CN102678420A - 减少在起动/停止期间动力系刚体运动的方法和机构 - Google Patents

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Abstract

一种用于车辆的发动机的起动系统，包括起动电机和运动控制机构。起动电机包括起动器小齿轮，其配置为与发动机的主质量件选择性地啮合。起动器小齿轮可选择性地绕第一旋转轴线旋转，以引起主质量件绕第二旋转轴线旋转。运动控制机构包括机构小齿轮，其配置为与发动机的主质量件选择性地啮合。机构小齿轮配置为，响应主质量件绕第二旋转轴线的旋转，绕第三旋转轴线旋转。

Description

减少在起动/停止期间动力系刚体运动的方法和机构
技术领域
本发明大体涉及配置为用于减少在起动/停止期间动力系刚体运动的方法和机构。
背景技术
在机动车辆中，车辆的发动机，诸如内燃机，通常经由起动装置而旋转，以使得发动机开始为其自身提供动力。通常的起动装置包括小齿轮，所述小齿轮被电电机驱动，并被推出用于与环形齿轮接合，所述环形齿轮附连至发动机的飞轮或挠性盘，以便起动发动机。
在一些车辆应用中，使用停止-起动系统，在该系统中，当不需要车辆推进时，发动机被自动停止或关闭以保存燃料，并且当重新需要车辆驱动时，随后被起动器自动地重新起动。这样的停止-起动系统可以用于具有单个动力设备的常规车辆中，或包括内燃机和为车辆提供动力的电机/发电机两者的混合车辆应用中。
发明内容
一种用于车辆的发动机的起动系统，包括起动电机和运动控制机构。起动电机包括起动器小齿轮，其配置为与发动机的主质量件选择性地啮合。起动器小齿轮可选择性地绕第一旋转轴线旋转，以引起主质量件绕第二旋转轴线旋转。运动控制机构包括机构小齿轮，其配置为与发动机的主质量件选择性地啮合。机构小齿轮配置为，响应主质量件绕第二旋转轴线的旋转，绕第三旋转轴线旋转。
一种起动车辆的发动机的方法，包括将起动电机的起动器小齿轮与发动机的主质量件啮合。小齿轮绕第一旋转轴线旋转，以引起主质量件绕第二旋转轴线的旋转。运动控制机构的机构小齿轮与主质量件啮合。机构小齿轮配置为，响应主质量件绕第二旋转轴线的被引发的旋转，绕第三旋转轴线旋转。
一种车辆，包括发动机缸体、主质量件、和起动系统。主质量件可旋转地联接至发动机缸体。起动系统配置为用于起动发动机。起动系统包括起动电机和运动控制机构。起动电机可固定地连接至发动机缸体。起动电机包括起动器小齿轮，其配置为与发动机的主质量件选择性地啮合，并可绕第一旋转轴线旋转以使得发动机的主质量件绕第二旋转轴线旋转。运动控制机构可固定地连接至发动机缸体。运动控制机构包括机构小齿轮，其配置为与发动机的主质量件选择性地啮合。机构小齿轮配置为，响应主质量件绕第二旋转轴线的旋转，绕第三旋转轴线旋转。
本发明的上述特征和优势及其他特征和优势将从用于实施本发明的最佳模式的以下详细描述连同附图时显而易见。
附图说明
图1是车辆的示意侧视图，该车辆包括发动机、起动器电机、运动控制机构、和主质量件；
图2是图1的运动控制机构的示意概略图；和
图3是示出仅具有一个起动装置电机的车辆、以及具有起动装置电机结合运动控制系统一起的车辆的发动机速度分布的图形化表示。
具体实施方式
参考附图，其中相同的附图标记在若干幅视图中表示相同的部件，图1示出机动车辆10的示意图，该机动车辆包括发动机12，该发动机具备停止-起动能力。发动机12安装或以其他方式附连至具有一个或多个动力系安装件14的车辆10。发动机12可以用作常规动力系的一部分，其中发动机12配置为车辆10的原动机(prime mover)。发动机12可以还用作混合动力电力型车辆10的动力系，其中发动机12作为具有用于为车辆10提供动力的一个或多个电动机/发电机(未示出)的系统的一部分运行。
