ES2292962T3 - Procedimiento de cambio a una velocidad superior en un vehiculo a motor y una instalacion para el vehiculo a motor. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para un cambio a una velocidad superior en un vehículo a motor que comprende un motor de combustión interna (1) con un dispositivo de frenado del motor (52), un embrague de discos automático (3), una caja de cambio de velocidades de múltiples etapas (9), en la carcasa (8) de la cual están montados un árbol de entrada (7), un árbol intermedio (11) y un árbol principal (10) y medios de frenado (50) para el frenado del árbol intermedio (11) y en el que, cuando tiene lugar el cambio a una velocidad superior, el embrague de discos (3) es desacoplado y el árbol intermedio (11) es desacoplado del árbol principal (10), caracterizado porque los medios de frenado (50) se activan de forma que la velocidad de giro del árbol intermedio (11) se adapte a la siguiente velocidad seleccionada al mismo tiempo que la velocidad de giro del motor (1) se adapta a la velocidad de giro del árbol de entrada (7) en la nueva velocidad en virtud de que es activado el dispositivo de frenado del motor (52).
Description
Procedimiento de cambio a una velocidad superior
en un vehículo a motor y una instalación para el vehículo a
motor.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para el cambio a una velocidad superior en un vehículo
a motor, que comprende un motor de combustión interna con un
dispositivo de frenado del motor, un embrague de discos automático,
una caja de cambio de velocidades de múltiples etapas con medios de
frenado para frenar un árbol intermedio dispuesto en la caja de
cambio de velocidades, según el preámbulo de la reivindicación 1 de
la patente más adelante en este documento. La invención también se
refiere a un dispositivo para dicho procedimiento, según el
preámbulo de la reivindicación 4 de la patente. Un procedimiento y
una instalación de este tipo se exponen en el documento
US-A- 6 017 291.
En esta aplicación, una instalación comprende el
motor de combustión interna, un embrague de discos y una caja de
cambio de velocidades del vehículo y una transmisión incluye el
motor, la caja de cambio de velocidades y las ruedas motrices.
Las cajas de cambio de velocidades automáticas
del tipo de caja de cambio de velocidades etapas automáticas de
múltiples se han convertido recientemente en comunes en los
vehículos pesados a medida que adicionalmente se ha ido
desarrollando la tecnología de los microcomputadores y hace posible,
con un ordenador de control y una serie de accionamientos, por
ejemplo servomotores, regular con precisión la velocidad del motor,
el acoplamiento y el desacoplamiento de embrague de discos
automático entre el motor y la caja de cambio de velocidades y
también los medios de acoplamiento de la caja de cambio de
velocidades relativamente entre sí, de forma que se obtenga siempre
un cambio suave a la velocidad correcta del motor. La ventaja de
este tipo de caja de cambio de velocidades automática comparada con
una caja de cambio de velocidades automática convencional
construida con etapas de engranajes planetarios y con un convertidor
hidrodinámico del momento de torsión en el lado de la entrada es
que, por otra parte que, especialmente por lo que se refiere a la
utilización en vehículos pesados, es más simple y resistente y
puede ser fabricada a un coste considerablemente inferior al de una
caja de cambio de velocidades automática convencional y, por otra
parte, tiene un mayor rendimiento, lo que significa que es posible
un consumo menor de combustible.
Una caja de cambio de velocidades de múltiples
etapas generalmente está compuesta de un árbol de entrada, un árbol
intermedio, el cual tiene por lo menos una rueda dentada de
engranajes en acoplamiento con una rueda dentada de engranajes
sobre el árbol de entrada, y un árbol principal con ruedas dentadas
de engranajes las cuales se acoplan con ruedas dentadas de
engranajes sobre el árbol intermedio. El árbol principal está por
lo tanto conectado también a un árbol de salida acoplado a las
ruedas motrices a través, por ejemplo, de un árbol motor. Cada par
de ruedas dentadas de engranajes tiene una relación de transmisión
diferente comparado con otro par de ruedas dentadas de engranajes
de la caja de cambio de velocidades. Se obtienen diferentes
velocidades en virtud de los diferentes pares de ruedas dentadas de
engranajes que transmiten el momento de torsión desde el motor
hasta las ruedas motrices. Cada velocidad está generalmente
sincronizada, pero existen variantes en las que por lo menos
algunas velocidades no están sincronizadas. La adaptación de la
velocidad se debe efectuar entonces de otro modo y con mayor
precisión, por ejemplo por medio de un freno del árbol intermedio
(reducción de la velocidad del árbol intermedio) o el control de la
velocidad del motor (incremento/reducción de la velocidad). Un
freno del árbol intermedio adapta la velocidad del árbol intermedio
relativamente rápidamente a la nueva relación de transmisión
inferior que se va a seleccionar, esto quiere decir que el frenado
del árbol intermedio tiene lugar durante el cambio a una velocidad
superior.
