WO2012052273A2 - Verfahren und vorrichtung zum starten einer brennkraftmaschine und wechselschaltvorrichtung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum starten einer brennkraftmaschine und wechselschaltvorrichtung Download PDF

Info

Publication number
WO2012052273A2
WO2012052273A2 PCT/EP2011/067076 EP2011067076W WO2012052273A2 WO 2012052273 A2 WO2012052273 A2 WO 2012052273A2 EP 2011067076 W EP2011067076 W EP 2011067076W WO 2012052273 A2 WO2012052273 A2 WO 2012052273A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
starter motor
internal combustion
combustion engine
speed
starter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2011/067076
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2012052273A3 (de
Inventor
Sven Hartmann
Falco Sengebusch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to CN201180050891.6A priority Critical patent/CN103154499B/zh
Publication of WO2012052273A2 publication Critical patent/WO2012052273A2/de
Publication of WO2012052273A3 publication Critical patent/WO2012052273A3/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/08—Circuits specially adapted for starting of engines
    • F02N11/0862—Circuits specially adapted for starting of engines characterised by the electrical power supply means, e.g. battery
    • F02N11/0866—Circuits specially adapted for starting of engines characterised by the electrical power supply means, e.g. battery comprising several power sources, e.g. battery and capacitor or two batteries
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/08—Circuits specially adapted for starting of engines
    • F02N11/0848—Circuits specially adapted for starting of engines with means for detecting successful engine start, e.g. to stop starter actuation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/10—Safety devices
    • F02N11/106—Safety devices for stopping or interrupting starter actuation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P3/00—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters
    • H02P3/06—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter
    • H02P3/08—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter for stopping or slowing a DC motor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P7/00—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
    • H02P7/06—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current
    • H02P7/18—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power
    • H02P7/24—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices
    • H02P7/28—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices
    • H02P7/285—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature supply only
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/08—Circuits specially adapted for starting of engines
    • F02N11/0814—Circuits specially adapted for starting of engines comprising means for controlling automatic idle-start-stop
    • F02N11/0818—Conditions for starting or stopping the engine or for deactivating the idle-start-stop mode
    • F02N11/0833—Vehicle conditions
    • F02N11/084—State of vehicle accessories, e.g. air condition or power steering
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N2200/00—Parameters used for control of starting apparatus
    • F02N2200/04—Parameters used for control of starting apparatus said parameters being related to the starter motor
    • F02N2200/041—Starter speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N2200/00—Parameters used for control of starting apparatus
    • F02N2200/04—Parameters used for control of starting apparatus said parameters being related to the starter motor
    • F02N2200/043—Starter voltage
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N2200/00—Parameters used for control of starting apparatus
    • F02N2200/04—Parameters used for control of starting apparatus said parameters being related to the starter motor
    • F02N2200/044—Starter current

