DE102009029288A1

DE102009029288A1 - Vorrichtung zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine mit einer reduzierten Anzahl von Steuerleitungen

Info

Publication number: DE102009029288A1
Application number: DE102009029288A
Authority: DE
Inventors: Simon Rentschler; Sven Hartmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-09-09
Filing date: 2009-09-09
Publication date: 2011-03-10
Also published as: CN102483027A; WO2011029641A1; US20120186550A1; EP2475868A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine. Diese Vorrichtung weist eine Steuereinheit, ein Antriebsritzel, einen Startermotor und mehrere Relais auf, die über Steuerleitungen mit der Steuereinheit verbunden sind. Mindestens eine der Steuerleitungen ist mit mehreren Relais verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine mit einer reduzierten Anzahl von Steuerleitungen.
Stand der Technik
Zum Starten von Verbrennungskraftmaschinen werden Antriebe verwendet, die von einer von der Kraftstoffversorgung unabhängigen Energiequelle gespeist werden. In der Regel werden Gleichstrommotoren verwendet, deren Antriebsritzel zunächst in einen Zahnkranz der Verbrennungskraftmaschine einrückt, um danach die Verbrennungskraftmaschine anzutreiben. Nach dem Ende des Startvorganges rückt das Antriebsritzel wieder aus dem Zahnkranz der Verbrennungskraftmaschine heraus. Dabei wird ein gemeinsames Relais für den Einspurvorgang und die Durchschaltung des Hauptstromes zum Antrieb des Gleichstrommotors verwendet. Ein zugehöriges Prinzipschaltbild ist in der 1 veranschaulicht. Diese zeigt ein mit einer Klemme 50 verbundenes Relais 1, einen Schalter 2, eine Steuereinheit 5, die Klemme 30 des Kraftfahrzeugs und einen Startermotor M. Die Steuereinheit 5 weist einen Treiber TR0 auf, der von einem Schaltsignal S₀₀ beaufschlagt wird. Bei durchgeschaltetem Treiber wird das Relais 1 über eine Steuerleitung SL0 und die Klemme 50 mit einer positiven Betriebsspannung + verbunden. Daraufhin zieht das Relais 1 an und schließt den Schalter 2. Durch das Schließen des Schalters 2 wird der Startermotor M mit der Klemme 30 des Kraftfahrzeugs verbunden und dadurch in Betrieb gesetzt.
Aus der EP 0 848 159 B1 ist eine Startvorrichtung zum Starten einer Brennkraftmaschine bekannt, welche einen über ein Starterrelais mit einer Spannungsquelle verbindbaren und mit der Brennkraftmaschine zum Andrehen in Eingriff bringbaren Startermotor aufweist. Des Weiteren ist zur Ansteuerung des Starterrelais und/oder des Startermotors ein elektronisches Steuergerät vorgesehen. Dieses steuert dem Starterrelais und/oder dem Startermotor zugeordnete Halbleiter-Leistungsendstufen derart an, dass zumindest in einem Start-Stopp-Betrieb der Brennkraftmaschine das Starterrelais im Stopp-Zustand der Brennkraftmaschine seine Einspurstellung aufweist. Bei dieser Startvorrichtung wird das Starterrelais nach Betätigen eines Startschalters bestromt, so dass einerseits ein Kontakt geschlossen wird, der den Startermotor mit einer Versorgungsspannung verbindet und andererseits unabhängig davon das Ritzel des Startermotors in einen auf einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angeordneten Zahnkranz eingespurt.
In der DE 10 2009 000 125.5 ist eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Schaltelementes, insbesondere eines Relais, beschrieben, bei welcher die Zeitdauer, die zwischen dem Auslösen des Anziehens und dem Anziehen vergeht, und auch die Zeitdauer, die zwischen dem Auslösen des Abfallens und dem Abfallen vergeht, reduziert ist. Ein derartiges Relais kann im Zusammenhang mit Ritzel-Starter-basierten Start-Stopp-Systemen verwendet werden. Zur Ansteuerung eines derartigen Relais sind drei Steuerleitungen vorgesehen, über welche eine Steuereinheit Schaltelemente betätigt, die in Abhängigkeit von ihrer Schaltstellung einen Stromfluss durch zwei unabhängig voneinander bestrombare Spulen des Relais erlauben oder sperren.
Eine zunehmende Verbreitung von Kraftfahrzeugen mit Start-Stopp-Funktionalität am Markt ist mit erweiterten Anforderungen an das Startsystem des Kraftfahrzeugs und auch mit einer Erweiterung der Funktionen verbunden. Insbesondere muss bei jedem Anfahrwunsch des Fahrers die Startfähigkeit des Fahrzeugs gewährleistet sein. Des Weiteren muss gewährleistet sein, dass beim Starten keine bzw. nur geringfügige Spannungseinbrüche auftreten. Daraus ergibt sich die Anforderung, bereits bei auslaufendem Verbrennungsmotor den Starter synchronisiert in den Zahnkranz einzurücken sowie den Anlaufstrom des Starters zu begrenzen. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der Hauptstrom für den Startermotor zum einen über einen Vorwiderstand und zum anderen zeitversetzt direkt zum Startermotor geführt wird. Dies macht eine Trennung der Funktionalitäten eines herkömmlichen Starterrelais notwendig. Ein diesbezüglicher Ansatz besteht darin, ein erstes Relais für das Einspuren des Antriebsritzels vorzusehen und zwei weitere Relais zu verwenden, um den Hauptstrom für den Startermotor zum einen über einen Vorwiderstand und zum anderen zeitversetzt direkt an den Gleichstrommotor zu führen.
Eine derartige Trennung der Relaisfunktionalität und die dadurch bedingte Notwendigkeit eines Einsetzens von drei Relais, nämlich eines Einrückrelais, eines Anlaufstromrelais und eines Hauptstromrelais, führt dazu, dass je Relais bis zu drei Ansteuerleitungen benötigt werden. Dies verursacht im Unterschied zu Relaisansteuerungen, bei denen eine einzige Steuerleitung ausreichend ist, erheblichen Mehraufwand bei der Verkabelung und der Ansteuerung der Relais.
