DE19721386A1

DE19721386A1 - Startvorrichtung zum Starten einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19721386A1
Application number: DE19721386A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Koelle; Albert Geiger; Bernhard Steffan; Manfred Ackermann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1996-12-16
Filing date: 1997-05-22
Publication date: 1998-06-18
Also published as: DE59707684D1

Description

Die Erfindung betrifft eine Startvorrichtung zum Starten einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.

Stand der Technik

Es ist bekannt, daß Brennkraftmaschinen mittels einer Startvorrichtung gestartet werden müssen, da diese nicht von alleine anlaufen. Hierzu werden üblicher weise Startermotoren eingesetzt, die über ein als sogenanntes Einrückrelais ausgebildetes Starterrelais mit einer Spannungsquelle verbunden werden, und gleichzeitig ein Ritzel des Startermotors mit einem Zahnkranz eines Schwungrades der Brennkraftmaschine zum Andrehen in Eingriff gebracht wird. Zum Einschal ten des Starterrelais ist es bekannt, dieses über einen externen Schalter, beispielsweise einem Zünd schalter oder Startschalter des Kraftfahrzeugs anzu steuern. Durch das Starterrelais wird erreicht, daß ein verhältnismäßig hoher Starterstrom, der für das Andrehen einer Brennkraftmaschine erforderlich ist, mittels einem verhältnismäßig niedrigen Steuerstrom geschaltet werden kann.

Bekannt ist ferner, Kraftfahrzeuge mit einer soge nannten Start-Stop-Automatik auszurüsten. Hierdurch wird erreicht, daß bei einem längeren Halt, bei spielsweise bei roter Ampelphase, die Brennkraftma schine automatisch abgeschaltet wird. Bei Weiterfahrt des Kraftfahrzeuges erfolgt ein automatisches Wiederstarten der Brennkraftmaschine, so daß die Fahrt fortgesetzt werden kann. Das Erkennen des Stop-Zustandes beziehungsweise des Start-Zustandes kann über geeignete Sensoren, die beispielsweise eine Drehzahl der Antriebsräder (für Stop-Zustand) bezie hungsweise eine Betätigung eines Gaspedales (für Start-Zustand), erfolgen.

Die Start-Stop-Automatik bietet den Vorteil einer Kraftstoffeinsparung beziehungsweise einer Verringe rung einer Umweltbelastung während des Stop-Zustan des. Nachteilig ist jedoch, daß mit jedem neuen Startvorgang die Brennkraftmaschine über den Starter motor neu angedreht werden muß. Hierbei erfolgt je desmal ein Einspuren des Ritzels des Startermotors in den Zahnkranz des Schwungrades der Brennkraftmaschi ne. Hiermit ist eine große mechanische Belastung sowohl des Ritzels als auch des Zahnkranzes verbun den, die einerseits durch das Einspuren und anderer seits durch die während des Startens einwirkenden Beschleunigungskräfte (Drehbeschleunigung) hervorge rufen werden. Darüber hinaus tritt mit jedem Wieder start eine Zeitverzögerung auf, da das Ritzel erneut in den Zahnkranz einspuren muß.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Startvorrichtung mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet den Vorteil, daß der Einspurvorgang zeitunabhängig vom Startvor gang ist. Dadurch, daß eine Ansteuerung des Starter relais und/oder des Startermotors über ein elektroni sches Steuergerät erfolgt, das dem Starterrelais und/oder dem Startermotor zugeordnete Halb leiter-Leistungsendstufen derart ansteuert, daß zumindestens während eines Start-Stop-Betriebes der Brennkraftma schine, das Starterrelais im Stop-Zustand mit der Brennkraftmaschine seine Einspurstellung aufweist, ist es vorteilhaft möglich, das Einspuren während des Stopvorganges durchzuführen, so daß mit dem Start zeitpunkt des Start-Zustandes bereits das Ritzel in seinem eingespurten Zustand ist. Hierdurch kann das Einspuren auf ein sauberes, verschleißfreies Einspu ren optimiert werden, da ein nachfolgender Startvor gang nicht unmittelbar bevorsteht, so daß neben der Zeiteinsparung ein Verschleiß der in Eingriff stehen den Teile minimiert wird. Der Startvorgang wird re gelmäßig erst dann in Gang gesetzt, wenn ein sauberes Einspuren des Starterrelais (Ritzel) an der Brenn kraftmaschine (Zahnkranz) bereits erfolgt ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbei spielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher er läutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Startvorrich tung nach einem ersten Ausführungsbei spiel und

