用于使起动装置的起动小齿轮啮合在内燃机的齿圈中的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于使起动装置(16)的起动小齿轮(19)啮合到内燃机(10)的齿圈(13)中的方法，其中，所述内燃机(10)具有驱动轴(22)并且所述起动装置(16)具有起动马达(25)，其中，所述驱动轴(22)具有可变的转速(n)，并且在一个方法步骤(S1)中所述内燃机(10)切断并且随后在一个方法步骤(S2)中未通过所述起动马达(25)旋转驱动的起动小齿轮(19)通过预啮合致动器(28)借助于预啮合力(FV)被向前推向所述齿圈(13)的方向，直至其接触所述齿圈，并且随后在另一方法步骤(S3)中将啮合力(FE)有目的地作用到所述起动小齿轮(19)上，以将所述起动小齿轮(19)啮合到所述齿圈(13)的齿槽(34)中。
【专利说明】用于使起动装置的起动小齿轮啮合在内燃机的齿圈中的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于使起动装置的起动小齿轮啮合在内燃机的齿圈中的方法。
【背景技术】
[0002]已知一种起动停止系统，在该起动停止系统中根据一定的策略中断和接通内燃机。同样已知以小齿轮起动机为基础的起动停止系统，其为了起动使小齿轮啮合到内燃机的起动齿圈中。
[0003]在至今为止的起动停止系统中，在内燃机的驱动轴或曲轴完全停止之后，小齿轮才啮合到齿圈中并且才重新起动内燃机。由此，在停止情况下可能出现时间上的延迟和舒适性缺点。应通过起动机或确切地说其小齿轮啮合到内燃机的惯性运转的齿圈中来避免或减小这些情况。在专业领域中，这种类型的过程也被称为“改变思想”。该概念指明，车辆驾驶员到新的行驶意愿的意识改变与所需的内燃机重新起动或重新加速相关。
[0004]例如从文献DE 10 2008 040 830 Al中已知用于给起动马达通电和啮合起动小齿轮的不同策略。这些策略分别以这样的起动系统为前提，即，在该起动系统中可彼此无关地进行功能“起动马达的起动”和“起动小齿轮的啮合”。
[0005]在此以下描述的方法给出用于起动起动马达和使起动小齿轮啮合到起动齿圈中的策略的其它变型方案。这与以下目的相关联，即，在停止之后在内燃机的停止摆动阶段中也可利用“改变想法”功能的优点。此外，为实施适于使起动机啮合到惯性运转的内燃机中的策略给出决定标准。从而对于相应的应用情况尽可能好地满足主要目标。例如，所谓的重新起动持续时间、在起动车辆时振动的减小、噪声的减小以及起动系统使用寿命的提高都属于这些主要目标。
[0006]对于哨合策略的选择，原则上应考虑两个方面:
[0007]一方面是在发动机停止时振动的减小和使用寿命的改善或在啮合时噪声的减小之间的协调，也就是说，或者在每次惯性运转时啮合或者仅仅当已经在惯性运转时存在起动要求(内燃机再次被引入自身运转中)时才啮合。
[0008]另一方面应考虑,在所需的功能性之间、尤其是在独立地起动起动机时所需的功能性之间，在惯性运转中存在起动要求时与重新起动的持续时间相协调。附加地，根据在内燃机的惯性运转中起动要求的触发时刻可选择不同的策略。由此，例如可选择，是在内燃机的仍为正的不同的转速时进行啮合还是在已经回摆时进行啮合。在此，根据起动系统的功能性确定时刻。
【发明内容】
[0009]根据本发明的用于使起动装置的起动小齿轮啮合到内燃机的齿圈中的方法具有的优点是，通过在一个方法步骤中在内燃机的切断惯性运转期间借助于预啮合力使起动小齿轮向齿圈的方向移动直至其接触齿圈并且随后在另一方法步骤中将啮合力有目的地作用到起动小齿轮上，以使起动小齿轮啮合到齿圈的齿槽中，可以实现起动小齿轮尤其经济安全地啮合到齿圈中。