Definitions

  • the invention relates to a method of a device for a starter motor for starting an internal combustion engine, in particular of a vehicle, for limiting an operating range of the starter motor within predetermined physical limits, wherein the electric current of the starter motor is detected by the detection device in the device.
  • the invention further relates to a device for a starter motor of an internal combustion engine, in particular a vehicle, for limiting an operating range of the starter motor within predetermined physical limits with a detection device and an evaluation and control device for electrical quantities.
  • the invention relates to a computer program product and a changeover device for a starting system with a starting device comprising a starter control, a starter motor and at least line connections for at least three subnetworks of a vehicle electrical system.
  • a starting device with a starter motor sets at a start request of a user an internal combustion engine in a vehicle in motion until the internal combustion engine runs itself. Thereafter, the starter motor is switched off. Switching off the starter motor is determined either by the user, the driver, even by releasing the ignition key or by means of a control device that detects the achievement of a minimum speed of the internal combustion engine, or after reaching a maximum period of time.
  • DE 100 29 714 A1 describes a starting device for an internal combustion engine with a starter motor, a power supply and a control device for the starter motor.
  • the drive device comprises a
  • Control unit and a power switching electronics Sensors for detecting physical parameters relevant to the starting power of the starter motor, in particular the rotational speed, the torque and the current consumption of the starter motor, are provided in order to control the starting characteristic of the starter motor within permissible limits of the physical parameters.
  • DE 10 2006 039 112 A1 describes a simple and cost-effective method for calculating the rotational speed of a starter motor for starting internal combustion engines from various electrical variables, such as terminal and / or brush voltage and / or armature voltage of the starter motor, in a start-stop operation into an outgoing sprocket of an internal combustion engine at synchronous speed with a starter pinion of the starter motor justify- trace.
  • DE 10 2008 040 681 A1 describes a method and a starter control for starting an internal combustion engine by means of a starter motor, wherein a starter current is controlled in the starting process defined by the starter control in order to prevent a voltage dip during a restart of an internal combustion engine in a start-stop operation ,
  • Voltage can be supplied by feeding the starter motor, for example, from a secondary power source or by a boost converter, such as a DC / DC converter.
  • a boost converter such as a DC / DC converter.
  • the object is thus achieved by a changeover device for a starting system in that by means of the changeover device, the starter motor with different voltages can be acted upon, wherein the starter motor can be acted upon by the changeover device for a Nederstart in internal combustion engines in the start-stop operation with an increased voltage.
  • the vehicle electrical system voltage does not break as much, so that electrical consumers who are turned on during start-stop operation by the vehicle user, are no longer turned off, or no longer adversely affected , The restart of an internal combustion engine during a start-stop operation can thus be performed imperceptibly for the vehicle occupant.
  • the changeover device comprises a test device, which checks whether consumers are active for the user in the vehicle during a stop in start-stop mode and only in the positive case, the starter motor with an increased voltage to Nederstart the Internal combustion engine can be acted upon.
  • the starter motor is loaded with an increased voltage only in those cases where the vehicle user is actually desired to start imperceptibly.
  • the test device can check, for example, whether an air conditioning and / or an audio or infotainment system are switched on, which require a stable vehicle electrical system voltage during a restart of the internal combustion engine.
  • the object is achieved by a method in which characteristic values which are characteristic of electrical quantities of the starter motor when current is applied are formed and, if the characteristic comparison values are above a critical comparison value, it is derived from the fact that the internal combustion engine has been started and the current application is stopped. This avoids that the starter motor is operated with electrical variables that lead to high wear and a short life. As a result, the starter motor is operable even in a larger operating voltage range with a long service life. Furthermore, a conventional starter, which is designed for an operating range of about 12 volts as the vehicle electrical system voltage, continue to be used.
  • a basic idea of the invention is thus after the start of the internal combustion engine, immediately from the time from which the internal combustion engine can continue independently, the starter motor or its speed defined to regulate and / or to control to obtain the life, especially of the starter motor, wherein the starter motor is preferably applied to a voltage higher than 12 volts.
  • the starter motor reaches inadmissibly high speeds, which are generated due to a higher voltage when the starter motor is no longer charged in the starting process of the internal combustion engine, because this is already started itself.
  • the engine relieves the starter motor as it overruns the starter motor, i. the speed of the internal combustion engine is greater than the speed of the starter motor. In this case, the starter motor can be accelerated to its idle speed.
  • the starter motor for starting the internal combustion engine with at least two different voltages, in particular variable voltages, which are in particular at least 30% above the conventional electrical system voltage of 12 volts applied. This ensures that the voltage drop is reduced when the internal combustion engine is restarted. An influence on active consumers whose interruption the vehicle user would find disturbing is prevented.
  • a device for a starter motor in that the device is formed with a detection device and an evaluation and control device for electrical variables of the starter motor, wherein the detection device comprises a current and a voltage device, and the control device comprises a power switching device to controllably switch the electrical energy of the starter motor, in particular to carry out a method described above.
  • the device thus has an evaluation device which derives a speed of the starter motor from electrical variables, such as the armature current and the applied voltage, in order to energize the starter motor in a defined manner by means of a control device, or to regulate a defined rotational speed.
  • Starter motor calculates and checks whether the speed is below a limit speed, in case of exceeding the limit speed, the current application is toshot.
  • the starter motor is adjustable to a maximum speed, which is defined as a limit speed, which prevents the starter motor from reaching an inadmissibly high speed by applying an excessively high supply voltage, which can lead to damage or destruction of the starter motor.
  • a limit speed which prevents the starter motor from reaching an inadmissibly high speed by applying an excessively high supply voltage, which can lead to damage or destruction of the starter motor.
  • the armature current is preferably also completely interrupted, especially when the internal combustion engine is started in order to avoid too high a speed.
  • the current application is reduced when a limiting speed or a critical comparison value is reached. That is, the current application is either completely interrupted, or according to a further preferred method, the speed of the star termotors regulated to a target speed.
  • the speed is calculated from the following formula: n _ 45 '30
  • R starter resistance of the starter motor
  • the induced voltage can be calculated therefrom. ⁇ 45 ⁇ ⁇ 30 ⁇ If necessary, a temperature influence can be taken into account.
  • the starter motor can accelerate unloaded to its idle speed.
  • the idle speed is primarily determined by the applied voltage, the
  • the starting current applied to the starter motor is switched off at a measured and evaluated speed of approx. 450 revolutions per minute.
  • the object is therefore also achieved by a computer program product which can be loaded into a program memory with program instructions of a microcomputer in order to carry out all the steps of a previously or subsequently described method, in particular if the computer program product is executed in a device or control device described above.
  • the microcomputer is preferably part of the device, wherein the control device, in particular in a plurality of devices in a system, a plurality of microcomputers and memory, as well as a plurality of computer program products or distributed to the plurality of devices may have a realized computer program product.
  • the computer program product requires few or no additional components in the control device and may preferably be implemented as a module in an already existing control device.
  • the computer program product can be stored on a physical medium, such as a memory chip, and has the further advantage that it can be easily adapted to individual and specific customer requirements and empirically determined values, and an improvement or optimization of individual method steps with little effort is possible cost-effectively.
  • FIG. 2 shows a flow chart of a method according to the invention of a device according to the invention
