DE10137090B4

DE10137090B4 - Maschinen-Start-Stop-Steuersystem

Info

Publication number: DE10137090B4
Application number: DE10137090A
Authority: DE
Inventors: Mikio Kariya Saito; Masahiko Kariya Osada; Toshihisia Nishio Ishihara
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2000-08-10
Filing date: 2001-07-30
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2021-07-31
Also published as: US6634332B2; JP2002122059A; DE10137090A1; JP4321796B2; US20020017260A1

Abstract

Schaltungsanordnung in einem Maschinen-Start-Stopp-Steuersystem zum Anlassen von Brennkraftmaschinen, mit einer Batterie (B), einer Maschine mit einem Ringzahnrad (R), einem Anlasser (10), der einen Motor (2) enthält, einem Kleinzahnrad (6) und einem Magnetschalter (1), der einen Kolben (12) und einen Solenoid (11) enthält, um das Kleinzahnrad anzutreiben, um es in Eingriff mit dem Ringzahnrad zu bringen, ferner mit:
einer ersten Einrichtung (20), um Strom dem Solenoid gemäß einem Tastverhältnis von 100% zuzuführen, bis eine erste vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist; und
einer zweiten Einrichtung (20), um dem Solenoid Strom in einem Tastverhältnis zuzuführen, welches kleiner ist als 100%, nachdem die erste vorbestimmte Zeitperiode verstrichen ist, bis eine zweite vorbestimmte Zeitperiode verstrichen ist,
gekennzeichnet durch eine Einrichtung, um wenigstens eine der Zeitperioden gemäß dem Spannungspegel der Batterie (B) oder abhängig von der Strommenge, die dem Solenoid (11) zugeführt wird, zu steuern.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Maschinen-Start-Stop-Steuer-System für ein Automobil.

Aus der DE 197 02 932 A1 ist eine Schaltungsanordnung in einem Maschine-Start-Stop-Steuersystem bekannt, um eine Brennkraftmaschine anzulassen, mit einer Batterie, einer Maschine mit einem Ringzahnrad, einem Anlasser, der einen Motor enthält, einem Kleinzahnrad und einem Magnetschalter, der einen Kolben und einen Solenoid enthält, um das Kleinzahnrad anzutreiben, um es in Eingriff mit dem Ringzahnrad zu bringen. Die bekannte Anordnung umfaßt eine erste Einrichtung, um dem Solenoid Strom gemäß einem Tastverhältnis von 100% zuzuführen, bis eine erste vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist, und enthält eine zweite Einrichtung, um dem Solenoid Strom in einem Tastverhältnis zuzuführen, welches kleiner eingestellt ist als 100%, nachdem die erste vorbestimmte Zeitperiode verstrichen ist, bis eine zweite vorbestimmte Zeitperiode verstrichen ist.

Aus der DE 198 40 819 C1 ist ein Startersystem für einen Verbrennungsmotor sowie ein Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors bekannt. Das Startersystem umfaßt einen elektrischen Starter, eine Starterbatterie, eine Einrichtung zur Messung der Temperatur der Starterbatterie, eine leistungselektronische Funktionseinheit, die den Wert des der Starterbatterie zum Zweck des Startens oder der Startvorbereitung entnommenen Entladestroms aktiv einstellt, und umfaßt eine Steuereinrichtung, die der Funktionseinheit den einzustellenden Entladestromwert vorgibt, wobei bei tiefen Batterietemperaturen der maximale Entladestromwert niedriger als bei hohen Temperaturen liegt.

Um die Umwelt und die natürlichen Ressourcen zu schützen, ist es empfehlenswert, die Maschine eines Automobils anzuhalten, wenn das Fahrzeug auf eine Änderung eines Verkehrssignals wartet. Zu diesem Zweck wurde ein automatisches Maschinen-Start-Stop-Steuersystem entwickelt. Solch ein automatisches Maschinen-Start-Stop-Steuersystem hält die Maschine automatisch an, wenn ein Fahrer das Fahrzeug anhält, während die Maschine sich mit einer Leerlaufdrehzahl dreht (im folgenden als Leerlaufanhaltebetrieb bezeichnet) und startet die Maschine automatisch, wenn der Fahrer einen vorhandenen Hebel oder Pedal betätigt, wie beispielsweise ein Gaspedal, um das Fahrzeug zu starten. Es ist daher für das Maschinen-Start-Stop-Steuersystem erforderlich, die Maschine ohne Verzögerung zu stoppen und zu starten, um einen Verkehrsstau zu verhindern.

