CN102947579A

CN102947579A - 具有多个起动机马达的内燃机的起动装置和起动方法

Info

Publication number: CN102947579A
Application number: CN2011800308426A
Authority: CN
Inventors: F.克莱因; T.比森贝格尔; H.旺纳
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2010-06-23
Filing date: 2011-05-19
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2031-05-19
Also published as: DE102010030398A1; EP2585708B1; HUE056163T2; EP2585708A2; WO2011160901A2; CN102947579B; WO2011160901A3

Abstract

说明一种尤其用于起停运行的起动装置（1），该起动装置具有一个起动机控制机构（2）、多个起动机马达（10、20、30）和至少一个耦合装置（15、25、35），为了起动内燃机（5）每个起动机马达能够用所述耦合装置与所述内燃机（5）相耦合。为了能够容易地在所述内燃机的使用寿命期间分布地实现具有较高的数目的起动周期的起动装置，根据所定义的运行状态能够由所述起动控制机构来触发所有的、一部分或者单个的起动机马达（10、20、30），以便起动所述内燃机（5）。

Description

具有多个起动机马达的内燃机的起动装置和起动方法

技术领域

本发明涉及一种尤其用于起停运行的起动装置，该起动装置具有起动机控制机构、多个起动机马达和至少一个耦合装置，为了起动内燃机每个起动机马达能够用所述耦合装置与所述内燃机相耦合。本发明也涉及一种用于起停运行的具有起动装置的起动系统，所述起动装置包括起动机控制机构、设有耦合装置的起动机马达以及起停控制机构。此外，本发明涉及一种用于运行具有一个起动机控制机构和多个起动机马达以及所属的耦合装置的起动装置的方法，其中为了起动内燃机至少所述起动机马达由所述起动机控制机构来触发。本发明也涉及一种计算机程序产品。

背景技术

已经知道，设置了用于机动车中的内燃机的起停系统，用于降低燃料消耗和CO₂排放。由于起停系统，在使用寿命期间向起动装置加载更为强化的荷载。因此相对于传统的无起停系统的起动装置设置了不同的特殊措施，用于以和传统的系统大致相同或者比其长的使用寿命来保证提高的荷载。

DE 10 2005 006 248 A1说明了一种并联起动设备，该并联起动设备具有多个并联的起动机马达以及相应一个用于相应地使起动机齿轮啮合到内燃机的齿环中的接合继电器以及一个功率继电器，所述功率继电器接通通往所属的起动机马达的主电流路径。

申请人知道一种用于能够并联布置的用于起动内燃机的起动机的控制机构。所述控制机构星形地与所述起动机相连接并且包括通往每个起动机的检测线路，从而在使所有的起动机齿轮成功啮合之后同时向所述起动机马达通电。

发明内容

本发明的任务是，如此改进开头提到的类型的一种起动装置、一种起动系统、一种用于运行起动装置的方法和一种计算机程序产品，从而能够容易地在所述内燃机的使用寿命期间分布地实现具有较高的数目的起动周期的起动装置。

按本发明，所述任务通过权利要求1、5、6和10的主题得到解决。从属权利要求定义了本发明的优选的改进方案。

本发明的构思是，通过一种具有至少一个另外的补充的起动机马达来取代传统的具有一个起动机马达的起动装置。由此将较大的起动机马达的功率分布到至少两个或者多个起动机马达上。这随之带来多个优点。所需要的用于起动内燃机的功率由此可以通过多个起动机马达的接通来有针对性地得到提高或者降低并且可以在准备阶段中与变化的所需要的起动功率相匹配。优选使用传统的起动机马达。由此取消麻烦的有时可能导致成本剧增的特殊措施。

按本发明，所述任务通过以下方式得到解决，即如此表征所述内燃机的不同的起动状态，从而能够由所述起动装置根据所定义的运行状态由所述起动机控制机构来触发所有的、一部分或者单个的起动机马达，用于起动所述内燃机。

因而所述任务通过一种方法通过以下方式来得到解决，即根据所定义的运行状态由所述起动机控制机构来判定并且执行，为了起动内燃机由起动机控制机构来触发多少起动机马达以及尤其哪些起动机马达。

