CN101173645B - 使用传统曲柄装置的降噪发动机起动-停止系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种使用传统曲柄装置的降噪发动机起动-停止系统。具体而言，本发明提供了一种发动机起动系统，其用于在接合位置与脱离位置之间调节起动电动机小齿轮的位置，所述发动机起动系统包括螺线管齿轮电枢(SPA)，其和小齿轮相联接，并且在第一位置与第二位置之间可移动，以便在脱离位置和接合位置之间移动小齿轮。在SPA向第二位置移动期间，阻尼器缓冲SPA的速度，以抑制噪声的产生。

Description

使用传统曲柄装置的降噪发动机起动-停止系统

技术领域

本发明涉及发动机起动-停止系统，具体涉及使用传统曲柄装置的降噪发动机起动-停止系统。

背景技术

内燃机在气缸内消耗燃料和气体混合物，驱动活塞以产生驱动转矩。驾驶员的操作引起发动机的起动。比如，当驾驶员把点火开关开启到起动位置，或按下起动键时，发动机起动系统就会起动发动机，并启动燃烧过程。传统的发动机起动系统包括起动电动机，其选择性地驱动曲轴。更具体地说，起动电动机小齿轮，在相对于飞轮齿圈的接合位置与脱离位置之间是可以移动的。

在车辆停下时，暂时性的发动机关闭，可以降低燃料的消耗。很多结构已经被提出，以完成快速、低噪的发动机重起，这需要在驾驶员加速命令的第一指示时间完成。加速命令可以是由驾驶员松开刹车踏板上的压力和/或踏下加速踏板来指示。大部分结构使用复杂而昂贵的电气装置，来完成起动-停止任务，同时满足噪声、振动和不平顺(NVH)及响应的要求。

使用传统起动电动机和驱动装置传动的起动-停止结构，对于无缝和合意的发动机起动来说，噪声太大。比如，这种系统中的噪声，可以从起动电动机齿轮螺线管中发出，其可以在接合位置和脱离位置移动小齿轮。更具体地说，起动电动机齿轮螺线管和它的止动器接触时，会引起电枢(armature)速度的突然变化。

发明内容

相应地，本发明提供了一种发动机起动系统，其可以在接合位置和脱离位置之间调节起动电动机小齿轮的位置。发动机起动系统包括螺线管齿轮电枢(SPA)，其与小齿轮相连，且可以在第一位置和第二位置间移动，以便在脱离位置和接合位置之间移动小齿轮。在SPA向第二位置移动期间，阻尼器(damper)会缓冲SPA的速度，以抑制噪声的产生。

在一个特征中，SPA的速度，在向第二位置行进的第一部分期间是无阻尼的，而在向第二位置行进的第二部分期间是受阻尼的。

在另一个特征中，阻尼器包括偏置部件，其在该SPA上施加偏置力，以缓冲SPA的速度。

在另一些特征中，阻尼器包括流体，其在SPA上施加阻尼力，以缓冲SPA的速度。阻尼器包括可变大小的孔，其基于SPA位置，改变阻尼力。作为备选，阻尼器包括允许流体从阻尼器以第一速率排出的第一孔，和允许流体以第二速率排出的第二孔。第一孔在SPA向第二位置行进的第一部分期间打开，而在SPA向第二位置行进的第二部分期间闭合。作为另一个可选方案，阻尼器包括单向限流阀，在SPA向第二位置移动期间，该单向限流阀提供阻尼力，且允许SPA向第一位置的无阻尼移动。

在另一个特征中，阻尼器偏离SPA一定距离，以在从第一位置向第二位置行进的一部分期间与SPA接合。

还在另一个特征中，阻尼器和SPA相连接。

本发明的其它应用领域，从下文的详细描述中可以明显而知。需要明白，这些详细描述和特定示例尽管指出了本发明的优选实施例，但仅仅是出于示意说明的目的，而不是用来限制本发明的范围。

附图说明

通过详细描述和附图，可以充分理解本发明，其中：

图1中是示例发动机系统的功能框图，其包括根据本发明的发动机起动系统；

图2中是发动机起动系统的起动电动机的功能框图，其包括螺线管齿轮电枢(SPA)和处于第一位置的示例阻尼器；

图3中是SPA和处于第二位置的阻尼器的功能框图；

图4中是显示了无阻尼和受阻尼的SPA速度的曲线图；

图5中是SPA和直接与SPA相连的流体阻尼器的功能框图；

图6中是SPA和直接与SPA相连的可变孔流体阻尼器的功能框图；及

图7中是SPA和流体阻尼器的功能框图，流体阻尼器包括单向限流阀且与SPA直接相连。

具体实施方式

下述对于优选实施例的描述，本质上只是示例性的，而绝不是用来限制本发明，它的应用或用途。为了清晰起见，相同的标号在附图中用来表示相似的部件。如这里所用的术语“模块”可以指，专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共享式的、专用式的、或组式的)和用来执行一段或多段软件或固件程序的存储器、组合逻辑电路、和/或其它可以提供所描述功能的合适部件。

