CN1732339A - 将内燃机和交流发电机－起动机接合起来的传动系统 - Google Patents

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Abstract

一种传动系统，其中，内燃机的轴通过采用多个柔性连接件的传动部件与交流起动器的轴相接合所述柔性连接件尤其是皮带式连接件，其特征在于：该传动系统设置有一个具有两种状态的接合部件，其中第一种状态对应于内燃机的起动阶段，在该状态下，交流发电机－起动机(ATD)的轴(1)以第一传动比对内燃机(M)的曲轴(V)进行驱动，在第二种状态下，内燃机(M)的曲轴(V)以第二传动比对交流发电机－起动机的轴(1)进行驱动，而且第一传动比大于第二传动比。

Description

将内燃机和交流发电机-起动机接合起来的传动系统
技术领域
本发明的主题在于一种传动系统，其中，内燃机通过一个采用柔性连接件(尤其是带式连接件)的传动部件与交流发电机-起动机连接在一起。
背景技术
现在人们已经对直接利用交流发电机-起动机来起动内燃机、然后将其用作起动电动机方面投入了很多考虑。
显著的好处在于省略了现有的起动机部件(惯性很大的重型环圈和电起动机)，而且还可以将这种功能直接加到交流发电机-起动机上。
该交流发电机-起动机的功率要根据这种新功能来进行设计，同时还要考虑经济性。
在起动过程中，曲轴的行为就如一制动器，而交流发电机-起动机则用于驱动。该驱动扭矩由交流发电机-起动机来提供。
在起动后的状态下，曲轴进行驱动，而交流发电机-起动机的行为就如制动器。该驱动扭矩由曲轴来提供。
但是，当起动发动机所需的扭矩非常高(例如超过90N.m，例如介于250Nm和280Nm之间)时，由现有交流发电机-起动机产生的最大扭矩需要一个约为5至6的传动比，这意味着：当发动机启动后，这种减速比会使交流发电机-起动机的轴速高达36000rpm。
这样，在现有技术中，交流发电机-起动机仅用于起动扭矩小于90Nm的小功率或中等功率的发动机上。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有较高起动扭矩并能够与交流发电机-起动机组合在一起的传动系统，或者，该传动系统能够允许使用起动扭矩低于现有技术的交流发电机-起动机到小功率或中等功率的发动机上。
因此，本发明涉及一种传动系统，其中，内燃机的轴通过一个采用柔性连接件(尤其是带式连接件)的传动部件与交流发电机-起动机的轴连接在一起，其特征在于：其具有一个双态连接部件，这两种状态就是：对应于发动机起动阶段的第一状态，在该状态下，交流发电机-起动机的轴以第一传动比对发动机的轴进行驱动；和第二状态，在该状态下，发动机的轴以第二传动比对交流发电机-起动机的轴进行驱动，而且第一传动比大于第二传动比。
连接部件优选包括一个用于检测驱动扭矩之方向的部件，这样就可以使该连接部件有选择地处于第一或第二状态下。
有利的是，该传动系统的特征在于：它具有一个与所述的轴同轴的第一和第二皮带轮；柔性连接式的传动部件一个第一和第二柔性连接件，第一和第二柔性连接件分别与第一和第二皮带轮相互配合并以能够提供所述第一和第二传动比的方式进行安装；当该连接部件处于第一状态下时，第一皮带轮与交流发电机-起动机的轴相连接，以产生所述第一传动比；当该连接部件处于第二状态下时，第二皮带轮与交流发电机-起动机的轴相接合，以产生所述第二传动比。
第一皮带轮的直径优选小于第二皮带轮的直径。
这样，该系统的特征就在于：连接部件包括一个用于在轴的角速度低于第二皮带轮的角速度时使该连接部件处于第二状态下的部件。
根据第一种变型结构，该系统的特征在于：第一和第二柔性连接件分别被安装在第一和第二皮带轮及被固定到发动机轴上的皮带轮的沟槽之间。
根据第二种变型结构，该系统的特征在于：第一柔性连接件被安装在第一皮带轮和一个中间双皮带轮的第一沟槽之间，其第二沟槽内容纳着第二柔性连接件，该第二柔性连接件被安装在第二皮带轮与被固定到发动机轴上的皮带轮的沟槽之间。
具体而言，第一沟槽的直径大于第二沟槽的直径。
根据一个尤其有利的实施例，该系统包括一个拉伸元件，该拉伸元件设置在第二柔性连接件的绳股部分(strand part)上并位于中间皮带轮与交流发电机-起动机的第二皮带轮之间。该绳股部分具有一个特殊的特征：它是一个松弛的绳股部分(与拉紧的绳股部分相对)，该松弛部分在起动模式下及发动机起动时均保持松弛。
根据第一实施例的变型结构，该系统的特征在于：安装在交流发电机-起动机轴上的接合部件包括可拆卸的第一和第二传动部件，可拆卸是指与安装相反的意思，其中第一传动部件设置在轴和第一皮带轮之间，第二传动部件设置在轴和第二皮带轮之间，而且可根据其相对角速度的不同而将轴和相应的皮带轮固定在一起或使其脱开。
根据该变型结构的一个优选实施例，所述可拆卸的传动部件包括一个自由轮和两个沿相反方向安装的自由轮。
根据第二种变型结构，该系统的特征在于：接合部件设置在第一和第二皮带轮之间，而且包括至少一个接合元件，所述接合元件可沿纵向平行于所述轴的轴线在两个分别与第一和第二接合状态相对应的位置之间移动。
