CN101400877A - 可变比率皮带驱动系统 - Google Patents

Abstract

一种皮带驱动系统，其包括：驱动器构件(CRK)，所述驱动器构件通过第一环状构件(16)可转动地连接至第一从动构件(13、15、17、18、19)；第二环状构件(12)，其可转动地连接在所述驱动器构件和第二从动构件之间；第一离合器(57、SO)，其放置在所述第一环状构件和所述第二环状构件之间，用于选择性地将转矩从所述第一环状构件传输至所述第二环状构件；以及，第二离合器(42、82)，其放置在所述第二环状构件和所述驱动器构件之间，用于选择性地使所述第二环状构件从所述驱动器构件脱离连接。

Description

可变比率皮带驱动系统

相关申请的交叉引用

本申请是2004年3月24日递交的未决美国非临时申请第10/807,937的继续部分申请。

技术领域

本发明涉及用于以第一速度比率和第二速度比率来驱动车辆发动机附件的双比率皮带驱动系统。

背景技术

车辆发动机通常包括用于发动机和车辆操作的附件。该附接可包括动力转向泵、空气调节压缩机、交流发电机、油泵、燃料泵等等。这些附件通常由蛇形皮带所驱动。蛇形皮带接合各附件上以及发动机曲轴上的皮带轮。发动机曲轴提供转矩以驱动附件。

由于皮带被曲轴所驱动，其在车辆加速和减速期间必然要经历发动机速度的变化。换言之，附件的操作速度直接与发动机的速度成比例。

发动机速度的变化，特别是发动机速度大于空转，会导致附件无效率地工作，因为各附件必须设计成在整个发动机速度范围上都要满意地操作。这就必定意味着对于大部分发动机速度范围而言其效率比最优状况要差。而且，发动机速度越高，就需要越大的动力来驱动附件，导致燃料效率减小以及可用的转矩减小。因而，希望使一些或所有附件从发动机曲轴分离，使得它们能够以较低且较窄的最优速度范围来被驱动。

该技术的代表是Meckstroth的美国专利第5,700,121号(1997)，其公开了一种用于给不同转动的车辆附件提供动力的系统。

现有技术要求附件在发动机起动时从发动机脱离，以用于“帮助”尺寸最小化的起动器的目的。而且，现有技术没有教导与用于减少发动机振动应用的曲轴阻尼器相结合的离合器单元。

所需要的是一种用于以第一速度比率和第二速度比率驱动车辆发动机附件的双比率皮带驱动系统。本发明满足了该需要。

发明内容

本发明的主要方面是提供一种双比率皮带驱动系统，用于以第一速度比率和第二速度比率驱动车辆发动机附件。

通过本发明下面的说明和附图将指明本发明的其他方面或使其清楚明显。

本发明包括一种皮带驱动系统，其包括：驱动器构件，所述驱动器构件通过第一环状构件可转动地连接至第一从动构件；第二环状构件，其可转动地连接在所述驱动器构件和第二从动构件之间；第一离合器，其布置在所述第一环状构件和所述第二环状构件之间，用于选择性地将转矩从所述第一环状构件传输至所述第二环状构件；以及，第二离合器，其布置在所述第二环状构件和所述驱动器构件之间，用于选择性地使所述第二环状构件从所述驱动器构件脱离连接。

附图说明

结合在说明书中并形成说明书的一部分的附图，其阐释了本发明的优选实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。

图1是双比率皮带驱动系统的示意图。

图2是双比率皮带驱动系统的平面示意图。

图3是离合器单元的半截面视图。

图4是双皮带轮的半截面视图。

图4A是双皮带轮可选实施例的半截面视图。

图5是双比率皮带驱动系统第一可选实施例的示意图。

图6是双比率皮带驱动系统第一可选实施例的平面示意图。

图7是双比率皮带驱动系统第二可选实施例的示意图。

图8是双比率皮带驱动系统第二可选实施例的平面示意图。

图9是双比率皮带驱动系统的离合器单元的第二可选实施例的半截面视图。

图9A是图9中离合器单元的可选实施例。

图10是用于双比率皮带驱动系统的离合器单元的第二可选实施例的双皮带轮的半截面视图。

图10A是图10的双皮带轮的可选实施例的半截面视图。

图11是在双比率皮带驱动系统中包括马达发电机的可选结构的示意图。

图12是图11中包括马达发电机的可选实施例的平面示意图。

图13是用于双比率皮带驱动系统的可选结构的示意图。

图14是图13中可选实施例的平面示意图。

图15是用于多比率皮带驱动系统的可选结构的示意图。

图16是图15中可选实施例的平面示意图。

具体实施方式

双比率皮带驱动系统在图1中示出。本发明系统以第一皮带轮驱动比率或第二皮带轮驱动比率来操作，所述第一皮带轮驱动比率或第二皮带轮驱动比率通过离合器单元11来选择。在第一发动机速度时使用第一皮带轮比率。在第二发动机速度时使用第二皮带轮比率。

