DE102005048598B4

DE102005048598B4 - Startvorrichtung zum Andrehen von Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE102005048598B4
Application number: DE102005048598.7A
Authority: DE
Inventors: Jochen Laubender
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2005-10-06
Filing date: 2005-10-06
Publication date: 2016-06-30
Anticipated expiration: 2025-10-07
Also published as: CN101326360A; US8439006B2; CN101326360B; KR101110096B1; DE102005048598A1; US20110120406A1; WO2007039643A1; EP1941156A1; KR20080053356A

Abstract

Startvorrichtung zum Andrehen von Brennkraftmaschinen, mit einem insbesondere elektromagnetischen Vorspurmechanismus (10) und mit einem Start-Stopp-Mechanismus, der in einer Stopp-Phase der Brennkraftmaschine noch während und/oder nach einem Abstellen der Brennkraftmaschine einen eingespurten Zustand des Vorspurmechanismus (10) bewirkt, damit bei einem anschließenden Start der Brennkraftmaschine bereits der eingespurte Zustand vorliegt, und mit einer Verriegelungseinrichtung (20) zur Verriegelung des Vorspurmechanismus (10) im eingespurten Zustand, wobei die Verriegelungseinrichtung (20) derart steuerbar ausgebildet ist, dass sie während der Stopp-Phase den elektromagnetischen Vorspurmechanismus (10) in der vorgeschoben Stellung mechanisch hält, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungseinrichtung (20) thermoelektrisch betätigbar ist, wobei die Verriegelungseinrichtung (20) ein Verriegelungsrelais mit einer elektrischen Thermoschaltung aufweist, und dass das Verriegelungsrelais mindestens einen mit einem Heizstrom betätigbaren Bimetallstreifen umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Startvorrichtung zum Andrehen von Brennkraftmaschinen mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.
Stand der Technik
In der DE 199 11 161 C2 ist eine als Koaxialstarter ausgebildete Startvorrichtung zum Andrehen von Brennkraftmaschinen gezeigt und beschrieben. Diese umfasst einen elektrischen Startermotor, einen Vorspurmechanismus zum Verschieben eines axialen Ritzelschafts mit Andrehritzel. Um die Brennkraftmaschine anzudrehen, muss das Ritzel in einen Zahnkranz der Brennkraftmaschine eingreifen. Bei laufender Brennkraftmaschine muss das Ritzel wieder aus dem Zahnkranz ausspuren. Damit dies möglich ist, ist der Vorspurmechanismus mit einem Permanentmagneten und einer elektromagnetisch erregbaren Spule versehen. Eine elektrische Steuerung erlaubt zwei Flussrichtungen in der Spule, die je nach Flussrichtung eine Abstoßkraft oder eine Zugkraft auf den Permanentmagnet ausübt. Dadurch kann das Ritzel vor- und zurückbewegt und demzufolge ein- und ausgespurt werden.
Ferner sind Startvorrichtungen der gattungsgemäßen Art bekannt, die einen sogenannten Start-Stopp-Betrieb ermöglichen. Dieser zeichnet sich dadurch aus, dass ein Direktstart der Brennkraftmaschine möglich ist. Bei ausgeschalteter Brennkraftmaschine befindet sich das Ritzel bereits in dem Zahnkranz, sodass nur eine Drehbewegung des Ritzels zum Start der Brennkraftmaschine notwendig ist. Voraussetzung dafür ist, dass in einer Stopp-Phase der Brennkraftmaschine das Ritzel in eingerücktem Zustand von einem elektromagnetischen Vorspurmechanismus gehalten wird. Dies erfordert eine elektrische Leistung, die das Bordnetz belastet, und erzeugt eine Verlustleistung, die unerwünschte Erwärmung mit sich bringt.
Aus der Offenlegungsschrift JP 2001-355552 A ist außerdem eine Startvorrichtung bekannt, die einen Verriegelungsmechanismus zum Halten eines Vorspurmechanismus in einer vorgeschobenen Stellung durch elektromagnetische Betätigung aufweist.
