Система двухступенчатой ременной передачи

Изобретение относится к системе двухступенчатой ременной передачи для приведения в действие вспомогательного оборудования двигателя транспортного средства с первым передаточным числом и вторым передаточным числом. Система содержит узел муфты сцепления, установленный непосредственно на приводной вращающийся вал, одностороннюю муфту, установленную непосредственно на вращающийся вал. Система также содержит множество вращающихся вспомогательных устройств, соединенных с возможностью вращения с узлом муфты сцепления и с возможностью вращения соединенных с вращающимся валом через одностороннюю муфту таким образом, что вспомогательные устройства приводятся в действие узлом муфты сцепления с первым передаточным числом и приводятся в действие непосредственно вращающимся валом через одностороннюю муфту со вторым передаточным числом. Узел муфты сцепления выполнен с возможностью работы при заданном значении рабочего состояния двигателя, таким образом задавая переход между первым и вторым передаточными числами. Узел муфты сцепления находится в сцепленном состоянии при запуске двигателя. Достигается создание двухступенчатой ременной передачи, дополнительно содержащей узел муфты сцепления с электромагнитной муфтой для сцепления при запуске двигателя или дополнительно содержащей амортизатор коленчатого вала, снижающий вибрации двигателя, обеспечивается более низкий и более узкий диапазон приводных скоростей. 8 н. и 32 з.п. ф-лы, 4 табл., 12 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к системе двухступенчатой ременной передачи для приведения в действие вспомогательного оборудования двигателя транспортного средства с первым передаточным числом и вторым передаточным числом.

Уровень техники

Двигатели транспортных средств обычно включают в себя вспомогательное оборудование, которое используется при работе двигателя и транспортного средства. Такое вспомогательное оборудование может включать в себя насос усилителя рулевого управления, компрессор кондиционирования воздуха, генератор переменного тока, масляный насос, топливный насос и т.д. Это вспомогательное оборудование обычно приводится в действие гибким ремнем. Гибкий ремень входит в сцепление со шкивом на каждом вспомогательном устройстве, а также на коленчатом вале двигателя. Коленчатый вал двигателя создает вращающий момент для приведения в действие вспомогательного оборудования.

Поскольку ремень приводится в действие коленчатым валом, он неизбежно подвергается воздействию изменения частоты вращения двигателя при ускорении и замедлении движения транспортного средства. Другими словами, рабочая скорость вспомогательного оборудования прямо пропорциональна скорости двигателя.

Изменения частоты вращения двигателя, в частности, частоты вращения двигателя, превышающей холостой ход, приводят к неэффективной работе вспомогательного оборудования, поскольку каждое вспомогательное устройство должно быть приспособлено для удовлетворительной работы во всем диапазоне частот вращения двигателя. Это обязательно означает то, что эффективность меньше оптимальной для большей части диапазона частот вращения двигателя. Кроме того, при более высоких частотах вращения двигателя требуется большая мощность для приведения в действие вспомогательного оборудования, что приводит к уменьшению топливной экономичности и уменьшению располагаемого вращающего момента. Таким образом, желательно отсоединять часть или все вспомогательное оборудование от коленчатого вала двигателя таким образом, чтобы они могли приводиться в действие в более низком и более узком оптимальном диапазоне скоростей.

Примером предшествующего уровня техники является патент США №5700121 (1997 г.), в котором описана система для приведения в действие различного вращающегося вспомогательного оборудования транспортного средства.

Предшествующий уровень техники требует отсоединения вспомогательного оборудования от двигателя при запуске двигателя с целью "помощи" имеющему минимальные размеры стартеру. Кроме того, предшествующий уровень техники не указывает на узел муфты сцепления, скомбинированный с амортизатором коленчатого вала для уменьшения передачи вибрации двигателя.

Необходима система двухступенчатой ременной передачи, имеющая узел муфты сцепления с электромагнитной муфтой, которая входит в сцепление при запуске двигателя. Необходима система двухступенчатой ременной передачи, также содержащая узел муфты сцепления, имеющий амортизатор коленчатого вала. Существующее изобретение удовлетворяет этим потребностям.

Краткое описание изобретения

Основной целью изобретения является создание системы двухступенчатой ременной передачи, имеющей узел муфты сцепления с электромагнитной муфтой, которая сцепляется при запуске двигателя.

Другой целью изобретения является создание системы двухступенчатой ременной передачи, дополнительно содержащей узел муфты сцепления, имеющий амортизатор коленчатого вала.

Другие цели изобретения будут указаны или сделаны очевидными при помощи нижеследующего описания изобретения и прилагаемых чертежей.

Изобретение представляет собой систему двухступенчатой ременной передачи для приведения в действие вращающегося вспомогательного оборудования. Система содержит узел муфты сцепления, с возможностью вращения соединенный с вращающимся валом и обгонной муфтой, установленной непосредственно на вращающемся валу. Система также содержит множество вращающихся вспомогательных устройств, с возможностью вращения соединенных с узлом муфты сцепления и с возможностью вращения соединенных с вращающимся валом через обгонную муфту таким образом, что вспомогательное оборудование приводится в действие узлом муфты сцепления с первым передаточным числом и приводится в действие непосредственно вращающимся валом со вторым передаточным числом, причем узел муфты сцепления работает при заданном значении рабочего режима двигателя, таким образом задавая переход между первым и вторым передаточными числами, при этом узел муфты сцепления входит в сцепление при запуске двигателя.

Краткое описание чертежей

Прилагаемые чертежи, которые включены в описание и образуют его часть, иллюстрируют предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения и совместно с описанием служат для изложения принципов изобретения.

Фиг.1 - схематический вид системы двухступенчатой ременной передачи.

Фиг.2 - схематический вид сверху системы двухступенчатой ременной передачи.

Фиг.3 - вид сечения половины узла муфты сцепления.

Фиг.4 - вид сечения половины двойного шкива.

