DE102005059732A1 - Variable-damping tensioner for drive belt has oil passages in piston with spools fitted close to them - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Riementrieb von Verbrennungsmotoren mit einem Spannmechanismus.The The invention relates to a belt drive of internal combustion engines a clamping mechanism.
In
der
In
der
Bei den im Stand der Technik bekannten Riementrieben ist von Nachteil, dass die Kraftfahrzeuge, die damit ausgerüstete Verbrennungsmotoren haben, gelegentlich schlecht zu starten sind und dass der Riemen durch Schlupf vorzeitig verschleißt.at known in the art belt drives is disadvantageous that the motor vehicles equipped with internal combustion engines, occasionally are bad to start and that the belt goes through Slip worn prematurely.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Riementrieb bereitzustellen, der unter den vorkommenden Betriebsbedingungen eine zuverlässige Funktion des Verbrennungsmotors gewährleistet.Of the Invention has for its object to provide a belt drive the under the operating conditions a reliable function ensures the internal combustion engine.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.These The object is solved by the subject matter of the independent patent claims. advantageous Further developments emerge from the dependent claims.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass der Spannmechanismus im Hinblick auf den Wechsel zwischen Zug- und Lostrumm im Riementrieb verbessert werden kann.The Invention is based on the recognition that the clamping mechanism with regard to the change between train and truck noise in the belt drive can be improved.
Der erfindungsgemäße Spannmechanismus wird für einen Zugmitteltrieb und insbesondere für einen Riementrieb an einem Verbrennungsmotor vorgesehen. Der Spannmechanismus hat ein Dämpfergehäuse mit einem magnetorheologischen Öl. Ein magnetorheologisches Öl hat die Eigenschaft, seine Viskosität unter Einfluss eines magnetischen Feldes zu vergrößern. Bei Verwendung eines solchen magnetorheologischen Öls ergibt sich der Vorteil, dass sich die Viskosität der Dämpfungsflüssigkeit durch den gezielten Einsatz eines Magnetfeldes steuern lässt.Of the Clamping mechanism according to the invention for one Traction drive and in particular for a belt drive on one Internal combustion engine provided. The clamping mechanism has a damper housing with a magnetorheological oil. A magnetorheological oil has the property of affecting its viscosity under the influence of a magnetic Field to enlarge. at Use of such a magnetorheological oil gives the advantage that is the viscosity the damping fluid controlled by the targeted use of a magnetic field.
Weiterhin hat der Spannmechanismus eine axial bewegliche Kolbeneinrichtung mit einem Kolben mit Öldurchlassöffnungen in axialer Richtung und mit einer Kolbenstange, über die Spannung auf den Riementrieb aufgebracht wird.Farther the clamping mechanism has an axially movable piston device with a piston with oil passages in the axial direction and with a piston rod, via the tension on the belt drive is applied.
Der Kolben ist so im Dämpfergehäuse angeordnet, dass er vom magnetorheologischen Öl umgeben ist und das Dämpfergehäuse in zwei Kammern unterteilt. Der Kolben hat Öldurchlassöffnungen in axialer Richtung, durch die bei einer axialen Bewegung der Kolbeneinrichtung in dem Dämpfergehäuse das magnetorheologische Öl von einer Kammer in die andere Kammer strömt. Dies dämpft die Bewegungen des Kolbens und damit die Auslenkbewegungen des Riemens. Vorteilhafterweise ist die Dämpfungswirkung unabhängig von der Position des Kolbens im Dämpfergehäuse, und damit auch unabhängig von der Auslenkung des Riemens.Of the Piston is arranged in the damper housing, that it is surrounded by the magnetorheological oil and the damper housing in two Divided into chambers. The piston has oil passage openings in the axial direction, by the case of an axial movement of the piston device in the Damper housing the magnetorheological oil flows from one chamber into the other chamber. This dampens the movements of the piston and thus the deflection movements of the belt. advantageously, is the damping effect independent of the position of the piston in the damper housing, and with it also independently from the deflection of the belt.
