Anlasser für eine Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft einen Anlasser für eine Brennkraftmaschine. Stand der Technik

Anlasser oder Starter von Brennkraftmaschinen stellen ein Drehmoment bereit, das zum Starten der Brennkraftmaschine erforderlich ist. Herkömmliche Anlasser oder Starter umfassen einen Elektromotor, der mit elektrischer Energie betrieben wird.

Offenbarung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Anlasser für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, der auch nach langen Standzeiten der Brennkraftmaschine ein autarkes Starten der Brennkraftmaschine ermöglicht.

Die Aufgabe ist bei einem Anlasser für eine Brennkraftmaschine dadurch gelöst, dass der Anlasser als hydraulischer Anlasser ausgeführt ist. Der hydraulische Anlasser wird auch als hydraulischer Starter bezeichnet. Bei der Brennkraftmaschine handelt es sich vorzugsweise um die Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, die auch als Verbrennungsmotor bezeichnet wird. Der hydraulische Starter oder Anlasser ist robust, einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar. Ein erforderlicher Hydraulikdruck zum Starten kann zum Beispiel durch einen Druckspeicher, insbesondere einen Hydraulikdruckspeicher, bereitgestellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein zum Starten benötigter Hydraulikdruck, zum Beispiel bei leerem Hydraulikspeicher, auf einfache Art und Weise durch Muskelkraft wieder aufgebaut werden. Eine bei elektrischen Startern oder Anlassern benötigte Überbrückung zu einer anderen Energiequelle, zum Beispiel in Form ei- nes Starterkabels, kann bei dem hydraulischen Anlasser entfallen. Dadurch wird auf einfache Art und Weise, auch nach einer langen Standzeit, ein autarker Start der Brennkraftmaschine ermöglicht. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Anlassers ist dadurch gekennzeichnet, dass der Anlasser mit einer durch Muskelkraft eines Benutzers mechanisch betätigbaren Betätigungseinrichtung kombiniert ist, mit der ein zum Starten der Brennkraftmaschine benötigter Starthydraulikdruck erzeugt werden kann. Bei dem Benutzer handelt es sich zum Beispiel um einen Fahrer des Kraftfahrzeugs. Durch mechanische Betätigung der Betätigungseinrichtung kann der Starthydraulikdruck bei Bedarf auf einfache Art und Weise vom Benutzer oder Fahrer selbst erzeugt werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Anlassers ist dadurch ge- kennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung eine Hebel- und/oder Pedaleinrichtung umfasst, die mit mindestens einer Hand oder einem Fuß des Benutzers betätigbar ist. Der Starthydraulikdruck kann zum Beispiel durch Pumpen per Handhebel oder Fußpedal aufgebaut werden. Dabei kann besonders vorteilhaft ein in dem Kraftfahrzeug vorhandenes Fußpedal, zum Beispiel ein Bremspedal oder ein Kupplungspedal, zum Erzeugen des Starthydraulikdrucks genutzt werden. Der hydraulische Druckaufbau mit dem Handhebel oder Fußpedal kann besonders vorteilhaft so durchgeführt werden, dass die Betätigung der Betätigungseinrichtung von außerhalb des Fahrzeugs nicht wahrgenommen werden kann.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Anlassers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung mit einem Übersetzungsgetriebe kombiniert ist. Durch das Übersetzungsgetriebe kann die zum Aufbauen des Starthydraulikdrucks erforderliche Arbeit so dosiert werden, dass es für den Be- nutzer oder Fahrer nicht als unangenehm oder belastend empfunden wird. Besonders vorteilhaft kann das Übersetzungsgetriebe ein verstellbares Übersetzungsverhältnis aufweisen. Das verstellbare Übersetzungsverhältnis kann automatisch oder manuell angepasst werden. Das ist insbesondere deshalb von Vorteil, weil ein Pumpvorgang zum Erzeugen des Starthydraulikdrucks mit zuneh- mendem Speicherfüllstand beschwerlicher wird. Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Anlassers ist dadurch gekennzeichnet, dass dem Anlasser ein Druckspeicher zugeordnet ist, der zum Speichern des Starthydraulikdrucks geeignet und hydraulisch mit dem Anlasser verbindbar ist. Bei dem Druckspeicher handelt es sich vorteilhaft um einen Hyd- raulikdruckspeicher. Der Druckspeicher kann zum Beispiel als Blasenspeicher,

