EP1883751A2 - Starting device for internal combustion engines in motor vehicles - Google Patents

Starting device for internal combustion engines in motor vehicles

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Publication number
EP1883751A2
EP1883751A2 EP06755069A EP06755069A EP1883751A2 EP 1883751 A2 EP1883751 A2 EP 1883751A2 EP 06755069 A EP06755069 A EP 06755069A EP 06755069 A EP06755069 A EP 06755069A EP 1883751 A2 EP1883751 A2 EP 1883751A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
starter
armature
relay
starter relay
return spring
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06755069A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Karl-Otto Schmidt
Sven Hartmann
Klaus Heyers
Thomas Botzenhard
Walter Gerschwitz
Birgit Kuettner
Steffi Grellscheid
Apostolos Tsakiris
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1883751A2 publication Critical patent/EP1883751A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02N11/00Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/08Circuits or control means specially adapted for starting of engines
    • F02N11/0851Circuits 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
    • F02N11/0855Circuits 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 during engine shutdown or after engine stop before start command, e.g. pre-engagement of pinion
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02NSTARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/08Circuits or control means specially adapted for starting of engines
    • F02N11/087Details of the switching means in starting circuits, e.g. relays or electronic switches
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02N15/02Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof
    • F02N15/04Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof the gearing including disengaging toothed gears
    • F02N15/06Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof the gearing including disengaging toothed gears the toothed gears being moved by axial displacement
    • F02N15/067Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof the gearing including disengaging toothed gears the toothed gears being moved by axial displacement the starter comprising an electro-magnetically actuated lever
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/009Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents using means for generating position or synchronisation signals
    • F02D2041/0095Synchronisation of the cylinders during engine shutdown
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D2041/2027Control of the current by pulse width modulation or duty cycle control
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H51/00Electromagnetic relays
    • H01H51/02Non-polarised relays
    • H01H51/04Non-polarised relays with single armature; with single set of ganged armatures
    • H01H51/06Armature is movable between two limit positions of rest and is moved in one direction due to energisation of an electromagnet and after the electromagnet is de-energised is returned by energy stored during the movement in the first direction, e.g. by using a spring, by using a permanent magnet, by gravity
    • H01H51/065Relays having a pair of normally open contacts rigidly fixed to a magnetic core movable along the axis of a solenoid, e.g. relays for starting automobiles

Definitions

  • the invention relates to a starting device for internal combustion engines in motor vehicles according to the preamble of claim 1 with a starter relay according to the preamble of claim 5.
  • the starting device with the characterizing features of claim 1 has the advantage that the starter relay via a first path section with low dynamics and decreasing retraction force by the two-stage operation of the starter relay initially with the start of the stop phase for so-called pre-insertion of the starter pinion with open switching contact into the ring gear of the machine with a strongly reduced noise. Only at the beginning of the start phase is the switching contact of the starter relay in the last path section now closed with full dynamics and thus the starter motor is switched on. As a result, a separate control of the starter relay and the starter motor on space and costly semiconductor switch is also avoided. Another advantage is that a gentle engagement of the starter pinion wear on the mechanical parts can be greatly reduced.
  • the starter relay for stopping the armature after the meshing of the starter pinion in the stop phase is designed such that the magnetic force generated by the holding current in the first path portion of the armature greater than the force of the biased armature return spring, but less than the force another effective in the last path portion of the armature, preferably biased return spring.
  • the biasing force of the further return spring is in expedient manner adjusted so that the anchor is able to overcome them only with increased energization of the starter relay for the last path section.
  • the armature is provided on its front, the magnetic core facing end side with an axially projecting collar which engages in the rear path portion of the armature via the front end of the magnetic core.
  • the armature of the starter relay at the end of the first path section on the further return spring can support.
  • a possible immediate start of the machine to advance the switching contact already in the first path portion of the armature until just before closing and to hold there by the biased further return spring during the stop phase.
  • a contact pressure spring of the starter relay can be advantageously used as a further return spring, wherein already in the first stage, the switching rod carrying the switching contact is advanced to its support on the contact pressure spring.
  • Figure 1 is a schematic representation of the starting device for internal combustion engines in a general embodiment of the
  • FIG. 2 shows a first exemplary embodiment
  • FIG. 4 shows a time diagram with the essential variables for a start-stop sequence
  • Figure 5 shows a schematic representation of the Starting device (a) at rest, (b) in Einspurschreib and (c) in the start state.
  • Figure 6 shows in a further embodiment, a modified starter relay in longitudinal section
  • Figure 7 shows the path-force characteristics of the starter relay according to Figure 6 and
  • Figure 8 shows a schematic representation of the starting device a) in the idle state b) in Einspurschreib and c) in the start state.
  • FIG. 1 shows, in a schematic representation, a starter device according to the invention designated for 10 for internal combustion engines in motor vehicles. It essentially comprises a starter motor 11, a starter relay 12 and a starter pinion 13 for axial meshing in a ring gear 14 of an internal combustion engine 15 and a control unit 19.
  • the starter relay 12 has a relay winding 16, a plunger 17 and a switching contact 18 for switching the main current for the starter motor 11.
  • the control unit 19 supplies the relay winding 16 via a transistor Tri.
  • the starter motor 11 is directly controlled by a further transistor Tr2 via a terminal K145 from the control unit 19.
  • Transistors Tri and Tr2 are on the input side via the terminal B + at the positive pole of the on-board voltage of the motor vehicle, not shown, or at the positive pole of a rechargeable battery of the vehicle.
  • the transistors Tri and Tr2 are controlled separately at their control terminals via a microprocessor ⁇ P, which in turn can be controlled on the input side via a control bus 20 by an engine control unit 21.
  • the engine control unit 21 can be activated via an ignition lock 22 and also detects various signals via an input bus 23 Driving condition of the motor vehicle, such as a clutch operation, a brake operation, the position of a gear selector lever, the engine and the wheel speed and the like.
  • the microprocessor of the control unit 19 is connected to a temperature sensor T, which detects the temperature of the starting device 10.
  • the starting device 10 is activated during the driving operation of a vehicle by the engine control unit 21, in which the internal combustion engine is switched off from there at the beginning of a stop phase of the vehicle, for example by detecting the rotational speed at the front wheels of the vehicle.
  • This is first triggered via the control bus 20 of the control unit 19 in a first stage Einspurvorgang the starter pinion 13 in the ring gear 14 of the machine 15 by a dosed excitation current is applied to the starter relay 12 via the transistor Tri.
  • the starter pinion 13 is now advanced axially via an engagement lever 24 for meshing in the ring gear 14.
  • the starter motor 11 is driven metered by the control unit 19 via the transistor Tr2 via the motor terminal K145, in order to turn the starter pinion 13 gently into the next tooth gap on the ring gear 14 in a tooth-on-tooth position.
  • the starter pinion 13 now spurs completely silent in the ring gear 14 of the machine 15 and is held by the starter relay 12 in this position.
  • the switching contact 18 remains in the open position. Only when, for example, by pressing the accelerator pedal, the driver's start request is detected by a corresponding signal of the engine control unit 21 to the control unit 19, the starter relay 12 is driven in a second stage for starting the engine 15 via the transistor Tri with increased current and thereby the switching contact 18 closed with full force.
  • the starter motor 11 via the switching contact 18 of the starter relay 12 to the Terminal B + of the accumulator battery, not shown switched and the engine 15 is turned on immediately with full force.
  • FIG. 2 shows the first embodiment
  • Starter relay 12 of Figure 1 in its structural design in longitudinal section.
  • the starter relay 12 has a relay winding 16 which is mounted on a support body 25 on a magnetic core 26.
  • the relay winding 16 is inserted in a metallic housing 27, in the front, open end of the magnetic core 26 is received.
  • an armature 28 of the relay is axially guided in an opening, which dips into the relay winding 16.
  • a central bore of the armature 28 of the plunger 17 is fixed, whose head-side end has a so-called paddle 29 for receiving the engaging lever 24 ( Figure 1).
  • a shift rod 30 is guided by means of an insulating sleeve 31, wherein the front end of the shift rod with a distance a from the end of the plunger 17 is opposite.
  • a contact bridge 18 a is received axially displaceable, which cooperates with two mating contacts 18 mounted in a switch cover 32.
  • the contact bridge 18a is supported in its illustrated rest position via a Isolierstoffkappe 33 on the magnetic core 26 from.
  • Contact bridge 18a and mating contacts 18b thus form the switching contact 18 of the contact relay, which is enclosed by the mounted on the end face of the housing 27 switch cover 32.
  • an armature return spring 35 is arranged, which is supported on the one hand at the bottom of the recess 34 and on the other hand on the magnetic core 26 of the relay. Furthermore, in a known manner in the switch cover 32, a contact return spring 36, which is supported on the one hand at the bottom of the switch cover 32 and on the other hand on a fixed to the right end of the shift rod 30 support plate 37.
  • a contact pressure spring 38 is located in an axial recess 39 on the right side of the magnetic core 26. This spring 38 is supported on the one hand on the Isolierstoffkappe 33 on the contact bridge 18a and on the other hand on the insulating sleeve 31 on the shift rod 30 from. All three springs are biased, the more biased contact return spring 36 holds the contact bridge 18a against the bias of the contact pressure spring 38 is pressed into the rest position shown.
  • the magnetic circuit of the starter relay 12 is designed in such a way that a path change is achieved in a middle path range of the armature path s, which is almost proportional to the change in the magnetic flux of the relay winding 16 runs.
  • the armature 28 engages concentrically in its last path range s o with small radial air gap over the magnetic core 26, in which the armature 28 is provided on its front, the magnetic core 26 facing end face with an axially projecting collar 41, which over the last Weg Scheme s o of the armature 28 is inserted into a recess 42 mounted on the circumference of the magnetic core 26, which is opposite to the collar 41 of the armature 28.
  • Figure 3 shows a more detailed explanation of the operation of different characteristics of the starter relay 12, wherein on the way s of the armature 28 on the one hand, the spring characteristic of the starter relay 12 as restoring force Pr and on the other hand, the force characteristics of the starter relay at different magnetic fluxes HO to H3 are shown.
  • the Restoring force Pr is directed against the magnetic force of the relay.
  • Contact return spring 36 is achieved with the force Pl. With a steeper increase in force, the contact bridge 18a is then advanced by about 2 mm from the position S2 to the mating contacts 18b, thereby further tensioning the contact return spring 36. In position S3 now closes the switch contact 18 to turn on the starter motor 11. Thereafter, until the stop of the armature 28 on the magnetic core 26, the contact pressure spring 38 for the so-called burnup reserve of the switching contact 18 with the force P2 stretched further.
  • Path change ⁇ S of the armature 28 to achieve.
  • the magnetic flux can be reduced to the characteristic curve Ho with the appropriate dosage of the exciting current in the first stage of the so-called pre-tracking, so that the starter pinion 13 in the first path section SaI of the armature 28 is meshed with minimal noise into the ring gear 14 up to the position S2.
  • the prestressed contact return spring 38 is also ensured that the armature 28 is held during a stop phase of the vehicle with open switch contact 18 in the position S2.
  • FIG. 4 shows the various signal curves of the starting device according to the invention during a stop and start phase. It is on the upper time axis ta the
  • Engine speed n of the internal combustion engine shown including on the time axis tb an engagement signal Se for pre-tracking the starter pinion, including on the time axis tc is a start signal Sst and on the time axis td, the current waveform Ir in the relay winding of the starter relay, underneath, on the time axis te, a drive-in signal Sd for the starter motor for screwing in the starter pinion into the ring gear is shown and on the lower time axis tf the profile of the motor current Im is shown on the starter motor.
  • the engine control unit 21 recognizes according to Figure 1 via a sensor, the standstill of the driven wheels of the vehicle. If, in addition, the clutch is actuated and the idling speed of the internal combustion engine n ⁇ is detected, the engine control unit 21 switches off the internal combustion engine at time t ⁇ (FIG. 4). The speed signal now drops, for example, within one second to the speed 0.
