EP1369569B1 - Method and apparatus for driving starters of internal combustion engines - Google Patents

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EP1369569B1
EP1369569B1 EP20030001699 EP03001699A EP1369569B1 EP 1369569 B1 EP1369569 B1 EP 1369569B1 EP 20030001699 EP20030001699 EP 20030001699 EP 03001699 A EP03001699 A EP 03001699A EP 1369569 B1 EP1369569 B1 EP 1369569B1
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EP
European Patent Office
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starter
block
output
temperature
power
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Expired - Lifetime
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EP20030001699
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German (de)
French (fr)
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EP1369569A3 (en
EP1369569A2 (en
Inventor
Karl-Otto Schmidt
Hartmut Wanner
Sven Ruof
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
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Publication date
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Publication of EP1369569A3 publication Critical patent/EP1369569A3/en
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    • F02N2300/302Control related aspects of engine starting characterised by the use of digital means using data communication

Definitions

  • Starters for internal combustion engines can be designed both as thrust screwdriver starter without countershaft and as such with countershaft.
  • a planetary gear or the like is installed between pole housing and drive bearing.
  • the planetary gear serves to transmit the torque of the armature of the starter motor to the drive pinion substantially free of transverse forces.
  • the transmission elements of the intermediate gear are made of steel, while the sprocket of the planetary gear can consist of a high-quality polyamide compound or light metal alloys. This solution can achieve weight savings on starters of up to 35 to 40% compared to conventional starters.
  • Starters for internal combustion engines usually include DC series motors, in which the field winding and the armature winding are connected in series.
  • the speed of the high-speed electric motor is reduced by a planetary gear, which serves as a countershaft, and transmitted to the Einspurgetriebe the starter.
  • the single sprocket drive essentially contains the drive sprocket, i. a retractable and disengageable gear, a freewheel (overrunning clutch), an engaging element and a Einspurfeder.
  • the thrust movement of the engagement relay and the rotational movements of the electric starter motor are combined and transmitted to the drive pinion.
  • the engageable and disengageable pinion engages in a ring gear on the engine flywheel.
  • a higher gear ratio which is between 10: 1 and 15: 1, allows the higher resistance to spin to overcome the internal combustion engine.
  • the pinion gearing is usually made with an involute profile favoring the meshing in which both the individual teeth of the drive pinion and the gear wheels of the ring gear opposite the drive pinion can be beveled on the front side.
  • the pinion must automatically engage in order to protect the starter or the connection between the starter shaft and the engine flywheel must be automatically canceled.
  • This is usually done by means of a freewheel and a Einspur- and return mechanism.
  • the freewheel causes the pinion is entrained with driving armature shaft and at faster running pinion, i. a start of the internal combustion engine, the connection between the drive pinion and armature shaft is released.
  • the freewheel is arranged between the starter motor and drive pinion and prevents the armature shaft and thus the armature of the starter motor is accelerated at rapid startup (light-off the internal combustion engine) to impermissibly high speeds.
  • the start request i.
  • the upcoming start of the internal combustion engine is usually transferred via an electric line from the ignition or from a control unit to the engagement relay.
  • the push-in relay is used with push-screw starters to trigger the engagement stroke of the drive pinion in the ring gear and to switch the starting current to the starter motor of the starter.
  • the lifting movement of the engagement relay is transmitted via an engaging lever on the displaceably mounted on the armature shaft of the starter motor drive pinion.
  • the engagement relay switches off the current for the starter motor by removing the start request and pulls the drive pinion out of the ring gear of the engine flywheel.
  • the proposed solution according to the invention enables the control of the starter of an internal combustion engine via the programming of power output stages.
  • any current value can be set between zero and the maximum current value, which on the one hand makes additional windings, series resistors and switching elements superfluous and on the other hand ensures integration of the starter with the inventive driving capability in a future 42V electrical system.
  • the output block of the drive comprises power semiconductor bridges with low-resistance switching elements, such as field-effect transistors, bipolar transistors or IGBTs.
  • field effect transistors the control takes place by means of the field effect by the control voltage.
  • the voltage drop across the field effect transistor (FET) adjusts itself by the effective on-resistance.
  • bipolar transistors the drive is controlled by the control current; In these electronic components, the voltage drop occurs through the PN junction.
  • IGBT's Insulated Gate Bipolar Transistor
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • the IGBT is a monolithic integration of a field effect transistor and a bipolar transistor.
  • IGBTs are manufactured as modules, which can be integrated single switches and phase branches up to complete inverter circuits.
  • MCT's MOS Controlled Thyristor
  • GCT's Gate Commutated Thyristor
  • IGCT's Integrated Gate Commutated Thyristor
  • the control of the starter with the control according to the invention also offers the possibility to couple the starter with a already provided in the motor vehicle system bus (CAN bus), which was not possible with the previous control exclusively via the electrical line from the ignition.
  • CAN bus motor vehicle system bus
  • the temperature development in the starter after several unsuccessful starting attempts of the internal combustion engine can be considered as well as the prevailing outside temperature. It can be safety functions, such as against a too long drive duration of the starter and a too long application of high voltage, which extend the life of the starter overall.
  • the controlled by the control according to the invention starter can be adapted by simply making changes to new applications, in particular by free programming of the power output stages for use in 12V, 24V or 42V vehicle electrical system.
  • the control preferably contains an input function block, which includes an electronic interface, which may be given for example by a CAN bus, a bit serial interface or a current interface, a differential signal or by a voltage input.
  • a processing block downstream of the input function block preferably includes a flow control unit, a diagnostic unit for determining occurred errors of events occurring during normal operation of the starter, a safety function management for protecting the starter from stress, and a backup function in which the events occurring during the operation time can be stored ,
  • the processing block is advantageously followed by an output block which contains power semiconductor components in the form of low-resistance switching elements, which also offers a simple possibility for redundant triggering of the starter.
  • Figure 1 shows the longitudinal section through a starter with engagement relay, Einspursystem and countershaft.
  • the starter 1 shown in longitudinal section in Figure 1 comprises a housing 2, above which an engagement relay 3 is arranged. At the engagement relay 3 a marked with reference numeral 4 electrical connection is provided.
  • the engagement relay 3 further comprises a switching axis 5, to which a magnet armature 6 is received.
  • the armature 6 of the engagement relay 3 is enclosed by a magnetic winding 8.
  • the switching axis 5 of the contactor 3 is acted upon by a return spring 10, the armature 6 performs when driving a designated by reference numeral 7 Axialhubterrorism within the housing of the contactor 3 from.
  • the engagement relay 3 comprises at its end facing the electrical connection 4 a relay contact 9.
  • the drawing shown in Figure 1 represents the contact with a tooth to tooth position.
  • the reference numeral 7 designated Relaishub serves as a residual stroke to tension a contact pressure spring.
  • the engagement lever 11 is articulated to a pivot point 12 within the housing 2 of the starter and acts on a driver 16 of a freewheel 14 such that it is displaceable on an armature shaft 13 in the axial direction in both directions.
  • the armature shaft 13 of the starter motor of the starter 1 not shown here, comprises the already mentioned freewheel 14, which in the longitudinal sectional view according to Figure 1 includes idler rollers 15 which are enclosed by an enlarged diameter portion of the driver 16. At the driver 16 of the freewheel 14, the lower pivot point of the engagement lever 11 is articulated.
  • the freewheel 14 encloses a rotatably on the armature shaft 13 relative to this drive pinion 18, which cooperates with a here only schematically indicated sprocket 20 of a flywheel of the internal combustion engine, which is also not shown here in detail.
  • the armature shaft 13 of the starter motor of the starter 1 is received on a drive bearing 19.
  • the starter for starting an internal combustion engine shown partially in longitudinal section in FIG. 1 comprises a countershaft designated by reference numeral 21, which in the illustration according to FIG. 1 is designed as a planetary gear.
  • the starter 1 can be readily formed without such a countershaft 21, which essentially serves a transverse force introduction-free drive of the armature shaft 13 of the starter motor of the starter 1.
  • the countershaft 21 comprises a plurality of planetary gears 22 received on the circumference of a ring gear and enclosed by a ring gear 23 forming a sprocket wheel.
  • Decisive for the meshing is that the driver 16 of the freewheel are acted upon at its enlarged diameter portion via a trained example as a spiral spring spring element 24 in the direction of engagement with respect to the ring gear 20 on the flywheel of the internal combustion engine.
  • Figure 2 shows the previous control of the starter as shown in Figure 1 via an electrical line.
  • the circuit diagram according to FIG. 2 shows that a drive signal 30 is applied to a magnetic switch 31.
  • the magnetic switch 31 causes by a here indicated by dashed line switching element the contact of a first contact piece 32 with another contact piece 33, whereby the starter motor of the starter 1, the voltage of an energy storage, not shown in Figure 2, for example, a vehicle battery is abandoned.
  • the input signal denoted by reference numeral 53, representing a temperature value, is not considered in more detail in the triggering of the starter 1 shown in FIG. 2 via a simple electrical line and a magnetic switch 31.
  • the magnetic switch 31 which is controlled by the drive signal 30, in addition to establishing contact between the contact pieces 32 and 33, whereby the starter 1, a starting current is applied, a Eingurfunktion 36 indicated by reference numeral 3 engagement relay of the starter.
  • the temperature is not taken into account in the schematic procedure of a previous activation of a starter 1 shown here - Be it the temperature of the starter motor of the starter 1, be it the outside temperature -, on the other hand, no feedback takes place to what effect the temperature of the starter motor or the starter relay of the starter 1 after several unsuccessful attempts to start the internal combustion engine, so that its dynamics is not detectable.
  • FIG. 3 shows the basic structure of the invented starter drive with input function block, processing block and hardware component containing output block.
  • FIG. 3 shows that the start request, symbolized by the rectangle designated by reference numeral 40, is given to an input function block 50.
  • Output signals of the input function block 50 are transmitted to a processing block 60, the output signals of which are in turn applied to an output block 70.
  • the output block 70 which comprises the power semiconductor components specified in more detail below, generates output signals 71 and 72, respectively, for triggering the starter motor of the starter 1 or for the engagement relay 3 (see illustration according to FIG.
  • FIG. 4 shows the electronic control system with implemented functional blocks in detail.
  • the electronic drive system essentially comprises the input function block 50 already mentioned in FIG. 4, the processing block 60 and an output block 70 connected downstream of the processing block 60.
  • the input function block 50 is a drive signal 30, a voltage signal 34 abandoned, abandoned and a temperature value representing a signal 53.
  • the temperature signal designated by reference numeral 53 may be both the outside temperature, which is the starter 1 (see illustration according to Figure 1). is suspended. However, the temperature signal denoted by reference numeral 53 may also be the temperature which the interior has, for example, the engagement magnet winding of the starter 1 after several unsuccessful start attempts. The starting attempts of the internal combustion engine are connected due to the converted power with a significant increase in temperature within the starter 1, which significantly affects its dynamic behavior.
  • the information 34 which characterizes the state of charge of an energy store, not shown in FIG. 4, and the temperature information 53, are given to the input function block 50 supplied to a signal conditioning 52.
  • the signals can be filtered or amplified and processed for further processing within the processing block 60 of the electronic control of a starter suitable.
  • the input function block 50 according to the schematic representation in FIG. 4 furthermore comprises an interface evaluation 51, which outputs the drive signal 30 representing a start request.
  • the interface evaluation 51 referred to as a function module, according to the inventive solution represents an electronic interface which can be designed as a connection point to a CAN data bus or as a bit serial interface.
  • the interface evaluation 51 can also be designed as a voltage input or a current input or as an input for receiving a differential signal.
  • the signals processed in the input function block 50 are output to a processing block 60 as output signals 54 and 55, respectively, after appropriate processing or interface evaluation.
  • the processing block 60 in turn is downstream of the input function block 50 on the one hand, but on the other hand precedes an output function block 70.
  • the output signal 55 resulting from the interface evaluation 51 of the input function block 50 is output to a sequencer 66 of the processing block 60.
  • the sequencer 66 generates output signals 67 and 68, which are output from one another decoupled power output stages 69 of the output block 70 of the electronic control.
  • the output signal 54 which originates from the signal conditioning 52 of the input function block 50, is output to a diagnostic function module 61.
  • a diagnostic function module 61 Within the diagnostic function block 61 occurred errors are detected.
  • the voltage level is checked with respect to the signal 34 characterizing the battery voltage of an energy store.
  • signals generated by a starter motor of the starter 1 associated with output stage 69 and fed back to the diagnostic function block 61 are detected and malfunctions of the output motor 69 associated with the starter motor of the starter 1 and the starter relay are diagnosed.
  • the diagnostic function block 61 within the processing block 60 generates an output signal, which is transmitted to a diagnostic function block 61 subordinate safety function 62.
  • output signals 63 are generated by the safety function 62, which are connected to the sequence within the sequence control 66 engage, so that the output signals 67 and 68, for a recognized as faulty, the starter motor or the starter relay of the starter 1 associated power amplifier can be modified accordingly.
  • the sequencer 66 is connected to a data backup 64 via a bidirectional signal connection 65. Via the data backup 64 within the processing block 60, the individual operating states that have occurred within the process control 66 and also other operating states can be detected and archived.
  • the data block 64 within the processing block 60 can be read out, so that there recorded and detected, for example, unfavorable conditions during starter operation can be read as part of a cause of error and are taken into account by the sequencer 66, for example in the form of modified control signals of the power amplifier 69th Die designated with reference numeral 62 safety function can be implemented with relatively little additional effort and ensures temperature monitoring and voltage monitoring, depending on the input signals to the safety function 62 via the diagnostic function block 61 are fed.
  • the diagnostic function block 61 is added within the processing block 60, a control function, as fed back via the diagnostic function block 61 of one or more of the power output stages 69 fed back signals and the diagnosis function block 61 hierarchically subordinate safety function 62 is controlled by this input side.
  • the power output stages 69 within the output block 70 of the electronic control for a starter are preferably designed as power semiconductors with low-resistance switching elements. As low-resistance switching elements, for example field effect transistors, bipolar transistors or IGBTs are used.
  • the integration of power semiconductors as power amplifiers 69 within the output block 60 of the electronic control has the advantage that their free programming the dynamic behavior of the starter is easier to influence.
  • the power output stages 69 each of which is assigned to the engagement relay 3 and the starter motor of the starter 1 eliminates undesirable couplings resulting disadvantages in terms of design.
  • a redundancy can be achieved which effectively prevents unintentional activation of the starter by a defective power transistor. A realization of this redundancy function with conventional electromechanical relays would be much more complicated.
  • the power semiconductors preferably used as power output stage 69 with low-resistance switching elements also offer the advantage that can be set by a suitable timing of the power output 69 almost any current value between zero and a maximum current value, whereby the acted upon the inventive electronic control starter including contactor 3 by simplest Modifications can also be used on on-board systems with temporarily greater voltage (for example jump start with 42V).
  • the power output stage 69 may comprise power semiconductor half-bridges for reasons of redundancy.
  • electronic control proposed according to the invention a slight system adaptation of already existing starters to new applications can be realized by the simplest software modification.
  • the proposed solution according to the invention by the use of power half-bridges avoids the use of two electromechanically connected in series relays and the total associated with electromechanical switch disadvantages in terms of contact bounce, contact corrosion, excessive contact wear due to erosion. Furthermore, by the output stages 69, which are preferably designed as power semiconductors with low drive power, an additional effort by the engagement relay 3 possibly upstream Vorschaltrelais be avoided.
  • a starter 1 including engagement relay 3 reactions of the engine can be excluded on the starting relay on the provided on the starter 1 mechanical single-track operation.
  • the engagement relay 3 is mechanically coupled to the drive train of the starter motor. The oscillating movements of the drive pinion which occur when the internal combustion engine spins are partly transmitted to the armature in the engagement relay 3 and can in part have a lasting effect on the shutdown process, for example by bouncing the contacts.
  • FIG. 5 shows the schematic signal curves of two control signals for the starter motor and the engagement relay, in each case plotted as block signals over the time axis.
  • the spin-through phase 86 can be limited to a maximum duration 87, which is stored within the safety function 62 shown in FIG. 4, which is arranged downstream of the diagnostic function block 61.
  • the maximum duration 87 of the spin-through phase can be intervened in the sequence control 66 via the safety function 62, so that the output signals 67 and 68 to the power output stages 69, which controls the starter motor of the starter 1 and the engagement relay is affected accordingly. Only after cooling in the event of a temperature exceeded or after reduction or increase in the voltage 34 to an allowable value is intervened in the opposite direction in the sequence control 66, so that a restart can be triggered.
  • the length of the individual drive times can be varied or adjusted depending on the data within the diagnostic block 61 and the data protection block 64.
  • the protective function 62 within the processing block 60 that the starter motor of the starter 1 is preserved from too long drive.
  • inadmissibly high temperatures can lead to effects on the dynamics of the starter.
  • the temperature of the engagement relay 3 of the starter 1 or a malfunction of the associated output stages 69 can be detected by the diagnostic function block 61, which accordingly engages the sequence control 66 within the processing block 60 via the safety function 62.
  • FIG. 6 shows semiconductor components which can be used within the output block according to FIG. 3 or FIG. 4 within the power output stages.
  • the power output stages 69 can also contain bipolar transistors 102 in addition to field-effect transistors 101, whose control is effected by means of the "field effect" by the control voltage and whose voltage drop is given by the effective forward resistance.
  • the bipolar transistors 102 are driven by a control current and are characterized by a good on-state behavior.
  • Reference numeral 103 in FIG. 6 shows IGBTs (integrated gate bipolar transistor), which represent a combination of field-effect transistors 101 and bipolar transistor 102.
  • the IGBTs 103 are driven by a control voltage.
  • Reference numeral 104 denotes MCT's (MOS controlled thyristor); while reference numeral 105 denotes IGCT's semiconductor devices which constitute a combination of a MOS-FET transistor and a GTO thyristor.
  • This electronic component designated by reference numeral 105, substantially combines the very good on-state behavior of a thyristor with the switching capability of bipolar transistors 102.
  • FIG. 7 shows the design possibilities of the interface evaluation 51 according to the representation in FIG. 4 within the input function block.
  • the interface evaluation 51 in the input function block 50 can convert a drive signal in the form of a current value into an output signal 55 and can be embodied as a current / voltage interface 106.
  • the interface evaluation 51 can also convert a voltage difference .DELTA.U, which is present at the input side, into an output signal 55 which corresponds to a voltage (refer to reference numeral 107) in FIG. 7.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

