DE19851741A1

DE19851741A1 - Andrehvorrichtung für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE19851741A1
Application number: DE1998151741
Authority: DE
Inventors: Walter Ruehle; Claus Kramer; Wolfgang Seils; Dieter Schramm
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-11-10
Filing date: 1998-11-10
Publication date: 2000-05-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Andrehvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit einem Startermotor, dessen Starterritzel zunächst mit einem Anlaßsignal über einen Einrückmagneten in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine einspurt, bevor der Startermotor mit voller Kraft den Andrehvorgang auslöst. Das Einspuren des Starterritzels und das Schalten des Startermotors wird dadurch verbessert, dass der Startermotor (SM) mit dem Anlaßsignal (st) zunächst über einen Vorwiderstand (Rvor) mit reduziertem Drehmoment das Starterritzel antreibt und der Einrückmagnet (EM) dieses in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine einspurt und dass danach der Einrückmagnet (EM) das Starterritzel vollständig in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine eindrückt und der Startermotor (SM) durch Überbrückung des Vorwiderstandes (Rvor) mit vollem Drehmoment die Brennkraftmaschine durchdreht.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Andrehvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit einem Startermotor, dessen Starterritzel zunächst mit einem Anlaßsignal über einen Einrückmagneten in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine einspurt, bevor der Startermotor mit voller Kraft den Andrehvorgang auslöst.

Eine Andrehvorrichtung dieser Art ist aus der DE 30 02 232 C2 bekannt. Bei dieser bekannten Andrehvorrichtung wird mit dem Kontakt des Zündschlosses der Einrückmagnet voll angesteuert, so dass das Starterritzel mit voller Kraft ge gen den Zahnkranz der Brennkraftmaschine anschlägt, wenn es nicht direkt ein gespurt werden kann. Dies führt zu Abnutzungserscheinungen oder Beschädi gung der Verzahnungen der beiden aufeinanderstoßenden Teile. Außerdem steuert der Einrückmagnet eine Kontaktbrücke, die den Startermotor einschaltet. Der Schaltvorgang dieser Kontaktbrücke ist bei dieser Steuerung nicht störungs frei.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Andrehvorrichtung der eingangs erwähnten Art so zu verbessern, dass das Einspuren des Starterritzels in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine und das Schalten des Startermotors verbessert werden.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass der Startermotor mit dem Anlaßsignal zunächst über einen Vorwiderstand mit reduziertem Dreh moment das Starterritzel antreibt und der Einrückmagnet das Ritzel bis in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine einspurt und dass danach der Einrückmagnet das Starterritzel vollständig in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine eindrückt und der Startermotor durch Überbrückung des Vorwiderstandes mit vollem Dreh moment die Brennkraftmaschine durchdreht.

Für das Einspuren des Starterritzels ergibt sich dadurch ein zweistufiger Ablauf. In der ersten Stufe wird der Startermotor über den Vorwiderstand mit geringem Drehmoment betrieben. Das Verdrehen des Startermotors erleichtert das Finden einer Zahnlücke und mit dem Vorschub des Starterritzels wird der Verschleiß beim Auftreffen des Starterritzels auf den Zahnkranz der Brennkraftmaschine verringert, insbesondere dann, wenn durch begrenzte Bestromung des Relais ein sanftes Vorspuren vorgenommen wird. In der zweiten Stufe wird der Einrück magnet voll bestromt, so dass das Starterritzel vollständig in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine einrücken kann. Danach wird der Startermotor voll bestromt und dreht mit vollem Drehmoment.

Nach einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Anlaßsignal einer Logik schaltung zugeführt ist, die über einen ersten angesteuerten Halbleiter, z. B. einen Highside-Smart-FET die Reihenschaltung aus Vorwiderstand und Starter motor mit reduziertem Strom beaufschlagt und dass die Logikschaltung über einen zweiten angesteuerten Halbleiter, z. B. einen zweiten Highside-Smart-FET den Einrückmagneten getaktet ansteuert, bis das Starterritzel in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine einspurt.

Bei dieser Ansteuerung wird der Anlaßkontakt des Zündschlosses entlastet und mit Ansteuerung der beiden Highside-Smart-FETs kann zudem eine zeitliche Ab folge eingeführt werden, so dass die reduzierte Ansteuerung des Startermotors zeitgleich mit dem Beaufschlagen des Einrückmagneten erfolgen kann oder der Einrückmagnet auch erst nach dem Anlaufen des Startermotors beaufschlagt werden kann.

