УСТРОЙСТВО С ПЕРВОЙ ДЕТАЛЬЮ МЕХАНИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ, ВВОДИМОЙ В ЗАЦЕПЛЕНИЕ СО ВТОРОЙ ДЕТАЛЬЮ МЕХАНИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ, ПРЕЖДЕ ВСЕГО СТАРТЕР С ШЕСТЕРНЕЙ, ВВОДИМОЙ В ЗАЦЕПЛЕНИЕ С ЗУБЧАТЫМ ВЕНЦОМ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, А ТАКЖЕ СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РАБОТОЙ ПОДОБНОГО УСТРОЙСТВА Российский патент 2012 года по МПК F02N15/04 F16H37/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству для ввода в зацепление деталей механической передачи и к способу управления работой такого устройства.

Уровень техники

В публикации DE 19702932 А1 раскрыт стартер с шестерней, вводимой в зацепление с зубчатым венцом двигателя внутреннего сгорания. Описанный в этой публикации стартер особенно пригоден для работы в так называемом стартстопном режиме. Это означает, что технически возможное число пусков этого стартера в пять-десять раз превышает обычное число пусков стартера. Это обеспечивается тем, что так называемое тяговое реле стартера работает со специальной тактовой частотой. Такое специальное тактирование тягового реле позволяет менее сильно ускорять шестерню стартера перед вводом в зацепление с зубчатым венцом и, следовательно, уменьшать усилия удара шестерни или усилия, действующие между шестерней и зубчатым венцом, по сравнению с усилиями в обычном стартере. Поэтому износ в процессе эксплуатации снижается; срок службы стартера увеличивается.

Если подобный стартер работает в так называемом стартстопном режиме автомобиля, то возникают ситуации, когда ввод шестерни в зацепление и раскрутка двигателя внутреннего сгорания должны происходить сравнительно быстро. Это имеет место особенно в том случае, если автомобиль останавливается, например, на красный сигнал светофора, но еще до прекращения вращения вала двигатель внутреннего сгорания нужно запускать снова, потому что светофор переключается на зеленый сигнал. В таком случае приходится сначала дождаться остановки двигателя, чтобы шестерню стартера можно было ввести в зацепление с зубчатым венцом. Поэтому в подобном режиме работы нельзя быстро продолжить движение без ущерба для безопасности и комфорта.

Раскрытие изобретения

Предлагаемое в изобретении устройство, охарактеризованное в независимом пункте формулы изобретения, имеет то преимущество, что с помощью по меньшей мере одного средства можно определять состояние движения первой детали механической передачи (шестерни) и состояние движения второй детали механической передачи (зубчатого венца), т.е., следовательно, общее состояние, при котором первую деталь механической передачи можно ввести в зацепление со второй деталью механической передачи во время вращения обеих деталей. Таким образом, первую деталь механической передачи можно снова ввести в зацепление со второй деталью механической передачи, прежде чем двигатель и, следовательно, вторая деталь механической передачи остановятся. В результате в отличие от прежних решений обеспечивается более быстрое трогание с места автомобиля в стартстопном режиме. Управление автомобилем становится более комфортным, а вероятных критических с точки зрения безопасности фаз движения, в которых автомобиль утрачивает маневренность, можно избежать.

Предпочтительно, чтобы указанное по меньшей мере одно средство позволяло определять в качестве параметра состояния движения зубчатого венца его частоту вращения и в качестве параметра состояния движения шестерни - ее частоту вращения, при этом указанное по меньшей мере одно средство позволяет по частоте вращения зубчатого венца и частоте вращения шестерни определять состояние движения, допускающее или не допускающее ввод шестерни в зацепление с зубчатым венцом.

Для определения подходящего состояния движения как первой, так и второй деталей механической передачи предусмотрено, чтобы средство включало в себя, например, блок управления, в котором выполняется анализ различных величин (параметров). Такой блок управления позволяет особенно быстро определять подходящее состояние движения и в конечном счете особенно быстро принимать решение о том, когда первую деталь механической передачи следует вводить в зацепление со второй деталью.

Если имеется датчик частоты вращения, то частоту вращения второй детали механической передачи можно определить с особой точностью и с особенно хорошим разрешением. Поэтому обеспечивается особенно щадящий ввод в зацепление обеих деталей механической передачи. Дальнейшее улучшение достигается, если для первой и второй деталей механической передачи имеется собственный датчик частоты вращения.

Особенно предпочтительно, если, с одной стороны, устройство с первой деталью механической передачи содержит приводной двигатель, приводящий во вращение первую деталь механической передачи, и, с другой стороны, если устройство оснащено исполнительным органом, в частности силовым электромагнитом, позволяющим перемещать первую деталь механической передачи, прежде всего в осевом направлении и независимо от вращения или включения приводного двигателя. Благодаря этому исключаются вынужденные ситуации с недопустимыми состояниями движения.

