DE102008054965A1

DE102008054965A1 - Verfahren und Vorrichtung für Start-Stopp-Anlagen von Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE102008054965A1
Application number: DE102008054965A
Authority: DE
Inventors: Sven Hartmann; Juergen Gross; Stefan Tumback
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2008-12-19
Filing date: 2008-12-19
Publication date: 2010-07-01
Anticipated expiration: 2028-12-20
Also published as: DE102008054965B4; KR20110112298A; EP2379875A1; WO2010069645A1; JP5322132B2; JP2012512981A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Startverfahren für Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen mit einer Start-Stopp-Anlage sowie eine Startvorrichtung (10) zur Durchführung des Verfahrens mit einem Startermotor (11) und einer Einrückvorrichtung (12, 20), die mit Beginn einer Stopp-Phase ein Steckritzel (13) in einen Zahnkranz (14) der Brennkraftmaschine axial einspurt. Um die Zeitspanne bis zur Bereitschaft eines Neustartes der Maschine möglichst kurz zu halten, wird vorgeschlagen, dass mit Beginn der Stopp-Phase das Ritzel (13) nach dem Abschalten und vor dem Stillstand der Brennkraftmaschine (15) bei ruhendem Startermotor (11) in den noch drehenden Zahnkranz (14) mit einer Drehfeder (25) in Drehrichtung des Zahnkranzes federnd eingespurt wird. Dabei wird entweder das Ritzel (13) als ganzes oder nur ein als Pilotrad (41) abgetrennter vorderer Teil des Ritzels (40) drehelastisch in den Zahnkranz (14) der Maschine (10) eingespurt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Startverfahren für Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen mit einer Start-Stopp-Anlage nach der Gattung des Anspruchs 1 sowie eine Startvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Gattung des Anspruchs 4.
Brennkraftmaschinen von Fahrzeugen werden üblicherweise von einem Startermotor angedreht, wobei zunächst ein Ritzel der Startvorrichtung in einen Zahnkranz der Brennkraftmaschine einspurt, bevor der Startermotor eingeschaltet wird. Mit einer so genannten Start-Stopp-Anlage des Fahrzeugs wird außerdem die Brennkraftmaschine bei einem längeren Halt des Fahrzeugs automatisch abgeschaltet. Am Ende de Stopp-Phase wird dann die Maschine automatisch wieder gestartet, um die Fahrt fortsetzen zu können.
Aus der EP 08 48 159 A1 ist es bekannt, dass Starterritzel bereits mit Beginn eines Stopp-Zustandes der Maschine in die Einspurstellung zu bringen, um danach mit Beginn des Start-Zustandes den Startermotor unverzüglich mit voller Kraft einzuschalten. Auf diese Weise wird die Zeit zum Andrehen der Brennkraftmaschine deutlich verringert. Diese Lösung hat jedoch noch den Nachteil, dass mit Beginn der Startphase zunächst noch der Stillstand der Maschine abgewartet werden muss, was bei sehr kurzen Stopp-Phasen eine Startverzögerung bedeutet, die zum Beispiel bei einem Verkehrsstau durch zu schnelle, nachfolgende Fahrzeuge kritisch werden kann.
Aus länger zurückliegender Zeit ist es zwar nach der GB-PS 515 753 bekannt, als Einspurhilfe für eine Starter-Kupplung an dem einen Kupplungsteil einen Führungsfinger anzubringen, der mit Stiften am anderen Kupplungsteil in der Weise zusammenwirkt, dass beim Auftreten einer Zahn-auf-Zahn-Stellung das starterseitige Kupplungsteil entgegen der Kraft von vorgespannten Federn soweit verdreht wird, bis die sägezahnförmige Stirnseite des starterseitigen Kupplungsteiles in die entsprechende sägezahnförmige Stirnseite des anderen Kupplungsteiles axial einrastet. Da diese Lösung nur bei Rastkupplungen und dort auch nur bei Stillstand der Maschine funktioniert, ist sie in Start-Stopp-Anlagen zum Einspuren eines Starters in einen Zahnkranz der Maschine nicht geeignet.
Um den Einspurvorgang der Startvorrichtung am Beginn einer Stopp-Phase des Fahrzeugs zu verkürzen, ist es bereits aus der DE 10 2006 011 644 A1 bekannt, die Ritzeldrehzahl durch eine elektronische Ansteuerung des Startermotors mit der Drehzahl des Zahnkranzes der Maschine zu synchronisieren, um auf diese Weise das Starterritzel in den auslaufenden, sich noch drehenden Zahnkranz der Maschine einzuspuren. Dabei ist nachteilig, dass zum Synchronisieren der Umfangsgeschwindigkeit des Zahnkranzes und des Starterritzels ein erheblicher elektronischer Steuerungsaufwand getrieben werden muss, da sich die Umfangsgeschwindigkeit des Zahnkranzes beim Auslauf der abgeschalteten Brennkraftmaschine aufgrund von Kompressionen in den Zylindern der Maschine stark verändert.
Mit der vorliegenden Erfindung wird angestrebt, das Einspuren des Starterritzels nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine in den noch laufenden Zahnkranz am Beginn der Stopp-Phase mit einfachen mechanischen Mitteln zu gewährleisten.
