist. Die Riemenscheibenwelle 10 ist beispielsweise direkt oder indirekt mit den Rädern eines motorbetriebenen oder Kraftfahrzeugs verbunden. Die Riemenscheibenwelle 4 ist direkt oder indirekt mit einer Antriebseinheit, z. B. einem Verbrennungsmotor 16, verbunden, der die Riemenscheibenwelle 4 antreibt. Zwei weitere Pumpen 17 und 18 sind auf der Antriebswelle 30 zwischen dem Verbrennungsmotor 16 und der Riemenscheibenwelle 4 angeordnet. Die Pumpen 17 und 18 können auch zwei Pumpenkomponenten einer einzigen Pumpe sein. Die Pumpen 17 und 18 führen ein Fluid mit einer bestimmten Durchflußrate und mit einem bestimmten Druck einer Leitung 22 zu, die mit einer Steuerungseinrichtung 24 verbunden ist, die die Durchflußmenge zu und von den Zylinderkammern 7 bzw. 13 über die Leitungen 14 bzw. 15 steuert. Im allgemeinen, jedoch nicht notwendigerweise, ist in der Zylinderkammer 13 ein Druck eingestellt, durch den eine ausreichende Druck- oder Klemmkraft bereitgestellt werden muß, um Schlupf des Antriebsriemens zwischen den Riemenscheiben zu verhindern, während in der Zylinderkammer 7 ein Druck und eine Durchflußmenge zum Einstellen des korrekten Übersetzunsgverhältnisses eingestellt ist. Übermäßiges Fluid wird durch die Steuerungseinrichtung 24 über eine Leitung 25 zum Flüssigkeitsbehälter 19 zurückgeführt, von dem die Pumpen 17 und 18 Fluid über eine Leitung 20 abziehen.
Die Durchflußmengen- und Druckanforderungen des Getriebes sind hochgradig abhängig von den Betriebsbedingungen des Getriebes. Weil die Pumpen 17 und 18 durch den Verbrennungsmotor 16 angetrieben werden, ist die Pumpendrehzahl der Drehzahl des Verbrennungsmotors 16 gleich. Druck und Förderleistung der Pumpen 17 und 18 sind dann jedoch nur steuerbar, wenn die Pumpen selbst steuerbar gemacht werden. Dies ist nur innerhalb bestimmter Grenzen möglich. Aus diesem Grunde wird in der EP-A-0502263 die Verwendung von zwei Pumpen vorgeschlagen, wobei in einer dieser Pumpen der Druck immer freigegeben werden kann, wenn bei bestimmten Betriebsbedingungen des Getriebes keine Förderleistung von dieser Pumpe erforderlich ist. In Fig. 1 ist diese Pumpe die Pumpe 17, deren Auslaßleitung mit der Leitung 22 verbunden ist, deren Auslaßleitung über die Ein-/Aussteuerungseinrichtung 31 und die Leitung 21 jedoch auch mit der Ansaugseite der Pumpe 17 verbindbar ist. Der Leistungsgrad des Getriebes wird durch diese Maßnahme erheblich erhöht, weil kein unnötiges Fluid im Kreislauf gepumpt wird. Trotzdem ist der Leistungsgrad nicht optimal.
Außer der beschriebenen Zusatzkraftübertragung sind auch andere Zusatzkraftübertragungen vorgesehen, die keine optimalen Abmessungen haben und durch die kein optimaler Leistungsgrad bereitgestellt wird, weil die verfügbare Zusatzkraft oder -leistung nicht den Anforderungen zu einem bestimmten Zeitpunkt entspricht. Daher müssen Leckverluste in den Hydrauliksystemen kompensiert und das Getriebe, insbesondere der Variator, geeignet geschmiert werden. Dies ist in Fig. 1 schematisch durch eine Leitung 27 dargestellt, die über die Steuerungseinrichtung 26 Fluid empfängt, das über einen Sprühkopf 28 für Schmierzwecke über dem Variator verteilt wird. Es ist klar, daß, um die Leckverluste zu kompensieren, im allgemeinen eine niedrige Durchflußrate bei hohem Druck erwünscht ist, und daß für die Schmierung eine mittlere Durchflußrate bei niedrigem Druck erwünscht ist.
Um die Anforderungen bezüglich der gewünschten Zusatzkraftübertragungen im Getriebe besser zu erfüllen, wird erfindungsgemäß die Verwendung mindestens eines Elektromotors vorgeschlagen. Der Elektromotor ist unabhängig vom Verbrennungsmotor, so daß, wenn der Elektromotor steuerbar ist, die optimale Drehzahl für den Elektromotor sicher ausgewählt werden kann. Außerdem kann der Elektromotor einfach ausgeschaltet werden, wenn keine Zusatzleistung erforderlich ist. Dies ist in Fig. 2 für eine erste Ausführungsform schematisch dargestellt. Der Elektromotor 41 treibt die Pumpe 42 an, wobei die Pumpe 42 ein Fluid mit einem vorgegebenen Druck für die Druck- oder Klemmkraft und die Einstellung des Variators (Bezugszeichen 45) zuführt, um Leckverluste (Bezugszeichen 44) zu kompensieren und das Getriebe zu schmieren (Bezugszeichen 43). Das Schmiermittel fließt über eine Auslaßöffnung 46, die übermäßiges Fluid von den Prozessen 44 und 45 entfernt. Der Elektromotor 41 kann durch die Steuerungseinrichtung 57 beeinflußt werden, der Daten vom Getriebe (CVT) und vom Fahrzeug (V) zugeführt werden.
