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1、(10)申请公布号 CN 102345547 A (43)申请公布日 2012.02.08 CN 102345547 A *CN102345547A* (21)申请号 201110220730.9 (22)申请日 2011.08.03 12/849,456 2010.08.03 US F02N 15/06(2006.01) (71)申请人 通用汽车环球科技运作有限责任公 司 地址 美国密歇根州 (72)发明人 诺曼.肖恩内克 迈克尔.G.雷诺兹 加里 .E. 麦吉 (74)专利代理机构 北京市柳沈律师事务所 11105 代理人 葛青 (54) 发明名称 停止 - 启动自同步启动器系统 (57)。
2、 摘要 一种用于具有停止 - 启动能力的发动机的启 动器系统。 该启动器系统包括第一齿轮， 其连接到 发动机使得第一齿轮以发动机的速度旋转。启动 器系统还包括相对于发动机布置的启动器。该启 动器包括第二齿轮， 布置为选择性地与第一齿轮 啮合并将扭矩施加到第一齿轮， 以启动发动机， 以 启动发动机， 使得该第二齿轮能够以该发动机的 速度旋转。 该启动器还包括同步器， 其布置为在第 一齿轮和第二齿轮接合之前将第二齿轮的速度与 发动机的速度基本匹配， 使得第二齿轮能够与第 一齿轮啮合并将扭矩施加到第一齿轮， 以由此启 动发动机。该启动器系统和发动机可以被用于车 辆中。 (30)优先权数据 (51)I。
3、nt.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页 CN 102345567 A1/1 页 2 1. 一种用于具有停止 - 启动能力的发动机的启动器系统， 该启动器系统包括 ： 第一齿轮， 连接到发动机， 使得第一齿轮以发动机的速度旋转 ； 以及 启动器， 相对于发动机布置， 该启动器具有 ： 第二齿轮， 布置为选择性地与第一齿轮啮合并将扭矩施加到第一齿轮， 以启动发动机， 其中该第二齿轮能够以该发动机的速度旋转 ； 以及 同步器， 布置为在第一齿轮和第二齿轮接合之前将第二齿轮的速度与发动机的速度基 本匹配， 使得第二齿轮。
4、能够与第一齿轮啮合并将扭矩施加到第一齿轮， 以由此启动发动机。 2. 如权利要求 1 所述的启动器系统， 其中， 第一齿轮包括第一摩擦表面， 而同步器包括 第二摩擦表面， 该第二摩擦表面被构造为能被驱动成与第一摩擦表面接触， 以由此使得第 一齿轮的速度与发动机的速度基本匹配。 3. 如权利要求 2 所述的启动器系统， 其中， 第一摩擦表面和第二摩擦表面的每一个为 基本互补的锥形表面。 4. 如权利要求 2 所述的启动器系统， 其中， 第二摩擦表面由塑料材料形成。 5. 如权利要求 2 所述的启动器系统， 其中， 启动器还包括超越离合器， 该超越离合器操 作性地连接到第二齿轮， 被布置为朝向第一。
5、齿轮移位， 并被构造为在第一齿轮比第二齿轮 转得慢时将启动器扭矩传递到第二齿轮， 而在第一齿轮比第二齿轮转得快时凭惯性运行。 6. 如权利要求 5 所述的启动器系统， 其中， 启动器还包括布置在同步器和超越离合器 之间的弹簧， 以由此迫使同步器离开超越离合器并朝向第一齿轮运动。 7. 如权利要求 6 所述的启动器系统， 其中， 启动器还包括固定地连接到第二齿轮和超 越离合器的轴， 该同步器被布置在该轴上且在第二齿轮和超越离合器之间， 且轴和同步器 中的每一个包括互补的花键， 使得当第二齿轮与第一齿轮啮合时， 同步器沿着轴滑动并且 压缩弹簧。 8. 如权利要求 6 所述的启动器系统， 其中， 启。
6、动器还包括螺线管， 该螺线管被配置为朝 向第一齿轮移位超越离合器， 以由此在弹簧作用下迫使同步器朝向摩擦表面运动。 9. 如权利要求 1 所述的启动器系统， 其中， 发动机被布置在油电混合动力车中， 且被配 置为经由启动器选择性地关闭和重新启动， 以为车辆提供动力。 10. 如权利要求 1 所述的启动器系统， 其中， 启动器被配置为通过 12 伏电系统操作。 权 利 要 求 书 CN 102345547 A CN 102345567 A1/4 页 3 停止 - 启动自同步启动器系统 技术领域 0001 本发明涉及一种停止 - 启动自同步启动器系统， 用于启动机动车的发动机。 背景技术 0002。
