Die Erfindung betrifft eine Andrehvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit einem Startermotor, dessen Starterritzel zunächst mit einem Anlaßsignal über einen Einrückmagneten in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine einspurt, bevor der Startermotor mit voller Kraft den Andrehvorgang auslöst.
Es ist dabei vorgesehen, dass der Startermotor mit dem Anlaßsignal zunächst über einen Vorwiderstand mit reduziertem Drehmoment das Starterritzel antreibt und der Einrückmagnet in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine einspurt. Anschließend drückt der Einrückmagnet das Starterritzel vollständig in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine ein. Schließlich dreht der Startermotor durch Überbrückung des Vorwiderstandes die Brennkraftmaschine mit vollem Drehmoment durch.
Eine Andrehvorrichtung dieser Art, mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1, 1. Teil, ist aus der FR 2532690 A1 bekannt. Bei dieser bekannten Andrehvorrichtung wird der Einrückmagnet des Anlassers derartig angesteuert, dass dieser sofort mit voller Kraft das Ritzel in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine einspurt. Dies führt zu Abnutzungserscheinungen oder Beschädigungen der Verzahnung der beiden aufeinanderstoßenden Teile.
Eine ähnliche Lösung ist aus der japanischen Offenlegungsschrift JP 09 177 644 bekannt.
Weiterhin ist eine Andrehvorrichtung aus der DE 30 02 232 C2 bekannt, bei der mit dem Kontakt des Zündschlosses der Einrückmagnet voll angesteuert wird, so dass das Starterritzel mit voller Kraft gegen den Zahnkranz der Brennkraftmaschine anschlägt, wenn es nicht direkt eingespurt werden kann. Auch dies führt zu Abnutzungserscheinungen oder Beschädigung der Verzahnungen der beiden aufeinanderstoßenden Teile.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Andrehvorrichtung der eingangs erwähnten Art so zu verbessern, dass das Einspuren des Starterritzels in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine und das Schalten des Startermotors verbessert werden.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung, wie sie gemäß den Merkmalen nach Anspruch 1 definiert ist, dadurch gelöst, dass der Startermotor mit dem Anlaßsignal das Starterritzel zunächst über einen Vorwiderstand mit reduziertem Drehmoment antreibt und der Einrückmagnet das Ritzel bis in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine einspurt, danach der Einrückmagnet das Starterritzel vollständig in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine eingedrückt um anschließend bei überbrücktem Vorwiderstand die Brennkraftmaschine mittels des Startermotors mit vollem Drehmoment durchzudrehen. Dabei wird der Einrückmagnet über eine Logikschaltung mittels eines zweiten angesteuerten Halbleiters, insbesondere eines Highside-Smart-FET getaktet angesteuert, bis das Starterritzel in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine einspurt.
Für das Einspuren des Starterritzels ergibt sich dadurch ein zweistufiger Ablauf mit einem besonders schonenden Einspuren des Ritzels in den Zahnkranz. In der ersten Stufe wird der Startermotor über den Vorwiderstand mit geringem Drehmoment betrieben. Gleichzeitig wird der Einrückmagnet mittels der Logikschaltung über einen zweiten angesteuerten Halbleiter getaktet angesteuert. Das Verdrehen des Startermotors erleichtert einerseits das Finden einer Zahnlücke und mit dem getaktet angesteuerten Einrückmagneten ergibt sich ein geschwindigkeitsreduzierter Vorschub des Starterritzels, so dass der Verschleiß beim Auftreffen des Starterritzels auf den Zahnkranz der Brennkraftmaschine verringert wird. In der zweiten Stufe wird der Einrückmagnet voll bestromt, so dass das Starterritzel vollständig in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine einrücken kann. Danach wird der Startermotor voll bestromt und dreht somit mit vollem Drehmoment.
Nach einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Anlaßsignal einer Logikschaltung zugeführt ist, die über einen ersten angesteuerten Halbleiter, z. B. einen Highside-Smart-FET die Reihenschaltung aus Vorwiderstand und Startermotor mit reduziertem Strom beaufschlagt.
Bei dieser Ansteuerung wird der Anlaßkontakt des Zündschlosses entlastet und mit Ansteuerung der beiden Highside-Smart-FETs kann zudem eine zeitliche Abfolge eingeführt werden, so dass die reduzierte Ansteuerung des Startermotors zeitgleich mit dem Beaufschlagen des Einrückmagneten erfolgen kann oder der Einrückmagnet auch erst nach dem Anlaufen des Startermotors beaufschlagt werden kann.
