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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Maschinenanlassersystem zum Anlassen
einer Maschine.
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Bei
einem herkömmlichen
Maschinenanlassersystem erzeugt dann, wenn ein Maschinenschlüssel eingeschaltet
wird, ein Solenoidschalter eine magnetische Kraft und zwar bei Erregen
der Wicklung desselben. Wenn ein durch die magnetische Kraft bewegter
Tauchkolben Kontaktstellen für
einen Motor eines Anlassers schließt, wird ein Aufschlaggeräusch erzeugt.
Um das Aufschlaggeräusch
zu reduzieren ist, es erforderlich, einen großen Strom (Spitzenstrom) einzuschränken, wenn
der Schlüsselschalter eingeschaltet
wird. Es ist daher eine Stromeinschränkvorrichtung an die Erregerwicklung
in Reihe geschaltet, wodurch dann ein Strom eingeschränkt wird,
der zu der Erregerwicklung fließt,
was mit Hilfe der Stromeinschränkungsvorrichtung
erfolgt.
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Es
wird jedoch die Ausgangsleistung des Anlassers aufgrund eines Spannungsabfalls
an der Stromeinschränkungsvorrichtung
reduziert. Wenn ferner die Kapazität einer Batterie reduziert
ist, und die Spannung der Batterie durch Erregen des Motors abgesenkt
wird, kann der Betrieb des Anlassens der Maschine manchmal nicht
aufrecht erhalten werden und zwar aufgrund eines Spannungsabfalls
an der Stromeinschränkungsvorrichtung.
Darüber
hinaus ist auch eine kostengünstige
Stromeinschränkungsvorrichtung
für die
Verwendung in dem Maschinenanlassersystem wünschenswert, um die Herstellungskosten
des Maschinenanlassersystems zu reduzieren.
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Die
DE 100 05 005 A1 offenbart
eine Startanlage für
eine Verbrennungskraftmaschine. Die Startanlage besteht aus einem
Starterritzel, welches mit einem Motorzahnrad der Verbrennungskraftmaschine
in Eingriff gebracht wird, einem elektrisch schaltbaren Motor, der
während
des Startvorganges ein Moment auf das Starterritzel überträgt, einen
Aktuator zum Einspuren des Ritzels in den Motorzahnkranz sowie eine Steuereinheit,
durch welche der Elektromotor und der Aktuator gesteuert werden.
Die Bestromung des Aktuators erfolgt vom Zündschloss aus über ein
Hauptrelais oder einen Leistungstransistor, welche von der Steuerschaltung
angesteuert werden.
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Die
DE 197 21 386 A1 beschreibt
eine Startvorrichtung zum Starten einer Brennkraftmaschine, mit
einem über
ein Starterrelais mit einer Spannungsquelle verbindbaren und der
Brennkraftmaschine zum Andrehen in Eingriff bringbaren Startermotor. Die
Ansteuerung des Startermotors und/oder des Starterrelais erfolgt über ein
elektronisches Steuergerät.
Parallel zu dem Starterrelais ist eine Halbleiter-Leistungsendstufe
angeordnet, wobei Starterrelais und Halbleiter-Leistungsendstufe
den Strom für den
Startermotor liefern können.
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Eine
Startvorrichtung zum Andrehen einer Brennkraftmaschine ist aus der
EP 1 041 275 A1 bekannt.
Sie besteht aus einem Startermotor und einem durch eine Ankerwelle
antreibbares Ritzel, welches in einen Zahnkranz der Brennkraftmaschine
einspurbar ist. Die Startvorrichtung besitzt eine Steuer- und Regelvorrichtung,
welche zwei parallel schaltbare Schaltelemente ansteuert. Bei Teillast
ist der Startermotor durch Taktung zu betreiben.
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EP 1 041 277 A1 weist
eine Startvorrichtung mit den Kontakten eines Einrückmagneten
im Ankerstromkreis auf, welcher in Reihe mit einem getaktet betreibbaren
Halbleiterschalter geschaltet ist.
