DK177759B1 - Startanordning til en bilmotor eller lignende forbrændingsmotor - Google Patents

Abstract

Opfmdelsen angår en startanordning til en bilmotor eller lignende forbrændingsmotor, og nærmere bestemt af den art, hvor starteffekten frembringes af en på forhånd opspændt fjeder ( 4 ), hvis akkumulerede energi (fjederspænding) udløses under startprocessen. Fjederen påvirker motoren via et startdrev (12, 13, 14), som er koblet til motoren under startprocessen, og som automatisk frakobles igen i samme øjeblik, motoren roterer ved egen kraft. Det nye ved opfindelsen består i, at der i forbindelse med det fjederdrevne startdrev er indsat en elektromotor (5), hvormed fjederen (4) spændes efter hvert startforsøg. Elektromotoren påvirker fjederen via et reduktionsgear (6) med stor udveksling, hvilket muliggør anvendelsen af en relativt lille elektromotor med begrænset effekt. Denne elektromotor har et, efter forholdene, moderat strømforbrug, og kan derfor drives af et Li-ion batteri eller et andet tilsvarende miljøvenligt batteri med begrænset ydeevne. Under normale omstændigheder sker fjederoptrækket medens forbrændingsmotoren er i gang, dvs medens motorens el-generator producerer elektrisk effekt. Energien til fjederopspændingen leveres således af forbrændingsmotoren selv. Li-ion batteriet tjener alene som backup for startsystemet, og belastes normalt ikke af opspændings-elektromotoren (5) under startfjederens, (4) opspænding. Fordelen ved det nye startsystem er, at det elektriske system og batteriet i særdeleshed ikke skal dimensioneres til en max strømstyrke, som er bestemt af en direkte virkende elektrisk startmotor. Man er på denne måde i stand til at udfase de hidtil anvendte blyholdige startbatterier, og at erstatte disse med mere miljøvenlige batterier.

Description

i DK 177759 B1

Den foreliggende opfindelse angår en startanordning til en bilmotor eller lignende forbrændingsmotor, og nærmere bestemt af den i indledningen til krav 1 anførte art.

Bilmotorer og andre, især mindre, forbrændingsmotorer startes sædvanligvis v hj af en 5 elektrisk selvstarter. En elektrisk selvstarter er kort beskrevet en elektrisk starthjælpemotor, der aktiveres og tilkobles forbrændingsmotoren under startprocessen. Tilkoblingen sker via et tandhjulsdrev, som bringes i indgreb med en tandkrans på motorens svinghjul, hvorefter start-hjælpemotoren aktiveres. Så snart forbrændingsmotoren roterer ved egen kraft, kobles hjælpemotoren fri af tandkransen og 10 stoppes. En elektrisk selvstarter, dvs start-hjælpemotoren, til en 4-cylindret bilmotor med et slagvolumen på 1,2 - 1,6 liter har typisk en effekt af størrelsesordenen 0,5 - 1,0 kW.

Den elektriske start-hjælpemotor benævnes i det følgende startmotoren.

Under den påtvungne startrotation skal startmotoren præstere et moment, som er 15 tilstrækkelig til at overvinde forbrændingsmotorens kompressionen og indre friktion, og startmotoren skal samtidig have overskud til at accelerere forbrændingsmotoren op til et omdrejningstal, hvor motoren, forudsat korrekt tænding og brændstoftilførsel, er i stand til at arbejde videre ved egen kraft. Startmotoren til en bilmotor er sædvanligvis en jævnstrømsmotor, der er viklet som en serie- eller kompoundmotor. Begge motortyper 20 udmærker sig ved et højt startmoment. Det høje startmoment forudsætter imidlertid, at det batteri, som forsyner startmotoren med strøm, er i stand til at levere den nødvendige høje strømstyrke, som er påkrævet under startprocessen. Startstrømmen for en typisk automobil-startmotor er af størrelsesordenen 100 - 400 ampere, under koldstart om vinteren endnu højere.

25

Den batteritype, der benyttes som startbatteri for bilmotorer, er helt overvejende af typen blysyreakkumulator, også benævnt blyakkumulator. Andre genopladelige batterier, eksempelvis batterier af typen NiMH og Litium-ion, er uegnede til formålet, idet den meget høje strømudladning under startprocessen vil nedbryde batterierne på kort tid. Med 30 den nuværende batteriteknologi er blyakkumulatoren i praksis den eneste batteritype, der er anvendelig til formålet, pris og levetid taget i betragtning.

I miljømæssig henseende er det traditionelle startbatteri (blyakkumulator) imidlertid problematisk på grund af blyindholdet. En blyakkumulators levetid er i bedste fald 6-8 35 år, hvorefter akkumulatoren udskiftes. Forbruget af blyakkumulatorer til den samlede bilpark er derfor betydelig. På trods af miljøprogrammer, som sikrer indsamling af de udtjente blyakkumulatorer og genindvinding af blyindholdet i disse, vil der i praksis forekomme et vist tab af bly, der ender som forurening i miljøet. Der gøres i dag en betydelig indsats for at fjerne miljøskadelige tungmetaller, herunder bly, fra miljøet, jf.

