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Stand der Technik
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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Startvorrichtung
für einen Start-Stopp-Betrieb von einer Brennkraftmaschine
in einem Kraftfahrzeug, wobei die Startvorrichtung einen Startermotor
mit einem Starterritzel, eine Einspurvorrichtung und eine Steuerung
umfasst und ein Starterritzel vom Startermotor zum Starten in einen Zahnkranz
der Brennkraftmaschine eingespurt wird. Die Erfindung bezieht sich
ferner auf ein Computerprogrammprodukt und eine Startvorrichtung
mit einem elektrischen Startermotor zum Starten einer Brennkraftmaschine,
eine Einspurvorrichtung zum Einspuren eines zum Startermotor axial
beweglichen Starterritzels in einen Zahnkranz der Brennkraftmaschine
und einer Steuerung für den Startermotor und die Einspurvorrichtung.
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Es
ist bekannt, Fahrzeuge mit einer Steuerung der Brennkraftmaschine
auszustatten, die die Brennkraftmaschine aufgrund eines kurzfristigen Stopps
ausschaltet, um Kraftstoff und CO2-Emissionen
zu reduzieren.
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Es
ist bekannt, unter anderem aus folgendem Stand der Technik, ein
Starterritzel in den Zahnkranz einer Brennkraftmaschine unabhängig
vom Bestromen eines Startermotors einzuspuren, um die Startzeit
in einem Start-Stopp-Betrieb zu verkürzen. Das Starterritzel
kann sowohl bei stehendem Zahnkranz als auch in eine auslaufende
Brennkraftmaschine eingespurt werden.
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Aus
der
DE 10 2006
011 644 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb
einer Vorrichtung mit einem Starterritzel und einem Zahnkranz einer
Brennkraftma schine bekannt, wobei die Drehzahl des Zahnkranzes und
des Starterritzels ermittelt werden, um das Starterritzel nach dem
Ausschalten der Brennkraftmaschine mit im Wesentlichen gleicher Drehzahl
beim Auslaufen der Brennkraftmaschine einzuspuren. Das Starterritzel
bleibt bis zum Andrehen der Brennkraftmaschine in einem eingespurten Zustand.
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Die
DE 10 2006 039 112
A1 beschreibt ein Verfahren zum Bestimmen der Drehzahl
des Startermotors für einen Kfz-Verbrennungsmotor. Der
Startermotor umfasst ein eigenes Starter-Steuergerät, um
die Drehzahl des Startermotors zu berechnen und um in einem Start-Stopp-Betrieb
das Starterritzel vom Startermotor zu beschleunigen, wenn ein Selbststart
des Verbrennungsmotors aufgrund gesunkener Drehzahl nicht mehr möglich
ist. Das Starterritzel wird mit synchroner Drehzahl an den Zahnkranz
des auslaufenden Verbrennungsmotors eingerückt.
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Die
DE 101 10 074 A1 beschreibt
einen Brems-Schraubtrieb-Starter zum Andrehen einer Brennkraftmaschine
mit einem Startermotor und ein mit der Abtriebswelle gekoppeltes
Einspurgetriebe mit Steilgewinde und einem Brems-Sperrglied. Um den
Ein- und Ausspurvorgang in zuverlässiger Weise ohne Aktuator
zu steuern, ist das Brems-Sperrglied selbsttätig zwischen
zwei stabilen Endlagen, nämlicher einer Freigabe-Endlage
und einer Sperr-Endlage schaltbar.
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Die
DE 199 63 626 A1 beschreibt
eine Startvorrichtung zum Andrehen einer Brennkraftmaschine mit
einem Startermotor und einem in einen Zahnkranz der Brennkraftmaschine
einrückbaren Starterritzel. Um das dynamische Verhalten
der Startvorrichtung beim Einspur- und Ausspurverhalten des Starterritzels
ohne Beeinträchtigung zu verbessern, wird das Starterritzel
mit einem Schneckengetriebe mit einer Schneckenwelle von einem Servomotor
ein- und ausgespurt.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren, ein Computerprogrammprodukt
und eine Startvorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden,
um einen Start-Stopp-Betrieb sicher und mit einem geringen Energieeinsatz
ausführen zu können.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird
die Aufgabe durch den Gegenstand der Patentansprüche 1,
6 und 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich
aus den abhängigen Ansprüchen.
