DE19730635A1

DE19730635A1 - Strommeßmodul für eine Starteinrichtung von Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE19730635A1
Application number: DE19730635A
Authority: DE
Inventors: Claus Dr Kramer; Karl-Otto Schmidt; Elmar Dr Huber; Uwe Daurer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1996-07-24
Filing date: 1997-07-17
Publication date: 1998-01-29
Also published as: KR100509667B1; KR20010021798A

Description

Die Erfindung betrifft ein Strommeßmodul für eine Starteinrichtung von Brennkraftmaschinen, mit einer einen Starterstrom eines Startermotors messenden Meß einrichtung.

Stand der Technik

Es ist bekannt, daß Brennkraftmaschinen mittels einer Startvorrichtung gestartet werden müssen, da diese nicht von alleine anlaufen. Hierzu werden üblicher weise Startermotoren eingesetzt, die über ein als sogenanntes Einrückrelais ausgebildetes Starterrelais mit einer Spannungsquelle verbunden werden, und gleichzeitig ein Ritzel des Startermotors mit einem Zahnkranz eines Schwungrades der Brennkraftmaschine zum Andrehen in Eingriff gebracht wird. Zum Ein schalten des Starterrelais ist es bekannt, dieses über einen externen Schalter, beispielsweise einen Zündschalter oder Startschalter des Kraftfahrzeugs, anzusteuern. Nach Erreichen des Selbstlaufs der Brennkraftmaschine muß der Startermotor ausgespurt werden, um einer Geräuschentwicklung und einem Ver schleiß vorzubeugen. Bekannt ist eine manuelle Start abschaltung, durch Loslassen des Zünd- beziehungswei se Startschalters. Um eine Komforterhöhung in Kraft fahrzeugen zu erreichen, sind Lösungen bekannt, eine automatische Startabschaltung der Brennkraftmaschine durchzuführen. Um einen Selbstlauf der Brennkraft maschine zu detektieren, kann eine Auswertung eines Starterstroms erfolgen. Hierbei wird ausgenutzt, daß der Starterstrom seinen Verlauf in Abhängigkeit des Selbstlaufs der Brennkraftmaschine ändert. Erreicht die Brennkraftmaschine ihre Selbstlaufdrehzahl, das heißt, diese entwickelt ein eigenes Drehmoment, wird der Startermotor in seiner Drehzahl quasi überholt, wobei der Startermotor über eine Freilaufkupplung von der Brennkraftmaschine getrennt wird. Ab diesem Zeitpunkt muß der Startermotor nur noch sein eigenes Beschleunigungsmoment aufbringen, so daß der Starter strom auf den Leerlaufstrom des Startermotors ab fällt. Das Erreichen des Leerlaufstroms des Starter motors signalisiert somit den Selbstlauf der Brenn kraftmaschine.

Aus der allgemeinen Elektrotechnik ist bekannt, daß ein von einem Strom durchflossener Leiter von einem dem Strom proportionalen Magnetfeld umgeben ist.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Strommeßmodul mit den im An spruch 1 genannten Merkmalen bietet den Vorteil, daß in einfacher Weise eine Auswertung des Starterstroms möglich ist. Dadurch, daß ein, einen vom Starterstrom durchflossenen Leiter zumindest teilweise umgreifen der Weicheisenkern, der einen Magnetfeldsensor trägt, und eine von dem Magnetfeldsensor angesteuerte Elek tronik, die bei Erreichen eines Abschaltstroms, ins besondere eines Leerlaufstroms, des Startermotors ein Steuersignal zum Abschalten des Startermotors gene riert, vorgesehen ist, ist in einfacher Weise mög lich, den Starterstrom ohne direkten Eingriff in den Startermotor auszuwerten. Insbesondere sind konstruk tive Änderungen der gesamten Starteinrichtung nicht notwendig, da das erfindungsgemäße Strommeßmodul in einfacher Weise an bestehende Starteinrichtungen an paßbar ist. Darüber hinaus sind keinerlei Verän derungen an den vorhandenen elektrischen Verbindungs leitungen der Starteinrichtung notwendig.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Merk malen.

Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbei spielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den Verlauf des Starterstroms eines Startermotors;

Fig. 2 schematisch ein, einen stromdurchflossenen Leiter umgebendes Magnetfeld;

Fig. 3a bis 3c schematische Ansichten eines Strom meßmoduls;

Fig. 4a bis 4c eine Anordnungsmöglichkeit des Strommeß moduls an einer Starteinrichtung und

Fig. 5 eine weitere Anordnungsmöglichkeit des Strommeßmoduls an einer Starteinrichtung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In der Fig. 1 ist der Verlauf eines Starterstroms I eines Startermotors einer Brennkraftmaschine über der Zeit t gezeigt. Mit Einschalten des Startermotors steigt der Starterstrom I auf einen Maximalwert (An laufstrom) an und geht anschließend in einen Wellig keitsbereich 10 über. Die Welligkeit des Starter stroms I ergibt sich aus den während der Startphase wechselnden Kompressions- und Dekompressionsphasen der Brennkraftmaschine. Mit Erreichen des Selbstlaufs der Brennkraftmaschine geht der Starterstrom I in den Leerlaufstrom 10 über. Mit I_A ist ein Abschaltstrom gekennzeichnet, der unterhalb des Welligkeitsbereichs 10 liegt. Nach Unterschreiten des Abschaltstroms I_A ist sicher, daß die Brennkraftmaschine im Selbstlauf ist und eine Abschaltung des Startermotors erfolgen kann.

Fig. 2 verdeutlicht, daß ein vom Strom I durchflos sener Leiter 12 ein Magnetfeld B erzeugt. Das Magnet feld B ist hierbei dem Strom I proportional.

In den Fig. 3a bis 3c ist ein Strommeßmodul 14 gezeigt, mittels dem durch Erfassen des Magnetfelds B der Starterstrom I gemessen wird. Das Strommeßmodul 14 ist in einer Vorderansicht (Fig. 3a), einer Sei tenansicht (Fig. 3b) und einer Draufsicht (Fig. 3c) gezeigt. Das Strommeßmodul 14 umfaßt einen hülsen förmigen Weicheisenkern 16. Der Weicheisenkern 16 besitzt eine axiale Durchgangsöffnung 18, die vor zugsweise rund ist, deren Durchmesser größer ist als ein durch den Weicheisenkern 16 geführter elek trischer Leiter 12 (in Fig. 3 nicht dargestellt) Hierdurch verbleibt zwischen dem elektrischen Leiter 12 und dem Weicheisenkern 16 ein koaxialer Luftspalt. In diesem Luftspalt ist ein hier lediglich ange deuteter Magnetfeldsensor 20 angeordnet. Der Magnet feldsensor 20 kann beispielsweise ein Hallsensor oder eine sogenannte Feldplatte sein. Die Funktion von Magnetfeldsensoren 20 ist allgemein bekannt, so daß im Rahmen der vorliegenden Beschreibung hierauf nicht näher eingegangen werden soll. Ein Magnetfeldsensor 20 besitzt elektrische Anschlußkontakte, an denen in Abhängigkeit eines auf den Magnetfeldsensor ein wirkenden Magnetfeldes B eine Signalspannung anliegt, wobei die Signalspannung proportional zu dem Magnet feld B ist.

Der Weicheisenkern 16 ist auf einer, aus einem un magnetischen und elektrisch nicht leitfähigen Ma terial bestehenden Grundplatte 22 angeordnet, die beispielsweise aus einem Kunststoff besteht. Zur Anordnung des Weicheisenkerns 16 auf der Grundplatte 22 kann der Weicheisenkern 16 beispielsweise mit einem die Grundplatte 22 ergebenden Kunststoff um spritzt werden, so daß neben der Grundplatte 22 gleichzeitig der entsprechende Haltebereich 24 sowie eine Ummantelung 26 des Weicheisenkerns 16 entsteht. In die Grundplatte 22 kann gleichzeitig die Elektro nik zur Auswertung der vom Magnetfeldsensor 20 ge lieferten Signalspannung integriert sein.

