EP1041275A1 - Start device for starting an internal combustion engine - Google Patents
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- EP1041275A1 EP1041275A1 EP00101038A EP00101038A EP1041275A1 EP 1041275 A1 EP1041275 A1 EP 1041275A1 EP 00101038 A EP00101038 A EP 00101038A EP 00101038 A EP00101038 A EP 00101038A EP 1041275 A1 EP1041275 A1 EP 1041275A1
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- starting device
- starter motor
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- F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
- F02N11/08—Circuits or control means specially adapted for starting of engines
- F02N11/0851—Circuits or control means specially adapted for starting of engines characterised by means for controlling the engagement or disengagement between engine and starter, e.g. meshing of pinion and engine gear
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- F02N11/08—Circuits or control means specially adapted for starting of engines
- F02N11/087—Details of the switching means in starting circuits, e.g. relays or electronic switches
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- F02N2200/00—Parameters used for control of starting apparatus
- F02N2200/04—Parameters used for control of starting apparatus said parameters being related to the starter motor
- F02N2200/047—Information about pinion position
Definitions
- the invention relates to a starting device Starting an internal combustion engine, with those in the preamble of the features mentioned in the main claim.
- a starting device is known from DE 19702932 A1, where the one caused by an engagement relay Pinion's toe-in speed is reduced by the magnetic force between a feed winding and an engagement anchor while retracting the engagement anchor is reduced.
- the pinion's toe-in speed follows at a tooth-on-tooth position between the pinion and a ring gear one Internal combustion engine a reduced impact speed and thus a reduced impact.
- the toe-in of the Ritzels becomes the starter motor and thereby that Pinion operated at a greatly reduced speed.
- the Period in which the toe-in speed and the Rotation speed of the pinion is reduced follows another period in which the toe speed or pulling force in the engagement relay is increased again.
- the pre-engagement mechanism and the starter motor from the control and / or regulating device via separate circuits and each independent switching elements are to be controlled.
- This is particularly in relation to the described state of the Technology is an advantage, as this means that the switching process for the Starter motor regardless of the moving masses of the One-track mechanism such as the engagement anchor or the Lane spring is. Switching on the starter motor can thereby better on the actual penetration depth of the Ritzels can be matched in the ring gear.
- Another The advantage is the use of a sensor from which the Position of the pinion with respect to the ring gear determined can be.
- An advantageous embodiment is in this Context the use of a displacement sensor from which for example a tooth-on-tooth position or the Penetration depth of a pinion in the ring gear derived can be. From a corresponding signal is for the Control and / or regulating device e.g. the tooth-on-tooth position recognizable so that the tax and / or Control device by rotating the pinion Control the pulsed current of the starter motor, and thereby Penetration by creating a tooth-gap position can ease.
- the controls depending on the depth of penetration Control and / or regulating device the load-free or Shutdown or starting with partial load.
- the starting process can be done with the help of a or several sensors can also be optimized in terms of time. Time optimization is e.g. possible because as soon as a recognized tooth-gap position is present Twist the pinion to create a tooth-gap position is omitted. This recognition of a present Tooth-gap position is possible, for example, in that a displacement sensor detects the path covered by the pinion and as a path signal to the control and / or regulating device delivers.
- the pinion position is detected by means of sensors different ways possible.
- a distance sensor can Example a field plate sensor can be used, the one on attached a toe-in component of the starter Magnetized foil senses, making it proportional Signals are generated.
- Another method is for example the use of a force sensor on the toe-in force transmitting part, the force sensor in particular serves to detect a tooth-on-tooth position.
- the speed the internal combustion engine is to be detected, for example thereby possible that indirectly from the pinion speed on the Speed of the internal combustion engine is closed.
- FIG. 1 shows the schematic representation of a Starting device 10 according to the invention with a starter motor 11, the armature shaft 12 and a straight toothed Shaft-hub connection 13 with a drive shaft 14 is rotatably connected, the driver shaft 14 on the Armature shaft 12 is displaceable in a straight line.
- the Driver shaft 14 is in turn via a freewheel 15 a pinion 16 connected.
- the entrainment 14, the Freewheel 15 and pinion 16 are on armature shaft 12 can be moved in a straight line.
- the starting device 10 with an electric solenoid 19, also a solenoid called, equipped, the lifting movement by a linearly displaceable rod 20 via one on the rod 20 hinged lever 21 via a driver 22 on the Entrainment 14 is transferred.
- the solenoid 19, the Rod 20, the lever 21 and the driver 22 thus form a pre-engagement mechanism 23.
- the solenoid 19 and the Starter motor 11 are controlled by a control and / or Control device 24 controlled.
- the tax and / or Control device 24 comprises a microprocessor 25, a Switching unit 26 and a switching unit 27.
- the Microprocessor 25 evaluates the signals from a speed sensor 28 and a displacement sensor 29 made in the pinion area are arranged in a fixed position.
- the microprocessor 25 can alternatively, instead of the signals from the displacement sensor 29 Signals of an alternative to the path sensor 29 to be provided Evaluate force sensor 30.
- the diagram according to FIG. 2 shows at a) the temporal voltage profile of U 10 , the voltage which is present at the input of the control and / or regulating device 24 or the starting device 10; in Figure 2b) the voltage curve U 19 is shown on the electric solenoid 19; Figure 2c) shows the time course of the voltage U 11 across the starter motor 11; Figure 2d) shows the time course of the feed path s 16 of the pinion 16; FIG. 2e) shows the idealized time profile of the current I 32 flowing via the start switch 32 .
