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DE102008043595A1 - Starteranordnung mit Nebenaggregateantrieb - Google Patents

Starteranordnung mit Nebenaggregateantrieb Download PDF

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DE102008043595A1 DE200810043595 DE102008043595A DE102008043595A1 DE 102008043595 A1 DE102008043595 A1 DE 102008043595A1 DE 200810043595 DE200810043595 DE 200810043595 DE 102008043595 A DE102008043595 A DE 102008043595A DE 102008043595 A1 DE102008043595 A1 DE 102008043595A1
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Starteranordnung mit einer elektrischen Maschine (4), die zum Starten eines Verbrennungsmotors (1) vorgesehen ist. In der Stopp-Phase des Verbrennungsmotors können verschiedene Aggregate (7; 14), wie z. B. ein Klimakompressor oder eine Ölpumpe, einfach und kostengünstig mittels der elektrischen Maschine (4) betrieben werden. Zu diesem Zweck ist eine Wirkverbindung (6, 8) zwischen der elektrischen Maschine (4) und dem Aggregat bzw. den Aggregaten (7; 14) vorgesehen.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft eine Starteranordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, eine elektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10, sowie ein Aggregat gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 11.
  • Bei Fahrzeugen mit Start-Stopp-Funktion wird der Verbrennungsmotor im Stillstand des Fahrzeugs automatisch abgeschaltet. In diesem Zustand können Nebenaggregate, wie z. B. ein Klimakompressor, eine Lenkhilfepumpe oder eine Getriebeölpumpe nicht mehr vom Verbrennungsmotor angetrieben werden. Diese Aggregate müssen dann mit Hilfe eines hydraulischen oder pneumatischen Speichers angetrieben werden. Wegen der hohen Leistung der Aggregate ist dieser Hilfsbetrieb nur für eine begrenzte Zeit möglich. Aggregate mit sehr hoher Leistung, wie z. B. ein Klimakompressor, müssen darüber hinaus mit einem zusätzlichen elektrischen Antrieb ausgestattet werden, da ein hydraulischer oder pneumatischer Speicher nicht ausreichen würde. Eine Bereitstellung zusätzlicher Speicher oder elektrischer Antriebe für die einzelnen Aggregate ist jedoch relativ aufwendig und teuer.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Betrieb von Aggregaten im Stopp-Betrieb des Verbrennungsmotors einfacher und kostengünstiger zu gestalten.
  • Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1, 10 oder 11 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, den Starter des Verbrennungsmotors in den Stopp-Phasen dazu zu nutzen, ein oder mehrere Aggregat(e) anzutreiben. Der Starter (elektrische Maschine) umfasst in diesem Fall erste Verbindungsmittel zum Herstellen einer Wirkverbindung mit einer Welle, üblicherweise der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, sowie zweite Verbindungsmittel zum Herstellen einer Wirkverbindung mit einem oder mehreren Aggregat(en). Der Starter wird in den Stopp-Phasen so angesteuert, dass er das bzw. die damit verbundenen Aggregate antreibt. Dies hat den wesentlichen Vorteil, dass zusätzliche elektrische Antriebe für die einzelnen Aggregate eingespart werden können.
  • Je nach Ausführungsform kann die erste und/oder zweite Wirkverbindung eine Kupplung umfassen. In der Wirkverbindung zwischen Starter und Verbrennungsmotor kann z. B. in bekannter Weise eine Freilaufkupplung vorgesehen sein. Die Wirkverbindung zwischen dem Starter und einem Aggregat kann z. B. eine Trennkupplung, wie z. B. eine Magnetkupplung, umfassen. Der Kupplungstyp ist je nach Ausführungsform passend zu wählen.
  • Darüber hinaus kann die erste und/oder zweite Wirkverbindung auch ein Getriebe umfassen. Damit können die Drehzahlen zwischen Starter und Verbrennungsmotor bzw. zwischen Starter und Aggregat angepasst werden.
  • Zum Betreiben des Starters als Nebenaggregateantrieb ist vorzugsweise eine Steuereinheit vorgesehen, die den Starter im Stillstand des Verbrennungsmotors einschaltet und in gewünschter Weise steuert.
