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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 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 Brennkraftmaschine bekannt, wobei die Drehzahl des Zahnkranzes und des Starterritzels ermittelt werden, um das Starterritzel nach dem Ausschalten der Brennkraftmaschine mit im Wesentlichen gleicher Umfangsgeschwindigkeit 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 durch den Startermotor zu beschleunigen, wenn ein Selbststart des Verbrennungsmotors aufgrund gesunkener Drehzahl nicht mehr möglich ist. Das Starterritzel wird mit synchroner Umfangsgeschwindigkeit in 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, nämlich 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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Aus der
DE 10 2005 048 598 A1 ist eine Startvorrichtung bekannt, die zum stromlosen Halten eines Ritzels in einem Zahnkranz einer Brennkraftmaschine eine Verriegelungseinrichtung offenbart, die zur Verriegelung eines Ritzelschafts im eingespurten Zustand dient.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren 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 des Patentanspruchs 1 und des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Ein der Erfindung zugrunde liegender Gedanke ist, dass Starterritzel in der Zeit, in der die Brennkraftmaschine aufgrund einer Start-Stopp-Betriebsstrategie ausgeschaltet ist und auf einen Startbefehl zum Starten der Brennkraftmaschine gewartet wird, möglichst energiesparend und sicher in einer eingespurten Position zu halten. Herkömmlicherweise wird hierfür ein Starterrelais mit einem Strom beaufschlagt, um das Starterritzel in einem eingespurten Zustand zu halten. Bei einem herkömmlichen, sogenannten Kaltstart bzw. 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 des Bordnetzes 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 des Fahrzeugs beeinträchtigt bzw. reduziert wird. Es wird dabei im mechanischen Bewegungsweg zur axialen Bewegung des Starterritzels am verlängerten Ende des Ankers eine Haltevorrichtung betätigt, um das Starterritzel in der eingespurten Position zu halten.
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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 keine aufwändige 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 des 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 kurzzeitig elektrische Energie notwendig, um den Haltezustand des Starterritzels zu entriegeln. Eine aufwändige Elektronik und ein aufwändiger elektrischer und mechanischer Aufbau entfallen somit.
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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 ein 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 des 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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Figurenliste
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 einen Ausschnitt einer Startvorrichtung,
- 2 eine Detailansicht einer Haltevorrichtung mit einem Starterrelais,
- 3 eine Haltevorrichtung mit einem Starterrelais in einem ausgespurten Zustand,
- 4 eine Haltevorrichtung mit einem Starterrelais in einem eingespurten Zustand mit eingerastetem Verriegelungsbolzen und
- 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 der 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 in 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 die 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 im Querschnitt gesehen mit einer abgeschrägten Fläche 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 der Haltevorrichtung 9 und des 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 des Ankers 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 des Bordnetzes 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 Verriegelungsaktuatorik 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 als für die Erfindung Wesentlich verwiesen.
