DE102011005548A1

DE102011005548A1 - Verfahren eines Startsystems, Startsystem, Schaltungsanordnung und Computerprogrammprodukt

Info

Publication number: DE102011005548A1
Application number: DE201110005548
Authority: DE
Inventors: Antonios Katirtzidis; Sven Hartmann; Balasubramaniam Venkatasubramaniam; Stefan Tumback
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2011-02-16
Filing date: 2011-03-15
Publication date: 2012-08-16
Also published as: CN103348125B; WO2012110394A2; EP2676029A2; WO2012110394A3; CN103348125A

Abstract

Es wird ein Verfahren eines Startsystems (1) zum Starten einer Brennkraftmaschine (10) in einem Fahrzeug mit einer Startvorrichtung (2) beschrieben, die einen Startermotor (3), eine ein Starterritzel (4) einspurende Einspurvorrichtung (5) und eine den Startermotor (3) schaltende Schaltvorrichtung (6) umfasst. Um mit einem möglichst einfachen Startsystem die Verfügbarkeit der Brennkraftmaschine (10) im Start-Stopp-Betrieb möglichst einfach zu erhöhen, wird die Drehzahl einer Brennkraftmaschine (10), insbesondere in einem Start-Stopp-Betriebsmodus, nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine (10) gemessen, und nach einer Startanforderung die Startvorrichtung (2) angesteuert, sobald die Drehzahl unter eine definiertes Drehzahltoleranzband bezüglich eines Stillstands gesunken ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren eines Startsystems zum Starten einer Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug mit einer Startvorrichtung, die einen Startermotor, eine ein Starterritzel einspurende Einspurvorrichtung und eine den Startermotor schaltende Schaltvorrichtung umfasst. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Startsystem zum Starten einer Brennkraftmaschine mit einer Startvorrichtung, die einen Startermotor, eine ein Starterritzel einspurende Einspurvorrichtung und eine den Startermotor schaltende Schaltvorrichtung umfasst mit einer Steuerung zur Ansteuerung der Startvorrichtung, wobei die Einspurvorrichtung und die Startvorrichtung mit dem Startermotor in einer Schaltungsanordnung geschaltet sind. Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Computerprogrammprodukt.
Es ist eine Startvorrichtung in einem Fahrzeug zum Starten einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der die Funktionen eines Einspurens eines Starterritzels in einen Zahnkranz der Brennkraftmaschine und Schalten des Hauptstroms eines Startermotors gleichzeitig ausgelöst werden. Dabei wird das Starterritzel je nach dem, ob eine Zahn-auf-Zahn-Stellung oder eine Zahn-Lücken-Stellung vorliegt, gleichzeitig oder leicht verzögert zum Schalten des Hauptstroms eingespurt. Das Starterritzel wird somit kurz nach dem Kontakt mit dem Zahnkranz mit einer maximalen Beschleunigung angedreht. Eine solche Startvorrichtung ist einfach und aus einfachen elektromechanischen Bauteilen zu einer stabilen Schaltungsanordnung ausgebildet. Mit dieser bekannten Startvorrichtung wird auch ein Start-Stopp-Betrieb der Brennkraftmaschine bei einem Betrieb des Fahrzeugs ausgeführt, um Emissionen und den Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine zu reduzieren.
Um die Verfügbarkeit der Brenkraftmaschine im Start-Stopp-Betrieb zu erhöhen, das heißt wenn eine Startanforderung ziemlich unmittelbar einer Ausschaltbedingung der Brennkraftmaschine folgt, ist eine Startvorrichtung entwickelt worden, bei der die Funktionen „Einspuren des Starterritzels in den Zahnkranz” und „Schalten des Hauptstroms des Startermotors” auf zwei Komponenten verteilt sind. Diese zwei Funktionen werden separat von einer Startersteuerung oder einer in der Motorsteuerung implementierten Steuerung angesteuert. Die beiden Funktionen können somit zeitlich entkoppelt abhängig von bestimmten äußeren Bedingungen ausgeführt werden. Somit ist es beispielsweise möglich, den Startermotor und somit das Starterritzel auf eine bestimmte Drehzahl zu beschleunigen, um in einen sich drehenden auslaufenden Zahnkranz der Brennkraftmaschine einzuspuren und somit eine kürzere Reaktionszeit zum Wiederstart der Brennkraftmaschine zu realisieren.
Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren eine Schaltungsanordnung, ein Startsystem und ein Computerprogrammprodukt der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass eine möglichst einfache Schaltungsanordnung und ein Startsystem für einen Start-Stopp-Betrieb einer Brennkraftmaschine geschaffen wird, bei dem die Verfügbarkeit der Brennkraftmaschine im Start-Stopp-Betrieb möglichst einfach erhöht ist.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Gegenstand der Patentansprüche 1, 4, 5 und 6 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Es ist ein Gedanke der Erfindung, ein Startsystem und eine Schaltungsanordnung derart zu vereinfachen, dass es im Wesentlichen die gleichen Komponenten und vor allem die gleichen Schnittstellen wie ein herkömmliches Fahrzeug mit einer herkömmlichen Startvorrichtung ohne Start-Stopp-Betriebssystem aufweist und trotzdem für einen Start-Stopp-Betrieb mit einer erhöhten Verfügbarkeit der Brennkraftmaschine gegenüber herkömmlichen Systemen mit einem Start-Stopp-System, wie sie beispielsweise eingangs beschrieben wurden, einsetzbar ist.