所述任务用内燃机的一种起动系统通过以下方式得到解决，即所述起动系统包括至少一个另外的具有耦合装置的用于起动内燃机的起动机马达。这种做法的优点是，在起停运行中在进行所谓的热起动时所述内燃机比如仅仅必须用较小的起动机马达来起动，从而明显降低了车用电路的依照传统用较大的起动机马达产生的电压扰动并且不干扰机动车电气设备和电子设备。

优选将所述起动装置、所述用于起动大排量的内燃机或者具有较大的附加负荷的起动系统比如在营运汽车领域内用在具有固定地用法兰连接的液压泵的内燃机上。所述按本发明的起动装置也有利地用于在所谓的多开关（Vielschalter）比如送货途中的汽车、比如包裹邮递服务、饮料车或者建筑工地机动车比如起重机、挖机和土方翻斗车上提高开关次数。这些车辆不一定具有起停-起动系统。

起动机马达大多数为最大的最大有待施加的在内燃机处于冷的状态中时在内燃机上出现的转矩而设计。有待施加的用于起动内燃机的起动转矩明显地得到降低，如果所述内燃机连同处于其中的油由于运行原因而是热的，由此所述油不再粘滞。

此外，对于内燃机的所谓的冷起动来说也有由于季节引起的差别，因为在冬季在温度明显低于0℃时冷起动要求比在温度处于20℃的范围内进行的冷起动高得多的转矩。

按照一种对本发明进行改进的实施方式，所述起动机马达以及尤其所述耦合装置以不同的结构大小构成并且设有不同的运行特性曲线，尤其至少一个起动机马达设有高的转矩并且至少一个另外的起动机马达构造为加速支持机构（Hochlaufunterstützung）。不同的起动机马达具有这样的优点，即由此至少一个特定的起动机马达可以设置用于冷起动并且至少一个另外的起动机马达可以设置用于热起动。

此外，所述起动机马达也可以在起动过程中履行不同的任务，从而一个起动机马达在起动过程中设置用于内燃机的起动并且另一个起动机马达则构造为加速支持机构。

为了将齿环磨损降低到最低限度，优选将所述起动机马达在内燃机的驱动轴的摆动位置（Auspendelstellen）上尤其在相对于所述内燃机的齿环彼此偏置的情况下来布置。起动机齿轮上以及齿环上的齿磨损由此对于耦合装置来说降低到最低限度，所述耦合装置如此构成，使得起动机齿轮优选以接合继电器接合到所述齿环中并且从中分离。

为了在起动过程中同时给所述起动机马达加荷，优选所述起动装置包括用于同步用于同时向起动机马达加载电流的机构，其中所述起动装置尤其设有检测机构，用该检测机构来检查，在向发动机上的每个起动机马达通电之前相应的耦合装置是否已正确地耦合。由此保证，所有的起动机马达同时受到载荷并且借助于所述检测装置也保证，对于相应的起动机马达和内燃机来说存在着机械的耦合以进行起动，从而避免所述耦合装置的快速的磨损。

按本发明，根据所定义的运行状态由所述起动机控制机构来判定，由所述起动机控制机构来触发多少起动机马达用于起动所述内燃机。所述运行状态的特征在于起动条件，所述起动条件可以包括内燃机及起动机马达的温度、环境温度、电池状态或者说能量供应状态以及磨损程度或者其通过冷起动或热起动来定义。

按照一种对本发明进行改进的实施方式，所定义的运行状态通过所述内燃机以及尤其不同的起动机马达的温度窗口来确定并且所述起动机马达根据相应的温度窗口来全部、部分地或者单个地触发。温度窗口是一种简单的用于确定运行状态的方案，此外所述内燃机的温度作为信息来提供所述发动机控制系统，因为已经需要这样的信息用于其它的应用情况。

按照一种进一步优选的方法，对于冷起动来说向所有的起动机马达加载电流并且尤其所述数目的起动机马达根据运行状态的等级尤其温度级来触发。由此所述温度级的数目相应于所述起动机马达的数目。如果设置了两个起动机马达，那就在冷温度级与热温度级之间进行了区分，而如果设置了三个、四个或者还更多个起动机马达，那么相应地就有三个、四个或者更多个温度级。