- the displacement sensor 29 detects the distance traveled by the pinion path s 16 and are transmits this as a path signal to the control and / or regulating device 24. If, for example, the path sensor detects the path of the pinion 16 at time t 2 and then at time t 3 , the control and / or regulating device 24 recognizes a tooth according to FIG -to-tooth position, since there is no change of path if the path signal remains the same, the microprocessor 25, as part of the control and / or regulating device 24, then controls the switching unit 27. When the pinion is in a tooth-on-tooth position the starter motor 11, and thus the pinion 16, is to be turned with the ring gear in relation to the ring gear 34.
- the starter motor 11 is energized with a current pulse, so that the The most extreme case after only one pulse at time t 41 , as can be seen from FIGS. 2c and 2d, has already resulted in a tooth-gap position. If an impulse is not sufficient, the process can be repeated. Characterized in that the solenoid 19 continues to be operated with the clocked current I 19 , the pinion 16 finally engages by the toe-in force, and has reached a maximum engagement depth at time t 5 . During this engagement, the starter motor 11 is switched off by the control and / or regulating device 24.
- the starter motor 11 is only supplied with current once again when the control and / or regulating device 24 has detected a sufficiently large engagement depth of the pinion 16, the minimum penetration depth, by means of the displacement sensor 29 or the force sensor 30.
- the control and / or regulating device 24 recognizes this by comparing the path signal of the path sensor 29 corresponding to the path covered by the pinion 16 with a predetermined value s v of the pinion path s 16 .
- the force sensor 30 Since the force sensor 30 generates a force-proportional signal rather than a path-proportional signal, a tooth-on-tooth position or complete engagement up to a stop can also be reliably detected by means of the force sensor 30. In both cases, there are increased signals due to mechanical stresses, from which one can conclude in each case one of the two positions.
- the force sensor sends the respective signal to the control and / or regulating device 24, which compares it with predetermined reference values and can thus recognize, for example, a tooth-on-tooth position or complete engagement. If the control and / or regulating device 24 detects a sufficiently large engagement depth, for example at the time t 5 , FIG.
- the microprocessor 25 controls the switching unit 27, which then starts the t 6 for some, for example as in FIG. 2 c shown, initially operates three pulses on average over time with partial load, whereby only a part of the maximum possible power of the starter motor 11 is transmitted. Thereafter, the starter motor 11 is operated at full load without clocking until the internal combustion engine starts, until the internal combustion engine turns automatically from time t 7 . If the clock stage in the switching unit 27 has a contact resistance, as is the case, for example, with field effect transistors, the voltage at the starter motor 11 is also reduced, as a result of which the power of the starter motor 11 is reduced again on average over time.
- the starting device can be determined. If the starter motor 11 or, for example, the pinion 16 has exceeded a certain speed threshold, the control and / or regulating device 24 switches off the pre-engagement mechanism 23 and the starter motor 11 at time t 8 in an advantageous embodiment. By means of a return spring 35, the pinion 16 is subsequently moved out into a secured end position.
- control and / or regulating device 24 processes the toe-in and engagement of the pinion 16 in the ring gear 34, as well as the turning and turning of the internal combustion engine in a purely time-controlled manner.
- the starting device 10 does not require any sensors. Accordingly, after the start switch 32 has been closed, the control and / or regulating device 24 is switched on, whereupon the lifting magnet 19 initially only accelerates for a fixed predetermined time. In this first period, for example t 0 to t 2 , the pinion must at least ensure that the face of the ring gear is reached.
- the starter motor 11 is briefly rotated with at least one current pulse, for example at t 4 .
- at least this one current pulse it must be ensured that the pinion 16 can reach a minimum depth of penetration into the ring gear if the toe-in force is present.
- the minimum penetration depth represents a size from which the pinion is considered to be at least partially engaged in the ring gear and a force can be transmitted between the tooth flanks of the pinion and the ring gear.
- a third time period for example t 6 to t 7
- the starter motor is operated at short intervals by the switching unit 27, so that there is a safe and sufficiently long time-averaged partial load operation.
- the starter motor 11 is finally operated at full load in a fourth time period, for example t 7 to t 8 , as a result of which the internal combustion engine is turned on and off.
- the solenoid 19 and the starter motor 11 are automatically switched off by the control and / or regulating device 24 and the pinion 16 is brought into its starting position by the return spring 35.
- control and / or regulating device In addition to this pure time control of the starting device 10, it is also possible for the control and / or regulating device to process the toe-in, engagement, turning on and spinning both partly in a time-controlled manner and partly in a way-controlled and / or force-controlled manner.
- a partial time control as well as a partial path control is possible, for example, by the fact that the toe-in and engagement takes place, for example, in a way-controlled manner, while the turning on is carried out in a time-controlled manner with partial load and with full load.
- Both partial time control and partial force control would mean that the toe-in and engagement would be force-controlled and the turning on with partial and full load would be time-controlled.
- a pure time control of the sequence of the starting process, formed from toe-in, engagement, turning, turning and turning off the starting device can thus be optimized in its timing. If the displacement sensor 29 is used and by means of which an engagement is recognized immediately after the toe-in, the pinion does not have to be rotated to achieve a tooth-gap position of the pinion 16 and toothed ring.
- the speed sensor 28 transmits indirectly via, for example, the pinion speed, the speed of the internal combustion engine to the control and / or regulating device 24, which is compared there with a preset value, so that after the self-running speed of the internal combustion engine reached at time t 8 Starting process is ended.
- a possible embodiment of the displacement sensor 29 is e.g. on Field plate sensor, one on a track to be pre-tracked Component of the starter attached magnetized film 36 is sensed and thereby stamped on the film magnetically opposite areas to the pinion path Generate proportional signal.
- the force sensor 30 is on a part of the Attach toe-in mechanism 23.
- a possible position is, for example, the attachment of the force sensor to the lever 21.