根据该第二变型结构的优选实施例，该系统的特征在于：所述可沿纵向移动的接合元件包括一个选择器，该选择器具有第一螺旋连接部分，该部分尤其可以是螺纹或螺旋斜面或者是螺旋凸轮槽，该螺旋涂料槽与一个被固定到交流发电机-起动机轴上的互补型第二螺旋连接部分相互配合，该选择器还具有至少一个支承着传动元件的侧面，该传动元件尤其可以是一个摩擦衬片或卡爪，而且面向第一和第二皮带轮之一的侧面。
因此，该系统的特征在于，该选择器包括：一个第一侧面，该第一侧面面向第一皮带轮的侧面并支撑着第一传动元件；和一个第二侧面，该第二侧面支承着一个控制元件，该控制元件能够平行于所述轴的轴线平移并具有一个端面，该端面面向第二皮带轮的侧面并支承着一个第二传动元件，该第二传动元件由一个摩擦衬片构成；该选择器支承着一个弹性复位元件，例如弹簧，该元件可将挤压力作用于控制元件上，以使所述摩擦衬片抵压在第二皮带轮的所述侧面上，
或者，该选择器可具有一个第一侧面和一个第二侧面，该第一和第二侧面支承着传动元件并分别面向第一和第二皮带轮的侧面；而且其还包括一个控制元件，该控制元件能够相对选择器沿平行于所述轴之轴线的方向纵向平移，该控制元件设置有一个面向第二皮带轮的侧面并支承有一个第二传动元件的侧面，其中第二传动元件由一个摩擦衬片构成，所述选择器支承着一个弹性复位元件，例如一个弹簧，该元件可将挤压力作用于控制元件上，以使所述摩擦衬片能够抵压在所述第二皮带轮的所述侧面上，
或者，该选择器具有一个第一侧面和一个第二侧面，这些侧面支承有一传动元件并分别面向第一和第二皮带轮的侧面，而且其具有一个被固定到选择器上的控制元件，该控制元件用于确定选择器的纵向位置并根据选择器于第一和第二皮带轮中的至少一个的相对角速度产生一个扭矩。
在最后这种情况下，控制元件可以具有一个可弹性变形的元件，该元件在其纵向端部上设置有可变形区域，至少在选择器处于一个纵向位置上时，该可变形区域分别与第一皮带轮的侧面和第二皮带轮的侧面相接触，
或者，该控制元件可在至少一个侧面上设置有一个磁性元件，该磁性元件面向一个互补的磁性元件，而该互补的磁性元件又被第一或第二皮带轮的一个侧面所支承，
或者，该选择器可在两个相对的侧面上具有一个传动元件，其中一个面向第一皮带轮的侧面，另外一个则面向第二皮带轮的侧面，该控制元件设置有一个环形磁性元件，该环形磁性元件设置在选择器的周边上并定位在面向一个被固定到第二皮带轮上的互补型环形磁性元件的位置上。
根据另一实施例，被固定到选择器上的控制元件可以是一个摩擦元件，尤其可以是一个可变形的摩擦元件，该元件设置在其周边上并与第二皮带轮的一个环形区域相接触。
该系统的特征还在于：选择器设置有一个第一侧面和一个第二侧面，第一和第二侧面分别支承着一个传动元件并面向第一和第二皮带轮的侧面，而且该系统还具有一个控制元件，该控制元件能够相对选择器平移，而且在至少一个侧面上设置有一个磁性元件，该磁性元件面向一个互补的磁性元件，该互补的磁性元件支承在第一或第二皮带轮的侧面上。
所述第一和第二皮带轮之一或者中间的双皮带轮可以是一个未被耦合的皮带轮。
根据又一种变型结构，接合部件包括一个第一传动部件和一个第二传动部件，这些传动部件可被拆卸下来，而且可相对安装，第一传动部件与第一皮带轮同轴，第二传动部件与所述中间双皮带轮同轴。具体而言，这些可拆卸的传动部件可以是如上所述的任何一种类型，例如设置有可沿相反方向操作的螺旋型连接部分，目的是使所述第一和第二部件沿相反的方向动作。它们还可以是自由轮，这些自由轮可对应于沿相反方向作用的扭矩而相应地动作。
附图说明
结合附图，通过阅读下面的说明，将会更加清楚本发明的其它特征和优点，其中：
图1A和1B示出了根据本发明的第一传动系统；
图2A和2B示出了根据本发明的第二传动系统；
图3至8示出了根据本发明设置有两个相对安装的自由轮的传动系统；
图9、10A至10C分别以图9中的剖面A-A和图10B的局部剖视图示出了根据本发明设置有摩擦衬片的选择器系统；
图11示出了根据本发明的一个系统，其中动力的接合是通过卡爪来完成的，而控制部分则采用了一个摩擦衬片；
图12和13示出了根据本发明的一个系统，在该系统中，控制操作是利用至少一个可变形的元件来完成的；
图14和15示出了本发明的一个实施例，在该实施例中，控制操作是通过磁耦合和轴向移动来完成的，该控制操作能够相对选择器(图14)移动或者被固定到后者上(图15)；
图16示出了本发明的一个实施例，在该实施例中，控制操作是通过周向的机械接合来实现的；
图17示出了本发明的一个实施例，在该实施例中，控制操作是利用摩擦由周向接合来实现的；
图18至20示出了根据本发明用于传动系统(图18)中的另一实施例，该实施例是图2A所示结构的一种变型，图19和20分别为沿图18中的剖面A-A和B-B的剖视图。
最佳实施方式
如图1A和1B所示的系统包括一个安装在曲轴V上的双皮带轮30和两个具有不同直径并安装在交流发电机-起动机ATD之轴1上的皮带轮2、3，该组件由两个皮带4和5连接在一起。