40 RoHS-direktivet, og det må forventes, at også de blyholdige startbatterier til biler med tiden forbydes.

Man har forsøgt at gøre startanordningen mere miljøvenlig ved at udnytte (genanvende) den inerti, stadig findes i motoren i det korte tidsrum der går, fra motortændingen 45 afbrydes til motoren rent faktisk står stille. Denne restinerti repræsenterer et vist energiindhold, som under normale omstændigheder (ved traditionelle startanordninger uden energigenanvendelse) går til spilde som friktionstab i motoren. Genanvendelsen af inertien kan eksempelvis foregå ved mekanisk at koble motoren sammen med en 2 DK 177759 B1 fj ederbaseret startanordning under stopprocessen. Sammenkoblingen medfører, at restinertien omsættes til opspænding af en i startanordningen indbygget i] eder, hvilken på den måde fungerer som energiakkumulator. Når motoren igen skal startes udløses fjederspændingen i startanordningen, hvorved den akkumulerede fjederenergi frigives til 5 igangsætning af motoren.

En startanordning af den pågældende type kendes fra beskrivelsen til DE 102007032316 Al (BMW). Den beskrevne startanordning er beregnet til en bilmotor eller lignende forbrændingsmotor, hvor starteffekten helt eller delvis frembringes af en hjælpemotor, 10 som er en batteridreven elektromotor. Denne hjælpemotor er forsynet med et startdrev, som omfatter et indgrebs-tandhjul, som under startprocessen bringes i indgreb med en på forbrændingsmotorens svinghjul monteret tandkrans. Indgrebet tilvejebringes ved aksial forskydning af indgrebstandhjulet indtil tænderne på dette er i indgreb med tænderne på svinghjulets tandkrans (startkransen), hvorefter hjælpemotoren aktiveres. Indgrebs-15 tandhjulet forskydes fri af indgrebet igen, når forbrændingsmotoren roterer ved egen kraft.

Elektromotoren (hjælpemotoren) virker i kombination med en fjederdreven motor, som omfatter en ή eder, der spændes under virkning af forbrændingsmotorens restinerti, når 20 motoren stoppes, og som afgiver sin opsamlede fjederenergi igen, når motoren startes.

For at muliggøre denne vekselfunktion af fjederen, hvor fjederen dels skal opspændes af forbrændingsmotoren, hvilket i sagens natur foregår i den af motoren bestemte omdrejningsretning, dels afgive sin opspændte energi igen til motoren, når denne skal startes, hvilket foregår med fjedermotoren i modsat omdrejningsretning, er det 25 nødvendigt at indbygge et reverseringsgear i drevet mellem motoren og fjederen. Dette reverseringsgear og omstillingen af gearet komplicerer i høj grad startanordningens mekaniske udformning.

En anden teknisk udfordring ved den fra DE 102007032316 Al kendte startanordning 30 består i at frembringe en mekanisk pålidelig og slidstærk koblingsmekanisme mellem ^ edermotoren og forbrændingsmotoren, således at indkoblingen af fjedermotoren på forbrændingsmotoren kan foregå med den fornødne sikkerhed. Det bemærkes, at indkoblingen finder sted hver gang forbrændingsmotoren stoppes, og i sagens natur medens forbrændingsmotoren endnu er i rotation. I praksis må indkoblingsmekanismen 35 forventes at give anledning til betydelige tekniske vanskeligheder, især når startanordningen, som det netop er hensigten med opfindelsen, indgår i en såkaldt startstop motorløsning, hvor hyppigheden af motorstarter er stor.

I de tilfælde, hvor indkoblingen og dermed opspændingen af fjederen svigter, det kan 40 eksempelvis være i tilfælde, hvor motoren ikke stoppes programmæssigt men provokeret på den ene eller anden måde, skal elektromotoren alene være i stand til at genstarte forbrændingsmotoren. Dvs at elektromotoren nødvendigvis må være dimensioneret som en traditionel, direkte virkende elektrisk startmotor, og være forbundet til et batteri, som har tilstrækkelig ydeevne svarende til denne startmotors behov. Med andre ord, og 45 jævnfør forklaringen ovenfor: Startanordningen ifølge DE 102007032316 Al forudsætter, at bilen er udstyret med et startbatteri af den traditionelle blyakkumulator-type. DE 102007032316 Al løser således på ingen måde de problemer, der er i relation til RoHS-direktivet.

3 DK 177759 B1

Til grund for opfindelsen ligger den opgave, at anvise en elektrisk baseret startanordning, som ikke er afhængig af en blyakkumulator som startbatteri. Nærmere bestemt tilstræbes en løsning, hvor selv mindre, genopladelige batterier af typen NiCd, NiMH og Litium-5 ion er tilstrækkelige til at dække startanordningens strøm- og efifektbehov.

Opgaven løses ifølge opfindelsen ved at indrette startanordningen således som angivet i den kendetegnende del af krav 1. Det nye ved opfindelsen består i, at hjælpemotoren er en fjederdreven motor, som omfatter en torsionsijeder, hvis ene ende er koblet til en 10 mindre opspændingselektromotor, som ved elektrisk aktivering er indrettet til at vride, dvs spænde, torsionsfjederen indtil en vis spændingstilstand, idet torsionsfjederens anden ende samtidig holdes fastlåst. Opspændingselektromotoren trækker torsionsfjederen via et passende reduktionsdrev.

15 Torsionsfjederens anden ende er koblet drejefast sammen med et palhjul, som er lejret drejeligt på en aksel, og som er forsynet med en udløselig spærrepal, hvis spærreretning er modsat opspændingsretningen. Palhjulet er samtidig koblet sammen med indgrebstandhjulet via en tandhjulstransmission, eller gennem en anden form for mekanisk transmission mellem indgrebstandhjulet og palhjulet. Arrangementet sikrer, at 20 torsionsfjederens akkumulerede fjederspænding omsættes til en rotation af palhjulet og dermed af indgrebstandhjulet, når palhjulet frigives af spærrepalen. Indgrebstandhjulets rotation udnyttes på sædvanlig måde til at bringe forbrændingsmotoren i omdrejning, hvilket sker under en startproces, hvor indgrebstandhjulet på forhånd er bragt i indgreb med svinghjulets tandkrans, jf. den indledende beskrivelse.