Die JP-B-2-7-42909 offenbart solch ein Maschinen-Start-Stop-Steuersystem, bei welchem der einem Solenoid eines Magnetschalters zugeführte Strom allmählich erhöht wird, bis der Hauptkontakt des Schalten -schließt, und der Strom allmählich reduziert wird, nachdem der Hauptkontakt geschlossen wurde, um die Maschine zu starten. Das erwähnte Maschinen-Start-Stop-Steuersystem mäßigt die Drehzahl des Ritzels des Anlassers, der mit dem Ringzahnrad der Maschine kämmt, so daß das Ritzel und das Ringzahnrad vor einer Zerstörung bewahrt werden.

Da sich das Ritzel zu dem Ringzahnrad der Maschine mit einer niedrigen Geschwindigkeit hin bewegt, wird eine beträchtliche Zeit dafür benötigt, damit das Ritzel oder Kleinzahnrad in Eingriff mit dem Ringzahnrad gelangt. Wenn die Klemmenspannung einer Fahrzeugbatterie niedriger wird als ein normaler Pegel, und zwar auf Grund einer Über-Entladung derselben, kann die Eingriffsgeschwindigkeit so lange dauern, daß ein Verkehrsstau verursacht wird.

Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht darin, ein verbessertes Maschinen-Start-Stop-Steuersystem zu schaffen, welches eine Maschine ohne Verzögerung und ohne eine Zerstörung oder Beschädigung des Anlassers stoppen und starten kann und an den Zustand einer verwendeten Batterie angepaßt werden kann.

In Verbindung mit der Schaltungsanordnung in einem Maschinen-Start-Stop-Steuersystem zum Anlassen von Brennkraftmaschinen wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 4.

In Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Starten und Stoppen einer Maschine wird die genannte Aufgabe durch die im Anspruch 5 aufgeführten Merkmale gelöst.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 6 bis 8.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung enthält ein Maschinen-Start-Stop-Steuersystem für ein Automobil eine erste Einrichtung, um Strom einem Solenoid eines Magnetschalters eines Anlassermotors in einem 100%-Tastverhältnis zuzuführen, bis eine erste vorbestimmte Zeit verstrichen ist; und enthält eine zweite Einrichtung, um Strom dem Solenoid in einem Tastverhältnis zuzuführen, welches kleiner ist als 100%, nachdem die erste vorbestimmte Zeitperiode verstrichen ist, und zwar bis zum Verstreichen einer zweiten vorbestimmten Zeitperiode.

Daher erzeugt der dem Solenoid zugeführte Strom eine ausreichende Kraft, um einen Kolben des Magnetschalters zu ziehen, die das Ritzel oder Kleinzahnrad in die Nähe eines Ringzahnrads der Maschine in einer kurzen Zeit verbringt. Dann wird der Strom auf einen niedrigen Wert gesteuert, und zwar unmittelbar bevor das Ritzel in Eingriff mit dem Ringzahnrad gelangt, um dadurch die Ziehkraft des Kolbens zu reduzieren, so daß die Aufschlaggeschwindigkeit des Ritzels reduziert werden kann. Als ein Ergebnis wird der Aufschlagstoß, den das Ritzel und das Ringzahnrad erfahren, gemildert und die Lebensdauer derselben wird verlängert.

Das zuvor erläuterte System kann eine dritte Einrichtung enthalten, uni dem Solenoid einen Strom in einem Tastverhältnis gemäß 100% zuzuführen, und zwar nach dem Verstreichen der zweiten vorbestimmten Zeitperiode, bis zum Verstreichen einer dritten vorbestimmten Zeitperiode. Sobald das Ritzel in Berührung mit dem Ringzahnrad gebracht ist, wird die Ziehkraft des Solenoids derart erhöht, daß das Ritzel weiter gedrückt wird, und zwar über den Kolben, um vollständig in Eingriff mit dem Ringzahnrad zu gelangen. Dies verkürzt die Zeit, um die Maschine zu starten und erleichtert auch die Spannung beim Ineingriffbringen auf einen begrenzten Teilwert, welche die Maschine auf Grund eines unvollständigen Ineingriffbringens auf Grund einer unzureichenden Drückkraft zerstört oder beschädigt werden kann.

