EP2676029A2 - Verfahren und vorrichtung einer steuerung für einen start-stopp-betrieb einer brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren und vorrichtung einer steuerung für einen start-stopp-betrieb einer brennkraftmaschine

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EP2676029A2
EP2676029A2 EP12708783.1A EP12708783A EP2676029A2 EP 2676029 A2 EP2676029 A2 EP 2676029A2 EP 12708783 A EP12708783 A EP 12708783A EP 2676029 A2 EP2676029 A2 EP 2676029A2
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EP
European Patent Office
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einspurvorrichtung
internal combustion
combustion engine
starting
switching
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12708783.1A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Sven Hartmann
Antonios Katirtzidis
Stefan Tumback
Balasubramaniam Venkatasubramaniam
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SEG Automotive Germany GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2676029A2 publication Critical patent/EP2676029A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02N11/0855—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 during engine shutdown or after engine stop before start command, e.g. pre-engagement of pinion
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    • 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
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    • F02N2300/20—Control related aspects of engine starting characterised by the control method
    • F02N2300/2006—Control related aspects of engine starting characterised by the control method using prediction of future conditions

Definitions

  • the invention relates to a method of a starting system for starting an internal combustion engine in a vehicle with a starting device, which comprises a starter motor, a starter pinion engaging single track device and a starter motor switching switching device.
  • the invention also relates to a starting system for starting an internal combustion engine with a starting device comprising a starter motor, a starter pinion engaging Einspurvortechnik and a starter motor switching switching device comprising a controller for driving the starting device, wherein the Einspurvoriques and the starting device with the Starter motor are connected in a circuit arrangement.
  • the invention relates to a circuit arrangement.
  • the invention further relates to a computer program product.
  • a starting device in a vehicle for starting an internal combustion engine in which the functions of a lane engagement of a starter pinion in a ring gear of the internal combustion engine and switching of the main current of a starter motor are triggered simultaneously.
  • the starter pinion is meshed simultaneously or slightly delayed to switch the main flow.
  • the starter pinion is thus turned on shortly after contact with the ring gear with a maximum acceleration.
  • Such a starting device is simple and made of simple electromechanical components to form a stable circuit arrangement.
  • a start-stop operation of the internal combustion engine is carried out during operation of the vehicle in order to reduce emissions and the fuel consumption of the internal combustion engine.
  • a starting device has been developed in which the functions "meshing of the starter pinion in the ring gear" and
  • Starting device without start-stop operating system and still for a start-stop operation with increased availability of the internal combustion engine over conventional systems with a start-stop system, as described for example, can be used.
  • the object is thus achieved with a method such that the rotational speed of an internal combustion engine, in particular in a start-stop operating mode after switching off the internal combustion engine is measured and after a start request, the starting device is driven as soon as the speed under a defined speed threshold, or in a defined tolerance band has dropped +/- 150 revolutions / minute, or is going to fall after a defined time or is in a certain speed window or will be for a certain time.
  • the speed of the internal combustion engine is conventionally measured to drive the internal combustion engine by means of a gear and a corresponding sensor.
  • the internal combustion engine thus directly controlled by a controller, such as a motor control.
  • a controller such as a motor control.
  • the function of measuring the rotational speed is maintained after switching off the internal combustion engine, in order to thus provide increased availability of the internal combustion engine.
  • a defined speed tolerance threshold is chosen so low that the starter pinion can mesh with a ring gear of the internal combustion engine, without causing increased wear on the starter pinion and ring gear.
  • the starter motor is delayed applied with voltage to rotate the starter pinion to a defined starting speed for starting an internal combustion engine.
  • the starter motor is thus Lucasspurt and then subjected to the starter motor with the voltage.
  • the availability is nevertheless increased because it is no longer necessary to wait until the speed of the internal combustion engine is actually zero.
  • the starting system is simplified because the starter motor is not accelerated to a certain speed and then synchronized with synchronous speed in an outgoing sprocket.
  • the run-out of the rotational speed of the internal combustion engine is diagnosed in advance and, based on the prognosis, the starting device is activated to control the meshing device.
  • the starter pinion can be meshed even more precisely and faster into the ring gear of the internal combustion engine.
  • the internal combustion engine is available even faster for a restart in a start-stop operation.
  • the switching device is driven after a defined period of time t s , the time period t s as long is that the Einspurvoriques with sufficient certainty the starter pinion in a ring gear of the internal combustion engine, preferably completely, has Solutionsspurt.
  • the starting device is actuated as soon as the rotational speed drops below a defined speed threshold after a defined time t. It is therefore assumed that a defined lower speed threshold is reached in a certain period of time (t).
  • t a defined lower speed threshold is reached in a certain period of time (t).
  • the advantage here is that no speed must be measured but only a Zeitablauf.Die time t, for example, 25 ms, in particular 10-40 ms and optionally temperature-dependent be varied.
  • the Einspurvorraum and the switching device are driven separately from the controller, the switching device is only activated when the starter pinion is fully Guineaspurt and / or when the speed the ring gear of the internal combustion engine is positive and sufficiently small or zero.
  • the following four criteria are provided cumulatively or alternatively as the triggering condition, where n is the rotational speed:
  • n SC hweiie + in the range of, for example, +60 to 150 revolutions / minute and the negative lower speed threshold is in the lower region from -150 to -60 rotations / minute.
  • a sensor is provided, which may be implemented, for example, in the Einspurvorraum and the controller may include a corresponding Ausncediagnose issued so that it is detected whether the starter pinion is completelyußspurt.
  • the object is also solved by a computer program product which can be stored on a computer-readable data carrier, in that the computer program product can be loaded into a program memory with program instructions from a controller with a microcomputer in order to carry out all the steps of a method described above ,
  • the computer program product requires no additional components and can thus be easily realized.
  • the computer program product has the further advantage that it can easily be adapted to individual customer requirements, and an improvement or optimization of individual method steps can be carried out inexpensively with little effort.
  • the memory element may be, for example, a chip with a non-volatile memory.
  • the object is also achieved with a circuit arrangement in that the pull-in winding of the Einspurvor Vietnamese is connected in series with the starter motor and in particular the switching device is controlled via an electrical switching contact of the Einspurvor puzzle, more preferably, the switching device is directly connected to a potential of a battery switchable.
  • the switching device is directly connected to a potential of a battery switchable.
  • the object is also achieved by means of a starting system in that the Einspurvoriques and the switching device are each designed as a relay, wherein the switching device is controlled by a separate switching contact, wherein the pull-in winding of the Einspurvoroplasty is connected in series with the switch motor.
  • a simple start system is created that can be used by the wiring as well as a conventional starting device from the interfaces forth.
  • the starter motor is subjected to a delay with a maximum voltage, since the switching device can be controlled by a separate switching contact.
  • the switching direction in the millisecond range, for example, 10 ms - 100 ms later than conventionally switched.
  • the Einspurvoriques can already be active when the sprocket with a small rotation of an expiring internal combustion engine is in a defined speed tolerance band by the starter pinion is possible wear-free einspurbar.
  • an availability of the internal combustion engine is expandable, characterized in that already in the phaseout of the internal combustion engine at a start request can beakispurt and is no longer waiting for a complete stoppage of the internal combustion engine of the starting device.
  • the method described above can be carried out by means of the controller.
  • the controller can be, for example, an existing engine controller, so that the starting device with the starting system according to the invention can be created by only one further process module in the controller.
  • the switching device is preferably controlled via an electronic switching contact of the Einspurvorraum.
  • the Einspurvortechnisch thus no longer switches the starter motor, as conventional, but another switching device, resulting in the delayed application of the starter motor.
  • the switching device can be controlled via a switch that can be controlled by the controller.
  • the delay of the switching device can be set up even more precisely and variably, and adjusted if necessary, if necessary.
  • At least the holding winding of the Einspurvorraum is connected in parallel with at least one winding of the relay of the switching device, in particular the pull-in winding of the Einspurvortechnisch and the switching device is connected in series with the starter motor.
