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CN104395981B - 用于操作内燃机起动装置的方法 - Google Patents

用于操作内燃机起动装置的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于操作内燃机起动装置的方法。在所述方法中，对于齿圈转速低于极限值的情况，首先调整起动继电器中的偏移衔铁并且在起动小齿轮啮合之后将起动电动机接通。如果齿圈转速超过所述极限值，那么在起动小齿轮与齿圈接触之前就已将起动电动机接通。

Description

用于操作内燃机起动装置的方法
技术领域
本发明涉及一种用于操作内燃机起动装置的方法。
背景技术
由DE 10 2009 027 117 A1公开了一种具有电磁起动继电器的起动装置，该起动继电器在一个壳体中具有两个独立的、沿轴向相继设置的继电器绕组。第一继电器绕组具有吸引绕组的功能并且调整偏移衔铁，该偏移衔铁通过接合杆与起动装置的起动小齿轮联接。在吸引绕组通电时，在已拉回的停止工作位置和沿轴向向前推进的啮合位置之间调整起动小齿轮，在该啮合位置上，起动小齿轮接合到内燃机的齿圈中。第二继电器绕组用作接通绕组并且被分配给接通装置，通过该接通装置可以接通以及切断用于驱动起动小齿轮的起动电动机的电路。接通绕组配有接通衔铁，该接通衔铁在接通绕组通电时将接触片压靠在用于闭合起动电动机电路的两个相对触头上。
具有两个独立的继电器绕组的实施方式允许起动小齿轮的向前啮合运动与起动电动机的接通不存在相互影响。
发明内容
本发明基于以下目的，在各种不同工作条件下借助于起动装置实现内燃机的可靠、低噪声的起动。这也应当包括要啮合到惯性运转的内燃机齿圈中的工作状态。
根据本发明，该目的是通过权利要求1的特征得以解决。从属权利要求给出适宜的改进方案。
所述方法涉及一种用于内燃机的起动装置，该起动装置具有电磁起动继电器，通过该起动继电器能够在已拉回的停止工作位置和向前推进的与内燃机齿圈的啮合位置之间调整起动装置的起动小齿轮。起动小齿轮的调整运动优选是轴向调整运动，其中，原则上也可以考虑摆动运动。起动继电器具有可通电的吸引绕组，该吸引绕组配有偏移衔铁，该偏移衔铁在吸引绕组通电时被调整。偏移衔铁的调整运动借助于传递部件，例如叉形杆被传递到起动小齿轮，该起动小齿轮接着被从停止工作位置调整到啮合位置。
起动装置此外还具有起动电动机，该起动电动机将起动小齿轮置于转动的驱动运动中。起动电动机通过接通装置被接通以及切断，该接通装置优选集成在起动继电器中。随着接通装置的接通，起动电动机的电路被闭合以及起动电动机被置于转动中。接通装置在这里与偏移衔铁以及吸引绕组的通电分别无关地进行操作。
在根据本发明的方法中，区分内燃机或者更确切地说内燃机齿圈的各种不同工作状态。区分是通过齿圈在起动装置接通时刻的当前转速来实现，内燃机要通过该起动装置来起动。如果齿圈的当前转速低于极限值，那么首先只调整偏移衔铁并且在起动小齿轮向前啮合到内燃机齿圈上之后才将所述接通装置接通并且因此将起动电动机以及起动小齿轮置于转动中。
相反地，如果齿圈具有相对较高的旋转速度并且齿圈转速超过极限值，那么在起动小齿轮与齿圈接触之前就已将接通装置接通并且因此提高了起动小齿轮的转速。
以这种方式，原则上可以覆盖出现的所有工作条件，内燃机在这些工作条件下要借助于起动装置进行起动，其中，内燃机的起动伴随着小的部件载荷以及减少的噪声产生。特别是可以在长的工作时间段内重复地执行起动过程，在这些起动过程中，起动小齿轮必须被啮合到仍在转动的内燃机齿圈并且被起动，这例如在内燃机频繁停止和起动的起动－停止系统中可能出现。通过基于齿圈转速的区分可以区分为两种不同的基本情况，这两种基本情况相应地要进行不同处理。
