具有液压锁定特征的张紧器的制作方法

本申请要求于2014年6月20日提交的美国临时专利申请No.62/015,112的权益以及于2015年1月5日提交的美国临时专利申请No.62/099,819的权益，两个申请的内容全部并入本文中。

技术领域

本公开通常涉及皮带张紧器领域，并且更特别地涉及用于车辆用前发动机附件驱动系统的皮带张紧器。

背景技术：

车辆发动机通常使用前发动机附件驱动器以将动力传递至一个或更多个附件，例如交流发电机、空调压缩机、水泵及各种其它的附件。纵观内燃机发动机的历史，已经提出了许多不同类型的张紧器，以便保持在用以将动力传递至附件的皮带中的张力。一些张紧器构造成在皮带上施加非常高的皮带张力，用以确保在发动机及附件的所有操作模式下不会发生皮带在与皮带接合的带轮中的一个或更多个带轮上滑动的情况。将会有利的是，提供能够在需要时保持高的皮带张力、并且在不需要高的皮带张力时保持较低的皮带张力的张紧器。还将会有利的是，提供具有相对低复杂性及相对低成本的这样的张紧器。

技术实现要素：

在一个方面中，提供一种用于环形驱动构件的张紧器。该张紧器包括带轮、主活塞室、容器、将主活塞室及容器连接的第一流体通道及第二流体通道、在主活塞室中可移动的主活塞、止回阀、控制阀、以及可移动容器构件。止回阀定位成防止在主活塞室及容器之间的穿过第二通道的沿一个流体流动方向的流体流动，并且允许在容器及主活塞室之间的穿过第二流体通道的沿相反的流体流动方向的流体流动。控制阀定位在第一流体通道中，并且在用以提供穿过控制阀的第一流动阻力的第一位置和用以提供穿过控制阀的第二流动阻力的第二位置之间是可移动的，其中，第一流动阻力小于第二流动阻力。可移动容器构件在容器中基于容器中的流体量而移动以改变容器的体积，使得容器、主活塞室以及第一通道及第二通道一起被包含于基本上没有任何可压缩流体的流体回路中。

在另一个方面中，提供一种用于环形驱动构件的张紧器。该张紧器包括带轮、主活塞室、容器、将主活塞室及容器连接的第一流体通道及第二流体通道、在主活塞室中可移动的主活塞、止回阀、控制阀、以及可移动容器构件。止回阀定位成防止在主活塞室及容器之间的穿过第二通道的沿一个流体流动方向的流体流动，并且允许在容器及主活塞室之间的穿过第二流体通道的沿相反的流体流动方向的流体流动。控制阀定位在第一流体通道中，并且在用以提供穿过控制阀的第一流动阻力的第一位置及用以提供穿过控制阀的第二流动阻力的第二位置之间是可移动的，其中，第一流动阻力小于第二流动阻力。第一流体通道及第二流体通道都流体地连接至主活塞的第一侧。

在另一个方面中，提供一种用于控制张紧器的方法，该紧张器包括带轮、活塞室、容器、将活塞室及容器连接的第一流体通道及第二流体通道、活塞室、容器、将活塞室及容器连接的第一流体通道及第二流体通道、在活塞室中可移动的活塞、止回阀、控制阀；止回阀构造成防止在活塞室及容器之间的穿过第二通道的沿一个流体流动方向的流体流动，并且允许在容器及活塞室之间的穿过第二流体通道的沿相反的流体流动方向的流体流动；控制阀在第一位置及第二位置之间是可移动的，第一位置允许在活塞室及容器之间的穿过第一流体通道的第一流体流动，第二位置防止在容器及活塞室之间的穿过第一流体通道的流体流动。该方法包括：

a)接收来自至少一个传感器的信号；

b)基于信号预测环形驱动构件的至少一个区域上的张力是否即将降低；

c)关闭阀以防止从活塞室流出至容器的流体流动，同时允许油从容器流入到活塞室中；以及

d)在环形驱动构件中的张力下降时通过来自张紧器偏压构件的力以及通过允许穿过止回阀进入活塞室的流体流动并且防止从活塞室穿过止回阀或控制阀进入容器的流体流动，将带轮至少部分地推进至环形驱动构件中。