系统包括两个皮带。用于传输转矩的皮带由离合器单元的状态来确定。第一皮带轮比率或第二皮带轮比率通过使电磁离合器单元11接合或脱离接合来选择。使用与离合器单元上的第一皮带轮接合的皮带来接合离合器单元，以驱动系统。

在第一模式(发动机速度处于大约空转)，系统上的第二皮带不直接从发动机曲轴传输转矩，而是将转矩从还与第一皮带接合的双皮带轮传输至发动机附件。

在第二模式(发动机速度大于空转)中，离合器脱离接合，其导致第一皮带轮和第一皮带与系统分离。之后，附件由与用于曲轴的单向离合器接合的第二皮带驱动。在第二模式中，附件被以比用第一皮带将会实现的速度相对更低的速度驱动，因为第二皮带轮驱动比率小于第一皮带轮驱动比率。这是因为第二模式的第二皮带轮具有比第一模式的第一皮带轮小的直径。

系统包括离合器单元11，其安装至诸如发动机曲轴(CRK)的驱动转动轴。

离合器单元11包括第一皮带轮和第二皮带轮及曲轴阻尼器、隔离器或两者以及电磁离合器。离合器单元11还包括单向离合器。

离合器单元11通过多棱蛇形皮带16以驱动方式连接至发动机附件水泵W_P(皮带轮17)、动力转向泵P_S(皮带轮13)、交流发电机ALT(皮带轮15)、空转皮带轮IDL(皮带轮18)和空调压缩机A_C(皮带轮19)。张紧器TEN(皮带轮14)基于自曲轴的顺时针运动而设置在动力转向泵双皮带轮13之后。皮带16为本领域已知的多棱皮带。

第二多棱皮带12用双皮带轮13连接离合器单元11，双皮带轮13连接至动力转向泵P_S。在该实施例中，皮带12安装在两点驱动上。如图2所示，皮带16物理地布置在发动机和皮带12之间。

如图3所示，离合器单元11包括轴套(hub)40和安装在其上的单向离合器42。图3示出了截面视图的上半部，下半部与上半部成镜像且对称。在该实施例中，轴套40直接连接至发动机曲轴(CRK)。皮带轮66包括内轴套44、皮带支承外部部分660以及布置在轴套44和外部部分660之间的阻尼构件68。内轴套44与单向离合器42接合。阻尼构件68包括曲轴阻尼器技术中已知的弹性体材料。外部部分660具有多棱的轮廓，但是也可包括皮带轮技术中已知的任何轮廓。

第二皮带轮62连接至电磁离合器60的转子48。转子48和皮带轮62通过轴承46与轴套40转动接合。轴承46是本技术领域中已知的，包括滚珠、套、滚针或任何适于该功能的其他部件。电磁离合器60的线圈50通过背板64附接至发动机机体。

轴套40通过轴套延伸部52和弹簧板54连接至电磁离合器板56。离合器单元11由盖58所覆盖，盖58防止灰尘和碎片进入该单元。离合器板56根据线圈50的激励状态(energization state)而与转子48接合。线圈50连接至发动机电系统。由于线圈50包含在皮带轮62的宽度之内，可得到紧凑尺寸的离合器。

参照图2，离合器单元11的皮带轮66用皮带16连接至动力转向泵上的双皮带轮13的第一皮带轮49。图4是双皮带轮13的截面视图。图4示出了截面视图的上半部分，下半部分与上半部分成镜像并且对称。双皮带轮13包括皮带轮45和皮带轮49，其每个都由腹板41连接。离合器单元11的皮带轮62用皮带12连接至双皮带轮13的皮带轮45。

