CN109790811A - 用于内燃机的配备有两个并联的ntc电阻的起动机构 - Google Patents

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Abstract

公开一种用于汽车的内燃机的起动机构(100)，其具有被设计用于起动所述内燃机的电的机器(110)和带有电源(120)的车载电网(105)，所述电的机器(110)和至少一个负载(140、141)接入到该车载电网中，其中，在作为所述车载电网(105)的一部分的电路(160)中设置了NTC‑电阻设备(130)，用于驱动所述电的机器(110)的电流流经该电路，其中，所述NTC‑电阻设备(130)具有至少两个并联的NTC‑电阻(131、132)，这些电阻元件在298K的温度下具有互不相同的电阻值。

Description

用于内燃机的配备有两个并联的NTC电阻的起动机构
技术领域
本发明涉及一种用于汽车的内燃机的起动机构，该汽车带有电的机器，该起动机构被设计用于起动内燃机。
背景技术
汽车中的内燃机可以借助例如起动机形式的电的机器予以起动。由于电的机器恰恰在其起动时引起大电流(短路电流)，在此会在汽车的车载电网中出现电压突变。
由DE 103 17 466 A1和DE 10 2012 215 338 A1已知用于内燃机的起动机构，其中，在起动机的电路中设置了NTC-电阻。
由DE 41 06 247 C1、DE 41 22 252 A1和DE 10 2007 036 789 A1已知用于内燃机的起动机构，其中，在用于接通起动机的继电器的电路中设置了NTC-电阻。
发明内容
根据本发明，提出一种具有权利要求1的特征的用于汽车内燃机的起动机构。有利的设计是从属权利要求以及后续说明的主题。
本发明的用于汽车内燃机的起动机构具有被设计用于起动该内燃机的电的机器和带有电源的车载电网，电的机器和至少一个负载接入到该车载电网中。在此，在作为车载电网的一部分的电路中设置了NTC-电阻设备，用于驱动电的机器的电流流经该电路。所述NTC-电阻设备在此具有至少两个并联的NTC-电阻元件，这些电阻元件在298K的温度下(即在室温下)具有互不相同的电阻值。
NTC-电阻—也称为热导体—是一种电阻或电阻-元件，其—与通常的导体比如大多数金属相反—随着温度的升高而具有减小的电阻。缩写NTC在此表示“NegativeTemperature Coefficient(负温度系数)”。NTC-电阻大多是指半导体材料、某些连接半导体和各种不同的金属合金。NTC-电阻可以例如通过薄膜铸塑或粉末烧结而制得。例如应提及钕、钆、镧、锶和氧化铁，这些材料分别单独地或者其中的多种材料组合地作为NTC-电阻的材料。
通过把用作串联电阻的一个NTC-电阻简单地引入到电路中，虽然可以例如把在短路期间即在内燃机起动开始期间的电阻选取得足够大，从而减小或者防止电压突变，然而NTC-元件的电阻通过电流而减小，随之出现的加热随后不再足以能够实现电的机器的最佳的功率输出。如果选取具有较小电阻的NTC-电阻，虽然可以在短路之后实现良好的功率输出，但电阻在短路期间也较小，由此不能防止电压突变。
对于所提出的起动机构，现在并非设置一个单独的NTC-电阻，而是设置了具有至少两个并联的NTC-电阻元件的NTC-电阻设备，这些电阻元件具有互不相同的电阻值。由此可以在内燃机起动时在短路之后同时地既改善电压突变，又改善功率输出。这里利用的是，对于该NTC-电阻设备，流经NTC-电阻之一即具有较小电阻值的那个NTC-电阻的电流大于流经另一NTC-电阻的电流。这导致在具有较小电阻值的NTC-电阻中的更明显的温度升高。这—按照自我增强机理的方式—又导致具有起初也较小的电阻值的那个NTC-电阻的电阻值进一步减小，确切地说，特别是也相比于另一NTC-电阻进一步减小。
已表明，通过这种方式能够非常简单地在起初即在短路期间实现相比于一个单独的NTC-电阻明显较高的电阻，而在以后的过程中在短路之后的表现与这种一个单独的NTC-电阻几乎没有差异。
有益地还规定，该电路具有如下这种热电阻特性：在内燃机起动时在短路期间在车载电网中的电压突变如此之小，以至于可同时给至少一个负载供应足以正常工作的电压；并且，在短路之后电的机器的功率输出如此之大，以至于可以结束内燃机的起动。通过合适地选取和/或协调NTC-电阻，特别是还有电路中的其它组件，因而由此可以实现既能防止短路期间的电压突变，又能随后实现良好的功率输出。特别是可以通过这种电阻特性例如也考虑到内燃机的间隔时间短的频繁的起动过程，这些频繁的起动过程例如在所谓的起动-停止-系统的范畴内特别是在城市交通中出现。这种协调例如在未公开的DE 10 2016215142中有详细的记载。但这种协调也可以转用至所提出的NTC-电阻设备，也就是说，至少两个NTC-电阻中的例如每一个都可以按照这种方式来设计，必要时考虑到其它的绝对电阻值。
优选地，至少两个并联的NTC-电阻彼此(尽可能地)热绝缘。通过这种方式，避免了可能的热传递，否则这会导致随着时间的推移在电阻中出现不明显的差异。
在此特别有利地，在298K温度下各电阻值的比介于1.01和2之间，特别是介于1.25和1.75之间。更特别有利的是1.5的比。也有益的是，参照电流方向，至少两个NTC-电阻具有不同的横截面，特别是具有相同的长度。但替代地也优选的是，这些横截面相等，但尤其是长度不同。电阻设备的特性在此尽可能精确地相应于所希望的特性。
优选地，电路的热电阻特性主要决定于NTC-电阻设备、NTC-电阻设备的接触部材料、NTC-电阻设备的电特性和/或电的机器的接触部材料。接触部在此既可以是组件上的绞合线，也可以是连接件比如焊料。通过合适地协调与电阻特性相关的组件，可以更精确地实现所希望的特性。特别地，与简单地引入NTC-电阻相比，由此可以实现明显改善的特性。
