WO2010052046A1 - Verfahren einer steuerung für eine startvorrichtung, computerprogrammprodukt und steuerung - Google Patents

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Apostolos Tsakiris
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Robert Bosch GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a method of a controller for a starting device with a starter motor, for starting an internal combustion engine in a motor vehicle, by means of the controller, a start-stop operation of the internal combustion engine is executable and the engine off in the presence of cut-off conditions and in the presence of Switch-on conditions is switched on.
  • the invention further relates to a computer program product and a controller for a starting device for starting an internal combustion engine in a vehicle, wherein the controller is designed for a start-stop operation of the internal combustion engine and having a microcomputer with a program memory in which a computer program product is loadable to preferably carry out a method as described above.
  • an internal combustion engine is started by means of a starter with a starter pinion meshed with a ring gear of an internal combustion engine.
  • an internal combustion engine which is started by means of a starter pinion, there are minimum times for a restart, which have to wait until the internal combustion engine can be restarted, since it must not be meshed into a rotating ring gear.
  • DE 10 2006 039 1 12 A1 describes a method for determining the rotational speed of the starter for a motor vehicle internal combustion engine. It is further described that the starter includes its own starter controller to calculate the speed of the starter to accelerate the pinion from the starter in a start-stop operation, when a self-starting of the engine due to decreased speed is no longer possible , The pinion is engaged at synchronous speed to the ring gear of the expiring internal combustion engine.
  • DE 10 2005 004 326 describes a starting device for an internal combustion engine with a separate engaging and starting operation.
  • the starting device has a
  • Control unit that controls a starter motor and an actuator for engaging a starter pinion separately. Furthermore, the invention describes that the crankshaft can be positioned at a standstill of the internal combustion engine in order to shorten the starting time.
  • DE 103 31 151 describes a method for controlling the internal combustion engine when an internal combustion engine is running out, in order to control the crankshaft so that a direct start of the internal combustion engine without an additional starter motor is made possible. It is an object of the present invention, a method, a computer program product and a controller of the type mentioned in such a way to improve vehicle comfort, in which a restart of the internal combustion engine is uniformly executable.
  • the object of the invention is achieved in that a crankshaft position of the internal combustion engine is determined at least at standstill of a start-stop operation, the control unit, the crankshaft position is transmitted and depending on the crankshaft position with respect to a defined ideal position of the crankshaft in the internal combustion engine of the electric starter motor the controller is supplied with a defined, adjustable current for starting the internal combustion engine.
  • crankshaft position of the stationary internal combustion engine for starting the internal combustion engine has the advantage that repeatable, equally long starting times can thus be generated which cause the driver a subjectively always the same starting feeling.
  • the invention also has the advantage that a carbon wear on the brushes of the starter motor compared to a conventional crankshaft positioning before starting the internal combustion engine is significantly reduced.
  • Crankshaft positioning of the engine requires one or more current pulses that thermally and electrically stress the breasts such that increased carbon wear on the breasts occurs throughout the life cycle. Since according to the invention, the actual crankshaft position by a single continuous current pulse, with the Internal combustion engine is started, is compensated for an ideal crankshaft position, the wear on the brush is reduced.
  • the crankshaft position is classified by the control in a stored characteristic field and from this a defined, adjustable current is determined, with which the electric machine, i. the starter motor is applied.
  • the crankshaft position is thus assigned a current value with a specific time duration, which results in that, depending on the crankshaft position, the starter motor rotates faster or slower a ring gear of the internal combustion engine in order to start the internal combustion engine with a substantially constant duration.
  • the electric starter motor is acted upon by, in particular at least three, current stages as a function of time of the crankshaft position by means of the control.
  • This has the advantage that current stages provided by the controller can be used for other functions, such as start-stop operation with a wide variety of start-stop strategies.
  • the power for the electric machine can be easily switched and controlled by means of current stages. A noticeable impairment of the electrical system when controlling the starter motor does not occur or not noticeable. The power loss is limited.
  • the current stages in the controller are generated by switching resistors.
  • the resistances are simple
  • the object is also achieved by a computer program product which can be loaded with program instructions into a program memory of a controller in order to execute all the steps of the method described above when the program is executed in the controller.
  • the computer program product requires no additional components in the vehicle, but can be implemented as a module in existing controls in the vehicle.
  • the computer program product may be considered natural in engine control or start-stop control Medium be provided in the form of a semiconductor memory.
  • the computer program product has the further advantage of being easily adaptable to individual and specific customer needs, as well as of improving the operational strategy through improved empirical values. In addition, individually provided values in the vehicle are easily adaptable.
  • the object is also achieved with a controller in that the controller is designed with a control unit for controlling the electric starter motor.
  • the electric starter motor can be supplied with a variable, time-controlled starting current for starting the internal combustion engine in order to carry out a repeatable time-constant starting operation.
  • the controller is formed with electrical switches with resistors to form current stages for driving the electric starter motor.
  • the electric switchable stage By means of the electric switchable stage, a crankshaft position of the internal combustion engine can be compensated for at start, so that the ideal position for starting the internal combustion engine is achieved in substantially always the same time intervals.
  • FIG. 1 is a schematic circuit diagram of a controller according to the invention for a starting device of a vehicle
  • FIG. 2 shows a flow chart for carrying out a method according to the invention
  • 3a, b, c a time-speed-current-crankshaft angle diagram with an ideal position of the crankshaft
  • Fig. 5a, b, c a time-speed-current KW angle diagram with a crankshaft in a third position.