Mit der getakteten Ansteuerung des Einrückmagneten wird der Strom reduziert und damit die thermische Belastung. Außerdem wird dadurch ein sanftes Einspu ren des Starterritzels in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine erreicht.

Eine zeitliche Zwangsfolge der beiden Schaltvorgänge läßt sich auch dadurch er reichen, dass der zweite Halbleiter mit dem ersten Halbleiter in Reihe geschaltet ist und dass nach dem Einspuren des Starterritzels der zweite Halbleiter über die Logikschaltung voll durchgesteuert ist.

Der Übergang der beiden Stufen des Einspurens und Schalten des Startermotors kann nach einer Ausgestaltung dadurch gesteuert erfolgen, dass das Einspuren des Starterritzels in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine mittels eines Wege sensors überwacht und der Logikschaltung angezeigt wird und dass die Logik schaltung in Abhängigkeit von dem Ansprechen des Wegesensors den zweiten Halbleiter vom getakteten Betrieb auf Dauerbetrieb umschaltet.

Die Einleitung der zweiten Stufe des Andrehvorganges wird dadurch bewirkt, dass nach dem Eindrücken des Starterritzels in den Zahnkranz der Brennkraft maschine die Logikschaltung einen dritten Halbleiter, z. B. einen dritten Highside- Smart-FET ansteuert, der ein Leistungsrelais einschaltet und dass ein Kontakt des Leistungsrelais den Startermotor mit vollem Strom beaufschlagt, wobei der dritte Halbleiter z. B. an dem Pluspotential der Versorgungsspannung angeschal tet und mit dem an Masse angeschalteten Leistungsrelais oder umgekehrt in Rei he geschaltet ist. Mit der Einbeziehung eines Leistungsrelais kann die vom Ein rückmagnet gesteuerte Kontaktbrücke entfallen. Der elektrische Steuerungsteil für die zweite Stufe des Einspurens und Schalten des Startermotors kann nach einer weiteren Ausgestaltung auch so vorgenommen werden, dass nach dem Eindrücken des Starterritzels in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine die Logikschaltung einen N-Kanal-MOS-FET ansteuert, der das Leistungsrelais ein schaltet und dass ein Kontakt des Leistungsrelais den Startermotor mit vollem Strom beaufschlagt, wobei das Leistungsrelais an dem Pluspotential der Ver sorgungsspannung angeschaltet und der an Masse angeschaltete N-Kanal-MOS- FET mit dem Leistungsrelais (LR) in Reihe geschaltet ist.

Ist nach einer Ausgestaltung vorgesehen, dass die Logikschaltung nach einer vorgegebenen Zeit vom getakteten Betrieb auf Dauerbetrieb für den Einrück magneten umschaltet, dann übernimmt die Logik die reine Funktion einer Ablauf steuerung ohne Rückmeldung. Dabei wird vorausgesetzt, dass das Starterritzel immer eine Zahnlücke gefunden hat, d. h. eingespurt ist. Mit der erfindungsge mäßen Andrehrichtung kann der Aufbau so vorgenommen werden, dass der Startermotor, der Einrückmagnet und gegebenenfalls der Wegesensor eine von Elektronikteil mit der Logikschaltung, dem Vorwiderstand den Highside-Smart- FETs bzw. dem N-Kanal-MOS-FET und dem Leistungsrelais getrennte Starter einheit bildet, die über drei Leitungen mit dem Elektronikteil verbunden ist.

Der Elektronikteil kann vom Starter getrennt sein und direkt in der Nähe der Batterie plaziert werden. Dadurch läßt sich die Länge der in der Regel nicht abgesicherten Leitung (Kl. 30) auf ein Minimum reduzieren. Der Starter ist außerhalb des eigentlichen Startvorganges spannungslos, so dass nur geringe Kurzschluß und Brandgefahr besteht. Außerdem sind die Umweltbedingungen (Temperaturbelastung, Schwingungsbeschleunigung, Dichtheit usw.) für den Elektronikteil an diesem Anbauort weniger kritisch als direkt am Starter, wie bei bekannten Andrehvorrichtungen. Der Einrückmagnet ist einfacher, da er keine Kontaktbrücke steuern muß. Dies hat einen Platz- und Kostenvorteil und bietet zudem die Möglichkeit, den Starter als Koaxialstarter auszuführen.

