DE10137090A1 - Maschinen-Start-Stop-Steuersystem - Google Patents

Abstract

Es ist ein Maschinen-Start-Stop-Steuersystem für ein Automobil offenbart, welches einen ersten Schritt realisiert, um Strom einem Solenoid eines Magnetschalters eines Anlassers gemäß einem Tastverhältnis von 100% zuzuführen, bis eine erste vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist, einen zweiten Schritt zu realisieren, um Strom dem Solenoid in einem Tastverhältnis zuzuführen, welches kleiner ist als 100%, nachdem die erste vorbestimmte Zeitperiode verstrichen ist, bis eine zweite vorbestimmte Zeitperiode verstrichen ist, und um einen dritten Schritt zu realisieren, um Strom dem Solenoid in einem Tastverhältnis von 100% zuzuführen, nachdem die zweite vorbestimmte Zeitperiode verstrichen ist, bis eine dritte vorbestimmte Zeitperiode verstrichen ist. Daher erreicht ein Kleinzahnrad des Anlassers ein Ringzahnrad der Maschine in einer kurzen Zeit und gelangt in Eingriff mit dem Ringzahnrad gemäß einem geminderten Aufschlagstoß, wodurch das Kleinzahnrad und das Ringzahnrad vor einer Beschädigung bewahrt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Maschinen-Start-Stop-Steuersystem für ein Au­ tomobil.

Um die Umwelt und die natürlichen Ressourcen zu schützen, ist es empfehlenswert, die Maschine eines Automobils anzuhalten, wenn das Fahrzeug auf eine Änderung eines Verkehrssignals wartet. Zu diesem Zweck wurde ein automatisches Maschinen-Start- Stop-Steuersystem entwickelt. Solch ein automatisches Maschinen-Start-Stop-Steuersy­ stem hält die Maschine automatisch an, wenn ein Fahrer das Fahrzeug anhält, während die Maschine sich mit einer Leerlaufdrehzahl dreht (im folgenden als Leerlaufanhalte­ betrieb bezeichnet) und startet die Maschine automatisch, wenn der Fahrer einen vor­ handenen Hebel oder Pedal betätigt, wie beispielsweise ein Gaspedal, um das Fahrzeug zu starten. Es ist daher für das Maschinen-Start-Stop-Steuersystem erforderlich, die Maschine ohne Verzögerung zu stoppen und zu starten, um einen Verkehrsstau zu ver­ hindern.

Die JP-B-2-7-42909 offenbart solch ein Maschinen-Start-Stop-Steuersystem, bei wel­ chem der einem Solenoid eines Magnetschalters zugeführten Strom allmählich erhöht wird, bis der Hauptkontakt des Schalters schließt, und der Strom allmählich reduziert wird, nachdem der Hauptkontakt geschlossen wurde, um die Maschine zu starten. Das erwähnte Maschinen-Start-Stop-Steuersystem mäßigt die Drehzahl des Ritzels des An­ lassers, der mit dem Ringzahnrad der Maschine kämmt, so daß das Ritzel und das Ring­ zahnrad vor einer Zerstörung bewahrt werden.

Da sich das Ritzel zu dem Ringzahnrad der Maschine mit einer niedrigen Geschwindig­ keit hin bewegt, wird eine beträchtliche Zeit dafür benötigt, damit das Ritzel oder Kleinzahnrad in Eingriff mit dem Ringzahnrad gelangt. Wenn die Klemmenspannung einer Fahrzeugbatterie niedriger wird als ein normaler Pegel, und zwar auf Grund einer Über-Entladung derselben, kann die Eingriffsgeschwindigkeit solange dauern, daß ein Verkehrsstau verursacht wird.

Eine Hauptaufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein verbessertes Maschinen-Start- Stop-Steuersystem zu schaffen, welches die Maschine stoppen und starten kann, und zwar ohne Verzögerung und ohne eine Zerstörung oder Beschädigung des Anlassers und der Maschine.