25

Fordelen ved den nye fjederdrevne startanordning er, at opspændingselektromotoren kan dimensioneres til en langt mindre batterikapacitet og langt mindre strømstyrke end tilfældet er ved de i dag benyttede direkte virkende elektriske startmotorer. Under normale omstændigheder sker opspændingen af torsionsfjederen i de første minutter efter 30 motorens opstart, dvs medens motoren er i gang, således at den elektriske energi, der skal tilføres opspændingselektromotoren, tages direkte fra forbrændingsmotorens elektriske generator, og ikke fra batteriet. Ved på denne måde at skåne batteriet sikrer man den længst mulige levetid for batteriet.

35 I de mere specielle tilfælde, hvor et startforsøg slår fejl, dvs hvor forbrændingsmotoren ikke springer i gang under startforsøget, og hvor torsionsfjederen derfor skal genopspændes inden et nyt startforsøg kan gennemføres, er det naturligvis nødvendigt at trække strøm fra batteriet. Dette kan imidlertid foregå uden at batteriet på nogen måde overbelastes. Forudsætningen er, at batteriet er korrekt dimensioneret i forhold til 40 opspændingselektromotoren. Opspændingselektromotorens størrelse (effekt) og gearing vælges ud fra den tid mellem to på hinanden følgende startforsøg, der kan accepteres. Jo større opspændingselektromotor der vælges, jo hurtigere kan genopspændingen gennemføres. Batteriet dimensioneres, så den strømstyrke, opspændingselektromotoren maksimalt trækker, kan ydes af batteriet uden overbelastning af dette.

Det skal i denne sammenhæng bemærkes, at moderne bilmotorer (benzinmotorer) er yderst startvillige takket være de elektroniske tændingssystemer og brændstofindsprøjtningssystemer motorerne i dag er udstyret med. Tilsvarende gælder 45 4 DK 177759 B1 for moderne auto-dieselmotorer. Som følge af den nye motorteknologi vil en moderne bilmotor med stor sandsynlighed starte indenfor én eller højest to motoromdrejninger. En motor, som ikke starter i første forsøg, vil være en yderst sjælden foreteelse, hvorfor ulempen ved ikke at kunne gennemføre to eller flere startforsøg uden ventetid mellem de 5 enkelte startforsøg, er stærkt begrænset.

I en foretrukken udførelsesform er torsionsljederen en skruefjeder, som er monteret koncentrisk omkring en gennemgående aksel, der er lejret i enderne. Den gennemgående aksel bærer i sin ene ende et tandhjul, i det følgende benævnt torsionstandhjulet, der er 10 drejefast forbundet med skruefjederen i den pågældende ende. Torsionstandhjulet er samtidig i indgreb med et drivtandhjul, der udgår fra opspændingselektromotorens reduktionsdrev, og hvorigennem det vridende moment til opspænding af skrueijederen overføres.

15 Den gennemgående aksel bærer i den modsatte ende et palhjul, som er drejefast forbundet med skrueijederen i den pågældende ende. Den vridnings-deformation af skrueijederen, som opstår under torsions-opspændingen, er således fordelt på hele ljederstykket mellem torsionstandhjulet og palhjulet. Den gennemgående aksel bidrager til at støtte og stabilisere skrueijederen, specielt i de tilfælde, hvor denne har stor længde 20 i forhold til lj ederdiameteren og trådtykkelsen.

Udførelsesformen udmærker sig ved at være konstruktiv enkel, og ved at tillade en kompakt opbygning af startanordningen. Konstruktionen sikrer, at Rederens elastiske deformationsevne udnyttes optimalt. Formålstjenligt er både torsionstandhjulet og 25 palhjulet lejret koncentrisk på den gennemgående aksel, og således, at i det mindste det ene af hjulene er roterbart lejret på akslen, medens det andet samtidig er drejefast monteret på akslen. På denne måde indgår den gennemgående aksel som et aktivt kraftoptagende element i konstruktionen, og bidrager til at tøjle de betydelige kræfter, der i sagens natur opstår og indspændes i konstruktionen.

30

Et specielt problem i forbindelse med en startanordning af den her omhandlede art, hvor et indgrebstandhjul skal bringes i indgreb med tænderne på en tandkrans inden starteffekten udløses, hænger sammen med det forhold, at indgrebet kræver, at indgrebstandhjulet kan rettes ind efter tandkransens tænder, inden tænderne kan skydes 35 sammen. Med andre ord, der skal etableres et match mellem tænderne på indgrebstandhjulet og tænderne på tandkransen. Dette problem klares i den traditionelle selvstarter ved indledningsvis at drive startmotoren med reduceret strømstyrke samtidig med, at den elektromagnet, hvormed indgrebstandhjulet skydes frem til indgreb, aktiveres. Startmotorens rotation med begrænset moment og omdrejningstal tillader på 40 denne, i teknisk henseende, primitive måde tænderne at ’’finde sammen”, dvs at skabe det tilstræbte match. Når dette match er etableret vil elektromagneten være i stand til at skyde indgrebstandhjulet helt frem til fuldt indgreb med tandkransen. Først når det fulde indgreb er etableret slutter et startrelæ for den fulde strømstyrke til startmotoren.

45 Ved startanordningen ifølge opfindelsen er det ikke muligt at lade startmotoren køre med reduceret moment og/eller reduceret hastighed i en indledende fase, indtil tænderne har fundet sammen i et match. Problemet klares i stedet ved at indrette startanordningen således, som angivet i krav 4.