如果齿圈转速低于极限值，则首先进行向前啮合或者说啮合，也就是起动小齿轮从停止工作位置到啮合位置的调整运动，以及随后通过起动电动机进行起动。这不仅包括正常或者说常规起动过程，在这些正常或常规起动过程中内燃机和齿圈处于停止状态，也就是齿圈转速等于零，而且也包括具有较小齿圈速度的工作情况。如果齿圈处于停止状态，则在向前啮合时起动小齿轮可能与齿圈达到齿碰齿位置，但是该位置随着通过起动电动机的接通使起动小齿轮起动而被消除。相反地，只要齿圈的转速低于极限转速，起动小齿轮与齿圈之间的齿碰齿位置也可以仅仅由于齿圈转速就被消除。在这种情况下可以为适宜的是，相对于齿圈静止的情况而言稍微延迟地执行通过将起动电动机接通的起动过程。
相反地，如果齿圈转速超过极限值，则存在较高的齿圈旋转速度，其中，通过将起动电动机接通，提高起动小齿轮转速并且实现起动小齿轮与齿圈的同步。在这里，原则上足够的是，将起动小齿轮转速最大提高至在啮合瞬间的齿圈转速的水平，其中，起动小齿轮的稍微较低的转速水平可能就足够，比如相对于齿圈转速降低5％或者降低10％的起动小齿轮转速。通过将起动小齿轮的转速提高至不超过齿圈转速的水平，可避免在起动装置的传动系中在起动电动机、可能设有的行星齿轮传动装置、必要时存在的自由轮机构与起动小齿轮之间发生不期望的载荷冲击。
由于内燃机的惯性，齿圈可以在关闭之后沿相反方向过度摆动。如果要在这种情况下重新起动内燃机，则首先通过调整在起动继电器中的偏移衔铁使起动小齿轮向前啮合并且在啮合之后才将起动电动机的接通装置接通。但是可以为有利的是，相对于在内燃机处于停止状态的情况下以及在很小的正齿圈转速的情况下的接通过程，以较大的时间延迟将起动电动机接通，以便通过避免在起动电动机起动的时刻附加的额外力矩，由此减少在传动系中的载荷冲击。
由于在正常起动的情况下小齿轮在齿碰齿位置上不能啮合到静止的齿圈中，必须在小齿轮啮合到齿圈之前将起动装置接通。在啮合到向后转动的齿圈(向后摆动)的情况下，在啮合之后才将起动电动机接通。
但是原则上也可行的是，不仅在齿圈处于停止状态的起动中而且在低于极限值的齿圈转速下，如果由于起动小齿轮的向前啮合产生与齿圈的齿碰齿位置，则操作接通装置并且借此使起动电动机起动。如果在齿碰齿位置上就已经将起动小齿轮置于转动中，那么啮合过程得到支持，在该啮合过程中，起动小齿轮与齿圈的齿部相互接合。
根据一种有利实施方式，接通装置可以在继电器中包括一个另外的绕组，该另外的绕组承担可通电的接通绕组的功能，其中，接通绕组配有沿轴向可调整的接通衔铁。在接通绕组通电时将接通衔铁调整至接触位置，由此闭合起动电动机的电路。接通绕组的通电原则上与吸引绕组的通电无关地进行，吸引绕组用于在停止工作位置和啮合位置之间调整起动小齿轮。
对于特别是在高发动机转速下的起动过程，可以为适宜的是，预先算出在期望的啮合过程时刻时的齿圈转速，以便基于该齿圈转速确定整个过程的进程。
附图说明
其它优点和适宜的实施方式可从其它权利要求、附图说明和附图中得出。在附图中：
图1示出了用于内燃机的起动装置，该起动装置具有起动小齿轮，该起动小齿轮沿轴向能够通过起动继电器被调整并且能够通过起动电动机被驱动转动，其中，起动电动机通过在起动继电器中的接通装置被接通，
图2示出了具有集成的接通装置的起动继电器的剖视图，
图3示出了一个曲线图，该曲线图包括在关闭内燃机之后齿圈转速随时间变化的曲线，此外还绘出了在各个不同接通时刻的起动小齿轮转速的曲线，
图4示出了吸引绕组(实线)和接通绕组(点划线)通电的随时间变化的电流曲线，
图5至11示出了包括用于吸引绕组和用于接通绕组的电流曲线的其它示意图，其在各种不同工作情况下用于通过起动装置起动内燃机。
在附图中，相同部件具有相同的附图标记。
具体实施方式
