DE102010021796A1

DE102010021796A1 - Federstart für eine Fahrzeugmaschine

Info

Publication number: DE102010021796A1
Application number: DE102010021796A
Authority: DE
Inventors: Paulo A. Rochester Hills Riedel; Leandro D. Novi Nadai; Roberto De New Hudson Paula; David J. Novi Torres
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-05-29
Filing date: 2010-05-27
Publication date: 2011-01-13
Anticipated expiration: 2030-05-28
Also published as: CN101900063A; CN101900063B; US20100300393A1; US7886709B2; DE102010021796B4

Abstract

Eine Federanordnung ist an eine Kurbelwelle für ein Fahrzeug montiert. Ein Wählmechanismus für die Federanordnung verbindet die Federanordnung selektiv mit der Kurbelwelle. Der Wählmechanismus wird in einer ersten Stellung in Eingriff gebracht, um die Feder mit der Kurbelwelle zu verbinden, wenn die Maschine ausgeschaltet ist, so dass die Kurbelwelle die Feder aufwickelt, wenn sie rotiert. Der Wählmechanismus wird dann in einer zweiten Stellung in Eingriff gebracht, so dass die Feder eine Drehkraft aufbringt, um die Maschine neu zu starten. Ein Verfahren zum Bremsen der Maschine umfasst, dass die Kurbelwelle mit der Torsionsfeder in Eingriff gebracht wird und die Torsionsfeder mit einer Drehung der Kurbelwelle aufgewickelt wird, bis die Spannung in der Torsionsfeder größer als die auf die Kurbelwelle aufgebrachte Kraft ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Hybridfahrzeug und insbesondere eine Anordnung zum Starten einer Maschine für ein Hybridfahrzeug.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Fahrzeuge, die traditionelle Getriebe aufweisen, benutzen typischerweise Startermotoren, die auch als Starter bezeichnet werden, um die Fahrzeugmaschine zu starten. Jedoch stoppen Fahrzeuge mit Hybridgetrieben häufig die Maschine, um die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern. Fahrzeuge mit Hybridgetrieben erfordern daher, dass die Fahrzeugmaschine häufiger neu gestartet wird. Dies erhöht die Arbeitslast an dem Starter. Infolgedessen muss ein teurerer und haltbarerer Starter dazu benutzt werden, den Anforderungen von Maschinen mit einem Hybridgetriebe zu entsprechen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein Fahrzeug mit einem Hybridgetriebe erwünscht, das eine Anordnung zum Neustarten einer Maschine aufweist, während die Last an einem Starter und einer Batterie verringert ist.
Ein Fahrzeug umfasst eine Maschine mit einer Kurbelwelle, die sich von der Maschine erstreckt. Eine Federanordnung ist an der Kurbelwelle montiert. Die Federanordnung umfasst eine Feder. Ein Wählmechanismus für die Federanordnung verbindet die Feder selektiv mit der Kurbelwelle. Der Wählmechanismus wird in einer ersten Stellung in Eingriff gebracht, um ein erstes Ende der Feder mit der Kurbelwelle zu verbinden, wenn die Maschine ausgeschaltet ist, so dass die Kurbelwelle die Feder aufwickelt, wenn sie rotiert. Der Wählmechanismus wird dann in einer zweiten Stellung in Eingriff gebracht, um ein zweites entgegengesetztes Ende der Feder mit der Kurbelwelle zu verbinden, so dass die Feder eine Drehkraft auf die Kurbelwelle aufbringt, um die Maschine neu zu starten.
Ein Verfahren zum Starten der Maschine umfasst, dass die Kurbelwelle mit einer Spannung von der Torsionsfeder gedreht wird, und die Torsionsfeder von der Kurbelwelle außer Eingriff gebracht wird, wenn die Spannung in der Torsionsfeder Null erreicht.
Ein Verfahren zum Bremsen der Maschine umfasst, dass der Wählmechanismus bewegt wird, um die Torsionsfeder selektiv drehbar mit der Kurbelwelle in Eingriff zu bringen und die Torsionsfeder mit einer Drehung der Kurbelwelle aufzuwickeln, bis die Spannung in der Torsionsfeder größer ist als die auf die Kurbelwelle aufgebrachte Kraft.
Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen und besten Ausführungsarten der vorliegenden Erfindung in Verbindung genommen mit den begleitenden Zeichnungen leicht deutlich werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung von oben eines Fahrzeugs, das ein Hybridgetriebe und eine Maschine mit einer Starterfeder aufweist;
2 ist eine schematische Darstellung von der Seite des Fahrzeugs, das das Hybridgetriebe und die Maschine mit der Starterfeder von 1 aufweist;
3 ist eine schematische Darstellung von der Seite im Teilschnitt des Fahrzeugs, das das Hybridgetriebe und die Maschine der 1 und 2 aufweist, wobei sich die Starterfeder in der ersten in Eingriff stehenden Stellung befindet;
4 ist eine schematische Darstellung von der Seite im Teilschnitt des Fahrzeugs, das das Hybridgetriebe und die Maschine der 1 und 2 aufweist, wobei sich die Starterfeder in der zweiten in Eingriff stehenden Stellung befindet; und
5 ist eine schematische Darstellung von der Seite im Teilschnitt des Fahrzeugs, das das Hybridgetriebe und die Maschine der 1 und 2 aufweist, wobei sich die Starterfeder in einer außer Eingriff stehenden Stellung befindet.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen gleiche Bezugszeichen überall in den verschiedenen Ansichten auf die gleichen oder ähnlichen Bauteile verweisen, veranschaulichen die 1 und 2 schematische Ansichten eines beispielhaften Fahrzeugs 10, das eine Maschine 12 und ein Hybridgetriebe 14 aufweist. Das Hybridgetriebe 14 weist mindestens einen Motor/Generator 16 auf, der darin angeordnet ist, um die Fahrzeugmaschine 12 zu unterstützen und Energie zu speichern, wie es für Hybridgetriebe bekannt ist. Eine Batterie 18 und ein Starter 20 sind mit der Maschine 12 verbunden. Es kann auch ein Schwungrad 22 mit einer Kurbelwelle 24 der Maschine 12 verbunden sein, wie es in 1 dargestellt ist. Um die Maschine 12 zu starten, schickt die Batterie 18 Leistung zu dem Starter 20. Der Starter 20 bringt eine Drehkraft auf das Schwungrad 22 auf, das wiederum die Kurbelwelle 24 rotiert. Das Schwungrad 22 und die Kurbelwelle 24 rotieren um eine gemeinsame Achse A. Die Federanordnung 26 umfasst eine Feder 28 (wie in den 3–5 gezeigt ist). Die Feder 28 ist bevorzugt eine Torsionsfeder, wie es gezeigt ist. Die Federanordnung 26 ist an der Kurbelwelle 24 montiert.
Wenn das Fahrzeug 10 fährt, liefert der Motor/Generator 16 häufig ausreichend Leistung, um das Fahrzeug 10 zu betreiben. In diesem Fall wird die Maschine 12 ausgeschaltet und das Fahrzeug wird in einem elektrischen Fahrzeugmodus betrieben. Ein Beispiel dafür, wann dies auftritt ist, wenn das Fahrzeug 10 zu einem Stillstand kommt. Wenn die Maschine 12 zu einem Stillstand verlangsamt, wird das Moment von der Maschine 12 noch fortfahren, die Kurbelwelle 24 zu rotieren, wenn auch langsamer. Die Federanordnung 26 wird in eine erste in Eingriff stehende Stellung (die in 3 gezeigt ist) mit der Kurbelwelle 24 bewegt. In der ersten in Eingriff stehenden Stellung wickelt die Drehung der Kurbelwelle 24 die Torsionsfeder 28 auf. Wenn das Fahrzeug 10 mehr Leistung erfordert und das Getriebe nicht länger ausreicht, wird die Maschine 12 neu gestartet. Bevor die Maschine 12 neu gestartet wird, wird die Federanordnung 26 in eine zweite in Eingriff stehende Stellung (die in 4 gezeigt ist) bewegt, und die Spannung in der Torsionsfeder 28 wird auf die Kurbelwelle 24 übertragen, um die Maschine 12 zu starten. Nachdem die Spannung in der Feder 24 dazu verwendet worden ist, die Maschine 12 zu starten, wird die Federanordnung 26 in die außer Eingriff stehende Stellung (die in 5 gezeigt ist) bewegt.
Unter Bezugnahme auf die 3–5 ist die Verbindung zwischen der Federanordnung 26 und der Kurbelwelle 24 detaillierter gezeigt. Die Torsionsfeder 28 ist selektiv mit der Kurbelwelle 24 mit einem Wählmechanismus 32 verbunden. Die Federanordnung 26 umfasst auch einen elektrischen Aktuator 34, um den Wählmechanismus 32 zu steuern. Die Federanordnung 26 ist drehbar um die Kurbelwelle 24 herum montiert, so dass die Feder 28 und ein Federgehäuse 44 relativ zu der Kurbelwelle 24 rotieren können.
