DE10260621A1 - Device for starting an internal combustion engine (ICE) has a direct current shunt motor and on-board batteries to start the ICE by feeding current to an armature and an exciting coil. - Google Patents

Device for starting an internal combustion engine (ICE) has a direct current shunt motor and on-board batteries to start the ICE by feeding current to an armature and an exciting coil.

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DE10260621A1 DE2002160621 DE10260621A DE10260621A1 DE 10260621 A1 DE10260621 A1 DE 10260621A1 DE 2002160621 DE2002160621 DE 2002160621 DE 10260621 A DE10260621 A DE 10260621A DE 10260621 A1 DE10260621 A1 DE 10260621A1
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Abstract

A direct current shunt motor (DCSM) (1) and first (6) and second (7) on-board batteries start an internal combustion engine (ICE). Under normal start-up conditions an electric current is fed to an armature (10) and to an exciting coil (13) on the DCSM via the batteries that are connected in parallel. If battery voltage is poor or the ICE is started again in an economy mode, the coil's power is fed from the second battery after exciting the exciting coil with the first battery.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION 1. Gebiet der Erfindung1. Field of the Invention

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlasservorrichtung zum Ankurbeln einer Brennkraftmaschine unter Verwendung eines Gleichstrommotors, der durch eine im Fahrzeug befindliche Batterie versorgt wird. The present invention relates to a starter device for cranking a Internal combustion engine using a DC motor, which is by an im Vehicle battery is powered.

2. Beschreibung des Standes der Technik2. Description of the prior art

Ein Gleichstromreihenmotor wird gewöhnlich zum Ankurbeln einer Brennkraftmaschine verwendet, wie dies in der JP-A-2000-125579 gezeigt ist. Es ist auch bekannt, einen Gleichstrom-Shunt-Motor zum Ankurbeln der Brennkraftmaschine zu verwenden. Der Reihenmotor ist dazu im Stande, ein hohes Ankurbeldrehmoment auszugeben, selbst wenn die Batteriespannung niedrig wird, und zwar auf Grund einer großen Strommenge, die zum Ankurbeln der Maschine erforderlich ist. Es ist jedoch schwierig ein Ausgangsdrehmoment des Reihenmotors entsprechend einer Lastschwankung während einer Ankurbeloperation zu steuern, da eine große Stromgröße gesteuert werden muß. A series DC motor is commonly used to crank one Internal combustion engine used, as shown in JP-A-2000-125579. It is also known to use a DC shunt motor to crank the engine. The in-line engine is able to output a high crank torque, even if the battery voltage becomes low due to a large one Amount of electricity required to crank the machine. However, it is difficult an output torque of the in-line engine corresponding to a load fluctuation to control during a cranking operation since a large amount of current can be controlled got to.

Wenn auf der anderen Seite der Shunt-Motor in der Anlasservorrichtung verwendet wird, fällt die Batteriespannung ab, da eine große Strommenge einem Anker zu Beginn des Ankurbelvorganges zugeführt wird und ein Feldstrom gemäß dem Batteriespannungsabfall abnimmt. Es entstand somit ein Problem, daß ein ausreichendes Drehmoment, welches zum Ankurbeln erforderlich ist, nicht erhalten werden konnte. If on the other hand the shunt motor in the starter device is used, the battery voltage drops because a large amount of current goes to an anchor Start of the cranking process is supplied and a field current according to the Battery voltage drop decreases. A problem has thus arisen that is sufficient Torque, which is required for cranking, could not be obtained.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf das oben erläuterte Problem entwickelt und es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anlasservorrichtung mit einem Shunt-Motor zu schaffen, der ein hohes Ankurbeldrehmoment in einer gesteuerten Weise gemäß einer Lastschwankung während der Ankurbeloperation liefern kann. Ein anderes Ziel der Erfindung besteht darin eine Anlasservorrichtung zu schaffen, die einen Doppelschlußmotor aufweist, der gemäß den Bedingungen einer Maschine gesteuert wird. The present invention has been made in view of the problem explained above developed and it is an object of the present invention to provide a starter device to create a shunt motor that has high cranking torque in one can provide controlled manner according to a load fluctuation during the crank operation. Another object of the invention is to provide a starter device which has a double-lock motor which according to the conditions of a machine is controlled.

Die Anlasservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält einen Gleichstrom-Shunt-Motor zum Ankurbeln einer Brennkraftmaschine und zwei im Fahrzeug mitgeführte Batterien (eine erste und eine zweite Batterie) zum Zuführen von elektrischem Strom zu dem Shunt-Motor. Unter normalen Startbedingungen werden die erste und die zweite Batterie parallel geschaltet und es wird elektrischer Strom zu sowohl dem Anker als auch einer Feldwicklung des Shunt-Motors von zwei Batterien her zugeführt, die parallel geschaltet sind. The starter device according to the present invention includes one DC shunt motor for cranking one internal combustion engine and two in the vehicle carried batteries (a first and a second battery) for supplying electrical current to the shunt motor. Under normal starting conditions, the first and the second battery connected in parallel and there will be electrical current to both the armature as well as a field winding of the shunt motor from two batteries fed, which are connected in parallel.

Unter speziellen Startbedingungen, das heißt, wenn eine Spannung der Batterien, die parallel geschaltet sind, niedriger ist als ein vorbestimmter Wert oder wenn die Maschine wieder angelassen wird, und zwar entsprechend einem wirtschaftlichen Fahrmodus, werden beide Batterien getrennt. Der Feldstrom wird dann von der ersten Batterie aus zugeführt und der Ankerstrom wird von der zweiten Batterie aus zugeführt, nachdem die Feldwicklung erregt wurde. Auf diese Weise wird ein Stoßstrom, der ansonsten durch den Anker zu Beginn einer Ankurbeloperation fließt, unterdrückt und ein Spannungsabfall in der zweiten Batterie wird ebenfalls unterdrückt. Es wird somit ein ausreichendes Ankurbeldrehmoment von dem Shunt-Motor erhalten und eine Verschlechterung der Batterie wird gleichzeitig vermieden. Under special starting conditions, that is, when the batteries have a voltage, which are connected in parallel is lower than a predetermined value or if the Machine is started again, according to an economic Driving mode, both batteries are disconnected. The field current is then from the first battery and the armature current is supplied from the second battery, after the field winding was excited. In this way, a surge current that is otherwise flows through the armature at the beginning of a cranking operation, suppresses it and turns it on Voltage drop in the second battery is also suppressed. So it becomes a get sufficient crank torque from the shunt motor and one Battery deterioration is avoided at the same time.

Während einer Periode, in welcher die Maschine angekurbelt wird, variiert das Drehmoment, welches zum Ankurbeln der Maschine erforderlich ist, im Ansprechen auf die Hübe der Maschine bzw. des Motors, das heißt es ist ein hohes Drehmoment in einem Kompressionshub erforderlich und ein niedriges Drehmoment oder kein Drehmoment ist bei einem Ausstoßhub erforderlich. Solch ein erforderliches Ankurbeldrehmoment wird auf der Grundlage der Größe des Ankerstromes detektiert und es wird die Größe des Feldstromes gesteuert, um das erforderliche Drehmoment zu erhalten. Alternativ kann die Flußrichtung des Feldstromes zusätzlich zum Steuern der Feldstromgröße umgeschaltet werden. Auf diese Weise wird ein sanftes oder glattes Ankurbeldrehmoment während der gesamten Ankurbeloperation erhalten und die Ankurbelgeräusche werden unterdrückt. This varies during a period in which the machine is cranked Torque required to crank the machine in response to the strokes of the machine or motor, which means there is a high torque in a compression stroke required and low torque or none Torque is required on an exhaust stroke. Such a necessary one Crank torque is detected based on the magnitude of the armature current and it becomes the Size of the field current controlled in order to obtain the required torque. Alternatively, the flow direction of the field current can be used to control the field current size can be switched. This way it becomes a smooth or smooth Crank torque maintained throughout cranking operation and cranking noise are suppressed.

Auf der anderen Seite kann ein Doppelschlußmotor in der Anlasservorrichtung verwendet werden. Der Doppelschlußmotor besitzt eine Reihen-Feldwicklung, die in Reihe mit dem Anker geschaltet ist, und eine Shunt-Feldwicklung, die parallel zu dem Anker geschaltet ist. In dieser Anlasservorrichtung wird elektrische Energie von einer im Fahrzeug mitgeführten Batterie der Ankerschaltung und der Shunt-Feldwicklungsschaltung zugeführt. On the other hand, there can be a double-circuit motor in the starter device be used. The double-circuit motor has a series field winding, which in Series is connected to the armature, and a shunt field winding that is parallel to that Anchor is switched. In this starter device, electrical energy is supplied by a the anchor circuit and the battery carried in the vehicle Shunt field winding circuit supplied.