Technisches GebietTechnical area

Starter für Verbrennungskraftmaschinen können sowohl als Schub-Schraubtrieb-Starter ohne Vorgelege als auch als solche mit Vorgelege ausgeführt werden. Bei Startern mit Vorgelegen ist zwischen Polgehäuse und Antriebslager ein Planetengetriebe oder dergleichen eingebaut. Das Planetengetriebe dient dazu, das Drehmoment des Ankers des Startermotors auf das Antriebsritzel im wesentlichen frei von Querkräften zu übertragen. Die Übertragungselemente des Vorgeleges bestehen aus Stahl, während der Zahnkranz des Planetengetriebes aus einer hochwertigen Polyamidverbindung oder Leichtmetalllegierungen bestehen kann. Durch diese Lösung lassen sich Gewichtseinsparungen an Startern von bis zu 35 bis 40% gegenüber konventionellen Startern erzielen.Starters for internal combustion engines can be designed both as thrust screwdriver starter without countershaft and as such with countershaft. For starters with Vorgelegen a planetary gear or the like is installed between pole housing and drive bearing. The planetary gear serves to transmit the torque of the armature of the starter motor to the drive pinion substantially free of transverse forces. The transmission elements of the intermediate gear are made of steel, while the sprocket of the planetary gear can consist of a high-quality polyamide compound or light metal alloys. This solution can achieve weight savings on starters of up to 35 to 40% compared to conventional starters.

Stand der TechnikState of the art

Starter für Verbrennungskraftmaschinen umfassen meist Gleichstrom-Reihenschlussmotoren, bei denen die Erregerwicklung und die Ankerwicklung hintereinandergeschaltet sind. Die Drehzahl des hochtourigen Elektromotors wird durch ein Planetengetriebe, welches als Vorgelege dient, untersetzt und an das Einspurgetriebe des Starters übertragen. Das Einspurgetriebe enthält im wesentlichen das Antriebsritzel, d.h. ein ein- und ausrückbares Zahnrad, einen Freilauf (Überholkupplung), ein Einrückelement sowie eine Einspurfeder. In der Starterbaugruppe werden die Schubbewegung des Einrückrelais und die Drehbewegungen des elektrischen Startermotors vereinigt und auf das Antriebsritzel übertragen.Starters for internal combustion engines usually include DC series motors, in which the field winding and the armature winding are connected in series. The speed of the high-speed electric motor is reduced by a planetary gear, which serves as a countershaft, and transmitted to the Einspurgetriebe the starter. The single sprocket drive essentially contains the drive sprocket, i. a retractable and disengageable gear, a freewheel (overrunning clutch), an engaging element and a Einspurfeder. In the starter assembly, the thrust movement of the engagement relay and the rotational movements of the electric starter motor are combined and transmitted to the drive pinion.

Das ein- und ausrückbare Ritzel greift in einen Zahnkranz am Motorschwungrad ein. Eine höhere Übersetzung, die zwischen 10:1 und 15:1 liegt, ermöglicht es, den höheren Durchdrehwiderstand der Verbrennungskraftmaschine zu überwinden. Die Ritzelverzahnung wird in der Regel mit einem das Einspuren begünstigenden Evolventenprofil gefertigt, wobei sowohl die einzelnen Zähne des Antriebsritzels als auch die dem Antriebsritzel gegenüberliegenden Zahnräder des Zahnkranzes an der Stirnseite angeschrägt sein können.The engageable and disengageable pinion engages in a ring gear on the engine flywheel. A higher gear ratio, which is between 10: 1 and 15: 1, allows the higher resistance to spin to overcome the internal combustion engine. The pinion gearing is usually made with an involute profile favoring the meshing in which both the individual teeth of the drive pinion and the gear wheels of the ring gear opposite the drive pinion can be beveled on the front side.