[0010]从从属权利要求中得到其它优点。如果在内燃机的驱动轴在内燃机切断之后具有为零的转速的时刻进行起动小齿轮的啮合，则可以实现尤其经济安全地啮合到齿圈的齿槽中。在此，驱动轴转速为零的情况可以是在内燃机切断之后的第一次或者此后出现的另一次。由此也可以实现经济安全的啮合。此外，起动小齿轮在这种情况下的啮合与在驱动轴的最终静止状态之后的啮合相比可提早，因而可以实现内燃机的快速重新起动。如果通过预先计算获得出现转速零的一个或多个时刻，则可根据驱动轴具有零转速的事件直接调整起动小齿轮的向前推动和起动小齿轮在齿圈处的贴靠或接触。这意味着，根据相应的事件调整起动小齿轮的向前推动或贴靠，并且之前没有已经发生例如两次或三次零位通过。起动小齿轮的该“准时的”贴靠具有的优点是，尽可能地减小在起动小齿轮的齿和齿圈的齿之间可能的不期望的碰撞(咔咔作响)并且由此使磨损最小化。相应地也有利的是，预先计算预啮合力的产生。根据另一从属权利要求规定，未通过起动马达驱动的起动小齿轮通过预啮合致动器借助于预啮合力被向前推向齿圈方向的方法步骤在切断内燃机之后并且在内燃机驱动轴达到转速零的第一时刻或第二时刻之前进行或者在驱动轴达到值为零的角加速度之后才进行。这产生的优点是，在驱动小齿轮和齿圈之间的接触时间尤其短。
[0011]根据本发明的另一构造方案规定，有目的地将啮合力作用到起动小齿轮上以便使起动小齿轮啮合到齿圈的齿槽中的方法步骤在每次切断内燃机时均进行。由此，潜在地给出这样的情况，即，给出用于提高内燃机转速的最快的可能性。
[0012]根据本发明的另一实施方案规定，仅仅当内燃机的控制装置获得起动信号时才进行上述提及的方法步骤，据此内燃机应再次被引入到用于驱动车辆的发动机式的自身运转中。这具有的优点是，一方面节省了能量，因为不发生随后不需要继续发动机式的自身运转的情况，并且另一方面传动机构或确切地说起动小齿轮和齿圈在该位置受到了保护(更少的磨损)。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]下面示例性地根据附图详细解释本发明。其中:
[0014]图1a至图1c示出了在三种不同的情况中具有起动装置的内燃机的示意图，
[0015]图2局部地示出了具有布置在其之前的起动小齿轮的齿圈，
[0016]图3在四个区域中示出了在齿圈和起动小齿轮之间可能的转速情况，
[0017]图4示出了可在驱动轴的哪个转速范围中与未旋转的起动小齿轮啮合，
[0018]图5示出了在第二次零位通过时与时间相关的另一转速图，
[0019]图6示出了另一转速图。
【具体实施方式】
[0020]在图1a至图1c中示出了具有齿圈13的内燃机10。具有起动小齿轮19的起动装置16侧向地位于内燃机10旁边。内燃机10的齿圈13通过驱动轴22驱动。布置在起动装置16中的起动马达25驱动起动小齿轮19。例如实施成起动继电器(具有电切换功能的往复运动磁体)或者仅仅实施成往复运动磁体的预啮合致动器28适合用于，将起动小齿轮19向前推向齿圈的方向并且随后在另一方法步骤中使其啮合到齿圈13的齿槽中。
[0021]在图1a中示出了这样的情况，S卩，在这种情况中内燃机10具有仍在旋转的驱动轴22，该驱动轴如通常那样具有变化的转速η。由于内燃机已经被切断而驱动轴22仍在旋转，内燃机处于所谓的惯性运转中。转速η宏观地变化，也就是说转速η在平均值上或快或慢地下降到零。在此通常形成多个相对最小值和相对最大值。起动小齿轮19未啮合在齿圈13中。已经进行了方法步骤SI，切断内燃机10。
[0022]根据图1b示出，未通过起动马达25驱动的起动小齿轮19如何通过预哨合致动器28借助于预啮合力Fv向前推向齿圈13的方向，直至起动小齿轮19接触齿圈或贴靠在齿圈处。
[0023]根据图1c示出，如何根据另一方法步骤S3有目的地将啮合力Fe作用到起动小齿轮19上，以使起动小齿轮19啮合到齿圈13的齿槽中。
[0024]在图2中局部地示出了齿圈13。齿圈13具有布置在其周缘的齿31并且在每两个齿31之间具有一个齿槽34。在此在背景中还局部地示出了具有齿37的起动小齿轮19。该齿37可被推入齿槽34中。
[0025]相应地，公开了一种用于使起动装置16的起动小齿轮19啮合到内燃机10的齿圈13中的方法，其中，内燃机10具有驱动轴22并且起动装置16具有起动马达25，其中，驱动轴22具有可变的转速η，并且在方法步骤SI中内燃机10切断，并且由此在方法步骤S2中使未通过起动马达25旋转驱动的起动小齿轮19通过预啮合致动器28借助于预啮合力Fv被向前推向齿圈13的方向，直至起动小齿轮19接触齿圈13或者贴靠在该处，并且随后在另一方法步骤S3中有目的地将啮合力Fe作用到起动小齿轮19上，以使起动小齿轮19啮合到齿圈13的齿槽34中。