Fig. 4a zeigt in einer Seitenansicht eine Start einrichtung 28 für eine nicht dargestellte Brenn kraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Die Starteinrich tung 28 umfaßt einen Startermotor 30 sowie ein als Einrückelrelais ausgebildetes Starterrelais 32. Mit tels des Starterrelais 32 wird einerseits der Star termotor 30 mit einer Kraftfahrzeugbatterie des Kraftfahrzeugs verbunden und andererseits ein Ritzel des Startermotors in Eingriff mit der Brennkraft maschine gebracht. Das Starterrelais 32 besitzt einen Kontaktraum 34, innerhalb dem eine Kontaktbrücke zwei Kontaktbolzen 36 und 38 miteinander verbindet. Der Kontaktbolzen 36 ist über eine nicht dargestellte elektrische Verbindungsleitung mit dem Pluspol der Kraftfahrzeugbatterie verbunden. Der Kontaktbolzen 38 ist derart verlängert, daß er einerseits das Strom meßmodul 14 und andererseits einen Kabelschuh 40 auf nehmen kann. Der Kabelschuh 40 ist mit einer vor zugsweise als Litze ausgebildeten elektrischen Lei tung 42 mit einem aus dem Startermotor 30 heraus ragenden Anschluß 44 verbunden. Das Strommeßmodul 14 ist mit seinem Weicheisenkern 16 über den Kontakt bolzen 38 geschoben. Die Anordnung des Strommeßmoduls 14 und des Kabelschuhs 40 auf dem Kontaktbolzen 38 wird mittels eines Befestigungsmittels 46, beispiels weise einer Gewindemutter, arretiert.

Die Größe der Grundplatte 22 des Strommeßmoduls 14 ist auf die konstruktiven Gegebenheiten der Startein richtung 28 abgestimmt, so daß ein sowieso vorhande ner Einbauraum für die Aufnahme des Strommeßmoduls 14 genutzt werden kann, ohne daß konstruktive Änderungen an der Starteinrichtung 28 notwendig sind. Die Grund platte 22 des Strommeßmoduls 14 besitzt eine - wie die Draufsicht in Fig. 3c zeigt - größere Kanten länge 1 als eine axiale Erstreckung a des Weich eisenkerns 16. Hierdurch wird erreicht, daß sich in dem Bereich b, der sich aus der Differenz der Kanten länge 1 und der axialen Erstreckung a ergibt, der Kabelschuh 40 befinden kann.

Durch die gefundene Anordnung des Strommeßmoduls 14 wird erreicht, daß bei eingeschaltetem Startermotor 30 der Starterstrom I über den Kontaktbolzen 36, die Kontaktbrücke des Starterrelais 32, den Kontaktbolzen 38, den Kabelschuh 40, die Litze 42 und den Anschluß 44 zum Startermotor 30 fließt. In diesen elektrischen Verbindungsweg ist der Weicheisenkern 16 eingebunden, indem dieser den Kontaktbolzen 38 bereichsweise um gibt. In Analogie zu Fig. 2 bildet der Kontaktbolzen 38 den elektrischen Leiter 12, der von einem dem Starterstrom I proportionalen Magnetfeld umgeben ist. Entsprechend dem mit dem Magnetfeldsensor 16 detek tierten Magnetfeld B wird ein Steuersignal über, in Fig. 4a nicht detailliert dargestellte, Leitungen einer Steuerelektronik 48 zugeführt, die beispiels weise in die Grundplatte 22 integriert sein kann. Dieses Steuersignal ist proportional dem von dem Magnetfeldsensor 16 gemessenen Magnetfeld B, das wiederum proportional dem Starterstrom I ist. Ent sprechend der anhand von Fig. 1 erläuterten Ab schaltgrenze des Starterstroms I wird ein Unter schreiten des Abschaltstroms I_A somit detektiert. Wird der Wert I_A unterschritten, stellt die Steuer elektronik 48 ein Steuersignal zum Abschalten des Startermotors 30 zur Verfügung. Dieses Steuersignal bewirkt ein Öffnen eines das Starterrelais 32 mit einer Steuerspannung verbindenden Schaltmittels, so daß die Kontaktbrücke des Starterrelais 32 die Kontaktbolzen 36 und 38 trennt.