Offenbarung der Erfindung
Bei Start-Stopp-Anlagen für Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen mit dem Startverfahren nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 sowie bei einer Startvorrichtung mit dem Kennzeichnungsmerkmal des Anspruchs 4 erzielt man mit einfachen mechanischen Mitteln einen zeitlich verkürzten Startvorgang durch das Einspuren des Starterritzels in den auslaufenden Zahnkranz der Maschine. Die elektronische Steuerung der Start-Stopp-Anlage lässt sich dadurch wesentlich vereinfachen. Des Weiteren wird auf diese Weise erreicht, dass gegenüber einem ungefederten oder hart gefederten Einspuren des Starterritzels in den auslaufenden, noch drehenden Zahnkranz durch dabei auftretende Rückschläge auf den Freilauf oder das Getriebe der Startvorrichtung vermieden werden können.
Das Startverfahren nach den Kennzeichnungsmerkmalen des Anspruchs 1 betrifft insbesondere das Ritzel als ganzes, das vorzugsweise als massearmes Steckritzel mittels einer Drehfeder in den noch drehenden Zahnkranz der Maschine elastisch federnd eingespurt wird. Alternativ dazu wird bei Ritzeln mit größerer Masse, zum Beispiel für leistungsstarke Maschinen vorgeschlagen, von dem Ritzel einen vorderen Teil abzutrennen und als Pilotrad auszubilden, welches seinerseits nun mit einer vorzugsweise vorgespannten Drehfeder drehelastisch in den noch laufenden Zahnkranz der Maschine eingespurt wird.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Patentanspruch 1 und 4 angegebenen Merkmale.
So wird in einer ersten, relativ einfach realisierbaren Ausführungsform der Erfindung vorgeschlagen, dass das Ritzel gegenüber der Ritzelwelle in einem durch Anschläge begrenzten Verdrehbereich mittels einer Feder, insbesondere einer vorgespannten Drehfeder in Drehrichtung des sich drehenden Zahnkranzes elastisch verdrehbar ist. Dabei kann der durch Anschläge begrenzte Verdrehbereich in einfachster Weise dadurch realisiert werden, dass das Ritzel mit einem Verdrehspiel über eine axiale Schiebeverzahnung mit der Ritzelwelle verbunden ist, wobei die Zähne der Schiebeverzahnung schmäler als deren Nuten ausgebildet sind. Um eine einfache, zuverlässige und kompakte Drehfederung zu realisieren, wird die Drehfeder als Schraubenfeder an der Rückseite des Ritzels konzentrisch auf der Ritzelwelle angeordnet. Zur Befestigung dieser Drehfeder wird zweckmäßigerweise ihr vorderes Ende in einer axialen Bohrung des Ritzels fixiert und ihr hinteres Ende greift in eine Axialbohrung an einer Ringschulter der Ritzelwelle ein. In zweckmäßiger Ausgestaltung dieser Lösung ist die Schraubenfeder in einer erweiterten Bohrung der Ritzelwelle im Bereich eines Freilaufkörpers zumindest teilweise aufgenommen, wobei der Boden der Bohrung die Ringschulter für das hintere Ende der Schraubenfeder bildet. In zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass die Schraubenfeder sowohl eine Drehfeder als auch eine axiale Andrückfeder für das Ritzel bildet.
Eine zweite Ausführungsform der Startvorrichtung zur Durchführung des Startverfahrens nach Anspruch 1 sieht vor, dass das Ritzel in einem kleinen vorderen, als Pilotrad dienenden Teil und einem hinteren als Steckritzel ausgebildeten Teil in Achsrichtung geteilt ist, wobei das Pilotrad gegenüber dem Steckritzel in einem durch Anschläge begrenzten Verdrehbereich mittels einer Feder, insbesondere einer vorgespannten Drehfeder in Drehrichtung des sich drehenden Zahnkranzes elastisch verdrehbar ist. Dies hat den Vorteil, dass die beim Einspuren des Ritzels vom umlaufenden Zahnkranz zu beschleunigende Masse auf das deutlich leichtere Pilotrad beschränkt ist. Außerdem lässt sich hier durch die Vorspannung und Federcharakteristik der Drehfeder und unter Einbeziehung der Masse des Steckritzels die Größe des Verdrehbereiches zwischen dem Pilotrad und dem Steckritzel sicherstellen, dass das Steckritzel auch bei unterschiedlicher Drehgeschwindigkeit des Zahnkranzes rasch und ohne Rückschläge an der Startvorrichtung vollständig in den Zahnkranz einspurt. Um auch beim Kaltstart der Maschine das Ritzel leicht in den Zahnkranz einzuspuren und die Maschine unverzüglich ohne Rückschläge starten zu können, ist vorgesehen, dass das Pilotrad im Ruhezustand mittels der vorgespannten Feder an dem Anschlag anliegt, mit dem das Steckritzel beim Andrehen der Brennkraftmaschine das Pilotrad mitnimmt. Auch hier ist zweckmäßigerweise die Drehfeder als Schraubenfeder ausgebildet und in einer Aufbohrung an der dem Pilotrad zugewandten Stirnseite des Steckritzels konzentrisch zur Ritzelwelle eingesetzt. Dort ist sie mit ihrem einen Ende am Steckritzel und mit dem anderen Ende an dem Pilotrad befestigt. Um das vor dem Steckritzel angeordnete Pilotrad am Steckritzel axial zu sichern, ist vorgesehen, dass ein an der vorderen Stirnseite der Steckritzel axial vorstehender Bolzen mit radialem Abstand zur Ritzelachse durch ein Fenster des Pilotrades hindurch ragt, wobei dessen Ende mit dem axialen Anschlag für das Pilotrad versehen ist. In zweckmäßiger Weise ist dabei das Fenster des Pilotrades in Umfangsrichtung so breit gewählt, dass die einander gegenüberliegenden Seiten des Fensters jeweils einen Verdrehanschlag für das Pilotrad gegenüber dem Steckritzel bilden.
