-
TECHNISCHES GEBIET
-
Die Erfindung bezieht sich auf einen Startermotor mit mehreren Übersetzungsverhältnissen.
-
HINTERGRUND
-
Bei einem Kraftfahrzeug wird die Kraftmaschine des Fahrzeugs wie etwa eine Brennkraftmaschine im Allgemeinen durch einen Starter gedreht, um zu bewirken, dass die Kraftmaschine sich selbst anzutreiben beginnt. Ein typischer Starter umfasst ein Ritzel, das durch einen Elektromotor angetrieben wird und das für den Eingriff mit einem Hohlrad, das am Schwungrad oder an der Flexplatte der Kraftmaschine angebracht ist, heraus geschoben wird, um die Kraftmaschine zu starten.
-
Bei manchen Fahrzeuganwendungen wird ein Stopp-Start-System verwendet, wobei die Kraftmaschine automatisch gestoppt oder abgeschaltet wird, um Kraftstoff zu sparen, wenn kein Fahrzeugantrieb erforderlich ist, und dann automatisch durch einen Starter neu gestartet wird, wenn der Fahrzeugantrieb wieder angefordert wird. Ein solches Stopp-Start-System kann bei einem herkömmlichen Fahrzeug, das ein einziges Antriebsaggregat besitzt, oder bei einer Hybridfahrzeuganwendung, die sowohl eine Brennkraftmaschine als auch einen Motor/Generator zum Antreiben des Fahrzeugs umfasst, verwendet werden.
-
Aus der
JP 2009-092 030 A ist ein Starter für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt.
-
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Starter für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, der ein effizientes Starten der Brennkraftmaschine mit kurzer Startzeit bei unterschiedlichen Umgebungsbedingungen und im Start-Stopp-Betrieb ermöglicht.
-
ZUSAMMENFASSUNG
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Starter für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
-
Der Starter für eine Brennkraftmaschine umfasst ein feststehendes Glied und ein Ausgangsglied, das zum Starten der Kraftmaschine geeignet ist. Der Starter umfasst außerdem einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz. Der erste und der zweite Planetenradsatz umfassen jeweils ein erstes, ein zweites und ein drittes Zahnradglied. Der erste und der zweite Planetenradsatz sind jeweils funktional mit dem Ausgangsglied verbunden. Der Starter umfasst außerdem einen Motor, der zum Antreiben des Ausgangsglieds funktional mit dem ersten Planetenradsatz und mit dem zweiten Planetenradsatz verbunden ist.
-
Das erste Zahnradglied des ersten Planetenradsatzes und das erste Zahnradglied des zweiten Planetenradsatzes können jeweils ein Sonnenrad sein. Demgemäß können die ersten Zahnradglieder des ersten bzw. des zweiten Zahnradsatzes durch eine verschiedene Zähnezahl ausgezeichnet sein. Außerdem können das dritte Zahnradglied des ersten Planetenradsatzes und das dritte Zahnradglied des zweiten Planetenradsatzes jeweils ein Hohlrad sein. Demgemäß können die dritten Zahnradglieder des ersten bzw. des zweiten Zahnradsatzes durch dieselbe Zähnezahl ausgezeichnet sein.
-
Das dritte Glied des ersten Planetenradsatzes und das dritte Glied des zweiten Zahnradsatzes können jeweils funktional mit dem Ausgangsglied verbunden sein. Das dritte Zahnradglied des ersten Planetenradsatzes kann zur synchronen Drehung mit dem dritten Zahnradglied des zweiten Planetenradsatzes angebracht sein.
-
Der Starter kann außerdem eine erste Drehmomentübertragungsvorrichtung und eine zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung umfassen. Die erste Drehmomentübertragungsvorrichtung kann einrückbar sein, um das zweite Zahnradglied oder das dritte Zahnradglied des ersten Planetenradsatzes mit dem feststehenden Glied als Masse zu verbinden. Außerdem kann die zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung einrückbar sein, um das zweite Zahnradglied oder das dritte Zahnradglied des zweiten Planetenradsatzes mit dem feststehenden Glied als Masse zu verbinden. Die erste Drehmomentübertragungsvorrichtung und die zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung können jeweils eine wahlweise einrückbare Kupplung oder eine wahlweise einrückbare Bremse sein.
-
Das Einrücken der ersten Drehmomentübertragungsvorrichtung und das Ausrücken der zweiten Drehmomentübertragungsvorrichtung können Drehmoment vom Motor zur Ausgangswelle übertragen und dadurch einen ersten Kraftmaschinenstartmodus bewirken. Außerdem können das Einrücken der zweiten Drehmomentübertragungsvorrichtung und das Ausrücken der ersten Drehmomentübertragungsvorrichtung Drehmoment vom Motor zur Ausgangswelle übertragen und dadurch einen zweiten Kraftmaschinenstartmodus bewirken.
