EP2409017B1 - Schaltungsanordnung zum starten einer brennkraftmaschine und verfahren einer startersteuerung - Google Patents

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EP2409017B1
EP2409017B1 EP10705888.5A EP10705888A EP2409017B1 EP 2409017 B1 EP2409017 B1 EP 2409017B1 EP 10705888 A EP10705888 A EP 10705888A EP 2409017 B1 EP2409017 B1 EP 2409017B1
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EP
European Patent Office
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relay
switching
starter
control
circuit arrangement
Prior art date
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EP10705888.5A
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English (en)
French (fr)
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Hartmut Wanner
Uwe Daurer
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F02N15/067—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof the gearing including disengaging toothed gears the toothed gears being moved by axial displacement the starter comprising an electro-magnetically actuated lever
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    • F02N11/08—Circuits or control means specially adapted for starting of engines
    • F02N11/0851—Circuits or control means specially adapted for starting of engines characterised by means for controlling the engagement or disengagement between engine and starter, e.g. meshing of pinion and engine gear

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for starting an internal combustion engine with at least one starter, comprising a starter motor, a Einspurrelais, a switching relay and a control relay, wherein the control relay is controlled by an ignition switch and a current path from the starter motor by means of the switching relay is switchable.
  • the invention further relates to a method of a starter control, in particular a circuit arrangement of a starter, preferably parallel switchable starters, for starting an internal combustion engine, wherein the starter with a starter motor, a control relay, a Einspurrelais and a switching relay is formed, the Einspurrelais of Control relay is controlled and the switching relay is driven by Einspurrelais.
  • starting devices which are arranged in parallel and connected, known to start an internal combustion engine.
  • Such an internal combustion engine is usually very large and has, for example, a displacement of several 10 or 100 liters.
  • the Einspurvor Vietnamese may have different Einspur profession because a tooth-on-tooth position of a starter pinion in the sprocket requires a longer Einspurvorgang than a tooth-gap position.
  • the main current for the at least two starter motors is released at the same time, only when all closing operations have been carried out.
  • the following relays are switched in sequence, or closed: It is driven by a Zündstrompfad in a control relay, which releases a Einspurrelais. If all single-track relays are energized, at least one switching relay is switched through, which releases the main current for each starter motor. The starter is switched off in the same sequence. The energization of control relay, then Einspurrelais and last switching relay is interrupted, so that the associated current paths are opened.
  • the DE 10 2005 006 248 A1 describes a starter assembly for starting an internal combustion engine with multiple starters in parallel.
  • the switching relay is controllable at least in the switch-off depending on the occurrence of a defined event. This has the advantage that the switching relay earlier in time can interrupt a current path from the starter motor, in particular a main current path, so that a backward current is avoided.
  • the switching relay can release the current path of the starter motor so defined that significantly reduced in the shutdown when licking a starter pinion sprocket, or even prevented.
  • An idea on which the invention is based is therefore to turn off the starter motor earlier in time than in the above-described prior art when switching off the at least one starter, in order to avoid pinion prellers.
  • Pinion prellers occur when the starter pinion moves again in the direction of the sprocket of the internal combustion engine and thus causes wear on the sprocket and / or the starter pinion.
  • the defined event is defined by the fact that the circuit arrangement is formed electromechanically.
  • the occurrence of the defined event at the shutdown is stable and safe switching realized and also constructed as simple and inexpensive.
  • the switching relay is arranged in the switchable from the control relay current path of the Einspurrelais.
  • the switching relay is switched off simultaneously with the Einspurrelais.
  • the switching relay is not switched off, as in the above-described prior art, by the Einspurrelais.
  • the time for switching off the current path for the starter motor in contrast to the prior art, moved much further forward, so that pinion spellers are avoided or significantly reduced in intensity. Abrasive behavior is reduced, thereby increasing the life of a starter.
  • the switching relay has two control switches.
  • the first control switch is in Einspurvorgang the Einspurrelais that closes simultaneously by reaching the maximum Einspurtiefe when meshing a switch through which the switching relay can be energized.
  • a second control switch is provided in order to control the switching relay in a specific relationship in the Ausspurvorgang or shutdown of Einspurrelais.
  • the second control switch is the control relay.
  • the control relay is actuated both in the single-track and in the Ausspurvorgang as a second control switch actually before the first control switch.
  • Switching relays and control relays as well as single track relays are thus linked together as electromechanical switches.
  • the control relay switches both a current path from the latching relay and a current path from the switching relay.
  • the single-track relay switches a current path from the switching relay.
  • the circuit arrangement is designed as electronic control with electronic circuit breakers. This has the advantage that the switching times, in particular of the switching relay can be adjusted even more individual, so that the intensity of sprocket bouncers can be better suppressed.
  • the starters are for Switching of the main current for the respective starter motor in the starter serially coupled so that they are turned on only when all Einspurrelais have closed a switch on Einspurrelais.
  • the switching relays are each individually switched off by the control relay in the respective starter.
  • the object is also achieved by a method in that the switching relay is switched off depending on a defined event.
  • the defined event is previously determined manufacturer and operating side and can be realized either electromechanically or electronically, for example by detecting a specific sensor value by means of a sensor.
  • a computer program product may be provided which is loaded with program instructions into a program memory of a controller and performs the method described herein when the program is executed in the controller.
  • a computer program product has the advantage that it can be implemented as a module in already existing controllers and that it can easily be adapted to individual and application-specific specifications, whereby a correction to empirically determined values is very easily possible.
  • the switching relay is switched off simultaneously with the Einspurrelais of the control relay.
