EP2199596A1 - Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betreiben einer Startvorrichtung - Google Patents

Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betreiben einer Startvorrichtung Download PDF

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EP2199596A1
EP2199596A1 EP09173529A EP09173529A EP2199596A1 EP 2199596 A1 EP2199596 A1 EP 2199596A1 EP 09173529 A EP09173529 A EP 09173529A EP 09173529 A EP09173529 A EP 09173529A EP 2199596 A1 EP2199596 A1 EP 2199596A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
starter
speed
starter pinion
ring gear
starting device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09173529A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Neuburger
Karl-Otto Schmidt
Apostolos Tsakiris
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2199596A1 publication Critical patent/EP2199596A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02N15/04—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof the gearing including disengaging toothed gears
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    • F02N11/0855—Circuits specially adapted for starting of engines characterised by means for controlling the engagement or disengagement between engine and starter, e.g. meshing of pinion and engine gear during engine shutdown or after engine stop before start command, e.g. pre-engagement of pinion
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    • F02N15/062—Starter drives
    • F02N15/063—Starter drives with resilient shock absorbers

Definitions

  • the invention relates to a starting device for an internal combustion engine in a motor vehicle with a starter motor and a starter relay, with the starting of the internal combustion engine, a starter motor driven starter pinion with a ring gear of the internal combustion engine is engageable and the starter motor and the starter relay for a start Stop operation separated from a starter control and defined are controllable.
  • the invention further relates to a method for operating a, in particular described above, starting device with a starter control for an internal combustion engine in a motor vehicle for performing a start-stop operation, wherein the starter pinion is accelerated by the starter motor to a defined speed, and Starter pinion is meshed in an outgoing rotating ring gear at a defined time with substantially synchronous speed.
  • the starting device is formed with a mechanical means for adjusting the rotational speed of the starter pinion to the speed of an outgoing sprocket.
  • the mechanical device thus provides an adjustment of the speed of the starter pinion and the speed of the expiring ring gear of the internal combustion engine without a highly accurate synchronization of the speeds must be performed by a complex electrical and electronic method.
  • a fundamental idea is, by the mechanical means, the speed of the starter pinion to a synchronous speed of rotation of the teeth to adapt to the sprocket.
  • a clutch similar to a centrifugal clutch provided to wear as possible to compensate for different speeds.
  • a friction disc is formed on the drive axle of the starter pinion as a mechanical means for adjusting the rotational speeds.
  • the friction disc is provided to form a clutch to the ring gear when the starter pinion is to be meshed in the start-stop operation at a rotating ring gear.
  • the friction disc has the advantage that it is a simple mechanical component that forms a low-wear coupling by frictional connection.
  • the ring gear is formed on the end face opposite the starter pinion with a radial, annular friction surface below the teeth to frictionally adjust the friction disk of the starting device to the speed.
  • the annular friction surface is specially treated or machined on the sprocket to perform a frictional connection between the mounted on the starter axle friction disc and the sprocket long-lasting and with recurring same quality.
  • This friction surface may, for example, in particular be heat treated or may be made particularly rough.
  • the friction disc is formed adjacent to a conical contact surface with the toothed rim.
  • the conical contact surface of the friction disc and the starter pinion is pressed to adjust the rotational speeds on a complementary conical counter surface of the ring gear, so that they give a solid coupling.
  • a conical surface has the advantage that the forces not only act axially, but also come to bear radially when compressing the friction disc and the ring gear.
  • the starter pinion with fishing hook on the front side, the sprocket opposite is formed.
  • the fishing hooks are made of spring steel.
  • the catch hooks further reduce tooth flank wear so that the starter pinion is meshed with the sprocket at substantially synchronous speed.
  • the catch hooks a synchronous speed is reached faster.
  • the fishing hooks have a long life, the fishing hooks are preferably made of spring steel.
  • the object is also achieved by a method in that a mechanical device is delivered against the sprocket to adjust the speeds of a high-speed starter pinion and a rotating, expiring sprocket in start-stop operation, the rotating expiring sprocket is touched by the mechanical device , the rotational speeds of the starter pinion and the ring gear are mechanically adjusted to a synchronous speed and the starter pinion is meshed after passing through the mechanical device in the ring gear. Due to this method according to the invention a Einspurvorgang is possible in a start-stop operation with expiring internal combustion engine, wherein the tooth flank wear is significantly reduced due to a precise synchronization of two gears.