Offenbarung der Erfindung
Eine Vorrichtung zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen weist demgegenüber den Vorteil auf, dass die Anzahl der benötigten Steuerleitungen reduziert ist. Dadurch wird auch die Anzahl der benötigten Treiber verringert. Mit dieser Verringerung der Anzahl der Steuerleitungen und der Treiber ist auch der Aufwand, der im Zusammenhang mit der Verkabelung und der Ansteuerung getrieben werden muss, reduziert. Diese Vorteile werden im Wesentlichen durch eine Mehrfachnutzung von Steuerleitungen erreicht. Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren beispielhafter Erläuterung anhand der 2 bis 6.
Die 2 zeigt auf ihrer linken Seite ein Ausführungsbeispiel für eine Low-Side-Vorrichtung und auf ihrer rechten Seite ein Ausführungsbeispiel für eine Low-Side-Vorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Verschaltung. Die 3 zeigt auf ihrer linken Seite ein Ausführungsbeispiel für eine High-Side-Vorrichtung und auf ihrer rechten Seite ein Ausführungsbeispiel für eine High-Side-Vorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Verschaltung.
Die 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Low-Side-Vorrichtung mit Einrückrelais. Die 5a zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Low-Side-Vorrichtung ohne Anlaufstromrelais. Die 5b zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße High-Side-Vorrichtung ohne Anlaufstromrelais Die 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Low-Side-Vorrichtung mit einer Verschaltung gemäß der Erfindung.
Eine Vorrichtung zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine gemäß der Erfindung weist eine Steuereinheit, ein Antriebsritzel, einen Startermotor und mehrere Relais auf, die über Steuerleitungen mit der Steuereinheit verbunden sind. Dabei ist mindestens eine Steuerleitung mit mehreren dieser Relais verbunden. Dies hat den Vorteil, dass im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen die Anzahl der Steuerleitungen der Vorrichtung reduziert ist. Dies führt – wie unten anhand der Figuren erläutert wird – dazu, dass auch die Anzahl der von der Vorrichtung benötigten Treiber verringert ist.
Die 2 zeigt auf ihrer linken Seite ein Ausführungsbeispiel für eine Low-Side-Vorrichtung zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine und auf ihrer rechten Seite ein Ausführungsbeispiel für eine Low-Side-Vorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Verschaltung.
Die in der 2 auf der linken Seite dargestellte Vorrichtung weist ein Anlaufstromrelais KA, ein Hauptstromrelais KH und ein Einrückrelais ES auf. Das Anlaufstromrelais KA weist eine Haltewicklung L10 und eine Einspurwicklung L20 auf. Das Hauptstromrelais KH enthält eine Haltewicklung L11 und eine Einspurwicklung L21. Das Einrückrelais ES umfasst eine Haltewicklung L12 und eine Einspurwicklung L22. Ein Anschluss der jeweiligen Haltewicklung ist mit einem positiven Betriebsspannungsanschluss verbunden. Der andere Anschluss der jeweiligen Haltewicklung ist mit einem Anschluss der jeweils zugehörigen Einspurwicklung verbunden. Der jeweils andere Anschluss der Einspurwicklungen ist über jeweils eine Steuerleitung mit der Steuereinheit SE verbunden. So ist der andere Anschluss der Einspurwicklung L20 des Anlaufstromrelais KA mit der Steuereinheit SE über die Steuerleitung SL10 verbunden. Der andere Anschluss der Einspurwicklung L21 des Hauptstromrelais KH ist über die Steuerleitung SL11 an die Steuereinheit SE angeschlossen. Der andere Anschluss der Einspurwicklung L22 des Einrückrelais ES ist mit der Steuereinheit SE über die Steuerleitung SL12 verbunden.
Der Verbindungspunkt zwischen der Haltewicklung L10 und der Einspurwicklung L20 des Anlaufstromrelais KA ist über eine Steuerleitung SL4 an die Steuereinheit SE angeschlossen. Der Verbindungspunkt zwischen der Haltewicklung L11 und der Einspurwicklung L21 des Hauptstromrelais KH ist über eine Steuerleitung SL3 mit der Steuereinheit SE verbunden. Der Verbindungspunkt zwischen der Haltewicklung L12 und der Einspurwicklung L22 des Einrückrelais ES ist über eine Steuerleitung SL2 an die Steuereinheit SE angeschlossen.
Die Steuereinheit SE, die auf den vorgenannten Steuerleitungen SL10, SL11, SL12, SL2, SL3 und SL4 Steuersignale für die Relais KA, KH und ES bereitstellt, weist Treiber TR01, TR02, TR03, TR04, TR05 und TR06 auf. Zum Treiber TR01 gehören Treibertransistoren T₁₀ und T₂₀, deren Schaltstrecken zwischen einem positiven Betriebsspannungsanschluss + und Masse in Reihe geschaltet sind. Der Treibertransistor T₁₀ wird von einem Schaltsignal S₁₀ beaufschlagt, der Treibertransistor T₂₀ von einem Schaltsignal S₂₀. Der Verbindungspunkt zwischen den beiden Treibertransistoren T₁₀ und T₂₀ ist mit der Steuerleitung SL10 verbunden.
Zum Treiber TR02 gehören Treibertransistoren T₁₁ und T₂₁, deren Schaltstrecken zwischen dem positiven Betriebsspannungsanschluss + und Masse in Reihe geschaltet sind. Der Treibertransistor T₁₁ wird von einem Schaltsignal S₁₁ beaufschlagt, der Treibertransistor T₂₁ von einem Schaltsignal S₂₁. Der Verbindungspunkt zwischen den beiden Treibertransistoren T₁₁ und T₂₁ ist mit der Steuerleitung SL11 verbunden.
