CN102022495A - 马达-发电机单元的传动带张紧装置 - Google Patents

马达-发电机单元的传动带张紧装置 Download PDF

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Abstract

一种安装在马达-发电机单元的传动带张紧装置，包括具有中心定位的枢轴的张紧装置带轮支撑装置，该中心定位的枢轴限定枢转轴线，和从所述中心定位的枢轴向外延伸的第一和第二反作用臂以在它们之间限定一个角度。多个张紧装置带轮可旋转地安装在所述第一和第二反作用臂中每一个的第二端，所述反作用臂被构造为当通过传动带力接合时弹性地偏压所述张紧装置带轮，以保持期望的传动带张紧。

Description

马达-发电机单元的传动带张紧装置
技术领域
本发明涉及内燃发动机，并且更具体地，涉及发动机附件驱动***和该驱动***的传动带张紧装置。
背景技术
混合动力车辆的带式交流发电机起动机(“BAS”)动力系***与传动的、非混合动力***的不同在于，用于旋转附件的传动带和相关联的附件的扭矩不总是通过曲轴带轮从发动机曲轴产生。在发动机运行期间，发动机曲轴提供扭矩以旋转马达-发电机单元(“MGU”)，或者起动机-发电机，通常提供在MGU带轮的相对侧上的传动带的张紧和松弛侧。然而，在使用MGU起动发动机期间，MGU驱动附件传动带和相关联的附件，引起带的松弛侧转换到MGU带轮的相对侧。因此，在这样的***中通常地需要带张紧装置，该张紧装置例如是被使用以缩短传动带跨距从而最小化传动带松弛的潜在性的惰带轮。
在由发动机驱动的MGU和其它附件的运行期间，在传动带上的负载由驱动包括MGU单元在内的附件的所需要的动力决定。附件的驱动负载相对较轻，因此，需要中到低的带张紧以避免带打滑。另一方面，在使用MGU的发动机起动期间，该MGU必须提供旋转发动机(曲轴、活塞、凸轮轴等)和附件的动力。发动机启动需要明显地更高水平的带张紧以控制带的松弛侧的运动，并且以确保带不会打滑。因为封装要求，通常提供分开的张紧装置和多个惰轮臂和带轮，所述多个惰轮臂和带轮带有不同枢轴位置以获得必要的传动带几何形状。多个张紧装置、惰轮臂和带轮可能增加附件驱动***所需要的空间，并可不利地影响在一些车轮结构中的BAS动力系***的封装。
发明内容
在一个示例性实施例中，一种用于安装在马达-发电机单元的传动带张紧装置，包括具有中心定位的枢轴的张紧装置带轮支撑装置，该中心定位的枢轴限定枢转轴线，和从所述中心定位的枢轴向外延伸以在它们之间限定角度的第一和第二反作用臂，张紧装置带轮可旋转地安装在所述第一和第二反作用臂中每一个的第一端，并且构造为偏压在马达-发电机单元带轮的两侧上的传动带以在马达-发电机单元驱动和被驱动期间保持期望的传动带张紧。
结合附图，由以下实现本发明的最佳方式的细节描述，上述本发明的特征和优势以及其它特征和优势是显然的。
本发明还提供了以下方案：
方案1.一种用于安装到马达-发电机单元的传动带张紧装置组件，所述传动带张紧装置组件包括：
带轮支撑装置，其具有中心定位的限定枢转轴线的枢轴和第一和第二反作用臂，所述第一和第二反作用臂从所述中心定位的枢轴向外延伸以在它们之间限定一个角度；
多个张紧装置带轮，所述多个张紧装置带轮可旋转地安装在所述第一和第二反作用臂的每一个的第一端，并构造为偏压在马达-发电机单元驱动带轮的两侧上的传动带，以在马达-发电机单元的驱动和被驱动模式期间保持传动带上的张紧。
方案2.如方案1的所述传动带张紧装置组件，其中所述带轮支撑装置包括具有从所述中心定位的枢轴悬臂式向外伸出的所述反作用臂的单件式构件。
方案3.如方案2的所述传动带张紧装置组件，其中所述单件式构件由弹性金属，复合或叠层材料，或者上述各项的组合构成。