  • Das mit dem Starter gekoppelte Aggregat kann z. B. eine Pumpe, insbesondere eine Getriebeölpumpe, eine Lenkhilfepumpe, eine Motorölpumpe, Wasserpumpe oder Kraftstoffpumpe, ein Klimakompressor oder eine andere hydraulische oder pneumatische Pumpe sein.
  • Gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung umfasst die Anordnung eine erste Getriebeölpumpe, die mit dem Verbrennungsmotor in Verbindung steht und von diesem im laufenden Betrieb angetrieben wird, sowie eine zusätzliche zweite Getriebeölpumpe, die mit der elektrischen Maschine in Verbindung steht und von dieser im Stillstand des Verbrennungsmotors (Stopp-Phase) angetrieben wird. Die Haupt-Getriebeölpumpe ist vorzugsweise an die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors gekoppelt. Die zusätzliche zweite Getriebeölpumpe ist vorzugsweise direkt am Getriebe angeordnet.
  • Der Starter ist vorzugsweise so ausgelegt, dass er auch ohne Kraftübertragung zum Verbrennungsmotor betrieben werden kann. Bei herkömmlichen Startern mit Ritzelantrieb wird das Ritzel bei Bestromen des Starters in einen Zahnkranz der Kurbelwelle eingerückt, um den Verbrennungsmotor zu starten. Diese Wirkverbindung ist in diesem Fall so zu modifizieren, dass der Starter auch ohne Kraftübertragung zum Verbrennungsmotor betrieben werden kann. Bei anderen Getriebeformen ist eine Kupplung vorzusehen.
  • Gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung kann das mit dem Starter verbundene Aggregat zusätzlich auch mit einem Speicher, z. B. einem pneumatischen oder hydraulischen Speicher, in Verbindung stehen. Dieser Speicher kann zusätzliche Energie zum Antreiben des Aggregats in der Stopp-Phase des Verbrennungsmotors bereitstellen.
  • Ein solcher Speicher kann beispielsweise bereits in der Motorauslaufphase gefüllt werden. Dies hat zur Folge, dass der Verbrennungsmotor schneller stoppt.
  • Wenn ein Aggregat, wie z. B. ein Klimakompressor, mit dem Verbrennungsmotor in Verbindung steht, kann die im Speicher gespeicherte Energie auch dazu genutzt werden, das Anlassen des Verbrennungsmotors zu unterstützen. In diesem Fall würde das Aggregat nicht als Pumpe sondern als Motor betrieben werden. Zum Steuern dieses Vorgangs wäre in diesem Fall ein Steuergerät mit entsprechender Software vorzusehen.
  • Ein erfindungsgemäßer Starter, der zum Antreiben wenigstens eines Aggregats ausgelegt ist, umfasst vorzugsweise erste Verbindungsmittel, wie z. B. ein Ritzel, zum Herstellen einer ersten Wirkverbindung mit dem Verbrennungsmotor, sowie zweite Verbindungsmittel, wie z. B. ein Zahnrad, zum Herstellen einer zweiten Wirkverbindung mit einem oder mehreren Aggregaten.
  • Ein erfindungsgemäßes Aggregat, wie z. B. ein Klimakompressor, umfasst vorzugsweise wenigstens ein Verbindungsmittel zum Herstellen einer Wirkverbindung mit dem Starter. Sofern das Aggregat vom Verbrennungsmotor angetrieben wird, umfasst es vorzugsweise ein zweites Verbindungsmittel zum Herstellen einer Wirkverbindung mit dem Verbrennungsmotor.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer Starteranordnung zum Betrieb eines Klimakompressors;
  • 2 eine schematische Darstellung einer Starteranordnung zum Betrieb einer Getriebeölpumpe;
  • 3 eine schematische Blockdarstellung der möglichen Wirkverbindungen zwischen einem Verbrennungsmotor, einem Starter und verschiedenen Aggregaten; und
  • 4 eine schematische Darstellung einer Starteranordnung gemäß 1 mit einer zusätzlichen Schwungscheibe.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Starteranordnung zum Betrieb eines Klimakompressors in der Stopp-Phase eines Verbrennungsmotors 1. Dabei bezeichnet das Bezugszeichen 1 den Verbrennungsmotor, 2 das Getriebe, 3 einen an der Kurbelwelle 12 angeordneten Zahnkranz, 4 den Starter und 5 ein Ritzel des Starters 4. Der Startmechanismus ist in herkömmlicher Weise ausgelegt.
