专利名称：使用传统曲柄装置的降噪发动机起动-停止系统的制作方法
技术领域：
0001]本发明涉及发动机起动-停止系统，具体涉及^f吏用传
统曲柄装置的降噪发动机起动-停止系统。
背景技术：
内燃机在气缸内消耗燃料和气体混合物，驱动活塞以 产生驱动转矩。驾驶员的操作引起发动机的起动。比如，当驾驶员 把点火开关开启到起动位置，或按下起动键时，发动机起动系统就 会起动发动机，并启动燃烧过程。传统的发动机起动系统包括起动 电动机，其选择性地驱动曲轴。更具体地说，起动电动机小齿轮， 在相对于飞轮齿圈的接合位置与脱离位置之间是可以移动的。
0003] 在车辆停下时，暂时性的发动机关闭，可以降低燃料 的消耗。很多结构已经被提出，以完成快速、低噪的发动机重起， 这需要在驾驶员加速命令的第 一指示时间完成。加速命令可以是由 驾驶员松开刹车踏板上的压力和/或踏下加速踏板来指示。大部分结 构使用复杂而昂贵的电气装置，来完成起动-停止任务，同时满足 噪声、振动和不平顺(NVH)及响应的要求。
0004] 使用传统起动电动机和驱动装置传动的起动-停止结 构，对于无缝和合意的发动机起动来说，噪声太大。比如，这种系 统中的噪声，可以从起动电动机齿轮螺线管中发出，其可以在接合 位置和脱离位置移动小齿轮。更具体地说，起动电动机齿轮螺线管 和它的止动器接触时，会引起电枢(armature)速度的突然变化。
发明内容
相应地，本发明提供了一种发动机起动系统，其可以 在接合位置和脱离位置之间调节起动电动机小齿轮的位置。发动机起动系统包括螺线管齿轮电枢(SPA)，其与小齿轮相连，且可以在第 一位置和第二位置间移动，以便在脱离位置和接合位置之间移动小齿轮。在SPA向第二位置移动期间，阻尼器(damper)会緩沖SPA的 速度，以抑制噪声的产生。 在一个特征中，SPA的速度，在向第二位置行进的第 一部分期间是无阻尼的，而在向第二位置行进的第二部分期间是受 阻尼的。 在另一个特征中，阻尼器包括偏置部件，其在该SPA 上施加偏置力，以緩冲SPA的速度。
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在另一些特征中，阻尼器包括流体，其在SPA上施 加阻尼力，以緩冲SPA的速度。阻尼器包括可变大小的孔，其基于 SPA位置，改变阻尼力。作为备选，阻尼器包括允许流体从阻尼器 以第 一速率排出的第 一孔，和允许流体以第二速率排出的第二孔。 第一孔在SPA向第二位置行进的第一部分期间打开，而在SPA向第 二位置行进的第二部分期间闭合。作为另一个可选方案，阻尼器包 括单向限流阀，在SPA向第二位置移动期间，该单向限流阀提供阻 尼力，且允许SPA向第一位置的无阻尼移动。 在另一个特征中，阻尼器偏离SPA—定距离，以在 从第一位置向第二位置行进的一部分期间与SPA^^妄合。还在另一个特征中，阻尼器和SPA相连接。 本发明的其它应用领域，从下文的详细描述中可以明 显而知。需要明白，这些详细描述和特定示例尽管指出了本发明的 优选实施例，但仅仅是出于示意说明的目的，而不是用来限制本发 明的范围。
通过详细描述和附图，可以充分理解本发明，其中
图1中是示例发动机系统的功能框图，其包括根据本 发明的发动机起动系统； 图2中;^动机起动系统的起动电动机的功能框图，
其包括螺线管齿轮电枢(SPA)和处于第一位置的示例阻尼器；图4中是显示了无阻尼和受阻尼的SPA速度的曲线
图； 图5中是SPA和直接与SPA相连的流体阻尼器的功 能框图； 图6中是SPA和直接与SPA相连的可变孔流体阻尼 器的功能框图；及 图7中是SPA和流体阻尼器的功能框图，流体阻尼 器包括单向限流阀且与SPA直接相连。
