CN106567796B - 用于起动发动机和驱动平衡轴的电动机组件及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于起动发动机和驱动平衡轴的电动机组件，其可包括：电动机，其被配置成旋转可轴向移动的电动机轴；离合器，其附接到电动机轴的一个端部，以便传递或阻止电动机轴的旋转力；平衡轴，其由通过离合器传递的电动机轴的旋转力旋转，以便减小由发动机产生的振动；起动齿轮，其附接到电动机轴的另一个端部；以及致动器，其用于在向前或向后的方向轴向移动电动机轴。

Description

用于起动发动机和驱动平衡轴的电动机组件及其控制方法
技术领域
本公开涉及用于起动发动机和驱动平衡轴的电动机组件，以及控制其的方法。
背景技术
该部分中的陈述仅仅提供关于本公开的背景信息，并且可不构成现有技术。
平衡轴是用于在发动机旋转时减小由活塞的往复运动和曲轴的旋转运动产生的振动和噪声的装置。也就是说，平衡轴在与曲轴相反的方向旋转，以便除去由曲轴的旋转运动产生的振动和噪声。机械平衡轴和电动机驱动平衡轴用作此类平衡轴的示例。
因为机械平衡轴通过链、齿轮等等连接到发动机的曲轴，所以其始终被驱动，而与发动机速度无关。但是，平衡轴需要等于或高于4000RPM的高的发动机速度，在该速度下由于发动机，例如活塞的往复运动质量，惯性力被迅速地增加。因为这个原因，如果平衡轴总是被驱动，则燃料效率会非常差。
为了解决这个问题，开发了通过控制电动机的操作仅仅在高发动机速度范围内被驱动的电动机驱动的平衡轴。但是，电动机驱动的平衡轴需要单独的电动机、电动机控制单元以及电源。因为这个原因，存在平衡轴的成本和重量增加并且必须在发动机室内提供单独的空间的问题。
另外，因为用于ISG(Idle Stop and Go，怠速启停)***的起动电动机仅仅用来起动或重新起动发动机，其很少被利用。
发明内容
本公开提供用于起动发动机和驱动平衡轴的电动机组件以及控制所述电动机组件的方法，在该发动机组件中用于减小由于发动机的往复运动质量引起的惯性力的平衡轴和用于执行ISG(怠速启停)功能的起动电动机被组合为单个***，。
在本公开的一个实施方式中，一种用于起动发动机和驱动平衡轴的电动机组件可包括：用于旋转可轴向移动的电动机轴(110)的电动机(100)；离合器(200)，其附接到电动机轴(110)的一个端部，以便传递或阻止电动机轴(110)的旋转力；平衡轴(300)，其由通过离合器(200)传递的电动机轴(110)的旋转力旋转，以便减小由发动机(1)产生的振动；附接到电动机轴(110)的另一个端部的起动齿轮(400)；以及致动器(500)，其用于在向前或向后的方向上轴向移动电动机轴(110)。
电动机(100)可以是具有矢量控制功能的永磁铁AC电动机。
平衡轴(300)可不连接到发动机(1)的曲轴。
致动器(500)可以是换挡致动器。
致动器(500)可在向前和向后方向上轴向移动电动机轴(110)，以便同时控制起动齿轮(400)的向前和向后移动以及离合器(200)的释放和接合。
电动机组件还可以包括：环形齿轮(600)，其通过起动齿轮(400)的向前移动与起动齿轮(400)接合，以便将电动机轴(110)的旋转力传递到发动机(1)。
环形齿轮(600)可被布置在变速器(3)内。
根据本公开的另一个形式，控制用于起动发动机和驱动平衡轴的电动机组件的方法包括：确定是否期望起动或重新起动发动机(1)(S100)；当期望起动或重新起动发动机(1)时，操作致动器(500)，使得电动机轴(110)被向前移动(S200)；以及在操作致动器(500)(S200)之后，通过旋转电动机(100)和驱动起动齿轮(400)，起动或重新起动所述发动机(S300)。
在操作致动器(500)(S200)时，在起动齿轮(400)与环形齿轮(600)接合的同时，离合器(200)可被释放。
方法还可以包括：当不期望发动机(1)起动或重新起动时，停止致动器(500)的操作，使得电动机轴(110)被向后移动(S400)。
在停止致动器(500)的操作(S400)时，在起动齿轮(400)从环形齿轮(600)释放的同时，离合器(200)可被接合。
方法还可以包括：在停止致动器(500)的操作(S400)之后，确定发动机(1)的RPM是否小于预定的目标RPM(S500)。
方法还可以包括：当发动机(1)的RPM等于或高于预定的目标RPM时，通过旋转电动机(100)驱动平衡轴(300)(S600)。
通过本文提供的说明，另外的适用领域将变得显而易见。应当理解，说明书和具体示例仅仅是出于说明的目的，并不旨在限制本公开的范围。
附图说明
为了更好地理解本公开，将参考附图描述通过举例的方式给出的其各种实施方式，其中：
图1A和图1B是示出根据本公开的一个实施方式的用于起动发动机和驱动平衡轴的电动机组件的方框图；
图2到图4是示出用于起动发动机和驱动平衡轴的电动机组件的操作状态的视图；以及
