特别用于空调装置的汽车附属设备的驱动系统 本发明背景
本发明涉及汽车附属设备的驱动系统。
通常，例如空调(A/C)压缩机、交流发电机、冷却水循环泵、动力转向液压泵等的汽车附属设备通过一个或多个皮带传动(通常为风扇皮带)而直接与发动机曲轴相连接。因此，这些设备很少能在它们的最佳效率范围内运转。因此，长时间以公路巡航速度行驶时，空调会过分制冷，而当最需要空调时(例如烈日炎炎中在交通拥堵中等候时)，由于发动机处于怠速状态而很难获得良好的制冷。
为了弥补传统系统这一固有缺点，提出了一种自动的、恒速输出传动系统，其被设计成在怠速或低速档速度时可逐渐增加附属设备的驱动速度，而在高速档时逐渐减小驱动速度(参见Groene的美国专利No.2,720,087)，这种传动系统提出了一种与发动机曲轴相连的可变速的传动装置。
但是，这种改进也具有缺点。首先，该系统只能使用原厂制造产品，即它必须得集成到汽车生产线上；第二，在发动机室内需要占用额外的空间；另外，由于其结构复杂敏感，价格很贵，且需要特殊的维护。因此，这种系统实施起来难度很大。
尤其对于空调压缩机的工作特性而言，目前已经发现，对于一般的实际用途，不需要实现真正的恒速传动，仅仅在发动机低速运作时，实现单级、递升传动就足够了，如图5所示。
现在市场上的大多数品牌的压缩机(“摆动盘”型)都与其驱动轴的转动方向无关。换句话说，反方向转动不会损坏或影响压缩机的工作。这一点可同样应用于交流发电机和某些品牌的液压泵。然而本发明将特别针对汽车空调进行举例说明，因为它的优点最明显。
因此，本发明地主要目的是提供一种汽车附属设备驱动系统，该系统可克服上述已知系统的缺陷。
本发明的另一目的是提供一种传动系统，其与汽车附属装置是一体的，作为一种“选装”配件，即其本身包含在产品中，简洁、紧凑且容易安装在现有汽车上。
本发明的又一目的是该传动装置可以具有单一发动机速度的、自动控制齿轮的布置，且具有反向的输出。
本发明的还一目的是在传动装置中使用一行星齿轮系统，并应用摩擦离合器，该离合器可为电动或气动驱动。
本发明简述
根据本发明的广义方面，提供了一种汽车附属设备驱动系统，该系统包括：用于使该附属设备耦合到该汽车发动机的装置；用于检测该发动机速度的装置；用于使该附属设备的操作速度递升的可选择啮合的传动装置；当通过该检测装置检测到该发动机速度减小到低于一第一预定值时驱动所述传动装置的装置；以及当通过所述检测装置检测到该发动机速度增加到高于一第二预定值时使所述传动装置停止的装置。
附图简述
本发明的这些和其它方面、目的、优点和结构特征将通过举例的方式仅参照附图对优选的实施例进行详细描述，其中：
图1为示意立体图，示出了安装有多个汽车附属设备的典型汽车发动机；
图2为根据本发明第一优选实施例的用于空调压缩机的传动装置的剖面图；
图3为沿图2中Ⅲ-Ⅲ线的截面图；
图4为沿图2中Ⅳ-Ⅳ线的截面图；
图5为传动系统的曲线图；
图6为本发明第二实施例的剖面图；
图7为沿图6中Ⅶ-Ⅶ线的截面图；
图8-10分别为说明图6中系统处于中性、直接耦合和速度过高三个阶段的示意图；
图11为本发明另一实施例的沿图12中Ⅺ-Ⅺ线的剖面图；
图12为沿图11中Ⅻ-Ⅻ线的截面图；
图13a-13b为图11和12中的系统运作的三种模式的示意图。
优选实施例的详细说明
参见图1，该图示出了发动机12的主(曲轴)驱动带轮10通过在汽车其它附属设备(例如交流发电机15)之间的一根或多根皮带14连接到总体标号为16的空调压缩机上。压缩机16包括压缩机壳体18和带轮部件20。
尽管带轮部件20包括一行星齿轮传动系统，但它基本上具有传统的大小和尺寸；强调这一独特的因素，是由于它满足了汽车总体设计上严格的节省空间的要求，这在发动机室内更是如此。
具体如图2至4所示，皮带轮22通过滚珠轴承26可绕驱动轴24自由地转动。