两个皮带轮2和3可相对交流发电机-起动机ATD的轴1自由转动。一个第六元件，即选择器S，安装在交流发电机-起动机的轴1上，而且其相对轴1的转动受到限制。所述“选择器”可根据扭矩方向的不同而动作，从而可以自动与皮带轮2或3相接合，以在轴1和曲轴V之间产生两个传动比。
在起动阶段，交流发电机-起动机的轴1进行驱动，而且选择器与皮带轮2相接合。而皮带轮2又通过皮带4以一个较高的传动比对曲轴V进行驱动。没有被接合的皮带轮3对该系统没有任何作用。
一旦发动机被起动之后，那么曲轴V就会进行驱动。由于存在直径差，因此，皮带5以低于皮带轮2之角速度的速度对皮带轮3进行驱动。这样，选择器就会以较低的传动比与皮带轮3相接合。皮带轮3受到驱动并对交流发电机-起动机ATD进行驱动，这样该交流发电机-起动机就被用作一个交流发电机。由于皮带轮2不再与轴1相接合，它将保持被皮带轮4所驱动，但不再向交流发电机-起动机ATD传递动力。
这样就提供了一种具有多个传动比的传动系统，可根据驱动扭矩的方向并依据该扭矩是由交流发电机-起动机ATD或由发动机M产生而将传动比从一个值切换至另一值。
内燃机M在曲轴V的端部设置有一个皮带轮30，这样就可以将交流发电机-起动机ATD用作起动系统，一旦发动机M处于起动状态，那么该交流发电机-起动机就被用作发电机。
在起动模式下，动力可在发动机M与交流发电机-起动机ATD之间进行传递，而在起动后的状态下，动力进行传递，它们分别通过柔性连接件4和5(具体地讲，皮带)进行。这些柔性连接件一方面与发动机M的曲轴V之皮带轮30相连接，而且还与皮带轮2和3相连接，其中皮带轮30为一个双皮带轮，而皮带轮2和3则被安装在交流发电机-起动机ATD的轴1上并分别用来与柔性连接件4和5相连接。
这种连接可由以相对的方式安装在轴1和皮带轮2之间及轴1和皮带轮3之间的不可拆式传动机构来实现，这样，在起动模式下，动力就能够通过皮带轮2和柔性连接件4在轴1与曲轴V的皮带轮30之间进行传递，在起动后的状态下，动力可通过皮带轮3和柔性连接件5在曲轴V的皮带轮30与轴1(图3和4)之间进行传递。
当然，还可以利用柔性连接件4和5来驱动不同的附属部件。图1B示出了传动系统的一个实例，在该传动系统中，皮带轮8受到柔性连接件5的驱动并与附件9相接合。
类似地，分别随皮带4和5一起转动的皮带轮6和7可驱动这些附件(未在图中示出，例如动力转向部件，空调系统，水泵等)，或者可以被用作用来将柔性连接件4和5拉紧的机构。
为了对上述图示的技术方案(在交流发电机-起动机ATD的轴1上采用一个传动选择机构)进行改进并对曲轴V的皮带轮30作出最小的改动，可以采用一个中间双皮带轮23(见图2A和2B)。这样做的目的就在于通过安装在皮带轮231上的柔性连接件4将由皮带轮2提供的起动动力传递出去并通过安装在皮带轮232上的柔性连接件5将动力传递给曲轴V的皮带轮30，其中皮带轮231的直径为D1，皮带轮232的直径为D2。
当该交流发电机-起动机ATD被用作交流发电机时，与前述方式相同，动力会通过柔性连接件5在曲轴V的皮带轮30与交流发电机-起动机ATD的皮带轮3之间进行传递。这样，双皮带轮23就被起到一个空转轮的作用。
D1与D2之间的直径比可以按照下述方式进行设置：可以将内燃机M起动，同时还能够利用柔性连接件4和5在皮带轮2和23上保持足够的接触面积。
在这种结构中，可以将传统的皮带轮30用于曲轴V上。双皮带轮23可对一个附属部件进行驱动。每个柔性连接件4和5都可以以所需的转速对附属部件进行驱动(例如通过皮带轮8)。皮带轮23可被安装在拉伸器型张紧机构上，或者，该功能也可以直接由弹性皮带来提供。皮带轮7可被安装在一个张紧机构上，这种结构可以提供一种用于将柔性连接件5(该连接件将动力传递给曲轴V的皮带轮30)的张紧力调整到最佳值的机构，而不论交流发电机-起动机ATD处于何种操作模式下。在起动模式下，动力从皮带轮23传递给曲轴V的皮带轮30，而且被用作拉伸元件的皮带轮7设置在柔性连接件5介于皮带轮23与皮带轮2之间的松弛部分上。此外，在交流发电机模式下，动力通过柔性连接件5由曲轴V的皮带轮30传递给交流发电机-起动机ATD的皮带轮3，而且被用作张紧元件的皮带轮7会再次位于连接件5的松弛部分上。现在，为保持柔性连接件处于张紧状态下，张紧元件的最佳位置就是要定位在松弛部分(与张紧部分相对而言)上，这与上述的两种操作模式相同。
图3至8示出了一个实施例，在该实施例中，驱动扭矩分别由自由轮部件41和42来检测，而自由轮部件41和42相对安装并分别位于轴1(或其延长部分)和皮带轮2、3之间。
起动模式(图5和6)
当内燃机没有运转时，分别通过柔性连接件4和5与曲轴V的皮带轮30相连接的皮带轮2和3是固定不动的。当将电压施加到交流发电机-起动机ATD上时，交流发电机-起动机ATD的轴1开始以角速度ω1转动。用于在轴1与皮带轮2之间传递动力的传动机构41就会接合，从而将轴1固定到皮带轮2上(图5)。这样，动力就由轴1传递到皮带轮2上。因此，皮带轮2就会以角速度ω2＝ω1进行转动。皮带轮2通过柔性连接件4以速度ωV驱动半径为RV的曲轴V之皮带轮30转动。以角速度ωV进行转动的曲轴V之皮带轮也通过柔性连接件5与皮带轮3相连接，所以皮带轮3也会以角速度ω3受到驱动并旋转。速度计算得出下述结果：
