Die vorliegende Erfindung betrifft eine Parallelstartanlage zum Starten eines Verbrennungsmotors.

Zum Starten von Verbrennungsmotoren werden üblicherweise elektrisch betätigte Starter verwendet. Bei größeren Motoren mit mehreren Zehn oder Hundert Litern Hubraum, wie z.B. bei Baumaschinen, großen Traktoren, Stationärmotoren und auch Schiffsmotoren, ist es bekannt, mehrere Starter parallel zu schalten, um die hohe Starterleistung bereitstellen zu können. Bei diesen sog. Parallelstartanlagen wirken gleichzeitig mehrere Elektrostarter auf den Zahnkranz des Verbrennungsmotors und können somit gemeinsam die erforderliche Startleistung aufbringen.

Um eine Überlastung der verwendeten Starter zu Beginn der Startphase zu vermeiden, können die Starter durch eine Reihenschaltung von Schaltkontakten synchronisiert werden. Zu Beginn des Startvorgangs werden die Einrückrelais aller Starter gleichzeitig angesteuert und diese beginnen mit dem Einspurvorgang der Ritzel in den Zahnkranz. Der Hauptstrom für alle Starter wird gleichzeitig erst nach dem Einspuren des letzten Einzelstarters geschaltet.

Bei einer festen Reihenschaltung der Einzelkontakte führt eine Störung an einem einzelnen Starter oder an der Verkabelung zwischen den Startern jedoch zum Komplettausfall der Startanlage. Die Ausfallwahrscheinlichkeit des Gesamtsystems wird somit entsprechend der Anzahl der eingesetzten Starter erhöht. Werden die Erregerspulen der (Motorstrom-)Schaltrelais aller Einzelstarter gleichzeitig angesteuert, wird die Stromaufnahme im Ansteuerpfad und in dessen Schaltelement (z.B. im Motorsteuergerät) vervielfacht.

Aus der DE 10 2005 006 248 A1 ist eine Parallelstartanlage mit geringem Verdrahtungsaufwand bekannt. Diese umfasst mehrere parallel geschaltete Starter, die jeweils einen Startermotor und ein Einrückrelais aufweisen. Diese Parallelstartanlage kann besonders einfach und kostengünstig realisiert werden, wenn mindestens einer der Schalter ein Leistungsrelais umfasst, das den Hauptstrompfad zum zugehörigen Startermotor schaltet, und das Einrückrelais, das Leistungsrelais und der Startermotor als bauliche Einheit realisiert sind.

Erfindungsgemäß werden eine Parallelstartanlage zum Starten eines Verbrennungsmotors und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.

Die Erfindung bedient sich der Maßnahme, das parallele Betreiben mehrerer Starter nicht mehr schaltungstechnisch, sondern informationstechnisch zu steuern. Dazu weist jeder der wenigstens zwei Starter der Parallelstartanlage eine Logikeinheit mit einer Datenschnittstelle auf, über welche die Logikeinheiten datenübertragend miteinander verbunden sind. Ein erster der Starter fungiert dann als Master, dessen Logikeinheit dazu eingerichtet ist, auf den Empfang einer Startanforderung hin, insbesondere von einer übergeordneten Recheneinheit wie z.B. dem Motorsteuergerät, eine Einspuranforderung und eine Durchdrehanforderung an die Logikeinheit mindestens eines weiteren Starters, der als Slave fungiert, auszugeben, wobei die Logikeinheit des mindestens einen weiteren Starters dazu eingerichtet ist, auf den Empfang der Einspuranforderung hin den mechanischen Aktor, insbesondere ein Einspurrelais, zum Verbringen des Ritzels in die Einspurposition anzusteuern und auf den Empfang der Durchdrehanforderung hin den Startermotor zum Durchdrehen des Ritzels anzusteuern. Wenngleich im Folgenden meist von einem bzw. dem weiteren Starter die Rede ist, gelten die beschriebenen Maßnahmen und Merkmale vorzugsweise für alle weiteren Starter bzw. Slaves der Parallelstartanlage.

Aufgrund der informationstechnischen Parallelschaltung führt eine Störung an einem einzelnen Starter oder an der Verkabelung zwischen den Startern nicht zu einem Komplettausfall der Startanlage. Vielmehr ist eine flexible Ansteuerung der Mehrfachstartanlage auch bei Funktionsstörung eines Einzelstarters möglich. Das Bordnetz wird ansteuerseitig nicht mehr mit parallelgeschalteten Relais belastet, denn die informationstechnische Parallelschaltung belastet die übergeordnete Recheneinheit bzw. das Bordnetz mit einem Relaisspulenstrom, so dass die Stromaufnahme im Ansteuerpfad reduziert ist.. Somit kann dies entsprechend einer geringeren Ausgangsleistung dimensioniert werden.

