DE19837782A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Anlassen einer Brennkraftmaschine - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Anlassen einer BrennkraftmaschineInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (1) zum Anlassen einer Brennkraftmaschine, umfassend eine Batterie (2), ein Zündanlaßschloß (3), eine elektrische Steuereinheit (4), einen Magnetschalter (5) und einen Startermotor (6), wobei der Pluspol der Batterie (2) über das Zündanlaßschloß (3) mit der elektronischen Steuereinheit (4) und über eine von dem Magnetschalter (5) schaltbare Kontaktbrücke (8) mit der Startermotor (6) verbunden ist, wobei zwischen der Batterie (2) und der Kontaktbrücke (8) ein elektronischer Leistungsschalter (7) angeordnet ist, der über eine Steuerleitung (9) und mindestens eine Meßleitung (10-12) mit der elektronischen Steuereinheit (4) verbunden ist.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Anlassen einer
Brennkraftmaschine.
Beim Anlassen einer Brennkraftmaschine erfolgt der Anlaßvorgang üblicherweise
überwacht durch eine menschliche Person, d. h. der Operator erkennt ein Hochdrehen der
Brennkraftmaschine und beendet den Startvorgang. Dies hat zur Folge, daß der Anlasser
bis zu 1 Sekunde und mehr unnötig betrieben wird. Aus diesem Grund muß der Anlasser
robuster ausgelegt sein, als es bei einer optimalen Führung des Startvorganges
ansonsten notwendig wäre. Zur Verkürzung des Startvorganges sind daher verschiedene
Vorschläge bereits bekannt. Bei einer Ausführungsform werden
Spannungsschwankungen zwischen den Klemmen 50 und 30 bei Kraftfahrzeugen erfaßt,
daraus Rechteckimpulse geformt und gezählt, wobei das Abschalten nach einer
bestimmten vorgegebenen Anzahl von Impulsen erfolgt. In einer anderen
Ausführungsform wird im Anlasser ein Sensor angeordnet, der die Drehzahl des
Anlassers erfaßt und bei erreichen einer bestimmten vorgegebenen hohen Drehzahl den
Anlaßvorgang abbricht. Die erste Ausführungsform hat eine verhältnismäßig hohe Rate
von Fehlerkennungen bzw. Störungen, insbesondere bei höheren Temperaturen, da keine
bzw. zu viel Impulse entstehen können. Die zweite Ausführungsform ist durch den Einsatz
eines zusätzlichen Sensors verhältnismäßig teuer.
Aus der EP 849 467 ist eine Vorrichtung zum Anlassen einer Brennkraftmaschine
bekannt, die eine Batterie, ein Zündanlaßschloß, eine Steuerelektronik, einen
Startermotor, und einen Magnetschalter, der eine Kontaktbrücke schaltet, umfaßt. Der
Pluspol der Batterie ist mit dem Zündanlaßschloß verbunden, von dem eine Klemme 50
bei einer Betätigung des Zündanlaßschlosses spannungführend ist. Die Klemme 50 ist mit
einer Klemme 50A der Steuerelektronik verbunden, deren Schaltelement bei Schließen
des Zündanlaßschlosses von der Klemme 50A auf Durchgang zu einer Klemme 50B
geschaltet ist. Die Klemme 50B versorgt den Magnetschalter mit Spannung, so daß
dieser zwischen seinen Klemmen 30 und 45 auf Durchgang schaltet. Das Durchschalten
erfolgt mittels einer Magnetschaltbrücke, die die Klemme 30 mit der Klemme 45 verbindet.