Gemäß einem Hauptmerkmal der Erfindung enthält ein Maschinen-Start-Stop-Steuersy­ stem für ein Automobil eine erste Einrichtung, um Strom einem Solenoid eines Magnet­ schalters eines Anlassermotors in einem 100%-Tastverhältnis zuzuführen, bis eine erste vorbestimmte Zeit verstrichen ist; und enthält eine zweite Einrichtung, um Strom dem Solenoid in einem Tastverhältnis zuzuführen, welches kleiner ist als 100%, nachdem die erste vorbestimmte Zeitperiode verstrichen ist, und zwar bis zum Verstreichen einer zweiten vorbestimmten Zeitperiode.

Daher erzeugt der dem Solenoid zugeführte Strom eine ausreichende Kraft, um einen Kolben des Magnetschalters zu ziehen, die das Ritzel oder Kleinzahnrad in die Nähe eines Ringzahnrads der Maschine in einer kurzen Zeit verbringt. Dann wird der Strom auf einen niedrigen Wert gesteuert, und zwar unmittelbar bevor das Ritzel in Eingriff mit dem Ringzahnrad gelangt, um dadurch die Ziehkraft des Kolbens zu reduzieren, so daß die Aufschlaggeschwindigkeit des Ritzels reduziert werden kann. Als ein Ergebnis wird der Aufschlagstoß, den das Ritzel und das Ringzahnrad erfahren, gemildert und die Lebensdauer derselben wird verlängert.

Das zuvor erläuterte System kann eine dritte Einrichtung enthalten, um dem Solenoid einen Strom in einem Tastverhältnis gemäß 100% zuzuführen, und zwar nach dem Ver­ streichen der zweiten vorbestimmten Zeitperiode, bis zum Verstreichen einer dritten vorbestimmten Zeitperiode. Sobald das Ritzel in Berührung mit dem Ringzahnrad ge­ bracht ist, wird die Ziehkraft des Solenoids derart erhöht, daß das Ritzel weiter gedrückt wird, und zwar über den Kolben, um vollständig in Eingriff mit dem Ringzahnrad zu gelangen. Dies verkürzt die Zeit, um die Maschine zu starten und erleichtert auch die Spannung beim Ineingriffbringen auf einen begrenzten Teilwert, welche Maschine auf Grund eines unvollständigen Ineingriffbringens auf Grund einer unzureichenden Drück­ kraft zerstört oder beschädigt werden kann.

Das oben erläuterte System kann eine vierte Einrichtung enthalten, um wenigstens eine der Zeitperioden gemäß der ersten, der zweiten und der dritten vorbestimmten Perioden in Einklang mit dem Spannungspegel der Batterie oder einer Menge des Stroms zu steu­ ern, welcher dem Solenoid zugeführt wird. Demzufolge kann selbst dann, wenn die Batterieklemmenspannung vergleichsweise niedrig ist, das System richtig arbeiten.

Andere Ziele, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung als auch Funk­ tionen von damit betroffenen Teilen der vorliegenden Erfindung ergeben sich klar aus einem Studium der folgenden detaillierten Beschreibung, der anhängenden Ansprüche und aus den Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Schaltungsdiagramm eines Maschinen-Start-Stop-Steuersy­ stems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 einen Zeitsteuerplan des Betriebes des Maschinen-Start-Stop-Steuersystems gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 3 ein Flußdiagramm des Betriebes des Maschinen-Start-Stop-Steuersystems ge­ mäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, besteht ein Maschinen-Start-Stop-System aus einem Anlasser 10, einer ECU 20, einer Batterie und einem Schlüsselschalter K. Der Anlasser 10 be­ steht aus einem Magnetschalter 1, einem Ritzelantriebsmotor 2, einem Kleinzahnrad 6 und einer Drehzahluntersetzungseinheit vom Typ eines Planetengetriebes (nicht ge­ zeigt).

