特許 7425887 自動車両用の、特に自動車用の内燃機関

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-23

(45)【発行日】2024-01-31

(54)【発明の名称】自動車両用の、特に自動車用の内燃機関

(51)【国際特許分類】

   F02N 5/02 20060101AFI20240124BHJP

【ＦＩ】

F02N5/02 A

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2022549553

(86)(22)【出願日】2021-01-28

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-04-04

(86)【国際出願番号】 EP2021051902

(87)【国際公開番号】W WO2021170334

(87)【国際公開日】2021-09-02

【審査請求日】2022-08-22

(31)【優先権主張番号】102020001260.4

(32)【優先日】2020-02-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】598051819

【氏名又は名称】メルセデス・ベンツ グループ アクチェンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】Ｍｅｒｃｅｄｅｓ－Ｂｅｎｚ Ｇｒｏｕｐ ＡＧ

【住所又は居所原語表記】Ｍｅｒｃｅｄｅｓｓｔｒａｓｓｅ １２０，７０３７２ Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ，Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100090583

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 清

(74)【代理人】

【識別番号】100098110

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 みどり

(72)【発明者】

【氏名】アレクサンダー・フォン ガイスベルク－ヘルフェンベルク

(72)【発明者】

【氏名】トーマス・シュトルク

【審査官】平井 功

(56)【参考文献】

【文献】独国特許出願公開第１０２００９００１３１７（ＤＥ，Ａ１）

【文献】特開２００６－１６２０６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２２７９３２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０１Ｎ １／００－９９／００

Ｆ０２Ｂ ６１／００－７９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

自動車両用の内燃機関（１６）であって、出力軸（２４）を有し、前記出力軸は前記内燃機関（１６）のハウジング（２２）に対して回転軸（２６）の周りを回転することができ、前記自動車両を駆動するために前記内燃機関（１６）によって前記出力軸を介してトルクが提供されることができるものであり、少なくとも１つのバネ要素（３４）を有し、前記バネ要素（３４）は前記出力軸（２４）とともに回転可能であり、前記バネ要素（３４）は前記ハウジング（２２）に対する前記回転軸（２６）の周りの前記出力軸（２４）の回転によって前記内燃機関（１６）の停止の結果として張力がかけられることができ、その結果、前記バネ要素（３４）によってバネ力が提供されることができ、前記バネ力によって、前記出力軸（２４）は、前記停止に続く前記内燃機関（１６）の始動の間、前記ハウジング（２２）に対して前記回転軸（２６）の周りを回転するように設定されることができるものであり、および、ロック装置（３６）を有し、前記ロック装置（３６）により前記バネ要素（３４）が張力をかけられた後および前記バネ要素（３４）が張力をかけられている間、前記出力軸（２４）は前記ハウジング（２２）に対して前記回転軸（２６）の周りを回転しないように固定されるものであり、ブロック装置（３８）が前記ロック装置（３６）に加えて設けられ、前記ブロック装置（３８）は、前記ハウジング（２２）に対して前記回転軸（２６）の周りを回転しないように、前記出力軸（２４）に非回転的に接続された第２の部分（Ｔ２）を有する前記バネ要素（３４）の少なくとも第１の部分（Ｔ１）を固定するブロック状態と、前記ハウジング（２２）に対して前記回転軸（２６）の周りを回転するために前記第１の部分（Ｔ１）を解放するリリース状態と、の間で調整可能である、前記内燃機関（１６）において、
ブロック要素（４０）が設けられ、前記ブロック要素（４０）は、前記バネ要素（３４）とは別に形成され、そして前記バネ要素（３４）の前記第１の部分（Ｔ１）と非回転的に接続され、前記ブロック要素（４０）とともに前記ブロック装置（３８）が前記ブロック状態で相互作用し、それによって前記ブロック要素（４０）およびこれを介して前記バネ要素（３４）の第１の部分（Ｔ１）が、前記ハウジング（２２）に対して前記回転軸（２６）の周りを回転しないように固定されるものであり、前記ロック装置（３６）は、前記ハウジング（２２）に対して前記回転軸（２６）の周りを回転しないように前記出力軸（２４）を固定する第２のブロック状態と、前記ハウジング（２２）に対して前記回転軸（２６）の周りを回転するために前記出力軸（２４）を解放する第２のリリース状態との間を移行することができるものであり、フライホイール（２８）が設けられ、前記フライホイール（２８）は前記出力軸（２４）とは別に形成され、前記出力軸（２４）とともに回転可能であり、前記フライホイールとともに前記ロック装置（３６）が、前記第２のブロック状態において前記出力軸（２４）を固定するために、形状嵌合方式で協働するものであり、前記フライホイール（２８）と前記ブロック要素（４０）とが、前記出力軸（２４）の軸方向において前記出力軸（２４）の互いに対向する側（３０、３２）に配置されることを特徴とする、内燃機関（１６）。

【請求項2】

前記ブロック状態における前記ブロック装置（３８）は、前記ブロック要素（４０）と形状嵌合方式で相互作用することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関（１６）。

【請求項3】

少なくとも１つのセンサ（５０）によって前記出力軸（２４）の回転速度が記録されることができ、前記センサ（５０）によって記録された前記回転速度を特徴付ける電気的な信号が提供されることができるものであり、前記ブロック装置（３８）および／または前記ロック装置（３６）は、前記信号に応じて駆動されることができることを特徴とする、請求項１又は２に記載の内燃機関（１６）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、請求項１の前文に記載の自動車両用の、特に自動車用の内燃機関に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、内燃機関を始動するための装置を記載している。ここでは、エネルギーアキュムレータが設けられており、それは内燃機関のスイッチオフ時に残存する回転エネルギーを蓄え、再始動時にそれを解放してクランクシャフトを逆方向に回転させる。さらに、特許文献２は、フライホイールと、クランクシャフトに配置され少なくとも２つのフライホイールセグメントからモジュール式に構成されるクランクシャフトとを有する内燃機関を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】ＤＥ １０ ２００９ ００１ ３１７ Ａ１

