DE10327263A1

DE10327263A1 - Method of protecting a starter / alternator from an overspeed condition

Info

Publication number: DE10327263A1
Application number: DE10327263A
Authority: DE
Inventors: Scatt Evart Temperance Blackburn; Eric Keith Toledo Manning
Original assignee: Dana Inc
Current assignee: Dana Inc
Priority date: 2002-06-18
Filing date: 2003-06-17
Publication date: 2004-02-05
Also published as: FR2840960A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Verhindern eines übermäßigen Arbeitens in der Anlasserbetriebsart bei einer Anordnung aus Anlasser/Lichtmaschine in einer Brennkraftmaschinenanlage beschrieben. Das Verfahren ist derart ausgelegt, daß die Drehzahl des Anlassers/der Lichtmaschine in der Anlasserbetriebsart mit einer vorbestimmten Schwellwertdrehzahl verglichen wird, und wenn ein Überdrehungszustand festgestellt wird, wird die Anlasserbetriebsart der Anordnung aus Anlasser/Lichtmaschine desaktiviert. Wenn ferner eine vorbestimmte Anzahl von Brennkraftmaschinen-Anlaßabfolgen aufgetreten ist, ohne daß die Brennkraftmaschine erfolgreich selbständig arbeitet, wird die Anlasserbetriebsart eine vorbestimmte Ziet lang desaktiviert. Wenn mehrmals kein Anlassen festgestellt werden konnte, wird die Anordnung aus Anlasser/Lichtmaschine desaktiviert, bis eine Reparatur der Brennkraftmaschine erfolgt ist.A method of preventing excessive work in the starter mode in a starter / alternator arrangement in an internal combustion engine system is described. The method is designed such that the starter / alternator speed in the starter mode is compared to a predetermined threshold speed, and if an overspeed condition is detected, the starter mode of the starter / alternator assembly is deactivated. Further, when a predetermined number of engine starter sequences have occurred without the engine successfully operating independently, the starter mode is deactivated for a predetermined time. If no starting was found several times, the starter / alternator arrangement is deactivated until the internal combustion engine has been repaired.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der elektrischen Anlagen von Kraftfahrzeugen. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einem Verfahren zum Verhindern eines Überdrehungszustands eines Anlassers/einer Lichtmaschine bei einer Abfolge von Anlassvorgängen einer Brennkraftmaschine, wenn die Brennkraftmaschinen sich nicht anlassen läßt.The invention relates to that Field of electrical systems of motor vehicles. In particular deals the invention relates to a method for preventing an overturn condition of a starter / alternator in a sequence of starting processes Internal combustion engine if the internal combustion engines do not start leaves.

Bei elektrischen Anlagen von Kraftfahrzeugen besteht heutzutage die Tendenz, die früher gesondert arbeitenden und gesondert betriebenen Anlasser und/oder Lichtmaschinen/Generator-Komponenten zu vereinen. Da bei Kraftfahrzeugen immer mehr Elektronik zum Einsatz kommt, und zwar im Hinblick auf elektronische Zusatzeinrichtungen und komplizierte Steuersysteme, nimmt das Bedürfnis nach einer leistungsfähigeren elektrischen Energieversorgung zu. Als Folge hiervon wird die Lichtmaschine körperlich größer und leistungsfähiger, da die elektrischen Anforderungen bei Kraftfahrzeugen mit einem zunehmenden Bedarf verbunden sind.In electrical systems of motor vehicles nowadays there is a tendency to work separately and separately operated starters and / or alternators / generator components to unite. As more and more electronics are used in motor vehicles comes with regard to additional electronic devices and complicated control systems, takes the need for a more powerful electrical energy supply. As a result, the alternator physically bigger and powerful, since the electrical requirements for motor vehicles with a increasing demand.