Zum Treiber TR03 gehören Treibertransistoren T₁₂ und T₂₂, deren Schaltstrecken zwischen dem positiven Betriebsspannungsanschluss + und Masse in Reihe geschaltet sind. Der Treibertransistor T₁₂ wird von einem Schaltsignal S₁₂ beaufschlagt, der Treibertransistor T₂₂ von einem Schaltsignal S₂₂. Der Verbindungspunkt zwischen den beiden Treibertransistoren T₁₂ und T₂₂ ist mit der Steuerleitung SL12 verbunden.
Zum Treiber TR04 gehört ein Treibertransistor T₃₀, der von einem Schaltsignal S₃₀ beaufschlagt wird. Über die Schaltstrecke dieses Treibertransistors ist die Steuerleitung SL2 mit Masse verbunden.
Zum Treiber TR05 gehört ein Treibertransistor T₃₁, der von einem Schaltsignal S₃₁ beaufschlagt wird. Über die Schaltstrecke dieses Treibertransistors ist die Steuerleitung SL3 mit Masse verbunden.
Zum Treiber TR06 gehört ein Treibertransistor T₃₂, der von einem Schaltsignal S₃₂ beaufschlagt wird. Über die Schaltstrecke dieses Treibertransistors ist die Steuerleitung SL4 mit Masse verbunden.
Wie aus den vorhergehenden Ausführungen ersichtlich ist, hat bei der auf der linken Seite von 2 gezeigten Vorrichtung jedes der Relais KA, KH und ES drei Anschlussleitungen. Eine dieser Anschlussleitungen führt zu einer nicht dargestellten positiven Betriebsspannungsquelle. Die beiden anderen Anschlussleitungen führen jeweils zur Steuereinheit SE und sind Steuerleitungen. Die auf der linken Seite von 2 gezeigte Vorrichtung verwendet folglich insgesamt sechs Steuerleitungen und auch sechs Treiber.
Auf der rechten Seite von 2 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Low-Side-Vorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Verschaltung gezeigt. Diese Vorrichtung benötigt nur fünf Steuerleitungen und nur fünf Treiber.
Die auf der rechten Seite von 2 gezeigte Vorrichtung weist ein Anlaufstromrelais KA, ein Hauptstromrelais KH und ein Einrückrelais ES auf. Das Anlaufstromrelais KA weist eine Haltewicklung L10 und eine Einspurwicklung L20 auf. Das Hauptstromrelais KH enthält eine Haltewicklung L11 und eine Einspurwicklung L21. Das Einrückrelais ES umfasst eine Haltewicklung L12 und eine Einspurwicklung L22. Ein Anschluss der jeweiligen Haltewicklung ist mit einem positiven Betriebsspannungsanschluss + verbunden. Der andere Anschluss der jeweiligen Haltewicklung ist mit einem Anschluss der jeweils zugehörigen Einspurwicklung verbunden. Der jeweils andere Anschluss der Einspurwicklungen L20 des Anlaufstromrelais KA und L21 des Hauptstromrelais KH ist über eine gemeinsame Steuerleitung SL1 mit der Steuereinheit SE verbunden. Der andere Anschluss der Einspurwicklung L22 des Einrückrelais ES ist über eine Steuerleitung 512 an die Steuereinheit SE angeschlossen.
Der Verbindungspunkt zwischen der Haltewicklung L10 und der Einspurwicklung L20 des Anlaufstromrelais KA ist über eine Steuerleitung SL5 an die Steuereinheit SE angeschlossen. Der Verbindungspunkt zwischen der Haltewicklung L11 und der Einspurwicklung L21 des Hauptstromrelais KH ist über eine Steuerleitung SL4 mit der Steuereinheit SE verbunden. Der Verbindungspunkt zwischen der Haltewicklung L12 und der Einspurwicklung L22 des Einrückrelais ES ist über eine Steuerleitung SL3 an die Steuereinheit SE angeschlossen.
Die Steuereinheit SE, die auf den vorgenannten Steuerleitungen SL1, SL2, SL3, SL4 und SL5 Steuersignale für die Relais KA, KH und ES bereitstellt, weist Treiber TR1, TR2, TR3, TR4 und TR5 auf. Zum Treiber TR1 gehören Treibertransistoren T₁ und T₂, deren Schaltstrecken zwischen einem positiven Betriebsspannungsanschluss + und Masse in Reihe geschaltet sind. Der Treibertransistor T₁ wird von einem Schaltsignal S₁ beaufschlagt, der Treibertransistor T₂ von einem Schaltsignal S₂. Der Verbindungspunkt zwischen den beiden Treibertransistoren T₁ und T₂ ist mit der Steuerleitung SL1 verbunden.
Zum Treiber TR2 gehören Treibertransistoren T₃ und T₄, deren Schaltstrecken zwischen dem positiven Betriebsspannungsanschluss + und Masse in Reihe geschaltet sind. Der Treibertransistor T₃ wird von einem Schaltsignal S₃ beaufschlagt, der Treibertransistor T₄ von einem Schaltsignal S₄. Der Verbindungspunkt zwischen den beiden Treibertransistoren T₃ und T₄ ist mit der Steuerleitung SL2 verbunden.
Zum Treiber TR3 gehört ein Treibertransistor T₃₀, der von einem Schaltsignal S₃₀ beaufschlagt wird. Über die Schaltstrecke dieses Treibertransistors ist die Steuerleitung SL3 mit Masse verbunden.
Zum Treiber TR4 gehört ein Treibertransistor T₃₁, der von einem Schaltsignal S₃₁ beaufschlagt wird. Über die Schaltstrecke dieses Treibertransistors ist die Steuerleitung SL4 mit Masse verbunden.
Zum Treiber TR5 gehört ein Treibertransistor T₃₂, der von einem Schaltsignal S₃₂ beaufschlagt wird. Über die Schaltstrecke dieses Treibertransistors ist die Steuerleitung SL5 mit Masse verbunden.
Wie aus den vorhergehenden Ausführungen ersichtlich ist, hat bei der auf der rechten Seite von 2 gezeigten Vorrichtung jedes der Relais KA, KH und ES ebenfalls drei Anschlussleitungen. Eine dieser Anschlussleitungen führt zu einer nicht dargestellten positiven Betriebsspannungsquelle. Die beiden anderen Anschlussleitungen führen jeweils zur Steuereinheit SE und sind Steuerleitungen.