【文献】ＥＰ １ ６７２ １９８ Ａ１

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の課題は、内燃機関の特に有利な運転が実施され得るような自動車両用の内燃機関を作成することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

この課題は、請求項１に記載の特徴を有する内燃機関によって解決される。本発明の好適な展開を伴う有利な実施形態は、残りの請求項に規定される。

【0006】

本発明の第１の態様は、自動車両用の、特に、例えば乗用車などの自動車用の内燃機関に関する。内燃機関は、例えばレシプロピストンエンジンとして形成され、例えば、内燃機関のハウジングに対して回転軸の周りで回転することができるクランクシャフトの形態の出力軸を有する。内燃機関はまた、上述したハウジングを備えることができ、それはクランクハウジング、特に、例えばシリンダクランクハウジングである。内燃機関は、出力軸を介して自動車両を駆動するためのトルクを提供することができる。

【0007】

内燃機関はまた、出力軸とともに回転可能である少なくとも１つのバネ要素を有する。この目的のために、バネ要素、特にバネ要素の少なくとも一部またはバネ要素の端部は、出力軸に非回転的に接続されている。たとえば、バネ要素は、ねじりバネまたは回転バネとして設計される。最初に作動した内燃機関の停止に起因する出力軸の惰行の間に、バネ要素は、その惰行でハウジングに対して回転軸の周りで行われる出力軸の回転によって、張力がかけられる。出力軸の前述の惰行は、特に以下のように理解されるべきである。例えば、内燃機関が最初に作動する場合、内燃機関は、最初にその燃焼運転にある。燃焼運転において、燃焼プロセスは、内燃機関において、特に内燃機関の少なくとも１つの燃焼室において行われ、それによって出力軸が駆動され、ハウジング要素に対して回転軸の周りで回転する。前述の内燃機関の停止は、内燃機関の無効化、停止またはオフとも呼ばれる。最初に作動し、したがってその燃焼運転において内燃機関を停止状態にすることによって、特に燃焼室への燃料の供給および／または燃焼室における点火を終了することによって、燃焼室における燃焼プロセスの停止をもたらす。その結果、出力軸は、内燃機関で行われる燃焼プロセスによって駆動されなくなり、出力軸は、他のいかなる方法でも駆動されないが、出力軸は、その停止の結果として、およびそれにもかかわらず、特にその質量慣性のために、一定時間回転し続けるが、つまり、それは運転されずに惰力走行する。これにより、出力軸の惰行時には、出力軸は駆動されず、惰行時には、出力軸の回転速度が低下する。出力軸は惰行中に回転するため、特に質量慣性のために、出力軸は回転エネルギーを有する。この回転エネルギーは、その回転エネルギーによって、単にバネとも呼ばれるバネ要素に張力をかけるために、惰行中に使用される。これにより、出力軸の回転エネルギーの少なくとも一部が、バネ要素のバネエネルギーに変換され、またはバネ要素に張力をかけることにより、惰行中にバネ要素内にバネエネルギーとして蓄えられる。

【0008】

バネ要素に張力をかけることによって、またはバネ要素に張力をかけた結果、バネ要素によってバネ力を与えることができる。言い換えると、バネ要素は、バネ要素の張力の結果としてバネ力を提供する。バネ力によって、内燃機関の前述の停止に続く当初は停止されていた内燃機関の始動中に、出力軸がハウジングに対して回転軸の周りで回転するように設定することができる。換言すれば、内燃機関の起動または始動とも呼ばれる、その停止後に内燃機関が始動する場合、バネ要素によって提供され得るまたは提供されるバネ力は、バネ要素のバネ力によって出力軸を回転させるために、そしてそれによって内燃機関の始動を支援またはもたらすために、その始動中に使用される。これは、特に停止後の内燃機関の始動が出力軸の回転を用いて行われ、その回転がバネ力によってもたらされることを意味する。

【0009】

好ましくは、内燃機関の始動とその後の始動との間に、内燃機関のさらなる始動と停止とが省略されることが提供される。全体として、減速時に起こる出力軸の回転、ひいては減速時の出力軸に含まれる出力軸の回転エネルギーが、その後の内燃機関の始動時に出力軸を回転させ、したがって内燃機関を始動させるために用いられることがわかる。

【0010】

ここで、内燃機関はまた、特に出力軸とは別に、かつ、バネ要素とは別に設計され、それに加えて設けられるロック装置を備え、それによって、出力軸は、惰行中に出力軸の回転または回転エネルギーによってバネ要素に張力がかけられた後、およびバネ要素に張力がかけられている間、ハウジングおよび回転軸に対して回転しないように固定することができる。このロック装置によって、出力軸は、必要に応じて、ハウジングに対して回転軸の周りを回転しないように固定されることができ、それによって、バネ要素に張力がかけられた後、必要に応じてバネ要素に張力がかけられた状態を維持することができる。加えて、ロック装置は、出力軸がハウジングに対して回転軸の周りで回転するように必要に応じて解放されることを可能にし、それによって、バネ要素の全部または少なくとも部分的な解放を必要に応じて有効にすることができる。換言すれば、出力軸が、ロック装置によって、ハウジングに対して回転軸の周りを回転しないように最初に固定される場合、例えばバネ要素に張力がかけられた状態が維持される。その後、内燃機関が始動する場合、ロック装置は、ハウジングに対して回転軸の周りを回転するように出力軸を解放する。その結果、最初に張力をかけたバネ要素を弛緩させることができ、それによって、始動時に内燃機関を始動させるために、バネ力によって出力軸を回転させる、すなわち回転に設定することができる。