Фиг.4A - вид сечения половины альтернативного варианта выполнения двойного шкива.

Фиг.5 - схематический вид первого альтернативного варианта выполнения системы двухступенчатой ременной передачи.

Фиг.6 - схематический вид сверху первого альтернативного варианта выполнения системы двухступенчатой ременной передачи.

Фиг.7 - схематический вид второго альтернативного варианта выполнения системы двухступенчатой ременной передачи.

Фиг.8 - схематический вид сверху второго альтернативного варианта выполнения системы двухступенчатой ременной передачи.

Фиг.9 - вид сечения половины второго альтернативного варианта выполнения узла муфты сцепления системы двухступенчатой ременной передачи.

Фиг.9А - альтернативный вариант конструкции узла муфты сцепления, показанного на фиг.9.

Фиг.10 - вид сечения половины двойного шкива для второго альтернативного варианта выполнения узла муфты сцепления системы двухступенчатой ременной передачи.

Фиг.10A - вид сечения половины альтернативного варианта выполнения двойного шкива, показанного на фиг.10.

Фиг.11 - схематический вид альтернативной компоновки, включающей двигатель-генератор в системе двухступенчатой ременной передачи.

Фиг.12 - схематический вид сверху альтернативного варианта осуществления изобретения, включающего двигатель-генератор, показанный на фиг.11.

Подробное описание предпочтительного варианта осуществления изобретения

Система двухступенчатой ременной передачи показана на фиг.1. Система, соответствующая изобретению, работает с первым или вторым передаточным числом шкива, которое выбирается при помощи узла 11 муфты сцепления. При первой частоте вращения двигателя используется первое передаточное число шкива. При второй частоте вращения двигателя используется второе передаточное число шкива.

Система содержит два ремня. Ремень, используемый для передачи вращающего момента, определяется состоянием узла муфты сцепления. Первое передаточное число шкива или второе передаточное число шкива выбирается сцеплением или расцеплением узла 11 электромагнитной муфты сцепления. Сцепление узла муфты сцепления приводит в действие систему с ремнем, входящим в зацепление с первым шкивом на узле муфты сцепления.

В первом режиме (частота вращения двигателя приблизительно соответствует холостому ходу) второй ремень в системе не передает вращающий момент непосредственно от коленчатого вала двигателя, но передает вращающий момент вспомогательному оборудованию двигателя от двойного шкива, который также входит в зацепление с первым ремнем.

Во втором режиме (частоты вращения двигателя превышают частоту в режиме холостого хода) муфта расцеплена, что вызывает отсоединение первого шкива и первого ремня от системы. Вспомогательные устройства в этом случае приводятся в действие вторым ремнем, который входит в зацепление при помощи односторонней муфты с коленчатым валом. Во втором режиме вспомогательные устройства приводятся в действие с относительно более медленной скоростью, чем та, которая создавалась бы первым ремнем, поскольку второе передаточное число ведущего шкива меньше первого передаточного числа ведущего шкива. Это связано с тем, что второй шкив второго режима имеет меньший диаметр, чем первый шкив первого режима.

Система содержит узел 11 муфты сцепления, установленный на ведущем вращающемся вале, таком как коленчатый вал двигателя (CRK).

Узел 11 муфты сцепления содержит первый и второй шкивы, а также амортизатор коленчатого вала, изолятор или оба средства и электромагнитную муфту. Узел 11 также включает в себя одностороннюю муфту.

Узел 11 муфты сцепления в рабочем положении соединен со вспомогательным оборудованием двигателя, таким как водяной насос W_P (при помощи шкива 17), насос P_S усилителя рулевого управления (при помощи шкива 13), генератор ALT переменного тока (при помощи шкива 15), холостой шкив IDL (при помощи шкива 18) и компрессор кондиционера A_C (при помощи шкива 19) гибким ремнем 16 с множеством ребер. Механизм TEN натяжения (шкив 14) расположен после двойного шкива 13 насоса усилителя рулевого управления, вращающегося по часовой стрелке от коленчатого вала. Ремень 16 представляет собой ремень с множеством ребер, известный в данной области техники.

Второй ремень 12 с множеством ребер соединяет узел 11 муфты сцепления с двойным шкивом 13, соединенным с насосом P_S усилителя рулевого управления. В этом варианте конструкции ремень 12 установлен в двухточечном приводе. Как показано на фиг.2, ремень 16 физически расположен между двигателем и ремнем 12.

Узел 11 муфты сцепления, как показано на фиг.3, содержит втулку 40 и установленную на ней одностороннюю муфту 42. На фиг.3 показана верхняя половина вида в разрезе, при этом нижняя половина представляет зеркальное отображение и симметрична верхней половине. В этом варианте втулка 40 непосредственно соединена с коленчатым валом (CRK) двигателя. Шкив 66 содержит внутреннюю втулку 44, несущую ремень внешнюю часть 660 и амортизирующий элемент 68, который расположен между втулкой 44 и внешней частью 660. Внутренняя втулка 44 входит в зацепление с односторонней муфтой 42. Амортизирующий элемент 68 содержит эластомерный материал, известный в области амортизаторов коленчатого вала. Часть 660 имеет профиль с множеством ребер, но может также содержать любой профиль, известный в области шкивов.

Второй шкив 62 соединен с ротором 48 электромагнитной муфты 60. Ротор 48 и, таким образом, шкив 62 с возможностью вращения соединены с втулкой 40 подшипниками 46. Подшипники 46 известны в данной области техники и содержат шариковые, втулочные, игольчатые или любые другие подшипники, пригодные для этой цели. Катушка 50 электромагнитной муфты 60 прикреплена к блоку двигателя опорной пластиной 64.

