CN103925138A - 启动发动机的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种启动发动机（10）的方法，其中，交替使用两个或更多启动马达（M1、M2）来启动发动机（10），以使磨损均等且每个启动马达（M1、M2）的磨损减小至所配置的启动马达（M1、M2）的数目分之一。启动马达（M1、M2）优选安置成将由启动马达（M1、M2）在与其相配合的环形齿轮（8）上的所产生的磨损图案之间的重叠降至最低，从而延长环形齿轮（8）的使用寿命。

Description

启动发动机的方法和装置

技术领域

本发明涉及内燃发动机，更具体地，涉及启动这种发动机的方法和装置。

背景技术

目前，12V启动马达和增强型12V启动马达是最具成本效益的发动机启动装置。增强型启动马达在10年的车辆寿命、150,000英里的行驶里程期间能够达到约300,000次的启动次数。同样在10年的车辆寿命、150,000英里行驶里程期间，与启动马达相啮合的环形齿轮能够达到约400,000次的启动次数。

在现代微混合动力、轻度混合动力、全混合动力或插电式混合动力汽车中，当车辆静止以及当车辆正在滑行时，会要求启停发动机。通常在10年的车辆寿命、150,000英里的行驶里程期间，所需的发动机启动次数大于增强型启动马达或耐磨损性经优化的环形齿轮所能提供的发动机启动次数，且没有可用的具有成本效益的替代品。

发明内容

本发明的目的在于提供一种启动发动机的方法和装置，该方法和装置能以经济的方式延长使用寿命。

根据本发明的第一个方面，提供了一种启动发动机的方法，该发动机具有包括至少两个启动马达的启动装置，其中，该方法包括使启动马达分担启动发动机的任务，以使启动马达的磨损均等并减少每个启动马达所执行的发动机启动次数。

每个启动马达所执行的启动次数可等于一段时间内所执行的发动机启动总次数除以有效启动马达的总数。

每个启动马达所进行的启动次数可等于一段时间内所进行的发动机启动的总次数除以该段时间内的有效启动马达的总数。

无有效启动马达会用于两次连续的发动机启动。

每个启动马达可与环形齿轮啮合以启动发动机并在环形齿轮上产生各自的磨损图案，启动马达可被设置成将启动马达所产生的各自的磨损图案之间的重叠降至最低。

存在第一和第二启动马达且可交替使用这两个启动马达。

该方法可还包括：检查发动机是否伴随着对相应的启动马达的使用而启动，如果相应的启动马达启动发动机失败，则使用另一个启动马达启动该发动机并且停用出故障的相应的启动马达。

该方法还可包括：向发动机的用户提供相应的启动马达已出现故障的警示。

该方法还可包括：如果所有的启动马达启动发动机均失败，则向发动机的用户提供总系统出现故障的警示。

根据本发明的第二个方面，提供了一种启动内燃发动机的装置，该内燃发动机具有与该发动机的曲轴连接的飞轮，其中，该装置包括固定至飞轮的启动环形齿轮、至少两个启动马达以及控制启动马达的操作的电子控制器，其中，每个启动马达均具有与环形齿轮选择性啮合的小齿轮，可操作电子控制器按照预定顺序使用启动马达，以使启动马达的磨损均等并减少每个启动马达所执行的启动次数。

电子控制器可操作启动马达，使得每个启动马达所执行的启动次数等于所执行的发动机启动总次数除以有效启动马达的总数。

无有效的启动马达会用于两次连续的发动机启动。

每个启动马达均可与环形齿轮啮合以启动发动机，并可在环形齿轮上产生各自的磨损图案，启动马达可设置成将启动马达所产生的各自的磨损图案之间的重叠降至最低。

存在第一和第二启动马达，且可交替使用这两个启动马达。

发动机可以是四缸四冲程发动机，且可相对于第一启动马达的位置在环形齿轮的旋转方向上成60度至120度角地设置第二启动马达，从而将由两个启动马达所产生的各自的磨损图案之间的重叠降至最低。

发动机可以是四缸四冲程发动机，并且可相对于第一启动马达在环形齿轮的旋转方向上成240度至300度角地设置第二启动马达，从而将由两个启动马达所产生的各自的磨损图案之间的重叠降至最低。

该装置可包括固定至飞轮的两个启动环形齿轮和与每个环形齿轮相关的至少两个启动马达，每个启动马达均具有与相应的环形齿轮选择性啮合的小齿轮，并且电子控制器可控制启动马达的操作以使启动马达的磨损均等且减少每个启动马达所执行的发动机启动次数。

电子控制器还可操作地检查发动机是否伴随着对相应的启动马达的使用而启动，如果通过相应的启动马达未启动发动机，则使用另一个启动马达启动发动机并且停用出故障的相应的启动马达。

电子控制器还可操作地向发动机的用户提供相应的启动马达出现故障的警示。

根据本发明的第三个方面，提供具有根据本发明的第二方面的装置的机动车。

根据本发明的第四个方面，提供了一种用于延长启动环形齿轮的使用寿命的方法，该方法包括：使用处于第一位置的第一启动马达持续预定的发动机启动次数，然后用替代启动马达代替该启动马达，该替代启动马达设置成产生与第一启动马达所产生的磨损图案具有最小重叠的磨损图案。

