CN110177926B - 具有多比率和扭矩反向的附件带驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及起动发电机系统，其包括：发动机，发动机驱动第一带并且通过单向离合器与第二带接合；起动发电机，其构造成根据发动机的情况，由发动机通过第二带驱动或构造成通过第二带驱动发动机；以及附件，其通过附件离合器与第二带接合，附件可由第一带或第二带驱动。

Description

具有多比率和扭矩反向的附件带驱动系统

技术领域

本发明涉及具有多比率和扭矩反向的附件带驱动系统，并且更具体地，涉及起动发电机系统，该起动发电机系统构造成根据发动机的情况由发动机通过第二带驱动或通过第二带驱动发动机，以及通过附件离合器与第二带接合的附件，所述附件可由第一带或第二带驱动。

背景技术

车辆内燃机(ICE)通常包括在发动机和车辆的操作中使用的附件。这种附件可以包含动力转向泵、空调压缩机、交流发电机、油泵、燃油泵等。这些附件通常由蛇形带驱动。蛇形带接合每个附件上的带轮和发动机曲轴上的带轮。发动机曲轴提供了用以驱动附件的扭矩。

当通过曲轴驱动带时，在车辆加速和减速期间带必然承受发动机的速度变化。换言之，附件的操作速度与发动机的速度直接成比例。

发动机速度的变化，特别是发动机速度大于怠速，会导致附件的低效的操作，因为每个附件必须设计成在整个发动机的速度范围内合适地操作。这必然意味着对于发动机速度范围的大部分来说效率低于最佳值。另外，在较高的发动机速度下，需要更大的功率来驱动附件，导致了燃料效率降低并且减少了可用扭矩。因此期望将一些附件或全部附件从发动机曲轴脱离以使它们可以以更低并且更窄的最佳速度范围驱动。

另外，ICE将需要在全部时间操作以驱动这些附件。利用带式起动发电机(BSG)与双速带驱动系统结合使ICE能够在仅需要驱动附件的情况时关闭，显著地节省了燃料效率。

现有技术的代表为美国专利7798928，其公开了双比率带驱动系统，所述带驱动系统包括直接安装至驱动器旋转轴的离合器单元、直接安装至驱动器旋转轴的单向离合器、多个旋转附件，其中多个旋转附件旋转地连接至离合器单元和通过单向离合器旋转地连接至驱动器旋转轴，以使得附件由离合器单元以第一速度比率驱动并且由驱动器旋转轴通过所述单向离合器以第二速度比率直接驱动，其中离合器单元以发动机操作情况预设的值操作，从而限定了第一速度比率和第二速度比率之间的过渡，并且离合器单元在发动机起动时接合。

所需的是一种起动发电机系统，其构造成根据发动机情况，由发动机通过第二带驱动或构造成通过第二带驱动发动机，以及通过附件离合器与第二带接合的附件，附件可由第一带或第二带驱动。本发明满足这一需求。

发明内容

本发明的主要方面是提供一种起动发电机系统，其构造成根据发动机的情况，由发动机通过第二带驱动或构造成通过第二带驱动发动机，以及通过附件离合器与第二带接合的附件，附件可由第一带或第二带驱动。

将通过以下对本发明的描述和附图指出本发明的其他方面或使本发明的其他方面变得清楚。

本发明包括起动发电机系统，其包括：发动机，所述发动机驱动第一带并且通过单向离合器与第二带接合；起动发电机，其构造成根据发动机的情况，由发动机通过第二带驱动或通过第二带驱动发动机；通过附件离合器与第二带接合的附件，附件可由第一带或第二带驱动。

