EP2199596A1 - Start device for a combustion engine and method for operating same - Google Patents
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Abstract
Description
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.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.
Es ist bekannt eine Brennkraftmaschine mittels eines von einem Startermotor antreibbaren Starterritzels zu starten, dass in den Zahnkranz einer Brennkraftmaschine eingespurt wird.It is known to start an internal combustion engine by means of a starter motor driven by a starter pinion that is meshed into the ring gear of an internal combustion engine.
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
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.It is an object of the present invention to develop a starting device and a method of the type mentioned in such a way to realize as simple as possible, without major electrical and electronic effort, the meshing in the start-stop operation during an expiring internal combustion engine.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Gegenstand der Patentansprüche 1 und 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.According to the invention the object is achieved by the subject matter of claims 1 and 7. Advantageous developments of the invention will become apparent from the dependent claims.
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.It is an idea underlying the invention, a complex speed detection, which could be realized by electronic and electrical or software engineering methods and devices to substitute by a simple mechanical design. Thus, a possible noiseless Einspurvorgang with a reduced or extremely reduced tooth flank wear from the ring gear of the engine and the starter pinion executable.
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.The object is achieved in that 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. For this purpose, according to the invention as a mechanical device, a clutch, similar to a centrifugal clutch provided to wear as possible to compensate for different speeds.
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.According to a further embodiment of the invention, 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.
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.According to a further embodiment of the invention, 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. Preferably, 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.
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.In order to improve the frictional connection between the toothed rim and the friction disc, according to a particularly preferred embodiment, alternatively, 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. By overcoming a feed and Ausspurwegs of the friction disc acts together with the ring gear.
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.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.
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.To improve the synchronization process is according to a further preferred embodiment, the starter pinion with fishing hook on the front side, the sprocket opposite is formed. In particular, 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. Thus, the fishing hooks have a long life, the fishing hooks are preferably made of spring steel.
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.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.
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.Thus, 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.
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.According to a preferred method, in start-stop operation, 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. According to the invention, therefore, 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.
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.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively indicated combination but also in other combinations.
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.
- Fig. 1 to 3
- schematic side views of a Einspurvorgangs invention of a starting device according to the invention,
- Fig. 4
- a schematic side view of a particular embodiment of a starting device and a sprocket,
- Fig. 5
- a time-speed-distance diagram of a meshing process,
- Fig. 6
- schematically a starter pinion in an end view,
- Fig. 7
- a form-fitting inserted into a friction disk starter pinion and
- Fig. 8
- an enlarged schematic side view of a friction disc.
Die
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Im weiteren Verfahren durchtritt das Starterritzel 3 die Reibscheibe 4, wie in der
Die
Die
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Das mittlere Zeit-Drehzahl-Diagramm der
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.The
Die
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PUAI | Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase |
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AK | Designated contracting states |
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