Von der Klemme 30, die fest mit der Plusleitung der Batterie verbunden ist, wird nun der
Stromkreis über eine Leitung zu dem Startermotor hin geschlossen, so daß über die
Masse des Startermotors dieser mit der Batteriespannung verbunden ist. Darüber hinaus
dient der Magnetschalter als Einspurhilfeeinrichtung. Die Bewegung des Magnetschalters
führt zu einer Bewegung eines Starterritzels des Startermotors in Richtung eines
Antriebsritzels der Brennkraftmaschine, so daß diese nach dem Schließen des
Magnetschalters in einander gespurt sind. Die Steuerelektronik wertet die Höhe des
Anlasserstromes an den Magnetschalter aus und unterbricht den Anlaßvorgang bei
Erkennen eines Motorstarts der Brennkraftmaschine, auch wenn der Operator den
Anlaßvorgang an sich noch aufrecht erhält, beispielsweise durch Halten eines
Zündschlüssels in der Starterposition oder durch Drücken eines Anlaßknopfes. Um sicher
zu stellen, daß Motor und Anlasser bei Beginn des Anlaßvorganges die Drehzahl Null
haben, wird vorteilhaft eine Funktionssperre in die Steuerelektronik eingesetzt, die eine
Startwiederholung erst nach einer Wartezeit von circa 0,5 bis 4 Sekunden nach einem
abgebrochenen Startvorgang oder nach einem Abstellen der Brennkraftmaschine
ermöglicht. Das Abschalten des Anlaßvorganges geschieht durch ein Öffnen des
Magnetschalters durch ein Steuersignal der Steuerelektronik. Nachteilig an der bekannten
Vorrichtung ist, daß an der Klemme 30 des Magnetschalters die volle Batteriespannung
anliegt, so daß bei einem Öffnen des Magnetschalters es zu Funkenüberschlägen führen
kann, die einen verstärkten verschließ des Magnetschalters und der Kontaktbrücke zur
Folge haben. Dies wiederum führt dazu, daß der Magnetschalter sehr robust aufgebaut
sein muß, um einen Funktionsausfall zu vermeiden.
Der Erfindung liegt daher das technische Problem zu Grunde, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Anlassen einer Brennkraftmaschine zu schaffen, bei denen das Problem
eines Funkenüberschlages vermieden wird.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Merkmale der
Patentansprüche 1, 2, 4 und 5. Durch die Anordnung eines elektronischen
Leistungsschalters zwischen der Batterie und der Kontaktbrücke des Magnetschalter, der
über eine Steuerleitung und mindestens eine Meßleitung mit der elektronischen
Steuereinheit verbunden ist, kann der Magnetschalter nahezu spannungslos geschaltet
werden. Dazu wird der elektronische Leistungsschalter nach Beendigung des
Startvorganges hochohmig geschaltet, bevor der Magnetschalter geöffnet wird. Die
Auswertung des Anlasserstromes erfolgt dann an dem elektronischen Leistungsschalter
und nicht mehr an dem Magnetschalter.
In einer alternativen Ausführungsform wird der Pluspol der Batterie direkt über den
elektronischen Leistungsschalter mit dem Startermotor verbunden. In dieser
Ausführungsform sind die Einspurhilfeeinrichtung und die Schaltung der Batteriespannung
getrennt. Dadurch wird für die Einspurhilfeeinrichtung nur noch ein kleiner Steuerstrom
benötigt. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher
erläutert. Die Figuren zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Anlassen einer
Brennkraftmaschine mit integrierter Einspurhilfeeinrichtung und
Starterstromschaltung und
Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Anlassen einer
Brennkraftmaschine mit separater Einspurhilfeeinrichtung und
Starterstromschaltung.