  • An electromechanical control has the advantage that a long service life with a high reliability can be realized.
  • the switching relay is switched off in time and / or set before the Einspurrelais off.
  • an electronic or electromechanical, adjustable time delay element can be provided in order to predefine a defined time difference between the switching off of the switching relay and the latching relay in the switch-off process, in order to avoid so-called pinion bouncing, that is to say a readjusting movement after the picking up of a starter pinion.
  • the switching relay is only switched on when the control relay and the Einspurrelais are closed. This avoids that the starter motor is energized early. Furthermore, it is thus possible according to the invention to interrupt the current for the starter motor solely by the control relay.
  • the respective switching relays for the respective starter motor are only turned on when all Einspurrelais and in particular all control relays have closed switch. This ensures that each individual starter is not overloaded and all starters start with a high level of safety with a small tolerance range at the same time the internal combustion engine.
  • Single-stage single-track relays are used for small internal combustion engines. A required rotational movement of the starter pinion takes place for example via a coarse thread in the starter.
  • the Einspurrelais is formed in two stages in a starter arrangement with multiple starters, with a pull-in winding and a holding winding.
  • the pull-in winding is connected in the current path of the switch motor, so that the starter motor is slightly turned when meshing to avoid a tooth-on-tooth position as possible, so that a tooth-gap position is generated with high security between sprocket and starter pinion ,
  • the Fig. 1 shows a schematic circuit diagram of a circuit arrangement for starting an internal combustion engine by means of a starter 1, which, as in the Fig. 2 shown, connected in parallel with a second and can be arranged.
  • the starter 1 comprises a starter motor 2 and a control relay 3, which is arranged in an ignition path 38 with a mechanically or electronically controlled ignition switch 8.
  • a Einspurrelais 4 is provided to Swiss-Shiffer a starter motor 2 and a control relay 3, which is arranged in an ignition path 38 with a mechanically or electronically controlled ignition switch 8.
  • the Einspurrelais 4 is provided to Swiss-puren an unillustrated starter pinion in the ring gear of an internal combustion engine, not shown.
  • the Einspurrelais 4 has a Einspurwicklung 5 and a holding winding 6.
  • the Einspurwicklung 5 is high impedance, so that the starter motor 2 undergoes a small cranking to avoid a tooth-on-tooth position of starter pinion and ring gear when meshing. If the Einspurrelais 4 Solutionspurt, the Einspurwicklung 5 is turned off by a mechanically coupled switch 53 and the Einspurrelais 4 is held with a small current in the engaged state. The Einspurrelais 4 closes upon reaching the maximum Einspurtiefe a switch 54, so that a switching relay 7 is energized and the internal combustion engine with a maximum current can start the engine.
  • the battery positive pole is designated as terminal 30 and the earthing as terminal 31. Between the battery positive pole terminal 30 and a starter drive terminal 50, the ignition switch 8 is arranged.
  • the switching relay 7 is coupled to a second control switch to avoid in the Ausspurvorgang the starter pinion whose potential movement back towards the ring gear.
  • This second control switch is preferably activated as a function of the occurrence of a specific, defined event.
  • the defined event is "free" selectable.
  • the event can be perceived by means of a detector, or also by means of a switch.
  • the switching relay 7 in a switchable by the control relay 3 current path 50.5 arranged by Einspurrelais 4.
  • the switching relay 7 which turns on the main current for the starter motor 2 at a terminal 45, time significantly earlier than in a known from the prior art circuit or starter control, are switched off, so that pinion bumpers are avoided and thus wear on the ring gear or on the tooth flanks of the starter pinion or on one of the two gears, significantly reduced and / or prevented.
  • the switching off of the switching relay 7 is exactly defined by an event dependent.
  • the Einspurrelais 4 is thus switched off simultaneously with the switching relay 7 from the control relay 3.
  • thermal switch 9 is connected in series with the control relay 3 in the starter 1.
  • the thermal switch 9 generates the same turn-off behavior as opening the ignition switch 8.
  • the Fig. 2 shows two parallel starters 1 and 1 ', each with a starter motor 2, 2' for starting internal combustion engines with larger displacement, such as commercial vehicle or marine engines.
  • Each starter 1,1 ' has a separate control relay 3, 3', which is controlled by the ignition switch 8.
  • the forwarding of the control signals from the ignition switch 8 is carried out by an internal wiring.
  • the control relay 3, 3 'then switches in each case a Einspurrelais 4, 4'.
  • the Einspurrelais 4, 4 ' may each have different Einspur profession, since for example in a starter 1, the tooth-on-tooth position is present and the starter pinion is slightly energized by the starter motor 2 by a high-impedance Einspurwicklung 4.
  • the starter motors 2, 2 ' are evenly loaded when starting the internal combustion engine, the starter are connected in series' so that the switching relay 7, 7' for switching a main flow or main flow path 30.2, 30.2 'at terminals 45, 45' of the starter motors 2, 2 'are energized only when all Einspurrelais 4, 4' are fullyLespurt.
  • a switch 54, 54 'on Einspurrelais 4, 4' is closed.
  • a branch of a current path 50.7, 50.7 ' is formed in the current path 50.5 of the tracking relay 4, which is switched by the control relay 3, 3', which is applied to the switch 54, 54 '.
  • the switching relays 7, 7 ' only energized when both switches 54, 54' and the switch from the control relay 3, 3 'are closed. It is thus achieved a new function in the shutdown. If the control relay 3, 3 'is turned off by Morrisbestromung, then simultaneously - in contrast to the above-described prior art - the switching relay 7, 7' off with the Einspurrelais 4, 4 'by non-energization.