在图1中所示的用于内燃机的起动装置1具有起动小齿轮2，为了起动内燃机4而使该起动小齿轮与内燃机的齿圈3的啮合。起动小齿轮2如用双箭头所示沿轴向可移动地支承在轴5上，其中，起动小齿轮2与轴5不可相对转动地联接。起动小齿轮2通过起动继电器6在已拉回的停止工作位置和推进的与内燃机4的齿圈3的啮合位置之间被调整，该起动继电器被设计成电磁式并且具有两个可通电的继电器绕组7、15以及偏移衔铁8，该偏移衔铁在第一继电器绕组7通电时沿轴向被拉进该绕组中，第一继电器绕组具有吸引绕组的功能。偏移衔铁8对接合杆9进行操作，该接合杆9对啮合弹簧13进行加载，该啮合弹簧安装在滚子自由轮机构的带动件14上。起动小齿轮2在输出侧与带动件14联接，从而带动件14的轴向进给运动被转换成期望的起动小齿轮2在停止工作位置与啮合位置之间的轴向调整运动。
对轴5以及起动小齿轮2的转动驱动运动借助于起动电动机11产生，该起动电动机通过传动装置12，例如行星齿轮传动装置与轴5联接。在使起动电动机11运转时，轴5进而起动小齿轮2也被置于转动中。
起动电动机11的接通是通过集成在起动继电器6中的接通装置16实现。在接通装置16中借助于接通元件来闭合电路，该接通元件被实施为接通衔铁并且在第二继电器绕组15通电时被调整，该第二继电器绕组具有接通绕组的功能。在电路闭合时，起动电动机11被置于运动中并且轴5以及起动小齿轮2被驱动转动。
起动装置1配有调节和控制装置10，通过该装置对起动继电器6和起动电动机1的功能进行控制。特别可行的是，相互独立地进行吸引绕组7和接通绕组15的通电。
在图2中以纵向剖视图示出了起动继电器6。起动继电器6具有两个继电器绕组7、15，这两个绕组沿轴向相继设置在起动继电器的壳体18中，其中，在继电器绕组7、15之间存在气隙30。第一继电器绕组7用作用于沿轴向调整偏移衔铁8的吸引绕组，该偏移衔铁引起起动小齿轮的调整运动。第二继电器绕组15被分配给用于使起动电动机起动的接通装置16并且在通电时调整接通衔铁23，该接通衔铁有利地被接通衔铁复位弹簧施加力而回到其初始位置。在接通绕组15通电时，使接通衔铁23克服接通衔铁复位弹簧的力而运动，由此闭合电路。
偏移衔铁复位弹簧20在远离偏移衔铁8的一侧上支撑在接通衔铁23的端面上，该偏移衔铁复位弹簧对偏移衔铁8施加力而使其处于其初始位置。偏移衔铁8与接通衔铁23和壳体18的一部分一起构成电磁回路。
用于接通以及切断起动电动机的接通装置16集成在起动继电器6中或者更具体地说设置在起动继电器6上并且与壳体18固定连接。接通装置16具有接通衔铁23，该接通衔铁在相应的接通绕组15通电时被从初始位置沿轴向调整至接触位置，在该接触位置上，位于与接通衔铁23连接的接通挺杆24上的接触桥与两个相对触头电接触，这两个相对触头位于起动电动机的电路中，由此使电路闭合并且使起动电动机起动。
对吸引绕组7和接通绕组15的通电原则上可以相互独立地进行。这使得各种不同的、根据当前工作状态执行的过程成为可能。如果起动小齿轮必须啮合到惯性运转的齿圈中，例如在关闭内燃机之后不久重新起动的情况下，那么特别是啮合到仍在转动的内燃机齿圈中的啮合过程是可能的。
在图3中示出了在关闭内燃机之后齿圈转速随时间变化的曲线(实线)。齿圈转速呈锯齿状地降低并且由于内燃机的惯性低于零位水平，齿圈转速因此沿相反方向过度振荡并且接着又超过零位水平并且随后逐渐变弱。对于齿圈转速可以规定一个极限值nL，其中，在当前齿圈转速超过该极限值的情况下和在当前齿圈转速低于该极限值的情况下，通过起动装置执行不同的起动过程。
示例性地，在图3的示意图中，起动过程被划分为四个不同阶段I、II、III、IV。在阶段I、II、IV中，齿圈具有正的转速，相反地，在阶段III中，齿圈沿相反方向过度摆动并且因此具有负的转速。在第一阶段I中，起动转速高于极限值nL。如果要在阶段I中起动内燃机，则通过给接通绕组15通电将起动电动机置于转动中并且因此将起动小齿轮转速(如用虚线所示)提高至一个适宜地近似与啮合时刻的齿圈转速一样高的水平。有利地，在啮合时刻起动小齿轮转速没有超过齿圈转速，而是最大位于相同水平，必要时稍微低一些，例如低5％或10％，以避免在起动装置的传动系中的载荷冲击。在阶段I中，首先给接通绕组15通电以使起动电动机起动，接着给吸引绕组7通电，以将起动小齿轮啮合到齿圈中。
