EP2379874A1 - Verfahren und vorrichtung für start-stopp-anlagen von brennkraftmaschinen in kraftfahrzeugen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung für start-stopp-anlagen von brennkraftmaschinen in kraftfahrzeugen

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EP2379874A1
EP2379874A1 EP09737426A EP09737426A EP2379874A1 EP 2379874 A1 EP2379874 A1 EP 2379874A1 EP 09737426 A EP09737426 A EP 09737426A EP 09737426 A EP09737426 A EP 09737426A EP 2379874 A1 EP2379874 A1 EP 2379874A1
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EP
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pinion
ring gear
internal combustion
starting device
tooth
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Sven Hartmann
Juergen Gross
Stefan Tumback
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Robert Bosch GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a starting method for internal combustion engines in motor vehicles with a start-stop system according to the preamble of claim 1 and a starting device for carrying out the method according to the preamble of claim 4.
  • Internal combustion engines of motor vehicles are usually turned on with a starter motor, wherein initially a pinion of the starting device meshes with a ring gear of the internal combustion engine, before the starter motor is turned on.
  • the internal combustion engine is also automatically switched off at a longer stop of the vehicle and at the end of the stop phase, the machine is then automatically restarted to continue the journey can.
  • the starter pinion still has to wait until the machine has come to a standstill, which means a delay in the case of very short stop phases which, for example, can become critical in the event of a traffic jam caused by too fast subsequent vehicles.
  • Einspurvorgang at the beginning of a stop phase, has already been proposed (file number is added ?????) to synchronize the pinion speed by an electronic control of the starter motor with the speed of the ring gear of the machine to in this way the Starter pinion already in the still rotating sprocket of the machine sleekspuren. It is disadvantageous that for synchronization of the peripheral speed of the ring gear and the starter pinion a significant electronic control effort must be driven, since the peripheral speed of the ring gear at the outlet of the shutdown engine greatly changed due to compression in the cylinders of the machine.
  • the present invention seeks to ensure that meshing of the starter pinion after switching off the internal combustion engine at the beginning of a stop operation in a simple manner in the still rotating ring gear with simple mechanical means.
  • Method according to the characterizing features of claim 1 and in a starting device with the characterizing feature of claim 4 is achieved with simple mechanical means a temporally shortened start process by the meshing of the starter pinion in the expiring sprocket of the machine.
  • the electronic control of the start-stop system can be significantly simplified. Furthermore, it is achieved in this way that against an unsprung meshing of the starter pinion in a still rotating ring gear no damage from occurring backlashes occur on the freewheel or planetary gear of the starter.
  • crankshaft can be rotated by the engine control unit of the starter motor in the optimum starting position before the machine is stopped so as to shorten the subsequent restart time.
  • the pressure spring is clamped as a helical compression spring between a shoulder of the pinion shaft and the back of the pinion trained annular shoulder, wherein the pinion as Steckritzel means of a sliding toothing is received axially displaceable on the pinion shaft.
  • the pressure spring has advantageously a smaller spring constant than the Einspurfeder.
  • the teeth of the pinion and / or the ring gear are provided at their front end sides with a bevel of the tooth flanks and with a bevel on the tooth head in an advantageous manner.
  • the chamfers are in particular at the front in the direction of rotation of the sprocket tooth flanks of the sprocket and attached to the rear tooth flanks of the pinion.
  • the pinion shaft is preferably axially displaceable with a freewheel via a sliding teeth without coarse thread with a drive shaft of the starting device.
  • adjacent teeth of the pinion and of the toothed rim each have an axial length that differs by the same amount in the region of the front end sides opposite each other in the recessed state.
  • the meshing of the pinion in the ring gear can be shortened even at high rotational speeds by the protruding teeth of pinion and ring gear are now spaced from each other with twice the pitch, so that the pinion teeth even at high speeds of the ring gear sufficiently deep through the axial pressure spring can penetrate into the tooth spaces to be taken.
  • every second tooth of pinion and ring gear is shortened with respect to the pinion or the sprocket width.
  • the non-shortened teeth are also provided at their front end sides with a chamfer on the tooth head, which is preferably shorter than the tooth projection.
  • the pinion for starting to slip on the teeth of the ring gear first is proposed in an embodiment of the invention bevels on the front in the direction of rotation of the ring gear tooth flanks of the protruding teeth of the ring gear and on the rear tooth flanks to attach protruding teeth of the pinion.
  • Figure 1 is a start-stop system for motor vehicles with a starting device in a schematic representation, Figure 2 pinion, pinion shaft and freewheel body of the starting device as the first
  • FIG. 3 Embodiment in three-dimensional representation after assembly by means of a sliding toothing, FIG. 3 the parts of FIG. 2 are arranged explosively, FIG.
  • Figure 4 is an enlarged view of the toothing of the pinion and the
  • Figure 6 shows an outbreak of the sprocket and the pinion with staggered teeth in three-dimensional, enlarged view as a second
  • Figure 1 shows a start-stop system for internal combustion engines in motor vehicles in a first embodiment in a schematic representation. It includes a starting device 10 with a starter motor 11, a starter relay 12 and a pinion 13 for axial meshing in a ring gear 14 a
  • the starter relay 12 has a relay winding 16, a plunger 17 and a switching contact 18 for switching the main current for the starter motor 11.
  • the start-stop system further includes a motor control unit 19, as well as the switching contact 18 of the starter relay 12 with a positive connection to the electrical system, not shown
  • the engine control unit 19 is further supplied via a plurality of signal inputs different sensor signals, with which, for example, a clutch operation, a brake operation, the position of a gear selector lever, the engine and the wheel speed and the like is detected.
