专利名称：带有电机/发电机的阻尼型附件驱动系统的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及内燃机的附件皮带驱动系统，这些系统都具有一个既能实现启动发动机的功能、又能实现发电机功能的单体装置，其例如是通常被称为发电-起动机的电机/发电机组合体。更特定来讲，本发明涉及用在汽车上的此类系统。具体而言，本发明涉及一种用于皮带驱动系统的构造，其中的皮带驱动系统带有一电机/发电机、以及一阻尼张紧器。
背景技术：
内燃机一般使用传动皮带驱动系统来将一部分动力从曲轴分流出去，并将这些动力输送给发动机的一个或多个辅助设备或附件。在用于汽车的应用场合中，这些附件包括转向助力泵、水泵、空调压缩机、燃油泵、以及交流发电机。在以前的设计中，发动机具有主动力取力点，其位于从发动机后部伸出的曲轴上，驱动系被连接到该取力点上，用于驱动车轮而使汽车前进。各个附件则由连接到曲轴前部上的皮带轮驱动。每个附件都带有一皮带轮。利用绕在所有皮带轮上的一条或多条传动皮带而使这些皮带轮在机械上相互联系起来。现有技术中提供了一些用于张紧各条传动皮带的方法。传动皮带、皮带轮、以及能完成皮带张紧功能的装置构成了附件皮带驱动系统。
早期的系统包括多条V型带。通常情况下，可通过人工调整并固定每条皮带的至少一个附件或惰轮，来完成对各条皮带的张紧。这样的系统被称为轴心锁止型皮带驱动系统，原因在于未为任何皮带轮设置可自动移动的可能性，从而无法应对皮带或整个驱动系统工作条件的改变。如果皮带要被拉伸、或换言之要被拉长，则就应当减小皮带上的张紧力。另外，为了使皮带驱动系统工作正常，皮带的张紧力必须要被设定得足够高，以便于能应对最恶劣的工况。这些最恶劣的工况的原因可以是极高的温度、发动机工作状况、或附件的工作状况。
人们希望汽车发动机舱的体积能更小一些。为了适应于较小的发动机舱，发动机的各种机构也在逐渐变小，这些机构其中就包括附件皮带驱动系统。人们已通过减少所采用的皮带数目而至少在部分上实现了皮带驱动系统的缩小。每去掉一根皮带，就能减小发动机前部一个层次的皮带传动结构，并能缩短皮带驱动系统从发动机前方延伸出的总长度。最终导致的情况是只采用一条蛇形盘蜒的皮带来完成很多用途。蛇形皮带的名称来源于不论是在向前方向上、还是在向后方向上，其都依次弯转地蛇行盘绕过各个皮带轮。v-ribbed(V棱带)或Micro-V皮带(均为Gates Rubber公司的注册商标)非常适合于蛇形皮带传动的应用场合。
在蛇形应用环境中，用轴心锁止方法来对皮带执行张紧的缺陷被加剧了。因而，大多数现代的蛇形皮带驱动系统都包括自动张紧器，由此可更好地解决皮带驱动系统工作条件的改变。作为基本的结构形式，自动张紧器具有一构架体和一皮带轮，构架件被直接或间接地连接到发动机的缸体上，在皮带驱动系统的转动平面内，皮带轮对皮带进行顶压。一可活动的构件延伸在构架件与皮带轮之间，其受到偏置作用，从而借助于皮带轮对皮带施加顶压。顶压力的作用会将皮带的卷绕长度拉长，由此将皮带张紧。人们已采用各种技术和几何结构来产生偏置力。通常情况下，采用诸如钢弹簧等弹性构件来迫使可动构件产生直线运动或转动，可动构件的运动导致皮带轮趋于在移向皮带表面的方向上移动，这反过来趋于增大皮带中的张紧力。
当系统处于息止状态(即皮带轮未转动时)，只带有这些元件的张紧器能向皮带的表面施加较为恒定的作用力。驱动系统的尺寸随时间、温度、或制造误差而出现的不稳定性被弹性构件的动作相当良好地解决了，其中的效果至少取决于弹性构件的线性度和张紧器的几何结构。因而，当系统停止工作时，即使皮带可能被拉伸、或者发动机可能处于冷机状态或热机状态，作用在皮带上的张紧力也能保持在较为恒定的水平上。但是，当系统处于所有工作状态时，只带有这些元件的张紧器不能对皮带维持合适的张紧力。
受曲轴或附件扭转振动或其它角加速度的影响、非平衡条件的影响、以及其它因素的影响，工作中的皮带驱动系统通常会发生振荡。曲轴发生扭振的原因在部分上是由于各个动作缸/活塞组合体的燃烧循环传递到曲轴上的明显脉动。皮带的振荡会导致其产生振动。这反过来会导致张紧器的可动部分发生振动。这些可动部分中储积的动量会改变皮带轮作用在皮带表面上的力，进而改变皮带中的张紧力。皮带中张紧力的变化会为皮带驱动系统的性能带来不利影响。在一方面，可出现一些短期内的性能问题一例如皮带驱动系统的皮带打滑严重限制了系统的效率或传动能力、或者由于打滑或其它故障而发出很大的噪音。在另一方面，为产生理想的短期性能而必须要作用到皮带上的张紧力的大小则会带来一些长期问题一例如系统中的一个或多个部件(包括皮带)、或一个/多个附件出现早期疲劳。