  • the stop phase of the machine 15 is detected and an engagement signal Se via the control bus 20 to the control unit 19 laid.
  • the starter relay 12 is still in the rest position and the starter pinion 13 is still on the engaging lever 24 with the ring gear 14 of the machine 15 disengaged.
  • the transistor Tri is controlled by the microprocessor ⁇ P in such a way that the relay winding 16 is initially charged with a relatively high relay current Ir in order to move the armature mass against the restoring force of the pretensioned armature return spring 35 to set in motion.
  • the course of the magnetic force Pm of the starter relay 12 shown in bold in FIG. 3 initially follows the flow characteristic curve H2.
  • the starter pinion 13 is thereby advanced by the relay armature 28 after a free travel of the plunger 17 via the engaging lever 24 initially to the ring gear 14.
  • the relay current Ir is now lowered by the control unit 19 via the transistor Tri by one stage.
  • the magnetic force Pm is reduced by dropping according to FIG. 3 to the flow-through characteristic Hl.
  • the microprocessor ⁇ P of the transistor Tr2 of the control unit 19 is controlled so far conductive that now the starter motor 11 is supplied via the transistor Tr2 with low current Im.
  • the starter pinion 13 is rotated gently and immediately axially via the engagement lever in the ring gear 14 axiallyyakspurt.
  • the relay current Ir is now lowered by one more stage.
  • FIG. 5b shows the starting device in this so-called pre-insertion position.
  • the switching contact 18 is still in the open state.
  • the transistor Tr2 of the control unit 19 is now locked again and the starter motor 11 is de-energized again.
  • the driver merely has to actuate the accelerator pedal so that the engine control unit 21 then issues a start signal to the control unit 19 at the time t5. From the microprocessor, the transistor Tri is now fully conductive and controlled
  • the Einspurritzel 13 is held spring-loaded in the Einspurgna.
  • the relay current Ir can be lowered by the control unit 19 via the transistor Tri to the so-called holding current Ih, since this is sufficient to generate a lying above the spring characteristic Pr of the starter relay 12 magnetic force Pm.
  • the transistor Tri is thus blocked at time t7 via control unit 19.
  • the relay is de-energized and by the restoring forces of the springs 35, 36 and 38, the armature 28 is now pushed back into the rest position.
  • the switching contact 18 is opened and the Einspurritzel 13 off the sprocket 14 of the internal combustion engine 15 madepurt.
  • the current of the starter motor 11 is interrupted thereby stopping the starter motor.
  • the starting device thus returns to its rest position according to FIG. 5a) and remains there until the internal combustion engine 15 is stopped again for a stop phase and then the previously described meshing and starting operation is run through.
  • Figure 6 shows in a further embodiment, a starter relay 12 in cross-section, the constructive structure substantially corresponds to the starter relay 12 of Figure 2 and whose parts are provided with the same reference numerals. Notwithstanding the first embodiment, the starter relay of Figure 6, a smaller distance a 'between the plunger 17 of the armature 28 and the shift rod 30 of the switching contact 18 is provided. In addition, there the contact pressure spring 38 is supported on an annular disc 40 which rests in the idle state of the relay at the bottom of the recess 39 of the magnetic core 26 and which is received on the shift rod 30 axially displaceable. The Isolierstoffhülse 31 of the shift rod 30 terminates at a distance b below the annular disc 40. Due to these structural changes also a change in the spring restoring force of the starter relay 12 on the armature stroke s.
  • Figure 7 shows on the way s of the armature 28 on the one hand, the spring characteristic of the starter relay 12 as restoring force Pr and on the other hand, the force characteristics of the starter relay at different magnetic fluxes HO to H3.
  • Figure 8 shows similar to Figure 5, the starting device in a schematic
  • Armature return spring 35 are overcome. By an axial advance of the armature then the armature return spring 35 is compressed to position Sl by about 4mm, the spring force initially low and linear increases. In this position, according to Figure 1 via the engaging lever 24, the starter pinion 13 vorgespurt and light energization of the starter motor 11, it is meshed with the ring gear 14 of the engine 15. In this case, the armature 28 of the starter relay 12 initially moves to position Sl 'in Figure 7, where now the plunger 17 of the armature 28 strikes the shift rod 30, which is held with the biasing force of the contact return spring 36 in this position with a force Pl. Up to this position, the exciter current is now gradually reduced by reducing the flooding from the characteristic H2 to HO.
  • the magnetic force Pm generated by the flooding HO is in contrast to the first embodiment greater than the biasing force of the contact return spring 36, so that now the armature is moved beyond the position Sl 'out to the position S2. In this position now pushes the insulating sleeve 31 of the shift rod 30 against the annular disc 40, on which the prestressed contact pressure spring 38 is supported.
  • the stroke of the armature 28 from the position Sl 'to position S2 is further the contact bridge 18a of the shift rod 30 to a position just before touching the
  • the contact bridge 18a is finally advanced from the position S2 with a steeper force increase up to the mating contacts 18b, and finally also until the stop of the armature 28 on the magnetic core 26, the contact pressure spring 38 is further tensioned for the required contact pressure.
  • the contact pressure spring 38 for the armature 28 forms a further return spring with which the starting device is held in the Einspur ein the starter pinion with the switch contact 18 open. Since in this embodiment, the switching contact 18 is already raised during the stop phase until shortly before closing, resulting in the start-up phase almost instantaneous turning of the machine by an immediate closing of the
  • the invention is not limited to the described embodiments, since the Start device in many details can be modified. It is thus possible, for example, to control the starter relay 12 and / or the starter motor 11 in a clocked manner during the so-called pre-insertion as well as in the holding phase.
  • the transistors Tri and Tr2 are preferably controlled with a changed duty cycle via the microprocessor ⁇ P in order to limit the switching losses.
  • the current of the starter relay 12 and of the starter motor 11 can be temperature-dependently optimized to the respectively required force.
  • Essential to the invention is the dynamic behavior of the starter relay 12 by the control of the relay current through the control unit 19 in combination with a suitable spring design of the starter relay 12 to divide the feed and switching operation of the relay in two stages such that in the first stage a linear , Low-noise engagement of the starter pinion 13 is ensured for a soft Voreinspuren in the ring gear 14 of the internal combustion engine 15.
  • the design of the magnetic circuit takes place in such a way that the required for the flooding of the relay current remains as small as possible.
  • the holding position of the relay for the time of Voreinspuren s the remaining air gap of the magnetic circuit - and thus the contact distance of the switching bridge 18a to the mating contacts 18b- to minimize. Only in the second stage, the magnetic flux of the Relay increased such that the Needlesschstell- and Greandruckfeder 36 and 38 are bridged and the switch contact 18 is closed to switch the main current for the starter motor 11.
  • the contact restoring spring or the contact pressure spring for the switching contact 18 of the relay is used in the embodiments.
  • the further return spring can just as well be arranged as a separate return spring, for example concentric to the armature return spring so that it is acted upon by the armature 28 with a correspondingly large magnetic force only at the beginning of the second stage.
  • the different springs of the relay are in each case

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Abstract

The invention relates to a starter device (10) for internal combustion engines (15) in motor vehicles with a controller (19), a starter relay (12), a starter pinion (13) and a starter motor (11), whereby on each start/stop process in the stop phase (first step) the starter relay engages the starter pinion in the toothed ring (14) of the engine and in the start phase (second step) the engine is turned over by the starter motor. According to the invention, the starter pinion (13) may be engaged as quietly as possible for a subsequent starting process on switching off the engine (10) and held in position until starting, whereby, in the first step of the starting process, the armature (28) of the starter relay (12) is withdrawn with reduced force to a position with open switch contact (18) and held there until the start of the second step, whereupon the armature (28) closes the switch contact (18) of the starter motor with full force.

Description

Startvorrichtung für Brennkraftmaschinen in KraftfahrzeugenStarting device for internal combustion engines in motor vehicles
Die Erfindung betrifft eine Startvorrichtung für Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen nach der Gattung des Patentanspruchs 1 mit einem Starterrelais nach der Gattung des Anspruchs 5.The invention relates to a starting device for internal combustion engines in motor vehicles according to the preamble of claim 1 with a starter relay according to the preamble of claim 5.
Stand der TechnikState of the art
Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen werden üblicherweise über ein Starterrelais von einem Startermotor gestartet, wobei das Starterrelais zunächst ein Ritzel des Startermotors in einen Zahnkranz der Brennkraftmaschine einspurt und schließlich mit einem Schaltkontakt den Startermotor mit der Akkumulatorbatterie des Fahrzeugs zum Andrehen der Brennkraftmaschine verbindet. Bekannt ist ferner, Kraftfahrzeuge mit einer so genannten Start-Stopp- Automatik auszurüsten. Hierdurch wird erreicht, dass bei einem längeren Halt, beispielsweise bei roter Ampelphase, die Brennkraftmaschine automatisch abgeschaltet wird. Bei der Weiterfahrt erfolgt ein automatisches Wiederstarten der Brennkraftmaschine, um die Fahrt fortsetzen zu können. Das Erkennen des Stopp-Zustandes erfolgt beispielsweise durch Erfassen der Drehzahl der Antriebsräder und ggf. einer Wählhebelstellung. Das Erkennen des Start-Zustandes kann beispielsweise durch Betätigung eines Gaspedales erfolgen.Internal combustion engines of motor vehicles are usually started via a starter relay of a starter motor, the starter relay first spurs a pinion of the starter motor in a ring gear of the engine and finally connects the starter motor with the accumulator battery of the vehicle for cranking the engine with a switching contact. It is also known to equip motor vehicles with a so-called start-stop system. This ensures that at a longer stop, for example, at red traffic light phase, the internal combustion engine is automatically switched off. When driving on, an automatic restart of the internal combustion engine to continue the journey. The detection of the stop state, for example, by detecting the speed of the drive wheels and possibly one Selector lever position. The recognition of the start state can be done for example by pressing an accelerator pedal.
Die Start-Stopp-Automatik bietet den Vorteil einer Kraftstoffeinsparung sowie einer Verringerung derThe automatic start-stop system offers the advantage of saving fuel and reducing fuel consumption
Umweltbelastung während des Stopp-Zustandes . Ungünstig ist jedoch, dass vor jedem neuen Startvorgang zunächst ein Einspuren des Ritzels des Startermotors in den Zahnkranz des Schwungrades der Brennkraftmaschine erfolgen muss. Damit ist eine größere mechanische Belastung des Ritzels sowie des Zahnkranzes beim Einspuren des Ritzels sowie beim Starten durch eine hohe Drehbeschleunigung verbunden. Dies ist insbesondere bei einer so genannten Zahn auf Zahn-Stellung der Fall, weil dann das Ritzel mit voller Drehbeschleunigung des Startermotors in den Zahnkranz der Maschine eingerückt wird. Darüber hinaus tritt bei jedem Wiederstart eine Zeitverzögerung auf, da das Ritzel vor dem eigentlichen Andrehen der Maschine zunächst in den Zahnkranz einspuren muss .Environmental impact during the stop state. Unfavorable, however, is that before each new startup first a meshing of the pinion of the starter motor must be made in the ring gear of the flywheel of the engine. This is a greater mechanical stress on the pinion and the ring gear when meshing the pinion and when starting by a high spin is connected. This is especially the case with a so-called tooth-to-tooth position, because then the pinion is engaged with full rotational acceleration of the starter motor in the toothed ring of the machine. In addition, there is a time delay on each restart because the pinion must first mesh with the ring gear before the machine is actually started.