Insgesamt wird ohne großen konstruktiven Aufwand mittels eines einfach aufgebauten Strommeßmoduls eine automatische Abschaltung der Starteinrichtung 28, insbesondere des Startermotors 30, bei Erreichen des Selbstlaufs der Brennkraftmaschine möglich. Zur An ordnung des Strommeßmoduls 14 muß eine Konstruktion der Starteinrichtung 28 und eine Montage der Start einrichtung 28 in Kraftfahrzeugen nicht verändert werden, so daß die Kostenvorteile einer Großserien fertigung erhalten bleiben. Gegebenenfalls ist ein lediglich um die axiale Erstreckung a des Weich eisenkerns 16 verlängerter Kontaktbolzen 38 einzu setzen. Die elektrischen Verbindungsleitungen zur Starteinrichtung 28 in Kraftfahrzeugen muß ebenfalls nicht verändert werden. Es ist lediglich eine zusätz liche Verbindungsleitung von der Steuerelektronik 48 zu einer Abschalteinrichtung der Starteinrichtung 28 notwendig. Durch die gefundene Anordnung ist darüber hinaus das Strommeßmodul 14 einerseits bei bereits in Betrieb befindlichen Kraftfahrzeugen in einfacher Weise nachrüstbar. Darüber hinaus ist ein Austausch des Strommeßmoduls 14 im Bedarfsfalle ebenfalls ohne weiteres möglich, ohne daß die Starteinrichtung 28 insgesamt demontiert zu werden braucht. Durch den einfachen und universellen Aufbau des Strommeßmoduls 14 ist dieses bei einer Vielzahl unterschiedlicher Typen von Starteinrichtungen 28 einsetzbar, so daß eine entsprechende Bereitstellung beziehungsweise Vorhaltung unterschiedlicher Strommeßmodule 14 nicht notwendig ist. Die Dimensionierung der Kontaktbolzen, insbesondere des Kontaktbolzens 38, ist bei allen sich im Einsatz befindlichen Starteinrichtungen 28 im wesentlichen gleich, so daß auch hier keine Anpassung des Strommeßmoduls 14, insbesondere der Durchgangs öffnung 18 des Weicheisenkerns 16, an unterschied liche Starteinrichtungen 28 erfolgen muß.

In den Fig. 4b und 4c sind nochmals verschiedene Ansichten der Anordnung des Strommeßmoduls 14 auf dem Kontaktbolzen 38 gezeigt. Insbesondere die Stirnan sicht gemäß Fig. 4b zeigt, daß die die Steuer elektronik 48 aufnehmende Grundplatte 22 in einen freien Einbauraum zwischen dem Relaisdeckel des Starterrelais 32 und dem Startermotor 30 integrierbar ist. Im übrigen sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen und nicht nochmals erläutert.

In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsvariante der Anordnung eines Strommeßmoduls 14 an einer Startein richtung 28 gezeigt. Gleiche Teile wie in den vorher gehenden Figuren, insbesondere wie in Fig. 4a, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und nicht noch mals erläutert.

Bei der hier gezeigten Ausführungsvariante ist das Strommeßmodul 14 an einem Gehäuse 50, insbesondere einem Kommutatordeckel 52, des Startermotors 30 ange ordnet. Hierdurch wird erreicht, daß das Strom meßmodul 14 in der Nähe des elektrischen Anschlusses 44 des Startermotors 30 angeordnet ist. Der elek trische Anschluß 44 besteht aus einer Stromschiene 54, die aus dem Innern eines Polrohrs des Starter motors 12 herausragt. An diese Stromschiene 54 wird die elektrische Verbindungsleitung (Litze) 42 mit ihrem Kabelschuh 40 elektrisch leitend fest ange schlossen, beispielsweise angeschweißt. Durch die in Fig. 5 gezeigte Anordnung des Strommeßmoduls 14 kann bei der Montage der Weicheisenkern 16 über die aus dem Startermotor 30 herausragende Stromschiene 54 ge schoben werden, wobei nachfolgend die elektrisch leitende Verbindung zwischen der Stromschiene 54 und der Verbindungsleitung 42′ hergestellt wird.

