CN101817304B - 混合动力汽车的传动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种混合动力汽车的传动系统，所述混合动力汽车具有包括曲轴的发动机和包括轴构件的电动机/发电机。所述传动系统包括起动器链轮和曲轴链轮，其中起动器链轮被连接用于与轴构件一起转动，而曲轴链轮被连接用于与曲轴一起转动。链条与起动器链轮以及曲轴链轮接合。行星齿轮组构造成增大电动机/发电机的扭矩，并且增大的扭矩经由链轮和链条链被提供给发动机从而起动发动机。

Description

混合动力汽车的传动系统
技术领域
本发明涉及一种用于混合动力汽车的传动系统。
背景技术
油电混合动力汽车包括内燃机和一个或多个电动机/发电机。一些混合动力汽车利用一个或多个电动机/发电机在单电动操作模式下或者在与发动机结合-诸如可变电动操作模式下提供驱动扭矩。电动机/发电机也可用于在冷启动、自动停机(空转、发动机停机)的情况下启动发动机，或者在从单电动模式转换到可变电动模式时启动发动机。
典型的(非混合)辅助传动系统通过环绕发动机和附件上的滑轮的柔性传动带将驱动力从发动机传递到汽车附件。通常，这些附件包括交流发电机。对于混合动力系而言，带式-交流发电机-起动器(belt-alternator-starter)(BAS)系统使用相对于辅助传动系统的其他部件-诸如泵、空调装置或者其他附件安装的组合式起动器和交流电动机/发电机。BAS系统的电动机/发电机通常以与传统交流发电机相同的方式安装和封装，并且通过带和滑轮系统驱动附件和发动机部件。
发明内容
本发明涉及一种混合动力汽车的传动系统，所述混合动力汽车具有包括曲轴的发动机和包括轴构件的电动机/发电机。所述传动系统包括起动器链轮和曲轴链轮，其中起动器链轮被连接用于与轴构件一起转动，而曲轴链轮被连接用于与曲轴一起转动。链条与起动器链轮以及曲轴链轮接合。行星齿轮组构造成增大电动机/发电机的扭矩，并且增大的扭矩经由链轮和链条被提供给发动机从而起动发动机。在某些实施例中，所述链条是还被用于控制曲轴和凸轮轴的相对转动的正时链条，所述曲轴和凸轮轴经由凸轮轴链轮与所述链接合从而被所述链条驱动。替代性地，可以使用单独的链条经由起动器链轮驱动凸轮轴，或者可以在不具有凸轮轴的汽车上使用连接起动器链轮以及曲轴链轮的专用链条。
从而，用于混合动力汽车的传动系统得以形成，该传动系统被封装在与用于封装非混合辅助带传动系统的空间基本相同的封装空间内。通过使用行星齿轮组获得足够的扭矩增量以便使电动机/发电机的曲轴链轮的尺寸以及能量需求保持相对较小的值。使用链条将起动器链轮与凸轮轴链轮驱动性地连接。所述链条可以是现有的正时链条。通常，在低温环境中相比带传动和滑轮转动，利用链条和链轮传动能够提供更好的效果，因为由于硬化或者因滑轮和带之间形成霜而使摩擦力损失可导致带滑脱。电动机/发电机既能够作为可以提供辅助传动交流发电机功能的发电机使用又能够作为起动器电动机使用。同样，单根链条能够驱动所有链轮，因为链条上的期望张力不会像带传动一样受到总长度的限制。因此，封装问题以及部件数目被最小化。例如，专用带交流发电机起动器所必需的张紧系统在使用链条的情况下是不需要的。
根据本发明的一个方面，提供一种用于混合动力汽车的传动系统，所述混合动力汽车具有包括曲轴的发动机和包括轴构件的电动机/发电机，所述传动系统包括：起动器链轮，所述起动器链轮被连接用于与所述轴构件一起转动；曲轴链轮，所述曲轴链轮被连接用于与所述曲轴一起转动；链条，所述链条与所述起动器链轮和所述曲轴链轮接合；以及行星齿轮组，所述行星齿轮组构造成增大所述电动机/发电机的扭矩，所述增大的扭矩经由所述链轮和所述链条提供给所述发动机曲轴从而起动发动机。
在优选实施方式中，所述传动系统进一步包括：固定构件；其中，所述行星齿轮组具有第一、第二和第三构件，其中，所述第一构件被连接用于与所述轴构件一起转动，所述第二构件被连接用于与所述起动器链轮一起转动，而所述第三构件被连接到所述固定构件。
在优选实施方式中，所述发动机具有相对于所述曲轴定位的凸轮轴；并且其中，所述链条是正时链条，所述正时链条也与操作性地连接至所述凸轮轴的凸轮轴链轮接合。