为了解决这些问题、进而提高张紧器的性能，已在张紧器中设置了阻尼装置。有些阻尼型张紧器的阻尼作用是双向对称的，即不论瞬时运动的方向是趋于增大皮带上的张紧力、还是趋于减小皮带上的张紧力，张紧器活动部分的运动都受到大致相等的阻尼作用。另外一些张紧器的阻尼作用是非对称的。通常，对此类张紧器的阻尼作用是这样的当张紧器在将皮带张紧的方向上移动时，作用在活动部分上的阻尼最弱，而当张紧器在放松皮带的方向上移动时，阻尼最强。
某些实现非对称阻尼的方案在实质上是无源被动性的。仅由活动部分的运动方向造成不同的阻尼度。在一种方案中，一滑瓦被按照一定角度偏压向一座圈，其中的角度不同于座圈表面的正交角。结果就是，滑瓦与座圈在某一方向上的相对运动趋于将滑瓦抬离座圈，这将减小它们接触界面处的压力，从而降低能带来阻尼作用的摩擦力，进而减弱了阻尼。如图2所示，另一方向上的相对运动则趋于使滑瓦戗顶着座圈，从而增大了阻尼作用。在由授予Meckstroth等人的第5,439,420号美国专利所描述的另一种方案中，阻尼流体被从不同的节流孔引流通过，这些节流孔由一些阀门根据张紧器中活动部分的运动情况而进行控制。如果张紧器在施加张力的方向上移动，则流体从相对较大的节流孔或通道流过，从而向流体运动施加较小的阻力，进而产生较弱的阻尼。当在放松皮带的方向上运动时，流体流经能产生较大阻力和较强阻尼的小节流孔或通道。
使张紧器实现非对称阻尼的另一种方案是主动型的，在上述的′420号专利中也公开了这样的方案。该专利文件′420中讨论两种主动型的非对称实施例。对于其中一种实施方式，一电磁线圈驱动制动靴。当制动靴被张开时，张紧器在两个方向上的运动都受到阻尼。另外，一楔块与制动靴配合工作，以此来改变张紧器移动时对制动靴的作动力。当张紧器在放松方向上移动时，阻尼作用增大，而当张紧器在张紧方向上移动时，阻尼作用减小。在另一实施方式中，电磁线圈驱动一活塞，该活塞可改变流体的通路，从而可调整阻尼作用。′420号专利中公开的另一种张紧器方案是这样的类似于上述的两种主动式非对称阻尼型张紧器一采用一电磁线圈，其具有一锁定机构，以便于能将张紧器在两种工作模式之间进行转换。在其中一种模式下，张紧器的工作方式表现为自动张紧器。在另一模式下，张紧器的活动部分被锁定，从而使张紧器的作用方式与轴心锁定型张紧器的工作方式大体上相同。
上述的′420专利致力于解决这一问题当急剧减速时，皮带驱动系统受附件和皮带惰轮转动质量所产生的惯性力作用而性能不良。如在该专利中所描述的那样，当发动机曲轴的转动急剧减速时，“交流发电机很大的转动惯量会使其维持自身的转动，并使得交流发电机在一个方向上对张紧器进行牵拉，从而放松了皮带(属于图示的特定驱动机构)...结果就导致驱动皮带打滑...”。
通常情况下，设置了起动电机来带动发动机的曲轴，从而可引发发动机的燃烧，并使发动机开始运转。起动电机所处位置靠近发动机的后部，且适于通过一齿轮系与曲轴的后部间歇地接合。
目前，通过减轻汽车自重、并减少引擎罩内部件数目来降低排放且提高燃油经济性的需求在不断地增加。应对这些目标的一种方案就是将起动电机的功能与交流发电机的功能合并到同一个装置中—电机/发动机或发电-起动机(Gen-Star)。同样是为了提高燃油经济性，发电-起动机还促进了一项名叫“怠速停机”(stop-in-idle)特性的推广。这一特性是这样的在发动机应当如普通情况那样怠速运转时，使发动机停机，然后，当汽车要重新开始移动时，再次起动发动机。这个特性将显著提高对附件皮带驱动系统的要求。在实际应用时，电机/发电机被设置成通过附件皮带驱动件与曲轴保持机械联系。电机/发电机与相关的附件皮带驱动系统趋于被设置在发动机的前部。但是，人们也考虑了将这些系统设置在其它位置(包括发动机后部)的可能性。
发电-起动机的出现使得传动皮带驱动系统的设计人员要面临着一些基本上新的挑战。在这些挑战中，很重要的一个就是要研发一种能带来理想性能的张紧系统，并提供一种带有该新型张紧装置的附件皮带驱动系统，张紧系统应当不仅能承担很大的负载和转动惯量，而且能极大地增大附件皮带驱动系统的驱动扭矩。另外，其提供该大扭矩的性能是基于间歇工作的条件。
在两个日本专利中披露了一种声称用于张紧附件皮带驱动系统的张紧系统，其中的皮带驱动系统包括一单纯的起动电机或一电机/发电机。其中的一个专利是在2000年11月17日公开的第3,129,268号。另一个专利的公开号为3,195,287，日期为2000年11月21日。在这两个专利中，公开了这样的方案将一自动张紧器顶推着皮带的某段跨程，在不设置张紧器的情况下，当电机/发电机处于起动模式时，这段跨程会变为最松。当皮带在其正常工作方向上移动，则这一跨程对应于皮带绕过电机/发电机皮带轮之后紧接着的那一段皮带跨程。
