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Diese
Anmeldung beansprucht den Nutzen der am 11. November 2003 eingereichten
vorläufigen US-Patentanmeldung
mit Seriennummer 60/519,052, deren Offenbarung durch Verweis miteinbezogen
ist.
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HINTERGRUND
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In
einem typischen Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem
elektrischen Anlasser nach dem Stand der Technik startet der Bediener
des Fahrzeugs den Motor, indem ein Schlüssel umgedreht oder ein Knopf
gedrückt
wird, der einen Zündschalter
schließt.
Wenn der Zündschalter
schließt, wird
an die Wicklungen einer Magnetspule des elektrischen Anlassers elektrischer
Strom geliefert. Auf die Erregung der Magnetspule hin wird veranlasst, dass
sich eine innerhalb der Magnetspule gehaltene Plungerkolbenstange
in einer linearen Richtung bewegt. Eine Kopplungsstange verbindet
ein Ende der Plungerkolbenstange mit der Antriebswelle mit Ritzel des
Anlassers. Während
sich die Plungerkolbenstange bewegt, wird veranlasst, dass sich
die Kopplungsstange um einen Drehpunkt dreht. Die Drehung der Kopplungsstange
um den Drehpunkt bewegt die Antriebswelle mit Ritzel in einer linearen
Richtung auf das Schwungscheibenhohlrad des Kraftfahrzeugmotors
zu.
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Die
Zähne des
Ritzels sind so ausgelegt, dass sie bei Erreichen des Hohlrades
mit den Zähnen des
Hohlrades ineinandergreifen. Um einen vollen Eingriff der Zähne des
Ritzels und des Hohlrades zu fördern,
kann das Ritzel, während
es sich in Richtung auf das Hohlrad bewegt, in einem geringen Umfang in
eine axiale Drehung versetzt werden. Eine solche Drehung wird zum
Beispiel mit einem schrägverzahnten
Keilrad vermittelt, das auf der Antriebswelle des Elektromotors
angeordnet ist. Die Anlasserkontakte werden dann geschlossen, und
an die Wicklungen des Elektromotors wird elektrischer Strom geliefert, was
die Antriebswelle des Elektromotors veranlasst, das Ritzel zu drehen.
Falls die Zähne
des Ritzels mit dem Hohlrad in Eingriff stehen, bewirkt eine Drehung der
Antriebswelle und des Ritzels, dass sich das Hohlrad dreht und den
Motor des Automobils startet.
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Bei
solch einem Anlasser nach dem Stand der Technik besteht ein Problem.
Wenn die Anlasserkontakte geschlossen sind, bewirkt ein hoher Einschaltstrom
von der Batterie oder einer anderen Leistungsspeichereinrichtung,
dass sich die Drehung der Antriebswelle und des Ritzels des Anlassers
schnell beschleunigt. Falls es zwischen den Zähnen des Ritzels und den Zähnen des
Hohlrades eine Fehljustierung gibt, können das Ritzel und Hohlrad
aneinander stoßen,
statt ineinander zu greifen. Die Drehung des Ritzels kann einen
Eingriff der Zähne
fördern;
aber dies ist oft nicht der Fall, falls das Ritzel sofort mit einer
hohen Drehzahl zu drehen beginnt. Falls die Zähne des Ritzels und die Zähne des
Hohlrades nicht tief genug ineinander verzahnt sind, wenn der Elektromotor
ein Drehmoment über
die Antriebswelle des Anlassers überträgt, können stattdessen
die Zähne des
Ritzels gegen die Zähne
des Hohlrades mahlen, statt den Motor zu starten. Dies kann auch
eine Beschädigung
am Anlasser und Hohlrad bewirken.
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Dementsprechend
wäre es
wünschenswert, ein
System zur Vermeidung von Mahlvorgängen für Kraftfahrzeuganlasser zu
schaffen. Solch ein System wird den vollen Eingriff der Zähne des
Anlasserritzels und der Zähne
des Hohlrades vor der Beschleunigung der Antriebswelle des Anlassers
begünstigen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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In
einer Ausführungsform
umfasst die vorliegende Erfindung ein Anlassersystem für einen
Verbrennungsmotor. Das Anlassersystem dieser Ausführungsform
umfasst eine Batterie, einen elektrischen Anlasser, einen ersten
Schalter, der betreibbar ist, um eine elektrische Verbindung zwischen
der Batterie und dem elektrischen Anlasser herzustellen und zu unterbrechen,
Mittel zum Speichern elektrischer Ladung, einen zweiten Schalter,
der betreibbar ist, um eine elektrische Verbindung zwischen dem
elektrischen Anlasser und dem Mittel zum Speichern elektrischer
Ladung herzustellen und zu unterbrechen, und einen Sensor, der betreibbar
ist, um einen vorbestimmten elektrischen Parameter in der elektrischen
Verbindung zwischen der Batterie und dem elektrischen Anlasser festzustellen
und ein den zweiten Schalter betätigendes
Signal zu übertragen.
