SE537974C2 - Spjällstyranordning, fordon med en sådan spjällstyranordningoch ett förfarande för att driva en sådan spjällstyranordning - Google Patents

Abstract

Sammandrag Uppfinningen avser en spjallstyranordning (1) innefattade en drivmotor (12), ett forsta kugghjul (18), som är kopplat till drivmotorn (12) och som är anordnat all roteras av drivmotorn (12), ett andra kugghjul (20), som är anordnat i ingrepp med det forsta kugghjulet (18), ett tredje kugghjul (24), som är anordnat i ingrepp med det andra kugghjulet (20) nar det andra kugghjulet (20) är anordnat i ett forsta !age, ett fjarde kugghjul (26), som är anordnat i ingrepp med det andra kugghjulet (20) nar det andra kugghjulet (20) är anordnat i ett andra 'age, och ett spjallelement (28), som är anord- nat all vridas av det tredje och fjarde kugghjulet (24, 26). Det andra kugghjulet (20) 5r forflyttningsbart anordnat utmed en periferi hos det forsta kugghjulet (18) mellan det forsta och andra laget. Uppfinningen avser ocksa ett fordon (1) med en sadan spjallstyranordning (10) och ett forfarande far aft driva en sadan spjallstyranordning (10), samt ett datorprogram (P) och en datorprogramprodukt.

Description

Spjallstyranordning, fordon med en sadan spjallstyranordning och ett forfarande f6r att driva en sadan spjallstyranordning UPPFINNINGENS BAKGRUND OCH KAND TEKNIK Enligt en utforingsform av uppfinningen är radiellt forskjutbara kroppar anordnade kring det forsta kugghjulets centrumaxel, vilka kroppar är anordnade att forskjutas radiellt av centrifugalkraft i riktning fran centrumaxeln och av en fjaderanordning i riktning mot centrumaxeln, vilka kroppar samverkar med en andra arm fOr att svanga den andra armen kring sin forsta ande. Darmed erhalls en automatisk \taxiing i spjall- styranordningen nar varvtalet hos drivmotorn okar.

Ovan angivna syften uppnas aven med ett fordon av det inledningsvis namnda slaget, vilket kannetecknas av de sardrag som anges i patentkravet 7 samt av f6rfarande av det inledningsvis namnda slaget, vilken kannetecknas av de sardrag som anges i patentkravet 8.

Ytterligare fordelar med uppfinningen framgar av foljande detaljerade beskrivning.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA I det foljande beskrivs, sasom ett exempel, foredragna utforingsformer av uppfinningen med hanvisning till bifogade ritningar, pa vilka: Fig. 1 visar i en sidovy ett schematiskt visat fordon med en spjallstyranordning enligt foreliggande uppfinning, Fig. 2 visar i en sidovy en schematiskt visad spjallstyranordning i ett forsta lage enligt fOreliggande uppfinning, Fig. 3 visar en snittvy utmed linjen I — I i fig. 2, Fig. 4 visar i en sidovy en schematiskt visad spjallstyranordning i ett andra lage enligt foreliggande uppfinning, Fig. 5a visar ett diagram Over varvtal i forhallande till forfluten tid vid spjallstyranordningen enligt foreliggande uppfinning, 3 Fig. 5b visar ett diagram over strom i forhallande till forfluten tid vid spjallstyranordningen enligt foreliggande uppfinning, och Fig. 6 visar ett flodesschema over ett forfarande fOr att styra en hybriddrivlina enligt foreliggande uppfinning.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FOREDRAGNA UTFORINGSFORMER AV UPPFINNINGEN Fig. 1 avser en sidovy av ett schematiskt visat fordon 1, som innefattar en forbran- ningsmotor 2, kopplad till en vaxellada 4. Vaxelladan 4 är vidare kopplad till fordonets 1 drivhjul 6 via en kardanaxel 8. Fordonet 1 är f6rsett med en spjallstyranordning 10 enligt foreliggande uppfinning.