  • the controller 1 controls a starting device 2 defined, both at a start with the ignition key, d. H. a so-called
  • the starting device 2 comprises a starter motor 3 and a starter relay 4, which is shown in Fig. 1 with two windings.
  • the first winding is a Einspurwicklung 6 to stabilispuren a starter pinion 7 regardless of the energization of the starter motor 3 in a ring gear 8 of an internal combustion engine 9.
  • a switching winding 5 With the second winding, a switching winding 5, the starter motor 3 is acted upon by switching a switching relay 17 with a cranking current i for starting the internal combustion engine 9.
  • the internal combustion engine 9 further includes a gear 10 with a tooth gap to detect a position of a crankshaft 19 of the internal combustion engine 9 by means of a sensor 1 1 exactly. To evaluate the crankshaft position of the sensor 1 1 is connected via a conventional bus system to the engine controller 12. The engine controller 12 controls the engine 9 via lines not shown in FIG. 1.
  • the controller 1 is in information contact with the motor controller 12 via a bus system or a direct electrical information line 13 in order to control the starting device 2, for example, for a start-stop operation.
  • the controller 1 which may also be referred to as a starter controller, comprises a microcomputer 14 with a program memory 15. Switched starter motor 3 and the starter relay 4 separately controlled according to start-stop operating strategies.
  • the starter motor 3 is controlled by a control unit 30 is controlled.
  • the control unit 30 has three current stages 31, 32, 33, each comprising a resistor R1, R2, R3 and by means of switches S31, S32, S33 from the microcomputer 14 controllable and defined can be energized.
  • the resistors R1, R2, R3 limit the current from a battery 16 for the starter motor 3.
  • the program memory 15 is a map with respect to crankshaft positions of the internal combustion engine 9 and assigned energizing conditions of the starter motor 3 for a start with essentially always the same start times deposited , Or it is in the program memory, a calculation algorithm for calculating power supplies for individual positions of the crankshaft 19 is provided.
  • the Einspurwicklung 6 of the starter relay 4 is switched to the meshing of the starter pinion 7.
  • the starter motor 3 is acted upon by a switch 17 with a maximum current from the battery 16.
  • the motor controller 12 activates a switch-on relay 18.
  • the single-lane winding 6 and the switch winding 5 are energized after additional release by the switch S35.
  • FIG. 2 shows the sequence of a method according to the invention in a flowchart.
  • step S1 a start-stop operation is initiated due to cut-off conditions, and the engine 9 is turned off by the engine controller 12 by known measures.
  • the engine controller 12 informs the controller 1 of the start of a start-stop operation via the information line 13.
  • the controller 1 now controls the starting device 2 in accordance with a specific start-stop operating strategy.
  • the internal combustion engine 9 is allowed to leak and after standstill of the crankshaft 19, the starter pinion 7 is meshed by energizing the Einspurwicklung 6 from the starter relay 4 in the ring gear 8 of the engine 9.
  • the starter pinion 7 in a rotating, expiring sprocket 8 of the internal combustion engine 9 areakspurt.
  • step S2 of the flowchart a standstill of the crankshaft 19 in the sensor 1 1 is detected.
  • crankshaft 19 When the crankshaft 19 is at a standstill, a crankshaft position is determined by the engine control 12 and this crankshaft position is transmitted to the controller 1. The determination of the crankshaft position thus takes place in a step S3.
  • a step S4 the controller 1 determines a defined cranking current i for the starter motor 3 by means of the microcomputer 14 to the crankshaft position transmitted by the engine controller 12 in order to convert the internal combustion engine 9 into a predefined, as uniform as possible start-up process in the most uniform possible time.
  • This has the advantage that the repeatable start times are essentially always the same length and produce a subjectively same starting feel for the driver.
  • the carbon wear compared to a crankshaft positioning immediately after the engine 9 has run out is significantly reduced on the brushes of the starter motor 3, because both the actual crankshaft position with respect to an ideal crankshaft position is compensated by a single, continuous current pulse and the engine is started simultaneously.
  • a voltage drop due to starting by the starter motor 3 by means of a defined control via the control unit 30 of the controller 1 can be significantly reduced.
  • step S5 it is queried whether the engine controller 12 receives a start condition.
  • the controller 1 is in a waiting loop until a start signal is transmitted via the information line 13 or a direct electrical information line 13.
  • step S6 the controller 1 receives a start signal and energizes the starter motor 3 with the cranking current I calculated in step S4.
  • the cranking current i varies depending on the position of the crankshaft 19.
  • a cranking current i can be varied by defined, timed switching of the three current stages 31, 32, 33.
  • the cranking current i can be further varied by a defined clocking of the current in the current stages 31, 32, 33 through the switches S31, S32, S33.
  • the controller 1 returns to the end in step S7 after the internal combustion engine 9 has been started.
  • FIG. 3a shows a time-crankshaft diagram with a crankshaft angle KW in an ideal position IP of, for example, 90 ° before the next ignitable top dead center of a cylinder of the internal combustion engine 9.
  • FIG. 3b shows a time-current Diagram of the starting current i for the internal combustion engine 9, for example, by switching two switches S31, S32 o- S31, S33 or S32, S33 provided by the control unit 30 is provided.