Die Aufgabe wird somit mit einem Verfahren derart gelöst, dass die Drehzahl einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Start-Stopp-Betriebsmodus nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine gemessen wird und nach einer Startanforderung die Startvorrichtung angesteuert wird, sobald die Drehzahl unter einer definierten Drehzahlschwelle, beziehungsweise in ein definiertes Toleranzband +/–150 Umdrehungen/Minute, gesunken ist oder nach einer definierten Zeit sinken wird oder sich in einem bestimmten Drehzahlfenster befindet oder einer bestimmten Zeit befinden wird. Die Drehzahl der Brennkraftmaschine wird herkömmlicherweise zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine mit Hilfe eines Zahnrads und einem entsprechenden Sensor gemessen. Die Brennkraftmaschine also von einer Steuerung, beispielsweise einer Motorsteuerung, direkt angesteuert. Erfindungsgemäß wird die Funktion der Messung der Drehzahl nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine weiter aufrechterhalten, um somit eine erhöhte Verfügbarkeit der Brennkraftmaschine zu schaffen. Eine definierte Drehzahltoleranzschwelle ist so niedrig gewählt, dass das Starterritzel in einen Zahnkranz der Brennkraftmaschine einspuren kann, ohne dass ein erhöhter Verschleiß am Starterritzel und Zahnkranz entsteht. Dabei wird der Startermotor verzögert mit Spannung beaufschlagt, um das Starterritzel auf eine definierte Startdrehzahl zum Starten einer Brennkraftmaschine zu drehen.
Erfindungsgemäß wird also eingespurt und danach der Startermotor mit der Spannung beaufschlagt. Die Verfügbarkeit ist trotzdem erhöht, da nicht mehr abgewartet wird, bis die Drehzahl der Brennkraftmaschine tatsächlich null ist. Das Startsystem ist vereinfacht, da der Startermotor nicht auf eine bestimmte Drehzahl beschleunigt wird und dann mit synchroner Drehzahl in einen auslaufenden Zahnkranz eingespurt wird. Gemäß einem die Erfindung weiterbildenden Verfahren wird zur Ansteuerung der Einspurvorrichtung der Auslauf der Drehzahl der Brennkraftmaschine im Voraus diagnostiziert und aufgrund der Prognose die Startvorrichtung angesteuert. Somit kann im Millisekundenbereich noch exakter und schneller das Starterritzel in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine eingespurt werden. Somit ist die Brennkraftmaschine noch schneller für einen Wiederstart in einem Start-Stopp-Betrieb verfügbar.
Um eine aufwändige Ansteuerelektronik mit einem entsprechend aufwändigen Verfahren, beispielsweise einem Steuerungsverfahren zu vermeiden, wird die Schaltvorrichtung nach einer definierten Zeitperiode t_s angesteuert, wobei die Zeitperiode t_s solange ist, dass die Einspurvorrichtung mit ausreichender Sicherheit das Starterritzel in einen Zahnkranz der Brennkraftmaschine, bevorzugt vollständig, eingespurt hat.
Gemäß einem weiter bevorzugten Verfahren wird die Startvorrichtung angesteuert, sobald die Drehzahl nach einer definierten Zeit t unter eine definierte Drehzahlschwelle sinken wird. Es wird also angenommen, dass eine definierte untere Drehzahlschwelle in einer bestimmten Zeitspanne (t) erreicht ist. Vorteil hier ist, dass keine Drehzahl gemessen werden muss sondern lediglich ein Zeitablauf. Die Zeit t kann beispielsweise 25 ms, insbesondere 10–40 ms und gegebenenfalls temperaturabhängig variiert werden.
Gemäß einem die Erfindung weiterbildenden Verfahren, um beispielsweise sicherzugehen, dass das Starterritzel zuerst vollständig eingespurt ist, werden die Einspurvorrichtung und die Schaltvorrichtung separat von der Steuerung angesteuert, wobei die Schaltvorrichtung erst angesteuert wird, wenn das Starterritzel vollständig eingespurt ist und/oder wenn die Drehzahl des Zahnkranzes der Brennkraftmaschine positiv und hinreichend klein oder null ist. Dabei sind folgende vier Kriterien als auslösende Bedingung kumulativ oder alternativ vorgesehen, wobei n die Drehzahl ist:
0 ≤ n < n_Schwelle+ und/oder 0 ≤ n < n_Schwelle+ nach einer definierten Zeit Δt oder | δn / δt | < n_Schwelle ^oder n_Schwelle– < und ≤ 0 sofort oder nach Δt. Die positive Drehzahlschwelle ist n_Schwelle+ im Bereich von beispielsweise +60 bis 150 Umdrehungen/Minuten und die negative untere Drehzahlschwelle ist im unteren Bereich von –150 bis –60 Umdrehungen/Minute.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist beispielsweise ein Sensor vorgesehen, der beispielsweise auch in der Einspurvorrichtung implementiert sein kann und die Steuerung kann eine entsprechende Auswertediagnoseeinrichtung umfassen, so dass detektiert wird, ob das Starterritzel vollständig eingespurt ist.
Um eine Ansteuerung der Startvorrichtung genauso auszubilden, wie dies bislang im Stand der Technik bekannt ist und damit die Startvorrichtung mit standardisierten Schnittstellen der Steuerung, insbesondere der Motorsteuerung, austauschbar ist, so dass keine wesentlichen zusätzlichen Kosten zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anfallen, werden bevorzugt die Einspurvorrichtung und die Schaltvorrichtung durch einen gemeinsamen Schalter angesteuert und die Schaltvorrichtung durch eine definierte Verzögerung in der Einspurvorrichtung elektromechanisch zwangsangesteuert.
