EP1655485A1 - Blockiereinrichtung für eine Kurbelwelle - Google Patents

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EP1655485A1
EP1655485A1 EP04105590A EP04105590A EP1655485A1 EP 1655485 A1 EP1655485 A1 EP 1655485A1 EP 04105590 A EP04105590 A EP 04105590A EP 04105590 A EP04105590 A EP 04105590A EP 1655485 A1 EP1655485 A1 EP 1655485A1
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EP
European Patent Office
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crankshaft
engagement
internal combustion
combustion engine
engagement element
Prior art date
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EP04105590A
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English (en)
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EP1655485B1 (de
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Klemens Grieser
Ulrich Kramer
Patrick Joseph Phlips
Bernd Steiner
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Ford Global Technologies LLC
Original Assignee
Ford Global Technologies LLC
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Publication date
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Priority to DE200450008924 priority patent/DE502004008924D1/de
Priority to US11/163,975 priority patent/US7654238B2/en
Priority to JP2005323963A priority patent/JP4753688B2/ja
Publication of EP1655485A1 publication Critical patent/EP1655485A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1655485B1 publication Critical patent/EP1655485B1/de
Priority to US12/632,263 priority patent/US7856954B2/en
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02N19/00—Starting aids for combustion engines, not otherwise provided for
    • F02N19/005—Aiding engine start by starting from a predetermined position, e.g. pre-positioning or reverse rotation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N15/00—Other power-operated starting apparatus; Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from groups F02N5/00 - F02N13/00
    • F02N15/02—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof
    • F02N15/04—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof the gearing including disengaging toothed gears
    • F02N15/06—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof the gearing including disengaging toothed gears the toothed gears being moved by axial displacement
    • F02N15/062—Starter drives
    • F02N15/065—Starter drives with blocking means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02N2019/008—Aiding engine start by starting from a predetermined position, e.g. pre-positioning or reverse rotation the engine being stopped in a particular position
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    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F02N99/002—Starting combustion engines by ignition means
    • F02N99/004—Generation of the ignition spark
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    • F02N99/002—Starting combustion engines by ignition means
    • F02N99/006—Providing a combustible mixture inside the cylinder

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine, which comprises a blocking device for a crankshaft, wherein the blocking device is brought into engagement with the crankshaft when the internal combustion engine is coasting.
  • At least one piston of a cylinder of the internal combustion engine should be in a position in which injecting fuel and then igniting the resulting air-fuel mixture actually leads to movement of the piston located in the cylinder.
  • the piston would therefore have to be in the expansion or power stroke, with at least one associated outlet gas exchange valve not yet allowed to be opened.
  • This can for example be in a position of about 90 ° crank angle to top dead center (TDC).
  • TDC top dead center
  • the shutdown of the internal combustion engine in a desired crankshaft angle range can be achieved for example by an additional electrical, hydraulic or mechanical deceleration device, such as an eddy current brake, which acts in a controlled manner on the crankshaft during the stopping of the internal combustion engine.
  • an additional electrical, hydraulic or mechanical deceleration device such as an eddy current brake, which acts in a controlled manner on the crankshaft during the stopping of the internal combustion engine.
  • DE 198 35 045 A1 relates to a method for starting an engine comprising an engine block, a crankshaft rotatably mounted in the engine block, at least one piston rotatably connected to the crankshaft and movable in at least one cylinder in the engine block.
  • the engine has at least one combustion chamber formed by a piston and the engine block.
  • DE 100 30 001 A1 discloses a device or a method for the controlled shutdown of an internal combustion engine.
  • at least one adjusting device can be activated, which is activated after the end of regular operation of the internal combustion engine and the crankshaft of the internal combustion engine and / or the camshaft of the internal combustion engine moves in a predeterminable angular position.
  • From DE 199 60 984 A1 discloses a method for the outlet control of an internal combustion engine is known, wherein the piston is brought into at least one cylinder of the machine in a targeted position corresponding to a lying clearly after the upper dead center angular position of the crankshaft.
  • the gas outlet valves are closed by one or more cylinders of the internal combustion engine after switching off the ignition for one or more periods of time. The beginning and the end of each valve closing portion are controlled so that the crankshaft stops in a desired outlet position.
  • DE 31 17 144 A1, DE 199 47 784 A1, DE 199 55 857 A1, DE 100 20 104 A1, DE 101 11 928 A1 and DE 100 20 325 A1 each relate to a method for starting an internal combustion engine, wherein a separate Starter is omitted.
  • An unreleased disclosure going back to the Applicant relates to a blocking device for the crankshaft of an internal combustion engine.
  • the blocking device is designed such that a rotational movement of the crankshaft is blocked in one and / or two directions.
  • the blocking device can be realized for example by means of bolts and / or ratchet wheels or locking wheels, which engage in an associated gear of the crankshaft.
  • a blocking device may be provided by means of a friction device, which cooperates with the crankshaft. This embodiment has proven itself in practice, however, to start the engine continues to provide one, albeit a smaller, starter device.
  • the invention has the object to provide an internal combustion engine of the type mentioned with an improved blocking device for a crankshaft available, which achieves a controlled shutdown of the engine with simple means.
  • the blocking device has an engagement element and a rigid holding elements, wherein the engagement element is movably associated with the holding element, so that the engagement element with a counter-engagement element associated with the crankshaft at a last crankshaft revolution is connectable such that the crankshaft in its rest position is adjustable in a predetermined position.
  • At least one piston of the internal combustion engine are in a certain, favorable configuration, this specific configuration corresponding to one or a certain angular range or position of the crankshaft.
  • an improved blocking device is provided with which it is possible to effect a starterless direct starting of the internal combustion engine, for example by fuel ignitions.
  • the engagement element is configured with a toothed engagement side, which is brought into engagement with the counter-engagement element in a radial direction relative to the crankshaft, wherein the counter-engagement element designed as a toothed engagement side complementary sprocket.
