DE10343400A1

DE10343400A1 - Motor vehicle drive has combustion engine and crankshaft with electric starter motor coupled to shaft by momentum transfer unit and speed dependent freewheel coupling

Info

Publication number: DE10343400A1
Application number: DE2003143400
Authority: DE
Inventors: Wolf Dr. Boll; Petr Dipl.-Ing. Krenovsky; Jürgen Dipl.-Ing. Lang
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-09-19
Filing date: 2003-09-19
Publication date: 2005-04-14

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftfahrzeugantrieb mit einer Brennkraftmaschine (1) und einem Elektromotor (2). DOLLAR A Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugantrieb ist vorgesehen, dass ein Elektromotor (2) zum Starten der Brennkraftmaschine (1) mithilfe einer Momentenübertragungsanordnung mit der Kurbelwelle (1a) koppelbar ist, wobei die Momentenübertragungsanordnung ein auf der Kurbelwelle (1a) gelagertes Rad (1c), einen am Kurbelgehäuse (1b) und/oder am Motorblock gelagerten Anlasserkranz (8) sowie einen Freilauf (4) zur drehzahlabhängigen Kopplung und Entkopplung von Rad (1c) und Anlasserkranz (8) aufweist. DOLLAR A Anwendung beispielsweise in Personenkraftwagen.The invention relates to a motor vehicle drive with an internal combustion engine (1) and an electric motor (2). DOLLAR A In the motor vehicle drive according to the invention it is provided that an electric motor (2) for starting the internal combustion engine (1) by means of a torque transmission arrangement with the crankshaft (1a) is coupled, wherein the torque transmission arrangement on the crankshaft (1a) mounted wheel (1c), a crankcase (1b) and / or on the engine block mounted starter ring (8) and a freewheel (4) for speed-dependent coupling and decoupling of the wheel (1c) and starter ring (8). DOLLAR A application for example in passenger cars.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftfahrzeugantrieb mit einer Brennkraftmaschine umfassend eine als Abtriebswelle dienende Kurbelwelle, sowie mit einem Elektromotor zum Starten der Brennkraftmaschine, der mit Hilfe einer Momentenübertragungsanordnung mit der Kurbelwelle koppelbar ist.The The present invention relates to a motor vehicle drive with a Internal combustion engine comprising a crankshaft serving as an output shaft, and with an electric motor for starting the internal combustion engine, with Help of a torque transfer arrangement can be coupled with the crankshaft.

Aus der DE 199 24 980 A1 ist ein Elektromotor in Form einer Anlasserlichtmaschine zum Starten von Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen bekannt, die über eine Momentenübertragungsanordnung mit der Kurbelwelle des zugehörigen Verbrennungsmotors koppelbar ist. Dabei umfasst die Momentenübertragungsanordnung einen Riementrieb, der ein Stirnraduntersetzungsgetriebe fest mit der Kurbelwelle koppelt. Das Stirnraduntersetzungsgetriebe ist mit dem Elektromotor zu einer Baueinheit zusammengefasst, wobei zwei korrespondierende Freiläufe zur Umschaltung der Getriebeuntersetzung vorgesehen sind.From the DE 199 24 980 A1 an electric motor in the form of a starter motor for starting internal combustion engines of motor vehicles is known, which can be coupled via a torque transmission arrangement with the crankshaft of the associated internal combustion engine. In this case, the torque transmission arrangement comprises a belt drive, which couples a Stirnraduntersetzungsgetriebe fixed to the crankshaft. The Stirnraduntersetzungsgetriebe is combined with the electric motor to form a unit, with two corresponding freewheels are provided for switching the gear reduction.

Ebenso wie aus einem weiteren Ausführungsbeispiel in der DE 199 24 980 A1 ist aus der DE 101 02 015 A1 eine elektrische Maschine zum Starten von Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen bekannt, die über eine ein Planetengetriebe umfassende Momentenübertragungsanordnung mit der Kurbelwelle des zugehörigen Verbrennungsmotors koppelbar ist. In dem Getriebe sind wiederum zwei korrespondierende Freiläufe zur Umschaltung der Getriebeuntersetzung vorgesehen.As well as from a further embodiment in the DE 199 24 980 A1 is from the DE 101 02 015 A1 an electric machine for starting internal combustion engines of motor vehicles, which can be coupled via a planetary gear comprehensive torque transmission arrangement with the crankshaft of the associated internal combustion engine. In the transmission, in turn, two corresponding freewheels are provided for switching the gear reduction.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, einen Kraftfahrzeugantrieb bereit zu stellen, bei dem die Lebensdauer eines für Start-Stopp-Anwendungen vorgesehenen Elektromotors und seiner Kraftübertragungseinrichtung mit besonders einfachen Mitteln verlängert und der Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine reduziert werden kann.task the invention it is in contrast, a Motor vehicle drive to provide, in which the life one for Start-stop applications provided electric motor and its power transmission device extended with particularly simple means and the fuel consumption the internal combustion engine can be reduced.