  • a further delay is achieved in order to apply a maximum voltage to the starter motor in the millisecond range, for example between 10 to 50 milliseconds, or up to about 100 milliseconds delayed, in contrast to a conventional single-track device with a simultaneous switching function in the range of 3 to 10 Milliseconds works.
  • the switching device is formed with a relay with a pull-in and with a holding winding, wherein the pull-in windings of Einspurvorides and the switching device are connected in parallel and the holding windings of the Einspurvorides are in turn connected in parallel. It is electrical energy for the switching device and the Einspurvorides saved by the double windings, because after switching or a relay input of the switching device is switched from the pull-in winding to the holding device, which has a reduced power consumption.
  • aciphersbegrenzungseinrich- device in the current path of the starter motor is switched.
  • Thematsbegrenzungsvorrich- device further comprises a series resistor and designed as a switching relay bridging device with a switching contact, in particular, the pull-in winding of the Einspurvorraum is connected in series with the lock-up device.
  • the voltage is limited only over the time in which a voltage drop is particularly high.
  • the starter motor is thus subjected to a low initial voltage, after the starter motor is turned on, the starter motor is energized with a maximum voltage, so that the voltage drop is significantly reduced.
  • the bridging device is connected in parallel to the holding winding of the feed device and can be activated by the switching device.
  • Switching device for applying the starter motor with a maximum voltage by means of a separate switching contact can be controlled.
  • the separate switching contact may be coupled to the Einspurvoriques or can be operated directly by the controller.
  • FIG. 1 shows a schematic view of the starting system according to the invention
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment of the starting system according to the invention
  • FIG. 3 shows a third embodiment of a starting system according to the invention
  • FIG. 4 shows a fourth embodiment of a starting system according to the invention
  • FIG. 5 shows a fifth embodiment of a starting system according to the invention
  • FIG. 6 shows a sixth embodiment of a starting system according to the invention
  • FIG. 7 shows a flow chart of a method according to the invention
  • FIG. 8 shows a characteristic engine outlet for the application of the method according to the invention
  • FIG. 9 shows a further characteristic engine outlet of another internal combustion engine.
  • FIG. 1 shows a schematic circuit diagram of a starting system according to the invention with a circuit arrangement 100 according to the invention.
  • 1 for starting the internal combustion engine 10 includes a starting device 2 with a starter motor 3 which drives a starter pinion 4.
  • the starter pinion 4 is meshed by a meshing device 5 in a ring gear 14, which is arranged on a crankshaft 13 of the internal combustion engine 10, for starting the internal combustion engine 10.
  • the meshing device 5 comprises a pull-in winding 15 and a holding winding 25.
  • the starter motor 3 is acted upon via a switching device 6 with a switching contact 61 with a maximum voltage U +.
  • the switching device 6 is also designed as a relay with a double coil.
  • the relay also includes a pull-in winding 16 and a holding winding 26, which entails a lower power consumption when switching the relay by itself.
  • the circuit arrangement 100 with the meshing device 5, the switching device 6 and the starter motor 3 is switched so that both feed windings 15, 16 are connected in parallel by the meshing device 5 and the switching device 6 and in each case in series with the starter motor 3.
  • the holding windings 25, 26 of the meshing device 5 and the switching device 6 are also connected in parallel, but connected directly to ground. Characterized that the starter motor 3 is connected in series with the pull-in winding 15, 16, the starter motor 3 can be easily turned on to avoid a tooth to tooth position. To start the engine, the
  • the starting system 1 comprises a controller 7 having a microcomputer 71 and a program memory 72.
  • the controller 7 may be, for example, a motor controller. It may also be a separate controller 7 in addition to the engine control.
  • Fig. 1 shows the controller 7 in the form of a motor controller.
  • the engine controller 7 is activated by a start switch 9 including, for example, an ignition key switch or a start button for starting the operation of the internal combustion engine 10.
  • the controller 7 controls the
  • the starting system 1 carries out the method described for FIG. 7.
  • the rotational speed of an internal combustion engine 10 is determined by the sensor system with the sensor 12 and the gear 1 1 in a start-stop operating mode after switching off the internal combustion engine 10 measured. If a start request is detected, then the starting device 2 is activated as soon as the speed has dropped to a defined speed tolerance band.
  • the controller 7 further includes input terminals 20 to 23 for detecting signals that detect a shut-off condition for a start-stop operation or a start request for a start-stop operation.
  • the input signals may be, for example, actuation of a brake or actuation of the clutch pedal.
  • the controller 7 may further include an internal timer to turn off the internal combustion engine 10 after a certain time, for example.
  • a gear 1 1 with at least one Lui s bridge and a gear sensor 12 is arranged on the crankshaft 13, so that the crankshaft position is transmitted to the controller 7 and the speed.
  • the controller 7 controls via a switch 17 and an interface 27, the engaging device 5 and a switch 18 and an interface 28, the switching device 6.
  • the single-track device 5 and the switching device 6 are both at the battery potential 20 potential U.
  • Starting device can be used with a simple start-stop operation and can be easily replaced with an existing space. A further complicated structure of control lines for additional electronics and additional control relays and thus additional interfaces to the motor control and costly process sequences in the motor control are thus eliminated.
  • 2 shows a further embodiment of the starting system 1 according to the invention.
  • the controller 7 controls the starter device 2 via a switch 19 here.
  • the switch 18 of FIG. 1 is coupled here as a switching contact 51 to the Einspurvorraum 5.
  • the meshing device 5 thus closes the contact 51 in order to apply voltage to the switching device 6 and thus to activate it.
  • By a special design of the coils 16, 26 thus a defined time delay between see operation of the meshing device 5 and the switching device 6 are.
  • FIG. 3 shows a further particularly preferred embodiment, in which the switching device 6 is formed with only one winding 36.
  • the splitting into a holding winding 26 and a pull-in winding 16 is thus reduced to a simple winding 36.
  • the use of a simple winding in the combined single-track device 5 is possible, which simultaneously actuate the switching contact 51.
  • This embodiment shows the simplest circuit arrangement to a delayed turn-on of the main current of the starter motor. 3
  • FIG. 4 shows a further particular embodiment of a circuit arrangement 100 according to the invention of the starting device 2 with the difference that the switching device 6 is not connected in parallel to the holding winding 25 of the single-track device 5, but the switching device 6 is connected in parallel to the starter motor 3 in the circuit arrangement 100.
  • the illustrated embodiments have the advantage that when deactivating the single control line 75 at the interface 27, both actuators designed as relays are switched off immediately. There is the disadvantage that the current increases on the control line 75, which may possibly lead to necessary adjustments to the E / E architecture of the vehicle.
  • a voltage limiting device 30 is integrated in the circuit arrangement 100.
  • a voltage limiting device 30 which reduces the starter motor 3 in the voltage when switching the switching contact 61 to fully apply the starter motor 3 only with a maximum voltage when a voltage dip is temporarily overcome, a series resistor 33 is connected in series with the starter motor 3.
  • a trained as a relay bridging device with a switching contact 31 bridges the series resistor 33 delayed in time.
  • the bridging device 32 is connected in series with the holding winding 25 of the Einspurvoriques 5 and in series with the starter motor 3.
  • the lock-up device 32 thus bridges the series resistor 33 with a time delay, so that the starter motor is subjected to a maximum current when the switching contact 31 and 61 of the switching device. 6 closed is. A voltage drop of about 30-50% of the battery voltage is thus avoided.
  • FIG. 6 shows a further particular embodiment with a voltage limiting device 30, in which the bridging device 32 is connected in series with the pull-in winding 15 of the pick-up device 5 and in series with the pull-in winding 16 of the switching device 6.
  • the retraction device 5 and the switching device 6 are, as shown in FIG. 1, driven separately from the switches 17 and 18 via the controller 7.
  • FIG. 7 shows a flowchart of a method according to the invention as to how the method runs as a computer program product in the controller 7.