Zur Steigerung der Betriebseffizienz von Brennkraftmaschinen ist zusätzlich ein leistungsfähiger und häufig betreibbarer Anlassermotor erforderlich, um den Brennkraftmaschinenbetrieb in kurzen Verbrauchszyklen aufnehmen zu können. Neben diesen Weiterentwicklungen auf dem Gebiet des Fahrzeugbaus kommt auch immer noch ein dritter Gesichtspunkt bei der Auslegung von Kraftfahrzeugen hinzu, nämlich die kompakte Bauweise und platzsparende Unterbringung im Motorraum. Da diese Entwicklungen immer weiter gehen, wurde vorgeschlagen, den Anlasser und die Lichtmaschine/Generator zu einem einzigen Bauelement im Motorraum zusammen zu fassen. Hierbei kann die Anlasserfunktion des Anlassers/der Lichtmaschine zum Anlassen der Brennkraftmaschinen äußerst leistungsvoll sein, so daß die Brennkraftmaschinen einen selbständigen Betriebszustand innerhalb ½ bis 1 Sekunde nach dem Einleiten des Startvorganges einnimmt. Wenn die Brennkraftmaschine nicht eigenständig arbeitet, nachdem der Anlasser zum Anlassen der Brennkraftmaschinen aktiviert worden ist, kann der Anlasser mit einem Überdrehungszustand arbeiten, und er fällt dann selbst infolge der Wärme aus, welche in den Anlasserwicklungen erzeugt wird. Zusätzlich können auch weitere Komponenten der Anlage, d.h. Batterie, Leitungsverbindungen zum Anlasser, Versorgungsleitungen sowie Sicherungen, außerhalb ihrer Nennbelastungsgrößen betrieben werden, wenn der Nichtanlasszustand der Brennkraftmaschinen nicht erfaßt wird, und wenn dieser über einen vorbestimmten Schwellwert hinaus weiter anhält.To increase operational efficiency of internal combustion engines is additional a powerful and often Operable starter motor required to run the engine to be able to record in short consumption cycles. In addition to these developments a third is still coming in the field of vehicle construction Consideration in the design of motor vehicles, namely the compact design and space-saving accommodation in the engine compartment. As these developments continue, it has been suggested the starter and the alternator / generator into a single component in the engine compartment. Here, the starter function of the starter / alternator for starting the internal combustion engines extremely powerful be so that the Internal combustion engines have an independent operating state within ½ to Takes 1 second after initiating the start process. If the Internal combustion engine not autonomous works after the starter for starting the internal combustion engines has been activated, the starter may have an overspeed condition work and then he falls even as a result of the heat which is generated in the starter windings. In addition, too other components of the system, i.e. Battery, line connections to the starter, supply lines and fuses, outside operated their nominal load sizes be when the engine is not starting is detected and if this over continues beyond a predetermined threshold.

Die Erfindung zielt darauf ab, wenigstens eines der möglichen Probleme zu überwinden, die im Zusammenhang mit der heutzutage vorgesehenen Zusammenfassung von Anlasser und Generator/Lichtmaschinenfunktionen und den kurzen Bedarfszyklen bei Brennkraftmaschinen auftreten. Insbesondere stellt die Erfindung ein Verfahren zum Erfassen eines Anlasser-Überdrehungszustandes während einer Brennkraftmaschinenanlassabfolge bereit, bei der die Brennkraftmaschine nicht eigenständig arbeitet. Der Überdrehungszustand kann entweder direkt aus einer Drehbewegung und/oder mittels eines Positionssensors erfaßt werden, der am Anlasser/der Lichtmaschine angebracht ist, oder alternativ kann der Überdrehungszustand von weiteren durch die Brennkraftmaschinen angetriebenen Zusatzaggregaten erfaßt werden, welche in ähnlicher Weise mit einem Drehzahl- und/oder Positionssensor ausgestattet sind. Eine solche Zusatzeinrichtung kann ohne jegliche Beschränkung ein von einer Brennkraftmaschine angetriebenes Kühlgebläse, eine Wasserpumpe, einen Klimaanlagenkompressor (AC-Kompressor), eine Servolenkpumpe oder eine Nockenwelle der Brennkraftmaschinen umfassen.The invention aims at least one of the possible Overcoming problems the context of today's summary of starter and generator / alternator functions and the short Demand cycles occur in internal combustion engines. In particular, poses the invention provides a method for detecting a starter overspeed condition during a Engine cranking sequence ready at which the engine does not work independently. The state of overdrive can either directly from a rotary movement and / or by means of a Position sensor detected be attached to the starter / alternator, or alternatively the state of overdrive of further auxiliary units driven by the internal combustion engines detected which are in more similar Way equipped with a speed and / or position sensor are. Such an additional device can be used without any limitation cooling fan driven by an internal combustion engine, a water pump, a Air conditioning compressor (AC compressor), a power steering pump or comprise a camshaft of the internal combustion engines.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Darin gilt:More details, features and Advantages of the invention result from the description below of preferred embodiments below Reference to the attached Drawing. The following applies:

