EP2321522B1 - Method for engaging a starting gear pinion of a starter device in a ring gear of an internal combustion engine - Google Patents
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- EP2321522B1 EP2321522B1 EP09781230.9A EP09781230A EP2321522B1 EP 2321522 B1 EP2321522 B1 EP 2321522B1 EP 09781230 A EP09781230 A EP 09781230A EP 2321522 B1 EP2321522 B1 EP 2321522B1
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Description
Aus der deutschen Offenlegungsschrift
Demgegenüber ist vorgesehen, dass ein Einspuren des Ritzels in den Zahnkranz der Startvorrichtung erreicht wird, indem bewusst und bedingt durch technische Mittel erreicht wird, dass das Andrehritzel mit einer Umfangsgeschwindigkeit den Zahnkranz kontaktiert, die kleiner als die Umfangsgeschwindigkeit des Zahnkranzes ist. Dies hat den Vorteil, dass der Einrückvorgang des Ritzels in den Zahnkranz wie im konventionellen Fall des Einrückens eines Ritzels eines gewöhnlichen Starters in den Zahnkranz ablaufen kann. Der konventionelle Einrückvorgang verursacht unter üblichen Bedingungen verhältnismäßig geringen Verschleiß, was insbesondere bei einem Fahrzeug mit einem Start-Stopp-System sehr erwünscht ist. Bei einem Fahrzeug mit Start-Stopp-System ist die Anzahl an Starts gegenüber Fahrzeugen mit konventionellem Start-System beispielsweise bis zu zehnmal höher. Vor diesem Hintergrund ist es besonders erstrebenswert, bei einem Start-Stopp-System ein verschleißarmes Einspuren zu ermöglichen.In contrast, it is provided that the pinion is engaged in the ring gear of the starter device by deliberately and due to technical means that the starter pinion contacts the ring gear at a peripheral speed that is lower than the peripheral speed of the ring gear. This has the advantage that the engagement process of the pinion in the ring gear can take place as in the conventional case of the engagement of a pinion of an ordinary starter in the ring gear. The conventional engagement process causes relatively little wear under normal conditions, which is particularly desirable in a vehicle with a start-stop system. For example, in a vehicle with a start-stop system, the number of starts is up to ten times higher than in vehicles with a conventional start system. Against this background, it is particularly desirable to enable low-wear engagement in a start-stop system.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, dass beim Einspuren eines Andrehritzels in den Zahnkranz einer Brennkraftmaschine Geschwindigkeitsverhältnisse vorliegen, die dazu führen, dass ein verhältnismäßig sanftes, d. h. verschleißarmes Einspuren eines Andrehritzels in den Zahnkranz ermöglicht wird.The method according to the invention with the features of the main claim has the advantage that when a starter pinion is engaged in the ring gear of an internal combustion engine, there are speed conditions which lead to a relatively gentle, ie. H. wear-free engagement of a pinion in the ring gear is made possible.
Es kann vorgesehen sein, dass die Umfangsgeschwindigkeit des Zahnkranzes ungleich Null ist, wenn das Andrehritzel mit einer Umfangsgeschwindigkeit den Zahnkranz kontaktiert. Insbesondere für den Fall, dass das Andrehritzel zum Einspuren aktiv gedreht wird, ist vorgesehen, dass die Umfangsgeschwindigkeit des Andrehritzels ungleich Null ist, um die besonderen beabsichtigten kinematischen und kinetischen Verhältnisse zu erreichen.It can be provided that the peripheral speed of the ring gear is not equal to zero when the starter pinion contacts the ring gear at a peripheral speed. In particular in the event that the starter pinion is actively rotated to engage, it is provided that the peripheral speed of the starter pinion is not equal to zero in order to achieve the particular intended kinematic and kinetic conditions.
Das Verfahren ist besonders zuverlässig, wenn die Umfangsgeschwindigkeiten des Zahnkranzes und des Andrehritzels an ihrer gemeinsamen Eingriffsstelle in gleicher Richtung orientiert sind. Dies bedeutet beispielsweise für den Fall, dass der Zahnkranz und auch das Andrehritzel jeweils als außenverzahnte Stirnräder gestaltet sind, dass sich diese in gegensätzlicher Drehrichtung bewegen.The method is particularly reliable if the peripheral speeds of the ring gear and the pinion gear are oriented in the same direction at their common point of engagement. For example, in the case that the toothed ring and also the starter pinion are each designed as externally toothed spur gears, this means that they move in opposite directions of rotation.