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Aus
der
EP 1 041 278 A1 ist
eine Startvorrichtung mit einem Halbleiter-Schaltelement im Ankerstromkreis
bekannt, welches getaktet betrieben wird.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Maschinenanlassersystem
zu schaffen.
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Ferner
ist es Ziel der vorliegenden Erfindung ein Maschinenanlassersystem
zu schaffen, welches zuverlässig
eine Maschine starten kann und zwar selbst dann, wenn die Kapazität einer
Batterie vermindert ist.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Demzufolge
kann der Anker dadurch erregt werden, indem in geeigneter Weise
irgendeine der ersten und zweiten Erregerschaltungen geändert wird.
Wenn beispielsweise eine Maschine gestartet wird, wird der Anker
erregt, um die Stromschaltvorrichtung mit einem variierenden Tastverhältnis ein und
auszuschalten, so daß der
Strom, der durch den Anker fließt,
gesteuert wird, um allmählich
anzusteigen, um dadurch den Spitzenstrom zu reduzieren. Wenn ein
großer
Strom erforderlich ist, wird der Anker dadurch erregt, indem die
Relaiskontaktstellen geschlossen werden, wodurch die Schaltervorrichtung
kurzgeschlossen oder überbrückt wird.
Daher kann die Stromschaltvorrichtung von einem Niedrigstromtyp
sein.
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Diese
Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich klarer
aus der folgenden detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
unter Hinweis auf die beigefügten
Zeichnungen, in denen zeigen:
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1 ein
Schaltungsdiagramm eines Maschinenanlassersystems gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 ein
Schaltungsdiagramm eines Maschinenanlassersystems gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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3 ein
Schaltungsdiagramm eines Maschinenanlassersystems gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun im folgenden unter Hinweis auf verschiedene
Ausführungsformen
beschrieben.
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(Erste Ausführungsform)
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Wie
in 1 gezeigt ist, umfaßt ein Maschinenanlassersystem 1 einen
Solenoidschalter 2, der an einem Anlasser (nicht gezeigt)
montiert ist, der ein Kleinzahnrad 3 und einen Anker 11 aufweist.
Dieser Solenoidschalter 2 stößt das Kleinzahnrad 3 in
solcher Weise, daß es
in Eingriff mit einem Ringzahnrad 20 einer Maschine (nicht
gezeigt) durch seine Antriebskraft gelangt. Eine Rotationskraft
des Anlassermotors wird von dem Kleinzahnrad 3 auf das
Ringzahnrad 20 übertragen,
wenn die Maschine gestartet wird. Das Anlassersystem 1 enthält eine
hinsichtlich des Tastverhältnisses
gesteuerte Stromschaltvorrichtung 4 zum Steuern des Stromes,
der durch den Anker 3 fließt, ein kurzschließendes Relais 5,
welches parallel zu der Stromschaltvorrichtung 4 geschaltet ist,
um elektrisch die Stromschaltvorrichtung 4 zu überbrücken, und
eine elektronische Steuerschaltung 6.
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Der
Solenoidschalter 2 enthält
eine Erregungswicklung 8, einen Tauchkolben 9,
innenliegende Kontaktstellen 10 und ähnliches. Die Erregungswicklung 8 erzeugt,
wenn sie durch Einschalten des Schlüsselschalters 7 in
die Startposition ST erregt wird, eine magnetische Kraft, so daß der Tauchkolben 9 durch
die magnetische Kraft bewegt wird, um das Kleinzahnrad 3 mit
dem Ringzahnrad 20 in Eingriff zu bringen. Gemäß der Bewegung
des Tauchkolbens 9 werden die innenliegenden Kontaktstellen 10 geöffnet und
geschlossen. Der Startermotor besteht aus einem Gleichstrommotor,
bei dem der Anker 11 eine Drehkraft erzeugt, wenn er erregt
wird.
