-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
1. Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung betrifft Antriebsstrang-Startersysteme im Allgemeinen, und insbesondere eine Doppelmagnetventil-Starteranordnung mit einem schrägverzahnten Antriebszahnrad, sowie Startersysteme damit.
-
2. Beschreibung des Standes der Technik
-
Herkömmliche, im Stand der Technik bekannte Antriebsstrang-Startersysteme für Kraftfahrzeuge umfassen in der Regel einen Verbrennungsmotor, der durch eine Motorsteuereinheit (ECU) gesteuert wird. Der Motor erzeugt ein Drehmoment durch eine Kurbelwelle, die in der Regel drehend in Kommunikation mit einem Getriebe steht. In der Regel ist ein Hohlrad zwischen dem Motor und dem Getriebe angeordnet. In Abhängigkeit vom Getriebetyp kann das Hohlrad an einem Kupplungsschwungrad, einer Flexplate, an der ein Drehmomentwandler oder eine modulare Kupplungsanordnung angebracht ist, oder an einer beliebigen Antriebsstrangkomponente, die in drehender Verbindung mit der Kurbelwelle steht, integriert sein. Das Hohlrad wirkt mit einem Antriebszahnrad eines Startermotors zusammen, um den Motor beim Start zu drehen. Zu diesem Zweck neigen herkömmliche Startermotoren dazu, das Antriebszahnrad gleichzeitig zu drehen und in Eingriff mit dem Hohlrad zu bewegen, was ein deutliches Geräusch erzeugt, wenn die Zähne des drehenden Antriebszahnrades mit den Zähnen des stationären Hohlrades in Eingriff gelangen.
-
Alle Komponenten eines Antriebsstrangsystems des oben beschriebenen Typs müssen zusammenwirken, um den Motor effektiv zu starten. Darüber hinaus müssen alle Komponenten so konstruiert sein, dass sie nicht nur eine verbesserte Leistung und Effizienz erleichtern, sondern auch die Kosten und Komplexität der Herstellung und Montage des Systems verringern. Während in der relevanten Technik bekannte Startersysteme im Allgemeinen ihren vorgesehenen Zweck gut erfüllt haben, herrscht weiter Bedarf in der Technik nach einem Startersystem, das überlegene Betriebseigenschaften aufweist und gleichzeitig die Kosten und Komplexität der Herstellung der Komponenten des Systems sowie die Menge an Geräuschen, die während des Betriebs erzeugt werden, verringert.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Die vorliegende Erfindung überwindet die Nachteile im Stand der Technik in einer Starteranordnung zum selektiven Übertragen von Drehmoment an ein schrägverzahntes Hohlrad in drehender Verbindung mit einem Motor. Die Starteranordnung umfasst einen Anschluss, einen Elektromotor, ein schrägverzahntes Antriebszahnrad und ein Stellglied. Der Anschluss weist einen ersten und einen zweiten elektrischen Eingang auf. Der Elektromotor steht in elektrischer Verbindung mit dem ersten elektrischen Eingang, um in Ansprechen auf das Auftreten vorbestimmter elektrischer Signale an dem ersten elektrischen Eingang selektiv ein Drehmoment zu erzeugen. Das schrägverzahnte Antriebszahnrad steht in drehender Verbindung mit dem Elektromotor. Das Stellglied steht in elektrischer Verbindung mit dem zweiten elektrischen Eingang, um das schrägverzahnte Antriebszahnrad selektiv zu bewegen zwischen: einer ausgerückten Stellung, in der das schrägverzahnte Antriebszahnrad von dem schrägverzahnten Hohlrad beabstandet ist; und einer eingerückten Stellung, in der das schrägverzahnte Antriebszahnrad zumindest zum Teil mit dem schrägverzahnten Hohlrad in Verzahnung steht und in drehender Verbindung damit steht. Das Stellglied bewegt das schrägverzahnte Antriebszahnrad in Ansprechen auf das Auftreten vorbestimmter elektrischer Signale an dem zweiten elektrischen Eingang zwischen den Stellungen. Der erste und zweite elektrische Eingang sind voneinander unabhängig, so dass das Stellglied das schrägverzahnte Antriebszahnrad in die eingerückte Stellung bewegen kann, und der Elektromotor in der Folge Drehmoment an das schrägverzahnte Hohlrad übertragen kann, um den Motor zu starten.
