EP2449247A1 - Verfahren zum betreiben einer startersteuerung, computerprogrammprodukt und startersteuerung - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer startersteuerung, computerprogrammprodukt und startersteuerung

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EP2449247A1
EP2449247A1 EP10720573A EP10720573A EP2449247A1 EP 2449247 A1 EP2449247 A1 EP 2449247A1 EP 10720573 A EP10720573 A EP 10720573A EP 10720573 A EP10720573 A EP 10720573A EP 2449247 A1 EP2449247 A1 EP 2449247A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
starter
starter motor
power
starting
starting device
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10720573A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hartmut Wanner
Stefan Erlenmaier
Ingo Richter
Uwe Daurer
Philip Zernial
Karl-Otto Schmidt
Henning Stoecklein
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 EP2449247A1 publication Critical patent/EP2449247A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/08—Circuits or control means specially adapted for starting of engines
    • F02N11/0862—Circuits or control means specially adapted for starting of engines characterised by the electrical power supply means, e.g. battery
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02N11/08—Circuits or control means specially adapted for starting of engines
    • F02N11/087—Details of the switching means in starting circuits, e.g. relays or electronic switches
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02N11/0859—Circuits or control means specially adapted for starting of engines specially adapted to the type of the starter motor or integrated into it
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02N11/10—Safety devices
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N2200/00—Parameters used for control of starting apparatus
    • F02N2200/02—Parameters used for control of starting apparatus said parameters being related to the engine
    • F02N2200/023—Engine temperature

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a starting device with a starter motor for starting an internal combustion engine, in particular a vehicle, wherein the starter motor is switched on and off by applying electrical energy from an electrical energy storage via a starter control with a switching relay.
  • the invention relates to a computer program product and to a starter device for an internal combustion engine of a vehicle with a starter motor, an electric energy storage, a switching relay, which is controlled by a starter control and forms an electrical switching contact between the starter motor and the e-lektrischen energy storage.
  • the starting device is controlled by a mechanical or an electromechanical control, which may be linked to an electronic control unit.
  • a mechanical or an electromechanical control which may be linked to an electronic control unit.
  • Such a structure of a starting device is simple.
  • the starting device is mounted in a vehicle for starting an internal combustion engine in a partially large temperature range due to seasonal temperature fluctuations. exaggerated. Even when operating with a start-stop system, the temperature operating range is greater than in a pure start with a cold engine.
  • DE 102 31 088 A1 describes a switching device for switching on a
  • Starter motor with two transistors connected in parallel as a switching device, wherein basically only one transistor operates and means for checking the operation of each transistor are formed. It is an object of the invention to develop a method for operating a starting device, a computer program product and a starting device of the type mentioned above, so that the starting device for starting an internal combustion engine has a longer service life even with a more intensive use.
  • the demand profile of the starter motor ie the required power of the starter motor depends on the required spin performance of the internal combustion engine.
  • the torque of the engine varies depending on the temperature of the engine mainly due to the viscosity of the engine oil therein. At a normal temperature of, for example, +20 0 C, the torque is smaller than in a cold start of the internal combustion engine.
  • the demand profile found means that the required electrical torque output of the starter motor should be higher at low temperatures and low at higher temperatures. Further, the electric power of an electric battery is lowered at low temperatures.
  • the object is achieved in that the starter motor in the starting process is regulated by the starter control. It is therefore possible to vary the maximum available power of the starter motor and to reduce wear on a starter pinion, on the ring gear of the internal combustion engine, on abrasive carbon brushes on the commutator, on the bearings and on the contact pieces on the switching relay. In addition, a higher number of switching can be achieved by the starter motor and the starting device as a whole, which is particularly advantageous when using the start-stop systems.
  • the starter motor is driven regulated in discrete power levels. It would be possible to control the starter motor variably directly depending on the variably changed engine torque. However, such a variable control is expensive. According to a simple method, therefore, are discrete
  • a controller is thus easier and less expensive to implement.
  • the starter control queries information about the temperature of the internal combustion engine and the starter motor is controlled in a power-regulated manner as a function of a specific, detected current temperature range of the internal combustion engine.
  • the starter motor is controlled by the starter control in three, preferably four, power-regulated stages. Three or four stages are advantageously sufficient to divide the required power or the required power profile of the starter motor into a minimum required power, an increased power, a greatly increased power and a maximum power. Due to this division, the wear on the start - A - gear - involved components are reduced, and the required resources of electrical power are used sparingly and carefully.
  • the power stages are time-dependent switched by the controller or starter control in the startup process.
  • the starter motor can engage with a small power and drive the engine to start with a stepped power, and after a short start-up time, this power can be increased in time by the starter control.
  • the time-dependent connection can be made dependent on or independent of the temperature of the internal combustion engine.
  • the time-dependent control can also be adjusted typically specific and be coupled with a self-learning function of the starter control that takes into account and detects aging changes of the starting device in the starting process.
  • the object is also solved by a computer program product in that it is loadable in a program memory with program instructions to perform all the steps of a method described above when the computer program product is executed in the starter control.