Hinsichtlich der unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten von Zahnkranz und Andrehritzel hat man durch umfangreiche Versuche herausgefunden, dass bezüglich der Umfangsgeschwindigkeiten besondere Verhältnisse gelten sollen. So ist vorgesehen, dass die Umfangsgeschwindigkeit des Zahnkranzes im Moment des ersten Kontaktierens mit dem Andrehritzel bzw. des Kontaktierens des Andrehritzels mit dem Zahnkranz die Umfangsgeschwindigkeit des Zahnkranzes maximal um einen Wert gebildet aus dem Produkt von 5 Metern pro Sekunde pro Millimeter und dem Modul des Zahnkranzes in Millimetern größer und minimal größer als die Umfangsgeschwindigkeit des Andrehritzels ist. Die Zuverlässigkeit des Verfahrens ist dadurch steigerbar, indem die Startvorrichtung eine Ritzelwelle aufweist, die das Andrehritzel antreibt, wobei zwischen dem Andrehritzel und der Ritzelwelle in Richtung seiner Rotationsachse eine Federkraft eines Federelements wirkt, wobei durch das Kontaktieren des Andrehritzels mit dem Zahnkranz das Federelement komprimiert wird. Die Zuverlässigkeit des Systems wird dabei nicht nur durch die federnden bzw. elastischen Eigenschaften verbessert, sondern gleichzeitig durch die damit einhergehenden Dämpfungsvorgänge, die beispielsweise durch die Reibung der Feder mit ihren Gegenlagern oder irgendwelcher Strömungsdämpfungen entstehen.With regard to the different circumferential speeds of the ring gear and starter pinion, extensive tests have shown that special conditions should apply with regard to the circumferential speeds. It is provided that the circumferential speed of the ring gear at the moment of first contact with the starter pinion or the contacting of the starter pinion with the ring gear, the circumferential speed of the ring gear formed by a maximum of the product of 5 meters per second per millimeter and the module of the ring gear is larger in millimeters and slightly larger than the peripheral speed of the pinion. The reliability of the method can be increased in that the starting device has a pinion shaft which drives the starter pinion, a spring force of a spring element acting between the starter pinion and the pinion shaft in the direction of its axis of rotation, the spring element being compressed by contacting the starter pinion with the ring gear , The reliability of the system is not only improved by the resilient or elastic properties, but at the same time by the associated damping processes, which arise, for example, from the friction of the spring with its counter bearings or any flow damping.
Für das Verfahren ist des Weiteren von Bedeutung, dass das Andrehritzel rechtzeitig zum Zahnkranz vorgespurt wird und auch rechtzeitig eine wie vorgesehen hohe Umfangsgeschwindigkeit erreicht. Dementsprechend ist von Bedeutung, dass ein Schaltkriterium durch ein Steuergerät erkannt wird und das Andrehritzel dann in einem Schritt in Richtung zum Zahnkranz vorgespurt und in einem anderen Schritt in Drehung versetzt wird, wobei die am Andrehritzel herrschende Umfangsgeschwindigkeit beim Erreichen des Zahnkranzes kleiner als die Umfangsgeschwindigkeit des Zahnkranzes ist. Durch diese Maßnahmen kann sichergestellt werden, dass das Ritzel im richtigen Moment mit einer passenden Eigenschaft den Zahnkranz kontaktiert. Es ist dabei zunächst unerheblich, welches Schaltkriterium hier herangezogen wird. Es ist auch unerheblich, welches Steuergerät das Schaltkriterium erkennt.For the method, it is also important that the starter pinion is advanced to the ring gear in good time and also achieves a high peripheral speed as intended. Accordingly, it is important that a switching criterion is recognized by a control device and the starter pinion is then advanced in one step towards the ring gear and in another step is rotated, the circumferential speed prevailing on the pinion being less than the circumferential speed when the ring gear is reached Sprocket is. These measures can ensure that the pinion contacts the ring gear at the right moment with a suitable property. It is irrelevant which switching criterion is used here. It is also irrelevant which control unit recognizes the switching criterion.
So kann das Schaltkriterium ein Signal sein, welches einem Wunsch nach Abschalten der Brennkraftmaschine entspricht. Der Wunsch nach Abschalten der Brennkraftmaschine kann beispielsweise dadurch bedingt sein, dass die Geschwindigkeit des Fahrzeuges beispielsweise Null ist und/oder der Triebstrang geöffnet ist oder die Fahrzeuggeschwindigkeit beispielsweise unterhalb einer geringen Geschwindigkeitsschwelle, beispielsweise <7h/km, liegt. Ein weiteres Schaltkriterium kann beispielsweise ein Signal sein, welches einer Drehzahleigenschaft des Zahnkranzes der Brennkraftmaschine entspricht. Eine Drehzahleigenschaft des Zahnkranzes wäre hier beispielsweise die Winkelgeschwindigkeit des Zahnkranzes bzw. die Änderung der Winkelgeschwindigkeit des Zahnkranzes beispielsweise unterhalb einer bestimmten Drehzahlschwelle, aus der ein kommender Stillstand der Brennkraftmaschine abgeleitet werden kann. Eine derartige Eigenschaft könnte darauf hindeuten, dass die Brennkraftmaschine abgeschaltet werden soll (z. B. Schwungnutzautomatik). Es ist dabei vorgesehen, dass ausgehend von dem Schaltkriterium ein Zeitpunkt errechnet wird, zudem die Startvorrichtung aktiviert wird. So könnte z. B. definiert sein, dass für den Fall, dass die Brennkraftmaschine eine Drehzahl unterhalb von 600/min erreicht, die Startvorrichtung aktiviert wird (Drehen des Andrehritzels, Vorspuren des Andrehritzels), um zu einem geeigneten Zeitpunkt das Andrehritzel mit der geeigneten Eigenschaft mit dem Zahnkranz zu kontaktieren.For example, the switching criterion can be a signal that corresponds to a request to switch off the internal combustion engine. The desire to switch off the internal combustion engine may be due, for example, to the fact that the speed of the vehicle is, for example, zero and / or the drive train is open, or the vehicle speed is, for example, below a low speed threshold, for example <7 h / km. Another switching criterion can be, for example, a signal which corresponds to a speed characteristic of the ring gear of the internal combustion engine. A speed characteristic of the ring gear would here, for example, be the angular speed of the ring gear or the change in the angular speed of the ring gear, for example below a certain speed threshold, from which a coming standstill of the internal combustion engine can be derived. Such a property could indicate that the internal combustion engine should be switched off (e.g. automatic flywheel system). It is provided that, based on the switching criterion, a point in time is calculated and the starting device is also activated. For example, For example, it can be defined that in the event that the internal combustion engine reaches a speed below 600 rpm, the starting device is activated (rotation of the starter pinion, toe-in of the starter pinion) in order to have the starter pinion with the suitable property with the ring gear at a suitable time to contact.