-
Der Motor kann funktional mit dem ersten Zahnradglied des ersten Planetenradsatzes und mit dem ersten Zahnradglied des zweiten Planetenradsatzes verbunden sein. Der Motor kann über eine gemeinsame Welle funktional mit dem ersten Zahnradglied des ersten Planetenradsatzes und mit dem ersten Zahnradglied des zweiten Planetenradsatzes verbunden sein.
-
Der Starter kann konfiguriert sein, um durch ein elektrisches 12-Volt-System betrieben zu werden, und in einem Kraftfahrzeug zum Starten der Kraftmaschine aufgenommen sein.
-
Die obigen Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden genauen Beschreibung der besten Arten zum Ausführen der Erfindung, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen gelesen wird, ohne Weiteres deutlich.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugantriebsstrangs, der eine Kraftmaschine mit einer Stopp-Start-Fähigkeit, und einen Starter mit mehreren Übersetzungsverhältnissen zum Starten der Kraftmaschine umfasst;
-
2 ist eine schematische Darstellung des in 1 gezeigten Starters; und
-
3 ist eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform des in 1 gezeigten Starters.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
-
In den Zeichnungen, worin gleiche Bezugszeichen auf gleiche Komponenten verweisen, zeigt 1 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugs 10, das eine mit einer Stopp-Start-Fähigkeit ausgestattete Kraftmaschine 12 umfasst. Die Kraftmaschine 12 ist mit einem Getriebe 13 funktional verbunden. Die Kraftmaschine 12 kann als Teil eines herkömmlichen Antriebsstrangs eingesetzt sein, wobei die Kraftmaschine als Antriebsmaschine des Fahrzeugs konfiguriert ist. Die Kraftmaschine 12 kann auch als Teil eines hybridelektrischen Fahrzeugantriebsstrangs eingesetzt sein, wobei die Kraftmaschine als Teil eines Systems mit einem oder mehreren Motoren/Generatoren (nicht gezeigt) zum Antreiben des Fahrzeugs betrieben wird.
-
Die Kraftmaschine 12 umfasst eine Flexplatte oder ein Schwungrad 14, das an einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) der Kraftmaschine befestigt ist und sich somit mit derselben Drehzahl wie die Kraftmaschine dreht. Das Schwungrad 14 ist im Allgemeinen über Befestigungselemente wie etwa Bolzen oder Schrauben (nicht gezeigt) an der Kurbelwelle angebracht. Am Außenumfang des Schwungrads 14 ist ein Hohlrad 15 mit einem spezifischen Zahnradzahnprofil und einer spezifischen Zahnradzahnteilung angeordnet. Das Hohlrad 15 besitzt im Allgemeinen einen Außendurchmesser, der so entworfen ist, dass er das effektive Starten der Kraftmaschine 12 erleichtert, wie Fachleute verstehen werden.
-
Bezüglich der Kraftmaschine 12 ist in nächster Nähe zum Hohlrad 15 ein Starter 16 zum Starten der Kraftmaschine angeordnet. Der Starter 16 kann, wie in 1 gezeigt ist, direkt an der Kraftmaschine 12 montiert sein, um die Auswirkung von Fertigungstoleranzen zu reduzieren. In 2 ist eine schematische Darstellung des Starters 16 im Detail gezeigt.
-
Der Starter 16 umfasst ein feststehendes Glied, das als Gehäuse 18 gezeigt ist. Das Gehäuse 18 nimmt die inneren Mechanismen des Starters auf. Der Starter 16 umfasst einen Elektromotor 20, der dazu verwendet wird, eine Zentralwelle 22 zu drehen.
-
Im Allgemeinen umfasst der Starter 16 außerdem eine Ritzeleingriffs-Solenoidanordnung (nicht gezeigt), die gewöhnlich ein Motorsolenoid und ein Ritzelverschiebungssolenoid einbezieht. Der Motor 20 wird durch ein Motorsolenoid (nicht gezeigt) über eine elektrische Verbindung oder über eine geeignete Hebelanordnung betätigt, um die Zentralwelle 22 zu drehen. Das Motorsolenoid empfangt elektrische Leistung von einer Energiespeichervorrichtung wie etwa einer Batterie (nicht gezeigt), die sich an Bord des Wirtsfahrzeugs befindet, um dadurch den Motor 20 zu aktivieren. Das Ritzelverschiebungssolenoid ist konfiguriert, um einer Hebelanordnung (nicht gezeigt) Energie zuzuführen. Eine Hebelanordnung versetzt wiederum, wenn ihr Energie zugeführt wird, das Ritzel in den Zahneingriff mit dem Hohlrad 15, um die Kraftmaschine 12 zu starten.