ω3×R3＝ωV×RV，ω2×R2＝ωV×RV，因此，ω3＝ω2×R2/R3，
由于R3＞R2，因此，ω3＜ω2＝ω1
这样，计算结果表明：ω3小于ω1，这意味着传动机构没有与已经从轴1上脱开的皮带轮3相接合并离开了该皮带轮3。这样，在轴1与皮带轮3之间就不存在传动关系(图6)。
交流发电机的操作模式(图7和8)
内燃机已经起动，曲轴V的皮带轮30以角速度ωV进行转动。皮带轮2和3分别以角速度ω2和ω3受到驱动。交流发电机-起动机ATD切换到交流发电机的模式下，它不再被供电，而且速度ω1也将逐渐变小。在轴1与皮带轮2之间传递动力的传动机构41使其脱开。这样，就不再有动力在皮带轮2与轴1之间进行传递(图7)。此时，速度ω1逐渐减小到低于速度ω3的程度，在皮带轮3与轴1之间传递动力的传动机构42就将这两个元件固定到一起。这样，动力就会在皮带轮3与轴1之间进行传递(图8)。
下面的实施例示出了一种自动选择机构10(见图9)，该机构例如可设置在皮带轮2′和3′的侧面之间，而且能够根据是否处于起动机模式下或交流发电机模式下，而分别在轴1和皮带轮2之间及在皮带轮3与轴1之间传递动力。
被用作中间传动部件的选择器沿轴1的轴线移动，其能够利用一个摩擦表面、一个使配合在一起的机构、一个磁性传动机构或其它可以安装在选择器10上并能够在轴1与皮带轮2、3之间传递扭矩的系统对动力进行传递。
为了能够自动进行操作，该自动选择系统需要能够对自身进行控制，以确定出交流发电机-起动机ATD的操作模式并对过渡模式进行控制：从起动机模式切换到交流发电机模式或者相反切换。
采用螺旋导向系统12(采用图10B所示的螺纹或凸轮槽)为选择器10导向可以检测出操作模式的变化，而且通过控制元件11还能够使选择器定位在正确的位置上，从而根据操作模式的不同而在轴1与皮带轮2或3之间传递动力，其中控制元件11可以被固定到选择器10上，尤其是选择器10的一个侧面10″上，也可以不被固定到选择器10上。控制机构提供了将选择器10松开(如果存在卡堵问题)和沿螺旋导向部件12移动该选择器10所需的扭矩。
设置有带摩擦衬片的选择器的机构(图10A)
皮带轮2和3分别通过轴承17和17′与轴1′回转连接。
设置有带摩擦衬片的选择器的机构可按照类似与图4所示机构的方式定位于相同的位置上并处于相同的状态下。该选择器10与轴1′相连接，而轴1′又通过螺旋连接件12与交流发电机-起动机ATD的轴1充分连接在一起。控制元件11通过导向元件13被局限于仅能相对选择器10沿轴向移动。在由选择器10和控制元件11构成的组件的两侧上都固定有摩擦衬片15和16(分别位于选择器10和控制元件11的侧面10′和11′上)。这些摩擦衬片15和16具有下述方式特性：当作用于选择器10和控制元件11的组件上的挤压力足够大时，能够通过选择器10和控制元件11的组件在皮带轮2、3与轴1′之间实现轴1′与轴1的充分连接而传递所需的扭矩。
弹性元件14(尤其是弹簧)在由控制元件11和摩擦衬片16构成的组件上产生了一个压力，将该组件抵压在皮带轮3的侧面3′上，以能够永久性地将最小扭矩传递给控制元件11，该最小扭矩是使选择器10沿螺旋连接件12正确移动所需的，这样就能够根据操作模式的不同而使其正确定位。
起动机模式(图10A和10B)
内燃机没有运转，皮带轮2和3分别通过柔性连接件4和5与曲轴V的皮带轮30相连接并处于固定不动的状态下。在将电力供给到交流发电机-起动机的瞬间，交流发电机-起动机ATD的轴1和轴1′开始转动。由控制元件11通过导向元件13施加的抵抗扭矩使选择器10保持在固定状态下，而且不能相对皮带轮3转动，其中控制元件11通过受到弹性元件14的压力作用的摩擦衬片16与皮带轮3相连接。由于轴1处于转动状态下，因此，选择器10会沿轴1′的螺旋连接件12产生轴向移动，直到其碰到皮带轮2，接着就会楔入皮带轮2的侧面2′与螺旋连接件12之间，目的是最终通过受到楔入压力作用的摩擦衬片15以与轴1′相同的速度驱动皮带轮2转动，其中轴1′被固定到轴1上。皮带轮2以与轴1相同的速度受到驱动，所以发动机也将转动，然后通过柔性连接件4由连接到皮带轮2的曲轴V的皮带轮30起动。
切换到交流发电机的操作模式下
内燃机点火，曲轴V的皮带轮30以速度ωV进行转动。皮带轮2和3分别以速度ω2和ω3受到驱动。该交流发电机-起动机ATD切换到发电机模式下，它不再被供电，速度ω1将逐渐变小，同时速度ω2将保持恒定不变甚至于变大：由选择器10和摩擦衬片15构成的组件就会与皮带轮2和轴1′的螺旋连接件12楔入接合中脱开。由于弹性元件14的挤压力，使得包括有控制元件11和摩擦衬片16的组件仍然与皮带轮3保持接触。皮带轮3的速度ω3可能会保持不变或变大，由于ω2＞ω1＞ω3，因此，轴1和可移动的组件10/11/15/16就会滑动：由于ω2＞ω1，因此，螺旋连接件12不允许选择器10与皮带轮2相接合；出于同样的原因，由于ω1＞ω3，因此选择器10不会与皮带轮3相接合。因此，在轴1与皮带轮2、3之间就存在滑动。此时，轴1的速度ω1可能会下降到低于皮带轮3的速度ω3，这样，由控制元件11和摩擦衬片16构成的组件就会将驱动扭矩作用于选择器10上，该选择器的速度等于轴1的速度，而且选择器10会朝向皮带轮3产生轴向位移，然后选择器组件10可通过控制元件11和摩擦衬片16楔入到皮带轮3的侧面3′与轴1′的螺旋连接部分12之间。在这种情况下，动力就可在皮带轮3与固定到轴1′上的轴1之间传递。