下面每个实施例中的发明系统在两个模式中操作。模式一用于包括空转的相对低的发动机速度。模式二用于所有其他的操作速度，即，高于空转的。

在模式一中，电磁离合器60的线圈50被激励，并因此电磁离合器在发动机起动时被锁定，以允许用皮带12使附件随着发动机一起起动。如果在发动机起动后，由于离合器是接合的，使得附件加速，导致发动机速度的急降(dip)问题，而此模式避免了该问题。在模式一中，皮带轮62和轴套40一起转动，因为电磁板56与离合器60接合，从而将皮带轮62转动地锁定到轴套40。电磁板56通过轴套延伸部52直接连接至轴套40，并因而连接至曲轴CRK。

皮带轮62从曲轴通过皮带12将转矩传输到安装在动力转向泵P_S上的皮带轮45。图4是双皮带轮的截面视图。皮带轮49以与皮带轮45相同的速度转动。皮带轮49通过皮带16将转矩传输到所有其他附件。

在模式一中，皮带轮66被皮带16以比皮带轮62的转动速度快的转动速度驱动，因而，单向离合器42脱离接合。在模式一中，虽然没有转矩被从皮带轮66传输到轴套40，但是除了动力转向泵之外的所有附件被皮带12和16顺序地驱动。

例如，在5.3L V8发动机的情况下，以mm为单位的本发明系统皮带轮的示例直径如下：

表1

双比率皮带轮系统皮带轮直径

表1的系统中的曲轴/动力转向皮带轮比率如下：

165/140＝1.17(模式一[第一]比率)

128/163＝0.78(模式二[第二]比率)

在模式一中，附件以与现有技术情况下相同的相对速度转动，直接连接附件驱动系统。

为了比较，以mm为单位的示例性现有技术皮带轮的直径显示如下：

 

曲轴	动力转向	ALT	W_P	A_C
					193	163	59	150	112

表2

现有技术皮带轮直径

表2的现有技术系统中的曲轴/动力转向皮带轮比率如下：

193/163＝1.18

该比率基本上与上面表1所计算的模式一的[第一]比率相同。这说明了表1和2中的系统之间的附件驱动比率基本相同。然而，根据重量、生产成本、速度和其他系统要求，本发明系统中的相对附件皮带轮直径可以不同。

表2中曲轴直径和表1中曲轴皮带轮(66)直径之间的比率为：

193/128＝1.5

这说明了在发动机速度高于空转时本发明系统所能够负担的总的附件速度减小超过现有技术系统。

皮带轮62可具有现有技术系统的直径193mm，而不是165mm。由于皮带轮45的较小直径，即140mm而不是163mm，在本发明系统中皮带轮62的直径可减小到165mm。在模式一中，曲轴和动力转向泵之间的比率保持相同：193/163＝165/140＝1.17。

在模式二中，电磁离合器60脱离接合而离合器42接合。在从模式一转换至模式二期间，离合器可脱离接合一段时间，例如3秒钟，以减少对于皮带和系统的冲击。线圈50电连接至诸如车辆电池或交流发电机的能量源，并由发动机CPU所控制。该CPU包括计算机、存储器以及连接总线工件(buswork)和配线。CPU检测预定的发动机操作条件，并且CPU基于多个所检测的操作条件中的至少一个来计算用于使离合器接合或脱离接合的预定值，所述检测的条件包括附件负载、发动机速度、电池充电、节气门位置、发动机冷却剂温度、车辆档位选择、车辆速度、歧管绝对压力、环境空气温度、空气质量流量和加速器位置。当选择的操作条件经历发动机加速或减速时，离合器相应地被激励或去激励。

在模式二中，第二皮带轮62与滚珠轴承46上的转子48自由运行，因此在轴套40和皮带轮62之间没有转矩传输。没有转矩被皮带12在皮带轮45和皮带轮62之间传输。因为离合器42脱离接合，所以附件被皮带16单独驱动。离合器42导致皮带轮66被轴套40所驱动。发动机通过皮带轮66将转矩传输至附件。