  • each starter 1, 1 'in the series to the control relay 3, 3' each comprises a thermal switch 9, 9 'as overload protection.
  • Fig. 3 a schematic flow diagram of a Ausspurvorgangs starters shown.
  • the ignition switch 8 is first closed, so that the control relay 3 and then the Einspurrelais 4 closes, which operates the switch 54, so that the switching relay 7 releases the main current for the starter motor 2.
  • the individual relays are operated in the same sequence as when switching on.
  • an ignition current path 38 is opened by the ignition switch 8 in step S1.
  • step S2 the electromechanical switch in the control relay 3 is opened as a result, so that the current path 50.5 is no longer directly applied to the battery positive pole, the terminal 30.
  • step S3 If the current path 50.7, in which the switching relay 7, 7 'is connected, no longer energized, the starter motor 2 is turned off in step S3.
  • a load terminal 50i is a switchable by the control relay 3 current path 50.4 from the tracking relay 4, through which in particular the holding winding 6 is energized.
  • step S4 the Einspurrelais 4 spits.
  • the Fig. 4 shows in a time-distance-voltage diagram the time course of a switch-off, as he to the Fig. 1 to 3 has been described.
  • the characteristic K3 as voltage V-time characteristic shows the control signal to the control relay 3, 3 ', the voltage characteristic K7, K7' the switching signal from the switching relay 7, 7 'in the current path 50.7 and the voltage characteristics K45, K45' turn the delayed characteristics of the current paths 30.2, 30.2 'at the terminals 45, 45'.
  • the switching relay 3 is turned off by the ignition switch 8. Due to the delayed switching time of the control relay 3, the current path 50.7 ', 50.7' according to the characteristic curve K7, K7 'is currentless or experiences at time t 2 as in the Fig. 4 shown, a negative voltage. Likewise delayed in time at the time t 3 , the starter pinions corresponding to the curves K4 and K4 'are spouted out over the path S. In a very short time interval at the time t 4 , the current paths 30.2, 30.2 'according to the characteristic K45, K45' are de-energized.
  • the main current paths 30.2, 30.2 ' are thus temporally clearly before a time t 5 de-energized, in which the starter pinions are in the leached state.
  • the second starter pinion is time-delayed at time t 5 ' .
  • the Fig. 5 shows in contrast to the case when, for example, by an electronic control or as in a circuit arrangement according to the above-described prior art, the switching relay 7, 7 'in time later than in Fig. 4 is turned off.
  • the control relay 3 is turned off according to the characteristic K3 at a time t 1 in Zündstrom path. Due to the electromechanical operation of the control relay 3 and the Einspurrelais 4 is at a time t 3 * the current path 50.7, 50.7 'simultaneously switched to the Ausspurvorgang the starter pinion on the Einspurrelais 4, 4' de-energized.

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Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Starten einer Brennkraftmaschine mit zumindest einem Starter, der einen Startermotor, ein Einspurrelais, ein Schaltrelais und ein Steuerrelais umfasst, wobei das Steuerrelais von einem Zündschalter ansteuerbar ist und ein Strompfad vom Startermotor mittels des Schaltrelais schaltbar ist.
  • Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren einer Startersteuerung, insbesondere einer Schaltungsanordnung von einem Starter, bevorzugt von parallel schaltbaren Startern, zum Starten einer Brennkraftmaschine, wobei der Starter mit einem Startermotor, einem Steuerrelais, einem Einspurrelais und einem Schaltrelais ausgebildet ist, das Einspurrelais vom Steuerrelais angesteuert wird und das Schaltrelais vom Einspurrelais angesteuert wird.
  • Es sind Startvorrichtungen, die parallel angeordnet und geschaltet sind, bekannt, um eine Brennkraftmaschine zu starten. Eine solche Brennkraftmaschine ist gewöhnlich sehr groß dimensioniert und weist beispielsweise einen Hubraum von mehreren 10 beziehungsweise 100 Litern auf.
  • Bei der Verwendung von parallelen Startvorrichtungen an einer Brennkraftmaschine ist ein gleichzeitiges Schalten des Hauptstroms der beteiligten Startermotoren wichtig, da das gleichzeitige Schalten die einzelnen Startermotoren vor Überlastung schützt. Um dieses die Überlastung schützende Verhalten zu erzielen, ist es bekannt, dass die Funktionen des Einspurens und des Schaltens von jeweils einem einzelnen Relais umgesetzt werden. Die herkömmlicherweise vereinten zwei Funktionen, die von einem Einspurrelais ausgeführt werden, wie das Einspuren eines Starterritzels und das Zuschalten des Stroms für den Startermotor, sind somit aufgeteilt. Durch die Trennung der beiden Funktionen ist es möglich, eine elektrische Schaltungsanordnung so vorzusehen, dass die Startvorrichtung erst dann den Hauptstrom für den Startermotor zuschaltet, wenn alle Einspurvorgänge in allen Startvorrichtungen ausgeführt sind. Dabei können die Einspurvorgänge unterschiedliche Einspurzeiten aufweisen, da eine Zahn-auf-Zahn-Stellung von einem Starterritzel in den Zahnkranz einen längeren Einspurvorgang benötigt, als eine Zahn-Lücken-Stellung. Um die Zeitdifferenz von mindestens zwei Schließvorgängen auszugleichen, wird der Hauptstrom für die mindestens zwei Startermotoren gleichzeitig freigegeben, erst wenn alle Schließvorgänge ausgeführt worden sind. Zum Einspuren werden also folgende Relais der Reihe nach geschaltet, bzw. geschlossen: Es wird ein Zündstrompfad in einem Steuerrelais angesteuert, das ein Einspurrelais freigibt. Sind alle Einspurrelais bestromt, wird mindestens ein Schaltrelais durchgeschaltet, das den Hauptstrom für jeden Startermotor freigibt. Das Abschalten des Starters erfolgt in der gleichen Reihenfolge. Die Bestromung von Steuerrelais, dann Einspurrelais und zuletzt Schaltrelais wird unterbrochen, so dass die zugehörigen Strompfade geöffnet werden.
