DE10231088A1 - Switching device for starting system for motor vehicle internal combustion engine has transistor controlled by controller and diagnostic arrangement for checking functionality of transistor - Google Patents

Switching device for starting system for motor vehicle internal combustion engine has transistor controlled by controller and diagnostic arrangement for checking functionality of transistor Download PDF

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Abstract

The switching device (20) is controlled by a controller (5) and starts a starter motor in response to a request from the controller. The switching device has a transistor (10) controlled by the controller and a diagnostic arrangement (13-15) for checking the functionality of the transistor. A second transistor (18) is connected in series with the first and the diagnostic arrangement has a potential divider (14,15) at the transistor outputs.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung zum Einschalten eines Startermotors, insbesondere für die Startanlage eines Kfz-Verbrennungsmotors, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a switching device for Switching on a starter motor, in particular for the starting system of a motor vehicle internal combustion engine, according to the preamble of claim 1.

Schalteinrichtungen der eingangs genannten Art sind Bestandteil nahezu jeden Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor. Eine typische Startanlage aus dem Stand der Technik mit einer Schalteinrichtung ist in 1 dargestellt.Switching devices of the type mentioned are part of almost every motor vehicle with an internal combustion engine. A typical starting system from the prior art with a switching device is in 1 shown.

1 zeigt eine Startanlage, die im wesentlichen einen Startermotor 4, ein Steuergerät 5, sowie eine zwischen Steuergerät 5 und Startermotor 4 angeordnete Schalteinrichtung 20 umfaßt. Die Schalteinrichtung 20 besteht aus einem Vorsteuerrelais 6 sowie dem eigentlichen Starterrelais 3. 1 shows a starting system, which is essentially a starter motor 4 , a control unit 5 , as well as one between control unit 5 and starter motor 4 arranged switching device 20 includes. The switching device 20 consists of a pilot control relay 6 as well as the actual starter relay 3 ,

Im Falle einer Startanforderung eines Fahrers (Umdrehen des Zündschlosses 2) schaltet das Steuergerät 5 zunächst das Vorsteuerrelais 6 ein. Dadurch wird der Steuereingang des Starterrelais 3 bestromt, das Starterrelais 3 zieht an, und der Startermotor 4 wird von der Batterie 1 mit Strom versorgt und startet den Verbrennungsmotor (nicht gezeigt).In the event of a driver request to start (turning the ignition switch 2 ) switches the control unit 5 first the pilot control relay 6 on. This will make the control input of the starter relay 3 energized, the starter relay 3 attracts and the starter motor 4 is from the battery 1 powered and starts the internal combustion engine (not shown).

Die dargestellte Anordnung umfasst insgesamt zwei Relais, nämlich das Vorsteuerrelais 6 und das Starterrelais 3, da das Starterrelais 3 zum Schalten üblicherweise mehr als 3
0A benötigt und das im Fahrzeug eingesetzte Steuergerät 5 in der Regel nur einen geringen Steuerstrom von ca. 2A liefert.The arrangement shown comprises a total of two relays, namely the pilot control relay 6 and the starter relay 3 because the starter relay 3 for switching usually more than 3
0A is required and the control unit used in the vehicle 5 usually only delivers a low control current of approx. 2A.

Das Steuergerät 5 ist üblicherweise derart eingerichtet, daß es das Vorsteuerrelais 6 nur dann aktiviert und den Start einleitet, wenn sich der Verbrennungsmotor im Stillstand befindet und das Getriebe in Leerlaufstellung bzw. die Kupplung gedrückt ist.The control unit 5 is usually set up so that it is the pilot control relay 6 only activated and initiates the start when the internal combustion engine is at a standstill and the transmission is in neutral or the clutch is pressed.

Eine derartige Startanlage ist wegen der erforderlichen zwei P.elais relativ teuer und bedarf außerdem einer relativ komplizierten Verdrahtung.Such a starting system is because the required two P.elais relatively expensive and also requires one relatively complicated wiring.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schalteinrichtung für eine Startanlage eines Kfz zu schaffen, die wesentlich einfacher aufgebaut und kostengünstiger ist.It is therefore the object of the present invention a switching device for to create a starting system of a motor vehicle that is constructed much easier and cheaper is.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen. der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.This object is achieved according to the invention by the features specified in claim 1. Other configurations. the invention are the subject of dependent claims.