Eine zeitliche Zwangsfolge der beiden Schaltvorgänge läßt sich auch dadurch erreichen, dass der zweite Halbleiter mit dem ersten Halbleiter in Reihe geschaltet ist und dass nach dem Einspuren des Starterritzels der zweite Halbleiter über die Logikschaltung voll durchgesteuert ist.
Der Übergang der beiden Stufen des Einspurens und Schalten des Startermotors kann nach einer Ausgestaltung dadurch gesteuert erfolgen, dass das Einspuren des Starterritzels in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine mittels eines Wegesensors überwacht und der Logikschaltung angezeigt wird und dass die Logikschaltung in Abhängigkeit von dem Ansprechen des Wegesensors den zweiten Halbleiter vom getakteten Betrieb auf Dauerbetrieb umschaltet.
Die Einleitung der zweiten Stufe des Andrehvorganges wird dadurch bewirkt, dass nach dem Eindrücken des Starterritzels in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine die Logikschaltung einen dritten Halbleiter, z.B. einen dritten Highside-Smart-FET ansteuert, der ein Leistungsrelais einschaltet und dass ein Kontakt des Leistungsrelais den Startermotor mit vollem Strom beaufschlagt, wobei der dritte Halbleiter z.B. an dem Pluspotential der Versorgungsspannung angeschaltet und mit dem an Masse angeschalteten Leistungsrelais oder umgekehrt in Reihe geschaltet ist. Mit der Einbeziehung eines Leistungsrelais kann die vom Einrückmagnet gesteuerte Kontaktbrücke entfallen. Der elektrische Steuerungsteil für die zweite Stufe des Einspurens und Schalten des Startermotors kann nach einer weiteren Ausgestaltung auch so vorgenommen werden, dass nach dem Eindrücken des Starterritzels in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine die Logikschaltung einen N-Kanal-MOS-FET ansteuert, der das Leistungsrelais einschaltet und dass ein Kontakt des Leistungsrelais den Startermotor mit vollem Strom beaufschlagt, wobei das Leistungsrelais an dem Pluspotential der Versorgungsspannung angeschaltet und der an Masse angeschaltete N-Kanal-MOS-FET mit dem Leistungsrelais (LR) in Reihe geschaltet ist.
Ist nach einer Ausgestaltung vorgesehen, dass die Logikschaltung nach einer vorgegebenen Zeit vom getakteten Betrieb auf Dauerbetrieb für den Einrückmagneten umschaltet, dann übernimmt die Logik die reine Funktion einer Ablaufsteuerung ohne Rückmeldung. Dabei wird vorausgesetzt, dass das Starterritzel immer eine Zahnlücke gefunden hat, d.h. eingespurt ist. Mit der erfindungsgemäßen Andrehrichtung kann der Aufbau so vorgenommen werden, dass der Startermotor, der Einrückmagnet und gegebenenfalls der Wegesensor eine von Elektronikteil mit der Logikschaltung, dem Vorwiderstand den Highside-Smart-FETs bzw. dem N-Kanal-MOS-FET und dem Leistungsrelais getrennte Startereinheit bildet, die über drei Leitungen mit dem Elektronikteil verbunden ist.
Der Elektronikteil kann vom Starter getrennt sein und direkt in der Nähe der Batterie plaziert werden. Dadurch läßt sich die Länge der in der Regel nicht abgesicherten Leitung (Kl. 30) auf ein Minimum reduzieren. Der Starter ist außerhalb des eigentlichen Startvorganges spannungslos, so dass nur geringe Kurzschluß- und Brandgefahr besteht. Außerdem sind die Umweltbedingungen (Temperaturbelastung, Schwingungsbeschleunigung, Dichtheit usw.) für den Elektronikteil an diesem Anbauort weniger kritisch als direkt am Starter, wie bei bekannten Andrehvorrichtungen. Der Einrückmagnet ist einfacher, da er keine Kontaktbrücke steuern muß. Dies hat einen Platz- und Kostenvorteil und bietet zudem die Möglichkeit, den Starter als Koaxialstarter auszuführen.
Die Andrehvorrichtung bringt auch eine vereinfachte Anschlußtechnik am Starter, der nur die Klemmen 50 und 45 sowie evt. einen Anschluß für den Wegsensor WS benötigt. Am Starter sind auch keine internen Verbindungen nötig. Die Steuerelektronik übernimmt die Zusatzfunktionen des zweistufigen Einspurens und des sanften Vorspurens und kann weitere Funktionen, wie Überlast- und Übertemperaturschutz übernehmen.