Sobald die Verbrennungskraftmaschine anspringt und über die Startdrehzahl hinaus beschleunigt, muß das Ritzel zum Schutz des Starters selbsttätig ausspuren bzw. die Verbindung zwischen Starterwelle und Motorschwungrad muß selbsttätig aufgehoben werden. Dies erfolgt in der Regel mittels eines Freilaufs und einer Einspur- und Rückführmechanik. Der Freilauf bewirkt, dass bei antreibender Ankerwelle das Ritzel mitgenommen wird und bei schneller laufendem Antriebsritzel, d.h. einem Anspringen des Verbrennungsmotors, die Verbindung zwischen Antriebsritzel und Ankerwelle gelöst wird. Der Freilauf ist zwischen dem Startermotor und Antriebsritzel angeordnet und verhindert, dass die Ankerwelle und damit der Anker des Startermotors bei raschem Anlaufen (Anspringen der Verbrennungskraftmaschine) auf unzulässig hohe Drehzahlen beschleunigt wird. Der Startwunsch, d.h. das bevorstehende Anlassen der Verbrennungskraftmaschine wird in der Regel über eine elektrische Leitung vom Zündschloß oder von einem Steuergerät aus an das Einrückrelais übergeben. Das Einrückrelais dient bei Schub-Schraub-Startern dazu, den Einrückhub des Antriebsritzels in den Zahnkranz auszulösen und den Startstrom auf den Startermotor des Starters zu schalten. Die Hubbewegung des Einrückrelais wird über einen Einrückhebel auf das an der Ankerwelle des Startermotors verschiebbar gelagerte Antriebsritzel übertragen. Nach erfolgtem Start der Verbrennungskraftmaschine schaltet das Einrückrelais durch Wegnahme der Startanforderung den Strom für den Startermotor ab und zieht das Antriebsritzel aus dem Zahnkranz der Motorschwungscheibe zurück.As soon as the internal combustion engine starts and accelerates beyond the starting speed, the pinion must automatically engage in order to protect the starter or the connection between the starter shaft and the engine flywheel must be automatically canceled. This is usually done by means of a freewheel and a Einspur- and return mechanism. The freewheel causes the pinion is entrained with driving armature shaft and at faster running pinion, i. a start of the internal combustion engine, the connection between the drive pinion and armature shaft is released. The freewheel is arranged between the starter motor and drive pinion and prevents the armature shaft and thus the armature of the starter motor is accelerated at rapid startup (light-off the internal combustion engine) to impermissibly high speeds. The start request, i. the upcoming start of the internal combustion engine is usually transferred via an electric line from the ignition or from a control unit to the engagement relay. The push-in relay is used with push-screw starters to trigger the engagement stroke of the drive pinion in the ring gear and to switch the starting current to the starter motor of the starter. The lifting movement of the engagement relay is transmitted via an engaging lever on the displaceably mounted on the armature shaft of the starter motor drive pinion. After the start of the internal combustion engine, the engagement relay switches off the current for the starter motor by removing the start request and pulls the drive pinion out of the ring gear of the engine flywheel.

Die aus dem Stand der Technik, "Autoelektrik Autoelektronik", 3. aktualisierte Auflage, Braunschweig, Wiesbaden, Vieweg 1998, ISBN 3-528-03872-1, Seiten 194 - 197 bekannte Lösung faßt die Funktion "Einrücken Antriebsritzel" und "Starterstrom schalten" in einer Baugruppe, nämlich dem Einrückrelais, zusammen. Bei der Auslegung dieser Baugruppe sind daher Kompromisse einzugehen, um beide Funktionen zu realisieren. Eine Temperaturkompensation wird bei bisher eingesetzten Startermotoren für Verbrennungskraftmaschinen in der Regel nicht verwirklicht, was jedoch bei kurz hintereinander erfolgenden Startversuchen, während denen die Verbrennungskraftmaschine nicht anspringt, höchst wünschenswert wäre.The known from the prior art, "Auto Electric Car Electronics", 3rd updated edition, Braunschweig, Wiesbaden, Vieweg 1998, ISBN 3-528-03872-1, pages 194-197 known solution summarizes the function "engaging drive pinion" and "starter current switch "in an assembly, namely the engagement relay together. In the design of this module compromises must therefore be made to realize both functions. Temperature compensation is usually not realized in previously used starter motors for internal combustion engines, but this would be highly desirable in short successive start attempts during which the internal combustion engine does not start.

Durch die Übertragung des Anlaßwunsches via elektrischer Leitung vom Zündschloß können - abgesehen vom Zündschlüssel - keine Sicherheitsfunktionen an der Schnittstelle Startermotor integriert werden. Ferner ist der Umstand von Nachteil, dass aufgrund der mechanischen Kopplungselemente und deren Schnittstellen keine Freiheitsgrade hinsichtlich des Einbaus bestehen und dieser daher recht unflexibel ist. Bisher ist aufgrund der direkten Ansteuerung des Starters durch eine elektrische Leitung vom Zündschloß aus, eine Busankopplung oder eine Diagnosefunktion des Starters nicht gegeben. Zum Starten von Verbrennungskraftmaschinen werden unterschiedliche Stromstärken benötigt, um das Durchdrehen der Verbrennungskraftmaschine zu gewährleisten; insbesondere beim Kaltstart bei niedrigen Außentemperaturen und zähflüssigem Schmierölvorrat. Selbstzündende, mehrzylindrige Verbrennungskraftmaschinen benötigen aufgrund des höheren Verdichtungsverhältnisses s ein höheres Durchdrehmoment, welches durch den Starter aufzubringen ist, verglichen mit Otto-Motoren gleichen Hubraums. Die Ansteuerung des Starters mit erheblichen Stromstärken benötigt große Leitungsquerschnitte und leistungsfähige Schaltelemente in diesem vorgeschalteten Steuergeräten. Dadurch ergibt sich ein als Nachteil zu wertender erhöhter Abstimmungsaufwand zwischen mehreren Systemlieferanten aufgrund der gesteigerten Anzahl von Schnittstellen. Eine redundante Ansteuerung des Starters ist im allgemeinen nicht gegeben, weil dieser ausschließlich über die elektrische Leitung vom Zündschloß aus angesteuert wird. Werden Vorschaltrelais eingesetzt, besteht ein zum Teil erheblicher Zusatzaufwand hinsichtlich des erforderlichen Verdrahtungsbedarfs und des zusätzlich beanspruchten Einbauraums.By transmitting the request to start via electrical line from the ignition lock - apart from the ignition key - no safety functions can be integrated at the interface starter motor. Furthermore, the fact of disadvantage that due to the mechanical coupling elements and their interfaces no degrees of freedom of the installation and this is therefore quite inflexible. So far, due to the direct control of the starter by an electric line from the ignition, a bus connection or a diagnostic function of the starter is not given. For starting internal combustion engines different currents are needed to ensure the spinning of the internal combustion engine; especially when cold starting at low outside temperatures and viscous lube oil supply. Self-igniting, multi-cylinder internal combustion engines require due to the higher compression ratio s a higher torque, which is applied by the starter, compared to gasoline engines same displacement. The control of the starter with considerable currents requires large cable cross-sections and powerful switching elements in this upstream control units. This results in a disadvantage to be evaluated increased coordination effort between multiple system suppliers due to the increased number of interfaces. A redundant control of the starter is generally not given, because this is driven exclusively via the electrical line from the ignition. If ballast relays are used, there is sometimes a considerable additional outlay in terms of the required wiring requirement and the additionally loaded installation space.

Der aus dem Stand der Technik bekannte Starter mit Einrückrelais läßt sich ferner bei dem in Zukunft eingesetzten 42V-Bordnetz nicht einsetzen, da die bisher eingesetzten Relais mit Doppelkontakten diese höhere Spannung in Verbindung mit hohen Strömen nicht sicher abzuschalten vermögen, es sei denn, die Funkenstrecken werden drastisch vergrößert. Zum sicheren Trennen eines elektrischen Kontaktes ist ein gewisser minimaler Abstand erforderlich, um eine sichere Abschaltung zu gewährleisten. Im allgemeinen gilt: Je größer die abzuschaltende Spannung, desto größere Abstände sind erforderlich, was das Bauvolumen negativ beeinflusst.The well-known from the prior art starter with engagement relay can also be used in the future used 42V electrical system, since the previously used relay with double contacts this higher voltage in conjunction with high currents can not safely shut off, unless the spark gaps are drastically enlarged. To safely disconnect an electrical contact, a certain minimum distance is required to ensure a safe shutdown. In general, the greater the voltage to be disconnected, the greater the distance required, which adversely affects the volume of the construction.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ermöglicht die Ansteuerung des Starters einer Verbrennungskraftmaschine über die Programmierung von Leistungsendstufen. Durch Taktung dieser Endstufen kann nahezu beliebige Stromwert zwischen Null und dem Maximalstromwert eingestellt werden, was einerseits zusätzliche Wicklungen, Vorwiderstände und Schaltelemente überflüssig macht und andererseits eine Integration des Starters mit der erfindungsgemäßen Ansteuerungsmöglichkeit in ein zukünftiges 42V-Bordnetz gewährleistet. In vorteilhafter Weise umfaßt der Ausgabeblock der Ansteuerung Leistungshalbleiterbrücken mit niederohmigen Schaltelementen, wie zum Beispiel FeldeffektTransistoren, Bipolartransistoren oder IGBT. Bei Feldeffekttransistoren erfolgt die Steuerung mittels des Feldeffektes durch die Steuerspannung. Der Spannungsabfall am Feldeffekttransistor (FET) stellt sich durch den wirksamen Durchlasswiderstand ein. Bei Bipolartransistoren erfolgt die Ansteuerung durch den Steuerstrom; bei diesen elektronischen Bauelementen erfolgt der Spannungsabfall durch den PN-Übergang.The proposed solution according to the invention enables the control of the starter of an internal combustion engine via the programming of power output stages. By clocking these amplifiers almost any current value can be set between zero and the maximum current value, which on the one hand makes additional windings, series resistors and switching elements superfluous and on the other hand ensures integration of the starter with the inventive driving capability in a future 42V electrical system. Advantageously, the output block of the drive comprises power semiconductor bridges with low-resistance switching elements, such as field-effect transistors, bipolar transistors or IGBTs. In field effect transistors, the control takes place by means of the field effect by the control voltage. The voltage drop across the field effect transistor (FET) adjusts itself by the effective on-resistance. In bipolar transistors, the drive is controlled by the control current; In these electronic components, the voltage drop occurs through the PN junction.

Bei IGBT's (insulated gate bipolar transistor), welche quasi eine Kombination aus einem Feldeffekttransistor und einem Bipolartransistor darstellen, erfolgt die Ansteuerung durch eine Steuerspannung. Dabei handelt sich es beim IGBT um eine monolitische Integration aus einem Feldeffekttransistor und einem bipolaren Transistor. IGBT's werden als Module hergestellt, welche Einzelschalter und Phasenzweige bis hin zu kompletten Wechselrichterschaltungen integriert sein können.In IGBT's (Insulated Gate Bipolar Transistor), which represent a quasi combination of a field effect transistor and a bipolar transistor, the control is effected by a control voltage. The IGBT is a monolithic integration of a field effect transistor and a bipolar transistor. IGBTs are manufactured as modules, which can be integrated single switches and phase branches up to complete inverter circuits.

Als weitere elektronische Schaltelemente kommen ferner MCT's (Mos Controlled Thyristor), GCT's (Gate Commutated Thyristor) oder IGCT's (Integrated Gate Commutated Thyristor) zum Einsatz, wobei der Letztgenannte eine Kombination aus einem MOSFET-Transistor und einem GTO-Thyristor darstellt. Durch eine Ansteuerung mit einer Abschaltverstärkung von "1" tritt dieses Bauelement beim Ausschalten direkt von Thyristorin den Transistorbetriebzustand über. Dies erlaubt dessen Betrieb ohne eine zusätzliche Beschaltung vorzusehen. Der IGCT vereinigt im wesentlichen das sehr gute Durchlassverhalten von Thyristoren mit dem Schaltvermögen bipolarer Transistoren.Further electronic switching elements used are MCT's (MOS Controlled Thyristor), GCT's (Gate Commutated Thyristor) or IGCT's (Integrated Gate Commutated Thyristor), the latter representing a combination of a MOSFET transistor and a GTO thyristor. By driving with a turn-off gain of "1", this device passes directly from thyristor to the transistor operating state when turned off. This allows its operation without providing additional circuitry. The IGCT essentially combines the very good on-state behavior of thyristors with the switching capacity of bipolar transistors.

