CN102667137B - 噪声优化的起动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种车辆中用于起动内燃机的起动装置(10)，所述起动装置具有小齿轮轴(202)，该小齿轮轴在前面的端部上具有起动小齿轮(22)并且在对置的端部上具有小齿轮柄(204)，该小齿轮柄在起动装置(10)的驱动轴(44)上被可移动地导引和支承并被容纳在起动装置(10)的轴承盖(210)的轴承中，其特征在于，所述起动小齿轮(22)至少在周向齿(143)的区域中设有固体润滑剂层(216)。
Description
技术领域
本发明涉及一种车辆中用于起动内燃机的起动装置。
背景技术
机动车辆中起停装置不断增长的推广对起动装置提出了更高的要求并因此提出对迄今所应用的起动装置扩大功能的要求。在此，例如需提到更为严格的声学要求，以及在驾驶员的起动愿望下能够随时重新起动的必要性(“想法改变”功能)。特别地，在内燃机的惯性运转情况下，这借助迄今应用的起动机的传统原理是不可能实现。
DE 101 24 506A1涉及一种机动车辆的起动机。该起动机包括壳体、平行于该壳体设置且包含电磁开关的接通继电器、可转动地支承在中空壳体和接通继电器之间的过渡区域中的用于将起动电动机联接在内燃机上的接合杆。所述壳体设有密封件以防止污物和湿气侵入到接通继电器中。该密封件通过与壳体壁连接的、在壳体和接通继电器之间过渡区域内部的橡胶膜片构成。
DE 10 2009 026 593.7涉及一种使两个转动的轴向错开的正齿轮机械同步的方法以及一种机械、特别是一种电起动装置。该机械包括正齿轮，特别是被构造为起动小齿轮的正齿轮，其与一个设置在正齿轮轴向侧上的传动盘共同作用。该传动盘背离正齿轮的提升装置，其中该传动盘相对于正齿轮是可以受限转动的。因此正齿轮的齿槽被封闭。
在至今所应用的机动车辆起动装置历经约40000次起动过程及为此必需的工作循环时，在目前起停模式(SSM-功能)下产生的需求是，为了节省燃料而在较长的等待阶段，例如被关闭的铁路道口、在较长的红灯阶段或在堵车时可以将内燃机关闭。这在目前的机动车辆中逐渐地通过SSM-功能实现。这对于至今用来起动内燃机的起动装置而言意味着明显增高的操作频率，因此这些起动装置的设计必须能确保内燃机直达五十万次以及更多次的起动过程。这一方面对起动装置的使用寿命与可靠性提出高要求并且另一方面在这种高数量的起动过程情况下提出使产生的噪声最小化的要求。已经证明，起动装置是一个明显的噪声源，在起动装置应用于高级轿车时乘员和汽车制造商已不能再容忍这种情况，因此必须消除此弊端。
通常，通过如下方式使内燃机的起动过程开始：使内燃机转动，由此产生对适宜的油-空气-混合物的压缩并然后在点燃该混合物后自动地运转。为此通常使用电驱动的起动装置。其小齿轮被引导到内燃机的齿圈上，然后驱动该齿圈。在此可能发生，该小齿轮并非最佳地啮合在齿圈上，而是小齿轮的齿在此没有进入到齿圈的两齿之间的齿槽中，亦即齿顶在齿上，这样就妨碍了啮合。期间可能出现临界情况，例如所述齿只是半侧地进入齿圈的齿中。在不正确啮合的情况下噪声发生是相当大的。
JP 04 168 947 A涉及一种起动装置。按照该解决方案，为克服粘附磨损和减弱金属接触时产生的噪声，部件设有固体润滑剂，该固体润滑剂涂覆在小齿轮的齿上。
发明内容
根据本发明所建议的解决方案，以尽可能小的额外花费，而且不用在现有装置上进行结构上的变化，就能实现在啮合方面的功能改进。基于被减小的摩擦，即使没有完全地抑制在啮合时出现的噪声，至少使其降低，其中为了减小摩擦采用一种干式润滑。在本发明基于的构思的一种优选变型实施方式中，要啮合到内燃机齿圈中的小齿轮不仅在齿(该齿通常为外斜齿)的范围内而且在端面上设有固体润滑剂层。该固体润滑剂层借助于适宜的结合剂系统，例如聚酰胺酰亚胺、环氧化物等，结合到该啮合小齿轮的表面上。作为固体润滑剂可以考虑那种能够抵抗如在相互滚动的渐开线齿面内所出现的特别高的单位面积压力的物质，例如MoS2和石墨。必要时可在所述的固体润滑剂中掺入可减小静摩擦的添加剂，例如Ptfe。优选地，固体润滑剂被涂在滑动漆层的范围内，该滑动漆层虽然在运行期间发生磨耗，但却因此产生理想光滑的磨合运转表面。通过这一解决方案，特别是能避免否则会使表面损坏的粘附磨损。