  • the computer program product has the advantage that, for a starting device for starting an internal combustion engine, it can typically be adjusted specifically with parameters and thus a very simple and cost-effective adaptation is possible.
  • measured values of existing sensors e.g. be taken into account by one or more temperature sensors or existing timers or processor solutions by means of counters in order to control by means of the starter control the starter motor depending on various parameters and power regulated.
  • the object is achieved by a starting device in that the starting device is formed with a power regulating device for the starter motor.
  • the power regulation device has the advantage that the electric power of a battery is adapted to the breakdown resistance of the internal combustion engine and thus the total wear of components involved in the starting process is reduced and electrical energy is used sparingly. The life of the starting device thus increases, in particular even with an increased number of cycles or cycles due to a start
  • the power regulation device has switchable leads, with defined resistances, which can be switched on and off via the starter control by means of circuit breakers, in particular with switching relays. It is an idea of the invention to provide switchable leads with a resistor, for example, a series resistor, in order to adapt the available power to standing. For switching on and for switching off the supply lines high-performance switches such as electronic switches can be used, preferably electromechanical switching relays are used because these high currents with a long life are easily switchable.
  • the resistor may be integrated in a section of the supply line.
  • the resistor may alternatively extend over the entire supply line as an increased innoror power resistor.
  • the switchable leads are made of a material with a higher resistance than copper.
  • the switchable supply lines are preferably made of steel and / or aluminum.
  • Steel and aluminum have a higher resistance than copper and are also a less expensive material than copper. Steel is less expensive than aluminum and also has a higher resistance. Both materials are therefore inexpensive overall.
  • the switchable leads between the starter motor and the energy storage, in particular the battery, pluspol mone, connected.
  • the return line can be formed efficiently short over the vehicle body as in conventional starting devices.
  • the switchable leads are connected as a series resistor. Closing several supply lines increases the available electrical power compared with a single outgoing line, because the size of the ohmic resistance in the effective supply line is reduced in total by a parallel connection of resistors.
  • the power regulating device may be connected between the starter motor and the negative-pole-side energy store. By means of a plurality of switchable lines with a greater resistance of a more cost-effective material than copper, the power for operating a starter motor can be varied.
  • the ground-side mounting is preferably easier to implement, since these lines are normally made simpler, ie there are actually complete lines from the starter to the body or to the battery without interruptions.
  • semiconductor switching elements can be controlled as so-called low-side switch in the ground branch slightly easier than high-side switch in the plus branch. In principle, however, there is no difference here either.
  • FIG. 1 shows a schematic circuit diagram of a starting device according to a first embodiment
  • FIG. 2 is a circuit diagram of a starting device according to a second embodiment
  • FIG. 3 is a circuit diagram of a starting device according to a third embodiment
  • FIG. 4 shows a schematic circuit diagram of a starter device according to a fourth embodiment
  • 5 shows a table of operating states of the starting device
  • FIG. 6 shows a flow chart of a sequence of the method according to the invention.
  • Fig. 1 shows a starting device 1 with a starter motor 2 and with a between a battery 4 and the starter motor 2 via a Hin effet HO plus pole side switched switching relay 3 at the starter relay is called this engagement relay, both the mechanical Einschfuntkion the pinion and the
  • a starter relay on the starter motor 2, which is used for meshing a starter pinion, not shown, comprises the switching relay 3.
  • the switching relay 3 is known from the prior art.
  • Forward line HO has an ohmic resistance R H o and the negative pole-side return line R from the starter motor 2 to the battery 4 has a resistive line resistance which is referred to simply as R L R.
  • the battery 4 has an internal resistance R, 4 .
  • the starting device 1 is formed on the positive pole side with a power regulating device 20.
  • the power regulation device 20 has at least one switchable supply line 21 parallel to the forward line HO.
  • the parallel, switchable supply line 21 has a defined line resistance R ⁇ _m-
  • the resistance R L m of the parallel feed line 21 is not limited spatially to a single resistor, but by a suitable material selection, it extends over the entire parallel feed line 21st
  • the switchable lead 21 is made with a greater resistance of a less expensive material such as steel or aluminum than the conventional HO lead made of copper.
  • Aluminum has a conductivity of 37 m / ⁇ * mm 2 and steel a conductivity of 10 m / ⁇ * mm 2 in contrast to the conductivity of copper with 57 mm // ⁇ ** mmmm 22 ..
  • DDiiee ppaarraalllleell sscchhaallttbbaaire supply line 21 is by means of a Circuit breaker 212 on and off.
  • the power switch 212 is either an electronic power switch, for example, a MOSFET or an electromechanical switching relay.
  • the power switch 212 is controlled by a controller 5 with a CPU 6.
  • Controller 5 is formed with a program memory 7 and is available with a Thermal sensor 8 for detecting the temperature of an unannealed internal combustion engine in information contact.
  • the CPU 6 is further connected to an electronic clock 9. The controller 5 thus forms a timer together with the CPU 6 and the clock 9.
  • FIG. 2 shows a starting device 1 according to FIG. 1 with the difference that the power regulating device 20 does not only comprise a feed line 21 which can be switched in parallel, but at least three parallel feed lines 21, 22, 23 are provided.
