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Die
Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem elektronischen
Motorsteuergerät,
elektrischen Verbrauchern, insbesondere einer Lichtmaschine, mit
einem Anlasssystem und mit einem elektronischen Leistungsmodul.
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Aus
der
DE 101 03 638
B4 ist ein Anlasssystem für eine Brennkraftmaschine mit
einem elektronischen Motorsteuergerät, einem Anlasser und zwei Schaltmitteln
bekannt. Zum Anlassen der Brennkraftmaschine wird über ein
Zündschloss
die Versorgungsspannung an einen Signaleingang des elektronischen
Motorsteuergeräts
angelegt. Hierdurch werden zwei im elektronischen Motorsteuergerät enthaltene
Schalter aktiviert, welche wiederum über die beiden Schaltmittel
einen Strompfad von der Versorgungsspannung zum Anlasser schalten. Über einen Rückkopplungszweig
vom Anlasser wird ein zeitbestimmtes Selbsthaltemittel angesteuert,
welches die beiden im elektronischen Motorsteuergerät enthaltenen
Schalter im geschlossen Zustand auch dann hält, wenn das Anlasssignal deaktiviert
wird. Die Zeitsteuerung des Selbsthaltemittels ist so ausgelegt, dass
die Initialisierungszeit der Recheneinheit im elektronischen Steuergerät überbrückt wird,
wobei dann die Recheneinheit die Ansteuerung der beiden Schalter übernimmt.
Das Anlasssystem ist ausschließlich
für elektrische
Anlasser ausgelegt.
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Aus
der
DE 103 35 308
A1 ist ein Verfahren zur Steuerung eines Anlasssystems
einer Brennkraftmaschine bekannt. Das Anlasssystem umfasst eine
Batterie, einem Anlasser, eine Systemsteuereinrichtung und eine
Anlasser-/Lichtmaschinen-Steuereinrichtung.
Das Verfahren besteht darin, dass die Batteriespannung überwacht
und mit einem Grenzwert verglichen wird. Liegt diese unterhalb des Grenzwerts,
so wird der Anlasser, die Lichtmaschine deaktiviert und ein Anzeigesignal
generiert. Liegt die Batteriespannung oberhalb des Grenzwerts, wird
die Aktivierung des Anlassers und der Lichtmaschine zugelassen.
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Die
DE 198 37 782 A1 beschreibt
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Anlassen einer Brennkraftmaschine.
In einer ersten Ausführungsform
ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Batterie
und der Kontaktbrücke
eines Magnetsschalters ein elektronischer Leistungsschalter angeordnet
ist, der über
eine Steuerleitung und Messleitungen mit einem elektronischen Motorsteuergerät verbunden
ist. Über
die Messleitungen kann ein Schließen der Kontaktbrücke mit
Einspuren des Starterritzels sowie der Spannungs- und Stromverlauf
während
des Startens detektiert werden. In einer zweiten Ausführungsform
der Vorrichtung ist der elektronische Leistungsschalter direkt mit
dem Anlasser verbunden. Die Kontaktbrücke wurde eingespart. Beide
Ausführungsformen
sind für
elektrische Anlasser ausgelegt.
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In
der Praxis liefert der Hersteller einer Brennkraftmaschine an den
Endkunden neben der Brennkraftmaschine und dem elektronischen Motorsteuergerät auch die
Lichtmaschine und das Anlasssystem, beispielsweise elektrische Anlasser,
eine Flammstartanlage oder eine Druckluft-Anlasseranlage, welche
unverkabelt am Kurbelgehäuse
montiert sind. Beim Endkunden wird dann die Antriebsanlage komplettiert.
Beispielsweise wird bei einem Schienenfahrzeug nach Einbau der Brennkraftmaschine
in einem ersten Schritt das elektronische Motorsteuergerät mit den
Anlassrelais der elektrischen Anlasser verbunden. In einem zweiten
Schritt werden die Anlassrelais dann mit den an der Brennkraftmaschine angebauten
Anlassern über
einen entsprechenden Kabelbaum verbunden. Für die Lichtmaschine gilt dies
entsprechend. Und in einem dritten Schritt wird die Starterbatterie
mit einem zentralen Versorgungsspannungs-Anschluss, welcher am Kurbelgehäuse angebracht
ist, verbunden. Üblicherweise
sind die Anlassrelais und die Steuereinheit für die Lichtmaschine in einem
separaten Schaltschrank angeordnet. Bauartbedingt ist die Verkabelung
einer Flammstartanlage als Starthilfe oder eine Druckluft-Anlasseranlage
demgegenüber
noch aufwendiger. Bei allen drei Anlasssystemen ist der hohe Verkabelungsaufwand
kritisch, da dieser eine Fehlerquelle darstellt.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, den Verkabelungsaufwand
bei einer derartigen Brennkraftmaschine zu verringern.