人们已认识到这些专利文件中所公开的张紧系统并未达到最优。还可对其进行改进来既获得更好的短期性能、也能改善长期性能，并能减小皮带的宽度。
因此，目前仍然存在这样的需求设计一种张紧系统，其既能改善皮带的短期性能，也能提高长期性能，并能减小用作任何用途的皮带的宽度。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种附件皮带驱动系统，其能改善短期性能和长期性能，并能优化对皮带的选择。
本发明还具有另一个目的—提供一种非对称张紧器，其与一种结构设置相结合，其中的结构能进一步优化短期性能、长期性能、以及皮带宽度。
根据本发明，为了实现上述目的、以及其它的目的，本申请公开了一种带有电机/发电机的附件驱动系统，本文中对其作了宽泛的描述，并列举了实施方式。本发明是一种改进的内燃机，其具有一曲轴、一附件、一电机/发动机、以及一皮带驱动系统。皮带驱动系统包括一曲轴皮带轮、一附件皮带轮、一电机/发动机皮带轮、一皮带张紧器、一皮带张紧器皮带轮、以及一条传动带，其中的传动带绕过曲轴皮带轮、附件皮带轮、电机/发动机皮带轮、以及皮带张紧器皮带轮。皮带张紧器皮带轮在起动模式下松弛侧的跨程处与皮带相接触。本发明的改进在于在趋于使传动带被张紧的方向上，张紧器受到非对称的偏置作用。
对附图的简要说明附图被结合到本说明书中，并作为说明书的一个组成部分，在附图中，相同的数字标号指代相同的部件，这些附图表示了本发明的优选实施方式，并与文字说明一道介绍本发明的原理。在附图中
图1中的示意图表示了一种带有电机/发电机的附件皮带驱动系统结构的优选实施方式；图2是一张紧器的分解视图，该张紧器是带有电机/发电机的、优选的附件皮带驱动系统的一个组成部件；图3中的示意图表示了带有电机/发电机的附件皮带驱动系统结构的另一种优选实施方式；图4是关于另一种张紧器的详细视图，该张紧器是另一种优选的、带有电机/发电机的附件皮带驱动系统中的组成部件；图5中的示意图表示了带有电机/发电机的附件皮带驱动系统结构的又一种备选的推荐实施方式；图6是一种备选形式的张紧器的详细视图，该张紧器是又一种优选的、带有电机/发电机的附件皮带驱动系统中的组成部件；图7是另一种备选形式的张紧器的详细视图，该张紧器是一种备选的、带有电机/发电机的附件皮带驱动系统中的组成部件；图8中的方框图表示了控制信号的传递路线；图9中的图线表示了附件皮带驱动系统中每个跨程受相关张紧器的阻尼作用而具有的初始张紧力；图10中的图线表示了在满负载发电模式下、附件皮带驱动系统中每个跨程受相关张紧器的阻尼作用而具有的张紧力；以及图11中的图线表示了在起动模式下、附件皮带驱动系统中每个跨程受相关张紧器的阻尼作用而具有的张紧力。
对推荐实施例的详细说明图1中表示了附件皮带驱动系统10的一种优选实施方式。其包括电机/发电机12、电机/发电机皮带轮14、张紧器26、张紧器皮带轮28、转向助力泵皮带轮18、水泵皮带轮20、空调压缩机皮带轮22、曲轴皮带轮24、皮带惰轮16、以及传动皮带30。图中，传动皮带30的一部分被切去，不然的话，其会将张紧器26遮挡住。
尽管图中各个特定的附件皮带轮是按照具体的几何格局进行排布的，但应当认识到本发明适于各种数目、各种组合形式的附件及其几何布局，这些应用状况包括蛇形构造和非蛇形构造，这取决于具体应用情况。图中所示的构造是属于蛇形的。因而，传动皮带30一般属于v-ribbed类型。但是，本发明的实施可采用所有类型的皮带。另外，还应当将该附图看作是具有多条皮带的附件皮带驱动系统中一个平面内的皮带/皮带轮。
图中标注为“皮带运行方向”的箭头指代了皮带在正常工作过程中的运行方向—而不论是在发电模式、还是在起动模式。皮带如要沿着由传动皮带30引延出的路径移动向下游，则其运动方向就与上述运行方向相同。如要移向上游，则皮带的移动方向就与该运行方向相反。
如图中在皮带轮14和24处标为“起动”和“发电”的箭头所指，根据附件皮带驱动系统10的工作模式不同，电机/发电机皮带轮14和曲轴皮带轮24上扭矩的方向会出现反转。在发电模式中，曲轴皮带轮24提供所有的驱动扭矩。空调压缩机的皮带轮22、水泵皮带轮20、转向助力皮带轮18、以及电机/发电机皮带轮14却是消耗驱动扭矩，皮带惰轮16和张紧器皮带轮28也消耗少量驱动扭矩。从图可看出，如不设置皮带惰轮16，则在该模式中，位于曲轴皮带轮24与电机/发电机皮带轮14之间的跨程将成为张紧力最小的跨程。这一段跨程即为发电松弛侧跨程A/B。
