SE509725C2

SE509725C2 - Marint framdrivningssystem med flera hastigheter och automatisk växlingsanordning

Info

Publication number: SE509725C2
Application number: SE9602446A
Authority: SE
Inventors: Brian M Leinonen; Philip T Scott; Robert F Novotny
Original assignee: Brunswick Corp
Priority date: 1995-06-23
Filing date: 1996-06-20
Publication date: 1999-03-01
Also published as: ITRM960436A1; DE19624913A1; ITRM960436A0; SE9602446L; SE9602446D0; US5711742A; IT1284173B1; JPH09104396A

Description

so9 725 2 kan problem med propellerkavitation minskas genom begränsning av uteffekten.

Den föredragna automatiska transmissionen har åtminstone en hög växel och en låg växel och styrs genom att man använder en pro- grammerbar elektronisk styrenhet. Den elektroniska styrenheten övervakar motorbelastning och varvtal och alstrar en styrsignal som styr transmissionens växling. En omkopplare för manuell övertagning kan också anordnas för manuell växling av trans- missionen. Den elektroniska styrenheten har företrädesvis en växlingsparametermatris lagrat i minne för jämförande av motorns varvtal och motorbelastningsdata för generering av styrsignalen.

Kort beskrivning av ritningen _ Fig. 1 är.en översiktsritning.som visar ett marint framdriv- ningssystem med flera hastigheter och med en automatisk väx- lingsanordning enligt uppfinningen.

Detaljerad beskrivning av den föredragna utföringsformen Fig. 1 visar ett marint framdrivningssystem 10 med flera hastigheter innefattande en motor 12, en drivenhet 14 och en automatisk transmission eller växellåda 16, som är den före- dragna utföringsformen av uppfinningen. Det i fig. 1 visade framdrivningssystemet 10 är ett drivsystem för inombords/ utombords- eller akterbruk.

Motorn 12 är placerad i en båt. Motorfästen 18 fäster motorn 12 till båten. Motorn 12 kan vara en bensinmotor, såsom en General Motors 5,7 liters V-8, eller en dieselmotor, såsom en VM 4,2 liter. Motorn 12 tillhandahåller kraft via en vevaxel som rote- rar med ett motorvarvtal.

Den föredragna växlingsanordningen är en automatisk trans- mission 16, företrädesvis en tvåhastigheterstransmission, även om andra typer av växlingsanordningar kan användas inom ramen för uppfinningen. Den automatiska transmissionen 16 mottar effekt från motorvevaxeln via någon typ av torsionsdämpande anordning och utmatar effekt till en ingångsaxel 20 på driv- 3 ”S09 725 enheten 14. Ingångsaxeln 20 sträcker sig antingen genom eller är kopplad genom en akterspegel 22 på båten. En växel- eller transmissionslåda 24 är monterad på akterspegelns 22 yttersida.

Växel- eller transmissionslådan 24 svänger horisontellt och _vertika1t för att uppta en kardanknut kopplad till ingångsaxeln 20. växlar och drivaxlar i växel- eller transmissionslådan 24 överför effekten från ingångsaxeln 20 till koncentriska, mot- roterande propelleraxlar anordnade i ett torpedhus 26 vid växellådan 24. I torpeden 26 har växellådan 24 främre och aktre växlar för att samtidigt driva de motroterande propelleraxlar- na. De motroterande propelleraxlarna överför kraften i driv- axeln till motroterande propellrar 30 och 32. De motroterande propellrarna 30 och 32 driver fram båten. Propellrarna 30 och 32 har motsatt lutning så att varje propellers rotation ger båten en framåtriktad kraft. De amerikanska patenten nr 5 230 644, 5 009 621, 5 344 349, 4 932 907 och 4 887 983 avser marina drivanordningar med dubbla, motroterande propellrar och innefattas i denna beskrivning genom referens. Dubbla motrote- rande propellrar 30 och 32 föredras, men uppfinningen kan också utnyttja en enda propeller för framdrivning av båten. Utväx- lingen i växellådan 24 ligger vanligtvis i området 1,36:1 till 2,2:1, vilket innebär att varje propeller utför proportionellt färre varv än ingångsaxeln 20 under en given tidsperiod. En växlingskopplingsanordning anordnad i en övre del 28 av växel- lådan 24 får drivaxeln i växellådan 24 att rotera i en framåt- riktning, bakåtriktning eller förbli i tomgång, såsom beskrivas i de angivna innefattade patenten. Alternativt kan en växlings- kopplingsanordning vara anordnad i den automatiska transmissio- nen 16 eller någon annan automatisk växlingsanordning.

