CN1363016A - 启动机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于内燃机(VM)的启动机(S),在这里,启动机(S)具有一个传动装置(GT)。建议传动装置(GT)至少具有一个第一传动装置传动比(i1)和一个第二传动装置传动比(i2),第二传动装置传动比低于第一传动装置传动比(i1),至少在启动过程的第一个启动阶段期间使用第一传动装置传动比(i1),至少从超过一个预定的环境温度起、在时间上位于第一个启动阶段之后的第二个启动阶段期间使用第二传动装置传动比(i2)。
Description
本发明涉及具有权利要求1前序部分所述特征的内燃机启动机。
背景技术
这些种类的启动机已被公开。比如说，这种启动机的传动装置可以由一个将启动继电器的滑移运动和电启动电机的旋转运动以合适的方式传递到小齿轮上的接合传动装置构成。
用于内燃机启动的电机可以是直流电机、交流电机和三相交流电机。直流串激电机特别适合于作为启动电机，因为它发展了用于克服启动阻力和用于曲柄连杆机构质量加速所需要的高起始转矩。
启动机的转矩主要通过一个小齿轮和一个齿圈传递到内燃机曲轴的飞轮上。但是在各个情况下，也可以选用三角皮带、齿形带、链、传动装置或者直接传递到曲轴上。由于在启动机齿轮和发动机飞轮的齿圈之间有大的传动比，小齿轮启动机可以被这样设计，在低转速时转矩高。
与专门使用的启动机类型无关，在启动过程中废气排放量是比较高的，因为在低于内燃机怠速转速下的燃烧过程不是最佳的。
为了解决这个问题已经知道，将内燃机在启动过程中加速到接近内燃机怠速转速中的转速。为此所需要的启动转矩和转速只可以通过高启动消耗功率来达到，因为特性曲线不仅必须与启动过程开始时的高启动转矩重叠，而且也必须与用来支持加速的高转速重叠。为了利用这个启动转矩和转速，已经建议将两个通常的启动机(一个装有中间轴，一个没有中间轴)这样叠加在一起，使得不仅覆盖高转矩，而且覆盖高转速。在这里的缺点是，为了避免汽车电路中两个短路电流的叠加，两个启动机的硬件费用高并且需要附加的控制费用。
本发明的优点
传动装置具有至少一个第一传动装置传动比和一个第二传动装置传动比，第二传动装置传动比低于第一传动装置传动比，至少在启动过程的第一个启动阶段期间使用第一传动装置传动比，至少从超过一个预定的环境温度起、在时间上位于第一个启动阶段之后的第二个启动阶段期间使用第二传动装置传动比，这样，在燃油喷入汽缸和点火之前，可以用唯一的一个启动机将内燃机提高到接近内燃机怠速转速的转速。
因为实际上在低于怠速转速时没有燃烧，所以按照本发明的启动机可以明显降低在启动过程中产生的废气排放量，同两个启动机的解决方案相比，费用很小。
不过，在极低的、低于预定环境温度的环境温度中、比如说低于-10℃时，只用第一传动装置传动比运行启动机是有利的，因为总共需要明显更高的驱动力矩。
然而，下面假如是超过给定环境温度这种情况，也就是说，使用第二传动装置传动比。
按照本发明的在启动过程期间转换传动比的解决方案，明显降低启动消耗功率也是可行的，因为在启动过程期间功率通过传动比变化被匹配。
有利的是，第一个启动阶段随着启动过程开始而开始。在这种情况下，由于高起始传动比，以良好加速和高转矩进行第一个压缩行程。通过此可以克服在启动过程开始时另外由气体弹簧转矩和附加的内燃机损失转矩产生的较高负荷力矩，在这里，通过较高的惯性矩产生了附加的平稳效果。
如果第一个启动阶段之后紧接着是传动比较低的第二个启动阶段，在转换到这个较低传动比时，由于然后总惯性变小，使曲轴顺利地继续加速到相应于下降传动比提高的稳定曲轴转速。
在转换到低传动比时，通过制动启动机旋转质量首先产生了一个转矩冲击(Drehmomentschub)，由于然后总惯性变小，紧接着进行所提到的曲轴顺利继续加速到相应于下降传动比提高的稳定曲轴转速。
总的来说，采用这种方式达到了完全支持加速。根据设计的传动装置传动比，在较高转速时与传统启动机对比，传递到曲轴上的驱动力矩可以例如多于加倍。与采用较低传动装置传动比的驱动装置相比，在压缩阶段中的转速扰动大大降低。通过此，按照本发明的启动机可以在大的启动温度范围内使用，在经常出现的启动温度范围之内达到了明显更高的启动动力学特性。
从第一传动装置传动比到第二传动装置传动比的转换最好是受控或者受调节地进行的。
