EP0692070B1 - Verbrennungsmotor mit einem anlasser - Google Patents

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EP0692070B1
EP0692070B1 EP94911056A EP94911056A EP0692070B1 EP 0692070 B1 EP0692070 B1 EP 0692070B1 EP 94911056 A EP94911056 A EP 94911056A EP 94911056 A EP94911056 A EP 94911056A EP 0692070 B1 EP0692070 B1 EP 0692070B1
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EP
European Patent Office
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starter
combustion engine
internal combustion
coupled
flywheel
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EP94911056A
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EP0692070A1 (de
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Dieter Dr.-Ing. Lutz
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ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
Fichtel and Sachs AG
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Publication date
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/04—Starting of engines by means of electric motors the motors being associated with current generators

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine with a starter according to the preamble of claim 1.
  • electric motors are used as starters of internal combustion engines, which can be coupled to the crankshaft via a high speed ratio (e.g. 1:15) so that the torque (starting torque) required to start the internal combustion engine can be applied.
  • a high speed ratio e.g. 1:15
  • the starting torque at room temperature is approximately 50 Nm. With increasing cold, the starting torque increases considerably. At -25 ° C it is about 150 Nm and goes even higher at lower temperatures.
  • the generator has already been proposed for vehicles whose wheels are driven by electric motors, the traction current of which is generated by an electric generator directly coupled to an internal combustion engine (fully electric power transmission) can also be used as a starter for the internal combustion engine, since the performance of this generator corresponds to that of the internal combustion engine (see VDI reports No. 878, 1991, pages 611-622). However, no further details have been given.
  • EP 0 233 738 B1 discloses an electrical machine with an inner rotor equipped with permanent magnets, which is coupled as a generator / starter motor to the crankshaft of an internal combustion engine. A belt drive or a gear drive with a gear ratio of 1: 4 is provided for this coupling.
  • the permanent magnets of the electrical machine are made of a rare earth iron alloy.
  • US-A-5 097 140 shows a starter / generator with a disk-shaped rotor, the permanent magnets of which are made of an alloy which exhibit an increasing magnetic flux as temperatures drop (see US, title page, abstract, line 6).
  • This starter / generator is not voluminous and not dimensioned heavy, but nothing is said about its coupling to the crankshaft of the internal combustion engine.
  • the object of the invention is to propose an internal combustion engine, in particular for vehicles with a conventional drive, which has a starter that can be coupled or coupled without an intermediate gear ratio, without having to dimension it particularly voluminously and heavily.
  • the invention is based on a starter which is designed as a multi-pole electronically commutated direct current machine, the permanent magnets of which are formed from a material whose magnetic flux increases with decreasing temperature. It is thereby achieved that a higher torque can be delivered by the starter at decreasing temperatures, so that the requirements due to the increasing starting torque can be easily met.
  • a direct coupling of the starter to the crankshaft is provided without an intermediate gear ratio. This means that an oversized starter motor is not required, which allows safe starting even at low temperatures.
  • the starter provided in the invention can be built as a relatively narrow disc that takes up little volume and at the same time serves as the flywheel of the internal combustion engine.
  • the starter only has to deliver its relatively high output in extreme short-term operation and can therefore be subjected to very high currents for a short time.
  • the temperature increase to be expected under load is relatively small, so that the advantages of the increased magnetic flux come into full effect at low temperatures.
  • a design as an external rotor machine is expedient.
  • the diameter of the electric motor usefully lies in the order of magnitude of the flywheel diameter of an internal combustion engine.
  • the engine speed can be a endured such starter without risk of destruction.
  • This has the additional advantage that the magnetic actuation for engaging a drive pinion, as is always required in conventional starters, can be completely dispensed with.
  • FeNdB alloys have proven to be particularly cheap as a permanent magnet material.
