DE10355270A1

DE10355270A1 - Verfahren zum Schützen und zur Fehlererfassung für einen Anlasser/eine Lichtmaschine, der/die in einer Anlasserbetriebsart arbeitet

Info

Publication number: DE10355270A1
Application number: DE10355270A
Authority: DE
Inventors: Scott Evart Temperance Blackburn; Eric Keith Toledeo Manning
Original assignee: Dana Inc
Current assignee: Dana Automotive Systems Group LLC
Priority date: 2002-11-26
Filing date: 2003-11-26
Publication date: 2004-06-03
Also published as: US20040036296A1; US6800952B2; FR2847735A1

Abstract

Es ist ein System zum Bewahren eines Anlassers/einer Lichtmaschine in einer Anlage eines Brennkraftmaschinensystems vor einem exzessiven Betrieb in einer Anlassbetriebsart offenbart. Das System beschreibt ein Verfahren zum Vergleichen der jeweiligen Drehzahlen des Anlassers/der Lichtmaschine und der Brennkraftmaschine in einer Anlassbetriebsart zuerst miteinander und dann, wenn sie gleich sind, mit einer vorbestimmten Schwellendrehzahl. Wenn ein Überdrehungszustand detektiert wird, wird der Anlasser/die Lichtmaschine in der Anlassbetriebsart deaktiviert. Zusätzlich wird dann, wenn eine vorbestimmte Anzahl von nicht erfolgreichen Anlassversuchen bei der Brennkraftmaschine aufgetreten sind, die Anlassbetriebsart für eine vorbestimmte Zeitperiode deaktiviert. Wenn mehrere Anlassfehler detektiert worden sind, kann der Anlasser/die Lichtmaschine deaktiviert werden, bis eine Reparatur des Fehlers der Brennkraftmaschine durchgeführt werden kann. Wo sich die jeweiligen Drehzahlen des Anlassers/der Lichtmaschine und der Brennkraftmaschine unterscheiden, folgt die Systemsteuerung einer Reihe von logischen Schritten, um den Fehler zu bestimmten und um danach entweder die Systemsteuerung zu benachrichtigen und/oder den Anlasser/die Lichtmaschine zu deaktivieren.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet von elektrischen Anlagen bzw. Systemen von Kraftfahrzeugen. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einem Verfahren zum Schützen eines Anlassers/einer Lichtmaschine bei einer Abfolge von Anlassvorgängen einer Brennkraftmaschine, wenn die Brennkraftmaschinen sich nicht anlassen lässt, und auch zum Bestimmen, von welcher Art der Fehlerzustand ist.

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 im Hinblick auf elektronische Zusatzeinrichtungen und komplizierte Steuersysteme immer mehr Elektronik zum Einsatz kommt, 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.

Zur Steigerung der Betriebseffizienz von Brennkraftmaschinen bzw. Verbrennungsmotoren ist zusätzlich ein leistungsfähiger und häufig betreibbarer Anlassermotor erforderlich, um den Brennkraftmaschinenbetrieb in kurzen Verbrauchszyklen wiederaufnehmen 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 kom pakte Bauweise und platzsparende Unterbringung im Motorraum. Da diese Entwicklungen immer weiter gehen, wurde vorgeschlagen, den Anlasser und die Lichtmaschine/den Generator zu einem einzigen Bauelement im Motorraum zusammen zu fassen. Hierbei kann die Anlassertunktion 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. Dieser Entwurfsumstand einer relativ leistungsfähigen Anlasserfunktion gegenüber der Brennkraftmaschine kann zu Ergebnissen führen, die möglicherweise nicht erwünscht sind. Beispielsweise kann in dem Fall, in welchem die Brennkraftmaschine nicht eigenständig arbeitet, nachdem der Anlasser zum Anlassen der Brennkraftmaschinen aktiviert worden ist, 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, Hilfsschaltungen bzw. Versorgungsleitungen sowie Sicherungen, außerhalb ihrer Nennbelastungsgrößen betrieben werden, wenn der Nichtanlasszustand der Brennkraftmaschinen nicht erfaßt und diagnostiziert wird und wenn dieser über einen vorbestimmten Schwellwert hinaus weiter anhält.