图5是示出控制根据本公开的另一个实施方式的用于起动发动机和驱动平衡轴的电动机组件的方法的流程图。
本文所描述的附图仅出于说明的目的，并不旨在以任何方式限制本公开的范围。
具体实施方式
下面的描述在本质上仅是示例性的，并不旨在限制本公开、应用或者使用。应当理解，在整个附图中，对应的附图标记指示类似的或对应的部件和特征。
基于发明人可定义适当的术语概念，以便以最佳方式描述他/她自己的公开的原则，其应当被理解为符合本公开的技术理念的意义和概念。因此，本说明书中描述的形式和附图中示出的构造仅仅是本公开的一个形式，其不涵盖本公开的所有技术理念。因此，应当理解，在提交本申请时可做出各种变化和修改。另外，可省略本领域熟知的功能和构造的详细描述，从而避免不必要地模糊本公开的要点。
图1A和图1B是示出根据本公开的一个实施方式的用于起动发动机和驱动平衡轴的电动机组件的方框图。参考图1A和1B，用于起动发动机和驱动平衡轴的电动机组件包括：电动机100，离合器200，平衡轴300，起动齿轮400，致动器500，以及环形齿轮600。
电动机100用以旋转可轴向移动的电动机轴110。通过连接到电动机轴110的一个端部的离合器200，可旋转(驱动)平衡轴300，并且通过连接到电动机轴110的另一个端部的起动齿轮400，可起动发动机1。另外，电动机100可以是具有矢量控制功能的永磁铁AC电动机。这使得平衡轴300的旋转速度和状态能够被准确地控制。
离合器200附接到电动机轴110的一个端部，并且用以将电动机轴110的旋转力传递到平衡轴300或阻止所述旋转力。
平衡轴300借由通过离合器200传递的电动机轴110的旋转力而旋转，并且用以减小由发动机1产生的振动。另外，平衡轴300与发动机1的曲轴断开。也就是说，当发动机1的RPM小于预定的目标RPM时，可不驱动平衡轴300，而不像通过链、齿轮等等连接到发动机的曲轴的常规的机械平衡轴不管发动机速度如何始终被驱动。因此，可提高车辆的燃料效率。
起动齿轮400可附接到电动机轴110的另一个端部。另外，起动齿轮400可与环形齿轮600接合，或者从环形齿轮600释放。
环形齿轮600通过起动齿轮400的向前移动与起动齿轮400接合，以便将电动机轴110的旋转力传递到发动机1。另外，环形齿轮600可被布置在变速器3内。
致动器500用以在向前或向后的方向上轴向移动电动机轴110。另外，致动器500可以是换挡致动器(特别地，双向换挡拨叉致动器)。致动器500可在向前和向后方向上轴向移动电动机轴110，以便同时控制起动齿轮400的向前和向后移动以及离合器200的释放和接合。也就是说，当操作致动器500时，电动机轴110被轴向地向前移动，因此在离合器200被释放的同时，起动电动机400也被向前移动。另外，当停止致动器500的操作时，电动机轴110被轴向地向后移动(即，电动机轴110被恢复到初始状态)，因此在离合器200被接合的同时,起动齿轮400也被向后地移动。
图2到图4是示出根据本公开的实施方式的用于起动发动机和驱动平衡轴的电动机组件的操作状态的视图。参考图2，当发动机旨在被起动或重新起动时，致动器500首先***作，使得电动机轴110被向前移动。因此，在离合器200被释放的同时，起动齿轮400与环形齿轮600接合。然后，电动机100的旋转力被传递到环形齿轮600，使得发动机1被起动或重新起动。
参考图3，当发动机1的RPM小于预定的目标RPM时，致动器500***作，使得电动机轴110被向后移动。因此，当离合器200被接合时，起动齿轮400从环形齿轮600释放。同时，停止电动机100，因此环形齿轮600和平衡轴300都不被驱动。
参考图4，甚至当发动机1的RPM等于或高于预定的目标RPM时，致动器500也***作，使得电动机轴110被向后移动。因此，在离合器200被接合的同时，起动齿轮400从环形齿轮600释放。然后，电动机100旋转，并且电动机100的旋转力通过离合器200被传递到平衡轴300，以便驱动平衡轴300。
图5是示出控制根据本公开的另一个实施方式的用于起动发动机和驱动平衡轴的电动机组件的方法的流程图。参考图5，控制用于起动发动机和驱动平衡轴的电动机组件的方法包括：确定是否期望起动或重新起动发动机1的第一确定步骤(S100)；当期望起动或重新起动发动机1时，操作致动器500，使得电动机轴110被向前移动的第一操作步骤(S200)；以及在第一操作步骤(S200)之后，旋转电动机100以驱动起动齿轮400的发动机起动或重新起动步骤(S200)。在步骤S200中，在起动齿轮400与环形齿轮600接合的同时，离合器200被释放(见图2)。
也就是说，ISG***用作起动电动机，以便使发动机1起动或重新起动。在这种情况下，由于发动机1的RPM不高，不期望驱动平衡轴300。因此，为了阻止电动机100的旋转力被传递到平衡轴300，离合器200被释放。因此，能够禁止或防止不期望的能量消耗，并且提高车辆的燃料效率。