In der Ausführungsform von Fig. 3 treibt der Elektromotor 41 zwei Pumpen 47 und 48 an. Die Pumpe 48 ist in Kombination mit dem Elektromotor 41 der gewünschten Durchflußrate und dem gewünschten Druck für den Schmierungsprozeß 43 optimal angepaßt. Die steuerbare Pumpe 47 ist in Kombination mit dem Elektromotor 41 optimal eingestellt, um die Durchflußmenge und den Druck zum Kompensieren von Leckverlusten 44 und für die Variator-/Druck- bzw. Klemmkraftsteuerung 45 zuzuführen. Übermäßiges Fluid wird über ein Ventil 56 zu einem Fluidbehälter abgeleitet.
Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform, in der der Elektromotor 41 wiederum eine Pumpe 50 zum Kompensieren der Leckverluste 44 und für die Variator-/Druck- bzw. Klemmkraftsteuerung 45 antreibt. Eine zweite Pumpe 51, die die Durchflußmenge und den Druck für den Schmierungsprozeß 43 zuführt, ist mit einer Antriebseinheit 52 verbunden. Die Antriebseinheit kann beispielsweise der Verbrennungsmotor 16 sein, der auch das Getriebe antreibt. Auf diese Weise wird eine Trennung zwischen der Niedrigdruckfluidanforderung über die Pumpe 51 und der Hochdruckfluidanforderung über die Pumpe 50 erreicht, die verschiedene Erfordernisse erfüllen müssen. Insbesondere kann bei dieser Anordnung die Pumpe 50 über eine Kupplung 53 mit der Antriebseinheit verbunden werden. Unter Beharrungs- oder Dauerzustandbetriebsbedingungen des Getriebes, bei denen eine geringe Durchflußrate für die Variator-/Druck- bzw. Klemmkraftsteuerung und zum Kompensieren von Leckverlusten erforderlich ist, kann der Elektromotor ausgeschaltet werden, und die Pumpe 50 kann über die Kupplung 53 mit der Antriebseinheit 52 verbunden werden. Auf diese Weise können die verschiedenen Fluidströme auf optimale Weise mit optimalem Leistungsgrad gesteuert werden. Die Kupplung 53 ist insbesondere eine Einwegkupplung, z. B. eine Freilaufkupplung.
An Stelle der Kupplung 53 von Fig. 4 kann gemäß der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform eine mit der Antriebseinheit 52 starr gekoppelte dritte Pumpe 54 verwendet werden. Auf diese Weise wird, wenn der Elektromotor 41 ausgeschaltet ist oder gesteuert wird, die Basisdurchflußmenge zum Kompensieren der Leckverluste 44 und für die Variator-/Druck- bzw. Klemmkraftsteuerung 45 zugeführt, während der Elektromotor in Kombination mit der Pumpe 50 die Zusatzdurchflußmenge zuführt. Diese Zusatzdurchflußmenge kann den Betriebsbedingungen des Getriebes optimal angepaßt werden.
Die in Fig. 6 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform dadurch, daß die durch den Elektromotor 41 angetriebene Pumpe 55 direkt zwischen den Kolben-/Zylinderanordnungen 5, 6 und 7 bzw. 11, 12 und 13 angeordnet ist. Durch diese Anordnung dient der Elektromotor 41 ausschließlich dazu, Fluid von der einen Zylinderkammer 7 zur anderen Zylinderkammer 13 und umgekehrt zu pumpen, um dadurch das Übersetzungsverhältnis des Getriebes zu steuern. In dieser Ausführungsform wird der Elektromotor 41 optimal und mit hohem Leistungsgrad genutzt. Bei dieser Ausführungsform liefert die durch die Antriebseinheit 52 angetriebene Pumpe 54 das Zusatzfluid zu, um die Leckverluste zu kompensieren, und den erforderlichen Druck für die Druck- oder Klemmkraft. In der Ausführungsform von Fig. 7 hat die Pumpe 54 die gleiche Funktion, in diesem Fall ist der Elektromotor jedoch direkt mit der beweglichen Scheibe 2 verbunden.
Die Abmessungen und der Leistungsgrad des Getriebes können durch geeignete Auswahl der Pumpen hinsichtlich ihrer Kenngrößen optimiert werden.
Innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung sind viele weitere Ausführungsformen denkbar. Beispielsweise kann auch ein Akkumulator verwendet werden, der einen vorübergehenden Verlust der Durchflußmenge und/oder Unregelmäßigkeiten der Durchflußmenge kompensiert.