  • the engagement element can be configured preferably quadrangular in cross section.
  • the sprocket is arranged in a preferred embodiment directly on the crankshaft, but may also be arranged on a shaft connected to the crankshaft. This can also be, for example, an existing starter tooth ring.
  • the engagement member blocks the crankshaft during its last revolution in the predetermined position corresponding to the desired crank angle range, the engagement element positioning the crankshaft in a fixed position relative to a crankshaft Crankcase abruptly blocked when the engagement element is engaged in the counter-engagement element.
  • the engagement element is hydraulically, mechanically, pneumatically and / or electrically actuated.
  • the engagement means in a circumferential direction with respect to an outer circumference of the crankshaft and the counter-engagement element is movably connected to the holding element, wherein the holding element has a corresponding guide means for the engagement element.
  • This guide device may for example be a slotted guide, which is introduced into the holding element.
  • the stop end is arranged such that the crankshaft is adjustable in its rest position in the predetermined position, wherein the predetermined position is just the required crank angle range, which is necessary to ensure a starterless, direct starting of the internal combustion engine, wherein the at least one Piston is in a favorable position.
  • the engagement element is fastened to at least one force storage element, which is otherwise connected to the holding element.
  • the energy storage element is designed as a spring, wherein the force storage element is first tensioned in the circumferential direction after engagement or after the engagement of the engagement element in the counter-engagement element until the engagement element strikes against the stop end, then according to a balance of the spring force in the predetermined position to be retrieved.
  • the energy storage element takes the engaged engagement means and thus the crankshaft.
  • the retaining element is associated with a positioning ring which is movable via a positioning device in the circumferential direction, wherein the positioning ring has a stop end.
  • the positioning ring can be connected via the positioning device with the holding element, so that the positioning ring is displaceable in the circumferential direction. If the engagement element then engages in the counter-engagement element and abuts against the abutment end, the crankshaft is adjusted to the predetermined position by the action of the abutment end of the positioning ring via the circumferential displacement of the positioning ring.
  • the engagement member rotates with the crankshaft revolution until the engagement member abuts the abutment end, the crankshaft can of course stop automatically before the engagement member reaches the abutment end.
  • An advantage of this design is that the abutment end can be arranged in an optimal position to ensure a smooth leakage of the internal combustion engine.
  • the engagement member can be adjusted via the action of the positioning ring or the positioning device such that the crankshaft is mounted in the predetermined position.
  • the positioning device can be operated electrically, hydraulically, mechanically or pneumatically.
  • the engagement element is provided with at least one energy storage, which is connected at the other end to the holding element.
  • the retaining element is associated with a positioning ring, in which the engagement element is integrated, wherein the positioning ring is movable via a positioning device in the circumferential direction.
  • a positioning device in the circumferential direction.
  • the positioning device it is possible that an optimal locking or engagement position can be selected to ensure a smooth leakage of the internal combustion engine. After the crankshaft is stopped, it is moved by the engaging engagement member via the counter-engagement member in the predetermined position, so that a starterless, direct starting of the engine is possible.
  • FIG. 1 shows a crankshaft 1 of an internal combustion engine, not shown.
  • the internal combustion engine has a blocking device 2 for the crankshaft 1.
  • the blocking device 2 is brought into engagement with the crankshaft 1 when the engine runs out.
  • the blocking device 2 has an engagement element 3 and a rigid holding element 4.
  • the engagement element 3 is assigned to the holding element 4 such that the engagement element 3 can be connected to a counterengagement element 6 associated with the crankshaft 1 during a last crankshaft revolution in such a way that the crankshaft 1 can be adjusted in a predetermined position in its rest position.
  • the predetermined position is defined in the context of the invention as a crank angle range in which a direct, starterless starting of the internal combustion engine is possible, wherein at least one piston is in a favorable position for this purpose.
  • the engagement element 3 is configured with a toothed engagement side 7 and is brought into engagement with the counter-engagement element 6 in a radial direction 8 with respect to the crankshaft 1, wherein the counter-engagement element 6 is configured as a toothed ring that is complementary to the toothed engagement side 7.
  • the engagement element 3 can be configured preferably quadrangular in cross-section.
  • the counter-engagement element 6 is arranged directly on the crankshaft 1, wherein, of course, it is also conceivable that the counter-engagement element 6 is arranged on a shaft connected to the crankshaft 1.
  • the holding element 4 is connected to a non-rotatable motor element, preferably to an engine block.
  • the retaining element 4 can be screwed frictional-locking with the motor element or produced directly in the manufacture of the motor element in one piece with this.
  • the holding element 4 is arranged in an interior of the internal combustion engine, in particular in an interior of the engine block.
  • the retaining element 4 can also be arranged outside of the engine block.
  • the holding element 4 is designed in cross-section similar to an armature of an electric motor and has at least one arranged in the circumferential direction stop end 9, wherein seen in cross-section opposing armature webs 11 of the holding element 4 in each case a quarter of the circumference of the crankshaft 1 and the counter-engagement element. 6 include.
  • the engagement element 3 is movably connected to the holding element 4 in the radial direction 8.
  • a suitable guide device is provided on the holding element 4.
  • the engagement member 3 is disposed in a preferred stop position 12 which is selected such that the crankshaft 1 is stopped in the predetermined position when the engagement member 3 engages the counter engagement member 4.
  • the engagement member 3 is controlled via a central engine control unit, which preferably also controls the leakage of the engine so that it is abruptly connected to the counter-engagement means 6 during the leakage of the internal combustion engine, in particular in a last crankshaft revolution, so that a positive locking connection is made in the crankshaft 1 is stopped in the predetermined position.
  • the engagement element 3 is hydraulically, mechanically, pneumatically and / or electrically actuated.