发动机12包括发动机缸体16和主质量件18，例如，挠性盘、飞轮、双质量飞轮(DMF)等。主质量件18附连至曲轴20，该曲轴20在发动机缸体16内延伸，并以与发动机12相同的速度旋转。主质量件18包括环形齿轮22，所述环形齿轮22具有特定齿轮齿廓和沿外周长布置的间隔。环形齿轮22通常具有外直径，所述外直径设计为促进发动机12的有效起动。
发动机12进一步包括起动系统24，该起动系统24配置为起动发动机12。起动系统24包括起动电机26和运动控制机构28。
起动电机26相对于发动机12布置为紧密靠近环形齿轮22，用于起动发动机12。起动器可以固定地直接连接至发动机12，例如发动机缸体16，以减少制造公差的影响，如图1中所示。起动电机26包括起动器静态构件，其示出为起动器壳体30。起动器壳体30容置起动电机26的内部工作区。起动电机26包括电机(未示出)，所述电机用于使起动器中心轴32旋转。
起动电机26还包括起动器小齿轮34和起动器螺线管36。电机被电机螺线管(未示出)、电连接件、合适的杆装置(未示出)等致动，以便使起动器中心轴32旋转。电机螺线管从能量存储装置37(诸如电池)接收致动电机的电力。起动器螺线管36配置为使起动器小齿轮34位移进入与主质量件18的环形齿轮22的啮合接合中，以便起动发动机12。
因此，起动器小齿轮34可选择性地绕第一旋转轴线38旋转，起动器小齿轮34配置为选择性地与发动机12的主质量件18的环形齿轮22啮合或从其解开啮合(即，接合和脱离)。起动器小齿轮34绕第一旋转轴线38的旋转使得发动机12的主质量件18绕第二旋转轴线40旋转。主质量件18绕第二旋转轴线40的旋转使得发动机12起动。
运动控制机构28配置为，对于使用常规起动电机26在车辆10怠速时进行起动/停止(即，12伏起动/停止)的发动机12，减少在自动重新起动事件期间的动力系结构和曲轴20振荡。运动控制机构28相对于发动机(例如，发动机缸体16)布置为紧密靠近主质量件18的环形齿轮22。运动控制机构28包括机构静态构件，该静态构件示出为机构壳体42。机构壳体42容置运动控制机构28的内部工作件，这些工作件包括行星齿轮组44、惯性质量件46、和机构中心轴48，所述机构中心轴48旋转以选择性地引起惯性质量件46的旋转，如下更详细地描述的。
运动控制机构28还包括机构小齿轮50和机构螺线管52。机构螺线管52从能量装置接收电力。机构螺线管52配置为使机构小齿轮50转移进入与主质量件18的环形齿轮22的啮合的接合中，从而使得机构小齿轮响应主质量件18绕第二旋转轴线40的旋转而绕第三旋转轴线54旋转。因此，机构小齿轮50配置为选择性地与主质量件18的环形齿轮22啮合。同样地，机构小齿轮50配置为选择性地从主质量件18的环形齿轮22解开啮合。
如上所述，运动控制机构28包括惯性质量件46，其配置为对从发动机12内发出的振动进行抑制。惯性质量件46是旋转阻尼器(damper)，该阻尼器配置为绕第四旋转轴线56旋转。运动控制机构28还包括离合器58，所述离合器58可以操作地布置在机构小齿轮50与惯性质量件46之间。更具体地，在图2中示出的实施例中，离合器58沿第三旋转轴线54操作地布置在机构小齿轮50与行星齿轮组44之间。离合器58可以是机电锁止离合器58。但是，可以使用其它类型的离合器58。惯性质量件46配置为，响应离合器58的相应接合和脱离而联接至机构小齿轮50或从其脱开。相应地，仅当离合器接合时，使得惯性质量件46绕第四旋转轴线56旋转，在该时刻，惯性质量件46可旋转地联接至机构小齿轮50，即，第四旋转轴线56联接到第三旋转轴线54。在图2中所示的实施例中，第三旋转轴线54和第四旋转轴线56共线。