5 DK 177759 B1 I denne udførelsesform er spærrepalen monteret på en svingarm, som står under virkning Promotor, elektromagnet eller anden udefra kommende aktiveringskraft, liv U1111WU svingarmen, og dermed også spærrepalen, kan sættes i en frem- og 5 tilbagegående bevægelse mellem to yderstillinger. Spærrepalens bevægelse overføres til palhjulet som følge af spærrepalens indgreb i dette. Palhjulet vil derfor også udføre en frem- og tilbagegående drejebevægelse, og denne drejebevægelse overføres til indgrebstandhjulet, idet der, som allerede beskrevet, er en mekaniske transmission mellem palhjulet og indgrebstandhjulet. Resultatet er, at indgrebstandhjulet udfører en 10 pendlende drejebevægelse, hvorunder det tilstræbte match mellem tandhjulstændeme opstår. Drejebevægelsen kan i praksis være begrænset til et vinkelinterval, der som minimum svarer til en enkelt tand.

I en foretrukken udførelsesform fremkommer aktiveringskraften til bevægelse af 15 svingarmen ved virkningen af et excentrikdrev, som er forbundet med svingarmen via en plejlstang eller lignende ledarmsforbindelse. Excentrikdrevet drives af opspændingselektromotoren via en transmissionsaksel, der forbinder excentrikdrevet med opspændingselektromotorens reduktionsdrev. På denne relativt simple måde opnår man, at indgrebstandhjulet udfører den beskrevne pendlende bevægelse medens Rederen 20 spændes op. Ved at fortsætte (eller genoptage) processen med ijederopspændingen samtidig med, at startproceduren indledes, dvs samtidig med, at indgrebstandhjulet presses frem mod tandkransen, vil tænderne automatisk finde et match. Løsningen betyder, at man sparer en separat elektromotor eller elektromagnet til at frembringe den pendlende tandhjulsbevægelse.

25

En anden udførelsesform, som er baseret på samme funktionsprincip som beskrevet ovenfor, er speciel ved, at excentrikdrevet udgøres af en roterende excentrisk tap, der er i indgreb i en kulisseføring integreret i selve svingarmen. Svingarmen er lejret svingbar om den gennemgående fjederaksel med omdrejningspunkt i denne aksles centerakse.

30 Excentrikmekanismen drives via opspændingselektromotoren som beskrevet ovenfor. Løsningen udmærker sig ved at være konstruktiv enkel, og ved at muliggøre en meget kompakt opbygning af startanordningen.

For yderligere at forbedre den indledende startproces, hvor indgrebstandhjulet skal 35 bringes i indgreb med tandkransen på den hurtigste og mest effektive måde, foreslås det ifølge opfindelsen, at udbygge startanordningen med et system af berøringsløse elektroniske følere, eksempelvis induktive følere eller fotoceller, der placeres ud for svinghjulets tandkrans. Følerne har til opgave at registrere tandkransens nøjagtige tandposition, når motoren står stille. Også indgrebstandhjulet forsynes med et system af 40 berøringsløse, elektroniske positionsfølere til løbende registrering af tandhjulets stilling. Følersystemet kan også være i form af en vinkelencoder, der er koblet til indgrebstandhjulet.

De to følersystemer forbindes til en fælles elektronisk styring, som eksempelvis kan være 45 en mikroprocessor, hvori der er indlagt et program til styring af opspændings- elektromotoren på grundlag af de registreringer af tandhjulenes positioner, som modtages fra de to følersystemer. Programmet sikrer, at startdrevet parkeres i en stilling, hvor der er nøjagtig match mellem fortandingen på svinghjuls-tandkransen og fortandingen på 6 DK 177759 B1 indgrebstandhjulet, dvs således, at indgrebstandhjulet umiddelbart kan skydes ind i indgreb med tandkransen uden at tænderne først skal finde et match. Den elektroniske styring sikrer på denne måde, at startprocessen kan gennemføres hurtigt, effektivt, og uden at tænderne på indgrebstandhjulet og tandkransen ’’skratter” mod hinanden. Herved 5 opnår man samtidig, at tandhjulenes levetid forøges.

Det bemærkes, at startanordningens torsionstjeder først udløses, når indgrebstandhjulet er skudt helt i bund, dvs når der er fuldt indgreb mellem indgrebstandhjulet og tandkransen. Udløsningen af fjedereffekten sker ved aktivering (frigivelse) af 10 torsionsfjederens spærrepal. I en foretrukken udførelsesform er spærrepalen forsynet med en direkte virkende, separat elektromagnet, hvormed palen udløses. Alternativt kan spærrepalen være indrettet således, at udløsermekanismen står under virkning (direkte eller indirekte) af den elektromagnet, hvormed indgrebstandhjulet skydes frem til startposition. I denne udførelsesform er det muligt, på en meget enkel måde, at sikre, at 15 spærrepalen først udløses, når der er fuldt indgreb mellem indgrebstandhjulet og tandkransen. Forbindelsen mellem spærrepalen og elektromagneten kan opnås ved hjælp af mekaniske forbindelsesmidler af forskellig art, som ikke skal beskrives nærmere her.

For at sikre opspændingselektromotoren mod tilbageløb, når den elektriske aktivering af 20 motoren ophører efter endt opspænding af torsionsfjederen, er det ifølge opfindelsen formålstjenligt, at forsyne startanordningen med en tilbageløbsspærring, der er indbygget som en integreret del af opspændingselektromotorens reduktionsdrev. Tilbageløbsspærringen kan alternativt bestå af et ekstra palhjul, der er indsat på den gennemgående aksel og som er drejefast forbundet med torsionstandhjulet. Palhjulet 25 forsynes med en fjederpåvirket spærrepal, hvis spærreretning er modsat opspændingsretningen.