Federspeicher oder Membranspeicher ausgeführt sein.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Anlassers ist dadurch gekennzeichnet, dass der Anlasser eine hydraulisch mit dem Druckspeicher verbindbare beziehungsweise verbundene hydraulische Maschine mit einer Hydraulikpumpenfunktion umfasst. Durch die hydraulische Maschine mit der Hydraulikpumpenfunktion kann in dem Druckspeicher ein Hydraulikdruck aufgebaut werden, insbesondere der Starthydraulikdruck. Die hydraulische Maschine mit der Hydraulikpumpenfunktion kann als Hydraulikpumpe ausgeführt sein. Die hyd- raulische Maschine mit der Hydraulikpumpenfunktion kann vorteilhaft mechanisch durch den Benutzer oder Fahrer direkt angetrieben werden. Zwischen die hydraulische Maschine mit der Hydraulikpumpenfunktion und den Druckspeicher ist vorteilhaft ein Rückschlagventil geschaltet, das einen unerwünschten Druckabbau des Druckspeichers über die hydraulische Maschine verhindert.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Anlassers ist dadurch gekennzeichnet, dass der Anlasser eine mechanisch mit der Brennkraftmaschine gekoppelte und hydraulisch mit dem Druckspeicher verbindbare beziehungsweise verbundene hydraulische Maschine mit einer Hydraulikmotorfunktion umfasst. Die hydraulische Maschine mit der Hydraulikmotorfunktion kann als Hydraulikmotor ausgeführt sein. Die in dem Druckspeicher gespeicherte hydraulische Energie kann über die hydraulische Maschine mit der Hydraulikmotorfunktion in Drehmoment umgewandelt werden, das zum Anlassen oder Starten der Brennkraftmaschine verwendet wird.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Anlassers ist dadurch gekennzeichnet, dass der Anlasser eine hydraulische Maschine umfasst, die sowohl die Hydraulikmotorfunktion als auch die Hydraulikpumpenfunktion darstellt. Die hydraulische Maschine kann vorteilhaft mit der vorab beschriebenen mecha- nisch betätigbaren Betätigungseinrichtung in einer Baueinheit zusammengefasst sein. Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Anlassers ist dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Maschine mit der Hydraulikpumpenfunktion und die hydraulische Maschine mit der Hydraulikmotorfunktion zu einem mobilen Hydraulikantrieb gehören. Dabei können die beiden Funktionen der hydraulischen Maschine von einer einzigen oder von zwei unterschiedlichen hydraulischen Maschinen bereitgestellt werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Anlassers ist dadurch ge- kennzeichnet, dass eine Ventileinrichtung zwischen den Druckspeicher und die hydraulische Maschine mit der Hydraulikmotorfunktion geschaltet ist. Die Ventileinrichtung ist zum Beispiel als Wegeventil, insbesondere als 2/2-Wegeventil mit einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung, ausgeführt. Durch die Ventileinrichtung kann die hydraulische Verbindung zwischen dem Druckspeicher und der hydraulischen Maschine mit der Hydraulikmotorfunktion bedarfsabhängig unterbrochen oder freigegeben werden, um einen Startvorgang auszulösen.

Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Betätigungseinrichtung, einen Druckspeicher, eine hydraulische Maschine, insbesondere eine Hydraulikpumpe oder einen Hydraulikmotor, und ein Übersetzungsgetriebe für einen vorab beschriebenen Anlasser. Die genannten Komponenten für den Anlasser sind separat handelbar.

