-
Querverweis auf verwandte
Anmeldungen
-
Diese
Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 61/022
660, eingereicht am 22. Januar 2008. Der Offenbarungsgehalt der
obigen vorläufigen
Anmeldung ist hierin durch Bezugnahme aufgenommen.
-
Gebiet
-
Die
vorliegende Offenlegung betrifft Maschinennebenaggregat-Antriebssysteme
und im Spezielleren Nebenaggregatantriebs-Spannsysteme.
-
Hintergrund
-
Die
Angaben in diesem Abschnitt liefern lediglich Hintergrundinformation
in Bezug auf die vorliegende Offenlegung und stellen möglicherweise nicht
den Stand der Technik dar.
-
Ein
Mild-Hybridsystem kann eine Maschine im Leerlauf abstellen, um die
Kraftstoffökonomie
zu verbessern, und eine Motor/Generator-Einheit (MGU) verwenden,
um die Maschine schnell wieder zu starten. Darüber hinaus kann das Mild-Hybridsystem
regeneratives Bremsen und optimiertes Laden mit einem Energiespeichersystem
kombinieren, um die Kraftstoffökonomie
weiter zu verbessern und gleichzeitig alle Fahrzeugnebenaggregate
und Insassenkomfortsysteme während
der Perioden zu unterhalten, in denen die Maschine vorübergehend
abgestellt ist. Ein Mild- Hybridsystem
kann verwendet werden, um bei Bedarf eine Elektromotorverstärkung während einer
Beschleunigung bereitzustellen. Ein Mild-Hybridsystem kann einen
Maschinennebenaggregatantrieb umfassen, um ein Motorisierungs- und Stromerzeugungsdrehmoment
zwischen der MGU und der Maschine zu übertragen. Im Gegensatz dazu stellt
ein Full-Hybridsystem direkt MGU-Leistung bereit und kann eine zusätzliche
Kraftstoffersparnis durch die Verwendung einer kleineren, leichteren
und effizienteren Brennkraftmaschine erzielen. Ein Mild-Hybridsystem
kann einige der Vorteile von Hybrid-Technologien ohne die/das zusätzliche/n
Kosten und Gewicht eines parallelen Hybrid-Antriebsstranges bereitstellen.
-
Typischerweise
umfassen Maschinennebenaggregatantriebe einen Antriebsriemen, der
um eine Maschinen-Kurbelwellenriemenscheibe, eine Lichtmaschinen-
oder MGU-Riemenscheibe und eine oder mehrere Nebenaggregat-Scheiben
geschlungen ist, sowie ein Spannelement. Ein minimaler Grad von
Antriebsriementraktion ist erforderlich, um eine Drehmomentübertragung
zwischen der Kurbelwellenriemenscheibe, der MGU-Riemenscheibe und jeglichen Nebenaggregat-Riemenscheiben
zu ermöglichen.
Die Riementraktion ist durch die Riemenumschlingung und die Riemenspannung
bestimmt. Die Riemenumschlingung ist innerhalb der Packaging-Rahmenbedingungen
maximiert, sodass eine übermäßige Riemenspannung
nicht erforderlich ist, um Schlupf zu vermeiden. Die Riemenspannung ist
optimiert, um die Lebensdauer des Riemens zu maximieren, während Schlupf
und Vibration vermieden werden, die die Riementraktion verringern
und Lärm
erzeugen können.
Ein Spannelement umfasst typischerweise einen Spannarm, der drehbar
an einem Ende montiert ist, wobei eine Spannriemenscheibe an dem
gegenüberliegenden
Ende angebracht ist, die gegen den nicht belasteten Abschnitt des
Riemens federbelastet ist.
-
In
einem Riemen-Lichtmaschine-Anlasser(BAS)-Mild-Hybridsystem wechseln
die belasteten und nicht belasteten Abschnitte des Riemens sich abhängig davon
ab, ob das System in einem Motorisierungsmodus oder einem Stromerzeugungsmodus arbeitet.
