EP2386022A1 - Verfahren zum betreiben einer startvorrichtung und startvorrichtung zum starten einer brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer startvorrichtung und startvorrichtung zum starten einer brennkraftmaschine

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EP2386022A1
EP2386022A1 EP10700721A EP10700721A EP2386022A1 EP 2386022 A1 EP2386022 A1 EP 2386022A1 EP 10700721 A EP10700721 A EP 10700721A EP 10700721 A EP10700721 A EP 10700721A EP 2386022 A1 EP2386022 A1 EP 2386022A1
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EP
European Patent Office
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internal combustion
combustion engine
starting device
starter
position sensor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10700721A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Karl-Otto Schmidt
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
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02N2200/10—Parameters used for control of starting apparatus said parameters being related to driver demands or status
    • F02N2200/103—Clutch pedal position
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    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the invention relates to a starting device for an internal combustion engine in a motor vehicle, wherein the starting device comprises a starter motor and a Einspurvor- direction, which are controlled separately by a controller for starting an internal combustion engine, a starter motor driven by the starter pinion in a ring gear of the internal combustion engine of the Einspurvorraum isLespurt for starting and the internal combustion engine is started by means of the starting device, if a defined release condition exists.
  • the invention further relates to a starting device for starting an internal combustion engine in a motor vehicle with a
  • the starting device has a separately controllable starter motor via a starter switch and a separately controllable Einspurvorraum for meshing a driven by the starter motor starter pinion in a ring gear of the internal combustion engine.
  • DE 10 2005 004 326 A1 and DE 10 2005 021 227 A1 describe a starting device for an internal combustion engine in a vehicle, with a controller for the separate control of a meshing device and a starter motor.
  • the object is achieved in that the release condition is checked in two stages, wherein in a first stage, the starter pinion is tracked by the Einspurvorraum and in a second stage, the internal combustion engine is started by a high flow of the starter motor.
  • the release condition is preferably designed defined so that it must be performed manually by a driver in a time sequence at a time interval to start the engine.
  • the timing of the release condition has the advantage that the control of the Einspurvortechnisch and the starter motor is separated in time and thus unified is over. A Einspuren can take place slower in time. This results in a lower Einls rattle.
  • this has the advantage that the starter pinion and the ring gear can achieve greater coverage when the starter motor is subjected to a maximum current. Conventionally, the distances between see the meshing and the application of the starter motor with a high
  • a signal from a first position sensor for the first stage of the release condition is detected and a signal from a second position sensor is detected for the second stage of the release condition.
  • the two-stage release condition is thus executed by activating a first position sensor in the first stage and activating a second position sensor in the second stage.
  • position sensors are provided which lie in an actuation path from the driver in order to start the internal combustion engine. The driver must execute the actuation path to start the engine.
  • the method described above can basically always be carried out when the internal combustion engine is started, ie even during a so-called cold start when the vehicle is started by means of an ignition key or after verification of the driver authorization, for example by means of an ignition key by pressing a separate start button.
  • the above-described two-stage enabling condition method is executed only in a start-stop operation of the internal combustion engine.
  • This has the advantage that the cold start for a driver in a conventional manner is executable, as he is known to a driver. Only in start-stop operation, which is new to the driver when the internal combustion engine is switched off due to switch-off and the start button or the ignition key is not pressed, another way must be found to activate the internal combustion engine to detect the driving desire and implement.
  • the inventive method is used with a device according to the invention described below.
  • the object of the invention is also achieved with a starting device in that the controller can be coupled with two position sensors which respectively supply signals in order to control the starting motor and the meshing device separately.
  • the control of the meshing device and the starter motor is controlled by a program executed by a microcomputer, or the starter control is coupled only to a sensor which detects a driver's request in start-stop operation. The starting process then proceeds according to the conventional starting procedure.
  • the controller is thus merely an amplifier or converter which converts or transforms signals from position sensors in such a way that the meshing device and the starter motor are activated.
  • the position sensors are operated, for example, with a lower voltage and a small current, whereas, on the other hand, the Einspurvoriques and the starter motor with large currents and possibly also with greater voltages are driven as the position sensors.
  • the control is thus very simple, since an additional electrical or electronic control, possibly with a microcomputer, can be omitted for the defined time control of Einspurvortechnisch and starter motor. It is understood that the starting device in conjunction with the position sensors can also be referred to as a starting system.
  • the position sensors are designed as mechanical switches.
  • Mechanical switches have the advantage that they work safely and are inexpensive to produce.
  • the mechanical switches may be, for example, buttons that are actuated due to a groove or nubs in a pedal travel, or they are potentiometers with a detection electronics or similar electrical or electronic switches.
  • At least one position sensor is designed as an optical sensor.
  • Optical sensors also have the advantage that they produce no resistance in the actuation path.
  • the position sensors are arranged in the pedal travel from the clutch pedal, in particular the first position sensor is arranged in the first quarter of the pedal travel, and particularly preferably the second position sensor is arranged in the last third of the pedal travel of the clutch pedal. This results in a defined time difference between the signals from the first position sensor and the signals from the second position sensor.
  • This embodiment is intended for vehicles with manual transmission.
  • the first position sensor for the first stage on the brake pedal and the second position sensor for the second stage on the accelerator pedal are arranged.
  • a release of the brake is detected and subsequently it is detected that the accelerator pedal is actuated.
  • the Einspurvoriques and the starter motor can be coupled directly to the control with the position sensors.
  • the controller must have a safety circuit that prevents misoperation, so that the starter motor can not be operated without closing the Einspurvoruze. Therefore, preferably the Einspurvortechnisch is connected to a switch which closes the circuit for the starter motor only when the starter pinion is completelyußspurt.
