[发明专利]具有反转发动机的混合动力系统和控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有发动机和电可变变速器的动力系统，其中发动机的曲轴可以被控制在两个不同方向上旋转，以及一种控制动力系统的方法。

背景技术

混合自动动力系统典型地使用纯电力或串联电力操作而在变速器输出部件上提供反向扭矩。纯电力操作使用电池为电动机供能，该电动机被控制以在一个方向上转动变速器部件例如齿轮，从而使得该输出部件反向旋转。在串联电力操作中，发动机动力使得一个电动机作为发电机工作以便为第二电动机提供电能，从而该第二电动机在一个方向上驱动变速器部件以便在该输出部件上提供反向旋转。因此，在这两种动力系统中，车辆倒退性能，特别是在陡坡和高温或低温下的长距离的情况下，都会受到电池或电动机工作的限制。使用该发动机而不是电动机动力以固定比率模式或电可变模式提供反转，典型地需要增加专用于该反转模式中的一个或多个齿轮，从而增加了变速器的长度，并且由于离合器分离不彻底和旋转损失而降低了效率。

发明内容

提供一种具有可以反向运转的发动机的动力系统，从而通过电可变变速器提供反转模式而不依赖于纯电力或串联电力操作，并且不需要增加专用反向齿轮。

特别地，提供一种动力系统，其包括具有可在第一方向和第二方向上旋转的曲轴的发动机。一个控制器被配置成控制该曲轴的方向。该动力系统还包括电可变变速器，该电可变变速器具有可操作地与该曲轴连接的输入部件例如输入轴，和用于提供驱动扭矩的输出部件例如输出轴。当该曲轴在第一方向上旋转时，该输出轴在正向方向上旋转，并且当该曲轴在第二方向上旋转时，该输出轴在反向方向上旋转。因而，选择性地提供了正向和反向扭矩。

更特别地，该发动机可以包括由多个汽缸构成的发动机模块，并且对于每个汽缸分别包括进气阀和排气阀。这些阀门可以打开 和关闭以便允许汽缸内的气体燃烧，从而使得曲轴在第一方向上旋转。

该电可变变速器可以包括变速器齿轮传动装置，其特征在于没有反向齿轮。输入轴可操作地与发动机曲轴连接以便从曲轴向变速器输入轴传递扭矩并最终传递给输出轴，当曲轴在第一方向上旋转时该输出轴在正向方向上旋转。

控制器被配置成选择性地改变发动机曲轴的方向，从而使得发动机曲轴在第二方向上旋转，进而使得变速器输出轴在反向方向上旋转。因而，发动机曲轴的旋转方向决定了在变速器输出轴上提供正向或反向扭矩，而不论该曲轴的旋转方向为何，从变速器输入部件向变速器输出部件的动力流动路径都是相同的。如这里所使用的，“动力流动路径”被定义为电可变变速器中动力从输入部件向输出部件流动(即带有扭矩)所经过的部件(即轴和齿轮)。该发动机可以被称为“反转发动机”，因为它可以被控制以在两个方向上提供曲轴旋转，其对应于变速器输出部件在正向方向和反向方向上的旋转。

该电可变变速器还包括可操作地连接到变速器齿轮传动装置的电动机/发电机。能量存储设备例如电池可操作地连接到该电动机/发电机以便为其提供动力或者从其接收动力，从而改变变速器输出轴的旋转速度。

优选地，该电可变变速器可以被该控制器控制以便选择性地提供固定比率工作模式和电可变工作模式。当曲轴在第一方向上旋转或者在第二方向上旋转时，这些模式中的任一个可以被选择(例如，在正向驱动和反向驱动中都可以使用固定比率工作模式和电可变工作模式)。如这里所使用的，“模式”是一种特定的工作状态，包括一个连续范围的速度比或者仅包括一个固定速度比，通过一个或多个特定扭矩传递机构啮合而获得。因为该变速器输出部件的旋转方向是由曲轴的旋转方向决定而不是使用任何反向齿轮，所以对于正向模式可以使用与反向模式相同的经过该电可变变速器的动力流动路径。

提供了能够使得曲轴在第二方向上旋转以提供反向扭矩的各个替代实施例。在一个实施例中，使用了高权限的电驱动凸轮相位器来调整进气和排气阀操作的顺序以提供反向操作。特别地，该进气阀可操作地连接到第一顶置凸轮轴，该第一顶置凸轮轴使其打开和关闭，排气阀可操作地连接到第二顶置凸轮轴，该第二顶置凸轮轴使 该排气阀打开和关闭。每个凸轮轴有一个对应的电驱动凸轮相位器可操作地与其连接，并且该凸轮相位器可用于相对于曲轴而改变该顶置凸轮轴的相位。该每个凸轮相位器具有至少180度曲柄角、90度凸轮角的定相权限，从而使得曲轴可以响应于该凸轮相位器而在第一或第二方向上旋转，同时伴随着通过进气和排气管道的正确气体流动。