DD264482A1 - Steuerschaltung fuer die elektrische startanlage einer brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Steuerschaltung fuer die elektrische Startanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere die Startanlage eines Kraftfahrzeuges, bei welcher eine Batterie 5 einen Startermotor treibt, welcher die Brennkraftmaschine startet. Mit dem Betaetigen des Anlassschalters 3 werden einer zentralen Verarbeitungseinheit 1 ueber Signalleitungen 2, 4, 7, 9 und 13 ein Startsignal vom Anlassschalter 3 sowie jeweils Messsignale der Batteriespannung, des Batteriestromes, der Kuehlmittel- bzw. Oeltemperatur und der Fahrgeschwindigkeit zugeleitet. Die Verarbeitungseinheit 1 verknuepft diese Signale logisch und steuert Schaltmittel (elektronische Relais 15) fuer sonstige Grossverbraucher 17 an, so dass neben dem Betrieb des Startermotors nur dann weitere Grossverbraucher 17 zugeschaltet sein koennen, wenn dies fuer den Sicherheitszustand der von der Brennkraftmaschine angetriebenen Anlage, z. B. des Kraftfahrzeuges, unerlaesslich ist oder ein sicheres Starten der Brennkraftmaschine nicht stoert. Fig. 1

Description

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß einer zentralen Verarbeitungsei'nhoit mindestens ein Meßsignal der Batteriespannung, ein Meßsignal des Batteriostromes, ein Meßsignal der Kühlmitteltemperatur, ein Startsignal vom Anlaßschalter und bei einem Fahrzeug ein Meßsignal der Fahrgeschwindigkeit zugeleitet sind, die Verarbeitunjsewiheit die Signale derart logisch verknüpft und Schaltmittel für jeden an der Batterie liegenden Großverbraucher ansteuert, daß neben dem Betrieb des Startermotors nur dann weitere Großverbraucher zugeschaltet sein können, wenn dies für den Betrieb oder den Sicherheitszustand dor von der Brennkraftmaschine angetriebenen Anlage unerläßlch ist oder für ein sicheres Starten der Brennkraftmaschine nicht störend ist.

Die Schaltmittel sind elektronische Relais, welche jeweils nur im Ansteuerungszustand einon Stromweg für einen Großverbraucher freigeben.

Vorteilhafterweise können neben den mindestens vorzusehenden Meßsignalen weitere Meßsignale, z. B. für die Außentemperatur, der zentralen Verarbeitungseinheit zugeführt werden. Anstelle eines Müßsignals der Kühlmitteltemperatur kann auch ein Meßsignal der Öltemperatur der Brennkraftmaschine genutzt werden.

Ausführungsboispiel

Ein Ausführungsbeispiel ist nachstehend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: ein Blockschaltbild der erfinderischen Lösung;

Fig. 2: ein Schaltschema einer erfindungsgemäßen Startermotorschaltung in einem Kraftfahrzeug; Fig. 3: die vereinfachte Darstellung einer Schaltung für die Verarbeitungseinheit.

Das Prinzip der Erfindung ist vereinfacht durch ein Blockschaltbild (Fig. 1) dargestellt.

Eine zentrale Verarbeitungseinheit 1 erhält über eine Signalleitung 2 ein Signal über die Betätigung des Anlaßschalters 3, über die Signalleitung 4 ein der Spannung der Batterie 5 adäquates Signal von einer Spannungsmeßschaltung 6, über eine Signalleitung 7 ein dem Batteriestrom adäquates Signal von einer Batteriestrommeßschaltung 8, über eine Signalleitung 9 ein Signa! über die Motortemperatur von einem Temperaturfühler 10, über eine Signalleitung 11 ein Signal über die Außentemperatur von einem Temperaturfühler 12 und über eine Signalleitung 13 ein Signal über die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges von einem Fahrgeschwindigkeitssensor 14.

Die zentrale Verarbeitungseinheit 1 verknüpft diese Signale logisch und steuert elektronische Relais 15, welche Strompfade 16 zu Großverbrauchern 17 freigeben oder sperren.

Die Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Schaltung einbezogen in die elektrische Anlage einos Fahrzeuges.

