SE511109C2 - Drivaggregat för fordon samt fordonstransmission - Google Patents

Description

Un 10 15 lx) Un 511109 i 2 gående axel) och planetsväxelns utgående axel (planethjulsbäraren), när den steglöst varierbara transmissionens utväxling är så inställd, att ringhjulet drivs med samma varvtal som solhjulet. Med denna utväxling överförs halva motormomentet via den steglöst varierbara transmissionen. Genom att via den steglöst varierbara transmis- sionen variera ringhjulets hastighet i förhållande till solhjulets hastighet kan utväx- lingen mellan motorvarvtalet och planetshjulsbärarens varvtal (planetväxelns utgå- ende varvtal) varieras. Samtidigt varieras förhållandet mellan den momentandel, som överförs direkt, och den momentandel, som överförs via den steglöst vaiierbara transmissionen.

Den ökning av överförbart moment som kan uppnås genom det beskrivna drivaggre- gatet erhålls emellenid på bekostnad av en begränsning av det utväxlingsorriråde, inom vilket steglös utväxling är möjlig. För att kompensera för denna begränsning i skillnaden mellan hösta och lägsta utväxling är det känt att drivbart ansluta planet- växelns utgående axel till en mekanisk växellåda med två växlar framåt och en back- växel. På detta sätt erhålls ett drivaggregat med en transmission, som har ett låg- fartsområde och ett högfartsområde, varvid steglöst variabel utväxling erhålls inom respektive område. Jämfört med ett drivaggregat, vid vilket hela momentet överförs via en steglöst vaiierbar transmission, kan en motor med högre efiekt utnyttjas. J äm- fört med ett drivaggregat med en konventionell stegväxlad växellåda kan fordonets hastighet steglöst varieras med bibehållande av motorvarvtalet inom det område, som är optimalt med avseende på bränsleförbrukning och miljöpåverkan.

Syftet med föreliggande uppfinning är att vidareutveckla ett drivaggregat avi inled- ningen angivet slag, så att ännu högre moment och effekt kan överföras till fordo- nets drivhjul utan risk för att den steglöst varierbara transmissionen blir överbelas- tad.

Detta uppnås enligt uppfinningen genom att ringhjulet är drivbart anslutet till en elektrisk maskin. 10 15 20 25 3 511 109 Drivaggregatets effekt kan på detta sätt ökas med elmaskinens effekt när den arbetar som motor, så att den totala efiekten blir summan av förbränningsmotorns och ehno- toms effekter. Genom att inte i likhet med förbränningsmotorn koppla in elrnotom på den steglöst varierbara transmissionens ingångssida utan på dess utgångssida, er- hålls momenttillskottet 'från elmotom utan någon extra belastning av den steglöst varierbara transmissionen. Genom uppfinningen åstadkommas ett drivaggregat med steglös utväxling, som kan ge mycket högre vridmoment än vad den steglöst varier- bara transmissionen själv kan överföra. Efiersom högsta möjliga vridmoment och effekt i praktiken endast behövs för att åstadkomma snabba omkömingar, utgör den begränsning i driftstid, som alltid gäller för elmotorer i fordonssammanhang, inget problem.

Vid drift av elmasldnen som generator under bromsning laddas fordonets batterier samtidigt som ett extra bromsmoment erhålls, som avlastar fordonets bromsar.

I ett föredraget utförande av en transmission, som ingår i drivaggregatet enligt upp- finnjngen, är transmissionen uppdelad i tre moduler. Den steglöst varierbara trans- missionen mellan den första och den andra axeln är innesluten i ett första hus och bildar en första modul. Planetväxeln och en kedjetransmission, som förbinder den andra axeln med planetväxelns ringhjul är innesluma i ett andra hus och bildar en andra modul. En till planetväxelns planethjulsbärare anslutbar mekanisk växellåda med minst en växel framåt och en backväxel samt en av denna driven differential- växel, är innesluten i ett tredje hus och bildar en tredje modul. Företrädesvis har den mekaniska växellådan två växlar framåt. Fördelarna med att framställa transmissio- nen i tre moduler med varsitt hus, där den andra modulens hus fastslcruvas vid huset till den första och huset till den tredje fastskruvas vid huset till den andra, är flera.

Dels kan en fordonstillverkare anlita olika underleverantörer för de olika modulema och dels kan en och samma steglöst varierbara transmissionsmodul utnyttjas i driv- aggregat med olika utväxling i de bägge andra transmissionsmodulema.

