CN105556148A - 由马达发电机单元或马达通过环形传动构件辅助或起动的发动机所使用的隔离器 - Google Patents

由马达发电机单元或马达通过环形传动构件辅助或起动的发动机所使用的隔离器 Download PDF

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Abstract

在一方面中，提供了一种隔离器，该隔离器用于隔离通过发动机经由环形传动构件驱动的装置。隔离器包括：轴转接器，该轴转接器能够与装置的轴连接；旋转传动构件，该旋转传动构件能够与环形传动构件接合；第一隔离弹簧装置，该第一隔离弹簧装置定位成在轴转接器与旋转传动构件之间传递扭矩；以及基于位置的阻尼结构件。阻尼结构件定位成在旋转传动构件与轴转接器之间的相对运动为选定量的情况下经由摩擦阻尼力在旋转传动构件与轴转接器之间传递扭矩。相对运动的选定量选择成小于第一隔离弹簧装置的最大允许的屈曲量。

Description

由马达发电机单元或马达通过环形传动构件辅助或起动的发动机所使用的隔离器
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年8月27日提交的美国临时专利申请No.61/870,624、2014年5月13日提交的美国临时专利申请No.61/992,884以及2014年6月5日提交的美国临时专利申请No.62/008,361的优先权，所有申请的内容通过参引全文并入本文。
技术领域
本公开内容涉及隔离器并且特别地涉及用在下述车辆中的发动机曲轴或马达发电机单元(MGU)轴上的隔离器，在所述车辆中，发动机能够由MGU通过带起动或助推(例如，配备有带式交流发电机起动(BAS)驱动系统的发动机)。
背景技术
隔离器是安装在发动机曲轴和附属传动轴上以用于减少从曲轴传递至由曲轴驱动的带的扭转振动的已知装置。尽管传统的隔离器在许多车辆应用中是有用的，但一些隔离器在如下应用中没有理想地起作用：在所述应用中，带有时用于将扭矩传递至曲轴，带例如作为带式辅助起动(BAS)驱动系统的一部分，其中，电动马达用于驱动带以便为了起动发动机的目的而驱动曲轴。
有利的是提供一种构造用于具有BAS驱动系统等的车辆中的隔离器。
发明内容
在一方面中，提供了一种隔离器，该隔离器用于隔离通过发动机经由环形传动构件驱动的装置。隔离器包括：轴转接器，该轴转接器能够与装置的轴连接；旋转传动构件，该旋转传动构件能够与环形传动构件接合；第一隔离弹簧装置，该第一隔离弹簧装置定位成在轴转接器与旋转传动构件之间传递扭矩；以及基于位置的阻尼结构件。阻尼结构件定位成在旋转传动构件与轴转接器之间的相对运动为选定量的情况下经由摩擦阻尼力在旋转传动构件与轴转接器之间传递扭矩。相对运动的选定量选择成小于第一隔离弹簧装置的最大允许的屈曲量。
在另一方面中，提供了一种隔离器，该隔离器用于隔离通过发动机经由环形传动构件驱动的装置。隔离器包括：轴转接器，该轴转接器能够与装置的轴连接；旋转传动构件，该旋转传动构件能够与环形传动构件接合；第一隔离弹簧装置，该第一隔离弹簧装置定位成在轴转接器与旋转传动构件之间传递扭矩；以及阻尼结构件。阻尼结构件定位成在旋转传动构件与轴转接器之间的相对运动为选定量的情况下经由摩擦阻尼力在旋转传动构件与轴转接器之间传递扭矩，其中，阻尼结构件包括第一撑开构件以及第一力传递构件和第二力传递构件，其中，旋转传动构件与轴转接器之间的选定量的相对运动驱动撑开构件与力传递构件在周向方向上接合，所述力传递构件进而将来自撑开构件的力分别转换成第一摩擦构件和第二摩擦构件上的轴向力以产生阻尼力。
附图说明
现在将参照附图仅通过示例的方式对前述和其他方面进行描述，在附图中：
图1为根据本发明的实施方式的在车辆中的具有位于MGU的轴上的隔离器的发动机的侧视图；
图2为图1中示出的隔离器的分解立体图；
图3为图1中示出的隔离器的一部分的分解立体图；