  • the engine control unit 19 is further connected via an output with the
  • Relay winding 16 is connected, with the gear 13 meshed with the gear 13 of the internal combustion engine 15 via an engaging lever 20 and the starter motor 11 is turned on via the switching contact 18 for starting the internal combustion engine 15.
  • the starter motor 11 drives via a planetary gear 21, a drive shaft 22, which usually has a coarse thread with a freewheel
  • the freewheel 23 is coupled.
  • the freewheel 23 is connected on the output side in one piece with a pinion shaft, on which the pinion 13 is limited axially slidably mounted by means of a sliding teeth limited by stops.
  • the starter relay 12 is first activated with a triggered by the driver of the motor vehicle start signal via the engine control unit 19, wherein the starter motor 11 is controlled via a further connection directly from the engine control unit 19 and slightly rotated.
  • the relay winding 16 is also about the plunger 17 and the
  • Engaging lever 20 the pinion 13 is advanced to the ring gear 14 of the machine.
  • engagement spring 24 is tensioned in a known manner, so that by slightly turning the starter motor 11, the teeth of the pinion 13 in the next tooth gap of the ring gear 14 to a stop of the
  • Drive shaft 22 can engage.
  • the start-stop system of the motor vehicle is now activated, wherein at the beginning of each stop phase of the vehicle, for example by detecting the rotational speed at the front wheels of the vehicle
  • Figure 2 shows a three-dimensional view of a unit 27, consisting of the pinion 13, the axial pressure spring 25 and the pinion shaft 26 with a
  • Freewheel body 23a wherein the pinion 13 is designed as a plug-in pinion.
  • FIG. 3 shows these parts in an explosive arrangement, namely a stop ring 28 as an axial stop for the pinion 13, a snap ring 29 for fixing the stop ring 28, the pinion 13 with a splined Inner bore 30a, with a bearing bush 31, the axial pressure spring 25, the pinion shaft 26 with a spline toothing 30b and the freewheel body 23a and finally with another bearing bushing 31.
  • the pinion shaft 26 forms with its spline teeth 30b together with the splines Inner bore 30a of the pinion 13, the axial sliding toothing 30 of Figure 2 for the pinion assembly.
  • the two bushings 31 are inserted on both sides into a central bore 26a of the pinion shaft, in which the drive shaft 22 is received in the assembly of the starter device 10 of Figure 1.
  • the axial pressure spring 25 is placed concentrically on a thickening 26 b arranged behind the spline toothing 30 b of the pinion shaft 26 and bears with its rear end against an annular shoulder 33 of the pinion shaft 26.
  • the front end of the formed as a helical spring axial pressure spring 25 abuts against the pinion rear side.
  • FIG. 4 the pinion 15 of the starting device 10 from FIGS. 1 to 3 and the toothed ring 14 of the internal combustion engine 15 displaced axially therefrom are shown enlarged in a three-dimensional view. It can be seen that during the axial advancement of the pinion 13 to the still rotating in the direction of the arrow gear 14 of the machine, the pinion 13 is taken in the direction of arrow 34. To the engagement of the pinion 13 in the ring gear 14 of
  • both the teeth 13a of the pinion 13 and the teeth 14a of the ring gear 14 are provided at the tooth faces, which lie opposite each other in the extended state, with a chamfer 35 of the tooth flanks 13b and 14b.
  • the chamfer 35 is attached to those tooth flanks 13a, 14a which come into contact with each other when the pinion 13 meshes with the still rotating ring gear 14.
  • here have the teeth 13 a of the pinion 13 in the region of the tooth head a beveled end face 13 c, whereby the meshing process is further facilitated.
  • the tapered end faces 13c not only on the pinion 13 but also on the ring gear 14.
  • the pinion 13 when meshing in the still rotating sprocket 14 of the machine either immediately taken by the force of the pressure spring 25 and then is completely Siliconspurt or the pinion 13 is first taken from one of the teeth 14a of the ring gear 14 and the coming into engagement with the ring gear 14 tooth 13a of the pinion 13 initially slips once again at the bevel 35 of the tooth flanks 13b, 14b from now to slow rotation into the next tooth gap of the ring gear 14 already further engage.
  • the pinion shaft 26 is thereby taken from the pinion 13 and the freewheel 23, the planetary gear 21 and the starter motor 11 is decoupled.
  • FIG. 5 shows, on an enlarged scale, a longitudinal section of a modified one
  • Embodiment of the invention in which a behind the sliding teeth 30 between the pinion 13 and the pinion shaft 26 used coil spring 36 is received as an axial pressure spring for the pinion 13 in a ring recess 38 of the pinion shaft 26 in the region of the freewheel body 23a partially and wherein the bottom 38a of the annular recess 38 forms the support surface for the rear end of the coil spring 36.
  • the coil spring 36 presses in the idle state, the pinion 13 against the front stop ring 28, which occurs between the back of the pinion 13 and the front end of the freewheel body 23a in axial travel y, via which the pinion 13 against the axial force of the prestressed coil spring 26 at the sliding toothing
  • FIG. 6 shows a further embodiment of the invention, which relates to a special design of the teeth of the pinion 13 and of the ring gear 14.
  • a special design of the teeth of the pinion 13 and of the ring gear 14 For this purpose, an outbreak of the ring gear 14 of the internal combustion engine 10 of Figure 1 and the pinion 13 of the in Fig. 6 in an enlarged spatial representation
  • the chamfer 35 is arranged on those tooth flanks 13b and 14b, which come into contact with one another in the direction of rotation of the still running toothed rim 14 when the pinion 13 is engaged by the arrow. According to FIG. 6, these are the front tooth flanks 14b of the protruding teeth 14a of the toothed rim 14 and the rear tooth flanks in the direction of rotation
  • the un-shortened teeth 13a and 14a of the pinion 13 and the ring gear 14 have tapered front end faces that face each other in the protruded state. It is sufficient that the end faces are beveled only in the region 13c of the tooth heads.