In 3 ist die Federanordnung 26 in einer ersten in Eingriff stehenden Stellung mit der Kurbelwelle 24 gezeigt. In der ersten in Eingriff stehenden Stellung ist der Wählmechanismus 32 axial zu einer Maschinenseite 36 der Federanordnung 26 bewegt worden. Eine Bewegung des Wählmechanismus 32 zu der Maschinenseite 36 der Federanordnung 26 rückt eine erste Kupplung 40 ein, und eine zweite Kupplung 46, die auf einer Getriebeseite 38 der Federanordnung 26 angeordnet ist, wird ausgerückt. Die Torsionsfeder 28 ist an einem ersten Ende 41 mit einem ersten Abschnitt 40A der ersten Kupplung 40 mit einem ersten Befestigungselement 42 verbunden. Die erste Kupplung 40 weist einen ersten Abschnitt 40A auf, der an der Feder 48 befestigt ist und mit dieser rotiert. Die erste Kupplung 40 weist auch einen zweiten Abschnitt 40B auf, der an der Kurbelwelle 24 montiert ist und mit dieser rotiert. Wenn die erste Kupplung 40 eingerückt ist (der erste Abschnitt 40A in Kontakt mit dem zweiten Abschnitt 40B steht), ist die Torsionsfeder 28 rotatorisch mit der Kurbelwelle 24 verbunden. Drehmoment wird von der Kurbelwelle 24 durch die erste Kupplung 40 übertragen, um die Torsionsfeder 28 aufzuwickeln. Der Wählmechanismus 32 ist bewegbar, um die erste Kupplung 40 und die zweite Kupplung 46 zu betätigen, ist aber nicht drehbar mit der Kurbelwelle 24 verbunden. Der Wählmechanismus 32 kann Buchsen 50 umfassen, um die Relativdrehung zwischen dem Wählmechanismus 32 und der ersten Kupplung 40 und der zweiten Kupplung 46 zu ermöglichen.
Zu der Zeit, wenn die Maschine 12 ausgeschaltet ist, bewegt der Wählmechanismus 32 den ersten Abschnitt 40A der ersten Kupplung 40 derart, dass er mit dem zweiten Abschnitt 40B der zweiten Kupplung 40 in Kontakt steht. Der Wählmechanismus 32 rückt die Kupplung 40 ein, wobei die Federanordnung 26 in eine erste in Eingriff stehende Stellung versetzt wird, die die Torsionsfeder 28 mit der Kurbelwelle 24 verbindet.
Wenn die Maschine 12 bis zu einem Stillstand verlangsamt, fährt das Moment der Maschine 12 noch fort, die Kurbelwelle 24 zu rotieren, wenn auch langsamer. Da der Wählmechanismus 32 die Torsionsfeder 28 mit der Kurbelwelle 24 in Eingriff gebracht hat, wickelt die Drehung der Kurbelwelle 24 die Torsionsfeder 28 auf. Zu diesem Zeitpunkt unterstützt die aufgrund der erhöhten Wickelspannung der Feder 28 auf die Kurbelwelle 24 aufgebrachte Kraft ein schnelleres Bremsen der Maschine 12. Die Maschine 12 wird zu einem Stillstand kommen, wenn die Spannung in der Torsionsfeder 28 gleich der durch die Maschine 12 auf die Kurbelwelle aufgebrachten Kraft ist.
Während das Fahrzeug 10 fortfährt, in dem elektrischen Fahrzeugmodus zu arbeiten, ist die Maschine 12 ausgeschaltet und die Torsionsfeder 28 steht unter Spannung, die aus der Drehung der Kurbelwelle 24 resultiert, wenn die Maschine 12 gestoppt ist. Wenn das Fahrzeug 10 fortfährt, zu fahren, kann die Maschine 12 wieder erforderlich sein, um das Fahrzeug 10 mit Leistung zu beaufschlagen. Bevor die Maschine 12 neu gestartet wird, bewegt der elektrische Aktuator 34 den Wählmechanismus 32 aus der ersten in Eingriff stehenden Stellung auf der Maschinenseite 36 in eine zweite in Eingriff stehende Stellung auf der Getriebeseite 38. Die erste Kupplung 40 rückt aus und eine zweite Kupplung 46 rückt ein. Das heißt, der erste Abschnitt 40A steht nicht länger mit dem zweiten Abschnitt 40B der ersten Kupplung in Kontakt, und ein erster Abschnitt 46A wird in Kontakt mit einem zweiten Abschnitt 46B der zweiten Kupplung 46 bewegt.