在优选实施方式中，所述第一构件是太阳轮构件，所述第二构件是行星架构件，而所述第三构件是齿圈构件。
在优选实施方式中，所述传动系统，进一步包括：能量储存装置；功率变换器，所述功率变换器将所述能量储存装置与所述电动机/发电机操作性地连接；以及控制器，所述控制器能够控制所述电动机/发电机以使得所述电动机/发电机用作发电机，从而将通过所述链条从所述发动机传递的扭矩转换为储存在所述能量储存装置中的电能。
根据本发明的另一个方面，提供一种用于混合动力汽车的传动系统，所述混合动力汽车具有包括曲轴和凸轮轴的发动机以及包括轴构件的电动机/发电机，所述传动系统包括：起动器链轮，所述起动器链轮被操作性地连接用于与所述轴构件一起转动；曲轴链轮，所述曲轴链轮被操作性地连接用于与所述曲轴一起转动；凸轮轴链轮，所述凸轮轴链轮被操作性地连接用于与所述凸轮轴一起转动；以及正时链条，所述正时链条与所述起动器链轮、所述曲轴链轮以及所述凸轮轴链轮接合；其中，所述电动机/发电机能够被控制从而经由所述正时链条和所述链轮给所述发动机提供扭矩以及从所述发动机接收扭矩。
在优选实施方式中，所述传动系统进一步包括：固定构件；以及行星齿轮组，所述行星齿轮组具有第一、第二以及第三构件，其中，所述第一构件被连接用于与所述轴构件一起转动，所述第二构件被连接用于与所述起动器链轮一起转动，而所述第三构件被连接至所述固定构件；其中，所述行星齿轮组构造成增大所述电动机/发电机的扭矩，并且所述增大的扭矩经由所述链轮和所述正时链条提供给所述发动机曲轴以起动所述发动机。
在优选实施方式中，所述第一构件是太阳轮构件，所述第二构件是行星架构件。而所述第三构件是齿圈构件。
在优选实施方式中，所述传动系统进一步包括：能量储存装置；功率变换器，所述功率变换器将所述能量储存装置与所述电动机/发电机操作性地连接；以及控制器，所述控制器能够控制所述电动机/发电机以使得所述电动机/发电机用作发电机，从而将通过所述链条从所述发动机传递的扭矩转换为储存在所述能量储存装置中的电能，以及使得所述电动机/发电机用作电动机从而驱动所述曲轴。
根据本发明的又一个方面，提供一种混合动力汽车，所述混合动力汽车包括：发动机，所述发动机具有曲轴和凸轮轴；电动机/发电机，所述电动机/发电机具有轴构件；第一链轮，所述第一链轮安装至所述轴构件；曲轴链轮，所述曲轴链轮被连接用于与所述曲轴一起转动；凸轮轴链轮，所述凸轮轴链轮被连接用于与所述凸轮轴一起转动；正时链条，所述正时链条与所述第一链轮、所述曲轴链轮以及所述凸轮轴链轮接合；固定构件；行星齿轮组，所述行星齿轮组具有太阳轮构件、行星架构件和齿圈构件，其中，所述太阳轮构件被连接用于与所述轴构件一起转动，所述行星架构件被连接用于与所述第一链轮一起转动，而所述齿圈构件被连接至所述固定构件；其中，所述行星齿轮组构造成增大所述电动机/发电机的扭矩，并且所述增大的扭矩经由所述链轮和所述正时链条提供给所述发动机从而起动所述发动机。
在优选实施方式中，所述行星齿轮组使所述扭矩倍增至少是二的因数。
本发明的上述以及其他特征和优点将很容易在下面结合附图对实施本发明的最佳模式的详细描述中变得清楚。
附图说明
图1是汽车发动机的示意性端视图，示出了连接曲轴链轮、电动机/发电机起动器链轮以及凸轮轴链轮的正时链条；
图2是图1中示出的汽车发动机的传动系统的示意性侧视图，该传动系统包括图1中的曲轴链轮、电动机/发电机起动器链轮和凸轮轴链轮、以及经由行星齿轮组连接到起动器链轮的电动机/发电机；
图3是汽车发动机的替代性实施例的示意性端视图，示出了连接曲轴链轮和电动机/发电机链轮的专用链条，其中单独的正时链条连接曲轴链轮和凸轮轴链轮；以及
图4是图3中示出的汽车发动机的传动系统的示意性侧视图。
具体实施方式
参考附图，其中在几幅图中，相同的附图标记代表相同的部件，图1示出了具有发动机12的混合动力汽车10的一部分，如本领域技术人员所了解的，发动机12包括发动机本体14以及固定到发动机本体14的凸轮轴盖16(二者均以虚线示出)。发动机12具有曲轴18，曲轴18带有安装到其一端的曲轴链轮20。顶部凸轮轴24A、24B通过接合凸轮轴链轮28A、28B的正时链条26操作性地连接到曲轴18并且被曲轴18驱动，凸轮轴链轮28A、28B被固定以便与凸轮轴24A、24B一起转动。正时链条26的链环接合链轮28A、28B上的链轮齿以便传递曲轴18和凸轮轴24A、24B的精确的相对转动和正时。
