EP2079924A1 - Starter für verbrennungsmotoren mit entlastungsschalter - Google Patents

Starter für verbrennungsmotoren mit entlastungsschalter

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EP2079924A1
EP2079924A1 EP07802556A EP07802556A EP2079924A1 EP 2079924 A1 EP2079924 A1 EP 2079924A1 EP 07802556 A EP07802556 A EP 07802556A EP 07802556 A EP07802556 A EP 07802556A EP 2079924 A1 EP2079924 A1 EP 2079924A1
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EP
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switch
starter
relay
closed
relay switch
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EP07802556A
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Klaus Heyers
Jie Ge
Apostolos Tsakiris
Jochen Heusel
Martin Neuburger
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F02N15/067—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof the gearing including disengaging toothed gears the toothed gears being moved by axial displacement the starter comprising an electro-magnetically actuated lever

Definitions

  • the invention relates to a starter for starting an internal combustion engine according to the preamble of patent claim 1.
  • Pinion starters include a DC motor with a pinion that engages a ring gear of the internal combustion engine and rotates the internal combustion engine at a start request.
  • the sprocket of the internal combustion engine is located i. d.
  • known pinion starters include a so-called engagement relay that attracts an engagement lever that latches the pinion into the ring gear of the internal combustion engine. As soon as the engagement relay has attracted, a main current path is automatically closed, which supplies the starter motor with electrical power. This will start the actual cranking process.
  • An essential aspect of the invention is to provide another switch parallel to the relay switch of the starter relay and to control this switch so that it is closed at least at the time in which the relay switch opens and / or closes.
  • the parallel switch virtually forms a bypass and serves to relieve the relay switch. Closing the bypass switch causes the voltage applied to the relay switch to be reduced, thus reducing the risk of relay firing. The life of the starter can thus be significantly extended.
  • the field strengths occurring at the contacts of the relay switch are particularly high when the relay switch opens. It is therefore proposed to keep the bypass switch closed at least at the time at which the relay switch opens. Preferably, the bypass switch is closed every time the relay switch changes state.
  • the bypass switch is closed shortly before a change in state of the relay switch and shortly thereafter reopened.
  • the voltage drop across the relay switch is reduced at least at the time of a switching operation.
  • the bypass switch is also closed during the entire period in which the relay switch is closed.
  • the current to supply the starter motor flows through both the main current path and the relay switch as well as the bypass path and the bypass switch to the starter motor.
  • the bypass switch is preferably connected to a supply potential, such as the battery voltage of the vehicle electrical system, and to the starter motor.
  • the bypass switch is preferably a transistor, in particular a MOS transistor.
  • the starter according to the invention is preferably a so-called pinion starter.
  • the invention can also be used.
  • FIG. 1 shows a starter for automotive internal combustion engines with a bypass switch.
  • Fig. 2a shows the switching state of the relay switch
  • Fig. 2b shows the switching state of the bypass switch.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a pinion starter for starting an internal combustion engine.
  • the pinion starter comprises a starter relay 1, by means of which a main current path 7 can be closed or opened to the starter motor 4.
  • the control line 8 of the starter relay 1 is energized, so that the relay 1 attracts.
  • an engagement lever 11 is actuated, which spins the pinion 5 in a ring gear 6 of the motor vehicle engine (not shown).
  • the relay switch 2 closes automatically, and the starter motor 4 is supplied with electric power. As a result, the actual starting operation of the vehicle internal combustion engine is started.
  • an additional switch 9 is provided here, which is arranged parallel to the relay switch 2 and which is operated so that it is closed at least when switching the relay switch 2 and / or.
  • the additional switch 9 virtually forms a bypass to the relay switch 2 and serves to relieve the relay switch 2 in a switching operation.
  • the bypass switch 9 is supply side connected to the mains voltage U ßat and the ground side with a supply-side node of the starter motor 4.
  • an electronic unit 10 such as a control unit, is provided for driving the bypass switch 9.
  • Fig. 2a shows two switching cycles of the relay switch 2, wherein the state “low” the open position and “high” corresponds to the closed position of the relay switch 2.
  • Fig. 2b shows the switching state of the switch 9, wherein on the left of the dashed line a first mode and right of the dashed line, a second mode is shown.
  • the state “low” again corresponds to the open position and the state “high” to the closed position.
  • the switch 9 is controlled in such a way that it is closed shortly before a change of state of the relay switch 2 and shortly thereafter re-opened (see times t 0 and ti). As a result, the voltage drop across the relay switch 3 is reduced and thus reduces the risk of contact welding.
  • the parallel switch 9 is operated such that it is also switched on during the entire switch-on phase of the relay switch 2 (from t 0 to ti).
  • the switch 9 is turned on shortly before the time t 0 and turned off again shortly after the time ti. It is essential that the switch 9 is closed in a change of state of the relay switch 2.
  • the switch 9 can be realized for example as a transistor, in particular as a MOS transistor.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Starter zum Starten eines Verbrennungsmotors, umfassend ein Starter-Relais (1) mit einem Relaisschalter (2), mittels dessen ein Hauptstrompfad (7) zu einem Startermotor (4) geöffnet bzw. geschlossen werden kann. Die Lebensdauer des Starterrelais (1) kann wesentlich erhöht werden, wenn parallel zum Relaisschalter (1) ein weiterer Schalter (9) vorgesehen wird, der mittels einer Elektronik (10) so angesteuert wird, dass er zumindest zu dem Zeitpunkt geschlossen ist, in dem der Relaisschalter (2) öffnet und/oder schließt.

