DE10037779A1 - Verfahren und System zur Steuerung der automatischen Abschaltung eines Kraftfahrzeuganlassers - Google Patents

Verfahren und System zur Steuerung der automatischen Abschaltung eines Kraftfahrzeuganlassers

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der automatischen Abschaltung des Elektromotors (M) eines Kraftfahrzeuganlassers (D), bei dem die Temperatur (T) des Elektromotors (M) gemessen und die Abschaltung des Elektromotors (M) veranlaßt wird, wenn die Temperatur (T) einen Schwellenwert mit anormaler Erhitzung (T¶1¶) übersteigt, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstärke (I) im Motor (M) im Laufe einer Anlaßphase gemessen und der Erhitzungsschwellenwert (T¶1¶) in Abhängigkeit von der gemessenen Stromstärke (I) bestimmt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Systeme zur Steuerung der Abschaltung eines Kraftfahrzeuganlassers.
Es sind Systeme vorgeschlagen worden, die das Auftreten einer Eigendrehung des Verbrennungsmotors erfassen und daraufhin die Abschaltung des Anlassers herbeiführen können.
Über die Verarbeitung von Signalen, wie etwa durch den Anlasser aufgenommene Stromstärke, Batteriespannung, Winkelpositionierimpulse der Kurbelwelle für die Einspritzrechner, oder über die Ausgangsspannung eines Schwingungsfühlers usw., bestimmen derartige Systeme problemlos, zu welchem Zeitpunkt der Verbrennungsmotor angelassen wird.
In der Patentanmeldung FR 96 07212 ist insbesondere vorgeschlagen worden, die Stromversorgung des Anlassers abzuschalten, wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors einen Anlaßbarkeitsschwellenwert überschreitet, der in Abhängigkeit von der Temperatur festgesetzt wird und um so niedriger ist, je höher die Temperatur des Verbrennungsmotors ausfällt.
Außerdem ist in der Patentanmeldung FR 96 06 858 vorgeschlagen worden, bei jeder Erfassung eines Drehzyklus des Motors eine neue Abfrageperiode zu aktivieren, während der ein Überwachungssystem das Auftreten des nächsten Zyklus erwartet. Wenn ein solches Auftreten ausbleibt, leiten die Überwachungsmittel daraus eine zu langsame Drehung des Motors ab, woraufhin sie die automatische Abschaltung des Anlassers auslösen.
Die derzeitigen Anlassergeneratoren arbeiten während der Anlaßphase mit hohen Strömen. Im Falle einer auf den Anlassergenerator ausgeübten anormalen Überlastung erhitzt er sich sehr schnell, wobei diese Erhitzung mit fortschreitender Zeit zu einer Verlangsamung der Antriebsdrehzahl führt, wodurch sich die Anlaßmöglichkeiten des Verbrennungsmotors entsprechend verringern.
Unterhalb einer bestimmten Drehzahlschwelle, die im allgemeinen zwischen 60 und 90 Umdrehungen/Minute liegt, wird das Anlassen des Verbrennungsmotors unmöglich.
Um einen neuen Anlaßversuch durchzuführen, muß dann unbedingt eine Abkühlzeit abgewartet werden, die um so länger dauert, je stärker die Erhitzung beim vorangehenden Anlaßvorgang ausfällt.
Eine zu starke Erhitzung führt außerdem zu Beschädigungen der Wicklungen der Anlassergeneratoren, die besonders stark ausfallen, insoweit die Kühlung durch Belüftung bei niedriger Drehzahl ineffizient ist. Die Steuerelektronik erleidet ebenfalls Beschädigungen, die durch die Erhitzung des Systems bedingt sind.
Anormale Überlastungen treten jedoch häufig auf und können unterschiedliche Ursachen haben.
Wenn die Batterie zu schwach geladen ist, weist der Anlassergenerator einen Betriebspunkt sehr nahe der Blockierung (Sperrmoment) auf, woraus sich ein sehr niedriger Wirkungsgrad und demzufolge eine starke Erhitzung ergibt.