  • Die DE 10 2005 006 248 A1 beschreibt eine Starteranordnung zum Starten von einem Verbrennungsmotor mit mehreren parallel geschalteten Startern. Um die Schaltsicherheit mit einem möglichst geringen Verdrahtungsaufwand zu verbessern, ist die Verkettung der Funktion "Einrücken" und "Hauptstrom schalten", die durch ein Relais realisiert wird, auf zwei Relais mit jeweils einer getrennten Funktion in jedem einzelnen Starter aufgeteilt.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass zumindest ein Starter zum Starten einer Brennkraftmaschine exakter arbeitet und somit eine höhere Lebensdauer erzielt.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Gegenstand der Patentansprüche 1 und 7 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Es ist herausgefunden worden, dass im Abschaltvorgang des Starters eine Bewegung des Starterritzels zurück in Richtung Zahnkranz nach dem Ausspuren erfolgt, da durch einen noch geschlossenen Hauptkontakt vom Schaltrelais das Einspurrelais rückwärts bestromt wird.
  • Es ist ein Gedanke der Erfindung, dass das Schaltrelais zumindest im Abschaltvorgang abhängig vom Eintritt eines definierten Ereignisses ansteuerbar ist. Dies hat den Vorteil, dass das Schaltrelais zeitlich früher einen Strompfad vom Startermotor, insbesondere einen Hauptstrompfad, unterbrechen kann, so dass ein Bestromen in Rückwärtsrichtung vermieden wird.
  • Somit kann das Schaltrelais den Strompfad des Startermotors so definiert freigeben, dass im Abschaltvorgang beim Ausspuren eines Starterritzels Ritzelpreller deutlich reduziert, beziehungsweise sogar unterbunden werden.
  • Ein der Erfindung zugrunde liegender Gedanke ist also, beim Abschalten des mindestens einen Starters den Startermotor zeitlich früher als im oben beschriebenen Stand der Technik auszuschalten, um Ritzelpreller zu vermeiden. Ritzelpreller treten auf, wenn das Starterritzel nach dem Ausspuren wieder sich in Richtung Zahnkranz der Brennkraftmaschine bewegt und dadurch ein Verschleiß am Zahnkranz und/oder dem Starterritzel entsteht. Außerdem kann es zu einer Funkenbildung kommen, die möglichst vermieden werden muss, um einen größeren Schaden am Starter beziehungsweise der Brennkraftmaschine zu verhindern.
  • Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist das definierte Ereignis dadurch festgelegt, dass die Schaltungsanordnung elektromechanisch ausgebildet ist. Somit ist der Eintritt des definierten Ereignisses beim Abschaltvorgang stabil und schaltsicher realisiert und zudem möglichst einfach und preiswert aufgebaut.
  • Vorteilhafterweise, gemäß einer besonderen Ausführungsform, ist das Schaltrelais im vom Steuerrelais schaltbaren Strompfad des Einspurrelais angeordnet ist. Somit wird das Schaltrelais gleichzeitig mit dem Einspurrelais ausgeschaltet. Das Schaltrelais wird nicht, wie im oben beschriebenen Stand der Technik, vom Einspurrelais ausgeschaltet. Somit ist der Zeitpunkt zum Ausschalten des Strompfads für den Startermotor im Gegensatz zum Stand der Technik deutlich weiter nach vorne verlegt, so dass Ritzelpreller vermieden oder in der Intensität deutlich reduziert werden. Ein abrasives Verhalten wird reduziert, und damit die Lebensdauer eines Starters erhöht.
  • Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform weist das Schaltrelais zwei Steuerschalter auf. Der erste Steuerschalter ist im Einspurvorgang das Einspurrelais, das gleichzeitig durch Erreichen der maximalen Einspurtiefe beim Einspuren einen Schalter schließt, durch den das Schaltrelais bestrombar wird. Ein zweiter Steuerschalter ist vorgesehen, um das Schaltrelais in einer bestimmten Beziehung im Ausspurvorgang beziehungsweise Abschaltvorgang vom Einspurrelais anzusteuern. Gemäß einer einfachen Schaltung ist der zweite Steuerschalter das Steuerrelais. Das Steuerrelais wird sowohl im Einspur- als auch im Ausspurvorgang als zweiter Steuerschalter tatsächlich vor dem ersten Steuerschalter betätigt.
  • Schaltrelais und Steuerrelais sowie Einspurrelais sind somit als elektromechanische Schalter miteinander verknüpft. Das Steuerrelais schaltet sowohl einen Strompfad vom Einspurrelais, als auch einen Strompfad vom Schaltrelais. Zusätzlich schaltet das Einspurrelais einen Strompfad vom Schaltrelais.
  • Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist die Schaltungsanordnung als elektronische Steuerung mit elektronischen Leistungsschaltern ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass die Schaltzeiten, insbesondere vom Schaltrelais noch individueller angepasst werden können, so dass die Intensität von Ritzelprellern besser unterdrückt werden kann.
