EP1369569A2

EP1369569A2 - Method and apparatus for driving starters of internal combustion engines

Info

Publication number: EP1369569A2
Application number: EP03001699A
Authority: EP
Inventors: Karl-Otto Schmidt; Hartmut Wanner; Sven Ruof
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-05-17
Filing date: 2003-01-27
Publication date: 2003-12-10
Anticipated expiration: 2023-01-27
Also published as: ES2271394T3; DE50304631D1; EP1369569B1; EP1369569A3; DE10222162A1

Abstract

The method involves generating drive signals for a starter motor and relay by sending the start demand to an input functional block (50), processing signals from this block in a processing block (60) with a diagnostic functional component (61), a safety function (62) and a process controller (66) and generating mutually decoupled drive signals (71,72) in an output block (70) with clock-controlled end stages (69). AN Independent claim is also included for the following: (a) a device for implementing the inventive method.

Description

Technical field

Starter für Verbrennungskraftmaschinen können sowohl als Schub-Schraubtrieb-Starter ohne Vorgelege als auch als solche mit Vorgelege ausgeführt werden. Bei Startern mit Vorgelegen ist zwischen Polgehäuse und Antriebslager ein Planetengetriebe oder dergleichen eingebaut. Das Planetengetriebe dient dazu, das Drehmoment des Ankers des Startermotors auf das Antriebsritzel im wesentlichen frei von Querkräften zu übertragen. Die Übertragungselemente des Vorgeleges bestehen aus Stahl, während der Zahnkranz des Planetengetriebes aus einer hochwertigen Polyamidverbindung oder Leichtmetalllegierungen bestehen kann. Durch diese Lösung lassen sich Gewichtseinsparungen an Startern von bis zu 35 bis 40% gegenüber konventionellen Startern erzielen.Starters for internal combustion engines can be used as thrust screw drives without countershaft as well as with countershaft. With starters with A planetary gear or the like is present between the pole housing and the drive bearing built-in. The planetary gear serves the torque of the armature of the starter motor to be transmitted to the drive pinion essentially free of transverse forces. The Transmission elements of the countershaft are made of steel, while the ring gear of the planetary gear made of a high-quality polyamide compound or light metal alloys can exist. This solution allows starters to save weight up to achieve 35 to 40% compared to conventional starters.

State of the art

Starter für Verbrennungskraftmaschinen umfassen meist Gleichstrom-Reihenschlussmotoren, bei denen die Erregerwicklung und die Ankerwicklung hintereinandergeschaltet sind. Die Drehzahl des hochtourigen Elektromotors wird durch ein Planetengetriebe, welches als Vorgelege dient, untersetzt und an das Einspurgetriebe des Starters übertragen. Das Einspurgetriebe enthält im wesentlichen das Antriebsritzel, d.h. ein einund ausrückbares Zahnrad, einen Freilauf (Überholkupplung), ein Einrückelement sowie eine Einspurfeder. In der Starterbaugruppe werden die Schubbewegung des Einrückrelais und die Drehbewegungen des elektrischen Startermotors vereinigt und auf das Antriebsritzel übertragen.Starters for internal combustion engines usually include DC series motors, where the excitation winding and the armature winding are connected in series are. The speed of the high-speed electric motor is controlled by a planetary gear, which serves as a countershaft, geared down and to the starter's single-track gearbox transfer. The single-track gearbox essentially contains the drive pinion, i.e. a and disengageable gear, a freewheel (overrunning clutch), an engagement element and an engagement spring. In the starter module, the pushing movement of the engagement relay and the rotary movements of the electric starter motor combined and on the drive pinion transfer.

Das ein- und ausrückbare Ritzel greift in einen Zahnkranz am Motorschwungrad ein. Eine höhere Übersetzung, die zwischen 10:1 und 15:1 liegt, ermöglicht es, den höheren Durchdrehwiderstand der Verbrennungskraftmaschine zu überwinden. Die Ritzelverzahnung wird in der Regel mit einem das Einspuren begünstigenden Evolventenprofil gefertigt, wobei sowohl die einzelnen Zähne des Antriebsritzels als auch die dem Antriebsritzel gegenüberliegenden Zahnräder des Zahnkranzes an der Stirnseite angeschrägt sein können.The engaging and disengaging pinion engages in a ring gear on the engine flywheel. A higher ratio, which is between 10: 1 and 15: 1, allows the higher spin resistance to overcome the internal combustion engine. The pinion gear is usually manufactured with an involute profile which favors the engagement, whereby both the individual teeth of the drive pinion and those located opposite the drive pinion Gears of the ring gear can be chamfered on the front side.

Sobald die Verbrennungskraftmaschine anspringt und über die Startdrehzahl hinaus beschleunigt, muß das Ritzel zum Schutz des Starters selbsttätig ausspuren bzw. die Verbindung zwischen Starterwelle und Motorschwungrad muß selbsttätig aufgehoben werden. Dies erfolgt in der Regel mittels eines Freilaufs und einer Einspur- und Rückführmechanik. Der Freilauf bewirkt, dass bei antreibender Ankerwelle das Ritzel mitgenommen wird und bei schneller laufendem Antriebsritzel, d.h. einem Anspringen des Verbrennungsmotors, die Verbindung zwischen Antriebsritzel und Ankerwelle gelöst wird. Der Freilauf ist zwischen dem Startermotor und Antriebsritzel angeordnet und verhindert, dass die Ankerwelle und damit der Anker des Startermotors bei raschem Anlaufen (Anspringen der Verbrennungskraftmaschine) auf unzulässig hohe Drehzahlen beschleunigt wird. Der Startwunsch, d.h. das bevorstehende Anlassen der Verbrennungskraftmaschine wird in der Regel über eine elektrische Leitung vom Zündschloß oder von einem Steuergerät aus an das Einrückrelais übergeben. Das Einrückrelais dient bei Schub-Schraub-Startern dazu, den Einrückhub des Antriebsritzels in den Zahnkranz auszulösen und den Startstrom auf den Startermotor des Starters zu schalten. Die Hubbewegung des Einrückrelais wird über einen Einrückhebel auf das an der Ankerwelle des Startermotors verschiebbar gelagerte Antriebsritzel übertragen. Nach erfolgtem Start der Verbrennungskraftmaschine schaltet das Einrückrelais durch Wegnahme der Startanforderung den Strom für den Startermotor ab und zieht das Antriebsritzel aus dem Zahnkranz der Motorschwungscheibe zurück.As soon as the internal combustion engine starts and accelerates beyond the starting speed, To protect the starter, the pinion must automatically track out or the connection between the starter shaft and the engine flywheel must be removed automatically. This is usually done using a freewheel and a single-track and return mechanism. The freewheeling causes the pinion to be taken along when the armature shaft is driving and with faster running pinion, i.e. starting the internal combustion engine, the connection between the drive pinion and the armature shaft is released. The freewheel is between arranged the starter motor and drive pinion and prevents the armature shaft and thus the anchor of the starter motor when it starts up quickly (starting of the internal combustion engine) is accelerated to impermissibly high speeds. The wish to start, i.e. the forthcoming starting of the internal combustion engine is usually over an electrical line from the ignition lock or from a control unit to the engagement relay to hand over. With push-screw starters, the engagement relay is used for the engagement stroke of the drive pinion in the ring gear and the starting current on the starter motor the starter switch. The stroke movement of the engagement relay is controlled by an engagement lever on the drive pinion slidably mounted on the armature shaft of the starter motor transfer. The engagement relay switches after the internal combustion engine has started by removing the start request, draws the current for the starter motor and pulls it the drive pinion from the ring gear of the engine flywheel.

Die aus dem Stand der Technik, "Autoelektrik Autoelektronik", 3. aktualisierte Auflage, Braunschweig, Wiesbaden, Vieweg 1998, ISBN 3-528-03872-1, Seiten 194 - 197 bekannte Lösung faßt die Funktion "Einrücken Antriebsritzel" und "Starterstrom schalten" in einer Baugruppe, nämlich dem Einrückrelais, zusammen. Bei der Auslegung dieser Baugruppe sind daher Kompromisse einzugehen, um beide Funktionen zu realisieren. Eine Temperaturkompensation wird bei bisher eingesetzten Startermotoren für Verbrennungskraftmaschinen in der Regel nicht verwirklicht, was jedoch bei kurz hintereinander erfolgenden Startversuchen, während denen die Verbrennungskraftmaschine nicht anspringt, höchst wünschenswert wäre.The state of the art, "Autoelektrik Autoelektronik", 3rd updated edition, Braunschweig, Wiesbaden, Vieweg 1998, ISBN 3-528-03872-1, pages 194 - 197 known Solution combines the functions "drive pinion engagement" and "switch starter current" in one Assembly, namely the engagement relay, together. When designing this assembly compromises have to be made to achieve both functions. A temperature compensation is used in starter motors for internal combustion engines usually not realized, but this is the case with successive events Attempts to start during which the internal combustion engine does not start are extremely high would be desirable.