在阶段II中，齿圈转速低于极限值nL，但是大于零。在惯性运转阶段IV中，起动小齿轮转速也在零到极限值nL之间的水平上变动。在两个阶段II和IV中，通过首先只给吸引绕组7通电并且因此调整用于使起动小齿轮啮合的偏移衔铁8，实现起动过程。在啮合之后，通过给接通绕组15通电并且将起动电动机的电路闭合，将接通装置16接通。
在阶段III中，齿圈由于内燃机的惯性沿相反方向过度摆动。在该阶段中，也是首先给吸引绕组7通电直至起动小齿轮啮合到齿圈中并且接着给接通绕组15通电以将接通装置16接通。然而，在给吸引绕组7通电和给接通绕组15通电的接通时刻之间的时间延迟比在阶段II和IV中更大。通过更大的时间延迟要避免在传动系中的载荷冲击。
在图4至11中分别示出了吸引绕组7(用实线示出的曲线)和接通绕组15(用点划线示出的曲线)的通电的随时间变化的曲线。
图4标出了针对图3的阶段II和IV的通电曲线。首先给吸引绕组7通电，有时间延迟地给接通绕组15通电。
在图5中示出了针对阶段III的电流曲线，该阶段表示在齿圈转速沿相反方向过度振荡的情况下的起动过程。在这种情况下，也是首先给吸引绕组7通电并且接着给该接通绕组15通电，其中，接通时刻之间的时间延迟比在阶段II、IV(在图4中示出)中更大。
在图6中示出了针对阶段I的电流曲线，在该阶段中，齿圈转速超过极限值nL。首先给接通绕组15通电并且因此使起动电动机起动，由此将起动小齿轮转速提高至优选不超过啮合时刻的齿圈转速的水平。重新将接通绕组15切断，紧接着给吸引绕组7通电，以使起动小齿轮在停止工作位置与啮合位置之间向前啮合。有时间偏移地重新给接通绕组15通电，以驱动已啮合的起动小齿轮使其转动；吸引绕组7保持被通电。在图6中所示的方法的优点在于，在起动小齿轮啮合到齿圈中的时刻，由于加速被取消而使冲击载荷较小。此外，电池的全部电压可供起动小齿轮的向前啮合过程使用。
在图7中示出了在阶段I中的通电曲线的一种替代实施方式。与图6不同，接通绕组15的通电在起动过程期间不被中断，而是保持。这具有这样的优点，即起动过程可以更快地进行，因为不会由于切断起动机而产生时间损失。此外，接通衔铁23的接通精确度要求更低。此外，偏移衔铁8在齿碰齿位置上只需克服啮合弹簧13的力。
在图8和9中示出了通电变型实施方式，用于继续进行已经开始的起动。根据图8，在经过规定的时间间隔之后切断接通绕组15，相反地，吸引绕组7继续保持通电。根据图9，在经过规定的时间间隔之后切断吸引绕组7，相反地，接通绕组15保持通电。
图10示出了在起动过程结束时的电流曲线。吸引绕组7和接通绕组15的通电被切断，其中，接通绕组15的切断时刻(如用双箭头示出)优选地位于吸引绕组7的切断时刻附近，但是原则上可以稍微有不同，也就是说可以在吸引绕组7的通电的切断时刻之前或者之后。由于在继电器中的复位弹簧，将偏移衔铁8和接通衔铁23都调整返回至它们的初始位置或者说静止位置。
在图11中示出了在齿圈卡死时起动中断的情况下的电流曲线。为了使起动小齿轮停止并且脱离啮合，在同一时刻切断吸引绕组7和接通绕组15，因此，通过偏移衔铁复位弹簧20使偏移衔铁复位。
也为了可靠地将接通衔铁23调整至其静止或者说初始位置以及为了施加更大力来分离接通装置，再次短时间地给吸引绕组7通电。衔铁之间的磁力将接通衔铁可靠地拉回到其静止位置，由此作为对复位弹簧作用在接通衔铁23上的力的补充来断开电接触。该功能例如可以利用起动继电器来实现，在该起动继电器中，起动继电器的接通衔铁构成偏移衔铁的芯板。

Claims (13)