Die Andrehvorrichtung bringt auch eine vereinfachte Anschlußtechnik am Star ter, der nur die Klemmen 50 und 45 sowie evt. einen Anschluß für den Wegsen sor WS benötigt. Am Starter sind auch keine internen Verbindungen nötig. Die Steuerelektronik übernimmt die Zusatzfunktionen des zweistufigen Einspurens und des sanften Vorspurens und kann weitere Funktionen, wie Überlast- und Übertemperaturschutz übernehmen.

Die Erfindung wird anhand von zwei in der Zeichnung als Stromlaufplane dar gestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Andrehvorrichtung mit einem über einen Highside-Smart-FET geschalteten Leistungsrelais und

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Andrehvorrichtung mit einem über einen N-Kanal-MOS-FET gesteuerten Leistungsrelais.

Das von dem Kontakt des Zündschlosses in einem Kraftfahrzeug abgegebene Anlaßsignal wird bei der erfindungsgemäßen Andrehvorrichtung einer Logik schaltung L zugeführt, wie mit st an der Klemme 50e gezeigt ist. Die Logik schaltung L gibt für die Dauer des Anstehens des Anlaßsignals st ein Steuer signal auf den Ausgang a1, das den Highside-Smart-FET T1 leitend steuert, der an dem Pluspotential (Klemme 30) der Versorgungsspannung U angeschaltet ist. Damit wird über eine Reihenschaltung aus dem Vorwiderstand Rvor und dem Startermotor SM mit reduziertem Strom beaufschlagt, so dass der Startermotor mit reduziertem Drehmoment das Starterritzel antreibt. Gleichzeitig oder zeitlich verzögert steuert die Logikschaltung L den Ausgang a2 an und zwar getaktet. Die Taktimpulse beaufschlagen über den Highside-Smart-FET T2 den nachge schalteten Einrückmagneten EM. Dies setzt in der gezeigten Reihenschaltung die Durchschaltung des Highside-Smart-FET T1 und damit ein Drehen des Starter motors SM voraus. Der Einrückmagnet EM wird auf diese Weise sanft, d. h. mit reduziertem Strombedarf verstellt, was zu einem sanften Vorspuren und Ein spuren mit reduziertem Drehmoment des Starterritzels in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine führt. Das Einspuren kann mittels eines Wegsensors WS, z. B. einem Endschalter überwacht werden. Ist das Starterritzel in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine eingespurt, dann gibt der Wegsensor WS auf den Ein gang e1 der Logikschaltung L ein Anzeigesignal, das zu einem Steuersignal auf dem Ausgang a3 führt. Der Highside-Smart-FET T3 wird leitend gesteuert und schaltet das Leistungsrelais LR ein, das mit seinem Kontakt t den Startermotor SM direkt mit dem Pluspotential der Versorgungsspannung U verbindet und somit den Vorwiderstand R vor und den FET T1 überbrückt. Der Startermotor SM treibt über das Starterritzel nun den Zahnkranz der Brennkraftmaschine mit vollem Drehmoment an.

Der Wegsensor WS kann auch entfallen, wenn nach dem Einleiten des Einspu rens über das Steuersignal auf den Ausgang a2 eine vorgegebene Zeit abge laufen ist und die Logikschaltung L auf dem Ausgang a3 das Leistungsrelais LR einschaltet. Diese Zwangssteuerung setzt voraus, dass der Einspur- und Ein rückvorgang in dieser Zeit erfolgreich durchgeführt wurde.

Wie die Fig. 1 zeigt, kann der Startermotor SM und der Einrückmagnet EM ge gebenenfalls mit dem Wegsensor WS als Starter ST von Elektronikteil ET ge trennt aufgebaut werden. Beide Teile sind dann über zwei bzw. drei Leitungen miteinander verbunden und erlauben unterschiedliche Einbauorte im Kraftfahr zeug, wie die Klemmen w, 50 und 45 zeigen.

Der Aufbau der Andrehvorrichtung nach Fig. 2 unterscheidet sich von der nach Fig. 1 nur durch den Stromkreis für das Leistungsrelais LD, das über einen ko stengünstigeren N-Kanal-MOS-FET T4 eingeschaltet wird. Dieser N-Kanal-MOS- FET T4 ist mit dem Massepotential verbunden und mit dem am Pluspotential der Versorgungsspannung U angeschalteten Leistungsrelais LR in Reihe geschaltet. Die Ansteuerung erfolgt über den Ausgang a3 der Logikschaltung L mit dem richtigen Ansteuerpotential.

