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Stand der Technik
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Startersteuerung für eine
Startvorrichtung, die einen Startermotor und ein Starterrelais zum
Starten einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug aufweist,
wobei der Startermotor schaltbar mittels des Starterrelais mit einem
maximalen Strom beaufschlagt wird. Die Erfindung bezieht sich ferner
auf ein Verfahren einer Startersteuerung für eine Startvorrichtung
mit einem Startermotor zum Starten einer Brennkraftmaschine in einem
Kraftfahrzeug, sowie auf ein Computerprogrammprodukt. Die Erfindung
bezieht sich auch auf ein Startersystem mit einer Startvorrichtung, die
von einem elektrischen Energiespeicher mit elektrischer Energie
gespeist wird, zum Starten einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug
mit einer oben beschriebenen Startersteuerung und auf ein Verfahren
zur Herstellung eines Startersystems für ein Kraftfahrzeug
mit einer Brennkraftmaschine.
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Es
ist bekannt, zur Einsparung von Kraftstoff und Emissionen die Brennkraftmaschine
in einem Fahrzeug durch eine Motorsteuerung beispielsweise an Ampeln
oder an anderen Verkehrshindernissen, die zu einem kurzfristigen
Stopp zwingen, die Brennkraftmaschine nach bestimmten Abschaltbedingungen,
insbesondere nach einem bestimmten Zeitablauf auszuschalten. Gewöhnlicher
Weise wird eine Brennkraftmaschine mittels eines Startermo tors,
der ein Starterritzel aufweist gestartet. Das Starterritzel wird
zum Starten in einen Zahnkranz einer Brennkraftmaschine eingespurt
und danach wird der Startermotor zur Beschleunigung bestromt. Für
solche Konstruktionen der Brennkraftmaschine, die mit Hilfe eines
Starterritzels gestartet wird, gibt es für einen Wiederstart
Mindestzeiten, die abgewartet werden müssen, bis die Brennkraftmaschine
wieder gestartet werden kann, da in einen drehenden Zahnkranz nicht eingespurt
werden darf.
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Es
sind folgende Entwicklungen bekannt, gemäß denen
ein Starterritzel während eines Auslaufens einer Brennkraftmaschine
beschleunigt wird und in einen drehenden Zahnkranz eingespurt wird,
um die Zeitdauer für die Möglichkeit eines Wiederstarts zu
verkürzen.
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Aus
der
DE 10 2006
011 644 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb
einer Vorrichtung mit einem Starterritzel und einem Zahnkranz einer
Brennkraftmaschine bekannt, wobei die Drehzahl des Zahnkranzes und
des Starterritzels ermittelt werden, um das Starterritzel nach dem
Ausschalten der Brennkraftmaschine mit im Wesentlichen gleicher Drehzahl
beim Auslaufen der Brennkraftmaschine einzuspuren. Das Starterritzel
bleibt bis zum Andrehen der Brennkraftmaschine in einem eingespurten Zustand.
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Die
DE 10 2006 039 112
A1 beschreibt ein Verfahren zum Bestimmen der Drehzahl
des Starters für einen Kfz-Verbrennungsmotor. Es wird ferner
beschrieben, dass der Starter ein eigenes Starter-Steuergerät
umfasst, um die Drehzahl des Starters zu berechnen und in einem
Start-Stopp-Betrieb das Ritzel vom Starter zu beschleunigen, wenn
ein Selbststart des Verbrennungsmotors aufgrund gesunkener Drehzahl
nicht mehr möglich ist. Das Ritzel wird mit synchroner
Drehzahl in den Zahnkranz des auslaufenden Verbrennungsmotors eingerückt.
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Die
EP 10 41 275 B1 beschreibt
eine Startvorrichtung, bei der ein Startermotor nach einem ausreichend
tiefen Einspuren zunächst mit Teillast durch einen Vorwiderstand
und dann mit Volllast ohne Vorwiderstand betrieben wird.
