DE19705587C2

DE19705587C2 - Method for controlling an electric motor starter

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Publication number: DE19705587C2
Application number: DE19705587A
Authority: DE
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1997-02-14
Filing date: 1997-02-14
Publication date: 1999-07-15
Anticipated expiration: 2017-02-15
Also published as: DE19705587A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines elektromotorischen Anlassers gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for controlling a electromotive starter according to the preamble of Claim 1.

Da ein Verbrennungsmotor nicht aus eigener Kraft anlaufen kann, ist für den Startvorgang ein elektrischer Anlasser notwendig. Der Anlasser erzeugt ein Drehmoment und bringt damit den Verbrennungsmotor auf seine Startdrehzahl und unterstützt ggf. den weiteren Startvorgang, bis eine aus reichende Drehzahl für den Selbstlauf erreicht wird, ab der der Motor selbständig auf die Motorleerlaufdrehzahl hochzulaufen beginnt. Bei der Startdrehzahl findet erst malig eine erfolgreiche Entflammung des Kraftstoffs durch Selbstzündung (Diesel-Motor) oder Fremdzündung (Benzin- Motor) statt, d. h. der Motor zündet und entwickelt sein eigenes Drehmoment. Um ein Überdrehen des Anlassers zu verhindern, wird die kraftschlüssige Verbindung zwischen Anlasserwelle und Kurbelwelle automatisch mit Hilfe einer Freilaufvorrichtung gelöst, sobald die Kurbelwelle die Anlasserwelle "überholt". Solange die Stromversorgung für den Anlasser jedoch eingeschaltet bleibt, beschleunigt der Anlasser den Anlasserrotor mit der Anlasserwelle bis auf seine Leerlaufdrehzahl und der Anlasserrotor läuft ungehindert weiter. Normalerweise wird der Startvorgang durch den Fahrer des Kraftfahrzeugs abgebrochen, sobald der Zündstartschalter von der Stellung "Start" in die Stellung "Zündung an" gebracht wird und damit die Stromversorgung des Anlassers unterbrochen wird. Der Abbruch erfolgt normalerweise nach dem Gehör des Fahrers, der merkt, ob der Motor "richtig" läuft. Dieser subjektive Eindruck ist aber bei verschiedenen Personen sehr unterschiedlich. Darüber hinaus sind die menschlichen Reaktionszeiten ebenfalls sehr unterschiedlich, so daß in den meisten Fällen der Abbruch verspätet erfolgt. Dies gilt vor allem bei betriebswarmem Motor, da hierbei der eigentliche Startvorgang in Zeiträumen unter einer Sekunde abläuft. Dies bedeutet eine unnötige Belastung der gesamten Startanlage, insbesondere der mechanischen Bauteile des Anlassers und der Batterie. Zusätzlich ist mit der Geräuschentwicklung des Anlassers eine deutliche akustische Beeinträchtigung verbunden. Die Anlasserwelle läuft nach der Stromunterbrechung einige Sekunden nach. Der Nachlauf und damit die Beeinträchtigung ist natürlich um so länger, je höher die Enddrehzahl der Anlasserwelle ist. Erfolgt der Abbruch des Startvorgangs zu früh, so "springt" der Motor nicht an, und der Startvorgang muß nochmals wiederholt werden. Dies wird vom Fahrer als sehr lästig empfunden.Because an internal combustion engine does not start on its own is an electric starter for the starting process necessary. The starter generates torque and brings so that the internal combustion engine to its starting speed and supports the further starting process, if necessary, until one is off sufficient speed for self-running is reached, from which the engine independently to the engine idling speed starts to run up. At the start speed only takes place successful ignition of the fuel Auto ignition (diesel engine) or spark ignition (gasoline Motor) instead, d. H. the engine fires and is developed own torque. To overturn the starter too prevent the positive connection between Starter shaft and crankshaft automatically using a Freewheel device released as soon as the crankshaft Starter shaft "overhauled". As long as the power supply for however, if the starter remains on, the accelerates Starter the starter rotor with the starter shaft up to its idle speed and the starter rotor is running continue unhindered. Usually the startup process canceled by the driver of the motor vehicle as soon as the Ignition switch from the "Start" position to the position "Ignition on" is brought and thus the power supply the starter is interrupted. The termination takes place usually according to the hearing of the driver who notices whether the driver is Motor runs "correctly". But this subjective impression is very different for different people. About that in addition, the human response times are also very high different, so in most cases the termination delayed. This applies especially to warm ones Engine, since this is the actual starting process in Periods of less than one second expire. This means one unnecessary load on the entire starting system, in particular the mechanical components of the starter and the battery. In addition, with the noise of the starter a clear acoustic impairment. The Starter shaft runs some after the power cut Seconds after. The wake and thus the impairment the longer the final engine speed, the longer it is Starter shaft is. If the start process is canceled early, the engine does not "start" and the starting process must be repeated again. This is considered by the driver felt very annoying.

