KR20110112298A - 자동차 내연기관의 스타트-스톱 시스템용 방법 및 장치 - Google Patents

자동차 내연기관의 스타트-스톱 시스템용 방법 및 장치 Download PDF

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스벤 하르트만
위르겐 그로스
슈테판 툼바크
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 스타트-스톱 시스템을 구비한 자동차의 내연기관용 시동 방법 및 상기 방법을 실시하기 위한 시동 장치(10)에 관한 것이다. 상기 시동 장치는 스타터 모터(11)와 삽입 장치(12, 20)를 포함하고, 상기 삽입 장치는 스톱 단계가 시작될 때 슬립-온 피니언(13)을 내연기관의 크라운 기어(14) 내로 축 방향으로 삽입한다. 엔진의 재시동이 가능해질 때까지의 주기를 최소화하기 위해, 스톱 단계가 시작될 때 피니언(13)은 내연기관(15)의 스위치-오프 후 및 정지 전에 스타터 모터의 스위치-오프시 여전히 회전하고 있는 크라운 기어(14) 내로 토션 스프링(25)에 의해 크라운 기어의 회전 방향으로 탄성적으로 삽입된다. 피니언(13)은 전체가 또는 파일럿 기어(41)로서 분리된 피니언(40)의 전방 부분만이 기계(10)의 크라운 기어(14) 내로 회전 탄성적으로 삽입된다.

Description

자동차 내연기관의 스타트-스톱 시스템용 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR START-STOP SYSTEMS OF INTERNAL COMBUSTION ENGINES IN MOTOR VEHICLES}
본 발명은 청구항 제 1항의 전제부에 따른 스타트-스톱 시스템을 구비한 자동차 내연기관용 시동 방법, 및 청구항 제 4항의 전제부에 따른 상기 방법을 실시하기 위한 시동 장치에 관한 것이다.
차량의 내연기관은 통상 스타터 모터에 의해 시동되며, 먼저 시동 장치의 피니언이 내연기관의 크라운 기어 내로 삽입된 다음, 스타터 모터가 스위치-온 된다. 차량의 소위 스타트-스톱 시스템에 의해, 내연기관은 차량의 오랜 정지시 자동으로 스위치-오프된다. 스톱 단계의 종료시, 내연기관은 주행을 속행하기 위해 자동으로 다시 시동된다.
EP 08 48 159 A1에는 스타터 피니언이 내연기관의 스톱 상태의 시작 시에 이미 삽입 위치로 이동됨으로써, 스타트 상태의 시작시 스타터 모터가 지연 없이 최대 힘으로 스위치-온 되는 것이 공지되어 있다. 이로 인해, 내연기관의 시동을 위한 시간이 매우 짧아진다. 그러나, 이 해결책은 스타트 단계의 시작시 내연기관의 정지가 대기되어야 하는 단점을 갖고, 이는 매우 짧은 스톱 단계의 경우 예컨대 교통 정체시 너무 빠른 후속 차량에 의해 임계적이 될 수 있는 스타트 지연을 의미한다.
스타트 지연 때문에, GB-PS 515 753에는 스타터 커플링에 대한 삽입 보조 수단으로서 가이드 핑거가 하나의 커플링 부품에 제공되고, 이 가이드 핑거는 다른 커플링 부품에 있는 핀들과 상호 작용함으로써, 톱니 상의 톱니(tooth-on-tooth) 위치일 때, 스타터 측 커플링 부품의 톱니형 전방 면이 다른 커플링 부품의 대응 톱니형 전방 면 내로 축 방향으로 맞물릴 때까지, 스타터 측 커플링 부품이 예비 응력을 받는 스프링의 힘에 대항해서 회전되는 것이 공지되어 있다. 이 해결책은 맞물림 커플링에서만 그리고 내연기관의 정지 시에만 작용하기 때문에, 이 해결책은 스타트-스톱 시스템에서 스타터를 내연기관의 크라운 기어 내로 삽입하기에 적합하지 않다.
차량의 스톱-단계의 시작시 시동 장치의 삽입 과정을 단축하기 위해, DE 10 2006 011 644 A1에는 피니언 회전수를 스타터 모터의 전자 제어부에 의해 내연기관의 크라운 기어의 회전수와 동기화시킴으로써, 스타터 피니언을 내연기관의 런-아웃 중인, 즉 여전히 회전하는 크라운 기어 내로 삽입하는 것이 공지되어 있다. 이 경우, 크라운 기어와 스타터 피니언의 원주 속도를 동기화하기 위해 많은 전자 제어 비용이 소요되어야 한다는 단점이 있는데, 그 이유는 스위치-오프된 내연기관의 런-아웃 시에 크라운 기어의 원주 속도가 내연기관의 실린더 내에서의 압축으로 인해 심하게 변하기 때문이다.
본 발명의 과제는 내연기관의 스위치-오프 후에 여전히 회전 중인 크라운 기어 내로 스타터 피니언을 삽입하는 것이 스톱-단계의 시작시 간단한 기계적 수단에 의해 이루어질 수 있게 하는 것이다.
청구항 제 1항의 특징에 따른 시동 방법을 가진 자동차 내 내연기관용 스타트-스톱 시스템에서 그리고 청구항 제 4항의 특징을 가진 시동 장치에서는 간단한 기계적 수단에 의해 스타터 피니언이 내연기관의 런-아웃 중인 크라운 기어 내로 삽입됨으로써 시간 단축된 시동 과정이 달성된다. 따라서, 스타트-스톱 시스템의 전자 제어가 훨씬 간단해진다. 또한, 이로 인해 런-아웃 중인, 즉 여전히 회전하는 크라운 기어 내로 스타터 피니언의 비-탄성적 또는 경-탄성적(hard elastic) 삽입에 비해, 시동 장치의 프리휠 또는 기어 장치에 대한 반작용이 방지될 수 있다.