  • a first step S1 the operation of the internal combustion engine 10 is started, via a start signal from a switch 9.
  • the controller 7 starts the internal combustion engine 10 by controlling the starting device 2.
  • the controller 7 proceeds to a process step S2 when the internal combustion engine 10 is turned off by the controller 7 via the control line 20 in the method section S3 due to stop conditions in a start-stop operating mode.
  • the speed detection of the crankshaft 13 is turned off.
  • the speed detection on the gear 11 by means of the gear sensor 12 continues to take place, since this can be important to increase the availability of the internal combustion engine 10 for a restart shortly after the stop request.
  • the controller 7 proceeds to a process step A4 by querying whether a start request for a restart of the internal combustion engine 10 is present.
  • the start request is detected via the inputs of the signal lines 21, 22 or 23 in the controller 7.
  • the starting request could be, for example, in an automatic transmission, the brake release and in a manual transmission, the operation of the clutch to engage a gear.
  • the query step A4 is repeated until a start request is present.
  • an optional query step A6 predicts when the crankshaft 13 is below a defined speed threshold in order to engage a starter pinion 4 in step S8.
  • step A6 This optional polling step A6 will now lead, in the affirmative case, to step S7, that is, if it is foreseeable when a meshing time will occur.
  • step A5 If this is still too fuzzy, then the controller goes back to the query step A5. Both polling steps A5 and A6 go in the positive case in step S7, by the control 7, the meshing device 5 is controlled via the switch 17 and 19 respectively.
  • the starter pinion 4 is meshed with the ring gear 14.
  • the starter pinion 4 can track in once when the ring gear 14 is already and according to the invention in these even at low speeds plus / minus up to 50 revolutions per minute.
  • the optional interrogation step A9 is executed or executed by checking whether the crankshaft 13 has reached an actual standstill or has positive low speeds in which the starter motor 3 can be accelerated by applying voltage. In a reverse rotation of the crankshaft 13 with simultaneous application of voltage to the starter motor 3, the starter motor would be overloaded too much torque, so that it is only intended for the starter motor 3 to rotate in positive rotational speeds or at a standstill of the internal combustion engine 10.
  • the switching device 6 is energized either by timing, which is for example in Fig. 1 in the controller 7 by a timer or electromechanically, as prescribed in Figures 2 to 5 by the structural design and thus the starter motor third subjected to a maximum voltage.
  • step S11 the internal combustion engine 10 is started, which detects the controller 7 via the measuring line 20, so that the starting device 2 is switched off by the controller 7 in step S12.
  • FIG. 8 shows a characteristic speed curve of an internal combustion engine 10 and the rotational speed of the crankshaft 13 in the 10-millisecond range after the internal combustion engine 10 has been switched off.
  • Fig. 8 shows a special four-cylinder diesel engine type of a specific manufacturer.
  • the internal combustion engine 3 is switched off until a time t i, the starter motor 3 would have to accelerate the starter pinion 4, if it were to be lashed in by this time.
  • the starter pinion 4 can be meshed without a forward rotation, for example, when the speed has dropped below 100, in particular below 50, revolutions per minute.
  • the crankshaft 13 rotates back to the time t 3 .
  • the starter motor 3 should not yet be subjected to voltage, as this would experience too high a load, which could lead to damage.
  • the delay between actuation of the tracking device 5 and the switching device 6 must be at least the time difference between ti and t 3 .
  • FIG. 9 shows a further characteristic engine outlet of a further four-cylinder diesel internal combustion engine in the 10-millisecond range.
  • the inventive method can be performed, that is, the query step A5 is answered in the affirmative and the step S7 can be executed from this time.
  • crankshaft 13 rotates back and at time t 3
  • Figs. 8 and 9 each show a characteristic engine spout in which the starter pinion has not been meshed. That is, when the starter pinion 4 is meshed, the time interval is shortened in both FIGS. 8 and 9 of the timings ti i, t 2 i, t 3

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Abstract

Es wird ein Verfahren eines Startsystems (1) zum Starten einer Brennkraftmaschine (10) in einem Fahrzeug mit einer Startvorrichtung (2) beschrieben, die einen Startermotor (3), eine ein Starterritzel (4) einspurende Einspurvorrichtung (5) und eine den Startermotor (3) schaltende Schaltvorrichtung (6) umfasst. Um mit einem möglichst einfachen Startsystem die Verfügbarkeit der Brennkraftmaschine (10) im Start-Stopp-Betrieb möglichst einfach zu erhöhen, wird die Drehzahl einer Brennkraftmaschine (10), insbesondere in einem Start-Stopp-Betriebsmodus, nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine (10) gemessen, und nach einer Startanforderung die Startvorrichtung (2) angesteuert, sobald die Drehzahl unter eine definiertes Drehzahltoleranzband bezüglich eines Stillstands gesunken ist.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren eines Startsvstems, Startsvstem, Schaltungsanordnung und Computerprogrammprodukt
Stand der Technik Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren eines Startsystems zum Starten einer Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug mit einer Startvorrichtung, die einen Startermotor, eine ein Starterritzel einspurende Einspurvorrichtung und eine den Startermotor schaltende Schaltvorrichtung umfasst. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Startsystem zum Starten einer Brennkraftmaschine mit einer Start- Vorrichtung, die einen Startermotor, eine ein Starterritzel einspurende Einspurvorrichtung und eine den Startermotor schaltende Schaltvorrichtung umfasst mit einer Steuerung zur Ansteuerung der Startvorrichtung, wobei die Einspurvorrichtung und die Startvorrichtung mit dem Startermotor in einer Schaltungsanordnung geschaltet sind. Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Computerprogrammprodukt.
Es ist eine Startvorrichtung in einem Fahrzeug zum Starten einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der die Funktionen eines Einspurens eines Starterritzels in einen Zahnkranz der Brennkraftmaschine und Schalten des Hauptstroms eines Startermotors gleichzeitig ausgelöst werden. Dabei wird das Starterritzel je nach dem, ob eine Zahn-auf-Zahn-Stellung oder eine Zahn-Lücken-Stellung vorliegt, gleichzeitig oder leicht verzögert zum Schalten des Hauptstroms eingespurt. Das Starterritzel wird somit kurz nach dem Kontakt mit dem Zahnkranz mit einer maximalen Beschleunigung angedreht. Eine solche Startvorrichtung ist einfach und aus einfachen elektromechanischen Bauteilen zu einer stabilen Schaltungsanordnung ausgebildet. Mit dieser bekannten Startvorrichtung wird auch ein Start- Stopp-Betrieb der Brennkraftmaschine bei einem Betrieb des Fahrzeugs ausgeführt, um Emissionen und den Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine zu reduzieren. Um die Verfügbarkeit der Brenkraftmaschine im Start-Stopp-Betrieb zu erhöhen, das heißt wenn eine Startanforderung ziemlich unmittelbar einer Ausschaltbedingung der Brennkraftmaschine folgt, ist eine Startvorrichtung entwickelt worden, bei der die Funktionen„Einspuren des Starterritzels in den Zahnkranz" und
„Schalten des Hauptstroms des Startermotors" auf zwei Komponenten verteilt sind. Diese zwei Funktionen werden separat von einer Startersteuerung oder einer in der Motorsteuerung implementierten Steuerung angesteuert. Die beiden Funktionen können somit zeitlich entkoppelt abhängig von bestimmten äußeren Bedingungen ausgeführt werden. Somit ist es beispielsweise möglich, den Star- termotor und somit das Starterritzel auf eine bestimmte Drehzahl zu beschleunigen, um in einen sich drehenden auslaufenden Zahnkranz der Brennkraftmaschine einzuspuren und somit eine kürzere Reaktionszeit zum Wiederstart der Brennkraftmaschine zu realisieren. Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren eine Schaltungsanordnung, ein Startsystem und ein Computerprogrammprodukt der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass eine möglichst einfache Schaltungsanordnung und ein
Startsystem für einen Start-Stopp-Betrieb einer Brennkraftmaschine geschaffen wird, bei dem die Verfügbarkeit der Brennkraftmaschine im Start-Stopp-Betrieb möglichst einfach erhöht ist.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Gegenstand der Patentansprüche 1 , 4, 5 und 6 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte Weiterbildungen der
Erfindung.