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Startvorrich tung nach einem zweiten Ausführungsbei spiel.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt in einem Blockschaltbild eine Startvor richtung 10 zum Starten einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine. Die Startvorrichtung 10 umfaßt einen Startermotor 12 sowie ein Starterrelais (Einrückrelais) 14. Der Aufbau und die Wirkungsweise eines Startermotors und eines Starterrelais sind allgemein bekannt, so daß im Rahmen der folgenden Beschreibung hierauf nicht näher eingegangen werden soll. Entscheidend ist, daß das Starterrelais 14 durch Betätigen eines Startschalters, der gemäß Fig. 1 an eine Klemme 16 angeschlossen ist, bestromt wird, so daß einerseits ein Kontakt K_B geschlossen wird, der den Startermotor 12 mit einer Versorgungs spannung U verbindet und andererseits unabhängig davon ein nicht dargestelltes Ritzel des Startermo tors 12 in einen ebenfalls nicht dargestellten, auf einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine angeord neten Zahnkranz einspurt.

Die Ansteuerung des Starterrelais 14 und des Starter motors 12 erfolgt über ein Steuergerät 18, welches zwischen die Klemme 16 und das Starterrelais 14 be ziehungsweise den Startermotor 12 geschaltet ist.

Mittels des Steuergerätes werden Halbleiter-Lei stungsendstufen 20 und 22 angesteuert. Die Halblei ter-Leistungsendstufe 22 verbindet das Starterrelais 14 mit einer, an einer Klemme 24 anliegenden Versor gungsspannung U. Die Versorgungsspannung U für das Starterrelais 14 als auch für den Startermotor 12 wird in Kraftfahrzeugen vom Bordspannungsnetz, also einer Kraftfahrzeugbatterie beziehungsweise einem Generator bereitgestellt.

Die Halbleiter-Leistungsendstufen 20 und 22 sind nur dann mit der Klemme 24 und somit mit der Versorgungs spannung U verbunden, wenn über einen an die Klemme 16 angeschalteten Startschalter, beispielsweise der Zündschalter eines Kraftfahrzeuges, eine entspre chende Kontakteinheit 26 ausgelöst wurde. Die Kon takteinheit 26 ist vorzugsweise selbsthaltend ausge führt, so daß auch nach Loslassen des Startschalters die Versorgungsspannung U an den Halbleiter-Lei stungsendstufen 20 und 22 anliegt. In den Verbin dungsweg zwischen der Kontakteinheit 26 und den Halb leiter-Leistungsendstufen 20 und 22 ist ein Notaus schalter 28 angeordnet, über den eine Trennung der Startvorrichtung 10 von der Versorgungsspannung U erfolgen kann.

Die Halbleiter-Leistungsendstufen 20 beziehungsweise 22 sind Freilaufdioden 30 und 32 zugeordnet, die beim Abschalten des Starterrelais 14 beziehungsweise des Startermotors 12 (induktive Lasten) auftretende Frei laufströme übernehmen.

Das Steuergerät 18 ist über eine Verbindungsleitung 34 mit Steueranschlüssen der Halbleiter-Leistungsend stufen 20 beziehungsweise 22 verbunden.

Das Steuergerät 18 umfaßt einen Mikroprozessor 36 sowie hier lediglich schematisch dargestellte Schal tungsbestandteile, wie einen Verpolschutz 38, einen Hochsetzsteller 40, einen Spannungsregler 42, eine Pufferung 44, eine Spannungsbegrenzung 46, einen Ansteuertreiber 48 sowie eine Ladungspumpe 50. Ferner ist eine mit der Kontakteinheit 26 verbundene Aus schalterkennung 52 sowie ein mit einem Bus-System 56 des Kraftfahrzeuges verbundener Transceiver 56 (nach folgend insgesamt als Bus-System 56 bezeichnet) vorgesehen. Ferner ist eine Temperaturerfassung 58 vorgesehen. Einzelne der Schaltungsbestandteile des Steuergerätes 18, beispielsweise der Verpolschutz 38, dienen lediglich dem internen Betrieb des Steuergerä tes 18 und sind für die eigentliche Ansteuerfunktion der Startvorrichtung 10 nicht notwendig.