该方法还可包括：使用处于各自的第一位置的第一对启动马达持续预定的发动机启动次数，然后用替代的一对启动马达代替第一对启动马达，该替代的一对启动马达设置成产生与第一对启动马达所产生的磨损图案具有最小重叠磨损图案。

附图说明

现将结合下列附图通过实例描述本发明，其中：

图1a是根据本发明的第三方面的机动车的示意平面图，其中，该机动车具有根据本发明的第二方面的发动机启动装置；

图1b是以放大的比例示出当图1a中的机动车被配置为并联式混合动力汽车时形成该机动车的部分的发动机和变速器的示意平面图；

图2a是沿图1a中箭头“X”的方向示出的图1a和图1b所示的机动车的发动机的示意端面图；

图2b是沿图2a中箭头“Y”的方向示出的部分发动机启动装置的示意侧面图；

图2c是图1a和图1b所示发动机启动装置的位置和相关启动马达磨损位置的图示；

图3是和图2c相似的图示，其示出了四缸四冲程发动机的优选启动马达位置；

图4a是图2c和图3涉及的四汽缸发动机的示意性侧面图；

图4b是图4a所示发动机沿图4a中的箭头“Z”的方向的端面图；

图5是根据本发明的用于发动机启动装置的双环形齿轮布局的第一实施例的示意性侧视图；

图6是根据本发明的用于发动机启动装置的双环形齿轮设置的第二实施例的示意性侧视图；以及

图7是根据本发明的第一方面的启动发动机的方法的高级流程图。

具体实施方式

参见图1a至图4b，其示出了具有发动机10的机动车50，其中，发动机10驱动通过外壳13固定其上的变速器11。在这种情况下，变速器11具有驱动性地连接至前轴12的输出端，该前轴12驱动机动车50的四个车轮“W”中的两个。但是，应当理解，变速器11可驱动机动车50的全部四个车轮和/或机动车50可具有更多或更少的车轮。

在所示实例中，机动车50是不仅具有发动机10还具有牵引电动机15的并联混合动力汽车，但是，本发明也同样地可应用于传统的启停机动车中。发动机10的输出端和电动机15之间设置有分离式离合器16。电动机15的转轴的一端连接至分离式离合器16的一部分上且电动机15的转轴的相反端连接至变速器11的输入端。应当理解，如果变速器为液力变矩器自动变速器，那么在电动机15和变速器11之间可设置有液力变矩器。

发动机10配置有启动装置，该装置为一对12V启动马达M1、M2，每个12V启动马达均与固定至发动机10的飞轮7上的启动马达环形齿轮8相啮合。启动马达M1、M2中的每一个均安装在外壳13上，但也可选择性地安装在发动机10上。电子控制器20配置为发动机启动装置的一部分，以控制两个启动马达M1、M2的操作。

启动马达M1、M2是常见类型的启动马达且分别具有各自的小齿轮13P、14P，小齿轮13P、14P可与环形齿轮8相啮合以驱动飞轮7，从而启动发动机10。公开号为2012/0312123的美国专利示出了这种启动马达的一个实例，但也存在诸多其他实例。

飞轮7固定在发动机10的曲轴“C”上，在本实例中，如图4a和图4b所示，发动机10为四缸四冲程柴油发动机10。

发动机10具有四个活塞P1、P2、P3和P4，每个活塞均通过各自的连杆连接至曲轴C的相应的曲柄销C1、C2、C3和C4。如图4a所示，曲轴C的结构使得当活塞P2和P3处于上止点（TDC）时，活塞P1和P4处于下止点（BDC）。应当理解，曲轴从所示位置旋转180度会将活塞P2和P3移动到下止点而将活塞P1和P4移动到上止点。在图4b中，所示活塞P1处于曲轴C从上止点位置旋转了角度θ时的位置，使曲柄销C1位于所示位置。

电子控制器20不仅与两个启动马达M1、M2连接，而且还与用户控制的启动输入装置（如钥匙开关24）、自动启动装置（如启停控制系统25）以及用于向发动机10的用户传送视觉或听觉信息的驾驶员界面26连接。

当电动机15用于驱动变速器11时，启停系统25可操作地自动停用发动机10且断开离合器16。当发动机10用于驱动变速器11时，启停控制器25也可操作地重启发动机10并接合离合器16。应当理解，如果需要，发动机10和电动机15能够同时用于驱动变速器11。

现参见图2c，以线图形式示出了两个启动马达M1、M2的位置。

在所示实例中，两个启动马达M1、M2中的第一启动马达M1位于发动机10的垂直轴上，而两个启动马达M1、M2中的第二启动马达M2相对于第一启动马达M1以大致90度角安置，用于啮合环形齿轮，上述角度沿环形齿轮8的旋转方向测量得到。第二优选位置存在于270度处。应当理解，这两个位置均会在环形齿轮8的相同部分上产生间隔180度的磨损图案。