Los sistemas electrónicos de control para el
motor de un vehículo también están afectados por el desarrollo de
la tecnología de los ordenadores y se han convertido en más
precisos, más rápidos y más adaptables a los estados predominantes
del motor y del entorno que lo rodea. El proceso completo de
combustión puede ser controlado con precisión de acuerdo con cada
situación de funcionamiento. La velocidad del motor por lo tanto
puede ser controlada con precisión. Un motor también puede estar
equipado con un dispositivo de frenado del motor para ser utilizado
principalmente como un freno auxiliar. Los frenos auxiliares son
utilizados principalmente en vehículos pesados con el propósito
fundamental de preservar los frenos de servicio del vehículo, en
particular en gradientes largos de cuesta hacia abajo cuando es
deseable frenar a fin de mantener una velocidad razonablemente
constante.
El término dispositivo de frenado del motor
incluye diversos tipos diferentes de frenos del motor. Ejemplos de
frenos del motor son los frenos de compresión, los frenos de escape
(una válvula en el tubo de escape), un motor/generador eléctrico
acoplado, por ejemplo, al árbol de salida del motor de combustión
interna (alternador integrado del dispositivo de puesta en marcha
del motor).
Además de la utilización del dispositivo de
frenado del motor para frenar el propio vehículo, es decir como un
complemento a los frenos de las ruedas del vehículo, es conocido
utilizar el dispositivo de frenado del motor, por ejemplo un freno
de compresión, durante el cambio en vehículos con una caja de cambio
de velocidades de múltiples etapas (generalmente automática).
Frenando el giro del motor por medio del dispositivo de frenado del
motor, se puede efectuar una adaptación más rápida de la velocidad
desde una alta velocidad a una velocidad inferior. La figura 1
muestra las fases fundamentales en relación con un cambio a una
velocidad superior, es decir un cambio una velocidad más alta con
una relación de transmisión inferior. La figura 1 muestra una
comparación entre el momento de torsión del motor y la velocidad de
giro del motor en relación con el tiempo para un tipo determinado
de motor.
De acuerdo con la figura 1, la fase "a"
indica un estado de conducción normal el cual existe antes de que
se inicie el cambio. La fase "b" muestra la eliminación del
momento de torsión del motor tan pronto como ha sido determinado
que va a tener lugar un cambio a una velocidad superior, es decir un
acoplamiento de garras (casquillo de acoplamiento) acoplado para la
velocidad existente deja de transmitir momento de torsión. La fase
"c" muestra el desacoplamiento del acoplamiento de garras. La
fase "d" muestra una reducción de la velocidad de giro del
motor a fin de adaptar la velocidad de giro del motor a la nueva
relación de transmisión que se va a seleccionar. Tan pronto como la
velocidad de giro del motor ha sido adaptada, es posible empezar a
conducir el vehículo con la nueva velocidad. La fase "e" por
lo tanto muestra el acoplamiento del nuevo acoplamiento de garras
que pertenece a la nueva velocidad seleccionada. La fase "f"
muestra la restauración del momento de torsión del motor y la fase
"g" muestra un estado de conducción normal después de que haya
tenido lugar el cambio a una velocidad superior. Obsérvese que el
embrague de discos entre el motor y la caja de cambios de
velocidades no está desacoplado durante el cambio una velocidad
superior sino que el cigüeñal del motor está acoplado junto con el
árbol intermedio de forma que el dispositivo de frenado del motor
adapta la velocidad de ambos, del motor y del árbol intermedio. Por
lo tanto, es necesaria una adaptación de la velocidad relativamente
precisa a fin de que el cambio a una velocidad superior se sienta
como confortable. La precisión de la adaptación de la velocidad es
incluso más importante cuando se realiza el cambio a velocidades no
sincronizadas.
A fin de acortar la discontinuidad de la
potencia motriz del vehículo durante un cambio a una velocidad
superior, es una ventaja que la velocidad del motor se pueda
adaptar a la nueva velocidad tan pronto como sea posible. Esto es
particularmente ventajoso en gradientes de cuesta hacia arriba
cuando el vehículo pierde más velocidad cuando la potencia motriz
es discontinua. A partir del documento
SE-C-502154 es conocido introducir
un freno del escape selectivamente durante un cambio a una
velocidad superior cuando se alcanzan ciertos parámetros de
funcionamiento de forma que se obtenga de ese modo una reducción
rápida de la velocidad del motor durante el proceso de cambio a una
velocidad superior. De este modo, se dice que el desgaste en el
sistema de frenado del escape es reducido porque el freno del
escape se introduce únicamente durante una pequeña proporción del
número total de cambios a una velocidad superior.
Una disposición para el frenado del motor en
relación con un motor de combustión interna es conocida previamente
a partir de la solicitud de patente sueca número
9804439-9. Esta disposición está adaptada para el
frenado del motor mediante la reducción de la velocidad del motor
durante un cambio a una velocidad superior y con este propósito
comprende un dispositivo especial el cual es sensible a una señal la
cual es generada en respuesta a la necesidad de llevar a cabo un
cambio y a fin de ocasionar una reducción del juego de la válvula en
el brazo de la leva de escape.
