CN1869432B - 自动发动机停止系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种装配有离心式离合器的发动机启动机。该离合器包括由启动机马达扭矩驱动旋转的离合器内部、总是与发动机曲轴连接的离合器外部和设置成贴靠着离合器外部速度的滚子。将利用离心力推动滚子远离离合器内部、在它们之间产生油膜的离合器外部的速度，设定为高于启动机马达在空载条件下旋转时离合器内部和外部的速度。这样，在例如发动机已停机、再次接通启动机马达时，就可以实现滚子和离合器内部之间的直接接触或者通过油膜实现它们之间的间接接触，由此提高离心式离合器的使用寿命和发动机启动机的可靠性。

Description

自动发动机停止系统

技术领域

本发明通常涉及一种装备有离心式离合器的发动机启动机的改进结构，其中离心式离合器用于从启动机马达向机动车辆的内燃机传递扭矩，更准确地讲是涉及这样一种在接合时使离心式离合器上不希望的机械碰撞最小化的发动机启动机。

背景技术

图5表示发动机启动机150的一个典型示例，其中发动机启动机装备有总是通过皮带120与发动机100的曲轴皮带轮110连接的启动机皮带轮130。启动机皮带轮130具有装于其内的离心式离合器。

如图6所示，离心式离合器由一外部140、一内部160和置于外部140和内部160之间的滚子170构成。外部140与启动机皮带轮130整体形成。内部160由启动机马达150驱动。当内部160由启动机马达150旋转时，该内部会使滚子锁紧在外部140和内部160之间，在其间建立一个连接，用于从内部160通过滚子170向外部140传递由启动机马达150输出的扭矩。

当滚子170由离心力推动远离内部160的外周边表面以完全脱开离心式离合器时，通过皮带120与曲轴皮带轮110连接的外部140一直由发动机100旋转。因此，离心式离合器存在下述缺点：在离心式离合器脱开且发动机100停转或当发动机100一旦停止后沿反方向旋转时，需要重新启动发动机100。

当离心式离合器脱开，即当滚子170完全离开内部160时，需要重新启动启动机马达150，该启动会产生大规模的机械碰撞，该碰撞是在离合器接合时由滚子170(即，外部140)和内部160之间的速度差作用在离合器上产生的，因此，滚子170与内部160产生的金属对金属的接触，将外部140和内部160连接在一起。这样，在重新启动发动机100当中会导致不稳定性和降低离心式离合器的使用寿命。

发明内容

因此，本发明的主要目的是克服现有技术中的缺点。

本发明的另一个目的是提供一种能使离心式离合器上的不良机械碰撞减到最小的发动机启动机，以提高离合器的使用寿命和/或保证发动机启动的稳定性。

根据本发明的一个方面，提供一种用于启动汽车发动机的发动机启动机。该发动机启动机包括：(a)一产生扭矩的启动机马达；和(b)一离心式离合器，该离合器是将启动机马达产生的扭矩传递给启动发动机的发动机曲轴。该离心式离合器包括一由启动器马达的扭矩旋转的离合器内部、一总是与发动机曲轴连接的离合器外部，以及设置成贴靠着凸轮腔内的离合器外部的内周边表面的滚子，其中凸轮腔限定于离合器外部的内周边表面和离合器内部的外周边表面之间。离心式离合器设计为在第一、第二和第三种操作模式下工作。在致动启动机马达使离合器内部旋转时进入第一种操作模式，由此将滚子锁紧在离合器外部和离合器内部之间，在离合器外部和离合器内部之间建立起一个机械连接。在由离合器外部速度增量产生的离心力推动滚子远离离合器内部的外周边表面时进入第二种操作模式，在每个滚子和离合器内部的外周边表面之间产生一层油膜。在由超出第二种操作模式的离合器外部速度的更大增量产生的离心力推动滚子远离离合器内部的外周边表面时进入第三种操作模式，在每个滚子和内部的外周边表面之间产生一气缝。如果将使离心式离合器从第二操作模式进入第三操作模式的离合器外部的速度定义为第二到第三模式转换速度，且将启动机马达在空载条件下旋转时离合器内部和外部的速度定义为空载速度，它们满足第二到第三模式转换速度＞空载速度的关系。