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Ein,
der Erfindung zugrunde liegender Gedanke ist, dass Starterritzel
möglichst energiesparend und sicher in einer eingespurten
Position zu halten, in der Zeit, in der die Brennkraftmaschine aufgrund
einer Start-Stopp-Betriebsstrategie ausgeschaltet ist und auf einen
Startbefehl zum Starten der Brennkraftmaschine gewartet wird. Herkömmlicherweise
wird hierfür ein Starterrelais mit einem Strom beaufschlagt,
um das Starterritzel in einem eingespurten Zustand zu halten. Bei
einem herkömmlichen, sogenannten Kaltstart oder bei einem
Start mittels des Zündschlüssels ist die Energiebilanz
nicht stark beeinträchtigt, da der Startermotor unmittelbar nach
dem Einspuren beschleunigt wird. In einem Start-Stopp-Betrieb kann
jedoch der eingespurte Zustand eine längere Zeit, d. h.
mehrere Minuten dauern, was herkömmlicherweise die Energiebilanz
vom Bordnetz beeinträchtigt.
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Die
Aufgabe wird durch das Verfahren dadurch gelöst, dass das
Starterritzel in einer eingespurten Position von einer Haltevorrichtung
gehalten wird. Die Haltevorrichtung sichert das Starterritzel in der
eingespurten Position, so dass ein als Einspurvorrichtung ausgebildetes
Starterrelais nicht mehr bestromt werden muss. Das Starterritzel
kann nicht mehr aus der eingespurten Position herausrutschen. Somit
befindet sich das Starterritzel während eines Start-Stopp-Betriebs
im eingespurten Zustand, ohne dass die Energiebilanz eines Bordnetzes
vom Fahrzeug beeinträchtigt bzw. reduziert wird.
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Gemäß einem
die Erfindung weiterbildenden Verfahren wird das Starterritzel von
der Haltevorrichtung mechanisch, insbesondere formschlüssig,
gehalten. Dies hat den Vorteil, dass die Haltevorrichtung als ein
ausfallsicheres System ausgebildet sein kann. Die Haltevorrichtung
benötigt nicht eine aufwendige Ansteuerung.
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Um
das Verfahren möglichst einfach auszugestalten und die
Brennkraftmaschine möglichst schnell im Start-Stopp-Betrieb
starten zu können, werden vorteilhafterweise das Starterritzel
mittels der Haltevorrichtung verriegelt und ein Startermotor unabhängig davon,
ob das Starterritzel verriegelt oder nicht verriegelt ist, mit einem
Strom zum Starten der Brennkraftmaschine beaufschlagt. Eine Verriegelung schafft
einen sicher eingespurten Zustand durch ein einfaches mechanisches
Prinzip. Der Startermotor kann je nach ausgebildeter Steuerung und
Starterrelais entweder erst nach Lösung der Entriegelung
vom Starterritzel beispielsweise durch das Starterrelais mit einem
Strom von der Fahrzeugbatterie beaufschlagt werden oder auch unabhängig
beispielsweise durch eine separate Schaltwicklung im Starterrelais,
wobei die Schaltwicklung im Starterrelais unabhängig von
einer Einspurwicklung des Starterrelais, die das Starterritzel in
den Zahnkranz bewegt, bestromt werden kann.
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Gemäß einem
bevorzugten Verfahren wird der Startermotor zum Starten der Brennkraftmaschine
bei entriegeltem Startermotor mit einem Strom zum Starten der Brennkraftmaschine
beaufschlagt. Somit ist gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform das Starterrelais mit drei Positionen eines
axial ansteuerbaren Ankers einsetzbar, wobei der Anker vom Starterrelais
an eine erste Position mit einem ausgespurten Starterritzel, eine
zweite Position mit einem eingespurten Starterritzel und eine dritte
Position mit einem geschlossenen Relaisschalter zur maximalen Bestromung
des Startermotors umfasst. Um die Haltevorrichtung möglichst
einfach auszubilden, wird die Haltevorrichtung von der Steuerung
für die Startvorrichtung zum Lösen der festgehaltenen
Position angesteuert. Somit ist nur eine kurzzeitige elektrische Energie
notwendig, um den Haltezustand des Starterritzels zu entriegeln.