Durch die Verwendung von Leistungshalbleitern, wie obenstehend exemplarisch aufgezählt, ist eine Redundanz (falls erforderlich) der Ansteuerelemente sehr einfach realisierbar im Vergleich zu einer Anordnung zweier in Reihe geschalteter elektromechanischer Relais. Werden die elektromechanischen Relais durch Leistungshalbleiter ersetzt, bieten sich ferner Vorteile dahingehend, dass die Nachteile elektromechanischer Kontakte, wie zum Beispiel das Prellverhalten von Kontakten bei Schaltvorgängen, der mit dem Kontaktabbrand einhergehende Verschleiß, Kontaktschweißen und Kontaktkorrosion ausgeschlossen werden können.By the use of power semiconductors, as exemplified above, a redundancy (if necessary) of the drive elements is very easy to implement compared to an arrangement of two series-connected electromechanical relays. If the electromechanical relays are replaced by power semiconductors, there are further advantages in that the disadvantages of electromechanical contacts, such as, for example, the bouncing behavior of contacts in switching operations, the wear associated with contact wear, contact welding and contact corrosion can be ruled out.

Die Ansteuerung des Starters mit der erfindungsgemäßen Ansteuerung bietet ferner die Möglichkeit, den Starter mit einem im Kraftfahrzeug bereits vorgesehenen Systembus (CAN-Bus) zu koppeln, was mit der bisherigen Ansteuerung ausschließlich über die elektrische Leitung vom Zündschloß aus nicht möglich war. Mit der erfindungsgemäßen Ansteuerung des Starters läßt sich die Temperaturentwicklung im Starter nach mehreren erfolglosen Anlaßversuchen der Verbrennungskraftmaschine ebenso berücksichtigen, wie die jeweils herrschende Außentemperatur. Es lassen sich Sicherheitsfunktionen, wie zum Beispiel gegen eine zu lange Ansteuerdauer des Starters und ein zu langes Anlegen einer hohen Spannung einbauen, die insgesamt die Lebensdauer des Starters verlängern.The control of the starter with the control according to the invention also offers the possibility to couple the starter with a already provided in the motor vehicle system bus (CAN bus), which was not possible with the previous control exclusively via the electrical line from the ignition. With the control of the starter according to the invention, the temperature development in the starter after several unsuccessful starting attempts of the internal combustion engine can be considered as well as the prevailing outside temperature. It can be safety functions, such as against a too long drive duration of the starter and a too long application of high voltage, which extend the life of the starter overall.

In vorteilhafter Weise kann der mit der erfindungsgemäßen Ansteuerung angesteuerte Starter durch einfach vorzunehmende Änderungen an neue Applikationen angepaßt werden, insbesondere durch freie Programmierung der Leistungsendstufen für den Einsatz im 12V-, 24V- oder 42V-Bordnetz von Kraftfahrzeugen.Advantageously, the controlled by the control according to the invention starter can be adapted by simply making changes to new applications, in particular by free programming of the power output stages for use in 12V, 24V or 42V vehicle electrical system.

Es kann eine erhebliche Reduktion der Anzahl mechanischer Bauelemente im Vergleich zu elektromechanischen Relais erzielt werden, da Zusatzrelais, Kontakte, Vorwiderstände und Wicklungen entfallen können. Dadurch ergeben sich auch wenige und kürzere Toleranzketten. Es besteht nunmehr die Möglichkeit, eine Diagnose aufgetretener Fehler vorzunehmen, so zum Beispiel eine Diagnose auf defekte Endstufen und falsche Spannungslagen, ungeeignete Zustände wie zum Beispiel zu lange und zu kurze Ansteuerdauer und zu hohe Temperaturen. Diese aufgetretenen Zustände lassen sich innerhalb eines Datensicherungsblockes erfassen und später bei den entsprechenden Wartungsintervallen über eine Diagnoseschnittstelle auslesen. Damit kann eine schnellere Fehlerdiagnose erzielt werden.It can be achieved a significant reduction in the number of mechanical components compared to electromechanical relays, as additional relays, contacts, series resistors and windings can be omitted. This also results in fewer and shorter tolerance chains. It is now possible to make a diagnosis of errors occurred, such as a diagnosis of defective power amplifiers and incorrect voltage levels, inappropriate conditions such as too long and too short Ansteuerdauer and too high temperatures. These statuses that have occurred can be recorded within a data protection block and later read out at the corresponding maintenance intervals via a diagnostic interface. This allows a faster fault diagnosis to be achieved.

Die Ansteuerung enthält bevorzugt einen Eingabefunktionsblock, der eine elektronische Schnittstelle umfaßt, die zum Beispiel durch einen CAN-Bus, eine bitserielle Schnittstelle oder auch eine Stromschnittstelle, ein Differenzsignal oder auch durch einen Spannungseingang gegeben sein kann. Ein dem Eingabefunktionsblock nachgeordneter Verarbeitungsblock enthält bevorzugt eine Ablaufsteuerungseinheit, eine Diagnoseeinheit zum Ermitteln aufgetretener Fehler von während der Betriebszeit des Starters im Normalbetrieb aufgetretener Ereignisse, ein Sicherheitsfunktionsmanagement zum Schützen des Starters gegenüber Belastung sowie eine Datensicherungsfunktion, in der die während der Betriebszeit aufgetretenen Ereignisse gespeichert werden können.The control preferably contains an input function block, which includes an electronic interface, which may be given for example by a CAN bus, a bit serial interface or a current interface, a differential signal or by a voltage input. A processing block downstream of the input function block preferably includes a flow control unit, a diagnostic unit for determining occurred errors of events occurring during normal operation of the starter, a safety function management for protecting the starter from stress, and a backup function in which the events occurring during the operation time can be stored ,

Dem Verarbeitungsblock wird in vorteilhafter Weise ein Ausgabeblock nachgeschaltet, der Leistungshalbleiterbauelemente in Gestalt niederohmiger Schaltelemente enthält, was auch eine einfache Möglichkeit zur redundanten Ansteuerung des Starters bietet.The processing block is advantageously followed by an output block which contains power semiconductor components in the form of low-resistance switching elements, which also offers a simple possibility for redundant triggering of the starter.

Zeichnungdrawing

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.With reference to the drawing, the invention will be described below in more detail.

Es zeigt:

Figur 1
den Längsschnitt durch einen Starter mit Einrückrelais, Einspursystem und einem Vorgelege,
Figur 2
die bisherige Ansteuerung des Starters über eine elektrische Leitung,
Figur 3
die Grundstruktur der erfindungsgemäßen Ansteuerung mit Eingabefunktionsblock, Verarbeitungsblock und Ausgabeblock,
Figur 4
das elektronische Ansteuersystem mit implementierten Funktionsblöcken und
Figur 5
die Signalverläufe für Ansteuersignale des Startermotors und des Einrückrelais, jeweils aufgetragen als Blocksignale über die Zeitachse.
Figur 6
zeigt Halbleiterbauelemente, die innerhalb des Ausgabeblockes gemäß Figur 3 bzw. Figur 4 innerhalb der Leistungsendstufen eingesetzt werden können.
Figur 7
Ausgestaltungsmöglichkeiten der Schnittstellenauswertung.
It shows:
FIG. 1
the longitudinal section through a starter with engagement relay, Einspursystem and a countershaft,
FIG. 2
the previous control of the starter via an electrical line,
FIG. 3
the basic structure of the control according to the invention with input function block, processing block and output block,
FIG. 4
the electronic control system with implemented function blocks and
FIG. 5
the signal curves for control signals of the starter motor and the engagement relay, each plotted as block signals over the time axis.
FIG. 6
shows semiconductor components that can be used within the output block according to Figure 3 and Figure 4 within the power output stages.
FIG. 7
Design options of the interface evaluation.

Ausführungsvariantenvariants

Figur 1 zeigt den Längsschnitt durch einen Starter mit Einrückrelais, Einspursystem und Vorgelege.Figure 1 shows the longitudinal section through a starter with engagement relay, Einspursystem and countershaft.

Der in Figur 1 im Längsschnitt dargestellte Starter 1 umfasst ein Gehäuse 2, oberhalb dessen ein Einrückrelais 3 angeordnet ist. Am Einrückrelais 3 ist ein mit Bezugszeichen 4 gekennzeichneter elektrischer Anschluß vorgesehen. Das Einrückrelais 3 umfaßt ferner eine Schaltachse 5, an der ein Magnetanker 6 aufgenommen ist. Der Magnetanker 6 des Einrückrelais 3 ist von einer Magnetwicklung 8 umschlossen. Die Schaltachse 5 des Einrückrelais 3 ist durch eine Rückstellfeder 10 beaufschlagt, der Magnetanker 6 führt bei Ansteuerung eine mit Bezugszeichen 7 bezeichnete Axialhubbewegung innerhalb des Gehäuses des Einrückrelais 3 aus. Das Einrückrelais 3 umfaßt an seinem dem elektrischen Anschluß 4 zuweisenden Ende einen Relaiskontakt 9. Die in Figur 1 dargestellte Zeichnung stellt die Kontaktgabe bei einer Zahn auf Zahn-Stellung dar. Der mit Bezugszeichen 7 bezeichnete Relaishub dient als Resthub, um eine Kontaktdruckfeder zu spannen.The starter 1 shown in longitudinal section in Figure 1 comprises a housing 2, above which an engagement relay 3 is arranged. At the engagement relay 3 a marked with reference numeral 4 electrical connection is provided. The engagement relay 3 further comprises a switching axis 5, to which a magnet armature 6 is received. The armature 6 of the engagement relay 3 is enclosed by a magnetic winding 8. The switching axis 5 of the contactor 3 is acted upon by a return spring 10, the armature 6 performs when driving a designated by reference numeral 7 Axialhubbewegung within the housing of the contactor 3 from. The engagement relay 3 comprises at its end facing the electrical connection 4 a relay contact 9. The drawing shown in Figure 1 represents the contact with a tooth to tooth position. The reference numeral 7 designated Relaishub serves as a residual stroke to tension a contact pressure spring.

Über die Schaltachse 5 des Einrückrelais 3 ist ein beispielsweise als Gabelhebel beschalteter Einrückhebel 11 betätigbar. Der Einrückhebel 11 ist an einem Anlenkpunkt 12 innerhalb des Gehäuses 2 des Starters angelenkt und wirkt auf eine Mitnehmer 16 eines Freilaufes 14 derart, dass diese an einer Ankerwelle 13 in axiale Richtung in beide Richtung verschiebbar ist. Die Ankerwelle 13 des hier nicht näher dargestellten Startermotors des Starters 1 umfaßt den bereits erwähnten Freilauf 14, der in der Längsschnittdarstellung gemäß Figur 1 Freilaufrollen 15 umfaßt, die von einem erweiterten Durchmesserbereich des Mitnehmers 16 umschlossen sind. An den Mitnehmer 16 des Freilaufes 14 ist der untere Anlenkpunkt des Einrückhebels 11 gelenkig gelagert. Der Freilauf 14 umschließt ein an der Ankerwelle 13 relativ zu dieser drehbewegbares Antriebsritzel 18, welches mit einem hier nur schematisch angedeuteten Zahnkranz 20 einer Schwungscheibe der Verbrennungskraftmaschine, die hier ebenfalls nicht näher dargestellt ist, zusammenwirkt. Die Ankerwelle 13 des Startermotors des Starters 1 ist an einem Antriebslager 19 aufgenommen.About the switching axis 5 of the engagement relay 3, for example, as a fork lever switched engagement lever 11 is actuated. The engagement lever 11 is articulated to a pivot point 12 within the housing 2 of the starter and acts on a driver 16 of a freewheel 14 such that it is displaceable on an armature shaft 13 in the axial direction in both directions. The armature shaft 13 of the starter motor of the starter 1, not shown here, comprises the already mentioned freewheel 14, which in the longitudinal sectional view according to Figure 1 includes idler rollers 15 which are enclosed by an enlarged diameter portion of the driver 16. At the driver 16 of the freewheel 14, the lower pivot point of the engagement lever 11 is articulated. The freewheel 14 encloses a rotatably on the armature shaft 13 relative to this drive pinion 18, which cooperates with a here only schematically indicated sprocket 20 of a flywheel of the internal combustion engine, which is also not shown here in detail. The armature shaft 13 of the starter motor of the starter 1 is received on a drive bearing 19.

