CN110249124A - 内燃机起动辅助机构 - Google Patents

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Abstract

具备：弹性部件(3)，安装在沿内燃机旋转方向的起动装置侧部件(1)的第一支承部(1b)与内燃机侧部件(2)的第二支承部(2b)之间，具有向内燃机旋转方向(10)的作用力；内燃机侧部件的止动部(2c)；以及起动装置侧部件的抵接部(1c)，与止动部相比配置于内燃机旋转方向的后侧，起动装置侧部件向与内燃机旋转方向相反的方向旋转时能够在与止动部之间形成间隙(12)，并且起动装置侧部件向内燃机旋转方向旋转时能够与止动部接触，起动装置侧部件反向旋转后向内燃机旋转方向旋转时，使抵接部与止动部接触，而对起动装置侧部件的旋转加上弹性部件的作用力的旋转，起动装置侧部件与内燃机侧部件一体旋转。

Description

内燃机起动辅助机构
技术领域
本发明涉及一种内燃机起动辅助机构，其能够适用于带旋转电机的动力传递装置等，该旋转电机集成了车辆的交流发电机所具有的发电功能以及起动电机所具有的发动机起动功能。
背景技术
以往，作为用于车辆的发电装置，已知一种如图11所示，与设置于内燃机101的曲轴端102的带轮103通过V带104连接的交流发电机105。
另外，已知存在对交流发电机105附加驱动功能、热机时(暖机后)能够使内燃机起动(参照专利文献1～3的ISG)进而在车辆行驶时进行驱动力的辅助的装置等。
专利文献1：日本专利第4782348号
专利文献2：日本专利第4787242号
专利文献3：日本特表2009-508464号
发明内容
然而，根据所述的内燃机起动方法，有时冷机时不能起动。作为其主要原因被列举的有：冷机时，随着内燃机的润滑油温度下降而润滑油的粘度增加，起动时的搅拌阻力变大，并且V带104和带轮103之间的摩擦系数降低，在V带104和带轮103之间产生滑动，不能将交流发电机105的旋转驱动力传递到内燃机101等。
鉴于这种问题，在具备如上所述的装置的车辆中，为了在冷机时也能够应对内燃机起动，除了交流发电机105之外还必须具备起动机106。另外，在图11中，107是环形齿轮，108是变矩器等起步装置，109是变速器。
因此，本发明的目的在于解决上述问题，提供一种内燃机起动辅助机构，其不使用V带和带轮而连接内燃机和起动装置，即使在冷机时特别是在-20℃～-30℃等极低温时等条件下也能够可靠地起动。
为了达到上述目的，根据本发明的一个方式，提供一种内燃机起动辅助机构，其具备：弹性部件，安装在起动装置侧部件的第一支承部与内燃机侧部件的第二支承部之间，具有向所述内燃机旋转方向施加的作用力，在此，起动装置侧部件的第一支承部和内燃机侧部件的第二支承部分别沿内燃机旋转方向设置；
止动部，配置在与内燃机的输出轴一体旋转的所述内燃机侧部件；以及
起动装置侧部件的抵接部，与所述内燃机侧部件的所述止动部相比配置于所述内燃机旋转方向的后侧，所述起动装置侧部件向与所述内燃机旋转方向相反的方向旋转时，能够在与所述内燃机侧部件的所述止动部之间形成间隙，并且所述起动装置侧部件向所述内燃机旋转方向旋转时，能够与所述内燃机侧部件的所述止动部接触，
所述起动装置侧部件先向与所述内燃机旋转方向相反的方向旋转规定角度使所述弹性部件收缩后再向所述内燃机旋转方向旋转时，使所述起动装置侧部件的所述抵接部与所述内燃机侧部件的所述止动部接触，从而除了由所述起动装置侧部件产生的所述内燃机旋转方向的旋转之外，还加上由所述弹性部件的所述作用力产生的所述内燃机旋转方向的旋转，所述起动装置侧部件与所述内燃机侧部件一体地向所述内燃机旋转方向旋转。