Un embrague de discos automático como se ha
expuesto antes en este documento, es decir dispuesto entre el motor
y la caja de cambio de velocidades, generalmente está regulado por
medio de la información sobre la posición de la palanca del
acelerador, la velocidad de giro del motor, el momento de torsión de
salida del motor y la posición embrague de discos. El parámetro de
control para la posición del embrague y por lo tanto el grado de
acoplamiento entre el motor y la caja de cambio de velocidades es
principalmente cómo coloca el conductor la palanca del acelerador
(alternativamente una disposición de control de crucero).
Una desventaja de la utilización de dispositivos
de frenado del motor a fin de adaptar la velocidad durante un
cambio a una velocidad superior es que el motor de combustión
interna se tiene que llevar a una gama de velocidades relativamente
estrecha (por ejemplo desde 1600 hasta 1200 \pm 50 r/m) a fin de
hacer posible un acoplamiento confortable de la nueva velocidad.
Después de que se haya llevado a cabo la adaptación de la velocidad
del motor, el propio servoacoplamiento de la velocidad requiere un
cierto tiempo de reacción antes de que el motor pueda empezar a
suministrar un momento de torsión de accionamiento positivo al árbol
de entrada en la caja de cambio de velocidades. Además, tiempos
muertos en la propia función de frenado del motor puede significar
que sea necesario incluir un margen de seguridad cuando se está
conduciendo el vehículo en una pendiente en una cuesta hacia arriba
lo cual hace peor la velocidad promedio del vehículo.
La desventaja de la utilización de un freno del
árbol intermedio durante un cambio a una velocidad superior es que
la velocidad del motor de combustión interna y la velocidad del
árbol de entrada de la caja de cambio de velocidades no están
sincronizadas cuando el freno del árbol intermedio ha llevado a cabo
la sincronización de la velocidad para la nueva velocidad y la
nueva velocidad ha sido acoplada. Por lo tanto es necesario después
de utilizar el embrague de discos entre el motor y la caja de
cambios de velocidades a fin de sincronizar la diferencia de
velocidad entre el motor y el árbol de entradas de la caja de cambio
de velocidades. Si esta sincronización no tiene lugar relativamente
lentamente, se obtiene un momento de torsión positivo demasiado
grande en la transmisión, lo cual de otro modo, si la sincronización
fuera demasiado rápida, conduciría a un traqueteo del vehículo y la
transmisión estaría sometida a tensiones innecesarias. Además,
teniendo en cuenta el traqueteo, se reduce el confort en el
vehículo. Etapas de cambios largas (gran diferencia de la velocidad
entre el motor y el árbol de entrada) por lo tanto tienden a llevar
más
tiempo.
tiempo.
Por lo tanto, existe la necesidad, en un
vehículo equipado con cajas de cambio de velocidades de múltiples
etapas, encontrar una solución al cambio a una velocidad superior la
cual pueda llevar a cabo la adaptación de la velocidad para una
nueva velocidad seleccionada de un modo más rápido pero todavía
confortable. Éste es el principal objeto de la invención descrita
más adelante en este documento.
La solución al problema según la invención con
respecto al procedimiento y al dispositivo según la invención se
describe en las reivindicaciones de la patente 1 y 4
respectivamente. Las otras reivindicaciones de la patente describen
formas de realización y desarrollos preferidos del procedimiento
(reivindicaciones 2 y 3) y del dispositivo (reivindicaciones 5 y 6)
según la invención.
El procedimiento según la invención se refiere a
un procedimiento para el cambio a una velocidad superior en un
vehículo a motor, comprendiendo un motor de combustión interna con
un dispositivo de frenado del motor, un embrague de discos
automático, una caja de cambio de velocidades de múltiples etapas,
en la carcasa de la cual están montados un árbol de entrada, un
árbol intermedio y un árbol principal y medios de frenado para el
frenado del árbol intermedio y en el que, cuando tiene lugar el
cambio a una velocidad superior, el embrague de discos es
desacoplado y el árbol intermedio es desacoplado del árbol
principal. El procedimiento está caracterizado porque los medios de
frenado se activan de forma que la velocidad giratoria del árbol
intermedio se adapte a la siguiente velocidad seleccionada en el
mismo momento en el que la velocidad de giro del motor se adapta a
la velocidad de giro del árbol de entrada en la nueva velocidad, en
virtud de que se activa el dispositivo de frenado del motor.
