МУФТА ПРИВОДА БЕССТУПЕНЧАТОЙ ТРАНСМИССИИ
INFINITELY VARIABLE TRANSMISSION DRIVE COUPLING

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к муфте бесступенчатой трансмиссии, содержащей инерционный элемент, расположенный между опорной пластиной и подвижным шкивом, причем упомянутый инерционный элемент выполнен с возможностью радиального перемещения на радиально проходящей поверхности при вращении упомянутого подвижного шкива.
Уровень техники
Обычная бесступенчатая трансмиссия (continuous variable transmission – CVT) состоит из первичной ведущей муфты раздвижного шкива, соединенной с выходом двигателя транспортного средства (часто коленвалом), и вторичной ведомой муфты раздвижного шкива, соединенной (часто через дополнительные силовые рычажные передачи) с мостом транспортного средства. Вокруг упомянутых муфт расположен бесконечный гибкий, преимущественно V-образный приводной ремень. Каждая из упомянутых муфт содержит пару взаимодополняющих шкивов, причем один из упомянутых шкивов выполнен с возможностью перемещения относительно другого. Эффективное передаточное число трансмиссии определяется положениями подвижных шкивов в каждой из муфт.
Шкивы первичной ведущей муфты смещены и удалены друг от друга (например, посредством спиральной пружины сжатия), так что когда двигатель работает на холостом ходу, приводной ремень фактически не входит в контакт со шкивами, таким образом не передавая по существу никакого движущего усилия на вторичную ведомую муфту. Шкивы вторичной ведомой муфты нормально сведены вместе (например, посредством пружины сжатия или кручения, взаимодействующей со спиральным криволинейным пазом, как описано ниже), так что когда двигатель работает на холостом ходу, приводной ремень перемещается около внешнего периметра шкивов ведомой муфты.
Регулирование аксиального разнесения шкивов в первичной ведущей муфте обычно осуществляется посредством центробежных грузиков. Центробежные грузики функционально соединены с валом двигателя, так что они вращаются вместе с валом двигателя. Когда вал двигателя вращается быстрее (в ответ на увеличенную скорость двигателя), грузики также вращаются быстрее и расходятся наружу, поджимая подвижный шкив к неподвижному шкиву. Чем больше грузик отдаляется радиально наружу, тем больше подвижный шкив аксиально смещается к неподвижному шкиву. Это зажимает приводной ремень, вынуждая его начинать вращаться вместе с ведущей муфтой, при этом ремень в свою очередь вынуждает ведомую муфту начинать вращаться.
Дополнительное перемещение подвижного шкива ведущей муфты к неподвижному шкиву вынуждает ремень подниматься радиально наружу на шкивах ведущей муфты, увеличивая эффективный диаметр траектории приводного ремня вокруг ведущей муфты. Таким образом, расстояние между шкивами в ведущей муфте изменяется на основе преимущественно скорости двигателя. Поэтому можно сказать, что ведущая муфта является чувствительной к скорости и называется также регулятором частоты вращения.
Когда шкивы ведущей муфты зажимают приводной ремень и вынуждают его перемещаться радиально наружу на шкивах ведущей муфты, ремень затягивается радиально внутрь между шкивами ведомой муфты, уменьшая эффективный диаметр траектории приводного ремня вокруг ведомой муфты. Такое перемещение ремня на ведущей и ведомой муфтах плавно изменяет эффективное передаточное число трансмиссии с переменными приращениями. Регулирование скорости сцепления осуществляется посредством комбинации предварительного нагружения пружины сжатия и массы. Данное устройство обеспечивает плавный переход для транспортного средства от полной остановки. Недостатком является дополнительная стоимость и дополнительная масса. Типичным представителем уровня техники является патент США № 5460575, который раскрывает узел ведущей муфты, содержащий неподвижный шкив и подвижный шкив, выполненный с возможностью вращения вместе с приводным валом двигателя, содержащий систему смещения или сопротивления с переменной интенсивностью для поджимания подвижного шкива к отведенному положению, причем упомянутая система смещения первоначально оказывает первое заданное сопротивление на подвижный шкив, когда он перемещается к неподвижному шкиву, и оказывает второе заданное сопротивление на подвижный шкив, когда подвижный шкив достигает заданного аксиального положения.
