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Die Erfindung betrifft einen Starteranordnung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine, sowie ein Verfahren zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine.
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Die
DE 10 2010 043 091 A1 offenbart ein Steuerungsvorschaltmodul zum Betreiben eines Starters eines Fahrzeugs, umfassend:
- – einen dem Starter vorschaltbaren Vorwiderstand,
- – einen Detektor zum Messen einer elektrischen Größe an dem Vorwiderstand und
- – eine Regelung, welche ausgebildet ist, abhängig von der gemessenen elektrischen Größe einen Starterstrom zu regeln.
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Weiter offenbart die Druckschrift, dass für ein Einrücken eines Starterritzels ein Doppelwicklungsrelais an dem Starter angeflanscht sein kann. Das technische Ziel der Lehre der Druckschrift ist, einen Einbruch einer Batteriespannung zu vermindern.
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Die
EP 0 848 159 A1 offenbart eine Startvorrichtung zum Starten einer Brennkraftmaschine mit einem über ein Starterrelais mit einer Spannungsquelle verbindbaren und mit der Brennkraftmaschine zum Andrehen in Eingriff bringbaren Startermotor. Eine Ansteuerung des Starterrelais und/oder des Startermotors erfolgt über ein elektronisches Steuergerät, das dem Starterrelais und/oder dem Startermotor zugeordnete Halbleiter-Leistungsendstufen derart ansteuert, dass zumindest in einem Start-Stopp-Betrieb der Brennkraftmaschine das Starterrelais im Stopp-Zustand der Brennkraftmaschine seine Einspurstellung aufweist. Das Ziel der technischen Lehre ist, einen Einspurvorgang zeitunabhängig von einem Startvorgang zu gestalten.
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Die
US 5,642,696 offenbart ein Motor-Start-System eines Fahrzeugs. Das Fahrzeug weist einen Motor, einen Starter und eine Batterie zur Stromversorgung des Starters auf. Weiter weist das Fahrzeug einen elektrischen Übergang zur elektrischen Verbindung der Batterie mit dem Starter auf und einen Hauptschalter zum selektiven Öffnen und Schließen des Hauptübergangs und ein Schlüssel-Schalter zur Steuerung des Schaltelements.
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Im Stand der Technik ergibt sich nachteilig, dass Schaltelemente zur Herstellung bzw. Unterbrechung einer Stromversorgung des Starterrelais räumlich entfernt vom Starter angeordnet sind. Daher müssen zur Energieversorgung eines Starterrelais Versorgungsleitungen im Fahrzeug verlegt werden müssen, die eine große Länge und aufgrund des zu leitenden Stromes einen großen Durchmesser aufweisen müssen. Hierbei werden diese Versorgungsleitungen über mindestens ein, teilweise jedoch mehrere, Schaltelement(e) geführt, wobei mittels des/der Schaltelements/e eine elektrische Verbindung zum Starterrelais hergestellt wird.
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Durch die lange Versorgungsleitung ergeben sich nachteilig hohe Kosten, höhere Bauraumanforderungen und z. B. beim Trennen der Versorgungsleitung durch ein oder mehrere Schaltelement(e) ein EMV-Impuls, der sich auf weitere im Fahrzeug angeordnete elektronische Elemente, z. B. Steuergeräte, nachteilig auswirken kann.
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Es stellt sich daher das technische Problem, eine Starteranordnung und ein Verfahren zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeuges zu schaffen, welche eine elektromagnetische Verträglichkeit der Starteranordnung und der damit verbundenen Versorgungsleitungen verbessern, wobei gleichzeitig Kosten zur Realisierung des Starteranordnung und Baumraumanforderungen reduziert werden.
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Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 7. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Vorgeschlagen wird eine Starteranordnung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine.
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Es ist eine Grundidee der Erfindung, ein Schaltelement zur Ansteuerung mindestens einer Wicklung eines Einrückrelais oder Starterrelais räumlich direkt am oder im Startergehäuse anzuordnen, wobei mittels des Schaltelements die mindestens eine Wicklung des Starterrelais mit einer Versorgungsspannung des Startermotors elektrisch verbindbar ist.