  • the increase in torque of the starter corresponds approximately to the increase in the starting torque of the internal combustion engine as a result of the increasing magnetic flux with falling temperatures.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor, insbesondere für den Einsatz in Fahrzeugen mit mechanischem oder mechanisch-hydraulischem Antriebsstrang, mit einem Schwungrad und mit einem mit der Kurbelwelle gekoppelten oder koppelbaren Elektromotor als Anlasser. Erfindungsgemäß ist die Kopplung des Anlassers mit der Kurbelwelle ohne Zwischenübersetzung ausgeführt.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit einem Anlasser gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Üblicherweise werden als Anlasser von Verbrennungsmotoren Elektromotoren eingesetzt, die über eine hohe Übersetzung ins Langsame (z.B. 1 : 15) mit der Kurbelwelle koppelbar sind, damit das zum Anlassen des Verbrennungsmotors erforderliche Drehmoment (Anlaßmoment) aufgebracht werden kann. Bei einem Verbrennungsmotor mit einem maximalen Drehmoment von beispielsweise 150 Nm beträgt das Anlaßmoment bei Raumtemperatur etwa 50 Nm. Mit zunehmender Kälte erhöht sich das Anlaßmoment beträchtlich. Bei -25°C beträgt es etwa 150 Nm und geht bei tieferen Temperaturen auf noch höhere Werte.
  • Bei Fahrzeugen, deren Räder durch Elektromotoren angetrieben werden, deren Fahrstrom von einem mit einem Verbrennungsmotor direkt gekoppelten elektrischen Generator erzeugt wird (vollelektrische Leistungsübertragung), ist bereits vorgeschlagen worden, den Generator auch als Anlasser für den Verbrennungsmotor einzusetzen, da dieser Generator in seiner Leistung derjenigen des Verbrennungsmotors entspricht (vgl. VDI-Berichte Nr. 878, 1991, Seite 611-622). Nähere Angaben hierzu sind jedoch nicht gemacht worden.
  • Aufgrund der vorstehenden Problematik ist für konventionelle Fahrzeuge, deren Antriebsstrang also mechanisch oder mechanisch-hydraulisch ausgebildet ist, eine direkte Kopplung des Anlassers mit der Kurbelwelle nicht in Frage gekommen. Der Anlasser, der nur kurzzeitig gebraucht wird, wäre ohne Zwischenübersetzung unnötig voluminös und schwer ausgefallen, so daß bisher stets kleine Anlasser mit Zwischenübersetzung angewendet werden. Eine ständige Kopplung mit der Kurbelwelle darf hierbei nicht bestehen, da wegen der hohen Übersetzung bei hohen Verbrennungsmotor-Drehzahlen der Rnlasser zerstört werden könnte.
  • Aus der EP 0 233 738 B1 ist eine elektrische Maschine mit einem mit Permanentmagneten bestückten Innenrotor bekannt, die als Generator/Anlassermotor mit der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors gekoppelt ist. Für diese Ankopplung ist ein Riementrieb oder ein Zahnradgetriebe mit einem Übersetzungsverhältnis von 1:4 vorgesehen. Die Permanentmagneten der elektrischen Maschine sind aus einer Seltenerd-Eisen-Legierung hergestellt.
  • Die US-A-5 097 140 zeigt einen Anlasser/Generator mit scheibenförmigem Läufer, dessen Permanentmagnete aus einer Legierung bestehen, die bei sinkenden Temperaturen einen zunehmenden magnetischen Fluß zeigen (siehe US, Titelseite, Abstract, Zeile 6). Dieser Anlasser/Generator, ist nicht Voluminös und nicht schwergewichtig dimensioniert, jedoch ist über seine Ankopplung an die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors keine Aussage getroffen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Verbrennungsmotor insbesondere für Fahrzeuge mit konventionellem Antrieb vorzuschlagen, der einen ohne Zwischenübersetzung koppelbaren oder gekoppelten Anlasser aufweist, ohne diesen besonders voluminös und schwergewichtig dimensionieren zu müssen.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 angegeben.
  • Die Erfindung geht aus von einem Anlasser der als vielpolige elektronisch kommutierte Gleichstrommaschine ausgebildet ist, deren Permanentmagnete aus einem Werkstoff gebildet sind, dessen magnetischer Fluß mit sinkender Temperatur zunimmt. Dadurch wird erreicht, daß bei abnehmenden Temperaturen vom Anlasser ein höheren Drehmoment abgegeben werden kann, so daß den Anforderungen durch das steigende Anlaßdrehmoment ohne weiteres entsprochen werden kann. Erfindungsgemäß ist, eine direkte Ankopplung des Anlassers an die Kurbelwelle ohne Zwischenübersetzung vorgesehen. Dadurch ist kein übergroßer Anlassermotor erforderlich, der auch bei tiefen Temperaturen noch ein sicheres Starten erlaubt. Der in der Erfindung vorgesehene Anlasser kann als relativ schmale Scheibe gebaut werden, die nur wenig Volumen in Anspruch nimmt und gleichzeitig als Schwungrad der Verbrennungsmotors dient. Der Anlasser muß seine relativ hohe Leistung nur im extremen Kurzzeitbetrieb aufbringen und ist daher kurzzeitig mit sehr hohen Strömen beaufschlagbar. Anders als im Dauerbetrieb bei einem Generator für einen vollelektrischen Antriebsstrang eines Fahrzeugs ist die bei Belastung zu erwartende Temperaturerhöhung relativ gering, so daß bei tiefen Temperaturen die Vorteile des erhöhten magnetischen Flusses voll zur Geltung kommen.
  • Zweckmäßig ist eine Bauweise als Außenrotormaschine. Der Durchmesser des Elektromotors liegt sinnvollerweise etwa in der Größenordnung des Schwungradsdurchmessers eines Verbrennungsmotors. Das Schwungrad des Verbrennungsmotors durch das rotierende Funktionsteil des Anlassers, insbesondere wenn dieser Funktionsteil mit den Permanentmagneten bestückt ist (Permanentmagnetrotor), zu ersetzen, ergibt eine deutliche Gewichtsersparnis. Die Drehzahlen des Verbrennungsmotors kann ein solcher Anlasser ohne Gefahr der Zerstörung ertragen. Dies hat den zusätzlichen Vorteil, daß die magnetische Betatigung für das Einrücken eines Antriebsritzels, wie es bei konventionellen Anlassern stets benötigt wird, vollständig entfallen kann. Als besonders günstig haben sich FeNdB-Legierungen als Permanentmagnetwerkstoff erwiesen. Dabei entspricht der Drehmomentzuwachs des Anlassers infolge des mit sinkenden Temperaturen steigenden magnetischen Flusses etwa dem Anstieg des Anlaßmoments des Verbrennungsmotors.