Der Magnetschalter 1 umfaßt ein Kolbenziehsolenoid 11, einen Ritzelsteuerkolben 12 und einen Hauptschalter 13, der ein Paar von Kontakten besitzt. Das Kleinzahnrad 6 kämmt mit einem Ringzahnrad R einer Maschine, wenn der Kolbenziehsolenoid 11 den Kolben 12 zieht und wenn der Hauptschalter 13 schließt, um den Motor 2 in Betrieb zu setzen, wodurch dann das Kleinzahnrad oder Ritzes zu dem Ringzahnrand R geführt wird.

Die ECU 20 steuert den Strom, welcher dem Solenoid 11 zugeführt wird, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist.

Der Solenoid 11 wird mit einem Strom gemäß einem vollen Wert oder einem Tastver­ hältnis von 100% bei einer ersten Stufe versorgt, wird mit einem niedrigen Wert nach einer vorbestimmten Zeit versorgt und mit dem vollen Wert oder einem Strom gemäß einem Tastverhältnis von 100% versorgt, wenn das Kleinzahnrad 6 in Berührung mit dem Ringzahnrad R gebracht wurde. Der Solenoid 11 besteht aus einer Einziehwicklung 11a und einer Haltewicklung 11b, die so, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, miteinander ver­ bunden sind. Die Einziehwicklung 11a und die Haltewicklung 11b sind um einen ge­ meinsamen Magnetkern gewickelt, um den Kolben 12 zu bewegen und um das Kon­ taktpaar des Hauptschalters 13 zu schließen und um das Ende des Antriebshebels 4 zu schwenken, wenn Strom zu diesem zugeführt wird. Die Einziehwicklung 11a ist mit einem Ende einer Feldwicklung 2a des Motors 2 verbunden und auch mit dem Treiber­ transistor der ECU 20 an dem anderen Ende. Die Haltewicklung 11b ist mit einem Trei­ bertransistor der ECU 20 an einem Ende und mit Masse oder Erde an dem anderen Ende verbunden.

Der Treibertransistor enthält ein Paar von Elektroden, von denen eine mit der Batterie B über den Zündschlüsselschalter K verbunden ist und von denen die andere mit dem So­ lenoid 11 verbunden ist. Die ECU 20 steuert den Strom, welcher dem Solenoid 11 zuge­ führt wird, und zwar über den Treibertransistor in einer P. W. M.-Steuerart (Impulsbrei­ tenmodulation des Stromes), und zwar in Einklang mit einer Maschinen-Start-Routine, die in Fig. 3 gezeigt ist, wenn der Zündschlüsselschalter K eingeschaltet wird oder wenn das Gaspedal nach der Leerlaufanhalteoperation betätigt wird.

Zuerst wird der Solenoid 11 mit Strom gemäß einem Tastverhältnis von 100% bei S102 versorgt. Demzufolge erzeugen beide Wicklungen, und zwar die Einziehwicklung 11a und die Haltewicklung 11b, eine große Ziehkraft, so daß der Kolben 11, die Einwege­ kupplung 5 und das Kleinzahnrad 6 in axialer Richtung in einer kurzen Zeit bewegt werden können.

Bei dem nächsten Schritt S104 wird ein Steuertastverhältnis Dx gemäß der Temperatur, der Batterieanschlußspannung usw. eingestellt, und zwar unter Bezugnahme auf einen Plan (map), der in der ECU 20 gehalten wird. Der Plan enthält Daten einer verschieden­ artigen Kombination aus Temperatur- und Batterieanschlußspannung, um den Strom bei einem niedrigen Stromwert zu steuern, das heißt bei dem Tastverhältnis von Dx %.

Bei S106 wird überprüft, ob eine erste vorbestimmte Zeitdauer T1 verstrichen ist oder nicht, und zwar nachdem der Solenoid 11 zuerst erregt wurde. Wenn das Ergebnis NEIN lautet, wird das Tastverhältnis von 100% beibehalten.