  • Zum Starten des Verbrennungsmotors 1 wird der Starter 4 bestromt, wodurch das Ritzel 5 sich zu drehen beginnt. Gleichzeitig rückt das Ritzel 5 in den Zahnkranz 3 an der Kurbelwelle 12 ein und überträgt damit das Startermoment auf die Kurbelwelle 12. Sobald der Verbrennungsmotor 1 gestartet ist, rückt das Ritzel 5 wieder aus. Das Ritzel 5 ist in bekannter Weise mit einer Freilaufkupplung versehen.
  • Die in 1 dargestellte Starteranordnung umfasst ferner einen Klimakompressor 7, der über eine Wirkverbindung 9, 10, 11 mit der Kurbelwelle 12 des Verbrennungsmotors 1 in Verbindung steht. Die Wirkverbindung besteht in diesem Fall aus einem Riementrieb mit zwei Riemenscheiben 9, 11, die über einen Riemen 10 verbunden sind. Andere Arten von Wirkverbindungen sind natürlich ebenfalls einsetzbar. Zusätzlich kann die Wirkverbindung 9, 10, 11 eine Trenn- oder Freilaufkupplung enthalten. Der Klimakompressor 7 wird im laufenden Betrieb des Verbrennungsmotors 1 von diesem angetrieben.
  • Um bei Fahrzeugen mit Start-Stopp-Funktion den Betrieb des Klimakompressors 7 auch in den Stopp-Phasen des Verbrennungsmotors 1 zu gewährleisten, ist hier eine zweite Wirkverbindung 6, 8 zum Starter 4 vorgesehen. Diese Wirkverbindung umfasst in diesem Fall ein Zahnrad 6, das an einer Welle des Starters 4 angeordnet ist, sowie ein Zahnrad 8, das an einer Welle des Klimakompressors 7 angeordnet ist, wobei die Zahnräder 6,8 ineinander greifen. In dieser Wirkverbindung kann gegebenenfalls eine beliebige Trenn- oder Freilaufkupplung vorgesehen sein. Andere Arten von Wirkverbindungen sind natürlich ebenfalls einsetzbar.
  • In der Stopp-Phase des Verbrennungsmotors 1 wird der Starter 4 von einem Steuergerät 15 angesteuert, so dass der Klimakompressor 7 kontinuierlich weiter angetrieben wird. Wegen der zweiten Wirkverbindung zwischen Starter 4 und Aggregat 7 ist ein zusätzlicher Elektromotor für das Aggregat 7 nicht erforderlich. Dieser kann somit einspart werden. Beim Betrieb des Starters 4 als Hilfsantrieb soll keine Kraft auf die Kurbelwelle 12 des Verbrennungsmotors 1 übertragen werden. Der Einrückmechanismus des Starters 4 ist daher so zu gestalten, dass der Starter 4 auch betrieben werden kann, ohne den Verbrennungsmotor 1 anzutreiben.
  • 2 zeigt eine ähnliche Starteranordnung wie 1, die jedoch zum Betrieb einer Getriebeölpumpe 14 in der Stopp-Phase des Verbrennungsmotors 1 ausgelegt ist. Gleiche Bauteile sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Der Starter 4 umfasst wiederum in bekannter Weise eine erste Wirkverbindung mit der Kurbelwelle 12 des Verbrennungsmotors. Darüber hinaus umfasst der Starter eine zweite Wirkverbindung (Welle 13) mit einer zusätzlichen Getriebeölpumpe 14, die hier direkt am Getriebe angeordnet ist. Bei dieser Getriebeölpumpe 14 handelt es sich um eine zusätzliche Getriebeölpumpe, die speziell für die Erzeugung eines gewünschten Öldrucks in der Stopp-Phase des Verbrennungsmotors 1 ausgelegt ist. Die Anordnung umfasst darüber hinaus eine Haupt-Getriebeölpumpe (nicht gezeigt), die im laufenden Betrieb vom Verbrennungsmotor 1 angetrieben wird. In einer Stopp-Phase des Verbrennungsmotors 1 wird der Starter 4 angesteuert, um die zusätzliche Getriebeölpumpe 14 zu betätigen.