Durch die Übertragung des Anlaßwunsches via elektrischer Leitung vom Zündschloß können - abgesehen vom Zündschlüssel - keine Sicherheitsfunktionen an der Schnittstelle Startermotor integriert werden. Ferner ist der Umstand von Nachteil, dass aufgrund der mechanischen Kopplungselemente und deren Schnittstellen keine Freiheitsgrade hinsichtlich des Einbaus bestehen und dieser daher recht unflexibel ist. Bisher ist aufgrund der direkten Ansteuerung des Starters durch eine elektrische Leitung vom Zündschloß aus, eine Busankopplung oder eine Diagnosefunktion des Starters nicht gegeben. Zum Starten von Verbrennungskraftmaschinen werden unterschiedliche Stromstärken benötigt, um das Durchdrehen der Verbrennungskraftmaschine zu gewährleisten; insbesondere beim Kaltstart bei niedrigen Außentemperaturen und zähflüssigem Schmierölvorrat. Selbstzündende, mehrzylindrige Verbrennungskraftmaschinen benötigen aufgrund des höheren Verdichtungsverhältnisses s ein höheres Durchdrehmoment, welches durch den Starter aufzubringen ist, verglichen mit Otto-Motoren gleichen Hubraums. Die Ansteuerung des Starters mit erheblichen Stromstärken benötigt große Leitungsquerschnitte und leistungsfähige Schaltelemente in diesem vorgeschalteten Steuergeräten. Dadurch ergibt sich ein als Nachteil zu wertender erhöhter Abstimmungsaufwand zwischen mehreren Systemlieferanten aufgrund der gesteigerten Anzahl von Schnittstellen. Eine redundante Ansteuerung des Starters ist im allgemeinen nicht gegeben, weil dieser ausschließlich über die elektrische Leitung vom Zündschloß aus angesteuert wird. Werden Vorschaltrelais eingesetzt, besteht ein zum Teil erheblicher Zusatzaufwand hinsichtlich des erforderlichen Verdrahtungsbedarfs und des zusätzlich beanspruchten Einbauraums.By transferring the start request via electrical wire from the ignition lock - apart from the ignition key - no safety functions at the interface Starter motor can be integrated. Furthermore, the fact that due to the mechanical coupling elements and their interfaces no degrees of freedom regarding of installation and it is therefore quite inflexible. So far, due to the direct Control of the starter by an electrical line from the ignition lock, one Bus coupling or a starter diagnostic function not available. To start Internal combustion engines require different amperages to achieve this To ensure cranking of the internal combustion engine; especially during a cold start at low outside temperatures and viscous lubricating oil supply. A compression ignition, Multi-cylinder internal combustion engines require due to the higher compression ratio s a higher torque which can be applied by the starter compared to Otto engines with the same displacement. The control of the starter with considerable currents require large wire cross sections and powerful switching elements in this upstream control units. This results in a disadvantage evaluative increased coordination effort between several system suppliers due the increased number of interfaces. A redundant control of the starter is generally not given, because this is only via the electrical line from Ignition lock is controlled. If series relays are used, there is a partial one considerable additional effort with regard to the required wiring and additionally required installation space.

Der aus dem Stand der Technik bekannte Starter mit Einrückrelais läßt sich ferner bei dem in Zukunft eingesetzten 42V-Bordnetz nicht einsetzen, da die bisher eingesetzten Relais mit Doppelkontakten diese höhere Spannung in Verbindung mit hohen Strömen nicht sicher abzuschalten vermögen, es sei denn, die Funkenstrecken werden drastisch vergrößert. Zum sicheren Trennen eines elektrischen Kontaktes ist ein gewisser minimaler Abstand erforderlich, um eine sichere Abschaltung zu gewährleisten. Im allgemeinen gilt: Je größer die abzuschaltende Spannung, desto größere Abstände sind erforderlich, was das Bauvolumen negativ beeinflusst.The starter with engagement relay known from the prior art can also be used in the Do not use the 42V electrical system used in the future because the relays used so far with double contacts this higher voltage in connection with high currents is not certain can switch off, unless the spark gaps are increased drastically. There is a certain minimum distance to safely disconnect an electrical contact required to ensure a safe shutdown. In general, the bigger the voltage to be switched off, the larger distances are required, what the construction volume negatively influenced.

Presentation of the invention

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ermöglicht die Ansteuerung des Starters einer Verbrennungskraftmaschine über die Programmierung von Leistungsendstufen. Durch Taktung dieser Endstufen kann nahezu beliebige Stromwert zwischen Null und dem Maximalstromwert eingestellt werden, was einerseits zusätzliche Wicklungen, Vorwiderstände und Schaltelemente überflüssig macht und andererseits eine Integration des Starters mit der erfindungsgemäßen Ansteuerungsmöglichkeit in ein zukünftiges 42V-Bordnetz gewährleistet. In vorteilhafter Weise umfaßt der Ausgabeblock der Ansteuerung Leistungshalbleiterbrücken mit niederohmigen Schaltelementen, wie zum Beispiel FeldeffektTransistoren, Bipolartransistoren oder IGBT. Bei Feldeffekttransistoren erfolgt die Steuerung mittels des Feldeffektes durch die Steuerspannung. Der Spannungsabfall am Feldeffekttransistor (FET) stellt sich durch den wirksamen Durchlasswiderstand ein. Bei Bipolartransistoren erfolgt die Ansteuerung durch den Steuerstrom; bei diesen elektronischen Bauelementen erfolgt der Spannungsabfall durch den PN-Übergang.The solution proposed according to the invention enables the starter to be activated Internal combustion engine via the programming of power output stages. By Clocking these output stages can be almost any current value between zero and the maximum current value can be set, which on the one hand additional windings, series resistors and makes switching elements superfluous and on the other hand integrates the starter the control option according to the invention guaranteed in a future 42V electrical system. The output block of the control advantageously comprises power semiconductor bridges with low-resistance switching elements, such as field-effect transistors, Bipolar transistors or IGBT. The control takes place with field effect transistors by means of the field effect by the control voltage. The voltage drop across the field effect transistor (FET) results from the effective forward resistance. For bipolar transistors is controlled by the control current; with these electronic Components, the voltage drop occurs through the PN junction.

Bei IGBT's (insulated gate bipolar transistor), welche quasi eine Kombination aus einem Feldeffekttransistor und einem Bipolartransistor darstellen, erfolgt die Ansteuerung durch eine Steuerspannung. Dabei handelt sich es beim IGBT um eine monolitische Integration aus einem Feldeffekttransistor und einem bipolaren Transistor. IGBT's werden als Module hergestellt, welche Einzelschalter und Phasenzweige bis hin zu kompletten Wechselrichterschaltungen integriert sein können.With IGBTs (insulated gate bipolar transistor), which are a combination of one Represent field effect transistor and a bipolar transistor, the control is carried out by a control voltage. The IGBT is a monolithic integration from a field effect transistor and a bipolar transistor. IGBT's are called modules manufactured, which single switches and phase branches up to complete inverter circuits can be integrated.

Als weitere elektronische Schaltelemente kommen ferner MCT's (Mos Controlled Thyristor), GCT's (Gate Commutated Thyristor) oder IGCT's (Integrated Gate Commutated Thyristor) zum Einsatz, wobei der Letztgenannte eine Kombination aus einem MOSFET-Transistor und einem GTO-Thyristor darstellt. Durch eine Ansteuerung mit einer Abschaltverstärkung von "1" tritt dieses Bauelement beim Ausschalten direkt von Thyristorin den Transistorbetriebzustand über. Dies erlaubt dessen Betrieb ohne eine zusätzliche Beschaltung vorzusehen. Der IGCT vereinigt im wesentlichen das sehr gute Durchlassverhalten von Thyristoren mit dem Schaltvermögen bipolarer Transistoren.MCT's (Mos Controlled Thyristor) also come as further electronic switching elements, GCT's (Gate Commutated Thyristor) or IGCT's (Integrated Gate Commutated Thyristor) used, the latter a combination of a MOSFET transistor and a GTO thyristor. By activation with a switch-off gain from "1" this component occurs when the thyristor is switched off the transistor operating state over. This allows it to operate without an additional one To provide wiring. The IGCT essentially combines the very good transmission behavior of thyristors with the switching capacity of bipolar transistors.

Durch die Verwendung von Leistungshalbleitern, wie obenstehend exemplarisch aufgezählt, ist eine Redundanz (falls erforderlich) der Ansteuerelemente sehr einfach realisierbar im Vergleich zu einer Anordnung zweier in Reihe geschalteter elektromechanischer Relais. Werden die elektromechanischen Relais durch Leistungshalbleiter ersetzt, bieten sich ferner Vorteile dahingehend, dass die Nachteile elektromechanischer Kontakte, wie zum Beispiel das Prellverhalten von Kontakten bei Schaltvorgängen, der mit dem Kontaktabbrand einhergehende Verschleiß, Kontaktschweißen und Kontaktkorrosion ausgeschlossen werden können.Through the use of power semiconductors, as listed above as an example, redundancy (if necessary) of the control elements can be implemented very easily compared to an arrangement of two electromechanical relays connected in series. If the electromechanical relays are replaced by power semiconductors, they also offer Advantages in that the disadvantages of electromechanical contacts, such as the bouncing behavior of contacts during switching operations, which occurs with the contact erosion accompanying wear, contact welding and contact corrosion can be excluded can.