基于本文中提供的说明书及权利要求将理解本公开的实施方式的其它方面。

附图说明

参照附图将更好地理解本发明的前述方面及其它方面，在附图中：

图1是带有前发动机附件驱动装置的发动机，其中，前发动机附件驱动装置包括根据本公开的实施方式的张紧器；

图2是支柱的剖面正视图，其中，支柱是图1中所示的张紧器的一部分；

图2A是图2中所示的支柱的分解立体图；

图3是图2中所示的支柱的放大剖面正视图，其中，控制阀处于第一位置；

图4是图2中所示的支柱的放大剖面正视图，其中，控制阀处于第二位置；

图4A是图2中所示的支柱的放大剖面正视图，其中，控制阀处于第三位置；

图5A是图2中所示的支柱的剖面正视图，其中，图中示出了在减少的皮带张力情况下的处于第一位置的控制阀；

图5B是图2中所示的支柱的剖面正视图，其中，图中示出了在增加的皮带张力情况下的处于第一位置的控制阀；

图6A是图2中所示的支柱的剖面正视图，其中，图中示出了在减少的皮带张力情况下的处于第二位置的控制阀；

图6B是图2中所示的支柱的剖面正视图，其中，图中示出了在增加的皮带张力情况下的处于第二位置的控制阀；

图7是支柱的替代的实施方式的放大剖面图；

图8是支柱的另一替代的实施方式的放大剖面图；

图9是图2中所示的控制阀的一部分的替代的实施方式的放大剖面图；以及

图10是图9中所示的控制阀的部分的替代的实施方式的放大剖面图。

具体实施方式

图1示出了车辆的附件驱动系统，该附件驱动系统通常设置在发动机8的前端部。发动机8包括曲轴10，曲轴10具有安装在曲轴10上的曲轴带轮12。曲轴带轮12经由环形驱动构件——例如皮带16——驱动一个或更多个车辆附件14。为方便起见，环形驱动构件将被称为皮带，然而，可以理解的是，其能够是任何其它类型的环形驱动构件。附件14可以包括电动发电机单元(MGU)14a、空调压缩机14b、水泵(未示出)、动力转向泵(未示出)和/或任何其它适合的附件。

在图1中，示出了两个附件14，然而可以存在更多个或者更少个附件。传动附件中的每一者都具有轴18及带轮20。

电力驱动的可调节的张紧器24被提供用以拉紧皮带16。张紧器24包括张紧器支柱100及张紧器臂26，该张紧器臂26经由枢转连接件27枢转地安装至静止结构(例如，发动机8)以围绕第一臂枢转轴线Aa进行枢转运动。枢转连接件27可以由在臂26上的环27a提供，环27a连接至发动机8上的枢转轴27b。带轮30经由第二枢转轴29枢转地安装至张紧器臂26，以围绕与臂枢转轴线Aa相偏移的带轮轴线Ap进行旋转。在图1中所示的张紧器臂26示出为具有大致三角形形状，但可以理解的是，其可能具有任何适合的形状并且所示的形状仅是为了方便。

张紧器支柱100安装在张紧器臂26及静止结构之间，静止结构是例如发动机8或相对于发动机静止的任何其它结构，例如安装至发动机8的支架。

参照图2及图2A。张紧器支柱100包括滑动地设置在壳体34中的可伸出构件32。可伸出构件32经由枢转连接件36枢转地安装至张紧器臂26，枢转连接件36由在可伸出构件32上的安装至臂26(图1)上的枢转轴36b的环36a形成。壳体34经由枢转连接件37枢转地安装至静止构件(例如，图1中所示的发动机8)，枢转连接件37由外壳34上的环37a而形成，环37a安装至静止构件(例如，发动机8)上的枢转轴37b。