附图说明

结合在说明书中并且形成说明书的一部分的附图，示出了本发明的优选实施例，并且和描述一起解释了本发明的原理。

图1a为系统的立体图。

图1b为系统的立体图。

图1c为系统的立体图。

图2为支架的细节。

图3为支架的横截面图。

图4a为系统的前视图。

图4b为系统的前视图。

图5为张紧器的横截面图。

图6为张紧器的横截面图。

图7为曲轴离合器的横截面图。

图8为AC离合器的横截面图。

图9为内燃机上的系统的示意图。

图10为发动机系统的示意图。

图11为支架的分解图。

图12为曲轴离合器的分解图。

图13为AC离合器的分解图。

图14为张紧器的分解图。

具体实施方式

图1a为系统的立体图。该系统包括起动发电机120和具有转换器101的空调压缩机(未示出)。张紧器10通过支架171和172安装至起动发电机。

曲轴带轮31安装至发动机曲轴(未示出)。支架51也安装至发动机。

带20的路径位于曲轴带轮31、第一离合器带轮104、张紧器10的惰轮11和惰轮12、起动发电机带轮13、以及惰轮23和惰轮24之间。惰轮23安装在支架51上并且惰轮24固定地安装在支架75上。

带50安装在曲轴带轮56和第二离合器带轮105和惰轮61之间。

带20和带50都为多肋带。

图1b为系统的立体图。支架75保护空调压缩机带轮组件。支架用作惰轮24的安装表面。

图1c为系统的立体图。

图2为支架的细节。支架51安装至发动机(未示出)。顶丝组件包括用紧固件63和67安装在轴承69上的惰轮61。防尘罩保护轴承69。这些构件安装在间隔件68和顶丝基座64上。紧固件63和67允许基座64在支架51上在槽51a中的滑动运动。螺母65和螺钉66安装在基座64和支架51之间。在螺母65围绕螺钉66拧紧时，螺母压在安装部分52c上从而使基座64缩回，因而使带轮61回缩。当螺母65拧紧并且基座64缩回时，带50张紧。在安装系统期间调整带50的张紧。

支架75安装至从支架51突出的安装部分52b和安装部分52c。

图3为支架的横截面图。

图4a为系统的前视图。紧固件63在槽51a中移动。惰轮24安装至支架75。带50未示出。

图4b为系统的前视图。支架75示出为使用紧固件75a和75b安装至支架51。惰轮24通过紧固件24a安装至支架75。

图5为张紧器的横截面图。张紧器10对起动发电机和发动机的不同模式和速度期间的带的张紧的变化作出反应。张紧器10包括通过支架171和172安装至起动发电机的基座150。基座150通过衬套168和顶板169连接至托架151，衬套168和顶板169可以堆叠至托架151。轴152压配合至托架151中。扭力弹簧155在轴152和侧臂170之间接合。衬套160和161支撑轴152和侧臂170的旋转。带轮157通过紧固件154和轴承156连接至侧臂170。防尘罩158保护衬套160和161免于外部污染。

图6为张紧器的横截面图。托架151在基座150内旋转。带轮162通过轴承165安装在托架151上。轴承165由紧固件164保持。防尘罩163保护轴承165。在不同操作模式期间带20的张紧变化时，托架151可以绕衬套168旋转。扭力弹簧155对带20施加扭矩从而保持带20上合适的张力。波形弹簧171压在板172上。板172摩擦地接合衬套166。摩擦接合阻尼托架151的旋转震荡。环169将托架151保持在基座150内。

图7为曲轴离合器的横截面图。曲轴组件包括通过轴承32安装在轴34上的曲轴带轮31。防尘罩40保护轴承32并且由保持环33保持。轴34通过使用销和紧固件36夹持至毂360。轴34也夹持至包含曲轴带轮56的谐波阻尼器35。谐波阻尼器35包括弹性体部件59。扭力弹簧37以包括胶粘和激光焊接的多种方式连接在离合器托架38和曲轴带轮31之间。单向辊离合器39安装在轴34上并且接合离合器托架38。使用紧固件54通过花键连接(未示出)将这些构件安装在发动机曲轴55上，与发动机前盖52有间隙。

当以第一比率驱动发动机时，将负载转移至谐波阻尼器35并且通过带轮56转移至带50。单向离合器39不接合并且超速运转(overrun)。负载从曲轴55转移至带轮56至带50至第一离合器带轮104(其连接至第二离合器带轮105)至带20以及至起动发电机带轮13。当起动发电机120驱动时，负载从带轮13转移至带20至第二离合器带轮105至第一离合器带轮104至带50至带轮56以及至曲轴55。如果需要空调压缩机被供电以用于冷却而与电力流无关(从ICE到起动发电机或从起动发电机到ICE)，则空调离合器带轮102与离合器板103接合，离合器板103继而连接至空调轴。空调带轮102通过转换器101连接至第二离合器带轮105。

