EP2545270A2 - Vorrichtung zum starten einer verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Vorrichtung zum starten einer verbrennungskraftmaschine

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Publication number
EP2545270A2
EP2545270A2 EP11705600A EP11705600A EP2545270A2 EP 2545270 A2 EP2545270 A2 EP 2545270A2 EP 11705600 A EP11705600 A EP 11705600A EP 11705600 A EP11705600 A EP 11705600A EP 2545270 A2 EP2545270 A2 EP 2545270A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
current relay
series resistor
starting
relay
switch
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11705600A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Simon Rentschler
Sven Hartmann
Juergen Gross
Thomas Erler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2545270A2 publication Critical patent/EP2545270A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/08—Circuits or control means specially adapted for starting of engines
    • F02N11/087—Details of the switching means in starting circuits, e.g. relays or electronic switches
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P1/00—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters
    • H02P1/16—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters
    • H02P1/18—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters for starting an individual dc motor
    • H02P1/20—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters for starting an individual dc motor by progressive reduction of resistance in series with armature winding
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2400/00—Control systems adapted for specific engine types; Special features of engine control systems not otherwise provided for; Power supply, connectors or cabling for engine control systems
    • F02D2400/18—Packaging of the electronic circuit in a casing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N15/00—Other power-operated starting apparatus; Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from groups F02N5/00 - F02N13/00
    • F02N15/02—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof
    • F02N15/04—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof the gearing including disengaging toothed gears
    • F02N15/06—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
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H51/00—Electromagnetic relays
    • H01H51/02—Non-polarised relays
    • H01H51/04—Non-polarised relays with single armature; with single set of ganged armatures
    • H01H51/06—Armature is movable between two limit positions of rest and is moved in one direction due to energisation of an electromagnet and after the electromagnet is de-energised is returned by energy stored during the movement in the first direction, e.g. by using a spring, by using a permanent magnet, by gravity
    • H01H51/065—Relays having a pair of normally open contacts rigidly fixed to a magnetic core movable along the axis of a solenoid, e.g. relays for starting automobiles

Definitions

  • the invention relates to a device for starting an internal combustion engine.
  • drives are used, which are fed by a source of energy independent of the fuel supply.
  • DC motors are used, the drive pinion first engages in a ring gear of the internal combustion engine to then drive the internal combustion engine. After the end of the starting process, the drive pinion moves back out of the ring gear of the internal combustion engine.
  • a common relay is used for the Einspurvorgang and the switching of the main current to drive the DC motor.
  • FIG. This shows a connected to a terminal 50 relay 1, a switch 2, a control unit 5, the terminal 30 of the motor vehicle and a starter motor M.
  • the control unit 5 has a driver TRO, which is acted upon by a switching signal S 0 o.
  • the relay 1 When the driver TRO is switched on, the relay 1 is connected via a control line SLO and the terminal 50 to a positive operating voltage +. Thereafter, the relay 1 attracts and closes the switch 2. By closing the switch 2, the starter motor M is connected to the terminal 30 of the motor vehicle and thereby put into operation.
  • a starting device for starting an internal combustion engine is known from EP 0 848 159 B1, which has a starter motor which can be connected to a voltage source via a starter relay and can be brought into engagement with the internal combustion engine for cranking. Furthermore, to control the starter relay and / or the starter motor provided an electronic control unit. This controls the semiconductor power output stages assigned to the starter relay and / or the starter motor in such a way that, at least in a start-stop operation of the internal combustion engine, the starter relay has its on-tracking position in the stop state of the internal combustion engine.
  • the starter relay is energized after pressing a start switch, so that on the one hand, a contact is closed, which connects the starter motor with a supply voltage and on the other hand, independently of the sprocket of the starter motor in a arranged on a crankshaft of the engine sprocket einspurt.
  • a device for driving an electromagnetic switching element in particular a relay, is described, in which the time that elapses between the triggering of the attraction and the tightening, and also the time period between the triggering of the fall and the falling away, is reduced.
  • a relay may be used in conjunction with pinion-starter-based start-stop systems.
  • three control lines are provided, via which a control unit actuates switching elements which, depending on their switching position, permit or block a current flow through two coils of the relay which can be energized independently of one another.
  • start-stop systems in motor vehicles causes an extended requirement for the starting system and thus also an expansion of the functions.
  • the ability to start must be realized at any time when the driver wants to get on (mind-change functionality) and reduced voltage dips.
  • this is done by separating the built-in conventional start relay functions meshing and switching. The switching of the main current takes place in the first moment via a series resistor and with a time delay directly.
  • One approach is to use a separate electromagnet for mechanical meshing. Two more
  • Switches or relays switch the main current of the starter system directly through a series resistor or the main current I30.
  • a device for starting an internal combustion engine which is a single-track module, which is provided for engaging a drive pinion, a starter motor, a switching module on which a starter current can be supplied to the starter motor, and has a control unit which is provided for controlling the Einspurmoduls and the switching module.
  • the starter motor is connected via the switching module to the terminal 30 of a motor vehicle.
  • the switch module has a start-up current relay, a main current relay and a series resistor, which is directly connected to the starter motor.