Bei einem Ankurbelbetrieb, nachdem die Maschinendrehzahl initiiert und der erste Kompressionshub vervollständigt worden ist, wird die Größe des elektrischen Stromes, welcher der Shunt-Feldwicklung zugeführt wird, abgesenkt oder es wird eine Flußrichtung des Shunt-Feldstromes umgekehrt, um teilweise eine Feldintensität zu löschen, die durch die Reihen-Feldwicklung erzeugt wird. Auf diese Weise kann der Doppelschlußmotor mit einer hohen Drehzahl in Drehung versetzt werden, wodurch ein weiches Hochkurbeln der Maschine ermöglicht wird. Nachdem die Maschine voll angekurbelt worden ist, werden die Größe des Shunt-Feldstromes und/oder eine Flußrichtung des Shunt-Feldstromes in einer gesteuerten Weise geändert, um schnell die Drehung des Doppelschlußmotors zu verzögern. Auf diese Weise kann der Doppelschlußmotor schnell angehalten werden, nachdem die Maschine voll angekurbelt worden ist. In cranking operation after the engine speed is initiated and the first compression stroke has been completed, the size of the electric Current, which is fed to the shunt field winding, or it becomes one Reverse flow direction of the shunt field current in order to partially delete a field intensity, generated by the series field winding. In this way, the Double-ended motor can be rotated at a high speed, creating a smooth cranking of the machine is made possible. After the machine is full has been cranked, the size of the shunt field current and / or a flow direction of the shunt field current changed in a controlled manner to quickly rotate the To delay double-circuit motor. In this way, the double-circuit motor stopped quickly after the machine is fully cranked.

Bei einem Prozeß zum Stoppen der Maschine, nachdem der Zündschalter ausgeschaltet worden ist und die Maschinendrehzahl auf eine vorbestimmte Drehzahl abgesunken ist, wird der Doppelschlußmotor in Betrieb gesetzt und es wird der Shunt-Feldstrom gesteuert, um ein Bremsdrehmoment der Maschine zu erteilen, die sich auf Grund ihrer Trägheit noch weiter dreht. Nachdem die Maschine vollständig angehalten worden ist, wird die elektrische Energiezufuhr zu dem Doppelschlußmotor beendet. Auf diese Weise kann die Maschine zu einem vollständigen schnellen Halt bei einer vorbestimmten Position gebracht werden. In a process of stopping the engine after the ignition switch has been turned off and the engine speed to a predetermined speed has dropped, the double-circuit motor is put into operation and it becomes the Shunt field current controlled to give a braking torque to the machine due to agitation their inertia turns even further. After the machine has stopped completely is the electrical power supply to the double-circuit motor is stopped. To this Way, the machine can stop at a full quick predetermined position are brought.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Anlasservorrichtung schnell die Maschine ankurbeln, und zwar auch mit einem ausreichenden Drehmoment, um die Maschine zu einem vollständigen Anhalten zu bringen, nachdem der Zündschalter ausgeschaltet worden ist. According to the present invention, the starter device can quickly Crank the machine, even with sufficient torque to achieve the Bring the machine to a complete stop after the ignition switch has been turned off.

Andere Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich klarer aus einem besseren Verständnis der bevorzugten Ausführungsformen, die weiter unten unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden. Other objects and features of the present invention will become clearer a better understanding of the preferred embodiments described below under Reference to the accompanying drawings.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Fig. 1 ist ein Diagramm, welches eine elektrische Schaltung einer Anlasservorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; Fig. 1 is a diagram showing an electric circuit of a starter device according to a first embodiment of the present invention;

Fig. 2 zeigt ein Flußdiagramm, welches einen Prozeß des Ankurbelns einer Brennkraftmaschine veranschaulicht unter Verwendung der Anlasservorrichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist; FIG. 2 is a flowchart illustrating a process of cranking an internal combustion engine using the starter device shown in FIG. 1;

Fig. 3 ist ein Diagramm, welches eine elektrische Schaltung einer Anlasservorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wiedergibt; Fig. 3 is a diagram representing an electric circuit of a starter device according to a second embodiment of the present invention;

Fig. 4 ist ein Flußdiagramm, welches einen Prozeß gemäß dem Ankurbeln einer Brennkraftmaschine darstellt, und zwar unter Verwendung der Anlasservorrichtung, die in Fig. 3 gezeigt ist; Fig. 4 is a flowchart illustrating a process according to cranking an internal combustion engine using the starter device shown in Fig. 3;

Fig. 5 zeigt ein Diagramm, welches eine elektrische Schaltung einer Anlasservorrichtung gemäß einer Abwandlung der ersten und der zweiten Ausführungsform veranschaulicht; Fig. 5 is a diagram illustrating an electric circuit of a starter device according to a modification of the first and the second embodiment;

Fig. 6 ist ein Diagramm, welches eine elektrische Schaltung einer Anlasservorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; Fig. 6 is a diagram showing an electric circuit of a starter device according to a third embodiment of the present invention;

Fig. 7 ist ein Flußdiagramm, welches einen Prozeß des Ankurbelns einer Brennkraftmaschine wiedergibt, und zwar unter Verwendung der Anlasservorrichtung, die in Fig. 6 gezeigt ist; Fig. 7 is a flowchart showing a process of cranking an internal combustion engine using the starter device shown in Fig. 6;

Fig. 8 ist ein Flußdiagramm, welches einen Prozeß gemäß einem Anhalten einer Brennkraftmaschine wiedergibt; Fig. 8 is a flowchart representing a process according to a stopping of an internal combustion engine;

Fig. 9 zeigt einen Graphen, der die Größe des Motorstromes gegenüber der Zeit darstellt, und zwar während einer Ankurbeloperation; und Fig. 9 shows a graph illustrating the magnitude of the motor current versus time, during a Ankurbeloperation; and

Fig. 10 ist ein Graph, der die Motoreigenschaften oder Kennlinien zeigt, gemäß welchen eine Motorausgangsleistung und ein Drehmoment in Relation zu dem Motorstrom veranschaulicht sind. Fig. 10 is a graph showing the engine properties or characteristics, according to which an engine power output and torque are illustrated in relation to the motor current.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS

Es wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Hinweis auf die Fig. 1 und 2 beschrieben. Eine Anlasservorrichtung "A", die in Fig. 1 gezeigt ist, enthält einen Gleichstromanlaßmotor 1 mit einer Shunt-Feldwicklung 13, einer ersten an Bord befindlichen Batterie 6, einer zweiten an Bord befindlichen Batterie 7, einem Batterierelais 2 zum Ändern der Verbindung der Batterien, einen Feldstrom-Controller 3 und eine elektronische Steuereinheit (ECU) 4. A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. A starter device "A" shown in Fig. 1 includes a DC starter motor 1 having a shunt field winding 13 , a first on-board battery 6 , a second on-board battery 7 , a battery relay 2 for changing the connection of the batteries , a field current controller 3 and an electronic control unit (ECU) 4 .

Der Anlaßmotor 1 besteht aus einem drehbaren Anker 10 mit einem Kommutator, von welchem elektrischer Strom über eine Positivbürste und eine Negativbürste 12 zugeführt werden, und aus einer Shunt-Feldwicklung 13, die parallel zu dem Anker geschaltet ist. Der elektrische Strom wird dem Anker 10 von der zweiten an Bord befindlichen Batterie 7 über einen Magnetschalter 14 zugeführt. Der Magnetschalter 14 besteht aus normalerweise offenen Kontakten 16 und einer Magnetwicklung 15. Ein Kontakt der normalerweise offenen Kontakte 16 ist mit einem Plusanschluß der zweiten Batterie 7 verbunden und der andere ist mit dem einen Ende der Magnetwicklung 15 und der Positivbürste 11 verbunden. Das andere Ende der Magnetwicklung 15 ist geerdet bzw. mit Masse verbunden. Die Magnetwicklung 15 wird durch die zweite im Fahrzeug mitgeführte Batterie 7 erregt, wenn das Anlasserrelais 50 geschlossen wird und es wird dadurch der Magnetschalter 14 geschlossen, um elektrischen Strom dem Anker 10 zuzuführen. Die Größe des elektrischen Stromes, der durch den Anker 10 fließt, wird durch einen Stromdetektor 41 detektiert, der in der Ankerschaltung angeordnet ist. Das Anlasserrelais 50 besteht aus den normalerweise offenen Kontakten 52 und einer Magnetwicklung 51. Ein Ende der Magnetwicklung 51 ist geerdet bzw. mit Masse verbunden und das andere Ende derselben ist mit einer Relaistreiberschaltung in der ECU 4 verbunden. The starter motor 1 consists of a rotatable armature 10 with a commutator, from which electrical current is supplied via a positive brush and a negative brush 12 , and a shunt field winding 13 which is connected in parallel with the armature. The electrical current is supplied to the armature 10 from the second battery 7 on board via a magnetic switch 14 . The magnetic switch 14 consists of normally open contacts 16 and a magnetic winding 15 . A contact of the normally open contacts 16 is connected to a positive terminal of the second battery 7 and the other is connected to one end of the magnet winding 15 and the positive brush 11 . The other end of the magnetic winding 15 is grounded or connected to ground. The magnetic winding 15 is excited by the second battery 7 carried in the vehicle when the starter relay 50 is closed, and the magnetic switch 14 is thereby closed in order to supply electrical current to the armature 10 . The magnitude of the electric current flowing through the armature 10 is detected by a current detector 41 which is arranged in the armature circuit. The starter relay 50 consists of the normally open contacts 52 and a magnetic winding 51 . One end of the magnetic winding 51 is grounded and the other end thereof is connected to a relay driver circuit in the ECU 4 .

