СПОСОБ ЗАПУСКА ДВИГАТЕЛЯ В ХОЛОДНУЮ ПОГОДУ ПОСРЕДСТВОМ СТАРТЕРА-ГЕНЕРАТОРА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, ОСНАЩЕННОГО РЕМНЕМ, ВРАЩАЕМЫМ ДВИГАТЕЛЕМ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2021 года по МПК F02B67/06 F02N11/04 F02N15/08 

Область техники

Изобретение относится к силовой установке автомобиля, в частности, к силовой установке, содержащей систему трансмиссии со стартером-генератором. Более конкретно, изобретение относится к способу запуска силовой установки в холодную погоду посредством стартера-генератора и может быть использовано в системах «Старт-Стоп».

Уровень техники

Силовые установки автомобилей для снижения расхода топлива содержит системы для автоматического выключения и перезапуска двигателя в случае временной остановки транспортного средства. Такие системы обеспечивают выключение двигателя, когда в течение по меньшей мере заданного времени транспортное средство стоит на месте или перемещается с очень низкой скоростью при замедлении. Выключенный двигатель перезапускается автоматически, например, при нажатии или прекращении нажатия на педаль управления.

Известны системы, в которых используется стартер-генератор вместе со стартером. Особенностью стартера-генератора является его способность запускать двигатель и вырабатывать электричество, необходимое для борта транспортного средства, используя вращение двигателя.

Стартер позволяет запускать холодный двигатель, а стартер-генератор позволяет запускать горячий двигатель во время этапов автоматического запуска, следующих за этапами автоматического выключения.

Известны технические решения, направленные на то, чтобы исключить стартер, обеспечивая передаточные отношения между двигателем внутреннего сгорания и стартером-генератором, способные передавать крутящий момент, необходимый для запуска в холодном состоянии, без отрицательных последствий на режим генерирования электрической энергии.

В патентном документе FR 3012194-A1 описана система трансмиссии, содержащая блок двигателя внутреннего сгорания с проходящим вдоль продольной оси приводным валом, стартер-генератор, соединенный с приводным валом, первый шкив, расположенный вдоль продольной оси приводного вала и установленный с возможностью свободного вращения на приводном валу, приводной шкив стартера-генератора, соединенный ремнем с первым шкивом. Низкое передаточное отношение между шкивом стартера-генератора и первым шкивом позволяет вращать двигатель со значительно более низкой скоростью, чем скорость стартера-генератора, что позволяет получить большой приводной крутящий момент для приводного вала и преодолеть большое трение при низких температурах.

Недостатком такой системы является появление на ремне загрязнений и наледи или инея при низких температурах, что может привести к проскальзыванию этого ремня при запуске двигателя внутреннего сгорания. Это препятствует запуску двигателя посредством стартера-генератора при сильном холоде. Такая проблема усугубляется для двигателя с высокой степенью сжатия, такого как дизельный двигатель, поскольку высокая степень сжатия требует для запуска двигателя большого приводного крутящего момента.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является решение указанных проблем.

Одним из объектов изобретения является способ запуска силовой установки автомобиля, содержащей двигатель внутреннего сгорания с проходящим вдоль продольной оси приводным валом, стартер-генератор, первый шкив, выполненный с возможностью приведения во вращение приводным валом, шкив, неподвижно соединенный с валом стартера-генератора, ремень, охватывающий указанные два шкива, и систему соединения/разъединения между первым шкивом и приводным валом двигателя. Способ запуска указанной силовой установки осуществляется посредством стартера-генератора, при этом запуск включает в себя процесс подготовки ремня перед пуском двигателя в холодную погоду.

Согласно изобретению запуск указанной силовой установки посредством стартера-генератора включает в себя этап подготовки ремня для его очистки от загрязнений, таких как иней, наледь или пыль, и для обеспечения, с одной стороны, лучшего контакта между ремнем и шкивами и, с другой стороны, для приведения указанного ремня в рабочее состояние.

Этап очистки ремня включает в себя приведение в движение ремня посредством стартера-генератора.

Предпочтительно стартер-генератор приводят в действие для вращения ремня во время этапа очистки, не используя двигатель внутреннего сгорания. Во время вращения указанный ремень можно очистить от загрязнений, таких как пыль, иней или наледь, и довести его до температуры, по существу близкой к минимальному температурному порогу работы.

Этап очистки включает в себя разъединение первого шкива и приводного вала.

