DE10322540A1

DE10322540A1 - Riementrieb in dem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs und Verfahren zum Steuern eines solchen Riementriebs

Info

Publication number: DE10322540A1
Application number: DE2003122540
Authority: DE
Inventors: Matthias Deiml; Frank Lohrenz; Siegfried Müller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-05-19
Filing date: 2003-05-19
Publication date: 2004-12-23
Also published as: WO2004101974A1

Abstract

Der Riementrieb (1) schließt einen Treibriemen (2) ein, durch den eine Motorkurbelwelle (4) und ein Starter-Generator (5) miteinander verbunden sind, und der durch eine Spannvorrichtung (10) mit der erforderlichen Riemenspannkraft versorgt wird. Die Spannvorrichtung weist einen Aktuator (11) auf, durch den eine Spannrolle (9) gegen den Treibriemen (2) gedrückt wird. Der Aktuator ist mit einer elektronischen Steuerung (17) versehen, durch die die Riemenspannkraft dosiert und zeitlich gesteuert wird. Der Aktuator kann durch einen Bowdenzug mit der Spannrolle verbunden sein.

Description

Die Erfindung betrifft einen Riementrieb nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren zum Steuern eines solchen Riementriebs. Der Riementrieb weist einen Treibriemen auf, durch den eine Motorkurbelwelle und ein Starter-Generator miteinander verbunden sind, und der durch eine Spannvorrichtung mit der erforderlichen Riemenspannkraft versorgt wird.
Aus der betrieblichen Praxis ist ein Riementrieb mit zwei Spannrollen bekannt, von denen je eine in dem Riementrum vor und nach dem Starter-Generator sitzt. Die beiden Spannrollen sind mit Hebeln verbunden. Nachteilig sind vor allem der benötigte Bauraum und die erforderliche hohe Vorspannung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Riementrieb der eingangs genannten Art zu schaffen, der möglichst wenig Platz in dem Motorraum eines Kraftfahrzeugs benötigt. Außerdem soll er jederzeit eine ausreichend hohe Vorspannkraft für den Treibriemen aufbringen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Treibriemen nach Anspruch 1 und das Verfahren nach Anspruch 8 gelöst. Die Spannvorrichtung weist eine Spannrolle auf, die durch einen Aktuator gegen den Antriebsriemen gedrückt wird. Der Aktuator ist mit einer elektronischen Steuerung versehen, durch die die Riemenspannkraft dosiert und zeitlich gesteuert wird. Die Spannrolle wird durch Federkraft gegen den Antriebsriemen gedrückt, und in vorgegebenen Fahrsituationen des Kraftfahrzeugs wird die Spannrolle zusätzlich durch den Aktuator gegen den Antriebsriemen gedrückt. Der Aktuator kann hydraulisch, elektrisch oder elektro-hydraulisch betätigt werden.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen niedergelegt.

Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass eine hohe Vorspannkraft nur dann auf den Treibriemen aufgebracht wird, wenn ein hohes Drehmoment übertragen werden muss. Das ist insbesondere beim Anlassen oder Starten des Motors erforderlich. Damit werden Verluste im Antrieb und ein hoher Verschleiß vermieden, die sich bei der üblichen ständigen hohen Vorspannkraft ergeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
1 einen erfindungsgemäßen Riementrieb in einem Kraftfahrzeug;
2 eine Darstellung der Abhängigkeit der Steuerung der Vorspannkraft des Riementriebs nach 1 von einem ersten Parameter;
3 ein anderes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Riementriebs, und
4 eine Darstellung der Abhängigkeit der Steuerung der Vorspannkraft des Riementriebs nach 1 von einem weiteren Parameter
Ein Riementrieb 1 (1) für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, das hier nicht weiter dargestellt ist, weist einen Treib- oder Antriebsriemen 2 auf, der eine Motor-Kurbelwelle 4 mit einem Starter-Generator 5 und einem beliebigen Aggregat 6, zum Beispiel einem Kompressor, verbindet. Der Treibriemen 2 wird an einer frei mitlaufenden Leerrolle 8 geführt und von einer Spannrolle 9 mit einer zur sicheren Übertragung von Drehmoment erforderlichen Vorspannung beaufschlagt. Er ist vorzugsweise als Mehrfach-Keilrippenriemen ausgebildet, wie er zum Beispiel unter der Bezeichnung BANDO RIB ACE-Keilrippenriemen im Handel erhältlich ist.
Die Spannrolle 9 wird dazu zum einen durch einen Riemenspanner in Form einer Feder gegen den Treibriemen 2 gedrückt. Da ein solcher Riemenspanner allgemein bekannt ist, ist er für sich in der schematischen Zeichnung nicht besonders dargestellt. Zum anderen schließt eine Spannvorrichtung 10 einen Aktuator 11 ein, der eine zusätzliche höhere Vorspannung erzeugen kann. In diesem ersten Ausführungsbeispiel besteht der Aktuator 11 aus einem Hydraulikzylinder 12, dessen Kolben durch eine Kolbenstange 13 mit der Spannrolle 9 verbunden ist. Aus einer Druckquelle 14 gelangt ein hydraulischer Druck p über eine Druckleitung 15 und ein Hydraulikventil 16 zu dem Hydraulikzylinder 12. Die Druckquelle ist zum Beispiel als ein von einer Pumpe mit Flüssigkeitsdruck versorgter Druckspeicher ausgebildet.
Das Hydraulikventil 16 ist mit einer elektronischen Steuerung 17 verbunden, durch die der Druck in dem Hydraulikzylinder 12 und damit die Vorspannkraft des Treibriemens 2 gesteuert oder geregelt wird.
Durch die elektronische Steuerung 17 ist es möglich, nur in vorgegebenen Fahrsituationen des Kraftfahrzeugs, insbesondere zu dem Zeitpunkt des Startens des Motors mit dem Starter-Generator, eine zusätzliche Riemenspannkraft zu erzeugen. Außerdem lässt sich die Spannkraft je nach Anforderung dosieren, da zum Beispiel bei warmem Motor weniger Startdrehmoment notwendig und somit weniger Riemenvorspannung erforderlich ist. Wenn der Motor bereits mit etwas höherer Drehzahl läuft, dient der Starter-Generator 5 als Generator, so dass die Riemenspannung dann sehr gering sein kann. Es genügt die Federvorspannung des vorhandenen konventionellen Riemenspanners. Die elektronische Steuerung 17 kann das Ventil ausschalten, der Hydraulikzylinder 12 baut keine Kraft mehr auf.
Die Spannrolle 9 ist mit ihrer Drehachse 18 exzentrisch auf einer Rolle oder Scheibe 19 gelagert, deren – in der Zeichnung verdeckte – Drehachse ortsfest an dem Motor des Kraft fahrzeugs gelagert ist. An der exzentrisch gelagerten Spannrolle 9 greift die Kolbenstange 13 an, so dass die Spanrolle durch die Kraft des Aktuators 11 gegen den Treibriemen 2 geschwenkt wird.
Der Riementrieb 1 erfordert in Kraftfahrzeugen mit Starter-Generator und dazu gehörigen Funktionen (wie Stop-Start-Automatik, automatische Kupplung usw.) nur einen geringen Zusatzaufwand. Da für den Betrieb des Starter-Generators ohnehin ein elektronisches Steuergerät notwendig ist, kann dieses zusätzlich die Riemenspannung steuern. Bei Kraftfahrzeugen mit einer automatischen Kupplung oder einem hydraulischen automatisierten Schaltgetriebe ist in dem Fahrzeug ohnehin ein Hydrauliksystem vorhanden, das auch den notwendigen Arbeitsdruck für den Betrieb der Spannvorrichtung 10 liefern kann. Zusätzlich erforderlich sind also nur ein Druckregelventil und ein Hydraulikzylinder.
Alternativ zu der hydraulischen Betätigung der Spannvorrichtung 10 kann auch eine elektromotorische Betätigung des Riemenspanners oder eine kombinierte Form beider Betätigungsarten erfolgen.
In dem aus 2 ersichtlichen Diagramm, anhand dessen eine parameterabhängige Steuerung der Vorspannkraft des Riementriebs 1 erläutert wird, ist auf der Abszisse der Parameter Kühlwasser-Temperatur ϑ_w des Motors vor dem Start, in °C, und auf der Ordinate die pulsweitenmodulierte Steuergröße PWM für die Vorspannkraft, in Prozent eines Arbeitszyklus, aufgetragen. Die Steuergröße bestimmt die Höhe der Riemenspannkraft.