Die Vorrichtung 1 zum Anlassen einer Brennkraftmaschine umfaßt eine Batterie 2, ein
Zündanlaßschloß 3, eine elektronische Steuereinheit 4, einen Magnetschalter 5, einen
Startermotor 6 und einen elektronischen Leistungsschalter 7. Der Pluspol der Batterie 2 ist
einerseits über das Zündanlaßschloß 3 mit der elektronischen Steuereinheit 4 und
andererseits über den elektronischen Leistungsschalter 7 mit einer Klemme einer
Kontaktbrücke 8 verbunden. Die Kontaktbrücke 8 verbindet den elektronischen
Leistungsschalter 7 mit dem Startermotor 6. Die Kontaktbrücke 8 wird durch den
Magnetschalter 5 geöffnet und geschlossen, wobei der Magnetschalter 5 wiederum von
der elektronischen Steuereinheit 4 angesteuert wird. Der Magnetschalter 5 dient darüber
hinaus als Einspurhilfeeinrichtung, d. h. mechanisch wird ein Antriebsritzel des
Startermotors 6 in Kontakt mit einem Ritzel der Brennkraftmaschine gebracht, wenn sich
der Magnetschalter durch eine Bestromung von der elektronischen Steuereinheit 4 in
Richtung Kontaktbrücke 8 bewegt. Die elektronische Steuereinheit 4 ist über eine
Steuerleitung 9 mit dem elektronischen Leistungsschalter 7 verbunden, über die der
elektronische Leistungsschalter 7 zwischen einem niederohmigen und einem
hochohmigen Zustand geschaltet werden kann. Des weiteren ist der elektronische
Leistungsschalter 7 über Meßleitungen 10 bis 12 mit der elektronischen Steuereinheit 4
verbunden, über die Strom und Spannung am elektronischen Leistungsschalter 7
überwacht werden können. Der elektronische Leistungsschalter 7 ist vorzugsweise als
Power-MOS-FET mit interner Strom- und Spannungsüberwachung ausgebildet, an die die
Meßleitungen 10-12 angeschlossen werden können. Die Steuerleitung 9 wird dann mit
dem Gate des MOS-FETs verbunden.
Zur Einleitung eines Startvorganges wird nun beispielsweise mittels eines Zündschlüssels
der Schalter in Zündanlaßschloß 3 geschlossen. Dadurch liegt der Pluspol der Batterie 2
an der elektronischen Steuereinheit 4 an, die eine Steuerspannung auf den
Magnetschalter 5 durchschaltet. Diese Steuerspannung bewirkt, daß der Magnetschalter 5
sich bewegt und somit ein mit dem Magnetschalter 5 verbundenes Starterritzel des
Startermotors in Richtung der Brennkraftmaschine bewegt wird. Am Ende dieses
Steuervorganges ist das Starterritzel des Startermotors 6 mit einem Ritzel der
Brennkraftmaschine in Spur. Des weiteren führt die mechanische Bewegung des
Magnetschalters 5 dazu, daß sich die Kontaktbrücke 8 schließt. Das Schließen der
Kontaktbrücke 8 hat zur Folge, daß der elektrische Stromkreis von dem Pluspol der
Batterie 2 über den elektronischen Leistungsschalter 7 über die Kontaktbrücke 8 und über
den Startermotor 6 zu Masse hin geschlossen wird. Obwohl der elektronische
Leistungsschalter 7 hochohmig ist, kann aufgrund des Spannungsabfalles über die
Meßleitungen 10 und 11 das Schließen der Kontaktbrücke 8 über die elektronische
Steuereinheit 4 detektiert werden. Dabei fällt der überwiegende Anteil der
Batteriespannung über dem elektronischen Leistungsschalter 7 ab, so daß beispielsweise
an der Kontaktbrücke 8 noch ca. 0,2 V anliegen. Nachdem die elektronische Steuereinheit
4 das Schließen der Kontaktbrücke 8 und damit das Einspuren des Starterritzels des
Startermotors 6 in ein Ritzel der Brennkraftmaschine erfaßt hat, wird über die
Steuerleitung 9 der elektronische Leistungsschalter 7 niederohmig geschaltet. Dies führt
dazu, daß für eine Zeit (20 ms) ein Teilstrom von ca. 50 A bis 200 A und nach Ablauf
dieser Zeit der volle Strom von dem Pluspol der Batterie über den niederohmigen
elektronischen Leistungsschalter 7 über die Kontaktbrücke 8 zu dem Startermotor 6
fließen kann, da nahezu die volle Batteriespannung über den Startermotor 6 abfällt.
Aufgrund des Spannungs- und Stromverlaufes über den elektronischen Leistungsschalter
7 kann die elektronische Steuereinheit 4 den Beginn des Startens der Brennkraftmaschine
erfassen. Nach dem das Starten der Brennkraftmaschine erfaßt wurde, wird über die
Steuerleitung 9 der elektronische Leistungsschalter 7 hochohmig geschaltet. Dies führt zu
einem vorwiegenden Spannungsabfall über den elektronischen Leistungsschalter 7, so
daß die verbleibende Spannungsdifferenz an der Kontaktbrücke 8 gegenüber Masse
relativ gering ist. Im nachfolgenden wird dann über ein Steuersignal der elektronischen
Steuereinheit 4 der Magnetschalter 5 derart angesteuert, daß die Kontaktbrücke 8 wieder
geöffnet wird. Aufgrund der geringen Spannung an den Klemmen der Kontaktbrücke 8
kann es beim Öffnen der Kontaktbrücke 8 zu keinem Funkenüberschlag kommen. Der
Abbruch des Startvorganges kann dabei durch verschiedene Ereignisse initiiert werden.
