CN103261628A - 内燃机的辅助机组传动机构及其运行方法 - Google Patents

内燃机的辅助机组传动机构及其运行方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种内燃机的辅助机组传动机构及其运行方法。辅助机组传动机构在两个传动面中包括机组传动机构（2）和起动机传动机构（12），并且除了正常运行模式之外还能够实现如下运行模式：起动内燃机，助力内燃机，停车空气调节以及关闭机组传动机构（2）。

Description

内燃机的辅助机组传动机构及其运行方法
技术领域
本发明涉及一种内燃机的辅助机组传动机构及其运行方法。辅助机组传动机构包括两个平行传动面和：
-可与所述内燃机的曲轴转动连接的第一曲轴轮，所述第一曲轴轮布置在所述第一传动面中，
-可与所述曲轴转动连接的第二曲轴轮，所述第二曲轴轮与所述第一曲轴轮同轴地布置在所述第二传动面中，
-可选地可作为发电机或者电动机运行的电机，所述电机具有机器轴，
-可与所述机器轴转动连接的第一机器轴轮，所述第一机器轴轮布置在所述第一传动面中，以便在所述电机的发电机运行模式下由所述曲轴驱动，
-可与所述机器轴转动连接的第二机器轴轮，所述第二机器轴轮与所述第一机器轴轮同轴地布置在所述第二传动面中，以便在所述电机的电动机运行模式下驱动所述曲轴，
-无尽循环的第一牵引机构，其缠绕布置在所述第一传动面中的轮，
-无尽循环的第二牵引机构，其缠绕布置在所述第二传动面中的轮，
-布置在所述第一传动面中的第一离合器，所述第一离合器允许所述机器轴超越(Ueberholen)所述曲轴，
-以及布置在所述第二传动面中的第二离合器，所述第二离合器允许所述曲轴超越所述机器轴。
背景技术
用于驱动内燃机的辅助机组的、按类属的双皮带传动装置由US2006/0145643A1得到。分布在两个传动面中的独立传动装置（以下称为机组传动机构和起动机传动机构）以曲轴与机器轴彼此不同的传动比如此配置，即，在内燃机的皮带起动情况下，将尽可能高的起动力矩从电机传递至曲轴。在此，两个离合器被构造成夹辊式自由轮，其中，第一离合器允许机器轴超越曲轴，而其中相反地，第二离合器允许曲轴超越机器轴，并且在驱动意义下这两个离合器布置在机器轴与两个机器轴轮之间，也就是说布置在电机侧。
发明内容
本发明任务在于在结构上改进前述类型的辅助机组传动机构并提供运行这种辅助机组传动机构的方法。
该任务在装置方面根据权利要求1表明的特征解决，在方法方面根据独立权利要求7的特征解决。本发明有利的设计方案可参引各个从属权利要求。
因而，所述第二离合器在驱动意义下应该是布置在所述第二曲轴轮与所述曲轴之间的空行离合器(Freilaufkupplung)，该空行离合器允许所述曲轴超越所述第二曲轴轮。根据本发明的结构上的设计方案的主要优点以如下为基础，即，就给空行离合器提供的结构空间而言，在曲轴侧的结构空间明显大于在机器轴侧的结构空间，并且因而在于，根据待传递的起动力矩可以以足够数量和大小在空行离合器中确定在内燃机起动过程期间高负荷的接触面的尺寸（dimensioniert）。
空行离合器优选是夹辊式自由轮(Klemmrollenfreilauf)，其内圈随着第二曲轴轮旋转，并且其外圈随着曲轴旋转，其中，在外圈中的斜坡形缺口与弹簧加载的夹辊对置。这种空行离合器的自身公知的设计方案以下称为外部星形自由轮，该设计方案在较高转速情况下取决于离心力地明显有利于降低接触磨损。
第一离合器在驱动意义下应该是布置在所述第一机器轴轮与所述机器轴之间的空行离合器，该空行离合器在发电机运行模式的转动方向上允许所述机器轴超越所述第一机器轴轮。所述空行离合器优选同样是夹辊式自由轮，然而其内圈随着机器轴旋转，其外圈随着第一机器轴轮旋转，其中，内圈中的斜坡形缺口与弹簧加载的夹辊对置。这种空行离合器的、尤其发电机自由轮形式的、自身公知的设计方案基本上转速中性地（drehzahlneutral）锁止，并且以下称为内部星形自由轮。
