CN102089514A - 用于内燃机的起动机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的起动机(10)，所述起动机具有起动电机(12)，所述起动电机能够通过小齿轮(22)与内燃机相联接，并且所述起动机还具有用于将小齿轮(22)啮合到内燃机的齿圈(26)中以及用于将所述起动电机(12)连接到直流电源(30，31)上的装置。为了分离工作过程，所述装置具有分开的部件，特别是分开的继电器(57，64；60)，在起动内燃机时一方面用于啮合小齿轮(22)并且另一方面用于接通起动电机(12)。由此避免了啮合动力在接通电机电流时反作用于接触系统。

Description

用于内燃机的起动机
技术领域
本发明涉及一种根据独立权利要求前序部分所述的用于内燃机的起动机。
背景技术
在博世汽车工程手册第25版第986页描述了一种这种类型的被实施为推动式螺旋齿轮起动机(Schub-Schubtrieb-Starter)的起动机，所述起动机通过一种所谓的起动继电器被通电。所述继电器承担如下功能：使起动电机的小齿轮接合也就是说啮合到内燃机的齿圈中，和接通起动电机的主电流。在小齿轮啮合到齿圈中时，在此需区别两个可能的过程：在大约20％-30％的接通中，小齿轮的齿进入齿圈的齿槽，而在大约70％-80％的接通中，在啮合时小齿轮的齿碰到齿轮圈的齿上并且所述啮合需通过啮合弹簧进行辅助。这种已知的起动机结构类型虽然只需要一个唯一的继电器，并且由此可以低成本地进行制造，另一方面，对于在将电机线圈与电源相连接的开关触点上的高的电机电流的接通过程，产生了非常恶劣的工作条件。特别是在电池部分放电的情况下并且在啮合部件的机械磨损增加的情况下，在接通起动机主电流时的动力可能减小至在接通过程中产生的电弧会将触点焊接的程度。另一方面，在小齿轮直接啮合到电机齿圈中时，依据起动机的结构类型，在齿-齿槽起始位置上，接通过程的动力和由此决定的触点磨损可能很大。
为了改善接通过程，特别是在高功率起动机中，由上述的文献出处还可知，在所谓的滑动齿轮式起动机中，以两阶段接通电机电流，其中，在第一阶段中，所述起动机的小齿轮朝向电机的齿圈运动，并且同时给起动电机的电枢通以减小的电流，从而在啮合时使所述电枢旋转并且使小齿轮通过所述电枢旋转，并由此使啮合过程变得容易。在此，啮合机构具有止动爪，所述止动爪在小齿轮的啮合过程结束时才闭合继电器的另一个开关触点并且通过该开关触点闭合电机的主电路。由此，所述啮合过程和电机主电流的接通过程在两个分开的工作过程中进行，但是所述起动继电器的结构在机械和电方面是复杂的且易受干扰的。
发明内容
依据本发明的具有独立权利要求所述特征的起动机具有如下优点：将使小齿轮啮合和接通电机电流这两个工作过程通过使用分开的用于这两个工作过程的部件，特别是通过使用分开的继电器而完全隔离，其中，可以使继电器的结构形式最优地与相应工作步骤相适应。但是对于全部或个别开关部件，也可以为了接通较大的电流而使用适合的半导体元件，优选是晶体管或GTO(门极可关断)晶闸管。由此，特别是，可以将用于高电机主电流的接通功能在内燃机起动时完全与啮合过程分开并且由此避免啮合动力反作用于继电器的接触系统。在这种情况下，触点闭合速度与啮合情况无关。
特别有利的是，起动电机主电路中的接通继电器通过所述啮合继电器本身在啮合运动结束时或即将结束时被激活并且在此使起动电机直接与电源相连接。通过这种方式，以很小的附加消耗在啮合运动结束时产生小齿轮的啮合运动与起动机主电路电流的接通过程之间精确的共同作用。有利的是，为此为所述啮合继电器配备一个保持线圈和一个单独的吸引线圈，所述两个线圈共同操纵用于激活接通继电器的开关触点。所述保持线圈和吸引线圈优选地安装在同一个继电器铁心上并且在此可选择地同向或反向连接。在同向连接的情况下，以较少的匝数以及/或者较小的励磁电流实现必要的总磁通势，而在磁通势反向的情况下，可以将具有较小磁通势的线圈用于对接通过程起阻尼作用。在此，有利地对所述保持线圈和吸引线圈的匝数和励磁电流进行选择，使所述保持线圈以高的匝数以及足够的励磁电流引起啮合继电器的接通过程，而使吸引线圈具有明显更少的匝数，但却能通以显著更高的励磁电流，该励磁电流足以在啮合时使电枢略微转动。