Ut 10 20 511 109 4 Uppñnningen beskrivs närmare med hänvisning till på bifogade ritningar visade ut- föringsexempel, där fig. l visar en schematisk vy av ett tvärsnitt av en uttöringsform av ett drivaggregat enligt uppfinningen och fig. 2 en schematisk vy av ett utbrett längdsnitt genom drivaggregatet i fig. 1.

I figurema betecknar la ett transmissionshus, i vilket en första, ingående axel 2 är roterbart lagrad. Axeln 2 är förbunden med en koppling 3 till vilken den utgående axeln (inte visad) från en förbränningsmotor är anslutbar. Kopplingen 3 kan vara en larnellkoppling, hydraulisk koppling eller momentomvandlare. Axeln 2 uppbär en konisk remskiva 4, som är ovridbart fixerad på axeln 2. Den ena sldvdelen 4a är axiellt förskjutbar på axeln relativt den andra skivdelen 4b medelst kraftpåverkade organ 5, t ex en hydraulisk kolv-cylinderanordning. En utgående axel 7 är roterbart lagrad i huset 1 på avstånd från axeln 2 och uppbär en remskiva 8, som är ovridbart fixerad på axeln 7. Den består liksom remskivan 4 av två skivdelar Sa och 8b, av vilka skivdelen 8b är förskjutbar på axeln 8 medelst kraftpåverkade organ 9, t ex en hydraulisk kolv-cylinderanordning. Mellan skivoma 4 och 8 löper en rem eller kedja 10.

Den beskrivna transmissionen är av en känd typ, som brukar benämnas CVT (contjnuously variable transmission), vars utväxling kan varieras steglöst genom att variera det inbördes avståndet mellan skivdelarna 4a och 4b resp 8a och Sb, så att skivornas effektiva diameter ändras. I det i fig. 2 visade läget hos remmen 10 är ut- växlingen mellan den ingående axeln 2 och den utgående axeln 7 ungefär 1,5: 1.

Axeln 2 består av två delar 2a och 2b, av vilka delen 2a är lagrad i huset la, medan delen 2b är lagrad i ett andra transmissionshus lb. Axeldelama 2a, 2b är ovridbart förbundna med varandra, exempelvis medelst ett inte visat splinesförband. Även axeln 7 består av två delar, nämligen delarna 7a och 7b, av vilka delen 7a är lagrad i huset la, medan delen 7b är lagrad i transmissionshuset lb. Axeldelarna 7a, 7b är ovridbart förbundna med varandra, exempelvis medeslt ett inte visat splinesförband.

På axeldelen 2b är solhjulet ll i en generellt med 12 betecknad planetväxel ovrid- 10 15 25 511' 109 bart fixerat. Solhjulet 11 ingriper med planethjiilet 13, vars planethjulshållare 14 är ovridbart förbunden med en utgående axel 15 fiån transmissionshuset lb. Planethju- len 13 ingriper även med ett ringhjul 16, som är förbundet med ett kedjehjul 17, vilket via en kedja 18 är drivbart av ett kedjehjril 19, som är ovridbart förbundet med axeln 7. Kedjeväxeln är företrädesvis en Morse-kedjeväxel, som i det visade utfö- ringsexemplet har utväxlingen 2:1 mellan kedjehjulet 19 och kedjehjulet 17.

Genom det beskrivna utförandet delas momentet från den ingående axeln 2 till pla- netväxelns utgående axel 15, så att en del överförs direkt från axeln 2 till planet- växelns 12 solhjul 11 och en del överförs via remtransmissionen 4, 8 och 10 och kedjetransmissionen 17, 18 och 19 till planetväxelns 12 ringhjul 16. När remtrans- missionen är så inställd, att solhjulet 11 och ringhjulet 16 drivs med samma varvtal, är utväxlingen 1:1 mellan den ingående axeln 2 och den utgående axeln 15, varvid momentfördelningen är 50% / 50%. .lu långsammare ringhjulet 15 drivs i förhållan- de till solhjulet 11, desto större blir utväxlingen mellan den ingående axeln 2 och den utgående axeln 15 och desto större andel av momentet överförs direkt från den ingående axeln 2 till solhjulet 11.