Um das Einspuren des Pilotrades in den laufenden Zahnkranz noch weiter zu erleichtern, wird das Flankenspiel der Verzahnung des Pilotrades mit dem Zahnkranz größer ausgelegt als das zwischen Steckritzel und Zahnkranz. In vorteilhafter Weise ist außerdem vorgesehen, dass die Zähne des Zahnkranzes und/oder des Pilotrades an den Stirnseiten, die im ausgespurten Zustand einander gegenüber liegen, mit einer Anschrägung der miteinander in Kontakt tretenden Zahnflanken versehen sind, die eine weitere Einspurhilfe darstellen. Eine derartige Anschrägung der Zahnflanken ist insbesondere beim Einspuren eines Ritzels ohne Pilotrad nach der ersten Ausführungsform der Erfindung von Vorteil. Zusätzlich ist dabei vorteilhaft, die Zähne des Zahnkranzes und/oder des Ritzels beziehungsweise des Pilotrades im Bereich der Zahnköpfe an den Stirnseiten anzuschrägen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass vor dem Stillstand der Brennkraftmaschine die Kurbelwelle mittels der Motorsteuereinheit vom Startermotor in die optimale Startposition für den nachfolgenden Neustart gedreht wird, um so den nachfolgenden Neustart der Maschine zu verkürzen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden beispielsweise anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Start-Stopp-Anlage für Brennkraftmaschinen in Fahrzeugen mit einer erfindungsgemäßen Startvorrichtung in schematischer Darstellung,
2 Ritzel, Ritzelwelle und Freilaufkörper der Startvorrichtung als Baueinheit in raumbildlicher Darstellung als erste Ausführungsform der Erfindung,
3 die Baueinheit aus 2 mit explosionsartiger Anordnung des Ritzels, der Drehfeder und der Ritzelwelle mit der Schiebeverzahnung und dem Freilaufkörper,
4 eine vergrößerte Darstellung der Schiebeverzahnung mit einem Verdrehspiel als Ausbruch,
5 eine vergrößerte raumbildliche Darstellung der Verzahnung des Ritzels und des Zahnkranzes der Maschine,
6 Ritzel- und Ritzelwelle-Baueinheit mit einer Verdreh- und Druckfeder im Längsschnitt als alternative Ausführungsform.
7 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel eine Ritzel-Ritzelwellen-Einheit mit einem vor dem Steckritzel angeordneten Pilotrad im Längsschnitt und
8 einen Ausschnitt des Pilotrades und des Steckritzels in der Vorderansicht mit Verdrehanschlägen und einem vergrößerten Flankenspiel des Pilotrades.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt in einem ersten Ausführungsbeispiel eine Start-Stopp-Anlage für Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen in schematischer Darstellung. Sie umfasst eine Startvorrichtung 10 mit einem Startermotor 11, einem Starterrelais 12 und einem Ritzel 13 zum axialen Einspuren in einen Zahnkranz 14 einer Brennkraftmaschine 15. Das Starterrelais 12 weist eine Relaiswicklung 16, einen Stößel 17 und einen Schaltkontakt 18 zum Schalten des Hauptstromes für den Startermotor 11 auf. Die Start-Stopp-Anlage umfasst ferner eine Motorsteuereinheit 19 auf, die ebenso wie der Schaltkontakt 18 des Starterrelais 12 mit einem Plus-Anschluss an das nicht dargestellte Bordnetz des Kraftfahrzeuges angeschlossen ist. Der Motorsteuereinheit 19 werden ferner über mehrere Signaleingänge verschiedene Sensorsignale zugeführt, mit denen zum Beispiel eine Kupplungsbetätigung, eine Bremsbetätigung, die Stellung eines Gangwählhebels, die Motor- und die Raddrehzahl und dergleichen erfasst wird. Die Motorsteuereinheit 19 ist ferner über einen Ausgang mit der Relaiswicklung 16 verbunden, mit der über einen Einrückhebel 20 das Ritzel 13 in den Zahnkranz 14 der Brennkraftmaschine 15 eingespurt und der Startermotor 11 über den Schaltkontakt 18 zum Starten der Brennkraftmaschine 15 eingeschaltet wird. Der Startermotor 11 treibt dabei über ein Planetengetriebe 21 eine Antriebswelle 22, die in der Regel über ein Steilgewinde mit einem Freilauf 23 gekoppelt ist. Der Freilauf 23 ist abtriebsseitig einstückig mit einer Ritzelwelle verbunden, an der das Ritzel 13 mittels einer Schiebeverzahnung durch Anschläge begrenzt axial verschiebbar befestigt ist.