Das oben erläuterte System kann eine vierte Einrichtung enthalten, um wenigstens eine der Zeitperioden gemäß der ersten, der zweiten und der dritten vorbestimmten Perioden in Einklang mit dem Spannungspegel der Batterie oder einer Menge des Stroms zu steuern, welcher dem Solenoid zugeführt wird. Demzufolge kann selbst dann, wenn die Batterieklemmenspannung vergleichsweise niedrig ist, das System richtig arbeiten.

Andere Ziele, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung als auch Funktionen von damit betroffenen Teilen der vorliegenden Erfindung ergeben sich klar aus einem Studium der folgenden detaillierten Beschreibung, der anhängenden Ansprüche und aus den Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:
1 ein schematisches Schaltungsdiagramm eines Maschinen-Start-Stop-Steuersystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
2 einen Zeitsteuerplan des Betriebes des Maschinen-Start-Stop-Steuersystems gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
3 ein Flußdiagramm des Betriebes des Maschinen-Start-Stop-Steuersystems gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Wie in 1 gezeigt ist, besteht ein Maschinen-Start-Stop-System aus einem Anlasser 10, einer ECU 20, einer Batterie und einem Schlüsselschalter K. Der Anlasser 10 besteht aus einem Magnetschalter 1, einem Ritzelantriebsmotor 2, einem Kleinzahnrad 6 und einer Drehzahluntersetzungseinheit vom Typ eines Planetengetriebes (nicht gezeigt).
Der Magnetschalter 1 umfaßt ein Kolbenziehsolenoid 11, einen Ritzelsteuerkolben 12 und einen Hauptschalter 13, der ein Paar von Kontakten besitzt. Das Kleinzahnrad 6 kämmt mit einem Ringzahnrad R einer Maschine, wenn der Kolbenziehsolenoid 11 den Kolben 12 zieht und wenn der Hauptschalter 13 schließt, um den Motor 2 in Betrieb zu setzen, wodurch dann das Kleinzahnrad oder Ritzel zu dem Ringzahnrand R geführt wird.
Die ECU 20 steuert den Strom, welcher dem Solenoid 11 zugeführt wird, wie dies in 2 gezeigt ist.
Der Solenoid 11 wird mit einem Strom gemäß einem vollen Wert oder einem Tastverhältnis von 100% bei einer ersten Stufe versorgt, wird mit einem niedrigen Wert nach einer vorbestimmten Zeit versorgt und mit dem vollen Wert oder einem Strom gemäß einem Tastverhältnis von 100% versorgt, wenn das Kleinzahnrad 6 in Berührung mit dem Ringzahnrad R gebracht wurde. Der Solenoid 11 besteht aus einer Einziehwicklung 11a und einer Haltewicklung 11b, die so, wie dies in 1 gezeigt ist, miteinander verbunden sind. Die Einziehwicklung 11a und die Haltewicklung 11b sind um einen gemeinsamen Magnetkern gewickelt, um den Kolben 12 zu bewegen und um das Kontaktpaar des Hauptschalters 13 zu schließen und um das Ende des Antriebshebels 4 zu schwenken, wenn Strom zu diesem zugeführt wird. Die Einziehwicklung 11a ist mit einem Ende einer Feldwicklung 2a des Motors 2 verbunden und auch mit dem Treibertransistor der ECU 20 an dem anderen Ende. Die Haltewicklung 11b ist mit einem Treibertransistor der ECU 20 an einem Ende und mit Masse oder Erde an dem anderen Ende verbunden.
Der Treibertransistor enthält ein Paar von Elektroden, von denen eine mit der Batterie B über den Zündschlüsselschalter K verbunden ist und von denen die andere mit dem Solenoid 11 verbunden ist. Die ECU 20 steuert den Strom, welcher dem Solenoid 11 zugeführt wird, und zwar über den Treibertransistor in einer P.W.M.-Steuerart (Impulsbreitenmodulation des Stromes), und zwar in Einklang mit einer Maschinen-Start-Routine, die in 3 gezeigt ist, wenn der Zündschlüsselschalter K eingeschaltet wird oder wenn das Gaspedal nach der Leerlaufanhalteoperation betätigt wird.
Zuerst wird der Solenoid 11 mit Strom gemäß einem Tastverhältnis von 100% bei S102 versorgt. Demzufolge erzeugen beide Wicklungen, und zwar die Einziehwicklung 11a und die Haltewicklung 11b, eine große Ziehkraft, so daß der Kolben 12, die Einwegekupplung 5 und das Kleinzahnrad 6 in axialer Richtung in einer kurzen Zeit bewegt werden können.