청구항 제 1항의 특징에 따른 시동 방법은 바람직하게는 저-질량의 슬립-온 피니언으로서 토션 스프링에 의해 내연기관의 여전히 회전하는 크라운 기어 내로 탄성적으로 삽입되는 피니언 전체에 관한 것이다. 이에 대한 대안으로서, 더 큰 질량을 가진, 예컨대 고-출력 내연기관을 위한 피니언의 경우 피니언으로부터 전방 부분을 분리하여 파일럿 기어로서 형성하는 것이 제시되며, 상기 파일럿 기어는 바람직하게는 예비 응력을 받는 토션 스프링에 의해 내연기관의 여전히 회전하는 크라운 기어 내로 회전 탄성적으로 삽입된다.
종속 청구항에 제시된 조치들에 의해 청구항 제 1항 및 제 4항에 제시된 특징의 바람직한 실시 및 개선이 가능하다.
본 발명의 비교적 간단한, 제 1 실시예에서, 피니언은 피니언 샤프트에 대해 스토퍼에 의해 제한된 회전 범위에서 스프링, 특히 예비 응력을 받는 토션 스프링에 의해 회전하는 크라운 기어의 회전 방향으로 탄성적으로 회전할 수 있다. 스토퍼에 의해 제한된 회전 범위는 가장 간단한 방식으로, 피니언이 회전 유격을 가지고 축 방향 이동 맞물림부를 통해 피니언 샤프트와 연결됨으로써 구현될 수 있다. 이동 맞물림부의 톱니들은 그 홈들보다 좁게 형성된다. 간단하고, 신뢰성 있으며 컴팩트한 토션 스프링을 구현하기 위해, 토션 스프링은 나선형 스프링으로서 피니언의 후면에서 피니언 샤프트 상에 동심으로 배치된다. 이러한 토션 스프링의 고정을 위해, 바람직하게는 그 전방 단부가 피니언의 축 방향 홀 내에 고정되고, 그 후방 단부는 피니언 샤프트의 링 숄더에 있는 축 방향 홀 내에 맞물린다. 이 해결책의 바람직한 실시예에서, 나선형 스프링은 프리휠 바디의 영역에서 피니언 샤프트의 확대된 홀 내에 적어도 부분적으로 수용되고, 홀의 바닥은 나선형 스프링의 후방 단부에 대한 링 숄더를 형성한다. 본 발명의 바람직한 개선예에서, 나선형 스프링은 피니언용 토션 스프링 및 축 방향 압축 스프링을 형성한다.
청구항 제 1항에 따른 시동 방법을 실시하기 위한 시동 장치의 제 2 실시예에서, 피니언은 파일럿 기어로서 사용되는 작은 전방 부분, 및 슬립-온 피니언으로서 형성된 후방 부분으로 축 방향으로 나눠지고, 파일럿 기어는 슬립-온 피니언에 대해 스토퍼에 의해 제한된 회전 범위에서 스프링, 특히 예비 응력을 받는 토션 스프링에 의해 회전하는 크라운 기어의 회전 방향으로 탄성적으로 회전될 수 있다. 이는 피니언의 삽입시 회전하는 크라운 기어에 의해 가속될 질량이 훨씬 더 가벼운 파일럿 기어로 제한되는 장점을 갖는다. 또한, 이 경우 토션 스프링의 예비 응력 및 스프링 특성에 의해 그리고 슬립-온 피니언의 질량을 포함해서 파일럿 휠과 슬립-온 피니언 사이의 회전 범위의 크기에 의해, 크라운 기어의 회전 속도가 상이할 경우에도 슬립-온 피니언이 신속하게 그리고 시동 장치에서의 반작용 없이 완전히 크라운 기어 내로 삽입되는 것이 보장될 수 있다. 내연기관의 저온 시동 시에도 피니언이 크라운 기어 내로 쉽게 삽입되고 내연기관이 지연 없이 그리고 반작용 없이 시동될 수 있도록, 파일럿 기어가 휴지 상태에서 예비 응력을 받는 스프링에 의해 스토퍼에 접촉하고, 상기 스토퍼에 의해 슬립-온 피니언이 내연기관의 시동시 파일럿 기어를 따라 움직인다. 여기서도 바람직하게는 토션 스프링이 나선형 스프링으로 형성되고, 파일럿 기어를 향한 슬립-온 피니언의 전방 면에 있는 홀 내에서 피니언 샤프트에 대해 동심으로 삽입된다. 여기서, 토션 스프링의 한 단부는 슬립-온 피니언에 고정되고, 다른 단부는 파일럿 기어에 고정된다. 슬립-온 피니언 앞에 배치된 파일럿 기어를 슬립-온 피니언에 축 방향으로 고정하기 위해, 슬립-온 피니언의 전방 면에 축 방향으로 돌출한 볼트가 피니언 축에 대해 방사방향 간격을 두고 파일럿 기어의 윈도우를 통해 돌출하고, 상기 볼트의 단부는 파일럿 기어에 대한 축 방향 스토퍼를 갖는다. 바람직하게는 파일럿 기어의 윈도우는 원주 방향으로 윈도우의 서로 마주 놓인 측면들이 각각 슬립-온 피니언에 대한 파일럿 기어용 회전 스토퍼를 형성할 정도로 넓게 선택된다.