-
Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein System zum selektiven Starten eines Motors in Drehverbindung mit einem Getriebe. Das System umfasst ein schrägverzahntes Hohlrad und eine Startermotoranordnung. Das schrägverzahnte Hohlrad steht entweder mit dem Motor oder dem Getriebe in drehender Verbindung. Der Startermotoranordnung überträgt selektiv Drehmoment an das schrägverzahnte Hohlrad. Die Starteranordnung umfasst einen Anschluss mit ersten und zweiten elektrischen Eingängen, einem Elektromotor, einem schrägverzahnten Antriebszahnrad und einem Stellglied. Der Elektromotor steht in elektrischer Verbindung mit dem ersten elektrischen Eingang, um in Ansprechen auf das Auftreten vorbestimmter elektrischer Signale an dem ersten elektrischen Eingang selektiv ein Drehmoment zu erzeugen. Das schrägverzahnte Antriebszahnrad steht in drehender Verbindung mit dem Elektromotor. Das Stellglied steht in elektrischer Verbindung mit dem zweiten elektrischen Eingang, um das schrägverzahnte Antriebszahnrad selektiv zu bewegen zwischen: einer ausgerückten Stellung, in der das schrägverzahnte Antriebszahnrad von dem schrägverzahnten Hohlrad beabstandet ist; und einer eingerückten Stellung, in der das schrägverzahnte Antriebszahnrad zumindest zum Teil mit dem schrägverzahnten Hohlrad in Verzahnung steht und in drehender Verbindung damit steht. Das Stellglied bewegt das schrägverzahnte Antriebszahnrad in Ansprechen auf das Auftreten vorbestimmter elektrischer Signale an dem zweiten elektrischen Eingang zwischen den Stellungen. Der erste und zweite elektrische Eingang sind voneinander unabhängig, so dass das Stellglied das schrägverzahnte Antriebszahnrad in die eingerückte Stellung bewegen kann, und der Elektromotor in der Folge Drehmoment an das schrägverzahnte Hohlrad übertragen kann, um den Motor zu starten.
-
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Starten und Betreiben eines Motors. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Bereitstellen einer Leistungsquelle; Bereitstellen eines schrägverzahnten Hohlrades in drehender Verbindung mit dem Motor; Bereitstellen einer Starteranordnung mit: einem Elektromotor in elektrischer Verbindung mit einem ersten elektrischen Eingang; einem schrägverzahnten Antriebszahnrad in drehender Verbindung mit dem Elektromotor; einem Stellglied in elektrischer Verbindung mit einem zweiten elektrischen Eingang, um das schrägverzahnte Antriebszahnrad selektiv zu bewegen zwischen einer ausgerückten Stellung, in der das schrägverzahnte Antriebszahnrad von dem schrägverzahnten Hohlrad beabstandet ist, und einer eingerückten Stellung, in der das schrägverzahnte Antriebszahnrad zumindest zum Teil mit dem schrägverzahnten Hohlrad in Verzahnung steht und in drehender Verbindung damit steht; Aktivieren des zweiten elektrischen Eingangs mit der Leistungsquelle, so dass das Stellglied sich in die eingerückte Stellung bewegt; und Aktivieren des ersten elektrischen Eingangs mit der Leistungsquelle, so dass der Elektromotor Drehmoment an das schrägverzahnte Hohlrad überträgt, wodurch der Motor gedreht wird.
-
Auf diese Weise verringert die vorliegende Erfindung die Komplexität, die Geräuschentwicklung und die Packgröße des Startersystems und seiner zugehörigen Komponenten beträchtlich. Darüber hinaus verringert die vorliegende Erfindung die Kosten für die Herstellung von Startern und Systemen mit überlegenen Betriebseigenschaften, etwa verbesserter Motorleistung, Steuerung und Effizienz.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden deutlich werden, wenn dieselbe unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verständlich gemacht wird. In diesen zeigt:
-
1 eine teilweise perspektivische Ansicht eines Automobilmotors und zeigt eine Flexplate und einen Starter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
2 ist eine teilweise auseinandergezogene Ansicht von Komponenten des Motors von 1 und zeigt den Starter, die Flexplate, einen Kurbelwellenausgang und eine Drehmomentwandler.
-
3 ist eine vergrößerte Seitenschnittansicht des Starters und der Flexplate von 1 und 2 in einer ersten Konfiguration.
-
4 ist eine alternative vergrößerte Seitenschnittansicht des Starters und der Flexplate von 3 in einer zweiten Konfiguration.
