Stand der Technik
[0001] Die Erfindung betrifft eine Starteinrichtung für eine Brennkraftmaschine nach der
Gattung der Ansprüche 1,8,9, 10, bzw. ein Verfahren zum Starten der Brennkraftmaschine
nach der Gattung des Anspruchs 13.
[0002] Aus der gattungsbildenden JP 59-82575 A ist bekannt, zwei Starter zum Starten einer
Brennkraftmaschine vorzusehen. Die Aktivierung der Starter erfolgt dabei abhängig
von der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine, und zwar derart, daß bei kalter
Brennkraftmaschine zwei Starter den Start der Brennkraftmaschine durchführen. Bei
warmer Brennkraftmaschine soll dies mit nur einem einzelnen Starter erfolgen.
[0003] Die DE 89 14 904 U1 offenbart einen Anlassermotor, der im Betrieb der Brennkraftmaschine
gleichzeitig als Generator dient. Der Anlassermotor hat hierzu ein zweistufiges Planetengetriebe,
welches in der ersten Phase des Startvorgangs ein hohes Drehmoment und in der nachfolgenden
Startphase ein geringeres Drehmoment bei einer höheren Drehzahl verfügbar macht.
[0004] Außerdem ist aus dem Bosch Kraftfahrtechnischen Handbuch, 22. Auflage, 1995, VDI-Verlag,
Seiten 541 bis 544, eine Starteinrichtung bekannt, die über einen Starter verfügt.
Die Auslegung des Starters erfolgt dabei so, daß ein sicherer Kaltstart auch bei niedrigen
Außentemperaturen (bis etwa -40 °C) durchführbar ist. Hierzu wird üblicherweise eine
Starterdrehzahl von mindestens 120 Umdrehungen/min für den Starter vorgesehen. Um
die Brennkraftmaschine während des Startvorgangs von der Starterdrehzahl auf die Kalt-Leerlaufdrehzahl
bringen zu können, ist eine Einspritzung und Verbrennung eines relativ fetten Kraftstoff-Luft-Gemisches
nach Erreichen der Starterdrehzahl notwendig. Dies hat zur Folge, daß während dieser
Phase relativ hohe Abgasemissionen, insbesondere von Kohlenwasserstoffen, entstehen,
die aber von einem noch nicht betriebswarmen Katalysator nicht gereinigt werden können.
Niedrigemissionskonzepte, wie sie zum Beispiel in Kalifornien vorgeschrieben werden,
lassen sich daher mit derartigen Startern nicht erfüllen.
[0005] Neuere Entwicklungen, wie zum Beispiel ISAD (Integrierter Starter Alternator Dämpfer),
zeichnen sich durch besonders leistungsstarke Starter-Generatoren aus, bei denen durch
eine erhöhte Starterdrehzahl eine Verbesserung der Emissionswerte erzielt werden soll.
Nachteilig ist aber, daß beim Kaltstart der Brennkraftmaschine derartige Starter-Generatoren
hohe Bordspannungen von beispielsweise 36 oder 42 Volt benötigen.
Vorteile der Erfindung
[0006] Die erfindungsgemäße Starteinrichtung für eine Brennkraftmaschine hat demgegenüber
den Vorteil, daß beim Kaltstart der Brennkraftmaschine eine deutliche Verringerung
der schädlichen Bestandteile im Abgas, insbesondere von Kohlenwasserstoffen, erfolgt.
Vorteilhafterweise ist dies ohne Änderung des konventionellen 12 Volt Bordnetzes eines
Fahrzeugs möglich.
[0007] Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen
und Verbesserungen der angegebenen Starteinrichtung bzw. des angegebenen Verfahrens
zum Starten der Brennkraftmaschine möglich.