Die Aufgabe wird auch durch ein Computerprogrammprodukt, das auf einem von einem Computer lesbaren Datenträger niederlegbar ist, dadurch gelöst, dass das Computerprogrammprodukt in einen Programmspeicher mit Programmbefehlen von einer Steuerung mit einem Mikrocomputer ladbar ist, um alle Schritte eines zuvor oben beschriebenen Verfahrens auszuführen. Das Computerprogrammprodukt erfordert keine zusätzlichen Bauteile und lässt sich somit einfach realisieren. Das Computerprogrammprodukt hat den weiteren Vorteil, dass es leicht an individuelle Kundenwünsche anpassbar ist, sowie eine Verbesserung oder Optimierung einzelner Verfahrensschritte mit einem geringen Aufwand kostengünstig durchführbar sind. Das Speicherelement kann beispielsweise ein Chip mit einem nicht flüchtigen Speicher sein.
Aufgabe wird auch mit einer Schaltungsanordnung dadurch gelöst, dass die Einzugswicklung der Einspurvorrichtung in Serie zum Startermotor geschaltet ist und insbesondere die Schaltvorrichtung über einen elektrischen Schaltkontakt von der Einspurvorrichtung ansteuerbar ist, wobei besonders bevorzugt die Schaltvorrichtung direkt an einem Potential einer Batterie schaltbar ist. Somit ist eine einfache Schaltungsanordnung geschaffen, die den Hauptstrom des Startermotors nach einer konstruktiv vorgegebenen Zeit schaltet und somit den eigentlichen Startvorgang auslöst. Dabei ist die Dauer des Schaltvorgangs des zusätzlichen Schaltrelais so bemessen, dass der Einrückvorgang beim Einspuren in den auslaufenden Zahnkranz unter allen Umständen abgeschlossen ist. Zur besseren Einstellung umfasst das Relais der Schaltvorrichtung eine einzige Wicklung.
Die Aufgabe wird auch mittels eines Startsystems dadurch gelöst, dass die Einspurvorrichtung und die Schaltvorrichtung jeweils als Relais ausgebildet sind, wobei die Schaltvorrichtung mittels eines separaten Schaltkontakts ansteuerbar ist, wobei die Einzugswicklung der Einspurvorrichtung in Serie zum Schaltermotor geschaltet ist. Somit ist ein einfaches Startsystem geschaffen, dass vom Verkabelungsaufwand genauso wie eine herkömmliche Startvorrichtung von den Schnittstellen her einsetzbar ist. Im Gegensatz zu in Serie befindlichen anderen Startvorrichtungen wird der Startermotor mit einer maximalen Spannung verzögert beaufschlagt, da die Schaltvorrichtung durch einem separaten Schaltkontakt ansteuerbar ist. Somit kann die Schaltvorrichtung im Millisekundenbereich von beispielsweise 10 ms–100 ms später als herkömmlich geschaltet werden. Erfindungsgemäß kann die Einspurvorrichtung bereits aktiv werden, wenn der Zahnkranz mit einer kleinen Rotation einer auslaufenden Brennkraftmaschine sich in einem definierten Drehzahltoleranzband befindet, indem das Starterritzel möglichst verschleißfrei einspurbar ist. Somit ist eine Verfügbarkeit der Brennkraftmaschine erweiterbar, dadurch dass bereits im Auslaufen der Brennkraftmaschine bei einer Startanforderung eingespurt werden kann und nicht mehr auf einen vollständigen Stillstand der Brennkraftmaschine von der Startvorrichtung gewartet wird.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist mittels der Steuerung oben beschriebenes Verfahren ausführbar. Die Steuerung kann beispielsweise eine vorhandene Motorsteuerung sein, so dass durch lediglich ein weiteres Verfahrensmodul in der Steuerung die Startvorrichtung mit dem erfindungsgemäßen Startsystem geschaffen werden kann.
Um eine Verzögerung der Schaltzeit bei der Schaltvorrichtung zu erreichen, ist bevorzugt die Schaltvorrichtung über einen elektronischen Schaltkontakt von der Einspurvorrichtung ansteuerbar. Die Einspurvorrichtung schaltet somit nicht mehr den Startermotor, wie herkömmlich, sondern eine weitere Schaltvorrichtung, wodurch sich die verzögerte Beaufschlagung des Startermotors ergibt. Alternativ ist gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform die Schaltvorrichtung über einen von der Steuerung ansteuerbaren Schalter ansteuerbar. Somit kann noch präziser und variierbarer die Verzögerung der Schaltvorrichtung eingerichtet werden, und gegebenenfalls angepasst werden, wenn dies notwendig ist.
Gemäß einer die Erfindung weiterbildenden Ausführungsform ist zumindest die Haltewicklung der Einspurvorrichtung zumindest mit einer Wicklung des Relais von der Schaltvorrichtung parallel geschaltet, wobei insbesondere die Einzugswicklung der Einspurvorrichtung und der Schaltvorrichtung in Serie zum Startermotor geschaltet ist. Somit wird eine weitere Verzögerung erzielt, um den Startermotor im Millisekundenbereich beispielsweise zwischen 10 bis 50 Millisekunden oder bis zu ca. 100 Millisekunden verzögert mit einer maximalen Spannung zu beaufschlagen, im Gegensatz zu einer herkömmlichen Einspurvorrichtung mit gleichzeitiger Schaltfunktion, die im Bereich von 3 bis 10 Millisekunden arbeitet.