회전하는 크라운 기어 내로 파일럿 기어의 삽입을 더욱 용이하게 하기 위해, 파일럿 기어와 크라운 기어의 맞물림부의 플랭크 유격이 슬립-온 피니언과 크라운 기어 사이의 맞물림부의 플랭크 유격보다 더 크게 설계된다. 바람직하게는 크라운 기어 및/또는 파일럿 기어의 톱니들이 분리된 상태에서 서로 마주 놓인 전방 면에 서로 접촉하는 톱니 플랭크의 챔퍼를 갖고, 상기 챔퍼는 추가의 삽입 보조부를 형성한다. 톱니 플랭크의 이러한 챔퍼는 특히 본 발명의 제 1 실시예에 따른 파일럿 기어 없이 피니언의 삽입시 바람직하다. 추가로, 크라운 기어 및/또는 피니언 또는 파일럿 기어의 톱니들이 톱니 헤드의 영역에서 전방 면에 챔퍼를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 내연기관의 정지 전에 크랭크 샤프트가 모터 제어 유닛을 이용해서 스타터 모터에 의해 재시동을 위한 최적의 스타트 위치로 회전됨으로써, 내연기관의 후속 재시동이 단축된다.
본 발명에 의해, 내연기관의 스위치-오프 후에 여전히 회전 중인 크라운 기어 내로 스타터 피니언을 삽입하는 것이 스톱-단계의 시작시 간단한 기계적 수단에 의해 이루어질 수 있다.
본 발명의 세부 사항들은 이하에서 첨부한 도면을 참고로 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 시동 장치를 구비한 차량의 내연기관용 스타트-스톱 시스템의 개략도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예로서 유닛인 시동 장치의 피니언, 피니언 샤프트 및 프리휠 바디의 사시도.
도 3은 이동 맞물림부 및 프리휠 바디를 구비한 피니언 샤프트, 토션 스프링 및 피니언을 포함하는 도 2에 따른 유닛의 분해도.
도 4는 브레이크-아웃으로서 회전 유격을 가진 이동 맞물림부의 확대 사시도.
도 5는 피니언 및 내연기관의 크라운 기어의 확대도.
도 6은 대안적 실시예로서 토션- 및 압축 스프링을 구비한 피니언-피니언 샤프트 유닛의 단면도.
도 7은 슬립-온 피니언 앞에 배치된 파일럿 기어를 가진 피니언-피니언 샤프트 유닛의 다른 실시예를 나타낸 단면도.
도 8은 회전 스토퍼 및 파일럿 기어의 확대된 플랭크 유격을 가진 파일럿 기어 및 슬립-온 피니언의 일부의 정면도.
도 1은 자동차 내연기관용 스타트-스톱 시스템의 제 1 실시예를 개략적으로 도시한다. 상기 시스템은 스타터 모터(11), 스타터 릴레이(12), 및 내연기관(15)의 크라운 기어(14) 내로 축 방향으로 삽입하기 위한 피니언(13)을 가진 시동 장치(10)를 포함한다. 스타터 릴레이(12)는 릴레이 권선(16), 태핏(17), 및 스타터 모터(11)에 대한 메인 전류를 스위칭하기 위한 스위칭 콘택(18)을 포함한다. 스타트-스톱 시스템은 또한 모터 제어 유닛(19)을 포함하고, 상기 모터 제어 유닛은 스타터 릴레이(12)의 스위칭 콘택(18)과 마찬가지로 차동차의 도시되지 않은 전기 시스템의 플러스 단자에 접속된다. 여러 센서 신호들이 다수의 신호 입력부를 통해 모터 제어 유닛에 공급되고, 상기 센서 신호들에 의해 예컨대 클러치 작동, 브레이크 작동, 기어 셀렉터 레버, 모터 회전수 및 휠 회전수 등이 검출된다. 모터 제어 유닛(19)은 또한 출력부를 통해 릴레이 권선(16)과 연결되고, 상기 릴레이 권선에 의해 삽입 레버(20)를 통해 피니언(13)이 내연기관(15)의 크라운 기어(14) 내로 삽입되고, 스타터 모터(11)는 스위칭 콘택(18)을 통해 내연기관(15)의 시동을 위해 스위치-온 된다. 스타터 모터(11)는 유성 기어장치(21)를 통해 구동 샤프트(22)를 구동하고, 상기 구동 샤프트(22)는 일반적으로 나사산을 통해 프리휠(23)과 결합된다. 프리휠(23)은 출력 측에서 피니언 샤프트와 일체형으로 결합되고, 피니언(13)은 이동 맞물림부를 이용해서, 스토퍼에 의해 제한되어 축 방향으로 이동 가능하게, 상기 피니언 샤프트에 고정된다.
내연기관(15)의 저온 시동시, 먼저 자동차 운전자에 의해 트리거된 스타트 신호에 의해 모터 제어 유닛(19)을 통해 스타트 릴레이(12)가 작동되고, 스타터 모터(11)는 다른 연결부를 통해 모터 제어 유닛(19)에 의해 직접 제어되고 원활히 회전된다. 릴레이 권선(16)에 의해 태핏(17) 및 삽입 레버(20)를 통해 피니언(13)이 내연기관의 크라운 기어(14)까지 예비 이동된다. 톱니 상의 톱니(tooth-on-tooth) 위치에서, 공지된 방식으로 프리휠(23)과 삽입 레버(20) 사이에 삽입된 삽입 스프링(24)이 압축됨으로써, 스타터 모터(11)의 원활한 회전에 의해 피니언(13)의 톱니들이 구동 샤프트(22) 상의 스토퍼까지 크라운 기어(14)의 다음 이홈 내로 삽입될 수 있다.