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Bei
Nutzfahrzeugen ist bekannt ein Starterrelais mit einer Einzugswicklung
und einer Haltewicklung auszubilden, wobei der Startermotor über die
Einzugswicklung zum Andrehen mit einem kleinen Strom kurzzeitig
bestromt wird.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Startersteuerung, ein
Verfahren einer Startersteuerung, ein Computerprogrammprodukt, ein
Startersystem und ein Verfahren zur Herstellung eines Startersystems
der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, um einen sehr
flexiblen Start-Stopp-Betrieb mit einem großen Funktionsumfang
zu realisieren.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird
die Aufgabe durch den Gegenstand der Patentansprüche 1,
8, 9, 10 und 11 gelöst. Die abhängigen Ansprüche
definieren bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Ein
der Erfindung zugrunde liegender Gedanke ist, die kombinierte Einrück-
und Schaltfunktion eines klassischen Starterrelais in einer Startvorrichtung
durch ein zweistufiges Starterrelais mit einer einspurenden Relaiswicklung
und einer Schaltwicklung aufzulösen. Um flexible Betriebsstrategien
bei einem Start-Stopp-Betrieb oder eine Kurbelwellenpositionierung
zum Positionieren der Kurbelwelle für einen idealen Start
der Brennkraftmaschine ausführen zu können, ist
eine exakte Startersteuerung notwendig mit der der Einspurvorgang
eines Starterritzels und das Schalten des Startermotors separat
und definiert angesteuert werden können.
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Um
Start-Stopp-Betriebsstrategien ausführen zu können,
ist die Startersteuerung mit einer Steuereinrichtung ausgebildet,
mittels der der Startermotor mit verschiedenen, definierten Drehzahlen ansteuerbar
ist. Somit ist der Startermotor auf eine definierte konstante Drehzahl
beschleunigbar ohne dass vorher ein Starterritzel in den Zahnkranz
eingerückt worden ist. Das Starterritzel kann in einen
sich drehenden Zahnkranz definiert und hoch genau eingerückt
werden. Unter Steuereinrichtung ist somit jede bekannte Vorrichtung
zu verstehen, um eine elektrische Maschine, insbesondere einen Startermotor,
mit einer definierten Drehzahl anzusteuern. Die Steuereinrichtung
kann auch eine Drehzahlregelung des Startermotors umfassen.
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Um
eine möglichst einfach aufgebaute Startersteuerung zu schaffen,
die zudem flexibel ist, weist die Steuereinrichtung der Startersteuerung
schaltbare Stromstufen zum definierten Bestromen des Startermotors
auf. Somit lässt sich der Startermotor beispielsweise in
einer ersten Stromstufe leicht andrehen. Durch eine zweite Stromstufe
ist es möglich, den Startermotor auf eine Drehzahl zu beschleunigen,
mit der der Startermotor in einen Zahnkranz einer auslaufenden Brennkraftmaschine
eingespurt wird. Ferner sind weitere Stromstufen zum Einspuren,
bei unterschiedlichen Geschwindigkeitsstufen des Zahnkranzes definierbar.
Durch eine weitere Stromstufe ist bei einem eingerückten
Starterritzel in einen Zahnkranz einer Brennkraftmaschine kurz vor einem
Stillstand oder nach einem Stillstand eine Kurbelwellenpositionierung
möglich, um die Kurbelwelle in einen Idealzustand zum Starten
definiert zu bewegen, um den Startermotor möglichst schnell,
d. h. ohne Verzögerung zu starten. Weiter kann diese Stromstufe
auch zum Andrehen des Starters verwendet werden bevor das konventionelle
Starterrelais geschlossen ist.