Die Ansteuerung des Starters mit der erfindungsgemäßen Ansteuerung bietet ferner die Möglichkeit, den Starter mit einem im Kraftfahrzeug bereits vorgesehenen Systembus (CAN-Bus) zu koppeln, was mit der bisherigen Ansteuerung ausschließlich über die elektrische Leitung vom Zündschloß aus nicht möglich war. Mit der erfindungsgemäßen Ansteuerung des Starters läßt sich die Temperaturentwicklung im Starter nach mehreren erfolglosen Anlaßversuchen der Verbrennungskraftmaschine ebenso berücksichtigen, wie die jeweils herrschende Außentemperatur. Es lassen sich Sicherheitsfunktionen, wie zum Beispiel gegen eine zu lange Ansteuerdauer des Starters und ein zu langes Anlegen einer hohen Spannung einbauen, die insgesamt die Lebensdauer des Starters verlängern. The control of the starter with the control according to the invention also offers the Possibility of starting the starter with a system bus already provided in the motor vehicle (CAN bus) to couple what with the previous control only via the electrical Line from the ignition lock was not possible. With the control according to the invention the starter's temperature development in the starter can be after several unsuccessful Consider starting attempts of the internal combustion engine as well as the prevailing outside temperature. There are security functions, such as against a too long activation time of the starter and a too long application of a high one Install voltage that will extend the life of the starter.

In vorteilhafter Weise kann der mit der erfindungsgemäßen Ansteuerung angesteuerte Starter durch einfach vorzunehmende Änderungen an neue Applikationen angepaßt werden, insbesondere durch freie Programmierung der Leistungsendstufen für den Einsatz im 12V-, 24V- oder 42V-Bordnetz von Kraftfahrzeugen.The one controlled with the control according to the invention can advantageously Starter can be adapted to new applications by simply making changes, especially through free programming of the power amplifiers for use in 12V, 24V or 42V electrical system of motor vehicles.

Es kann eine erhebliche Reduktion der Anzahl mechanischer Bauelemente im Vergleich zu elektromechanischen Relais erzielt werden, da Zusatzrelais, Kontakte, Vorwiderstände und Wicklungen entfallen können. Dadurch ergeben sich auch wenige und kürzere Toleranzketten. Es besteht nunmehr die Möglichkeit, eine Diagnose aufgetretener Fehler vorzunehmen, so zum Beispiel eine Diagnose auf defekte Endstufen und falsche Spannungslagen, ungeeignete Zustände wie zum Beispiel zu lange und zu kurze Ansteuerdauer und zu hohe Temperaturen. Diese aufgetretenen Zustände lassen sich innerhalb eines Datensicherungsblockes erfassen und später bei den entsprechenden Wartungsintervallen über eine Diagnoseschnittstelle auslesen. Damit kann eine schnellere Fehlerdiagnose erzielt werden.There can be a significant reduction in the number of mechanical components compared to Electromechanical relays can be achieved as additional relays, contacts, series resistors and Windings can be omitted. This also results in fewer and shorter tolerance chains. It is now possible to diagnose errors that have occurred. for example a diagnosis of defective power amplifiers and incorrect voltage levels, unsuitable conditions such as too long and too short activation times and too long Temperatures. These states can be found within a data backup block record and later at the appropriate maintenance intervals via a diagnostic interface read. This enables faster fault diagnosis to be achieved.

Die Ansteuerung enthält bevorzugt einen Eingabefunktionsblock, der eine elektronische Schnittstelle umfaßt, die zum Beispiel durch einen CAN-Bus, eine bitserielle Schnittstelle oder auch eine Stromschnittstelle, ein Differenzsignal oder auch durch einen Spannungseingang gegeben sein kann. Ein dem Eingabefunktionsblock nachgeordneter Verarbeitungsblock enthält bevorzugt eine Ablaufsteuerungseinheit, eine Diagnoseeinheit zum Ermitteln aufgetretener Fehler von während der Betriebszeit des Starters im Normalbetrieb aufgetretener Ereignisse, ein Sicherheitsfunktionsmanagement zum Schützen des Starters gegenüber Belastung sowie eine Datensicherungsfunktion, in der die während der Betriebszeit aufgetretenen Ereignisse gespeichert werden können.The control preferably contains an input function block that contains an electronic one Interface includes, for example, by a CAN bus, a bit serial interface or also a current interface, a differential signal or also through a voltage input can be given. A processing block after the input function block preferably contains a sequence control unit, a diagnostic unit for determining Error occurred during normal starter operation occurring events, a safety function management to protect the starter against stress as well as a data backup function in which the during operating hours occurring events can be saved.

Dem Verarbeitungsblock wird in vorteilhafter Weise ein Ausgabeblock nachgeschaltet, der Leistungshalbleiterbauelemente in Gestalt niederohmiger Schaltelemente enthält, was auch eine einfache Möglichkeit zur redundanten Ansteuerung des Starters bietet.The processing block is advantageously followed by an output block which Power semiconductor devices in the form of low-resistance switching elements contains what offers a simple option for redundant control of the starter.

drawing

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.The invention is described in more detail below with reference to the drawing.

Es zeigt:

Figur 1: den Längsschnitt durch einen Starter mit Einrückrelais, Einspursystem und einem Vorgelege,
Figur 2: die bisherige Ansteuerung des Starters über eine elektrische Leitung,
Figur 3: die Grundstruktur der erfindungsgemäßen Ansteuerung mit Eingabefunktionsblock, Verarbeitungsblock und Ausgabeblock,
Figur 4: das elektronische Ansteuersystem mit implementierten Funktionsblöcken und
Figur 5: die Signalverläufe für Ansteuersignale des Startermotors und des Einrückrelais, jeweils aufgetragen als Blocksignale über die Zeitachse.
Figur 6: zeigt Halbleiterbauelemente, die innerhalb des Ausgabeblockes gemäß Figur 3 bzw. Figur 4 innerhalb der Leistungsendstufen eingesetzt werden können.
Figur 7: Ausgestaltungsmöglichkeiten der Schnittstellenauswertung.

It shows:

Figure 1: the longitudinal section through a starter with engagement relay, single-track system and a countershaft,
Figure 2: the previous control of the starter via an electrical line,
Figure 3: the basic structure of the control according to the invention with input function block, processing block and output block,
Figure 4: the electronic control system with implemented function blocks and
Figure 5: the signal curves for control signals of the starter motor and the engagement relay, each plotted as block signals over the time axis.
Figure 6: shows semiconductor components that can be used within the output block according to FIG. 3 or FIG. 4 within the power output stages.
Figure 7: Design options for the interface evaluation.

variants

Figur 1 zeigt den Längsschnitt durch einen Starter mit Einrückrelais, Einspursystem und Vorgelege.Figure 1 shows the longitudinal section through a starter with engagement relay, single track system and Countershaft.

Der in Figur 1 im Längsschnitt dargestellte Starter 1 umfasst ein Gehäuse 2, oberhalb dessen ein Einrückrelais 3 angeordnet ist. Am Einrückrelais 3 ist ein mit Bezugszeichen 4 gekennzeichneter elektrischer Anschluß vorgesehen. Das Einrückrelais 3 umfaßt ferner eine Schaltachse 5, an der ein Magnetanker 6 aufgenommen ist. Der Magnetanker 6 des Einrückrelais 3 ist von einer Magnetwicklung 8 umschlossen. Die Schaltachse 5 des Einrückrelais 3 ist durch eine Rückstellfeder 10 beaufschlagt, der Magnetanker 6 führt bei Ansteuerung eine mit Bezugszeichen 7 bezeichnete Axialhubbewegung innerhalb des Gehäuses des Einrückrelais 3 aus. Das Einrückrelais 3 umfaßt an seinem dem elektrischen Anschluß 4 zuweisenden Ende einen Relaiskontakt 9. Die in Figur 1 dargestellte Zeichnung stellt die Kontaktgabe bei einer Zahn auf Zahn-Stellung dar. Der mit Bezugszeichen 7 bezeichnete Relaishub dient als Resthub, um eine Kontaktdruckfeder zu spannen.The starter 1 shown in longitudinal section in FIG. 1 comprises a housing 2, above which an engagement relay 3 is arranged. On the engagement relay 3 is a designated by reference numeral 4 electrical connection provided. The engagement relay 3 also includes a Switch axis 5, on which a magnet armature 6 is received. The magnet armature 6 of the engagement relay 3 is enclosed by a magnetic winding 8. The switching axis 5 of the engagement relay 3 is acted upon by a return spring 10, the armature 6 guides when actuated an axial stroke movement designated by reference numeral 7 within the housing of the engaging relay 3. The engagement relay 3 comprises at its electrical connection 4 facing end a relay contact 9. The drawing shown in Figure 1 represents the contact with a tooth on tooth position. The one designated by reference numeral 7 Relay stroke serves as a residual stroke to tension a contact pressure spring.

