DE3219069A1

DE3219069A1 - Steuerschaltung, insbesondere fuer start- bzw. zuendhilfen in verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE3219069A1
Application number: DE3219069A
Authority: DE
Inventors: Stephen Albert London White
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1981-05-28
Filing date: 1982-05-21
Publication date: 1982-12-16
Also published as: IT8221564A0; JPS57199016A; US4405968A; FR2506970A1; FR2506970B1; JPH035609B2; IT1151782B

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuerschaltung zum Steuern des Betriebes von elektrischen Heizvorrichtungen, die an eine elektrische Stromquelle angeschlossen ist, deren Anschlußspannung Schwankungen unterliegt, wenn die Heizvorrichtung in Betrieb ist·

Eine Anwendung für eine elektrisch betriebene Heizvorrichtung der vorgenannten Art ergibt sich bei Starthilfen,■ wie sie in Verbrennungsmotoren Anwendung finden. So kann die elektrische Heizvorrichtung in der Verbrennungskammer eines bei Verdichtung zündenden Motors angeordnet sein oder in der Einlaßverzweigung des Motors zum Verdampfen oder Zünden von Brennstoff vorgesehen sein, der der Starthilfe zugeführt wird. Es ist wesentlich, daß die Zünd- oder Starthilfe ihre Betriebstemperatur so schnell wie möglich erreicht, so daß sie beim Starten des Motors vorzugsweise während des Anlaßvorganges wirksam ist« Die Starthilfe wird mit elektrischem Strom aus einer Batterie gespeist, die dem Motor zugeordnet ist. Außerdem wird die Batterie benutzt, um den Anlaßmotor des Verbrennungsmotors mit elektrischem Strom zu versorgen.

Wenn der Motor angelassen wird, kann die Spannung an den Anschlüssen der Batterie fallen, und zwar auf einen Wert, der geringer ist als die Hälfte der Spannung, die sich normalerweise einstellt, wenn der Motor in Betrieb ist.

Die Zuführung von Strom zur Starthilfe muß daher so gesteuert werden, daß diese eine bestimmte Betriebstemperatur erreichen und selbst bei einer niedrigen Spannung halten kann. Dies bedeutet, daß, wenn nicht irgendeine Steuerung der Stromzufuhr erfolgt, die gewünschte Betriebstemperatur überschritten würde, nachdem der Startvorgang des Motors beendet ist. Es ist dabei vorteilhaft, eine Steuerung zu verwenden, welche die Starthilfe abwechselnd ein- und ausschaltet. Die Energie, die der Starthilfe zugeführt wird, entspricht der Spannung, die an der Starthilfe anliegt, mul-

tipliziert mit dem Strom, der durch, die Starthilfe fließt, und weiterhin multipliziert mit dem Verhältnis der Einschalt- zu den Ausschaltzeiten. Es ist jedoch nicht sinnvoll, den Versuch zu unternehmen, den Strom zu messen, da aber die zugeführte Energie gleich dem Quadrat der angelegten Spannung dividiert durch den Widerstand der Starthilfe multipliziert mit dem Verhältnis der Einschalt- zu den Ausschaltzeiten ist, so läßt sich auf diese Weise die insgesamt zugeführte Energie erfassen» Bei der Betriebstemperatur ist der Widerstand der Starthilfe im wesentlichen konstant und daher muß der Steuerkreis das Produkt des Verhältnisses der Ein- zu den Ausschaltzeiten multipliziert mit dem Quadrat der Spannung im wesentlichen konstant halten, um eine ungefähr konstante Leistung der Starthilfe zuzuführen. Es ist jedoch nicht immer notwendig, daß die Energie, die der Starthilfe zugeführt ist, genau konstant bleibt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Steuerkreis zu schaffen, der die im wesentlichen konstante Leistungszuführung zu der Start- und Zündhilfe mit einfachen und geeigneten Mitteln löst.

Die Lösung der vorgenannten Aufgabe erfolgt dadurch, daß ein Steuerkreis vorgesehen ist, der einen ersten und einen zweiten Stromanschluß an eine Gleichstromquelle aufweist, wobei der erste der vorgenannten Stromanschlüsse im Betrieb mit dem einen Anschluß der Heizvorrichtung verbunden ist, während der andere Anschluß der Heiz vorrichtung im Betrieb mit dem zweiten Stromanschluß für die Gleichstromquelle über eine Schaltvorrichtung verbunden ist, daß eine Kapazität vorgesehen ist, deren eine Platte mit dem ersten Stromanschluß und mit ihrer anderen Platte mit dem zweiten Stromanschluß über einen ersten Widerstand in Verbindung steht, und daß im Betrieb der andere Anschluß der Heizvorrichtung über einen zweiten Widerstand mit einem Spannungsvergleicher verbunden ist, welcher die Spannung, die über der Kapazität anliegt, mit einer Vergleichsspan-

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nung vergleicht und daß Mittel vorgesehen sind, die auf den Ausgang des Spannungsvergleichers ansprechen, um die Steuerung der vorgenannten Schaltvorrichtung zu bewirken.

