DE19949822A1

DE19949822A1 - Elektrostarter für einen Verbrennungsmotor mit einer Schutzvorrichtung

Info

Publication number: DE19949822A1
Application number: DE19949822A
Authority: DE
Inventors: Karl-Otto Schmidt; Thomas Karamudas; Marcus Rosenberger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-10-15
Filing date: 1999-10-15
Publication date: 2001-04-19
Also published as: JP4996007B2; EP1092867A3; JP2001115936A; DE50015849D1; ATE455958T1; US6661195B1; EP1092867A2; ES2338404T3; EP1092867B1

Abstract

Erfindungsgemäß wird ein Elektrostarter für einen Verbrennungsmotor vorgeschlagen, bei dem eine Steuerschaltung die Temperatur des Elektrostarters oder der Kohlenbürsten überwacht und gegebenenfalls den Hauptstrom begrenzt oder abschaltet. Die Temperatur wird indirekt über die Spannungswelligkeit im Hauptstromkreis zwischen der Batterie und dem Elektrostarter mittels eines Vergleichs bestimmt. Auftretende Fehler können als Meldung in einem Fehlerspeicher abgespeichert werden und gegebenenfalls beim nächsten Serviceintervall abgefragt und korrigiert werden.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Elektrostarter für einen Verbrennungsmotor nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist bekannt, zum Beispiel durch Messung des Ankerstromes oder der Temperatur der Kohlebürsten mit entsprechenden Sensoren die thermische Belastung des Elektrostarters (oder in Kurzform Starter genannt) zu ermitteln. Die bekannten Vorrichtungen haben jedoch den Nachteil, daß sie relativ aufwendig sind, da zusätzliche Sensoren benötigt werden. Zum Beispiel wird für die Temperaturmessung ein entsprechender Temperatursensor benötigt, der sich in der Nähe der Kohlebürsten befinden muß, damit er im Wesentlichen deren Temperatur erfassen kann. Die bekannten Verfahren zur Strommessung erfordern ebenfalls ein Meßglied, beispielsweise einen Shunt in der Meßleitung oder bei kontaktloser Messung, z. B. einen Hall-Sensor. Beide Verfahren erfordern Kosten für die Sensoren, Verkabelung sowie deren Einbau und sind ein zusätzliches Risiko für die Zuverlässigkeit des Elektrostarters. Weiter ist aus der DE 27 00 982 C2 eine Schaltung für elektrische Andrehmotoren bekannt, die die zeitliche Strom- oder Spannungsänderungen des Stromes auswertet, der dem Andrehmotor zugeführt wird. Unterschreitet die zeitliche Änderung einen vorgegebenen Schwellwert, wird dieses als Selbstlauf des Verbrennungsmotors interpretiert und der Andrehmotor abgeschaltet, da beim Selbstlauf des Verbrennungsmotors die Spannungsänderungen geringer sind als während des Anlassens.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Elektrostarter mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß der Einbau einer zusätzlichen Hardware wie Sensoren, Verdrahtung, Kontrollmöglichkeit, usw. nicht erforderlich sind, da diese Funktionen mit denen in der Steuerschaltung bereits vorhandenen Bauteilen realisierbar sind. Als besonders vorteilhaft wird angesehen, daß aus der Messung der Spannungswelligkeit, beispielsweise durch Simulation oder empirischer Messung, auf lokale Temperaturspitzen, beispielsweise an den Kohlebürsten, oder auf die Belastung des Elektrostarters ohne großen Aufwand geschlossen werden kann. In bestimmten Betriebssituationen wie beim langen "Kurbeln" nach einer kalten Winternacht oder beim Fahren mit dem Anlasser ohne Motorunterstützung bei der Schiffsverladung (weil der Tank leer ist), kann eine Überlastung des Anlassers erfolgen, die eine Schädigung oder Zerstörung zur Folge hätte. Durch den Erfindungsgegenstand wird dies vorteilhaft vermieden.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen angeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Elektrostarters möglich.