  • the cranking current i is thus limited to a medium current level and voltage dips in the electrical system are minimized.
  • the cranking current i is reduced at the beginning, for example, by half compared to a full current supply, as occurs for example in a so-called key start. From the time t 12 , the starter motor 3 is acted upon by a cranking current i according to a regular characteristic curve.
  • FIG. 3c shows exactly in time the speed U of the internal combustion engine 9 with respect to the cranking current i according to FIG. 3b and the crankshaft angle according to FIG. 3a.
  • the speed U rises slowly up to the time t 12 and increases significantly faster during the second pass of the crankshaft 19 until the internal combustion engine 9 has reached an idling speed at time t 2 .
  • FIG. 4 a shows a time-crankshaft-angle diagram with a position of the crankshaft 19, which has come to a standstill slightly above the ideal position I P.
  • this position is thus detected by the sensor device 11 and evaluated by the motor controller 12, so that the microcomputer 14 reads a lower cranking current i due to a characteristic stored in a program memory 15 or a calculation algorithm.
  • step S6 the starter motor 3 is thus subjected to a lower starting current i for a defined time up to the instant t 12 , for example by a smaller current being supplied by the control unit 30 in the starter motor 3, in which only one current stage is opened with a resistor, as shown in Fig. 4b. From the time t 12 , the regular current is applied.
  • Fig. 4c shows a corresponding time-speed diagram of the crankshaft 19 of the internal combustion engine 9. Until time t 10 , the crankshaft 19 in contrast to
  • Fig. 3c slowly turned on and is then greatly accelerated until the time t 2 , so that the idle speed at time t 2 takes place substantially at the same time, as shown in FIG. 3c.
  • FIG. 5a shows the case of a crankshaft-angle-time reversed to FIG. 4a.
  • the position of the crankshaft 19 has come to a standstill, which is slightly below the ideal position IP according to FIG. 3a.
  • the starting current i is increased by an assignment from the characteristic field in step S6 until the time t 0 from the start. For example, by opening all the switches S1 to S3 in order to accelerate the crankshaft 19 faster by means of the starter motor 3 than in the ideal case according to FIGS. 3a to c.
  • the longer compared to the ideal position shown in FIG. 3 crank path is already compensated by the current control of the starter motor 3, ie compensated.
  • Fig. 5c shows in a time-speed diagram of the internal combustion engine 9 as at time t 0, the speed and then slower until time t 12 , ie in stages, is accelerated, so that at time t 2, the idle speed in about the same time as in Fig. 3c and 4c has been achieved.
  • the compensatable period of time in order to always carry out the same starting behavior lies within a tolerance range of approx.

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Abstract

Es wird ein Verfahren einer Steuerung (1 ) für eine Startvorrichtung (2) mit einem Startermotor (3) zum Starten einer Brennkraftmaschine (9) in einem Kraftfahrzeug beschrieben, wobei mittels der Steuerung (1 ) ein Start-Stopp-Betrieb der Brennkraftmaschine (9) ausführbar ist und die Brennkraftmaschine (9) bei Vorliegen von Abschaltbedingungen ausgeschaltet und bei Vorliegen von Einschaltbedingungen eingeschaltet wird, wobei der elektrische Startermotor (3) zumindest im Stillstand eines Start-Stopp-Betriebs mit einer Brennkraftmaschine (9) in eine mechanische Wirkverbindung bringbar ist. Um den Fahrzeugkomfort zu verbessern, in dem ein Wiederstart der Brenn- kraftmaschine (9) gleichmäßiger ausführbar ist und somit die Lebensdauer der Fahrzeugkomponenten verlängerbar ist, wird eine Kurbelwellenposition der Brennkraftmaschine (9) zumindest im Stillstand eines Start-Stopp-Betriebs ermittelt, an die Steuerung (1 ) die Kurbelwellenposition übermittelt und abhängig von der Kurbelwellenposition bezüglich einer definierten Idealposition der Kurbelwelle (19) in der Brennkraftmaschine (9) wird der elektrische Startermotor (3) von der Steuerung (1 ) mit einem definierten, einstellbaren Strom zum Starten der Brennkraftmaschine (9) beaufschlagt.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren einer Steuerung für eine Startvorrichtunq, Computerproqrammprodukt und Steuerung
Stand der Technik
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren einer Steuerung für eine Startvorrichtung mit einem Startermotor, zum Starten einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug, wobei mittels der Steuerung ein Start-Stopp-Betrieb der Brennkraftmaschine ausführbar ist und die Brennkraftmaschine bei Vorliegen von Abschaltbedingungen ausgeschaltet und bei Vorliegen von Einschaltbedingungen eingeschaltet wird. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Computerprogrammprodukt und eine Steuerung für eine Startvorrichtung zum Starten einer Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug, wobei die Steuerung für einen Start-Stopp-Betrieb der Brennkraftmaschine ausgebildet ist und einen Mikrocomputer mit einem Programmspeicher aufweist, in den ein Computerprogrammprodukt ladbar ist, um vorzugsweise ein oben beschriebenes Verfahren auszuführen.