Andererseits wird bei S108 der Solenoid 11 mit einem Strom gemäß einem Steuer­ tastverhältnis von Dx % beschickt, wenn das Ergebnis JA lautet. Demzufolge wird die Ziehkraft reduziert und das Kleinzahnrad 6 verlangsamt seine Bewegungsgeschwindig­ keit zu dem Ringzahnrad R hin, um ohne großen Aufschlagstoß in Eingriff zu gelangen.

Die erste vorbestimmte Zeitperiode T1 kann gemäß der Anschlußspannung der Batterie B oder gemäß einer Größe oder Menge des Stromes, welcher dem Solenoid zugeführt wird, geändert werden. Wenn die Anschlußspannung der Batterie B oder die Strom­ menge niedriger ist als ein normaler Wert, wird die erste vorbestimmte Zeitperiode T1 erhöht, um zu verhindern, daß das Kleinzahnrad 6 bei seinem Eingriff mit dem Ring­ zahnrad R verzögert wird. In diesem Fall ist die ECU 20 mit einem Spannungssensor und einer Steuerlogik ausgerüstet.

Danach wird bei S110 geprüft, ob eine zweite vorbestimmte Zeitdauer T2 (T2 < T1) verstrichen ist, nachdem der Solenoid 11 zuerst erregt worden ist oder nicht. Wenn das Ergebnis NEIN lautet, wird der Solenoid 11 fortlaufend mit Strom beschickt, und zwar gemäß einem Steuertastverhältnis Dx. Andererseits wird dem Solenoid 11 Strom gemäß einem Tastverhältnis von 100% erneut zugeführt, wenn das Ergebnis bei S112 JA lautet. Dieser Schritt wird in bevorzugter Weise unmittelbar dann ausgeführt, wenn das Klein­ zahnrad 6 in Berührung mit dem Ringzahnrad R gebracht worden ist, da das Kleinzahn­ rad 6 vollständig mit dem Ringzahnrad in Eingriff gelangen kann, und zwar bei der vollen Ziehkraft des Solenoids 11.

Danach bringt der Kolben 12 den bewegbaren Kontakt des Magnetschalters 1 in Berüh­ rung mit dem stationären Kontakt, so daß Strom aus der Batterie dem Motor 2 zugeführt wird, wodurch das Kleinzahnrad 6 in Drehung versetzt wird, ebenso das Ringzahnrad R und die Maschine.

Da das Kleinzahnrad 6 und das Ringzahnrad R vollständig miteinander in Eingriff ge­ bracht sind, kann die Maschinenantriebskraft auf die Maschine übertragen werden, und zwar in einer sanften Form ohne eine Beschädigung. Selbst wenn ein gewisser Grad einer Dispersion des Spielraums zwischen dem Kleinzahnrad 6 und dem Ringzahnrad R vorhanden ist, kann die Maschine ohne irgendwelche Probleme angelassen werden.

Wenn der Magnetschalter 1 geschlossen wird, werden die sich gegenüberliegenden An­ schlüsse der Einziehwicklung 11a kurzgeschlossen. Demzufolge wird lediglich die Halteschaltung 11b fortwährend erregt.

Danach wird bei S114 geprüft, ob eine dritte vorbestimmte Zeitperiode T3 (T3 < T2) verstrichen ist oder nicht. Wenn das Ergebnis NEIN lautet, wird die Haltewicklung 11b des Solenoids fortlaufend mit einem Strom gemäß einem Tastverhältnis von 100% be­ schickt. Auf der anderen Seite wird der Strom, welcher dem Solenoid 11 zugeführt wird, abgeschnitten (Tastverhältnis 0%), wenn das Ergebnis bei S116 JA lautet.