Aus der EP 0 363 933 A1 ist eine Startanlage bekannt, bei der die Drehzahl n des Verbrennungsmotors während des Startvorgangs ermittelt wird, und sobald die Drehzahl n der Kurbelwelle einen gewissen Maximalwert n₀ überschreitet, die Stromversorgung des Anlassers automatisch durch eine Steuereinheit unterbrochen wird. Hierbei ist der Ma ximalwert n₀ fest vorgegeben. Um bei verschiedenen Start bedingungen (Umgebungstemperatur, Motortemperatur etc.) ein sicheres Starten des Verbrennungsmotors zu garantieren, muß dieser Maximalwert n₀ relativ hoch gewählt werden. Selbstverständlich ist auch hier eine manuelle Unterbrechung möglich. Die Wahrscheinlichkeit, daß der Fahrer die Stromversorgung vor Erreichen der Drehzahl n₀ manuell zum richtigen Zeitpunkt, d. h. Startvorgang erfolgreich, un terbricht, ist aufgrund des, für menschliche Reaktionen sehr kurzen, fraglichen Zeitraums unwahrscheinlich. Der automa tische bzw. manuelle Abbruch des Startvorgangs erfolgt auch hier relativ spät, so daß die bereits angesprochenen Nachteile im wesentlichen weiterhin bestehen. A starting system is known from EP 0 363 933 A1, in which the speed n of the internal combustion engine is determined during the starting process, and as soon as the speed n of the crankshaft exceeds a certain maximum value n ₀ , the power supply to the starter is automatically interrupted by a control unit. Here, the maximum value n _{0 is} fixed. In order to guarantee safe starting of the internal combustion engine under various starting conditions (ambient temperature, engine temperature etc.), this maximum value n ₀ must be chosen to be relatively high. Of course, manual interruption is also possible here. The likelihood that the driver will interrupt the power supply manually before reaching the speed n ₀ at the right time, that is to say the starting process has been successful, is unlikely on account of the period of time, which is very short for human reactions, in question. The automatic or manual abort of the starting process takes place relatively late, so that the disadvantages mentioned above still exist.

Aus der DE 40 31 275 A1 ist ein elektromotorischer Anlasser einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem die Beschleuni gung der Brennkraftmaschine ermittelt wird. Eine Betätigung des Anlassers erfolgt nur, so lange der Beschleunigungswert unterhalb eines Grenzwertes liegt.From DE 40 31 275 A1 is an electromotive starter an internal combustion engine known in which the accelerations tion of the internal combustion engine is determined. An actuation of the starter only takes place as long as the acceleration value is below a limit.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, das ein sicheres und ein geräuscharmes Starten er möglicht, das insbesondere die Stromversorgung für den Anlasser unterbricht, sobald ein selbständiger Hochlauf des Verbrennungsmotors möglich ist und das einfach und kostengünstig in vorhandene Systeme integrierbar ist.The object of the present invention is a method to indicate a safe and a quiet start possible, in particular the power supply for the Starter interrupts as soon as an independent start-up of the internal combustion engine is possible and that simple and can be inexpensively integrated into existing systems.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angege benen Verfahrensschritte. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.This problem is solved by the specified in claim 1 process steps. Advantageous further training the invention are specified in the subclaims.

Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, durch Auswertung des Drehzahlsignals n der Brennkraftmaschine während des Startvorgangs eine signifikante Änderung der Drehzahlbeschleunigung der Kurbelwelle, die durch die Drehmomententwicklung des Verbrennungsmotors verursacht wird, zu erkennen und daraufhin den Anlasserstromkreis zu unterbrechen.The essential idea of the invention is through Evaluation of the speed signal n of the internal combustion engine a significant change in the Acceleration of the crankshaft by the Torque development of the internal combustion engine caused will be recognized and then the starter circuit to interrupt.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeich nung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:The invention is based on a in the drawing voltage illustrated embodiment explained in more detail. Show it:

Fig. 1 schematische Darstellung einer Startanlage, Fig. 1 shows a schematic representation of a starter system,

Fig. 2 Drehzahl-Zeit n-t Diagramm der Anlasserwelle für unterschiedliche Startvorgänge. Fig. 2 speed-time nt diagram of the starter shaft for different starts.

