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Patent Searching and Data


Title:
BELT DRIVE IN THE DRIVE TRAIN OF A MOTOR VEHICLE, AND METHOD FOR CONTROLLING A BELT DRIVE OF THIS TYPE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2004/101974
Kind Code:
A1
Abstract:
The belt drive (1) comprises a driving belt (2) via which an engine crankshaft (4) and a starter generator (5) are connected to one another and which is provided with the necessary belt tensioning force by a tensioning device (10). The tensioning device comprises an actuator (11) via which a tension roller (9) is pressed against the driving belt (2). The actuator is provided with an electronic control unit (17) via which the belt tensioning force is metered out and temporally controlled. The actuator can be connected to the tension roller via a Bowden cable.

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Inventors:
Deiml, Matthias (Gerhardinger Str. 21, Donaustauf, 93093, DE)
Lohrenz, Frank (Mittelweg 3c, Bernhardswald, 93170, DE)
Müller, Siegfried (Höglstein 3, Bernhardswald, 93170, DE)
Application Number:
PCT/EP2004/050520
Publication Date:
November 25, 2004
Filing Date:
April 14, 2004
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Wittelsbacherplatz 2, München, 80333, DE)
Deiml, Matthias (Gerhardinger Str. 21, Donaustauf, 93093, DE)
Lohrenz, Frank (Mittelweg 3c, Bernhardswald, 93170, DE)
Müller, Siegfried (Höglstein 3, Bernhardswald, 93170, DE)
International Classes:
F02B67/06; F02N15/08; F16H7/12; F02N11/04; F16H7/08; (IPC1-7): F02B67/06
Domestic Patent References:
WO2003104628A12003-12-18
Foreign References:
US6478701B12002-11-12
US20020123401A12002-09-05
DE10159072A12003-06-18
DE10232328A12004-04-01
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 2003, no. 03 5 May 2003 (2003-05-05)
None
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Postfach 22 16 34, München, 80506, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Riementrieb (1) in dem Antriebsstrang eines Kraftfahr zeugs, mit einem Treibriemen (2), durch den eine Motorkurbel welle (4) und ein StarterGenerator (5) miteinander verbunden sind, und der durch eine Spannvorrichtung (10) mit der erfor derlichen Riemenspannkraft versorgt wird, dadurch ge kennzeichnet, dass die Spannvorrichtung (10) einen Aktuator (11) auf weist, 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.
2. Riementrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (11) einen Hydraulikzylinder (12) auf weist, dass der Druck (p) in dem Hydraulikzylinder (12) durch ein Hydraulikventil (16) eingestellt wird, und dass das Hydraulikventil (16) mit der elektronischen Steue rung (17) verbunden ist, durch die die Riemenspannkraft do siert und zeitlich gesteuert wird.
3. Riementrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft des Aktuators (11) an einer exzentrisch gelagerten Spannrolle (9) angreift.
4. Riementrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (21) durch ein biegsames Kraftübertragungsele ment mit der Spannrolle (26) verbunden ist.
5. Riementrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (21) durch einen Bowdenzug (24) mit der Spann rolle (26) verbunden ist.
6. Riementrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Treibriemen (2) ein weiteres Aggregat (6) mit der Motorkurbelwelle (4) und dem StarterGenerator (5) verbunden ist.
7. Riementrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannrolle (26) mit ihrer Drehachse (27) exzent risch auf einer ortsfest drehbaren Rolle (25) gelagert ist, und dass an dem Außenumfang der Rolle (25) die Kraft des Aktua tors über den Bowdenzug (24) angreift.
8. Verfahren zum Steuern eines Riementriebs (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannrolle (9) durch Federkraft gegen den Treib riemen (2) gedrückt wird, und dass sie in vorgegebenen Fahrsituationen des Kraftfahrzeugs zusätzlich durch den Aktuator (11) gegen den Treibriemen gedrückt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannrolle (9) beim Starten des Motors durch den Aktuator (11) gegen den Treibriemen (2) gedrückt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine variable Riemenspannkraft abhängig von der Drehzahl und Last des Motors aufgebracht wird.
Description:
Beschreibung Riementrieb in dem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs und Verfahren zum Steuern eines solchen Riementriebs 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 Spannvorrich- tung 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 be- nötigte 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. Außer- dem 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 ge- drückt, und in vorgegebenen Fahrsituationen des Kraftfahr- zeugs 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 Unter- ansprüchen niedergelegt.

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

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen : Figur 1 einen erfindungsgemäßen Riementrieb in einem Kraft- fahrzeug ; Figur 2 eine Darstellung der Abhängigkeit der Steuerung der Vorspannkraft des Riementriebs nach Figur 1 von ei- nem ersten Parameter ; Figur 3 ein anderes Ausführungsbeispiel eines erfindungsge- mäßen Riementriebs, und Figur 4 eine Darstellung der Abhängigkeit der Steuerung der Vorspannkraft des Riementriebs nach Figur 1 von ei- nem weiteren Parameter Ein Riementrieb 1 (Figur 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 belie- bigen 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 Ü- bertragung von Drehmoment erforderlichen Vorspannung beauf- schlagt. 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 Riemenspan- ner 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 darge- stellt. Zum anderen schließt eine Spannvorrichtung 10 einen Aktuator 11 ein, der eine zusätzliche höhere Vorspannung er- zeugen 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 Druck- speicher 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. Au- ßerdem lässt sich die Spannkraft je nach Anforderung dosie- ren, 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 Rie- menspannung dann sehr gering sein kann. Es genügt die Feder- vorspannung 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 Zeich- nung verdeckte-Drehachse ortsfest an dem Motor des Kraft

fahrzeugs gelagert ist. An der exzentrisch gelagerten Spann- rolle 9 greift die Kolbenstange 13 an, so dass die Spanrolle durch die Kraft des Aktuators 11 gegen den Treibriemen 2 ge- schwenkt wird.