-
5 ist eine weitere alternative vergrößerte Seitenschnittansicht des Starters und der Flexplate von 3 in einer dritten Konfiguration.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um gleiche Strukturen zu bezeichnen, wird dort in 1 und 2 bei 10 ein Abschnitt eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs veranschaulicht. Der Antriebsstrang 10 umfasst einen Verbrennungsmotor 12, der wirkmäßig an einem Getriebe (nicht dargestellt, aber im Stand der Technik allgemein bekannt) angebracht ist. Der Motor 12 ist dazu geeignet, ein Drehmoment zu erzeugen und es an das Getriebe zu übertragen, und umfasst einen Block 14 und eine Kurbelwelle 16 (siehe 2), die drehbar in dem Block 14 gelagert ist. Der Motor 12 umfasst in der Regel auch eine Ölwanne 18, die an dem Block 14 angebracht ist. Während der Motor 12, der in den 1 und 2 veranschaulicht ist, ein funkengezündeter Ottomotor in V-Konfiguration mit zwei obenliegenden Nockenwellen (DOHC) ist, wird der Fachmann erkennen, dass der Motor 12 eine beliebige geeignete Konfiguration aufweisen kann, die unter Verwendung eines beliebigen geeigneten thermodynamischen Zyklus gesteuert wird, ohne dabei vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
-
Der Antriebsstrang 10 umfasst in der Regel ein Ausrückelement 20 in drehender Verbindung mit der Kurbelwelle 16, um den Eingriff zwischen dem Motor 12 und dem Getriebe zu steuern. Wie in den 1 und 2 dargestellt ist das Ausrückelement 20 ein Drehmomentwandler 20, wie er herkömmlicherweise in Verbindung mit Automatikgetrieben sowie mit bestimmten stufenlos variablen Getriebetypen verwendet wird. Der gewöhnliche Fachmann wird jedoch erkennen, dass das Ausrückelement 20, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, ein beliebiger Typ oder eine beliebige Konfiguration sein kann, die geeignet ist, um das Drehmoment zwischen dem Motor 12 und dem Getriebe zu steuern, um selektiv Drehmoment dazwischen zu übertragen. Als nicht einschränkendes Beispiel könnte das Ausrückelement 20 eine Kupplungsanordnung sein (nicht dargestellt, aber im Stand der Technik allgemein bekannt), die in Verbindung mit einem manuellen Getriebe verwendet wird.
-
Um den Motor 12 zu starten, ist die Starteranordnung 22 (üblicherweise auch als ”Startermotor” oder ”Startermotoranordnung” bezeichnet) in der Regel wirkmäßig entweder an dem Motor 12 oder dem Getriebe angebracht, und steht in selektiver Drehverbindung mit der Kurbelwelle 16. Zu diesem Zweck, und gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wirkt die Starteranordnung 22 mit einer Flexplate 24 zusammen, um den Motor 12 beim Start zu drehen. Die Starteranordnung 22 und die Flexplate 24 werden im Folgenden noch detaillierter beschrieben.
-
Die Flexplate-Anordnung 24 wird verwendet, um Drehmoment zwischen der Starteranordnung 22, dem Motor 12 und dem Getriebe zu übertragen. Zu diesem Zweck umfasst die Flexplate 24 einen Montageabschnitt 26 und ein schrägverzahntes Hohlrad 28. Wie am besten in 1 und 2, ist der Montageabschnitt 26 der Flexplate 24 wirkmäßig sowohl an der Kurbelwelle 16 als auch dem Ausrückelement 20 (Drehmomentwandler) angebracht, und wird verwendet, um Drehmoment von dem Motor 12 an das Getriebe zu übertragen. Der gewöhnliche Fachmann wird jedoch erkennen, dass der Motor 12 Drehmoment auf einen beliebigen geeigneten Typ von Eingang übertragen könnte, und somit die Starteranordnung 22 der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit dem Motor 12 unabhängig vom Vorliegen eines Getriebes und/oder eines Ausrückelements 20 verwendet werden kann. Als nicht einschränkendes Beispiel ist es denkbar, dass der Motor 12 direkt, ohne Verwendung eines Getriebes oder eines Ausrückelements 20, mit einer Ausgangswelle (nicht dargestellt, aber im Stand der Technik allgemein bekannt) verbunden sein und mit der Flexplate 24 und Starteranordnung 22 der vorliegenden Erfindung zusammenwirken könnte, etwa in einer nicht mit Kraftfahrzeugen in Verbindung stehenden Anwendung. Darüber hinaus könnte die Flexplate 24 einteilig mit dem Ausrückelement 20 ausgebildet sein oder auf andere Weise einen Teil davon bilden, etwa eines Schwungrades oder einer Kupplungsanordnung, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Des Weiteren sollte klar sein, dass weder der Motor 12 noch das Getriebe einen Teil der Starteranordnung 22 der vorliegenden Erfindung bilden, und hierin rein zur besseren Verdeutlichung und als ein Beispiel für eine Verwendung der Starteranordnung 22 beschrieben werden, das im Folgenden noch detaillierter beschrieben wird.