Втулка 40 соединена с диском 56 электромагнитной муфты сцепления при помощи выступа 52 втулки и пружинных пластин 54. Узел 11 муфты сцепления закрыт крышкой 58, которая препятствует проникновению пыли и грязи в узел. Диск 56 сцепления входит в зацепление с ротором 48 в зависимости от состояния возбуждения катушки 50. Катушка 50 соединена с электрической системой двигателя. Как можно видеть, муфта имеет компактный размер, так как катушка 50 содержится в пределах ширины шкива 62.

Как показано на фиг.2, шкив 66 узла 11 муфты сцепления соединен с первым шкивом 49 двойного шкива 13 на насосе усилителя рулевого управления ремнем 16. На фиг.4 показан вид сечения двойного шкива 13. На фиг.4 показана верхняя половина вида в сечении, при этом нижняя половина представляет зеркальное отображение верхней половины и симметрична ей. Двойной шкив 13 включает в себя шкив 45 и шкив 49, соединенные перемычкой 41. Шкив 62 узла 11 муфты сцепления соединен со шкивом 45 двойного шкива 13 ремнем 12.

Система, соответствующая изобретению, в каждом из следующих вариантов конструкции работает в двух режимах. Первый режим предназначен для относительно низких частот вращения двигателя, включая холостой ход. Второй режим предназначен для всех других рабочих скоростей, а именно, выше холостого хода.

В первом режиме катушка 50 электромагнитной муфты 60 возбуждается, и поэтому муфта замкнута при запуске двигателя, обеспечивая начало работы вспомогательного оборудования наряду с двигателем при помощи ремня 12. Этот способ устраняет проблему падения частоты вращения двигателя, если вспомогательное оборудование приводится во вращение после того, как двигатель запущен, при введении в зацепление муфты. В первом режиме шкив 62 и втулка 40 вращаются вместе, поскольку электромагнитный диск 56 входит в зацепление с муфтой 60, таким образом с возможностью вращения сцепляя шкив 62 со втулкой 40. Диск 56 непосредственно соединен со втулкой 40 при помощи выступа втулки 52 и, таким образом, с коленчатым валом CRK.

Шкив 62 передает вращающий момент от коленчатого вала через ремень 12 шкиву 45, установленному на насосе P_S усилителя рулевого управления. На фиг.4 показан вид сечения двойного шкива. Шкив 49 вращается с такой же скоростью, как и шкив 45. Шкив 49 передает вращающий момент на все другие вспомогательные устройства через ремень 16.

В первом режиме шкив 66 приводится в действие ремнем 16 с частотой вращения, которая выше частоты вращения шкива 62, поэтому односторонняя муфта 42 расцеплена. В первом режиме все вспомогательные устройства, кроме насоса усилителя рулевого управления, приводятся в действие последовательно ремнями 12 и 16, хотя вращающий момент не передается от шкива 66 втулке 40.

Например, в случае с V-образным 8-цилиндровым двигателем с рабочим объемом 5,3 л, типичные диаметры в мм шкивов системы, соответствующей изобретению, следующие:

Таблица 1
Диаметры шкивов в системе двухступенчатой ременной передачи
Коленчатый вал	Усилитель рулевого управления	Генератор	Водяной насос	Кондиционер
Первый (66)	Второй (62)	Первый (49)	Второй (45)
128	165	163	140	59	150	112

Передаточные числа шкивов коленчатого вала/усилителя рулевого управления в системе, показанной в Таблице 1, следующие:

165/140=1,17 (первый режим, первое передаточное число);

128/163=0,78 (второй режим, второе передаточное число).

В первом режиме вспомогательное оборудование вращается с относительно одинаковой скоростью, как это происходит в случае с предшествующим уровнем техники, то есть в системе привода с непосредственно соединенными вспомогательными устройствами.

Ниже для сравнения показаны в мм типичные диаметры шкивов согласно предшествующему уровню техники.

Таблица 2
Диаметры шкивов согласно предшествующему уровню техники
Коленчатый вал	Усилитель рулевого управления	Генератор	Водяной насос	Кондиционер
193	163	59	150	112

Передаточное число шкивов коленчатого вала/усилителя рулевого управления в системе согласно предшествующему уровню техники (см. Таблицу 2) следующее:

193/163=1,18.

Это передаточное число по существу такое же, как первое передаточное число в первом режиме, вычисленное выше для Таблицы 1. Это показывает, что передаточные числа привода вспомогательного оборудования по существу одинаковы в системах, показанных в Таблицах 1 и 2. Однако относительные диаметры шкивов вспомогательного оборудования могут отличаться в системе, соответствующей изобретению, в зависимости от веса, производственных затрат, скорости и других требований к системе.

Сравнение между диаметром коленчатого вала в Таблице 2 и диаметром шкива (66) коленчатого вала в Таблице 1 показывает:

193/128=1,5.

Это иллюстрирует общее снижение частоты вращения вспомогательного оборудования, допускаемое системой, соответствующей изобретению, по сравнению с системой согласно предшествующему уровню техники при скоростях выше скорости холостого хода.

Шкив 62 может иметь диаметр, соответствующий системе согласно предшествующему уровню техники, составляющий 193 мм вместо 165 мм. Диаметр шкива 62 может быть уменьшен до 165 мм в системе, соответствующей изобретению, благодаря меньшему диаметру шкива 45, а именно 140 мм вместо 163 мм. В первом режиме передаточное число между коленчатым валом и насосом усилителя рулевого управления остается тем же: 193/163=165/140=1,17.