Mit dem Zündanlaßschalter 3 wird in üblicher Weiso der Startvorgang eingeleitet, indem von der mit der Batterie 5 in Vorbindung stehenden Leitung 18 Spannung zuerst auf die zur Zündanlage führende Leitung 19 und durch Weiterschalten über die Leitung 20 auf das Schaltrelais des Startermotors 21 geschaltet wird. Gleichzeitig erhält die Signalleitung 2 solange Spannung, wie auf der Leitung 5 Spannung liegt und überträgt diese auf die zentrale Verarbeitungseinheit 1.

Das im Startermotor 21 integrierte Schaitrelais wird dabei den Startermotor 21 über die Leitung 22 an die Batterie 5 schalten, so daß der Startermotor 21 in an sich bekannter Weise die Brennkraftmaschine in Drehung versetzt.

Über die Leitung 19 gelangt Spannung an die Zündanlage. Die unter dieser Belastung vorhandene Batteriespannung wird von der Spannungsmeßschaltung 6 aufgenommen. Ein dieser Batteriespannung adäquates Signal wird über die Signalleitung 4 der Verarbeitungseinheit 1 zugeleitet. Eine Batteriestrommeßschaltung 8 erfaßt den dabei fließenden Strom. Ein diesem Strom adäquates Signal wird durch die Signalleitung 7 der zentralen Verarbeitungseinheit 1 zugeleitet.

Die zentrale Verarbeitungseinheit 1 erhält weiterhin über die Signalleitung 9 ein Signal über die Motortemperatur vom Temperaturfühler 10, über die Signalleitung 11 ein Signal über die Außentemperatur vom Temperaturfühler 12 und über die Signalleitung 13 ein Signal über die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges vom Fahrgeschwindigkeitssensoi 14.

Die zentrale Verarbeitungseinheit 1 wird über die Leitung 23 mit Betriebsspannung versorgt und mit der Leitung 26 liegt sie an Masse.

Von derzentralen Verarbeitungseinheit 1 werden elektronische Relais 15.1,15.2,15.3,15.4 angesteuert, welche Strompfade 16.1, 16.2, 16.3,16.4 von der Leitung 18 zu Großverbrauchern wie z. B, der elektrischen Heckscheibenheizunp 17.1, der elektrischen Gemischvorwärmung 17.2, der Scheibenwisch- und Waschanlage 17.3 oder auch den Scheinwerfern 17.4 freigeben oder sperren. In diese Strompfade 16 sind jeweils noch Sicherungen 24 und teilweise Schalter 25 f inbezogen.

Die Fig. 3 zeigt den Aufbau einer Variante der zentralen Verarbeitungseinheit 1 und die Art, wie die Signale, welche ihr über die Signalleitungen 2,4,7,9,11,13 zugeleitet sind, verarbeitet werden.

In dieser schematischen Darstellung sind, so wie in Fig. 1 auch, die Betriebsspannungsversorgungen der einzelnen Logikelemente und Schwellwertschalter aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Ebenso wurde auf die Darstellung von Bauelementen für die Pegelregenerierung und die Anpassung der Schaltung an spezifische Umfeldbedingungon verzichtet.

Die Wirkungsweise soll an Situationsbeispielen einer Startanlage in einem Kraftfahrzeug dargestellt werden. Fall A (Kaltstart mit stehendem Fahrzeug):

Die Batteriespannung beträgt 80% der Nennspannung, der Batteriestrom ist kleiner als 10 A, die Außentemperatur ist gleich der Motortemperatur und gleich der Kühlmitteltemperatur, und zwar niedriger als 0°C. Die Fahrgeschwindigkeit beträgt 0 km/h. Der Startvorgang ist eingeleitet.

Der Schwellwertschalter 27 hat infolge des niedrigen Batteriespannungs-Signals auf Signalleitung 4 ein Ausgangssignal mit Potential L (0). Ebenso hat der Schwellwertschalter 28 infolge des niedrigen Batteriestrom-Signals auf Signalleitung 7 ein Ausgangssign3l L (0). Das Signs! der Außentemperatur auf der Signalleitung 11 gelangt n\ dom Schwellwertschaltei 29, wolcher infolge des niedrigen Signalwertes auf Signalleitung 11 gleichfalls ein Ausgangssignal L (0) hat, so wie der Schwellwertschalter 30 auf Grund des Signalwortes für die Motortemperatur auf Signalleitung 9.

Das Startsignal von Signalleitung 2 führt am Negator 31 zu einem Ausgangssignal H (1).