Существует потребность в муфте CVT, содержащей инерционный элемент, расположенный между опорной пластиной и подвижным шкивом, причем упомянутый инерционный элемент выполнен с возможностью радиального перемещения на радиально проходящей поверхности при вращении подвижного шкива. Настоящее изобретение удовлетворяет данную потребность.
Сущность изобретения
Целью настоящего изобретения является создание муфты CVT, содержащей инерционный элемент, расположенный между опорной пластиной и подвижным шкивом, причем упомянутый инерционный элемент выполнен с возможностью радиального перемещения на радиально проходящей поверхности при вращении упомянутого подвижного шкива.
Другие цели изобретения будут указаны или станут очевидными посредством приведенного ниже описания изобретения и прилагаемых чертежей.
Изобретение содержит систему привода CVT, содержащую подвижный шкив, выполненный с возможностью аксиального перемещения вдоль первого вала и содержащий радиально проходящую поверхность, неподвижный шкив, прикрепленный к первому валу, причем неподвижный шкив приспособлен совместно с подвижным шкивом для вхождения в зацепление с ремнем между ними, причем первый вал выполнен с возможностью соединения с выходом двигателя, опорную пластину, прикрепленную к первому валу и содержащую радиальную поверхность, причем опорная пластина входит в зацепление с подвижным шкивом для вращения в сцеплении, при этом допуская относительное аксиальное перемещение, инерционный элемент, выполненный с возможностью радиального перемещения по упомянутой радиально проходящей поверхности, и упомянутой радиальной поверхности при вращении подвижного шкива, причем инерционный элемент выполнен с возможностью временного отсоединения от упомянутой радиальной поверхности и от упомянутой радиально проходящей поверхности, первую пружину, противодействующую аксиальному перемещению подвижного шкива к неподвижному шкиву вдоль первого вала, и элемент типа втулки, расположенный между подвижным шкивом и неподвижным шкивом, причем элемент типа втулки выполнен с возможностью вращения вместе с ремнем.
Краткое описание чертежей
Прилагаемые чертежи, которые включены в и образуют часть описания, показывают предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения и вместе с описанием служат для объяснения принципов изобретения.
Фиг.1 представляет собой вид с пространственным разделением элементов ведущего механизма.
Фиг.2 представляет собой вид с пространственным разделением элементов ведомого механизма.
Фиг.3 представляет собой деталь в разрезе ведущего механизма.
Фиг.4 представляет собой разрез ведущего механизма в разомкнутом положении.
Фиг.5 представляет собой разрез ведущего механизма в замкнутом положении.
Фиг.6 представляет собой вид сзади ведущего механизма.
Фиг.7 представляет собой разрез ведомого механизма.
Фиг.8 представляет собой график кривой изменения коэффициента передачи.
Фиг.9 представляет собой график кривой изменения коэффициента передачи в положении большого открытия дроссельной заслонки.
Фиг.10 представляет собой график эффективности использования топлива.
Фиг.11 представляет собой график, который сравнивает экономию топлива при постоянной скорости для CVT системы настоящего изобретения и известной CVT с центробежной муфтой.
Фиг.12 представляет собой разрез подвижного шкива.
Фиг.13 представляет собой график, показывающий проскальзывание ремня.
Подробное описание предпочтительного варианта осуществления
Фиг.1 представляет собой вид с пространственным разделением элементов ведущего механизма. Ведущий механизм или муфта, показанная на фиг.1, содержит неподвижную опорную пластину 10. Опорная пластина 10 прикреплена к и вращается вместе с цилиндрическим валом 30. Опорная пластина 10 прочно прикреплена к выходному валу двигателя (не показанному). Между опорной пластиной 10 и подвижным шкивом 50 удерживаются инерционные элементы 20. Элементы 20 выполнены с возможностью перемещения радиально внутрь или наружу в ответ на скорость вращения ведущей муфты. Элементы 20 показаны как круглые в поперечном сечении, но могут иметь любую пригодную форму. Подвижный шкив 50 выполнен с возможностью аксиального перемещения вдоль оси вращения вала 30. Каждый радиальный элемент 54 входит в зацепление с взаимодействующим пазом 13, при этом подвижный шкив 50 будет вращаться в сцеплении с опорной пластиной 10, допуская относительное аксиальное перемещение.