1 ein Blockdiagramm zur Verdeutlichung einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung mit den erforderlichen Sensoren und der Hardware zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung; und 1 a block diagram to illustrate a preferred embodiment according to the invention with the necessary sensors and hardware for performing the method according to the invention; and

2 ein Flussdiagramm zur Durchführung der Entscheidungen bei dem Verfahren nach der Erfindung unter Einsatz einer Systemsteuerung, um einen Überdrehungszustand eines Anlassers/einer Lichtmaschine zu bestimmen. 2 a flowchart for performing the decisions in the method according to the invention using a system controller to determine an overspeed condition of a starter / an alternator.

Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zum Steuern einer Anordnung 10 aus Anlasser/Lichtmaschine einer Brennkraftmaschinenanlage, und insbesondere befaßt sie sich mit der Desaktivierung der Anlasserfunktion, wenn ein Überdrehungszustand für die Anordnung 10 aus Anlasser/Lichtmaschine erfaßt worden ist. Der Anlasser/die Lichtmaschine 10 kann eine integrierte Einheit sein, d.h. die in Kombination mit der Kurbelwelle, die mit einem Schwungrad oder einer Ausgleichseinrichtung versehen ist, oder in Kombination mit einem gesonderten Riementrieb, einem Kettentrieb oder einem Zahnradtrieb für eine angetriebene/treibende Einheit. Bei allen Auslegungsformen wird die Einheit 10 genutzt, um die Brennkraftmaschinen gemäß einer vorbestimmten Anweisung an zulassen, d.h. durch eine Bedienungsperson oder durch den Bedarf eines zusätzlichen Verbrauchers, und die Einheit wird genutzt, um elektrische Energie entweder für den unmittelbaren Verbrauch oder für die Speicherung (d.h. zum Aufladen der Batterie) bereitzustellen. Die Anordnung 10 aus Anlasser/Lichtmaschine ist direkt mit der Drehbewegung der Brennkraftmaschine 12 gekoppelt. Die Brennkraftmaschine ist mit verschiedenen Sensoren zur Bestimmung der Drehzahl, der Temperatur, der Kurbelwellenposition, der Nockenposition, usw., ausgestattet, und diese Informationen werden an eine Systemsteuereinrichtung 16 weitergegeben. Die Steuereinrichtung 16 erhält in ähn licher Weise Betriebsinformationen von dem Inverter des Anlassers/der Lichtmaschine, und gibt Informationen bezüglich diesen weiter, welche eine zugeordnete Steuereinrichtung haben, um selektiv entweder die Anlasserfunktion oder die Lichtmaschinenfunktion bei der Anordnung 10 aus Anlasser/Lichtmaschine zu wählen. Eine Batterie 20 bildet ebenfalls einen Teil der Anlage, um elektrische Energie zur Aktivierung des Anlassers/der Lichtmaschine bereitzustellen, wenn die Anlasserfunktion gewählt ist. Die Brennkraftmaschine 12 ist auch mit verschiedenen mittels der Brennkraftmaschine angetriebenen Zusatzaggregaten 14 ausgerüstet, beispielsweise einem Kühlgebläse, einem Klimaanlagenkompressor, einer Servolenkanlage, einer Wasserpumpe, Förderpumpen, einer Nockenwelle oder dergleichen.The invention is concerned with a method for controlling an arrangement 10 from the starter / alternator of an internal combustion engine system, and in particular it deals with the deactivation of the starter function when an over-rev condition for the arrangement 10 from starter / alternator has been detected. The starter / alternator 10 can be an integrated unit, ie in combination with the crankshaft, which is provided with a flywheel or a compensating device, or in combination with a separate belt drive, a chain drive or a gear drive for a driven / driving unit. In all forms of interpretation, the unit 10 used to allow the internal combustion engines according to a predetermined instruction, ie by an operator or by the need of an additional consumer, and the unit is used to provide electrical energy either for immediate consumption or for storage (ie for charging the battery). The order 10 from the starter / alternator is directly related to the rotation of the internal combustion engine 12 coupled. The internal combustion engine is equipped with various sensors for determining the speed, the temperature, the crankshaft position, the cam position, etc., and this information is sent to a system control device 16 passed. The control device 16 similarly obtains operational information from the starter / alternator inverter and provides information thereon that has an associated controller to selectively select either the starter function or the alternator function in the arrangement 10 to choose from starter / alternator. A battery 20 also forms part of the system to provide electrical energy to activate the starter / alternator when the starter function is selected. The internal combustion engine 12 is also with various additional units driven by the internal combustion engine 14 equipped, for example a cooling fan, an air conditioning compressor, a power steering system, a water pump, feed pumps, a camshaft or the like.