控制用于起动发动机和驱动平衡轴的电动机组件的方法包括：当不期望发动机1的起动或重新起动时，停止致动器500的操作，使得电动机轴110被向后移动的第二操作步骤(S400)。在步骤S400中，在起动齿轮400从环形齿轮600释放的同时，离合器200被接合(见图3和图4)。
也就是说，因为不需要起动或重新起动发动机1，ISG***准备用作用于驱动平衡轴300的电动机，而不是用作起动电动机。在这种情况下，因为平衡轴300的不平衡的重量始终因重力而指向下方，当离合器200被接合时，不平衡的重量的旋转角相位是恒定的。因此，能够稳定地控制相对于发动机的不平衡的力的逆相(anti-phase)。
控制用于起动发动机和驱动平衡轴的电动机组件的方法可包括：在第二操作步骤(S400)之后，确定发动机1的RPM是否小于预定的目标RPM的第二确定步骤(S500)。另外，方法可包括：当发动机1的RPM等于或高于预定的目标RPM时，通过旋转电动机100驱动平衡轴300的步骤(S600)(见图4)。
也就是说，当发动机1的RPM等于或高于预定的目标RPM时，平衡轴300被驱动，以便除去发动机的不平衡的惯性力。在这种情况下，根据车辆的类型，预定的目标RPM可被设定为不同的(例如，预定的目标RPM可被设定为3500RPM)。
另一方面，当发动机1的RPM小于预定的目标RPM时，电动机100被停止，因此，平衡轴300也被停止。在这种情况下，因为车辆的噪声(例如，轰鸣噪声(booming nose))和振动不够大，因此不需要驱动平衡轴300。因此，能够禁止或防止不期望的能量消耗，并且提高车辆的燃料效率(见图3)。
根据本公开的示例性实施方式，因为用于驱动平衡轴的单独的电动机从电动机组件中移除，能够减小车辆的成本和重量。
当发动机RPM低时，停止平衡轴的驱动，因此可提高燃料效率。另一方面，当发动机RPM高时，驱动平衡轴，因此可保持优异的NVH(Nose，Vibration and Harshness；噪声、振动和粗糙度)性能。
虽然已经结合具体实施方式描述了本公开，但是对本领域技术人员来说显而易见的是，在不偏离下面的权利要求中限定的本公开的精神和范围的情况下，可做出各种变化和修改。

Claims (12)

1.一种用于起动发动机和驱动平衡轴的电动机组件，包括：
电动机，其被配置成旋转可轴向移动的电动机轴；
离合器，其附接到所述电动机轴的一个端部，以便传递或阻止所述电动机轴的旋转力；
平衡轴，其借由通过所述离合器传递的所述电动机轴的旋转力而旋转，以便减小由发动机产生的振动；
起动齿轮，其附接到所述电动机轴的另一个端部；以及
致动器，其被配置成在向前或向后方向上轴向移动所述电动机轴。
2.根据权利要求1所述的电动机组件，其中所述电动机是具有矢量控制功能的永磁铁AC电动机。
3.根据权利要求1所述的电动机组件，其中所述平衡轴未连接到所述发动机的曲轴。
4.根据权利要求1所述的电动机组件，其中所述致动器是轴致动器。
5.根据权利要求1所述的电动机组件，其中所述致动器在所述向前或向后方向上轴向移动所述电动机轴，以便同时控制所述起动齿轮的向前或向后移动，以及所述离合器的释放或接合。
6.根据权利要求5所述的电动机组件，还包括环形齿轮，所述环形齿轮被配置成通过所述起动齿轮的向前移动与所述起动齿轮接合，以便将所述电动机轴的旋转力传递到所述发动机。
7.根据权利要求6所述的电动机组件，其中所述环形齿轮被布置在变速器内。
8.一种控制用于起动发动机和驱动平衡轴的电动机组件的方法，包括以下步骤：
确定是否期望发动机起动或重新起动；
当期望所述发动机的起动或重新起动时，操作致动器，使得电动机轴被向前移动；
释放离合器，所述离合器附接到所述电动机轴的一个端部，以便传递或阻止所述电动机轴的旋转力至所述平衡轴；以及
在操作所述致动器之后，通过旋转电动机并通过驱动附接到所述电动机轴的另一个端部的起动齿轮，起动或重新起动所述发动机。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括以下步骤：当不期望所述发动机的起动或重新起动时，停止所述致动器的操作，使得所述电动机轴被向后移动。
10.根据权利要求9所述的方法，其中在停止所述致动器的操作时，在将所述起动齿轮从环形齿轮释放的同时，接合离合器。
11.根据权利要求9所述的方法，还包括以下步骤：在停止所述致动器的操作之后，确定所述发动机的RPM是否小于预定的目标RPM。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括以下步骤：当所述发动机的RPM等于或高于所述预定的目标RPM时，通过旋转所述电动机来驱动所述平衡轴。
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