Die Steuerleitung SL1 ist eine gemeinsame Steuerleitung für das Anlaufstromrelais KA und das Hauptstromrelais KH. Über diese Steuerleitung SL1 ist die Haltewicklung L20 des Anlaufstromrelais KA und auch die Haltewicklung L21 des Hauptstromrelais KH mit der Steuereinheit SE verbunden. Die Steuerleitung SL1 ist folglich sowohl dem Anlaufstromrelais KA als auch dem Hauptstromrelais KH zugeordnet. Folglich benötigt die auf der rechten Seite von 2 gezeigte Vorrichtung insgesamt lediglich fünf Steuerleitungen und – wie aus der rechten Darstellung in der 2 ersichtlich ist – auch nur fünf Treiber. Durch die auf der rechten Seite von 2 dargestellte optimierte Verschaltung werden folglich im Vergleich zu der auf der linken Seite von 2 dargestellten Vorrichtung eine Steuerleitung und ein Treiber eingespart. Dies verringert den bei der Verkabelung entstehenden Aufwand, reduziert die Kosten und spart Platz.
Die 3 zeigt auf ihrer linken Seite ein Ausführungsbeispiel für eine High-Side-Vorrichtung zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine und auf ihrer rechten Seite ein Ausführungsbeispiel für eine High-Side-Vorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Verschaltung.
Die in der 3 auf der linken Seite dargestellte Vorrichtung weist ein Anlaufstromrelais KA, ein Hauptstromrelais KH und ein Einrückrelais ES auf. Das Anlaufstromrelais KA weist eine Einspurwicklung L20 und eine Haltewicklung L10 auf. Das Hauptstromrelais KH enthält eine Einspurwicklung L21 und eine Haltewicklung L11. Das Einrückrelais ES umfasst eine Einspurwicklung L22 und eine Haltewicklung L12. Ein Anschluss der jeweiligen Haltewicklung ist mit Masse verbunden. Der andere Anschluss der jeweiligen Haltewicklung ist mit einem Anschluss der jeweils zugehörigen Einspurwicklung verbunden. Des Weiteren ist der andere Anschluss der jeweiligen Haltewicklung über jeweils eine Steuerleitung mit der Steuereinheit SE verbunden. So ist der andere Anschluss der Haltewicklung L10 des Anlaufstromrelais KA mit der Steuereinheit SE über eine Steuerleitung SL4 verbunden. Der andere Anschluss der Haltewicklung L11 des Hauptstromrelais KH ist über die Steuerleitung SL3 an die Steuereinheit SE angeschlossen. Der andere Anschluss der Haltewicklung L12 des Einrückrelais ES ist mit der Steuereinheit SE über die Steuerleitung SL2 verbunden.
Der andere Anschluss der Einspurwicklung L20 des Anlaufstromrelais KA ist über eine Steuerleitung SL10 an die Steuereinheit SE angeschlossen. Der andere Anschluss der Einspurwicklung L21 des Hauptstromrelais KH ist über eine Steuerleitung SL11 mit der Steuereinheit SE verbunden. Der andere Anschluss der Einspurwicklung L22 des Einrückrelais ES ist über eine Steuerleitung SL12 an die Steuereinheit SE angeschlossen.
Die Steuereinheit SE, die auf den vorgenannten Steuerleitungen SL2, SL3, SL4, SL10, SL11 und SL12 Steuersignale für die Relais KA, KH und ES bereitstellt, weist Treiber TR07, TR08, TR09, TR0A, TR0B und TR0C auf. Zum Treiber TR0A gehören Treibertransistoren T₁₂ und T₂₂, deren Schaltstrecken zwischen einem positiven Betriebsspannungsanschluss + und Masse in Reihe geschaltet sind. Der Treibertransistor T₁₂ wird von einem Schaltsignal S₁₂ beaufschlagt, der Treibertransistor T₂₂ von einem Schaltsignal S₂₂. Der Verbindungspunkt zwischen den beiden Treibertransistoren T₁₂ und T₂₂ ist mit der Steuerleitung SL12 verbunden.
Zum Treiber TR0B gehören Treibertransistoren T₁₁ und T₂₁, deren Schaltstrecken zwischen dem positiven Betriebsspannungsanschluss + und Masse in Reihe geschaltet sind. Der Treibertransistor T₁₁ wird von einem Schaltsignal S₁₁ beaufschlagt, der Treibertransistor T₂₁ von einem Schaltsignal S₂₁. Der Verbindungspunkt zwischen den beiden Treibertransistoren T₁₁ und T₂₁ ist mit der Steuerleitung SL11 verbunden.
Zum Treiber TR0C gehören Treibertransistoren T₁₀ und T₂₀, deren Schaltstrecken zwischen dem positiven Betriebsspannungsanschluss + und Masse in Reihe geschaltet sind. Der Treibertransistor T₁₀ wird von einem Schaltsignal S₁₀ beaufschlagt, der Treibertransistor T₂₀ von einem Schaltsignal S₂₀. Der Verbindungspunkt zwischen den beiden Treibertransistoren T₁₀ und T₂₀ ist mit der Steuerleitung SL10 verbunden.
Zum Treiber TR07 gehört ein Treibertransistor T₃₂, der von einem Schaltsignal S₃₂ beaufschlagt wird. Über die Schaltstrecke dieses Treibertransistors ist die Steuerleitung SL4 an die positive Betriebsspannung + angeschlossen.
Zum Treiber TR08 gehört ein Treibertransistor T₃₁, der von einem Schaltsignal S₃₁ beaufschlagt wird. Über die Schaltstrecke dieses Treibertransistors ist die Steuerleitung SL3 an die positive Betriebsspannung + angeschlossen.
Zum Treiber TR09 gehört ein Treibertransistor T₃₀, der von einem Schaltsignal S₃₀ beaufschlagt wird. Über die Schaltstrecke dieses Treibertransistors ist die Steuerleitung SL2 an die positive Betriebsspannung + angeschlossen.