  • Zwischen dem Starter 4 und der Getriebeölpumpe 14 kann wiederum eine Trenn- oder Freilaufkupplung und/oder ein Getriebe vorgesehen sein. Der Starter 4 kann alternativ auch eine weitere Wirkverbindung zum Klimakompressor 7 aufweisen. In diesem Fall werden dann sowohl der Klimakompressor 7 als auch die Getriebeölpumpe 14 in einer Stopp-Phase des Verbrennungsmotors 1 vom Starter 4 angetrieben.
  • 3 zeigt eine schematische Blockdarstellung aller möglichen Wirkverbindungen zwischen der Kurbelwelle 12 des Verbrennungsmotors 1, dem Starter 4 und verschiedenen Aggregaten 7a bis 7n. Wie zu erkennen ist, besteht zwischen dem Verbrennungsmotor 1 und dem Starter 4 eine erste Wirkverbindung. Zwischen dem Verbrennungsmotor 1 und den einzelnen Aggregaten 7a bis 7n können jeweils zweite Wirkverbindungen 19a bis 19n optional vorgesehen sein. Zwischen dem Starter 4 und den einzelnen Aggregaten 7a bis 7n besteht jeweils eine weitere Wirkverbindung 20a bis 20n. Je nach Ausführungsform der Erfindung kann in jeder der Wirkverbindungen 18, 19, 20 eine Kupplung, wie z. B. eine Trenn- oder Freilaufkupplung und/oder ein Getriebe vorgesehen sein.
  • Mögliche Wirkverbindungen sind grundsätzlich ein Riementrieb, Zahnradantrieb, eine direkte Verbindung der Wellen, eine hydraulische oder pneumatische Verbindung oder jede andere bekannte Standardverbindung.
  • 4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Starteranordnung ähnlich 1 zum Betrieb eines Klimakompressors 7 in der Stopp-Phase des Verbrennungsmotors 1. Im Unterschied zu 1 ist hier jedoch eine Schwungscheibe 16 mit großer Masse, sowie eine Trennkupplung 17 zwischen Verbrennungsmotor 1 und der Schwungscheibe 16 vorgesehen. Die eigentliche Hauptkupplung 18 ist hier zwischen der Schwungscheibe 16 und dem Getriebe 2 angeordnet.
  • Bei einem Stopp-Signal kann die Schwungscheibe 16 mittels der Kupplung 17 vom Verbrennungsmotor 1 abgetrennt werden. Dies hat zur Folge, dass der Verbrennungsmotor 1 wesentlich schneller zum Stillstand kommt. Soll der Verbrennungsmotor 1 nach Ablauf der Stopp-Phase wieder gestartet werden, wird die Kupplung 17 wieder eingekuppelt. Sofern die Schwungscheibe 16 zu diesem Zeitpunkt noch Rotationsenergie gespeichert hat, wird dadurch das Starten des Verbrennungsmotors 1 unterstützt. Gleichzeitig mit dem Einkuppeln erfolgt vorzugsweise ein herkömmlicher Startvorgang, bei dem der Starter 4 eingeschaltet wird und das Ritzel 5 des Starters 4 in den Zahnkranz 3 auf der Schwungscheibe 16 einrückt.
  • Alternativ kann der Starter 4 in dieser Anordnung genutzt werden, um die Drehzahl der Schwungscheibe 16 während der Stopp-Phase konstant zu halten. In diesem Fall wird bei einem Stopp-Signal die Schwungscheibe 16 mittels der Kupplung 17 vom Verbrennungsmotor 1 abgetrennt und das Ritzel 5 des Starters 4 in den Zahnkranz 3 auf der Schwungscheibe 16 eingerückt. Der Starter 4 kann dann das Schwungrad 16 antreiben, so dass nach Ablauf der Stopp-Phase immer Rotationsenergie zur Unterstützung des Startvorgangs des Verbrennungsmotors 1 zur Verfügung steht.