Шкив 50 находится в скользящем контакте с втулкой 40 и валом 30. Уступ 41 на внешнем диаметре втулки 40 образует седло пружины. Пружина 70 расположена между седлом 41 пружины и стаканом 80 пружины. Пружина 70 противодействует перемещению подвижного шкива 50 к шкиву 100. Втулка 60 контактирует с наружным кольцом 91 подшипника 90, чтобы поддерживать ремень, когда ремень (не показанный) находится в радиально внутреннем положении. Внутреннее кольцо 92 подшипника 90 находится в контакте и вращается вместе с валом 30. Втулка 60 закрывает пружину 70, чтобы предотвратить контакт ремня с пружиной 70. Кроме того, стакан 80 пружины контактирует и вращается вместе с внутренним кольцом 92 подшипника 90. Стакан 80 пружины совместно с седлом 41 пружины определяют положение пружины 70 внутри механизма. Шкив 100 прочно прикреплен к выходному валу двигателя (не показанному) посредством шлицевого соединения.
В системе может быть использовано множество инерционных элементов 20. Данный вариант осуществления содержит шесть элементов 20 в качестве примера, а не ограничения. Каждый элемент 20 обладает массой. Масса каждого элемента определяет радиальное усилие, которое создает каждый элемент в зависимости от скорости вращения муфты. Величину массы, используемую в каждом элементе, можно регулировать посредством введения вставки 21 в один или несколько элементов, см. фиг.3. В качестве примера, в данном варианте осуществления масса каждого элемента 20 равна 14 г.
2
При заданной массе (m) и количестве элементов 20 можно определить суммарное усилие, которое будет противодействовать усилию пружины 70, когда муфта вращается. Это частично определяет эксплуатационные характеристики системы, например, с какой скоростью осуществляется перемещение радиально внутрь элементов 20, преодолевая усилие пружины и таким образом вызывая аксиальное перемещение подвижного шкива 50 к шкиву 100, преодолевая усилие пружины 70. Другими словами: F=mrω, суммарная центробежная сила (F), которая действует в направлении радиально наружу, уравновешена силами реакции от опорной пластины 10 и от шкива 50.
Опорная пластина 10 и шкив 50 содержат поверхности (51, 11), которые расположены под углом относительно нормали, проходящей радиально от вала. Сила реакции между каждым элементом 20 и подвижным шкивом 50 содержит составляющую, которая выступает в аксиальном направлении вдоль оси А-А вращения. Осевое усилие, оказываемое на подвижный шкив 50, является слагаемым, зависящим от количества элементов 20, используемых в муфте, и профиля поверхности 51 и поверхности 11, см. фиг.12 и фиг.3.
При малых скоростях вращения элементы 20 находятся в радиально внутреннем положении (с малым радиусом от оси А-А вращения). Это характеризует положение максимального разделения между подвижным шкивом 50 и неподвижным шкивом 100. С увеличением скорости вращения элементы перемещаются радиально наружу и подвижный шкив 50 перемещается к шкиву 100.
Фиг.2 представляет собой вид с пространственным разделением элементов механизма ведомой муфты. Механизм ведомой муфты содержит основание 200 пружины, прикрепленное к валу 290 посредством гайки 320. Пружина 210 расположена между основанием 200 пружины и основанием 220 пружины. Уплотнительное кольцо 230 и уплотнительное кольцо 250 уплотняют вал 290. Масляное уплотнение 240 и масляное уплотнение 280 уплотняют к валу 290. Шкив 270 выполнен с возможностью аксиального перемещения вдоль вала 290 относительно шкива 310. Шкив 310 прочно прикреплен к валу 290. Направляющие элементы 300 проходят радиально от и прикреплены к валу 290.
