CN103380290B - 电路装置、用于运行该电路装置的方法和起动装置 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于机动车中的电机（2）、尤其是用于机动车中具有起动发动机（2）以起动内燃机（15）的起动装置的电路装置（1），所述电路装置具有用于限制电机（2）的接通电流的电流限制装置（3）、具有用于跨接所述电流限制装置（3）的跨接装置（4），其中所述跨接装置（4）能直接接通到电压源（10）的高电势上。为了简单地实施具有长使用寿命的稳定的电路装置和起动装置，所述跨接装置（4）包括触头开启装置并且所述触头开启装置构造在电流路径（83）中，使得触头开启装置能直接接通到电机（2）的控制开关（8）处。

Description

电路装置、用于运行该电路装置的方法和起动装置

技术领域

本发明涉及一种用于机动车中的电机、尤其是用于机动车中具有起动发动机以起动内燃机的起动装置的电路装置，所述电路装置具有用于限制该电机的接通电流的电流限制装置，具有用于跨接所述电流限制装置的跨接装置，其中所述跨接装置可直接接通到电压源的高电势上。

本发明还涉及一种用于运行尤其是上面所述的电路装置的方法，该电路装置用于机动车中的电机、尤其是用于具有起动发动机以起动内燃机的起动装置，所述电路装置具有用于限制电机的接通电流的电流限制装置和用于间或地跨接所述电流限制装置的跨接装置。

此外，本发明涉及一种用于起动机动车中的内燃机的起动装置，该起动装置具有尤其是上面所述的电路装置、具有起动发动机和具有用于限制该起动发动机的接通电流的电流限制装置以及具有用于跨接该电流限制装置的跨接装置，其中所述跨接装置可借助于电压源的高电势来开关。

背景技术

已知起动内燃机的起动装置。为了起动内燃机，起动机齿轮借助于构造为啮合装置的起动机继电器啮合到内燃机的齿环中。在此，同时由该继电器闭合两个触头之间的接触桥，所述接触桥将用于电机的电路闭合到电流源，其中该电路被设计为在约12至13伏时处于直至1000或1500安培的高电流。为了使起动机齿轮无问题地啮合到齿环中并且避免齿对齿调整，经由大螺纹来啮合起动机齿轮。附加地可以规定，轻柔地转动电机，其中所述电路经由前置电阻来引导。一旦起动了内燃机，起动机齿轮就通过作为电枢的起动机继电器从齿环中脱啮出来，并且电机的电路被接触桥中断。

内燃机起动时的高的电流消耗导致，电池电压从原始的12伏降低到约6伏并且可能更低。该降低取决于环境参数，诸如温度和电池充电状态、结构尺寸、电枢的欧姆电阻、碳刷和引线电缆处的电压降。诸如控制设备、燃料泵和前灯的其他耗电器可能不再能充足地用电能来供给，使得这些耗电器受到起动的损害。这在所谓的冷起动时、即在内燃机在汽车开始运行之前起动时是不关键的。这在机动车的起动－停止运行时是更为关键的或对于乘客来说是更不满意的。例如，耗电器在内燃机在交通灯处或在堵车时再次起动时受到损害，使得所述耗电器不能获得所需的电池功率并且因此至少短时地停止。这是不期望的。

申请人已知，为了限制电压下降可以至少短时地在内燃机起动时采用电流限制装置，以便减少电压下降，所通过的方式是经由前置电阻向电机施加减小的电流。该前置电阻在此在电机的主电流路径中被接通，使得也可以有直至600A以及更多安培的高电流流经该前置电阻。如果开动了内燃机，则经由跨接装置跨接该电流限制装置并且向起动发动机施加最大电流。在该时刻克服了大的电压下降。因此仅仅出现可代替的小的电压下降。该电压下降例如从之前的50％至60％的范围减小到仅仅10％至20％的范围。

申请人还已知，在起动发动机的主电流路径中设备前置电路，当起动发动机已经转动并且达到了一定的转速时，该前置电阻经由构造为触头闭合器的跨接装置被跨接，使得如上所述的电压下降为最高10％至20％。