图4为图1中示出的隔离器的截面侧视图；
图5为图1中示出的隔离器的立体剖视图；
图6为图1中示出的隔离器的立体剖视图，其示出了与图5中所示出的剖切平面不同的剖切平面；
图7为不具有带轮的图1中示出的隔离器的立体图，其中，阻尼结构件处于第一位置；
图8为不具有带轮的图1中示出的隔离器的立体图，其中，阻尼结构件处于第二位置；
图9和图10为图1中示出的隔离器的立体剖视图，其示出了在不同的情况下通过隔离器的扭矩路径；
图11为图示了对于图1中示出的隔离器的扭矩位置关系的图表；以及
图12为用于图1中示出的隔离器的替代性阻尼结构件的侧视图。
具体实施方式
参照图1，图1示出根据本发明的实施方式的隔离器10，该隔离器10用于在由安装在发动机51的曲轴50a上的曲轴带轮50驱动的环形传动构件52比如附属传动带与MGU(马达发电机单元)53的轴53a之间传递动力。隔离器10使MGU53隔离于通常在内燃发动机中发生的环形传动构件52中的扭转振动。环形传动构件52出于方便起见可以被称为带，然而，可以使用任何合适的环形传动构件。
隔离器10在任何发动机中都是有用的，但在结合有BAS(带式交流发电机起动)系统的发动机中是特别有用的，在结合有该BAS系统的情况下，发动机51最初正常起动(例如，使用起动机马达起动)，但在短暂的时间段内(例如，在车辆处于红灯处时)停止运转，并且随后通过经由带52驱动曲轴50a而重新起动。带52将由MGU53驱动。替代性地，在BAS情况下，MGU53可以由交流发电机替换并且可以使用独立的马达来驱动带52。BAS技术在试图增大车辆的燃料经济性以及降低排放方面正变得越来越普遍。
如图2中看到的，隔离器10包括：旋转传动构件12(该旋转传动构件12出于方便起见可以被称为带轮12，但该旋转传动构件12也可以是任何其他合适类型的旋转传动构件)、轴转接器14、至少一个弹簧装置16(图3)以及基于位置的阻尼结构件18(图2)。每个弹簧装置16(图3)可以包括单个弹簧或多个弹簧。在图3中示出的实施方式中，每个弹簧装置16包括第一弹簧17a和嵌套在第一弹簧17a内的第二弹簧17b。与第二弹簧17b的弹簧刚度相比，第一弹簧17a可以具有相对更低的弹簧刚度(即，第一弹簧17a可以是更软的)。在示出的实施方式中，存在分别以16a和16b示出的两个弹簧装置，然而，可以存在更多或更少的弹簧装置16。
弹簧装置弹性地变形以使环形传动构件52和MGU轴53a在扭矩的振动或其他突然的改变方面相互隔离。在示出的示例中的弹簧17a和17b为弧形的螺旋线圈压缩弹簧。然而，可以使用任何其他合适类型的弹簧，比如弧形闭孔泡沫弹簧。
第一弹簧17a示出为比第二弹簧17b更长，但对于第一弹簧16a和第二弹簧16b而言可以可选地具有相同的长度。每个第一弹簧16a具有第一端部40和第二端部42。
参照图4，轴转接器14能够以任何合适的方式牢固地安装至MGU轴53a以围绕轴线A旋转。例如，MGU轴53a可以包括轴端部55，该轴端部55设置有螺纹并且安装至位于轴转接器54的孔59内的螺母57。圆锥形分离式衬套61推靠轴转接器14的内圆锥形表面63。位于轴53a上的肩部65抵接轴转接器14的端部67。将螺母57在轴端55上进行旋拧以驱动内圆锥形表面63上的分离式衬套61从而促使分离式衬套61抓持在轴53a上。替代性地，可以使用任何其他的安装结构。