Hinsichtlich des Verfahrens ist besonders vorgesehen, dass zunächst das Andrehritzel in einem Schritt in Drehung versetzt wird und danach in einem Schritt zum Zahnkranz vorgespurt wird.With regard to the method, provision is made in particular for the starter pinion to be set in rotation in one step and then to be preloaded to the ring gear in one step.
In den Zeichnungen ist ein Verfahren zum Einspuren eines Andrehritzels in einen Zahnkranz. dargestellt. Es zeigen:
- Figur 1
- eine Startvorrichtung und ausschnittweise eine Brennkraftmaschine mit Zahnkranz,
- Figur 2
- eine Prinzipdarstellung des Systems aus Brennkraftmaschine, Startvorrichtung und Steuergeräten in einem ersten Ausführungsbeispiel,
- Figur 3
- eine Prinzipdarstellung der Geschwindigkeitsverhältnisse zum Zeitpunkt des ersten Kontaktierens des Andrehritzels am Zahnkranz,
- Figur 4
- zeigt den Ablauf eines theoretischen Verfahrens anhand von einigen Momentaufnahmen von Situationen während des Verfahrenablaufs bis zum Andrehen,
- Figure 1
- a starting device and sections of an internal combustion engine with ring gear,
- Figure 2
- 1 shows a basic illustration of the system comprising the internal combustion engine, starting device and control units in a first exemplary embodiment,
- Figure 3
- a schematic representation of the speed relationships at the time of first contacting the pinion on the ring gear,
- Figure 4
- shows the course of a theoretical procedure based on a few snapshots of situations during the course of the procedure until turning on,
Der elektrische Motor 13 weist als Gehäuse 11 ein Polrohr 28 auf, das an seinem Innenumfang Polschuhe 31 trägt, die jeweils von einer Erregerspule 300, die Teil einer Erregerwicklung 34 sind, umwickelt sind. Die Polschuhe 31 umgeben wiederum einen Anker 37, der ein aus Lamellen 40 aufgebautes Ankerpaket 43 und eine in Nuten 46 angeordnete Ankerwicklung 49 aufweist. Das Ankerpaket 43 ist auf eine Antriebswelle 44 aufgepresst. An dem dem Andrehritzel 22 abgewandten Ende der Antriebswelle 44 ist des Weiteren ein Kommutator 52 angebracht, der unter anderem aus einzelnen Kommutatorlamellen 55 aufgebaut ist. Die Kommutatorlamellen 55 sind in bekannter Weise mit der Ankerwicklung 49 derartig elektrisch verbunden, dass sich bei Bestromung der Kommutatorlamellen 55 durch Kohlebürsten 58 eine Drehbewegung des Ankers 37 im Polrohr 28 ergibt. Eine Stromzufuhr 61 versorgt im Einschaltzustand sowohl die Kohlebürsten 58 als auch die Erregerwicklung 34 mit Strom. Die Antriebswelle 44 ist kommutatorseitig mit einem Wellenzapfen 64 in einem Gleitlager 67 abgestützt, welches wiederum in einem Kommutatorlagerdeckel 70 ortsfest gehalten ist. Der Kommutatordeckel 70 wiederum wird mittels Zuganker 73, die über den Umfang des Polrohrs 28 verteilt angeordnet sind (Schrauben, beispielweise zwei, drei oder vier Stück) am Antriebslagerschild 19 befestigt. Es stützt sich dabei das Polrohr 28 am Antriebslagerschild 19 ab und der Kommutatorlagerdeckel 70 am Polrohr 28.The
In Antriebsrichtung schließt sich an den Anker 37 ein sogenanntes Sonnenrad 80 an, das Teil eines Planetengetriebes 83 ist. Das Sonnenrad 80 ist von mehreren Planetenrädern 86 umgeben, üblicherweise drei Planetenräder 86, die mittels Wälzlagern 89 auf Achszapfen 92 abgestützt sind. Die Planetenräder 86 wälzen in einem Hohlrad 95 ab, das im Polrohr 28 gelagert ist. In Richtung zur Abtriebsseite schließt sich an die Planetenräder 86 ein Planetenträger 98 an, in dem die Achszapfen 92 aufgenommen sind. Der Planetenträger 98 wird wiederum in einem Zwischenlager 101 und einem darin angeordneten Gleitlager 104 gelagert. Das Zwischenlager 101 ist derartig topfförmig gestaltet, dass in diesem sowohl der Planetenträger 98, als auch die Planetenräder 86 aufgenommen sind. Des Weiteren ist im topfförmigen Zwischenlager 101 das Hohlrad 95 angeordnet, das letztlich durch einen Deckel 107 gegenüber dem Anker 37 geschlossen ist. Auch das Zwischenlager 101 stützt sich mit seinem Außenumfang an der Innenseite des Polrohrs 28 ab. Der Anker 37 weist auf dem vom Kommutator 52 abgewandten Ende der Antriebswelle 44 einen weiteren Wellenzapfen 110 auf, der ebenfalls in einem Gleitlager 113 aufgenommen ist, ab. Das Gleitlager 113 wiederum ist in einer zentralen Bohrung des Planetenträgers 98 aufgenommen. Der Planetenträger 98 ist einstückig mit einer Abtriebswelle 116 verbunden. Diese