Om motorn 12 är en bensinmotor är det föredragna utväxlings- förhållandet för den höga växeln i transmissionen 16 1:1 och är det föredragna utväxlingsförhållandet för den låga växeln 4:3.

Den lägre växeln ger förbättrad acceleration vid låga hastig- heter. Detta förbättrar racerprestanda men kan också tillåta' båtar med för liten effekt att plana snabbare och tillåta vattenskidåkare att komma upp snabbare;'Accelerationen förbätt- ras vid låga hastigheter genom användning av den låga växeln eftersom motorns 12 varvtal tillåts öka snabbare till områden 509 725 4 där motorn 12 kan uppnå optimal prestanda. Den låga växeln i transmissionen 16 kan också vara användbar för låghastighets- drift, såsom vid fiske och angöring. Den låga växeln tillåter lägre tomgångsvarvtal och tillåter även bättre kontroll över båten för angöringsmanövrar och bättre kontroll av dörjnings- eller fiskehastigheter som kan eliminera behovet av kontrolle- rande bromsanordningar eller liknande.

Om motorn 12 är en dieselmotor är det föredragna utväxlings- förhållandet för den låga växeln i transmissionen 1:1 och är det föredragna utväxlingsförhållandet för den höga växeln 3:4.

Den höga växeln 3:4 för en dieselmotor 12 är en överväxel, som tillåter drivenheten 14 att arbeta inom de riktiga vridmoment- och varvtalsområdena för konventionella utformningar av driv- enheten 14, varigenom livslängden förbättras.

Den automatiska transmissionen 16 mottar kraft från motorns vevaxel via någon typ av torsionsdämpande anordning och överför denna kraft till drivenhetens 14 ingångsaxel 20 via antingen en höga växeln eller den låga växeln. Den automatiska transmis- sionen 16 har företrädesvis en elektronisk växlingsanordning, såsom en transmissionsväxlingsspole eller liknande. Den elek- troniska växlingsanordningen mottar en styrsignal som överförs via en ledning 34 från en elektronisk styrenhet 36. Styrsigna- len i ledningen 34 kan anta många former men en form skulle vara en 12 volts signal i ledningen 34 till transmissionens växlingsspole för att aktivera och bibehålla en växling från en växel till en annan växel (t.ex. från låg till hög växel eller från hög till låg växel). 12 volts signalen styrs företrädesvis av den elektroniska styrenheten 36. En omkopplare 42 för manuellt övertagande kan också vara anordnad. Aktivering av om- kopplaren 42 för manuellt övertagande kan hålla transmissionen 16 i den låga eller höga växeln oberoende av styrsignalen från den elektroniska styrenheten 36.

Den elektroniska styrenheten 36 är företrädesvis en styrenhet med programmerbar logik som övervakar en eller flera motorpara- metrar och alstrar styrsignalen i beroende av övervakningen.