  • the holding element 4 in the embodiment shown in Figure 2 a Guiding device for the engaging member 3, so that this s not only in the radial direction 8 but also in a circumferential direction 13 is movable. As a result, a smooth braking of the crankshaft can be achieved until reaching the desired stop position.
  • the guide device in Figure 2 is not visible.
  • the engagement element 3 is controlled via the central engine control unit such that it is brought into engagement with the counter-engagement element 6 at an engagement point 14.
  • the engagement point 14 is shifted in the embodiment shown in Figure 2 according to the example shown in Figure 1 counterclockwise about 30 ° from the zenith of the crankshaft 1, so that the engagement means 3 in the engaged state to the stop end 9 in the circumferential direction 13 accordingly the crankshaft revolution is taken.
  • the arrangement of the abutment end 9 corresponds to a preferred stop position 16 or the predetermined position in which the crankshaft 1 is arranged in the crankshaft angle range, in which a direct, starterless starting of the internal combustion engine is possible.
  • the engagement element 3 is connected to two force storage elements 17, which are each fastened to the holding element 4 at the other end.
  • the force storage elements 17 are configured in the illustrated embodiment as springs.
  • a flexible blocking device 1 is provided, in which in particular the engagement element 3 is flexibly supported by the force storage elements 17 in the circumferential direction 13.
  • FIG. 3 shows the engagement element 3 in an engaged, deflected state. In this case, both force storage elements 17 are biased.
  • the blocking device 2 is assigned a positioning ring 19, which can be moved in the circumferential direction 13 via a positioning device 21.
  • the embodiment shown in Figure 4 corresponds to the embodiment of Figure 2, wherein one of the anchor webs 11 has been replaced by the positioning ring 19, wherein the positioning ring 19, a stop end 22 is associated.
  • the positioning ring 19 is designed such that it comprises approximately one quarter of the circumference of the crankshaft 1 and the counter-engagement element 6.
  • the engagement member 3 rotates with the crankshaft 1 and the counter-engagement member 6 until the engagement member 3 abuts the abutment end 22, the crankshaft 1 and the counter-engagement member 6 of course automatically stopped shortly before the abutment end 22 can be.
  • the positioning ring 19 can be adjusted so that it is arranged in an optimal position, so that the engine can smoothly leak. After the crankshaft 1 has been stopped, this can be adjusted by the action of the positioning ring 19 on the engaging member 3 in the predetermined position. For this purpose, the positioning ring 19 is simply rotated by means of the positioning device 21 in the circumferential direction 13 against the normal direction of rotation.
  • the positioning device 21 is electrically, hydraulically, mechanically or pneumatically actuated, wherein the positioning ring 19 can of course also be configured with power storage elements according to the embodiment of Figure 3.
  • the engagement element 3 is integrated into the positioning ring 19 in the exemplary embodiment illustrated in FIG.
  • the engagement member 3 is arranged as in the embodiment shown in Figure 1 in a fixed position relative to the crankcase.
  • the crankshaft 1 is abruptly stopped by engaging or engaging the engagement member 3 in the counter-engagement member 6, wherein the engagement or locking position can be selected such that a smooth leakage of the internal combustion engine is ensured.
  • the crankshaft 1 After the crankshaft 1 is stopped, it can be adjusted via the engagement member 3 and the acting positioning device 21 in the predetermined position.
  • engagement member 3 and the integrated in the positioning ring 19 engagement element 3 is madeüctct before starting the engine from the counter-engagement element 6, which in the figures 1 and 4 by way of example by means of the double arrow 8, the radial Direction 8 is shown.
  • an exemplary direction of rotation of the crankshaft 1 is indicated by the arrow 23.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor, der eine Blockiereinrichtung (2) für eine Kurbelwelle (1) aufweist. Die Blockiereinrichtung (2) wird bei einem Auslaufen des Verbrennungsmotors mit der Kurbelwelle (1) in Eingriff gebracht. Die Blockiereinrichtung (2) weist ein Eingriffselement (3) und ein starres Halteelement (4) auf. Das Eingriffselement (3) ist dem Halteelement (4) bewegbar zugeordnet, so daß das Eingriffselement (3) mit einem der Kurbelwelle (1) zugeordneten Gegeneingriffselement (6) bei einer letzten Kurbelwellenumdrehung derart verbindbar ist, daß die Kurbelwelle (1) in ihrer Ruhestellung in einer vorbestimmten Position einstellbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor, der eine Blockiereinrichtung für eine Kurbelwelle aufweist, wobei die Blockiereinrichtung bei einem Auslaufen des Verbrennungsmotors mit der Kurbelwelle in Eingriff gebracht wird.
  • Zur Verbesserung der Kraftstoffausnutzung in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor wird dieser häufig anstelle im Leerlauf betrieben zu werden vollständig abgestellt, wenn keine Antriebsleistung benötigt wird. Der Verbrennungsmotor muß dann neu angelassen werden, wenn seine Leistung wieder benötigt wird. Für das Anlassen weisen herkömmliche Verbrennungsmotoren spezielle Einrichtungen, wie etwa einen Anlassermotor oder einen als Motor einsetzbaren Generator, einen so genannten Startergenerator auf. Hierbei handelt es sich um vefiältnismäßig große und kostenaufwendige Einrichtungen, da für das Anlassen des Verbrennungsmotors eine hohe elektrische Leistung erforderlich ist.