К шкиву 270 прикреплена втулка 260 шкива. Втулка 260 шкива содержит один или более спиральных пазов 261, которые частично обвивают втулку 260. Каждый паз 261 проходит в аксиальном направлении, параллельном оси А-А. Каждый направляющий элемент 300 контактирует посредством качения или скольжения с пазом 261. Контакт направляющего элемента 300 с пазом 261 предотвращает вращение шкива 270 относительно шкива 310 во время работы, хотя спиральная форма паза 261 допускает некоторую небольшую величину относительного вращательного движения.
Направляющий элемент 300 выполняет по меньшей мере две функции. Во-первых, он обеспечивает возможность передачи «тянущего» усилия ремня от шкивов 270 и 310 на выходной вал 290. Каждый элемент 300 также служит в качестве точки приложения реакции для обратной связи, чувствительной к нагрузке, от паза 261 в подвижном шкиве 270. Паз 261 также называется элементом, реагирующим на крутящий момент, который преобразует приводной крутящий момент в осевое усилие, которое перемещает подвижный шкив 270 в ответ на изменение крутящего момента.
Направляющая 300 дополнительно содержит внешний ролик 301, который облегчает перемещение направляющей 300 в пределах паза 261. Гайка 320 удерживает узел ведомой муфты вместе.
Фиг.3 представляет собой деталь в разрезе ведущего механизма. На холостом ходу двигателя существует первоначальный зазор (G) между ремнем 400 и подвижным шкивом 50. Зазор (G) предохраняет ремень от передачи мощности, поскольку он не «зажат» между шкивом 50 и шкивом 100. Когда каждый элемент 20 находится в своем самом радиально внутреннем положении, между каждым элементом 20 и поверхностью 51 или поверхностью 11 образуется промежуток «S».
Фиг.4 представляет собой разрез ведущего механизма в разомкнутом положении. Шкив 50 содержит дугообразные наклонные поверхности 51. Каждая поверхность 51 проходит радиально от вала 30. Опорная пластина 10 также содержит наклонные поверхности 11, см. фиг.3, которые выполнены с возможностью взаимодействия с поверхностью 51. Каждая поверхность 11 проходит радиально от вала 30. Каждый элемент 20 перемещается между поверхностью 11 и поверхностью 51, при этом данное перемещение вызывает аксиальное перемещение шкива 50 вдоль вала 30 к или от шкива 100.
В раскрытом варианте осуществления поверхность 11 имеет плоский профиль, а поверхность 51 имеет дугообразный профиль. Каждый профиль регулирует степень и радиальную протяженность перемещения каждого элемента 20, когда он перемещается радиально внутрь и наружу во время работы двигателя. Каждый профиль поверхности можно регулировать, при необходимости, для обеспечения требуемой характеристики вращения муфты.
Например, профиль поверхности 11 и поверхности 51 будет влиять на перемещение радиально внутрь и наружу каждого элемента 20, когда скорость муфты изменяется. То есть в зависимости от профиля каждый элемент может «подниматься» по поверхности 51 и поверхности 11, когда он перемещается радиально наружу, что в свою очередь будет влиять на степень, в которой шкив 50 перемещается к шкиву 100, или будет влиять на скорость, с которой каждый элемент 20 будет достигать требуемого радиального положения, которое будет соответствовать заданному передаточному числу. Для специалиста в данной области техники понятно, что выбор профиля поверхности 11 и поверхности 51 может быть использован для влияния на работу муфты в требуемом диапазоне скоростей.
В качестве примера, а не ограничения, профиль сечения поверхности 51 может быть дугообразным, параболическим, плоским, круглым и т.п. В случае плоского сечения угол, под которым данная плоскость расположена относительно нормали, проходящей радиально от оси А-А вала, может быть использован для влияния на степень или скорость, с которой элементы 20 будут перемещаться радиально наружу во время работы. Профиль сечения поверхности 11 может быть дугообразным, параболическим, плоским, круглым и т.п. В случае плоского сечения угол, под которым данная плоскость расположена относительно нормали, проходящей радиально от оси А-А вала, может быть использован для влияния на степень или скорость, с которой элементы 20 будут перемещаться радиально наружу во время работы.