  • the pinion 13 is first vorgespurt after switching off and before the stoppage of the internal combustion engine with stationary starter motor 11 through the starter relay 12 via the engaging lever 20 to the ring gear 14 also at the beginning of a stop cycle of the internal combustion engine 10.
  • the pinion 13 Upon reaching a tooth-on-gap position, the pinion 13 is first indented a little way into the ring gear 14 by means of the pressure spring 25.
  • two non-shortened teeth 13a and 14a of pinion 13 and ring gear 14 come into contact with their bevelled tooth flanks 13b and 14b.
  • the pinion is initially only a correspondingly small contact surface the chamfers 35 taken.
  • Freewheel 23 decoupled.
  • the pinion 13 is not immediately taken completely away from the ring gear 14, but it slides over the chamfer 35 of the contacted uncut teeth 13a and 14a axially resilient, in which the pinion 13 against the force of the pressure spring 25 back out of the
  • Sprocket 14 is pressed axially out. Since the next un-shortened tooth 14b of the ring gear 14 is spaced from the preceding uncut tooth by twice the pitch, the pinion 13 now has twice the distance along the teeth to continue into the ring gear 14 with the force of the compression spring 25 to be able to get in. In this position, it is now completely taken and fully meshed with the force of the engagement spring 24 in the ring gear 14. This makes it possible to ensure that even with low feed forces on the pinion 13, a penetration depth of the toothing that is adequate for a long service life is achieved.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Startverfahren für Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen mit einer Start-Stopp-Anlage sowie eine Startvorrichtung (10) zur Durchführung des Verfahrens mit einem Startermotor (11) und einer Einrückvorrichtung (12, 20), die mit Beginn eines Stopp-Zykluses ein Steckritzel (13) in einen Zahnkranz (14) der Brennkraftmaschine axial einspurt. Um die Zeitspanne bis zur Bereitschaft eines Neustartes der Maschine möglichst kurz zu halten, wird vorgeschlagen, dass mit Beginn der Stopp-Phase das Ritzel (13) nach dem Abschalten und vor dem Stillstand der Brennkraftmaschine (15) bei ruhendem Startermotor (11) in den noch drehenden Zahnkranz (14) mit einer axialen Andrückfeder (25) federnd eingespurt wird.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren und Vorrichtung für Start- Stopp-Anlagen von Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Startverfahren für Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen mit einer Start- Stopp-Anlage nach der Gattung des Anspruchs 1 sowie eine Startvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Gattung des Anspruchs 4.
Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen werden üblicherweise mit einem Startermotor angedreht, wobei zunächst ein Ritzel der Startvorrichtung in einen Zahnkranz der Brennkraftmaschine einspurt, bevor der Startermotor eingeschaltet wird. Mit einer Start- Stopp-Anlage in Kraftfahrzeugen wird außerdem bei einem längeren Halt des Fahrzeugs die Brennkraftmaschine automatisch abgeschaltet und am Ende der Stopp-Phase wird dann die Maschine automatisch wieder gestartet, um die Fahrt fortsetzen zu können.
Aus der EP 08 48 159 Al ist es bekannt, dass Starterritzel bereits mit Beginn eines Stopp-Zustandes der Maschine in die Einspurstellung zu bringen, um danach mit Beginn des Start- Vorgangs den Startermotor unverzüglich mit voller Kraft einzuschalten. Auf diese Weise wird die Zeit für den Startvorgang deutlich verringert. Diese Lösung hat jedoch noch den Nachteil, dass zum Einspuren des
Starterritzel am Beginn der Stopp- Phase zunächst noch der Stillstand der Maschine abgewartet werden muss, was bei sehr kurzen Stopp- Phasen eine Verzögerung bedeutet, die zum Beispiel bei einem Verkehrsstau durch zu schnelle nachfolgende Fahrzeuge kritisch werden kann. Um den Einspurvorgang mit Beginn einer Stopp-Phase zu verkürzen, ist bereits vorgeschlagen worden (Aktenzeichen wird nachgetragen ?????), die Ritzeldrehzahl durch eine elektronische Ansteuerung des Startermotors mit der Drehzahl des Zahnkranzes der Maschine zu synchronisieren, um auf diese Weise das Starterritzel bereits in den noch drehenden Zahnkranz der Maschine einzuspuren. Dabei ist nachteilig, dass zur Synchronisation der Umfangsgeschwindigkeit des Zahnkranzes und des Starterritzels ein erheblicher elektronischer Steuerungsaufwand getrieben werden muss, da sich die Umfangsgeschwindigkeit des Zahnkranzes beim Auslaufen der abgeschalteten Brennkraftmaschine aufgrund von Kompressionen in den Zylindern der Maschine stark verändert.
Mit der vorliegenden Erfindung wird angestrebt, dass Einspuren des Starterritzels nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine am Beginn eines Stopp-Vorgangs in einfacher Weise in den noch drehenden Zahnkranz mit einfachen mechanischen Mitteln zu gewährleisten.