El dispositivo según la invención se refiere a
una instalación para un vehículo a motor, que comprende un motor de
combustión interna con un dispositivo de frenado del motor, un
embrague de discos automático, una caja de cambio de velocidades de
múltiples etapas la cual tiene por lo menos un árbol intermedio el
cual está montado en una carcasa y tiene por lo menos una rueda
dentada de engranajes en acoplamiento con una rueda dentada de
engranajes sobre un árbol de entrada montado en la carcasa y medios
de frenado con los cuales se puede frenar rápidamente el giro del
árbol intermedio cuando tiene lugar el desacoplamiento del embrague
de discos, un árbol principal, montado en la carcasa, con ruedas
dentadas de engranajes las cuales se acoplan con ruedas dentadas de
engranajes sobre el árbol intermedio, por lo menos una rueda dentada
de engranajes en cada par de ruedas dentadas de engranajes
interacopladas sobre el árbol intermedio y el árbol principal que
están montadas de forma que puedan girar sobre su árbol y que se
pueden bloquear por medios de acoplamiento, de los cuales por lo
menos los medios de acoplamiento para algunas de las velocidades de
avance carecen de la función de sincronización y en el que el
embrague de discos está dispuesto para trasmitir potencia motriz
desde el árbol de salida del motor hasta el árbol de entrada de la
caja de cambio de velocidades, una unidad de control con por lo
menos una función de control del motor, una función de control para
el dispositivo de frenado del motor y una función de control para
el embrague de discos, unidad de control dentro de la cual son
alimentadas señales que representan la velocidad seleccionada y
diversos datos relativos al motor y al vehículo comprendiendo por
lo menos la velocidad del motor, la velocidad del árbol de entrada y
del árbol de salida de la caja de cambio de velocidades y la
posición del embrague y en el que la unidad de control está
dispuesta de forma que, cuando tiene lugar el cambio a una velocidad
superior, desacopla el embrague de discos y desacopla el árbol
intermedio del árbol principal. La instalación está caracterizada
porque la unidad de control también tiene una función de control
para dichos medios de frenado y porque la unidad de control está
dispuesta de forma que, cuando tiene lugar el cambio a una velocidad
superior, activa los medios de frenado de forma que la velocidad de
giro del árbol intermedio se adapta a la siguiente velocidad
seleccionada y al mismo tiempo activa el dispositivo de frenado del
motor a fin de adaptar la velocidad de giro del motor a la
velocidad de giro del árbol de entrada.
La ventaja del procedimiento y del dispositivo
según la invención es que los cambios a velocidades superiores son
llevados a cabo más rápidamente y con confort retenido comparado con
la técnica conocida. Un tiempo de cambio más corto se obtiene para
cambios a velocidades superiores entre diferentes velocidades y a
velocidades de giro diferentes. El ahorro en el tiempo varía
dependiendo de las condiciones.
En una forma de realización del procedimiento y
del dispositivo según la invención, el reacoplamiento del embrague
de discos tienen lugar cuando el motor tiene una velocidad de giro
la cual es ligeramente mayor que la velocidad del árbol de entrada
de la caja de cambio de velocidades.
Comparado con dichos dispositivos de frenado del
motor conocidos, se obtiene más rápidamente un momento de torsión
positivo de la trasmisión, es decir el motor empieza a accionar el
vehículo más pronto en virtud del hecho de que la trasmisión ya
recibe un momento de torsión de accionamiento (si se continúa con el
ejemplo indicado anteriormente en este documento) a la velocidad
del motor de 1300 r/m minuto en lugar de 1200 r/m. La velocidad del
motor no se tiene que producir tanto, lo cual resulta en un tiempo
más corto en la discontinuidad de la potencia motriz desde el
motor. Además, el tiempo de reacción en el servoacoplamiento de la
velocidad se elimina. Adicionalmente, no es necesario disponer de
un margen de seguridad cuando se conduce en una pendiente en una
cuesta hacia arriba. La invención significa que se hace uso de un
poco de la energía motriz sobrante del motor para proporcionar
momento de torsión a la trasmisión en lugar del frenado de la
energía en el dispositivo de frenado del motor.
Comparado con la utilización únicamente del
freno de la casa de cambio de velocidades, son posibles etapas de
velocidades más largas en virtud de la invención sin que el tiempo
de cambio se haga apreciablemente más largo, porque la velocidad
del motor está relativamente sincronizada comparada con la velocidad
del árbol de entrada en el inicio del trabajo del reacoplamiento
del embrague de discos. Esto es debido a la utilización del
dispositivo de frenado del motor. Controlando el dispositivo de
frenado del motor, también es posible seleccionar un nivel óptimo
de la velocidad del motor en el inicio del reacoplamiento del
embrague de discos. La selección del nivel óptimo de velocidad del
motor depende de la selección de la rapidez del cambio, del confort
del cambio y del desgaste del embrague.
Se supone también que el vehículo no pierde
velocidad durante un cambio a una velocidad superior y que el
producto de la nueva velocidad seleccionada y la velocidad del árbol
de salida es, para continuar con el ejemplo de velocidad anterior,
una constante de 1200 r/m durante el cambio a una velocidad
superior. El mismo argumento puede ser utilizado si el vehículo
pierde velocidad o incrementa la velocidad durante el cambio, pero
entonces es necesario tener en cuenta el cambio de velocidad en el
control del dispositivo de frenado del motor y del freno de la caja
de cambio de velocidades. Lleva algún tiempo reducir la velocidad de
un motor hasta 1200 r/m. Por medio de la invención, es posible que
únicamente sea necesario reducir la velocidad del motor a, por
ejemplo, 1300 r/m antes de que sea posible disponer de accionamiento
otra vez en la trasmisión (momento de torsión positivo en la
trasmisión). Esto contribuye a acortar el tiempo de interrupción de
la potencia motriz, esto es el tiempo para el cambio a una
velocidad superior. La razón por la que la velocidad del motor no
se tiene que reducir tanto como a 1200 r/m es que el embrague de
discos entre el motor y la caja de cambio de velocidades no es tan
sensible a las diferencias de la velocidad como, en particular, una
velocidad con un acoplamiento de garras no sincronizado (velocidad
no sincronizada). Cuando tiene lugar un cambio, un dispositivo de
sincronización de este tipo, comparado con un embrague de discos,
sincronizar las velocidades de los árboles inmediatamente, es decir
la adaptación de la velocidad tiene lugar en un tiempo muy corto.