本发明的任务是将前述类型的电路装置、方法和起动装置扩展为，使得所述电路装置以及因此所述起动装置在使用寿命内尽可能稳定地和可靠地工作。

发明内容

根据本发明，该任务通过一种用于机动车中的电机的电路装置解决，所述电路装置具有用于限制电机的接通电流的电流限制装置、具有用于跨接所述电流限制装置的跨接装置，其中所述跨接装置能直接接通到电压源的高电势上并且能与电机串联，所述跨接装置包括触头开启装置并且所述触头开启装置布置在电流路径中用于对电机的主电流路径进行开关，使得触头开启装置能直接由电机的控制开关开关，其中第一开关装置包括吸引绕组和保持绕组，其中所述吸引绕组在地侧接通到电机的电势侧。该任务还通过一种用于运行电路装置的方法解决，该电路装置用于机动车中的电机，所述电路装置具有用于限制电机的接通电流的电流限制装置和用于间或地跨接所述电流限制装置的跨接装置，其中在接通控制开关之后利用触头开启装置给所述跨接装置施加电压并且在此之后电机的主电流路径被跨接装置中断，其中该主电流路径被第一开关装置闭合并且所述电机经由电流限制装置被施加电压，其中由于在电机处的电压降，与电机串联的跨接装置的电压下降，使得主电流路径再次被跨接装置闭合并且电流限制装置被跨接，其中一旦电压施加被控制开关关断，主电流路径就被第一开关装置中断，其中第一开关装置包括吸引绕组和保持绕组，其中所述吸引绕组在地侧接通到电机的电势侧。该任务又通过一种用于起动机动车中的内燃机的起动装置解决，该起动装置具有所述电路装置、具有起动发动机和具有用于限制起动发动机的接通电流的电流限制装置以及具有用于跨接该电流限制装置的跨接装置，其中所述跨接装置能借助于电压源的高电势来开关并且跨接装置构造为触头开启装置。

本发明的构思是，将申请人已知的电路装置扩展为，使得在跨接装置有误地工作或失效并且因此可能前置电阻被损坏的情况下避免起动装置无工作能力。

因此本发明的构思是，出于该理由将跨接装置构造为触点开启装置，其中触点开启装置在电流路径中构造为，使得该触点开启装置能直接接通到电机的控制开关上。因此，当用于操控起动装置的控制开关闭合时，构造为跨接装置的触点开启装置直接无延迟地被施加电压。该触点开启装置因此快速地切断主电流路径，使得电机必须经由电流限制装置来起动。相反在触点开启装置的故障情况下，电流限制装置被持续跨接。因此用最大的电流施加激活常规的电流路径，如在传统的冷起动情况下那样。因此，在跨接装置功能失效的情况下电流限制装置遭受热损害的风险用直接开关的触头开启装置近似主动地或自动地得以避免。

跨接装置被再次触发，其方式是起动发动机或电机被施加电压并且因此感应出电压，使得电机处的电压降导致跨接装置处的电压降低，这又导致开关触头被主电流路径中的触头开启装置再次闭合。该过程优选一直持续，使得所谓的短路阶段、即其中可能发生电压下降的持续时间被克服，从而如已经在上面描述的那样电压下降被明显减少。

为了更加明确地与类型有关地调整要跨接的持续时间，优选在电流路径中的电势－地－电流路径方向上在触头开启装置之后布置开关延迟装置。因此在触头开启装置被施加电压的情况下该触头开启装置首先被激活并且用于闭合所断开的触头的延迟提前通过该开关延迟装置被设定。

根据一个有利的实施方式，所述开关延迟装置包括无源部件、尤其是电阻。这所具有的优点是，该无源部件可以比线圈明显更成本有利地来实施。此外，触头开启装置、即进行开关的继电器中的线圈所存储的能量被均匀地加载。

根据一个优选的或附加的实施方式，为了实现稳定的结构，所述开关延迟装置包括无源部件、尤其是线圈。利用可以布置在触头开启装置的继电器线圈的铁芯上的线圈，可以相对于相当的欧姆电阻根据该线圈的通电流方向延长或缩短关断时间。当两个线圈中的通电流方向和卷绕方向同向时，关断时间被延长。当附加的线圈与触点开启装置的线圈方向相反地通电流或卷绕时，关断时间被缩短。