再次参考图2，运动控制机构28的行星齿轮组44操作地布置在惯性质量件46与机构小齿轮50之间。机构小齿轮50绕第三旋转轴线54的旋转经由行星齿轮组44被传送至惯性质量件46。行星齿轮组44包括第一运行构件60、第二运行构件62、和第三运行构件64。第一运行构件60配置为从机构小齿轮50接收扭矩。第二运行构件62配置为固定地连接至发动机12和/或机构壳体42。第三运行构件64配置为，借助第一和第二运行构件62的运行，将减少的旋转速度从机构小齿轮50的旋转速度输出至惯性质量件46。
行星齿轮组44是简单的行星齿轮组44，其包括恒星齿轮66、行星架68、和行星环形齿轮70。恒星齿轮66是第一运行构件60，环形齿轮22是第二运行构件62，行星架68是第三运行构件64。
在运行中，起动电机26的起动器小齿轮34与主质量件18的环形齿轮22啮合。起动器小齿轮34绕第一旋转轴线38旋转，以引起主质量件18绕第二旋转轴线40的旋转。运动控制机构28的机构小齿轮50也与主质量件18的环形齿轮22啮合。参考图3，在起动电机26开始使起动器小齿轮34绕第一旋转轴线38旋转时，起动器小齿轮34和机构小齿轮50两者均与主质量件18的环形齿轮22啮合，如图3中76处指示的。响应主质量件18绕第二旋转轴线40的被引起的旋转，机构小齿轮50绕第三旋转轴线54旋转。在该时刻，惯性质量件46从机构小齿轮50脱离。
在特定的时间，就在初始点火(燃烧)之前，离合器58被致动和接合，如图3中78处所指示的。这意味着，惯性质量件46被施加到机构小齿轮50，以对从发动机12内发出的角振动进行抑制。更具体地，惯性质量件46通过从机构小齿轮50联接惯性质量件46而被施加到机构小齿轮50。当惯性质量件46与机构小齿轮50联接时，惯性质量件46仅对从发动机12内发出的角振动进行抑制。施加惯性质量件46可以包括致动离合器58以将惯性质量件46与机构小齿轮50联接。如前所述，离合器58可以是机电离合器58。随着离合器58被致动和接合(在图3中78处)，起动电机26不再使起动器小齿轮34旋转，从而起动器小齿轮34从环形齿轮22脱离。
发动机12在激活离合器58之后点火。因此，惯性质量件46在初始发动机12点火以及后续的至发动机12怠速的渐变期间联接至机构小齿轮50，如图3中所示的。当惯性质量件46提供的惯性通过行星齿轮组44反映到发动机12曲轴20以及经由主质量件18反映至机构小齿轮50与环形齿轮22的齿轮比时，所述惯性变得非常大。将惯性质量件46联接至机构小齿轮50引起施加在曲轴20上的大的反映惯性。添加的惯性使发动机12的速度渐变(ramp)慢下来。这意味着，由于惯性质量件46，在发动机12的自动起动期间，运动控制构件28如同附加的主质量件18一样作用，降低燃烧引发的曲轴20的角振动，导致传送至动力系安装件14的更低的力和施加在车辆10上的力的总体减少。另外，对于具备DMF的车辆10，副质量件的角位移减少。一旦获得正常的发动机运行，如在图3中80处所指示的，机构小齿轮50从环形齿轮22脱离。