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Die Starteranordnung umfasst mindestens ein Starterrelais, z. B. ein so genanntes Einrückrelais, wobei das Starterrelais mindestens eine Wicklung umfasst. Das Starterrelais kann hierbei Bestandteil der Starteranordnung sein. Insbesondere kann das Starterrelais räumlich an, z. B. über, einem Startermotor der Starteranordnung angeordnet sein. Hierbei können das Starterrelais und der Startermotor in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. Alternativ können voneinander verschiedene Gehäuse des Starterrelais und des Startermotors mechanisch fest miteinander verbunden sein.
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Mittels des Starterrelais kann ein Relaisanker und ein mit dem Relaisanker mechanisch gekoppelter Einrückhebel bewegt werden, um einen Rotor des Startermotors mechanisch mit einem Zahnkranz, der beispielsweise an einem Schwungrad der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist, mechanisch zu kuppeln. Das Starterrelais dient somit zum Einspuren des Startermotors in den Zahnkranz.
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Das Starterrelais umfasst mindestens eine Wicklung. Es ist jedoch auch möglich, dass das Starterrelais zwei Wicklungen umfasst, insbesondere eine Einzugs- und eine Haltewicklung.
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Eine elektrische Verbindung zwischen der mindestens einen Wicklung des Starterrelais und einer Versorgungsspannung des Startermotors ist mittels eines Schaltelements herstellbar und trennbar. So kann z. B. in einem ersten Schaltzustand des Schaltelements die elektrische Verbindung zwischen der mindestens einen Wicklung und z. B. einer Fahrzeugbatterie, die die Versorgungsspannung des Startormotors bereitstellt, hergestellt sein. In diesem Fall wird die mindestens eine Wicklung bestromt, wodurch der Relaisanker elektromagnetisch bewegt und den Einrückhebel derart positioniert wird, dass der Rotor des Startormotors in den Zahnkranz einspurt. In einem zweiten Schaltzustand kann die elektrische Verbindung getrennt sein. Die Starteranordnung kann hierbei ein Rückstellelement, beispielsweise eine Rückstellfeder umfassen, die in diesem unbestromten Fall den Relaisanker zurückbewegt, wodurch der Einrückhebel derart positioniert wird, dass der Rotor des Startormotors nicht mehr in den Zahnkranz einspurt.
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Erfindungsgemäß ist das mindestens eine Schaltelement in oder an einem Gehäuse der Starteranordnung angeordnet. Beispielsweise kann das mindestens eine Schaltelement oder ein Gehäuse des mindestens einen Schaltelements an dem Gehäuse der Starteranordnung angeflanscht, angeschraubt oder in einer sonstigen Weise mechanisch lösbar oder unlösbar befestigt sein, wobei das Schaltelement in dem Gehäuse des Schaltelements angeordnet und gegebenenfalls mechanisch an diesem Gehäuse befestigt ist.
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Z. B. kann das mindestens eine Schaltelement in oder an einem Gehäuse des Starterrelais angeordnet sein. Alternativ kann das mindestens eine Schaltelement in oder an einem Gehäuse des Startermotors angeordnet sein.
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Somit ist das mindestens eine Schaltelement räumlich dicht, insbesondere mit einem Abstand, der kleiner als ein vorbestimmter Abstand ist, zum Starterrelais angeordnet. Z. B. kann das Schaltelement in einem kugelförmigen Volumen mit einem vorbestimmten Radius um das Starterrelais herum, z. B. um einen geometrischen Mittelpunkt des Starterrelais herum, angeordnet sein.
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Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise, nur eine einzige elektrische Versorgungsleitung von einer Energiequelle zur Versorgung des Startermotors, beispielsweise einer Fahrzeugbatterie, durch das Fahrzeug zum Startermotor zu führen. Da das mindestens eine Schaltelement räumlich auch nahe am Startermotor angeordnet ist, kann das mindestens eine Schaltelement direkt am Startermotor mit der elektrischen Versorgungsleitung verbunden werden, um eine Verbindung der mindestens einen Wicklung mit der Versorgungsspannung herstellen zu können.