Es ist ein Gedanke der Erfindung, ein Startsystem und eine Schaltungsanordnung derart zu vereinfachen, dass es im Wesentlichen die gleichen Komponenten und vor allem die gleichen Schnittstellen wie ein herkömmliches Fahrzeug mit einer herkömmlichen
Startvorrichtung ohne Start-Stopp-Betriebssystem aufweist und trotzdem für einen Start-Stopp-Betrieb mit einer erhöhten Verfügbarkeit der Brennkraftmaschine gegenüber herkömmlichen Systemen mit einem Start-Stopp-System, wie sie beispielsweise eingangs beschrieben wurden, einsetzbar ist. Die Aufgabe wird somit mit einem Verfahren derart gelöst, dass die Drehzahl einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Start-Stopp-Betriebsmodus nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine gemessen wird und nach einer Startanforderung die Startvorrichtung angesteuert wird, sobald die Drehzahl unter einer definierten Drehzahlschwelle, beziehungsweise in ein definiertes Toleranzband +/- 150 Umdrehungen/Minute, gesunken ist oder nach einer definierten Zeit sinken wird oder sich in einem bestimmten Drehzahlfenster befindet oder einer bestimmten Zeit befinden wird. Die Drehzahl der Brennkraftmaschine wird herkömmlicherweise zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine mit Hilfe eines Zahnrads und einem entsprechenden Sensor gemessen. Die Brennkraftmaschine also von einer Steuerung, beispielsweise einer Motorsteuerung, direkt angesteuert. Erfindungsgemäß wird die Funktion der Messung der Drehzahl nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine weiter aufrechterhalten, um somit eine erhöhte Verfügbarkeit der Brennkraftmaschine zu schaffen. Eine definierte Drehzahltoleranzschwelle ist so niedrig gewählt, dass das Starterritzel in einen Zahnkranz der Brennkraftmaschine einspuren kann, ohne dass ein erhöhter Verschleiß am Starterritzel und Zahnkranz entsteht. Dabei wird der Startermotor verzögert mit Spannung beaufschlagt, um das Starterritzel auf eine definierte Startdrehzahl zum Starten einer Brennkraftmaschine zu drehen.
Erfindungsgemäß wird also eingespurt und danach der Startermotor mit der Spannung beaufschlagt. Die Verfügbarkeit ist trotzdem erhöht, da nicht mehr abgewartet wird, bis die Drehzahl der Brennkraftmaschine tatsächlich null ist. Das Startsystem ist vereinfacht, da der Startermotor nicht auf eine bestimmte Drehzahl beschleunigt wird und dann mit synchroner Drehzahl in einen auslaufenden Zahnkranz eingespurt wird. Gemäß einem die Erfindung weiterbildenden Verfahren wird zur Ansteuerung der Einspurvorrichtung der Auslauf der Drehzahl der Brennkraftmaschine im Voraus diagnostiziert und aufgrund der Prognose die Startvorrichtung angesteuert. Somit kann im Millisekundenbereich noch exakter und schneller das Starterritzel in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine eingespurt werden. Somit ist die Brennkraftmaschine noch schneller für einen Wiederstart in einem Start-Stopp-Betrieb verfügbar.
Um eine aufwändige Ansteuerelektronik mit einem entsprechend aufwändigen Verfahren, beispielsweise einem Steuerungsverfahren zu vermeiden, wird die Schaltvorrichtung nach einer definierten Zeitperiode ts angesteuert, wobei die Zeitperiode ts solange ist, dass die Einspurvorrichtung mit ausreichender Sicherheit das Starterritzel in einen Zahnkranz der Brennkraftmaschine, bevorzugt vollständig, eingespurt hat.
Gemäß einem weiter bevorzugten Verfahren wird die Startvorrichtung angesteuert, sobald die Drehzahl nach einer definierten Zeit t unter eine definierte Drehzahlschwelle sinken wird. Es wird also angenommen, dass eine definierte untere Drehzahlschwelle in einer bestimmten Zeitspanne (t) erreicht ist. Vorteil hier ist, dass keine Drehzahl gemessen werden muss sondern lediglich ein Zeitablauf.Die Zeit t kann beispielsweise 25 ms, insbesondere 10-40 ms und gegebenenfalls temperaturabhängig variiert werden.
Gemäß einem die Erfindung weiterbildenden Verfahren, um beispielsweise sicherzugehen, dass das Starterritzel zuerst vollständig eingespurt ist, werden die Einspurvorrichtung und die Schaltvorrichtung separat von der Steuerung angesteuert, wobei die Schaltvorrichtung erst angesteuert wird, wenn das Starterritzel vollständig eingespurt ist und/oder wenn die Drehzahl des Zahnkranzes der Brennkraftmaschine positiv und hinreichend klein oder null ist. Dabei sind folgende vier Kriterien als auslösende Bedingung kumulativ oder alternativ vorgesehen, wobei n die Drehzahl ist:
0 < n < nSChweiie+ und/oderO < n < nSChweiie+ nach einer definierten Zeit Ät oder
und < 0 sofort oder nach Ät. Die positive Drehzahlschwelle
ist nSChweiie+ im Bereich von beispielsweise +60 bis 150 Umdrehungen/Minuten und die negative untere Drehzahlschwelle ist im unteren Bereich von -150 bis -60 Umdrehungen/Minute.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist beispielsweise ein Sensor vorgesehen, der beispielsweise auch in der Einspurvorrichtung implementiert sein kann und die Steuerung kann eine entsprechende Auswertediagnoseeinrichtung umfassen, so dass detektiert wird, ob das Starterritzel vollständig eingespurt ist.
Um eine Ansteuerung der Startvorrichtung genauso auszubilden, wie dies bislang im Stand der Technik bekannt ist und damit die Startvorrichtung mit standardisierten Schnittstellen der Steuerung, insbesondere der Motorsteuerung, austauschbar ist, so dass keine wesentlichen zusätzlichen Kosten zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anfallen, werden bevorzugt die Einspurvorrichtung und die Schaltvorrichtung durch einen gemeinsamen Schalter angesteuert und die Schaltvorrichtung durch eine definierte Verzögerung in der Einspurvorrichtung elektromechanisch zwangsangesteuert.
Die Aufgabe wird auch durch ein Computerprogrammprodukt, das auf einem von ei- nem Computer lesbaren Datenträger niederlegbar ist, dadurch gelöst, dass das Computerprogrammprodukt in einen Programmspeicher mit Programmbefehlen von einer Steuerung mit einem Mikrocomputer ladbar ist, um alle Schritte eines zuvor oben beschriebenen Verfahrens auszuführen. Das Computerprogrammprodukt erfordert keine zusätzlichen Bauteile und lässt sich somit einfach realisieren. Das Computerpro- grammprodukt hat den weiteren Vorteil, dass es leicht an individuelle Kundenwünsche anpassbar ist, sowie eine Verbesserung oder Optimierung einzelner Verfahrensschritte mit einem geringen Aufwand kostengünstig durchführbar sind. Das Speicherelement kann beispielsweise ein Chip mit einem nicht flüchtigen Speicher sein. Aufgabe wird auch mit einer Schaltungsanordnung dadurch gelöst, dass die Einzugswicklung der Einspurvorrichtung in Serie zum Startermotor geschaltet ist und insbesondere die Schaltvorrichtung über einen elektrischen Schaltkontakt von der Einspurvorrichtung ansteuerbar ist, wobei besonders bevorzugt die Schaltvorrichtung direkt an einem Potential einer Batterie schaltbar ist. Somit ist eine einfache Schaltungsanord- nung geschaffen, die den Hauptstrom des Startermotors nach einer konstruktiv vorgegebenen Zeit schaltet und somit den eigentlichen Startvorgang auslöst. Dabei ist die Dauer des Schaltvorgangs des zusätzlichen Schaltrelais so bemessen, dass der Einrückvorgang beim Einspuren in den auslaufenden Zahnkranz unter allen Umständen abgeschlossen ist. Zur besseren Einstellung umfasst das Relais der Schaltvorrichtung eine einzige Wicklung.
