专利名称：内燃机的扭矩传送机构,车辆和传送扭矩的方法
技术领域：
本应用涉及内燃机的扭矩传送机构，包含该扭矩传送机构的车辆和在内燃机中传 送扭矩的方法。
背景技术：
既减少燃料消耗又减少内燃机排放，特别是机动车辆的内燃机，是令人向往的。可 以使用各种方法，或者单独或者共同使用。例如，燃料消耗可通过更有效的燃料燃烧和/或 减少车辆的重量来减少。矿物燃料，如汽油和柴油，的消耗可被减少，通过提供附加的能量 源，如在所谓混合驱动系统中的电池。如再生制动的技术也可以用于重新获得能量，否则该能量将以热量的形式消失。 这种重新获得的能量可用于给车辆或者在车辆内的辅助系统提供动力。其它方法，包括停止和启动系统，其中内燃机被自动关闭，将使车辆临时停止和发 动机空转。当司机想向前移动并操作离合器时，内燃机重新启动。这些方法对在繁忙运输 的情况下提高燃油效率是有用的，该情况在城镇和城市中特别是在高峰时段可能发生。DE 102004008649A1披露用于内燃机的一驱动系统，其中启动机-发电机通过皮 带连接到曲轴。启动机通过驱动曲轴用于启动发动机，在发动机操作过程中，曲轴驱动发电 机。在这个驱动系统中，自由发动机离合器被设置在驱动轮和发电机轴之间，当内燃 机驱动发电机时其连接驱动轮到发电机轴，如果驱动扭矩低或者等于零时释放这个连接。 当启动机-发电机启动或者转动内燃机曲轴时，自由发动机离合器通过接合和释放离合器 而被绕过。然而，进一步的改进以进一步提高燃料节约是所希望的。
发明内容
本申请提供一种内燃机的扭矩传送机构，其包括启动机-发电机、与曲轴一起旋 转的曲轴侧元件、第一单向离合器(one-way clutch)，其被布置从启动机向曲轴侧元件传 送扭矩，和第二单向离合器，其被布置从曲轴侧元件向发电机传送扭矩。启动机与曲轴侧元 件始终接合。扭矩传送机构使得扭矩能够在启动机-发电机和曲轴之间传送。特别是，第一单 向离合器使得扭矩能够从启动机向曲轴侧元件、曲轴和内燃机传送。第二单向离合器使得 扭矩能够从曲轴侧元件向发电机传送，并从旋转曲轴重新获得能量供给发电机。启动机-发电机可以以组合的启动机-发电机形式被提供，并且可以代替启动 机-交流发电机系统。启动机始终与曲轴侧元件接合。扭矩传送机构可以用于作为停止和启动系统的部 分，其是快速高效的，因为当发动机启动时，扭矩可以从启动机向曲轴侧元件快速传送，因 为启动机始终与曲轴侧元件接合。此外，发动机不必完全停止以使得启动机驱动曲轴侧元件，因为启动机始终与曲轴侧元件接合。因此，根据本申请的扭矩传送机构使得内燃机的燃料节约的进一步提高成 为可能。在一实施例中，启动机被设置以当第一单向离合器接合时驱动曲轴侧元件和驱动 曲轴，并且曲轴被设置以在第二单向离合器接合时驱动发电机。特别是，第一和第二离合器 被设置，以使得在任何一个时间只有第一和第二离合器中的一个接合，以使得两个扭矩传 送方向彼此分离。因此，扭矩可以从启动机向曲轴侧元件或者从曲轴向发电机传送。这增 加了系统的效率。启动机-发电机通过两个独立驱动装置连接到曲轴，该驱动装置在一次操作一 个。启动机-发电机使用各种驱动机构可以连接到曲轴侧元件。两个驱动装置可以以相同 原理或者不同原理操作。在实施例中，曲轴侧元件通过齿轮驱动装置连接到启动机，并通过 皮带驱动装置连接到发电机。