Ein Zündschalter 53 enthält einen gemeinsamen Anschluß 54, einen ST-Anschluß 56 und einen EIN-Anschluß 55. Der gemeinsame Anschluß 54 ist mit einem Plusanschluß der ersten Batterie 6 verbunden. Ein Kontakt der normalerweise offenen Kontakte 52 ist mit einem Plusanschluß der zweiten Batterie 7 verbunden und der andere Kontakt mit einem Mittelpunkt der Magnetwicklung 15 verbunden. An ignition switch 53 includes a common terminal 54 , an ST terminal 56, and an ON terminal 55 . The common connection 54 is connected to a positive connection of the first battery 6 . One contact of the normally open contacts 52 is connected to a positive terminal of the second battery 7 and the other contact is connected to a center of the magnetic winding 15 .

Das Batterierelais 2 besteht aus normalerweise geschlossenen Kontakten 21 und einer Magnetwicklung 22. Ein Kontakt der normalerweise geschlossenen Kontakte 21ist mit dem Plusanschluß der ersten Batterie 6 verbunden und der andere ist mit dem Plusanschluß der zweiten Batterie 7 verbunden. Ein Ende der Magnetwicklung 22 ist mit dem Plusanschluß der ersten Batterie 6 verbunden und das andere Ende ist mit einer Relaistreiberschaltung in der ECU 4 verbunden. The battery relay 2 consists of normally closed contacts 21 and a magnetic winding 22 . One contact of the normally closed contacts 21 is connected to the positive connection of the first battery 6 and the other is connected to the positive connection of the second battery 7 . One end of the magnetic winding 22 is connected to the positive terminal of the first battery 6 and the other end is connected to a relay driver circuit in the ECU 4 .

Der Feldstrom-Controller 3 ist durch vier Leistungstransistoren gebildet, die eine Brückenschaltung bilden. Ein Eingangsanschluß 31 des Feldstrom-Controllers 3 ist mit dem Plusanschluß der ersten Batterie 6 verbunden und der andere Eingangsanschluß 32 ist geerdet bzw. mit Masse verbunden. Ein Ausgangsanschluß 33 des Controllers 3 ist mit einem Ende der Feldwicklung 13 verbunden und der andere Ausgangsanschluß 34 ist mit dem anderen Ende der Feldwicklung 13 verbunden. The field current controller 3 is formed by four power transistors that form a bridge circuit. An input connection 31 of the field current controller 3 is connected to the positive connection of the first battery 6 and the other input connection 32 is grounded or connected to ground. An output terminal 33 of the controller 3 is connected to one end of the field winding 13 and the other output terminal 34 is connected to the other end of the field winding 13 .

Die ECU 4 steuert den EIN-Zustand oder AUS-Zustand des Batterierelais 2, den EIN-Zustand oder AUS-Zustand des Anlasserrelais 50 und die Größe des Stromes, welcher der Feldwicklung 13 zugeführt wird. Der ST-Anschluß 56 und der EIN-Anschluß 55 des Zündschalters 53 sind mit der ECU 4 verbunden, um die Positionen des gemeinsamen Anschlusses 54 zu detektieren. Ein Startsignal 40, welches erzeugt wird, um die Anlaßvorrichtung in dem wirtschaftlichen Fahrmodus wieder zu starten, wird der ECU 4 zugeführt. In dem wirtschaftlichen Fahrmodus wird die Maschine angehalten, wenn ein Fahrzeug zeitweilig zum Anhalten kommt, und zwar bei einer Kreuzung oder ähnlichem, und wird durch die Anlasservorrichtung wieder angelassen, um die Fahrt des Fahrzeugs nach einem zeitweiligen Stopp wieder aufzunehmen. Dieser wirtschaftliche Fahrmodus wird dazu verwendet, um den Brennstoffverbrauch zu reduzieren. Andere elektrische Lasten 61, 62 sind mit der ersten Batterie 6 bzw. der zweiten Batterie 7 verbunden. The ECU 4 controls the ON state or OFF state of the battery relay 2 , the ON state or OFF state of the starter relay 50, and the amount of current that is supplied to the field winding 13 . The ST terminal 56 and the ON terminal 55 of the ignition switch 53 are connected to the ECU 4 to detect the positions of the common terminal 54 . A start signal 40 , which is generated to restart the starting device in the economical driving mode, is supplied to the ECU 4 . In the economical driving mode, the engine is stopped when a vehicle temporarily stops, at an intersection or the like, and is restarted by the starter device to restart the vehicle after a temporary stop. This economical driving mode is used to reduce fuel consumption. Other electrical loads 61 , 62 are connected to the first battery 6 and the second battery 7 , respectively.

Es soll nun ein Betriebsprozeß der Anlasservorrichtung "A", die in Fig. 1 gezeigt ist, unter Hinweis auf Fig. 2 beschrieben werden. Bei einem Schritt S1 wird bestimmt, ob der gemeinsame Anschluß 54 des Zündschalters 53 auf dem ST-Anschluß 56 positioniert ist (ST-Anschluß ist EIN oder nicht), basierend auf einem Kontaktsignal, welches durch die ECU 4 detektiert wird. Wenn ein Fahrer den Zündschalter 53 einschaltet wird der gemeinsame Anschluß 54 mit dem ST-Anschluß 56 verbunden (der ST-Anschluß ist EIN-geschaltet) und eine Spannung der ersten Batterie 6 wird zu dem ST-Anschluß zugeführt. Somit detektiert die ECU das Einschalten des ST-Anschlusses. Wenn der ST-Anschluß EIN-geschaltet ist, verläuft der Prozeß zu dem Schritt S3, und wenn dies nicht der Fall ist, wartet der Prozeß auf das Einschalten des ST-Anschlusses. In dem wirtschaftlichen Fahrmodus wird bei dem Schritt S2 bestimmt, ob das Startsignal 40 zum wieder Anlassen der Maschine existent ist oder nicht. Wenn das Startsignal 40 vorhanden ist, verläuft der Prozeß zu dem Schritt S4. Wenn nicht, wartet der Prozeß auf das Startsignal 40. An operation process of the starter device "A" shown in FIG. 1 will now be described with reference to FIG. 2. At step S1, it is determined whether the common terminal 54 of the ignition switch 53 is positioned on the ST terminal 56 (ST terminal is ON or not) based on a contact signal which is detected by the ECU 4 . When a driver turns on the ignition switch 53 , the common terminal 54 is connected to the ST terminal 56 (the ST terminal is turned ON), and a voltage of the first battery 6 is supplied to the ST terminal. The ECU thus detects that the ST connector is switched on. If the ST port is turned ON, the process goes to step S3, and if not, the process waits for the ST port to turn on. In the economical driving mode, it is determined at step S2 whether the start signal 40 for restarting the engine exists or not. If the start signal 40 is present, the process proceeds to step S4. If not, the process waits for the start signal 40 .

Bei dem Schritt S3 wird überprüft, ob eine Spannung der Batterien 6, 7, die in dieser Stufe miteinander parallel geschaltet sind, niedriger liegt als ein vorbestimmter Wert. Wenn die Batteriespannung niedriger ist als der vorbestimmte Wert bzw. Pegel, schreitet der Prozeß zu dem Schritt S4 voran. Wenn die Batteriespannung nicht niedriger ist als der vorbestimmte Pegel, verläuft der Prozeß zu dem Schritt S5 hin. Bei dem Schritt S4 werden die erste Batterie 6 und die zweite Batterie 7, die parallel geschaltet sind, durch Öffnen des Batterierelais 2 getrennt. Das heißt, es werden die zwei Batterien 6, 7 unter einer von zwei Bedingungen getrennt: wenn die Batteriespannung niedriger ist als der vorbestimmte Pegel; oder wenn das Startsignal 40 in dem wirtschaftlichen Fahrmodus vorhanden ist. In step S3, it is checked whether a voltage of the batteries 6 , 7 , which are connected in parallel in this stage, is lower than a predetermined value. If the battery voltage is lower than the predetermined level, the process proceeds to step S4. If the battery voltage is not lower than the predetermined level, the process goes to step S5. In step S4, the first battery 6 and the second battery 7 , which are connected in parallel, are separated by opening the battery relay 2 . That is, the two batteries 6 , 7 are disconnected under one of two conditions: when the battery voltage is lower than the predetermined level; or if the start signal 40 is present in the economical driving mode.

Bei dem Schritt S5 stellt die ECU 4 das Tastverhältnis des Feldstrom-Controllers 3 auf einen maximalen Wert und der Controller 3 führt einen Feldstrom zu der Feldwicklung 13 mit dem maximalen Tastverhältnis zu. Somit erzeugt die Feldwicklung 13 ein Magnetfeld, bevor ein Ankerstrom dem Anker 10 zugeführt wird. In step S5, the ECU 4 sets the duty cycle of the field current controller 3 to a maximum value, and the controller 3 supplies a field current to the field winding 13 with the maximum duty cycle. The field winding 13 thus generates a magnetic field before an armature current is supplied to the armature 10 .