Wie aus den vorhergehenden Ausführungen ersichtlich ist, hat bei der auf der linken Seite von 3 gezeigten Vorrichtung jedes der Relais KA, KH und ES drei Anschlussleitungen. Eine dieser Anschlussleitungen führt nach Masse. Die beiden anderen Anschlussleitungen führen jeweils zur Steuereinheit SE und sind Steuerleitungen. Die auf der linken Seite von 3 gezeigte Vorrichtung verwendet folglich insgesamt sechs Steuerleitungen und auch sechs Treiber.
Auf der rechten Seite von 3 ist ein Ausführungsbeispiel für eine High-Side-Vorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Verschaltung gezeigt. Diese Vorrichtung benötigt nur vier Steuerleitungen und auch nur vier Treiber.
Die auf der rechten Seite von 3 gezeigte Vorrichtung weist ein Anlaufstromrelais KA, ein Hauptstromrelais KH und ein Einrückrelais ES auf. Das Anlaufstromrelais KA weist eine Haltewicklung L10 und eine Einspurwicklung L20 auf. Das Einrückrelais ES enthält eine Haltewicklung L12 und eine Einspurwicklung L22. Das Hauptstromrelais KH umfasst eine Haltewicklung L11 und eine Einspurwicklung L21. Ein Anschluss der jeweiligen Haltewicklung ist mit Masse verbunden. Der andere Anschluss der jeweiligen Haltewicklung ist mit einem Anschluss der jeweils zugehörigen Einspurwicklung verbunden und über eine jeweils zugehörige Steuerleitung mit der Steuereinheit SE verbunden. Der jeweils andere Anschluss der Einspurwicklungen L20, L21 und L22 ist über eine gemeinsame Steuerleitung SL1 an die Steuereinheit SE angeschlossen.
Die Steuereinheit SE, die auf den vorgenannten Steuerleitungen SL1, SL2, SL3 und SL4 Steuersignale für die Relais KA, KH und ES bereitstellt, weist Treiber TR6, TR7, TR8 und TR9 auf. Zum Treiber TR9 gehören Treibertransistoren T₂ und T₁, deren Schaltstrecken zwischen einem positiven Betriebsspannungsanschluss + und Masse in Reihe geschaltet sind. Der Treibertransistor T₁ wird von einem Schaltsignal S₁ beaufschlagt, der Treibertransistor T₂ von einem Schaltsignal S₂. Der Verbindungspunkt zwischen den beiden Treibertransistoren T₂ und T₁ ist mit der Steuerleitung SL1 verbunden.
Zum Treiber TR6 gehört ein Treibertransistor T₃₂, der von einem Schaltsignal S₃₂ beaufschlagt wird. Über die Schaltstrecke dieses Treibertransistors ist die Steuerleitung SL4 an die positive Betriebsspannung + angeschlossen.
Zum Treiber TR7 gehört ein Treibertransistor T₃₁, der von einem Schaltsignal S₃₁ beaufschlagt wird. Über die Schaltstrecke dieses Treibertransistors ist die Steuerleitung SL3 an die positive Betriebsspannung + angeschlossen.
Zum Treiber TR8 gehört ein Treibertransistor T₃₀, der von einem Schaltsignal S₃₀ beaufschlagt wird. Über die Schaltstrecke dieses Treibertransistors ist die Steuerleitung SL2 an die positive Betriebsspannung + angeschlossen.
Wie aus den vorhergehenden Ausführungen ersichtlich ist, hat bei der auf der rechten Seite von 3 gezeigten Vorrichtung jedes der Relais KA, KH und ES drei Anschlussleitungen. Eine dieser Anschlussleitungen führt nach Masse. Die beiden anderen Anschlussleitungen führen jeweils zur Steuereinheit SE und sind Steuerleitungen. Die Steuerleitung SL1 ist eine gemeinsame Steuerleitung für das Anlaufstromrelais KA, das Hauptstromrelais KH und das Einspurrelais ES. Über diese Steuerleitung SL1 sind die Einspurwicklung L20 des Anlaufstromrelais KA, die Einspurwicklung L21 des Hauptstromrelais KH und die Einspurwicklung L22 des Einrückrelais ES mit der Steuereinheit SE verbunden. Die Steuerleitung SL1 ist folglich sowohl dem Anlaufstromrelais KA als auch dem Hauptstromrelais KH als auch dem Einrückrelais ES zugeordnet. Folglich benötigt die auf der rechten Seite von 3 gezeigte Vorrichtung insgesamt lediglich vier Steuerleitungen und – wie aus der rechten Darstellung in der 3 ersichtlich ist – auch nur vier Treiber. Durch die auf der rechten Seite von 3 dargestellte optimierte Verschaltung werden folglich im Vergleich zu der auf der linken Seite von 3 dargestellten Vorrichtung zwei Steuerleitungen und zwei Treiber eingespart. Dies verringert den bei der Verkabelung entstehenden Aufwand, reduziert die Kosten und spart Platz.
Die 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Low-Side-Vorrichtung mit Einrückrelais. Die in der 4 gezeigte Vorrichtung weist ein Anlaufstromrelais KA, ein Hauptstromrelais KH und ein Einrückrelais ES auf. Das Anlaufstromrelais KA weist eine Haltewicklung L10 und eine Einspurwicklung L20 auf. Das Hauptstromrelais KH enthält eine Haltewicklung L11 und eine Einspur-Wicklung L21. Das Einrückrelais ES umfasst eine Haltewicklung L12 und eine Einspurwicklung L22. Ein Anschluss der jeweiligen Haltewicklung ist mit einem positiven Betriebsspannungsanschluss + verbunden. Der andere Anschluss der jeweiligen Haltewicklung ist mit einem Anschluss der jeweils zugehörigen Einspurwicklung verbunden. Der jeweils andere Anschluss der Einspurwicklungen L20 des Anlaufstromrelais KA, L21 des Hauptstromrelais KH und L22 des Einrückrelais ES ist über eine gemeinsame Steuerleitung SL1 mit der Steuereinheit SE verbunden.