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Gemäß einer
die Erfindung weiterbildenden Ausführungsform ist jede
schaltbare Stromstufe mit einem elektrischen Schalter und einem
Widerstand ausgebildet. Eine schaltbare Stromstufe hat den Vorteil,
dass auch hohe Ströme von einer Batterie eines Fahrzeugs
geschaltet werden können. Eine Pulsweitenmodulationsregelung
ist aufgrund von störenden Abschaltspitzen, die zu einer
Störung im Bordnetz führen nicht möglich.
Auch linear geregelte Halbleiterschalter sind ungünstig,
da eine sehr hohe Verlustleistung auftreten würde. Erfindungsgemäß ist
somit für jede schaltbare Stromstufe ein Leistungswiderstand
vorgesehen, der den Strom der Batterie für den Star termotor
definiert einstellt und somit für eine definierte Bordnetzbelastung
am Startermotor sorgt.
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Gemäß einer
die Erfindung weiterbildenden Ausführungsform weist die
Startersteuerung mehrere, bevorzugt drei Stromstufen auf. Mehrere,
insbesondere drei Stromstufen haben den Vorteil, dass der Startermotor
mit mindestens drei verschiedenen Stromstufen zusätzlich
zu einer direkten Schaltung mit der Fahrzeugbatterie betreibbar
ist. Drei Stromstufen reichen aus, um eine Kurbelwellenpositionierung
zu realisieren und den Startermotor auf eine definierte Drehzahl
zum Einspuren zu beschleunigen. Außerdem können
die Strompfade von Stromstufen abwechselnd eingeschaltet werden.
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Bevorzugt
sind die Stromstufen mit gleichen Schaltern und insbesondere mit
gleichen Widerständen ausgebildet. Dies hat den Vorteil,
dass die Stromstufen redundant sind und je nach Funktionstüchtigkeit
bzw. bei einer zu hohen Wärmeentwicklung der Widerstände
ein- und ausgeschaltet werden können, ohne dass die Funktion
des Startermotors und somit die Start-Stopp-Betriebsstrategie oder
eine Kurbelwellenpositionierung beeinträchtigt wird.
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Aus
Sicherheitsgründen, falls die Startersteuerung aufgrund
eines Fehlers nicht richtig funktioniert, weist die Startersteuerung
einen Schalter für einen redundanten Abschaltpfad auf.
Somit ist die Startersteuerung abschaltbar, so dass Fehlfunktionen
an der Startvorrichtung vermieden werden. Außerdem ist
die Startersteuerung aus Sicherheitsgründen somit nur anschaltbar,
wenn diese für einen Start-Stopp-Betrieb benötigt
wird. In der übrigen Betriebszeit kann die Startersteuerung
mittels des Schalters ausgeschaltet bleiben.
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Um
einen Start-Stopp-Betrieb und eine Kurbelwellenpositionierung mit
einer Startvorrichtung ausführen zu können, weist
bevorzugt die Startersteuerung jeweils einen Schalter auf, um eine
Einspurwicklung für eine Einrückbewegung eines
Starterritzels und eine Bestromung des Startermotors mittels einer
Schaltwicklung definiert zu steuern. Somit kann das Starterritzel
in einen Zahnkranz einer Brennkraftmaschine, zu einem Zeitpunkt
eingespurt werden, wenn noch kein Wunsch zur Fortbewegung vom Fahrer
detektiert wird. Ein Wiederstart der Brennkraftmaschine ist schneller
möglich, wenn das Starterritzel in den Zahnkranz einer
Brennkraftmaschine bereits eingespurt ist. Durch eine definierte Bestromung
des Startermotors kann der Startermotor flexibel in eine sinkende
Drehzahl eines Zahnkranzes bei einer auslaufenden Brennkraftmaschine eingespurt
werden. Außerdem ist eine Kurbelwellenpositionierung für
einen idealen Start der Brennkraftmaschine durchführbar.