起动器链轮30也通过与链条26的链环接合的链轮齿与正时链条26接合。参考图2，起动器链轮30经由行星齿轮组34操作性地连接到电动机/发电机32，从而使电动机/发电机32能够通过使链轮20、28A、28B、30(由于凸轮轴链轮28A直接位于凸轮轴链轮28B的后面，所以在图2中未示出凸轮轴链轮28A)互连的正时链条26转动曲轴18而被用于起动发动机12。具体地说，行星齿轮组34包括太阳轮构件36，太阳轮构件36被固定以便与被电动机/发电机的转子驱动的电动机/发电机轴38一起转动。行星齿轮组34还包括行星架构件40以及齿圈构件42。行星架构件40支撑既与太阳轮构件36又与齿圈构件42啮合的小齿轮44。起动器链轮30安装到行星架构件40以随其一起转动。齿圈构件42被连接至固定构件46。固定构件46可以是发动机本体14或者其他任何固定部件，诸如变速器壳体。
电动机/发电机32可通过控制器50操控，控制器50操作性地连接到功率变换器52以便为其提供控制信号从而使电动机/发电机32作为电动机或者发电机使用。功率变换器52将能量储存装置54沿传递元件56提供的直流电转换为交流电，并且沿传递元件57将交流电供应到需要交流电的电动机/发电机32，或者当电动机/发电机32作为发电机使用时将电动机/发电机32提供的交流电转换为直流电，并且沿传递元件56将直流电储存到能量储存装置54。当电动机/发电机32作为电动机使用时，从能量储存装置54沿传递元件56通过变换器52提供电功率以便为电动机/发电机32提供动力从而驱动轴构件38以及连接到轴构件38的太阳轮构件36。太阳轮构件36的扭矩经由行星齿轮组34得以放大从而为行星架构件40提供更高的扭矩，所以行星架构件的扭矩与太阳轮构件的扭矩之比遵循如下公式：1+R/S，其中，R是齿圈构件的齿数，S是太阳轮构件的齿数。行星齿轮组34构造成具有合适的齿数以提供期望的从太阳轮构件36至行星架构件40的扭矩增值，诸如介于二至三之间的因数。这为起动器链轮30提供了足够的扭矩，起动器链轮30被固定以便与行星架构件40一起转动以转动曲轴18从而起动发动机。这样的起动可以是发动机12长时间停止后的冷起动、可以是发动机12自动停机(空转、发动机停机)后的起动，或者是当从单电动、发动机停机向发动机开机模式-诸如可变电动模式转换时的起动。通过经由行星齿轮组34增加扭矩，曲轴链轮20不必扩大或者增加尺寸，从而可以保持曲轴18与凸轮轴24A、24B之间的典型的正时关系。因此，包括电动机/发电机32、链轮20、30、28A、28B以及链条26的传动系统60能够通过在保持链26的精度的同时将扭矩传递到曲轴18而起动发动机12，从而避免了可能在带和滑轮系统中出现的滑脱问题。单根链条26可用于互连所有链轮20、30、28A、28B，所以避免了使用长带时会遇到的松弛问题，并且行星齿轮组使得能够使用直径相对较小的链轮20、30。
参考图3，图3示出了具有发动机12A的汽车10A的替代性实施例，所述汽车10A具有专用链条26A和独立的正时链条26B，专用链条26A用于在曲轴链轮20A与起动器链轮30之间传递扭矩，而正时链条26B用于在曲轴链轮20A与凸轮轴链轮28A、28B之间传递扭矩。曲轴链轮20A具有两组齿或者一个延长的齿组以使链条26A、26B能够独立地进行连接，如图4所示，链条26A、26B以互相间隔开的方式轴向地安装。所有其他部件构造成以与所述图1和2的传动系统60相同的方式运行。从而，包括电动机/发电机32、链轮20A、30、28A、28B以及链条26A、26B的传动系统60A能够通过在保持链条26A的精度的同时将扭矩传递到曲轴18而起动发动机12A。
尽管详细描述了执行本发明的最佳模式，但是本领域技术人员将会认识到所附权利要求范围内的各种替代性设计和实施方式。

Claims (10)