Spjallstyranordningen 10 enligt uppfinningen skall vidare forklaras tillsammans med figurerna 2 — 4. Spjallstyranordningen 10 innefattar en drivmotor 12, som foretradesvis är en elmotor kopplad via elektriska ledare 14 till ett energilager 16, sasom en elektrisk ackunnulator. Ett fOrsta kugghjul 18 är kopplat till drivnnotorn 12, vilket fOrsta kugghjul 18 är anordnat att roteras av drivmotorn 12 nar denna matas med elektrici- tet. Ett andra kugghjul 20 är anordnat i ingrepp med det forsta kugghjulet 18 och drivs att rotera av det forsta kugghjulet 18 nar det forsta kugghjulet 18 roterar.

Det andra kugghjulet 20 är forflyttningsbart anordnat mellan ett forsta och ett andra lage utmed det fOrsta kugghjulets 18 periferi. Detta astadkommes med en fOrsta arm 22, som vid sin forsta ande är svangbart anordnad vid det f6rsta kugghjulets 18 cent- rumaxel och vid sin andra ande anordnad vid en centrumaxel hos det andra kugghjulet 20.

Nar det andra kugghjulet 20 är anordnat i det f6rsta laget är det andra kugghjulet anordnat i ingrepp med ett tredje kugghjul 24. Darmed kommer det andra kugghjulet att driva det tredje kugghjulet 24 nar det andra kugghjulet 20 är i ingrepp med det tredje kugghjulet 24, vilket framgar av fig. 2. 4 Nar det andra kugghjulet 20 är anordnat i det andra laget är det andra kugghjulet 20 anordnat i ingrepp med ett fjarde kugghjul 26. Darmed kommer det andra kugghjulet 20 att driva det fjarde kugghjulet 26 nar det andra kugghjulet 20 är i ingrepp med det fjarde kugghjulet 26, vilket framgar av fig. 4.

Ett spjallelement 28 är anordnat pa ett femte kugghjul 30, som är anordnat att drivas av det tredje och det fjarde kugghjulet 24, 26. FOretradesvis är det femte kugghjulet 30 i ingrepp med ett pa det tredje kugghjulets 24 centrumaxel anordnat sjatte kugghjul 32 och i ingrepp med ett pa det fjarde kugghjulets 26 centrumaxel anordnat sjun- de kugghjul 34. Darmed kan en for transmissionen lamplig utvaxling erhallas. Spjall- elementet 28 är anordnat i centrum av det femte kugghjulet 30 och vrids av det femte kugghjulet 30 nar det femte kugghjulet 30 roterar.

En andra arm 36 är svangbart anordnad vid sin forsta ande och forskjutbart kopplad 15 till den forsta armen 22. Den andra armen 36 samverkar med den forsta armen 22 genom att den stracker sig mellan tva pa den forsta armen 22 anordnade styrelement 38. Som vaxelvis är anordnade att anligga mot den andra armen 36.

Radiellt forskjutbara styrkroppar 40 är anordnade kring det forsta kugghjulets 18 centrumaxel, vilka styrkroppar 40 är anordnade att fOrskjutas radiellt av centrifugal- kraften i riktning fran centrumaxeln nar det forsta kugghjulet 18 roterar. En fjaderanordning 42 verkar pa styrkropparna 40 i riktning mot centrumaxeln. Nar det forsta kugghjulet 18 roterar kommer centrifugalkraften att paverka styrkropparna 40 sá att fjaderkraften fran fjaderanordningen 42 Overvinns. Darmed kommer styrkropparna att forskjutas radiellt utat fran det forsta kugghjulets 18 centrumaxel. Styrkropparna kan vara fOrskjutbart anordnade pa ekrar 44, som stacker sig fran ett nay 46 hos det forsta kugghjulet 18 till en perifer ytterring 48 hos det forsta kugghjulet 18. Foretradesvis utgors fjaderanordningen 42 av en for vane styrkropp 40 anordnad skruvfjader, som med tryck- eller dragkraft stravar att fOra respektive styrkropp 40 i riktning mot det forsta kugghjulets 18 centrumaxel. Alternativt kan en ringformig fjaderanord- ning 42 stracka sig kring styrkropparna 40 strava att fora respektive styrkropp 40 i riktning mot det forsta kugghjulets 18 centrumaxel.