在此参考图3，该图表示了作为时间84(以秒表示)的函数的平均发动机速度82(表示为每分钟转数，RPM)。实线72示出了仅具备起动电机26的车辆10的典型的平均发动机速度分布。类似地，虚线74示出了具备起动电机26和运动控制机构28两者的车辆10的典型的平均发动机速度分布。为了实现低噪音、振动、不平顺性(NVH)，从动力系传送至车辆10(包括发动机12)的力需要在具有已知灵敏度的第二速度范围内(例如，动力传动系和缸体动力系安装件14模式)被减少。运动控制机构28配置为，随着发动机12速度在初始点火(燃烧)期间渐变，减少由动力系产生的并通过动力系安装件14施加到车辆10上的力。
一旦发动机12获得第一发动机速度76，例如，稳态怠速速度，或稍微在这之前，则离合器58脱离，将惯性质量件46从机构小齿轮50脱开，以及机构小齿轮50经由机构螺线管52从主质量件18的环形齿轮22抽出或解除啮合。因此，当发动机12达到第一发动机速度76时，使离合器58失活以将惯性质量件46从机构小齿轮50脱开。
当发动机12达到第二发动机速度78时，起动器螺线管36从主质量件18的环形齿轮22解除啮合或从其脱开。第二发动机速度78大于第一发动机速度76。
另外，运动控制机构28可以在自动停止期间使用，以减少曲轴20振荡和动力系反扭矩，来改进自动停止对车辆10使用者造成的主观感觉。
尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。

Claims (10)

1.一种用于车辆的发动机的起动系统，该系统包括：
起动电机，包括起动器小齿轮，所述起动器小齿轮配置为与发动机的主质量件选择性地啮合，其中，起动器小齿轮可绕第一旋转轴线选择性地旋转，以使得主质量件绕第二旋转轴线旋转；和
运动控制机构，包括机构小齿轮，所述机构小齿轮配置为与发动机的主质量件选择性地啮合；
其中，机构小齿轮配置为，响应主质量件绕第二旋转轴线的旋转，绕第三旋转轴线旋转。
2.如权利要求1所述的起动系统，其中，所述运动控制机构包括惯性质量件，所述惯性质量件配置为用于对从发动机内发出的角振动进行抑制。
3.如权利要求2所述的起动系统，其中，所述惯性质量件配置为联接至机构小齿轮或从其脱开，使得仅当第四旋转轴线联接至第三旋转轴线时，使惯性质量件绕第四旋转轴线旋转。
4.如权利要求3所述的起动系统，其中，所述运动控制机构进一步包括离合器，所述离合器沿第三旋转轴线操作地布置在所述机构小齿轮和所述惯性质量件之间；
其中，所述离合器配置为选择性地将所述惯性质量件联接所述机构小齿轮或从所述机构小齿轮脱开。
5.如权利要求4所述的起动系统，其中，所述离合器是机电锁止离合器。
6.如权利要求3所述的起动系统，其中，第三旋转轴线和第四旋转轴线共线。
7.如权利要求3所述的起动系统，其中，所述运动控制机构包括行星齿轮组，所述行星齿轮组操作地布置在所述惯性质量件与所述机构小齿轮之间，其中，所述机构小齿轮绕第三旋转轴线的旋转被传送至所述惯性质量件。
8.如权利要求7所述的起动系统，其中，所述行星齿轮组包括：
第一运行构件，配置为从所述起动器小齿轮接收扭矩；
第二运行构件，配置为固定地连接至所述发动机；和
第三运行构件，配置为通过所述第一和所述第二运行构件的运行，将减少的旋转速度输出至所述惯性质量件。
9.如权利要求8所述的起动系统，其中，所述行星齿轮组是包括恒星齿轮、行星架、和环形齿轮的简单行星齿轮组；
其中，所述恒星齿轮是第一运行构件，所述环形齿轮22是第二运行构件，所述行星架是第三运行构件。
10.如权利要求1所述的起动系统，其中，所述运动控制机构进一步包括螺线管，所述螺线管配置为所述机构小齿轮选择性地移进或移出所述主质量件的啮合关系。
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