Vid det föredragna systemet 10 mottar den elektroniska styr- 5 D '5o9 725 enheten 36 en varvtalssignal i en ledning 38 som är proportio- nell mot varvtalet hos motorns 12 vevaxel. Den elektroniska I styrenheten.36 mottar företrädesvis även en motorlastsignal i en ledning 40 som är proportionell mot belastningen på motorn 12. Ett särskilt effektivt sätt att övervaka motorbelastningen är att övervaka lufttrycket i motorns insugningsrör med an- vändande av en tryckgivare för uppmätning av intagsgrenrörets undertryck. Om lufttryoket i insugningsröret används för över- vakning av motorbelastningen skulle motorlastsignalen vara en signal för undertrycket i insugningsröret (MVS) som är propor- tionell mot lufttrycket i motorns insugningsrör. Ett alterna- tivt sätt att övervaka motorbelastningen är att övervaka gas- reglagets läge medelst en lägesgivare för gasreglaget. Om en lägessignal för gasreglaget används för övervakning av motor- belastningen är lastsignalen proportionell mot gasreglagets läge.

I allmänhet bör en elektroniska styrenheten 36 alstra en styr- signal för växling av transmissionen 16 till hög växel då både motorns varvtal och motorns belastning är relativt höga. Det föredras att motorvarvtalets växlingspunkt ökar då motorbelast- ningen ökar. Den elektroniska styrenheten 36 för transmissionen bör alstra en styrsignal i ledningen 34 för växling av trans- missionen 16 till låg växel för låghastighetsdrift, dvs då både motorns varvtal och motorns belastning är relativt låga. Det föredras att växlingspunkten till låg växel är väsentligt lägre än växlingspunkten till hög växel. Det kan även vara önskvärt att den elektroniska styrenheten 36 alstrar en styrsignal i ledningen 34 för växling av transmissionen 16 till den låga växeln för snabb acceleration då motorvarvtalet är i ett mitt- område men motorbelastningen är hög. Detta är användbart för förbättrad acceleration i mittområdet. I en sådan mod är det att föredra att den elektroniska styrenheten 36 alstrar ytter- ligare en styrsignal för växling av transmissionen 16 till hög växel efter att tillräcklig acceleration åstadkommits.

I ett system 10 med en bensinmotor 12 vid vilken lufttrycket i insugningsröret används för övervakning av motorbelastningen kan den elektroniska styrenheten 36 använda en regleralgoritm 509 725 6 för alstring av styrsignaler i beroende av varvtalssignalen och signalen för motorbelastning. Alternativt kan den elektroniska styrenheten 36 i minne lagra en växlingsparametermatris, såsom den som visas i Tabell 1: Växlingsparametermatris 1. Växla till hög om varvtal >2000 och MVS ligger mellan 35 och 47 2. Växla till hög om varvtal >2600 och MVS ligger mellan 48 och 60 3. Växla till hög om varvtal >3200 och MVS ligger mellan 61 och 73 4. Växla till hög om varvtal >3900 och MVS ligger mellan 74 och 86 5. Växla till hög om varvtal >4600 och MVS ligger mellan 87 och 99 6. Växla till låg om varvtal <1800 och MVS ligger mellan 1 och 34 7. Växla till låg om varvtal <2500 och MVS ligger mellan 80 och 99 Den elektroniska styrenheten 36 inmatar varvtalssignalen i ledningen 38 och signalen för undertrycket i insugningsröret på ledningen 40 från motorn 12. Varvtalssignalen erhålles före- trädesvis från ett elektroniskt tändsystem för motorn 12, men även andra anordningar kan användas för uppmätning av motorns 12 varvtal. I en dieselmotor mäts motorns varvtal typiskt av en varvtalsgivare med en magnetisk uppfångningsenhet. Växlings- parametermatrisen i Tabell 1 använder företrädesvis motorns 12 verkliga varvtal i varv per minut. Signalen för undertrycket i insugningsröret på ledningen 40 alstras företrädesvis av en lufttryckgivare vid insugningsröret, såsom en tryckgivare som befinner sig i fluidkommunikation med motorns insugningsrör.