Styrkropparna 40 sannverkar med den andra armen 36 pa sa satt att de svanger den andra armen 36 kring sin forsta ande nar styrkropparna 40 forskjuts Than och mot det forsta kugghjulets 18 centrumaxel. Nar styrkropparna 40 forskjuts Than det forsta kugghjulets 18 centrumaxel kommer styrkropparna 40 att anligga mot den andra ar- men 36 och pressa den andra armen 361 riktning Than det fOrsta kugghjulets 18 cent- rumaxel. Eftersom den andra armen 36 samverkar med styrelementen 38 pa den fOrsta armen 22 kommer den andra armen 36 att dra med sig den fOrsta armen 22, som darmed kommer att svanga kring sin forsta ande, som är lagrad kring det forsta kugghjulets 18 centrumaxel. Nar den fOrsta armen 22 svanger kring det fOrsta kugg- hjulets centrumaxel kommer det andra kugghjulet 20 att forflyttas fran det forsta laget I riktning mot det andra laget. Nar styrkropparna 40 forsatter att forskjutas i riktning fran den det forsta kugghjulets 18 centrumaxel pa grund av 6kat varvtal hos det forsta kugghjulet 18, vilket leder till okad centrifugalkraft pa styrkropparna 40, kommer styrkropparna 40 svanga den andra armen 36 ytterligare i riktning Than det f6rsta kugghjulets 18 centrumaxel tills det att det andra kugghjulet 20 nar sitt andra lage och hamnar i ingrepp med det tredje kugghjulet 24.

Genonn att anordna ett forsta fjaderelennent 50 i forbindelse med den forsta armen 22, som stravar att svanga den fOrsta armen 22 kring det forsta kugghjulets 18 cent- rumaxel, sa att det andra kugghjulet 20 fors i riktning mot sitt forsta lage kommer det andra kugghjulet 20 att -bras i riktning mot sitt forsta lage och i det forsta laget gripa in med det tredje kugghjulet 24. Som ett komplement eller ett alternativ till det fOrsta fjaderelementet 50 kan ett andra fjaderelement 52 anordnas i fOrbindelse med den andra armen 36, sa att det andra fjaderelennentet 52 stravar att svanga den andra armen 36 i riktning mot det forsta kugghjulets 18 centrumaxel, vilket medfor att det andra fjaderelementet 52 fyller samma funktion som det fOrsta fjaderelementet 50.

Nar det andra kugghjulet 20 har forts till det andra laget, sa som beskrivs ovan, kommer det andra kugghjulet 20 att aterforas till sitt fOrsta lage om drivmotorn 12 stannar. Nar drivmotorn 12 stannar kommer styrkropparna 40 att -bras styrkropparna att f6ras i riktning mot det fOrsta kugghjulets 18 centrumaxel med hjalp av fjaderanordningen 42. Eftersom den fOrsta och den andra armen 36 paverkas av det fOrsta och det andra fjaderelementet 52 kommer den f6rsta och andra armen 36 att svang- 6 as sa att det andra kugghjulet 20 fors till det forsta laget och dar ingriper med det tredje kugghjulet 24.

Fjaderkraften hos fjaderanordningen 42 som verkar pa styrkropparna 40 och fjader- kraften hos de forsta och andra fjaderelementen 50, 52, som verkar pa den forsta respektive andra armen 36 maste tillsammans med massan hos respektive styrkropp 40 dimensioneras sa att den ovan beskrivna fun ktionen mOjliggOrs. Darmed skall fjaderkraften hos de f6rsta och andra fjaderelementen overvinnas av den kraft som styrkropparna 40 verkar pa den andra armen 36 nar styrkropparna 40 fOrskjuts radi- ellt utat av centrifugalkraften.

Genom att f6rse kugghjulen 18, 20...34 med lampliga diametrar kan en f6rsta utvaxling erhallas nar det andra kugghjulet 20 är i det forsta laget och en andra utvaxling erhallas nar det andra kugghjulet 20 är i det andra laget. Av figurerna 2 — 4 framgar att den forsta utvaxlingen är lagre an den andra utvaxlingen.