Da die Ausgangssignale an beiden Schwellwertschaltern 27 und 28 mit ihrem Wert L (0) als Eingangssignal für das UND-Glied 32 wirken, wird an diesem ebenfalls ein Ausgangssignal L (0) vorliegen. Dieses L (0) Signal sowie das Ausgangssignal L (01 vom Schwellwertschalter 27 sind Eingangssignale für das

ODER-Glied 33, dessen Ausgangssignal unter diesen Bedingungen ebenfalls L (0) ist. Das Ausgangssignal L (0) des ODER-Gliedes 33 ist Eingangssignal für das UND-Glied 34 sowie für die UND-Glieder 3F und 36.

Damit liegt unabhängig von den anderen Eingangssignaion sowohl am Ausgang des UND-Gliedes 35 als auch am Ausgang des UND-Gliedes 36 ein Signal L (0) an. Diese Signale führen am elektronischen Relais 15.1 zur Unterbrechung des Strompfades 16.1 für die heizbare Heckscheibe 17.1 und am elektronischen Relais 15.2 zur Unterbrechung des Strompfades 16,2 für die elektrische Gemischvorwärmung 17.2.

Das über den Multivibrator 37 aufbereitete Signal der Fahrgeschwindigkeit, welches übor die Signalleitung 13 zugeführt wird, führt mn Schwellwertschalter 38 bei stehendem Fahrzeug zu einem Ausgangssignal L (0). Diesos Ausgangssignal L (0) ist Eingangssignal für den Implikator 39 und das UND-Glied 40. Der Implikator 39 erhält als weiteres Eingangssignal auf dem Implikationseingang das Startsignal von der Signalleitung 2. Das Ausgangssignal H (1) des Implikators 39 ist Eingangssignal für das UND-Glied 40, dessen Ausgangssignal aber L (0) ist. Dieses Ausgangssignal L (0) ist Eingangssignal sowohl für das ODER-Glied 41 als auch für das ODER-Glied 42. Als weiteres Eingangssignal für die ODER-Glieder 41 und 42 dient das Ausgangssignal L (0) des UND-Gliedes 34. Damit hat sowohl das ODER-Glied 41 als auch das ODER-Glied 42 ein Ausgangssignal L (0). Diese Ausgangssignale L (0) führen am elektronischen Relais 15.3 zur Unterbrechung des Strompfades 16.3 für die Scheibenwisch- und Waschanlage ¹7.3 und am elektronischen Relais 15.4 zur Unterbrechung des Strompfades 16.4 für die Scheinwerferanlage 17.4.

Beim Einleiten des Startvorganges werden unter den eingangs genannten Bedingungen daher unabhängig vorvder Stellung der manuell bedienbaren Schalter 25 die Großverbraucher 17 von der Batterie 5 abgeschaltet und damit kann ihre Energie allein für den Startvorgang genutzt werden

Fall B (Warmstart mit stehendem Fahrzeug):

Batteriespannung 100% der Nennspannung, Außentemperatur größer als 0⁰C, Batteriestrom kleiner als 10A, Motortemperatur 90⁰C, Fahrgeschwindigkeit 0km/h, Startvorgang eingeleitet

Es stellen sich folgende Ausgangssignale ein: Schwellwertschalter 27 für Batteriespannung: H (1) Schwellwertschalter 28 für Batteriestrom: H (1) Schwellwertschalter 29 für Außentemperatur: H (1) Schwollwertschalter 30 für Motortemperatur: H(I) Schwellwertschalter 38 für Fahrgeschwindigkeit: L (0) Von der Signalleitung 2 kommt das Signal H (1).

Der Negator 31 liefert ein Signal L (0) an die UND-Glieder 35 und 36. Die Schwellwertschalter 27 und 28 liefern dem UND-Glied 32 Signale H (1), dessen Ausgangssignal dann auch H (1) ist. Das ODER-Glied 33 enthält zwei Eingangssignale H (1), so daß dessen Ausgangssignal auch H (1) ist. Dieses ist Eingangssignal H (1) für das UND-Glied 34 sowie die UND-Glieder 35 und 36. Das UND-Glied 35 hat dann als Ausgangssignal L (0), ebenso das UND-Glied 36, unabhängig vom Wert des Ausgangssignals des Negators 43.