В разомкнутом положении каждый элемент 20 находится в радиально более внутреннем положении между опорной пластиной 10 и шкивом 50. В упомянутом радиально внутреннем положении существует промежуток (S), так что элемент 20 не удерживается неподвижно между опорной пластиной 10, шкивом 50 и поверхностью 53, поскольку каждый элемент 20 не одновременно контактирует с поверхностью 11, поверхностью 51 и поверхностью 53. Элементы 20 необязательно катятся вдоль поверхности 51 или поверхности 11. Вместо этого, элемент 20 может также скользить по поверхности 51 и поверхности 11, или элемент может скользить по одной поверхности и катиться по другой. Для предотвращения образования плоского пятна на элементе 20 вследствие трения или износа, разгрузочный выступ 12 предотвращает зажим упомянутого элемента поверхностью 51 и поверхностью 11.
В полностью разомкнутом состоянии шкива предотвращено приложение усилия пружины 70 к каждому элементу 20 посредством шкива 50 и шкива 100 через разгрузочный выступ 12, как показано на фиг.4. Разгрузочный выступ 12 допускает небольшой промежуток (S) между элементом 20 и поверхностью 51 и поверхностью 11 в радиально внутреннем положении. Промежуток (S) позволяет каждому элементу 20 свободно вращаться всякий раз, когда элемент 20 возвращается в исходное положение, т.е. радиально внутрь, см. фиг.3. Это предохраняет упомянутое пятно на каждом элементе 20 от повторного скольжения или качения по поверхности 51 и/или поверхности 11.
Фиг.5 представляет собой разрез ведомого механизма в замкнутом положении. В этом положении муфта вращается. В полностью замкнутом положении каждый элемент 20 находится в своем радиально самом внешнем положении между опорной пластиной 10 и шкивом 50. Определение «замкнутый» относится к положению сближения подвижного шкива 50 относительно неподвижного шкива 100. Центробежная сила вынуждает каждый элемент 20 перемещаться радиально наружу, тем самым поджимая подвижный шкив 50 аксиально к шкиву 100 вдоль вала 30. Расстояние между шкивом 50 и шкивом 100 зависит от радиального положения элементов 20, которое в свою очередь зависит от скорости вращения муфты. В данном положении ремень находится в своем радиально самом внешнем положении.
Для достижения полностью замкнутого положения шкивов могут быть использованы два способа: регулирование по положению и регулирование по усилию. Фиг.5 объясняет регулирование по усилию. Шкив 50 содержит две поверхности, содержащие профили, а именно поверхность 51 и поверхность 52. Поверхность 51 описана в других местах в данном описании. Поверхность 52 представляет собой обычно цилиндрическую поверхность, проходящую параллельно оси А-А вращения. Поверхность 52 является касательной к поверхности 51. Когда элемент 20 контактирует с поверхностью 52, центробежная сила уравновешена силой реакции, которая на 100% действует в радиальном направлении, т.е. перпендикулярно оси А-А вращения. Это останавливает перемещение каждого элемента 20 радиально наружу. Элемент 20 контактирует с поверхностью 11, поверхностью 51 и поверхностью 52 одновременно, поэтому никакая аксиальная составляющая усилия не приложена к аксиально подвижному шкиву. В данном положении нет движущей силы, пригодной для сближения шкивов.
В альтернативе посредством удлинения поверхности 51 и поверхности 11 опорной пластины радиально наружу, тем самым предохраняя элемент 20 от контакта с плоской поверхностью 52, шкив 50 перемещается аксиально до тех пор, пока он входит в контакт с неподвижным шкивом 100. Это является пределом аксиального перемещения шкива 50 и называется регулированием по положению. Регулирование по положению имеет преимущество перед регулированием по усилию, поскольку оно позволяет расширить диапазон изменения передаточного числа, что может повысить максимальную конечную скорость транспортного средства, используя систему настоящего изобретения.
Фиг.6 представляет собой вид сзади ведущего механизма. Опорная пластина 10 удерживает элементы 20 вплотную к шкиву 50. Шкив 50 вращается вместе с опорной пластиной 10 вследствие контакта каждого элемента 54 с взаимодействующим пазом 13. Опорная пластина 10 вращается вместе с валом 30.