För att bredda intervallet från högsta till lägsta utväxling mellan den ingående axeln 2 och en difïerentialväxel 20, som driver fordonets hjulaxlar 21, 22, är den utgående axeln 15, exempelvis via ett inte visat splinesförband, kopplad till en ingående axel 23 i en generellt med 24 beteclcnad mekanisk växellåda, som har ett hus lc, i vilket axeln 23 är roterbart lagrad. På axeln 23 är två kugghjul 25, 26 ovridbart fixerade, vilka ingriper med varsitt på en mellanaxel 27 fritt roterbart lagrat kugghjul 28, 29, som är låsbara på axeln resp frikopplingsbara med hjälp av en axiellt förskjutbar kopplingshylsa 30. Ett på mellanaxeln 27 ovridbart fixerat utgående kugghjul 31 in- griper med difierentialväxelns 30 lcronhjul 32. Växellådan 24 bildar en rangeväxel till den steglösa transmissionen med ett lågrangeområde via kugghjulen 25 och 28 och ett högrangeområde via kugghjul 26 och 29. Backväxeln erhålls via ett på en backaxel 33 fiitt roterbart kugghjul 34 (se fig. 1), som ingriper med lågrangekugg- hjulet 28 på mellanaxeln 27 och är låsbart på axeln 33 resp fiikopplingsbart medelst 10 15 20 25 511 109 en inte visad kopplingshylsa. Momentöverföringen till kronhjulet 32 erhålls via ett på backaxeln 33 ovridbart fixerat kugghjiil 35.

Axeldelen 7b, som uppbär kedjehjulet 19, bildar utgående axel från en elektrisk maskin 40, vilken kan arbeta som motor eller generator och vars hus 41 är fixerat vid transmissionshuset lb. Elmaskinen 40 ger under motordrift ett effekt- och mo- menttillskott till drivaggregatet, t ex för att möjliggöra snabbare omkörningar än vad som annars vore möjligt på grund av det relativt begränsade moment en steglös transmission av det beskrivna slaget förmår att överföra. Genom att elmaskinen 40 är kopplad till den utgående axeln 7 belastas inte den steglösa transmissionen av el- maskinens moment. Vid motorbromsning omkopplas elmaskinen 40 till generator- drift och ger ett bromsmoment samtidigt som fordonets batterier kan laddas.

De tre i transmissionshusen la, lb och lc inneslutna transmissionerna samt el- maskinen 40 bildar tillsammans ett av fyra moduler bestående modulsystem, där modulema kan färdigställas var för sig och kopplas samman i efterhand till ett driv- aggregat. Såsom framgår av fig. 2 erhålls genom den visade och beskrivna utform- ningen av de olika modulema ett utrymme for elmaskinen 40 mot gaveln av kedje- och planetväxelhuset lb vid sidan om växellådshuset lc. I synnerhet i kombination med en forbränningsmotor med lutande cylinderblock (se fig. 1 där A symboliserar motorns cylinderhuvud) erhålls ett mycket kompakt diivaggregat, vilket underlättar paclcoingen av motorrummet.

Ett drivaggregat enligt uppfinningen kan exempelvis ha en elmaslcin i effektklassen 15-20 kW tillsammans med en förbrämiingsmotor i effektklassen 45-60 kW. Före- trädesvis regleras kopplingen 3 mellan förbränningsmotom och den ingående axeln 2 liksom även den steglösa transmissionens utväxling samt växlingen i rangeväxel- lådan automatiskt. Den automatiska styrningen av inkopplingen och växlingen kan härvid uppnås på i och för sig känt sätt medelst en elektronisk styrenhet i beroende av olika i styrenheten inmatade parametrar, såsom gaspådrag, fordonshastighet, motorvarvtal m m. 10 511 109 Styrningen av drivaggregatet anordnas lämpligen även så, att drivning kan erhållas enbart från elmotom för att göra det möjligt att i varje fall i begränsad omfattning framföra fordonet i framtida miljözoner, som endast tillåter noll utsläpp av miljögif- ICT.

Inom ramen for uppfinningen kan man givetvis tänka sig att i beroende av fordons- typ och erforderligt hastighetsområde ersätta den ovan beskrivna tvåväxlade range- och backväxellådan i huset lc med ett renodlat backslag, dvs en växellåda med endast en växel framåt förutom backvâxeln. Detta kan göras utan att övriga moduler påverkas. Ingenting hindrar heller att man, om det skulle visa sig önskvärt, utformar rangeväxellådan i huset lc med fler än två växlar fiamåt.

