CN102356231A - 用于启动内燃机的电路装置以及控制启动器的方法 - Google Patents

用于启动内燃机的电路装置以及控制启动器的方法 Download PDF

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Abstract

描述了一种用于启动内燃机的电路装置，该电路装置具有至少一个启动器（1），该至少一个启动器包括启动器电机（2）、入轨继电器（4）、开关继电器（7）和控制继电器（3），其中该控制继电器（3）能由点火开关（8）控制，入轨继电器（4）能由控制继电器（3）控制，并且能借助开关继电器（7）开关启动器电机（2）的电流路径（50.5）。为了让用于启动内燃机的启动器（1）更精确地工作并且由此实现更高的寿命，至少在断开过程中能依据定义事件的出现来控制所述开关继电器（7）。这所具有的优点是，开关继电器在时间上可以提早断开启动器电机的电流路径、尤其是主电流路径，从而避免了反向的通电。由此所述开关继电器可以按照限定方式释放启动器电机的电流路径，使得在断开过程中在启动器齿轮出轨时明显减少齿轮振动，或甚至抑制齿轮振动。在启动器的断开过程中，避免了启动器齿轮在出轨之后在返回齿顶缘的方向上运动。

Description

用于启动内燃机的电路装置以及控制启动器的方法
技术领域
本发明涉及一种用于启动内燃机的电路装置，该电路装置具有至少一个启动器，该至少一个启动器包括启动器电机、入轨继电器（Einspurrelais）、开关继电器和控制继电器，其中该控制继电器可由点火开关控制并且可借助开关继电器开关启动器电机的电流路径。
本发明还涉及一种控制启动器的方法，尤其是控制用于启动内燃机的启动器、优选可并行开关的启动器的电路装置的方法，其中该启动器用启动器电机、控制继电器、入轨继电器和开关继电器构成，所述入轨继电器由控制继电器控制并且所述开关继电器由入轨继电器控制。
背景技术
并行设置和连接的启动装置公知用于启动内燃机。这样的内燃机普遍地具有非常大的尺寸，并且例如具有几十或几百公升的工作容积。
在内燃机上使用并行的启动装置的情况下，重要的是同时开关参与的启动器电机的主电流，因为这种同时的开关保护各个启动器电机不会过载。为了实现这种保护过载的特性，公知的是入轨功能和开关功能分别由一个单个的继电器实施。因此以常规方式组合的由入轨继电器执行的两个功能——如启动器齿轮的入轨和用于启动器电机的电流的接通——被划分开。通过分离这两个功能，可以设置一种电路装置，使得启动装置在所有入轨过程都在所有启动装置中执行时才接通用于启动器电机的主电流。在此，入轨过程可以具有不同的入轨时间，因为从启动器齿轮到齿顶缘的齿到齿调节比齿-空隙调节需要更长的入轨过程。为了平衡至少两个闭合过程的时间差，在所有闭合过程都已执行的情况下才同时释放用于至少两个启动器电机的主电流。因此，为了入轨根据以下继电器顺序进行开关或闭合：在释放入轨继电器的控制继电器中控制点火电流路径。如果所有入轨继电器都被通电，则接通至少一个开关继电器，该至少一个开关继电器释放用于每个启动器电机的主电流。启动器的断开按照相同的顺序进行。断开对控制继电器的通电，然后是入轨继电器，最后是开关继电器，从而所属的电流路径被切断。
DE 10 2005 006 248 A1描述了一种利用多个并联的启动器来启动内燃机的启动器装置。为了用尽可能小的布线花费改善开关安全性，通过一个继电器实现的“啮合”和“主电流开关”功能联结在每单个启动器中被划分到两个继电器上，其中每个继电器具有一个分离的功能。
发明内容
本发明的任务是扩展开头所述类型的电路装置，使得至少一个用于启动内燃机的启动器更精确地工作并且由此实现更长的寿命。
根据本发明，该任务通过权利要求1和权利要求7的主题解决。从属权利要求定义本发明的优选扩展。