当以第二比率驱动发动机时，负载转移至谐波阻尼器35并且通过带轮56转移至带50。单向离合器39不接合并且超速运转。负载从曲轴55转移至带轮56至带50至第一离合器带轮104，在第一离合器带轮处负载转移结束。该比率下的发动机不驱动任何附件。第一离合器带轮104与第二离合器带轮105断开连接。如果需要空调压缩机被供电以用于冷却，则起动发电机带轮13驱动带20，带20驱动第二离合器带轮105。空调离合器带轮102接合至离合器板103，离合器板继而连接至空调轴。空调带轮102通过转换器101连接至第二离合器带轮105。

当以第三比率驱动发动机时，负载从轴55转移至毂360并且至轴34。单向离合器39将接合轴34，由此通过扭力弹簧37附接至离合器托架38的端部沿卷绕方向加载扭力弹簧37。扭力弹簧37附接至曲轴带轮31的另一端部抵抗加载并且扭力弹簧37用作隔离器。这将继而导致扭力弹簧37驱动带轮31和带20。扭矩大小将取决于应用，但通常为45－60Nm。扭矩的转移将从轴55至毂360至轴34，通过单向离合器39、离合器托架38、扭力弹簧37、带轮31、带20、第二离合器带轮105至起动发电机带轮103并且通过转换器101至空调带轮102。如果需要空调，空调离合器接合并且带轮102连接至驱动空调压缩机轴(未示出)的离合器板103。当起动发电机驱动带20和带轮31时，单向离合器39从轴34断开，这样就没有负载通过毂360转移至发动机。

图8为AC离合器的横截面图。空调压缩机组件包括离合器板103、带轮102、轴91、紧固件117。电磁线圈(未示出)连接至空调壳体(未示出)。转换器101压配合至带轮102和轴91。轴91通过紧固件108连接至带轮105。带轮105通过轴承109和110安装至支架51。间隔件113使轴承110和轴承111之间保持适当的距离。轴承111和轴承112将带轮104安装到支架51上。电磁离合器线圈107安装至支架51。离合器板106通过紧固件114和115紧固至带轮105。当电磁线圈107接合时，离合器板106产生至带轮104的摩擦连接，以使得带轮104和带轮105一起旋转。该连接使起动发电机能够启动内燃机。当发动机驱动AC离合器时，离合器106也接合。

图9为内燃机上的系统的示意图。图9示出了带20在系统构件间的路径。

图10为发动机系统的示意图。起动发电机控制器500连接至来自发动机控制模块(ECM)的输入。控制器500获取关于发动机速度、节气门位置、制动状态以及车辆速度的信息。控制器500还连接至起动发电机120和单向离合器39。

用于动力转向单元的泵P和水泵WP都为包含在发动机带驱动系统中的附件。带轮A2和A3固定至泵P和水泵WP的旋转轴的相应端部。带20在带轮A2、A3、13、31和105之间接合以用于将起动发电机120(BSG)的旋转传送至相应附件。

逆变器400电连接至BSG120并且布置成改变从电池800供应至BSG120的电能的量，以当BSG120在马达模式中使用时，控制BSG120的速度。逆变器400还进行控制以将由BSG120产生的电能储存至电池800。

控制器500向逆变器400发送用于控制发动机运行模式切换操作的信号，向电磁离合器106发送开关控制信号，以及向传动装置的电磁线圈41发送开关控制信号。控制器500还接收来自布置在车辆和发动机上的多个传感器、指示车辆操作情况和/或发动机操作情况的信号。这些包含指示BSG120的速度的信号、用于开关发动机运行模式的信号、用于切换空调的操作的信号、例如指示发动机速度的发动机状态信号、指示车辆速度等的车辆状态信号(未示出)、车轮制动状态信号、发动机节气门位置信号，以及指示由变速杆选择的范围的A/T状态信号。制动状态信号指示车辆上的每个轮制动器或所有的轮制动器的接合状态。节气门位置信号涉及节气门的位置，其指示驾驶人对发动机的需求，例如加速、减速、非加速巡航和空转。每个信号可以是模拟的或数字的。