7、 在机动车中， 车辆的发动机(譬如内燃机)通常经由启动器旋转， 以使得发动机开 始为其本身提供动力。 典型的启动器包括由电机驱动的小齿轮(pinion gear)， 该小齿轮被 推出用于接合环齿轮， 该环齿轮被连接到发动机的飞轮或挠性板， 以便于启动发动机。 0003 在一些车辆应用中采用停止 - 启动系统， 其中在车辆不需要推进力时， 发动机自 动停止或关闭， 以节省燃料， 且然后在再次需要车辆驱动时， 通过启动器自动重新启动。这 样的停止 - 启动系统可以被用于具有单个动力装置的传统车辆， 或用在包括内燃机和电动 机 / 发电机两者为车辆提供动力的混合动力车辆应用中。 发明内容 0004 。
8、本文公开了一种用于具有停止 - 启动能力的发动机的启动器系统。该启动器系统 包括第一齿轮， 其连接到发动机使得第一齿轮以发动机的速度旋转。启动器系统还包括相 对于发动机布置的启动器。该启动器包括第二齿轮， 布置为选择性地与第一齿轮啮合并将 扭矩施加到第一齿轮， 以启动发动机， 以启动发动机， 使得该第二齿轮能够以该发动机的速 度旋转。该启动器还包括同步器， 其布置为在第一齿轮和第二齿轮接合之前将第二齿轮的 速度与发动机的速度基本匹配， 使得第二齿轮能够与第一齿轮啮合并将扭矩施加到第一齿 轮， 以由此启动发动机。 0005 第一齿轮还可以包括第一摩擦表面， 而同步器包括第二摩擦表面， 该第二摩擦。
9、表 面被构造为能被驱动成与第一摩擦表面接触。 在第一和第二摩擦表面之间的这样的接触的 意图是让第一齿轮的速度与发动机的速度基本匹配。 0006 第一摩擦表面和第二摩擦表面的每一个可以配置为是基本互补的锥形表面。 第二 摩擦表面可以由塑料材料形成。 0007 启动器还可包括超越离合器， 该超越离合器操作性地连接到第二齿轮， 被布置为 朝向第一齿轮移位。 这样的超越离合器可被构造为在第一齿轮比第二齿轮转得慢时将启动 器扭矩传递到第二齿轮， 而在第一齿轮比第二齿轮转得快时自由转动。 0008 启动器还可以包括布置在同步器和超越离合器之间的弹簧， 以由此迫使同步器离 开超越离合器并朝向第一齿轮运动。 。
10、0009 此外， 启动器还可以包括固定地连接到第二齿轮和超越离合器的轴。该同步器可 被布置在该轴上第二齿轮和超越离合器之间。轴和同步器中的每一个可包括互补的花键， 使得当第二齿轮与第一齿轮啮合时， 同步器沿着轴滑动并且压缩弹簧。 0010 此外， 启动器还可以包括螺线管， 该螺线管被配置为朝向第一齿轮移位超越离合 器， 以由此在弹簧作用下迫使同步器朝向摩擦表面方向运动。 0011 具有这样的启动器系统的发动机可以被布置在具有电动机 / 发电机的油电混合 说 明 书 CN 102345547 A CN 102345567 A2/4 页 4 动力车中。在该情况下， 发动机被配置为经由启动器选择性地。
11、在电动机 / 发电机运行时关 闭， 并被重新启动以为车辆提供动力。所公开的启动器被配置为通过 12 伏电系统操作。 0012 本发明的上述特征和优点和其他特征和优点在参考附图阅读下文对执行本发明 的最佳方式的详细描述之后是非常清楚的。 附图说明 0013 图1是包括用于发动机的停止-启动同步启动器系统的机动车动力系统的示意性 图示 ； 0014 图 2 是图 1 所示的停止 - 启动同步启动器系统的部分截面视图。 具体实施方式 0015 参考附图， 其中相同的附图标记表示相同的部件， 图 1 是用于油电混合动力车 (hybrid electric vehicle) 的动力系统的启动系统 5 的。
12、示例性实施例的示意性视图。启 动器系统5包括发动机10。 尽管启动器系统5被示出为用于油电混合动力车的动力传动系 (powertrain)， 但是该系统可以用于任何具有发动机 10 的车辆动力传动系。 0016 发动机 10 包括飞轮 ( 或挠性板 )12， 其连接到发动机的曲轴 ( 未示出 )， 并且由此 以与发动机相同的速度旋转。飞轮 12 通常经由诸如螺栓或螺钉 ( 未示出 ) 这样的紧固件 连接到曲轴。第一齿轮， 其为具有特定齿轮齿形和齿距的环齿轮 14， 其被布置在飞轮 12 的 外周上。如本领域技术人员所理解的， 环齿轮 14 通常具有设计为有助于实现发动机 10 的 有效启动的外。