Die Erfindung ist anhand der nachstehenden !Figuren beispielsweise veranschaulicht.

Fig. 1 zeigt eine Ausführung einer Steuerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 gibt eine grafische Darstellung der Betriebsweise der Steuerschaltung gemäß Fig. 1.

Aus Fig. 1 ist der Stromanschluß 10 ersichtlich, der mit dem positiven Pol der Batterie verbunden ist, die dem Motor zugeordnet ist, welcher die Starthilfe enthält· Der Stromanschluß 11 ist mit dem negativen Pol der Batterie verbunden und geerdet. Die Starthilfe ist mit der Bezugsziffer 12 bezeichnet und ist einerseits mit dem Stromanschluß 11 und andererseits mit dem Stromanschluß 10 über einen normalerweise offenen Kontakt 13 eines Heiais verbunden, dessen Betätigungsspule mit der Bezugsziffer 14- angedeutet ist. Ein Ende dieser Spule ist mit dem Stromanschluß 10, das andere Ende der Spule ist mit dem Ausgang des Spannungsvergleichers 15 verbunden, der ein Paar von Eingangsanschlüssen aufweist, von denen einer zu einer Klemme führt, die im Betrieb an eine Bezugsspannungsquelle angeschlossen ist, deren Spannung zwischen den Spannungen liegt, welche an den Stromanschlüssen 10 und 11 der Batterie anliegen. Der andere Einlaßanschluß der Spannungsvergleichsvorrichtung ist über einen Widerstand 21 mit einer der Platten der Kapazität 17 verbunden, deren andere Platte zum Stromanschluß 11 der Batterie führt. Die eine Platte der Kapazität ist über einen ersten Widerstand 18 mit dem positiven Stromanschluß 10 für die Batterie verbunden und steht über einen zweiten Widerstand 19 mit dem anderen Anschluß der Starthilfe 12 in Verbindung. Ein Widerstand 20 ist zwischen dem Ausgang des Spannungsvergleichers und dem vorgenannten

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anderen Eingangsanschluß des Spannungsvergleichers angeschlossen und ergibt eine positive Rückkopplung, um ein schnelles Schalten zu gewährleisten, wie dies im nachfolgenden erläutert wird. Weiterhin ist ein Widerstand 22 zwischen dem Stromanschluß 11 und dem anderen Eingangsanschluß des Spannungsvergleichers eingeschaltet.

Im Betrieb ist der Anschluß 10 mit dem positiven Pol der Batterie verbunden, wenn die Zuführung der Energie zur Starthilfe erfolgen soll. Diese Verbindung kann entweder mit einem schlüsselbetätigten Betätigungsschalter für den Motor erfolgen. Bevor die Verbindung mit der Batterie zustande kommt, befindet sich die Kapazität 17 in einem vollständig entladenen Zustand, wobei die Entladung der Kapazität über den Widerstand 19 und die Starthilfe 12 stattgefunden hat.

Wenn der Anschluß 10 mit dem positiven Pol der Batterie verbunden ist, ist infolge der an der Kapazität anliegenden Nullspannung die Spannungsvergleichsvorrichtung so eingestellt, daß eine niedrige Spannung an ihrem Ausgang herrscht, so daß die Eelaiswicklung erregt wird und dadurch die Schließung des Eontaktes bewirkt. Jetzt kann elektrischer Strom durch die Starthilfe fließen und die Heizvorrichtung aufheizen. Zusätzlich wird die Kapazität über die Wider stände 18 und 19 aufgeladen, die in Parallelschaltung zueinander verlaufen, sobald der Kontakt 13 geschlossen ist. In dem Maße, wie sich die Spannung an der Kapazität erhöht, wird schließlich eine Spannung, die auch von dem Wert der Bezugsspannung abhängt, am Ausgang der Spannungsvergleichsschaltung in solcher Höhe erzeugt, daß hierdurch die Spule 14 enterregt wird. Der Kontakt 15 öffnet sich dann und die Zufuhr des Stromes zur Starthilfe 12 wird unterbrochei

Während der öffnung des Kontaktes 13 wird der Widerstand 19 in Seil mit der Kapazität geschaltet, die sich über die Starthilfe entlädt, während der Widerstand 18 nach wie vor mit dem Stromanschluß 10 vei

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bunden ist. Die Kapazität wird daher in dem Maße und auf eine Spannung entladen, welche durch die Speisespannung und die Werte der beiden Widerstände 18 und 19 vorgegeben ist« In der !Praxis wird jedoch, bevor diese Spannung erreicht wird, der Ausgang des Spannungsvergleichers einen so niedrigen Spannungswert annehmen, daß die eigentliche Spannung an der Kapazität, welche sich einstellt, von der Bezugspannung am Anschluß 16 und der Hysterese des Kreises abhängt, in welchem sich der Spannungsvergleicher befindet· Wenn die Ausgangsspannung am Spannungsvergleicher wieder nach unten geht, wird das Relais erregt, der Kontakt geschlossen, so daß die Starthilfe wieder mit dem Anschluß 10 verbunden wird und damit die Wiederaufladung der Kapazität beginnt. Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, wie die Anschlüsse 10 und 11 mit der Stromquelle verbunden sind.