另外优选地，电路装置包括第一开关装置，能经由该第一开关装置给电机施加电压，并且其中在跨接装置的电流路径中后接有保险装置、尤其是二极管的形式。该开关装置所具有的优点是，利用该开关装置能短时地开关高达或超过1000安培的高电流并且该开关装置能经由控制开关用小电流来开关。为了在电机关断时该开关装置不被优选构造为具有线圈的继电器的跨接装置馈送电流，该线圈由于感应电压而向开关装置馈送电流，这导致电机的故障和损坏，优选后接二极管作为保险装置以截止相反方向上的电流。

为了尽可能有效地构造起动装置，从而不出现过高的热负载，第一开关装置优选包括吸引绕组和保持绕组，其中所述吸引绕组在地侧在电机的电势侧、尤其是在电流路径节点处与跨接装置的地连接。相反，保持绕组直接与电流源的地侧连接。这样的电路所具有的优点是，吸引绕组被短时通电流，并且该吸引绕组是低欧姆的而保持绕组是高欧姆的，并且因此需要较小的保持电流。

所述任务还通过一种方法以如下方式解决，即在接通控制开关之后跨接装置被施加电压并且在此之后起动发动机的主电流路径被作为触头开启装置的跨接装置中断，其中主电流路径被第一开关装置闭合并且电机经由电流限制装置被施加电压，其中由于在起动发动机处的电压降，与电机串联的跨接装置的电压下降，使得主电流路径再次被跨接装置闭合并且电流限制装置被跨接，其中一旦被施加电压的第一开关装置被控制开关关断，主电流路径就被第一开关装置中断。因此通过稳定的构造和稳定的方法阻止了，在跨接装置故障或者功能失效的情况下电压限制装置被不必要地高地加载，使得避免了强电流限制装置遭到破坏。附加继电器形式的跨接装置如在单触发器（Mono-Flop）模块情况下那样延迟关断并且因此形成触头开启装置形式的单稳态的触发电路。

所述任务还通过一种起动装置以如下方式来解决，即跨接装置能借助于电压源处的高电势来开关并且跨接装置构造为触头开启装置、优选构造为开关继电器。因此，跨接装置能相当快速地开关，在跨接装置之前或跨接装置中不布置开关延迟元件。起动装置简单地构造并且因此实现长的使用寿命。

为了必要时快速和简单地更换跨接装置或者为了将起动装置在几何结构上有效地与给定的构造空间匹配，跨接装置优选构造为与起动发动机分离的单独的构件，该构件具有用作第一开关装置的起动继电器。跨接装置因此可以单独布置在内燃机处或者车身处。

根据替换的实施方式，跨接装置与起动发动机和起动继电器构造在共同的壳体中或者构造为共同的组件。在这种实施方式中，优选使用传输非常高电流的电缆。因此，起动装置在保险技术上简单地、可靠地和紧凑地构造。

可以理解，前面所述的和后面还要阐述的特征不仅可以分别说明的组合、而且也可以其他组合的形式使用。

附图说明

在下面参照附图详细阐述本发明。

图1示出根据本发明的第一电路装置，

图2示出根据第二实施方式的电路装置，

图3示出根据第三实施方式的电路装置，以及

图4示出时序图。

具体实施方式

图1示出用于电机2的本发明电路装置1的示意性电路图。电机2是起动装置17的一部分。起动装置17还包括第一开关装置5，该第一开关装置5构造为具有吸引绕组13和保持绕组14的继电器，以便一方面利用电枢将起动机齿轮25啮合到内燃机15的齿环18中以及从该齿环18中脱啮并且另一方面闭合和断开电机2的在用作能源的电池10和起动发动机2之间的主电流路径20的接触桥，该接触桥具有开关触头51。

此外作为电流限制装置在起动发动机2之前连接作为前置电阻的起动电阻3。开关触头51可以布置在该前置电阻3之前或之后，该前置电阻3优选如在图1中示出的那样布置在开关触头51之后。起动装置17经由具有开关触头81的控制开关8被操控，该控制开关8对电池10的电能进行开关，其中旁电流路径30中的开关电流明显比主电流路径20中的开关电流低。主电流路径20中的开关电流可以在直至约1000安培以及更多的范围中。主要供给第一开关装置5和跨接装置4的旁电流路径30被设计用于明显更低的电流。起动电阻3根据本发明由跨接装置4跨接。