In einem Gesichtspunkt dieser Ausführungsform umfasst das den
zweiten Schalter betätigende
Signal ein Steuersignal, das veranlasst, dass der zweite Schalter
eine elektrische Verbindung zwischen dem elektrischen Anlasser und
dem Mittel zum Speichern elektrischer Ladung herstellt, wobei das
Steuersignal eine vorbestimmte Zeit, nachdem der vorbestimmte elektrische
Parameter festgestellt ist, übertragen wird.
In einem Gesichtspunkt dieser Ausführungsform umfasst das den
zweiten Schalter betätigende Signal
ein Steuersignal, das veranlasst, dass der zweite Schalter eine
elektrische Verbindung zwischen dem elektrischen Anlasser und dem
Mittel zum Speichern elektrischer Ladung unterbricht, wobei das Steuersignal
eine vorbestimmte Zeit, nachdem der vorbestimmte elektrische Parameter
festgestellt ist, übertragen
wird. In einem Gesichtspunkt dieser Ausfüh rungsform ist das Mittel zum
Speichern elektrischer Ladung ein oder mehr Kondensatoren und/oder
eine oder mehr Batterien.
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In
einer Ausführungsform
umfasst die vorliegende Erfindung ein Anlassersystem für einen
Verbrennungsmotor. Das Anlassersystem für einen Verbrennungsmotor dieser
Ausführungsform
umfasst einen elektrischen Anlasser, eine Batterie, die mit dem elektrischen
Anlasser über
eine Schalterverbindung elektrisch verbunden ist, und ein Einheitssteuermodul.
Das Einheitssteuermodul dieser Ausführungsform umfasst ein Gehäuse, ein
Mittel zum Speichern elektrischer Ladung, das innerhalb des Gehäuses angeordnet
ist, einen Sensor, der innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, und einen
innerhalb des Gehäuses
angeordneten Schalter. Der Sensor ist betreibbar, um einen vorbestimmten
elektrischen Parameter in der geschalteten elektrischen Verbindung zwischen
dem elektrischen Anlasser und der Batterie festzustellen. Der Schalter
ist betreibbar, um als Antwort auf ein Signal vom Sensor eine elektrische
Verbindung zwischen dem Mittel zum Speichern elektrischer Ladung
und dem Anlasser herzustellen und zu unterbrechen. In einem Gesichtspunkt
dieser Ausführungsform
umfasst das Signal ein Steuersignal, das den Schalter veranlasst,
eine elektrische Verbindung zwischen dem Anlasser und dem Mittel
zum Speichern elektrischer Ladung herzustellen, wobei das Steuersignal
eine vorbestimmte Zeit, nachdem der vorbestimmte elektrische Parameter
festgestellt ist, übertragen
wird. In einem Gesichtspunkt dieser Ausführungsform umfasst das Signal
ein Steuersignal, das den Schalter veranlasst, eine elektrische Verbindung
zwischen dem elektrischen Anlasser und dem Mittel zum Speichern
elektrischer Ladung zu unterbrechen, wobei das Steuersignal eine
vorbestimmte Zeit, nachdem der vorbestimmte elektrische Parameter
festgestellt ist, übertragen
wird. In einem Gesichtspunkt dieser Ausführungsform ist das Mittel zum
Speichern elektri scher Ladung ein oder mehr Kondensatoren und/oder
eine oder mehr Batterien.
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In
einer Ausführungsform
umfasst die vorliegende Erfindung ein Anlassersystem für einen
Verbrennungsmotor. Das Anlassersystem dieser Ausführungsform
umfasst eine Batterie mit einem positiven Anschluss und einem negativen
Anschluss, einen elektrischen Anlasser, einen ersten Schalter, der betreibbar
ist, um eine elektrische Verbindung zwischen der Batterie und dem
elektrischen Anlasser herzustellen und zu unterbrechen, ein Mittel
zum Speichern elektrischer Ladung mit einer positiven Leitung und
einer negativen Leitung und eine strombegrenzende Einrichtung. Die
strombegrenzende Einrichtung ist elektrisch zwischen die positive
Leitung des Mittels zum Speichern elektrischer Ladung und den elektrischen
Anlasser geschaltet. Die strombegrenzende Einrichtung ist betreibbar,
um zu gestatten, dass Gleichstromimpulse von der positiven Leitung
des Mittels zum Speichern elektrischer Ladung zum elektrischen Anlasser
fließen.