参照图5，轴转接器14例如借助于位于中央孔口28上的第一齿部27而牢固地安装有传动器26，其中，第一齿部27与位于轴转接器14的外表面上的第二齿部29接合。传动器26具有中央本体62、第一臂部12a以及第二臂部12b。传动器26具有位于第一臂部12a的一侧的第一转接器传动表面64和位于第二臂部12b的一侧的第二转接器传动表面66，其中，该第一转接器传动表面64能够与第一弹簧16a的第一弹簧端部40接合，该第二转接器传动表面66与第一转接器传动表面64以转接器传动表面间距S1成角度地间隔开，并且该第二转接器传动表面66能够与第一弹簧16a的第二弹簧端部42接合。传动器26具有位于第二臂部12b的另一侧的另一第一转接器传动表面64和位于第一臂部12a的另一侧的第二转接器传动表面66，另一第一转接器传动表面64和第二转接器传动表面66彼此以间距S1成角度地间隔开并且能够与第二弹簧16b的第一弹簧端部和第二弹簧端部42接合。尽管存在附图中示出的许多第一齿部27和第二齿部29，将理解的是，在许多情况下，更少的齿部可以是合适的。
传动器26可以由任何合适的材料比如合适的钢制成。
带轮12能够与带52接合(图1)并且例如通过球轴承11以及第一衬套和第二衬套102以可旋转的方式安装至轴转接器14，使得带轮12能够相对于轴转接器14旋转，其中，球轴承11在转接器14上直接支承带轮12，第一衬套和第二衬套102定位成在转接器14上间接支承带轮12。
图2和图3中示出的弹簧外壳104可以设置成保持弹簧17a和17b，并且可以以摩擦的方式保持在由覆盖构件108覆盖的带轮12中的室106中(图5)从而将弹簧外壳104与带轮12旋转锁定。另外，弹簧外壳104上的与位于带轮12上的对应径向凹部和突出部配合的径向突出部和凹部可以辅助将弹簧外壳104与带轮12旋转锁定。
弹簧外壳104可以由通过铆钉105(图3)而连结在一起的两个半壳104a和104b形成。弹簧外壳104可以由任何合适的材料比如浸渍有PTFE(聚四氟乙烯)的尼龙制成。
参照图6，第一带轮关联传动表面82能够与第一弹簧装置16a的第一弹簧端部40接合，并且第二带轮关联传动表面84与第一带轮关联传动表面82以带轮关联传动表面间距S2成角度地间隔开，并且该第二带轮关联传动表面84能够与弹簧装置16中的一者的第二弹簧端部42接合。带轮12具有能够与第二弹簧装置16b的第一弹簧端部40接合的另一第一带轮传动表面82以及与第一带轮传动表面86(也以间距S2)成角度地间隔开并且能够与第二弹簧装置16b的第二弹簧端部42接合的另一第二带轮传动表面84。
如图6中可以看到的，转接器传动表面间距S1和带轮传动表面间距S2中的一者大于转接器传动表面间距S1和带轮传动表面间距S2中的另一者。在图6中示出的示例性实施方式中，间距S1大于间距S2。然而，替代性地，转接器传动表面64和66之间的间距S1可以小于带轮传动表面82和84之间的间距S2。
由于一个间距S1或S2大于另一者，因此当由从轴转接器14向带轮12的扭矩传递转换成从带轮12向轴转接器14的扭矩传递时，第二转接器传动表面66在与第一转接器传动表面64和第一弹簧端部40断开接合的时间不同的时间(经由端部构件6b)接合第二弹簧端部42，并且第二带轮传动表面84在与第一带轮传动表面82接合第一弹簧端部40的时间不同的时间与第二弹簧端部42断开接合。类似地，当由从带轮12向轴转接器14的扭矩传递转换成从轴转接器14向带轮12的扭矩传递时，第一转接器传动表面64在与第二转接器传动表面66和第二弹簧端部42断开接合的时间不同的时间接合第一弹簧端部40，并且第一带轮传动表面82在与第二带轮传动表面84和88接合第二弹簧端部42的时间不同的时间与第一弹簧端部40断开接合。间距S1和S2在角度上的差值可以小于大约10度。设置间隙S1和S2中的差值在待审PCT申请PCT/CA2014/000456中进一步描述，该申请的全部内容通过参引全文并入本文。
由于一个间距S1或S2大于另一者，所以当由从轴转接器14向带轮12的扭矩传递转换成从带轮12向轴转接器14的扭矩传递时，第二转接器传动表面66在与第一转接器传动表面64和第一弹簧端部40断开接合的时间不同的时间接合第二弹簧端部42，并且第二带轮传动表面84在与第一带轮传动表面82接合第一弹簧端部40的时间不同的时间与第二弹簧端部42断开接合。类似地，当由从带轮12向轴转接器14的扭矩传递转换成从轴转接器14向带轮12的扭矩传递时，第一转接器传动表面64在与第二转接器传动表面66和第二弹簧端部42断开接合的时间不同的时间接合第一弹簧端部40，并且第一带轮传动表面82在与第二带轮传动表面84和88接合第二弹簧端部42的时间不同的时间与第一弹簧端部40断开接合。
