DE102009029226A1 - Starting device for internal combustion engines, has relay for closing load circuit connected to two operating contacts of relay and electric motor, which is switched in load circuit for starting internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Startvorrichtung für Verbrennungsmotoren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The present invention relates to a starting device for internal combustion engines according to the preamble of patent claim 1.
Startvorrichtungen für Verbrennungsmotoren bestehen im Wesentlichen aus einem Elektromotor, der über ein Untersetzungsgetriebe auf die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors wirkt und diesen innerhalb von beispielsweise 0,5 bis 1 Sek. auf Drehzahlen von typischerweise über 200 U/min beschleunigt. Die hierzu erforderliche Leistung reicht von unter 1 kW für kleine Benzinmotoren bis größer 4 kW für große Dieselmotoren. Auf Grund der hierfür kurzzeitig erforderlichen extrem hohen Ströme von einigen hundert bis zu über tausend Ampere und bedingt durch den begrenzten fixen Innenwiderstand bricht die Batteriespannung von beispielsweise 12 Volt auf bis zu 3 Volt ein, so dass die meisten elektronischen Einrichtungen im Kraftfahrzeug kurzzeitig ausfallen. Während diese Wechselwirkung des Starters mit anderen Fahrzeugkomponenten beim einmaligen Betrieb am Anfang einer Fahrt (Kaltstart) kaum von Bedeutung ist, sind die Folgen des Bordnetzspannungseinbruchs bei wiederholtem Start beim sogenannten Start-Stopp-Betrieb nicht tragbar und unter bestimmten Umständen sogar sicherheitsgefährdend. Zur Abmilderung dieser Folgen sind verschiedene Strategien bekannt, um diesen Bordnetzspannungseinbruch zu vermeiden bzw. zu unterbinden.Starting devices for internal combustion engines consist essentially of an electric motor which acts on the crankshaft of the internal combustion engine via a reduction gear and accelerates it within, for example, 0.5 to 1 sec. To speeds of typically over 200 rpm. The required power ranges from less than 1 kW for small gasoline engines to greater than 4 kW for large diesel engines. Due to the short time required for this extremely high currents of a few hundred to over a thousand amps and due to the limited fixed internal resistance breaks the battery voltage of, for example, 12 volts up to 3 volts, so that most electronic devices in the vehicle temporarily fail. While this interaction of the starter with other vehicle components during single operation at the beginning of a journey (cold start) is of little importance, the consequences of the electrical system voltage dip during repeated start in so-called start-stop operation is not sustainable and under certain circumstances even dangerous. To mitigate these consequences, various strategies are known to avoid or prevent this on-board voltage drop.
Stand der TechnikState of the art
Die
Es ist ebenfalls bekannt, einen elektrischen Widerstand fallweise in die Zuleitung des Anlasser- bzw. Startermotors einzuschalten. Während des Start-Stop-Betriebs wird der Widerstand in den Stromkreis geschaltet, indem ein Relais einen entsprechenden Schalter schließt, wohingegen beim Kaltstart der Widerstand überbrückt bzw. das Relais geöffnet wird und ein parallel zum Widerstand verlaufender Kurzschlussspfad geschlossen wird.It is also known to turn on an electrical resistance case by case in the supply line of the starter motor. During start-stop operation, the resistor is switched into the circuit by a relay closing a corresponding switch, whereas in the cold start the resistor is bypassed or the relay is opened and a short-circuit path running parallel to the resistor is closed.