Bei dem Schritt S6 wird das Anlasserrelais 50 durch Erregen der Magnetwicklung 51 geschlossen. Bei dem Schritt S7 wird der Magnetschalter 14 geschlossen, da die Magnetwicklung 15 durch Schließen des Anlasserrelais 50 erregt wurde. Es wird somit der Ankerstrom dem Anker 10 zugeführt. Bei dem Schritt S8 beginnt die Maschine angekurbelt zu werden, und zwar durch ein Drehmoment des Anlaßmotors 1. In step S6, the starter relay 50 is closed by energizing the magnet winding 51 . In step S7, the magnetic switch 14 is closed because the magnetic winding 15 has been energized by closing the starter relay 50 . The armature current is thus supplied to the armature 10 . At step S8, the engine starts to be cranked by a torque of the starter motor 1 .

Bei dem Schritt S9 wird das Antriebsdrehmoment des Anlaßmotors 1 durch Ändern des Feldstromes, welcher der Feldwicklung 13 zugeführt wird, gesteuert. Der Feldstrom wird durch Ändern des Tastverhältnisses des Feldstrom-Controllers 3 in der folgenden Weise geändert. Während eines Kompressionshubes der Maschine, bei dem ein hohes Ankurbeldrehmoment erforderlich ist, wird der Feldstrom so zugeführt, daß der Anlaßmotor 1 ein höchstes Antriebsdrehmoment ausgibt. Während eines Ausstoßhubes, bei dem die Maschine durch ihre eigene Trägheit läuft, wird die Größe des Feldstromes reduziert oder es wird die Richtung des Feldstromes auf eine entgegengesetzte Richtung umgeschaltet, um die Drehung des Ankers 10 zu bremsen. In step S9, the driving torque of the starter motor 1 is controlled by changing the field current that is supplied to the field winding 13 . The field current is changed by changing the duty cycle of the field current controller 3 in the following manner. During a compression stroke of the machine, in which a high cranking torque is required, the field current is supplied in such a way that the starter motor 1 outputs a maximum driving torque. During an ejection stroke in which the machine runs by its own inertia, the size of the field current is reduced or the direction of the field current is switched to an opposite direction in order to brake the rotation of the armature 10 .

Bei dem Schritt S10 wird bestimmt, ob die Maschine voll angekurbelt worden ist oder nicht, und zwar basierend auf einer Drehzahl der Maschine. Wenn die Maschine voll angekurbelt worden ist, verläuft der Prozeß zu dem Schritt S11, und wenn dies nicht der Fall ist, verläuft der Prozeß zu dem Schritt S9, um mit der Zufuhr des Feldstromes fortzufahren. Bei dem Schritt S 11 wird die Feldstromzufuhr abgetrennt, es wird das Batterierelais 2 geschlossen, um beide Batterien 6, 7 parallel zu schalten, und es wird das Anlasserrelais 50 geöffnet, um den Magnetschalter 14 zu öffnen. Bei dem Schritt S12 wird der Betrieb der Anlasservorrichtung beendet. At step S10, it is determined whether or not the engine has been fully cranked based on an engine speed. If the machine has been fully cranked, the process goes to step S11, and if it has not, the process goes to step S9 to continue supplying the field current. In step S 11, the field current supply is cut off, the battery relay 2 is closed in order to connect both batteries 6 , 7 in parallel, and the starter relay 50 is opened in order to open the magnetic switch 14 . At step S12, the operation of the starter device is ended.

Die Vorteile, die bei der ersten Ausführungsform, die oben beschrieben ist, erreicht werden, können wie folgt zusammengefaßt werden. (1) Der Feldstrom wird zugeführt, bevor der Ankerstrom dem Anker 10 zugeführt wird. Die Größe des Stoßstromes, der durch die Ankerwicklung zu Beginn der Ankerstromzufuhr fließt, wird durch ein Magnetfeld unterdrückt, welches durch die Feldwicklung 13 erzeugt wird. Somit wird eine Verschlechterung der Batterien auf Grund des Stoßstromes unterdrückt. (2) Das Antriebsdrehmoment des Anlaßmotors 1 wird während der Ankurbeloperation im Ansprechen auf die Hübe der Maschine gesteuert. Somit können Ankurbelgeräusche reduziert werden. (3) Unter den Anlaßbedingungen, bei denen die Batteriespannung niedrig ist, oder dort, wo die Maschine unter dem wirtschaftlichen Fahrmodus wieder angelassen wird, wird der Ankerstrom von der zweiten Batterie 7 zugeführt, während der Feldstrom von der ersten Batterie 6 zugeführt wird. Daher kann die Spannung der ersten Batterie 6 während der Ankurbeloperation stabil gehalten werden. Selbst wenn andere elektrische Lasten 61, die an die erste Batterie 6 angeschlossen sind, auf die Batteriespannung empfindlich reagieren, können diese stabil betrieben werden, und zwar ohne durch die Batteriespannung beeinflußt zu werden. (4) Das Batterierelais 2 und das Anlasserrelais 50 sind nicht direkt mit dem Zündschalter 53 verbunden, sondern beide Relais werden durch die ECU 4 gesteuert. Es steht somit eine bestimmte Zeitdauer zur Verfügung, nachdem der Zündschalter 53 eingeschaltet wurde, um zu detektieren, ob die Batteriespannung niedrig ist oder nicht, um dann das Batterierelais 2 in Betrieb zu setzen und um den Feldstrom zuzuführen, bevor der Ankerstrom zugeführt wird. Es ist zu bevorzugen, eine Stromversorgung zu der ECU 4 nach dem Ausschalten des Zündschalters 53 zu unterbrechen, um dadurch unerwartete Ausfälle der Transistoren in den Relaistreiberschaltungen zu begegnen. The advantages achieved in the first embodiment described above can be summarized as follows. ( 1 ) The field current is supplied before the armature current is supplied to the armature 10 . The magnitude of the surge current that flows through the armature winding at the beginning of the armature current supply is suppressed by a magnetic field that is generated by the field winding 13 . Thus, deterioration of the batteries due to the surge current is suppressed. ( 2 ) The drive torque of the starter motor 1 is controlled in response to the strokes of the engine during the cranking operation. Crank noise can thus be reduced. ( 3 ) Under the starting conditions where the battery voltage is low or where the engine is restarted under the economical driving mode, the armature current is supplied from the second battery 7 , while the field current is supplied from the first battery 6 . Therefore, the voltage of the first battery 6 can be kept stable during the cranking operation. Even if other electrical loads 61 connected to the first battery 6 are sensitive to the battery voltage, they can be operated stably without being affected by the battery voltage. ( 4 ) The battery relay 2 and the starter relay 50 are not directly connected to the ignition switch 53 , but both relays are controlled by the ECU 4 . There is thus a certain amount of time after the ignition switch 53 has been switched on in order to detect whether the battery voltage is low or not, then to activate the battery relay 2 and to supply the field current before the armature current is supplied. It is preferable to cut off the power supply to the ECU 4 after the ignition switch 53 is turned off, to thereby deal with unexpected failures of the transistors in the relay driver circuits.

Unter Hinweis auf die Fig. 3 und 4 wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist eine Anlasservorrichtung "B" in Form einer zweiten Ausführungsform ähnliche der Anlasservorrichtung "A", die als erste Ausführungsform oben beschrieben wurde. Bei der zweiten Ausführungsform ist der Feldstrom-Controller 3, der bei der ersten Ausführungsform verwendet wird, durch einen Leistungstransistor 8 ersetzt. Andere Komponenten und Konstruktionen sind die gleichen wie diejenigen bei der ersten Ausführungsform. Referring to FIGS. 3 and 4 a second embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 3, a starter device "B" in the form of a second embodiment is similar to the starter device "A" described as the first embodiment above. In the second embodiment, the field current controller 3 used in the first embodiment is replaced by a power transistor 8 . Other components and constructions are the same as those in the first embodiment.

Die Anlasservorrichtung "B" arbeitet entsprechend einem Prozeß, der in einem Flußdiagramm von Fig. 4 gezeigt ist. Bei diesem Flußdiagramm sind die Schritte S5, S9 und S11 durch die Schritt S5a, S9a und S11a jeweils ersetzt. Andere Schritte sind die gleichen wie diejenigen, die in Fig. 2 gezeigt sind. Es werden daher lediglich die Schritte beschrieben, die bei dieser Ausführungsform ersetzt wurden. Bei dem Schritt S5a stellt die ECU 4 ein Tastverhältnis des Leistungstransistors 8 auf einen maximalen Wert und der Leistungstransistor 8 schickt einen Feldstrom zu der Feldwicklung 13 entsprechend dem maximalen Tastverhältnis. Somit erzeugt die Feldwicklung 13 ein Magnetfeld, bevor der Ankerstrom dem Anker 10 zugeführt wird. The starter device "B" operates in accordance with a process shown in a flowchart of FIG. 4. In this flowchart, steps S5, S9 and S11 are replaced by steps S5a, S9a and S11a, respectively. Other steps are the same as those shown in FIG. 2. Therefore, only the steps that have been replaced in this embodiment are described. At step S5a, the ECU 4 sets a duty cycle of the power transistor 8 to a maximum value and the power transistor 8 sends a field current to the field winding 13 in accordance with the maximum duty cycle. The field winding 13 thus generates a magnetic field before the armature current is supplied to the armature 10 .