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Die
Aufgabe wird bei einer Brennkraftmaschine mit einem elektronischen
Motorsteuergerät zur
Steuerung der Brennkraftmaschine, mit elektrischen Verbrauchern
nebst einem Anlasssystem zum Starten der Brennkraftmaschine, dadurch
gelöst, dass
ein elektronisches Leistungsmodul am Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine
angeordnet ist, in welchem Schaltmittel zur Aktivierung oder Deaktivierung
der Verbraucher, Überwachungsmittel
zur Überwachung
der Verbraucher und Leistungsverteilungsmittel zur Verteilung von
elektrischer Energie an die Verbraucher integriert sind. Ebenso
umfasst das Leistungsmodul eine Identifikation zur Erkennung des
Anlasssystems.
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Ergänzend ist
vorgesehen, dass ein erster sowie zweiter Kabelbaum das Leistungsmodul
mit den Verbrauchern verbindet. Ein dritter Kabelbaum verbindet
das Leistungsmodul mit dem elektronischen Motorsteuergerät, über welchen
das Leistungsmodul und das elektronische Motorsteuergeräts mittels
eines elektronischen Bussystems miteinander kommunizieren.
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Da
nunmehr der Hersteller der Brennkraftmaschine die Brennkraftmaschine,
das elektronische Motorsteuergerät,
die Lichtmaschine, das Leistungsmodul und das Anlasssystem vollständig verkabelt liefern
kann, reduziert sich der Verkabelungsaufwand beim Endkunden. Zudem
verringert sich die Anzahl der peripheren Geräte. Beim Endkunden muss lediglich
noch das Leistungsmodul mit der Starterbatterie verbunden werden.
Neben dem reduzierten Aufwand und der damit verringerten Fehlerhäufigkeit,
ergibt sich eine deutliche Kostenreduktion gegenüber dem Stand der Technik auf
Grund kürzerer
elektrischer Leitungen mit geringerem Querschnitt.
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Die
Integration eines Überwachungsmittels im
Leistungsmodul erlaubt eine zielführende Diagnose. Überwacht
werden die Versorgungsspannung, die Zuleitungen zu den Verbrauchern,
die Ladekontrolle der Lichtmaschine und die Kenngrößen des
Anlasssystems. Bei einem elektrischen Anlasser sind dies der Einrückstrom,
der Haltestrom und optional der Einrückzustand des Anlasser-Einrückrelais.
Bei einer Druckluft-Anlasseranlage
wird das Druckniveau der Druckluft überwacht. Bei einer Flammstartanlage werden
der Flammglühstrom,
der Kraftstoffdruck und die Fehlerfreiheit die elektrische Zuleitungen
zu den Kraftstoffventilen überwacht.
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In
den Zeichnungen ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt.
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Es
zeigen:
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1 ein
Systemschaubild,
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2 ein
Blockschaltbild des Leistungsmoduls und
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3 ein Zeitdiagramm eines Anlassvorgangs.
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Die 1 zeigt
ein Systemschaubild einer Brennkraftmaschine 1 mit einem
elektronischen Motorsteuergerät
(ADEC) 2, einem Leistungsmodul 6 und Verbrauchern.
Letztere entsprechen zumindest einem Anlasssystem 5. Die
Betriebsweise der Brennkraftmaschine 1 wird durch das elektronische Motorsteuergerät 2 bestimmt.
