DE102013210385A1

DE102013210385A1 - Verwendung einer Übersetzungswelle, Kraftfahrzeugmotor sowie Verfahren zum Starten eines Kraftfahrzeugmotors

Info

Publication number: DE102013210385A1
Application number: DE102013210385A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Haas; Oswald Friedmann
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-06-20
Filing date: 2013-06-05
Publication date: 2013-12-24
Also published as: CN104395566A; WO2013189734A1; US20150167620A1

Abstract

Es erfolgt eine Verwendung einer innerhalb eines Motorgehäuses eines Kraftfahrzeugmotors angeordneten und mit einer aus einem Motorgehäuse herausgeführten Antriebswelle, insbesondere Kurbelwelle, zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs gekoppelten Übersetzungswelle, insbesondere Ausgleichswelle zur Drehschwingungsdämpfung der Antriebswelle oder Nockenwelle zur Ventilsteuerung von Verbrennungszylindern, zum Einleiten eines von einem Starter, insbesondere Startergenerator, bereitstellbaren Startmoments in die Antriebswelle zum Start des Kraftfahrzeugmotors. Durch die Verwendung der innerhalb des Motorgehäuses sowieso vorgesehenen Übersetzungswelle zum Einleiten eines Startmoments in die Antriebswelle kann ein zusätzliches Getriebe eingespart werden, so dass eine kostengünstige und bauraumsparende konstruktive Ausgestaltung zum Starten des Kraftfahrzeugmotors, insbesondere bei Start-Stopp-Anwendungen, ermöglicht ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verwendung einer Übersetzungswelle, einen Kraftfahrzeugmotor sowie ein Verfahren zum Starten eines Kraftfahrzeugmotors, mit deren Hilfe ein Kraftfahrzeugmotor, insbesondere bei Start-Stopp-Anwendungen, gestartet werden kann.
Aus DE 101 48 961 A1 ist ein Riementrieb mit einer Riemenscheibe zum Antrieb von Nebenaggregaten bekannt, der über ein Planetengetriebe mit einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors verbunden ist, wobei ein Starter über den Riementrieb ein Startmoment zum Starten des Verbrennungsmotors in die Kurbelwelle einleiten kann.
Es besteht ein ständiges Bedürfnis einen Kraftfahrzeugmotor, insbesondere bei Start-Stopp-Anwendungen, über eine kostengünstige und bauraumsparende konstruktive Ausgestaltung starten zu können.
Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die eine kostengünstige und bauraumsparende konstruktive Ausgestaltung zum Starten eines Kraftfahrzeugmotors, insbesondere bei Start-Stopp-Anwendungen, ermöglichen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Verwendung einer Übersetzungswelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einen Kraftfahrzeugmotor mit den Merkmalen des Anspruch 4 sowie ein Verfahren zum Starten eines Kraftfahrzeugmotors mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
Erfindungsgemäß erfolgt eine Verwendung einer innerhalb eines Motorgehäuses eines Kraftfahrzeugmotors angeordneten und mit einer aus einem Motorgehäuse herausgeführten Antriebswelle, insbesondere Kurbelwelle, zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs gekoppelten Übersetzungswelle, insbesondere Ausgleichswelle zur Drehschwingungsdämpfung der Antriebswelle oder Nockenwelle zur Ventilsteuerung von Verbrennungszylindern, zum Einleiten eines von einem Starter, insbesondere Startergenerator, bereitstellbaren Startmoments in die Antriebswelle zum Start des Kraftfahrzeugmotors.
Da die Einleitung des Startmoments in die Antriebswelle nicht außerhalb des Motorgehäuses sondern innerhalb des Motorgehäuses erfolgt, ist es möglich innerhalb des Motorgehäuses eine im Verbrennungsmotor sowieso vorgesehene Übersetzungswelle für den Leistungsfluss von dem Starter zur Antriebswelle zu verwenden und das von dieser Übersetzungswelle bereitgestellte Übersetzungsverhältnis zu nutzen, um ohne ein zusätzliches außerhalb des Motorgehäuses vorgesehenes Planetengetriebe eine Drehmomentwandlung für ein im Vergleich vom Starter erzeugtes Drehmoment höheres Startmoment in die Antriebswelle einleiten zu können. Durch die Verwendung der innerhalb des Motorgehäuses sowieso vorgesehenen Übersetzungswelle zum Einleiten eines Startmoments in die Antriebswelle kann ein zusätzliches Getriebe eingespart werden, so dass eine kostengünstige und bauraumsparende konstruktive Ausgestaltung zum Starten des Kraftfahrzeugmotors, insbesondere bei Start-Stopp-Anwendungen, ermöglicht ist.