For det fall drivmotorn 12 driver det forsta kugghjulet 18 med ett varvtal under ett forutbestannt gransvarde kommer centrifugalkraften pa styrkropparna 40 inte att Overvinna fjaderkraften hos fjaderanordningen 42. Darmed kommer spjallelementet 28 aft kunna regleras noggrant med drivmotorn 12 nar drivmotorn 12 arbetar med lagt vary- tal. Nar en snabb reglering av spjallelementet 28 onskas okas drivmotorns 10 varvtal, vilket medfor att styrkropparna 40 kommer att forskjutas radiellt utat av centrifugalkraften. Darmed kommer de f6rsta och andra armarna 22, 36 att f6ra det andra kugghjulet 20 ur ingrepp med det tredje kugghjulet 24 och istallet fOra det andra kugghjulet 20 i ingrepp med det fjarde kugghjulet 26, sa som beskrivs ovan. Darmed fOrandras utvaxlingen genom spjallstyranordningen 10, sa att det okade drivmotorvarvtalet vaxlas upp, vilket medfor att spjallelementet 28 snabbt kommer att vridas till onskat lage. Nar spjallelementet 28 vridits till det onskade laget och forbranningsmotorn arbetar med ett varvtal och en last som motsvaras av spjallelementets 28 lage stannar drivmotorn 12 och det andra kugghjulet 20 fors tillbaka till det forsta laget for att ingripa med det tredje kugghjulet 24. Om mindre och noggrannare justeringar av forbranningsmotorns 2 varvtal och last behover goras vid spjallelementets 28 installda lage regleras spjallelementet 28 genom att drivmotorn 12 vrids med ett varvtal 7 som understiger troskelvardet for att det andra kugghjulet 20 skall forflyttas till det andra laget.

Drivmotorn 12 kan rotera det f6rsta kugghjulet 18 i [Ada riktningar. Om spjallelemen- tet 28 är i ett tippet lage och skall aterforas till stangt lage roteras drivmotorn 12 i motsatt rikting till den riktning som beskrivs ovan. Om en snabb reglering av spjallelementet 28 Onskas Okas drivmotorns 10 varvtal till trOskelvardet nar styrkropparna 40 fors radiellt utat av centrifugalkraften, sa att den andra armen 36 f6r den f6rsta armen 22 och darmed det andra kugghjulet 20 till det andra laget.

Drivmotorn 12 är foretradesvis kopplad till en styrenhet 54, som styr varvtalet hos drivmotorn 12 beroende pa forbranningsmotorns 2 olika driftsforhallanden. Ett antal givare kan anordnas vid forbranningsmotorn 2 och fordonet 1. Saledes kan en varytalsgivare 56 anordnas vid forbranningsmotorn 2 f6r att avkanna forbranningsmo- torns 2 varvtal, en temperaturgivare 58 for att avkanna forbranningsmotorns 2 tempe- ratur, en tryckgivare 60 f6r att avkanna trycket i inloppskanalen 62 i forbranningsmotorns 2 inloppssystem 64, en lagesgivare 66 for att avkanna laget hos en gaspedal 68 has fordonet 1, en lagesgivare 72 for att avkanna positionen has den forsta armen 22 och massflodesgivare 74 for att avkanna massflode. Dessa givare är kopplade till styrenheten 54 och ger signaler till styrenheten 54, som styr drivmotorn 12 mot bak- grund av de erhallna signalerna.

F6r att underlatta synkronisering och ingrepp av det andra kugghjulet 20 nned det fjarde kugghjulet 26 nar det andra kugghjulet 20 fOrs till det andra laget kan varvtalet hos drivmotorn 12 tillfalligt minskas strax innan det andra kugghjulet 20 nAr det andra laget. Detta kan astadkommas genom att 'canna av och styra strOmmen till drivmotorn 12. Nar varvtalet hos drivmotorn 12 styrs for att snabbt bringa spjallelementet 28 till en ny position okas drivmotorns 10 varvtal over ett visst varvtaltroskelvarde. Detta framgar av fig. 5a. Nar varvtalet nar troskelvardet for att styrkropparna 40 av centri- fugalkraften skall svanga den forsta och andra armen 36, sa att det andra kugghjulet !polar f6rskjutas fran det forsta laget kommer str6mmen till drivmotorn 12 att minska. Detta uppkomnner da det andra kugghjulet 20 hamnar ur ingrepp med det tredje kugghjulet 24, vilket medf6r att motstandet f6r att rotera det andra, och aven det forsta kugghjulet 18 minskar. Denna indikation medfor att varvtalet hos drivmo- 8 torn 12 kan sankas eller bibehallas till ett varvtal strax over trOskelvardet. Det andra kugghjulet 20 fors da vidare mot det andra laget och fors i ingrepp med det fjarde kugghjulet 26. Nar det andra kugghjulet 20 ingriper med det fjarde kugghjulet 26 okar motstandet att driva det f6rsta och andra kuggjulen 18, 20, varpa str6mmen I f6r att driva drivmotorn 12 ater okar, vilket är en indikation pa att ingrepp mellan det andra och det fjarde kugghjulet 26 racier. Darmed kan varvtalet hos drivmotorn 12 okas for att sa snabbt som mOjligt vrida spjallelementet 28 till det onskade laget. Fig. 5b visar hur varvtalet N styrs for att astadkomma den ovan beskrivna synkroniseringen av ingreppet mellan det andra kugghjulet 20 och det fjarde kugghjulet 26.