В предлагаемом устройстве стартер может содержать исполнительный орган, в частности силовой электромагнит, позволяющий перемещать, прежде всего в осевом направлении, шестерню.

Управление вводом в зацепление и вращением шестерни может осуществляться независимо друг от друга.

Чтобы сделать устройство особенно компактным, предусмотрено использовать опорный фланец, часто называемый опорой привода, для крепления как исполнительного органа, предварительно вводящего первую деталь в зацепление, так и блока управления.

Далее предусмотрено, что в памяти блока управления хранится многопараметровая характеристика, в которой по меньшей мере один параметр устройства соотнесен по меньшей мере с одним другим параметром, т.е. поставлен в соответствие ему. При этом одним параметром могла бы быть, например, величина электрического напряжения, определяющая частоту вращения и, следовательно, также угловую скорость, которая, таким образом, представляла бы собой другой параметр. Преимущество состоит в том, что можно, не выполняя вычислительных операций, быстро получить информацию о том, какую угловую скорость имеет первая деталь механической передачи.

При этом с электрическим потоком через приводной двигатель может быть соотнесена частота вращения шестерни, а параметром является напряжение, а блок управления позволяет определять напряжение, которое при работе приводного двигателя в режиме генератора приложено к проводу, соединенному с приводным двигателем.

В другом варианте параметры можно отображать друг на друга с помощью физической модели. Так, например, модель может быть представлена уравнением n₂₃=C·U₄₅. В этой модели частота вращения n₂₃ второй детали механической передачи определяется путем измерения генераторного напряжения U₄₅ привода. При этом С - определяющая постоянная.

Объектом изобретения является также способ управления работой системы, состоящей из стартера и двигателя внутреннего сгорания, причем стартер содержит первую деталь механической передачи, представляющую собой шестерню, а двигатель внутреннего сгорания содержит вторую деталь механической передачи, представляющую собой зубчатый венец, и предусмотрен ввод шестерни в зацепление с зубчатым венцом. Предлагаемый в изобретении способ предусматривает использование по меньшей мере одного средства, позволяющего определять состояние движения шестерни и состояние движения зубчатого венца.

В отношении последовательности выключения двигателя внутреннего сгорания и включения приводного двигателя стартера выбирают одну из следующих возможностей:

а) сначала включение приводного двигателя, затем выключение двигателя внутреннего сгорания;

б) сначала выключение двигателя внутреннего сгорания, затем включение приводного двигателя;

в) одновременное выключение двигателя внутреннего сгорания и включение приводного двигателя.

Для определения подходящего состояния движения зубчатого венца и шестерни может быть предусмотрено определение значений частоты вращения шестерни и зубчатого венца в определенные моменты времени. При этом по указанным значениям частоты вращения можно определять окружные скорости шестерни и зубчатого венца, причем значения частоты вращения шестерни и зубчатого венца могут сравниваться друг с другом.

Далее, значения частоты вращения шестерни и зубчатого венца могут сравниваться со значениями, хранящимися в многопараметровой характеристике блока управления, в которой соотнесены друг с другом значения частоты вращения, подходящие для ввода шестерни в зацепление с зубчатым венцом.

Краткое описание чертежей

Варианты выполнения предлагаемого в изобретении устройства, а также осуществления способа управления работой такого устройства поясняются чертежами, где показаны:

на фиг.1 - схема устройства с первой деталью механической передачи, вводимой в зацепление со второй деталью механической передачи, прежде всего стартер с шестерней, вводимой в зацепление с зубчатым венцом двигателя внутреннего сгорания,

на фиг.2 - вид сбоку устройства с первой деталью механической передачи перед вводом в зацепление со второй деталью механической передачи,

на фиг.3 - диаграмма зависимости от времени окружных скоростей первой и второй деталей механической передачи, а также характеристика трех различных связанных с ними сигналов,

на фиг.4 - другая диаграмма зависимости от времени окружных скоростей первой и второй деталей механической передачи при другой временной характеристике,

на фиг.5 - первая и вторая детали механической передачи.