Darüber hinaus kann (je nach implementierter Betriebsstrategie) die Verfügbarkeit der Startanlage mittels begrenzter Redundanz sogar über diejenige eines Einzelstarters hinaus gesteigert werden, sofern ein entsprechendes "Notlaufkonzept" realisiert wird. Beispielsweise kann ein eingeschränkter "Notbetrieb" mit z.B. 2 von 3 Startern noch ermöglicht werden.

Im Rahmen der Erfindung werden somit die einzelnen Starter einer Parallelstartanlage jeweils mit einer Logikeinheit (intelligenten Ansteuerelektronik) (insbesondere anstelle eines elektromechanischen Ansteuerrelais) ausgestattet, die sowohl den Einspurvorgang (Vorspurbewegung) auslösen als auch den Hauptstromschalter zum Bestromen des Startermotors betätigen kann.

Die Bestimmung, welcher der Starter der erste Starter bzw. Master im Sinne der Erfindung ist, kann beispielsweise bereits nach der Herstellung oder erst am Einbauort beispielsweise durch entsprechende Verkabelung (der Master ist derjenige Starter, der (z.B. als einziger oder als erster) mit der übergeordneten Recheneinheit verbunden ist) oder Steckerkodierung oder entsprechende Konfiguration, sowohl hardware- (z.B. Jumper, DIP-Schalter) als auch softwaremäßig (sog. End-of-line-Programmierung) festgelegt werden.

Zweckmäßigerweise ist die Logikeinheit des ersten der wenigstens zwei Starter dazu eingerichtet ist, auf den Empfang der Startanforderung hin den mechanischen Aktor zum Verbringen des Ritzels in die Einspurposition anzusteuern. Mit anderen Worten spurt also der Master nach Empfang der Startanforderung ebenfalls ein.

Vorzugsweise ist die Logikeinheit des wenigstens einen weiteren Starters dazu eingerichtet, nach dem erfolgreichen Verbringen des Ritzels in die Einspurposition eine Einspurmeldung auszugeben. Auf diese Weise kann vom Master leicht überprüft werden, wann der Einspurvorgang des bzw. der Slaves abgeschlossen ist und ob bzw. welche Einspurvorgänge erfolgreich waren.

Zweckmäßigerweise ist die Logikeinheit des ersten Starters dazu eingerichtet, auf den Empfang einer Einspurmeldung von der Logikeinheit des wenigstens einen weiteren Starters hin die Durchdrehanforderung auszugeben und/oder den eigenen Startermotor zum Durchdrehen des Ritzels anzusteuern. Mit anderen Worten sendet der Master nach erfolgreichem Einspuren aller Slaves (und vorzugsweise auch eigenem erfolgreichen Einspuren) den Befehl zum Schalten des Hauptstroms (Strom für Startermotor) an alle beteiligten Starter (und schaltet vorzugsweise auch den eigenen Hauptstrom), sodass der Durchdrehvorgang des Verbrennungsmotors synchronisiert beginnen kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Logikeinheit des ersten Starters dazu eingerichtet, nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne nach dem Ausgeben der Einspuranforderung die Durchdrehanforderung auszugeben und/oder den Startermotor zum Durchdrehen des Ritzels anzusteuern. Dies erlaubt insbesondere das Starten des Verbrennungsmotors auch dann, wenn nicht alle Einspurvorgänge erfolgreich abgeschlossen werden konnten, z.B. wegen einer sog. Zahn-auf-Zahn-Stellung zwischen Ritzel und Zahnkranz o.ä. Mit anderen Worten sendet der Master auch nach Zeitablauf den Befehl zum Schalten des Hauptstroms (Strom für Startermotor) an alle oder nur an die eingespurten Starter (und schaltet vorzugsweise auch den eigenen Hauptstrom), sodass der Durchdrehvorgang des Verbrennungsmotors synchronisiert beginnen kann. Diese zweite Alternative umfasst, dass die Logikeinheit des ersten Starters dazu eingerichtet ist, nach Ablauf der vorbestimmten Zeitspanne nach dem Ausgeben der Einspuranforderung die Durchdrehanforderung nur an die Logikeinheit der weiteren Starter auszugeben, von der sie eine Einspurmeldung erhalten hat.

Vorteilhafterweise weist die Logikeinheit des ersten Starters eine einzige Datenschnittstelle zum Empfangen der Startanforderung, zum Ausgeben der Einspuranforderung, zum Ausgeben der Durchdrehanforderung und zum Empfangen der Einspurmeldung auf. Diese Datenschnittstelle ist somit bidirektional. Eine solche Ausführungsform kommt mit wenigen zusätzlichen Bauteilen aus.