张紧器臂偏压构件38——例如螺旋弹簧——设置在可伸出构件32及外壳34之间，以便迫压可伸出构件32离开壳体34并且朝向皮带16推动张紧器臂26。因此，张紧器臂26沿着弧形路径在“自由臂”位置及“负载停止”位置之间移动，“自由臂”位置是沿着张紧臂26能够在由偏压构件38迫压的方向上达到的路径的结束移动位置，“负载停止”位置是由于皮带16施加在带轮30上的力能够出现的最远的移动位置(远离自由臂位置)。张紧臂26的移动方向可以被称为在朝着自由臂位置(图1中箭头D1所示)移动时的“自由臂”方向，以及被称为在朝着负载停止位置并因此远离自由臂位置(图1中箭头D2所示)移动时的“负载停止”方向。自由臂位置及负载停止位置可以由在张紧器臂26的移动中的选定点处彼此接合的成对的机械限位表面进行限定。

参照图2，壳体34的内壁40限定主活塞室42。可伸出构件32包括在主活塞室42中可移动的主活塞44。在活塞40上设置有轴套46并且轴套46接合内壁40。轴套46针对活塞44的运动提供选定量的阻尼。由轴套46提供的阻尼可以由在活塞44在活塞室42中的运动期间存在于轴套46及内壁40之间的摩擦而提供。附加地或可替换地，阻尼可以由具有选定的横截面区域的可选的通道48而提供，以便在活塞44在活塞室42中的运动期间控制液压流体50在活塞44的第一侧44a及活塞44的第二侧44b之间的流动。

活塞室密封结构52提供对活塞杆(示出为54)的密封，以便防止液压流体50从活塞室42中泄露。密封结构52可以是任何适合类型的密封结构。

参照图3，提供有容器56。第一通道58及第二通道60流体地连接主活塞室42及容器56。止回阀62设置成并定位成防止在主活塞室42及容器56之间的穿过第二通道60的沿第一流体流动方向(在图3中由箭头DF1所示)的流体流动，并且允许在容器56及主活塞室42之间的穿过第二流体通道60的沿相反的流体流动方向(在图3中由箭头DF2所示)的流体流动。

控制阀64定位在第一流体通道58中，并且在用以提供穿过控制阀的第一流动阻力的第一位置(图3)及用以提供穿过控制阀的第二流动阻力的第二位置(图4)之间是可移动的，其中，第一流动阻力小于第二流动阻力。在所示的实施方式中，第一流动阻力不是无穷大的(即，允许一些流体流动穿过控制阀64)，以及第二流动阻力是无穷大的(即，控制阀64处于关闭位置以便基本上防止在容器56及主活塞室42之间穿过第一流体通道58的流体流动)。

参照图3，控制阀64包括阀构件64a及致动器64b。阀构件64a是可移动的构件以控制穿过控制阀64的流体流动。致动器64b是用来移动阀构件64a的设备。在下文将进一步描述阀构件64a及致动器64b的实施方式。

可移动容器构件66设置在容器56中并且能够基于容器中的流体量而移动以改变容器56的体积，以便容器56、主活塞室42、以及第一通道58及第二通道60一起被包含于基本上没有任何可压缩流体的流体回路中。容器偏压构件68定位成偏压可移动容器构件66以将容器56中的流体驱动朝向主活塞室42。因此，支柱100的可操作性并非基于其定向。相比之下，使用现有技术的将支柱与液压流体一体化的一些张紧器，气体直接存在于流体回路中。当这样的支柱从其预期的操作方向上反转时，他们易于出现泄漏或失效操作。

在图3所示的实施方式中，可移动容器构件66是充气的囊件70，并且容器偏压构件68是在囊件70中的为可压缩流体的气体(示出为69)。然而，由于气体处于囊件70中，所以气体并非处于流体回路自身中。替代地，容器偏压构件68可以是以在囊件70中的闭孔泡沫元件的形式，或是任何其它有弹性的可压缩物质。

容器偏压构件68及可移动容器构件66可以具有与图3及图4中所示的构型不同的其它的构型。例如，在图7所示的实施方式中，可移动容器构件66为次级活塞72(还可以被称为容器活塞72)的形式。通过螺旋线圈压缩弹簧74在朝向减少容器56的体积的第一方向上迫压容器活塞72，螺旋线圈压缩弹簧74是容器偏压构件(并且因此也在图7中参照附图标记68进行标记)。