优选所述起动机马达在热起动时以降低了的数目来触发，尤其在起停运行中交替地或者循环地来触发。在热起动时降低起动机马达的数目这种做法带来多个优点。在总体上能够实现的起动周期由于单个的起动机马达而相加。较高的起动周期对于起停运行来说是必要的，相对于传统的起动装置获得较高的使用寿命，因为起动周期分布到多个起动机马达上。由此可以使用传统的无麻烦的设计上的特殊措施的起动机马达，所述麻烦的设计上的特殊措施比如可能导致指数级的成本上升。另一个优点是，在机动车运行过程中降低车用电路的对机动车电气设备/电子设备来说有着强烈干扰的电压扰动，并且由此比如对于控制仪来说不再导致故障或者附加措施。另一个优点是，可以更快地多次先后接通内燃机，因为起动机马达的滑行时间不再重要，因为在第一次起动之后不久再次起动内燃机时用另一个起动机马达来进行起动。由此实现按本发明的起动装置的对于起停运行来说所需要的开关次数。自何时起涉及热起动或者冷起动，可能取决于内燃机的类型或者取决于其它的因数。

按照一种对本发明进行改进的实施方式，在运行中对所述起动机马达进行监控，尤其对电流消耗及起动持续时间进行监控，用于根据磨损程度来触发所述起动机马达。特别优选对所述起动机马达的磨损程度进行评估并且加以保存。由此所述方法包括一个诊断装置，该诊断装置记录所述起动机马达的运行特性并且必要时进行比较，用于从中得出结论，所述起动机马达或者说相应的耦合装置出现了多高的磨损程度。而后可以根据磨损程度以降低的、正常的或者强化的方式将经过鉴定的起动电动机用于将来的起动过程尤其用于热起动。

优选可以对磨损程度进行定性评估。而后要么记录故障，要么发出警告，比如很快所述起动装置将不再起作用或者所述起动机马达或者说所述起动装置还仅仅在应急功能中起作用，也就是说不再用于热起动尤其用于起停运行。此外也可以对电池状态进行监控并且据此来触发所述起动机马达，从而在可能不是主要涉及起动过程中的速度的情况下在起动内燃机时实现尽可能有效的能量使用。

所述任务也通过一种计算机程序产品通过以下方式得到解决，即所述计算机程序产品能够用程序指令装载到控制机构的程序存储器中，用于在所述程序在所述控制系统中执行时执行上面所描述的方法的所有步骤。这样做的优点是，不需要额外的构件用于改动或者说修改所述方法。所述计算机程序产品可以以实体的介质比如半导体存储器的形式来构成。所述计算机程序产品能够容易地与通过经验求得的数值或者类型所特有的预先规定相匹配。

不言而喻，前面提到的和下面还要解释的特征不仅能够在相应所表明的组合中而且也能够在其它的组合中来使用。

附图说明

下面参照附图对本发明进行详细解释。附图示出如下：

图1是按本发明的起动装置的示意性的线路图；并且

图2是按本发明的方法的示意性的流程图。

具体实施方式

图1示出了按本发明的起动装置1的示意性的线路图，该起动装置埋入到按本发明的起动系统100中。所述起动装置1包括一个起动机控制机构2和多个起动机马达10、20、30。在图1中示出了三个起动机马达10、20、30。这些起动机马达10、20、30优选相应地具有相同的功率并且因此结构相同。由此获得一种成本较为低廉的制造方法，因为不需要尤其用于起停运行的特殊措施。所述起动机控制机构2与所述发动机控制系统50分开示出，但是也可以至少部分地集成在所述发动机控制系统中。

每个起动机马达10、20、30都设有一个耦合装置15、25、35，从而借助于这些包括啮合继电器的耦合装置能够相应地使起动机齿轮17、27、37啮合到内燃机5的齿环52中，用于起动所述内燃机5。此外，所述内燃机5由发动机控制系统50来触发和监控。所述发动机控制系统50为此包括一个设有存储器65的微型计算机60。为了起动发动机，通过未示出的起动按钮来激活所述发动机控制系统50。为了起动所述内燃机5，一方面触发喷射过程而且另一方面通过线路11来激活所述起动机控制机构2，用于触发所述起动机马达10、20、30并且起动所述内燃机5。所述起动机马达10、20、30连同其耦合装置15、25、35可以是不同的电动机类型，比如串联、并联或者复励电动机。它们可以具有不同的结构大小，可以包括不同的磁体或者导通件（Flussleitsstücke）。此外，所述耦合装置15、25、35可以包括不同的传动机构、不同的外部的由小齿轮和齿环构成的变速机构（übersetzungen）以及若干构造为链条、皮带、凸轮轴等的形式的耦合装置。