Во втором режиме электромагнитная муфта 60 расцеплена, а муфта 42 сцеплена. При переходе от первого режима ко второму режиму муфта может быть расцеплена в течение периода времени, составляющего, например, три секунды, для уменьшения ударной нагрузки на ремни и систему. Катушка 50 имеет электрическое соединение с источником энергии, таким как аккумуляторная батарея транспортного средства или генератор переменного тока, и управляется центральным процессором двигателя. Центральный процессор содержит компьютер, память и соединительную шину и электропроводку. Центральный процессор определяет заданные рабочие условия двигателя и вычисляет заданное значение для сцепления или расцепления узла муфты сцепления на основе, по меньшей мере, одного из множества считываемых рабочих условий, причем указанные считываемые условия содержат нагрузку вспомогательного оборудования, частоту вращения двигателя, зарядку батареи, положение дросселя, температуру хладагента двигателя, выбор передачи трансмиссии транспортного средства, скорость транспортного средства, абсолютное давление в коллекторе, температуру окружающего воздуха, массовый расход воздуха и положение акселератора. Поскольку выбранный рабочий режим пересекается либо ускорением двигателя, либо его замедлением, муфта возбуждается или выключается соответственно.

Во втором режиме второй шкив 62 движется на холостом ходу с ротором 48 на шарикоподшипниках 46, следовательно, вращающий момент не передается между втулкой 40 и шкивом 62. Вращающий момент не передается между шкивом 45 и шкивом 62 ремнем 12. Вспомогательное оборудование приводится в действие только ремнем 16, поскольку муфта 42 расцеплена. Муфта 42 вызывает приведение в действие шкива 66 втулкой 40. Двигатель передает вращающий момент через шкив 66 вспомогательному оборудованию.

В случае быстрого замедления работы двигателя, когда вспомогательные устройства вследствие их инерции могут передавать вращающий момент двигателю, муфта 42 расцепляется, допуская замедление вращения вспомогательного оборудования с темпом, меньшим темпа замедления двигателя. Это снижает износ ремня 16.

Диаметр шкива 66 относительно меньше диаметра шкива 62. Например, диаметр шкива 66 составляет 128 мм вместо 165 мм. Это уменьшенное передаточное число шкива понижает относительную скорость всех приводимых в действие вспомогательных устройств с коэффициентом 1,5.

Первый описанный здесь вариант осуществления изобретения требует минимального осевого пространства для системы ременного привода, однако узел 11 требует некоторого дополнительного осевого пространства для катушки электромагнитной муфты 50. Оно составляет приблизительно 20-25 мм.

На фиг.4A показан вид в поперечном сечении альтернативного варианта выполнения двойного шкива. На фиг.4A показана верхняя половина вида в разрезе, при этом нижняя половина представляет зеркальное отображение и симметрична относительно верхней половины. В этом варианте конструкции между перемычкой 41 и шкивом 45 расположен эластомерный элемент 226. Двойной шкив 13 соединен со вспомогательным устройством, в этом случае с насосом P_S усилителя рулевого управления. Эластомерный элемент 226 действует как изолятор вибрации для уменьшения амплитуды вибраций двигателя, которые были бы иначе переданы вспомогательному оборудованию через ремень 12 от коленчатого вала. Изолятор прежде всего функционирует на холостом ходу двигателя, поскольку при скоростях, больших, чем холостой ход, муфта 11 отсоединяет шкив 45 и исключает прием им вращающего момента от коленчатого вала. Эластомерный элемент может содержать любой натуральный или синтетический каучук или комбинацию натурального и синтетического каучуков, известных в данной области техники.

На фиг.5 и 6 показан первый альтернативный вариант конструкции, где узел 11 муфты сцепления содержит узел 29 двойного шкива, соединенный с компрессором системы кондиционирования воздуха.

В этом случае диаметры для каждого шкива следующие:

Таблица 3
Диаметры шкивов системы двухступенчатой ременной передачи
Коленчатый вал	Кондиционер	Генератор	Водяной насос	Усилитель рулевого управления
Первый (66)	Второй (62)	Первый	Второй
128	193	112	112	59	150	163

Передаточные числа шкивов коленчатого вала/кондиционера в системе в Таблице 3 следующие:

193/112=1,72 (первый режим, первое передаточное число);

128/112=1,14 (второй режим, второе передаточное число).

Действие системы аналогично описанному для варианта конструкции, показанного на фиг.1 и 2. Преимущество установки двойного шкива на компрессоре кондиционера воздуха заключается в использовании пространства, доступного благодаря тому, что электромагнитная муфта обычно интегрируется в шкив компрессора кондиционера.

Эксплуатация предусматривает замену ремня. Однако с учетом того, что ремень 12 используется 5-10% времени работы и что ремень 16 используется все время, замена будет наиболее вероятно необходима более часто для ремня 16, который является наиболее внутренним ремнем относительно двигателя. В описанных вариантах конструкции оба ремня должны будут быть извлечены, даже если может требоваться замена только одного.

Для решения этой проблемы описан еще один вариант осуществления изобретения.

На фиг.7 и 8 показан второй альтернативный вариант конструкции. Ремень 32 двухточечного привода расположен относительно ближе к двигателю, чем гибкий ремень 36. Ремень 36 отнесен от двигателя наружу от ремня 32.

Несмотря на то, что замысел и функционирование всех элементов этого варианта конструкции подобны предшествующим вариантам конструкции, конструкция и размещение компонентов несколько отличны. Основное отличие в этом втором альтернативном варианте конструкции состоит в том, что узел 33 электромагнитной муфты сцепления установлен на узле P_S усилителя рулевого управления, как показано на фиг.9, вместо установки на коленчатом вале. В этом варианте конструкции узел 31 двойного шкива установлен на коленчатом валу, как показано на фиг.10.