Daher können
Maschinennebenaggregatantriebe, die in Systemen von diesem Typ verwendet werden,
ein Doppelarm-Spannelement verwenden. In dem Doppelarm-Spannelement
drehen sich zwei Arme unabhängig
um eine Rotationsachse und jeder Arm umfasst eine Spannriemenscheibe
an einem Ende, die gegen entweder den belasteten oder nicht belasteten
Abschnitt des Riemens vorgespannt ist. Während Doppelarm-Spannelemente
für Riemenspannung
in dem nicht belasteten Abschnitt des Riemens sowohl im Motorisierungsmodus
als auch im Stromerzeugungsmodus sorgen, sind sie in ihrem Vermögen darauf
beschränkt,
auf transiente Riemenbelastungen zu reagieren, und weisen keinerlei
Mechanismus auf, um Schwankungen in der Riemenspannung zu dämpfen. Des
Weiteren sind Doppelarm-Spannelemente möglicherweise nicht in der Lage,
mehrere Maschinennebenaggregat-Antriebsauslegungen zu berücksichtigen.
-
Zusammenfassung
-
Ein
Nebenaggregatantriebs-Spannsystem für einen mit einer Maschine
gekoppelten Riemen kann ein erstes Spannelement, ein zweites Spannelement
und einen Spannelementkörper
umfassen. Das erste und das zweite Spannelement können mit dem
Riemen in Eingriff stehen. Der Spannelementkörper kann einen ersten Kolben
und einen zweiten Kolben aufweisen, die das erste und das zweite Spannelement
zu dem Riemen hin vorspannen.
-
Weitere
Anwendungsgebiete werden aus der hierin bereitgestellten Beschreibung
offensichtlich. Es sollte einzusehen sein, dass die Beschrei bung
und spezielle Beispiele nur Illustrationszwecken dienen sollen und
den Schutzumfang der vorliegenden Offenlegung nicht einschränken sollen.
-
Zeichnungen
-
Die
hierin beschriebenen Zeichnungen dienen ausschließlich Illustrationszwecken
und sollen den Schutzumfang der vorliegenden Offenlegung in keiner
Weise einschränken.
-
1 ist
ein funktionelles Blockdiagramm eines Teilantriebsstranges für ein Hybridfahrzeug
mit einem Riemen-Lichtmaschine-System,
das die Prinzipien der vorliegenden Offenlegung beinhaltet.
-
2 ist
eine schematische Veranschaulichung des Maschinennebenaggregatantriebes
von 1 mit einem Spannsystem, das die Prinzipien der vorliegenden
Offenlegung beinhaltet.
-
3 ist
eine schematische Veranschaulichung des Maschinennebenaggregatantriebes
von 1 mit einem alternativen Spannsystem, das die Prinzipien
der vorliegenden Offenlegung beinhaltet.
-
4 ist
ein Flussdiagramm, das beispielhafte Schritte in einem Verfahren
zum Betreiben eines Nebenaggregatantriebs-Spannsystems der vorliegenden Erfindung
veranschaulicht.
-
Detaillierte Beschreibung
-
Die
nachfolgende Beschreibung ist rein beispielhaft und soll die vorliegende
Offenlegung, ihre Anwendung oder Verwendungen nicht einschränken. Wie
hierin verwendet, bezieht sich der Begriff Modul, Schaltung und/oder
Vorrichtung auf einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis
(ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (mehrfach
genutzt, dediziert oder Gruppe) und Speicher, die ein oder mehrere
Software- oder Firmwareprogramme ausführen, eine kombinatorische
Logikschaltung und/oder weitere geeignete Komponenten, die die beschriebene
Funktionalität
bereitstellen.
-
Unter
Bezugnahme auf 1 umfasst ein Fahrzeug 10 eine
Maschine 12, ein automatisches Getriebe 14, ein
Riemen-Lichtmaschine-Anlasser(BAS)-System 16 und ein Maschinensteuermodul (ECM) 18.