Zeichnung
[0008] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt
und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine schematisch
vereinfachte Darstellung einer Starteinrichtung gemäß einem ersten erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiel, Figur 2 eine schematisch vereinfachte Darstellung der Starteinrichtung
gemäß einem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel, Figur 3 eine schematisch
vereinfachte Darstellung der Starteinrichtung gemäß einem dritten erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiel, Figur 4 eine schematisch vereinfachte Darstellung der Starteinrichtung
gemäß einem vierten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel, Figur 5 ein Diagramm eines
Drehzahlverlaufs der Brennkraftmaschine ausgehend vom Start der Brennkraftmaschine
aufgetragen über der Zeit, Figur 6 ein Diagramm eines Verlaufs der Kohlenwasserstoffemissionen
der Brennkraftmaschine ausgehend vom Start der Brennkraftmaschine aufgetragen über
die Zeit.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
[0009] In Figur 1 ist in schematisch vereinfachter Darstellungsweise ein erstes Ausführungsbeispiel
der Erfindung gezeigt. Ein konventionell aufgebauter erster Starter 1 für eine Brennkraftmaschine
3 eines Fahrzeugs greift beispielsweise über eine Verzahnung eines Anlaßzahnkranzes
4 an eine Kurbelwelle 5 (Triebwelle) der Brennkraftmaschine 3 an. In gleicher Art
und Weise greift ein zweiter Starter 2 an dem Anlaßzahnkranz 4 an. Die Übertragung
des von den Starten 1, 2 bereitgestellten Drehmoments erfolgt beispielsweise über
nicht näher dargestellte Ritzel, die in eine nicht näher dargestellte Verzahnung des
Anlaßzahnkranzes 4 eingreifen. Die beiden Starter 1, 2 sind an einem Ende eines nicht
näher gezeigten Kurbelgehäuses der Brennkraftmaschine 3 angebaut und verfügen über
einen Freilauf, welcher die Starter 1, 2 vor zu hohen Drehzahlen beim Überholen der
Brennkraftmaschine 3 schützt. Des weiteren werden die beiden Starter 1, 2 von einem
konventionellen 12 Volt Bordnetz des Fahrzeugs gespeist, wofür beispielsweise eine
einzelne Starterbatterie ausreicht. Gegebenenfalls können mehrere Starterbatterien
vorgesehen werden.
[0010] Erfindungsgemäß wird der Startvorgang mittels den beiden Startern 1, 2 so aufgeteilt,
daß der erste Starter 1 die Brennkraftmaschine 3 aus dem Stillstand heraus startet
und diese auf etwa 150 l/min bis 250 l/min, vorzugsweise auf etwa 200 l/min, beschleunigt.
Anschließend übernimmt der zweite Starter 2 die weitere Beschleunigung der Brennkraftmaschine,
wobei der erste Starter 1 deaktiviert wird. Der erste Starter 1 wird daher so dimensioniert,
daß ein sicherer Kaltstart der Brennkraftmaschine 3 beispielsweise bis -40°C möglich
ist. Der erste Starter 1 übernimmt damit eine "Losreißfunktion", da er die Brennkraftmaschine
3 unter Überwindung der Trägheit und der Reibung aus dem Stillstand heraus beschleunigt.
Der zweite Starter 2 kann leistungsmäßig schwächer ausgelegt werden, da er nur ein
weiteres Hochlaufen der Brennkraftmaschine 3 auf eine vorbestimmte Solldrehzahl von
zum Beispiel etwa 800 l/min gewährleisten muß. Der zweite Starter 2 wird daher im
folgenden als "Hochlaufstarter 2" bezeichnet. Nach dem Erreichen eines hohen Drehzahlniveaus
mittels des Hochlaufstarters 2 von etwa 800 l/min erfolgt dann erstmalig eine Einspritzung
von Kraftstoff in Brennräume der Brennkraftmaschine mittels eines nicht näher dargestellten
Einspritzsystems der Brennkraftmaschine 3. Das Starten der Brennkraftmaschine 3 und
damit die Verbrennung wird somit erst nach Erreichen eines relativ hohen Drehzahlniveaus
der Brennkraftmaschine 3 durchgeführt. Aufgrund der Aufteilung des Startvorgangs auf
zwei Starter 1, 2 ist es möglich, diese auf den jeweiligen Anwendungsfall hin zu optimieren
bzw. angepaßt auszubilden. Beispielsweise ist es möglich, gegenüber der aus dem Stand
der Technik bekannten Starterübersetzung von 1:60 für einen einzelnen Starter eine
höhere Übersetzung für den Losreißstarter 1 von 1:100 vorzusehen. Für den Hochlaufstarter
2 ist dann eine niedrige Übersetzung von zum Beispiel 1:20 ausreichend. Durch die
für den Hochlaufstarter 2 niedrigere Übersetzung ergibt sich eine weitere Verbesserung
der Kaltstartfähigkeit. Für einen Warmstart der Brennkraftmaschine 3 ist es gegebenenfalls
sogar ausreichend, diesen mit nur dem leistungsmäßig schwächeren Hochlaufstarter 2
ohne den Losreißstarter 1 durchzuführen.