Die in Fig. 1 gezeigte Startvorrichtung 10 zeigt folgende Funktion:

Zunächst wird davon ausgegangen, daß sich das die Startvorrichtung 10 aufweisende Kraftfahrzeug in einem sogenannten Start-Stop-Betrieb befindet. Das heißt, die Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges ist an sich bereits gestartet und schaltet selbsttätig bei einem Halt des Kraftfahrzeuges ab. Hierzu kann eine Verzögerungszeit vorgegeben sein, die zunächst abgewartet wird, bevor die Brennkraftmaschine ab schaltet. Über ein Sensorelement, das seine Signale beispielsweise in das Bus-System 56 einspeisen kann, erkennt das Steuergerät 18 einen Stillstand der Kur belwelle der Brennkraftmaschine während des Stop-Zustandes. Hierauf beaufschlagt des Steuergerät 18 die, das Starterrelais 14 ansteuernde Halb leiter-Leistungsendstufe 22 mit einem Signal, so daß diese schließt und das Starterrelais 14 über die Kontakt einheit 26 mit der Versorgungsspannung U verbindet. Über eine Anschlußklemme 60 wird der Kontakteinheit 26 signalisiert, daß sich das Kraftfahrzeug insgesamt im Start-Stop-Modus befindet. Andererseits, das heißt, bei Stillstand der Brennkraftmaschine, bei spielsweise bei einem geparkten Kraftfahrzeug, ist die Kontakteinheit 26 geöffnet, so daß eine Verbin dung mit der Versorgungsspannung U nicht möglich ist.

Die Halbleiter-Leistungsendstufe 22 steuert das Star terrelais 14 derart an, daß dieses den Ritzel des Startermotors 12 in den Zahnkranz der Brennkraftma schine einspurt, während ein Schließen des Kontaktes K_B nicht erfolgt, so daß der Startermotor 12 inaktiv bleibt. Es erfolgt somit ein Einspuren in dem Stop-Zustand - ohne daß zunächst klar ist, wann der Stop- Zustand in den Start-Zustand übergeht -. Hierdurch ist der Einspurvorgang nicht zeitkritisch, da dem Einspuren nicht unmittelbar der Startvorgang folgen soll. Das Einspuren kann somit auf ein optimales, das heißt insbesondere auf ein sauberes und verschleiß freies, Einspuren des Ritzels in den Zahnkranz opti miert werden. Das Starterrelais 14 bleibt während des gesamten Stop-Zustandes eingespurt, so daß bei Auslö sung des Start-Zustandes sofort, das heißt ohne den mit dem Einspuren verbundenen Zeitverlust, der Start vorgang der Brennkraftmaschine eingeleitet werden kann. Hierzu erfolgt eine Ansteuerung des Startermo tors 12 derart, daß das Steuergerät 18 die Halbleiter-Leistungsendstufe 20 aufsteuert, und hiermit den Hauptstrom des Startermotors 12 beeinflußt.

Durch die Ansteuerung des Startermotors 12 über die Halbleiter-Leistungsendstufe 20 kann sehr vorteilhaft auf das Anlaufverhalten des Startermotors 12 durch das Steuergerät 18 Einfluß genommen werden. So kann beispielsweise ein sogenannter Sanftanlauf des Star termotors 12 realisiert werden, das heißt, dieser erhöht mit Beginn des Start-Zustandes seine Drehzahl mit einer steigenden Kennlinie. Hierdurch wird er reicht, daß ein verbleibendes Spiel zwischen dem Ritzel des Startermotors 12 und dem Zahnkranz der Brennkraftmaschine zunächst langsam ausgeglichen wird, bevor der Startermotor 12 sein volles Drehmo ment erreicht. Das volle Drehmoment wird erreicht, indem die Halbleiter-Leistungsendstufe 22 voll durch gesteuert wird, und damit der Kontakt K_B geschlossen wird. Die Ansteuerung von der Halbleiter-Leistungs endstufe 20 kann dann abgeschaltet werden. Hierdurch wird eine erhebliche Verschleißminderung an den me chanischen Teilen der Startvorrichtung 10 erreicht, da eine Schlagbelastung zwischen Ritzel und Zahnkranz durch plötzlichen Start mit vollem Drehmoment vermieden wird. Darüber hinaus kann ein Anlaufkurz schlußstrom des Startermotors 12 begrenzt werden, so daß eine Belastung der Bordspannungsversorgung des Kraftfahrzeuges minimiert wird. Gleichzeitig ergibt sich durch den Sanftanlauf des Startermotors 12 eine Begrenzung der Ankerdrehbeschleunigung, so daß die Belastung des Startermotors 12 insgesamt ebenfalls minimiert ist. Insgesamt lassen sich somit höhere Standzeiten der Startvorrichtung 10 erreichen.