Description

Beschreibung
Titel
Starter für Verbrennungsmotoren mit Entlastungsschalter
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Starter zum Starten eines Verbrennungsmotors gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Verbrennungsmotoren heutiger Kfz werden im Allgemeinen von einem so genannten Ritzelstarter gestartet. Ritzelstarter umfassen einen Gleichstrommotor mit einem Ritzel, das in einen Zahnkranz des Verbrennungsmotors eingerückt wird und den Verbrennungsmotor bei einer Startanforderung andreht. Der Zahnkranz des Verbrennungsmotors befindet sich i. d. R. an der Kurbelwelle, Darüber hinaus umfassen bekannte Ritzelstarter ein so genanntes Einrückrelais, das einen Einrückhebel anzieht, der das Ritzel in den Zahnkranz des Verbrennungsmotors einspurt. Sobald das Einrückrelais angezogen hat, wird automatisch ein Hauptstrompfad geschlossen, der den Startermotor mit elektrischer Leistung versorgt. Dadurch wird der eigentliche Andrehvorgang gestartet.
Beim Ein- und Ausschalten des Hauptstrompfades werden die Kontakte des Relaisschalters stark beansprucht. Ursache hierfür sind die beim Schalten der induktiven Last (Elektromotor) auftretenden hohen Feldstärken, die zu einem elektrischen Überschlag führen können, wenn die Feldstärke größer ist als die Durchbruchfeldstärke. Dieser Effekt wird auch als „Relaisbrand" oder „Kontaktschweißen" bezeichnet. Bei Fahrzeugen, die für einen Start-Stopp-Betrieb ausgelegt sind, wird das Starterrelais um ein Vielfaches öfter betätigt als bei herkömmlichen Fahrzeugen. Der vorstehend beschriebene Effekt ist daher besonders kritisch und kann die Lebensdauer des Starters erheblich beeinträchtigen. Offenbarung der Erfindung
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Starter für Verbrennungsmotoren, insbesondere einen Ritzelstarter zu schaffen, der eine wesentlich höhere Lebensdauer aufweist.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patenanspruch 1 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, parallel zum Relaisschalter des Starterrelais (Einrückrelais) einen weiteren Schalter vorzusehen und diesen Schalter so anzusteuern, dass er zumindest in dem Zeitpunkt geschlossen ist, in dem der Relaisschalter öffnet und/oder schließt. Der parallele Schalter bildet dabei quasi einen Bypass und dient zur Entlastung des Relaisschalters. Das Schließen des Bypass-Schalters bewirkt, dass sich die am Relaisschalter anliegende Spannung verringert und somit die Gefahr eines Relaisbrandes reduziert wird. Die Lebensdauer des Starters kann somit wesentlich verlängert werden.
Die an den Kontakten des Relaisschalters auftretenden Feldstärken sind besonders hoch, wenn der Relaisschalter öffnet. Es wird daher vorgeschlagen, den Bypass-Schalter zumindest in dem Zeitpunkt geschlossen zu halten, in dem der Relaisschalter öffnet. Vorzugsweise ist der Bypass-Schalter bei jeder Zustandsänderung des Relaisschalters geschlossen.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird der Bypass-Schalter kurz vor einer Zustandsänderung des Relaisschalters geschlossen und kurz danach wieder geöffnet. Dadurch wird die am Relaisschalter abfallende Spannung zumindest im Zeitpunkt eines Schaltvorgangs reduziert.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird der Bypass-Schalter während der gesamten Zeitdauer, in der der Relaisschalter geschlossen ist, ebenfalls geschlossen. In diesem Fall fließt der Strom zur Versorgung des Startermotors sowohl über den Hauptstrompfad und den Relaisschalter als auch über den Nebenschlusspfad und den Bypass-Schalter zum Startermotor. Der Bypass-Schalter ist vorzugsweise mit einem Versorgungspotential, wie z.B. der Batteriespannung des Kfz-Bordnetzes, und mit dem Startermotor verbunden.
Der Bypass-Schalter ist vorzugsweise ein Transistor, insbesondere ein MOS- Transistor.
Bei dem erfindungsgemäßen Starter handelt es sich vorzugsweise um einen so genannten Ritzelstarter. Bei anderen Startertypen mit einem Starterrelais kann die Erfindung natürlich ebenfalls eingesetzt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Starter für Kfz-Verbrennungsmotoren mit einem Bypass-Schalter;
Fig. 2a den Schaltzustand des Relaisschalters; und
Fig. 2b den Schaltzustand des Bypass-Schalters.
Ausführungsformen der Erfindung
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ritzelstarters zum Starten eines Verbrennungsmotors. Der Ritzelstarter umfasst ein ein Starterrelais 1 , mittels dessen ein Hauptstrompfad 7 zum Startermotor 4 geschlossen bzw. geöffnet werden kann. Bei einem Startwunsch (z.B. Betätigen der Zündung) wird die Steuerleitung 8 des Starter-Relais 1 bestromt, so dass das Relais 1 anzieht. Dadurch wird ein Einrückhebel 11 betätigt, der das Ritzel 5 in einen Zahnkranz 6 des Kfz-Verbrennungsmotors (nicht gezeigt) einspurt. Sobald das Ritzel 5 in den Zahnkranz 6 eingespurt ist, schließt der Relaisschalter 2 automatisch, und der Startermotor 4 wird mit elektrischer Leistung versorgt. Dadurch wird der eigentliche Andrehvorgang des Kfz-Verbrennungsmotors gestartet. Wenn der Verbrennungsmotor selbstständig läuft rückt das Ritzel 5 aus dem Zahnkranz 6 aus und der Relaisschalter 2 öffnet wieder. Beim Öffnen und Schließen des Relaisschalters 2 kann es zu hohen Feldstärken an den Schalterkontakten 3 des Relaisschalters 2 kommen, die zu einem elektrischen Überschlag (so genanntes Kontaktschweißen) führen können. Dadurch wird die Lebensdauer des Relais 1 stark beeinträchtigt.
Um dies zu verhindern, ist hier ein zusätzlicher Schalter 9 vorgesehen, der parallel zum Relaisschalter 2 angeordnet ist und der so betrieben wird, dass er zumindest beim Ein- und/oder Ausschalten des Relaisschalters 2 geschlossen ist. Der zusätzliche Schalter 9 bildet quasi einen Bypass zum Relaisschalter 2 und dient dazu, den Relaisschalter 2 bei einem Schaltvorgang zu entlasten. Der Bypass- Schalter 9 ist versorgungsseitig mit der Netzspannung Ußat und masseseitig mit einem versorgungsseitigen Knoten des Startermotors 4 verbunden. Zum Ansteuern des Bypass-Schalters 9 ist eine Elektronik 10, wie z.B. ein Steuergerät, vorgesehen.
Fig. 2a zeigt zwei Schaltzyklen des Relaisschalters 2, wobei der Zustand „low" der geöffneten Stellung und „high" der geschlossenen Stellung des Relaisschalters 2 entspricht.
Fig. 2b zeigt den Schaltzustand des Schalters 9, wobei links der gestrichelten Linie eine erste Betriebsart und rechts der gestrichelten Linie eine zweite Betriebsart dargestellt ist. Der Zustand „low" entspricht wieder der geöffneten Stellung und der Zustand „high" der geschlossenen Stellung.
In der ersten Betriebsart wird der Schalter 9 derart angesteuert, dass er jeweils kurz vor einer Zustandsänderung des Relaisschalters 2 geschlossen und kurz danach wieder geöffnet wird (siehe Zeitpunkte t0 und ti). Dadurch wird die am Relaisschalter 3 abfallende Spannung reduziert und somit die Gefahr von Kontaktschweißen verringert.
In der zweiten Betriebsart B wird der parallele Schalter 9 derart betrieben, dass er während der gesamten Einschaltphase des Relaisschalters 2 (von t0 bis ti) ebenfalls eingeschaltet ist. Der Schalter 9 wird kurz vor dem Zeitpunkt t0 eingeschaltet und kurz nach dem Zeitpunkt ti wieder ausgeschaltet. Wesentlich ist dabei, dass der Schalter 9 bei einer Zustandsänderung des Relaisschalters 2 geschlossen ist. Der Schalter 9 kann beispielsweise als Transistor, insbesondere als MOS- Transistor realisiert sein.