Bei einem Kaltstart der Maschine 15 wird zunächst mit einem vom Fahrer des Kraftfahrzeugs ausgelösten Startsignal über die Motorsteuereinheit 19 das Starterrelais 12 aktiviert, wobei der Startermotor 11 über eine weitere Verbindung direkt von der Motorsteuereinheit 19 angesteuert und leicht gedreht wird. Durch die Relaiswicklung 16 wird dabei außerdem über den Stößel 17 und den Einrückhebel 20 das Ritzel 13 bis zum Zahnkranz 14 der Maschine vorgeschoben. Bei einer Zahn-auf-Zahn-Stellung wird in bekannter Weise zwischen Freilauf 23 und Einrückhebel 20 eingesetzte Einrückfeder 24 gespannt, so dass durch leichtes Drehen des Startermotors 11 die Zähne des Ritzels 13 in die nächste Zahnlücke des Zahnkranzes 14 bis zu einem Anschlag an der Antriebswelle 22 einrücken können.
Während des Fahrbetriebs ist nun die Start-Stopp-Anlage des Kraftfahrzeugs akitiviert, wobei mit Beginn einer jeder Stopp-Phase des Fahrzeugs zum Beispiel durch Erfassen der Drehzahl an den Vorderrädern des Fahrzeugs die Brennkraftmaschine abgeschaltet wird. Zugleich wird in einer ersten Stufe zur Vorbereitung eines späteren Neustarts der Maschine ein Einspurvorgang des Ritzels 13 in den noch laufenden Zahnkranz 14 der Maschine 15 ausgelöst, indem über die Motorsteuereinheit 19 ein dosierter Erregerstrom auf das Starterrelais 12 gegeben wird. Über den Stößel 17 wird nun mit dem Einrückhebel 17 das Ritzel 13 axial zum Einspuren in den Zahnkranz 14 vorgeschoben. Um die Brennkraftmaschine 15 möglichst rasch nach dem Abschalten wieder startklar zu machen, muss nun das Ritzel 13 noch vor dem Stillstand der Brennkraftmaschine 15 bei ruhendem Startermotor 11 in den noch drehenden Zahnkranz 14 mittels einer vorgespannten Drehfeder 25 drehelastisch eingespurt werden. Die Drehfeder 25 ist hierbei zwischen dem Ritzel 13 und der Ritzelwelle angeordnet und axial vorgespannt. Das Ritzel 13 ist als massearmes Steckritzel gegenüber der Ritzelwelle 26 in einem durch Anschläge begrenzten Verdrehbereich mittels der Drehfeder 25 elastisch verdrehbar, so dass es von den Zähnen des sich drehenden Zahnkranzes 14 zunächst mitgenommen wird, bevor es dann durch die Kraft der Einrückfeder 24 in den Zahnkranz 14 der Maschine 15 einspuren kann.
2 zeigt in raumbildlicher Darstellung eine Baueinheit 27, bestehend aus dem Ritzel 13, der Drehfeder 25 und der Ritzelwelle 26 mit dem Freilaufgrundkörper 23a.
3 zeigt diese Teile in explosionsartiger Anordnung und zwar einen Anschlagring 28 als axialen Anschlag für das Ritzel 13, einen Sprengring 29 zur Fixierung des Anschlagringes 28, das Ritzel 13 mit einer Keilwellen-Innenbohrung 30a, eine Lagerbuchse 31, die Drehfeder 25, die Ritzelwelle 26 mit einer Keilwellen-Verzahnung 30b und den Freilauf-Grundkörper 23a sowie eine weitere Lagerbuchse 31. Die Ritzelwelle 26 bildet mit ihrer Keilwellen-Verzahnung 30b gemeinsam mit der Keilwellen-Innenbohrung 30a des Ritzels 13 die axiale Schiebeverzahnung 30 für die Ritzelmontage. Die beiden Lagerbuchsen 31 werden beidseitig in eine zentrale Bohrung 26a der Ritzelwelle eingesetzt, in denen beim Zusammenbau der Startvorrichtung 10 aus 1 die Antriebswelle 22 aufgenommen wird. Die Drehfeder 25 wird auf eine hinter der Keilwellen-Verzahnung 30b der Ritzelwelle 26 angeordnete Verdickung 26b konzentrisch aufgesetzt, wo sie mit ihrem hinteren Ende 25a in eine Axialbohrung 32 an einer Ringschulter 33 der Ritzelwelle 26 eingreift. Das vordere Ende 25b der als Schraubenfeder ausgebildeten Drehfeder 25 ist am Ritzel 13 fixiert und zwar in einer nicht erkennbaren weiteren Axialbohrung an der Ritzelrückseite.
4 zeigt in einem vergrößerten Ausbruch die Vorderansicht der Schiebeverzahnung 30 zwischen dem Ritzel 13 und der Ritzelwelle 26. Dort ist erkennbar, dass die Zähne 30c der Schiebeverzahnung 30 deutlich schmäler sind als die dazwischen liegenden Nuten 30d. Die Nuten 30d sind hier um das dreifache breiter als die Zähne 30c, in dem gegenüber einer normalen Keilwellen-Verzahnung jeder zweite Zahn weggelassen wurde. Durch die verbreiterten Nuten 30d sind Ritzel 13 und Ritzelwelle 26 in der jeweils angegebenen Pfeilrichtung gegen einander um das Maß x verdrehbar. Dabei wird die Drehfeder 25 beim Zusammenbau der Baueinheit 27 soweit vorgespannt, dass sie in der Ruhelage das Ritzel 13 mit den Zähnen 30c gemäß 4 gegen die Zähne 30c der Ritzelwelle 26 drückt.