Diese Aufgabe wird durch einen Kraftfahrzeugantrieb nach Anspruch 1 gelöst, bei dem die Momentenübertragungsanordnung ein auf der Kurbelwelle gelagertes Schwungrad, einen am Kurbelgehäuse und/oder am Motorblock gelagerten Anlasserkranz sowie einen Freilauf zur drehzahlabhängigen Kopplung und Entkopplung von Schwungrad und Anlasserkranz aufweist. Auf diese Weise lässt sich der größte Teil der Momentenübertragungsanordnung, insbesondere ein vorzusehendes Stirnradgetriebe (bzw. ein Riementrieb) sowie ein nachgeschaltetes Planetengetriebe sowie der Elektromotor, nach einem Startvorgang der Brennkraftmaschine bei einer bestimmten Grenzdrehzahl von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine trennen und stillsetzen. Damit können die Drehzahlen auf Seiten der Momentenübertragungsanordnung und des Elektromotors verschleißgünstig niedrig gehalten werden, und es wird ein Mitschleppen des Elektromotors und seiner Getriebe verbrauchsgünstig vermieden.These The object is achieved by a motor vehicle drive according to claim 1, at the torque transfer arrangement a flywheel mounted on the crankshaft, one on the crankcase and / or mounted on the engine block starter ring and a freewheel for speed-dependent coupling and decoupling of flywheel and starter ring has. To this Way lets the biggest part the torque transmission arrangement, in particular a spur gear (or a belt drive) to be provided as well as a downstream planetary gear and the electric motor, after a starting process of the internal combustion engine at a certain limit speed disconnect from the crankshaft of the engine and stop. With that you can the speeds on the part of the torque transmission arrangement and the Electric motor wear low be held, and there will be a dragging the electric motor and its transmission consumption avoided.

In Ausgestaltung der Erfindung weist der Freilauf von einem Federelement gehaltene, fliehkraft-betätigte Mitnehmerkörper auf. Damit ist eine einfache, wartungsfreie, automatisch arbeitende Anordnung vorgeschlagen. Die Mitnehmerkörper lösen sich drehmomentfrei vorzugsweise bereits unterhalb einer Leerlaufdrehzahl von ihrer Kontakfläche ab, so dass der Freilauf nach dem Motorstart keinem Verschleiß unterliegt.In Embodiment of the invention, the freewheel of a spring element held, centrifugal-operated driving element on. This is a simple, maintenance-free, automatic working Arrangement proposed. The driver body solve torque-free preferably already below an idling speed from its contact surface, so that the freewheel is not subject to wear after engine start.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Freilauf derart gestaltet, dass er in einem Betriebszustand der Brennkraft maschine, in dem die Kurbelwelle bei einer Grenzdrehzahl unterhalb einer Leerlaufdrehzahl rotiert, selbsttätig oder fremdgesteuert öffnet bzw. schließt. Derartige Anordnungen gestatten häufige Start-Stopp-Vorgänge der Brennkraftmaschine mit einem automatischen Stillsetzen des Elektromotors einschließlich der zugehörigen Getriebe.In Another embodiment of the invention, the freewheel is designed such that in an operating state of the internal combustion engine, in which the crankshaft at a limit speed below an idle speed rotated, automatically or opens externally or closes. Such arrangements allow frequent start-stop operations of Internal combustion engine with an automatic shutdown of the electric motor including the associated gearbox.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung gestattet die Freilaufkonstruktion, dass der Anlasserkranz über ein korrespondierendes Ritzel drehmomentfest mit dem Elektromotor gekoppelt ist. Damit ergibt sich eine zuverlässige Momentenübertragung, wobei Anlasserkranz und Ritzel ein fest eingespurtes Vorgetriebe derart bilden, dass ein nachgeschaltetes, dem Elektromotor zugeordnetes Planetengetriebe entsprechend dimensioniert sein kann. Eine Einspurvorrichtung wie bei einem herkömmlichen Starter entfällt hier. Die Anordnung dient erfindungsgemäß dazu, dass ein zeitaufwändiger Einspurvorgang des Anlasserritzels entfällt und der Kfz-Motor spontan gestartet werden kann.In further embodiment of the invention allows the freewheel design, that the starter wreath over a corresponding pinion torque-resistant with the electric motor is coupled. This results in a reliable torque transmission, wherein Starter ring and pinion a firmly meshed Vorgetriebe such form, that a downstream, the electric motor associated Planetary gear can be dimensioned accordingly. A Einspurvorrichtung like a conventional one Starter is eliminated here. The arrangement is used according to the invention that a time-consuming Einspurvorgang of the starter pinion deleted and the motor vehicle can be started spontaneously.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind Anlasserkranz und Ritzel als schrägverzahntes, vorzugsweise selbstschmierendes Zahnradpaar ausgeführt. Damit können eine besonders lange wartungsfreie Lebensdauer des Zahnradpaares sowie ein niedriges Laufgeräusch erreicht werden.In Another embodiment of the invention are starter ring and pinion as helical, preferably self-lubricating gear pair executed. In order to can a particularly long maintenance-free life of the gear pair as well as a low running noise be achieved.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Anlasserkranz einen inneren Teller aus einem Metallblech und einen äußeren Zahnkranz aus einem vorzugsweise spritzgegossenen Kunststoff auf, wobei an dem inneren Teller ein Stützring vorgesehen ist, an dem die Mitnehmerkörper angreifen können. Damit ist eine mit geringen Toleranzen einfach herstellbare Vorrichtung vorgeschlagen. Gegen Wärmeeinstrahlung seitens einer Reibkupplung kann das Kunststoffzahnrad mittels eines mitlaufenden Schirmblechs geschützt werden.In Another embodiment of the invention, the starter ring a inner plate of a metal sheet and an outer ring gear of a preferably injection-molded plastic, wherein on the inner plate a support ring is provided, on which the driver body can attack. In order to is a simple to manufacture with low tolerances device proposed. Against heat radiation By a friction clutch, the plastic gear by means of a protected shielding sheet metal become.