Abtriebswelle ist mit ihrem vom Zwischenlager 101 abgewandten Ende 119 in einem weiteren Lager 122, welches im Antriebslagerschild 19 befestigt ist, abgestützt. Die Abtriebswelle 116 ist in verschiedene Abschnitte aufgeteilt: So folgt dem Abschnitt, der im Gleitlager 104 des Zwischenlagers 101 angeordnet ist, ein Abschnitt mit einer sogenannten Geradverzahnung 125 (Innenverzahnung), die Teil einer sogenannten Wellen-Nabe-Verbindung ist. Diese Welle-Nabe-Verbindung 128 ermöglicht in diesem Fall das axial geradlinige Gleiten eines Mitnehmers 131. Dieser Mitnehmer 131 ist ein hülsenartiger Fortsatz, der einstückig hier beispielsweise mit einem topfförmigen Außenring 132 des Freilaufs 137 verbunden ist. Dieser Freilauf 137 (Richtgesperre) besteht des Weiteren aus dem Innenring 140, der radial innerhalb des Außenrings 132 angeordnet ist. Zwischen dem Innenring 140 und dem Außenring 132 sind Klemmkörper 138 angeordnet. Diese Klemmkörper 138 verhindern in Zusammenwirkung mit dem Innen- und dem Außenring eine Relativdrehung zwischen dem Außenring und dem Innenring in einer zweiten Richtung. Mit anderen Worten: Der Freilauf 137 ermöglicht eine umlaufende Relativbewegung zwischen Innenring 140 und Außenring 134 nur in eine Richtung. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Innenring 140 einstückig mit dem Andrehritzel 22 und dessen Verzahnung 143 ausgeführt.A so-called
Nachfolgend wird auf den Einspurmechanismus eingegangen. Die Schubvorrichtung 16 weist ein Gehäuse 156 ab, welches Mittels mehrerer Befestigungselemente 159 (Schrauben) am Antriebslagerschild 19 befestigt ist. In der Schubvorrichtung 16 ist weiterhin eine Wicklung 162 zum Einziehen angeordnet. Die Wicklung 162 zum Einziehen bewirkt im eingeschalteten Zustand ein elektromagnetisches Feld, welches verschiedene Bauteile durchströmt. Unter anderem wirkt sich dieses magnetische Feld auf einen linear beweglichen Anker, der hier als Hubmittel 168 bezeichnet ist, und ggf. einen hier deckelartigen Rückschlusskern 171 aus. Das Hubmittel 168 trägt eine Schubstange 174, die beim linearen Einzug des Hubmittels 168 nach rechts bewegt wird.The single-track mechanism is discussed below. The pushing
Die Schubvorrichtung 16 bzw. das Hubmittel 168 hat die Aufgabe, mit einem Zugelement 187 einen in dem Antriebslagerschild 19 drehbeweglich angeordneten Hebel 190 zu bewegen. Dieser Hebel 190, üblicherweise als Gabelhebel ausgeführt, greift mit zwei hier nicht dargestellten "Zinken" bzw. Gabelarmen an seinem Außenumfang einen sich zwischen zwei Scheiben 193 und 194 befindenden Mitnehmerring 197, um diesen zum Freilauf 137 hin gegen den Widerstand der Feder 200 zu bewegen und dadurch das Andrehritzel 22 in den Zahnkranz 25 einzuspuren.The pushing
Alternativ könnte der elektrische Motor 13 auch permanentmagnetisch erregt sein. Dabei weist das Polrohr 28 an seinem Innenumfang statt jeweils von einer Erregerspule 300 umgebene Polschuhe 31 Permanentmagnete auf, die für das entsprechende magnetische Gegenfeld zum Anker 37 sorgen.Alternatively, the
In
Der Ablauf gemäß dem Ausführungsbeispiel nach
Die
Die
So zeigt
Ausgehend von der
Gemäß dem weiteren Ablauf des Einspurverfahrens und der Situation hinsichtlich der Umfangsgeschwindigkeiten vR und vZK von Andrehritzel 22 und Zahnkranz 25, drehen sich die beiden Zahnräder relativ zueinander. Demzufolge gleiten die Zähne ZK1 und ZK2 des Zahnkranzes 25 an den Stirnflächen der Zähne ZR1 und ZR2 entlang, bis sich für die Zähne ZR1 und ZR2 theoretisch die Möglichkeit ergäbe, in eine Zahnlücke ZL1 zwischen den Zähnen ZK1 und ZK2 einzuspuren. Aufgrund der Massenträgheit des Andrehritzels 22 und der Relativgeschwindigkeit, d. h. der Differenz der Umfangsgeschwindigkeiten von Andrehritzel 22 und Zahnkranz 25, schaffen es die Zähne ZR1 und ZR2 zunächst nicht in die entsprechenden Zahnlücken ZL1 und ZL2 des Zahnkranzes 25 einzuspuren. Vielmehr schlagen die Schrägungen 303 der Zähne ZR1 und ZR2 an den Schrägungen 309 der Zähne ZK2 und ZK3 an. Dieses Anschlagen bzw. Anprallen führt dazu, dass das Andrehritzel 22 zunächst einmal von den Schrägungen 309 abprallt, dabei aber kinetische Energie verliert, d. h. in axialer Richtung (Drehachse 276) nicht allzu weit zurückspurt, siehe auch
Die Zähne ZR1 und ZR2 des Andrehritzels 22 gleiten nunmehr -jetzt in Umfangsrichtung getrieben durch den Zahnkranz bzw. dessen Zähne ZK3 und ZK4 weiter in die Zahnlücken ZL3 und ZL2, bis diese Zähne gänzlich in den Zahnlücken ZL2 und ZL3 eingeschoben sind (
