CN101526058B - 发动机停止/起动系统及其操作方法 - Google Patents

发动机停止/起动系统及其操作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及发动机停止/起动系统及其操作方法。该操作发动机停止/起动系统的方法包括当发动机改变旋转方向时通过超越离合器将起动机马达的电枢连接到发动机。

Description

发动机停止/起动系统及其操作方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2008年3月7日申请的美国临时申请61/034657的权益,上述申请所披露的内容通过引用结合在此。
技术领域
本发明涉及内燃机,更特别地涉及用于在发动机停止时防止曲轴反转的发动机停止/起动系统。
背景技术
这里提供的背景描述是为了一般地介绍本发明的环境。就在本背景部分中描述的内容以及在申请时可能没有被另外说成现有技术的描述的多个方面来说,当前署名的发明者的工作既不被清楚地也不被隐含地承认为本发明的现有技术。
内燃机一般包括多个气缸,气缸顺序地在四个冲程中操作:进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程和排气冲程。当发动机停止时,气缸之一可能处于压缩冲程中(即,在进气被压缩的场合)。当发动机停止时,被压缩的进气可能将气缸向下推,使曲轴沿反向方向旋转。如果没有检测到曲轴的反向旋转,则曲柄和凸轮轴的最终静止位置可能难以辨别,因而使得发动机的重新起动更困难。
可以用传感器监测曲轴的角运动,但大部分时候不能确定曲轴的反向旋转是否发生。在重新起动发动机时,可能要让曲轴完全旋转一周以确定实际的曲轴角位置。因此,可能在重新起动时延迟发动机的操作。
发明内容
因而,一种操作发动机停止/起动系统的方法包括当曲轴从正常方向改变旋转方向时,将起动机马达的电枢连接到发动机。
在其他特征中,该方法包括利用超越离合器(overrunning clutch)将起动机马达的电枢连接到发动机。该超越离合器在发动机开始沿反向方向旋转时接合。
一种发动机停止/起动控制系统包括发动机转速传感器、发动机阻尼模块和电磁线圈控制模块。发动机转速传感器测量发动机转速。发动机阻尼模块与发动机转速传感器通信并且在发动机被命令停止之后被触发。电磁线圈控制模块在发动机阻尼模块确定发动机减慢到预定发动机转速时,控制电磁线圈以将起动机马达小齿轮联接到发动机。
根据这里提供的描述,应用的其他范围将变得显而易见。应理解,所述描述和具体实施例仅仅为了说明的目的而非用来限制本发明的范围。
附图说明
这里描述的附图仅仅是为了说明的目的而非用来以任何方式限制本发明的范围。
图1是混合动力车的框图,该混合动力车包括根据本发明教导的发动机停止/起动系统;
图2是控制模块的框图,该控制模块控制根据本发明教导的发动机停止/起动系统;和
图3是根据本发明教导的发动机停止/起动方法的流程图。
具体实施方式
下面的描述实质上仅仅是示范性的,决不是用来限制本发明、其应用或用途。应理解,在不改变本发明原理的情况下,可以以不同顺序执行方法内的步骤。当用在这里时,术语“模块”是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共用的、专用的或群处理器)和存储器、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其他合适部件。