替选这种自由轮，在电机侧也可以设置具有两侧的止挡件的弹簧解耦装置或者原则上也可以设置第一机器轴轮与机器轴之间的刚性连接，其中，然而机组传动机构必须装备有可（主动）切换的自由轮。
此外可以在驱动意义下在所述第一曲轴轮与所述曲轴之间布置有可触发的第三离合器，用于运行分离所述第一传动面与所述曲轴。在第三离合器断开情况下，一方面在内燃机运转时可以使得机组传动机构停机，以便最小化该机组传动机构的运行摩擦损耗。另一方面在内燃机停机时可以执行机动车的停车空气调节。为了此目的，设置有以与发电机运行模式相反的转动方向的、所述电机的另一电动机运行模式，并设置有空调压缩机，所述空调压缩机构造为用于在两个转动方向上的压缩运行。可与所述空调压缩机的压缩机轴转动连接的压缩机轮布置在机组传动机构中，以便在发电机运行模式（即，在内燃机运转时沿一个方向）和另一电动机运行模式下（即，在内燃机停机时沿另一方向）驱动空调压缩机。在另一电动机运行模式下，与发电机运行模式相反的转动方向阻止机组传动机构中的拉紧边和松弛边的取决于驱动的切换，从而用于预张紧第一牵引机构的张紧装置不仅在内燃机运转时（发电机运行模式和正常空气调节模式），也在内燃机停机时（停车空气调节模式），也就是说始终功能优化地布置在松弛边中。
相对于空行离合器，第三离合器应该是可主动切换的，为此提供尤其是可电动触发的磁离合器。这也适用于可触发的第四离合器，该第四离合器用于将所述第二传动面与所述机器轴运行分离，在驱动意义下应该布置在所述第二机器轴轮与所述机器轴之间。内燃机起动之后断开第四离合器促使起动机传动机构在内燃机起动过程之后减速停止并在内燃机运转时停止。
相应布置在松弛边中张紧装置可以用于预张紧机组传动机构和起动机传动机构的牵引机构。
针对根据本发明的辅助机组传动机构的运行设置有至少三个运行模式：
-起动模式，其中，所述电机作为电动机运行并且驱动所述曲轴直至起动所述内燃机；
-正常运行模式，其中，所述电机作为发电机运行并且由所述曲轴驱动；
-助力模式，其中，所述电机作为电动机运行并且在所述内燃机运转时支持地驱动所述曲轴。
根据辅助机组传动机构的设计方案，如下可选的运行模式是可能的：
-切断模式，其中，所述第三离合器断开，并且所述第一传动面（即，机组传动机构）与所述曲轴运行分离；
-停车空气调节模式，其中，所述第三离合器断开并且所述电机在另一电动机运行模式下以与发电机运行模式相反的转动方向运行并且驱动所述空调压缩机；
-扩展的正常运行模式，其中，所述第四离合器断开，并且所述第二传动面（即，起动机传动机构）与所述机器轴运行分离。
在机组传动机构侧设置力锁合作用的多楔带作为优选牵引机构，在起动机传动机构侧设置形状锁合作用的齿带作为优选牵引机构。根据本发明的辅助机组传动机构然而也可以是链-链传动机构或者是皮带-链传动机构。必要时，其他辅助机组同样也可以设置在其他传动面中。这尤其涉及布置在机组传动机构中的用于冷却内燃机的冷却介质泵，该冷却介质泵同样构造为用于在两个运行转动方向上的输送运行。根据冷却介质泵的结构类型，冷却介质泵的转动方向翻转虽然不会导致抽入侧和压出侧的切换，但是可能会伴随着不同级别的输送率。类似于停车空气调节或车辆内部空间冷却，运行加热的冷却介质（其在内燃机停机状态下循环）可以用于加热车辆内部空间（停车加热）。
触发/调节各个运行模式借助内燃机的状态变量，必要时借助车辆内部空间温度，并且只要设置有，还借助可触发的离合器的切换状态来实现。
附图说明
本发明的其他特征由以下描述和附图给出，在附图中示意性地示出机动车内燃机的根据本发明的辅助机组传动机构。其中：