Осуществление изобретения

На фиг.1 схематически показано устройство 20 с первой деталью 23 механической передачи, предусмотренной для ввода в зацепление со второй деталью 26 механической передачи. Устройство 20 представляет собой, в частности, стартер, поэтому первая деталь 23 механической передачи обычно выполнена как шестерня. При этом не имеет значения, идет ли речь о так называемом "втулочном стартере" с восприятием радиальных усилий осевыми опорами по обеим сторонам детали 23 механической передачи или о так называемом свободно выталкивающем стартере, у которого осевые усилия воспринимаются только одной стороной детали 23 механической передачи. Вторая деталь 26 механической передачи, обычно зубчатый венец, является здесь частью двигателя 29 внутреннего сгорания, показанного схематически, как и стартер 20. Двигатель 29 имеет вал 32, на котором по меньшей мере опосредованно закреплена и, следовательно, может вращаться с ним вторая деталь 26 механической передачи. В отличие от известных до настоящего времени устройств 20, которые своей первой деталью 23 механической передачи обычно могут входить в зацепление только с неподвижной второй деталью 26 механической передачи, в рамках описания предполагается показать, как предлагаемое в изобретении устройство 20 своей первой деталью 23 механической передачи может входить в зацепление с подвижной, т.е. вращающейся, второй деталью 26 механической передачи.

На фиг.2 показан увеличенный вид в разрезе двигателя 29 внутреннего сгорания и частично вал 32 двигателя, вторая деталь 26 механической передачи, а также ось вращения второй детали 26 механической передачи, имеющая здесь обозначение 35. Слева на фиг.2 представлено устройство 20, выполненное здесь в виде так называемого свободно выталкивающего стартера. Следует заметить, что это устройство 20 могло бы быть выполнено и как так называемый втулочный стартер, причем такое исполнение не сказалось бы на функционировании описанного здесь изобретения. Первая деталь 23 механической передачи устройства 20 показана здесь в так называемом расцепленном состоянии, т.е. в состоянии покоя устройства 20. Позади первой детали 23 механической передачи показан опорный фланец 38, представляющий собой несущий элемент устройства 20. Опорный фланец 38 часто называют также опорой привода. На тыльной стороне этого опорного фланца 38 в его верхней части закреплен исполнительный орган 41 (серводвигатель), выполняющий определенную задачу по осевому перемещению первой детали 23 механической передачи. Под исполнительным органом 41 изображен корпус 44, представляющий собой, например, так называемый корпус полюсов. В корпусе полюсов, или корпусе 44, установлен ротор 47, который вместе с корпусом 44, или корпусом полюсов, образует приводной двигатель 50. Под приводным двигателем 50 показан блок 53 управления, также закрепленный на опорном фланце 38. Блок управления мог бы также иметь конструкцию автономного устройства. Однако он предпочтительнее в виде показанного здесь приставного блока управления, так как в этом случае собранный изготовителем устройства 20 компактный блок можно производить, поставлять и монтировать, не выполняя снижающих надежность дополнительных процессов сборки на автомобильном заводе. Кроме того, на заводе-изготовителе устройства 20 это устройство можно проверить целиком и после этого не разбирать его снова на части. Далее справа от второй детали 26 механической передачи показан датчик 56 частоты вращения. Задача датчика 56 частоты вращения состоит в том, чтобы определять частоту вращения второй детали 26 механической передачи или служить в качестве вспомогательного средства для этого. Исполнительный орган 41 служит для того, чтобы в рабочем состоянии перемещать по оси первую деталь 23 механической передачи из положения покоя и вводить ее в зацепление со второй деталью 26 механической передачи. Приводной двигатель 50 - как и в обычных пусковых устройствах - служит для того, чтобы приводить во вращение первую деталь 23 механической передачи и крутящим моментом воздействовать на вторую деталь 26 механической передачи. На схеме не показаны используемые в качестве варианта второй датчик 51 для определения частоты вращения n₂₃ и необходимая линия передачи данных между датчиком 51 и блоком 53 управления. Посредством управляющей линии 52 блок 53 управления переключает выключатель 54, чтобы подать на устройство 20 напряжение от батареи 55.

Ниже приведено описание функций и основного принципа работы устройства.

Предположим, например, что двигатель 29 внутреннего сгорания сначала находится во включенном состоянии, т.е. вал 32 двигателя, выполненный как коленчатый вал, вращается. Это относится, например, к автомобилю, движущемуся по шоссе. Если автомобиль останавливается, например, перед светофором, то у автомобиля с предусмотренной так называемой стартстопной системой двигатель 29 внутреннего сгорания отключается при наличии определенных условий, например при отключенном приводе (прерванной путем расцепления муфты передаче крутящего момента от двигателя 29 на трансмиссию ходовой части), или при минимальной скорости автомобиля v<70 км/ч, или при заряде аккумуляторной батареи <70%. Разумеется, могут быть одновременно выполнены также два или все три условия. Чтобы в этом так называемом стартстопном режиме не допустить снижения комфорта и безопасности, предусмотрена возможность очень короткого повторного запуска двигателя внутреннего сгорания. Для этого первую деталь 23 механической передачи нужно как можно раньше ввести в зацепление со второй деталью 26 механической передачи. Это означает в данном случае, что первая деталь 23 механической передачи должна входить в зацепление со второй деталью 26 уже в так называемой фазе выбега двигателя, см. также фиг.3.