Wenn die Brennkraftmaschine 12 nicht auf selbständige Weise im Anschluß an eine vorbestimmte Anlassabfolge durch den Anlasser/die Lichtmaschine 10 arbeitet, desaktiviert die Systemsteuereinrichtung den Anlasser/die Lichtmaschine. Die Tatsache, daß die Brennkraftmaschine 12 nicht selbständig läuft, kann ihre Ursache in verschiedenen, Systemfehlern haben, d.h. kein Brennstoff, eine Zünd- oder Einspritzfehlfunktion, oder ein niedriger Batterieladezustand. Unabhängig davon jedoch wird die Anlasserfunktion eine vorbestimmte zeitlang (d.h. 30 Sekunden) desaktiviert, wenn die Brennkraftmaschine im Anschluß an eine vorbestimmte Anzahl von Startabfolgevorgängen (d.h. 5 Anlaßvorgänge) durch den Anlasser/die Lichtmaschine 10 nicht in den eigenständigen Betrieb kommt, oder wenn eine Überdrehungsdrehzahl (d.h. größer als 400 1/min) in der Anordnung 10 aus Anlasser/Lichtmaschine während einer Anlassabfolge auftritt. Wenn eine vorbestimmte Anzahl von fehlerhaften Anlaß- und Desaktivierungsabfolgen ermittelt worden ist, kann eine vollständige Ausschaltbetriebsart aktiviert werden, um weitere destruktive zyklische Arbeitsabläufe der Anordnung 10 aus Anlasser/Lichtmaschine und weiteren Unterstützungssystemen zu verhindern.If the internal combustion engine 12 not automatically following a predetermined starting sequence by the starter / alternator 10 works, the system control device deactivates the starter / alternator. The fact that the internal combustion engine 12 not running independently, can be caused by various system faults, ie no fuel, an ignition or injection malfunction, or a low battery charge level. Regardless, however, the starter function is deactivated for a predetermined time (ie, 30 seconds) when the engine is followed by the starter / alternator following a predetermined number of start sequence operations (ie, 5 starters) 10 does not come into stand-alone operation or if an overspeed (ie greater than 400 1 / min) in the arrangement 10 starter / alternator occurs during a starter sequence. When a predetermined number of faulty start-up and deactivation sequences have been determined, a full shutdown mode can be activated to further destructive cyclic operations of the arrangement 10 prevent from starter / alternator and other support systems.