  • All the parallel supply lines 21, 22, 23 each include a switchable power switch 212, 222, 232, which respectively close the switch contacts S1, S2, S3, if the controller 5 so dictates. Due to three parallel supply lines 21, 22, 23, it is possible to control the starter motor 2 in a larger differentiated range power-regulated with respect to the embodiment of FIG. 1. Thus, a power surplus when meshing and starting the internal combustion engine is avoided. Unnecessarily high wear is prevented at the starter pinion, ring gear, at the bearings, as well as at poles of contact pins in the starter relay due to a regulated power.
  • the supply lines 21, 22, 23 are formed with different ohmic resistances, so that by a specific selection of the addition of the parallel supply lines 21, 22, 23 a defined power regulation 20 is executed by the controller 5 to control the starter motor 2 defines.
  • FIGS. 3 and 4 each show an alternative embodiment to FIGS. 1 and 2, with the difference that at least one parallel supply line 21 is arranged on the negative pole-side return line R of the starter motor 2 and the battery 4.
  • the resistance of the feed lines 21, 22, 23 as return lines, which preferably extends over the entire line as described above, is designated and illustrated in simplified form in FIG. 4 as R LR1, R LR2 and R
  • 5 shows a simplified diagram in the form of a table with four temperature ranges 1, 2, 3, 4, in which the internal combustion engine is started by the starting device 1 respectively. In the first temperature range 1., Which is greater than +20 0 C, all the switch contacts S1, S2, S3 of the circuit breakers 212, 222, 232 are open.
  • the starter motor 2 is controlled via the conventional supply line HO via a switching relay 3.
  • a defined circuit breaker eg 212, 222 or 232 is closed by the controller 5.
  • the total resistance of the circuit, so a power network, in the starting device 1 is thus reduced and increases the electrical starter power.
  • the starter motor 2 thus copes with an increased engine torque on the internal combustion engine.
  • a third temperature range 3 which is set between -10 0 C and 0 0 C, for example, the switching contacts S1 and S2 are closed.
  • Switching contact S3 from the circuit breaker 232 has not been closed.
  • the starter motor 2 has in this temperature range 3. for optimum start of the engine greatly increased performance.
  • a fourth temperature range 4th temperature is less than -10 0 C.
  • the power switches 212, 222, 232 are closed with their switch contacts S1, S2 and S3, so that a maximum power from the battery 4 will deliver and the Resistor in the overall circuit of the starting device 1 is the smallest, so that the starter motor 2, a maximum e- lectric power is available to start the engine with an increased engine torque.
  • FIG. 6 shows a flow chart with a sequence of method steps which the starter control 5 carries out in order to carry out the method according to the invention.
  • a start pulse is detected, for example by pressing a start button or by pressing the ignition key from the controller 5 via an information system, for example via a CAN bus.
  • the starting pulse can be detected by releasing a foot brake or by pressing an accelerator pedal.
  • a second step S20 the temperature sensor 8 is asked about the current temperature of the internal combustion engine.
  • a third step S30 the temperature is evaluated and assigned to a specific temperature range 1, 2, 3 or 4.
  • a step S40 it is determined which power switches 212, 222 and / or 232 in the power regulating device 20 are closed and which remain open.
  • step S50 the main current path, that is, the forward line HO, is closed by the switching relay 3, so that the starter motor 2 is energized and the internal combustion engine is started.
  • step A1 the main current path, that is, the forward line HO, is closed by the switching relay 3, so that the starter motor 2 is energized and the internal combustion engine is started.
  • step A1 the main current path, that is, the forward line HO, is closed by the switching relay 3, so that the starter motor 2 is energized and the internal combustion engine is started.
  • step A1 whether within a certain time t, the internal combustion engine is started. If this is the case, the switching relay 3 is turned off in step S60 and the starter control 5 returns to the end of the procedure.
  • the electric power is increased by connecting a further supply line 21, 22 or 23 via a power switch, so that the starting behavior of the internal combustion engine improves.
  • step S80 is as a self-learning function, the new switching combination of
  • the individual switches 212, 222 and 232 can be added slowly during a start-up procedure, so that the starter motor 2 does not load the vehicle electrical system with a suddenly very high starting current. The starter current is thus increased at startup stepped.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben einer Startvorrichtung (1) mit einem Startermotor (2) zum Starten einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Fahrzeugs, beschrieben, wobei der Startermotor (2) durch Beaufschlagung mit elektrischer Leistung von einem elektrischen Energiespeicher über eine Startersteuerung (5) mit einem Schaltrelais (3) ein- und ausschaltbar ist. Um eine höhere Lebensdauer der Startvorrichtung (1) zu erzielen, wird der Startermotor (2) im Startvorgang leistungsreguliert von der Startersteuerung (5) angesteuert.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zum Betreiben einer Startersteuerunq, Computerproqrammprodukt und Startersteuerunq
Stand der Technik Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Startvorrichtung mit einem Startermotor zum Starten einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Fahrzeuges, wobei der Startermotor durch Beaufschlagung mit elektrischer Energie von einem elektrischen Energiespeicher über eine Startersteuerung mit einem Schaltrelais ein- und ausschaltbar ist. Die Erfindung bezieht sich auf ein Computerprogrammprodukt und auf eine Starvorrichtung für eine Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges mit einem Startermotor, einem elektrischen E- nergiespeicher, einem Schaltrelais, das von einer Startersteuerung ansteuerbar ist und einen elektrischen Schaltkontakt zwischen dem Startermotor und dem e- lektrischen Energiespeicher ausbildet.