Die Erfindung betrifft des Weiteren einen mobilen Hydraulikantrieb mit einem vorab beschriebenen Anlasser oder Starter. Der mobile Hydraulikantrieb ist in einem Hydraulikhybridantriebsstrang eines Hybridfahrzeugs angeordnet und um- fasst vorteilhaft eine Brennkraftmaschine und mindestens eine hydraulische Maschine. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnung Es zeigen: Figur 1 eine vereinfachte Darstellung einer mechanischen Betätigungseinrichtung für einen erfindungsgemäßen hydraulischen Anlasser und

Figur 2 einen vereinfachten Hydraulikschaltplan eines erfindungsgemäßen hydraulischen Anlassers.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Figur 1 ist eine mechanische Betätigungseinrichtung 2 zur mechanischen Betätigung eines in Figur 2 vereinfacht dargestellten hydraulischen Anlassers dargestellt. Die Betätigungseinrichtung 2 umfasst eine hydraulische Maschine 4 mit einer Hydraulikpumpenfunktion. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die hydraulische Maschine 4 mit Pumpenfunktion als Hydraulikpumpe 5 ausgeführt. Die Hydraulikpumpe 5 ist über eine als Pumpendruckleitung 6 ausgeführte Hydraulikleitung an einen (in Figur 1 nicht dargestellten) hydraulischen Druckspeicher angeschlossen.

Die Hydraulikpumpe 5 ist als Kolbenpumpe mit einem Kolben 8 ausgeführt, der über einen Kurbeltrieb 10 angetrieben ist. Der Kurbeltrieb 10 ist über ein Übersetzungsgetriebe 15 mit einem Pedal 19 gekoppelt. Das Übersetzungsgetriebe

15 ist als Zugmittelgetriebe mit einem Zugmittel 16 ausgeführt. Bei dem Zugmittel

16 handelt es sich zum Beispiel um einen Riemen oder um eine Kette.

Das Übersetzungsgetriebe 15 umfasst eine kleine Zugmittelscheibe 17 und eine große Zugmittelscheibe 18. Die beiden Zugmittelscheiben 17, 18 sind von dem Zugmittel 16 umschlungen. Die große Zugmittelscheibe 18 ist über den Kurbeltrieb 10 antriebsmäßig mit dem Kolben 8 der Hydraulikpumpe 5 verbunden. Die kleine Zugmittelscheibe 17 ist an dem Pedal 19 befestigt.

Das Pedal 19 ist um einen Mittelpunkt der kleinen Zugmittelscheibe 17 schwenkbar. Bei einer Betätigung durch einen Fuß 20 eines Fahrers wird das Pedal 19 in Figur 1 im Uhrzeigersinn um den Mittelpunkt der kleinen Zugmittelscheibe 17 verschwenkt. Diese Schwenkbewegung wird über das Übersetzungsgetriebe 15 und den Kurbeltrieb 10 auf den Kolben 8 der Hydraulikpumpe 5 übertragen. In Figur 2 ist ein erfindungsgemäßer hydraulischer Anlasser in Form eines vereinfachten Hydraulikschaltplans dargestellt. Der hydraulische Anlasser 30 um- fasst eine hydraulische Maschine 31 mit einer Hydraulikpumpenfunktion. Der hydraulische Anlasser 30 umfasst des Weiteren eine hydraulische Maschine 32 mit einer Hydraulikmotorfunktion. Die hydraulische Maschine 31 mit der Hydraulikpumpenfunktion ist als Hydraulikpumpe 35 ausgeführt. Die hydraulische Maschine 32 mit der Hydraulikmotorfunktion ist als Hydraulikmotor 36 ausgeführt.

Die Hydraulikpumpe 35 entspricht zum Beispiel der als Kolbenpumpe ausgeführ- te Hydraulikpumpe 5 in Figur 1 . Dem Hydraulikmotor 36 ist eine Brennkraftmaschine 40 zugeordnet, die als Verbrennungsmotor 41 eines Kraftfahrzeugs ausgeführt ist.