Gemäß dem bisher beschriebenen ist demzufolge ein Verfahren zum Einspuren eines Andrehritzels 22 einer Startvorrichtung 10 in einen Zahnkranz 25 einer Brennkraftmaschine 20 vorgesehen, wobei das Andrehritzel 22 eine Umfangsgeschwindigkeit vR aufweist, und der Zahnkranz 25 eine Umfangsgeschwindigkeit vZK aufweist, wobei das Andrehritzel 22 entlang seiner Rotationsachse 276 axial vorspurt, wobei das Andrehritzel 22 mit einer Umfangsgeschwindigkeit vR den Zahnkranz 25 kontaktiert, die kleiner als die Umfangsgeschwindigkeit vZK des Zahnkranzes 25 ist. Daraus wird deutlich, dass es beim Verfahren auf die Geschwindigkeitsverhältnisse zwischen dem Andrehritzel 22 und dem Zahnkranz 25 ankommt. Dementsprechend sind mehrere Fälle unterscheidbar, wobei nur der Fall c) den hier beigefügten Ansprüchen entspricht und ein erfindungsgemäßes Verfahren beschreibt:
- a) Der erste Fall ist der Fall, wie er in
Figur 3 dargestellt ist. Die Umfangsgeschwindigkeit des Zahnkranzes vZK ist größer als die Umfangsgeschwindigkeit vR desAndrehritzels 22. Daraus ergibt sich im Umkehrschluss, dassdas Andrehritzel 22 mit einer Umfangsgeschwindigkeit vR den Zahnkranz 25 kontaktiert, die kleiner als die Umfangsgeschwindigkeit vZK des Zahnkranzes 25 ist. Die Drehrichtung ist in diesem Fall in der gleichen Richtung wie die vorgesehene bzw. tatsächliche Drehrichtung einer Antriebswelle 21 (beispielsweise Kurbelwelle) der Brennkraftmaschine 20 im antreibenden Fall und hier wertmäßig als positiv bewertet. In diesem Fall ist die Umfangsgeschwindigkeit vZK des Zahnkranzes 25 ungleich Null. Ebenso ist die Umfangsgeschwindigkeit vR desAndrehritzels 22 ungleich Null. Beide Umfangsgeschwindigkeiten vR, vZK sind in gleicher Richtung orientiert,Figur 3 . - b) In diesem Fall ist die Umfangsgeschwindigkeit vZK des Zahnkranzes 25 nach wie vor größer als die Geschwindigkeit vR des
Andrehritzels 22. Dies bedeutet, dass die Drehrichtung des Andrehritzels 22 in diesem Fall der Andrehrichtung des Andrehritzels 22 aus dem Fall a entgegengesetzt ist. Während im Fall adas Andrehritzel 22 mit einer Drehung bzw. Winkelgeschwindigkeit dreht, die der vorgesehenen Drehung der Antriebswelle 21 in deren Antriebszustand entgegengesetzt ist, so ist im Fall b vor dem Kontaktieren des Andrehritzels 22 dessen Winkelgeschwindigkeit in der gleichen Richtung wie die spätere Winkelgeschwindigkeit derAntriebswelle 21. Unter derartigen Geschwindigkeitsverhältnissen zwischendem Zahnkranz 25und dem Andrehritzel 22 können die gleichen Relativbewegungen vorliegen wie im Fall a. Im Unterschied zum Fall a, ist nach dem erfolgten Einspuren des Andrehritzels 22 die Drehrichtung und damit die Winkelgeschwindigkeit des Startermotors 13 umzudrehen. - c) Beim Fall c ist die Umfangsgeschwindigkeit vZK des Zahnkranzes 25 größer Null und die Umfangsgeschwindigkeit vR des
Andrehritzels 22 kleiner als die Umfangsgeschwindigkeit vZK desZahnkranzes 25. Die Winkelgeschwindigkeit des Zahnkranzes 25 ist dabei der Antriebsdrehrichtung der Antriebswelle 21 entgegengesetzt. Ein derartiger Fall kann dann auftreten, wenn sich inder Brennkraftmaschine 20 aufgrund von bekannten Auslaufeigenschaften dieDrehrichtung der Antriebswelle 21 umkehrt. So ist das Phänomen bekannt, dass ein sich in einer Brennkraftmaschine zum sogenannten oberen Totpunkt bewegender Kolben die für die Verbrennung vorgesehene Luft verdichtet und dabei Arbeit gegen den Luftdruck in dem Brennraum oberhalb des Kolbens verrichtet. Ist die Energie des Kolbens bzw.der Antriebswelle 21 und der damit verbundenen Antriebsteile (Kolben, Pleuel, Kurbelwelle) nicht so hoch, dass der Kolben den oberen Todpunkt überschreiten kann, so wird dieAntriebswelle 21 wieder zurückdrehen. Dieser Fall ist hier mit diesem Fall c gemeint. In einer derartigen Situation dreht sich dieAntriebswelle 21 nachdem sie den oberen Todpunkt nicht erreicht hat, wieder zurück und weist demzufolge kurzfristig eine Winkelgeschwindigkeit auf, die der Winkelgeschwindigkeit im Antriebsfall und auch im Fall a entgegengesetzt ist. Derartige Details zu diesem Thema sind aus druckschriftlichen Werken zur Technik von Verbrennungsmotoren allgemein bekannt. Im Moment ab der Drehrichtungsumkehr und damit der Annahme einer Winkelgeschwindigkeit der Antriebswelle 21 und des Zahnkranzes 25, wird diese Winkelgeschwindigkeit und damit auch die Umfangsgeschwindigkeit des Zahnkranzes 25 dem Wert nach negativ bewertet. Mit anderen Worten, die Winkelgeschwindigkeit des Andrehritzels 22 muss bis zum Moment des Kontaktierens einen Wert annehmen, der verglichen mit der Winkelgeschwindigkeit des Zahnkranzes 25 noch negativer ist, um gemäß der hier vorgenommenen Definition kleiner zu sein als die Winkelgeschwindigkeit desZahnkranzes 25. Gemäß der hier vorgenommenen Definition ist in diesem Fall die Umfangsgeschwindigkeit vR desAndrehritzels 22 ebenfalls kleiner als die Umfangsgeschwindigkeit vZK desZahnkranzes 25.