根据本发明的操作发动机停止/起动系统的方法包括:当发动机从正常方向改变旋转方向时,通过超越离合器将起动机马达的电枢连接到发动机。在发动机转速变成零之前,将包括超越离合器的起动机马达被联接到发动机。该超越离合器当发动机仍然沿前向方向运行时被分离并且当曲轴从正常方向改变旋转方向时被接合。在此时,电枢不旋转并且不产生转矩。仅仅当起动机马达在小齿轮处产生比发动机曲轴施加于小齿轮更大的转矩时,接合的超越离合器才将起动机马达的电枢连接到发动机。如果曲轴开始沿反向方向旋转,则起动机马达的电枢在小齿轮处施加摩擦载荷和惯性载荷以阻止曲轴的反向旋转。
现在参考图1,混合动力车10包括发动机11、变速器12、电动发电机13、发动机停止/起动系统14和控制模块15。发动机11与变速器12连通并向变速器12提供旋转动力。电动发电机13可以由发动机11驱动并向第一蓄电池16提供充电电流。电动发电机13将来自蓄电池16的电能转变成机械能。该机械能应用于发动机11的输入轴。变速器12传递来自发动机11和电动发电机13的动力以向驱动桥(未示出)提供动力。发动机11和电动发电机13可以同时或独立地提供推进力。
发动机停止/起动系统14包括起动机马达18、同轴地安装到起动机马达18的电枢轴22上的小齿轮20、电磁线圈24、拨杆26。拨杆26的一端安装到电磁线圈24的动铁芯30,另一端安装到马达18的电枢轴22上的轴环(未示出)。
为了起动发动机11,激励电磁线圈24以使小齿轮20沿方向A移动,方向A与电枢轴22的轴线平行,小齿轮20与安装到发动机11曲轴34的飞轮齿圈32接合。之后,可以通过第二蓄电池36给起动机马达18提供电力以使小齿轮20旋转。小齿轮20又驱动飞轮齿圈32以起动发动机11。机械式超越离合器38与小齿轮20相邻地设置并且安装在电枢轴22上。超越离合器是沿单一方向传递转矩的单向转矩传递装置,当从动轴超越主动轴(即,比主动轴转得快)时,超越离合器使主动轴脱离从动轴。
超越离合器38用来在发动机11的曲轴34达到比小齿轮20转速大的转速时,断开小齿轮20和起动机马达18的电枢(未示出)之间的传动连接。通过当小齿轮20仍然在旋转时断开小齿轮20和起动机马达18的电枢之间的传动连接,防止了起动机马达18的电枢被发动机11以较高的速度驱动。在发动机11起动后,电磁线圈24可以被去激励以使得拨杆26可以将小齿轮20移回到其最初位置,因此,小齿轮20脱离飞轮齿圈32和发动机11。
控制模块15从车载传感器(未示出)接收各种输入,包括但不局限于,发动机转速(RPM)、起动/停止请求和车速。控制模块15处理输入以确定发动机停止/起动系统14的所需状态。控制模块15包括发动机停止/起动控制模块40,发动机停止/起动控制模块40与发动机停止/起动系统14和转速传感器42通信。发动机停止/起动控制模块40基于停止请求和起动请求控制发动机停止/起动系统14的操作。发动机停止/起动控制模块40控制发动机停止/起动系统14,以在曲轴34试图改变其旋转方向时向曲轴34提供负载。
参考图2,控制模块15包括用于控制发动机停止/起动系统14的操作的发动机停止/起动控制模块40。发动机停止/起动控制模块40包括发动机阻尼模块44、电磁线圈控制模块46和马达控制模块48。电磁线圈控制模块46激励和去激励电磁线圈24以控制小齿轮20和飞轮齿圈32之间的接合。可以包括功率继电器的马达控制模块48控制至起动机马达18的功率输入。发动机阻尼模块44与电磁线圈控制模块46、停止请求51和发动机转速传感器42通信。
当发动机停止/起动控制模块40收到起动请求49时,电磁线圈控制模块46激励电磁线圈24以使小齿轮20移动从而接合飞轮齿圈32。马达控制模块48可以向起动机马达18供应电力。起动机马达18可以被激励以驱动小齿轮20、飞轮齿圈32和曲轴34,从而起动发动机11。在发动机11起动之后,电磁线圈24被去激励且小齿轮20脱离飞轮齿圈32。起动机马达18被去激励。