  • Darüber hinaus ist es bekannt, einen Verbrennungsmotor durch Auslösen einer Verbrennung anzulassen. Dies ist insbesondere bei Verbrennungsmotoren mit Funkenzündung und Direkteinspritzung möglich. Der direkt in eine Brennkammer eingespritzte Kraftstoff wird dabei durch einen Funken gezündet, und die anschließende Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches bewegt einen Kolben und startet den Verbrennungsmotor, ohne daß die Kurbelwelle durch eine zusätzliche Anlaßereinrichtung bewegt werden müßte. Ein derartiges direktes Anlassen des Motors erfordert jedoch bestimmte Randbedingungen, um erfolgreich durchgeführt werden zu können. Insbesondere ist es erforderlich bzw. vorteilhaft, wenn die Kurbelwelle zu Beginn des Anlassens in oder nahe einer bestimmten Position steht. So sollte sich mindestens ein Kolben eines Zylinders des Verbrennungsmotors in einer Position befinden, in der ein Einspritzen von Kraftstoff und anschließendes Zünden des entstandenen Luft-Kraftstoffgemisches tatsächlich zu einer Bewegung des in dem Zylinder befindlichen Kolbens führt. Bei einem Viertaktverbrennungsmotor müßte der Kolben sich also im Expansions- oder Arbeitstakt befinden, wobei ein mindestens ein zugehöriges Auslaßgaswechselventil noch nicht geöffnet sein darf. Dies kann beispielsweise in einer Position von ca. 90° Kurbelwinkel nach oberem Totpunkt (OT) sein. Dies ist bei herkömmlichen Verbrennungsmotoren in der Regel nicht gewährleistet, da die Kurbelwelle nach dem Abstellen und Auslaufen des Verbrennungsmotors in zufälligen Positionen stehen bleibt.
  • Aus der EP 1 367 256 A1 ist ein Verfahren zur Vorbereitung des Anlassens einer Brennkraftmaschine, vorzugsweise einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, bekannt, wobei die Kurbelwelle beim Auslaufen der Brennkraftmaschine gebremst und/oder aktiv gedreht wird, um im abgestellten Zustand der Brennkraftmaschine eine vorgegebene Position anzunehmen. Das Bremsen und/oder aktive Drehen erfolgt durch Einsatz eines Kompressors einer Klimaanlage, durch Einsatz einer Pumpe einer Servolenkung, durch Einsatz einer Nockenwellen-Verstelleinrichtung und/oder durch Veränderung der Volumenarbeit der Brennkraftmaschine. Das Abstellen der Brennkraftmaschine in einem gewünschten Kurbelwellenwinkelbereich kann beispielsweise durch eine zusätzliche, elektrische, hydraulische oder mechanische Verzögerungseinrichtung, wie beispielsweise eine Wirbelstrombremse erreicht werden, welche während des Anhaltens der Brennkraftmaschine in kontrollierter Weise auf die Kurbelwelle einwirkt.
  • Die DE 198 35 045 A1 betrifft ein Verfahren zum Anlassen eines Motors, der einen Motorblock, eine in dem Motorblock drehbar angeordnete Kurbelwelle, wenigstens einen Kolben, der mit der Kurbelwelle drehbar verbunden und in wenigstens einem Zylinder in dem Motorblock bewegbar ist. Der Motor weist wenigstens eine Brennkammer auf, die durch einen Kolben und den Motorblock gebildet wird.
  • In der DE 198 35 045 A1 wird beispielhaft ein Verfahren zum Direktstart beschrieben. Es wird dabei ein geeigneter Brennraum, gebildet aus Zylinder und Kolben, identifiziert, der sich im Arbeitstakt befindet und genügend Luftvolumen enthält. Anschließend wird eine vorgegebene Brennstoffmenge eingespritzt und gezündet.
  • Aus der DE 198 35 045 A1 ist es somit bekannt, den Verbrennungsmotor in eine für das direkte Starten geeignete Position zu bringen, wobei die Kurbelwelle neben der aktiven Drehung mittels eines Elektromotors beim Abstellen durch ein geeignetes Bremssystem in einer gewünschten Position angehalten wird. Allerdings geht die DE 198 35 045 davon aus, daß trotzdem noch ein, wenn auch kleiner dimensionierter, Anlasser zum Starten der Brennkraftmaschine benötigt wird.
  • Die DE 100 30 001 A1 offenbart eine Vorrichtung oder ein Verfahren zum kontrollierten Abstellen einer Brennkraftmaschine. Hierbei ist wenigstens eine Verstelleinrichtung aktivierbar, die nach Beendigung des regulären Betriebes der Brennkraftmaschine angesteuert wird und die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und/oder die Nockenwelle der Brennkraftmaschine in eine vorgebbare Winkelstellung bewegt.
  • Aus der DE 199 60 984 A1 ist ein Verfahren zur Auslaufsteuerung einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei der Kolben in mindestens einem Zylinder der Maschine in eine gezielte Position gebracht wird, die einer deutlich nach dem oberen Todpunkt liegenden Winkelstellung der Kurbelwelle entspricht. Hierbei werden die Gasauslaßventile von einem oder mehreren Zylindern der Brennkraftmaschine nach Abschalten der Zündung für einen oder mehrere Zeitabschnitte geschlossen. Der Beginn und das Ende eines jeden Ventilschließabschnittes werden so gesteuert, daß die Kurbelwelle in einer gewünschten Auslaufposition stehen bleibt.
  • Die DE 31 17 144 A1, DE 199 47 784 A1, DE 199 55 857 A1, DE 100 20 104 A1, DE 101 11 928 A1 und die DE 100 20 325 A1 betreffen jeweils ein Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine, wobei auf einen separaten Anlasser verzichtet wird.
  • Eine auf die Anmelderin zurückgehende, bisher unveröffentlichte Offenbarung betrifft eine Blockiereinrichtung für die Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors. Die Blockiereinrichtung ist derart ausgestaltet, daß eine Drehbewegung der Kurbelwelle in einer und/oder zwei Richtungen blockiert wird. Die Blockiereinrichtung kann beispielsweise mittels Bolzen und/oder Klinkenrädem bzw. Sperrrädem realisiert werden, die in ein zugeordnetes Zahnrad der Kurbelwelle eingreifen. Altemativ kann eine solche Blockiereinrichtung mittels einer Reibvorrichtung vorgesehen sein, die mit der Kurbelwelle zusammenwirkt. Diese Ausgestaltung hat sich in der Praxis bewährt, allerdings ist zum Starten des Verbrennungsmotors weiterhin eine, wenn auch eine kleinere, Startereinrichtung vorzusehen.