  • the invention thus comprises the Einspurvortechnisch a switch for the starter motor in the circuit and the starter motor is energized by closing a second switch which is coupled to the second position sensor.
  • the second switch is a switching relay to large currents with small currents for the
  • the current limiting device and an electrical switch for switching the meshing device are designed as control electronics, in particular with a current sensor.
  • a control electronics with an electronic switch, for example, a transistor thus controls the power requirements for a Einspurvorraum.
  • the current-limiting device and the electrical switch for the single-track device are designed as control electronics with a time control.
  • no current sensor is required, but the current is reduced by a timing based on a predetermined timing characteristic diagram.
  • FIG. 1 is a schematic circuit diagram of a starting device according to a first embodiment
  • Fig. 2 is a schematic circuit diagram of a starting device according to a second
  • FIG. 3 is a schematic circuit diagram of a starting device according to a third embodiment, 4 shows a circuit arrangement of a current limiting device,
  • Fig. 5 is a schematic circuit diagram of a starting device according to a fourth
  • Fig. 6 is a schematic circuit diagram of a starting device according to a fifth
  • Fig. 7 is a time-current-distance-voltage diagram of a Einspurvorgangs.
  • Fig. 1 shows a schematic circuit diagram of a starting device 1 according to a first particular embodiment.
  • the starting device 1 is controlled by a motor controller 2.
  • the engine controller 2 is activated by an ignition switch 3.
  • the ignition switch 3 can either be connected directly to a lock for an ignition key or simply be a start button that can be operated by the driver, for example, by a vehicle key in a lock after identification of the driving authorization.
  • the ignition switch 3 releases electric power from a battery 4 from a vehicle.
  • the engine controller 2 is supplied with electric power.
  • the engine controller 2 has an interface 5 for detecting sensor signals from the vehicle or an internal combustion engine 27.
  • the engine controller 2 decides whether a shutdown condition for a start-stop operation of the internal combustion engine 27 is present and accordingly controls the internal combustion engine 27 at.
  • the starting device 1 comprises a starter motor 7, which drives a starter pinion 24.
  • the starting device 1 also comprises a meshing device 8, which latches the starter pinion 24 in a ring gear 25 of the internal combustion engine 27 for a starting process.
  • the Einspurvoriques 8 further includes a contact bridge 87 as a switch, which is closed when the starter pinion 24 is meshed with the ring gear 25, so that the starter motor 7 can be acted upon by a maximum current when the starter pinion 24 is meshed.
  • the contact bridge 87 is thus a safety switch to avoid malfunction.
  • an electrical switch 9 designed as a switching relay can be activated on a control 6 for the star device 1.
  • the electric switch 9 is driven with small currents and switches large currents for the electrical Einspurvortechnische 8.
  • the Einspurvortechnischigan 8 includes, in the particular embodiment shown in FIG. 1, two windings. A Einspurwicklung 81 and a low-resistance winding 82, so that the starter motor 7 is energized with a small current, and the starter pinion 24 is gently rotated in Einspurvorgang to avoid a tooth-on-tooth position in the Einspurvorgang.
  • the starter motor 7 is acted upon to start the internal combustion engine 27 by switching a designed as a switching relay electrical starter switch 10 with a maximum current and driven.
  • the starter switch 10 is driven by the controller 6 with a smaller current.
  • the controller 6 may be separately formed adjacent to and in information contact with the motor controller 2 or the controller 6 is, as shown in FIG. 1 is preferably shown, integrated in the motor controller 2, thus reducing the wiring and wiring and the Design control 6 cost.
  • the controller 6 can be coupled with two position sensors S1, S2.
  • the position sensors S1, S2 may be electromechanical switches or optical sensors.
  • the position sensors S1, S2 are preferably optical sensors, since they operate virtually wear-free and do not generate any additional resistance in a pedal path.
  • the position sensors S1, S2 are arranged in the pedal travel of a clutch pedal 11.
  • the clutch pedal 11 is provided in vehicles with manual transmission.
  • the position sensor S1 is arranged in the first quarter of the pedal travel of the clutch pedal 1 1.
  • the position sensor S2 is preferably activated in the last third of the pedal travel from the clutch pedal 11.
  • the two position sensors create a two-stage release condition for the internal combustion engine
  • This simple control has the advantage that the starter motor 2 is started delayed in time, in particular after a sufficient overlap of the starter pinion 24 and the ring gear 25 is present after a pre-picking. As a result, premature wear on the starter pinion 24 and sprocket 25 is avoided, which in case of premature starter motor
  • FIG. 2 shows a modification of the starting device 1 according to FIG. 1.
  • the embodiment is provided for vehicles with an automatic transmission that have no clutch pedal.
  • a first position sensor S1 is arranged on the brake pedal 12.
  • the position sensor S1 detects a release of the brake. This is interpreted as a start request by the driver in start-stop mode or during a cold start.
  • a second position sensor S2 is arranged to detect the pedal travel from the accelerator pedal 13.
  • the position sensor S2 detects an actuation of the accelerator pedal, so that the signal from the position sensor S2 is forwarded directly to a starter control, by means of the switch 10, the starter motor 2 for starting the internal combustion engine
  • the starter control thus includes the controller 6 and the switches 9 and 10.
  • FIG. 3 shows a further particular embodiment as a modification to FIG. 1.
  • the Einspurvoroplasty 8 additionally a
  • the current limiting device 14 reduces the current of the Einspurvortechnisch 8 after a Einspurvorgang to produce a small holding current, which is sufficient to keep the starter pinion 24 in the tracked state.
