DE102018108103A1 - Method for monitoring a start of an internal combustion engine, monitoring device and starter - Google Patents

Method for monitoring a start of an internal combustion engine, monitoring device and starter Download PDF

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Matthias Cwik
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Moritz Rometsch
Oliver Neumann
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Starters (12) für einen Verbrennungsmotor (19), das Verfahren umfassend ein Erfassen zumindest einer elektrischen Größe des Starters (12) während eines Anlassvorgangs; ein Auswerten der erfassten elektrischen Größe und Ermitteln zumindest eines Kennwerts; ein Vergleichen des ermittelten zumindest einen Kennwerts mit einem vorbestimmten Vergleichswert; ein Erkennen eines Fehlers einer mechanischen Kopplung des Starters (12) mit dem Verbrennungsmotor (19), wenn der zumindest eine Kennwert um zumindest eine vorbestimmte Schwelle von dem Vergleichswert abweicht; und ein Abschalten des Starters (12), sofern ein Fehler der mechanischen Kopplung des Starters (12) mit dem Verbrennungsmotor (19) erkannt wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Überwachungsvorrichtung und einen Starter (12).

Figure DE102018108103A1_0000
The invention relates to a method for monitoring a starter (12) for an internal combustion engine (19), the method comprising detecting at least one electrical variable of the starter (12) during a starting operation; evaluating the detected electrical quantity and determining at least one characteristic value; comparing the determined at least one characteristic value with a predetermined comparison value; detecting an error of mechanical coupling of the starter (12) to the internal combustion engine (19) when the at least one characteristic deviates from the comparison value by at least a predetermined threshold; and a shutdown of the starter (12), if a fault of the mechanical coupling of the starter (12) with the internal combustion engine (19) is detected. The invention further relates to a monitoring device and a starter (12).
Figure DE102018108103A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Starters eines Verbrennungsmotors, insbesondere für ein Nutzfahrzeug, eine Überwachungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und einen Starter mit einer solchen Überwachungsvorrichtung. Die Erfindung liegt somit insbesondere auf dem technischen Gebiet von Kraftfahrzeugen, insbesondere von Nutzfahrzeugen, sowie vornehmlich auf dem Gebiet von Startern für Verbrennungsmotoren von Nutzfahrzeugen.The present invention relates to a method for monitoring a starter of an internal combustion engine, in particular for a commercial vehicle, a monitoring device for carrying out the method and a starter with such a monitoring device. The invention is therefore particularly in the technical field of motor vehicles, especially commercial vehicles, and especially in the field of starters for internal combustion engines of commercial vehicles.

Stand der TechnikState of the art

Da herkömmlicherweise ein Verbrennungsmotor nicht von selbst, d.h. ohne Unterstützung starten kann, weisen Kraftfahrzeuge einen elektrischen Starter (Anlasser) auf, welcher dazu dient, den Verbrennungsmotor in Bewegung zu versetzen, um den Verbrennungsmotor zu starten. Im Gegensatz zu vielen Personenkraftwagen weisen Nutzfahrzeuge, wie etwa Lastkraftwagen, üblicherweise keine Batterieüberwachung beispielsweise durch einen sog. Batteriesensor auf, welcher über den Zustand der Batterie in dem Nutzfahrzeug Auskunft gegeben könnte. Somit wird in Nutzfahrzeugen herkömmlicherweise keine Information über die Batteriespannung U0, den Hauptstrom Ibat, den Batterie-internen elektrischen Widerstand bzw. Innenwiderstand Rbat, den Betriebszustand (engl.: state of health, SOH) der Batterie, den Ladezustand (engl.: state of charge, SOC) der Batterie, sowie den Funktionszustand (engl.: state of function, SOF) bereitgestellt. Folglich stehen einer im Nutzfahrzeug ausgebildeten Recheneinheit (z.B. Motorsteuergerät, engl.: engine control unit, ECU) derartige Informationen nicht zur Verfügung und können dementsprechend nicht zur effizienten Steuerung des Motors bzw. des Starters und/oder zur Ausgabe etwaiger Warnhinweise an den Fahrer verwendet werden.Conventionally, since an internal combustion engine can not start by itself, ie without assistance, motor vehicles have an electric starter (starter) which serves to set the internal combustion engine in motion to start the internal combustion engine. In contrast to many passenger cars have commercial vehicles, such as trucks, usually no battery monitoring, for example, by a so-called. Battery sensor, which could be given about the state of the battery in the utility vehicle information. Thus, in commercial vehicles conventionally no information about the battery voltage U 0 , the main current I bat , the battery internal electrical resistance or internal resistance R bat , the operating state (English: state of health, SOH) of the battery, the state of charge (engl. : state of charge, SOC) of the battery, as well as the state of function (SOF) provided. Consequently, a computing unit (eg engine control unit, ECU) embodied in the utility vehicle is not available for such information and accordingly can not be used for efficient control of the engine or the starter and / or for outputting any warnings to the driver ,

Ein Starter weist einen Startermotor (Elektromotor) auf, mittels welchem ein Drehmoment auf den anzulassenden Verbrennungsmotor ausgeübt wird, um diesen zu starten. Dazu kann der Verbrennungsmotor eine Koppelstruktur, wie etwa einen Zahnkranz, aufweisen, in welchen der Starter, beispielsweise mit einer entsprechenden Koppelstruktur, wie etwa einem geeigneten Zahnrad bzw. Ritzel, während des Anlassvorgangs eingreifen kann, um ein Drehmoment auf den Verbrennungsmotor auszuüben, sodass dieser gestartet wird. Für einen erfolgreichen Anlassvorgang ist eine mechanische Kopplung des Starters mit dem Verbrennungsmotor von entscheidender Bedeutung. Eine nicht oder nur unzureichend erfolgte mechanische Kopplung des Starters mit dem Verbrennungsmotor kann nicht nur zu einem erfolglosen Abbruch des Anlassvorgangs führen, sondern auch zu einer Beschädigung des Zahnkranzes und/oder des Starters, beispielsweise durch einen übermäßig hohen Abrieb des Zahnkranzes und/oder des Zahnrads des Starters, wodurch aufwändige und/oder kostenintensive Reparaturen am Verbrennungsmotor und/oder am Starter erforderlich werden können. Insbesondere kann dadurch ein Austausch eines durch derartige unzureichende und/oder erfolglose Anlassvorgänge beschädigten Zahnkranzes des Verbrennungsmotors oder der entsprechenden mechanischen Komponenten des Starters nötig werden, was neben hohen Materialkosten auch einen sehr hohen Materialaufwand erfordern kann.A starter has a starter motor (electric motor), by means of which a torque is applied to the engine to be started to start this. For this purpose, the internal combustion engine may have a coupling structure, such as a sprocket, in which the starter, for example, with a corresponding coupling structure, such as a suitable pinion, during the starting operation can engage to exert a torque on the internal combustion engine, so that is started. For a successful starting process, a mechanical coupling of the starter with the internal combustion engine is of crucial importance. Not or insufficiently performed mechanical coupling of the starter with the internal combustion engine can not only lead to an unsuccessful termination of the starting process, but also to a damage of the ring gear and / or the starter, for example, by an excessively high abrasion of the ring gear and / or the gear the starter, which can be costly and / or costly repairs to the engine and / or the starter may be required. In particular, this may necessitate the replacement of a toothed ring of the internal combustion engine or the corresponding mechanical components of the starter damaged by such insufficient and / or unsuccessful starting operations, which may require not only high material costs but also very high material costs.

Zudem können ein zerstörter Starter und/oder ein gestörter mechanischer Kopplungsmechanismus dazu führen, dass das Fahrzeug nicht mehr erneut angelassen werden kann, ohne zunächst den Starter und/oder den Verbrennungsmotor zu reparieren und/oder auszutauschen. Somit können derartige Beschädigungen und/oder Zerstörungen dazu führen, dass das Fahrzeug nicht mehr fahrtüchtig ist und/oder liegen bleibt, wodurch neben den Kosten für den Austausch des Starters und/oder die Reparatur des Verbrennungsmotors auch erhebliche Kosten für das Abschleppen und/oder den Ausfall des Fahrzeugs entstehen können.In addition, a destroyed starter and / or a faulty mechanical coupling mechanism may result in the vehicle being unable to be re-started without first repairing and / or replacing the starter and / or internal combustion engine. Thus, such damage and / or destruction can cause the vehicle is no longer roadworthy and / or remains, which in addition to the cost of replacement of the starter and / or the repair of the internal combustion engine also significant costs for towing and / or Failure of the vehicle may arise.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zur Überwachung eines Starters eines Verbrennungsmotors, insbesondere für ein Nutzfahrzeug, eine Überwachungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und ein Starter mit einer solchen Überwachungsvorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a method for monitoring a starter of an internal combustion engine, in particular for a utility vehicle, a monitoring device for carrying out the method and a starter with such a monitoring device with the features of the independent claims are proposed. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.