Die Maschine 12 erzeugt ein Antriebsdrehmoment, welches über das
Getriebe 14 bei verschiedenen Übersetzungsverhältnissen
auf eine Kardanwelle 20 übertragen wird, um zumindest
ein paar Räder
(nicht gezeigt) anzutreiben. Das BAS-System 16 verbessert
die Kraftstoffökonomie
des Fahrzeuges 10, indem es die Maschine 12 im
Leerlauf abstellt, für
einen schnellen Neustart der Maschine 12 sorgt und das
Laden der Batterie unter bestimmten Bedingungen optimiert. Das BAS-System 16 kann
einen Maschinennebenaggregatantrieb 22, eine Motor/Generator-Einheit
(MGU) 24, ein Leistungspaketmodul 26 und ein Hybridsteuermodul 28 umfassen.
-
Das
BAS-System 16 arbeitet in entweder einem Motorisierungsmodus
oder einem Stromerzeugungsmodus. Im Stromerzeugungsmodus überträgt der Maschinennebenaggregatantrieb 22 Motorisierungsdrehmoment
von der Maschine 12 auf die MGU 24. Im Motorisierungsmodus überträgt der Maschinennebenaggregatantrieb 22 Drehmoment
von der MGU 24 auf die Maschine 12. Die MGU 24 liefert
eine elektrische Ladung an das Leistungspaketmodul 26, während sie
durch die Maschine 12 angetrieben wird. Die MGU 24 stellt
Antriebsdrehmoment an die Maschine 12 bereit, während sie
elektrische Leistung von dem Leistungspaketmodul 26 empfängt. Das
Hybridsteuermodul 28 steuert den Betrieb des BAS-Systems 16.
Auf der Basis der Eingangssignale, die es von dem ECM 18 empfangt,
erzeugt das Hybridsteuermodul 28 ein Steuersignal an das
Leistungspaketmodul 26, das dem BAS-System 16 befiehlt,
in entweder einem Motorisierungsmodus oder einem Stromerzeugungsmodus
zu arbeiten. Der Maschinennebenaggregatantrieb 22 umfasst
einen Antriebsriemen, der die Maschine 12 und die MGU 24 koppelt,
wie unten erläutert.
Der Maschinennebenaggregatantrieb 22 umfasst auch ein Spannsystem,
das die Prinzipien der vorliegenden Offenlegung beinhaltet, um eine
Riemenspannung aufrechtzuerhalten, eine Dämpfung für transiente Riemenbelastungen bereitzustellen
und verschiedene Maschinennebenaggregat-Antriebskonfigurationen
zu berücksichtigen.
-
Unter
Bezugnahme auf 2 ist eine schematische Veranschaulichung
des Maschinennebenaggregatantriebes 22 von 1 mit
einem Spannsystem gezeigt, das die Prinzipien der vorliegenden Offenlegung
beinhaltet. Der Maschinennebenaggregatantrieb 22 umfasst
einen Antriebsriemen 30, der eine an der Maschine 12 angebrachte
Kurbelwellen-Riemenscheibe 32 antriebstechnisch mit einer
an der MGU 24 angebrachten MGU-Riemenscheibe 34 verbindet.
Der Antriebsriemen 30 ist um die Kurbelwellen-Riemenscheibe 32 und
die MGU-Riemenscheibe 34 geschlungen und erstreckt sich
zwischen diesen in einer Kurbelwellenspannweite 36 von
der MGU-Riemenscheibe 34 zu der Kurbelwellen-Riemenscheibe 32 und
einer MGU-Spannweite 38 von der Kurbelwellen-Riemenscheibe 32 zu
der MGU-Riemenscheibe 34.
-
Wie
oben mit Bezugnahme auf 1 beschrieben, arbeitet das
BAS-System 16 in entweder einem Motorisierungsmodus oder
einem Stromerzeugungsmodus. Im Stromerzeugungsmodus überträgt der Maschinennebenaggregatantrieb 22 Motorisierungsdrehmoment
von der Kurbelwellen-Riemenscheibe 32 auf die MGU-Riemenscheibe 34.
Im Motorisierungsmodus überträgt der Maschinennebenaggregatantrieb 22 Drehmoment
von der MGU-Riemenscheibe 34 auf die Kurbelwellen-Riemenscheibe 32.