Aus der EP 08 48 159 Al ist ferner bekannt, das Starterritzel bereits mit Beginn eines Stopp-Zustandes der Maschine in die Einspurstellung zu bringen, um danach mit Beginn des Start-Zustandes den Startermotor unverzüglich mit voller Kraft einzuschalten. Auf diese Weise lässt sich die Zeit zum Andrehen der Brennkraftmaschine erheblich verringern. Durch elektronische Mittel kann dabei außerdem der Einschaltstrom des Startermotors begrenzt werden. Der Einrückvorgang des Starterrelais erfolgt dabei mit relativ hoher Dynamik, um bei allen Betriebszuständen eineFrom EP 08 48 159 Al is also known to bring the starter pinion already at the beginning of a stop state of the machine in the Einspurstellung, then turn on the starter motor immediately with full force at the beginning of the start state. In this way, the time for cranking the internal combustion engine can be significantly reduced. In addition, the inrush current of the starter motor can be limited by electronic means. The engagement of the starter relay is carried out with relatively high dynamics to a in all operating conditions
Funktionssicherheit zu gewährleisten. Insbesondere ist die Relaiswicklung derart ausgelegt, dass auch bei der oberen Grenztemperatur eine hinreichend hohe Durchflutung und Einzugskraft gewährleistet ist. Im Allgemeinen wird daher das Starterrelais mit zu hoher Energie betrieben, die zu einer erhöhten Geräuschemission führt. So führt auch das frühzeitige Einspuren des Ritzels im Stillstand der Maschine zu einem deutlich hörbaren Klack-Geräusch, sobald das Einrückrelais anzieht und das Starterritzel axial gegen den Zahnkranz oder beim Einrücken drehend gegen eine Zahnflanke des Zahnkranzes stößt. Dies wirkt für den Fahrer irritierend und unangenehm. Die Anforderungen an das Starterrelais hinsichtlich eines schonenden, geräuscharmen Einspurens einerseits und der Erzielung eines hohen Kontaktdruckes zum Einschalten des Startermotors andererseits sind jedoch gegeneinander gerichtet und von den bisher bekannten Starterrelais nicht hinreichend abzudecken. Es ist zwar bekannt, das Einspuren des Starterritzels mittels Stellglied und das Andrehen mittels Startermotor voneinander unabhängig über zwei Schaltelemente einer Startvorrichtung zu steuern. Dies führt jedoch zu einem erhöhten Platz- und Kostenaufwand .To ensure functional safety. In particular, the relay winding is designed such that even at the upper limit temperature, a sufficiently high flux and pull-in force is ensured. In general, therefore, the starter relay is operated with too high energy to an increased noise emission leads. Thus, the early meshing of the pinion at a standstill of the machine leads to a clearly audible clicking noise as soon as the engagement relays and pulls the starter pinion axially against the ring gear or when engaging rotating against a tooth flank of the ring gear. This is irritating and unpleasant for the driver. However, the requirements of the starter relay with respect to a gentle, low-noise meshing on the one hand and the achievement of a high contact pressure to turn on the starter motor on the other hand are directed against each other and not sufficiently covered by the previously known starter relay. Although it is known to control the meshing of the starter pinion by means of an actuator and the starter motor starting independently of each other via two switching elements of a starting device. However, this leads to increased space and cost.
Mit der vorliegenden Lösung wird angestrebt, bei einer Start-Stopp-Automatik das Starterrelais derart anzusteuern, dass mit Beginn einer Stopp-Phase die Geräuschentwicklung beim Einspurvorgang stark reduziert und mit Beginn der Start-Phase der Schaltkontakt des Relais zum Einschalten des Startermotors mit hinreichendem Kontaktdruck geschlossen wird.With the present solution is sought at a start-stop system, the starter relay such that at the beginning of a stop phase, the noise during Einspurvorgang greatly reduced and at the beginning of the start phase of the switching contact of the relay to turn on the starter motor with sufficient contact pressure is closed.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die erfindungsgemäße Startvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass durch die zweistufige Betätigung des Starterrelais zunächst mit Beginn der Stopp-Phase zum so genannten Voreinspuren des Starterritzels das Starterrelais über einen ersten Wegabschnitt mit geringer Dynamik und nachlassender Einzugskraft das Starterritzel bei geöffnetem Schaltkontakt in den Zahnkranz der Maschine mit einem stark reduzierten Geräusch einzuspuren vermag. Erst mit Beginn der Start-Phase wird nun der Schaltkontakt des Starterrelais im letzten Wegabschnitt mit voller Dynamik geschlossen und damit der Startermotor eingeschaltet. Dadurch wird außerdem eine separate Ansteuerung des Starterrelais und des Startermotors über platz- und kostenaufwendige Halbleiterschalter vermieden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch ein sanftes Einrücken des Starterritzels der Verschleiß an den mechanischen Teilen stark reduziert werden kann.The starting device according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage that the starter relay via a first path section with low dynamics and decreasing retraction force by the two-stage operation of the starter relay initially with the start of the stop phase for so-called pre-insertion of the starter pinion with open switching contact into the ring gear of the machine with a strongly reduced noise. Only at the beginning of the start phase is the switching contact of the starter relay in the last path section now closed with full dynamics and thus the starter motor is switched on. As a result, a separate control of the starter relay and the starter motor on space and costly semiconductor switch is also avoided. Another advantage is that a gentle engagement of the starter pinion wear on the mechanical parts can be greatly reduced.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.The measures listed in the dependent claims expedient refinements and developments of the features specified in claim 1.
So wird in einfacher Weise zur Erzielung einer verringerten Relaisdynamik in der ersten Stufe der Erregerstrom der Relaiswicklung von einer Steuereinheit über ein Schaltelement von einem Anfangswert bis auf den Haltestrom, vorzugsweise gestuft, verringert. Das Starterritzel bleibt nun während der Stopp-Phase der Maschine im Zahnkranz eingespurt. Mit Beginn der Start-Phase wird dann der Erregerstrom des Starterrelais in der zweiten Stufe auf einen für den erforderlichen Kontaktdruck des Schaltkontaktes benötigen Wert erhöht.Thus, in a simple manner to achieve a reduced relay dynamics in the first stage of the excitation current of the relay winding of a control unit via a switching element from an initial value to the holding current, preferably stepped, reduced. The starter pinion now latches in the ring gear during the stop phase of the machine. With the start of the start phase, the excitation current of the starter relay in the second stage is then increased to a value required for the required contact pressure of the switching contact.
In zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung wird das Starterrelais zum Anhalten des Ankers nach dem Einspuren des Starterritzels in der Stopp-Phase derart ausgelegt, dass die durch den Haltestrom im ersten Wegabschnitt des Ankers erzeugte Magnetkraft größer als die Kraft der vorgespannten Ankerrückstellfeder, aber geringer als die Kraft einer weiteren im letzten Wegabschnitt des Ankers wirksamen, vorzugsweise vorgespannten Rückstellfeder ist. Die Vorspannkraft der weiteren Rückstellfeder ist dabei in zweckmäßiger Weise so eingestellt, dass der Anker sie erst mit erhöhter Bestromung des Starterrelais für den letzten Wegabschnitt zu überwinden vermag. Außerdem kann es mit entrechendem Mehraufwand zweckmäßig sein, dass der Startermotor in der ersten Stufe eines Startvorganges zum Eindrehen des Starterritzels in den Zahnkranz der Maschine über ein weiteres Schaltelement der Steuereinheit direkt ansteuerbar ist.In an expedient development of the invention, the starter relay for stopping the armature after the meshing of the starter pinion in the stop phase is designed such that the magnetic force generated by the holding current in the first path portion of the armature greater than the force of the biased armature return spring, but less than the force another effective in the last path portion of the armature, preferably biased return spring. The biasing force of the further return spring is in expedient manner adjusted so that the anchor is able to overcome them only with increased energization of the starter relay for the last path section. In addition, it can be expedient with entrechendem extra effort that the starter motor in the first stage of a startup process for screwing the starter pinion in the ring gear of the machine via a further switching element of the control unit is directly controlled.
Um in der Stopp-Phase des Kraftfahrzeugs das Starterritzel möglichst sanft und geräuscharm in den Zahnkranz der Maschine einspuren zu können, ist der Magnetkreis des Starterrelais derart ausgelegt, dass in einem federbelasteten Wegbereich des Ankers vor dem Schließen des Schaltkontaktes die Wegänderung des Ankers nahezu proportional zur magnetischen Durchflutung verläuft. Zu diesem Zweck wird in vorteilhafter Weise der Magnetkreis derart konstruktiv gestaltet, dass der Anker des Starterrelais in seinem hinteren Wegabschnitt mit geringem radialen Luftspalt konzentrisch über einen Magnetkern desIn order to track the starter pinion as gently and quietly as possible in the ring gear of the machine in the stop phase of the motor vehicle, the magnetic circuit of the starter relay is designed such that in a spring-loaded path range of the armature before the closing of the switching contact the change in the armature almost proportional to magnetic flux passes. For this purpose, the magnetic circuit is designed in such an advantageous manner that the armature of the starter relay in its rear path portion with a small radial air gap concentrically via a magnetic core of the
Relais greift. In zweckmäßiger Weise ist dabei der Anker auf seiner vorderen, dem Magnetkern zugewandten Stirnseite mit einem axial vorstehenden Kragen versehen, der im hinteren Wegabschnitt des Ankers über das vordere Ende des Magnetkerns greift.Relay intervenes. Conveniently, the armature is provided on its front, the magnetic core facing end side with an axially projecting collar which engages in the rear path portion of the armature via the front end of the magnetic core.
Um während einer Stopp-Phase des Fahrzeugs das Starterritzel in zuverlässiger Weise in der Einspurstellung und den Schaltkontakt des Starterrelais im geöffneten Zustand halten zu können, wird in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, dass sich der Anker des Starterrelais am Ende des ersten Wegabschnittes an der weiteren Rückstellfeder abzustützen vermag. Dadurch ergibt sich für das Starterrelais eine Federcharakteristik, die nach dem ersten Wegabschnitt des Ankers beim Erreichen der vorgespannten weiteren Rückstellfeder eine Stufe aufweist, welche erst mit der vollen Bestromung des Starterrelais für den zweiten Wegabschnitt des Ankers überwunden wird. In zweckmäßiger Weise bildet dabei eine Kontaktrückstellfeder des Starterrelais die weitere Rückstellfeder, die über eine Schaltstange vom Anker betätigt wird.In order to keep the starter pinion in a reliable manner in the Einspurstellung and the switching contact of the starter relay in the open state during a stop phase of the vehicle, it is proposed in a further development of the invention that the armature of the starter relay at the end of the first path section on the further return spring can support. This results in a spring characteristic for the starter relay, which after the first path section of the armature upon reaching the prestressed further return spring has a stage which is overcome only with the full energization of the starter relay for the second path portion of the armature. Conveniently forms a contact restoring spring of the starter relay, the further return spring, which is actuated by a switching rod from the anchor.
Alternativ hierzu ist es auch möglich, für einen möglichst unverzüglichen Start der Maschine den Schaltkontakt bereits im ersten Wegabschnitt des Ankers bis kurz vor dem Schließen vorzurücken und dort durch die vorgespannte weitere Rückstellfeder während der Stopp-Phase zu halten. Für diesen Fall kann zweckmäßigerweise eine Kontaktdruckfeder des Starterrelais als weitere Rückstellfeder verwendet werden, wobei bereits in der ersten Stufe die den Schaltkontakt tragende Schaltstange bis zu ihrer Abstützung an der Kontaktdruckfeder vorgerückt wird.Alternatively, it is also possible for a possible immediate start of the machine to advance the switching contact already in the first path portion of the armature until just before closing and to hold there by the biased further return spring during the stop phase. For this case, a contact pressure spring of the starter relay can be advantageously used as a further return spring, wherein already in the first stage, the switching rod carrying the switching contact is advanced to its support on the contact pressure spring.
