用于启动内燃机的启动系统、方法和计算机程序产品的制作方法

专利名称：用于启动内燃机的启动系统、方法和计算机程序产品的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于特别是机动车辆的内燃机的启动系统，具有启动装置和启动器控制装置，其中，启动装置包括电机、特别是启动马达，其中，该电机可通过电机开关装置进行控制，并且电机通过至少用于启动内燃机的机械装置与内燃机的曲轴作用连接，或者可使其作用连接。此外，本发明还涉及一种特别是上面描述的、用于启动特别是在车辆中的内燃机的且具有启动装置和启动器控制装置的启动系统的方法，其中，启动装置包括电机，特别是启动马达和机器开关装置，为的是给电机提供电压，启动系统由启动器控制装置特别是也在启动一停止一运行时进行控制，为的是给用于启动内燃机的启动马达或者说启动电机提供电压。本发明也涉及计算机程序产品。
现有技术
为了启动内燃机，传统的方式是将直流电动机用作具有启动小齿轮的启动马达，所述启动小齿轮借助于哨合装置例如按照一种推移一螺旋齿传动原理(Schub-Schraubtrieb- Prinzip)嵌入到内燃机的齿环中,然后驱动所述内燃机。在启动过程结束之后，启动小齿轮又从齿环中脱离出来。现代的发展规定了在机动车辆中加强使用具有启动一停止一运行的启动系统。因此对启动系统的要求更高了。提高的要求例如是更高的循环数、更高的声学要求和在有启动愿望时内燃机有提高的可使用性。因此出现一些发展，例如在下述现有技术中已公开已在内燃机惯性运行期间就啮合到啮环中，以提高可使用性。用于提高使用性的另一替代方案例如是带式传动的启动系统，特别是带式启动系统或者持续啮合中的启动器，也就是说，具有启动马达同内燃机曲轴齿环的永恒作用连接的启动器。公开了一些具有用于启动内燃机的所谓的启动器发电机的带式传动系统，这些带式传动系统因此和内燃机的曲轴有持续的机械作用连接。此外还公开了在摩托车中的持续啮合的启动系统。DE 197 21 386 Al描述了一种用于启动机动车辆的内燃机的、且具有启动继电器、启动马达和控制器的启动装置，其中，控制器包括用于检测启动马达和启动继电器的电流信号和电压信号的电流检测元件以及两个用于单独控制所述电动促动器的半导体。借助于所述电流检测元件，可在不同的级别之间调节所述启动继电器，并且可按照启动一停止一运行模式单独地控制启动马达，并且使其受控制地缓慢地启动。

发明内容
本发明的任务是，将本文开头所述类型的启动系统、方法和计算机程序产品如此地进一步加以发展，即更好地避免特别由于启动一停止一运行的强烈的使用时在所述启动系统和方法中的功能故障。本发明的公开内容
根据本发明，这个任务通过权利要求1、8和10的主题得以完成。从属权利要求定义了本发明的一些优选的改进方案。本发明的构思是，设置一种安全装置，使用所述安全装置可检查电机的控制功能。借此可以确定，所述机器开关装置是否按规定运行，或者是否存在应该避免的故障情况。在此，特别是应该避免这样的故障情况，即尽管内燃机停止运行或者应该停止运行，机器开关装置仍然给电机提供电压。在负面情况下这会导致车辆违背意愿地继续运动。特别是当启动器或者启动系统处于持续啮合时，特别是带式启动系统会出现这种情况。例如当在机器开关装置上的、特别是在启动继电器上例如出现接触焊接器(Kontaktschweisser)时,并且启动继电器不再按规定打开时，并且因此启动马达仍然通以电流时，会出现所述故障情况。即使在强电流电子控制装置中也会出现这种情况，例如在启动器发电机中。恰好这种故障情况是必须阻止的。按照另一优选的实施形式，在故障情况时所述安全装置承担控制功能。因此，当确定所述机器开关装置、特别是启动继电器不再打开电开关触点而是总保持关闭时，就借助于安全装置来中断用于给启动马达提供电压的电流。因此，所述安全装置形成了用于启动 继电器的故障情况的冗余系统。根据本发明的一种简单的优选方案，所述安全装置包括与所述机器开关装置串联连接的开关装置，所述开关装置由安全控制装置进行控制。因此，借助于开关装置提供了一种冗余开关。当所述机器开关装置总是接通的并且因此不再断开所述接触时，所述冗余开关通过安全控制装置在有故障的情况下承担对至少也作为启动马达工作的电机的控制。