Как показано на фиг.9, узел 33 муфты сцепления содержит электромагнитную муфту с катушкой 57. На фиг.9 показана верхняя половина вида в сечении, при этом нижняя половина представляет зеркальное отображение верхней половины и симметрична относительно нее. Катушка 57 присоединена к стационарному кожуху 77 при помощи крепежной пластины 75. Кожух 77 не вращается и используется для установки муфты на поверхности, например, поверхности двигателя. Ротор 73 со шкивом 71 с возможностью вращения установлен на шарикоподшипнике 55 на кожухе 77. Подшипник 55 содержит шарикоподшипник, но он может также содержать любой пригодный подшипник, известный в данной области техники. Диск 61 сцепления подвижно прикреплен ко второму шкиву 69 с валами 67, например, тремя валами 67, симметрично разнесенными по шкиву 69. Резиновые подушки 65 смещают диск 61 от ротора 73, когда катушка 57 не возбуждена. Этот способ прикрепления позволяет диску 61 перемещаться в осевом направлении от шкива 69 к ротору 73, когда катушка 57 возбуждается, и муфта, таким образом, сцепляется. Шкив 69 также содержит втулку 53, которой шкив 69 непосредственно соединен со вспомогательным устройством, таким как вал насоса усилителя рулевого управления. Можно видеть компактный размер муфты, так как катушка 57 содержится в пределах ширины шкива 71, и диск 61 содержится в пределах ширины шкива 69.

Как показано на фиг.8, в этом втором альтернативном варианте конструкции, в первом режиме электромагнитная муфта сцеплена. Диск 61 входит в фрикционное зацепление с ротором 73, таким образом, вызывая одновременное вращение шкивов 71 и 69. Шкив 90, жестко соединенный с коленчатым валом, передает вращающий момент шкиву 71. Ремень 32 находится под нагрузкой. Шкив 69 передает вращающий момент всем вспомогательным устройствам, включая шкив 86, однако односторонняя муфта 82 расцеплена, и вращающий момент не передается от шкива 86 втулке 80. В этом режиме односторонняя муфта 82 расцеплена. Весь вращающий момент передается от шкива 90 через ремень 32.

Во втором режиме, когда катушка 57 не возбуждена, шкив 71 вращается свободно и не передает вращающий момент, так как ремень 32 отсоединен от системы. Муфта 82 сцеплена и передает вращающий момент вспомогательному оборудованию. Шкив 69 передает вращающий момент, так как он соединен со втулкой 53, которая непосредственно соединена со вспомогательным валом.

Диаметры в мм всех шкивов, описанных выше, следующие:

Таблица 4
Диаметры шкивов системы двухступенчатой ременной передачи
Коленчатый вал	Усилитель рулевого управления	Генератор	Водяной насос	Кондиционер
Первый (86)	Второй (90)	Первый (69)	Второй (71)
128	165	163	140	59	150	112

Передаточные числа шкивов коленчатого вала/усилителя рулевого управления в системе согласно Таблице 4 следующие:

165/140=1,18 (первый режим, первое передаточное число);

128/163=0,78 (второй режим, второе передаточное число).

Диаметр первого шкива 86 определен также, как описано выше в первом варианте конструкции. Скорость всех вспомогательных устройств в этом режиме приблизительно в 1,5 раза меньше, чем в системе прямого соединения согласно предшествующему уровню техники.

В этом варианте конструкции осевое пространство, требуемое электромагнитной муфтой 33, размещено между насосом усилителя рулевого управления и его узлом с двойным шкивом. Приспосабливать эту дополнительную длину может быть необходимо для перемещения насоса усилителя рулевого управления вдоль продольной оси двигателя к маховику двигателя.

Компоненты во всех описанных вариантах конструкции представляют собой компоненты, известные в данной области техники. Например, односторонние муфты могут быть получены от Formsprag. Электромагнитные муфты могут быть получены от Ogura. Например, на фиг.3 и 9 показаны стандартные муфты типа 6 557162 с перегрузочной способностью по вращающему моменту 128 нм (фиг.3) и типа 10 515376 с перегрузочной способностью по вращающему моменту 120 нм.

На фиг.9А показан альтернативный вариант выполнения узла муфты сцепления, показанного на фиг.9. На фиг.9A показана верхняя половина вида в сечении, при этом нижняя половина представляет зеркальное отображение верхней половины и симметрична относительно нее. В этом варианте конструкции между шкивом 71 и ротором 73 расположен эластомерный элемент 246. Эластомерный элемент 246 содержит амортизатор, когда узел 33 соединен непосредственно с коленчатым валом. В этом варианте конструкции элемент 246 содержит изолятор вибрации, когда узел 33 муфты сцепления непосредственно соединен со вспомогательным валом, как показано на фиг.8. Эластомерный элемент 246 может содержать любой натуральный или синтетический каучук или комбинацию натурального и синтетического каучуков, известных в данной области техники.

На фиг.10 показан вид в поперечном сечении двойного шкива для второго альтернативного варианта конструкции узла муфты сцепления системы двухступенчатой ременной передачи. На фиг.10 показана верхняя половина вида в сечении, при этом нижняя половина представляет зеркальное отображение верхней половины и симметрична относительно нее. Двойной шкив 31 показан в варианте, изображенном на фиг.8. Шкив 90 соединен со втулкой 80. Шкив 86 с возможностью вращения входит в зацепление со втулкой 80 через одностороннюю муфту 82. Между шкивом 86 и ротором 84 расположен эластомерный амортизирующий элемент 330. Элемент 330 амортизирует крутильные колебания коленчатого вала. Эластомерный амортизирующий элемент может содержать любой натуральный или синтетический каучук или комбинацию натурального и синтетического каучуков, известных в данной области техники. Ротор 84 входит в зацепление с односторонней муфтой 82. Шкив 86 также содержит инерционный элемент 88, который содействует уменьшению скорости и крутящих переходных сил, вызванных запуском двигателя. Он также дает преимущество использования инерции вспомогательного оборудования, когда действие муфты 82 преодолевается. Инерционный элемент 88 содержит массу, размер которой подобран в соответствии с колебательными и инерционными характеристиками коленчатого вала двигателя и требованиями демпфирования системы.