  • Von daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Verbrennungsmotor der eingangs genannten Art mit einer verbesserten Blockiereinrichtung für eine Kurbelwelle zur Verfügung zu stellen, welche ein kontrolliertes Abstellen des Verbrennungsmotors mit einfachen Mitteln erreicht.
  • Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Blockiereinrichtung ein Eingriffselement und ein starres Halteelemente aufweist, wobei das Eingriffselement dem Halteelement bewegbar zugeordnet ist, so daß das Eingriffselement mit einem der Kurbelwelle zugeordneten Gegeneingriffselement bei einer letzten Kurbelwellenumdrehung derart verbindbar ist, daß die Kurbelwelle in ihrer Ruhestellung in einer vorbestimmten Position einstellbar ist.
  • Mit der erfindungsgemäßen Blockiereinrichtung wird erreicht, daß sich zumindest ein Kolben des Verbrennungsmotors in einer bestimmten, günstigen Konfiguration befinden, wobei diese bestimmte Konfiguration einem bzw. einer bestimmten Winkelbereich bzw. -position der Kurbelwelle entspricht. Damit wird eine verbesserte Blockiereinrichtung zur Verfügung gestellt, mit der es möglich ist, ein starterloses direktes Anlassen des Verbrennungsmotors, beispielsweise durch Kraftstoffzündungen, zu bewirken.
  • Um einen kraftformschlüssigen Eingriff des Eingriffselementes mit dem Gegeneingriffselement zu erreichen, ist es günstig im Sinne der Erfindung, wenn das Eingriffselement mit einer verzahnten Eingriffsseite ausgestaltet ist, das mit dem Gegeneingriffselement in einer radialen Richtung bezogen auf die Kurbelwelle in Eingriff gebracht wird, wobei das Gegeneingriffselement als zur verzahnten Eingriffsseite komplementärer Zahnkranz ausgestaltet ist. Das Eingriffselement kann im Querschnitt gesehen vorzugsweise viereckig ausgestaltet sein. Der Zahnkranz ist in einer bevorzugten Ausführung direkt auf der Kurbelwelle angeordnet, kann aber auch auf einer mit der Kurbelwelle verbundenen Welle angeordnet sein. Dies kann z.B. auch ein bereits vorhandener Starterzahnkranz sein. Das Eingriffselement blockiert die Kurbelwelle während ihrer letzten Umdrehung in der vorbestimmten Position, welche dem gewünschten Kurbelwinkelbereich entspricht, wobei das Eingriffselement die Kurbelwelle in einer festen Position relativ zu einem Kurbelgehäuse abrupt blockiert, wenn das Eingriffselement in das Gegeneingriffselement eingerückt wird. Es liegt durchaus im Sinne der Erfindung, daß das Eingriffselement hydraulisch, mechanisch, pneumatisch und/oder elektrisch betätigt wird.
  • Zweckmäßig im Sinne der Erfindung ist, wenn das Eingriffsmittel in einer Umfangsrichtung bezogen auf einen Außenumfang der Kurbelwelle bzw. des Gegeneingriffselementes bewegbar mit dem Halteelement verbunden ist, wobei das Halteelement eine entsprechende Führungseinrichtung für das Eingriffselement aufweist. Diese Führungseinrichtung kann beispielsweise eine Kulissenführung sein, die in das Halteelement eingebracht ist. Damit kann das Eingriffselement mit der Kurbelwelle in deren Umfangsrichtung mitgenommen werden, bis das Eingriffselement ein Anschlagende des Halteelementes erreicht. Von daher ist es sinnvoll im Sinne der Erfindung, wenn das Halteelement in Umfangsrichtung zumindest ein Anschlagende aufweist. Bevorzugterweise ist das Anschlagende derart angeordnet, daß die Kurbelwelle in ihrer Ruhestellung in der vorbestimmten Position einstellbar ist, wobei die vorbestimmte Position eben der erforderliche Kurbelwinkelbereich ist, der notwendig ist, um ein starterloses, direktes Anlassen des Verbrennungsmotors zu gewährleisten, wobei sich der zumindest eine Kolben in einer hierzu günstigen Position befindet.