Anstatt der Verwendung eines Zeitgebers kann das Tastverhältnis gemäß der Strom­ menge geändert werden, die dem Solenoid 11 zugeführt werden soll.

Claims (8)

1. Maschinen-Start-Stop-Steuersystem für ein Automobil mit einer Batterie (B), einer Maschine mit einem Ringzahnrad (R), einem Anlasser (10), der einen Motor (2) enthält, einem Kleinzahnrad (6) und einem Magnetschalter (1), der einen Kolben (12) und einen Solenoid (11) enthält, um das Kleinzahnrad anzutreiben, um es in Eingriff mit dem Ringzahnrad zu bringen, gekennzeichnet durch:
eine erste Einrichtung (20), um Strom dem Solenoid gemäß einem Tastverhältnis von 100% zuzuführen, bis eine erste vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist; und
eine zweite Einrichtung (20), um dem Solenoid Strom in einem Tastverhältnis zuzu­ führen, welches kleiner ist als 100%, nachdem die erste vorbestimmte Zeitperiode verstrichen ist, bis eine zweite vorbestimmte Zeitperiode verstrichen ist.

2. Maschinen-Start-Stop-Steuersystem nach Anspruch 1, ferner mit einer dritten Ein­ richtung (20), um Strom dem Solenoid in einem Tastverhältnis von 100% zuzufüh­ ren, und zwar nach dem Verstreichen der zweiten vorbestimmten Zeitperiode, bis eine dritte vorbestimmte Zeitperiode verstrichen ist.

3. Maschinen-Start-Stop-Steuersystem nach Anspruch 1, ferner mit einer vierten Ein­ richtung (20), um wenigstens eine der Zeitperioden gemäß der ersten, der zweiten und der dritten vorbestimmten Zeitperioden gemäß dem Spannungspegel der Batte­ rie zu steuern.

4. Maschinen-Start-Stop-Steuersystem nach Anspruch 1, ferner mit einer fünften Ein­ richtung (20), um wenigstens eine Zeitperiode gemäß der ersten, der zweiten und der dritten vorbestimmten Zeitperioden in Einklang mit einer Strommenge, die dem Solenoid zugeführt wird, zu steuern.

5. Verfahren zum Starten und Stoppen einer Maschine, die ein Ringzahnrad (R) enthält und bei einem Automobil verwendet wird, mit einer Batterie (B), wobei das Starten mit Hilfe eines Anlassers (10) mit einem Motor (2) erfolgt, mit einem Kleinzahnrad (6) und einem Magnetschalter (1), der einen Kolben (12) und einen Solenoid (11) enthält, um das Kleinzahnrad in Eingriff mit dem Ringzahnrad anzutreiben, welches Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
Zuführen von Strom zu dem Solenoid mit einem Tastverhältnis von 100% bis eine erste vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist; und
Zuführen von Strom zu dem Solenoid in einem Tastverhältnis, welches kleiner ist als 100%, nachdem die erste vorbestimmte Zeitperiode verstrichen ist, bis eine zweite vorbestimmte Zeitperiode verstrichen ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, ferner mit einem Schritt gemäß dem Zuführen von Strom zu dem Solenoid mit einem Tastverhältnis von 100%, nachdem die zweite vorbestimmte Zeitperiode verstrichen ist, bis eine dritte vorbestimmte Zeitperiode verstrichen ist.

7. Verfahren nach Ansprach 5, ferner mit einem Schritt gemäß einem Steuern von we­ nigstens einer der Zeitperioden gemäß der ersten, der zweiten und der dritten vorbe­ stimmten Zeitperioden in Einklang mit dem Spannungspegel der Batterie.

8. Verfahren nach Anspruch 5, ferner mit einem Schritt gemäß einem Steuern von we­ nigstens einer der Perioden gemäß der ersten, der zweiten und der dritten vorbe­ stimmten Zeitperioden in Einklang mit einer Strommenge, die dem Solenoid zuge­ führt wird.