1.用于操作内燃机起动装置的方法，其中，所述起动装置具有带有偏移衔铁(8)和能通电的吸引绕组(7)的起动继电器(6)以及具有用于将起动电动机(11)接通的接通装置(16)并且所述接通装置(16)能够与所述偏移衔铁(8)以及所述吸引绕组(7)无关地进行操作，其中，在啮合到所述内燃机(4)的齿圈(3)中的啮合过程中，对于所述齿圈(3)的转速低于极限值(nL)的情况，首先只调整所述偏移衔铁(8)并且在啮合之后才将所述起动电动机(11)的接通装置(16)接通，以及对于所述齿圈(3)的转速超过极限值(nL)的情况，在起动小齿轮(2)与所述内燃机(4)的齿圈(3)接触之前就已将所述接通装置(16)接通以提高所述起动小齿轮(2)的转速，对于所述齿圈(3)沿相反方向转动的情况，首先只调整所述偏移衔铁(8)并且在啮合之后才将所述起动电动机(11)的接通装置(16)接通。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，集成在所述起动继电器(6)中的接通装置(16)具有能通电的接通绕组(15)作为另外的绕组，所述接通绕组对所述接通装置(16)的沿轴向能调整的接通衔铁(23)进行加载，其中，用于将所述起动电动机(11)接通的所述接通绕组(15)能够与所述吸引绕组(7)无关地进行通电。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对于所述齿圈(3)的转速超过所述极限值(nL)的情况，将所述起动小齿轮(2)的转速提高至一个小于或等于所述齿圈(3)的转速的数值。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对于所述齿圈(3)的转速超过所述极限值(nL)的情况，切断所述接通装置(16)、调整所述偏移衔铁(8)并且重新将所述接通装置(16)接通。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对于所述齿圈(3)沿相反方向转动的情况，时间延迟地将所述起动电动机(11)的接通装置(16)接通。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，以比在所述齿圈(3)的转速低于极限值(nL)但大于零的情况下更大的时间延迟将所述起动电动机(11)的接通装置(16)接通。
7.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对于相对于向前啮合而言时间延迟地将所述起动电动机(11)的接通装置(16)接通的情况，在所述起动小齿轮(2)与齿圈(3)之间处于齿碰齿的位置时就已提高所述起动小齿轮(2)的转速。
8.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在经过规定的时间间隔之后切断所述接通绕组(15)，相反地所述吸引绕组(7)继续保持通电。
9.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在经过规定的时间间隔之后切断所述吸引绕组(7)，相反地所述接通绕组(15)保持通电。
10.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在起动过程结束时切断对所述吸引绕组(7)和接通绕组(15)的通电，其中，所述接通绕组(15)的切断时刻与所述吸引绕组(7)的切断时刻相同或者至少是接近。
11.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在当齿圈卡死时起动中断的情况下在同一时刻切断所述吸引绕组(7)和所述接通绕组(15)以使所述起动小齿轮停止并脱离啮合，其中，接着再次给所述吸引绕组(7)通电。
12.用于实施如权利要求1至11中任一项所述的方法的调节和控制装置。
13.用于内燃机的起动装置，其特征在于，所述起动装置具有继电器(6)和如权利要求12所述的调节和控制装置。
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