2 zeigt ein Blockdiagramm einer Abfolge von Schritten der Systemsteuereinrichtung 16 unter Einsatz des Verfahrens nach der Erfindung. Eine Anlassabfolge wird aus irgendeinem vorbestimmten Grund eingeleitet, d.h. Ladung der Batterie, Betreiben eines Zusatzaggregats, Verwirklichung einer Fahrzeugbeschleunigung usw. Der Anlasser/die Lichtmaschine wird in eine Anlaßbetriebsart gebracht. Dann wird die Brennkraftmaschinendrehzahl entweder durch eine direkte Überwachung der Drehzahl des Anlassers/der Lichtmaschine oder durch eine Überwachung irgendeiner anderen durch die Brennkraftmaschine angetriebenen Komponente geprüft, welche mit Drehzahlsensoren ausgestattet ist (hierbei werden Geschwindigkeitsdifferenzen von Brennkraftmaschine und Anlasser/Lichtmaschine infolge von Riemenantriebsverhältnissen, Zahnradübersetzungsverhältnissen oder dergleichen berücksichtigt). Dann erfolgt ein Vergleich, um zu bestimmen, ob die detektierte Drehzahl einen vorbestimmten zulässigen Drehzahlbereich für den Anlasser/die Lichtmaschine für eine Anlassabfolge überschritten hat. Wenn die Drehzahl niedriger ist, kann der Anlasser/die Lichtmaschine zyklisch zum Anlassen der Brennkraftmaschinen genutzt werden. Wenn die detektierte Geschwindigkeit höher ist, dann wird der Anlasser/die Lichtmaschine desaktiviert. Wenn ferner eine vorbestimmte Anzahl von Zyklen durchlaufen worden ist, und ein selbständiges Arbeiten der Brennkraftmaschinen nicht erfaßt wird, wird die Anlassbetriebsart des Anlassers/der Lichtmaschine für eine vorbestimmte Zeit lang desaktiviert. Bei der bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Systemsteuereinrichtung 16 ferner einen Zähler und einen Komparator, um aufeinanderfolgende Anlassbetriebsartzyklen zu zählen. Wenn die Brennkraftmaschine im Anschluß an eine vorgewählte Anzahl von Anlassabfolgen nicht arbeitet, wird der Anlasser/die Lichtmaschine 10 eine so ausreichende Zeit lang deaktiviert, daß eine zerstörend wirkende Erwärmung im System verhindert wird, und daß sich die Anlasskapazität der Batterie 20 wiederum erholen kann. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann ein Zähler für die gesamte Anzahl von Anlassfehlern und die darauf folgenden zeitlich gesteuerten Desaktivierungen vorgesehen sein, so daß der Anlasser/die Lichtmaschine 10 eine Anlassabfolge ausführen kann, bis eine Reparatur der Brennkraftmaschinen erfolgt ist. 2 shows a block diagram of a sequence of steps of the system controller 16 using the method according to the invention. A starting sequence is initiated for some predetermined reason, ie charging the battery, operating an auxiliary unit, realizing vehicle acceleration, etc. The starter / alternator is brought into a starting mode. Then the engine speed is checked either by directly monitoring the speed of the starter / alternator or by monitoring any other component driven by the internal combustion engine which is equipped with speed sensors (in this case speed differences between the internal combustion engine and the starter / alternator due to belt drive ratios, gear transmission ratios or the like is taken into account). A comparison is then made to determine whether the detected speed has exceeded a predetermined allowable speed range for the starter / alternator for a starter sequence. If the engine speed is lower, the starter / alternator can be used cyclically to start the internal combustion engines. If the detected speed is higher, the starter / alternator is deactivated. Further, if a predetermined number of cycles have been completed and a self-operation of the internal combustion engines is not detected, the starter / alternator starting mode is deactivated for a predetermined time. In the preferred embodiment, the system controller includes 16 a counter and a comparator to count successive cranking mode cycles. If the engine does not operate after a preselected number of starter sequences, the starter / alternator becomes 10 deactivated for a sufficient period of time to prevent destructive heating in the system and to reduce the starting capacity of the battery 20 can recover again. In a further preferred embodiment, a counter can be provided for the total number of starting errors and the subsequent time-controlled deactivations, so that the starter / the alternator 10 can execute a starting sequence until the internal combustion engines have been repaired.