跨接装置4此外包括同样构造为继电器的第二开关装置7，具有第二开关触头71，以便开关主电流路径20的非常高的电流。跨接装置4被设置为触头开启装置，使得在第二开关装置7的未被加载的状态下由跨接装置4闭合电路并且跨接起动电阻3。跨接装置4直接连接在电池10的高电势处并且同样通过控制开关8被操控。为此，跨接装置4连接在旁电流路径30的、位于控制开关8之后的电流路径节点84处。

图2示出本发明电路装置1的另一特别的实施方式，其中仅仅跨接装置4被修改。为了在触头开启装置7断开之后调整开关延迟，设置开关延迟装置60，该开关延迟装置60在图2中作为电阻61形式的部件后接。利用串联的欧姆电阻61线性地均匀地加载触头开启装置7的线圈所存储的能量，其中关断时间（tau）＝电感（L）/电阻（R）。

此外，二极管9作为保险装置与开关延迟装置60并联，以便在起动发动机2关断时不反向地向继电器7通电流并且因此不会导致第一开关装置5再次闭合开关触头51，否则这可能导致起动发动机2的故障并且因此导致提前破坏或损耗。如在图1和2中所示的，跨接装置4可以构造为单独的构件并且因此单独地连接或安装在常规的起动装置17处或者连接或安装在车身或内燃机15处。常规的起动装置17仅仅被修改为，使得其包括起动电阻3并且在起动电阻3之前和之后具有两个电流路径节点32和34，跨接装置4连接到这两个电流路径节点。

图3又示出电路装置1的电路图，其中仅仅开关延迟装置60被修改为使得布置有线圈62而不是电阻61。线圈62因此与附加的继电器7串联并且被设计到如触头开启装置7的开关延迟被预定义地期望的持续时间。由此，所谓的短路点、也就是不期望的电压下降通过采用起动电阻3被暂时跨接，其中开关触头71是断开的。利用线圈62可以延长或缩短开关延迟，这视线圈62在哪个方向上通电流而定。优选地，线圈62与触头开启装置7的线圈被卷绕在相同的铁芯上。如果线圈62与触头开启装置7的线圈在相同方向上被卷绕并且该线圈62也在相同方向上被通电流，则关断时的磁势也被放大，使得进行比在相当的欧姆电阻情况下长的关断。

θ总＝θ7+θ62，其中θ总＝φ*N²/L。

相反地如果线圈62在与触头开启装置7的线圈相反的方向上卷绕并且该线圈62也在相反方向上被通电流，则产生反向的效应。触头开启装置7的线圈的有效磁势被第二线圈62的磁势减弱，使得关断时间在相当的欧姆电阻情况下缩短。θ总＝θ7-θ62。因此，通过附加的串联的第二线圈62存在有效的另一可能性，即限制模块4的时间特性与相应的应用状况并且特定于类型地匹配。

图4在时序图中示出控制开关8在开关触点81处、作为开关装置7的附加继电器开关触点41处、第二开关触点71处的电流I以及起动发动机2的不同开关状态。

用于运行电路装置1的方法如下进行。在时刻T0，电路装置处于静止位置。在时刻T1，控制开关8闭合并且旁电流路径30的电压在时刻T1跃升到电势电压P。在此之后不久的时刻T2，继电器7处的电压也跃升到电势电压P并且在此开关触头71断开，这用图4中在时刻T2的状态变化来表示。在其正下方用虚线形式示出时间-电流曲线，该时间－电流曲线可以在继电器7的线圈处测量。电流在时刻T2升高直至时刻T3。在时刻T3，第一开关装置5的开关触头51闭合，使得起动发动机2经由主电流路径20施加电压。

通过使起动发动机2转动，电流I如在图4中所示那样下降。该电流降在此遵循下面的公式i＝I^-t/tau，其中tau（时间常数）＝L/R，其中L等于线圈7的电感，而R是该线圈的电阻。

直至时刻T4电流一直下降，使得开关触点71再次闭合并且起动发动机M2从该时刻起经由主电流路径20被施加最大电流和最大电压。控制开关8一直保持闭合，直至内燃机15起动或者需要另一操控。控制开关8例如是点火钥匙开关或点火钥匙开关的脉冲，或者由例如用于起动－停止运行的发动机控制装置来操控。主电流路径20因此在电压施加被控制开关8中断并且因此被关断时才被第一开关装置5中断。因此，起动电阻3在第二开关装置7故障或不工作时仅仅短时地被加载，主电流路径20如常规那样闭合。因此提供了一种稳定的开关装置和电路装置，其在使用寿命内保持并且在汽车的起动－停止运行中有效地防止电压下降。所有的图仅仅示出示意性的而非比例正确的图示。另外尤其是参考本发明的绘图图示。