Neben dem Starten der Brennkraftmaschine kann eine Beendigung des Startvorganges
auch aus anderen Gründen vorgenommen werden. Zum einen kann der Abbruch des
Startvorganges auch durch Öffnen des Zündanlaßschlosses 3 oder nach einer
vorgegebenen Starterzeit von beispielsweise 30 Sekunden vorgenommen werden. Eine
weitere Möglichkeit zum Abbruch des Startvorganges ist die Erfassung einer Überlast
durch Auswertung des Starterstromverlaufes über den elektronischen Leistungsschalter 7.
Muß der Startvorgang aufgrund einer Zeitüberschreitung oder einer Überlastabschaltung
abgebrochen werden, so ist ein Neustart erst wieder möglich, wenn der Schalter des
Zündanlaßschlosses 3 vorher geöffnet wurde.
In der Fig. 2 ist eine alternative Ausführungsform der Vorrichtung 1 zum Starten einer
Brennkraftmaschine dargestellt. Im Gegensatz zur Vorrichtung 1 gemäß Fig. 1 ist der
elektronische Leistungsschalter 7 direkt mit dem Startermotor 6 verbunden und die
Kontaktbrücke 8 eingespart. Der Magnetschalter 5 fungiert nur noch als
Einspurhilfeeinrichtung und ist mit Startermotor 6 nur noch mechanisch nicht aber
elektrisch verbunden. Über eine Leitung 13 ist die Einspurhilfeeinrichtung mit der
elektronischen Steuereinheit 4 verbunden. Zum Einleiten des Startvorganges wird wieder
der Schalter im Zündanschloß 3 geschlossen, so daß der Pluspol der Batterie 2 mit der
elektronischen Steuereinheit 4 verbunden ist. Über den elektronischen Leistungsschalter
7, der vor einem Startvorgang im hochohmigen, gesperrten Zustand ist, liegt der Pluspol
der Batterie 2 ständig am Startermotor 6 an. Aufgrund des hochohmigen Zustandes des
elektronischen Leistungsschalters 7 fällt jedoch wieder nahezu die gesamte
Batteriespannung über dem elektronischen Leistungsschalter 7 ab, so daß die
verbleibende Spannung von ca. 0,2 V nicht ausreicht, um den Startermotor 6 zu starten.
Erfaßt nun die elektronische Steuereinheit 4 das Schließen des Zündanlaßschlosses 3, so
wird der Magnetschalter 5 durch die elektronische Steuereinheit 4 bestromt. Dadurch
kommt es zu einer mechanischen Bewegung, in deren Verlauf das Starterritzel des
Startermotors 6 mit dem Ritzel der Brennkraftmaschine in Spur gelangt. Ist der
Einspurvorgang abgeschlossen, erzeugt der Magnetschalter 5 ein Statussignal, das über
die Leitung 13 an die elektronische Steuereinheit 4 übergeben wird. Aufgrund des
Statussignals erzeugt dann die elektronische Steuereinheit 4 ein Steuersignal, mit dem
über die Steuerleitung 9 der elektronische Leistungsschalter 7 niederohmig geschaltet
wird. Dadurch fällt dann nahezu die gesamte Batteriespannung über den Startermotor 6
ab, der dann zu drehen beginnt. Der Abbruch des Startvorganges erfolgt dann analog
dem Vorgehen für die Vorrichtung gemäß Fig. 1. Der wesentliche Vorteil der Vorrichtung 1
gemäß Fig. 2 ist neben der Einsparung der Kontaktbrücke 8 die wesentlich unkritischere
Dimensionierung des Magnetschalters 5 oder einer alternativen Ausführungsform, da nicht
mehr die Batteriespannung geschaltet werden muß. Vielmehr reicht bereits ein wesentlich
kleinerer Steuerstrom der elektronischen Steuereinheit 4 zum Erzeugen der
mechanischen Einspurbewegung aus. Diese Vorteile werden durch eine permanente
galvanische Kopplung zwischen Startermotor 6 und Batterie 2 erkauft.