[0011] Eine derartige Startsequenz der Brennkraftmaschine 3 ist in Figur 5 durch eine Linie
II gekennzeichnet. Dabei ist die erstmalige Einspritzung von Kraftstoff in Figur 5
durch die Angabe EII gekennzeichnet. Im Vergleich dazu ist in Figur 5 eine gestrichelt
eingezeichnete Linie I eingetragen, die einen bisher üblichen Startablauf mit nur
einem einzelnen Starter zeigt. Bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Startablauf
gemäß gestrichelter Linie I beschleunigt der Starter die Brennkraftmaschine nur auf
beispielsweise etwa 200 l/min, wonach erstmalig eine Einspritzung von Kraftstoff zur
nachfolgenden Verbrennung in Brennräumen der Brennkraftmaschine erfolgt. Dieser Punkt
ist in Figur 5 mit EI gekennzeichnet. Um von diesem niedrigen Drehzahlniveau aus einen
sicheren Start der Brennkraftmaschine gewährleisten zu können, ist es erforderlich,
ein fettes Kraftstoff-Luft-Gemisch zu verbrennen. Dies hat aber zur Folge, daß während
dieser Phase relativ hohe Abgasemissionen, insbesondere von Kohlenwasserstoffen, entstehen,
die nicht gereinigt werden können, da der Katalysator seine Betriebstemperatur noch
nicht erreicht hat.
[0012] Demgegenüber ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Einspritzung von Kraftstoff erst
bei einem relativ hohen Drehzahlniveau von beispielsweise etwa 700 l/min bis 1000
l/min, vorzugsweise bei etwa 800 l/min, vorzunehmen. Eine Einspritzung bzw. Verbrennung
von Kraftstoff bei diesem hohen Drehzahlniveau führt zu einer besonders guten Verbrennung
mit extrem geringen Emissionen, insbesondere von Kohlenwasserstoffen. Besonders deutlich
ist dies in Figur 6 gezeigt, bei welcher der Verlauf der von der Brennkraftmaschine
3 abgegebenen Kohlenwasserstoffemissionen ausgehend vom Start der Brennkraftmaschine
3 über der Zeit aufgetragen ist. Die Linie I kennzeichnet dabei einen Verlauf, wie
er sich aus der bisher üblichen Startmethode nach Linie I in Figur 5 ergibt. Die Linie
II in Figur 6 zeigt den Verlauf der Kohlenwasserstoffemissionen, wie er sich nach
der erfindungsgemäßen Startsequenz nach Linie II in Figur 5 ergibt. Wie die Linie
II zeigt, erfolgt eine deutliche Reduzierung der Kohlenwasserstoffemissionen.
[0013] Der erfindungsgemäße Startablauf ist jedoch nicht auf die Verwendung von zwei Startern
beschränkt. Anstelle der zwei Starter 1, 2 kann auch nur ein einzelner Starter ausreichen,
wie in den weiteren Ausführungsbeispielen nach Figuren 2 bis 4 näher beschrieben wird.
Alle gleichen oder gleichwirkenden Teile sind dabei mit denselben Bezugszeichen des
ersten Ausführungsbeispiels gemäß Figur 1 gekennzeichnet.
[0014] Wie die Figur 2 zeigt, ist nur ein einzelner Starter 11 vorgesehen, der über ein
Getriebe 10 an den Anlaßzahnkranz 4 angekoppelt ist. Bei dem Getriebe 10 handelt es
sich um ein stufenlos verstellbares Getriebe 10, welches die Übersetzung vom Starter
11 zu dem Anlaßzahnkranz 4 kontinuierlich verändern kann, um damit das Drehmoment
beim Hochlaufen entsprechend einregeln bzw. reduzieren zu können. Derartige stufenlose
Getriebe sind dem Fachmann unter dem Begriff CVT (Continuously Variable Transmission)
hinreichend bekannt. Die Regelung des vom Starter 11 über das Getriebe 10 abgegebenen
Drehmomentes erfolgt derart, daß beim Start ein hohes Drehmoment vorliegt, welches
mit zunehmender Drehzahl der Brennkraftmaschine kontinuierlich abnimmt. Damit ist
es möglich, mit nur einem Starter 11 eine erstmalige Einspritzung von Kraftstoff auf
einem hohen Drehzahlniveau durchzuführen.