-
Der Motor 20 ist jeweils mit einem ersten Planetenradsatz 24 und einem zweiten Planetenradsatz 32 funktional verbunden. Der erste Planetenradsatz 24 umfasst ein erstes Zahnradglied 26, das als Sonnenrad gezeigt ist, ein zweites Zahnradglied 28, das als Planetenträger gezeigt ist, und ein drittes Zahnradglied 30, das als Hohlrad gezeigt ist. Das dritte Zahnradglied 30, das als Hohlrad konfiguriert ist, umschreibt das erste Zahnradglied 26 rotatorisch. Das zweite Zahnradglied 28, das als Planetenträger konfiguriert ist, unterstützt rotatorisch mehrere Ritzel, die sowohl mit dem ersten Zahnradglied 26 als auch mit dem dritten Zahnradglied 30 im Zahneingriff stehen. Der zweite Planetenradsatz 32 umfasst ein erstes Zahnradglied 34, das als Sonnenrad gezeigt ist, ein zweites Zahnradglied 36, das als Planetenträger gezeigt ist, und ein drittes Zahnradglied 38, das als Hohlrad gezeigt ist. Das dritte Zahnradglied 38, das als Hohlrad konfiguriert ist, umschreibt das erste Zahnradglied 23 rotatorisch. Ähnlich zum Aufbau des ersten Planetenradsatzes 24 unterstützt das zweite Zahnradglied 36, das als Planetenträger konfiguriert ist, rotatorisch mehrere Ritzel, die sowohl mit dem ersten Zahnradglied 34 als auch mit dem dritten Zahnradglied 38 im Zahneingriff stehen. Der erste und der zweite Planetenradsatz sind jeweils funktional mit einem Ausgangsglied 40, das eine drehbare Welle sein kann, verbunden. Das Ausgangsglied 40 ist mit einem Antriebsritzel 42 zur einheitlichen Drehung mit diesem verbunden, wobei das Ritzel konfiguriert ist, um zum Starten der Kraftmaschine 12 durch Antreiben des Schwungrads 14 in einen Zahnkontakt mit dem Hohlrad 15 verschoben zu werden. Demgemäß weist das Ritzel 42 ein Zahnradzahnprofil und eine Zahnradzahnteilung auf, die jenen des Hohlrads 15 zugunsten des genauen Kämmens und Eingriffs mit diesem entsprechen.
-
Wie in 2 gezeigt ist, sind das dritte Zahnradglied 30 des ersten Planetenradsatzes 24 und das dritte Zahnradglied 38 des zweiten Planetenradsatzes 32 jeweils funktional mit dem Ausgangsglied 40 verbunden. Außerdem kann das dritte Zahnradglied 30 zur synchronen Drehung mit dem dritten Zahnradglied 38 ständig verbunden sein. Eine solche synchrone Drehung des dritten Zahnradglieds 30 mit dem dritten Zahnradglied 38 kann durch Verschweißen der zwei dritten Zahnradglieder oder Verbinden von ihnen durch eine fest zusammenfügende Anordnung geschaffen sein. Wie aus 2 weiter ersichtlich ist, ist der Motor 20 funktional mit dem ersten Zahnradglied 26 des ersten Planetenradsatzes 28 und außerdem mit dem ersten Zahnradglied 34 des zweiten Planetenradsatzes 32 verbunden. Eine solche Verbindung des Motors 20 mit dem ersten Zahnradglied 26 und mit dem ersten Zahnradglied 34 kann über eine gemeinsame Zentralwelle 22 oder durch eine getrennte Welle, die längs einer gemeinsamen Achse mit der Zentralwelle angeordnet und zur gemeinsamen Drehung mit dieser ständig verbunden ist, zustande gebracht sein.