Die Erfindung zielt darauf ab, wenigstens eines der möglichen Probleme zu überwinden, die im Zusammenhang mit der heutzutage vorgesehenen Zusammenfassung von Anlasser und Generator/Lichtmaschinen-Funktionen und den kurzen Bedarfszyklen bei Brennkraftmaschinen auftreten. Insbesondere stellt die Erfindung ein Verfahren zum Erfassen und Diagnostizieren eines Nichtanlasszustands während einer Brennkraftmaschinen-Anlassabfolge bereit, bei der die Brennkraftmaschine nicht eigenständig arbeitet. Der Nichtanlasszustand kann entweder direkt aus einer Drehbewegung und/oder mittels eines Positionssensors erfaßt werden, der an dem Anlasser/der Lichtmaschine angebracht ist, oder alternativ kann der Zustand von weiteren durch die Brennkraftmaschinen angetriebenen Zusatzaggregaten erfaßt werden, welche in ähnlicher Weise mit einem Drehzahl- und/oder Positionssensor ausgestattet sind, oder, am meisten bevorzugt, direkt von einem Positionssensor der Kurbelwelle oder der Nockenwelle an der Brennkraftmaschine selbst. Wenn ein durch die Brennkraftmaschine angetriebenes Zusatzaggregat geprüft wird, kann eine solche Zusatzeinrichtung ohne jegliche Beschränkung ein von einer Brennkraftmaschine angetriebenes Kühlgebläse, eine Wasserpumpe, einen Klimaanlagenkompressor (AC-Kompressor) oder eine Servolenkungspumpe umfassen.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung.
1 zeigt 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
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.
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 und der Diagnostizierung eines Fehlers, wenn ein Nichtanlassfehler des Anlassers/der 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 Brennkraftmaschine gemäß einer vorbestimmten Anweisung anzulassen, 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 ähnlicher 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, wie beispielsweise einem Kühlgebläse, einem Klimaanlagenkompressor, einer Servolenkanlage, einer Wasserpumpe, Förderpumpen, einer Nockenwelle oder dergleichen.
Zum Schützen des Anlasser/Lichtmaschinen-Systems während des Anlassbetriebsartenprozesses wird die Steuereinrichtung 18 für den Anlasser/die Lichtmaschine die Drehzahl der Brennkraftmaschine und die Drehzahl des Anlassers/der Lichtmaschine überwachen. In vorbestimmten Intervallen (d.h. 10 ms) wird die Steuereinrichtung 18 die relativen Drehzahlen des Anlassers/der Lichtmaschine und der Brennkraftmaschine vergleichen. Wenn die Drehzahlen des Anlassers/der Lichtmaschine und der Brennkraftmaschine gleich sind (unter Berücksichtigung von Übersetzungsverhältnissen von Riemenscheiben und/oder Antriebssystemen, etc.), dann arbeitet das System normal und ein Selbsthaltebetrieb der Brennkraftmaschine sollte nahe bevorstehen. Wenn jedoch die detektierten gleichen Drehzahlen zu schnell sind, d.h. über eine Schwelle eines Selbsthaltebetriebs der Brennkraftmaschine hinausgehend (d.h. 400 U/min), oder wenn mehr als eine bestimmte Anzahl von Umdrehungen der Brennkraftmaschine aufgetreten sind, dann würde der Anlasser/die Lichtma schine mit einem Betrieb in der Anlassbetriebsart aufhören und den Fahrzeugbediener über eine Fehlererfassung benachrichtigen.