Til anvendelse i biler udmærker den nye fjederaktiverede startanordning sig især ved at overflødiggøre det blyholdige startbatteri. I stedet kan bilen udstyres med et væsentligt 30 mindre og i miljømæssig henseende mindre skadeligt litium-ion batteri. Batteriet er nødvendigt af hensyn til tændingen under startprocessen, samt til drift af de funktioner i bilen, som også skal virke, når motoren er stoppet, eksempelvis nødblink, parkeringslys, fj embetjente dørlåse, etc. Litium-ion batteriet lades op v hj af motorens el-generator på sædvanlig måde under kørslen. Eftersom litium-ion batteriet kun undtagelsesvis skal yde 35 starthjælp til motoren, kan kapaciteten målt i amperetimer reduceres ganske væsentligt sammenlignet med en tilsvarende blyakkumulator, der indgår i et traditionelt startsystem med en direkte virkende elektrisk startmotor.

Udskiftningen af det blyholdige startbatteri med et litium-ion batteri indebærer endvidere 40 den fordel, at el-systemet i bilen let kan indrettes til en højere spænding end de 12 vdc, som i dag er standard for personbiler. Denne standardspænding er til dels bestemt af blyakkumulatorens indre opbygning. Skal blyakkumulatoren yde en højere spænding end 12v må antallet af celler i batteriet øges. Dette betyder alt andet lige, at afstanden mellem celleplademe mindskes, og at batteriet på den måde bliver sårbart overfor stød og 45 rystelser.

Li-ion batterier er ikke begrænset på samme måde. Li-ion batterier masseproduceres og markedsføres i form aflukkede batteripakker med en spænding på op til 24 v, og med en 7 DK 177759 B1 kapacitet på op til 4,0 Ah pr pakke. Batteripakker af denne type, som bl a er beregnet til håndværktøj, vil uden videre kunne erstatte de nuværende blysyreakkumulatorer til biler. Li-ion batteripakkeme er robuste overfor rystelser og vibrationer, og levetiden er fuldt tilstrækkelig til formålet, forudsat batterierne ikke udsættes for dybe afladninger. Og 5 dette vil netop ikke forekomme, når bilen er udstyret med en startanordning af den beskrevne nye type, jf. forklaringen ovenfor.

En forøgelse af spændingen til 24 eller 48 vdc vil give følgende fordele: • Alle elektriske komponenter i bilen kan gøres mindre og lettere. Resultat: 10 vægtbesparelse og mindre forbrug af kobber.

• Alle ledninger, der indgår i en moderne bils omfattende ledningsnet, kan vælges med reduceret kobbertværsnit. Resultat: vægtbesparelse og mindre forbrug af kobber.

• Bilens elektriske system kan gøres mere pålideligt og resistent overfor fugt.

15 Resultat: færre driftsmæssige problemer og færre værkstedsbesøg.

Samlet set en række fordele, som betyder en værdifuld vægtreduktion og en lavere produktionspris for bilen.

Opfindelsen skal forklares nærmere i det følgende i forbindelse med tegningen, hvor 20 Fig. 1 viser en startanordning i en første udførelsesform ifølge opfindelsen, vist i snit på langs,

Fig. 2 startanordningen vist i tværsnit langs linjen A-A i fig. 1,

Fig. 3 samme tværsnit vist i forstørrelse og med pendlingsbevægelsens yderstillinger markeret med punkteret streg, 25 Fig. 4 viser en startanordning i en anden udførelsesform ifølge opfindelsen, vist i snit på langs,

Fig. 5 startanordningen vist i tværsnit langs linjen B-B i fig. 4,

Fig. 6 viser et forstørret udsnit markeret ”C” af dette snitbillede, og Fig. 7 et snit langs linjen D-D i fig. 6.

30 I den på tegningens fig. 1,2 og 3 viste første udførelsesform består startanordningen i det væsentlige af et lukket hus 1, hvori er indlejret en fjederaksel 2 og en motoraksel 3. Endvidere omfatter startanordningen en på ή ederakslen 2 koncentrisk indsat skrueijeder 4, en opspændingselektromotor 5 med integreret reduktionsdrev 6 og tilbageløbsspærre 35 7, et på fjederakslen 2 i dennes ene ende fast monteret torsionstandhjul 8, et på akslen i dennes anden ende roterbart lejret palhjul 9, der samtidig fungerer som et tandhjul, en svingarm 10, der er svingbart lejret på akslen 2 og som bærer en spærrepal 11 for palhjulet 9, et indgrebstandhjul 12 med tilhørende splinet aksel 13 og friløbsmekanisme 14, og en elektromagnet 15, hvormed indgrebstandhjulet kan skydes frem til indgreb med 40 tandkransen på en tilhørende forbrændingsmotors svinghjul. I fig. 1 er svinghjulet og tandkransen antydet med punkteret streg. Svinghjulet er angivet med 16 og tandkransen med 17. Forbrændingsmotoren i øvrigt er ikke vist på tegningen.

Torsionstandhjulet 8 er som nævnt anbragt drejefast i den ene ende af fjederakslen 2 og 45 er i indgreb med et mindre drivtandhjul 18 på motorakslen 3. Torsionstandhjulet 8 er forsynet med en medbringertap 19, som er i indgreb med en øjeformet ombukning 20 i den pågældende ende af skruefjederen 4, således at torsionstandhjulet er i stand til at 8 DK 177759 B1 vride ijederen med rundt under virkning af opspændingselektromotoren 5. Denne virker gennem reduktionsdrevet 6 og tilbageløbsspærren 7.