Die Übersetzungswelle ist insbesondere synchron zur Antriebswelle angetrieben. Die Übersetzungswelle kann hierzu beispielsweise über eine miteinander kämmende Zahnradpaarung, einen Kettentrieb und/oder einen Riementrieb mit der Antriebswelle zum Start des Kraftfahrzeugmotors gekoppelt sein. Insbesondere ist es möglich einen Drehmomentfluss von dem Starter zu der Antriebswelle über Riementriebe und/oder reibschlüssig angebundene Drehmomentübertragungsmittel zu vermeiden und insbesondere einen ausschließlich formschlüssigen Drehmomentfluss von dem Starter zu der Antriebswelle vorzusehen, so dass ein Übersetzungsverhältnis für ein besonders hohes Startmoment vorgesehen werden kann. Im Leistungsfluss von dem insbesondere als Startergenerator ausgestalteten Starter zur Antriebswelle ist insbesondere eine Übersetzung von i > 1,0 vorgesehen, um das von dem Starter erzeugte Drehmoment auf ein höheres Startmoment zu übersetzen. Dies ermöglicht es für den Starter eine vergleichsweise klein dimensionierte und bauraumsparende elektrische Maschine vorzusehen, mit der auch drehmomentstarke größere Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, gestartet werden können. Beispielsweise kann eine Ausgleichswelle zur Dämpfung von Schwingungen der 2. Motorordnung eine geeignete Übersetzungswelle mit einem Übersetzungsverhältnis von i = 2,0 darstellen. Hierbei weist die Ausgleichswelle insbesondere ein mit der Antriebswelle kämmendes Ausgleichswellenzahnrad auf, wobei das von dem Starter kommende Drehmoment vorzugsweise an einer von der Antriebswelle abgewandten Seite in das selbe Ausgleichswellenzahnrad eingeleitet wird. Die Übersetzungswelle ist zumindest zu einem Großteil, vorzugsweise vollständig, innerhalb des Motorgehäuses des Kraftfahrzeugmotors angeordnet. Gegebenenfalls kann die Übersetzungswelle mit einem kleineren Teil aus dem Motorgehäuse herausragen, um insbesondere den Starter anzubinden und/oder über teilweise außerhalb des Motorgehäuses vorgesehene Drehmomentübertragungsmittel, beispielsweise ein Riementrieb, eine Koppelung mit der Antriebswelle herbeizuführen.
Der Starter kann durch eine elektrische Maschine ausgebildet sein, die insbesondere sowohl im Motorbetrieb als auch im Generatorbetrieb betrieben werden kann. Vorzugsweise kann der Starter kann von einer zum Kraftfahrzeugmotor verschienen Energiequelle, insbesondere einer Kraftfahrzeugbatterie, gespeist werden, um bei ausgeschaltetem Kraftfahrzeugmotor eine für den Start des Kraftfahrzeugmotors ausreichende Leistung bereitstellen zu können. Der Starter ist insbesondere für eine Vielzahl von Startvorgängen in kurzen Zeitabständen ausgelegt, so dass der Starter für Kraftfahrzeugmotoren mit Start-Stopp-Funktion effizient genutzt werden kann.
Das Motorgehäuse ist insbesondere durch einen Zylinderkopf, einen Motorblock, einem Kurbelwellengehäuse und einer Ölwanne ausgebildet. Die Übersetzungswelle ist insbesondere innerhalb der nach außen weisenden Oberfläche des Motorgehäuses zumindest teilweise, vorzugsweise zu einem Großteil oder vollständig, angeordnet. Die Übersetzungswelle kann vorzugsweise in einem Nassraum des Kraftfahrzeugmotors, beispielsweise innerhalb des Kurbelwellengehäuses und/oder der Ölwanne vorgesehen sein.
Insbesondere ist die Übersetzungswelle mit einem festen unveränderlichen Übersetzungsverhältnis von i > 1,0 permanent mit der Antriebswelle gekoppelt. Die Übersetzungswelle kann insbesondere nicht von der Antriebswelle abgekoppelt werden, wodurch ein besonders einfacher Aufbau ohne zusätzliche Aktorik ermöglicht ist. Ferner kann dadurch das Übersetzungsverhältnis fest vorgegeben sein, so dass eine Sensorik zur Ermittlung des aktuellen Übersetzungsverhältnisses sowie eine Aktorik zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses nicht erforderlich sind. Durch die fehlende Aktorik und Sensorik kann die Anbindung des Starters an die Antriebswelle innerhalb des Motorgehäuses ohne ein zusätzliches Schutzgehäuse sogar in einem Nassraum des Kraftfahrzeugmotors erfolgen. Die ermöglichte im Wesentlichen starre Koppelung der Übersetzungswelle mit der Antriebswelle erfordert kein Planetengetriebe, so dass mehrere sich relativ zueinander bewegende Bauteile, wie bei einem Planetengetriebe, vermieden sind. Der Starter ist insbesondere planetengetriebefrei mit der Antriebswelle zum Start des Kraftfahrzeugmotors koppelbar.