根据本发明的所述方案，在与起动装置连接的起动装置侧部件和与内燃机连接的内燃机侧部件之间沿旋转方向配置有相对的间隙和弹性部件，通过起动装置侧部件向与起动旋转方向相反的方向旋转，在起动装置侧部件与内燃机侧部件之间形成间隙而使弹性部件先收缩后，再通过起动装置侧部件向起动旋转方向旋转，利用弹性部件的作用力所引起的转矩，由此获得起动装置的静态转矩以上的转矩，从而能够使内燃机起动。其结果为，不使用V带和带轮，即使在冷机时，特别是在-20℃～-30℃极低温时等条件下，也能够确保将所述起动装置的旋转驱动力可靠地传递到内燃机，由此能够在冷机时可靠地启动内燃机。
附图说明
图1A是本发明的第一实施方式所涉及的内燃机起动辅助机构的全周主视图。
图1B是示出第一实施方式所涉及的内燃机起动辅助机构的配置的说明图，是图1A的主视图的45度剖视图。
图2是内燃机起动辅助机构的局部放大主视图。
图3是初始位置状态下的内燃机起动辅助机构的局部状态说明图。
图4是扭转开始状态下的内燃机起动辅助机构的局部状态说明图。
图5是从图4的状态进一步扭转的状态下的内燃机起动辅助机构的局部状态说明图。
图6是内燃机起动辅助机构的示意性的动作时序图。
图7是第一实施方式中由板簧构成的变形例的说明图。
图8A是第一实施方式中由气缸和活塞构成的变形例，是封入有压缩性流体且在拉伸状态下内压低时的说明图。
图8B是与图8A同一变形例，是封入有压缩性流体且在收缩状态下内压上升时的说明图。
图9是第一实施方式中由折叠弹簧构成的变形例的说明图。
图10是第一实施方式中由拉伸弹簧构成的变形例的说明图。
图11是示出现有的内燃机、起动机和交流发电机的关系的说明图。
具体实施方式
下面，参照附图详细说明本发明的第一实施方式。此外，在各实施方式的说明中，对相同部件或部分标注相同的附图标记，故省略重复的说明。
＜第一实施方式＞
如图1A和图1B所示，本发明的第一实施方式所涉及的内燃机起动辅助机构20使用于利用作为起动装置的一例的旋转电机16起动内燃机如发动机13的系统时，在-20℃～-30℃等极低温下所需转矩增加而难以起动的状况下，通过设置于旋转电机16与发动机13之间的旋转方向上的相对的间隙12和弹性部件3的施力，得到旋转电机16的静态转矩以上的转矩从而得以起动发动机。
作为这种内燃机起动辅助机构20的应用对象，有带旋转电机的动力传递装置。
作为带旋转电机的动力传递装置的一个例子有如下构成：将旋转电机16与离合器或变矩器等动力传递装置17组合而集成ISG(Integrated Starter Generator：可逆发电机)和起动电机所具有的功能，能够得到成本及空间的优化。在这种构成中，通过装入内燃机起动辅助机构20，即使冷机时也能够可靠地将旋转电机16的旋转驱动力传递到发动机13，从而能够在冷机时可靠地使发动机13起动。
另外，在本发明的实施方式中，在将旋转电机16组合并配置于动力传递装置17时，能够适用于由一个旋转电机16发挥交流发电机所持有的发电功能和起动电机所持有的电机起动功能这两种功能的装置，从而可以实现削减成本以及削减空间。
下面，详细说明能够适用于这种构成的内燃机起动辅助机构20。
内燃机起动辅助机构20具备：弹性部件3、内燃机侧部件2的止动部2c、以及起动装置侧部件1的抵接部1c。
起动装置侧部件1连接于起动装置例如旋转电机16，将来自起动装置的起动时的转矩传递到内燃机侧。