Somit erfährt
die Kurbelwellenspannweite 36, während das BAS-System 16 sich
in dem Stromerzeugungsmodus befindet, relativ hohe Riemenspannungsbelastungen,
während
die MGU-Spannweite 38 relativ geringe Riemenspannungsbelastungen
erfährt.
Hingegen erfährt
die MGU-Spannweite 38, während das BAS-System 16 sich
in dem Motorisierungsmodus befindet, relativ hohe Riemenspannungsbelastungen,
während
die Kurbelwellen-Spannweite 38 relativ
geringe Riemenspannungsbelastungen erfährt.
-
Der
Maschinennebenaggregatantrieb 22 umfasst auch ein Spannsystem 40,
das eine optimale Riemenumschlingung um die Kurbelwellen-Riemenscheibe 32 und
die MGU-Riemenscheibe 34 und eine optimale Riemenspannung
in der Kurbelwellenspannweite 36 und der MGU-Spannweite 38 unabhängig davon
aufrechterhält,
ob das BAS-System 16 sich in dem Motorisierungsmodus oder
dem Stromerzeugungsmodus befindet. Das Spannsystem 40 besteht
primär
aus einem Spannelementkörper 46 mit Kolben 48, 50,
die unabhängig über Spannelemente 52, 54 mit
Riemenscheiben 56, 58 wirken, um den Antriebsriemen 30 an
beiden Seiten der MGU-Riemenscheibe 34 zu spannen. Der
Spannelementkörper 46 umfasst
Fluidhohlräume 60, 62,
die ein Druckfluid enthalten, das in Verbindung mit mechanischen Federn 64, 66 auf
Kolben 48, 50 wirkt, um die Spannelemente 52, 54 vorzuspannen.
Die Spannelemente 52, 54 sind drehbar an der MGU 24 montiert
und der Spannelementkörper 46 ist
in Bezug auf die MGU 24 fixiert, sodass eine lineare Translation
der Kolben 48, 50 eine rotatorische Bewegung der
Spannelemente 52, 54 bewirkt. Die Fluidhohlräume 60, 62 sind fluidtechnisch
miteinander verbunden, um die Bewegung der Spannelemente 52, 54 zu
koppeln. Kugelrückschlagventile 68, 70 sperren
die Spannelemente 52 bzw. 54 einzeln, um den Weg
eines jeden Spannelements zu begrenzen und eine erwünschte Riemenspannung
an jeder Seite der MGU-Riemenscheibe 34 aufrechtzuerhalten.
Die Kugelrückschlagventile 68, 70 sperren
die Spannelemente 52, 54 einzeln, indem sie verhindern,
dass Fluid aus den Fluidhohlräumen 60, 62 entweicht,
wenn die in der Kurbelwellenspannweite 36 bzw. der MGU-Spannweite 38 erfahrenen
Riemenspannungsbelastungen einen vorbestimmten Wert überschreiten.
-
Das
Spannsystem 40 umfasst auch eine Öffnung 72, die fluidtechnisch
mit den Fluidhohlräumen 60, 62 verbunden
ist, und einen gemeinsamen Fluidspeicher 74, der eine Dämpfung für Spannungsbelastungen
in dem Antriebsriemen 30 bereitstellt. Der Fluidspeicher 74 umfasst
eine mechanische Feder 76, die auf einen Kolben 78 wirkt,
um das Fluid in einem Speicherhohlraum 80 mit Druck zu
beaufschlagen und die Kugelrückschlagventile 68, 70 auszulösen, wenn
die Spannungsbelastung in dem Antriebsrahmen 30 stabil
ist oder abnimmt.
-
Unter
Bezugnahme auf 3 ist eine schematische Veranschaulichung
des Maschinennebenaggregatantriebes von 1 mit einem
alternativen Spannsystem gezeigt, das die Prinzipien der vorliegenden
Offenlegung beinhaltet. Ein Maschinennebenaggregatantrieb 82 umfasst
einen Antriebsriemen 84, der eine an der Maschine 12 angebrachte
Kurbelwellen-Riemenscheibe 86 antriebstechnisch mit einer
an der MGU 24 angebrachten MGU-Riemenscheibe 88 verbindet.