正如本领域众所周知的，曲柄每旋转180度，四缸四冲程发动机就具有一个点火冲程。每个发动机均具有自然停止位置，其中，活塞P1、P2、P3和P4无法经过上止点的汽缸和各个活塞P1、P2、P3和P4被压缩且抵制向后旋转的下一个点火汽缸内的压缩空气的回弹以及驱动发动机的凸轮轴或燃油泵所需的任何周期力的相位和幅值确定了该自然停止位置。

从理论上讲，即没有凸轮轴力或燃油泵力，并且回弹力和压缩力具有基本相等的幅值的情况下，具有两个或更多汽缸的发动机的自然停止位置大约在两个点火冲程之间的中间位置。因此，对于四缸四冲程发动机10来说，自然停止位置大约在曲柄旋转每180度重复经过TDC之前的曲轴旋转90度的位置处。基于这个原因，对于一个启动马达来说，在四缸四冲程发动机上，被称为磨损图案的累积环形齿轮磨损集中在间隔180度的两个位置上。

在图2c中，第一启动马达M1的磨损图案显示为点W1a和W1b，第二启动马达M2的磨损图案显示为点W2a和W2b。但是，应当理解，这些磨损图案中的每一个均环绕环形齿轮8周向地延伸一小段距离，并且在启动马达Ｍ1、M2的小齿轮13P、14P与环形齿轮8的初始啮合点处会出现最大的磨损。

因此，环形齿轮8在启动马达M1、M2与环形齿轮8正常初始啮合的位置处易于磨损，而环形齿轮8在其他位置处保持几乎崭新的状态，这是因为在这些位置处仅有少量发动机启动事件发生。通过以90度的间隔设置两个启动马达M1、M2，启动马达M1、M2的磨损图案被最大可能地分隔开。应当理解，从小齿轮13P、14P的初始啮合位置的角度看，每个磨损图案均沿着顺时针方向延伸。

应当理解，如果将启动马达M2相对于启动马达M1相隔180度设置，则会磨损环形齿轮8的相同部分，原因是启动马达M2的磨损图案会与磨损点W1a和W1b重合。同样地，如果将启动马达M1相对于启动马达M2相隔180度设置，则会磨损环形齿轮8的相同部分，原因是启动马达M1的磨损图案会与磨损点W2a和W2b重合。

应当理解，启动马达M1、M2相对于曲柄角的角位置并不重要。只有两个启动马达M1、M2的位置之间的角度关系才重要。例如，如果启动马达M1从所示的角位置沿顺时针方向移动角度Φ，只要第二启动马达M2也从所示位置顺时针移动角度Φ，那么会产生同样有利的磨损分布。

也就是说，只要启动马达M1、M2之间的角间距保持相同，那么，两个启动马达M1、M2相对于曲轴位置的角度方位就不重要。

现参见图3，以线图形式示出了基于使用上述类型的四缸柴油发动机的实验工作的两个启动马达M1、M2的可能位置。

在图3中，如图2c的情况，启动马达M1被用作参照点且垂直安置在环形齿轮8的旋转中心的上方。如前所述，应当理解，启动马达M1、M2相对曲柄角的角位置不重要。只有两个启动马达M1、M2的位置之间的角度关系才重要。例如，如果启动马达M1从所示的角位置顺时针移动角度Φ，只要第二启动马达M2也从所示位置顺时针移动角度Φ，那么会产生相同的有利磨损分布。

通过实验工作可以确定，第二启动马达M2从第一启动马达M1的位置沿着环形齿轮8的旋转方向所测得的启动角间距θ1介于60度至120度的第一范围“R”内会使得两个启动马达M1、M2所产生的磨损图案之间重叠最小。当第二启动马达M2设置在该范围的相对端时，用参考标号M2a和M2b表示第二启动马达M2的位置。应当理解，因为发动机10是四冲程四缸发动机，所以，在与各个启动马达M1、M2的安装位置间隔180度的位置处也会发生相应的图案磨损。因此，如果如图3所示设置第一启动马达M1，那么，磨损位置与图2c所示的位置W1a和W1b相同。对于第二启动马达M2，如果第二启动马达M2安装在位置M2a处，那么，两个相应的磨损位置如下定位：其中一个与点M2a相邻而另一个间隔180度与点M2c相邻。同样地，如果第二启动马达M2安装在位置M2b，那么两个相应的磨损位置如下定位：其中一个与点M2b相邻而另一个间隔180度与点M2d相邻。

由于所测试的发动机的180度重复属性，所以，启动角间距θ2的第二范围“R2”是第一范围“R”的镜像，第二范围“R2”存在于从第一启动马达M1的位置沿着环形齿轮的旋转方向所测得的240度至300度之间。

第二范围“R2”同样使两个启动马达M1、M2所产生的磨损图案之间重叠最小。在图3中由参考标号M2c和M2d表示第二范围“R2”的相对端。

如上所述，在与各个启动马达M1、M2的安装位置间隔180度的位置处也会出现相应的磨损图案。

因此，如果如图3所示设置第一启动马达M1，那么磨损位置与图2c所示的位置W1a和W1b相同。对于第二启动马达M2，如果在位置M2c处安装第二启动马达M2，那么两个相应的磨损位置中的一个与点M2c相邻而另一个在间隔180度处与点M2a相邻。同样地，如果在位置M2d处安装第二启动马达M2，那么两个相应的磨损图案中的一个与点M2d相邻而另一个在间隔180度处与点M2b相邻。