方案4.如方案3的所述传动带张紧装置组件，其中所述反作用臂的结构构造和所述反作用臂的弹性、弹簧率或材料屈从性能由当马达-发电机单元在发动机启动模式运行时施加在所述传动带上的力决定。
方案5.如方案1的所述传动带张紧装置组件，其中所述中心定位的枢轴可关于马达-发电机单元的轴作为轴颈安装并且能绕所述马达-发电机单元的轴自由地旋转。
方案6.如方案1的所述传动带张紧装置组件，其中所述第一和第二反作用臂被安装到在所述反作用臂的第一和第二端之间的所述中心定位的枢轴，并且绕所述中心定位的枢轴可相对于彼此枢转。
方案7.如方案6的所述传动带张紧装置组件，进一步包括：偏压组件，所述偏压组件在所述反作用臂的第二端之间延伸并且安装在所述反作用臂的第二端，所述偏压组件可操作以将所述反作用臂和相关联的张紧装置带轮偏压成抵靠在马达-发电机单元带轮的两侧上的传动带以在马达-发电机单元的驱动和被驱动模式期间保持传动带张紧。
方案8.如方案7的所述传动带张紧装置组件，所述偏压组件进一步包括：
在每个反作用臂的所述第二端上施加偏压力的偏压构件；和
阻尼组件，所述阻尼组件与所述偏压构件相关联以防止由向所述张紧装置带轮和所述第一和第二反作用臂的迅速短暂的力输入引起的所述偏压构件的迅速压缩或延伸，该力输入由作用在传动带上的马达-发电机施加。
方案9.如方案8的所述传动带张紧装置组件，其中所述偏压构件包括压缩螺旋弹簧并且所述阻尼组件包括构造为在所述反作用臂应用速度敏感阻尼的液压缸。
方案10.一种用于具有马达-发电机单元的发动机的附件驱动***，该马达-发电机单元用于驱动发动机和被发动机驱动，所述附件驱动***包括：
与发动机曲轴连接并能随该曲轴旋转的第一被动带轮；
第二被动带轮，其与所述马达-发电机单元连接并且能随该马达-发电机单元旋转；
传动带，其连接所述第一被动带轮和第二被动带轮以从一个带轮驱动另一个带轮；
安装到所述马达-发电机单元的传动带张紧装置组件，所述传动带张紧装置组件包括：
带轮支撑装置，其具有中心定位的枢轴，所述枢轴可关于所述马达-发电机单元的轴作为轴颈安装并能绕所述马达-发电机单元的轴自由地旋转；
第一和第二反作用臂，所述第一和第二反作用臂从所述中心定位的枢轴向外延伸以在它们之间限定一个角度；
多个张紧装置带轮，所述多个张紧装置带轮可旋转地安装在所述第一和第二反作用臂中每一个的第一端，其中所述反作用臂被构造为偏压在所述第二被动带轮的两侧上的传动带以在马达-发电机单元的驱动和被驱动模式期间保持传动带张紧。
方案11.如方案10的所述附件驱动***，其中所述带轮支撑装置包括具有从所述中心定位的枢轴悬臂式向外伸出的所述反作用臂的单件式构件。
方案12.如方案11所述的附件驱动***，其中所述单件式构件由弹性金属，复合或叠层材料，或者上述各项的组合构成。
方案13.如方案12所述的附件驱动***，其中所述反作用臂的结构构造和所述反作用臂的弹性、弹簧率或材料屈从性能由当马达-发电机单元在发动机启动模式运行时施加在所述传动带上的力决定。
方案14.如方案10所述的附件驱动***，其中所述第一和第二反作用臂被安装到在所述反作用臂的第一和第二端之间的所述中心定位的枢轴，并且所述第一和第二反作用臂绕所述中心定位的枢轴可相对于彼此枢转。
方案15.如方案14所述的附件驱动***，进一步包括：
偏压组件，所述偏压组件在所述反作用臂的第二端之间延伸并且安装在所述反作用臂的第二端并且可操作以偏压所述反作用臂和相关联的张紧装置带轮，当被来自所述传动带的力接合时，所述偏压组件偏压在马达-发电机单元驱动带轮的两侧上的所述传动带从而在马达-发电机单元的驱动和被驱动模式期间保持传动带张紧。
方案16.如方案15所述的附件驱动***，所述偏压组件进一步包括：