I den modsatte ende af fjederakslen 2 er det roterbare palhjulet 9 monteret. Paihjulet er 5 lejret på et sæt kuglelejer 21 indsat på akslen 2, og fungerer som allerede anført både som palhjul og som et egentligt tandhjul med indgreb i et tredje tandhjul 22. Dette tredje tandhjul 22 er fast monteret på indgrebstandhjulets 12 splinede aksel 13. Skrueijederen 4 er indsat på fjederakslen 2 mellem torsionstandhjulet 8 og palhjulet 9, og fungerer i den beskrevne opspænding som en torsionsfjeder. Palhjulet er til det formål forsynet med en 10 medbringertap 23, som er i indgreb med en øjeformet ombukning 24 i den pågældende ende af skrueijederen 4. Spærrepalen 11 er anbragt med sin spærreretning modsat fjederens 4 opspændingsretning, og blokerer på den måde for Ijederen under opspændingen, se fig. 2.

15 Spærrepalen 11 er, som anført ovenfor, monteret på svingarmen 10, hvilken igen er lejret på ljederakslen 2 med svingakse i denne aksles centerakse 25. Svingarmen 10 er placeret i mellemrummet mellem palhjulet 9 og husets 1 ene endevæg 26. Husets modstående endevæg er angivet med 27. Fjederakslen 2 er lejret i bronzelejer 28 og 29 integreret i endevæggene 26 og 27, se fig. 1.

20

Spærrepalen 11 holdes af en ikke vist fjeder i anlæg ind mod palhjulets 9 fortanding 30, og hindre på den måde palhjulet i at rotere under virkning af fjederens 4 torsionsspænding, dvs i opspændingsretningen. Opspændingsretningen er angivet med en pil 31 i fig. 2. Spærrepalen 11 kan udløses v hj af en elektromagnet 32, der er monteret 25 på svingarmen, og som er forbundet med spærrepalen gennem en ledarm 33.

Svingarmen 10 står under virkning af et excentrikdrev 34, der er forbundet med svingarmen gennem en plejlstang 35, og som i hovedsagen består af en excentrisk skive 36, der griber ind i en dertil svarende lejeudboring 37 i plejlstangens ene ende. Den 30 anden ende af plejlstangen er ledagtigt forbundet med svingarmen i et svingpunkt 38.

Den excentriske skive 36 er drejefast indsat på motorakslen 3, hvilken er ført helt frem til den modstående endevæg 26 i huset 1. Et i endevæggen 26 udformet glideleje 39 støtter akslen 3 i dennes frie ende. Under opspændingselektromotorens 5 rotation, hvorunder 35 fjederen 4 spændes op, sker der således samtidig en aktivering af excentrikdrevet 34, idet motorens rotation overføres til den excentriske skive 36 via motorakslen 3. På denne måde bringes svingarmen 10, og via spærrepalen 11 også palhjulet 9, i en pendlende bevægelse. Pendlingen er illustreret i fig. 3. Via det på indgrebstandhjulets 12 aksel 13 indsatte tandhjul 22, som er i indgreb med palhjulets 9 fortanding 30, transmitteres den 40 pendlende bevægelse til indgrebstandhjulet. Det bemærkes, at pendlingsbevægelsen er noget fortegnet i fig. 3, hvilket er gjort for at tydeliggøre bevægelsesprincippet. Den tilstræbte (nødvendige) pendlingsvinkel hos indgrebstandhjulet 12 skal blot svare til en enkelt tandbredde for at opfylde formålet.

45 Indgrebstandhjulet 12 og den tilhørende indkoblingsmekanisme, som blandt andet omfatter den splinede aksel 13, friløbet 14 og elektromagneten 15, er i det store og hele identisk med tilsvarende kendte løsninger til automobilselvstartere. Elektromagneten 15 er via en ledarm 39 koblet til en vippearm 40, som med to modsiddende tappe 41 er i 9 DK 177759 B1 indgreb i en ringformet rille 42 i en ledeskive 43. Ledeskiven er fast monteret på den splinede aksel 13. Indgrebstandhjulet 12 danner sammen med friløbet 14 og ledeskiven 43 en samlet blok, der er drejefast, men samtidig forskydeligt lejret, på den splinede aksel 13. Ved aktivering af elektromagneten 15 trækkes ledarmen 39 og dermed også 5 vippearmen tilbage ind mod elektromagneten. Under denne bevægelse drives ledeskiven 43, og dermed også indgrebstandhjulet 12, fremad mod tandkransen 17.

Samtidig med, at elektromagneten 15 aktiveres, bliver også opspændingselektromotoren 5 aktiveret, idet de sidste 2 - 3 % af Rederens opspændingspotentiale er reserveret denne 10 indledende fase af startprocessen. Når opspændingselektromotoren 5 roterer udfører indgrebstandhjulet som beskrevet en pendlende bevægelse. Denne pendlende bevægelse, der udføres samtidig med, at indgrebstandhjulet presses frem mod tandkransen, sikrer, at de to modstående tandsæt (tandkransen 17 og indgrebstandhjulet 12) finder et match, hvor indgrebstandhjulet kan skydes helt frem til fuldt indgreb med tandkransen. Herefter 15 udløses fj ederspændingen ved frigivelse af spærrepalen 11, og forbrændingsmotoren sættes i gang som allerede beskrevet.