现在来参见图1，示例车辆系统10在此示意性地表示。车辆系统包括发动机12，其在气缸(未示出)中燃烧燃料和气体混合物，以驱动活塞，此活塞可滑动地设置于气缸内。活塞驱动曲轴14以产生驱动转矩。气体通过节流阀16进入进气歧管18，其把气体分配到各个独立的气缸。燃烧过程中产生的废气，可以通过排气歧管20排到后处理系统(未示出)。

车辆系统10还包括发动机起动系统22。发动机起动系统22包括飞轮齿圈24、起动电动机26，和动力系统28。飞轮齿圈24安装成用于和曲轴14一起转动。起动电动机26选择性地和飞轮齿圈24接合，这在下文将进一步说明，以便可旋转地驱动曲轴14。以这种方式，发动机12可以在起动程序中被起动。

动力系统28包括点火开关或起动按键30、能量存储装置(ESD)32(比如电池或超级电容器)、熔断器34、起动电动机中继器36，和空档开关38。动力系统28允许起动电动机26，基于驾驶员的操作(比如把点火开关转到开始位置)而与飞轮齿圈24接合，并驱动飞轮齿圈24。ESD32为起动电动机26提供动力，而空档开关38则确保车辆在能为起动电动机26提供动力之前处于空档。

现在来参见图2，将会进一步描述本发明的起动电动机26。起动电动机26包括壳体40，电动机42、齿轮轴44、小齿轮46、致动器组件48、螺线管齿轮组件(SPA)50和阻尼器52。小齿轮46设置成可以与齿轮轴44一起转动，且沿着齿轮轴44设置成可滑动方式。更具体地说，致动器组件48可以驱动小齿轮46在接合位置与脱离位置之间移动，小齿轮46在接合位置与飞轮齿圈24啮合，并且在脱离位置与飞轮齿圈24脱离啮合。

致动器组件48由SPA50驱动，且包括弹簧54、轴环56和致动器臂58。致动器臂58可绕着X轴线作枢轴旋转，且在第一端和SPA接合，在第二端和轴环56接合。轴环56关于齿轮轴44设置成可滑动，弹簧54则位于轴环56和小齿轮46之间。SPA50引起执行臂58关于X轴线的旋转，其又会引起轴环56沿着齿轮轴44做线性运动。轴环56向着小齿轮46(也就是远离电动机42)运动，通过弹簧54，而引起小齿轮46相应的线性运动。如果小齿轮46的齿不是马上和齿圈34的齿对齐，那么弹簧54就会压缩，而引起向着小齿轮46的偏置力。一旦齿对齐，偏置力就推动小齿轮46和齿圈24接合。

SPA包括螺线管线圈60、弹簧62，和电枢64。螺线管线圈60引起电枢64的线性运动，此线性运动位于第一位置与第二位置之间，分别对应于小齿轮46的接合位置与脱离位置。弹簧62把电枢64偏置到第一位置。螺线管线圈60驱动电枢64克服弹簧62的偏置力到达第二位置，这基于驾驶员的操作。一旦螺线管线圈60释放电枢64(比如在发动机起动完成后)，则弹簧62偏置电枢64回到第一位置。

现在来参见图2和图3，将会进一步详细讨论阻尼器52。在SPA50向第二位置移动期间，阻尼器52缓冲SPA50的速度。更具体地说，当引起电枢64向着第二位置移动时，电枢64的速度在行进的第一部分期间会平稳地增大(也就是，电枢加速)。电枢64和阻尼器52在预定点接合，这会在行进的第二部分期间缓冲速度，以降低电枢64的加速度。

如图2和图3所示，阻尼器52包括壳体70、可滑动地置于壳体70内的活塞72，和从活塞72和阻尼器弹簧76处延伸的活塞杆74。活塞72相应地把壳体70的内部分成第一腔78和第二腔80。第一腔78和第二腔80中的每个腔包括开口82和84，相应地，允许流体来回流动(比如气体流)通过第一腔78和第二腔80。弹簧76置于第二腔80内，当活塞72压缩弹簧76时，其会引起向着活塞72的偏置力。活塞杆74的末端偏离电枢64的末端一定距离D(参见图2)。在这种方式下，在距离D内，电枢62就可以做无阻尼移动。当电枢64和活塞杆74接合后，电枢的剩下的移动就受到弹簧76的缓冲。