图1以透视图示出辅助机组传动机构的布局；
图2以示意图示出机组传动机构（第一传动面）；
图3以示意图示出起动机传动机构（第二传动面）。
具体实施方式
图1公开了内燃机的曲柄传动装置，内燃机具有布置在曲轴1的自由端部上的辅助机组传动机构，辅助机组传动机构被实施成在两个平行传动面中的双皮带传动装置。分布在第一传动面中的机组传动机构2包括布置在曲轴1上的第一曲轴轮3、布置在电机6的机器轴5上的第一机器轴轮4、布置在空调压缩机9的压缩机轴8上的压缩机轮7、无尽循环的多楔带10形式的、缠绕第一轮3、4、7的第一牵引机构以及公知的弹簧加载式皮带张紧器11形式的、在第一曲轴轮3和第一机器轴轮4之间的第一张紧装置。
分布在第二传动面中的起动机传动机构12包括与第一曲轴轮3同轴地布置在曲轴1上的第二曲轴轮13、与第一机器轴轮4同轴地布置在机器轴5上的第二机器轴轮14、无尽循环的齿带15形式的、缠绕第二轮13、14的第二牵引机构以及同样公知的皮带张紧器16形式的、在第二曲轴轮13和第二机器轴轮14之间的第二张紧装置。
电机6是起动发电机，其在起动机运行和电动机运行时驱动机器轴5，并且起动发电机在发电机运行时由机器轴5驱动。
空调压缩机9是斜盘式压缩机，其构造为用于在两个转动方向上的压缩运行并相应地不与转动方向关联地安装到汽车空调的冷却介质回路中。
由示意性示出的单个传动装置得到辅助机组传动机构的在传动技术方面的连接，其中，图2示出机组传动机构2并且图3示出起动机传动机构12。此处以CR标识的曲轴1的运行转动方向相应于以正号标示的转动方向。当电机6处于发电机运行模式AL并且由曲轴1驱动时，并且同样当电机6处于电动机运行模式M-CR并且驱动曲轴1时，此处以AL/M标识的机器轴5的转动方向是正转动方向。当电机6处于另一电动机运行模式M-A/C并且在内燃机停机的情况下以相应相反的转动方向驱动空调压缩机9的、此处也以A/C标识的压缩机轴8时，机器轴5的转动方向以负号标示。
在机组传动机构2中，第一机器轴轮4与机器轴5的转动连接通过被实施成内部星形自由轮的夹辊式自由轮形式的第一离合器17实现，该夹辊式自由轮在正转动方向上允许机器轴5超越第一机器轴轮4，进而超越曲轴1，并且在与正转动方向相反的负转动方向上锁止。夹辊式自由轮17被实施成具有其自身公知的发电机解耦功能的发电机自由轮，其中，该夹辊式自由轮的内圈随着机器轴5旋转，并且其中，该夹辊式自由轮的外圈随着第一机器轴轮4旋转。
在起动机传动机构12中，第二曲轴轮13与曲轴1的转动连接通过被实施成外部星形自由轮的夹辊式自由轮形式的第二离合器18来实现，该夹辊式自由轮在正转动方向上允许曲轴1超越第二曲轴轮13，进而超越机器轴5，并且在与正转动方向相反的转动方向上锁止。夹辊式自由轮18在结构上如此布置，即，其内圈随着第二曲轴轮13旋转，而其外圈随着曲轴1旋转。
第一曲轴轮3通过可电动触发的磁离合器（其要么可以无电流地断开要么无电流地接通）形式的第三离合器19与曲轴1转动连接。在断开状态下，磁离合器19用于将机组传动机构2与曲轴1运行分离。
第二机器轴轮14通过同样是可电动触发的磁离合器（其要么可以无电流地断开要么无电流地接通）形式的第四离合器20与机器轴5转动连接。在断开状态下，磁离合器20用于将起动机传动机构12与机器轴5运行分离。
压缩机轮7可以可选地利用可触发的（未示出的）磁离合器与压缩机轴8转动连接。
当第一曲轴轮3与第一机器轴轮4之间的转速比为
Figure BDA00003347570700071
时，并且第二曲轴轮13与第二机器轴轮14之间的转速比为
Figure BDA00003347570700072
时，传动比
Figure BDA00003347570700073