[0015] Die Figur 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem ebenfalls
nur ein einzelner Starter 11 vorgesehen ist. Der Starter 11 verfügt über zwei Ritzel,
einem ersten durchmesserkleineren Ritzel 14 und einem zweiten durchmessergrößeren
Ritzel 15, wobei das erste Ritzel 14 an einem ersten durchmessergrößeren Anlaßzahnkranz
44 und das zweite Ritzel an einem zweiten durchmesserkleineren Anlaßzahnkranz 45 angreifen
kann. Beim Start der Brennkraftmaschine 3 ist vorgesehen, das erste Ritzel 14 mit
großer Übersetzung als Untersetzungsgetriebe beispielsweise von 1:100 an dem ersten
Anlaßzahnkranz 44 zunächst angreifen zu lassen. Nach Erreichen einer bestimmten Drehzahl
von etwa 150 l/min bis etwa 250 l/min, vorzugsweise etwa 200 l/min, erfolgt der Wechsel
bzw. die Entkopplung des Ritzels 14 von dem ersten Anlaßzahnkranz 44, beispielsweise
durch Verschieben mittels eines Stellglieds 50 oder dergleichen, wonach das zweite
Ritzel 15 in den zweiten Anlaßzahnkranz 45 eingreift. Die vorgesehene niedrige Übersetzung
vom zweiten Ritzel 15 zum zweiten Anlaßzahnkranz 45 beträgt dabei beispielsweise etwa
1:20. Möglich ist aber auch, anstelle des beschriebenen zweistufigen Getriebes 14,
15, 44, 45, 50 ein Planetengetriebe zu verwenden, das vorzugsweise im Gehäuse des
Starters 11 integrierbar ist. Möglich ist aber auch, anstelle des Planetengetriebes
ein Differentialgetriebe vorzusehen.
[0016] Die Figur 4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem ebenfalls
nur ein einzelner Starter 11 vorgesehen ist. Bei dem Starter 11 handelt es sich zum
Beispiel um einen herkömmlichen Starter, der als "Losreißstarter" die Brennkraftmaschine
3 auf etwa 150 l/min bis etwa 250 l/min, vorzugsweise auf etwa 200 l/min, beschleunigt.
Zur weiteren Beschleunigung ist dann vorgesehen, einen üblicherweise an der Brennkraftmaschine
3 verbauten Generator 60 (Lichtmaschine) zu verwenden, der revers, d. h. in umgekehrter
Betriebsart, betrieben wird, um dann in der Funktion als Elektromotor bzw. elektrischer
Antrieb die Brennkraftmaschine 3 zum Beispiel über einen Keilriemen 61 gekoppelt auf
die Solldrehzahl von etwa 700 l/min bis etwa 1000 l/min, vorzugsweise auf etwa 800
l/min, zu beschleunigen. Der Generator 60 übernimmt somit die Funktion des zweiten
Starters 2 im ersten Ausführungsbeispiel nach Figur 1.
1. Starteinrichtung für eine Brennkraftmaschine, mit zwei Startern, dadurch gekennzeichnet,
daß zu Beginn des Startvorgangs ein erster Starter (1) aktiviert wird, der nach Erreichen
einer bestimmten Drehzahl der Brennkraftmaschine (3) deaktiviert und anschließend
ein zweiter Starter (2) aktiviert wird, der die Brennkraftmaschine (3) weiter auf
eine bestimmte Solldrehzahl beschleunigt, wonach bei Erreichen der Solldrehzahl eine
erstmalige Einspritzung von Kraftstoff zur anschließenden Verbrennung durchgeführt
wird.
2. Starteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Starter (1)
die Brennkraftmaschine (3) auf etwa 150 bis etwa 250 l/min, vorzugsweise auf etwa
200 l/min, beschleunigt.
3. Starteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Starter
(2) die Brennkraftmaschine (3) auf die Solldrehzahl von etwa 700 l/min bis etwa 1000
l/min, vorzugsweise auf etwa 800 l/min, beschleunigt.
4. Starteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Starter (1,
2) an einem Ende eines Kurbelgehäuses der Brennkraftmaschine (3) angebaut sind und
in eine Verzahnung eines Anlaßzahnkranzes (4) der Brennkraftmaschine (3) eingreifen.
5. Starteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Starter (1, 2)
über einen Freilauf verfügen.
6. Starteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Starter (1)
mit deutlich höherer Übersetzung als der zweite Starter (2) an die Brennkraftmaschine
(3) angekoppelt ist.
7. Starteinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungsverhältnis
des ersten Starters (1) etwa 1:100 und das Übersetzungsverhältnis des zweiten Starters
(2) etwa 1:20 beträgt.
8. Starteinrichtung für eine Brennkraftmaschine, die einen Starter aufweist, dadurch
gekennzeichnet, daß der Starter (11) über ein stufenlos verstellbares Getriebe (10)
die Brennkraftmaschine (3) antreibt, derart, daß der Starter (11) beim Start über
ein hohes Übersetzungsverhältnis mit entsprechend hohem abgegebenen Drehmoment an
der Brennkraftmaschine (3) angekoppelt ist, das bei zunehmender Drehzahl sich entsprechend
verringert, wobei das abgegebene Drehmoment ebenfalls entsprechend abnimmt und wobei
eine erstmalige Einspritzung von Kraftstoff mit anschließender Verbrennung im Bereich
von etwa 700 l/min bis etwa 1000 l/min, vorzugsweise bei etwa 800 l/min, erfolgt.