-
Der Starter 16 umfasst eine erste Drehmomentübertragungsvorrichtung 44 und eine zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung 46 (gezeigt in 2). Die erste Drehmomentübertragungsvorrichtung 44 ist einrückbar, um das zweite Zahnradglied 28 mit dem Gehäuse 18 als Masse zu verbinden, während die zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung 46 einrückbar ist, um das zweite Zahnradglied 36 mit dem Gehäuse 18 als Masse zu verbinden. Die erste Drehmomentübertragungsvorrichtung 44 und die zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung 46 können eine wahlweise einrückbare Kupplung oder eine wahlweise einrückbare Bremse sein. Obwohl nicht explizit gezeigt, können die erste und die zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung, 44, 46, entweder durch mechanische Betätigung wie etwa über eine Hebelanordnung, elektromechanische Betätigung wie etwa ein Solenoid oder über Hydraulikdruck wahlweise eingerückt werden.
-
Die ersten Zahnradglieder 26 und 34 des ersten bzw. des zweiten Zahnradsatzes, 24 und 32, können durch eine verschiedene Zähnezahl ausgezeichnet sein. Außerdem können die dritten Zahnradglieder 30 und 38 des ersten bzw. des zweiten Zahnradsatzes durch die selbe Zähnezahl ausgezeichnet sein. Eine solche Anordnung von Zahnrädern ist dazu gedacht, durch die Betätigung der ersten und der zweiten Drehmomentübertragungsvorrichtung, 44 und 46, wenigstens zwei unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse zwischen der Zentralwelle 22 und der Ausgangswelle 24 zu erlauben. Wie vorgesehen ist, überträgt das Einrücken der ersten Drehmomentübertragungsvorrichtung 44 und Ausrücken der zweiten Drehmomentübertragungsvorrichtung 46 Drehmoment vom Motor 20 zur Ausgangswelle 40 und bewirkt dadurch einen ersten Kraftmaschinenstartmodus. Außerdem überträgt auch das Einrücken der zweiten Drehmomentübertragungsvorrichtung 46 und Ausrücken der ersten Drehmomentübertragungsvorrichtung 44 Drehmoment vom Motor zur Ausgangswelle, jedoch bewirkt es einen zweiten Kraftmaschinenstartmodus. Der erste und der zweite Kraftmaschinenstartmodus liefern ein unterschiedliches Übersetzungsverhältnis zwischen der Zentralwelle 22 und der Ausgangswelle 40. Demgemäß kann der erste Kraftmaschinenstartmodus im Vergleich zu einem durch den zweiten Kraftmaschinenstartmodus gelieferten Übersetzungsverhältnis ein zahlenmäßig niedrigeres Übersetzungsverhältnis zwischen der Zentralwelle 22 und der Ausgangswelle 40 sein oder umgekehrt.
-
Das Vorsehen wenigstens zweier unterschiedlicher Übersetzungsverhältnisse durch den Starter 16 ermöglicht dem Starter den Eingriff mit dem Hohlrad 15 und das wahlweise Andrehen der Kraftmaschine 12 auf zwei unterschiedliche Drehzahlen, bevor die Verbrennung im Inneren der Kraftmaschine eingeleitet wird. Außerdem führt eine solche Fähigkeit zum Auswählen unterschiedlicher Übersetzungsverhältnisse zu einer verbesserten Haltbarkeit des Starters 16 sowie zu Geräusch, Vibration und Härte (NVH) während des Startens der Kraftmaschine 12, die geringer sind. Daher ist der Starter 16 besonders nützlich zum erneuten Starten der Kraftmaschine 12, wenn, auf die Kraftmaschinenabschaltung folgend, die Drehzahl der Kraftmaschine aus irgendeinem Grund nicht auf null Umdrehungen pro Minute (min–1) abnimmt. Der Starter 16 kann bei jedem Fahrzeug mit einer Kraftmaschine verwendet werden, jedoch ist er bei einem Fahrzeug, wo die Kraftmaschine 12 eine Stopp-Start-Fähigkeit besitzt, besonders nützlich. Wie Fachleuten bekannt ist, bedeutet ein Stopp-Start-Merkmal bei einer Kraftmaschine, dass die Kraftmaschine geeignet ist, abgeschaltet zu werden, wenn keine Kraftmaschinenleistung erforderlich ist, jedoch auch sofort neu gestartet werden kann, wenn wieder Kraftmaschinenleistung verlangt wird, um das Fahrzeug anzutreiben. Der Starter 16 kann so ausgelegt sein, dass er im Rahmen eines elektrischen 12-Volt-Systems des Standards für die Kraftfahrzeugindustrie arbeitet und dadurch ein effizientes, d. h. kostengünstiges und leichtes, Stopp-Start-System für die Kraftmaschine 12 anbietet.