一个摩擦盘型离合器有效地使皮带轮22啮合到行星齿轮壳体30的摩擦表面30a。(为了清楚起见省略了用于驱动离合器28的电流供应及其结构的描述，因为这是传统的设计)
齿轮壳体30包括内齿轮冠32(构作成行星系统的“环面”，将在下文描述)，该壳体一方面可转动地通过一单向滚筒离合器34被轴24支撑；另一方面通过滚珠轴承38被置于压缩机壳体罩板36的部分36a和凸缘面30a之间。
行星齿轮系统包括四个(或其它适当的数目)“行星”或“卫星”齿轮40、41、42、和43，和“中心”齿轮44。
行星齿轮40-43通过分别穿过齿轮40-43的轴销40a、41a、42a、和43a经一环形罩件46相互连接，它们中的每一个设有一滚柱轴承(40b、41b、42b、和43b)使它们可绕轴销自由转动。
环形罩件46可通过轴承48绕壳体罩36的套筒部36b转动。
中心齿轮44通过键50被驱动地连接到轴24上。
一个第二电磁摩擦离合器54被可操作地连接到罩件46，以便可选择地锁定住它，防止它通过啮合相对于(固定的)压缩机壳体罩36发生转动。
下面描述传动系统20的运作。如前文所述，其包括三种运作模式：
A．离合器28和54均未通电(“中性”位置)；
B．仅有离合器28被启动(“直接耦合”位置)；
C．离合器28和54都被启动(“过度驱动”位置)。
首先，假设惯性滑行的、单向滚筒离合器34的非锁定方向与通过发动机12驱动(即由皮带14驱动)的皮带轮22的转动方向相反。
在中性位置(模式A)上，皮带轮22仅仅只不过是转动，其表示皮带轮并未处于接合状态或空调装置处于OFF(关闭)位置。当第一离合器28被驱动使皮带轮22与壳体30接合时，单向齿轮34立即相对于压缩机驱动轴24被锁定。因此，轴24以相同的速度转动，即传动比为1∶1。
由于中心齿轮44被用键连接在轴24上，因此它也以相同的速度被驱动。这时行星齿轮40-43不绕它们的轴线自转，但可自由地绕中心齿轮44进行公转。
因此，由行星齿轮系统形成的传动比也不变。
这种运作模式B适合于高速、以巡航速度行驶的汽车。
在低速、特别是怠速时，可使用模式C，即罩件制动摩擦离合器54也被驱动。为达到此目的，可使用任何已知类型的变换装置，例如歧管真空响应开关、转速计开关等，其在曲轴转数下降低于一预设值时被触发。
一旦锁定公转运动，行星齿轮40-43必然将环面32的转动以较高的比率〔取决于环面齿数(=节距)除以中心齿轮的节距〕传送到中心齿轮44，且转动方向与皮带轮22(和壳体30)的方向相反。
由于方向的改变，单向离合器34解锁(惯性滑行状态)，因此不会干扰壳体30(和皮带轮22)以以前的正常方向继续转动。
考虑到标准空调装置的的尺寸(主要是压缩机壳体直径和皮带轮直径)，实际的传动比约为2.0-2.5∶1。
由于大多数汽车的怠速为900-1000rpm，假设曲轴10(图1)和皮带轮22之间的比率约为1∶1，压缩机的速度约为2000-2500rpm，非常接近最佳工作条件。
当马达加速超过曲轴的一预定转速时，变换装置的开关关闭，又进入模式B的“直接耦合”位置，同时轴24反向转动。
图5是上述说明的一个曲线图，清楚地说明了压缩机的工作范围总保持在最低2000rpm以上的转速上，而不是降到实际怠速的900rpm。
可以看出，传动部件20结构极为简单且设计紧凑，无论是原厂设备(O.E.M.)还是“市场购置”的后装产品(对现有汽车进行传统空调改造)，其安装都不会打乱发动机室的必要空间和布局。
而且，可以使用较小功率的压缩机，不但可以省油，而且可以获得同样的效率并使乘客感到舒适。
下面参见图6-10中示出的实施例，其中相似的部件使用相似的标号。图6中的空调输送系统120与图2中的主要区别在于皮带轮122与壳体130是一体的。一个附加的用于行星齿轮140-143的行星罩146’被可转动地设置(与罩146呈镜像)在轴承148’上。罩146’用于通过第二电磁摩擦离合器154’使壳体130制动。
在该实施例中不包括单向离合器，这将在下面的说明中变得更清楚(还是参见图6-10)。