Dieses beinhaltet die üblichen
Bestandteile eines Mikrocomputersystems, beispielsweise einen Mikroprozessor,
I/O-Bausteine, Puffer und Speicherbausteine (EEPROM, RAM). In den
Speicherbausteinen sind die für
den Betrieb der Brennkraftmaschine 1 relevanten Betriebsdaten
in Kennfeldern/Kennlinien appliziert. Über diese berechnet das elektronische
Motorsteuergerät 2 aus den
Eingangsgrößen die
Ausgangsgrößen. Als
Eingangsgrößen sind
exemplarisch ein Signal START zum Anlassen der Brennkraftmaschine 1 und
eine Größe EIN dargestellt.
Die Größe EIN steht
stellvertretend für
die weiteren Eingangssignale, beispielsweise einer Motordrehzahl,
einen Raildruck bei einem Common-Railsystem und den Temperaturen
der Kühl-/Schmiermittel
oder des Kraftstoffs.
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In 1 sind
als Ausgangsgrößen des
elektronischen Motorsteuergeräts 2 ein
Signal CAN und eine Größe AUS dargestellt.
Die Größe AUS steht stellvertretend
für die
weiteren Signale zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine 1,
beispielsweise einem Ansteuersignal für die Saugdrossel des Common-Railsystems
und einem Ansteuersignal für
die Injektoren. Das Signal CAN bezeichnet ein elektronisches Bussystem, über welches
das elektronische Motorsteuergerät 2 und
das Leistungsmodul 6 miteinander kommunizieren.
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Am
Kurbelgehäuse 3 der
Brennkraftmaschine 1 ist das Leistungsmodul 6 befestigt,
welches über einen
ersten Kabelbaum 10 (Kabelbaum 10A, Kabelbaum 10B)
und über
einen zweiten Kabelbaum 11 (Kabelbaum 11A, Kabelbaum 11B)
mit der Lichtmaschine 4 und dem Anlasssystem 5 verbunden
ist. Bei dieser Ausführung
sind als Anlasssystem 5 zwei elektrische Anlasser 13 dargestellt. Über den
ersten Kabelbaum 10 werden die Lichtmaschine 4 und
die Anlasser 13 aktiviert oder deaktiviert, indem das Leistungsmodul 6 das
Potential der Versorgungsspannung Ub auf den ersten Kabelbaum 10 durchschaltet (Aktivierung)
oder unterbricht (Deaktivierung). Hierzu ist im Leistungsmodul 6 ein
Schaltmittel 7 integriert (2). Über den
zweiten Kabelbaum 11 werden permanent die Versorgungsspannung
Ub und das Bezugspotential GND sternförmig der Lichtmaschine 4 und
den Anlassern 13 zugeführt.
Hierzu ist im Leistungsmodul 6 ein Leistungsverteilungsmittel 9 integriert
(2). Über
einen dritten Kabelbaum 12 kommunizieren das Leistungsmodul 6 und
das elektronische Motorsteuergerät 2 miteinander.
Angeschlossen ist das Leistungsmodul 6 an einer Starterbatterie 14,
welche die Versorgungsspannung Ub bereitstellt.
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Die
weitere Erläuterung
erfolgt gemeinsam mit der 2, welche
das Leistungsmodul 6 als Blockschaltbild zeigt.
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Die
Anordnung besitzt folgende Funktionalität:
Mit Anlegen der Versorgungsspannung
Ub ist das Leistungsmodul 6 aktiviert. Über eine entsprechende Kodierung
im ersten Kabelbaum 10 identifiziert das Leistungsmodul 6 am
Eingang ID das angeschlossene Anlasssystem 5. Beim dargestellten
Beispiel erkennt dieses zwei elektrische Anlasser 13. Bei
angelegter Versorgungsspannung Ub und abgestecktem Kabelbaum 10 prüft das Leistungsmodul 6 die
Funktionalität
der einzelnen Kanäle
und signalisiert über eine
Diagnoselampe die Fehlerfreiheit oder einen erkannten Fehler im
Leistungsmodul 6. Nach dem Anstecken des Kabelbaums 10 meldet
das Leistungsmodul 6 sich unter der Knotennummer und der
Anlasssystem-Konfiguration beim elektronischen Motorsteuergerät 2 über das
CAN-Bussystem an. Wenn das elektronische Motorsteuergerät 2 das
Leistungsmodul 6 erkannt hat, wird das erkannte Anlasssystem,
zum Beispiel zwei elektrische Anlasser, im Startablauf ausgewählt. Der
gesamte Startablauf wird vom elektronischen Motorsteuergerät 2 gesteuert. Das
Leistungsmodul 6 entspricht daher einer intelligenten,
erweiterten Ein-/Ausgangsschnittstelle, welche vom elektronischen
Motorsteuergerät 2 angesteuert
wird.