  • the current limiting device 14 thus has the advantage that the power consumption is lowered and the Einspurvortechnisch 8 as Einspurrelais is less affected by the heating of the windings in their function. With frequent start-stops, the Einspurun Vietnamese phenomenon could be affected if the Einspurwicklung 81 has too high a resistance and thus the required Magnetkraft raw matter qualifi would be impaired.
  • the current limiting device 14 comprises a transistor 16, which blocks after a short time.
  • a power resistor 15 determines the holding current.
  • a capacitor 17 and a resistor 18 determine the turn-on time of the transistor 16.
  • FIG. 5 shows an alternative embodiment with respect to the current limiting device 14 and the electrical switch 9, which can be replaced by an electronic control system 19.
  • the control electronics 19 comprises a current sensor 21, via which the on-track device 8 is reliably actuated and a holding current can also be generated.
  • FIG. 6 shows a modification to FIG.
  • the control electronics 19 is no longer current-controlled, but designed with a time control, so that the high feed stream is reduced in time to a holding current.
  • Fig. 7 shows a time-current-distance and voltage diagram for a Einspurvorgang.
  • the starting process can be carried out both with a cold start, and preferably for a start in start-stop operation according to the inventive method with the starting device according to the invention.
  • the starter pinion 24 is spitted out and the starter motor 7 is stationary.
  • a signal is detected by the position sensor S1, which is transmitted from the clutch pedal 11 or the brake pedal 12 to the controller 6.
  • the controller 6 energizes the single track device 8 with a current I and a voltage U 8 .
  • the diagram of FIG. 7 shows the voltage U 8 according to a current supply
  • Fig. 1 and the diagram U 8-2 o shows an energization with a control electronics 19 and 20.
  • the starter pinion 24 is thus gently meshed.
  • the starter motor 7 is supplied with a voltage U 7 and a current I, so that the starter pinion 24 is gently rotated, the starter pinion 24 completes the path s and the contact bridge 87 closes.
  • the starter pinion 24 is meshed and the starter motor 7 is acted upon by a detected signal from the position sensor S2 with a current for starting the internal combustion engine 27.
  • the controller 6 energizes the starter motor 7 initially for smooth starting with a reduced current from the time t 4 for vigorous cranking of the engine

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben einer Startvorrichtung (1) für eine Brennkraftmaschine (27) in einem Kraftfahrzeug beschrieben, wobei die Startvorrichtung (1) einen Startermotor (7) und eine Einspurvorrichtung (8) aufweist, die von einer Steuerung (6) zum Starten der Brennkraftmaschine (27) separat angesteuert werden, ein vom Startermotor (7) antreibbares Starterritzel (24) in einen Zahnkranz (25) der Brennkraftmaschine (27) von der Einspurvorrichtung (8) eingespurt wird und die Brennkraftmaschine (27) mittels der Startvorrichtung (1) gestartet wird, wenn eine definierte Freigabebedingung vorliegt. Um die Einspurvorrichtung (8) und den Startermotor (7) separat möglichst einfach anzusteuern, wird die Freigabebedingung zweistufig abgeprüft, wobei in einer ersten Stufe das Starterritzel (24) mittels der Einspurvorrichtung (8) zum Starten eingespurt wird und in einer zweiten Stufe die Brennkraftmaschine (27) durch eine hohe Bestromung des Startermotors (7) gestartet wird.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zum Betreiben einer Startvorrichtung und Startvorrichtung zum Starten einer Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung bezieht sich auf eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug, wobei die Startvorrichtung einen Startermotor und eine Einspurvor- richtung aufweist, die von einer Steuerung zum Starten von einer Brennkraftmaschine separat angesteuert werden, ein vom Startermotor antreibbares Starterritzel in einen Zahnkranz der Brennkraftmaschine von der Einspurvorrichtung zum Starten eingespurt wird und die Brennkraftmaschine mittels der Startvorrichtung gestartet wird, wenn eine definierte Freigabebedingung vorliegt. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Start- Vorrichtung zum Starten einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug mit einer
Steuerung, wobei die Startvorrichtung einen separat ansteuerbaren Startermotor über einen Starterschalter und eine separat ansteuerbare Einspurvorrichtung zum Einspuren eines vom Startermotor angetriebenen Starterritzels in einen Zahnkranz der Brennkraftmaschine aufweist.
Es ist bekannt, eine Brennkraftmaschine mittels eines von einem Startermotor antreibbaren Starterritzels zu Starten, dass in den Zahnkranz einer Brennkraftmaschine eingespurt wird.
Zur Einsparung von Kraftstoff und Emissionen ist es bekannt, die Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug durch eine Motorsteuerung beispielsweise an Ampeln oder bei anderen Verkehrshindernissen, die zu einem kurzfristigen Stopp zwingen, nach bestimmten Abschaltbedingungen, insbesondere nach einem bestimmten Zeitablauf, auszuschalten. Es ist bekannt durch Betätigung eines Kupplungspedals, der einen Kupp- lungsschalter auslöst, einen Startwunsch vom Fahrer zu detektieren, der an die Mo- torsteuerung übermittelt wird, um einen Startvorgang der Brennkraftmaschine einzuleiten.
Die DE 10 2005 004 326 A1 und die DE 10 2005 021 227 A1 beschreiben eine Start- Vorrichtung für eine Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug, mit einer Steuerung zur separaten Ansteuerung einer Einspurvorrichtung und eines Startermotors.