[0026]在图3中示出了在齿圈13和起动小齿轮19之间不同的可能的转速情况。中心线显示了内燃机10的齿圈13的假定圆周速度V13。在这条线之上示出了起动小齿轮19的圆周速度V19大于齿圈22的圆周速度V22。在这条线之下示出了起动小齿轮19的圆周速度小于齿圈13的圆周速度。不仅在圆周速度V22之下而且在其之上可分别看到在该线之上和之下的在值上在此未详细给出的范围。线V19v给出了起动小齿轮19的最大圆周速度，在该圆周速度时起动小齿轮19啮合到齿圈13中仍是可能的。下部的线V19k示出了起动小齿轮19的较小的圆周速度，其同样仍然使得能够啮合到齿圈13中。位于该线V19v或V19k之上或之下的速度情况使得不可能啮合。这导致已知的咔咔作响(Ratschen)现象(齿圈13的齿和起动小齿轮19的齿37的彼此滑动)。
[0027]在图4中示出了驱动轴22的惯性运转。与此伴随的转速波动交替地在形成相对最小值和相对最大值的情况下伸延。通常，如在图4中示出的那样，在几个活塞冲程(这样其涉及活塞式内燃机)之后驱动轴在Dni时达到第一次零位通过，从而驱动轴22在一个瞬间保持停止，并且之后其旋转方向翻转以便最终经过一个负的转速最大值(等于转速最小值rimin)，从此时起根据值又再次变慢，以达到另一次零位通过Dn2并且再次具有原来的旋转方向，该旋转方向跟在该零位通Dn2之后。然后，驱动轴的转速n22渐进地接近零值。
[0028]在此，该方法如此进行，S卩，随着内燃机的停止或者短暂地在其停止之后，观察和分析驱动轴22的转速，以获得第一次零位通过Dni的时刻。在此，“观察”和“分析”相应于获得预测，驱动轴22的转速走向随时间t如何发展。从该时刻tD1开始反运算，需要多少时间用于啮合(时间tE)，需要多少时间用于贴靠或贴靠的持续(tA)以及需要多少时间用于预啮合tv。通过该反运算,得到时刻h,从该时刻起开始起动机小齿轮或起动小齿轮向前推动。从该时刻开始，起动小齿轮19被向前推动，从时刻t2开始在持续时间、期间贴靠至IJ齿圈13上，并且随后在时间^期间啮合到齿圈13中。在贴靠期间，克服在小齿轮和齿圈之间的转角差，该转角差相当于至少一个齿距。为此必要的是，小齿轮和齿圈的几何结构以及小齿轮动力学(小齿轮质量、通过啮合致动器和弹簧产生的推动力)为啮合过程保证足够大的转速区间(Drehzahlfenster)。此外，内燃机10和起动机或起动装置16的转速梯度必须使得能够超过所需的相对旋转角度。为此如有必要的话应保证起动装置尚未使起动小齿轮19旋转。
[0029]从时刻t2开始的“贴靠”阶段可在达到该转速区间之前已实现所谓的“提早贴靠”。那么，在此必须保证，达到能够实现啮合的转速区间。虚线示出了驱动轴22的可能的转速增加，这可在成功起动之后结束。
[0030]在图5中的图示涉及在第二次零位通过Dn2附近的时间关系。在这里也首先对预期有零位通过Dn2的时刻tD2进行预测。从该时刻起，如已经在第一次零位通过时那样，反运算啮合持续时间的一部分、贴靠时间和预啮合时间，以获得应使起动小齿轮19预啮合的时刻h。从h时刻开始，使起动小齿轮19预啮合，直至它在时刻t2时贴靠在齿圈13处一段持续时间tA。从时刻t3，开始起动小齿轮19到齿圈13中的啮合过程。与已经对于第一次零位通过给出的条件相同的条件适用于该啮合过程。
[0031]如果内燃机的结构形式和控制保证在第二转速反转Dn2之后不再超过用于可靠的啮合的转速区间，可在第一次零位通过中以及在开始向第二次零位通过时在内燃机的回摆阶段中进行啮合。这意味着，如果在操控时将一定的时间窗排除在外，那么起动小齿轮19到内燃机的齿圈13处的贴靠可从达到第一次零位通过之前的过程的一定时间段开始进行(见图6)。
[0032]在图6中示出，如何得到这样的时间段，即，在该时间段中不允许操控预啮合致动器28。如果从预测的第一次零位通过时刻tD1开始并且反运算贴靠的持续时间tA，则获得这样的时刻的开始，即，从该时刻开始不再允许操控预啮合致动器28。该时间段的结束tNZ通过在零位通过附近允许的转速区间且在此通过在第二次零位通过之前允许的最小转速得到。从该时刻~开始，应再次减去规定的起动小齿轮19贴靠的时间。由此得到这样的时间，即，在该时间中不允许操控预啮合致动器，以获得可靠的啮合。