Es ist bekannt, eine Startvorrichtung mit einem Startermotor zum Starten einer Brennkraftmaschine über eine Zuleitung mit einem Pluspol einem elektrischen Energiespeicher, insbesondere einer Starterbatterie, direkt zu verbinden und eine Rückleitung mit dem Minuspol bei Kraftfahrzeugen herkömmlicherweise über die Karosserie zu verbinden. Die Verkabelung ist im Wesentlichen durch eine einzige pluspolseitige Leitung relativ günstig in der Fertigung und bei den Kosten. Die Startvorrichtung wird von einer mechanischen oder einer elektromechanischen Steuerung, die mit einer Steuerelektronik verknüpft sein kann, angesteuert. Ein derartiger Aufbau einer Startvorrichtung ist einfach. Die Startvorrichtung wird in einem Fahrzeug zum Starten einer Brennkraftmaschine in einem zum Teil großen Temperaturbereich aufgrund von saisonalen Temperaturschwankungen be- trieben. Auch bei einem Betrieb mit einem Start-Stopp-System ist der Temperaturbetriebsbereich größer als bei einem reinen Start mit einer kalten Brennkraftmaschine. Die DE 102 31 088 A1 beschreibt eine Schalteinrichtung zum Einschalten eines
Startermotors mit zwei parallel geschalteten Transistoren als Schalteinrichtung, wobei grundsätzlich nur ein Transistor arbeitet und Mittel zur Überprüfung der Funktionstätigkeit von jedem Transistor ausgebildet sind. Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Startvorrichtung, ein Computerprogrammprodukt und eine Startvorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, so dass die Startvorrichtung zum Starten einer Brennkraftmaschine eine höhere Lebensdauer auch bei einem intensiveren Einsatz aufweist.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Gegenstand der Patentansprüche 1 , 7 und 8 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Es ist ein Gedanke der Erfindung, das Anforderungsprofil eines Startermotors zu untersuchen und davon abhängig den Startermotor leistungsorientiert mit einer elektrischen Energie zu beaufschlagen. Es ist festgestellt worden, dass das An- forderungsprofil des Startermotors, d.h. die geforderte Leistung des Startermotors von der erforderlichen Durchdrehleistung der Brennkraftmaschinen abhängig ist. Das Durchdrehmoment der Brennkraftmaschine schwankt abhängig von der Temperatur des Motors hauptsächlich aufgrund der Viskosität des darin befindlichen Motoröls. Bei einer Normaltemperatur von beispielsweise um +200C, ist das Durchdrehmoment kleiner als bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine. Das herausgefundene Anforderungsprofil führt dazu, dass die erforderliche elektrische Drehmomentleistung des Startermotors bei niedrigen Temperaturen höher und bei höheren Temperaturen niedrig sein sollte. Ferner ist die elektrische Leistung einer elektrischen Batterie bei niedrigen Temperaturen herabgesetzt. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Startermotor im Startvorgang leis- tungsreguliert von der Startersteuerung angesteuert wird. Somit ist es möglich, die maximal zur Verfügung stehende Leistung des Startermotors zu variieren und einen Verschleiß an einem Starterritzel, an dem Zahnkranz von der Brennkraft- maschine, an schleifenden Kohlebürsten am Kommutator, an den Lagern sowie an den Kontaktstücken am Schaltrelais zu reduzieren. Außerdem kann eine höhere Schaltzahl vom Startermotor und der Startvorrichtung insgesamt erreicht werden, was insbesondere beim Einsatz vom Start- Stopp-Systemen vorteilhaft ist.
Zudem kann durch eine geeignet gewählte Leistungsaufteilung der Spannungseinbruch auf dem Bordnetz so beeinflusst werden, dass eine Mindestspannung für zu versorgende elektronische Komponenten nicht unterschritten wird.
Damit können zur Spannungsstabilisierung verwendete Hilfsmittel wie z. B. sogenannte DC/DC-Wandler eingespart werden.
Gemäß eines die Erfindung weiterbildenden Verfahrens wird der Startermotor in diskreten Leistungsstufen leistungsreguliert angesteuert. Möglich wäre es, den Startermotor variabel direkt abhängig von dem variabel sich veränderten Motordurchdrehmomenten angepasst anzusteuern. Eine solche variable Ansteuerung ist jedoch aufwendig. Gemäß einem einfachen Verfahren sind deshalb diskrete
Leistungsstufen vorgesehen. Eine Steuerung ist somit einfacher und kostengünstiger umsetzbar.