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Die
Stromschaltvorrichtung 4, die in die Verdrahtung zwischen
einer Batterie 12 und einem der innenliegenden Kontaktstellen 10 eingeschaltet
ist, wird durch die elektronische Steuerschaltung 6 einer Impulsbreitenmodulation
(PWM) unterworfen. D. h. die Stromschaltvorrichtung 4 wird
wiederholt eingeschaltet und ausgeschaltet und zwar mit einem variierenden
Tastverhältnis,
um den Strom zu variieren, welcher dem Anker 11 zugeführt wird.
Das Relais 5 umfaßt
Relaiskontaktstellen 5a und eine Erregungswicklung 5b zum Öffnen und
Schließen
der Relaiskontaktstellen 5a. Die Relaiskontaktstellen 5a und die
Stromschaltvorrichtung 4 sind parallel geschaltet. Die
elektronische Steuerschaltung 6 wird durch die Batterie 12 in
Betrieb gesetzt, wenn der Schlüsselschalter 7 in
eine Stromeinschaltposition EIN gedreht wird. Die elektronische Steuerschaltung 6 steuert den
Betrieb der Stromschaltvorrichtung 4 und des Relais (der
Erregungswicklung 5b) basierend auf einem Maschinenzustandssignal,
einem Strom, der durch den Anker 11 (Ankerstrom) fließt, einem
Startmodussignal und ähnlichem.
Das Maschinenzustandssignal betrifft die Drehzahl der Maschine,
um ein Beispiel zu nennen.
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Das
Startmodussignal besteht aus einem normalen Startmodussignal zur
Durchführung
eines normalen Startbetriebs und aus einem Startsignal für ein wirtschaftliches
Fahren, um einen Startmodus gemäß einem
wirtschaftlichen Lauf durchzuführen,
um ein Beispiel zu nennen. In dem normalen Startmodus wird die Maschine
dadurch angelassen, indem der Schlüsselschalter 7 in
die Startposition ST gedreht wird. In dem Startmodus gemäß einem
wirtschaftlichen Fahren wird die Maschine automatisch gestartet,
ohne daß der
Schlüsselschalter 7 in
die Startposition ST gedreht wird, wenn ein vorbestimmter Zustand
befriedigt wird (z. B. damit begonnen wird, ein Gaspedal niederzudrücken und
zwar nach dem Freigeben eines Bremspedals). Dieser einem wirtschaftlichen
Fahren oder wirtschaftlichen Lauf entsprechende Startmodus wird
initialisiert, wenn ein Fahrzeug anfängt zu fahren, nachdem eine
Maschine an einer Verkehrsampel angehalten hat.
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Als
nächstes
folgt eine Beschreibung der Betriebsweise des Maschinenanlassersystems 1.
In dem normalen Startmodus wird, wenn der Schlüsselschalter 7 in
die Startposition ST gedreht wird, die Erregungswicklung 8 erregt,
um den Tauchkolben 9 derart zu bewegen, daß das Kleinzahnrad 3 in
Eingriff mit dem Ringzahnrad 20 gelangt und die Kontaktstellen 10 geschlossen
werden. Die elektronische Steuerschaltung 6 steuert die
Stromschaltvorrichtung 4 hinsichtlich einer PWM und erhöht allmählich den Ankerstrom,
indem das Tastverhältnis
allmählich
erhöht
wird. Danach, wenn der Ankerstrom größer geworden ist als ein zulässiger Stromwert,
da nämlich die
Maschine ein hohes Startdrehmoment erfordert und zwar bei einer
Niedrigtemperatur-Bedingung, erregt die elektronische Steuerschaltung 6 die
Erregungswicklung 5b, so daß die Relaiskontaktstellen 5a geschlossen
werden, um die Stromschaltvorrichtung 4 zu überbrücken. Somit
wird der Ankerstrom kontinuierlich von der Batterie 12 über die
Relaiskon taktstellen 5a zugeführt und der Anker 11 wird
erregt ohne daß eine
Unterbrechung durch die Stromschaltvorrichtung 4 auftritt.