Signalen för undertrycket i insugningsröret på ledningen 40 in- matas till den elektroniska styrenheten 36 som en signal på mellan 0 och 5 volt och omvandlas till en numerisk skala från 1 till 99 för växlingsparametermatrisen i Tabell 1. Växlingspara- "S09 725 metermatrisen i Tabell 1 lagras i minne i den elektroniska styrenheten 36. Om värdena på varvtalssignalen på ledningen 38 och signalen för undertrycket i insugningsröret på ledningen 40 stämer med värdena i växlingsparametermatrisen i Tabell 1 kommer den elektroniska styrenheten 36 att alstra en styrsignal på ledningen 34 för växling av den automatiska transmissionen 16. 7 Parametrarna 1-7 i växlingsparametermatrisen i Tabell 1 väljs företrädesvis för att förbättra prestanda, acceleration och allmän körprestanda. Parametrarna 1-5 är för växling från låg till hög växel vid acceleration. Om gaspådraget till motorn 12 tillförs långsamt växlar transmissionen 16 från låg till hög växel vid ett lägre motorvarvtal än om gaspådraget till motorn 12 tillförs snabbt. Parametern 6¶är för växling från hög växel till låg växel vid inbromsning. Detta innebär att då motorns varvtal och belastning minskar till låghastighetsdrift eller till ett stopp växlar transmissionen 16 från hög växel till låg växel. Parametern 7 i Tabell 1 kan kallas en övergångsmod, i vilken transmissionen 16 växlar från hög växel till låg växel, vilket ger snabb acceleration även vid höga motorbelastningar om motorns varvtal ej är alltför högt. Efter att en övergående växling till låg växel har åstadkommits skulle den elektroniska styrenheten 36 använda växlingsparametrarna 1-5 för att växla tillbaka till hög växel. Även om den föredragna utföringsformen av uppfinningen har visats tillsammans med ett marint framdrivningssystem 10 för inombords/utombordsanvändning, bör man notera att den häri be- skrivna automatiska växlingsanordningen med flera hastigheter inte är begränsad till användning vid inombords/utombords- system. En sådan automatisk växlingsanordning med flera hastig- heter kan enkelt anpassas till marina framdrivningssystem inom- bords eller framdrivningssystem utombords. Såsom tidigare an- givits begränsas'inte heller uppfinningen till system vid vilka den automatiska växlingsanordningen med flera hastigheter är en flerhastighetstransmission. Inte heller begränsas uppfinningen till system med dubbla motroterande propellrar. 509 725 8 Det skall inses att olika ekvivalenter, alternativ och modifie- ringar är möjliga och bör anses ligga inom ramen för bifogade patentkrav. -

Claims

9 A *sus 725 Rštßntktâï

1. Harint framdrivningssystem (10) innefattande: en motor (12) som tillhandahåller kraft via en vevaxel som roterar med ett motorvarvtal, en växlingsanordning (16) med åtminstone en hög och en lägre växel som inmatar kraft från motorns vevaxel och utmatar kraft för drivning av åtminstone en propeller för framdrivning av en båt, en elektronisk styrenhet (36) som inmatar en varvtals- signal som är proportionell mot motorns varvtal och en signal för motorns belastning som ger en indikation på motorbelastning och som utmatar en styrsignal för styrning av växling av växlingsanordningen, k i n n e t e c k n a t a v att nämnda styrenhet bringar växlingsanordningen att växla till hög växel före början till propellerkavitation.

2. Marint framdrivningssystem enligt krav 1, k ä n n e - t e c k n a t a v att den elektroniska styrenheten har en växlingsparametermatris och att styrsignalen alstras i beroende av varvtalssignalen och nämnda signal för motorns belastning i enlighet med växlingsparametermatrisen.

3. Harint framdrivningssystem enligt krav 1, k ä n n e - t e c k n a t a v att den elektroniska styrenheten (36) alstrar styrsignalen för växling av växlingsanordningen till den låga växeln då motorns varvtal är lågt.