In 5 ist ausbruchsweise das Ritzel 15 der Startvorrichtung 10 aus 1 und der dazu axial versetzte Zahnkranz 14 der Brennkraftmaschine 15 in raumbildlicher Ausführung vergrößert dargestellt. Dabei ist erkennbar, dass beim axialen Vorrücken des Ritzels 13 an den noch in Pfeilrichtung drehenden Zahnkranz 14 der Maschine das Ritzel 13 in Richtung des Pfeiles 34 mitgenommen wird. Aufgrund der Massenträgheit von Ritzelwelle 26 und Freilauf 23 wird nun zunächst die Drehfeder 25 weiter gespannt und dabei das Ritzel 13 an der Schiebeverzahnung 30 über den Verdrehbereich x gegenüber der Ritzelwelle 26 in Drehrichtung des sich drehenden Zahnkranzes 14 elastisch verdreht. Um das Einrücken des Ritzels 13 in den Zahnkranz 14 der Maschine dabei zu erleichtern, sind sowohl die Zähne 13a des Ritzels 13 als auch die Zähne 14a des Zahnkranzes 14 an den Zahnstirnseiten, die sich im ausgespurtem Zustand gegenüber liegen, mit einer Anschrägung 35 der Zahnflanken 13b und 14b versehen. Die Anschrägung 35 wird dabei an denjenigen Zahnflanken 13a, 14a angebracht, die miteinander beim Einspuren des Ritzels 13 in den noch drehenden Zahnkranz 14 in Kontakt treten. Außerdem haben hier die Zähne 13a des Ritzels 13 im Bereich ihres Zahnkopfes eine angeschrägte Stirnseite 13c, wodurch der Einspurvorgang weiter erleichtert wird. Dabei könnte es einerseits ausreichen, die Anschrägung 35 nur an den Zähnen 14b des Zahnkranzes 14 oder an den Zähnen 13a des Ritzels 13 anzubringen. Andererseits kann es sinnvoll sein, die angeschrägten Stirnseiten 13c nicht nur am Ritzel 13 sondern auch am Zahnkranz 14 vorzusehen. Durch diese Maßnahmen wird einzeln oder in ihrer Kombination erreicht, dass das Ritzel 13 beim Einspuren in den noch drehenden Zahnkranz 14 der Maschine entweder sogleich gegen die Kraft der Drehfeder 25 mitgenommen und sodann vollständig eingespurt wird oder das Ritzel 13 wird zunächst von einem der Zähne 14a des Zahnkranzes 14 mitgenommen und der in Eingriff mit dem Zahnkranz 14 kommende Zahn 13a des Ritzels 13 rutscht zunächst noch einmal an der Anschrägung 35 der Zahnflanken 13b, 14b ab, um nun mit langsamer Drehung in die nächste Zahnlücke des Zahnkranzes 14 bereits weiter einzurücken. Die Ritzelwelle 26 wird dabei von der Drehfeder 25 drehelastisch mitgenommen. Erst wenn dabei der Verdrehanschlag in der Schiebeverzahnung 30 erreicht wird, wird die Ritzelwelle 26 zwangsweise vom Ritzel 13 mitgenommen. Über den Freilauf 23 wird das Planetengetriebe 21 und der Startermotor 11 abgekoppelt.
In Weiterbildung der Erfindung wird nun vor dem Stillstand der Brennkraftmaschine 15 die Kurbelwelle mittels der Motorsteuereinheit 19 vom Startermotor 11 in die optimale Startposition für den nachfolgenden Neustart gedreht.
6 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform der Erfindung, bei der eine zwischen dem Ritzel 13 und der Ritzelwelle 26 eingesetzte Schraubenfeder 36 sowohl eine Drehfeder als auch eine axiale Andrückfeder für das Ritzel 13 bildet. Das vordere Ende 36b der Schraubenfeder 36 ist axial abgewinkelt und in einer Axialbohrung 37 an der Rückseite des Ritzels 13 eingesetzt. Das hintere Ende 36a der Schraubenfeder 36 ist ebenfalls axial abgewinkelt und in die Axialbohrung 32 am Grundkörper 23a des Freilaufs 23 eingesetzt. Die Schraubenfeder 36 ist dabei in einer Ringaussparung 38 der Ritzelwelle 26 im Bereich des Freilauf-Grundkörpers 23a teilweise aufgenommen, wobei der Boden 38a der Ringaussparung 38 die Axialbohrung 32 für das hintere Ende 36a der Schraubenfeder 36 aufweist. Die Schraubenfeder 36 drückt im Ruhezustand das Ritzel 13 gegen den vorderen Anschlagring 28, wodurch zwischen der Rückseite des Ritzels 13 und der vorderen Stirnseite des Freilauf-Grundkörpers in axialer Federweg y auftritt, über den das Ritzel 13 entgegen der Axialkraft der vorgespannten Schraubenfeder 26 an der Schiebeverzahnung 30 axial verschiebbar ist. Die Axialfederung der Schraubenfeder 36 wird dabei so ausgelegt, dass die Federung weicher ist als die der Einrückfeder 24 der Startvorrichtung 10 nach 1. Damit ist es möglich, dass das Ritzel über die Anschrägung 35 an der vorderen Stirnseite der Zähne 13a des Ritzels 13 beim Einspurvorgang in den Zahnkranz 14 der Maschine mit dosierter Kraft zurückfedernd abrutschen kann. Die Verdrehung des Ritzels 13 gegenüber der Ritzelwelle 26 bleibt dabei im Bereich der Schiebeverzahnung 30 in der Weise beibehalten, wie es zu 4 erläutert wurde.