Über die Schaltachse 5 des Einrückrelais 3 ist ein beispielsweise als Gabelhebel beschalteter Einrückhebel 11 betätigbar. Der Einrückhebel 11 ist an einem Anlenkpunkt 12 innerhalb des Gehäuses 2 des Starters angelenkt und wirkt auf eine Mitnehmer 16 eines Freilaufes 14 derart, dass diese an einer Ankerwelle 13 in axiale Richtung in beide Richtung verschiebbar ist. Die Ankerwelle 13 des hier nicht näher dargestellten Startermotors des Starters 1 umfaßt den bereits erwähnten Freilauf 14, der in der Längsschnittdarstellung gemäß Figur 1 Freilaufrollen 15 umfaßt, die von einem erweiterten Durchmesserbereich des Mitnehmers 16 umschlossen sind. An den Mitnehmer 16 des Freilaufes 14 ist der untere Anlenkpunkt des Einrückhebels 11 gelenkig gelagert. Der Freilauf 14 umschließt ein an der Ankerwelle 13 relativ zu dieser drehbewegbares Antriebsritzel 18, welches mit einem hier nur schematisch angedeuteten Zahnkranz 20 einer Schwungscheibe der Verbrennungskraftmaschine, die hier ebenfalls nicht näher dargestellt ist, zusammenwirkt. Die Ankerwelle 13 des Startermotors des Starters 1 ist an einem Antriebslager 19 aufgenommen.About the switching axis 5 of the engagement relay 3 is, for example, wired as a fork lever Engaging lever 11 can be actuated. The engagement lever 11 is at a pivot point 12 within of the housing 2 of the starter is articulated and acts on a driver 16 of a freewheel 14 in such a way that it can be displaced in the axial direction in both directions on an armature shaft 13 is. The armature shaft 13 of the starter motor of the starter, not shown here 1 comprises the already mentioned freewheel 14, which in accordance with the longitudinal section Figure 1 includes idler rollers 15 which extend from an enlarged diameter range of the driver 16 are enclosed. At the driver 16 of the freewheel 14 is the lower pivot point of the engagement lever 11 articulated. The freewheel 14 encloses one at the Armature shaft 13 relative to this rotatable drive pinion 18, which with a here only schematically indicated ring gear 20 of a flywheel of the internal combustion engine, which is also not shown here, interacts. The armature shaft 13 of the starter motor of starter 1 is received on a drive bearing 19.

Der in Figur 1 teilweise im Längsschnitt dargestellte Starter zum Anlassen einer Verbrennungskraftmaschine umfaßt ein mit Bezugszeichen 21 bezeichnetes Vorgelege, welches in der Darstellung gemäß Figur 1 als Planetengetriebe ausgebildet ist. Der Starter 1 kann ohne weiteres auch ohne ein solches Vorgelege 21 ausgebildet werden, welches im wesentlichen einem querkrafteinleitungsfreien Antrieb der Ankerwelle 13 des Startermotors des Starters 1 dient. In der in Figur 1 im Längsschnitt dargestellten Ausführungsvariante des Starters umfaßt das Vorgelege 21 mehrere am Umfang eines Hohlrades aufgenommene Planetenräder 22, die von einem einen Zahnkranz bildenden Hohlrad 23 umschlossen sind.The starter shown partially in longitudinal section in FIG. 1 for starting an internal combustion engine comprises a reduction gear designated by reference numeral 21, which in the representation of Figure 1 is designed as a planetary gear. The starter 1 can without can also be formed without such a countershaft 21, which essentially a drive of the armature shaft 13 of the starter motor of the starter free of transverse force 1 serves. In the embodiment variant of the starter shown in longitudinal section in FIG. 1 The reduction gear 21 comprises a plurality of planet gears received on the circumference of a ring gear 22, which are enclosed by a ring gear 23 forming a ring gear.

Maßgeblich für das Einspuren ist, dass die Mitnehmer 16 des Freilaufes an ihrem im Durchmesser erweiterten Bereich über ein beispielsweise als Spiralfeder ausgebildetes Federelement 24 in Einrückrichtung in Bezug auf den Zahnkranz 20 an der Schwungscheibe der Verbrennungskraftmaschine beaufschlagt sind.Decisive for the engagement is that the driver 16 of the freewheel on their in Diameter-widened area via a spring element, for example, a spiral spring 24 in the direction of engagement with respect to the ring gear 20 on the flywheel of the internal combustion engine.

Figur 2 zeigt die bisherige Ansteuerung des Starters gemäß der Darstellung in Figur 1 über eine elektrische Leitung.Figure 2 shows the previous control of the starter as shown in Figure 1 on an electrical wire.

Dem Schaltschema gemäß Figur 2 ist entnehmbar, dass ein Ansteuersignal 30 einem Magnetschalter 31 aufgegeben wird. Der Magnetschalter 31 bewirkt durch ein hier durch gestrichelte Linie angedeutetes Schaltelement den Kontakt eines ersten Kontaktstücks 32 mit einem weiteren Kontaktstück 33, wodurch dem Startermotor des Starters 1 die Spannung eines in Figur 2 nicht dargestellten Energiespeichers, zum Beispiel einer Fahrzeugbatterie, aufgegeben wird. Das mit Bezugszeichen 53 bezeichnete Eingangssignal, einen Temperaturwert darstellend, wird bei der in Figur 2 dargestellten Ansteuerung des Starters 1 über eine einfache elektrische Leitung und einen Magnetschalter 31 nicht näher berücksichtigt.It can be seen from the circuit diagram according to FIG. 2 that a control signal 30 is a magnetic switch 31 is abandoned. The magnetic switch 31 causes a dashed line here Line indicated switching element with the contact of a first contact piece 32 a further contact piece 33, whereby the starter motor of the starter 1 the voltage an energy store, not shown in FIG. 2, for example a vehicle battery, is abandoned. The input signal designated by reference numeral 53, a temperature value representing, in the control of starter 1 shown in FIG a simple electrical line and a magnetic switch 31 are not considered.

Der Magnetschalter 31, der über das Ansteuersignal 30 angesteuert wird, bewirkt neben Kontaktherstellung zwischen den Kontaktstücken 32 und 33, wodurch dem Starter 1 ein Startstrom aufgegeben wird, eine Einrückfunktion 36 des mit Bezugszeichen 3 gekennzeichneten Einrückrelais des Starters. In der hier dargestellten schematischen Ablaufweise einer bisherigen Ansteuerung eines Starters 1 findet einerseits die Temperatur keine Berücksichtigung - sei es die Temperatur des Startermotors des Starters 1, sei es die Außentemperatur -, andererseits findet keine Rückkopplung dahingehend statt, welche Temperatur der Startermotor oder das Einrückrelais des Starters 1 nach mehreren erfolglosen Startversuchen der Verbrennungskraftmaschine aufweist, so dass dessen Dynamik nicht erfassbar ist.The magnetic switch 31, which is controlled via the control signal 30, also causes Establishing contact between the contact pieces 32 and 33, whereby the starter 1 Starting current is given, an engagement function 36 of the one identified by reference number 3 Engagement relay of the starter. In the schematic sequence shown here a previous control of a starter 1 does not take the temperature into account on the one hand - be it the temperature of the starter motor of starter 1 or the outside temperature - On the other hand, there is no feedback as to what temperature the starter motor or the starter 1 engagement relay after several unsuccessful start attempts of the internal combustion engine, so that its dynamics cannot be detected is.

Figur 3 zeigt die Grundstruktur der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Starteransteuerung mit Eingabefunktionsblock, Verarbeitungsblock und Hardwarekomponenten enthaltenden Ausgabeblock.FIG. 3 shows the basic structure of the starter control proposed according to the invention with input function block, processing block and hardware components Output block.

Aus der Darstellung gemäß Figur 3 geht hervor, dass der Startwunsch, symbolisiert durch das mit Bezugszeichen 40 bezeichnete Rechteck, einem Eingabefunktionsblock 50 aufgegeben wird. Ausgangssignale des Eingabefunktionsblocks 50 werden an einen Verarbeitungsblock 60 übertragen, dessen Ausgangssignale wiederum einem Ausgabeblock 70 aufgegeben werden. Der Ausgabeblock 70, der die im folgenden näher spezifizierten Leistungshalbleiterbauelemente umfaßt, generiert Ausgabesignale 71 bzw. 72 für eine Ansteuerung des Startermotors des Starters 1 bzw. für das Einrückrelais 3 (vgl. Darstellung gemäß Figur 1).It can be seen from the illustration according to FIG. 3 that the start request, symbolized by the rectangle, designated by reference numeral 40, is given to an input function block 50 becomes. Output signals of the input function block 50 are sent to a processing block 60 transmitted, the output signals in turn passed to an output block 70 become. The output block 70, which contains the power semiconductor components specified in more detail below includes, generates output signals 71 and 72 for control of the starter motor of starter 1 or for the engagement relay 3 (see illustration according to Figure 1).

Der Darstellung gemäß Figur 4 ist das elektronische Ansteuersystem mit implementierten Funktionsblöcken im Detail zu entnehmen.The illustration according to FIG. 4 shows the electronic control system that has been implemented Function blocks can be found in detail.

Das elektronische Ansteuersystem umfaßt im wesentlichen den bereits in Figur 4 erwähnten Eingabefunktionsblock 50, den Verarbeitungsblock 60 sowie einen den Verarbeitungsblock 60 nachgeschalteten Ausgabeblock 70.The electronic control system essentially comprises the one already mentioned in FIG Input function block 50, processing block 60 and processing block 60 downstream output block 70.