在发动机快速减速的情况下，当附件可由于其惯性而向发动机传输转矩时，离合器42的脱离接合允许附件以少于发动机减速速率的速率而转动减速。这减小了皮带16上的磨损。

皮带轮66的直径比皮带轮62的直径相对更小。例如皮带轮66的直径为128mm，而不是165mm。此减少的皮带轮比率以1.5的因子使所有驱动附件的相对速度减小。

本文所述的第一实施例对于皮带驱动系统要求最小化的轴向空间，然而，单元11要求一些额外的轴向空间以用于电磁离合器50。其总计为大约20-25mm。

图4A使双皮带轮可选实施例的截面视图。图4A示出了截面视图的上半部分，下半部分与上半部分成镜像且对称。在该实施例中，弹性体构件226布置在腹板41和皮带轮45之间。双皮带轮13连接至一附件，在此情况下为动力转向泵P_S。弹性体构件226用作振动隔离器以减小发动机振动的幅度，否则发动机的振动将通过皮带12从曲轴传输到附件。由于在速度大于空转时离合器11使皮带轮45脱离从曲轴接收转矩，隔离器主要在发动机空转时起作用。弹性体构件可包括任何天然橡胶或合成橡胶、或者天然橡胶和合成橡胶的组合，所有都是本技术领域中已知的。

图5和6示出了第一可选实施例，其中离合器单元11驱动包括连接至空调压缩机的双皮带轮组件29。

在此情况下，各皮带轮的直径如下：

表3

双比率皮带轮系统皮带轮直径

表3的系统中的曲轴/A_C皮带轮比率如下：

193/112＝1.72(模式一[第一]比率)

128/112＝1.14(模式二[第二]比率)

系统的操作与对图1和2中的实施例所描述的一样。在空调压缩机上安装双皮带轮的优点在于，利用由于电磁离合器通常集成到空调压缩机皮带轮而可用的空间。

操作所关注的是皮带的替换。然而，考虑到皮带12在5-10％的时间被使用，而皮带16在所有时间都被使用，最可能需要替换的更经常是皮带16，皮带16是相对于发动机最内侧布置的皮带。在所述的实施例中，即使可需要仅仅替换一个，两个皮带都必须被移去。

为了解决这些关注，描述另一实施例。

图7和8示出了第二可选实施例。两点驱动皮带32布置成相较于蛇形皮带36更加靠近发动机。蛇形皮带36布置成自皮带32向外远离发动机。

即使此实施例的所有元件的原理和功能相似于前述的实施例，其组件的设计和布置也有些不同。此第二可选实施例中的主要不同在于电磁离合器单元33安装在动力转向单元P_S上，而不是曲轴上，参见图9。在此实施例中，双皮带轮单元31安装至曲轴，参见图10。

再次参照图9，离合器单元33包括带有线圈57的电磁离合器。图9示出了截面视图的上半部分，下半部分与上半部分成镜像并对称。线圈57通过背板75附接至固定外壳77。外壳77不转动，并且其用于将离合器安装至一表面，例如发动机表面。转子73与皮带轮71可转动地安装在外壳77上的滚珠轴承55上。轴承55包括滚珠轴承，但还可包括本技术领域已知的任何适合的轴承。利用轴67，例如关于皮带轮69对称间隔开的三个轴67，离合器板61可移动地附接至第二皮带轮69。当线圈57不被激励时，橡胶垫65使板61偏压而远离转子73。当线圈57被激励且离合器因而接合时，此附接方法允许板61从皮带轮69朝向转子73轴向移动。皮带轮69还包括轴套53，皮带轮69通过该轴套53直接连接至一附件，例如动力转向泵轴。由于线圈57包含在皮带轮71的宽度之内且板61包含在皮带轮69的宽度之内，可得到紧凑尺寸的离合器。

再次参照图8，在此第二可选实施例中，在模式一，电磁离合器57接合。板61与转子73摩擦接合，从而导致皮带轮71和69一致地转动。刚性地连接至曲轴的皮带轮90将转矩传输到皮带轮71。皮带32处于负载状态下。皮带轮69将转矩传输至包括皮带轮86的所有附件，然而，单向离合器82脱离接合，因此没有转矩被从皮带轮86传输至轴套80。在此模式中，单向离合器82脱离接合。所有转矩从皮带轮90通过皮带32而被传输。

在模式二，当线圈57未激励时，由于皮带32从系统分离，皮带轮71自由转动且不传输转矩。离合器82接合并传输转矩至附件。由于皮带轮69连接至轴套53，该轴套53直接连接至附件轴，所以皮带轮69传输转矩。

以mm为单位的上述所有皮带轮的直径如下；

表4

双比率皮带轮系统皮带轮直径

表4系统中的曲轴/动力转向皮带轮比率如下：

165/140＝1.18(模式一[第一]比率)

128/163＝0.78(模式二[第二]比率)