Die DE 197 02 932 A1 beschreibt eine Schaltungsanordnung für eine als Einrückrelais ausgebildete Einspurvorrichtung.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Startvorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, sodass die Einspurvorrichtung und den Startermotor separat möglichst einfach, insbesondere im Start-Stopp-Betrieb, ansteuerbar sind.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Gegenstand der Patentansprüche 1 und 4 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Es ist ein, der Erfindung zugrunde liegender Gedanke, eine aufwendige, komplizierte, gegebenenfalls mit Computerprogrammen ausgestattete Steuerung zur separaten Ansteuerung von einem Startermotor und der Einspurvorrichtung durch eine einfache e- lektromechanische Konstruktion zu substituieren. Somit ergeben sich Konstruktions-,
Fertigungs- und Entwicklungsvorteile, die alle Kosten vorteile mit sich bringen.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Freigabebedingung zweistufig abgeprüft wird, wobei in einer ersten Stufe das Starterritzel mittels der Einspurvorrichtung einge- spurt wird und in einer zweiten Stufe die Brennkraftmaschine durch eine hohe Bestro- mung des Startermotors gestartet wird. Die Freigabebedingung ist bevorzugt derart definiert ausgelegt, sodass sie von einem Fahrer manuell in einer zeitlichen Folge in einem zeitlichen Abstand ausgeführt werden muss, um die Brennkraftmaschine zu starten. Das zeitliche Prüfen der Freigabebedingung hat den Vorteil, dass die Ansteuerung der Einspurvorrichtung und vom Startermotor zeitlich getrennt wird und somit verein- facht ist. Ein Einspuren kann zeitlich langsamer erfolgen. Dies hat ein geringeres Einspurgeräusch zur Folge. Außerdem hat dies den Vorteil, dass das Starterritzel und der Zahnkranz eine größere Überdeckung erreichen können, wenn der Startermotor mit einem maximalen Strom beaufschlagt wird. Herkömmlicherweise sind die Abstände zwi- sehen dem Einspuren und dem Beaufschlagen des Startermotors mit einem hohen
Andrehstrom sehr kurz, wenn der mechanische Einspurvorgang etwas länger dauert, kann es zu einem erhöhten Verschleiß am Starterritzel und am Zahnkranz bei einer ungünstigen Toleranzlage kommen. Die Freigabebedingung hat somit aufgrund ihrer Mechanik zwei, in einem zwingend zeitlichen Abstand erreichbare, Stufen, die auf- grund ihrer erfindungsgemäßen elektromechanischen Konstruktion einen Zeitpuffer zwischen den zwei Stufen erzeugen. Dieser Zeitpuffer wird zur separaten Ansteuerung von der Einspurvorrichtung und von dem Startermotor ausgenützt wodurch sich der Startvorgang vorteilhaft, wie obenbeschrieben verbessert.
Gemäß einem die Erfindung weiterbildenden Verfahren wird ein Signal von einem ersten Positionssensor für die erste Stufe der Freigabebedingung detektiert und ein Signal von einem zweiten Positionssensor wird für die zweite Stufe der Freigabebedingung detektiert. Die zweistufige Freigabebedingung wird somit durch Aktivieren eines ersten Positionssensors in der ersten Stufe und durch Aktivieren eines zweiten Positionssen- sors in der zweiten Stufe ausgeführt. Erfindungsgemäß sind Positionssensoren vorgesehen, die in einem Betätigungsweg vom Fahrer liegen, um die Brennkraftmaschine zu starten. Der Fahrer muss den Betätigungsweg ausführen, um die Brennkraftmaschine zu starten.
Das vorhin beschriebene Verfahren kann grundsätzlich immer beim Starten der Brennkraftmaschine ausgeführt werden also auch bei einem sogenannten Kaltstart, wenn das Fahrzeug mittels eines Zündschlüssels oder nach Verifizieren der Fahrerberechtigung beispielsweise mittels eines Zündschlüssels durch Drücken eines separaten Startknopfes gestartet wird.
Gemäß einem die Erfindung weiterbildenden Verfahren wird das oben beschriebene Verfahren mit der zweistufigen Freigabebedingung nur in einem Start-Stopp-Betrieb der Brennkraftmaschine ausgeführt. Das hat den Vorteil, dass der Kaltstart für einen Fahrer in herkömmlicher Weise ausführbar ist, wie er einem Fahrer bisher bekannt ist. Nur im Start-Stopp-Betrieb, was dem Fahrer neu ist, wenn die Brennkraftmaschine aufgrund von Abschaltbedingungen ausgeschaltet wird und der Startknopf bzw. der Zündschlüssel nicht betätigt werden, muss zur Aktivierung der Brennkraftmaschine ein anderer Weg gefunden werden, um den Fahrwunsch zu detektieren und umzusetzen. Hierfür wird das erfindungsgemäße Verfahren mit einer im Folgenden beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzt.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch mit einer Startvorrichtung dadurch gelöst, dass die Steuerung mit zwei Positionssensoren koppelbar ist, die jeweils Signale liefern, um den Startmotor und die Einspurvorrichtung getrennt anzusteuern. Herkömmlicherweise wird im Start-Stopp-Betrieb die Steuerung der Einspurvorrichtung und des Startermotors durch ein von einem Mikrocomputer ausgeführtes Programm angesteuert, bzw. die Startersteuerung ist nur mit einem Sensor gekoppelt, der im Start-Stopp-Betrieb einen Fahrerwunsch detektiert. Der Startvorgang läuft danach entsprechend dem herkömmlichen Startverfahren ab.
Erfindungsgemäß ist die Steuerung somit lediglich ein Verstärker oder Wandler, der Signale von Positionssensoren so umwandelt oder transformiert, dass die Einspurvorrichtung und der Startermotor angesteuert werden. Die Positionssensoren werden beispielsweise mit einer geringeren Spannung und einem kleinen Strom betrieben, wo hingegen die Einspurvorrichtung und der Startermotor mit großen Strömen und gegebenenfalls auch mit größeren Spannungen als die Positionssensoren angesteuert werden. Die Steuerung ist somit sehr einfach ausgebildet, da eine zusätzliche elektrische oder elektronische Steuerung, gegebenenfalls mit einem Mikrocomputer, zur definierten zeitlichen Ansteuerung von Einspurvorrichtung und Startermotor wegfallen kann. Es versteht sich, dass die Startvorrichtung in Verbindung mit den Positionssensoren auch als Startsystem bezeichnet werden kann.