【0011】

内燃機関の特に有利な運転を実施できるようにするために、内燃機関は、本発明に従って、ロック装置に加えて設けられ、好ましくはロック装置とは別に形成され、出力軸とは別に、かつ、バネ要素とは別に設けられ、これらに加えて設けられるブロック装置を備え、このブロック装置はブロック状態とリリース状態との間で調整することができる。例えば、ブロック装置は、油圧的および／または空気圧的および／または電気的に動作させることができ、したがって、ブロック状態とリリース状態との間で油圧式および／または空気圧式および／または電気的に調整することができる。ブロック状態では、バネ要素の少なくとも第１の部分は、ハウジングに対して回転軸の周りを回転しないようにブロック装置によって固定され、ブロック状態では、バネ要素の少なくとも第１の部分がハウジングに対して回転軸の周りを回転することができない。さらに、バネ要素の少なくとも第２の部分は回転固定方式で出力軸に接続され、したがって出力軸とともに回転可能であることが提供される。リリース状態では、ブロック装置は、ハウジングに対して回転軸の周りで回転するために、バネ要素の第１の部分を解放する。例えば、ブロック装置がハウジングに対して回転軸の周りで回転するための出力軸を解放する場合、ブロック装置がハウジングに対して回転軸の周りで回転するための第１の部分を解放する一方で、出力軸は、特に内燃機関で行われる燃焼プロセスによって、ハウジングに対して回転軸の周りで回転することができる。バネ要素の第２の部分は回転固定方式で出力軸に接続されているので、バネ要素の第２の部分は、ハウジングに対して回転軸の周りで出力軸とともに回転する。ブロック装置はリリース状態にあるので、第１の部分はハウジングに対して回転軸の周りで回転することもでき、その結果、バネ要素の部分、特にバネ要素の全体が、特に、バネ要素がねじれたり張力をかけられたりすることなく、ハウジングに対して回転軸の周りで出力軸とともに回転することができ、または回転する。換言すれば、ハウジングに対して回転軸の周りの出力軸の回転は、バネ要素、ブロック装置およびロック装置によって、過度に影響を受けないが、これは、出力軸およびバネ要素、特にバネ要素全体が、ハウジングに対して、例えばブロック装置に対して、およびロック装置に対して、回転軸の周りで一緒に回転されることができるからである。前述のバネ要素の少なくとも一部は、このように例えば第２の部分である。

【0012】

例えば、ブロック装置が、出力軸の惰行の間に、特に、ブロック装置がハウジングに対して回転軸の周りの回転のために出力軸をまだ解放している間に、リリース状態からそのブロック状態に移行される場合、特に出力軸、およびそれに伴い第２の部分が、特に第１の回転方向に、ハウジングに対して、特に第１の部分に対して、回転軸の周りを回転する間、バネ要素の第１の部分が、ハウジング上で回転しないように留められまたは固定される。これによりバネ要素は、ねじれ、そして張力がかけられる。その過程で、出力軸は、特に第１の停止状態になるまで制動がかけられる。出力軸の第１の停止状態において、バネ要素は張力がかけられており、ロック装置がまだ解放されているため、張力がかけられているバネ要素は、特にバネ要素またはその少なくとも一部が弛緩するまで、出力軸を第１の停止状態から逆方向に、すなわち第１の回転方向と反対の第２の回転方向に回転させる。しかし、その慣性のために、出力軸は、特にバネ要素が弛緩しているにもかかわらず、第２の回転方向に回転し続け、バネ要素が再び張力を帯びる原因となる。これにより、出力軸は再び制動がかけられ、特に出力軸が第２の停止状態に達するまで制動がかけられる。その後、バネ要素は再び張力がかけられる。第２の停止時、またはその直後または直前、特にバネ要素が再び張力をかけられる限り、ロック装置は閉じられ、すなわちそのロック状態に切り替わる。その後、再び張力をかけられたバネ要素は、その張力を維持する。その後、ロック装置が、そのロック状態からその第２のリリース状態に移行されると、バネ要素またはそのバネの力によって、内燃機関が始動するように、出力軸が第１の回転方向に回転するため、バネ要素は弛緩することができる。これにより、出力軸は、バネ要素によって、始動のための正しい第１の回転方向に加速または回転される。

【0013】

換言すれば、ブロック装置がまだブロック状態にある間に、出力軸がロック装置によってハウジングに対して回転軸の周りで回転するのを防止される場合、回転軸の周りでバネ要素の部分間の相対回転を、例えば、回避するか、または少なくとも低く抑えることができ、それによってバネ要素に張力をかけることができる。次いで、ロック装置が、ハウジングに対する回転軸の周りで回転するために出力軸を解放する場合、バネ要素の部分は、回転軸の周りで互いに相対的に回転することができ、または、バネ要素は、弛緩して、それによって出力軸を駆動することができ、すなわち、ハウジングに対して回転軸の周りで回転することができ、これは内燃機関を始動させるためである。全体として、ブロック装置およびロック装置は、内燃機関の要求指向の、したがって特に有利な動作を、特にバネ要素の張力に関して、バネ要素のバネ力によって動かされる出力軸の回転に関して、および内燃機関の燃焼動作に関しても、可能にすることができ、そのため出力軸またはその回転の過度の障害を、燃焼動作中に回避することができる。

【0014】

内燃機関を始動するために出力軸がバネ要素のバネ力によって回転されるので、内燃機関を始動するための電気モータ又はスタータを回避することができ、例えば、またはスタータをバネ力によって支援することができ、そのためスタータを特にコンパクトで軽量かつ高い費用対効果で設計することができる。これは、内燃機関の重量、部品点数およびコストを低く抑えることができ、そのため特に効率的な運転が達成できる。