Eine aufwendige Elektronik und ein aufwendiger elektrischer und
mechanischer Aufbau entfallen somit.
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Die
Aufgabe wird auch durch ein Computerprogrammprodukt gelöst,
das mit Programmbefehlen in einen Programmspeicher einer Steuerung
ladbar ist, um das vorher beschriebene Verfahren auszuführen,
wenn das Programm in der Steuerung ausgeführt wird. Das
Computerprogrammprodukt erfordert keine zusätzlichen Bauteile
im Fahrzeug, sondern lässt sich als Modul in bereits vorhandene
Steuerungen im Fahrzeug implementieren. Das Computerprogrammprodukt
kann beispielsweise in der Motorsteuerung oder einer Steuerung für
den Start-Stopp-Betrieb als körperliches Medium in Form
eines Halbleiterspeichers vorgesehen sein. Das Computerprogrammprodukt
hat den weiteren Vorteil, dass es leicht an individuelle, bestimmte
Wünsche anpassbar ist. Eine Verbesserung der Betriebsstrategie
durch verbesserte empirische Werte ist möglich.
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Die
Aufgabe wird auch mit einer Startvorrichtung der eingangs genannten
Art dadurch gelöst, dass eine Haltevorrichtung im mechanischen
Bewegungsweg für eine axiale Bewegung des Starterritzels
zum Halten des Starterritzels in einem eingespurten Zustand ausgebildet
ist und von der Steuerung ansteuerbar ist. Somit ist es möglich,
in einer Eingriffsposition den Zahnkranz ohne Energieeinsatz zu
halten.
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Gemäß einer
die Erfindung weiterbildenden Ausführungsform ist die Haltevorrichtung
elektromechanisch ausgebildet. Elektromechanisch heißt,
dass die Haltevorrichtung eine mechanische Verriegelung aufweist,
die elektrisch von der Steuerung jederzeit lösbar ist.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Haltevorrichtung
als Verriegelungsrelais, insbesondere mit einer vorgespannten Feder,
zum Ausführen eines Hubs ausgebildet. Das Verriegelungsrelais
wird somit nur bestromt, wenn die Verriegelung des Starterritzels
entriegelt werden soll. Somit ist nur eine kurze geringe Bestromung
erforderlich, im Gegensatz zu einer permanenten Bestromung, um das
Starterritzel in einem eingespurten Zustand zu halten. Eine vorgespannte
Feder führt dazu, dass eine Verriegelung im Einspurvorgang
automatisch stattfindet. Die Kraft der Feder wird überwunden,
wenn das Verriegelungsrelais bestromt wird, so dass der Riegel,
der gleichzeitig als Anker des Verriegelungsrelais ist, beispielsweise
zurück oder eingezogen wird. Die Haltevorrichtung kann
jede elektrisch betätigbare Vorrichtung sein, mittels der
ein Verriegelungsbolzen zwischen zwei Positionen sicher bewegbar
ist. Der Verriegelungsbolzen könnte auch über ein
Schneckengetriebe oder Zahnstangengetriebe bewegbar sein.
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Gemäß einer
weiter bevorzugten Ausführungsform ist die Haltevorrichtung
zur Verriegelung des Ankers oder eines verlängerten Ankers
vom Starterrelais ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass die Haltevorrichtung
direkt am Starterrelais ausgebildet ist. Am Starterrelais sind gewöhnlich
sämtliche elektrische Anschlüsse vorhanden. Außerdem
ist diese Umgebung aufgrund einer Asymmetrie der Startvorrichtung
bauraumtechnisch vorteilhaft.