内燃机侧部件2是连接于内燃机例如发动机13的输出轴15且与发动机13的输出轴15一体旋转的部件。作为内燃机侧部件2的例子，比如有发动机侧的部件或作为动力传递装置17之一例的变矩器的外壳等。
作为弹性部件3的一个例子，由螺旋弹簧构成，并且至少配置有两个。从作用力的平衡观点来看，优选围绕内燃机旋转方向10的中心点对称地配置有至少两个弹性部件3。作为一个例子，如图1A所示，以90度的间隔配置有四个。弹性部件3在沿内燃机的旋转方向(例如图1A及图2等中逆时针方向)10以相互对置方式分别设置的起动装置侧部件1的凹部状的第一支承部1b和内燃机侧部件2的凹部状的第二支承部2b之间，被安装为具有向内燃机旋转方向10施加的作用力。
在内燃机侧部件2配置有止动部2c。
起动装置侧部件1的抵接部1c与内燃机侧部件2的止动部2c相比配置于内燃机旋转方向10的后侧，在起动装置侧部件1向与内燃机旋转方向10相反的方向旋转时能够在与内燃机侧部件2的止动部2c之间形成间隙12，并且在起动装置侧部件1向内燃机旋转方向10旋转时能够与内燃机侧部件2的止动部2c接触。考虑赋予内燃机侧部件2的作用力和弹性部件3收缩时的机械强度等，通过预先设计来决定间隙12的间隔尺寸。
更具体而言，为如下构成。
起动装置侧部件1从圆环形部件的第一外周框部1d朝向径向中心以一定角度间隔(例如90度间隔)鼓出多个L形第一突起部1a。各L形第一突起部1a的前端为抵接部1c。在各L形第一突起部1a的内燃机旋转方向10的后侧具有作为第一支承部的第一凹部1b，该第一凹部1b支承弹性部件3的内燃机旋转方向10的前侧端部。
内燃机侧部件2能够相对旋转地配置在起动装置侧部件1的内侧，从圆环形部件的第二外周框部2d朝向径向外侧以一定角度间隔(例如90度间隔)鼓出多个L形第二突起部2a。各L形第二突起部2a的前端的径向外周面能够在第一外周框部1d的径向内周面上滑动，能够引导第二突起部2a相对于第一外周框部1d的相对移动。在各L形第二突起部2a的内燃机旋转方向10的前侧具有作为第二支承部的第二凹部2b，支承弹性部件3的内燃机旋转方向10的后侧端部。
在与各第二突起部2a相比在内燃机旋转方向10的前侧的第二外周框部2d形成有沿径向向外突出的止动部2c。各止动部2c能够供起动装置侧部件1的抵接部1c抵接卡止，并且在卡止时，在内燃机旋转方向10上起动装置侧部件1与内燃机侧部件2一体旋转，而在与内燃机旋转方向10相反的方向上，如果克服弹性部件3的作用力，则抵接部1c离开止动部2c从而能够形成相对的间隙12。此时，抵接部1c的径向内侧面能够在第二外周框部2d的外周面上滑动，能够引导抵接部1c相对于第二外周框部2d的相对移动。
此外，优选地，起动装置侧部件1的抵接部1c和内燃机侧部件2的止动部2c也配置至少两个，从平衡的观点来看，优选地，将它们配置成相对于内燃机旋转方向10的中心点对称。
在这种构成中，以如下方式构成：起动装置侧部件1先向与内燃机旋转方向10相反的方向旋转规定角度，使各弹性部件3同时收缩而使作用力变大后，再向内燃机旋转方向10旋转时，除了由起动装置侧部件1产生的内燃机旋转方向10上的旋转之外，还加上由弹性部件3的作用力产生的内燃机旋转方向10上的旋转，使起动装置侧部件1的抵接部1c与内燃机侧部件2的止动部2c接触，起动装置侧部件1与内燃机侧部件2一体地向内燃机旋转方向10旋转。作为一个例子，考虑赋予内燃机侧部件2的作用力和弹性部件3收缩时的机械强度等，通过预先设计来决定反向旋转的角度范围。宏观上，内燃机侧部件2由于较大阻力转矩而不旋转，因此间隙12与弹性部件3的收缩角度能够大致相同。