Weitere Vorteile, Merkmale und vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der anschließenden Beschreibung und der Zeichnung. Die einzige Figur zeigt hierzu eine Prinzipskizze zu einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugantriebs.Further advantages, features and advantageous Further developments of the subject invention will become apparent from the following description and the drawings. The single FIGURE shows a schematic diagram of a preferred embodiment of the motor vehicle drive according to the invention.

In der Figur ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung eines Elektromotors 2 an einer Brennkraftmaschine 1 zur Bereitstellung eines neuartigen Kraftfahrzeugantriebs dargestellt. Die Brennkraftmaschine 1 ist als Hubkolbenmotor ausgebildet, der eine in einem Kurbelgehäuse 1b gelagerte Kurbelwelle 1a mit einem Schwungrad 1c aufweist. Über Niete 1d ist ein Blechteller 3 mit dem Schwungrad 1c verbunden und somit an der Kurbelwelle 1d fixiert. In den Blechteller 3 ist ein Freilauf 4 eingesetzt, wobei der Freilauf von einem Federelement gehaltene und nach innen vorgespannte Mitnehmerkörper 5 aufweist. Stützringe 6, 7 des Freilaufs 4 sind gerändelt ausgeführt und einerseits auf einen Anlasserkranz 8 aufgepresst bzw. in den Blechteller 3 eingepresst. Das Schmierfett des Freilaufs 4 wird durch eine gebördelte Schutzringkappe 9 am Wegfließen gehindert.In the figure is an embodiment of an inventive arrangement of an electric motor 2 on an internal combustion engine 1 shown for providing a novel motor vehicle drive. The internal combustion engine 1 is designed as a reciprocating engine, the one in a crankcase 1b mounted crankshaft 1a with a flywheel 1c having. About rivets 1d is a tin plate 3 with the flywheel 1c connected and thus on the crankshaft 1d fixed. In the tin plate 3 is a freewheel 4 used, wherein the freewheel held by a spring element and biased inwardly driver body 5 having. supporting rings 6 . 7 of the freewheel 4 are knurled and on the one hand on a starter ring 8th pressed or in the sheet metal plate 3 pressed. The grease of the freewheel 4 is made by a crimped protective cap 9 prevented from flowing away.

