DE102014200894B4 - Starter generator arrangement for an internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

Startergeneratoranordnung für einen Verbrennungsmotor, mit – einer in einer Längsrichtung verschieblich gelagerten Welle, – einer Aktuatoreinrichtung, mittels der die Welle von einer ersten Verschiebestellung in eine zweite Verschiebestellung, oder umgekehrt, verschoben werden kann, – einer elektrischen Maschine, welche einen Stator und einen drehbar angeordneten Rotor aufweist, wobei – der Rotor permanent drehfest mit der Welle gekoppelt ist und – die Welle in Längsrichtung verschieblich in Bezug auf den Rotor ist, – eine Riemenscheibe eines Riementriebs des Verbrennungsmotors, wobei die Riemenscheibe – in einer ersten Verschiebestellung der Welle drehgekoppelt mit der Welle ist und – in einer zweiten Verschiebestellung der Welle drehentkoppelt von der Welle ist.A starter generator assembly for an internal combustion engine, comprising - a shaft displaceably mounted in a longitudinal direction, - an actuator device, by means of which the shaft can be displaced from a first displacement position to a second displacement position, or vice versa, - an electric machine, a stator and a rotatable arranged rotor, wherein - the rotor is permanently rotatably coupled to the shaft and - the shaft is longitudinally displaceable with respect to the rotor, - a pulley of a belt drive of the internal combustion engine, wherein the pulley - rotatably coupled in a first displacement position of the shaft Shaft is and - in a second displacement position of the shaft is torsionally coupled from the shaft.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Startergeneratoranordnung für einen Verbrennungsmotor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The present invention relates to a starter generator arrangement for an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.

Eine derartige Startergeneratoranordnung ist aus der DE 198 54 948 A1 bekannt. Zum technischen Hintergrund der Erfindung zählt die US 1 287 304 A .Such a starter generator arrangement is known from DE 198 54 948 A1 known. The technical background of the invention includes the US Pat. No. 1,287,304 ,

Herkömmliche Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor weisen üblicherweise einen im vorderen Bereich des Verbrennungsmotors angeordneten Generator (Lichtmaschine) auf, der über einen Riementrieb von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angetrieben wird. Zusätzlich ist üblicherweise im hinteren Bereich des Verbrennungsmotors ein Ritzelstarter angeordnet, der über ein Planetenvorgelege in die Verzahnung einer Schwungscheibe des Verbrennungsmotors einspurbar ist und zum Starten des Verbrennungsmotors vorgesehen ist. Zum Einspuren des Anlasserritzels in die Verzahnung der Schwungscheibe wird das Anlasserritzel auf der Anlasserwelle mittels eines Elektromagneten verschoben.Conventional internal combustion engine vehicles usually have a generator (alternator) arranged in the front region of the internal combustion engine, which is driven via a belt drive by the crankshaft of the internal combustion engine. In addition, a pinion starter is usually arranged in the rear region of the internal combustion engine, which can be tracked into the toothing of a flywheel of the internal combustion engine via a planetary gear and is provided for starting the internal combustion engine. To engage the starter pinion in the teeth of the flywheel, the starter pinion is moved on the starter shaft by means of an electromagnet.

Der Verbau und Einsatz zweier Elektromaschinen (Generator bzw. Lichtmaschine und Ritzelstarter) ist mit hohen Kosten und einem hohen Gewicht verbunden. Im Übrigen beanspruchen sowohl die Lichtmaschine als auch der Ritzelstarter beträchtlichen Bauraum.The installation and use of two electric machines (generator or alternator and pinion starter) is associated with high costs and a high weight. Incidentally, claim both the alternator and the pinion starter considerable space.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine konstruktiv einfach gestaltete Anordnung zu schaffen, welche ein Starten des Verbrennungsmotors und im Betrieb des Verbrennungsmotors ein Erzeugen elektrischer Energie ermöglicht, wobei die Anordnung eine kompakte Bauweise aufweist.The object of the invention is to provide a structurally simple arrangement which allows starting of the internal combustion engine and during operation of the internal combustion engine generating electrical energy, wherein the arrangement has a compact design.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.This object is solved by the features of claim 1. Advantageous embodiments and further developments of the invention can be found in the dependent claims.