Фиг.7 представляет собой разрез ведомого механизма. Ведомый механизм показан в замкнутом положении с шкивом 270, прилегающем к шкиву 310.
Во время работы, вместо использования известной центробежной муфты, которую обычно размещают в положении узла ведомой муфты для сцепления и расцепления с двигателем на холостом ходу, в данной муфте ремень CVT используется в качестве механизма сцепления. Преимущества использования ременной муфты включают снижение расходов и улучшенную экономию топлива.
В частности, ремень, используемый в муфте настоящего изобретения, обычно короче, чем ремень для известной системы центробежной муфты. Использование более короткого ремня вынуждает ведомую муфту слегка размыкаться, т.е. шкив 270 и шкив 310 вынуждены слегка размыкаться. Первоначальное натяжение ремня создается пружиной 210, показанной на фиг.2. Например, в данной системе зазор между ведомыми шкивами (270, 310), равный 3,19 мм, создается за счет выбора длины ремня, равной 775 мм, см. фиг.3. Первоначальный зазор зависит от физического захвата ремня между шкивами 270 и 310, который вынуждает шкивы 270 и 310 аксиально расходиться, преодолевая усилие пружины 210.
При холостом ходе двигателя CVT ремень 400 опирается на втулку 60 и подшипник 90 привода, см. фиг.3. Первоначальное натяжение ремня достигается посредством комбинации более короткого ремня, первоначального зазора ведомой муфты и ремня, опирающегося на втулку 60 подшипника ведущей муфты. Первоначальное натяжение ремня вызывает плавный переход от состояния полной остановки транспортного средства к движению. Например, в известной муфте CVT снегохода обычно используется сравнительно длинный ремень в ременной муфте, например, длиной 780 мм в сравнении с 775 мм. В системе известного уровня техники на холостом ходу первоначальное натяжение ремня отсутствует. Поэтому в момент, когда шкивы входят в зацепление с ремнем, натяжения ремня будет резко увеличиваться. Это может вызывать зацепление с подергиванием в начале движения. Данное зацепление с подергиванием устраняется посредством первоначального натяжения ремня в системе настоящего изобретения.
Первоначальный зазор в ведомой муфте, показанный на фиг.3, также способствует поддержанию первоначального натяжения, даже когда ремень изнашивается. Обычный износ ремня CVT можно определить по уменьшению ширины ремня. В известном уровне техники ремень будет постепенно усаживаться радиально внутрь, когда ширина ремня постепенно уменьшается со временем. Тогда как при первоначальном зазоре, вызываемом ремнем, противодействующим усилию пружины, ремень будет по-прежнему размещаться на втулке 60 в неизменном радиальном положении, когда износ ремня нарастает, что увеличивает срок службы ремня.
Пружина 70 в ведущей муфте используется для регулирования скорости двигателем для зажима ремня. Чем больше степень сжатия пружины 70, тем больше скорость двигателя, требующаяся для преодоления усилия пружины, тем самым принудительного перемещения шкива 50 к шкиву 100 и, таким образом, зажима ремня.
Ссылаясь на фиг.3, на холостом ходу ремень CVT размещается на втулке 60 подшипника. При этом между ремнем и подвижным шкивом 50 образуется зазор (G). Выступ 101 на неподвижном шкиве 100 поддерживает внутреннее кольцо 92 подшипника 90. Стакан 80 пружины опирается на внутреннее кольцо подшипника 90 напротив выступа 101. Пружина 70 расположена между стаканом 80 пружины и подвижным шкивом 50. Выступ 61 на втулке 60 опирается на внешнее кольцо 91 подшипника 90. Углубленный вырез 102 в шкиве 100 предотвращает контакт между шкивом 100 и втулкой 60.