应当注意的是，第一通道58及第二通道60可以共享一些共用的部分，例如，以76所示的活塞室部段以及容器部段78。由于第一通道及第二通道都在主活塞44的同一侧流体地连接至主活塞室42，因此部段的这种共享是可能的(特别是活塞室部段)。这将有利于支柱100的构造，并且特别是利于密封支柱100以防止液压流体50的泄漏。在一些现有技术的结合支柱的张紧器中，该支柱带有液压流体，容器设置于活塞室的周围关系中，并且相对复杂的密封系统被设置以便在伸出及收回支柱时确保密封。

图5A及图5B示出了在控制阀64处于第一位置时支柱100的操作。参照图1及图5A，当张紧器支柱100处于平衡状态并且发生皮带张力减小(例如，不再需要MGU 14a来对车辆的电池充电)的特定类型的事件时，液压流体50、容器偏压构件68及张紧器偏压构件38都在活塞44及可伸出构件34上施加可以克服由皮带16施加的阻力的力，以产生在活塞44及可伸出构件34上的合力F，合力F在伸出可伸出构件34的方向上以及在沿着图1中所示的方向D1(自由臂方向)驱动张紧器臂26及带轮30的方向上。由于控制阀64处于第一位置，因此液压流体50能够从容器56沿着图5A中所示的穿过第一通道58的第一流体流动路径FFP1流动至主活塞室42。因此，可伸出构件32从壳体34中伸出以将带轮30驱动至皮带16中直到再一次达到平衡。

参照图1及图5B，当张紧器支柱100处于平衡状态、控制阀64处于第一位置并且发生皮带张力增大(例如，需要MGU 14a来对车辆的电池充电)的特定类型的事件时，液压流体50、容器偏压构件68及张紧器偏压构件38都在活塞44及可伸出构件34上施加力，并且都施加的阻力可以被作用在带轮30上的增加的皮带张力克服，以产生在图5B中所示的合力F，合力F在收回可伸出构件34的方向上以及在沿着图1中所示的方向D2(负载停止方向)驱动张紧器臂26及带轮30的方向上。由于控制阀64处于第一位置，因此液压流体50能够从主活塞室42沿着图5A中所示的第二流体流动路径FFP2流动至容器56，第二流体流动路径FFP2穿过第一通道58并且可以与第一流体流动路径FFP1相同。

图6A及图6B示出了在控制阀64处于第二位置时支柱100的操作。参照图1及图6A，当张紧器支柱100处于平衡状态并且发生皮带张力减小(例如，不再需要MGU 14a来对车辆的电池充电)的特定类型的事件时，液压流体50、容器偏压构件68及张紧器偏压构件38都在活塞44及可伸出构件34上施加可以克服由皮带16施加的阻力的力，以产生在活塞44及可伸出构件34上的合力F，合力F在伸出可伸出构件34的方向上以及在沿着图1中所示的方向D1(自由臂方向)驱动张紧器臂26及带轮30的方向上。由于控制阀64处于第二位置，因此液压流体50不能够从容器56沿着图5A中所示的第一流体流动路径FFP1流动至主活塞室42，但能够沿着图6A中所示的穿过第二通道60的第三流体流动路径FFP3而流动。因此，可伸出构件32从壳体34中伸出以将带轮30驱动至皮带16中直到再一次达到平衡。

参照图1及图6B，当张紧器支柱100处于平衡状态、控制阀64处于第二位置并且发生皮带张力增大(例如，需要MGU 14a来启动发动机8或与发动机8一起来提升动力)的特定类型的事件时，止回阀62及控制阀64防止流体从主活塞室42流动至容器56。由于流体50基本上是不可压缩的，因此能够在不收回可伸出构件32下增加皮带张力，即，在负载停止方向上不移动张紧器臂26。在图5A、图5B及图6A中所示的位置及状态中，流体在容器56及活塞室42中施加压力。然而，在图6B中所示的状态下，在活塞室42中的压力可以比在容器56中的压力相对更高。例如，在活塞室42中的压力可以是大约22MPa或甚至更高，而在容器56中的压力可以是大约0.5MPa或甚至更低。