Der wesentliche Gedanke der Erfindung besteht darin, die Schalteinrichtung mittels einer Transistoranordnung zu realisieren, bei der ein Transistor von einem Steuergerät angesteuert wird, um einen Startermotor einzuschalten. Der Transistor dient dabei als elektrischer Schalter zum Durchschalten der Stromversorgung auf den Startermotor bzw. auf ein Starterrelais. Zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Transistors sind ferner Diagnosemittel vorgesehen. Transistor und Diagnosemittel können als integrierte Schaltung realisiert sein. Die erfindungsgemäße Schalteinrichtung ist daher sehr einfach und kostengünstig herzustellen.The main idea of the invention consists of the switching device by means of a transistor arrangement to implement, in which a transistor is controlled by a control unit to turn on a starter motor. The transistor serves thereby as an electrical switch for switching the power supply on the starter motor or on a starter relay. To check the Functionality of the Transistors are also provided with diagnostic means. Transistor and Diagnostic tools can be implemented as an integrated circuit. The switching device according to the invention is therefore very easy and inexpensive to manufacture.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein zum ersten Transistor in Serie geschalteter zweiter Transistor als Redundanz vorgesehen, wodurch eine wesentlich bessere Funktionssicherheit der Schalteinrichtung erreicht werden kann.According to a preferred embodiment of the Invention is a second transistor connected in series with the first transistor Transistor provided as redundancy, which makes a much better Functional reliability of the switching device can be achieved.

Eine mögliche Realisierung von Diagnosemitteln zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Transistoren ist ein parallel zum Ausgang der Transistoren geschalteter Spannungsteiler, der bei Normalbetrieb (beide Transistoren funktionieren ordnungsgemäß) an einem Mittenknoten zwischen den beiden Transistoren ein Spannungsfenster vorgibt. Ist einer der Transistoren durchlegiert (Kurzschluß) so ändert sich die Spannung an einem Diagnoseknoten der Schalteinrichtung und die Fehlfunktion eines der Transistoren kann vom Steuergerät festgestellt werden.A possible implementation of diagnostic tools to check the operability of the transistors is connected in parallel to the output of the transistors Voltage divider that works during normal operation (both transistors work properly) on one A voltage window in the middle node between the two transistors pretends. If one of the transistors is alloyed (short circuit), then changes the voltage at a diagnostic node of the switching device and the Malfunction of one of the transistors can be determined by the control unit.

Die Diagnosemittel zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Transistoren umfassen neben dem Spannurgsteiler vorzugsweise auch einen Widerstand; der an einem Hauptanschluss (D, S bzw. C, E) und dem Steueranschluss eines Transistors angeschlossen ist. Wird der Hauptanschluss über eine Widerstandsanordnung auf die Steuerleitung zurückgeführt, kann die Steuerleitung gleichzeitig als Diagnoseleitung genutzt werden.The diagnostic tools for checking the functionality in addition to the voltage divider, the transistors preferably comprise also a resistance; on a main connection (D, S or C, E) and the control terminal of a transistor is connected. Becomes the main connection over a resistor arrangement can be traced back to the control line the control line can also be used as a diagnostic line.

Das Steuergerät lässt vorzugsweise nur dann einen Start des Motors zu, wenn die Transistoren der Schalteinrichtung einwandfrei funktionieren.The control unit preferably only leaves one Start the engine too when the transistors of the switching device work flawlessly.

Zur Erhöhung der Schaltschwelle der Transistoren kann in den zu den Transistoren führenden Steuerleitungen jeweils eine Diodenanordnung vorgesehen sein.To increase the switching threshold of the Transistors can each in the control lines leading to the transistors a diode arrangement can be provided.

Die erfindungsgemäße Schalteinrichtung kann entweder unmittelbar mit einem Startermotor verbunden oder an einem Starterrelais angeschlossen sein, welches die Stromquelle auf Anforderung mit dem Startermotor verbindet.The switching device according to the invention can either directly connected to a starter motor or to a starter relay be connected, which the power source with on request connects the starter motor.