Der Verbrennungsmotor kann außerdem ein anormal hohes Drehmoment aufweisen, das beispielsweise durch eine Temperatur bedingt ist, die unter der vorgesehenen Betriebsgrenztemperatur liegt (Verkleinerung der Betriebsspiele Kolben/Zylinder, zu hohe Viskosität des Öls usw.).
Ein anormal hohes Drehmoment des Verbrennungsmotors kann auch durch eine Funktionsstörung des Motors bedingt sein (Blockierung oder Festfressen des Verbrennungsmotors), oder auch durch eine anormale Benutzung des Motors, wie beispielsweise ein längerer Antrieb des Fahrzeugs durch den Anlassergenerator oder ein zu langer Betrieb des Anlassergenerators bei einem Ausfall des Verbrennungsmotors.
Es ist vorgeschlagen worden, die Temperatur der Wicklungen des Elektromotors zu messen, um die Stromversorgung des Anlassergenerators abzuschalten, wenn diese Temperatur einen gegebenen Erhitzungsschwellenwert überschreitet.
Eine solche Temperaturmessung stellt die Fähigkeit oder Unfähigkeit des Anlassergenerators, den Verbrennungsmotor problemlos anzulassen, jedoch nicht zuverlässig dar. So ist es, auch wenn die Temperatur des Anlassergenerators hoch ausfällt, möglich, daß der Motor problemlos und ohne Risiko einer Beschädigung des Anlassers angelassen werden kann. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das Widerstandsmoment des Motors besonders niedrig ist oder wenn die Batterie gut geladen ist.
Darüber hinaus haben die Erfinder festgestellt, daß in Anlassergeneratoren hohe Wärmeträgheiten auftreten, die zur Folge haben, daß bestimmte Bereiche der Wicklung, insbesondere im Innern der Spulen, eine Temperatur aufweisen können, die deutlich über der am Anbringungsort des Wärmefühlers gemessenen Temperatur liegt. Die durch den Fühler vorgenommene Messung ermöglicht daher nur eine approximative Erfassung des Auftretens einer Erhitzung aufgrund von Wärmeübertragungserscheinungen, die bislang noch nicht erfaßt sind.
Außerdem ist vorgeschlagen worden, eine Abschaltung des Anlassergenerators vorzunehmen, wenn dessen Stromaufnahme eine anormale Höhe erreicht. Auch in diesem Fall stellt diese Messung die Fähigkeit oder Unfähigkeit des Anlassers, den Verbrennungsmotor effizient anzulassen, nicht zuverlässig dar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese verschiedenen Nachteile zu beseitigen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Steuerung der automatischen Abschaltung des Elektromotors eines Kraftfahrzeuganlassers gelöst, bei dem die Temperatur des Elektromotors gemessen und die Abschaltung des Elektromotors veranlaßt wird, wenn die Temperatur einen Schwellenwert mit anormaler Erhitzung übersteigt, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstärke im Motor im Laufe einer Anlaßphase gemessen und der Erhitzungsschwellenwert in Abhängigkeit von der gemessenen Stromstärke bestimmt wird.
Denn die Erfinder haben festgestellt, daß die Wärmeausbreitungen nach Maßgabe der Stromstärken im Motor in unterschiedlicher Weise stattfinden. Unter Berücksichtigung der Stromstärke im Motor ist es möglich, die durch die Wärmeträgheiten bedingten Verzögerungen vorwegzunehmen.
Andere Merkmale, Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen angeführt wird. Darin zeigen im einzelnen:
Fig. 1 eine mögliche Ausführungsart für ein erfindungsgemäßes System;
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung der verschiedenen Schritte, die bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Einsatz kommen.