На холостом ходу двигателя ремень опирается на втулку 60, а пружина 70 вращается вместе с ведущим шкивом 50. При наличии зазора (G) ремень не вращается. С увеличением скорости вращения двигателя образуется центробежная сила для каждого элемента 20 в соответствии с массой каждого элемента. Центробежная сила поджимает каждый элемент 20 радиально наружу вдоль поверхности 11 и поверхности 51, причем упомянутая сила содержит составляющую, направленную аксиально вдоль вала 30. Данная составляющая поджимает подвижный шкив 50 ближе к ремню и к шкиву 100. Когда скорость двигателя превышает скорость зажима, подвижный шкив 50 и шкив 100 захватывают или «зажимают» ремень. При этом вращательное движение и крутящий момент двигателя передаются через ремень от ведущей муфты на ведомую муфту. Поскольку ремень подвергается предварительному натяжению посредством сцепления ведомого механизма, отсутствует резкое движение, когда ведущая муфта входит в зацепление с ремнем. Скорость двигателем для сцепления можно регулировать посредством изменения степени сжатия пружины 70 или посредством изменения величины массы каждого элемента 20.
Система настоящего изобретения обеспечивает плавный переход сцепления к ускорению двигателя. Может быть также обеспечено более быстрое ускорение, поскольку ремень проскальзывает значительно меньше, чем известная центробежная муфта после зажима ремня. Характеристика зацепления может быть также установлена на основе массы и количества каждого ролика. Она также зависит от профиля радиально проходящей поверхности 51 и поверхности 11. Например, более крутой профиль поверхности 11 и поверхности 51 потребует большей центробежной силы для перемещения элементов радиально наружу, и наоборот.
При понижении передачи, т.е. когда привод CVT переключается с повышающей передачи (низкого передаточного отношения) на понижающую передачу (высокое передаточное отношение), предпочтительно двигатель остается непрерывно соединенным с трансмиссией транспортного средства, чтобы использовать преимущество эффекта торможения двигателя. Торможение двигателя в системе настоящего изобретения достигается посредством выбора надлежащей предварительной нагрузки пружины 70 сжатия в ведущей муфте. В системе настоящего изобретения примерная предварительная нагрузка пружины равна 100 Н. Например, если предварительная нагрузка пружины 70 слишком высокая, то ведущая муфта будет размыкаться преждевременно, когда скорость двигателя снижается. Если ведомая муфта и ведущая муфта размыкаются одновременно, то ремень может утрачивать зацепление с ведущей и ведомой муфтой и тем самым утрачивать натяжение. Это позволит ремню проскальзывать, что в свою очередь может отсоединять двигатель, утрачивая торможение двигателя, что может приводить к потере управления. Если же предварительная нагрузка пружины 70 выбрана надлежащим образом, чтобы поддерживать зазор (G) на холостом ходу двигателя, ведущая муфта не будет преждевременно размыкаться, когда скорость двигателя снижается из состояния движения. Вместе с тем шкивы ведомой муфты не будут преждевременно расходиться, тем самым удерживая ремень в зацеплении в радиально внешнем положении. Затем ремень может оказывать давление радиально внутрь, чтобы принудительно размыкать шкивы ведущей муфты во время понижения передачи. Таким образом, натяжение ремня поддерживается во время понижения передачи, чтобы позволять CVT в полной мере использовать торможение двигателя.
Фиг.8 представляет собой график кривой переключения передачи во временной области. Данная кривая сравнивает систему известного уровня техники с системой настоящего изобретения. Она сравнивает обороты на выходе с оборотами двигателя. Система настоящего изобретения обозначена символом «А», а система известного уровня техники обозначена символом «В». Система настоящего изобретения обеспечивает более быстрое ускорение, одновременно также обеспечивая плавную работу во всем диапазоне скоростей двигателя.
Фиг.9 представляет собой график кривой переключения передачи в положении большого открытия дроссельной заслонки (wide open throttle – WOT). Система настоящего изобретения обозначена символом «А», а система известного уровня техники обозначена символом «В». Система настоящего изобретения также демонстрирует более высокие эксплуатационные характеристики двигателя во всем диапазоне скоростей двигателя по сравнению с системой известного уровня техники.