皮带驱动装置可以是V带驱动啊啊、正时链驱动装置或者平 带驱动装置。在实施例中，曲轴侧元件包括第一环形齿轮，其用于通过齿轮驱动装置连接曲轴 侧元件到启动机，和皮带轮，其用于通过皮带驱动装置连接曲轴侧元件到发电机。在一个实施例中，启动机通过小齿轮连接到第一环形齿轮，该小齿轮始终与第一 环形齿轮相接合，所以启动机始终与曲轴侧元件相接合。在进一步的实施例中，发电机通过皮带驱动装置、正时链驱动装置或者齿轮副连 接到曲轴侧元件。如果这些装置位于空气中，可以使用皮带驱动装置或者正时链驱动装置。 如果装置位于油中，可以使用齿轮副。在进一步的实施例中，当启动机驱动曲轴时，第二离合器释放，以使得第二驱动 (如皮带驱动装置)凭惯性转动，并且扭矩不从曲轴向发电机传送。发电机从曲轴脱离耦I=I O在进一步的实施例中，当曲轴驱动发电机时，第一离合器被释放，以使得第一驱动 (如齿轮驱动)凭惯性转动，并且启动机从曲轴侧元件脱离耦合，以使得扭矩不从启动机向 曲轴侧元件传送。在实施例中，第一单向离合器被设置以曲轴的预定每分钟转数(rpm，每分钟转 数)促动，以从曲轴脱离耦合启动机。这种结构使得启动机能够被连接到曲轴，以至于启动 曲轴旋转和启动内燃机。一旦曲轴的预定每分钟转数达到，其指示发动机在运行，第一单向 离合器被促动以至于从曲轴脱离耦合启动机。这种脱离耦合可以自动发生，由于第一单向 离合器的设计。在进一步的实施例中，第二单向离合器被设置在高于曲轴的这个预定每分钟转数 被促动，以便连接曲轴到发电机，以使得一旦内燃机运行，曲轴可以驱动发电机。因为第二 单向离合器在高于预定每分钟转数时被执行，所以只有当启动机从曲轴脱离耦合时，曲轴 连接到发电机。
在进一步的实施例中，单向离合器沿一个方向从第一环形齿轮到曲轴传送由启动 机产生的扭矩，并阻止扭矩沿相反方向传送。这使得启动机能从曲轴被可靠耦合和脱离耦I=I O 本申请还提供了包含内燃机(如柴油发动机或者火花点火式发动机)的车辆，其 连接到曲轴，并且还包括根据上面的其中一个实施例的扭矩传送机构。5
本申请还提供在内燃机中在启动机-发电机和连接到内燃机的曲轴之间传送扭 矩的方法。启动机始终与连同曲轴一起旋转的曲轴侧元件相接合。方法包括接合第一单向 离合器，并且从启动机向曲轴侧元件传送扭矩，以驱动曲轴侧元件和曲轴。第二单向离合器 被接合以从曲轴侧元件向发电机传送扭矩，以便驱动发电机。更特别的是，在任一时刻，扭 矩或者从曲轴侧元件向发电机或者从启动机向曲轴侧元件被传送。在任一时刻，扭矩仅沿 一个方向被传送。如果曲轴的每分钟转数(rpm)是零，并且内燃机被关闭，第一单向离合器可以被 接合以连接启动机到曲轴，以使得扭矩可以从启动机向曲轴传送，并启动内燃机。第一单向离合器可以在曲轴的预定每分钟转数被释放，以至于从曲轴脱离耦合启 动机。该预定每分钟转数可指示内燃机在运行。在进一步的实施例中，第二单向离合器在高于曲轴的预定每分钟转数的每分钟转 数被接合，以至于连接曲轴到发电机，并且从曲轴向发电机也向车辆的变速箱传送扭矩。因 此，沿扭矩方向的切换依赖于曲轴的每分钟转数。在发动机启动过程中，第一单向离合器接合，以使得曲轴被启动机驱动。启动机的 驱动力被传送给发动机曲轴。一旦发动机在运行，第一单向离合器凭惯性转动，并且发动机 的驱动力被传送给变速箱。第二单向离合器可被接合，以至于接合发电机和曲轴，另外使得 曲轴驱动发电机。耦合启动机到曲轴的机构以及耦合发电机和曲轴的机构被脱离耦合。因此，扭矩 传送机构包括两个驱动装置，其彼此脱离耦合并且独立和通常交替操作。启动机-发电机可替代启动机马达和交流电机，以至于减小重量并进一步提高燃 料效率。现在将参考附图对实施例进行描述。