-
Wie oben angemerkt umfasst die Flexplate 24 auch ein schrägverzahntes Hohlrad 28, das wirkmäßig an dem Montageabschnitt 26 angebracht ist, wodurch das schrägverzahnte Hohlrad 28 somit in drehender Verbindung entweder mit dem Motor 12 oder dem Getriebe steht. Das schrägverzahnte Hohlrad 28 wirkt mit der Startermotoranordnung 22 zusammen, um ein System 30 zum selektiven Starten des Motors 12 in drehender Verbindung mit dem Getriebe zu definieren. Insbesondere wird die Starteranordnung 22 verwendet, um selektiv Drehmoment an das schrägverzahnte Hohlrad 28 zu übertragen, das in drehender Verbindung mit dem Motor 12 steht. Zu diesem Zweck umfasst die Starteranordnung 22 einen Anschluss 32, einen Elektromotor 34, ein schrägverzahntes Antriebszahnrad 36 und ein Stellglied 38. Jede dieser Komponenten wird im Folgenden in größerem Detail beschrieben.
-
Wie in den 3 bis 5 gezeigt, weist der Anschluss 32 der Starteranordnung 22 einen ersten elektrischen Eingang 40 und einen zweiten elektrischen Eingang 42 auf. Die Eingänge 40, 42 sind dazu geeignet, jeweils den Elektromotor 34 und das Stellglied 38 zu steuern. Zu diesem Zweck steht der Elektromotor 34 in elektrischer Verbindung mit dem ersten elektrischen Eingang 40 und wird dazu verwendet, in Ansprechen auf das Auftreten vorbestimmter elektrischer Signale an dem ersten elektrischen Eingang 40 selektiv Drehmoment zu übertragen. Außerdem steht der Elektromotor 34 in drehender Verbindung mit dem schrägverzahnten Antriebszahnrad 36, so dass Drehung und Drehmoment selektiv zwischen dem Elektromotor 34 und dem schrägverzahnten Hohlrad 28 der Flexplate 24 über das schrägverzahnte Antriebszahnrad 36 übertragen werden können, wie dies im Folgenden noch detaillierter beschrieben wird.
-
Das Stellglied 38 steht in elektrischer Verbindung mit dem zweiten elektrischen Eingang 42 und wird verwendet, um das schrägverzahnte Antriebszahnrad 36 selektiv zu bewegen zwischen: einer ausgerückten Stellung 44, in der das schrägverzahnte Antriebszahnrad 36 von dem schrägverzahnten Hohlrad 28 der Flexplate 24 beabstandet ist (siehe 3); und einer eingerückten Stellung 46, in der das schrägverzahnte Antriebszahnrad 36 zumindest zum Teil mit dem schrägverzahnten Hohlrad 28 der Flexplate 24 in Verzahnung steht und in drehender Verbindung damit steht (siehe 4 und 5). Das Stellglied 38 bewegt das schrägverzahnte Antriebszahnrad 36 in Ansprechen auf das Auftreten vorbestimmter elektrischer Signale an dem zweiten elektrischen Eingang 42 zwischen den Stellungen 44, 46. Die Eingänge 40, 42 sind unabhängig, so dass das Stellglied 38 das schrägverzahnte Antriebszahnrad 36 in die eingerückte Stellung 46 bewegen kann, und der Elektromotor 34 in der Folge Drehmoment an das schrägverzahnte Hohlrad 28 übertagen kann, um so den Motor 12 zu starten. Somit sollte klar sein, dass der Startermotor 22 der vorliegenden Erfindung eine unabhängige Steuerung der Drehung und Bewegung des schrägverzahnten Antriebszahnrades 36 ermöglicht.