Ferner weist der Kolben Spulen auf, welche im Bereich der Öldurchlassöffnungen angeordnet sind. Die Spulen sind über eine Anschlussleitung mit elektrischer Energie beaufschlagbar. Durch diese Spulen kann der Bereich der Öldurchflussöffnungen unter den Einfluss eines magnetischen Feldes gesetzt werden. Die Stärke des magnetischen Feldes verändert die Viskosität des magnetorheologischen Öls. Eine größere bzw. kleinere Viskosität des Öls resultiert in einer langsameren bzw. schnelleren Durchflussgeschwindigkeit des magnetorheologischen Öls durch die Durchflussöffnungen des Kolbens. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung an die Anschlussleitung der Spulen kann die Viskosität des magnetorheologischen Öls und damit die Dämpfungswirkung des Dämpfers gesteuert werden.Further the piston has coils which are in the area of the oil passage openings are arranged. The coils are connected via a connecting cable with electrical Energy acted upon. Through these coils, the range of oil flow holes under be set the influence of a magnetic field. The strength of the changed magnetic field the viscosity of magnetorheological oil. A larger or lower viscosity of the oil results in a slower or faster flow rate of the magnetorheological oil the flow openings of the piston. By applying an electrical voltage to the connecting cable the coils can change the viscosity of magnetorheological oil and thus the damping effect of the damper to be controlled.
Vorteilhafterweise benötigt die Erfindung keine aufwendige Mechanik. Sie ist somit wenig anfällig gegenüber Defekten.advantageously, needed the invention no complicated mechanics. It is thus less susceptible to defects.
Die erforderliche Dämpfung des Riementriebes einer Brennkraftmaschine wird im Wesentlichen bestimmt durch den Betriebszustand des Starter-/Generators, durch die Drehzahl der Brennkraftmaschine und durch den Lastzustand der Brennkraftmaschine. Die zuvor genannten Parameter liegen bei modernen Kraftfahrzeugen in Form eines elektrischen Signals vor. Damit sind die für die Steuerung der Dämpfung notwendigen Parameter ohne zusätzlichen Aufwand erhältlich.The required damping the belt drive of an internal combustion engine is essentially determined by the operating state of the starter / generator, by the speed the internal combustion engine and by the load condition of the internal combustion engine. The aforementioned parameters are in modern motor vehicles in the form of an electrical signal. Thus are those for the control of damping necessary parameters without additional Effort available.
Ferner ist eine elastische Federeinrichtung im Bereich zwischen dem Dämpfergehäuse und dem Kolben angeordnet. Diese Federeinrichtung, die als Spiralfeder ausgebildet sein kann, beaufschlagt die Kolbeneinrichtung mit einer Druckkraft. Diese Druck kraft ist in Richtung des Riemens gerichtet und gewährleistet dessen Vorspannung. Wenn das Dämpfergehäuse zylindrisch ausgeführt ist, dann wird darin die Spiralfeder einfach und genau geführt.Further is an elastic spring means in the region between the damper housing and arranged the piston. This spring device acting as a spiral spring may be formed, the piston device acts on a Compressive force. This pressure force is directed in the direction of the belt and guaranteed its bias. When the damper housing is cylindrical accomplished is, then the spiral spring is simply and accurately guided therein.
Die Kolbenstange der Kolbeneinrichtung weist ein Kolbenstangenauge auf, und das Dämpfergehäuse hat einen unteren Deckel mit einem Befestigungsauge. Am Kolbenstangenauge kann eine Spannrolle drehbar gelagert werden. Das Befestigungsauge am unteren Deckel bietet die Möglichkeit einer festen Verbindung mit dem Motorblock.The piston rod of the piston device has a piston rod eye, and the damper housing has a lower lid with a fastening eye. At the piston rod eye can a Tensioner be rotatably mounted. The fixing eye on the lower cover offers the possibility of a firm connection with the engine block.
Mit dem Riemen kann auch ein Nebenaggregatrad angetrieben werden, das mit dem Riemen in Verbindung steht. So können eine Wasserpumpe oder ein Klimaanlagenkompressor angetrieben werden, wobei die Vorteile der Erfindung gegeben bleiben.With The belt can also be driven by an accessory wheel, the communicates with the belt. So can a water pump or an air conditioning compressor are driven, with the benefits remain given the invention.
Das Einstellen der Dämpfung des Spannmechanismus mit einem elektrischen Signal ist besonders vorteilhaft, denn anders als beim Verstellen der Länge des Riemens geht das mechanisch ganz einfach, wenn man die elektrische Verstellbarkeit der Viskosität des magnetorheologischen Öls ausnutzt. Dabei stellt man zuerst den Betriebszustand des Verbrennungsmotors fest und beaufschlagt den Spannmechanismus mit einem für diesen Betriebszustand vorbestimmten elektrischen Signal. Für denjenigen Fall, dass der Spannmechanismus in einem Lostrumm des Riementriebs angeordnet ist, wird die Dämpfung auf einen geringeren Wert eingestellt wird als für den Fall, dass der Spannmechanismus in einem Zugtrumm des Riementriebs angeordnet ist. Dies begünstigt eine Übertragung großer Drehmomente.The Adjusting the damping The tensioning mechanism with an electrical signal is special advantageous, because unlike when adjusting the length of Belt is mechanically simple when you use the electrical Adjustability of the viscosity of magnetorheological oil exploits. First, you set the operating state of the internal combustion engine firmly and acts on the clamping mechanism with a for this Operating state predetermined electrical signal. For the case, that the clamping mechanism is arranged in a Lostrumm of the belt drive is, the damping is set to a lower value than in the event that the clamping mechanism is arranged in a Zugtrumm of the belt drive. This favors a transfer greater Torques.