In einem Gesichtspunkt dieser Ausführungsform ist das Mittel zum
Speichern elektrischer Ladung ein oder mehr Kondensatoren und/oder
eine oder mehr Batterien.
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In
einer Ausführungsform
umfasst die vorliegende Erfindung ein Anlassersystem für einen
Verbrennungsmotor. Das Anlassersystem dieser Ausführungsform
umfasst eine Batterie, einen elektrischen Anlasser mit einer beweglichen
Antriebswelle mit Ritzel, einen ersten Schalter, der betreibbar
ist, um eine elektrische Verbindung zwischen der Batterie und dem
elektrischen Anlasser herzustellen und zu unterbrechen, ein Mittel
zum Speichern elektrischer Ladung, einen zweiten Schalter, der betreibbar ist,
um eine elektrische Verbindung zwischen dem elektrischen Anlasser
und dem Mittel zum Speichern elektrischer Ladung herzustellen und
zu unterbrechen, und einen Sensor, der betreibbar ist, um den zweiten
Schalter zu betätigen,
wenn festgestellt wird, dass die bewegliche Antriebswelle mit Ritzel
in einer vorbestimmten Position ist. In einem Gesichtspunkt dieser
Ausführungsform
ist das Mittel zum Speichern elektrischer Ladung ein oder mehr Kondensatoren und/oder
eine oder mehr Batterien.
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In
einer Ausführungsform
umfasst die vorliegende Erfindung ein Anlassersystem für einen
Verbrennungsmotor. Das Anlassersystem dieser Ausführungsform
umfasst eine Batterie mit einem positiven Anschluss und einem negativen
Anschluss, einen elektrischen Anlasser, einen ersten Schalter, der betreibbar
ist, um eine elektrische Verbindung zwischen der Batterie und dem
elektrischen Anlasser herzustellen und zu unterbrechen, und eine
stromverstärkende
Einrichtung, die elektrisch zwischen den positiven Anschluss der
Batterie und den elektrischen Anlasser geschaltet ist. Die stromverstärkende Einrichtung
dieser Ausführungsform
ist betreibbar, um den Anlasserstrom, der an den elektrischen Anlasser
geliefert wird, zu erhöhen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Merkmale und Vorteile dieser Erfindung und die Verfahren, um sie
zu erhalten, werden durch Verweis auf die folgenden Beschreibungen
von Ausführungsformen
der Erfindung ersichtlicher und besser verstanden, die in Verbindung
mit den beiliegenden Zeichnungen vorgenommen wird, in welchen:
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1 ein
schematisches Diagramm ist, das eine Einrichtung zur Vermeidung
des Mahlens eines Motoranlassers gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt, die mit anderen Komponenten einer
Anlasserschaltung eines Verbrennungsmotors verbunden ist;
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2 ein
schematisches Diagramm ist, das eine Einrichtung zur Vermeidung
des Mahlens eines Motoranlassers gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt, die mit anderen Komponenten einer
Anlasserschaltung eines Verbrennungsmotors verbunden ist; und
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3 ein
schematisches Diagramm ist, das eine Einrichtung zur Vermeidung
des Mahlens eines Motoranlassers gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt, die mit anderen Komponenten einer
Anlasserschaltung eines Verbrennungsmotors verbunden ist.
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4 ist
ein schematisches Diagramm, das eine Einrichtung zur Vermeidung
des Mahlens eines Motoranlassers gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt, die mit anderen Komponenten einer
Anlasserschaltung eines Verbrennungsmotors verbunden ist.
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BESCHREIBUNG
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1 zeigt
ein schematisches Diagramm eines Anlassersystems 10 für einen
Verbrennungsmotor gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Das Anlassersystem 10 von 1 umfasst
einen Anlasser 14, einen Generator 16, eine Batterie 18,
ein Leistungsmodul 20, eine Magnetspule 32 und
einen Schalter 40.
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Der
Anlasser 14 ist ein Anlasser eines Verbrennungsmotors mit
einem (nicht dargestellten) Ritzel. Der Anlasser 14 ist
in einer typischen Anordnung mit einem (nicht dargestellten) Verbrennungsmotor installiert,
wobei das Ritzel des Anlassers 14 ein (nicht dargestelltes)
Schwungscheibenhohlrad auf dem Verbrennungsmotor antreibt, um den
Verbrennungsmotor zu starten. Die Magnetspule 32 ist eine Magnetspule
des Anlassers eines Verbrennungsmotors mit einer Anziehspule 31,
einer Haltespule 33 und Kontakten 34.