Gemäß einer die Erfindung weiterbildenden Ausführungsform ist die Schaltvorrichtung mit einem Relais mit einer Einzugs- und mit einer Haltewicklung ausgebildet, wobei die Einzugswicklungen der Einspurvorrichtung und der Schaltvorrichtung parallel geschaltet sind und die Haltewicklungen der Einspurvorrichtung wiederum parallel geschaltet sind. Es wird elektrische Energie für die Schaltvorrichtung und die Einspurvorrichtung durch die Doppelwicklungen eingespart, da nach einem Schalten bzw. einem Relaiseinzug der Schaltvorrichtung von der Einzugswicklung auf die Haltevorrichtung umgeschaltet wird, die einen reduzierten Stromverbrauch aufweist.
Um einen Spannungseinbruch beim Wiederstand der Brennkraftmaschine zu vermeiden und somit zu vermeiden, dass elektrische Geräte im Bordnetz wegen eines Spannungseinbruchs deaktiviert werden, ist bevorzugt eine Spannungsbegrenzungseinrichtung im Strompfad des Startermotors geschaltet. Die Spannungsbegrenzungsvorrichtung umfasst weiter bevorzugt einen Vorwiderstand und eine als Schaltrelais ausgebildete Überbrückungsvorrichtung mit einem Schaltkontakt, wobei insbesondere die Einzugswicklung der Einspurvorrichtung in Reihe zur Überbrückungsvorrichtung geschaltet ist. Somit wird die Spannung nur über die Zeit begrenzt, in der ein Spannungseinbruch besonders hoch ist. Der Startermotor wird somit mit einer niedrigen Anfangsspannung beaufschlagt, nachdem der Startermotor angedreht ist, läuft der Startermotor mit einer maximalen Spannung beaufschlagt, so dass der Spannungseinbruch deutlich reduziert ist. Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist alternativ die Überbrückungsvorrichtung an der Haltewicklung der Einzugsvorrichtung parallel und von der Schaltvorrichtung ansteuerbar geschaltet.
Die Aufgabe wird auch durch eine Schaltungsanordnung dadurch gelöst, dass die Schaltvorrichtung zum Beaufschlagen des Startermotors mit einer maximalen Spannung mittels eines separaten Schaltkontakts ansteuerbar ist. Der separate Schaltkontakt kann an die Einspurvorrichtung gekoppelt sein oder kann von der Steuerung direkt betätigt werden.
Somit sind größere Änderungen in der E/E-Architektur des Fahrzeugs nicht mehr in einem hohen Maß erforderlich, um die Verfügbarkeit der Brennkraftmaschine beim Auslaufen für einen Wiederstart zu erhöhen, wie es beispielsweise erforderlich wäre, wenn das vom Startermotor angetriebene Starterritzel auf eine bestimmte Drehzahl beschleunigt werden würde, um mit synchroner Drehzahl in einen sich drehenden Zahnkranz einer auslaufenden Brennkraftmaschine einzuspuren.
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.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Startsystems,
2 eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Startsystems,
3 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Startsystems,
4 eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Startsystems,
5 eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Startsystems,
6 eine sechste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Startsystems,
7 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
8 einen charakteristischen Motorauslauf zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und
9 einen weiteren charakteristischen Motorauslauf einer anderen Brennkraftmaschine.
Ausführungsformen der Erfindung
Die 1 zeigt einen schematischen Schaltplan eines erfindungsgemäßen Startsystems mit einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 100. Das Startsystem 1 zum Starten der Brennkraftmaschine 10 umfasst eine Startvorrichtung 2 mit einem Startermotor 3 der ein Starterritzel 4 antreibt. Das Starterritzel 4 wird von einer Einspurvorrichtung 5 in einen Zahnkranz 14, der auf einer Kurbelwelle 13 der Brennkraftmaschine 10 angeordnet ist, zum Starten der Brennkraftmaschine 10 eingespurt. Die Einspurvorrichtung 5 umfasst eine Einzugswicklung 15 und eine Haltewicklung 25. Der Startermotor 3 wird über eine Schaltvorrichtung 6 mit einem Schaltkontakt 61 mit einer maximalen Spannung U+ beaufschlagt.
In der 1 gezeigten Ausführungsform ist die Schaltvorrichtung 6 als Relais ebenfalls mit Doppelspule ausgebildet. Das Relais umfasst ebenfalls eine Einzugswicklung 16 und eine Haltewicklung 26, die einen geringeren Stromverbrauch beim Schalten des Relais nach sich zieht. Die Schaltungsanordnung 100 mit der Einspurvorrichtung 5, der Schaltvorrichtung 6 und dem Startermotor 3 ist so geschaltet, dass beide Einzugswicklungen 15, 16 von der Einspurvorrichtung 5 und der Schaltvorrichtung 6 parallel geschaltet sind und jeweils in Reihe zum Startermotor 3. Die Haltewicklungen 25, 26 der Einspurvorrichtung 5 und der Schaltvorrichtung 6 sind auch parallel geschaltet, jedoch direkt mit Masse verbunden. Dadurch dass der Startermotor 3 in Serie zur Einzugswicklung 15, 16 geschaltet ist, kann der Startermotor 3 leicht angedreht werden, um eine Zahn auf Zahnstellung zu vermeiden. Um die Brennkraftmaschine zu starten, muss der Schaltkontakt 61 geschlossen werden, so dass der Startermotor 3 mit maximalem Bordnetz Spannung beaufschlagt wird.