Offenbarung der Erfindung
Bei Start- Stopp-Anlagen für Brennkraftmaschine zur Durchführung des
Verfahrens nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 sowie bei einer Startvorrichtung mit dem Kennzeichnungsmerkmal des Anspruchs 4 erzielt man mit einfachen mechanischen Mitteln einen zeitlich verkürzten Start- Vorgang durch das Einspuren des Starterritzels in den auslaufenden Zahnkranz der Maschine. Die elektronische Steuerung der Start- Stopp-Anlage lässt sich dadurch wesentlich vereinfachen. Des Weiteren wird auf diese Weise erreicht, dass gegenüber einem ungefederten Einspuren des Starterritzels in einen noch drehenden Zahnkranz keine Beschädigungen durch dabei auftretende Rückschläge am Freilauf oder Planetengetriebe des Starters auftreten.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Patentanspruch 1 und 4 angegebenen Merkmale. Da bei einer axialen Andrückfederung des Starterritzels ein Einspuren in den umlaufenden Zahnkranz nur bei langsamen Drehungen des Zahnkranzes mit der erst besten Zahn-auf- Lücke- Position erfolgt, wird in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung durch eine ausgewählte Federcharakteristik der Andrückfeder erreicht, dass das Ritzel zunächst ein kleines Stück weit in den Zahnkranz eingerückt und dabei zunächst nur über entsprechend kleine Kontaktflächen der Zähne von Ritzel und Zahnkranz mitgenommen wird. Bei kleinen Umfangsgeschwindigkeiten kann das Ritzel durch die Kraft der Andrückfeder vollständig in den Zahnkranz eingespurt werden. Dagegen werden die Zähne des Starterritzels bei zu großer Umfangsgeschwindigkeit des Zahnkranzes wieder aus den Zahnkranz herausgedrückt. Das nunmehr langsam drehende Starterritzel wird danach gegebenenfalls mehrfach erneut in die nächste Lücke ein Stück weiter eingerückt, bis das Starterritzel bei zunehmender Drehzahl schließlich vollständig in den Zahnkranz eingespurt wird.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass die Kurbelwelle bereits vor dem Stillstand der Maschine mittels der Motorsteuereinheit vom Startermotor in die optimale Startposition gedreht werden kann, um so den nachfolgenden Neustart zeitlich zu verkürzen.
In einer ersten, besonders einfachen und zweckmäßigen Ausführungsform zur Durchführung des Startverfahrens mit einem auf einer Ritzelwelle axial verschiebbaren Starterritzel ist die Andrückfeder als Schrauben-Druckfeder zwischen einer Schulter der Ritzelwelle und der Rückseite des Ritzels ausgebildeten Ringschulter eingespannt, wobei das Ritzel als Steckritzel mittels einer Schiebeverzahnung an der Ritzelwelle axial verschiebbar aufgenommen ist. Bei einer zusätzlichen Anordnung einer an sich bekannten Einspurfeder hat die Andrückfeder in vorteilhafter Weise eine kleinere Federkonstante als die Einspurfeder.
Um das Einspuren des Ritzels zu erleichtern, sind in vorteilhafter Weise die Zähne des Ritzels und/oder des Zahnkranzes an ihren vorderen Stirnseiten mit einer Anschrägung der Zahnflanken sowie mit einer Anschrägung am Zahnkopf versehen. In vorteilhafter Weise sind dabei die Anschrägungen insbesondere an den in Drehrichtung des Zahnkranzes vorderen Zahnflanken des Zahnkranzes und an den hinteren Zahnflanken des Ritzels angebracht. Außerdem ist die Ritzelwelle vorzugsweise mit einem Freilauf über eine Schiebeverzahnung ohne Steilgewinde mit einer Antriebswelle der Startvorrichtung axial verschiebbar.
In einer weiteren Ausführungsform haben in Weiterbildung der Erfindung benachbarte Zähne des Ritzels und des Zahnkranzes jeweils im Bereich der vorderen, im ausgespürtem Zustand sich gegenüber liegenden Stirnseiten eine um den gleichen Betrag unterschiedliche axiale Länge. Bei dieser Ausführungsform kann das Einspuren des Ritzels in den Zahnkranz auch bei hohen Drehgeschwindigkeiten verkürzt werden, indem die vorstehenden Zähne von Ritzel und Zahnkranz nunmehr mit der doppelten Zahnteilung voneinander beabstandet sind, so dass die Ritzelzähne auch bei hohen Drehzahlen des Zahnkranzes noch ausreichend tief durch die axiale Andrückfeder in die Zahnlücken vordringen können um mitgenommen zu werden. In einfachster Ausführungsform ist dabei jeder zweite Zahn von Ritzel und Zahnkranz gegenüber der Ritzel- bzw. der Zahnkranzbreite verkürzt. Zweckmäßigerweise sind auch hier die nicht verkürzten Zähne an ihren vorderen Stirnseiten mit einer Anschrägung am Zahnkopf versehen, die vorzugsweise kürzer als der Zahnvorsprung ist. Um auch hierbei die Möglichkeit zu schaffen, das Ritzel zum Anlaufen zunächst einmal an den Zähnen des Zahnkranzes abrutschen zu lassen, wird in Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, Anschrägungen an den in Drehrichtung des Zahnkranzes vorderen Zahnflanken der vorstehenden Zähne des Zahnkranzes sowie an den hinteren Zahnflanken der vorstehenden Zähne des Ritzels anzubringen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden beispielsweise anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Start- Stopp-Anlage für Kraftfahrzeugen mit einer Startvorrichtung in schematischer Darstellung, Figur 2 Ritzel, Ritzelwelle und Freilaufkörper der Startvorrichtung als erstes
Ausführungsbeispiel in raumbildlicher Darstellung nach dem Zusammenbau mittels einer Schiebeverzahnung, Figur 3 die Teile aus Figur 2 explosionsartig angeordnet,
Figur 4 eine vergrößerte Darstellung der Verzahnung des Ritzels und des
Zahnkranzes der Maschine vor dem Einspuren,
Figur 5 Ritzel, Ritzelwelle und Freilauf im Längsschnitt und vergrößerter Darstellung und
Figur 6 einen Ausbruch des Zahnkranzes und des Ritzels mit versetzten Zähnen in raumbildlicher, vergrößerter Darstellung als zweites
Ausführungsbeispiel.