  • a parallel circuit is provided between the terminal 30 of the motor vehicle and the starter motor, wherein in the first branch of this parallel circuit, a series circuit of a first switch and the series resistor and in the other branch of this parallel circuit, a second switch is arranged.
  • a series connection of two components is provided between the terminal 30 of the motor vehicle and the starter motor. The first of these components is a first switch. The second of these components is a parallel connection of the series resistor R v with a second switch.
  • a series connection of two components is provided between the terminal 30 of the motor vehicle and the starter motor. The first of these components is a switch on which the main current relay operates. The second of these components is a parallel connection of the series resistor with an NC contact on which the start-up current relay acts.
  • a device for starting an internal combustion engine having the features specified in claim 1 has the advantage that due to the direct connection of the series resistor with the battery connection in a simple way a dissipation of heat from the series resistor can be done in the battery supply. This dissipation of heat is favored when the series resistor is mounted on the housing of the inrush current relay and conforms to this, taking into account an electrical isolation between the series resistor u. Relay housing. As a result, good contact protection is advantageously achieved.
  • FIG. 1 shows a circuit diagram for explaining a known device for starting an internal combustion engine
  • FIG. 2 shows a circuit diagram of an apparatus for starting an internal combustion engine, which has a starting current relay, a main current relay and a series resistor,
  • FIG. 3 is a circuit diagram for explaining a first embodiment of the invention.
  • FIG. 4 shows a sketch for illustrating a practical realization of a device according to the first exemplary embodiment
  • FIG. 5 is a circuit diagram for explaining a second embodiment of the invention.
  • Figure 6 is a diagram illustrating a practical realization of a device according to the second embodiment.
  • FIG. 7 Sketches of various embodiments of the series resistor of a device according to the invention.
  • the invention will accommodate an increasing proliferation of automobiles with start-stop functionality and, in comparison to previous start-stop systems, meets extended requirements for the system and is also associated with an expansion of the functions of the start-stop system. This includes a guarantee of the starting capability of the respective vehicle at each approach of the driver. This also means that no or only minor voltage dips occur when starting.
  • These advantages are achieved in particular by the fact that the main current for the starter motor on the one hand via a series resistor and on the other time is performed directly to the starter motor. This is realized by the functionalities of a conventional starter relay are disconnected.
  • a Einspurmodul for the engagement of the drive pinion and a switching module for guiding the starter current are provided on the one hand via a series resistor and the other time-delayed directly to the starter motor.
  • FIG. 2 shows a circuit diagram of a device for starting an internal combustion engine.
  • This device has a starting current relay KA, a main current relay KH and a series resistor R v . Furthermore, the device shown has a starter motor M, a single-track module EM, a switching module SM and a control unit S.
  • the meshing module EM has an engagement relay ES, an engagement lever 7 and a drive pinion 6. The meshing module EM is provided to engage the drive pinion 6 in a ring gear ZK of the crankshaft KW of the internal combustion engine VM.
  • the switching module SM contains the starting current relay KA, the main current relay KH, a first switch 3 and a second switch 4, wherein the switch 3 is assigned to the starting current relay and the switch 4 to the main current relay.
  • the switches 3 and 4 are designed as mechanical switches.
  • the switching module SM and the single-track module EM or the relays ES, KA and KH are each controlled by the control unit 5.
  • a first terminal of the switch 3 is connected to the terminal 30 of the respective motor vehicle, to which the battery voltage of the motor vehicle is permanently applied. Another connection of the switch 3 is connected via the series resistor R v to the starter motor M.
  • the control terminal of the switch 3 is connected to the starting current relay KA.
  • a first connection of the switch 4 is likewise connected to the terminal 30 of the motor vehicle.
  • Another connection of the switch 4 is connected directly to the starter motor M.
  • the control terminal of the switch 4 is connected to the main current relay KH.
  • the switching module SM is provided to switch the starter current either via the series resistor R v or directly to the starter motor M.
  • the starter motor M which is provided for engaging the drive pinion 6 in the ring gear of the crankshaft of the internal combustion engine and for cranking the crankshaft, is realized as a DC machine.
  • the single-track module EM has either a mechanical relay ES or alternatively an electric servomotor. The function of contacting the starter current is not realized by the single track module.
  • a mechanical relay has, for example, a magnetically conductive housing, a magnet winding, a magnetic core, a return spring, a magnet armature and an engagement driver.
  • the switching module SM is intended to supply the main starter current through the series resistor and also directly to the starter motor.
  • the series resistor R v is connected directly to the starter motor M and is connected to the terminal 30 via the switch 3.
  • the series resistor R v is connected directly to the terminal 30, which is a battery terminal of the respective motor vehicle.
  • delt which is constantly connected to the battery of the motor vehicle, such as a 12V battery. This will be explained in more detail below with reference to FIGS. 3 to 7.
  • FIG. 3 shows a circuit diagram for explaining a first embodiment of the invention. This first embodiment differs from the device shown in Figure 2 by the shading shown in Figure 3 of the components shown there.
  • the inrush current relay KA acting on the switch 3 and the main current relay KH acting on the switch 4 constitute a series circuit disposed between the terminal 30 and the starter motor M.
  • the series resistor R v is the switch 3 and thus the starting current relay KA connected in parallel.
  • the starting current relay KA is actuated, wherein its switch 3 can be realized as a normally closed contact or alternatively as a make contact.