Der Anlasserkranz 8 ist vorzugsweise über ein Wälzlager 10 am Kurbelgehäuse 1b gelagert, wobei der Anlasserkranz 8 aufgebaut ist aus einem inneren Teller 8a und einem separaten äußeren Zahnkranz 8b. Vorzugsweise sind der Teller 8a aus einem Metallblech und der Zahnkranz 8b aus einem insbesondere spritzgegossenen Kunststoff hergestellt, wobei der Zahnkranz 8b formschlüssig auf den Teller 8a aufgespritzt sein kann, was bei der herstellbaren Verzahnungsqualität und bei den erforderlichen Herstellkosten Vorteile mit sich bringt.The starter wreath 8th is preferably via a rolling bearing 10 on the crankcase 1b stored, with the starter ring 8th is built from an inner plate 8a and a separate outer sprocket 8b , Preferably, the plate 8a from a metal sheet and the sprocket 8b made of a particular injection molded plastic, wherein the sprocket 8b positive fit on the plate 8a can be sprayed, which brings advantages in the producible gear quality and the required manufacturing costs.

Der äußere Zahnkranz 8b des Anlasserkranzes 8 greift schrägverzahnt in ein korrespondierendes Ritzel 11 und bildet mit diesem eine permantent im Eingiff stehende Zahnradpaarung 8, 11. Im Hinblick auf eine lange wartungsfreie Lebensdauer und niedrige Geräuschentwicklung sind für die Verzahnung selbstschmierende Kunststoffe vorgesehen. Ferner ist ein möglichst großer Überdeckungsgrad mittels möglichst großer Raddurchmesser und möglichst großer Zähnezahlen des Ritzels wünschenswert. Dies ist besonders gut realisierbar, wenn das Ritzel wegen Entfall eines Kragarms einer Einspurvorrichtung sehr groß gestaltet werden kann. In diesem Fall ist das Gegenrad besonders einfach aus Kunststoff ausführbar.The outer sprocket 8b the starter wreath 8th grips helically into a corresponding pinion 11 and forms with this a permantly engaged in gear meshing 8th . 11 , In view of a long maintenance-free life and low noise self-lubricating plastics are provided for the teeth. Furthermore, the largest possible degree of coverage by means of the largest possible wheel diameter and the largest possible number of teeth of the pinion is desirable. This is particularly well feasible if the pinion can be made very large due to omission of a cantilever of a Einspurvorrichtung. In this case, the counter-wheel is particularly easy to carry out of plastic.

Das Ritzel 11 ist drehfest mit einer Ritzelwelle 12 verbunden, die wiederum mit einem Planetenträger eines Planetengetriebes 13 verbunden ist. Die Ritzelwelle 12 ist vorzugsweise fliegend gelagert, wobei der Rotor des Elektromotors 2 auf der Ritzelwelle 12 gelagert ist. In einem modifizierten Ausführungsbeispiel sind Ritzel und Planetengetriebe auf einer entsprechend verlängerten Rotorwelle des Elektromotors gelagert. Die Übersetzungsverhältnisse sind unter Verwendung eines möglichst großen Hohlrades des Planetengetriebes 12 an die räumlichen Gegebenheiten im Motorraum anpassbar und zwischen Planetengetriebe 13 und Zahnradpaarung 8, 11 auszutarieren.The pinion 11 is non-rotatable with a pinion shaft 12 connected, in turn, with a planet carrier of a planetary gear 13 connected is. The pinion shaft 12 is preferably cantilevered, wherein the rotor of the electric motor 2 on the pinion shaft 12 is stored. In a modified embodiment, pinion and planetary gear are mounted on a correspondingly extended rotor shaft of the electric motor. The gear ratios are using as large a ring gear of the planetary gear 12 adapted to the spatial conditions in the engine compartment and between planetary gear 13 and gear pairing 8th . 11 balance out.