Ausgangspunkt der Erfindung ist eine Startergeneratoranordnung für einen Verbrennungsmotor. Unter dem Begriff „Startergenerator” ist ganz allgemein eine elektrische Maschine zu verstehen, die in einem Betriebszustand als Startermotor zum Starten des Verbrennungsmotors fungiert und in einem anderen Betriebszustand als Generator zum Erzeugen elektrischer Energie. Beide Funktionen können also von ein und derselben elektrischen Maschine übernommen werden.The starting point of the invention is a starter generator arrangement for an internal combustion engine. The term "starter generator" is generally understood to mean an electric machine which in one operating state acts as a starter motor for starting the internal combustion engine and in another operating state as a generator for generating electrical energy. Both functions can therefore be taken over by one and the same electric machine.

Die Startergeneratoranordnung gemäß der Erfindung weist eine drehbar gelagerte und in einer Längsrichtung verschiebliche Welle auf und eine Aktuatoreinrichtung, mittels der die Welle von einer ersten Verschiebestellung in eine zweite Verschiebestellung, oder umgekehrt, verschoben werden kann.The starter generator arrangement according to the invention comprises a rotatably mounted shaft which is displaceable in a longitudinal direction and an actuator device by means of which the shaft can be displaced from a first displacement position to a second displacement position, or vice versa.

Ferner ist eine elektrische Maschine vorgesehen, die einen Stator und einen drehbar angeordneten Rotor aufweist. Die elektrische Maschine kann in einem ersten Betriebszustand als Generator und in einem zweiten Betriebszustand als Elektromotor arbeiten. Der Rotor der elektrischen Maschine ist permanent drehfest mit der Welle gekoppelt, relativ zur Welle aber verschieblich angeordnet. Anders ausgedrückt kann die Welle in ihrer Längsrichtung in Bezug auf den Rotor verschoben werden. Es kann also vorgesehen sein, dass der Rotor in Längsrichtung der Welle unverschieblich ist, in Umfangsrichtung der Welle aber drehbar gelagert ist. Es kann vorgesehen sein, dass die Welle konzentrisch zu dem Rotor angeordnet ist und sich „durch den Rotor hindurch” erstreckt.Furthermore, an electric machine is provided, which has a stator and a rotatably arranged rotor. The electric machine can operate as a generator in a first operating state and as an electric motor in a second operating state. The rotor of the electric machine is permanently rotatably coupled to the shaft, but slidably disposed relative to the shaft. In other words, the shaft can be displaced in its longitudinal direction with respect to the rotor. It can therefore be provided that the rotor is immovable in the longitudinal direction of the shaft, but is rotatably mounted in the circumferential direction of the shaft. It may be provided that the shaft is arranged concentrically with the rotor and extends "through the rotor".

Der Verbrennungsmotor weist ferner einen Riementrieb auf. Eine Antriebsscheibe des Riementriebs kann unmittelbar oder mittelbar mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors gekoppelt sein. In einer ersten Verschiebestellung der Welle ist eine Riemenscheibe des Riementriebs mit der Welle drehgekoppelt und in einer zweiten Verschiebestellung der Welle ist die Riemenscheibe drehentkoppelt von der Welle. In der ersten Verschiebestellung kann somit Drehmoment von dem Riementrieb über die Welle auf den Rotor übertragen werden, d. h. die elektrische Maschine kann generatorisch Strom erzeugen (Generatorbetrieb). In der zweiten Verschiebestellung, in der die Riemenscheibe von der Welle drehentkoppelt ist, kann die elektrische Maschine als Elektromotor arbeiten und Drehmoment auf die Welle übertragen. Im motorischen Betrieb kann die elektrische Maschine bspw. zum Starten des Verbrennungsmotors eingesetzt werden.The internal combustion engine also has a belt drive. A drive pulley of the belt drive can be directly or indirectly coupled to a crankshaft of the internal combustion engine. In a first displacement position of the shaft, a belt pulley of the belt drive is rotationally coupled to the shaft and in a second displacement position of the shaft, the pulley is rotationally coupled from the shaft. In the first displacement position thus torque can be transmitted from the belt drive via the shaft to the rotor, d. H. The electric machine can generate electricity as a generator (generator operation). In the second displacement position, in which the pulley is rotationally coupled from the shaft, the electric machine can operate as an electric motor and transmit torque to the shaft. In motor operation, the electric machine can be used, for example, for starting the internal combustion engine.