具体实施例方式下述对于优选实施例的描述，本质上只是示例性的， 而绝不是用来限制本发明,它的应用或用途。为了清晰起见，相同 的标号在附图中用来表示相似的部件。如这里所用的术语"模块" 可以指，专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共享式的、专用 式的、或组式的)和用来执行一段或多段软件或固件程序的存储器、 组合逻辑电路、和/或其它可以提供所描述功能的合适部件。 车辆系统10还包括发动机起动系统22。发动机起动 系统22包括飞轮齿圈24、起动电动才几26，和动力系统28。飞轮齿 圈24安装成用于和曲轴14 一起转动。起动电动才几26选择性地和飞 轮齿圈24接合，这在下文将进一步说明，以便可旋转地驱动曲轴14。 以这种方式，发动机12可以在起动程序中被起动。
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动力系统28包括点火开关或起动按键30、能量存储 装置(ESD)32(比如电池或超级电容器)、熔断器34、起动电动机中继 器36,和空档开关38。动力系统28允许起动电动机26，基于驾驶 员的操作(比如把点火开关转到开始位置)而与飞轮齿圈24接合，并 驱动飞轮齿圈24。 ESD32为起动电动机26提供动力，而空档开关38 则确保车辆在能为起动电动机26提供动力之前处于空档。
0024] 现在来参见图2,将会进一步描述本发明的起动电动 机26。起动电动机26包括壳体40，电动机42、齿轮轴44、小齿轮 46、致动器组件48、螺线管齿轮组件(SPA)50和阻尼器52。小齿轮 46设置成可以与齿轮轴44 一起转动，且沿着齿轮轴44设置成可滑 动方式。更具体地说，致动器组件48可以驱动小齿轮46在接合位置与脱离位置之间移动，小齿轮46在接合位置与飞轮齿圈24啮合，并且在脱离位置与飞轮齿圈24脱离啮合。 致动器组件48由SPA50驱动，且包括弹簧54、轴环 56和致动器臂58。致动器臂58可绕着X轴线作枢轴旋转，且在第 一端和SPA接合，在第二端和轴环56接合。轴环56关于齿轮轴44 设置成可滑动，弹簧54则位于轴环56和小齿轮46之间。SPA50引起执行臂58关于X轴线的旋转，其又会引起轴环56沿着齿轮轴44 做线性运动。轴环56向着小齿轮46(也就是远离电动机42)运动，通 过弹簧54，而引起小齿轮46相应的线性运动。如果小齿轮46的齿 不是马上和齿圈34的齿对齐，那么弹簧54就会压缩，而引起向着小齿轮46的偏置力。 一旦齿对齐，偏置力就推动小齿轮46和齿圈 24接合。 SPA包括螺线管线圈60、弹簧62,和电枢64。螺线 管线圈60引起电枢64的线性运动，此线性运动位于第一位置与第 二位置之间，分别对应于小齿轮46的接合位置与脱离位置。弹簧62 把电枢64偏置到第一位置。螺线管线圈60驱动电枢64克服弹簧62 的偏置力到达第二位置，这基于驾驶员的操作。 一旦螺线管线圈60
释放电枢64(比如在发动机起动完成后)，则弹簧62偏置电枢64回 到第一位置。 现在来参见图2和图3，将会进一步详细讨论阻尼器 52。在SPA50向第二位置移动期间，阻尼器52緩沖SPA50的速度。 更具体地说，当引起电枢64向着第二位置移动时，电枢64的速度 在行进的第一部分期间会平稳地增大(也就是，电枢加速)。电枢64 和阻尼器52在预定点接合，这会在行进的第二部分期间緩冲速度， 以降低电枢64的加速度。 如图2和图3所示，阻尼器52包括壳体70、可滑动 地置于壳体70内的活塞72，和从活塞72和阻尼器弹簧76处延伸 的活塞杆74。活塞72相应地把壳体70的内部分成第一腔78和第 二腔80。第一腔78和第二腔80中的每个腔包括开口 82和84,相 应地，允许流体来回流动(比如气体流)通过第一腔78和第二腔80。 