Dem Eingabefunktionsblock 50 wird ein Ansteuersignal 30, ein Spannungssignal 34 aufgegeben, aufgegeben sowie ein einen Temperaturwert darstellendes Signal 53. Bei dem mit Bezugszeichen 53 bezeichneten Temperatursignal kann es sich sowohl um die Außentemperatur handeln, welcher der Starter 1 (vgl. Darstellung gemäß Figur 1) ausgesetzt wird. Es kann sich bei dem mit Bezugszeichen 53 gekennzeichneten Temperatursignal jedoch auch um die Temperatur handeln, die das Innere zum Beispiel der Einrückmagnetwicklung des Starters 1 nach mehreren erfolglosen Startversuchen aufweist. Die Startversuche der Verbrennungskraftmaschine sind aufgrund der umgesetzten Leistung mit einem erheblichen Temperaturanstieg innerhalb des Starters 1 verbunden, der dessen dynamisches Verhalten signifikant beeinflußt.A control signal 30 and a voltage signal 34 are applied to the input function block 50. and a signal 53 representing a temperature value Reference signal 53 designated temperature signal can be both the outside temperature act to which the starter 1 (see illustration according to FIG. 1) is exposed. It can, however, also change with the temperature signal identified by reference numeral 53 are the temperature that the inside of the engagement magnet winding of the Starters 1 after several unsuccessful start attempts. The start attempts of the internal combustion engine are significant due to the implemented performance Temperature rise within the starter 1 linked to its dynamic behavior significantly influenced.

Die Information 34, welche den Ladezustand eines in Figur 4 nicht dargestellten Energiespeichers charakterisiert sowie die Temperaturinformation 53 werden dem Eingabefunktionsblock 50 an einer Signalaufbereitung 52 zugeführt. In der Signalaufbereitung 52 lassen sich die Signale filtern bzw. verstärken und für die Weiterverarbeitung innerhalb des Verarbeitungsblockes 60 der elektronischen Ansteuerung eines Starters geeignet aufbereiten. Der Eingabefunktionsblock 50 gemäß der schematischen Wiedergabe in Figur 4 umfaßt darüber hinaus eine Schnittstellenauswertung 51, welcher das Ansteuersignal 30, einen Startwunsch repräsentierend aufgegeben wird. Die als Funktionsbaustein bezeichnete Schnittstellenauswertung 51 stellt gemäß der erfindungsgemäßen Lösung eine elektronische Schnittstelle dar, die als eine Verbindungsstelle zu einem CAN-Datenbus oder als eine bitserielle Schnittstelle beschaffen sein kann. Daneben kann die Schnittstellenauswertung 51 auch als ein Spannungseingang bzw. ein Stromeingang oder auch als einen Eingang zur Aufnahme eines Differenzsignals ausgebildet sein.The information 34, which shows the state of charge of an energy store (not shown in FIG. 4) are characterized as well as the temperature information 53 are the input function block 50 fed to a signal processor 52. Leave in signal conditioning 52 the signals are filtered or amplified and for further processing within the processing block 60 suitably prepare the electronic control of a starter. The input function block 50 according to the schematic representation in Figure 4 comprises In addition, an interface evaluation 51, which the control signal 30, a Representative start request is given up. The one called the function block Interface evaluation 51 provides an electronic according to the solution according to the invention Interface that acts as a connection point to a CAN data bus or as a bit serial interface can be provided. In addition, the interface evaluation 51 also as a voltage input or a current input or also as one Input for receiving a differential signal.

Die im Eingabefunktionsblock 50 verarbeiteten Signale, seien sie aus dem Ansteuersignal 30, der Information 34 über den Ladezustand eines Energiespeichers oder seien sie aus dem Temperatursignal 53 gewonnen, werden nach entsprechender Aufbereitung bzw. Schnittstellenauswertung als Ausgabesignale 54 bzw. 55 einem Verarbeitungsblock 60 aufgegeben. Der Verarbeitungsblock 60 seinerseits ist dem Eingabefunktionsblock 50 einerseits nachgeordnet, jedoch andererseits einem Ausgabefunktionsblock 70 vorgeschaltet.The signals processed in the input function block 50, be they from the control signal 30, the information 34 about the state of charge of an energy store or be from the Temperature signal 53 are obtained after appropriate processing or interface evaluation a processing block 60 as output signals 54 and 55, respectively. The processing block 60 is in turn the input function block 50 on the one hand downstream, but on the other hand upstream of an output function block 70.

Das aus der Schnittstellenauswertung 51 des Eingabefunktionsblocks 50 resultierende Ausgabesignal 55 wird einer Ablaufsteuerung 66 des Verarbeitungsblocks 60 aufgegeben. Die Ablaufsteuerung 66 generiert Ausgabesignale 67 bzw. 68, die voneinander entkoppelt Leistungsendstufen 69 des Ausgabeblockes 70 der elektronischen Ansteuerung aufgegeben werden.That resulting from the interface evaluation 51 of the input function block 50 Output signal 55 is given to a sequence controller 66 of processing block 60. The sequence controller 66 generates output signals 67 and 68, which are decoupled from one another Power output stages 69 of the output block 70 of the electronic control abandoned become.

Das Ausgabesignal 54, welches aus der Signalaufbereitung 52 des Eingabefunktionsblocks 50 stammt, wird einem Diagnosefunktionsbaustein 61 aufgegeben. Innerhalb des Diagnosefunktionsbausteins 61 werden aufgetretene Fehler erfaßt. So wird beispielsweise innerhalb des Diagnosefunktionsbausteins 61 die Spannungslage hinsichtlich des die Batteriespannung eines Energiespeichers charakterisierenden Signals 34 überprüft. Ferner werden mittels des Diagnosefunktionsbausteins 61 von einer dem Startermotor des Starters 1 zugeordneten Leistungsendstufen 69 generierte und an den Diagnosefunktionsbaustein 61 zurückgemeldete Signale erfaßt und Fehlfunktionen der dem Startermotor des Starters 1 und dem Einrückrelais zugeordneten Leistungsendstufe 69 diagnostiziert. Der Diagnosefunktionsbaustein 61 innerhalb des Verarbeitungsblockes 60 generiert ein Ausgangssignal, welches an eine dem Diagnosefunktionsbaustein 61 untergeordnete Sicherheitsfunktion 62 übermittelt wird. Abhängig von erfaßten Fehlfunktionen innerhalb des Diagnosefunktionsbausteins 61, so zum Beispiel hinsichtlich einer fehlerhaften Endstufe 69, werden über die Sicherheitsfunktion 62 Ausgabesignale 63 generiert, die an den Ablauf innerhalb der Ablaufsteuerung 66 eingreifen, so dass die Ausgabesignale 67 und 68, für eine als fehlerhaft erkannte, dem Startermotor oder dem Einrückrelais des Starters 1 zugeordnete Endstufe entsprechend modifiziert werden können. Daneben ist die Ablaufsteuerung 66 über eine bidirektionale Signalverbindung 65 mit einer Datensicherung 64 verbunden. Über die Datensicherung 64 innerhalb des Verarbeitungsblockes 60 können die einzelnen aufgetretenen Betriebszustände innerhalb der Ablaufsteuerung 66 und auch sonstige Betriebszustände erfaßt und archiviert werden. Der Datensicherungsblock 64 innerhalb des Verarbeitungsblockes 60 ist auslesbar, so dass die dort aufgezeichneten und erfaßten, beispielsweise bei Starterbetrieb ungünstigen Zuständen im Rahmen einer Fehlerursachenermittlung ausgelesen werden können und bei Folgestarts von der Ablaufsteuerung 66 berücksichtigt werden, beispielsweise in Form veränderter Ansteuersignale der Endstufen 69. Die mit Bezugszeichen 62 bezeichnete Sicherheitsfunktion ist mit vergleichsweise geringem Zusatzaufwand realisierbar und gewährleistet eine Temperaturüberwachung sowie eine Spannungsüberwachung, abhängig von den Eingangssignalen, die der Sicherheitsfunktion 62 über den Diagnosefunktionsbaustein 61 zugeleitet werden. Dem Diagnosefunktionsbaustein 61 kommt innerhalb des Verarbeitungsblockes 60 eine Steuerungsfunktion hinzu, da über den Diagnosefunktionsbaustein 61 von einer oder mehreren der Leistungsendstufen 69 rückgekoppelte Signale aufgegeben werden sowie die dem Diagnosefunktionsbaustein 61 hierarchisch untergeordnete Sicherheitsfunktion 62 von diesem eingangsseitig gesteuert wird.The output signal 54, which comes from the signal conditioning 52 of the input function block 50 comes, a diagnostic function block 61 is given. Within the diagnostic function block 61 errors that have occurred are recorded. For example, inside of the diagnostic function module 61 the voltage level with regard to the battery voltage of a signal 34 characterizing energy storage. Furthermore by means of the diagnostic function module 61 from one assigned to the starter motor of the starter 1 Power output stages 69 generated and reported back to the diagnostic function module 61 Signals detected and malfunctions of the starter motor of starter 1 and diagnosed the power output stage 69 associated with the engagement relay. The diagnostic function block 61 within the processing block 60 generates an output signal which to a safety function 62 subordinate to the diagnostic function module 61 is transmitted. Depending on detected malfunctions within the diagnostic function block 61, for example with regard to a faulty output stage 69, are via the Safety function 62 generates output signals 63 that correspond to the sequence within the sequence control 66 intervene so that the output signals 67 and 68, for one as faulty recognized output stage assigned to the starter motor or the engagement relay of starter 1 can be modified accordingly. In addition, the sequence control 66 is via a bidirectional signal connection 65 connected to a data backup 64. About data backup 64 within processing block 60 may be the individual ones that occurred Operating states within the sequence control 66 and also other operating states recorded and archived. Backup block 64 within the processing block 60 can be read out, so that those recorded and recorded there, for example at Unfavorable starting conditions are read out as part of a fault cause determination can be taken into account and are taken into account by the sequence control 66 during subsequent starts, for example in the form of changed control signals of the output stages 69. Those with reference numerals 62 designated safety function is with comparatively little additional effort feasible and ensures temperature monitoring and voltage monitoring, depending on the input signals of the safety function 62 via the diagnostic function block 61 are forwarded. The diagnostic function block 61 comes a control function is added within the processing block 60, as via the diagnostic function block 61 fed back from one or more of the power output stages 69 Signals are given and the diagnostic function module 61 hierarchically subordinate safety function 62 is controlled by this on the input side.