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Wenn
der Bediener über
das Signal START einen Startvorgang anfordert, aktiviert das elektronische
Motorsteuergerät 2 über das
im Leistungsmodul 6 integrierte Schaltmittel 7 die
beiden Anlasser 13. In 2 entspricht
dies den beiden Ausgangskanälen TOH1
und TOH2, an welchen das positive Potential der Versorgungsspannung
Ub, beispielsweise 24V, dann anliegt. Während des Startvorgangs prüft das Überwachungsmittel 8 den
Status der beiden Ausgangskanäle
TOH1 und TOH2 anhand des Stromverlaufs und prüft die Versorgungsspannung
Ub. Als Option kann auch ergänzend über die
beiden Eingänge Dig1
und Dig2 der Einrückzustand
der Anlasserrelais (Klemme 48/45) und die Funktion der Lichtmaschine 4 geprüft werden.
Die Funktionsprüfung
der Lichtmaschine 4 erfolgt in einem ersten Schritt dadurch,
dass über
das Schaltmittel 7 das Signal DLM auf den Wert der Versorgungsspannung
Ub gesetzt wird, wodurch die Grunderregung der Lichtmaschine 4 eingeschaltet
wird. In einem zweiten Schritt wird dann über das Überwachungsmittel 8 das
Potential am Eingang BLM mit dem Potential des Signals DLM verglichen.
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Ein
fehlerfreier Anlassvorgang liegt dann vor, wenn ein fehlerfreies
Einrücken
der Anlasser 13 erkannt wird. Ein fehlerfreies Einrücken der
Anlasser 13 wiederum wird erkannt, wenn der detektierte Strompegel
der Anlasser 13 in Bezug auf die Versorgungsspannung Ub
vom Einrückstromwert,
zum Beispiel 60A, innerhalb einer vorgebbaren Zeit auf
einen Haltestromwert, zum Beispiel 16A, abgefallen ist, also
ein Sprung im Stromverlauf von Einrückstrom auf Haltstrom erkannt
wird, und die Versorgungsspannung Ub innerhalb eines vorgebbaren
Toleranzbands liegt.
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Wird
ein fehlerfreier Anlassvorgang erkannt, initiiert das elektronische
Motorsteuergerät 2 den weiteren
Startvorgang, beispielsweise indem die Motordrehzahl und der Raildruck
erfasst werden und eine Einspritzung ausgelöst wird.
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Wird
ein fehlerhafter Startvorgang festgestellt, so wird vom elektronischen
Motorsteuergerät 2 der
Startvorgang abgebrochen, die beiden Ausgangskanäle TOH1 und TOH2 deaktiviert
und dem Bediener dies angezeigt.
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Als
Option ist in 2 ein Eingangskanal LSBG eingezeichnet. Über diesen
erkennt das Leistungsmodul 6 den Schaltzustand eines Sicherheitsschalters.
Beispielsweise kann bei einer Schiffsanwendung der Sicherheitsschalter
anzeigen, dass an der Brennkraftmaschine Wartungsarbeiten ausgeführt werden.
Der Sicherheitsschalter verhindert also, dass ein Schiffsführer den
Startvorgang versehentlich einleiten kann.
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In 2 sind
zwei weitere Ausgangskanäle SV
und DV sowie ein Eingangskanal p1 eingezeichnet. Wird als Anlasssystem 5 eine
Druckluft-Anlasseranlage verwendet, aktiviert das Schaltmittel 7 über den
Ausgangskanal SV ein Startventil und über den Ausgangskanal DV ein
Drosselventil des Druckluftanlassers. Über den Eingangskanal p1 wird
vom Überwachungsmittel 8 der
Luftdruck überwacht.
Die Funktionalität
der weiteren Eingänge
entspricht der vorherigen Beschreibung zu einem Anlasssystem mit elektrischen
Anlassern.