Das Startsystem 1 umfasst eine Steuerung 7 mit einem Mikrocomputer 71 und einem Programmspeicher 72. Die Steuerung 7 kann beispielsweise eine Motorsteuerung sein. Sie kann auch eine separate Steuerung 7 neben der Motorsteuerung sein. Die 1 zeigt die Steuerung 7 in Form einer Motorsteuerung. Die Motorsteuerung bzw. Steuerung 7 wird durch einen Startschalter 9 aktiviert, der beispielsweise einen Zündschlüsselschalter oder ein Startknopf zum Starten des Betriebs der Brennkraftmaschine 10 umfasst. Die Steuerung 7 steuert die Einspritzung der Brennkraftmaschine 10 an und bezieht auch Informationen über den Motorzustand der Brennkraftmaschine 10.
Das Startsystem 1 führt das zur 7 beschriebene Verfahren aus. Die Drehzahl einer Brennkraftmaschine 10 wird mittels des Sensorsystems mit dem Sensor 12 und dem Zahnrad 11 in einem Start-Stopp-Betriebsmodus nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine 10 gemessen. Wird eine Startanforderung detektiert, so wird die Startvorrichtung 2 angesteuert, sobald die Drehzahl in ein definiertes Drehzahltoleranzband gesunken ist.
Die Steuerung 7 umfasst ferner Eingangsanschlüsse 20 bis 23, um Signale zu erfassen, die eine Abschaltbedingung für einen Start-Stopp-Betrieb oder eine Startanforderung für einen Start-Stopp-Betrieb detektieren. Die Eingangssignale können beispielsweise Betätigung einer Bremse oder Betätigung des Kupplungspedals sein. Die Steuerung 7 kann ferner eine interne Zeituhr aufweisen, um beispielsweise die Brennkraftmaschine 10 nach einer bestimmten Zeit auszuschalten.
Für die Erfindung ist ferner wichtig, dass die Drehzahl der Kurbelwelle 13 erfasst wird. Hierfür ist an der Kurbelwelle 13 ein Zahnrad 11 mit mindestens einer Lücke und einem Zahnradsensor 12 angeordnet, so dass die Kurbelwellenposition an die Steuerung 7 und auch die Drehzahl übermittelt wird. Die Steuerung 7 steuert über einen Schalter 17 und eine Schnittstelle 27 die Einspurvorrichtung 5 an und über einen Schalter 18 und eine Schnittstelle 28 die Schaltvorrichtung 6. Die Einspurvorrichtung 5 und die Schaltvorrichtung 6 liegen beide am Batteriepotential U. Das erfindungsgemäße Startsystem 1 ermöglicht nun zusätzlich zum Einspuren des Starterritzels 4 in einen stehenden Zahnkranz 14 der Brennkraftmaschine 10 das Einspuren des Starterritzels 4 auch in einen auslaufenden Zahnkranz 14 der Brennkraftmaschine 10, wenn dieser sich nur noch sehr langsam vorwärts oder rückwärts, insbesondere in einem Drehzahltoleranzband von +/–150 Umdrehungen/Minute, insbesondere von +/–60 bis 150 Umdrehungen/Minute dreht. Hierzu werden die Funktionen „Einspuren des Starterritzels 4 in den Zahnkranz 14” und „Schalten des Hauptstroms des Startermotors 3” auf zwei Bauteile verteilt, die nach einer festen Anordnung bzw. Steuerung in einem vorgegebenen zeitlichen Ablauf angesteuert werden. Dies hat den Vorteil, dass im Wesentlichen die gleiche elektrische Schnittstelle wie eine konventionelle Startvorrichtung mit einem einfachen Start-Stopp-Betrieb verwendet werden kann und mit einem vorhandenen Bauraum einfach ausgetauscht werden kann. Ein weiterer komplizierter Aufbau von Ansteuerleitungen für eine zusätzliche Elektronik und zusätzliche Steuerrelais und somit zusätzliche Schnittstellen an der Motorsteuerung sowie aufwendige Verfahrensabläufe in der Motorsteuerung entfallen somit.
Die 2 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Startsystems 1. Hier ist wie bei einer konventionellen Startvorrichtung lediglich eine Schnittstelle 27 zur Ansteuerung der Startvorrichtung vorhanden. Die Steuerung 7 steuert hier über einen Schalter 19 die Startvorrichtung 2 an. Der Schalter 18 aus der 1 ist hier als Schaltkontakt 51 an die Einspurvorrichtung 5 gekoppelt. Die Einspurvorrichtung 5 schließt somit den Kontakt 51, um die Schaltvorrichtung 6 mit Spannung zu beaufschlagen und somit zu aktivieren. Durch eine spezielle Auslegung der Spulen 16, 26 kann somit eine definierte Zeitverzögerung zwischen Betätigung der Einspurvorrichtung 5 und der Schaltvorrichtung 6 liegen.
Die 3 zeigt eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform, bei der die Schaltvorrichtung 6 lediglich mit einer Wicklung 36 ausgebildet ist. Die Aufspaltung in eine Haltewicklung 26 und eine Einzugswicklung 16 ist somit auf eine einfache Wicklung 36 reduziert. Ebenfalls analog ist grundsätzlich auch der Einsatz einer einfachen Wicklung in der kombinierten Einspurvorrichtung 5 möglich, die gleichzeitig den Schaltkontakt 51 betätigen. Diese Ausführungsform zeigt die einfachste Schaltungsanordnung, um einen verzögerten Einschaltvorgang vom Hauptstrom des Startermotors 3.