  • Um ein sanftes Abbremsen der Kurbelwelle während ihrer letzten Umdrehung zu erreichen, ist es günstig, wenn das Eingriffselement an zumindest einem Kraftspeicherelement befestigt ist, der anderendig mit dem Halteelement verbunden ist. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Kraftspeicher element als Feder ausgestaltet, wobei das Kraftspeicherelement nach dem Einrücken bzw. nach dem Eingriff des Eingriffselementes in das Gegeneingriffselement zunächst in Umfangsrichtung gespannt wird, bis das Eingriffselement an dem Anschlagende anschlägt, um dann entsprechend einem Gleichgewicht der Federkraft in die vorbestimmte Position zurückgeholt zu werden. Hierbei nimmt das Kraftspeicherelement das eingerückte Eingriffsmittel und somit die Kurbelwelle mit. Selbstverständlich ist es möglich, im Querschnitt gesehen beidseitig des Eingriffselementes jeweils ein oder mehrere Kraftspeicherelemente vorzusehen, so daß das Eingriffselement in zwei oder mehr Federn eingebettet ist. Aufgrund der flexiblen Lagerung der Blockiereinrichtung, insbesondere der flexiblen Ausdehnung der Federn, wird ein sehr sanfter Eingriffsprozeß zur Verfügung gestellt. Nach dem Eingriff des Eingriffselementes in das Gegeneingriffselement werden die Federn während der Kurbelwellenumdrehung gespannt, wobei die Kurbelwelle anschließend in der vorbestimmten Position gelagert wird, was durch das Kräftegleichgewicht der Kraftspeicheretemente hervorgerufen wird.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zweckmäßig vorgesehen, daß dem Halteelement ein Positionierring zugeordnet ist, der über eine Positioniervorrichtung in Umfangsrichtung bewegbar ist, wobei der Positionierring ein Anschlagende aufweist. Hierbei kann der Positionierring über die Positioniervorrichtung mit dem Halteelement verbunden sein, so daß der Positionierring in Umfangsrichtung verschiebbar ist. Greift nun das Eingriffselement in das Gegeneingriffselement ein und schlägt an dem Anschlagende an, wird die Kurbelwelle durch Einwirkung des Anschlagendes des Positionierrings über die umfanggemäße Verschiebung des Positionierrings in die vorbestimmte Position verstellt. Bei dieser Ausgestaltung dreht sich das Eingriffselement mit der Kurbelwellenumdrehung, bis das Eingriffselement an dem Anschlagende anschlägt, wobei die Kurbelwelle selbstverständlich auch automatisch anhalten kann, bevor das Eingriffselement das Anschlagende erreicht. Vorteilhaft bei dieser Ausgestaltung ist, daß das Anschlagende in einer optimalen Position angeordnet werden kann, um ein sanftes Auslaufen des Verbrennungsmotors zu gewährleisten. Nachdem die Kurbelwelle sich nicht mehr dreht, kann das Eingriffselement über die Einwirkung des Positionierringes bzw. der Positioniervorrichtung derart eingestellt werden, daß die Kurbelwelle in der vorbestimmten Position gelagert ist. Selbstverständlich kann die Positioniervorrichtung elektrisch, hydraulisch, mechanisch oder pneumatisch betätigt werden. Selbstverständlich kann bei dieser Ausführungsform auch vorgesehen sein, daß das Eingriffselement mit zumindest einem Kraftspeicher versehen ist, der anderendig mit dem Halteelement verbunden ist.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es zweckmäßig, wenn dem Halteelement ein Positionierring zugeordnet ist, in den das Eingriffselement integriert ist, wobei der Positionierring über eine Positioniervorrichtung in Umfangsrichtung bewegbar ist. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung ist das Eingriffselement relativ zum Kurbelgehäuse in einer festen Position angeordnet und greift in dieser festen Position in das Gegeneingriffselement ein. Somit ist die Kurbelwelle wieder abrupt gestoppt, wenn das Eingriffselement in das Gegeneingriffselement eingreift. Durch die Positioniervorrichtung ist es möglich, daß eine optimale Verriegelungs- bzw. Einrückposition gewählt werden kann, um ein sanftes Auslaufen des Verbrennungsmotors zu gewährleisten. Nachdem die Kurbelwelle gestoppt ist, wird diese durch das in Eingriff stehende Eingriffselement über das Gegeneingriffselement in die vorbestimmte Position bewegt, so daß ein starterloses, direktes Anlassen des Verbrennungsmotors möglich ist.
  • Selbstverständlich liegt es im Sinne der Erfindung, wenn das Eingriffselement bzw. das in dem Positionierring integrierte Eingriffselement über eine zentrale Motorsteuereinheit angesteuert wird, welche auch das Auslaufen des Verbrennungsmotors steuert, um die geeignete, vorbestimmte Position der Kurbelwelle zu erreichen, um ein direktes, starterloses Anlassen des Verbrennungsmotors zu erreichen, so daß sich der zumindest eine Kolben in einer hierzu günstigen Position befindet.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart, in der unterschiedliche Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind. Es zeigen:
    • Fig. 1
    Einen Querschnitt durch eine Kurbelwelle mit zugeordneter Blockiereinrichtung,
    Fig. 2
    einen Querschnitt durch die Kurbelwelle in Figur 1 mit einer Umfangsbewegung eines Eingriffselementes,
    Fig. 3
    einen Querschnitt durch eine Kurbelwelle mit der Blockiereinrichtung, der Kraftspeicherelemente zugeordnet sind,
    Fig.4
    einen Querschnitt durch eine Kurbelwelle mit einer Positioniervorrichtung, und
    Fig. 5
    einen Querschnitt durch eine Kurbelwelle mit einem in einem Positionierring integrierten Eingriffselement.
  • In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, so daß diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden. Die Figuren 1 bis 5 sind nicht maßstabsgerecht, wobei Verzerrungen zu einem im Querschnitt gesehen teilweise unrunden, und nicht zu einem runden Erscheinungsbild führen, wobei ein im Querschnitt gesehen rundes Erscheinungsbild der folgenden Beschreibung zugrunde liegt.
  • Figur 1 zeigt eine Kurbelwelle 1 eines nicht dargestellten Verbrennungsmotors. Der Verbrennungsmotor weist eine Blockiereinrichtung 2 für die Kurbelwelle 1 auf. Die Blockiereinrichtung 2 wird bei einem Auslaufen des Verbrennungsmotors mit der Kurbelwelle 1 in Eingriff gebracht. Die Blockiereinrichtung 2 weist ein Eingriffselement 3 und ein starres Halteelement 4 auf. Das Eingriffselement 3 ist dem Halteelement 4 bewegbar zugeordnet, so daß das Eingriffselement 3 mit einem der Kurbelwelle 1 zugeordneten Gegeneingriffselement 6 bei einer letzten Kurbelwellenumdrehung derart verbindbar ist, daß die Kurbelwelle 1 in ihrer Ruhestellung in einer vorbestimmten Position einstellbar ist. Die vorbestimmte Position wird im Sinne der Erfindung als ein Kurbelwinkelbereich definiert, bei dem ein direktes, starterloses Anlassen des Verbrennungsmotors möglich ist, wobei sich zumindest ein Kolben in einer hierzu günstigen Position befindet.