Gemäß einer besonders einfachen Ausführungsform der Erfindung sind die Positionssensoren als mechanische Schalter ausgebildet. Mechanische Schalter haben den Vorteil, dass sie sicher funktionieren und preisgünstig herstellbar sind. Die mechanischen Schalter können beispielsweise Taster sein, die aufgrund einer Nut oder eines Noppens in einem Pedalweg betätigt werden, oder es sind Potentiometer mit einer De- tektierungselektronik oder ähnliche elektrische oder elektronische Schalter. - -
Gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführungsform, um verschleißfreie Positionssensoren bereit zu stellen, ist zumindest ein Positionssensor als optischer Sensor ausgebildet. Optische Sensoren haben zudem den Vorteil, dass sie keinen Widerstand im Betätigungsweg erzeugen.
Gemäß einer die Erfindung weiterbildenden Ausführungsform sind die Positionssensoren im Pedalweg vom Kupplungspedal angeordnet, insbesondere ist der erste Positionssensor im ersten Viertel des Pedalwegs angeordnet und besonders bevorzugt ist der zweite Positionssensor im letzten Drittel vom Pedalwegs des Kupplungspedals an- geordnet. Somit ergibt sich eine definierte zeitliche Differenz zwischen den Signalen vom ersten Positionssensor und den Signalen vom zweiten Positionssensor. Diese Ausführungsform ist für Fahrzeuge mit Schaltgetriebe vorgesehen.
Bei einem Fahrzeug mit einem Automatikgetriebe, bei dem es kein Kupplungspedal gibt, ist bevorzugt alternativ der erste Positionssensor für die erste Stufe am Bremspedal und der zweite Positionssensor für die zweite Stufe am Gaspedal angeordnet. Somit wird beispielsweise beim Start-Stopp-Betrieb mittels des ersten Positionssensors ein Lösen der Bremse detektiert und zeitlich nachfolgend wird detektiert, dass das Gaspedal betätigt wird. Da diese Pedale zeitlich nacheinander vom Fahrer betätigt werden, können die Einspurvorrichtung und der Startermotor direkt zur Ansteuerung mit den Positionssensoren gekoppelt werden. Die Steuerung muss eine Sicherheitsschaltung aufweisen, die eine Fehlbedienung verhindert, sodass der Startermotor nicht ohne Schließen der Einspurvorrichtung betätigbar ist. Deshalb ist vorzugsweise die Einspurvorrichtung mit einem Schalter verbunden, der den Stromkreis für den Starter- motor erst schließt, wenn das Starterritzel vollständig eingespurt ist.
Erfindungsgemäß umfasst somit die Einspurvorrichtung einen Schalter für den Startermotor im Stromkreis und der Startermotor wird durch Schließen eines zweiten Schalters, der mit dem zweiten Positionssensor gekoppelt ist, bestromt. Vorzugsweise ist der zweite Schalter ein Schaltrelais, um mit kleinen Strömen große Ströme für den
Startermotor zu schalten.
Damit elektrische Energie eingespart wird und die Einspurvorrichtung möglichst effizient und ohne thermische Belastung arbeitet, ist vorzugsweise im Stromkreis der als Einspurrelais ausgebildeten Einspurvorrichtung eine Strombegrenzungsvorrichtung zur - -
Erzeugung eines Haltestroms geschaltet. Somit ist nach dem Einspurvorgang des Starterritzels, der einen hohen Einspurstrom benötigt, der Strom für die Einspurvorrichtung auf einen Haltestrom reduzierbar.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist die Strombegrenzungsvorrichtung und ein elektrischer Schalter zum Schalten der Einspurvorrichtung als Steuerelektronik, insbesondere mit einem Stromsensor ausgebildet. Eine Steuerelektronik mit einem elektronischem Schalter beispielsweise einem Transistor steuert somit den Strombedarf für eine Einspurvorrichtung.
Gemäß einer die Erfindung weiterbildenden Ausführungsform ist alternativ die Strombegrenzungsvorrichtung und der elektrische Schalter für die Einspurvorrichtung als Steuerelektronik mit einer Zeitsteuerung ausgebildet. Somit ist alternativ gegenüber der vorher beschriebenen Ausführungsform kein Stromsensor erforderlich, sondern der Strom wird aufgrund eines vorher festgelegten zeitlichen Kennliniendiagramms durch eine Zeitsteuerung reduziert.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in an- deren Kombinationen verwendbar sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Schaltplan einer Startvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform,
Fig. 2 einen schematischen Schaltplan einer Startvorrichtung gemäß einer zweiten
Ausführungsform,
Fig. 3 einen schematischen Schaltplan einer Startvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform, Fig. 4 eine Schaltungsanordnung einer Strombegrenzungsvorrichtung,
Fig. 5 einen schematischen Schaltplan einer Startvorrichtung gemäß einer vierten
Ausführungsform,
Fig. 6 einen schematischen Schaltplan einer Startvorrichtung gemäß einer fünften
Ausführungsform und
Fig. 7 ein Zeit-Strom-Weg-Spannungsdiagramm eines Einspurvorgangs.