Um eine Haupteinflussgröße zu erfassen, die das Motordurchdrehmoment der Brennkraftmaschine bestimmt, werden von der Startersteuerung Informationen über die Temperatur der Brennkraftmaschine abgefragt und der Startermotor wird abhängig von einem bestimmten, erfassten aktuellen Temperaturbereich von der Brennkraftmaschine leistungsreguliert angesteuert. Gemäß einem vereinfachten Verfahren wird der Startermotor von der Startersteuerung in drei, bevorzugt vier, Stufen leistungsreguliert angesteuert. Drei bzw. vier Stufen reichen vorteilhafterweise aus, um die erforderliche Leistung bzw. das erforderliche Leistungsprofil des Startermotors in eine minimal erforderliche Leistung, eine erhöhte Leistung, eine stark erhöhte Leistung und eine maximale Leis- tung einzuteilen. Durch diese Einteilung kann der Verschleiß der beim Startvor- - A - gang involvierten Bauteile reduziert werden, sowie die erforderlichen Ressourcen an elektrischer Leistung sparsam und sorgfältig eingesetzt werden.
Vorzugsweise werden die Leistungsstufen zeitabhängig von der Steuerung oder Startersteuerung im Startvorgang geschaltet. Somit kann der Startermotor mit einer kleinen Leistung einspuren und die Brennkraftmaschine zum Start mit einer gestuften Leistung antreiben, wobei nach einer kurzen Anlaufzeit diese Leistung zeitgesteuert von der Startersteuerung erhöht werden kann. Die zeitabhängige Zuschaltung kann abhängig oder unabhängig von der Temperatur der Brenn- kraftmaschine erfolgen. Die zeitabhängige Steuerung kann auch typischspezifisch angepasst sein und mit einer Selbstlernfunktion der Startersteuerung gekoppelt sein, die Alterungsveränderungen der Startvorrichtung im Startvorgang berücksichtigt und detektiert. Die Aufgabe wird auch durch ein Computerprogrammprodukt dadurch gelöst, dass es in einem Programmspeicher mit Programmbefehlen ladbar ist, um alle Schritte eines oben beschriebenen Verfahrens auszuführen, wenn das Computerprogrammprodukt in der Startersteuerung ausgeführt wird. Das Computerprogrammprodukt hat den Vorteil, dass es für eine Startvorrichtung zum Starten ei- ner Brennkraftmaschine typischspezifisch mit Parametern angepasst werden kann und somit eine sehr einfache und kostengünstige Anpassung möglich ist. Dabei können Messwerte von bereits vorhandenen Sensoren z.B. von einem o- der mehreren Temperatursensoren oder bereits vorhandenen Zeitschaltuhren bzw. bei Prozessorlösungen mittels Zählern berücksichtigt werden, um mittels der Startersteuerung den Startermotor abhängig von verschiedenen Parametern und leistungsreguliert anzusteuern.
Die Aufgabe wird durch eine Startvorrichtung dadurch gelöst, dass die Startvorrichtung mit einer Leistungsregulierungseinrichtung für den Startermotor ausge- bildet ist. Die Leistungsregulierungseinrichtung hat den Vorteil, dass die elektrische Leistung einer Batterie an den Durchdrehwiderstand der Brennkraftmaschine angepasst wird und somit der Verschleiß von für den Startvorgang involvierten Komponenten insgesamt reduziert und mit elektrischer Energie sparsam umgegangen wird. Die Lebensdauer der Startvorrichtung erhöht sich somit, insbe- sondere auch bei einer erhöhten Schalt- bzw. Zyklenzahl aufgrund eines Start-
Stopp-Betriebs des Fahrzeugs. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, um die Leistungsregulierungsein- richtung möglichst einfach auszubilden, weist die Leistungsregulierungseinrich- tung schaltbare Zuleitungen, mit definierten Widerständen auf, die über die Star- tersteuerung mittels Leistungsschaltern, insbesondere mit Schaltrelais ein- und abschaltbar sind. Es ist ein Gedanke der Erfindung, schaltbare Zuleitungen mit einem Widerstand z.B. Vorwiderstand vorzusehen, um die zur Verfügung zu stehenden Leistung anzupassen. Zum Einschalten und zum Abschalten der Zuleitungen können Hochleistungsschalter z.B. elektronische Schalter eingesetzt werden, bevorzugt werden elektromechanische Schaltrelais eingesetzt, da mit diesen hohe Ströme mit einer langen Lebensdauer problemlos schaltbar sind.
Der Widerstand kann in einem Teilabschnitt der Zuleitung integriert sein. Der Widerstand kann sich alternativ über die gesamte Zuleitung als erhöhter innoror Leistungswiderstand erstrecken.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform sind die schaltbaren Zuleitungen aus einem Werkstoff mit einem höheren Widerstand als Kupfer ausgebildet. Bevorzugt sind die schaltbaren Zuleitungen aus Stahl und / oder Aluminium her- gestellt.
Stahl und Aluminium haben einen höheren Widerstand als Kupfer und sind zudem ein kostengünstigerer Werkstoff als Kupfer. Stahl ist kostengünstiger als A- luminium und hat zudem einen höheren Widerstand. Beide Werkstoffe sind also insgesamt kostengünstig.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die schaltbaren Zuleitungen zwischen dem Startermotor und dem Energiespeicher, insbesondere der Batterie, pluspolseitig geschaltet. Somit kann die Rückleitung wie bei herkömmlichen Startvorrichtungen effizient kurz über die Fahrzeugkarosserie ausgebildet sein.