Предпочтительно этап очистки включает в себя разъединение первого шкива и приводного вала двигателя, что позволяет уменьшить усилия трения и сопротивления первого шкива и обеспечивает более легкую работу стартера-генератора при приведении в движение ремня.

Перед этапом очистки осуществляют этап проверки условий подготовки ремня.

Предпочтительно этап очистки начинают при обнаружении условий низкой температуры, которые могут привести к образованию инея или наледи на ремне и затруднить запуск двигателя внутреннего сгорания посредством стартера-генератора, чтобы сэкономить электрическую энергию и оптимизировать расход топлива силовой установкой. Этап подготовки ремня можно также начать, если ранее не был запущен никакой из этапов подготовки за промежуток времени, меньший временного порога.

Предпочтительно за этапом очистки следует этап задержки для подготовки запуска двигателя посредством стартера-генератора.

Этап задержки включает в себя соединение ремня, первого шкива, закрепленного на приводном валу, и шкива стартера-генератора.

Предпочтительно этап задержки включает в себя этап повторного соединения первого шкива, шкива стартера-генератора и ремня перед запуском двигателя посредством стартера-генератора.

Предпочтительно во время этапа задержки стартер-генератор выключают перед этапом повторного соединения шкивов и ремня.

Предпочтительно этап задержки может включать в себя оповещение водителя с отображением информации на приборную панель транспортного средства. Таким образом, водитель может подготовиться к запуску двигателя и транспортного средства.

Предпочтительно этап задержки находится между этапами очистки и запуска двигателя. Таким образом, этапы очистки и задержки можно начать до появления водителя перед рулевым колесом транспортного средства, например, при открывании дверей.

Другие особенности и преимущества изобретения будут понятны из дальнейшего описания частных вариантов его осуществления со ссылками на чертежи.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 схематично показана силовая установка со стартером-генератором;

на фиг. 2 показана блок-схема этапов перед запуском двигателя;

на фиг. 3 - блок-схема различных этапов проверки;

на фиг. 4 - блок-схема различных этапов очистки;

на фиг. 5 - блок-схема этапа задержки.

Осуществление изобретения

Далее в описании идентичные детали или детали, выполняющие одинаковые функции, обозначены одинаковыми позициями.

Тепловые силовые установки автомобилей содержат блок двигателя внутреннего сгорания со стартером и, возможно, со стартером-генератором для силовых установок, имеющих функцию автоматического выключения и перезапуска.

Особенностью стартера-генератора является его способность выполнять функции двух агрегатов, которые в настоящее время существуют раздельно: стартера, обычно расположенного на маховике двигателя и предназначенного для запуска двигателя, и генератора, закрепленного на периферии двигателя и при вращении двигателя вырабатывающего электричество, необходимое на борту транспортного средства. В новой конфигурации эти два агрегата заменены одним, выполняющим обе функции. По существу, стартер-генератор является генератором, измененным таким образом, чтобы выполнять функцию стартера в дополнение к своей первоначальной функции.

Установленный на двигателе вместо обычного генератора, стартер-генератор, как и генератор, тоже приводится во вращение двигателем посредством ремня, как показано на фиг. 1. Стартер-генератор содержит вращающийся вал, параллельный продольной оси двигателя и приводного вала двигателя, при этом указанные валы содержат на одном и том же конце компланарные шкивы, охваченные ремнем. Стартер-генератор работает как электрический генератор на том же принципе, что и велосипедный генератор постоянного тока. Однако его особенностью является возможность работы в обратимом режиме: при получении питания от батареи он действует как электромотор для запуска двигателя через этот же ремень. Преимуществом стартера-генератора является не столько уменьшение количества компонентов, сколько обеспечиваемая эффективность. Запуск двигателя происходит гораздо быстрее, чем со стандартным стартером.

Передача движения осуществляется посредством резинового зубчатого ремня, который обеспечивает очень тихую работу. В стандартном стартере приведение в действие происходит посредством металлического зубчатого колеса, которое вращает металлический маховик, создавая шумы, характерные для запуска двигателей. Эти два преимущества делают повторные запуски двигателя практически не ощутимыми пассажирами транспортного средства.

Как правило, стартер расположен в верхней части двигателя, чтобы предохранять его от контактов с водой, например, во время сильных ливней и при прохождении брода. Чтобы перезапустить транспортное средство, остановленное посреди брода, стартер должен располагаться выше уровня воды. Согласно новым требованиям к компоновке силовой установки, в частности, из-за расположения топливного насоса высокого давления в верхней части двигателя, расположение такого стартера в верхней части двигателя стало невозможным.