Der Weicheisenkern 16 ragt somit quasi von der die Steuerelektronik 48 aufweisenden Grundplatte axial heraus und umgreift die Stromschiene 54. Zwischen der Stromschiene 54 und dem Weicheisenkern 16 ist der, hier nicht dargestellte, Magnetfeldsensor 20 angeord net. Die Stromschiene 54 bildet somit den in Fig. 2 mit 12 bezeichneten elektrischen Leiter. Gemäß dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Weich eisenkern 16 nicht ringförmig ausgebildet, sondern dieser verläuft, sich von der Grundplatte 22 er streckend, oval. Für die Detektion des Magnetfeldes B und somit den Starterstrom I hat dies keinen Einfluß. Die Befestigung der Grundplatte 22 mit der Steuer elektronik 48 an dem Kommutatordeckel 52 kann bei spielsweise über geeignete Rast-, Steck- oder Schraubverbindungen erfolgen.

Claims

1. Strommeßmodul für eine Starteinrichtung von Brenn kraftmaschinen, mit einer einen Starterstrom eines Startermotors messenden Meßeinrichtung, gekennzeich net durch einen, einen vom Starterstrom (I) durch flossenen Leiter (12) zumindest teilweise umgreifen den Weicheisenkern (16), der einen Magnetfeldsensor (20) trägt, und eine von dem Magnetfeldsensor ange steuerte Steuerelektronik (48), die bei Erreichen eines Abschaltstroms (I_A) des Startermotors (30) ein Steuersignal zum Abschalten des Startermotors (30) generiert.

2. Strommeßmodul nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß als Abschaltstrom (I_A) ein Leerlauf strom (I_O) des Startermotors (30) erfaßt wird.

3. Strommeßmodul nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Weicheisen kern (16) eine Durchgangsöffnung (18) aufweist, die größer ist als der vom Starterstrom durchflossene Leiter (38, 54) , so daß ein koaxialer Ringspalt zwi schen dem Weicheisenkern (16) und dem Leiter (38, 54) verbleibt.

4. Strommeßmodul nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der Magnetfeldsensor (20) in dem Ring spalt angeordnet ist.

5. Strommeßmodul nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Weicheisen kern (16) auf einer Grundplatte (22) angeordnet ist, in die gleichzeitig die Steuerelektronik (48) inte griert ist.

6. Strommeßmodul nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (22) zur Aufnahme des Weicheisenkerns (16) einen Haltebereich (24) ausbildet, wobei Grundplatte (22) Haltebereich (24) und eine Ummantelung (26) des Weicheisenkerns (16) aus einem Kunststoff-Spritzguß teil bestehen.

7. Strommeßmodul nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der stromdurch flossene Leiter (12) von einem Kontaktbolzen (38) eines Starterrelais (32) gebildet wird.

8. Strommeßmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der stromdurchflossene Leiter (12) von einem Anschlußkontakt (44) des Star termotors (30) gebildet wird.

9. Strommeßmodul nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß das Strommeßmodul (14) mittels eines Befestigungsmittels (46) arretiert ist, das gleich zeitig eine elektrische Verbindung zwischen dem Kontaktbolzen (38) des Starterrelais (32) und dem elektrischen Anschlußkontakt (44) des Startermotors (30) klemmt.

10. Strommeßmodul nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, daß das Strommeßmodul (14) an einem Gehäuse (50), insbesondere einem Kommutatordeckel (52), des Startermotors (30) angeordnet ist.

11. Strommeßmodul nach Anspruch 10, dadurch gekenn zeichnet, daß das Strommeßmodul (14) mit seiner Grundplatte (22) auf dem Kommutatordeckel (52) auf gerastet ist, wobei der Weicheisenkern (16) von der Grundplatte (22) axial entspringt und eine, den An schlußkontakt (44) bildende, über das Gebläse (30) ragende Stromschiene (54) umgreift.