已发现测试发动机的两个特别有利的启动马达角间距（θ1和θ2）是从第一启动马达M1的位置沿着环形齿轮旋转方向所测得的第一范围“R”内的102度和第二范围“R2”内的258度。

这两个角间距（θ1和θ2）使得两个启动马达M1、M2的磨损图案之间重叠最小。应当理解，由于来自发动机10的曲轴和燃油泵的额外的周期性力作用在发动机上，所以这两个位置可能会偏离图2c中的理想的90度间距和270度间距。

本领域的技术人员应当理解，磨损图案的磨损尺寸和位置取决于多个因素，这些因素包括发动机的汽缸数量、发动机为两冲程还是四冲程发动机以及发动机和启动装置的特定具体构造。

下面描述发动机启动装置的操作。

响应于机动车50的用户使用点火开关24或由启停系统25产生的发动机启动信号，电子控制器20基于存储在其存储器中的历史和错误记录致动启动马达M1、M2中的一个。假设两个启动马达M1、M2均处于工作状态，那么，交替地为启动马达M1、M2通电，这样，如果上次启动是由启动马达M1执行的，那么使用启动马达M2进行下次发动机启动，反之亦然。

交替使用的好处在于使两个启动马达M1、M2上的磨损减少且均等。也就是说，每个启动马达M1、M2受到的总磨损等于所进行的发动机启动总次数除以有效启动马达的总数。因此，在具有两个启动马达M1、M2的情况下，假设启动马达M1、M2均为有效启动马达，则每个启动马达所承受的磨损为仅存在一个启动马达的情况下的磨损的一半。

在致动启动马达M1、M2之后，如果确定发动机的速度没有增加而仍为0，这就说明相应的启动马达M1、M2出现故障。在这种情况下，电子控制器20通过产生错误码停用相应的启动马达M1、M2，这样使得在下次启动中，启动马达M1、M2中只有另一个仍有效且能够用于启动发动机10。

当停用启动马达M1或M2时，电子控制器20同时通过驾驶员界面26发出警示：启动马达出现故障且需要修理机动车50。

如果两个启动马达M1、M2均出现故障，那么电子控制器20通过驾驶员界面26发出系统故障警示：全部启动马达出现故障且需要修理机动车50。在一些实施例中，电子控制器20也可联系本地修复或修理服务中心且提供详细的故障属性以及机动车50的GPS坐标。

如果机动车50是并联混合动力汽车，如上述实例所描述的情况，如果认为两个启动马达M1、M2均出现故障，则进一步的选择是使用电动机15来拖动启动（drag start）发动机10。

启动马达M1、M2交替启动发动机的另一个好处是减少每个启动马达M1、M2的热量，原因是启动马达M1、M2分担了启动工作。因此，如果需要高频率的启动（诸如在启停交通中），则降低了每个启动马达M1、M2的平均温度，原因是产生的热量更少并且每个启动马达M1、M2在其参与的两次启动之间具有更长的冷却时间。

虽然优先选择交替使用启动马达，但也存在其他选择来获得本发明的延长启动马达使用寿命的优势。

例如，可在预定的启动次数下使用一个启动马达，然后在相同的预定启动次数下使用另一个启动马达，然后重复上述顺序。

另一种选择是一直使用一个启动马达直至达到其预期平均寿命，然后再使用另一个启动马达。

在所有情况下，优选地，各个启动马达所执行的启动次数与任何其他启动马达所执行的启动次数基本相同，以使两个启动马达和环形齿轮的磨损均等。

虽然结合四缸四冲程发动机通过实例描述了本发明，但是，应当理解，本发明也可用于具有不同数量的汽缸的发动机。然而，在这种情况下，为适应发动机的特点，需要对启动马达的角间距进行选择。例如，对于六缸发动机来说，角间距为60度比90度更为合适，因为点火周期每120度重复一次，而非180度。

同样地，如果使用两个以上的启动马达，则需要不同的角间距。对于四缸四冲程发动机来说，如果使用三个启动马达，则从理论上讲，启动马达角间距为60度更合适。

能够使用的启动马达的实际数量取决于每个启动马达的磨损图案的周向长度以及相应的环形齿轮的总周长。因此，两个以上的启动马达使用单个环形齿轮需要相对大的环形齿轮周长，所以只能适用于较大的发动机，如商用车辆柴油机或船用柴油机。

为了克服尺寸限制问题，如图5和图6所示，发明人建议使用两个环形齿轮而不是一个环形齿轮。

参见图5，其示出了具有第一和第二环形齿轮48、58的双环形齿轮装置的第一实施例，其中，第一和第二环形齿轮48、58中的每一个均固定于附接至曲轴C的一端的飞轮107上。

第一环形齿轮48具有与其相关联的两个启动马达M102，其中只示出了一个启动马达M102。每个启动马达M102各自均具有与第一环形齿轮48啮合的小齿轮102P。如前所述，将两个启动马达M102的角间距选择成使两个启动马达M102所产生的磨损图案之间的重叠降至最低。因此，如果飞轮107所连接的发动机是四缸四冲程发动机，那么两个启动马达M102之间的合适角间距应介于60度至120度的范围或240度至300度的范围，该角度从一个启动马达M102向另一个启动马达M102测量得到。