图Ia显示根据第一实施例操作的内燃机的扭矩传送机构的示意图，图Ib显示根据第二实施例操作的内燃机的扭矩传送机构的示意图，图2显示根据第三实施例的内燃机的扭矩传送机构的透视图，图3显示图2的扭矩传送机构的侧视图，图4显示图2的扭矩传送机构的第二透视图。附图标记1扭矩传送机构2启动机-发电机3曲轴侧元件4 曲轴5第一单向离合器6 启动机马达(starter motor)7第二单向离合器8发电机9扭矩传送方向
10扭矩传送方向11曲轴旋转12曲轴旋转
13扭矩传送方向14传送给车辆变速箱的扭矩15齿轮驱动装置16皮带驱动装置17环形齿轮18皮带轮19小齿轮20连杆21皮带22皮带轮
具体实施例方式车辆的未显示的内燃机的扭矩传送机构1在图Ia和Ib中被示意地说明。特别是， 图Ia和Ib显示扭矩传送机构1的两个不同的扭矩传送路径。扭矩传送机构1包括启动机-发电机2和与连接到内燃机的曲轴4 一起旋转的曲 轴侧元件3。启动机-发电机2可以是组合的启动机-发电机单元。扭矩传送机构1包括第一单向离合器5，其被布置从启动机-发电机2的启动机马 达6向曲轴侧元件3传送扭矩，并阻止扭矩沿相反方向从曲轴侧元件3向启动机马达6传送。扭矩传送机构1还包括第二单向离合器7，其被布置从曲轴侧元件3向启动机-发 电机2的发电机8传送扭矩，并阻止扭矩沿相反方向从发电机8向曲轴侧元件3传送。启 动机马达6始终与曲轴侧元件3相接合。虽然启动机马达6始终与曲轴侧元件3相接合，但是第一单向离合器5把曲轴侧 元件与启动机马达6耦合和从其脱离耦合，分别使得扭矩或者被传送给曲轴侧元件3或者 不传送给曲轴侧元件3。然而，因为启动机马达6始终与曲轴侧元件3相接合，所以扭矩可 以从启动机马达6向曲轴侧元件3被快速有效传送，以启动内燃机。这在停止和启动操作 中是有用的，其中当发动机空转时，内燃机自动关闭，当司机希望开走时自动重新启动。图Ia显示扭矩传送机构1的第一操作模式，其中启动机马达6传送扭矩给曲轴侧 元件3，如箭头9所指，该扭矩被传送给曲轴4，如箭头10所指，以便旋转曲轴4，如箭头11 所指。这个操作模式可被用于启动内燃机。在这个实施例中，第一单向离合器5被促动，以 至于从启动机马达6向曲轴侧元件3和曲轴4传送扭矩。图Ib显示扭矩传送机构1的第二操作模式，其中第一单向离合器5被促动，以至 于启动机马达6从曲轴侧元件3和曲轴4脱离耦合，并且其中第二单向离合器7被促动，以 至于耦合曲轴侧元件3到发电机8。在这第二个操作模式中，内燃机在运行，曲轴4在旋转并被内燃机所驱动，如箭头 12所指。扭矩从曲轴4和连同曲轴4 一起旋转的曲轴侧元件3向发电机6传送，如箭头13所指。在这个实施例中，启动机马达6仍然始终与曲轴侧元件3相接合，但是从曲轴侧元件 3脱离耦合，所以扭矩不传送给或者从启动机马达6。