Der Erfindung ermöglicht, die Gefahr von Beschädigungen des Starters und/oder des Verbrennungsmotors aufgrund von unzureichender mechanischer Kopplung des Starters mit dem Verbrennungsmotor zu reduzieren, indem zumindest eine elektrische Größe während eines Anlassvorgangs erfasst und ausgewertet wird, um daraus zumindest einen Kennwert zu ermitteln, welche einem Vergleichswert verglichen wird. Bei einer unzulässigen Abweichung kann auf einen Fehler der mechanischen Kopplung des Starters mit dem Verbrennungsmotor geschlossen und der Starter abgeschaltet werden.The invention makes it possible to reduce the risk of damage to the starter and / or the internal combustion engine due to insufficient mechanical coupling of the starter with the internal combustion engine by detecting and evaluating at least one electrical variable during a starting operation in order to determine therefrom at least one characteristic value compared to a comparison value. In the event of an impermissible deviation, it is possible to conclude that the mechanical coupling of the starter with the combustion engine has failed and the starter has been switched off.

Eine elektrische Größe des Starters kann dabei insbesondere eine elektrische Spannung bzw. ein elektrisches Potenzial, welche bzw. welches an dem Starter anliegt, und/oder ein Stromfluss, welcher durch den Starter fließt, sein. Insbesondere ist der daraus ermittelte Kennwert vorzugsweise dazu geeignet, um anhand dessen eine Information über den Betrieb des Starters gewinnen zu können, insbesondere ob der Starter in einem Normalbetrieb arbeitet oder ein Verhalten aufweist, welches vom Normalbetrieb abweicht. Der Kennwert muss dabei nicht notwendigerweise permanent vorliegen und/oder dem Starter zu Eigen sein. Vielmehr kann es ausreichend sein, wenn der Kennwert während eines Anlassvorgangs zumindest zeitweise das Verhalten bzw. den Betrieb des Starters zumindest teilweise charakterisiert.In this case, an electrical variable of the starter can be, in particular, an electrical voltage or an electrical potential which is applied to the starter and / or a current flow which flows through the starter. In particular, the characteristic value determined therefrom is preferably suitable for being able to obtain information about the operation of the starter based on this information, in particular, whether the starter is working in a normal mode or has a behavior that deviates from normal operation. The characteristic value does not necessarily have to be permanently available and / or the starter should be one. Rather, it may be sufficient if the characteristic value during a starting process at least at times characterizes the behavior or the operation of the starter at least partially.

Der Vergleichswert kann dabei beispielsweise in der Überwachungsvorrichtung und/oder anderswo hinterlegt sein, beispielsweise in einem elektronischen Datenspeicher, um etwa von der Überwachungsvorrichtung und/oder einer Recheneinheit ausgelesen werden zu können. Der Vergleichswert kann beispielsweise werkseitig, d.h. bei der Produktion und/oder Entwicklung des Starters und/oder des Verbrennungsmotors, insbesondere bei Motorentests, ermittelt werden. Optional kann der Vergleichswert für alle Starter und/oder Verbrennungsmotoren des gleichen Typs geeignet sein, sodass nicht für jeden einzelnen Starter bzw. Verbrennungsmotor des gleichen Typs separate Tests zur Ermittlung des Vergleichswerts erforderlich sein müssen.The comparison value can be deposited, for example, in the monitoring device and / or elsewhere, for example in an electronic data memory, in order to be able to be read out by the monitoring device and / or a computing unit. For example, the comparison value may be factory-set, i. be determined in the production and / or development of the starter and / or the internal combustion engine, especially in engine tests. Optionally, the comparison value may be suitable for all starters and / or internal combustion engines of the same type, so that separate tests for determining the comparison value do not have to be required for each individual starter or internal combustion engine of the same type.

Ein Fehler der mechanischen Kopplung des Starters mit dem Verbrennungsmotor kann dabei insbesondere daran erkannt werden, dass eine Abweichung vom Normalbetrieb vorliegt. Ein Fehler kann beispielsweise dann als vorliegend erachtet werden, wenn ein oder mehrere Kennwerte während des Betriebs des Starters einen etwaigen vorbestimmten Toleranzbereich für den Betrieb des Starters, welcher als Normalbetrieb gelten soll, verlassen.An error of the mechanical coupling of the starter with the internal combustion engine can be recognized in particular by the fact that there is a deviation from normal operation. An error may, for example, be deemed present if one or more characteristic values leave during the operation of the starter a possibly predetermined tolerance range for the operation of the starter, which is to be considered normal operation.

Das Abschalten des Starters kann insbesondere ein Deaktivieren des Startermotors umfassen. Vorzugsweise kann das Abschalten des Starters ein Trennen des Startermotors von der Spannungsquelle umfassen, sodass der Startermotor nach dem Abschalten vorzugsweise nicht mehr mit elektrischer Leistung bzw. Energie versorgt wird.The shutdown of the starter may include in particular a deactivation of the starter motor. Preferably, the shutdown of the starter may include a separation of the starter motor from the voltage source, so that the starter motor is preferably no longer supplied with electrical power or power after the shutdown.

Die Erfindung bietet den Vorteil, dass ein Fehler und/oder ein abnormaler Betrieb des Starters frühzeitig erkannt werden können und der Starter zeitnah deaktiviert werden kann. Dadurch kann insbesondere das Entstehen von Schäden bzw. Folgeschäden zuverlässig vermieden werden.The invention has the advantage that a fault and / or an abnormal operation of the starter can be detected early and the starter can be deactivated in a timely manner. As a result, in particular the emergence of damage or consequential damage can be reliably avoided.

Insbesondere bietet die Erfindung den Vorteil, dass ein übermäßiger Abrieb bzw. ein ungewolltes Abfräsen der Koppelstruktur, wie etwa des Zahnkranzes des Verbrennungsmotors und/oder des Zahnrads des Starters, vermieden werden können, wenn der Starter unvollständig und/oder in ungeeigneter Weise mit dem Zahnkranz gekoppelt ist, da ein derartiger Fehlerzuverlässig anhand des zumindest einen Kennwerts erkannt werden kann. Folglich bietet die Erfindung den Vorteil, dass drohende Einbußen der Lebensdauer des Verbrennungsmotors und/oder des Starters aufgrund eines überhöhten Abriebs des Zahnkranzes bzw. Zahnrads vermieden werden können, da bei Vorliegen eines Fehlers, der zu einem überhöhten Abrieb führen würde, der Starter zuverlässig abgeschaltet werden kann. Ferner bietet dies den Vorteil, dass kostenintensive Wartungsarbeiten und/oder Reparaturarbeiten vermieden werden können, welche herkömmlicherweise von einem übermäßigen Abrieb der Koppelstrukturen herrühren, welcher durch den Betrieb des Starters trotz Fehlers entstehen kann.In particular, the invention offers the advantage that excessive abrasion or unwanted milling of the coupling structure, such as the ring gear of the internal combustion engine and / or the gear of the starter, can be avoided if the starter incomplete and / or inappropriate manner with the ring gear is coupled, since such an error can be reliably detected by the at least one characteristic. Consequently, the invention offers the advantage that impending losses of the service life of the internal combustion engine and / or the starter due to excessive wear of the ring gear can be avoided, since in the presence of an error that would lead to excessive abrasion, the starter reliably shut off can be. Furthermore, this offers the advantage that cost-intensive maintenance work and / or repair work can be avoided, which conventionally result from excessive abrasion of the coupling structures, which can arise despite the failure due to the operation of the starter.

Vorzugsweise erfolgt das Erfassen der zumindest einen elektrischen Größe zu mehreren diskreten Zeitpunkten und/oder über einen Zeitraum während des Anlassvorgangs, sodass zu mehreren Zeitpunkten während des Anlassvorgangs jeweils zumindest ein Wert der zumindest einen elektrischen Größe ermittelt wird. Dies bietet den Vorteil, dass das Verhalten des Starters genauer untersucht werden kann. Vorzugsweise kann ein zeitlicher Verlauf der elektrischen Größe, d.h. eine etwaige zeitliche Änderung der ermittelten Werte oder Wertveränderungen, ermittelt werden, aus welchem ggf. ein größeres Maß an Information über das Verhalten bzw. den Zustand des Starters ermittelt werden kann und/oder ein Fehlerfall besonders zuverlässig ermittelt bzw. erkannt werden kann.Preferably, the at least one electrical variable is detected at a plurality of discrete points in time and / or over a period during the starting process, so that at least one value of the at least one electrical variable is determined at several times during the starting process. This offers the advantage that the behavior of the starter can be examined more closely. Preferably, a time history of the electrical quantity, i. a possible temporal change of the determined values or value changes, from which possibly a larger amount of information about the behavior or the state of the starter can be determined and / or an error case can be detected or detected particularly reliably.