现在来参见图4，这是无阻尼(虚线)和有阻尼(实线)的SPA速度曲线图。在SPA50无阻尼的情况下，电枢64的在整个行进期间，速度稳定增大。在电枢64接近第二位置点时，有一个大幅度、快速的下降，以及并发的振动，直到速度为零。传统的、无阻尼的发动机起动系统中，这种大幅度、快速的下降和并发的振动会引起噪声。

在SPA50是受阻尼的情况下，电枢64的速度平稳地增大，直到电枢和阻尼器52接合。在电枢64和阻尼器52接合后，速度的增大或者加速度就会降低。在电枢64接近第二位置点时，速度的下降和并发的振动这两者在强度上都要远远小于使用传统的无阻尼系统的情况。结果是，噪声的产生受到了抑制。

现在来参见图5，其显示了一种可选的阻尼器52A。阻尼器52A是流体型阻尼器(比如液压型的，或气压型的)，其包括置于第一腔78和第二腔80内的流体。壳体70包括第一流体端口90、第二流体流体端口92，和限流端口94。端口90、92、94和流体回路形成流体式相连(未示出)。活塞杆74和电枢64直接相连。限流端口94允许阻尼流体从第二腔80进入和排出，这基于活塞72的移动方向。更具体地说，限流端口94带有设定区域，其限定了阻尼流体从第二腔80排出的流率。以这种方式，当阻尼流体通过限流端口94排出时，在第二腔80内就产生了背压，这样就取得了缓冲的作用。

第一流体端口90允许阻尼流体从第一腔78进入和排出，这基于活塞72的行进方向。第二流体端口92允许阻尼流体从第二腔80进入和排出。第二流体端口92的位置相对于活塞72的起始位置，就限定了电枢64的第一段无阻尼行进行程。更具体地说，在电枢64通过距离A的期间，阻尼流体通过第二流体端口92和限流端口94排出。当活塞72完成距离A时，活塞72就关闭了第二流体端口92，从而阻止流体从那里通过。以这种方式，限流端口94就成了唯一可用的排出路径，而由此得到的背压就会缓冲SPA50的速度。

现在来参见图6，显示了另一个可选的阻尼器52B。阻尼器52B包括第一端口98、限流端口100，和锥形延伸部102，其从活塞72延伸。锥形延伸部102和限流端口100对齐，其中，当活塞72向限流端口100移动时，限流端口100的开口区域会减小。更具体地说，当活塞72向第二位置行进时，限流端口100为第二腔80内的流体提供了排出路径。

对于行进行程的第一部分而言，延伸部102没有容纳在限流端口100中，流体通过限流端口100排出，以允许电枢64的无阻尼移动。一旦锥形延伸部102容纳到了限流端口100中，流体通过限流端口100排出的有效区域就减小了。结果是，第二腔80内产生了背压，电枢64的移动受到了缓冲。锥形延伸部102容纳到限流端口100中越多，流体排出的有效区域就越小，阻尼力就相应地越大。

现在来参见图7，显示了另一个可选的阻尼器52C。阻尼器52C类似于阻尼器52A(参见图5)，不过它在限流端口94处包括单向限流阀110。限流阀110包括大流体端口112、小流体端口114、球体116和弹簧118。弹簧118将球体116偏置而靠在大流体端口112上，以禁止流体从那里通过。当球体116偏置而靠在大流体端口112上时，小流体端口114是打开的，以提供流体的排出路径。

当活塞72向着限流端口行进时，流体通过第二流体端口和小流体端口114两者排出，以允许电枢64无阻尼的行进。一旦活塞72到达了第二流体端口，第二流体端口就会被活塞72堵住，小流体端口114就成了唯一有效的排出路径。结果是，在第二腔80内产生了背压，电枢64在向第二位置行进的剩余部分期间，受到了缓冲。

当活塞移回时，第一腔78内的流体通过第一流体端口排出。球体116克服弹簧118的偏置力而移动，从而打开了大流体端口112，这是因为第二腔80内的压力较小。以这种方式，流体通过大口112被吸入第二腔80中，以允许活塞72快速地返回它的起始位置。一旦活塞72移动经过第二流体端口，则流体甚至会以更快的速率而被吸入第二腔80中。