Таким образом, следует исключить стартер, обеспечивая при этом передаточное отношение между двигателем внутреннего сгорания и стартером-генератором, которое позволяет передавать крутящий момент, необходимый для запуска, но без отрицательных последствий для режима генерирования электрической энергии, в частности, при запусках в холодном состоянии в условиях сильного холода.

Как известно, использование стартера-генератора в качестве стартера создает проблемы в очень холодную погоду, как правило, при температуре окружающей среды ниже -20°С, когда на приводном ремне агрегатов оседает иней или образуется наледь. Иней или наледь могут привести к проскальзыванию ремня во время этапа запуска двигателя внутреннего сгорания на компланарных шкивах, жестко закрепленных на стартере-генераторе и на приводном валу двигателя, что может значительно затруднить и даже сделать невозможным запуск в холодную погоду посредством указанного стартера-генератора. Эта проблема усугубляется в случае использования двигателя с высокой степенью сжатия, такого как дизельный двигатель, поскольку высокая степень сжатия требует для запуска двигателя большого крутящего момента.

На указанном ремне может также оседать пыль, также вызывая проскальзывание ремня.

Согласно изобретению, тепловая силовая установка 10 автомобиля содержит двигатель 11 внутреннего сгорания, содержащий коленчатый вал, который продолжен с одного конца 13 приводным валом 12, проходящим вдоль продольной оси Х двигателя, стартер-генератор 14, соединенный с приводным валом с возможностью вращения, первый приводной шкив 15, установленный с возможностью вращения вокруг продольной оси Х и с возможностью приведения его во вращение от приводного вала, шкив 16 стартера-генератора, установленный на валу стартера-генератора с возможностью совместного с ним вращения и соединенный с первым шкивом через ремень 17, и систему 18 соединения/разъединения между первым шкивом 15 и приводным валом двигателя. Таким образом, указанный ремень охватывает первый шкив 15, прикрепленный к одному концу приводного вала, продолжающего коленчатый вал, и шкив 16 стартера-генератора 14.

Система 18 соединения/разъединения первого шкива 15 на конце коленчатого вала со шкивом 16 стартера-генератора и ремнем 17 может содержать переключаемый шкив 19. Переключаемый шкив 19 расположен на конце приводного вала вместо первого шкива 15 коленчатого вала. Ремень 17 охватывает шкив 16 стартера-генератора и переключаемый шкив 19, закрепленный на конце приводного вала. Система соединения/разъединения обеспечивает приведение во вращение ремня в двух режимах:

- в разъединенном режиме, в котором не создаются большие усилия, поскольку переключаемый шкив 19 и приводной вал 12 двигателя не соединены во вращении. Стартер-генератор 14 приводится в действие в приводном режиме или режиме стартера для вращения ремня посредством шкива стартера-генератора и первого шкива 19, который расцеплен и оказывает слабое сопротивление вращению или даже совсем не оказывает его;

- в соединенном режиме, в котором переключаемый шкив 19 зафиксирован во вращении с приводным валом. Как известно, стартер-генератор может быть приведен в действие как стартер для вращения приводного вала 12 или для создания дополнительного крутящего момента для двигателя 11, или как генератор для генерирования электрической энергии при вращении вала стартера-генератора приводным валом двигателя. При нормальной работе во включенном режиме шкив 19 зафиксирован во вращении на приводном валу двигателя и связан со шкивом 16 стартера-генератора 14 ремнем 17. В результате шкив 19, вращаемый приводным валом 12 двигателя 11, может вращать шкив стартера-генератора 14, который работает в этом случае как генератор, или шкив 16 стартера-генератора может вращать шкив 19 и приводной вал двигателя во время запуска двигателя внутреннего сгорания 11, и в этом случае указанный стартер-генератор 14 работает как стартер.

При сильном холоде для обеспечения хороших условий для запуска систему 18 соединения/разъединения можно активировать для перехода в разъединенный режим. В этом случае приводной вал 12 не связан ни с переключаемым шкивом 19, ни со стартером-генератором 14. Стартер-генератор можно при этом запустить для приведения в движение ремня 17. Во время такой работы сопротивление вращению является слабым, и стартер-генератор, действующий как приводная вращающаяся машина, потребляет мало энергии для приведения во вращение только ремня и переключаемого шкива 19 в режиме свободного хода. Скорость вращения является достаточно высокой, чтобы, с одной стороны, очистить указанный ремень от загрязнений, таких как иней, наледь или пыль, а, с другой стороны, обеспечить повышение температуры этого ремня для достижения минимального порогового значения рабочей температуры. Температура ремня может быть измерена посредством измерительных средств или рассчитана, например, в зависимости от продолжительности вращения после ряда подтвержденных измерений. Затем система 18 соединения/разъединения обеспечивает повторное соединение первого шкива 19 с приводным валом двигателя для возврата к нормальной работе, предпочтительно после выключения стартера-генератора.

