DE10021153A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung hat zum Starten eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs wenigstens eine Fahrzeugbatterie (1; 2) DOLLAR A und einen mit der Fahrzeugbatterie verbundenen Starter (5), der mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors koppelbar ist, wobei im Verbindungsweg zwischen der Fahrzeugbatterie (1; 2) und dem Starter (5) eine Strombegrenzungsvorrichtung (9) angeordnet ist, mit der der von der Fahrzeugbatterie (1; 2) zum Starter (5) fließende Strom auf einen vorbestimmten Amplitudenwert begrenzbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Starten eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und ein Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff von Patentan­ spruch 8.

Bei aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, wie sie beispielsweise in der EP 0 849 467 beschrieben sind, ist die Lärmentwicklung während des Starts nicht unerheblich. Dies ist unerwünscht.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Starten eines Verbren­ nungsmotors und ein korrespondierendes Verfahren zur Ver­ fügung zu stellen, das einen leiseren Start eines Verbrennungsmotors ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum Starten eines Verbrennungsmotors mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 und durch ein Verfahren zum Starten ei­ nes Verbrennungsmotors mit den Merkmalen von Patentan­ spruch 8.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der beim Start entstehende Lärm reduziert werden kann, indem der Startvorgang zeitlich kürzer gestaltet wird. Dadurch daß bei einer Vorrichtung zum Starten eines Verbrennungs­ motors im Verbindungsweg zwischen der mindestens einen Fahrzeugbatterie und der als Starter dienenden Antriebs­ einheit eine Strombegrenzungsvorrichtung vorgesehen ist, die den zur Antriebseinheit fließenden Strom auf einen vorbestimmten Amplitudenwert begrenzt, ist es möglich, eine für eine erste Spannung ausgelegte Antriebseinheit mit einer zweiten, höheren Spannung zu betreiben, ohne daß die Antriebseinheit beschädigt wird. Durch das Betreiben der Antriebseinheit mit einer höheren Spannung, kann die erforderliche Startdrehzahl des Verbrennungsmo­ tors wesentlich schneller erreicht werden. Hierdurch wird der Startvorgang verkürzt, was insgesamt zu einer Vermin­ derung der Lärmentstehung führt. Sie bietet weiterhin den Vorteil, daß ein zuverlässiger Start auch bei schwierigen Bedingungen, wie zum Beispiel in der kalten Jahreszeit, ermöglicht wird.

Bei einer vorteilhaften Ausführung hat die Antriebsein­ heit einen Elektromotor mit Permanentmagneten. Der vorbe­ stimmte Amplitudenwert wird so eingestellt, daß keine re­ levante Entmagnetisierung der Permanentmagnete auftritt. Bevorzugt wird der Amplitudenwert auf 300 A bis 700 A, ins­ besondere auf 500 A eingestellt.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung hat die Vor­ richtung zwei Fahrzeugbatterien, wobei die Ausgangsspan­ nung der zweiten Fahrzeugbatterie höher als die der ersten Fahrzeugbatterie ist. Dabei wird die Antriebseinheit, die vorzugsweise für den Betrieb mit der ersten Fahrzeug­ batterie ausgelegt ist, von der zweiten Fahrzeugbatterie gespeist, wobei der Starter im Überlastbereich betrieben wird.

Auch wenn die mit hoher Ausgangsspannung versehene Fahr­ zeugbatterie witterungs- oder alterungsbedingt schwächer wird, kann sie den Starter immer noch mit hinreichend E­ nergie versorgen, um ein gutes Starten des Verbrennungs­ motors zu gewährleisten. Für den Fall, daß die eine hohe Ausgangsspannung liefernde zweite Fahrzeugbatterie voll­ ständig leer ist, kann der Starter immer noch mit der ersten Fahrzeugbatterie hinreichend betrieben, und so ein Notstarten des Verbrennungsmotors gewährleistet werden. Selbst wenn beide, d. h. sowohl die erste als auch die zweite Fahrzeugbatterie defekt oder entladen sind, ist ein Fremdstarten aus Fahrzeugbatterien mit unterschied­ lichsten Ausgangsspannungen möglich. In diesem Zusammen­ hang wird Bezug genommen auf die parallel anhängige Pa­ tentanmeldung . . . (Unsere Akte: 25289), deren Inhalt durch diese Bezugnahme in den Offenbarungsgehalt der vor­ liegenden Anmeldung aufgenommen wird.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.

Ein Ausführungsbeispiel wird im Folgenden unter Hinweis auf die Zeichnung näher beschrieben, die in schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes Bordnetz eines Kraft­ fahrzeugs zeigt.