Der in Figur 1 teilweise im Längsschnitt dargestellte Starter zum Anlassen einer Verbrennungskraftmaschine umfaßt ein mit Bezugszeichen 21 bezeichnetes Vorgelege, welches in der Darstellung gemäß Figur 1 als Planetengetriebe ausgebildet ist. Der Starter 1 kann ohne weiteres auch ohne ein solches Vorgelege 21 ausgebildet werden, welches im wesentlichen einem querkrafteinleitungsfreien Antrieb der Ankerwelle 13 des Startermotors des Starters 1 dient. In der in Figur 1 im Längsschnitt dargestellten Ausführungsvariante des Starters umfaßt das Vorgelege 21 mehrere am Umfang eines Hohlrades aufgenommene Planetenräder 22, die von einem einen Zahnkranz bildenden Hohlrad 23 umschlossen sind.The starter for starting an internal combustion engine shown partially in longitudinal section in FIG. 1 comprises a countershaft designated by reference numeral 21, which in the illustration according to FIG. 1 is designed as a planetary gear. The starter 1 can be readily formed without such a countershaft 21, which essentially serves a transverse force introduction-free drive of the armature shaft 13 of the starter motor of the starter 1. In the embodiment variant of the starter shown in longitudinal section in FIG. 1, the countershaft 21 comprises a plurality of planetary gears 22 received on the circumference of a ring gear and enclosed by a ring gear 23 forming a sprocket wheel.

Maßgeblich für das Einspuren ist, dass die Mitnehmer 16 des Freilaufes an ihrem im Durchmesser erweiterten Bereich über ein beispielsweise als Spiralfeder ausgebildetes Federelement 24 in Einrückrichtung in Bezug auf den Zahnkranz 20 an der Schwungscheibe der Verbrennungskraftmaschine beaufschlagt sind.Decisive for the meshing is that the driver 16 of the freewheel are acted upon at its enlarged diameter portion via a trained example as a spiral spring spring element 24 in the direction of engagement with respect to the ring gear 20 on the flywheel of the internal combustion engine.

Figur 2 zeigt die bisherige Ansteuerung des Starters gemäß der Darstellung in Figur 1 über eine elektrische Leitung.Figure 2 shows the previous control of the starter as shown in Figure 1 via an electrical line.

Dem Schaltschema gemäß Figur 2 ist entnehmbar, dass ein Ansteuersignal 30 einem Magnetschalter 31 aufgegeben wird. Der Magnetschalter 31 bewirkt durch ein hier durch gestrichelte Linie angedeutetes Schaltelement den Kontakt eines ersten Kontaktstücks 32 mit einem weiteren Kontaktstück 33, wodurch dem Startermotor des Starters 1 die Spannung eines in Figur 2 nicht dargestellten Energiespeichers, zum Beispiel einer Fahrzeugbatterie, aufgegeben wird. Das mit Bezugszeichen 53 bezeichnete Eingangssignal, einen Temperaturwert darstellend, wird bei der in Figur 2 dargestellten Ansteuerung des Starters 1 über eine einfache elektrische Leitung und einen Magnetschalter 31 nicht näher berücksichtigt.The circuit diagram according to FIG. 2 shows that a drive signal 30 is applied to a magnetic switch 31. The magnetic switch 31 causes by a here indicated by dashed line switching element the contact of a first contact piece 32 with another contact piece 33, whereby the starter motor of the starter 1, the voltage of an energy storage, not shown in Figure 2, for example, a vehicle battery is abandoned. The input signal denoted by reference numeral 53, representing a temperature value, is not considered in more detail in the triggering of the starter 1 shown in FIG. 2 via a simple electrical line and a magnetic switch 31.

Der Magnetschalter 31, der über das Ansteuersignal 30 angesteuert wird, bewirkt neben Kontaktherstellung zwischen den Kontaktstücken 32 und 33, wodurch dem Starter 1 ein Startstrom aufgegeben wird, eine Einrückfunktion 36 des mit Bezugszeichen 3 gekennzeichneten Einrückrelais des Starters. In der hier dargestellten schematischen Ablaufweise einer bisherigen Ansteuerung eines Starters 1 findet einerseits die Temperatur keine Berücksichtigung - sei es die Temperatur des Startermotors des Starters 1, sei es die Außentemperatur -, andererseits findet keine Rückkopplung dahingehend statt, welche Temperatur der Startermotor oder das Einrückrelais des Starters 1 nach mehreren erfolglosen Startversuchen der Verbrennungskraftmaschine aufweist, so dass dessen Dynamik nicht erfassbar ist.The magnetic switch 31, which is controlled by the drive signal 30, in addition to establishing contact between the contact pieces 32 and 33, whereby the starter 1, a starting current is applied, a Einrückfunktion 36 indicated by reference numeral 3 engagement relay of the starter. On the one hand, the temperature is not taken into account in the schematic procedure of a previous activation of a starter 1 shown here - Be it the temperature of the starter motor of the starter 1, be it the outside temperature -, on the other hand, no feedback takes place to what effect the temperature of the starter motor or the starter relay of the starter 1 after several unsuccessful attempts to start the internal combustion engine, so that its dynamics is not detectable.

Figur 3 zeigt die Grundstruktur der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Starteransteuerung mit Eingabefunktionsblock, Verarbeitungsblock und Hardwarekomponenten enthaltenden Ausgabeblock.FIG. 3 shows the basic structure of the invented starter drive with input function block, processing block and hardware component containing output block.

Aus der Darstellung gemäß Figur 3 geht hervor, dass der Startwunsch, symbolisiert durch das mit Bezugszeichen 40 bezeichnete Rechteck, einem Eingabefunktionsblock 50 aufgegeben wird. Ausgangssignale des Eingabefunktionsblocks 50 werden an einen Verarbeitungsblock 60 übertragen, dessen Ausgangssignale wiederum einem Ausgabeblock 70 aufgegeben werden. Der Ausgabeblock 70, der die im folgenden näher spezifizierten Leistungshalbleiterbauelemente umfaßt, generiert Ausgabesignale 71 bzw. 72 für eine Ansteuerung des Startermotors des Starters 1 bzw. für das Einrückrelais 3 (vgl. Darstellung gemäß Figur 1).The illustration according to FIG. 3 shows that the start request, symbolized by the rectangle designated by reference numeral 40, is given to an input function block 50. Output signals of the input function block 50 are transmitted to a processing block 60, the output signals of which are in turn applied to an output block 70. The output block 70, which comprises the power semiconductor components specified in more detail below, generates output signals 71 and 72, respectively, for triggering the starter motor of the starter 1 or for the engagement relay 3 (see illustration according to FIG.

Der Darstellung gemäß Figur 4 ist das elektronische Ansteuersystem mit implementierten Funktionsblöcken im Detail zu entnehmen.The illustration according to FIG. 4 shows the electronic control system with implemented functional blocks in detail.

Das elektronische Ansteuersystem umfaßt im wesentlichen den bereits in Figur 4 erwähnten Eingabefunktionsblock 50, den Verarbeitungsblock 60 sowie einen den Verarbeitungsblock 60 nachgeschalteten Ausgabeblock 70.The electronic drive system essentially comprises the input function block 50 already mentioned in FIG. 4, the processing block 60 and an output block 70 connected downstream of the processing block 60.

Dem Eingabefunktionsblock 50 wird ein Ansteuersignal 30, ein Spannungssignal 34 aufgegeben, aufgegeben sowie ein einen Temperaturwert darstellendes Signal 53. Bei dem mit Bezugszeichen 53 bezeichneten Temperatursignal kann es sich sowohl um die Außentemperatur handeln, welcher der Starter 1 (vgl. Darstellung gemäß Figur 1) ausgesetzt wird. Es kann sich bei dem mit Bezugszeichen 53 gekennzeichneten Temperatursignal jedoch auch um die Temperatur handeln, die das Innere zum Beispiel der Einrückmagnetwicklung des Starters 1 nach mehreren erfolglosen Startversuchen aufweist. Die Startversuche der Verbrennungskraftmaschine sind aufgrund der umgesetzten Leistung mit einem erheblichen Temperaturanstieg innerhalb des Starters 1 verbunden, der dessen dynamisches Verhalten signifikant beeinflußt.The input function block 50 is a drive signal 30, a voltage signal 34 abandoned, abandoned and a temperature value representing a signal 53. The temperature signal designated by reference numeral 53 may be both the outside temperature, which is the starter 1 (see illustration according to Figure 1). is suspended. However, the temperature signal denoted by reference numeral 53 may also be the temperature which the interior has, for example, the engagement magnet winding of the starter 1 after several unsuccessful start attempts. The starting attempts of the internal combustion engine are connected due to the converted power with a significant increase in temperature within the starter 1, which significantly affects its dynamic behavior.

Die Information 34, welche den Ladezustand eines in Figur 4 nicht dargestellten Energiespeichers charakterisiert sowie die Temperaturinformation 53 werden dem Eingabefunktionsblock 50 an einer Signalaufbereitung 52 zugeführt. In der Signalaufbereitung 52 lassen sich die Signale filtern bzw. verstärken und für die Weiterverarbeitung innerhalb des Verarbeitungsblockes 60 der elektronischen Ansteuerung eines Starters geeignet aufbereiten. Der Eingabefunktionsblock 50 gemäß der schematischen Wiedergabe in Figur 4 umfaßt darüber hinaus eine Schnittstellenauswertung 51, welcher das Ansteuersignal 30, einen Startwunsch repräsentierend aufgegeben wird. Die als Funktionsbaustein bezeichnete Schnittstellenauswertung 51 stellt gemäß der erfindungsgemäßen Lösung eine elektronische Schnittstelle dar, die als eine Verbindungsstelle zu einem CAN-Datenbus oder als eine bitserielle Schnittstelle beschaffen sein kann. Daneben kann die Schnittstellenauswertung 51 auch als ein Spannungseingang bzw. ein Stromeingang oder auch als einen Eingang zur Aufnahme eines Differenzsignals ausgebildet sein.The information 34, which characterizes the state of charge of an energy store, not shown in FIG. 4, and the temperature information 53, are given to the input function block 50 supplied to a signal conditioning 52. In the signal conditioning 52, the signals can be filtered or amplified and processed for further processing within the processing block 60 of the electronic control of a starter suitable. The input function block 50 according to the schematic representation in FIG. 4 furthermore comprises an interface evaluation 51, which outputs the drive signal 30 representing a start request. The interface evaluation 51, referred to as a function module, according to the inventive solution represents an electronic interface which can be designed as a connection point to a CAN data bus or as a bit serial interface. In addition, the interface evaluation 51 can also be designed as a voltage input or a current input or as an input for receiving a differential signal.