Som alternativ til denne form for indkobling af indgrebstandhjulet 12 kan startanordningen være indrettet på en sådan måde, at der på forhånd, dvs inden 20 startprocessen sættes i gang, er sikret et match mellem de to tandsæt. Dette betyder, at indgrebstandhjulet umiddelbart kan skydes ind i tandkransen. For at opnå denne egenskab, er der ud for tandkransen 17 anbragt et system af berøringsløse elektroniske følere til aflastning og registrering af tandkransens tandstilling, når motoren er standset. Disse følere, som kan være induktive følere eller fotoceller, er ikke vist på tegningen.

25 Samtidig findes der et andet system af følere til løbende registrering af indgrebstandhjulets 12 tandstilling. Dette andet følersystem omfatter en fortandet skive 44, der er monteret i fast forbindelse med indgrebstandhjulet. Skiven 44 aflastes af en eller flere fotoceller 45 eller induktive Mere. Alternativt kan der være tilsluttet en vinkelencoder til indgrebstandhjulet.

30

Til følersystemet hører endvidere en elektronisk styring, der styrer opspændingselektromotoren 5 på grundlag af de registreringer af tandstillingen i de to sæt tandhjul (indgrebstandhjulet og tandkransen), der afgives af følerne. Inden startprocessen indledes, dvs inden elektromagneten 15 aktiveres, er det på denne måde muligt at parkere 35 indgrebstandhjulet 12 i en venteposition, hvor der er match mellem tandsættene.

Dette sker på følgende måde. Når fjederen 4 er spændt på nær de omtalte 2 - 3 % af opspændingspotentialet, og når forbrændingsmotoren står stille, registreres tandkransens 17 tandstilling. Herefter aktiveres opspændingselektromotoren 5 indtil der er match mellem de to tandsæt. Aktiveringen kan evt foregå ved reduceret spænding, så 40 opspændingselektromotoren 5 roterer med nedsat hastighed. På denne måde kan ’’parkeringen” af indgrebstandhjulet 12 foretages med den fornødne præcision. Startanordningen forbliver i den indstillede stand-by position indtil næste startproces initieres.

45 Den i fig. 4 viste anden udførelsesform adskiller sig fra den allerede beskrevne første udførelsesform ved at have torsionstandhjulet 8 og palhjulet 9 anbragt i samme ende af den gennemgående fjederaksel 2. De to udførelsesformer indeholder samme maskinelementer, og funktionsmæssigt er de stort set identiske. Forskellen mellem de to DK 177759 B1 10 udførelsesformer består i, at svingarmen 10 i den anden udførelsesform er indlejret mellem torsionstandhjulet 8 og palhjulet 9 med fjederakslen 2 som svingakse.

Svingarmen 10 er forsynet med en udfræset kulisse 50, hvori en excentrisk tap 5ler forskydeligt indlejret. Den excentriske tap er sammensat af en excentrisk skive 52 og et 5 kugleleje 53. Den excentrisk skive 52 er drejefast indsat på en aksel 54, der udgår fra opspændingselektromotorens 5 reduktionsgear 6. Når opspændingselektromotoren 5 aktiveres vil excentrikken 51 rotere, og på den måde bringe svingarmen 10 i pendlende bevægelse. Den pendlende bevægelse overføres via palhjulet 9 og tandhjulet 22 til indgrebstandhjulet som allerede beskrevet. Den anden udførelsesform udmærker sig især 10 ved at muliggøre en meget kompakt og robust udformning af startanordningens ekcentermekanisme.

Det bemærkes, at de to ovenfor beskrevne udførelsesformer begge er skematisk vist på tegningen. I praksis vil man konstruere startanordningen mere kompakt end vist, og 15 naturligvis under hensyntagen til den specifikke motormodel, startanordningen er beregnet til sammenbygning med. Opfindelsen er ikke begrænset til de to beskrevne udførelsesformer.

20 25 30 35 40 45

Claims (10)

11 DK 177759 B1

1. Startanordning omfattende en bilmotor eller lignende forbrændingsmotor, hvor starteffekten frembringes af en hjælpemotor (1), hvilken hjælpemotor (1) er forsynet med 5 et startdrev, som omfatter et tandhjul, i det følgende benævnt indgrebstandhjulet (12), som under startprocessen bringes i indgreb med en på forbrændingsmotorens svinghjul (16) monteret tandkrans (17), hvilket indgreb typisk sker ved en aksial forskydning af indgrebstandhjulet (12) indtil tænderne på dette er i indgreb med tænderne på startkransen, hvorefter hjælpemotoren (1) aktiveres, og hvor indgrebstandhjulet 10 forskydes fri af indgrebet igen, når forbrændingsmotoren roterer ved egen kraft, kende tegnet ved, - at hjælpemotoren (1) er en fjederdreven motor, som omfatter en torsionsfjeder (4), hvis ene ende er koblet til en opspændingselektromotor (5), som ved elektrisk aktivering og via et reduktionsdrev (6) er indrettet til at vride, dvs spænde, torsionsfjederen (4) indtil en 15 vis spændingstilstand, og hvis modsatte ende er drejefast forbundet med et roterbart palhjul (9), som er forsynet med en udløselig spærrepal (11), hvis spærreretning er modsatrettet opspændingsretningen, og - at der via en tandhjulstransmission (22) eller gennem kobling på anden måde er etableret en mekanisk transmission mellem palhjulet (9) og indgrebstandhjulet (12) for 20 omsætning af torsionsfjederens (4) akkumulerede fjederspænding til en roterende bevægelse af palhjulet (9) og dermed af indgrebstandhjulet (12), hvilken roterende bevægelse udløses under startprocessen ved frigivelse af spærrepalen (11).