  • the method is easy to implement and requires no high-precision and difficult control of the starter motor, the starter relay or the internal combustion engine. There are no sensor elements required. A complex electronics would possibly have to be supported by computer program products which advantageously eliminated.
  • the starter motor is thus accelerated in the start-stop operation when the engine is running out, and at a predetermined time at which an approximately equal speed of the ring gear has been determined, the starter pinion is meshed with the ring gear.
  • the mechanical device is compliant when meshing the starter pinion, designed as a mechanical friction plate is pressed by a spring, in particular a coil spring against the ring gear to adjust the speeds.
  • the spring has an initial contact with only a lower spring force, which is always greater when the starter pinion, so that the frictional force increases to the feed path of the starter pinion.
  • the rotational speed can thus be adapted better and better to the delivery or closing process of the clutch, so that it is essentially identical at the time the tooth flanks from the starter pinion and the ring gear meet.
  • the rotational speed of the ring gear and the rotational speed of the starter pinion are pre-synchronized with the friction disc and the friction disc is pressed against the ring gear for fine synchronization. Thereafter, the starter pinion is meshed into the ring gear.
  • the mechanical device is a fine synchronization that does not require expensive electronics, possibly with software, and is designed for the service life of the vehicle if the material is selected appropriately.
  • the Fig. 1 shows a schematic side view of a starting device according to the invention 1.
  • the starting device 1 has a not specifically illustrated starter relay to fulfillspuren in the ring gear 2 of an internal combustion engine, not shown, a starter pinion 3.
  • a friction disk 4 is arranged in a form-fitting manner on the front side, which lies opposite the ring gear 2, in the unstrapped state.
  • the friction disc 4 rotates with the starter pinion 3. Both are driven directly by a starter motor 5 on a starter axis.
  • the friction disc 4 is axially movable on the starter axis and is biased by a spring 6 which is preferably a coil spring.
  • the friction disc 4 forms a mechanical device to adjust two speeds in start-stop operation.
  • the ring gear 2 rotates with an expiring speed due to an expiring, switched-off internal combustion engine and the starter motor 5 accelerates the starter pinion 3 with an increasing speed, so that both speeds are finally synchronized by designed as a mechanical device friction disk 4.
  • the speeds can be adjusted before the meshing of the starter pinion 3 by simple electrical and electronic methods, so that by means of the mechanical device only a fine adjustment is carried out so that a mechanical wear is reduced to a minimum.
  • the Fig. 1 shows a state of the starting device 1, in which the friction disc 4, the sprocket 2 is not touched.
  • the Fig. 2 shows a particular embodiment in a temporally advanced state of Einspurvorgang in start-stop operation.
  • the friction disc 4 which touches the starter pinion 3 facing end face 24 of the ring gear 2, increasingly pressed in time to a radial annular friction surface 25 to compensate for a speed difference from the starter pinion 3 and the ring gear 2.
  • the starter pinion 3 passes through the friction disc 4, as in the Fig. 3 is shown, so that the teeth of the starter pinion 3 engage the teeth of the ring gear 2, wherein the peripheral speeds of the two gears are substantially identical.
  • the ring gear 2 runs out together with the meshed starter pinion 3 and the internal combustion engine can be started at any time in start-stop operation due to the starter pinion meshed in 3. Minimum times no longer have to wait.
  • the two speeds of the starter pinion 3 and the ring gear 2 can thus be synchronized in a self-adjusting process without complex control.
  • the Figure 4 shows a further schematic side view of the inventive device for carrying out the Einspurvons invention.
  • the ring gear 2 is formed with a cylindrical collar 20, so that the friction disc 4 also radially, and not only axially, as in the in Fig. 1 to 3 shown embodiments is pressed against the ring gear 2.
  • This has mechanical advantages that possibly occurring slip is avoided.
  • such an arrangement also has the disadvantage that a systematic speed error can occur because the circumference of the cylindrical collar 20 is smaller than that of the tooth flanks of the ring gear 2, so that here a slight speed difference occurs, but which is significantly smaller than the speed difference to be compensated between the starter pinion 3 and the ring gear 2.
  • the speed difference is taken into account in the selection of materials accordingly.
  • the Fig. 5 shows a further modification of the embodiments of Fig. 1 to 4 ,
  • the contact surface 23 of the friction disc 4 and the complementary mating surface 22 on the ring gear 2 is conical.