Es ist bekannt, zur Einsparung von Kraftstoff und Emissionen die Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug durch eine Motorsteuerung beispielsweise an Ampeln oder an anderen Verkehrshindernissen, die zu einem kurzfristigen Stopp zwingen, die Brennkraftmaschine nach bestimmten Abschaltbedingungen, insbesondere nach einem bestimmten Zeitablauf auszuschalten. Gewöhnlicher Weise wird eine Brennkraftmaschine mittels eines Starters mit einem Starterritzel, das in einen Zahnkranz einer Brennkraftmaschine eingespurt wird, gestartet. Für solche Konstruktionen einer Brennkraftmaschine, die mit Hilfe eines Starterritzels gestartet wird, gibt es für einen Wiederstart Mindestzeiten, die abgewartet werden müssen, bis die Brennkraftmaschine wieder gestartet werden kann, da in einen drehenden Zahnkranz nicht eingespurt werden darf. Neben klassischen Startern mit einem Starterritzel sind auch Riemenstarter, integrierte Starter, Hybridantriebe mit einer schaltbaren Kupplung zwischen der elektrischen Maschine und der Brennkraftmaschine bekannt. Bei den letztgenannten Konstruktionen variiert also der Eingriffsort für den Starter an der Brennkraftmaschine mit der Art des Starters, so dass die Brennkraftmaschine entweder über ein Starterritzel, eine Kurbelwelle oder über den Antriebsstrang gestartet wird.
Aus der DE 10 2006 01 1 644 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung mit einem Starterritzel und einem Zahnkranz einer Brennkraftma- schine bekannt, wobei die Drehzahl des Zahnkranzes und des Starterritzels ermittelt werden, um das Starterritzel nach dem Ausschalten der Brennkraftmaschine mit im Wesentlichen gleicher Drehzahl beim Auslaufen der Brennkraftmaschine einzuspuren. Das Starterritzel bleibt bis zum Andrehen der Brennkraftmaschine in einem eingespur- ten Zustand.
Die DE 10 2006 039 1 12 A1 beschreibt ein Verfahren zum Bestimmen der Drehzahl des Starters für einen Kfz-Verbrennungsmotor. Es wird ferner beschrieben, dass der Starter ein eigenes Starter-Steuergerät umfasst, um die Drehzahl des Starters zu berechnen, um in einem Start-Stopp-Betrieb das Ritzel vom Starter zu beschleunigen, wenn ein Selbststart des Verbrennungsmotors aufgrund gesunkener Drehzahl nicht mehr möglich ist. Das Ritzel wird mit synchroner Drehzahl an den Zahnkranz des auslaufenden Verbrennungsmotors eingerückt.
Die DE 10 2005 004 326 beschreibt eine Startvorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit einem separaten Einrück- und Startvorgang. Hierfür hat die Startvorrichtung eine
Steuereinheit, die einen Startermotor und ein Stellglied zum Einrücken eines Starterritzels separat ansteuert. Ferner beschreibt die Erfindung, dass die Kurbelwelle im Stillstand des Verbrennungsmotors positioniert werden kann, um die Startzeit zu verkürzen.
Die DE 103 31 151 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung der Brennkraftmaschine beim Auslaufen einer Brennkraftmaschine, um die Kurbelwelle so anzusteuern, dass ein Direktstart der Brennkraftmaschine ohne einen zusätzlichen Startermotor ermöglicht wird. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren, ein Computerprogrammprodukt und eine Steuerung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, um einen Fahrzeugkomfort zu verbessern, in dem ein Wiederstart der Brennkraftmaschine gleichmäßiger ausführbar ist.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Gegenstand der Patentansprüche 1 , 5 und 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprü- chen.
Es ist ein der Erfindung zugrunde liegender Gedanke aus der Information der Kurbelwellenposition einer ausgelaufenen, stillstehenden Brennkraftmaschine einen idealen, gleichmäßig wiederkehrenden Start der Brennkraftmaschine zu erzielen.
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass eine Kurbelwellenposition der Brennkraftmaschine zumindest im Stillstand eines Start-Stopp-Betriebs ermittelt wird, an die Steuerung die Kurbelwellenposition übermittelt wird und abhängig von der Kurbelwellenposition bezüglich einer definierten Idealposition der Kurbelwelle in der Brennkraftmaschine der elektrische Startermotor von der Steuerung mit einem definierten, einstellbaren Strom zum Starten der Brennkraftmaschine beaufschlagt wird.
Die Kurbelwellenposition der stillstehenden Brennkraftmaschine zum Starten der Brennkraftmaschine mit einzubeziehen hat den Vorteil, dass somit wiederholbare gleichlange Startzeiten erzeugt werden können, die beim Fahrer ein subjektiv immer gleiches Startgefühl hervorrufen.
Zudem hat dies den Vorteil, dass Spannungseinbrüche im Bordnetz minimiert werden können. Die Erfindung hat ferner den Vorteil, dass ein Kohleverschleiß an den Bürsten des Startermotors gegenüber einer herkömmlichen Kurbelwellenpositionierung vor dem Starten der Brennkraftmaschine deutlich reduziert wird. Eine Kurbelwellenpositionierung der Brennkraftmaschine erfordert ein oder mehrere Stromimpulse, die die Brüsten thermisch und elektrisch belasten, so dass ein erhöhter Kohleverschleiß an den Brüsten über die Lebensdauer verteilt auftritt. Da erfindungsgemäß die tatsächli- che Kurbelwellenposition durch einen einzigen fortdauernden Stromimpuls, mit dem die Brennkraftmaschine gestartet wird, bezüglich einer idealen Kurbelwellenposition kompensiert wird, ist der Verschleiß an den Bürsten reduziert.