Die Signale L(O) führen an den elektronischen Relais 15.1 und 15.2 zur Unterbrechung der Strompfade 16.1 und 16.2 für die heizbare Heckscheibe 17.1 und die elektrische Gemischvorwärmung 17.2. Der Implikator 39 erhält vom Schwellwertschalter 38 der Fahrgeschwindigkeit das Signal L (0) und über seinen Implikationseingang von der Signalleitung 2 das Startsignal H (1), so daß ein Ausgangssignal L (0) vorliegt. Dieses ist Eingangssignal L (0) zusammen mit dem Signal H (1) des Schwellwertschalters 38 für das UND-Glied 40. Dessen Ausgangssignal L (0) ist Eingangssignal für die ODER-Glieder 41 und 42, doren zweites Eingangssignal H (1) vom UND-Glied 34 kommt.

Es entsteht infolge der Eingangssignale H(D, die einmal vom ODER-Glied 33 und zum anderen vom Schwellwertschalter 30 kommen. Damit haben die ODER-Glieder 41 und 42 Ausgangssignale H (1), die elektronischen Relais 15.3 und 15.4 sind angesteuert und die Strompfade 16.3 und 16.4 für die Scheibenwisch- und Waschanlage 17.3 sowie die Scheinwerferanlage 17.4 bleiben geschlossen.

Diese beiden Verbraucher können also unter den o.g. Bedingungen auch während des Startvorgangos in Betrieb bleiben, während die heizbare Heckscheibe 17.1 und die elektronische Gemischvorwärmung 17.2 über die Dauer des Startvorganges abgeschaltet bleiben

Fall C (Start mit rollendem Fahrzeug):

Wenn die Fahrgeschwindigkeit größer als 0km/h ist, dann gibt der Schwellwertschalter 38 ein Ausgangssignal H (1) und damit ebenfalls der Implikator 39. Somit bleibon in jedem Falle Scheinwerfer 17.4 und Scheibenwischeranlage 17.3 aus Sicherheitsgründen am Bordnetz, wenn sie zum Zeitpunkt des Betätigens des Anlaßschalters 3 über ihre Schalter 25 eingeschaltet waren. Das gilt auch, wenn die Außentemperatur und die Motortemperatur niedrig und der Ladezustand der Batterie schlecht sind.

Mit der erfindungsgemäßen Schaltung kann der Fahrzeugbenutzer die Verbraucher auch bei stehendem Fahrzeug und stehendem Motor beliebig ein- oder ausschalten und damit auch nutzen. Während des Startvorganges, bei welchem vom Startermotor 21 erheblich Energie aus der Batterie 5 benötigt wird, werden aber in sinnvoller Weise alle die Großverbraucher 17 vom Bordnetz getrennt, auf welche ohne Probleme während dieser Zeit verzichtet werden kann, während alle erforderlichen Verbraucher auch während des Startvorganges zugeschaltet bleiben.

Die Erfindung kann für die verschiedensten Anwendungsfalle selbstverständlich modifiziert werden, indem die Anzahl der zu beeinflussenden Verbraucher und deren sinnvolle Zu- oder Abschaltung den jeweiligen Bedingungen angepaßt werden. Auch eine Modifikation der Meßsignale ist ohne weiteres möglich, indem z. B, anstelle der Temperatur des Kühlmittels die Temperatur des Schmieröls der Brennkraftmaschine als Signal der zentralen Verarbeitungseinheit 1 zugeleitet wird. Als besonderer Vorteil der Erfindung ist zu sehen, daß auch unter extremen Bedingungen der optimale Schaltzustand für den Startvorgang eingehalten wird, unabhängig vom technischen Kentnisstand der Benutzer. Damit wird der Erfolg des Startvorganges weitestgehend gesichert.