Bei dem Schritt S9a wird das Antriebsdrehmoment des Anlaßmotors 1 dadurch gesteuert, indem der Feldstrom, welcher der Feldwicklung 13 zugeführt wird, geändert wird. Der Feldstrom wird dadurch geändert, indem das Tastverhältnis des Leistungstransistors 8 in der gleichen Weise, wie dies in Verbindung mit dem Schritt S9 weiter oben beschrieben wurde, eingestellt wird. Bei dem Schritt S11a wird der Leistungstransistor 8 ausgeschaltet, um die Zufuhr des Feldstromes zu stoppen, und es wird das Batterierelais 2 geschlossen und das Anlasserrelais 50 wird in der gleichen Weise wie bei dem Schritt S11 geöffnet. At step S9a, the driving torque of the starter motor 1 is controlled by changing the field current supplied to the field winding 13 . The field current is changed by adjusting the duty cycle of the power transistor 8 in the same manner as described in connection with step S9 above. At step S11a, the power transistor 8 is turned off to stop supplying the field current, the battery relay 2 is closed, and the starter relay 50 is opened in the same manner as at step S11.

Da der Leistungstransistor 8 anstelle des Feldstrom-Controllers 3 verwendet wird, kann die Richtung des Feldstromes nicht geändert werden. Jedoch können andere Vorteile, die bei der ersten Ausführungsform erzielt werden, durch diese zweite Ausführungsform ebenfalls erreicht werden. Since the power transistor 8 is used instead of the field current controller 3 , the direction of the field current cannot be changed. However, other advantages achieved in the first embodiment can also be achieved by this second embodiment.

Die oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsformen können in vielfältiger Weise modifiziert werden. Beispielsweise können die Kapazitäten von beiden Batterien voneinander verschieden sein, und zwar solange deren Spannungen die gleichen sind. Wenn Batterien 6, 7 verwendet werden, von denen jede eine unterschiedliche Kapazität hat, ist es zu bevorzugen, die Kapazität der zweiten Batterie 7 auf eine Kapazität einzustellen, die größer ist als diejenige der ersten Batterie 6. Der Zündschalter 53 kann so angeschlossen werden, wie in Fig. 5 gezeigt ist, solange das Batterierelais 2 unter den zuvor erläuterten Bedingungen geöffnet werden kann und der Feldstrom vor dem Schließen des Magnetschalters 14 zugeführt werden kann. Bei dieser modifizierten Schaltung, die in Fig. 5 gezeigt ist, ist der ST-Anschluß 56 direkt mit der Magnetwicklung 51 verbunden. Das Anlasserrelais 50 wird durch Einschalten des Zündschalters 53 bei einem gewöhnlichen Start geschlossen, während das Anlasserrelais 50 durch die ECU 4 bei einem Wiederstart unter dem wirtschaftlichen Fahrmodus geschlossen wird. (Dritte Ausführungsform) Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Hinweis auf die Fig. 6 bis 10 beschrieben. Um zuerst auf Fig. 6 einzugehen, so wird die gesamte Konstruktion einer Anlaßvorrichtung "C" beschrieben. Die Anlaßvorrichtung "C" enthält folgendes: einen Gleichstrom-Doppelschlußmotor 9 mit einem Anker 92, eine Reihen-Feldwicklung 95, die in Reihe mit dem Anker 92 geschaltet ist, und eine Shunt- Feldwicklung 91, die parallel zu dem Anker 92 geschaltet ist; einen Shunt-Feldstrom- Controller 130 zum Zuführen eines elektrischen Stromes zu der Shunt-Feldwicklung 91 in einer gesteuerten Weise; und eine elektronische Steuereinheit (ECU) 4. Es wird elektrischer Strom (Ankerstrom) dem Anker 92 zugeführt und auch der Reihen-Feldwicklung 95 zugeführt, und zwar von einer an Bord mitgeführten Batterie 7a über eine Positivbürste 93 und eine Negativbürste 94. The first and second embodiments described above can be modified in a variety of ways. For example, the capacities of the two batteries can be different from one another, as long as their voltages are the same. When using batteries 6 , 7 , each of which has a different capacity, it is preferable to set the capacity of the second battery 7 to a capacity larger than that of the first battery 6 . The ignition switch 53 can be connected as shown in FIG. 5, as long as the battery relay 2 can be opened under the previously explained conditions and the field current can be supplied before the magnetic switch 14 closes. In this modified circuit shown in FIG. 5, the ST terminal 56 is directly connected to the magnet winding 51 . The starter relay 50 is closed by the ignition switch 53 at an ordinary start, while the starter relay 50 is closed by the ECU 4 in a re-run in the economical driving mode. Third Embodiment A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 to 10. To begin with FIG. 6, the entire construction of a starter "C" will be described. The starter device "C" includes: a DC double-ended motor 9 with an armature 92 , a series field winding 95 connected in series with the armature 92 , and a shunt field winding 91 connected in parallel with the armature 92 ; a shunt field current controller 130 for supplying an electric current to the shunt field winding 91 in a controlled manner; and an electronic control unit (ECU) 4 . It is electric current (armature current) supplied to the armature 92 and also the series field winding 95 is supplied, from a battery carried on board 7 a a positive brush 93 and a negative brush 94th

Um den Ankerstrom in einer EIN-AUS-Weise zu steuern, ist ein Magnetschalter 14 vorgesehen, der durch ein Anlasserrelais 50 gesteuert wird. Das Anlasserrelais 50 besteht aus einer Magnetwicklung 51 und normalerweise offenen Kontakten 52. Ein Ende der Magnetwicklung 51 ist geerdet bzw. mit Masse verbunden und das andere Ende ist mit einem ST-Anschluß eines Zündschalters 53 verbunden. Der Zündschalter 53 enthält einen gemeinsamen Anschluß 54, einen EIN-Anschluß 55 und den ST-Anschluß 56. Der gemeinsame Anschluß 54 ist mit einem Plusanschluß einer im Fahrzeug befindlichen Batterie 7a verbunden. Einer der normalerweise offenen Kontakte 52 ist mit dem Plusanschluß der Batterie 7a verbunden und der andere eine derselben ist mit der Magnetwicklung 15 des Magnetschalters 14 verbunden. In order to control the armature current in an ON-OFF manner, a magnetic switch 14 is provided which is controlled by a starter relay 50 . The starter relay 50 consists of a magnetic winding 51 and normally open contacts 52 . One end of the magnetic winding 51 is grounded and the other end is connected to an ST terminal of an ignition switch 53 . The ignition switch 53 includes a common terminal 54 , an ON terminal 55 and the ST terminal 56 . The common connection 54 is connected to a positive connection of a battery 7 a located in the vehicle. One of the normally open contacts 52 is connected to the positive terminal of the battery 7 a and the other one of these is connected to the magnetic winding 15 of the magnetic switch 14 .

Der Magnetschalter 14 besteht aus normalerweise offenen Kontakten 16 und einer Magnetwicklung 15. Einer der normalerweise offenen Kontakte 16 ist mit dem Plusanschluß der Batterie 7a verbunden und der andere ist mit der Reihen-Feldwicklung 95 verbunden. Ein Ende der Magnetwicklung 15 ist mit den normalerweise offenen Kontakten 52 verbunden und das andere Ende ist geerdet bzw. mit Masse verbunden. The magnetic switch 14 consists of normally open contacts 16 and a magnetic winding 15 . One of the normally open contacts 16 is connected to the positive terminal of the battery 7 a and the other is connected to the series field winding 95 . One end of the magnetic winding 15 is connected to the normally open contacts 52 and the other end is grounded.

Der Shunt-Feldstrom-Controller 130 besteht aus vier Leistungs-MOS-FETs, die in einer Brückenschaltung angeordnet sind. Ein Eingangsanschluß 131 des Controllers 130ist mit dem Pulsanschluß der Batterie 7a verbunden, und der andere Eingangsanschluß 132 ist mit Masse verbunden oder geerdet. Ein Ausgangsanschluß 133 des Controllers 130 ist mit einem Ende der Shunt-Feldwicklung 91 verbunden und der andere Ausgangsanschluß 134 ist mit dem anderen Ende der Shunt-Feldwicklung 91 verbunden. Die ECU 4, die verschiedene Sensorsignale zugeführt erhält, steuert den Betrieb des Doppelschlußmotors. Die ECU 4 schickt auch Tastverhältnissignale zu dem Shunt- Feldstrom-Controller 130, um den Strom zu steuern, welcher der Shunt-Feldwicklung 91 zugeführt wird. The shunt field current controller 130 consists of four power MOS FETs which are arranged in a bridge circuit. An input terminal 131 of the controller 130 is connected to the pulse terminal of the battery 7 a, and the other input terminal 132 is connected to ground or grounded. An output terminal 133 of controller 130 is connected to one end of shunt field winding 91 and the other output terminal 134 is connected to the other end of shunt field winding 91 . The ECU 4 , which receives various sensor signals, controls the operation of the double-circuit motor. The ECU 4 also sends duty cycle signals to the shunt field current controller 130 to control the current that is supplied to the shunt field winding 91 .