在这个实施例中，来自内燃机的扭矩 经过曲轴4被传送给车辆的变速箱，如箭头14所指。图2到4显示根据第三实施例的扭矩传送系统1’的不同的透视图。在所有图中，相同附图标记被用于指示相似或者一致的零件。根据第二实施例的扭矩传送机构1’包括组合的启动机-发电机2，其被耦合到连 同曲轴4 一起旋转的曲轴侧元件3。连杆20，其耦合曲轴4到内燃机，并且将在内燃机缸内 的活塞的往复运动转换成曲轴的旋转运动，也如图2到4所示。启动机-发电机2包括齿轮驱动装置15和皮带驱动装置16，其彼此不耦合并且彼 此被独立驱动。曲轴侧元件3包括第一环形齿轮17，其耦合到齿轮驱动装置15的小齿轮 19，该齿轮驱动装置耦合启动机-发电机2 (特别是组合的启动机-发电机2的启动机马达 6)到曲轴4。小齿轮19始终与第一环形齿轮17相接合。曲轴侧元件3还包括皮带轮18，其通过皮带21耦合曲轴4到启动机_发电机2上 的皮带轮22以形成皮带驱动装置16。特别是，皮带驱动装置16耦合曲轴4到启动机-发 电机2的发电机8。皮带轮22绕小齿轮19的轴线同轴布置，以使得小齿轮19从布置在皮带轮22中 的中间通孔伸出。小齿轮19和皮带轮22彼此分开布置，所以每个可以独立于另一个被驱动。第一单向离合器5位于第一环形齿轮17和曲轴4之间，并被设置为耦合第一齿轮 驱动装置15到曲轴4，以至于从启动机马达6向曲轴4传送扭矩，并且由此启动发动机。第 一单向离合器5和齿轮驱动15可以具有在W02007/1482^中所公布的类型，其因此通过参 考合并其全部。启动机马达6通过未显示的12伏电源来驱动。当启动机马达6借助于齿轮驱动 装置15传送扭矩给曲轴4时，皮带驱动装置16凭惯性转动。当启动机马达6驱动曲轴4 时，曲轴和内燃机的每分钟转数增加，且在预定每分钟转数时，外部电源从启动机马达6断 开，并且齿轮驱动装置15从曲轴4脱离耦合，以使得齿轮驱动15凭惯性转动。—旦发动机的每分钟转数高于这个预定的限制时，第二单向离合器7被促动，以 至于借助于皮带轮18、22和皮带21耦合皮带驱动装置16到曲轴4，以使得扭矩从曲轴4被 传送到发电机8。在这个实施例中，第二单向离合器7位于启动机-发电机2的壳体内。当 发电机8通过皮带驱动装置16耦合到曲轴4时，齿轮驱动装置15凭惯性转动。发电机产 生电，其可被储存在车辆的电池中，或者直接用于给车辆或者车辆的辅助系统进行供电。
权利要求
1.一种内燃机的扭矩传送机构(1)，包括 启动机-发电机⑵；曲轴侧元件(3)，其与曲轴⑷一起旋转，启动机(6)始终与所述曲轴侧元件(3)相接合；第一单向离合器(5)，其被布置从所述启动机(6)向所述曲轴侧元件(3)传送扭矩，和 第二单向离合器(7)，其被布置从所述曲轴侧元件(3)向发电机(8)传送扭矩。
2.如权利要求1所述的扭矩传送机构(1)，其中在所述第一单向离合器(5)接合时，所述启动机(6)被设置用于驱动所述曲轴侧元件 (3)和驱动所述曲轴(4)，在所述第二单向离合器(7)接合时，所述曲轴(4)被设置为驱动 所述发电机(8)。
3.如权利要求1或2所述的扭矩传送机构(1)，其中所述第一离合器(5)和第二离合器(7)被设置为使得在任一时刻只有所述第一离合器 (5)和所述第二离合器(7)中的一个被接合。