На фиг.3а-3г показана совокупность кривых процесса ввода в зацепление детали 23 механической передачи с ее второй деталью 26. Эта первая деталь 23 механической передачи через определенное, точно не указанное время t₁ достигает максимальной, представленной на фиг.3 в идеализированном виде окружной скорости v₂₃ первой детали 23 механической передачи.

В начальный момент времени t₀ блок 53 управления начинает отсчет времени Δt₁. По истечении этого времени Δt₁ в момент времени t₂ двигатель 29 внутреннего сгорания фактически выключается, т.е. частота его вращения n₂₆ и окружная скорость v₂₆ второй детали 26 механической передачи начинают уменьшаться, см. также фиг.3в. В рассматриваемом варианте в этот момент времени начинается важное для выполняемого процесса ввода в зацепление первой детали 23 со второй деталью 26 механической передачи определение частоты вращения второй 26 и первой 23 деталей механической передачи. Естественно, определение частоты вращения может начинаться, например, уже в момент времени t₀. В рассматриваемом варианте осуществления изобретения предусмотрено, чтобы частота вращения второй детали 26 механической передачи определялась посредством датчика 56 частоты вращения. Определение частоты вращения первой детали 23 механической передачи начинается в момент времени t₃, после того как вторая деталь 26 механической передачи достигнет заранее установленной пороговой частоты вращения. В этот момент времени t₃ приводной двигатель 50 отключается, см. также фиг.3б.

Общеизвестно, что не приводимый во вращение, т.е. в данном случае не получающий питания, приводной двигатель 50 выдает на одной из своих клемм, которая здесь согласно известным стандартам (DIN 72552) именуется "клеммой 45", выходное напряжение U₄₅ (пропорциональное частоте вращения n₂₃), обусловленное работой устройства 20 в режиме генератора. По величине этого напряжения U₄₅ можно путем сравнения с контрольными значениями, хранящимися в многопараметровой характеристике 59, сделать вывод по существу об определенной частоте вращения и, следовательно, об окружной скорости v₂₃ первой детали 23 механической передачи. Путем дальнейшего непрерывного наблюдения за системой в период отсчета времени и, следовательно, распознавания подходящего состояния движения первой 23 и второй 26 деталей механической передачи система - представляющая блок 53 управления - в конечном счете определяет подходящее состояние движения (т.е. окружные скорости v₂₆ и v₂₃ практически не различаются и допускают ввод в зацепление) и в момент времени t₄ воздействует на исполнительный орган 41 таким образом, что он получает питание и, таким образом, продвигает первую деталь 23 механической передачи в направлении к ее второй детали 26. Кривые на фиг.3в и 3г в этом смысле несколько идеализированы. Осевое движение шестерни или первой детали 23 механической передачи происходит собственно замедленно. Поскольку в данном случае первая деталь 23 и вторая деталь 26 механической передачи находятся в нужном состоянии движения (окружные скорости обеих деталей механической передачи по существу равны), первая деталь 23 механической передачи без затруднений и без существенного сопротивления входит в зацепление со второй деталью 26 механической передачи. Поскольку в приведенном здесь примере первая деталь 23 механической передачи в момент времени t₄ имеет чуть большую окружную скорость v₂₃, чем вторая деталь 26 механической передачи, обе окружных скорости v₂₃ и v₂₆ согласуются до момента времени t₅, т.е. до достижения показанного в данном примере зацепления с геометрическим замыканием обеих деталей механической передачи, поэтому с момента времени t₅ обе окружных скорости v₂₃ и v₂₆ одинаковы. С этого момента времени t₅ обе детали 23 и 26 механической передачи остаются в зацеплении до момента времени t_X и в дальнейшем. С момента времен t₅ до момента времени t₆ ток исполнительного органа 41 уменьшается и, наконец, по истечении еще некоторого времени в момент времени t₇ снова переключается на низкий уровень.

Изменение тока I₄₁ происходит по следующей причине: целью является оптимизированный по шуму ввод деталей в зацепление, т.е. исполнительный орган по возможности не должен потреблять избыточную энергию. Поскольку магнитная цепь в начале процесса ввода в зацепление имеет большой воздушный зазор и, следовательно, большое магнитное сопротивление, намагничивающая сила и, следовательно, ток I₄₁ должны быть высокими. При этом магнитная энергия частично переходит в энергию пружины, а также в кинетическую энергию. Вследствие этого воздушный зазор в силовом магните уменьшается. Чтобы получить не слишком высокое ускорение якоря электромагнита, ток во второй фазе между моментами времени t₆ и t₇ уменьшают. После полного входа шестерни в зацепление можно уменьшить намагничивающую силу, так как выходу шестерни из детали 26 механической передачи препятствует самоторможение крутой резьбы между ротором 47 и шестерней 23. Поэтому с момента времени t₇ ток в принципе можно понизить до нуля ампер.