9. Starteinrichtung für eine Brennkraftmaschine, die einen Starter aufweist, dadurch
gekennzeichnet, daß der Starter (11) über ein zweistufiges Getriebe (14, 15, 44, 45,
50) die Brennkraftmaschine (3) antreibt, derart, daß der Starter (11) beim Start mit
einer ersten Stufe über ein hohes Übersetzungsverhältnis mit entsprechend hohem abgegebenen
Drehmoment an der Brennkraftmaschine (3) angekoppelt ist, wonach bei Erreichen einer
bestimmten Drehzahl der Starter (11) mit einer zweiten Stufe über ein niedriges Übersetzungsverhältnis
mit entsprechend niedrigem abgegebenen Drehmoment an der Brennkraftmaschine (3) angekoppelt
ist, wobei das zweistufige Getriebe (14, 15, 44, 45, 50) über ein Stellglied (50)
den Wechsel der Übersetzungsverhältnisse vollzieht, wobei der Starter (11) die Brennkraftmaschine
(3) in der ersten Stufe auf etwa 150 bis etwa 250 l/min, vorzugsweise auf etwa 200
l/min, beschleunigt und in der zweiten Stufe auf eine Solldrehzahl von etwa 700 l/min
bis etwa 1000 l/min, vorzugsweise auf etwa 800 l/min, beschleunigt, wobei das zweistufige
Getriebe in Form eines Planetengetriebes oder eines Differentialgetriebes ausgebildet
ist und wobei eine erstmalige Einspritzung von Kraftstoff mit anschließender Verbrennung
im Bereich von etwa 700 l/min bis etwa 1000 l/min, vorzugsweise bei etwa 800 l/min,
erfolgt.
10. Starteinrichtung für eine Brennkraftmaschine, die einen Starter aufweist, dadurch
gekennzeichnet, daß zu Beginn des Startvorgangs der Starter (11) aktiviert und anschließend
nach Erreichen einer bestimmten Drehzahl der Brennkraftmaschine (3) deaktiviert wird
und ein Generator (60) der Brennkraftmaschine (3) in Umkehrung seiner Betriebsweise
als elektrischer Antrieb die Brennkraftmaschine (3) auf eine bestimmte Solldrehzahl
weiter antreibt, bei der eine erstmalige Einspritzung von Kraftstoff zur anschließenden
Verbrennung durchgeführt wird.
11. Starteinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Starter (11) die
Brennkraftmaschine (3) auf etwa 150 bis etwa 250 l/min, vorzugsweise auf etwa 200
l/min, beschleunigt.
12. Starteinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (60)
die Brennkraftmaschine (3) auf die Solldrehzahl von etwa 700 l/min bis etwa 1000 l/min,
vorzugsweise auf etwa 800 l/min, beschleunigt.
13. Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine, mit zwei Startern, dadurch gekennzeichnet,
daß zu Beginn des Startvorgangs ein erster Starter (1) aktiviert wird, der nach Erreichen
einer bestimmten Drehzahl der Brennkraftmaschine (3) deaktiviert und anschließend
ein zweiter Starter (2) aktiviert wird, der die Brennkraftmaschine (3) weiter auf
eine bestimmte Solldrehzahl beschleunigt, wonach bei Erreichen der Solldrehzahl eine
erstmalige Einspritzung von Kraftstoff zur anschließenden Verbrennung durchgeführt
wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Starter (1) die
Brennkraftmaschine (3) auf etwa 150 bis etwa 250 l/min, vorzugsweise auf etwa 200
l/min, beschleunigt.
15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Starter (2) die
Brennkraftmaschine (3) auf die Solldrehzahl von etwa 700 l/min bis etwa 1000 l/min,
vorzugsweise auf etwa 800 l/min, beschleunigt.
16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine erstmalige Einspritzung
von Kraftstoff mit anschließender Verbrennung im Bereich von etwa 700 l/min bis etwa
1000 l/min, vorzugsweise bei etwa 800 l/min, erfolgt.
17. Starteinrichtung nach Anspruch 1,8, 9, 10, oder Verfahren nach Anspruch 13, dadurch
gekennzeichnet, daß der Startvorgang ein Kaltstart der Brennkraftmaschine (3) ist.