  • a conical design has the advantage that both radial and axial forces act and thus a good Reibhaftkraft can be achieved.
  • the speed differences can be better compensated by a corresponding conical contact, since the contacting contact surface is increased compared to only a radial or axial contact.
  • the Fig. 6 shows a time-speed-distance diagram.
  • the speed n B of the internal combustion engine during a start-stop operation is shown.
  • the internal combustion engine is lowered to an idling speed n 0 at a time t 0 .
  • a start-stop operation is caused by the engine control, so that the internal combustion engine is turned off.
  • the starter motor 5 is accelerated by a starter control, which controls the starter motor 5 and the starter relay separately.
  • the mean time-speed diagram of the Fig. 6 shows the speed at n S from the starter motor. Below in the bottom diagram of the path s 3 is shown by the starter pinion 3.
  • the starter pinion 3 is delivered together with the friction disc 4 by means of the starter relay on the sprocket 2.
  • the friction disc 4 touches the ring gear 2, so that a synchronization of the speed of the expiring sprocket 2 takes place at the speed of the expiring starter motor 5.
  • time t 4 is an identical speed before and a gap to tooth position between starter pinion 3 and sprocket 2, so that from the time t 4, the starter pinion 3 is meshed for positive engagement until the time t 5 .
  • both the coarse synchronization and a fine synchronization are performed by the friction disc 4 as a mechanical device.
  • a synchronization of the rotational speeds by means of an electronic control of the starting device is made in a rough speed range and the approximate Einspurzeittician determined so that the friction plate 4 is used for a fine synchronization.
  • the Fig. 7 shows an end view of a starter pinion 3 and the friction disc 4 in a simplified representation.
  • the front view shows how the starter pinion 3 can positively pass through the friction plate 4 and is positively slidable on a driven starter axle 35.
  • the Fig. 8 schematically shows a particular embodiment of the friction disc with catch hooks 32 arranged in the end face 30 of the starter pinion 3 in order to prevent tooth flank wear even better.
  • the fishing hooks 32 are made of particularly durable materials, such as spring steel. The fishing hooks 32 thus serve the fine synchronization between the starter pinion gear 3 and sprocket 2. All figures show only schematic representation not to scale. In addition, reference is made in particular to the drawings for the invention as essential.

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Abstract

Es wird eine Startvorrichtung (1) für eine Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug mit einem Startermotor (5) und einem Starterrelais beschrieben, mit dem zum Starten der Brennkraftmaschine ein vom Startermotor (5) angetriebenes Starterritzel (3) mit einem Zahnkranz (2) der Brennkraftmaschine in Eingriff bringbar ist und der Startermotor (5) und das Starterrelais für einen Start-Stopp-Betrieb von einer Startersteuerung getrennt und definiert ansteuerbar sind. Um eine Synchronisation der Drehzahl vom Zahnkranz und vom Starterritzel im Start-Stopp-Betrieb möglichst einfach zu realisieren, ist die Startvorrichtung (1) mit einer mechanischen Einrichtung zur Drehzahlanpassung des Starterritzels (3) an die Drehzahl eines auslaufenden Zahnkranzes (2) ausgebildet.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug mit einem Startermotor und einem Starterrelais, mit dem zum Starten der Brennkraftmaschine ein vom Startermotor angetriebenes Starterritzel mit einem Zahnkranz der Brennkraftmaschine in Eingriff bringbar ist und der Startermotor und das Starterrelais für einen Start-Stopp-Betrieb von einer Startersteuerung getrennt und definiert ansteuerbar sind. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zum Betreiben einer, insbesondere oben beschriebenen, Startvorrichtung mit einer Startersteuerung für eine Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug zum Ausführen eines Start-Stopp-Betriebs, wobei das Starterritzel von dem Startermotor auf eine definierte Drehzahl beschleunigt wird, und das Starterritzel in einen auslaufenden rotierenden Zahnkranz zu einem definierten Zeitpunkt mit im Wesentlichen synchroner Drehzahl eingespurt wird.
  • Es ist bekannt eine Brennkraftmaschine mittels eines von einem Startermotor antreibbaren Starterritzels zu starten, dass in den Zahnkranz einer Brennkraftmaschine eingespurt wird.