-
In den meisten Kraftfahrzeuganwendungen wird die Starteranordnung 22 in Zusammenwirkung mit einer Leistungsversorgung 48 (etwa einer Batterie) und einem Steuergerät 50 gesteuert, wobei der Anschluss 32 dazu ausgestaltet ist, positive Spannungssignale von dem Steuergerät 50 an jedem der Eingänge 40, 42 zu empfangen, um das schrägverzahnte Antriebszahnrad 36 unabhängig zu drehen und zu bewegen, wie oben beschrieben. Darüber hinaus ist die Starteranordnung 22 in der Regel an dem Motor 12 und der Batterie 48 über ein Gehäuse 52 an Masse geschlossen, in dem der Elektromotor 34, das schrägverzahnte Antriebszahnrad 36 und das Stellglied 38 gelagert sind. In ähnlicher Weise verbindet eine Hochstrom-Leistungsklemme 54 die Starteranordnung 22 mit einer positiven Spannung, die verwendet wird, um den Elektromotor 34 zu versorgen. Der gewöhnliche Fachmann wird jedoch erkennen, dass die Starteranordnung 22 gesteuert, verkabelt oder auf andere Weise dazu ausgestaltet sein kann, um auf eine Reihe von unterschiedlichen Arten betrieben zu werden, mit beliebigen geeigneten Typen von elektrischem Signal oder Signalen, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
-
In einer Ausführungsform umfasst die Starteranordnung 22 einen ersten Elektromagnet 56A in Kommunikation mit dem ersten elektrischen Eingang 40 zur Betätigung des Elektromotors 34, und einen zweiten Elektromagnet 56B in Kommunikation mit dem zweiten elektrischen Eingang 42 zur Betätigung des Stellglieds 38. Jeder der Elektromagnete 56A, 56B weist eine Spule 58A, 58B auf, die eine Welle 60A, 60B umgibt. Die Spulen 58A, 58B sind über das Gehäuse 52 (nicht im Detail dargestellt, aber im Stand der Technik allgemein bekannt) an Masse angeschlossen, sowie an die jeweiligen Eingänge 40, 42 des Anschlusses 32, so dass sich die Wellen 60A, 60B in Ansprechen auf einen Strom, der durch die vorbestimmten elektrischen Signale erzeugt wird, die an den Eingängen 40, 42 auftreten, durch die Spulen 58A, 58B verschieben, wie oben erläutert. Somit erlaubt eine unabhängige Verschiebung der Wellen 60A, 60B eine unabhängige Steuerung der Drehung und Bewegung des schrägverzahnten Antriebszahnrades 36.
-
Nun Bezug nehmend auf 3 bis 5 kann die erste Welle 60A, um die Drehung des schrägverzahnten Antriebszahnrades 36 zu bewirken, einen Stößel 62 umfassen, der dazu geeignet ist, gleichzeitig mit einem ersten und zweiten Kontakt 64, 66 in Eingriff zu gelangen, die jeweils mit dem Elektromotor 34 und der Hochstrom-Leistungsklemme verbunden sind. Wenn das vorbestimmte elektrische Signal an dem ersten Eingang 40 des Anschlusses 32 auftritt, fließt Strom durch die erste Spule 58A und veranlasst die erste Welle 60A, sich entlang der ersten Spule 58A zu verschieben, und dadurch den ersten Kontakt 64 mit dem zweiten Kontakt 66 über den Stößel 62 (vgl. 4 und 5) zu verbinden, so dass Strom von der Batterie 48 zu dem Elektromotor 34 fließen kann, der in der Regel über das Gehäuse 52 auch an Masse angeschlossen ist. Es sollte jedoch klar sein, dass der Elektromotor 34 auf eine Reihe von unterschiedlichen Wegen versorgt werden kann, und somit der erste Elektromagnet 56A auf unterschiedliche Weise konfiguriert werden oder auch ganz entfallen kann, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
-
In einer Ausführungsform umfasst die Starteranordnung 22 des Weiteren einen Getriebezug, der allgemein bei 68 angezeigt und zwischen dem Elektromotor 34 und dem schrägverzahnten Antriebszahnrad 36 angeordnet ist. Der Getriebezug 68 ist in dem Gehäuse 52 gelagert, wirkmäßig an dem Elektromotor 34 angebracht und wird verwendet, um Drehmoment zwischen dem Elektromotor 34 und dem schrägverzahnten Antriebszahnrad 36 zu übertragen. Wie in 3 bis 5 gezeigt, umfasst der Getriebezug 68 eine Zwischenwelle 70, eine Verschiebewelle 72 und eine Freilaufkupplung 74. Das schrägverzahnte Antriebszahnrad 36 und die Freilaufkupplung 74 sind in der Regel an der Verschiebewelle 72 fixiert, die mit der Zwischenwelle 70 zusammenwirkt, um die Verschiebung des schrägverzahnten Antriebszahnrades 36 zu bewirken. Zu diesem Zweck können die Verschiebewelle 72 und/oder die Zwischenwelle 70 jeweilige männliche und weibliche Schrägzahnabschnitte (nicht dargestellt, aber im Stand der Technik allgemein bekannt) aufweisen, um das schrägverzahnte Antriebszahnrad 36 radial zu lagern und mit dem Stellglied 38 zusammenzuwirken, um die selektive Verschiebung zwischen den Stellungen 44, 46 zu ermöglichen, wie im Folgenden noch detaillierter beschrieben wird. Der gewöhnliche Fachmann wird jedoch erkennen, dass der Startermotor 22 der vorliegenden Erfindung auf beliebige geeignete Art ausgestaltet sein kann, die ausreichend ist, um das schrägverzahnte Antriebszahnrad 36 unabhängig zu drehen und zu verschieben, mit oder ohne den oben beschriebenen Getriebezug 68.