Fig. 1 zeigt ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs mit einer ersten Fahrzeugbatterie 1, die eine Spannung U1 zur Ver­ fügung stellt und einer zweiten Fahrzeugbatterie 2, die eine Spannung U2 zur Verfügung stellt. Die Spannung U1 ist niedriger als die Spannung U2. Bevorzugt beträgt die Spannung U1 12 V und die Spannung U2 36 V.

Das Bordnetz hat weiterhin einen Generator 4 mit einem Ausgang G1, an dem eine Gleichspannung U3 bereit steht. Die Spannung U3 ist gleich oder etwas größer als die Spannung U1 der ersten Fahrzeugbatterie 1 und beträgt be­ vorzugt 14 V. Der Ausgang G1 ist sowohl mit der ersten Fahrzeugbatterie 1 als auch mit allen Verbrauchern 20 verbunden, die eine Anschlußspannung U1 benötigen. An der zweiten Fahrzeugbatterie 2 sind ein Starter 5, ei­ ne elektrische Lenkung 6, eine Frontscheibenheizung 7, und eventuell weitere, die höhere Spannung U2 benötigende Verbraucher angeschlossen. Die Frontscheibenheizung 7 ist über einen Frontscheibenheizungsschalter 13 ein- und aus­ schaltbar.

Die erste Fahrzeugbatterie 1 ist über einen Notstart­ schalter 10 und eine Notstartdiode 11 mit der zweiten Fahrzeugbatterie 2 verbunden. Die Anode der Notstartdiode 11 ist zur ersten Fahrzeugbatterie 1 und die Kathode der Notstartdiode 11 ist zur zweiten Fahrzeugbatterie 2 hin orientiert, so daß bei geschlossenem Notstartschalter 10 ein Stromfluß nur von der ersten Fahrzeugbatterie 1 zur zweiten Fahrzeugbatterie 2 hin erfolgen kann.

Die zweite Fahrzeugbatterie 2 ist über eine Fremdstartdi­ ode 12 mit einem Fremdstartanschluß 8 verbunden. Die Ano­ de der Fremdstartdiode 12 ist zum Fremdstartanschluß 8 und die Kathode der Fremdstartdiode 12 ist zur zweiten Fahrzeugbatterie 2 hin orientiert, so daß bei Anschluß einer Fremdstartspannungsquelle (nicht dargestellt) an den Fremdstartanschluß 8 ein Stromfluß nur von der Fremd­ spannungsquelle zur zweiten Fahrzeugbatterie 2 hin erfol­ gen kann. Die Fremdspannungsquelle kann insbesondere eine Spannung von U1 und U2 haben, also bevorzugt 12 V und 36 V betragen.

Die erste Fahrzeugbatterie 1 bzw. der Generator 4 und die zweite Fahrzeugbatterie 2 sind über einen DC/DC-Wandler 3 verbunden, der eine Spannung U3 des Generators von bevor­ zugt 14 V in eine Spannung U4 von bevorzugt 42 V umsetzen kann. Mit der Spannung U4 wird im Fahrbetrieb die zweite Fahrzeugbatterie geladen und die Hochspannungsverbrau­ cher, wie die elektrische Lenkung 6 und die Frontschei­ benheizung 7 mit Spannung versorgt.

Der Starter 5 ist für den Betrieb mit der Spannung U1 ausgelegt und wird hier jedoch mit der gegenüber der Spannung U1 höheren Spannung U2 versorgt, so daß der Starter 5 im Überlastbetrieb betrieben wird. Zwischen dem Starter 5 und der zweiten Fahrzeugbatterie 2 ist ein Strombegrenzer 9 angeordnet, der dazu dient, den Starter 5 vor Beschädigungen, wie Durchbrennen seiner Wicklungen, zu bewahren. Er begrenzt insbesondere den Stromfluß un­ mittelbar nach Beginn des Startvorgangs bis sich nach dem Aufbau einer Gegen-EMK der Stromfluß durch den Starter 5 von selbst reduziert.

Zu Beginn des Startvorgangs fließt durch den Starter 5 ein Kuzschlußstrom, der um so höher ist, je höher die an­ liegende Spannung ist. Mit steigender Drehzahl des Star­ ters 5 entsteht eine Gegen-EMK (EMK = Elektromotorische Kraft), woraufhin der Amplitudenwert des Stroms zurück­ geht. Mit dem Strombegrenzer 9 wird zum Schutz des Star­ ters 5 der durch den Starter 5 fließende Strom auf einen vorbestimmten Amplitudenwert begrenzt. Bevorzugt wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Amplitudenwert auf 300 A bis 700 A und insbesondere auf 500 A eingestellt. Der Strombegrenzer 9 ist vorzugsweise als Halbleiterschalter ausgeführt.