第一皮带轮86的直径以与上述第一实施例中相同的方式确定。此模式中所有附件的速度比直接连接的现有技术系统低大约1.5倍。

在此实施例中，在动力转向泵和其双皮带轮组件之间分配电磁离合器33所需的轴向空间。为了容纳此额外的长度，动力转向泵可必须沿着发动机纵向轴朝向发动机飞轮移动。

所有公开的实施例中的元件是本技术领域中已知的。例如，单向离合器可从Formsprag获得。电磁离合器可从Ogura获得。例如，图3和9示出了标准的离合器，类型6557162、转矩性能128N-m(图3)和类型10515376、转矩性能120N-m。

图9A是图9中离合器单元的可选实施例。图9A示出截面视图的上半部分，下半部分与上半部分成镜像且对称。在此实施例中，弹性体构件246布置在皮带轮71和转子73之间。当单元33直接连接至曲轴时，弹性体构件246包括阻尼器。在此实施例中，当离合器单元33直接连接至附件轴时，弹性体构件246包括振动隔离器，如图8所示。弹性体构件246可包括任何天然橡胶或合成橡胶、或者天然橡胶和合成橡胶的组合，所有在本技术领域中都是已知的。

图10是用于双比率皮带驱动系统的离合器单元的第二可选实施例的双皮带轮的截面视图。图10示出截面视图的上半部分，下半部分与上半部分成镜像且对称。双皮带轮31显示在图8的系统中。皮带轮90连接至轴套80。皮带轮86通过单向离合器82可转动地与轴套80接合。弹性体阻尼构件330布置在皮带轮86和转子84之间。构件330对曲轴扭转振动进行缓冲。弹性体阻尼构件可包括任何天然橡胶或合成橡胶、或者天然橡胶和合成橡胶的组合，所有在本技术领域中都是已知的。转子84与单向离合器82接合。皮带轮86还包括惯性构件88，其用于帮助减小由发动机点火所引起的速度和扭转瞬态。当离合器82超越(override)时，还利用附件的惯性。惯性构件88包括主体，其尺寸根据发动机曲轴的振动和惯性特性以及系统的阻尼要求来选择。

图10A是图10中双皮带轮的可选实施例的截面视图。图10A示出截面视图的上半部分，下半部分与上半部分成镜像且对称。在此实施例中，弹性体阻尼构件302布置在皮带轮90和轴套80之间。在此实施例中，双皮带轮31连接至发动机曲轴。构件302用作阻尼器以隔离曲轴的振动，否则曲轴的振动将通过皮带16传输到附件。阻尼器302在速度大于发动机空转时贡献最大，在此情况下，由于离合器60在发动机速度大于空转时脱离接合，阻尼器302吸收惯性负载而不吸收扭转负载。弹性体构件可包括任何天然橡胶或合成橡胶、或者天然橡胶和合成橡胶的组合，所有在本技术领域中都是已知的。

在任何前述实施例中，皮带12或皮带16、或者其两者可包括本技术领域已知的低模量皮带(low modulus belt)。低模量皮带包括具有拉伸线(tensile cord)的皮带，所述拉伸线包括尼龙4.6或尼龙6.6、或者两者的组合。皮带的弹性模量在大约1500N/mm到大约3000N/mm的范围内。低模量皮带的特征在于其可安装在皮带驱动系统中而不需要张紧器或可移动的轴附件。低模量皮带使用本技术领域已知的皮带安装工具来简单地安装。该工具用于使皮带滚过或被横向推过传输皮带轮或附件皮带轮的边缘，而不必以其他方式调整皮带轮轴的中心位置。低模量皮带特别适于两点皮带，即，皮带12和32，这是因为按照以其他方式可移动而允许安装和调整皮带12、32的方法来装配传输装置，相较于将传输装置简单地设计成直接连接至诸如发动机机体的发动机安装表面而言，可更加昂贵。而且，相对于曲轴调整传输轴的位置也会更加耗费组装时间。

在可选实施例中，本发明系统包括与附件结合的电动发电机。图11是包括电动发电机的可选实施例的示意图。电动发电机M/G通过皮带轮150与皮带16接合，皮带轮150与皮带16接合。由于电动发电机M/G包括发电机，包括在图1所示的实施例中的交流发电机被省略。而且，张紧器TEN(皮带轮20)包括在此可选实施例中，以确保合适的皮带张力。张紧器TEN在本技术领域中是已知的。除了图12中所示出的，图11所示出的系统如图1中所示。