根据一种对于本发明进一步发展的实施形式，将开关装置设计为接触闭锁装置、特别是继电器。这种做法有下述好处，即开关装置是这样一种冗余开关，即在启动马达运作时只是为了激活电机才给所述冗余开关通以电流。代替地，开关装置是一种接触开启器，只是在有故障时才必须将其开启。此外优选地可将所述开关装置借助于所谓的触发器(Flip-Flop)开关进行操作，因此，只有当出现故障情况时才需要电能，以便打开开关触点。此外，虽然如此，当在有故障的情况下开关装置应保证机器开关装置或者启动继电器的运行时，这个开关装置也可用作接触闭锁装置。继电器有下述好处，即借助于小的控制电流可接通高的开关电流和电压。因为启动马达或者电机可加载直到大约1000安培的电流，所以这样的继电器是优选的即它例如可用大约2安培到大约20安培的电流接通。此外优选的是，所述安全装置包括监控装置和分析装置、该装置监控和分析控制信号和/或内燃机的曲轴转速和/或电参数、特别是启动马达上的电压和/或电流。控制信号是输出到启动器控制装置的控制信号，这些控制信号与启动马达上的电参数进行比较。当这些控制信号显示出不可信的结果时，则可从损坏的启动继电器输出，由此可以利用所述安全控制装置使安全装置激活。当这个内燃机例如具有太高的转速或者具有不可信的转速时，内燃机的曲轴转速也是这种情况，因为例如内燃机已由内燃机的马达控制装置关断。为了在启动一停止一运行时通过尽可能简单的结构方案来改进所述可使用性，并且取得高的使用寿命，优选地如此地设计所述启动装置，即启动小齿轮和内燃机的齿环处于持续啮合之中，或者也处于带式运行之中。其中，优选地在空载运行时使齿环与内燃机连接，这样，齿环可相对于内燃机较慢地转动或者固定不动，而内燃机在曲轴上具有更高的或者高的转速。这种做法有下述优点，即在启动一停止一运行时不会出现嵌入装置的声学噪声，此外，可随时启动，即便当内燃机处于空转之时，也就是说还没有达到才可嵌入的小转速或者零转速。然而这种持续啮合具有如下缺陷即与其中在启动过程之后所述启动小齿轮脱开的传统的系统相比，启动继电器的故障情况更为严重。在这些传统的系统中，启动马达是否还提供电压最终并不重要，因为启动小齿轮已经脱开。这样，通过所述脱开已经冗余地保证了传统的系统。通过持续啮合就去掉了这种功能。为了更加进一步地改进所述安全要求，根据另一优选的实施形式，在开关装置、并且特别是在启动继电器的前面，分别设置另一前置转换继电器或者说前置开关继电器，所述前置转换继电器可由具有安全装置的启动器控制装置进行控制。这种做法具有如下优点，即又是通过启动器控制装置利用小的控制电流可对于开关装置和所述机器开关装置、启动继电器进行控制。这个任务也可通过一种方法通过下述措施得以完成，即所述机器开关装置的功 能、特别是启动继电器由安全装置进行监控，并且在有故障时由安全装置切断所述机器开关装置的作用、例如启动继电器的作用。这样，当机器开关装置例如由于接触焊接器仍然总是接通时，避免所述车辆保持能够行驶，即便所述机器开关装置、也就是启动继电器已经损坏。这样就避免了车辆的不可控制的运动。根据另一种优选的实施形式，在机器开关装置有故障时，由安全装置通过作为安全装置的一部分的开关装置对电机、特别是启动马达进行冗余性地控制。因此，当启动继电器的继电器触点不再打开并且因此启动电流不再被切断时，由于简单的故障，所述安全装置的开关装置承担所述机器开关装置、特别是启动继电器的全部功能。优选地在这样的情况中，驾驶员通过相应的报警装置从视觉上和/或附加地从声音上得知存在故障，并且应尽快地通过工厂维修予以消除。因此这就实现了一种“带有工厂警告的应急运行”。所述任务也通过一种计算机程序产品得以完成，所述计算机程序产品能够以微型计算机的程序指令装入到程序存储器中，为的是特别是当计算机程序产品在上述启动系统中被执行时执行前面或者后面描述的方法的所有步骤。在这种情况中，微型计算机优选地是所述装置的组成部分，其中，特别是在系统中具有多个装置时，控制装置也可具有多个微型计算机，也具有存储器以及多个计算机程序产品，或者具有也分配到所述多个装置所实现的计算机程序产品。该计算机程序产品只要求在控制装置中少量的结构部件，或者不需要附加的结构部件，并且优选地可作为模块在已存在的控制装置中实现。所述计算机程序产品可存储在实体的介质上，例如存储在一种存储芯片上，并且具有另一优点，即它可易于与单个的和一定的顾客愿望以及经验取得的数值相匹配，以及能够以低的费用在成本上有利地改进或者优化单个的方法步骤。当然，前面所述的、并且下面还将说明的特征不仅可以在分别已说明的组合中使用，而且也可应用在其它一些组合中。附图