为了将冲击的动能保持在足够低，基于若干个参数中的一个或更多个参数(并且优选地基于所有这些参数)来选择间距差。参数包括带轮的惯性力矩、轴转接器的惯性力矩、隔离器10将设计成所传递的最大扭矩量、构成转接器传动表面64和66的材料以及构成带轮传动表面82和84的材料。
参照图2和图7，阻尼结构件18构造成在选定的角度的位置范围内在带轮12与轴转接器14之间施加阻尼力。阻尼结构件18包括：阻尼结构件传动器110，该阻尼结构件传动器110具有牢固地附接至阻尼结构件传动器110的第一撑开构件112a和第二撑开构件112b；第一力传递构件114a和第二力传递构件114b；第一摩擦构件116a和第二摩擦构件116b；第一止推垫片117a和第二止推垫片117b；以及阻尼结构件偏置装置118。阻尼结构件传动器110与带轮12旋转固定。参照图7和图8，撑开构件112a和112b各自具有位于其上的第一撑开构件接合表面120和第二撑开构件接合表面122，第一撑开构件接合表面120和第二撑开构件接合表面122能够与位于力传递构件114a和114b中的每一者上的第一力传递构件接合表面124和第二力传递构件接合表面126接合。撑开构件接合表面120和122可以呈大致筒形形状，而力传递构件接合表面124和126可以呈任何选定的角度(比如，例如相对于轴线A大约45度)以将撑开构件120和122的周向运动转换成力传递构件114a和114b的轴向运动。力传递构件114a和114b的轴向运动使得偏置装置118压缩，偏置装置118的压缩增大了止推垫片117a和117b与摩擦构件116a和116b之间的法向力(并且因此增大了摩擦阻尼力)。将理解的是，在传动器110的位置中存在一些轴向游隙(并且因此在撑开构件120和122的位置中存在一些轴向游隙)。
图7示出当发动机处于空转时撑开构件112a和112b相对于力传递构件114a和114b的位置。如可以看到的，当发动机处于空转时，在撑开构件112a和112b与力传递构件114a和114b之间存在选定的间距。间距由DS来表示。阻尼结构件18构造成当带轮12和轴转接器14处于与大于零的间距DS相对应的第一相对位置(在图7中示出)时提供第一阻尼力。第一阻尼力可以可选地为零或第一阻尼力可以为选定的非零阻尼力。阻尼结构件18构造成当带轮12和轴转接器14处于与为零的间距DS(即，对应于撑开构件112a和112b与力传递构件114a和114b之间接合)相对应的第二相对位置(在图8中示出)时提供第二阻尼力(比第一阻尼力更大)。
偏置装置118可以包括任何合适的结构，比如一对Belleville(贝式)垫片，该Belleville垫片的一端与轴承11(图7)抵接并且另一端与止推垫片117b抵接。
因为止推垫片117a、摩擦构件116a以及力传递构件114a基本固定到位，因此将指出的是，撑开构件112将轴向浮动以确保撑开构件112能够根据需要沿轴向调节以在力传递构件114a和114b之间保持轴向对中，从而将力大致相等地传递至力传递构件114a和114b中。
参照图2和图4，以132示出用于保护隔离器内部免受灰尘和碎屑的防尘罩。在隔离器10的另一轴向端部处设置有用于使罩108与轴转接器14之间的空间密封的密封构件134。