  • Fig. 3 is a time-current-speed diagram with respect to different voltages
  • FIG. 4 is a flowchart of a method of a changeover device.
  • the starting system 20 includes a device 2, a changeover device 3, a starter control 22 and a starter motor 5 with a Einspurvorraum 25.
  • Die Einspurvoriques 25 For starting an internal combustion engine 30, a pinion 26 that can be driven by the starter motor 5 moves into a ring gear 36 of the internal combustion engine 30.
  • the changeover device 3 divides the vehicle electrical system 1 into three subnetworks A, B and C and has three line connections A1, B1 and C1 for this purpose.
  • a first subnetwork A with a first power source 8 has a voltage of about 12 volts.
  • a second subnetwork B with a voltage source 9 comprises a voltage higher than 12 volts, e.g. 20 V and to a third sub-network C, the start system 20 is connected, which is acted upon in each case with different voltages from the first two sub-networks A, B.
  • the changeover device 3 decides according to an inventive method described in FIG. 4, whether the starter motor 5 is subjected to a low voltage of about 12 volts or high voltage greater than 12 volts.
  • a higher-level control executes the decision step and controls the changeover device 3.
  • the starter motor 5 is applied according to the invention either exclusively with a voltage from a power source having a higher voltage than the 12th Voltage, for example, 16, 20 or even more volts or preferably it is from two sources of power operationally applied, the first power source 8 hereinafter "low voltage source” and the second power source 9 as a "high voltage source” with about 12 volts, for example, 20 volts , referred to as.
  • the high voltage source is preferably a lithium battery or a double-layer capacitor with a variable voltage.
  • the AC switching device 3 comprises a DC / DC converter, which increases or decreases the voltages for the subnetwork C with the starter motor 5.
  • the starter control 22 realizes at least two switching functions.
  • the starter controller 22 switches the circuit of the starter motor 5 and the Einspurvor substances 25 in a so-called key start when the internal combustion engine 30 is to be started from a cold state, so-called cold start.
  • an activatable by the driver start button o- a Zünd whylumcordung be provided.
  • the circuit is controlled either manually or electronically after the start of the internal combustion engine, for example by timing or after reaching a minimum speed of the internal combustion engine, interrupted.
  • a second function is experienced by the starter control 22 in a start-stop operation of an internal combustion engine 30.
  • a previously operated internal combustion engine 30 is restarted according to certain criteria without a signal from the driver.
  • the starter control 22 may each have a separate, parallel current path with switches and possibly an electronic control unit for the first and second functions.
  • FIG. 1 for reasons of simplification, a starter control 22 with a circuit breaker 4 is shown.
  • the starter control 22 thus includes a circuit breaker 4 for both functions, which is controlled by an electronic control unit 7.
  • the device 2 is connected in series with the starter control 22 and has a further switch 6 in the circuit of the starter motor 5, which, as shown in FIG. 1, is connected in series with the switch 4.
  • the switches 4 and 6 may be merged into a switch and the starter control 22 may include the device 2.
  • the switches 4 and 6 are either relays or electronic circuit breakers such as MOSFETs.
  • the device 2 comprises a current measuring device 10 in order to detect the armature current I 30 of the starter motor 5 and a voltage measuring device I 1 in order to detect the voltage U 45 applied to the starter motor 5.
  • the device 2 further comprises a microcomputer with a program memory 13, which is used as an evaluation and control device 12 in the device 2 to calculate from the measured electrical variables according to a Rechenalgorythmus the actual speed n of the starter motor 5 and evaluate and thus check that the starter motor 5 is operating within a permissible speed range. If the starter motor 5 a limit speed n Gre nz or a characteristic comparison value, which is formed of electrical variables exceed, so the microcomputer is active as a control device 12 by the basically closed switch 6, the current for the starter motor 5 limited by at least temporary opening or completely interrupts.
  • the starter motor 5 impermissibly high speeds n of, for example, about 450 U / min. reached.
  • the device 2, the alternating switching device 3 and the starter control 22 are preferably formed as separate Vorrich- lines. Alternatively, the devices are designed to be fully or partially combined.
  • the starter motor 5 is thus protected and can be operated at higher voltages, which make a voltage dip when starting the internal combustion engine 5 imperceptible.
  • FIG. 2 shows a flow chart as executed by the device 2 as a method according to the invention. At any time, the starter motor 5 is energized by closing the switch 4 in a step S1.
  • the switch 6 is either already closed or closed at the same time as or shortly after switch 4, so that the starter motor 5 is subjected to voltage.
  • the AC switching device 3 which can switch on either from the low-voltage source 8 or the high voltage source 9 electrical power, the consumer subsystem C in the start-stop operation of an internal combustion engine preferably supplied with high voltage from the voltage source. 9
  • the device 2 is activated.
  • the device 2 can be activated when the starter motor is subjected to a voltage with both high voltage and low voltage.
  • step S3 the current and voltage measuring device 10 and 1 1 begin to detect and measure the armature current i 30 and the applied voltage U 45 on the starter motor 5.
  • step S4 is calculated from the current i 30 and the sensed voltage U 45, the rotational speed n calculated according to the following formula, n _ ⁇ 45 ⁇ '- ⁇ 30
  • the control device 12 then proceeds to a query step A5, in which it is checked whether the calculated speed n is below or above a critical limit speed n limit .
  • a critical limit speed n exceeds the limit of, for example, 450 revolutions per minute, the control device 12 changes over in step S6.
  • step S6 the switch 6 is actuated, so that the switch is turned off and the starter motor 5 is no longer energized. Basically, it is assumed or checked whether at such a high limit speed n limit the starter motor 5 has started the engine 30 and this now runs independently, so that the control device 12 proceeds to step S7.
  • step S7 the switch S4 is turned off and the switch 6 again closed electrically conductive or optionally also left open. If the speed n is below the limit speed n limit in the case of the query A5, a query step A8 is entered in which a query is made as to whether the internal combustion engine 30 has been started.
  • step S9 the starter motor 5 is regulated with current so that the voltage dips when starting the internal combustion engine 30 are minimized. A current control may therefore be necessary to keep the starter motor 5 below a limit speed n limit .
  • the lo procedure jumps again to query A5.
  • FIG. 3 shows a time-current-speed diagram for three different voltages U 12, Ui 6 , U 20 .
  • the current characteristic curves l 12 , I 16, l 20 and the speed curves n 12 , n 16 , n 20 of the starter motor 5 are each plotted for 12 volts, 16 volts and 20 volts 15.
  • the current characteristic l 12 is in each case as a continuous
  • the starter motor 5 is energized.
  • the starter motor 5 at 12 volts 20 applied voltage briefly increases the starter current l 12 - in this example - up to 800 amps.
  • the rotational speed n 12 rises until the time t 3 wave-shaped due to the compression and decompression behavior of the cylinder in the internal combustion engine 30 to about 200 to 250 revolutions.
  • the internal combustion engine 30 overtakes the starter motor 5 in the rotational speed,
  • the conventional electrical system is burdened with consumers, not shown in FIG. 1, of 12 volts less, since the voltage drop is lower and at the same time a conventional starter motor 5 can be used, its speed n being limited by the device 2.
  • dot-dash line By means of dot-dash line are once the starter current l 20 and the associated speed characteristic n 20 drawn upon exposure of the starter motor 5 with 20 volts.
  • the starter current I 20 in the peak rises to almost 1400 amperes and then drops.
  • the starter motor 5 reaches here already at the bottom dead center a speed of about 450 revolutions per minute at the time ti. This is sufficient to start the engine 30 at the time t 2 with the first upper Zündtot Vietnamese, so that the engine 30 is very fast to the idle speed of about 800 revolutions and more per minute already at time e.
  • dashed line and colons the speed curve n 20 * is shown, if the device 2 would be omitted in the electrical system 1.
  • the starter motor 5 would thus very quickly up to the time t 7 to a speed n 20 * of about 800 revolutions per Accelerate the minute.
  • the speed n 20 of the starter motor 5 is reduced in proportion to the time since it is switched off.
  • the switch-off time t 2 of the starter current l 20 can also be made dependent on reaching an upper ignition dead center of the internal combustion engine 30 in order to ensure a safe start.
  • FIG. 4 shows a flow chart of a method sequence as it is run through by a device or the starter control 22 with a changeover device 3.
  • a step S10 the information is given to the starter controller 22 to start the engine.
  • a query step A20 it is checked if it is a start-stop operation. If this is not the case, ie if a so-called cold start is present, then the starter motor 5 is supplied with current by the low-voltage source 8 and the internal combustion engine 30 is started in a conventional manner, as known from the prior art, in a step S30.