Por otra parte, un embrague de discos permite más deslizamiento.
Por lo tanto, si una velocidad no sincronizada ya está acoplada a
la velocidad del motor (de acuerdo con el ejemplo anterior) de 1300
r/m, el resultado es un traqueteo y un cambio no confortable. Por
otra parte, si el embrague de discos se aplica a la misma velocidad
del motor de 1300 r/m, se obtienen un deslizamiento más equilibrado
y un progreso más suave del momento de torsión en la trasmisión, lo
cual resulta en un cambio confortable.
Formas de realización ventajosas adicionales de
la invención emergerán de las siguientes reivindicaciones
subordinadas de la patente.
La presente invención será descrita en detalle
más adelante en este documento con referencia a los dibujos
adjuntos, los cuales muestran a título de ejemplo formas de
realización preferidas adicionales de la invención y también los
antecedentes técnicos.
La figura 1 muestra las fases fundamentales
durante un cambio a una velocidad superior por medio de una
comparación entre el momento de torsión del motor y la velocidad de
giro del motor en relación con el tiempo.
La figura 2 muestra en principio una
instalación.
La figura 3 muestra el embrague de discos y la
caja de cambio de velocidades de la figura 2 a una escala mayor.
En la figura 2, el número de referencia 1
designa un motor de combustión interna de seis cilindros, por
ejemplo un motor diesel, el cigüeñal 2 del cual está acoplado a un
embrague de discos seco de un único disco, designado globalmente
mediante el número de referencia 3, el cual está encerrado en una
carcasa del embrague 4. Una versión de dos discos puede ser
utilizada en lugar de un embrague de discos de un único disco. El
cigüeñal 2, a través del árbol de salida 51 del motor (véase la
figura 3), está conectado de forma no giratoria al alojamiento del
embrague 5 del embrague 3, mientras su disco 6 está conectado de una
forma no giratoria a un árbol de entrada 7 el cual está montado de
forma giratoria en la carcasa 8 de la caja de cambio de velocidades
designada globalmente mediante el número de referencia 9. Un árbol
principal 10 y un árbol intermedio 11 están también montados de
forma giratoria en la carcasa 8. También están ilustrados una unidad
de control 48, una unidad control de la trasmisión 45 y un selector
manual de velocidades 46 acoplados a la unidad de control de la
trasmisión 45. La unidad de control de la trasmisión 45 y la unidad
de control del motor 48 están adaptadas para la comunicación entre
ellas.
Como se puede ver más claramente a partir de la
figura 3, una rueda dentada de engranajes 12 está montada de forma
giratoria sobre el árbol de entrada 7 y se puede fijar sobre el
árbol por medio de un casquillo de acoplamiento 13 el cual está
provisto con medios de sincronización y está montado de forma no
giratoria pero que se puede desplazar axialmente sobre un cubo 14
conectado de forma no giratoria al árbol de entrada. Por medio del
casquillo de acoplamiento 13, una rueda dentada de engranajes 15
montada de forma giratoria sobre el árbol principal también se
puede bloquear con relación al árbol de entrada 7. El casquillo de
acoplamiento 13 y el cubo 14 están provistos, para cada velocidad,
de un acoplamiento de garras (no representado) para el bloqueo de
la rueda dentada de engranajes 12, 15 concerniente con relación al
árbol 7. Con el casquillo de acoplamiento 13 en una posición
central, ambas ruedas dentadas de engranajes 12 y 15 están acopladas
de sus árboles 7 y 10, respectivamente. Las ruedas dentadas de
engranajes 12 y 15 se acoplan con ruedas dentadas de engranajes 16
y 17, respectivamente, las cuales están conectadas de forma no
giratoria al árbol intermedio 11. Dispuestas de una manera
giratoriamente fija sobre el árbol intermedio 11 existen ruedas
dentadas de engranajes adicionales 18, 19 y 20 las cuales se
acoplan con ruedas dentadas de engranajes 21, 22 y 23,
respectivamente, las cuales están montadas de forma giratoria sobre
el árbol principal 10 y se pueden bloquear sobre el árbol principal
por medio de casquillos de acoplamiento 24 y 25, respectivamente,
los cuales, en la forma de realización ilustrativa representada, no
tienen dispositivos de sincronización. Una rueda dentada de
engranajes adicional 28 está montada de forma giratoria sobre el
árbol principal 10 y se acopla con una rueda dentada de engranajes
intermedia 30 la cual está montada de forma giratoria sobre un árbol
separado 29 y a su vez se acopla con la rueda dentada de engranajes
20 del árbol intermedio. La rueda dentada de engranajes 28 se puede
bloquear sobre su árbol por medio de un casquillo de acoplamiento
26. Acoplamientos de mordazas correspondientes (no representados)
están presentes para todas las velocidades.