Vorzugsweise ist der Starter über mindestens einen Freilauf und/oder mindestens eine Kupplung mit der Übersetzungswelle gekoppelt. Dies ermöglicht es den Drehmomentfluss zwischen dem Starter und der Antriebswelle zu unterbrechen, nachdem der Kraftfahrzeugmotor gestartet ist. Beispielsweise kann die Antriebswelle nach dem Start des Kraftfahrzeugmotors mit einer Mindestdrehzahl drehen, bei welcher der im Drehmomentfluss zwischen dem Starter und der Antriebswelle vorgesehene Freilauf in den Überholmodus eintritt, so dass die Antriebswelle nicht von dem Starter gebremst wird. Vorzugsweise ist ein schaltbarer Freilauf und/oder eine schaltbare Kupplung vorgesehen. Die Kupplung kann beispielsweise als Reibungskupplung, insbesondere Scheibenkupplung oder Lamellenkupplung, oder als formschlüssige Kupplung, beispielsweise Klauenkupplung, ausgestaltet sein. Dadurch kann der Starter für verschiedene Betriebsmodi verwendet werden. Wenn mit Hilfe des Starters zum Start des Kraftfahrzeugmotors ein Startmoment in die Antriebswelle eingeleitet wird („Starterbetrieb“) kann der Starter mit der Antriebswelle gekoppelt werden. Bei gestartetem Kraftfahrzeugmotor, kann bei sperrenden Freilauf beziehungsweise geschlossener Kupplung der Starter als Generator betrieben werden, um mit Hilfe des als Startergenerator ausgebildeten Starters speicherbare elektrische Energie zu erzeugen („Generatorbetrieb“), die insbesondere in der Kraftfahrzeugbatterie gespeichert werden kann. Ferner ist es möglich im laufenden Betrieb des Kraftfahrzeugmotors durch den Starter ein zusätzliches Drehmoment in die Antriebswelle einzuleiten, um beispielsweise kurzzeitig abgeforderte Spitzenmomente bereitstellen zu können („Boost-Betrieb“). Ferner ist es möglich, dass der Starter im von der Antriebswelle abgekoppelten Zustand ein Nebenaggregat, insbesondere ein Klimakompressor, antreiben kann, so dass auch bei ausgeschaltetem Kraftfahrzeugmotor eine Klimaanlage des Kraftfahrzeugs betrieben werden kann („Standklimatisierung“).
Die Erfindung betrifft ferner einen Kraftfahrzeugmotor, insbesondere Verbrennungsmotor, mit einem Motorgehäuse, einer innerhalb des Motorgehäuses antreibbaren Antriebswelle, insbesondere Kurbelwelle, zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs, wobei die Antriebswelle aus dem Motorgehäuse herausgeführt ist und einer innerhalb des Motorgehäuses angeordneten und mit der Antriebswelle gekoppelten Übersetzungswelle, insbesondere Ausgleichswelle zur Drehschwingungsdämpfung der Antriebswelle oder Nockenwelle zur Ventilsteuerung von Verbrennungszylindern, wobei mit der Übersetzungswelle ein Starter, insbesondere Startergenerator, zum Einleiten eines Startmoments in die Antriebswelle zum Start des Kraftfahrzeugmotors gekoppelt ist. Der Kraftfahrzeugmotor kann insbesondere wie vorstehend anhand der Verwendung der Übersetzungswelle erläutert aus- und weitergebildet sein. Durch die Verwendung der innerhalb des Motorgehäuses sowieso vorgesehenen Übersetzungswelle zum Einleiten eines Startmoments in die Antriebswelle kann ein zusätzliches Getriebe eingespart werden, so dass eine kostengünstige und bauraumsparende konstruktive Ausgestaltung zum Starten des Kraftfahrzeugmotors, insbesondere bei Start-Stopp-Anwendungen, ermöglicht ist.
Insbesondere ist die Übersetzungswelle mit einem Übersetzungsverhältnis i > 1,0 permanent mit der Antriebswelle gekoppelt. Die Übersetzungswelle kann insbesondere nicht von der Antriebswelle abgekoppelt werden, wodurch ein besonders einfacher Aufbau ohne zusätzliche Aktorik ermöglicht ist.
Vorzugsweise ist die Übersetzungswelle vollständig innerhalb des Motorgehäuses angeordnet. Aus dem Motorgehäuse herausragende Teile der Übersetzungswelle sind dadurch vermieden. Insbesondere kann als geeignete Übersetzungswelle eine mit der Antriebswelle gekoppelte Ausgleichswelle zur Drehschwingungsdämpfung verwendet werden, um das von dem Starter kommende Drehmoment in die Antriebswelle einzuleiten. Vorzugsweise ist die Ausgleichswelle zur Dämpfung von Schwingungen der 2. Motorordnung oder höherer Motorordnungen ausgelegt, so dass ein Übersetzungsverhältnis von i = 2,0 oder höher zwischen der Ausgleichswelle und der Antriebswelle für die Drehmomentwandlung des von dem Starter kommenden Drehmoments genutzt werden kann.