  • step A40 If a start takes place in the start-stop mode, it is checked in a second interrogation step A40 whether a consumer is active for the vehicle occupants. If this is not the case, the method goes over in step 30, since a voltage dip is not perceived by the vehicle occupants.
  • the changeover device 3 switches to the high voltage source 9 in a step S50, so that the starting device 20 with a higher voltage than 12 volts is applied. Subsequently, we go through the process as described in FIG. 2 following step S1. All figures show only schematic not to scale representations. Incidentally, reference is made in particular to the drawings for the invention as essential.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Control Of Vehicle Engines Or Engines For Specific Uses (AREA)
  • Motor And Converter Starters (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren einer Vorrichtung (2) für einen Startermotor (5) zum Starten einer Brennkraftmaschine (30), insbesondere eines Fahrzeugs, zur Begrenzung eines Betriebsbereichs des Startermotors (5) innerhalb vorgegebner physikalischer Grenzen beschrieben, wobei der elektrische Strom (I30) des Startermotors (5) von einer Erfassungsvorrichtung (10) in der Vorrichtung (2) erfasst wird. Um einen Spannungsabfall im Bordnetz eines Kraftfahrzeugs während eines Start-Stopp-Betriebs für einen Betrieb herkömmlicher Verbraucher unmerklich erscheinen zu lassen, werden elektrische Größen des Startermotors (5), bei Strombeaufschlagung gemessen, aus den elektrischen Größen charakteristische Vergleichswerte gebildet werden und wenn die charakteristischen Vergleichswerte über einem kritischen Vergleichswert liegen, daraus abgeleitet wird, dass die Brennkraftmaschine (30) gestartet ist und die Strombeaufschlagung abgeregelt wird.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren und Vorrichtung zum Starten einer Brennkraftmaschine und Wechselschaltvorrichtung
Stand der Technik
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren einer Vorrichtung für einen Startermotor zum Starten einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Fahrzeugs, zur Begrenzung eines Betriebsbereichs des Startermotors innerhalb vorgegebener physikalischer Grenzen, wobei der elektrische Strom des Startermotors von der Erfassungsvorrichtung in der Vorrichtung erfasst wird. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung für einen Startermotor einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Fahrzeugs, zur Begrenzung eines Betriebsbereichs des Startermotors innerhalb vorgegebener physikalischer Grenzen mit einer Erfassungsvorrichtung und einer Auswerte- und Steuervorrichtung für elektrische Größen. Die Erfindung bezieht sich auf ein Computerprogrammprodukt und eine Wechselschaltvorrichtung für ein Startsystem mit einer Startvorrichtung, die eine Startersteuerung, einen Startermotor umfasst und mindestens Leitungsanschlüsse für mindestens drei Teilnetze eines Bordnetzes aufweist.
Eine Startvorrichtung mit einem Startermotor setzt bei einem Startwunsch eines Anwenders eine Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug in Bewegung bis die Brennkraftmaschine selbst läuft. Danach wird der Startermotor ausgeschaltet. Das Ausschalten des Startermotors wird entweder durch den Anwender, den Fahrer, selbst durch Loslassen des Zündschlüssels oder mittels einer Steuervorrichtung, die das Erreichen einer Mindestdrehzahl der Brennkraftmaschine detek- tiert, oder nach Erreichen einer maximalen Zeitdauer bestimmt.
Es ist ferner folgender Stand der Technik bekannt. Die DE 100 29 714 A1 beschreibt eine Startvorrichtung für eine Verbrennungsmaschine mit einem Startermotor, einer Spannungsversorgung und einer An- Steuereinrichtung für den Startermotor. Die Ansteuereinrichtung umfasst ein
Steuergerät und eine Leistungsschaltelektronik. Sensoren zur Erfassung physikalischer, für die Startleistung des Startermotors relevanter Parameter, insbesondere der Drehzahl, des Drehmoments und der Stromaufnahme vom Startermotor sind vorgesehen, um die Start-Kennlinie des Startermotors innerhalb zu- lässiger Grenzwerte der physikalischen Parameter anzusteuern.
Die DE 10 2006 039 112 A1 beschreibt ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Berechnung der Drehzahl eines Startermotors zum Starten von Verbrennungsmotoren aus verschiedenen elektrischen Größen, wie Klemmen- und/oder Bürstenspannung und /oder Ankerspannung des Startermotors, um in einem Start-Stopp-Betrieb in einen auslaufenden Zahnkranz einer Brennkraftmaschine mit synchroner Drehzahl mit einem Starterritzel des Startermotors einzu- spuren.
Die DE 10 2008 040 681 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Startersteuerung zum Starten einer Brennkraftmaschine mittels eines Startermotors, wobei ein Starterstrom im Startvorgang von der Startersteuerung definiert geregelt wird, um einen Spannungseinbruch während eines Wiederstarts einer Brennkraftmaschine in einem Start-Stopp-Betrieb zu verhindern.
Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren, eine Vorrichtung, ein Computerprogrammprodukt und eine Wechselschaltvorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, so dass ein Spannungsabfall im Bordnetz eines Kraftfahrzeugs während eines Start-Stopp-Betriebs für einen Betrieb herkömmlicher Verbraucher unmerklich wird.
Offenbarung der Erfindung Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Gegenstand der Patentansprüche 1 , 7, 8 und 9 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. Es ist ein Gedanke der Erfindung den Startermotor im Start-Stopp-Betrieb zum
Wiederstart der Brennkraftmaschine mit einer höheren Spannung als der sonst üblichen Bordnetzspannung von ca. 12 Volt zu beaufschlagen, um einen Spannungseinbruch deutlich unter 12 Volt im Brodnetz zu vermeiden. Die höhere
Spannung kann durch Speisung des Startermotors beispielsweise aus einer se- kundären Stromquelle oder durch einen Hochsetzsteller, wie einen DC/DC-
Wandler erfolgen, wenn die Bordnetzspannung niedriger ist.
Die Aufgabe wird also durch eine Wechselschaltvorrichtung für ein Startsystem dadurch gelöst, dass mittels der Wechselschaltvorrichtung der Startermotor mit verschiedenen Spannungen beaufschlagbar ist, wobei der Startermotor mittels der Wechselschaltvorrichtung für einen Wederstart bei Brennkraftmaschinen im Start-Stopp-Betrieb mit einer erhöhten Spannung beaufschlagbar ist. Durch den Einsatz einer höheren Spannung als die üblicherweise eingesetzte Bordnetzspannung bricht die Bordnetzspannung nicht mehr so stark ein, sodass elektri- sehe Verbraucher, die während des Start-Stopp-Betriebs vom Fahrzeuganwender eingeschaltet sind, nicht mehr ausgeschaltet werden, beziehungsweise nicht mehr ungünstig beeinträchtigt werden. Der Wiederstart einer Brennkraftmaschine während eines Start-Stopp-Betriebs kann somit für den Fahrzeuginsassen unmerklich ausgeführt werden.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform umfasst die Wechselschaltvorrichtung eine Prüfvorrichtung, die prüft, ob Verbraucher für den Anwender im Fahrzeug während eines Stopps im Start-Stopp-Betrieb aktiv geschaltet sind und nur im positiven Fall, der Startermotor mit einer erhöhten Spannung zum Weder- start der Brennkraftmaschine beaufschlagbar ist. Somit wird der Startermotor mit einer erhöhten Spannung, nur in den Fällen belastet, in denen tatsächlich vom Fahrzeuganwender ein unmerklicher Start erwünscht wird. Die Prüfvorrichtung kann beispielsweise prüfen, ob eine Klima- und/oder eine Audio- oder Infotain- mentanlage eingeschaltet sind, die eine stabile Bordnetzspannung während ei- nes Wiederstarts der Brennkraftmaschine benötigen. Die Aufgabe wird durch ein Verfahren dadurch gelöst, das aus elektrischen Größen des Startermotors bei Strombeaufschlagung charakteristische Vergleichswerte gebildet werden und wenn die charakteristischen Vergleichswerte über einem kritischen Vergleichswert liegen, daraus abgeleitet wird, dass die Brennkraftmaschine gestartet ist und die Strombeaufschlagung abgeregelt wird. Somit wird vermieden, dass der Startermotor mit elektrischen Größen betrieben wird, die zu einem hohen Verschleiß und zu einer kurzen Lebensdauer führen. Dadurch ist der Startermotor auch in einem größeren Betriebsspannungsbereich mit einer langen Lebensdauer betreibbar. Ferner kann ein herkömmlicher Starter, der auf einen Betriebsbereich von circa 12 Volt als Bordnetzspannung ausgelegt ist, weiterhin eingesetzt werden. Eine Grundidee der Erfindung ist also nach dem Start der Brennkraftmaschine, sofort ab dem Zeitpunkt, ab dem die Brennkraftmaschine selbständig weiterlaufen kann, den Startermotor bzw. dessen Drehzahl definiert zu regeln und/oder anzusteuern, um die Lebensdauer vor allem des Startermotors zu erhalten, wobei der Startermotor vorzugsweise mit einer höheren Spannung als 12 Volt beaufschlagt wird.
Somit wird vermieden, dass der Startermotor unzulässig hohe Drehzahlen erreicht, die aufgrund einer höheren Spannung erzeugt werden, wenn der Startermotor im Startvorgang nicht mehr von der Brennkraftmaschine belastet wird, weil diese bereits selbst gestartet ist. Die Brennkraftmaschine entlastet den Startermotor, sobald sie den Startermotor überholt, d.h. die Drehzahl der Brennkraftmaschine größer als die Drehzahl des Startermotors ist. In diesem Fall kann der Startermotor auf seine Leerlaufdrehzahl beschleunigt werden.