주행 작동 동안 자동차의 스타트-스톱 시스템이 작동되면, 자동차의 매 스톱 단계의 시작시 예컨대 차량의 앞바퀴의 회전 속도의 검출에 의해 내연기관이 스위치-오프된다. 동시에, 내연기관의 후속 재시동을 가능하게 하기 위해 제 1 단계에서, 모터 제어 유닛(19)을 통해 조절된 여자 전류가 스타터 릴레이(12)로 전달됨으로써, 내연기관(15)의 여전히 움직이는 크라운 기어(14) 내로 피니언(13)의 삽입 과정이 시작된다. 태핏(17) 및 삽입 레버(20)를 통해 피니언(13)이 크라운 기어(14) 내로의 삽입을 위해 축 방향으로 예비 이동된다. 내연기관(15)을 스위치-오프 후 가급적 신속히 다시 시동하기 위해, 피니언(13)은 내연기관(15)의 정지 전에 스타터 모터(11)의 스위치-오프시 여전히 회전하는 크라운 기어(14) 내로 예비 응력을 받는 토션 스프링(15)에 의해 회전 탄성적으로 삽입되어야 한다. 토션 스프링(25)은 이 경우 피니언(13)과 피니언 샤프트 사이에 배치되고 축 방향으로 예비 응력을 받는다. 피니언(13)은 저-질량의 슬립-온 피니언으로서 피니언 샤프트(26)에 대해 스토퍼에 의해 제한된 회전 범위에서 토션 스프링(25)에 의해 탄성적으로 회전 가능하므로, 회전하는 크라운 기어(14)의 톱니들을 따라 움직인 후에, 삽입 스프링(24)의 힘에 의해 내연기관(15)의 크라운 기어(14) 내로 삽입될 수 있다.
도 2는 피니언(13), 토션 스프링(25), 및 프리휠 바디(23a)를 가진 피니언 샤프트(26)로 이루어진 유닛(27)을 사시도로 도시한다.
도 3은 상기 부품들, 특히 피니언(13)에 대한 축 방향 스토퍼로서 스토퍼 링(28), 상기 스토퍼 링(28)을 고정하기 위한 고정 링, 스플라인 샤프트-내부 홀(30a)을 가진 피니언(13), 베어링 부시(31), 토션 스프링(25), 스플라인 샤프트-맞물림부(30b) 및 프리휠-베이스 바디(23a)를 가진 피니언 샤프트(26) 및 다른 베어링 부시(31)를 분해도로 도시한다. 피니언 샤프트(26)의 스플라인 샤프트-맞물림부(30b)는 피니언(13)의 스플라인 샤프트-내부 홀(30a)과 함께 피니언 장착을 위한 축 방향 이동 맞물림부(30)를 형성한다. 2개의 베어링 부시들(31)은 양측에서 피니언 샤프트의 중앙 홀(26a) 내로 삽입되고, 도 1의 시동 장치(10)의 조립시 상기 베어링 부시들 내에 구동 샤프트(22)가 수용된다. 토션 스프링(25)은 피니언 샤프트(26)의 스플라인 샤프트-맞물림부(30b) 후방에 배치된 두꺼운 부분(26b) 상에 동심으로 놓이고, 거기서 상기 토션 스프링의 후방 단부(25a)가 피니언 샤프트(26)의 링 숄더(33) 상의 축 방향 홀(32) 내로 맞물린다. 나선형 스프링으로서 형성된 토션 스프링(25)의 전방 단부(25b)는 피니언(13)에 고정되고, 특히 피니언 후면에 있는 (나타나지 않는) 다른 축 방향 홀 내에 고정된다.
도 4는 피니언(13)과 피니언 샤프트(26) 사이의 이동 맞물림부(30)를 정면도로 확대 도시한다. 거기에는 이동 맞물림부(30)의 톱니들(30c)이 그 사이에 놓인 홈들(30d)보다 훨씬 더 좁다는 것이 나타난다. 홈들(30d)은 여기서 보통 스플라인 샤프트-맞물림부에 비해 매 두 번째 톱니가 생략됨으로써, 톱니(30c)보다 3배 더 넓은 폭을 갖는다. 확대된 홈들(30d)에 의해 피니언(13) 및 피니언 샤프트(26)가 각각 표시된 화살표 방향으로 서로에 대해 크기(x) 만큼 회전될 수 있다. 토션 스프링(25)은 유닛(27)의 조립시 그것이 휴지 위치에서 도 4에 따른 피니언(13)의 톱니들(30c)을 피니언 샤프트(26)의 톱니들(30c)에 대해 가압할 정도로 예비 응력을 받는다.