Die 4 zeigt eine weitere besondere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 100 der Startvorrichtung 2 mit dem Unterschied, dass die Schaltvorrichtung 6 nicht parallel zur Haltewicklung 25 der Einspurvorrichtung 5 geschaltet ist, sondern die Schaltvorrichtung 6 parallel zum Startermotor 3 in der Schaltungsanordnung 100 geschaltet ist. Die dargestellten Ausführungsformen haben den Vorteil, dass beim Deaktivieren der einzigen Steuerleitung 75 an der Schnittstelle 27 beide als Relais ausgebildeten Aktuatoren sofort abgeschaltet werden. Dafür besteht der Nachteil, dass sich der Strom auf der Steuerleitung 75 erhöht, was gegebenenfalls zu erforderlichen Anpassungen der E/E-Architektur des Fahrzeugs führen kann.
Die als zusätzliches Schaltrelais ausgebildete Schaltvorrichtung 6 ist somit zusammen mit dem Startermotor 3 direkt an der Batterie geschaltet. Der Strom auf der Steuerleitung 75 bleibt durch diese Maßnahme gleich, wie bei einer herkömmlichen Startvorrichtung mit lediglich einem Starterrelais, das sowohl die Einspurfunktion als auch die Schaltfunktion umfasst. Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform tritt eine leichte Abschaltverzögerung des Hauptstroms auf, da zuerst das kombinierte Einspur- und Schaltrelais als Einspurvorrichtung den Schaltkontakt 51 öffnen muss. Entsprechend lässt sich eine direkte Beschaltung an die Batterie sowohl für die Einspurvorrichtung 5 als auch die Schaltvorrichtung 6 auf die anderen Ausführungsformen übertragen.
Um einen Spannungseinbruch beim Wiederstart der Brennkraftmaschine 10 zu vermeiden, ist gemäß der Ausführungsformen der 5 und 6 eine Spannungsbegrenzungseinrichtung 30 in der Schaltungsanordnung 100 integriert. Als Spannungsbegrenzungsvorrichtung 30, die den Startermotor 3 in der Spannung beim Schalten des Schaltkontakts 61 reduziert, um den Startermotor 3 erst vollständig mit einer Maximalspannung zu beaufschlagen, wenn ein Spannungseinbruch temporär überwunden ist, ist ein Vorwiderstand 33 in Reihe zum Startermotor 3 geschaltet. Eine als Relais ausgebildete Überbrückungsvorrichtung mit einem Schaltkontakt 31 überbrückt den Vorwiderstand 33 zeitlich verzögert. Die Überbrückungsvorrichtung 32 ist in Serie zur Haltewicklung 25 der Einspurvorrichtung 5 geschaltet und in Reihe zum Startermotor 3. Die Überbrückungsvorrichtung 32 überbrückt somit zeitverzögert den Vorwiderstand 33, so dass der Startermotor mit einem maximalen Strom beaufschlagt wird, wenn der Schaltkontakt 31 und 61 der Schaltvorrichtung 6 geschlossen ist. Ein Spannungseinbruch um ca. 30–50% der Batteriespannung wird somit vermieden.
Die 6 zeigt eine weitere besondere Ausführungsform mit einer Spannungsbegrenzungseinrichtung 30, bei der die Überbrückungsvorrichtung 32 in Reihe zur Einzugswicklung 15 der Einspurvorrichtung 5 und in Reihe zur Einzugswicklung 16 der Schaltvorrichtung 6 geschaltet ist. Die Einzugsvorrichtung 5 und die Schaltvorrichtung 6 werden, wie in der 1 gezeigt, separat von den Schaltern 17 und 18 über die Steuerung 7 angesteuert.
Die 7 zeigt ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens, wie das Verfahren als Computerprogrammprodukt in der Steuerung 7 abläuft. In einem ersten Schritt S1 wird der Betrieb der Brennkraftmaschine 10 gestartet, über ein Startsignal von einem Schalter 9. Die Steuerung 7 startet die Brennkraftmaschine 10 durch Ansteuerung der Startvorrichtung 2.
Die Steuerung 7 geht in einen Verfahrensschritt S2 über, wenn die Brennkraftmaschine 10 aufgrund von Stopp – Bedingungen in einem Start-Stopp-Betriebsmodus von der Steuerung 7 über die Steuerleitung 20 im Verfahrensschnitt S3 ausgeschaltet wird.
Herkömmlicherweise wird dann auch die Drehzahlerfassung der Kurbelwelle 13 ausgeschaltet. Erfindungsgemäß findet die Drehzahlerfassung am Zahnrad 11 mittels des Zahnradsensors 12 weiter statt, da diese wichtig sein kann, um die Verfügbarkeit der Brennkraftmaschine 10 für einen Wiederstart kurz nach der Stoppanforderung zu erhöhen.
Die Steuerung 7 geht in einen Verfahrensschritt A4 über, indem abgefragt wird, ob eine Startanforderung für einen Wiederstart der Brennkraftmaschine 10 vorliegt. Der Startanforderung wird über die Eingänge der Signalleitungen 21, 22 oder 23 in der Steuerung 7 detektiert. Die Startanforderung könnte beispielsweise bei einem Automatikgetriebe das Lösen der Bremse sein und bei einem Handgetriebe die Betätigung der Kupplung, um einen Gang einzulegen.
Der Abfrageschritt A4 wird solange wiederholt, bis eine Startanforderung vorliegt.
Liegt eine Startanforderung vor, so wird im positiven Fall in einem neuen Abfrageschritt A5 geprüft, ob die Drehzahl der Kurbelwelle 13 unter einem definierten Drehzahltoleranzband bezüglich eines Stillstands der Kurbelwelle 13 gesunken ist oder sogar die Kurbelwelle 13 still steht.