Um einen Spannungseinbruch unter 12 Volt während eines Start-Stopp-Betriebs sicher zu vermeiden, wird der Startermotor zum Starten der Brennkraftmaschine mit mindestens zwei verschiedenen Spannungen, insbesondere variablen Spannungen, die insbesondere mindestens 30% über der herkömmlichen Bordnetzspannung von 12 Volt liegen, beaufschlagt. Somit ist sichergestellt, dass bei einem Wiederstart der Brennkraftmaschine der Spannungseinbruch reduziert wird. Ein Einfluss auf aktive Verbraucher, deren Unterbrechung der Fahrzeuganwender als störend empfinden würde, wird unterbunden. Die Aufgabe wird auch durch eine Vorrichtung für einen Startermotor dadurch gelöst, dass die Vorrichtung mit einer Erfassungsvorrichtung und eine Auswerte- und Steuervorrichtung für elektrische Größen des Startermotors ausgebildet ist, wobei die Erfassungsvorrichtung eine Strom- und eine Spannungsvorrichtung umfasst, und die Steuervorrichtung eine Leistungsschaltvorrichtung umfasst, um die elektrische Energie des Startermotors steuerbar zu schalten, um insbesondere ein oben beschriebenes Verfahren auszuführen. Somit wird mit einer Vorrichtung, die mehrere Funktionen haben kann, wirksam verhindert, dass ein Startermotor außerhalb seiner zulässigen Betriebsbereiche betrieben wird, was zu einer Zerstörung führen kann. Der Startermotor kann somit bei höheren Spannungslagen wirksam betrieben werden, wobei durch die erfindungsgemäße Vorrichtung verhindert wird, dass zu hohe Leerlaufdrehzahlen erreicht werden. Die Vorrichtung weist somit eine Auswertevorrichtung auf, die aus elektrischen Größen, wie dem Ankerstrom und der angelegten Spannung, eine Drehzahl des Startermotors ableitet, um daraus mittels einer Steuervorrichtung den Startermotor definiert zu bestromen, beziehungsweise um eine definierte Drehzahl zu regeln.
Gemäß einem weiter bevorzugten Verfahren wird aus den charakteristischen Vergleichswerten, insbesondere aus dem gemessenen Strom des Ankers und einer gemessenen Klemmenspannung des Startermotors, eine Drehzahl des
Startermotors errechnet und überprüft, ob die Drehzahl unter einer Grenzdrehzahl liegt, im Falle einer Überschreitung der Grenzdrehzahl wird die Strombeaufschlagung abgeregelt. Somit ist der Startermotor auf eine maximale Drehzahl, die als Grenzdrehzahl definiert wird, einstellbar, die verhindert, dass der Starter- motor durch Anlegen einer zu hohen Versorgungsspannung eine unzulässig hohe Drehzahl erreicht, die zu einer Beschädigung oder Zerstörung des Startermotors führen kann. Unter Abregein ist auch zu verstehen, dass der Ankerstrom bevorzugt auch vollständig unterbrochen wird, insbesondere sobald die Brennkraftmaschine gestartet ist, um eine zu hohe Drehzahl zu vermeiden.
Gemäß einem bevorzugten Verfahren wird die Strombeaufschlagung bei Erreichen einer Grenzdrehzahl oder eines kritischen Vergleichswertes abgeregelt. Das heißt, die Strombeaufschlagung wird entweder vollständig unterbrochen, oder gemäß einem weiter bevorzugten Verfahren, wird die Drehzahl des Star- termotors auf eine Soll-Drehzahl geregelt. Die Drehzahl ergibt sich aus folgender Formel: n _ 45 ' 30
k - Φ n = die Ankerdrehzahl
k-Φ = Maschinenkonstante
Rstarter = Widerstand des Startermotors
C/45 = die Klemmenspannung des Startermotors
Ln = Ankerstrom.
Durch Messen und Auswerten der Starterspannung U 5 und vom Starterstrom 730 kann die Drehzahl abgeleitet werden. Das physikalische Prinzip dahinter ist, dass der Startermotor bei der Rotation eine induzierte Spannung Uind erzeugt, die proportional zur Drehzahl ist, daraus folgt folgende Formel:
Aus den gemessenen elektrischen Größen und bekannten Parametern vom Startermotor kann daraus die induzierte Spannung berechnet werden. ^45 ~ ^30 ■ Gegebenenfalls kann ein Temperatureinfluss berücksichtigt werden.
Sobald die Brennkraftmaschine den Startermotor überholt, das heißt die Drehzahl der Brennkraftmaschine höher als die Drehzahl des Startermotors ist, kann der Startermotor unbelastet auf seine Leerlaufdrehzahl beschleunigen. Die Leer- laufdrehzahl wird in erster Linie bestimmt durch die anliegende Spannung, die
Motorkonstante und seine innere Reibung des Startermotors.
Um den Startermotor möglichst effizient einzusetzen und einen hohen Verschleiß beziehungsweise hohen Verbrauch von elektrischer Energie zu vermeiden, wird der am Startermotor anliegende Starterstrom bei einer gemessenen und ausgewerteten Drehzahl von ca. 450 Umdrehungen pro Minute abgeschaltet.
Vorrichtungen zur Ansteuerung des Startermotors, wie beispielsweise den Startestrom beim Starten einer Brennkraftmaschine zu steuern, sind bekannt,
Die Aufgabe wird deshalb auch durch ein Computerprogrammprodukt gelöst, das in einen Programmspeicher mit Programmbefehlen eines Mikrocomputers ladbar ist, um alle Schritte eines zuvor oder nachfolgend beschriebenen Verfahrens auszuführen, insbesondere wenn das Computerprogrammprodukt in einer oben beschriebenen Vorrichtung oder Steuervorrichtung ausgeführt wird. Dabei ist der Mikrocomputer vorzugsweise Bestandteil der Vorrichtung, wobei die Steuervorrichtung, insbesondere bei einer Mehrzahl von Vorrichtungen in einem System, auch eine Mehrzahl Mikrocomputer und auch Speicher, sowie eine Mehrzahl Computerprogrammprodukte oder auch auf die Mehrzahl der Vorrichtungen verteilt ein realisiertes Computerprogrammprodukt aufweisen kann. Das Computerprogrammprodukt erfordert nur wenige oder keine zusätzlichen Bauteile in der Steuervorrichtung und lässt sich vorzugsweise als ein Modul in einer bereits vorhandenen Steuervorrichtung implementieren. Das Computerprogrammprodukt ist auf einem körperlichen Medium wie einem Speicherchip niederlegbar und hat den weiteren Vorteil, das es leicht an individuelle und bestimmte Kundenwünsche und empirisch ermittelte Werte anpassbar ist, sowie eine Verbesserung o- der Optimierung einzelner Verfahrensschritte mit geringem Aufwand kostengünstig möglich ist.
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 die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen schematischen Aufbau eines Bordnetzes mit erfindungsgemäßer Vorrichtung,
Fig. 2 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 3 ein Zeit-Strom-Drehzahl Diagramm bezüglich verschiedenen Spannungen und
Fig. 4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens einer Wechselschaltvorrichtung.
Die Fig. 1 zeigt einen schematischen Schaltungsaufbau eines Bordnetzes 1 mit einem Startsystem 20 und zwei elektrischen Energiequellen 8 und 9. Das Startsystem 20 umfasst eine Vorrichtung 2, eine Wechselschaltvorrichtung 3, eine Startersteuerung 22 und einen Startermotor 5 mit einer Einspurvorrichtung 25. Die Einspurvorrichtung 25 rückt zum Starten einer Brennkraftmaschine 30 ein vom Startermotor 5 antreibbares Zahnritzel 26 in einen Zahnkranz 36 der Brennkraftmaschine 30 ein.
Die Wechselschaltvorrichtung 3 teilt das Bordnetz 1 in drei Teilnetze A, B und C und weist hierfür drei Leitungsanschlüsse A1 , B1 und C1 auf. Ein erstes Teilnetz A mit einer ersten Stromquelle 8 weist eine Spannung von ca. 12 Volt auf. Ein zweites Teilnetz B mit einer Spannungsquelle 9 umfasst eine Spannung höher als 12 Volt, z.B. 20 V und an einem dritten Teilnetz C ist das Startsystem 20 geschaltet, das jeweils mit verschiedenen Spannungen aus den ersten beiden Teilnetzen A, B beaufschlagbar ist.
Die Wechselschaltvorrichtung 3 entscheidet gemäß eines zur Fig. 4 beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens, ob der Startermotor 5 mit einer Niederspannung von ca. 12 Volt oder Hochspannung größer 12 Volt beaufschlagt wird. Gegebenenfalls führt eine übergeordnete Steuerung den Entscheidungsschritt aus und steuert die Wechselschaltvorrichtung 3 an.
Der Startermotor 5 wird erfindungsgemäß entweder ausschließlich mit einer Spannung von einer Stromquelle beaufschlagt, die eine höhere Spannung als 12 Volt, beispielsweise 16, 20 oder noch mehr Volt aufweist oder bevorzugt wird er aus zwei Stromquellen betriebsbedingt beaufschlagt, wobei die erste Stromquelle 8 im Folgenden„Niederspannungsquelle" und die zweite Stromquelle 9 als „Hochspannungsquelle" mit über ca. 12 Volt, beispielsweise 20 Volt, bezeichnet wird. Die Hochspannungsquelle ist vorzugsweise eine Lithiumbatterie oder ein Doppelschichtkondensator mit einer variablen Spannung. Alternativ oder zusätzlich umfasst die Wechselschaltvorrichtung 3 einen DC/DC-Wandler, der die Spannungen für das Teilnetz C mit dem Startermotor 5 hoch- oder herabsetzt.
Die Startersteuerung 22 realisiert mindestens zwei Schaltfunktionen. In einer ersten Funktion schaltet die Startersteuerung 22 den Stromkreis des Startermotors 5 und der Einspurvorrichtung 25 bei einem sogenannten Schlüsselstart, wenn die Brennkraftmaschine 30 aus einem kalten Zustand, sogenannten Kaltstart, gestartet werden soll. Hierfür kann ein vom Fahrzeugführer aktivierbarer Startknopf o- der eine Zündschlüsselumdrehung vorgesehen sein. Der Stromkreis wird nach dem Start der Brennkraftmaschine entweder manuell oder elektronisch gesteuert, beispielsweise durch Zeitablauf oder nach Erreichen einer Mindestdrehzahl der Brennkraftmaschine, unterbrochen.
Eine zweite Funktion erfährt die Startersteuerung 22 in einem Start-Stopp- Betriebe einer Brennkraftmaschine 30. Hier wird eine kurz vorher betriebene Brennkraftmaschine 30 nach bestimmten Kriterien wieder gestartet ohne das vom Fahrzeugführer ein Signal erfolgt. Die Startersteuerung 22 kann für die erste und zweite Funktion jeweils einen separaten, parallelen Strompfad mit Schaltern und gegebenenfalls einer Steuerelektronik aufweisen. In der Fig. 1 ist aus Gründen der Vereinfachung eine Startersteuerung 22 mit einem Leistungsschalter 4 eingezeichnet. Die Startersteuerung 22 umfasst also für beide Funktionen einen Leistungsschalter 4, der von einer Steuerelektronik 7 angesteuert wird.
Die Vorrichtung 2 ist in Serie zur Startersteuerung 22 geschaltet und weist einen weiteren Schalter 6 im Stromkreis des Startermotors 5 auf, der wie in der Fig. 1 dargestellt, zum Schalter 4 seriell geschaltet ist. In besonderen Ausführungsformen können die Schalter 4 und 6 zu einem Schalter zusammengelegt sein und die Startersteuerung 22 die Vorrichtung 2 mitumfassen. Die Schalter 4 und 6 sind entweder Relais oder elektronische Leistungsschalter wie beispielsweise MOS- FETs.