-
Um die Verschiebung des schrägverzahnten Antriebszahnrades 36 zwischen der ausgerückten Stellung 44 und der eingerückten Stellung 46 zu bewirken, kann die zweite Welle 60B eine Endbefestigung 76 umfassen, die dazu geeignet ist, in einen Schwenkmechanismus 78 einzugreifen, um wirkmäßig in die Freilaufkupplung 74 einzugreifen, so dass das schrägverzahnte Antriebszahnrad 36 sich entlang der Verschiebewelle 72 verschiebt. Zu diesem Zweck ist der Schwenkmechanismus 78 schwenkbar in dem Startermotor 22 an einer Befestigung 80 montiert, die zwischen einem Schwenkende 82 und einer Gabel 84 angeordnet ist, die jeweils mit der Endbefestigung 76 und der Freilaufkupplung 74 in Eingriff stehen. Wenn das vorbestimmte elektrische Signal an dem zweiten Eingang 42 des Anschlusses 32 auftritt, fließt Strom durch die zweite Spule 58B und veranlasst die zweite Welle 60B, sich entlang der zweiten Spule 58B zu verschieben und dadurch die Endbefestigung 76 gegen das Schwenkende 82 zu bewegen, was den Schwenkmechanismus 78 entlang des Montageabschnitts 80 dreht und die Gabel 84 veranlasst, in die Freilaufkupplung 74 einzugreifen und dadurch das schrägverzahnte Antriebszahnrad 36 zwischen der ausgerückten Stellung 44 und der eingerückten Stellung 46 zu bewegen (vgl. 3 und 4). Es sollte jedoch klar sein, dass das schrägverzahnte Antriebszahnrad 36 zwischen der ausgerückten Stellung 44 und der eingerückten Stellung 46 in einer Reihe von unterschiedlichen Wegen über beliebige geeignete Typen von Stellgliedern 38 bewegt werden kann, und somit der zweite Elektromagnet 56B unterschiedlich konfiguriert oder ganz weggelassen werden kann, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
-
In einer Ausführungsform ist der Startermotor 22 so konfiguriert, dass der Elektromotor 34 die Drehung aussetzt, wenn das schrägverzahnte Antriebszahnrad 36 sich aus der eingerückten Stellung 46 in die ausgerückte Stellung 44 bewegt. Zu diesem Zweck kann das Steuergerät 50 gleichzeitig vorbestimmte Signale an den ersten elektrischen Eingang 40 und den zweiten elektrischen Eingang 42 des Anschlusses 32 senden. Als nicht einschränkendes Beispiel könnte das Steuergerät 50 gleichzeitig aufhören, die Eingänge 40, 42 zu versorgen, so dass die Elektromagnete 56A, 56B stromlos geschaltet werden und dadurch die Wellen 60A, 60B veranlassen, zurückzukehren, und dadurch: den Stößel 62 von den Kontakten 64, 66 weg; und die Endbefestigung 76 zu bewegen, so dass der Schwenkmechanismus 78 sich um den Montageabschnitt 80 dreht.
-
Wie oben angemerkt, ermöglichen der Startermotor 22 und das Startersystem 30 der vorliegenden Erfindung eine unabhängige Drehung und Verschiebung des schrägverzahnten Antriebszahnrades 36. Somit kann das schrägverzahnte Antriebszahnrad 36 unabhängig mit dem schrägverzahnten Hohlrad 28 der Flexplate 24 in Verzahnung stehen und dieses drehen, um so den Motor 12 zu starten. Zu diesem Zweck umfassen das schrägverzahnte Antriebszahnrad 36 und das schrägverzahnte Hohlrad 28 jeweils eine Vielzahl von in Bezug auf die Zahnraddrehung diagonal beabstandeten Schrägzähnen 86, was den Zahneingriff verbessert und dadurch eine gewisse Flexibilität in Bezug auf die Konstruktion, Beabstandung, Größe und Orientierung des schrägverzahnten Hohlrades 28 und des schrägverzahnten Antriebszahnrades 36 erlaubt. Außerdem verringern die schrägen Profile der Zähne 86 die Geräuschbildung beträchtlich, wodurch der Motor 12 geräuschlos gestartet werden kann, was auch zu einem verbesserten Start-Stopp-Fahrerlebnis führt. Wie außerdem aus der folgenden Beschreibung der Schrägzähne 86 klar werden wird, ermöglicht die Beziehung zwischen dem schrägverzahnten Antriebszahnrad 36 der Starteranordnung 22 und dem schrägverzahnten Hohlrad 28 der Flexplate 24 eine verbesserte Flexibilität bei der Konstruktion, Dimensionierung und Orientierung der Starteranordnung 22 und der Flexplate 24, wodurch das Gesamtgewicht und die Packgröße des Systems 30 verringert werden kann. Während das schrägverzahnte Antriebszahnrad 36 und das schrägverzahnte Hohlrad 28 sich in der Regel parallel zueinander drehen (siehe 2), erlaubt die durch die vorliegende Erfindung gebotene Flexibilität insbesondere eine unterschiedliche Orientierung der Starteranordnung 22, so dass das schrägverzahnte Antriebszahnrad 36 unter einem Winkel mit dem schrägverzahnten Hohlrad 28 in Eingriff stehen könnte. Als nicht einschränkendes Beispiel könnte das schrägverzahnte Antriebszahnrad 36 mit dem schrägverzahntes Hohlrad 28 senkrecht in Eingriff stehen.