Vorzugsweise umfasst das Ermitteln des Kennwerts ein Ermitteln von mehreren Spannungswerten der zumindest einen elektrischen Spannung und/oder ein Ermitteln von mehreren Stromwerten des zumindest einen Stromflusses. Mit anderen Worten werden vorzugsweise die zumindest eine elektrische Spannung und/oder der zumindest eine Stromfluss zu mehreren Zeitpunkten erfasst, so dass mehrere Spannungswerte und/oder Stromwerte vorliegen, anhand welcher sich vorzugsweise ein zeitlicher Verlauf der zumindest einen elektrischen Spannung und/oder des Stromflusses erkennen bzw. ermitteln lassen. Dies bietet den Vorteil, dass der zumindest eine Kennwert besonders schnell und/oder mit besonders geringem Aufwand ermittelt werden kann.Preferably, the determination of the characteristic value comprises determining a plurality of voltage values of the at least one electrical voltage and / or determining a plurality of current values of the at least one current flow. In other words, the at least one electrical voltage and / or the at least one current flow are preferably detected at several points in time, so that a plurality of voltage values and / or current values are present, by means of which preferably a time profile of the at least one electrical voltage and / or current flow is recognized or can be determined. This offers the advantage that the at least one parameter can be determined particularly quickly and / or with very little effort.

Vorzugsweise umfasst das Ermitteln des zumindest einen Kennwerts ein Ermitteln zumindest eines Maximums und/oder eines Minimums der elektrischen Spannung und/oder des Stromflusses, wobei das zumindest eine Minimum und/oder Maximum lokal und/oder global ist. Dies bietet den Vorteil, dass besonders markante Eigenschaften des zeitlichen Verlaufs der Spannung und/oder des Stromflusses zur Ermittlung des zumindest einen Kennwerts herangezogen werden können. Ferner bietet dies den Vorteil, dass das Ermitteln des zumindest einen Kennwerts auf besonders einfache Weise erfolgen kann, beispielsweise auf Basis einer zeitlichen Ableitung des zeitlichen Verlaufs der Spannung und/oder des Stromflusses.Preferably, determining the at least one characteristic value comprises determining at least one maximum and / or one minimum of the electrical voltage and / or the current flow, wherein the at least one minimum and / or maximum is local and / or global. This offers the advantage that particularly striking properties of the time profile of the voltage and / or of the current flow can be used to determine the at least one characteristic value. Furthermore, this offers the advantage that the determination of the at least one characteristic value can take place in a particularly simple manner, for example on the basis of a temporal Derivation of the time profile of the voltage and / or the current flow.

Vorzugsweise umfasst das Ermitteln des zumindest einen Kennwerts ein Ermitteln eines Verhältnisses von Spannungswerten und/oder Stromwerten zueinander und/oder ein Ermitteln eines Gradienten eines zeitlichen Verlaufs der Spannung und/oder des Stroms. Dies bietet den Vorteil, dass auf besonders zuverlässige Weise das Verhalten des Starters während des Anlassvorgangs ermittelt werden kann und/oder ein Fehler besonders zuverlässig erkannt werden kann.Preferably, determining the at least one characteristic value comprises determining a ratio of voltage values and / or current values relative to one another and / or determining a gradient of a time profile of the voltage and / or the current. This offers the advantage that the behavior of the starter during the starting process can be determined in a particularly reliable manner and / or an error can be detected particularly reliably.

Weiter bevorzugt umfasst das Ermitteln des zumindest einen Kennwerts ein Ermitteln mehrerer Maxima und/oder mehrerer Minima und/oder mehrerer Gradienten der elektrischen Spannung und/oder des Stromflusses und ein Ermitteln zumindest eines Verhältnisses der mehreren Maxima und/oder Minima zueinander. Dies bietet den Vorteil, dass das Vorliegen eines Fehlers besonders zuverlässig erkannt werden kann und/oder besonders genau charakterisiert werden kann. Besonders bevorzugt kann dies geeignet sein, um etwa ein Ausmaß eines etwaig vorliegenden Fehlers ermitteln zu können.The determination of the at least one characteristic value preferably also includes determining a plurality of maxima and / or a plurality of minima and / or a plurality of gradients of the electrical voltage and / or the current flow and determining at least one ratio of the plurality of maxima and / or minima relative to one another. This offers the advantage that the presence of an error can be detected particularly reliably and / or can be characterized in a particularly accurate manner. This may be particularly suitable in order to be able to determine an extent of any error that may be present.

Vorzugsweise umfasst das Erkennen des Fehlers ein Erkennen einer unvollständigen und/oder fehlerhaften mechanischen Kopplung des Starters mit dem Verbrennungsmotor während eines Anlassvorgangs und/oder eine Beeinträchtigung, insbesondere eine Abnutzung, einer Koppelstruktur des Starters und/oder des Verbrennungsmotors. Dies bietet den Vorteil, dass Schäden vermieden werden können, welche nicht nur zum Liegenbleiben des Fahrzeugs führen können, sondern auch in ihrer Beseitigung besonders aufwändig und/oder kostenintensiv wären. Dies kann vorzugsweise dadurch gelingen, dass bei fehlerhafter mechanischer Kopplung des Starters mit dem Verbrennungsmotor ein anderer, oftmals geringerer, Drehmomentübertrag zwischen dem Starter und dem Verbrennungsmotor vorliegt und daher eine vom Normalbetrieb abweichende Aufnahme von elektrischer Leistung durch den Starter auftritt, welche anhand der elektrischen Spannung und/oder des Stromflusses in bzw. durch den Starter, erkannt werden kann.Preferably, the detection of the error comprises detecting an incomplete and / or faulty mechanical coupling of the starter with the internal combustion engine during a starting operation and / or an impairment, in particular a wear, a coupling structure of the starter and / or the internal combustion engine. This offers the advantage that damage can be avoided, which can not only lead to the vehicle to remain lying, but also in their removal would be particularly complex and / or expensive. This can preferably be achieved by a different, often lesser, torque transfer between the starter and the internal combustion engine is present in faulty mechanical coupling of the starter with the engine and therefore a different from normal operation recording of electrical power by the starter occurs, which based on the electrical voltage and / or the flow of current in or through the starter, can be detected.

Vorzugsweise ist die Überwachungsvorrichtung in den Starter integrierbar und/oder an dem Starter anordenbar. Dabei kann die Überwachungsvorrichtung beispielsweise in einem bestehenden Starter nachgerüstet werden, sodass die erfindungsgemäßen Vorteile auch mit bereits bestehenden herkömmlichen Startern nutzbar gemacht werden können.Preferably, the monitoring device can be integrated in the starter and / or can be arranged on the starter. In this case, the monitoring device can be retrofitted, for example, in an existing starter, so that the advantages of the invention can also be used with existing conventional starters.

Vorzugsweise weist die Überwachungsvorrichtung eine Steuerelektronik, beispielsweise einen Mikrocontroller (IC oder ASIC), insbesondere zur Ansteuerung eines Schalters, auf oder ist als solche ausgebildet. Dies bietet den Vorteil, dass die Überwachungsvorrichtung besonders einfach in einen Starter und/oder in ein Bordspannungsnetz, in welchem sich der Starter befindet, integrierbar ist. Ferner bietet es den Vorteil, dass die Überwachungsvorrichtung besonders platzsparend oder besonders kostengünstig bereitgestellt werden kann.The monitoring device preferably has control electronics, for example a microcontroller (IC or ASIC), in particular for controlling a switch, or is designed as such. This offers the advantage that the monitoring device is particularly easy to integrate into a starter and / or in a vehicle electrical system in which the starter is located. Furthermore, it offers the advantage that the monitoring device can be provided in a particularly space-saving or particularly cost-effective manner.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.The invention is illustrated schematically by means of embodiments in the drawings and will be described below with reference to the drawings.

Figurenlistelist of figures

  • 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Bordspannungsnetz eines Nutzfahrzeuges mit einem Starter gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. 1 shows a schematic representation of an on-board voltage network of a commercial vehicle with a starter according to a preferred embodiment.
  • 2 bis 4 zeigen Diagramme zur Erläuterung eines Verfahrens zur Überwachung eines Starters gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. 2 to 4 show diagrams for explaining a method for monitoring a starter according to a preferred embodiment.
  • 5A und 5B zeigen Diagramme zur Erläuterung eines Verfahrens zur Überwachung eines Starters gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform. 5A and 5B show diagrams for explaining a method for monitoring a starter according to another preferred embodiment.
  • 6 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zur Überwachung eines Starters gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform. 6 shows a diagram for explaining a method for monitoring a starter according to another preferred embodiment.
  • 7 und 8 zeigen Diagramme zur Erläuterung eines Verfahrens zur Überwachung eines Starters gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform. 7 and 8th show diagrams for explaining a method for monitoring a starter according to another preferred embodiment.
  • 9 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zur Überwachung eines Starters gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform. 9 shows a diagram for explaining a method for monitoring a starter according to another preferred embodiment.

Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention

1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Bordspannungsnetz 10 eines Fahrzeugs, beispielsweise eines Nutzfahrzeugs, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. Das Bordspannungsnetz 10 weist dabei insbesondere einen Starter 12 auf, welcher insbesondere eine eine Steuerelektronik 14 und einen Schalter 24 aufweisende Überwachungsvorrichtung, einen einen elektromagnetischen Aktor (z.B. Spule mit beweglichem Anker) 16 und einen Schaltkontakt bzw. Schalter 20 aufweisenden Magnetschalter und einen Startermotor 18 aufweist. Ein Stromversorgungsanschluss T45 (Klemme 45) des Startermotors 18 ist dabei über den Schalter 20 mit einem Stromversorgungsanschluss T30 (Klemme 30) des Starters 12 verbindbar, der wiederum mit einer Spannungsquelle 22 elektrisch verbunden ist. Der Startermotor 18 wird von der elektrischen Spannungsquelle 22 mit elektrischer Energie versorgt, wenn der Schalter 20 geschlossen ist, und ist von der Spannungsquelle 22 getrennt, wenn der Schalter 20 geöffnet ist. Die Spannungsquelle 22 umfasst vorzugsweise eine Batterie und/oder einen Generator oder ist als solche(r) ausgebildet. Der Schalter 20 ist durch den elektromagnetischen Aktor 16 steuerbar bzw. schaltbar, wobei gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform der elektromagnetische Aktor 16 wiederum über den Schalter 24 der Überwachungsvorrichtung gesteuert werden kann, um bei Erkennen des Vorliegens einer Überlastung des Starters den Startermotor 18 von der Spannungsquelle 22 zu trennen und dadurch den Starter bzw. Startermotor 18 abzuschalten. Ein interner Steueranschluss des Starters für den elektromagnetischen Aktor ist mit T50i (Klemme 50i) bezeichnet, ein (externer) Steueranschluss, welcher hier mit der elektronischen Messvorrichtung 14 verbunden ist, mit T50 (Klemme 50). Der Starter 12 ist dabei dazu eingerichtet, den Verbrennungsmotor 19 des Fahrzeugs anzulassen bzw. zu starten, wenn am Steueranschluss T50 ein passendes Signal anliegt, z.B. Bordspannung. 1 shows a schematic representation of an on-board voltage network 10 a vehicle, such as a commercial vehicle, according to a preferred embodiment. The on-board voltage network 10 has in particular a starter 12 on, which in particular a control electronics 14 and a switch 24 having an electromagnetic actuator (eg coil with movable armature) 16 and a switch contact or switch 20 having magnetic switch and a starter motor 18 having. A power supply connection T45 (terminal 45 ) of the starter motor 18 is over the switch 20 with a power supply connection T30 (terminal 30 ) of the starter 12 connectable, in turn, with a voltage source 22 electrically connected. The starter motor 18 is from the electrical voltage source 22 supplied with electrical energy when the switch 20 is closed, and is from the voltage source 22 disconnected when the switch 20 is open. The voltage source 22 preferably comprises a battery and / or a generator or is designed as such (r). The desk 20 is through the electromagnetic actuator 16 controllable or switchable, wherein according to this preferred embodiment of the electromagnetic actuator 16 turn over the switch 24 the monitoring device can be controlled to detect the presence of an overload of the starter motor 18 from the voltage source 22 to disconnect and thereby the starter or starter motor 18 off. An internal control connection of the starter for the electromagnetic actuator is with T50i (terminal 50i) denotes an (external) control connection, which here with the electronic measuring device 14 connected with T50 (terminal 50 ). The starter 12 is equipped to do this, the internal combustion engine 19 start or start the vehicle when at the control terminal T50 a suitable signal is applied, eg on-board voltage.

Der elektromagnetische Aktor 16 hat die Funktionen, bei Ansteuerung den elektrischen Kontakt zwischen der Spannungsquelle 22 und dem Startermotor mittels des Schalters 20 herzustellen und ein Ritzel des Starters mit einem Zahnkranz des anzutreibenden Verbrennungsmotors 19 zu koppeln. Sofern der Startermotor mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt ist und von der Spannungsquelle angetrieben wird, übt der Startermotor ein Drehmoment auf den Zahnkranz des Verbrennungsmotors 19 aus, um diesen in Bewegung zu versetzen und dadurch zu starten. Ein Steueranschluss des elektromagnetischen Aktors ist mit T50 bezeichnet, ein Stromversorgungsanschluss des Startermotors 18 mit T45.The electromagnetic actuator 16 has the functions, when activated, the electrical contact between the voltage source 22 and the starter motor by means of the switch 20 and a pinion of the starter with a ring gear of the driven internal combustion engine 19 to pair. If the starter motor is coupled to the internal combustion engine and is driven by the voltage source, the starter motor applies a torque to the ring gear of the internal combustion engine 19 to set this in motion and thereby start. A control terminal of the electromagnetic actuator is designated T50, a power supply terminal of the starter motor 18 with T45.

Darüber hinaus weist das Bordspannungsnetz 10 eine Recheneinheit 26 (z.B. sog. Motorsteuergerät, ECU) auf, welche in Kommunikationsverbindung (gestrichelte Linie) mit der Überwachungsvorrichtung steht. Auch weist das Bordspannungsnetz 10 einen Sicherungskasten 28 auf, in welchem sich beispielsweise Schmelzsicherungen befinden, um im Falle eines überhöhten Stromflusses im Bordspannungsnetz 10 diesen zu unterbinden und das Bordspannungsnetz 10 und dessen elektrische Verbraucher vor Beschädigungen zu schützen. Die im Bordspannungsnetz 10 weiter befindlichen elektrischen Verbraucher sind schematisch durch das Element 30 dargestellt, zu welchen beispielsweise ein Klimakompressor, ein Navigationssystem und/oder ein Heizungssystem zählen können.In addition, the on-board voltage network has 10 an arithmetic unit 26 (For example, so-called. Engine control unit, ECU), which is in communication (dashed line) with the monitoring device. Also has the on-board voltage system 10 a fuse box 28 on, in which, for example, fuses are located, in case of excessive current flow in the on-board voltage network 10 to prevent this and the on-board voltage network 10 and to protect its electrical consumers from damage. The in the on-board voltage network 10 further electrical consumers are schematically through the element 30 which may include, for example, an air conditioning compressor, a navigation system and / or a heating system.

Die elektrische Spannung, welche dem Starter 12 und im Allgemeinen dem Bordspannungsnetz 10 zur Verfügung steht, wird durch ein elektrisches Potenzial der Spannungsquelle 22 einerseits und durch Massepotenzial 32 andererseits bereitgestellt.The electrical voltage which the starter 12 and generally the on-board voltage network 10 is available through an electrical potential of the voltage source 22 on the one hand and through ground potential 32 provided on the other hand.

In dem Starter 12 werden alle Komponenten durch die Spannungsquelle 22 mit elektrischer Spannung versorgt, d.h. dass insbesondere die Steuerelektronik 14 der Überwachungsvorrichtung und auch der elektromagnetische Aktor 16 des Magnetschalters mit elektrischer Spannung von der Spannungsquelle 22 versorgt werden können.In the starter 12 All components are powered by the voltage source 22 supplied with electrical voltage, ie that in particular the control electronics 14 the monitoring device and also the electromagnetic actuator 16 of the magnetic switch with electrical voltage from the voltage source 22 can be supplied.

Im Rahmen der Erfindung ist die Überwachungsvorrichtung dazu eingerichtet, eine Größe zu ermitteln, die eine an dem Stromversorgungsanschluss T30 des Starters 12 anliegende elektrische Spannung, d.h. hier die Bordnetzspannung, und/oder einen durch den Stromversorgungsanschluss fließenden Strom charakterisiert. In der in 1 gezeigten Ausführungsform gibt es dafür zahlreiche geeignete Messstellen, insbesondere T30 selbst, aber auch T45, T50i, T50 und eine beliebige Zuleitungsstelle dazwischen.In the context of the invention, the monitoring device is set up to determine a size, the one at the power supply terminal T30 the starter 12 adjacent electrical voltage, ie here the on-board electrical system voltage, and / or characterized by a current flowing through the power supply terminal current. In the in 1 In the embodiment shown, there are numerous suitable measuring points for this purpose, in particular T30 itself, but also T45, T50i , T50 and any supply point in between.