- a) The first case is the case as in
Figure 3 is shown. The peripheral speed of the ring gear v ZK is greater than the peripheral speed v R of thestarter pinion 22. Conversely, this means that thestarter pinion 22 contacts thering gear 25 with a peripheral speed v R that is lower than the peripheral speed v ZK of thering gear 25. In this case, the direction of rotation is in the same direction as the intended or actual direction of rotation of a drive shaft 21 (for example crankshaft) of theinternal combustion engine 20 in the driving case, and here in terms of value it is rated positive. In this case, the peripheral speed v ZK of thering gear 25 is not equal to zero. Likewise, the peripheral speed v R of thepinion gear 22 is not equal to zero. Both peripheral speeds v R , v ZK are oriented in the same direction,Figure 3 , - b) In this case, the circumferential speed v ZK of the
ring gear 25 is still greater than the speed v R of thepinion gear 22. This means that the direction of rotation of thepinion gear 22 in this case is opposite to the direction of rotation of thepinion gear 22 from case a. While in case a thestarter pinion 22 rotates at a rotation or angular speed which is opposite to the intended rotation of thedrive shaft 21 in its drive state, in case b before contacting thestarter pinion 22 its angular velocity is in the same direction as the later angularvelocity Drive shaft 21. Under such speed conditions between thering gear 25 and thestarter pinion 22 there can be the same relative movements as in case a. In contrast to case a, after thestarter pinion 22 has been engaged, the direction of rotation and thus the angular velocity of thestarter motor 13 must be reversed. - c) In case c, the peripheral speed v ZK of the
ring gear 25 is greater than zero and the peripheral speed v R of thestarter pinion 22 is smaller than the peripheral speed v ZK of thering gear 25. The angular speed of thering gear 25 is opposite to the direction of rotation of thedrive shaft 21. Such a case can occur when the direction of rotation of thedrive shaft 21 is reversed in theinternal combustion engine 20 due to known run-down properties. Thus, the phenomenon is known that a piston moving in an internal combustion engine to the so-called top dead center compresses the air provided for the combustion and thereby does work against the air pressure in the combustion chamber above the piston. If the energy of the piston or thedrive shaft 21 and the associated drive parts (piston, connecting rod, crankshaft) is not so high that the piston can exceed the top dead center, thedrive shaft 21 will turn back again. This case is meant here with this case c. In such a situation, thedrive shaft 21 rotates back after it has not reached the top dead center and consequently has an angular velocity for a short time which is opposite to the angular velocity in the drive case and also in case a. Such details on this topic are generally known from printed works on the technology of internal combustion engines. At the moment from the reversal of the direction of rotation and thus the assumption of an angular speed of thedrive shaft 21 and thering gear 25, this angular speed and thus also the peripheral speed of thering gear 25 is evaluated negatively in terms of value. In other words, the angular velocity of thestarter pinion 22 must, until the moment of contacting, assume a value which is even more negative compared to the angular velocity of thering gear 25 in order to be smaller than the angular velocity of thering gear 25 according to the definition made here In this case, the definition made is the peripheral speed v R of thestarter pinion 22 also smaller than the peripheral speed v ZK of thering gear 25.