  • Zur Einsparung von Kraftstoff und Emisionen ist es bekannt, die Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug durch eine Motorsteuerung beispielsweise an Ampeln oder bei anderen Verkehrshindernissen, die zu einem kurzfristigen Stopp zwingen, nach bestimmten Abschaltbedingungen, insbesondere nach einem bestimmten Zeitablauf auszuschalten. Herkömmlicher Weise, gibt es Mindestzeiten für einen Wiederstart, die abgewartet werden müssen, bis die Brennkraftmaschine wieder gestartet werden kann, da in den auslaufenden Zahnkranz nicht eingespurt werden darf. Es sind Bestrebungen bekannt, um die Verfügbarkeit der Brennkraftmaschine im Start-Stopp-Betrieb zu erhöhen, ein Starterritzel während des Auslaufens der Brennkraftmaschine in den sich drehenden Zahnkranz einzuspuren. Hierfür ist eine Startersteuerung vorgesehen, die den Startermotor unabhängig von einer Bestromung des Starterrelais beschleunigt und ansteuert. Beispielsweise beschreibt die DE 10 2005 021 227 A1 eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug, mit einer Steuereinheit, einem Starterrelais, einem Starterritzel und einem Startermotor.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Startvorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, um möglichst einfach, ohne großen elektrischen und elektronischen Aufwand das Einspuren im Start-Stopp-Betrieb während einer auslaufenden Brennkraftmaschine zu realisieren.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Gegenstand der Patentansprüche 1 und 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Es ist ein der Erfindung zugrunde liegender Gedanke eine aufwendige Drehzahlerkennung, die durch elektronische und elektrische bzw. softwaretechnische Verfahren und Vorrichtungen realisiert werden könnte, durch eine einfache mechanische Konstruktion zu substituieren. Somit ist ein möglichst geräuschloser Einspurvorgang mit einem verminderten bzw. äußerst reduzierten Zahnflankenverschleiß vom Zahnkranz der Brennkraftmaschine und vom Starterritzel ausführbar.
  • Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Startvorrichtung mit einer mechanischen Einrichtung zur Anpassung der Drehzahl des Starterritzels an die Drehzahl eines auslaufenden Zahnkranzes ausgebildet ist. Die mechanische Einrichtung schafft somit eine Angleichung der Drehzahl vom Starterritzel und der Drehzahl vom auslaufenden Zahnkranz der Brennkraftmaschine ohne dass eine hoch genaue Synchronisation der Drehzahlen durch ein aufwendiges elektrisches und elektronisches Verfahren ausgeführt werden muss. Eine grundsätzliche Idee ist, durch die mechanische Einrichtung die Drehzahl des Starterritzels auf eine synchrone Umlaufgeschwindigkeit der Zähne vom Zahnkranz anzupassen. Hierfür ist erfindungsgemäß als mechanische Einrichtung eine Kupplung, ähnlich einer Fliehkraftkupplung vorgesehen, um möglichst verschleißfrei einen Ausgleich von unterschiedlichen Drehzahlen zu schaffen.
  • Gemäß einer die Erfindung weiterbildenden Ausführungsform ist eine Reibscheibe auf der Antriebsachse des Starterritzels als mechanische Einrichtung zur Anpassung der Drehzahlen ausgebildet. Die Reibscheibe ist vorgesehen, um eine Kupplung zum Zahnkranz auszubilden, wenn das Starterritzel im Start-Stopp-Betrieb bei einem sich drehenden Zahnkranz eingespurt werden soll. Die Reibscheibe hat den Vorteil, dass sie ein einfaches mechanisches Bauelement ist, dass durch Kraftschluss eine verschleißarme Kupplung bildet.
  • Gemäß einer die Erfindung weiterbildenden Ausführungsform ist der Zahnkranz an der dem Starterritzel gegenüberliegenden Stirnfläche mit einer radialen, ringförmigen Reibfläche unterhalb der Zähne ausgebildet, um die Reibscheibe der Startvorrichtung kraftschlüssig an die Drehzahl anzupassen. Vorzugsweise ist am Zahnkranz die ringförmige Reibfläche speziell behandelt oder bearbeitet, um einen Kraftschluss zwischen der auf der Starterachse montierten Reibscheibe und dem Zahnkranz lang andauernd und mit wiederkehrend gleicher Qualität auszuführen. Diese Reibfläche kann beispielsweise insbesondere wärmebehandelt sein oder kann besonders rau ausgebildet sein.