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Der
Generator 16 ist ein Generator des Verbrennungsmotors.
Nachdem der Verbrennungsmotor gestartet hat, wird der Generator 16 durch
den Verbrennungsmotor mechanisch angetrieben und liefert elektrischen
Strom, um die Batterie 18 wiederaufzuladen und die elektrischen
Anforderungen des Fahrzeugs oder Gerätes zu erfüllen, worin der Verbrennungsmotor
installiert ist.
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Die
Batterie 18 ist eine Batterie wie z.B. eine Autobatterie
mit einem negativen Anschluss 17 und einem positiven Anschluss 19.
Die Batterie 18 ist mit dem Generator 16 verbunden,
so dass die Batterie 18 durch den vom Generator 16 abgebenden
elektrischen Strom geladen werden kann. Der Schalter 40 ist
ein Zündschalter
eines in der Technik bekannten Typs.
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Das
Leistungsmodul 20 umfasst einen M(+)-Anschluss 22,
B(+)-Anschluss 24, Neg(-)-Anschluss 26, einen
C-Anschluss 28, einen Kondensator 30, ein Relais 42,
ein Relais 44, eine Steuerlogikeinrichtung 46 und
optional eine Diode 52. Das Relais 42 ist ein
elektrisches Relais mit Anschlüssen 41, 43 und 45.
Das Relais ist in 1 als ein elektromechanisches
Relais dargestellt; es liegt jedoch innerhalb des Umfangs der vorliegenden
Erfindung, ein Festkörperrelais
als Relais 42 zu benutzen. Das Relais 44 ist ein
elektrisches Relais mit Anschlüssen 47, 49 und 51.
Das Relais 44 ist in 1 als ein
Festkörperrelais
dargestellt; es liegt jedoch innerhalb des Umfangs der vorliegenden
Erfindung, ein elektromechanisches Relais als Relais 44 zu
nutzen. Der Anschluss 45 des Relais 42 ist mit
dem Anschluss 49 des Relais 44 elektrisch verbunden.
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In
einer Ausführungsform
ist der Kondensator 30 ein elektrischer Doppelschichtkondensator
des Typs, auf den als "Superkondensator" oder "Ultrakondensator" verwiesen wird.
In einer alternativen Ausführungsform
kann der Kondensator 30 eine Reihe von Kondensatoren aufweisen.
Wie in 1 gezeigt ist, ist die positive Leitung des Kondensators 30 mit
dem Anschluss 43 des Relais 42 verbunden. Die negative
Leitung des Kondensators 30 ist mit dem Neg(-)-Anschluss 26 und
dem Anschluss 47 des Relais 44 verbunden.
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Die
Steuerlogikeinrichtung 46 ist elektrisch mit dem C-Anschluss 28 und
mit dem Anschluss 51 des Relais 44 verbunden.
Die Funktion der Steuerlogikeinrichtung 46 gemäß der vorliegenden
Erfindung wird im Folgenden diskutiert. Die Funktion der Steuerlogikeinrichtung 46 kann
in einer Reihe verschiedener physikalischer Formen genutzt werden,
wie sie dem Fachmann bekannt sein mögen. Zum Beispiel kann die
Steuerlogikeinrichtung 46 aus elektronischen Logikeinrichtungen
bestehen oder kann einen Mikroprozessor und zugeordnete Software
aufweisen.
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Der
B(+)-Anschluss 24 ist mit dem positiven Anschluss 19 der
Batterie 18 elektrisch verbunden. Der C-Anschluss 28 ist
mit dem Knoten 50 verbunden, der im elektrischen Pfad zwischen
dem Anlasserschalter 40 und der Magnetspule 32 liegt.
Der M(+)-Anschluss 22 ist mit dem B(+)-Anschluss 24, mit
dem Anschluss 41 des Relais 42 und mit Kontakten 34 elektrisch
verbunden. Die Diode 52 kann zwischen dem M(+)-Anschluss 22 und
dem B(+)-Anschluss 24 enthalten sein, um eine Entladung
des Kondensators 30 in die Batterie 18 zu verhindern. Wenn
das Relais 42 geschlossen ist, ist der M(+)-Anschluss 22 mit
dem Kondensator 30 elektrisch verbunden.
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Wenn
die Kontakte 34 geschlossen sind, ist der M(+)-Anschluss 22 mit
dem Anlasser 14 elektrisch verbunden. Der Neg(-)-Anschluss 26 ist
mit der Erdung elektrisch verbunden.