在一个实施方式中，致动器64b可以构造成能够将活塞构件64a定位在第一位置及第二位置之间的至少一个中间位置处。在图4A中示出了中间位置。因此，可以说成控制阀64能够定位在第一位置及第二位置之间的至少一个中间位置处，以提供穿过控制阀64的在第一流动阻力及第二流动阻力之间的第三流动阻力。该第三位置可以提供选定的阻尼量以在需要该阻尼情况下——例如，在扭转振动可以是特别高的期间——在活塞室42中移动活塞44。由于由控制阀64在第三位置提供的阻尼能够是速度相关的并且在阀构件64a的位置的范围内是可选择的，因此在该第三位置处提供的阻尼不同于由活塞轴套46提供的阻尼。

可以理解的是，在一些实施方式中，液压流体50可以受限于基于环境温度而变化的粘度。在这种情况下，可选地，容器偏压构件68可以构造成包括粘度补偿构件90，粘度补偿构件90是基于温度在第一位置及第二位置之间移动的并且定位成控制容器偏压构件68的偏压力的热响应构件。在一些实施方式中，粘度补偿构件90可以与压缩弹簧74成一体的并且可以由形状记忆合金形成的压缩弹簧74而获得，当环境温度升高时形状记忆合金使得压缩弹簧74朝向相对较长的静止长度，以及当环境温度降低时形状记忆合金使得压缩弹簧74朝向相对较短的静止长度。形状记忆合金产品的制造商的示例包括例如美国加利福尼亚州尔湾市的德纳隆(Dynalloy)股份有限公司。在另一实施方式中，粘度补偿构件90可以是如图8中所示的弹性盘(snap disk)92的形式。以实线所示的弹性盘92处于第一补偿构件位置，并且以虚线所示的弹性盘92处于第二补偿构件位置。在第一位置弹性盘92引起容器偏压构件74的第一弯曲量，并且在第二位置弹性盘92引起容器偏压构件74的与第一弯曲量不同的第二弯曲量。如能够示出的，当弹性盘92处于第一位置时，弹性盘92将弹簧74的端部向下推动以压缩弹簧74使得弹簧74的偏压力会相对较高，然而，当弹性盘92处于第二位置时，弹性盘92将允许弹簧74的一些伸长以便弹簧74在容器活塞72的整个运动中能较少地被压缩，使得来自弹簧74的偏压力与弹性盘92处于第一位置处相比会相对较低。因此，弹性盘92能够定位成：当环境温度上升至超过选定的温度时，弹性盘92定位成增加由容器偏压构件74施加的偏压力，以及当环境温度下降至低于选定的温度时，弹性盘92定位成降低由容器偏压构件74施加的偏压力。

参照图1及图2，致动器64b由控制系统150进行控制。控制系统150可以如图1及图2中所示包括单独的控制器，或可以由网络中的多个控制器组成。控制系统150可以提供为作为包括支柱100、臂26及带轮30的组件的一部分，或替代地，控制系统150可以是与其它的上述部件分开设置的单元。控制系统150可以例如是由与提供其它部件的商业实体相分开的商业实体所提供的车辆发动机控制单元。在这种情况下，张紧器24可以认为是不包括控制系统150。替代地，张紧器24可以设置有控制系统150。

控制系统150包括至少处理器150a及存储器150b。控制系统150可以适当地编程为将信号(例如，电信号)发送至致动器64b以在第一位置及第二位置之间移动阀构件64a。例如，在控制器150接收来自一个或更多个传感器的指示皮带张力将明显地增加的输入的情况下，控制系统150能够将信号发送至致动器64b以将阀构件64a驱动至第二位置(图4)。如果皮带张力在期望的增加之前减小，张紧器带轮30如图6A中所示在自由臂的方向上被驱动，并因此张紧器带轮被驱动至皮带16中。当发生皮带张力的期望的增加时，防止收回可伸出构件32。