Die 7 und 8 zeigen eine weitere Ausführung der Erfindung mit einem in 7 im Längsschnitt vergrößert dargestellten Ritzel 40 einer Startvorrichtung, wobei das Ritzel 40 in einem kleinen vorderen, als Pilotrad 41 dienenden Teil und einem hinteren, als Steckritzel 42 ausgebildeten Teil in Achsrichtung geteilt ist. 8 zeigt zu dieser Ausführungsform einen Ausbruch des Pilotrades 41 in der Vorderansicht mit dem dahinter liegenden Steckritzel 42. An der vorderen Stirnseite des Steckritzels 42 ist mit radialem Abstand zur Ritzelachse ein axial vorstehender Bolzen 43 in eine entsprechende Sacklochbohrung 40a des Ritzels eingepresst, der durch ein Fenster 44 des Pilotrades 41 hindurch ragt. Ein am vorderen Ende des Bolzens 43 befestigter Ring 45 bildet einen axialen Anschlag für das Pilotrad 41. Das Pilotrad 41 ist gegenüber dem Steckritzel 42 in einem durch Anschläge begrenzten Verdrehbereich mittels einer vorgespannten Drehfeder 25 in Drehrichtung des sich drehenden Zahnkranzes 14 der Brennkraftmaschine 10 elastisch verdrehbar. Zu dem Zweck ist das Fenster 44 im Pilotrad 41 so breit gewählt, dass die einander gegenüberliegenden Seiten des Fensters jeweils einen Verdrehanschlag 44a und 44b für das Pilotrad 41 gegenüber dem Steckritzel 42 bilden. Im Ruhezustand liegt der Bolzen 43 des Pilotrades 41 mittels der vorgespannten Drehfeder 25 an dem Anschlag 44b an, mit dem das Steckritzel 42 beim Andrehen der Brennkraftmaschine in Richtung des Drehrichtungspfeils 34 das Pilotrad 42 mitnimmt. Auch hier ist die Drehfeder 25 als Schraubenfeder ausgebildet. Sie ist in einer Aufbohrung 46 an der den Pilotrad 41 zugewandten vorderen Stirnseite des Steckritzels 42 konzentrisch zu einer Ritzelwelle 47 angeordnet, die im nicht dargestellten hinteren Bereich über den Freilauf 23 mit der Antriebswelle 22 der Startvorrichtung 10 aus 1 gekoppelt ist. Die Drehfeder 25 ist auch hier mit ihrem hinteren abgewinkelten Ende 25a in einer Axialbohrung des Ritzels 42 am Boden der Aufbohrung 46 und mit ihrem vorderen axial abgewinkelten Ende 25b in eine entsprechend angeordnete Bohrung des Pilotrades 41 eingesetzt. Das Steckritzel 42 ist in bekannter Weise ohne Verdrehspiel mit einer Schiebeverzahnung 30 auf der Ritzelwelle 47 axial verschiebbar zwischen zwei Anschlägen 48 geführt.
Mit Beginn der Stopp-Phase der Brennkraftmaschine wird nun über die Motorsteuereinheit 19 aus 1 vom Starterrelais 16 über den Einrückhebel 20 das Ritzel 40 vorgespurt, bis zunächst das Pilotrad 41 mit seinen Zähnen 41a stirnseitig am Zahnkranz 14 der Maschine anstößt und von den Zähnen 14a des Zahnkranzes 14 entgegen der Kraft der Drehfeder 25 von dem noch drehenden Zahnkranz 14 mitgenommen wird. Aufgrund der geringen Masse des Pilotrades 41 wird es zugleich vom Zahnkranz 14 mitgenommen und gegenüber dem Steckritzel 42 mit seiner deutlich größeren Trägheitsmasse in Pfeilrichtung 34 elastisch federnd verdreht. Das Pilotrad 41 wird sodann vollständig in den Zahnkranz 14 der Maschine eingespurt, so dass nunmehr die Zähne 42a des Steckritzels 42 zum Zahnkranz 14 gelangen. Das Fenster 44 des Pilotrades 41 mit den Verdrehanschlägen 44a und 44b des Bolzens 43 am Steckritzel 42 ist so breit gewählt, dass bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten des Zahnkranzes 14 das Pilotrad 41 gegenüber dem Steckritzel 42 um eine ganze Zahnteilung verdreht werden kann, so dass die Zähne 42a des Steckritzels 42 anschließend problemlos vollständig in den Zahnkranz 14 einspuren können. Bei geringeren Umfangsgeschwindigkeiten des Zahnkranzes 14 wird das Pilotrad 41 dagegen nicht bis zum Anschlag 44b gegenüber dem Steckritzel 42 verdreht. Für diesen Fall drückt die vorgespannte Drehfeder 25 das Steckritzel 42 wieder soweit in Drehrichtung vor, bis der Bolzen 43 wieder zum vorderen Anschlag 44a gelangt. In dieser Position überdecken sich wieder die Zähne 41 des Pilotrades 41 mit den Zähnen 42a des Steckritzels 42 und das Steckritzel 42 wird nun ebenfalls vollständig in den Zahnkranz 14 eingespurt.