In Figur 2 ist durch zwei Striche 45 an der Hydraulikpumpe 35 eine mechanische Verbindung zwischen der Hydraulikpumpe 35 und einer mechanischen Betätigungseinrichtung angedeutet, die in Figur 1 beispielhaft dargestellt und mit 2 bezeichnet ist.

Die in Figur 2 dargestellte Hydraulikpumpe 35 kann, zum Beispiel mit dem Fuß eines Benutzers, mechanisch betätigt werden, um ein Hydraulikmedium über eine Hydraulikleitung 48 anzusaugen und mit Druck zu beaufschlagen. Das mit Druck beaufschlagte Hydraulikmedium wird über eine weitere Hydraulikleitung 49 einem Druckspeicher 50 zugeführt. Die Hydraulikleitung 48 stellt einen Eingang der Hydraulikpumpe 35 dar. Die Hydraulikleitung 49 stellt einen Ausgang der Hydraulikpumpe 35 dar.

Der Druckspeicher 50 ist als Hydrospeicher ausgeführt und dient dazu, hydraulische Energie zu speichern. In dem Druckspeicher 50 kann ein bestimmtes Fluid- volumen unter Druck aufgenommen und mit geringen Verlusten wieder abgege- ben werden. Dabei kann der Druckspeicher 50 als Kolbenspeicher, Blasenspeicher oder Membranspeicher ausgeführt sein.

Ein Rückschlagventil 52 ist zwischen den Ausgang 49 der Hydraulikpumpe 35 und den Druckspeicher 50 geschaltet. Das Rückschlagventil 52 verhindert einen unerwünschten Druckabbau aus dem Druckspeicher 50 über die Hydraulikpumpe

35 und die Hydraulikleitung 48 in ein (nicht dargestelltes) Hydraulikmediumreservoir. Das Hydraulikmediumreservoir ist zum Beispiel als Hydrauliktank ausgeführt und enthält ein Hydraulikmedium, wie Hydrauliköl.

Das Hydraulikmedium wird, wenn die Hydraulikpumpe 35 durch den Fahrer mit dem Fuß betätigt wird, in den Druckspeicher 50 gefördert. An den Druckspeicher 50 ist eine Hydraulikleitung 54 angeschlossen, über die der Druckspeicher 50 mit der als Hydraulikmotor 36 ausgeführten hydraulischen Maschine 32 verbindbar ist. In der Hydraulikleitung 54 ist eine Hydraulikventileinrichtung 56 angeordnet.

Die Hydraulikventileinrichtung 56 ist als 2/2-Wegeventil 58 mit einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung ausgeführt. In der dargestellten Schließstellung des 2/2-Wegeventils 58 ist eine Verbindung zwischen dem Druckspeicher und dem Hydraulikmotor 36 unterbrochen. Wenn die Hydraulikventileinrichtung 56 elektrisch betätigt wird, dann wird die Hydraulikverbindung zwischen dem Druckspeicher 50 und dem Hydraulikmotor 36 durch das 2/2-Wegeventil 58 freigegeben.

Bei geöffneter Ventileinrichtung 56 wird der Hydraulikmotor 36 durch mit Druck beaufschlagtes Hydraulikmedium aus dem Druckspeicher 50 angetrieben. Dabei wird das Hydraulikmedium aus dem Druckspeicher 50 über eine weitere Hydraulikleitung 59 in ein beziehungsweise das Hydraulikmediumreservoir entlastet.

Durch zwei Striche 60 ist eine mechanische Verbindung oder Kopplung zwischen dem Hydraulikmotor 36 und dem Verbrennungsmotor 41 angedeutet. Über die mechanische Kopplung 60 kann der Verbrennungsmotor 41 mit Hilfe des Hydraulikmotors 36 gestartet werden, der einen hydraulischen Anlassermotor oder Startermotor darstellt.