На фиг.10A показан вид в поперечном сечении альтернативного варианта конструкции двойного шкива, показанного на фиг.10. На фиг.10A показана верхняя половина вида в сечении, при этом нижняя половина представляет зеркальное отображение верхней половины и симметрична относительно нее. В этом варианте конструкции между шкивом 90 и втулкой 80 расположен эластомерный амортизирующий элемент 302. В этом варианте конструкции двойной шкив 31 соединен с коленчатым валом двигателя. Элемент 302 действует как амортизатор для изоляции колебаний коленчатого вала, которые бы, в противном случае, передавались через ремень 16 вспомогательному оборудованию. Полезное действие амортизатора 302 наиболее велико при скоростях выше холостого хода двигателя, когда амортизатор 302 поглощает инерционные нагрузки, а не нагрузки вращающего момента, так как муфта 60 расцеплена при частотах вращения двигателя, превышающих холостой ход. Эластомерный элемент может содержать любой натуральный или синтетический каучук или комбинацию натурального и синтетического каучуков, известных в данной области техники.

В любом из предшествующих вариантов конструкции либо ремень 12, либо ремень 16, либо они оба могут содержать ремень с низким модулем упругости, известный в данной области техники. Ремень с низким модулем упругости содержит ремень, имеющий растяжимый корд, содержащий нейлон 4.6, или нейлон 6.6, или их комбинацию. Модуль упругости ремня находится в диапазоне от приблизительно 1500 Н/мм до приблизительно 3000 Н/мм. Особенность ремня с низким модулем упругости состоит в том, что его можно устанавливать в системе ременного привода без механизма натяжения или приспособления с подвижным валом. Ремень с низким модулем упругости просто устанавливается с использованием инструмента для установки ремня, известного в данной области техники. Инструмент используют для обертывания или натягивания в поперечном направлении ремня поверх края шкива передачи или шкива вспомогательного устройства без потребности, в противном случае регулировать центральное положение вала шкива. Ремень с низким модулем упругости особенно пригоден в качестве двухточечного ремня, то есть ремня 12 и 32, поскольку оборудование передачи таким образом, чтобы она, в другом случае, была подвижна для возможности установки и регулирования ремня 12, 32, может быть более дорого, чем простая конструкция передачи, которая напрямую соединена с монтажной поверхностью двигателя, такой как блок двигателя. Кроме того, регулирование положения передаточного вала относительно коленчатого вала также занимало бы больше времени сборки.

В альтернативном варианте осуществления изобретения система, соответствующая изобретению, включает в себя двигатель-генератор в комбинации с вспомогательным оборудованием. На фиг.11 показан схематический вид альтернативного варианта конструкции, включающий в себя двигатель-генератор. Двигатель-генератор М/G входит в зацепление с ремнем 16 через шкив 150, который входит в зацепление с ремнем 16. Поскольку двигатель-генератор M/G включает в себя генератор, генератор переменного тока, включенный в вариант конструкции, показанный на фиг.1, исключен. Кроме того, для обеспечения надлежащего натяжения ремня в этот альтернативный вариант осуществления изобретения включен механизм натяжения TEN (шкив 20). Механизм натяжения TEN известен в данной области техники. За исключением показанного на фиг.12, система, показанная на фиг.11, соответствует системе, показанной на фиг.1.

На фиг.12 показан схематический вид сверху альтернативного варианта конструкции, включающего в себя двигатель-генератор. Альтернативная система работает в двух режимах.

Первоначально в первом режиме двигатель-генератор M/G работает как двигатель, когда двигатель выключен. Когда он работает как двигатель, двигатель-генератор M/G приводит в действие вспомогательное оборудование, например, насос (P_S) усилителя рулевого управления и компрессор (А_С) кондиционера воздуха, когда двигатель выключен. В этом режиме двигатель-генератор M/G используется для необходимого запуска двигателя. После запуска двигателя двигатель-генератор M/G действует во втором режиме как генератор мощности для приведения в действие вспомогательного оборудования транспортного средства и для подачи электроэнергии для зарядки батареи 800.

Если двигатель запускают в состоянии, когда транспортное средство стоит, то двигатель-генератор M/G в режиме двигателя проворачивает двигатель. Муфта 60 включается, таким образом, входя в зацепление с ремнем 12 и шкивом 62, передавая вращающий момент от двигателя-генератора M/G через ремень 16 шкиву 13, ремню 12, шкиву 62 и, таким образом, коленчатому валу.

В процессе запуска двигателя контроллер 500 определяет скорость двигателя-генератора M/G. Контроллер 500 вызывает действие преобразователя 400 для выполнения операции переключения таким образом, что получают вращающий момент и скорость, требуемые для запуска двигателя. Например, если включен сигнал включения кондиционера A_C при запуске двигателя, требуется более высокий вращающий момент по сравнению с выключенным состоянием кондиционера A_C. Таким образом, контроллер 500 подает в преобразователь 400 сигнал управления переключением для обеспечения вращения двигателя-генератора M/G с более высоким вращающим моментом с большей скоростью.

Сигнал управления переключением может быть определен различными сигналами состояния двигателя и транспортного средства, которые поступают в контроллер 500 и, таким образом, сопоставляются с памятью установления соответствия, сохраненной в памяти. В альтернативном варианте сигнал управления переключением может быть определен посредством вычислений, выполненных процессорным блоком (центральным процессором), расположенным в контроллере 500.

Когда двигатель работает, двигатель-генератор M/G работает как генератор и выполняются рабочие режимы двухступенчатой рабочей передачи, указанные во всем этом описании. А именно, муфта 60 включается для запуска двигателя и работы в первом диапазоне рабочей скорости, то есть приблизительно скорости холостого хода, и муфта 60 выключается или расцепляется для второго диапазона рабочей скорости, который больше, чем приблизительно скорость холостого хода, как указано в этом описании. Вспомогательное оборудование соединено с узлом муфты сцепления и с односторонней муфтой таким образом, что, когда двигатель работает, вспомогательное оборудование приводится в действие узлом муфты сцепления с первым передаточным числом, и приводится в действие односторонней муфтой со вторым передаточным числом, при этом первое передаточное число и второе передаточное число подбирают в соответствии с рабочим состоянием двигателя.