图12是包括马达发电机的可选实施例的平面示意图。可选系统以两种模式操作。

初始，在第一模式中，当发动机停止时马达发电机M/G作为马达工作。当作为马达工作时，M/G在发动机停止时运行附件，例如运行动力转向泵(P_S)和空调压缩机(A_C)。在此模式中，M/G用于在需要时起动发动机。起动发动机之后，M/G在第二模式中用作发电机，来为车辆附件提供能量，并提供电能来为电池800充电。

当发动机从车辆停止的状态被起动时，马达模式中的M/G用曲柄摇转发动机。离合器60被开启，从而接合皮带12和皮带轮62，从而从M/G通过皮带16传输转矩至皮带轮13、至皮带12和至皮带轮62，并从而传输至曲轴。

在发动机起动过程期间，控制器500检测M/G的速度。控制器500致使变换器400执行转换操作，从而实现起动发动机所需的转矩和速度。例如，如果在发动机起动时用于转换空调A/C的信号已经开启，相较于A/C的关闭状态而言，需要更高的转矩。因此，控制器500对变换器400施加转换控制信号，以允许M/G在较高转矩时以较大速度转动。

转换控制信号可由发动机和车辆的各种状态信号所确定，所述各种状态信号被提供给控制器500，并因此以存储器中所存储的映射存储来整理。可选地，转换控制信号可通过由控制器500中设置的处理器单元(CPU)所执行的计算来确定。

一旦发动机运行，M/G作为发电机工作，并且本说明书其他地方所描述的双比率皮带轮操作模式被实现。即，对于发动机起动和第一操作速度范围、大约空转速度，离合器60的开启，而对于大于如本说明书所述的大约空转速度的第二速度范围，离合器60的关闭或脱离接合。附件连接至离合器单元并连接至单向离合器，使得当发动机操作时，附件被离合器单元以第一速度比率驱动以及被单向离合器以第二速度比率驱动，第一速度比率和第二速度比率由发动机操作条件所选择。

在系统中使用M/G，允许实现双燃料经济改善。在第一实例中，通过对于高于空转的速度以减小的速度比率来操作附件而实现燃料经济改善。在第二实例中，通过对于预定的车辆操作状况，例如停止灯时允许发动机停止的马达发电机的操作而实现燃料经济改善。

更具体地，当M/G用作发电机以及发动机以大约空转的速度操作时，离合器60被开启，如图1所示。在发动机速度高于空转时，离合器60被关闭且单向离合器42处于接合状态，从而将转矩从曲轴通过皮带轮66通过皮带16传输至附件。

当附件由处于马达模式的M/G所操作以及同时发动机和曲轴停止时，离合器60被关闭。由于离合器60被关闭，实际上，此构造的作用好像离合器单元11处于“空档”齿轮，从而防止转矩从皮带轮150和皮带12传输到曲轴。而且，在此模式，单向离合器42处于超越模式(over-running mode)，因而没有转矩从皮带16传输至曲轴。因此，附件由M/G所驱动，而不转动曲轴。在此状况，控制器500给变换器400施加转换控制信号，来以相应于所需附件的负载的速度和转矩而转动M/G。当然，对于大于空转的发动机速度，离合器60也脱离接合，如对于图1和2所述。

当接收到发动机停止信号时，控制器500通过将用于中断发动机的燃料供应的信号传输至诸如电燃料泵(未示出)来停止发动机。发动机停止操作可在一条件下执行，例如，所述条件为车辆速度为零，制动被部分或全部施加，以及变速杆处于D或N设置。停止发动机的信号用于使离合器60脱离接合，从而使皮带12从曲轴脱离连接。

图13使双比率皮带驱动系统的可选实施例的示意图。本发明系统提供一种在发动机空转时以大于1:1的速度比率操作发动机一个附件或多个附件的手段。即，一个附件或多个附件可以以大于其原本在发动机空转时的速度被驱动，实际上，提高了由附件看到的明显发动机空转速度。

已知发动机交流发电机的尺寸通常优化用于大于空转的发动机速度，例如正常操作或巡航速度。当发动机速度减小到空转时，它们一般不具有充足的充电量。可以通过在发动机空转时以较高的速度操作交流发电机来解决发动机空转时充电量不充足的问题，所述较高的速度即与大于空转的发动机速度一致的速度。