Besonders bevorzugt ist der Starter außerhalb des Motorgehäuses angeordnet, wobei der Starter insbesondere an dem Motorgehäuse angeflanscht ist. Der Starter und insbesondere elektrische Komponenten des Starters können dadurch vor Verschmutzung durch Motoröl geschützt sein. Vorzugsweise weist der Starter eine Starterwelle auf, die durch das Motorgehäuse in das Innere des Motorgehäuses hineinragt, und innerhalb des Motorgehäuses über die Übersetzungswelle mit der Antriebswelle gekoppelt ist. Der Starter kann insbesondere radial außerhalb zur Starterwelle an dem Motorgehäuse angeflanscht sein, so dass durch die Flanschverbindung gleichzeitig eine Abdichtung der Starterwelle erfolgen kann.
Insbesondere ist der Starter über mindestens einen Freilauf und/oder mindestens eine Kupplung mit der Übersetzungswelle gekoppelt. Dies ermöglicht es den Drehmomentfluss zwischen dem Starter und der Antriebswelle zu unterbrechen, nachdem der Kraftfahrzeugmotor gestartet ist. Vorzugsweise ist ein schaltbarer Freilauf und/oder eine schaltbare Kupplung vorgesehen. Dadurch kann der Starter für die vorstehend beschriebenen verschiedenen Betriebsmodi verwendet werden. Die Kupplung kann beispielsweise als Reibungskupplung, insbesondere Scheibenkupplung oder Lamellenkupplung, oder als formschlüssige Kupplung, beispielsweise Klauenkupplung, ausgestaltet sein.
Vorzugsweise ist der Starter zum Starten des Kraftfahrzeugmotors über eine erste Gangstufe mit einem ersten Übersetzungsverhältnis und über eine zweite Gangstufe, insbesondere zum Generatorbetrieb des Starters, mit einer von dem ersten Übersetzungsverhältnis verschiedenen zweiten Übersetzungsverhältnis mit der Antriebswelle koppelbar. Dies ermöglicht es für den Starterbetrieb das erste Übersetzungsverhältnis und beispielsweise für einen Generatorbetrieb oder Boost-Betrieb das zweite Übersetzungsverhältnis vorzusehen. Bei einem Drehmomentfluss über die erste Gangstufe erfolgt die Koppelung des Starters mit der Antriebswelle über die Übersetzungswelle. Bei einem Drehmomentfluss über die zweite Gangstufe kann die Koppelung des Starters mit der Antriebswelle über die Übersetzungswelle erfolgen, wobei es auch möglich ist den Drehmomentfluss an der für den Start des Kraftfahrzeugmotors verwendeten Übersetzungswelle vorbei zu führen, um den Starter mit der Antriebswelle zu koppeln. Der Drehmomentfluss über die erste Gangstufe oder über die zweite Gangstufe kann insbesondere mit Hilfe mindestens eines Freilaufs und/oder mindestens einer Kupplung umgeschaltet werden. Die Kupplung kann beispielsweise als Reibungskupplung, insbesondere Scheibenkupplung oder Lamellenkupplung, oder als formschlüssige Kupplung, beispielsweise Klauenkupplung, ausgestaltet sein. Vorzugsweise ist es möglich den Drehmomentfluss sowohl über die erste Gangstufe als auch über die zweite Gangstufe gleichzeitig zu unterbrechen. Besonders bevorzugt ist konstruktiv vorgesehen, dass ein Drehmomentfluss über beide Gangstufen gleichzeitig ausgeschlossen ist. Durch die verschiedenen Gangstufen, die insbesondere durch Zahnradpaarungen mit verschiedenen Zahnraddurchmessern ausgebildet sind, lassen sich besonders einfach für das erste Übersetzungsverhältnis und das zweite Übersetzungsverhältnis deutlich unterschiedliche Werte erreichen. Beispielsweise kann für den Start des Kraftfahrzeugmotors mit Hilfe der ersten Gangstufe eine Gesamtübersetzung von ig_es,1 = 6,0 oder i_ges,1 = 4,0 und für einen Generatorbetrieb mit Hilfe der zweiten Gangstufe eine Gesamtübersetzung von i_ges,2 = 2,3 oder i_ges,2 = 2,5.