  • Um den Kraftschluss zwischen Zahnkranz und Reibscheibe zu verbessern ist gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform alternativ die Reibscheibe mit einer konischen Kontaktfläche zum Zahnkranz angrenzend ausgebildet. Die konische Kontaktfläche der Reibscheibe und das Starterritzel wird zur Anpassung der Drehzahlen auf eine komplementäre konische Gegenfläche des Zahnkranzes angedrückt, sodass diese eine feste Kupplung ergeben. Durch Überwinden eines Zustell- und Ausspurwegs von der Reibscheibe wirkt diese mit dem Zahnkranz zusammen.
  • Eine konische Fläche hat den Vorteil, dass die Kräfte nicht nur axial wirken, sondern auch radial beim Zusammenpressen der Reibscheibe und des Zahnkranzes zum Tragen kommen.
  • Zur Verbesserung des Synchronisationsvorgangs ist gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform das Starterritzel mit Fanghaken an der Stirnseite, die dem Zahnkranz gegenüber liegt ausgebildet. Insbesondere sind die Fanghaken aus Federstahl hergestellt. Die Fanghaken reduzieren weiter den Zahnflankenverschleiß, sodass das Starterritzel mit im wesentlicher synchroner Drehzahl zum Zahnkranz eingespurt wird. Durch die Fanghaken wird eine synchrone Drehzahl schneller erreicht. Damit die Fanghaken eine lange Lebensdauer aufweisen, sind die Fanghaken vorzugsweise aus Federstahl hergestellt.
  • Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren dadurch gelöst, dass zur Anpassung der Drehzahlen von einem hochlaufenden Starterritzel und einem rotierenden, auslaufenden Zahnkranz im Start-Stopp-Betrieb eine mechanische Einrichtung gegen den Zahnkranz zugestellt wird, der rotierende auslaufende Zahnkranz von der mechanischen Einrichtung berührt wird, die Drehzahlen vom Starterritzel und vom Zahnkranz zu einer synchronen Drehzahl mechanisch abgeglichen werden und das Starterritzel nach einem Hindurchtreten durch die mechanische Einrichtung in den Zahnkranz eingespurt wird. Aufgrund dieses erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Einspurvorgang bei einem Start-Stopp-Betrieb mit auslaufender Brennkraftmaschine möglich, wobei der Zahnflankenverschleiß aufgrund einer genauen Synchronisierung von zwei Zahnrädern deutlich reduziert ist. Das Verfahren ist einfach realisierbar und erfordert keine hochgenaue und diffizile Ansteuerung vom Startermotor, dem Starterrelais oder der Brennkraftmaschine. Es sind keine Sensorelemente erforderlich. Eine aufwendige Elektronik würde gegebenenfalls durch Computerprogrammprodukte unterstützt werden müssen was vorteilhafterweise entfällt. Der Startermotor wird somit im Start-Stopp-Betrieb beim Auslaufen der Brennkraftmaschine beschleunigt und zu einem vorherbestimmten Zeitpunkt, zu dem eine ungefähr gleich laufende Drehzahl des Zahnkranzes bestimmt worden ist, wird das Starterritzel in den Zahnkranz eingespurt.
  • Damit die mechanische Einrichtung beim Einspuren des Starterritzels nachgiebig ist, wird eine als mechanische Einrichtung ausgebildete Reibscheibe mittels einer Feder, insbesondere einer Spiralfeder, gegen den Zahnkranz zur Anpassung der Drehzahlen gepresst. Die Feder hat bei einer anfänglichen Berührung nur eine geringere Federkraft, die bei Zustellung des Starterritzels immer größer wird, sodass die Reibkraft zum Zustellweg des Starterritzels zunimmt. Die Drehzahl kann somit zeitlich immer besser dem Zustell- bzw. Schließvorgang der Kupplung angepasst werden, sodass sie zum Zeitpunkt des Aufeinandertreffens der Zahnflanken vom Starterritzel und vom Zahnkranz im Wesentlichen identisch ist.