因此，例如在发动机13的起动所耗费的转矩增大的-20℃～-30℃等极低温时等条件下，发动机13的起动装置能够发挥的静态转矩低于所述起动所耗费的转矩时，通过使用第一实施方式的构成，能够对发动机13附加动态转矩，从而能够提高发动机13的起动性能。
下面，利用图3～图5对更具体的作用进行说明。图6是概略的动作时序图。
图3～图5中的内燃机侧部件2和起动装置侧部件1相互具有凸部，也就是第一突起部1a和第二突起部2a，它们被限制为在起动装置侧部件1的内周面与内燃机侧部件2的外周面之间彼此不能沿径向移动的状态下，对于周向，与在止动部2c与抵接部1c之间能够相对形成的间隙12相应地，在一定程度的角度范围内容许相对旋转。
通过各弹性部件3的作用力和各抵接部1c与各止动部2c的抵接来限制该周向上的旋转。
如上所述，即使在冷机时等发动机13的起动所耗费的转矩增大的条件下，如图3、图4、图5的顺序所示，首先，先使起动装置向与发动机13的正转方向10相反的方向(反转方向)旋转一定角度范围(参照图6中的A)。
此时，与正转方向(内燃机旋转方向)10相同，在反转方向上也对发动机13作用有较大阻力转矩，所以从宏观上来看，内燃机侧部件2几乎不旋转。因此，通过起动装置侧部件1与内燃机侧部件2之间的相对旋转，弹性部件3被压缩而储存能量。此时，各抵接部1c在周向上离开各止动部2c，而在两者之间形成间隙12。
接着，如果起动装置从反转方向向正转方向10转动(参照图6中的B)，则起动装置侧部件1以合计转矩向正转方向10加速旋转(参照图6中的C)，该合计转矩是对起动装置所发挥的正转方向10的转矩和释放存储于弹性部件3的能量而产生的转矩进行合计的转矩。
进一步地，如果起动装置侧部件1继续向正转方向10旋转，则起动装置侧部件1的抵接部1c与停止中的内燃机侧部件2的止动部2c抵接，起动装置侧部件1的旋转急减速。此时，各抵接部1c抵接于各止动部2c，两者之间的间隙12消失，并且内燃机侧部件2与起动装置侧部件1一起开始一体旋转。
在该急减速的过程中，与起动装置侧部件一体旋转的部件的全部惯性转矩份的正转方向10的转矩作用于内燃机侧部件2。
在此，以下的关系式成立。
[数1]
[数2]
T：作用于内燃机侧部件2的转矩。
I：与起动装置侧部件1一体旋转的部件的全部惯性转矩。
起动装置侧部件1的减速度。
急减速后，在保持起动装置侧部件1的抵接部1c与内燃机侧部件2的止动部2c抵接的状态下，由起动装置自身产生的转矩向正转方向10驱动内燃机侧部件2。
这样，在第一实施方式中，与旋转电机16连接的起动装置侧部件1和与发动机13连接的内燃机侧部件2之间沿着旋转方向配置有相对的间隙12和螺旋弹簧3。并且，起动装置侧部件先向与内燃机旋转方向10相反的方向旋转规定角度而形成间隙12并使弹性部件3收缩后再向内燃机旋转方向10旋转时，使起动装置侧部件1的抵接部1c与内燃机侧部件2的止动部2c接触，从而除了由起动装置侧部件1产生的内燃机旋转方向10上的旋转以外，还加上由弹性部件3的作用力产生的内燃机旋转方向10上的旋转，起动装置侧部件1与内燃机侧部件2一体地向内燃机旋转方向10旋转。这样，通过利用螺旋弹簧3的作用力产生的转矩，得到旋转电机16的静态转矩以上的转矩，能够使发动机起动。其结果为，能够应用内燃机起动装置的动态转矩，与仅应用静态转矩的情况相比，不使用V带和带轮，即使冷机时特别是在如-20℃～-30℃等极低温下，也能够可靠地将旋转电机16的旋转驱动力传递到发动机13，从而能够可靠地使发动机13起动。