Чтобы обеспечить как можно более хорошее приспособление к окружающим условиям, в памяти блока управления хранится характеристика "ток-путь" в зависимости от температуры и других переменных окружения.

Обе детали 23 и 26 механической передачи приходят в состояние покоя к моменту времени t_X и перестают вращаться. Поэтому в данном примере с момента времени t_X может осуществляться следующий пуск двигателя 29 внутреннего сгорания. Это будет происходить или происходило бы при подаче пускового тока питания I₅₀ на приводной двигатель 50, причем первая деталь 23 в этом случае передает положительный движущий момент на вторую деталь 26 механической передачи. Но следующий пуск двигателя 29 может осуществляться и раньше, если обе детали 23 и 26 механической передачи войдут в достаточно глубокое зацепление.

Таким образом, в приведенном варианте осуществления изобретения описан способ управления работой устройства 20, содержащего первую деталь 23 механической передачи, вводимую в зацепление со второй деталью 26 механической передачи. Устройство 20 выполнено, в частности, как стартер, и в одном из вариантов исполнения первой детали 23 механической передачи имеет шестерню, предназначенную для ввода в зацепление с зубчатым венцом (второй деталью 26 механической передачи) двигателя 29 внутреннего сгорания. Согласно описанному здесь способу имеется по меньшей мере одно средство (датчик 56 частоты вращения, клемма 45, блок 53 управления, многопараметровая характеристика 59), определяющее состояние движения (частоту вращения или окружную скорость) второй детали 26 механической передачи.

При этом предусмотрено, чтобы с помощью по меньшей мере одного средства (датчика 56 частоты вращения, клеммы 45, блока 53 управления, многопараметровой характеристики 59) в качестве параметра состояния движения второй детали 26 механической передачи определялась частота n₂₆ ее вращения, а в качестве параметра состояния движения первой детали 23 механической передачи - частота n₂₃ ее вращения.

Предлагаемый в изобретении способ предусматривает, что с помощью по меньшей мере одного средства (56, 45, 53, 59) по частоте вращения n₂₆ второй детали 26 механической передачи и частоте вращения n₂₃ первой детали 23 механической передачи определяют подходящее состояние движения, позволяющее ввести первую деталь 23 механической передачи в зацепление со второй деталью 26. Понятие "подходящее состояние движения" означает, что ввод первой детали 23 механической передачи в зацепление со второй деталью 26 возможен без существенного сопротивления сопряжению обеих вращающихся деталей механической передачи. Процесс ввода в зацепление или подходящее состояние движения позволяют вводить в зацепление обе детали 23 и 26 механической передачи во вращающемся состоянии без разрушения.

Как уже говорилось, предусмотрено, что для ввода в зацепление первой детали 23 механической передачи со второй деталью 26 на одной стадии отличная от нуля окружная скорость v₂₆ второй детали механической передачи должна приближаться к отличной от нуля окружной скорости v₂₃ первой детали механической передачи. В итоге на другой стадии первая деталь 23 механической передачи вводится в зацепление со второй деталью 26 (t₄-t₅).

При этом предусмотрено, что для сближения окружных скоростей v₂₃ и v₂₆ первой 23 и второй 26 деталей механической передачи, с одной стороны, нужно выключать двигатель 29 внутреннего сгорания (t₂) и тем самым понижать окружную скорость v₂₆ второй детали 26 механической передачи (начиная с t₂) и, с другой стороны, повышать окружную скорость первой детали 23 механической передачи (начиная с момента времени t₀).

При этом согласно первому варианту осуществления изобретения в отношении последовательности выключения двигателя 29 и включения приводного двигателя 50 предпочтительно, чтобы сначала включался двигатель 50 стартера и только после этого выключался двигатель 29 внутреннего сгорания.

Как уже пояснялось, предусмотрено, чтобы первая деталь 23 механической передачи вводилась в зацепление со второй деталью 26 после достаточного сближения окружных скоростей v₂₃ и v₂₆ первой 23 и второй 26 деталей механической передачи. При этом окружные скорости v₂₃ и v₂₆ отличны от нуля.