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In
einer Ausführungsform
umfasst das Leistungsmodul 20 ein isoliertes Gehäuse mit
dem Kondensator 30, dem Relais 42, dem Relais 44 und
der Steuerlogik 46, die im Innern des isolierten Gehäuses enthalten
sind, und dem M(+)-Anschluss 22, B(+)-Anschluss 24,
Neg(-)-Anschluss 26 und C-Anschluss 28, die durch das
isolierte Gehäuse
vorragen, um den Kondensator 30, das Relais 42,
das Relais 44 und die Steuerlogik 46 mit anderen
Komponenten des elektrischen Systems elektrisch zu verbinden.
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In
der Ausführungsform
des Anlassersystems 10, das in 1 dargestellt
ist, stehen die Batterie 18 und der Kondensator 30 zur
Verfügung,
um einen Anlasserstrom an den Anlasser 14 zu liefern. Wenn
der Schalter 40 geschlossen ist, fließt der Strom von der Batterie 18 in
die Anziehspule 31 und Haltespule 33 der Magnetspule 32,
was bewirkt, dass die Kontakte 34 schließen. Das
Schließen
der Kontakte 34 schließt
die Anziehspule 31 kurz und veranlasst, dass das Ritzel
des Anlassers 14 mit dem Schwungscheibenhohlrad des Verbrennungsmotors in
Eingriff kommt.
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Wenn
der Schalter 40 geschlossen ist, wird am Knoten 50 durch
die Steuerlogikeinrichtung 46 die Stromfluss/Spannungsänderung
festgestellt. Bei Erfassen dieser Strom/Spannungsänderung
implementiert die Steuerlogikeinrichtung 46 eine kurze Verzögerung (z.B.
weniger als eine Sekunde), bevor ein Steuersignal an das Relais 44 geliefert
wird. Wenn dieses Steuersignal an das Relais 44 angelegt wird,
wird ein Pfad zwischen den Wicklungen des Relais 42 und
der Erdung eingerichtet. Der Strom fließt durch die Wicklungen des
Relais 42, was die Relaiskontakte schließt und eine
elektrische Verbindung zwischen dem Kondensator 30 und
dem M(+)- Anschluss 22 herstellt.
Dies ermöglicht,
dass der Strom vom Kondensator 30 durch die geschlossenen
Kontakte 34 an den Anlasser 14 geliefert wird.
Wegen der durch die Steuerlogikeinrichtung 46 implementierten Verzögerung wird
der Strom vom Kondensator 30 nicht an den Anlasser 14 geliefert,
bis dem Ritzel des Anlassers 14 Gelegenheit gegeben worden
ist, mit dem Schwungscheibenhohlrad des Verbrennungsmotors vollständig in
Eingriff zu kommen.
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In
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist die Steuerlogikeinrichtung 46 dafür ausgelegt,
das Relais 44 zwei Zehntel (0,2) einer Sekunde, nachdem
der Schalter 40 geschlossen ist, zu schließen und
das Relais 44 dreißig
(30) Sekunden später
oder fünfundzwanzig
(25) Sekunden, nachdem ein Zustand mit mehr als 14 Volt am Knoten 50 erfasst
wurde, zu öffnen.
Andere Zeitsteuerungsparameter können
gemäß den Anforderungen
eines Anwenders der vorliegenden Erfindung ausgewählt werden,
wobei jeder ausgewählte
Parameter in den Umfang der vorliegenden Erfindung fällt.
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Da
das Relais 44 für
eine Zeitspanne, nachdem der Verbrennungsmotor gestartet ist, geschlossen
ist, wird ermöglicht,
dass der Kondensator 30 durch den Generator 16 wiederaufgeladen
wird. Ist der Kondensator 30 einmal wiederaufgeladen, muss verhindert
werden, dass er sich zurück
in die Batterie entlädt.
Folglich wird das Relais 44 nach einer vorbestimmten Zeitspanne
oder bei Erfassen bestimmter Bedingungen geöffnet. In einer Ausführungsform
ist die Steuerlogikeinrichtung 46 auch dafür ausgelegt, das
Relais 44 zu öffnen,
falls eine Spannung von weniger als sechs Volt am Knoten 50 erfasst
wird.
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2 zeigt
ein schematisches Diagramm einer anderen Ausführungsform des Anlassersystems 10 für einen
Verbrennungsmotor gemäß der vorlie genden
Erfindung. Die Ausführungsform
des Anlassersystems 10 von 2 umfasst
viele der in 1 gezeigten gleichen Elemente.
In der Ausführungsform
des Anlassersystems 10 von 2 sind jedoch das
Relais 42 und das Relais 44 durch ein einziges Relais 54 ersetzt.