Der Antriebsriemen 84 ist um die Kurbelwellen-Riemenscheibe 86 und
die MGU-Riemenscheibe 88 geschlungen und erstreckt sich
zwischen diesen in einer Kurbelwellenspannweite 90 von
der MGU-Riemenscheibe 88 zu der Kurbelwellen-Riemenscheibe 86 und
einer MGU-Spannweite 92 von der Kurbelwellen-Riemenscheibe 86 zu der
MGU-Riemenscheibe 88.
-
Wie
oben mit Bezugnahme auf 1 beschrieben, arbeitet das
BAS-System 16 in entweder einem Motorisierungsmodus oder
einem Stromerzeugungsmodus. Im Stromerzeugungsmodus überträgt der Maschinennebenaggregatantrieb 82 Motorisierungsdrehmoment
von der Kurbelwellen-Riemenscheibe 86 auf die MGU-Riemenscheibe 88.
Im Motorisierungsmodus überträgt der Maschinennebenaggregatantrieb 82 Drehmoment
von der MGU-Riemenscheibe 88 auf die Kurbelwellen-Riemenscheibe 86.
Somit erfährt
die Kurbelwellenspannweite 90, während das BAS-System 16 sich
in dem Stromerzeugungsmodus befindet, relativ hohe Riemenspannungsbelastungen,
während
die MGU-Spannweite 92 relativ geringe Riemenspannungsbelastungen
erfährt.
Ebenso erfährt
die MGU-Spannweite 92, während das BAS-System 16 sich
in dem Motorisierungsmodus befindet, relativ hohe Riemenspannungsbelastungen,
während
die Kurbelwellen-Spannweite 90 relativ
geringe Riemenspannungsbelastungen erfährt.
-
Der
Maschinennebenaggregatantrieb 82 umfasst auch ein Spannsystem 94,
das die optimale Riemenumschlingung um die Kurbelwellen-Riemenscheibe 86 und
die MGU-Riemenscheibe 88 und die optimale Riemenspannung
in der Kurbelwellenspannweite 90 und der MGU-Spannweite 92 unabhängig davon
aufrechterhält,
ob das BAS-System 16 sich in dem Motorisierungsmodus oder
dem Stromerzeugungsmodus befindet. Das Spannsystem 94 besteht
primär
aus einem Spannelementkörper 96 mit Kolben 98, 100,
die unabhängig über Spannelemente 102, 104 mit
Riemenscheiben 106, 108 wirken, um den Antriebsriemen 84 an
beiden Seiten der MGU-Riemenscheibe 88 zu spannen. Der
Spannelementkörper 96 umfasst
Fluidhohlräume 110, 112,
die ein Druckfluid enthalten, das in Verbindung mit mechanischen
Federn 114, 116 auf Kolben 98, 100 wirkt,
um die Spannelemente 102, 104 vorzuspannen. Die
Spannelemente 102, 104 sind drehbar an der MGU 24 montiert
und der Spannelementkörper 96 ist
in Bezug auf die MGU 24 fixiert, sodass eine lineare Translation
der Kolben 98, 100 eine rotatorische Bewegung
der Spannelemente 102, 104 bewirkt. Die Fluidhohlräume 110, 112 sind
fluidtechnisch miteinander verbunden, um die Bewegung der Spannelemente 102, 104 zu
koppeln. Kugelrückschlagventile 118, 120 sperren
die Spannelemente 102 einzeln bzw. 104, um den
Weg eines jeden Spannelements zu begrenzen und eine erwünschte Riemenspannung
an jeder Seite der MGU-Riemenscheibe 88 aufrechtzuerhalten.
Die Kugelrückschlagventile 118, 120 sperren
die Spannelemente 102, 104 einzeln, indem sie
verhindern, dass Fluid aus den Fluidhohlräumen 110, 112 entweicht,
wenn die in der Kurbelwellenspannweite 90 bzw. der MGU-Spannweite 92 erfahrenen
Riemenspannungsbelastungen einen vorbestimmten Wert überschreiten.
