CN114439664B - 预接合小齿轮起动器的控制 - Google Patents

Abstract

机动车辆的预接合活塞式起动系统包括具有飞轮的发动机，该飞轮通过发动机轴连接至发动机以起动发动机。起动马达向起动齿轮提供旋转能量。小齿轮将起动齿轮的旋转能量传递到飞轮。将电磁线圈通电以将小齿轮移动到飞轮和起动齿轮之间的接合位置。当发动机速度降到限定为约250rpm的标定阈值速度之下时，进入自动停止模式。计算出的小齿轮预接合发动机速度在发动机速度降低到标定阈值速度之下时，允许小齿轮的接合。

Description

预接合小齿轮起动器的控制

技术领域

本公开涉及在包括发动机自动停止和发动机快速起动操作的发动机起动期间的机动车辆起动马达的齿轮啮合。

背景技术

为了改善发动机排放和燃料经济性，一些机动车辆配备了发动机自动停止功能。发动机自动停止功能可识别机动车辆何时临时停止，例如在停车标志、停车灯、高峰时段交通等等。在这些临时停止情况期间，将发动机停止并将给发动机的燃料供应停止。一旦接收到比如驾驶员从制动踏板上释放压力之类的驱动命令时，发动机会接收到快速起动信号，该快速起动信号会启动燃料供应并启动起动马达的运行。在每次起动之前，需要将具有起动马达的电起动系统与发动机接合。电磁线圈装置可用于使小齿轮预接合至飞轮，以减少旋转发动机之前的起动时间和噪音。但是，电磁线圈装置在预接合期间会持续消耗能量。

在起动马达的小齿轮接合飞轮的齿轮以重新起动发动机之前，可能会发生40毫秒至50毫秒的时间延迟，这可能会给车辆驾驶员带来不利影响。同样，当发动机速度朝着发动机停止方向下降时，如果在驾驶员选择释放刹车压力的过程中产生转换信号，通常表示发动机重新起动，由于发动机真空或温度条件，低于约200rpm的发动机速度可能无法快速起动发动机。在此期间，强迫起动小齿轮与飞轮齿轮接合可能会导致轮齿对碰，从而导致齿轮噪音并损害轮齿。

因此，尽管当前的起动马达和小齿轮操作在自动停止操作期间达到其预期目的，仍需要一种新的和改进的预接合活塞式起动系统和用于操作预接合起动系统的方法。

发明内容

根据多个方面，一种机动车辆的预接合活塞式起动系统，其包括向起动齿轮提供旋转能量的一个起动马达。小齿轮与飞轮可释放地接合，小齿轮将起动齿轮的旋转能量传递到飞轮。提供了自动停止模式，其中发动机速度降低到标定阈值速度之下。计算出的小齿轮预接合发动机转速，在发动机速度降低到标定阈值速度之下后，允许小齿轮的接合。

在本公开的另一方面，一种发动机具有飞轮，通过发动机轴连接至发动机以起动发动机。将电磁线圈通电，以将小齿轮移动到飞轮和起动齿轮之间的接合位置。

在本公开的另一方面，当发动机速度降低到标定阈值速度之下时，将电起动系统通电以使电磁线圈通电，以将小齿轮移动到接合位置。

在本公开的另一方面，控制器与电起动系统通信，以电动地并且自动地给电磁线圈通电。

在本公开的另一方面，控制信号限定由控制器产生并发送至电磁线圈的转变信号，转变信号限定驾驶员从制动踏板上释放压力。

在本公开的另一方面，小齿轮预接合发动机速度基于飞轮上的齿数(N)。

在本公开的另一方面，小齿轮预接合发动机速度还基于在限定Δt的预估接合时间期间经过的飞轮的齿数(n)。

在本公开的另一方面，在电磁线圈致动之后允许约20毫秒至40毫秒的延迟时间，直到起动马达启动，以允许小齿轮啮合。

在本公开的另一方面，在发动机起动之后，将电磁线圈断电，并且偏置构件提供撤回力以将小齿轮缩回至分离位置。

在本公开的另一方面，电磁线圈轴连接电磁线圈至小齿轮；并且在当通过小齿轮的小齿轮轮齿接合时，飞轮的轮齿提供飞轮的机械旋转。

根据几个方面，一种机动车辆的预接合活塞式起动系统，其包括具有飞轮的发动机，该飞轮通过发动机轴连接至发动机以起动发动机。起动马达向起动齿轮提供旋转能量。小齿轮将起动齿轮的旋转能量传递到飞轮。将电磁线圈通电，以将小齿轮移动至飞轮和起动齿轮之间的接合位置。当发动机速度降至限定约250rpm的标定阈值速度之下时，进入自动停止模式。当低于标定阈值速度时，计算出的小齿轮预接合发动机速度允许小齿轮与飞轮的接合。