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Gemäß alternativen
Ausführungsformen ist die Haltevorrichtung an dem Gabelhebel
oder einer axial beweglichen Führung auf der Achse des
Startermotors, mittels der das Starterritzel axial beweglich ist,
zum Verriegeln ausgebildet.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch
zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen
Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
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1 einen
vergrößerten Ausschnitt einer Startvorrichtung,
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2 eine
Detailansicht einer Haltevorrichtung mit einem Starterrelais,
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3 eine
Haltevorrichtung mit einem Starterrelais in einem ausgespurten Zustand,
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4 eine
Haltevorrichtung mit einem Starterrelais im einem eingespurten Zustand
und
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5 eine
Haltevorrichtung mit einem Starterrelais im eingespurten und geschaltetem
Zustand.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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Die 1 zeigt
eine Startvorrichtung 1 zum Starten einer nicht dargestellten
Brennkraftmaschine mit einem Starterritzel 2, das auf einer
Starterachse eines Startermotors 30 antreibbar läuft,
auf der Starterachse 3 axial verschiebbar ist und in einen
Zahnkranz 4 einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine einspurbar
ist. Das Starterritzel 2 wird durch eine Hubbewegung, d.
h. eine einziehende Bewegung des Ankers 6 über
den Gabelhebel 7 axial auf der Starterachse 3 bewegt.
Eine Feder 8 wird durch die Einzugsbewegung des Ankers 6 bei
Bestromen des, als Einspurvorrichtung ausgebildeten Starterrelais 5 zusammengedrückt.
Erfindungsgemäß ist im mechanischen Bewegungsweg
zur axialen Bewegung des Starterritzels 2, gemäß der 1 gezeigten,
besonders bevorzugten Ausführungsform, am verlängerten Ende
des Ankers 6 eine Haltevorrichtung 9 ausgebildet.
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Die
Haltevorrichtung 9 umfasst ein Verriegelungsrelais 10 mit
einem Verriegelungsbolzen 11. Der Verrieglungsbolzen 11 ist
gegen eine Feder 12 vorgespannt. Der Verriegelungsbolzen 11 kann
in eine Verriegelungsnut 13, die am Ende des Ankers 6 ausgebildet
ist, eingreifen, wenn der Anker 6 entsprechend weit in
das Starterrelais 5 eingezogen worden ist und das Starterritzel 2 über
den Gabelhebel 7 in den Zahnkranz 4 eingespurt
worden ist.
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Mit
der mechanischen Haltevorrichtung 9 wird somit das Starterritzel 2 formschlüssig
und sicher ohne einen zusätzlichen Energieaufwand im eingespurten
Zustand gehalten. Der Startermotor 30 kann nun bestromt
werden, um eine nicht dargestellte Brennkraftmaschine zu starten.
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Um
den Verriegelungsbolzen 11 aus der Verriegelungsnut 13 zu
heben, ist bevorzugt das Verriegelungsrelais 10 angeordnet,
das bei Bestromung den Verriegelungsbolzen 11 einzieht.
Das Verriegelungsrelais 10 wird von einer nicht weiter
dargestellten Steuerung 15 mit einem Programmspeicher 16 angesteuert.
Es wird somit nur ein geringer Strom benötigt, um den eingespurten
Zustand wieder zu lösen. Der elektromechanische Aufbau
ist einfach und mit einfachen Mitteln zu realisieren.
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Die 2 zeigt
in einem vergrößerten Ausschnitt die Haltevorrichtung 9 mit
dem Starterrelais 5. Die 2 zeigt
deutlich in einem weiteren vergrößerten Ausschnitt,
dass der Verriegelungsbolzen 11 gegen eine senkrechte Kante
des Ankers 6 als Gegenlager stößt, gegen
den die Feder 8 vorgespannt ist. Somit ist der eingespurte
Zustand gesichert, wohingegen auf der gegenüberliegenden
Seite die Verriegelungsnut 13 mit einer abgeschrägten
Fläche im Querschnitt gesehen, ausgebildet ist.
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Die 2 zeigt
eine weitere Variante einer besonderen Ausführungsform
gemäß der die Verriegelungsnut 13 hinter
einem Gelenk mit dem Gabelhebel 7 in Richtung des Starterrelais 5 gesehen
ausgebildet ist.
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Die 3 bis 5 zeigen
schematische abstrahierte Seitenansichten von der Haltevorrichtung 9 und
dem Schaltrelais 5 in drei Funktionsansichten.