但是，如在图1中示出的一样，所述优选的实施方式用结构相同的起动机马达10、20、30以及结构相同的耦合装置15、25、35得到了实现。这样做的优点是，至少一个起动机马达10、20、30可以是冗余的并且也可以循环地使用所述起动机马达10、20、30。

如关于图2所描述的一样，所述起动机控制机构2设有判定机构，用于在不取决于所定义的运行状态的情况下判定，使用多少起动机马达10、20、30来用于起动所述内燃机5。所述起动机控制机构2在至少三个不同的运行状态级之间进行区分，在所述不同的运行状态中所述起动机控制机构2在所有三个起动机马达10、20、30中仅仅触发两个或者仅仅触发一个起动机马达。优选所述运行状态级是所述内燃机5的温度级。所述内燃机5的温度由所述发动机控制系统50来查询，并且通过所述线路11来提供给所述起动机控制机构2。为了检测温度，将温度传感器53集成在所述内燃机5的上面或者说里面，将传感器信号传输给所述发动机控制系统50。

图2示出了按本发明的方法的流程图，即在所述程序存放在程序存储器65中并且由微型计算机60执行时所述方法如何优选在所述起动机控制机构2中运行。所述起动机控制机构2在图1中与所述发动机控制系统50分开地示出。

不言而喻，所述起动机控制机构的一部分也可以集成在所述发动机控制系统50中并且仅仅配电继电器单独地构造用于接通用于起动机马达10、20、30的较高的电流并且用于控制所述耦合装置15、25、35的。这样做的优点是，可以利用一个共同的具有程序存储器65的微型处理器60。

在步骤S1中，为了起动所述内燃机5而触发起动机控制机构2，比如因为为了起动内燃机5已经操纵了起动按钮或者说点火钥匙或者因为起停控制机构58由于起动条件而要求重新起动所述内燃机5。

所述控制过程而后转到步骤A2中，在该步骤A2中询问，所述起动是冷起动还是热起动。如果是冷起动，则比如和一种相应的运行状态一样，在该运行状态中需要所有可用的起动机马达10、20、30，从而在下一个步骤S3中已经判定，所有的起动机马达10、20、30与所有的耦合装置15、25、35相啮合。所述控制机动机构2由此触发所有的耦合装置15、25、35。

在接下来的询问步骤A4中检查，是否所有的耦合装置15、25、35都已经使起动机齿轮17、27、37相应地啮合到所述内燃机5的齿环52中。这比如可以用连接到所述起动机控制机构2上的信号线来进行，从而向所有的起动机马达10、20、30同时加载电流并且不必一个起动机马达提供最大的起动功率，这有时可能意味着所述起动机马达的较高的磨损或者说烧穿。

在询问步骤A4中，由此所述方法一直等待，直到所有的起动机齿轮17、27、37已经啮合。也可以通过电流测量来推断出啮合状态。

随后在步骤S5中向所有由所述起动机控制机构2设置用于起动所述内燃机5的起动机马达10、20、30通电。

在步骤S6中对所述起动机马达10、20、30的起动特性进行检查，在该步骤中记录，向所述起动机马达10、20、30加载多长时间及多少量的电流。

在步骤A7中询问，是否起动了所述内燃机5。一旦起动了所述内燃机5，那就在步骤S10中切断所述起动机马达并且在步骤S12中使所述起动机齿轮17、27、37分离。

如果在询问步骤A2中发现，不是涉及冷起动而是涉及热起动，那么方法流程就转到询问步骤A8，在该询问步骤中询问，对于起动条件来说存在着何种温度窗口或者说何种窗口。也就是说，应该用多少起动机马达也就是用一个或者用两个起动机马达来起动所述内燃机5。这意味着，在询问步骤A8中否定用于用两个起动机马达来起动的中等的窗口，从而在具有最高的温度的第三温度窗口之后用一个起动机马达来进行起动。