  • Gemäß einem bevorzugten Verfahren wird im Start-Stopp-Betrieb die Drehzahl des Zahnkranzes und die Drehzahl des Starterritzels mit der Reibscheibe vorsynchronisiert und die Reibscheibe wird an den Zahnkranz zur Feinsynchronisation angepresst. Danach wird das Starterritzel in den Zahnkranz eingespurt. Erfindungsgemäß ist also die mechanische Einrichtung eine Feinsynchronisierung die ohne aufwendige Elektronik, gegebenenfalls mit einer Software unterstützt, auskommt und bei entsprechender Materialauswahl für die Lebensdauer des Fahrzeugs ausgelegt ist.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 bis 3
    schematische Seitenansichten eines erfindungsgemäßen Einspurvorgangs einer erfindungsgemäßen Startvorrichtung,
    Fig. 4
    eine schematische Seitenansicht einer besonderen Ausführungsform einer Startvorrichtung und eines Zahnkranzes,
    Fig. 5
    ein Zeit-Drehzahl-Weg-Diagramm eines Einspurvorgangs,
    Fig. 6
    schematisch ein Starterritzel in einer Stirnansicht,
    Fig. 7
    ein in eine Reibscheibe formschlüssig eingesetztes Starterritzel und
    Fig. 8
    eine vergrößerte schematische Seitenansicht einer Reibscheibe.
    Ausführungsformen der Erfindung
  • Die Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Startvorrichtung 1. Die Startvorrichtung 1 weist ein nicht speziell dargestelltes Starterrelais auf, um in den Zahnkranz 2 einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine ein Starterritzel 3 einzuspuren. Erfindungsgemäß ist an der Stirnseite, die dem Zahnkranz 2 gegenüber liegt, im ausgespurten Zustand eine Reibscheibe 4 formschlüssig angeordnet. Die Reibscheibe 4 dreht sich mit dem Starterritzel 3 mit. Beide werden von einem Startermotor 5 auf einer Starterachse direkt angetrieben. Die Reibscheibe 4 ist axial auf der Starterachse beweglich und wird von einer Feder 6 die vorzugsweise eine Spiralfeder ist vorgespannt. Die Reibscheibe 4 bildet eine mechanische Einrichtung, um im Start-Stopp-Betrieb zwei Drehzahlen anzupassen. Der Zahnkranz 2 rotiert mit einer auslaufenden Drehzahl aufgrund einer auslaufenden, ausgeschalteten Brennkraftmaschine und der Startermotor 5 beschleunigt das Starterritzel 3 mit einer ansteigenden Drehzahl, sodass beide Drehzahlen durch die als mechanische Einrichtung ausgebildete Reibscheibe 4 abschließend synchronisiert werden. Die Drehzahlen können, vor dem Einspuren des Starterritzels 3 durch einfache elektrische und elektronische Verfahren angeglichen sein, sodass mittels der mechanischen Einrichtung nur noch eine Feinjustierung auszuführen ist, sodass ein mechanischer Verschleiß auf ein Minimum reduziert ist. Die Fig. 1 zeigt einen Zustand der Startvorrichtung 1, in dem die Reibscheibe 4 den Zahnkranz 2 noch nicht berührt.
  • Die Fig. 2 zeigt eine besondere Ausführungsform in einem zeitlich fortgeschrittenen Zustand vom Einspurvorgang im Start-Stopp-Betrieb. In dem Einspurvorgang wird die Reibscheibe 4, die die zum Starterritzel 3 zugewandte Stirnseite 24 vom Zahnkranz 2 berührt, in zeitlicher Folge zunehmend stark an eine radiale ringförmige Reibfläche 25 gepresst, um eine Drehzahldifferenz vom Starterritzel 3 und vom Zahnkranz 2 auszugleichen.
  • Im weiteren Verfahren durchtritt das Starterritzel 3 die Reibscheibe 4, wie in der Fig. 3 gezeigt ist, sodass die Zähne des Starterritzels 3 in die Zähne vom Zahnkranz 2 eingreifen, wobei die Umfangsgeschwindigkeiten von beiden Zahnrädern im Wesentlichen identisch sind. Somit läuft der Zahnkranz 2 zusammen mit dem eingespurten Starterritzel 3 aus und die Brennkraftmaschine ist im Start-Stopp-Betrieb jederzeit aufgrund des eingespurten Starterritzels 3 startbar. Mindestzeiten müssen nicht mehr abgewartet werden. Die beiden Drehzahlen vom Starterritzel 3 und vom Zahnkranz 2 können also in einem selbstjustierenden Vorgang ohne aufwendige Regelung synchronisiert werden.