弹簧76置于第二腔80内，当活塞72压缩弹簧76时，其会引起向 着活塞72的偏置力。活塞杆74的末端偏离电枢64的末端一定距离 D(参见图2)。在这种方式下，在距离D内，电枢62就可以做无阻 尼移动。当电枢64和活塞杆74接合后，电枢的剩下的移动就受到 弹簧76的緩沖。 现在来参见图4,这是无阻尼(虛线)和有阻尼(实线)的 SPA速度曲线图。在SPA50无阻尼的情况下，电枢64的在整个行 进期间，速度稳定增大。在电枢64接近第二位置点时，有一个大幅 度、快速的下降，以及并发的振动，直到速度为零。传统的、无阻 尼的发动机起动系统中，这种大幅度、快速的下降和并发的振动会 引起噪声。
0030]在SPA50是受阻尼的情况下，电枢64的速度平稳地 增大，直到电枢和阻尼器52接合。在电枢64和阻尼器52接合后， 速度的增大或者加速度就会降低。在电枢64接近第二位置点时，速 度的下降和并发的振动这两者在强度上都要远远小于使用传统的无 阻尼系统的情况。结果是，噪声的产生受到了抑制。 现在来参见图5，其显示了一种可选的阻尼器52A。 阻尼器52A是流体型阻尼器(比如液压型的，或气压型的)，其包括 置于第一腔78和第二腔80内的流体。壳体70包括第一流体端口 90、 第二流体流体端口 92,和限流端口 94。端口 90、 92、 94和流体回 路形成流体式相连(未示出)。活塞杆74和电枢64直接相连。限流端 口 94允许阻尼流体从第二腔80进入和排出，这基于活塞72的移动 方向。更具体地说，限流端口 94带有设定区域，其限定了阻尼流体 从第二腔80排出的流率。以这种方式，当阻尼流体通过限流端口 94 排出时，在第二腔80内就产生了背压，这样就取得了緩冲的作用。 第一流体端口 90允许阻尼流体从第一腔78进入和排 出，这基于活塞72的行进方向。第二流体端口 92允许阻尼流体从 第二腔80进入和排出。第二流体端口 92的位置相对于活塞72的起 始位置，就限定了电枢64的第一段无阻尼行进行程。更具体地说， 在电枢64通过距离A的期间，阻尼流体通过第二流体端口 92和限 流端口94排出。当活塞72完成距离A时，活塞72就关闭了第二 流体端口 92，从而阻止流体从那里通过。以这种方式，限流端口 94 就成了唯一可用的排出路径，而由此得到的背压就会緩冲SPA50的 速度。现在来参见图6,显示了另一个可选的阻尼器52B。 阻尼器52B包括第一端口 98、限流端口 100,和锥形延伸部102, 其从活塞72延伸。锥形延伸部102和限流端口 IOO对齐，其中，当 活塞72向限流端口 IOO移动时，限流端口 IOO的开口区域会减小。 更具体地说，当活塞72向第二位置行进时，限流端口100为第二腔 80内的流体提供了排出路径。 对于行进行程的第一部分而言，延伸部102没有容纳 在限流端口 100中，流体通过限流端口 100排出，以允许电枢64的 无阻尼移动。 一旦锥形延伸部102容纳到了限流端口 100中，流体 通过限流端口 IOO排出的有效区域就减小了。结果是，第二腔80内 产生了背压，电枢64的移动受到了緩冲。锥形延伸部102容纳到限流端口 100中越多，流体排出的有效区域就越小，阻尼力就相应地 越大。 现在来参见图7,显示了另一个可选的阻尼器52C。 阻尼器52C类似于阻尼器52A(参见图5)，不过它在限流端口 94处 包括单向限流阀110。限流阀110包括大流体端口 112、小流体端口 114、球体116和弹簧118。弹簧118将球体116偏置而靠在大流体 端口 112上，以禁止流体从那里通过。当球体116偏置而靠在大流 体端口 112上时，小流体端口 114是打开的，以提供流体的排出路 径。 当活塞移回时，第一腔78内的流体通过第一流体端 口排出。