在每个反作用臂的第二端施加偏压力的偏压构件；和
阻尼组件，所述阻尼组件与所述偏压构件相关联以防止由向所述张紧装置带轮和所述第一和第二反作用臂的迅速短暂的力输入引起的所述偏压构件的迅速压缩或延伸，所述力输入由所述传动带施加。
方案17.如方案16所述的附件驱动***，其中所述偏压构件包括压缩螺旋弹簧并且所述阻尼组件包括构造为在所述支架臂上应用速度敏感阻尼的液压缸。
附图说明
其它目的、特征、优点和细节在如下实施例的具体描述中仅以举例的方式呈现，该具体描述参考的附图如下：
图1是体现本发明的特征的发动机***正视图；
图2是图1的发动机***的马达-电动机单元和传动带张紧装置的局部分解立体图；
图3是图1的发动机***的马达-电动机单元和传动带张紧装置的主视图；
图4是体现本发明另一个实施例的特征的发动机***的主视图；
图5是图4的发动机***的马达-发电机单元和传动带张紧装置的主视图。
具体实施方式
下面的描述在特征上仅仅是示例性的，并且不作为本公开、应用和使用的限制，应当明白的是，所有的附图中相应的参考数字表示类似或相应的部分和特征。
依照非限制的实施例，图1示意性地示出了混合动力车辆(未示出)发动机10，该车辆具有带式交流发电机起动机(“BAS”)附件驱动***12。该BAS附件驱动***12包括安装在发动机曲轴16端部上以用于旋转的发动机附件驱动带轮14。马达-发电机单元(“MGU”)18包括可被驱动以作为发电机并产生电能，或者作为起动机而用电能驱动发动机10的电动机械。作为起动机/发电机操作的MGU18安装在发动机10上距离发动机驱动带轮14的一定横向距离处，并且包括安装在MGU转子的轴22上以用于旋转的MGU驱动带轮20。空调压缩机24也可安装在发动机10上，并包括安装在空调压缩机24的轴28上以用于离合控制的旋转的空调压缩机驱动带轮26。另外，水泵30安装在发动机10上并类似地包括安装在水泵30的轴34上以用于旋转的水泵驱动带轮32。其它类似地安装的附件部件，例如空气泵(未示出)或动力转向泵(未示出)，也可以与BAS附件驱动***12相关联。附件传动带36连接在所有的驱动和被驱动的带轮14、20、26、32之间并与它们接合，以一起旋转发动机曲轴16、MGU18、空调压缩机24、水泵30和任何其它可选择的附件。
MGU18在汽车以混合动力模式运行时作为发电机和起动马达。MGU在发电模式被传动带36“驱动”，而在起动或转动曲柄模式时“驱动”带36。在发电模式，传动带36的上部运行段36’张紧而下部运行段36”松弛，在起动或转动曲柄模式期间情况相反，上部运行段36’松弛，而下部运行段36”张紧。为了适当地张紧传动带36，BAS附件驱动***12包括一个或多个张紧装置和惰带轮，以防止传动带在MGU18处于被驱动或驱动模式的任意一种时打滑。
参考图1-3，在一个示例性实施例中，传动带张紧装置组件38包括单件式带轮支撑装置40，该支撑装置40具有中心设置的枢轴42和第一以及第二从枢轴42向外延伸的悬臂式、弹簧状“反作用臂”44、46。反作用臂44包括可旋转地安装在其第一端54的轴52上的张紧装置带轮50。同样地，反作用臂46包括可旋转地安装在其第一端60的第二轴58上的第二张紧装置带轮56。构成带轮支撑装置40和悬臂式反作用臂44、46的材料选择为当在端部54和60加载时呈现预定弹性度，进一步的细节将被描述。用于构成带轮支撑装置的所选择的材料可包括在发动机应用的通常环境中呈现为稳定的且可重复的弹性的弹性金属、复合材料、叠层材料或其它材料。反作用臂44、46的结构构造与材料的弹性、弹簧率或者材料屈从性能(弹性模量等)将有在MGU18以发动机起动模式运行时施加在附件驱动***上的力决定，进一步细节将在下面描述。