Die im Eingabefunktionsblock 50 verarbeiteten Signale, seien sie aus dem Ansteuersignal 30, der Information 34 über den Ladezustand eines Energiespeichers oder seien sie aus dem Temperatursignal 53 gewonnen, werden nach entsprechender Aufbereitung bzw. Schnittstellenauswertung als Ausgabesignale 54 bzw. 55 einem Verarbeitungsblock 60 aufgegeben. Der Verarbeitungsblock 60 seinerseits ist dem Eingabefunktionsblock 50 einerseits nachgeordnet, jedoch andererseits einem Ausgabefunktionsblock 70 vorgeschaltet.The signals processed in the input function block 50, whether they are from the drive signal 30, the information 34 about the state of charge of an energy store or are obtained from the temperature signal 53, are output to a processing block 60 as output signals 54 and 55, respectively, after appropriate processing or interface evaluation. The processing block 60 in turn is downstream of the input function block 50 on the one hand, but on the other hand precedes an output function block 70.

Das aus der Schnittstellenauswertung 51 des Eingabefunktionsblocks 50 resultierende Ausgabesignal 55 wird einer Ablaufsteuerung 66 des Verarbeitungsblocks 60 aufgegeben. Die Ablaufsteuerung 66 generiert Ausgabesignale 67 bzw. 68, die voneinander entkoppelt Leistungsendstufen 69 des Ausgabeblockes 70 der elektronischen Ansteuerung aufgegeben werden.The output signal 55 resulting from the interface evaluation 51 of the input function block 50 is output to a sequencer 66 of the processing block 60. The sequencer 66 generates output signals 67 and 68, which are output from one another decoupled power output stages 69 of the output block 70 of the electronic control.

Das Ausgabesignal 54, welches aus der Signalaufbereitung 52 des Eingabefunktionsblocks 50 stammt, wird einem Diagnosefunktionsbaustein 61 aufgegeben. Innerhalb des Diagnosefunktionsbausteins 61 werden aufgetretene Fehler erfaßt. So wird beispielsweise innerhalb des Diagnosefunktionsbausteins 61 die Spannungslage hinsichtlich des die Batteriespannung eines Energiespeichers charakterisierenden Signals 34 überprüft. Ferner werden mittels des Diagnosefunktionsbausteins 61 von einer dem Startermotor des Starters 1 zugeordneten Leistungsendstufen 69 generierte und an den Diagnosefunktionsbaustein 61 zurückgemeldete Signale erfaßt und Fehlfunktionen der dem Startermotor des Starters 1 und dem Einrückrelais zugeordneten Leistungsendstufe 69 diagnostiziert. Der Diagnosefunktionsbaustein 61 innerhalb des Verarbeitungsblockes 60 generiert ein Ausgangssignal, welches an eine dem Diagnosefunktionsbaustein 61 untergeordnete Sicherheitsfunktion 62 übermittelt wird. Abhängig von erfaßten Fehlfunktionen innerhalb des Diagnosefunktionsbausteins 61, so zum Beispiel hinsichtlich einer fehlerhaften Endstufe 69, werden über die Sicherheitsfunktion 62 Ausgabesignale 63 generiert, die an den Ablauf innerhalb der Ablaufsteuerung 66 eingreifen, so dass die Ausgabesignale 67 und 68, für eine als fehlerhaft erkannte, dem Startermotor oder dem Einrückrelais des Starters 1 zugeordnete Endstufe entsprechend modifiziert werden können. Daneben ist die Ablaufsteuerung 66 über eine bidirektionale Signalverbindung 65 mit einer Datensicherung 64 verbunden. Über die Datensicherung 64 innerhalb des Verarbeitungsblockes 60 können die einzelnen aufgetretenen Betriebszustände innerhalb der Ablaufsteuerung 66 und auch sonstige Betriebszustände erfaßt und archiviert werden. Der Datensicherungsblock 64 innerhalb des Verarbeitungsblockes 60 ist auslesbar, so dass die dort aufgezeichneten und erfaßten, beispielsweise bei Starterbetrieb ungünstigen Zuständen im Rahmen einer Fehlerursachenermittlung ausgelesen werden können und bei Folgestarts von der Ablaufsteuerung 66 berücksichtigt werden, beispielsweise in Form veränderter Ansteuersignale der Endstufen 69. Die mit Bezugszeichen 62 bezeichnete Sicherheitsfunktion ist mit vergleichsweise geringem Zusatzaufwand realisierbar und gewährleistet eine Temperaturüberwachung sowie eine Spannungsüberwachung, abhängig von den Eingangssignalen, die der Sicherheitsfunktion 62 über den Diagnosefunktionsbaustein 61 zugeleitet werden. Dem Diagnosefunktionsbaustein 61 kommt innerhalb des Verarbeitungsblockes 60 eine Steuerungsfunktion hinzu, da über den Diagnosefunktionsbaustein 61 von einer oder mehreren der Leistungsendstufen 69 rückgekoppelte Signale aufgegeben werden sowie die dem Diagnosefunktionsbaustein 61 hierarchisch untergeordnete Sicherheitsfunktion 62 von diesem eingangsseitig gesteuert wird.The output signal 54, which originates from the signal conditioning 52 of the input function block 50, is output to a diagnostic function module 61. Within the diagnostic function block 61 occurred errors are detected. Thus, for example, within the diagnostic function block 61, the voltage level is checked with respect to the signal 34 characterizing the battery voltage of an energy store. Furthermore, by means of the diagnostic function block 61, signals generated by a starter motor of the starter 1 associated with output stage 69 and fed back to the diagnostic function block 61 are detected and malfunctions of the output motor 69 associated with the starter motor of the starter 1 and the starter relay are diagnosed. The diagnostic function block 61 within the processing block 60 generates an output signal, which is transmitted to a diagnostic function block 61 subordinate safety function 62. Depending on detected malfunctions within the diagnostic function block 61, for example with regard to a faulty output stage 69, output signals 63 are generated by the safety function 62, which are connected to the sequence within the sequence control 66 engage, so that the output signals 67 and 68, for a recognized as faulty, the starter motor or the starter relay of the starter 1 associated power amplifier can be modified accordingly. In addition, the sequencer 66 is connected to a data backup 64 via a bidirectional signal connection 65. Via the data backup 64 within the processing block 60, the individual operating states that have occurred within the process control 66 and also other operating states can be detected and archived. The data block 64 within the processing block 60 can be read out, so that there recorded and detected, for example, unfavorable conditions during starter operation can be read as part of a cause of error and are taken into account by the sequencer 66, for example in the form of modified control signals of the power amplifier 69th Die designated with reference numeral 62 safety function can be implemented with relatively little additional effort and ensures temperature monitoring and voltage monitoring, depending on the input signals to the safety function 62 via the diagnostic function block 61 are fed. The diagnostic function block 61 is added within the processing block 60, a control function, as fed back via the diagnostic function block 61 of one or more of the power output stages 69 fed back signals and the diagnosis function block 61 hierarchically subordinate safety function 62 is controlled by this input side.

Abhängig von den in der Ablaufsteuerung 66 erzeugten generierten Ausgangssignalen 67 für eine Leistungsendstufe 69 für ein Einrückrelais 3 bzw. abhängig von dem der Leistungsendstufe 69 für die Ansteuerung des Startermotors des Starters 1 generierten Ausgabesignals 68 werden in den Leistungsendstufen 69 voneinander entkoppelte und bereits innerhalb der Ablaufsteuerung 66 entkoppelte Ausgabesignale 71, 72 generiert. Die Leistungsendstufen 69 innerhalb des Ausgabeblockes 70 der elektronischen Ansteuerung für einen Starter werden bevorzugt als Leistungshalbleiter mit niederohmigen Schaltelementen ausgebildet. Als niederohmige Schaltelemente kommen zum Beispiel Feldeffekttransistoren, Bipolartransistoren oder IGBT's zum Einsatz.Depending on the output signals 67 generated in the sequence control 66 for a power output stage 69 for an engagement relay 3 or depending on the power output stage 69 for the control of the starter motor of the starter 1 generated output signal 68 are decoupled from each other in the power output stages 69 and already within the flow control 66 decoupled output signals 71, 72 generated. The power output stages 69 within the output block 70 of the electronic control for a starter are preferably designed as power semiconductors with low-resistance switching elements. As low-resistance switching elements, for example field effect transistors, bipolar transistors or IGBTs are used.

Die Integration von Leistungshalbleitern als Leistungsendstufen 69 innerhalb des Ausgabeblockes 60 der elektronischen Ansteuerung bietet den Vorteil, dass durch deren freie Programmierung das dynamische Verhalten des Starters leichter beeinflußbar ist. Die Leistungsendstufen 69, von der je einer dem Einrückrelais 3 sowie dem Startermotor des Starters 1 zugeordnet ist, beseitigt sich durch unerwünschte Kopplungen ergebende Nachteile hinsichtlich der Auslegung. Ferner ist durch die Integration der Leistungsendstufe 69 in Form von Halbbrücken in den Ausgabeblock 70 eine Redundanz erzielbar, die ein unbeabsichtigtes Ansteuern des Starters durch einen defekten Leistungstransistor wirksam unterbindet. Eine Realisierung dieser Funktion der Redundanz mit herkömmlichen elektromechanischen Relais wäre ungleich aufwendiger.The integration of power semiconductors as power amplifiers 69 within the output block 60 of the electronic control has the advantage that their free programming the dynamic behavior of the starter is easier to influence. The power output stages 69, each of which is assigned to the engagement relay 3 and the starter motor of the starter 1 eliminates undesirable couplings resulting disadvantages in terms of design. Furthermore, by integrating the power output stage 69 in the form of half bridges into the output block 70, a redundancy can be achieved which effectively prevents unintentional activation of the starter by a defective power transistor. A realization of this redundancy function with conventional electromechanical relays would be much more complicated.

Die als Leistungsendstufe 69 bevorzugt eingesetzten Leistungshalbleiter mit niederohmigen Schaltelementen bieten ferner den Vorteil, dass durch eine geeignete Taktung der Leistungsendstufe 69 sich nahezu jeder beliebige Stromwert zwischen Null und einem Maximalstromwert einstellen läßt, wodurch die über die erfindungsgemäße elektronische Ansteuerung beaufschlagten Starter einschließlich Einrückrelais 3 durch einfachste Modifikationen auch an Bordnetzen mit zeitweise größerer Spannung (beispielsweise bei Starthilfe mit 42V) eingesetzt werden können. Die Leistungsendstufe 69 kann aus Gründen der Redundanz Leistungshalbleiterhalbbrücken umfassen. Ferner ist durch erfindungsgemäß vorgeschlagene elektronische Ansteuerung eine leichte Systemanpassung bereits vorhandener Starter an neue Applikationen durch einfachste Softwareänderung realisierbar. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung durch Einsatz von Leistungshalbbrücken vermeidet den Einsatz zweier elektromechanisch in Reihe geschalteter Relais sowie insgesamt die mit elektromechanischen Schalter verbundenen Nachteile hinsichtlich Kontaktprellens, Kontaktkorrosion, übermäßigem Kontaktverschleiß durch Abbrand. Ferner kann durch die Leistungsendstufen 69, die bevorzugt als Leistungshalbleiter mit geringen Ansteuerleistungen ausgebildet werden, ein zusätzlicher Aufwand durch dem Einrückrelais 3 gegebenenfalls vorzuschaltende Vorschaltrelais vermieden werden. Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektronischen Ansteuerung eines Starters 1 samt Einrückrelais 3 können Rückwirkungen des Verbrennungsmotors auf das Startrelais über den am Starter 1 vorgesehenen mechanischen Einspurbetrieb ausgeschlossen werden. Das Einrückrelais 3 ist mechanisch an den Antriebsstrang des Startermotors gekoppelt. Die beim Durchdrehen der Verbrennungskraftmaschine auftretenden oszillierenden Bewegungen des Antriebsritzels werden teilweise auf den Anker im Einrückrelais 3 übertragen und können zum Teil den Abschaltvorgang nachhaltig beeinflussen, so zum Beispiel durch ein Prellen der Kontakte.The power semiconductors preferably used as power output stage 69 with low-resistance switching elements also offer the advantage that can be set by a suitable timing of the power output 69 almost any current value between zero and a maximum current value, whereby the acted upon the inventive electronic control starter including contactor 3 by simplest Modifications can also be used on on-board systems with temporarily greater voltage (for example jump start with 42V). The power output stage 69 may comprise power semiconductor half-bridges for reasons of redundancy. Furthermore, by electronic control proposed according to the invention, a slight system adaptation of already existing starters to new applications can be realized by the simplest software modification. The proposed solution according to the invention by the use of power half-bridges avoids the use of two electromechanically connected in series relays and the total associated with electromechanical switch disadvantages in terms of contact bounce, contact corrosion, excessive contact wear due to erosion. Furthermore, by the output stages 69, which are preferably designed as power semiconductors with low drive power, an additional effort by the engagement relay 3 possibly upstream Vorschaltrelais be avoided. With the inventively proposed electronic control of a starter 1 including engagement relay 3 reactions of the engine can be excluded on the starting relay on the provided on the starter 1 mechanical single-track operation. The engagement relay 3 is mechanically coupled to the drive train of the starter motor. The oscillating movements of the drive pinion which occur when the internal combustion engine spins are partly transmitted to the armature in the engagement relay 3 and can in part have a lasting effect on the shutdown process, for example by bouncing the contacts.