Um das Einspuren des Pilotrades 41 am Zahnkranz 14 noch weiter zu erleichtern, sind die Zähne 41a des Pilotrades 41 gegenüber den Zähnen 42a des Steckritzels 42 gemäß 8 weniger hoch und weniger breit ausgebildet. Dadurch ergibt sich an der Verzahnung zwischen Zahnkranz 14 und Pilotrad 41 ein größeres Flankenspiel als das zwischen Zahnkranz 14 und Steckritzel 42. Die Zähne 41a des Pilotrades 41 können somit leichter in die Zahnlücken des Zahnkranzes 14 gelangen.
Da bei sehr leistungsstarken großen Brennkraftmaschinen entsprechend große und leistungsstarke Startvorrichtungen benötigt werden, werden dementsprechend auch die Abmessungen des Steckritzels 42 und des Pilotrades 41 größer und massereicher. Außerdem nimmt aufgrund eines größeren Zahnkranz-Durchmessers auch noch die Umfangsgeschwindigkeit bei auslaufender Maschine zu. Um auch bei derartigen Verhältnissen das Pilotrad noch sicher in den Zahnkranz einspuren zu können, ist es zweckmäßig, in solchen Fällen auch an den Zähnen 41a des Pilotrades Anschrägungen 35 der Zahnflanken gemäß 4 vorzunehmen.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt sondern umfasst auch alternative Lösungen, die je nach Ausführung der Startvorrichtung 10 aus 1 angepasst werden können. So ist es im Rahmen der Erfindung ebenso möglich, die Schiebeverzahnung zwischen Ritzel 13 und Ritzelwelle 26 derart abzuwandeln, dass das Ritzel 13 als Steckritzel für einen so genannten Spitzmaul-Starter am hinteren Ende mit einer Außenverzahnung und die Ritzelwelle mit dem Freilauf-Grundkörper mit einer Innenverzahnung zu versehen. Außerdem ist es im Rahmen der Erfindung gegebenenfalls vorteilhaft, das an sich übliche so genannte Steilgewinde zwischen Freilauf und Antriebswelle 22 der Startvorrichtung 10 als axiale Schiebeverzahnung auszubilden, damit zum Einspuren des Ritzels eine unerwünschte Verdrehung des Ritzels in falscher Richtung vermieden wird. Gegebenenfalls können bereits angeschrägte Stirnflächen an den Zähnen 14a vom Zahnkranz 14 und/oder an den Zähnen 13a des Ritzels 13 beziehungsweise 42a des Steckritzels 42 den Einspurvorgang unterstützen. Über die Vorspannung und Steifigkeit der Drehfeder 25 kann das Rückstellverhalten des Pilotrades 41 sowie die erforderliche Dauer des vollständigen Einspurvorgangs optimiert werden. Durch die Verdrehanschläge wird bei den verschiedenen Ausführungsbeispielen jeweils sichergestellt, dass bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine der Ritzelantrieb nicht über die Drehfeder sondern über den jeweiligen Anschlag erfolgt. Da es bei großen Umfangsgeschwindigkeiten des Zahnkranzes 14 zunächst nur stirnseitig zwischen den Zähnen des Zahnkranzes und des Ritzels zu einer Berührung kommt, wird durch die dabei auftretenden Stoßkontakte beim Abrutschen Energie zwischen Ritzel und Zahnkranz in der Weise ausgetauscht, dass sich die Umfangsgeschwindigkeiten angleichen. Sobald dies vollständig geschehen ist, kann das Ritzel in einer Zahn-Lücke-Stellung soweit in den Zahnkranz vorgeschoben werden, dass es nicht mehr herausgedrückt wird. Im Fall einer angeschrägten Kontaktfläche bedeutet dies, dass das Ritzel sodann über die Anschrägung hinaus in den Zahnkranz vorgeschoben wird und eine Stellung erreicht, in der das Ritzel vollständig eingerückt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0848159 A1 [0003]
- GB 515753 [0004]
- DE 102006011644 A1 [0005]

Claims

Startverfahren für Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen mit einer Start-Stopp-Anlage, deren Startermotor (11) über einen Freilauf (23) ein Ritzel (13; 40), vorzugsweise ein Steckritzel, zum Starten der Brennkraftmaschine (15) antreibt und welches mit Beginn eines Stopp-Phase von einer Einrückvorrichtung (12, 20) vorzugsweise mit einer zwischengeschalteten Einrückfeder (24) in einen Zahnkranz (14) der Brennkraftmaschine axial eingespurt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mit Beginn des Stopp-Phase das Ritzel (13) nach dem Abschalten und vor dem Stillstand der Brennkraftmaschine (15) bei ruhendem Startermotor (11) in den noch drehenden Zahnkranz (14) mit einer vorzugsweise vorgespannten Feder, insbesondere Drehfeder (25), in Drehrichtung des Zahnkranzes (14) federnd eingespurt wird.
Startverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit Beginn des Stopp-Phase ein als Pilotrad (41) ausgebildeter Teil des Ritzels (40) nach dem Abschalten und vor dem Stillstand der Brennkraftmaschine (15) bei ruhendem Startermotor (11) in den noch drehenden Zahnkranz (14) mit einer vorzugsweise vorgespannten Drehfeder (25) gegenüber einem axial daneben angeordneten, als Steckritzel (42) ausgebildeten Teil des Ritzels (40) in Drehrichtung des Zahnkranzes (14) federnd eingespurt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Stillstand der Brennkraftmaschine (15) die Kurbelwelle mittels der Motorsteuereinheit (19) vom Startermotor (11) in die optimale Startposition für den nachfolgenden Neustart gedreht wird.
Startvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem auf einer Ritzelwelle (26) axial verschiebbaren Ritzel (13), dadurch gekennzeichnet, dass das vorzugsweise als Steckritzel ausgebildete Ritzel (13) gegenüber der Ritzelwelle (26) in einem durch Anschläge begrenzten Verdrehbereich (x) mittels mindestens einer Feder, insbesondere einer vorgespannten Drehfeder (25) in Drehrichtung des sich drehenden Zahnkranzes (14) elastisch verdrehbar ist.
Startvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ritzel (13) über eine axiale Schiebeverzahnung (30) mit einem Verdrehspiel (x) mit der Ritzelwelle (26) verbunden ist, in dem die Zähne (30c) der Schiebeverzahnung (30) schmäler als deren Nuten (30d) ausgebildet sind.
Startvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehfeder (25) als Schraubenfeder an der Rückseite des Ritzels (13) konzentrisch auf der Ritzelwelle (26) angeordnet ist.
Startverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehfeder (25) mit ihrem vorderen Ende (25b) in einer axialen Bohrung (37) des Ritzels (13) fixiert ist und mit ihrem hinteren Ende in einer Axialbohrung (32) an einer Ringschulter der Ritzelwelle (26) eingreift.
Startvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehfeder (25) in einer Ringaussparung (38) der Ritzelwelle (26) im Bereich eines Freilauf-Grundkörper (23a) zumindest teilweise aufgenommen ist, wobei der Boden der Ringaussparung (38) die Axialbohrung (32) für das hintere Ende (36a) der Drehfeder (36) aufweist.
Startvorrichtung nach einem der Ansprüche 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die als Schraubenfeder ausgebildete Drehfeder (25) zusätzlich eine axiale Andrückfeder für das Ritzel (13) bildet.
Startvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, mit einem auf einer Ritzelwelle (26) axial verschiebbaren Ritzel (40), dadurch gekennzeichnet, dass das Ritzel (40) in einen kleinen vorderen, als Pilotrad (41) dienenden Teil und einen hinteren, als Steckritzel (42) ausgebildeten Teil in Achsrichtung geteilt ist, wobei das Pilotrad (41) gegenüber dem Steckritzel (42) in einem durch Anschläge begrenzten Verdrehbereich (x) mittels einer Feder, insbesondere einer vorgespannten Drehfeder (25) in Drehrichtung des sich drehenden Zahnkranzes (14) elastisch verdrehbar ist.
Startvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Pilotrad (41) im Ruhezustand mittels der vorgespannten Drehfeder (25) an demjenigen Anschlag (44a) anliegt, mit dem das Steckritzel (42) beim Andrehen der Brennkraftmaschine (15) das Pilotrad (41) mitnimmt.
Startvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehfeder (25) als Schraubenfeder in einer Aufbohrung (46) an der dem Pilotrad (41) zugewandten Stirnseite des Steckritzels (42) konzentrisch zur Ritzelwelle (26) eingesetzt ist, in dem sie mit ihrem einen Ende (25a) am Steckritzel (42) und mit ihrem anderen Ende (25b) an dem Pilotrad (41) befestigt ist.
Startvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein axial vorstehender Bolzen (43) an der vorderen Stirnseite des Steckritzels (42) mit radialem Abstand zur Ritzelachse eingesetzt ist und durch ein Fenster (44) des Pilotrades (41) hindurch ragt, wobei das freie Ende des Bolzens (43) mit einem axialen Anschlag (45) für das Pilotrad (41) versehen ist.
Startvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Fenster (44) des Pilotrades (41) in Umfangsrichtung so breit gewählt ist, dass die einander gegenüberliegenden Seiten des Fensters (44) jeweils einen Verdrehanschlag (44a, 44b) für das Pilotrad (41) gegenüber dem Steckritzel (42) bilden.
Startvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Flankenspiel der Verzahnung zwischen Zahnkranz (14) und Pilotrad (41) größer ist als das zwischen Zahnkranz (14) und Steckritzel (42), in dem die mittlere Zahnbreite des Pilotrades (41) kleiner als die des Steckritzels (42) ist.
Startvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (14a) des Zahnkranzes (14) und/oder des Ritzels (13) beziehungsweise Pilotrades (41) an den im ausgespurten Zustand einander gegenüberliegenden Stirnseiten mit einer Anschrägung (35) der Zahnflanken (13b, 14b) versehen sind.
Startvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (14a) des Zahnkranzes (14) und/oder des Ritzels (13) beziehungsweise Pilotrades (41) mindestens im Bereich der Zahnköpfe angeschrägte Stirnseiten haben.