Die Überwachungsvorrichtung gemäß der gezeigten bevorzugten Ausführungsform ist dazu eingerichtet, direkt am Stromversorgungsanschluss T30 eine elektrische Spannung U30 und/oder einen Stromfluss 130 zu ermitteln bzw. zu messen, um den Betrieb des Starters 12 auf Basis der ermittelten Spannungen und/oder Stromflüsse zu überwachen und insbesondere um das Vorliegen eines normalen bzw. regulären bzw. fehlerfreien Betriebs des Starters oder das Vorliegen einer Überlastung des Starters zu erkennen.The monitoring device according to the illustrated preferred embodiment is arranged to be directly at the power supply terminal T30 an electrical voltage U30 and / or a current flow 130 to determine or measure the operation of the starter 12 to monitor on the basis of the determined voltages and / or current flows and in particular to detect the presence of a normal or regular or error-free operation of the starter or the presence of an overload of the starter.

Die Überwachungsvorrichtung steht insbesondere in Kommunikation mit der Recheneinheit 26, welche optional am Erkennen des Vorliegens einer Überlastung des Starters mitwirken kann. Beispielsweise kann die Überwachungsvorrichtung dazu eingerichtet sein, ein Signal auf Basis der ermittelten Spannung und/oder des ermittelten Stroms an die Recheneinheit zu übermitteln. Die Recheneinheit kann dazu eingerichtet sein, auf Basis einer Auswertung und/oder eines von der Überwachungsvorrichtung bereitgestellten Signals ggf. das Vorliegen einer Überlastung des Starters zu erkennen. Mit anderen Worten kann eine Auswertung der ermittelten elektrischen Spannung U30 bzw. des Stromflusses 130 bereits in der Überwachungsvorrichtung 14 erfolgen und/oder anhand eines von der Überwachungsvorrichtung 14 der Recheneinheit 26 bereitgestellten Signals in der Recheneinheit 26 erfolgen.The monitoring device is in particular in communication with the computing unit 26 which may optionally assist in detecting the presence of overload of the starter. For example, the monitoring device may be configured to transmit a signal based on the determined voltage and / or the determined current to the arithmetic unit. The arithmetic unit may be set up to detect the presence of an overload of the starter on the basis of an evaluation and / or a signal provided by the monitoring device. With others Words can be an evaluation of the detected electrical voltage U30 or the current flow 130 already in the monitoring device 14 done and / or on the basis of one of the monitoring device 14 the arithmetic unit 26 provided signal in the arithmetic unit 26 respectively.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform ersetzt die Überwachungsvorrichtung ferner ein üblicherweise ausgebildetes elektromechanisches Vorrelais, welches typischerweise, d.h. bei Abwesenheit der Überwachungsvorrichtung, den Magnetschalter steuert.In accordance with the preferred embodiment, the monitoring device also replaces a conventionally designed pre-relay electromechanical relay which typically, i. in the absence of the monitoring device, the magnetic switch controls.

Im Folgenden wird mit Bezug auf die 2 bis 4 ein Verfahren zur Überwachung eines Starters beispielsweise eines Nutzfahrzeugs gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform erläutert.The following is with reference to the 2 to 4 a method for monitoring a starter example of a commercial vehicle according to a first preferred embodiment explained.

2 zeigt in einem Diagramm 2000 die zu erwartenden zeitlichen Verläufe diverser elektrischer Spannungen und Stromflüsse zu Beginn eines Anlassvorgangs im Normalbetrieb des Starters 12, d.h. wenn kein Fehler des Starters 12 vorliegt. Entsprechend ist auf der horizontalen Achse 2002 die Zeit in Millisekunden, auf der linken vertikalen Achse 2004 die elektrische Spannung in willkürlichen Einheiten und auf der rechten vertikalen Achse 2006 die Stromstärke in willkürlichen Einheiten aufgetragen. Dabei indiziert der Graph 2010 die elektrische Spannung U30 am Punkt T30, der Graph 2012 die elektrische Spannung U45 am Punkt T45, der Graph 2014 die elektrische Spannung U50 am Punkt T50, der Graph 2016 den Strom 130 durch den Punkt T30 und der Graph 2018 die Differenz U30 - U45 der Spannungen U30 und U45. Die jeweiligen Punkte T30, T45 und T50 sind in 1 kenntlich gemacht. 2 shows in a diagram 2000 the expected time course of various electrical voltages and current flows at the beginning of a starting process in normal operation of the starter 12 , ie if no error of the starter 12 is present. Accordingly, on the horizontal axis 2002 the time in milliseconds, on the left vertical axis 2004 the voltage in arbitrary units and on the right vertical axis 2006 the current is plotted in arbitrary units. The graph indicates 2010 the electrical voltage U30 at the point T30 , the graph 2012 the electrical voltage U45 at the point T45 , the graph 2014 the electrical voltage U50 at the point T50 , the graph 2016 the stream 130 through the point T30 and the graph 2018 the difference U30 - U45 the tensions U30 and U45 , The respective points T30 . T45 and T50 are in 1 indicated.

Der Anlassvorgang weist dabei zumindest zwei separate Zeitabschnitte auf, nämlich eine Vorrotationsphase 2100, in welcher der Startermotor noch nicht mechanisch mit dem Verbrennungsmotor 19 gekoppelt ist, und eine danach folgende Antriebsphase 2102, in welcher der Startermotor 18 mit dem Verbrennungsmotor 19 mechanisch gekoppelt ist, um auf diesen ein Drehmoment auszuüben und diesen anzutreiben.The starting process has at least two separate time periods, namely a pre-rotation phase 2100 in which the starter motor is not yet mechanically connected to the combustion engine 19 coupled, and a subsequent drive phase 2102 in which the starter motor 18 with the internal combustion engine 19 is mechanically coupled to exert on this torque and to drive this.

Insbesondere zeigt der zeitliche Verlauf 2016 des Stroms 130 während des Anlassvorgangs im Normalbetrieb des Starters eine sehr charakteristische Verlaufsform, bei welcher während der Antriebsphase 2102 zunächst ein steiler Anstieg der Stromstärke erfolgt und sodann eine Folge von lokalen Minima und Maxima der Stromstärke auftritt, welche von den durch den Starter verursachten Kompressionen und Dekompressionen des Verbrennungsmotors verursacht werden, welche wiederum auf das Drehmoment und/oder die vom Starter aufgenommene elektrische Leistung zurückwirken. Darauf folgend kommt es zu einer Abnahme der Stromstärke aufgrund der Beschleunigung des Verbrennungsmotors 19, wodurch das vom Starter verlangte Drehmoment und die vom Starter aufgenommene elektrische Leistung abnehmen.In particular, the time course shows 2016 of the electricity 130 During the starting process in normal operation of the starter a very characteristic shape, in which during the drive phase 2102 First, a steep increase in the current occurs and then a series of local minima and maxima of the current occurs, which are caused by the compressors and decompressions of the engine caused by the starter, which in turn act on the torque and / or the electrical power absorbed by the starter , Following this, there is a decrease in the current due to the acceleration of the internal combustion engine 19 , which decreases the torque required by the starter and the electrical power consumed by the starter.

3 zeigt ein Diagramm 3000, welches weitestgehend dem Diagramm 2000 aus 2 entspricht, jedoch den zeitlichen Verlauf der dargestellten Größen während eines erfolglosen Anlassvorgangs zeigt, d.h. bei einem abnormalen Betrieb des Starters und/oder bei Vorliegen eines Fehlers des Starters. Insbesondere besteht der Fehler darin, dass der Startermotor nicht in ausreichender Weise mit dem Verbrennungsmotor, insbesondere mit einer Koppelstruktur des Verbrennungsmotors, mechanisch gekoppelt ist und somit das Drehmoment nicht in zuverlässiger und/oder ordnungsgemäßer Weise auf den Verbrennungsmotor zu übertragen vermag. Vielmehr führt die unzureichende mechanische Kopplung zwischen dem Startermotor und dem Verbrennungsmotor dazu, dass das von dem Startermotor ausgeübte Drehmoment zu einem unerwünschten Abrieb und/oder Abfräsen des Zahnkranzes und/oder des Zahnrads führt. 3 shows a diagram 3000 , which largely the diagram 2000 out 2 but shows the time course of the quantities shown during an unsuccessful starting operation, ie in the case of an abnormal operation of the starter and / or in the presence of a fault of the starter. In particular, the error consists in the fact that the starter motor is not sufficiently mechanically coupled to the internal combustion engine, in particular to a coupling structure of the internal combustion engine, and thus is unable to transmit the torque to the internal combustion engine in a reliable and / or proper manner. Rather, the insufficient mechanical coupling between the starter motor and the internal combustion engine causes the torque exerted by the starter motor to result in undesirable abrasion and / or milling of the ring gear and / or gear.