Pares de ruedas dentadas de engranajes 12, 16 y
15, 17 y el casquillo de acoplamiento 13 forman un engranaje de
división con una etapa de velocidad baja LS y una etapa de velocidad
alta HS. El par de ruedas dentadas de engranajes 15, 17 forman
también, junto con los pares de ruedas dentadas de engranajes 21,
18, 22, 19, 23, 20 y 28, 30, una caja de cambio de velocidades
básica con cuatro velocidades de avance y una velocidad de marcha
atrás. Dispuesta de una manera giratoriamente fija sobre el extremo
de salida del árbol principal existe una rueda dentada de
engranajes 31 la cual forma el engranaje central 1 en un engranaje
de gama de dos etapas del tipo planetario el cual está designado
mediante número de referencia 32 y el transportador de la rueda
planetaria 73 la cual está conectada de una manera giratoriamente
fija a un árbol 34 el cual forma el árbol de salida de la caja de
cambio de velocidades. Las ruedas planetarias 35 del engranaje de
gama 32 se acoplan con un engranaje de anillo 36 el cual, por medio
de un casquillo de acoplamiento 37, se puede bloquear con relación
a la carcasa 8 de la caja de cambios de velocidades para una gama
baja LR y con relación al transportador de las ruedas planetarias
33 para una gama alta HR.
Los casquillos de acoplamiento 13, 24, 25, 26 y
27 se pueden desplazar como se representa mediante las flechas en
la figura 2, las etapas de las velocidades representadas
conjuntamente con las flechas que se obtienen.
El desplazamiento se lleva a cabo mediante
servodispositivos 40, 41, 42, 43 y 44 esquemáticamente indicados en
la figura 2, los cuales pueden ser accionados neumáticamente en
disposiciones de pistón y cilindro del tipo utilizado en una caja
de cambios de velocidades del tipo descrito anteriormente en este
documento, la cual está comercializada bajo el nombre
Geartronic®.
Los servodispositivos 40, 41, 42, 43 y 44 están
controlados por una unidad de control de la trasmisión 45 (véase la
figura 2), que comprende un microordenador, que depende de señales
alimentadas dentro de la unidad de control que representan los
diversos datos del motor y del vehículo comprendiendo por lo menos
la velocidad del motor, la velocidad del vehículo, la posición del
pedal del acelerador y, cuando sea apropiado, el dispositivo de
conexión y desconexión del frenado del motor, cuando un selector
electrónico de la velocidad 46 acoplado a la unidad de control 45
está en su posición de transmisión automática. Cuando el selector
está en la posición de cambio manual, el cambio tiene lugar al
mandato del conductor a través de selector de velocidades 46.
La unidad de control 45 controla también la
inyección de combustible, es decir la velocidad del motor, que
depende de la posición del pedal del acelerador y también el aire
suministrado a la disposición de pistón y cilindro neumático 47,
por medio del cual el embrague de discos 3 es desacoplado o
acoplado.
La posición del embrague automático 3 está
regulada durante el cambio por la unidad de control 45 por medio de
la información sobre la posición de la palanca del acelerador 48, la
velocidad del motor, el momento de torsión del motor y la posición
del embrague 3 de forma que tenga lugar un cambio suave.
Según la invención, el motor 1 está equipado con
algún tipo de dispositivo de frenado del motor. En una forma de
realización preferida de la invención, el dispositivo de frenado del
motor es un freno de compresión 52. También es posible dentro del
ámbito de la idea inventiva utilizar otros tipos de dispositivos de
frenado del motor. Durante un cambio a una velocidad superior, el
freno de compresión 52 está controlado por la unidad de control de
la trasmisión 45 a través de la unidad de control del motor 48.
Según la invención, la caja de cambio de
velocidades 9 está equipada con un freno del árbol intermedio 50.
El freno del árbol intermedio 50 generalmente consiste en un
embrague de discos (esquemáticamente representado únicamente), la
fuerza de frenado del cual está controlada en virtud de un pistón
hidráulico (no representado) que presiona junto el embrague de
discos con fuerza variable. La presión del pistón y por lo tanto la
fuerza de frenado del freno del árbol intermedio está regulada por
la unidad de control de la trasmisión 45. También son posibles
otros tipos de frenos del árbol intermedio, tal como por ejemplo,
diversos tipos de frenos de discos.
El cambio a una velocidad superior según la
invención puede ser iniciado por el conductor del vehículo o por el
sistema automático dependiendo de la estrategia de selección de la
velocidad almacenada en la unidad de control de la trasmisión 45.