Ovan beskrivs hur en spjallstyranordning 10 anvands for att styra flode och tryck hos luften till inloppssystemet 64 hos en forbranningsmotor 2. Andra anvandningsomraden for spjallstyranordningen 10 är att styra flode och tryck hos avgaserna i avgasbromsen i en forbranningsmotors 2 avgassystem (ej visat) samt for justering av av- gasaterforing (EGR) i en forbranningsmotor 2. Ovan beskrivs de olika transmissions- elementen som kugghjul. Det är dock mojligt att utforma transmissionselementen som friktionshjul dar moment overfors genom friktion nar friktionshjulens perifera ytor anligger mot varandra.

Fig. 6 visar ett flodesschema over forfarande f6r att driva en spjallstyranordning 10.

Forfarandet innefattar foljande steg: drivmotorn 12 drivs med ett forsta varvtal Ni, sa att det andra kugghjulet 20 är anordnat i det forsta laget, drivmotorn 12 drivs med ett andra varvtal N2, som är stOrre an det fOrsta varvtalet N1, sa att det andra kugghjulet 20 utmed en periferi hos det andra kugghjulet 20 f6rs till det andra laget.

Forfarandet innefattar aven de ytterligare stegen att: strom I for att driva drivmotorn 12 detekteras, d) det andra varvtalet N styrs i forhallande till den detekterade strommen I.

Forfarandet innefattar aven de ytterligare stegen att: e) det andra varvtalets N2 storlek begransas nar det andra kugghjulet 20 f6rs till det andra laget, 9 f) det andra varvtalets N2 storlek okas nar det andra kugghju let 20 intagit det andra laget.

Enligt uppfinningen tillhandahalles ett datorprogram P, som kan innefatta rutiner f6r styrning av spjallstyranordningen 10 enligt foreliggande uppfinning.

Datorprogrammet P kan innefatta rutiner fOr styrning av spjallstyranordningen 10 enligt de ovan angivna forfarandestegen.

Programmet P kan vara lagrat pa ett exekverbart vis eller pa komprimerat vis i ett minne M och/eller i ett las/skrivminne.

Uppfinningen avser ocksa en datorprogramprodukt innefattande en programkod lagrad pa ett, av en dator 70 lasbart, medium for att utfora forfarandestegen ovan, nar namnda programkod ' Angivna komponenter och sard rag som anges ovan kan morn ramen for uppfinning- en kombineras mellan olika angivna utfOringsformer.

Claims (2)

