专利名称：运行内燃机的气动起动器装置的方法和执行该方法的装置的制作方法
技术领域：
本发明一方面涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于内燃机的气动起动器装置的运行方法，另一方面涉及一种根据权利要求9的前序部分所述的气动起动器装置。
背景技术：
选择性地可以作为压缩机或作为马达运行的汽缸活塞机组已完全普遍公知。在DEI 281 752 Al中也已提出了，这种标称为轴向活塞机器的机组作为所谓的用于启动内燃机的起动马达来使用。在此设置的是，轴向活塞机器为了马达式的运行从车辆的压力系统中供给压力介质，并且在内燃机启动之后将轴向活塞机器作为泵来运行，该轴向活塞机器又为车辆的压力系统加载压力介质。在此假定，轴向活塞机器在任何情况下都能够启动关联的内燃机，即在轴向活塞机器的每个任意随机曲柄角位置的情况下，存在对于内燃机的启动所需的起始转矩。然而这只有在轴向活塞机器具有较大的汽缸数目的情况下才予以保证，例如在三个或更多个汽缸的情况下，其中可以假设关于曲柄角度有尽量均匀的转矩变化曲线，从而使得在每个曲柄角位置的情况下存在足够的起始转矩。由DE 24 40 446 Al公知权利要求1的前序部分中所述的类型的方法以及权利要求9的前序部分所述的气动起动器装置，其尤其是应用在如下机动车中，在所述机动车中马达在车辆的任意静止状态下停机并且为了再次行驶而重新启动。气动起动装置包括可选择性地作为压缩机或作为起动器马达运行的、与内燃机驱动连接的汽缸活塞机组、与该机组关联的蓄压器和布置在机组与蓄压器之间的、可由控制器操控的以及可在压缩机运行与起动器运行之间切换的阀装置。在DE 2440 446 Al中也假定，在每一个曲柄位置的情况下在起动器运行中该机组的起始转矩足以启动马达，从而使得就此而言同样内容如在前面所描述的出版物中的情况那样地适用。具有更大汽缸数目的轴向活塞机器因此基本上适于作为起动器马达，然而其一方面具有如下缺点所述具有更大汽缸数目的轴向活塞机器在技术上高吸收并且由此昂贵，另一方面安装空间需求随着汽缸数目而增长，从而使得所述具有更大汽缸数目的轴向活塞机器在有限的安装空间中尤其是即使在有意地修正的情况下通常不能应用在现有驱动装置中。具有小汽缸数目的轴向活塞机器即具有一个或两个汽缸的轴向活塞机器目前为止并不适于作为起动器马达。
发明内容
在此背景中，本发明所基于的任务是，构造一种用于运行内燃机的气动起动器装置的方法以及一种用于执行该方法的气动起动器装置，其保证具有少数几个汽缸(例如具有一个或两个汽缸)的机组也为以起动器运行方式起动可靠地提供足够启动内燃机的起始转矩。该任务的解决方案从从属权利要求的特征中得到，而本发明的有利的设计和改进可从相应的从属权利要求中得到。本发明所基于的认识是尤其是具有少数个汽缸的活塞机器的起始转矩极大地依赖于相应的曲柄角位置，其中存在如下曲柄角度范围，在该曲柄角度范围中没有或没有足够的转矩供内燃机的启动使用；以及活塞机器的起始转矩是足够的曲柄角度范围。因为在内燃机停机和与此驱动连接的活塞机器的情况下原则上可能置入任意的曲柄角位置，所以在不利的情况下内燃机的借助气动起动器装置进行的再次启动是不可能的。因此，本发明从用于内燃机的气动起动器装置的运行方法出发，该气动起动器装置具有可选择性地作为压缩机或作为马达运行的与内燃机驱动连接的汽缸活塞机组、阀装置和与该机组关联的蓄压器，其中阀装置布置在汽缸活塞机组与蓄压器之间、可由控制器操控以及可在压缩机运行和起动器运行之间切换。