Использование двигателя-генератора M/G в системе допускает обеспечение двойного улучшения экономии топлива. Прежде всего, улучшение экономии топлива осуществляется благодаря работе вспомогательного оборудования с уменьшенным передаточным числом для скоростей выше скорости холостого хода. Во-вторых, улучшение экономии топлива достигается действием двигателя-генератора, позволяющего выключать двигатель в определенных ситуациях работы транспортного средства, например, при остановке перед красным сигналом светофора.

Более конкретно, когда двигатель-генератор M/G используется как генератор и двигатель работает приблизительно со скоростью холостого хода, муфта 60 включается, как описано со ссылкой на фиг.1. При частотах вращения двигателя выше холостого хода муфта 60 выключена, и односторонняя муфта 42 находится в сцепленном состоянии, таким образом, передавая вращающий момент от коленчатого вала через шкив 66 и через ремень 16 вспомогательному оборудованию.

Когда вспомогательное оборудование приводится в действие двигателем-генератором M/G в режиме двигателя, в то время как двигатель и коленчатый вал остановлены, муфта 60 выключена. Поскольку муфта 60 выключена, в действительности эта конфигурация действует так, как когда узел 11 муфты сцепления находится в "нейтральном" положении, таким образом, препятствующем передаче вращающего момента от шкива 150 и ремня 12 коленчатому валу. Кроме того, в этом режиме односторонняя муфта 42 находится в обгонном режиме, в результате чего вращающий момент не передается от ремня 16 коленчатому валу. Следовательно, вспомогательное оборудование приводится в действие двигателем-генератором M/G без проворачивания коленчатого вала. В этом случае контроллер 500 выдает преобразователю 400 сигнал управления переключением для вращения двигателя-генератора M/G со скоростью и вращающим моментом, соответствующими нагрузкам необходимых вспомогательных устройств. Конечно, муфта 60 также расцеплена для частот вращения двигателя, превышающих холостой ход, как описано со ссылкой на фиг.1 и 2.

Когда принят сигнал остановки двигателя, контроллер 500 выключает двигатель, передавая сигнал для прерывания подачи топлива в двигатель, например, электрическому топливному насосу (не показан). Операция остановки двигателя может выполняться в условиях, когда, например, скорость транспортного средства является нулевой, частично или полностью включены тормоза и рычаг переключения передач находится в положении "движение" или "нейтраль". Сигнал, выключающий двигатель, используется для расцепления муфты 60 и, таким образом, отсоединения ремня 12 от коленчатого вала.

Предшествующее описание не предназначено для ограничения применения системы согласно изобретению. В каждом из предшествующих вариантов осуществления изобретения диаметр каждого шкива в системе может быть подобран так, чтобы получать желательное передаточное число.

Хотя здесь были описаны варианты осуществления изобретения, для специалистов в данной области техники будет очевидно, что в конструкцию и соотношение деталей могут быть внесены изменения без отхода от сущности и объема описанного здесь изобретения.

1. Система двухступенчатой ременной передачи, содержащая узел муфты сцепления, установленный непосредственно на приводной вращающийся вал, одностороннюю муфту, установленную непосредственно на приводной вращающийся вал, и множество вращающихся вспомогательных устройств, соединенных с возможностью вращения с узлом муфты сцепления и с возможностью вращения соединенных с приводным вращающимся валом через одностороннюю муфту таким образом, что вспомогательные устройства приводятся в действие узлом муфты сцепления с первым передаточным числом и приводятся в действие непосредственно приводным вращающимся валом через одностороннюю муфту со вторым передаточным числом, причем узел муфты сцепления выполнен с возможностью работы при заданном значении рабочего состояния двигателя, таким образом задавая переход между первым и вторым передаточными числами, при этом узел муфты сцепления находится в сцепленном состоянии при запуске двигателя.

2. Система по п.1, в которой первое передаточное число больше второго передаточного числа.

3. Система по п.1, в которой узел муфты сцепления содержит электромагнитную муфту.

4. Система по п.1, дополнительно содержащая контроллер для обеспечения работы узла муфты сцепления при заданном значении.

5. Система по п.4, в которой контроллер принимает входные сигналы от множества датчиков.

6. Система по п.5, в которой контроллер выполнен с возможностью вычисления заданного значения на основе, по меньшей мере, одного из множества считываемых рабочих условий, причем считываемые условия содержат нагрузку вспомогательных устройств, частоту вращения двигателя, зарядку батареи, положение дросселя, температуру хладагента двигателя, установленную передачу в трансмиссии транспортного средства, скорость транспортного средства, абсолютное давление в коллекторе, температуру окружающего воздуха, удельный массовый расход воздуха или положение акселератора или комбинацию двух или более из таких условий.

7. Система по п.6, в которой контроллер обеспечивает начало расцепления узла муфты сцепления при заданном значении до полного расцепления узла муфты сцепления, таким образом задавая период разъединения, который составляет около 3 с.

8. Система по п.6, в которой контроллер обеспечивает начало сцепления узла муфты сцепления в заданный момент времени после запуска двигателя до полного сцепления узла муфты сцепления, таким образом задавая период сцепления, который составляет около 3 с.

9. Система двухступенчатой ременной передачи, содержащая узел муфты сцепления, непосредственно установленный на вращающемся валу, одностороннюю муфту, содержащую амортизатор и непосредственно установленную на вращающемся валу, и, по меньшей мере, одно вспомогательное устройство, соединенное с возможностью вращения с узлом муфты сцепления и с односторонней муфтой таким образом, что вспомогательное устройство приводится в действие узлом муфты сцепления с первым передаточным числом и приводится в действие односторонней муфтой со вторым передаточным числом, при этом первое передаточное число и второе передаточное число выбираются в соответствии с рабочим состоянием двигателя и узел муфты сцепления зацеплен при запуске двигателя.