-
In 3 ist ein Fahrzeug 110 gezeigt. Das Fahrzeug 110 ist eine alternative Ausführungsform des oben mit Bezug auf 1 beschriebenen Fahrzeugs 10. Das Fahrzeug 110 umfasst einen Starter 116, der dem in 2 gezeigten Starter 16 im Allgemeinen gleicht. Der Starter 116 umfasst einen ersten Planetenradsatz 124, der im Aufbau dem ersten Planetenradsatz 24 im Allgemeinen gleicht, und einen zweiten Planetenradsatz 132, der im Aufbau dem zweiten Planetenradsatz 24 im Grunde gleicht. Gemäß der alternativen Ausführungsform umfasst der erste Planetenradsatz 124 ein erstes Zahnradglied 126, das als Sonnenrad gezeigt ist, ein zweites Zahnradglied 128, das als Planetenträger gezeigt ist, und ein drittes Zahnradglied 130, das als Hohlrad gezeigt ist. Der zweite Planetenradsatz 132 umfasst ein erstes Zahnradglied 134, das als Sonnenrad gezeigt ist, ein zweites Zahnradglied 136, das als Planetenträger gezeigt ist, und ein drittes Zahnradglied 138, das als Hohlrad gezeigt. Das zweite Zahnradglied 128 ist mit dem zweiten Zahnradglied 136 ständig verbunden und kann tatsächlich einen einheitlichen Aufbau oder einen gemeinsamen Planetenträger aufweisen, der in 3 als 128/136 bezeichnet ist. Der gemeinsame Planetenträger 128/136 ist funktional mit der Ausgangswelle 40 verbunden.
-
Wie in 3 gezeigt ist, umfasst der Starter 116 eine erste Drehmomentübertragungsvorrichtung 144 und eine zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung 146. Die erste Drehmomentübertragungsvorrichtung 144 ist einrückbar, um das dritte Zahnradglied 130 mit dem Gehäuse 18 als Masse zu verbinden, während die zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung 146 einrückbar ist, um das dritte Zahnradglied 138 mit dem Gehäuse 18 als Masse zu verbinden. Ähnlich wie die erste und die zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung, 44 und 46, können die erste Drehmomentübertragungsvorrichtung 144 und die zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung 146 eine wahlweise einrückbare Kupplung oder eine wahlweise einrückbare Bremse sein. Abgesehen von den oben umrissenen Unterschieden kann der Starter 116 durch einen Aufbau ausgezeichnet sein, der zu jenem des in 2 gezeigten Starters 16 gleich ist.
-
Um zu 1 zurückzukommen, kann am Fahrzeug 10 ein Controller 48 bezüglich der Kraftmaschine 12 und des Starters 16 angeordnet sein. Der Controller 48 kann konfiguriert sein, um den Betrieb sowohl der Kraftmaschine 12 als auch des Starters 16 einschließlich des Abschaltens und Neustartens während der Stopp-Start-Prozedur zu steuern. Der Controller 48 ist programmiert, um zum Starten der Kraftmaschine 12 entweder im ersten Kraftmaschinenstartmodus durch Einrücken der ersten Drehmomentübertragungsvorrichtung 44 und durch Ausrücken der zweiten Drehmomentübertragungsvorrichtung 46 oder im zweiten Kraftmaschinenstartmodus durch Einrücken der zweiten Drehmomentübertragungsvorrichtung 46 und Ausrücken der ersten Drehmomentübertragungsvorrichtung 44 auf Grundlage vorgegebener Fahrzeugbetriebsparameter den Starter 16 nach Bedarf zu aktivieren. Fahrzeugbetriebsparameter können während der Kalibrierung und der Testphasen der Fahrzeugentwicklung mit dem Ziel, die Leistung, das Fahrverhalten und die Effizienz des betreffenden Fahrzeugs zu optimieren, im Voraus empirisch bestimmt werden.
-
Insgesamt ermöglichen die Starter 16 und 116 jeweils eine Auswahl eines festen Übersetzungsverhältnisses, um zwei unterschiedliche Anlassdrehzahlen während Kraftmaschinenstartereignissen bereitzustellen. Eine solche Fähigkeit, zwischen zwei unterschiedlichen Anlassdrehzahlen zu wählen, trägt dazu bei, NVH-Sorgen während des Startens der Kraftmaschine 12 zu verringern, und ermöglicht das effiziente Starten der Kraftmaschine unter kalten oder heißen Umgebungsbedingungen. Außerdem kann die Fähigkeit, zwischen zwei unterschiedlichen Anlassdrehzahlen zu wählen, Kraftmaschinenstartzeiten verkürzen, was für Fahrzeuganwendungen mit Kraftmaschinen, die mit einer Stopp-Start-Fähigkeit ausgestattet sind, besonders vorteilhaft ist.