Alternativ kann jedoch vorgesehen sein, dass die Logikeinheit des ersten Starters eine erste Datenschnittstelle zum Empfangen der Startanforderung und eine zweite Datenschnittstelle zum Ausgeben der Einspuranforderung und der Durchdrehanforderung und zum Empfangen der Einspurmeldung aufweist. Mit anderen Worten dient die erste Datenschnittstelle zur Kommunikation mit der übergeordneten Recheneinheit und die zweite Datenschnittstelle zur Kommunikation unter den Startern. Die erste Datenschnittstelle muss zumindest unidirektional sein, um die Startanforderung an den ersten Starter übertragen zu können. Die zweite Datenschnittstelle muss bidirektional sein, um die Einspuranforderung, Durchdrehanforderung und Einspurmeldung übertragen zu können.

Vorzugsweise ist wenigstens eine der einzigen, ersten oder zweiten Datenschnittstelle eine Bus-Schnittstelle, insbesondere CAN, FlexRay oder LIN. Damit können erprobte Schnittstellen Verwendung finden.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.

Figur 1

zeigt schematisch eine Parallelstartanlage gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Figur 2

zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines Startverfahrens unter Einsatz einer Parallelstartanlage gemäß Figur 1.

In Figur 1 ist eine Parallelstartanlage gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung schematisch dargestellt und insgesamt mit 100 bezeichnet.

Die Parallelstartanlage 100 ist mit einem Netz 20, beispielsweise einem Bordnetz eines Fahrzeugs, verbunden und dient zum Starten eines Verbrennungsmotors 10. Der Verbrennungsmotor 10 weist eine Kurbelwelle 12 und einen mit dieser drehdrehfest verbundenen Zahnkranz 11 auf. Zum Starten des Verbrennungsmotors müssen der Zahnkranz 11 und damit die Kurbelwelle 12 in Rotation versetzt werden, bis eine für das Zünden ausreichende Drehgeschwindigkeit erreicht ist.

Das Netz 20 wird beispielsweise von einer Batterie 21 versorgt, welche vorliegend über einen Sicherungskasten 22 eine Recheneinheit 23 zur Ansteuerung der Parallelstartanlage 100, beispielsweise ein Motorsteuergerät, die Parallelstartanlage 100 und sonstige elektrische Lasten bzw. Verbraucher 24 versorgt.

Die Parallelstartanlage 100 weist einen ersten Starter 110 (Master) und zwei weitere Starter 120, 130 (Slaves) auf, die jeweils eine Logikeinheit 111, 121, 131, eine Schalt-/Einspureinheit 112, 122, 132, einen Startermotor M und ein Ritzel 113, 123, 133 aufweisen.

Die Logikeinheit 111 des ersten Starters 110 weist eine erste Datenschnittstelle 111a zur Kommunikation mit der Recheneinheit 23 und eine zweite Datenschnittstelle 111b zur Kommunikation mit den weiteren Startern 120, 130 auf. Die Logikeinheiten 121, 131 der weiteren Starter wiederum weisen jeweils eine Datenschnittstelle 121b bzw. 131b zur Kommunikation mit der Logikeinheit 111 des ersten Starters auf. Die Kommunikation unter den Startern erfolgt über eine bidirektionale Schnittstelle, insbesondere eine CAN-Schnittstelle. Beispielhaft erfolgt auch die Kommunikation zwischen der Recheneinheit 23 und der Logikeinheit 111 des ersten Starters über eine bi-direktionale Schnittstelle.

Die jeweiligen Schalt-/Einspureinheiten 112, 122 und 132 der Starter weisen zum einen einen Aktor zum Verbringen des jeweiligen Ritzels 113, 123, 133 in die in der Figur gezeigte Einspurposition, in welcher das jeweilige Ritzel in Eingriff mit dem Zahnkranz 11 des Verbrennungsmotors 10 steht, auf. Dazu kann das jeweilige Ritzel in der Figur waagerecht entlang des Doppelpfeils nach rechts und nach links verschoben werden. In der Ausgangsposition befindet sich das jeweilige Ritzel außer Eingriff mit dem Zahnkranz 11 und muss zum Starten des Verbrennungsmotors zunächst in Eingriff mit dem Zahnkranz 11 gebracht werden.

Weiterhin weist die jeweilige Schalt-/Einspureinheit 112, 122, 132 einen Schalter, insbesondere ein Relais, zum Bestromen des Startermotors M auf. Die jeweilige Schalt-/Einspureinheit wird von der zugehörigen Logikeinheit angesteuert.