Der Riementrieb 1 erfordert in Kraftfahrzeugen mit Starter- Generator und dazu gehörigen Funktionen (wie Stop-Start- Automatik, automatische Kupplung usw. ) nur einen geringen Zu- satzaufwand. Da für den Betrieb des Starter-Generators ohne- hin ein elektronisches Steuergerät notwendig ist, kann dieses zusätzlich die Riemenspannung steuern. Bei Kraftfahrzeugen mit einer automatischen Kupplung oder einem hydraulischen au- tomatisierten Schaltgetriebe ist in dem Fahrzeug ohnehin ein Hydrauliksystem vorhanden, das auch den notwendigen Arbeits- druck für den Betrieb der Spannvorrichtung 10 liefern kann.

Zusätzlich erforderlich sind also nur ein Druckregelventil und ein Hydraulikzylinder.

Alternativ zu der hydraulischen Betätigung der Spannvorrich- tung 10 kann auch eine elektromotorische Betätigung des Rie- menspanners oder eine kombinierte Form beider Betätigungsar- ten erfolgen.

In dem aus Figur 2 ersichtlichen Diagramm, anhand dessen ei- ne parameterabhängige Steuerung der Vorspannkraft des Riemen- triebs 1 erläutert wird, ist auf der Abszisse der Parameter Kühlwasser-Temperatur Sw des Motors vor dem Start, in °C, und auf der Ordinate die pulsweitenmodulierte Steuergröße PWM für die Vorspannkraft, in Prozent eines Arbeitszyklus, aufge- tragen. Die Steuergröße bestimmt die Höhe der Riemenspann- kraft.

Aus der dargestellten Funktion PWM = f (9w) ist zu erkennen, dass bei niedrigen Temperaturen für etwa 95% eines Arbeits- zyklus der Hydraulikzylinder 12 Druck auf den Treibriemen 2 aufbringt. Bei Kühlwassertemperaturen ab 15°C beträgt die Steuergröße PWM etwa 70%. Dies entspricht der Tatsache, dass

bei einem warmen Motor zum Starten weniger Drehmoment erfor- derlich ist-und damit weniger Riemenvorspannung aufgebracht werden muss-als bei einem kalten Motor. Die genannten Zah- lenwerte sind Beispiele für einen ausgeführten Typ von Rie- mentrieb 1. Sobald der Motor läuft, dient der Starter-Gene- rator 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 erfindungsgemä- ßen Riementriebs 20 (Figur 3) sind die unveränderten oder zu- mindest gleich wirkenden Bestandteile mit den gleichen Be- zugszeichen versehen wie in Figur 1. Der Aktuator 21 besteht hier aus einem Hydraulikzylinder 22, der durch einen Bowden- zug 24 mit einer Rolle oder Scheibe 25 verbunden ist, die drehbar aber ortsfest an dem Motor des Kraftfahrzeugs gela- gert ist. Eine Spannrolle 26 ist mit ihrer Drehachse 27 ex- zentrisch 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 Au- ßenumfang 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 Dre- hung. Diese wirkt als Hebel und drückt die Spannrolle 26 ge- gen 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 verhin- dert 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 Hydraulikzy- linder 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 ziem- lich 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, al- so 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 9"ermittelt.

In einem dritten Schritt wird aus dem Diagramm der Figur 2, das zum Beispiel in Form einer Tabelle in einem Speicher ab- gelegt ist, der Wert der Steuergröße PWM ermittelt, der der Kühlwassertemperatur 9w 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 Hyd- raulikventil 17 geschlossen und somit kein Druck mehr in dem Hydraulikzylinder 12 aufgebaut. Damit ist das Programm been- det. Es wird bei jedem Einschalten der Zündspannung erneut abgearbeitet.

Aus dem Diagramm von Figur 4 ist ersichtlich, dass die Rie- menspannkraft durch eine von der Drehzahl n des Motors abhän- gige Steuergröße PWM gesteuert werden kann. Eine derart vari- able 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 Treib- riemens erheblich vermindert und der Kraftstoffverbrauch ver- ringert 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 Verbren- nungsmotors. PWM n (%) (U/min) 700 50 2000 50 6000 25 7000 25 Die Riemenspannkraft kann auch von einer sich verändernden Motorlast abhängen. Diese Abhängigkeit lässt sich analog mit den Werten aus einem der Figur 4 entsprechenden Diagramm be- ziehungsweise den Werten aus einer zugehörigen Speichertabel- le kompensieren.