简短说明
下面参考附图对本发明进行更加详细的说明。这些附图是
图I:处于持续啮合中的启动系统的简 图2 :按照第二实施形式所述的启动系统的简图；以及 图3 :相应于根据本发明的方法的流程图。
具体实施例方式图I不出了借助于一启动装直3和一启动器控制装直4启动内燃机2的启动系统I的简图。启动装置3包括启动马达5形式的电机和启动继电器6形式的机器开关装置。启动马达或者说启动电机5驱动从动轴上的启动小齿轮7,所述启动小齿轮与用于启动内燃机2的齿环8持续啮合。齿环8包括空转离合器9，通过所述空转离合器使得齿环8可相对于内燃机2的曲轴10缓慢运行，或者甚至可停止。这样，只可在驱动方向上才可将转矩传递到曲轴10上。由于启动小齿轮7与齿环8是持续啮合的，所以即使曲轴10还没有停止，或者具有足够小的速度，也可在启动一停止一运行时随时启动内燃机2，因此利用使得启动小齿轮7嵌入到齿环8中的嵌入装置来提高相对于传统的系统I的可使用性。传统的方式是启动装置3—所述启动装置具有嵌入装置且所述嵌入装置将启动小 齿轮7嵌入到用于启动内燃机2的齿环8中一具有一种安全等级，以避免故障情况。当由于接触焊接器(Kontaktschweisser)的原因使得所述启动继电器6还给启动马达5提供电流时，在内燃机2启动之后所述启动小齿轮7脱开，并且所述启动小齿轮进入空转，并且因此不驱动所述曲轴10。当启动小齿轮7为持续嵌入时，就不再有这种安全功能。因此本发明的构思是代替地通过根据本发明的安全装置12形成这种冗余度(Redundanz )。安全装置12又包括开关装置13，所述开关装置优选地与启动继电器6串联连接，优选地设置在启动马达5的电流电路中的启动继电器6的前面。因此，开关装置13直接连接在用作给车辆车载电网提供电能的蓄电池11上。与这个电路I分开地在车辆中还设置其它一些电路II，用作车载电网，例如用于马达控制装置20的电路，所述马达控制装置控制内燃机2，并且与启动器控制装置4以及安全装置12保持信息接触。此外，安全装置12还包括监控装置15，所述监控装置一方面包括传感器16、17、22，以测量在启动马达5上的压降，或者也可检测电流的消耗以及内燃机的马达转速，它们例如可通过马达控制装置20传输。此外，也可通过马达控制装置20或者由另一上一级的控制装置将启动要求通过信号导线30传输到启动器控制装置4上或者传输到安全控制装置14上。曲轴转速借助于已公开的、并且在曲轴10上传统地已设置的齿槽轮(Zahn-Luecken-Rad) 21借助于传感器22测得。一方面所述安全装置14控制所述开关装置13，并且另一方面该安全装置14也检查启动继电器6，在该启动继电器中，从一些监控数值一例如启动马达5上的电压、内燃机2的电流消耗或者转速n，对这些或者单个的监控数值按照启动要求就其可信度或者说似然性进行检查。从中分析出是否在启动继电器6上存在故障情况。在图3中描述了详细的方法过程。通过在具有处于持续啮合中的启动小齿轮7的启动系统I中使用根据本发明的安全装置12，可使车辆安全地运行。此外，当启动继电器6不再正确地工作、也就是说不再打开时，因为例如有一种接触焊接器存在，这时，具有开关装置13的安全装置12可承担启动继电器6的任务。因为首先关闭所述开关装置13，所以在接触所述开关装置13时没有形成焊接或者火花。因此可以避免接触焊接器。同时，监控装置15也用于检查开关装置13的功能，例如在安全开关13打开时通过接通所述机器开关装置6而在传感器17上施加电压。这种检查例如在没有嵌入功能的启动装置中在启动过程之后可由启动继电器6执行。在具有嵌入功能的启动装置中，在停止状态时，通过短时的控制而关闭所述启动继电器6，其中，没有控制所述开关装置13，因此，在传感器上也必定没有施加电压，否则的话就会探测出开关装置13有功能故障。图2示出了根据本发明的启动系统I的另一种 特别的实施方式的电路图。