Ein Prozeß gemäß einem Ankurbeln der Maschine durch die Anlasservorrichtung "C" wird nun unter Hinweis auf Fig. 7 beschrieben. Bei einem Schritt S101 wird der Zündschalter 53 durch einen Fahrer eingeschaltet (der gemeinsame Anschluß 54 wird mit dem ST-Anschluß verbunden). Bei dem Schritt S102 wird die Magnetwicklung 51 des Anlasserrelais 50 erregt, wodurch die normalerweise offenen Kontakte 52 geschlossen werden. Nach dem Schließen der Kontakte 52 wird die Magnetwicklung 15 des Magnetschalters 14 erregt, wodurch die normalerweise offenen Kontakte 16 geschlossen werden. Zur gleichen Zeit schickt die ECU 4 ein Tastverhältnissteuersignal zu dem Shunt-Feldstrom-Controller 130. Dann, bei einem Schritt S103, wird bestimmt, ob die Maschinendrehung initiiert wurde. Es wird festgelegt, daß die Maschinendrehung initiiert wurde, wenn ein erster Kompressionshub der Maschine vervollständigt worden ist, das heißt wenn ein Kolben der Maschine ein erstes Todpunktzentrum passiert, wie in Fig. 9 dargestellt ist. Die Eigenschaften oder Kennlinien des Doppelschlußmotors, der bei der dritten Ausführungsform verwendet wird, sind durch eine strichlierte Linie in Fig. 9 und 10 gezeigt, während diejenigen Kennlinien des Shunt-Motors, der bei der ersten und bei der zweiten Ausführungsform verwendet wird, durch eine Strichlierungslinie angezeigt sind. Zum Zwecke einer Bezugsgröße sind die Kennlinien eines Motors, bei dem der Feldstrom nicht gesteuert wird, ebenfalls durch eine ausgezogene Linie in Fig. 9 und 10 gezeigt. Wenn die Maschinendrehung initiiert wird, verläuft der Prozeß zu dem nächsten Schritt S104. Wenn nicht, wartet der Prozeß, bis die Maschinendrehung initiiert wird. A process according to cranking the engine by the starter device "C" will now be described with reference to FIG. 7. At step S101, the ignition switch 53 is turned on by a driver (the common terminal 54 is connected to the ST terminal). At step S102, the magnet winding 51 of the starter relay 50 is energized, whereby the normally open contacts 52 are closed. After the contacts 52 are closed , the magnetic winding 15 of the magnetic switch 14 is excited, as a result of which the normally open contacts 16 are closed. At the same time, the ECU 4 sends a duty control signal to the shunt field current controller 130 . Then, at step S103, it is determined whether the engine rotation has been initiated. It is determined that engine rotation is initiated when a first compression stroke of the engine has been completed, that is, when a piston of the engine passes a first dead center, as shown in FIG. 9. The characteristics or characteristics of the double-circuit motor used in the third embodiment are shown by a broken line in Figs. 9 and 10, while those of the shunt motor used in the first and second embodiments are shown by a Dashed line are displayed. For the purpose of reference, the characteristics of a motor in which the field current is not controlled are also shown by a solid line in FIGS. 9 and 10. If the machine rotation is initiated, the process proceeds to the next step S104. If not, the process waits until machine rotation is initiated.

Bei dem Schritt S104 steuert die ECU 4 den Strom, welcher der Shunt-Feldwicklung 91 zugeführt wird, und zwar über den Shunt-Feldstrom-Controller 130 in der folgenden Weise: Es wird die Größe des Stromes, welcher der Shunt-Feldwicklung 91 zugeführt wird, abgesenkt, um die Motordrehzahl auf eine Maximaldrehzahl zu bringen, während jedoch ein Andreh-Drehmoment auf einem Wert gehalten wird, der erforderlich ist, um die Ankurbeloperation fortzusetzen (die Motorkennlinien entsprechend Punkt A in Fig. 9 dargestellt, sind in Fig. 10 gezeigt). Ferner wird eine Flußrichtung des Shunt-Feldstromes umgekehrt, um die Feldintensität zu schwächen, die durch die Reihen-Feldwicklung 95 erzeugt wird. Bei dieser dritten Ausführungsform wird im Gegensatz zu der Steuerung, die bei der ersten und bei der zweiten Ausführungsform durchgeführt wird, der Shunt-Feldstrom nicht im Ansprechen auf die Maschinenhübe gesteuert (das heißt im Ansprechen auf die Kompressions- und Ausstoßhübe). Statt dessen wird der Shunt-Feldstrom abgesenkt, nachdem der Kolben der Maschine das erste obere Todpunktzentrum passiert hat. Es ist jedoch auch möglich, den Shunt-Feldstrom derart zu steuern, daß der Doppelschlußmotor 9 ein maximales Drehmoment ausgibt, um das Ankurbeln bei den Kompressionshüben zu beschleunigen, und ein Bremsdrehmoment ausgibt, um ein Maschinenträgheitsdrehmoment bei den Ausstoßhüben zu beseitigen bzw. aufzuheben. At step S104, the ECU 4 controls the current supplied to the shunt field winding 91 through the shunt field current controller 130 in the following manner: It becomes the magnitude of the current supplied to the shunt field winding 91 , lowered to bring the engine speed up to a maximum speed while maintaining a starting torque at a value required to continue the cranking operation (the engine characteristics corresponding to point A in Fig. 9 are shown in Fig. 10) ). Furthermore, a flow direction of the shunt field current is reversed to weaken the field intensity generated by the series field winding 95 . In this third embodiment, unlike the control performed in the first and second embodiments, the shunt field current is not controlled in response to the machine strokes (i.e., responsive to the compression and exhaust strokes). Instead, the shunt field current is reduced after the machine piston has passed the first top dead center. However, it is also possible to control the shunt field current so that the double-ended motor 9 outputs a maximum torque to accelerate the cranking during the compression strokes and outputs a braking torque to eliminate or cancel an engine inertia torque during the exhaust strokes.

Dann wird bei dem Schritt S105 bestimmt, ob die Maschine voll angekurbelt worden ist. Wenn die Maschine voll angekurbelt worden ist, verläuft der Prozeß zu dem Schritt S106. Wenn dies nicht der Fall ist, kehrt der Prozeß zu dem Schritt S104 zurück. Bei einem Schritt S106 wird der Shunt-Feldstrom gesteuert, um die Antriebsdrehzahl des Doppelschlußmotors 9 zu verzögern, wodurch die Motordrehung gebremst wird. Bei einem Schritt S107 wird der Magnetschalter 14 geöffnet, um die Zufuhr von elektrischer Energie zu dem Doppelschlußmotor 9 zu beenden. It is then determined at step S105 whether the engine has been fully cranked. If the engine has been fully cranked, the process proceeds to step S106. If not, the process returns to step S104. At step S106, the shunt field current is controlled to decelerate the driving speed of the double-ended motor 9 , thereby braking the motor rotation. At step S107, the magnetic switch 14 is opened to stop supplying electric power to the double-circuit motor 9 .

Ein Prozeß zum Stoppen der Drehung der Maschine wird nun unter Hinweis auf Fig. 8 beschrieben. Bei einem Schritt S201 wird der Zündschalter 53 durch einen Fahrer ausgeschaltet (der gemeinsame Anschluß 54 des Zündschalters 53 wird auf den AUS- Anschluß gedreht). In diesem Moment läuft die Maschine noch weiter, und zwar auf Grund ihrer Trägheit. Bei einem Schritt S202 wird überprüft, ob die Maschinendrehzahl (oder deren Verzögerungsrate) bei einem vorbestimmten Wert liegt oder nicht. Wenn die Maschinendrehzahl bei der vorbestimmten Drehzahl liegt, verläuft der Prozeß zu dem Schritt S203. Wenn dies nicht der Fall ist, wartet der Prozeß, bis die Maschinendrehzahl die vorbestimmte Drehzahl erreicht. A process for stopping the rotation of the machine will now be described with reference to FIG. 8. At step S201, the ignition switch 53 is turned off by a driver (the common terminal 54 of the ignition switch 53 is turned to the OFF terminal). At this moment, the machine continues to run because of its inertia. At step S202, it is checked whether or not the engine speed (or its deceleration rate) is at a predetermined value. If the engine speed is at the predetermined speed, the process proceeds to step S203. If not, the process waits until the engine speed reaches the predetermined speed.

Bei einem Schritt S203, bei welchem sich die Maschine auf Grund ihrer Trägheit dreht, wird elektrischer Strom dem Motor 9 durch Einschalten des Magnetschalters 14 zugeführt. Zur gleichen Zeit wird elektrischer Strom der Shunt-Feldwicklung 91 in einer gesteuerten Weise zugeführt, so daß der Motor 9 ein Drehmoment zum Bremsen der Trägheitsdrehung der Maschine erzeugt. Auf diese Weise gelangt die Maschine schnell zu einem vollständigen Halt und die Maschine kann an einer vorbestimmten Position angehalten werden. Bei einem Schritt S204 wird überprüft, ob die Maschine komplett angehalten worden ist oder nicht. Wenn die Maschine komplett angehalten worden ist, verläuft der Prozeß zu dem Schritt S205. Wenn dies nicht der Fall ist, kehrt der Prozeß zu dem Schritt S203 zurück, um mit dem Verzögerungsprozeß fortzufahren. Bei dem Schritt S205 wird die Energiezufuhr zum Motor 9 dadurch beendet, indem der Magnetschalter 14 ausgeschaltet wird und indem die Tastverhältnissteuerung des Shunt-Feldstrom-Controllers 130 angehalten wird. In step S203, in which the machine rotates due to its inertia, electric current is supplied to the motor 9 by turning on the magnetic switch 14 . At the same time, electric current is supplied to the shunt field winding 91 in a controlled manner so that the motor 9 generates torque to brake the inertial rotation of the machine. In this way, the machine quickly comes to a complete stop and the machine can be stopped at a predetermined position. At step S204, it is checked whether the machine has stopped completely or not. If the engine has stopped completely, the process proceeds to step S205. If not, the process returns to step S203 to continue the deceleration process. At step S205, power to the motor 9 is stopped by turning off the magnetic switch 14 and stopping the duty cycle control of the shunt field current controller 130 .