在这个关系中设想，从第一传动装置传动比到第二传动装置传动比的转换根据内燃机特殊特性在时间上控制进行。
另外，从第一传动装置传动比到第二传动装置传动比的转换根据转速进行。
在这种情况下，如果从第一传动装置传动比到第二传动装置传动比的转换在这样的转速时进行，在该转速时用于第一传动装置传动比和第二传动装置传动比的曲轴转矩至少近似一样大，是特别有利的。
从第一传动装置传动比到第二传动装置传动比的转换也可以在传动装置上传递的转矩变负进行时，也就是说，在传动装置上传动力矩从内燃机传递到启动机上时进行。在这种情况下，会涉及到一个自控。
比如说，可以通过一个行星齿轮传动装置进行从第一传动装置传动比到第二传动装置传动比的转换。在这种情况下，行星齿轮传动装置可以在太阳轮上输入和在行星齿轮架(Planetentraeger)上输出。行星齿轮传动装置的空心轮可以在第一传动装置传动比时被固定和在第二传动装置传动比时通过一个离合器与太阳轮侧连接。为了说明第二传动装置传动比，同样可以设想在空心轮和行星齿轮架之间或者行星齿轮架和太阳轮之间安装一个离合器。
另外，按照本发明的启动机可以以启动发电机的形式存在，它可以在内燃机运行期间与曲轴保持连接并且向汽车电路供电。
对于启动过程中断这种情况，在内燃机启动之前可以预定，自动转换到第一传动装置传动比，只要它在启动过程中断时刻本来没有被使用。
附图说明
下面借助于附图详细地介绍了本发明。
图中示出：
图1为本发明一个实施形式的示意性方框图，
图2为传递到曲轴上的转矩、曲轴转速和功率的曲线，其中，第一传动装置传动比等于9，第二传动装置传动比等于3，
图3为与时间有关的在启动过程中出现的转速变化，在只使用等于9的第一传动装置传动比时，在只使用等于3的第二传动装置传动比时，和在按照本发明从所述的第一传动装置传动比转换到所述的第二传动装置传动比时。
具体实施方式
在图1示出的本发明实施例的方框图中，启动机用S标明，所属的传动装置用GT标明。启动电机的输出轴可与传动装置GT传递力地连接，传动装置又与内燃机VM传递力地连接，比如说通过传动装置GT的一个接合传动装置部分。
传动装置GT具有一个控制输入端ST，可以向控制输入端施加一个控制信号，它可以起动进行从第一传动装置传动比i1到第二传动装置传动比i2或者反过来从第二传动装置传动比i2到第一传动装置传动比i1的转换，在这里，当然同样可以设想，设置两个以上的传动装置传动比。
启动机S只具有唯一的一个可以从第一传动装置传动比i1转换到第二传动装置传动比i2的电机，如上面提到的那样，定时控制和/或者根据转速或者以任何一种其它的合适方式进行控制或者调节。
虽然与已知的启动机相比没有改善排气特性，但是可以设想，在低于预定的环境温度下只使用第一传动装置传动比i1，以便产生在极低环境温度下所需要的高驱动转矩。在这种情况下，施加给控制输入端ST的控制信号会另外取决于环境温度。
然而，只使用一个传动装置传动比的运行方式只是本发明要包括的一个特殊情况。
较高的第一传动装置传动比i1主要是根据冷启动极限温度最佳化的。较低的第二传动装置传动比i2主要是在较高曲轴转速时根据发电机传动比和在启动时根据辅助加速或者根据加速到位于内燃机VM怠速转速范围的转速最佳化的。在这里，主要是对于高于20℃的环境温度范围进行最佳化。
在图2中，单位为Nm的曲轴转矩在左面的垂直坐标11上，单位为W的功率在右面的垂直坐标12上，单位为1/min的曲轴转速在水平坐标10上。
图2示出了传递到曲轴上的转矩、曲轴转速和功率的曲线，其中，第一传动装置传动比i1＝9和第二传动装置传动比i2＝3。
在图2示出的情况中，从第一传动装置传动比i1到第二传动装置传动比i2的转换根据转速在这样的转速下进行，在该转速时，用第一传动装置传动比i1所达到的转矩等于在这个曲轴转速时用第二传动装置传动比i2所达到的转矩或者被它超过时。
在图2示出的情况下，在曲轴转速大约为每分钟215转时从第一传动装置传动比i1＝9转换到第二传动装置传动比i2＝3。
在同样在图2示出的功率特性曲线Pi1和Pi2中可读到，在每分钟200和500转之间的转速范围内功率大约被加倍。
在图3中，在垂直坐标13上单位为1/min的转速，在水平坐标14上是单位为sec的时间。
图3示出了在只使用第一传动装置传动比i1＝9时、在只使用第二传动装置传动比i2＝3时和在按照本发明从所述的第一传动装置传动比转换到第二传动装置传动比i＝9/3时启动过程中出现的转速变化与时间的关系。