Ausführungsformen der Erfindung
Figur 1 zeigt in einem ersten Ausführungsbeispiel eine Start- Stopp-Anlage für Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen in schematischer Darstellung. Sie umfasst eine Startvorrichtung 10 mit einem Startermotor 11, einem Starterrelais 12 und einem Ritzel 13 zum axialen Einspuren in einen Zahnkranz 14 einer
Brennkraftmaschine 15. Das Starterrelais 12 weist eine Relaiswicklung 16, einen Stößel 17 und einen Schaltkontakt 18 zum Schalten des Hauptstromes für den Startermotor 11 auf. Die Start- Stopp-Anlage umfasst ferner eine Motorsteuereinheit 19, die ebenso wie der Schaltkontakt 18 des Starterrelais 12 mit einem Plus-Anschluss an das nicht dargestellte Bordnetz des
Kraftfahrzeuges angeschlossen ist. Der Motorsteuereinheit 19 werden ferner über mehrere Signaleingänge verschiedene Sensorsignale zugeführt, mit denen zum Beispiel eine Kupplungsbetätigung, eine Bremsbetätigung, die Stellung eines Gangwählhebels, die Motor- und die Raddrehzahl und dergleichen erfasst wird. Die Motorsteuereinheit 19 ist ferner über einen Ausgang mit der
Relaiswicklung 16 verbunden, mit der über einen Einrückhebel 20 das Ritzel 13 in den Zahnkranz 14 der Brennkraftmaschine 15 eingespurt und der Startermotor 11 über den Schaltkontakt 18 zum Starten der Brennkraftmaschine 15 eingeschaltet wird. Der Startermotor 11 treibt dabei über ein Planetengetriebe 21 eine Antriebswelle 22, die in der Regel über ein Steilgewinde mit einem Freilauf
23 gekoppelt ist. Der Freilauf 23 ist abtriebsseitig einstückig mit einer Ritzelwelle verbunden, an der das Ritzel 13 mittels einer Schiebeverzahnung durch Anschläge begrenzt axial verschiebbar befestigt ist. Bei einem Kaltstart der Maschine 15 wird zunächst mit einem vom Fahrer des Kraftfahrzeugs ausgelösten Startsignal über die Motorsteuereinheit 19 das Starterrelais 12 aktiviert, wobei der Startermotor 11 über eine weitere Verbindung direkt von der Motorsteuereinheit 19 angesteuert und leicht gedreht wird. Durch die Relaiswicklung 16 wird dabei außerdem über den Stößel 17 und den
Einrückhebel 20 das Ritzel 13 bis zum Zahnkranz 14 der Maschine vorgeschoben. Bei einer Zahn-auf-Zahn-Stellung wird in bekannter Weise eine zwischen Freilauf 23 und Einrückhebel 20 eingesetzte Einrückfeder 24 gespannt, so dass durch leichtes Drehen des Startermotors 11 die Zähne des Ritzels 13 in die nächste Zahnlücke des Zahnkranzes 14 bis zu einem Anschlag an der
Antriebswelle 22 einrücken können.
Während des Fahrbetriebs ist nun die Start- Stopp-Anlage des Kraftfahrzeugs aktiviert, wobei mit Beginn einer jeder Stopp-Phase des Fahrzeugs zum Beispiel durch Erfassen der Drehzahl an den Vorderrädern des Fahrzeugs die
Brennkraftmaschine abgeschaltet wird. Zugleich wird in einer ersten Stufe zur Vorbereitung eines späteren Neustarts der Maschine ein Einspurvorgang des Ritzels 13 in den noch laufenden Zahnkranz 14 der Maschine 15 ausgelöst, indem über die Motorsteuereinheit 19 ein dosierter Erregerstrom auf das Starterrelais 12 gegeben wird. Über den Stößel 17 wird nun mit dem
Einrückhebel 17 das Ritzel 13 axial zum Einspuren in den Zahnkranz 14 vorgeschoben. Um die Brennkraftmaschine 15 möglichst rasch nach dem Abschalten wieder startklar zu machen, muss nun das Ritzel 13 noch vor dem Stillstand der Brennkraftmaschine 15 bei ruhendem Startermotor 11 in den noch drehenden Zahnkranz 14 mittels einer axialen Andrückfeder 25 eingespurt werden. Die axiale Andrückfeder 25 ist hierbei zwischen dem Ritzel 13 und der Ritzelwelle 26 angeordnet und axial vorgespannt.
Figur 2 zeigt in raumbildlicher Darstellung eine Baueinheit 27, bestehend aus dem Ritzel 13, der axialen Andrückfeder 25 und der Ritzelwelle 26 mit einem
Freilaufgrundkörper 23a, wobei das Ritzel 13 als Steckritzel ausgebildet ist.
Figur 3 zeigt diese Teile in explosionsartiger Anordnung und zwar einen Anschlagring 28 als axialen Anschlag für das Ritzel 13, einen Sprengring 29 zur Fixierung des Anschlagringes 28, das Ritzel 13 mit einer Keilwellen- Innenbohrung 30a, mit einer Lagerbuchse 31, der axialen Andrückfeder 25, der Ritzelwelle 26 mit einer Keilwellen-Verzahnung 30b und dem Freilauf- Grundkörper 23a und schließlich mit einer weiteren Lagerbuchse 31. Die Ritzelwelle 26 bildet mit ihrer Keilwellen-Verzahnung 30b gemeinsam mit der Keilwellen-Innenbohrung 30a des Ritzels 13 die axiale Schiebeverzahnung 30 gemäß Figur 2 für die Ritzelmontage. Die beiden Lagerbuchsen 31 werden beidseitig in eine zentrale Bohrung 26a der Ritzelwelle eingesetzt, in die beim Zusammenbau der Startvorrichtung 10 aus Figur 1 die Antriebswelle 22 aufgenommen wird. Die axiale Andrückfeder 25 wird auf eine hinter der Keilwellen-Verzahnung 30b der Ritzelwelle 26 angeordnete Verdickung 26b konzentrisch aufgesetzt, die mit ihrem hinteren Ende an einer Ringschulter 33 der Ritzelwelle 26 anliegt. Das vordere Ende der als Schraubenfeder ausgebildeten axiale Andrückfeder 25 liegt an der Ritzelrückseite an.