Zeichnungdrawing
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below by way of example with reference to FIGS. Show it:
Figur 1 die schematische Darstellung der Startvorrichtung für Brennkraftmaschinen in allgemeiner Ausführungsform derFigure 1 is a schematic representation of the starting device for internal combustion engines in a general embodiment of the
Erfindung,Invention,
Figur 2 zeigt in einem ersten Ausführungsbeispiel einenFIG. 2 shows a first exemplary embodiment
Längsschnitt durch ein Starterrelais der Startvorrichtung nach Figur 1, Figur 3 zeigt verschiedene Weg-Kraft-Kennlinien desLongitudinal section through a starter relay of the starting device of Figure 1, Figure 3 shows different path-force characteristics of
Starterrelais nach Figur 2,Starter relay according to Figure 2,
Figur 4 zeigt ein Zeitdiagramm mit den wesentlichen Größen für einen Start-Stopp-Ablauf,FIG. 4 shows a time diagram with the essential variables for a start-stop sequence,
Figur 5 zeigt in schematisierter Darstellung die Startvorrichtung (a) im Ruhezustand, (b) im Einspurzustand und (c) im Start-Zustand.Figure 5 shows a schematic representation of the Starting device (a) at rest, (b) in Einspurzustand and (c) in the start state.
Figur 6 zeigt in einem weiteren Ausführungsbeispiel ein modifiziertes Starterrelais im Längsschnitt, Figur 7 zeigt die Weg-Kraft-Kennlinien des Starterrelais nach Figur 6 undFigure 6 shows in a further embodiment, a modified starter relay in longitudinal section, Figure 7 shows the path-force characteristics of the starter relay according to Figure 6 and
Figur 8 zeigt in schematisierter Darstellung die Startvorrichtung a) im Ruhezustand b) im Einspurzustand und c) im Start-Zustand.Figure 8 shows a schematic representation of the starting device a) in the idle state b) in Einspurzustand and c) in the start state.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung eine mit 10 bezeichnete erfindungsgemäße Startvorrichtung für Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen. Sie umfasst im wesentlichen einen Startermotor 11, ein Starterrelais 12 und ein Starterritzel 13 zum axialen Einspuren in einen Zahnkranz 14 einer Brennkraftmaschine 15 sowie eine Steuereinheit 19. Das Starterrelais 12 weist eine Relaiswicklung 16, einen Stößel 17 und einen Schaltkontakt 18 zum Schalten des Hauptstromes für den Startermotor 11 auf. Die Steuereinheit 19 versorgt über einen Transistor Tri die Relaiswicklung 16. Separat davon wird der Startermotor 11 von einem weiteren Transistor Tr2 über eine Klemme K145 vom Steuergerät 19 direkt angesteuert. Die beidenFIG. 1 shows, in a schematic representation, a starter device according to the invention designated for 10 for internal combustion engines in motor vehicles. It essentially comprises a starter motor 11, a starter relay 12 and a starter pinion 13 for axial meshing in a ring gear 14 of an internal combustion engine 15 and a control unit 19. The starter relay 12 has a relay winding 16, a plunger 17 and a switching contact 18 for switching the main current for the starter motor 11. The control unit 19 supplies the relay winding 16 via a transistor Tri. Separately, the starter motor 11 is directly controlled by a further transistor Tr2 via a terminal K145 from the control unit 19. The two
Transistoren Tri und Tr2 liegen eingangsseitig über die Klemme B+ am Pluspol der Bordspannung des nicht dargestellten Kraftfahrzeugs beziehungsweise am Pluspol einer Akkumulatorbatterie des Fahrzeugs. Die Transistoren Tri und Tr2 werden an ihren Steueranschlüssen getrennt voneinander über einen Mikroprozessor μP angesteuert, der seinerseits eingangsseitig über einen Steuerbus 20 von einem Motorsteuergerät 21 ansteuerbar ist. Das Motorsteuergerät 21 ist über ein Zündschloss 22 aktivierbar und erfasst ferner über einen Eingangsbus 23 verschiedene Signale zum Fahrzustand des Kraftfahrzeugs, wie zum Beispiel eine Kupplungsbetätigung, eine Bremsbetätigung, die Stellung eines Gangwählhebels, die Motor- und die Raddrehzahl und dergleichen. Außerdem ist der Mikroprozessor des Steuergerätes 19 mit einem Temperatursensor T verbunden, der die Temperatur der Startvorrichtung 10 erfasst.Transistors Tri and Tr2 are on the input side via the terminal B + at the positive pole of the on-board voltage of the motor vehicle, not shown, or at the positive pole of a rechargeable battery of the vehicle. The transistors Tri and Tr2 are controlled separately at their control terminals via a microprocessor μP, which in turn can be controlled on the input side via a control bus 20 by an engine control unit 21. The engine control unit 21 can be activated via an ignition lock 22 and also detects various signals via an input bus 23 Driving condition of the motor vehicle, such as a clutch operation, a brake operation, the position of a gear selector lever, the engine and the wheel speed and the like. In addition, the microprocessor of the control unit 19 is connected to a temperature sensor T, which detects the temperature of the starting device 10.
Die Startvorrichtung 10 wird während des Fahrbetriebes eines Fahrzeugs vom Motorsteuergerät 21 angesteuert, in dem von dort mit Beginn einer Stopp-Phase des Fahrzeugs zum Beispiel durch Erfassen der Drehzahl an den Vorderrädern des Fahrzeugs die Brennkraftmaschine abgeschaltet wird. Damit wird zunächst über den Steuerbus 20 von der Steuereinheit 19 in einer ersten Stufe ein Einspurvorgang des Starterritzels 13 in den Zahnkranz 14 der Maschine 15 ausgelöst, indem über den Transistor Tri ein dosierter Erregerstrom auf das Starterrelais 12 gegeben wird. Über den Stößel 17 wird nun über einen Einrückhebel 24 das Starterritzel 13 axial zum Einspuren in den Zahnkranz 14 vorgeschoben. Außerdem wird der Startermotor 11 von der Steuereinheit 19 über den Transistor Tr2 über die Motorklemme K145 dosiert angesteuert, um bei einer Zahn-auf-Zahn-Stellung das Starterritzel 13 sanft in die nächste Zahnlücke am Zahnkranz 14 einzudrehen. Das Starterritzel 13 spurt nun geräuscharm vollständig in den Zahnkranz 14 der Maschine 15 ein und wird vom Starterrelais 12 in dieser Position gehalten. Der Schaltkontakt 18 bleibt dabei in geöffneter Position stehen. Erst wenn beispielsweise durch Betätigen des Fahrpedales der Startwunsch des Fahrers durch ein entsprechendes Signal des Motorsteuergerätes 21 an der Steuereinheit 19 erkannt wird, wird das Starterrelais 12 in einer zweiten Stufe zum Starten der Maschine 15 über den Transistor Tri mit verstärktem Strom angesteuert und dadurch der Schaltkontakt 18 mit voller Kraft geschlossen. Damit wird der Startermotor 11 über den Schaltkontakt 18 des Starterrelais 12 auf die Klemme B+ der nicht dargestellten Akkumulatorbatterie geschaltet und die Brennkraftmaschine 15 wird unverzüglich mit voller Kraft angedreht.The starting device 10 is activated during the driving operation of a vehicle by the engine control unit 21, in which the internal combustion engine is switched off from there at the beginning of a stop phase of the vehicle, for example by detecting the rotational speed at the front wheels of the vehicle. This is first triggered via the control bus 20 of the control unit 19 in a first stage Einspurvorgang the starter pinion 13 in the ring gear 14 of the machine 15 by a dosed excitation current is applied to the starter relay 12 via the transistor Tri. About the plunger 17, the starter pinion 13 is now advanced axially via an engagement lever 24 for meshing in the ring gear 14. In addition, the starter motor 11 is driven metered by the control unit 19 via the transistor Tr2 via the motor terminal K145, in order to turn the starter pinion 13 gently into the next tooth gap on the ring gear 14 in a tooth-on-tooth position. The starter pinion 13 now spurs completely silent in the ring gear 14 of the machine 15 and is held by the starter relay 12 in this position. The switching contact 18 remains in the open position. Only when, for example, by pressing the accelerator pedal, the driver's start request is detected by a corresponding signal of the engine control unit 21 to the control unit 19, the starter relay 12 is driven in a second stage for starting the engine 15 via the transistor Tri with increased current and thereby the switching contact 18 closed with full force. Thus, the starter motor 11 via the switching contact 18 of the starter relay 12 to the Terminal B + of the accumulator battery, not shown switched and the engine 15 is turned on immediately with full force.
Figur 2 zeigt in einem ersten Ausführungsbeispiel dasFIG. 2 shows the first embodiment
Starterrelais 12 aus Figur 1 in seinem konstruktiven Aufbau im Längsschnitt. Das Starterrelais 12 weist eine Relaiswicklung 16 auf, die auf einem Tragkörper 25 auf einem Magnetkern 26 befestigt ist. Die Relaiswicklung 16 ist dabei in einem metallischen Gehäuse 27 eingesetzt, in dessen vorderes, offenes Ende der Magnetkern 26 aufgenommen ist. Am Boden des Gehäuses 27 ist in einer Öffnung ein Anker 28 des Relais axial geführt, der in die Relaiswicklung 16 eintaucht. In einer zentrischen Bohrung des Ankers 28 ist der Stößel 17 befestigt, dessen kopfseitiges Ende ein so genanntes Paddel 29 zur Aufnahme des Einrückhebels 24 (Figur 1) aufweist. In einer Durchgangsöffnung des Magnetkerns 26 ist eine Schaltstange 30 mittels einer Isolierhülse 31 geführt, wobei das vordere Ende der Schaltstange mit einem Abstand a dem Ende des Stössels 17 gegenüber steht. Am hinteren Ende der Schaltstange 30 ist eine Kontaktbrücke 18a axial verschiebbar aufgenommen, die mit zwei in einem Schalterdeckel 32 befestigten Gegenkontakten 18b zusammenwirkt. Die Kontaktbrücke 18a stützt sich in ihrer dargestellten Ruhelage über eine Isolierstoffkappe 33 am Magnetkern 26 ab. Kontaktbrücke 18a und Gegenkontakte 18b bilden somit den Schaltkontakt 18 des Einrückrelais, der von dem auf der Stirnseite des Gehäuses 27 befestigten Schalterdeckels 32 umschlossen ist.Starter relay 12 of Figure 1 in its structural design in longitudinal section. The starter relay 12 has a relay winding 16 which is mounted on a support body 25 on a magnetic core 26. The relay winding 16 is inserted in a metallic housing 27, in the front, open end of the magnetic core 26 is received. At the bottom of the housing 27, an armature 28 of the relay is axially guided in an opening, which dips into the relay winding 16. In a central bore of the armature 28 of the plunger 17 is fixed, whose head-side end has a so-called paddle 29 for receiving the engaging lever 24 (Figure 1). In a through hole of the magnetic core 26, a shift rod 30 is guided by means of an insulating sleeve 31, wherein the front end of the shift rod with a distance a from the end of the plunger 17 is opposite. At the rear end of the shift rod 30, a contact bridge 18 a is received axially displaceable, which cooperates with two mating contacts 18 mounted in a switch cover 32. The contact bridge 18a is supported in its illustrated rest position via a Isolierstoffkappe 33 on the magnetic core 26 from. Contact bridge 18a and mating contacts 18b thus form the switching contact 18 of the contact relay, which is enclosed by the mounted on the end face of the housing 27 switch cover 32.