在图2示出的曲线变化适用于V6-内燃机的启动过程，也就是说，适用于具有6个缸的内燃机VM，其中每三个排成一排，两排相互呈V-形配置。另外，图2示出的曲线适用于20℃的环境温度。
从曲线变化中得知，在只使用第一传动装置传动比i1＝9的情况下，对于所选择的启动条件，只达到了平均动力学特性(Dynamik)和大约每分钟280转的有限稳定转速。
与此相反，在只使用第二传动装置传动比i2＝3的情况下，达到了大约每分钟400转的高稳定转速。在这个传动装置传动比i2时，不过只达到一个适中的起始加速度。
另外，启动过程在第一个压缩范围内很不可靠，在图中第一个压缩大约在0.18秒时进行，因为在这个时刻转速只还是大约每分钟60转。在这种情况下，具有较高牵引转矩(Schleppmoment)的内燃机VM似乎是已经不再能、至少不再能可靠地启动。
用i＝9/3标明的曲线表明了采用本发明启动机的启动过程。
已经认识到，通过从在第一个启动阶段期间使用的第一传动装置传动比i1＝9转换到在第二个启动阶段使用的第二传动装置传动比i2＝3，总的来说达到了最高的启动动力学特性。不仅起始转矩而且稳定转速都分别是最佳的。
虽然已经借助于一个实施例说明了本发明，在这个实施例中，传动装置具有两个传动装置传动比，但是，本发明决不仅限于这些数量的传动装置传动比。根据内燃机VM的构造，也可以使用两个以上的传动装置传动比。
传动装置传动比之间的变换可以根据其他环境条件或者发动机参数这样进行，即，不是在所有情况下都使用所有现有的传动装置传动比。
特别是，如果启动机S是一个启动发电机的话，可以对于发电机运行设置一个合适的传动装置传动比。
Claims (13)
1.用于内燃机(VM)的启动机(S)，其中，启动机(S)具有一个传动装置(GT)，
其特征为，
传动装置(GT)具有至少一个第一传动装置传动比(i1)和一个第二传动装置传动比(i2)，第二传动装置传动比低于第一传动装置传动比(i1)，至少在启动过程的第一启动阶段期间使用第一传动装置传动比(i1)，至少从超过一个预定的环境温度起、在时间上位于第一个启动阶段之后的第二个启动阶段期间使用第二传动装置传动比(i2)。
2.按照权利要求1所述的启动机(S)，
其特征为，
第一个启动阶段随着启动过程开始而开始。
3.按照前面权利要求之一所述的启动机(S)，
其特征为，
第二个启动阶段接着第一个启动阶段。
4.按照前面权利要求之一所述的启动机(S)，
其特征为，
从第一传动装置传动比(i1)到第二传动装置传动比(i2)的转换受控或者受调节地进行。
5.按照前面权利要求之一所述的启动机(S)，
其特征为，
从第一传动装置传动比(i1)到第二传动装置传动比(i2)的转换在时间上控制地进行。
6.按照前面权利要求之一所述的启动机(S)，
其特征为，
从第一传动装置传动比(i1)到第二传动装置传动比(i2)的转换根据转速进行。
7.按照前面权利要求之一所述的启动机(S)，
其特征为，
从第一传动装置传动比(i1)到第二传动装置传动比(i2)的转换在这样的转速时进行，在该转速时用于第一传动装置传动比(i1)和第二传动装置传动比(i2)的曲轴转矩至少接近一样大。
8.按照前面权利要求之一所述的启动机(S)，
其特征为，
当在传动装置(GT)上传递的转矩变负时，进行从第一传动装置传动比(i1)到第二传动装置传动比(i2)的转换。
9.按照前面权利要求之一所述的启动机(S)，
其特征为，
从第一传动装置传动比(i1)到第二传动装置传动比(i2)的转换通过一个行星齿轮传动装置进行。
10.按照前面权利要求之一所述的启动机(S)，
其特征为，
行星齿轮传动装置的输入在太阳轮上，输出在行星齿轮架上。
11.按照前面权利要求之一所述的启动机(S)，
其特征为，
行星齿轮传动装置的空心轮在第一传动装置传动比(i1)时被固定，行星齿轮传动装置的空心轮在第二传动装置传动比(i2)时通过一个离合器与太阳轮侧连接。
12.按照前面权利要求之一所述的启动机(S)，
其特征为，
涉及到一个启动发电机。
13.按照前面权利要求之一所述的启动机(S)，
其特征为，
在启动过程中断时，则自动转换到第一传动装置传动比(i1)，只要它在中断时刻本来没有被使用。
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