Aus der dargestellten Funktion PWM = f(ϑ_w) ist zu erkennen, dass bei niedrigen Temperaturen für etwa 95% eines Arbeitszyklus der Hydraulikzylinder 12 Druck auf den Treibriemen 2 aufbringt. Bei Kühlwassertemperaturen ab 15°C beträgt die Steuergröße PWM etwa 700. Dies entspricht der Tatsache, dass bei einem warmen Motor zum Starten weniger Drehmoment erforderlich ist – und damit weniger Riemenvorspannung aufgebracht werden muss – als bei einem kalten Motor. Die genannten Zahlenwerte sind Beispiele für einen ausgeführten Typ von Riementrieb 1. Sobald der Motor läuft, dient der Starter-Generator 5 als Generator, und die Riemenspannung kann dann viel geringer sein. Es genügt die Federvorspannung des vorhandenen konventionellen Riemenspanners. Die elektronische Steuerung 17 schaltet das Hydraulikventil 16 aus, der Hydraulikzylinder 12 baut keine Kraft mehr auf.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Riementriebs 20 (3) sind die unveränderten oder zumindest gleich wirkenden Bestandteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in 1. Der Aktuator 21 besteht hier aus einem Hydraulikzylinder 22, der durch einen Bowdenzug 24 mit einer Rolle oder Scheibe 25 verbunden ist, die drehbar aber ortsfest an dem Motor des Kraftfahrzeugs gelagert ist. Eine Spannrolle 26 ist mit ihrer Drehachse 27 exzentrisch auf der Rolle 25 befestigt. Ein Drahtseil 28 des Bowdenzugs ist mit seinem einen Ende 29 an dem Kolben 30 des Hydraulikzylinders und mit seinem anderen Ende 31 an dem Außenumfang der Rolle 25 befestigt. Wird der Kolben 30 durch Druckaufbau in dem Hydraulikzylinder 22 aus diesem heraus verschoben, so versetzt das Drahtseil 28 die Rolle 25 in Drehung. Diese wirkt als Hebel und drückt die Spannrolle 26 gegen den Treibriemen 2.
In der Druckleitung 15 liegt zwischen der Druckquelle 14 und dem Hydraulikventil 16 ein Schaltventil 23, das ebenfalls durch die elektronische Steuerung 17 gesteuert wird. Es wird während des Startvorgangs des Motors geschlossen und verhindert damit einen Rückfluss von Hydraulikflüssigkeit in die Druckquelle 14.
Auch hier wird die Spannrolle ansonsten durch einen nicht dargestellten Feder-Riemenspanner gegen den Treibriemen ge drückt. Die Verbindung der Spannrolle 26 mit dem Hydraulikzylinder 22 über den Bowdenzug 24 hat den Vorteil, dass der Hydraulikzylinder dort in dem Motorraum eines Kraftfahrzeugs platziert werden kann, wo er am wenigsten stört. Es ist nicht erforderlich, in dem ohnehin engen Bauraum im Bereich des Riementriebs konstruktive Änderungen vorzunehmen. Das ziemlich dünne Kabel des Bowdenzugs 24 kann problemlos verlegt werden, wenn notwendig auch über längere Distanzen (bis über ein Meter). Anstelle des Bowdenzugs kann auch ein anderes biegsam verlegbares Kraftübertragungselement den Aktuator 21 mit der Spannrolle 26 verbinden.
Die elektronische Steuerung 17 steuert den Riementrieb 1, also insbesondere die Riemenspannkraft, nach einem Verfahren, das folgende Schritte einschließt: Nach dem Einschalten der Zündspannung wird in einem ersten Schritt geprüft, ob der Motor schon läuft. Wenn ja, wird in einem zweiten Schritt die Kühlwassertemperatur ϑ_w ermittelt.
In einem dritten Schritt wird aus dem Diagramm der 2, das zum Beispiel in Form einer Tabelle in einem Speicher abgelegt ist, der Wert der Steuergröße PWM ermittelt, der der Kühlwassertemperatur ϑ_w entspricht. In einem vierten Schritt wird mit diesem Wert das Hydraulikventil 16 angesteuert und damit der Hydraulikzylinder 12 mit dem Druck p beaufschlagt. In einem fünften Schritt wird geprüft, ob die Motordrehzahl die Anlassdrehzahl überschritten hat. Wenn ja, wird das Hydraulikventil 17 geschlossen und somit kein Druck mehr in dem Hydraulikzylinder 12 aufgebaut. Damit ist das Programm beendet. Es wird bei jedem Einschalten der Zündspannung erneut abgearbeitet.
Aus dem Diagramm von 4 ist ersichtlich, dass die Riemenspannkraft durch eine von der Drehzahl n des Motors abhängige Steuergröße PWM gesteuert werden kann. Eine derart variable Riemenspannkraft ist dann von Vorteil, wenn der Motor stark ungleichförmige Drehmomente und Winkelgeschwindigkeiten liefert (mit hohen Oberwellenanteilen der Schwingung). Mit der variablen Riemenspannkraft kann der Verschleiß des Treibriemens erheblich vermindert und der Kraftstoffverbrauch verringert werden.
Die Wertepaare dieses Diagramms können zum Beispiel in Form der nachfolgenden Tabelle in einem Speicher in der Steuerung 17 abgelegt werden. Sie gelten für eine Typ eines Verbrennungsmotors.
Die Riemenspannkraft kann auch von einer sich verändernden Motorlast abhängen. Diese Abhängigkeit lässt sich analog mit den Werten aus einem der 4 entsprechenden Diagramm beziehungsweise den Werten aus einer zugehörigen Speichertabelle kompensieren.