球体116克服弹簧118的偏置力而移动，从而打开了大流 体端口 112,这是因为第二腔80内的压力较小。以这种方式，流体 通过大口 112 一皮吸入第二腔80中，以允许活塞72快速地返回它的 起始位置。 一旦活塞72移动经过第二流体端口 ，则流体甚至会以更 快的速率而被吸入第二腔80中。现在，本领域技术人员可以从前面的描述中认识到， 本发明的所公开的技术，可以以不同的形式来实施。因此，虽然结 合特定示例对本发明进行了描述，但是，本发明的真正发明范围不 应该受到限制，这是因为通过研究附图、说明书和本申请的权利要 求，其它的改变对于本领域的专业人员是显而易见的。
权利要求
1.一种发动机起动系统，其可以在接合位置和脱离位置之间调节起动电动机小齿轮的位置，其包括螺线管齿轮电枢(SPA)，其与所述小齿轮相联接，且在第一位置与第二位置之间可移动，以便在所述脱离位置和所述接合位置之间移动所述小齿轮；及阻尼器，其在所述SPA向所述第二位置移动期间缓冲所述SPA的速度，以抑制噪声的产生。
2. 根据权利要求1所述的发动机起动系统，其特征在于，所述 SPA的移动在向所述第二位置行进的第一部分期间是无阻尼的，而 在向所述第二位置行进的第二部分期间是受阻尼的。
3. 根据权利要求1所述的发动机起动系统，其特征在于，所述 阻尼器包括偏置部件，其向所述SPA施加偏置力，以緩冲所述SPA 向所迷第二位置的移动。
4. 根据权利要求1所述的发动机起动系统，其特征在于，所述 阻尼器包括流体，其向所述SPA施加阻尼力，以緩冲所述SPA向所 述第二位置的移动。
5. 根据权利要求4所述的发动机起动系统，其特征在于，所述 阻尼器包括可变大小的孔，其可以基于所述SPA的位置而改变所述 阻尼力。
6. 根据权利要求4所述的发动机起动系统，其特征在于，所述 阻尼器包括允许所述流体从所述阻尼器以第一速率排出的第一孔， 和允许所述流体以第二速率排出的第二孔，其中，所述第一孔在所 述SPA向所述第二位置行进的第一部分期间是打开的，而在所述SPA 向所述第二位置行进的第二部分期间是闭合的。
7. 根椐权利要求4所述的发动机起动系统，其特征在于，所述 阻尼器包括单向限流阀，所述单向限流阀在所述SPA向所述第二位置移动时提供所述阻尼力，且允许所述SPA向所述第一位置的无阻 尼移动。
8. 根据权利要求1所述的发动机起动系统，其特征在于，所述 阻尼器偏离所述SPA —定距离，以便在从所述第一位置向所述第二 位置行进的一部分期间与所述SPA接合。
9. 根据权利要求1所述的发动机起动系统，其特征在于，所述 阻尼器连接到所述SPA。
10. —种在接合位置和脱离位置之间调节起动电动机小齿轮位置 的方法，其包括将螺线管齿轮电枢(SPA)连接到所述小齿轮，所述螺线管齿轮电 枢可在第一位置和第二位置之间移动，以便在所述脱离位置和所述 接合位置之间移动所述小齿轮；及在所述SPA向着所述第二位置移动期间，緩冲所述SPA的速度， 以抑制噪声的产生。
11. 根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述SPA的所 述速度在向所述第二位置行进的第 一部分期间是无阻尼的，而在向 所述第二位置行进的第二部分期间是受阻尼的。
12. 根据权利要求IO所述的方法，其特征在于，所述緩冲包括， 在所述SPA上施加由偏置部件产生的偏置力，以緩冲所述速度。
13. 根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述緩沖还包 括，使用流体在所述SPA上施加阻尼力，以便緩冲所述速度。
14. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，进一步包括， 基于所述SPA的位置来改变所述阻尼力。
15. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述緩冲还包括以第一速率从阻尼器中排出所述流体；及以第二速率从所述阻尼器中排出所述流体，其中，所述第一速 率在所述SPA向所述第二位置行进的第一部分期间是被允许的，而在所述SPA向所述第二位置行进的第二部分是被禁止的。
16. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述緩沖包括， 提供单向限流阀，所述单向限流阀在所述SPA向所述第二位置移动 期间允许所述阻尼力，且允许所述SPA向所述第一位置的无阻尼移 动。
17. 根据权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括，将阻 尼器偏离所述SPA —定距离，以便在从所述第一位置向所述第二位 置行进的一部分期间与所述SPA接合。
18. 根据权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括，将阻 尼器联接到所述SPA。
19. 一种发动机起动系统，包括起动电动机，其选择性地驱动曲 轴，包括小齿轮，其在接合位置和脱离位置之间是可移动的； 螺线管齿轮电枢(SPA),其和所述小齿轮相联接，且在第一位置和第二位置之间可移动，以便在所述脱离位置和所述接合位置之间移动所述小齿轮；及阻尼器，其在所述SPA向所述第二位置移动的一部分期间緩冲所述SPA的速度，以抑制噪声的产生。
20. 根据权利要求19所述的发动机起动系统，其特征在于，所 述阻尼器包括偏置部件，其在所述SPA上施加偏置力，以緩冲所述 SPA向所述第二位置的移动。
21. 根据权利要求19所述的发动机起动系统，其特征在于，所 述阻尼器包括流体，其在所述SPA上施加阻尼力，以緩冲所述SPA 向所述第二位置的移动。
22. 根据权利要求21所述的发动机起动系统，其特征在于，所 述阻尼器包括可变大小的孔，其基于所述SPA的位置而改变所述阻 尼力。
23. 根据权利要求21所述的发动机起动系统，其特征在于，所述阻尼器包括允许所述流体从所述阻尼器以第一速率排出的笫一 孔，和允许所述流体以第二速率排出的第二孔，其中，所述第一孔在所述SPA向第二位置行进的第一部分期间是打开的，而在所述SPA向所述第二位置行进的第二部分期间是闭合的。
24. 根据权利要求21所述的发动机起动系统，其特征在于，所 述阻尼器包括单向限流阀，所述单向限流阀在所述SPA向所述第二 位置移动期间提供所述阻尼力，并且允许所迷SPA向所述第一位置 的无阻尼移动。
25. 根据权利要求19所述的发动机起动系统，其特征在于，所 述阻尼器偏离所述SPA —定距离，以便在从所述第一位置向所述第 二位置行进的一部分期间与所述SPA接合。
26. 根据权利要求19所述的发动机起动系统，其特征在于，所述 阻尼器连接到所述SPA。
全文摘要
本发明提供了一种使用传统曲柄装置的降噪发动机起动-停止系统。具体而言，本发明提供了一种发动机起动系统，其用于在接合位置与脱离位置之间调节起动电动机小齿轮的位置，所述发动机起动系统包括螺线管齿轮电枢(SPA)，其和小齿轮相联接，并且在第一位置与第二位置之间可移动，以便在脱离位置和接合位置之间移动小齿轮。在SPA向第二位置移动期间，阻尼器缓冲SPA的速度，以抑制噪声的产生。
文档编号F02N11/00GK101173645SQ200710148849
公开日2008年5月7日 申请日期2007年8月28日 优先权日2006年8月29日
发明者C·D·马里奥特, D·R·维尔纳, D·里佐利斯, K·J·布斯莱普, W·C·阿尔伯森 申请人:通用汽车环球科技运作公司