通过以单阶段给起动机通电获得了一种特别简单且低成本的电路结构，其中将所述啮合继电器的吸引线圈作为串联电阻与起动电机的串联线圈串联并且所述啮合继电器的两个线圈共同接通一个工作触点，通过所述工作触点给接通继电器的线圈通电并且在啮合继电器的吸引运动结束时给起动电机供给满额的电机电流。这样的设置在一种已知的方式中需要啮合弹簧，在主电路电流突然接通前，所述啮合弹簧与陡螺纹相结合，特别是在小齿轮和齿圈的所谓齿碰齿位置中对啮合过程进行辅助。
通过起动电机的一种基本上已知的两阶段通电实现了一种特别柔和的啮合过程，其中在第一通电阶段中，用于起动机电枢的受限制的转动电流流过啮合继电器的常闭触点和吸引绕组。随后，在第二阶段中，在继电器衔铁的吸引运动结束时或即将结束时通过啮合继电器的工作触点给分开的接通继电器通电并且为起动电机输送满额的电机电流。在此，可以根据不同的要求最优地设计这两个分开的继电器。
附图说明
本发明的其他细节和有利的设计方案由从属权利要求和对实施例的描述给出，所述实施例在附图中示出，并且下面的描述中进行详细地阐述。
附图中：
图1示出了具有串联线圈的推动式螺旋齿轮起动机的原理图，
图2示出了在常规实施方式中的单阶段通电起动机的电路图，
图3示出了在本发明的实施方式中的单阶段通电起动机的电路图，
图4示出了在本发明的实施方式中的两阶段通电起动机的第一种电路图，
图5示出了在本发明的实施方式中的两阶段通电起动机的第二种电路图，
图6示出了具有啮合继电器和接通继电器的按照本发明的起动机的空间布置和连接的原理图，
图7示出了具有附加的用于给啮合继电器通电的先导控制继电器的根据图6的起动机的空间布置和连接的原理图。
具体实施方式
图1示意性地示出了被实施为推进式螺旋齿轮起动机的本发明的用于内燃机的起动机10的机械结构。所述起动机10具有起动电机12，所述起动电机的输出轴14具有与在传动筒18中的相应的内螺纹共同作用的陡螺纹16。作为替代，所述输出轴14可以通过未示出的连接在中间的行星齿轮传动装置进行传动。所述传动筒18与自由滚动圈20的外圈固定连接，所述自由滚动圈的内圈带有小齿轮22。所述小齿轮22和自由轮20支承在输出轴14上并且可沿轴向移动直到挡块24。在此，所述小齿轮22被啮合到未示出的内燃机的齿圈26中。所述轴向移动是通过在后面的附图中详细示出的继电器装置28实现的，所述继电器装置通过偏转杆29和啮合弹簧32作用在自由轮20上。电池用作装置的电源34，所述电池的负极21接地，并且正极30一方面直接与所述继电器装置28相连接，另一方面通过点火起动开关36与所述继电器装置28相连接。通过继电器装置给串联线圈38通电，所述串联线圈通过电刷40和42并且通过电机的集流环44接地。起动电机12的电枢用46表示，所述起动电机的定子用48表示。
图2示出了在一种常规实施方式中的单阶段通电的起动机的电路图。在此，所述电源的正极30一方面通过点火起动开关36以及接点50与所述起动继电器49相连接，另一方面直接与所述起动继电器49相连接。所述起动继电器包括保持线圈52和吸引线圈54，所述保持线圈和吸引线圈具有相同线圈绕向、缠绕在相同的铁心上并且两个线圈都有一个线圈末端与接点50相连接。保持线圈52的另一个线圈末端接在负极31上并且接地，保持线圈54的相应的另一个线圈末端通过串联线圈38和起动电机12的电枢46与负极连接并且接地。一旦继电器衔铁完全或几乎完全被吸入并且所述小齿轮22已啮合到齿圈26中，则保持线圈和吸引线圈共同操纵起动继电器49的工作触点56，起动电机12通过所述工作触点直接与正极30相连接。
在这种已知的布置中，所述保持线圈52和吸引线圈54共同承担将小齿轮22啮合到内燃机上的齿圈26中的工作并且同时承担将起动电机12的主电流接通的功能。如果在此所述小齿轮22的齿进入齿圈26的齿槽，则为了啮合只需要很小的力，并且在接通触点56时的动力相对较大。另一方面，如果在啮合时所述小齿轮22的齿碰到齿圈26的齿上，在接通触点56时的动力相对较小，从而在啮合时需附加地将在图1中示出的啮合弹簧32压紧并且只能为操纵工作触点56提供很少的能量。由此可能产生相对较长时间存在的电弧以及焊接处，所述电弧和焊接处至少在较长的时间后会对起动机的功能造成损害。