Claims (5)
1. Vorrichtung zum Anlassen einer Brennkraftmaschine, umfassend eine Batterie, ein
Zündanlaßschloß, eine elektrische Steuereinheit, einen Magnetschalter und einen
Startermotor, wobei der Pluspol der Batterie über das Zündanlaßschloß mit der
elektronischen Steuereinheit und über eine von dem Magnetschalter schaltbare
Kontaktbrücke mit dem Startermotor verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen der Batterie und der Kontaktbrücke ein elektronischer Leistungsschalter
angeordnet ist, der über eine Steuerleitung und mindestens eine Meßleitung mit
der elektronischen Steuereinheit verbunden ist.
2. Vorrichtung (1) zum Anlassen einer Brennkraftmaschine, umfassend eine Batterie
(2), ein Zündanlaßschloß (3), eine elektronische Steuereinheit (4), eine
Einspurhilfeeinrichtung und einen Startermotor (6), wobei der Pluspol der Batterie
(2) über das Zündanlaßschloß (3) mit der elektronischen Steuereinheit (4)
verbunden ist, die die Einspurhilfeeinrichtung ansteuert, und der Pluspol der
Batterie (2) über einen elektronischen Leistungsschalter (7) mit dem Startermotor
(6) verbunden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
elektronische Leistungsschalter (7) als MOS-FET ausgebildet ist.
4. Verfahren zum Anlassen einer Brennkraftmaschine, mittels einer Vorrichtung nach
Anspruch 1, umfassend folgende Verfahrensschritte:
- a) Einleiten des Startvorganges durch Schließen des Zündanlaßschlosses (3),
- b) Bestromen des Magnetschalters (5) durch die elektronische Steuereinheit (4),
- c) Vorspuren eines Starterritzels des Startermotors (6) durch den Magnetschalter (5) bis das Starterritzel in ein Ritzel der Brennkraftmaschine eingespurt ist,
- d) Schließen einer Kontaktbrücke (8) durch den Magnetschalter (5) nachdem das Starterritzel eingespurt ist,
- e) Erfassen der geschlossenen Kontaktbrücke (8) durch die elektrische Steuereinheit (4) über die Meßleitung (10-12),
- f) Durchschalten des elektronischen Leistungsschalters (7) durch die elektronische Steuereinheit (4) über die Steuerleitung (9),
- g) Erfassen einer Startabbruchbedingung oder des Starts der Brennkraftmaschine durch die elektronische Steuereinheit (4),
- h) Sperren des elektronischen Leistungsschalter (7) durch die elektronische Steuereinheit (4) und
- i) Öffnen der Kontaktbrücke (8) durch vorzeichengerechtes Bestromen des Magnetschalters (5) durch die elektronische Steuereinheit (4).
5. Verfahren zum Anlassen einer Brennkraftmaschine, mittels einer Vorrichtung nach
Anspruch 2, umfassend folgende Verfahrensschritte:
- a) Einleiten des Startvorganges durch Schließen des Zündanlaßschlosses (3),
- b) Ansteuern der Einspurhilfeeinrichtung durch die elektronische Steuereinheit (4),
- c) Erfassen der Einspurung des Starterritzels durch die Einspurhilfeeinrichtung,
- d) Übertragen eines Statussignals von der Einspurhilfeeinrichtung an die elektronische Steuereinheit (4),
- e) Durchschalten des elektronischen Leistungsschalters (7) durch die elektronische Steuereinheit (4) über die Steuerleitung (9),
- f) Erfassen einer Startabbruchbedingung oder des Starts der Brennkraftmaschine durch die elektronische Steuereinheit (4) und
- g) Sperren des elektronischen Leistungsschalter (7) durch die elektronische Steuereinheit (4).
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