Согласно одному из вариантов выполнения (не показан), первый переключаемый шкив 19 удерживается на конце промежуточного вала, имеющего по меньшей мере один зуб. Указанный зуб является частью ведущей шестерни, а указанный промежуточный вал соединен во вращении с приводным валом 12 двигателя посредством зубчатого колеса, входящего в зацепление с ведущей шестерней. Таким образом, ремень 17 охватывает первый переключаемый шкив 19 и шкив стартера-генератора 14.

Как показано на фиг. 2, запуск силовой установки включает в себя процесс 30 подготовки ремня, состоящий из следующих этапов:

а. Первый этап А начала запуска силовой установки. Первый этап А может начинаться по-разному: например, при открывании дверей после продолжительной остановки транспортного средства (остановка может длиться около часа) или при посадке водителя на водительское сиденье, или по сигналу запроса на запуск двигателя.

b. Второй этап В проверки условий начала процесса подготовки к запуску двигателя внутреннего сгорания. На этапе проверки учитывается температура окружающей среды. Под холодной температурой понимается температура ниже минимального температурного порога T_s, например, ниже -10°С. Окружающую температуру можно определять посредством внешнего датчика температуры, который имеется в транспортном средстве. Значение окружающей температуры поступает в блок 20 управления. Если температура:

В1. Превышает указанный минимальный температурный порог T_s, не выполняют никакого действия и переходят к последнему этапу Е нормального запуска двигателя 11 посредством стартера-генератора 14.

В2. Ниже или равна минимальному температурному порогу T_s, начинают следующие этапы подготовки запуска в разъединенном режиме.

Этап В проверки может включать в себя проверку В3 того, что ранее не была начата очистка. Указанную проверку можно осуществлять, например, используя временной сигнал t_i, записанный в памяти блока 20 управления. Указанный блок управления при этом может проверить, что разность времени между временным сигналом и моментом проверки (t-t_i) превышает фиксированный временной порог Т₁, который может составлять порядка нескольких минут. Если разность меньше указанного временного порога Т₁, нет необходимости снова осуществлять этапы подготовки запуска и, следовательно, можно перейти к этапу Е запуска в нормальных условиях посредством стартера-генератора 14 вместо стартера.

с. Этап С очистки ремня, показанный на фиг. 3 включает в себя:

С1. Разъединение первого шкива с приводным валом 11 двигателя. Указанный первый шкив при этом больше не соединен с приводным валом 11 двигателя и не создает сопротивления для привода от ремня;

С2. Запуск стартера-генератора в приводном режиме. При этом стартер-генератор способен приводить во вращение ремень 17 и первый шкив 19, который не оказывает сопротивления вращению;

С3. Работу стартера-генератора в приводном режиме в течение фиксированного времени Dt. Указанное время может варьироваться от нескольких секунд до одной минуты и может быть установлено в дальнейшем после тестов подтверждения. Вращение шкива стартера-генератора может происходить, например, с максимальной скоростью или порядка 10000 оборотов в минуту. Во время своего движения ремень очищается от загрязнений, таких как пыль, наледь или иней, и повышается его температура посредством контакта со шкивами;

С4. Выведение на приборную панель сигнала подготовки к запуску. Этот сигнал может представлять собой включение светодиода на приборной панели водителя;

С5. Конец этапа очистки. В память блока управления записывают временной сигнал t_i+1, чтобы, в случае необходимости, заменить предыдущее значение временного сигнала.

d. Этап D задержки, показанный на фиг. 4, включающий в себя:

D1. Остановку работы стартера-генератора 14;

D2. Повторное присоединение первого шкива к приводному валу. Предпочтительно такое повторное присоединение выполняют, когда все элементы неподвижны.

D3. Оповещение водителя путем выведения на приборную панель сигнала проверки подготовки к запуску. Когда сигнал погаснет, водитель может запустить двигатель, или запуск двигателя может произойти автоматически посредством стартера-генератора, если во время этапа А был подан командный сигнал запуска. Оповещение может быть запущено в начале этапа D.