Gemäß einem die Erfindung weiterbildenden Verfahren wird die Kurbelwellenposition von der Steuerung in einem hinterlegten Kennfeld eingeordnet und daraus ein definierter, einstellbarer Strom bestimmt, mit dem die elektrische Maschine, d.h. der Startermotor, beaufschlagt wird. Der Kurbelwellenposition wird somit ein Stromwert mit spezifischer Zeitdauer zugewiesen, der dazu führt, dass abhängig von der Kurbelwellenposition der Startermotor schneller oder langsamer, einen Zahnkranz der Brennkraftma- schine dreht, um die Brennkraftmaschine mit einer im Wesentlichen immer gleichbleibenden Zeitdauer zu starten.
Um eine möglichst einfache Variierung des einstellbaren, definierbaren Andrehstroms für den elektrischen Startermotor zu schaffen, wird der elektrische Startermotor mit, insbesondere mindestens drei, Stromstufen zeitlich abhängig von der Kurbelwellenposition mittels der Steuerung beaufschlagt. Dies hat den Vorteil, dass Stromstufen, die durch die Steuerung bereitgestellt werden, für andere Funktionen einsetzbar sind, wie beispielsweise einem Start-Stopp-Betrieb mit einer großen Vielzahl von Start-Stopp- Strategien. Außerdem kann der Strom für die elektrische Maschine mittels Stromstufen einfach geschaltet und gesteuert werden. Eine merkliche Beeinträchtigung des Bordnetzes bei der Ansteuerung des Startermotors tritt nicht oder nicht merklich auf. Die Verlustleistung ist begrenzt.
Gemäß einem die Erfindung weiterbildenden Verfahren werden die Stromstufen in der Steuerung durch Schalten von Widerständen erzeugt. Die Widerstände sind einfache
Strombegrenzungsmittel, um einen Startermotor definiert und kostengünstig in einem Fahrzeug anzusteuern.
Die Aufgabe wird auch durch ein Computerprogrammprodukt gelöst, das mit Pro- grammbefehlen in einen Programmspeicher einer Steuerung ladbar ist, um alle Schritte des oben beschriebenen Verfahrens auszuführen, wenn das Programm in der Steuerung ausgeführt wird. Das Computerprogrammprodukt erfordert keine zusätzlichen Bauteile im Fahrzeug, sondern lässt sich als Modul in bereits vorhandenen Steuerungen im Fahrzeug implementieren. Das Computerprogrammprodukt kann beispielswei- se in der Motorsteuerung oder Steuerung für den Start-Stopp-Betrieb als natürliches Medium in Form eines Halbleiterspeichers vorgesehen sein. Das Computerprogrammprodukt hat den weiteren Vorteil, dass es leicht an individuelle und bestimmte Kundenwünsche anpassbar ist, sowie eine Verbesserung der Betriebsstrategie durch verbesserte empirische Werte ermöglicht. Außerdem sind in dem Fahrzeug individuell vorge- sehene Werte leicht anpassbar.
Die Aufgabe wird auch mit einer Steuerung dadurch gelöst, dass die Steuerung mit einer Steuereinheit zur Ansteuerung des elektrischen Startermotors ausgebildet ist. Somit kann der elektrische Startermotor mit einem variierbaren, zeitlich gesteuerten An- drehstrom zum Starten der Brennkraftmaschine beaufschlagt werden, um einen wiederholbaren zeitlich konstanten Startvorgang auszuführen.
Gemäß einer die Erfindung weiterbildenden Ausführungsform ist die Steuerung mit e- lektrischen Schaltern mit Widerständen ausgebildet, um Stromstufen zur Ansteuerung des elektrischen Startermotors auszubilden. Mittels der elektrischen schaltbaren Stufe kann eine Kurbelwellenposition der Brennkraftmaschine beim Start ausgeglichen werden, so dass die Idealposition zum Starten der Brennkraftmaschine in im Wesentlichen immer gleichen Zeitabständen erreicht wird.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Schaltplan einer erfindungsgemäßen Steuerung für eine Startvorrichtung eines Fahrzeugs,
Fig. 2 ein Flussdiagramm zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 3a, b, c ein Zeit-Drehzahl-Strom-Kurbelwellen-Winkel-Diagramm mit einer Idealposition der Kurbelwelle,
Fig. 4a, b, c ein Zeit-Drehzahl-Strom-KW-Winkel-Diagramm mit einer zweiten Posi- tion der Kurbelwelle und
Fig. 5a, b, c ein Zeit-Drehzahl-Strom-KW-Winkel-Diagramm mit einer Kurbelwelle in einer dritten Position.
Ausführungsformen der Erfindung
Fig. 1 zeigt einen schematischen Schaltplan mit allen wesentlichen Fahrzeugkomponenten zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer erfindungsgemäßen Steuerung 1 . Die erfindungsgemäße Steuerung 1 steuert eine Startvorrichtung 2 definiert, sowohl bei einem Start mit dem Zündschlüssel, d. h. einem sogenannten
Schlüsselstart, als auch bei einem sogenannten Start-Stopp-Betrieb die Startvorrichtung 2 an. Die Startvorrichtung 2 umfasst einen Startermotor 3 und ein Starterrelais 4, das in der Fig. 1 mit zwei Wicklungen gezeigt ist. Die erste Wicklung ist eine Einspurwicklung 6, um ein Starterritzel 7 unabhängig von der Bestromung des Startermotors 3 in einen Zahnkranz 8 einer Brennkraftmaschine 9 einzuspuren. Mit der zweiten Wicklung, einer Schaltwicklung 5, wird der Startermotor 3 durch Schalten eines Schaltrelais 17 mit einem Andrehstrom i zum Starten der Brennkraftmaschine 9 beaufschlagt.