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Wenn
die Maschine dann vollständig
angetrieben ist, und das Erregen des Ankers 11 angehalten
wird, indem der Zündschalter 7 von
der Startposition ST weggedreht bzw. ausgeschaltet wird, werden die
innenliegenden Kontaktstellen 10 geöffnet, indem die Relaiskontaktstellen 5a geöffnet werden
und zwar durch Anhalten der Erregung der Erregungswicklung 5b.
Wenn die innenliegenden Kontaktstellen 10 des Solenoidschalters 2 verschmelzen
und den Stromkreis aus irgendeinem Grund nicht öffnen, werden die Relaiskontaktstellen 5a geöffnet und
die Stromschaltvorrichtung 4 wird ausgeschaltet gehalten,
wodurch verhindert wird, daß die
Erregungswicklung 8 des Solenoidschalters 2 überhitzt
wird.
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In
dem Startmodus gemäß einer
wirtschaftlichen Fahrweise, bei dem die Maschine gestartet werden
kann unter Verwendung eines Stromes, der kleiner ist als der zulässige Stromwert
der Stromschaltvorrichtung 4, da die Maschine warm ist
und ein geringeres Startdrehmoment erfordert, wird der Ankerstrom
durch die Stromschaltvorrichtung 4 so lange gesteuert,
bis die Maschine vollständig
gestartet hat. In diesem Fall wird der Ankerstrom derart gesteuert, daß er den
Schwankungen des Ankurbel-Drehmoments der Maschine folgt.
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Wie
oben beschrieben ist, enthält
das Maschinenanlassersystem 1 eine erste Erregungsschaltung
zum Erregen des Ankers 11, indem eine Stromschaltvorrichtung 4 eingeschaltet
und ausgeschaltet wird und zwar mit einem allmählich anwachsenden Tastverhältnis, und
enthält
eine zweite Erregungsschaltung zum Erregen des Ankers 11 durch
Schließen
der Relaiskontaktstellen 5a. Wenn daher beispielsweise
die Maschine angelassen wurde, wird die Stromschaltvorrichtung 4 eingeschaltet
und es wird der Ankerstrom allmählich
unter Verwendung der Stromschaltvorrichtung 4 erhöht. In diesem
Fall kann verhindert werden, daß ein
großer
Strom (Spitzenstrom) durch den Anker 11 zum Zeitpunkt des Startvorganges,
um den Anker 11 zu erregen, fließt, wodurch ein nutzloser elektrischer
Energieverbrauch eingeschränkt
wird.
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Wenn
der Ankerstrom größer wird
als der zulässige
Stromwert der Stromschaltvorrichtung 4, kann die Stromschaltvorrichtung 4 elektrisch überbrückt werden
und zwar durch Schließen
der Relaiskontaktstellen 5a, so daß der Ankerstrom durch die Relaiskontaktstellen 5a fließt. Als
ein Ergebnis kann eine Schaltvorrichtung mit niedrigem Strom als Stromschaltvorrichtung 4 verwendet
werden. In diesem Fall kann ein Spannungsabfall an der Stromschaltvorrichtung 4 beseitigt
werden, wodurch eine Einschränkung
der Ausgangsleistung des Maschinenanlassersystems 1 an
einem Abfallen gehindert bzw. eingeschränkt wird.
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Zu
dem Zeitpunkt des Anhaltens oder Unterbrechens des Erregungsvorganges
des Ankers 11 wird der Solenoidschalter 2 ausgeschaltet
und zwar nach dem Öffnen
der Relaiskontaktstellen 5a. Wenn daher die innenliegenden
Kontaktstellen 10 des Solenoidschalters 2 geöffnet werden,
kann verhindert werden, daß ein
Lichtbogenstrom an den innenliegenden Kontaktstellen 10 erzeugt
wird, wodurch die Lebensdauer der innenliegenden Kontaktstellen 10 verlängert wird.