Die Aufgabe wird auch mittels eines Startsystems dadurch gelöst, dass die Einspurvorrichtung und die Schaltvorrichtung jeweils als Relais ausgebildet sind, wobei die Schaltvorrichtung mittels eines separaten Schaltkontakts ansteuerbar ist, wobei die Einzugswicklung der Einspurvorrichtung in Serie zum Schaltermotor geschaltet ist.
Somit ist ein einfaches Startsystem geschaffen, dass vom Verkabelungsaufwand genauso wie eine herkömmliche Startvorrichtung von den Schnittstellen her einsetzbar ist. Im Gegensatz zu in Serie befindlichen anderen Startvorrichtungen wird der Startermotor mit einer maximalen Spannung verzögert beaufschlagt, da die Schaltvorrich- tung durch einem separaten Schaltkontakt ansteuerbar ist. Somit kann die Schaltvor- richtung im Millisekundenbereich von beispielsweise 10 ms - 100 ms später als herkömmlich geschaltet werden. Erfindungsgemäß kann die Einspurvorrichtung bereits aktiv werden, wenn der Zahnkranz mit einer kleinen Rotation einer auslaufenden Brennkraftmaschine sich in einem definierten Drehzahltoleranzband befindet, indem das Starterritzel möglichst verschleißfrei einspurbar ist. Somit ist eine Verfügbarkeit der Brennkraftmaschine erweiterbar, dadurch dass bereits im Auslaufen der Brennkraftmaschine bei einer Startanforderung eingespurt werden kann und nicht mehr auf einen vollständigen Stillstand der Brennkraftmaschine von der Startvorrichtung gewartet wird.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist mittels der Steuerung oben beschriebenes Verfahren ausführbar. Die Steuerung kann beispielsweise eine vorhandene Motorsteuerung sein, so dass durch lediglich ein weiteres Verfahrensmodul in der Steuerung die Startvorrichtung mit dem erfindungsgemäßen Startsystem geschaffen werden kann.
Um eine Verzögerung der Schaltzeit bei der Schaltvorrichtung zu erreichen, ist bevorzugt die Schaltvorrichtung über einen elektronischen Schaltkontakt von der Einspurvorrichtung ansteuerbar. Die Einspurvorrichtung schaltet somit nicht mehr den Startermotor, wie herkömmlich, sondern eine weitere Schaltvorrichtung, wodurch sich die verzögerte Beaufschlagung des Startermotors ergibt. Alternativ ist gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform die Schaltvorrichtung über einen von der Steuerung ansteuerbaren Schalter ansteuerbar. Somit kann noch präziser und variierbarer die Verzögerung der Schaltvorrichtung eingerichtet werden, und gegebenenfalls angepasst werden, wenn dies notwendig ist.
Gemäß einer die Erfindung weiterbildenden Ausführungsform ist zumindest die Haltewicklung der Einspurvorrichtung zumindest mit einer Wicklung des Relais von der Schaltvorrichtung parallel geschaltet, wobei insbesondere die Einzugswicklung der Einspurvorrichtung und der Schaltvorrichtung in Serie zum Startermotor geschaltet ist. Somit wird eine weitere Verzögerung erzielt, um den Startermotor im Millisekundenbereich beispielsweise zwischen 10 bis 50 Millisekunden oder bis zu ca. 100 Millisekunden verzögert mit einer maximalen Spannung zu beaufschlagen, im Gegensatz zu einer herkömmlichen Einspurvorrichtung mit gleichzeitiger Schaltfunktion, die im Bereich von 3 bis 10 Millisekunden arbeitet. Gemäß einer die Erfindung weiterbildenden Ausführungsform ist die Schaltvorrichtung mit einem Relais mit einer Einzugs- und mit einer Haltewicklung ausgebildet, wobei die Einzugswicklungen der Einspurvorrichtung und der Schaltvorrichtung parallel geschaltet sind und die Haltewicklungen der Einspurvorrichtung wiederum parallel geschaltet sind. Es wird elektrische Energie für die Schaltvorrichtung und die Einspurvorrichtung durch die Doppelwicklungen eingespart, da nach einem Schalten bzw. einem Relaiseinzug der Schaltvorrichtung von der Einzugswicklung auf die Haltevorrichtung umgeschaltet wird, die einen reduzierten Stromverbrauch aufweist.
Um einen Spannungseinbruch beim Wiederstand der Brennkraftmaschine zu vermeiden und somit zu vermeiden, dass elektrische Geräte im Bordnetz wegen eines Spannungseinbruchs deaktiviert werden, ist bevorzugt eine Spannungsbegrenzungseinrich- tung im Strompfad des Startermotors geschaltet. Die Spannungsbegrenzungsvorrich- tung umfasst weiter bevorzugt einen Vorwiderstand und eine als Schaltrelais ausgebildete Überbrückungsvorrichtung mit einem Schaltkontakt, wobei insbesondere die Einzugswicklung der Einspurvorrichtung in Reihe zur Überbrückungsvorrichtung geschaltet ist. Somit wird die Spannung nur über die Zeit begrenzt, in der ein Spannungseinbruch besonders hoch ist. Der Startermotor wird somit mit einer niedrigen Anfangsspannung beaufschlagt, nachdem der Startermotor angedreht ist, läuft der Startermotor mit einer maximalen Spannung beaufschlagt, so dass der Spannungseinbruch deutlich reduziert ist. Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist alternativ die Überbrückungsvorrichtung an der Haltewicklung der Einzugsvorrichtung parallel und von der Schaltvorrichtung ansteuerbar geschaltet. Die Aufgabe wird auch durch eine Schaltungsanordnung dadurch gelöst, dass die
Schaltvorrichtung zum Beaufschlagen des Startermotors mit einer maximalen Spannung mittels eines separaten Schaltkontakts ansteuerbar ist. Der separate Schaltkontakt kann an die Einspurvorrichtung gekoppelt sein oder kann von der Steuerung direkt betätigt werden.
Somit sind größere Änderungen in der E/E-Architektur des Fahrzeugs nicht mehr in einem hohen Maß erforderlich, um die Verfügbarkeit der Brennkraftmaschine beim Auslaufen für einen Wiederstart zu erhöhen, wie es beispielsweise erforderlich wäre, wenn das vom Startermotor angetriebene Starterritzel auf eine bestimmte Drehzahl be- schleunigt werden würde, um mit synchroner Drehzahl in einen sich drehenden Zahnkranz einer auslaufenden Brennkraftmaschine einzuspuren.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu er- läuternden 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 eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Startsystems, Fig. 2 eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Startsystems,
Fig. 3 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Startsystems, Fig. 4 eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Startsystems,
Fig. 5 eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Startsystems, Fig. 6 eine sechste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Startsystems, Fig. 7 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 8 einen charakteristischen Motorauslauf zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und Fig. 9 einen weiteren charakteristischen Motorauslauf einer anderen Brennkraftmaschine.
Ausführungsformen der Erfindung Die Fig. 1 zeigt einen schematischen Schaltplan eines erfindungsgemäßen Startsystems mit einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 100. Das Startsys- tem 1 zum Starten der Brennkraftmaschine 10 umfasst eine Startvorrichtung 2 mit einem Startermotor 3 der ein Starterritzel 4 antreibt. Das Starterritzel 4 wird von einer Einspurvorrichtung 5 in einen Zahnkranz 14, der auf einer Kurbelwelle 13 der Brennkraftmaschine 10 angeordnet ist, zum Starten der Brennkraftma- schine 10 eingespurt. Die Einspurvorrichtung 5 umfasst eine Einzugswicklung 15 und eine Haltewicklung 25. Der Startermotor 3 wird über eine Schaltvorrichtung 6 mit einem Schaltkontakt 61 mit einer maximalen Spannung U+ beaufschlagt.