Dementsprechend kann ein mit der Welle verbundenes Starterritzel vorgesehen sein, das in der zweiten Verschiebestellung oder in einer dritten Verschiebestellung in eine Verzahnung eines Schwungrads des Verbrennungsmotors eingespurt ist und Drehmoment auf das Schwungrad überträgt. Das Schwungrad kann mittelbar oder unmittelbar mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors gekoppelt sein.Accordingly, a starter pinion connected to the shaft can be provided, which is meshed in the second displacement position or in a third displacement position in a toothing of a flywheel of the internal combustion engine and transmits torque to the flywheel. The flywheel may be directly or indirectly coupled to a crankshaft of the internal combustion engine.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Rotor formschlüssig, z. B. über eine Kerbverzahnung oder über ein Keilwellenprofil, drehfest mit der Welle gekoppelt ist.According to a development of the invention it is provided that the rotor positively, z. B. via a serration or a splined shaft, rotatably coupled to the shaft.

Dementsprechend kann auch vorgesehen sein, dass in der ersten Verschiebestellung der Welle die Welle über ein Kerbzahnprofil oder über ein Keilwellenprofil mit der Riemenscheibe gekoppelt ist.Accordingly, it can also be provided that in the first displacement position of the shaft, the shaft is coupled via a serrated profile or via a splined shaft profile with the pulley.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Vorspanneinrichtung vorgesehen, welche die Welle in Richtung der ersten Verschiebestellung vorspannt. Um die Welle von der ersten Verschiebestellung in die zweite Verschiebestellung, oder umgekehrt, zu bewegen, ist eine Aktuatoreinrichtung vorgesehen. Diese kann bspw. einen Elektromagneten aufweisen, der die zum Verschieben der Welle erforderliche Kraft aufbringt.According to a development of the invention, a biasing device is provided, which biases the shaft in the direction of the first displacement position. In order to move the shaft from the first displacement position to the second displacement position, or vice versa, an actuator device is provided. This may, for example, have an electromagnet which applies the force required to displace the shaft.

Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.In the following the invention will be explained in connection with the drawing.

Die einzige 1 zeigt eine Startergeneratoranordnung 1 für einen hier nicht näher dargestellten Verbrennungsmotor. Die Startergeneratoranordnung 1 weist eine in einer Längsrichtung 2 verschieblich angeordnete Welle 3 auf. Die Welle 3 ist über axial verschiebbare Radiallager drehbar in Bezug auf ein hier nicht näher dargestelltes Kurbelgehäuse 5 des Verbrennungsmotors gelagert, wobei von den Radiallagern hier nur ein axial verschiebbares Radiallager 4 dargestellt ist.The only 1 shows a starter generator assembly 1 for an internal combustion engine not shown here. The starter generator arrangement 1 has one in a longitudinal direction 2 slidably arranged shaft 3 on. The wave 3 is rotatable about axially displaceable radial bearing with respect to a not-shown here crankcase 5 stored of the internal combustion engine, of the radial bearings here only an axially displaceable radial bearing 4 is shown.

Die Welle 3 kann mittels einer Aktuatoreinrichtung 6 in Längsrichtung 2 verschoben werden. Die Aktuatoreinrichtung 6 ist hier schematisch durch einen Elektromagneten angedeutet. Ein verschieblicher Teil 7 der Aktuatoreinrichtung 6 kann über eine Feder 8 mit dem Kurbelgehäuse 5 des Verbrennungsmotors verbunden sein.The wave 3 can by means of an actuator 6 longitudinal 2 be moved. The actuator device 6 is indicated schematically here by an electromagnet. A movable part 7 the actuator device 6 can be over a spring 8th with the crankcase 5 be connected to the internal combustion engine.

Die Startergeneratoranordnung 1 weist ferner eine elektrische Maschine 9 mit einem Stator 10 und einem drehbar gelagerten Rotor 11 auf. Der Rotor 11 ist hier über Radiallager 12, 13 z. B. ebenfalls am Kurbelgehäuse 5 des Verbrennungsmotors gelagert.The starter generator arrangement 1 also has an electrical machine 9 with a stator 10 and a rotatably mounted rotor 11 on. The rotor 11 is here about radial bearings 12 . 13 z. B. also on the crankcase 5 stored the internal combustion engine.

Der Rotor 11 ist über ein Kerbzahnprofil 14 mit der Welle 3 drehgekoppelt. Das Kerbzahnprofil 14 ermöglicht eine Relativverschiebung der Welle 3 in Bezug auf den Rotor 11.The rotor 11 is over a serrated profile 14 with the wave 3 rotationally coupled. The serrated profile 14 allows a relative displacement of the shaft 3 in relation to the rotor 11 ,

Der Verbrennungsmotor weist ferner einen Riementrieb auf, von dem hier lediglich eine Riemenscheibe 15 zu erkennen ist, die mit den übrigen Scheiben des Riementriebs über einen (Keil-)Riemen drehgekoppelt ist. Bei dem Keilriemen kann es sich um einen Einfachkeilriemen oder um einen Mehrfachkeilriemen handeln. Der Riementrieb wiederum ist mit dem Verbrennungsmotor, insbesondere mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors drehgekoppelt.The internal combustion engine further comprises a belt drive, of which here only a pulley 15 can be seen, which is rotatably coupled via a (wedge) belt with the other discs of the belt drive. The V-belt may be a single V-belt or a multiple V-belt. The belt drive in turn is rotationally coupled to the internal combustion engine, in particular to a crankshaft of the internal combustion engine.