【0015】

出力軸の惰行や出力軸の惰行時の出力軸に含まれる回転エネルギーは、さらにバネ要素の張力に使用されるので、出力軸を回転に設定し内燃機関を始動させるために、バネ力は停止後の内燃機関の始動の開始時にすでに利用可能である。このように、バネ要素は、張力をかけられる必要がなく、内燃機関の停止後および出力軸が停止した後および後続の始動前にのみチャージされるため、内燃機関は、その停止後およびその後の始動時に少なくともほぼ遅滞なく運転することができる。惰行はエンジンランアウトとも呼ばれ、出力軸の回転エネルギーによってバネ要素に張力をかけるために使用される。したがって、本発明によれば、回転エネルギーは、内燃機関の始動に使用されるが、この回転エネルギーは、通常、未使用で失われる。特に、バネ要素に蓄えられたエネルギーやバネ力の形での回転エネルギーは、内燃機関の始動時に出力軸を加速し、回転させるために使用される。これにより、例えば、内燃機関を始動するためのスペース、重量、およびコストのかかる電気モータの必要性を回避することができる。

【0016】

さらに、バネ要素とは別に形成され、バネ要素の第１の部分と非回転的に接続されたブロック要素が設けられる。換言すれば、内燃機関は、ブロック装置がブロック状態で協働するブロック要素を備える。そうすることで、ブロック要素、およびこれを介して、バネ要素の第１の部分は、ハウジングに対して回転軸の周りで回転しないように固定されるようにされ、またはロック状態で固定される。ブロック要素は、内燃機関の特に有利な運転が可能となるように、目標とされる方法で必要に応じて、バネ要素の第１の部分を固定および解放することを可能とする。

【0017】

内燃機関の特に需要指向の、したがって有利な動作を実施するために、ロック装置は、ハウジングに対して回転軸の周りで回転しないように出力軸を固定する第２のロック状態と、ハウジングに対して回転軸の周りで回転のために出力軸を解放する第２のリリース状態との間で調整可能であることが提供される。

【0018】

ブロック装置に関する前述および以下の説明は、ロック装置にも適用することができ、その逆も同様である。したがって、ロック装置は、例えば、油圧式および／または空気圧式および／または電気的に操作することができることが考えられる。

【0019】

ここでは、出力軸とは別個に設計され、出力軸とともに回転可能なフライホイールが設けられており、これとともにロック装置は、第２のロック状態で特に積極的に協働する。その結果、出力軸は、回転軸に対して、特に大きな直径にわたってロック装置によって回転しないように固定することができ、ロック装置は、特にコンパクトで軽量かつ高い費用対効果で設計することができる。

【0020】

内燃機関の特に有利な動作を実現するために、フライホイールとブロック要素とが、出力軸の軸方向において出力軸の反対側に配置されることが提供される。

【0021】

例えば、バネ要素の第１の部分または出力軸をハウジングに対して回転しないように特に良好に固定できるようにするために、特にロック装置またはブロック装置がハウジングに対して回転軸の周りで回転しないように固定されるように、ロック装置および／またはブロック装置は、少なくとも間接的に、特に直接的に、ハウジング上に保持されることが好ましくは提供される。

【0022】

最後に、内燃機関が少なくとも１つのセンサを有する場合、出力軸の回転速度を検出することができ、センサによって検出された出力軸の回転速度を特徴付ける電気的な信号を提供することができる。ブロック装置および／またはロック装置は、その信号の関数として動作させることができる。このようにして、バネ要素の第１の部分および出力軸を、必要に応じて固定および解放することができ、その結果、特に有利な動作を達成することができる。

【0023】

第２の態様は、自動車両の内燃機関の始動方法に関し、特に本発明の第１の態様に係る内燃機関に関する。この方法において、内燃機関は、内燃機関のハウジングに対して回転軸の周りで回転可能である出力軸を有し、これを介して、自動車両を駆動するための内燃機関によって、トルクが提供され得るかまたは提供される。この方法では、出力軸とともに回転できるバネ要素は、出力軸が第１の停止または第１の停止状態になるまで、第１の回転方向の回転軸の周りのハウジングに対して、最初に作動した内燃機関の停止から生じる出力軸の惰行中に、惰行中に行われる出力軸の回転によって張力がかけられる。

【0024】

次に、出力軸は、張力がかけられたバネ要素によって第１の停止を脱して駆動され、ハウジングに対して回転軸の周りで第１の回転方向と反対の第２の回転方向に出力軸を回転させる。バネ要素は、第２の回転方向における出力軸の回転によって再び張力をかけられ、それによって、第２の回転方向に回転する出力軸は、例えば、出力軸がその停止または第２の停止に達するまで制動をかけられる。ロック装置によって、出力軸は、バネ要素が再び張力をかけられた後、およびバネ要素が再び張力をかけられている間、ハウジングに対して回転軸の周りで回転しないように固定される。バネ要素が再び張力をかけられた結果、バネ要素はそれによってバネ力を提供するものであり、ロック装置がハウジングに対して回転軸の周りで回転する出力軸を解放した結果、出力軸は、内燃機関が停止に続いて始動したときに、ハウジングに対して第１の回転方向の回転軸の周りで回転する。本発明の第１の態様の利点および有利な設計は、第２の態様の利点および有利な設計とみなされるべきであり、その逆も同様である。