在起动模式下，电机/发电机皮带轮14提供所有的驱动扭矩。曲轴皮带轮24、空调压缩机皮带轮22、水泵皮带轮20、以及转向助力泵皮带轮18则消耗驱动扭矩。皮带惰轮16和张紧器皮带轮28也消耗少量驱动扭矩。从图可看出，如不设置皮带惰轮16，则在该模式的执行过程中，位于电机/发电机皮带轮14与电机/转向助力泵18之间的跨程将成为张紧力最小的跨程。这一段跨程即为起动松弛侧跨程C/D。
通常情况下，如果假定每一皮带轮都能自由转动，则不论处于何种工作模式，每一跨程上的张紧力都应当是相等的，都等于静态张紧力。静态张紧力来源于张紧器26借助于张紧器皮带轮28对传动皮带30施加的作用力，该作用力趋于拉长传动皮带30的长度，并被盘绕着所有的皮带轮进行传递。当驱动系统被第一次与安装就位的张紧器组装到一起、且由张紧器向系统施加张紧力时，上述的张紧力对应于初始张紧力或设定张紧力。但是，当附件皮带驱动系统10的各个皮带轮输出扭矩或消耗扭矩时—例如当附件皮带驱动系统10工作时，各段跨程中的张紧力就会发生变化。
在常规模式或发电模式下，曲轴皮带轮24和发电绷紧侧跨程G输出驱动扭矩，该跨程成为张紧力最大的跨程，在位于发电绷紧侧跨程G上游的各段跨程中，由于紧邻该跨程的前一皮带轮消耗了扭矩，所以传动皮带30上的张紧力会逐渐降低。在大多数情况下，电机/发电机皮带轮14是最大的负载。因此，张紧力受负载影响而产生最大变化的位置一般是在从起动松弛侧跨程C/D到发电松弛侧跨程A/B的中间位置。
在常规的v-ribbed型皮带附件驱动系统中，基本的设计原则为1)所选定的皮带宽度(通常由皮带上筋棱的数目标称)和类型应当与所预计的扭矩输出量和消耗量相适应；以及2)所选择的静态张紧力应当在一定范围内，使施加到系统中皮带或其它部件上的应力不至于达到使工作寿命低于可接收时长的程度，或者使所施加的应力不至于小到使滑差率开始变得不能接收的程度。另外，皮带类型和宽度的选择会影响皮带的工作寿命。另外，在上述的两方面基本设计原则之间存在着相互关联。
对于附件皮带驱动系统的设计人员来讲，一个始终的目标是在考虑到成本和复杂性的前提下，优化上述的两方面设计原则。通过对本领域普通技术人员公知的许多几何参数和材料参数进行调整，就可实现设计优化。在所有的参数中，其中的一个方面就是根据每一皮带轮的惯性或其它扭矩而对主动皮带轮和从动皮带轮的布局进行调整。
带有电机/发电机的驱动系统出现了一些难于解决的新问题，在此之前，这些问题已影响到了实际工作中的优化设计。这些困难的根源在于这样的事实随工作模式的不同，输出驱动扭矩或表现为最大负载和惯性扭矩的皮带轮是不同的。另外，相比于普通驱动系统中的惯性扭矩负载，这种驱动系统的惯性扭矩更大。
在起动模式下，电机/发电机12提供驱动扭矩。发电松弛侧跨程A/B是张紧力最大的跨程。与发电模式下不同，曲轴皮带轮24成为了最大的负载。与此类似，由于负载而使张紧力出现最大差异的位置处于发电松弛侧跨程A/B与发电绷紧侧跨程G之间。从而可理解，在发电模式下最优的布局与起动模式下的最优布局显著不同。
现有技术中介绍了图示优选实施方式的布局形式。而现有技术未曾描述的内容是通过给予张紧器26一定的阻尼系数而实现优化。对几种阻尼模型的效果进行了定量化的分析。对一种布局形式进行了分析，该布局与图1所示的系统类似，且所有的部件都相同，包括皮带30的类型和筋棱的数目都相同，各个部件的次序也相同。将三种不同特性的张紧器应用到这一结构布局上。其中的一种张紧器不具有阻尼作用。另一种张紧器的阻尼是对称的，且阻尼系数为20％。第三种张紧器的阻尼作用是非对称的在放松皮带方向上的阻尼系数为80％，而在收紧皮带方向上的阻尼系数为30％。不论是起动模式还是发电模式，阻尼系数都是相同的。所有附件的负载和加速度/减速度负载都被考虑进去，且对于三种张紧器的特性，采用了一致相同的负载。图9表示了存在初始张紧力时的结果，图10表示了发电模式下、当电机/发电机需要满载工作时的张紧力，图11表示了起动模式下的张紧力。