도 5에는 도 1에 따른 시동 장치(10)의 피니언(15) 및 이것에 대해 축 방향으로 오프셋된, 내연기관(15)의 크라운 기어(14)가 사시도로 도시된다. 여기에는, 피니언(13)이 내연기관의, 화살표 방향으로 회전하는 크라운 기어(14)로 축 방향으로 전진할 때, 피니언(13)이 화살표(34) 방향으로 따라 움직이는 것이 나타난다. 피니언 샤프트(26) 및 프리휠(23)의 질량 관성으로 인해, 먼저 토션 스프링(25)이 더욱 압축되고, 피니언(13)이 이동 맞물림부(30)에서 피니언 샤프트(26)에 대해 회전 범위(x)에 걸쳐 회전하는 크라운 기어(14)의 회전 방향으로 탄성적으로 회전한다. 내연기관의 크라운 기어(14) 내로 피니언(13)의 삽입을 용이하게 하기 위해, 피니언(13)의 톱니들(13a) 및 크라운 기어(14)의 톱니들(14a)은 분리된 상태에서 마주 놓이는 톱니 전방 면에 톱니 플랭크(13b 및 14b)의 챔퍼(35)를 갖는다. 챔버(35)는 피니언(13)이 여전히 회전하는 크라운 기어(14) 내로 삽입될 때 서로 접촉하는 톱니 플랭크들(13a, 14a)에 제공된다. 또한, 피니언(13)의 톱니들(13a)은 그 톱니 헤드의 영역에 챔퍼된 전방 면(13c)을 가짐으로써, 삽입 과정이 더욱 용이해진다. 한편으로는 챔퍼(35)가 크라운 기어(14)의 톱니들(14b)에만 또는 피니언(13)의 톱니들(13a)에만 제공되는 것으로 충분하다. 다른 한편으로는 챔퍼된 전방 면(13c)이 피니언(13)에 뿐만 아니라 크라운 기어(14)에도 제공되는 것이 바람직할 수 있다. 상기 조치들 각각에 의해 또는 그들의 조합에 의해, 피니언(13)이 내연기관의 여전히 회전하는 크라운 기어(14) 내로 삽입시 즉각 토션 스프링(25)의 힘에 대항해서 따라 움직인 다음 완전히 삽입되거나, 또는 피니언(13)이 먼저 크라운 기어(14)의 톱니들(14a)을 따라 움직이고 크라운 기어(14)와 맞물린 피니언(13)의 톱니(13a)가 톱니 플랭크(13b, 14b)의 챔버(35)에서 미끄러짐으로써, 느린 회전에 의해 크라운 기어(14)의 다음 이홈 내로 삽입될 수 있다. 피니언 샤프트(26)는 토션 스프링(25)에 의해 회전 탄성적으로 따라 움직인다. 이동 맞물림부(30) 내에서 회전 정지가 이루어질 때야 피니언 샤프트(26)는 강제로 피니언(13)을 따라 움직인다. 프리휠(23)에 의해 유성 기어장치(21) 및 스타터 모터(11)가 디커플링된다.
본 발명의 개선예에서, 내연기관(15)의 정지 전에 크랭크 샤프트가 모터 제어 유닛(19)를 통해 스타터 모터(11)에 의해 후속 재시동을 위한 최적의 스타트 위치로 회전된다.
도 6은 피니언(13)과 피니언 샤프트(26) 사이에 삽입된 나선형 스프링(36)이 피니언(13)용 토션 스프링 및 축 방향 압축 스프링을 형성하는 본 발명의 변형 실시예를 도시한다. 나선형 스프링(36)의 전방 단부(36b)는 축 방향으로 꺽여지고 피니언(13)의 후면에 있는 축 방향 홀(37) 내에 삽입된다. 나선형 스프링(36)의 후방 단부(36a)도 축 방향으로 꺽여지고 프리휠(23)의 베이스 바디(23a)에 있는 축 방향 홀(32) 내로 삽입된다. 나선형 스프링(36)은 프리휠-베이스 바디(23a)의 영역에 있는 피니언 샤프트(26)의 링형 리세스(38) 내에 부분적으로 수용된다. 링형 리세스(38)의 바닥(38a)은 나선형 스프링(36)의 후방 단부(36a)용 축 방향 홀(32)을 갖는다. 나선형 스프링(36)은 휴지 상태에서 피니언(13)을 전방 스토퍼 링(28)에 대해 가압함으로써, 피니언(13)의 후면과 프리휠-베이스 바디의 전방 면 사이에 축 방향 이동 거리(y)가 나타나고, 상기 이동 거리에 걸쳐 피니언(13)이 이동 맞물림부(30)에 있는 예비 응력을 받는 나선형 스프링(36)의 축 방향 힘에 대항해서 축 방향으로 이동될 수 있다. 나선형 스프링(36)의 축 방향 컴플라이언스는 도 1에 따른 시동 장치(10)의 삽입 스프링(24)의 컴플라이언스보다 약하게 설계된다. 따라서, 피니언은 내연기관의 크라운 기어(14) 내로 삽입되는 과정에서 피니언(13)의 톱니들(13a)의 전방 면에 있는 챔퍼(35)를 통해, 조절된 힘으로 탄성적으로 미끌어질 수 있다. 피니언 샤프트(26)에 대한 피니언(26)의 회전은 이동 맞물림부(30)의 영역에서 도 4에 대해 설명되었던 방식으로 유지된다.