【0025】

内燃機関の特に効率的で、したがって有利な運転を実現するために、内燃機関の始動が、バネ力によって生じる出力軸の回転によって支援される直接始動として行われることが第２の態様の実施形態において提供される。直接始動とは、特に、最初に停止された、すなわち停止状態にあり、かつ、その出力軸が、例えばクランクシャフトの形態で、停止状態の間および自動車両の停止中に静止している、例えば、自動車両の停止中に始動される、すなわち、内燃機関を始動するために自動車両の停止または走行中に、スタータまたはスタータジェネレータなどの電気モータによって出力軸が回転されることなく動作状態に移行し、したがってその燃焼動作に入る内燃機関を意味するものとして理解されるべきである。内燃機関を始動させるために、その出力軸が回転させる。これは、直接始動の文脈で行われ、電気モータなしで、そしてバネ力によって出力軸を回転させ、燃料、特に液体燃料を燃焼室に直接噴射し、内燃機関を燃焼モードで作動させるが、それは例えばインジェクタによって行われ、そしてそれを、特に燃料と空気とを含む燃料空気混合気を点火する。直接始動によって内燃機関を始動させることにより、内燃機関を始動するための電気モータが最小化または回避され、そのため内燃機関のスペース要件、コストおよび重量を特に低く抑えることができる。

【0026】

あるいは、始動時に、内燃機関に加えて設けられた電気機械によって出力軸が回転される場合に、特に有利であることが判明した。電気機械は、電気機械によって引き起こされる出力軸の回転中にバネ力によって支持されるので、電気機械は特にコンパクトで軽量かつ高い費用対効果で設計することができる。

【0027】

この直接始動は、例えば、内燃機関を始動する第１の方法であり、この第１の方法は、第１の始動モードとも呼ばれる。内燃機関を始動するための第２のタイプの始動は、例えば、出力軸が内燃機関の外部から、すなわち例えば前述の電気機械によって回転されることを含み、これは内燃機関とは別に形成され、内燃機関に加えて設けられ、特に、燃料が燃焼室に導入され、点火が行われている間、特に出力軸がその回転速度に関して開始速度に達するかまたはそれを超えるまで、または出力軸が燃焼室で起こる燃焼プロセスによって駆動されるまで、バネ要素を用いることにより、両タイプの始動を特に有利に行うことができ、その結果、特に有利な運転を実現できる。

【0028】

本発明は、特に以下の知見に基づいている。内燃機関は、直接始動によって始動することができる、すなわち運転することができる。この場合、出力軸は、最初は静止している、すなわち停止状態にあり、出力軸が点火装置によって駆動されることなく、内燃機関の少なくとも１つの燃焼室またはシリンダを燃焼させることによって回転するように設定される。しかしながら、点火装置によって提供される電力は、しばしば十分ではないため、補助システムが使用される。この例では、点火装置とは別に、いわゆる圧縮空気、油圧、フライホイール、コフマンまたはハックスのスタータである。対照的に、本発明は、例えば、トーションバネとして記載および設計されたバネを使用し、それによって、出力軸および／またはフライホイールの回転エネルギーを使用して、直接始動または第２のタイプの始動を支援することができる。この目的のために、クランクシャフトまたはフライホイールの回転エネルギーがバネに蓄積される。その結果、バネは、内燃機関の始動時に出力軸を加速することができる。その結果、内燃機関を始動するためのスペース、重量、およびコストのかかる電気モータを避けることができる。特に、本発明は、信頼性の高い、バネ支援直接始動を可能にする。

【0029】

本発明のさらなる利点、特徴および詳細は、好ましい例示的な実施形態の以下の説明および図面から明らかになる。上記の説明で述べた特徴および特徴の組み合わせ、並びに、以下の図の説明において言及されている、および／または単一の図に単独で示されている、特徴および特徴の組み合わせは、それぞれ指定された組み合わせにおいてのみならず、他の組み合わせにおいて、または単独でも、本発明の範囲を離れることなく使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】単一図において、この図面は、自動車両のドライブトレインの概略図を断面で示しており、このドライブトレインは本発明による内燃機関を含む。

【発明を実施するための形態】

【0031】

単一の図は、特に自動車両として、好ましくは乗用車として設計された自動車両のドライブトレイン１０の概略図を断面で示す。これは、その完全に製造された状態の自動車両がドライブトレイン１０を備えることを意味する。加えて、その完全に製造された状態の自動車両は、例えば、車両の前後方向において一方が他方の背後に配置された少なくともまたは正確に２つの車軸を含み、そのうち１つの車軸が、１２でラベル付けされて、図に示されている。車軸１２は、車両の横方向に互いに離間した、単に車輪とも呼ばれる、少なくともまたは正確に２つの車両車輪１４を含む。さらに、ドライブトレイン１０は、レシプロピストンエンジンの形態の内燃機関１６を備え、それによって車輪１４、ひいては自動車両全体をドライブトレイン１０の変速機１８を介して内燃機関によって駆動することができる。変速機１８は、例えば、変速ギアボックスであり、したがって係合および離脱することができるいくつかのギアまたはギアステップを含む。車軸１２は、差動歯車とも呼ばれる車軸歯車２０を備え、これを介して車輪１４を変速機１８によって駆動することができる。

【0032】

内燃機関１６は、例えばクランクハウジング、特にシリンダクランクハウジングの形態のハウジング２２と、ハウジング２２に対して回転軸２６の周りを回転できるようにハウジング２２に取り付けられている、例えばクランクシャフトの形態の出力軸２４とを有する。内燃機関１６は、出力軸２４を介してまたは出力軸２４によってトルクを提供することができ、それによって車軸歯車２０および変速機１８を介して車輪１４を駆動することができる。