作为替代，存在的可能方案是，内燃机的齿圈也设有固体润滑剂。
附图说明
下面借助附图详细说明本发明。
附图中：
图1示出了电机，特别是起动装置的电机连同接通继电器、起动小齿轮和啮合机构的剖视图，
图2示出了支承在驱动轴上的第一种变型实施方式的小齿轮轴的示意性剖视图，以及
图3示出了根据第二种实施方式的小齿轮轴的示意性剖视图。
具体实施方式
图1以纵向剖视图示出了起动装置。起动装置10设有起动小齿轮，该起动小齿轮被起动装置壳体的一部分包围。下面的实施方式同样适用于悬臂式起动装置(frei ausstoβende Startvorrichtung)，即适用于在操纵接通继电器以后起动小齿轮的圆周将完全露出的起动装置。
图1所示的起动装置10例如具有起动电动机13和接通继电器16。起动电动机13和接通继电器16固定在一个共同的驱动端轴承盖19上。起动电动机13用于当起动小齿轮20啮合在此处未示出的内燃机齿圈中时驱动起动小齿轮22。
起动电动机13具有作为壳体的极管28，该极管在其内周上支撑有极靴31，这些极靴分别被一个励磁绕组34所缠绕。极靴31又包围一个电枢37，该电枢具有一个由薄片40构成的电枢铁心43，和设置在槽46中的电枢绕组49。电枢铁心43被压在驱动轴44上。此外，在驱动轴44的与起动小齿轮22相背离的端部上还安装一个换向器52，该换向器尤其由单个换向器薄片55构成。换向器薄片55以公知方式与电枢绕组49电连接，使得在通过碳刷58为换向器薄片55供电流时产生电枢37在极管38中的转动。设置在接通继电器16和起动电动机13之间的电流引线61在接通状态时不仅给碳刷58供电而且给励磁绕组34供电。驱动轴44在换向器侧通过轴颈64支撑在滑动轴承67中，该滑动轴承又被位置固定地保持在一个换向器轴承盖70中。换向器轴承盖70又借助于拉杆43固定在驱动端轴承盖19中，拉杆43在极管28的周边上分布地设置(螺钉，例如两个，三个或四个)。在此，极管28支撑在驱动端轴承盖19上并且换向器轴承盖70支撑在极管28上。
在驱动方向上看，在电枢37上连接了一个太阳轮80，其是一个行星齿轮传动机构83的一部分。太阳轮80被多个，通常是三个行星齿轮86包围，这些行星齿轮借助于滚动轴承89支撑在轴颈92上。行星齿轮86在内齿圈95中滚动，其在外侧被支撑在极管28中。在朝输出侧的方向上，在行星齿轮86上连接有行星齿轮架98，轴颈92容纳在该行星齿轮架中。行星齿轮架98又被支承在中间支承101及安置在该中间支承101中的滑动轴承104中。中间支承101被设置为盆形，使得在其中不仅容纳行星齿轮架98而且容纳行星齿轮86。此外在盆形的中间支承101中还设置了内齿圈95，该内齿圈最后通过盖件107相对于电枢37封闭。而且中间支承101以其外圆周支撑在极管28的内侧面上。电枢37在驱动轴44的与换向器52背离的端部上具有另一个轴颈110，该轴颈同样被容纳在一个滑动轴承116中。滑动轴承113被容纳在行星齿轮架98的一个中央孔中。该行星齿轮架98与输出轴116连接为一体。输出轴116通过其与中间支承101背离的端部119支撑在驱动侧支承件(A-支承件)的另一轴承122中。该输出轴116被划分为不同的区段：接在设置在中间支承101的滑动轴承104中的区段后面的是具有直齿125(内齿)的区段，该直齿是轴毂连接结构的一部分。在这种情况下，该轴毂连接结构128使带动件131能够沿轴向直线滑动。带动件131是一个套筒状的突出部，该突出部与自由轮机构137的盆状外圈132是一体的。此外，所述自由轮机构137(其例如可被构造为定向止动器(Richtgesperre))还包括沿径向设置在外圈132内部的内圈140。在内圈140和外圈132之间设置了夹紧体138。夹紧体138与内圈和外圈的配合作用，防止外圈和内圈之间在第二方向上的相对转动。因此自由轮机构137能实现内圈140和外圈132之间只在一个方向上的相对运动。在这个实施例中内圈140被实施为与起动小齿轮22以及该起动小齿轮的斜齿143是一体的，所述斜齿被构造为外斜齿。