In der in 2 gezeigten Ausführungsform
ist das Relais 54 ein Festkörperrelais mit Anschlüssen 56, 58 und 59;
es liegt jedoch innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung,
ein elektromechanisches Relais als Relais 54 zu verwenden. Der
Anschluss 56 des Relais 54 ist mit der positiven Leitung
des Kondensators 30 elektrisch verbunden. Der Anschluss 58 des
Relais 54 ist mit dem M(+)-Anschluss 22 elektrisch
verbunden. Der Anschluss 59 des Relais 54 ist
mit der Steuerlogikeinrichtung 46 elektrisch verbunden.
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In
der in 2 gezeigten Ausführungsform des Anlassersystems 10 wird,
wenn der Schalter 40 geschlossen ist, die Stromfluss/Spannungsänderung am
Knoten 50 durch die Steuerlogikeinrichtung 46 festgestellt.
Bei Erfassen dieser Strom/Spannungsänderung implementiert die Steuerlogikeinrichtung 46 eine
kurze Verzögerung
(z.B. weniger als eine Sekunde), bevor ein Steuersignal an das Relais 54 geliefert
wird. Wenn dieses Steuersignal an das Relais 54 angelegt
wird, stellt das Relais 54 eine elektrische Verbindung
zwischen dem Kondensator 30 und dem M(+)-Anschluss 22 her.
Dies erlaubt, dass der Strom vom Kondensator 30 durch die
geschlossenen Kontakte 34 an den Anlasser 14 geliefert
wird. Wegen der durch die Steuerlogikeinrichtung 46 implementierten Verzögerung wird
der Strom vom Kondensator 30 nicht an den Anlasser 14 geliefert,
bis dem Ritzel des Anlassers 14 Gelegenheit gegeben worden
ist, mit dem Schwungscheibenhohlrad des Verbrennungsmotors vollständig in
Eingriff zu kommen.
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In
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist die Steuerlogikeinrichtung 46 dafür ausgelegt,
das Relais 54 zwei Zehntel (0,2) einer Sekunde, nachdem
der Schalter 40 geschlossen ist, zu schließen und
das Relais 54 dreißig
(30) Sekunden später
oder fünfundzwanzig
(25) Sekunden, nachdem ein Zustand mit mehr als 14 Volt am Knoten 50 erfasst
ist, zu öffnen.
Andere Zeitsteuerungsparameter können
gemäß den Anforderungen
eines Anwenders der vorliegenden Erfindung ausgewählt werden, wobei
jeder ausgewählte
Parameter in den Umfang der vorliegenden Erfindung fällt.
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Da
das Relais 54 für
eine Zeitspanne geschlossen ist, nachdem der Verbrennungsmotor gestartet
ist, wird ermöglicht,
dass der Kondensator 30 durch den Generator 16 wiederaufgeladen
wird. Ist der Kondensator einmal wieder aufgeladen, muss verhindert
werden, dass er sich zurück
in die Batterie entlädt.
Das Relais 54 wird folglich nach einer vorbestimmten Zeitspanne
oder bei Erfassen bestimmter Bedingungen geöffnet. In einer Ausführungsform
ist die Steuerlogikeinrichtung 46 auch dafür ausgelegt, das
Relais 54 zu öffnen,
falls eine Spannung von weniger als sechs Volt am Knoten 50 erfasst
wird.
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Wie
oben beschrieben wurde, liefert das Leistungsmodul 20 nicht
nur eine zusätzliche
Stromquelle zum Starten eines Verbrennungsmotors, sondern implementiert
auch eine Verzögerung
zwischen der Zeit, in der der Zündschalter
geschlossen wird, und der Zeit, in der die zusätzliche Stromquelle genutzt
wird, um Startleistung für
den Verbrennungsmotor zu liefern. Insbesondere erlaubt das Leistungsmodul 20,
dass nur eine Stromquelle (z.B. eine Standardbatterie) verwendet
wird, wenn das Ritzel in Eingriff mit dem Schwungscheibenhohlrad
bewegt wird, wodurch die Drehzahl und Kraft des Ritzels beschränkt wird,
während
es sich in einen Eingriff mit dem Schwungscheibenhohlrad bewegt.
Dies reduziert die Wahrscheinlichkeit für einen geringeren Eingriff
als einen Volleingriff zwischen dem Ritzel und dem Schwungscheibenhohlrad,
während
sie sich zusammen bewe gen, und reduziert die Wahrscheinlichkeit
für ein
Mahlen zwischen dem Ritzel und dem Hohlrad, wenn die Antriebswelle
des Anlassers einmal ein Drehmoment auf das Ritzel überträgt.