由此，能够实现起动装置的小型化，并且即使在极低温时等起动所需的转矩增大的条件下，也能够可靠地起动，因此无需如现有技术那样由于担心V带的滑动而具备ISG和起动器这两者，得到减少部件数量所带来的成本优化以及提高空间效率等优化。
此外，本发明不限于上述实施方式，能够以其他各种方式实施。例如，弹性部件3不限于螺旋弹簧，也可以是如下构成。
如图7所示，作为一个变形例，也可以在起动装置侧部件1的第一外周框部1d的内周侧具备第一内周侧支承部1e，并在内燃机侧部件2的第二外周框部2d的外周侧具备第二外周侧支承部2e，弹性部件3由在第一内周侧支承部1e与第二外周侧支承部2e之间沿径向层叠多个的板簧31构成。在该例子中，上文中的使弹性部件3收缩时表示板簧31扭转并弯曲时。在该例子中，也发挥与第一实施方式同样的作用。在该例子中，与螺旋弹簧相比，虽然扭转的角度变小，但是在设计上反而只要较小的扭转角度便可的情况下，具有能够进一步减小作为弹性部件3的占有体积的优势。
如图8A和图8B所示，弹性部件3也可以由在第一凹部1b与第二凹部2b之间得到支承的密封压缩性流体的气缸32和在气缸32内进退的活塞33构成。气缸32与活塞33之间通过密封件来实现防止流体泄漏。图8A是在封入有压缩性流体并且在拉伸状态下内压低时，图8B是在封入有压缩性流体并且在收缩状态下内压上升时，在内部封入有压缩性流体的状态。在该例子中，也发挥与第一实施方式同样的作用。另外，在该例子中能够利用压缩性流体的填充量自由改变弹性系数，具有容易进行应用设计的优势。
如图9所示，弹性部件3也可以由在第一凹部1b与第二凹部2b之间得到支承的折叠弹簧(accordion spring)34构成。在该例子中也发挥与第一实施方式同样的作用。
如图10所示，也可以由在第一凹部1b与第二凹部2b之间得到支承的拉伸弹簧35构成弹性部件3。在多个L形第二突起部2a的径向外端配置有止动部2c，在多个L形第一突起部1a的径向内端配置有抵接部1c。拉伸弹簧35在沿内燃机旋转方向(例如在图10中为逆时针方向)10以相互对置的方式分别位于后侧和前侧的起动装置侧部件1的凹部状的第一支承部1b和内燃机侧部件2的凹部状的第二支承部2b之间，被安装为具有向内燃机旋转方向10施加的作用力。在该例子中，也发挥与第一实施方式同样的作用。在该例子中，能够利用离心力来抑制弹簧部件的摩擦磨损。
另外，虽然会成为与图1A相同的图示，但是可以由圆柱状的橡胶弹性体构成弹性部件3。
此外，通过适当组合上述各种实施方式或变形例中的任意实施方式或变形例，能够起到各自具有的效果。此外，能够进行实施方式之间的组合或者实施例之间的组合或者实施方式与实施例的组合，并且也能够进行不同的实施方式或者实施例中的特征之间的组合。
本发明参照附图与优选的实施方式相关联地进行了充分记载，但是对于熟悉该技术的人而言，各种变形和修改是显而易见的。这样的变形和修改只要不脱离随附的权利要求书中的本发明的范围，就应该理解为包含在本发明中。
工业实用性
本发明所涉及的内燃机起动辅助机构不使用V带和带轮，即使冷机时特别是在如-20℃～-30℃等极低温时等条件下，也能够可靠地将所述起动装置的旋转驱动力传递到内燃机，能够在冷机时可靠地使内燃机起动，能够应用于带旋转电机的动力传递装置等，该旋转电机集成了车辆的交流发电机所具有发电功能和起动电机所具有的发动机起动功能。
【附图标记说明】