In der Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist die Schaltvorrichtung 6 als Relais ebenfalls mit Doppelspule ausgebildet. Das Relais umfasst ebenfalls eine Einzugswicklung 16 und eine Haltewicklung 26, die einen geringeren Stromverbrauch beim Schalten des Relais nach sich zieht. Die Schaltungsanordnung 100 mit der Einspurvorrichtung 5, der Schaltvorrichtung 6 und dem Startermotor 3 ist so geschaltet, dass beide Einzugswicklungen 15, 16 von der Einspurvorrich- tung 5 und der Schaltvorrichtung 6 parallel geschaltet sind und jeweils in Reihe zum Startermotor 3. Die Haltewicklungen 25, 26 der Einspurvorrichtung 5 und der Schaltvorrichtung 6 sind auch parallel geschaltet, jedoch direkt mit Masse verbunden. Dadurch dass der Startermotor 3 in Serie zur Einzugswicklung 15, 16 geschaltet ist, kann der Startermotor 3 leicht angedreht werden, um eine Zahn auf Zahnstellung zu vermeiden. Um die Brennkraftmaschine zu starten, muss der
Schaltkontakt 61 geschlossen werden, so dass der Startermotor 3 mit maximalem Bordnetz Spannung beaufschlagt wird.
Das Startsystem 1 umfasst eine Steuerung 7 mit einem Mikrocomputer 71 und einem Programmspeicher 72. Die Steuerung 7 kann beispielsweise eine Motorsteuerung sein. Sie kann auch eine separate Steuerung 7 neben der Motorsteuerung sein. Die Fig. 1 zeigt die Steuerung 7 in Form einer Motorsteuerung. Die Motorsteuerung bzw. Steuerung 7 wird durch einen Startschalter 9 aktiviert, der beispielsweise einen Zündschlüsselschalter oder ein Startknopf zum Starten des Betriebs der Brennkraftmaschine 10 umfasst. Die Steuerung 7 steuert die
Einspritzung der Brennkraftmaschine 10 an und bezieht auch Informationen über den Motorzustand der Brennkraftmaschine 10.
Das Startsystem 1 führt das zur Fig. 7 beschriebene Verfahren aus. Die Drehzahl einer Brennkraftmaschine 10 wird mittels des Sensorsystems mit dem Sensor 12 und dem Zahnrad 1 1 in einem Start-Stopp-Betriebsmodus nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine 10 gemessen. Wird eine Startanforderung detektiert, so wird die Startvorrichtung 2 angesteuert, sobald die Drehzahl in ein definiertes Drehzahltoleranzband gesunken ist.
5 Die Steuerung 7 umfasst ferner Eingangsanschlüsse 20 bis 23, um Signale zu erfassen, die eine Abschaltbedingung für einen Start-Stopp-Betrieb oder eine Startanforderung für einen Start-Stopp-Betrieb detektieren. Die Eingangssignale können beispielsweise Betätigung einer Bremse oder Betätigung des Kupplungspedals sein. Die Steuerung 7 kann ferner eine interne Zeituhr aufweisen, 10 um beispielsweise die Brennkraftmaschine 10 nach einer bestimmten Zeit auszuschalten.
Für die Erfindung ist ferner wichtig, dass die Drehzahl der Kurbelwelle 13 erfasst wird. Hierfür ist an der Kurbelwelle 13 ein Zahnrad 1 1 mit mindestens einer Lui s cke und einem Zahnradsensor 12 angeordnet, so dass die Kurbelwellenposition an die Steuerung 7 und auch die Drehzahl übermittelt wird. Die Steuerung 7 steuert über einen Schalter 17 und eine Schnittstelle 27 die Einspurvorrichtung 5 an und über einen Schalter 18 und eine Schnittstelle 28 die Schaltvorrichtung 6. Die Einspurvorrichtung 5 und die Schaltvorrichtung 6 liegen beide am Batteriepo- 20 tential U. Das erfindungsgemäße Startsystem 1 ermöglicht nun zusätzlich zum
Einspuren des Starterritzels 4 in einen stehenden Zahnkranz 14 der Brennkraftmaschine 10 das Einspuren des Starterritzels 4 auch in einen auslaufenden Zahnkranz 14 der Brennkraftmaschine 10, wenn dieser sich nur noch sehr langsam vorwärts oder rückwärts, insbesondere in einem Drehzahltoleranzband von
25 +/-150 Umdrehungen/Minute, insbesondere von +/- 60 bis 150 Umdrehungen/Minute dreht. Hierzu werden die Funktionen„Einspuren des Starterritzels 4 in den Zahnkranz 14" und„Schalten des Hauptstroms des Startermotors 3" auf zwei Bauteile verteilt, die nach einer festen Anordnung bzw. Steuerung in einem vorgegebenen zeitlichen Ablauf angesteuert werden. Dies hat den Vorteil, dass
30 im Wesentlichen die gleiche elektrische Schnittstelle wie eine konventionelle
Startvorrichtung mit einem einfachen Start-Stopp-Betrieb verwendet werden kann und mit einem vorhandenen Bauraum einfach ausgetauscht werden kann. Ein weiterer komplizierter Aufbau von Ansteuerleitungen für eine zusätzliche Elektronik und zusätzliche Steuerrelais und somit zusätzliche Schnittstellen an der Mo- 35 torsteuerung sowie aufwendige Verfahrensabläufe in der Motorsteuerung entfallen somit. Die Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Startsystems 1. Hier ist wie bei einer konventionellen Startvorrichtung lediglich eine Schnittstelle 27 zur Ansteuerung der Startvorrichtung vorhanden. Die Steuerung 7 steuert hier über einen Schalter 19 die Startvorrichtung 2 an. Der Schalter 18 aus der Fig. 1 ist hier als Schaltkontakt 51 an die Einspurvorrichtung 5 gekoppelt. Die Einspurvorrichtung 5 schließt somit den Kontakt 51 , um die Schaltvorrichtung 6 mit Spannung zu beaufschlagen und somit zu aktivieren. Durch eine spezielle Auslegung der Spulen 16, 26 kann somit eine definierte Zeitverzögerung zwi- sehen Betätigung der Einspurvorrichtung 5 und der Schaltvorrichtung 6 liegen.
Die Fig. 3 zeigt eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform, bei der die Schaltvorrichtung 6 lediglich mit einer Wicklung 36 ausgebildet ist. Die Aufspaltung in eine Haltewicklung 26 und eine Einzugswicklung 16 ist somit auf eine ein- fache Wicklung 36 reduziert. Ebenfalls analog ist grundsätzlich auch der Einsatz einer einfachen Wicklung in der kombinierten Einspurvorrichtung 5 möglich, die gleichzeitig den Schaltkontakt 51 betätigen. Diese Ausführungsform zeigt die einfachste Schaltungsanordnung, um einen verzögerten Einschaltvorgang vom Hauptstrom des Startermotors 3.
Die Fig. 4 zeigt eine weitere besondere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 100 der Startvorrichtung 2 mit dem Unterschied, dass die Schaltvorrichtung 6 nicht parallel zur Haltewicklung 25 der Einspurvorrichtung 5 geschaltet ist, sondern die Schaltvorrichtung 6 parallel zum Startermotor 3 in der Schaltungsanordnung 100 geschaltet ist. Die dargestellten Ausführungsformen haben den Vorteil, dass beim Deaktivieren der einzigen Steuerleitung 75 an der Schnittstelle 27 beide als Relais ausgebildeten Aktuatoren sofort abgeschaltet werden. Dafür besteht der Nachteil, dass sich der Strom auf der Steuerleitung 75 erhöht, was gegebenenfalls zu erforderlichen Anpassungen der E/E- Architektur des Fahrzeugs führen kann.