为了完整性起见，下面还要详细地讨论啮合机构。接通继电器16具有销150，其是一个电触点并被连接到此处未示出的起动机电池的正极上。销150穿过继电器盖53。继电器盖153将继电器壳体156封闭，该继电器壳体借助于多个固定元件159，例如螺钉固定在驱动端轴承盖19上。另外在接通继电器16中还设有吸引线圈162和保持线圈165。吸引线圈162和保持线圈165两者分别在接通状态下产生一个电磁场，该电磁场既流经继电器壳体156(由电磁传导性材料制成)，又流经可线性运动的衔铁168和衔铁轭铁171。衔铁168具有推杆174，该推杆在线性吸拉衔铁168时朝控制销177方向运动。通过推杆174朝向控制销177的这种运动，使该控制销从它的静止位置朝两个触点180、181的方向运动，因此朝向两个触点180、181安装在控制销177端部上的接触桥184将两个触点180、181相互电连通。因此从销150通过接触桥184使电功率被输送至电流引线61进而输送至碳刷58。起动电机13由此被供电。
此外，接通继电器16或更确切地说衔铁168还具有的任务是，通过牵拉元件187使一个可转动地设置在驱动端轴承盖19中的杆件运动。杆件190通常被实施为叉形杆并以两个此处未示出的“尖头”在其外周上包住两个盘片193和194，以便使夹在这两个盘片之间的传动环194朝自由轮机构137并克服弹簧200的阻力地运动且因此使起动小齿轮22啮合到图1中未示出的内燃机的齿圈25中。
从图2的视图中可看到用于起动车辆内燃机的起动装置10的局部放大剖视图。
起动装置10是悬臂式起动机，带有单侧被支承的小齿轮轴202，在该小齿轮轴上构造有起动小齿轮22，该起动小齿轮借助于用于内燃机起动过程的继电器啮合到未示出的齿圈中并在内燃机起动之后又被从齿圈中移出。
该小齿轮轴202被可转动地支承在起动装置10的驱动轴44上，以允许在内燃机高速运转且在齿圈上达到一个比该起动机通过驱动轴44预先设定的转速更高的转速时出现的相对转速。这个相对转速在起动周期中具有一个很短的运行时间，特别是在具有起动按钮的现代车辆中该运行时间是被限定地缩短的，因为起动时间控制装置在将内燃机起动后就使起动小齿轮22从与齿圈的啮合中退出。
小齿轮轴202具有第一支承区段206和第二支承区段207。第一支承区段206是一个靠外的、紧邻起动小齿轮22的区段，而第二支承区段207是一个靠内的、具有支承套筒208的区段，该支承套筒由软性材料、例如烧结的青铜材料制成。为了改善滑动特性和作为防腐蚀保护以及为了降低噪声，用润滑剂将支承套筒208包围或用润滑剂浸渍该支承套筒。支承套筒208也可以具有环绕槽形式的(即所谓的袋形式的)润滑剂仓。为了与小齿轮轴202的大内直径搭接，在此实施例中，优选地，该支承套筒208被构造为在横截面中看是厚的，其壁材料的厚度很大。
小齿轮轴202直接支承在第一支承区段206上，而在驱动轴44上没有烧结套筒或连接在其间的滚动轴承。因为小齿轮轴202的硬质材料支承在驱动轴44的硬质材料上，所以存在一个硬-硬-支承结构。这种支承结构是足够的，因为使用期限相对于数千小时使用寿命的常规滚动轴承以及在套筒中的支承结构总体上是非常短的。考虑起动装置10整个使用寿命的话，这种硬-硬-支承结构的总工作时间通常为10至12小时。这个工作时间发生在小齿轮轴202和驱动轴44之间出现相对转速时。
小齿轮轴202被滚动轴承209容纳，该滚动轴承被安装在起动装置10的轴承盖210中。为了保护该硬-硬-支承结构免受如灰尘、湿气和磨粒的外界环境影响，密封盖212在起动小齿轮22的端侧上将所述支承结构整个封闭。起动小齿轮22的轴向啮合运动受到驱动轴44上的小齿轮止挡211的限制。小齿轮止挡211包括止推环和卡圈。小齿轮轴202借助于超速离合器213与驱动轴44有效连接，从而该起动小齿轮22可以通过驱动轴44的扭矩被驱动并且在内燃机起动时在超速的情况下可以实现一个相对转速，其中起动小齿轮22具有更高的转速。
以有利的方式，对驱动轴44和/或小齿轮轴202在第一支承区段206上的支承面进行专门的硬化处理。这些支承面具有滑动涂层。出于制造技术上的原因，在支承区段206和207的长度上的直径基本上是恒定的，起动小齿轮22以小齿轮柄204支承在所述支承区段上。小齿轮柄204的内径在具有支承套筒208的第二支承区段207的区域内直至第一支承区段206被设置为具有比从起动小齿轮22的端侧直至第一支承区段206的孔明显大的内径。因此产生一个由于较薄的壁厚而重量明显减小的小齿轮轴202，其相对于现有技术的小齿轮轴还在材料使用上对资源保护做出了贡献。
因此能以有利的方式非常简便地装配悬臂式构造的起动装置10。仅装入一个在与起动小齿轮22对置端侧上的、宽的、厚的支承套筒208，然后将具有至少一个支承区段的小齿轮柄204直接推到驱动轴44上并支承在该驱动轴上。
从图3的视图中可看到小齿轮轴202的一种特别优选实施方式的局部放大剖视图。
图3示出了具有起动小齿轮22的在围绕第一支承区段206的区域内的部分。按照一种特别优选的实施方式，该小齿轮轴202的支承区段206具有环绕的润滑槽214。该环绕设置的润滑槽214用作润滑剂仓，以便在整个使用寿命期间给支承区段206提供足够的润滑剂。第一支承区段206被构造在起动小齿轮22前面的小齿轮柄204上。
在图2和3中所示的起动小齿轮22的特征在于，在该起动小齿轮的被构造为外斜齿的斜齿143中沿着整个周边构造有固体润滑剂层216。通过适合的结合剂系统，例如聚酰胺酰亚胺和环氧化物，将固体润滑剂层216结合在表面(即起动小齿轮22的端面218以及外斜齿143的齿面)上。对于良好的层附着的先决条件是，对相应的适合用于固体润滑剂层的固体润滑剂层216进行适当的表面处理，例如磷化处理和喷砂处理，并且在必要时进行热处理，例如用于改善该层特性的焙烧。
特别地，固体润滑剂层216包含可承受高的单位面积压力的润滑剂，例如MoS2和石墨。在斜齿143的渐开线齿中会出现非常高的以接触椭圆形式分布的表面压力。必要时，固体润滑剂层216的材料可加入特别是能减小静摩擦的物质，例如聚四氟乙烯(PTFE)。可以将固体润滑剂层216涂覆在滑动漆层中，滑动漆层虽然在使用的过程中被磨损，但产生一个理想光滑的磨合运转表面，因而特别地可以避免会损坏表面的粘附磨损。
在作为本发明基础的构思的改进方案中，也可以给内燃机的齿圈25(在图1的纵向剖视图中示出)涂上固体润滑剂层216。
Claims (11)
1.一种用于在车辆中起动内燃机的起动装置(10)，所述起动装置具有小齿轮轴(202)，该小齿轮轴在前面的端部上具有起动小齿轮(22)并且在对置的端部上具有小齿轮柄(204)，该小齿轮柄在起动装置(10)的驱动轴(44)上被可移动地导引和支承并被容纳在起动装置(10)的轴承盖(210)的轴承中，其特征在于，所述起动小齿轮(22)在齿(143)和一个端面(218)的区域中设有固体润滑剂层(216)。
2.按照权利要求1所述的起动装置(10)，其特征在于，所述起动小齿轮(22)的外斜齿(143)设有固体润滑剂层(216)。
3.按照权利要求2所述的起动装置(10)，其特征在于，所述外斜齿(143)的齿面设有固体润滑剂层(216)。
4.按照权利要求1所述的起动装置(10)，其特征在于，所述一个端面(218)是起动小齿轮(22)的与内燃机的齿圈(25)对置的端面。
5.按照权利要求1所述的起动装置(10)，其特征在于，朝向起动装置(10)的起动小齿轮(22)的端面设有固体润滑剂层(216)。
6.按照权利要求1所述的起动装置(10)，其特征在于，所述起动装置是悬臂式起动装置或开口式起动装置。
7.按照权利要求1所述的起动装置(10)，其特征在于，所述固体润滑剂层(216)由MoS2和/或石墨制成，并且能承受高的以接触椭圆形式分布的单位面积压力。
8.按照权利要求1所述的起动装置(10)，其特征在于，所述固体润滑剂层(216)包含能减小静摩擦的添加剂。
9.按照权利要求8所述的起动装置(10)，其特征在于，所述添加剂为PTFE。
10.按照权利要求1所述的起动装置(10)，其特征在于，内燃机的齿圈(25)设有固体润滑剂层(216)。
11.按照权利要求1所述的起动装置(10)，其特征在于，内燃机的齿圈(25)和整个起动小齿轮(22)设有固体润滑剂层(216)。
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