在起动过程中，电机/发电机输出扭矩来驱动曲轴。跨程B和跨程A中的皮带张紧力将很高，而其余跨程中的张紧力却相对较低。绷紧跨程B和A中张紧力与松弛跨程G、F、E、D和C中张紧力的差值即为有效牵拉力。绷紧跨程中的张紧力使这两个跨程A和B中的皮带被拉长。皮带的这一额外长度部分会积累在起动松弛侧跨程C/D中，使得张紧器皮带轮28移向皮带30。如果张紧器26的特性中包括阻尼性质，则由于存在阻尼作用，对皮带轮28的偏置作用会被减弱，因此降低了跨程C/D中的张紧力。从对系统10所作的滑差阈值分析得到了图11所示的、关于工作着的皮带驱动系统应当满足的张紧力的关系，图中的张紧力是在所有情况下绷紧侧跨程B和松弛侧跨程C为将起动扭矩不打滑地传递过去、并工作良好而所需的张紧力。
图10表示了在发电模式下以满负荷进行工作时各个跨程的张紧力。在该操作过程中，对于程度不等的阻尼作用，跨程张紧力都是相等的。从图可看到在经过电机/发电机之后，张紧力从跨程C的672N下降到跨程B的115N，从而产生一个落差557N。
图9表示出了为使系统10具有满意的工作效果而所需的设定张紧力，且为各种阻尼特性的张紧器26设立了模型。从图可看出对于其张紧器26不具有阻尼作用的系统10，所需的设定张紧力为679N；对于阻尼作用对称的张紧器26，设定张紧力为631N；而对于阻尼不对称的张紧器26，张紧力为513N。
从这些数值分析可看出为张紧器26增加阻尼能显著降低由该张紧器26设定的在起始时所需的张紧力值。如果系统10所有的其它参数保持不变，则设定值的降低能改善皮带10和所有其它部件的工作寿命。在备选方案中，皮带系统的设计人员可进行选择来利用带有阻尼特性的张紧器，以此来改变系统10的各个组成部件，从而降低皮带10或其它部件的成本。
在该第一优选实施方式中，张紧器26包括张紧器皮带轮28；张紧器臂32；垫圈34；第一枢转衬套36；带有阻尼座圈48的张紧器基体38；弹簧50，其包括第一弹簧端柄56和第二弹簧端柄58；阻尼嵌入件52，其带有阻尼滑瓦46、阻尼滑瓦壁54、以及弹簧端柄的容座60；第二枢转衬套40；枢转轴42，其带有阻尼滑瓦抵接部62；以及端帽44。从图2可显见地看出张紧器26这些部件的组装关系。但是，为了放大表示，弹簧50装配到张紧器基体38中，且第一弹簧端柄56被连接到基体38上(图中未示出)。第二弹簧端柄58抵靠在阻尼嵌入件52的容座60内。张紧器臂32相对于枢转轴42为固定关系。在张紧器臂32相对于张紧器基体38转动时，由于枢转轴42的转动带动了抵接着阻尼滑瓦壁54的阻尼滑瓦抵接部62，所以扭矩被传递给弹簧50。这一扭矩反过来又使阻尼嵌入件52发生转动，在端柄容座60与第二弹簧端柄58的接合处，阻尼嵌入件52向弹簧50施加作用。阻尼滑瓦壁54与阻尼滑瓦抵接部62之间位置与枢转轴42轴心的距离是阻尼作用对称性的主要决定因素，该阻尼作用是在阻尼滑瓦46与阻尼座圈48的接触面处产生的。该径向距离越大，阻尼作用的非对称性越强。如图所示，在上述的一个定量化分析中，在放松方向上，张紧器26具有80％的阻尼系数，而在绷紧方向上，阻尼系数则为30％。
对于图2所示的构造，如果被传动皮带30的工况所允许，则弹簧50就会释放。反过来，由张紧器臂32支撑着的张紧器皮带轮28将在图1中的顺时针方向—即张紧方向上绕枢转轴42回转。弹簧50与阻尼滑瓦抵接部62相结合，从而使阻尼滑瓦46顶压着阻尼座圈48。与此同时，顺时针方向上的运动与阻尼抵接部62和阻尼滑瓦壁54之间的几何关系相结合，使得阻尼滑瓦46在顺时针方向上抵接着阻尼座圈48，从而产生阻尼摩擦。阻尼摩擦趋于减弱张紧器皮带轮28对传动皮带62施加的偏置作用。但是，顺时针方向的运动、以及阻尼抵接部62与阻尼壁54之间的关系趋于减弱滑瓦46与座圈48的配合力。因而，当张紧器皮带轮28在张紧方向上回转时，阻尼摩擦力被削弱。
当传动皮带30的工作状况使得张紧器皮带轮28克服弹簧50的作用力而在松弛方向上回转时，则该逆时针运动以及阻尼滑瓦抵接部62与阻尼滑瓦壁54的相对关系趋于使滑瓦46与座圈48之间的配合力增大。因而，当张紧皮带轮28在放松方向上回转时，阻尼摩擦力被增大了。阻尼摩擦力趋于增大张紧器皮带轮28对传动皮带30的偏置力。因而，张紧器26受到的偏置和阻尼都是非对称的。
图3和图4中表示了另一优选实施方式。张紧器126包括主枢轴140、阻尼器枢轴142、阻尼器臂144、阻尼器滑瓦146、阻尼器座圈148、偏置弹簧150、棘轮齿152、棘爪154、棘爪枢轴156、冲杆158、电磁线圈160、以及导线162。张紧器皮带轮28、阻尼器座圈148、棘轮齿152、偏置弹簧150、以及主枢轴140都由张紧器构架164支撑着。在该实施方式中，偏置弹簧150是钢制螺旋弹簧。也可采用其它的弹性构件—包括弹性体构件或气动弹性构件。偏置弹簧150的作用在于对张紧器皮带轮28执行偏置。如图所示，在发电模式下，棘爪158与棘轮齿152脱开。