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3 zeigt
ein schematisches Diagramm eines Anlassersystems 10 für einen
Verbrennungsmotor gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Das Anlassersystem 10 von 3 umfasst
einen Anlasser 14, einen Generator 16, eine Batterie 18,
einen Kondensator 30, eine Magnetspule 32, einen
Schalter 40, eine optionale Diode 52 und eine
strombegrenzende Einrichtung 60. Der Anlasser 14,
der Generator 16, die Batterie 18, der Kondensator 30,
die Magnetspule 32, der Schalter 40 und die optionale
Diode 52 sind oben in Bezug auf 1 und 2 beschrieben.
Die strombegrenzende Einrichtung 60 umfasst eine Pulsbreitenmodulationsschaltung,
die dafür
ausgelegt ist, einen Gleichstrom in vorbestimmten Intervallen zu
unterbrechen, wodurch Gleichstromimpulse erzeugt werden. In einer
Ausführungsform
weist die stromgrenzende Einrichtung 60 eine Gleichstrom-Zerhackereinrichtung auf.
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In
der in 3 gezeigten Ausführungsform des Anlassersystems 10 fließt, wenn
der Schalter 40 geschlossen ist, Strom von der Batterie 18 in
die Anziehspule 31 und Haltespule 33 der Magnetspule 32, was
bewirkt, dass die Kontakte 34 schließen. Das Schließen der
Kontakte 34 schließt
die Anziehspule 31 kurz und bewirkt, dass das (nicht dargestellte)
Ritzel des Anlassers 14 mit dem Schwungscheibenhohlrad
des Fahrzeugmotors in Eingriff kommt. Die Stromfluss/Spannungsänderung
durch den Schalter 40 wird am Knoten 50 durch
die strombegrenzende Einrichtung 60 festgestellt. Bei Erfassen
dieser Strom/Spannungsänderung
arbeitet die strombegrenzende Einrichtung 60 dahingehend,
einen Gleichstrom von der Batterie 18 und dem Kondensator 30 in
vorbestimmten Intervallen zu unterbrechen. Dadurch werden Gleichstromimpulse
an den Anlasser 14 abgegeben. Nach einer vorbestimmten
Zeitspanne beendet die strombegrenzende Einrichtung 60 diesen
Gleichstrom-Impulseffekt, und ein ununterbrochener Gleichstrom von
der Batterie 18 und Kondensator 30 wird dann an
den Anlasser 14 geliefert. Der Effekt dieses temporären Pulsierens
von Gleichstrom, das durch die strombegrenzende Einrichtung 60 erzeugt
wird, besteht darin, die Drehbeschleunigung des Anlassers 14 zu
reduzieren, was folglich die Wahrscheinlichkeit eines korrekten
Eingriffs zwischen dem Ritzel und dem Schwungscheibenhohlrad erhöht, bevor
der volle Strom von der Batterie 18 und dem Kondensator 30 an
den Anlasser 14 geliefert wird.
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In
den in 1 – 3 gezeigten
Ausführungsformen
wird ein elektrischer Doppelschichtkondensator als zusätzliche
Spannungsquelle zum Liefern eines Anlasserstroms für den Verbrennungsmotor
genutzt. Eine beliebige Anzahl von Spannungsquellen wie z.B. eine
oder mehrere zusätzliche
Batterien kann jedoch genutzt werden. Diese zusätzlichen Spannungsquellen verstärken die
Batterie 18 während
des Motoranlassens und helfen dabei, die Batterie 18 bei
einem höheren
Ladezustand zu halten, wodurch die Lebensdauer der Batterie 18 verlängert wird.
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In
noch einer anderen Ausführungsform
ist das Anlassersystem 10 so ausgelegt, dass es einen (nicht
dargestellten) Sensor enthält,
der eine zusätzliche
Positionsinformation über
das Ritzel des Motors 14 liefert. In der Ausführungsform
des Anlassersystems 10, die in 1 und 2 gezeigt
ist, kann ein solcher Sensor anstelle der Steuerlogikeinrichtung 46 genutzt
werden. Im Betrieb ist der Sensor betreibbar, um festzustellen,
wann das Ritzel des Anlassers 14 sich zu einem Punkt bewegt
hat, wo es mit dem Hohlrad des Verbrennungsmotors notwendigerweise in
Eingriff stehen muss. Wenn dieser Bewegungsumfang festgestellt wird,
ist der Sensor betreibbar, um das Relais 44 (in der Ausführungsform
von 1) oder das Relais 54 (in der Ausführungsform
von 2) zu betätigen,
wodurch die elektrische Verbindung zwischen dem Kondensator 30 und
dem Anlasser 14 hergestellt wird. Im Kontext der in 3 gezeigten
Ausführungsform
ist, wenn dieser Bewegungsumfang des Ritzels festgestellt wird,
der Sensor betreibbar, zu veranlassen, dass die strombegrenzende
Einrichtung 60 gestattet, dass ein ununterbrochener Gleichstrom
von der Batterie 18 und dem Kondensator 30 an
den Anlasser 14 geliefert wird.