2. Startanordning ifølge krav 1, kendetegnet ved, at torsionsfjederen er en 25 skruefjeder (4), som er monteret koncentrisk omkring en gennemgående aksel (2), der er lejret i enderne (28,29), og som i sin ene ende bærer et tandhjul, i det følgende benævnt torsionstandhjulet (8), der er drejefast forbundet med skruefjederen (4) i den pågældende ende, og som samtidig er i indgreb med et drivtandhjul (18), der udgår fra opspændingselektromotorens (5) reduktionsdrev (6), og hvor den gennemgående aksel 30 (2) i den modsatte ende bærer det omtalte palhjul (9), hvilket er drejefast forbundet med skruefjederen (4) i den pågældende ende, således at den vridnings-deformation af skruefjederen, der finder sted under torsions-opspændingen, er jævnt fordelt på hele fjederstykket mellem torsionstandhjulet og palhjulet.

3. Startanordning ifølge krav 2, kendetegnet ved, at både torsionstandhjulet (8) og palhjulet (9) er lejret koncentrisk på den gennemgående aksel (2), og således, at i det mindste det ene af hjulene er roterbart lejret på akslen, medens det andet samtidig er drejefast monteret på akslen.

4. Startanordning ifølge krav 1, kendetegnet ved, - at spærrepalen (11) er monteret på en svingarm (10), som står under virkning af en elektromotor, elektromagnet eller anden udefra kommende aktiveringskraft til frembringelse af en pendlende bevægelse mellem to yderstillinger, hvorunder spærrepalen samtidig udfører en frem- og tilbagegående bevægelse, som via 45 spærrepalens indgreb i palhjulet (9) tvinger dette til at bevæge sig frem og tilbage i et begrænset vinkelinterval, og 12 DK 177759 B1 - at denne pendlende bevægelse via den mekaniske transmission (22) mellem palhjulet (9) og indgrebstandhjulet (12) samtidig bevirker, at også indgrebstandhjulet udfører en pendlende bevægelse.

5. Startanordning ifølge krav 4, kendetegnet ved, at indgrebstandhjulets (12) pendlende bevægelse ligger indenfor et vinkelinterval, der mindst svarer til bredden af én tand, og at svingarmen (10) har sit omdrejningspunkt i centeraksen (25) for den gennemgående aksel (2), som skruefjederen (4) er monteret omkring.

6. Startanordning ifølge krav 4, kendetegnet ved, at aktiveringskraften til bevægelse af svingarmen (10) frembringes af et excentrikdrev (34), som er forbundet med svingarmen via en plej Istang (35) eller lignende ledarmsforbindelse, og at excentrikdrevet står under virkning af opspændingselektromotoren (5) via en transmissionsaksel (3), der forbinder opspændingselektromotorens reduktionsdrev (6) 15 med excentrikdrevet (34).

7. Startanordning ifølge krav 4, kendetegnet ved, at excentrikdrevet udgøres af en roterende excentrisk tap (51, 52), der er i indgreb i en kulisseføring (50) integreret i selve svingarmen (10), at den excentriske tap (51, 52) drives af opspændingselektromotoren 20 (5) via en transmissionsaksel (54), der forbinder opspændingselektromotorens reduktionsdrev (6) med den excentriske tap, og at svingarmen (10) er lejret svingbar om den gennemgående fjeder-aksel (2) med omdrejningspunkt i dennes centerakse (25).

8. Startanordning ifølge krav 1, kendetegnet ved, 25. at omfatte et første system af berøringsløse elektroniske følere, eksempelvis induktive følere eller fotoceller, anbragt ud for svinghjulets (16) tandkransfortanding (17) for registrering af tandkransens nøjagtige position, når motoren står stille, - at der i tilslutning til indgrebstandhjulet (12) eller dettes drivaksel (13) er indsat et andet følersystem, som eksempelvis kan omfatte en vinkelencoder eller anden form for 30 berøringsløs elektronisk føler (44, 45), hvormed indgrebstandhjulets position løbende registreres, og - at der til startanordningen hører en elektronisk styring, eksempelvis i form af en mikroprocessor, hvori der er indlagt et program til styring af opspændingselektromotoren (5) på grundlag af de udlæsninger eller måleværdier vedrørende svinghjulets og 35 indgrebstandhjulets positioner, som modtages fra de nævnte to følersystemer, således at startdrevet, efter endt opspænding af torsionsfjederen (4), kan parkeres i en stilling, hvor der er nøjagtig match mellem fortandingen på svinghjulet (16) og fortandingen på indgrebstandhjulet (12), dvs således, at indgrebstandhjulet umiddelbart kan skydes ind i indgreb med tandkransen (17) uden yderligere indstilling eller tilpasning. 40

9. Startanordning ifølge krav 1, kendetegnet ved, at spærrepalen (11) er forsynet med en direkte virkende, separat elektromagnet (32) til udløsning af palen, eller at spærrepalen står under direkte eller indirekte virkning af den elektromagnet (15), hvormed indgrebstandhjulet (12) indrykkes til startposition, og således, at spærrepalen 45 under alle omstændigheder først udløses, når indgrebstandhjulet (12) er i fuldt indgreb med tandkransen (17) på motorsvinghjulet. DK 177759 B1 13

10. Startanordning ifølge krav 1, kendetegnet ved, at omfatte en tilbageløbsspærring (7), der er indbygget som en integreret del af opspændingselektromotorens reduktionsdrev (6), eller at der alternativt er monteret et ekstra palhjul, der er indsat på den gennemgående aksel (2) og er drejefast forbundet med 5 lorsionstandhjulet (8), hvilket palhjul udgør en tilbageløbsspærring og til det formål er forsynet med en fjederpåvirket spærrepal, hvis spærreretning er modsat opspændingsretningen. 10