Claims

1. Stufenlos regelbares Getriebe (1), das durch eine Antriebseinheit (52) angetrieben wird und ein variables Übersetzungsverhältnis aufweist, mit:

- mindestens einer Hydraulikschaltung (14, 15, 22, 24) zum Steuern des Übersetzungsverhältnisses;

- mindestens einer Pumpe (50, 55) oder einer Pumpenkomponente für die Zirkulation von Hydraulikfluid in der mindestens einen Hydraulikschaltung;

- wobei die mindestens eine Pumpe (50, 55) oder Pumpenkomponente durch einen Elektromotor (41) antreibbar ist;

dadurch gekennzeichnet, daß

- die mindestens eine Pumpe (50, 55) oder eine in der Hydraulikschaltung angeordnete zweite Pumpe (51, 54) während eines Beharrungs- oder Dauerzustandbetriebs des Getriebes durch die Antriebseinheit (52) angetrieben wird; und

- die elektrisch angetriebene Pumpe (50, 55) so angeordnet ist, daß sie während eines im wesentlichen dynamischen Betriebs des Getriebes zusätzlich zu und unabhängig von der Antriebseinheit (52) antreibbar ist.

2. Stufenlos regelbares Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (41) steuerbar ist.

3. Stufenlos regelbares Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe oder die Pumpenkomponente während eines im wesentlichen Beharrungs- oder Dauerzu stand de Getriebes durch die Antriebseinheit (52) antreibbar ist.

4. Stufenlos regelbares Getriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Antriebsleitung zwischen der Antriebseinheit (52) und der Pumpe oder Pumpenkomponente eine Kupplung (53) angeordnet ist.

5. Stufenlos regelbares Getriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der nicht elektrisch antreibbaren Pumpen oder Pumpenkomponenten mit einer Hydraulikschaltung für niedrigen Druck (43) verbunden ist.

6. Stufenlos regelbares Getriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der elektrisch antreibbaren Pumpen oder Pumpenkomponenten mit einer Hydraulikschaltung für hohen Druck (44, 45, 49) verbunden ist.

7. Stufenlos regelbares Getriebe nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Pumpe oder Pumpenkomponente für eine Hydraulikschaltung für hohen Druck als auch die Pumpe oder Pumpenkomponente für eine Hydraulikschaltung für niedrigen Druck durch einen Elektromotor (41) antreibbar ist.

8. Stufenlos regelbares Getriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die durch den Elektromotor (41) antreibbare Pumpe oder Pumpenkomponente als auch die direkt oder indirekt durch die Antriebseinheit (52) antreibbare Pumpe (54) oder Pumpenkomponente mit einer Hydraulikschaltung für hohen Druck verbindbar ist (Fig. 6).

9. Stufenlos regelbares Getriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Pumpe ein variables Hubvolumen aufweist.

10. Stufenlos regelbares Getriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe einen Akkumulator aufweist.

11. Stufenlos regelbares Getriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Elektromotor ein Strom zugeführt wird, dessen Spannung höher ist als die Spannung der elektrischen Schaltung des Fahrzeugs.