Claims (8)

10 15 25 511 109 Patentkrav

1. Drivaggregat för motorfordon, innefattande en till en drivmotor anslutbar första axel (2), till vilken solhjulet (11) i en planetväxel (12) är drivbart ansluten, en andra axel (7), till vilken ringhjulet (16) till planetväxeln är drivbart anslutet, mellan den första och den andra axeln verksamma transmissionsorgan (4,8,10), medelst vilka utväxlingen mellan den första och den andra axeln är steglöst varierbar, en planet- hjulsbärare (14) med planethjiil (13), vilka ingriper med solhjulet och ringhjulet, samt en till planethjulsbäraren drivbart ansluten tredje axel (15), kännetecknat av att 1inghjulet(16) är drivbart anslutet till en elektrisk maskin (40).

2. Drivaggregat enligt krav 1, kännetecknat av att den elektriska maskinen (40) har en utgående axel (7b), som är koncentrisk med den andra axeln (7a), och att en transmission (17,18,19) förbinder nämnda axlar med planetväxelns ringhjul (16).

3. Drivaggregat enligt krav 2, kännetecknat av att transmissionen (17,18,19) är en kedjetransmission.

4. Drivaggregat enligt något av kraven 1-3, kännetecknat av att den tredje axeln (15) är förbunden med en ingående axel (23) i en mekanisk växellåda (24), vilken ingående axel uppbär kugghjul (25,26) i ingrepp med kugghjul (28,29) på en mellanaxel (27), att minst ett kugghjul (28,29) i varje par med varandra ingripande kugghjul är fiitt roterbart lagrat på sin axel och låsbart på axeln medelst kopplings- organ (30) och att mellanaxeln uppbär ett kugghjul (31), som ingriper med ett dri- vande kugghjul (32) i en diiïerentialväxel (30).

5. Drivaggregat enligt krav 4, kännetecknat av att den ingående axeln (23) och mellanaxeln (27) uppbär två med varandra ingripande kugghjul, att mellanaxeln uppbär de fritt roterbart lagrade kugghjulen (28,29) och att åtminstone det ena (28) av de fritt roterbart lagrade kugghjulen på mellanaxeln ingriper med ett kugghjul 10 15 20 25 30 511 109 (34), som är fritt roterbart lagrat och medelst kopplingsorgan låsbart på en backaxel (33), vilken uppbär ett kugghjul (3 5), som ingriper med nämnda drivande kugghjul (32) i ditïerentrialväxeln (30).

6. Drivaggregat enligt något av kraven 1-5, kännetecknat av att de mellan den första och den andra axeln (2 resp 7) verksamma transmissionsorganen innefattar en på respektive axel ovridbart fixerad konisk remskiva (4 resp 8), som uppvisar medelst lcraftpåverkade organ (5,9) mot och från varandra rörliga skivdelar (4a,4b resp 7a,7b), och en mellan skivoma löpande drivrem (10).

7. Drivaggregat enligt något av kraven 4-6, kännetecknat av att de mellan den forsta och den andra axeln (2 resp 7) verksamma transmissionsorganen (4,8, 10) är inneslutna i ett första hus (la), att planetväxeln (12) samt transmissionen (17, 18,19) som förbinder den andra axeln (7a) och den elektriska motorns (40) utgående axel (7b) med planetväxelns ringhjul (16) är inneslutna i ett andra hus (lb), som är för- bundet med det första huset ( la), och att den mekaniska växellådan (24) samt diíïe- rentialväxeln (30) är innesluma i ett tredje hus (lc), som är förbundet med det andra huset.

8. Fordonstransmission, innefattande en till en drivmotor anslutbar första axel (2), till vilken solhjulet (1 1) i en planetväxel (12) är drivbart ansluten, en andra axel (7), till vilken planetväxelns ringhjul (16) är drivbart anslutet via en kedjetransmission (17, 18,19), mellan den första och den andra axeln verksamma transmissionsorgan (4,8,10), medelst vilka utväxlingen mellan den första och den andra axeln är steglöst varierbar, en planethjulsbärare (14) med planethjul (13), vilka ingriper med solhjulet (1 1) och ringhjulet (16), en till planethjulsbäraren drivbart ansluten tredje axel (15), som är förbunden med en ingående axel (23) i en mekanisk växellåda (24) med minst en växel fiamåt och en backväxel, samt en till den mekaniska växellådan drivbart ansluten differentialväxel (30), kännetecknad av att de mellan den första och den andra axeln (2 resp 7) verksamma transmissionsorganen (4,8,10) är inne- 511 109 w slutna i ett första hus (la), att planetväxeln (12) samt kedjetransmissionen (17,18,19) är inneslutna i ett andra hus (Ib), som är förbundet med det första huset, och att den mekaniska växellådan (24), samt diiïerenfialväxeln (30) är inneslutna i ett tredje hus (1c), som är förbundet med det andra huset.