传动带张紧装置组件38安装在MGU的枢轴42上，并且构造为绕MGU轴22的轴线62可自由旋转。在一个示例性实施例中，这通过将枢转42的内端作为轴颈安装在MGU驱动带轮20和MGU轴22之间来实现。如图1和3所示，传动带36绕MGU驱动带轮20和张紧装置带轮50和56以蛇形构造周向地延伸。
在发动机***10的正常运行期间(曲轴驱动MGU)，传动带张紧装置组件38的张紧装置带轮50应用偏压力张紧传动带36的相对松弛的、被驱动跨距36”由此吸收可能出现的任何松弛。另外，张紧装置带轮56抵靠在MGU驱动带轮20的相对侧上的传动带36安放在张紧的带跨距36’上。应用到传动带跨距36’和36”的偏压力是所选的用来构成单件式带轮支撑装置40和相关联的臂44、46的材料的弹性或刚性、位于悬臂式反作用臂之间的相对角度“α”以及由曲轴带轮14应用在传动带36上的力或张力的函数。由于悬臂式反作用臂44、46的弹性材料特点，臂46可在上部带运行段36’在张紧装置带轮56上的负载的作用下弯曲，由此在传动带36上施加力，从而在BAS附件驱动***12上应用弹簧状、力敏感张紧。在通常的、稳定的发动机运行状态，张紧装置组件38和张紧装置带轮50和56的位置保持相对地不变(基于在带轮上的输入和绕在中心设置的枢轴42上的MGU轴线62的旋转的以自我为中心和对准)。传动带张紧装置组件38导致的传动带36受到的张紧装置力相对来说是中等的，然而在发动机驱动各种附件和MGU18的上述运行期间足够控制带运行段部分36’和36”。在该方式，作用于各个带轮和附件的轴承***的力经受中等负载，该中等负载足以从发动机驱动带轮14驱动附件和MGU18、而没有带/带轮打滑。
在发动机10的短暂运行期间的发动机速度迅速变化期间，或者在MGU18从被驱动模式到发动机转动曲轴或起动模式的转换时，通过MGU18在下部带运行段36”上产生的力将顺时针地推动传动带张紧装置组件38，如图3的虚线所示，这是由于下部带运行段瞬间处于迅速的且显著增加的张紧力(“FMGU”)的作用下。组件旋转的结果导是，第二张紧装置带轮56将被推动成抵靠位于悬臂式反作用臂46的第一端处的上部带运行段36’。由于悬臂式反作用臂44、46的弹性材料特征，臂44将在张紧装置带轮50上的下部带运行段36”的增加的负载的作用下弯曲，由此在传动带36上施加力，从而在BAS附件驱动***12上应用弹簧状、力敏感张紧。由此悬臂式反作用臂44和46应用阻挠由应用在下部带运行段36”中的带36上的张紧力的增加导致的张紧装置带轮50的顺时针运动的抑制力，从而张紧装置带轮50被允许在顺时针方向移动最小量(如图3虚线所示)。在该运行的方式中，张紧装置带轮50的初始位置在短的发动机起动循环期间改变相对小的量，在该起动循环期间下部运行段36”中的带张紧力显著增加。同时，带张紧装置带轮56枢转进入上部跨距36’，以吸收发动机10起动时在上部跨距中增加的松弛。
如图4和5所示的其它示例性的实施例中，传动带张紧装置组件38包括具有中心设置的枢轴42的多件式带轮支撑装置70，两个向外延伸的反作用臂72和74在它们第一端和第二端之间的位置安装在该枢轴42上，并且所述向外延伸的反作用臂围绕该枢轴可相对于彼此枢转。反作用臂72包括可旋转地安装在其第一端76的第一轴52上的张紧装置带轮50，同样地，反作用臂74包括可旋转地安装在其第一端78的第二轴58上的第二张紧装置带轮56。