在发动机因为某些原因停转或者一旦发动机停止后沿反向旋转、需要重新启动该发动机时，能够再次接通启动机马达、转动曲柄以启动发动机，而不会在离心式离合器上产生不良机械碰撞。特别是，在这种情况下致动启动机马达时，离合器内部的速度会从一个低于空载速度的数值增大。如上所述，空载速度低于第二到第三模式转换速度，因此，当按照上述情况接通启动机马达时，可以实现滚子和离合器内部之间的直接接触或者通过其间油膜实现间接接触。其结果是提高了离心式离合器的使用寿命和发动机启动机的可靠性。

在本发明的优选模式中，如果把滚子与离合器内部的金属-与-金属接触因离合器外部的速度增量消失时进入第二操作模式的离合器外部的速度定义为进入第二模式速度，其满足关系：怠速速度＞进入第二模式速度＞启动速度，其中怠速速度是当发动机怠速时离合器外部的速度，启动速度是发动机被启动时离合器外部的速度。

特别是，在进入第二操作模式时离合器外部的速度高于启动速度，这样能够保证在发动机启动中滚子和内部之间的金属-与-金属之间的接触，其中在第二操作模式中，由离合器外部的速度增量产生的离心力推动滚子远离离合器内部的外周边表面，在每个滚子和离合器内部的外周边表面之间产生油膜。另外，怠速速度高于进入第二模式速度，因而能使滚子在发动机怠速当中在离合器内部上滑动，而没有金属对金属的接触，这样可以使滚子的磨损减到最小。

根据本发明的第二方面，提供一种自动发动机停止系统，其工作是在满足给定发动机停止条件时使发动机停止。该系统包括：(a)一产生扭矩的启动机马达；和(b)将启动机马达产生的扭矩传递给用于启动发动机的发动机曲轴的离心式离合器，该离心式离合器包括由启动机马达的扭矩旋转的离合器内部、总是与发动机曲轴连接的离合器外部，和设置为贴靠着凸轮腔内离合器外部的内周边表面的滚子，其中凸轮腔限定在离合器外部的内周边表面和离合器内部的外周边表面之间。该离心式离合器设计为在第一、第二和第三操作模式下工作。在致动启动机马达使离合器内部旋转时进入第一种操作模式，此时滚子锁紧在离合器外部和离合器内部之间，在离合器外部和离合器内部之间建立起一个机械连接。在由离合器外部的速度增量产生的离心力推动滚子远离离合器内部的外周边表面时进入第二种操作模式，此时在每个滚子和离合器内部的外周边表面之间产生一层油膜。在由超出第二种操作模式的离合器外部速度的更大增量产生的离心力推动滚子远离离合器内部的外周边表面时进入第三种操作模式，此时在每个滚子和内部的外周边表面之间产生一气缝。如果把滚子与离合器内部之间的金属对金属接触因离合器外部的速度增量而消失、从而进入第二操作模式时的离合器外部的速度定义为进入第二模式速度，把发动机以能使发动机由其自身不停转地重新启动的最小速度旋转、在发动机经历了燃料切断后接受再供给燃料时能将发动机速度提高到一预定值时的离合器外部的速度，定义为最小发动机自启动外部速度，那么它们满足下列关系：

进入第二模式速度＞最小发动机自启动外部速度

上述关系在发动机经历燃料切断且离合器外部的速度下降到低于发动机自启动外部速度的最小值时，能够保证利用启动机马达重新启动发动机的稳定性。

特别是，进入第二模式的速度高于最小发动机自启动外部速度。因此，当发动机速度下降时，离合器外部的速度会下降到低于最小发动机自启动外部速度，在滚子和离合器内部的外周边表面之间产生金属对金属的接触，从而保证发动机重新启动中的稳定性。

在本发明的优选模式中，如果把引起离心式离合器从第二操作模式进入第三操作模式的离合器外部的速度定义为第二到第三模式转换速度，把启动机马达在空载条件下旋转时离合器内部和外部的速度定义为空载速度，它们满足关系：第二到第三模式转换速度＞空载速度。