In einer axialen Ausnehmung 34 des Ankers 28 ist eine Ankerrückstellfeder 35 angeordnet, die sich einerseits am Boden der Ausnehmung 34 und andererseits am Magnetkern 26 des Relais abstützt. Des Weiteren befindet sich in bekannter Weise im Schalterdeckel 32 eine Kontaktrückstellfeder 36, die sich einerseits am Boden des Schalterdeckels 32 und andererseits an einer am rechten Ende der Schaltstange 30 befestigten Stützscheibe 37 abstützt. Eine Kontaktdruckfeder 38 befindet sich in einer axialen Ausnehmung 39 an der rechten Seite des Magnetkernes 26. Diese Feder 38 stützt sich einerseits über die Isolierstoffkappe 33 an der Kontaktbrücke 18a und andererseits an der Isolierhülse 31 auf der Schaltstange 30 ab. Alle drei Federn sind vorgespannt, wobei die stärker vorgespannte Kontaktrückstellfeder 36 die Kontaktbrücke 18a entgegen der Vorspannung der Kontaktdruckfeder 38 in die dargestellte Ruhelage gedrückt hält.In an axial recess 34 of the armature 28, an armature return spring 35 is arranged, which is supported on the one hand at the bottom of the recess 34 and on the other hand on the magnetic core 26 of the relay. Furthermore, in a known manner in the switch cover 32, a contact return spring 36, which is supported on the one hand at the bottom of the switch cover 32 and on the other hand on a fixed to the right end of the shift rod 30 support plate 37. A contact pressure spring 38 is located in an axial recess 39 on the right side of the magnetic core 26. This spring 38 is supported on the one hand on the Isolierstoffkappe 33 on the contact bridge 18a and on the other hand on the insulating sleeve 31 on the shift rod 30 from. All three springs are biased, the more biased contact return spring 36 holds the contact bridge 18a against the bias of the contact pressure spring 38 is pressed into the rest position shown.
Um mit Beginn einer Stopp-Phase des Fahrzeugs das Starterritzel 13 möglichst geräuscharm in den Zahnkranz 14 der Maschine 15 einspuren zu können, ist der Magnetkreis des Starterrelais 12 durch konstruktive Maßnahmen derart ausgelegt, dass in einem mittleren Wegbereich des Ankerweges s eine Wegänderung erzielt wird, die nahezu proportional zur Änderung der magnetischen Durchflutung der Relaiswicklung 16 verläuft. Zu diesem Zweck greift der Anker 28 in seinem letzten Wegbereich so mit geringen radialen Luftspalt konzentrisch über den Magnetkern 26, in dem der Anker 28 auf seiner vorderen, dem Magnetkern 26 zugewandten Stirnseite mit einem axial vorstehenden Kragen 41 versehen ist, der über den letzten Wegbereich so des Ankers 28 in einen am Umfang des Magnetkerns 26 angebrachten Rezess 42 eintaucht, der dem Kragen 41 des Ankers 28 gegenüberliegt.In order to be able to track the starter pinion 13 as quietly as possible into the ring gear 14 of the machine 15 at the beginning of a stop phase of the vehicle, the magnetic circuit of the starter relay 12 is designed in such a way that a path change is achieved in a middle path range of the armature path s, which is almost proportional to the change in the magnetic flux of the relay winding 16 runs. For this purpose, the armature 28 engages concentrically in its last path range s o with small radial air gap over the magnetic core 26, in which the armature 28 is provided on its front, the magnetic core 26 facing end face with an axially projecting collar 41, which over the last Wegbereich s o of the armature 28 is inserted into a recess 42 mounted on the circumference of the magnetic core 26, which is opposite to the collar 41 of the armature 28.
Figur 3 zeigt zur näheren Erläuterung der Funktionsweise verschiedene Kennlinien des Starterrelais 12, wobei über den Weg s des Ankers 28 einerseits die Federkennlinie des Starterrelais 12 als Rückstellkraft Pr und andererseits die Kraftkennlinien des Starterrelais bei verschiedenen magnetischen Durchflutungen HO bis H3 dargestellt sind. Die Rückstellkraft Pr ist dabei der magnetischen Kraft des Relais entgegen gerichtet.Figure 3 shows a more detailed explanation of the operation of different characteristics of the starter relay 12, wherein on the way s of the armature 28 on the one hand, the spring characteristic of the starter relay 12 as restoring force Pr and on the other hand, the force characteristics of the starter relay at different magnetic fluxes HO to H3 are shown. The Restoring force Pr is directed against the magnetic force of the relay.
Ausgehend vom Ruhezustand des Ankers 28 gemäß Figur 2 muss zunächst die Vorspannung der Ankerrückstellfeder 35 überwunden werden. Durch ein axiales Vorrücken des Ankers 28 wird dabei zunächst lediglich die Ankerrückstellfeder 35 bis zur Position Sl um etwa 6mm zusammengedrückt, wobei die Federkraft zunächst gering und linear ansteigt. In dieser Position greift nun der Stössel 17 am Einrückhebel 24 (Figur 1) an und spurt nun mit etwas Reibung das Starterritzel 13 soweit vor, dass es in den Zahnkranz 14 der Brennkraftmaschine 15 einzuspuren vermag. Der Anker 28 des Starterrelais 12 bewegt sich dabei bis zur Position S2. In dieser Position hat der Anker den Abstand a zwischen demStarting from the idle state of the armature 28 according to FIG. 2, first the pretension of the armature return spring 35 has to be overcome. By an axial advance of the armature 28 while only the armature return spring 35 is first compressed to position Sl by about 6mm, the spring force initially low and linear increases. In this position now engages the plunger 17 on the engagement lever 24 (Figure 1) and now spurting with some friction, the starter pinion 13 so far that it is able to einzuspuren in the ring gear 14 of the internal combustion engine 15. The armature 28 of the starter relay 12 moves to position S2. In this position, the anchor has the distance a between the
Stössel 17 und der Schaltstange 28 überwunden und drückt nun über die Schaltstange 30 gegen die vorgespannte Kontaktrückstellfeder 36, die für den Anker 28 eine weitere Rückstellfeder bildet. Eine weitere Ankerbewegung kann nun erst wieder erfolgen, wenn auch die Vorspannung derTappet 17 and the shift rod 28 overcome and now presses on the shift rod 30 against the biased contact return spring 36, which forms a further return spring for the armature 28. Another anchor movement can only take place again, although the bias of the
Kontaktrückstellfeder 36 mit der Kraft Pl erreicht wird. Mit einem steileren Kraftanstieg wird sodann von der Position S2 aus die Kontaktbrücke 18a um etwa 2mm bis zu den Gegenkontakten 18b vorgeschoben und dabei die Kontaktrückstellfeder 36 weiter gespannt. In der Position S3 schließt nun der Schaltkontakt 18, um den Startermotor 11 einzuschalten. Danach wird bis zum Anschlag des Ankers 28 am Magnetkern 26 die Kontaktdruckfeder 38 für die so genannte Abbrandreserve des Schaltkontaktes 18 mit der Kraft P2 weiter gespannt.Contact return spring 36 is achieved with the force Pl. With a steeper increase in force, the contact bridge 18a is then advanced by about 2 mm from the position S2 to the mating contacts 18b, thereby further tensioning the contact return spring 36. In position S3 now closes the switch contact 18 to turn on the starter motor 11. Thereafter, until the stop of the armature 28 on the magnetic core 26, the contact pressure spring 38 for the so-called burnup reserve of the switching contact 18 with the force P2 stretched further.
Die vier Kraftkennlinien der magnetischen Durchflutung des Ankers über den Ankerhub s verlaufen nahezu parallel zueinander, wobei die Kennlinie der größten Durchflutung H3 durch eine entsprechende Auslegung der Relaiswicklung 16 und durch einen entsprechenden Strom über den Transistor Tri der Steuereinheit 19 so gewählt ist, dass sie über den ganzen Ankerhub s deutlich oberhalb der Federkennlinie Pr des Relais liegt. Durch die Ausbildung des Starterrelais 12 mit dem über den Rezess 42 des Magnetkerns 25 greifenden Kragen 41 des Ankers 28 erzielt man in einem mittleren Wegbereich A, der in etwa zwischen den Positionen Sl und S2 liegt, einen nahezu waagerechten Verlauf der Kennlinien HO bis H3. Damit ist es möglich, in diesem Wegbereich des Ankers eine zur magnetischen Durchflutung ΔH nahezu proportionaleThe four force characteristics of the magnetic flux of the armature on the armature stroke s are almost parallel to each other, the characteristic of the largest flooding H3 by a corresponding design of the relay winding 16 and is selected by a corresponding current through the transistor Tri of the control unit 19 so that it is well above the entire armature stroke s above the spring characteristic Pr of the relay. Due to the design of the starter relay 12 with the over the Rezess 42 of the magnetic core 25 cross collar 41 of the armature 28 is achieved in a middle path range A, which is approximately between the positions Sl and S2, a nearly horizontal course of the curves HO to H3. This makes it possible, in this path range of the armature for the magnetic flux ΔH almost proportional
Wegänderung ΔS des Ankers 28 zu erzielen. Dadurch kann mit entsprechender Dosierung des Erregerstromes in der ersten Stufe des so genannten Voreinspurens die magnetische Durchflutung bis zur Kennlinie Ho soweit reduziert werden, dass das Starterritzel 13 im ersten Wegabschnitt SaI des Ankers 28 bis zur Position S2 geräuschminimiert in den Zahnkranz 14 eingespurt wird. Durch die vorgespannte Kontaktrückstellfeder 38 wird außerdem gewährleistet, dass der Anker 28 während einer Stopp-Phase des Fahrzeugs mit geöffnetem Schaltkontakt 18 in der Position S2 gehalten wird. Erst mit dem Auftreten eines Startsignals wird nun über die Steuereinheit 19 die Durchflutung des Relais auf die Kennlinie H3 angehoben und der Schaltkontakt 18 wird dann mit Beginn der zweiten Stufe über den zweiten Wegabschnitt Sa2 des Ankers 28 mit hoher Dynamik und voller Kraft zum Einschalten des Startermotors 11 geschlossen.Path change ΔS of the armature 28 to achieve. As a result, the magnetic flux can be reduced to the characteristic curve Ho with the appropriate dosage of the exciting current in the first stage of the so-called pre-tracking, so that the starter pinion 13 in the first path section SaI of the armature 28 is meshed with minimal noise into the ring gear 14 up to the position S2. By the prestressed contact return spring 38 is also ensured that the armature 28 is held during a stop phase of the vehicle with open switch contact 18 in the position S2. Only with the appearance of a start signal, the flow of the relay is now raised to the characteristic H3 via the control unit 19 and the switching contact 18 is then at the beginning of the second stage on the second path section Sa2 of the armature 28 with high dynamics and full power to turn on the starter motor 11 closed.
Figur 4 zeigt die verschiedenen Signalverläufe der erfindungsgemäßen Startvorrichtung während einer Stopp- und Start-Phase. Dabei ist auf der oberen Zeitachse ta dieFIG. 4 shows the various signal curves of the starting device according to the invention during a stop and start phase. It is on the upper time axis ta the
Motordrehzahl n der Brennkraftmaschine dargestellt, darunter auf der Zeitachse tb ein Einrücksignal Se zum Voreinspuren des Starterritzels, darunter ist auf der Zeitachse tc ein Startsignal Sst und auf der Zeitachse td der Stromverlauf Ir in der Relaiswicklung des Starterrelais dargestellt, darunter ist auf der Zeitachse te ein Eindrehsignal Sd für den Startermotor zum Eindrehen des Starterritzel in den Zahnkranz dargestellt und auf der unteren Zeitachse tf ist der Verlauf der Motorstromstärke Im am Startermotor dargestellt.Engine speed n of the internal combustion engine shown, including on the time axis tb an engagement signal Se for pre-tracking the starter pinion, including on the time axis tc is a start signal Sst and on the time axis td, the current waveform Ir in the relay winding of the starter relay, underneath, on the time axis te, a drive-in signal Sd for the starter motor for screwing in the starter pinion into the ring gear is shown and on the lower time axis tf the profile of the motor current Im is shown on the starter motor.