Ist dies nicht der Fall, weil beispielsweise die Startanforderung sehr kurz nach dem Stoppbefehl folgte, wird in einem optionalen Abfrageschritt A6 prognostiziert, wann die Kurbelwelle 13 unter einer definierten Drehzahlschwelle liegt, um ein Starterritzel 4 im Schritt S8 einzuspuren.
Dieser optionale Abfrageschritt A6 wird nun im positiven Fall zum Schritt S7 führen, das heißt, wenn voraussehbar ist, wann ein Einspurzeitpunkt gegeben ist.
Ist dies noch zu unscharf, so geht die Steuerung wieder in den Abfrageschritt A5 über.
Beide Abfrageschritte A5 und A6 gehen im positiven Fall in den Schritt S7 über, indem von der Steuerung 7 die Einspurvorrichtung 5 über den Schalter 17 beziehungsweise 19 angesteuert wird.
In einem folgenden Schritt S8 wird das Starterritzel 4 mit dem Zahnkranz 14 eingespurt. Das Starterritzel 4 kann einmal einspuren, wenn der Zahnkranz 14 bereits steht und erfindungsgemäß in diesen auch bei kleinen Drehzahlen plus/minus bis zu 50 Umdrehungen pro Minute einspuren. In einem optionalen Abfrageschritt A9 beispielsweise zur 1 und 6 beschriebenen Ausführungsform, wird der optionale Abfrageschritt A9 ausgeführt bzw. ist dieser ausführbar, indem geprüft wird, ob die Kurbelwelle 13 einen tatsächlichen Stillstand erreicht hat oder positive kleine Drehzahlen aufweist, in die der Startermotor 3 durch Spannungsbeaufschlagung beschleunigt werden kann. Bei einem Rückdrehen der Kurbelwelle 13 mit gleichzeitiger Spannungsbeaufschlagung des Startermotors 3 würde der Startermotor mit einem zu hohen Drehmoment zu stark belastet, so dass für den Startermotor 3 eigentlich nur vorgesehen ist, in positive Drehzahlen zu drehen oder bei einem Stillstand der Brennkraftmaschine 10.
In einem neuen Schritt S10 wird entweder durch Zeitablauf, der beispielsweise in 1 in der Steuerung 7 durch eine Zeituhr einstellbar ist oder elektromechanisch, wie in 2 bis 5 durch den konstruktiven Aufbau vorgegeben die Schaltvorrichtung 6 bestromt und somit der Startermotor 3 mit einer maximalen Spannung beaufschlagt.
In einem neuen Schritt S11 wird die Brennkraftmaschine 10 gestartet, was über die Messleitung 20 die Steuerung 7 detektiert, so dass die Startvorrichtung 2 von der Steuerung 7 im Schritt S12 ausgeschaltet wird.
Die 8 zeigt einen charakteristischen Drehzahlverlauf einer Brennkraftmaschine 10 bzw. die Drehzahl der Kurbelwelle 13 im 10-er-Millisekundenbereich nachdem die Brennkraftmaschine 10 ausgeschaltet worden ist.
Die 8 zeigt einen speziellen Vierzylinder-Dieselmotor-Typ eines speziellen Herstellers. Zu einem Zeitpunkt t₀ ist die Brennkraftmaschine 3 ausgeschaltet bis zu einem Zeitpunkt t₁ müsste der Startermotor 3 das Starterritzel 4 beschleunigen, wenn bis zu diesem Zeitpunkt eingespurt werden sollte. Aufgrund einer Startanforderung vor dem Zeitpunkt t₁ kann das Starterritzel 4 ohne einem Vorandrehen eingespurt werden, wenn beispielsweise die Drehzahl unter 100 insbesondere unter 50, Umdrehungen pro Minute gefallen ist. Zum Zeitpunkt t₂ dreht die Kurbelwelle 13 zurück bis zum Zeitpunkt t₃. In diesem Zeitpunkt sollte der Startermotor 3 noch nicht mit Spannung beaufschlagt werden, da dieser eine zu hohe Belastung erfahren würde, was zu Beschädigungen führen könnte. Somit muss entweder elektromechanisch oder in der Steuerung 7 elektronisch gesteuert die Verzögerung zwischen Betätigung der Einspurvorrichtung 5 und der Schaltvorrichtung 6 mindestens die Zeitdifferenz zwischen t₁ und t₃ sein.
Die 9 zeigt einen weiteren charakteristischen Motorauslauf einer weiteren Vierzylinder-Diesel-Brennkraftmaschine im 10-er-Millisekundenbereich. Bei dieser Brennkraftmaschine sind die Drehzahlschwankungen beim Auslauf deutlich extremer als bei der Charakteristik gemäß 8. Zum Zeitpunkt t_0I wird die Brennkraftmaschine ausgeschaltet, zum Zeitpunkt t_1I kann das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden, das heißt der Abfrageschritt A5 wird positiv beantwortet und der Schritt S7 kann ab diesem Zeitpunkt ausgeführt werden. Zum Zeitpunkt t_2I dreht die Kurbelwelle 13 zurück und zum Zeitpunkt t_3I ist ein Stillstand vorhanden. Zu beachten ist, dass die 8 und 9 jeweils einen charakteristischen Motorauslauf zeigen, bei denen das Starterritzel nicht eingespurt worden ist. Das heißt wenn das Starterritzel 4 eingespurt wird, verkürzt sich der Zeitabstand sowohl in 8 und 9 der Zeitpunkte t1_I, t_2I, t_3I. Alle Figuren zeigen lediglich schematische nicht maßstabsgerechte Darstellungen. Im Übrigen wird insbesondere auf die zeichnerische Darstellungen für die Erfindung verwiesen.