Unter Bezugnahme auf 4 befindet sich die Federanordnung 26 in der zweiten in Eingriff stehenden Stellung, wobei der Wählmechanismus 32 auf einer Getriebeseite 38 der Federanordnung 26 gelegen ist. Die Torsionsfeder 28 ist mit dem Federgehäuse 44 an einem zweiten Ende mit einem zweiten Befestigungselement 48 verbunden. Das Federgehäuse 44 und der zweite Abschnitt 46B der zweiten Kupplung 46 sind aneinander befestigt. Wenn die zweite Kupplung 46 eingerückt ist, wird der erste Abschnitt 46A derart bewegt, dass er mit dem zweiten Abschnitt 46B der zweiten Kupplung 46 in Kontakt steht. Die Spannung von der Torsionsfeder 28 rotiert das Federgehäuse 44, das wiederum die zweite Kupplung 46 antreibt. Wie es oben angemerkt wurde, kann das Federgehäuse 46 relativ zu der Kurbelwelle 24 rotieren. Der zweite Abschnitt 46 der zweiten Kupplung 46 ist an der Kurbelwelle 24 montiert. Daher ist die Torsionsfeder 28 noch auf eine Weise verbunden, um die Kurbelwelle 24 anzutreiben, wenn die zweite Kupplung 46 eingerückt ist. Die Maschine 12 wird neu gestartet, und die Spannung in der Torsionsfeder 28 wird durch die zweite Kupplung 46 auf die Kurbelwelle 24 übertragen, um die Maschine 12 zu starten. Nachdem die Spannung in der Feder 24 dazu verwendet worden ist, die Maschine 12 zu starten, wird der Wählmechanismus 32 in die außer Eingriff stehende Stellung bewegt, die in 5 gezeigt ist.
Die Größe und Konstante der Feder 28 wird den Spannungsbetrag in der Feder 28 festlegen, der verfügbar ist, um die Maschine 12 zu starten. Die Maschine 12 kann somit gestartet werden, ohne die Verwendung des Starters 20 und der Batterie 18 zu erfordern. Die Größe und Haltbarkeit des Starters 20 kann aufgrund des verringerten Lastspiels reduziert werden. Die Benutzung der Federanordnung 26, um die Maschine 12 neu zu starten, wird auch die Lastspiel- und Arbeitszyklusanforderung von der Batterie 18 reduzieren.
Alternativ kann die Feder 26 so bestimmt werden, dass sie eine Größe und Konstante aufweist, die den Starter 20 beim Neustarten der Maschine 12 unterstützen wird, statt die gesamte Leistung zu liefern, die erforderlich ist, um die Maschine 12 neu zu starten. Die Größe und Haltbarkeit des Starters 20 und der Batterie 18 können dennoch aufgrund des verringerten Lastzyklus reduziert werden.
In 5 ist die Federanordnung 26 in einer außer Eingriff stehenden Stellung dargestellt. Wenn die Federanordnung 26 sich in der außer Eingriff stehenden Stellung befindet, sind die Kurbelwelle 24 und die Federanordnung 26 rotatorisch voneinander getrennt. Eine Drehung der Kurbelwelle wickelt die Torsionsfeder 28 nicht auf. Die erste Kupplung 40 und die zweite Kupplung 46 sind beide ausgerückt. Das heißt, der erste Abschnitt 40A steht nicht mit dem zweiten Abschnitt 40B der ersten Kupplung 40 in Kontakt. Der erste Abschnitt 40A und der zweite Abschnitt 40B können relativ zueinander rotieren. Gleichermaßen steht der erste Abschnitt 46A nicht mit dem zweiten Abschnitt 46B der zweiten Kupplung 46 in Kontakt, und sie können relativ zueinander rotieren. Die ersten Abschnitte 40A und 46A werden frei mit der Feder 28 und dem Federgehäuse 44 rotieren. Die zweiten Abschnitte 40B und 46B werden mit der Kurbelwelle 24 rotieren.
Der elektrische Aktuator 34 bewegt den Wählmechanismus 32 axial entlang der Kurbelwelle 24 in eine außer Eingriff stehende Stellung, nachdem die Spannung in der Feder 28 auf Null zurückkehrt. Ein Ausrücken des Wählmechanismus 32 lässt zu, dass die Feder 28 während des Betriebes der Maschine 12 relativ zu dem Schwungrad 22 und der Kurbelwelle 24 rotiert, ohne die Feder 28 aufzuwickeln, d. h. eine Spannung auf die Feder 28 aufzubringen.