Bei dem nächsten Schritt S104 wird ein Steuertastverhältnis Dx gemäß der Temperatur, der Batterieanschlußspannung usw. eingestellt, und zwar unter Bezugnahme auf einen Plan (map), der in der ECU 20 gehalten wird. Der Plan enthält Daten einer verschiedenartigen Kombination aus Temperatur- und Batterieanschlußspannung, um den Strom bei einem niedrigen Stromwert zu steuern, das heißt bei dem Tastverhältnis von Dx %.
Bei S106 wird überprüft, ob eine erste vorbestimmte Zeitdauer T1 verstrichen ist oder nicht, und zwar nachdem der Solenoid 11 zuerst erregt wurde. Wenn das Ergebnis NEIN lautet, wird das Tastverhältnis von 100% beibehalten.
Andererseits wird bei S108 der Solenoid 11 mit einem Strom gemäß einem Steuertastverhältnis von Dx % beschickt, wenn das Ergebnis JA lautet. Demzufolge wird die Ziehkraft reduziert und das Kleinzahnrad 6 verlangsamt seine Bewegungsgeschwindigkeit zu dem Ringzahnrad R hin, um ohne großen Aufschlagstoß in Eingriff zu gelangen.
Die erste vorbestimmte Zeitperiode T1 kann gemäß der Anschlußspannung der Batterie B oder gemäß einer Größe oder Menge des Stromes, welcher dem Solenoid zugeführt wird, geändert werden. Wenn die Anschlußspannung der Batterie B oder die Strommenge niedriger ist als ein normaler Wert, wird die erste vorbestimmte Zeitperiode T1 erhöht, um zu verhindern, daß das Kleinzahnrad 6 bei seinem Eingriff mit dem Ringzahnrad R verzögert wird. In diesem Fall ist die ECU 20 mit einem Spannungssensor und einer Steuerlogik ausgerüstet.
Danach wird bei S110 geprüft, ob eine zweite vorbestimmte Zeitdauer T2 (T2 > T1) verstrichen ist, nachdem der Solenoid 11 zuerst erregt worden ist, oder nicht. Wenn das Ergebnis NEIN lautet, wird der Solenoid 11 fortlaufend mit Strom beschickt, und zwar gemäß einem Steuertastverhältnis Dx. Andererseits wird dem Solenoid 11 Strom gemäß einem Tastverhältnis von 100% erneut zugeführt, wenn das Ergebnis bei S110 JA lautet. Dieser Schritt wird in bevorzugter Weise unmittelbar dann ausgeführt, wenn das Kleinzahnrad 6 in Berührung mit dem Ringzahnrad R gebracht worden ist, da das Kleinzahnrad 6 vollständig mit dem Ringzahnrad in Eingriff gelangen kann, und zwar bei der vollen Ziehkraft des Solenoids 11.
Danach bringt der Kolben 12 den bewegbaren Kontakt des Magnetschalters 1 in Berührung mit dem stationären Kontakt, so daß Strom aus der Batterie dem Motor 2 zugeführt wird, wodurch das Kleinzahnrad 6 in Drehung versetzt wird, ebenso das Ringzahnrad R und die Maschine.
Da das Kleinzahnrad 6 und das Ringzahnrad R vollständig miteinander in Eingriff gebracht sind, kann die Maschinenantriebskraft auf die Maschine übertragen werden, und zwar in einer sanften Form ohne eine Beschädigung. Selbst wenn ein gewisser Grad einer Dispersion des Spielraums zwischen dem Kleinzahnrad 6 und dem Ringzahnrad R vorhanden ist, kann die Maschine ohne irgendwelche Probleme angelassen werden.
Wenn der Magnetschalter 1 geschlossen wird, werden die sich gegenüberliegenden Anschlüsse der Einziehwicklung 11a kurzgeschlossen. Demzufolge wird lediglich die Halteschaltung 11b fortwährend erregt.
Danach wird bei S114 geprüft, ob eine dritte vorbestimmte Zeitperiode T3 (T3 > T2) verstrichen ist oder nicht. Wenn das Ergebnis NEIN lautet, wird die Haltewicklung 11b des Solenoids fortlaufend mit einem Strom gemäß einem Tastverhältnis von 100% beschickt. Auf der anderen Seite wird der Strom, welcher dem Solenoid 11 zugeführt wird, abgeschnitten (Tastverhältnis 0%), wenn das Ergebnis bei S114 JA lautet.
Anstatt der Verwendung eines Zeitgebers kann das Tastverhältnis gemäß der Strommenge geändert werden, die dem Solenoid 11 zugeführt werden soll.