第二环形齿轮58具有与其相关联的两个启动马达M101，其中只示出一个启动马达M101。每个启动马达M101各自均具有与第一环形齿轮58啮合的小齿轮101P。上述两个启动马达M101的角间距经过选择，以将两个启动马达M101所产生的磨损图案之间的重叠降至最低。因此，如果飞轮107所连接的发动机是四缸四冲程发动机，那么两个启动马达M101之间的合适角间距应介于60度至120度的范围或240至360度的范围，该角度从启动马达M101中的一个到另一个测量得到。

除了从封装角度看之外，启动马达M101和启动马达M102之间的相对位置不是很重要，重要的仅仅是作用于环形齿轮48、58的两个启动马达之间的角间距。在所示实例中，启动马达M101和启动马达M102之间具有90度的角位移，但是，应当理解，这两个启动马达能够彼此对准或彼此成任何其他角度地设置。

本实施例的一个特征是将与第一环形齿轮48配合的启动马达M102设置在飞轮107的发动机侧，且将与第二环形齿轮58配合的启动马达M101设置在飞轮107的相对侧，如此使两组启动马达M101、M102的设置更具灵活性。

参见图6，其示出了具有第一和第二环形齿轮68、78的双环形齿轮装置的第二实施例，其中，第一和第二环形齿轮中的每一个均固定于附接至曲轴C的一端的飞轮207上。

第一环形齿轮68具有与其相关联的两个启动马达M202，其中只示出了一个启动马达M202。每个启动马达M202各自均具有与第一环形齿轮68相啮合的小齿轮202P。如前所述，两个启动马达M202的角间距经选择以使两个启动马达M202所产生的磨损图案之间的重叠降至最低。因此，如果飞轮207所连接的发动机是四缸四冲程发动机，那么，两个启动马达M202的合适角间距将会介于60度至120度的范围和240度至300度的范围，该角度从启动马达M202中的一个到另一个测量得到。

第二环形齿轮78具有与其相关联的两个启动马达M201，其中只示出了一个启动马达M201。每个启动马达M201各自均具有与第一环形齿轮78相啮合的小齿轮201P。如前所述，两个启动马达M201的角间距经选择以使两个启动马达M201所产生的磨损图案之间的重叠降至最低。因此，如果飞轮207所连接的发动机是四缸四冲程发动机，两个启动马达M201的合适角间距将会介于60度至120度的范围和240度至300度的范围，该角度从启动马达M201中的一个到另一个测量得到。

除了从封装角度看之外，启动马达M201与启动马达M202之间的相对位置不是很重要，重要的仅仅是作用于环形齿轮68、78的两个启动马达之间的角间距。在所示的实例中，启动马达M201和启动马达M202之间发生90度的角位移。应当理解，启动马达M201、M202可以另一角度布置，但是，在本实施例中，两组启动马达M201、M202设置在飞轮207的相同侧会对相应的启动马达M201、M202的设置产生限制。

虽然第一环形齿轮68的直径不同于第二环形齿轮78的直径，但是，启动马达M202、M201和相应的环形齿轮68、78之间的齿轮传动装置被配置为相同。

上述内容已经对图5和图6中示出的两个实施例的操作进行了很多描述，但是，在这种情况下，具有两组启动马达M101、M102和M201、M202，而不是只有一组启动马达M1、M2。

这种布局提供了若干可选的操作模式。

第一种操作模式是首先按照上述方式（即，交替顺序）使用与第一环形齿轮48、68相关联的两个启动马达M102、M202，然后在达到它们的预期使用寿命之后，切换到与第二环形齿轮58、78相关联的两个启动马达M101、M201，并且按照上述方式（即，交替顺序）对它们进行操作。

第二种操作模式是与第一种操作模式相反，先使用第二环形齿轮58、78，然后再使用第一环形齿轮48、68。

第三种操作模式是按照交替顺序使用所有的四个启动马达M101、M102、M201、M202，如M101、M102、M201、M202、M101等或M101、M201、M102、M202、M101等。

不管使用哪种操作模式，目的是使启动马达M101、M102和M201、M202之间的磨损均等，从而延长它们的寿命并提高相应的环形齿轮48、58和68、78的寿命。

作为对上述的以交替顺序使用两个或更多启动马达的替代，可使用单个启动马达且可为启动马达提供不只一个安装位置。在这种情况下，使用第一启动马达直到达到其预期的操作可靠的使用寿命。然后用设置在替代位置上的第二启动马达替代该启动马达。通过重新设置启动马达的位置，可延长环形齿轮的寿命，并且更换启动马达相对地简单，而更换环形齿轮则需要花费更长的时间并由此导致成本很高。对于四缸四冲程发动机而言，可参照图2c和图3示出的启动马达M1设置第一启动马达，且可参照图2c和图3所示的第二启动马达M2设置替代启动马达。

所以，通过下列方式提供了一种用于延长启动环形齿轮的寿命的方法：在第一位置安装第一启动马达，用于预定的发动机启动次数或直到其出现故障，然后用替代启动马达来代替该启动马达，该替代启动马达被安置成使其产生的磨损图案与第一启动马达所产生的磨损图案具有最小重叠。