因此，机构12可执行下述功能：
当选择器10的转动受到限制(例如，通过与控制元件11作为一个整体旋转的导向元件13)时和当被固定到交流发电机-起动机ATD的轴1上的轴1′以低于轴1的不同速度转动时，就可以通过轴1′相对选择器10的转动而使选择器10在螺旋状连接部分12上产生轴向移动。对此而言，所需要的仅仅是使选择器10与轴1′之间的扭矩差大到足以克服由于螺旋连接部分12的内部摩擦而产生的力的程度，这些力一般较小，该连接部分12已经在图10B中详细示出。
图10C示出了一种与图10A所示之机构相似的机构，同时还示出了将该机构配备了下述脱开系统24的发电机皮带轮3内，其中该脱开系统24由一个或多个弹性块24构成，例如由本申请人的公司申请的专利FR2734034或专利EP12669。这种系统可以很容易地被安装到某些其它元件例如皮带轮2中，只要其能够在发电机模式下完成脱开功能。它可以由公知的现有机构或新型机构构成。
图11所示的系统与图10A至10C所示的系统相似，但传动元件15和16设置在选择器10的两侧。它们可以为摩擦式或卡爪式部件。控制元件11具有一个设置有一摩擦衬片18的表面11′，摩擦衬片的用途就是要永久性提供扭矩，控制元件11利用该扭矩通过导向元件13使选择器10沿螺旋连接部分12轴向移动。这样，就可以将在交流发电机-起动机ATD与皮带轮2、3之间进行的传动和将最小量的扭矩传递给控制元件11的操作分开。
图12和13所示的机构在选择器10中配备有一个元件18(该元件可由弹性体类的可变形材料制成，尤其是橡胶)，而且通过其形状，还设置有多个用来使触点19和19′与皮带轮2和3相接触的表面。可变形的元件18可在每个由选择器10所占的位置上设置有触点19或19′，这两个触点可与皮带轮2或3相接触(甚至于同时接触)，这样就可以在可变形的元件18与皮带轮2、3之间产生扭矩，从而能够根据操作模式的不同，而使被固定到可变形元件18上的选择器10在其螺旋连接部分12上沿着与交流发电机-起动机ATD的轴1相连接的轴1′移动。
起动机模式(图13)
上述系统的操作与图10A至10C所示系统的操作相似，除了在起动模式下，在弹性元件18与皮带轮3之间没有永久性接触之外，这样就可以避免出现不必要的摩擦。
当内燃机M起动时，弹性元件18与皮带轮2之间的触点19可以为选择器10提供足够的扭矩，轴1的角速度ω1将下降到皮带轮2的速度ω2以下，以将由选择器10和弹性元件18构成的组件从皮带轮2上脱开。
切换到发电机模式
由选择器10和弹性元件18构成并已经与皮带轮2脱开的组件会通过弹性元件18在接触表面19′处再次与皮带轮3相接触。由于皮带轮3以大于ω1的角速度ω3转动，轴1的速度使得选择器10通过在触点19′处的摩擦而在螺旋导向件12上移动。该选择器10/弹性元件18的组件与皮带轮3脱开，以通过传动元件16利用轴1传递动力。
图14示出了一个设置有磁性控制部件的机构。该机构采用了一个类似于图10A至10C的控制部件，但用磁性力替代了作用于选择器机构上的摩擦力。
选择器10位于螺旋连接部分12上，同时轴1′被固定到交流发电机-起动机ATD的轴1。与选择器10滑动连接13的控制元件11设置有磁性元件22和22′(其可以是多个分别设置在皮带轮2和3的侧面附近的永磁体)。类似地，在皮带轮2和3的侧面上面向磁性元件设置有元件20和20′(可由具有磁滞性的材料制成)，而元件20和20′被空气间隙(可由不导磁的材料制成)21和21′分开，目的是分别将其与磁性元件20和20′隔开。根据操作模式的不同，该磁性组件20至22和20′至22′能够使控制元件11受到驱动扭矩或抵抗扭矩的作用，以使其按照图12所示的状态进行操作。当元件由具有磁滞性的材料制成时，如元件20和20′，它将受到旋转磁场的作用并产生了一个对抗该运动的扭矩，这与图12所示的摩擦元件18的操作情况相同。此外，还需要足够的控制扭矩使选择器10能够沿螺旋导向件12移动。
该系统的一种变型结构就是采用一个能够产生足够的控制扭矩的磁性控制组件(例如，20′，21′和22′)。
图15示出了一个采用内置式磁性控制机构的实施例。该机构的操作原理与前一实施例(图14)相同。区别在于：没有设置独立的控制元件，而且磁性元件22和22′被安装到选择器10内。在这种情况下，不再需要采用空气间隙，因为磁性元件22和22′随选择器10一起移动。磁性元件22和22′及其对侧部件，分别设置在皮带轮2和3上的元件20、20′，提供了足够的控制扭矩，以使选择器10能够以一个可变的空气间隙在其与轴1′的螺旋连接部分12上移动。
与前述的系统相同，也可以采用仅仅一个能够使选择器10移动的磁性组件(例如，20′和22′)。