4. Marint framdrivningssystem enligt krav 1, k ä n n e - t e c k n a t a v att varvtalssignalen alstras från ett elek- troniskt tändsystem för motorn.

5. Harint framdrivningssystem enligt krav 1, k ä n n o - t e c k n a t a v att signalen för motorns belastning är en signal för undertrycket i ett insugningsrör som är proportio- nell mot ett lufttryck i ett insugningsrör i motorn (12). 509 725 10

6. Marint framdrivningssystem enligt krav 1, k ä n n e - t e c k n a t a v att signalen för motorns belastning är en lägessignal för gaspådrag som är proportionell mot ett läge för ett gaspådrag för motorn (12).

7. Marint framdrivningssystem enligt krav 1, k ä n n e - t e c k n a t a v att växlingsanordningen (16) utmatar kraft för att driva åtminstone två motroterande propellrar (30, 32).

8. Marint framdrivningssystem enligt krav 1, innefattande en omkopplare för manuellt övertagande (42) som kan ta över styrsignalen från den elektroniska styrenheten (36) för att styra växlingen av växlingsanordningen (16).

9. Marint framdrivningssystem enligt krav 1, k ä n n e - t e c k n a t a v att den lägre växeln i växlingsanordningen har ett utväxlingsförhållande av ca l,33:1 och den höga växeln 1 växlingsanordningen har ett utväxlingsförhållande av ca 1:1. Marint framdrivningssystem innefattande: en motor (12) som tillhandahåller kraft via en vevaxel

10. som roterar med ett motorvarvtal, en drivenhet som mottar kraft via en ingångsdrivaxel (20) och överför kraften till åtminstone en propeller (30, 32) som driver fram en båt, en transmission (16) med åtminstone en hög och en låg växel som mottar kraft från motorvevaxeln och utmatar kraft till drivenhetens ingångsaxel (20), och en elektronisk styrenhet (36) som mottar en varvtals- signal som är proportionell mot motorns varvtal och en signal för motorns belastning som ger en indikation på motorbelast- ningen och som utmatar en styrsignal för styrning av växling av transmissionen, varvid styrsignalen alstras åtminstone delvis i beroende av varvtalssignalen och signalen för motorns belast- ning, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda styrenhet bringar växlingsanordningen att växla till hög växel före början till propellerkavitation. o o o o n L ~ N' (lm-_ wo r- '~' .~. t r 0 ° °,° oo 11 509 725

11. Marint framdrivningssystem enligt krav 10, k ä n n e - t e c kun a t a v att den elektroniska styrenheten (36) har en växlingsparametermatris och att styrsignalen alstras i be- roende av varvtalssignalen och signalen för motorns belastning i beroende av växlingsparametermatrisen.

12. Harint framdrivningssystem enligt krav 10, k ä n a e - t e c k n a t a v att drivenheten är en akterdrivenhet med en framåtväxel, en neutral växel och en backväxel.

13. Harint framdrivningssystem enligt krav 12, k ä n n e - t e c k n a t a v 'att den låga växeln i transmissionen har ett utvâxlingsförhållande av ca 4:3 och den höga växeln i transmissionen har ett utväxlingsförhållande av ca 1:1.

14. Marint framdrivningssysten enligt krav 10, k ä n n e - t e c k n a t a v att transmissionen kan växlas till ett framåtläge, ett neutralt läge och ett backläge.

15. Harint framdrivningssystem enligt krav 10, k ä n n e - t e c k n a t a v att signalen för motorns belastning är en signal för undertrycket i ett insugningsrör som är proportio- nell mot ett lufttryck i ett insugningsrör i motorn.

16. Marint framdrivningssystem enligt krav 10, k ä n n e - t 0 c k n a t a v att drivenheten överför kraft till åtmin- stone två motroterande propellrar (30, 32) som driver fram båten. r~ e: r: c v 1 - ro