Der Verbindungspunkt zwischen der Haltewicklung L10 und der Einspurwicklung L20 des Anlaufstromrelais KA ist über eine Steuerleitung SL4 an die Steuereinheit SE angeschlossen. Der Verbindungspunkt zwischen der Haltewicklung L11 und der Einspurwicklung L21 des Hauptstromrelais KH ist über eine Steuerleitung SL3 mit der Steuereinheit SE verbunden. Der Verbindungspunkt zwischen der Haltewicklung L12 und der Einspurwicklung L22 des Einrückrelais ES ist über eine Steuerleitung SL2 an die Steuereinheit SE angeschlossen.
Die Steuereinheit SE, die auf den vorgenannten Steuerleitungen SL1, SL2, SL3 und SL4 Steuersignale für die Relais KA, KH und ES bereitstellt, weist Treiber TR10, TR11, TR12 und TR13 auf. Zum Treiber TR10 gehören Treibertransistoren T₁ und T₂, deren Schaltstrecken zwischen einem positiven Betriebsspannungsanschluss + und Masse in Reihe geschaltet sind. Der Treibertransistor T₁ wird von einem Schaltsignal S₁ beaufschlagt, der Treibertransistor T₂ von einem Schaltsignal S₂. Der Verbindungspunkt zwischen den beiden Treibertransistoren T₁ und T₂ ist mit der Steuerleitung SL1 verbunden.
Zum Treiber TR11 gehört ein Treibertransistor T₃₀, der von einem Schaltsignal S₃₀ beaufschlagt wird. Über die Schaltstrecke dieses Treibertransistors ist die Steuerleitung SL2 mit Masse verbunden.
Zum Treiber TR12 gehört ein Treibertransistor T₃₁, der von einem Schaltsignal S₃₁ beaufschlagt wird. Über die Schaltstrecke dieses Treibertransistors ist die Steuerleitung SL3 mit Masse verbunden.
Zum Treiber TR13 gehört ein Treibertransistor T₃₂, der von einem Schaltsignal S₃₂ beaufschlagt wird. Über die Schaltstrecke dieses Treibertransistors ist die Steuerleitung SL4 mit Masse verbunden.
Wie aus den vorhergehenden Ausführungen ersichtlich ist, hat bei der in der 4 gezeigten Vorrichtung jedes der Relais KA, KH und ES ebenfalls drei Anschlussleitungen. Eine dieser Anschlussleitungen führt zu einer nicht dargestellten positiven Betriebsspannungsquelle. Die beiden anderen Anschlussleitungen führen jeweils zur Steuereinheit SE und sind Steuerleitungen. Die Steuerleitung SL1 ist eine gemeinsame Steuerleitung für das Anlaufstromrelais KA, das Hauptstromrelais KH und das Einrückrelais ES. Über diese Steuerleitung SL1 ist die Einspurwicklung L20 des Anlaufstromrelais KA, die Einspurwicklung L21 des Hauptstromrelais KH und die Einspurwicklung L22 des Einrückrelais ES mit der Steuereinheit SE verbunden. Die Steuerleitung SL1 ist folglich sowohl dem Anlaufstromrelais KA als auch dem Hauptstromrelais KH als auch dem Einrückrelais ES zugeordnet. Folglich benötigt die in der 4 gezeigte Vorrichtung insgesamt lediglich vier Steuerleitungen und – wie aus der Darstellung in der 4 ersichtlich ist – auch nur vier Treiber.
Die in der 5a gezeigte Vorrichtung ist eine Low-Side-Vorrichtung und weist ein Einrückrelais ES und ein Hauptstromrelais KH auf. Das Einrückrelais ES weist eine Haltewicklung L12 und eine Einspurwicklung L22 auf. Das Hauptstromrelais KH enthält eine Haltewicklung L11 und eine Einspurwicklung L21. Ein Anschluss der jeweiligen Haltewicklung ist mit einem positiven Betriebsspannungsanschluss + verbunden. Der andere Anschluss der jeweiligen Haltewicklung ist mit einem Anschluss der jeweils zugehörigen Einspurwicklung verbunden. Der jeweils andere Anschluss der Einspurwicklungen L22 des Einrückrelais ES und L21 des Hauptstromrelais KH ist über eine gemeinsame Steuerleitung SL1 mit der Steuereinheit SE verbunden.
Der Verbindungspunkt zwischen der Haltewicklung L12 und der Einspurwicklung L22 des Einrückrelais ES ist über eine Steuerleitung SL4 an die Steuereinheit SE angeschlossen. Der Verbindungspunkt zwischen der Haltewicklung L11 und der Einspurwicklung L21 des Hauptstromrelais KH ist über eine Steuerleitung SL3 mit der Steuereinheit SE verbunden.
Die Steuereinheit SE, die auf den vorgenannten Steuerleitungen SL1, SL3 und SL4 Steuersignale für die Relais ES und KH bereitstellt, weist Treiber TR14, TR15 und TR16 auf. Zum Treiber TR14 gehören Treibertransistoren T₁ und T₂, deren Schaltstrecken zwischen einem positiven Betriebsspannungsanschluss + und Masse in Reihe geschaltet sind. Der Treibertransistor T₁ wird von einem Schaltsignal S₁ beaufschlagt, der Treibertransistor T₂ von einem Schaltsignal S₂. Der Verbindungspunkt zwischen den beiden Treibertransistoren T₁ und T₂ ist mit der Steuerleitung SL1 verbunden.
Zum Treiber TR15 gehört ein Treibertransistor T₃₁, der von einem Schaltsignal S₃₁ beaufschlagt wird. Über die Schaltstrecke dieses Treibertransistors ist die Steuerleitung SL3 mit Masse verbunden.
Zum Treiber TR16 gehört ein Treibertransistor T₃₂, der von einem Schaltsignal S₃₂ beaufschlagt wird. Über die Schaltstrecke dieses Treibertransistors ist die Steuerleitung SL4 mit Masse verbunden.