- the speed sensor 28 is on the starting device 10 to attach that through this the speed of a Output elements is detected. Such a possible position would be, for example, close to the circumference of the freewheel 15 that its speed could be determined.
- Usable Design variants of the speed sensor 28 would be, for example a Hall sensor or also a field plate sensor.
- the starting device 10 shown in FIG. 3 differs from that shown in FIG. 1 in that that the switching unit 27 for the starter motor 11 in this Case two different switching elements that can be connected in parallel 38 and 39 drives, here as field effect transistors are executed.
- the toe-in of the pinion 16 takes place one of the manner described for Figure 1 and Figure 2 instead. If a tooth-on-tooth position by the microprocessor 25 recognized, this causes the switching unit 27 to Switching the switching element 38 on the starter motor 11 to operate a series resistor 40 with partial load, so that at a tooth-on-tooth position a gentle engagement is made possible.
- the starter motor 11 is then also over this Series resistor 40 energized when the starter motor 11 first to be operated at partial load to turn the transmission off To protect sprocket 34 and pinion 16.
- Has the pinion 16 a sufficient minimum depth of engagement in the ring gear 34 achieved under load isolation, so - as with the Variant 1 - the starter motor 11 initially with partial load and then fully energized.
- FIG. 3 becomes the switching element from the switching unit 27 39 switched through, whereby the starter motor without Series resistor 40 is energized directly.
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Abstract
Description
Die Erfindung geht aus von einer Startvorrichtung zum Andrehen einer Brennkraftmaschine, mit den im Oberbegriff des Hauptanspruchs genannten Merkmalen.The invention relates to a starting device Starting an internal combustion engine, with those in the preamble of the features mentioned in the main claim.
Aus der DE 19702932 A1 ist eine Startvorrichtung bekannt, bei der die durch ein Einrückrelais hervorgerufene Vorspurgeschwindigkeit eines Ritzels vermindert wird, indem die magnetische Kraft zwischen einer Einzugswicklung und einem Einrückanker während des Einziehens des Einrückankers reduziert wird. Aus dieser reduzierten Vorspurgeschwindigkeit des Ritzels folgt bei einer Zahn-auf-Zahn-Stellung zwischen dem Ritzel und einem Zahnkranz einer Brennkraftmaschine eine verminderte Auftreffgeschwindigkeit und damit ein reduzierter Stoß. Während des Vorspurens des Ritzels wird gleichzeitig der Startermotor und dadurch das Ritzel mit stark verminderter Drehzahl betrieben. Dem Zeitabschnitt, in dem die Vorspurgeschwindigkeit und die Drehgeschwindigkeit des Ritzels reduziert ist, folgt ein weiterer Zeitabschnitt, in dem die Vorspurgeschwindigkeit bzw. Zugkraft im Einrückrelais wieder erhöht wird. In Abhängigkeit von der Position des Ankerkerns des Einrückrelais, d.h. kurz vor Erreichen der maximalen Einzugsposition des Einrückankers im Relais, wird ein Hauptstromschalter für den Startermotor durch das Einrückrelais geschlossen. Von Nachteil ist hierbei, daß damit der volle Andrehstrom des Startermotors eingeschaltet ist, wobei ein ausreichend tiefes Einspuren des Ritzels in den Zahnkranz nicht gesichert ist. Dies kann mit der Folge verbunden sein, daß das maximale Drehmoment des Startermotors auf das Ritzel bzw. den Zahnkranz wirkt und gleichzeitig die ausreichende Tragfähigkeit der jeweiligen Zahnflanken nicht gesichert ist und dadurch die Gefahr der Überlastung der einzelnen Zähne gegeben ist.A starting device is known from DE 19702932 A1, where the one caused by an engagement relay Pinion's toe-in speed is reduced by the magnetic force between a feed winding and an engagement anchor while retracting the engagement anchor is reduced. For this reduced The pinion's toe-in speed follows at a tooth-on-tooth position between the pinion and a ring gear one Internal combustion engine a reduced impact speed and thus a reduced impact. During the toe-in of the Ritzels becomes the starter motor and thereby that Pinion operated at a greatly reduced speed. The Period in which the toe-in speed and the Rotation speed of the pinion is reduced, follows another period in which the toe speed or pulling force in the engagement relay is increased again. In Dependence on the position of the anchor core of the Engagement relay, i.e. shortly before reaching the maximum Retraction position of the engagement anchor in the relay becomes a Main power switch for the starter motor through the Engagement relay closed. The disadvantage here is that so that the full starting current of the starter motor is switched on is, with a sufficiently deep engagement of the pinion in the ring gear is not secured. This can result be connected that the maximum torque of the Starter motor acts on the pinion or the ring gear and at the same time the sufficient load-bearing capacity of the respective Tooth flanks is not secured and thereby the risk of There is overload of the individual teeth.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach den
kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1, ist es
demgegenüber möglich, eine ausreichende Eindringtiefe des
Ritzels in den Zahnkranz sicherzustellen, bevor das volle
Andrehmoment des Startermotors auf das Ritzel bzw. den
Zahnkranz wirkt. Mittels einer Steuer- und/oder
Regelvorrichtung, wird nach dem Beginn des Einspurens der
Startermotor zunächst lastfrei geschaltet. Dies hat den
Vorteil, daß zwischen den Zahnflanken von Ritzel und
Zahnkranz eine stark verminderte Reibung wirkt, und somit
die der Einrückkraft entgegenwirkende Reibungskraft
verringert ist und wodurch das Einspuren beschleunigt wird.