Besonders vorteilhaft ist, daß durch Abschalten des Hauptstromes der Kraftflusses zum Verbrennungsmotor sofort unterbrochen wird und somit keine weitere Erwärmung des Elektrostarters auftreten kann. Erst nach dem Abkühlen kann der Elektrostarter unbeschädigt wieder benutzt werden.

Günstig erscheint auch, daß aus den bereits vorhandenen Daten eines entsprechenden Vergleichsstarters der Ankerstrom des Elektrostarters indirekt ermittelt werden kann. Die Bestimmung des Ankerstromes ist oftmals notwendig, da mit Hilfe dieses Wertes die Temperatur der Kohlebürsten des Elektrostarters bestimmt werden kann. Ein hoher Ankerstrom ergibt naturgemäß aufgrund der Erwärmung des Elektrostarters sowie des Bürstenfeuers eine entsprechend hohe Temperatur, während bei einem niedrigen Ankerstrom die Temperatur niedriger ist.

Ein weiterer Vorteil wird auch darin gesehen, daß die gemessenen Werte der Spannungswelligkeit für Kontrollzwecke an einem entsprechenden Ausgang abgegriffen werden können. Dieses vereinfacht für Servicezwecke das Auffinden einer möglichen Fehlerquelle. Bei der nächsten Wartungsinspektion eines Kraftfahrzeugs könnten dann Fehler ausgelesen werden.

Da es üblich ist, die Steuerschaltung mit einem kleinen Mikrocomputerchip auszustatten, kann mit einem entsprechenden ergänzenden Softwareprogramm als Steuerprogramm für den Elektrostarter die bestehende Steuerschaltung vorteilhaft erweitert werden. Besonders vorteilhaft erscheint auch die Verbesserung der Zuverlässigkeit der Steuerschaltung, da wegen der nicht benötigten Bauteile auch kein Fehlerrisiko entstehen kann. Darüber hinaus kann durch einfache Modifikation des Steuerprogramms jeder Elektrostartertyp auf einfacher Weise angepaßt werden.

Als weiterer Vorteil wird angesehen, daß durch die Berücksichtigung der Umgebungstemperatur die Grenzbelastung für den Elektrostarter entsprechend angepaßt werden kann. So kann z. B. bei hohen Umgebungstemperatur der Grenzwert entsprechend herabgesetzt werden, da dann eine mögliche Schädigung schon früher auftreten kann.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Blockschaltbild mit einer Gesamtübersicht und Fig. 2 zeigt ein Flußdiagramm.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Das Blockschaltbild der Fig. 1 zeigt einen Elektrostarter 1 mit einem Getriebe 9, dessen Abtriebswelle, die nicht dargestellt wurde, über ein Ritzel 3 so angeordnet ist, daß das Ritzel 3 während der Startphase des Verbrennungsmotors 6 in die Zähne eines Zahnkranzes 4 greift und somit die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 6 in die vorgesehene Drehbewegung versetzt. An dem Elektrostarter 1 ist ein elektrisch betriebenes Einspurrelais 2 angebracht, mit dessen Hilfe beim Startvorgang der Kraftschluß zwischen dem Elektrostarter 1 und dem Verbrennungsmotor 6 gewährleistet wird. Elektrisch ist das Einspurrelais 2 über seinen Steuereingang mit dem Ausgang einer Steuerschaltung 5 (ESC) verbunden, an die ein Steuerausgang eines Motorsteuergerätes 8 angeschlossen ist. An weiteren Eingängen der Steuerschaltung 5 ist ein Grenzwertgeber 10 und ein Meßeingang geschaltet, der mit der Klemme 30 des Starterstromkreises zwischen einer Batterie 7 und einem Anschluß am Einspurrelais 2 angeschlossen ist. Des weiteren ist die Steuerschaltung 5 mit einem Fehlerspeicher 19 sowie mit einer Schutzvorrichtung 20 verbunden. Aus der Fig. 1 ergibt sich auch, daß alle genannten Geräte eine Minusverbindung zum Minuspol der Batterie aufweisen.