In Figur 4 ist ausbruchsweise das Ritzel 15 der Startvorrichtung 10 aus Figur 1 bis 3 und der dazu axial versetzte Zahnkranz 14 der Brennkraftmaschine 15 in raumbildlicher Ausführung vergrößert dargestellt. Dabei ist erkennbar, dass beim axialen Vorrücken des Ritzels 13 an den noch in Pfeilrichtung drehenden Zahnkranz 14 der Maschine das Ritzel 13 in Richtung des Pfeiles 34 mitgenommen wird. Um das Einrücken des Ritzels 13 in den Zahnkranz 14 der
Maschine dabei zu erleichtern, sind sowohl die Zähne 13a des Ritzels 13 als auch die Zähne 14a des Zahnkranzes 14 an den Zahnstirnseiten, die sich im ausgespürtem Zustand gegenüber liegen, mit einer Anschrägung 35 der Zahnflanken 13b und 14b versehen. Die Anschrägung 35 wird dabei an denjenigen Zahnflanken 13a, 14a angebracht, die miteinander beim Einspuren des Ritzels 13 in den noch drehenden Zahnkranz 14 in Kontakt treten. Außerdem haben hier die Zähne 13a des Ritzels 13 im Bereich ihres Zahnkopfes eine angeschrägte Stirnseite 13c, wodurch der Einspurvorgang weiter erleichtert wird. Dabei könnte es einerseits ausreichen, die Anschrägung 35 nur an den Zähnen 14b des Zahnkranzes 14 oder an den Zähnen 13a des Ritzels 13 anzubringen.
Andererseits kann es sinnvoll sein, die angeschrägten Stirnseiten 13c nicht nur am Ritzel 13 sondern auch am Zahnkranz 14 vorzusehen. Durch diese Maßnahmen wird einzeln oder in ihrer Kombination erreicht, dass das Ritzel 13 beim Einspuren in den noch drehenden Zahnkranz 14 der Maschine entweder sogleich durch die Kraft der Andrückfeder 25 mitgenommen und sodann vollständig eingespurt wird oder das Ritzel 13 wird zunächst von einem der Zähne 14a des Zahnkranzes 14 mitgenommen und der in Eingriff mit dem Zahnkranz 14 kommende Zahn 13a des Ritzels 13 rutscht zunächst noch einmal an der Anschrägung 35 der Zahnflanken 13b, 14b ab, um nun mit langsamer Drehung in die nächste Zahnlücke des Zahnkranzes 14 bereits weiter einzurücken. Die Ritzelwelle 26 wird dabei vom Ritzel 13 mitgenommen und über den Freilauf 23 wird das Planetengetriebe 21 und der Startermotor 11 abgekoppelt.
In Weiterbildung der Erfindung wird nun vor dem Stillstand der Maschine 15 die
Kurbelwelle mittels der Motorsteuereinheit 19 vom Startermotor über den Zahnkranz 14 in eine für den nachfolgenden Neustart optimale Startposition gedreht.
Figur 5 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Längsschnitt einer abgeänderten
Ausführungsform der Erfindung, bei der eine hinter der Schiebeverzahnung 30 zwischen dem Ritzel 13 und der Ritzelwelle 26 eingesetzte Schraubenfeder 36 als axiale Andrückfeder für das Ritzel 13 in einer Ringaussparung 38 der Ritzelwelle 26 im Bereich des Freilauf-Grundkörpers 23a teilweise aufgenommen ist und wobei der Boden 38a der Ringaussparung 38 die Abstützfläche für das hintere Ende der Schraubenfeder 36 bildet. Die Schraubenfeder 36 drückt im Ruhezustand das Ritzel 13 gegen den vorderen Anschlagring 28, wodurch zwischen der Rückseite des Ritzels 13 und der vorderen Stirnseite des Freilauf- Grundkörpers 23a in axialer Federweg y auftritt, über den das Ritzel 13 entgegen der Axialkraft der vorgespannten Schraubenfeder 26 an der Schiebeverzahnung
30 axial verschiebbar ist. Die Axialfederung der Schraubenfeder 36 wird dabei so ausgelegt, dass die Federung weicher ist als die der Einrückfeder 24 der Startvorrichtung 10 nach Figur 1. Damit ist es möglich, dass die Anschrägungen 35 an der vorderen Stirnseite der Zähne 13a des Ritzels 13 beim Einspurvorgang in den Zahnkranz 14 der Maschine mit dosierter Kraft zurückfedernd abrutschen kann. Außerdem ist bei dieser Ausführungsform vorgesehen, das an sich übliche so genannte Steilgewinde zwischen dem Freilauf und der Antriebswelle 22 der Startvorrichtung 10 als axiale Schiebeverzahnung 40 auszubilden, damit zum Einspuren des Ritzels eine unerwünschte Verdrehung in falscher Richtung vermieden wird. Die Figur 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, das eine besondere Ausbildung der Zähne des Ritzels 13 und des Zahnkranzes 14 betrifft. Dazu sind in Figur 6 in vergrößerter raumbildlicher Darstellung ein Ausbruch des Zahnkranzes 14 der Brennkraftmaschine 10 aus Figur 1 sowie das Ritzel 13 der
Startvorrichtung 10 im ausgespürten Zustand zueinander dargestellt. Der Unterschied zur Ausführungsform nach Figur 5 besteht darin, dass die benachbarten Zähne 13a und 14a des Ritzels 13 und des Zahnkranzes 14 im Bereich derjenigen Stirnseiten, die sich gegenüber liegen, eine um den gleichen Betrag unterschiedliche axiale Länge haben. Dabei ist jeder zweite Zahn 13al des Ritzels 13 und jeder zweite Zahn 14al des Zahnkranzes 14 gegenüber der Ritzelbreite beziehungsweise der Zahnkranzbreite verkürzt. Die axial nicht gekürzten Zähne 13a und 14a des Ritzels 13 und des Zahnkranzes 14 haben in gleicher Weise wie in Figur 4 beim ersten Ausführungsbeispiel an ihren vorderen, sich gegenüber liegenden Stirnseiten eine Anschrägung 35 an den Zahnflanken