Ein beispielhaftes Verfahren gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung soll im Folgenden unter Bezugnahme auf Figur 2 erläutert werden.

Das Verfahren beginnt in einem Schritt 201, wenn eine Startanforderung im Netz 20 auftritt.

In einem Schritt 202 wird die Startanforderung von der Recheneinheit 23 an den ersten Starter 110 übermittelt.

In einem Schritt 203 wird die Startanforderung von der Logikeinheit 111 des ersten Starters 110 plausibilisiert, wobei insbesondere für den Fall, dass die Startanforderung als unzulässig angesehen wird, eine Fehlernachricht an die Recheneinheit 23 zurück übertragen werden kann, Verbindung 204.

Beispielsweise kann die Plausibilisierung wenigstens eine Prüfung umfassen ausgewählt aus ob eine Wegfahrsperre aktiv ist, ob sich der Triebstrang in einem startfähigen Zustand befindet, z.B. weil Getriebe und/oder Kupplung drehmomententkoppelt sind und der Verbrennungsmotor stillsteht, ob sich die Temperatur des Starters in einem zulässigen Bereich befindet, und ob sich die Bordnetzspannung in einem zulässigen Bereich befindet.

Wird die Startanforderung in Schritt 203 jedoch als zulässig erkannt, gibt die Logikeinheit 111 des ersten Starters 110 in Schritt 205 eine Einspuranforderung an die Logikeinheiten 121, 131 der weiteren Starter aus.

In Schritt 206 steuern die Logikeinheiten 111, 121, 131 ihre jeweilige Schalt-/Einspureinheit 112, 122, 132 an, um das jeweilige Ritzel 113, 123, 133 in die in Figur 1 gezeigte Einspurposition zu verbringen. Weiterhin sind die Logikeinheiten 121, 131 der weiteren Starter dazu eingerichtet, nach dem erfolgreichen Verbringen des zugehörigen Ritzels 123, 131 in die Einspurposition eine Einspurmeldung auszugeben, welche an die Logikeinheit 111 des ersten Starters 110 übertragen werden.

In einem Schritt 207 überwacht die Logikeinheit 111 des ersten Starters 110 die jeweiligen Einspurvorgänge. Erhält die Logikeinheit 111 von allen weiteren Startern die Einspurmeldung, wird mit Schritt 208 fortgefahren.

Wenn die Logikeinheit 111 noch nicht alle Einspurmeldungen erhalten hat, wird mit Schritt 209 fortgefahren.

In Schritt 209 wird überprüft, ob eine vorgegebene Wartezeit, beispielsweise seit dem Ausgeben des Einspurbefehls oder seit dem Empfangen der Startanforderung, bereits abgelaufen ist. Ist dies nicht der Fall, wird zu Schritt 207 zurückgekehrt. Ist dies jedoch der Fall, wird mit Schritt 210 fortgefahren.

Sowohl in Schritt 208 als auch in Schritt 210 gibt die Logikeinheit 111 des ersten Starters 110 an ihrer Schnittstelle 111b eine Durchdrehanforderung an die weiteren Starter aus und steuert ihre eigene Schalt-/Einspureinheit 112 so an, dass der Startermotor M mit dem Hauptstrom versorgt wird, um das zugehörige Ritzel durchzudrehen. Nach Empfang der Durchdrehanforderung steuern die Logikeinheiten 121, 131 die zugehörigen Schalt-/Einspureinheiten 122, 132 an, um den jeweiligen Startermotor M mit Hauptstrom zu versorgen, um das zugehörige Ritzel durchzudrehen.

Somit erfolgt in Schritt 211 ein regulärer Start des Verbrennungsmotors, wohingegen in Schritt 212 ein Notstart des Verbrennungsmotors erfolgt. Es kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass die Logikeinheit 111 des ersten Starters 110 in Schritt 210 an ihrer Schnittstelle 111b eine Durchdrehanforderung nur an diejenigen weiteren Starter ausgibt, von denen eine Einspurmeldung empfangen wurde, beispielsweise in Form von adressierten Daten.

Bei einem solchen Notstart ist dann vorzugsweise vorgesehen, dass die Starter mit Einspurmeldung unter erhöhter spezifischer Belastung mit reduzierter zulässiger Einschaltdauer betrieben werden, um auch im Fehlerfall einen Startversuch zu ermöglichen. Sofern eine bidirektionale Schnittstelle zum Bordnetz 20 bzw. zur Recheneinheit 23 eingesetzt wird, kann dieser Fehlerzustand dorthin zurückgemeldet werden, um baldmöglich einen Servicevorgang zu veranlassen.