Figur 5 zeigt die schematischen Signalverläufe zweier Ansteuersignale für den Startermotor und das Einrückrelais, jeweils aufgetragen als Blocksignale über die Zeitachse.FIG. 5 shows the schematic signal curves of two control signals for the starter motor and the engagement relay, in each case plotted as block signals over the time axis.

Im oberen Diagramm der Darstellung gemäß Figur 5 ist der mit Bezugszeichen 80 gekennzeichnete Verlauf des Ausgabesignals der Leistungsendstufe 69 für den Startermotor des Starters 1 wiedergegeben. Während einer Andrehphase 81, die beispielsweise über einen Zeitraum von wenigen ms andauert, werden Spannungssignale in Blockform generiert, wobei diese Spannungssignale eine erste Signallänge 84 aufweisen. Nach Ablauf der Andrehphase 81 des Antriebsritzels 18 wird dieses innerhalb einer sich anschließenden Vorspur bzw. Verdrehungsphase 82 in eine Umfangsposition bewegt, in welcher ein Einspuren des Antriebsritzels 18 in die Zahnfreiräume des Zahnkranzes 20 (vgl. Darstellung gemäß Figur 1) einer Schwungscheibe der Verbrennungskraftmaschine erfolgen kann. Nach Ablauf der Vorspur-/Verdrehphase des Antriebsritzels 18 erfolgt innerhalb einer Einspurphase 83 von einer Dauer von wenigen ms das Einspuren des Antriebsritzels 18 in die Zahnfreiräume des erwähnten Zahnkranzes 20 der Schwungscheibe der Verbrennungskraftmaschine. An die Einspurphase 83, während der die Signale in einer zweiten Signallänge 95 analog zur zweiten Signallänge 85 während der Vorspur-/Verdrehphase anliegen, schließt sich eine Durchdrehphase 86 der Verbrennungskraftmaschine an. Während dieser Durchdrehphase wird der Antrieb der Verbrennungskraftmaschine, die anzulassen ist, vom Startermotor des Starters 1 aufgebracht. Zur Vermeidung von Überlastungen hinsichtlich einer übermäßig hohen Temperatur kann die Durchdrehphase 86 auf eine Maximaldauer 87 begrenzt werden, die innerhalb der in Figur 4 dargestellten Sicherheitsfunktion 62, welche dem Diagnosefunktionsbaustein 61 nachgeordnet ist, abgespeichert ist. Bei Überschreiten der Maximaldauer 87 der Durchdrehphase kann über die Sicherheitsfunktion 62 entsprechend in die Ablaufsteuerung 66 eingegriffen werden, so dass die Ausgabesignale 67 und 68 an die Leistungsendstufen 69, welche den Startermotor des Starters 1 und das Einrückrelais ansteuert, entsprechend beeinflusst wird. Erst nach Abkühlung im Falle einer Temperaturüberschreitung oder nach Herabsetzung bzw. Steigerung der Spannung 34 auf einen zulässigen Wert, wird in entgegengesetzte Richtung in die Ablaufsteuerung 66 eingegriffen, so dass ein erneuter Start ausgelöst werden kann. Die Länge der einzelnen Ansteuerzeiten kann je nach Datenbestand innerhalb des Diagnosebausteines 61 und des Datensicherungsbausteines 64 variiert bzw. angepasst werden.In the upper diagram of the illustration according to FIG. 5, the course of the output signal of the power output stage 69 for the starter motor of the starter 1, indicated by reference numeral 80, is reproduced. During a cranking phase 81, which lasts, for example, over a period of a few ms, voltage signals are generated in block form, these voltage signals having a first signal length 84. After expiration of the Andrehphase 81 of the drive pinion 18 this is moved within a subsequent toe or torsion phase 82 in a circumferential position in which a meshing of the drive pinion 18 in the tooth clearance of the ring gear 20 (see FIG. 1) of a flywheel of the internal combustion engine. After expiration of the toe / twist phase of the drive pinion 18 takes place within a Einspurphase 83 of a duration of a few ms, the meshing of the drive pinion 18 in the tooth clearance of said ring gear 20 of the flywheel of the internal combustion engine. The Einspurphase 83, during which the signals rest in a second signal length 95 analogous to the second signal length 85 during the toe-in / Verdrehphase, followed by a spin-through phase 86 of the internal combustion engine. During this spin-through phase, the drive of the internal combustion engine to be started is applied by the starter motor of the starter 1. To avoid overloading with respect to an excessively high temperature, the spin-through phase 86 can be limited to a maximum duration 87, which is stored within the safety function 62 shown in FIG. 4, which is arranged downstream of the diagnostic function block 61. When the maximum duration 87 of the spin-through phase can be intervened in the sequence control 66 via the safety function 62, so that the output signals 67 and 68 to the power output stages 69, which controls the starter motor of the starter 1 and the engagement relay is affected accordingly. Only after cooling in the event of a temperature exceeded or after reduction or increase in the voltage 34 to an allowable value is intervened in the opposite direction in the sequence control 66, so that a restart can be triggered. The length of the individual drive times can be varied or adjusted depending on the data within the diagnostic block 61 and the data protection block 64.

Im unteren in Figur 5 wiedergegebenen Diagramm ist der Verlauf 90 des Ausgabesignals der Leistungsendstufe 69 für das Einrückrelais 3 wiedergegeben. Während einer parallel zur Andrehphase 81 des Startermotors sich erstreckenden inaktiven Phase 91 des Einrückrelais 3 bleibt dieses vollständig passiv. Zum Zeitpunkt 92 wird ein Einrücksignal generiert, welches zum Ausgabesignal 71 der Leistungsendstufe 69, die das Einrückrelais 3 beaufschlagt, korrespondiert. Während der Einrückphase 94 bleibt dieses Ausgabesignal 71 anstehen bis zum Ende der Einrückphase 93, welche durch Bezugszeichen 93 auf der Zeitachse präsentiert wird. Nach Schluß der Einrückphase 94 liegen rechteckförmige Spannungssignale, identifiziert durch Bezugszeichen 95, sowohl während einer zur Einspurphase 83 korrespondierenden Dauer am Einrückrelais 3 an, die darüber hinaus auch während der Durchdrehphase 86 der Verbrennungskraftmaschine anliegen. Während der Durchdrehphase 86 hat die Verbrennungskraftmaschine noch nicht die Drehzahl angenommen, welche ein Ausspuren des Antriebsritzels 18 mit Hilfe des als Überholkupplung ausgebildeten Freilaufs 14 auf der Ankerwelle 13 des Startermotors des Starters 1 erforderlich macht. Mit der erfindungsgemäßen Lösung sind mechanische Rückwirkungen des Verbrennungsmotors auf das Einrückrelais 3, die über den mechanischen Einspurbetrieb bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsvariante gemäß des Standes der Technik auftreten können, ausgeschlossen.In the lower diagram shown in FIG. 5, the profile 90 of the output signal of the power output stage 69 for the engagement relay 3 is reproduced. During a parallel to Andrehphase 81 of the starter motor extending inactive phase 91 of the engagement relay 3, this remains completely passive. At the time 92, an engagement signal is generated which corresponds to the output signal 71 of the power output stage 69, which acts on the engagement relay 3. During the engagement phase 94, this output signal 71 remains pending until the end of the engagement phase 93, which is represented by reference numeral 93 on the time axis. After the engagement phase 94 are rectangular voltage signals identified by reference numeral 95, both during a time corresponding to Einspurphase 83 duration of the engagement relay 3, which also apply during the spin phase 86 of the internal combustion engine. During the spin-through phase 86, the internal combustion engine has not yet assumed the speed which makes it necessary to make a mark on the drive pinion 18 with the aid of the overrunning clutch 14 on the armature shaft 13 of the starter motor of the starter 1. With the solution according to the invention mechanical repercussions of the internal combustion engine on the engagement relay 3, via the mechanical single-track operation at of the embodiment variant shown in Figure 1 may occur according to the prior art, excluded.

Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung läßt sich insbesondere durch die Implementierung der Schutzfunktion 62 innerhalb des Verarbeitungsblockes 60 erreichen, dass der Startermotor des Starters 1 vor zu langer Ansteuerung bewahrt wird. Ferner können unzulässig hohe Temperaturen zu Auswirkungen auf die Dynamik des Starters führen. Die Temperatur des Einrückrelais 3 des Starters 1 bzw. eine Fehlfunktion der diesem zugeordneten Endstufen 69 kann durch den Diagnosefunktionsbaustein 61 erkannt werden, der über die Sicherheitsfunktion 62 dementsprechend in die Ablaufsteuerung 66 innerhalb des Verarbeitungsblockes 60 eingreift.With the proposed solution according to the invention can be achieved in particular by the implementation of the protective function 62 within the processing block 60 that the starter motor of the starter 1 is preserved from too long drive. In addition, inadmissibly high temperatures can lead to effects on the dynamics of the starter. The temperature of the engagement relay 3 of the starter 1 or a malfunction of the associated output stages 69 can be detected by the diagnostic function block 61, which accordingly engages the sequence control 66 within the processing block 60 via the safety function 62.

Figur 6 zeigt Halbleiterbauelemente, die innerhalb des Ausgabeblockes gemäß Figur 3 bzw. Figur 4 innerhalb der Leistungsendstufen eingesetzt werden können.FIG. 6 shows semiconductor components which can be used within the output block according to FIG. 3 or FIG. 4 within the power output stages.