Weiterhin ist damit auch eine Verringerung des Verschleiß
verbunden. Ist das Ritzel in den Zahnkranz ausreichend tief
eingespurt, wird der Startermotor zunächst mit Teillast
betrieben. Dies hat den Vorteil, daß die Lagerung des
Abtriebstrangs zwischen Startermotor und Ritzel durch das
verringerte Drehmoment weniger stark belastet wird. Die
Eingriffsgeometrie zwischen Ritzel und Zahnkranz führt bei
Belastung mit einem Drehmoment zu Kräften, so daß aufgrund
der Elastizitäten der Abstand zwischen Ritzelachse und
Zahnkranzachse vergrößert wird. Damit geht eine Änderung der
Zahneingriffsgeometrie einher, die zu einer höheren
Zahnbelastung führt. Deshalb ist es von Vorteil, das
Andrehmoment zu begrenzen, d.h. den Startermotor zu Beginn
des Andrehens nur mit Teillast zu betreiben und erst daran
anschließend mit Vollast.With the device according to the invention
characterizing features of
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale.By the measures listed in the subclaims there are further advantageous developments and Improvements to the features specified in the main claim.
Besonders vorteilhaft ist, daß der Vorspurmechanismus und der Startermotor von der Steuer- und/oder Regelvorrichtung über voneinander getrennte Stromkreise und jeweils voneinander unabhängige Schaltelemente anzusteuern sind. Dies ist insbesondere gegenüber dem geschilderten Stand der Technik von Vorteil, da dadurch der Schaltvorgang für den Startermotor unabhängig von bewegten Massen des Einspurmechanismus wie z.B. dem Einrückanker oder auch der Einspurfeder ist. Das Einschalten des Startermotors kann dadurch besser auf die tatsächliche Eindringtiefe des Ritzels in den Zahnkranz abgestimmt werden. Ein weiterer Vorteil ist die Verwendung eines Sensors, aus dem die Position des Ritzels bezüglich des Zahnkranzes bestimmt werden kann. Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist in diesem Zusammenhang die Verwendung eines Wegsensors, aus dem beispielsweise eine Zahn-auf-Zahn-Stellung bzw. die Eindringtiefe eines Ritzels in den Zahnkranz abgeleitet werden kann. Aus einem entsprechenden Signal ist für die Steuer- und/oder Regelvorrichtung z.B. die Zahn-auf-Zahn-Stellung erkennbar, so daß die Steuer- und/oder Regelvorrichtung ein Verdrehen des Ritzels durch Impulsbestromung des Startermotors steuern, und dadurch das Eindringen durch Herbeiführen einer Zahn-Lücke-Stellung erleichtern kann. Abhängig von der Eindringtiefe steuert die Steuer- und/oder Regelvorrichtung die Lastfrei- bzw. Abschaltung oder das Andrehen mit Teillast. Wird die Startvorrichtung mit einem Mittel ausgestattet, mit dem eine Zahn-auf-Zahn-Stellung von Ritzel und Zahnkranz erkennbar ist, ist es möglich, den Startermotor gezielt mit kurzen Stromimpulsen anzutreiben und dadurch eine Zahn-Lücke-Stellung zu erreichen. Ist das Ritzel beispielsweise mit einer Mindesteindringtiefe eingespurt, ist es wiederum von Vorteil den Startermotor durch eine getaktete Teillast zu betreiben. Dies läßt sich verhältnismäßig einfach mittels einer Taktstufe realisieren, beispielsweise mittels elektronischen Schaltelementen wie Feldeffekttransistoren. Bildet man die Steuer- und/oder Regelvorrichtung so aus, daß sie den Vorspurmechanismus nach Überschreiten einer Drehzahlschwelle abschaltet, ist es möglich, nach erreichter Selbstlaufdrehzahl den Vorspurmechanismus gezielt abzuschalten und so das Ritzel auszuspuren. Bezüglich der Steuerung und/oder Regelung der Startvorrichtung ist es möglich, diese so auszubilden, daß die einzelnen Abläufe des Startvorgangs, gebildet aus Vorspuren, Einspuren, Andrehen und Durchdrehen sowie Ausspuren entweder zeitgesteuert oder sowohl teilweise zeitgesteuert als auch teilweise weggesteuert und/oder teilweise kraftgesteuert abgearbeitet werden. Der Startvorgang kann mit Hilfe von einem oder mehreren Sensoren darüberhinaus zeitlich optimiert werden. Eine zeitliche Optimierung ist z.B. dadurch möglich, daß sobald eine erkannte Zahn-Lücke-Stellung vorliegt, ein Verdrehen des Ritzels zum Herbeiführen einer Zahn-Lücke-Stellung unterbleibt. Dieses Erkennen einer vorliegenden Zahn-Lücke-Stellung ist beispielsweise dadurch möglich, daß ein Wegsensor den vom Ritzel zurückgelegten Weg erfaßt und als Wegsignal an die Steuer- und/oder Regelvorrichtung abgibt. Vergleicht die Steuer- und/oder Regelvorrichtung dabei das einem bestimmten Weg entsprechende Wegsignal mit einem voreingestellten Wert, der dem zurückgelegten Weg des Ritzels bei einer Zahn-auf-Zahn-Stellung entspricht, ist es der Steuer- und/oder Regelvorrichtung möglich, durch Vergleich der Ritzelposition zu zwei verschiedenen Zeitpunkten zwischen einer Zahn-auf-Zahn-Stellung bzw. Zahn-Lücke-Stellung zu unterscheiden. Gleiches gilt in Zusammenhang mit einer Mindesteindringtiefe, wobei auch hier das dem vom Ritzel zurückgelegten Weg entsprechende Wegsignal mit einem bekannten festgelegten Ritzelweg verglichen wird und so aus dem vom Ritzel zurückgelegten Weg auf eine Mindesteindringtiefe geschlossen werden kann.It is particularly advantageous that the pre-engagement mechanism and the starter motor from the control and / or regulating device via separate circuits and each independent switching elements are to be controlled. This is particularly in relation to the described state of the Technology is an advantage, as this means that the switching process for the Starter motor regardless of the moving masses of the One-track mechanism such as the engagement anchor or the Lane spring is. Switching on the starter motor can thereby better on the actual penetration depth of the Ritzels can be matched in the ring gear. Another The advantage is the use of a sensor from which the Position of the pinion with respect to the ring gear determined can be. An advantageous embodiment is in this Context the use of a displacement sensor from which for example a tooth-on-tooth position or the Penetration depth of a pinion in the ring gear derived can be. From a corresponding signal is for the Control and / or regulating device e.g. the tooth-on-tooth position recognizable so that the tax and / or Control device by rotating the pinion Control the pulsed current of the starter motor, and thereby Penetration by creating a tooth-gap position can ease. The controls depending on the depth of penetration Control and / or regulating device the load-free or Shutdown or starting with partial load. Will