在这个系统I中，启动器控制装置4和安全控制装置14作为一个结构单元以启动系统控制装置24的形式示出，并且使其标准化。因此所述结构被简化，因为例如可以使用具有共同的存储器28的共用的微处理器27，通常是马达控制装置。为了借助于所述启动系统控制装置24接通高的电流(该高的电流例如用于接通启动继电器6和开关装置13是必需的)，分别设置前置开关继电器23和26。因此，前置开关继电器23和26可用小的控制电流、例如直到2安培的控制电流来接通直到20安培的控制电流。因此，前置开关继电器23、26起放大器的作用。图3示出了根据本发明的方法过程如何在根据本发明的启动系统I中运行的流程图。在第一步骤SI中，将启动要求输送到启动系统1，在此输送到用于启动内燃机2的启动器控制装置4或者启动系统控制装置24。启动系统I等待步骤SI中的这个启动要求。启动系统控制装置24或者启动器控制装置4与安全控制装置14保持信息接触。因此，首先根据优选的实施形式在步骤S2中使得所述安全控制装置12控制安全装置12的开关装置13。因此，电路I除了开关继电器6之外都是关闭的。在下一个步骤S3中，由启动器控制装置4对启动继电器6进行控制。在步骤S4中，启动马达5开始转动。给启动马达或者说启动电机5施加直到大约1000安培的最大电流。在步骤S5中，启动马达5利用启动小齿轮7来驱动所述齿环8，并且启动内燃机2。马达控制装置20通过传感器16、17、22检查，是否内燃机已启动。这些传感器是与马达控制装置20保持信息接触的转速传感器22，或者是启动马达5的电路中的电流一和/或电压传感器16、17，并且与马达控制装置20处于信息接触之中。当马达控制装置20探测到内燃机2已启动，则在步骤S6中该马达控制装置如此地将控制信号输出到启动器控制装置4，即在下一个步骤S7中该启动继电器6又使得电路I中断。然后，当启动继电器6按照规定运行时，并且例如没有接触焊接器时，在步骤S8中所述启动马达5就停止。当有接触焊接器时，则电路I总还是保持关闭的。在下面的步骤中，检查所述启动马达6的按规定的功能方式。按照本发明，这种功能方式在形成安全装置12中附加地由启动系统控制装置24进行检查。安全装置12可对优选的三个单个的传感器信号并列地或者依次地按照与启动要求的关系对其可信度或者说似然性进行检查。优选地，在步骤S9中，通过电压传感器17来测量在启动马达5上的电压，并且利用也包括停止请求的启动请求对启动器控制器4的输入信号30电压的可信度或者说似然性进行检查。在步骤SlO中测量在所述启动马达5上的电流，并且也利用所述启动请求通过电路30中的输入信号对其进行检查。当电压或电流不同寻常地高时，尽管作为步骤S12在信号线路30上没有启动请求，但是在分析步骤S13中所述安全装置12能够以此为依据，即启动继电器6不再按规定工作。此外，在检查步骤Sll中通过转速传感器22也可对内燃机2的曲轴10的转速η进行询问，并且对其可信度或者说似然性进行检查。当例如在步骤S12中没有启动请求时，并且内燃机2本来就应该是断开的，但是尽管如此曲轴10仍然是转动的时，那么就可以以·此为依据即给启动马达5施加电压，这种情况是不希望的，被评估为故障情况。这种情况在分析步骤S13中予以检查。
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在分析步骤S13之后，接着的是询问步骤Α14，在此步骤中进行询问启动继电器6是否按规定运行。当为肯定的情况时，在步骤S15中打开开关装置13，并且所述控制又转回到步骤SI，在步骤SI中等待，直到一种启动请求经过信号线路30从马达控制装置20输送到启动器控制装置4，例如由于启动一停止一运行。当在询问步骤Α14中探测到启动继电器6带故障地运行，并且例如接通了电流电路I时，虽然它必须打开，这时在步骤S15中通过相应的显示装置使得驾驶员从声音和/或视觉得知，在启动系统I中启动继电器6或者部件没有正常运行，并且因此必须尽快地进行维修工作。此外，对启动系统I的控制进入到步骤S17中，在这个步骤中安全控制器14附加地承担启动装置3的任务。这样，开关装置13被用作用于所述启动继电器6的冗余的开关，因此对于启动请求来说取决于开关装置13是关闭了所述启动马达5的电流回路I，还是又将其打开。