在本公开的另一方面，当发动机速度降低到标定阈值速度之下时，将电起动系统通电以使电磁线圈通电，以将小齿轮移置到接合位置。

在本公开的另一方面，将控制器与电起动系统通信，并且自动地将电磁线圈通电。转变信号由控制器产生并发送到电磁线圈，该转变信号限定驾驶员从制动踏板上释放压力，从而请求自动起动操作。

在本公开的另一方面，发动机停止速度由控制器监控并且覆盖一个发动机速度范围，并且初始地限定发动机操作速度，将发动机停止速度与限定小齿轮预接合发动机速度的预定接合标准相比较。

在本公开的另一方面，小齿轮预接合发动机速度基于飞轮上的齿数(N)；并且小齿轮预接合发动机速度还基于在预估接合时间经过的飞轮的齿数(n)。

在本公开的另一方面，当机动车辆发动机正在停止并且对发动机的燃料供应正在被切断时，进一步限定自动停止模式。

在本公开的另一方面，在自动停止模式期间，从电磁线圈致动之后的总自动起动时间中消除了大约20毫秒至30毫秒的时间段。

根据多个方面，一种用于操作机动车辆的预接合活塞式启起器系统的方法，包括：确定机动车辆发动机是否正在停止以及对发动机的燃料供应是否正在被切断；查询限定发动机自动停止事件的预定情况是否存在；监测发动机停止速度；将发动机停止速度与预定接合标准进行比较；当发动机停止速度满足预定接合标准时，产生标准MET信号；并且发送小齿轮接合命令以将能量引导至起动马达，从而启动电磁线圈的致动和小齿轮的接合，来为发动机的自动起动做准备。

在本公开的另一方面，该方法包括将电磁线圈的致动和小齿轮的接合限制为当发动机停止为临时之时，此时限定为在预定时间段内发生发动机重新起动。

在本公开的另一方面，该方法包括在钥匙曲柄起动期间、以钥匙关闭之后、以及在变速器处于驻车位置的任何发动机关闭期间，阻止电磁线圈的致动和小齿轮的接合。

根据本文提供的描述，其它应用将变得显而易见。应该理解的是，描述和具体示例仅旨在用于说明的目的，并不旨在限制本公开的范围。

附图说明

本文描述的附图仅出于说明的目的，而无意以任何方式限制本公开的范围。

图1是根据示例性方面的用于操作预接合起动系统的预接合活塞式系统和方法的示意图；

图2是用于操作图1中系统的指示操作系统参数的曲线图；和

图3是展示操作图1中系统的步骤的流程图。

具体实施方式

以下描述本质上仅是示例性的，并且无意于限制本公开、应用或用途。

参考图1，预接合活塞式起动系统和用于操作用于机动车辆的预接合起动系统10的方法包括发动机12，该发动机12具有用于起动发动机12的飞轮14或挠性板，其通过发动机轴16连接至发动机12。飞轮14的轮齿18提供了飞轮14的机械旋转。起动马达20通过起动马达轴24将旋转能量提供给起动齿轮22。小齿轮26将起动齿轮22的旋转能量传递到飞轮14的轮齿18。在发动机12的正常运行期间，小齿轮26位于分离位置28。在发动机起动期间，通过将电磁线圈34通电，小齿轮26沿位移方向32移动至飞轮14和起动齿轮22之间的接合位置30(以虚线显示)。将小齿轮26通过电磁线圈轴36连接到电磁线圈34，并通过电磁线圈轴36的平移而移位。