Die erfindungsgemäße Schalteinrichtung kann ferner in den Startermotor mit integriert sein (Anbaulösung) oder außerhalb des Startermotors angeordnet sein (Wegbaulösung).The switching device according to the invention can also be integrated in the starter motor (mounting solution) or outside of the starter motor must be arranged (path solution).

Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Schalteinrichtung in einem Bürstenplattenmodul des Startermotors integriert.The switching device according to the invention is preferably in a brush plate module of the starter motor integrated.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:The invention is illustrated below the attached Exemplary drawings closer explained. Show it:

1 eine Startanlage gemäß dem Stand der Technik; 1 a starting system according to the prior art;

2 eine Ausführungsform einer Schalteinrichtung gemäß der Erfindung; 2 an embodiment of a switching device according to the invention;

3 eine Startanlage mit einer Schalteinrichtung nach 2; 3 a starting system with a switching device after 2 ;

4a, 4b verschiedene Anordnungen der Schalteinrichtung in einer Startanlage; 4a . 4b different arrangements of the switching device in a starting system;

5 eine Startanlage gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung (Wegbaulösung); und 5 a starting system according to a further embodiment of the invention (path solution); and

6 eine Startanlage gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung (Anbaulösung). 6 a starting system according to a further embodiment of the invention (add-on solution).

Bezüglich der Erläuterung von 1 wird auf die Beschreibungseinleitung verwiesen.Regarding the explanation of 1 reference is made to the introduction to the description.

2 zeigt eine IC-Schalteinrichtung 20 zum Einschalten eines Startermotors 4 in einem Kfz gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Die Schalteinrichtung 20 umfaßt im wesentlichen zwei in Serie geschaltete Transistoren 10, 18, die von einem Steuergerät 5 (1) über eine Steuerleitung 9 angesteuert werden. Bei Vorliegen eines Steuersignals gehen die Transistoren 10, 18 in den niederohmigen Zustand und ermöglichen dadurch die Stromversorgung eines an der Klemme Kl.50 angeschlossenen Startermotors 4. Wahlweise kann der untere Anschluss auch mit einem Starterrelais 3 (Kl.45) verbunden sein. 2 shows an IC switching device 20 for switching on a starter motor 4 in a motor vehicle according to a preferred embodiment of the invention. The switching device 20 essentially comprises two transistors connected in series 10 . 18 by a control unit 5 ( 1 ) via a control line 9 can be controlled. When a control signal is present, the transistors go off 10 . 18 in the low-resistance state and thereby enable the power supply of a starter motor connected to terminal Kl.50 4 , The lower connection can also be optionally equipped with a starter relay 3 (Kl.45) be connected.

Der zweite Transistor 18 ist in Redundanz zum ersten Transistor 10 vorgesehen und dient ausschließlich zur Erhöhung der Funktionssicherheit der Schalteinrichtung 20. Ist einer der Transistoren 10, 18 durchlegiert (ausgangsseitiger Kurzschluß), kann noch der andere funktionsfähige Transistor die Schaltfunktion übernehmen.The second transistor 18 is provided in redundancy to the first transistor 10 and is used only to increase the functional reliability of the switching device 20 , Is one of the transistors 10 . 18 alloyed (short circuit on the output side), the other functional transistor can also take over the switching function.

Zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Transistoren 10, 18 sind ein Spannungsteiler mit Widerständen 14, 15, sowie jeweils ein Widerstand 13 bzw. 19 als Diagnosemittel vorgesehen. Die Widerstände 13, 19 sind jeweils zwischen einem Hauptanschluss der Transisteren 10, 18 und der Steuerleitung 9 angeordnet.To check the functionality of the transistors 10 . 18 are a voltage divider with resistors 14 . 15 , as well as a resistance 13 respectively. 19 provided as a diagnostic tool. The resistances 13 . 19 are each between a main connection of the transistors 10 . 18 and the control line 9 arranged.