偏压组件84在向外延伸的反作用臂72、74的第二端80、82之间延伸并分别安装到第二端80、82，偏压组件84是包括由压缩螺旋弹簧88围绕的中心液压缸86的液压支柱形式。偏压组件84连接到向外延伸的反作用臂72的第二端80的耳环90和向外延伸的反作用臂74的第二端82的耳环92。该偏压组件84构造为使得压缩螺旋弹簧88分别地持续地偏压抵靠向外延伸的反作用臂72、74的第二端80、82处的耳环90、92。该偏压动作使中心液压缸86在该中心液压缸被内部设计成自由移动的方向上延伸，并将张紧装置带轮50、56偏压成抵靠上部和下部运行段36’、36”以保持传动带处于张紧，该张紧对由安装到曲轴的、发动机驱动带轮14对MGU18和各种其它发动机附件的正常的、稳态的驱动来说是适当的。然而，中心液压缸76包括内部速度敏感阻尼特征(未示出)，以限制由可能作用于在该液压缸上的力造成的压缩速率。
在发动机***10(曲轴驱动MGU)正常的、稳态的运行期间，传动带张紧装置组件38的张紧装置带轮50利用力张紧传动带跨距36”，该力由压缩螺旋弹簧88的弹簧率决定，当张紧装置带轮56抵靠在MGU驱动带轮20的相对侧上的传动带36安放在张紧的带跨距36’上时，该力足以吸收带运行段中的任何松弛。张紧装置组件38的位置和向外延伸的反作用臂72、74的相关位置在上述发动机运行期间保持相对地不变。应用到传动带36的张紧装置力相对地适中，但在发动机驱动各种附件和MGU18的上述运行期间足够控制带运行段36’和36”。在该方式，作用于各个带轮和附件的轴承***的力经受适中的负载，该负载仅足以从发动机驱动带轮14驱动附件和MGU18而没有带/带轮打滑。
在发动机10的短暂运行期间的发动机速度迅速变化期间，或在MGU18从被驱动模式到发动机转动曲柄或启动模式转换时，压缩螺旋弹簧88的偏压力不足以抵抗在下部带运行段36”上产生的力(FMGU)将第二张紧装置带轮56保持在适当位置。在后一情况下，BAS附件驱动***12的运行时间段相当短，中心液压缸86向偏压组件84应用液压阻尼力以将收缩(由于由下部传动带运行段36”引起的张紧装置带轮50上的迅速增加的向外的力，向外延伸的反作用臂72、74的第二端80、82相对关闭)限制到较慢的变化速率，因此向BAS附件驱动***12应用速度敏感阻尼。因此中心液压缸86应用阻挠向外延伸的反作用臂72、74的相对运动的抑制力。在该运行模式，在相对短的发动机起动循环期间，张紧装置带轮50的初始位置变化相对小的量，在该起动循环中下部运行段36”中的带张紧显著地增加。同时，由于传动带张紧装置组件38绕中心设置的枢轴42旋转，当发动机10正被起动时，根据需要，张紧装置带轮56被枢转入上部跨距36’以吸收上部跨距中增加的松弛。
通过提供安装在MGU的传动带张紧装置组件38，该传动带张紧装置组件38包括多个张紧装置带轮50和56，该张紧装置带轮50和56可操作以位置附件传动带36的上部和下部运行段36’和36”中的适当张紧，单个组件可被用于多种BAS混合动力发动机应用，对每个发动机/车辆应用无需较多的重新封装努力或者发动机改造。示例性的安装到MGU的传动带张紧装置组件38可作为单个单元被提供到发动机或车辆组件工厂，该单个单元可用于多个BAS混合动力发动机应用，在单件式带轮支撑装置40的情况下，仅需要(基于发动机动力和其它变量)重新调谐悬臂式反作用臂44、46的弹性特征或者在多件式带轮支撑装置70的情况下，仅需重新调谐中心液压缸86和压缩螺旋弹簧88的阻尼/偏压特征。上述具有接近“万能”应用的张紧装置可具有预先确定某些发动机前面的封装要求，由此释放其它封装空间以用于发动机技术提高的效果。
虽然本发明主要参照了BAS混合动力发动机***进行描述，但应领会到，本发明在非BAS***中也有很多应用，这些非BAS***可需要高的短期传动带张紧度，例如在更高性能的发动机中，在这种发动机中迅速的速度偏移频繁出现。因此，本发明不限制为包括在描述的实施例中。