Um das Steuergerät 18 über den aktuellen Zustand des Starterrelais 14 und/oder des Startermotors 12 zu informieren, ist ein Stromerfassungsglied 62 vorge sehen, so daß über eine Rückkoppelung der von dem Stromerfassungsglied 62 gelieferten Informationen eine Regelung des Startvorganges über das Steuergerät 18 möglich wird.

Ein Selbstlauf der Brennkraftmaschine, das heißt, das Andrehen der Brennkraftmaschine ist erfolgreich abge schlossen, kann durch das Steuergerät 18 selbst durch Auswertung zum Beispiel der Spannungs- und Stromsi gnale erkannt werden, oder kann von außen zum Bei spiel über das Bus-System 56 zugeführt werden. Dieses steuert daraufhin die Halbleiter-Leistungsendstufe 22 an, so daß diese öffnet. Das Starterrelais 14 fällt hierauf ab, so daß der Kontakt K_B öffnet und das Ritzel des Startermotors 12 aus dem Zahnkranz aus spurt. Somit wird der Startvorgang der Brennkraftma schine automatisch abgebrochen. Das Ausspuren des Ritzels aus dem Zahnkranz wird durch das Steuergerät 18 zeitoptimal umgesetzt. Hierdurch kann auf die Anordnung eines zusätzlichen mechanischen Freilaufes am Ritzel verzichtet werden. Durch Wegfall dieses zusätzlichen mechanischen Freilaufes erfolgt einer seits eine Gewichtseinsparung, andererseits wird die vom Starterrelais 14 während des Einspurens zu be schleunigende Masse geringer, so daß die elektrische Auslegung des Starterrelais 14 für eine entsprechend kleinere Einzugskraft erfolgen kann, da während des Einspur- beziehungsweise Ausspurvorgangs kein mecha nischer Freilauf mit dem Ritzel gemeinsam bewegt werden muß.

Durch die Ausstattung des Steuergerätes 18 mit dem Mikroprozessor 36 kann das Steuergerät 18 intelligent reagieren. Das heißt, mittels des Mikroprozessors 36 können Zeitverläufe während des Startens der Brenn kraftmaschine, insbesondere während des Einspurens und/oder Ausspurens des Startermotors 14 registriert und ausgewertet werden. Hierdurch ist eine automati sche Anpassung der Ansteuerung für die einzelnen Komponenten der Startvorrichtung 10 über eine Le bensdauer der Startvorrichtung 10 möglich. Insbeson dere kann beispielsweise eine Parametrisierung der Steuersignale erfolgen, mit denen die Halb leiter-Leistungsendstufen 20 und 22 angesteuert werden. So kann sich das Ansteuerverhalten über die Gesamtle bensdauer der Startvorrichtung 10 ändern, indem bei spielsweise ein zunehmender Verschleiß bestimmter Komponenten beim Startregime berücksichtigbar ist. Das Ablegen der die Ansteuerung der Komponenten der Startvorrichtung 10 bestimmenden Parameter kann in einem nicht flüchtigen, im Betrieb programmierbaren Speicher, beispielsweise einem EEPROM, erfolgen. Durch die Anbindung des Steuergerätes 18 an das Bus-System 56 des Kraftfahrzeuges kann sehr vorteilhaft ein Informations- und/oder Signalaustausch mit wei teren Bauelementen des Kraftfahrzeuges erfolgen. Beispielsweise können die den Stop- beziehungsweise Start-Zustand der Brennkraftmaschine signalisierenden Daten empfangen werden. Ferner kann die Information über den Selbstlauf der Brennkraftmaschine, die das Ausspuren des Startermotors 12 bewirkt, so in einfa cher Weise erhalten werden. Schließlich kann über das Bus-System 56 eine interne und/oder externe Diagnose der gesamten Startvorrichtung 10, zu einer eventuel len Fehlerüberwachung beziehungsweise Fehlererkennung erfolgen.