已经发现，在启动器的断开过程中启动器齿轮在出轨（Ausspuren）之后在回到齿顶缘的方向上运动，因为通过开关继电器的还闭合的主触点向入轨继电器反向通电。
本发明的想法是，至少在断开过程中可依据定义事件的出现来控制所述开关继电器。这所具有的优点是，开关继电器在时间上可以提早断开启动器电机的电流路径，尤其是主电流路径，从而避免了反向的通电。
由此，所述开关继电器可以按照限定方式释放启动器电机的电流路径，使得在断开过程中在启动器齿轮出轨时明显减少齿轮振动，或甚至抑制齿轮振动。
因此本发明所基于的一种想法是，在断开至少一个启动器时在时间上比在上述现有技术中更早地关闭启动器电机，以避免齿轮振动。齿轮振动出现在启动器齿轮在出轨之后再次在内燃机齿顶缘的方向上运动并由此在齿顶缘和/或启动器齿轮上形成磨损的情况下。此外可能形成火花，这是必须尽量避免的，以防止对启动器或内燃机造成更大的损坏。
根据另一优选实施方式，通过以下方式确定所述定义事件，即所述电路装置机电地构成。由此在开关过程中该定义事件的出现是稳定的并且开关可靠地实现，并且此外尽可能简单和价廉地构成。
有利地，根据一个特别的实施方式，所述开关继电器设置在入轨继电器的可由控制继电器开关的电流路径中。由此该开关继电器与该入轨继电器同时断开。所述开关继电器不像在上述现有技术中那样由入轨继电器断开。由此与现有技术不同，切断用于启动器电机的电流路径的时刻提前得非常多，从而避免了齿轮振动或者明显降低齿轮振动的强度。研磨行为被减少，并且由此增加了启动器的寿命。
根据另一优选实施方式，所述开关继电器具有两个控制开关。第一控制开关在入轨过程中是所述入轨继电器，该入轨继电器同时通过在入轨时达到最大入轨深度来闭合一个可用于对所述开关继电器通电的开关。第二控制开关被设置来用于在入轨继电器的出轨过程或断开过程中以特定的关系控制开关继电器。根据一种简单的电路，第二控制开关是所述控制继电器。该控制继电器既在入轨过程中也在出轨过程中作为实际上在第一控制开关之前的第二控制开关。
由此，开关继电器和控制继电器以及入轨继电器作为机电开关相互关联。所述控制继电器既开关入轨继电器的电流路径，也对开关继电器的电流路径进行开关。此外所述入轨继电器对开关继电器的电流路径进行开关。
根据一个替换的实施方式，所述电路装置构成为具有电子功率开关的电子控制装置。这所具有的优点是，还可以单独匹配开关时间，尤其是开关继电器的开关时间，从而可以更好地抑制齿轮振动的强度。
为了启动具有更大工作容积的内燃机，多个启动器并行连接和设置。优选的，这些启动器为了开关启动器中相应启动器电机的主电流而相互串行地耦合，从而这些启动器在所有入轨继电器都闭合了在入轨继电器上的开关时才接通。根据优选的实施方式，所述开关继电器可分别由相应启动器中的控制继电器单个地断开。
所述任务还通过一种方法这样来解决，即所述开关继电器依据定义事件断开。该定义事件事先在制造商侧和运行侧确定，并且可以机电地或者电子地、例如通过借助传感器来获取特定的传感器值而实现。
为此例如可以设置计算机程序产品，该计算机程序产品利用程序指令加载到控制装置的程序存储器中，并且在该程序在所述控制装置中执行时执行在此所述的方法。计算机程序产品所具有的优点是，该计算机程序产品在已经存在的控制装置中可以实施为模块并且容易与单独的以及特定于应用的预给定参数（Vorgabe）匹配，其中对实验确定的值的校正可以非常容易地实现。
根据一种特别简单和稳定的方法，所述开关继电器与所述入轨继电器同时由控制继电器断开。机电的控制装置所具有的优点是，可以实现长的寿命以及高的故障保护。
根据一种可以以电子或者机电方式来构造的替换实施方式，所述开关继电器在时间上可调地和/或固定地在入轨继电器之前断开。例如可以设置电子的或者机电的可调的延时元件，以便预先给定在断开过程中开关继电器与入轨继电器的断开之间的限定的时间差，用于避免所谓的齿轮振动，也就是在启动器齿轮出轨之后的重入轨运动。