Claims

Riementrieb (1) in dem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einem Treibriemen (2), durch den eine Motorkurbelwelle (4) und ein Starter-Generator (5) miteinander verbunden sind, und der durch eine Spannvorrichtung (10) mit der erforderlichen Riemenspannkraft versorgt wird, dadurch gekennzeichnet, – dass die Spannvorrichtung (10) einen Aktuator (11) aufweist, durch den eine Spannrolle (9) gegen den Treibriemen (2) gedrückt wird, und – dass der Aktuator (11) mit einer elektronischen Steuerung (17) versehen ist, durch die die Riemenspannkraft dosiert und zeitlich gesteuert wird.
Riementrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass der Aktuator (11) einen Hydraulikzylinder (12) aufweist, – dass der Druck (p) in dem Hydraulikzylinder (12) durch ein Hydraulikventil (16) eingestellt wird, und – dass das Hydraulikventil (16) mit der elektronischen Steuerung (17) verbunden ist, durch die die Riemenspannkraft dosiert und zeitlich gesteuert wird.
Riementrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft des Aktuators (11) an einer exzentrisch gelagerten Spannrolle (9) angreift.
Riementrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (21) durch ein biegsames Kraftübertragungselement mit der Spannrolle (26) verbunden ist.
Riementrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (21) durch einen Bowdenzug (24) mit der Spannrolle (26) verbunden ist.
Riementrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Treibriemen (2) ein weiteres Aggregat (6) mit der Motorkurbelwelle (4) und dem Starter-Generator (5) verbunden ist.
Riementrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, – dass die Spannrolle (26) mit ihrer Drehachse (27) exzentrisch auf einer ortsfest drehbaren Rolle (25) gelagert ist, und – dass an dem Außenumfang der Rolle (25) die Kraft des Aktuators über den Bowdenzug (24) angreift.
Verfahren zum Steuern eines Riementriebs (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, – dass die Spannrolle (9) durch Federkraft gegen den Treibriemen (2) gedrückt wird, und – dass sie in vorgegebenen Fahrsituationen des Kraftfahrzeugs zusätzlich durch den Aktuator (11) gegen den Treibriemen gedrückt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannrolle (9) beim Starten des Motors durch den Aktuator (11) gegen den Treibriemen (2) gedrückt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine variable Riemenspannkraft abhängig von der Drehzahl und Last des Motors aufgebracht wird.