Ausführungsformen der Erfindung
Die Fig. 1 zeigt einen schematischen Schaltplan einer Startvorrichtung 1 gemäß einer ersten besonderen Ausführungsform. Die Startvorrichtung 1 wird von einer Motorsteuerung 2 angesteuert. Die Motorsteuerung 2 wird von einem Zündschalter 3 aktiviert. Der Zündschalter 3 kann entweder direkt mit einem Schloss für einen Zündschlüssel verbunden sein oder einfach ein Startknopf sein, der nach Identifizierung der Fahrberechtigung vom Fahrer beispielsweise durch einen Fahrzeugschlüssel in einem Schloss bedienbar ist. Der Zündschalter 3 gibt elektrische Energie von einer Batterie 4 von einem Fahrzeug frei. Somit ist die Motorsteuerung 2 mit elektrischer Energie versorgt. Die Motorsteuerung 2 hat eine Schnittstelle 5, um Sensorsignale vom Fahrzeug oder einer Brennkraftmaschine 27 zu detektieren. Aufgrund von Sensorsignalen, die entweder über direkte Informationsleitungen oder bevorzugt über ein Bussystem über die Schnittstelle 5 an die Motorsteuerung 2 übermittelt werden, entscheidet die Motorsteuerung 2, ob eine Abschaltbedingung für einen Start-Stopp-Betrieb der Brennkraftmaschine 27 vorliegt und steuert entsprechend die Brennkraftmaschine 27 an.
Zum Starten der Brennkraftmaschine 27 umfasst die Startvorrichtung 1 einen Starter- motor 7, der ein Starterritzel 24 antreibt. Die Startvorrichtung 1 umfasst auch eine Einspurvorrichtung 8, die das Starterritzel 24 in einen Zahnkranz 25 der Brennkraftmaschine 27 für einen Startvorgang einspurt. Die Einspurvorrichtung 8 umfasst ferner eine Kontaktbrücke 87 als Schalter, die geschlossen wird, wenn das Starterritzel 24 in den Zahnkranz 25 eingespurt wird, damit der Startermotor 7 mit einem maximalen Strom beaufschlagbar ist, wenn das Starterritzel 24 eingespurt ist. Die Kontaktbrücke 87 ist somit ein Sicherheitsschalter, um Fehlfunktionen zu vermeiden. Um die Einspurvorrichtung 8 mit großen Strömen beaufschlagen zu können, ist ein als Schaltrelais ausgebildeter elektrischer Schalter 9 an einer Steuerung 6 für die Starvorrichtung 1 ansteuerbar. Somit wird der elektrische Schalter 9 mit kleinen Strömen an- gesteuert und schaltet große Ströme für die elektrische Einspurvorrichtung 8. Die Einspurvorrichtung 8 umfasst, in der Fig. 1 gezeigten besonderen Ausführungsform, zwei Wicklungen. Eine Einspurwicklung 81 und eine niederohmige Wicklung 82, damit der Startermotor 7 mit einem kleinen Strom bestromt wird, und das Starterritzel 24 im Einspurvorgang sanft verdreht wird, um eine Zahn-auf-Zahn-Stellung im Einspurvorgang zu vermeiden.
Der Startermotor 7 wird zum Starten der Brennkraftmaschine 27 durch Schalten eines als Schaltrelais ausgebildeten elektrischen Starterschalters 10 mit einem maximalen Strom beaufschlagt und angesteuert. Der Starterschalter 10 wird von der Steuerung 6 mit einem kleineren Strom angesteuert. Die Steuerung 6 kann separat neben der Motorsteuerung 2 ausgebildet sein und mit dieser in Informationskontakt stehen oder die Steuerung 6 ist, wie in der Fig. 1 bevorzugt dargestellt ist, in der Motorsteuerung 2 integriert, um somit den Schaltungs- und Verdrahtungsaufwand zu reduzieren und die Steuerung 6 kostengünstig auszubilden.
Erfindungsgemäß ist die Steuerung 6 mit zwei Positionssensoren S1 , S2 koppelbar. Die Positionssensoren S1 , S2 können elektromechanische Schalter oder optische Sensoren sein. Bevorzugt sind die Positionssensoren S1 , S2 optische Sensoren, da diese nahezu verschleißfrei arbeiten und keinen zusätzlichen Widerstand in einem Pe- dalweg erzeugen. Die Positionssensoren S1 , S2 sind im Pedalweg eines Kupplungspedals 11 angeordnet. Das Kupplungspedal 11 ist bei Fahrzeugen mit Schaltgetriebe vorgesehen. Der Positionssensor S1 ist im ersten Viertel vom Pedalweg des Kupplungspedals 1 1 angeordnet. Und der Positionssensor S2 wird vorzugsweise im letzen Drittel des Pedalwegs vom Kupplungspedal 11 aktiviert. Durch die zwei Positionssen- soren ist eine zweistufige Freigabebedingung geschaffen, um die Brennkraftmaschine
27 zu starten. Detektiert in der ersten Stufe der Positionssensor S1 eine Bewegung des Kupplungspedals 11 , so wird dieses Signal an die Steuerung 6 weitergeleitet, die den elektrischen Schalter 9 bestromt und somit die Einspurvorrichtung 8 ansteuert. Die Einspurvorrichtung 8 spurt das Starterritzel 24 in den Zahnkranz 25 der Brennkraftmaschine 27 ein. Zwangsläufig zeitlich danach folgend wird bei fortschreitender Betätigung des Kupplungspedals 1 1 ein Signal vom Positionssensor S2 ausgelöst, das an die Steuerung 6 weitergeleitet wird. Die Steuerung 6 steuert den elektrischen Schal- ter 10 an und bestromt somit den Startermotor 7 dabei muss die Kontaktbrücke 87 an der Einspurvorrichtung 8 geschlossen sein. Diese einfache Ansteuerung hat den Vorteil, dass der Startermotor 2 zeitlich verzögert gestartet wird, insbesondere nach dem eine ausreichende Überdeckung vom Starterritzel 24 und dem Zahnkranz 25 nach einem Voreinspuren vorliegt. Dadurch wird ein frühzeitiger Verschleiß am Starterritzel 24 und Zahnkranz 25 vermieden, der bei einem vorzeitigem Andrehen des Startermotors
7 auftreten würde. Insgesamt kann auch der Start schneller erfolgen, da das Starterritzel 24 bereits eingespurt ist, bevor der Startermotor voll bestromt wird. Das Einspuren in den Zahnkranz 25 kann langsam erfolgen und erzeugt dadurch ein geringeres Einspurgeräusch. Die Ansteuerung von der Einspurvorrichtung 8 und dem Startermotor 7 ist durch eine einfach aufgebaute Steuerung realisiert.