Claims (15)

1.用于机动车中的电机（2）的电路装置（1），所述电路装置具有用于限制电机（2）的接通电流的电流限制装置（3）、具有用于跨接所述电流限制装置（3）的跨接装置（4），其中所述跨接装置（4）能直接接通到电压源（10）的高电势上并且能与电机（2）串联，所述跨接装置（4）包括触头开启装置（7）并且所述触头开启装置（7）布置在电流路径（83）中用于对电机（2）的主电流路径（20）进行开关，使得触头开启装置（7）能直接由电机（2）的控制开关（8）开关，其中第一开关装置（5）包括吸引绕组（13）和保持绕组（14），其中所述吸引绕组（13）在地侧接通到电机（2）的电势侧。

2.根据权利要求1所述的电路装置（1），其特征在于，在所述电流路径中的电势－地－电流路径方向上在所述触头开启装置（7）之后布置开关延迟装置（60）。

3.根据权利要求2所述的电路装置（1），其特征在于，所述开关延迟装置（60）包括无源部件。

4.根据权利要求2所述的电路装置（1），其特征在于，所述开关延迟装置（60）包括线圈（62）。

5.根据权利要求2所述的电路装置（1），其特征在于，所述开关延迟装置（60）包括电阻（61）。

6.根据权利要求1至2之一所述的电路装置（1），其特征在于，所述电路装置（1）包括第一开关装置（5），能经由该第一开关装置（5）给电机（2）施加电压，并且其中跨接装置（4）的电流路径（83）后接有保险装置（9）。

7.根据权利要求6所述的电路装置（1），其特征在于，所述保险装置（9）是二极管。

8.根据权利要求1至2之一所述的电路装置（1），其特征在于，所述吸引绕组（13）在电流路径节点（24；34）处与跨接装置（4）的地连接。

9.根据权利要求1所述的电路装置（1），其特征在于，该电路装置（1）用于具有起动发动机以起动内燃机（15）的起动装置。

10.用于运行电路装置（1）的方法，该电路装置用于机动车中的电机（2），所述电路装置具有用于限制电机（2）的接通电流的电流限制装置（3）和用于间或地跨接所述电流限制装置（3）的跨接装置（4），其中在接通控制开关（8）之后利用触头开启装置（7）给所述跨接装置（4）施加电压并且在此之后电机（2）的主电流路径被跨接装置（4）中断，其中该主电流路径（20）被第一开关装置（5）闭合并且所述电机（2）经由电流限制装置（4）被施加电压，其中由于在电机（2）处的电压降，与电机（2）串联的跨接装置（4）的电压下降，使得主电流路径（20）再次被跨接装置（4）闭合并且电流限制装置（3）被跨接，其中一旦电压施加被控制开关（8）关断，主电流路径（20）就被第一开关装置（5）中断，其中第一开关装置（5）包括吸引绕组（13）和保持绕组（14），其中所述吸引绕组（13）在地侧接通到电机（2）的电势侧。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，该电路装置（1）用于具有起动发动机以起动内燃机（15）的起动装置。

12.用于起动机动车中的内燃机（15）的起动装置（17），该起动装置具有根据权利要求1至9之一所述的电路装置（1）、具有起动发动机和具有用于限制起动发动机的接通电流的电流限制装置（3）以及具有用于跨接该电流限制装置（3）的跨接装置（4），其中所述跨接装置（4）能借助于电压源的高电势来开关并且跨接装置（4）构造为触头开启装置（7）。

13.根据权利要求12所述的起动装置（17），其特征在于，所述跨接装置（4）构造为开关继电器。

14.根据权利要求12所述的起动装置（17），其中所述跨接装置（4）构造为与起动发动机分离的单独的构件，该构件具有用作第一开关装置的起动继电器。

15.根据权利要求12所述的起动装置，其中所述跨接装置与起动发动机和起动继电器构造在共同的壳体中或者构造为共同的组件。