  • the switch 3 is opened, so that the current path via the series resistor R v runs.
  • the main current relay KH which is realized in the form of a closer, the starting process of the starter motor M is initiated.
  • the starter motor M continues to operate without a current reduction.
  • the starting current relay KA is deactivated again, so that the switch 3 is closed.
  • the current path now extends from the terminal 30 via the closed switch 3 and the closed switch 4 to the starter motor M.
  • the main current relay KH is deactivated and thus the switch 4 is brought into the open state. As a result, the current path to the starter motor M is interrupted.
  • An advantage of the device shown in FIG. 3 is that, due to the direct connection of the series resistor R v to the terminal 30, a disconnection is possible. tion of heat from the series resistor can be done. This is illustrated in FIG. 3 by the dotted line.
  • FIG. 4 shows a sketch to illustrate a practical realization of a device according to the first exemplary embodiment shown in FIG.
  • the terminal 30, the starting current relay KA, the resistor R v , the main current relay KH and the starter motor M are shown.
  • the series resistor R v is attached to the outer jacket of the housing of the starting current relay and nestles against this. Ensure electrical insulation between the series resistor and the relay housing. This improves a dissipation of heat from the series resistor and allows a space-saving design of the switching module.
  • FIG. 5 is a circuit diagram for explaining a second embodiment of the invention. This second embodiment differs from the device shown in Figure 2 by the interconnection shown in Figure 5 of the components shown there.
  • the starting current relay KA acting on the switch 3 and the main current relay KH acting on the switch 4 constitute a parallel circuit disposed between the terminal 30 and the starter motor M.
  • the starting current relay K V or its switch 3 the series resistor R v is connected in series, said resistor Rv is connected directly to the terminal 30.
  • the starting current relay KA is first actuated, the switch 3 is realized here in the form of a closer. As a result, the switch 3 is closed, as a result of which the current path runs via the series resistor R v .
  • the main current relay KH By switching the main current relay KH, through which its switch 4 is brought into the closed state, the starting operation of the starter motor M is initiated.
  • the starter motor M is operated without a current reduction on.
  • the switching relay KA is deactivated, so that the switch 3 is brought into the open state.
  • the main current relay KH is deactivated, so that the system is returned to its original position.
  • the device shown in Figure 5 has the advantage that due to the direct connection of the resistor R v with the terminal 30, a dissipation of heat from the series resistor can be done. This is illustrated in FIG. 5 by the dotted line.
  • FIG. 6 shows a sketch for illustrating a practical realization of a device according to the second exemplary embodiment shown in FIG.
  • the terminal 30, the starting current relay KA, the resistor R v , the main current relay KH and the starter motor M are shown.
  • the series resistor R v is U-shaped or meander-shaped. One limb of the series resistor clings to the outside of the housing of the starting current relay KA, another leg of the series resistor outside of the housing of the main current relay KH. The area connecting the two legs of the series resistor is arranged in the space between the starting current relay KA and the main current relay KH.
  • FIG. 7 shows sketches of various embodiments of the series resistor of a device according to the invention.
  • FIG. 7a corresponds to the embodiment of the series resistor shown in FIG.
  • This illustration shows, inter alia, that provided on the outer jacket of the housing of the inrush current relay and conforming to this series resistor due to its shape covers part of the outer jacket of the housing of the starting current relay, so that heat is transferred from the series resistor to the relay housing in an effective manner can.
  • the series resistor has two annular openings which, for the purpose of attaching the series resistor, of the starting current relay can be plugged over two from the starting current relay outwardly projecting pins.
  • FIG. 7b corresponds to the embodiment of the series resistor shown in FIG.
  • the series resistor is U- or meander-shaped, two legs, a leg connecting this region and on the top two tabs, in which annular recesses are introduced.
  • One of these legs conforms to the outer jacket of the inrush current relay, the other to the outer jacket of the main current relay.
  • the area connecting the two limbs is - as can be seen in FIG. 6 - arranged in the intermediate region between the two relays.
  • the said annular openings are used for attachment of the series resistor to the relay and are plugged for this purpose via an out of the respective relay outwardly projecting pin.
  • FIGS. 7c and 7d show exemplary embodiments of series resistors which are integrated in the housing of the inrush current relay and are placed there, for example, on the relay winding. This allows a particularly space-saving design of the overall device.
  • the series resistor In the case of an external attachment of the series resistor to the outer jacket of a relay or between the two relays in addition to a dissipation of heat and a good contact protection is given.
  • the series resistor is provided with a heat-dissipating shock protection, which is to pay attention to an el. Isolation between series resistor and relay housing.
  • the device shown is advantageously suitable for starting an internal combustion engine, which is equipped with a 12V vehicle battery.
  • the resistance values of the series resistor are preferably between 2 mOhm and 15 mOhm.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine. Sie weist einen Batterieanschluss, einen Startermotor und ein zwischen dem Batterieanschluss und dem Startermotor angeordnetes Schaltmodul auf. Das Schaltmodul enthält ein Anlaufstromrelais, ein Hauptstromrelais und einen Vorwiderstand. Der Vorwiderstand ist mit dem Batterieanschluss direkt verbunden.

Description

Beschreibung Titel
Vorrichtung zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine.