-
In einer Ausführungsform sind die Schrägzähne 86 des schrägverzahnten Antriebszahnrades 36 und des schrägverzahnten Hohlrades 28 in einem Schrägwinkel 88 von weniger als 35 Grad angeordnet. Des Weiteren beträgt in einer Ausführungsform der Schrägwinkel 88 mehr als 20 Grad. Dadurch, dass der Schrägwinkel 88 der Schrägzähne 86 des schrägverzahnten Antriebszahnrades 36 und des schrägverzahnten Hohlrades 28 innerhalb dieses Bereichs liegen, wird die Verzahnung verbessert, der Eingriff der Zähne 86 optimiert, und die Geräuschbildung während des Betriebs verringert. Dass der Schrägwinkel 88 in diesem Bereich liegt, trägt des Weiteren auch zu einem verbesserten und deutlich geräuschloseren Stopp-Start-Fahrerlebnis bei.
-
Nun Bezug nehmend auf 2 weist in einer Ausführungsform das schrägverzahnte Hohlrad 28 eine erste Anzahl 90 von Schrägzähnen 86 auf, weist das schrägverzahnte Antriebszahnrad 36 eine zweite Anzahl 92 von Schrägzähnen 86 auf, und beträgt ein Zahnverhältnis zwischen der ersten Anzahl 90 von Schrägzähnen 86 und der zweiten Anzahl 92 von Schrägzähnen 86 zumindest 9:1. Des Weiteren beträgt in einer Ausführungsform das Zahnverhältnis weniger als 13:1. Dass das Zahnverhältnis innerhalb dieses Bereichs liegt, optimiert die Leistung des Startersystems 30 und erlaubt es, dass der Startermotor 22 und die Flexplate 24 konstruiert und hergestellt werden können, um die Packungsdichte und das Komponentengewicht zu optimieren. Das Optimieren der Packungsgröße und des Komponentengewichts, wobei das Zahnverhältnis in diesem Bereich liegt, trägt darüber hinaus zu einer allgemeinen Verringerung der Gesamtgröße und des Gesamtgewichts von Fahrzeugen bei, was entsprechend zu einer verbesserten Kraftstoffökonomie beiträgt.
-
In einer Ausführungsform weist das schrägverzahnte Hohlrad 28 einen ersten Hauptdurchmesser 94, weist das schrägverzahnte Antriebszahnrad 36 einen zweiten Hauptdurchmesser 96 auf, und beträgt ein Durchmesserverhältnis zwischen dem ersten Hauptdurchmesser 94 und dem zweiten Hauptdurchmesser 96 zumindest 9:1. Des Weiteren beträgt in einer Ausführungsform das Durchmesserverhältnis weniger als 13:1. Dass das Durchmesserverhältnis innerhalb dieses Bereichs liegt, optimiert die Leistung des Startersystems 30 und erlaubt es, dass der Startermotor 22 und die Flexplate 24 konstruiert und hergestellt werden können, um die Packungsdichte und das Komponentengewicht zu optimieren. Das Optimieren der Packungsgröße und des Komponentengewichts, wobei das Durchmesserverhältnis in diesem Bereich liegt, trägt darüber hinaus zu einer allgemeinen Verringerung der Gesamtgröße und des Gesamtgewichts von Fahrzeugen bei, was entsprechend zu einer verbesserten Kraftstoffökonomie beiträgt.
-
Wie oben angemerkt, betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zum Starten und Betreiben eines Motors 12. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Bereitstellen einer Leistungsquelle 48; Bereitstellen eines schrägverzahnten Hohlrades 28 in drehender Verbindung mit dem Motor 12; Bereitstellen einer Starteranordnung 22 mit: einem Elektromotor 34 in elektrischer Verbindung mit einem ersten elektrischen Eingang 40; einem schrägverzahnten Antriebszahnrad 36 in drehender Verbindung mit dem Elektromotor 34; einem Stellglied 38 in elektrischer Verbindung mit einem zweiten elektrischen Eingang 42, um das schrägverzahnte Antriebszahnrad 36 selektiv zu bewegen zwischen einer ausgerückten Stellung 44, in der das schrägverzahnte Antriebszahnrad 36 von dem schrägverzahnten Hohlrad 28 beabstandet ist, und einer eingerückten Stellung 46, in der das schrägverzahnte Antriebszahnrad 36 zumindest zum Teil mit dem schrägverzahnten Hohlrad 28 in Verzahnung steht und in drehender Verbindung damit steht; Aktivieren des zweiten elektrischen Eingangs 42 mit der Leistungsquelle 48, so dass das Stellglied 38 sich in die eingerückte Stellung 46 bewegt; und Aktivieren des ersten elektrischen Eingangs 40 mit der Leistungsquelle 48, so dass der Elektromotor 34 Drehmoment an das schrägverzahnte Hohlrad 28 überträgt, wodurch der Motor 12 gedreht wird.