Claims

Schaltungsanordnung in einem Maschinen-Start-Stopp-Steuersystem zum Anlassen von Brennkraftmaschinen, mit einer Batterie (B), einer Maschine mit einem Ringzahnrad (R), einem Anlasser (10), der einen Motor (2) enthält, einem Kleinzahnrad (6) und einem Magnetschalter (1), der einen Kolben (12) und einen Solenoid (11) enthält, um das Kleinzahnrad anzutreiben, um es in Eingriff mit dem Ringzahnrad zu bringen, ferner mit: einer ersten Einrichtung (20), um Strom dem Solenoid gemäß einem Tastverhältnis von 100% zuzuführen, bis eine erste vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist; und einer zweiten Einrichtung (20), um dem Solenoid Strom in einem Tastverhältnis zuzuführen, welches kleiner ist als 100%, nachdem die erste vorbestimmte Zeitperiode verstrichen ist, bis eine zweite vorbestimmte Zeitperiode verstrichen ist, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, um wenigstens eine der Zeitperioden gemäß dem Spannungspegel der Batterie (B) oder abhängig von der Strommenge, die dem Solenoid (11) zugeführt wird, zu steuern.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, ferner mit einer dritten Einrichtung (20), um Strom dem Solenoid (11) in einem Tastverhältnis von 100% zuzuführen, und zwar nach dem Verstreichen der zweiten vorbestimmten Zeitperiode, bis eine dritte vorbestimmte Zeitperiode verstrichen ist, wobei die dritte Zeitperiode gemäß dem Spannungspegel der Batterie (B) oder abhängig von der Strommenge, die dem Solenoid zugeführt wird, steuerbar ist.
Maschinen-Start-Stop-Steuersystem nach Anspruch 1, ferner mit einer vierten Einrichtung (20), um wenigstens eine der Zeitperioden gemäß der ersten, der zweiten und der dritten vorbestimmten Zeitperioden gemäß dem Spannungspegel der Batterie zu steuern.
Maschinen-Start-Stop-Steuersystem nach Anspruch 1, ferner mit einer fünften Einrichtung (20), um wenigstens eine Zeitperiode gemäß der ersten, der zweiten und der dritten vorbestimmten Zeitperioden in Einklang mit einer Strommenge, die dem Solenoid zugeführt wird, zu steuern.
Verfahren zum Starten und Stoppen einer Maschine, die ein Ringzahnrad (R) enthält und bei einem Automobil verwendet wird, mit einer Batterie (B), wobei das Starten mit Hilfe eines Anlassers (10) mit einem Motor (2) erfolgt, mit einem Kleinzahnrad (6) und einem Magnetschalter (1), der einen Kolben (12) und einen Solenoid (11) enthält, uni das Kleinzahnrad in Eingriff mit dem Ringzahnrad anzutreiben, weiches Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: Zuführen von Strom zu dem Solenoid mit einem Tastverhältnis von 100% bis eine erste vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist; und Zuführen von Strom zu dem Solenoid in einem Tastverhältnis, welches kleiner ist als 100%, nachdem die erste vorbestimmte Zeitperiode verstrichen ist, bis eine zweite vorbestimmte Zeitperiode verstrichen ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Zeitperioden gemäß dem Spannungspegel der Batterie (B) oder abhängig von der Strommenge, die dem Solenoid (11) zugeführt wird, gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, ferner mit einem Schritt gemäß dem Zuführen von Strom zu dem Solenoid (11) mit einem Tastverhältnis von 100%, nachdem die zweite vorbestimmte Zeitperiode verstrichen ist, bis eine dritte Zeitperiode verstrichen ist, wobei die dritte Zeitperiode gemäß dem Spannungspegel der Batterie (B) oder abhängig von der Strommenge, die dem Solenoid zugeführt wird, gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, ferner mit einem Schritt gemäß einem Steuern von wenigstens einer der Zeitperioden gemäß der ersten, der zweiten und der dritten vorbestimmten Zeitperiode in Einklang mit dem Spannungspegel der Batterie.
Verfahren nach Anspruch 5, ferner mit einem Schritt gemäß einem Steuern von wenigstens einer der Perioden gemäß der ersten, der zweiten und der dritten vorbestimmten Zeitperiode in Einklang mit einer Strommenge, die dem Solenoid zugeführt wird.