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In
dem Startmodus gemäß einer
wirtschaftlichen Fahrweise, kann der Anker 11 dadurch erregt werden,
indem lediglich die Stromschaltvorrichtung 4 gesteuert
wird, während
die Relaiskontaktstellen 5a geöffnet sind, wodurch die Häufigkeit
der Verwendung der Relaiskontaktstellen 5a reduziert werden kann
und auch die Haltbarkeit der Relaiskontaktstellen 5a verbessert
wird. In dem Startmodus gemäß einer
wirtschaftlichen Fahrweise, wird die Stromschaltvorrichtung 4 so
gesteuert, daß der
Ankerstrom den Schwankungen des Kurbelwellendrehmoments der Maschine
folgt, so daß die
Drehzahl des Ankers 11 in Einklang mit der Drehzahl der
Maschine gesteuert werden kann. Es kann daher das Anlaßgeräusch zum
Zeitpunkt des Ankurbelns der Maschine reduziert werden.
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(Zweite Ausführungsform)
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Wie
in 2 gezeigt ist, sind bei dem Maschinenanlassersystem 1 gemäß der zweiten
Ausführungsform
die Stromschaltvorrichtung 4 und die Relaiskontaktstellen 5a in
der Verdrahtung zwischen dem Anker 11 und dem Erdungsanschluß auf der Niedrigspannungsseite
des Ankers 11 eingeschaltet. Ein Steuerverfahren für die Stromschaltvorrichtung 4 und
das Relais 5 (die Erregungswicklung 5b) ist identisch
demjenigen der ersten Ausführungsform,
wodurch die gleiche Betriebswirkung wie bei der ersten Ausführungsform
erhalten wird. Da die Stromsschaltvorrichtung 4 in die
Verdrahtung der Niedrigspannungsseite des Ankers 11 eingeschaltet
ist, kann die Stromschaltvorrichtung 4 einer hohen Spannung
widerstehen.
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(Dritte Ausführungsform)
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Wie
in 3 gezeigt ist, besitzt das Maschinenanlassersystem 1 gemäß der dritten
Ausführungsform
einen Solenoidschalter 2, der keine innenliegenden Kontaktstellen
(10 in 1) enthält. Der Anker 11 ist
direkt mit der ersten Erregungsschaltung und mit der zweiten Erregungsschaltung
verbunden, der Solenoidschalter 2 wird lediglich dazu verwendet, das
Kleinzahnrad 3 für
einen Eingriff mit dem Ringzahnrad 20 nach außen zu stoßen. In
diesem Fall kann beispielsweise in dem Startmodus gemäß der wirtschaftlichen
Fahrweise das Kleinzahnrad 3 in Eingriff mit dem Ringzahnrad 20 gehalten
werden während
der Solenoidschalter 2 erregt gehalten ist. Es kann daher
die Maschine in einer kurzen Zeit gestartet werden.
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(Andere Ausführungsformen)
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Bei
den oben erläuterten
Ausführungsformen
kann die elektronische Steuerschaltung 6 so konstruiert
sein, um den Zeitpunkt des Schließens der Relaiskontaktstellen 5a festzulegen
und zwar basierend auf irgendeinem Zeitpunkt nachdem die Stromschaltvorrichtung 4 eingeschaltet
wurde und basierend auf dem Ankerstrom, der Drehzahl der Maschine
und auch der Drehzahl des Ankers 11. Auch in diesem Fall
können,
wenn der Strom, der durch die Stromschaltvorrichtung 4 fließt, größer wird
als der zulässige
Stromwert, die Relaiskontaktstellen 5a geschlossen werden.
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Wenn
ferner eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist nachdem die elektronische
Steuerschaltung 6 die Stromschaltvorrichtung 4 eingeschaltet
hat, kann die elektronische Steuerschaltung 6 die Stromschaltvorrichtung 4 ausschalten
und die Relaiskontaktstellen 5a öffnen. In diesem Fall kann
beispielsweise selbst dann, wenn der Solenoidschalter 2 elektrisch überbrückt wird,
die Erregung des Ankers 11 dadurch angehalten werden, indem
die Stromschaltvorrichtung 4 ausgeschaltet wird und die
Relaiskontaktstellen 5a geöffnet werden.