为了解决所提出的任务设计的是汽缸活塞机组的当前的曲柄角位置借助至少一个合适的传感器来测定并且传递到控制器；并且汽缸活塞机组在其以起动器运行进行的起动之前置入到在优选的曲柄角位置的如下范围中，在该沮围中可以广生最大起始转矩。以此方式如下成为可能，即，具有例如一个或两个汽缸的汽缸活塞机组也作为内燃机的起动器马达来使用并且保证其可靠的功能，这是因为汽缸活塞机组在以起动器运行进行的启动时始终提供其最大的、针对内燃机的启动而设计的转矩。优选的曲柄角位置的范围包括在汽缸活塞机组的汽缸的上止点之后的例如15°至115°的曲柄角度，极其优选20°至90°的曲柄角度。在该曲柄角度范围中，待起动的内燃机的惯性与在汽缸活塞机组侧的可供使用的驱动矩的组合使得可以发生驱动连接的完全旋转。相反，如果内燃机的惯性过大、汽缸活塞机组的输出矩过小或可供使用的时间(以曲柄轴角度的度计算)过短，则不发生旋转并且启动过程是不可能的。按照根据本发明的方法的一个设计而设置的是，汽缸活塞机组在内燃机停机时停在优选的、针对内燃机与汽缸活塞机组构成的各个组合设计的以及优化的曲柄角位置，并且直至以起动器运行起动而被锁定，不需要特别的设备，该设备将机组主动地调节到其优选的曲柄角位置中。当前曲柄角位置的确定可以借助于与汽缸活塞机组的曲柄轴连接的齿盘来进行，或简单地借助汽缸活塞机组的输出轴上的参考标志和关联的传感器来进行。作为替代，也可以例如通过测量汽缸中的压力或汽缸活塞机组的曲柄壳体中的压力，间接地测定汽缸活塞机组当前的曲柄角位置。按照根据本发明的方法的另一设计，汽缸活塞机组在内燃机渐停时(即在其停机之后)在达到内燃机的优选的角位置时断开联接并且锁定在该优选的角位置中。优选的曲柄角位置例如可以通过在气动汽缸活塞机组与车辆的传动装置之间的离合器的滑动运行来调节。根据本发明的方法的另一变型方案而设置的是，汽缸活塞机组在以起动器运行起动之前借助特别的驱动设备调节到优选的曲柄角位置中。然而为了尽可能利用本来就存在的设备和由此利用与存在的部件的协同作用，根据一个优选的设计，汽缸活塞机组借助还与内燃机关联的电动起动器装置而调节到优选的曲柄角位置中，该曲柄角位置于是使以气动汽缸活塞机组的最大起始转矩再次启动内燃机成为可能。针对存在这种电动起动器装置的情况，根据本发明还可以设置的是，汽缸活塞机组在起动器运行中与该电动起动器装置共同运行，其中，这两个起动器装置驱动作用地相互辅助。根据本发明的方法特别有利地适于控制气动起动器装置，在该气动起动器装置中，汽缸活塞机组具有少于三个的汽缸。为了执行所描述的方法，使用用于内燃机的气动起动装置，该气动起动装置包括可选择性地作为压缩机或作为马达运行且与内燃机驱动连接的汽缸活塞机组、阀装置和与该汽缸活塞机组关联的蓄压器，该阀装置布置在机组与蓄压器之间、可由控制器操控以及可在压缩机运行与起动器运行之间切换。为了解决所提出的任务，在设备方面设置的是，存在总是将汽缸活塞机组在其以起动器运行起动之前调节到优选的与最大起始转矩的范围相对应的曲柄角位置的机构。如前面已表明的那样，该设备能够使具有非常少的例如一个或两个汽缸的机组的使用成为可能，这是因为在不利的曲柄角位置的情况下不充分的起始转矩的问题通过如下方式被避开，即，在汽缸活塞机组以起动器运行起动之前始终调节到有利的曲柄角位置。根据本发明的一种设计，用于将汽缸活塞机组调节到有利的曲柄角位置中的机构包括可由控制器激活的锁定机构，该锁定机构将汽缸活塞机组在其优选的曲柄角位置中保持或去激活，又将驱动活塞机组释放。