Ist einer der beiden Transistoren 10, 18 durchlegiert und nicht mehr in der Lage, auszuschalten, so wird dies von der Steuereinrichtung 5 erkannt. Bei einer Fehlfunktion des Transistors 10 würde die Spannung am Diagnoseknoten M ansteigen. Ist dagegen der zweite Transistor 18 durchlegiert, würde die Spannung am Knoten M absinken. Dies wird vom Steuergerät 5 erkannt.Is one of the two transistors 10 . 18 alloyed and no longer able to switch off, this is done by the control device 5 recognized. If the transistor malfunctions 10 the voltage at the diagnostic node M would rise. In contrast, is the second transistor 18 alloyed, the voltage at node M would drop. This is from the control unit 5 recognized.

Das Steuergerät 5 prüft vor der Ausgabe eines Steuersignals die Funktionsfähigkeit der Schalteinrichtung 20 und erzeugt nur dann ein Steuersignal, wenn. kein Defekt festgestellt wurde.The control unit 5 checks the functionality of the switching device before issuing a control signal 20 and only generates a control signal if. no defect was found.

Zur Erhöhung der Schaltschwelle der Transistoren 10, 18 ist an deren Steuereingang jeweils eine Diodenanordnung, bestehend aus einer Diode 12 bzw. 17 und einem Widerstand 11 bzw. 16 vorgesehen.To increase the switching threshold of the transistors 10 . 18 is at its control input each a diode arrangement consisting of a diode 12 respectively. 17 and a resistance 11 respectively. 16 intended.

Der obere Anschluß der Schalteinrichtung 20 kann entweder mit dem Zündschloss (Kl.15) oder unmittelbar mit der Batterie (Kl.30) verbunden sein.The upper connection of the switching device 20 can either be connected to the ignition lock (Kl.15) or directly to the battery (Kl.30).

3 zeigt die in eine Startanlage integrierte Schalteinrichtung 20 zusammen mit einem Steuergerät 5 und einem Startermotor 4. Dabei ist die Schalteinrichtung 20 mit einem Starterrelais 3 verbunden, das die Stromzufuhr von der Batterie 1 zum Startermotor 4 ein- und ausschaltet. Sowohl die Schalteinrichtung 20 als auch der Startermotor 4 sind an der gleichen Klemme angeschlossen. 3 shows the switching device integrated in a starting system 20 together with a control unit 5 and a starter motor 4 , Here is the switching device 20 with a starter relay 3 connected to the power supply from the battery 1 to the starter motor 4 switches on and off. Both the switching device 20 as well as the starter motor 4 are connected to the same terminal.

4a und 4b zeigen verschiedene Verschaltungen der Schalteinrichtung 20. In 4a ist das Starterrelais 3 unmittelbar an der Klemme Kl.1.5, und der Startermotor 4 an der Klemme Kl.30 (Batterie) angeschlossen, wogegen in 4b das Starterrelais 3 als auch der Startermotor 4 an der Klemme Kl.30 angeschlossen sind. 4a and 4b show different interconnections of the switching device 20 , In 4a is the starter relay 3 directly at terminal Kl.1.5, and the starter motor 4 connected to terminal Kl.30 (battery), whereas in 4b the starter relay 3 as well as the starter motor 4 are connected to terminal Kl.30.

5 zeigt eine Verschaltung, bei der die Schalteinrichtung 20 außerhalb des Startermotors 4 angeordnet ist (Wegbaulösung). 5 shows an interconnection in which the switching device 20 outside the starter motor 4 is arranged (path solution).

6 zeigt schließlich eine Startanlage, bei der die Starteinrichtung 20 im Startermotor integriert ist (Anbaulösung). Die Schalteinrichtung 20 kann dabei insbesondere in einem Bürstenplattenmodul des Startermotors 4 integriert sein. Im Unterschied zu den vorstehend gezeigten Startanlagen umfasst die Startanlage von 6 einen Datenbus, wie z.B. einen CAN-Bus zwischen Steuergerät 5 und Startermotor 4, womit z.B. eine Sicherheitsabfrage (Ermittlung, ob die Schalteinrichtung 20 defekt ist) durchgeführt werden kann. 6 finally shows a starting system in which the starting device 20 is integrated in the starter motor (mounting solution). The switching device 20 can in particular in a brush plate module of the starter motor 4 be integrated. In contrast to the starting systems shown above, the starting system from 6 a data bus, such as a CAN bus between the control unit 5 and starter motor 4 , with which, for example, a safety query (determining whether the switching device 20 is defective).