Auf der Welle 3 ist ferner ein Starterritzel 17 vorgesehen, welches hier in einen Starterzahnkranz 18 einer Schwungscheibe des Verbrennungsmotors eingreift.On the wave 3 is also a starter pinion 17 provided here in a starter tooth ring 18 engages a flywheel of the engine.

Wie bereits erwähnt, kann die Welle 3 in ihrer Längsrichtung 2 hin- und her verschoben werden, was durch einen Doppelpfeil 19 angedeutet ist. In einer ersten Verschiebestellung der Welle 3 greift das Kerbzahnprofil 14 in eine Verzahnung 20 der Riemenscheibe 15 ein. In der ersten Verschiebestellung ist somit der Riementrieb des Verbrennungsmotors mit der Welle 3 drehgekoppelt. Es kann vorgesehen sein, dass die erste Verschiebestellung eine unbetätigte Grundstellung ist, d. h. dass die Welle 3 durch die Feder 8 automatisch in die erste Verschiebestellung bewegt wird, wenn die Aktuatoreinrichtung 6 nicht angesteuert wird. In der ersten Verschiebestellung der Welle 3 kann Drehmoment von der Riemenscheibe 15 auf die Welle 3 und somit auf den Rotor 11 übertragen werden. In der ersten Verschiebestellung kann somit über die elektrische Maschine 9 generatorisch Strom erzeugt werden.As already mentioned, the wave can 3 in their longitudinal direction 2 moved back and forth, which is indicated by a double arrow 19 is indicated. In a first displacement position of the shaft 3 grips the serrated profile 14 in a toothing 20 the pulley 15 one. In the first displacement position is thus the belt drive of the internal combustion engine with the shaft 3 rotationally coupled. It can be provided that the first displacement position is an unconfirmed basic position, ie that the shaft 3 through the spring 8th is automatically moved to the first displacement position when the actuator device 6 not controlled. In the first displacement position of the shaft 3 can torque from the pulley 15 on the wave 3 and thus on the rotor 11 be transmitted. In the first displacement position can thus on the electric machine 9 regenerative current can be generated.

In der in 1 gezeigten zweiten Verschiebestellung der Welle 3 ist die Riemenscheibe 15 von der Welle 3 drehentkoppelt, d. h. die Welle 3 kann sich unabhängig von der Riemenscheibe 15 drehen. In der in 1 gezeigten zweiten Verschiebestellung steht jedoch das Starterritzel 17 in Eingriff mit der Verzahnung des Schwungrads. In der zweiten Verschiebestellung kann somit, wenn die elektrische Maschine 9 als Elektromotor arbeitet, Drehmoment von der elektrischen Maschine 9 über die Welle 3 und das Starterritzel 17 auf das Schwungrad des Verbrennungsmotors übertragen und der Verbrennungsmotor somit über die elektrische Maschine 9 gestartet werden.In the in 1 shown second displacement position of the shaft 3 is the pulley 15 from the wave 3 rotatably coupled, ie the shaft 3 can be independent of the pulley 15 rotate. In the in 1 shown second displacement position, however, is the starter pinion 17 in engagement with the teeth of the flywheel. In the second displacement position can thus, when the electric machine 9 as electric motor works, torque from the electric machine 9 over the wave 3 and the starter pinion 17 transferred to the flywheel of the engine and thus the engine via the electric machine 9 to be started.

Vollständigkeitshalber sei erwähnt, dass das Lager 4 als Verschiebelager ausgebildet ist, d. h. es lässt eine Verschiebung der Welle 3 in Längsrichtung 2 zu.For completeness, it should be mentioned that the camp 4 is designed as a sliding bearing, ie it allows a displacement of the shaft 3 longitudinal 2 to.