根据一种优选的方法，所述开关继电器仅在控制继电器和入轨继电器闭合时才接通。由此避免启动器电机被提早通电。此外，由此根据本发明可以单单通过控制继电器来中断启动器电机的电流。
在一个优选的实施方式中，为了用并行设置的启动器来启动内燃机，在有多个启动器的情况下，用于相应启动器电机的相应开关继电器仅在所有入轨继电器以及尤其是所有控制继电器都具有闭合的开关时才接通。由此保证每单个启动器不会过载，并且所有启动器以高的安全性以及小的容差范围同时启动内燃机。
根据进一步扩展本发明的一种实施方式，所述启动器在具有执行上述方法的上述电路装置的启动器装置中构成为，使得入轨继电器构成为单级继电器，也就是说，该入轨继电器仅具有一个绕组。单级入轨继电器适用于小的内燃机。启动器齿轮所需的旋转运动例如通过启动器中的陡导角螺纹（Steilgewinde）进行。
优选的，所述入轨继电器在具有多个启动器的启动器装置中构成为两级，其中一个是引入绕组，一个是保持绕组。引入绕组连接在开关电机的电流路径中，从而启动器电机在入轨时轻松起动，以尽可能避免齿到齿调节，因此以高的安全性在齿顶缘与启动器齿轮之间产生齿-空隙调节。
应当理解，前面讲述的以及后面还要解释的特征不仅能以分别给定的组合、而且还能以其它组合使用。
附图说明
下面参照附图详细解释本发明。
图1示出启动器的根据本发明的电路装置的示意性接线图，
图2示出具有两个启动器的示意性电路装置，
图3示出根据本发明方法的示意性流程图，
图4示出两个并行设置的启动器的时间-路径-电压图，以及
图5示出具有明显齿轮振动的两个并行设置的启动器的时间-路径-电压图。
具体实施方式
图1示出用于借助启动器1来启动内燃机的电路装置的示意性接线图，该启动器1如图2所示可以与第二启动器并行连接和设置。启动器1包括启动器电机2和控制继电器3，该控制继电器3设置在具有机械或电子控制的点火开关8的点火路径38中。为了将未示出的内燃机的未示出的启动器齿轮入轨到齿顶缘中，设置入轨继电器4。入轨继电器4具有入轨绕组5和保持绕组6。入轨绕组5是高欧姆的，从而启动器电机2承受小的起动电流，以便在入轨时避免启动器齿轮和齿顶缘的齿到齿调节。如果入轨继电器4入轨，则入轨绕组5通过机械耦合的开关53断开，并且用小的电流将入轨继电器4保持在入轨状态中。入轨继电器4随着最大入轨深度的到达而闭合开关54，从而开关继电器7被通电，并且内燃机可以用最大电流启动该内燃机。电池正极表示为接线柱30，并且地表示为接线柱31。在电池正极接线柱30与启动器控制器接线柱50之间设置点火开关8。
根据优选的实施方式，与现有技术不同，开关继电器7与第二控制开关耦合，以便在启动器齿轮的出轨过程中避免该启动器齿轮潜在的回到齿顶缘方向的运动。第二控制开关优选依据特定的、所定义的事件的出现来得到控制。该所定义的事件是可“自由”选择的。该事件可以借助检测器探测到，或者还借助开关探测到。为了实现容易的机电结构，如图1中所示，优选将开关继电器7设置在入轨继电器4的可由控制继电器3开关的电流路径50.5中。
由此在接线柱45上接通用于启动器电机2的主电流的开关继电器7可以在时间上比由现有技术公知的电路装置或启动器控制装置明显更早地断开，从而避免齿轮振动并因此明显减少和/或防止对启动器齿轮的齿顶缘或齿面或者对两个齿轮之一的磨损。通过这种机电的接线图，开关继电器7的断开精确定义地取决于事件。由此，入轨继电器4与开关继电器7同时由控制继电器3断开。
为了保护启动器1免遭热过载，在启动器1中与控制继电器3串联地连接热开关9。由此，热开关9产生与点火开关8的断开相同的断开行为。