Die schaltbaren Zuleitungen sind als Vorwiderstand geschaltet. Durch Schließen von mehreren Zuleitungen erhöht sich die zur Verfügung stehende elektrische Leistung gegenüber einer einzigen Hinleitung deshalb, da die Größe des ohm- sehen Widerstandes in der effektiven Zuleitung sich durch eine Parallelschaltung von Widerständen insgesamt reduziert. Alternativ kann die Leistungsregulierungseinrichtung zwischen dem Startermotor und dem minuspolseitigen Energiespeicher geschaltet sein. Durch mehrere schaltbare Leitungen mit einem größeren Widerstand aus einem kostengünstige- ren Werkstoff als Kupfer, kann die Leistung zum Betreiben eines Startermotors variiert werden. Der masseseitige Anbau ist vorzugsweise einfacher zu realisieren, da diese Leitungen im Normalfall auch einfacher ausgeführt sind, d.h. es sind tatsächlich komplette Leitungen vom Starter zur Karosserie oder zur Batterie ohne Unterbrechungen. In den plusseitigen Anordnungen befinden sich eine Vielzahl zusätzlicher Unterbrechungen wie Sicherungen, Schalter, Wegfahrsperren und ähnliche Bauteile, die einen Einbau von mehreren parallelen Zuleitungen erschweren Außerdem können Halbleiterschaltelemente als sogenannte Low- side-Schalter im Massezweig etwas einfacher angesteuert werden als High-side- Schalter im Pluszweig. Prinzipiell ist aber auch hier kein Unterschied.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig.1 einen schematischen Schaltplan einer Startvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform,
Fig. 2 einen Schaltplan einer Startvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform,
Fig. 3 einen Schaltplan einer Startvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform,
Fig. 4 einen schematischen Schaltplan einer Starvorrichtung gemäß einer vier- ten Ausführungsform, Fig. 5 eine Tabelle von Betriebszuständen der Startvorrichtung, Fig. 6 ein Flussdiagramm eines Ablaufs vom erfindungsgemäßen Verfahren. Ausführungsformen der Erfindung
Die Fig. 1 zeigt eine Startvorrichtung 1 mit einem Startermotor 2 und mit einem zwischen einer Batterie 4 und dem Startermotor 2 über eine Hinleitung HO plus- polseitig geschalteten Schaltrelais 3 beim Starter wird dieses Relais Einrückrelais genannt, das sowohl die mechanische Einrückfuntkion des Ritzels als auch die
Schaltfunktion für den Hauptstrom übernimmt, wie folgend näher erläutert). Ein Starterrelais am Startermotor 2, das zum Einspuren eines nicht dargestellten Starterritzels dient, umfasst das Schaltrelais 3. Das Schaltrelais 3 ist aus dem Stand der Technik bekannt. Hinleitung HO hat einen ohmschen Widerstand RHo und die minuspolseitige Rückleitung R vom Startermotor 2 zur Batterie 4 hat einen ohmschen Leitungswiderstand der vereinfacht mit RLR bezeichnet ist. Die Batterie 4 besitzt einen inneren ohmschen Widerstand R,4. Gemäß einer ersten besonderen Ausführungsform ist die Startvorrichtung 1 pluspolseitig mit einer Leistungsregulierungseinrichtung 20 ausgebildet. Die Leistungsregulierungsein- richtung 20 weist mindestens eine zur Hinleitung HO parallele, schaltbare Zuleitung 21 auf. Die parallele, schaltbare Zuleitung 21 hat einen definierten Leitungswiderstand Rι_m- Vorzugsweise ist der Widerstand RLm der parallelen Zuleitung 21 nicht auf einen einzigen Widerstand räumlich beschränkt, sondern durch eine geeignete Werkstoffauswahl erstreckt er sich über die gesamte parallele Zu- leitung 21 . Bevorzugt ist die schaltbare Zuleitung 21 mit einem größeren Widerstand aus einem kostengünstigeren Werkstoff wie beispielsweise Stahl oder A- luminium als die herkömmliche Hinleitung HO hergestellt, die aus Kupfer hergestellt ist. Aluminium hat eine Leitfähigkeit von 37 m/Ω*mm2 und Stahl eine Leitfähigkeit von 10 m/Ω*mm2 im Gegensatz zur Leitfähigkeit von Kupfer mit 57 mm//ΩΩ**mmmm22.. DDiiee ppaarraalllleell sscchhaallttbbaaire Zuleitung 21 ist mittels eines Leistungsschal- ters 212 ein- und ausschaltbar.
Der Leistungsschalter 212 ist entweder ein elektronischer Leistungsschalter beispielweise ein MOSFET oder ein elektromechanisches Schaltrelais. Der Leis- tungsschalter 212 wird von einer Steuerung 5 mit einer CPU 6 angesteuert. Die
Steuerung 5 ist mit einem Programmspeicher 7 ausgebildet und steht mit einem Thermosensor 8 zur Detektierung der Temperatur einer nicht angestellten Brennkraftmaschine in Informationskontakt. Die CPU 6 ist ferner mit einer elektronischen Uhr 9 verbunden. Die Steuerung 5 bildet somit zusammen mit der CPU 6 und der Uhr 9 eine Zeitschaltuhr aus.