Dies ist insbesondere auch an dem zeitlichen Verlauf des Stroms 130 zu erkennen, welcher deutlich von dem zeitlichen Verlauf des Stroms 130 während des Normalbetriebs des Starters abweicht. Insbesondere ist ein Diagramm 3000 erkennbar, dass der zeitliche Verlauf des Stroms 130 keine Abfolge von lokalen Minima und Maxima aufweist, sondern lediglich nach Erreichen des einzigen Maximums einen raschen und kontinuierlichen Abfall der Stromstärke aufweist. Das Fehlen der Minima und Maxima im zeitlichen Verlauf des Stroms 130 deutet eindeutig darauf hin, dass ein Komprimieren und/oder Dekomprimieren des Verbrennungsmotors durch den Starter während des Anlassvorgangs nicht erfolgt. Daran kann der Fehler, nämlich die unzureichende mechanische Kopplung zwischen dem Starter 18 und dem Verbrennungsmotor 19 erkannt bzw. ermittelt werden. Ein geeigneter Kennwert zur Erkennung eines Fehlers der mechanischen Kopplung ist somit die Anzahl der Maxima und/oder Minima des zeitlichen Verlaufs des Stroms I30, die mit einer geeigneten unteren Schwelle als Vergleichswert verglichen werden kann.This is especially true of the time course of the stream 130 to recognize which clearly from the temporal course of the current 130 during normal operation of the starter. In particular, a diagram 3000 recognizable that the temporal course of the current 130 has no sequence of local minima and maxima, but only after reaching the single maximum has a rapid and continuous drop in current. The absence of minima and maxima in the time course of the stream 130 clearly indicates that compression and / or decompression of the internal combustion engine by the starter does not occur during the starting process. This can be the fault, namely the inadequate mechanical coupling between the starter 18 and the internal combustion engine 19 be recognized or determined. A suitable characteristic value for detecting a fault of the mechanical coupling is thus the number of maxima and / or minima of the time profile of the current I30 , which can be compared with a suitable lower threshold as comparison value.

Zur besseren Verdeutlichung der Unterschiede des zeitlichen Verlaufs des Stroms I30 während des Normalbetriebs und während des Vorliegens eines Fehlers zeigt 4 in einem Diagramm 4000 einen direkten Vergleich der zeitlichen Verläufe des Stroms I30 im Normalfall 4010 und bei Vorliegen eines Fehlers 4012, d.h. bei unzureichender mechanischer Kopplung des Startermotors 18 mit dem Verbrennungsmotor 19. Somit kann der Stromfluss 130, insbesondere der zeitliche Verlauf des Stroms I30, als geeignete elektrische Größe dienen, um einen Fehler des Starters zu erkennen. Beispielsweise kann ein zu erwartender zeitlicher Verlauf des Stroms I30 im Normalbetrieb als Verlauf von vorbestimmten Vergleichswerten hinterlegt sein, zum Beispiel im Recheneinheit und/oder in der Überwachungsvorrichtung, mit welchem sodann der ermittelte zeitliche Verlauf des Stroms I30 verglichen werden kann. Geeignete Kennwerte zur Erkennung eines Fehlers der mechanischen Kopplung sind somit auch die Messwerte des Stroms I30 selbst.To better illustrate the differences in the time course of the current I30 during normal operation and during the presence of an error 4 in a diagram 4000 a direct comparison of the temporal course of the current I30 normally 4010 and in the presence of an error 4012 ie with insufficient mechanical coupling of the starter motor 18 with the internal combustion engine 19 , Thus, the current flow 130 , in particular the time course of the current I30 , serve as a suitable electrical quantity to detect a fault of the starter. For example, an expected time course of the current I30 be deposited in normal operation as a course of predetermined comparison values, for example in the arithmetic unit and / or in the monitoring device, with which then the determined time course of the current I30 can be compared. Suitable characteristic values for detecting a fault of the mechanical coupling are therefore also the measured values of the current I30 even.

Mit Bezug auf 5A und 5B werden im Folgenden weitere bevorzugte Ausführungsformen erläutert, bei welchen dem zumindest einen Kennwert mehrere Maxima und/oder Minima des Stroms I30 (5A) bzw. die Spannungen U30 (Graph 2010) und/oder U45 (Graph 2012) und/oder U50 (Graph 2014) (5B) zugrunde liegen und diese zum Erkennen eines Fehlers des Starters herangezogen werden.Regarding 5A and 5B In the following, further preferred embodiments are explained in which the at least one characteristic value has a plurality of maxima and / or minima of the current I30 ( 5A) or the voltages U30 (Graph 2010 ) and / or U45 (Graph 2012 ) and / or U50 (graph 2014 ) ( 5B) underlying and these are used to detect a fault of the starter.

5A zeigt ein Diagramm 5000, welches wie auch 2 den Strom 130 (Graph 2016) und die diversen elektrischen Spannungen beinhaltet, welche mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, wie auch in 2. Ferner sind in 5A fünf Minima bzw. Maxima 5100 bis 5108 des Stroms I30 (Graph 2016) hervorgehoben, welche gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform zur Ermittlung eines Kennwerts des Starters herangezogen werden. Wie in 5A an dem zeitlichen Verlauf des Stroms I30 (Graph 2016) während eines Anlassvorgangs im Normalbetrieb des Starters zu erkennen ist, weisen die Amplituden der Minima und Maxima des Stroms I30 (Graph 2016) einen charakteristischen Verlauf auf. Insbesondere lassen sich aus den Verhältnissen und/oder Differenzen der Amplituden dieser Maxima und Minima als Kennwerte Indizien hinsichtlich des Vorliegens eines Fehlers, vor allem hinsichtlich einer unzureichenden mechanischen Kopplung des Startermotors 18 mit dem Verbrennungsmotor 19, ableiten. So können beispielsweise die Differenz der Extrema 5100 und 5102, also 130(5100) - 130(5102), und die Differenz der Extrema 5104 und 5102, also 130(5104) - 130(5102) als Kennwerte herangezogen werden und mit vorbestimmten Schwellwerten als Vergleichswerte verglichen werden. Wenn beispielsweise die ermittelte Differenz kleiner ist, als der entsprechende Schwellwert bzw. Vergleichswert, kann dadurch das Vorliegen eines Fehlers des Starters erkannt werden. Vorzugsweise wird daraufhin umgehend das Abschalten des Startermotors 18 veranlasst, um einen Schaden am Starter und/oder am Verbrennungsmotor zu verhindern. 5A shows a diagram 5000 which as well 2 the stream 130 (Graph 2016 ) and the various electrical voltages, which are provided with the same reference numerals, as well as in 2 , Furthermore, in 5A five minima or maxima 5100 to 5108 of the electricity I30 (Graph 2016 ), which are used according to this preferred embodiment for determining a characteristic value of the starter. As in 5A on the temporal course of the stream I30 (Graph 2016 ) during a starting operation in normal operation of the starter, the amplitudes of the minima and maxima of the current I30 (Graph 2016 ) a characteristic course. In particular, from the ratios and / or differences of the amplitudes of these maxima and minima as characteristic values, indications as to the presence of an error, in particular with regard to an insufficient mechanical coupling of the starter motor, can be obtained 18 with the internal combustion engine 19 , deduce. For example, the difference between the extremes 5100 and 5102 , ie 130 (5100) - 130 (5102), and the difference of the extrema 5104 and 5102 , ie 130 (5104) - 130 (5102) are used as characteristic values and are compared with predetermined threshold values as comparison values. If, for example, the determined difference is smaller than the corresponding threshold value or comparison value, the presence of a fault of the starter can thereby be detected. Preferably, then immediately switching off the starter motor 18 caused to prevent damage to the starter and / or the internal combustion engine.

5B zeigt das gleiche Diagramm 5000, wobei abweichend von 5A die Minima und Maxima 5200 bis 5208 der Spannungen U30 (Graph 2010) und/oder U45 (Graph 2012) und/oder U50 (Graph 2014) kenntlich gemacht sind, welche alternativ oder zusätzlich zu den Maxima und/oder Minima des Stroms I30 (Graph 2016) dem zumindest einen zu ermittelnden Kennwert zugrunde gelegt werden können. 5B shows the same diagram 5000 , where different from 5A the minima and maxima 5200 to 5208 the tensions U30 (Graph 2010 ) and / or U45 (Graph 2012 ) and / or U50 (graph 2014 ), which are alternative or in addition to the maxima and / or minima of the stream I30 (Graph 2016 ) to which at least one characteristic value to be determined can be based.