可以通过电磁线圈控制模块46和马达控制模块48分别独立地且分开地控制电磁线圈24和起动机马达18。在转让给本申请受让人的美国专利7218010中描述了独立控制电磁线圈24和起动机马达18以实现快速发动机起动的方法的一个例子,该专利的全部内容通过引用的方式被结合在此。
当发动机停止/起动控制模块40收到停止请求时,控制模块15控制发动机11以降低发动机转速。当发动机阻尼模块44确定发动机转速降低到预定转速时,发动机阻尼模块44向电磁线圈控制模块46发送信号。然后,电磁线圈控制模块46可以激励电磁线圈24以使小齿轮20移动从而接合飞轮齿圈32。当小齿轮20接合飞轮齿圈32时,安装在电枢轴22上的超越离合器38与飞轮齿圈32和发动机11连通。起动机马达18处于电力地去激励状态。当曲轴34继续沿前向方向(即,正常方向)旋转时,超越离合器38分离并且相对于小齿轮20滑动,从而防止转矩从发动机11传递到起动机马达18的电枢。
当发动机11停止并且如果曲轴34开始沿反向方向旋转时,单向超越离合器38接合,从而将起动机马达18的电枢连接到发动机11。起动机马达18仍然处于电力地去激励状态。小齿轮20、机械式超越离合器38、起动机马达18的电枢和相关部件(仅仅举例,电枢轴承)由于它们的旋转惯量和在静止部件与旋转部件之间的摩擦而向曲轴34施加相当大的负载。提供给发动机11的电枢轴承的静摩擦和电枢的惯量以飞轮齿圈32与小齿轮32之间的传动比的倍数被增大。提供给发动机11以阻止反向旋转的惯量是马达惯量乘以飞轮齿圈32与小齿轮20之间的传动比的平方的惯量。因而,在发动机停止时在起动机马达18的电枢和曲轴34之间的连接阻止或大大减少了曲轴34沿反向方向的运动。
例如,由于小齿轮20和飞轮齿圈32之间的接合,作为例子,传动比可以被乘以15∶1。以较简单的方式,提供给发动机的起动机摩擦在该例子中以15倍被增大。当发动机试图沿反向方向旋转时,作为例子,来自起动机马达惯量的发动机负载可以增大该传动比的平方倍,225∶1。给予曲轴的增加的负载可足以抵抗由于处于压缩冲程中的气缸内被压缩的进气所产生的力(若有的话)而操作,从而防止曲轴沿反向方向旋转可感知的距离。这个增加的负载作为动力系所包含的制动而起作用,以阻止曲轴34沿反向方向旋转可感知的距离。
在发动机11停止后,小齿轮20仍然与飞轮齿圈32接合,准备随后的重新起动。
取决于发动机停止/起动系统14的设计,可以改变所述预定发动机转速,在该预定发动机转速,小齿轮20接合飞轮齿圈32。小齿轮20可以在任何转速下接合飞轮齿圈32,只要小齿轮20和飞轮齿圈32之间的接合不会给发动机停止/起动系统14造成损害、过度磨损或噪音。预定发动机转速可以取决于小齿轮输入端的设计、小齿轮与齿圈的比、和发动机停止/起动系统14的最大超速。取决于发动机停止/起动系统14的设计,预定发动机转速可以(仅仅举例)处于稍大于零至200RPM的范围内。有利地,在允许转速传感器42精确地测量曲轴34的转速时,小齿轮20可以在尽可能低的发动机转速下接合飞轮齿圈32。有利地,预定发动机转速可以是(仅仅举例)30RPM。
参考图3,发动机停止/起动方法50以步骤52开始。当压下制动踏板(未示出)以准备停车时,在步骤54中停止请求51被发送到控制模块15。响应于停止请求51,使发动机转速减慢并且触发发动机阻尼模块44。在步骤56中,当发动机11减慢到预定发动机转速例如30RPM时,发动机阻尼模块44可以向电磁线圈控制模块46发送信号。在步骤58中,电磁线圈控制模块46激励电磁线圈24。在步骤60中,电磁线圈24的激励使小齿轮20移动以接合飞轮齿圈32。超越离合器38联接到飞轮齿圈32,但该布置不会传递转矩,因为曲轴正在沿正常方向旋转。
在步骤62中,发动机11停止。当发动机11停止并且如果曲轴34改变旋转方向(即,沿反向方向旋转)时,超越离合器38接合以将起动机马达18的电枢连接到发动机11,从而向曲轴34施加相当大的负载。该负载防止曲轴沿反向方向旋转和/或向发动机11应用阻尼。在发动机11停止后,小齿轮20仍然与飞轮齿圈32接合,准备随后的发动机起动。