Bei einer Drehzahl von Kurbelwelle 1a und Freilauf 4, die oberhalb einer vorbestimmten Grenzdrehzahl liegt, werden die Mitnehmerkörper 5 fliehkraftbedingt gegen die Federvorspannung vom inneren Stützring 6 abgehoben. Als Grenzdrehzahl kann eine eine Drehzahl von Kurbelwelle und Freilauf 4 gewählt werden, die vozugsweise unterhalb der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine 1 liegt. Damit wird bei einem Startvorgang der Brennkraftmaschine der Elektromotor 2 samt der zugeordneten Getriebe 8, 11 und 13 von der rotierenden Kurbelwelle nach einer Drehmomentabschaltung des Starters abgekoppelt und vorzugsweise stillgesetzt. Damit werden durch ein mitlaufendes Getriebe bzw. einen mitlaufenden Elektromotor verursachte Ventilationsverluste vermieden. Gleichzeitig kann das Ritzel permanent „eingespurt" bleiben, sodass eine „Einspurvorrichtung" entfallen kann und ein nahezu verzögerungsfreies Anlassen der Brennkraftmaschine ermöglicht wird. Eine derartige Anordnung gestattet häufige Start-Stopp-Vorgänge der Brennkraftmaschine mit einem automatischen Stillsetzen des Elektromotors einschließlich der zugehörigen Getriebe. Bei einem Fahrzeugstillstand kann somit der Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs abgeschaltet werden, wobei er bei einem anschließenden Startvorgang (z.B. Ampelstart) sehr rasch wieder zur Verfügung steht, nachdem er vom Starter angelassen wurde.At a speed of crankshaft 1a and freewheel 4 , which is above a predetermined limit speed, the Mitnehmerkörper 5 Due to centrifugal force against the spring preload from the inner support ring 6 lifted. As a limit speed can be a speed of crankshaft and freewheel 4 be selected, the vozugsweise below the idle speed of the internal combustion engine 1 lies. Thus, at a starting process of the internal combustion engine, the electric motor 2 including the assigned gear 8th . 11 and 13 decoupled from the rotating crankshaft after a torque off the starter and preferably stopped. This avoids ventilation losses caused by a running gear or a rotating electric motor. At the same time, the pinion can remain permanently "meshed", so that a "meshing device" can be dispensed with and an almost delay-free starting of the internal combustion engine is made possible. Such an arrangement allows frequent start-stop operations of the internal combustion engine with an automatic shutdown of the electric motor including the associated transmission. When the vehicle is at a standstill, the internal combustion engine of the motor vehicle can thus be switched off, whereby it is very quickly available again in a subsequent starting operation (eg traffic light start), after it has been started by the starter.

In einem modifizierten Ausführungsbeispiel wird der Elektromotor 2 bei einem Unterschreiten der Grenzdrehzahl über den Freilauf wieder mit der Brennkraftmaschine gekoppelt.In a modified embodiment, the electric motor 2 at a fall below the limit speed via the freewheel coupled to the engine again.

In einem modifizierten Ausführungsbeispiel wird eine Grenzdrehzahl gewählt, die in der Größenordnung der Leerlaufdrehzahl von Kurbelwelle und Freilauf liegt.In a modified embodiment selected a limit speed, those in the order of magnitude the idle speed of crankshaft and freewheel is.

Ein besonderer Vorzug der erfindungsgemäßen Starteinrichtung ist, dass sie hinsichtlich des Platzbedarfes in den Raum heutiger Starteranlagen passt, so dass an Motor, Getriebe und Fahrzeug nur geringe Modifikationen gegenüber bisheriger Serienausführungen vorgenommen werden müssen.One particular advantage of the starting device according to the invention is that it fits into the space of today's starter systems in terms of space requirements, so that the engine, transmission and vehicle only minor modifications across from previous series versions must be made.

Die Merkmale der lediglich beispielhaft beschriebenen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich nahezu beliebig miteinander kombinieren, sodass sich weitere vorteilhafte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben können.The Features of the exemplary embodiments described only the device according to the invention can be combined with each other almost arbitrarily, so that may yield further advantageous features and feature combinations.

Claims

Motor vehicle drive with - an internal combustion engine ( 1 ) comprising a crankshaft serving as an output shaft ( 1a ), as well as with - an electric motor ( 2 ) for starting the internal combustion engine, which by means of a torque transmission arrangement ( 3 . 4 . 8th . 11 . 13 ) with the crankshaft ( 1a ), wherein the torque transmission arrangement - a bearing on the crankshaft wheel ( 1c ), - one on the crankcase ( 1b ) and / or on the engine block mounted starter ring ( 8th ) and - a freewheel ( 4 ) for speed-dependent coupling and decoupling of wheel ( 1c ) and starter ring ( 8th ) having.

Motor vehicle drive according to claim 1, characterized in that the freewheel ( 4 ) held by a spring element, centrifugal-actuated driver body ( 5 ) having.

Motor vehicle drive according to claim 1 or 2, characterized in that the freewheel in an operating state of the internal combustion engine, in which the crankshaft ( 1a Rotates at a limiting speed below an idle speed, automatically or externally controlled opens or closes.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the starter ring via a corresponding pinion ( 11 ) torque-resistant with the electric motor ( 2 ) is coupled.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that starter ring ( 8th ) and pinion ( 11 ) are designed as a helical, preferably self-lubricating gear pair.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the starter ring ( 8th ) an inner plate ( 8a ) of a metal sheet and an outer ring gear ( 8b ) of a preferably injection-molded plastic, wherein on the inner plate ( 8a ) a support ring ( 6 ) is provided, on which the Mitnehmerkörper ( 5 ) can attack.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the driver bodies ( 5 ) of the freewheel ( 6 ) decouple after a torque relief below the idling speed.