Die Vorrichtung 2 umfasst eine Strommessvorrichtung 10, um den Ankerstrom l30 des Startermotors 5 und eine Spannungsmessvorrichtung 1 1 , um die am Startermotor 5 anliegende Spannung U45 zu erfassen. Die Vorrichtung 2 weist ferner einen Mikrocomputer mit einem Programmspeicher 13 auf, der als Auswerte- und Steuervorrichtung 12 in der Vorrichtung 2 eingesetzt ist, um aus den gemessenen elektrischen Größen gemäß einem Rechenalgorythmus die tatsächliche Drehzahl n des Startermotors 5 zu errechnen und auszuwerten und somit zu prüfen, ob der Startermotor 5 innerhalb eines zulässigen Drehzahlbereichs arbeitet. Sollte der Startermotor 5 eine Grenzdrehzahl nGrenz beziehungsweise einen charakteristischen Vergleichswert, der aus elektrischen Größen gebildet wird, überschreiten, so wird der Mikrocomputer als Steuervorrichtung 12 aktiv, indem der grundsätzlich geschlossene Schalter 6 den Strom für den Startermotor 5 durch zumindest zeitweises Öffnen begrenzt oder vollständig unterbricht. Somit wird vermieden, dass der Startermotor 5 unzulässig hohe Drehzahlen n von beispielsweise über ca. 450 U/min. erreicht. Die Vorrichtung 2, die Wechselschaltvorrichtung 3 und die Startersteuerung 22 sind bevorzugt als separate Vorrich- tungen ausgebildet. Alternativ sind die Vorrichtungen ganz oder teilweise zu- sammengefasst ausgeführt. Der Startermotor 5 wird somit geschont und kann mit höheren Spannungen betrieben werden, die einen Spannungseinbruch beim Starten der Brennkraftmaschine 5 unmerklich erscheinen lassen. Die Fig. 2 zeigt ein Flussdiagramm, wie es als erfindungsgemäßes Verfahren von der Vorrichtung 2 ausgeführt wird. Zu einem beliebigen Zeitpunkt wird in einem Schritt S1 der Startermotor 5 durch Schließen des Schalters 4 bestromt. Der Schalter 6 ist dabei entweder bereits geschlossen oder wird nun zeitgleich mit oder kurz nach Schalter 4 geschlossen, sodass der Startermotor 5 mit Spannung beaufschlagt wird. Die Wechselschaltvorrichtung 3, die entweder von der Niederspannungsquelle 8 oder der Hochspannungsquelle 9 elektrischen Strom zuschalten kann, beaufschlagt das Verbraucherteilnetz C im Start-Stopp-Betrieb einer Brennkraftmaschine bevorzugt mit Hochspannung von der Spannungsquelle 9. In einem folgenden Schritt S2 wird die Vorrichtung 2 aktiv geschaltet. Alternativ kann die Vorrichtung 2 bei Beaufschlagung des Startermotors mit einer Spannung sowohl mit Hochspannung als auch bei Niederspannung aktiviert sein.
In einem Schritt S3 beginnen die Strom- und Spannungsmessvorrichtung 10 und 1 1 den Ankerstrom i 30 und die angelegte Spannung U45 am Startermotor 5 zu erfassen und zu messen.
In einem folgenden Schritt S4 wird aus dem Strom i 30 und der erfassten Spannung U45 die Drehzahl n gemäß folgender Formel berechnet, n _ ^45 ~ ' -^30
k - Φ
n
wobei s,ar,er als Innenwiderstand des Startermotors 5 vorher bekannt ist und k-Φ als Maschinenkonstante ebenfalls bekannt ist. Gegebenenfalls wird der Temperatureinfluss mit einem aus dem Stand der Technik bekannten Rechenal- gorythmen berücksichtigt.
Die Steuervorrichtung 12 geht anschließend in einen Abfrageschritt A5 über, in dem überprüft wird, ob die errechnete Drehzahl n unter oder über einer kritischen Grenzdrehzahl nGrenz liegt. Bei Überschreiten einer kritischen Grenzdrehzahl nGrenz von beispielsweise 450 Umdrehungen pro Minute geht die Steuervorrichtung 12 in Schritt S6 über.
Im Schritt S6 wird der Schalter 6 betätigt, sodass der Schalter ausgeschaltet ist und der Startermotor 5 mit Strom nicht mehr beaufschlagt wird. Grundsätzlich wird davon ausgegangen oder überprüft, ob bei einer solch hohen Grenzdrehzahl nGrenz der Startermotor 5 die Brennkraftmaschine 30 gestartet hat und diese nun selbstständig läuft, sodass die Steuervorrichtung 12 zum Schritt S7 übergeht.
Im Schritt S7 wird der Schalter S4 ausgeschaltet und der Schalter 6 wieder stromleitend geschlossen oder wahlweise ebenfalls offen gelassen. Liegt bei der Abfrage A5 die Drehzahl n unter der Grenzdrehzahl nGrenz, so wird zu einem Abfrageschritt A8 übergegangen, indem abgefragt wird, ob die Brennkraftmaschine 30 gestartet ist.
5 Ist dies der Fall, so geht die Steuervorrichtung 12 wieder in Schritt S7 über, wenn dies nicht der Fall ist, so wird in einem optionalen Schritt S9 der Startermotor 5 mit Strom geregelt, sodass die Spannungseinbrüche beim Starten der Brennkraftmaschine 30 minimiert sind. Eine Stromregelung ist eventuell deshalb notwendig, um den Startermotor 5 unter einer Grenzdrehzahl nGrenz zu halten. Der l o Verfahrensablauf springt wieder zur Abfrage A5.
Die Fig. 3 zeigt ein Zeit-Strom-Drehzahldiagramm für drei verschiedene Spannungen U 12, Ui6, U20. Die Stromkennlinienverläufe l12, I 16, l20 und die Drehzahlverläufe n12, n16, n20 des Startermotors 5 sind jeweils für 12 Volt, 16 Volt und 20 Volt 15 eingezeichnet. Für 12 Volt ist die Stromkennlinie l12 jeweils als eine durchgängige
Kennlinie gezeichnet, für 16 Volt eine gestrichelte Linie l16 und für 20 Volt eine Strichpunktlinie l20.
Zu einem Zeitpunkt t0 wird der Startermotor 5 bestromt. Dabei steigt bei 12 Volt 20 angelegter Spannung kurzzeitig der Starterstrom l12 auf - in diesem Beispiel - bis zu 800 Ampere. Dabei steigt die Drehzahl n12 bis zum Zeitpunkt t3 wellenförmig aufgrund des kompressions- und dekompressions- Verhaltens der Zylinder in der Brennkraftmaschine 30 auf circa 200 bis 250 Umdrehungen an. Zu einem Zeitpunkt t5 überholt die Brennkraftmaschine 30 den Startermotor 5 in der Drehzahl,
25 da hier die erste Zündung erfolgt ist, sodass der Startermotor 5 die Brennkraftmaschine 30 erst bei einer Umdrehung zum Zeitpunkt t6 mit 300 Umdrehungen pro Minute kurzzeitig wieder einholt. Danach beschleunigt die Brennkraftmaschine 30 ihre Drehzahl deutlich schneller als der Startermotor 5. Aufgrund seiner Bauart und der Höhe der anliegenden Spannung , kommt der Startermotor 5
30 nicht über eine Drehzahl von circa 420 Umdrehungen pro Minute zum Zeitpunkt t7 hinaus , während die Brennkraftmaschine bereits Leerlaufdrehzahlen im Bereich von 800 bis 900 Umdrehungen pro Minute erreicht hat. Danach wird der Startermotor 5 ausgeschaltet und der Starterritzel 26 aus einem Zahnkranz 36 der Brennkraftmaschine 30 ausgespurt.
35 Mit gestrichelten Linien sind die Stromkennlinie l16 und die Drehzahlkennlinie n16 bei der Spannung von 16 Volt eingezeichnet. Zum Zeitpunkt t0 wird bei einer Spannung von 16 Volt hier eine Stromspitze I von circa 1 100 Ampere erreicht, die danach abfällt. Der Startermotor 5 beschleunigt deutlich schneller die Brenn- kraftmaschine 30 als bei der Spannung Ui2, sodass bereits im Zeitpunkt t3 der deutlich vor dem Zeitpunkt t4 liegt, der erste obere Zündtotpunkt erreicht wird. Da die Brennkraftmaschine 30 deutlich schneller als der Startermotor 5 beschleunigt, erreicht der Startermotor 5 bereits zum Zeitpunkt tt eine obere Grenzdrehzahl nGrenz von ca. 450 Umdrehungen pro Minute am zweiten Zündtotpunkt der Brennkraftmaschine 30 mit der Drehzahlkennlinie n16. Aufgrund der höheren
Spannung Ui6 von 16 Volt würde die Drehzahlkennlinie n16* des Startermotors 5 auf eine Drehzahl n* bis zum Zeitpunkt t7 600 Umdrehungen pro Minute erreichen. Dies ist eine Drehzahl n*, für die der Startermotor 5 herkömmlicherweise nicht ausgelegt ist und die bei längerem Einsatz den Startermotor 5 unzulässig belastet und somit die Lebensdauer einschränkt. Deshalb wird erfindungsgemäß zum Zeitpunkt t4 mittels der Vorrichtung 2 über die Steuervorrichtung 12 und dem Schalter 6 der Strom für den Startermotor 5 unterbrochen.
Somit wird bereits bei 16 Volt das herkömmliche Bordnetz mit in der Fig.1 nicht gezeigten Verbrauchern von 12 Volt weniger belastet, da der Spannungseinbruch niedriger ist und gleichzeitig ein herkömmlicher Startermotor 5 eingesetzt werden kann, wobei seine Drehzahl n durch die Vorrichtung 2 begrenzt wird.
Mittels Strichpunktlinie sind einmal der Starterstrom l20 und die dazugehörige Drehzahlkennlinie n20 bei einer Beaufschlagung des Startermotors 5 mit 20 Volt eingezeichnet. Zum Zeitpunkt t0 steigt der Starterstrom l20 in der Spitze bis zu fast 1400 Ampere an und fällt danach ab. Der Startermotor 5 erreicht hier bereits am unteren Totpunkt eine Drehzahl von circa 450 Umdrehungen pro Minute zum Zeitpunkt ti . Dies reicht aus, um die Brennkraftmaschine 30 zum Zeitpunkt t2 mit dem ersten oberen Zündtotpunkt zu starten, sodass die Brennkraftmaschine 30 sehr schnell auf die Leerlaufdrehzahl von circa 800 Umdrehungen und mehr pro Minute bereits zum Zeitpunkt e kommt. Mit gestrichelter Linie und Doppelpunkten ist der Drehzahlverlauf n20* eingezeichnet, wenn die Vorrichtung 2 im Bordnetz 1 weggelassen werden würde. Der Startermotor 5 würde somit sehr schnell bis zum Zeitpunkt t7 auf eine Drehzahl n20 * von circa bis zu 800 Umdrehungen pro Minute beschleunigen. Zum Zeitpunkt t2 reduziert sich die Drehzahl n20 des Startermotors 5 proportional zur Zeit, da dieser stromlos geschaltet ist. Der Abschaltezeitpunkt t2 des Starterstroms l20 kann auch vom Erreichen eines oberen Zündtotpunkts der Brennkraftmaschine 30 abhängig gemacht werden, um einen sicheren Start zu gewährleisten.
Die Fig. 4 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrensablaufs wie er von einer Vorrichtung oder der Startersteuerung 22 mit einer Wechselschaltvorrichtung 3 durchlaufen wird. In einem Schritt S10 wird die Information an die Startersteuerung 22 gegeben, die Brennkraftmaschine zu starten.
In einen Abfrageschritt A20 wird geprüft, ob es sich um einen Start-Stopp-Betrieb handelt. Ist dies nicht der Fall, liegt also ein sogenannter Kaltstart vor, so wird der Startermotor 5 von der Niederspannungsquelle 8 mit Strom beaufschlagt und die Brennkraftmaschine 30 auf herkömmliche Weise, wie aus dem Stand der Technik bekannt, in einem Schritt S30 gestartet.
Soll ein Start im Start-Stopp-Betrieb erfolgen, so wird in einem zweiten Abfrageschritt A40 geprüft, ob ein Verbraucher für die Fahrzeuginsassen aktiv ist. Ist dies nicht der Fall so geht das Verfahren in Schritt 30 über, da ein Spannungseinbruch von den Fahrzeuginsassen nicht wahrgenommen wird.
Ist mindestens ein Verbraucher aktiv, der von einem Spannungseinbruch beeinträchtigt wird und geschädigt werden könnte oder wenn der Spannungseinbruch von Fahrzeuginsassen als störend empfunden werden könnte, so schaltet die Wechselschaltvorrichtung 3 auf die Hochspannungsquelle 9 in einem Schritt S50 um, so dass die Startvorrichtung 20 mit einer höheren Spannung als 12 Volt beaufschlagt wird. Anschließend wir das Verfahren wie in Fig. 2 beschrieben mit Schritt S1 folgend durchlaufen. Alle Figuren zeigen lediglich schematische nicht maßstabsgerechte Darstellungen. Im Übrigen wird insbesondere auf die zeichnerischen Darstellungen für die Erfindung als wesentlich verwiesen.