Die Erfindung kann auch ganz allgemein für einen Zugmitteltrieb eines Kraftfahrzeuges eingesetzt werden, bei welchem ein Zugmit tel zumindest zwei Aggregaträder verbindet, von welchen eines angetrieben wird.The Invention can also quite generally for a traction mechanism of a Motor vehicle are used, in which a Zugmit tel at least two Physical wheels connects, one of which is driven.
Hohe Vorspannung und hohe Dämpfung des Riementriebes werden vorrangig im Bereich der maximalen Drehungleichförmigkeiten des Motors benötigt. Letztere sind charakteristisch für Motorvolllast und Drehzahlen unterhalb 1500 ... 2000/min.Height Preload and high damping of the belt drive are primarily in the range of maximum rotational irregularities of the engine needed. The latter are characteristic of Full engine load and speeds below 1500 ... 2000 / min.
Oberhalb dieser Drehzahlen bzw. bei niedrigen Motorlasten gehen die Anregungen des Riementriebs durch Drehungleichförmigkeiten der Kurbelwelle soweit zurück, dass auch mit niedrigen Vorspannungen bzw. Dämpfungswerten keine kritischen Amplituden an den Riementrummen bzw. am Spanner auftreten. Die am Verbrennungsmotor anliegende Last und das Drehzahlsignal sind ohnehin vorhanden und könnten für die Ansteuerung des Spanners verwendet werden.Above These speeds or at low engine loads go the suggestions the belt drive by rotational irregularities of the crankshaft so far back, that even with low bias voltages or attenuation values no critical amplitudes occur at the Riementrummen or on the tensioner. The on the internal combustion engine applied load and the speed signal are available anyway and could for the Control of the tensioner can be used.
Für BAS (Belt-Alternator-Starter = riemengetriebener Starter-Generator) müssen in der Startfunktion sehr hohe Kräfte über den Riemen übertragen werden, um den Motor anzuschleppen. Dafür ist eine erhöhte Vorspannung und Dämpfung des Riemens erforderlich. Für viele andere Betriebszustände und insbesondere für einen Generatorbetrieb werden diese hohen Werte jedoch nicht benötigt.For BAS (Belt Alternator Starter = belt-driven starter generator) must be very in the starting function high forces over the Belts are transferred, to tow the engine. Therefore is an elevated one Preload and damping of the belt required. For many other operating conditions and in particular for generator operation, however, these high values are not needed.
Hohe Vorspannungen führen zu hohen statischen Lagerlasten, hohe Dämpfungswerte zu hohen dynamischen Lagerlasten. Beide haben im selben Verhältnis eine erhöhte Reibung im Trieb zur Folge. Die Reduzierung von Vorspannung und Dämpfung für niedrige Motorbelastung bzw. für hohe Drehzahlen kann etwa 20-30% betragen. BAS-Triebe benötigen für den Startvorgang in der Regel die 1,5 bis 2-fachen Werte für die Vorspannung, um Schlupf zu vermeiden.Height Biases lead too high static bearing loads, high damping values too high dynamic Bearing loads. Both have in the same ratio increased friction in the drive to the episode. The reduction of bias and damping for low Motor load or for high speeds can be about 20-30%. BAS shoots needed for the boot process usually 1.5 to 2 times the preload values to slip to avoid.
Um mindestens diesen Wert könnten Vorspannung und Dämpfung im übrigen Betriebsbereich reduziert werden.Around at least that value could Preload and damping Furthermore Operating range can be reduced.
Mit der Reibungsreduzierung geht eine messbare Verringerung des Kraftstoffverbrauchs einher. Für die BAS-Option (= belt-alternator-starter oder Riemen getriebener Starter) wird ein Spannsystem bereitgestellt, das in der Lage ist, die erforderliche Riemenvorspannung sowohl in der Generatorfunktion als in der Startfunktion zu erbringen, d.h. unabhängig vom Wechsel von Zugtrumm in Lostrumm und umgekehrt zu funktionieren.With Friction reduction is a measurable reduction in fuel consumption associated. For the BAS option (= belt-alternator-starter or belt-driven Starter) a clamping system is provided which is capable of the required belt pretension in both the generator function as in the start function, i. independent of Change from Draft drumming to Lostrumm and vice versa.