图16采用了一个整体为圆筒形的磁性控制机构。与图15所示的机构相同，该选择器10在其外圆周上在与元件20(可由一种具有磁滞性的材料制成)相对的位置上设置有一个磁性元件22(可以为多极磁化环型)，其中元件20被固定到皮带轮3上。与前述的机构相比，该系统的优点在于：它能够使空气间隙的距离保持恒定不变，而且磁性元件22总是能够在设置在其对侧的元件20上“看到”一个与其自身相等的面积。在这种结构中，由磁性组件20和22产生的控制扭矩使得选择器能够根据操作模式的不同(起动模式或起动后的模式)而在螺旋状导向部件12上移动。
图17示出了一个实施例，该实施例采用了一种设置有一选择器的机构，而且该选择器采用了周向触点。该机构的操作原理与图16的操作原理相似，但采用了摩擦元件18，而不是磁性组件。一个由可变形材料(例如弹性体)制成的环形摩擦元件18被固定到选择器10上并在触点19″处与皮带轮3摩擦接触，其中触点19″在元件18的至少局部周边上延伸。在19″处产生的摩擦扭矩使选择器10根据操作模式的不同而移动。此外，还可以在皮带轮3上采用一个倾斜的摩擦表面35，以在起动模式下限制元件18在皮带轮3上的摩擦。
在图18中，柔性连接件5(位于最显著的位置上)在曲轴V的皮带轮30与交流发电机-起动机ATD的皮带轮3、3c和附件C的皮带轮(未示出由其轴1c表示)之间传递动力。同样，柔性连接件4(涂黑部分)分别在交流发电机-起动机ATD的皮带轮2和2c与附件C的皮带轮之间传递动力。在图中，为便于理解，安装在附件3C上的机构元件带有一个标记C。
上述的技术方案采用了两个皮带轮和一个简化的选择器(这些皮带轮已经在图19和20中示出)。根据图2A的技术方案，可以通过采用两个选择机构来简化安装在交流发电机-起动机ATD的轴1上的自动选择机构，其中一个选择机构安装在交流发电机-起动机ATD的轴1上，另一个选择机构安装在轴1c上，该轴1c可以是附件C(未在图18中示出)的轴。该技术方案采用了两个几乎相同并具有较少部件、体积更小的选择机构。在该结构中，附件C的轴1c以低于交流发电机-起动机ATD之轴1的正常角速度转动(在大部分现有的传动系统中都是如此)。
起动模式
在交流发电机-起动机ATD(图19)中。内燃机M没有运转，曲轴V处于固定不动的状态下，交流发电机-起动机ATD处于驱动状态下，轴1开始转动。被固定到轴1上的轴1′通过导向件24驱动皮带轮2转动。
弹性元件14将一个很小的压力作用于皮带轮3的轴承17上，以使该皮带轮与被固定到选择器10上的摩擦衬片15相接触。这样，皮带轮3就能通过固定到曲轴V的皮带轮30上的柔性连接件5在其抵抗扭矩的作用下及通过螺旋状连接部分12通过轴1′对选择器10的驱动扭矩的作用下而局部从选择器组件10和15上脱开，其中抵抗扭矩和驱动扭矩均由弹性元件14产生的挤压力有关。因此，就会在皮带轮3与安装在交流发电机-起动机ATD的轴1上的自动选择器组件之间产生滑动。
在附件C(图20)处，皮带轮2c通过柔性连接件4以速度ω2c被旋转驱动，该速度与皮带轮2的速度W2及其半径成比例。这样，通过计算，我们可以得出：
ω2×R2＝ω2c×R2c，因此，ω2c＝ω2×R2/R2c
由于R2c＞R2，因此，ω2c＜ω2＝ω1
给出或采用系数k，其中k＝R2/R2c
在图20中，与图19所示元件相同的那些元件采用相同的附图标记，但添加了下标c。
图20所示的自动选择器被安装在附件C的轴1c上，而且除了两个区别点外，它与安装在交流发电机-起动机ATD的轴1上的选择器没有什么不同：
-皮带轮2c的直径大于皮带轮2的直径；
-螺旋连接件12c的方向与螺旋连接件12的方向相反。
上述的第二区别点能够使选择器10c按照与选择器10相反的方式进行操作。当皮带轮2c通过导向件24c将起动扭矩传递给轴1c和1′c时，皮带轮3c的挤压力可使选择器组件10c和15c移动到能够将皮带轮3c抵压到摩擦衬片15′c上的程度，其中挤压力是由弹性元件14c产生的并与其抵抗扭矩有关，摩擦衬片被固定到凸缘25上，而该凸缘25不能再次通过螺母部件26c相对轴1′c移动。
这样，皮带轮3c就被固定到轴1′c上并固定到安装在附件C的轴1c上的自动选择器的组件上。最后，驱动扭矩从轴1′c传递到曲轴V的皮带轮30上。皮带轮3c的直径与自动选择器的皮带轮2和3的直径相近似，而自动选择器被安装在交流发电机-起动机A的轴1上，皮带轮3c以速度ω3c＝ω2c进行旋转，该速度决定于比率k：因此，该速度低于ω1。这样就得出了扭矩C3c的大小：
C3c＝1/k×C驱动
该模式下的驱动扭矩就是交流发电机-起动机的驱动扭矩。在这种情况下，k越小，那么传递到曲轴V之皮带轮30上的扭矩也就越大。
在这种结构中，附件C的转速与比率k成比例，因此低于交流发电机-起动机ATD的轴的转速ω1。
交流发电机模式
内燃机M已经起动，而且将驱动扭矩全部传递给传动机构。附件C和交流发电机-起动机ATD为接收器，因为扭矩的方向已经被反转。
在这种情况下，设置在交流发电机-起动机ATD和附件C(或其延长部分)的轴1和1c上的自动选择器就会按照与起动模式相反的方式进行操作。