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Insbesondere ist es nicht mehr notwendig, zusätzlich zu der Versorgungsleitung zur Versorgung des Startermotors eine weitere Versorgungsleitung durch das Fahrzeug zu führen, die zur elektrischen Versorgung der mindestens einen Wicklung des Starterrelais dient.
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Hierdurch wiederum ergeben sich in vorteilhafter Weise Kosten- und Bauraumeinsparungen. Ebenfalls wird eine elektromagnetische Verträglichkeit der Starteranordnung verbessert, da beim Schalten des mindestens einen Schaltelements die Auswirkungen des somit erzeugten EMV-Impulses auf weitere elektronische Elemente des Fahrzeugs, insbesondere Steuergeräte, aufgrund der üblicherweise vorhandenen räumlichen Distanz der Starteranordnung zu diesen Elementen, vermindert werden können.
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In einer weiteren Ausführungsform bilden das mindestens eine Schaltelement und eine Baueinheit, die den Startermotor und das Starterrelais umfasst, eine bauliche Einheit aus. Beispielsweise kann ein Gehäuse der den Startermotor und das Starterrelais umfassenden Baueinheit und ein Gehäuse des Schaltelements ein einstückiges Bauteil ausbilden. Hierbei bedeutet einstückig, dass die Bauteile, in diesem Falle also die Gehäuse, so innig miteinander verbunden sind, dass sie nicht mehr als mehrere aneinander gefügte Bauteile erscheinen und jedenfalls nicht mehr voneinander gelöst werden können, ohne dabei zerstört zu werden.
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Alternativ ist es jedoch auch vorstellbar, dass ein Gehäuse des Schaltelements mechanisch lösbar oder unlösbar mit einem Gehäuse der den Startermotor und das Starterrelais umfassenden Baueinheit verbunden wird. Als mechanische Verbindung kommt hierbei beispielsweise eine Anflanschung, eine Verschraubung, eine Vernietung, eine Verklebung, eine Verrastung, eine Verklemmung und weitere entsprechende Verbindungsarten in Betracht.
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Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine einfache Herstellung der erfindungsgemäßen Anordnung von Schaltelement und Gehäuse der Starteranordnung.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das mindestens eine Schaltelement ein Halbleiterschaltelement, insbesondere ein Leistungshalbleiterschaltelement. Beispielsweise kann das Schaltelement ein IGBT oder ein MOSFET sein. Selbstverständlich sind auch weitere Halbleiterschaltelemente einsetzbar.
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Ist das Schaltelement beispielsweise als IGBT ausgebildet, so kann ein Kollektor-Anschluss des IGBT mit der vorhergehend erläuterten Versorgungsleitung und ein Emitter-Anschluss des IGBT mit der mindestens einen Wicklung elektrisch verbunden sein. Ist das Schaltelement als MOSFET ausgebildet, so kann beispielsweise ein Drain-Anschluss mit der Versorgungsleitung und ein Source-Anschluss mit der mindestens einen Wicklung verbunden sein.
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Über Gate-Anschlüsse des IGBT oder des MOSFET kann somit der vorhergehend erläuterte erste und zweite Schaltzustand des Schaltelements eingestellt werden.
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Durch die Verwendung eines Halbleiterschaltelements ergibt sich in vorteilhafter Weise eine höhere Robustheit des Schaltelements gegenüber mechanischen Erschütterungen und thermischen Belastungen, die im Bereich des Startermotors im stärkeren Maße auftreten als in anderen Bereichen des Fahrzeugs.
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In einer alternativen Ausführungsform ist das mindestens eine Schaltelement ein Relais. Hierbei kann durch eine Ansteuerung eines Steuerstromkreises des Relais der erste und der zweite Schaltzustand eingestellt werden.