根据上述信号所指示的信息，控制器500执行从存储器900读取数据的操作以及确定离合器106、BSG120和E/G的状态的计算操作，以实现第1、2或3比率。控制器500随后将控制信号传输至传动装置电磁线圈107(电磁离合器106)以及逆变器400。控制器500可以包括设置有已知构件的电脑系统，已知构件包括CPU、RAM、ROM、双向通信总线、接口电路(信号转换电路或类似物)以及存储器900。

在操作中，首先操作BSG120以启动发动机1。在启动发动机1后，BSG120用作发电机以给电池800充电。当启动发动机时，控制器500检测BSG120的速度。控制器500还使逆变器400进行切换操作以使得达到启动发动机1所需的扭矩和速度。例如，如果用于切换空调A/C的信号已经在发动机启动时打开，则需要比A/C关闭状态更高的扭矩。因此，控制器500将切换控制信号施加至逆变器400以使BSG120以更高的扭矩和更高的速度旋转。

可以确定切换控制信号以使得发动机1、A/T2和车辆的多个状态信号提供至控制器500并且从而与存储器中存储的图谱(map)核对。替代地，可以通过由布置在控制器500中的处理器单元(CPU)进行的计算确定切换控制信号。

当打开发动机停止信号时，控制器500通过将中断至发动机1的燃料供应的信号发送至例如电燃料泵(未示出)而停止发动机1。发动机的停止操作可以在例如车辆速度为0、部分或完全地制动并且变速杆在D或N设定中的情况下进行。因此，在发动机1的带轮104和带轮56之间没有动力的传递。这是因为布置在A/T2中的起动离合器(未示出)布置成一旦重启发动机，就立刻接合以用于平缓地驱动车辆。

在即使发动机1停止，也需要操作空调和动力转向装置的情况中，控制器500将切换控制信号施加至逆变器400以在对应于用于动力转向单元的泵P的负载的速度和扭矩下旋转BSG120。

当发动机1从车辆停止的状态重启时，马达模式中的BSG120在电磁线圈107接通由此接合离合器106时旋转发动机1的曲轴。电磁线圈107通电，使带轮105以预定的速度和扭矩旋转。

当BSG120用作发电机，和/或在以第一比率和第二比率操作发动机1的同时操作附件时，电磁线圈107断电并且单向离合器39处于接合状态。

当由BSG120以第二比率或第三比率操作泵P和压缩机A/C、同时发动机1停止时，电磁线圈107断电。在这种模式中，发动机1停止并且由BSG通过带20驱动附件，附件包含空调压缩机、水泵和动力转向泵。单向离合器39锁定。

在操作中，带驱动系统具有至少三种比率：

第一比率，用于发动机速度与怠速接近并且通常在650－1120RPM的范围内。发动机和起动发电机之间的比率约为3:1。这种比率是通过离合器107接通并且单向离合器39超速而实现的。带50将扭矩传递至带轮104、带轮105并且带20将扭矩传递至起动发电机。这种状态下的操作使发动机能够驱动附件。发动机由起动发电机启动并驱动。

第二比率，用于发动机速度在650RPM－2000RPM之间。发动机和起动发电机之间的比率约为1:1。这种比率是通过离合器106断开并且单向离合器39超速而实现的。起动发电机在使单向离合器39超速的速度下驱动附件。只有带20传递负载并且由起动发电机驱动。带50不负载。发动机开启并且车辆处于运动中。这种比率使负载能够由起动发电机以使单向离合器39超速的速度驱动。

第三比率，用于发动机速度在2000RPM－6500RPM之间。发动机和起动发电机之间的比率约为1:1。这种比率是通过离合器106断开、由发动机驱动附件、单向离合器39锁定而实现的。只有带20传递负载并且由发动机驱动。发动机开启并且车辆处于运动中。这种比率使附件能够由发动机驱动。

当系统在由发动机驱动和由起动发电机驱动之间切换时，带的松侧和紧侧切换并且惰轮23和24在两种操作模式中为带20保持适当的带张紧力。系统操作逻辑如下。每一竖列描述了对于给定比率的不同操作状态。