Der in Figur 2 dargestellte hydraulische Starter oder Anlasser 30 ist robust und kann einfach und kostengünstig hergestellt werden. Ein zum Starten des Verbrennungsmotors 41 erforderlicher Hydraulikdruck kann bei leerem Druckspeicher 50 mit Hilfe der in Figur 1 dargestellten Betätigungseinrichtung 2 einfach durch Muskelkraft aufgebaut werden. Dabei kann vorteilhaft ein bereits in einem Kraftfahrzeug vorhandenes Pedal 19 genutzt werden. Ein Überbrückungskabel, wie es bei elektrischen Startern in herkömmlichen Kraftfahrzeugen verwendet wird, kann entfallen. Dabei ist die Betätigungseinrichtung 2 durch Zwischenschaltung der Hydraulikpumpe 5 beziehungsweise 35 und des Druckspeichers 50 nicht direkt mit dem Hydraulikmotor 36 gekoppelt. Somit besteht kein Verletzungsrisiko, wie beim Starten eines Verbrennungsmotors mittels Kurbel oder Seilzug.

Der hydraulische Druckaufbau in dem Druckspeicher 50 mit Hilfe des Fußpedals 19 hat darüber hinaus den Vorteil, dass er von außerhalb des Kraftfahrzeugs nicht wahrgenommen wird und daher diskret erfolgen kann, ohne großes Aufsehen zu erregen. Der Einsatz des hydraulischen Anlassers 30 bietet sich insbesondere für kostengünstige Kraftfahrzeuge und kleinere Nutzmaschinen an.

Der Hydraulikmotor 36 dient dazu, in dem Druckspeicher 50 gespeicherte Hydraulikenergie in Drehmoment umzuwandeln, das über die mechanische Kopplung 60 genutzt wird, um den Verbrennungsmotor 41 zu starten. Der zum Starten des Verbrennungsmotors 41 benötigte Starthydraulikdruck kann auf einfache Art und Weise durch die Hydraulikpumpe 35 aufgebaut und in dem Druckspeicher 50 gespeichert werden. Zum Druckaufbau kann vorteilhaft das Fußpedal 19 der Betätigungseinrichtung 2 in Figur 1 verwendet werden.

Ein Startvorgang wird durch die Ventileinrichtung 56 ausgelöst, die den hydraulischen Druck des Druckspeichers über die Hydraulikleitung 54 auf- beziehungsweise in den Hydraulikmotor 36 freigibt.

Der mit Hilfe der Betätigungseinrichtung 2 durchgeführte Pumpvorgang wird mit zunehmendem Speicherfüllstand des Druckspeichers 50 beschwerlicher. Aus diesem Grund ist das Übersetzungsverhältnis des Übersetzungsgetriebes 15 manuell oder automatisch verstellbar. Durch die Verstellbarkeit kann das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Pedalweg des Fußpedals 19 und dem Hubvolumen der als Kolbenpumpe ausgeführten Hydraulikpumpe 5 vorteilhaft variiert werden.

Der Startvorgang eines PKW-Motors erfordert zum Beispiel eine Energie von circa fünf Kilo-Joule. Wenn der Fahrer mit circa einhundert Newton auf das Pedal 19 tritt, muss er insgesamt einen Pedalweg von fünfzig Metern zurücklegen, um die erforderliche Arbeit von fünf Kilo-Joule zu leisten. Bei einem Pedalhub von zehn Zentimeter muss er folglich circa fünfhundert Mal auf das Pedal 19 treten. Tritt der Fahrer einmal pro Sekunde auf das Pedal 19, dann ist die für den Startvorgang erforderliche Arbeit nach circa acht Minuten geleistet.

Der auch als Notstarter bezeichnete hydraulische Anlasser 30 kann vorteilhaft Hydraulikkomponenten eines Hydraulik-Hybridfahrzeugs mit einer separaten Hydraulikpumpe und einem separaten Hydraulikmotor verwenden. Die Hydraulikpumpe 35 und der Hydraulikmotor 36 können aber auch in einem Bauteil ver- einigt werden.