进入第二模式速度还满足关系：怠速速度＞进入第二模式速度＞启动速度，此时怠速速度是发动机怠速时离合器外部的速度，启动速度是在发动机被启动时离合器外部的速度。

附图说明

从下面的详细说明以及从本发明优选实施例的附图，可以更充分地理解本发明，但是不应将本发明局限于详细而精确说明的实施例，这些实施例仅是出于解释和理解本发明的目的。

在附图中：

图1是表示本发明第一实施例的发动机启动机的局部剖视图；

图2(a)、2(b)、2(c)和2(d)表示图1中用于发动机启动机内的离心式离合器的操作过程连续模式的剖视图；

图2(e)、2(f)和2(g)分别是图2(b)、2(c)和2(d)的放大视图；

图3表示在图2(a)到2(d)所示的操作过程的连续模式中离心式离合器速度变化的曲线图；

图4是表示本发明第二实施例中离心式离合器的速度变化的曲线图；

图5是表示传统发动机启动机的方块图；和

图6是表示典型离心式离合器内部结构的剖视图。

具体实施方式

参照附图，在几幅图中相同的附图标记代表相同的部件，特别是图1表示出一种下面将描述的、作为示例的本发明第一实施例的发动机启动机1，该发动机启动机常用于启动汽车的内燃机。

发动机启动机1主要包括电动马达2(下面也指启动机马达)、减速器3、输出轴4、与输出轴4连接的离心式离合器5和启动机皮带轮6。减速器3用于降低启动机马达2的速度。输出轴4将减速器输出的扭矩通过离心式离合器5传递给启动机皮带轮6。启动机皮带轮6通过皮带10与曲轴皮带轮9连接。曲轴皮带轮9与发动机7的曲轴8连接。

启动机马达2通过例如由装于汽车内的电池给安装于已知的直流马达内的电枢通电而实施。

减速器3包括一行星齿轮系，其由太阳齿轮3a、环形齿轮3b和与太阳齿轮3a和环形齿轮3b接合的行星齿轮3c。行星齿轮3c围绕各齿轮轴3d旋转且围绕封闭的轨道例如环形齿轮3b的内圆周旋转。特别是，太阳齿轮3a与启动机马达2的输出轴连接。启动机马达2的旋转运动使行星齿轮3c围绕环形齿轮3b的内圆周运动，因而，通过齿轮轴3d将启动机马达2输出的扭矩传递给载重盘3e。

输出轴4由轴承11保持与承载盘3e连接，由此该输出轴可与承载盘3e一起旋转。特别是，可以把行星齿轮3c围绕环形齿轮3b的旋转运动传递给承载盘3e。

图2(a)到2(d)清楚地表示出离心式离合器5由外部12、内部13、滚子14和弹簧(未示出)构成。外部12具有楔形表面(例如凸轮表面)，该楔形表面在它们和内部13的外周边表面之间形成楔形凸轮腔12a。内部13配装在输出轴4上，该内部可由输出轴4旋转。滚子14安装在凸轮腔12a内。如图所示，弹簧向右推动滚子14，使其进入不断贴靠着外部12内周边表面的状态，其中外部12和内部13之间的距离在空间上逐渐变小。

下面，参照图2(a)到2(g)详细说明离心式离合器5的操作过程。

当内部13通过输出轴4由启动机马达2旋转时，如图2(a)所示，使转子14锁紧在外部12的内周边表面和内部13的外周边表面之间，因而在外部12和内部13之间建立一个机械的固定连接，通过该连接将输出轴4的扭矩从内部13传递给外部12。这就是下面将说明的外-到-内接合模式。

当发动机7启动时，外部12由发动机7驱动。该操作使外部12和内部13彼此相对旋转，因此，如图2(b)所示，滚子14在内部13的外表面上滑动。这就是下面将说明的滚子滑动模式。在该模式中，供应到滚子14和内部13之间用于离心式离合器5的润滑油总量通常会下降，因此会造成滚子14和内部13之间在没有油膜的情况下进行金属-与-金属接触的结果。