도 7 및 도 8은 시동 장치의, 도 7에 종단면도로 확대 도시된 피니언(40)을 가진 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 여기서, 피니언(40)은 파일럿 기어(41)로서 사용되는 작은 전방 부분과, 슬립-온 피니언(42)으로서 형성된 후방 부분으로 축 방향으로 나눠진다. 도 8은 후방에 놓인 슬립-온 피니언(42)을 가진 파일럿 기어(41)의 일부를 정면도로 도시한다. 슬립-온 피니언(42)의 전방 면에서 피니언 축에 대해 방사방향 간격을 두고 축 방향으로 돌출한 볼트(43)가 피니언의 대응 홀(40a) 내로 압입되고, 상기 볼트는 파일럿 기어(41)의 윈도우(44)를 통해 돌출한다. 볼트(43)의 전방 단부에 고정된 링(45)은 파일럿 기어(41)용 축 방향 스토퍼를 형성한다. 파일럿 기어(41)는 슬립-온 피니언(42)에 대해 스토퍼에 의해 제한된 회전 범위에서 예비 응력을 받는 토션 스프링(25)에 의해 내연기관(10)의 회전하는 크라운 기어(14)의 회전 방향으로 탄성적으로 회전 가능하다. 이를 위해, 파일럿 기어(41) 내의 윈도우(44)는 윈도우의 서로 마주 놓인 측면들이 각각 슬립-온 피니언(42)에 대한 파일럿 기어(41)용 회전 스토퍼(44a 및 44b)를 형성할 정도로 넓게 선택된다. 휴지 상태에서, 파일럿 기어(41)의 볼트(43)가 예비 응력을 받는 토션 스프링(25)에 의해 스토퍼(44b)에 접촉하고, 상기 스토퍼에 의해 슬립-온 피니언(42)이 내연기관의 회전시 회전 방향 화살표(34)의 방향으로 파일럿 기어(42)를 따라 움직인다. 여기서도, 토션 스프링(25)은 나선형 스프링으로 형성된다. 토션 스프링은 파일럿 기어(41)를 향한 슬립-온 피니언(42)의 전방 면에 있는 홀(46) 내에서 피니언 샤프트(47)에 대해 동심으로 배치되고, 상기 피니언 샤프트는 도시되지 않은 후방 영역에서 프리휠(23)을 통해 도 1의 시동 장치(10)의 구동 샤프트(22)와 결합한다. 토션 스프링(25)의 꺽여진 후방 단부(25a)는 여기서도 홀(46)의 바닥에 있는 피니언(42)의 축 방향 홀 내로 삽입되고, 토션 스프링(25)의 꺽여진 전방 단부(25b)는 파일럿 기어(41)의 대응 배치된 홀 내로 삽입된다. 슬립-온 피니언(42)의 이동 맞물림부(30)는 공지된 방식으로 회전 유격 없이 피니언 샤프트(47) 상에서 축 방향으로 이동 가능하게 2개의 스토퍼들(48) 사이로 안내된다.
내연기관의 스톱 단계의 시작시, 도 1의 모터 제어 유닛(19)을 통해 피니언(40)은 스타터 릴레이(16)에 의해 삽입 레버(20)를 통해, 먼저 파일럿 기어(41)의 톱니들(41a)이 전방 면에서 내연기관의 크라운 기어에 접촉하고 크라운 기어(14)의 톱니들(14a)에 의해 토션 스프링(25)의 힘에 대항해서 여전히 회전하는 크라운 기어(14)를 따라 움직일 때까지 예비 이동된다. 파일럿 기어(41)의 적은 질량으로 인해, 파일럿 기어가 크라운 기어(14)를 따라 움직이고, 훨씬 더 큰 관성 질량을 가진 슬립-온 피니언(42)에 대해 화살표 방향(34)으로 탄성적으로 회전된다. 그리고 나서, 파일럿 기어(41)가 내연기관의 크라운 기어(14) 내로 완전히 삽입됨으로써, 슬립-온 피니언(42)의 톱니들(42a)이 크라운 기어(14)에 이른다. 슬립-온 피니언(42)에 볼트(43)의 회전 스토퍼들(44a 및 44b)을 가진 파일럿 기어(41)의 윈도우(44)는, 크라운 기어(14)의 높은 원주 속도에서 파일럿 기어(41)가 슬립-온 피니언(42)에 대해 하나의 완전한 피치만큼 회전됨으로써 후속해서 슬립-온 피니언(42)의 톱니들(42a)이 크라운 기언(14) 내로 문제없이 완전히 삽입될 수 있을 정도로 넓게 선택된다. 크라운 기어(14)의 낮은 원주 속도에서, 파일럿 기어(41)는 스토퍼(44b)까지 슬립-온 피니언(42)에 대해 회전되지 않는다. 이 경우, 예비 응력을 받는 토션 스프링(25)은 슬립-온 피니언(42)을, 볼트(43)가 다시 전방 스토퍼(44a)에 이를 때까지, 회전 방향으로 예비 가압한다. 이 위치에서, 파일럿 기어(41)의 톱니들(41)은 슬립-온 피니언(42)의 톱니들(42a)과 겹쳐지고, 슬립-온 피니언(42)은 크라운 기어(14) 내로 완전히 삽입된다.
크라운 기어(14)에 파일럿 기어(41)의 삽입을 더욱 용이하게 하기 위해, 파일럿 기어(41)의 톱니들(41a)은 도 8에 따른 슬립-온 피니언(42)의 톱니들(42a)에 비해 더 작은 높이 및 더 작은 넓이로 형성된다. 이로 인해, 크라운 기어(14)와 파일럿 기어(41) 사이의 맞물림부에서 크라운 기어(14)와 슬립-온 기어(42) 사이의 맞물림부에서보다 더 큰 플랭크 유격이 생긴다. 따라서, 파일럿 기어(41)의 톱니들(41a)이 더 쉽게 크라운 기어(14)의 이홈에 이를 수 있다.
매우 높은 출력의 대형 내연기관에서는 상응하게 크고 고출력인 시동 장치가 필요하기 때문에, 슬립-온 피니언(42) 및 파일럿 기어(41)의 치수도 더 크고 더 무겁다. 또한, 더 큰 크라운 기어 직경으로 인해, 런-아웃 중인 내연기관의 원주 속도가 증가한다. 이러한 상태에서도 파일럿 기어가 크라운 기어 내로 확실하게 삽입될 수 있도록 하기 위해, 이러한 경우 파일럿 기어의 톱니들(41a)에도 도 4에 따른 톱니 플랭크의 챔퍼(35)가 제공되는 것이 바람직하다.