11
Batteriebattery
22
ZündschlossIgnition lock
33
Starterrelaisstarter relay
44
Startermotorstarter motor
55
Steuergerätcontrol unit
66
Vorsteuerrelaispilot relay
99
Steuerleitungcontrol line
1010
Transistortransistor
1111
Widerstandresistance
1212
Diodediode
1313
Widerstandresistance
14, 1514 15
Spannungsteilervoltage divider
1616
Widerstandresistance
1717
Diodediode
1818
Transistor.Transistor.
1919
Widerstandresistance
2020
Schalteinrichtungswitching device

Claims (9)

Schalteinrichtung zum Einschalten eines Startermotors (4), insbesondere für eine Startanlage eines Kfz-Verbrennungsmotors, die von einem Steuergerät (5) angesteuert wird und den Startermotor (4) auf Anforderung des Steuergerätes (5) startet, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (20) einen vom Steuergerät (5) angesteuerten Transistor (10), sowie Diagnosemittel (13, 14, 15) zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Transistors (10) aufweist.Switching device for switching on a starter motor ( 4 ), in particular for a starting system of a motor vehicle internal combustion engine, which is controlled by a control unit ( 5 ) is controlled and the starter motor ( 4 ) at the request of the control unit ( 5 ) starts, characterized in that the switching device ( 20 ) one from the control unit ( 5 ) controlled transistor ( 10 ), as well as diagnostic tools ( 13 . 14 . 15 ) to check the functionality of the transistor ( 10 ) having. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zum ersten Transistor (10) in Serie geschalteter zweiter Transistor (18) vorgesehen ist.Switching device according to claim 1 , characterized in that a to the first transistor ( 10 ) second transistor connected in series ( 18 ) is provided. Schalteinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (13, 14, 15) zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Transistors (10) einen Spannungsteiler (14,15) umfassen, der am Ausgang der Transistoren (10, 18) vorgesehen ist.Switching device according to claim 2, characterized in that the means ( 13 . 14 . 15 ) to check the functionality of the transistor ( 10 ) a voltage divider ( 14 . 15 ), which at the output of the transistors ( 10 . 18 ) is provided. Schalteinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (13, 14, 15) zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Transistors (10, 18) einen Widerstand (13, 19) umfassen, der zwischen einem Hauptanschluss des Transistors (10, 18) und einer Steuerleitung (9) angeordnet ist.Switching device according to claim 3, characterized in that the means ( 13 . 14 . 15 ) to check the functionality of the transistor ( 10 . 18 ) a resistance ( 13 . 19 ) comprising between a main connection of the transistor ( 10 . 18 ) and a control line ( 9 ) is arranged. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerleitung (9), über die der Transistor (10, 18) angesteuert wird, vom Steuergerät (5) gleichzeitig als Diagnoseleitung genutzt wird.Switching device according to claim 1, characterized in that a control line ( 9 ) through which the transistor ( 10 . 18 ) is controlled by the control unit ( 5 ) is also used as a diagnostic line. Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Steuereingang eines Transistors (10, 18) eine Diodenanordnung (12, 17) zur Erhöhung der Schaltschwelle vorgesehen ist.Switching device according to one of the preceding claims, characterized in that at the control input of a transistor ( 10 . 18 ) a diode arrangement ( 12 . 17 ) is provided to increase the switching threshold. Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (20) unmittelbar mit dem Startermotor (4) verbunden ist.Switching device according to one of the preceding claims, characterized in that the switching device ( 20 ) directly with the starter motor ( 4 ) connected is. Startanlage zum Starten eines Kfz-Verbrennungsmotors mit einem Steuergerät (5) und einer Schalteinrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Starting system for starting a motor vehicle internal combustion engine with a control unit ( 5 ) and a switching device ( 20 ) according to one of the preceding claims. Startanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (5) derart eingerichtet ist, dass nur dann ein Startvorgang eingeleitet wird, wenn die Transistoren (10, 18) der Schalteinrichtung (20) voll funktionsfähig sind.Starting system according to claim 8, characterized in that the control device ( 5 ) is set up such that a starting process is only initiated when the transistors ( 10 . 18 ) of the switching device ( 20 ) are fully functional.
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