Wie aus den vorhergehenden Ausführungen ersichtlich ist, hat bei der in der 5a gezeigten Vorrichtung jedes der Relais ES und KH drei Anschlussleitungen. Eine dieser Anschlussleitungen führt zu einer nicht dargestellten positiven Betriebsspannungsquelle. Die beiden anderen Anschlussleitungen führen jeweils zur Steuereinheit SE und sind Steuerleitungen. Die Steuerleitung SL1 ist eine gemeinsame Steuerleitung für das Einrückrelais ES und das Hauptstromrelais KH. Über diese Steuerleitung SL1 ist die Einzugswicklung L22 des Einrückrelais ES und auch die Einzugswicklung L21 des Hauptstromrelais KH mit der Steuereinheit SE verbunden. Die Steuerleitung SL1 ist folglich sowohl dem Einrückrelais ES als auch dem Hauptstromrelais KH zugeordnet. Folglich benötigt die in der 5a gezeigte Vorrichtung insgesamt lediglich drei Steuerleitungen und – wie aus der 5a hervorgeht – auch nur drei Treiber.
Die in der 5b gezeigte Vorrichtung ist eine High-Side-Vorrichtung und weist ein Einrückrelais ES und ein Hauptstromrelais KH auf. Das Einrückrelais ES weist eine Haltewicklung L12 und eine Einspurwicklung L22 auf. Das Hauptstromrelais KH enthält eine Haltewicklung L11 und eine Einspurwicklung L21. Ein Anschluss der jeweiligen Haltewicklung ist mit Masse verbunden. Der andere Anschluss der jeweiligen Haltewicklung ist mit einem Anschluss der jeweils zugehörigen Einspurwicklung verbunden. Der jeweils andere Anschluss der Einspurwicklungen L22 des Einrückrelais ES und L21 des Hauptstromrelais KH ist über eine gemeinsame Steuerleitung SL1 mit der Steuereinheit SE verbunden.
Der Verbindungspunkt zwischen der Haltewicklung L12 und der Einspurwicklung L22 des Einrückrelais ES ist über eine Steuerleitung SL2 an die Steuereinheit SE angeschlossen. Der Verbindungspunkt zwischen der Haltewicklung L11 und der Einspurwicklung L21 des Hauptstromrelais KH ist über eine Steuerleitung SL3 mit der Steuereinheit SE verbunden.
Die Steuereinheit SE, die auf den vorgenannten Steuerleitungen SL1, SL2 und SL3 Steuersignale für die Relais ES und KH bereitstellt, weist Treiber TR20, TR21 und TR22 auf. Zum Treiber TR20 gehört ein Treibertransistor T₃₁, der von einem Schaltsignal S₃₁ beaufschlagt wird. Über die Schaltstrecke dieses Treibertransistors T₃₁ ist die Steuerleitung SL3 mit dem positiven Betriebsspannungsanschluss + verbunden. Zum Treiber TR21 gehört ein Treibertransistor T₃₀, der von einem Schaltsignal S₃₀ beaufschlagt wird. Über die Schaltstrecke dieses Treibertransistors T₃₀ ist die Steuerleitung SL2 mit dem positiven Betriebsspannungsanschluss + verbunden. Zum Treiber TR22 gehören Treibertransistoren T₁ und T₂. Über die Schaltstrecke des Treibertransistors T₂ ist die Steuerleitung SL1 mit dem positiven Betriebsspannungsanschluss + verbunden. Über die Schaltstrecke des Treibertransistors T₁ ist die Steuerleitung SL1 mit Masse verbunden. Der Treibertransistor T₁ wird von einem Schaltsignal S₁ beaufschlagt, der Treibertransistor T₂ von einem Schaltsignal S₂.
Wie aus den vorhergehenden Ausführungen ersichtlich ist, hat bei der in der 5b gezeigten Vorrichtung jedes der Relais ES und KH drei Anschlussleitungen. Eine dieser Anschlussleitungen führt nach Masse. Die beiden anderen Anschlussleitungen führen jeweils zur Steuereinheit SE und sind Steuerleitungen. Die Steuerleitung SL1 ist eine gemeinsame Steuerleitung für das Einrückrelais ES und das Hauptstromrelais KH. Über diese Steuerleitung SL1 ist die Einzugswicklung L22 des Einrückrelais ES und auch die Einzugswicklung L21 des Hauptstromrelais KH mit der Steuereinheit SE verbunden. Die Steuerleitung SL1 ist folglich sowohl dem Einrückrelais ES als auch dem Hauptstromrelais KH zugeordnet. Folglich benötigt die in der 5b gezeigte Vorrichtung insgesamt lediglich drei Steuerleitungen und – wie aus der 5b hervorgeht – auch nur drei Treiber.
Die 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Low-Side-Vorrichtung mit einer Verschaltung gemäß der Erfindung, wobei die Gesamtvorrichtung zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine detaillierter dargestellt ist als in den vorherigen Figuren.
Die in der 6 gezeigte Vorrichtung weist ein Anlaufstromrelais KA, ein Hauptstromrelais KH und ein Einrückrelais ES auf. Das Anlaufstromrelais KA weist eine Haltewicklung HW und eine Einspurwicklung EW auf. Das Hauptstromrelais KH enthält ebenfalls eine Haltewicklung HW und eine Einspurwicklung EW. Auch das Einrückrelais ES umfasst eine Haltewicklung HW und eine Einspurwicklung EW. Ein Anschluss der jeweiligen Haltewicklung ist mit einem positiven Betriebsspannungsanschluss + verbunden. Der andere Anschluss der jeweiligen Haltewicklung HW ist mit einem Anschluss der jeweils zugehörigen Einspurwicklung EW verbunden. Der jeweils andere Anschluss der Einspurwicklungen des Anlaufstromrelais KA und des Hauptstromrelais KH ist über eine gemeinsame Steuerleitung SL1 mit der Steuereinheit SE verbunden. Der andere Anschluss der Einspurwicklung EW des Einrückrelais ES ist über eine Steuerleitung SL4 an die Steuereinheit SE angeschlossen.