본 발명은 도시되고 설명된 실시예에 제한되지 않고, 도 1에 따른 시동 장치(1)의 실시예에 따라 조정될 수 있는 대안적 해결책도 포함한다. 본 발명의 범위에서, 피니언(13)과 피니언 샤프트(26) 사이의 이동 맞물림부는 피니언(13)이 소위 Spitzmaul-스타터용 슬립-온 피니언으로서 후방 단부에 외부 맞물림부를 가지며 피니언 샤프트의 프리휠-베이스 바디는 내부 맞물림부를 갖도록 변형될 수 있다. 또한, 본 발명의 범위에서 경우에 따라 프리휠과 시동 장치(10)의 구동 샤프트(22) 사이의 통상의 나사산이 축 방향 이동 맞물림부로서 형성됨으로써, 피니언의 삽입을 위해 잘못된 방향으로 피니언의 바람직하지 않은 회전이 방지되는 것이 바람직하다. 경우에 따라, 크라운 기어(14)의 톱니들(14a) 및/또는 피니언(13)의 톱니들(13a) 또는 슬립-온 피니언(42)의 톱니들(42a)에 있는 챔퍼된 전방 면이 삽입 과정을 지원할 수 있다. 토션 스프링(25)의 예비 응력 및 강성에 의해, 파일럿 기어(41)의 복원 특성 및 완전한 삽입 과정에 필요한 지속시간이 최적화될 수 있다. 회전 스토퍼에 의해, 여러 실시예에서 각각 내연기관의 저온 시동시 피니언 구동이 토션 스프링에 의해 이루어지지 않고 각각의 스토퍼를 통해 이루어지는 것이 보장된다. 크라운 기어(14)의 원주 속도가 높을 때 먼저 전방 면에서만 크라운 기어와 피니언의 톱니들 사이에 접촉이 이루어지기 때문에, 그때 발생하는 충돌 접촉에 의해 미끄러질 때 피니언과 크라운 기어 사이의 에너지 교환은 원주 속도가 조정되도록 이루어진다. 이것이 완전히 이루어지면, 피니언은 톱니-갭-위치에서, 더 이상 분리되지 않도록 크라운 기어 내로 예비 삽입될 수 있다. 챔퍼된 접촉 면의 경우, 이는 피니언이 챔퍼를 지나 크라운 기어 내로 예비 삽입되어, 피니언이 완전히 삽입될 수 있는 위치에 도달함을 의미한다.
11 스타터 모터
12, 20 삽입 장치
13, 40 피니언
14 크라운 기어
15 내연기관
19 모터 제어 유닛
23 프리휠
24 삽입 스프링
25 토션 스프링
26 피니언 샤프트
30 이동 맞물림부
32 축 방향 홀
38 링형 리세스
41 파일럿 기어
42 슬립-온 피니언
43 볼트
44 윈도우
46 홀

Claims (17)

  1. 스타트-스톱 시스템을 구비한 자동차의 내연기관용 시동 방법으로서, 상기 스타트-스톱 시스템의 스타터 모터(11)는 프리휠(23)을 통해 피니언(13; 40), 바람직하게는 슬립-온 피니언을 내연기관(15)의 시동까지 구동시키고, 스톱 단계가 시작될 때 상기 피니언(13; 40)은 바람직하게는 중간에 접속된 삽입 스프링(24)을 가진 삽입 장치(12, 20)에 의해 상기 내연기관의 크라운 기어(14) 내로 축 방향으로 삽입되는, 자동차 내연기관용 시동 방법에 있어서,
    스톱 단계가 시작될 때 상기 피니언(13)은 상기 내연기관(15)의 스위치-오프 후 및 정지 전에 상기 스타터 모터(11)의 스위치-오프시 여전히 회전하고 있는 크라운 기어(14) 내로 바람직하게는 예비 응력을 받는 스프링, 특히 토션 스프링(25)에 의해 상기 크라운 기어(14)의 회전 방향으로 탄성적으로 삽입되는 것을 특징으로 하는 자동차 내연기관용 시동 방법.
  2. 제 1항의 전제부에 따른 자동차 내연기관용 시동 방법에 있어서,
    스톱 단계가 시작될 때 파일럿 기어(41)로서 형성된 피니언(40)의 일부가 상기 내연기관(15)의 스위치-오프 후 및 정지 전에 상기 스타터 모터(11)의 스위치-오프시 여전히 회전하고 있는 상기 크라운 기어(14) 내로 바람직하게는 예비 응력을 받는 토션 스프링(25)에 의해 축 방향으로 그 옆에 배치된, 슬립-온 피니언(42)으로서 형성된 상기 피니언(40)의 부분에 대해 상기 크라운 기어(14)의 회전 방향으로 탄성적으로 삽입되는 것을 특징으로 하는 자동차 내연기관용 시동 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 내연기관(15)의 정지 전에 크랭크 샤프트가 모터 제어 유닛(19)을 이용해서 스타터 모터(11)에 의해 후속 재시동을 위한 최적의 스타트 위치로 회전되는 것을 특징으로 하는 자동차 내연기관용 시동 방법.