  • Um Brennkraftmaschinen mit größeren Hubräumen zu starten, sind mehrere Starter parallel geschaltet und angeordnet. Vorzugsweise sind die Starter zum Schalten des Hauptstroms für den jeweiligen Startermotor im Starter seriell miteinander gekoppelt, so dass diese erst eingeschaltet werden, wenn alle Einspurrelais einen Schalter am Einspurrelais geschlossen haben. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Schaltrelais jeweils vom Steuerrelais im jeweiligen Starter einzeln ausschaltbar.
  • Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren dadurch gelöst, dass das Schaltrelais abhängig von einem definierten Ereignis ausgeschaltet wird. Das definierte Ereignis ist vorher hersteller- und betriebsseitig festgelegt und kann entweder elektromechanisch oder elektronisch, beispielsweise durch Erfassen eines bestimmten Sensorwerts mittels eines Sensors, realisiert sein.
  • Hierfür kann beispielsweise ein Computerprogrammprodukt vorgesehen sein, das mit Programmbefehlen in einen Programmspeicher einer Steuerung geladen ist und das hierin beschriebene Verfahren durchführt, wenn das Programm in der Steuerung ausgeführt wird. Ein Computerprogrammprodukt hat den Vorteil, dass es sich in bereits vorhandene Steuerungen als Modul implementieren lässt und dass es leicht an individuelle und anwendungsspezifische Vorgaben anpassbar ist, wobei eine Korrektur an empirisch ermittelte Werte sehr leicht möglich ist.
  • Gemäß einem besonders einfachen und stabilen Verfahren, wird das Schaltrelais gleichzeitig mit dem Einspurrelais von dem Steuerrelais ausgeschaltet. Eine elektromechanische Steuerung hat den Vorteil, dass eine hohe Lebensdauer mit einer hohen Ausfallsicherheit realisierbar ist.
  • Gemäß einer alternativen Ausführungsform, die entweder elektronisch oder elektromechanisch ausgebildet sein kann, wird das Schaltrelais zeitlich einstellbar und/oder festgesetzt vor dem Einspurrelais ausgeschaltet. Es kann beispielsweise ein elektronisches oder elektromechanisches, einstellbares Zeitverzögerungsglied vorgesehen sein, um eine definierte Zeitdifferenz zwischen dem Ausschalten des Schaltrelais und dem Einspurrelais im Abschaltvorgang vorzugeben, um sogenannte Ritzelpreller, das heißt eine Wiedereinspurbewegung nach dem Ausspuren eines Starterritzels, zu vermeiden.
  • Gemäß einem bevorzugten Verfahren wird das Schaltrelais nur eingeschaltet, wenn das Steuerrelais und das Einspurrelais geschlossen sind. Somit wird vermieden, dass der Startermotor frühzeitig bestromt wird. Ferner ist es somit erfindungsgemäß möglich, den Strom für den Startermotor allein durch das Steuerrelais zu unterbrechen.
  • Um eine Brennkraftmaschine in einer bevorzugten Ausführungsform mit parallel angeordneten Startern zu starten, werden bei mehreren Startern die jeweiligen Schaltrelais für den jeweiligen Startermotor nur dann eingeschaltet, wenn alle Einspurrelais und insbesondere alle Steuerrelais geschlossene Schalter aufweisen. Somit wird sichergestellt, dass jeder einzelne Starter nicht überlastet wird und alle Starter mit einer hohen Sicherheit mit einem kleinen Toleranzbereich gleichzeitig die Brennkraftmaschine starten.
  • Gemäß einer die Erfindung weiter bildenden Ausführungsform sind die Starter in einer Starteranordnung mit einer oben beschriebenen Schaltungsanordnung, die oben beschriebenes Verfahren ausführt, derart ausgebildet, dass das Einspurrelais als einstufiges Relais ausgebildet ist, das heißt, es weist lediglich eine Wicklung auf. Einstufige Einspurrelais werden für kleine Brennkraftmaschinen eingesetzt. Eine erforderliche Verdrehbewegung des Starterritzels erfolgt beispielsweise über ein Steilgewinde im Starter.
  • Bevorzugt ist das Einspurrelais in einer Starteranordnung mit mehreren Startern zweistufig ausgebildet, mit einer Einzugswicklung und einer Haltewicklung. Die Einzugswicklung ist im Strompfad des Schaltermotors geschaltet, so dass der Startermotor beim Einspuren leicht angedreht wird, um eine Zahn-auf-Zahn-Stellung möglichst zu vermeiden, damit also eine Zahn-Lücken-Stellung mit einer hohen Sicherheit zwischen Zahnkranz und Starterritzel erzeugt wird.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    einen schematischen Schaltplan einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung von einem Starter,
    Fig. 2
    eine schematische Schaltungsanordnung mit zwei Startern,
    Fig. 3
    ein schematisches Ablaufdiagramm gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren,
    Fig. 4
    ein Zeit-Weg-Spannungs-Diagramm von zwei parallel angeordneten Startern und
    Fig. 5
    ein Zeit-Weg-Spannungs-Diagramm von zwei parallel angeordneten Startern mit ausgeprägten Ritzelprellern.