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Die
Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben einer Startersteuerung
dadurch gelöst, dass der Startermotor mit verschiedenen,
definierten Drehzahlen angesteuert wird. Somit ist der Starter mit
einem definierten kleinen Strom andreh- und beschleunigbar, ohne
dass das Bordnetz des Fahrzeugs beeinträchtigt wird. Außerdem
lässt sich der Startermotor auf eine definierte Drehzahl
einstellen, mit der in einen Zahnkranz einer auslaufenden Brennkraftmaschine
eingespurt wird. Gemäß einer besonders bevorzugten
Ausführungsform wird der Startermotor von der Startersteuerung
mit einem in Stufen schaltbaren Starterstrom angesteuert. Somit ist
bei einem Startermotor, bevorzugt in einem Personenkraftwagen, eine
definierte Drehzahl realisierbar, um Start-Stopp-Betriebsstrategien
mit einem großen Funktionsumfang ausführen zu
können. Der Startermotor wird von der Startersteuerung
und nicht allein vom Starterrelais angesteuert.
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Die
Aufgabe wird durch ein Computerprogrammprodukt gelöst,
das mit Programmbefehlen in einen Programmspeicher ladbar ist, um
alle Schritte des vorher beschriebenen Verfahrens auszuführen, wenn
das Programm in einer Startersteuerung ausgeführt wird.
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Das
Computerprogrammprodukt erfordert keine zusätzlichen Bauteile
im Fahrzeug, sondern lässt sich als Modul in bereits vorhandenen
Steuerungen im Fahrzeug implementieren. Das Computerprogrammprodukt
kann beispielsweise in der Steuerung für eine Startvorrichtung,
d. h. einer Starter steuerung, als körperliches Medium in
Form eines Halbleiterspeichers, vorgesehen sein. Das Computerprogrammprodukt
hat den weiteren Vorteil, dass es leicht an individuelle und bestimmte
Kundenwünsche anpassbar ist, sowie eine Verbesserung der
Betriebsstrategie durch verbesserte empirische Werte möglich
bzw. an dem Fahrzeug individuell vorgesehene Werte anpassbar sind.
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Die
Aufgabe wird mit einem Startersystem dadurch gelöst, dass
Kabelbaumleitungen im Kraftfahrzeug mit definierten Kabelquerschnitten
zwischen elektrischen Energiespeichern der Startvorrichtung und/oder
der Startersteuerung ausgebildet sind.
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Das
erfindungsgemäße Startersystem hat den Vorteil,
dass eine standardisierte, oben beschriebene Startersteuerung einsetzbar
ist und eine Auslegung der Startersteuerung an einen individuellen Fahrzeugtyp
bzw. an eine Fahrzeugbaureihe durch eine Verlustleistung im Kabelbaum
einstellbar ist. Jeder Fahrzeugtyp hat einen Startermotor mit einer
auf die Brennkraftmaschine ausgelegten Leistung. Die Leistung wird
durch definierte Kabelleitungen von und zu der Startersteuerung
und dem Startermotor eingestellt. Beispielsweise werden für
lange Kabelleitungen größere Kabelquerschnitte
und für kurze Kabelleitungen kleinere Kabelquerschnitte
verwendet.
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Die
Aufgabe wird somit auch durch ein Verfahren zur Herstellung eines
Startersystems dadurch gelöst, dass Verlustleistungen durch
Variieren des Kabelquerschnitts von Kabelleitungen zwischen elektrischen
Energiespeichern der Startvorrichtung und/oder der Startersteuerung
eingestellt werden. Der maximal zu erreichende Strom für
den Startermotor wird somit über die Kabelquerschnitte
zwischen Batterie und Startermotor, Startersteuerung und Startermotor
im gewünschten Bereich angepasst. Ein Teil der Verlustleistung
ist somit in den unkritischen Kabelbaum ausgelagert.
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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.