13b und 14b. Die Anschrägung 35 ist dabei an denjenigen Zahnflanken 13b und 14b angeordnet, die in der durch einen Pfeil dargestellten Drehrichtung des noch laufenden Zahnkranzes 14 beim Einspuren des Ritzels 13 miteinander in Kontakt treten. Dies sind gemäß Figur 6 die vorderen Zahnflanken 14b der vorstehenden Zähne 14a des Zahnkranzes 14 und die in Drehrichtung hinteren Zahnflanken
13b der vorstehenden Zähne 13a des Ritzels 13. Des Weiteren haben die nicht gekürzten Zähne 13a und 14a des Ritzels 13 und des Zahnkranzes 14 angeschrägte vordere Stirnseiten, die sich im ausgespürten Zustand gegenüber liegen. Dabei reicht es aus, dass die Stirnseiten nur im Bereich 13c der Zahnköpfe angeschrägt sind.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird zunächst ebenfalls mit Beginn eines Stopp- Zykluses der Brennkraftmaschine 10 das Ritzel 13 nach dem Abschalten und vor dem Stillstand der Brennkraftmaschine bei ruhendem Startermotor 11 durch das Starterrelais 12 über den Einrückhebel 20 zum Zahnkranz 14 hin vorgespurt. Mit dem Erreichen einer Zahn-auf- Lücke- Position wird das Ritzel 13 zunächst mittels der Andrückfeder 25 ein kleines Stück weit in den Zahnkranz 14 eingerückt. Dabei gelangen zunächst zwei nicht gekürzte Zähne 13a und 14a von Ritzel 13 und Zahnkranz 14 mit ihren angeschrägten Zahnflanken 13b und 14b in Kontakt. Das Ritzel wird dabei zunächst nur über eine entsprechend kleine Kontaktfläche der Anschrägungen 35 mitgenommen. Bei langsamer Drehung des Zahnkranzes 14 reicht dabei die Vorspannung der Andrückfeder 25 sowie die Kraft der Einrückfeder 24 der Startvorrichtung 10 aus, um das massearme Ritzel 13 mitzunehmen und sodann vollständig in den Zahnkranz 14 einzuspuren. Dabei wird der Startermotor 11 und das Getriebe 21 der Startvorrichtung 10 durch den
Freilauf 23 abgekoppelt. Bei größerer Drehzahl des Zahnkranzes 14 sowie bei Ritzeln mit größerer Masse wird dagegen das Ritzel 13 vom Zahnkranz 14 nicht sogleich vollständig mitgenommen, sondern es rutscht über die Anschrägung 35 der miteinander kontaktierten ungekürzten Zähne 13a und 14a axial federnd ab, in dem das Ritzel 13 gegen die Kraft der Andrückfeder 25 wieder aus dem
Zahnkranz 14 axial heraus gedrückt wird. Da der nächste nicht gekürzte Zahn 14b des Zahnkranzes 14 vom voraus gehenden ungekürzten Zahn um die doppelte Zahnteilung beabstandet ist, hat das Ritzel 13 nunmehr eine doppelt so große Strecke entlang der Zähne zur Verfügung, um in den Zahnkranz 14 mit der Kraft der Andrückfeder 25 weiter einrücken zu können. In dieser Stellung wird es nun vollständig mitgenommen und mit der Kraft der Einrückfeder 24 vollständig in den Zahnkranz 14 eingespurt. Damit lässt sich sicherstellen, dass auch mit geringen Vorschubkräften am Ritzel 13 eine für eine hohe Lebensdauer ausreichende Eindringtiefe der Verzahnung erreicht wird. Bei der Verwendung von relativ massearmen Steckritzeln wird aufgrund der verkürzten Zähne 13al und 14al sowie aufgrund der Vorschubkraft der Einrückfeder 20 das Ritzel 13 ausreichend weit in den Zahnkranz 14 eingerückt, um ohne ein Abrutschen und Zurückfedern sogleich vom Zahnkranz 14 mitgenommen zu werden. Ein Abrutschen und axiales Zurückfedern des Ritzels 13 am Zahnkranz 14 tritt daher lediglich bei großer Drehzahldifferenz zwischen Zahnkranz 14 und Ritzel 13 auf.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt sondern umfasst auch alternative Lösungen, die je nach Ausführung der Startvorrichtung 10 aus Figur 1 angepasst werden können. So ist es im Rahmen der Erfindung ebenso möglich, die
Schiebeverzahnung zwischen Ritzel 13 und Ritzelwelle 26 derart abzuwandeln, dass das Ritzel 13 als Steckritzel für einen so genannten Spitzmaul-Starter am hinteren Ende mit einer Außenverzahnung und die Ritzelwelle mit dem Freilauf- Grundkörper mit einer Innenverzahnung zu versehen. Da es bei großen Umfangsgeschwindigkeiten des Zahnkranzes zunächst nur stirnseitig zwischen den Zähnen des Zahnkranzes und des Ritzels zu einer Berührung kommt, wird durch die dabei auftretenden Stoßkontakte Energie zwischen Ritzel und Zahnkranz in der Weise ausgetauscht, so dass sich die Umfangsgeschwindigkeiten angleichen. Sobald dies vollständig geschehen ist, kann das Ritzel in einer Zahn-Lücke-Stellung soweit in den Zahnkranz vorgeschoben werden, dass es nicht mehr herausgedrückt wird. Im Fall einer angeschrägten Kontaktfläche bedeutet dies, dass das Ritzel sodann über die Anschrägung hinaus in den Zahnkranz vorgeschoben wird und eine Stellung erreicht, in der das Ritzel vollständig eingerückt werden kann.