图11为支架的分解图。紧固件63在槽51a中滑动。惰轮23安装至部分55。空调压缩机轴91通过孔56突出。

图12为曲轴离合器的分解图。止动环33接合槽34a。

图13为离合器107的分解图。离合器板106通过紧固件114和115安装至带轮105。带轮105通过紧固件108安装至轴91。轴91压配合到101的部分101a。

图14为张紧器的分解图。

起动发电机系统，包括：发动机，所述发动机驱动第一带并且通过单向离合器可驱动地与第二带接合；起动发电机，构造成根据发动机的情况，由发动机通过第二带驱动或通过连续的(in series)第二带和第一带驱动发动机，当发动机关闭、或当发动机开启并且在预定的发动机RPM范围内操作时，起动发电机驱动附件；并且附件通过附件离合器与第二带接合，根据发动机的操作情况，附件可由发动机通过第一带驱动或可由起动发电机通过第二带驱动。

起动发电机系统包括：发动机，其驱动第一带并且通过单向离合器可驱动地与第二带接合；起动发电机，其构造成根据发动机的情况，由发动机通过第二带驱动或通过连续的第二带和第一带驱动发动机，当发动机关闭时起动发电机驱动附件，或当发动机开启并且在预定的发动机RPM范围内操作时，起动发电机驱动附件；并且附件通过电磁离合器与第二带接合，附件可根据发动机的操作情况由发动机通过第一带驱动或可由起动发电机通过电磁离合器驱动。

尽管这里已经描述了本发明的形式，对于本领域技术人员显而易见的是可以改变部件的结构和关系，而不超出在此描述的本发明的精神和范围。

Claims (14)

1.一种起动发电机系统，包括：

发动机，其驱动第一带并且通过单向离合器与第二带接合；

起动发电机，其构造成根据所述发动机的情况，由所述发动机通过第二带驱动，或通过所述第二带驱动所述发动机；

其中所述第一带和第二带通过电磁离合器接合；并且

其中当发动机在预定的发动机RPM范围内操作并且电磁离合器处于关闭状态时，起动发电机驱动与所述第二带接合的第一附件。

2.根据权利要求1所述的起动发电机系统，其中当发动机RPM高于预定范围时，发动机通过经由单向离合器连接到发动机的第二带驱动所述起动发电机和第一附件，所述单向离合器处于接通状态而电磁离合器处于关闭状态。

3.根据权利要求1所述的起动发电机系统，其中起动发电机通过第二带起动发动机，电磁离合器处于接通状态，起动发电机通过第一带起动发动机，同时单向离合器超速。

4.根据权利要求1所述的起动发电机系统，其中当发动机RPM处于预定范围或者低于预定范围时，发动机通过第一带驱动起动发电机，电磁离合器处于接通状态，发动机通过第二带驱动起动发电机，同时单向离合器超速。

5.根据权利要求1所述的起动发电机系统，还包括安装至起动发电机的张紧器，所述张紧器布置成绕起动发电机的旋转轴线旋转。

6.根据权利要求1所述的起动发电机系统，还包括与第一带接合的可调节惰轮。

7.根据权利要求1所述的起动发电机系统，其中第二附件通过附件离合器连接到第一带，通过电磁离合器连接到第二带。

8.根据权利要求5所述的起动发电机系统，其中张紧器包括第一惰轮和第二惰轮。

9.根据权利要求8所述的起动发电机系统，其中第一惰轮轴颈安装至摇臂。

10.根据权利要求1所述的起动发电机系统，其中当节流设定为发动机RPM预定范围内的最大值时，动力从起动发电机通过第二带传递到发动机，电磁离合器处于接通状态，动力从起动发电机通过第一带传递到发动机，同时单向离合器超速。

11.根据权利要求1所述的起动发电机系统，其中当发动机RPM处于预定范围，并且起动发电机和电磁离合器处于关闭状态时，单向离合器超速。

12.根据权利要求7所述的起动发电机系统，其中附件离合器包括电磁型离合器。

13.根据权利要求7所述的起动发电机系统，其中第二附件包括空调压缩机。

14.根据权利要求1所述的起动发电机系统，其中第一附件包括动力转向泵和水泵。

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