Zusätzliche Sicherheiten in Form einer größeren Batterie sind nicht erforderlich, da im wesentlichen das jeweilige Leistungsvermögen der Batterie, abhängig vom Ladezustand und den Umfeldbedingungen, den Schaltzustand während des Startvorganges bestimmt.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   1. Steuerschaltung für die elektrische Startanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Brennkraftmaschine in Kraftfahrzeugen, gekennzeichnet dadurch, daß einer zentralen Verarbeitungseinheit (1) mindestens ein Meßsignal der Batteriespannung, ein Meßsignal des Batteriestromes, ein Meßsignal der Kühlmitteltemperatur, ein Startsignal vom Anlaßschalter (3) und bei einem Fahrzeug ein Meßsignal der Fahrgeschwindigkeit mittels Signalleitungen (2,4,7,9, 11,13) zugeleitet sind, die Verarbeitungseinheit (1) die Signale derart logisch verknüpft und Schaltmittel (elektronische Relais 15) für jeden an der Batterie (5) liegenden Großverbraucher (17) ansteuert, welche Stromwege (16) für weitere Großverbraucher (17) unterbrechen, wenn diese für · den Betrieb oder den Sicherheitszustand der von der Brennkraftmaschine angetriebenen Anlage nicht unerläßlich sind oder ein sicheres Starten der Brennkraftmaschine nicht stören.
2. 2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß neben den mindestens vorzusehenden Meßsignalen weitere Meßsignale, ζ. B. die Außentemperatur, der zentralen Verarbeitungseinheit (1) zugeführt werden.
3. 3. Steuerschaltung nach Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß anstelle eines Meßsignals der Kühlmitteltemperatur ein Meßsignal der Öltemperatur der Brennkraftmaschine der zentralen Verarbeitungseinheit (1) zugeführt ist.

   Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung für die elektrische Startanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Brennkraftmaschine in Kraftfahrzeugen.

   Charakteristik des bekannten Standes der Technik

   Um das Starten von Brennkraftmachinen zu erleichtern und auch mit geschwächter Batterie zu sichern, ist es bekannt, mittels einer Folgeschaltung während des Startvorganges und während des Hochdrehens des Motors nach dem Anspringen den Stromfluß in der Feldwicklung der Lichtmaschine zu unterbrechen (DE-OS 3246322) Dadurch kann die Lichtmaschine während des Anlaßvorganges nicht erregt werden. Sie stellt somit auch keinerlei zusätzliche Belastung für den Startermotor während des Startens und auch für die Brennkraftmaschine selbst während der Übergangsphase vom Anspringen zum Leerlaufverhalten dar.

   In einem Kraftfahrzeug befinden sich jedoch eine Reihe von Verbrauchern, die auch unabhängig vom Betriebszustand des Motors auf die Batterie geschaltet sein können. Solche Verbraucher mit relativ großer Leistung sind z.B. die heizbare Heckscheibe, Scheibenwischer, Klimaanlage, Scheinwerfer, elektrische Gemischvorwärmsysteme und dergleichen. Der Startermotor selbst benötigt vor allem bei kalter Brennkraftmaschine während des Startvorganges eino große Energiemenge, die von der Batterie aufgebracht werden muß. So bestimmt in dor Praxis das angestrebte Startverhalton der Brennkraftmaschine, insbesondere die geforderte tiefste Starttemperatur, die Batteriegröße. Andererseits ist man bestrebt, die Batterie aus Gewichtsund Kostengründen so klein wie möglich zu machen.

   Sind nun während des Startvorganges neben dem Startermotor auch noch andere Großverbraucher von der Batterie zu versorgen, dann kann bei ungünstigen Bedingungen wie z. B. Kälte oder schlechtem Ladezustand der Batterie sehr leicht die Kapazität überfordert sein und ein Startvorgang ist dann überhaupt nicht mehr möglich. Eine solche bekannte Folgeschaltung zum Unterbrechen der Feldwicklung der Lichtmaschine kann das Startverhalten zwar verbessern, die Problematik aber nicht lösen, die sich bei der Energiebilanz zwischen Batterie einerseits und den in Kraftfahrzeugen ständig zunehmenden auch während des Startvorganges eingeschaltet sein könnendon Verbrauchern ergibt. Allein der Appell an den Fahrzeugbenutzer, vor dom Startvorgang unnötige Verbraucher auszuschalten, bringt kaum Besserung, besonders weil einige Großverbraucher, wie z. B. elektrische Gemischvorwärmsysteme, unabhängig vom Zutun des Fahrzeugbenutzers beim Kaltstart mit eingeschaltet werden.

   Ziel der Erfindung

   Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Startanlage mit einer kleinen, d. h. leichten und billigen Batterie auszurüsten, ohne daß das Startvcrhalten der Brennkraftmaschine beeinträchtigt ist.

   Darlegung des Wesens der Erfindung

   Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Steuerschaltung für die elektrische Startanlage einer Brennkraftmaschine zu schaffen, welche in Abhängigkeit von den äußeren und inneren Startbedingungen beim Startvorgang die Energie der Batterie unabhängig vom Tun des Fahrzeugbenutzers optimal auf da? Starten der Brennkraftmaschine richtet.