当外部12速度增大时，外部12和内部13之间相对速度增长产生的后果是滚子14承受离心力，因此如图2(c)所示，推动这些滚子远离内部13的外表面，因而在内部13的外周边表面和滚子14的表面之间形成油膜。这就是下面将提到的油缝滚子脱开模式。在该模式中，供应到内部13和滚子14之间的润滑油量随着外部12和内部13之间相对速度的增大而增多，因此，油膜厚度会逐渐大于滚子14和内部13表面粗糙度的总和，如图2(e)和(f)标记的总的表面粗糙度，即滚子14表面不规则的顶点到凹处之间和内部13表面的不规则的顶点到凹处之间的距离总和。

外部12速度的进一步增大，导致内部13和滚子14之间的距离增大，因而会使油膜从内部13和滚子14之间消失。特别是，如图2(d)和2(g)所示，在内部13的外周边表面和每个滚子14之间产生一气缝(例如气体缝隙)。下面将涉及气体缝隙滚子脱开模式。

如上所述，当外部12速度增大时，离心式离合器5从外-到-内接合模式向滚子滑动模式、油缝滚子脱开模式和气体缝隙滚子接合模式进行机械操作过程的转换。

如果将使离心式离合器5从滚子滑动模式到油缝滚子接合模式和从油缝滚子脱开模式到气体缝隙滚子脱开模式进行操作模式转换的外部12的速度，分别定义为第一和第二外部速度，它们满足下列关系(见图3中曲线图)：

第一外部速度＞空载速度

怠速速度＞第二外部速度＞启动速度

其中，空载速度是当启动机马达2在空载条件下运行时内部13(和外部12)的速度，怠速速度是当发动机7怠速时与发动机7连接的外部12的速度，且启动速度是当发动机7启动时外部12的速度。

上述关系是例如通过推动滚子14进入与外部12接合状态的修正力(即离心式离合器5的弹簧压力)或者作用在滚子14上的离心力和向心力之间的平衡而建立的。后者可以通过改变外部12的楔形表面相对内部13的外周边表面的倾斜度和/或滚子14的质量而实现。

在发动机启动机1操作过程中，当发动机启动机开关(未示出)打开时，电池动力就供应到启动机马达2的电枢，这样启动机马达2开始旋转。启动机马达2的输出速度通过减速器减小并被传递到输出轴。然后，通过离心式离合器5将输出轴4的扭矩传递给启动机皮带轮6且通过皮带10传递给曲轴皮带轮9。当扭矩从曲轴皮带轮9输入曲轴8时，曲轴8开始启动发动机7。

如上所述，作为外部12速度的第一外部速度设定为高于启动速度，其中该外部速度使离心式离合器5的操作模式从滚子滑动模式转换到油缝滚子接合模式，因此，在启动中滚子14和内部13之间产生金属对金属接触，从而保证从启动机马达2到发动机7的曲轴8的扭矩的转递。

在发动机7启动操作完成之后，发动机进入操作过程的怠速模式。从图3可以看出，离心式离合器5的第一外部速度低于怠速速度，因而在发动机7怠速运行中推动滚子14远离内部13的外周边表面。特别是，滚子14和内部13之间的金属对金属接触消失，这样在每个滚子14和内部13之间产生油膜，因而在发动机7操作过程的怠速模式中，可以避免滚子14的磨损。

在发动机7因为某种原因停转后或者在发动机7一旦停机后沿反向旋转需要重新启动发动机7时，能够再次打开启动机马达2、启动发动机7，而不会在离心式离合器5上产生不良的机械碰撞。

当在这种情况下打开发动机启动开关致动启动机马达2时，离心式离合器5的内部13的速度会从低于空载速度的数值增大。如上所述，空载速度低于在滚子14和内部13之间形成气体缝隙的第二外部速度，因而当启动机马达2按上述情况打开时，可以实现滚子14和内部13之间的直接接触或者通过油膜实现它们之间的非直接接触。这样可以提高离心式离合器5的使用寿命和发动机启动机2的可靠性。