本发明已经描述相关的示例性的实施例，应当理解在不脱离本发明的范围内，本领域技术人员可作出各种改变或替代其中等同的原件。另外，在不脱离本发明必要的范围内，可作出许多修改以使特定的形势或材料适应本发明的教导。因此，作为运行本发明最佳模式预期的特定实施例的公开并不打算作为本发明的限制，但本发明将包括所有的落在目前应用的范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种用于安装到马达-发电机单元的传动带张紧装置组件，所述传动带张紧装置组件包括：
带轮支撑装置，其具有中心定位的限定枢转轴线的枢轴和第一和第二反作用臂，所述第一和第二反作用臂从所述中心定位的枢轴向外延伸以在它们之间限定一个角度；
多个张紧装置带轮，所述多个张紧装置带轮可旋转地安装在所述第一和第二反作用臂的每一个的第一端，并构造为偏压在马达-发电机单元驱动带轮的两侧上的传动带，以在马达-发电机单元的驱动和被驱动模式期间保持传动带上的张紧。
2.如权利要求1的所述传动带张紧装置组件，其中所述带轮支撑装置包括具有从所述中心定位的枢轴悬臂式向外伸出的所述反作用臂的单件式构件。
3.如权利要求2的所述传动带张紧装置组件，其中所述单件式构件由弹性金属，复合或叠层材料，或者上述各项的组合构成。
4.如权利要求3的所述传动带张紧装置组件，其中所述反作用臂的结构构造和所述反作用臂的弹性、弹簧率或材料屈从性能由当马达-发电机单元在发动机启动模式运行时施加在所述传动带上的力决定。
5.如权利要求1的所述传动带张紧装置组件，其中所述中心定位的枢轴可关于马达-发电机单元的轴作为轴颈安装并且能绕所述马达-发电机单元的轴自由地旋转。
6.如权利要求1的所述传动带张紧装置组件，其中所述第一和第二反作用臂被安装到在所述反作用臂的第一和第二端之间的所述中心定位的枢轴，并且绕所述中心定位的枢轴可相对于彼此枢转。
7.如权利要求6的所述传动带张紧装置组件，进一步包括：偏压组件，所述偏压组件在所述反作用臂的第二端之间延伸并且安装在所述反作用臂的第二端，所述偏压组件可操作以将所述反作用臂和相关联的张紧装置带轮偏压成抵靠在马达-发电机单元带轮的两侧上的传动带以在马达-发电机单元的驱动和被驱动模式期间保持传动带张紧。
8.如权利要求7的所述传动带张紧装置组件，所述偏压组件进一步包括：
在每个反作用臂的所述第二端上施加偏压力的偏压构件；和
阻尼组件，所述阻尼组件与所述偏压构件相关联以防止由向所述张紧装置带轮和所述第一和第二反作用臂的迅速短暂的力输入引起的所述偏压构件的迅速压缩或延伸，该力输入由作用在传动带上的马达-发电机施加。
9.如权利要求8的所述传动带张紧装置组件，其中所述偏压构件包括压缩螺旋弹簧并且所述阻尼组件包括构造为在所述反作用臂应用速度敏感阻尼的液压缸。
10.一种用于具有马达-发电机单元的发动机的附件驱动***，该马达-发电机单元用于驱动发动机和被发动机驱动，所述附件驱动***包括：
与发动机曲轴连接并能随该曲轴旋转的第一被动带轮；
第二被动带轮，其与所述马达-发电机单元连接并且能随该马达-发电机单元旋转；
传动带，其连接所述第一被动带轮和第二被动带轮以从一个带轮驱动另一个带轮；
安装到所述马达-发电机单元的传动带张紧装置组件，所述传动带张紧装置组件包括：
带轮支撑装置，其具有中心定位的枢轴，所述枢轴可关于所述马达-发电机单元的轴作为轴颈安装并能绕所述马达-发电机单元的轴自由地旋转；
第一和第二反作用臂，所述第一和第二反作用臂从所述中心定位的枢轴向外延伸以在它们之间限定一个角度；
多个张紧装置带轮，所述多个张紧装置带轮可旋转地安装在所述第一和第二反作用臂中每一个的第一端，其中所述反作用臂被构造为偏压在所述第二被动带轮的两侧上的传动带以在马达-发电机单元的驱动和被驱动模式期间保持传动带张紧。
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