应当理解，根据所产生的磨损图案的尺寸和环形齿轮的周长，可用另一替代启动马达代替该替代启动马达，该另一替代启动马达安置成尽可能地避开第一启动马达和替代启动马达所产生的磨损图案。

作为另一种选择，可在各自的第一位置安装第一对启动马达，其用于预定的发动机启动次数或直到其出现故障。然后可用第二对启动马达替代该第一对启动马达，该第二对启动马达被安置成使其产生的摩擦图案与第一对启动马达所产生的磨损图案具有最小重叠。

参见图7，其示出了根据本发明的用于启动发动机的方法的一个实施例，其中，该方法体现为电子控制器（如电子控制器10）中的一种软件。

该方法开始于操作框110，即，通过驾驶员使用点火开关24或通过启停系统25产生发动机启动请求。

然后在操作框115中，例如从电子控制器10中的存储器中读取“N”和“E”的数值。在该情况下，即读取操作为该方法的第一执行操作的情况下，“N”和“E”的数值均为0。

“N”的数值介于0和1之间且用于确定使用两个启动马达M1、M2中的哪一个来启动发动机10。

“E”的数值是错误指标，其中，当没有检测到错误时，E=0，当检测到一个错误时，E=1，当检测到两个错误时，E=2。

应当理解，对“N”和“E”的使用仅通过实例提供，可使用替代的逻辑和过程控制机制，而不背离本发明的范围。

该方法从操作框115进行至操作框120，在此，将“N”的数值与0进行比较。但是，应当理解，可使用其他逻辑。

如果“N”=1，则操作框120中的逻辑要求该方法进行至操作框122，原因是N大于0。如“N”=0，那么操作框120中的逻辑要求该方法进行至操作框123，原因是N不大于0。

首先处理来自操作框120的结果“是”。在操作框122中，尝试使用第一启动马达M1来启动发动机10，然后在操作框124中检查是否已启动发动机10。可通过不同方式实现该检查，而一种简单的方式是检查发动机10的速度是否大于预定值。

如果已成功地启动发动机10，那么该方法进行至操作框126，在此进行检查以确定点火开关24是否处于“断开”位置。如果点火开关24没有处于“断开”位置，那么该方法进行至操作框130，如果点火开关24处于“断开”位置，则该方法在操作框180中保存了“N”和“E”的当前数值之后，结束于操作框199处。

在操作框130中，使用三重检测检查错误指标“E”的当前数值，以确定“E”是否等于0、等于1或大于1。

如果“E”的当前数值为0，这说明没有错误且该方法将进行至操作框132，在此，“N”的当前数值减小了1，这样当前数值为0。然后，该方法返回到操作框120。

在操作框130中，如果“E”的当前数值等于1，这说明之前使用第二启动马达M2启动发动机10时出现过一次故障，所以，之后的所有启动必须由第一启动马达M1来实现，直到第二启动马达M2被更换或得到修理。因此，在这种情况下，该方法无需经过操作框132，而是直接从操作框130返回至操作框120，且保持“N”的当前数值不变。

当第二启动马达M2被更换或得到修理时，错误指标可例如通过使用诸如与电子控制器20相连的诊断分析仪的外部设备设置为0。

在操作框130中，如果“E”的当前数值等于2，则说明之前启动发动机10出现过两次故障，每次均是采用两个启动马达M1、M2中的一个。也就是说，启动马达M1、M2均是无效的，所以不可能启动发动机10。在这样的情况下，唯一的选择是将该事实告知驾驶员。因此，该方法从操作框130进行至操作框190，在此，通过驾驶员界面26提供系统故障信息，然后该方法结束于操作框199。

再参见操作框124，如果使用第一启动马达M1启动发动机10失败，那么当前第一启动马达M1不再有效且不能进一步使用第一启动马达M1。但是，应当理解，在其他实施例中，在停用启动马达M1之前允许出现不止一次的启动故障。或者，仅在当前接通周期停用启动马达M1，然后在下一个接通周期中可重新检测启动马达M1并且如果启动马达M1启动发动机10再一次失败，则永久性停用该启动马达M1。

该方法从操作框124继续进行至操作框140，在此，错误指标“E”增加了1，然后该方法进行至操作框142，在此，警示机动车50的用户启动马达出现故障且需要修理/更换。

该方法然后从操作框142进行至操作框144，在此，“N”的数值减少了1，这样“N”的当前数值为0，然后该方法进行至操作框150以检查目前是否为点火钥匙断开状态。如果已将点火钥匙26移至断开位置，则该方法在保存了“N”和“E”的当前数值之后结束于操作框199。

虽然在图7中没有具体地示出，但是，不管何时发生点火钥匙断开事件，在该方法结束之前，要先保存“N”和“E”的当前数值。

在操作框150中，如果检测的结果显示没有发生点火钥匙断开事件，则该方法直接从操作框150返回至操作框120。

如果该方法通过操作框132或操作框150返回到操作框120，则“N”的数值总是为0，因此在下一个周期将使用第二启动马达M2。这是因为如果“N”的数值等于0，那么在操作框120中，检测结果将显示为“否”。