е. Этап Е соответствует запуску в нормальном состоянии посредством стартера-генератора вместо стартера.

Способ запуска в соответствии с изобретением обеспечивает запуск блока двигателя внутреннего сгорания посредством стартера-генератора в нормальных условиях, при этом ремень очищают от загрязнений, таких как пыль, иней или наледь, и доводят до рабочей температуры, достаточной высокой по сравнению с температурой среды, окружающей транспортное средство снаружи.

Разумеется, изобретение не ограничивается только представленными выше вариантами выполнения, и оно охватывает все возможные варианты. В частности, система соединения/разъединения может отличаться от описанной выше системы, не выходя при этом за объем изобретения.

Работа системы соединения/разъединения может отличаться от описанной работы системы, представленной в этом описании, не выходя за объем изобретения.

Например, повторное соединение первого шкива с приводным валом двигателя можно производить, не выключая стартер-генератор.

Изобретение относится к силовой установке автомобиля, в частности к способу запуска силовой установки в холодную погоду посредством стартера-генератора, и может быть использовано в системах «Старт-Стоп». Техническим результатом является обеспечение эффективного запуска двигателя посредством стартера-генератора при сильном холоде. Предложен способ запуска силовой установки (10) автомобиля, содержащей двигатель (11) внутреннего сгорания с проходящим вдоль продольной оси (Х) приводным валом (12), стартер-генератор (14), первый шкив (15, 19), выполненный с возможностью приведения во вращение от приводного вала, шкив (16), неподвижно соединенный с валом стартера-генератора, ремень (17), охватывающий указанные два шкива, и систему (18) соединения/разъединения первого шкива (19) с приводным валом (12) двигателя. Способ запуска включает в себя процесс подготовки ремня к запуску двигателя в холодную погоду. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ запуска силовой установки (10) автомобиля, содержащей двигатель (11) внутреннего сгорания с проходящим вдоль продольной оси (Х) приводным валом (12), стартер-генератор (14), первый шкив (15, 19), выполненный с возможностью приведения во вращение приводным валом, шкив (16), неподвижно соединенный с валом стартера-генератора, ремень (17), охватывающий указанные два шкива, и систему (18) соединения/разъединения между первым шкивом (19) и приводным валом (12) двигателя, при этом способ запуска включает в себя процесс (30) подготовки ремня к запуску двигателя в холодную погоду,

отличающийся тем, что указанный процесс подготовки включает в себя этап (С) очистки ремня (17), на котором

разъединяют первый шкив (19) и приводной вал (12) двигателя для предотвращения создания сопротивления вращению, и

включают стартер-генератор (14) в режиме привода в течение заданного времени для приведения во вращение ремня и первого шкива (19).

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что содержит этап (В), на котором проверяют условия начала процесса (30) подготовки, причем указанными условиями являются измеренная температура, не превышающая температурный порог (Ts), и измеренный промежуток времени после последней очистки ремня, превышающий временной порог (Т₁).

3. Способ по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что процесс (30) подготовки после этапа (С) очистки включает в себя этап (D) задержки.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что этап (D) задержки включает в себя присоединение первого шкива (19) к приводному валу (12) двигателя.

5. Способ по любому из пп. 3 или 4, отличающийся тем, что этап задержки включает в себя оповещение (D3) водителя.

6. Способ по любому из пп. 3 – 5, отличающийся тем, что этап (D) задержки предшествует этапу (Е) запуска двигателя посредством стартера-генератора.

7. Силовая установка (10) автомобиля, содержащая двигатель (11) внутреннего сгорания с проходящим вдоль продольной оси (Х) приводным валом (12), стартер-генератор (14), первый шкив (15, 19), выполненный с возможностью приведения во вращение приводным валом, шкив (16), неподвижно соединенный с валом стартера-генератора, ремень (17), охватывающий указанные шкивы, и систему (18) соединения/разъединения между первым шкивом (19) и приводным валом (12), характеризующаяся тем, что двигатель запускается способом по любому из пп. 1 – 6.

8. Установка (10) по п. 7, характеризующаяся тем, что система соединения/разъединения содержит первый переключаемый шкив (19).

9. Установка (10) по любому из пп. 7 или 8, характеризующаяся тем, что первый шкив (19) установлен на конце вала, который имеет зуб и связан с приводным валом (12) с возможностью совместного вращении.

10. Установка (10) по любому из пп. 8 или 9, характеризующаяся тем, что первый переключаемый шкив (19) присоединен к одному концу вала (12), продолжая его.