和
Figure BDA00003347570700074
适用如下关系，即，
设置有如下针对辅助机组传动机构的运行模式：
a）起动模式，其中，电机6从静止状态开始直至内燃机起动时驱动曲轴1：
-电机6以正转动方向处于电动机运行模式M-CR下，
-磁离合器19接通（然而也可以断开），
-磁离合器20接通，
-通过起动机传动机构12驱动曲轴1，并且曲轴1通过已接通的磁离合器19和第一曲轴轮3驱动机组传动机构2：基于前述传动比
Figure BDA00003347570700081
和
Figure BDA00003347570700082
第一离合器17处于自由运转状态，第二离合器18处于锁止状态，
-内燃机起动，在内燃机运转情况下，第一离合器17处于锁止状态，而第二离合器18处于自由运转状态，
-磁离合器20断开，并且进而与机器轴5运行分离的起动机传动机构12进入静止状态，
-此处以BT1标识的第一皮带张紧器11和以BT2标识的第二皮带张紧器16始终（即，不仅在内燃机起动过程之前也在起动过程之后）功能优化地处于相应皮带传动装置2或12的松弛边中。
b）正常运行模式，其中，电机6由运转的内燃机的曲轴1驱动：
-电机6以正转动方向处于发电机运行模式AL，
-磁离合器20断开，并且起动机传动机构12处于停止状态（扩展的正常运行模式），
-磁离合器19接通，并且曲轴1通过第一曲轴轮3驱动机组传动机构2，
-第一离合器17处于夹紧状态，并且电机6以正转动方向处于发电机运行模式AL，
-压缩机轮7被沿正转动方向驱动，
-第一皮带张紧器11处于机组传动机构2的松弛边中。
c）助力模式，其中，电机6在内燃机运转时支持驱地动曲轴1：
-电机6以正转动方向处于电动机运行模式M-CR，
-磁离合器19接通（然而也可以断开），
-磁离合器20接通，
-运转的内燃机的转动曲轴1通过起动机传动机构12一起驱动，并且曲轴1通过已接通的磁离合器19和第一曲轴轮3驱动机组传动机构2：基于前述传动比
Figure BDA00003347570700083
和第一离合器17处于自由运转状态，第二离合器18处于锁止状态，
-结束助力模式：电机6从驱动的电动机运行模式M-CR切换至被驱动的发电机运行模式AL，该发电机运行模式AL随着第一机器轴轮4和机器轴5达到相同转速而开始，
-磁离合器20断开，并且进而与机器轴5运行分离的起动机传动机构12进入静止状态，
-像在起动模式下那样，皮带张紧器11和16始终功能优化地处于相应皮带传动装置2或12的松弛边中。
d）切断模式，其中，磁离合器19断开，机组传动机构2与曲轴1运行分离；
-内燃机运转，
-机组传动机构2处于静止状态，
-起动机传动机构12处于静止状态或助力模式，
-机组传动机构2的开动通过接通磁离合器19实现。在曲轴1和机组传动机构2同步旋转期间为了降低瞬间负载峰值，如下可以是适宜的，即，电机6在开动之前加速至超过随后的发电机运行模式AL的转速并且/或磁离合器19在同步阶段之内如此受控地被接通，即，可由磁离合器19传递的驱动力矩始终小于阈值力矩，超过阈值力矩会导致多楔带10在不期望的高度上滑脱。
e）停车空气调节模式，其中，电机6在内燃机停机时驱动空调压缩机9：
-磁离合器19断开，
-电机6以与发电机运行模式相反的转动方向处于另一电动机运行模式M-A/C，
-第一离合器17处于夹紧状态，并且压缩机轮7沿负转动方向驱动，
-磁离合器20接通（然而也可以断开），并且起动机传动机构12反向于所标示的正转动方向一起驱动，
-第二离合器18处于自由运转状态，
-第一皮带张紧器11处于机组传动机构2的松弛边中，