Alternativ dazu gibt es dann, wenn die Drehzahl des Anlassers/der Lichtmaschine größer als die Drehzahl der Brennkraftmaschine ist und die Drehzahl der Brennkraftmaschine größer als Null ist, eine Fehlfunktion der mechanischen Verbindung zwischen dem Anlasser/der Lichtmaschine und der Brennkraftmaschine. In dem Fall, in welchem ein solcher Zustand über eine vorbestimmte Schwelle hinaus andauert, bei welcher der Anlasser/die Lichtmaschine in einer Anlassbetriebsart fortfährt, die Systemsteuereinrichtung über den Fehler benachrichtigt. Wenn der Zustand nicht innerhalb einer zulässigen Anzahl von Umdrehungen der Brennkraftmaschine selbst korrigierend ist, d.h. ein angefeuchteter rutschender Riemen nicht austrocknet, hört der Anlasser/die Lichtmaschine mit einem Kurbeln bzw. Anlassen auf und wird die Systemsteuereinrichtung über den besonderen Fehlerzustand benachrichtigt.
Alternativ dazu ist dann, wenn die Drehzahl des Anlassers/der Lichtmaschine größer als Null ist und die Drehzahl der Brennkraftmaschine Null ist, die mechanische Verbindung zwischen dem Anlasser/der Lichtmaschine und der Brennkraftmaschine vollständig ausgefallen. In diesem Fall würde der Anlasser/die Lichtmaschine mit einem Kurbeln bzw. Anlassen aufhören und die Systemsteuereinrichtung über den besonderen Fehlerzustand benachrichtigen.
Alternativ dazu ist dann, wenn die Drehzahl des Anlassers/der Lichtmaschine Null ist, entweder der Anlasser/die Lichtmaschine ausgefallen oder hat die Brennkraftmaschine eine exzessive Last oder ist selbst ausgefallen. In diesem Fall wird der Anlasser/die Lichtmaschine damit aufhören, ein Kurbeln bzw. Anlassen zu versuchen und die Systemsteuereinrichtung über den besonderen Fehlerzustand benachrichtigen.
2 zeigt ein Blockdiagramm einer logischen Abfolge von Schritten der Systemsteuereinrichtung 16 unter Einsatz des Verfahrens nach der Erfindung. Eine Anlassabfolge wird aus irgendeinem vorbestimmten Grund eingeleitet, d.h. La dung 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 Überwachung irgendeiner durch die Brennkraftmaschine angetriebenen Komponente (hierbei werden Geschwindigkeitsdifferenzen von Brennkraftmaschine und Anlasser/Lichtmaschine infolge von Riemenantriebsverhältnissen, Zahnradübersetzungsverhältnissen oder dergleichen berücksichtigt), oder durch Überwachen des Kurbel- oder Nockenpositionssensors an der Brennkraftmaschine selbst geprüft. Dann erfolgt ein Vergleich zwischen den detektierten Drehzahlen von jeweils der Brennkraftmaschine oder dem Anlasser/der Lichtmaschine. Wenn die relativen Drehzahlen der Brennkraftmaschine und des Anlassers/der Lichtmaschine die gleichen sind, aber langsamer als es zum Starten bzw. Anlassen der Brennkraftmaschine nötig ist, kann der Anlasser/die Lichtmaschine mit der Anlassablauffolge zum Anlassen der Brennkraftmaschine fortfahren. Wenn die detektierte Drehzahl höher ist, d.h. ein Überdrehungszustand detektiert wird, dann wird der Anlasser/die Lichtmaschine desaktiviert und wird ein Fehler- bzw. Ausfallzustand zur Steuereinrichtung gesendet. Wenn ferner eine vorbestimmte Anzahl von Zyklen bzw. Abfolgen durchlaufen worden ist, und ein selbständiges Arbeiten der Brennkraftmaschinen nicht erfasst wird, wird, ungeachtet des Fehlers, 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 desaktiviert, dass eine zerstörend wirkende Erwärmung im System verhindert wird und dass sich die Anlasskapazität der Batterie 20 wieder 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.
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 Überdrehungszustands 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.
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.