Die bekannten Lösungen weisen den Nachteil auf, dass für die Leitungspfade und die Anordnung der Vorwiderstände relativ viel Bauraum benötigt wird.The known solutions have the disadvantage that relatively much space is required for the conduction paths and the arrangement of the series resistors.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß wird eine Startvorrichtung für Verbrennungsmotoren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a starting device for internal combustion engines with the features of the independent claims is proposed. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die Erfindung lehrt, dass der notwendige Bauraum zur Anbringung eines Vorwiderstands für den Elektromotor einer Startvorrichtung wesentlich reduziert werden kann, wenn bei einer gattungsgemäßen Startvorrichtung das Relais wenigstens ein elektrisches Widerstandsbauteil aufweist, das im geschlossenen Zustand des Relais in den Laststromkreis geschaltet ist. Dadurch, dass somit der Vorwiderstand Teil des Relais ist, entfällt die Notwendigkeit, den Vorwiderstand separat einzubauen und mit einem entsprechenden Einbauplatz, entsprechenden Anschlüssen sowie entsprechenden Verbindungsleitungen zu versehen. In der Folge kann die Startvorrichtung einfacher und kostengünstiger hergestellt werden. Als Widerstandsbauteil wird ein Bauteil mit einem definierten elektrischen Widerstand angesehen, so dass das Bauteil als Vorwiderstand dienen kann.The invention teaches that the necessary space for attaching a series resistor for the electric motor of a starting device can be substantially reduced if, in a generic starting device, the relay has at least one electrical resistance component, which is connected in the closed state of the relay in the load circuit. The fact that thus the series resistor is part of the relay, eliminating the need to install the series resistor separately and provided with a corresponding slot, corresponding terminals and corresponding connection lines. As a result, the starting device can be made simpler and cheaper. As a resistance component, a component is considered with a defined electrical resistance, so that the component can serve as a dropping resistor.
Bei den im Stand der Technik eingesetzten Relais bestehen die Arbeitskontakte üblicherweise aus zwei Kupferkontakten, welche zugleich Schraubenköpfe für Anschlussklemmen darstellen. Die Kontaktplatte bzw. Schaltbrücke ist ebenfalls aus Kupfermaterial hergestellt und innerhalb des Relais beweglich angeordnet. Sie stellt bei Bedarf eine elektrische Verbindung zwischen den Arbeitskontakten her. Die Bewegung der Kontaktplatte wird von einem Relaisanker gesteuert, der bei Bestromung des Relais von einer offenen Position in einer geschlossene Position wechselt.In the relay used in the prior art, the normally open contacts consist of two copper contacts, which also represent screw heads for terminals. The contact plate or switching bridge is also made of copper material and movably disposed within the relay. If necessary, it produces an electrical connection between the working contacts. The movement of the contact plate is controlled by a relay armature, which changes from an open position to a closed position when the relay is energized.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird diese Kontaktplatte durch ein entsprechend geformtes Widerstandsmaterial ersetzt, so dass beim Schließen des Relais-Kontaktes automatisch ein erwünschter Vorwiderstand in den Laststromkreis geschaltet wird. Um den Widerstandswert in einem weiten Bereich einstellen zu können, kann der Widerstand als Stanz-Biegeteil ausgeführt werden. Alternativ oder zusätzlich ist eine geblechte Ausführung möglich, um insbesondere eine gewünschte Elastizität für die Kontaktplatte bzw. Schaltbrücke bereitstellen zu können.According to a preferred embodiment of the invention, this contact plate is replaced by a correspondingly shaped resistance material, so that when closing the relay contact automatically a desired series resistor is connected in the load circuit. In order to set the resistance value in a wide range, the resistance can be performed as a stamped and bent part. Alternatively or additionally, a lathed design is possible, in particular in order to be able to provide a desired elasticity for the contact plate or switching bridge.
Um Kontaktabbrand und damit eine Beeinflussung des Widerstandswertes zu verhindern, können die Enden der Kontaktplatte, welche die Arbeitskontakte beaufschlagen, aus einem ersten Material, insbesondere aus Kupfermaterial, hergestellt sein, wohingegen der dazwischen liegende Bereich, d. h. der den eigentlichen Widerstand bereitstellende Bereich, aus einem zweiten Material (Widerstandsmaterial) hergestellt ist. Die Verbindung der Bereiche kann beispielsweise mittels Elektronenstrahlschweißen hergestellt werden.To prevent contact erosion and thus influencing the resistance value, the ends of the contact plate, which act on the normally open contacts, from a first Material, in particular of copper material, to be made, whereas the intermediate region, ie the area providing the actual resistance, made of a second material (resistance material) is made. The connection of the regions can be produced for example by means of electron beam welding.
Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen, bei denen die Kontaktplatte das Widerstandselement darstellt, kann eine entstehende Wärme über die Verbindung mit dem Relaisanker abgeführt werden.In the embodiments described so far, in which the contact plate represents the resistance element, a resulting heat can be dissipated via the connection to the relay armature.
Daneben ist ebenso angedacht, dass wenigstens einer der Arbeitskontakte des Relais aus dem Widerstandsmaterial zumindest teilweise besteht. In diesem Fall kann die entstehende Wärme über die angeschlossene Zuleitung einfach und sicher abgeführt werden.In addition, it is also envisaged that at least one of the normally open contacts of the relay consists of the resistance material at least partially. In this case, the resulting heat can be removed easily and safely via the connected supply line.
Als Widerstandsmaterial eignet sich zum einen Konstantwiderstandsmaterial, wie z. B. Konstantan, Nickelin, Chrom-Nickel, Chrom-Nickel-Eisen, Chrom-Nickel-Aluminium, usw., oder thermisches Widerstandsmaterial, wie z. B. Heißleiter oder Kaltleiter.As a resistance material is suitable for a constant resistance material such. As constantan, nickel, chromium-nickel, chromium-nickel-iron, chromium-nickel-aluminum, etc., or thermal resistance material, such as. B. thermistor or PTC thermistor.
Insbesondere das Vorsehen eines Heißleiters bietet die Möglichkeit, hohe Anlaufströme zu unterbinden, wohingegen im Durchdrehbetrieb eine minimale Verlustleistung erzielbar ist.In particular, the provision of a thermistor provides the opportunity to prevent high start-up currents, whereas in spin-through operation, a minimal power loss can be achieved.
Eine andere Möglichkeit zur Erzielung der soeben erläuterten Wirkung ist das Bereitstellen von wenigstens zwei Schaltstufen im Relais, wobei in einer ersten Schaltstufe ein höherer Widerstand und in einer zweiten Schaltstufe ein niedrigerer Widerstand für den Laststromkreis bereitgestellt wird.Another possibility for achieving the effect just explained is the provision of at least two switching stages in the relay, wherein a higher resistance is provided in a first switching stage and a lower resistance for the load circuit in a second switching stage.
Vorteilhafterweise ist ein erstes elektrisches Widerstandsbauteil in der ersten Schaltstufe in den Laststromkreis geschaltet. Zur Bereitstellung eines niedrigeren Widerstands in der zweiten Schaltstufe können dem ersten Widerstandsbauteil ein zweites Widerstandsbauteil oder ein Leiter parallel geschaltet werden oder anstatt des ersten Widerstandsbauteils in den Laststromkreis geschaltet werden.Advantageously, a first electrical resistance component is connected in the first switching stage in the load circuit. To provide a lower resistance in the second switching stage, a second resistance component or a conductor may be connected in parallel with the first resistance component or may be connected in the load circuit instead of the first resistance component.
Die Schaltstufen lassen sich vorzugsweise durch eine flexible Schaltbrücke erreichen, welche abhängig von einer Durchbiegung unterschiedliche Kontakte beaufschlagen kann.The switching stages can preferably be achieved by a flexible switching bridge, which can act on different contacts depending on a deflection.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.The invention is illustrated schematically by means of exemplary embodiments in the drawing and will be described in detail below with reference to the drawing.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention
In
Das Steuergerät
Die Startvorrichtung
Das Relais
In den
Bei einer ersten Möglichkeit weist das Relais
Eine weitere Ausführungsform, die eine ähnliche Wirkung aufweist, ist in
In
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 10317466 A1 [0003] DE 10317466 A1 [0003]
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