Stand der Technik
Zum Starten von Verbrennungskraftmaschinen werden Antriebe verwendet, die von einer von der Kraftstoffversorgung unabhängigen Energiequelle gespeist werden. In der Regel werden Gleichstrommotoren verwendet, deren Antriebsritzel zunächst in einen Zahnkranz der Verbrennungskraftmaschine einrückt, um danach die Verbrennungskraftmaschine anzutreiben. Nach dem Ende des Startvorganges rückt das Antriebsritzel wieder aus dem Zahnkranz der Verbrennungskraftmaschine heraus. Dabei wird ein gemeinsames Relais für den Einspurvorgang und die Durchschaltung des Hauptstromes zum Antrieb des Gleichstrommotors verwendet. Ein zugehöriges Prinzipschaltbild ist in der Figur 1 veranschaulicht. Diese zeigt ein mit einer Klemme 50 verbundenes Relais 1 , einen Schalter 2, eine Steuereinheit 5, die Klemme 30 des Kraftfahrzeugs und einen Startermotor M. Die Steuereinheit 5 weist einen Treiber TRO auf, der von einem Schaltsignal S0o beaufschlagt wird. Bei durchgeschaltetem Treiber TRO wird das Relais 1 über eine Steuerleitung SLO und die Klemme 50 mit einer positiven Betriebsspannung + verbunden. Daraufhin zieht das Relais 1 an und schließt den Schalter 2. Durch das Schließen des Schalters 2 wird der Startermotor M mit der Klemme 30 des Kraftfahrzeugs verbunden und dadurch in Betrieb gesetzt.
Aus der EP 0 848 159 B1 ist eine Startvorrichtung zum Starten einer Brennkraftmaschine bekannt, welche einen über ein Starterrelais mit einer Spannungsquelle verbindbaren und mit der Brennkraftmaschine zum Andrehen in Eingriff bringbaren Startermotor aufweist. Des Weiteren ist zur Ansteuerung des Starterrelais und/oder des Startermotors ein elektronisches Steuergerät vorgesehen. Dieses steuert dem Starterrelais und/oder dem Startermotor zugeordnete Halbleiter- Leistungsendstufen derart an, dass zumindest in einem Start-Stopp-Betrieb der Brennkraftmaschine das Starterrelais im Stopp-Zustand der Brennkraftmaschine seine Einspurstellung aufweist. Bei dieser Startvorrichtung wird das Starterrelais nach Betätigen eines Startschalters bestromt, so dass einerseits ein Kontakt geschlossen wird, der den Startermotor mit einer Versorgungsspannung verbindet und andererseits unabhängig davon das Ritzel des Startermotors in einen auf einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angeordneten Zahnkranz einspurt.
In der DE 10 2009 000 125.5 ist eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Schaltelementes, insbesondere eines Relais, beschrieben, bei welcher die Zeitdauer, die zwischen dem Auslösen des Anziehens und dem Anziehen vergeht, und auch die Zeitdauer, die zwischen dem Auslösen des Abfallens und dem Abfallen vergeht, reduziert ist. Ein derartiges Relais kann im Zusammenhang mit Ritzel-Starter-basierten Start-Stopp-Systemen verwendet werden. Zur Ansteuerung eines derartigen Relais sind drei Steuerleitungen vorgesehen, über welche eine Steuereinheit Schaltelemente betätigt, die in Abhängigkeit von ihrer Schaltstellung einen Stromfluss durch zwei unabhängig voneinander bestrombare Spulen des Relais erlauben oder sperren.
Die zunehmende Verbreitung von Start-Stopp-Systemen in Kraftfahrzeugen bewirkt eine erweiterte Anforderung an das Startsystem und damit auch eine Erweiterung der Funktionen. Hierbei müssen jederzeit die Startfähigkeit bei einem An- fahrwunsch des Fahrers (Mind-Change Funktionalität) und reduzierte Spannungseinbrüche realisiert werden. In vorteilhafter Weise geschieht dies durch Trennung der beim konventionellen Startrelais integrierten Funktionen Einspuren und Schalten. Das Durchschalten des Hauptstromes erfolgt im ersten Moment über einen Vorwiderstand und zeitversetzt direkt. Ein Ansatz ist, einen separaten Elektromagneten für das mechanische Einspuren einzusetzen. Zwei weitere
Schalter bzw. Relais schalten den Hauptstrom des Startersystems über einen Vorwiderstand oder den Hauptstrom I30 direkt durch.