Die Startanlage 1 besteht im wesentlichen aus einer Bat terie 10, einen Schalter S1 und einem Anlasser 20, die einen Anlasserstromkreis 5 bilden. Parallel zu dem mit tels eines Einrückrelais R1 betätigbaren Schalters S1 ist ein Unterbrecherschalter S3 angeordnet, der das Einrück relais R1 schaltet. Der Unterbrecherschalter S3 wird von einer Steuereinheit 30 angesteuert, die mit einem manuell vom Fahrer betätigbaren Zündstartschalter S2 verbunden ist. Die Steuereinheit 30 ist weiter mit einem Drehzahl geber 40 verbunden, der an der Kurbelwelle 50 einer in der Zeichnung nicht dargestellten Brennkraftmaschine an geordnet ist.The starting system 1 consists essentially of a bat terie 10 , a switch S1 and a starter 20 , which form a starter circuit 5 . In parallel to the switch S1 which can be actuated by means of an engagement relay R1, an interrupter switch S3 is arranged which switches the engagement relay R1. The interrupter switch S3 is controlled by a control unit 30 which is connected to an ignition start switch S2 which can be operated manually by the driver. The control unit 30 is further connected to a speed sensor 40 , which is arranged on the crankshaft 50 of an internal combustion engine, not shown in the drawing.

In vorteilhafter Weise ist die Steuereinheit 30 in die Motorsteuereinheit, in der die Auswertung des Signals des Drehzahlgebers 40 erfolgt, integriert.The control unit 30 is advantageously integrated in the engine control unit in which the signal from the speed sensor 40 is evaluated.

Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Verfahren anhand Fig. 2 für einen Benzin-Einspritzmotor näher erläutert. Zum Zeitpunkt T = 0 wird der Zündstartschalter S2 vom Fahrer manuell durch Drehen des Zündschlüssels geschlos sen. Von der Steuereinheit 30 angesteuert, wird daraufhin der Schalter S3 geschlossen, und das Relais R1 betätigt und somit der Anlasserstromkreis 5 von der Batterie 10 über den Schalter S1 zum Anlasser 20 geschlossen und die in der Zeichnung nicht dargestellte Anlasserwelle des An lassers beginnt sich zu drehen, und nachdem die kraft schlüssige Verbindung mit der Kurbelwelle 50 hergestellt wurde, nimmt die Drehzahl n der Kurbelwelle 50 entspre chend der Leistung des Anlassers zu. Solange der Anlasser 20 die Kurbelwelle 50 beschleunigt, drehen Kurbelwelle 50 und die Anlasserwelle entsprechend ihrer Übersetzung im wesentlichen synchron. Zum Zeitpunkt T1 setzt die Zündung bzw. Einspritzung ein und beschleunigt die Kurbelwelle 50 bis zur Leerlaufdrehzahl n_L des Verbrennungsmotors. Die ser Kurvenverlauf ist in Fig. 2 mit I bezeichnet. Zum Zeitpunkt T1 erfolgt eine abrupte Änderung der Drehzahl beschleunigung a = dn/dt, da nunmehr die Verbrennung ein setzt und der Verbrennungsmotor sein eigenes Drehmoment entwickelt, das den Hochlauf bewirkt. Kurz nach diesem Zeitpunkt T1 wird auch die kraftschlüssige Verbindung zwischen Anlasserwelle und Kurbelwelle 50 gelöst. Mit II ist ein Kurvenverlauf bezeichnet, der einem Startvorgang bei betriebswarmen Motor entspricht. In diesem Fall be ginnt der Verbrennungsmotor bereits zu einem früheren Zeitpunkt T1' selbständig hochzulaufen. Bei dem mit III gekennzeichneten Kurvenverlauf springt der Verbrennungs motor nicht an. Die Drehzahl n der Kurbelwelle 50 steigt bis zu einem Maximalwert n_max an und hält diesen Wert, bis der Fahrer bemerkt, daß der Verbrennungsmotor nicht an springt und den Anlasserstromkreis 5 zum Zeitpunkt T3 un terbricht. Wie die Kurven I und II zeigen, ist ein deutli cher Knick zum Zeitpunkt T1 bzw. T1' im Kurvenverlauf er kennbar. Dieser "Knick" ist ein eindeutiges Indiz dafür, daß die Brennkraftmaschine ein eigenes Drehmoment entwic kelt und damit von selbst hochläuft. Kurz nach diesem Zeitpunkt ist eine Unterstützung des Anlassvorgangs durch den Anlasser 20 nicht mehr notwendig, und der Starter stromkreis 5 kann deshalb unterbrochen werden. Der Ab schaltvorgang wird durch die Steuereinheit 30 nach Errei chen des nachfolgend beschriebenen Abbruchkriteriums ein geleitet. In der Steuereinheit 30 wird der zeitliche Ver lauf des Meßsignals des Drehzahlgebers 40 ausgewertet und u. a. die Drehzahlbeschleunigung a bestimmt. Sobald eine sprunghafte positive Änderung der Drehzahlbeschleunigung a registriert wird, wird der Schalter S3 geöffnet und da mit der Anlasserstromkreis 5 unterbrochen, auch wenn der Zündstartschalter S2 noch geschlossen ist. Nachdem der Anlasserstromkreis 5 unterbrochen ist, wird die Anlasser welle nicht mehr beschleunigt. Die Drehzahl der Anlasser welle nimmt daraufhin ab, bis die Anlasserwelle zum Stillstand kommt. Dieser Verlauf ist in Fig. 2 jeweils strichpunktiert dargestellt. Der Fahrer wird den Zünd startschalter S2 erst zu einem späteren Zeitpunkt T2 bzw. T2' durch Zurückdrehen des Zündschlüssels öffnen und die automatische Regelung normalerweise überhaupt nicht wahr nehmen.The method according to the invention is explained in more detail below with reference to FIG. 2 for a gasoline injection engine. At time T = 0, the ignition start switch S2 is closed manually by the driver by turning the ignition key. Controlled by the control unit 30 , the switch S3 is then closed, and the relay R1 is actuated and thus the starter circuit 5 is closed from the battery 10 via the switch S1 to the starter 20 and the starter shaft, not shown in the drawing, of the starter begins to rotate , and after the positive connection to the crankshaft 50 has been established, the speed n of the crankshaft 50 increases accordingly, according to the power of the starter. As long as the starter 20 accelerates the crankshaft 50 , the crankshaft 50 and the starter shaft rotate essentially synchronously in accordance with their translation. At time T1, the ignition or injection starts and accelerates the crankshaft 50 up to the idling speed n _{L of} the internal combustion engine. This curve is designated I in Fig. 2. At time T1 there is an abrupt change in the speed acceleration a = dn / dt, since the combustion now begins and the internal combustion engine develops its own torque which causes the run-up. Shortly after this point in time T1, the non-positive connection between the starter shaft and crankshaft 50 is also released. II denotes a curve shape which corresponds to a starting process when the engine is warm. In this case, the internal combustion engine already starts to run up independently at an earlier point in time T1 '. The combustion engine does not start on the curve marked III. The speed n of the crankshaft 50 increases to a maximum value n _max and holds this value until the driver notices that the internal combustion engine does not start and interrupts the starter circuit 5 at time T3. As curves I and II show, a clear kink at times T1 and T1 'in the course of the curve is recognizable. This "kink" is a clear indication that the internal combustion engine is developing its own torque and thus running up by itself. Shortly after this point in time, the starter 20 no longer needs to support the starting process, and the starter circuit 5 can therefore be interrupted. From the switching process is initiated by the control unit 30 after reaching the termination criteria described below. In the control unit 30 , the time course of the measurement signal from the speed sensor 40 is evaluated and, among other things, the speed acceleration a is determined. As soon as an abrupt positive change in the speed acceleration a is registered, the switch S3 is opened and then interrupted with the starter circuit 5 , even when the ignition switch S2 is still closed. After the starter circuit 5 is broken, the starter shaft is no longer accelerated. The speed of the starter shaft then decreases until the starter shaft comes to a standstill. This course is shown in dash-dot lines in FIG. 2. The driver will only open the ignition starter switch S2 at a later time T2 or T2 'by turning the ignition key back and will normally not notice the automatic control at all.