在内燃机停机并且由此与该内燃机驱动连接的汽缸活塞机组停机时，后者停止并锁定在其优选的曲柄角位置中，从而对于在任何情况下的再次启动提供了针对起动过程设计的起始转矩。这在原理上可以通过如下方式实现，即，内燃机停在如下位置中，在该位置中与此驱动连接的汽缸活塞机组占据其优选的曲柄角位置。然而根据本发明的一个优选的设计而设置的是，在机组与内燃机之间布置换挡离合器。这使得机组与内燃机断开联接并且不依赖于内燃机地停在其优选的曲柄角位置以及锁止。对于最佳运行而言重要的是，知悉在断开离合器与其在不同运行状态的情况下的静止状态之间的时间段中汽缸活塞机组的后期运行特性。该后期运行、即直到静止状态的转速减小依赖于在具体情况下应用的汽缸活塞机组和离合器的输入元件的可运动的部件的质量惯性。在此，锁定机构应该直到汽缸活塞机组几乎完全到达静止状态时才被操纵。这可以通过测量汽缸活塞机组的输出轴的转速或转动角速度来确定。在第一实施形式中，锁定机构可以具有锁定销，其可以借助执行器而被引导进入汽缸活塞机组的输出轴中的孔中，其中孔的位置对应于汽缸活塞机组的活塞的运行姿态，该运行姿态能够使在汽缸活塞机组的起动器运行中再次启动内燃机成为可能。根据第二实施形式，锁定机构具有带有平面端侧的可由执行器操纵的活塞，该端侧可以放置到汽缸活塞机组的输出轴上的扁平部上，其中扁平部在输出轴上的位置对应于汽缸活塞机组的活塞的如下运行姿态，该运行姿态能够在汽缸活塞机组的起动器运行中使内燃机的再次启动成为可能。根据本方法的另一设计，用于调节汽缸活塞机组的机构包括与内燃机关联的例如常用电动起动器装置，通过该电动起动器装置在与内燃机驱动连接的汽缸活塞机组以起动器运行起动之前将该机组调节到其优选的曲柄角位置中。起动过程于是通过电动起动器首先被激活而开始。当与内燃机驱动连接的汽缸活塞机组占据其优选曲柄角位置时，该汽缸活塞机组激活并且要么辅助电动起动器装置要么完全承担起动功能。气动起动器装置优选具有至少一个与控制器连接的传感器，用于检测当前的曲柄角位置。传感器的可能的构造和布置在实施例的阐述中予以描述。根据本发明的装置特别有利地适用于如下气动起动器装置，在该气动起动器装置中汽缸活塞机组具有少于三个的汽缸。
本发明可以参照多个实施例来进一步阐述。为此，说明书附有附图。在附图中在图1中示出了具有锁定机构的内燃机的气动起动器装置的框图，在图2中示出了具有附加的传统电动起动器装置的内燃机的气动起动器装置的框图，图3示出了第一锁定机构的示意图，以及图4示出了第二锁定机构的示意图。
具体实施例方式图1示出了整体用2表示的气动起动器装置，其具有可选择性地作为压缩机或马达运行的双缸汽缸活塞机组4、与该汽缸活塞机组4关联的蓄压器6、和布置在机组4与蓄压器6之间的可由控制器8操控并且可在压缩机运行与起动器运行之间切换的阀装置10。汽缸活塞机组4通过可切换的离合器12并且必要时通过传动装置14与内燃机16驱动地连接。控制器8在所示的实施例中与汽缸活塞机组4和马达控制器18通过控制线路和传感器线路形成有效连接。马达控制器18以公知的方式控制内燃机16的功能。控制器8和马达控制器18也可以组装成集成的总控制装置。汽缸活塞机组4关联有锁定机构20，该锁定机构与和汽缸活塞机组4的共同运动的功能元件(例如曲轴、连杆或这两个汽缸之一的活塞)配合作用。这用于将汽缸活塞机组4锁定在如下优选的曲柄角位置中，在该曲柄角位置中，该汽缸活塞机组处于最大可产生的起始转矩的范围中。