Claims

Verfahren zum Schützen eines Anlasser/Lichtmaschinen-Systems zum Anlassen einer Brennkraftmaschine vor einem exzessiven Betrieb in einer Anlassbetriebsart, welches Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Einleiten einer Anlassabfolge zum Anlassen einer Brennkraftmaschine, Detektieren jeweiliger Drehzahlen der Brennkraftmaschine und des Anlasser/Lichtmaschinen-Systems; Vergleichen der jeweiligen Drehzahlen und Bestimmen, ob die jeweiligen Drehzahlen gleich sind, und, wenn es so ist, Vergleichen der detektierten Drehzahl mit einer vorbestimmten zulässigen Drehzahl; und Desaktivieren des Anlassers/der Lichtmaschine in der Anlasserbetriebsart, wenn die detektierte Drehzahl die vorbestimmte, zulässige Drehzahl überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner folgendes aufweist: Detektieren einer Anzahl von aufeinanderfolgenden, nicht erfolgreichen Anlassabfolgevorgängen bei der Brennkraftmaschine, um eine erste detektierte Anzahl zu erhalten; Vergleichen der ersten detektierten Anzahl mit einer vorbestimmten, zulässigen Anzahl von nicht erfolgreichen Anlassversuchen bei der Brennkraftmaschine; und Desaktivieren von Anlasser/Lichtmaschine in der Anlasserbetriebsart für eine vorbestimmte Zeitperiode, wenn die erste detektierte Anzahl die vorbestimmte, zulässige Anzahl von nicht erfolgreichen Anlassversuchen bei der Brennkraftmaschine überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt zum Detektieren der Drehzahl der Brennkraftmaschine unter Verwendung einer detektierten Drehzahl der Kurbelwelle oder Nockenwelle der Brennkraftmaschine erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt zum Detektieren der Drehzahl Brennkraftmaschine unter Verwendung einer detektierten Drehzahl eines durch die Brennkraftmaschine angetriebenen Zusatzaggregats erreicht wird.
Verfahren zum Schützen eines Anlasser/Lichtmaschinen-Systems zum Anlassen einer Brennkraftmaschine vor einem exzessiven Betrieb in einer Anlassbetriebsart, welches Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Einleiten einer Anlassabfolge zum Anlassen einer Brennkraftmaschine, Detektieren jeweiliger Drehzahlen der Brennkraftmaschine und des Anlasser/der Lichtmaschine; Vergleichen der jeweiligen Drehzahlen und Bestimmen, ob die jeweiligen Drehzahlen gleich sind, und, wenn es nicht so ist, Bestimmen, ob sich die Drehzahl der Brennkraftmaschine oder der Anlasser/die Lichtmaschine schneller dreht, und, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine schneller ist, Bestimmen, ob die Drehzahl des Anlassers/der Lichtmaschine Null ist, und, wenn die Drehzahl des Anlassers/der Lichtmaschine Null ist, Desaktivieren des Anlassers/der Lichtmaschine in der Anlasserbetriebsart, und, wenn die Drehzahl des Anlasser/der Lichtmaschine größer als Null ist, Bestimmen, ob die Brennkraftmaschine läuft, und wenn es nicht so ist, Desaktivieren des Anlassers/der Lichtmaschine in der Anlasserbetriebsart.
Verfahren zum Schützen eines Anlasser/Lichtmaschinen-Systems zum Anlassen einer Brennkraftmaschine vor einem exzessiven Betrieb in einer Anlassbetriebsart, welches Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Einleiten einer Anlassabfolge zum Anlassen einer Brennkraftmaschine; Detektieren jeweiliger Drehzahlen der Brennkraftmaschine und des Anlasser/der Lichtmaschine; Vergleichen der jeweiligen Drehzahlen und Bestimmen, ob die jeweiligen Drehzahlen gleich sind, und, wenn es nicht so ist, Bestimmen, ob die Drehzahl der Brennkraftmaschine oder des Anlassers/der Lichtmaschine größer ist, und wenn die Drehzahl des Anlassers/der Lichtmaschine schneller bzw. größer ist, Bestimmen, ob die Drehzahl der Brennkraftmaschine Null ist, und, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine Null ist, Desaktivieren des Anlassers/der Lichtmaschine in der Anlasserbetriebsart, und, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine größer als Null ist, Benachrichtigen einer Systemsteuereinrichtung über einen Fehler bezüglich des Anlassers/der Lichtmaschine und der Drehzahl der Brennkraftmaschine, Bestimmen, ob die Brennkraftmaschine läuft, und, wenn es nicht so ist, Fortführen des Anlassers/der Lichtmaschine in der Anlassbetriebsart, bis eine vorbestimmte Anzahl von Umdrehungen der Brennkraftmaschine aufgetreten sind oder bis eine vorbestimmte Anzahl von Anlassabfolgen der Brennkraftmaschine durchgeführt worden sind, und darauffolgendes Desaktivieren des Anlassers/der Lichtmaschine in der Anlassbetriebsart.