10. Система по п.9, в которой узел муфты сцепления содержит электромагнитную муфту.

11. Система по п.9, в которой амортизатор односторонней муфты дополнительно содержит эластомерный материал.

12. Система по п.9, в которой первое передаточное число больше второго передаточного числа.

13. Система двухступенчатой ременной передачи, содержащая узел муфты сцепления, непосредственно соединенный с вращающимся валом вспомогательного устройства, одностороннюю муфту, непосредственно соединенную со вторым вращающимся валом, вращающийся вал вспомогательного устройства, соединенный с возможностью вращения с односторонней муфтой таким образом, что вспомогательное устройство приводится в действие узлом муфты сцепления с первым передаточным числом и приводится в действие односторонней муфтой со вторым передаточным числом, при этом первое передаточное число и второе передаточное число определяются в соответствии с рабочим состоянием двигателя и узел муфты сцепления зацеплен при запуске двигателя.

14. Система по п.13, в которой односторонняя муфта дополнительно содержит шкив и инерционный элемент.

15. Система по п.13, в которой односторонняя муфта дополнительно содержит демпфирующий элемент.

16. Система по п.13, в которой муфта содержит электромагнитную муфту.

17. Система по п.15, в которой демпфирующий элемент содержит эластомерный материал.

18. Система по п.13, в которой первое передаточное число больше второго передаточного числа.

19. Система двухступенчатой ременной передачи, содержащая двигатель, двигатель-генератор, вспомогательное устройство, имеющее вал вспомогательного устройства, приводимый в действие двигателем-генератором или двигателем, узел муфты сцепления, в рабочем положении расположенный между двигателем-генератором и двигателем, причем муфта сцеплена, посредством чего двигатель-генератор запускает двигатель, одностороннюю муфту, в рабочем положении расположенную между двигателем и двигателем-генератором, причем односторонняя муфта сцеплена, посредством чего двигатель приводит в действие двигатель-генератор, вспомогательное устройство, соединенное с узлом муфты сцепления и с односторонней муфтой таким образом, что когда двигатель работает, вспомогательное устройство приводится в действие узлом муфты сцепления с первым передаточным числом и приводится в действие односторонней муфтой со вторым передаточным числом, причем первое передаточное число и второе передаточное число выбираются в соответствии с рабочим состоянием двигателя, при этом узел муфты сцепления расцеплен для работы со вторым передаточным числом.

20. Система по п.19, в которой узел муфты сцепления дополнительно содержит электромагнитную муфту.

21. Система по п.19, в которой узел муфты сцепления расположен на коленчатом валу двигателя.

22. Система по п.19, в которой узел муфты сцепления расположен на валу вспомогательного устройства.

23. Система по п.19, дополнительно содержащая двойной шкив, расположенный на валу вспомогательного устройства.

24. Система по п.19, дополнительно содержащая элемент для амортизации вибрации, расположенный между вспомогательным устройством и двигателем.

25. Система по п.21, дополнительно содержащая элемент для амортизации вибрации, расположенный между односторонней муфтой и вспомогательным устройством.

26. Система по п.22, дополнительно содержащая элемент для амортизации вибрации, расположенный между односторонней муфтой и двигателем-генератором.

27. Двухступенчатая муфта, содержащая втулку, первый шкив, с возможностью вращения соединенный со втулкой через одностороннюю муфту, второй шкив, с возможностью вращения соединенный со втулкой и тормозной элемент, соединенный со втулкой, причем тормозной элемент выполнен с возможностью вхождения в зацепление со вторым шкивом и, когда он под током, блокировки вращения второго шкива с вращением втулки.

28. Муфта по п.27, в которой тормозной элемент содержит электромагнитную катушку.

29. Муфта по п.27, дополнительно содержащая амортизирующий элемент, расположенный между втулкой и первым шкивом.

30. Муфта по п.27, дополнительно содержащая подшипник, расположенный между вторым шкивом и втулкой.

31. Двойной шкив, содержащий втулку, первый шкив, с возможностью вращения соединенный со втулкой через одностороннюю муфту, второй шкив, соединенный со втулкой, и амортизирующий элемент, расположенный между вторым шкивом и втулкой.

32. Двойной шкив по п.31, в котором первый шкив содержит ребристый профиль.

33. Двухступенчатая муфта, содержащая кожух, первый шкив, с возможностью вращения входящий в зацепление с кожухом, второй шкив, с возможностью вращения входящий в зацепление с кожухом, тормоз, содержащий электромагнитную катушку и диск, причем диск расположен между первым шкивом и вторым шкивом, причем тормоз, когда он входит в зацепление, синхронизирует вращение первого шкива и второго шкива, а второй шкив соединен с вращающимся валом, причем вращающийся вал расположен концентрически относительно второго шкива.

34. Муфта по п.33, дополнительно содержащая смещающий элемент, расположенный между диском и вторым шкивом, причем смещающий элемент отталкивает диск из зацепления с первым шкивом, когда электромагнитная катушка не возбуждена.

35. Муфта по п.34, в которой электромагнитная катушка непосредственно соединена с кожухом и содержится в пределах ширины первого шкива.

36. Муфта по п.34, в которой диск имеет фрикционное зацепление с первым шкивом.

37. Муфта по п.33, в которой первый шкив дополнительно содержит амортизирующий элемент.

38. Двойной шкив, содержащий втулку, первый шкив, с возможностью вращения соединенный со втулкой через одностороннюю муфту, второй шкив, соединенный со втулкой, и амортизирующий элемент, расположенный между первым шкивом и односторонней муфтой.

39. Двойной шкив по п.38, в котором первый шкив содержит ребристый профиль.

40. Двойной шкив по п.38, в котором первый шкив дополнительно содержит инерционный элемент.