    Ausführungsformen der Erfindung
  • Die Fig. 1 zeigt einen schematischen Schaltplan einer Schaltungsanordnung zum Starten einer Brennkraftmaschine mittels eines Starters 1, der, wie in der Fig. 2 gezeigt, parallel zu einem zweiten geschaltet und angeordnet sein kann. Der Starter 1 umfasst einen Startermotor 2 und ein Steuerrelais 3, das in einem Zündpfad 38 mit einem mechanisch oder elektronisch angesteuerten Zündschalter 8 angeordnet ist. Um ein nichtdargestelltes Starterritzel in den Zahnkranz einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine einzuspuren, ist ein Einspurrelais 4 vorgesehen. Das Einspurrelais 4 weist eine Einspurwicklung 5 und eine Haltewicklung 6 auf. Die Einspurwicklung 5 ist hochohmig, so dass der Startermotor 2 einen kleinen Andrehstrom erfährt, um eine Zahn-auf-Zahn-Stellung von Starterritzel und Zahnkranz beim Einspuren zu vermeiden. Ist das Einspurrelais 4 eingespurt, so wird die Einspurwicklung 5 durch einen mechanisch gekoppelten Schalter 53 ausgeschaltet und das Einspurrelais 4 wird mit einem kleinen Strom im eingespurten Zustand gehalten. Das Einspurrelais 4 schließt mit Erreichen der maximalen Einspurtiefe einen Schalter 54, so dass ein Schaltrelais 7 bestromt wird und die Brennkraftmaschine mit einem maximalen Strom die Brennkraftmaschine starten kann. Der Batterie-Pluspol ist als Klemme 30 bezeichnet und die Erdung als Klemme 31. Zwischen der Batterie-Pluspol Klemme 30 und einer Starteransteuerklemme 50 ist der Zündschalter 8 angeordnet.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist im Gegensatz zum Stand der Technik das Schaltrelais 7 mit einem zweiten Steuerschalter gekoppelt, um im Ausspurvorgang des Starterritzels dessen potentielle Bewegung zurück in Richtung Zahnkranz zu vermeiden. Dieser zweite Steuerschalter wird vorzugsweise abhängig vom Eintritt eines bestimmten, definierten Ereignisses angesteuert. Das definierte Ereignis ist "frei" wählbar. Das Ereignis kann mittels eines Detektors wahrgenommen werden, oder auch mittels eines Schalters. Für einen leichten elektromechanischen Aufbau ist, wie in der Fig. 1 gezeigt, bevorzugt das Schaltrelais 7 in einem vom Steuerrelais 3 schaltbaren Strompfad 50.5 vom Einspurrelais 4 angeordnet.
  • Somit kann das Schaltrelais 7, das an einer Klemme 45 den Hauptstrom für den Startermotor 2 durchschaltet, zeitlich deutlich früher als in einer aus dem Stand der Technik bekannten Schaltungsanordnung beziehungsweise Startersteuerung, ausgeschaltet werden, so dass Ritzelpreller vermieden werden und somit ein Verschleiß am Zahnkranz beziehungsweise an den Zahnflanken des Starterritzels oder an einem der beiden Zahnräder, deutlich reduziert und/oder verhindert werden. Durch diesen elektromechanischen Schaltplan ist das Ausschalten des Schaltrelais 7 genau definiert von einem Ereignis abhängig. Das Einspurrelais 4 wird somit gleichzeitig mit dem Schaltrelais 7 vom Steuerrelais 3 ausgeschaltet.
  • Zum Schutz des Starters 1 vor thermischer Überlastung ist ein Thermoschalter 9 in Reihe zum Steuerrelais 3 in dem Starter 1 geschaltet. Somit erzeugt der Thermoschalter 9 dasselbe Abschaltverhalten, wie ein Öffnen des Zündschalters 8.
  • Die Fig. 2 zeigt zwei parallel angeordnete Starter 1 und 1' mit jeweils einem Startermotor 2, 2' zum Starten von Brennkraftmaschinen mit größerem Hubraum, wie Nutzfahrzeug- oder Schiffsmotoren. Jeder Starter 1,1' hat ein separates Steuerrelais 3, 3', das durch den Zündschalter 8 angesteuert wird. Die Weiterleitung der Steuersignale vom Zündschalter 8 erfolgt durch eine interne Verkabelung. Das Steuerrelais 3, 3' schaltet dann jeweils ein Einspurrelais 4, 4'. Die Einspurrelais 4, 4' können jeweils unterschiedliche Einspurzeiten aufweisen, da beispielsweise bei einem Starter 1 die Zahn-auf-Zahn-Stellung vorliegt und das Starterritzel mittels des Startermotors 2 durch eine hochohmige Einspurwicklung 4 leicht bestromt wird. Am Starter 1' ist vielleicht gleich eine Zahn-Lücke-Stellung zwischen Starterritzel und Zahnkranz vorhanden, so dass hier der Einspurvorgang deutlich schneller erfolgt. Damit die Startermotoren 2, 2' beim Starten der Brennkraftmaschine gleichmäßig belastet werden, sind die Starter 1,1' seriell verschaltet, so dass die Schaltrelais 7, 7' zum Schalten eines Hauptstromes beziehungsweise Hauptstrompfades 30.2, 30.2' an Klemmen 45, 45' von den Startermotoren 2, 2' erst bestromt werden, wenn alle Einspurrelais 4, 4' vollständig eingespurt sind. Hierfür wird ein Schalter 54, 54' am Einspurrelais 4, 4' geschlossen.