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Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Ausbildung der erfindungsgemäßen Starteranordnung mit einem bereits verfügbaren und kostengünstigen Schaltelement.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Starteranordnung einen Eingangsanschluss für die Versorgungsspannung auf. Der Eingangsanschluss kann hierbei an dem Gehäuse der Starteranordnung angeordnet sein. Ein erster Anschluss des Schaltelements, beispielsweise der vorhergehend erläuterte Kollektor-Anschluss oder Drain-Anschluss ist elektrisch mit einem Strompfad verbunden, der den Eingangsanschluss mit dem Startermotor, insbesondere mit mindestens einer Wicklung des Startermotors, verbindet. Ein weiterer Anschluss des Schaltelements, insbesondere der vorhergehend erläuterte Emitter-Anschluss oder Source-Anschluss, ist elektrisch mit der mindestens eine Wicklung des Starterrelais verbunden.
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Hierbei ist das mindestens eine Schaltelement vorzugsweise in einem Gehäuse der Starteranordnung angeordnet. Insbesondere ergibt sich hierdurch vorteilhaft, dass eine Starteranordnung und die entsprechenden elektrischen Verbindungen von Versorgungsleitung zu Wicklungen des Startermotors als auch zum Starterrelais außerhalb eines Fahrzeugs gefertigt werden können, wobei nach der Anordnung der derart gefestigten Starteranordnung im Fahrzeug nur eine einzige Versorgungsleitung von der Energiequelle zur Versorgung der Starteranordnung zum Eingangsanschluss der Starteranordnung geführt werden muss. Dies ermöglicht somit in vorteilhafter Weise einen einfachen Einbau der vorgeschlagenen Starteranordnung. Gleichzeitig wird eine Länge eines Strompfades von der Versorgungsleitung zur mindestens einen Wicklung des Starterrelais minimiert, wodurch eine elektromagnetische Verträglichkeit erhöht wird.
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In einer weiteren Ausführungsform weist das mindestens eine Schaltelement einen Steueranschluss auf, wobei das Schaltelement über den Steueranschluss mit einem Steuergerät des Fahrzeugs verbunden ist. Der Steueranschluss kann beispielsweise elektrisch mit dem vorhergehend erläuterten Gate-Anschluss oder der Steuerwicklung verbunden sein. Auch kann der Steueranschluss der Gate-Anschluss sein. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass neben der einzigen Versorgungsleitung nur eine Steuerleitung für das mindestens eine Schaltelement zur Starteranordnung verlegt werden muss.
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Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs, wobei ein Schaltelement einer der vorhergehend beschriebenen Starteranordnungen angesteuert wird und eine elektrische Verbindung zwischen der mindestens einen Wicklung des Starterrelais und einer Versorgungsspannung des Startermotors herstellt. Hierbei fließt ein elektrischer Strom von einer Energiequelle zur Versorgung des Startermotors zu der mindestens einen Wicklung des Starterrelais durch das mindestens eine Schaltelement.
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Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht hierbei in vorteilhafter Weise, dass beim Einspuren des Startermotors eine Länge eines Strompfades zur Bestromung der mindestens einen Wicklung des Starterrelais minimiert wird.
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Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Fig. zeigen:
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1 eine schematische Anordnung von Elementen einer Starteranordnung gemäß dem Stand der Technik,
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2 eine schematische Anordnung von Elementen einer erfindungsgemäßen Starteranordnung und
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3 ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Starteranordnung.
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Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Merkmalen.
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In 1 ist eine schematische Anordnung von Elementen einer Starteranordnung 1 gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Die Starteranordnung 1 umfasst einen in einem gemeinsamen Gehäuse 2 angeordneten Startermotor 11 und ein Einrückrelais 12 (siehe 3). Eine Versorgungsleitung 3 des Startermotors 11 wird hierbei von einer Fahrzeugbatterie 4 durch einen Motorraum 5 des Fahrzeugs zum Startermotor 11 geführt. Weiter dargestellt ist eine weitere Versorgungsleitung 6 zur Versorgung mindestens einer Wicklung (nicht dargestellt) des Einrückrelais 12. Diese weitere Versorgungsleitung 6 wird von der Fahrzeugbatterie 4 durch den Motorraum 5 über zwei Relais R1, R2 geführt, wobei die Relais R1, R2 in einer so genannten E-Box 7 angeordnet sind. Die E-Box 7 kann z. B. ein Gehäuse aufweisen, wobei innerhalb des Gehäuses zusätzlich zu den Relais R1, R2 auch noch Sicherungen und Spannungsverteilelemente, z. B. Stromschienen, angeordnet sein können. Die Elemente innerhalb des Gehäuses der E-Box 7 können hierbei über elektrische Leitungen verbunden sein. Auch ist es jedoch möglich, dass die E-Box 7 eine Platine umfasst, wobei zumindest einige Elemente innerhalb der E-Box 7 auf der Platine angeordnet und durch diese elektrisch verbunden sind. Die Relais R1, R2 werden hierbei von einer Steuereinrichtung 8 angesteuert.