现在，本领域技术人员可以从前面的描述中认识到，本发明的所公开的技术，可以以不同的形式来实施。因此，虽然结合特定示例对本发明进行了描述，但是，本发明的真正发明范围不应该受到限制，这是因为通过研究附图、说明书和本申请的权利要求，其它的改变对于本领域的专业人员是显而易见的。

Claims (16)

1.一种发动机起动系统，其可以在接合位置和脱离位置之间调节起动电动机小齿轮的位置，其包括：

螺线管齿轮电枢，其与所述小齿轮相联接，且在第一位置与第二位置之间可移动，以便在所述脱离位置和所述接合位置之间移动所述小齿轮；及

阻尼器，其在所述螺线管齿轮电枢向所述第二位置移动期间缓冲所述螺线管齿轮电枢的速度，以抑制噪声的产生，

其中，所述螺线管齿轮电枢的移动在向所述第二位置行进的第一部分期间是无阻尼的，而在向所述第二位置行进的第二部分期间是受阻尼的。

2.根据权利要求1所述的发动机起动系统，其特征在于，所述阻尼器包括偏置部件，其向所述螺线管齿轮电枢施加偏置力，以缓冲所述螺线管齿轮电枢向所述第二位置的移动。

3.根据权利要求1所述的发动机起动系统，其特征在于，所述阻尼器包括流体，其向所述螺线管齿轮电枢施加阻尼力，以缓冲所述螺线管齿轮电枢向所述第二位置的移动。

4.根据权利要求3所述的发动机起动系统，其特征在于，所述阻尼器包括可变大小的孔，其可以基于所述螺线管齿轮电枢的位置而改变所述阻尼力。

5.根据权利要求3所述的发动机起动系统，其特征在于，所述阻尼器包括允许所述流体从所述阻尼器以第一速率排出的第一孔，和允许所述流体以第二速率排出的第二孔，其中，所述第一孔在所述螺线管齿轮电枢向所述第二位置行进的第一部分期间是打开的，而在所述螺线管齿轮电枢向所述第二位置行进的第二部分期间是闭合的。

6.根据权利要求3所述的发动机起动系统，其特征在于，所述阻尼器包括单向限流阀，所述单向限流阀在所述螺线管齿轮电枢向所述第二位置移动时提供所述阻尼力，且允许所述螺线管齿轮电枢向所述第一位置的无阻尼移动。

7.根据权利要求1所述的发动机起动系统，其特征在于，所述阻尼器偏离所述螺线管齿轮电枢一定距离，以便在从所述第一位置向所述第二位置行进的一部分期间与所述螺线管齿轮电枢接合。

8.根据权利要求1所述的发动机起动系统，其特征在于，所述阻尼器连接到所述螺线管齿轮电枢。

9.一种在接合位置和脱离位置之间调节起动电动机小齿轮位置的方法，其包括：

将螺线管齿轮电枢连接到所述小齿轮，所述螺线管齿轮电枢可在第一位置和第二位置之间移动，以便在所述脱离位置和所述接合位置之间移动所述小齿轮；及

在所述螺线管齿轮电枢向着所述第二位置移动期间，缓冲所述螺线管齿轮电枢的速度，以抑制噪声的产生，

其中，所述螺线管齿轮电枢的所述速度在向所述第二位置行进的第一部分期间是无阻尼的，而在向所述第二位置行进的第二部分期间是受阻尼的。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述缓冲包括，在所述螺线管齿轮电枢上施加由偏置部件产生的偏置力，以缓冲所述速度。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述缓冲还包括，使用流体在所述螺线管齿轮电枢上施加阻尼力，以便缓冲所述速度。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，进一步包括，基于所述螺线管齿轮电枢的位置来改变所述阻尼力。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述缓冲还包括：

以第一速率从阻尼器中排出所述流体；及

以第二速率从所述阻尼器中排出所述流体，其中，所述第一速率在所述螺线管齿轮电枢向所述第二位置行进的第一部分期间是被允许的，而在所述螺线管齿轮电枢向所述第二位置行进的第二部分是被禁止的。

14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述缓冲包括，提供单向限流阀，所述单向限流阀在所述螺线管齿轮电枢向所述第二位置移动期间允许所述阻尼力，且允许所述螺线管齿轮电枢向所述第一位置的无阻尼移动。

15.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括，将阻尼器偏离所述螺线管齿轮电枢一定距离，以便在从所述第一位置向所述第二位置行进的一部分期间与所述螺线管齿轮电枢接合。

16.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括，将阻尼器联接到所述螺线管齿轮电枢。

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