Abhängig von den in der Ablaufsteuerung 66 erzeugten generierten Ausgangssignalen 67 für eine Leistungsendstufe 69 für ein Einrückrelais 3 bzw. abhängig von dem der Leistungsendstufe 69 für die Ansteuerung des Startermotors des Starters 1 generierten Ausgabesignals 68 werden in den Leistungsendstufen 69 voneinander entkoppelte und bereits innerhalb der Ablaufsteuerung 66 entkoppelte Ausgabesignale 71, 72 generiert. Die Leistungsendstufen 69 innerhalb des Ausgabeblockes 70 der elektronischen Ansteuerung für einen Starter werden bevorzugt als Leistungshalbleiter mit niederohmigen Schaltelementen ausgebildet. Als niederohmige Schaltelemente kommen zum Beispiel Feldeffekttransistoren, Bipolartransistoren oder IGBT's zum Einsatz.Depending on the generated output signals 67 generated in the sequence controller 66 for a power output stage 69 for an engagement relay 3 or depending on that of the power output stage 69 generated for the control of the starter motor of starter 1 output signal 68 are decoupled from one another in the power output stages 69 and already decoupled output signals 71, 72 generated within the sequence controller 66. The power output stages 69 within the output block 70 of the electronic control for a starter are preferred as power semiconductors with low-resistance switching elements educated. Field-effect transistors, for example, come as low-resistance switching elements, Bipolar transistors or IGBTs are used.

Die Integration von Leistungshalbleitern als Leistungsendstufen 69 innerhalb des Ausgabeblockes 60 der elektronischen Ansteuerung bietet den Vorteil, dass durch deren freie Programmierung das dynamische Verhalten des Starters leichter beeinflußbar ist. Die Leistungsendstufen 69, von der je einer dem Einrückrelais 3 sowie dem Startermotor des Starters 1 zugeordnet ist, beseitigt sich durch unerwünschte Kopplungen ergebende Nachteile hinsichtlich der Auslegung. Ferner ist durch die Integration der Leistungsendstufe 69 in Form von Halbbrücken in den Ausgabeblock 70 eine Redundanz erzielbar, die ein unbeabsichtigtes Ansteuern des Starters durch einen defekten Leistungstransistor wirksam unterbindet. Eine Realisierung dieser Funktion der Redundanz mit herkömmlichen elektromechanischen Relais wäre ungleich aufwendiger.The integration of power semiconductors as power amplifiers 69 within the output block 60 of the electronic control offers the advantage that through its free programming the dynamic behavior of the starter is easier to influence. The power output stages 69, one each of the engagement relay 3 and the starter motor of the Starters 1 is assigned, eliminates disadvantages resulting from undesirable couplings in terms of interpretation. Furthermore, by integrating the power output stage 69 in the form of half bridges in the output block 70, redundancy can be achieved which is unintended Driving the starter effectively prevented by a defective power transistor. A realization of this function of redundancy with conventional electromechanical Relays would be much more complex.

Die als Leistungsendstufe 69 bevorzugt eingesetzten Leistungshalbleiter mit niederohmigen Schaltelementen bieten ferner den Vorteil, dass durch eine geeignete Taktung der Leistungsendstufe 69 sich nahezu jeder beliebige Stromwert zwischen Null und einem Maximalstromwert einstellen läßt, wodurch die über die erfindungsgemäße elektronische Ansteuerung beaufschlagten Starter einschließlich Einrückrelais 3 durch einfachste Modifikationen auch an Bordnetzen mit zeitweise größerer Spannung (beispielsweise bei Starthilfe mit 42V) eingesetzt werden können. Die Leistungsendstufe 69 kann aus Gründen der Redundanz Leistungshalbleiterhalbbrücken umfassen. Ferner ist durch erfindungsgemäß vorgeschlagene elektronische Ansteuerung eine leichte Systemanpassung bereits vorhandener Starter an neue Applikationen durch einfachste Softwareänderung realisierbar. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung durch Einsatz von Leistungshalbbrücken vermeidet den Einsatz zweier elektromechanisch in Reihe geschalteter Relais sowie insgesamt die mit elektromechanischen Schalter verbundenen Nachteile hinsichtlich Kontaktprellens, Kontaktkorrosion, übermäßigem Kontaktverschleiß durch Abbrand. Ferner kann durch die Leistungsendstufen 69, die bevorzugt als Leistungshalbleiter mit geringen Ansteuerleistungen ausgebildet werden, ein zusätzlicher Aufwand durch dem Einrückrelais 3 gegebenenfalls vorzuschaltende Vorschaltrelais vermieden werden. Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektronischen Ansteuerung eines Starters 1 samt Einrückrelais 3 können Rückwirkungen des Verbrennungsmotors auf das Startrelais über den am Starter 1 vorgesehenen mechanischen Einspurbetrieb ausgeschlossen werden. Das Einrückrelais 3 ist mechanisch an den Antriebsstrang des Startermotors gekoppelt. Die beim Durchdrehen der Verbrennungskraftmaschine auftretenden oszillierenden Bewegungen des Antriebsritzels werden teilweise auf den Anker im Einrückrelais 3 übertragen und können zum Teil den Abschaltvorgang nachhaltig beeinflussen, so zum Beispiel durch ein Prellen der Kontakte.The power semiconductors preferably used as power output stage 69 with low-resistance Switching elements also offer the advantage that the power output stage can be clocked appropriately 69 almost any current value between zero and a maximum current value can be set, whereby the electronic control according to the invention acted starter including engagement relay 3 by simple modifications also on on-board electrical systems with occasionally greater voltage (for example when starting a vehicle with 42V) can be used. The power output stage 69 can for reasons of redundancy Power semiconductor half bridges include. Furthermore, proposed by the invention electronic control a slight system adaptation of existing ones Starter for new applications can be implemented by simply changing the software. The invention avoids proposed solution by using power half bridges the use of two electromechanically connected relays and a total of disadvantages associated with electromechanical switches with regard to contact bouncing, contact corrosion, excessive contact wear due to erosion. Furthermore, through the power amplifiers 69, which is preferred as a power semiconductor with low control powers are formed, an additional effort by the engagement relay 3 if necessary upstream relay to be avoided. With the proposed according to the invention Electronic control of a starter 1 including engagement relay 3 can have repercussions the internal combustion engine to the start relay via that provided on starter 1 mechanical single-track operation can be excluded. The engagement relay 3 is mechanical coupled to the drive train of the starter motor. The one when the internal combustion engine is spinning occurring oscillating movements of the drive pinion partially transferred to the armature in the engagement relay 3 and can partially switch off lasting influence, for example by bouncing the contacts.

Figur 5 zeigt die schematischen Signalverläufe zweier Ansteuersignale für den Startermotor und das Einrückrelais, jeweils aufgetragen als Blocksignale über die Zeitachse.FIG. 5 shows the schematic signal curves of two control signals for the starter motor and the engagement relay, each plotted as block signals over the time axis.