Claims (7)

Startergeneratoranordnung (1) für einen Verbrennungsmotor, mit – einer in einer Längsrichtung (2) verschieblich gelagerten Welle (3), – einer Aktuatoreinrichtung (6), mittels der die Welle (3) von einer ersten Verschiebestellung in eine zweite Verschiebestellung, oder umgekehrt, verschoben werden kann, – einer elektrischen Maschine (9), welche einen Stator (10) und einen drehbar angeordneten Rotor (11) aufweist, wobei – der Rotor (11) permanent drehfest mit der Welle (3) gekoppelt ist und – die Welle (3) in Längsrichtung (2) verschieblich in Bezug auf den Rotor (11) ist, wobei eine Riemenscheibe (15) eines Riementriebs des Verbrennungsmotors vorgesehen ist, wobei die Riemenscheibe (15) in einer ersten Verschiebestellung der Welle (3) drehgekoppelt mit der Welle (3) ist, dadurch gekennzeichnet, das die Riemenscheibe (15) in einer zweiten Verschiebestellung der Welle (3) drehentkoppelt von der Welle (3) ist, wobei in der ersten Verschiebestellung der Welle (3) die Welle (3) formschlüssig mit der Riemenscheibe (15) drehgekoppelt ist oder formschlüssig in die Riemenscheibe (15) eingreift.Starter generator arrangement ( 1 ) for an internal combustion engine, with - one in a longitudinal direction ( 2 ) slidably mounted shaft ( 3 ), - an actuator device ( 6 ), by means of which the shaft ( 3 ) can be moved from a first displacement position to a second displacement position, or vice versa, - an electric machine ( 9 ), which has a stator ( 10 ) and a rotatably mounted rotor ( 11 ), wherein - the rotor ( 11 ) permanently rotatable with the shaft ( 3 ) and - the wave ( 3 ) longitudinal ( 2 ) slidable with respect to the rotor ( 11 ), wherein a pulley ( 15 ) of a belt drive of the internal combustion engine is provided, wherein the pulley ( 15 ) in a first displacement position of the shaft ( 3 ) rotatably coupled with the shaft ( 3 ), characterized in that the pulley ( 15 ) in a second displacement position of the shaft ( 3 ) rotates from the shaft ( 3 ), wherein in the first displacement position of the shaft ( 3 ) the wave ( 3 ) with the pulley ( 15 ) is rotationally coupled or positively in the pulley ( 15 ) intervenes. Startergeneratoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (3) über eine Kerbverzahnung (14) oder ein Keilwellenprofil mit dem Rotor (11) drehgekoppelt ist.Starter generator arrangement according to claim 1, characterized in that the shaft ( 3 ) via a serration ( 14 ) or a splined shaft profile with the rotor ( 11 ) is rotationally coupled. Startergeneratoranordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (3) in der ersten Verschiebestellung über eine Kerbverzahnung (14) oder über ein Keilwellenprofil mit der Riemenscheibe (15) drehgekoppelt ist.Starter generator arrangement according to one of claims 1 or 2, characterized in that the shaft ( 3 ) in the first displacement position via a serration ( 14 ) or via a splined shaft profile with the pulley ( 15 ) is rotationally coupled. Startergeneratoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit der Welle (3) verbundenes Starterritzel (17) vorgesehen ist, das in der zweiten Verschiebestellung der Welle (3) oder in einer dritten Verschiebestellung der Welle (3) in eine Verzahnung (18) eines Schwungrads des Verbrennungsmotors eingespurt ist.Starter generator arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that one with the shaft ( 3 ) connected starter pinion ( 17 ) is provided, which in the second displacement position of the shaft ( 3 ) or in a third displacement position of the shaft ( 3 ) into a gearing ( 18 ) of a flywheel of the internal combustion engine is eingespurt. Startergeneratoranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwungrad mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors drehgekoppelt ist.Starter generator arrangement according to claim 4, characterized in that the flywheel is rotationally coupled to a crankshaft of the internal combustion engine. Startergeneratoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorspanneinrichtung (8) vorgesehen ist, welche die Welle (3) in Richtung der ersten Verschiebestellung vorspannt.Starter generator arrangement according to one of Claims 1 to 5, characterized in that a pretensioning device ( 8th ) is provided which the shaft ( 3 ) biased in the direction of the first displacement position. Startergeneratoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoreinrichtung (6) einen Elektromagneten (7) aufweist.Starter generator arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the actuator device ( 6 ) an electromagnet ( 7 ) having.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US1287304A (en) * 1915-03-22 1918-12-10 John O Heinze Company Electric starter and generator.
DE19854948A1 (en) * 1998-11-27 2000-05-31 Schaeffler Waelzlager Ohg Arrangement for starting engine, generating electrical energy has tension drive containing idler on engine end remote from flywheel, rotor drive shaft parallel to crankshaft, connected to gearbox

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