Die Brennkraftmaschine 9 umfasst ferner ein Zahnrad 10 mit einer Zahnlücke, um eine Position einer Kurbelwelle 19 von der Brennkraftmaschine 9 mittels eines Sensors 1 1 genau zu detektieren. Zur Auswertung der Kurbelwellenposition ist der Sensor 1 1 über ein herkömmliches Bussystem mit der Motorsteuerung 12 verbunden. Die Motorsteuerung 12 steuert die Brennkraftmaschine 9, über in der Fig. 1 nicht dargestellte Leitungen, an.
Die Steuerung 1 steht mit der Motorsteuerung 12 über ein Bussystem oder eine direkte elektrische Informationsleitung 13 in Informationskontakt, um beispielsweise für einen Start-Stopp-Betrieb die Startvorrichtung 2 definiert anzusteuern. Die Steuerung 1 , die auch als Startersteuerung bezeichnet werden kann, umfasst einen Mikrocomputer 14 mit einem Programmspeicher 15. Mittels des Mikrocomputers 14 wird über elektroni- sche Schalter der Startermotor 3 und das Starterrelais 4 separat entsprechend Start- Stopp-Betriebsstrategien angesteuert. Der Startermotor 3 wird von einer Steuereinheit 30 definiert angesteuert. Um die Ansteuerung des Startermotors 3 zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu vereinfachen, weist die Steuereinheit 30 drei Strom- stufen 31 , 32, 33 auf, die jeweils einen Widerstand R1 , R2, R3 umfassen und die mittels Schaltern S31 , S32, S33 vom Mikrocomputer 14 ansteuerbar und definiert bestrombar sind. Die Widerstände R1 , R2, R3 begrenzen den Strom von einer Batterie 16 für den Startermotor 3. In dem Programmspeicher 15 ist ein Kennfeld bezüglich Kurbelwellenpositionen der Brennkraftmaschine 9 und dazu zugewiesene Bestromun- gen des Startermotors 3 für einen Start mit im Wesentlichen immer gleichlangen Startzeiten hinterlegt. Oder es ist in dem Programmspeicher ein Berechnungsalgorithmus zur Errechnung von Bestromungen für individuelle Positionen der Kurbelwelle 19 vorgesehen.
Mittels eines Schalters S34 wird die Einspurwicklung 6 des Starterrelais 4 zum Einspuren des Starterritzels 7 geschaltet. Mittels eines Schalters S35 von der Steuerung 1 wird der Startermotor 3 mittels eines Schalters 17 mit einem maximalen Strom von der Batterie 16 beaufschlagt. Für einen Schlüsselstart aktiviert die Motorsteuerung 12 ein Einschaltrelais 18. Somit wird die Einspurwicklung 6 und die Schaltwicklung 5 nach zu- sätzlicher Freigabe durch den Schalter S35 bestromt.
Die Fig. 2 zeigt den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Flussdiagramm.
Im Schritt S1 wird ein Start-Stopp-Betrieb aufgrund von Abschaltbedingungen eingeleitet und die Brennkraftmaschine 9 wird von der Motorsteuerung 12 durch bekannte Maßnahmen ausgeschaltet. Die Motorsteuerung 12 informiert über die Informationsleitung 13 die Steuerung 1 über den Beginn eines Start-Stopp-Betriebs. Die Steuerung 1 steuert im Folgenden nun die Startvorrichtung 2 gemäß einer bestimmten Start-Stopp- Betriebsstrategie an.
Gemäß einer ersten vorbestimmten Betriebsstrategie wird die Brennkraftmaschine 9 auslaufen gelassen und nach Stillstand der Kurbelwelle 19 wird durch Bestromung der Einspurwicklung 6 vom Starterrelais 4 das Starterritzel 7 in den Zahnkranz 8 der Brennkraftmaschine 9 eingespurt. Gemäß einer alternativen Start-Stopp- Betriebsstrategie kann das Starterritzel 7 auch in einen sich drehenden, auslaufenden Zahnkranz 8 der Brennkraftmaschine 9 eingespurt werden.
Im Schritt S2 des Flussdiagramms wird ein Stillstand der Kurbelwelle 19 im Sensor 1 1 detektiert.
Im Stillstand der Kurbelwelle 19 wird eine Kurbelwellenposition von der Motorsteuerung 12 bestimmt und diese Kurbelwellenposition an die Steuerung 1 übermittelt. Die Bestimmung der Kurbelwellenposition erfolgt also in einem Schritt S3.