1.一种用于混合动力汽车的传动系统，所述混合动力汽车具有包括曲轴的发动机和包括轴构件的电动机/发电机，所述传动系统包括：
起动器链轮，所述起动器链轮被连接用于与所述轴构件一起转动；
曲轴链轮，所述曲轴链轮被连接用于与所述曲轴一起转动；
链条，所述链条与所述起动器链轮和所述曲轴链轮接合；以及
行星齿轮组，所述行星齿轮组构造成增大所述电动机/发电机的扭矩，所述增大的扭矩经由所述起动器链轮和曲轴链轮和所述链条提供给所述发动机曲轴从而起动发动机，
其中，所述发动机具有相对于所述曲轴定位的凸轮轴；并且其中，所述链条是正时链条，所述正时链条也与操作性地连接至所述凸轮轴的凸轮轴链轮接合。
2.如权利要求1所述的传动系统，进一步包括：
固定构件；
其中，所述行星齿轮组具有第一、第二和第三构件，其中，所述第一构件被连接用于与所述轴构件一起转动，所述第二构件被连接用于与所述起动器链轮一起转动，而所述第三构件被连接到所述固定构件。
3.如权利要求2所述的传动系统，其中，所述第一构件是太阳轮构件，所述第二构件是行星架构件，而所述第三构件是齿圈构件。
4.如权利要求1所述的传动系统，进一步包括：
能量储存装置；
功率变换器，所述功率变换器将所述能量储存装置与所述电动机/发电机操作性地连接；以及
控制器，所述控制器能够控制所述电动机/发电机以使得所述电动机/发电机用作发电机，从而将通过所述链条从所述发动机传递的扭矩转换为储存在所述能量储存装置中的电能。
5.一种用于混合动力汽车的传动系统，所述混合动力汽车具有包括曲轴和凸轮轴的发动机以及包括轴构件的电动机/发电机，所述传动系统包括：
起动器链轮，所述起动器链轮被操作性地连接用于与所述轴构件一起转动；
曲轴链轮，所述曲轴链轮被操作性地连接用于与所述曲轴一起转动；
凸轮轴链轮，所述凸轮轴链轮被操作性地连接用于与所述凸轮轴一起转动；
正时链条，所述正时链条与所述起动器链轮、所述曲轴链轮以及所述凸轮轴链轮接合；其中，所述电动机/发电机能够被控制从而经由所述正时链条和所述起动器链轮和曲轴链轮给所述发动机提供扭矩以及从所述发动机接收扭矩，以及
行星齿轮组，所述行星齿轮组构造成增大所述电动机/发电机的扭矩，并且所述增大的扭矩经由所述起动器链轮和曲轴链轮和所述正时链条提供给所述发动机曲轴以起动所述发动机。
6.如权利要求5所述的传动系统，进一步包括：
固定构件；
其中，所述行星齿轮组具有第一、第二以及第三构件，其中，所述第一构件被连接用于与所述轴构件一起转动，所述第二构件被连接用于与所述起动器链轮一起转动，而所述第三构件被连接至所述固定构件。
7.如权利要求6所述的传动系统，其中，所述第一构件是太阳轮构件，所述第二构件是行星架构件，而所述第三构件是齿圈构件。
8.如权利要求5所述的传动系统，进一步包括：
能量储存装置；
功率变换器，所述功率变换器将所述能量储存装置与所述电动机/发电机操作性地连接；以及
控制器，所述控制器能够控制所述电动机/发电机以使得所述电动机/发电机用作发电机，从而将通过所述链条从所述发动机传递的扭矩转换为储存在所述能量储存装置中的电能，以及使得所述电动机/发电机用作电动机从而驱动所述曲轴。
9.一种混合动力汽车，所述混合动力汽车包括：
发动机，所述发动机具有曲轴和凸轮轴；
电动机/发电机，所述电动机/发电机具有轴构件；
第一链轮，所述第一链轮安装至所述轴构件；
曲轴链轮，所述曲轴链轮被连接用于与所述曲轴一起转动；
凸轮轴链轮，所述凸轮轴链轮被连接用于与所述凸轮轴一起转动；
正时链条，所述正时链条与所述第一链轮、所述曲轴链轮以及所述凸轮轴链轮接合；
固定构件；
行星齿轮组，所述行星齿轮组具有太阳轮构件、行星架构件和齿圈构件，其中，所述太阳轮构件被连接用于与所述轴构件一起转动，所述行星架构件被连接用于与所述第一链轮一起转动，而所述齿圈构件被连接至所述固定构件；
其中，所述行星齿轮组构造成增大所述电动机/发电机的扭矩，并且所述增大的扭矩经由所述第一链轮和曲轴链轮和所述正时链条提供给所述发动机从而起动所述发动机。
10.如权利要求9所述的混合动力汽车，其中，所述行星齿轮组使所述扭矩倍增的因数至少是二。
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