  • Die Fig.4 zeigt eine weitere schematische Seitenansicht von der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Einspurverfahrens. Gemäß der in der Fig. 4 gezeigten besonderen Ausführungsform ist der Zahnkranz 2 mit einem zylindrischen Bund 20 ausgebildet, damit die Reibscheibe 4 auch radial, und nicht nur axial, wie in den in Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsformen gegen den Zahnkranz 2 gepresst wird. Dies hat mechanische Vorteile, dass evtl. ein auftretender Schlupf vermieden wird. Eine derartige Anordnung hat jedoch auch den Nachteil, dass ein systematischer Drehzahlfehler auftreten kann, da der Umfang des zylindrischen Bunds 20 kleiner ist als der der Zahnflanken vom Zahnkranz 2, sodass hier eine geringfügige Drehzahldifferenz auftritt, die aber deutlich kleiner ist, als die auszugleichende Drehzahldifferenz zwischen dem Starterritzel 3 und dem Zahnkranz 2. Die Drehzahldifferenz ist bei der Materialauswahl entsprechend berücksichtigt.
  • Die Fig. 5 zeigt eine weitere Abwandlung der Ausführungsformen der Fig. 1 bis 4. Hier ist die Kontaktfläche 23 von der Reibscheibe 4 und die komplementäre Gegenfläche 22 am Zahnkranz 2 konisch ausgebildet. Eine konische Ausbildung hat den Vorteil, dass sowohl radiale als auch axiale Kräfte wirken und somit eine gute Reibhaftkraft erzielt werden kann. Außerdem können die Drehzahldifferenzen durch eine entsprechende konische Berührung besser ausgeglichen werden, da die berührende Kontaktfläche gegenüber einer nur radialen oder axialen Berührung vergrößert ist..
  • Die Fig. 6 zeigt ein Zeit-Drehzahl-Weg-Diagramm. Im obersten Diagramm der Fig. 6 ist die Drehzahl nB von der Brennkraftmaschine während eines Start-Stopp-Betriebs dargestellt. Die Brennkraftmaschine wird zu einem Zeitpunkt t0 auf eine Leerlaufdrehzahl n0 herabgefahren. Zum Zeitpunkt t1 wird durch die Motorsteuerung ein Start-Stopp-Betrieb veranlasst, sodass die Brennkraftmaschine ausgeschaltet wird. Kurz danach, im Millisekundenbereich, zu einem Zeitpunkt t2 wird der Startermotor 5 von einer Startersteuerung beschleunigt, die den Startermotor 5 und das Starterrelais separat ansteuert.
  • Das mittlere Zeit-Drehzahl-Diagramm der Fig. 6 zeigt die Drehzahl bei nS vom Startermotor. Darunter im untersten Diagramm ist der Weg s3 vom Starterritzel 3 dargestellt.
  • Das Starterritzel 3 wird zusammen mit der Reibscheibe 4 mittels des Starterrelais auf den Zahnkranz 2 zugestellt. Zum Zeitpunkt t3 berührt die Reibscheibe 4 den Zahnkranz 2, sodass eine Synchronisierung der Drehzahl vom auslaufenden Zahnkranz 2 mit der Drehzahl vom auslaufenden Startermotor 5 stattfindet. Zum Zeitpunkt t4 liegt eine identische Drehzahl vor und eine Lücke auf Zahnstellung zwischen Starterritzel 3 und Zahnkranz 2, sodass ab dem Zeitpunkt t4 das Starterritzel 3 zum formschlüssigen Ineinandergreifen bis zum Zeitpunkt t5 eingespurt wird. Gemäß einer einfachen Ausführungsform wird sowohl die grobe Synchronisierung als auch eine Feinsynchronisierung durch die Reibscheibe 4 als mechanische Einrichtung ausgeführt. Gemäß einer, die Reibscheibe 4 weniger belasteten Ausführungsform wird eine Synchronisierung der Drehzahlen mittels einer elektronischen Steuerung von der Startvorrichtung in einem groben Drehzahlbereich vorgenommen und der ungefähre Einspurzeitpunkt bestimmt, sodass die Reibscheibe 4 für eine Feinsynchronisierung eingesetzt wird.
  • Die Fig. 7 zeigt eine Stirnansicht eines Starterritzels 3 und der Reibscheibe 4 in einer vereinfachten Darstellung. Die Stirnansicht zeigt wie das Starterritzel 3 formschlüssig durch die Reibscheibe 4 hindurch treten kann und auf einer angetriebenen Starterachse 35 formschlüssig verschiebbar ist.