  • Erfindungsgemäß ist im Strompfad 50.5 vom Einspurrelais 4, der vom Steuerrelais 3, 3' geschalten wird, eine Abzweigung eines Strompfades 50.7, 50.7' ausgebildet, die am Schalter 54, 54' anliegt. Somit werden die Schaltrelais 7, 7' erst bestromt, wenn beide Schalter 54, 54' und der Schalter vom Steuerrelais 3, 3' geschlossen sind. Es wird somit eine neue Funktion im Abschaltvorgang erzielt. Wenn das Steuerrelais 3, 3' durch Nichtbestromung ausgeschaltet wird, so wird gleichzeitig - im Gegensatz zu oben beschriebenem Stand der Technik - das Schaltrelais 7, 7' mit dem Einspurrelais 4, 4' durch Nichtbestromung ausgeschaltet.
  • Wie zu Fig. 1 bereits beschrieben, umfasst jeder Starter 1, 1' in der Reihe zum Steuerrelais 3, 3'jeweils einen Thermoschalter 9, 9' als Überlastschutz.
  • Um die funktionelle Verknüpfung zwischen den drei Relais 3, 4 und 7 zu verdeutlichen, die auch durch eine elektronische Steuerung mittels eines Computerprogrammprodukts umsetzbar ist, ist abstrakt in der Fig. 3 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausspurvorgangs von Startern dargestellt.
  • Zum Einspuren wird zuerst der Zündschalter 8 geschlossen, so dass das Steuerrelais 3 und danach das Einspurrelais 4 schließt, das den Schalter 54 betätigt, so dass das Schaltrelais 7 den Hauptstrom für den Startermotor 2 freigibt. Beim Abschalten der Starter 1 werden die einzelnen Relais in der gleichen Reihenfolge wie beim Einschalten betätigt.
  • Zu einem bestimmten Zeitpunkt, wenn die Brennkraftmaschine gestartet ist, wird im Schritt S1 ein Zündstrompfad 38 durch den Zündschalter 8 geöffnet.
  • Im Schritt S2 wird in der Folge der elektromechanische Schalter im Steuerrelais 3 geöffnet, so dass der Strompfad 50.5 nicht mehr an dem Batterie-Pluspol, der Klemme 30, direkt anliegt.
  • Wird der Strompfad 50.7, in dem das Schaltrelais 7, 7' geschaltet ist, nicht mehr bestromt, wird im Schritt S3 der Startermotor 2 ausgeschaltet. An einem Lastanschluß 50i befindet sich ein vom Steuerrelais 3 schaltbarer Strompfad 50.4 vom Einspurrelais 4, durch den insbesondere die Haltewicklung 6 bestromt wird.
  • Durch Öffnung des Steuerrelais 3 wird auch das Einspurrelais 4 nicht mehr bestromt, so dass im Schritt S4 das Einspurrelais 4 ausspurt.
  • Da ein Strompfad 30.2 an der Klemme 45 bereits vom Schaltrelais 7 unterbrochen ist, kann die Einspurwicklung 5 nicht mehr, insbesondere rückwärts, bestromt werden, so dass das nichtdargestellte Starterritzel nicht mehr so stark ausgeprägt wie im Starter gemäß dem Stand der Technik wieder gegen den Zahnkranz bewegt wird. Sogenannte Ritzelpreller werden deutlicher vermieden und der Abschaltvorgang kommt im Schritt S5 zu einem Ende.
  • Die Fig. 4 zeigt in einem Zeit-Weg-Spannungs-Diagramm den zeitlichen Verlauf eines Abschaltvorgangs, wie er zu den Fig. 1 bis 3 beschrieben wurde. Mit den Kennlinien K4 und K4' ist der Ausspurweg S des Starterritzels vom Starter 1 beziehungsweise 1' dargestellt. Die Kennlinie K3 als Spannung V-Zeit-Kennlinie zeigt das Steuersignal an den Steuerrelais 3, 3', die Spannungs-Kennlinie K7, K7' das Schaltsignal vom Schaltrelais 7, 7' im Strompfad 50.7 und die Spannungs-Kennlinien K45, K45' wiederum die verzögerten Kennlinien der Strompfade 30.2, 30.2' an den Klemmen 45, 45'.
  • Zu einem Zeitpunkt t1 wird durch den Zündschalter 8 das Schaltrelais 3 ausgeschaltet. Aufgrund der verzögerten Schaltzeit des Steuerrelais 3 wird zum Zeitpunkt t2 der Strompfad 50.7, 50.7' gemäß der Kennlinie K7, K7' stromlos beziehungsweise erfährt wie in der Fig. 4 dargestellt, eine negative Spannung. Ebenso zeitlich verzögert zum Zeitpunkt t3 werden die Starterritzel entsprechend den Kennlinien K4 und K4' über den Weg S ausgespurt. In einem sehr kurzen Zeitabstand zum Zeitpunkt t4 werden die Strompfade 30.2, 30.2' entsprechend der Kennlinie K45, K45' stromlos. Die Hauptstrompfade 30.2, 30.2' sind somit zeitlich deutlich vor einem Zeitpunkt t5 stromlos, bei dem die Starterritzel im ausgespurten Zustand sich befinden. Das zweite Starterritzel ist zeitlich zum Zeitpunkt t5' etwas verzögert ausgespurt. Zum Zeitpunkt t6, t6' führen die Starterritzel eine ganz minimale Rückwärtsbewegung aufgrund eines primär mechanisch erzeugten Impulses aus. Eine Rückwärtsbestromung der Einspurwicklung 5 vom Einspurrelais 5 findet erfindungsgemäß nicht mehr statt.