-内燃机从停车空气调节模式的起动通过电机6从（负的）另一电动机运行模式M-A/C至（正的）电动机运行模式M-CR的转速切换实现。在此，第一离合器17从夹紧状态切换至自由运转状态，并且“向后”转动的机组传动机构2将到达静止状态。第二离合器18从自由运转状态切换至夹紧状态，并且曲轴1从静止状态开始驱动，直至内燃机起动（又继续a）的起动模式）。
附图标记列表
1  曲轴
2  机组传动机构
3  第一曲轴轮
4  第一机器轴轮
5  机器轴
6  电机
7  压缩机轮
8  压缩机轴
9  空调压缩机
10 第一牵引机构，多楔带
11 第一张紧装置，第一皮带张紧器
12 起动机传动机构
13 第二曲轴轮
14 第二机器轴轮
15 第二牵引机构，齿带
16 第二张紧装置，第二皮带张紧器
17 第一离合器，夹辊式自由轮
18 第二离合器，夹辊式自由轮
19 第三离合器，磁离合器
20 第四离合器，磁离合器

Claims (10)

1.内燃机的辅助机组传动机构，其包括两个平行传动面（2、12）和：
-能够与所述内燃机的曲轴（1）转动连接的第一曲轴轮（3），所述第一曲轴轮布置在所述第一传动面（2）中，
-能够与所述曲轴（1）转动连接的第二曲轴轮（13），所述第二曲轴轮与所述第一曲轴轮（3）同轴地布置在所述第二传动面（12）中，
-能够可选地作为发电机（AL）或者电动机（M）运行的电机（6），所述电机具有机器轴（5），
-能够与所述机器轴（5）转动连接的第一机器轴轮（4），所述第一机器轴轮布置在所述第一传动面（2）中，以便在所述电机（6）的发电机运行模式下由所述曲轴（1）驱动，
-能够与所述机器轴（5）转动连接的第二机器轴轮（14），所述第二机器轴轮与所述第一机器轴轮（4）同轴地布置在所述第二传动面（12）中，以便在所述电机（6）的电动机运行模式下驱动所述曲轴（1），
-无尽循环的第一牵引机构（10），其缠绕布置在所述第一传动面（2）中的轮（3、4、7），
-无尽循环的第二牵引机构（15），其缠绕布置在所述第二传动面（12）中的轮（13、14），
-布置在所述第一传动面（2）中的第一离合器（17），所述第一离合器允许所述机器轴（5）超越所述曲轴（1），
-以及布置在所述第二传动面（12）中的第二离合器（18），所述第二离合器允许所述曲轴（1）超越所述机器轴（5），
其特征在于，所述第二离合器（18）是在驱动意义下布置在所述第二曲轴轮（13）与所述曲轴（1）之间的空行离合器，所述空行离合器允许所述曲轴（1）超越所述第二曲轴轮（13）。
2.根据权利要求1所述的辅助机组传动机构，其特征在于，所述第一离合器（17）是在驱动意义下布置在所述第一机器轴轮（4）与所述机器轴（5）之间的空行离合器，所述空行离合器在发电机运行模式的转动方向上允许所述机器轴（5）超越所述第一机器轴轮（4）。
3.根据权利要求1所述的辅助机组传动机构，其特征在于，在驱动意义下在所述第一曲轴轮（3）与所述曲轴（1）之间布置有能够触发的第三离合器（19），用于将所述第一传动面（2）与所述曲轴（1）运行分离。
4.根据权利要求3所述的辅助机组传动机构，其特征在于，设置具有与发电机运行模式相反的转动方向的、所述电机（6）的另外的电动机运行模式，并且所述辅助机组传动机构包括空调压缩机（9）和压缩机轮（7），所述空调压缩机构造为用于在两个转动方向上的压缩运行，所述压缩机轮能够与所述空调压缩机（9）的压缩机轴（8）转动连接，所述压缩机轮布置在所述第一传动面（2）中，以便在发电机运行模式和另外的电动机运行模式下驱动所述空调压缩机（9）。
5.根据权利要求1所述的辅助机组传动机构，其特征在于，在驱动意义下在所述第二机器轴轮（14）与所述机器轴（5）之间布置有能够触发的第四离合器（20），用于将所述第二传动面（12）与所述机器轴（5）运行分离。