Alternativ ist vorgesehen, daß die einzelnen Geräte 10, 19, 20 zusammen mit der Steuerschaltung 5 in einem Gehäuse einbaubar sind.

Anhand der Fig. 2 wird nun die Funktionsweise der Steuerschaltung 5 mit der Schutzvorrichtung 20 näher erläutert. Vorweg sei darauf hingewiesen, daß üblicherweise die Steuerschaltung 5 bereits Elemente enthält, die das Einspurrelais 2 vor dem Start des Elektrostarters 1 derart steuern, daß das Ritzel 3 zunächst in den Zahnkranz 4 geschoben wird, bevor die Drehbewegung anfängt. Nach dem Einspuren des Ritzels des Elektrostarters 1 auf dem Zahnkranz 4 des Verbrennungsmotors 6 schaltet also das Einspurrelais den Starterstrom ein, so daß der Startermotor andreht und über die genannten Ritzel 3 und Zahnkranz 4 die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors antreibt. Am Zahnkranz 4 erzeugt der Verbrennungsmotor 6 aufgrund der Reibung und der Kompression der Kolben in den einzelnen Zylindern ein nicht konstantes, aber weitgehend periodisches Bremsmoment. Der Starterstrom I (Hauptstrom des Starters) hängt vom aufzubringenden Drehmoment ab. Dadurch, daß der Elektrostarter 1 aufgrund des periodischen Drehmomentes einen periodischen Strom aus der Batterie 7 zieht, kommt es an der Klemme 30 zu periodischen Spannungseinbrüchen, welche von der Steuerschaltung 5 dadurch gemessen werden, daß beispielsweise ein Analog-Digital-Wandler (AD-Wandler) die Spannung an Klemme 30 digitalisiert und einem in der Steuerschaltung 5 vorhandenen Rechnerchip zuführt. Das Programm zur Steuerung des Rechnerchips in der Steuerschaltung 5, um das Einspurrelais 2 beziehungsweise den gesamten Startvorgang des Verbrennungsmotors 6 zu steuern, ist bereits bekannt und muß daher nicht näher erläutert werden. Als neu und erfinderisch wird angesehen, daß die Steuerschaltung 5 eine weitere Programmroutine enthält, mit der die an der Klemme 30 simultan gemessene Welligkeit der Spannung dahingehend weiterverarbeitet wird, daß in Abhängigkeit vom Startertyp die Periodendauer bzw. die Frequenz der Welligkeit errechnet wird, diese mit den Spannungswerten verknüpft wird, um daraus den Stromverlauf durch den Elektrostarter zu erhalten. Aus diesem wird dann die Erwärmung an verschiedenen Punkten im Elektrostarter, insbesondere an den Kohlebürsten, errechnet. Die Parameter für die Berechnungen stammen beispielsweise aus empirisch durchgeführten Vergleichsmessungen, die zuvor an einem Vergleichsstarter für die Erwärmung des Elektrostarters 1 oder dessen Kohlebürsten ermittelt wurden. Dieser errechnete Wert wird der Schutzvorrichtung 20 zugeführt, die diesen Wert mit einem entsprechenden Wert eines Grenzwertgebers 10 vergleicht. Beim Über- bzw. Unterschreiten dieses Grenzwertes wird vorzugsweise der Starterstrom für den Elektrostarter 1 begrenzt oder abgeschaltet.

Dieser Vorgang wurde prinzipiell noch einmal im Flußdiagramm der Fig. 2, bei dem die weitere Programmroutine aufgebaut ist, näher erläutert.