Claims

Verfahren eines Startsystems (1) zum Starten einer Brennkraftmaschine (10) in einem Fahrzeug mit einer Startvorrichtung (2), die einen Startermotor (3), eine ein Starterritzel (4) einspurende Einspurvorrichtung (5) und eine den Startermotor (3) schaltende Schaltvorrichtung (6) umfasst, wobei die Drehzahl einer Brennkraftmaschine (10), insbesondere in einem Start-Stopp-Betriebsmodus, nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine (10) gemessen wird, und nach einer Startanforderung die Startvorrichtung (2) angesteuert wird, sobald die Drehzahl unter eine definierte Drehzahlschwelle gesunken ist oder nach einer definierten Zeit sinken wird oder sich in einem bestimmten Drehzahlfenster befindet oder nach einer bestimmten Zeit befinden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Startvorrichtung (2) angesteuert wird, sobald die Drehzahl nach einer definierten Zeit (t) unter eine definierte Drehzahlschwelle sinken wird, und insbesondere die Einspurvorrichtung (5) und die Schaltvorrichtung (6) separat von der Steuerung (7) angesteuert werden, wobei insbesondere die Schaltvorrichtung (6) erst angesteuert wird, wenn das Starterritzel (4) vollständig eingespurt ist oder wenn die Drehzahl des Zahnkranzes (14) der Brennkraftmaschine (10) positiv und hinreichend klein oder null ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspurvorrichtung (5) und die Schaltvorrichtung (6) durch einen gemeinsamen Schalter (19) angesteuert werden und die Schaltvorrichtung (6) durch eine definierte Verzögerung von der Einspurvorrichtung (5) elektromechanisch zwangsgesteuert angesteuert wird.
Computerprogrammprodukt, das in einem Programmspeicher (72) mit Programmbefehlen von einer Steuerung (7) mit einem Mikrocomputer (71) ladbar ist, um alle Schritte eines Verfahrens nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3 auszuführen, wenn das Programm in der Steuerung (7) ausgeführt wird.
Schaltungsanordnung für eine elektrische Maschine zum Starten einer Brennkraftmaschine (10) mit einer Startvorrichtung (2), die einen Startermotor (3), eine ein Starterritzel (4) einspurende Einspurvorrichtung (5) und eine den Startermotor (3) schaltende Schaltvorrichtung (6) umfasst, wobei die Einspurvorrichtung (5) und die Schaltvorrichtung (6) mit dem Startermotor (3) in einer Schaltungsanordnung geschaltet sind und die Einspurvorrichtung (5) und die Schaltvorrichtung (6) jeweils als Relais ausgebildet ist, wobei die Einspurvorrichtung (5) mit einer Einzugs- (15) und einer Haltewicklung (25) ausgebildet ist, wobei die Einzugswicklung (15) der Einspurvorrichtung (5) in Serie zum Startermotor (3) geschaltet ist und insbesondere, die Schaltvorrichtung (6) über einen elektrischen Schaltkontakt (51) von der Einspurvorrichtung (5) ansteuerbar ist, wobei besonders bevorzugt die Schaltvorrichtung direkt an ein Potential (U+) einer Batterie schaltbar ist.
Startsystem zum Starten einer Brennkraftmaschine (10) mit einer Startvorrichtung (2) die einen Startermotor (3), eine ein Starterritzel (4) einspurende Einspurvorrichtung (5) und eine den Startermotor (3) schaltende Schaltvorrichtung (6) umfasst mit einer Steuerung (7) zur Ansteuerung der Startvorrichtung (2) wobei die Einspurvorrichtung (5) und die Schaltvorrichtung (6) mit dem Startermotor in einer Schaltungsanordnung, insbesondere nach Anspruch 5, geschaltet sind und die Steuerung (7) mit einem Sensorsystem an einer Brennkraftmaschine (10) zur Informationsübermittlung von aktuellen Drehzahlen der Brennkraftmaschine (10) gekoppelt ist und die Einspurvorrichtung (5) und die Schaltvorrichtung (6) jeweils als Relais ausgebildet sind, wobei insbesondere mit der Steuerung (7) ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ausführbar ist.
Startsystem (1), insbesondere nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung (6) mit einem Relais mit einer Einzugs- und einer Haltewicklung (25, 26) ausgebildet ist, wobei die Einzugswicklungen (15, 16) der Einspurvorrichtung (5) und der Schaltvorrichtung (6) in Serie zum Startermotor (3) geschaltet sind.
Startsystem (1) insbesondere nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spannungsbegrenzungseinrichtung (30) im Strompfad des Startermotors (3) geschaltet ist.
Startsystem (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsbegrenzungseinrichtung (30) einen Vorwiderstand (33) und eine als Schaltrelais ausgebildete Überbrückungsvorrichtung (32) mit einem Schaltkontakt (31) umfasst, wobei insbesondere die Einzugswicklung (15) der Einspurvorrichtung (5) in Reihe zur Überbrückungsvorrichtung (32) geschaltet ist.
Startsystem (1) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Überbrückungsvorrichtung (30) an der Haltewicklung (26) der Einspurvorrichtung (5) parallel und ansteuerbar von der Schaltvorrichtung (6) geschaltet ist.