In Fig. 1 wird mit D ein zwischen der Batterieklemme B+ und der Masse angebrachter Anlassergenerator in seiner Gesamtheit bezeichnet, der folgendes umfaßt:
  • - eine elektrische Mehrphasen-Synchron- oder Asynchronmaschine M, die entweder als Elektromotor zum Anlassen des Verbrennungsmotors oder als Generator für das Laden der Batterie und die Stromversorgung des Stromnetzes des Fahrzeugs während des Betriebs des Verbrennungsmotors betrieben werden kann;
  • - eine Leistungsschaltung 2, welche die Maschine M speist. Sie besteht im wesentlichen aus einem Wechselrichter, der einen der veränderlichen Ströme in jeder der Phasen der Maschine M im Motorbetrieb erzeugt, um ein für die Drehung des Motors notwendiges magnetisches Drehfeld zu schaffen. Außerdem umfaßt sie ein Gleichrichtsystem, das im Generatorbetrieb der Maschine M zum Einsatz kommt.
  • - eine Steuerschaltung 4 zur Steuerung der Leistungsschaltung 2.
Die Steuerschaltung 4 wird durch das Schließen des Zündschlüssels K oder durch ein Signal aktiviert, das im Anschluß an einen durch den Fahrer erteilten Anlaßbefehl von einer Motorsteuerung kommt.
Die Leistungsschaltung 2 ist zwischen der Batterieklemme B+ und der Masse geschaltet. Während des Betriebs wird sie von einer Stromstärke I proportional zu der durch die Maschine M fließenden Stromstärke durchflossen.
Die von der Maschine M aufgenommene Stromstärke wird mittels eines Meßfühlers 1 gemessen, der zwischen der Batterieklemme B+ und der Steuerschaltung 2 angeordnet ist, wobei dieser Meßfühler 1 mit einem Eingang e4 der Steuerschaltung 4 verbunden ist. Hier wird daher eine Stromstärke I proportional zu der durch die Maschine M fließenden Stromstärke gemessen.
Ein Positionsgeber C für die Winkelposition des Läufers der Maschine M überträgt an einen Eingang e1 der Leistungsschaltung 4 ein Signal, mit dem die Leistungsschaltung 2 so geregelt werden kann, daß sie Ströme zu den erforderlichen Zeitpunkten in den verschiedenen Phasen einspeist. Der Positionsgeber C ermöglicht außerdem die Messung der Drehzahl der Maschine M.
Die Steuerschaltung 4 umfaßt einen Eingang e2, an dem sie ein Signal empfängt, das durch einen am Elektromotor M angeordneten Temperaturfühler 5 ausgegeben wird, und einen dritten Eingang e3, an dem sie ein Ausgangssignal eines nicht dargestellten Temperaturfühlers empfängt, der am Verbrennungsmotor des Fahrzeugs angebracht ist.
Der Fühler 5 kann in einer der Wicklungen der Maschine M oder an jedem anderen Organ angebracht sein, das die Temperatur der Wicklung approximativ darstellt.
Wenn der Schalter K durch den Fahrer betätigt wird, vergleicht die Steuerschaltung 4 die zu diesem Zeitpunkt durch den Fühler 5 gemessene Temperatur mit einem Temperaturschwellenwert T0, bei dessen Überschreitung das Anlassen gesperrt wird (Schritt 10 in Fig. 2).
Wenn die Temperatur des Elektromotors M nicht sofort eine anormale Erhitzung aufweist, veranlaßt die Steuerschaltung 4 dann die Stromversorgung des Motors M (Schritt 11).
Gleichzeitig mit der Einschaltung des Motors M wird eine Verzögerungsphase 12 aktiviert, und es beginnt das Abzählen einer vorbestimmten Verzögerungszeit, während der die automatische Abschaltfunktion gesperrt ist.
Nach Ablauf dieser Verzögerungszeit geht die Steuerschaltung 4 in eine Phase über, während der sie eine Nachführung der Drehzahl N des Motors M, seiner durch den Fühler 5 gemessenen Temperatur T und der ihn durchfließenden Stromstärke I ausführt.
Die Steuerschaltung 4 nimmt eine erste Messung der Temperatur T des Elektromotors M, der Drehzahl N des Elektromotors und der Stromstärke I vor (Schritt 13).