Die Fig. 2 zeigt eine Abwandlung von der Startvorrichtung 1 gemäß der Fig. 1 . Die Ausführungsform ist für Fahrzeuge mit einem Automatikgetriebe vorgesehen, die kein Kupplungspedal aufweisen. Bei diesen ist ein erster Positionssensor S1 am Bremspe- dal 12 angeordnet. Der Positionssensor S1 detektiert ein Lösen der Bremse. Dies wird als Startwunsch vom Fahrer im Start-Stopp-Betrieb oder bei einem Kaltstart interpretiert. Ein zweiter Positionssensor S2 ist zur Detektion des Pedalwegs vom Gaspedal 13 angeordnet. Der Positionssensor S2 detektiert ein Betätigen des Gaspedals, sodass das Signal vom Positionssensor S2 direkt an eine Startersteuerung weitergeleitet wird, die mittels des Schalters 10 den Startermotor 2 zum Starten der Brennkraftmaschine
27 mit einem starken Strom beaufschlagt. Die Startersteuerung umfasst also die Steuerung 6 und die Schalter 9 und 10.
Die Fig. 3 zeigt eine weitere besondere Ausführungsform als Abwandlung zur Fig. 1 . Bei dieser Ausführungsform ist im Strompfad der Einspurvorrichtung 8 zusätzlich eine
Strombegrenzungsvorrichtung 14 vorgesehen. Die Strombegrenzungsvorrichtung 14 reduziert den Strom der Einspurvorrichtung 8 nach einem Einspurvorgang, um einen geringen Haltestrom zu erzeugen, der ausreichend ist, das Starterritzel 24 im einge- spurten Zustand zu halten. Die Strombegrenzungsvorrichtung 14 hat somit den Vorteil, dass der Stromverbrauch gesenkt wird und die Einspurvorrichtung 8 als Einspurrelais durch die Erwärmung der Wicklungen in ihrer Funktion weniger beeinträchtigt wird. Bei häufigen Start-Stopps könnte die Einspurfunktion beeinträchtig werden, wenn die Einspurwicklung 81 einen zu hohen Widerstand hat und somit die erforderliche Magnetkraftflusswirkung beeinträchtigt wäre.
Die Fig. 4 zeigt eine vergrößerte schematische Schaltungsanordnung einer Strombegrenzungsvorrichtung 14 als Prinzipschaltung. Die Strombegrenzungsvorrichtung 14 umfasst einen Transistor 16, der nach einer kurzen Zeit sperrt. Ein Leistungswiderstand 15 bestimmt den Haltestrom. Ein Kondensator 17 und ein Widerstand 18 be- stimmen die Einschaltzeit des Transistors 16.
Die Fig. 5 zeigt eine alternative Ausführungsform bezüglich der Strombegrenzungsvorrichtung 14 und dem elektrischen Schalter 9, der durch eine Steuerelektronik 19 ersetzbar ist. Die Steuerelektronik 19 umfasst einen Stromsensor 21 , über den die Ein- spurvorrichtung 8 sicher angesteuert wird und auch ein Haltestrom erzeugbar ist.
Die Fig. 6 zeigt eine Abwandlung zur Fig.5. Bei dieser Ausführungsform ist die Steuerelektronik 19 nicht mehr stromgesteuert, sondern mit einer Zeitsteuerung ausgebildet, so dass der hohe Einzugsstrom zu einem Haltestrom zeitgesteuert reduziert wird.
Die Fig. 7 zeigt ein Zeit-Strom-Weg- und Spannungsdiagramm für einen Einspurvorgang. Prinzipiell kann der Startvorgang sowohl bei einem Kaltstart, als auch bevorzugt für einen Start im Start-Stopp-Betrieb gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren mit der erfindungsgemäßen Startvorrichtung ausgeführt werden.