Nach Schließung eines Schaltkontaktes S1 durch den Leistungsschalter 212 wird über die Zuleitung 21 , die zur Verfügung stehende elektrische Leistung des Startmotors 2 erhöht. Somit kann die elektrische Leistung des Startermotors 2 mit der Leistungsregulierungseinrichtung 20 variiert werden. Der Startermotor 2 kann ein höheres Drehmoment abgeben, wenn zum Starten der Brennkraftmaschine eine erhöhte Motordurchdrehleistung erforderlich ist. Die Motordurchdrehleistung ist beispielsweise bei einer niedrigen Temperatur aufgrund der Viskosität des Motoröls erhöht. Die Fig. 2 zeigt eine Startvorrichtung 1 gemäß der Fig. 1 mit dem Unterschied, dass die Leistungsregulierungseinrichtung 20 nicht nur eine parallel schaltbare Zuleitung 21 umfasst, sondern mindestens drei parallele Zuleitungen 21 , 22, 23 vorgesehen sind. Alle parallelen Zuleitungen 21 , 22, 23 umfassen jeweils einen schaltbaren Leistungsschalter 212, 222, 232, die jeweils die Schaltkontakte S1 , S2, S3 schließen, wenn die Steuerung 5 dies vorgibt. Aufgrund von drei parallelen Zuleitungen 21 , 22, 23 ist es möglich, den Startermotor 2 in einem größeren differenzierten Bereich leistungsreguliert gegenüber der Ausführungsform gemäß Fig. 1 anzusteuern. Somit wird ein Leistungsüberschuss beim Einspuren und Starten der Brennkraftmaschine vermieden. Ein unnötig hoher Verschleiß wird an dem Starterritzel, Zahnkranz, an den Lagern, sowie an Polen von Kontaktbolzen im Starterrelais aufgrund einer regulierten Leistung unterbunden.
Gemäß einer weiter bevorzugten besonderen Ausführungsform, sind die Zuleitungen 21 , 22, 23 mit verschiedenen ohmschen Widerständen ausgebildet, so dass durch eine bestimmte Auswahl der Hinzuschaltung der parallelen Zuleitungen 21 , 22, 23 eine definierte Leistungsregulierung 20, von der Steuerung 5 ausgeführt wird, um den Startermotor 2 definiert anzusteuern.
Die Fig. 3 und 4 zeigen jeweils eine alternative Ausführungsform zur Fig. 1 und 2 mit dem Unterschied, dass mindestens eine parallele Zuleitung 21 an der minus- polseitigen Rückleitung R vom Startermotor 2 und der Batterie 4 angeordnet ist. Der Widerstand der Zuleitungen 21 , 22, 23 als Rückleitungen, der sich vorzugsweise, wie oben beschrieben, über die gesamte Leitung erstreckt ist in der Fig. 4 vereinfacht mit RLR1, RLR2 und R|_R3 bezeichnet und dargestellt. Die Fig. 5 zeigt ein vereinfachtes Diagramm in Form einer Tabelle mit vier Temperaturbereichen 1 , 2, 3, 4, in denen die Brennkraftmaschine von der Startvorrichtung 1 jeweils gestartet wird. Im ersten Temperaturbereich 1 ., der größer als +200C ist, sind alle Schaltkontakte S1 , S2, S3 von den Leistungsschaltern 212, 222, 232 offen. Der Startermotor 2 wird über die herkömmliche Zuleitung HO über ein Schaltrelais 3 angesteuert.
In einem zweiten Temperaturbereich 2. zwischen 00C und +200C ist von der Steuerung 5 ein definierter Leistungsschalter z.B. 212, 222 oder 232 geschlossen. Der Gesamtwiderstand des Stromkreises , also eines Stromnetzwerkes, in der Startvorrichtung 1 ist somit reduziert und die elektrische Starterleistung erhöht. Der Startermotor 2 bewältigt somit ein erhöhtes Motordurchdrehmoment an der Brennkraftmaschine.
Gemäß einem dritten Temperaturbereich 3., der zwischen -100C und 00C bei- spielsweise festgesetzt ist, sind die Schaltkontakte S1 und S2 geschlossen. Der
Schaltkontakt S3 vom Leistungsschalter 232 ist nicht geschlossen worden. Der Startermotor 2 hat in diesem Temperaturbereich 3. für einen optimalen Start der Brennkraftmaschine eine stark erhöhte Leistung. In einem vierten Temperaturbereich 4. ist die Temperatur kleiner als -100C. In diesem Temperaturbereich sind die Leistungsschalter 212, 222, 232 mit ihren Schaltkontakten S1 , S2 und S3 geschlossen, so dass eine maximale Leistung von der Batterie 4 abgeben wird und der Widerstand im Gesamtstromkreis der Startvorrichtung 1 am kleinsten ist, so dass am Startermotor 2 eine maximale e- lektrische Leistung zur Verfügung steht, um die Brennkraftmaschine mit einem erhöhten Motordurchdrehmoment zu starten.