图3示出了在一种的本发明实施方式中的单阶段通电的起动机，通过所述实施方式消除了前面所描述的困难。该电路布置在啮合继电器57的结构以及所述啮合继电器与直流电源30，31的连接方面基本上在图2中的那个电路布置相对应，然而在这种布置中，所述继电器触点56并不承担高电机电流的接通功能，而是仅用于给接通继电器60的线圈58通电，所述接通继电器随后通过其工作触点62接通电机电流。这种布置也是以单阶段工作，其中，所述小齿轮22同样地如在依据图2的布置中一样啮合到齿圈26中，并且电机电流在所述小齿轮22的啮合运动结束时或快要结束时被满额接通。但与图2中的布置不同的是，除了用于小齿轮22的啮合工作之外，只要求所述啮合继电器57对受很小负荷的触点56进行操纵，并且电机电流真正的接通过程是通过接通继电器60进行，从而将啮合和接通功能完全分开并且啮合过程不会对接通继电器60的接触系统产生反作用。
图4示出了用于起动机12的两阶段通电的电路布置。在此，图3中用于单阶段通电的啮合继电器57被一个具有常闭触点66和工作触点68的啮合继电器64代替。在此，触点66和68的固定接点能够以并联的方式通过先导控制继电器70与正极30相连接，其中，继电器线圈的一个末端连接在负极31上并接地，并且另一个末端通过接点50和点火起动开关36与直流电源的正极30相连接。所述啮合继电器64的保持线圈52也同样地通过先导控制继电器70连接到直流电源的正极30和负极31上。
在这种实施方式中，啮合继电器64的两个线圈52和54具有相反的线圈绕向，其中，所述保持线圈52具有比所述吸引线圈54明显更多的匝数，并且通过足够大的电流被激励，尽管吸引线圈54磁通势相反，该电流仍能单独实现小齿轮22的啮合过程。在此，所述吸引线圈54以有利的方式对啮合运动的动力起阻尼作用，并且同时在起动机12的串联线圈38上提供足够高的励磁电流，用于使所述起动电机稍微转动并且使啮合过程变得容易或者说实现啮合过程。在这种布置中，还可以使用辅助啮合过程的啮合弹簧。
起动机12的通电又与啮合继电器64的功能无关地由接通继电器60承担。为此，在啮合继电器64的接通运动结束时或将要结束时，通过将所述啮合继电器的工作触点68闭合并且将常闭触点66断开，给接通继电器60的线圈通电，从而所述接通继电器通过其工作触点62向所述起动电机12提供其预设的工作电流，而不会受到啮合过程的不利影响。通过断开常闭触点66，将切断啮合继电器64的吸引线圈54的电流，所述啮合继电器的保持线圈52仍被激励直到点火起动开关36断开并由此确保起动过程继续进行。
使用先导控制继电器70对于根据图4的电路布置的工作方式不是强制性必需的，所述啮合继电器64也可以与图3中的电路布置类似直接通过点火起动开关通电。另一方面，电机电流在通过所述吸引线圈54的第一通电阶段中处于最高为200A的数量级，从而至少对于高功率的起动电机，在第一通电阶段中使用用于绕过点火起动开关36的先导控制继电器是有利的。
图5示出了图4中电路布置的一种变型，所述电路布置与之前所描述的实施方式不同的是，用于接通继电器60的线圈58的励磁电流不流过先导控制继电器70，而是直接从电源正极30的馈电线分接。虽然这具有缺点，即在啮合继电器64和接通继电器60之间还需要附加的连接，但另一方面，减小了经过啮合继电器64的电流并且可以至少在较小的电机实施方式中宁可省去所述先导控制继电器70。图5的电路布置的所有其他功能都与图4中的相对应，因此不再进行讨论。
为了解释图6和图7中的图示进行阐述，在图3至图5中用附图标记50i、50k、50m和50n表示附加的接点。在此，接点50i在所述先导控制继电器70的继电器触点的固定接点上，接点50k在所述接通继电器60的线圈接头上，接点50m在啮合继电器57或64的工作触点的一个接点上并且接点50n在啮合继电器57或64的工作触点的另一个接点上。这些附图标记使对图6和图7中的图示说明更为容易，其中，同样示意地示出了在实践中通常被实施为双触点或具有接触片的开关触点。
图6示出了根据图3的单阶段通电的本发明的起动机的结构构造。在此，所述起动电机12、啮合继电器57和接通继电器60构成一个结构单元72，其中，将两个继电器57和60或所述两个继电器之一固定地集成到起动电机12的壳体中，或者说可拆卸地与所述壳体相连接。啮合继电器57、接通继电器60和起动电机12的内部结构用符号由相应的接点示出。因此，啮合继电器57通过外部接点从点火起动开关36获取起动信号，由此，使工作触点56闭合，并且使用于激励继电器的接点50m和50n相互连接。
在所述接通继电器60中，正极60通过工作触点62与继电器上的接点45相连接并且所述接点在外部与起动电机12连接并且通过所述起动电机的串联线圈38与负极31相连接或者说接地。