the Starting device equipped with a means with which one Tooth-on-tooth position of pinion and ring gear can be seen is, it is possible to target the starter motor with short To drive current pulses and thereby a tooth-gap position to reach. For example, is the pinion with a minimum penetration depth, it is again from Advantage of the starter motor due to a clocked partial load operate. This can be done relatively easily by means of realize a clock stage, for example by means of electronic switching elements such as field effect transistors. If one forms the control and / or regulating device so that the toe-in mechanism after exceeding one Speed threshold switches off, it is possible after reaching Self-running speed targeted the pre-engagement mechanism switch off and so disengage the pinion. Regarding the It is control and / or regulation of the starting device possible to train them so that the individual processes of Starting process, formed from toe-in, one-to-one, and turning and spinning and tracking either timed or both partially timed and partially path controlled and / or partially force controlled become. The starting process can be done with the help of a or several sensors can also be optimized in terms of time. Time optimization is e.g. possible because as soon as a recognized tooth-gap position is present Twist the pinion to create a tooth-gap position is omitted. This recognition of a present Tooth-gap position is possible, for example, in that a displacement sensor detects the path covered by the pinion and as a path signal to the control and / or regulating device delivers. Compares the control and / or regulating device the path signal corresponding to a certain path a preset value that corresponds to the distance covered by the Ritzels at a tooth-on-tooth position, it is the control and / or regulating device possible by Comparison of the pinion position to two different ones Time between a tooth-on-tooth position or tooth-gap position to distinguish. The same applies in Relation to a minimum penetration, although here too the one corresponding to the path covered by the pinion Path signal with a known fixed pinion path is compared and thus from the path covered by the pinion a minimum penetration depth can be concluded.
Das Erfassen der Ritzelposition mittels Sensoren ist auf verschiedene Art und Weise möglich. Als Wegsensor kann zum Beispiel ein Feldplattensensor verwendet werden, der eine an einem vorzuspurenden Bauteil der Startvorrichtung befestigte magnetisierte Folie abfühlt, wodurch wegproportionale Signale erzeugt werden. Eine andere Methode ist zum Beispiel die Verwendung eines Kraftsensors an einem die Vorspurkraft übertragenden Teil, wobei der Kraftsensor insbesondere dazu dient, eine Zahn-auf-Zahn-Stellung zu erfassen. Die Drehzahl der Brennkraftmaschine zu erfassen, ist beispielsweise dadurch möglich, daß aus der Ritzeldrehzahl indirekt auf die Drehzahl der Brennkraftmaschine geschlossen wird.The pinion position is detected by means of sensors different ways possible. As a distance sensor can Example a field plate sensor can be used, the one on attached a toe-in component of the starter Magnetized foil senses, making it proportional Signals are generated. Another method is for example the use of a force sensor on the toe-in force transmitting part, the force sensor in particular serves to detect a tooth-on-tooth position. The speed the internal combustion engine is to be detected, for example thereby possible that indirectly from the pinion speed on the Speed of the internal combustion engine is closed.
Die Erfindung wird nachfolgend in zwei Ausführungsbeispielen
anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
Figur 1 zeigt die schematische Darstellung einer
erfindungsgemäßen Startvorrichtung 10 mit einem Startermotor
11, der über eine Ankerwelle 12 und eine geradverzahnte
Wellen-Naben-Verbindung 13 mit einem Mitnehmerschaft 14
drehfest verbunden ist, wobei der Mitnehmerschaft 14 auf der
Ankerwelle 12 geradlinig verschiebbar ist. Der
Mitnehmerschaft 14 ist wiederum über einen Freilauf 15 mit
einem Ritzel 16 verbunden. Der Mitnehmerschaft 14, der
Freilauf 15 und das Ritzel 16 sind auf der Ankerwelle 12
geradlinig verschiebbar. Weiterhin ist die Startvorrichtung
10 mit einem Elektro-Hubmagneten 19, auch Einrückmagnet
genannt, ausgestattet, dessen Hubbewegung durch eine
geradlinig verschiebbare Stange 20 über einen an der Stange
20 angelenkten Hebel 21 über einen Mitnehmer 22 auf den
Mitnehmerschaft 14 übertragen wird. Der Hubmagnet 19, die
Stange 20, der Hebel 21 und der Mitnehmer 22 bilden somit
einen Vorspurmechanismus 23. Der Hubmagnet 19 sowie der
Startermotor 11 werden von einer Steuer- und/oder
Regelvorrichtung 24 angesteuert. Die Steuer- und/oder
Regelvorrichtung 24 umfaßt einen Mikroprozessor 25, eine
Schalteinheit 26 und eine Schalteinheit 27. Der
Mikroprozessor 25 wertet die Signale eines Drehzahlsensors
28 und eines Wegsensors 29 aus, die im Ritzelbereich
ortsfest angeordnet sind. Der Mikroprozessor 25 kann
alternativ statt der Signale des Wegesensors 29 auch die
Signale eines alternativ zu dem Wegesensor 29 vorzusehenden
Kraftsensor 30 auswerten. Figure 1 shows the schematic representation of a
Im Diagramm gemäß Figur 2 ist bei a) der zeitliche
Spannungsverlauf von U10 dargestellt, der Spannung, die am
Eingang der Steuer- und/oder Regelvorrichtung 24 bzw. der
Startvorrichtung 10 anliegt; in Figur 2b) ist der
Spannungsverlauf U19 am Elektro-Hubmagneten 19 dargestellt;
Figur 2c) zeigt den zeitlichen Verlauf der Spannung U11 über
dem Startermotor 11; Figur 2d) zeigt den zeitlichen Verlauf
des Vorschubweges s16 des Ritzels 16; Figur 2e) zeigt den
idealisierten zeitlichen Verlauf des über den Startschalter
32 fließenden Stroms I32.The diagram according to FIG. 2 shows at a) the temporal voltage profile of U 10 , the voltage which is present at the input of the control and / or regulating
Wird ein der Steuer- und/oder Regelvorrichtung 24
vorgeschalteter Startschalter 32 zu einem Zeitpunkt t0
geschlossen, siehe hierzu auch Figur 2, so wird die
Startvorrichtung 10 eingeschaltet. Dadurch liegt an der
Startvorrichtung 10 die Spannung U10, die der Spannung einer
Batterie 33 entspricht, an. Die ebenso eingeschaltete
Schalteinheit 26 bestromt nunmehr im Zeitabschnitt zwischen
t0 und t1 den Hubmagneten 19 mit einem getakteten Strom I19.