  • Statt dem Start-Vorgang nach Ablauf der Stopp-Phase könnte der Starter 4 und/oder die Rotationsenergie der Schwungscheibe 16 auch genutzt werden, um den Anfahrvorgang des Fahrzeugs über die Kupplung/den Drehmomentwandler 21 zu unterstützen. Der Start-Vorgang würde in diesem Fall erst beim bereits rollenden Fahrzeug eingeleitet.
  • Bei dieser Ausführungsform ist der Zahnkranz 3 am Außenumfang der Schwungscheibe 16 angeordnet. Alternativ könnte der Zahnkranz 3 auch an anderer Stelle, beispielsweise zwischen dem Verbrennungsmotor 1 und der Kupplung 17 angeordnet sein als separates Bauteil.

Claims (11)

  1. Starteranordnung, umfassend eine elektrische Maschine (4), die zum Starten eines Verbrennungsmotors (1) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (4) erste Verbindungsmittel (5) zum Herstellen einer ersten Wirkverbindung (5, 3) mit einer Welle (12) des Verbrennungsmotors (1) und zweite Verbindungsmittel (6) zum Herstellen einer zweiten Wirkverbindung (6, 8) mit einem Aggregat (7, 14) aufweist.
  2. Starteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (5, 3) und/oder zweite Wirkverbindung (6, 8) eine Trenn- oder Freilaufkupplung umfasst.
  3. Starteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (5, 3) und/oder zweite Wirkverbindung (6,8) ein Getriebe (5, 3; 6, 7) umfasst.
  4. Starteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (15) vorgesehen ist, die die elektrische Maschine (4) im Stillstand des Verbrennungsmotors (1) ansteuert, um das mit der elektrischen Maschine (4) verbundene Aggregat (7; 14) anzutreiben.
  5. Starteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mit der elektrischen Maschine (4) verbundene Aggregat (7, 14) eine Pumpe, insbesondere eine Getriebeölpumpe (14), ein Klimakompressor (7), eine Wasserpumpe, eine Lenkhilfepumpe, eine Motorölpumpe oder ein anderes Aggregat oder eine Kombination dieser Aggregate ist.
  6. Starteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine erste Getriebeölpumpe (14), die mit einer Welle (12) des Verbrennungsmotors (1) in Verbindung steht und von diesem im laufenden Betrieb angetrieben wird, und eine zweite, zusätzliche Getriebeölpumpe (14) umfasst, die mit der elektrischen Maschine (4) in Verbindung steht und von dieser im Stillstand des Verbrennungsmotors (1) angetrieben wird.
  7. Starteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (4) so ausgelegt ist, dass sie auch ohne Kraftübertragung zum Verbrennungsmotor (1) betrieben werden kann.
  8. Starteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aggregat (7; 14) mit einem Speicher in Verbindung steht, mittels dessen Energie gespeichert werden kann.
  9. Starteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die Wirkverbindungen (9, 10, 11) zwischen Aggregat (7) und Welle (12) des Verbrennungsmotors (1) und wenigstens eine Wirkverbindung (6, 8) zwischen Starter (4) und Aggregat (7, 14) eine Freilauf- oder Trennkupplung enthält.
  10. Elektrische Maschine (4), gekennzeichnet durch erste Verbindungsmittel (5) zum Herstellen einer mechanischen Verbindung zu einem Verbrennungsmotor (1), sowie zweite Verbindungsmittel (6) zum Herstellen einer mechanischen Verbindung zu einem Aggregat (7; 14).
  11. Aggregat (7), gekennzeichnet durch erste Verbindungsmittel (9, 10, 11) zum Herstellen einer mechanischen Verbindung zur Welle (12) eines Verbrennungsmotors (1), sowie zweite Verbindungsmittel (8, 6) zum Herstellen einer mechanischen Verbindung zu einer elektrischen Maschine (4).
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