Besonders bevorzugt ist ein Nebenaggregat, insbesondere Klimakompressor, über ein Trennelement, insbesondere Freilauf oder Kupplung, mit der Antriebswelle und/oder mit der Übersetzungswelle koppelbar, wobei das Nebenaggregat bei geschlossenem Trennelement von der Antriebswelle und bei geöffnetem Trennelement von dem Starter und/oder einem Zusatzmotor antreibbar ist. Dies ermöglicht es bei geschlossenem Trennelement das Nebenaggregat über die Antriebswelle von dem Kraftfahrzeugmotor anzutreiben. Bei ausgeschaltetem Kraftfahrzeugmotor kann das Nebenaggregat von dem Starter und/oder dem Zusatzmotor angetrieben werden, um insbesondere eine Standklimatisierung zu ermöglichen. Ferner ist es möglich bei gestartetem Kraftfahrzeugmotor das Nebenaggregat abzuwerfen, so dass ein Drehmomentfluss zum Nebenaggregat unterbrochen werden kann, falls beispielsweise das Nebenaggregat nicht betrieben werden soll, so dass Blindleistungsverluste vermieden sind.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Starten eines Kraftfahrzeugmotors, insbesondere Verbrennungsmotor, bei dem innerhalb eines Motorgehäuses des Kraftfahrzeugmotors ein Startmoment in eine aus dem Motorgehäuse herausgeführten Antriebswelle, insbesondere Kurbelwelle, übersetzt eingeleitet wird. Das Verfahren kann insbesondere wie vorstehend anhand der Verwendung und/oder des Kraftfahrzeugmotors beschrieben aus- und weitergebildet sein. Da die Einleitung des Startmoments in die Antriebswelle nicht außerhalb des Motorgehäuses sondern innerhalb des Motorgehäuses erfolgt, ist es möglich ein innerhalb des Motorgehäuses sowieso vorgesehenen Übersetzungswelle zum Einleiten eines Startmoments in die Antriebswelle zu verwenden, so dass ein zusätzliches Getriebe eingespart werden kann. Dadurch ist eine kostengünstige und bauraumsparende konstruktive Ausgestaltung zum Starten des Kraftfahrzeugmotors, insbesondere bei Start-Stopp-Anwendungen, ermöglicht.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
1: eine schematische Prinzipdarstellung einer Starteranbindung für einen Kraftfahrzeugmotor in einer ersten Ausführungsform,
2: eine schematische Prinzipdarstellung einer Starteranbindung für einen Kraftfahrzeugmotor in einer zweiten Ausführungsform,
3: eine schematische Prinzipdarstellung einer Starteranbindung für einen Kraftfahrzeugmotor in einer dritten Ausführungsform,
4: eine schematische Prinzipdarstellung einer Starteranbindung für einen Kraftfahrzeugmotor in einer vierten Ausführungsform,
5: eine schematische Prinzipdarstellung einer Starteranbindung für einen Kraftfahrzeugmotor in einer fünften Ausführungsform,
6: eine schematische Prinzipdarstellung einer ersten Variante der Starteranbindung für einen Kraftfahrzeugmotor aus 4 und
7: eine schematische Prinzipdarstellung einer zweiten Variante der Starteranbindung für einen Kraftfahrzeugmotor aus 4.
Die in 1 stark schematisch dargestellte Starteranbindung 10 für einen aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugmotor weist eine als Kurbelwelle ausgestaltete Antriebswelle 12 auf, die von Kolben von Verbrennungszylindern des Kraftfahrzeugmotors innerhalb eines Motorgehäuses des Kraftfahrzeugmotors angetrieben werden kann. Die Antriebswelle 12 kann aus dem Motorgehäuse herausragen, um ein Kraftfahrzeug anzutreiben. Hierzu kann die Antriebswelle 12 beispielsweise über einen Drehschwingungsdämpfer, beispielsweise Zweimassenschwungrad, und eine Anfahrkupplung mit einem Kraftfahrzeuggetriebe gekoppelt sein, welches das von dem Kraftfahrzeugmotor erzeugte Drehmoment an Antriebsräder des Kraftfahrzeugs weiterleiten kann. Die Antriebswelle 12 weist ein Antriebswellenzahnrad 14 auf, das über ein Ausgleichswellenzahnrad 16 mit einer als Ausgleichswelle 18 ausgestalteten Übertragungswelle gekoppelt ist. Über die aus Antriebswellenzahnrad 14 und Ausgleichswellenzahnrad 16 bestehende Zahnradpaarung ist ein Übersetzungsverhältnis von i = 2,0 eingestellt, so dass die Ausgleichswelle 18 mit Hilfe von bewusst vorgesehenen Unwuchten 20 Drehschwingungen der 2. Motorordnung dämpfen kann. Über das Ausgleichswellenzahnrad 16 ist zusätzlich ein Starter 22 angebunden. Der Starter 22 weist eine Starterwelle 24 mit einem Starterzahnrad 26 auf. Das Starterzahnrad 26 kämmt mit einer Zwischenwelle 28, wobei zwischen der Starterwelle 24 und der Zwischenwelle 28 ein Übersetzungsverhältnis von i = 2,0 eingestellt ist. Durch die Zwischenwelle 28 kann insbesondere die Starterwelle 24 und der Starter 22 beabstandet zu der Antriebswelle 12 positioniert werden, so dass der Starter 22 in einem Bereich positioniert werden kann, der für den Starter 22 ausreichend Bauraum zur Verfügung stellt. Die Zwischenwelle 28 kämmt mit einem Übersetzungsverhältnis von i = 1,0 mit der Ausgleichswelle 18, so dass der Starter 22 mit einer Gesamtübersetzung von i_ges = 4,0 über die vollständig innerhalb des Motorgehäuses angeordnete Ausgleichswelle 18 mit der Antriebswelle gekoppelt ist.
Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform der Starteranbindung 10 ist zwischen der Antriebswelle 12 und dem Starter 22 eine feste Übersetzung eingestellt. Dadurch ergibt sich ein besonders einfacher und bauraumsparender Aufbau der Starteranbindung 10. Die Auslegung des Starters 22 erfolgt insbesondere dahingehend, dass der Starter 22 für einen Start des Kraftfahrzeugmotors ein ausreichendes Startmoment bereitstellen kann und eine zulässige Höchstdrehzahl der Starterwelle 24 nach dem Start des Kraftfahrzeugmotors nicht überschritten wird. Eine derartige Starteranordnung 10 eignet sich insbesondere für Benzinmotoren und/oder Dieselmotoren mit geringen Hubräumen, die zum Start ein vergleichsweise geringes Startmoment erfordern und besonders klein gebaut werden sollen.
Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform der Starteranordnung 10 ist im Vergleich zu der in 1 dargestellten Ausführungsform der Starteranordnung 10 mit der Antriebswelle 12 zusätzlich ein Nebenaggregat 30, beispielsweise ein Klimakompressor für eine Klimaanlage, angekoppelt. Das Nebenaggregat kann insbesondere über ein Trennelement 32, beispielsweise einen Freilauf direkt oder indirekt mit der Antriebswelle 12 angekoppelt sein. Dies ermöglicht es beispielsweise bei ausgeschalteten Kraftfahrzeugmotor und stehender Antriebswelle 12 das Nebenaggregat unabhängig von dem Betriebszustand des Kraftfahrzeugmotors zu betrieben und beispielsweise die hierfür erforderliche Energie über den Starter 22 und/oder einen mit dem Nebenaggregat 30 angekoppelten Zusatzmotor 34 einzuspeisen. Durch das Trennelement 32 wird vermieden, dass beim Betrieb des Nebenaggregats 30 bei ausgeschaltetem Kraftfahrzeugmotor die Antriebswelle 12 und die mit der Antriebswelle 12 angekoppelten Bauteile mitgeschleppt werden müssen. Bei gestartetem Kraftfahrzeugmotor kann zum Betrieb des Nebenaggregats 30 das Trennelement 32 das Nebenaggregat 30 an die Antriebswelle 12 mit einem Übersetzungsverhältnis von i = 1,0 oder einem davon abweichenden besser geeigneten Übersetzungsverhältnis ankoppeln, so dass das Nebenaggregat 30 mit Hilfe des von dem Kraftfahrzeugmotor bereitgestellten Drehmoment angetrieben werden kann. Vorzugsweise ist das Nebenaggregat 30 über das Antriebswellenzahnrad 14, mit dem auch Ausgleichswellenzahnrad 16 kämmt, angekoppelt.
Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform der Starteranordnung 10 ist im Vergleich zu der in 2 dargestellten Ausführungsform der Starteranordnung 10 das Nebenaggregat 30 nicht direkt an der Antriebswelle 12 sondern zunächst an der Starterwelle 24 angekoppelt. Zusätzlich kann der Starter 22 zusammen mit dem an der Starterwelle 24 angekoppelten Nebenaggregat 30 mit Hilfe einer Kupplung 36 von der Antriebswelle 12 und der Ausgleichswelle 18 und der Zwischenwelle 28 abgekoppelt werden, so dass das Nebenaggregat 30 auch bei ausgeschaltetem Kraftfahrzeugmotor ohne Zusatzmotor 34 von dem Starter 22 angetrieben werden kann.