Vorzugsweise kann die Genauigkeit und/oder Zuverlässigkeit des Verfahrens gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform noch dadurch erhöht werden, dass ein Drehwinkel der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors ermittelt und/oder berücksichtigt wird, welcher beispielsweise von dem Recheneinheit ermittelt und/oder bereitgestellt wird.Preferably, the accuracy and / or reliability of the method according to this preferred embodiment can be further increased by determining and / or taking into account a rotational angle of the crankshaft of the internal combustion engine, which is determined and / or provided, for example, by the arithmetic unit.

Mit Bezug auf 6 wird eine weitere bevorzugte Ausführungsform erläutert, bei welcher dem zumindest einen Kennwert des Starters Gradienten und/oder Tangenten bzw. Steigungen des zeitlichen Verlaufs des Stroms 130 (Graph 2016) zugrunde liegen. Das Diagramm 6000 entspricht im Wesentlichen dem bereits erläuterten Diagramm 2000. Zusätzlich dazu sind durch jeweilige Pfeile drei Gradienten 6100, 6102 und 6104 des zeitlichen Verlaufs des Stroms I30 (Graph 2016) angedeutet, welche dem Kennwert, welchen es zu ermitteln gilt, zugrunde gelegt werden sollen.Regarding 6 a further preferred embodiment is explained, in which the at least one characteristic value of the starter gradients and / or tangents or slopes of the time course of the current 130 (Graph 2016 ) underlie. The diagram 6000 essentially corresponds to the diagram already explained 2000 , In addition, there are three gradients through respective arrows 6100 . 6102 and 6104 the temporal course of the current I30 (Graph 2016 ), which are to be used as the basis for determining the characteristic value to be determined.

Ein Gradient des zeitlichen Verlaufs des Stroms I30 soll dabei als Änderung des Stroms I30 mit der Zeit verstanden werden, was durch die folgende mathematische Beziehung ausgedrückt ist: Δ I Δ t = I ( t 2 ) − I ( t 1 ) t 2 − t 1

Figure DE102018108103A1_0001
A gradient of the time course of the current I30 should be considered as a change of the stream I30 be understood over time, which is expressed by the following mathematical relationship: Δ I Δ t = I ( t 2 ) - I ( t 1 ) t 2 - t 1
Figure DE102018108103A1_0001

Dabei stehen t1 und t2 für, vorzugsweise aufeinanderfolgende, Zeitpunkte, zu welchen der Strom I30 ermittelt wurde und/oder für, vorzugsweise aufeinanderfolgende bzw. benachbarte, Zeitpunkte, an welchen im zeitlichen Verlauf des Stroms I30 ein jeweiliges Extremum, d.h. Maximum oder ein Minimum, ermittelt wurde.In this case, t 1 and t 2 stand for, preferably successive, times at which the current flows I30 was determined and / or for, preferably successive or adjacent, times at which in the time course of the current I30 a respective extremum, ie maximum or minimum, has been determined.

Dabei kann ein einzelner Gradient bzw. eine einzelne Tangente dem Kennwert zugrunde gelegt werden und/oder eine Mittelung aus mehreren Gradienten desselben Vorzeichens. Vorzugsweise wird ein Fehlerfall daran erkannt, dass während eines vorbestimmten Zeitintervalls kein Vorzeichenwechsel der ermittelten Gradienten des zeitlichen Verlaufs des Stroms I30 festzustellen ist. In diesem Sinn stellt die Anzahl der Vorzeichenwechsel den Kennwert dar. Alternativ oder zusätzlich kann der bei Abwesenheit eines Fehlers notwendige Vorzeichenwechsel der Gradienten an eine oder mehrere vorbestimmte Drehwinkel der Kurbelwelle gekoppelt sein, bei welchen beispielsweise eine Kompression und/oder Dekompression des Verbrennungsmotors zu erwarten ist.In this case, a single gradient or a single tangent may be used as the basis for the characteristic value and / or an averaging of a plurality of gradients of the same sign. Preferably, an error is detected by the fact that during a predetermined time interval no sign change of the determined gradient of the time course of the current I30 determine is. In this sense, the number of sign changes represents the characteristic value. Alternatively or additionally, the change in sign of the gradients necessary in the absence of an error can be coupled to one or more predetermined rotational angles of the crankshaft, in which, for example, a compression and / or decompression of the internal combustion engine is to be expected ,

Mit Bezug auf 7 wird eine weitere bevorzugte Ausführungsform erläutert, bei welcher dem zumindest einen Kennwert der Strom 130 und ein Kurbelwellengeschwindigkeitssignal zugrunde gelegt sind. Entsprechend zeigt 7 ein Diagramm 7000, welches zusätzlich zu den bereits in 2 gezeigten zeitlichen Verläufen der Spannungen U30 (Graph 2010), U45 (Graph 2012), U50 (Graph 2014) und des Stroms I30 (Graph 2016) in einem darunter angeordneten Diagramm die Kurbelwellengeschwindigkeit bzw. Drehzahl 2020 in Umdrehungen pro Minute (Achse 2008) gegen die Zeit in Millisekunden (Achse 2002) aufträgt. Daran kann erkannt werden, dass im Normalbetrieb des Starters 12, wie in Diagramm 7000 dargestellt, mit Fortschreiten des Anlassvorgangs die Kurbelwellengeschwindigkeit 2020 steigt.Regarding 7 a further preferred embodiment is explained in which the at least one characteristic value of the current 130 and a crankshaft speed signal are used. According to shows 7 a diagram 7000 , which in addition to those already in 2 shown time courses of the voltages U30 (Graph 2010 ), U45 (Graph 2012 ), U50 (graph 2014 ) and the current I30 (Graph 2016 ) in a diagram arranged underneath the crankshaft speed 2020 in revolutions per minute (axis 2008 ) against time in milliseconds (Axis 2002 ). It can be seen that in normal operation of the starter 12 as in diagram 7000 shown, with the progress of the starting process, the crankshaft speed 2020 increases.

Das Vorliegen eines Fehlers des Starters 12 kann hingegen daran erkannt werden, wie in 8 in Diagramm 8000 dargestellt, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt der Strom 130 (Graph 2016) größer als ein bestimmter Vergleichswert ist und die Kurbelwellengeschwindigkeit 2020 im selben Zeitpunkt jedoch geringer ist als ein bestimmter Vergleichswert. Mit anderen Worten kann das Vorliegen eines Fehlers des Starters 12 gemäß dieser Ausführungsform daran erkannt werden, dass der Strom I30 einem Anlassvorgang entsprechend hoch ist bzw. deutlich größer als Null ist, die Kurbelwellengeschwindigkeit jedoch nicht entsprechend größer als Null ist, sondern sich nur unwesentlich von Null unterscheidet. Ein geeigneter Kennwert könnte hier das Verhältnis von Strom zu Kurbelwellengeschwindigkeit sein, welcher mit einem oberen Schwellwert als Referenzwert verglichen wird. Wie in Diagramm 8000 zu erkennen ist, zeigt der Strom I30 einen deutlichen Anstieg zu Beginn des versuchten Anlassvorgangs und sodann ein für den Fehlerfall zu erwartendes Abklingen der Stromstärke 130 2016, während die Kurbelwellengeschwindigkeit 20 nicht mit fortschreitendem Anlassvorgang steigt, sondern lediglich geringfügig um die Nulllinie schwankt.The presence of a fault of the starter 12 On the other hand, it can be recognized by how in 8th in diagram 8000 shown that at some point the current 130 (Graph 2016 ) is greater than a certain reference value and the crankshaft speed 2020 at the same time, however, is less than a certain reference value. In other words, the presence of a fault of the starter 12 be recognized according to this embodiment that the current I30 a starting process is correspondingly high or significantly greater than zero, but the crankshaft speed is not correspondingly greater than zero, but only slightly different from zero. A suitable parameter here could be the ratio of current to crankshaft speed, which is compared with an upper threshold value as the reference value. As in diagram 8000 can be seen, shows the current I30 a significant increase at the beginning of the attempted starting process and then expected for the case of error decay of the current 130 2016 while the crankshaft speed 20 does not increase as the annealing process progresses, but only slightly fluctuates around the zero line.

Mit Bezug auf Diagramm 9000 in 9 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform erläutert, welche insbesondere einen derartigen Fehler zu erkennen vermag, bei welchem ein übermäßiges Abreiben und/oder Abfräsen des Zahnkranzes des Verbrennungsmotors durch den Starter 18 auftreten kann. Diese Ausführungsform kann insbesondere darauf basieren, dass ein erstes lokales Maximum 9100 mit einem zweiten lokalen Maximum 9102 des Stroms I30 (Graph 2016) verglichen und dem Kennwert zugrunde gelegt wird.With reference to diagram 9000 in 9 a further preferred embodiment is explained, which is able to detect in particular such an error, in which an excessive rubbing and / or milling of the ring gear of the internal combustion engine by the starter 18 can occur. This embodiment can be based, in particular, on a first local maximum 9100 with a second local maximum 9102 of the electricity I30 (Graph 2016 ) and based on the characteristic value.