Das vorstehend umrissene Verfahren verbessert das Leistungsverhalten und die Gesamtzuverlässigkeit eines Systems aus Anlasser/Lichtmaschine durch Steuern und Begrenzen der Nutzung, welche das Nennauslegungsvermögen der Anlage überschreitet. Nach der Erfindung wird die Anlage aus Anlasser/Lichtmaschine an einem zerstörend wirkenden übermäßigen Betreiben gehindert. Die spezifischen Grenzwertparameter bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ermittlung eines Überdrehungszustandes von einem Anlasser/Lichtmaschine, ein zu häufiges, zyklisches Durchlaufen der Anlasserbetriebsart und die Zeitdauer für eine ausreichende Abkühlung des Systems hängen von den Auslegungseinzelheiten des Systems aus Anlasser/Lichtmaschine ab. Hierbei kann es sich beispielsweise um die relativen Abmessungen, die Zylinderkonfiguration und das Kompressionsverhältnis der Brennkraftmaschinen, der Größe, die Stromverbrauchsanforderungen und das Leistungsvermögen des Anlassers/der Lichtmaschine, die relative Dauer und die Häufigkeit der Gebrauchszyklen der Brennkraftmaschine, die Batteriegröße, die Anlasskapazität, die Systemleitung und Sicherungen sowie zu erwartende Betriebsanlassbedingungen handeln, welche auch die Umgebungsverhältnisse berücksichtigen (d.h. wie heiß/kalt, feucht/trocken, Luftdruck/Dichte usw.). Wenn die Umgebungsbedingungen relativ kalt sind, können längere Anlasszyklen vor der Aktivierung erforderlich sein, während unter heißen Umgebungszuständen kürzere Anlasszyklen gewählt werden sollten, um einen Schutz vor Überhitzung zu bieten. Unabhängig von den Auslegungsparametern jedoch werden bei dem Verfahren die erforderlichen Detektions- und Vergleichsschritte nach vorbestimmten Kriterien durchlaufen, welche spezifisch für das System aus Anlasser/Lichtmaschine gewählt sind.The method outlined above improves the performance and overall reliability of a starter / alternator system by controlling and limiting usage that exceeds the nominal design capability of the system. According to the invention, the starter / alternator system is prevented from being excessively destructive. The specific limit value parameters in the method according to the invention for determining an overspeed condition of a starter / alternator, a too frequent, cyclical running through of the starter operating mode and the time period for sufficient cooling of the system depend on the design details of the starter / alternator system. This can be, for example, the relative dimensions, the cylinder configuration and the compression ratio of the Internal combustion engines, the size, the power consumption requirements and the performance of the starter / alternator, the relative duration and frequency of the use cycles of the internal combustion engine, the battery size, the starting capacity, the system line and fuses as well as expected operating starting conditions, which also take into account the environmental conditions (i.e. such as hot / cold, moist / dry, air pressure / density etc.). If the ambient conditions are relatively cold, longer cranking cycles may be required before activation, while shorter cranking cycles should be selected in hot environmental conditions to provide protection against overheating. Regardless of the design parameters, however, the required detection and comparison steps are carried out according to predetermined criteria in the method, which are selected specifically for the starter / alternator system.

Die Erfindung ist natürlich nicht auf die voranstehend beschriebenen Einzelheiten beschränkt, sondern es sind zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, die der Fachmann im Bedarfsfall treffen wird, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.The invention is of course not limited to the details described above, but there are numerous changes and modifications possible, which the expert will meet if necessary, without the inventive concept to leave.

Claims

Method of deactivating a starter / alternator system to start an internal combustion engine and to prevent it from operating too frequently in a starting mode, which has the following steps: Initiate a sequence of events for starting an internal combustion engine, Detect a speed the internal combustion engine and determine a first detected speed; to compare the first detected speed at a predetermined, permissible speed; and Deactivating the starter / alternator in the starter mode, when the detected speed exceeds the predetermined permissible speed.

The method of claim 1, further comprising: detect a number of consecutive, unsuccessful start-up events the internal combustion engine to obtain a first detected number; to compare the first detected number with a predetermined, permissible number unsuccessful attempts to start the internal combustion engine; and deactivate of starter / alternator in the starter mode for a predetermined one Mode of operation when the first detected number is the predetermined allowable number of unsuccessful engine cranking attempts.

A method according to claim 1 or 2, wherein the detecting step for the Engine speed using a detected speed of the starter / alternator.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the detection step for the engine speed using a detected speed of one by the internal combustion engine driven additional unit takes place.