Es werden bei der dritten Ausführungsform die folgenden Vorteile erreicht. Der Doppelschlußmotor 9 mit der Reihen-Feldwicklung 95 und der Shunt-Feldwicklung 91 wird bei der dritten Ausführungsform verwendet und es wird die Größe des Stromes, welcher der Shunt-Feldwicklung 91 zugeführt wird, in seiner Flußrichtung durch den Shunt-Feldstrom-Controller 130 basierend auf Steuersignalen gesteuert, die von der ECU 4 zugeführt werden. Die Feldintensität oder Feldstärke, die durch die Reihen- Feldwicklung 95 erzeugt wird, wird entweder erhöht oder vermindert, und zwar durch die Shunt-Feldwicklung 91. Es können daher die Eigenschaften oder Kennlinien des Doppelschlußmotors 9 während der Ankurbeloperation geändert werden, um dadurch eine Zeit zu verkürzen, die zum Ankurbeln der Maschine erforderlich ist. The following advantages are achieved in the third embodiment. The double-circuit motor 9 with the series field winding 95 and the shunt field winding 91 is used in the third embodiment, and the magnitude of the current which is supplied to the shunt field winding 91 in its direction of flow through the shunt field current controller 130 is based controlled by control signals supplied from the ECU 4 . The field intensity or field strength that is generated by the series field winding 95 is either increased or decreased by the shunt field winding 91 . Therefore, the characteristics or characteristics of the double-circuit motor 9 can be changed during the cranking operation, thereby shortening a time required for cranking the machine.

Nachdem die Maschine voll angekurbelt worden ist, werden die Größe des elektrischen Stromes, welcher der Shunt-Feldwicklung 91 zugeführt wird, und dessen Flußrichtung gesteuert, so daß die Motordrehung gezwungenermaßen verzögert oder gebremst wird. Daher kann eine unnötige Drehung des Motors 9, nachdem die Maschine voll angekurbelt worden ist, vermieden werden. After the machine has been fully cranked, the magnitude of the electric current which is supplied to the shunt field winding 91 and its direction of flow are controlled so that the motor rotation is forced to be decelerated or braked. Therefore, unnecessary rotation of the motor 9 after the engine is fully cranked can be avoided.

Nachdem der Zündschalter 53 ausgeschaltet worden ist, um die Maschine zu stoppen, wird der Motor 9 in Betrieb gesetzt und es wird der Shunt-Feldstrom derart gesteuert, dass der Motor 9 ein Drehmoment zum Verzögern der Maschine erzeugt. Es kann daher eine Zeitdauer, während welcher sich die Maschine auf Grund ihrer Trägheit dreht, verkürzt werden und es kann die Maschine sehr schnell zu einem vollständigen Anhalten gebracht werden. Es ist auch möglich, die Maschine an einer vorbestimmten Position anzuhalten. After the ignition switch 53 is turned off to stop the machine, the motor 9 is started and the shunt field current is controlled so that the motor 9 generates torque to decelerate the machine. Therefore, a period of time during which the machine rotates due to its inertia can be shortened, and the machine can be brought to a complete stop very quickly. It is also possible to stop the machine at a predetermined position.

Die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die oben beschrieben wurde, kann in vielfältiger Weise modifiziert werden. Beispielsweise kann ein Stromdetektor 41 (siehe Fig. 6), der die Größe eines Ankerstromes detektiert, vorgesehen werden. Wenn der detektierte Ankerstrom einen vorbestimmten Wert überschreitet, können die elektrische Energiezufuhr zu dem Anker 92 und zu der Shunt-Feldwicklung 91 beendet werden. Auf diese Weise kann der Motor 9 gegen einen Überstrom auf Grund einer Fehlfunktion des Motors, wie beispielsweise einem Blockieren, geschützt werden. Auch wird verhindert, daß die im Fahrzeug befindliche Batterie 7a übermäßig entladen wird. Die Leistungs-MOS-FETs, die in dem Shunt-Feldstrom-Controller 130 verwendet werden, können durch Leistungstransistoren ersetzt werden. The third embodiment of the present invention described above can be modified in a variety of ways. For example, a current detector 41 (see FIG. 6) that detects the size of an armature current can be provided. If the detected armature current exceeds a predetermined value, the electrical energy supply to the armature 92 and to the shunt field winding 91 can be terminated. In this way, the motor 9 can be protected against an overcurrent due to a malfunction of the motor, such as blocking. It is also prevented that the battery 7 a in the vehicle is excessively discharged. The power MOS FETs used in the shunt field current controller 130 can be replaced by power transistors.

Der Steuerungsprozeß, der durch die ECU 4 durchgeführt wird, kann in Einklang mit Anlaßmodi unterschiedlich eingestellt werden, das heißt bei dem normalen Anlaßmodus durch Einschalten des Zündschalters 53 und gemäß dem Anlaßmodus bei dem wirtschaftlichen Fahrbetrieb. Der Steuerungsprozeß der ECU kann jeweils in Einklang mit den Eigenschaften des Motors eingestellt werden, ebenso in Einklang mit der Batteriespannung beim Anlassen der Maschine oder in Einklang mit der Größe des Ankerstromes. Ferner kann der Steuerungsprozeß der ECU in Einklang mit der Zahl der Anlaßoperationen geändert werden, in Einklang mit einer Zeitdauer, während welcher der Anlasser verwendet wird, dem Ausmaß des Bürstenverschleißes, um die Maschine ohne einen Ausfall anzukurbeln. The control process performed by the ECU 4 can be set differently in accordance with starting modes, that is, in the normal starting mode by turning on the ignition switch 53 and in accordance with the starting mode in the economical driving operation. The control process of the ECU can be adjusted in accordance with the characteristics of the engine, in accordance with the battery voltage when starting the machine or in accordance with the size of the armature current. Furthermore, the control process of the ECU can be changed in accordance with the number of starting operations, in accordance with a period of time during which the starter is used, the amount of brush wear to crank the engine without failure.

Obwohl die vorliegende Erfindung unter Hinweis auf die vorangegangenen bevorzugten Ausführungsform dargestellt und beschrieben wurde, ist es für Fachleute auf dem vorliegenden Gebiet offensichtlich, die Form und Einzelheiten dabei zu ändern, ohne jedoch dadurch den Rahmen der Erfindung, wie er durch die anhängenden Ansprüche festgehalten ist, zu verlassen. Although the present invention is based on the foregoing preferred embodiment has been illustrated and described, it is for those skilled in the art obvious to the present area to change the form and details of without thereby departing from the scope of the invention as defined by the appended Claims is held to leave.

Claims (12)