本发明系统实现了两速交流发电机操作能力，从而在发动机空转时交流发电机的速度明显增加，而在发动机速度大于空转时交流发电机的速度减小，每个均以预定的比率。

附件驱动系统包括主皮带驱动回路500和次皮带驱动回路701。主皮带驱动回路500不包括交流发电机ALT。而是，交流发电机ALT包括在次皮带驱动回路701中。

对于主皮带驱动回路500，曲轴皮带轮202附接至驱动器并直接被驱动器所驱动，所述驱动器即发动机曲轴801。在曲轴皮带轮202和水泵皮带轮1800、空调压缩机皮带轮201和动力转向泵皮带轮801之间可转动地连接环状构件或皮带1000。皮带1000还接合空转皮带轮1200。皮带1000将转矩从驱动器曲轴皮带轮202传输至皮带轮801、1800、201和1200中的每一个。张紧装置TEN和空转皮带轮IDL控制皮带的张力并用于在发动机上设置皮带的路径。皮带轮402的直径可与曲轴皮带轮202相同。

次皮带驱动回路701包括曲轴皮带轮402，该曲轴皮带轮402通过单向离合器601接合至驱动器曲轴801。环状构件或皮带260连接在曲轴皮带轮402、交流发电机皮带轮240和皮带轮1400之间。

皮带轮1200和1400特征为“空转轮”，因为它们不是由轴直接连接至诸如附件的负载的。如果需要，附件可直接连接至皮带轮1200。皮带轮1200和1400的直径之间的比率部分地确定发动机空转时交流发电机(ALT)的速度。

电磁离合器1600机械地放置在皮带轮1400和1200之间。当离合器1600接合时，皮带轮1200和1400以相同的转动速度转动。由于离合器1600不是单向离合器，当离合器1600脱离接合时，皮带轮1200和1400没有机械地连接，因而，没有转矩或动力在皮带轮1200和1400之间传输。

在发动机空转速度、例如900 RPM时，离合器1600接合。皮带1000驱动皮带轮1200。皮带轮1200经由接合的离合器1600直接连接至皮带轮1400。假设皮带轮1400的直径大于皮带轮1200的直径，次驱动701的皮带260将以大于皮带1000的线性皮带速度被驱动，且因而，相比较于由以皮带1000的线性皮带速度直接驱动交流发电机ALT所导致的速度，交流发电机ALT将相对更快速地转动。在这次操作模式中，由于皮带260以大于皮带1000的线性速度所驱动，由单向皮带轮601所操作的皮带轮402处于超越模式，使回路500从回路701脱离连接。在此模式中，转矩仅由皮带1000通过离合器1600从曲轴皮带轮202传输至皮带260。

发动机速度大于空转时，离合器1600自动脱离接合，例如通过发动机ECU的操作。发动机ECU是本技术领域中已知的。在此模式，交流发电机皮带轮240由通过皮带轮402传输的转矩所驱动，因为皮带轮402由接合的单向离合器601驱动。假设给定交流发电机皮带轮240的直径，交流发电机ALT的速度由皮带轮402的直径所确定。如果皮带轮402的直径与皮带轮202相同，交流发电机ALT的速度在任何操作模式中都不改变。

然而，在发动机停止空转速度(engine off idle speed)时，例如在巡航速度时，交流发电机ALT的转动速度可通过减小皮带轮402的直径被减小，以来提高其效率。

示例性的计算来说明交流发电机ALT的速度在发动机空转时增加1.6倍，并随后在发动机停止空转速度时交流发电机ALT的速度减小1.25倍。例如，用于操作离合器1600并从而改变交流发电机速度的转换点为大约2,000RPM的发动机速度。

在发动机空转时交流发电机速度增加(SI)：

SI＝(Z1400/Z1200)

在发动机停止空转时交流发电机速度减少(SD)：

SD＝(Z402/Z202)

其中“Z”表示皮带轮的直径。

SI＝1.6

SD＝1/1.25＝0.8

满足这些条件的皮带轮直径为：

Z1400＝96mm

Z1200＝60mm

Z402＝(0.8×Z202)mm

其中Z202是曲轴皮带轮202的原始直径且为了此计算假设为单位1。

图14是图13的可选实施例的平面示意图。由于动力转向泵、水泵和空调压缩机中的每个都在主皮带驱动回路500中，它们由曲轴皮带轮202以与发动机速度1:1的比率而驱动。

图15是用于多比率皮带驱动系统的可选布置的示意图。图15和16中所示的实施例与图13和14中的相同，除了加入了相似于皮带轮1200、1400和离合器1600的第二皮带轮/离合器组件，即，皮带轮1201、1401和离合器1601。