Die damit nur getaktet betriebene Einzugsspule des
Hubmagneten 19 entwickelt so nur eine reduzierte
Einzugskraft auf den Kern des Hubmagneten. Dies hat zur
Folge, daß über die Stange 20 und den Hebel 21 auf den
Mitnehmer 22 und den Mitnehmerschaft 14 und damit das Ritzel
16 eine verringerte Vorspurkraft wirkt. Diese verringerte
Vorspurkraft hat zur Folge, daß das Ritzel 16 ebenso mit nur
verringerter Vorspurgeschwindigkeit an einen Zahnkranz 34
anstößt, sofern eine Zahn-auf-Zahn-Stellung vorliegt. Durch
die verringerte Vorspurgeschwindigkeit wird das sog.
sanfte" Vorspuren verwirklicht. Bei dem in Figur 2
dargestellten Beispiel hat das Ritzel 16 zum Zeitpunkt t1
den Zahnkranz erreicht, wie in Figur 2d auch anhand des
Vorspurwegs s16 erkennbar ist. Der Wegsensor 29 erfaßt den
vom Ritzel zurückgelegten Weg s16 und gibt diesen als
Wegsignal an die Steuer- und/oder Regelvorrichtung 24 ab.
Erfaßt der Wegsensor zum Beispiel zum Zeitpunkt t2 den Weg
des Ritzels 16 und anschließend zum Zeitpunkt t3, so erkennt
die Steuer- und/oder Regelvorrichtung 24 gemäß Figur 2d eine
Zahn-auf-Zahn-Stellung, da keine Wegänderung vorliegt, wenn
das Wegsignal gleich bleibt. Der Mikroprozessor 25, als Teil
der Steuer- und/oder Regelvorrichtung 24 steuert daraufhin
die Schalteinheit 27 an. Bei einer Zahn-auf-Zahn-Stellung
des Ritzels mit dem Zahnkranz ist der Startermotor 11, und
damit das Ritzel 16 dem Zahnkranz 34 gegenüber zu verdrehen.
Dementsprechend wird zum Zeitpunkt t4 der Startermotor 11
mit einem Stromimpuls bestromt, sodaß sich im günstigsten
Fall nach nur einem Impuls zum Zeitpunkt t41, wie aus Figur
2c und 2d erkennbar, bereits eine Zahn-Lücke-Stellung
ergeben hat. Reicht ein Impuls nicht aus, kann der Vorgang
wiederholt werden. Dadurch, daß der Hubmagnet 19 weiterhin
mit dem getakteten Strom I19 betrieben wird, spurt das
Ritzel 16 durch die Vorspurkraft schließlich ein, und hat
zum Zeitpunkt t5 eine maximale Einspurtiefe erreicht.
Während dieses Einspurens ist der Startermotor 11 durch die
Steuer- und/oder Regelvorrichtung 24 ausgeschaltet. Der
Startermotor 11 wird erst dann wieder getaktet bestromt,
wenn die Steuer- und/oder Regelvorrichtung 24 mittels des
Wegsensors 29 oder des Kraftsensors 30 eine ausreichend
große Einspurtiefe des Ritzels 16, die Mindesteindringtiefe,
erkannt hat. Dies erkennt die Steuer- und/oder
Regelvorrichtung 24 dadurch, indem sie das dem vom Ritzel 16
zurückgelegten Weg entsprechende Wegsignal des Wegsensors 29
mit einem vorgegebenen Wert sv des Ritzelwegs s16
vergleicht.If a
Da der Kraftsensor 30 kein wegproportionales Signal, sondern
ein kraftproportionales erzeugt, kann auch mittels des
Kraftsensors 30 eine Zahn-auf-Zahn-Stellung oder ein
vollständiges Einspuren bis zu einem Anschlag sicher erkannt
werden. In beiden Fällen ergeben sich aufgrund von
mechanischen Spannungen angestiegene Signale, aus denen
jeweils auf eine der beiden Positionen geschlossen werden
kann. Dazu gibt der Kraftsensor das jeweilige Signal an die
Steuer- und/oder Regelvorrichtung 24 ab, die dieses mit
vorgegebenen Referenzwerten vergleicht und so beispielsweise
eine Zahn-auf-Zahn-Stellung oder ein vollständiges Einspuren
erkennen kann. Erkennt die Steuer- und/oder Regelvorrichtung
24, beispielsweise zum Zeitpunkt t5, Figur 2e, eine
ausreichend große Einspurtiefe, so steuert der
Mikroprozessor 25 die Schalteinheit 27 an, die daraufhin ab
t6 den Startermotor 11 für einige, beispielsweise wie in
Figur 2c dargestellt, drei Impulse zunächst im zeitlichen
Mittel mit Teillast betreibt, wodurch nur ein Teil der
maximal möglichen Leistung des Startermotors 11 übertragen
wird. Danach wird zum Andrehen der Brennkraftmaschine der
Startermotor 11 ungetaktet mit Vollast betrieben, bis die
Brennkraftmaschine ab dem Zeitpunkt t7 selbsttätig dreht.