图2示出两个并行设置的启动器1和1’，它们分别具有启动器电机2，2’以用于启动具有更大工作容积的内燃机，如载重汽车电机或舰船电机。每个启动器1，1’具有单独的控制继电器3，3’，该控制继电器通过点火开关8控制。控制信号从点火开关8的传递通过内部电缆进行。由此，控制继电器3，3’分别开关入轨继电器4，4’。入轨继电器4，4’可以分别具有不同的入轨时间，因为例如在启动器1中存在齿到齿调节，并且启动器齿轮借助启动器电机2通过高欧姆的入轨绕组4轻松通电。在启动器1’上可能同时在启动器齿轮和齿顶缘之间存在齿-空隙调节，从而在此入轨过程明显更快速地进行。为了在启动内燃机时对启动器电机2，2’均匀地施加负荷，启动器1，1’串行连接，从而用于在接线柱45，45’上开关主电流或主电流路径30.2，30.2’的开关继电器7，7’在所有入轨继电器4，4’都完全入轨时才由启动器电机2，2’通电。为此，开关54，54’连接到入轨继电器4，4’。
根据本发明，在由入轨继电器4的、由控制继电器3，3’开关的电流路径50.5中构成电流路径50.7，50.7’的位于开关54，54’上的分支。由此，开关继电器7，7’在两个开关54，54’以及控制继电器3，3’的开关都闭合时才被通电。由此实现在断开过程中的一个新功能。当控制继电器3，3’由于未通电而断开时，则与上述现有技术不同的是，开关继电器7，7’与入轨继电器4，4’同时由于未通电而断开。
如针对图1已经描述的，每个启动器1，1’分别包括与控制继电器3，3’串联的热开关9，9’作为过载保护。
为了说明在3个继电器3，4和7之间的功能关联——该功能关联也可以通过借助计算机程序产品的电子控制来实施，在图3中抽象地示出启动器的出轨过程的示意性流程图。
为了入轨首先闭合点火开关8，从而控制继电器3以及随后入轨继电器8闭合，入轨继电器4操作开关54，使得开关继电器7释放用于启动器电机2的主电流。在断开启动器1时，各个继电器按照在接通时的相同顺序操作。
在内燃机启动时的特定时刻，在步骤S1中通过点火开关8断开点火电流路径38。
接下来在步骤S2中，断开控制继电器3中的机电开关，从而电流路径50.5不再直接位于电池正极、即接线柱30上。
如果电流路径50.7——开关继电器7，7’连接在该电流路径50.7中——不再通电，则在步骤S3中断开启动器电机2。在负载端子50i上存在入轨继电器4的可由控制继电器3开关的电流路径50.4，通过该电流路径50.4尤其是对保持绕组6通电。
通过断开控制继电器3，也不再对入轨继电器4通电，从而在步骤S4中入轨继电器4出轨。
由于在接线柱45上的电流路径30.2已经由开关继电器7中断，所以入轨绕组5不再可以尤其是反向通电，从而未示出的启动器齿轮不再像在根据现有技术的启动器中那么强地再次逆着齿顶缘运动。所谓的齿轮振动被明显的避免，并且所述断开过程在步骤S5中结束。
图4在时间-路径-电压图中示出如针对图1至图3描述的断开过程的时间变化过程。利用特征线K4和K4’示出启动器1或1’的启动器齿轮的出轨路径S。特征线K3作为电压V-时间特征线示出在控制继电器3，3’上的控制信号，电压特征线K7，K7’示出在电流路径50.7中开关继电器7，7’的开关信号，并且电压特征线K45，K45’又示出在接线柱45,45’上的电流路径30.2,30.2’的经过延迟的特征线。
在时刻t1，通过点火开关8断开开关继电器3。由于控制继电器3的经过延迟的开关时间，在时刻t2，电流路径50.7，50.7’根据特征线K7，K7’无电流或如在图4中所示经历负电压。同样在时间上延迟地在时刻t3，启动器齿轮相应于特征线K4和K4’通过路径S出轨。在非常短的到时刻t4的时间段中，电流路径30.2，30.2’相应于特征线K45，K45’无电流。由此，主电流路径30.2，30.2’在时间上明显在时刻t5之前无电流，在时刻t5启动器齿轮处于出轨状态。第二启动器齿轮在时间上在时刻t5’有一些延迟地出轨。在时刻t6,t6’，启动器齿轮基于主要以机械方式产生的脉冲实施完全最小的反向运动。根据本发明，入轨继电器5的入轨绕组5的反向通电不再发生。