[0033]如果附加地满足以下条件，即，驱动轴22的转速在回摆时也不离开用于可靠啮合的转速区间，也就是说转速曲线的最低点在最低的转速界限之上，那么甚至可以随着在第一次零位通过中的啮合开始，在内燃机的整个回摆阶段中进行啮合。虚线示出了驱动轴22的可能的转速增加，其可在成功起动之后结束。
[0034]根据对图4和图5的描述，规定，起动小齿轮19的啮合在时刻h或tD2时进行，在该时刻内燃机10的驱动轴22在内燃机10切断之后具有等于零的转速η。相应地规定，等于零的转速出现第一次并且随后再一次出现。如对两次零位通过阐述的那样，规定，出现转速η为零的时刻tD1，tD2通过预先计算获得。相应地也规定，另一小齿轮19在预先计算之后借助于预啮合力Fv被向前推向齿圈13的方向。在内燃机10切断之后并且在内燃机10的驱动轴22达到等于零的转速η的第一时刻tD1或第二时刻tD2之前或者在驱动轴22已达到值为零的角加速度之后，才进行方法步骤S3。驱动轴22已到达值为零的角加速度的情况是这样的区域，在该区域中驱动轴22静止。根据所述方法的一种变型方案规定，在每次切断内燃机10时均进行方法步骤S3，据此起动小齿轮19有目的地经受啮合力Fe。替代地，也可仅仅当内燃机10的控制装置获得起动信号时，才进行步骤S3，据此内燃机应再次被引入到用于驱动车辆的发动机式的自身运转中。
【权利要求】
1.一种用于使起动装置(16)的起动小齿轮(19)啮合到内燃机(10)的齿圈(13)中的方法，其中，所述内燃机(10)具有驱动轴(22)并且所述起动装置(16)具有起动马达(25)，其中，所述驱动轴(22)具有可变的转速(n)，并且在一个方法步骤(SI)中所述内燃机(10)切断并且随后在一个方法步骤(S2)中未通过所述起动马达(25)旋转驱动的起动小齿轮(19)通过预啮合致动器(28)借助于预啮合力(Fv)被向前推向所述齿圈(13)的方向，直至所述起动小齿轮接触所述齿圈，并且随后在另一方法步骤(S3)中将啮合力(Fe)有目的地作用到所述起动小齿轮(19)上，以将所述起动小齿轮(19)啮合到所述齿圈(13)的齿槽(34)中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述内燃机(10)的驱动轴(22)在所述内燃机(10)切断之后具有为零的转速(η)的时刻(tD1)进行所述起动小齿轮(19)的啮合。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述转速(η)零第一次出现或者在此后发生的另一次出现。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过预先计算获得出现所述转速(η)零的时刻(tD1、tD2)。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据预先计算借助于所述预啮合力(Fv)将所述起动小齿轮(19)向前推向所述齿圈(13)的方向。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法步骤(S2)在切断所述内燃机(10)之后并且在所述内燃机(10)的驱动轴(22)达到转速(η)零的第一时刻或第二时刻(tD1、tD2)之前进行，或者在所述驱动轴(22)已达到值为零的角加速度O之后才进行。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在每次切断所述内燃机(10)时均进行所述方法步骤(S3)。
8.根据上述权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，仅仅当所述内燃机(10)的控制装置获得起动信号时才进行所述方法步骤(S3)，据此所述内燃机(10)应再次被引入到用于驱动所述车辆的发动机式的自身运转中。
【文档编号】F02N11/08GK104136763SQ201280070945
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2012年12月20日 优先权日:2011年12月30日
【发明者】M·克维克, M·勒斯勒, A·察基里斯, S·图姆巴克, E·毛里茨, J·格罗斯 申请人:罗伯特·博世有限公司