In der DE 10 2009 028 294.7 ist eine Vorrichtung zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine beschrieben, die ein Einspurmodul, welches zum Einrücken eines Antriebsritzels vorgesehen ist, einen Startermotor, ein Schaltmodul, über welches dem Startermotor ein Starterstrom zuführbar ist, und eine Steuereinheit aufweist, die zur Ansteuerung des Einspurmoduls und des Schaltmoduls vorgesehen ist. Der Startermotor ist über das Schaltmodul mit der Klemme 30 eines Kraftfahrzeugs verbunden. Das Schaltmodul weist ein Anlaufstromrelais, ein Hauptstromrelais und einen Vorwiderstand auf, der mit dem Startermotor direkt verbunden ist. Gemäß einer Ausführungsform ist zwischen der Klemme 30 des Kraftfahrzeugs und dem Startermotor eine Parallelschaltung vorgesehen, wobei im ersten Zweig dieser Parallelschaltung eine Reihenschaltung eines ersten Schalters und des Vorwiderstandes und im anderen Zweig dieser Parallelschaltung ein zweiter Schalter angeordnet ist. Gemäß einer zweiten Ausführungsform ist zwischen der Klemme 30 des Kraftfahrzeugs und dem Startermotor eine Reihenschaltung zweier Bauteile vorgesehen. Bei dem ersten dieser Bauteile handelt es sich um einen ersten Schalter. Beim zweiten dieser Bauteile handelt es sich um eine Parallelschaltung des Vorwiderstandes Rv mit einem zweiten Schalter. Gemäß einer dritten Ausführungsform ist zwischen der Klemme 30 des Kraftfahrzeugs und dem Startermotor eine Reihenschaltung zweier Bauteile vorgesehen. Beim ersten dieser Bauteile handelt es sich um einen Schalter, auf weichen das Hauptstromrelais einwirkt. Beim zweiten dieser Bauteile handelt es sich um eine Parallelschaltung des Vorwiderstandes mit einem Öffner, auf weichen das Anlaufstromrelais einwirkt.
Offenbarung der Erfindung
Eine Vorrichtung zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen weist demgegenüber den Vorteil auf, dass aufgrund der direkten Verbindung des Vorwiderstandes mit dem Batteriean- schluss in einfacher Weise eine Ableitung von Wärme aus dem Vorwiderstand in die Batteriezuleitung erfolgen kann. Diese Ableitung von Wärme wird begünstigt, wenn der Vorwiderstand am Gehäuse des Anlaufstromrelais angebracht ist und sich an dieses anschmiegt, unter Berücksichtigung einer elektrischen Isolation zw. Vorwiderstand u. Relaisgehäuse. Dadurch wird in vorteilhafter Weise des Weiteren ein guter Berührschutz erreicht.
Im Falle einer Integration des Vorwiderstandes in das Innere des Gehäuses des Anlaufstromrelais, beispielsweise auf die Relaiswicklung, wird ein platzsparender, kompakter Aufbau der Vorrichtung erreicht. Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren nachfolgender Erläuterung anhand der Zeichnung. Es zeigt:
Figur 1 ein Schaltbild zur Erläuterung einer bekannten Vorrichtung zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine,
Figur 2 ein Schaltbild einer Vorrichtung zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine, welche ein Anlaufstromrelais, ein Hauptstromrelais und einen Vorwiderstand aufweist,
Figur 3 ein Schaltbild zur Erläuterung eines ersten Ausführungsbeispiels für die Erfindung,
Figur 4 eine Skizze zur Veranschaulichung einer praktischen Realisierung einer Vorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
Figur 5 ein Schaltbild zur Erläuterung eines zweiten Ausführungsbeispiels für die Erfindung,
Figur 6 eine Skizze zur Veranschaulichung einer praktischen Realisierung einer Vorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel und
Figur 7 Skizzen verschiedener Ausgestaltungen des Vorwiderstandes einer Vorrichtung gemäß der Erfindung.
Die Erfindung wird einer zunehmenden Verbreitung von Kraftfahrzeugen mit Start-Stopp-Funktionalität gerecht und erfüllt im Vergleich zu bisherigen Start- Stopp-Systemen erweiterte Anforderungen an das System und ist auch mit einer Erweiterung der Funktionen des Start-Stopp-Systems verbunden. Dazu gehört eine Gewährleistung der Startfähigkeit des jeweiligen Fahrzeugs bei jedem Anfahrwunsch des Fahrers. Dazu gehört des Weiteren, dass beim Starten keine oder nur geringfügige Spannungseinbrüche auftreten. Diese Vorteile werden insbesondere dadurch erreicht, dass der Hauptstrom für den Startermotor zum einen über einen Vorwiderstand und zum anderen zeitversetzt direkt zum Startermotor geführt wird. Dies ist dadurch realisiert, dass die Funktionalitäten eines herkömmlichen Starterrelais getrennt sind. Bei einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind ein Einspurmodul für das Einrücken des Antriebsritzels und ein Schaltmodul zum Leiten des Starterstromes zum einen über einen Vorwiderstand und zum anderen zeitversetzt direkt an den Startermotor vorgesehen.