但是，如果该方法直接从操作框130进行至操作框120，那么“N”的数值仍为1并且将再次使用第一启动马达M1。这种情况只在错误指标“E”已被设置为1时才会发生，这说明第二启动马达M2在之前的启动中不能启动发动机10，从而导致执行了操作框141。

通过这种方式，可对启动马达M1、M2交替使用，直到启动马达M2故障，此时，可工作的启动马达M1用于所有启动，直至停用的启动马达M2被更换或得到修理。

现参见操作框123，尝试使用第二启动马达M2来启动发动机10，然后在操作框125中检查是否已经启动发动机10。

如果已成功启动发动机10，那么该方法进行至操作框127，在此，进行检查以确定点火开关24是否处于“断开”位置。如果点火开关24没有处于“断开”位置，该方法进行至操作框131，如果点火开关24处于“断开”位置，则该方法在操作框180中保存了“N”和“E”的当前数值之后结束于操作框199。

在操作框131中，使用三重检测来检查错误指标“E”的当前数值以确定“E”是否等于0、等于1或大于1。

如果“E”的当前数值是0，这说明没有产生错误，该方法进行至操作框133，在此，“N”的当前数值增加了1，这样“N”的当前数值为1。然后该方法返回至操作框120。

如果“E”的当前数值等于1，这说明之前使用第一启动马达M1启动发动机10时出现过一次故障。因此，在第一启动马达M1被更换或得到修理之前，必须使用第二启动马达M2进行所有的后续启动。因此，在这种情况下，该方法无需通过操作框133而是直接从操作框131返回至操作框120，且保持“N”的当前数值不变。

当修理或更换了第一启动马达M1后，错误指标“E”可例如通过诸如与电子控制器20相连的诊断分析仪的外部设备设置为0。

如果“E”的当前数值等于2，这说明之前启动发动机10时出现过两次故障，每次均采用启动马达M1、M2中的一个。也就是说，两个启动马达M1、M2均失效，因此，不可能启动发动机10。在这样的情况下，唯一的选择是将该事实告知驾驶员。因此，该方法从操作框131进行至操作框190，在此，通过驾驶员界面26提供系统故障信息，然后该方法停止于操作框199。

再参见操作框125，如果发动机10启动失败，则第二启动马达M2不再有效，因此最好是不再使用第二启动马达M2。

应当理解，在停用启动马达M2之前允许发生不止一次启动故障。作为另一种选择，可仅在当前的接通周期内停用启动马达M2。然后，可在下一个接通周期内重新检测启动马达M2，并且如果启动马达M2启动发动机10再次失败，则将永久性停用启动马达M2。

该方法从操作框125继续到操作框141，在此，误差指标“E”增加了1，然后该方法进行至操作框143，在此，警示机动车50的用户启动马达出现故障且需要修理/更换。

然后该方法从操作框143进行至操作框145，在此，“N”的数值增加了1，这样“N”的当前值为1，然后该方法进行至操作框151，以检查当前是否为点火钥匙断开状态。如果已将点火钥匙26移至“断开”位置，则该方法首先保存“N”和“E”的当前数值，然后结束于操作框199。

如果操作框151内的检测结果显示没有发生点火钥匙断开事件，该方法从操作框151返回至操作框120。

如果该方法通过操作框133或操作框151返回至操作框120，那么“N”的数值总为1，所以，在下一个周期内将一直使用第一启动马达M1。这是因为如果“N”的数值等于1，那么操作框120中的检测结果显示为“是”。

但是，如果该方法从操作框131直接进行至操作框120，则“N”的数值仍为0且将再次使用第二启动马达M2。这种情况只会在错误指标“E”已被设置为1时才会发生，说明在之前的启动中第一启动马达M1启动发动机10失败，导致执行操作框140。

通过这种方式，提供了对启动马达M1、M2的交替使用，直到启动马达M1出现故障，此时，可工作的启动马达M2用于所有的启动，直到更换或修理了停用的启动马达M1。

在操作框130和操作框131中，在两种情况的结果中，一种结果是直接进行至操作框190。这种结果只有在操作框140和141均被至少遍历过一次才会发生这种情况。也就是说，第一启动马达M1启动发动机10失败，然后第二启动马达M2启动发动机10失败，或第二启动马达M2启动发动机10失败，然后第一启动马达M1启动发动机10失败。

诸如图1b所示的并联式混合动力系统需要一种具有较高周期耐久性的柴油机启动系统，从而在车辆由电力驱动且驾驶员需求超过电气性能时重启发动机10。众所周知，可通过部分地关闭分离式离合器16以使发动机转速可借助于电动机15提高来“拖动启动”发动机（如发动机10）。

必须留有大量的可用电力扭矩以供备用，原因是柴油机10的最高热启动转矩介于175Nm至200Nm之间，且电动机15能够产生的最高转矩约为250Nm。因此，如果电动机15用于启动发动机10，则只有50Nm至75Nm的转矩可用于推进机动车50，而这是对电气系统的无效使用。通过使用本文描述的双启动马达布局，当正在启动发动机10时，可使用电动机15的全部转矩容量。这样就会产生下列表1中的诸多优点。