Wie bereits oben erläutert, wird an der Klemme 30 an einem AD-Wandler 19 die Welligkeit der Batteriespannung gemessen. Die Steuerschaltung 5 bildet aus dem Mittelwert der letzten Wandlerwerte, der vom aktuellen Wandlerwert abgezogen wird, in Position 12 einen Differenzwert. In Position 13 wird die Zeit zwischen den Nulldurchgängen erfaßt und daraus in Position 14 die Starterdrehzahl errechnet. Aus dem digitalisierten Spannungswert des AD-Wandlers 19 und der Starterdrehzahl wird unter Berücksichtigung des Typs des Elektrostarters 1 der Starterstrom I berechnet (Position 15). Desweiteren wird in Position 16 aus den vorhandenen Daten die Erwärmung des Elektrostarters 1 durch Vergleich mit den für die einzelnen Temperaturen gespeicherten Werten und unter Berücksichtigung der Umgebungstemperatur berechnet. In Position 17 erfolgt durch die Schutzvorrichtung 20 beispielsweise bei Überschreiten der zulässigen Grenztemperatur ein Abbruch des Startvorganges, um den Elektrostarter 1 vor einem möglichen Schaden zu schützen.

Natürlich sind an Stelle des AD-Wandler auch andere bekannte Meßverfahren für die Welligkeit der Spannung verwendbar.

Ergänzend wird noch darauf hingewiesen, daß die Steuerschaltung einen Fehlerspeicher 19 aufweist, in dem nun die Fehlermeldungen der Schutzvorrichtung nach Überschreiten des vorgegebenen Grenzwertes gespeichert sind. Diese Fehlermeldungen werden beispielsweise mit Datum, Uhrzeit, Temperatur des Elektrostarters 1 usw. langfristig gespeichert, bis beispielsweise beim nächsten fälligen Service diese Fehlermeldung ausgelesen und gegebenenfalls nach der Ursache geforscht werden kann.

Claims

1. Elektrostarter für einen Verbrennungsmotor (6) mit einem Getriebe (9) zum Verbrennungsmotor (6), das während des Startvorganges des Verbrennungsmotors (6) den Kraftschluß zwischen dem Elektrostarter (1) und dem Verbrennungsmotor (6) bewirkt, mit einer Batterie (7), mit einer Steuerschaltung (5) für den Starterstrom (I) und zur Erfassung der Starterspannung oder des Starterstromes, mit einem Grenzwertgeber (10) und mit einer Schutzvorrichtung (20), dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (5) weiterhin ausgebildet ist, aus der Spannungswelligkeit im Hauptstromkreis des Elektrostarters (1) den Starterstrom (I), die Erwärmung und/oder die Belastung an wenigstens einem Punkt des Elektrostarters (1) zu bestimmen, daß der Grenzwertgeber (10) für die Vorgabe einer maximale Belastung des Elektrostarters (1) vorgesehen ist, daß ein Vergleicher vorgesehen ist, der aus den Werten der Belastung und dem vorgegebenen Grenzwert bei Über- oder bei Unterschreiten des Grenzwertes ein Signal abgibt, und daß die Schutzvorrichtung (20) ausgebildet ist, beim Auftreten des Signals den Kraftfluß zum Verbrennungsmotor (6) zu begrenzen.

2. Elektrostarter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzvorrichtung (20) ausgebildet ist, den Hauptstrom (I) zum Elektrostarter (1) abzuschalten.

3. Elektrostarter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (5) zur Bestimmung des Ankerstromes (I) des Elektrostarters (1) ausgebildet ist.

4. Elektrostarter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (5) zur Bestimmung der Temperatur der Kohlebürsten des Elektrostarters (1) ausgebildet ist.

5. Elektrostarter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelten Werte anzeigbar oder abgreifbar sind.

6. Elektrostarter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (5) ein Steuerprogramm (20) zur Bestimmung oder Auswertung der Spannungswelligkeit, der Temperatur und/oder der Belastung des Elektrostarters (1) aufweist.

7. Elektrostarter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (5) mit einem Temperatursensor (18) zur Erfassung der Umgebungstemperatur verbunden ist, und daß die Steuerschaltung (5) ausgebildet ist, die Ermittlung des Grenzwertes unter Berücksichtigung der Umgebungstemperatur durchzuführen.