而且，如果汽车驾驶员错误地打开启动开关重新启动启动机马达2，同时外部12的速度低于空载速度时，和上面一样，可以实现滚子14和内部13之间的直接接触或通过油膜实现它们之间的非直接接触，因此可以避免离心式离合器5上的不良机械碰撞。

下面，说明本发明的第二实施例，其中将第一实施例中的发动机启动机1装于典型的汽车的自动发动机停止系统中，该自动发动机停止系统设计为在发动机7运行中遇到给定的发动机停止条件时，停止向发动机7的供应燃料。

如果把发动机7以能使发动机由其自身不停转地重新启动的最小速度旋转、在发动机7经历了燃料切断后接受再供给燃料时能将速度提高到一预定值时的离心式离合器5的外部12的速度，定义为最小发动机自启动外部速度，如图4清晰所示，其满足关系：离心式离合器5的第一外部速度＞最小发动机自启动外部速度。

在发动机7经历了燃料切断且外部12的速度下降到低于最小发动机自启动外部速度时，上述关系能保证利用启动机马达2重新启动发动机7的稳定性。

特别是，从图4可以看出，离心式离合器5的第一离合器速度设定为高于最小发动机自启动外部速度。因此，当发动机7的速度下降且外部12的速度下降到低于最小发动机自启动外部速度时，在滚子14和内部13的外周边表面之间产生金属对金属接触，因而可保证发动机7重新启动当中的稳定性。

在公开本发明有关优选实施例以便更好地理解发明的同时，应该认识到本发明可用各种方式具体化，它们都不偏离本发明的本质。因此，应该将本发明理解为包括所示实施例的所有可能的实施例和变型，对所示实施例的具体化都不偏离从属权利要求所显示的本发明的本质。

Claims (3)

1.一种自动发动机停止系统，其在满足给定发动机停止条件时工作以使发动机停机，该系统包括：

一产生扭矩的启动机马达，和

一离心式离合器，该离合器工作来将所述启动机马达产生的扭矩传递给发动机曲轴以启动发动机；所述离心式离合器包括一由所述启动机马达的扭矩旋转的离合器内部，一总是与发动机曲轴连接的离合器外部，和设置为贴靠着在凸轮腔内的离合器外部的内周边表面的滚子，其中凸轮腔限定在离合器外部的内周边表面和离合器内部的外周边表面之间；所述离心式离合器设计为在第一、第二和第三操作模式下工作；当致动所述启动机马达使离合器内部旋转时，进入第一操作模式，因而滚子在离合器外部和离合器内部之间被锁住，以在离合器外部和离合器内部之间建立一个机械连接；当由离合器外部的速度增量产生的离心力推动滚子远离离合器内部的外周边表面、在每个滚子和离合器内部的外周边表面之间产生油膜时，进入第二操作模式；当由大于第二操作模式的离合器外部的速度增量的更大速度增量产生的离心力推动滚子远离离合器内部的外周边表面、在每个滚子和内部的外周边表面之间产生一气缝时，进入第三操作模式；

其中：如果把滚子与离合器内部的金属对金属的接触因离合器外部的速度增量而消失，从而进入第二操作模式时的离合器外部的速度定义为进入第二模式速度，并且在发动机以能使发动机由其自身不停转地重新启动的最小速度旋转、在发动机经历了燃料切断后接受燃料的再供给时能将发动机的速度提高到一预定值时的离合器外部的速度，定义为最小发动机自启动外部速度，那么它们满足下列关系：

进入第二模式速度＞最小发动机自启动外部速度。

2.根据权利要求1所述的自动发动机停止系统，其特征是：如果把使所述离心式离合器从第二操作模式进入第三操作模式的所述离合器外部的速度定义为第二到第三模式转换速度，并且把所述启动机马达在空载条件下旋转时离合器内部和外部的速度定义为空载速度，它们满足下列关系：

第二到第三模式转换速度＞空载速度。

3.根据权利要求2所述的自动发动机停止系统，其特征是：进入第二模式的速度也满足下列关系：

怠速速度＞进入第二模式速度＞启动速度

其中，怠速速度是当发动机怠速运行时离合器外部的速度，并且启动速度是当发动机被启动时离合器外部的速度。

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