表1

因此，综上所述，本发明人已经实现了通过常见的单个启动马达和环形齿轮布局，在环形齿轮的小面积内产生环形齿轮的磨损，同时环形齿轮的大部分仍基本上没有被磨损。所以，通过在至少两个间隔开的位置上使用启动马达，可延长环形齿轮的使用寿命。此外，通过使用不止一个启动马达，如果启动马达通过在不同启动马达之间分配发动机启动次数来共同承担启动发动机的任务，那么可延长每个启动马达的使用寿命。

本领域的技术人员应当理解，虽然结合一个或多个实施例通过实例描述了本发明，但是并不限于已公开的实施例，并且可构造替代的实施例而不背离所附权利要求所限定的本发明的范围。

Claims (21)

1.一种启动发动机的方法，所述发动机具有包括至少两个启动马达的启动装置，其中，所述方法包括使所述启动马达分担启动所述发动机的任务，以使所述启动马达的磨损均等并减少每个所述启动马达所执行的发动机启动次数。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，每个所述启动马达所执行的启动次数等于所执行的发动机启动总数除以有效启动马达的总数。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，无有效启动马达用于两次连续的发动机启动。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，每个所述启动马达均可与环形齿轮啮合以启动所述发动机并在所述环形齿轮上产生各自的磨损图案，所述启动马达被设置成将由所述启动马达产生的所述各自的磨损图案之间的重叠降至最低。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，存在第一启动马达和第二启动马达且交替使用这两个启动马达。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括检查所述发动机是否伴随着对相应的启动马达的使用而启动，如果通过所述相应的启动马达启动所述发动机失败，则使用另一个启动马达来启动所述发动机并停用出故障的所述相应的启动马达。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述方法还包括向所述发动机的用户提供所述相应的启动马达已出现故障的警示。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括：如果所有的所述启动马达启动所述发动机均失败，则向所述发动机的用户提供整个系统出现故障的警示。

9.一种启动内燃发动机的装置，所述内燃发动机具有与所述发动机的曲轴连接的飞轮，其中，所述装置包括固定至所述飞轮的启动环形齿轮、至少两个启动马达以及控制所述启动马达的操作的电子控制器，其中，每个所述启动马达均具有与所述环形齿轮选择性啮合的小齿轮，可操作所述电子控制器按照预定顺序使用所述启动马达，以使所述启动马达的磨损均等并减少每个所述启动马达所执行的启动次数。

10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述电子控制器操作所述启动马达，使得每个所述启动马达所执行的启动次数等于所执行的发动机启动总次数除以有效启动马达的总数。

11.根据权利要求9或10所述的装置，其中，无有效的启动马达用于两次连续的发动机启动。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的装置，其中，每个所述启动马达均可与所述环形齿轮啮合以启动所述发动机并在所述环形齿轮上产生各自的磨损图案，所述启动马达设置成将由所述启动马达产生的所述各自的磨损图案之间的重叠降至最低。

13.根据权利要求9至12中任一项所述的装置，其中，存在第一启动马达和第二启动马达且交替使用这两个启动马达。

14.根据引用权利要求12的权利要求13所述的装置，其中，所述发动机是四缸四冲程发动机，并且相对于所述第一启动马达的位置在所述环形齿轮的旋转方向上成60度至120度角地设置所述第二启动马达，从而将由所述两个启动马达产生的各自的磨损图案之间的重叠降至最低。

15.根据引用权利要求12的权利要求13所述的装置，其中，所述发动机是四缸四冲程发动机，并且相对于所述第一启动马达在所述环形齿轮的旋转方向上成240度至300度角地设置所述第二启动马达，从而将由所述两个启动马达产生的各自的磨损图案之间的重叠降至最低。

16.根据权利要求9至15中任一项所述的装置，其中，所述装置包括固定至所述飞轮的两个启动环形齿轮以及与每个环形齿轮相关的至少两个启动马达，每个所述启动马达均具有与相应的环形齿轮选择性啮合的小齿轮，其中，所述电子控制器控制所述启动马达的操作以使所述启动马达的磨损均等且减少每个所述启动马达所执行的发动机启动次数。

17.根据权利要求9至16中任一项所述的装置，其中，所述电子控制器还可操作地检查所述发动机是否伴随着对相应的启动马达的使用而启动，并且如果通过所述相应的启动马达未启动所述发动机，则使用另一个启动马达来启动所述发动机且停用出故障的所述相应的启动马达。

18.根据权利要求17所述的装置，其中，所述电子控制器还可操作地向所述发动机的用户提供所述相应的启动马达出现故障的警示。

19.一种具有根据权利要求9至18中任一项所述的装置的机动车。

20.一种用于延长启动环形齿轮的使用寿命的方法，包括：

使用处于第一位置的第一启动马达持续预定的发动机启动次数，然后用替代启动马达代替所述启动马达，所述替代启动马达设置成产生与所述第一启动马达所产生的磨损图案具有最小重叠的磨损图案。

21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述方法还包括使用处于各自的第一位置的第一对启动马达持续预定的发动机启动次数，然后用替代的一对启动马达代替所述第一对启动马达，所述替代的一对启动马达设置成产生与所述第一对启动马达所产生的磨损图案具有最小重叠的磨损图案。