Согласно другой операции способа предусмотрено, чтобы по соответствующему пусковому сигналу (например, нажатию на педаль акселератора автомобиля) после ввода в зацепление первой детали 23 механической передачи со второй деталью 26 первая деталь 23 передавала положительный движущий момент М₂₃ на вторую деталь 26 механической передачи и тем самым на вал 32 двигателя.

Как поясняется в первом варианте осуществления изобретения, предусмотрено, чтобы перед передачей положительного движущего момента М₂₃ первая деталь 23 и вторая деталь 26 механической передачи совместно и в состоянии зацепления обеих деталей механической передачи одновременно достигали нулевого значения (t_X) окружной скорости. Однако движущий момент М₂₃ может передаваться и раньше (после t₅), причем в этом случае детали механической передачи не достигают нулевой окружной скорости.

При наблюдении за системой, состоящей из устройства 20 и двигателя 29 внутреннего сгорания, предусмотрено, чтобы, в частности после момента времени t₂, для определения подходящего состояния движения второй детали 26 и первой детали 23 механической передачи определялись значения n₂₃ и n₂₆ частоты вращения деталей механической передачи.

Поскольку частота вращения обеих деталей 23 и 26 механической передачи еще не является показателем подходящего состояния движения - обе детали 23 и 26 механической передачи обычно имеют весьма различные диаметры, причем это различие достигает кратности 10, - необходимо в каждом случае по частоте вращения обеих деталей механической передачи определять окружные скорости v₂₃ и v₂₆, чтобы в итоге определить достаточное равенство обеих окружных скоростей.

В альтернативном варианте определение окружных скоростей v₂₃ и v₂₆ не обязательно. Точно так же хорошо в многопараметровой характеристике 62 блока 53 управления могут храниться, например, значения частоты вращения обеих деталей 23 и 26 механической передачи. Конкретно это означает, например, для коэффициента 10 отношения диаметров обеих деталей механической передачи, что частота вращения 300 об/мин пригодна для ввода в зацепление первой детали 23 механической передачи со второй деталью 26, если частота вращения второй детали составляет 30 об/мин. Такие значения частоты вращения обеих деталей механической передачи, которые обеспечивали бы их ввод в зацепление, здесь называются эквивалентными.

На фиг.4 показан несколько модифицированный по сравнению с фиг.3в вариант процесса ввода в зацепление. Важное отличие состоит в том, что ввод в зацепление первой детали 23 механической передачи со второй деталью 26 и здесь осуществляется в момент времени t₄, однако очевидно, что и в этом случае скорость v₂₆ больше скорости v₂₃. Поэтому в отличие от фиг.3в до ввода в зацепление первой детали 23 механической передачи со второй деталью 26 необходимо несколько ускорить первую деталь, чтобы завершить ввод в зацепление к моменту времени t₅. Быстрый ввод в зацепление можно при этом обеспечить с помощью нескольких различных мероприятий. Так, например, посылка короткого импульса после t₄ может оказаться достаточной, чтобы достигнуть другой непроверенной, но пригодной частоты вращения n₂₃ или окружной скорости v₂₃. Если после импульса тока частота вращения n₂₃ или окружная скорость v₂₃ слишком высока, то ее можно понизить, анализируя определенное в режиме генератора напряжение U₄₅ или контролируя частоту вращения посредством датчика 51.

Что касается ранее предлагавшегося способа определения частоты вращения стартера или частоты вращения приводного двигателя 50, то частоту вращения можно определять не только по напряжению, снимаемому с клеммы 45 в режиме генератора, но, кроме того, дополнительно также в зависимости от рабочей температуры устройства 20 или от длительности его работы. Подобная зависимость частоты вращения n₂₃ в другом варианте осуществления изобретения может также храниться в многопараметровой характеристике памяти блока 53 управления (или другого блока управления).

Частоту вращения стартера можно определять также с помощью дополнительного датчика 51 на шестерне 23. Предпочтительно для этого используются магнитные датчики, обнаруживающие модуляцию магнитного поля железными зубьями зубчатого венца.

Если необходимо определить частоту вращения n₂₃ при уже включенном электропитании приводного двигателя 50, то это можно выполнить с помощью одно- или многопараметровой характеристики, причем здесь можно учитывать температуру устройства 20 и напряжение его питания на клемме 45. Для этого в блоке 53 управления измеряют ток стартера или пусковой ток I₄₅.

Что касается последовательности выключения двигателя 29 внутреннего сгорания и включения приводного двигателя 50, то можно выбрать последовательность, отличающуюся от приведенной в первом или во втором варианте осуществления изобретения. Так, например, можно сначала выключить двигатель 29 внутреннего сгорания, а затем включить двигатель стартера или приводной двигатель 50. Как показано на фиг.3в и 4, перенос момента времени t₂ на момент времени t₀ ведет к смещению кривых влево, т.е. к более раннему времени. Соответственно в таком случае можно было бы перенести момент времени t₃ и последующие моменты времени в направлении более раннего времени, т.е. в направлении к моменту времени t₀.