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Kurzbezeichnung der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
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1 einen
schematischen Schaltplan einer Startersteuerung in einem Startersystem.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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Die 1 zeigt
ein, bevorzugt in einem Personenkraftfahrzeug eingebautes erfindungsgemäßes
Startersystem 1 mit einer Startvorrichtung 2,
einer Startersteuerung 3 und Kabelleitungen 40, 41, 42, 43 in
Form eines Kabelbaums 4. Der Kabelbaum 4 umfasst
die elektrischen Kabelleitungen von der Batterie 5 als
Energiespeicher zur Startvorrichtung 2 und zur Startersteuerung 3 sowie
zwischen Startersteuerung 3 und Startvorrichtung 2.
Die Startvorrichtung 2 ist mit einem Startermotor 6 und
einem Starterrelais 7 ausgebildet. Das Starterrelais 7 weist
zwei, mittels der Startersteuerung 3 getrennt ansteuerbare Relaiswicklungen,
eine Einspurwicklung 8 und eine Schaltwicklung 9 auf.
Durch Bestromen der Einspurwicklung 8 wird ein Starterritzel 10 in
einen Zahnkranz 11 einer Brennkraftmaschine 12 eingespurt. Die
Schaltwicklung 9 schließt bei Bestromen einen Schalter 13,
um den Startermotor 6 mit einer maximalen elektrischen
Energie von der Batterie 5 zu beaufschlagen und die Brennkraftmaschine 12 zu
starten.
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Bei
einem Start mit dem Zündschlüssel schaltet eine
Motorsteuerung 14 ein Einschaltrelais 15, um die
Einspurwicklung 8 und die Schaltwicklung 9 direkt
zu bestromen. Somit ist ein herkömmlicher sogenannter „Kalt-
oder Schlüsselstart” durchführbar. Hierzu
muss ein Schalter S5 zum Schalten der Schaltwicklung 9 seitens
der Startvorrichtung 3 zusätzlich geschaltet werden.
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Die
Startersteuerung 3 ist vorgesehen, um die Startvorrichtung 2 auch
für Start-Stopp-Betriebsstrategien der Brennkraftmaschine 12 sowie
optional für eine Kurbelwellenpositionierung einsetzen
zu können. Die Startersteuerung 3 ist vorteilhafterweise für
alle Fahrzeugtypen standardisiert gleich aufgebaut. Durch eine geeignete
Wahl des Kabelquerschnitts von den Kabelleitungen 40, 41, 42, 43 vom Kabelbaum 4 kann
die Verlustleistung für den Startermotor typabhängig
und somit definiert eingestellt und angepasst werden. Die Kabelleitung 40 ist
zwischen der Batterie 5 und der Startvorrichtung 2 verlegt.
Die Kabelleitung 41 ist zwischen der Batterie 5 und
einem Eingangsanschluss der Startersteuerung 3 verlegt. Die
Kabelleitung 42 ist zwischen einem Ausgangsanschluss der
Startersteuerung 3 und direkt an dem Startermotor 6 an
dessen Pluspol gelegt. Die Kabelleitung 43 erdet den Startermotor 6 mit
der Brennkraftmaschine 12.
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Die
Startersteuerung 3 umfasst erfindungsgemäß als
Steuereinrichtung 30 drei schaltbare Stromstufen 31, 32, 33 zum
gestuften Ansteuern des Startermotors 6. Jede Stromstufe 31, 32, 33 ist
mit einem Schalter S1, S2, S3 ausgebildet und mit einem Widerstand
R1, R2, R3, der auch als Leistungswiderstand bzw. Vorwiderstand
bezeichnet werden kann.
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Die
Stromstufen 31, 32, 33 haben besonders bevorzugt
jeweils im Wesentlichen gleich große Widerstände
R1, R2, R3 und gleiche Schalter S1, S2, S3. Somit ist jede Stromstufe 31, 32, 33 durch
eine andere austauschbar, bzw. die Stromstufen können wechselseitig
zur Ansteuerung eingesetzt werden.
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Zur
Sicherheit lassen sich mit einem Schalter S0 die Stromstufen 31, 32, 33 abschalten,
falls eine Fehlfunktion der Startersteuerung 3 vorliegt
oder die Startersteuerung temporär nicht gebraucht wird.