1. Anlasservorrichtung (A, B) zum Ankurbeln einer Brennkraftmaschine, welche Anlasservorrichtung aufweist:
einen Gleichstrom-Shunt-Motor (1) mit einem Anker (10) und einer Feldwicklung (13);
eine erste bordseitige Batterie (6) und eine zweite bordseitige Batterie (7);
eine Schalteinrichtung (2), um die beiden Batterien parallel zu schalten oder die beiden Batterien in Einklang mit den Startbedingungen zu trennen, wobei elektrischer Strom dem Anker (10) und der Feldwicklung (13) von beiden Batterien (6, 7) aus zugeführt wird, wenn die beiden Batterien miteinander parallel geschaltet sind, während elektrischer Strom der Feldwicklung (13) von der ersten Batterie (6) zugeführt wird und elektrischer Strom dem Anker (10) von der zweiten Batterie (7) zugeführt wird, wenn die beiden Batterien getrennt sind; und
eine Feldstrom-Steuereinrichtung (3, 8) zum Steuern der Größe des Feldstromes oder zum Steuern von sowohl der Größe des Feldstromes als auch der Flußrichtung des Feldstromes. 1. Starter device (A, B) for cranking an internal combustion engine, which has a starter device:
a DC shunt motor ( 1 ) with an armature ( 10 ) and a field winding ( 13 );
a first onboard battery ( 6 ) and a second onboard battery ( 7 );
a switching device ( 2 ) to connect the two batteries in parallel or to separate the two batteries in accordance with the starting conditions, electrical current being supplied to the armature ( 10 ) and the field winding ( 13 ) from both batteries ( 6 , 7 ) , when the two batteries are connected in parallel with each other, while electrical current is supplied to the field winding ( 13 ) from the first battery ( 6 ) and electrical current is supplied to the armature ( 10 ) from the second battery ( 7 ) when the two batteries are separated are; and
a field current control device ( 3 , 8 ) for controlling the size of the field current or for controlling both the size of the field current and the direction of flow of the field current. 2. Anlasservorrichtung nach Anspruch 1, bei der: der Feldwicklung (13) elektrischer Strom zugeführt wird, bevor dem Anker (10) elektrischer Strom zugeführt wird. 2. The starter device according to claim 1, wherein: electric power is supplied to the field winding ( 13 ) before electric power is supplied to the armature ( 10 ). 3. Anlasservorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der:
die Anlasservorrichtung ferner eine Einrichtung (41) zum Detektieren der Größe des Ankerstromes enthält; und
die Feldstrom-Steuereinrichtung (3, 8) den Feldstrom in Einklang mit der detektierten Größe des Ankerstromes steuert. 3. The starter device of claim 1 or 2, wherein:
the starter device further includes means ( 41 ) for detecting the magnitude of the armature current; and
the field current control device ( 3 , 8 ) controls the field current in accordance with the detected magnitude of the armature current. 4. Anlasservorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der: die zwei Batterien (6, 7) durch die Schalteinrichtung (2) getrennt werden, wenn eine Spannung von den beiden Batterien, die parallel geschaltet sind, niedriger ist als ein vorbestimmter Wert oder wenn die Maschine in einem wirtschaftlichen Fahrmodus wieder angelassen wird. 4. A starter device according to claim 1, 2 or 3, wherein: the two batteries ( 6 , 7 ) are separated by the switching means ( 2 ) when a voltage from the two batteries connected in parallel is lower than a predetermined value or when the machine is restarted in an economical driving mode. 5. Anlasservorrichtung (C) zum Ankurbeln einer Brennkraftmaschine, welche Anlasservorrichtung folgendes aufweist:
einen Gleichstrom-Doppelschlußmotor (9) mit einem Anker (92), eine Reihen- Feldwicklung (95) und einer Shunt-Feldwicklung (91);
eine bordseitige Batterie (7a) zum Zuführen von elektrischer Energie zu dem Doppelschlußmotor; und
eine Steuereinrichtung (4, 130) zum Steuern des Betriebs des Doppelschlußmotors, wobei die Steuereinrichtung den elektrischen Strom steuert, welcher der Shunt-Feldwicklung (91) zugeführt wird, in einer solchen Weise, daß eine Feldstärke, die durch die Shunt-Feldwicklung erzeugt wird, zu einer Feldstärke addiert oder davon subtrahiert wird, die durch die Reihen-Feldwicklung (95) erzeugt wird, und zwar in Einklang mit den Betriebsbedingungen der Maschine während einer Periode, in der die Maschine angekurbelt wird. 5. Starter device (C) for cranking an internal combustion engine, the starter device having the following:
a DC double-circuit motor ( 9 ) with an armature ( 92 ), a series field winding ( 95 ) and a shunt field winding ( 91 );
an on-board battery ( 7 a) for supplying electrical energy to the double-circuit motor; and
control means ( 4 , 130 ) for controlling the operation of the double-ended motor, the control means controlling the electric current supplied to the shunt field winding ( 91 ) in such a manner that a field strength generated by the shunt field winding , is added to or subtracted from a field strength generated by the series field winding ( 95 ) in accordance with the operating conditions of the machine during a period in which the machine is cranked. 6. Anlasservorrichtung nach Anspruch 5, bei der: die Steuereinrichtung (4, 130) in einem Prozeß beim Hochkurbeln der Maschine die Größe des elektrischen Stromes absenkt, welcher der Shunt-Feldwicklung (91) zugeführt wird, oder die Flußrichtung des elektrischen Stromes umkehrt, nachdem die Maschine einen ersten Kompressionshub vervollständigt hat, so daß dadurch die Betriebseigenschaften des Doppelschlußmotors (9) geändert werden. 6. The starter device of claim 5, wherein: the controller ( 4 , 130 ), in a process of cranking the machine, lowers the amount of electrical current supplied to the shunt field winding ( 91 ) or reverses the direction of flow of the electrical current, after the machine has completed a first compression stroke, thereby changing the operating characteristics of the double-circuit motor ( 9 ). 7. Anlasservorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, bei der die Steuereinrichtung (4, 130), nachdem die Maschine voll angekurbelt worden ist, die Größe des Stromes steuert, welcher der Shunt-Feldwicklung (91) zugeführt wird, und eine Fließrichtung des elektrischen Stromes steuert, um dadurch die Drehzahl des Doppelschlußmotors (9) zu reduzieren, und dann die elektrische Stromzufuhr zu dem Anker (92) beendet. 7. The starter device of claim 5 or 6, wherein the controller ( 4 , 130 ), after the engine is fully cranked, controls the amount of current supplied to the shunt field winding ( 91 ) and a flow direction of the electric current controls, thereby reducing the speed of the double-circuit motor ( 9 ), and then stops supplying electric power to the armature ( 92 ). 8. Anlasservorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei der: die Steuereinrichtung (4, 130), nachdem ein Zündschalter (53) ausgeschaltet wurde und die Drehzahl der Maschine auf einen vorbestimmten Wert abgenommen hat, den Doppelschlußmotor (9) in Betrieb setzt, und zwar unter Steuerung der Größe des elektrischen Stromes, welcher der Shunt-Feldwicklung (91) zugeführt wird, um die Maschine schnell bei einer vorbestimmten Position zum Halten zu bringen. 8. Starter device according to one of claims 5 to 7, wherein: the control device ( 4 , 130 ), after an ignition switch ( 53 ) has been switched off and the engine speed has decreased to a predetermined value, puts the double-circuit motor ( 9 ) into operation under control of the magnitude of the electric current supplied to the shunt field winding ( 91 ) to quickly stop the machine at a predetermined position. 9. Anlasservorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei der:
die Anlasservorrichtung (C) ferner eine Einrichtung (41) zum Detektieren der Größe des elektrischen Stromes enthält, welcher dem Anker (92) zugeführt wird; und
die Steuereinrichtung (4, 130) während einer Periode, in welcher die Maschine angekurbelt wird, die elektrische Stromzufuhr zu dem Anker (92) und zu der Shunt-Feldwicklung (91) beendet, wenn die Detektoreinrichtung detektiert, daß der dem Anker zugeführte elektrische Strom einen vorbestimmten Wert für eine vorbestimmte Zeitdauer überschreitet. 9. Starter device according to one of claims 5 to 8, in which:
the starter device (C) further includes means ( 41 ) for detecting the magnitude of the electric current supplied to the armature ( 92 ); and
the controller ( 4 , 130 ) stops supplying electrical power to the armature ( 92 ) and to the shunt field winding ( 91 ) during a period in which the engine is cranking when the detector means detects that the electrical current supplied to the armature exceeds a predetermined value for a predetermined period of time. 10. Anlasservorrichtung nach Anspruch 5, bei der: die Steuereinrichtung (4, 130) den Doppelschlußmotor (9) in einer jeweiligen Weise entsprechend den Startmodi steuert, das heißt gemäß einem normalen Startmodus, bei dem die Maschine durch Einschalten eines Zündschalters angelassen wird und entsprechend einem Startmodus gemäß einem wirtschaftlichen Fahrbetrieb, bei dem die Maschine basierend auf einem Wiederstartsignal automatisch wieder angelassen wird. 10. The starter device according to claim 5, wherein: the control means ( 4 , 130 ) controls the double-circuit motor ( 9 ) in a respective manner according to the start modes, that is, according to a normal start mode in which the engine is started by turning on an ignition switch and accordingly a start mode according to an economical driving operation, in which the machine is automatically restarted based on a restart signal. 11. Anlasservorrichtung nach Anspruch 5, bei der: die Steuereinrichtung (4, 130) den Doppelschlußmotor in einer jeweiligen Weise gemäß den Eigenschaften des Doppelschlußmotors (9) steuert, entsprechend der Spannung der bordseitigen Batterie (7a) bei einer Ankurbeloperation oder entsprechend der Größe des Stromes, welcher dem Anker (92) bei einer Ankurbeloperation zugeführt wird. 11. Starter device according to claim 5, wherein: the control device ( 4 , 130 ) controls the double-circuit motor in a respective manner in accordance with the properties of the double-circuit motor ( 9 ), in accordance with the voltage of the on-board battery ( 7 a) in a crank operation or in accordance with the size of the current which is supplied to the armature ( 92 ) during a crank operation. 12. Anlasservorrichtung nach Anspruch 5, bei der: die Steuereinrichtung (4, 130) den Doppelschlußmotor (9) in einer entsprechenden Weise in Einklang mit einer Anzahl von Malen von vergangenen Operationen des Doppelschlußmotors, in Einklang mit einer Zeitdauer, während welcher der Doppelschlußmotor in Betrieb gewesen ist, oder in Einklang mit dem Ausmaß des Verschleißes der Bürsten in dem Doppelschlußmotor steuert. The starter device according to claim 5, wherein: the control means ( 4 , 130 ) the double-lock motor ( 9 ) in a corresponding manner in accordance with a number of times of past operations of the double-lock motor, in accordance with a period of time during which the double-lock motor is in Operation, or controls in accordance with the amount of wear of the brushes in the double-ended motor.
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