  • Die Fig. 8 zeigt schematisch eine besondere Ausführungsform der Reibscheibe mit Fanghaken 32 in der Stirnseite 30 des Starterritzels 3 angeordnet, um einen Zahnflankenverschleiß noch besser zu verhindern. Die Fanghaken 32 sind aus besonders langlebigen Werkstoffen, beispielsweise aus Federstahl hergestellt. Die Fanghaken 32 dienen somit der Feinsynchronisierung zwischen Starterritzel 3 und Zahnkranz 2. Alle Figuren zeigen lediglich schematische nicht maßstabsgerechte Darstellungen. Im Übrigen wird insbesondere auf die zeichnerischen Darstellungen für die Erfindung als Wesentlich verwiesen.

Claims (9)

  1. Startvorrichtung (1) für eine Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug mit einem Startermotor (5) und einem Starterrelais, mit dem zum Starten der Brennkraftmaschine ein vom Startermotor (5) angetriebenes Starterritzel (3) mit einem Zahnkranz (2) der Brennkraftmaschine in Eingriff bringbar ist und der Startermotor (5) und das Starterrelais für einen Start-Stopp-Betrieb von einer Startersteuerung getrennt und definiert ansteuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Startvorrichtung (1) mit einer mechanische Einrichtung zur Anpassung der Drehzahl des Starterritzels (3) an die Drehzahl eines auslaufenden Zahnkranzes (2) ausgebildet ist.
  2. Startvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reibscheibe (4) auf der Antriebsachse des Starterritzels (3) als mechanische Einrichtung zur Drehzahlanpassung ausgebildet ist.
  3. Startvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnkranz (2) an der dem Starterritzel (3) gegenüberliegenden Stirnfläche (24) mit einer radialen ringförmigen Reibfläche unterhalb der Zähne ausgebildet ist, um die Reibscheibe (4) der Startvorrichtung (1) kraftschlüssig an die Drehzahl anzupassen.
  4. Startvorrichtung (1) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibscheibe (4) eine axiale Umfangsfläche aufweist, die zur Anpassung der Drehzahl eine axiale ringförmige Reibfläche vom Zahnkranz (2) kraftschlüssig berührt.
  5. Startvorrichtung (1) nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibscheibe (4) mit einer konischen Kontaktfläche (23) zumindest zum Teil am zum Zahnkranz (2) angrenzenden Umfang ausgebildet ist, die zur Anpassung der Drehzahl mit einer komplementären konischen Gegenfläche (22) des Zahnkranzes (2) durch Zustellen der Reibscheibe (4) und des Starterritzels (3) zusammenwirkt.
  6. Startvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Starterritzel (3) mit Fanghaken (32) an der Stirnseite, die in den Zahnkranz (2) eingespurt wird, ausgebildet ist, und insbesondere die Fanghaken (32) aus Federstahl hergestellt sind.
  7. Verfahren zum Betreiben einer Startvorrichtung (1), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einer Startersteuerung für eine Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug zum Ausführen eines Start-Stopp-Betriebs, wobei das Starterritzel (3) von dem Startermotor (5) auf eine definierte Drehzahl beschleunigt wird, und das Starterritzel (3) in einen auslaufenden rotierenden Zahnkranz (2) zu einem definierten Zeitpunkt mit im Wesentlichen synchroner Drehzahl eingespurt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Anpassung der Drehzahlen von einem hochlaufenden Starterritzel (3) und einem rotierendem, auslaufenden Zahnkranz (2) im Start-Stopp-Betrieb eine mechanische Einrichtung gegen den Zahnkranz (2) zugestellt wird, der rotierende auslaufende Zahnkranz (2) berührt wird, die Drehzahlen mechanisch zu einer synchronen Drehzahl mechanisch abgeglichen werden und das Starterritzel (3) nach einem Hindurchtreten durch die mechanische Einrichtung in den Zahnkranz (2) eingespurt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine als mechanische Einrichtung ausgebildete Reibscheibe (4) mittels einer Feder (6), insbesondere einer Spiralfeder, gegen den Zahnkranz (2) zur Anpassung der Drehzahlen gepresst wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Start-Stopp-Betrieb die Drehzahl des Zahnkranzes (2) und die Drehzahl des Starterritzels (3) mit der Reibscheibe (4) vorsynchronisiert wird, die Reibscheibe (4) an den Zahnkranz (2) zur Feinsynchronisation angepresst wird.
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