Die vorstehend dargestellte Bordnetzanordnung ermöglicht es, den Starter 5 aus den verschiedensten Spannungsquel­ len zu betreiben. Bei normalem Betrieb, also bei funkti­ onstüchtiger zweiter Fahrzeugbatterie 2, wird der Starter 5 von der zweiten Fahrzeugbatterie 2 mit der hohen Span­ nung U2 gespeist. Da der Starter 5 für einen Betrieb mit der niedrigen Spannung U1 ausgelegt ist, gibt der Starter 5 beim normalen Startvorgang ein sehr kräftiges Drehmo­ ment ab, um einen Verbrennungsmotor (nicht dargestellt) zu starten. Bei diesem Startvorgang wird der im Überlast­ bereich betriebene Starter 5 durch den Strombegrenzer 9 vor Beschädigungen durch Überstrom geschützt.

Für den Fall, daß die zweite Fahrzeugbatterie 2 leer ist, kann ein Notstartvorgang über die erste Fahrzeugbatterie 1 durchgeführt werden, indem der Notstartschalter 10 ge­ schlossen wird, worauf der Strom von der ersten Fahrzeug­ batterie 1 über die Notstartdiode 11 zum Starter 5 geleitet wird. Da der Starter 5 für den Betrieb mit der Span­ nung U1 ausgelegt ist, kann ein Notstart problemlos aus­ geführt werden.

Für den Fall, daß die erste Fahrzeugbatterie 1 und die zweite Fahrzeugbatterie 2 leer sind, kann ein Fremdstart über den Fremdstartanschluß 8 durchgeführt werden. Hierzu kann am Fremdstartanschluß 8 jede beliebige Spannungs­ quelle angeschlossen werden, die eine Spannung zwischen U1 und U4 bereitstellt.

Die vorliegende Bordnetzanordnung ermöglicht das zuver­ lässige Starten eines Verbrennungsmotors mit unterschied­ lichsten Spannungsquellen. Es können zum Starten Span­ nungsquellen höherer Spannung, wie U2 bis U4, und Span­ nungsquellen niedrigerer Spannung, wie U1, gleichermaßen verwendet werden. Weiterhin können beim vorliegenden Bordnetz alle bisherigen Standards weiter verwendet wer­ den.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Starten eines Verbrennungsmotors ei­ nes Kraftfahrzeugs umfassend:
mindestens eine Fahrzeugbatterie (1; 2);
eine mit der mindestens einen Fahrzeugbatterie (1; 2) verbundene Antriebseinheit (5), die mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors zum Star­ ten des Verbrennungsmotors koppelbar ist;
dadurch gekennzeichnet,
daß im Verbindungsweg zwischen der mindestens einen Fahrzeugbatterie (1; 2) und der Antriebseinheit (5) eine Strombegrenzungsvorrichtung (9) angeordnet ist, mit der der während des Startvorgangs von der mindes­ tens einen Fahrzeugbatterie (1; 2) zur Antriebsein­ heit (5) fließende Strom auf einen vorbestimmten Amp­ litudenwert begrenzbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit (5) ein Elektromotor ist, der Permanentmagnete aufweist, und der vorbestimmte Amp­ litudenwert derart bemessen ist, daß keine relevante Entmagnetisierung der Permanentmagnete auftritt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Amplitudenwert in einem Bereich von 300 bis 700 A liegt, insbesondere 500 A beträgt.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das Kraftfahrzeug eine erste und eine zweite Fahrzeugbatterie (2, 1) aufweist, wobei die von der ersten Fahrzeugbatterie (2) an ihrem Ausgang be­ reitstellbare Spannung (U2) größer ist als die von der zweiten Fahrzeugbatterie (1) an ihrem Ausgang be­ reitstellbare Spannung (U1), und
die Antriebseinheit (5) elektrisch leitend mit der ersten Fahrzeugbatterie (2) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit (5) derart dimensioniert ist, daß sie bei Versorgung mit der von der Fahrzeugbatte­ rie 1; 2) bereitgestellten Spannung, mit der die An­ triebseinheit (5) verbunden ist, im Überlastbereich betrieben wird.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit eine elektrischer Starter (5) ist, der für Versorgung mit einer Spannung von 12 V ausgelegt ist und die Fahrzeugbatterie, mit der der Starter verbunden ist, eine 36 V-Batterie ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strombegrenzungsvorrichtung (9) einen Halb­ leiterschalter umfaßt.

8. Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, folgende Schritte umfassend:

• a) Koppeln einer Antriebseinheit (5) mit der Kur­ belwelle des Verbrennungsmotors;
• b) Zuführen eines auf einen vorbestimmten Amplitu­ denwert begrenzten Stroms aus einer Fahrzeugbat­ terie (1; 2) zu der Antriebseinheit (5).

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichet, daß die Antriebseinheit (5) bei Versorgung aus der Fahrzeugbatterie (2) im Überlastbereich betrieben wird.