In diesem Verfahren ist vorgesehen, dass die Umfangsgeschwindigkeit vZK des Zahnkranzes 25 im Moment des ersten Kontaktierens maximal um einen Wert gebildet aus dem Produkt von 5m/(s ∗ mm) [fünf Meter pro dem Produkt aus Sekunden und Millimetern] und dem Modul mZK des Zahnkranzes 25 in mm größer ist und minimal größer als die Umfangsgeschwindigkeit vR des Andrehritzels 22 ist. Als Beispiel sei hier für den Modul mZK des Zahnkranzes 25 ein Wert von 2,11 mm angenommen. Diese technische Größe Modul m ist beispielsweise in der deutschen Industrienorm DIN 868 angegeben und ist eine Basisgröße für Längenmaße von Verzahnungen. Der Modul m ergibt sich als Quotient aus der Teilung p und der Zahl π. Die Teilung p wiederum ist in einem bestimmten Schnitt der Verzahnung der Bogen auf der Bezugsfläche zwischen den gleichnamigen Flanken zweier benachbarter Zähne, also beispielsweise der Zähne ZK1 und ZK2. Weist also der Modul m den genannten Wert auf, so ist vorgesehen, dass die Umfangsgeschwindigkeit vZK des Zahnkranzes 25 maximal um 10,55 Metern pro Sekunde größer ist als die Umfangsgeschwindigkeit vR des Andrehritzels 22. Für einen Modul m von 3 mm ergäbe sich somit ein Wert von 15 Metern pro Sekunde und für einen Modul von 1,5 mm eine Geschwindigkeit von 7,5 Metern pro Sekunde.In this method it is provided that the circumferential velocity v ZK of the ring gear 25 a maximum at the moment of first contacting a value formed from the product of 5m / (s * mm) [five yards per the product of seconds and millimeters], and the module m ZK of the
Es ist des Weiteren vorgesehen, dass die Startvorrichtung 10 eine Ritzelwelle in Gestalt des Mitnehmers 131 aufweist, die das Andrehritzel 22 antreibt. Dabei wirkt auf das Andrehritzel 22 eine Federkraft der Feder 200, wobei beim Kontaktieren des Andrehritzels 22 mit dem Zahnkranz 25 die Feder 200 komprimiert wird.It is further provided that the starting
Mit Bezug zu
Eine Variante des Ausführungsbeispiels gemäß
Das Schaltkriterium kann beispielsweise ein Signal sein, welches einem Wunsch nach Abschalten der Brennkraftmaschine in allgemeiner Form entspricht. Ein derartiger Wunsch kann bereits beispielsweise dadurch in Erscheinung treten, dass die Geschwindigkeit des Fahrzeugs verringert werden soll. Eine derartige Geschwindigkeitsverringerung kann sich beispielsweise aus dem Betätigen des Bremspedals bzw. der Ansteuerung eines entsprechenden Signalaufnehmers, welcher die Signale der Bremsanlage verarbeitet, ergeben. Ein entsprechendes anderes Signal könnte auch das Signal sein, welches dazu vorgesehen ist der Brennkraftmaschine 20 zu signalisieren, dass diese nun im Leerlauf gesteuert werden soll (Schubabschaltung).The switching criterion can be, for example, a signal that corresponds to a request for switching off the internal combustion engine in general. Such a request can already appear, for example, in that the speed of the Vehicle should be reduced. Such a reduction in speed can result, for example, from the actuation of the brake pedal or the actuation of a corresponding signal sensor, which processes the signals of the brake system. A corresponding other signal could also be the signal which is intended to signal the
So ist es gemäß dem Verfahren bzw. einer Variante dieses Verfahrens vorgesehen, dass ausgehend von dem Schaltkriterium ein Zeitpunkt errechnet wird, zudem die Startvorrichtung aktiviert wird, um die gemäß der Erfindung gewünschten Bedingungen zu erreichen. Es ist vorgesehen, dass das Verfahren an einer auslaufenden Brennkraftmaschine 20 angewandt wird, wobei sich die Drehzahl der Antriebswelle 21 verringert. Gemäß einem weiteren Verfahrensschritt ist vorgesehen, dass die Drehzahl des Andrehritzels 22 nach dem Einspuren in den Zahnkranz 25 auf den Wert Null gesenkt wird. In der Folge gilt diese Bedingung auch für den Zahnkranz 25.Thus, according to the method or a variant of this method, a time is calculated based on the switching criterion and the starting device is also activated in order to achieve the conditions desired according to the invention. It is envisaged that the method is applied to an
Im Rahmen des Verfahrens ist vorgesehen, den Startermotor 13 und das Hubmittel 16 voneinander getrennt anzusteuern.Within the scope of the method it is provided that the
Die Feder 200 kann beispielsweise als Spiralfeder ausgeführt sein oder als Tellerfeder oder eine andere Federart.The spring 200 can be designed, for example, as a spiral spring or as a plate spring or another type of spring.