Die Erfindung wird anhand von zwei in der Zeichnung als Stromlaufplane dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Das von dem Kontakt des Zündschlosses in einem Kraftfahrzeug abgegebene Anlaßsignal wird bei der erfindungsgemäßen Andrehvorrichtung einer Logikschaltung L zugeführt, wie mit st an der Klemme 50e gezeigt ist. Die Logikschaltung L gibt für die Dauer des Anstehens des Anlaßsignals st ein Steuersignal auf den Ausgang a1, das den Highside-Smart-FET T1 leitend steuert, der an dem Pluspotential (Klemme 30) der Versorgungsspannung U angeschaltet ist. Damit wird über eine Reihenschaltung aus dem Vorwiderstand Rvor und dem Startermotor SM mit reduziertem Strom beaufschlagt, so dass der Startermotor mit reduziertem Drehmoment das Starterritzel antreibt. Gleichzeitig oder zeitlich verzögert steuert die Logikschaltung L den Ausgang a2 an und zwar getaktet. Die Taktimpulse beaufschlagen über den Highside-Smart-FET T2 den nachgeschalteten Einrückmagneten EM. Dies setzt in der gezeigten Reihenschaltung die Durchschaltung des Highside-Smart-FET T1 und damit ein Drehen des Startermotors SM voraus. Der Einrückmagnet EM wird auf diese Weise sanft, d.h. mit reduziertem Strombedarf verstellt, was zu einem sanften Vorspuren und Einspuren mit reduziertem Drehmoment des Starterritzels in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine führt. Das Einspuren kann mittels eines Wegsensors WS, z.B. einem Endschalter überwacht werden. Ist das Starterritzel in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine eingespurt, dann gibt der Wegsensor WS auf den Eingang e1 der Logikschaltung L ein Anzeigesignal, das zu einem Steuersignal auf dem Ausgang a3 führt. Der Highside-Smart-FET T3 wird leitend gesteuert und schaltet das Leistungsrelais LR ein, das mit seinem Kontakt t den Startermotor SM direkt mit dem Pluspotential der Versorgungsspannung U verbindet und somit den Vorwiderstand R vor und den FET T1 überbrückt. Der Startermotor SM treibt über das Starterritzel nun den Zahnkranz der Brennkraftmaschine mit vollem Drehmoment an.
Der Wegsensor WS kann auch entfallen, wenn nach dem Einleiten des Einspurens über das Steuersignal auf den Ausgang a2 eine vorgegebene Zeit abgelaufen ist und die Logikschaltung L auf dem Ausgang a3 das Leistungsrelais LR einschaltet. Diese Zwangssteuerung setzt voraus, dass der Einspur- und Einrückvorgang in dieser Zeit erfolgreich durchgeführt wurde.
Wie die Fig. 1 zeigt, kann der Startermotor SM und der Einrückmagnet EM gegebenenfalls mit dem Wegsensor WS als Starter ST von Elektronikteil ET getrennt aufgebaut werden. Beide Teile sind dann über zwei bzw. drei Leitungen miteinander verbunden und erlauben unterschiedliche Einbauorte im Kraftfahrzeug, wie die Klemmen w, 50 und 45 zeigen.
Der Aufbau der Andrehvorrichtung nach Fig. 2 unterscheidet sich von der nach Fig. 1 nur durch den Stromkreis für das Leistungsrelais LD, das über einen kostengünstigeren N-Kanal-MOS-FET T4 eingeschaltet wird. Dieser N-Kanal-MOS-FET T4 ist mit dem Massepotential verbunden und mit dem am Pluspotential der Versorgungsspannung U angeschalteten Leistungsrelais LR in Reihe geschaltet. Die Ansteuerung erfolgt über den Ausgang a3 der Logikschaltung L mit dem richtigen Ansteuerpotential.
Bei der Schaltung nach Fig. 1 mit dem dritten Highside-Smart-FET T3 erfolgt die Ansteuerung über den Ausgang a3 und dem dafür erforderlichen anderen Ansteuerpotential. Der Highside-Smart-FET T3 ist am Pluspotential der Versorgungsspannung U angeschaltet und mit dem am Massepotential angeschalteten Leistungsrelais LR in Reihe geschaltet.
Der Steuerungsablauf der beiden Andrehvorrichtungen nach Fig. 1 und 2 ist jedoch identisch.