Wie bei der Starteranordnung 10 in 4 gezeigt ist es auch möglich den Starter 22 mit verschiedenen Übersetzungsverhältnissen für den Starterbetrieb einerseits und beispielsweise für einen Generatorbetrieb andererseits mit der Antriebswelle 12 innerhalb des Motorgehäuses anzukoppeln, wobei hierfür ein Planetengetriebe nicht erforderlich ist. Hierzu kann der Starter vergleichbar zu den in 1, 2 und 3 dargestellten Ausführungsformen der Starteranordnung 10 über eine erste Gangstufe 38 angekoppelt werden. Der Drehmomentfluss zwischen dem Starter 22 und der Antriebswelle 12 erfolgt zum Start des Kraftfahrzeugmotors über die erste Gangstufe 38 unter Einbeziehung der beispielsweise als Ausgleichswelle 18 ausgestalteten Übersetzungswelle. Hierbei kann beispielsweise die Ausgleichswelle 18 eine Übersetzung von i = 2,0 und die Anbindung des Starters 22 eine Übersetzung von i = 3,0 bereitstellen, so dass sich bei einem Drehmomentfluss über die erste Gangstufe 38 eine Gesamtübersetzung von i_ges,1 = 6,0 ergibt. Dieser Drehmomentfluss kann insbesondere nach dem Start des Kraftfahrzeugmotors mit Hilfe eines beispielsweise als Freilauf ausgestalteten ersten Koppelungselements 40 unterbrochen werden. Das erste Koppelungselement 40 kann vergleichbar zu der in 3 dargestellten Ausführungsform der Starteranordnung 10 beispielsweise auch als Kupplung 36 ausgestaltet sein. Wenn der Drehmomentfluss über die erste Gangstufe 38 unterbrochen ist, kann der Starter 22 über eine zweite Gangstufe 42 mit der Antriebswelle 12 gekoppelt sein, wobei in dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel der Drehmomentfluss von dem Starter 22 an der Ausgleichswelle 18 vorbei zur Antriebswelle geführt ist. Die zweite Gangsstufe 42 kann hierzu ein Drehmomentübertragungsmittel 44 aufweisen, das beispielsweise als Riementrieb mit einer mit der Antriebswelle 12 koppelbaren Riemenscheibe ausgestaltet ist. Das Drehmomentübertragungsmittel 44 kann über ein zweites Koppelungselement 46 an der Antriebswelle 12 angebunden werden, wobei im dargestellten Ausführungsbeispiel das zweite Koppelungselement 44 als schaltbarer Freilauf ausgestaltet ist. Es ist aber auch möglich das zweite Koppelungselement 44 als einfachen Freilauf oder Kupplung auszugestalten. Der Starter 22 kann bei einem Drehmomentfluss über die zweite Gangstufe 42 insbesondere mit einem im Vergleich zu einem Drehmomentfluss über die erste Gangstufe 38 geringeren Übersetzungsverhältnis beispielsweise mit einer Gesamtübersetzung von i_ges,2 = 2,5 angekoppelt sein, so dass im Generatorbetrieb des Starters 22 eine maximal zulässige Drehzahl der Starterwelle 24 nicht überschritten wird.
Bei der in 5 dargestellten Ausführungsform der Starteranordnung 10 ist im Vergleich zu der in 4 dargestellten Ausführungsform der Starteranordnung 10 der Starter 22 auch bei einem Drehmomentfluss über die zweite Gangstufe 42 über die Ausgleichswelle 18 mit der Antriebswelle 12 angekoppelt. Aufgrund der durch die Ausgleichswelle 18 bereitgestellten zusätzlichen Übersetzung, ist es bereits ausreichend, wenn die zweite Gangstufe 42 ein entsprechend geringeres Übersetzungsverhältnis von beispielsweise i = 1,15 bereitstellt, um eine Gesamtübersetzung von i_ges,2 = 2,3 zu erreichen. Bei dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel sind sowohl das erste Koppelungselement 40 und das zweite Koppelungselement 46 als einfache Freiläufe ausgestaltet, so dass ohne separate aktive Aktorik im Starterbetrieb automatisch ein Drehmomentfluss von dem Starter 22 zu der Antriebswelle 12 nur über die erste Gangstufe 38 und nach einem Start des Kraftfahrzeugmotors automatisch ein Drehmomentfluss von der Antriebswelle 12 zu dem Starter 22 nur über die zweite Gangstufe 42 erfolgt.
Wie in 6 dargestellt können die Gangstufen 38, 42 der in 5 dargestellte Starteranordnung 10 durch eine erste Zahnradpaarung 48 der Starterwelle 24 mit der Zwischenwelle 28 für die ersten Gangstufe 38 und eine zweite Zahnradpaarung 50 der Starterwelle 24 mit der Zwischenwelle 28 für die zweite Gangstufe 38 realisiert werden. Die Zahnradpaarungen 48, 50 können jeweils über als Freiläufe ausgestaltete Koppelungselement 40, 46 angekoppelt werden.
Wie in 7 dargestellt können die für die in 6 dargestellte Starteranordnung 10 verwendeten Freilaufe der Koppelungselemente 40, 46 durch Kupplungen ersetzt werden, wobei es möglich ist beide als Kupplung ausgestalteten Koppelungselemente 40, 46 nur auf der Starterwelle 24 oder nur auf der Zwischenwelle 28 vorzusehen. Die als Kupplung ausgestalteten Koppelungselemente 40, 46 können beispielsweise mit Hilfe einer Schiebemuffe derart betätigt werden, dass bei einem geschlossenen Koppelungselement 40, 46 das jeweils andere Koppelungselemente 46, 40 notwendigerweise geöffnet sein muss. Insbesondere kann eine Zwischenstellung vorgesehen sein, in der beide Koppelungselemente 40, 46 geöffnet sind.