有利的是，NTC-电阻设备的至少两个NTC-电阻分别设置在电的机器的内部或外部。在此考虑到如下情况：这主要并非那么极端地取决于NTC-电阻在电路中的准确布置。确切地说，可以选取例如在构造上有利的布置方式。也可以考虑热连接，特别是考虑所选的布置地点对NTC-电阻的热特性的影响。通过把一个NTC-电阻布置在电的机器的内部，而把与其并联的NTC-电阻布置在电的机器的外部，可以例如实现良好的热绝缘。
本发明的其它优点和设计可由说明书和附图得到。
附图说明
本发明借助实施例在附图中示意性地示出，并将在下面参照附图予以介绍。
图1在一种优选的实施方式中作为开关电路示意性地示出本发明的起动机构；
图2在一种优选的实施方式中示出在内燃机起动时各个NTC-电阻和本发明的NTC-电阻设备的曲线。
具体实施方式
在图1中，在一种优选的实施方式中作为开关电路示意性地示出本发明的起动机构100。该起动机构100具有车载电网105，在该车载电网中接入电的机器110以及设计成电池的供电件120。电的机器110被设计用于起动汽车的内燃机，起动机构100可以集成到该汽车中。电的机器相关地也称为起动机。不言而喻，电的机器在此为了传递扭矩而与内燃机可耦接或必须耦接。
此外示出了两个接入到车载电网105中的负载140和141。负载140可以例如是电机控制器，该电机控制器被设计用于既控制电的机器110，又控制内燃机(这里未示出)。负载141可以例如代表在汽车中通常存在的负载，比如其它控制器，并且这些负载特别是即使在内燃机起动期间也必须或者应该正常工作。
此外示出了电池120的内电阻RBatt以及电阻RBord(线路电阻)，其中，后者表示车载电网105的电阻。160表示作为车载电网105的一部分的电路，在电的机器110工作时有电流在该电路中流动。在该电路160中还设置了NTC-电阻设备130以及开关135。
开关135被设置用于接通电路160，以便使得电的机器110工作，进而起动内燃机。开关135在此可以由电的机器110的控制器予以控制，即例如由电机控制器140予以控制。
NTC-电阻设备130在此具有两个单独的相互并联的NTC-电阻131和132。当前，NTC-电阻131在298K时即在室温下应具有比NTC-电阻132小的电阻值。例如，NTC-电阻设备130在电路160中布置在开关135之前，进而布置在电的机器之外。但NTC-电阻设备也可以布置在电的机器110与开关135之间。开关135通常是起动机继电器的组成部分，并且往往通过预控继电器予以控制。因此，NTC-电阻设备130也可以布置在电的机器110中，即例如布置在其壳体上或内部。如已述，也可考虑的是，两个单独的NTC-电阻在空间上远离地彼此分开。
此外示出了在电路160中流动的电流I以及在车载电网105上、进而也在电路160上施加的电压U。
在图2中，在一种优选的实施方式中示出在内燃机起动时各个NTC-电阻和本发明的NTC-电阻设备的曲线。为此以m绘出了关于时间t的电阻R。在上面的曲线中时间t以ms绘出，在下面的曲线中则以s绘出。
用R1和R2分别示出了单独的NTC-电阻的电阻曲线，其中，在室温下R2的电阻值为R1的一半。为此可以例如规定双倍的横截面积。由于面积为电阻值的倒数，所以在相同温度下较大的NTC-电阻(R2)的电阻为较小的NTC-电阻(R1)的电阻的一半大。
借助电阻曲线R1和R2可看出，两个元件的电阻值下降，这可通过由于流经这些元件的电流所致的加热得到解释。相比于较大的元件，较小的元件(R1)的电阻值下降得快得多，确切地说，下降到较大元件的值以下。这可如下解释：较小的元件由于其电阻值起初较大，且其体积较小，所以相比于较大的元件被电流加热得更明显。
电阻值随着温度按指数地下降，与此共同地，对于较小的元件，从例如6～7ms起，该元件相比于较大的元件就已经产生了较小的电阻值。在这个例子中，在起动过程中电流最大值即在电路中流动的最大电流的时间点约在14ms。在这个时间点，NTC-电阻的电阻值应尽可能大。较小的元件在此相比于较大的元件已经具有较小的电阻值(R1)，进而具有更严重的电压突变特性。
为此，在电机起动的后续进程中，电阻值也更低，这本身是所希望的。相反，较大的元件在电流最大值的时间点具有有利的电阻值(R2)，但与在起动过程的后续进程中所希望的相比，具有较高的电阻值。
现在，电阻曲线R3描述了NTC-电阻设备的电阻值或其曲线，该电阻设备包括两个并联的单独的NTC-电阻或元件。该电阻曲线因而也描绘了两个单独的元件的电阻比的曲线。一个元件在此例如具有比另一个元件高出50％的电阻值。换句话说，两个电阻值的比为1.5。
具有较小电阻值的单独元件在此与根据电阻曲线R1的较小元件相同。两个相同的并联的这种元件的表现如同根据电阻曲线R2的较大的单独元件一样。
通过具有大50％的电阻的单独元件，NTC-电阻设备现在相比于根据电阻曲线R2的较大元件具有大20％的电阻值。在起动过程中，按照上述的自我增强的机理，具有较小电阻值的元件相比于具有较大电阻值的第二元件引导更大的电流，并且更快地加热或变热。例如，在最大电流的时间点，在大约14ms时，相比于室温下的1.5，两个元件之间的电阻比已经约为5。也就是说，在起动过程的后续进程中，具有两个元件的NTC-电阻设备表现起来近似于较小的单独元件。这在下面所示的曲线中也可看出，该曲线描绘了约1s时长的整个起动过程。
可见，在起动过程结束时，小的单独元件具有最小的电阻值，并且NTC-电阻设备只有略高的值。因而关键是，通过并联两个略微不同的元件，NTC-电阻设备在起动过程开始时在电压突变方面表现起来更像是大元件，并且在结束时在残余电阻方面表现起来更像是一半大的小元件。由此可以在NTC-电阻设备中既体现出大元件的有利的电压突变特性，又体现出小元件的小的残余电阻。