In Abhängigkeit von der zuvor am Verbrennungsmotor gemessenen Temperatur T' berechnet die Steuerschaltung 4 eine Schwellendrehzahl N1 des Elektromotors M, die einer typischen Anlaßdrehzahl des Verbrennungsmotors bei dieser Temperatur T' entspricht.
Zur Berechnung dieser Schwellendrehzahl N1 enthält die Steuerschaltung 4 im Speicher ein Verhältnis zwischen der Temperatur T' des Verbrennungsmotors und seiner typischen Anlaßdrehzahl N1. Bei diesem Verhältnis handelt es sich um ein abnehmendes Verhältnis, das den Rückgang der Anlaßbarkeitsdrehzahl bei hoher Temperatur berücksichtigt.
Die so in Abhängigkeit von der Temperatur des Verbrennungsmotors parametrierten Grenzwerte N1 werden in einem Speicher der Steuerschaltung 4 in Form einer numerischen Tabelle oder einer mathematischen Funktion abgespeichert.
Die Steuerschaltung 4 vergleicht anschließend (Schritt 14) die in Schritt 13 gemessene Drehzahl N des Motors M mit dem Drehzahlschwellenwert N1.
Außerdem (Schritt 15) berechnet die Steuerschaltung 4 in Abhängigkeit von der in Schritt 13 gemessenen Stromstärke I eine Schwellentemperatur T1, die an der Anbringungsstelle des Temperaturfühlers 5 nicht überschritten werden darf. Dazu umfaßt die Steuerschaltung 4 einen Speicher, in dem eine numerische Tabelle abgespeichert ist, aus der sich die Schwellentemperatur T1 in Abhängig von der Stromstärke I im Motor ergibt. Dieses Verhältnis zwischen I und T1 ist hier ein Verhältnis, demzufolge T1 in Abhängigkeit von I abnimmt, wie dies im folgenden eingehender zu erläutern sein wird.
Nach der Berechnung von T1 vergleicht die Steuerschaltung 4 die in Schritt 13 gemessene Momentantemperatur T mit dem Temperaturschwellenwert T1(I).
Wenn die Drehzahl N kleiner als der Schwellenwert N1 ist oder wenn die Temperatur T am Temperaturfühler 5 größer als der Schwellenwert T1 ist, dann wird der Elektromotor M umgehend abgeschaltet (Schritt 21).
Wenn hingegen die Drehzahl N und die Temperatur T beide auf der gewünschten Seite bezogen auf ihren jeweiligen Schwellenwert liegen, durchläuft die Steuerschaltung 4 nach der Überprüfung, ob der Verbrennungsmotor immer noch nicht angelassen ist (Schritt 18) und ob sich der Zündschlüssel immer noch in der Position "Anlassen" befindet (Schritt 16), erneut den vorstehend beschriebenen Zyklus, der aus den folgenden Schritten besteht:
  • - Messung von T, N, I (Schritt 13);
  • - Vergleich zwischen N und N1 (Schritt 14);
  • - Berechnung von T1 und Vergleich zwischen T und T1 (Schritt 15).
Nach einer Variante kann N, auch bei jedem Zyklus in Abhängigkeit von einer in jedem Zyklus aktualisierten Temperatur T' des Verbrennungsmotors neu berechnet werden.
Dieser Zyklus wird wiederholt, bis die Steuerschaltung 4 das effektive Anlassen des Verbrennungsmotors diagnostiziert (Schritt 17) oder bis einer der beiden Schwellenwerte N1 oder T1 überschritten wird, was gleichbedeutend mit einem anormalen Betrieb des Anlaßsystems ist.
In diesen beiden Fällen löst die Steuerschaltung 4 eine automatische Abschaltung der Stromversorgung des Motors M aus (Schrift 18).