  4. 피니언 샤프트(26) 상에서 축 방향으로 이동 가능한 피니언(13)을 구비한, 제 1항에 따른 방법을 실시하기 위한 시동 장치에 있어서,
    바람직하게는 슬립-온 피니언으로서 형성된 상기 피니언(13)이 상기 피니언 샤프트(26)에 대해 스토퍼에 의해 제한된 회전 범위(x)에서 적어도 하나의 스프링, 특히 예비 응력을 받는 토션 스프링(25)에 의해 회전 중인 상기 크라운 기어(14)의 회전 방향으로 탄성적으로 회전 가능한 것을 특징으로 하는 자동차 내연기관용 시동 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 피니언(13)은 축 방향 이동 맞물림부(30)를 통해 회전 유격(x)을 가지고 상기 피니언 샤프트(26)에 연결되고, 상기 피니언에서 상기 이동 맞물림부(30)의 톱니들(30c)은 그들의 홈들(30)보다 더 좁게 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차 내연기관용 시동 장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 토션 스프링(25)은 나선형 스프링으로서 상기 피니언(13)의 후면에서 상기 피니언 샤프트(26) 상에 동심으로 배치되는 것을 특징으로 하는 자동차 내연기관용 시동 장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 토션 스프링(25)의 전방 단부(25b)는 상기 피니언(13)의 축 방향 홀(37) 내에 고정되고, 상기 토션 스프링(25)의 후방 단부는 상기 피니언 샤프트(26)의 링 숄더에 있는 축 방향 홀(32) 내로 맞물리는 것을 특징으로 하는 자동차 내연기관용 시동 장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 토션 스프링(25)은 프리휠 베이스 바디(23a)의 영역에서 상기 피니언 샤프트(26)의 링형 리세스(38) 내에 적어도 부분적으로 수용되고, 상기 링형 리세스(38)의 바닥은 상기 토션 스프링(36)의 후방 단부(36a)용 축 방향 홀(32)을 갖는 것을 특징으로 하는 자동차 내연기관용 시동 장치.
  9. 제 6항, 제 7항 또는 제 8항에 있어서, 나선형 스프링으로서 형성된 토션 스프링(25)은 추가로 상기 피니언(13)에 대한 축 방향 압축 스프링을 형성하는 것을 특징으로 하는 자동차 내연기관용 시동 장치.
  10. 피니언 샤프트(26) 상에서 축 방향으로 이동 가능한 피니언(40)을 구비한, 제 2항에 따른 방법을 실시하기 위한 시동 장치에 있어서,
    상기 피니언(40)은 파일럿 기어(41)로서 사용되는 작은 전방 부분, 및 슬립-온 피니언(42)으로서 형성된 후방 부분으로 축 방향으로 나눠지고, 상기 파일럿 기어(41)는 상기 슬립-온 기어(42)에 대해 스토퍼에 의해 제한된 회전 범위(x)에서 스프링, 특히 예비 응력을 받는 토션 스프링(25)에 의해 회전 중인 상기 크라운 기어(14)의 회전 방향으로 탄성적으로 회전 가능한 것을 특징으로 하는 자동차 내연기관용 시동 장치.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 파일럿 기어(41)는 휴지 상태에서 상기 예비 응력을 받는 토션 스프링(25)에 의해, 상기 내연기관(15)의 시동시 상기 슬립-온 피니언(42)이 상기 파일럿 기어(41)를 따라 움직이게 하는 스토퍼(44a)에 접촉하는 것을 특징으로 하는 자동차 내연기관용 시동 장치.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 토션 스프링(25)은 나선형 스프링으로서 상기 파일럿 기어(41)를 향한 상기 슬립-온 피니언(42)의 전방 면에 있는 홀(46) 내에 상기 피니언 샤프트(26)에 대해 동심으로 삽입되고, 상기 토션 스프링의 하나의 단부(25a)는 상기 슬립-온 피니언(42)에 고정되고, 상기 토션 스프링의 다른 단부(25b)는 상기 파일럿 기언(41)에 고정되는 것을 특징으로 하는 자동차 내연기관용 시동 장치.
  13. 제 12항에 있어서, 축 방향으로 돌출한 볼트(43)가 상기 슬립-온 피니언(42)의 전방 면에서 피니언 축에 대해 방사방향 간격을 두고 삽입되며 상기 파일럿 기어(41)의 윈도우(44)를 통해 돌출하고, 상기 볼트(43)의 자유 단부는 상기 파일럿 기어(41)에 대한 축 방향 스토퍼(45)를 갖는 것을 특징으로 하는 자동차 내연기관용 시동 장치.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 파일럿 기어(41)의 상기 윈도우(44)는 원주 방향으로, 상기 윈도우(44)의 마주 놓인 측면들이 각각 상기 슬립-온 피니언(42)에 대한 상기 파일럿 기어(41)용 회전 스토퍼(44a, 44b)를 형성하는 것을 특징으로 하는 자동차 내연기관용 시동 장치.
  15. 제 10항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 크라운 기어(14)와 상기 파일럿 기어(41) 사이의 맞물림부의 플랭크 유격이 상기 크라운 기어(14)와 상기 슬립-온 피니언(42) 사이의 맞물림부의 플랭크 유격보다 크고, 상기 파일럿 기어(41)의 평균 톱니 폭이 상기 슬립-온 피니언(42)의 평균 톱니 폭보다 작은 것을 특징으로 하는 자동차 내연기관용 시동 장치.
  16. 제 4항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 크라운 기어(14) 및/또는 상기 피니언(13)의 톱니들(14a)은 분리된 상태에서 서로 마주 놓이는 전방 면에 톱니 플랭크들(13b, 14b)의 챔버(35)을 갖는 것을 특징으로 하는 자동차 내연기관용 시동 장치.
  17. 제 4항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 크라운 기어(14) 및/또는 상기 피니언(13) 또는 파일럿 기어(41)의 톱니들(14a)이 적어도 톱니 헤드의 영역에서 챔퍼된 전방 면을 갖는 것을 특징으로 하는 자동차 내연기관용 시동 장치.
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