Claims

Ansprüche
Verfahren einer Vorrichtung (2) für einen Startermotor (5) zum Starten einer Brennkraftmaschine (30), insbesondere eines Fahrzeugs, zur Begrenzung eines Betriebsbereichs des Startermotors (5) innerhalb vorgegebner physikalischer Grenzen, wobei der elektrische Strom (l30) des Startermotors (5) von einer Erfassungsvorrichtung (10) in der Vorrichtung (2) erfasst wird, wobei elektrische Größen des Startermotors (5), bei Strombeaufschlagung gemessen werden, aus den elektrischen Größen charakteristische Vergleichswerte gebildet werden und wenn die charakteristischen Vergleichswerte über einem kritischen Vergleichswert liegen, daraus abgeleitet wird, dass die Brennkraftmaschine (30) gestartet ist und die Strombeaufschlagung abgeregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass aus den charakterischen Vergleichswerten die Drehzahl (n) des Startermotors (5) errechnet und überprüft wird, ob die Drehzahl (n) unter einer Grenzdrehzahl (n liegt und im Fall einer Überschreitung der Drehzahl (n) die Strombeaufschlagung abgeregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer erfolgten Zündung der Brennkraftmaschine (30), insbesondere nach Erreichen eines oberen Zündtotpunkts der Brennkraftmaschine (30) der Startermotor (5) abgeregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass, das die Drehzahl (n) des Startermotors (5) auf eine Grenzdrehzahl (n geregelt wird, wobei insbesondere die Drehzahl (n) mit der Formel
U — R · I
— 3o_ berechnet wird, wobei (n) die Ankerdrehzahl, k-Φ die k - Φ
Maschinenkonstante, Rstarter der Widerstand des Startermotors, C/45 die Klemmenspannung und/30 = Ankerstrom ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Startermotor (5) zum Startern der Brennkraftmaschine (30) mit mindestens zwei verschiedenen Spannungen, insbesondere variablen Spannungen, die insbesondere mindestens 30% über der Spannung von 12 V liegen, beaufschlagt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Starterstrom vom Startermotor (5) bei einer Drehzahl (n) von ca. 450 U/min. abgeschaltet wird.
Vorrichtung (2) für einen Startermotor (5) einer Brennkraftmaschine (30), insbesondere eines Fahrzeugs, zur Begrenzung des Betriebsbereichs des Startermotors (5) innerhalb vorgegebener physikalischer Grenzen, mit einer Leis tungsschaltvorrichtung, einer Erfassungsvorrichtung und einer Auswerte- und Steuervorrichtung für elektrische Größen, wobei die Erfassungsvorrichtung eine Strom- und eine Spannungsmessvorrichtung (10,1 1) umfasst und die Steuervorrichtung (12) eine Schaltvorrichtung aufweist, um die elektrische Energie des Startermotors (5) steuerbar zu schalten, um insbesondere ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen.
Computerprogrammprodukt, das in einen Programmspeicher (13) mit Programmbefehlen eines Mikrocomputers ladbar ist, um alle Schritte eines Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen, insbesondere wenn das Computerprogrammprodukt in Steuervorrichtung (12) nach Anspruch 7 oder einer Wechselschaltvorrichtung (3) nach Anspruch 9 ausgeführt wird.
Wechselschaltvorrichtung (3) für ein Startsystem (20) mit einer Startvorrichtung, die eine Startersteuerung (22), einen Startermotor (5) umfasst und mindestens Leitungsanschlüsse (A1 , B1 , C1) für mindestens drei Teilnetze eines Bordnetzes (1) aufweist, wobei mittels der Wechselschaltvorrichtung (3) der Startermotor (5) mit verschiedenen Spannungen beaufschlagbar ist, und der Startermotor (5) mittels der Wechselschaltvorrichtung (3) für einen Wiederstart der Brennkraftmaschine (30) im Start-Stopp-Betrieb mit einer erhöhten Spannung beaufschlagbar ist.
10. Wechselschaltvorrichtung (3) nach Anspruch 9, wobei die Wechselschaltvorrichtung (3) eine Prüfvorrichtung umfasst, die prüft, ob Verbraucher für den Anwender während eines Stopps im Start-Stopp-Betrieb aktiv geschaltet sind und nur im positiven Fall, der Startermotor (5) mit einer erhöhten Spannung zum Wederstart der Brennkraftmaschine (30) beaufschlagbar ist.
PCT/EP2011/067076 2010-10-22 2011-09-30 Verfahren und vorrichtung zum starten einer brennkraftmaschine und wechselschaltvorrichtung Ceased WO2012052273A2 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201180050891.6A CN103154499B (zh) 2010-10-22 2011-09-30 用于起动内燃机的方法和装置以及换接装置