Mit einem Schalter S4, der durch eine Diode D1 gesichert ist und
im Strompfad hinter dem Schalter S0 liegt, ist die Einspurwicklung 8 definiert
ansteuerbar. Ferner ist im Strompfad der Einspurwicklung 8 ein Widerstand 18 geschaltet,
um die Einspurwicklung 8 zu überwachen. Mit einem
weiteren Schalter S5 ist die Schaltwicklung 9 zum Schließen
und gegebenenfalls Öffnen des Schalters 13 definiert
ansteuerbar.
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Die
Schalter S0 bis S5 werden von einem Mikrocomputer 16 definiert
angesteuert. Der Mikrocomputer 16 weist einen Programmspeicher 17 auf,
in den ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt
ladbar ist, um gemäß definierten Start-Stopp-Betriebsstrategien
den Startermotor 6 mittels der Steuereinrichtung 30 auf
definierte Drehzahlen zu beschleunigen. Der Mikrocomputer 16 kommuniziert über
einen Bus 19 beispielsweise mit einer Motorsteuerung, um
Informationen, zum Beispiel ein Drehzahlsignal, zum Einsatz eines Start-Stopp-Betriebes
oder einer Kurbelwellenpositionierung zu bekommen und gegebenenfalls
eine Kurbelwellenpositionierung auszuführen.
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Der
Startermotor 6 kann über das in der 1 gezeigte
Hochstromnetz der Startersteuerung 3 definiert angedreht
und beschleunigt werden, ohne dass das Starterrelais 7 mit
der Einspurwicklung 8 und der Schaltwicklung 9 bestromt
werden muss.
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Die
Stromstufen 31, 32, 33 in der Startersteuerung 3 können
je nach Betriebsstrategie für einen Start-Stopp-Betrieb
entweder einzeln, doppelt oder dreifach zusätzlich zu einer
vierten Stromstufe durch Schließen des Schalters 13 durchgeschaltet werden,
somit ist eine Beschleunigung und ein Hochlauf des Startermotors 6 sowie
eine Durchzugskraft einstellbar, ohne dass das Bordstromnetz plötzlichen Stromspitzen
ausgesetzt wird.
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Beispielsweise
wird das Andrehen für einen sanften Hochlauf bei einem
Start-Stopp-Betrieb über lediglich eine erste Stromstufe
d. h. durch Schalten eines Schalters S1, S2 oder S3 mit nur einem
Vorwiderstand realisiert. Zum Beschleunigen auf eine bestimmte Drehzahl,
mit der das Starterritzel 10 in den Zahnkranz 11 eingespurt
wird, können beispielsweise ein oder zwei Widerstände
R1, R2 und/oder R3 durchgeschaltet werden. Dies hat den Vorteil,
dass auch ein Einbruch der Bordnetzspannung durch einen zu hohen und
plötzlichen Anlaufstrom vom Startermotor 6 vermieden
wird.
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Für
eine Kurbelwellenpositionierung, um den Startermotor 6 gegen
eine Gasdrucksäule in einem Zylinder der Brennkraftmaschine 12 bewegen
zu können, werden beispielsweise drei durchgeschaltete
Strompfade 31, 32, 33 kurzzeitig benötigt.
Somit kann durch drei bzw. vier Strompfade ein äußerst
variabler Start-Stopp-Betrieb mit einer Kurbelwellenpositionierung
realisiert werden. Dabei wird eine Grundfunktionalität
eines Starts mit dem Zündschlüssel, der sogenannte
Kaltstart, nicht beeinträchtigt.
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Die
Figur zeigt lediglich eine schematische nicht maßstabsgerechte
Darstellung. Im Übrigen werden insbesondere auf die zeichnerische
Darstellung für die Erfindung als Wesentlich verwiesen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102006011644
A1 [0004]
- - DE 102006039112 A1 [0005]
- - EP 1041275 B1 [0006]