  • Das Eingriffselement 3 ist mit einer verzahnten Eingriffsseite 7 ausgestaltet und wird in einer bezogen auf die Kurbelwelle 1 radialen Richtung 8 mit dem Gegeneingriffselement 6 in Eingriff gebracht, wobei das Gegeneingriffselement 6 als zur verzahnten Eingriffsseite 7 komplementärer Zahnkranz ausgestaltet ist. Das Eingriffselement 3 kann im Querschnitt gesehen bevorzugt viereckig ausgestaltet sein.
  • Das Gegeneingriffselement 6 ist direkt auf der Kurbelwelle 1 angeordnet, wobei selbstverständlich auch denkbar ist, daß das Gegeneingriffselement 6 auf einer mit der Kurbelwelle 1 verbundenen Welle angeordnet ist.
  • Das Halteelement 4 ist mit einem nicht drehbaren Motorelement, vorzugsweise mit einem Motorblock, verbunden. Selbstverständlich kann das Halteelement 4 kraftformschlüssig mit dem Motorelement verschraubt werden oder direkt bei der Herstellung des Motorelementes einstückig mit diesem hergestellt werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Halteelement 4 in einem Inneren des Verbrennungsmotors, insbesondere in einem Inneren des Motorblocks, angeordnet. Selbstverständlich kann das Halteelement 4 aber auch außerhalb des Motorblocks angeordnet sein.
  • Das Halteelement 4 ist im Querschnitt gesehen ähnlich einem Anker eines Elektromotors ausgestaltet und weist zumindest ein in Umfangsrichtung angeordnetes Anschlagende 9 auf, wobei im Querschnitt gesehen einander gegenüberliegende Ankerstege 11 des Halteelementes 4 in etwa jeweils ein Viertel des Umfangs der Kurbelwelle 1 bzw. des Gegeneingriffselementes 6 umfassen.
  • Das Eingriffselement 3 ist in der radialen Richtung 8 mit dem Halteelement 4 bewegbar verbunden. Hierzu ist an dem Halteelement 4 eine geeignete Führungsvorrichtung vorgesehen.
  • In dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Eingriffselement 3 in einer bevorzugten Stoppposition 12 angeordnet, die derart gewählt ist, daß die Kurbelwelle 1, wenn das Eingriffselement 3 in das Gegeneingriffselement 4 eingreift bzw. eingerückt wird, in der vorbestimmten Position gestoppt wird.
  • Das Eingriffselement 3 wird über eine zentrale Motorsteuereinheit, die vorzugsweise auch das Auslaufen des Verbrennungsmotors kontrolliert derart angesteuert, daß dieses bei dem Auslaufen des Verbrennungsmotors, insbesondere bei einer letzten Kurbelwellenumdrehung mit dem Gegeneingriffsmittel 6 abrupt verbunden wird, so daß eine kraftformschlüssige Verbindung hergestellt ist, in der die Kurbelwelle 1 in der vorbestimmten Position gestoppt wird. Das Eingriffselement 3 ist hydraulisch, mechanisch, pneumatisch und/oder elektrisch betätigbar.
  • Im Unterschied zu dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Halteelement 4 in dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eine Führungsvorrichtung für das Eingriffselement 3 auf, so daß diese s nicht nur in der radialen Richtung 8 sondern auch in einer Umfangsrichtung 13 bewegbar ist. Hierdurch kann ein sanftes Abbremsen der Kurbelwelle bis zum Erreichen der gewünschten Stopposition erreicht werden.
  • Aufgrund des gewählten Querschnittes ist die Führungsvorrichtung in Figur 2 nicht erkennbar. Das Eingriffselement 3 wird über die zentrale Motorsteuereinheit derart angesteuert, daß dieses an einem Einrückpunkt 14 mit dem Gegeneingriffselement 6 in Eingriff gebracht wird. Der Einrückpunkt 14 ist in dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel entsprechend zu dem in Figur 1 dargestellten Beispiel gegen den Uhrzeigersinn um etwa 30° aus dem Zenit der Kurbelwelle 1 verschoben, so daß das Eingriffsmittel 3 im eingerückten Zustand bis zum Anschlagende 9 in Umfangsrichtung 13 entsprechend der Kurbelwellenumdrehung mitgenommen wird. Die Anordnung des Anschlagendes 9 entspricht einer bevorzugten Stoppposition 16 bzw. der vorbestimmten Position, in welcher die Kurbelwelle 1 in dem Kurbelwellenwinkelbereich angeordnet ist, bei der ein direktes, starterloses Anlassen des Verbrennungsmotors möglich ist.
  • In dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Eingriffselement 3 mit zwei Kraftspeicherelementen 17 verbunden, die jeweils anderendig an dem Halteelement 4 befestigt sind. Die Kraftspeicherelemente 17 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Federn ausgestaltet. Damit wird eine flexible Blockiereinrichtung 1 zur Verfügung gestellt, bei der insbesondere das Eingriffselement 3 durch die Kraftspeicheretemente 17 in Umfangsrichtung 13 flexibel gelagert ist. Figur 3 zeigt das Eingriffselement 3 in einem eingerückten, ausgelenkten Zustand. Hierbei sind beide Kraftspeicherelemente 17 vorgespannt.
  • Nach dem Eingriff bzw. Einrücken des Eingriffselementes 3 in das Gegeneingriffselement 6, bei Erreichen einer Kurbelwinkelposition 18, wurde das Eingriffselement 3 in Umfangsrichtung 13 von der Kurbelwelle 1 bzw. dem Gegeneingriffselement 6 mitgenommen, wodurch die Kraftspeicherelemente 17 gespannt werden. Hierdurch wird ein sanftes Abbremsen der Kurbelwelle 1 erreicht, wobei die vorgespannten Kraftspeicherelemente 17 ein Zurückbewegen des Eingriffselementes 3 bewirken, so daß die Kurbelwelle 1 etwa in der bevorzugten Stoppposition 18 bzw. der vorbestimmten Position durch das Kräftegleichgewicht der Kraftspeicherelemente 17 gelagert wird.