皮带轮1401与皮带260接合。皮带轮1201与皮带1000接合。离合器1601机械地布置在皮带轮1201和皮带轮1401之间。第二皮带轮离合器组件的使用扩展了可用于驱动交流发电机ALT的速度比率的范围。

对于此实施例可有多个操作模式。例如，在模式2，离合器1601接合。皮带1000驱动皮带轮1201。皮带轮1201经由电磁离合器1601连接至皮带轮1401。电磁离合器1601由发动机ECU所操作，所述发动机ECU是本技术领域中已知的。

对于此模式，假设皮带轮1401的直径大于皮带轮1201的直径，因而，次皮带驱动回路701的皮带260将具有较高的线性速度且交流发电机ALT将转动得更快。单向离合器601处于超限模式。在此模式，交流发电机ALT的速度比图13中所示模式的速度慢。

在模式3，离合器1600和离合器1601都脱离接合。皮带轮1400和1401每个都操作为空转轮。单向离合器601接合并通过皮带轮402将转矩传输至皮带260。交流发电机ALT由皮带轮402驱动。在此模式，交流发电机ALT的速度由皮带轮402的直径确定(假设皮带轮240的直径对于图14没变化)。如果皮带轮402的直径与皮带轮202的直径相同，交流发电机ALT的速度将不改变。然而，通过减小皮带轮402的直径，交流发电机ALT的速度可减小以提高其效率，在该情况下，交流发电机的速度之后在发动机空转时将比现有技术的系统的速度低。

实例：

假设需要使交流发电机ALT的速度在模式1增加2.0倍，在模式2增加1.2倍，以及使交流发电机ALT的速度在模式3减小1.25倍。

在此情况：

S1＝2.0

S2＝1.2

S3＝1/1.25＝0.8

使用来自图13的公式，满足这些条件的示例的皮带轮直径：

Z1400＝120mm

Z1200＝60mm

Z1401＝96mm

Z1201＝80mm

Z402＝0.8*Z202

其中Z202是来自前面实例的曲轴皮带轮202的原始直径。

图16是图15中可选实施例的平面示意图。

前面的说明不是为了限制本发明系统的应用。在每个前面的实施例中，可选择系统中每个皮带轮的直径以提供所期望的驱动比率。

虽然本文中已描述了本发明的形式，但是对于本领域技术人员明显的是，部件的构造和关系的可进行变化，而不偏离本文所述发明的主旨和范围。

Claims (10)

1.一种皮带驱动系统，其包括：

驱动器构件；

所述驱动器构件，其通过第一环状构件可转动地连接至第一从动构件；

第二环状构件，其可转动地连接在所述驱动器构件和第二从动构件之间；

第一离合器，其布置在所述第一环状构件和所述第二环状构件之间，用于选择性地将转矩从所述第一环状构件传送至所述第二环状构件；以及

第二离合器，其布置在所述第二环状构件和所述驱动器构件之间，用于选择性地使所述第二环状构件与所述驱动器构件脱离连接。

2.如权利要求1所述的皮带驱动系统，其中：

所述第一离合器还包括第一皮带轮和第二皮带轮，所述第一皮带轮和所述第二皮带轮具有不相等的直径；以及

所述第二离合器包括单向离合器。

3.如权利要求1所述的皮带驱动系统，其中，所述第二从动构件包括交流发电机。

4.如权利要求1所述的皮带驱动系统，其中，所述第一离合器包括电磁离合器。

5.如权利要求1所述的皮带驱动系统，其中，所述第一离合器在预定的空转速度时被接合，并且所述第二离合器没有被接合以传输转矩。

6.如权利要求1所述的皮带驱动系统，其中，当所述第一离合器没有被接合时，所述第二离合器被接合以将转矩传输至所述第二从动构件。

7.如权利要求1所述的皮带驱动系统，其还包括：

第三离合器，其布置在所述第一环状构件和所述第二环状构件之间，用于选择性地将转矩从所述第一环状构件传输至所述第二环状构件。

8.如权利要求7所述的皮带驱动系统，其中，所述第三离合器包括电磁离合器。

9.如权利要求7所述的皮带驱动系统，其中，当所述第三离合器没有被接合时，所述第二离合器被接合以将转矩传输至所述第二从动构件。

10.如权利要求7所述的皮带驱动系统，其中，当所述第一离合器没有被接合时，所述第二离合器被接合以将转矩传输至所述第二从动构件。

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