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Bei
Verwendung einer Flammstart-Anlage als Anlasssystem besitzen die
Eingangs- und Ausgangskanäle
des Leistungsmoduls 6 der 2 folgende
Zuordnungen:
- – die Ausgangskanäle TOH1
und TOH2 dienen zur Aktivierung der Glühkerzen;
- – die
Ausgangskanäle
SV und DV dienen zur Aktivierung der Kraftstoffventile;
- – der
Eingangskanal p1 erfasst den Kraftstoffdruck.
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Die
Funktionalität
der weiteren Eingänge entspricht
der vorherigen Beschreibung zu einem Anlasssystem mit elektrischen
Anlassern.
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In
der 3 ist ein Anlassvorgang für ein Anlasssystem
mit elektrischen Anlassern 13 dargestellt. Die 3 besteht aus den Teilfiguren 3A bis 3C.
Diese zeigen jeweils über
der Zeit: den Verlauf der Versorgungsspannung Ub (3A),
den Stromverlauf i1 am Ausgangskanal TOH1 des Leistungsmoduls 6 (3B)
und den Stromverlauf i2 am Ausgangskanal TOH2 des Leistungsmoduls 6 (3C).
In 3A sind die zulässigen Toleranzbänder für die Versorgungsspannung
Ub schraffiert eingezeichnet.
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Zum
Zeitpunkt t1 wird der Anlassvorgang begonnen und über das
Schaltmittel die beiden Anlasser mit der Versorgungsspannung beaufschlagt.
Zum Zeitpunkt t2 erreicht der erste Strom i1 seinen Maximalwert,
also den Einrückstromwert,
zum Beispiel 60A. Im Leistungsmodul werden die beiden Stromwerte
i1 sowie i2 und der dazu gehörigen
Wert der Versorgungsspannung gespeichert. Im Zeitraum t2/t3 verringert
sich der erste Strom i1 und zeigt damit an, dass der Starter eingerückt ist.
Hieraus resultiert ein Spannungseinbruch auf der Versorgungsspannung
Ub zum Zeitpunkt t3, siehe 3A.
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Der
Spannungseinbruch wird durch den Stromfluss durch den (ersten) Anlasser
verursacht. Zu diesem Spannungseinbruch auf der Versorgungsspannung
Ub korrespondiert der Verlauf des zweiten Stroms i2 zum Zeitpunkt
t3. Im Zeitraum t3/t4 verringert sich der zweite Strom i2 und zeigt
damit ebenfalls an, dass der dazugehörige Starter eingerückt ist. Auch
hieraus resultiert ein Spannungseinbruch zum Zeitpunkt t4. Zum Zeitpunkt
t4 sind somit beide Starter eingerückt. Der Wert des ersten und
zweiten Stroms i1 und i2 entspricht dem Haltestrom, beispielsweise 16A.
Zum Zeitpunkt t5 läuft
eine Zeitstufe zur Überwachung
des Einrückzustands
ab, das heißt,
bis zum Zeitpunkt t5 muss der Starter eingerückt sein.
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Aus
der vorherigen Beschreibung ergeben sich für die Erfindung gegenüber dem
Stand der Technik folgende Vorteile:
- – der Arbeitsaufwand
beim Endkunden ist deutlich geringer, da die Brennkraftmaschine
mit elektronischem Motorsteuergerät, Leistungsmodul, Anlasssystem
und Lichtmaschine vollständig
verkabelt angeliefert wird;
- – die
Materialkosten sind geringer, da die Kabelbäume kürzer bei geringerem Querschnitt
sind;
- – die
Fehlermöglichkeiten
beim Endkunden werden reduziert;
- – die
Integration eines Überwachungsmittels
im Leistungsmodul erlaubt eine zielführende Diagnose;
- – die
Erfindung kann als Nachrüstlösung eingesetzt
werden.
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- 1
- Brennkraftmaschine
- 2
- elektronisches
Motorsteuergerät
(ADEC)
- 3
- Kurbelgehäuse
- 4
- Lichtmaschine
- 5
- Anlasssystem
- 6
- Leistungsmodul
- 7
- Schaltmittel
- 8
- Überwachungsmittel
- 9
- Leistungsverteilungsmittel
- 10
- erster
Kabelbaum
- 11
- zweiter
Kabelbaum
- 12
- dritter
Kabelbaum
- 13
- elektrischer
Anlasser
- 14
- Starterbatterie