Die Figur 2 zeigt ein Schaltbild einer Vorrichtung zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine. Diese Vorrichtung weist ein Anlaufstromrelais KA, ein Hauptstromrelais KH und einen Vorwiderstand Rv auf. Des Weiteren weist die gezeigte Vorrichtung einen Startermotor M, ein Einspurmodul EM, ein Schaltmo- dul SM und eine Steuereinheit S auf. Das Einspurmodul EM weist ein Einrückrelais ES, einen Einrückhebel 7 und ein Antriebsritzel 6 auf. Das Einspurmodul EM ist dazu vorgesehen, das Antriebsritzel 6 in einen Zahnkranz ZK der Kurbelwelle KW der Verbrennungskraftmaschine VM einzurücken. Das Schaltmodul SM enthält das Anlaufstromrelais KA, das Hauptstromrelais KH, einen ersten Schalter 3 und einen zweiten Schalter 4, wobei der Schalter 3 dem Anlaufstromrelais und der Schalter 4 dem Hauptstromrelais zugeordnet ist. Die Schalter 3 und 4 sind als mechanische Schalter ausgebildet. Das Schaltmodul SM und das Einspurmodul EM bzw. die Relais ES, KA und KH werden jeweils von der Steuereinheit 5 angesteuert. Ein erster Anschluss des Schalters 3 ist mit der Klemme 30 des jeweiligen Kraftfahrzeugs verbunden, an welcher permanent die Batteriespannung des Kraftfahrzeugs anliegt. Ein weiterer Anschluss des Schalters 3 ist über den Vorwiderstand Rv mit dem Startermotor M verbunden. Der Steueranschluss des Schalters 3 ist mit dem Anlaufstromrelais KA verbunden. Ein erster Anschluss des Schalters 4 ist ebenfalls mit der Klemme 30 des Kraftfahrzeugs ver- bunden. Ein weiterer Anschluss des Schalters 4 ist direkt mit dem Startermotor M verbunden. Der Steueranschluss des Schalters 4 ist mit dem Hauptstromrelais KH verbunden. Das Schaltmodul SM ist dazu vorgesehen, den Starterstrom entweder über den Vorwiderstand Rv oder direkt an den Startermotor M zu schalten. Beim Starten des Fahrzeugs wird zunächst das Einrückrelais ES angesteuert, um mittels des Einrückhebels 7 das Antriebsritzel 6 in den Zahnkranz ZK der Kurbelwelle KW der Verbrennungskraftmaschine VM einzurücken. Dann wird durch eine Ansteuerung des Anlaufstromrelais KA der erste Schalter 3 in den geschlossenen Zustand gebracht, so dass die Klemme 30 über den ersten Schalter 3 und den Vorwiderstand Rv mit dem Startermotor M verbunden wird. Dann erfolgt zeitversetzt eine Ansteuerung des Hauptstromrelais KH, so dass der zweite Schalter 4 in den geschlossenen Zustand gebracht wird. Dadurch ist die Klemme 30 über den Schalter 4 direkt mit dem Startermotor M verbunden.
Diese Trennung der Funktionalitäten eines herkömmlichen Starterrelais ermöglichen ein sanftes Einrücken des Antriebsritzels des Startermotors in den Zahnkranz der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine und auch ein sanftes und lautloses, aber dennoch sicheres Andrehen der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine bei jedem Anfahrwunsch des Fahrers. Außerdem ist das Andrehen des Starters und das Vorspuren unabhängig voneinander, was für das Einrücken in den auslaufenden Motor vorteilhaft ist.
Nachfolgend werden einzelne Komponenten der in der Figur 2 dargestellten Vorrichtung näher beschrieben.
Der Startermotor M, der zum Einrücken des Antriebsritzels 6 in den Zahnkranz der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine und zum Andrehen der Kurbelwelle vorgesehen ist, ist als Gleichstrommaschine realisiert.
Das Einspurmodul EM weist entweder ein mechanisches Relais ES oder alternativ dazu einen elektrischen Stellmotor auf. Die Funktion der Kontaktgabe des Starterstromes wird nicht vom Einspurmodul realisiert.
Ein mechanisches Relais weist beispielsweise ein magnetisch leitendes Gehäuse, eine Magnetwicklung, einen Magnetkern, eine Rückstellfeder, einen Magnetanker und einen Einrück-Mitnehmer auf.
Das Schaltmodul SM ist dazu vorgesehen, den Starterhauptstrom über den Vorwiderstand und auch direkt dem Startermotor zuzuführen.
Der Vorwiderstand Rv ist bei der in der Figur 2 gezeigten Vorrichtung direkt mit dem Startermotor M verbunden und steht mit der Klemme 30 über den Schalter 3 in Verbindung.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Vorwiderstand Rv im Unterschied zu der in der Figur 2 gezeigten Vorrichtung direkt mit der Klemme 30 verbunden, bei weicher es sich um einen Batterieanschluss des jeweiligen Kraftfahrzeugs han- delt, der ständig mit der Batterie des Kraftfahrzeugs verbunden ist, beispielsweise einer 12V-Batterie. Dies wird nachfolgend anhand der Figuren 3 - 7 näher erläutert.
Die Figur 3 zeigt ein Schaltbild zur Erläuterung eines ersten Ausführungsbeispiels für die Erfindung. Dieses erste Ausführungsbeispiel unterschiedet sich von der in der Figur 2 gezeigten Vorrichtung durch die in der Figur 3 dargestellte Verschattung der dort gezeigten Bauteile.
Bei der in der Figur 3 dargestellten Vorrichtung bilden das Anlaufstromrelais KA, das auf den Schalter 3 einwirkt, und das Hauptstromrelais KH, das auf den Schalter 4 einwirkt, eine Reihenschaltung, die zwischen der Klemme 30 und dem Startermotor M angeordnet ist. Der Vorwiderstand Rv ist dem Schalter 3 und damit dem Anlaufstromrelais KA parallel geschaltet.