13、径。 0017 启动器 16 相对于发动机 10 布置为靠近环齿轮 14， 以用于启动发动机。启动器 16 可以被直接安装到发动机 10 上， 以减少制造公差的影响， 如图 1 所示。在图 2 中更详细地 示出启动器 16。启动器 16 包括用于使中心轴 20 旋转的电机 18。中空轴或筒形轴 (sleeve shaft)22 绕中心轴 20 同心布置， 并与其间隙配合， 使得筒形轴可以相对于中心轴旋转。第 二齿轮 24( 又称为小齿轮 ) 整合到筒形轴 22。小齿轮 24 被固定到筒形轴 22 上用于与其一 起旋转， 且被布置为选择性地啮合到环齿轮 14 并将扭矩施加到环齿轮 14， 以便于。
14、启动发动 机 10。在需要启动发动机时， 小齿轮 24 能够以对应于发动机 10 的速度的任何速度旋转。 小齿轮 24 具有的齿轮齿形和齿距对应于环齿轮 14 的齿轮齿形和齿距， 以与其精确啮合和 接合。 0018 启动器 16 包括小齿轮接合螺线管组件 26， 其合并有电机螺线管 28 和小齿轮偏移 螺线管 30。电机 18 经由电连接部 32 或经由适当的杆结构 ( 未示出 ) 被电机螺线管 28 起 动， 以便于使中心轴 20 旋转。电机螺线管 28 接收来自在车辆上装载的能量存储设备 ( 未 示出)的电能。 通常， 来自能量存储设备的正电连接部被连接到螺线管组件26， 且负电连接 部被。
15、连接到启动器 16 的本体或壳体。当电机螺线管 28 使电路完整时， 电能被施加以使中 心轴 20 旋转。小齿轮偏移螺线管 30 被配置为对杆结构 34 提供能量。当被小齿轮偏移螺 线管 30 提供能量时， 杆结构 34 转而使小齿轮 24 移位， 以与环齿轮 14 啮合接合， 以便于启 动发动机 10。 0019 启动器 16 附加地包括超越离合器 (over-running clutch ： ORC)36， 譬如是这种类 型的 ： 包括内座圈 (inner race) 和外座圈 (outer race) 以及布置在内座圈和外座圈之间 说 明 书 CN 102345547 A CN 1023。
16、45567 A3/4 页 5 的楔块或滚子组件。 尽管ORC36的内部结构未示出， 但是ORC被配置为在内座圈或外座圈中 任一个比另一个更快转动时实现惯性运行或超越运行 (overrunning operation)， 并且将 内和外座圈锁定到一起， 以在所述座圈的相对速度颠倒过来时做整体旋转。在所示实施例 中， ORC36的外座圈被连接， 以与中心轴20一起旋转， 而内座圈被连接到筒形轴22和小齿轮 24， 用于与其一起旋转。ORC36 被布置为在杆结构 34 的作用下朝向环齿轮 14 移位。ORC36 被配置为在飞轮 12 的旋转速度低于小齿轮 24 的旋转速度时， 将由电机 18 产生的。
17、启动器扭 矩传递到小齿轮 24， 且在相反情况下作惯性运行或超越运行。 0020 同步器 38 被布置在筒形轴 22 上。同步器 38 被布置为沿着筒形轴 22 朝向环齿轮 14 上的第一摩擦表面 13 移位。同步器 38 包括第二摩擦表面 39， 其被配置成能被驱动为与 第一摩擦表面 13 接触， 以便于改变小齿轮 24 的旋转速度并且使小齿轮的速度基本匹配环 齿轮 14 的速度。同步器 38 可以由塑料或任意其它适于将电机 18 的扭矩传递到飞轮 12 的 材料制造， 且能实现小齿轮 24 和环齿轮 14 的旋转速度的基本匹配。 0021 小齿轮偏移螺线管 30 使 ORC36 沿着同步器。