Die Leistungsendstufen 69 (verg. Darstellung gemäß Figur 4) können neben Feldeffekttransistoren 101, deren Steuerung mittels "Feldeffekt" durch die Steuerspannung erfolgt und deren Spannungsabfall durch den wirksamen Durchlasswiderstand gegeben ist, auch Bipolartransistoren 102 enthalten. Die Bipolartransistoren 102 werden durch einen Steuerstrom angesteuert und zeichnen sich durch ein gutes Durchlassverhalten aus. Mit Bezugszeichen 103 sind in Figur 6 IGBT's (integrated gate bipolar transistor) dargestellt, die eine Kombination aus Feldeffekttransistoren 101 und Bipolartransistor 102 darstellen. Die IGBT's 103 werden durch eine Steuerspannung angesteuert. Diese elektronischen Bauelemente zeichnen sich insbesondere durch eine nahezu leistungsfreie Ansteuerung aus, die nahezu ohne Strom nur durch die Spannung erfolgt. Mit Bezugszeichen 104 sind MCT's bezeichnet (MOS-Controlled-Thyristor); während Bezugszeichen 105 IGCT's Halbleiterbauelemente bezeichnet, welche Kombination aus einem MOS-FET-Transistor und einem GTO-Thyristor darstellen. Dieses mit Bezugszeichen 105 gekennzeichnete elektronische Bauelement vereinigt im wesentlichen das sehr gute Durchlassverhalten eines Thyristors mit dem Schaltvermögen bipolarer Transistoren 102.The power output stages 69 (as shown in FIG. 4) can also contain bipolar transistors 102 in addition to field-effect transistors 101, whose control is effected by means of the "field effect" by the control voltage and whose voltage drop is given by the effective forward resistance. The bipolar transistors 102 are driven by a control current and are characterized by a good on-state behavior. Reference numeral 103 in FIG. 6 shows IGBTs (integrated gate bipolar transistor), which represent a combination of field-effect transistors 101 and bipolar transistor 102. The IGBTs 103 are driven by a control voltage. These electronic components are characterized in particular by an almost power-free control, which takes place almost without power only by the voltage. Reference numeral 104 denotes MCT's (MOS controlled thyristor); while reference numeral 105 denotes IGCT's semiconductor devices which constitute a combination of a MOS-FET transistor and a GTO thyristor. This electronic component, designated by reference numeral 105, substantially combines the very good on-state behavior of a thyristor with the switching capability of bipolar transistors 102.

Figur 7 sind die Ausgestaltungsmöglichkeiten der Schnittstellenauswertung 51 gemäß der Darstellung in Figur 4 innerhalb des Eingabefunktionsblockes zu entnehmen. Die Schnittstellenauswertung 51 im Eingabefunktionsblock 50 kann ein als Stromwert vorliegendes Ansteuersignal in ein Ausgabesignal 55 umwandeln und als eine Strom-/Spannungsschnittstelle 106 ausgebildet sein. Daneben kann die Schnittstellenauswertung 51 auch eine Spannungsdifferenz ΔU, die Eingangsseitig an dieser anliegt, in einen Ausgabesignal 55 umwandeln, welches einer Spannung entspricht (verl. Bezugszeichen 107) in Figur 7. Daneben ist es auch möglich, die Schnittstellenauswertung 51 als Spannungs-Schnittstellenauswertung 108 auszugestalten, ebenso wie eine Ausgestaltung der Schnittstellenauswertung 51 gemäß Figur 4 im Eingabefunktionsblock 50 durch eine Bit/Spannungsumwandlung, beispielsweise durch bitserielle Auswertung auf einem CAN-Datenbus gegebener Signale, zu realisieren.FIG. 7 shows the design possibilities of the interface evaluation 51 according to the representation in FIG. 4 within the input function block. The interface evaluation 51 in the input function block 50 can convert a drive signal in the form of a current value into an output signal 55 and can be embodied as a current / voltage interface 106. In addition, the interface evaluation 51 can also convert a voltage difference .DELTA.U, which is present at the input side, into an output signal 55 which corresponds to a voltage (refer to reference numeral 107) in FIG. 7. In addition, it is also possible to use the interface evaluation 51 as voltage interface evaluation 108, as well as to realize a configuration of the interface evaluation 51 according to FIG. 4 in the input function block 50 by a bit / voltage conversion, for example by bit serial evaluation on a CAN data bus of given signals.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Starterstarter
22
Gehäusecasing
33
Einrückrelais/EinrückmagnetEngaging relay / engagement magnet
44
elektrischer Anschlußelectrical connection
55
Schaltachseswitching axis
66
Magnetankerarmature
77
Ankerhubarmature stroke
88th
Magnetwicklungmagnet winding
99
Relaiskontaktrelay contact
1010
RückstellfederReturn spring
1111
EinrückhebelEngaging lever
1212
Anlenkpunktarticulation
1313
Ankerwellearmature shaft
1414
Freilauffreewheel
1515
FreilaufrollenIdlers
1616
Mitnehmertakeaway
1717
Anlenkpunkt FreilaufhülseCoupling point freewheel sleeve
1818
Antriebsritzelpinion
1919
Antriebslagerdrive bearing
2020
Zahnkranzsprocket
2121
Vorgelege (Planetengetriebe)Countershaft (planetary gear)
2222
Planetenradplanet
2323
Hohlrad (Zahnkranz)Ring gear (sprocket)
2424
Federfeather
3030
Ansteuersignalcontrol signal
3131
Magnetschaltermagnetic switches
3232
erstes Kontaktstückfirst contact piece
3333
zweites Kontaktstücksecond contact piece
3434
Batteriespannungbattery voltage
3535
Ansteuerstrom Startmotor Starter 1Control current starter motor starter 1
3636
Einrückfunktion des Einrückrelais 3Engagement function of the engagement relay 3
4040
StartwunschHomeWish
5050
EingabefunktionsblockInput function block
5151
SchnittstellenauswertungInterface evaluation
5252
Signalaufbereitungsignal conditioning
5353
Temperatursignaltemperature signal
5454
Ausgabe SignalaufbereitungOutput signal conditioning
5555
Ausgabe SignalschnittstellenauswertungOutput signal interface evaluation
6060
Verarbeitungsblockprocessing block
6161
DiagnosefunktionsbausteinDiagnostic function block
6262
Sicherheitsfunktionsafety function
6363
Ausgabesignal SicherheitsfunktionOutput signal safety function
6464
DatensicherungsbausteinBackup module
6565
Ausgang/Eingang DatensicherungsbausteinOutput / input data protection module
6666
Ablaufsteuerungflow control
6767
Ausgabesignal für Leistungsendstufe Einrückrelais 3Output signal for power output stage Contact relay 3
6868
Ausgabesignal für Leistungsendstufe Startermotor Starter 1Output signal for power output stage starter motor starter 1
6969
Leistungsendstufenpower amplifiers
7070
Ausgabeblockoutput block
7171
Ausgabesignal für Einrückrelais 3Output signal for engagement relay 3
7272
Ausgabesignal für Startermotor Starter 1Output signal for starter motor starter 1
8080
Verlauf Ausgabesignal Leistungsendstufe StartermotorCourse output signal power output stage starter motor
8181
AndrehphaseAndrehphase
8282
Vorspur-/Verdrehphase AntriebsritzelToe-in / Twist Phase Drive Pinion
8383
EinspurphaseEinspurphase
8484
erste Signallängefirst signal length
8585
zweite Signallängesecond signal length
8686
Durchdrehphase VerbrennungskraftmaschineSpin-through internal combustion engine
8787
Maximaldauer DurchdrehphaseMaximum duration of spin-through
9090
Verlauf Ausgabesignal Leistungsendstufe Einrückrelais 3History Output signal Power output stage Contact relay 3
9191
inaktive Phaseinactive phase
9292
Beginn EinrückphaseBeginning engagement phase
9393
Ende EinrückphaseEnd of the induction phase
9494
Einrückphasestarting phase
9595
Blocksignalblock signal
101101
FETFET
102102
bipolarer Transistorbipolar transistor
103103
IGBTIGBT
104104
MCTMCT
105105
IGCTIGCT
106106
Strom-/SpannungsschnittstelleCurrent / voltage interface
107107
ΔU/U-Schnittstelle.DELTA.U / U interface
108108
U/U-SchnittstelleU / U interface
109109
Bit/Spannungs-SchnittstelleBit / voltage interface

Claims (20)

  1. Method for driving a starter (1) for internal combustion engines, the starter (1) comprising a starter motor and an engagement relay (3) and driving signals (71, 72) for the starter motor and engagement relay (3) are generated after the following method steps have been run through:
    - the transfer of a starting request (40) to an input function block (50),
    - the processing of signals (54, 55) of the input function block (50) in a processing block (60) containing a diagnostic function module (61), a safety function (62) and a sequencing controller (66), and
    - the generation of driving signals (71, 72) which are decoupled from one another, by means of an output block (70) with clockable power output stages (69) .
  2. Method according to Claim 1, characterized in that signals which are relevant to driving are input inside the input function block (50) by means of an interface evaluation (51) using an electronic interface which is embodied as a CAN data bus or bit serial interface.
  3. Method according to Claim 2, characterized in that the interface evaluation (51) is carried out by means of an electronic interface which is configured as a voltage input or as a current input.
  4. Method according to Claim 1, characterized in that a temperature signal (53) is fed to the input function block (50) as an input signal.
  5. Method according to Claim 4, characterized in that the temperature signal (53) represents the temperature of the engagement magnet of the starter (1).
  6. Method according to Claim 4, characterized in that the temperature signal (53) represents the external temperature.
  7. Method according to Claim 4, characterized in that the temperature signal (53) represents the temperature of an internal combustion engine (cooling water temperature or oil temperature).
  8. Method according to Claim 1, characterized in that malfunctions of the power output stages (69), upward transgression of an admissible temperature and the duration (87) of the racing phase (86) of the internal combustion engine are sensed within the diagnostic function module (61).
  9. Method according to Claim 8, characterized in that malfunctions which are sensed by means of the diagnostic function module (61) are archived in a way which can be read out in a data backup (64) of the processing block (60).
  10. Method according to Claim 1, characterized in that the safety function (62) for protecting against overloading of the starter motor of the starter (1) is hierarchically subordinate to the diagnostic function module (61).
  11. Method according to Claim 1, characterized in that the sequencing controller (66) receives signals (63) of the safety function (62) and generates output signals (67, 68) for power semiconductor components which form power output stages (69).
  12. Method according to Claim 1, characterized in that the driving signals (71, 72) for the "engagement" function for the engagement relay (3) and the "switch current" function for the starter motor of the starter (1) are provided decoupled from one another within the output block (70).
  13. Method according to Claim 1, characterized in that the driving signal (72) for the starter motor of the starter (1) which is generated in the power semiconductor component (69) which is assigned thereto is output into the starter (1) as a driving signal (72) and is simultaneously transmitted to the diagnostic function module (61).
  14. Device for carrying out the method according to one or more of the preceding claims, having a starter (1) which has an engagement magnet (3), characterized in that an electronic driving system, which comprises an input function block (50), a processing block (60) and an output block (70), is assigned to the starter (1), the output block (70) comprising output stages (69) which are embodied as power semiconductor components (69) and are of freely programmable design and can be clocked in a freely preselectable fashion, means for carrying out the steps according to Claim 1 being provided.
  15. Device according to Claim 14, characterized in that the power output stages (69) are embodied as power semiconductors with low-impedance switching elements.
  16. Device according to Claim 14, characterized in that the power semiconductors (69) are embodied as field-effect transistors.
  17. Device according to Claim 14, characterized in that the power semiconductors (69) are embodied as bipolar transistors.
  18. Device according to Claim 14, characterized in that the power semiconductors (69) are embodied as IGBT components.
  19. Device according to Claim 14, characterized in that the power semiconductors (69) are embodied as MCT (Mos Controlled Thyristor) components.
  20. Device according to Claim 14, characterized in that the power semiconductors (69) are embodied as IGCTs (Integrated Gate Commutated Thyristors).
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