【0033】

例えば、内燃機関１６は、ハウジング２２によって形成されたシリンダによって部分的に境界を定められまたは形成された少なくとも１つの燃焼室を有する。内燃機関１６の燃焼運転中に、内燃機関１６が作動し、それによって、燃焼プロセスが、燃焼運転中に燃焼室で起こる。これらの燃焼プロセスによって、出力軸２４が駆動され、ハウジング２２に対して回転軸２６を中心に回転する。内燃機関１６は、出力軸２４とは別に形成され、出力軸２４とともに回転可能なフライホイール２８を有し、このフライホイール２８が例えばデュアルマスフライホイール（ＺＭＳ）として形成され、内燃機関１６の特に円滑な運転を実現できる。フライホイール２８は、内燃機関１６または出力軸２４の出力側３０に配置され、これにより、変速機１８も出力側３０に配置される。

【0034】

制御側または前面側とも称される、内燃機関１６の、または出力軸２４の軸方向の出力側３０と反対側の出力軸２４の側３２には、出力軸２４とともに回転可能な、バネ要素とも称されるバネ３４が設けられている。

【0035】

最初に作動し従って燃焼モードにある内燃機関１６が停止にされると、燃焼室または内燃機関１６全体において起こっている燃焼プロセスは終了する。しかしながら、その慣性のため、出力軸２４は一定時間回転を続け、出力軸２４は、内燃機関１６の停止の結果として惰行し、すなわち、いわゆるコーストダウンまたはエンジンコーストダウンになる。惰行時には、出力軸２４は駆動されず、出力軸２４の回転速度は低下する。

【0036】

惰行中の出力軸２４の回転によって、内燃機関１６の停止により生じる出力軸２４の惰行中に、回転軸２６の周りのハウジング２２に対して、すなわち出力軸２４の回転エネルギーによって、バネ３４に張力がかけられことになり、または張力がかけられ、その張力の結果として、バネ３４はバネ力を提供し、それによって停止に続く内燃機関１６の始動中に、出力軸２４は、ハウジング２２に対して回転軸２６の周りの回転に設定することができ、または回転に設定される。これは、例えば、内燃機関１６の始動を支援しまたは効果的にすることができる。

【0037】

内燃機関１６は、またロック装置３６を有する。これは、例えば、少なくとも間接的に、特に直接的に、ハウジング２２上に保持される。特に、ロック装置３６は、ハウジング２２に対して回転軸２６の周りを回転しないように固定されている。以下でより詳細に説明するように、ロック装置３６は、バネ３４に張力がかけられた後およびバネに張力がかけられている間、ハウジング２２に対して回転軸２６の周りを回転しないように出力軸２４を固定するために使用される。ロック装置３６を用いて、ハウジング２２に対して回転軸２６の周りを回転しないように出力軸２４を固定することにより、例えば、バネ３４の少なくとも一部がまた、ハウジング２２に対して回転軸２６の周りを回転しないように固定される。

【0038】

内燃機関１６の特に有利な運転を実施できるようにするために、内燃機関１６は、ロック装置３６に加えて設けられたブロック装置３８を有し、それは特に、ロック装置３６とは別に設計されている。ブロック装置３８は、例えば、少なくとも間接的に、特に直接的に、ハウジング２２上に保持される。特に、ブロック装置３８は、ハウジング２２に対して回転軸２６の周りを回転しないように固定されている。ブロック装置３８は、第１のブロック状態と第１のリリース状態との間で調整または切替えができる。

【0039】

ブロック状態では、バネ要素（バネ３４）の少なくとも第１の部分Ｔ１は、ブロック装置３８によって、ハウジング２２に対して回転軸２６の周りを回転しないように固定されるが、これは例えば、第１の部分Ｔ１がブロック装置３８によってまたはそれを介して回転的に固定されてハウジング２２に接続されるような方法で行われる。バネ３４はまた、第１の部分Ｔ１から出力軸２４の軸方向およびバネ３４の軸方向に離間した第２部分Ｔ２を有し、その軸方向は出力軸２４の軸方向と一致する。第２の部分Ｔ２は、出力軸２４に非回転可能に接続されており、したがって、出力軸２４とともに回転することができる。例えば、部分Ｔ１と部分Ｔ２とは、互いに一体的に形成されている。代替的に又は付加的に、部分Ｔ１およびＴ２は、バネ３４の少なくとも１つのバネコイルの少なくとも１つの部分を形成する。同図に示す例示的な実施形態において、バネ３４は、ねじりバネまたは回転バネとして設計されている。第１のリリース状態では、ブロック装置３８は、ハウジング２２に対して回転軸２６の周りを回転する部分Ｔ１を解放する。つまり、第１のブロック状態では、ブロック装置３８によってこれを防止するため、部分Ｔ１をハウジング２２に対して回転軸２６の周りを回転させることができない。しかし、第１のリリース状態では、部分Ｔ１をハウジング２２に対して回転軸２６の周りを回転させることができる。

【0040】

ロック装置３６は、第２のブロック状態と第２のリリース状態との間で切り替え又は調整することができる。第２のブロック状態において、ロック装置３６は、ハウジング２２に対して回転軸２６の周りを回転しないように出力軸２４を固定する。部分Ｔ２は出力軸２４に非回転可能に接続されているので、第２のブロック状態では、部分Ｔ２は、ロック装置３６によって出力軸２４を介してハウジング２２に対して回転軸２６の周りを回転しないように固定され、第２のブロック状態では、出力軸２４および部分Ｔ２は、ハウジング２２に対して回転軸２６の周りを回転することができない。しかし、第２のリリース状態では、ロック装置３６は、出力軸２４を解放し、したがって、ハウジング２２に対して回転軸２６の周りを回転する部分Ｔ２を解放し、その結果、第２のリリース状態では、出力軸２４およびそれに伴い、部分Ｔ２はハウジング２２に対して回転軸２６の周りを回転することができる。例えば、ロック装置３６およびブロック装置３８がそれぞれのリリース状態にあり、出力軸２４が内燃機関１６で行われている燃焼プロセスによって駆動され、したがってハウジング２２に対して回転軸２６の周りを回転する場合、バネ３４、特にバネ３４全体が、ハウジング２２に対して回転軸２６の周りを出力軸２４とともに単に回転することができる。