Bezugszeichenliste

10: Starteranbindung
12: Antriebswelle
14: Antriebswellenzahnrad
16: Ausgleichswellenzahnrad
18: Ausgleichswelle
20: Unwucht
22: Starter
24: Starterwelle
26: Starterzahnrad
28: Zwischenwelle
30: Nebenaggregat
32: Trennelement
34: Zusatzmotor
36: Kupplung
38: erste Gangstufe
40: erstes Koppelungselement
42: zweite Gangstufe
44: Drehmomentübertragungsmittel
46: zweites Koppelungselement
48: erste Zahnradpaarung
50: zweite Zahnradpaarung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10148961 A1 [0002]

Claims

Verwendung einer innerhalb eines Motorgehäuses eines Kraftfahrzeugmotors angeordneten und mit einer aus einem Motorgehäuse herausgeführten Antriebswelle (12), insbesondere Kurbelwelle, zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs gekoppelten Übersetzungswelle, insbesondere Ausgleichswelle (18) zur Drehschwingungsdämpfung der Antriebswelle oder Nockenwelle zur Ventilsteuerung von Verbrennungszylindern, zum Einleiten eines von einem Starter (22), insbesondere Startergenerator, bereitstellbaren Startmoments in die Antriebswelle (12) zum Start des Kraftfahrzeugmotors.
Verwendung nach Anspruch 1 bei der die Übersetzungswelle (18) mit einem festen unveränderlichen Übersetzungsverhältnis von i > 1,0 permanent mit der Antriebswelle (12) gekoppelt ist.
Verwendung nach Anspruch 1 oder 2 bei der der Starter (22) über mindestens einen Freilauf (40) und/oder mindestens eine Kupplung (36) mit der Übersetzungswelle (18) gekoppelt ist.
Kraftfahrzeugmotor, insbesondere Verbrennungsmotor, mit einem Motorgehäuse, einer innerhalb des Motorgehäuses antreibbaren Antriebswelle (12), insbesondere Kurbelwelle, zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs, wobei die Antriebswelle (12) aus dem Motorgehäuse herausgeführt ist und einer innerhalb des Motorgehäuses angeordneten und mit der Antriebswelle (12) gekoppelten Übersetzungswelle, insbesondere Ausgleichswelle (18) zur Drehschwingungsdämpfung der Antriebswelle oder Nockenwelle zur Ventilsteuerung von Verbrennungszylindern, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Übersetzungswelle (18) ein Starter (22), insbesondere Startergenerator, zum Einleiten eines Startmoments in die Antriebswelle (12) zum Start des Kraftfahrzeugmotors gekoppelt ist.
Kraftfahrzeugmotor nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Übersetzungswelle (18) mit einem Übersetzungsverhältnis i > 1,0 permanent mit der Antriebswelle (12) gekoppelt ist.
Kraftfahrzeugmotor nach Anspruch 4 oder 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Übersetzungswelle (18) vollständig innerhalb des Motorgehäuses angeordnet ist.
Kraftfahrzeugmotor nach einem der Ansprüche 4 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass der Starter (22) außerhalb des Motorgehäuses angeordnet ist, wobei der Starter (22) insbesondere an dem Motorgehäuse angeflanscht ist.
Kraftfahrzeugmotor nach einem der Ansprüche 4 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Starter (22) über mindestens einen Freilauf (40) und/oder mindestens eine Kupplung (36) mit der Übersetzungswelle (18) gekoppelt ist.
Kraftfahrzeugmotor nach einem der Ansprüche 4 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass der Starter (22) zum Starten des Kraftfahrzeugmotors über eine erste Gangstufe (38) mit einem ersten Übersetzungsverhältnis und über eine zweite Gangstufe (42), insbesondere zum Generatorbetrieb des Starters (22), mit einer von dem ersten Übersetzungsverhältnis verschiedenen zweiten Übersetzungsverhältnis mit der Antriebswelle (12) koppelbar ist.
Kraftfahrzeugmotor nach einem der Ansprüche 4 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass ein Nebenaggregat (30), insbesondere Klimakompressor, über ein Trennelement (32, 36), insbesondere Freilauf oder Kupplung, mit der Antriebswelle (12) und/oder mit der Übersetzungswelle (18) koppelbar ist, wobei das Nebenaggregat (30) bei geschlossenem Trennelement (32, 36) von der Antriebswelle (12) und bei geöffnetem Trennelement (32, 36) von dem Starter (22) und/oder einem Zusatzmotor (34) antreibbar ist.
Verfahren zum Starten eines Kraftfahrzeugmotors, insbesondere Verbrennungsmotor, bei dem innerhalb eines Motorgehäuses des Kraftfahrzeugmotors ein Startmoment in eine aus dem Motorgehäuse herausgeführten Antriebswelle (12), insbesondere Kurbelwelle, übersetzt eingeleitet wird.