Ist die Taktstufe in der Schalteinheit 27 mit einem
Übergangswiderstand behaftet, wie dies zum Beispiel bei
Feldeffekttransistoren der Fall ist, so ergibt sich
zusätzlich eine verringerte Spannung am Startermotor 11,
wodurch die Leistung des Startermotor 11 im zeitlichen
Mittel nochmals verringert wird. Hat die Brennkraftmaschine
eine bestimmte Drehzahl erreicht, nach der der Selbstlauf
sicher ist, so kann dies beispielsweise mittels des
Drehzahlsensors 28 indirekt über eine Drehzahlmessung an
einem der rotierenden Bauteile, wie z.B. dem Ritzel 16, dem
Freilauf 15, dem Mitnehmerschaft 14 oder der Ankerwelle 12
der Startvorrichtung ermittelt werden. Hat der Startermotor
11 oder beispielsweise das Ritzel 16 eine bestimmte
Drehzahlschwelle überschritten, so schaltet die Steuer- und/oder
Regelvorrichtung 24 in einer vorteilhaften
Ausbildung den Vorspurmechanismus 23 und den Startermotor 11
zum Zeitpunkt t8 ab. Durch eine Rückstellfeder 35 findet
anschließend ein Ausspuren des Ritzels 16 in eine gesicherte
Endlage statt.Since the
Ist das Ritzel 16 voll eingespurt, kann die effektiv am
Ritzel 16 wirkende Vorspurkraft verringert werden, da dann
keine Trägheits- und Reibungskräfte mehr zu überwinden sind.
Es ist dann lediglich die Kraft der Rückstellfeder 35 zu
überwinden. Eine Verringerung der Vorspurkraft, die bei voll
eingespurtem Ritzel 16 dann nur noch eine Haltekraft ist,
ist dadurch möglich, daß die Einzugsspule des Hubmagneten 19
mit einem verkleinerten Tastverhältnis betrieben wird, wie
aus Figur 2b erkennbar ist. Auch der Zeitpunkt, an dem das
Tastverhältnis der Einzugsspule verändert wird, kann durch
den Wegsensor 29 bestimmt werden. Erst wenn das Ritzel 16
voll eingespurt ist und dies die Steuer- und/oder
Regelvorrichtung 24 mittels des Wegsensors 29 erkannt hat,
veranlaßt diese eine Änderung des Tastverhältnisses.If the
In einer weiteren Variante ist es auch möglich, daß die
Steuer- und/oder Regelvorrichtung 24 das Vorspuren und
Einspuren des Ritzels 16 in den Zahnkranz 34, sowie das
Andrehen und Durchdrehen der Brennkraftmaschine rein
zeitgesteuert abarbeitet. Dies bedeutet, daß die
Startvorrichtung 10 keine Sensoren benötigt. Demzufolge wird
nach dem Schließen den Startschalters 32 die Steuer- und/oder
Regelvorrichtung 24 eingeschaltet, woraufhin der
Hubmagnet 19 für eine feste vorbestimmte Zeit zunächst
lediglich vorspurt. In diesem ersten Zeitabschnitt, z.B. t0
bis t2, muß ein Erreichen der Zahnkranzstirnfläche durch das
Ritzel mindestens gesichert sein. In einem weiteren zweiten
Zeitabschnitt, indem das Ritzel 16 gegebenenfalls in einer
Zahn- auf-Zahn-Stellung mit den Zahnkranz 34 sich befindet,
wird der Startermotor 11 mit zumindest einem Stromimpuls,
z.B. bei t4, kurzfristig verdreht. Mit zumindest diesem
einen Stromimpuls muß gesichert sein, daß bei vorhandener
Vorspurkraft das Ritzel 16 eine Mindesteindringtiefe in den
Zahnkranz erreichen kann. Die Mindesteindringtiefe stellt
eine Größe dar, ab der das Ritzel als zumindest teilweise in
den Zahnkranz eingespurt gilt und eine Kraft zwischen den
Zahnflanken des Ritzels und des Zahnkranzes übertragbar ist.
In einem dritten Zeitabschnitt, z.B. t6 bis t7, wird der
Startennotor durch die Schalteinheit 27 kurzfristig getaktet
betrieben, so daß ein sicherer und ausreichend langer
zeitlich gemittelter Teillastbetrieb gegeben ist. Nach
diesem dritten Zeitabschnitt wird in einem vierten
Zeitabschnitt, z.B. t7 bis t8, schließlich der Startermotor
11 mit Vollast betrieben, wodurch die Brennkraftmaschine an- und
durchgedreht wird. Nach Ende des vierten Zeitabschnitts
wird der Hubmagnet 19 und der Startermotor 11 von der
Steuer- und/oder Regelvorrichtung 24 automatisch
abgeschaltet und das Ritzel 16 durch die Rückstellfeder 35
in seine Ausgangslage gebracht.In a further variant, it is also possible that the control and / or regulating
Neben dieser reinen Zeitsteuerung der Startvorrichtung 10
ist es darüber hinaus möglich, daß die Steuer- und/oder
Regelvorrichtung sowohl teilweise zeitgesteuert als auch
teilweise weggesteuert und/oder kraftgesteuert das
Vorspuren, Einspuren, Andrehen und Durchdrehen abarbeitet.