Der Abrieb bzw. das Abfräsen des Zahnkranzes kann insbesondere durch einen Schlupf des Starters relativ zum Zahnkranz erfolgen, wenn der Starter ohne ausreichende mechanische Kopplung mit dem Zahnkranz diesen beim Drehen berührt und aufgrund der Reibung diesen abreibt bzw. abfräst. Dieser Schlupf des durchdrehenden Starters führt zu einer großen Beschleunigung des Starters und folglich zu einer verringerten Stromaufnahme (130) des Starters im Vergleich zu einem nicht-durchdrehenden Starters, welcher das Drehmoment auf dem Verbrennungsmotor überträgt. Somit kann gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform ein Durchdrehen bzw. ein Schlupf des Starters daran erkannt werden, dass das erste Maximum 9100 des Stroms 130 (Graph 2016) geringer ist als das zweite Maximum 9104 und dass das erste Maximum 9100 niedriger ist als ein vorbestimmter Schwellwert, mit welchem der Wert des Maximums 9100 zu vergleichen ist.The abrasion or the milling of the ring gear can be done in particular by a slippage of the starter relative to the ring gear, if the starter without sufficient mechanical coupling with the ring gear touches this when turning and rubs off or milled due to the friction. This slippage of the spinning starter leads to a large acceleration of the starter and consequently to a reduced current consumption ( 130 ) of the starter as compared to a non-spinning starter which transmits torque to the engine. Thus, according to this preferred embodiment, a spin or slippage of the starter can be recognized by the fact that the first maximum 9100 of the electricity 130 (Graph 2016 ) is less than the second maximum 9104 and that the first maximum 9100 is lower than a predetermined threshold, with which the value of the maximum 9100 is to be compared.

Claims (14)

Verfahren zur Überwachung eines Starters (12) für einen Verbrennungsmotor (19), das Verfahren umfassend die Schritte: - Erfassen zumindest einer elektrischen Größe des Starters (12) während eines Anlassvorgangs; - Auswerten der erfassten elektrischen Größe und Ermitteln zumindest eines Kennwerts; - Vergleichen des ermittelten zumindest einen Kennwerts mit einem vorbestimmten Vergleichswert; - Erkennen eines Fehlers einer mechanischen Kopplung des Starters (12) mit dem Verbrennungsmotor (19), wenn der zumindest eine Kennwert um zumindest eine vorbestimmte Schwelle von dem Vergleichswert abweicht; - Abschalten des Starters (12), sofern ein Fehler der mechanischen Kopplung des Starters (12) mit dem Verbrennungsmotor (19) erkannt wird.Method for monitoring a starter (12) for an internal combustion engine (19), the method comprising the steps: - detecting at least one electrical quantity of the starter (12) during a starting operation; - evaluating the detected electrical quantity and determining at least one characteristic value; - comparing the determined at least one characteristic value with a predetermined comparison value; - detecting an error of a mechanical coupling of the starter (12) with the internal combustion engine (19) when the at least one characteristic deviates from the comparison value by at least a predetermined threshold; - Switching off the starter (12), if a fault of the mechanical coupling of the starter (12) with the internal combustion engine (19) is detected. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Ermitteln des zumindest einen elektrischen Kennwerts zu mehreren diskreten Zeitpunkten und/oder über einen Zeitraum während des Anlassvorgangs erfolgt, sodass zu mehreren Zeitpunkten während des Anlassvorgangs jeweils zumindest ein Kennwert der zumindest einen elektrischen Größe ermittelt wird.Method according to Claim 1 wherein the determination of the at least one electrical characteristic value takes place at a plurality of discrete points in time and / or over a period during the starting process, so that at least one characteristic value of the at least one electrical variable is determined at several times during the starting process. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Erfassen der zumindest einen elektrischen Größe ein Erfassen zumindest einer elektrischen Spannung (U30, U45, U50) und/oder zumindest eines Stromflusses (I30) am bzw. im Starter (12) und/oder in einem mit dem Starter (12) verbundenen Bordspannungsnetz (10) umfasst.Method according to Claim 1 or 2 wherein detecting the at least one electrical quantity comprises detecting at least one electrical voltage (U30, U45, U50) and / or at least one current flow (I30) on or in the starter (12) and / or in one with the starter (12). connected on-board voltage network (10). Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei das Erfassen der zumindest einen elektrischen Größe ein Ermitteln eines zeitlichen Verlaufs der elektrischen Spannung (U30, U45, U50) und/oder ein Ermitteln eines zeitlichen Verlaufs des Stromflusses (I30) umfasst.Method according to Claim 3 wherein detecting the at least one electrical quantity comprises determining a time profile of the electrical voltage (U30, U45, U50) and / or determining a time profile of the current flow (I30). Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei das Ermitteln des zumindest einen Kennwerts ein Ermitteln zumindest eines Maximums und/oder eines Minimums der elektrischen Spannung (U30, U45, U50) und/oder des Stromflusses (130) umfasst, wobei das zumindest eine Minimum und/oder Maximum lokal und/oder global ist.Method according to Claim 4 wherein determining the at least one characteristic value includes Determining at least a maximum and / or a minimum of the electrical voltage (U30, U45, U50) and / or the current flow (130), wherein the at least one minimum and / or maximum is local and / or global. Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei das Ermitteln des zumindest einen Kennwerts ein Ermitteln eines Verhältnisses von Spannungswerten und/oder Stromwerten zueinander umfasst, und/oder ein Ermitteln eines Gradienten eines zeitlichen Verlaufs der elektrischen Spannung (U30, U45, U50) und/oder des Stromflusses (130) umfasst.Method according to Claim 4 or 5 wherein determining the at least one characteristic value comprises determining a ratio of voltage values and / or current values relative to one another, and / or determining a gradient of a time profile of the electrical voltage (U30, U45, U50) and / or the current flow (130) , Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Erfassen der zumindest einen elektrischen Größe und/oder das Ermitteln des zumindest einen Kennwerts mittels einer Überwachungsvorrichtung im Starter (12) erfolgt.Method according to one of the preceding claims, wherein the detection of the at least one electrical variable and / or the determination of the at least one characteristic value by means of a monitoring device in the starter (12). Überwachungsvorrichtung (14, 24) für einen Starter (12) für einen Verbrennungsmotor (19), mit Mitteln zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Monitoring device (14, 24) for a starter (12) for an internal combustion engine (19), having means for carrying out a method according to one of the preceding claims. Überwachungsvorrichtung (14, 24) gemäß Anspruch 8, die dazu eingerichtet ist, direkt und/oder indirekt einen Schalter (20) zu betätigen, um einen Stromversorgungsanschluss (T30) des Starters (12) mit dem Startermotor (18) zu verbinden und/oder den Stromversorgungsanschluss (T30) vom Startermotor (18) zu trennen.Monitoring device (14, 24) according to Claim 8 which is adapted to directly and / or indirectly actuate a switch (20) to connect a power supply terminal (T30) of the starter (12) to the starter motor (18) and / or the power supply terminal (T30) of the starter motor (18 ) to separate. Überwachungsvorrichtung (14, 24) gemäß Anspruch 9 oder 10, die eine Steuerelektronik (14) aufweist oder als solche ausgebildet ist.Monitoring device (14, 24) according to Claim 9 or 10 , which has an electronic control unit (14) or is designed as such. Überwachungsvorrichtung (14, 24) gemäß Anspruch 10, die einen von der Steuerelektronik (14) angesteuerten Schalter (24) aufweist.Monitoring device (14, 24) according to Claim 10 comprising a switch (24) controlled by the control electronics (14). Überwachungsvorrichtung (14, 24) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11, die in den Starter (12) integrierbar ist und/oder an dem Starter (12) anordenbar ist.Monitoring device (14, 24) according to one of Claims 8 to 11 , which is integrable in the starter (12) and / or on the starter (12) can be arranged. Überwachungsvorrichtung (14, 24) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, die dazu eingerichtet ist, mit einer Recheneinheit (26) zu kommunizieren.Monitoring device (14, 24) according to one of Claims 8 to 12 , which is adapted to communicate with a computing unit (26). Starter (12) für einen Verbrennungsmotor, umfassend: - einen Startermotor (18), welcher dazu ausgelegt ist, den Verbrennungsmotor (19) anzulassen; - eine Überwachungsvorrichtung (14) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 13.A starter (12) for an internal combustion engine, comprising: - a starter motor (18) adapted to start the engine (19); a monitoring device (14) according to one of the Claims 8 to 13 ,
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