Die Beschreibung einer Stopp- und Start-Phase wird anhand der Figur 4 in Verbindung mit den Figuren 1 bis 3 und der Figur 5 näher erläutert. Dabei ist in Figur 5 die Startvorrichtung in schematischer Darstellung in ihrerThe description of a stop and start phase will be explained in greater detail with reference to FIG. 4 in conjunction with FIGS. 1 to 3 and FIG. In this case, in Figure 5, the starting device in a schematic representation in their
Ruhelage gemäß a) in ihrer Einspurstellung gemäß b) und in ihrer Startstellung gemäß c) dargestellt.Rest position according to a) shown in its Einspurstellung according to b) and in their starting position according to c).
Wird das Fahrzeug im Fahrbetrieb beispielsweise vor einer Ampelanlage bei einer Rotphase der Ampel angehalten, so erkennt das Motorsteuergerät 21 gemäß Figur 1 über einen Sensor den Stillstand der angetriebenen Räder des Fahrzeugs. Wird dabei außerdem die Kupplung betätigt und die Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine nθ erfasst, schaltet das Motorsteuergerät 21 zum Zeitpunkt tθ (Figur 4) die Brennkraftmaschine ab. Das Drehzahlsignal fällt nun beispielsweise innerhalb einer Sekunde ab auf die Drehzahl 0. Beim Auslaufen der Maschine wird dabei vom Motorsteuergerät beim Erreichen der Stoppdrehzahl nst zum Zeitpunkt tl die Stopp-Phase der Maschine 15 erkannt und ein Einrücksignal Se über den Steuerbus 20 auf die Steuereinheit 19 gelegt. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich gemäß Figur 5a) das Starterrelais 12 noch in der Ruhelage und das Starterritzel 13 ist dabei noch über den Einrückhebel 24 mit dem Zahnkranz 14 der Maschine 15 außer Eingriff. Unmittelbar danach wird zum Zeitpunkt t2 der Transistor Tri vom Mikroprozessor μP derart angesteuert, dass die Relaiswicklung 16 zunächst mit einem relativ hohen Relaisstrom Ir beaufschlagt wird, um die Ankermasse gegen die Rückstellkraft der vorgespannten Ankerrückstellfeder 35 in Bewegung zu setzen. Der in Figur 3 fett dargestellte Verlauf der magnetischen Kraft Pm des Starterrelais 12 folgt dabei zunächst der Durchflutungs-Kennlinie H2. Das Starterritzel 13 wird dabei vom Relaisanker 28 nach einem Leerweg des Stößels 17 über den Einrückhebel 24 zunächst bis zum Zahnkranz 14 vorgeschoben. Zum Zeitpunkt t3 wird nun der Relaisstrom Ir von der Steuereinheit 19 über den Transistor Tri um eine Stufe abgesenkt. Dadurch wird auch die magnetische Kraft Pm verringert, indem sie gemäß Figur 3 auf die Durchflutungskennlinie Hl abfällt. Da diese magnetische Kraft aber immer noch deutlich höher ist als die Rückstellkraft Pr der Ankerrückstellfeder 35, wird der Anker 28 noch weiter in die Relaiswicklung 16 eingezogen. Etwa zur gleichen Zeit wird vom Mikroprozessor μP der Transistor Tr2 der Steuereinheit 19 soweit leitend gesteuert, dass nunmehr der Startermotor 11 über den Transistor Tr2 mit geringer Stromstärke Im versorgt wird. Dadurch wird das Starterritzel 13 sanft gedreht und sogleich über den Einrückhebel sanft in den Zahnkranz 14 axial eingespurt. Zum Zeitpunkt t4 wird nun der Relaisstrom Ir um eine weitere Stufe abgesenkt.If the vehicle is stopped during driving, for example, in front of a traffic light system at a red phase of the traffic light, the engine control unit 21 recognizes according to Figure 1 via a sensor, the standstill of the driven wheels of the vehicle. If, in addition, the clutch is actuated and the idling speed of the internal combustion engine nθ is detected, the engine control unit 21 switches off the internal combustion engine at time tθ (FIG. 4). The speed signal now drops, for example, within one second to the speed 0. When the engine is stopped by the engine control unit when reaching the stop speed n st at time tl the stop phase of the machine 15 is detected and an engagement signal Se via the control bus 20 to the control unit 19 laid. At this time, according to Figure 5a), the starter relay 12 is still in the rest position and the starter pinion 13 is still on the engaging lever 24 with the ring gear 14 of the machine 15 disengaged. Immediately thereafter, at time t2, the transistor Tri is controlled by the microprocessor μP in such a way that the relay winding 16 is initially charged with a relatively high relay current Ir in order to move the armature mass against the restoring force of the pretensioned armature return spring 35 to set in motion. The course of the magnetic force Pm of the starter relay 12 shown in bold in FIG. 3 initially follows the flow characteristic curve H2. The starter pinion 13 is thereby advanced by the relay armature 28 after a free travel of the plunger 17 via the engaging lever 24 initially to the ring gear 14. At time t3, the relay current Ir is now lowered by the control unit 19 via the transistor Tri by one stage. As a result, the magnetic force Pm is reduced by dropping according to FIG. 3 to the flow-through characteristic Hl. However, since this magnetic force is still significantly higher than the restoring force Pr of the armature return spring 35, the armature 28 is retracted even further into the relay winding 16. At about the same time, the microprocessor μP of the transistor Tr2 of the control unit 19 is controlled so far conductive that now the starter motor 11 is supplied via the transistor Tr2 with low current Im. As a result, the starter pinion 13 is rotated gently and immediately axially via the engagement lever in the ring gear 14 axially eingespurt. At time t4, the relay current Ir is now lowered by one more stage.
Dementsprechend fällt die Magnetkraft Pm des Starterrelais 12 von der Durchflutungskennlinie Hl auf die Durchflutungskennlinie HO ab. Mit dieser Magnetkraft wird nunmehr der Anker 28 bis zur Position S2 eingezogen, wo er sich mit dem Stössel 17 an der Schaltstange 30 abstützt, die mit der Vorspannung der Kontaktrückstellfeder 36 belastet ist. In dieser Stellung bleibt das Starterrelais 12 stehen, solange die Stopp-Phase der Brennkraftmaschine fortbesteht. Figur 5b) zeigt die Startvorrichtung in dieser so genannten Voreinspur-Stellung. Der Schaltkontakt 18 ist dabei noch im geöffneten Zustand. Der Transistor Tr2 der Steuereinheit 19 ist nun wieder gesperrt und der Startermotor 11 ist wieder stromlos . Schaltet die Ampelanlage nun wieder auf eine Grünphase um, muss der Fahrer lediglich das Gaspedal betätigen, damit dann zum Zeitpunkt t5 vom Motorsteuergerät 21 ein Startsignal an die Steuereinheit 19 abgegeben wird. Vom Mikroprozessor wird nun der Transistor Tri voll leitend gesteuert und dieAccordingly, the magnetic force Pm of the starter relay 12 drops from the flooding characteristic Hl to the flooding characteristic HO. With this magnetic force now the armature 28 is retracted to the position S2, where it is supported with the plunger 17 on the shift rod 30 which is loaded with the bias of the contact return spring 36. In this position, the starter relay 12 stops, as long as the stop phase of the internal combustion engine persists. FIG. 5b) shows the starting device in this so-called pre-insertion position. The switching contact 18 is still in the open state. The transistor Tr2 of the control unit 19 is now locked again and the starter motor 11 is de-energized again. If the traffic light system now switches back to a green phase, the driver merely has to actuate the accelerator pedal so that the engine control unit 21 then issues a start signal to the control unit 19 at the time t5. From the microprocessor, the transistor Tri is now fully conductive and controlled
Relaiswicklung 16 des Starterrelais 12 wird nun mit dem vollen Erregerstrom Ir beaufschlagt. Dadurch springt die Magnetkraft Pm gemäß Figur 3 von der Durchflutungskennlinie HO auf die Kennlinie H3 hoch und übersteigt dabei deutlich die Rückstellkraft Pr der Federn 35, 36 und 38 desRelay winding 16 of the starter relay 12 is now acted upon by the full excitation current Ir. As a result, the magnetic force Pm, according to FIG. 3, jumps from the throughflow characteristic curve HO to the characteristic curve H3, thereby clearly exceeding the restoring force Pr of the springs 35, 36 and 38 of FIG
Starterrelais 12. Der Anker 28 wird nunmehr mit voller Kraft bis zum Anschlag am Magnetkern 26 eingezogen. Damit wird im zweiten Wegabschnitt Sa2 (Figur 3) die Kontaktbrücke 18a über die Schaltstange 30 auf die Gegenkontakte 18b gedrückt und schließlich über die Kontaktdruckfeder 38 der erforderliche Kontaktdruck erzeugt. Nun wird der Startermotor 11 an das Pluspotential der Akkumulatorbatterie gelegt, so dass der Startermotor 11 nunmehr mit voller Kraft über das Einspurritzel 13 die Brennkraftmaschine 15 andrehen kann. In Figur 5c) ist diese so genannte Startphase derStarter relay 12. The armature 28 is now retracted with full force to the stop on the magnetic core 26. Thus, in the second path section Sa2 (FIG. 3), the contact bridge 18a is pressed over the shift rod 30 onto the mating contacts 18b and finally the required contact pressure is generated via the contact pressure spring 38. Now, the starter motor 11 is placed on the positive potential of the accumulator battery, so that the starter motor 11 now with full force on the Einspurritzel 13, the engine 15 can rotate. In Figure 5c) is this so-called start phase of
Startvorrichtung dargestellt, wobei über den Einrückhebel 24 das Einspurritzel 13 federbelastet in der Einspurstellung gehalten wird. Zum Zeitpunkt t6 kann der Relaisstrom Ir von der Steuereinheit 19 über den Transistor Tri auf den so genannten Haltestrom Ih abgesenkt werden, da dieser ausreicht um eine oberhalb der Federkennlinie Pr des Starterrelais 12 liegende magnetische Kraft Pm zu erzeugen. Sobald nun die Brennkraftmaschine in den Selbstlauf geht, steigt durch die Betätigung des Gaspedals die Drehzahl stark an. Beim Erreichen der Leerlaufdrehzahl n0 wird damit zum Zeitpunkt t7 über die Steuereinheit 19 der Transistor Tri gesperrt. Das Relais wird stromlos und durch die Rückstellkräfte der Federn 35, 36 und 38 wird der Anker 28 nunmehr wieder in die Ruhelage zurückgeschoben. Dabei wird der Schaltkontakt 18 geöffnet und das Einspurritzel 13 aus dem Zahnkranz 14 der Brennkraftmaschine 15 ausgespurt. Der Strom des Startermotors 11 wird dabei unterbrochen und dadurch der Startermotor stillgesetzt. Die Startvorrichtung gelangt damit wieder in ihre Ruhelage gemäß Figur 5a) und verbleibt dort, bis die Brennkraftmaschine 15 erneut für eine Stopp-Phase stillgesetzt und sodann der zuvor beschriebene Einspur- und Startvorgang durchlaufen wird.Starting device shown, via the engaging lever 24, the Einspurritzel 13 is held spring-loaded in the Einspurstellung. At time t6, the relay current Ir can be lowered by the control unit 19 via the transistor Tri to the so-called holding current Ih, since this is sufficient to generate a lying above the spring characteristic Pr of the starter relay 12 magnetic force Pm. As soon as the internal combustion engine goes into self-running, the speed increases sharply by the operation of the accelerator pedal. When idling speed n 0 is reached, the transistor Tri is thus blocked at time t7 via control unit 19. The relay is de-energized and by the restoring forces of the springs 35, 36 and 38, the armature 28 is now pushed back into the rest position. In this case, the switching contact 18 is opened and the Einspurritzel 13 off the sprocket 14 of the internal combustion engine 15 ausgepurt. The current of the starter motor 11 is interrupted thereby stopping the starter motor. The starting device thus returns to its rest position according to FIG. 5a) and remains there until the internal combustion engine 15 is stopped again for a stop phase and then the previously described meshing and starting operation is run through.