-
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den folgenden weiteren Schritt: gleichzeitiges Deaktivieren des ersten und zweiten elektrischen Eingangs 40, 42, so dass sich das schrägverzahnte Antriebszahnrad 36 in die ausgerückte Stellung 44 bewegt und die Drehung aussetzt. Darüber hinaus umfasst das Verfahren in einer Ausführungsform die folgenden weiteren Schritte: Bereitstellen eines Steuergeräts 50 in elektrischer Verbindung mit der Leistungsquelle 48, dem ersten und zweiten elektrischen Eingang 40, 42 und dem Motor 12; Bereitstellen zumindest eines Sensors 98 in elektrischer Verbindung mit dem Steuergerät 50; Stoppen der Drehung des Motors 12 mit dem Steuergerät 50 in Ansprechen auf eine vorbestimmte Veränderung in dem Sensor 98; Aktivieren des zweiten elektrischen Eingangs 42 mit der Leistungsquelle 48 in Ansprechen auf eine vorbestimmte Veränderung in dem Sensor 98, so dass sich das Stellglied 38 in die eingerückte Stellung 46 bewegt; und Aktivieren des ersten elektrischen Eingangs 40 mit der Leistungsquelle 48 in Ansprechen auf eine vorbestimmte Veränderung in dem Sensor 98, so dass der Elektromotor 34 über das schrägverzahnte Antriebszahnrad 38 Drehmoment an das schrägverzahnte Hohlrad 28 überträgt, wodurch der Motor 12 gedreht wird. Der oben beschriebene Sensor 98 könnte ein beliebiger geeigneter Typ von Sensor sein, der in Kommunikation mit dem Steuergerät 50 steht und dazu geeignet ist, eine Veränderung in der Drehzahl, Stellung, dem Winkel, der Temperatur, oder dem Druck einer beliebigen Komponente zu erfassen, die mit dem Motor 12 in Verbindung steht oder auf andere Weise als Teil davon in diesen integriert ist. Als nicht einschränkendes Beispiel könnte der Sensor 98 ein Drosselstellungssensor 98 sein (nicht dargestellt, aber im Stand der Technik allgemein bekannt).
-
Auf diese Weise verringert die vorliegende Erfindung die Komplexität, Kosten und Packgröße von Startersystemen 30, Startermotoren 22 und zugehörigen Komponenten beträchtlich. Insbesondere sollte klar sein, dass die vorliegende Erfindung beträchtlichte Vorteile in Bezug auf die Beseitung von Schwingungs- und Geräuschbildung (NVH) bietet, die gewöhnlich mit herkömmlichen Startersystemen 30 einhergehen. Zu diesem Zweck wirken das schrägverzahnte Hohlrad 28 der Flexplate 24 und das schrägverzahnte Antriebszahnrad 36 der Startermotoranordnung 22 zusammen, um einen glatten, konsistenten und geräuschlosen Eingriff der Zähne vorzusehen, um den Motor 12 zu starten. Außerdem sollte klar sein, dass die Startermotor-Anordnung 22 und das Startersystem 30 der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit beliebigen geeigneten Typen von Motor 12 verwendet werden können, unabhängig davon, ob ein Getriebe verwendet wird. Ferner verringert die vorliegende Erfindung auch die Kosten der Herstellung von Startersystemen 30 für den Motor 12 und Startermotoranordnungen 22, die überlegene Betriebseigenschaften wie verbesserte Leistung, Gewicht, Komponentenlebensdauer und Langlebigkeit sowie Effizienz aufweisen.
-
Die Erfindung wurde rein zur Veranschaulichung beschrieben. Es sollte jedoch klar sein, dass die verwendete Terminologie rein deskriptiv und keinesfalls einschränkend gemeint ist. Im Licht der oben angeführten Lehren sind verschiedene Abwandlungen und Variationen der vorliegenden Erfindung möglich. Daher kann die Erfindung innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche auf andere Weise praktisch umgesetzt werden, als dies in der Beschreibung beschrieben wurde.