  • In der Fig. 4 ist zu sehen, dass der Hauptstrom in den Strompfaden 30.2, 30.2' zu einem Zeitpunkt t5 bereits dann ausgeschaltet ist, bevor die Einspurritzel vollständig ausgespurt sind. Ritzelpreller werden somit sehr gut vermieden und ein Verschleiß ist deshalb deutlich reduziert, beziehungsweise vollständig ausgeschlossen. Eine Funkenbildung ist nicht möglich.
  • Die Fig. 5 zeigt im Unterschied dazu den Fall, wenn beispielsweise durch eine elektronische Steuerung oder wie bei einer Schaltungsanordnung gemäß dem oben beschriebenen Stand der Technik das Schaltrelais 7, 7' zeitlich später als in Fig. 4 ausgeschaltet wird. Wie in der Fig. 4 gezeigt ist, wird zu einem Zeitpunkt t1 im Zündstrompfad das Steuerrelais 3 gemäß der Kennlinie K3 ausgeschaltet. Aufgrund der elektromechanischen Wirkungsweise des Steuerrelais 3 und des Einspurrelais 4 wird zu einem Zeitpunkt t3* der Strompfad 50.7, 50.7' gleichzeitig zu dem Ausspurvorgang der Starterritzel an den Einspurrelais 4, 4' stromlos geschaltet. Aufgrund der wiederum zeitlich elektromechanischen Verzögerung sind die Starterritzel zu einem Zeitpunkt t5* ausgespurt, der zeitlich vor dem Zeitpunkt t4* liegt. Zum Zeitpunkt t4* ist der Strompfad 30.2 stromlos. Da dieser Zeitpunkt hinter dem Zeitpunkt gemäß der Fig. 4 liegt, wird die Einspurwicklung 5 kurzzeitig rückwärts bestromt, so dass wie im Diagramm durch die Weg-Kennlinien K4, K4' gezeigt eine deutliche Rückwärtsbewegung in Richtung Zahnkranz an den Starterritzeln erfolgt, was möglicherweise zu einem unerwünschten Verschleiß führt. Erfindungsgemäß ist deshalb vorgesehen, den Zeitpunkt t4* individuell einstellbar zeitlich nach vorne zu verschieben. Dadurch werden ausgeprägte Ritzelpreller, wie sie zum Zeitpunkt t6* beispielhaft auftreten können, vermieden. Alle Figuren zeigen lediglich schematische, nicht maßstabsgerechte Darstellungen. Im Übrigen wird insbesondere auf die zeichnerischen Darstellungen für die Erfindung als wesentlich verwiesen.

Claims (11)

  1. Schaltungsanordnung zum Starten einer Brennkraftmaschine mit einem Starter (1), der einen Startermotor (2), ein Einspurrelais (4), ein Schaltrelais (7) und ein Steuerrelais (3) umfasst, wobei das Steuerrelais (3) von einem Zündschalter (8) ansteuerbar ist, das Einspurrelais (4) vom Steuerrelais (3) ansteuerbar ist und ein Strompfad (50.5) vom Startermotor (2) mittels des Schaltrelais (7) schaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltrelais (7) zumindest im Abschaltvorgang im vom Steuerrelais (3) schaltbaren Strompfad (50.5, 50.7) angeordnet und somit abhängig vom Abschalten des Steuerrelais (3), als Eintritt eines definierten Ereignisses, ansteuerbar ist.
  2. Schaltungsanordnung, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschalten des Schaltrelais (7) aufgrund des Abschaltens des Steuerrelais (3), als definiertes Ereignis, durch eine elektromechanisch ausgebildete Schaltungsanordnung festgelegt ist.
  3. Schaltungsanordnung nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltrelais (7) im vom Steuerrelais (3) schaltbaren Strompfad (50.5) des Einspurrelais, (4) angeordnet ist.
  4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltrelais (7) zwei Steuerschalter aufweist.
  5. Schaltungsanordnung, nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung als elektronische Steuerung mit elektronischen Leistungsschaltern ausgebildet ist, durch die ein definiertes Ereignis zum Abschalten festlegbar ist.
  6. Schaltungsanordnung, nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Starter (1, 1') zum Starten der Brennkraftmaschine parallel geschaltet und angeordnet sind.
  7. Verfahren einer Startersteuerung, insbesondere einer Schaltungsanordnung, besonders bevorzugt nach einem der Ansprüche 1 bis 6, von einem Starter (1), bevorzugt von parallel schaltbaren Starter (1), wobei der Starter (1) mit einem Startermotor (2), einem Steuerrelais (3), einem Einspurrelais (4) und einem Schaltrelais (7) ausgebildet ist, das Einspurrelais (4) vom Steuerrelais (3) angesteuert wird und das Schaltrelais (7) abhängig von einem definierten Ereignis vom Einspurrelais (4) angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltrelais (7) im vom Steuerrelais (3) schaltbaren Strompfad (50.5, 50.7) angeordnet und somit abhängig vom Abschalten des Steuerrelais (3), als Eintritt eines definierten Ereignisses, angesteuert wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltrelais (7) gleichzeitig mit dem Einspurrelais (4) von dem Steuerrelais (3) ausgeschaltet wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltrelais (7) zeitlich einstellbar und/oder festgesetzt vor dem Einspurrelais (4) ausgeschaltet wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltrelais (7) nur eingeschaltet wird, wenn das Steuerrelais (3) und das Einspurrelais (4) geschlossen sind.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren Startern (1, 1') die jeweiligen Schaltrelais (7, 7') nur eingeschaltet werden, wenn alle Einspurrelais, (4, 4'), insbesondere alle Steuerrelais (3, 3'), geschlossen sind.
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