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010042802.7 2010-10-22
DE201010042802 DE102010042802A1 (de) 2010-10-22 2010-10-22 Verfahren und Vorrichtung zum Starten einer Brennkraftmaschine und Wechselschaltvorrichtung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2012052273A2 true WO2012052273A2 (de) 2012-04-26
WO2012052273A3 WO2012052273A3 (de) 2012-12-27

Family

ID=44720893

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2011/067076 Ceased WO2012052273A2 (de) 2010-10-22 2011-09-30 Verfahren und vorrichtung zum starten einer brennkraftmaschine und wechselschaltvorrichtung

Country Status (3)

Country Link
CN (1) CN103154499B (de)
DE (1) DE102010042802A1 (de)
WO (1) WO2012052273A2 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015008881A1 (de) 2015-07-09 2017-01-12 Daimler Ag Integration von Starterstromsteuerung und Bordnetztrennschalter
DE102018211137B4 (de) * 2018-07-05 2023-11-23 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren und Systeme zur Starterbetätigung

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10029714A1 (de) 2000-06-16 2001-12-20 Bosch Gmbh Robert Startervorrichtung für eine Verbrennungsmaschine
DE102006039112A1 (de) 2006-08-21 2008-02-28 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Ermitteln der Drehzahl eines Starters
DE102008040681A1 (de) 2008-07-24 2010-01-28 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Startersteuerung zum Starten einer Brennkraftmaschine mittels eines Starters

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2797530B1 (fr) * 1999-08-12 2001-11-02 Valeo Equip Electr Moteur Procede et systeme pour la commande de coupure de demarreur de vehicule automobile
DE10100889B4 (de) * 2001-01-11 2013-11-14 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Realisierung eines Start/Stopp-Betriebes bei Fahrzeugen
JP3812459B2 (ja) * 2002-02-26 2006-08-23 トヨタ自動車株式会社 車両の電源制御装置
US6800952B2 (en) * 2002-06-18 2004-10-05 Dana Corporation Method of protection and fault detection for starter/alternator operating in the starter mode
JP4166160B2 (ja) * 2004-01-19 2008-10-15 トヨタ自動車株式会社 内燃機関を始動するための回転電機の制御装置
DE102007050306B4 (de) * 2007-10-22 2018-05-09 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Steuern eines Startvorgangs einer Brennkraftmaschine
EP2138712B1 (de) * 2008-06-25 2012-03-14 Volvo Car Corporation Spannungsstabilisierung für Start-Stopp Fahrzeug
DE102009000046A1 (de) * 2009-01-07 2010-07-08 Robert Bosch Gmbh Bordnetz für ein Fahrzeug mit Start-Stopp-System
FR2944326B1 (fr) * 2009-04-10 2015-10-16 Valeo Equip Electr Moteur Procede de protection thermique d'un systeme d'arret/relance automatique de moteur thermique et systeme l'utilisant

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10029714A1 (de) 2000-06-16 2001-12-20 Bosch Gmbh Robert Startervorrichtung für eine Verbrennungsmaschine
DE102006039112A1 (de) 2006-08-21 2008-02-28 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Ermitteln der Drehzahl eines Starters
DE102008040681A1 (de) 2008-07-24 2010-01-28 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Startersteuerung zum Starten einer Brennkraftmaschine mittels eines Starters

Also Published As

Publication number Publication date
CN103154499B (zh) 2017-03-01
DE102010042802A1 (de) 2012-04-26
CN103154499A (zh) 2013-06-12
WO2012052273A3 (de) 2012-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2670630B1 (de) Vorrichtung und verfahren zum stabilisieren einer an einem in einem bordnetz eines fahrzeugs angeordneten ersten elektrischen verbraucher anliegenden spannung
DE102010041921A1 (de) Verfahren und Anordnung zur Ermittlung der Startfähigkeit einer Starterbatterie eines Verbrennungsmotors im Stopp-Start-Betrieb
EP2609322B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines starters eines fahrzeugs
EP2945258A1 (de) Verfahren zum management der elektrischen stromversorgung in einem kraftfahrzeug
WO2010099990A1 (de) VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR ERMITTLUNG EINER CHARAKTERISTISCHEN GRÖßE ZUR ERKENNUNG DER BORDNETZSTABILITÄT
DE102014219416A1 (de) Energiespeichervorrichtung für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreibeneiner Energiespeichervorrichtung
DE102014105040B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Stabilisieren einer Fahrzeugspannung
DE102006001201B4 (de) Verfahren zur Steuerung eines Batterieladungsvorgangs
DE102015121800B4 (de) Batterieüberwachungsgerät
EP2469070B1 (de) Begrenzung des Startspannungseinbruchs in einem Kraftfahrzeug-Bordnetz
DE102010040863A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Generators in einem Rekuperationssystem eines Kraftfahrzeuges
DE102014209067B4 (de) Fahrzeug-stromversorgungssystem
WO2012052273A2 (de) Verfahren und vorrichtung zum starten einer brennkraftmaschine und wechselschaltvorrichtung
EP2864149B1 (de) Verfahren und anordnung zum starten eines kraftfahrzeugs
EP1469586B1 (de) Vorrichtung zur Verbesserung des Start-Stopp-Betriebes eines Fahrzeuges
DE102013202899B4 (de) Fahrzeugmotorsteuervorrichtung
DE102004004908B4 (de) Verfahren zur Steuerung der Leerlaufdrehzahl eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs sowie Kraftfahrzeug zur Durchführung des Verfahrens
EP2449247A1 (de) Verfahren zum betreiben einer startersteuerung, computerprogrammprodukt und startersteuerung
DE102017103114A1 (de) System und verfahren zum steuern eines stopp-start-fahrzeugs nach starthilfe oder batteriewechsel
DE102021211873A1 (de) Verfahren zum Überwachen eines Energiespeichers in einem Kraftfahrzeug
WO2016128375A1 (de) Verfahren zur steuerung eines verbrauchers eines niedervoltbordnetzes
EP2988974B1 (de) Vorrichtung und verfahren zum erkennen eines zustands eines in einem fahrzeug angeordneten energiespeichers
EP2182197B2 (de) Verfahren zum Betreiben eines elektronischen Steuergerätes eines Fahrzeuges
DE102019208410A1 (de) Verfahren zur Begrenzung eines Laststromes
DE102015015304A1 (de) Vorschalteinrichtung für Starter

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201180050891.6

Country of ref document: CN

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11763932

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2