Claims (8)

1.一种用于汽车的内燃机的起动机构(100)，具有被设计用于起动所述内燃机的电的机器(110)和带有电源(120)的车载电网(105)，所述电的机器(110)和至少一个负载(140、141)接入到该车载电网中，
其中，在作为所述车载电网(105)的一部分的电路(160)中设置了NTC-电阻设备(130)，用于驱动所述电的机器(110)的电流流经该电路，
其特征在于，所述NTC-电阻设备(130)具有至少两个并联的NTC-电阻(131、132)，这些电阻元件在298K的温度下具有互不相同的电阻值。
2.如权利要求1所述的起动机构(100)，其中，至少两个并联的所述NTC-电阻(131、132)彼此热绝缘。
3.如权利要求1或2所述的起动机构(100)，其中，在298K温度下各电阻值(R3)的比介于1.01和2之间，特别是介于1.25和1.75之间。
4.如前述权利要求中任一项所述的起动机构(100)，其中，所述电路(160)的热电阻特性主要决定于所述NTC-电阻设备(130)、所述NTC-电阻设备(130)的接触部材料、所述NTC-电阻设备(130)的电特性和/或所述电的机器(110)的接触部材料。
5.如前述权利要求中任一项所述的起动机构(100)，其中，所述NTC-电阻设备(130)的至少两个NTC-电阻(131、132)设置在所述电的机器(110)的内部和/或外部。
6.如前述权利要求中任一项所述的起动机构(100)，其中，参照电流方向，至少两个所述NTC-电阻(131、132)具有不同的长度，特别是具有相同的横截面。
7.如前述权利要求中任一项所述的起动机构(100)，其中，参照电流方向，至少两个所述NTC-电阻(131、132)具有不同的横截面，特别是具有相同的长度。
8.如前述权利要求中任一项所述的起动机构(100)，其中，所述电路(160)具有如下这种热电阻特性：在所述内燃机起动时在短路期间在所述车载电网(105)中的电压突变如此之小，以至于可同时给至少一个所述负载(140、141)供应足以正常工作的电压；并且，在所述短路之后所述电的机器(110)的功率输出如此之大，以至于可以结束所述内燃机的起动。
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