Es ist denkbar, Spanner mit zwei Hebelarmen – sog. Doppelarm- oder Pendelspanner – einzusetzen, sodass immer eine Spannrolle in einem Lostrumm arbeitet, für den Startvorgang elektromechanisch blockierbare Spanner sowie hydraulische Spanner mit entsprechend hoher Vorspannung und Dämpfung. Auch ein elektro-mechanisch blockierter Spanner ist denkbar. Bei Hydraulikspannern gibt es häufig eine nachteilig hohe Vorspannung und Dämpfung und damit hohe Reibungsverluste im Trieb.It it is conceivable to use tensioners with two lever arms - so-called double-arm or pendulum clamps. so that always a tension roller works in a Lostrumm, for the starting process electromechanically lockable clamps and hydraulic clamps with correspondingly high preload and damping. Also an electro-mechanical blocked tensioner is conceivable. With hydraulic tensioners, there is often one disadvantageously high preload and damping and thus high friction losses in the shoot.
Die Erfindung lässt sich besonders gut mit Hydrauliköl umsetzen, dem Metallstaub zugefügt ist, der bei Anlegen eines Magnetfelds die Viskosität erhöht. Dieses Arbeitsprinzip wird nach der Erfindung auf einen Poly-V-Riemenspanner übertragen. Dabei wird für den Start im Bereich des Hydraulikelements des Spanners ein Magnetfeld erzeugt und damit eine sichere Funktion im Startbetrieb gewährleistet. Im Generatorbetrieb genügt die Grundviskosität der Flüssigkeit, entsprechende Abstimmung der Ventilquerschnitte vorausgesetzt.The Invention leaves Especially good with hydraulic oil reacted, added to the metal dust is that increases the viscosity when applying a magnetic field. This Working principle is transmitted according to the invention to a poly-V belt tensioner. It is for the start in the area of the hydraulic element of the tensioner a magnetic field generates and thus ensures a safe function in startup mode. In generator mode is sufficient the basic viscosity the liquid, appropriate adjustment of the valve cross-sections provided.
Neben der BAS-Anwendung hat die Erfindung auch Potential für Standard-Nebenaggregat-Antriebe. Indem man die hohe Dämpfung bzw. hohe Viskosität nur für Drehzahlbereiche aufrechterhält, in denen sie benötigt wird, könnten die Grundspannung und Dämpfung abgesenkt werden und damit sowohl die Reibungsverluste als auch die dynamische Belastung für den Riemen. In der Folge werden auch dynamische Lagerlasten für die Aggregate reduziert. Für BAS-Anwendungen genügt das Startsignal, um die Funktion auszulösen, für andere Verwendungen dürfte das Drehzahlsignal hinreichend sein. In letzterem Fall benötigt das Motorsteuergerät einen zusätzlichen Ausgangskanal bzw. eine Endstufe.In addition to the BAS application, the invention also has potential for standard accessory drives. By maintaining the high damping or high viscosity only for the speed ranges in which it is needed, the basic stress and damping could be lowered and thus both the friction losses and the dynamic load for the belt. As a result, dynamic bearing loads for the units are also reduced. For BAS applications, the start signal is sufficient to trigger the function, for other uses, the speed signal is sufficient be. In the latter case, the engine control unit requires an additional output channel or an output stage.
Bei BAS-Anwendungen ergibt sich der Vorteil einer hohe Dämpfung bis zum Blockieren des Spanners in Startfunktion. Weiterhin werden eine niedrige Vorspannung und Dämpfung im Generatorbetrieb gewährleistet, was eine niedrige Reibleistung bewirkt. Es werden keine mechanischen Verschleißteile benötigt, die die Lebensdauer verringern könnten, da die Spannung über die Spulen praktisch direkt in ein auf die Hydraulikflüssigkeit einwirkendes Magnetfeld umgesetzt wird. Eine Blockierung des Spanners ist auch nicht vom Erreichen einer bestimmten Endlage abhängig wie bei einer elektromechanischen Einrichtung.at BAS applications results in the advantage of high damping up to block the tensioner in start function. Furthermore, a low Preload and damping guaranteed in generator operation, which causes a low frictional loss. There will be no mechanical wear parts needed that could reduce the lifespan, because the tension is over the coils practically directly into one on the hydraulic fluid acting magnetic field is implemented. A blockage of the tensioner is also not dependent on reaching a certain end position as in an electromechanical device.