Claims (5)

  1. Verbrennungsmotor, insbesondere für den Einsatz in Fahrzeugen mit mechanischem oder mechanisch-hydraulischem Antriebsstrang, mit einem Schwungrad und mit einem mit der Kurbelwelle gekoppelten oder koppelbaren Elektromotor als Anlasser, der als vielpolige Gleichstrommaschine mit elektronischer Kommutierung ausgebildet ist und durch Permanentmagnete erregt wird, die aus einer Permanent-Legierung bestehen, deren magnetischer Fluß unterhalb der Raumtemperatur mit sinkenden Temperaturen zunehmend höher wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Kopplung des Anlassers mit der Kurbelwelle ohne Zwischenübersetzung ausgeführt ist und
    daß der rotierende Funktionsteil des Anlassers das Schwungrad des Verbrennungsmotors bildet.
  2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Legierung eine FeNdB-Legierung ist.
  3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Durchmesser des Anlassers in der Größenordnung des Schwungrades des Verbrennungsmotors liegt.
  4. Verbrennungmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der rotierende Funktionsteil des Anlassers mit den Permanentmagneten bestückt ist.
  5. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Anlasser als Außenrotormaschine ausgebildet ist.
EP94911056A 1993-04-02 1994-03-15 Verbrennungsmotor mit einem anlasser Revoked EP0692070B1 (de)

Applications Claiming Priority (3)

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DE4311227 1993-04-02
DE4311227A DE4311227C2 (de) 1993-04-02 1993-04-02 Verbrennungsmotor mit einem Anlasser
PCT/DE1994/000312 WO1994023197A1 (de) 1993-04-02 1994-03-15 Verbrennungsmotor mit einem anlasser

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Publication Number Publication Date
EP0692070A1 EP0692070A1 (de) 1996-01-17
EP0692070B1 true EP0692070B1 (de) 1997-04-16

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DE (2) DE4311227C2 (de)
ES (1) ES2100708T3 (de)
WO (1) WO1994023197A1 (de)

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DE4311227A1 (de) 1994-10-06
ES2100708T3 (es) 1997-06-16
DE4311227C2 (de) 1995-05-24
WO1994023197A1 (de) 1994-10-13
DE59402452D1 (de) 1997-05-22

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