在当控制阀64处于第二位置时发生扭转振动的情况下，由于发动机活塞的往复运动，因此皮带张力将周期地增大及减小。在皮带张力减小的时刻，带轮30将一定量地被驱动至皮带16中。在皮带张力增大的随后的时刻，带轮30将不会被收回。在皮带张力减小的之后的时刻，带轮30将略微更深地被驱动至皮带16中。之后，在皮带张力再次增加的下一时刻，滚轮30将仍然不会收回。因此，发生一种棘轮效应，从而将带轮30越来越深地驱动至皮带16中直到皮带张力高到足以使可伸出构件不发生进一步的运动。一旦控制系统150指示致动器64b以将阀构件64a移动至第一位置，皮带张力能够驱动带轮并因此收回可伸出构件直到达到平衡。

参照图2，致动器64b可以是任何适合类型的致动器，例如线性、二位式螺线管。螺线管可以构造成保持在其最后运动的任何位置，或螺线管可以偏压成根据电源的切断返回至特定的位置。致动器64b可以与阀构件64a分离，以对用来组装控制阀64的部件提供额外的灵活性。换句话说，致动器64b在不用固定连接至阀构件64a的情况下可以包括仅抵接阀构件64a的突出物(例如，螺线管杆)。图9示出了阀构件64a的示例。在图9所示的示例中，控制阀64包括阀构件偏压构件64c。阀构件64a在与控制阀64的第一位置及第二位置相对应的第一位置及第二位置(图3及图4)之间通过致动器64b是可移动的。阀构件偏压构件64c将阀构件64a迫压朝向第一位置及第二位置中的一个位置。在图9中所示的示例中，偏压构件64c将阀构件迫压朝向第一位置。在图10中所示的示例中，偏压构件64c将阀构件迫压朝向第二位置。

回到图9中所示的示例，当阀构件64a处于第二阀门构件位置(在图9中所示)时，由流体压力产生的作用在阀构件64a的第二表面(示出为112)上的第二力F2充分地克服了由流体压力产生的作用在阀构件64a的第一表面(示出为110)上的第一力F1，以将阀构件64a保持在第二位置。这是通过调整第一表面110及第二表面112的大小而实现，使得其相对区域产生朝向第二位置的合力。另外可能的是，选择第一表面及第二表面以便产生将阀构件64a保持在在第一位置的合力。

选择用于张紧器24中的液压流体50可以是任何适合的液压流体，并且可以包括例如防泡沫剂的成分以抑制在元件相对于彼此运动期间在一些流体中会发生的起泡。

在一些实施方式中，控制系统可以编程为：

a)判断张紧器24中是否存在故障；以及

b)基于在步骤a)中做出的判断，输出指示张紧器24中的故障的信号(例如，输出至可以在车辆中的显示器152)。更特别地，控制系统150可以编程为：

c)控制致动器64b的电流以便对控制阀64的位置进行控制；以及

d)判断主活塞44在主活塞室42中的位置；以及

e)基于致动器64b的电流及在步骤d)中做出的判断，输出指示张紧器24中的故障的信号(例如，输出至显示器152)。在步骤d)中，基于来自传感器的指示是否存在皮带打滑的信号，控制系统可以判断主活塞44在主活塞室42中的位置。换句话说，如果控制系统150检测到皮带打滑，但已经命令致动器64b将阀构件64a移动至第二位置，之后控制系统150能够判断阀构件64a未移动到第二位置并因此判断未阻止活塞44缩回。能够通过控制系统150检测皮带打滑，控制系统150包括在附件驱动器中的选定带轮上的编码器以及在曲轴带轮12上的另一编码器。

虽然已描述了使用具有包括MGU 14a的前发动机附件驱动装置的张紧器24，但另外可能的是，在使用交流发电机并且不允许通过使用MGU启动发动机8的前发动机附件驱动装置上使用张紧器24。控制系统150能够在预期高的皮带负载的任何条件下——例如在启动发动机8时——使用。

虽然在本文中包含的描述构成了本发明的多个实施方式，但应当理解的是，在不偏离所附权利要求的公平合理意图的情况下，本发明可以进行进一步的修改及改变。