Gemäß Anspruch 2 ist es sicherlich sinnvoll, eine zeitliche Verzögerung Δt zwischen der sprunghaften positiven Ände rung der Drehzahlbeschleunigung a und dem Öffnen des Schalters S3 vorzusehen, um das sichere Hochlaufen des Verbrennungsmotors zu garantieren.According to claim 2, it is certainly useful to have a temporal Delay Δt between the sudden positive changes tion of the speed acceleration a and the opening of the Provide switch S3 to ensure the safe startup of the Guarantee internal combustion engine.

Erfolgt kein Starten des Verbrennungsmotors, so nimmt die Drehzahlbeschleunigung a immer weiter ab, und die Drehzahl n steigt langsam auf ihren Maximalwert n_max. Sobald die Drehzahlbeschleunigung a einen Schwellenwert s unter schreitet, ist mit einem Starten des Verbrennungsmotors nicht mehr zu rechnen. In diesem Fall ist es sicherlich sinn voll, wie in Anspruch 3 angegeben, den Anlasserstromkreis 5 automatisch vor dem Zeitpunkt T3 zu unterbrechen. Da durch wird eine unnötige Beanspruchung der Batterie 10 und des Anlassers 20 vermieden.If the internal combustion engine is not started, the speed acceleration a continues to decrease and the speed n slowly increases to its maximum value n _max . As soon as the speed acceleration a falls below a threshold value s, the internal combustion engine can no longer be expected to start. In this case, it is certainly sensible, as stated in claim 3, to automatically interrupt the starter circuit 5 before the time T3. Since unnecessary stress on the battery 10 and the starter 20 is avoided.

Nach einem erfolglosen Startvorgang sollte immer ein bestimmten Zeitraum S abgewartet werden, bis ein erneuter Starversuch unternommen wird. Aus diesem Grund wird als zusätzliche Maßnahme vorgeschlagen, nach einem erfolglo sen Startvorgang den Schalter S3 für einen Zeitraum S geöffnet zu lassen, um ein erneutes Starten zu verhin dern.After an unsuccessful start process should always be a certain time period S can be waited for another Star attempt is made. For this reason it is called Additional measure suggested after unsuccessful start process the switch S3 for a period S leave open to prevent restarting other.

Ein entscheidender Vorteil des Verfahrens liegt darin, daß es unabhängig vom Motor (Benzin, Diesel, Vergaser, Einspritzer, Leistung, Hubraum) einsetzbar ist, da ein sprunghafter Anstieg beim Anspringen eines jeden Verbren nungsmotors auftritt. Eine Änderung der Programmierung des Motorsteuergerätes ist deshalb für die unterschiedli chen Motorentypen nicht notwendig.A key advantage of the process is that that it is independent of the engine (petrol, diesel, carburetor, Injector, power, cubic capacity) can be used as a sudden increase in the start of every burn motor occurs. A change in programming of the engine control unit is therefore different Chen engine types not necessary.

Zur Bestimmung der momentanen Drehzahlbeschleunigung a sind verschiedene Methoden bekannt. Um das selbständige Hochlaufen mit größerer Sicherheit zu erkennen, wird die Drehzahlbeschleunigung a über einen gewissen Zeitraum Δu gemittelt und damit Fehlabschaltungen aufgrund von Ein malzündungen vermieden.To determine the current speed acceleration a different methods are known. To the independent The run-up will be recognized with greater certainty Speed acceleration a over a certain period of time Δu averaged and thus faulty shutdowns due to on Avoided ignitions.

Der wesentliche Vorteil des Verfahrens liegt darin, daß nach dem Einsetzen der Zündung der Anlasserstromkreis zum frühstmöglichen Zeitpunkt unterbrochen wird. Dadurch wird einerseits die gesamte Startanlage geschont und die Ge räuschentwicklung vermindert.The main advantage of the method is that after starting the ignition the starter circuit to is interrupted as early as possible. This will on the one hand the entire starting system is protected and the Ge reduced noise.

Claims

1. A method for controlling an electromotive starter of an internal combustion engine, wherein the speed n of the crankshaft is detected with a speed sensor, characterized in that the course over time of the speed n is evaluated and the starter circuit ( 5 ) is then interrupted when a positive Speed acceleration a changes.

2. The method according to claim 1, characterized in that there is a time delay Δt between the positive change in speed acceleration a and the interruption of the starter circuit ( 5 ).

3. The method according to claim 1, characterized in that the starter circuit ( 5 ) is interrupted when the change in the speed acceleration a falls below a threshold value s.

4. The method according to claim 3, characterized in that a restart of the starter for a period S is not possible after an interruption of the starter circuit ( 5 ) due to the falling below the threshold value s.