Zur Durchführung eines Startvorganges, bei welchem der Anlaufstrom reduziert ist, wird das Anlaufstromrelais KA betätigt, wobei dessen Schalter 3 als Öffner oder alternativ dazu als Schließer realisiert sein kann. Durch diese Betätigung des Anlaufstromrelais KA wird der Schalter 3 geöffnet, so dass der Strompfad über den Vorwiderstand Rv läuft. Durch ein Schalten des Hauptstromrelais KH, das in Form eines Schließers realisiert ist, wird der Startvorgang des Startermotors M eingeleitet.
Danach wird der Startermotor M ohne eine Strom red uzierung weiter betrieben. Zu diese Zweck wird das Anlaufstromrelais KA wieder deaktiviert, so dass der Schalter 3 geschlossen wird. Dadurch verläuft der Strompfad nunmehr von der Klemme 30 über den geschlossenen Schalter 3 und den geschlossenen Schalter 4 zum Startermotor M.
Zum Abschalten des Startermotors M wird das Hauptstromrelais KH deaktiviert und damit der Schalter 4 in den geöffneten Zustand gebracht. Dadurch wird der Strompfad zum Startermotor M unterbrochen.
Ein Vorteil der in der Figur 3 gezeigten Vorrichtung besteht darin, dass aufgrund der direkten Verbindung des Vorwiderstandes Rv mit der Klemme 30 eine Ablei- tung von Wärme aus dem Vorwiderstand erfolgen kann. Dies ist in der Figur 3 durch die gepunktete Linie veranschaulicht.
Die Figur 4 zeigt eine Skizze zur Veranschaulichung einer praktischen Realisierung einer Vorrichtung gemäß dem in der Figur 3 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel. In dieser Darstellung sind die Klemme 30, das Anlaufstromrelais KA, der Vorwiderstand Rv, das Hauptstromrelais KH und der Startermotor M gezeigt. Der Vorwiderstand Rv ist am Außenmantel des Gehäuses des Anlaufstromrelais befestigt und schmiegt sich an diesen an. Auf eine elektrische Isolation zwischen Vorwiderstand und Relaisgehäuse ist zu achten. Dies verbessert eine Ableitung von Wärme aus dem Vorwiderstand und ermöglicht einen platzsparenden Aufbau des Schaltmoduls.
Die Figur 5 zeigt ein Schaltbild zur Erläuterung eines zweiten Ausführungsbeispiels für die Erfindung. Dieses zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der in der Figur 2 gezeigten Vorrichtung durch die in der Figur 5 dargestellte Verschaltung der dort gezeigten Bauteile.
Bei der in der Figur 5 dargestellten Vorrichtung bilden das Anlaufstromrelais KA, das auf den Schalter 3 einwirkt, und das Hauptstromrelais KH, das auf den Schalter 4 einwirkt, eine Parallelschaltung, die zwischen der Klemme 30 und dem Startermotor M angeordnet ist. Dabei ist dem Anlaufstromrelais KA bzw. dessen Schalter 3 der Vorwiderstand Rv in Reihe geschaltet, wobei dieser Vorwiderstand Rv mit der Klemme 30 direkt verbunden ist.
Zur Durchführung eines Startvorganges, bei welchem der Anlaufstrom reduziert ist, wird zunächst das Anlaufstromrelais KA betätigt, dessen Schalter 3 hier in Form eines Schließers realisiert ist. Dadurch wird der Schalter 3 geschlossen, wodurch der Strompfad über den Vorwiderstand Rv läuft. Durch ein Schalten des Hauptstromrelais KH, durch welches dessen Schalter 4 in den geschlossenen Zustand gebracht wird, wird der Startvorgang des Startermotors M eingeleitet.
Danach wird der Startermotor M ohne eine Stromreduzierung weiter betrieben. Zu diesem Zweck wird das Schaltrelais KA deaktiviert, so dass der Schalter 3 in den geöffneten Zustand gebracht wird . Zum Abschalten des Startermotors M wird das Hauptstromrelais KH deaktiviert, so dass das System wieder in seine Ausgangslage versetzt wird.
Auch die in der Figur 5 gezeigte Vorrichtung weist den Vorteil auf, dass aufgrund der direkten Verbindung des Vorwiderstandes Rv mit der Klemme 30 eine Ableitung von Wärme aus dem Vorwiderstand erfolgen kann. Dies ist in der Figur 5 durch die gepunktete Linie veranschaulicht.
Die Figur 6 zeigt eine Skizze zur Veranschaulichung einer praktischen Realisierung einer Vorrichtung gemäß dem in der Figur 5 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel. In dieser Darstellung sind die Klemme 30, das Anlaufstromrelais KA, der Vorwiderstand Rv, das Hauptstromrelais KH und der Startermotor M gezeigt.
Der Vorwiderstand Rv ist U- oder mäanderförmig aufgebaut. Ein Schenkel des Vorwiderstandes schmiegt sich außen an das Gehäuse des Anlaufstromrelais KA an, ein weiterer Schenkel des Vorwiderstandes außen an das Gehäuse des Hauptstromrelais KH. Der die beiden Schenkel verbindende Bereich des Vorwiderstandes ist im Zwischenraum zwischen dem Anlaufstromrelais KA und dem Hauptstromrelais KH angeordnet. Durch diesen thermischen aber nicht elektrischen Kontakt mit den Gehäusen der Relais und seine direkte Verbindung mit der Klemme 30 ist auch bei diesem Ausführungsbeispiel eine Ableitung von Wärme aus dem Vorwiderstand möglich, beispielsweise ins Relaisgehäuse und es wird ein platzsparender Aufbau des Schaltmoduls ermöglicht.