Фиг.10 представляет собой график топливной экономичности. Система настоящего изобретения обозначена символом «А», а система известного уровня техники обозначена символом «В». График демонстрирует, что система настоящего изобретения обеспечивает на 32% больший пробег в милях для городского цикла и на 11% больший пробег в милях для магистрального цикла по сравнению с системой известного уровня техники. Каждая из данных величин характеризует значительное улучшение в характеристиках пробега в милях для системы двигателя CVT.
3
Для испытаний использован ездовой цикл из Индии. Данные испытания отличаются от используемых в других странах, поскольку наивысшими приоритетами являются первоначальная стоимость транспортного средства и топливная экономичность, и размер двигателя для большинства транспортных средств меньше 125 см. Испытания включают следующие параметры.
Время, с
Расстояние, км
Средняя скорость, км/час
Макс. скорость,км/час
Макс. ускорение, м/с<sup>2</sup>
Макс. замедление, м/с<sup>2</sup>
Время холостого хода, %
Время ускорения, %
Время замедления, %
Время движения сред. скорость,%
IDC<sup>*</sup> (6 циклов)
648
3,948
21,93
42
0,65
0,63
14,81
38,89
34,26
12,04
*IDC (Indian driving cycle) – Индийский ездовой цикл
Фиг.11 представляет собой график, который сравнивает топливную экономичность при постоянной скорости для системы CVT настоящего изобретения и CVT известного уровня техники с центробежной муфтой. Система настоящего изобретения обозначена символом «А», а система известного уровня техники обозначена символом «В».
Испытания на топливную экономичность проводили на динамометрическом стенде. Проводили испытания скутера, оборудованного муфтой CVT известного уровня техники, то есть системой «В» известного уровня техники. Затем проводили испытания такого же скутера с использованием муфты CVT настоящего изобретения, которая в данном описании упоминается как система «А» настоящего изобретения. Для обоих испытаний использовали одинаковые двигатель и топливо.
При всех испытанных скоростях топливная экономичность при постоянной скорости CVT системы «А» настоящего изобретения значительно больше, чем системы «В» с центробежной муфтой известного уровня техники. Улучшение топливной экономичности находится в пределах от 11% на высоких и низких скоростях до 32% при скорости 45 км/час.
Фиг.12 представляет собой разрез подвижного шкива. Шкив 50 содержит поверхность 51, по которой катится элемент 20. Фиг.12 показывает примерный профиль поверхности 51. Размеры приведены относительно точки «0» на оси вращения и на основании поверхности 51. Числовые значения на фиг.12 не ограничивают объем изобретения и приведены только в качестве примеров. Профиль поверхности 51 может быть выполнен в любой форме, которая позволяет элементам 20 перемещаться, чтобы обеспечить требования к функционированию трансмиссии. Упомянутый профиль может содержать круглое сечение, параболическое сечение, эллиптическое сечение, плоское сечение или комбинацию данных сечений.
Фиг.13 представляет собой график, показывающий проскальзывание ремня. Улучшенная топливная экономичность достигается посредством устранения двух недостатков центробежной муфты известного уровня техники. Если предположить, что центробежная муфта известного уровня техники расположена в ведомой муфте, и когда привод CVT запускается в условии понижающей передачи, то для введения в зацепление обычной центробежной муфты известного уровня техники потребуется значительно более высокая скорость двигателя, обычно приблизительно 3500 об/мин двигателя скутера, см. кривую «В» на фиг.13.
С другой стороны, система настоящего изобретения обеспечивает значительно меньшую скорость двигателя для зацепления в пределах приблизительно 2000 об/мин, см. кривую «А» на фиг.13. При быстром ускорении и замедлении двигателя обнаружен продолжительный период проскальзывания привода при сцеплении и расцеплении центробежной муфты известного уровня техники, как показано на фиг.13. Тогда как при размещении ременной муфты настоящего изобретения на валу двигателя, или высокоскоростном валу, временная продолжительность проскальзывания системы значительно уменьшилась. Уменьшение проскальзывания привода улучшает топливную экономичность и долговечность ремня.
Хотя в данном документе описан один вариант изобретения, для специалистов в данной области техники будет очевидно, что изменения могут быть выполнены в конструкции и сопряжении деталей без отхода от сущности и объема изобретения, описанного в данном документе.