在交流发电机-起动机ATD(图19)中，被柔性连接件5旋转驱动的皮带轮3将挤压力作用于选择器组件10和15上，该力是由弹性元件14产生的并与设置在螺旋状连接部分12上并位于轴1′和选择器10之间的交流发电机-起动机ATD的轴1的抵抗扭矩有关。该扭矩使选择器10沿轴向以能够将皮带轮3抵压在摩擦衬片15′上的方式在螺旋连接部分12上移动。被固定到摩擦衬片15′上的凸缘25不能通过螺母组件26而相对轴1移动，而且可利用选择器组件10和15将皮带轮3固定到轴1′并将动力从曲轴V的皮带轮30传递给交流发电机-起动机ATD的轴1。类似地，被固定到轴1′上的皮带轮2通过柔性连接件4将动力传递给附件C的皮带轮2c。
在附件C(图20)上，被柔性连接件5旋转驱动的皮带轮3c将驱动扭矩作用于选择器组件10c和15c上。同时，轴1c通过螺旋连接部分12将抵抗扭矩作用于选择器10c上。这样就会使选择器10c在螺旋连接部分12c上产生轴向移动，直到当皮带轮3c从安装在附件C之轴1c上的自动组件上脱开时为止。在该阶段，弹性元件14c可以确保选择器10c在已经被固定到选择器10c上的摩擦衬片15c上继续移向皮带轮3c的最大滑动点处，以限制接触部件变热。
在这种情况下，被固定到轴1′c上的皮带轮2通过柔性连接件4和安装在交流发电机-起动机ATD之轴1上的自动选择器组件将动力从曲轴V的皮带轮30传递给附件C。应该知道：轴1c的转速ω1c与比率k成比例；因此，该转速低于交流发电机-起动机ATD的转速ω1。

Claims (24)

1.一种传动系统，其中，内燃机的轴通过采用多个柔性连接件的传动部件与交流发电机-起动机的轴相接合，所述柔性连接件尤其是皮带式连接件，其特征在于：该传动系统设置有一个具有两种状态的接合部件，其中第一种状态对应于内燃机的起动阶段，在该状态下，交流发电机-起动机(ATD)的轴(1)以第一传动比对内燃机(M)的曲轴(V)进行驱动，在第二种状态下，内燃机(M)的曲轴(V)以第二传动比对交流发电机-起动机的轴(1)进行驱动，而且第一传动比大于第二传动比。
2.根据权利要求1所述的传动系统，其特征在于：所述接合部件包括一个用于检测驱动扭矩之方向的部件，这样就可以有选择地使接合部件处于第一或第二状态下。
3.根据权利要求1和2之一所述的传动系统，其特征在于：其设置有一个第一皮带轮(2)和一个第二皮带轮(3)，这两个皮带轮均与轴(1)同轴；所述传动部件设置有一个第一柔性连接件(4)和一个第二柔性连接件(5)，其中第一和第二柔性连接件尤其可以是一种可分别与第一(2)和第二(3)皮带轮相互配合并按照能够产生所述第一和第二传动比的方式进行安装的皮带；而且，当该接合部件处于第一状态下时，第一皮带轮(2)与交流发电机-起动机(ATD)的轴(1)相接合，以产生所述的第一传动比，当该接合部件处于第二状态下时，第二皮带轮(3)与交流发电机-起动机(ATD)的轴(1)相接合，以产生所述的第二传动比。
4.根据权利要求3所述的传动系统，其特征在于：所述接合部件包括一个在轴(1)的角速度(ω1)下降到低于第二皮带轮(3)的角速度(ω3)之下时能够使所述接合部件处于第二状态下的部件。
5.根据权利要求3和4之一所述的传动系统，其特征在于：所述第一皮带轮(2)的直径小于第二皮带轮(3)的直径。
6.根据权利要求3至5之一所述的传动系统，其特征在于：所述第一(4)和第二(5)柔性连接件安装在相应第一(2)和第二(3)皮带轮及皮带轮(30)的沟槽之间，其中皮带轮(30)被固定到内燃机(M)的曲轴(V)上。
7.根据权利要求3至5之一所述的传动系统，其特征在于：所述第一柔性连接件(4)被安装在第一皮带轮(2)与一个中间双皮带轮(23)的第一沟槽(231)之间，该中间皮带轮的第二沟槽(232)容纳着第二柔性连接件(5)，其中该第二柔性连接件被安装在第二皮带轮(3)与被固定到内燃机(M)之曲轴(V)上的皮带轮(30)的沟槽之间。
8.根据权利要求7所述的传动系统，其特征在于：所述第一沟槽(231)的直径大于所述第二沟槽(232)的直径。
9.根据权利要求7和8之一所述的传动系统，其特征在于：其包括一个张紧元件(7)，该元件设置在位于第二柔性连接件(5)的介于中间皮带轮(23)与第二皮带轮(3)之间的一个部分上。
10.根据权利要求3至9之一所述的传动系统，其特征在于：所述接合部件包括一个第一(41)和一个第二(42)动力传输部件，它们能够被松开并以相对的方式进行安装，第一(41)动力传输部件设置在轴(1)或其延长部分与第一皮带轮(2)之间，第二动力传输部件设置在轴(1)或其延长部分与第二皮带轮(3)之间，而且可根据其相对角速度的不同而将轴(1)和相应的皮带轮(2，3)固定到位或松脱。
11.根据权利要求10所述的传动系统，其特征在于：所述可松开的传动部件包括自由轮，两个自由轮(41，42)被安装在相反的方向上。
12.根据权利要求3至9之一所述的传动系统，其特征在于：所述接合部件设置在第一(2)和第二(3)皮带轮之间并包括至少一个接合元件(10)，所述接合元件(10)能够平行于所述轴的轴线沿纵向在两个分别与第一和第二接合状态相对应的位置之间移动。