电磁线圈34的操作消耗大约20安培至40安培，以使小齿轮26从分离位置28移位到接合位置30。此后施加大约3至4安培的保持力以将小齿轮26保持在接合位置30。在电磁线圈34致动之后，允许约20毫秒至40毫秒的延迟时间，直到起动马达20启动，以确保小齿轮26完全接合。发动机起动后，将电磁线圈34断电，且偏置元件38提供了一个撤回力，以使小齿轮26沿与位移方向32相反的方向缩回到分离位置28。

当发动机12的速度降低时，比如在发动机12的燃料节约自动停止事件开始之后，响应于从控制器42发送到电磁线圈34的控制信号，电起动系统40可被电动地和自动地通电，以使用减小的安培数选择性地将小齿轮26移位到接合位置30或将小齿轮26保持在接合位置30，以允许将起动马达的转矩传递至飞轮14，且保持减小的安培数，直到自动起动启动或随后的以钥匙断开被选择。

具体地，当发动机12处于自动停止模式，且发动机转速低于标定阈值速度并达到零速度之前，控制器42执行实施系统和方法10的逻辑，作为小齿轮预接合方案的一部分。为了将小齿轮26保持在接合位置30，可以将闩锁机构44通电并设置在闩锁位置，该闩锁机构将电磁线圈34保持在预接合位置，其中小齿轮26在接合位置30与飞轮14接合，因此，对于发动机12而言，直到使用起动马达20强制重启的发动机12操作完成为止。

在闩锁机构44处于闩锁位置之后，控制器42可以将提供给电磁线圈34的电流的水平减小到约2-4安培。在这种减小的电流状态下，在不增加电力供应的情况下，如本文所述，门锁机构44将电磁线圈34机械地保持在预接合位置。

在首先确认自动停止模式情况下，那么可以执行自动起动操作。在自动停止之后，监测发动机速度，并且当发动机速度降低到标定阈值速度之下时，将电磁线圈34通电以使用约3-4安培的电磁线圈功率，以将小齿轮26保持在接合位置30。以这种方式，在预接合位置的电磁线圈34，使用电磁线圈34的最小功率，与小齿轮26接合，该小齿轮26与飞轮14(例如，通过花键或轮齿18)啮合地接合。

小齿轮26和飞轮14之间的齿轮啮合，使用精确的计算来减轻齿对碰以及减轻齿接合过早，这些情况会损害小齿轮。为了计算小齿轮预接合发动机速度S，在没有轮齿对碰的情况下允许小齿轮26的接合，小齿轮预接合发动机速度S部分地基于挠性板或飞轮14上的齿数(N)，以及在限定Δt的预估接合时间期间通过的齿数(n)。

对于在小齿轮接合之前移动的小齿齿数(n)，可使用以下公式1计算小齿轮预接合发动机速度S：

公式1：

例如，使用2个飞轮齿的齿数(n)，经过30毫秒的预估接合时间Δt，并且飞轮14或挠性板上的齿数为47(N)，则小齿轮预接合发动机速度S为转速85rpm。

参考图2并回到图1，曲线图46以每分钟转数(rpm)对时间(秒)的形式指示了发动机速度48。发动机停止速度52朝零减小到低于转速400。当发动机停止速度达到限定速度阈值54的约250rpm至200rpm范围之间的速度时，可以启动预接合活塞式起动系统和用于操作预接合起动系统10的方法，启动定位小齿轮26用于接合。启动小齿轮请求56，并在一段时间内监视加速器踏板请求位置58和车辆速度，直到接收到发动机开启请求62。

参考图3并且回到图1和图2，方法步骤流程图64指示了用于操作本公开的预接合活塞式起动系统的步骤以及用于操作本公开的预接合起动系统10的方法，该方法包括启动步骤66，其中确定发动机12是否正在停止，并且给发动机12的燃料供应是否正在被切断。在启动步骤66之后，执行查询步骤68以识别情况是否确保发动机自动停止。如果未启动发动机自动停止，将生成NO信号70，该NO信号70在隔离步骤72中将能量与起动马达20隔离开，从而减轻电磁线圈34的致动和小齿轮26的接合。

在查询步骤68期间，如果识别出确保发动机自动停止的情况，则生成YES信号74，并且程序前进到监视步骤76。在监视步骤76期间，在发动机运行速度的一定范围内，监视发动机停止速度52，其最初是发动机运行速度。在监视步骤76期间，将比较步骤78中的发动机停止速度52与使用上述等式1计算出的限定小齿轮预接合发动机速度S的预定接合标准进行比较。如果发动机停止速度52不满足预定接合标准，则产生不满足标准信号80，该信号使程序返回到监视步骤76。