Eine Reduzierung von Vorspannung und Dämpfung außerhalb kritischer Arbeitsbereiche erfolgt üblicherweise bei mittleren bis hohen Motorlasten bei Drehzahlen bis ca. 1500-2000 1/min. Es wird eine verringerte Reibleistung außerhalb der kritischen Arbeitsbereiche erreicht, was eine Verringerung des Kraftstoffverbrauchs der Motoren bewirkt. Außerdem erhält man eine Reduzierung der dynamischen Riemenkräfte und damit auch der dynamischen Lagerlasten, was zu einer Erhöhung der Lebensdauer der betroffenen Bauteile führt.A Reduction of preload and damping outside critical work areas usually takes place for medium to high engine loads at speeds up to approx. 1500-2000 1 / min. There will be reduced friction outside the critical work areas achieved, resulting in a reduction in fuel consumption of the engines causes. Furthermore receives a reduction of the dynamic belt forces and thus the dynamic ones Bearing loads, resulting in an increase the life of the affected components leads.
Der
Verbrennungsmotor weist ein Motorgehäuse auf, das hier ebenfalls
nicht näher
gezeigt ist. Im Motorgehäuse
ist eine Kurbelwelle
Die
Kurbelwelle
Zur
Montage des Riementriebes werden zuerst die verschiedenen Riemenräder montiert,
d.h. das Kurbelwellenrad
Der
Spannmechanismus hat ein zylindrisches Dämpfergehäuse
Das
Dämpfergehäuse
Die
Kolbeneinrichtung
Die
Spiralfeder
Bei
der Montage des Spannsystems
Zur
besseren Verständlichkeit
sind in
Im
Folgenden ist die Funktionsweise der Erfindung beschrieben. Zuerst
wird der Starterbetrieb betrachtet. Im Starterbetrieb stellt sich
folgender Lastfall ein. Das Kurbelwellenrad
Die
Spannvorrichtung
Der
Kolben
Im Folgenden wird der Generatorbetrieb beschrieben, in dem die benötigten Werte von Spannung und Dämpfung entsprechend dem Betriebszustand des Motors variieren. Im Bereich der maximalen Drehungleichförmigkeiten sind ca. ein Drittel höhere Werte für Vorspannung und Dämpfung nötig. Drehungleichförmigkeiten sind charakteristisch für Volllast bei Motordrehzahlen bis etwa 1500 bis 2000 U/min.in the The following describes the generator operation in which the required values of tension and damping vary according to the operating condition of the engine. In the area the maximum rotational irregularities are about one third higher Values for Preload and damping necessary. rotational irregularities are characteristic of full load at engine speeds up to about 1500 to 2000 rpm.
Im
Generatorbetrieb treibt das Kurbelwellenrad
Sowohl
im Starter- als auch im Generatorbetrieb ermöglicht es die Erfindung, die
Dämpfungsantwort
des Dämpfers
im Spannsystem
Die
erforderliche Dämpfung
und das zugehörige
Spannungssignal für
die Spulen
- 11
- Riementriebbelt drive
- 22
- Kurbelwellecrankshaft
- 33
- NebenaggregatwelleAccessory shaft
- 44
- Riemenbelt
- 55
- Starter-/Generator-WelleStarter / generator shaft
- 66
- Kurbelwellenradcrankshaft gear
- 77
- NebenaggregatradNebenaggregatrad
- 88th
- Starter-/Generator-RadStarter / Generator-Rad
- 99
- Anschlussleitungconnecting cable
- 1010
- Umlenkrolleidler pulley
- 1111
- Spannradtensioning wheel
- 1212
- Spannmechanismustensioning mechanism
- 1313
- Spiralfederspiral spring
- 1414
- Kolbenpiston
- 1515
- Dämpfergehäusedamper housing
- 1616
- magnetorheologisches Ölmagnetorheological oil
- 1717
- ÖldurchflussöffnungenOil flow openings
- 1818
- SpulenDo the washing up
- 1919
- Befestigungsaugefastening eye
- 2020
- Kolbenstangepiston rod
- 2121
- Dichtringseal
- 2222
- KolbenstangenaugePiston rod eye
- 2323
- Deckel obencover above
- 2424
- Deckel untencover below
- 2525
- Kolbeneinrichtungpiston device
- 2626
- DurchgangsöffnungThrough opening
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DE200510059732 DE102005059732A1 (en) | 2005-12-14 | 2005-12-14 | Variable-damping tensioner for drive belt has oil passages in piston with spools fitted close to them |
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