Bei der Schaltung nach Fig. 1 mit dem dritten Highside-Smart-FET T3 erfolgt die Ansteuerung über den Ausgang a3 und dem dafür erforderlichen anderen An steuerpotential. Der Highside-Smart-FET T3 ist am Pluspotential der Versor gungsspannung U angeschaltet und mit dem am Massepotential angeschalteten Leistungsrelais LR in Reihe geschaltet.

Der Steuerungsablauf der beiden Andrehvorrichtungen nach Fig. 1 und 2 ist je doch identisch.

Claims

1. Andrehvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit einem Startermotor, des sen Starterritzel zunächst mit einem Anlaßsignal über einen Einrück magneten in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine einspurt, bevor der Startermotor mit voller Kraft den Andrehvorgang auslöst, dadurch gekennzeichnet,
dass der Startermotor (SM) mit dem Anlaßsignal (st) zunächst über einen Vorwiderstand (Rvor) mit reduziertem Drehmoment das Starterritzel an treibt und der Einrückmagnet (EM) in den Zahnkranz der Brennkraftma schine einspurt und
dass danach der Einrückmagnet (EM) das Starterritzel vollständig in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine eindrückt und der Startermotor (SM) durch Überbrückung des Vorwiderstandes (Rvor) mit vollem Drehmoment die Brennkraftmaschine durchdreht.

2. Andrehvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anlaßsignal (st) einer Logikschaltung (L) zugeführt ist, die über einen ersten angesteuerten Halbleiter, insbesondere Highside-Smart-FET (T1) die Reihenschaltung aus Vorwiderstand (Rvor) und Startermotor (SM) mit reduziertem Strom beaufschlagt.

3. Andrehvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Logikschaltung (L) über einen zweiten angesteuerten Halbleiter, insbesondere Highside-Smart-FET (T2) den Einrückmagneten (EM) getak tet ansteuert, bis das Starterritzel in den Zahnkranz der Brennkraft maschine einspurt.

4. Andrehvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
dass der zweite Halbleiter (T2) mit dem ersten Halbleiter (T1) in Reihe geschaltet ist und
dass nach dem Einspuren des Starterritzels der zweite Halbleiter (T2) über die Logikschaltung (L) voll durchgesteuert ist.

5. Andrehvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
dass das Einspuren des Starterritzels in den Zahnkranz der Brennkraft maschine mittels eines Wegesensors (WS) überwacht und der Logikschal tung (L) angezeigt wird und
dass die Logikschaltung (L) in Abhängigkeit von dem Ansprechen des We gesensors (WS) den zweiten Halbleiter (T2) vom getakteten Betrieb auf Dauerbetrieb umschaltet.

6. Andrehvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
dass nach dem Eindrücken des Starterritzels in den Zahnkranz der Brenn kraftmaschine die Logikschaltung (L) einen dritten Halbleiter, insbesondere Highside-Smart-FET (T3) ansteuert, der ein Leistungsrelais (LR) einschaltet und
dass ein Kontakt (r) der Leistungsrelais (LR) den Startermotor (SM) mit vollem Strom beaufschlagt, wobei der dritte Halbleiter (T3) an dem Plus potential der Versorgungsspannung (U) angeschaltet und mit dem an Masse angeschalteten Leistungsrelais (LR) in Reihe geschaltet ist.

7. Andrehvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
dass nach dem Eindrücken des Starterritzels in den Zahnkranz der Brenn kraftmaschine die Logikschaltung (L) einen N-Kanal-MOS-FET (T4) an steuert, der ein Leistungsrelais (LR) einschaltet und
dass ein Kontakt des Leistungsrelais (LR) den Startermotor (SM) mit vollem Strom beaufschlagt, wobei das Leistungsrelais (LR) an dem Plus potential der Versorgungsspannung (U) angeschaltet und der an Masse angeschaltete N-Kanal-MOS-FET (T4) mit dem Leistungsrelais (LR) in Reihe geschaltet ist.

8. Andrehvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Logikschaltung (L) nach einer vorgegebenen Zeit vom getakteten Betrieb auf Dauerbetrieb für den Einrückmagneten (EM) umschaltet.

9. Andrehvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Startermotor (SM), der Einrückmagnet (EM) und gegebenenfalls der Wegesensor (WS) eine von Elektronikteil (ET) mit der Logikschaltung (L), dem Vorwiderstand (Rvor) den Highside-Smart-FETs (T1, T2, T3) bzw. dem N-Kanal-MOS-FET (T4) und dem Leistungsrelais (LR) getrennte Startereinheit (ST) bildet, die über drei Leitungen mit dem Elektronikteil (ET) verbunden ist.