该范围例如包括在汽缸活塞机组4的两个汽缸中的每一个汽缸的上止点之后的20°至90°的曲柄角度。当前的曲柄角位置的确定可以借助于与汽缸活塞机组4的曲柄轴连接的齿盘或简单地借助汽缸活塞机组4的输出轴34上的参考标志和关联的传感器32来进行，该传感器与控制器8通过虚线绘制的控制线路连接。由传感器32的信号也可以确定汽缸活塞机组4的输出轴的转动角速度或转速，以便在汽缸活塞机组4的转速小时能够在最佳时刻激活锁定机构20。对此备选地，汽缸活塞机组4的当前的曲柄角位置也可以间接地测定，例如通过测量汽缸中的空气压力或汽缸活塞机组的曲柄壳体中的空气压力。与此相关的压力传感器30在图1中与控制器8同样通过虚线绘制的传感器线路连接。起动起动器装置2的功能如下在正常行驶运行中，内燃机16通过传动装置14和闭合的离合器12驱动汽缸活塞机组4，其中汽缸活塞机组4的两个汽缸通过关联的管路22或24吸取空气并且通过相应地通断的阀设备10将蓄压器6以压缩空气填充，直至在蓄压器中预给定的压力处于主导(压缩器运行)。随后，汽缸活塞机组4例如可以以短接模式运行，在该短接模式下不吸收功率或仅吸收很小的功率。
在所示的实施例中，也存在通过离合器12偶尔将汽缸活塞机组4断开联接可能性。在内燃机16停机时，汽缸活塞机组4当其占据优选的曲柄角位置时才通过断开离合器12而与内燃机分离并且通过锁定机构20锁止在该优选的曲柄角位置。为此，例如汽缸活塞机组4的与离合器12连接的输出轴34可以被阻塞。汽缸活塞机组4的输出轴34的锁定根据锁定装置20的第一实施例可以形状配合地进行(图3)。锁定在此通过壳体固定地布置的并且轴向上可被执行器38移动的销钉40来实现。在断开离合器12和将汽缸活塞机组4的输出轴34的转速减小到近似零之后，销钉40被压入输出轴34的扁平孔36中。汽缸活塞机组4的输出轴34中的孔36的位置选择为，使得汽缸活塞机组4的活塞如上所述地占据对于内燃机16的再次启动最佳的姿态。只要销钉40在其尖端处倒圆地构造，则可以有利地减小其机械负荷。作为替代，根据图4，锁定装置20’的锁定元件具有活塞42，该活塞可以被关联的执行器38以其自由的平面构造的端侧46压向汽缸活塞机组4的输出轴34。输出轴34拥有不同于圆形的扁平部，活塞42的端侧46可以作用于扁平部上。一旦在离合器12断开之后输出轴34的转速下降到近似于静止状态，则锁定装置20’的构造为活塞42的锁定元件被压向汽缸活塞机组4的输出轴34上,从而使得活塞42的端侧46贴靠在输出轴34的扁平部44上，使输出轴的进一步转动变难并且使输出轴最后保持在静止状态位置中，该静止状态位置对应于汽缸活塞机组4的活塞的对于再次启动内燃机16最佳的姿态。为了内燃机16的再次启动，活塞汽缸机组4的两个汽缸的、机组自己的阀和阀单元10由控制器8切换用于起动器运行，锁定机构20调节到解锁位置并且离合器12闭合。通过以前的调节而处于其优选的曲柄角位置中的汽缸活塞机组4现在被来自蓄压器6的压缩空气驱动并且启动内燃机16，其中管路22和24向外释放气体。在内燃机16进行启动之后，汽缸活塞机组4又切换到压缩机运行。图2示出了类似图1的气动起动器装置28。然而，气动起动装置与图1中的气动起动装置不同在于，没有锁定机构和离合器，并且代替此内燃机16关联有附加的电动起动器装置26。装置的相同的功能元件用如图1中的相同附图标记来标识。图2中所示的气动起动装置28的压缩机运行对应于借助图1所描述的压缩机运行。