Supóngase, por ejemplo, que la etapa de velocidad baja LS y la
posición de gama baja están acopladas y se inicia un cambio a una
velocidad superior desde la primera velocidad a la tercera
velocidad. La unidad de control de la trasmisión 45 entonces
controla primero la unidad de control del motor 48 de forma que
regula el suministro de combustible al motor 1, de modo que se crea
en la trasmisión del vehículo un estado sin momento de torsión o
virtualmente sin momento de torsión, es decir la trasmisión del
momento de torsión desde el cigüeñal 2 del motor 1 hasta el árbol
de entrada 7 de la caja de cambio de velocidades 9 será
virtualmente cero. Cuando el momento de torsión en el árbol de
entrada 7 sea virtualmente cero, la unidad de control de la
trasmisión 45 desacopla el embrague de discos 3. Después de que el
embrague de discos 3 haya sido desacoplado, se desacopla la primera
velocidad, es decir el casquillo de acoplamiento 25 es desplazado a
una posición central. La rueda dentada de engranajes 23 de la
primera velocidad es por lo tanto desacoplada del árbol principal
10 y el árbol intermedio 11 es por lo tanto desacoplado también del
árbol principal 10. Cuando la unidad de control de la trasmisión 45
ha registrado que el embrague de discos 3 y el árbol intermedio 11
están desacoplados, la unidad de control de la trasmisión 45
proporciona una señal de que el dispositivo de frenado del motor 52
está empezando a reducir la velocidad del motor a una velocidad
ligeramente por encima de la velocidad para la tercera velocidad y
una señal de que el freno del árbol intermedio está empezando a
reducir la velocidad del árbol intermedio 11 de forma que la
velocidad del árbol intermedio 11 esté sincronizada con la
velocidad del árbol principal 10 para la tercera velocidad. Sensores
de velocidad (no representados) miden la velocidad de giro del
cigüeñal 2 del motor, del árbol intermedio 11 y del árbol principal
10. Tan pronto como el sistema de control de la trasmisión 45
registra, por medio de los sensores de velocidad, que ha sido
alcanzada la velocidad correcta del árbol intermedio 11, el sistema
de control de la trasmisión 45 proporciona una señal de forma que
el servodispositivo 41 cambia la posición del casquillo de
acoplamiento 24 y la rueda dentada de engranajes 21 es bloqueada
con relación al árbol principal 10 y se acopla la tercera
velocidad. En virtud del hecho de que el árbol de entrada 7 está
acoplado junto con el árbol intermedio 11 a través de los cambios a
una velocidad superior por las ruedas dentadas de engranajes 12 y
16, el árbol de entrada 7 es frenado al mismo grado que el árbol
intermedio. A fin de ahorrar tiempo, la velocidad del motor 1 no se
reduce todo el recorrido hasta la nueva velocidad del árbol entrada
7 sino que, según la invención, hasta ligeramente por encima de la
nueva velocidad del árbol de entrada. Cuando el motor ha alcanzado
la velocidad deseada, la unidad de control de la trasmisión 45
acopla el embrague de discos 3 con un poco de deslizamiento de
forma que se sincroniza la última diferencia de velocidad. Puesto
que la velocidad del motor 1 es ligeramente más elevada que aquella
del árbol de entrada 7, un momento de torsión pequeño positivo, es
decir motor, se obtiene en la trasmisión. Por lo tanto, se hace uso
de parte de la energía motriz que todavía tiene el motor 1,
teniendo en cuenta la diferencia de velocidad entre las velocidades
primera y tercera, para accionar el vehículo en avance. Lo que
lleva la mayor parte del tiempo durante un cambio a una velocidad
superior es la reducción de la velocidad del motor. La reducción de
la velocidad del árbol intermedio 11 se obtiene más rápidamente
porque esto implica una masa menor en relación con el efecto de
frenado posible disponible desde el freno del árbol intermedio 50.
El árbol intermedio 11 por lo tanto alcanza normalmente la nueva
velocidad deseada más pronto que lo hace el motor.
En virtud del hecho de que, según la invención,
la reducción de la velocidad del motor 1 y del árbol intermedio 11
tiene lugar en paralelo y también en virtud del hecho de que la
velocidad del motor no se reduce tanto como hasta la velocidad del
árbol de entrada, se obtiene un tiempo de frenado del motor más
corto que de acuerdo con la técnica conocida en la que únicamente
se utiliza el dispositivo de frenado del motor durante un cambio a
una velocidad superior. La selección de la velocidad cuando se tiene
que acoplar el motor depende de la selección de la rapidez del
cambio, el confort del cambio y del desgaste del embrague.
El procedimiento de cambio a una velocidad
superior y el dispositivo según la invención se pueden aplicar en
todos los cambios a velocidades superiores que comprendan un cambio
no sincronizado en la caja de cambio de velocidades 9.
El cambio a una velocidad superior según la
invención puede tener lugar sin suministro de combustible, por
ejemplo cuando se conduce por una cuesta hacia abajo. La invención
es de la mayor utilidad, sin embargo, en un gradiente de cuesta
hacia arriba cuando el tiempo para el cambio a una velocidad
superior de acuerdo con la tecnología conocida no es lo
suficientemente corto. Es posible introducir una función selectiva
dentro de las unidades de control de forma que la función según la
invención, por ejemplo, se acople únicamente durante un cambio a
una velocidad superior cuando la resistencia al accionamiento del
vehículo excede de un cierto valor.
Las funciones según la invención pueden ser
llevadas a cabo por una, dos o más unidades de control.
El sensor de posición de la velocidad puede ser
un sensor dispuesto directamente en la caja de cambio de velocidades
o puede ser indirecto, es decir la velocidad acoplada se determina
por medio de la relación entre la velocidad de giro en los
respectivos árboles de salida del motor 1 y de la caja de cambio de
velocidades 9.