Claims

Ansprüche
1. Startverfahren für Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen mit einer Start- Stopp-Anlage, deren Startermotor (11) über einen Freilauf (23) ein Ritzel (13; 40), vorzugsweise ein Steckritzel, zum Starten der Brennkraftmaschine (15) antreibt und welches mit Beginn einer Stopp-Phase von einer
Einrückvorrichtung (12, 20) vorzugsweise mit einer zwischengeschalteten Einrückfeder (24) in einen Zahnkranz (14) der Brennkraftmaschine axial eingespurt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mit Beginn der Stopp-Phase das Ritzel (13) nach dem Abschalten und vor dem Stillstand der Brennkraftmaschine (15) vorzugsweise bei ruhendem Startermotor (11) in den noch drehenden Zahnkranz (14) mit einer axialen Andrückfederung eingespurt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einspuren des Ritzels (13) in den noch drehenden Zahnkranz (14) mit dem Erreichen einer Zahn-auf- Lücke- Position das Ritzel (13) zunächst mittels der Andrückfederung ein kleines Stück weit in den Zahnkranz (14) eingerückt und dabei zunächst nur über entsprechend kleine Kontaktflächen (35) der Zahnflanken (13b, 14b) von Ritzel (13) und Zahnkranz (14) mitgenommen wird, und dass bei zu großer Differenz der Umfangsgeschwindigkeit von
Zahnkranz (14) und Ritzel (13) das Ritzel (13) gegebenenfalls mehrfach wieder aus dem Zahnkranz (14) herausgedrückt und danach mit verringerter Differenz der Umfangsgeschwindigkeiten in die nächste Lücke weiter beziehungsweise schließlich vollständig in den Zahnkranz (14) eingerückt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Stillstand der Brennkraftmaschine (15) die Kurbelwelle mittels der Motorsteuereinheit (19) vom Startermotor (11) in die optimale Startposition für den nachfolgenden Neustart gedreht wird.
4. Startvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der
Ansprüche 1 bis 3, mit einem auf einer Ritzelwelle (26) axial zwischen zwei Anschlägen verschiebbaren Ritzel (13), dadurch gekennzeichnet, dass zur axialen Abfederung des Ritzels (13) beim Einspuren in den laufenden
Zahnkranz (14) der Brennkraftmaschine (15) eine Andrückfeder (25) zwischen dem Ritzel (13) und der Ritzelwelle (26) angeordnet und axial vorgespannt ist.
5. Startvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei zusätzlicher Anordnung einer an sich bekannten Einrückfeder (24) die Andrückfeder (25) eine kleinere Federkonstante als die Einrückfeder (24) hat.
6. Startvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die
Andrückfeder (25) als Schrauben- Druckfeder zwischen der Rückseite des Ritzels (13) und einer Ringsschulter (33) der Ritzelwelle (26) hinter einer Schiebeverzahnung (30) des Ritzels (13) und der Ritzelwelle (26) eingespannt ist.
7. Startvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem auf der Ritzelwelle (26) axial zwischen zwei Anschlägen verschiebbaren Ritzel (13), dadurch gekennzeichnet, dass die benachbarten Zähne (13a und 14a) des Ritzels (13) und des Zahnkranzes (14) jeweils im Bereich der vorderen, im ausgespürten Zustand einander gegenüberliegenden Stirnseiten eine um den gleichen Betrag (x) unterschiedliche axiale Länge haben.
8. Startvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder zweite Zahn (13a, 14a) vom Ritzel (13) und vom Zahnkranz (14) gegenüber der Ritzelbreite beziehungsweise Zahnkranzbreite verkürzt ist.
9. Startvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die axial nicht verkürzten Zähne (13a und 14a) des Ritzels (13) und/oder des Zahnkranzes (14) an ihrer vorderen Stirnseite mit einer Anschrägung (35) der Zahnflanken (13b, 14b) versehen sind.
10. Startvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschrägung (35) an der in Drehrichtung des Zahnkranzes (14) vorderen
Zahnflanke (14b) und an der in Drehrichtung hinteren Zahnflanke (13b) des Ritzels (13) angebracht sind.
11. Startvorrichtung nach Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht verkürzten Zähne (13a, 14a) des Ritzels (13) und/oder des
Zahnkranzes (14) an ihren vorderen Stirnseiten zumindest im Zahnkopfbereich (13c) angeschrägt sind.
12. Startvorrichtung nach Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ritzelwelle (26) mit dem dahinter angeordneten Freilauf (23) über eine
Schiebeverzahnung (40) ohne Steilgewinde auf einer Antriebswelle (22) axial verschiebbar ist.
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