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Die 3 zeigt
das Starterritzel 2 in einer Ruhestellung im ausgespurten
Zustand. Der Anker 6 befindet sich in einer maximalen Position
außerhalb des Starterrelais 5 mit einer entspannten
Feder 8. Die Haltevorrichtung 9 mit dem Verriegelungsbolzen 11 ist
durch eine Feder 12 gegen ein verlängertes Ende des
Ankers 6 vorgespannt. Eine Verriegelung in die Verriegelungsnut 13 ist
nur durch Einziehen des Ankers 6 in das Starterrelais 5 möglich.
Auch das Verriegelungsrelais 10 ist in diesem Zustand stromlos.
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Die 4 zeigt
das Starterrelais 5 mit einem Anker 6 in einer
zweiten Position. In der zweiten Position ist der Verriegelungsbolzen 11 in
die Verriegelungsnut 13 am Ende des Ankers 6 eingerastet.
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Es
ist somit nicht möglich, dass der Anker 6 noch
weiter in das Starterrelais 5 gezogen wird und somit ein
Relaisschalter 14 geschlossen wird, wodurch der Startermotor 30 mit
einem maximalen Batteriestrom bestromt wird. Somit ist die Ansteuerung des
Starterrelais 5 vereinfacht. In dieser Position wird die
Einspurfunktion des Starterrelais 5 nicht mehr benötigt.
Das Starterrelais 5 wird deshalb stromlos geschaltet. Vorteilhafterweise
erfolgt somit keine weitere Erwärmung durch eine Bestromung
des Starterrelais 5. Der Einzug vom Anker 6 kann
somit nicht mehr unkontrolliert beeinflusst werden. Somit werden
Fehlfunktionen am Relaisschalter 14 sicher vermieden, was
sich positiv auf ein Sicherheitskonzept auswirkt. Die Feder 8 ist
dabei leicht in den Anker 6 vorgespannt. Das Starterritzel 2 ist
in dieser Position in den Zahnkranz 6 aufgrund des Gabelhebels 7 in
den Zahnkranz 4 eingespurt. Die 4 zeigt
somit einen sicheren energielosen Zustand, der die Energiebilanz
vom Bordnetz nicht beeinträchtigt, denn die Warteposition
kann eine unterschiedliche Zeitdauer von mehreren Minuten betragen.
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Die 5 zeigt
eine dritte Position des Ankers 6 im Starterrelais 5.
In dieser Position ist von einer Motorsteuerung an die Steuerung
der Startvorrichtung 1 die Information geschickt worden,
dass die Brennkraftmaschine gestartet werden soll. Hierfür wird
das Verriegelungsrelais 10 bestromt, so dass der Verriegelungsbolzen 11 entgegen
der Federkraft von der Feder 12 eingezogen wird und somit
der Anker 6 durch Bestromen des Starterrelais 5 noch
weiter eingezogen werden kann, so dass der Relaisschalter 14 geschlossen
werden kann. Durch Schließen des Relaisschalters 14 wird
der Startermotor 30 mit einem Strom beaufschlagt, um die
Brennkraftmaschine über das im Zahnkranz 4 in
Eingriff befindliche Starterritzel 2 anzudrehen und zu
starten. Die Ver riegelungsaktuatorik der Haltevorrichtung 9 wird
also in der 5 außer Kraft gesetzt.
Bei einem sogenannten Kaltstart, das heißt einem Start,
der vom Fahrer zu Beginn der Fahrt mit dem Fahrzeug ausgelöst wird,
wird gleich der dritte Zustand gemäß der 5 ausgelöst
und der Zustand gemäß der 4 mit einem
eingerasteten Verriegelungsbolzen 11 übersprungen.
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Gemäß einer
alternativen Ausführungsform kann das Starterrelais 5 die
axiale Einspurbewegung und das Schließen des Schalterrelais 14 separat
ausführen, weil beispielsweise zwei verschiedene separat
ansteuerbare Wicklungen vorgesehen sind. Alle Figuren zeigen lediglich
schematische nicht maßstabsgerechte Darstellungen. Im Übrigen
wird insbesondere auf die zeichnerischen Darstellungen für
die Erfindung als Wesentlich verwiesen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102006011644
A1 [0004]
- - DE 102006039112 A1 [0005]
- - DE 10110074 A1 [0006]
- - DE 19963626 A1 [0007]