In einem Schritt S4 bestimmt die Steuerung 1 mittels des Mikrocomputers 14 zur von der Motorsteuerung 12 übermittelten Kurbelwellenposition einen definierten Andrehstrom i für den Startermotor 3, um die Brennkraftmaschine 9 in einer möglichst gleichmäßigen Zeitdauer in einen vorher definierten möglichst gleichmäßigen Startvor- gang überzuführen. Dies hat den Vorteil, dass die wiederholbaren Startzeiten im Wesentlichen immer gleich lang sind und für den Fahrer ein subjektiv gleiches Startgefühl erzeugen. Der Kohleverschleiß gegenüber einer Kurbelwellenpositionierung gleich nach dem Auslaufen der Brennkraftmaschine 9 ist an den Bürsten des Startermotors 3 deutlich reduziert, weil durch einen einzigen, fortdauernden Stromimpuls sowohl die tatsächliche Kurbelwellenposition bezüglich einer idealen Kurbelwellenposition kompensiert wird als auch die Brennkraftmaschine gleichzeitig gestartet wird. Es erfolgt also ein einziger elektrischer Vorgang gegenüber einem oder mehreren elektrischen Impulsen. Außerdem kann ein Spannungseinbruch aufgrund des Startens durch den Startermotor 3 mittels einer definierten Ansteuerung über die Steuereinheit 30 der Steuerung 1 deutlich reduziert werden.
In einem Schritt S5 wird abgefragt, ob die Motorsteuerung 12 eine Startbedingung erhält. Die Steuerung 1 befindet sich so lange in einer Warteschleife bis ein Startsignal über die Informationsleitung 13 oder eine direkte elektrische Informationsleitung 13 ü- bermittelt wird.
Im Schritt S6 erhält die Steuerung 1 ein Startsignal und bestromt den Startermotor 3 mit dem in Schritt S4 errechneten Andrehstrom I . Der Andrehstrom i variiert je nach Position der Kurbelwelle 19. Ein Andrehstrom i kann variiert werden durch definiertes, zeitlich gesteuertes Schalten der drei Stromstufen 31 , 32, 33. Der Andrehstrom i kann ferner variiert werden durch ein definiertes Takten des Stroms in den Stromstufen 31 , 32, 33 durch die Schalter S31 , S32, S33. Die Steuerung 1 kehrt zum Ende im Schritt S7, nachdem die Brennkraftmaschine 9 gestartet worden ist.
Die Fig. 3a zeigt ein Zeit-Kurbelwellen-Diagramm mit einem Kurbelwellenwinkel KW in einer Idealposition I P von beispielsweise 90° vor dem nächsten zündbaren oberen Totpunkt eines Zylinders der Brennkraftmaschine 9. In dieser Idealposition wird gemäß der Fig. 3b entsprechend einem Zeit-Strom-Diagramm der Andrehstrom i für die Brennkraftmaschine 9 beispielsweise durch Schalten von zwei Schaltern S31 , S32 o- der S31 , S33 oder S32, S33 von der Steuereinheit 30 zur Verfügung gestellt wird. Der Andrehstrom i ist somit auf eine mittlere Stromstufe begrenzt und Spannungseinbrüche im Bordnetz sind minimiert. Der Andrehstrom i ist am Anfang beispielsweise um die Hälfte gegenüber einer vollen Bestromung reduziert, wie sie beispielsweise bei ei- nem sogenannten Schlüsselstart auftritt. Ab dem Zeitpunkt t12 wird der Startermotor 3 mit einem Andrehstrom i gemäß einer regulären Kennlinie beaufschlagt.
Die Fig. 3c zeigt exakt zeitlich darunter die Drehzahl U der Brennkraftmaschine 9 in Bezug zum Andrehstrom i gemäß der Fig. 3b und dem Kurbelwellenwinkel gemäß der Fig. 3a. Die Drehzahl U steigt bis zum Zeitpunkt t12 langsam an und erhöht sich beim zweiten Durchlauf der Kurbelwelle 19 deutlich schneller, bis die Brennkraftmaschine 9 zum Zeitpunkt t2 eine Leerlaufzahl erreicht hat.
Die Fig. 4a zeigt ein Zeit-Kurbelwellen-Winkel-Diagramm mit einer Position der Kur- belwelle 19, die etwas oberhalb der Idealposition I P zum Stillstehen gekommen ist.
Erfindungsgemäß wird diese Position somit von der Sensoreinrichtung 1 1 erfasst und von der Motorsteuerung 12 ausgewertet, so dass der Mikrocomputer 14 aufgrund einer in einem Programmspeicher 15 niedergelegten Kennlinie oder einem Berechnungsal- gorithmus einen niedrigeren Andrehstrom i abliest.
Im Schritt S6 gemäß der Fig. 2 wird somit der Startermotor 3 eine definierte Zeit bis zum Zeitpunkt t12 mit einem geringeren Andrehstrom i beaufschlagt, beispielsweise indem von der Steuereinheit 30 ein geringerer Strom im Startermotor 3 zugeführt wird, in dem nur eine Stromstufe mit einem Widerstand geöffnet wird, wie in Fig. 4b dargestellt. Ab dem Zeitpunkt t12 erfolgt die reguläre Bestromung.
Die Fig. 4c zeigt entsprechend ein Zeit-Drehzahl-Diagramm der Kurbelwelle 19 der Brennkraftmaschine 9. Bis zum Zeitpunkt t10 wird die Kurbelwelle 19 im Gegensatz zur
Fig. 3c langsam angedreht und wird dann bis zum Zeitpunkt t2 stark beschleunigt, so dass die Leerlaufdrehzahl zum Zeitpunkt t2 im Wesentlichen zum selben Zeitpunkt erfolgt, wie gemäß der Fig. 3c.