如果传动皮带30的工作状况允许，偏置弹簧150就促使受其作用的皮带跨程段的拉长。反过来，跨段的拉长会使得由张紧器构架164支撑着的皮带轮28绕主枢轴140在图4所示的顺时针方向—即张紧方向上回转。偏置弹簧150使阻尼器臂144将阻尼器滑瓦146紧压到阻尼器座圈148上。与此同时，该顺时针方向上的运动与主枢轴和阻尼器枢轴之间几何关系相结合，使阻尼器座圈148在阻尼器滑瓦146的作用下以顺时针方向运动，从而产生一阻尼摩擦力。该阻尼摩擦力趋于减弱张紧器皮带轮28对传动皮带30施加的偏置作用。但是，顺时针方向的运动、以及两枢轴140、142之间的关系趋于减弱滑瓦146与座圈148之间的配合力。因而，当张紧器皮带轮28在张紧方向上回转时，阻尼摩擦力是被减弱的。
如果传动皮带30的工作条件使得张紧器皮带轮28克服偏置弹簧150的作用力而在松弛方向上回转时，则该逆时针运动以及主枢轴140和阻尼器枢轴142之间的相互关系趋于使滑瓦146与座圈148之间的配合力增大。因而，当张紧皮带轮28在放松方向上回转时，阻尼摩擦力被增大了。阻尼摩擦力趋于增大张紧器皮带轮28对传动皮带30的偏置力。如不设置棘轮齿152、棘爪154、棘爪枢轴156、冲杆158、电磁线圈160、以及导线162，张紧器126就已经成为一个阻尼作用不对称的张紧器。添加这些部件会额外增加费用，且增加了复杂性，但能对系统10进一步进行优化，该优化体现在减小了张紧器126的初始设定张紧力。
当附件皮带驱动系统10处于发电工作模式时，工作模式传感器66(见图8)检测到发电模式的出现。模式传感器可以是一个独立的电气开关或继电器，当电机/发电机12输入电能而开始带动附件皮带驱动系统10时，此开关或继电器接通，该传感器还可以是一个汽车点火开关的一部分。模式传感器66通常被安装在为电机/发电机所设的控制器内。模式传感器66产生的信号被输送给信号处理器68，该处理器可以是多种电路，其用于对信号进行处理，并使信号与作动器70相适配。该信号通路的元件以及相关的部件—模式传感器66、信号处理器68、以及作动器70对本领域普通技术人员来讲是公知的。该优选实施方式中的作动器70包括一电磁线圈160，其具有冲杆158和导线162。尽管该优选实施方式考虑的方案是采用电气形式的信号、传感器、处理器、以及作动器来进行工作，但也可考虑采用机械、液压、或气动形式的信号、传感器、处理器以及作动器。
信号经导线162传递给电磁线圈160。电磁线圈160对信号作为反应而抬高冲杆158，使得棘爪158绕棘爪枢轴156转动到与棘轮齿152相接触的点处。如果设置有这样的锁止机构，则张紧器皮带轮28可在张紧方向上跳过棘牙运动，但在放松的方向上，其运动就受到了限制或锁止。
在附件皮带驱动系统10被置于发电模式之前，将棘爪154与棘轮齿152相结合可保持住张紧器126，这反过来又将传动皮带30限制在某一运行路径上，皮带只能沿该路径盘绕运行。因此，当转换工作模式时，附件皮带驱动系统10上张紧力并不会显著地减弱。很重要的是，这就使得静态张紧力的选定值能低于以前结构所允许的数值，且不会使短期性能出现不当，其中，对静态张紧力的选择是通过对偏置弹簧150的弹簧刚度、以及张紧器126的总体几何结构进行调整来进行的。
当工作模式从发电模式转换到起动模式时，作动器70被关断，从而使棘爪154与棘轮齿154脱开，从而使张紧器126恢复到上述的起动模式。
对作动器70的通电激励严格地根据模式传感器66的输入信号或信号处理器68中的其它参数。举例来讲，可在信号处理器68的工作过程中设定延迟时间，从而，在模式传感器66指出工作模式已被转换之后的一段时间内，作动器70仍然保持工作状态。另外，不论模式传感器66在何时向一模式开关发出信号，经过设定的一段时间之后再将作动器70关断都会带来一个优点。另外，模式传感器66可通过检测发动机转速、发动机进气歧管压力、曲轴皮带轮24上的扭矩、或电机/发动机皮带轮14上的扭矩来确定开关的模式。
图5中表示了一种备选的优选实施方式。除了张紧器226为另一备选形式之外，该实施方式与前述的实施方式完全相同，其中的张紧器226包括安装板228、阻尼模块230、主枢轴240、以及活动构件264。图6详细地表示了其中的阻尼模块230。阻尼模块230包括动作缸232、活塞234、旁通管236、磁线圈238、连杆242、连接销244、壳体246、以及导线262。动作缸232和旁通管236中充有流变性流体233。在该实施方式中，流变性流体233具有磁流变性质。