为了重新起动发动机11,在步骤64中,车辆的操作者或驾驶员通过释放制动踏板向控制模块15发送起动请求49。然后在步骤66中,控制模块15向马达控制模块48发送信号。在步骤68中,马达控制模块48激励起动机马达18以驱动小齿轮20、飞轮齿圈32和曲轴34,从而重新起动发动机11。在发动机11起动后,在步骤70中,控制模块15可以命令电磁线圈控制模块46和马达控制模块48电力地去除电磁线圈24和起动机马达18的激励。结果,在步骤72中,小齿轮20移回到其最初位置以脱离飞轮齿圈32。当收到停止请求51且发动机11减慢到预定发动机转速时,可以重复整个过程。整个过程结束于步骤74。
尽管该发动机停止/起动系统及方法对于需要频繁停止和重新起动的混合动力车是有利的,但该发动机停止/起动系统及方法也能用在非混合动力车中以在发动机停止时大大限制曲轴反转。例如,在另一个混合动力推进系统中,电动发电机13可以连接到变速器12的轴而不是发动机11。电动发电机13可以仅仅是用于简单的混合动力车或用于非混合动力车的发电机。对于非混合动力车,蓄电池16和36可以结合为与发电机13、起动机马达18和控制模块15相连的单一蓄电池。
现在本领域技术人员能从前述描述懂得,本发明的广泛教导能以各种形式实现。因而,尽管本发明被结合其特定实施例描述,但本发明的真实范围应该不被如此限制,因为对于本领域技术人员来说,依据对附图、说明书和所附权利要求的研究,其他变型将变得显而易见。

Claims (11)

1.一种操作发动机停止/起动系统的方法,包括:
接收发动机停止请求;
响应于该停止请求,降低发动机转速;
当发动机转速降低到预定发动机转速时,使起动机马达的小齿轮移动以接合所述发动机的飞轮齿圈;
当曲轴开始改变旋转方向时,通过利用机械式超越离合器将起动机马达的电枢连接到所述发动机。
2.如权利要求1所述的方法,还包括在发动机转速变成零之前,通过机械式超越离合器将起动机马达联接到所述发动机。
3.如权利要求2所述的方法,其中在曲轴反转时使所述机械式超越离合器接合。
4.如权利要求1所述的方法,其中所述起动机马达被电力地去激励。
5.如权利要求1所述的方法,其中所述预定发动机转速处于零以上且200RPM以下的范围内。
6.如权利要求1所述的方法,还包括在所述发动机关掉之后保持所述小齿轮和所述飞轮齿圈之间的接合。
7.一种发动机停止/起动控制系统,包括:
测量发动机转速的发动机转速传感器;和
发动机阻尼模块,其与发动机转速传感器通信并且在所述发动机被命令停止之后被触发;和
电磁线圈控制模块,其在所述发动机阻尼模块确定所述发动机减慢到预定发动机转速时控制电磁线圈,以将起动机马达联接到所述发动机;
其中所述起动机马达包括机械式超越离合器,当曲轴改变旋转方向时,所述机械式超越离合器将所述起动机马达的电枢连接到所述发动机。
8.如权利要求7所述的发动机停止/起动控制系统,其中所述机械式超越离合器联接到小齿轮。
9.如权利要求8所述的发动机停止/起动控制系统,其中在所述发动机被命令停止之后且当所述发动机处于预定发动机转速时,所述电磁线圈控制模块控制所述电磁线圈,从而使所述小齿轮移动以接合所述发动机的飞轮齿圈。
10.如权利要求9所述的发动机停止/起动控制系统,其中所述预定发动机转速处于零以上且200RPM以下的范围内。
11.如权利要求7所述的发动机停止/起动控制系统,还包括马达控制模块,其有选择地激励和去激励起动机马达,其中所述起动机马达和所述电磁线圈被独立地且分开地控制。
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