На фиг.5 показаны зубья первой детали 23 механической передачи, причем отдельные зубья с торцевой стороны, обращенной ко второй детали 26 механической передачи, имеют по меньшей мере один скос, облегчающий ввод первой детали 23 механической передачи в зацепление со второй деталью 26.

В блок 53 управления можно, например, по так называемой шине протокола CAN посредством имеющейся в автомобиле системы обработки данных ввести частоту вращения вала 32 двигателя.

В описанной здесь системе предусмотрено, чтобы выбег двигателя внутреннего сгорания происходил при закрытой дроссельной заслонке, чтобы избежать мешающего сотрясения при выбеге двигателя. Это позволяет избежать также обратного раскачивания двигателя, которое при вводе в зацепление детали 23 механической передачи приводило бы к громкому шуму механизма свободного хода. В этом случае устройство 20 своей первой деталью механической передачи остается в зацеплении, пока двигатель внутреннего сгорания не будет снова запущен.

Многопараметровые характеристики 59 и 62 могут быть выполнены также как общая многопараметровая характеристика (таблица).

Изобретение относится к запуску двигателей. В заявке описано устройство, содержащее первую деталь (23) механической передачи, вводимую в зацепление со второй деталью (26) механической передачи, прежде всего стартер с шестерней, вводимой в зацепление с зубчатым венцом двигателя (29) внутреннего сгорания, отличающееся тем, что оно содержит по меньшей мере одно средство (56, 53, 45), позволяющее определять состояние движения первой детали (23) механической передачи и состояние движения второй детали (26) механической передачи. Описан также способ управления работой устройства (20), содержащего первую деталь (23) механической передачи, вводимую в зацепление со второй деталью (26) механической передачи, прежде всего стартера с шестерней, вводимой в зацепление с зубчатым венцом двигателя (29) внутреннего сгорания, отличающийся тем, что используют по меньшей мере одно средство (56, 53, 45), позволяющее определять состояние движения первой детали (23) механической передачи и состояние движения второй детали (26) механической передачи. Изобретение обеспечивает более быстрое трогание с места автомобиля в стартстопном режиме. 2 н. и 24 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Система, состоящая из стартера и двигателя (29) внутреннего сгорания, причем стартер содержит первую деталь (23) механической передачи, представляющую собой шестерню (23), а двигатель (29) внутреннего сгорания содержит вторую деталь (26) механической передачи, представляющую собой зубчатый венец (26), и предусмотрен ввод шестерни (23) в зацепление с зубчатым венцом (26), отличающаяся тем, что она содержит по меньшей мере одно средство (56, 53, 45), позволяющее определять состояние движения шестерни (23) и состояние движения зубчатого венца (26).

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что по меньшей мере одно средство (56, 53, 45) позволяет определять в качестве параметра состояния движения зубчатого венца (26) его частоту вращения (n₂₆) и в качестве параметра состояния движения шестерни (23) - ее частоту вращения (n₂₃).

3. Система по п.2, отличающаяся тем, что по меньшей мере одно средство (56, 53, 45) позволяет по частоте вращения (n₂₆) зубчатого венца (26) и частоте вращения (n₂₃) шестерни (23) определять состояние движения, допускающее или не допускающее ввод шестерни (23) в зацепление с зубчатым венцом (26).

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что средство определения состояния движения включает в себя блок (53) управления.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что она содержит датчик (56) частоты вращения для определения частоты вращения (n₂₆) зубчатого венца (26).

6. Система по п.1, отличающаяся тем, что стартер (20) содержит приводной двигатель (50), приводящий во вращение шестерню (23).

7. Система по одному из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что стартер (20) содержит исполнительный орган (41), в частности силовой электромагнит, позволяющий перемещать, прежде всего в осевом направлении, шестерню (23).

8. Система по п.1, отличающаяся тем, что управление вводом в зацепление и вращением шестерни (23) осуществляются независимо друг от друга.

9. Система по п.1, отличающаяся тем, что шестерня (23) имеет зубья, причем отдельные зубья с торцевой стороны, обращенной к зубчатому венцу (26), имеют по меньшей мере один скос, облегчающий ввод шестерни (23) в зацепление с зубчатым венцом (26).

10. Система по п.1, отличающаяся тем, что стартер имеет опорный фланец (38), на котором закреплены как исполнительный орган (41), так и блок (53) управления.

11. Система по п.1, отличающаяся тем, что в памяти блока управления (53) хранится многопараметровая характеристика (59), в которой по меньшей мере один параметр системы соотнесен по меньшей мере с одним другим параметром.