在图4中看出，在入轨齿轮完全出轨之前，电流路径30.2，30.2’中的主电流在时刻t5就已经断开了。由此，非常好地避免了齿轮振动并且因此明显减少了或完全排除了磨损。火花形成是不可能的。
与此不同，图5示出例如通过电子控制装置或者如在根据上述现有技术的电路装置中那样在时间上比图4更晚断开开关继电器7，7’的情况。如在图4中所示，在时刻t1在点火电流路径中控制继电器3根据特征线K3断开。由于控制继电器3和入轨继电器4的机电作用原理，在时刻t3*电流路径50.7，50.7’与启动器齿轮的出轨过程同时地无电流地切换到入轨继电器4，4’。由于又在时间上的机电延迟，启动器齿轮在时间上位于时刻t4*之前的时刻t5*出轨。在时刻t4*电流路径30.2无电流。由于该时刻位于根据图4的该时刻之后，因此入轨绕组5被短暂地反向通电，从而如在该图中通过路径特征线K4，K4’所示在启动器齿轮上进行在齿顶缘方向上的明显的反向运动，这可能导致不期望的磨损。因此根据本发明规定，时刻t4*可单独调节地在时间上向前移动。由此避免明显的齿轮振动，该齿轮振动在时刻t6*可能示例性地出现。所有附图仅仅示出示意性的而非按比例的图示。此外，重要的是尤其是参阅本发明的带有附图标记的图示。

Claims (11)

1.一种用于启动内燃机的电路装置，该电路装置具有启动器（1），该启动器包括启动器电机（2）、入轨继电器（4）、开关继电器（7）和控制继电器（3），其中该控制继电器（3）能由点火开关（8）控制，入轨继电器（4）能由控制继电器（3）控制，并且能借助开关继电器（7）开关启动器电机（2）的电流路径（50.5），其特征在于，至少在断开过程中能依据定义事件的出现来控制所述开关继电器（7）。
2.根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，所述定义事件通过机电构成的电路装置来确定。
3.根据权利要求1或2所述的电路装置，其特征在于，所述开关继电器（7）设置在入轨继电器（4）的能由控制继电器（3）开关的电流路径（50.5）中。
4.根据权利要求1至3之一所述的电路装置，其特征在于，所述开关继电器（7）具有两个控制开关。
5.根据权利要求1至4之一所述的电路装置，其特征在于，所述电路装置构成为具有电子功率开关的电子控制装置，通过这些电子功率开关能确定用于断开的定义事件。
6.根据权利要求1至5之一所述的电路装置，其特征在于，用于启动内燃机的多个启动器（1，1’）并行连接和设置。
7.一种控制启动器的方法，尤其是控制启动器（1）、优选能并行开关的启动器（1）的特别优选地根据权利要求1至6之一所述的电路装置的方法，其中该启动器（1）用启动器电机（2）、控制继电器（3）、入轨继电器（4）和开关继电器（7）构成，所述入轨继电器（4）由控制继电器（3）控制并且所述开关继电器（7）由入轨继电器（4）依据定义事件来控制，其特征在于，能依据定义事件的出现来控制所述开关继电器（7）。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述开关继电器（7）与所述入轨继电器（4）同时由控制继电器（3）断开。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述开关继电器（7）在时间上可调地和/或固定地在入轨继电器（4）之前断开。
10.根据权利要求6至9之一所述的方法，其特征在于，所述开关继电器（7）仅在控制继电器（3）和入轨继电器（4）闭合时才接通。
11.根据权利要求6至10之一所述的方法，其特征在于，在有多个启动器（1，1’）的情况下，相应的开关继电器（7，7’）仅在所有入轨继电器（4，4’）、尤其是所有控制继电器（3，3’）都闭合时才接通。
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