图7示出了与图4或图5对应的两阶段通电的依据本发明的起动机的空间布置。在此，先导控制继电器70、啮合继电器64、接通继电器60和起动电机12构成一个结构单元74。又将继电器70、64和60可选择地个别或共同地集成到起动电机12的壳体中或可拆卸地与所述壳体相连接。接点和触点的图示与图4和5相对应，图4和图5的区别仅在于啮合继电器64的工作触点68的供电方式。在此，啮合继电器64的接点50n可选择地与所述先导控制继电器70上的接点50i相连接或直接与电源的正极30相连接。

Claims (15)

1.一种用于内燃机的起动机，所述起动机具有起动电机(12)，所述起动电机能够通过小齿轮(22)与内燃机相联接，并且所述起动机还具有用于将小齿轮(22)啮合到内燃机的齿圈(26)中以及用于将所述起动电机(12)连接到直流电源(30，31)上的装置，其特征在于，所述装置具有在起动内燃机时一方面用于啮合小齿轮(22)并且另一方面用于接通起动电机(12)的分开的部件(57，64；60)。
2.按照权利要求1所述的起动机，其特征在于，所述装置具有一方面用于啮合小齿轮(22)并且另一方面用于接通起动电机(12)的分开的继电器(57，64；60)。
3.按照权利要求1或2所述的起动机，其特征在于，通过啮合继电器(57，64)，在其接通运动结束时或即将结束时将在起动电机(12)的主电路中的接通继电器(60)激活并且使所述起动电机直接与电源(30，31)相连接。
4.按照上述权利要求中的任意一项所述的起动机，其特征在于，所述啮合继电器(57，64)具有保持线圈(52)和吸引线圈(54)，所述保持线圈和吸引线圈共同操纵用于激活接通继电器(60)的开关触点(56；66，68)。
5.按照上述权利要求中的任意一项所述的起动机，其特征在于，所述啮合继电器(57)具有用于激活接通继电器(60)以及用于以单阶段给起动电机(12)通电的工作触点(56)。
6.按照权利要求1至4中任意一项所述的起动机，其特征在于，所述啮合继电器(64)具有用于以两阶段使起动电机(12)通电的常闭触点(66)和工作触点(68)，其中在第一阶段，受限制的电机电流流过所述啮合继电器(64)的常闭触点(66)和吸引线圈(54)，并且在第二阶段，在啮合运动结束时或即将结束时，满额的电机电流流过能够通过所述啮合继电器(64)的闭合的工作触点(68)操纵的所述接通继电器(60)。
7.按照权利要求6所述的起动机，其特征在于，在所述第一接通阶段，受限制的电机电流流过啮合继电器(64)的常闭触点(66)和吸引线圈(54)并且流过所述起动电机(12)的串联线圈(38)。
8.按照上述权利要求中的任意一项所述的起动机，其特征在于，所述起动电机(12)的串联线圈(38)和电枢(46)通过所述接通继电器(60)直接与电源(30，31)相连接。
9.按照上述权利要求中的任意一项所述的起动机，其特征在于，所述装置具有半导体开关作为开关部件(57，64；60)。
10.按照上述权利要求之一所述的起动机，其特征在于，在啮合继电器(64)之前连接一个先导控制继电器(70)。
11.按照权利要求10所述的起动机，其特征在于，所述接通继电器(60)的线圈(58)可通过先导控制继电器(70)和啮合继电器(64)各自的工作触点与电源(30，31)相连接。
12.按照权利要求10所述的起动机，其特征在于，所述接通继电器(60)的线圈(58)通过啮合继电器(64)的工作触点直接与电源(30，31)相连接。
13.按照上述权利要求中的任意一项所述的起动机，其特征在于，所述啮合继电器(64)的保持线圈(52)和吸引线圈(54)具有相反的绕向，其中所述保持线圈(52)提供用于转换啮合继电器(64)的磁通势并且所述吸引线圈(54)对接通过程起阻尼作用。
14.按照上述权利要求中的任意一项所述的起动机，其特征在于，所述先导控制继电器(70)以及/或者所述啮合继电器(57，64)以及/或者所述接通继电器(60)与所述起动电机(12)构成一个结构单元(72，74)。
15.按照上述权利要求中的任意一项所述的起动机，其特征在于，所述先导控制继电器(70)以及/或者所述啮合继电器(57，64)以及/或者所述接通继电器(60)可拆卸地与所述起动电机(12)相连接。
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