【0041】

ただし、例えば、ブロック装置３８が第１のブロック状態にある間に、例えば出力軸２４およびそれに伴い部分Ｔ２がハウジング２２に対して回転軸２６の周りを回転する場合、部分Ｔ１およびＴ２は互いに回転軸２６の周りを回転する。これにより、バネ３４に張力がかかり、負荷または荷重がかかる。これにより、回転する出力軸２４の回転エネルギーがバネエネルギーまたは位置エネルギーに変換され、バネ３４に蓄えられる。例えば、ブロック装置３８がまだ第２のブロック状態にあり、そのバネに張力がかけられている間に、ロック装置３６がその第２のロック状態に移行された場合、バネ３４は張力を保たれる。

【0042】

例えば、ロック装置３６が前述の始動中にその第２のリリース状態に移行された場合、特にブロック装置３８がその第１のブロック状態にある間に、バネ３４は少なくとも部分的に弛緩することができる。したがって、出力軸２４は、バネ３４によって、またはそのバネ力によって加速され、したがって駆動され、したがってハウジング２２に対して回転軸２６の周りを回転し、それによって内燃機関１６が始動され、または始動され得る。もちろん、例えば、特に内燃機関１６を始動させるためにバネ３４のバネの力によって出力軸２４が回転してから短時間で、ブロック装置３８もその第１のリリース状態に移行され、そのため、出力軸２４は、内燃機関１６で行われる燃焼プロセスによって駆動され、したがってバネ３４、ロック装置３６またはブロック装置３８によって過度に損なわれることなく、ハウジング２２に対して回転軸２６の周りを回転することができる。

【0043】

図１に示される例示的な実施形態において、バネ３４は、出力軸２４の前端に配置され、部分Ｔ２がその前端に非回転で接続されるように、その前端で出力軸２４に非回転で接続される。

【0044】

さらに、バネ３４とは別に形成されたブロック要素４０が設けられており、それはポジティブロック要素、ブロックディスクまたはロックディスクとも呼ばれる。出力軸２４の軸方向において、バネ３４は、ブロック要素と出力軸２４との間に、少なくとも部分的に、特に少なくとも広範に又は完全に配置される。この場合、部分Ｔ１は、回転固定方式でブロック要素４０に接続される。ブロック要素４０は、その周囲上にまたはその周囲に交差して凹部４２を有し、特に均等に分布した凹部４２を有し、これらは例えばボアとして形成される。ブロック装置３８は、アクチュエータ４４およびさらなるブロック要素４６を、例えばピンまたはボルトの形態で有し、これは、ブロック要素４０に対して、特に並進的に、破線４８によって、図に図示される移動方向にアクチュエータ４４によって移動させることができる。移動方向は、回転軸２６に対して斜めまたは垂直である。これは、例えば、回転軸２６に垂直な第１の平面が、移動方向に垂直な第２の平面に垂直であることを意味する。第１のブロック状態では、例えばロックピンの形態であるブロック要素４６は、凹部４２の１つに係合し、その結果、ブロック装置３８は、形状嵌合方式でロック要素４０と相互作用する。その結果、ブロック要素４０、および、それを介して部分Ｔ１は、ハウジング２２に対して、回転軸２６の周りの回転に対してブロック装置３８によって形状嵌合方式で固定される。

【0045】

最初に作動され、したがってその燃焼モードにある内燃機関１６が停止される、例えばすなわちスイッチオフされる場合、点火および噴射が停止され、その結果、燃料が内燃機関１６の燃焼室に導入されなくなり、燃焼室で行われる点火が停止する。その結果、出力軸２４はその惰行状態に入り、出力軸２４の回転速度が低下することになる。

【0046】

ここで、内燃機関１６は、センサ５０を有しており、これにより、例えば出力軸２４の回転数が検出される。特に、フライホイール２８の回転速度と、これを介して、出力軸２４の回転速度とが、センサ５０によって検出される。センサ５０は、例えば、信号、特に電気的な信号を提供し、これはセンサ５０によって検出された回転速度を特徴付ける。図において特に模式的に示す内燃機関１６の電子計算装置５２は、例えば、センサ５０によって提供される信号を受信し、回転速度を特徴付け、次いで、例えば、ロック装置３６および／またはブロック装置３８を受信信号の関数として制御することができ、例えば、ロック装置３６および／またはブロック装置３８を、検出された回転速度の関数として動作させることができ、または動作させる。特に、センサ５０は、出力軸２４またはフライホイール２８のそれぞれの回転または角度位置、および結果として、フライホイール２８または出力軸２４の回転速度を検出するように設計されている。フライホイール２８は、例えば、出力軸２４に回転固定式に連結されているので、フライホイール２８の回転速度は、出力軸２４の回転速度に相当する。

【0047】

例えば、センサ５０によって検出されたフライホイール２８または出力軸２４のそれぞれの角度または回転位置が、いわゆる停止マップまたは停止マップに格納されたデータまたは位置と比較され、それによって、停止マップおよびしたがってそのデータまたは位置が、例えば電子計算装置５２に格納される。センサ５０によって検出された回転位置と格納された位置とを比較することにより、出力軸２４の回転速度のさらなる将来の推移について予測を行うことができる。例えば、ロック装置３６および／またはブロック装置３８は、上述の予測に応じて動作する。