4.如权利要求1到3中任一项所述的扭矩传送机构(1)，其中 所述曲轴侧元件(3)包括环形齿轮(17)。
5.如权利要求4所述的扭矩传送机构(1)，其中所述启动机(6)通过始终与所述环形齿轮(17)相接合的小齿轮(19)而被耦合到所述 环形齿轮(17)，。
6.如权利要求1到5中任一项所述的扭矩传送机构(1)，其中所述发电机(8)通过皮带驱动装置(16)、V带驱动装置、正时链驱动装置或者齿轮副而 被耦合到所述曲轴侧元件(3)，。
7.如权利要求4到6中任一项所述的扭矩传送机构(1)，其中当所述曲轴(4)驱动所述发电机(8)时，所述第一离合器(5)释放，以使得所述环形齿 轮(17)凭惯性转动。
8.如权利要求6或7所述的扭矩传送机构(1)，其中当所述启动机(6)驱动所述曲轴(4)时，所述第二离合器(7)释放，以使得所述皮带驱 动装置(16)、V带驱动装置、正时链驱动装置或者齿轮副凭惯性转动。
9.如权利要求1到8中任一项所述的扭矩传送机构(1)，其中所述第一单向离合器(5)被设置为在所述曲轴(4)的预定每分钟转数时被促动，以把 所述启动机(6)从所述曲轴(4)脱离耦合。
10.如权利要求9所述的扭矩传送机构(1)，其中所述第二单向离合器(7)被设置为在高于所述曲轴(4)的所述预定每分钟转数时被促 动，以耦合所述曲轴⑷到所述发电机(8)。
11.如权利要求4到10中任一项所述的扭矩传送机构(1)，其中所述第一单向离合器(5)被设置沿一个方向从所述环形齿轮(17)向所述曲轴(4)传 送由所述启动机(6)产生的扭矩，并阻止沿所述相反方向传送扭矩。
12.—种车辆，其包括内燃机、曲轴(4)和如权利要求1到11中任一项所述的扭矩传送 机构(1)。
13.一种在内燃机中在启动机-发电机(2)和曲轴(4)之间传送扭矩的方法，启动机(6)始终与曲轴侧元件(3)相接合，该曲轴侧元件与所述曲轴⑷一起旋转，所述方法包 括接合第一单向离合器(5)并从所述启动机(6)向所述曲轴侧元件(3)传送扭矩，以驱 动所述曲轴侧元件C3)和所述曲轴，和接合第二单向离合器(7)并从所述曲轴侧元件(3)向所述发电机(8)传送扭矩，以驱 动所述发电机(8)。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述第一单向离合器( 在所述曲轴的预定每分钟转数被释放以把所述启动机 (6)从所述曲轴⑷脱离耦合。
15.如权利要求13或14所述的方法，其中所述第二单向离合器(7)在高于所述曲轴(4)的所述预定每分钟转数时被接合以耦合 所述曲轴⑷到所述发电机(8)。
全文摘要
内燃机的扭矩传送机构(1)包括启动机-发电机(2)、连同曲轴(4)一起旋转的曲轴侧元件(3)、第一单向离合器(5)，其被布置从所述启动机(6)向所述曲轴侧元件(3)传送扭矩，和第二单向离合器(7)，其被布置从所述曲轴侧元件(3)向所述发电机(8)传送扭矩。所述启动机(6)始终与所述曲轴侧元件(3)相接合。
文档编号F02N11/04GK102042147SQ201010517000
公开日2011年5月4日 申请日期2010年10月20日 优先权日2009年10月20日
发明者罗伯特·沃塔尼安 申请人:通用汽车环球科技运作公司