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4 zeigt
ein schematisches Diagramm eines Anlassersystems 10 eines
Verbrennungsmotors gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Das Anlassersystem 10 von 4 umfasst
einen Anlasser 14, einen Generator 16, eine Batterie 18,
einen Kondensator 30, eine Magnetspule 32, einen
Schalter 40 und einen Stromverstärker 70. Der Anlasser 14,
der Generator 16, die Batterie 18, der Kondensator 30,
die Magnetspule 32 und der Schalter 40 sind oben
in Bezug auf 1 und 2 beschrieben.
Der Stromverstärker 70 ist betreibbar,
um den von der Batterie 18 an den Anlasser 14 abgegebenen
Strom zu erhöhen.
In einer Ausführungsform
umfasst der Stromverstärker 70 eine Gleichstrom-Wandlerschaltung,
die betreibbar ist, um die Spannung der Batterie 18 zu
verstärken,
wodurch ein zusätzlicher
Anlasserstrom an den Anlasser 14 geliefert wird.
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In
der in 4 gezeigten Ausführungsform des Anlassersystems 10 fließt, wenn
der Schalter 40 geschlossen ist, Strom von der Batterie 18 zur
Anziehspule 31 und Haltespule 33 der Magnetspule 32, was
bewirkt, dass die Kontakte 34 schließen. Das Schließen der
Kontakte 34 schließt
die Anziehspule 31 kurz, und ein Strom fließt von der
Batterie 18 zum Anlasser 14, was veranlasst, dass das (nicht
dargestellte) Ritzel des Anlassers 14 mit dem Schwungscheibenhohlrad
des Kraftfahrzeugmotors in Eingriff kommt. Die Stromfluss/Spannungsänderung
durch den Schalter 40 wird am Knoten 50 durch den
Stromverstärker 70 festgestellt.
Der Stromverstärker 70 wird
dann in einer vorbestimmten Zeitspanne, nachdem die Stromfluss/Spannungsänderung
am Knoten 50 festgestellt ist, aktiviert. Wenn er aktiviert
ist, verstärkt
der Stromverstärker 70 die Spannung
der Batterie 18, wodurch an den Anlasser 14 ein
zusätzlicher
Anlasserstrom geliefert wird. Wegen der durch den Stromverstärker 70 implementierten
Verzögerung
wird der hochgesetzte Strom nicht an den Anlasser 14 geliefert,
bis dem Ritzel des Anlassers 14 die Gelegenheit gegeben
worden ist, mit dem Schwungscheibenhohlrad des Verbrennungsmotors
vollständig
in Eingriff zu kommen.
-
In
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird der Stromverstärker 70 zwei Zehntel (0,2)
einer Sekunde, nachdem der Schalter 40 geschlossen ist,
aktiviert und deaktiviert dreißig
(30) Sekunden später
oder fünfundzwanzig
(25) Sekunden, nachdem ein Zustand mit mehr als 14 Volt am Knoten 50 erfasst
ist. Andere Zeitsteuerparameter können gemäß den Anforderungen eines Anwenders
der vorliegenden Erfindung ausgewählt werden, wobei jeder ausgewählte Parameter
in den Umfang der vorliegenden Erfindung fällt.
-
Obgleich
diese Erfindung mit einem bevorzugten Entwurf beschrieben worden
ist, kann die vorliegende Erfindung innerhalb des Umfangs und Geistes
dieser Offenbarung weiter modifiziert werden. Diese Anwendung soll
daher beliebige Änderungen, Nutzungen
oder Anpassungen der Erfindung unter Verwendung ihrer allgemeinen
Prinzipien abdecken. Jede solche Implementierung fällt in den
Umfang der vorliegenden Erfindung, wie sie hierin und in den angefügten Ansprüchen offenbart
ist. Überdies
soll diese Anmeldung solche Abweichungen von der vorliegenden Offenbarung
abdecken, wie sie dem Fachmann bekannt sind, den diese Erfindung
betrifft, und welche in die Grenzen der beigefügten Ansprüche fallen.