张紧器226具有一弹性构件(图中未示出)，该构件具有符合弹簧刚度规律的偏置作用，因而在逆时针的张紧方向上对活动构件264进行偏置。弹性构件可包括扭转弹簧、盘簧、或其它能产生扭矩的弹性构件中的某一种。另外，其可包括一杠杆臂，其由一线性弹力构件施加作用，从而能产生扭矩。活动构件264绕主枢轴240的运动被与连杆242在机械上联系起来。连杆242的运动促使活塞234在动作缸232中运动，这将迫使流变性流体233经旁通管236从活塞234一侧的动作缸232中转移到活塞234另一侧的动作缸232中。这就使得流变性流体233流经磁线圈238的磁芯。如利用导线262向磁线圈238通电，则就在磁流变性流体233上施加了一个磁场，从而增大了磁流变性流体233的粘度。
当未对磁线圈238通电时，流变性流体233以受较弱限流作用的方式从旁通管236中流过。因而，张紧器226的运动受到较少的阻尼。但是，随着线圈238的通电，流变性流体233的粘度增大，从而对流经旁通管236的流变性流体233的流动造成阻挡。根据对旁通管236形状和尺寸的选择，可将阻尼作用增强到能基本上将张紧器226锁止定位的程度。
图8中所示的信号通路也同样适用于该实施方式。该实施方式另外还实现了这样的工作柔性能决定如何、何时、多大程度上对张紧器226施加阻尼。通过对模式传感器66的选择、以及对信号处理器68中逻辑程序的调整能实现对张紧器226阻尼效果的精细微调。举例来讲，一旦附件皮带驱动系统10的工作模式被转换到发电模式，则可将阻尼作用选定到非常高的程度，但却低于将张紧器226锁止定位所必需的程度。因此，张紧器226能通过在放松方向上产生略微的松弛而对模式变换作出响应。然后，在经过很短的一段时间之后，阻尼作用被增大，以便于将张紧器226锁定在新的位置上，在附件皮带驱动系统10处于起动模式的过程中，一直持续着这一状态。另外，模式传感器66可对张紧器226的动作或位置进行监控。这一信息可由信号处理器68进行处理，以便于智能化地阻尼或锁止张紧器226，由此来解决附件皮带驱动系统10的振荡或振动、或模拟上述优选实施方式所具有的单向棘卡效果。
流变性流体233的性质还可以是电流变的。在此情况下，静电板(图中未示出)取代了磁线圈238。而基本工作过程和工作关系仍然是相同的。另外，上述第一优选实施方式的棘齿机构包括棘轮齿152、棘爪154、冲杆158、电磁线圈160、以及导线162，通过将棘轮齿152连接到活动构件264上、并将其余部分以固定的方式连接起来，就可将上述的棘齿机构设置到张紧器226中。
图7表示了有关阻尼模块230的另一种具体实施方式
。该实施方式中，液压流体256取代了流变性流体233。因而，未设置磁线圈238、旁通管236、以及导线262。在该实施方式中，当张紧器226在张紧方向上移动时，液压流体256被从动作缸232的下部挤入到主流道254、流经止回球248而流入到动作缸232的上部中。由于主流道254相对较大，所以，在张紧方向上的动作只受到很小的阻尼。当张紧器226在放松方向上动作时，液压流体256被从动作缸232的上方挤入到次流道250中，然后再流到主流道254的下部中，而后回到动作缸232的下部中。次流道250的尺寸相对较小。因而，张紧器226在这一方向上的动作受到很大的阻尼作用。在图中，控制活塞252的位置基本上是回缩的。如果具有一个与图2所示作动器类似的装置，则控制活塞252可选择处于延伸状态、或是回缩状态。上面刚刚描述的工作过程假定控制活塞252处于完全退缩的状态。如果控制活塞252处于完全伸长的状态，则张紧器226在绷紧皮带方向上的运动仍然只受到最小的阻尼。但是，次通道250却被堵上了，这样就锁止了张紧器226，使其不能在放松方向上运动。
还可考虑另外一种与图4所示实施方式类似的设计。可用直形齿牙来取代棘轮齿152和与其配对的棘爪154的齿牙，而不是采用图中所示的锯齿形式。这样，在绷紧和放松方向上，机构的动作都能使张紧器226锁止。但就无法实现单向棘卡的效果了。另外，可用相应的制动表面取代所有这些齿牙。这样就能对张紧器226所能产生的阻尼作用作更大程度的控制，且不会使阻尼达到锁止点。
阻尼作用与由弹性构件提供的作用力相结合而在皮带轮/皮带的接触面上实现了可变的偏置作用。这一改变导致偏置作用成为了非对称性的一即使阻尼作用是对称的。其中的原因在于偏置作用的水平是任何弹性构件所输出的偏置力加上或减去所产生阻尼作用后的结果。另外，也可以这样认为增加到由张紧器的弹性构件或弹簧提供的偏置力上的任何作用力或阻抗作用都是反向上的阻力，其改变了最终施加于皮带上的偏置力水平。