Im ersten Ausführungsbeispiel nach Figur 2 bis 5 wird die Kontaktrückstellfeder 36 des Starterrelais 12 als weitereIn the first embodiment of Figure 2 to 5, the contact return spring 36 of the starter relay 12 as a further
Rückstellfeder für den Anker 38 verwendet, die in der Stopp- Phase das Starterritzel 13 in der Einspurstellung hält, wobei der Schaltkontakt 18 des Starterrelais 12 aufgrund der Vorspannungskraft der Kontaktrückstellfeder 36 noch in seiner Ruhelage in geöffneter Stellung bleibt. Erst mit Beginn der Start-Phase wird in der zweiten Stufe des Starterrelais 12 der Schaltkontakt 18 mit voller Kraft geschlossen, indem der Strom in der Relaiswicklung 16 auf einen für den erforderlichen Kontaktdruck des Schaltkontaktes 18 benötigten Wert erhöht wird.Return spring for the armature 38 is used, which holds the starter pinion 13 in the Einspurstellung in the stop phase, wherein the switching contact 18 of the starter relay 12 remains in its rest position in the open position due to the biasing force of the contact return spring 36. Only at the beginning of the start phase, the switching contact 18 is closed at full force in the second stage of the starter relay 12 by the current in the relay winding 16 is increased to a value required for the required contact pressure of the switching contact 18.
Figur 6 zeigt in einem weiteren Ausführungsbeispiel ein Starterrelais 12 im Querschnitt, dessen konstruktiver Aufbau im wesentlichen dem Starterrelais 12 aus Figur 2 entspricht und dessen Teile mit den gleichen Bezugszahlen versehen sind. Abweichend vom ersten Ausführungsbeispiel ist beim Starterrelais nach Figur 6 ein kleinerer Abstand a' zwischen dem Stössel 17 des Ankers 28 und der Schaltstange 30 des Schaltkontaktes 18 vorgesehen. Außerdem stützt sich dort die Kontaktdruckfeder 38 auf einer Ringscheibe 40 ab, die im Ruhezustand des Relais am Boden der Ausnehmung 39 des Magnetkerns 26 aufliegt und die auf der Schaltstange 30 axial verschiebbar aufgenommen ist. Die Isolierstoffhülse 31 der Schaltstange 30 endet mit einem Abstand b unterhalb der Ringscheibe 40. Durch diese konstruktiven Änderungen ergibt sich auch eine Änderung der Federrückstellkraft des Starterrelais 12 über den Ankerhub s.Figure 6 shows in a further embodiment, a starter relay 12 in cross-section, the constructive structure substantially corresponds to the starter relay 12 of Figure 2 and whose parts are provided with the same reference numerals. Notwithstanding the first embodiment, the starter relay of Figure 6, a smaller distance a 'between the plunger 17 of the armature 28 and the shift rod 30 of the switching contact 18 is provided. In addition, there the contact pressure spring 38 is supported on an annular disc 40 which rests in the idle state of the relay at the bottom of the recess 39 of the magnetic core 26 and which is received on the shift rod 30 axially displaceable. The Isolierstoffhülse 31 of the shift rod 30 terminates at a distance b below the annular disc 40. Due to these structural changes also a change in the spring restoring force of the starter relay 12 on the armature stroke s.
Die Wirkungsweise des Relais gemäß Figur 6 wird nun mit Hilfe der Figuren 7 und 8 näher erläutert. Figur 7 zeigt über den Weg s des Ankers 28 einerseits die Federkennlinie des Starterrelais 12 als Rückstellkraft Pr und andererseits die Kraftkennlinien des Starterrelais bei verschiedenen magnetischen Durchflutungen HO bis H3. Figur 8 zeigt ähnlich wie Figur 5 die Startvorrichtung in schematischerThe operation of the relay according to Figure 6 will now be explained in more detail with reference to Figures 7 and 8. Figure 7 shows on the way s of the armature 28 on the one hand, the spring characteristic of the starter relay 12 as restoring force Pr and on the other hand, the force characteristics of the starter relay at different magnetic fluxes HO to H3. Figure 8 shows similar to Figure 5, the starting device in a schematic
Darstellung in der Ruhelage gemäß a) , in der Einspurstellung gemäß b) und in der Startstellung gemäß c) .Representation in the rest position according to a), in the Einspurstellung according to b) and in the starting position according to c).
Ausgehend vom Ruhezustand des Ankers 28 gemäß Figur 6 und Figur 8 a) muss zunächst die Vorspannung derStarting from the idle state of the armature 28 according to Figure 6 and Figure 8 a), the bias of the first
Ankerrückstellfeder 35 überwunden werden. Durch ein axiales Vorrücken des Ankers wird sodann die Ankerrückstellfeder 35 bis zu Position Sl um etwa 4mm zusammengedrückt, wobei die Federkraft zunächst gering und linear ansteigt. In dieser Position wird nun gemäß Figur 1 über den Einrückhebel 24 das Starterritzel 13 vorgespurt und bei leichter Bestromung des Startermotors 11 wird es in den Zahnkranz 14 der Brennkraftmaschine 15 eingespurt. Dabei bewegt sich der Anker 28 des Starterrelais 12 zunächst bis zur Position Sl' in Figur 7, wo nunmehr der Stössel 17 des Ankers 28 auf die Schaltstange 30 trifft, die mit der Vorspannkraft der Kontaktrückstellfeder 36 in dieser Position mit einer Kraft Pl gehalten wird. Bis zu dieser Position wird nun der Erregerstrom stufenweise reduziert, indem die Durchflutung von der Kennlinie H2 auf HO reduziert wird. Die von der Durchflutung HO erzeugt magnetische Kraft Pm ist im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel größer als die Vorspannkraft der Kontaktrückstellfeder 36, so dass nunmehr der Anker über die Position Sl' hinaus bis zur Position S2 bewegt wird. In dieser Position stößt nun die Isolierhülse 31 der Schaltstange 30 gegen die Ringscheibe 40, auf die sich die vorgespannte Kontaktdruckfeder 38 abstützt. Durch den Hub des Ankers 28 von der Position Sl' zur Position S2 wird ferner die Kontaktbrücke 18a von der Schaltstange 30 bis zu einer Position kurz vor dem Berühren derArmature return spring 35 are overcome. By an axial advance of the armature then the armature return spring 35 is compressed to position Sl by about 4mm, the spring force initially low and linear increases. In this position, according to Figure 1 via the engaging lever 24, the starter pinion 13 vorgespurt and light energization of the starter motor 11, it is meshed with the ring gear 14 of the engine 15. In this case, the armature 28 of the starter relay 12 initially moves to position Sl 'in Figure 7, where now the plunger 17 of the armature 28 strikes the shift rod 30, which is held with the biasing force of the contact return spring 36 in this position with a force Pl. Up to this position, the exciter current is now gradually reduced by reducing the flooding from the characteristic H2 to HO. The magnetic force Pm generated by the flooding HO is in contrast to the first embodiment greater than the biasing force of the contact return spring 36, so that now the armature is moved beyond the position Sl 'out to the position S2. In this position now pushes the insulating sleeve 31 of the shift rod 30 against the annular disc 40, on which the prestressed contact pressure spring 38 is supported. By the stroke of the armature 28 from the position Sl 'to position S2 is further the contact bridge 18a of the shift rod 30 to a position just before touching the
Gegenkontakte 18b vorgerückt. Aufgrund der Durchflutung HO ist nun die magnetische Kraft so gering, dass der Anker 28 in dieser Position während der gesamten Stopp-Phase des Fahrzeugs gehalten wird.Mating contacts 18b advanced. Due to the flooding HO, the magnetic force is now so low that the armature 28 is held in this position during the entire stop phase of the vehicle.
Eine weitere Ankerbewegung kann nun erst wieder erfolgen, wenn auch die Vorspannkraft der Kontaktdruckfeder 38 mit dem Wert P2 überwunden wird. Dies geschieht mit Beginn der Start-Phase, bei der die Durchflutung des Relais auf die Kennlinie H3 durch die volle Bestromung der RelaiswicklungA further armature movement can only take place again if the pretensioning force of the contact pressure spring 38 with the value P2 is also overcome. This happens at the beginning of the start phase, when the relay flooded to the characteristic H3 by the full current supply of the relay winding
16 angehoben wird. Dadurch wird schließlich von der Position S2 aus die Kontaktbrücke 18a mit einem steileren Kraftanstieg bis zu den Gegenkontakten 18b vorgeschoben und schließlich bis zum Anschlag des Ankers 28 am Magnetkern 26 auch noch die Kontaktdruckfeder 38 für den erforderlichen Kontaktdruck weiter gespannt.16 is raised. As a result, the contact bridge 18a is finally advanced from the position S2 with a steeper force increase up to the mating contacts 18b, and finally also until the stop of the armature 28 on the magnetic core 26, the contact pressure spring 38 is further tensioned for the required contact pressure.
In diesem Ausführungsbeispiel bildet die Kontaktdruckfeder 38 für den Anker 28 eine weitere Rückstellfeder, mit der die Startvorrichtung in der Einspurstellung des Starterritzels bei geöffnetem Schaltkontakt 18 gehalten wird. Da bei dieser Ausführung der Schaltkontakt 18 bereits während der Stopp- Phase bis kurz vor dem Schließen angehoben wird, ergibt sich damit für die Start-Phase ein nahezu unverzögertes Andrehen der Maschine durch ein unverzügliches Schließen desIn this embodiment, the contact pressure spring 38 for the armature 28 forms a further return spring with which the starting device is held in the Einspurstellung the starter pinion with the switch contact 18 open. Since in this embodiment, the switching contact 18 is already raised during the stop phase until shortly before closing, resulting in the start-up phase almost instantaneous turning of the machine by an immediate closing of the
Schaltkontaktes 38 zur vollen Bestromung des Startermotors 11.Switching contact 38 for full energization of the starter motor 11th
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, da sich die Startvorrichtung in vielen Details modifizieren lässt. So ist es beispielsweise möglich, beim so genannten Voreinspuren sowie in der Haltephase das Starterrelais 12 und/oder den Startermotor 11 getaktet anzusteuern. Dabei werden die Transistoren Tri und Tr2 zur Begrenzung der Schaltverluste vorzugsweise mit einem geänderten Tastverhältnis über den Mikroprozessor μP angesteuert. Außerdem lässt sich auf diese Weise über den Temperatursensor T der Steuereinheit 19 der Strom des Starterrelais 12 und des Startermotors 11 temperaturabhängig auf die jeweils erforderliche Kraft optimieren. Des Weiteren ist es möglich, mit einem gemäß Figur 4 gestrichelt dargestellten, verlängerten Andrehsignal Sd den Startermotor 11 länger anzusteuern, um nach dem Eindrehen des Starterritzels 13 in den Zahnkranz 14 der Brennkraftmaschine 15 diese bis in eine Kompressionsstellung weiterzudrehen, was auch auf der Zeitachse ta der Motordrehzahl n gestrichelt angedeutet ist. Dadurch kann der Startvorgang der Brennkraftmaschine 15 weiter beschleunigt werden. Erfindungswesentlich ist dabei das dynamische Verhalten des Starterrelais 12 durch die Steuerung des Relaisstromes über die Steuereinheit 19 in Kombination mit einer geeigneten Federauslegung des Starterrelais 12, um den Einzugs- und Schaltvorgang des Relais in zwei Stufen derart zu unterteilen, dass in der ersten Stufe ein lineares, geräuschminimiertes Einrücken des Starterritzels 13 für ein weiches Voreinspuren in den Zahnkranz 14 der Brennkraftmaschine 15 gewährleistet wird. Die Auslegung des Magnetkreises erfolgt dabei derart, dass der für die Durchflutung erforderliche Relaisstrom möglichst klein bleibt. Außerdem ist in der Haltestellung des Relais für die Zeit des Voreinspurens der verbleibende Luftspalt des Magnetkreises -und damit verbunden der Kontaktabstand der Schaltbrücke 18a zu den Gegenkontakten 18b- zu minimieren. Erst in der Stufe zwei wird die magnetische Durchflutung des Relais derart erhöht, dass die Kontaktrückstell- und Kontaktandruckfeder 36 und 38 überbrückt werden und der Schaltkontakt 18 zum Schalten des Hauptstromes für den Startermotor 11 geschlossen wird.The invention is not limited to the described embodiments, since the Start device in many details can be modified. It is thus possible, for example, to control the starter relay 12 and / or the starter motor 11 in a clocked manner during the so-called pre-insertion as well as in the holding phase. In this case, the transistors Tri and Tr2 are preferably controlled with a changed duty cycle via the microprocessor μP in order to limit the switching losses. In addition, in this way, via the temperature sensor T of the control unit 19, the current of the starter relay 12 and of the starter motor 11 can be temperature-dependently optimized to the respectively required force. Furthermore, it is possible, with a dashed lines shown in Figure 4, extended starting signal Sd to drive the starter motor 11 longer to rotate after screwing the starter pinion 13 in the ring gear 14 of the engine 15 this to a compression position, which also on the time axis ta the engine speed n is indicated by dashed lines. Thereby, the starting operation of the internal combustion engine 15 can be further accelerated. Essential to the invention is the dynamic behavior of the starter relay 12 by the control of the relay current through the control unit 19 in combination with a suitable spring design of the starter relay 12 to divide the feed and switching operation of the relay in two stages such that in the first stage a linear , Low-noise engagement of the starter pinion 13 is ensured for a soft Voreinspuren in the ring gear 14 of the internal combustion engine 15. The design of the magnetic circuit takes place in such a way that the required for the flooding of the relay current remains as small as possible. In addition, in the holding position of the relay for the time of Voreinspurens the remaining air gap of the magnetic circuit - and thus the contact distance of the switching bridge 18a to the mating contacts 18b- to minimize. Only in the second stage, the magnetic flux of the Relay increased such that the Kontaktrückstell- and Kontaktandruckfeder 36 and 38 are bridged and the switch contact 18 is closed to switch the main current for the starter motor 11.