Vorteile der Erfindung
Durch die erfindungsgemäße Startvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 entfällt die Verlustleistung oder wird reduziert, indem der Vorspurmechanismus in der vorgeschobenen Stellung verriegelt wird, und zwar durch die erfindungsgemäße Verriegelungseinrichtung, die auf rein mechanischem Wege verriegelt. Durch die Erfindung werden die Vorteile eines Start-Stopp-Betriebs genutzt, ohne jedoch den Nachteil einer hohen Stromaufnahme in Kauf nehmen zu müssen. Die Erfindung erlaubt ein geräuschreduziertes Andrehen der Brennkraftmaschine und erhöht den Startkomfort mit geringer elektrischer Energie. Auch wird eine übermäßige Erwärmung von Stromkreisen und der darin enthaltenen Komponenten, wie Spulen, Magnetschalter, Relais, Widerstände und dergleichen verhindert. Die Belastung des Bordnetzes und der Leitungen wird zusätzlich reduziert. Bevorzugterweise ist der Start-Stoppmechanismus so ausgebildet, dass er einen eingespurten Zustand noch während eines Abstellens der Brennkraftmaschine schafft. Dadurch ist ein erneutes Starten innerhalb einer Zeit unterhalb einer Sekunde möglich.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Startvorrichtung ist vorgesehen, dass die Verriegelungseinrichtung während der Stopp-Phase den elektromagnetischen Vorspurmechanismus mit einem geringen Strom oder auch stromlos im eingespurten Zustand mechanisch hält.
Eine bevorzugte Lösung besteht darin, dass die Verriegelungseinrichtung elektromagnetisch ausgeführt ist. Vorzugsweise wird ein Stromstoßrelais für die mechanische Verriegelung eingesetzt. Um die Verriegelungseinrichtung in der Verriegelungsstellung zu halten, ist keine Stromaufnahme erforderlich. Die Startvorrichtung und/oder der Vorspurmechanismus kann elektromagnetisch, hydraulisch und/oder pneumatisch arbeiten.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, dass die Verriegelungseinrichtung thermoelektrisch ausgeführt ist, wobei die Verriegelungseinrichtung ein Verriegelungsrelais mit einer Thermoschaltung umfasst. Die thermoelektrische Lösung ist sehr funktionssicher und arbeitet selbst bei erheblichen Erschütterungen, zum Beispiel durch Bodenwellen in einer Fahrbahn, ohne Fehlfunktion.
Erfindungsgemäß ist das thermoelektrische Verriegelungsrelais mit mindestens einem mit einem Heizstrom betätigbaren Bimetallstreifen versehen. Insbesondere nimmt der Bimetallstreifen in einem geheizten Zustand eine Verriegelungsstellung und in einem abgekühlten Zustand eine Entriegelungsstellung ein. Diese Ausführungsform benötigt einen Heizstrom von etwa 0,5–0,7 A und somit bis zu 1/10 des Stromes gegenüber bekannten Lösungen.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen.
Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele durch zugehörige Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Startvorrichtung in einem nicht eingespurten und nicht verriegelten Zustand und
2 eine schematische Darstellung der Startvorrichtung gemäß 1 in einem eingespurten und verriegelten Zustand.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Startvorrichtung 1. Diese umfasst ein Gehäuse 2 mit einem darin befindlichen elektromotorischen Antrieb, der einen Startermotor 3 mit einem Mitnehmerschaft 4 aufweist. Koaxial um den Mitnehmerschaft 4 ist ein gleitbar angeordneter Ritzelschaft 5 angeordnet, der mit einem Andrehritzel 6 zum Kuppeln mit einem Zahnkranz 7 einer Brennkraftmaschine versehen ist.
Das Andrehritzel 6 kann mit Hilfe eines Vorspurmechanismus 10 in eine vorgeschobene Stellung gebracht werden, sodass das Andrehritzel 6 in den Zahnkranz 7 eingreift, wie in 2 veranschaulicht ist (eingespurter Zustand), oder in einen nicht eingespurten Zustand gebracht werden, wie in 1 gezeigt ist, sodass das Andrehritzel 6 eine nicht eingespurte Stellung einnimmt.
Der Vorspurmechanismus 10 umfasst einen Anker mit einer schaltbaren Spule, um eine Kraft auf den Ritzelschaft 5 auszuüben. Durch diese Kraft kann der Ritzelschaft 5 vor- und zurückbewegt werden, wobei die Kraft ihre Richtung durch eine umgekehrte Bestromung der Spule ändert. Zur Ansteuerung der Spule und des Startermotors 3 ist eine Steuerung 12 vorhanden, die auch eine erfindungsgemäße mechanisch wirkende Verriegelungseinrichtung 20 ansteuert. Alternativ ist es möglich, dass der Vorspurmechanismus seitlich neben dem Ritzelschaft 5 liegt und beispielsweise ein Einspurrelais aufweist, dessen Bewegung über einen Doppelschwinghebel auf den Ritzelschaft 5 übertragen wird, wodurch der Ritzelschaft 5 vor- und zurückbewegt werden kann.
Erfindungsgemäß dient die Verriegelungseinrichtung 20 zur Verriegelung des Ritzelschafts 5 beziehungsweise des Vorspurmechanismus 10 im eingespurten Zustand, wobei die Verriegelungseinrichtung 20 derart steuerbar ausgebildet ist, dass sie den elektromagnetischen Vorspurmechanismus 20 beziehungsweise den Ritzelschaft 5 in der vorgeschoben Stellung hält beziehungsweise verriegelt.
Die Verriegelungseinrichtung 20 weist einen beweglichen Verriegelungszapfen 25 auf, der vorzugsweise elektromagnetisch oder elektrothermisch bewegbar ist. Der Verriegelungszapfen 25 kann in einen Verriegelungsansatz 21 beziehungsweise in eine Vertiefung, eine Ringnut oder dergleichen des Ritzelschaftes 5 eintauchen, um die Verriegelung zu schaffen. In der Verriegelungsstellung kann die Verriegelungseinrichtung 20 mit einem Verriegelungsstrom arbeiten. Dieser Strom ist jedoch sehr viel geringer als ein Betätigungsstrom des Vorspurmechanismus 10. Vorzugsweise ist die Verriegelungseinrichtung 20 jedoch so ausgeführt, dass eine stromlose Verriegellungsstellung gegeben ist. Nur für eine Verlagerung des Verriegelungszapfens in die Sperrstellung und in die Entsperrstellung ist ein kurzer elektrischer Stromstoß erforderlich. Alternativ ist die Verriegelungseinrichtung 20 erfindungsgemäß thermoelektrisch ausgeführt und weist ein Verriegelungsrelais mit einer elektrischen Thermoschaltung auf. Das Verriegelungsrelais umfasst einen mit Heizstrom betätigbaren Bimetallstreifen. Der Heizstrom von insbesondere etwa 0,5–0,7 A fließt durch eine Heizwicklung, die dem Bimetallstreifen zugeordnet ist. Durch die Heizwärme verbiegt sich der Bimetallstreifen und bewegt ein Verriegelungsmittel, welches unmittelbar oder mittelbar in den Verriegelungsansatz 21 des Ritzelschafts greift, wie es in 2 veranschaulicht ist.
Der Bimetallstreifen nimmt demgemäß in dem geheizten Zustand eine Verriegelungsstellung (2) und in einem abgekühlten Zustand eine Entriegelungsstellung (1) ein. Der Heizstrom ist sehr viel kleiner als der zum Einspuren von dem Vorspurmechanismus aufzubringende elektrische Strom.
Die Startvorrichtung 1 zeichnet sich durch einen mit Hilfe der Steuerung 12 realisierten Start-Stopp-Mechanismus aus, der so ausgebildet ist, dass in einer Stopp-Phase der Brennkraftmaschine, noch während und/oder nach einem Abstellen der Brennkraftmaschine, dieser einen eingespurten Zustand (2) des Vorspurmechanismus 10 bewirkt, damit bei einem anschließenden Start der Brennkraftmaschine das Andrehritzel 6 bereits in einer vorgeschoben Stellung angeordnet ist.
Der Vorspurmechanismus 10 ist durch eine umgekehrte Bestromung seines Ankers von dem eingespurten Zustand in den ausgespurten Zustand bewegbar. Das Ausspuren erfolgt nach erfolgreichem Start der Brennkraftmaschine.
Die Steuerung 12 steuert den elektromotorischen Antrieb und den elektromagnetischen Vorspurmechanismus 10 sowie die Verriegelungseinrichtung 20, sodass der Start-Stopp-Betrieb durchgeführt werden kann.
Die Erfindung erlaubt einen Direktstart auf sanfte Weise. Im Stopp-Betrieb wird das Verriegelungsrelais oder eine andere Verriegelungseinrichtung, z. B. eine elektromagnetische Einrichtung, durch einen kurzen Stromfluss für das Verriegeln aktiviert, sodass eine Fixierung der Antriebswelle beziehungsweise des Ritzelschaftes 5 nach einer Abschaltung des Stromkreises für den Vorspurmechanismus 10 rein mechanisch erfolgt. Das Ausspuren der Startvorrichtung 1 erfolgt nach einem erfolgreichen Starten der Brennkraftmaschine elektromagnetisch, wobei gleichzeitig die Verriegelung durch eine erneute Bestromung des Verriegelungsrelais zur Entriegelung aufgehoben wird.
Die mechanische Kraft des Verriegelungsmechanismus des eingesetzten Verriegelungsrelais muss so groß gewählt werden, dass das Ritzel 6 der Startvorrichtung 1 auch bei möglichen Erschütterungen des Fahrzeuges z. B. durch Bodenwellen in der Fahrbahn während des Start-Stopp-Betriebes sicher im eingerücktem Zustand bleibt. Das Ausrücken des Ritzels 6 kann auch über einen Freilauf der Startvorrichtung 1 erfolgen.
Bevorzugterweise wird bei der elektromagnetischen Lösung ein Verriegelungsrelais eingesetzt, welches über einen kurzen Stromimpuls in die Verriegelungsstellung bewegbar und aus der Verriegelungsstellung herausbewegbar ist. Im verriegelten Zustand wird daher kein Stromfluss benötigt.
Bei einem Verriegelungsrelais mit Thermoschaltung wird die mechanische Verriegelung über den Bimetallstreifen realisiert, der jedoch bei einer geringen Heizleistung deformiert wird. Nach einem Abschalten des Heizstromes kühlt der Bimetallstreifen ab und geht in seine ursprüngliche Form zurück. Damit wird die Verriegelung aufgehoben.

Claims

Startvorrichtung zum Andrehen von Brennkraftmaschinen, mit einem insbesondere elektromagnetischen Vorspurmechanismus (10) und mit einem Start-Stopp-Mechanismus, der in einer Stopp-Phase der Brennkraftmaschine noch während und/oder nach einem Abstellen der Brennkraftmaschine einen eingespurten Zustand des Vorspurmechanismus (10) bewirkt, damit bei einem anschließenden Start der Brennkraftmaschine bereits der eingespurte Zustand vorliegt, und mit einer Verriegelungseinrichtung (20) zur Verriegelung des Vorspurmechanismus (10) im eingespurten Zustand, wobei die Verriegelungseinrichtung (20) derart steuerbar ausgebildet ist, dass sie während der Stopp-Phase den elektromagnetischen Vorspurmechanismus (10) in der vorgeschoben Stellung mechanisch hält, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungseinrichtung (20) thermoelektrisch betätigbar ist, wobei die Verriegelungseinrichtung (20) ein Verriegelungsrelais mit einer elektrischen Thermoschaltung aufweist, und dass das Verriegelungsrelais mindestens einen mit einem Heizstrom betätigbaren Bimetallstreifen umfasst.
Startvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungseinrichtung (20) während der Stopp-Phase den elektromagnetischen Vorspurmechanismus (10) mechanisch im eingespurten Zustand verriegelt.
Startvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungseinrichtung (20) elektromagnetisch betätigbar ist.
Startvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungseinrichtung (20) ein Verriegelungsrelais aufweist, welches insbesondere durch Stromimpuls betätigbar ausgebildet ist.
Startvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bimetallstreifen in einem geheizten Zustand eine mechanische Verriegelungsstellung und in einem abgekühlten Zustand eine mechanische Entriegelungsstellung einnimmt.
Startvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanische Halten oder das mechanische Verriegeln durch Reibschluss und/oder Formschluss erfolgt.