Claims

Ansprüche
1. Starter zum Starten eines Verbrennungsmotors, umfassend ein Starterrelais (1 ) mit einem Relaisschalter (2), mittels dessen ein Hauptstrompfad (7) zu einem Startermotor (4) geöffnet bzw. geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zum Relaisschalter (2) ein weiterer Schalter (9) vorgesehen ist, der mittels einer Elektronik (10) so angesteuert wird, dass er zumindest in dem Zeitpunkt geschlossen ist, in dem der Relaisschalter (2) öffnet und/oder schließt.
2. Starter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (9) zumindest in dem Zeitpunkt geschlossen ist, in dem der Relaisschalter (2) öffnet.
3. Starter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (9) kurz vor einer Zustandsänderung des Relaisschalters (2) geschlossen und kurz danach wieder geöffnet wird.
4. Starter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (9) während der Zeitdauer, in der der Relaisschalter (2) geschlossen ist, ebenfalls geschlossen ist.
5. Starter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (9) mit einem Versorgungspotential und einem versorgungsseitigem Knoten des Startermotors (4) verbunden ist.
6. Starter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (9) als Transistor realisiert ist.
7. Starter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Starter ein Ritzelstarter ist.
EP07802556A 2006-10-09 2007-08-09 Starter für verbrennungsmotoren mit entlastungsschalter Withdrawn EP2079924A1 (de)

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