Die als zusätzliches Schaltrelais ausgebildete Schaltvorrichtung 6 ist somit zusammen mit dem Startermotor 3 direkt an der Batterie geschaltet. Der Strom auf der Steuerleitung 75 bleibt durch diese Maßnahme gleich, wie bei einer her- kömmlichen Startvorrichtung mit lediglich einem Starterrelais, das sowohl die
Einspurfunktion als auch die Schaltfunktion umfasst. Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform tritt eine leichte Abschaltverzögerung des Hauptstroms auf, da zuerst das kombinierte Einspur- und Schaltrelais als Einspurvorrichtung den Schaltkontakt 51 öffnen muss. Entsprechend lässt sich eine direkte Beschaltung an die Batterie sowohl für die Einspurvorrichtung 5 als auch die Schaltvorrichtung 6 auf die anderen Ausführungsformen übertragen.
Um einen Spannungseinbruch beim Wiederstart der Brennkraftmaschine 10zu vermeiden, ist gemäß der Ausführungsformen der Fig. 5 und 6 eine Spannungs- begrenzungseinrichtung 30 in der Schaltungsanordnung 100 integriert. Als Spannungsbegrenzungsvorrichtung 30, die den Startermotor 3 in der Spannung beim Schalten des Schaltkontakts 61 reduziert, um den Startermotor 3 erst vollständig mit einer Maximalspannung zu beaufschlagen, wenn ein Spannungseinbruch temporär überwunden ist, ist ein Vorwiderstand 33 in Reihe zum Startermotor 3 geschaltet. Eine als Relais ausgebildete Überbrückungsvorrichtung mit einem Schaltkontakt 31 überbrückt den Vorwiderstand 33 zeitlich verzögert. Die Überbrückungsvorrichtung 32 ist in Serie zur Haltewicklung 25 der Einspurvorrichtung 5 geschaltet und in Reihe zum Startermotor 3. Die Überbrückungsvorrichtung 32 überbrückt somit zeitverzögert den Vorwiderstand 33, so dass der Startermotor mit einem maximalen Strom beaufschlagt wird, wenn der Schaltkontakt 31 und 61 der Schaltvorrichtung 6 geschlossen ist. Ein Spannungseinbruch um ca. 30-50% der Batteriespannung wird somit vermieden.
Die Fig. 6 zeigt eine weitere besondere Ausführungsform mit einer Spannungs- begrenzungseinrichtung 30, bei der die Überbrückungsvorrichtung 32 in Reihe zur Einzugswicklung 15 der Einspurvorrichtung 5 und in Reihe zur Einzugswicklung 16 der Schaltvorrichtung 6 geschaltet ist. Die Einzugsvorrichtung 5 und die Schaltvorrichtung 6 werden, wie in der Fig. 1 gezeigt, separat von den Schaltern 17 und 18 über die Steuerung 7 angesteuert.
Die Fig. 7 zeigt ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens, wie das Verfahren als Computerprogrammprodukt in der Steuerung 7 abläuft. In einem ersten Schritt S1 wird der Betrieb der Brennkraftmaschine 10 gestartet, über ein Startsignal von einem Schalter 9. Die Steuerung 7 startet die Brennkraftmaschine 10 durch Ansteuerung der Startvorrichtung 2. Die Steuerung 7 geht in einen Verfahrensschritt S2 über, wenn die Brennkraftmaschine 10 aufgrund von Stopp - Bedingungen in einem Start-Stopp- Betriebsmodus von der Steuerung 7 über die Steuerleitung 20 im Verfahrensschnitt S3 ausgeschaltet wird.
Herkömmlicherweise wird dann auch die Drehzahlerfassung der Kurbelwelle 13 ausgeschaltet. Erfindungsgemäß findet die Drehzahlerfassung am Zahnrad 11 mittels des Zahnradsensors 12 weiter statt, da diese wichtig sein kann, um die Verfügbarkeit der Brennkraftmaschine 10 für einen Wiederstart kurz nach der Stoppanforderung zu erhöhen.
Die Steuerung 7 geht in einen Verfahrensschritt A4 über, indem abgefragt wird, ob eine Startanforderung für einen Wiederstart der Brennkraftmaschine 10 vorliegt. Der Startanforderung wird über die Eingänge der Signalleitungen 21 , 22 oder 23 in der Steuerung 7 detektiert. Die Startanforderung könnte beispielsweise bei einem Automatikgetriebe das Lösen der Bremse sein und bei einem Handgetriebe die Betätigung der Kupplung, um einen Gang einzulegen.
Der Abfrageschritt A4 wird solange wiederholt, bis eine Startanforderung vorliegt.
Liegt eine Startanforderung vor, so wird im positiven Fall in einem neuen Abfrageschritt A5 geprüft, ob die Drehzahl der Kurbelwelle 13 unter einem definierten Drehzahltoleranzband bezüglich eines Stillstands der Kurbelwelle 13 gesunken ist oder sogar die Kurbelwelle 13 still steht.
Ist dies nicht der Fall, weil beispielsweise die Startanforderung sehr kurz nach dem Stoppbefehl folgte, wird in einem optionalen Abfrageschritt A6 prognostiziert, wann die Kurbelwelle 13 unter einer definierten Drehzahlschwelle liegt, um ein Starterritzel 4 im Schritt S8 einzuspuren.
Dieser optionale Abfrageschritt A6 wird nun im positiven Fall zum Schritt S7 führen, das heißt, wenn voraussehbar ist, wann ein Einspurzeitpunkt gegeben ist.
Ist dies noch zu unscharf, so geht die Steuerung wieder in den Abfrageschritt A5 über. Beide Abfrageschritte A5 und A6 gehen im positiven Fall in den Schritt S7 über, indem von der Steuerung 7 die Einspurvorrichtung 5 über den Schalter 17 beziehungsweise 19 angesteuert wird.
In einem folgenden Schritt S8 wird das Starterritzel 4 mit dem Zahnkranz 14 eingespurt. Das Starterritzel 4 kann einmal einspuren, wenn der Zahnkranz 14 bereits steht und erfindungsgemäß in diesen auch bei kleinen Drehzahlen plus / minus bis zu 50 Umdrehungen pro Minute einspuren. In einem optionalen Abfrageschritt A9 beispielsweise zur Fig. 1 und Fig. 6 beschriebenen Ausführungsform, wird der optionale Abfrageschritt A9 ausgeführt bzw. ist dieser ausführbar, indem geprüft wird, ob die Kurbelwelle 13 einen tatsächlichen Stillstand erreicht hat oder positive kleine Drehzahlen aufweist, in die der Startermotor 3 durch Spannungsbeaufschlagung beschleunigt werden kann. Bei einem Rückdrehen der Kurbelwelle 13 mit gleichzeitiger Spannungsbeaufschlagung des Startermotors 3 würde der Startermotor mit einem zu hohen Drehmoment zu stark belastet, so dass für den Startermotor 3 eigentlich nur vorgesehen ist, in positive Drehzahlen zu drehen oder bei einem Stillstand der Brennkraftmaschine 10.
In einem neuen Schritt S10 wird entweder durch Zeitablauf, der beispielsweise in Fig. 1 in der Steuerung 7 durch eine Zeituhr einstellbar ist oder elektromecha- nisch, wie in Figuren 2 bis 5 durch den konstruktiven Aufbau vorgegeben die Schaltvorrichtung 6 bestromt und somit der Startermotor 3 mit einer maximalen Spannung beaufschlagt.
In einem neuen Schritt S11 wird die Brennkraftmaschine 10 gestartet, was über die Messleitung 20 die Steuerung 7 detektiert, so dass die Startvorrichtung 2 von der Steuerung 7 im Schritt S12 ausgeschaltet wird.
Die Fig. 8 zeigt einen charakteristischen Drehzahlverlauf einer Brennkraftmaschine 10 bzw. die Drehzahl der Kurbelwelle 13 im 10-er-Millisekundenbereich nachdem die Brennkraftmaschine 10 ausgeschaltet worden ist.