13.根据权利要求12所述的传动系统，其特征在于：所述可沿纵向移动的接合元件包括一个具有第一螺旋连接部分(12)的选择器(10)，该连接部分可以是螺纹或螺旋凸轮槽并可与被固定到交流发电机-起动机(ATD)之轴(1)上的互补型第二螺旋连接部分(12)相互配合，至少一个侧面(10′，10″)，所述侧面支撑着一个传动元件(15，16)，尤其可以是一个摩擦衬片或卡爪，而且面向第一(2)或第二(3)皮带轮之一的一个侧面(2′，3′)。
14.根据权利要求13所述的传动系统，其特征在于，所述选择器(10)设置有：一个第一侧面(10′)，该第一侧面面向第一皮带轮(2)的侧面(2′)并支撑有一个第一传动元件(15)；一个第二侧面(10″)，该第二侧面支撑有一个控制元件(11)，该控制元件能够平行于所述轴(1)的轴线平移，该第二侧面具有一个端面，该端面面向第二皮带轮(3)的侧面(3′)并支撑有一个由摩擦衬片构成的第二传动元件(16)，而且所述选择器(10)支撑着至少一个弹性复位元件(14)，例如一个弹簧，该部件可对控制元件施加一个挤压力，以使摩擦衬片(16)能够对所述第二皮带轮(3)的所述侧面(3′)进行挤压。
15.根据权利要求13所述的传动系统，其特征在于：所述选择器(10)具有一个第一(10′)和一个第二(10″)侧面，其分别面向第一(2)和第二(3)皮带轮的侧面(2′，3′)并支撑着动力元件(15，16)；该传动系统设置有一个控制元件(11)，该控制元件能够相对选择器(10)平行于所述轴(1，1′)的轴线纵向平移，该控制元件(11)设置有一个面向第二皮带轮(3)之侧面(3′)并支撑有一个摩擦衬片(18)的横向表面(11′)，所述选择器(10)支撑一弹性复位元件(14)，该弹性复位元件例如可以是一个弹簧，它可以将一个挤压力施加到控制元件(11)上，以使该控制元件(11)的所述摩擦衬片(18)能够对所述第二皮带轮(3)的所述侧面(3′)进行抵压。
16.根据权利要求13所述的传动系统，其特征在于：所述选择器具有一个第一(10′)和一个第二(10″)侧表面，第一和第二侧表面支撑有一个传动元件(15，16)并分别面向第一(2)和第二(3)皮带轮的侧面(2′，3′)；而且其设置有一个控制元件(11)，该控制元件可随选择器(10)一起转动，对于选择器的任意纵向位置而言，都能够产生一个扭矩，该扭矩的大小决定于该选择器(10)与第一(2)和第二(3)皮带轮中的至少一个之间的相对角位移。
17.根据权利要求16所述的传动系统，其特征在于：所述控制元件(11)具有一个可弹性变形的元件(18)，在其纵向端部上设置有可变形的区域(19，19′)，所述可变形的区域至少在选择器(10)处于一个纵向位置上时分别与所述第一皮带轮(2)的所述侧面(2′)和第二皮带轮(3)的所述侧面(3′)相接触。
18.根据权利要求16所述的传动系统，其特征在于：所述控制元件(10)在至少一个侧表面上设置有一个磁性元件(22，22′)，该磁性元件面向一个支撑在第一(2)和第二(3)皮带轮的所述侧面(2′，3′)上的互补型磁性元件(20，20′)。
19.根据权利要求16所述的传动系统，其特征在于：所述选择器(10)在两个相反的侧表面(10′，10″)上设置有传动元件(15，16)，其中一个传动元件(15)面向第一皮带轮(2)的侧面(2′)，另外一个传动元件(16)面向第二皮带轮(3)的侧面(3′)；而且，所述选择器(10)具有一个环形的磁性元件(22)，该磁性元件设置在选择器的周边上并位于面向固定到第二皮带轮(3)上的互补型环形磁性元件(20)的位置上。
20.根据权利要求16所述的传动系统，其特征在于：所述选择器(10)设置有一个摩擦元件(18)，尤其可以是一个可变形的摩擦元件，该元件设置在选择器的周边上并与所述第二皮带轮(3)的一个环形区域(19″)相接触。
21.根据权利要求13所述的传动系统，其特征在于：所述选择器(10)具有一个第一(10′)和一个第二(10″)侧表面，这些侧表面分别支撑有一个传动元件(15，16)并面向第一(2)和第二(3)皮带轮的侧面(2′，3′)；该传动系统具有一个控制元件(11)，该控制元件可相对选择器(10)平移并在至少一个侧面(11′，11″)上设置有一个磁性元件(22′，22″)，该磁性元件面向由第一(2)和第二(3)皮带轮之一的侧面(2′，3′)支撑的互补磁性元件(20，20′)。
22.根据权利要求7至9之一所述的传动系统，其特征在于：所述接合部件包括一个第一传动部件和一个第二传动部件，这些传动部件可脱开并以能够相对操作的方式进行安装，第一传动部件与第一皮带轮(2)同轴安装，第二传动部件与中间双皮带轮(23)同轴安装。
23.根据权利要求22所述的传动系统，其特征在于：所述第一和第二可脱开的传动部件设置有可沿相反方向操作的螺旋连接部分，目的是使所述第一和第二部件能够沿相反的方向操作。
24.根据权利要求22所述的传动系统，其特征在于：所述第一和第二可脱开的传动部件包括一个自由轮。
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