【0048】

フライホイール２８は、その外周に凹部５４、特に均等に分布した凹部を有し、これは例えばボアとして設計することができる。ロック装置３６は、第２のアクチュエータ５６と、例えばボルトの形態のロック要素５８とを有する。ロック要素５８は、例えば係止ボルトとして形成されている。ロック要素５８は、アクチュエータ５６によって、フライホイール２８に対して、または出力軸２４に対して、特に並進的に、第２の移動方向に、破線６０で図に図示されるように移動することができる。第２の移動方向は、例えば、回転軸２６に対して斜め又は垂直に伸び、その結果、例えば、第２の移動方向に垂直に伸びる第３の平面は、回転軸２６に垂直に伸びる平面に対して垂直に伸びる。

【0049】

第１のリリース状態では、ブロック要素４６は、凹部４２または全ての凹部４２と係合せず、そのためブロック要素４６とブロック要素４０との間に相互作用はない。その結果、ブロック装置３８は、ブロック要素４０を解放し、したがってハウジング２２に対して回転軸２６の周りを回転する部分Ｔ１を解放する。

【0050】

第２のブロック状態では、ロック要素５８は、例えばボアとして形成された凹部５４の１つに係合し、そのため第２のブロック状態では、ロック装置３６はフライホイール２８と明確に相互作用する。その結果、フライホイール２８および、そのフライホイールを介して、出力軸２４は、ハウジング２２に対して回転軸２６の周りを回転しないようにロック装置３６によって明確に固定される。しかしながら、第２のリリース状態では、ロック要素５８は、フライホイール２８の凹部又は全ての凹部５４と係合せず、その結果、第２のリリース状態では、ロック装置３６はフライホイール２８を解放し、したがってハウジング２２に対して回転軸２６の周りを回転する出力軸２４を解放する。

【0051】

例えば、出力軸２４がランアウトすると、センサ５０は、特にフライホイール２８を介して、回転位置とも呼ばれるそれぞれの回転位置、および出力軸２４の回転速度を検出する。出力軸２４の回転数が、例えば内燃機関１６のアイドリング速度に対応する所定又は予め決定可能な閾値を下回った場合、ブロック要素４６がトリガされる。これは、ブロック装置３８がその第１のリリース状態からその第１のブロック状態に導かれることを意味し、その結果、ブロック要素４０、および後者を介して、部分Ｔ１は非回転的にロックされ、すなわちハウジング２２に対して回転軸２６の周りを回転しないように固定される。しかし、ロック装置３６はまだその第２のリリース状態にあるので、出力軸２４はまだ回転することができ、それによって出力軸２４はバネ３４によって制動される。その過程で、バネ３４はねじれ、すなわち張力または負荷がかかる。特に、出力軸２４は、例えば出力軸２４が停止するように、ねじりバネとして設計されたバネ３４によって、その惰行の間に制動される。出力軸２４が停止した後、出力軸２４が再び停止するまで、出力軸２４は、例えば、その後に張力をかけられたバネ３４によって後方に回転される。出力軸２４の第２の停止状態では、例えば、ブロック要素５８がトリガされ、すなわちロック装置３６がその第２のリリース状態から第２のブロック状態に移行される。これにより、出力軸２４はロックされ、ハウジング２２に対して回転軸２６の周りを回転しないように固定される。バネ３４は、その後、張力をかけられ、特に、ロック装置３６がそのブロック状態から第２のリリース状態に移行するときに、バネ３４またはそのバネの力によって出力軸２４が第１の回転方向に回転するように、張力が保たれる。これにより、出力軸２４は、始動のために正しい第１の回転方向に加速又は回転する。

【0052】

これにより、燃焼運転中には、出力軸２４がハウジング２２に対して回転軸２６の周りを第１の回転方向に回転する。この出力軸２４は、この第１の回転方向に回転され、内燃機関１６を始動させる。その惰行の間、出力軸２４は駆動されずに第１の回転方向に回転し続ける。ここで、出力軸２４は、バネ３４によって制動され、これによりバネ３４に張力がかけられる。

【0053】

この停止の後、出力軸２４は、そのとき張力がかけられたバネ３４によって,ハウジング２２に対して回転軸２６の周りを逆回転し、すなわち第１の回転方向と反対の第２の回転方向に回転し、特に出力軸２４は、特に第２の停止状態に戻る。この第２の停止状態では、バネ３４に張力がかかり、ロック装置３６が第２のリリース状態から第２のロック状態に移行される。

【0054】

例えば、ブロック要素５８がその後、ロック装置３６がその第２のリリース状態に移行されるように、凹部５４に係合しなくなるように後退する場合、バネ３４は弛緩することができる。その結果、出力軸２４が第１の回転方向に回転し、これにより内燃機関１６の始動が実行され、すなわち、誘発または支援されることができる。

【0055】

たとえば、従来の始動の場合、ピストンが上死点を通過する最初のシリンダが点火され、次に後続のすべてのシリンダが点火される。直接始動の場合、停止時にピストンが点火上死点をすでに通過しているシリンダが点火され、次に後続のすべてのシリンダが点火される。バネ３４が解放されるような方法で、バネ３４が始動中に出力軸２４を回転させるとすぐに、ブロック要素４６も後退し、すなわちブロック装置３８は、バネ３４が内燃機関１６の始動または関連する始動を妨げないように、その第１のリリース状態に移行される。

【符号の説明】

【0056】

１０ ドライブトレイン
１２ 車軸
１４ 車輪
１６ 内燃機関
１８ 変速機
２０ 車軸歯車
２２ ハウジング
２４ 出力軸
２６ 回転軸
２８ フライホイール
３０ 出力側
３２ 側
３４ バネ
３６ ロック装置
３８ ブロック装置
４０ ブロック要素
４２ 凹部
４４ アクチュエータ
４６ ブロック要素
４８ 破線
５０ センサ
５２ 電子計算装置
５４ 凹部
５６ アクチュエータ
５８ ブロック要素
６０ 破線
Ｔ１ 第１の部分
Ｔ２ 第２の部分

【図1】