Die Fig. 8 zeigt einen speziellen Vierzylinder-Dieselmotor-Typ eines speziellen Herstellers. Zu einem Zeitpunkt t0 ist die Brennkraftmaschine 3 ausgeschaltet bis zu einem Zeitpunkt ti müsste der Startermotor 3 das Starterritzel 4 beschleunigen, wenn bis zu diesem Zeitpunkt eingespurt werden sollte. Aufgrund einer Startanforderung vor dem Zeitpunkt ti kann das Starterritzel 4 ohne einem Vorandrehen eingespurt werden, wenn beispielsweise die Drehzahl unter 100 insbesondere unter 50, Umdrehungen pro Minute gefallen ist. Zum Zeitpunkt t2 dreht die Kurbelwelle 13 zurück bis zum Zeitpunkt t3. In diesem Zeitpunkt sollte der Startermotor 3 noch nicht mit Spannung beaufschlagt werden, da dieser eine zu hohe Belastung erfahren würde, was zu Beschädigungen führen könnte. Somit muss entweder elektromechanisch oder in der Steuerung 7 elektronisch gesteuert die Verzögerung zwischen Betätigung der Einspurvorrichtung 5 und der Schaltvorrichtung 6 mindestens die Zeitdifferenz zwischen ti und t3 sein.
Die Fig. 9 zeigt einen weiteren charakteristischen Motorauslauf einer weiteren Vierzylinder-Diesel-Brennkraftmaschine im 10-er-Millisekundenbereich. Bei dieser Brennkraftmaschine sind die Drehzahlschwankungen beim Auslauf deutlich extremer als bei der Charakteristik gemäß Figur 8. Zum Zeitpunkt t0i wird die Brennkraftmaschine ausgeschaltet, zum Zeitpunkt tu kann das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden, das heißt der Abfrageschritt A5 wird positiv beantwortet und der Schritt S7 kann ab diesem Zeitpunkt ausgeführt werden. Zum Zeitpunkt t2i dreht die Kurbelwelle 13 zurück und zum Zeitpunkt t3| ist ein Stillstand vorhanden. Zu beachten ist, dass die Fig. 8 und 9 jeweils einen charakteristischen Motorauslauf zeigen, bei denen das Starterritzel nicht eingespurt worden ist. Das heißt wenn das Starterritzel 4 eingespurt wird, verkürzt sich der Zeitabstand sowohl in Fig. 8 und 9 der Zeitpunkte ti i, t2i, t3|. Alle Figuren zeigen lediglich schematische nicht maßstabsgerechte Darstellungen. Im Übrigen wird insbesondere auf die zeichnerische Darstellungen für die Erfindung verwiesen.

Claims

Verfahren eines Startsystems (1) zum Starten einer Brennkraftmaschine (10) in einem Fahrzeug mit einer Startvorrichtung (2), die einen Startermotor (3), eine ein Starterritzel (4) einspurende Einspurvorrichtung (5) und eine den Startermotor (3) schaltende Schaltvorrichtung (6) umfasst, wobei die Drehzahl einer Brennkraftmaschine (10), insbesondere in einem Start-Stopp- Betriebsmodus, nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine (10) gemessen wird, und nach einer Startanforderung die Startvorrichtung (2) angesteuert wird, sobald die Drehzahl unter eine definierte Drehzahlschwelle gesunken ist oder nach einer definierten Zeit sinken wird oder sich in einem bestimmten Drehzahlfenster befindet oder nach einer bestimmten Zeit befinden wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Startvorrichtung (2) angesteuert wird, sobald die Drehzahl nach einer definierten Zeit (t) unter eine definierte Drehzahlschwelle sinken wird, und insbesondere die Einspurvorrichtung (5) und die Schaltvorrichtung (6) separat von der Steuerung (7) angesteuert werden, wobei insbesondere die Schaltvorrichtung (6) erst angesteuert wird, wenn das Starterritzel (4) vollständig eingespurt ist oder wenn die Drehzahl des Zahnkranzes (14) der Brennkraftmaschine (10) positiv und hinreichend klein oder null ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspurvorrichtung (5) und die Schaltvorrichtung (6) durch einen gemeinsamen Schalter (19) angesteuert werden und die Schaltvorrichtung (6) durch eine definierte Verzögerung von der Einspurvorrichtung (5) elektromecha- nisch zwangsgesteuert angesteuert wird.
Computerprogrammprodukt, das in einem Programmspeicher (72) mit Programmbefehlen von einer Steuerung (7) mit einem Mikrocomputer (71) ladbar ist, um alle Schritte eines Verfahrens nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3 auszuführen, wenn das Programm in der Steuerung (7) ausgeführt wird. Schaltungsanordnung für eine elektrische Maschine zum Starten einer Brennkraftmaschine (10) mit einer Startvorrichtung (2), die einen Startermotor (3), eine ein Starterritzel (4) einspurende Einspurvorrichtung (5) und eine den Startermotor (3) schaltende Schaltvorrichtung (6) umfasst, wobei die Einspurvorrichtung (5) und die Schaltvorrichtung (6) mit dem Startermotor (3) in einer Schaltungsanordnung geschaltet sind und die Einspurvorrichtung (5) und die Schaltvorrichtung (6) jeweils als Relais ausgebildet ist, wobei die Einspurvorrichtung (5) mit einer Einzugs- (15) und einer Haltewicklung (25) ausgebildet ist, wobei die Einzugswicklung (15) der Einspurvorrichtung (5) in Serie zum Startermotor (3) geschaltet ist und insbesondere, die Schaltvorrichtung (6) über einen elektrischen Schaltkontakt (51) von der Einspurvorrichtung (5) ansteuerbar ist, wobei besonders bevorzugt die Schaltvorrichtung direkt an ein Potential (U+) einer Batterie schaltbar ist.
Startsystem zum Starten einer Brennkraftmaschine (10) mit einer Startvorrichtung (2) die einen Startermotor (3), eine ein Starterritzel (4) einspurende Einspurvorrichtung (5) und eine den Startermotor (3) schaltende Schaltvorrichtung (6) umfasst mit einer Steuerung (7) zur Ansteuerung der Startvorrichtung (2) wobei die Einspurvorrichtung (5) und die Schaltvorrichtung (6) mit dem Startermotor in einer Schaltungsanordnung, insbesondere nach Anspruch 5, geschaltet sind und die Steuerung (7) mit einem Sensorsystem an einer Brennkraftmaschine (10) zur Informationsübermittlung von aktuellen Drehzahlen der Brennkraftmaschine (10) gekoppelt ist und die Einspurvorrichtung (5) und die Schaltvorrichtung (6) jeweils als Relais ausgebildet sind, wobei insbesondere mit der Steuerung (7) ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ausführbar ist.
Startsystem (1), insbesondere nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung (6) mit einem Relais mit einer Einzugsund einer Haltewicklung (25, 26) ausgebildet ist, wobei die Einzugswicklungen (15, 16) der Einspurvorrichtung (5) und der Schaltvorrichtung (6) in Serie zum Startermotor (3) geschaltet sind.
Startsystem (1) insbesondere nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spannungsbegrenzungseinrichtung (30) im Strompfad des Startermotors (3) geschaltet ist.
Startsystem (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsbegrenzungseinrichtung (30) einen Vorwiderstand (33) und eine als Schaltrelais ausgebildete Überbrückungsvorrichtung (32) mit einem Schaltkontakt (31) umfasst, wobei insbesondere die Einzugswicklung (15) der Einspurvorrichtung (5) in Reihe zur Überbrückungsvorrichtung (32) geschaltet ist.
Startsystem (1) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Überbrückungsvorrichtung (30) an der Haltewicklung (26) der Einspurvorrichtung (5) parallel und ansteuerbar von der Schaltvorrichtung (6) geschaltet ist.
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