Der Verbindungspunkt zwischen der Haltewicklung HW und der Einspurwicklung EW des Anlaufstromrelais KA ist über eine Steuerleitung SL2 an die Steuereinheit SE angeschlossen. Der Verbindungspunkt zwischen der Haltewicklung HW und der Einspurwicklung EW des Hauptstromrelais KH ist über eine Steuerleitung SL3 mit der Steuereinheit SE verbunden. Der Verbindungspunkt zwischen der Haltewicklung HW und der Einspurwicklung EW des Einrückrelais ES ist über eine Steuerleitung SL5 an die Steuereinheit SE angeschlossen.
Die Steuereinheit SE, die auf den vorgenannten Steuerleitungen SL1, SL2, SL3, SL4 und SL5 Steuersignale für die Relais KA, KH und ES bereitstellt, weist Treiber TR17, TR18, TR19 sowie zwei weitere, nicht gezeichnete Treiber auf, wobei die beiden nicht gezeichneten Treiber mit den Steuerleitungen SL4 und SL5 verbunden sind.
Zum Treiber TR17 gehören Treibertransistoren T₁ und T₂, deren Schaltstrecken zwischen einem positiven Betriebsspannungsanschluss + und Masse in Reihe geschaltet sind. Der Treibertransistor T₁ wird von einem Schaltsignal S₁ beaufschlagt, der Treibertransistor T₂ von einem Schaltsignal S₂. Der Verbindungspunkt zwischen den beiden Treibertransistoren T₁ und T₂ ist mit der Steuerleitung SL1 verbunden.
Zum Treiber TR18 gehört ein Treibertransistor T₃₂, der von einem Schaltsignal S₃₂ beaufschlagt wird. Über die Schaltstrecke dieses Treibertransistors ist die Steuerleitung SL2 mit Masse verbunden.
Zum Treiber TR19 gehört ein Treibertransistor T₃₁, der von einem Schaltsignal S₃₁ beaufschlagt wird. Über die Schaltstrecke dieses Treibertransistors ist die Steuerleitung SL3 mit Masse verbunden.
Zum Starten der Verbrennungskraftmaschine, die in der 6 nicht dargestellt ist, steuert die Steuereinheit SE zunächst über die Steuerleitung SL4 das Einrückrelais ES an. Dies hat zur Folge, dass der Einrückhebel 7 betätigt wird und das Antriebsritzel 6 in einen nicht gezeichneten Zahnkranz der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine einspurt. Dies kann – wie aus der oben genannten EP 0 848 159 B1 bekannt ist – in der Endphase eines Stopp-Vorganges im Rahmen eines Start-Stopp-Betriebes eines Kraftfahrzeugs erfolgen oder erst am Anfang des einem Stopp-Vorgang nachfolgenden Startvorganges. Danach gibt die Steuereinheit SE über die Steuerleitung SL1 ein Steuersignal aus, welches dem Anlaufstromrelais KA und dem Hauptstromrelais KH zugeführt wird. Anschließend schaltet die Steuereinheit SE zuerst den Schalttransistor T₃₂ mittels des Schaltsignals S₃₂ und zeitversetzt dazu den Schalttransistor T₃₁ mittels des Schaltsignals S₃₁ durch. Dies hat zur Folge, dass zunächst das Anlaufstromrelais KA anzieht und den Schalter 3 schließt. Dadurch wird die an der Klemme 30 des Kraftfahrzeugs vorliegende Betriebsspannung + über den geschlossenen Schalter 3 und den Vorwiderstand R_V an den Startermotor M angelegt, so dass dieser sanft anläuft. Danach wird zeitversetzt der Schalter 4 durch Anziehen des Hauptstromrelais KH geschlossen. Dies hat zur Folge dass der Startermotor M nunmehr über den geschlossenen Schalter 4 mit der Klemme 30 verbunden ist und den zum Antrieb des Ritzels 6 benötigten Strom erhält. Über das Ritzel 6 wird der auf der Kurbelwelle des Kraftfahrzeugs befestigte Zahnkranz angetrieben und dadurch das Kraftfahrzeug bzw. die Verbrennungskraftmaschine gestartet.
Da auch bei diesem Ausführungsbeispiel die Steuerleitung SL1 sowohl mit dem Anlaufstromrelais KA als auch mit dem Hauptstromrelais KH verbunden ist und da der Steuerleitung SL1 nur ein Treiber der Steuereinheit zugeordnet ist, wird auch bei diesem Ausführungsbeispiel die Anzahl der benötigten Steuerleitungen und die Anzahl der benötigten Treiber im Vergleich zum Stand der Technik reduziert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0848159 B1 [0003, 0072]
DE 102009000125 [0004]

Claims

Vorrichtung zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine, mit einer Steuereinheit, einem Antriebsritzel, einem Startermotor und mehreren Relais, die über Steuerleitungen mit der Steuereinheit verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Steuerleitung (SL1) mit mehreren der Relais verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Einrückrelais (ES) und ein Hauptstromrelais (KH) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine gemeinsame Steuerleitung (SL1) für das Einrückrelais (ES) und das Hauptstromrelais (KH) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Einrückrelais (ES), ein Anlaufstromrelais (KA) und ein Hauptstromrelais (KH) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine gemeinsame Steuerleitung (SL1) für das Anlaufstromrelais (KA) und das Hauptstromrelais (KH) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine gemeinsame Steuerleitung für das Anlaufstromrelais (KA) und Einrückrelais (ES) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine gemeinsame Steuerleitung für das Einrückrelais (ES) und das Hauptstromrelais (KH) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine gemeinsame Steuerleitung für das Einrückrelais (ES), das Anlaufstromrelais (KA) und das Hauptstromrelais (KH) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (SE) Treiberschaltungen aufweist und mindestens eine dieser Treiberschaltungen (TR1; TR9; TR10, TR14; TR17) über eine einzige Steuerleitung (SL1) mit mehreren der Relais verbunden ist.