图9示出从带轮12向轴转接器14的扭矩传递(参见箭头91)，如将在发动机51(图1)的钥匙起动——钥匙起动为发动机51通过发动机的起动机马达起动而不是通过MGU53的起动——期间发生的情况。在这种起动期间，带轮12与轴转接器14之间的相对角运动是足够大的使得全部的间距DS被占用并且阻尼结构件18处于图8中示出的位置从而施加一些阻尼力。如可以看到的，在这种情况下，扭矩中的一些扭矩从带轮12通过第一弹簧端部40传递至弹簧装置16，并且从弹簧装置16通过第二弹簧端部42传递至轴转接器14，同时扭矩中的一些扭矩从带轮12以摩擦的方式传递通过阻尼结构件18并且从阻尼结构件18传递至轴转接器14中。换言之，阻尼结构件18构造成以与隔离弹簧装置16并行的方式但仅在带轮12与轴转接器14之间的相对运动大于离开中性位置(即，离开当发动机关闭时的位置)的选定量的情况下在带轮12与轴转接器14之间传递扭矩。相对运动的选定量与当发动机经由发动机的起动器马达(未示出)起动时以及当出现其他较大载荷变化时所发生的扭矩传递的量对应。还将指出的是，相对运动的选定量选择成防止将弹簧装置16锁住(即，相对运动的选定量被选择成防止将弹簧17a和17b压缩至在弹簧17a和17b的线圈之间不再存在任何间隙并且因此弹簧17a和17b“变成紧实”的点)，将弹簧装置16锁住会损坏弹簧17a和17b，并且会导致弹簧17a和17b在这些压缩位置中出现粘连。
图10示出在MGU轴53a(图4)驱动带轮12(例如，使得在BAS情况下将动力传递至发动机的曲轴50a以起动发动机)的模式下发生的扭矩传递。如可以看到的，当在带轮12与轴转接器14之间发生大于相对运动的选定量时，扭矩从轴53a(在图10中未示出)传递至轴转接器14，并且扭矩从轴转接器14以并行的方式通过弹簧装置16以及阻尼结构件18传递。图10中的扭矩路径基本上与将图9中示出的扭矩路径相反。扭矩从轴转接器14通过传动器26传递至弹簧装置16，并且从弹簧装置16传递至带轮12。当前述相对运动足够大时，扭矩还从轴转接器14通过止推垫片117a和117b、摩擦构件116a和116b、力传递构件114a和114b、撑开构件112a和112b以及阻尼结构件传动器110传递至带轮12。
参照图11，图11示出隔离器10的扭矩传递曲线150。点152和154表示间距DS变为零以及除了通过弹簧装置16发生扭矩传递之外开始通过阻尼结构件18发生扭矩传递的时间。如图11中可以看到的，在阻尼结构件18被接合之前，轴转接器14与带轮12之间的相对运动的选定量可以例如是大约40度。在图11中示出的示例中，点156和158表示第二弹簧17b开始帮助进行扭矩传递或停止帮助扭矩传递的时间。
将指出的是，图6至图10中示出的基于位置的阻尼结构件18定位成在旋转传动构件12与轴转接器14之间的相对运动为选定量的情况下经由摩擦阻尼力来传递扭矩。相对运动的选定量被选择成小于第一隔离弹簧装置16a的允许的屈曲量。随着相对运动增大超过相对运动的选定量(即，随着撑开构件112a和112b使力传递构件114a和114b进一步分开，这些构件致Belleville垫片与偏置装置118的压缩量逐渐增大，这增大了阻尼力)，阻尼力的量被增大成足以防止弹簧装置16变为紧实。换言之，扭矩传递通过阻尼结构件18的移位以足够高的速率增大从而使得扭矩传递超过隔离器10设计处理的最大扭矩。在撑开构件112a和112b驱动跨过隔离器10的圆周部的两个摩擦构件(构件116a和116b)的摩擦接合——其是相当大面积的接合——的情况下，阻尼力的量可以较高且分布在相当大的面积上。这降低了摩擦构件116a和116b的平均温度，从而改善了隔离器10的寿命。
通过设置阻尼结构件18或160，隔离器10可以与弧形螺旋压缩弹簧17a和17b一起使用同时确保不会发生弹簧17a和17b变为紧实的情况。由于隔离器10的相当低的轴向高度，因此使用弧形螺旋压缩弹簧是有益的。
参照图12，图12示出替代性阻尼结构件160。阻尼结构件160可以与阻尼结构件18类似，但阻尼结构件160包括第二阻尼结构件偏置装置162使得止推垫片117a、摩擦构件116a以及力传递构件114a没有沿轴向固定到位而是能够沿轴向移动并且朝向力传递构件114b、摩擦构件116b以及止推垫片117b偏置。在本实施方式中，撑开构件112a和112b不需要能够沿轴向移动——其可以沿轴向固定。这将力更均匀地传递至第一力传递构件114a和第二力传递构件114b，由此在两个摩擦构件116a和116b上产生更均匀的阻尼力。