Die Fig. 5a zeigt den zur Fig. 4a umgekehrten Fall eines Zeit-Kurbelwellen-Winkel-
Diagramms. Gemäß diesem Diagramm ist die Position der Kurbelwelle 19 zu einem Stillstand gekommen, die etwas unterhalb der Idealposition I P gemäß der Fig. 3a liegt. Um diesen Zustand auszugleichen, der ebenfalls, wie oben beschrieben, in der Steuerung ermittelt worden ist, wird durch eine Zuweisung aus dem Kennlinienfeld im Schritt S6 der Andrehstrom i bis zum Zeitpunkt t0 vom Startbeginn aus erhöht. Beispielsweise durch Öffnen aller Schalter S1 bis S3, um mittels des Startermotors 3 die Kurbelwelle 19 schneller als im Idealfall gemäß der Fig. 3a bis c zu beschleunigen. Zu einem Zeitpunkt t12 ist der gegenüber der Idealposition gemäß Fig. 3 längere Kurbelweg durch die Stromsteuerung des Startermotors 3 bereits ausgeglichen, d. h. kompensiert.
Die Fig. 5c zeigt in einem Zeit-Drehzahl-Diagramm der Brennkraftmaschine 9 wie zum Zeitpunkt t0 die Drehzahl stark und dann bis zum Zeitpunkt t12 langsamer, also in Stufen, beschleunigt wird, so dass im Zeitpunkt t2 die Leerlaufdrehzahl in etwa zur gleichen Zeit wie in Fig. 3c und 4c erreicht worden ist. Die kompensierbare Zeitdauer, um ein immer gleiches Startverhalten auszuführen, liegt in einem Toleranzbereich von ca.
40 Millisekunden. Es werden somit immer gleiche Startzeiten zum Erreichen einer Leerlaufdrehzahl U der Brennkraftmaschine 9 erzielt. Der Verschleiß des Startermotors 3 wird jedoch reduziert, was sich positiv auswirkt, da der Startermotor 3 aufgrund einer Start-Stopp-Betriebsweise erhöhten Belastungen ausgesetzt ist. Das hier vorgeschla- gene Verfahren benötigt also ein bestimmtes zeitliches Handlungsfeld, hat dafür den weiteren Vorteil, dass ein Spannungseinbruch im Bordnetz besser vermieden werden kann. Alle Figuren zeigen lediglich schematische nicht maßstabsgerechte Darstellungen. Im Übrigen wird insbesondere auf die zeichnerische Darstellungen für die Erfindung als Wesentlich verwiesen.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren einer Steuerung (1 ) für eine Startvorrichtung (2) mit einem Startermotor (3) zum Starten einer Brennkraftmaschine (9) in einem Kraftfahrzeug, wobei mittels der Steuerung (1 ) ein Start-Stopp-Betrieb der Brennkraftmaschine (9) ausführbar ist und die Brennkraftmaschine (9) bei Vorliegen von Abschaltbedingungen ausgeschaltet und bei Vorliegen von Einschaltbedingungen eingeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kurbelwellenposition der Brennkraftmaschine (9) zumindest im Stillstand eines Start-Stopp-Betriebs ermittelt wird, an die Steuerung (1 ) die Kurbelwellenposition übermittelt wird und abhängig von der Kurbelwellenposition bezüglich einer definierten Idealposition der Kurbelwelle (19) in der Brennkraftmaschine (9) der elektrische Startermotor (3) von der Steuerung (1 ) mit einem definierten, einstellbaren Strom zum Starten der Brennkraftmaschine (9) beaufschlagt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (1 ) die
Kurbelwellenposition in einem hinterlegten Kennfeld einordnet und davon einen definierten Andrehstrom i bestimmt, mit dem der elektrische Startermotor (3) beaufschlagt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische
Startermotor (3) von der Steuerung (1 ) mit einem Andrehstrom i in, insbesondere mindestens drei, Stromstufen (31 , 32, 33) abhängig von der Kurbelwellenposition beaufschlagt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Startermotor (3) mit einem variablen Strom von der Steuerung (1 ) abhängig von der Kurbelwellenposition beaufschlagt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromstufen (31 , 32, 33) in der Steuerung (1 ) durch Schalten von Widerständen
(R1 , R2, R3) erzeugt werden.
6. Computerprogrammprodukt, das in einen Programmspeicher (15) einer Steuerung (1 ) mit Programmbefehlen ladbar ist, um alle Schritte eines Verfahrens nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5 auszuführen, wenn das Programm in einer Steue- rung (1 ) ausgeführt wird.
7. Steuerung (1 ) für eine Startvorrichtung (2) mit einem Startermotor (3) und einem Starterrelais (4) zum Starten einer Brennkraftmaschine (9) in einem Fahrzeug, wobei die Steuerung (1 ) für einen Start-Stopp-Betrieb der Brennkraftmaschine (9) aus- gebildet ist und einen Mikrocomputer (14) mit einem Programmspeicher (15) aufweist, in den ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 6 ladbar ist, um bevorzugt ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 auszuführen, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (1 ) mit einer Steuereinheit zur Ansteuerung des elektrischen Startermotors (3) ausgebildet ist.
8. Steuerung (1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (1 ) mit elektrischen Schaltern mit Widerständen (R1 , R2, R3) ausgebildet ist, um Stromstufen zur Ansteuerung des elektrischen Startermotors (3) auszubilden.
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