12. Система по п.11, отличающаяся тем, что с электрическим потоком через приводной двигатель (50) соотнесена частота вращения (n₂₃) шестерни (23), причем параметром является напряжение (U₄₅).

13. Система по п.12, отличающаяся тем, что блок (53) управления позволяет определять напряжение (U₄₅), которое при работе приводного двигателя (50) в режиме генератора приложено к проводу, соединенному с приводным двигателем (50).

14. Способ управления работой системы, состоящей из стартера и двигателя (29) внутреннего сгорания, причем стартер содержит первую деталь (23) механической передачи, представляющую собой шестерню (23), а двигатель (29) внутреннего сгорания содержит вторую деталь (26) механической передачи, представляющую собой зубчатый венец (26), и предусмотрен ввод шестерни (23) в зацепление с зубчатым венцом (26), отличающийся тем, что используют по меньшей мере одно средство (56, 53, 45), позволяющее определять состояние движения шестерни (23) и состояние движения зубчатого венца (26).

15. Способ по п.14, отличающийся тем, что с помощью по меньшей мере одного средства (56, 53, 45) определяют в качестве параметра состояния движения зубчатого венца (26) его частоту вращения (n₂₆), а в качестве параметра состояния движения шестерни (23) - ее частоту вращения (n₂₃).

16. Способ по п.15, отличающийся тем, что с помощью по меньшей мере одного средства (56, 53, 45) по частоте вращения (n₂₆) зубчатого венца (26) и по частоте вращения (n₂₃) шестерни (23) определяют подходящее состояние движения, позволяющее ввести шестерню (23) в зацепление с зубчатым венцом (26).

17. Способ по п.14, отличающийся тем, что для ввода шестерни (23) в зацепление с зубчатым венцом (26) на одной стадии отличную от нуля окружную скорость (v₂₃) шестерни (23) приближают к отличной от нуля окружной скорости (v₂₆) зубчатого венца (26), после чего на другой стадии шестерню (23) вводят в зацепление с зубчатым венцом (26).

18. Способ по п.17, отличающийся тем, что для сближения окружных скоростей (v₂₃; v₂₆) шестерни (23) и зубчатого венца (26), с одной стороны, выключают двигатель (29) внутреннего сгорания, тем самым понижая окружную скорость зубчатого венца (26), а с другой стороны, повышают окружную скорость (v₂₃) шестерни (23).

19. Способ по п.14, отличающийся тем, что в отношении последовательности выключения двигателя (29) внутреннего сгорания и включения приводного двигателя (50) выбирают одну из следующих возможностей:
а) сначала включение приводного двигателя (50), затем выключение двигателя (29) внутреннего сгорания;
б) сначала выключение (29) двигателя внутреннего сгорания, затем включение приводного двигателя (50);
в) одновременное выключение двигателя (29) внутреннего сгорания и включение приводного двигателя (50).

20. Способ по п.14, отличающийся тем, что шестерню (23) вводят в зацепление с зубчатым венцом (26) после достаточного сближения окружных скоростей (v₂₃) и (v₂₆) шестерни (23) и зубчатого венца (26).

21. Способ по п.20, отличающийся тем, что окружные скорости (v₂₃; v₂₆) отличны от нуля.

22. Способ по п.20 или 21, отличающийся тем, что после ввода шестерни (23) в зацепление с зубчатым венцом (26) с шестерни (23) на зубчатый венец (26) передают положительный движущий момент (М₂₃).

23. Способ по п.22, отличающийся тем, что перед передачей положительного движущего момента (М₂₃) шестерня (23) и зубчатый венец (26) совместно и в состоянии зацепления достигают нулевой окружной скорости.

24. Способ по п.14, отличающийся тем, что для определения подходящего состояния движения зубчатого венца (26) и шестерни (23) значения частоты вращения (n₂₃, n₂₆) шестерни (23) и зубчатого венца (26) определяют в определенные моменты времени.

25. Способ по п.24, отличающийся тем, что по значениям частоты вращения (n₂₃, n₂₆) определяют окружные скорости (v₂₃, v₂₆) шестерни (23) и зубчатого венца (26) и значения частоты вращения (n₂₃, n₂₆) шестерни (23) и зубчатого венца (26) сравнивают друг с другом.

26. Способ по п.25, отличающийся тем, что значения частоты вращения шестерни (23) и зубчатого венца (26) сравнивают со значениями, хранящимися в многопараметровой характеристике (59, 62) блока (53) управления, причем в многопараметровой характеристике соотнесены друг с другом значения частоты вращения, подходящие для ввода шестерни (23) в зацепление с зубчатым венцом (26).