Die Fig. 6 zeigt ein Flussdiagramm mit einem Ablauf von Verfahrensschritten, die die Startersteuerung 5 ausführt, um das erfindungsgemäße Verfahren auszufüh- ren. In einem ersten Schritt S10 wird ein Startimpuls beispielsweise durch Betätigung eines Startknopfes oder durch Betätigung des Zündschlüssels von der Steuerung 5 über ein Informationssystem beispielsweise über einen CAN-Bus erfasst. Bei einem Start-Stopp-System kann der Startimpuls durch das Lösen einer Fuß- bremse oder die Betätigung eines Gaspedals erfasst werden.
In einem zweiten Schritt S20 wird der Temperatursensor 8 nach der aktuellen Temperatur der Brennkraftmaschine befragt.
Darauf wird in einem dritten Schritt S30 die Temperatur ausgewertet und einem bestimmten Temperaturbereich 1., 2., 3. oder 4. zugeordnet.
In einem Schritt S40 wird bestimmt, welche Leistungsschalter 212, 222 und / o- der 232 in der Leistungsregulierungseinrichtung 20 geschlossen werden und welche offen bleiben.
Im Schritt S50 wird der Hauptstrompfad, also die Hinleitung HO, vom Schaltrelais 3 geschlossen, so dass der Startermotor 2 bestromt wird und die Brennkraftmaschine gestartet wird. Anschließend folgt eine Abfrage in einem Abfrageschritt A1 , ob innerhalb einer bestimmten Zeit t die Brennkraftmaschine gestartet ist. Ist dies der Fall, so wird das Schaltrelais 3 im Schritt S60 ausgeschaltet und die Startersteuerung 5 kehrt zum Ende des Verfahrensablaufs. Ist die Brennkraftmaschine nach einer bestimmten Zeit noch nicht gestartet, so wird in einem Schritt 70 die elektrische Leistung durch Zuschaltung einer weiteren Zuleitung 21 , 22 oder 23 über einen Leistungsschalter erhöht, sodass sich das Startverhalten der Brennkraftmaschine verbessert. In einem Schritt S80 wird als Selbstlernfunktion die neue Schaltkombination der
Startersteuerung 5 mit den tatsächlich gemessenen Parametern im Programmspeicher 7 gespeichert.
Alternativ können die Einzelschalter 212, 222 und 232 während eines Startvor- gsngs langsam hinzugeschaltet werden, so dass der Startermotor 2 das Bordnetz nicht mit einem plötzlich sehr hohen Anlaufstrom belastet. Der Starterstrom wird beim Starten somit gestuft erhöht. 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 ) mit einem Startermotor (2) zum Starten einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Fahrzeugs, wobei der Startermotor (2) durch Beaufschlagung mit elektrischer Energie von einem elektrischen Energiespeicher über eine Startersteuerung (5) mit einem Schaltrelais (3) ein- und ausschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Startermotor (2) im Startvorgang leistungsreguliert von der Startersteuerung (5) angesteuert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Startermotor (2) in diskreten Leistungsstufen leistungsreguliert angesteuert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Startersteuerung (5) Informationen über die Temperatur der Brennkraftmaschine vor dem Startvorgang mittels des Startermotors 22 abfragt und den Startermotor (2) abhängig von der Temperatur der Brennkraftmaschine leistungsreguliert ansteuert.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Startermotor (2) von der Startersteuerung (5) in drei, bevorzugt vier, Stufen leistungsreguliert angesteuert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsstufen zeitabhängig von der Startersteuerung (5) geschaltet werden.
6. Computerprogrammprodukt, das in einen Programmspeicher (7) mit Programmbefehlen ladbar ist, um alle Schritte eines Verfahrens zumindest nach einem der Ansprüche 1 bis 5 auszuführen, wenn das Computerprogrammprodukt in einer Startersteuerung (5) ausgeführt wird.
7. Startvorrichtung (1 ) für eine Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs mit einem Startermotor (2), einem elektrischen Energiespeicher, einem Schaltrelais (3), das von einer Startersteuerung (5) ansteuerbar ist und einen elektrischen
Schaltkontakt zwischen dem Startermotor (2) und dem elektrischen Energie- speicher ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Startvorrichtung (1 ) mit einer Leistungsregulierungseinrichtung (20) für den Startermotor (2) ausgebildet ist.
8. Startvorrichtung (1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die
Leistungsregulierungseinrichtung parallel, schaltbare Zuleitungen (21 , 22, 23) mit definierten ohmschen Widerständen aufweist, die über die Startersteuerung (5) mittels Leistungsschaltern R (212, 222, 232), insbesondere mit Schaltrelais, ein- und abschaltbar sind.
9. Startvorrichtung (1 ) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die parallelen, schaltbaren Zuleitungen (21 , 22, 23) aus Stahl und/oder Aluminium hergestellt sind.
10. Startvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die parallel schaltbaren Zuleitungen (21 , 22, 23) zwischen Startermotor (2) und Energiespeicher geschaltet sind.
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