Im oberen Diagramm der Darstellung gemäß Figur 5 ist der mit Bezugszeichen 80 gekennzeichnete Verlauf des Ausgabesignals der Leistungsendstufe 69 für den Startermotor des Starters 1 wiedergegeben. Während einer Andrehphase 81, die beispielsweise über einen Zeitraum von wenigen ms andauert, werden Spannungssignale in Blockform generiert, wobei diese Spannungssignale eine erste Signallänge 84 aufweisen. Nach Ablauf der Andrehphase 81 des Antriebsritzels 18 wird dieses innerhalb einer sich anschließenden Vorspur bzw. Verdrehungsphase 82 in eine Umfangsposition bewegt, in welcher ein Einspuren des Antriebsritzels 18 in die Zahnfreiräume des Zahnkranzes 20 (vgl. Darstellung gemäß Figur 1) einer Schwungscheibe der Verbrennungskraftmaschine erfolgen kann. Nach Ablauf der Vorspur-/Verdrehphase des Antriebsritzels 18 erfolgt innerhalb einer Einspurphase 83 von einer Dauer von wenigen ms das Einspuren des Antriebsritzels 18 in die Zahnfreiräume des erwähnten Zahnkranzes 20 der Schwungscheibe der Verbrennungskraftmaschine. An die Einspurphase 83, während der die Signale in einer zweiten Signallänge 95 analog zur zweiten Signallänge 85 während der Vorspur-/Verdrehphase anliegen, schließt sich eine Durchdrehphase 86 der Verbrennungskraftmaschine an. Während dieser Durchdrehphase wird der Antrieb der Verbrennungskraftmaschine, die anzulassen ist, vom Startermotor des Starters 1 aufgebracht. Zur Vermeidung von Überlastungen hinsichtlich einer übermäßig hohen Temperatur kann die Durchdrehphase 86 auf eine Maximaldauer 87 begrenzt werden, die innerhalb der in Figur 4 dargestellten Sicherheitsfunktion 62, welche dem Diagnosefunktionsbaustein 61 nachgeordnet ist, abgespeichert ist. Bei Überschreiten der Maximaldauer 87 der Durchdrehphase kann über die Sicherheitsfunktion 62 entsprechend in die Ablaufsteuerung 66 eingegriffen werden, so dass die Ausgabesignale 67 und 68 an die Leistungsendstufen 69, welche den Startermotor des Starters 1 und das Einrückrelais ansteuert, entsprechend beeinflusst wird. Erst nach Abkühlung im Falle einer Temperaturüberschreitung oder nach Herabsetzung bzw. Steigerung der Spannung 34 auf einen zulässigen Wert, wird in entgegengesetzte Richtung in die Ablaufsteuerung 66 eingegriffen, so dass ein erneuter Start ausgelöst werden kann. Die Länge der einzelnen Ansteuerzeiten kann je nach Datenbestand innerhalb des Diagnosebausteines 61 und des Datensicherungsbausteines 64 variiert bzw. angepasst werden.In the upper diagram of the illustration according to FIG. 5, the one marked with reference number 80 is shown Course of the output signal of the power stage 69 for the starter motor of the Played starters 1. During a starting phase 81, for example over a Duration of a few ms, voltage signals are generated in block form, these voltage signals having a first signal length 84. After the start-up phase 81 of the drive pinion 18, this becomes within a subsequent toe-in or twisting phase 82 moved into a circumferential position in which an engagement of the drive pinion 18 in the tooth clearances of the ring gear 20 (see Figure 1) a flywheel of the internal combustion engine can take place. After expiration the toe-in / twist phase of the drive pinion 18 takes place within a single-track phase 83 the engagement of the drive pinion 18 in the tooth spaces with a duration of a few ms of the above-mentioned ring gear 20 of the flywheel of the internal combustion engine. To the single-track phase 83, during which the signals are analog in a second signal length 95 to the second signal length 85 during the toe-in / twist phase closes a spin phase 86 of the internal combustion engine. During this spinning phase is the drive of the internal combustion engine to be started by the starter motor the starter 1 applied. To avoid overloading with regard to a Excessively high temperature may limit the spin phase 86 to a maximum duration 87 be within the safety function 62 shown in Figure 4, which is subordinate to the diagnostic function module 61, is stored. If exceeded the maximum duration 87 of the spin phase can be correspondingly via the safety function 62 can be intervened in the sequence controller 66, so that the output signals 67 and 68 to the power output stages 69, which the starter motor of starter 1 and the engagement relay controlled, is influenced accordingly. Only after cooling in the event of a temperature exceeding or after reducing or increasing the voltage 34 to one permissible value, intervention in the sequence control 66 takes place in the opposite direction, so that a new start can be triggered. The length of the individual activation times can, depending on the data stock within the diagnostic module 61 and the data backup module 64 can be varied or adapted.

Im unteren in Figur 5 wiedergegebenen Diagramm ist der Verlauf 90 des Ausgabesignals der Leistungsendstufe 69 für das Einrückrelais 3 wiedergegeben. Während einer parallel zur Andrehphase 81 des Startermotors sich erstreckenden inaktiven Phase 91 des Einrückrelais 3 bleibt dieses vollständig passiv. Zum Zeitpunkt 92 wird ein Einrücksignal generiert, welches zum Ausgabesignal 71 der Leistungsendstufe 69, die das Einrückrelais 3 beaufschlagt, korrespondiert. Während der Einrückphase 94 bleibt dieses Ausgabesignal 71 anstehen bis zum Ende der Einrückphase 93, welche durch Bezugszeichen 93 auf der Zeitachse präsentiert wird. Nach Schluß der Einrückphase 94 liegen rechteckförmige Spannungssignale, identifiziert durch Bezugszeichen 95, sowohl während einer zur Einspurphase 83 korrespondierenden Dauer am Einrückrelais 3 an, die darüber hinaus auch während der Durchdrehphase 86 der Verbrennungskraftmaschine anliegen. Während der Durchdrehphase 86 hat die Verbrennungskraftmaschine noch nicht die Drehzahl angenommen, welche ein Ausspuren des Antriebsritzels 18 mit Hilfe des als Überholkupplung ausgebildeten Freilaufs 14 auf der Ankerwelle 13 des Startermotors des Starters 1 erforderlich macht. Mit der erfindungsgemäßen Lösung sind mechanische Rückwirkungen des Verbrennungsmotors auf das Einrückrelais 3, die über den mechanischen Einspurbetrieb bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsvariante gemäß des Standes der Technik auftreten können, ausgeschlossen.The course 90 of the output signal is in the lower diagram shown in FIG the power output stage 69 reproduced for the engagement relay 3. During a parallel to the starting phase 81 of the starter motor extending inactive phase 91 of the engagement relay 3 this remains completely passive. An engagement signal is generated at time 92, which to the output signal 71 of the power output stage 69, which acts on the engagement relay 3, corresponds. This output signal 71 remains during the engagement phase 94 are pending until the end of the engagement phase 93, which is indicated by reference numeral 93 on the time axis is presented. After the end of the engagement phase 94 there are rectangular voltage signals, identified by reference number 95, both during a single-track phase 83 corresponding duration on engagement relay 3, which also during the spin phase 86 of the internal combustion engine. During the spinning phase 86 the internal combustion engine has not yet assumed the speed, which tracks the drive pinion 18 with the aid of an overrunning clutch Freewheel 14 on the armature shaft 13 of the starter motor of the starter 1 is required makes. With the solution according to the invention there are mechanical repercussions of the internal combustion engine on the engaging relay 3, which via the mechanical single-track operation occur in the embodiment shown in Figure 1 according to the prior art can, excluded.

Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung läßt sich insbesondere durch die Implementierung der Schutzfunktion 62 innerhalb des Verarbeitungsblockes 60 erreichen, dass der Startermotor des Starters 1 vor zu langer Ansteuerung bewahrt wird. Ferner können unzulässig hohe Temperaturen zu Auswirkungen auf die Dynamik des Starters führen. Die Temperatur des Einrückrelais 3 des Starters 1 bzw. eine Fehlfunktion der diesem zugeordneten Endstufen 69 kann durch den Diagnosefunktionsbaustein 61 erkannt werden, der über die Sicherheitsfunktion 62 dementsprechend in die Ablaufsteuerung 66 innerhalb des Verarbeitungsblockes 60 eingreift.The solution proposed according to the invention can be implemented in particular the protective function 62 within the processing block 60, that the starter motor of starter 1 is prevented from being activated for too long. Can also impermissibly high temperatures can affect the dynamics of the starter. The temperature of the engagement relay 3 of the starter 1 or a malfunction of the one assigned to it Power amplifiers 69 can be recognized by the diagnostic function module 61, which accordingly via the safety function 62 in the sequence control 66 within the Processing block 60 engages.

Figur 6 zeigt Halbleiterbauelemente, die innerhalb des Ausgabeblockes gemäß Figur 3 bzw. Figur 4 innerhalb der Leistungsendstufen eingesetzt werden können.FIG. 6 shows semiconductor components which are within the output block according to FIG. 3 or Figure 4 can be used within the power stages.

Die Leistungsendstufen 69 (verg. Darstellung gemäß Figur 4) können neben Feldeffekttransistoren 101, deren Steuerung mittels "Feldeffekt" durch die Steuerspannung erfolgt und deren Spannungsabfall durch den wirksamen Durchlasswiderstand gegeben ist, auch Bipolartransistoren 102 enthalten. Die Bipolartransistoren 102 werden durch einen Steuerstrom angesteuert und zeichnen sich durch ein gutes Durchlassverhalten aus. Mit Bezugszeichen 103 sind in Figur 6 IGBT's (integrated gate bipolar transistor) dargestellt, die eine Kombination aus Feldeffekttransistoren 101 und Bipolartransistor 102 darstellen. Die IGBT's 103 werden durch eine Steuerspannung angesteuert. Diese elektronischen Bauelemente zeichnen sich insbesondere durch eine nahezu leistungsfreie Ansteuerung aus, die nahezu ohne Strom nur durch die Spannung erfolgt. Mit Bezugszeichen 104 sind MCT's bezeichnet (MOS-Controlled-Thyristor); während Bezugszeichen 105 IGCT's Halbleiterbauelemente bezeichnet, welche Kombination aus einem MOS-FET-Transistor und einem GTO-Thyristor darstellen. Dieses mit Bezugszeichen 105 gekennzeichnete elektronische Bauelement vereinigt im wesentlichen das sehr gute Durchlassverhalten eines Thyristors mit dem Schaltvermögen bipolarer Transistoren 102.The power output stages 69 (shown in FIG. 4) can have field effect transistors 101, the control of which is effected by means of the "field effect" by the control voltage and whose voltage drop is given by the effective forward resistance, too Bipolar transistors 102 included. The bipolar transistors 102 are powered by a control current controlled and are characterized by good passage behavior. With reference numbers 103 are shown in FIG. 6 IGBTs (integrated gate bipolar transistor), the one Represent a combination of field effect transistors 101 and bipolar transistor 102. The IGBT's 103 are controlled by a control voltage. These electronic components are characterized in particular by an almost power-free control that with almost no current only by the voltage. Reference numerals 104 are MCTs designated (MOS Controlled Thyristor); while reference numeral 105 IGCT's semiconductor devices denotes which combination of a MOS-FET transistor and a Represent GTO thyristor. This electronic, identified by reference number 105 Component essentially combines the very good transmission behavior of a thyristor with the switching capacity of bipolar transistors 102.