如果在监视步骤76期间，发动机停止速度52满足限定小齿轮预接合发动机速度S的预定接合标准，则产生标准MET信号82。一旦产生标准MET信号82，即产生小齿轮接合命令84，该小齿轮接合命令84将能量引导至起动马达20，从而启动电磁线圈34的致动和小齿轮26的接合，来为发动机12的自动启动做准备。

按以下步骤执行电致动小齿轮的接合。如果发动机停止是暂时的，并且发动机12将在预定时间段内重新起动，应用预接合。在驱动操作期间或在涉及发动机快速起动的混合动力操作期间，激活电致动小齿轮的接合。

在以下情况下，将不会执行电致动小齿轮的接合。在钥匙曲柄起动、随后的以钥匙关闭期间以及在变速箱驻车时发生的任何发动机关闭期间均不会执行电致动小齿轮的接合。

带机械闩锁的电致动小齿轮。由于闩锁也可以在没有电流的情况下使小齿轮26保持接合，因此即使在以钥匙断开之后也可以保持小齿轮26接合。在发动机关闭(包括以钥匙断开)期间，所有的情况都可预接合。

本公开的预接合活塞式起动系统和用于操作预接合起动系统10的方法具有多个优点。这些包括在发动机停止事件期间控制起动小齿轮接合的定时，以提供平稳和安静的接合的系统和方法。本系统和方法还改善了发动机自动起动的总响应时间。

本公开的描述本质上仅是示例性的，并且不脱离本公开的主旨的变型旨在落入本公开的范围内。这样的变化不应被视为背离本公开的精神和范围。

Claims (8)

1.一种机动车辆的预接合活塞式起动系统，包括：

起动马达，其向起动齿轮提供旋转能量；

小齿轮，其可释放地与飞轮接合，所述小齿轮将所述旋转能量从所述起动齿轮传递到所述飞轮；

自动停止模式，其中发动机速度降低到标定阈值速度之下；和

计算出的小齿轮预接合发动机速度，其在所述发动机速度降低到标定阈值速度之下并且所述发动机速度等于所述计算出的小齿轮预接合发动机速度时，允许所述小齿轮的接合，其中所述计算出的小齿轮预接合发动机速度（S）使用以下计算：

；

其中N表示所述飞轮上的齿数，n表示在限定Δt的预估接合时间期间经过的所述飞轮的齿数。

2. 根据权利要求1所述的预接合活塞式起动系统，还包括：

发动机，其具有启动所述发动机的所述飞轮，所述飞轮通过发动机轴连接到所述发动机；和

电磁线圈，其被通电以将所述小齿轮移动到所述飞轮和所述起动齿轮之间的接合位置。

3.根据权利要求2所述的预接合活塞式起动系统，还包括，

电起动系统，当所述发动机速度降低到标定阈值速度之下时，将所述电起动系统通电以使所述电磁线圈通电，以将所述小齿轮移置到所述接合位置。

4.根据权利要求3所述的预接合活塞式起动系统，还包括控制器，所述控制器与所述电起动系统通信，以电动地并且自动地给所述电磁线圈通电。

5.根据权利要求4所述的预接合活塞式起动系统，还包括控制信号，所述控制信号限定由所述控制器产生并发送至所述电磁线圈的转变信号，所述转变信号限定驾驶员从制动踏板上释放压力。

6.根据权利要求2所述的预接合活塞式起动系统，还包括在所述电磁线圈致动之后允许约20毫秒至40毫秒的延迟时间，直到启动所述起动马达，以允许所述小齿轮的接合。

7. 根据权利要求2所述的预接合活塞式起动系统，其中，在发动机起动之后，将所述电磁线圈断电，并且偏置构件提供撤回力以将所述小齿轮缩回至分离位置。

8. 根据权利要求2所述的预接合活塞式起动系统，包括

电磁线圈轴，所述电磁线圈轴将所述电磁线圈连接至所述小齿轮；和

飞轮的轮齿，所述飞轮的轮齿在当所述小齿轮的小齿轮轮齿接合时提供所述飞轮的机械旋转。