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In 2 ist eine erfindungsgemäße Anordnung von Elementen einer Starteranordnung 1 dargestellt. Wiederum dargestellt ist das gemeinsame Gehäuse 2 des Startermotors 11 und des Einrückrelais 12 (siehe 3). Innerhalb des Gehäuses 2 ist ein Schaltelement 9 angeordnet. Mittels dieses Schaltelements 9 ist eine Wicklung des Einrückrelais 12 mit der Versorgungsleitung 3 verbindbar. Das Schaltelement 9 wird durch Steuerleitungen 10 von einem Steuergerät 8 angesteuert. Somit ist es nicht mehr notwendig, die weitere Versorgungsleitung 6 (siehe 1) von der Fahrzeugbatterie 4 über die E-Box 7 zum Einrückrelais 12 zu führen.
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In 3 ist ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Starteranordnung 1 dargestellt. Die Starteranordnung 1 umfasst einen Startermotor 11 und ein Einrückrelais 12. Das Einrückrelais 12 umfasst eine Wicklung 13 und einen Einrückhebel 14, über den ein Rotor (nicht dargestellt) des Startermotors 11 mit einem Zahnkranz 15 eines Schwungrades (nicht dargestellt) einer Verbrennungskraftmaschine (nicht dargestellt) koppelbar ist. Weiter umfasst die Starteranordnung 1 ein als Leistungshalbleiterelement ausgebildetes Schaltelement 9. Hierbei ist das Schaltelement 9, das Einrückrelais 12 und der Startermotor 11 in einem gemeinsamen Gehäuse 2 angeordnet. Das gemeinsame Gehäuse 2 weist einen Eingangsanschluss 16 auf, wobei der Eingangsanschluss 16 zum Anschluss der Versorgungsleitung 3 dient. Über den Eingangsanschluss 16 ist die Starteranordnung 1 also mit einer Fahrzeugbatterie 4 elektrisch verbunden. Ein erster Anschluss 9a des Schaltelements 9 ist hierbei elektrisch mit einem Strompfad 17 verbunden, der den Eingangsanschluss 16 mit dem Startermotor 11 innerhalb des Gehäuses 2 verbindet. Ein zweiter Anschluss 9b des Schaltelements 9 ist hierbei mit der Wicklung 13 verbunden.
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Das Schaltelement 9 wird durch eine Steuerleitung 10 von einem Steuergerät 8 angesteuert. Zum Anschluss der Steuerleitungen 10 kann das gemeinsame Gehäuse 2 einen weiteren Eingangsanschluss (nicht dargestellt) aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Starteranordnung
- 2
- Gehäuse
- 3
- Versorgungsleitung
- 4
- Fahrzeugbatterie
- 5
- Motorraum
- 6
- weitere Versorgungsleitung
- 7
- E-Box
- 8
- Steuergerät
- 9
- Schaltelement
- 9a
- erster Anschluss
- 9b
- zweiter Anschluss
- 10
- Steuerleitung
- 11
- Startermotor
- 12
- Einrückrelais
- 13
- Wicklung
- 14
- Einrückhebel
- 15
- Zahnkranz
- 16
- Eingangsanschluss
- 17
- Strompfad
- R1
- erstes Relais
- R2
- zweites Relais
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010043091 A1 [0002]
- EP 0848159 A1 [0004]
- US 5642696 [0005]