18、 38 朝向飞轮 12 移位。随着小齿轮 24 和飞轮 12 的速度经由同步器 38 实现的基本同步， 小齿轮被小齿轮偏移螺线管 30 进一步朝 向环齿轮 14 平移， 用于与其啮合接合， 以便于启动发动机 10。随着小齿轮 24 和飞轮 12 的 速度基本同步以便于经由小齿轮启动发动机 10， 电机 18 被电机螺线管 18 起动。一旦发动 机 10 被启动， 小齿轮 24 从环齿轮 14 脱离接合， 并通过小齿轮偏移螺线管 30 的停止作用而 缩回到其闲置位置 (resting position)。 0022 弹簧 40 被围绕筒形轴 22 同心地布置在同步器 38 和 ORC36 之间，。
19、 以由此迫使同步 器离开 ORC 和朝向环齿轮 14 运动。同步器 38 朝向飞轮 12 的促动一家抵靠飞轮装载同步 器使得小齿轮 24 的速度与发动机 10 的速度基本匹配。随着小齿轮 24 与发动机 10 的速度 匹配， 小齿轮经由筒形轴22被杆结构34驱动， 以啮合环齿轮14并将扭矩施加到环齿轮14， 以由此启动发动机。 此外， 筒形轴22包括被布置在轴的外径上的花键23， 同时同步器38包 括互补花键 39。花键 23 和 39 具有相对宽松的配合， 使得同步器 38 可以沿着筒形轴 22 朝 向飞轮 12 容易地滑动， 以用于同步， 并在小齿轮 24 与环齿轮 14 啮合时抵抗弹簧 。
20、40 的作用 向回朝向 ORC36 滑动。 0023 这样的小齿轮 24 和飞轮 12 的旋转速度的同步导致启动器 16 具有改善的耐久 性， 以及在发动机 10 启动期间降低的噪音、 振动和声振粗糙度 (harshness NVH)。启动系 统 5 通常用于在发动机关闭后发动机的速度 ( 不论由于什么原因 ) 没有降低到零转每分钟 (RPM) 时， 重新启动发动机。启动器 16 可以用于任何具有发动机 10 的车辆中， 但是在具有 停止 - 启动特点的发动机 10 所处的车辆中尤其有利。如本领域技术人员公知， 在发动机中 的停止 - 启动特点是指发动机能够在不需要发动机动力时关闭， 但又在需。
21、要发动机动力时 可以立即重新启动， 以为车辆提供动力。 启动器16的尺寸可以设置为用于汽车工业的12伏 电系统的标准框架下运行， 由此为发动机提供有效， 即低成本和轻重量的停止 - 启动系统。 0024 再次参考图 1， 传动装置 (transmission)42 被连接到发动机 10， 用于传输发动机 动力， 以驱动目标车辆的轮子 ( 未示出 )。传动装置 42 还包括适当的齿轮系装置， 其未示 出， 但是它的存在对于本领域技术人员而言是清楚的。布置在传动装置 42 内部的是电动 机 - 发电机 44。电动机 - 发电机 44 被用于与发动机一起或独立于发动机推进目标车辆。 发动机 10 可。
22、以在电动机 - 发电机 44 运行时关闭， 使得启动器系统 5 甚至在目标车辆行进 说 明 书 CN 102345547 A CN 102345567 A4/4 页 6 时也可以使用。此外， 在与环齿轮 14 接合和啮合之前， 同步器 38 将小齿轮 24 与飞轮 12 的 速度基本匹配的能力允许启动器 16 甚至在发动机速度没有一直降低到零 RPM 时重新启动 发动机 10。 0025 控制器 46 相对于发动机 10 和传动装置 42 被布置在车辆上， 并配置为控制发动机 和传动装置两者的运行， 包括在停止 - 启动期间关闭和重新启动发动机。控制器 46 被编程 为， 基于预定的车辆运行参。
23、数， 按照命令激活启动器 16， 以让同步器 38 扩展为机械地将小 齿轮 24 的旋转速度和飞轮 12 的旋转速度基本匹配或同步。车辆运行参数可以在车辆开发 的校准和测试阶段通过试验预先确定， 其目标是优化目标车辆的性能、 可驾驶性和效率。 0026 尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述， 但是本领域技术人员可得 知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。 说 明 书 CN 102345547 A CN 102345567 A1/2 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 102345547 A CN 102345567 A2/2 页 8 图 2 说 明 书 附 图 CN 102345547 A 。