在内燃机停机时，与内燃机16固定地驱动连接的汽缸活塞机组4被调节到任意的不依赖于内燃机16的停止状态的曲柄角位置中。为了内燃机16的再次启动，该内燃机首先被关联的电动起动器装置26转动。一旦汽缸活塞机组4达到优选的曲柄角位置，阀装置10和机组自己的汽缸阀切换到其起动器运行的姿态中，使得汽缸活塞机组4通过来自蓄压器6的压缩空气操控并且要么辅助电动起动器装置26要么仅承担起动过程。优选的曲柄角位置即使在根据2的气动起动器装置28的情况下也优选借助两个传感器30、32中的至少一个由控制器8确定。附图标记表2气动起动器装置4汽缸活塞机组6蓄压器8控制器
10阀装置12离合器14传动装置16内燃机18马达控制器20锁定机构20’锁定机构22管路
24 管路26电动起动器装置28气动起动器装置30汽缸压力传感器32曲轴角度传感器34汽缸活塞机组的输出轴36输出轴中的孔38执行器40销钉42活塞44输出轴中的扁平部46活塞的端侧
权利要求
1.一种用于驱动内燃机(16)的气动起动器装置的方法，该气动起动器具有能够选择性地作为压缩机或马达运行并且与内燃机(16)驱动连接的汽缸活塞机组(4)、阀装置(10) 和与所述汽缸活塞机组(4)关联的蓄压器(6)，所述阀装置布置在所述汽缸活塞机组(4)与所述蓄压器(6)之间、能够由控制器(8)操控以及能够在压缩机运行与起动器运行之间切换，其特征在于借助至少一个合适的传感器(32，30)测定所述汽缸活塞机组(4)当前的曲柄角位置并将该角位置传递到所述控制器(8);以及在所述汽缸活塞机组(4)以起动器运行起动之前，将该汽缸活塞机组调节到优选的曲柄角位置的范围中，在该范围中能够产生最大起始转矩。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述优选的曲柄角位置的范围包括在所述汽缸活塞机组(4)的汽缸的上止点之后的15°至110°的曲柄角度。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，汽缸活塞机组(4)在内燃机(16)停机时停在优选的曲柄角位置中，并且直至以起动器运行起动而被锁定。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述内燃机(16)停机之后渐停的情况下，所述汽缸活塞机组(4)在达到优选的曲柄角位置时与内燃机(16)断开并锁定。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述汽缸活塞机组(4)在以起动器运行起动之前借助特别的驱动设备调节到优选的曲柄角位置中。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述汽缸活塞机组(4)借助与所述内燃机 (16)关联的电动起动器装置(26)而设置到所述优选的曲柄角位置中。
7.根据权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，所述汽缸活塞机组(4)在起动器运行中与电动起动器装置(26 )共同运行。
8.根据权利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，该方法用于控制具有少于三个的汽缸的汽缸活塞机组(4)的运行。