Zum Zeitpunkt t0 ist das Starterritzel 24 ausgespurt und der Startermotor 7 steht still. Kurz darauffolgend wird vom Positionssensor S1 ein Signal detektiert, das entweder vom Kupplungspedal 11 oder vom Bremspedal 12 an die Steuerung 6 übermittelt wird. Die Steuerung 6 bestromt die Einspurvorrichtung 8 mit einem Strom I und einer Span- nung U8. Das Diagramm der Fig. 7 zeigt die Spannung U8 für eine Bestromung gemäß
Fig. 1 und das Diagramm U8-2o zeigt eine Bestromung mit einer Steuerelektronik 19 bzw. 20. Bis zum Zeitpunkt t2 wird das Starterritzel 24 somit sanft eingespurt. Zum Zeitpunkt t2 stößt es beispielsweise auf eine Zahn-auf-Zahn-Stellung. Deshalb wird der Startermotor 7 mit einer Spannung U7 und einem Strom I beaufschlagt, sodass das Starterritzel 24 sanft verdreht wird, das Starterritzel 24 den Weg s vollständig ausführt und die Kontaktbrücke 87 schließt. Zum Zeitpunkt t3 ist das Starterritzel 24 eingespurt und der Startermotor 7 wird aufgrund eines detektierten Signals von dem Positionssensor S2 mit einem Strom zum Starten der Brennkraftmaschine 27 beaufschlagt. Die Steuerung 6 bestromt den Startermotor 7 anfangs zum sanften Andrehen mit einem reduzierten Strom ab dem Zeitpunkt t4 zum kräftigen Andrehen der Brennkraftmaschine
27 mit einem höheren Strom I7. Zum Zeitpunkt t5 ist die Brennkraftmaschine 27 gestartet, sodass das Starterritzel 24 ausgespurt wird und der Startermotor 7 nicht mehr bestromt wird. Zum Zeitpunkt t6 ist das Starterritzel 24 nach Abbau der magnetischen Energie wieder aus dem Zahnkranz ausgerückt und in Ruhelage. Alle Figuren zeigen lediglich schematische nicht maßstabsgerechte Darstellungen. Im Übrigen wird insbesondere auf die zeichnerische Darstellungen für die Erfindung als Wesentlich verwiesen.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum Betreiben einer Startvorrichtung (1 ) für eine Brennkraftmaschine (27) in einem Kraftfahrzeug, wobei die Startvorrichtung (1 ) einen Startermotor (7) und eine Einspurvorrichtung (8) aufweist, die von einer Steuerung (6) zum Starten der Brennkraftmaschine (27) separat angesteuert werden, ein vom Startermotor (7) antreibbares Starterritzel (24) in einen Zahnkranz (25) der Brennkraftmaschine (27) von der Einspurvorrichtung (8) zum Starten eingespurt wird und die Brennkraftmaschine (27) mittels der Startvorrichtung (1 ) gestartet wird, wenn eine definierte Freigabebedingung vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Freigabebedingung zweistufig abgeprüft wird, wobei in einer ersten Stufe das Starterritzel (24) mittels der Einspurvorrichtung eingespurt wird und in einer zweiten Stufe die Brennkraftmaschine (27) durch hohe Bestromung des Startermotors gestartet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Signal von einem ersten Positionssensor (S1 ) für die erste Stufe der Freigabebedingung detektiert wird und ein Signal von einem zweiten Positionssensor (S2) für die zweite Stufe der Freigabebedingung detektiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweistufi- ge Freigabebedingung nur in einem Start-Stopp-Betrieb der Brennkraftmaschine
(27) abgeprüft wird.
4. Startvorrichtung (1 ) zum Starten einer Brennkraftmaschine (27) in einem Kraftfahrzeug mit einer Steuerung, wobei die Startvorrichtung (1 ) einen separat ansteuerba- ren Startermotor (7) über einen Starterschalter (10) und eine separat ansteuerbare
Einspurvorrichtung (8) zum Einspuren eines vom Startermotor (7) angetriebenen Starterritzels in einen Zahnkranz (25) der Brennkraftmaschine (27) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (6) mit zwei Positionssensoren (S1 , S2) koppelbar ist, die jeweils Signale liefern, um den Startmotor (7) und die Ein- spurvorrichtung (8) getrennt anzusteuern.
5. Startvorrichtung (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionssensoren (S1 , S2) als mechanische und/oder elektromechanische Schalter ausgebildet sind.
6. Startvorrichtung (1 ) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Positionssensor (S1 , S2) als optischer Sensor ausgebildet ist.
7. Startvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Positionssensor (S1 , S2) im Pedalweg am Kupplungspedal (1 1 ) zur Auslösung angeordnet ist, insbesondere der erste Positionssensor (S1 ) im ersten Viertel vom Pedalweg des Kupplungspedals (1 1 ) angeordnet ist und besonders bevorzugt der zweite Positionssensor (S2) im letzten Drittel des Pedalwegs vom Kupplungspedal (1 1 ) angeordnet ist.
8. Startvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Positionssensor (S1 ) für die erste Stufe im Pedalweg vom Bremspedal (12) und der zweite Positionssensor (S2) für die zweite Stufe im Pedalweg vom Gaspedal (13) angeordnet ist.
9. Startvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspurvorrichtung (8) mittels eines elektrischen Schalters (9) von einem Hochstromkreis bestrombar ist und der elektrische Schalter (9) vom ersten Positionssensor (S1 ) aktivierbar ist.
10. Startvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspurvorrichtung (8) einen Schalter für den Startermotor (7) im Stromkreis umfasst und der Startermotor (7) durch Schließen eines Schalters (10), der mit dem zweiten Positionssensor (S2) gekoppelt ist, bestrombar ist.
1 1 . Startvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 4 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass im Stromkreis der als Einspurrelais ausgebildeten Einspurvorrichtung (8) eine Strombegrenzungsvorrichtung (14) zur Erzeugung eines Haltestroms geschaltet ist.
12. Startvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 4 bis 1 1 , dadurch gekennzeich- net, dass im Stromkreis der als Einspurrelais ausgebildeten Einspurvorrichtung (8) eine Strombegrenzungsvorrichtung (14) zur Erzeugung eines Haltestroms geschaltet ist.
13. Startvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeich- net, dass die Strombegrenzungsvorrichtung (14) und der elektrische Schalter (9) als Steuerelektronik (19), insbesondere mit einem Stromsensor (21 ) ausgebildet ist.
14. Startvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Schalter (9) und die Strombegrenzungsvorrichtung (14) als Steuerelektronik (20) mit einer Zeitsteuerung ausgebildet ist.
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