Um eine unbegründete Abschaltung im Anschluß an einen Meßfehler zu verhindern, ist vorgesehen, den Anlasser nur dann abzustellen, wenn die Überschreitung eines Schwellenwerts beim nächsten Zyklus oder bei mehreren aufeinanderfolgenden Zyklen erneut festgestellt wird.
Die Häufigkeit dieser Zyklen ist ausreichend hoch, damit jeder Parameter im Laufe einer Anlaßphase mit herkömmlicher Dauer mehrmals gemessen wird.
Für den Fall, daß der Verbrennungsmotor angelassen wird, erfolgt eine Verzögerung mit der Dauer t2 (Schritt 19) ab der Abschaltung des Anlassers, nach deren Ablauf der Anlassergenerator in den Generatorbetrieb übergeht (Schritt 20).
Die Überwachungsfunktionen werden erst nach einer Verzögerung t1 wirksam, die ab dem Anlaufen des Anlassergenerators beginnt, um die Anlaufphase des Verbrennungsmotors auszublenden, während der normalerweise die Drehzahl niedrig und die Stromstärke hoch ausfällt.
Es wird vorteilhafterweise vorgeschlagen, einen oberen Temperaturgrenzwert T1 zugrunde zu legen, der abnehmend vom Wert der gemessenen Stromstärke I abhängig ist, da sich die Temperatur T an der Anbringungsstelle des Temperaturfühlers 5 mit einer Verzögerung verändert, die bezogen auf die Temperaturen der heißesten Bereiche des Elektromotors veränderlich ist, wobei sich diese Bereiche üblicherweise in der Mitte der Wicklungen befinden.
Unter Berücksichtigung der Stromstärke im Elektromotor wird diese veränderliche Verzögerung antizipiert.
Denn die Erfinder konnten feststellen, daß bei hoher Stromstärke I die Erhitzung besonders schnell erfolgt, wobei die Temperaturunterschiede zwischen dem Temperaturfühler 5 und der Mitte der Wicklungen besonders groß ausfallen.
Im Falle einer niedrigen Stromstärke findet die eventuelle Erhitzung des Motors hingegen langsam statt, wobei die Temperaturunterschiede gering ausfallen und die Temperatur am Temperaturfühler 5 die Temperatur in der Mitte der Wicklungen relativ zuverlässig darstellt.
Eine leichte Erhitzung am Temperaturfühler 5 bedeutet eine starke Erhitzung in der Mitte des Motors M im Falle einer hohen Stromstärke, während eine mittlere Erhitzung des Temperaturfühlers 5 auf eine Erhitzung der gleichen Größenordnung in der Mitte des Motors im Falle einer niedrigen Stromstärke hindeutet.
Die automatische Abschaltung erfolgt daher ab einer Temperatur, die um so niedriger ausfällt, je höher die elektrische Energie im Motor ist.
Dadurch wird folgendes verhindert:
  • - die Risiken der Nichterfassung einer Erhitzung im Falle von hohen Stromstärken und
  • - eine verfrühte Abschaltung des Motors durch eine überzogene Interpretation einer Erhitzung des Temperaturfühlers 5 im Falle von niedrigen Stromstärken.
Zur Messung der durch den Motor M aufgenommenen Stromstärke wird vorzugsweise ein Mittelwert in einem gleitenden Fenster zugrunde gelegt, um Erscheinungen im Zusammenhang mit kurzzeitigen Stromstärkeänderungen auszuklammern, wie beispielsweise Drehmomentstöße infolge von Fehlzündungen beim Kaltstart in einem alten oder schlecht gewarteten Motor.