Der Wählmechanismus 28 kann irgendeine Vorrichtung sein, die zulässt, dass die Feder 24 mit der Kurbelwelle 24 verbunden und von dieser getrennt werden kann. Ein Fachmann wäre in der Lage, eine geeignete Art von Wählmechanismus 28 festzulegen, um die Feder 28 mit der Kurbelwelle 24 in Eingriff und diese außer Eingriff zu bringen.
Aufgrund des Leistungsbetrages, der erforderlich ist, um die Maschine 12 bei einem Kaltstart zu starten, d. h. wenn das Fahrzeug nicht gefahren ist, kann die Feder 28 in die außer Eingriff stehende Stellung bewegt werden oder kann den Starter 18 unterstützen.
Obgleich die besten Ausführungsarten der Erfindung ausführlich beschrieben worden sind, werden Fachleute auf dem Gebiet, das diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur praktischen Ausführung der Erfindung innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche erkennen.

Claims

Fahrzeug, umfassend: eine Maschine; eine Kurbelwelle, die sich von der Maschine erstreckt; eine Federanordnung, die selektiv zur Drehung mit der Kurbelwelle verbunden ist, wobei die Federanordnung eine Torsionsfeder umfasst; einen Wählmechanismus für die Federanordnung, wobei der Wählmechanismus die Feder selektiv mit der Kurbelwelle verbindet; wobei der Wählmechanismus in eine erste Stellung bewegbar ist, um ein erstes Ende der Feder mit der Kurbelwelle zu verbinden, wenn die Maschine ausgeschaltet ist, so dass die Kurbelwelle die Feder aufwickelt, wenn sie rotiert; und wobei der Wählmechanismus in eine zweite Stellung bewegbar ist, um ein zweites entgegengesetztes Ende der Feder mit der Kurbelwelle zu verbinden, so dass die Feder eine Drehkraft aufbringt, um die Maschine neu zu starten.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Wählmechanismus sich in einer außer Eingriff stehenden Stellung befindet, nachdem die Maschine gestartet ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, das ferner ein Getriebe umfasst, das zumindest einen Motor/Generator aufweist und mit der Maschine verbunden ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein Schwungrad, das an der Kurbelwelle montiert ist; einen Starter, der mit dem Schwungrad verbunden ist; und eine Batterie, um dem Starter Leistung zuzuführen, wobei der Starter das Schwungrad rotiert, um die Federanordnung beim Neustarten der Maschine zu unterstützen.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Federanordnung ferner einen elektrischen Aktuator umfasst, um die Stellung des Wählmechanismus zu steuern.
Verfahren zum Starten einer Fahrzeugmaschine, das umfasst, dass: eine Kurbelwelle der Maschine mit Spannung von einer Torsionsfeder gedreht wird, um die Maschine zu starten; und die Torsionsfeder von der Kurbelwelle außer Eingriff gebracht wird, wenn die Spannung in der Torsionsfeder Null erreicht.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Verfahren zum Starten der Maschine ferner umfasst, dass: Leistung auf einen Starter mit einer Batterie aufgebracht wird; und ein Schwungrad, das mit der Kurbelwelle verbunden ist, gedreht wird, um die Torsionsfeder beim Drehen der Kurbelwelle zu unterstützen, bevor die Torsionsfeder außer Eingriff gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Drehen der Kurbelwelle mit Spannung von einer Torsionsfeder ferner umfasst, dass: bevor die Kurbelwelle mit Spannung von der Torsionsfeder gedreht wird, ein Wählmechanismus in eine erste in Eingriff stehende Stellung bewegt wird, um die Torsionsfeder und die Kurbelwelle zur gemeinsamen Rotation in Eingriff zu bringen; die Torsionsfeder mit einer Drehung der Kurbelwelle aufgewickelt wird; und der Wählmechanismus in eine zweite in Eingriff stehende Stellung bewegt wird, um ein Drehen der Kurbelwelle mit der Spannung von der Torsionsfeder zuzulassen.
Verfahren zum Bremsen einer Fahrzeugmaschine, das umfasst, dass: eine Torsionsfeder mit einer Kurbelwelle der Maschine verbunden wird; und die Torsionsfeder mit einer Drehung der Kurbelwelle aufgewickelt wird, bis die Spannung in der Torsionsfeder größer als eine auf die Kurbelwelle aufgebrachte Kraft ist.