上述实施方式中的本发明技术方案实现了对长期性能和短期性能的显著优化，且与此同时，显著降低了成本和复杂性。
上文通过各种改型以及备选的实施方式，用文字和附图详细介绍了本发明示例性的实施方式。但可以理解上文对本发明的描述仅是示例性的，本发明涵盖的范围应当在领会现有技术的基础上、仅由权利要求书进行限定。另外，对于未在文中具体指出的任何元件，在不设置这些元件的情况下实施本文中示例性介绍的本发明技术方案是可行的。
权利要求
1.一种改进的内燃机，其具有一曲轴、一附件、一电机/发动机、以及一皮带驱动系统，所述皮带驱动系统包括一曲轴皮带轮、一附件皮带轮、一电机/发动机皮带轮、一皮带张紧器、一皮带张紧器皮带轮、以及一条传动带，传动带绕过所述曲轴皮带轮、所述附件皮带轮、所述电机/发动机皮带轮、以及所述皮带张紧器皮带轮，所述皮带张紧器皮带轮在起动模式下松弛侧的跨程处与皮带相接触，其特征在于在趋于使所述传动带被张紧的方向上，所述张紧器受到非对称的偏置作用。
2.根据权利要求1所述的改进，其特征在于如果作用在所述张紧器和所述张紧器皮带轮上的外力小于克服弹簧刚度所提供偏置力所必需的力、从而趋于使所述张紧器皮带轮在增大皮带张紧力的方向上运动，则所述非对称偏置力的水平不超过所述的弹簧刚度偏置力；当作用在所述张紧器和所述张紧器皮带轮上的所述外力大于克服所述弹簧刚度偏置力所必需的力、从而趋于使所述张紧器皮带轮在减小皮带张紧力的方向上运动时，所述非对称偏置力来源于弹簧刚度偏置力和反向阻力。
3.根据权利要求2所述的改进，其特征在于所述反向阻力来源于一阻尼机构，该阻尼机构对所述张紧器在降低皮带张力方向上的移动作出响应。
4.根据权利要求2所述的改进，其特征在于所述反向阻力来源于一锁止机构，该锁止机构对所述张紧器在降低皮带张力方向上的移动作出响应。
5.根据权利要求2所述的改进，其特征在于响应于一个与所述电机/发动机皮带轮保持机械连接的电机/发动机的工作模式，所述反向阻力的施加是间断性的。
6.根据权利要求5所述的改进，其还包括当所述电机/发动机工作在电动机模式下时，施加所述间断性的反向阻力即为所述张紧器在降低皮带张力方向上受到的第一水平的阻尼作用；当所述电机/发动机工作在发电机模式下时，施加所述间断性的反向阻力即为所述张紧器在降低皮带张力方向上受到的第二水平的阻尼作用。
7.根据权利要求5所述的改进，其还包括当所述电机/发动机工作在电动机模式下时，施加所述间断性的反向阻力即为所述张紧器在降低皮带张力方向上受到的运动锁止；当所述电机/发动机工作在发电机模式下时，施加所述间断性的反向阻力也为所述张紧器在降低皮带张力方向上受到的运动锁止。
8.根据权利要求5所述的改进，其还包括响应于关于所述电机/发电机工作模式的控制输入信号施加所述间断性的反向阻力。
9.根据权利要求8所述的改进，其特征在于所述控制输入信号是一电脉冲。
10.一种改进的皮带驱动系统，其包括一曲轴皮带轮、一附件皮带轮、一电机/发动机皮带轮、一皮带张紧器、一皮带张紧器皮带轮、以及一条传动带，传动带绕过所述曲轴皮带轮、所述附件皮带轮、所述电机/发动机皮带轮、以及所述皮带张紧器皮带轮，所述皮带张紧器皮带轮在起动模式下松弛侧的跨程处与所述皮带相接触，其特征在于在趋于使所述传动带被张紧的方向上，所述张紧器受到非对称的偏置作用。
11.一种用于张紧皮带驱动系统的改进方法，其中的皮带驱动系统包括一曲轴皮带轮、一附件皮带轮、一电机/发动机皮带轮、一皮带张紧器、一皮带张紧器皮带轮、以及一条传动带，传动带绕过所述曲轴皮带轮、所述附件皮带轮、以及所述电机/发动机皮带轮，其特征在于当所述张紧器在将皮带张紧的方向上移动时，以第一水平的偏置力将所述皮带张紧器皮带轮偏置向起动松弛侧跨程；以及当所述张紧器在将皮带放松的方向上移动时，以第二水平的偏置力将所述皮带张紧器皮带轮偏置向起动松弛侧跨程。
全文摘要
一种改进的内燃机，其具有一曲轴、一附件、一电机/发动机、以及一皮带驱动系统。皮带驱动系统包括一曲轴皮带轮、一附件皮带轮、一电机/发动机皮带轮、一皮带张紧器、一皮带张紧器皮带轮、以及一条传动带，传动带绕过曲轴皮带轮、附件皮带轮、电机/发动机皮带轮、以及皮带张紧器皮带轮。皮带张紧器皮带轮在起动模式下松弛侧的跨程处与皮带相接触。本发明的改进在于在趋于使传动带被张紧的方向上，张紧器受到非对称的偏置作用。
文档编号F16H1/00GK1602396SQ02824796
公开日2005年3月30日 申请日期2002年11月1日 优先权日2001年11月1日
发明者亚历山大·塞克, 伊姆蒂亚兹·阿里 申请人:盖茨公司