Für die mit Beginn der zweiten Stufe des Starterrelais 12 aktivierte weitere Rückstellfeder 38 wird zwar bei den Ausführungsbeispielen die Kontaktrückstellfeder beziehungsweise die Kontaktdruckfeder für den Schaltkontakt 18 des Relais verwendet. Die weitere Rückstellfeder kann jedoch ebenso gut als separate Rückstellfeder, zum Beispiel konzentrisch zur Ankerrückstellfeder so angeordnet werden, dass sie erst mit Beginn der zweiten Stufe vom Anker 28 mit entsprechend großer magnetischen Kraft beaufschlagt wird. Dabei sind die verschiedenen Federn des Relais in jedemFor the activated with the beginning of the second stage of the starter relay 12 further return spring 38 Although the contact restoring spring or the contact pressure spring for the switching contact 18 of the relay is used in the embodiments. However, the further return spring can just as well be arranged as a separate return spring, for example concentric to the armature return spring so that it is acted upon by the armature 28 with a correspondingly large magnetic force only at the beginning of the second stage. The different springs of the relay are in each case
Falle derart aufeinander abzustimmen, dass eine in Figur 3 beziehungsweise 7 dargestellte gestufte Federkennlinie Pr entsteht. Dabei ist es auch möglich, eine mehr oder weniger stark ausgeprägte Abstufung der Federkennlinie am Beginn der zweiten Stufe des Starterrelais 12 zu realisieren.Trap to match such that a stepped spring characteristic Pr shown in Figure 3 and 7, respectively. It is also possible to realize a more or less pronounced gradation of the spring characteristic at the beginning of the second stage of the starter relay 12.
In weiterer Modifikation der Startvorrichtung ist es auch möglich, die Relaiswicklung 16 des Starterrelais 12 in der zweiten Stufe eines Startvorgangs zum Zeitpunkt t5 in Figur 4 über ein Steuerrelais SH -in gleicher Weise wie für einen Kaltstart der Maschine- direkt vom Motorsteuergerät 21 einzuschalten, wie dies in Figur 1 gestrichelt angedeutet ist. In a further modification of the starting device, it is also possible to turn on the relay winding 16 of the starter relay 12 in the second stage of a startup at time t5 in Figure 4 via a control relay SH -in the same way as for a cold start of the engine directly from the engine control unit 21 this is indicated by dashed lines in Figure 1.

Claims

Ansprüche claims
1. Startvorrichtung (10) für Kraftfahrzeuge mit einer Steuereinheit (19) und mit einem Starterrelais (12) zum Einspuren eines Starterritzels (13) in einen Zahnkranz (14) einer Brennkraftmaschine (15), sowie mit einem das Starterritzel antreibenden Startermotor (11) , wobei das Starterrelais eine Relaiswicklung (16) und einen den Hauptström des Startermotors schaltenden Schaltkontakt (18) aufweist, in dem jeweils bei einem Start-Stopp- Vorgang während der Stopp-Phase in einer ersten Stufe (SaI) das Starterritzel in den Zahnkranz eingespurt und während der Start-Phase in einer zweiten Stufe (Sa2) die Brennkraftmaschine vom Startermotor angedreht wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Stufe (SaI) mit dem Voreinspuren des Starterritzels (13) der Anker (28) des Starterrelais (12) mit reduzierter Kraft bis zu einer Position (S2) mit noch geöffnetem Schaltkontakt (18) vorgerückt und dort gehalten wird, bis mit Beginn der zweiten Stufe (Sa2) der Schaltkontakt (18) mit voller Kraft schließt.1. Starting device (10) for motor vehicles with a control unit (19) and with a starter relay (12) for meshing a starter pinion (13) in a ring gear (14) of an internal combustion engine (15), and with a starter pinion driving starter motor (11) in which the starter relay has a relay winding (16) and a Hauptström the starter motor switching switching contact (18), in each of which during a start-stop process during the stop phase in a first stage (SaI) the starter pinion meshes with the ring gear and during the start-up phase in a second stage (Sa2) the internal combustion engine is turned off by the starter motor, characterized in that in the first stage (SaI) with the pre-tracking of the starter pinion (13) of the armature (28) of the starter relay (12) reduced force up to a position (S2) with still open switching contact (18) advanced and held there until the beginning of the second stage (Sa2) of the switch contact (18) with full Kr aft closes.
2. Startvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (19) in der ersten Stufe (SaI) den2. Starting device according to claim 1, characterized in that the control unit (19) in the first stage (SaI) the
Strom (Ir) in der Relaiswicklung (16) über ein Schaltelement (Tri) von einem Anfangswert bis auf einen Haltestrom, vorzugsweise gestuft, verringert und in der zweiten Stufe (Sa2) den Strom (Ir) auf einen für den erforderlichen Kontaktdruck des Schaltkontaktes (18) benötigten Wert erhöht.Current (Ir) in the relay winding (16) via a switching element (Tri) from an initial value to a holding current, preferably stepped, and reduced in the second stage (Sa2) the current (Ir) to one for the required contact pressure of the switching contact ( 18) required value increased.
3. Startvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die durch den Haltestrom im ersten Wegabschnitt (SaI) des Ankers (28) erzeugte Magnetkraft (Pm) größer ist als die Kraft der vorgespannten Ankerrückstellfeder (35) , aber geringer als die Kraft einer weiteren, im letzten Wegabschnitt (Sa2) wirksamen, vorzugsweise vorgespannten Rückstellfeder (36, 38) .3. Starting device according to claim 2, characterized in that the by the holding current in the first path portion (SaI) of the armature (28) generated magnetic force (Pm) larger is than the force of the biased armature return spring (35), but less than the force of another, in the last path section (Sa2) effective, preferably biased return spring (36, 38).
4. Startvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannkraft der weiteren Rückstellfeder (36, 38) erst mit erhöhter Bestromung des Starterrelais (12) für den letzten Wegabschnitt (Sa2) des Ankers (28) zu überwinden ist.4. Starting device according to claim 3, characterized in that the biasing force of the further return spring (36, 38) only with increased energization of the starter relay (12) for the last path portion (Sa2) of the armature (28) is overcome.
5. Starterrelais für eine Startvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkreis des Starterrelais (12) in einem federbelasteten Wegbereich (A) des Ankers (28) vor dem Schließen des Schaltkontaktes5. starter relay for a starting device according to claim 1, characterized in that the magnetic circuit of the starter relay (12) in a spring-loaded path range (A) of the armature (28) before the closing of the switching contact
(18) auf eine zur magnetischen Durchflutung (ΔH) nahezu proportionale Wegänderung (ΔS) des Ankers (28) ausgelegt ist.(18) is designed for a magnetic flux (ΔH) almost proportional path change (ΔS) of the armature (28).
6. Starterrelais nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (28) in seinem hinteren Wegabschnitt (Sa2) mit geringem radialen Luftspalt konzentrisch über einen Magnetkern (26) des Starterrelais (12) greift.6. starter relay according to claim 5, characterized in that the armature (28) concentrically in its rear path portion (Sa2) with a small radial air gap via a magnetic core (26) of the starter relay (12) engages.
7. Starterrelais nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (28) auf seiner dem Magnetkern (26) zugewandten Stirnseite mit einem axial vorstehenden Kragen (41) versehen ist, der im hinteren Wegabschnitt (Sa2) des Ankers (28) über das vordere Ende des Magnetkernes (26) greift.7. starter relay according to claim 6, characterized in that the armature (28) on its the magnetic core (26) facing the end face with an axially projecting collar (41) is provided in the rear path section (Sa2) of the armature (28) over the front end of the magnetic core (26) engages.
8. Starterrelais für eine Startvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Anker (28) des Starterrelais (12) am Ende der ersten Stufe an der weiteren Rückstellfeder (38) abstützt. 8. starter relay for a starting device according to claim 3, characterized in that the armature (28) of the starter relay (12) at the end of the first stage on the further return spring (38) is supported.
9. Starterrelais nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontaktrückstellfeder (36) des Starterrelais (12) die weitere Rückstellfeder bildet, die über eine Schaltstange (30) vom Anker (28) zu betätigen ist.9. starter relay according to claim 8, characterized in that a contact return spring (36) of the starter relay (12) forms the further return spring which is to be actuated via a switching rod (30) from the armature (28).
10. Starterrelais nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltkontakt (18) bereits im ersten Wegabschnitt (SaI) des Ankers (28) bis kurz vor dem Schließen vorzurücken und dort durch die vorgespannte, weitere Rückstellfeder (36) während der Stopp-Phase zu halten ist.10. Starter relay according to claim 8 or 9, characterized in that the switching contact (18) already in the first path section (SaI) of the armature (28) to advance shortly before closing and there by the biased, further return spring (36) during the stop Phase is to hold.
11. Starterrelais nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontaktdruckfeder (36) des Starterrelais (12) die weitere Rückstellfeder bildet.11. Starter relay according to claim 10, characterized in that a contact pressure spring (36) of the starter relay (12) forms the further return spring.
12. Starterrelais nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass bereits in der ersten Stufe (SaI) die den Schaltkontakt (18) tragende Schaltstange (30) bis zu ihrer Abstützung an der Kontaktdruckfeder (36) vorrückbar ist. 12. A starter relay according to claim 11, characterized in that already in the first stage (SaI) the switching contact (18) carrying the shift rod (30) is advanceable up to its support on the contact pressure spring (36).
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