6.根据权利要求1所述的辅助机组传动机构，其特征在于，在分布在所述第一曲轴轮（3）与所述第一机器轴轮（4）之间的松弛边的区域中布置有第一张紧装置（11），用于预张紧第一牵引机构（10），并且在布置在所述第二曲轴轮（13）与所述第二机器轴轮（14）之间的松弛边的区域中布置有第二张紧装置（16），用于预张紧第二牵引机构（15）。
7.运行内燃机的辅助机组传动机构的方法，其包括两个平行传动面（2、12）和：
-能够与所述内燃机的曲轴（1）转动连接的第一曲轴轮（3），所述第一曲轴轮布置在所述第一传动面（2）中，
-能够与所述曲轴（1）转动连接的第二曲轴轮（13），所述第二曲轴轮与所述第一曲轴轮（3）同轴地布置在所述第二传动面（12）中，
-能够可选地作为发电机（AL）或者电动机（M）运行的电机（6），所述电机具有机器轴（5），
-能够与所述机器轴（5）转动连接的第一机器轴轮（4），所述第一机器轴轮布置在所述第一传动面（2）中，以便在所述电机（6）的发电机运行模式下由所述曲轴（1）驱动，
-能够与所述机器轴（5）转动连接的第二机器轴轮（14），所述第二机器轴轮与所述第一机器轴轮（4）同轴地布置在所述第二传动面（12）中，以便在所述电机（6）的电动机运行模式下驱动所述曲轴（1），
-无尽循环的第一牵引机构（10），其缠绕布置在所述第一传动面（2）中的轮（3、4、7），
-无尽循环的第二牵引机构（15），其缠绕布置在所述第二传动面（12）中的轮（13、14），
-第一离合器（17），其在驱动意义下布置在所述第一机器轴轮（4）与所述机器轴（5）之间，并且在发电机运行模式的转动方向上允许所述机器轴（5）超越所述第一机器轴轮（4），
-以及第二离合器（18），其在驱动意义下布置在所述第二曲轴轮（13）与所述曲轴（1）之间，并且允许所述曲轴（1）超越所述第二曲轴轮（13），
其中，设置如下运行模式：
-起动模式，其中，所述电机（6）作为电动机运行并且驱动所述曲轴（1）直至起动所述内燃机，
-正常运行模式，其中，所述电机（6）作为发电机运行并且由所述曲轴（1）驱动，
-助力模式，其中，所述电机（6）作为电动机运行并且在所述内燃机运转时支持地驱动所述曲轴（1）。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述辅助机组传动机构还包括
-能够触发的第三离合器（19），其在驱动意义下布置在所述第一曲轴轮（3）与所述曲轴（1）之间，其中，在所述内燃机运转时还设置有如下运行模式：
-切断模式，其中，所述第三离合器（19）断开，并且所述第一传动面（2）与所述曲轴（1）运行分离。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述辅助机组传动机构还包括：
-空调压缩机（9），其构造为用于在两个转动方向上的压缩运行，
-能够与所述空调压缩机（9）的压缩机轴（8）转动连接的压缩机轮（7），所述压缩机轮布置在所述第一传动面（2）中，其中，在所述内燃机停机时还设置有如下运行模式：
-停车空气调节模式，其中，所述第三离合器（19）断开并且所述电机（6）在另外的电动机运行模式下以与发电机运行模式相反的转动方向运行并且驱动所述空调压缩机（9）。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述辅助机组传动机构还包括
-能够触发的第四离合器（20），其在驱动意义下布置在所述第二机器轴轮（14）与所述机器轴（5）之间，其中，在所述内燃机运转时还设置有如下运行模式：
-扩展的正常运行模式，其中，所述第四离合器（20）断开，并且所述第二传动面（12）与所述机器轴（5）运行分离。
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