In der Fig. 2 ist ein weiteres Blockschaltbild einer Startvorrichtung 10 gezeigt. Gleiche Teile wie in Fig. 1 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und nicht nochmals erläutert. Hinsichtlich deren Funktion wird insofern auf der Beschreibung zu Fig. 1 verwie sen.

Im Unterschied zu den in Fig. 1 gezeigten Ausfüh rungsbeispiel ist hier das Starterrelais 14 als bi stabiles Relais ausgeführt. Dies bedeutet, der Anker des Starterrelais 14 ist in zwei definierten Endstel lungen positionierbar. Die Endstellungen werden ei nerseits von der Einspurstellung und andererseits von der Ausspurstellung vorgegeben. Durch entsprechende Ansteuerung kann der Anker des Starterrelais 14 seine Position entsprechend ändern. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß - im Gegensatz zu dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel, bei dem das Starterre lais 14 während des gesamten Stop-Zustandes der Brennkraftmaschine bestromt werden muß - lediglich ein Steuerimpuls an das Starterrelais 14 gegeben zu werden braucht, so daß dieses seine Position ändert. Hierzu kann beispielsweise eine Brückenschaltung vorgesehen sein, die eine entsprechende Umschaltung des Starterrelais 14, zur Aktivierung der Ankerbewe gung in die eine oder die andere Richtung realisiert.

Claims

1. Startvorrichtung zum Starten einer Brennkraftma schine, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, mit einem über ein Starterrelais (Einrückrelais) mit einer Spannungsquelle verbindbaren und der Brennkraftma schine zum Andrehen in Eingriff bringbaren Startermo tor, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ansteuerung des Starterrelais (14) und/oder des Startermotors (12) über ein elektronisches Steuergerät (18) erfolgt, das dem Starterrelais (14) und/oder dem Startermotor (12) zugeordnete Halbleiter-Leistungsendstufen (20, 22) derart ansteuert, daß zumindestens in einem Start- Stop-Betrieb der Brennkraftmaschine, das Starterre lais (14) im Stop-Zustand der Brennkraftmaschine seine Einspurstellung aufweist.

2. Startvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Starterrelais (14) während des Stop-Zustandes bestromt ist, so daß das Starterrelais (14) in seiner Einspurstellung verbleibt.

3. Startvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Starterrelais (14) bistabil ist, wobei die beiden Schaltstellungen von der Ein spurstellung und einer Ausspurstellung bestimmt wer den.

4. Startvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Startermo tor (12) über das Steuergerät (18) derart angesteuert wird, das ein Sanftanlauf mit steigender Drehzahl kennlinie erfolgt.

5. Startvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über das Steu ergerät (18) ein Anlaufkurzschlußstrom des Startermo tors (12) begrenzbar ist.

6. Startvorrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über das Steu ergerät (18) bei Selbstlauf der Brennkraftmaschine das Starterrelais (14) elektrisch in seine Ausspur stellung überführt wird.

7. Startvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerge rät (18) einen Mikroprozessor (36) umfaßt, der sämt liche Start- und Stopvorgänge überwacht und erfaßt, so daß eine intelligente Ansteuerung der Startervor richtung (10) realisierbar ist.

8. Startvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikropro zessor (36) ein nicht flüchtiger, im Betrieb program mierbarer Speicher, zur Parametrisierung der Kompo nenten der Startervorrichtung (10) über deren Be triebsdauer, zugeordnet ist.

9. Startvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerge rät (18) über ein Bus-System (56) mit weiteren Ein richtungen des Kraftfahrzeuges zum Informations- und/oder Signalaustausch verbunden ist.