接着，所述启动系统控制装置24又进入到步骤S15中，根据这一步骤，开关装置13可靠地打开所述启动马达5的电流回路I。因此，采用根据本发明的方法，通过实施一种已被存储的计算机程序产品的形式，为根据本发明的启动系统I、特别是为具有与内燃机2的齿环8持续啮合的启动小齿轮7的启动系统I提供了第二冗余度。这样就可避免启动马达5的可能的故障功能。可以理解的是，启动系统控制装置24既可包括启动器控制装置4，也可包括安全控制装置14，并且可以包括共用的部件，如具有程序存储器18的微型计算机27，以减少和简化结构部件。所有图都仅为简图，并非在尺寸上符合规则地示出。其它问题特别是请参考本发明的那些附图。
权利要求
1.用于特别是机动车的内燃机(2)的启动系统(1)，具有启动装置(3)和启动器控制装置(4)，其中，启动装置(3)包括电机、特别是启动马达(5)，其中，所述电机能够通过电机开关装置进行控制，并且该电机通过至少用于启动所述内燃机(2)的机械装置与该内燃机(2)的曲轴作用连接，其中，设置安全装置(12)，能够利用所述安全装置来检查所述电机的控制功能。
2.按照权利要求I所述的启动系统(1)，其特征在于，在有故障的情况中所述安全装置(12)能够承担控制的功能，特别是安全装置(12)具有单独的车载电网。
3.按照权利要求I或2所述的启动系统(I)，其特征在于，安全装置(12)包括与机器开关装置串联连接的开关装置(13)，所述开关装置由安全控制装置(14)进行控制。
4.按照权利要求I至3中的任一项所述的启动系统(1)，其特征在于，将开关装置(13)构成为接触闭锁装置，特别是构成为继电器。
5.按照权利要求I至4中的任一项所述的启动系统(1)，其特征在于，安全装置(12)包括监控装置(15)和分析装置，所述装置监控和分析所述内燃机(2)的控制信号和/或曲轴转速(η)和/或电参数、特别是电机上的电压和/或电流。
6.按照权利要求I至5中的任一项所述的启动系统(1)，其特征在于，启动装置(3)是如此地构成的，即启动小齿轮(7)能够啮合到内燃机(2)的齿环(8)中。
7.按照权利要求I至6中的任一项所述的启动系统(I)，其特征在于，分别将前置开关继电器(23、26)串联在开关装置(13)、特别是启动继电器(6)的前面，所述前置开关继电器由启动器控制装置(4 )能够用安全装置(12)进行控制。
8.特别是按照权利要求I至7中的任一项所述的启动系统(I)的方法，所述启动系统具有用于启动特别是车辆中的内燃机(2)的启动装置(3)和启动器控制装置(4)，其中，启动装置(3)包括电机、特别是启动马达(5)以及机器开关装置，以便给电机提供电压，所述启动系统由启动器控制装置(4)特别是也在启动一停止一运行时进行控制，为的是给用于启动所述内燃机(2 )的电机(5 )提供电压，其中，由安全装置(12 )监控所述机器开关装置的功能，并且在有故障时由安全装置(12)断开所述机器开关装置的作用。
9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，在机器开关装置有故障时，由安全装置(12)通过作为安全装置(12)的一部分的开关装置(13)对电机冗余地进行控制。
10.计算机程序产品，所述计算机程序产品能够以微型计算机的程序指令装入到程序存储器中，以便执行按照权利要求8或9所述方法的所有步骤，特别是当计算机程序产品在按照权利要求I至7中的任一项所述的启动系统(I)中被执行时。
全文摘要
本发明描述一种用于特别是是机动车的内燃机(2)的启动系统(1)，具有启动装置(3)和启动器控制装置(4)，其中，启动装置(3)包括电机、特别是启动马达(5)，其中，电机能够通过电机开关装置进行控制，并且电机通过至少用于启动所述内燃机(2)的机械装置与内燃机(2)的曲轴作用连接。特别是在由于启动—停止—运行强烈地使用时，为了避免启动系统中和方法过程中的功能故障，设置一种安全装置(12)，使用这种安全装置能够检查所述启动马达(5)的控制功能。
文档编号F02N11/08GK102953893SQ20121029140
公开日2013年3月6日 申请日期2012年8月16日 优先权日2011年8月17日
发明者S.哈特曼 申请人:罗伯特·博世有限公司