在图12中还示出用于在轴转接器上支承带轮的第二轴承11。另外，图12中示出的实施方式的摩擦构件可以是力传递构件114a和114b上的覆层而不是如其在图6至图10中示出的实施方式中那样作为独立的元件。
尽管对于每个弹簧装置16示出了两个弹簧17a和17b，将理解的是，替代性地，在每个弹簧装置16中可以仅具有一个弹簧(例如，弹簧17a)。
尽管以上说明构成本发明的多个实施方式，但应理解的是，本发明在不背离所附权利要求的清楚含义的情况下易于进一步作出改型和改变。

Claims (11)

1.一种隔离器，所述隔离器用于隔离由发动机经由环形传动构件驱动的装置，所述隔离器包括：
轴转接器，所述轴转接器能够与所述装置的轴连接；
旋转传动构件，所述旋转传动构件能够与所述环形传动构件接合；
第一隔离弹簧装置，所述第一隔离弹簧装置定位成在所述轴转接器与所述旋转传动构件之间传递扭矩；以及
基于位置的阻尼结构件，所述基于位置的阻尼结构件定位成在所述旋转传动构件与所述轴转接器之间的相对运动为选定量的情况下通过摩擦阻尼力在所述旋转传动构件与所述轴转接器之间传递扭矩，其中，所述相对运动的所述选定量被选择成小于所述第一隔离弹簧装置的最大允许屈曲量。
2.根据权利要求1所述的隔离器，其中，随着所述轴转接器与所述旋转传动构件之间的超过所述相对运动的所述选定量的运动增大，所述阻尼力增大。
3.根据权利要求1所述的隔离器，其中，所述装置为马达发电机单元。
4.根据权利要求1所述的隔离器，其中，所述第一隔离弹簧装置包括第一弧形螺旋压缩弹簧。
5.根据权利要求4所述的隔离器，其中，所述第一隔离弹簧装置包括嵌套在所述第一弧形螺旋压缩弹簧内的第二弧形螺旋压缩弹簧。
6.根据权利要求1所述的隔离器，其中，所述阻尼结构件包括第一撑开构件、第一力传递构件和第二力传递构件，其中，所述旋转传动构件与所述轴转接器之间的所述选定量的相对运动驱动所述撑开构件在周向方向上与所述力传递构件接合，所述力传递构件进而将来自所述撑开构件的力分别转换成第一摩擦构件和第二摩擦构件上的轴向力，从而产生所述摩擦阻尼力。
7.根据权利要求6所述的隔离器，其中，所述阻尼结构件包括在周向方向上与所述第一撑开构件相对的第二撑开构件。
8.根据权利要求6所述的隔离器，其中，所述第一力传递构件和所述第二力传递构件中的一者轴向固定，并且其中，所述第一撑开构件能够轴向移动。
9.根据权利要求6所述的隔离器，其中，所述第一摩擦构件和所述第二摩擦构件为在周向方向上延伸360度的环。
10.根据权利要求6所述的隔离器，其中，所述第一力传递构件和所述第二力传递构件两者能够轴向移动并且被朝向彼此偏置。
11.一种隔离器，所述隔离器用于隔离由发动机经由环形传动构件驱动的装置，所述隔离器包括：
轴转接器，所述轴转接器能够与所述装置的轴连接；
旋转传动构件，所述旋转传动构件能够与所述环形传动构件接合；
第一隔离弹簧装置，所述第一隔离弹簧装置定位成在所述轴转接器与所述旋转传动构件之间传递扭矩；以及
阻尼结构件，所述阻尼结构件定位成在所述旋转传动构件与所述轴转接器之间的相对运动为选定量的情况下通过摩擦阻尼力在所述旋转传动构件与所述轴转接器之间传递扭矩，其中，所述阻尼结构件包括第一撑开构件、第一力传递构件和第二力传递构件，其中，所述旋转传动构件与所述轴转接器之间的所述选定量的相对运动驱动所述撑开构件在周向方向上与所述力传递构件接合，所述力传递构件进而将来自所述撑开构件的力分别转换成第一摩擦构件和第二摩擦构件上的轴向力，从而产生所述阻尼力。
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