1. FOreliggande uppfinning avser en spjallstyranordning enligt ingressen till patentkravet 1. Uppfinningen avser ocksa ett fordon med en sadan spjallstyranordning enligt ingressen till patentkravet 7 och ett forfarande f6r att driva en sadan spjallstyranordning enligt ingressen till patentkravet 8. Spjall anvands i olika sammanhang, bland annat for att styra gasfloden och gastryck i forbranningsmotorer. Exempelvis anvands spjall for att styra flode och tryck hos luften till inloppssystemet hos forbranningsmotorn. Andra anvandningsomraden for dessa spjall är att styra flode och tryck hos avgaserna i avgasbromsen i forbran- ningsmotorns avgassystem samt for justering av avgasaterforing (EGR). Det stalls hoga krav pa bade noggrann och snabb reglerbarhet hos spjallstyranordningar for forbranningsmotorer. Nar lasten has forbranningsnnotorn snabbt skall andras maste spjallstyranordningen for forbranningsmotorns inloppsluft reagera snabbt, ofta i omradet 100 ms fran att spjallet är helt tippet till vasentligen stangt och omvant. Spjallet maste ocksa kunna regleras noggrant nar enbart sma justeringar av forbranningsmotorns last onskas. En liten fOrandring av det tillfOrda luftflodet kan under vissa driftpunkter has forbranningsmotorn inverka kraftigt pa forbranningsmotorns avgivna moment, varfOr en noggrann reglering av spjallet är Onskvard. Kravet pa samtidig snabb och noggrann reglerbarhet hos spjallet staller hOga krav pa spjallstyranordningens konstruktion. Spjallet ror sig inom ett vinkelomrade av 90° och en elektrisk drivmotor som vid ett tillfalle skall kunna reglera spjallet snabbt till olika lagen inom detta vinkelomrade och vid ett annat tillfalle skall kunna reglera spjallet noggrant med mycket sma vinkelutslag blir bade komplex och kostsam att konstruera och tillverka. IstaIlet forses spjallstyranordningen med en transmission, som andrar utvaxling mellan de olika tillstanden da snabb eller noggrann reglering av spjallet kravs. 1 Metoder for att ge olika utvaxlingar hos en spjallstyranordning har tidigare foreslagits. Med hjalp av en mindre utvaxling spjallstyranordningens transmission erhalls hog noggrannhet av spjallelementets lage och darmed mojliggors okad styrbarhet av gasspjallet. Vid ett motortillstand som kraver okat gaspadrag kan spjallet styras att oppna till mycket sma varden for att erhalla en mer exakt styrning av luftflOdet in i inloppsroret hos forbranningsmotorn. Med hjalp av en store utvaxling i transmissionen mojliggors snabbare reglering av spjallelementet vid snabba motorbelastningsforandringar. Dokumentet US2010/0009804 visar en variabel transmission for ett spjall. Transnnis- sionen är variabel och drivs av en elmotor. Dokumentet JPH04301145 visar ett spjall, som drivs via en variabel transmission med remdrift. SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Trots kanda losningar finns ett behov att vidareutveckla en spjallstyranordning som snabbt och effektivt kan forandra reglerbarheten hos spjallelementet mellan ett lage dar noggrann reglerbarhet onskas och ett annat lage dar snabb reglerbarhet Onskas. Syftet med fOreliggande uppfinning är saledes att tillhandahalla en spjallstyranord- ning som snabbt och effektivt kan forandra reglerbarheten hos spjallelementet. Detta syfte uppnas med en spjallstyranordning enligt det inledningsvis namnda sla- get, vilket fOrfarande kannetecknas av de sardrag som anges i patentkravet 1. Med den uppfinningsenliga spjallstyranordningen kan reglerbarheten hos spjallelementet snabbt och effektivt kan forandras mellan ett forsta lage dar noggrann regler- barhet onskas och ett andra lage dar snabb reglerbarhet onskas. Genonn att det andra kugghjulet är forflyttningsbart anordnat utmed en periferi hos det forsta kugghjulet mellan det forsta och andra laget erhalls en smidig och automatisk forandring av utvaxlingen i spjallstyranordningen.

2. Enligt en utforingsform av uppfinningen är radiellt forskjutbara kroppar anordnade kring det forsta kugghjulets centrumaxel, vilka kroppar är anordnade att forskjutas radiellt av centrifugalkraft i riktning fran centrumaxeln och av en fjaderanordning i riktning mot centrumaxeln, vilka kroppar samverkar med en andra arm fOr att svanga den andra armen kring sin forsta ande. Darmed erhalls en automatisk \taxiing i spjall- styranordningen nar varvtalet hos drivmotorn okar. Ovan angivna syften uppnas aven med ett fordon av det inledningsvis namnda slaget, vilket kannetecknas av de sardrag som anges i patentkravet 7 samt av f6rfarande av det inledningsvis namnda slaget, vilken kannetecknas av de sardrag som anges i patentkravet 8. Ytterligare fordelar med uppfinningen framgar av foljande detaljerade beskrivning. KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA I det foljande beskrivs, sasom ett exempel, foredragna utforingsformer av uppfinningen med hanvisning till bifogade ritningar, pa vilka: