DE102008011479A1

DE102008011479A1 - Starteinrichtung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102008011479A1
Application number: DE102008011479A
Authority: DE
Inventors: Hans Bauer
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-02-27
Filing date: 2008-02-27
Publication date: 2009-09-03
Also published as: US20090212569A1; US8143735B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Starteinrichtung (1) einer Brennkraftmaschine (5), die einen Elektroanlasser (4) und einen einem Zugmitteltrieb (3) zugeordneten Starter-Generator (2) umfasst. Der Start der Brennkraftmaschine (5) kann über den Elektroanlasser (4) oder dem Starter-Generator (2) jeweils allein oder in einer Kombination von beiden Aggregaten erfolgen. Weiterhin ist eine Start-Stopp-Einrichtung der Brennkraftmaschine (5) vorgesehen, bei der synchron zu einem Start mittels Elektroanlasser (4) ein kontrolliertes Bestromen des Starter-Generators (2) vorgesehen ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine elektrische Starteinrichtung einer Brennkraftmaschine, die einen Elektroanlasser sowie einen einem Zugmitteltrieb zugeordneten Starter-Generator umfasst. In einer Startphase der Brennkraftmaschine kann der Starter-Generator bei Bedarf zum Anlassen vorgesehen werden. Nach erfolgtem Start der Brennkraftmaschine ist der Starter-Generator zur Energieerzeugung bestimmt. Die Starteinrichtung sieht vor, dass der Elektroanlasser allein oder gemeinsam mit dem Starter-Generator zu betreiben ist.
Hintergrund der Erfindung
Zum Starten einer Brennkraftmaschine ist es üblich einen Elektroanlasser zu verwenden, der während der Startphase über ein Anlasserritzel mit einem Zahnkranz eines unmittelbar der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine zugeordneten Schwungrades in einer Wirkverbindung steht. Diese Elektroanlasser haben eine Drehmomentcharakteristik, die einer Hauptschlussmaschine ver gleichbar ist, wobei sich von einem maximal möglichen Drehmoment mit steigender Drehzahl ein stark abfallendes Abgabemoment einstellt.
Aus der DE 32 41 079 A1 ist eine zwei Anlasser umfassende Starteinrichtung einer Brennkraftmaschine bekannt, die jeweils bei allen Startvorgängen zusammen eingeschaltet werden. Gemäß der EP 0 406 182 B1 umfasst die Starteinrichtung eine Boost-Schaltung, mit der zum Starten eine höhere Spannung erzeugt werden kann, welche in der motorisch betriebenen elektrischen Maschine kurzzeitig höhere Ströme bewirkt und damit das Drehmoment steigert. Diese Lösung hat den Nachteil, dass bei tiefen Temperaturen die Schlupfneigung des Riementriebs zunimmt. Außerdem stört die Aufladezeit des Startspeichers, wodurch kurz nacheinander erfolgende Startvorgänge ausgeschlossen sind.
Gemäß der DE 100 45 143 A1 ist ein zwei Riemenscheiben umfassendes Spannsystem eines Zugmitteltriebs bekannt, welches für ein Starter-Generator-Konzept einsetzbar ist. Bei dem Starter-Generator stellt sich abhängig von dem Betriebsmodus ein Richtungswechsel des in den Zugmitteltrieb eingeleiteten Drehmoments ein. Aufgrund des wechselseitig gerichteten Drehmoments benötigt der Zugmitteltrieb ein zwei Riemenscheiben umfassendes Spannsystem, die das jeweilige, dem Starter-Generator zugeordnete Leertrum des Zugmittels ausreichend angefedert vorspannt. Das Spannsystem umfasst zwei drehstarr miteinander verbundene Hebelarme, an denen getrennte Riemenscheiben angeordnet sind. Dadurch entsteht im Betriebszustand der Brennkraftmaschine stets eine Rückwirkung zwischen der dem Leertrum und dem Zugtrum zugeordneten Spannrolle. Eine Auslenkung der dem Zugtrum zugeordneten Riemenscheibe bewirkt ein entsprechendes Gegenmoment, wodurch sich eine Abstützkraft der dem Leertrum zugeordneten Riemenscheibe vergrößert.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Problemstellung zugrunde, einen Kaltstart der Brennkraftmaschinen mit einem Elektroanlasser zu optimieren.
Die zuvor genannte Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß durch eine Start-Stopp-Einrichtung gelöst, bei dem zum Start der Brennkraftmaschine synchron zu der Betätigung des Elektroanlassers der Starter-Generator kontrolliert bestromt wird. Dadurch kann über den Starter-Generator ein definiertes Drehmoment in den Zugmitteltrieb eingeleitet werden, wodurch die Triebdynamik verbessert wird und insbesondere bei einem Kaltstart die Startphase vorteilhaft entscheidend verkürzt werden kann. Abweichend zu bisher bekannten automatisierten Start-Stopp-Einrichtungen von Brennkraftmaschinen bei denen der Elektroanlasser zum Start der Brennkraftmaschine bei tiefen Temperaturen und der Startergenerator zum Start der Brennkraftmaschinen bei höheren Temperaturen betätigt wird, kann durch die erfindungsgemäße kontrollierte Bestromung des Starter-Generators eine vorteilhafte verbesserte Triebdynamik realisiert werden.
Durch das erfindungsgemäße Prinzip beschleunigt der Starter-Generator selbsttätig, wodurch eine gewisse Synchronisation von der Kurbelwellendrehzahl zu der Starter-Generator-Drehzahl erreicht wird und sich dabei vorteilhaft eine Entlastung des Zugmitteltriebs, insbesondere des Zugmittels einstellt. Unabhängig von der kontrollierten Bestromung des Starter-Generators bei einem Kaltstart kann erfindungsgemäß ein Start der Brennkraftmaschine außerdem abhängig von der Umgebungstemperatur ausschließlich über den Elektroanlasser oder den Starter-Generator erfolgen. Vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Maßnahme ohne großen Mehraufwand kostengünstig umsetzbar.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2–11.
Bevorzugt ist eine geregelte Bestromung des Starter-Generators bei einem Kaltstart vorgesehen. Die Regelung erfolgt dabei insbesondere in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine. Dabei kann beispielsweise erreicht werden, dass zur Erzielung einer optimal ausgelegten Leistungsaufnahme bzw. Vermeidung einer überflüssigen Leistungsbereitstellung bereits nach einem kurzen Zeitintervall, d. h. nach Überwindung des Losbrechmoments der Brennkraftmaschine, die Bestromung des Starter-Generators bereits reduziert oder beendet werden kann. Alternativ dazu kann eine Regelung vorgesehen werden, mit der die Bestromung in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine erfolgt.
Gemäß der Erfindung kann alternativ zu einer automatisierten Bestromung des Starter-Generators bei einem Kaltstart eine Start-Stopp-Einrichtung vorgesehen werden, bei der die Bestromung des Starter-Generators über eine manuelle Betätigung ausgelöst wird. Diese Betätigung ermöglicht die Bestromung beispielsweise auch bei einem Warmstart der Brennkraftmaschine vorzusehen, falls diese ein verzögertes Startverhalten aufweist.
Die erfindungsgemäße Starteinrichtung umfasst bevorzugt einen Elektroanlasser, der über ein Ritzel mit einem Zahnkranz der Brennkraftmaschine zusammenwirkt. Der Elektroanlasser ist dazu insbesondere auf der Hauptabtriebsseite der Brennkraftmaschine angeordnet und steht über das Ritzel mit dem Zahnkranz in einer Wirkverbindung, welcher unmittelbar und drehstarr mit dem Schwungrad der Brennkraftmaschine verbunden ist.
Als Zugmitteltrieb ist insbesondere ein Riementrieb vorgesehen, bei dem als Zugmittel ein Riemen alle zugehörigen Riemenscheiben der Abtriebs- und Antriebsglieder verbindet. Der Zugmitteltrieb sieht vor, dass jedem, dem Starter-Generator zugeordneten Zugmitteltrum ein separates Spannsystem zugeordnet ist, das getrennte Riemenscheiben umfasst, deren Anordnung und Verstellung unabhängig zueinander erfolgt.
Bei Bedarf schließt die erfindungsgemäße Starteinrichtung ein bedarfsabhängig verriegelbares Spannsystem ein. Damit ist sichergestellt, dass in der Startphase des Starter-Generators das dem Zugtrum zugeordnete Spannsystem starr positioniert ist. Bevorzugt umfasst der Zugmitteltrieb ein hydraulisch wirkendes Spannsystem. Alternativ dazu bietet es sich an ein mechanisches Spannsystem einzusetzen bzw. eine Kombination aus einem mechanischen und einem hydraulischen Spannsystem vorzusehen.
Der Aufbau der erfindungsgemäßen Starteinrichtung kann weiterhin einen Starter-Generator mit einem integrierten Freilauf einschließen, über den der Starter-Generator mit dem Zugmitteltrieb verbunden ist. Vorteilhaft bietet es sich an, einen verriegelbaren Freilauf einzusetzen, um in der Startphase einen verzögerungsfreien bzw. schlupffreien Start zu gewährleisten. Bauraumoptimiert ist dazu der Freilauf bevorzugt in einer dem Starter-Generator zugeordneten Riemenscheibe integriert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird durch Zeichnungen erläutert, die nachfolgend näher beschrieben werden. Es zeigen:
1 in einer schematischen Darstellung eine erfindungsgemäße elektrische Starteinrichtung einer Brennkraftmaschine;
2 eine Brennkraftmaschine in einer Seitenansicht mit einer Aufteilung der elektrischen Starteinrichtung an beiden Endseiten der Brennkraftmaschine.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Gemäß der 1 umfasst die elektrische Starteinrichtung 1 einen einem Zugmitteltrieb 3 zugeordneten Starter-Generator 2 sowie einen herkömmlichen Elektroanlasser 4. Wie in 2 verdeutlicht ist der Zugmitteltrieb 3 und damit der Starter-Generator 2 einer ersten und der Elektroanlasser 4 einer zweiten Endseite einer Brennkraftmaschine 5 zugeordnet. Der als Riementrieb ausgebildete Zugmitteltrieb 3 dient als Aggregatetrieb der Brennkraftmaschine 5. Ein Zugmittel 6 verbindet dabei Riemenscheiben der Kurbelwelle 7, eines Klimakompressors 8 sowie des Starter-Generators 2. Zur Erzielung einer ausrei chenden Vorspannung des Zugmittel 6 schließt der Zugmitteltrieb 3 zwei getrennte, unabhängig voneinander wirksame Spannsysteme 9, 10 ein. Der Start der Brennkraftmaschine 5 kann sowohl ausschließlich über den Elektroanlasser 4 oder dem Starter-Generator 2 erfolgen. Weiterhin umfasst die Starteinrichtung 1 zum Start der Brennkraftmaschine 5 die Kombination eines Elektroanlassers 4 und eines Starter-Generators 2. Bei einem ausschließlich über den Starter-Generator 2 erfolgenden Start der Brennkraftmaschine 5 bildet der Riementrum 11 den Zugtrum und der Riementrum 12 den Leertrum, wobei zur Erzielung einer ausreichenden Kraftübertragung das Spannsystem 10 vorzugsweise verriegelbar und damit lagefixiert ist. Bei einem Start der Brennkraftmaschine 5 mittels Elektroanlasser 4 stellt sich eine Drehmomentumkehr in den Riementrums 11, 12 ein, wobei der Riementrum 12 den Zugtrum und der Riementrum 11 den Leertrum bildet. In diesem Betriebszustand ist das Spannsystem 9 bevorzugt fixiert, wobei die ausreichende Vorspannung des Zugmittels 6 über das Spannsystem 10 sichergestellt wird.
Weitere Details der elektrischen Startvorrichtung 1 verdeutlicht die 2. Danach steht der Elektroanlasser 4 in der Startphase über ein Ritzel 13 formschlüssig mit einem Zahnkranz 14 in Verbindung, welches einem Schwungrad 15 der Brennkraftmaschine 5 zugeordnet ist. Nach Erreichen einer Startdrehzahl und erfolgtem Start der Brennkraftmaschine 5 wird das Ritzel 13 axial gegenüber dem Zahnkranz 14 verschoben und damit ein Eingriff unterbrochen. Der Zugmitteltrieb 3 ist der dem Schwungrad 15 gegenüberliegenden Endseite der Brennkraftmaschine 5 zugeordnet, von dem in 2 das Zugmittel 6 sowie eine der Kurbelwelle 7 zugeordnete Riemenscheibe 16 sowie eine Riemenscheibe 17 des Starter-Generators 2 sichtbar sind. Zur Erzielung einer erfindungsgemäßen kontrollierten Bestromung des Starter-Generators 2 in der Startphase schließt die elektrische Starteinrichtung 1 eine Regelung 18 ein. Damit kann ein kontrolliertes Bestromen des Starter-Generators 2 erreicht werden, um gezielt die Triebdynamik des Zugmitteltriebs 3 zu optimieren. Die Regelung 18 umfasst zumindest einen Sensor 19, der die Drehzahl des Zugmitteltriebs 3 erfasst und dazu beispielsweise im Bereich der dem Starter-Generator 2 zugeordneten Riemenscheibe 17 positioniert ist. Alternativ oder ergänzend dazu bietet sich die Platzierung eines weiteren Sensor 20 an, mit dem die beispielsweise die Umgebungstemperatur oder die Schmierstofftemperatur der Brennkraftmaschine 5 erfasst wird. Die Messgrößen der Sensoren 19, 20 werden einem Steuergerät 21 der Regelung 18 zugeführt, über das bedarfsabhängig der Starter-Generator 2 in der Startphase, insbesondere bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine 5 kontrolliert bestromt werden kann.

1: Startvorrichtung
2: Starter-Generator
3: Zugmitteltrieb
4: Elektroanlasser
5: Brennkraftmaschine
6: Zugmittel
7: Kurbelwelle
8: Klimakompressor
9: Spannsystem
10: Spannsystem
11: Riementrum
12: Riementrum
13: Ritzel
14: Zahnkranz
15: Schwungrad
16: Riemenscheibe
17: Riemenscheibe
18: Regelung
19: Sensor
20: Sensor
21: Steuergerät

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 3241079 A1 [0003]
- EP 0406182 B1 [0003]
- DE 10045143 A1 [0004]

Claims

Elektrische Starteinrichtung einer Brennkraftmaschine (5), umfassend einen Elektroanlasser (4) und einen einem Zugmitteltrieb (3) zugeordneten Starter-Generator (2), der in einer Startphase bedarfsabhängig zum Anlassen und nach erfolgtem Start der Brennkraftmaschine (5) zur Energieerzeugung bestimmt ist und der Elektroanlasser (4) allein oder gemeinsam mit dem Starter-Generator (2) zu betreiben ist, dadurch gekennzeichnet, dass die als eine Start-Stopp-Einrichtung ausgeführte Starteinrichtung (1) der Brennkraftmaschine (5) synchron zu einem Start mittels Elektroanlasser (4), insbesondere für einen Kaltstart, ein kontrolliertes Bestromen des Startergenerators (2) vorsieht.
Starteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Starter-Generator (2) geregelt bestromt wird.
Starteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Startphase mittels einer manuellen Betätigung die Bestromung des Starter-Generators (2) ausgelöst wird.
Starteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektroanlasser (4) über ein Ritzel (13) mit einem Zahnkranz (14) der Brennkraftmaschine (5) zusammenwirkt.
Starteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zugmitteltrieb (3) als ein Riementrieb ausgebildet ist.
Starteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beiden Riementrums (11, 12) des Starter-Generators (2) ein separates unabhängig wirkendes Spannsystem (9, 10) zugeordnet ist.
Starteinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Startphase das Spannsystem (10) des als Zugtrum wirkenden Riementrums (11) verriegelbar ist.
Starteinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Spannsystem (9, 10) als ein hydraulisch wirkendes Spannsystem ausgeführt ist.
Starteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Starter-Generator (2) über einen Freilauf mit dem Zugmitteltrieb (3) verbunden ist.
Starteinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein verriegelbarer Freilauf zwischen dem Starter-Generator (2) und dem Zugmitteltrieb (3) vorgesehen ist.
Starteinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf in einer dem Starter-Generator (2) zugeordneten Riemenscheibe (17) integriert ist.