9.一种用于内燃机的气动起动器装置(2，28)，所述气动起动器装置包括能够选择性地作为压缩机或起动器马达运行并且与所述内燃机(16)驱动连接的汽缸活塞机组(4)、阀装置(10)和与所述汽缸活塞机组(4)关联的蓄压器(6)，所述阀装置布置在所述汽缸活塞机组(4 )与所述蓄压器(6 )之间、能够由控制器(8 )操控以及能够在压缩机运行与起动器运行之间切换，其特征在于，设置有如下机构，借助所述机构能够将所述汽缸活塞机组(4)在其以起动器运行起动之前总是调节到优选的与最大起始转矩的范围相对应的曲柄角位置。
10.根据权利要求9所述的气动起动器装置，其特征在于，用于调节所述汽缸活塞机组 (4)的所述机构包括能够由所述控制器(8)激活的锁定机构(20，20’)，并且该锁定机构将所述汽缸活塞机组(4)在其优选的曲柄角位置中保持或释放。
11.根据权利要求10所述的气动起动器装置，其特征在于，在所述汽缸活塞机组(4)与所述内燃机(16)之间布置一可切换的离合器(12)。
12.根据权利要求9至11之一所述的气动起动器装置，其特征在于，所述锁定机构 (20)具有一锁定销(40)，所述锁定销能够被借助执行器(38)而被引导进入所述汽缸活塞机组(4)的输出轴(34)中的孔(36)中，其中，所述孔(36)的位置对应于所述汽缸活塞机组 (4)的活塞的运行姿态，该运行姿态使得能够在所述汽缸活塞机组(4)的起动器运行中再次启动内燃机(16)。
13.根据权利要求9至11之一所述的气动起动器装置，其特征在于，所述锁定机构(20’)具有带有平面端侧(46)的能够由执行器(38)操纵的活塞(42)，所述端侧能够放置到所述汽缸活塞机组(4)的输出轴(34)上的扁平部(44)上，其中所述扁平部(44)在所述输出轴(34)上的位置对应于所述汽缸活塞机组(4)的活塞的运行姿态，该运行姿态使得能够在所述汽缸活塞机组(4 )的起动器运行中再次启动内燃机(16 )。
14.根据权利要求9至13之一所述的气动起动器装置，其特征在于，用于调节汽缸活塞机组(4)的所述机构包括与所述内燃机(16)关联的电动起动器装置(26)，借助所述电动起动器装置能够在与所述内燃机(16)驱动连接的汽缸活塞机组(4)以起动器运行起动之前将该汽缸活塞机组调节到其优选的曲柄角位置中。
15.根据权利要求9至14之一所述的气动起动器装置，其特征在于，所述气动起动器装置具有至少一个用于检测当前曲柄角位置的传感器(30，32)，所述传感器与控制器(8)连接。
16.根据权利要求9至15之一所述的气动起动器装置，其特征在于，所述汽缸活塞机组 (4)具有少于三个的汽缸。
全文摘要
本发明涉及运行内燃机(16)的气动起动器装置的方法和执行该方法的装置。气动起动器具有汽缸活塞机组(4)、蓄压器(6)和阀装置(10)。这种方法例如有意义地使用在车辆中，其中在所谓的停走运行中在车辆静止状态的情况下内燃机停机并且为了重新行驶而又启动。为了也能够利用例如具有一个或两个汽缸的汽缸活塞机组(其中在特定的曲柄角位置不存在起始转矩或仅存在小的尤其是不足以启动内燃机的起始转矩)，借助至少一个合适的传感器(32，30)测定汽缸活塞机组(4)当前的曲柄角位置并将其传递到控制器(8)，并且汽缸活塞机组(4)在其以起动器运行起动之前被调节到优选的曲柄角位置的范围中，在该范围中能够产生最大起始转矩。
文档编号F02N7/06GK103032236SQ20121037150
公开日2013年4月10日 申请日期2012年9月28日 优先权日2011年10月8日
发明者塞巴斯蒂安·拉科夫斯基, 英戈·施通贝尔格 申请人:威伯科有限公司