如果在步骤A8中已经判定，用多少起动机马达10、20、30来起动，那么接着在步骤S9就进行这样的判定，即用哪些起动机马达来起动。在此重要的是，所述起动机马达中的哪个起动机马达最后一个处于运行中，从而进行周期性的更换。此外，在使用寿命期间重要的是，哪些起动机马达具有较高的磨损程度或者说故障程度。在此向具有较高的磨损程度的起动机马达加载比具有较低的磨损程度的起动机马达少的负荷。此外不再使用有故障的起动机马达。为此，比如在起动所述内燃机5之后最后在显示器中通知驾驶员，他必须迫切造访维修点。

如果决定将哪个起动机马达10、20、30用于进行起动，那么所述方法在这里就转到询问步骤A4，对于该询问步骤A4来说已经触发相应的耦合装置15、25、35并且询问，所述耦合装置15、25、35是否已经使起动机齿轮17、27、37啮合。

此外，如上面已经描述的一样，所述方法而后跟随接下来的步骤S5、S6、S10和S12。所有附图仅仅示出了示意性的不按比例的图示。此外，尤其参照对本发明来说视为重要的图样。

Claims

1.尤其用于起停运行的起动装置（1），具有一个起动机控制机构（2）、多个起动机马达（10、20、30）和至少一个耦合装置（15、25、35），为了起动内燃机（5）每个起动机马达（10、20、30）能够用所述耦合装置（15、25、35）与所述内燃机（5）相耦合，其特征在于，根据所定义的运行状态能够由所述起动控制机构（2）来触发所有的、一部分或者单个的起动机马达（10、20、30），以便起动所述内燃机（5）。

2.按权利要求1所述的起动装置（1），其特征在于，所述起动机马达（10、20、30）以及尤其所述耦合装置（15、25、35）能够以不同的结构大小来构成并且设有不同的运行特性曲线，尤其至少一个起动机马达构筑高的转矩并且至少一个另外的起动机马达构造为加速支持机构。

3.按权利要求1或2所述的起动装置（1），其特征在于，关于所述内燃机（5）的输出轴的摆动位置尤其相对于所述内燃机（5）的齿环（52）彼此偏置地布置，优点是，将起动机齿轮/齿环上的齿磨损降低到最低限度。

4.按权利要求1到3中任一项所述的起动装置（1），其特征在于，所述起动装置（1）包括用于同步的机构以用于同时向起动机马达（10、20、30）加载电流，其中所述起动装置（1）尤其设有检测机构，用该检测机构来检查，在所述起动机马达（10）通电之前相应的耦合装置（15、25、35）是否已正确地耦合。

5.用于起停运行的具有起动装置（1）的起动系统，所述起动装置（1）具有起动机控制机构（2）、设有耦合装置（15、25、35）的起动机马达（10、20、30）以及起停控制机构，其特征在于，所述起动装置包括至少一个另外的设有用于起动内燃机（5）的耦合装置（15、25、35）的起动机马达（10、20、30）。

6.用于运行具有一个起动机控制机构（2）和多个起动机马达（10、20、30）以及所属的耦合装置（15、25、35）的起动装置（1）的方法，其中为了起动内燃机（5）至少所述起动机马达（10、20、30）由所述起动机控制机构（2）来触发，其特征在于，根据所定义的运行状态由所述起动机控制机构（2）来判定并且执行，由所述起动机控制机构（2）来触发多少起动机马达（10、20、30）以及哪些起动机马达（10、20、30）用于起动所述内燃机（5）。

7.按权利要求6所述的方法，其特征在于，所定义的运行状态通过所述内燃机（5）以及尤其起动机马达（10、20、30）的温度窗口来确定并且所述起动机马达（10、20、30）根据相应的温度窗口来全部、部分地或者单个地触发。

8.按权利要求6或7所述的方法，其特征在于，对于冷起动来说向所有的起动机马达（10、20、30）加载电流，尤其所述数目的起动机马达（10、20、30）根据运行状态的等级尤其温度级来触发并且特别优选所述起动机马达（10、20、30）在热起动时在起停运行中以降低的数目交替地或者循环地触发。

9.按权利要求6所述的方法，其特征在于，对所述起动机马达（10、20、30）进行监控，尤其对电流消耗及起动持续时间进行监控，并且根据磨损程度来触发所述起动机马达（10、20、30），特别优选对磨损程度进行评估并且加以保存。

10.计算机程序产品，该计算机程序产品能够利用控制机构（2）用程序指令装载到程序存储器中，以便在所述程序在所述控制机构（2）中执行时执行按权利要求8或9中至少一项所述的方法的所有步骤。