Claims (11)
- A method for tracking a starting pinion (22) of a starting device (10) into a gear rim (25) of an internal combustion engine (20) which has a drive shaft (21), wherein the starting pinion (22) has a circumferential speed (vR) and the gear rim (25) has a circumferential speed (vZK),
wherein an angular velocity and the circumferential speed (vZK) of the gear rim (25) are evaluated as positive when the angular velocity is in the same direction as the intended direction of rotation of the drive shaft (21) in the driving case, and are evaluated as negative when the angular velocity is opposite to the intended direction of rotation of the drive shaft (21) in the driving case,
wherein the starting pinion (22) axially advances along its axis of rotation (276) and the starting pinion (22) contacts the gear rim (25) at a circumferential speed (vR) smaller than the circumferential speed (vZK) of the gear rim (25),
characterized in that the angular velocity of the gear rim (25) is opposite to the intended direction of rotation of the drive shaft (21) in the driving case and thus the angular velocity and the circumferential speed (vZK) of the gear rim are evaluated negatively according to the value, and
in that the angular speed of the starting pinion (22) is even more negative compared with the angular speed of the gear rim (25). - The method according to any one of the above claims, characterized in that the circumferential speed (vZK) of the gear rim (25) at the moment of the first contacting is at most by a value formed by the product of 5 metres per second per millimetre and the module m of the gear rim (25) in millimetres greater and minimally greater than the circumferential speed (vR) of the starting pinion (22).
- The method according to any one of the above claims, characterized in that the starting device (10) has a pinion shaft which drives the starting pinion (22), a spring force of a spring (200) acting on the starting pinion (22), the spring (200) being compressed when the starting pinion (22) contacts the gear rim (25).
- The method according to any one of the above claims, characterized in that a switching criterion is recognized by a control device (273, 250) and the starting pinion (22) in one step advances in the direction of the gear rim (25) and in another step is set in rotation, the circumferential speed (vR) prevailing on the starting pinion (22) when the gear rim (25) is reached being smaller than the circumferential speed (vZK) of the gear rim (25).
- The method according to claim 4, characterized in that the switching criterion is a signal which corresponds to a wish to switch off the internal combustion engine (20).
- The method according to claim 4 or 5, characterized in that a time is calculated on the basis of the switching criterion, in which the starting device (10) is activated.
- The method according to any one of claims 4 to 6, characterized in that first the starting pinion (22) is set in rotation in one step and then in one step it is advanced to the gear rim (25).
- The method according to any one of the above claims, characterized in that a rotational speed of the gear rim (25) is substantially reduced.
- The method according to any one of the above claims, characterized in that the starter motor (13) and the lifting means (16) are controlled separately from one another.
- The method according to any one of the above claims, characterized in that the starting pinion (22) has teeth (ZR1, ZR2, ZR3) with end faces (300) and the gear rim (25) has teeth (ZK1, ZK2, ZK3, ZK4) with end faces (306), the teeth (ZR1, ZR2, ZK3, ZK4) have bevels (303) and the teeth (ZK1, ZK2, ZK3, ZK4) have bevels (309), the bevels (303) of the teeth (ZR1, ZR2, ZR3) of the starting pinion (22) and the bevels (309) of the teeth (ZK1, ZK2, ZK3, ZK4) of the gear rim (25) being opposite one another.
- The method according to claim 10, characterized in that a so-called tooth-to-tooth position results in the first attempt at a tracking, then the teeth (ZK1, ZK2) of the gear rim (25) slide along the end faces (300) of the teeth (ZR1, ZR2) of the starting pinion (22) until the teeth (ZR1, ZR2) of the starting pinion (22) theoretically have the possibility of being inserted into a tooth gap (ZL1) between the teeth (ZK1, ZR2), ZK2) of the gear rim (25), then the bevels (303) of the teeth (ZR1, ZR2) of the starting pinion (22) strike the bevels (309) of the teeth (ZK2, ZK3) of the gear rim (25) and the starting pinion (22) first bounces off the bevels (309), loses kinetic energy in the process and advances back in the direction of the rotation axis (276), the gear rim (25) continues to rotate relative to the starting pinion (22), so that the bevels (303) of the teeth (ZR1, ZR2) of the starting pinion (22) are now opposite the bevels (309) of the teeth (ZK3, ZK4) of the gear rim (25), wherein the teeth (ZR1, ZR2) of the starting pinion (22) are in the same position as the bevels (309) of the teeth (ZK3, ZK4) of the gear rim (25),wherein the teeth (ZR1, ZR2) of the starting pinion (22) do no longer strike as hard as before the bevels (309) of the teeth (ZK3, ZK4) of the gear rim (25), the gear rim (25) transmits a certain angular momentum with the impact of the starting pinion (22) on the starting pinion (22), so that the starting pinion (22) with its teeth (ZR1, ZR2) now does not bounce off the bevels (309) of the teeth (ZK3, ZK4), or almost does not bounce off them, and the starting pinion (22) is pushed further into the tooth gaps (ZL2, ZL3) on the basis of a pretensioning force of a spring (200) until these have left the bevels (309) of the gear rim (25) behind them.
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