Die Figur 7 zeigt Skizzen verschiedener Ausgestaltungen des Vorwiderstandes einer Vorrichtung gemäß der Erfindung.
Die in der Figur 7a dargestellte Ausgestaltung entspricht der in der Figur 4 gezeigten Ausgestaltung des Vorwiderstandes. Aus dieser Darstellung geht unter anderem hervor, dass der am Außenmantel des Gehäuses des Anlaufstromrelais vorgesehene und sich an diesen anschmiegende Vorwiderstand aufgrund seiner Formgebung einen Teil des Außenmantels des Gehäuses des Anlaufstromrelais abdeckt, so dass in effektiver Weise Wärme aus dem Vorwiderstand an das Relaisgehäuse übertragen werden kann. Des Weiteren weist der Vorwiderstand zwei ringförmige Öffnungen auf, die zwecks einer Befestigung des Vorwiderstan- des am Anlaufstromrelais über zwei aus dem Anlaufstromrelais nach außen überstehende Stifte gesteckt werden können.
Die in der Figur 7b dargestellte Ausgestaltung entspricht der in der Figur 6 gezeigten Ausgestaltung des Vorwiderstandes. Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, dass der Vorwiderstand U- bzw. mäanderförmig geformt ist, zwei Schenkel, einen diese Schenkel verbindenden Bereich und auf der Oberseite zwei Laschen aufweist, in welche ringförmige Aussparungen eingebracht sind. Einer dieser Schenkel schmiegt sich an den Außenmantel des Anlaufstromrelais an, der andere an den Außenmantel des Hauptstromrelais. Der die beiden Schenkel verbindende Bereich ist - wie aus der Figur 6 ersichtlich ist - im Zwischenbereich zwischen den beiden Relais angeordnet. Die genannten ringförmigen Öffnungen dienen zur Befestigung des Vorwiderstandes an den Relais und werden zu diesem Zweck über einen aus dem jeweiligen Relais nach außen überstehenden Stift gesteckt.
Die Figur 7c und 7d zeigen Ausführungsbeispiele für Vorwiderstände, die in das Gehäuse des Anlaufstromrelais integriert sind und dort beispielsweise auf die Relaiswicklung aufgesetzt sind. Dies erlaubt einen besonders platzsparenden Aufbau der Gesamtvorrichtung.
Im Falle einer äußeren Anbringung des Vorwiderstandes am Außenmantel eines Relais bzw. zwischen den beiden Relais ist neben einer Abführung von Wärme auch ein guter Berührschutz gegeben. Insbesondere ist der Vorwiderstand mit einem wärmeableitenden Berührschutz versehen, wobei auf eine el. Isolation zwischen Vorwiderstand und Relaisgehäuse zu achten ist.
Die gezeigte Vorrichtung ist in vorteilhafter Weise zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine geeignet, die mit einer 12V-Fahrzeugbatterie ausgestattet ist. Die Widerstandswerte des Vorwiderstandes liegen vorzugsweise zwischen 2 mOhm und 15 mOhm.

Claims

Ansprüche
1 . Vorrichtung zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Batte- rieanschluss, einem Startermotor und einem zwischen dem Batteriean- schluss und dem Startermotor angeordnetem Schaltmodul, welches ein Anlaufstromrelais (KA), ein Hauptstromrelais (KH) und einen Vorwiderstand (Rv) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorwiderstand (Rv) mit dem Batterieanschluss (Kl.30) direkt verbunden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Anlaufstromrelais (KA) und das Hauptstromrelais (KH) eine Reihenschaltung bilden und der Vorwiderstand (Rv) dem Anlaufstromrelais (KA) parallel geschaltet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Anlaufstromrelais (KA) und das Hauptstromrelais (KH) parallel zueinander angeordnet sind und der Vorwiderstand (Rv) in Reihe zum Anlaufstromrelais (KA) und zwischen dem Anlaufstromrelais und dem Batterieanschluss angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorwiderstand einen Widerstandswert aufweist, für den gilt: 2 mOhm < R < 15 mOhm und der Batterieanschluss (Kl.30) mit einer 12 V-Batterie verbunden ist.
5 Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorwiderstand (Rv) außen am Gehäuse des Anlaufstromrelais angebracht ist und an dieses angeschmiegt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorwiderstand (Rv) U-förmig oder mäanderförmig ausgebildet ist, zwischen den Gehäusen des Anlaufstromrelais (KA) und des Hauptstromrelais (KH) angeord- net ist, ein Schenkel des Vorwiderstandes an das Gehäuse des Anlaufstromrelais (KA) angeschmiegt ist, ein weiterer Schenkel des Vorwiderstandes an das Gehäuse des Hauptstromrelais (KH) angeschmiegt ist und der die beiden Schenkel verbindende Bereich des Vorwiderstandes im Zwischenraum zwischen dem Anlaufstromrelais (KA) und dem Hauptstromrelais (KH) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorwiderstand mit einem wärmeableitenden Berührschutz versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorwiderstand in das Gehäuse des Anlaufstromrelais (KA) integriert ist.
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