Figur 7 sind die Ausgestaltungsmöglichkeiten der Schnittstellenauswertung 51 gemäß der Darstellung in Figur 4 innerhalb des Eingabefunktionsblockes zu entnehmen. Die Schnittstellenauswertung 51 im Eingabefunktionsblock 50 kann ein als Stromwert vorliegendes Ansteuersignal in ein Ausgabesignal 55 umwandeln und als eine Strom-/Spannungsschnittstelle 106 ausgebildet sein. Daneben kann die Schnittstellenauswertung 51 auch eine Spannungsdifferenz ΔU, die Eingangsseitig an dieser anliegt, in einen Ausgabesignal 55 umwandeln, welches einer Spannung entspricht (verl. Bezugszeichen 107) in Figur 7. Daneben ist es auch möglich, die Schnittstellenauswertung 51 als Spannungs-Schnittstellenauswertung 108 auszugestalten, ebenso wie eine Ausgestaltung der Schnittstellenauswertung 51 gemäß Figur 4 im Eingabefunktionsblock 50 durch eine Bit/Spannungsumwandlung, beispielsweise durch bitserielle Auswertung auf einem CAN-Datenbus gegebener Signale, zu realisieren. Figure 7 are the design options of the interface evaluation 51 according to the Representation in Figure 4 can be seen within the input function block. The interface evaluation 51 in the input function block 50 can be a current value Convert drive signal into an output signal 55 and as a current / voltage interface 106 be formed. In addition, the interface evaluation 51 also a voltage difference .DELTA.U, which is present on the input side thereof, in an output signal 55 convert, which corresponds to a voltage (ex. 107) in Figure 7. In addition, it is also possible to use the interface evaluation 51 as a voltage interface evaluation 108, as well as a design of the interface evaluation 51 according to FIG. 4 in the input function block 50 by a Bit / voltage conversion, for example by bit serial evaluation on a CAN data bus given signals to realize.

LIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Starterstarter
22: Gehäusecasing
33: Einrückrelais/EinrückmagnetEngaging relay / engagement magnet
44: elektrischer Anschlußelectrical connection
55: Schaltachseswitching axis
66: Magnetankerarmature
77: Ankerhubarmature stroke
88th: Magnetwicklungmagnet winding
99: Relaiskontaktrelay contact
1010: RückstellfederReturn spring
1111: EinrückhebelEngaging lever
1212: Anlenkpunktarticulation
1313: Ankerwellearmature shaft
1414: Freilauffreewheel
1515: FreilaufrollenIdlers
1616: Mitnehmertakeaway
1717: Anlenkpunkt FreilaufhülseArticulation point freewheel sleeve
1818: Antriebsritzelpinion
1919: Antriebslagerdrive bearing
2020: Zahnkranzsprocket
2121: Vorgelege (Planetengetriebe)Reduction gear (planetary gear)
2222: Planetenradplanet
2323: Hohlrad (Zahnkranz)Ring gear
2424: Federfeather

3030: Ansteuersignalcontrol signal
3131: Magnetschaltermagnetic switches
3232: erstes Kontaktstückfirst contact piece
3333: zweites Kontaktstücksecond contact piece
3434: Batteriespannungbattery voltage
3535: Ansteuerstrom Startmotor Starter 1Trigger current for starter motor 1
3636: Einrückfunktion des Einrückrelais 3Engagement function of the engagement relay 3

4040: StartwunschHomeWish

5050: EingabefunktionsblockInput function block
5151: Schnittstellenauswertung Interface evaluation
5252: Signalaufbereitungsignal conditioning
5353: Temperatursignaltemperature signal
5454: Ausgabe SignalaufbereitungOutput signal processing
5555: Ausgabe SignalschnittstellenauswertungOutput of signal interface evaluation

6060: Verarbeitungsblockprocessing block
6161: DiagnosefunktionsbausteinDiagnostic function block
6262: Sicherheitsfunktionsafety function
6363: Ausgabesignal SicherheitsfunktionOutput signal safety function
6464: DatensicherungsbausteinBackup module
6565: Ausgang/Eingang DatensicherungsbausteinOutput / input data backup module
6666: Ablaufsteuerungflow control
6767: Ausgabesignal für Leistungsendstufe Einrückrelais 3Output signal for power output stage engagement relay 3
6868: Ausgabesignal für Leistungsendstufe Startermotor Starter 1Output signal for power output stage starter motor starter 1
6969: Leistungsendstufenpower amplifiers

7070: Ausgabeblockoutput block
7171: Ausgabesignal für Einrückrelais 3Output signal for engagement relay 3
7272: Ausgabesignal für Startermotor Starter 1Output signal for starter motor starter 1

8080: Verlauf Ausgabesignal Leistungsendstufe StartermotorOutput signal output power stage starter motor
8181: AndrehphaseAndrehphase
8282: Vorspur-/Verdrehphase AntriebsritzelToe-in / twist phase drive pinion
8383: EinspurphaseEinspurphase
8484: erste Signallängefirst signal length
8585: zweite Signallängesecond signal length
8686: Durchdrehphase VerbrennungskraftmaschineSpinning phase of an internal combustion engine
8787: Maximaldauer DurchdrehphaseMaximum duration of the spinning phase

9090: Verlauf Ausgabesignal Leistungsendstufe Einrückrelais 3Output signal signal power output stage engagement relay 3
9191: inaktive Phaseinactive phase
9292: Beginn EinrückphaseStart of engagement phase
9393: Ende EinrückphaseEnd of engagement phase
9494: Einrückphasestarting phase
9595: Blocksignalblock signal

101101: FETFET
102102: bipolarer Transistor bipolar transistor
103103: IGBTIGBT
104104: MCTMCT
105105: IGCTIGCT
106106: Strom-/SpannungsschnittstelleCurrent / voltage interface
107107: ΔU/U-Schnittstelle.DELTA.U / U interface
108108: U/U-SchnittstelleU / U interface
109109: Bit/Spannungs-SchnittstelleBit / voltage interface

Claims

Method for controlling a starter (1) for internal combustion engines, the starter (1) comprising a starter motor and an engaging relay (3) and control signals (71, 72) for the starter motor and engaging relay (3) being generated after the following method steps have been carried out:

the transmission of a start request (40) to an input function block (50),

the processing of signals (54, 55) of the input function block (50) in a processing block (60) containing a diagnostic function block (61), a safety function (62) and a sequential control system (66)

the generation of decoupled control signals (71, 72) by means of an output block (70) with clockable power output stages (69).

Method according to Claim 1, characterized in that signals relevant to control are coupled in within the input function block (50) via an interface evaluation (51) by means of an electronic interface designed as a CAN data bus or bit serial interface.

Method according to Claim 2, characterized in that the interface evaluation (51) takes place via an electronic interface configured as a voltage input or as a current input.

A method according to claim 1, characterized in that a temperature signal (53) is supplied to the input function block (50) as an input signal.

A method according to claim 4, characterized in that the temperature signal (53) represents the temperature of the engagement magnet of the starter (1).

A method according to claim 4, characterized in that the temperature signal (53) represents the outside temperature.

A method according to claim 4, characterized in that the temperature signal (53) represents the temperature of an internal combustion engine (cooling water temperature or oil temperature).

Method according to claim 1, characterized in that malfunctions of the power output stages (69), exceeding of a permissible temperature and the duration (87) of the cranking phase (86) of the internal combustion engine are detected within the diagnostic function module (61).

Method according to claim 8, characterized in that malfunctions detected by means of the diagnostic function block (61) are archived in a data backup (64) of the processing block (60) so that they can be read out.

A method according to claim 1, characterized in that the safety function (62) against overloading the starter motor of the starter (1) is hierarchically arranged after the diagnostic function block (61).

A method according to claim 1, characterized in that the sequence controller (66) receives signals (63) of the safety function (62) and generates output signals (67, 68) for power semiconductor components forming power output stages (69).

A method according to claim 1, characterized in that within the output block (70) the control signals (71, 72) for the "engagement" function for the engagement relay (3) and the "switch current" function for the starter motor of the starter (1) from each other decoupled.

Method according to Claim 1, characterized in that the control signal (72) for the starter motor of the starter (1), which is generated in the power semiconductor component (69) assigned to it, is emitted into the starter (1) as a control signal (72) and simultaneously switched on the diagnostic function block (61) is transmitted.

Device for carrying out the method according to one or more of the preceding claims with a starter (1) having an engagement magnet (3), characterized in that the starter (1) is assigned an electronic control system which has an input function block (50), a processing block ( 60) and an output block (70), the output block (70) comprising power stages (69) designed as power semiconductor components (69) which are freely programmable and can be freely preselected and clocked.

Device according to claim 1, characterized in that the power output stages (69) are designed as power semiconductors with low-resistance switching elements.

Device according to claim 14, characterized in that the power semiconductors (69) are designed as field effect transistors.

Device according to claim 14, characterized in that the power semiconductors (69) are designed as bipolar transistors.

Device according to claim 14, characterized in that the power semiconductors (69) are designed as IGBT components.

Device according to claim 14, characterized in that the power semiconductors (69) are designed as MCT components (Mos Controlled Thyristor).

Device according to claim 14, characterized in that the power semiconductors (69) are designed as IGCT (Integrated Gate Commutated Thyristor).