  • In einem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Blockiereinrichtung 2 ein Positionierring 19 zugeordnet, der über eine Positioniervorrichtung 21 in Umfangsrichtung 13 bewegbar ist. Ansonsten entspricht das in Figur 4 dargestellte Ausführungsbeispiel dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2, wobei einer der Ankerstege 11 durch den Positionierring 19 ersetzt wurde, wobei dem Positionierring 19 ein Anschlagende 22 zugeordnet ist. Der Positionierring 19 ist derart ausgestaltet, daß dieser etwa ein viertel des Umfangs der Kurbelwelle 1 bzw. des Gegeneingriffselementes 6 umfaßt. Bei dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel dreht sich das Eingriffselement 3 mit der Kurbelwelle 1 bzw. dem Gegeneingriffselement 6, bis das Eingriffselement 3 an dem Anschlagende 22 anschlägt, wobei die Kurbelwelle 1 bzw. das Gegeneingriffselement 6 selbstverständlich auch automatisch kurz vor dem Anschlagende 22 gestoppt werden kann. Vorteilhafterweise kann der Positionierring 19 derart eingestellt werden, daß dieser in einer optimalen Position angeordnet ist, so daß der Verbrennungsmotor sanft auslaufen kann. Nachdem die Kurbelwelle 1 gestoppt wurde, kann diese durch Einwirken des Positionierringes 19 auf das Eingriffselement 3 in die vorbestimmte Position eingestellt werden. Hierzu wird der Positionierring 19 einfach mittels der Positioniervorrichtung 21 in Umfangsrichtung 13 gegen die normale Drehrichtung gedreht. Die Positioniervorrichtung 21 ist elektrisch, hydraulisch, mechanisch oder pneumatisch betätigbar, wobei der Positionierring 19 selbstverständlich auch mit Kraftspeicherelementen gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 3 ausgestaltet sein kann.
  • Im Unterschied zu dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Eingriffselement 3 in dem in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiel in den Positionierring 19 integriert. Hierbei ist das Eingriffselement 3 wie zu dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel in einer festen Position relativ zum Kurbelgehäuse angeordnet. Damit wird die Kurbelwelle 1 durch Eingreifen bzw. Einrücken des Eingriffselementes 3 in das Gegeneingriffselement 6 abrupt gestoppt, wobei die Einrück- bzw. Verriegelungsposition derart ausgewählt werden kann, daß ein sanftes Auslaufen des Verbrennungsmotors gewährleistet ist. Nachdem die Kurbelwelle 1 gestoppt ist, kann diese über das Eingriffselement 3 bzw. die einwirkende Positioniervorrichtung 21 in die vorbestimmte Position eingestellt werden.
  • Natürlich kann anstelle der kraftformschlüssigen Verbindung auch eine nicht dargestellte reibschlüssige Verbindung des Eingriffselementes mit dem Gegeneingriffseiement vorgesehen sein, wobei diese dann entsprechend auszubilden wären. Selbstverständlich liegt es im Sinne der Erfindung, daß das Eingriffselement 3 bzw. das in dem Positionierring 19 integrierte Eingriffselement 3 vor dem Starten des Verbrennungsmotors aus dem Gegeneingriffselement 6 ausgerüctct wird, was in den Figuren 1 und 4 beispielhaft mittels des Doppelpfeils 8, der die radiale Richtung 8 bezeichnet dargestellt ist. Bei allen Ausführungsbeispielen ist ein beispielhafte Drehrichtung der Kurbelwelle 1 mit dem Pfeil 23 bezeichnet.

Claims (7)

  1. Verbrennungsmotor, der eine Blockiereinrichtung (2) für eine Kurbelwelle (1) aufweist, wobei die Blockiereinrichtung (2) bei einem Auslaufen des Verbrennungsmotors mit der Kurbelwelle (1) in Eingriff gebracht wird,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Blockiereinrichtung (2) ein Eingriffselement (3) und ein starres Halteelement (4) aufweist, wobei das Eingriffselement (3) dem Halteelement (4) bewegbar zugeordnet ist, so daß das Eingriffselement (3) mit einem der Kurbelwelle (1) zugeordneten Gegeneingriffselement (6) bei einer letzten Kurbelwellenumdrehung derart verbindbar ist, daß die Kurbelwelle (1) in ihrer Ruhestellung in einer vorbestimmten Position einstellbar ist.
  2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    das Eingriffselement (3) mit einer verzahnten Eingriffsseite (7) ausgestaltet ist, das in einer bezogen auf die Kurbelwelle (1) radialen Richtung (8) mit dem Gegeneingriffselement (6) in Eingriff gebracht wird, wobei das Gegeneingriffselement (6) als zur verzahnten Eingriffsseite (7) komplementärer Zahnkranz ausgestaltet ist.
  3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    das Eingriffsmittel (3) in einer Umfangsrichtung (13) bezogen auf einen Außenumfang der Kurbelwelle (1) bewegbar mit dem Halteelement (4) verbunden ist, wobei das Halteelement (4) eine entsprechende Führungseinrichtung für das Eingriffselement (3) aufweist.
  4. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    das Halteelement (4) in Umfangsrichtung (13) zumindest ein Anschlagende (9) aufweist.
  5. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    das Eingriffselement (3) an zumindest einem Kraftspeicherelement (17) befestigt ist, der anderendig mit dem Halteelement (4) verbunden ist.
  6. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    dem Halteelement (4) ein Positionierring (19) zugeordnet ist, der über eine Positioniervorrichtung (21) in Umfangsrichtung (13) bewegbar ist, wobei der Positionierring (19) ein Anschlagende (22) aufweist.
  7. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    dem Halteelement (4) ein Positionierring (19) zugeordnet ist, in den das Eingriffselement (3) integriert ist, wobei der Positionierring (19) über eine Positioniervorrichtung (21) in Umfangsrichtung bewegbar ist.
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