1…起动装置侧部件；1a…第一突起部；1b…第一凹部(第一支承部的一个例子)；1c…抵接部；1d…第一外周框部；1e…第一内周侧支承部；2…内燃机侧部件；2a…第二突起部；2b…第二凹部(第二支承部的一个例子)；2c…止动部；2d…第二外周框部；2e…第二外周侧支承部；3…弹性部件；10…内燃机旋转方向；12…间隙；13…发动机；14…变速器；15…输出轴；16…旋转电机；17…动力传递装置；20…内燃机起动辅助机构；31…板簧；32…气缸；33…活塞；34…折叠弹簧；35…拉伸弹簧。

Claims (7)

1.一种内燃机起动辅助机构，具备：
弹性部件，安装在起动装置侧部件的第一支承部与内燃机侧部件的第二支承部之间，具有向内燃机旋转方向施加的作用力，所述第一支承部和所述第二支承部分别沿所述内燃机旋转方向设置；
止动部，配置在与内燃机的输出轴一体旋转的所述内燃机侧部件；以及
起动装置侧部件的抵接部，与所述内燃机侧部件的所述止动部相比配置于所述内燃机旋转方向的后侧，在所述起动装置侧部件向与所述内燃机旋转方向相反的方向旋转时，所述起动装置侧部件的所述抵接部能够在与所述内燃机侧部件的所述止动部之间形成间隙，并且在所述起动装置侧部件向所述内燃机旋转方向旋转时，所述起动装置侧部件的所述抵接部能够与所述内燃机侧部件的所述止动部接触，
在所述起动装置侧部件先向与所述内燃机旋转方向相反的方向旋转规定角度而使所述弹性部件收缩后再向所述内燃机旋转方向旋转时，使所述起动装置侧部件的所述抵接部与所述内燃机侧部件的所述止动部接触，从而除了由所述起动装置侧部件产生的所述内燃机旋转方向的旋转以外，还加上由所述弹性部件的所述作用力产生的所述内燃机旋转方向的旋转，所述起动装置侧部件与所述内燃机侧部件一体地向所述内燃机旋转方向旋转。
2.根据权利要求1所述的内燃机起动辅助机构，其中，
所述弹性部件是螺旋弹簧。
3.根据权利要求1所述的内燃机起动辅助机构，其中，
所述弹性部件是板簧，使所述弹性部件收缩是指所述板簧扭转而弯曲。
4.根据权利要求1所述的内燃机起动辅助机构，其中，
所述弹性部件是圆柱状的橡胶弹性体。
5.根据权利要求1所述的内燃机起动辅助机构，其中，
所述弹性部件由密封有压缩性流体的气缸和在所述气缸内进退的活塞构成。
6.根据权利要求1所述的内燃机起动辅助机构，其中，
所述弹性部件由折叠弹簧构成。
7.一种内燃机起动辅助机构，具备：
拉伸弹簧，安装在起动装置侧部件的第一支承部与内燃机侧部件的第二支承部之间，具有向内燃机旋转方向施加的作用力，所述第一支承部和所述第二支承部分别沿所述内燃机旋转方向设置；
止动部，配置在与内燃机的输出轴一体旋转的所述内燃机侧部件；以及
起动装置侧部件的抵接部，与所述内燃机侧部件的所述止动部相比配置于所述内燃机旋转方向的后侧，在所述起动装置侧部件向与所述内燃机旋转方向相反的方向旋转时，所述起动装置侧部件的所述抵接部能够在与所述内燃机侧部件的所述止动部之间形成间隙，并且在所述起动装置侧部件向所述内燃机旋转方向旋转时，所述起动装置侧部件的所述抵接部能够与所述内燃机侧部件的所述止动部接触，
在所述起动装置侧部件先向与所述内燃机旋转方向相反的方向旋转规定角度而使所述拉伸弹簧拉伸后再向所述内燃机旋转方向旋转时，使所述起动装置侧部件的所述抵接部与所述内燃机侧部件的所述止动部接触，从而除了由所述起动装置侧部件产生的所述内燃机旋转方向的旋转以外，还加上由所述拉伸弹簧的所述作用力产生的所述内燃机旋转方向的旋转，所述起动装置侧部件与所述内燃机侧部件一体地向所述内燃机旋转方向旋转。
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