在模式A的运作中，离合器154和154’没有接通，壳体130与环形齿轮132一起通过发动机皮带(未示出)转动。
由于压缩机轴124被略微加载(通过摩擦和压缩机的背压)，行星齿轮140-143趋向于空闲地绕中心齿轮144公转，即不输送任何转动。
这样获得一种“中性”的运作模式。“直接耦合”的、高速巡航且比率为1∶1的运作模式B通过仅启动离合器154’来获得。罩146’被壳体130抓住并与其一起被驱动。行星齿轮140-143的惯性滑行的公转转动将变成一致的运动，从而行星齿轮不自转，却相对于环面132和中心齿轮144固定，并用作从前一个到后一个接替转动。
中心齿轮144直接与轴124耦合，因此将以相同的速度(即皮带轮122的速度)驱动压缩机。
当需要转换到升速传动时，通过脱离与离合器154’的接合而接合第二离合器154可以获得递升的传动模式。这使行星齿轮140-143分别绕各自的轴线140a-143a自转，并乘以一适当比率系数(2.0-2.5，见上文)使环面132的转动传递到中心齿轮144，并且使转动反向，正如前一实施例所述；图5中表示的运作特性也可应用于本实施例。
为了避免由于突然反向可能造成的缺陷，在“高速档”和“低速档”位置之间的来回转换应该被缓冲或吸收，例如通过在释放和驱动离合器154和154′(或28和54)之间设一时间滞后，该滞后时间可使运动的部件停顿下来。
现说明本发明的第三实施例，图11和12中的系统220与图6中的系统相似，但它是气动控制而不是电动的。
该系统主要包括压缩机轴224和与壳体230一体形成的皮带轮222，和与四个行星齿轮240-243啮合的环面232，这四个行星齿轮可分别绕它们各自的轴销240a-243a自由地转动。轴销的轴由(一体的)罩件246支撑。中心齿轮244被安装在压缩机轴224上(通过键250)，并与全部四个行星齿轮240-243啮合。
传动壳体230绕一前部滚柱轴承226和后部滚针轴承238转动。轴承238绕一固定圆筒或法兰260安装，该圆筒与压缩机壳体壁236相贴。
一对气动(或液动，见下文)活塞可移动地置于圆筒260中：后活塞262(包括垫圈262a和262b)、和前活塞264(包括垫圈264a和264b)。活塞263、264均为环形，如图所示一个位于另一个内，但是可彼此相对独立地运动，第一活塞受到通过导管266供应的压力的作用，第二活塞受到通过导管268和通向留在活塞262的上游侧和活塞264下游侧之间间隙268b的延伸通道268a供应的压力的作用。
前活塞264的运动通过一组四个销270作用于摩擦盘离合器254′，销270借助推力滚针轴承272与活塞262抵靠，并且与一受压的压缩螺旋弹簧274抵靠。离合器254交替地与罩246和贴于壳体壁236的法兰260耦合。
摩擦离合器254通过前活塞264的圆形肋264a来操作，通过挤压压缩螺旋弹簧276，使罩246制动并固定不动。
离合器254和254′的交替驱动通过沿图11中所示箭头方向经导管268、266施加加压/卸压命令来获得。通过图13a-13c的示意说明很容易清楚地理解传动系统220的运作与根据图6和7的电磁离合器系统120相同。
然而，气动系统具有两个主要而且独特的优点：即节省了用于驱动和保持磁力离合器抓握能力的电能；而且汽车不必具有压缩空气源(例如大多数卡车和客车的气刹)，另外空调压缩机完全可以实现把压缩流体(在此为冷却油)以需要的方式(图3)供应到各自的活塞中。作为替换，该系统可通过各汽车上现有设备，或通过辅助设备，用液压控制。除了这一点，在所有其它方面该系统都与前述实施例相似。
尽管本发明具体参照空调系统来进行描述的，但很容易理解，本发明也可应用于其它汽车附属设备，在这些设备中主驱动轴转动方向的改变不会改变操作性能，例如交流发电机。本领域的技术人员应该知道，在不脱离权利要求的范围内本发明可作出各种改变和修正。