Claims (11)

1. Verfahren zur Steuerung der automatischen Abschaltung des Elektromotors (M) eines Kraftfahrzeuganlassers (D), bei dem die Temperatur (T) des Elektromotors (M) gemessen und die Abschaltung des Elektromotors (M) veranlaßt wird, wenn die Temperatur (T) einen Schwellenwert mit anormaler Erhitzung (T1) übersteigt, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstärke (I) im Motor (M) im Laufe einer Anlaßphase gemessen und der Erhitzungsschwellenwert (T1) in Abhängigkeit von der gemessenen Stromstärke (I) bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur (T) mehrmals im Laufe einer Anlaßphase gemessen und jeder gemessene Temperaturwert (T) mit dem Schwellenwert (T1) im Laufe ebendieser Anlaßphase verglichen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der bei einer Anlaßphase angewendete Erhitzungsschwellenwert (T1) in Abhängigkeit von einer im Laufe ebendieser Anlaßphase gemessenen Stromstärke bestimmt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstärke (I) im Laufe einer selben Anlaßphase mehrmals gemessen und der Erhitzungsschwellenwert (T1) nach jeder Messung der Stromstärke (I) aktualisiert wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Erhitzungsschwellenwert (T1) entsprechend einer abnehmenden Funktion der gemessenen Stromstärke (I) bestimmt wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abschaltung des Motors (M) erst nach einem vorbestimmten Zeitintervall im Anschluß an die Auslösung der Anlaßphase durch den Fahrer vorgesehen ist.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Temperaturmessung (T) und ein Vergleich mit einem Erhitzungsschwellenwert (T0) zum Zeitpunkt der Auslösung einer Anlaßphase durch den Benutzer vor der Stromversorgung des Anlassers (D) erfolgt.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem die Drehzahl (N) des Elektromotors (M) oder des Verbrennungsmotors bei einer Referenzdrehzahl (N1) entsprechend einer Eigendrehzahl des Verbrennungsmotors gemessen wird und daß die Abschaltung des Elektromotors (M) ausgelöst wird, wenn die gemessene Drehzahl (N) nach einem vorbestimmten Zeitintervall im Anschluß an die Auslösung der Anlaßphase nicht die Referenzdrehzahl (N1) erreicht.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Temperatur des Verbrennungsmotors gemessen wird, daß anschließend eine Referenzdrehzahl (N1) für die Eigendrehung des Verbrennungsmotors nach einem abnehmenden Verhältnis dieser Temperatur bestimmt wird und daß außerdem die Drehzahl (N) des Elektromotors (M) oder des Verbrennungsmotors mit dieser Referenzdrehzahl (N1) verglichen wird und daß die Abschaltung des Elektromotors (M) veranlaßt wird, wenn die Drehzahl (N) nach einem vorbestimmten Zeitintervall im Anschluß an die Auslösung der Anlaßphase die Referenzdrehzahl (N1) nicht erreicht.
10. System zur Steuerung der automatischen Abschaltung des Elektromotors (M) eines Kraftfahrzeuganlassers (D), umfassend Meßmittel (5) zur Messung der Temperatur (T) des Elektromotors (M) und Steuermittel (4), welche die gemessene Temperatur (T) mit einem Erhitzungsschwellenwert (T0, T1) vergleichen und die Abschaltung des Elektromotors (M) veranlassen, wenn die gemessene Temperatur (T) den Erhitzungsschwellenwert (T0, T1) überschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel (4) vorgesehen sind, um die im Motor (M) fließende Stromstärke (I) im Laufe einer Anlaßphase zu messen und um den Erhitzungsschwellenwert (T0, T1) auf der Grundlage der gemessenen Stromstärke zu bestimmen.
11. Kraftfahrzeuganlasser mit einem Elektromotor (M) und einem System zur Steuerung der automatischen Abschaltung des Elektromotors (M), umfassend Meßmittel (5) zur Messung der Temperatur (T) des Elektromotors (M) und Steuermittel (4), welche die gemessene Temperatur (T) mit einem Erhitzungsschwellenwert (T0, T1) vergleichen und die Abschaltung des Elektromotors (M) veranlassen, wenn die gemessene Temperatur (T) den Erhitzungsschwellenwert (T0, T1) überschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel (4) vorgesehen sind, um die im Motor (M) fließende Stromstärke (I) im Laufe einer Anlaßphase zu messen und um den Erhitzungsschwellenwert (T0, T1) auf der Grundlage der gemessenen Stromstärke zu bestimmen.
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