Claims (6)
1. Procedimiento para un cambio a una velocidad
superior en un vehículo a motor que comprende un motor de
combustión interna (1) con un dispositivo de frenado del motor (52),
un embrague de discos automático (3), una caja de cambio de
velocidades de múltiples etapas (9), en la carcasa (8) de la cual
están montados un árbol de entrada (7), un árbol intermedio (11) y
un árbol principal (10) y medios de frenado (50) para el frenado
del árbol intermedio (11) y en el que, cuando tiene lugar el cambio
a una velocidad superior, el embrague de discos (3) es desacoplado
y el árbol intermedio (11) es desacoplado del árbol principal (10),
caracterizado porque los medios de frenado (50) se activan
de forma que la velocidad de giro del árbol intermedio (11) se
adapte a la siguiente velocidad seleccionada al mismo tiempo que la
velocidad de giro del motor (1) se adapta a la velocidad de giro
del árbol de entrada (7) en la nueva velocidad en virtud de que es
activado el dispositivo de frenado del motor (52).
2. Procedimiento para el cambio a una velocidad
superior en un vehículo a motor como se reivindica en la
reivindicación 1 caracterizado porque el procedimiento
comprende también los pasos de que el árbol intermedio (11) es
acoplado al árbol principal (10) otra vez con la nueva velocidad y
el embrague de discos (3) siendo reacoplados.
3. Procedimiento para el cambio a una velocidad
superior en un vehículo a motor como se reivindica en la
reivindicación 2 caracterizado porque el reacoplamiento del
embrague de discos (3) tiene lugar cuando el motor (1) tiene una
velocidad de giro la cual es ligeramente mayor que la velocidad del
árbol de entrada (7).
3. Instalación para un vehículo a motor, que
comprende un motor de combustión interna (1) con un dispositivo de
frenado del motor (52), un embrague de discos automático (3), una
caja de cambio de velocidades de múltiples etapas (9) la cual tiene
por lo menos un árbol intermedio (11) el cual está montado en una
carcasa (8) y tiene por lo menos una rueda dentada de engranajes
(16, 17) en acoplamiento con una rueda de dentada de engranajes
(12, 15) sobre un árbol de entrada (7) montado en la carcasa (8) y
medios de frenado (50) con los cuales se puede frenar rápidamente
el giro del árbol intermedio (11) cuando tiene lugar el
desacoplamiento del embrague de discos (3), un árbol principal
(10), montado en la carcasa, con ruedas dentadas de engranajes (21,
22, 23) las cuales se acoplan con ruedas dentadas de engranajes
(18, 19, 20) sobre el árbol intermedio (11), por lo menos una rueda
de dentada de engranajes en cada par de ruedas dentadas de
engranajes interacopladas sobre el árbol intermedio (11) y el árbol
principal (10) que están montadas de forma que puedan girar sobre su
árbol y que se pueden bloquear por medios de acoplamiento (24, 25),
de los cuales por lo menos los medios de acoplamiento para algunas
de las velocidades de avance carecen de la función de sincronización
y en el que el embrague de discos (3) está dispuesto para trasmitir
potencia motriz desde el árbol de salida (51) del motor (1) hasta
el árbol de entrada (7) de la caja de cambio de velocidades, una
unidad de control (48, 45) con por lo menos una función de control
del motor, una función de control para el dispositivo de frenado
(52) del motor y una función de control para el embrague de discos,
unidades de control (48, 45) dentro de las cuales son alimentadas
señales que representan la velocidad seleccionada y diversos datos
relativos al motor y al vehículo comprendiendo por lo menos la
velocidad del motor, la velocidad del árbol de entrada y del árbol
de salida (7) de la caja de cambio de velocidades y la posición del
embrague y en el que la unidad de control (45) está dispuesta de
forma que, cuando tiene lugar el cambio a una velocidad superior,
desacopla el embrague de discos (3) y desacopla el árbol intermedio
(11) del árbol principal (10), caracterizada porque la unidad
de control (45) también tiene una función de control para dichos
medios de frenado (50) y porque la unidad de control (45) está
dispuesta de forma que, cuando tiene lugar el cambio a una
velocidad superior, activa los medios de frenado (50) de forma que
la velocidad de giro del árbol intermedio (11) se adapta a la
siguiente velocidad seleccionada y al mismo tiempo activa el
dispositivo de frenado del motor (32) a fin de adaptar la velocidad
de giro del motor (1) a la velocidad de giro del árbol de entrada
(7).
5. Instalación para un vehículo a motor como se
reivindica en la reivindicación 4 caracterizada porque la
unidad de control (45) está dispuesta para llevar a cabo el
reacoplamiento del embrague de disco (3) a una velocidad del motor
la cual es ligeramente mayor que la velocidad del árbol de entrada
(7) en la nueva velocidad seleccionada.
6. Instalación para un vehículo a motor como se
reivindica en las reivindicaciones 4 y 5 caracterizada porque
el dispositivo de frenado del motor es un freno de compresión
(52).
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