-
Das
Spannsystem 94 umfasst einen gemeinsamen Fluidspeicher 122 und
getrennte Fluidspeicher 124, 126. Der Fluidspeicher 122 umfasst
eine mechanische Feder 128, die auf einen Kolben 130 wirkt,
um das Fluid in einem Speicherhohlraum 132 mit Druck zu
beaufschlagen und Fluid-Kugelrückschlagventile 118, 120 auszulösen, wenn
die Spannungsbelastung in dem Antriebsrahmen 84 stabil
ist oder abnimmt. Die Fluidspeicher 124, 126 sind
fluidtechnisch mit den Fluidhohlräumen 110, 112 über Öffnungen 134 bzw. 136 verbunden.
Die Fluidspeicher 124, 126 umfassen Druckgas,
das von dem durch die Öffnungen 134, 136 strömenden Fluid durch
eine elastische Membran (nicht gezeigt) getrennt ist. Im Gegensatz
zu dem in 2 gezeigten Spannsystem 40 umfasst
das Spannsystem 94 keine Öffnung, die zulässt, dass
Fluid in den Fluidspeicher 122 eintritt, wenn hohe Riemenbelastungen
in dem Antriebsriemen 84 bewirken, dass die Kugelrückschlagventile 118, 120 einrücken. Somit
sorgen die Fluid speicher 124, 126, wenn die Kugelrückschlagventile 118, 120 eingerückt sind,
für eine
Dämpfung für den Antriebsriemen 84,
ohne zuzulassen, dass Fluid aus den Fluidhohlräumen 110, 112 entweicht, wodurch
die Spannelemente 102, 104 in einer gesperrten
Position gehalten werden.
-
Unter
Bezugnahme auf 4 werden beispielhafte Schritte
in einem Verfahren zum Betreiben eines Nebenaggregatantriebs-Spannsystems
im Detail beschrieben. In Schritt 200 umfasst das Verfahren,
dass ein erstes Spannelement bereitgestellt wird, das mit einem
Riemen in Eingriff steht. In Schritt 202 umfasst das Verfahren,
dass ein zweites Spannelement bereitgestellt wird, das mit dem Riemen
in Eingriff steht. In Schritt 204 umfasst das Verfahren, dass
das erste und das zweite Spannelement mit einem Spannelementkörper, der
einen ersten Kolben und einen zweiten Kolben aufweist, zu dem Riemen hin
vorgespannt werden.
-
Jedes
der beschriebenen Spannsysteme beinhaltet verschiedene Abstimmungsmerkmale,
die das Anpassungsvermögen
des BAS-Systems oder ähnlicher
Mild-Hybridsysteme für
verschiedene Fahrzeuganwendungen verbessern. Während der Spannelementkörper und
die Spannelemente als an der MGU montiert gezeigt sind, sind andere
Montageorte möglich,
um Packaging-Rahmenbedingungen gerecht zu werden. Die Riemenspannung
kann optimiert werden, indem die Raten der auf die Kolben wirkenden
Federn, die Fläche
der auf die Spannelemente wirkenden Kolben und die Geometrie des Spannelementhebelarms
modifiziert werden. Die Riemenspannung kann auch optimiert werden,
indem der Durchmesser der Öffnungen
an den Kugelrückschlagventilen
modifiziert wird, um die Riemenbelastung und die Rate festzulegen,
die bewirken würden,
dass jedes Kugelrückschlagventil
einrückt, um
dadurch eine weitere Bewegung der Spannelemente zu verhindern. Die
Riemendämpfung
kann optimiert werden, indem die Rate der Feder in dem gemeinsamen
Speicher und der Durchmesser der Öffnung, die die Fluidhohlräume mit
dem gemeinsamen Speicher verbindet, oder der Druck des Druckgases in
den getrennten Speichern und der Durchmesser der Öffnungen,
die die Fluidhohlräume
mit den einzelnen Speichern verbinden, modifiziert werden. Außerdem kann
eine Riemenspannung und -dämpfung unabhängig für die Riemenspannweiten
an jeder Seite der MGU-Riemenscheibe entwickelt werden, wodurch
ermöglicht
wird, dass das BAS-System einzeln auf verschiedene Belastungsbereiche
in jeder Riemenspannweite reagiert.