Dies bedeutet, daß zumindest entweder der Wegsensor 29
und/oder der Kraftsensor 30 Signale an die Steuer- und/oder
Regelvorrichtung 24 senden muß. Eine teilweise Zeitsteuerung
als auch eine teilweise Wegsteuerung ist z.B. dadurch
möglich, daß das Vor- und Einspuren beispielsweise
weggesteuert stattfindet, während das Andrehen mit Teillast
und mit Vollast zeitgesteuert abläuft. Sowohl teilweise
Zeitsteuerung als auch teilweise Kraftsteuerung würde
bedeuten, daß das Vor- und Einspuren kraftgesteuert abliefe
und das Andrehen mit Teil- und Vollast zeitgesteuert. Durch
den Einsatz von einem oder mehreren Sensoren wie dem Weg- 29
einem Kraft- 30 oder dem Drehzahlsensor 28 oder einer der
möglichen Kombinationen aus den dreien, ist es möglich, den
Ablauf des Startvorgangs zeitlich optimiert zu regeln. Eine
reine Zeitsteuerung des Ablaufs des Startvorgangs, gebildet
aus Vorspuren, Einspuren, Andrehen, Durchdrehen und
Abschalten der Startvorrichtung kann somit in ihrem
Zeitablauf optimiert werden. Verwendet man den Wegsensor 29
und wird mittels diesem ein Einspuren unmittelbar nach dem
Vorspuren erkannt, kann auf ein Verdrehen des Ritzels zum
Erreichen einer Zahn-Lücke-Stellung von Ritzel 16 und
Zahnkranz verzichtet werden. Den gleichen Zweck und Vorteil
erhält man bei Verwendung des Kraftsensors 30. Verwendet man
den Drehzahlsensor 28 ist es möglich, die Abschalt- bzw.
Ausspurzeit zu optimieren. Dies bedeutet, daß der
Drehzahlsensor 28 indirekt über beispielsweise die
Ritzeldrehzahl, die Drehzahl der Brennkraftmaschine an die
Steuer- und/oder Regelvorrichtung 24 übermittelt, die dort
mit einem voreingestellten Wert verglichen wird, so daß nach
der erreichten Selbstlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine zum
Zeitpunkt t8 der Startvorgang beendet wird.In addition to this pure time control of the starting
Eine mögliche Ausführungsform des Wegsensors 29 ist z.B. ein
Feldplattensensor, wobei eine an einem vorzuspurenden
Bauteil der Startvorrichtung befestigte magnetisierte Folie
36 abgefühlt wird und dabei auf die Folie aufgeprägte
magnetisch entgegengesetzte Bereiche ein dem Ritzelweg
proportionales Signal erzeugen. Der Kraftsensor 30 ist an
einem die Vorspurkraft übertragenden Teil des
Vorspurmechanismus 23 zu befestigen. Eine mögliche Position
ist beispielsweise die Befestigung des Kraftsensors am Hebel
21. Der Drehzahlsensor 28 ist so an der Startvorrichtung 10
zu befestigen, daß durch diesen die Drehzahl eines
Abtriebselements erfaßt wird. Eine solche mögliche Postition
wäre beispielsweise nahe des Umfangs des Freilaufs 15, so
daß dessen Drehzahl ermittelt werden könnte. Verwendbare
Bauartvarianten des Drehzahlsensors 28 wären beispielsweise
ein Hall-Sensor bzw. ebenfalls ein Feldplattensensor.A possible embodiment of the
Die in Figur 3 dargestellte Startvorrichtung 10
unterscheidet sich von der in Figur 1 dargestellten darin,
daß die Schalteinheit 27 für den Startermotor 11 in diesem
Fall zwei verschiedene, parallel schaltbare Schaltelemente
38 und 39 ansteuert, die hier als Feldeffekttransistoren
ausgeführt sind. Das Vorspuren des Ritzels 16 findet auf
eine der zur Figur 1 und Figur 2 beschriebenen Weise statt.
Wird eine Zahn-auf-Zahnstellung vom Mikroprozessor 25
erkannt, veranlaßt dieser die Schalteinheit 27 dazu, durch
Durchschalten des Schaltelements 38 den Startermotor 11 über
einen Vorwiderstand 40 mit Teillast zu betreiben, so daß bei
einer Zahn-auf-Zahn-Stellung ein sanftes Einspuren
ermöglicht wird. Analog zur Variante 1 der Startvorrichtung
10 wird der Startermotor 11 auch dann über diesen
Vorwiderstand 40 bestomt, wenn der Startermotor 11 zunächst
mit Teillast betrieben werden soll, um das Getriebe aus
Zahnkranz 34 und Ritzel 16 zu schonen. Hat das Ritzel 16
eine ausreichende Mindesteinspurtiefe in den Zahnkranz 34
unter Lastfreischaltung erreicht, so wird - wie bei der
Variante 1 - der Startermotor 11 zunächst mit Teillast und
dann voll bestromt. In der hier dargestellten Variante in
Figur 3 wird dazu von der Schalteinheit 27 das Schaltelement
39 durchgeschaltet, wodurch der Startermotor ohne
Vorwiderstand 40 direkt bestromt wird.The starting
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