Die Bezugspannung, die an den Anschluß 16 angelegt wird, wird so gewählt, daß sie der Starthilfe unter Berücksichtigung der Vierte der Widerstände 21 und 22 eine vorgegebene Betriebsspannung zuzuführen in der Lage ist.

Wie bereits früher dargelegt, ist die Betriebsspannung der Starthilfe niedriger als die Nominalspannung der Batterie, um sicherzustellen, daß die Starthilfe die gewünschte Betriebstemperatur erreicht, wenn die Batteriespannung abfällt, was geschieht, wenn der Anlaßer des Motors angetrieben wird.

Die grafische Darstellung der S¹Xg. 2 zeigt die Variationen, die sich in der zugeführten Leistung ergeben, wenn die Spannung an den Anschlüssen der Batterie sich ändert. Das Verhältnis y ist das Verhältnis der Spannungen an den Batterieanschlüssen -να den Betriebsspannungen der Starthilfe. Wenn angenommen wird, daß dar Widerstand der Heizvorrichung oder Starthilfe konstant ist, beträgt das Energieverhältnis "^f für Werte der Speisespannungen, die geringer oder gleich der Betriebsspannung sind bzw. einem Wertet Y

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wobeiGt der Prozentsatz der Zeit ist, in allen den Fällen, in denen die Speisespannung die Betriebsspannung übersteigt.

Es ist ersichtlich, daß, wenn die Batteriespannung über der Betriebsspannung liegt, die relative Energie abhängt von dem Verhältnis der Werte der Widerstände 18 und 19» und daß, wenn diese Widerstände den gleichen Wert aufweisen, dies die Wirkung hat, daß die an die Starthilfe übertragene Energie in der Tat abnimmt, wenn die Speisespannung ansteigt.

In dem Fall, daß der Wert des Widerstandes 18 zweimal so groß wie der Wert des Widerstandes 19 ist, findet ein Anstieg in der Energie statt, die an die Starthilfe abgegeben wird, weil die Speisespannur über die Betriebsspannung hinausgeht, aber selbst in diesem Fall ergibt sich eine Verminderung der Energie, weil die Speisespannung der Batterie ihren Anstieg fortsetzt. Gemäß einem praktischen Beispiel weist der Widerstand 18 einen Wert von 87 KOhm, der Widerstand 19 einen Wert von 27 KOhm auf, während die Widerstände 20, 21 und 22 Werte von 470 KOhm, 68 KOhm und 100 KOhm aufweisen. Die Kapazität hat einen Wert von 22 μΈ. Der Wert der Kapazität ist so gewählt, daß die Schaltrate so niedrig wie möglich gehalten wird, um den Verschleiß der Relaiskontakte minimal zu halten, ohne daß aber die Starthilfe eine gefährlich hohe Temperatur annimmt.

Claims

Lucas Industries pic. Great King Street, Birmingham, B19 2XF, England

Steuerschaltung, insbesondere für Start- bzw. Zündhilfen in Verbrennungsmotoren.

Ansprüche

.. 1. Steuerkreis zum Steuern des Betriebes einer elektrischen Heiz^v vorrichtung, die an eine Stromquelle angeschlossen ist, deren Anschlußspannung sich ändert, wenn die Heizvorrichtung in Betrieb ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis einen ersten und einen zweiten Stromanschluß für die "Verbindung mit den Polen einer Gleichstromquelle aufweist und der erste Stromanschluß (11) mit dem einen Anschluß der Heizvorrichtung (12), der andere Anschluß der Heizvorrichtung im Betrieb mit dem zweiten Stromanschluß (10) über eine Schaltvorrichtung (13) verbunden ist, daß eine Kapazität (17) vorgesehen ist, deren eine Platte mit dem ersten Stromanschluß (11) und dessen andere Platte mit dem zweiten Stromanschluß über einen ersten Widerstand (18) verbunden ist, während im Betriebe der andere Anschluß der Heizvorrichtung (12) über einen zweiten Widerstand (19) mit der Kapazität (17) verbunden ist, daß ein Spannungsvergleicher (15) vorgesehen ist, welcher die Spannung, die sich über der Kapazität (17) bildet, mit einer 2czugsspannung vergleicht, und daß Mittel (14) vorgesehen sind, die auf die Ausgangsspannung des Spannungsvergleichers ansprechen, um die Betätigung der Schaltvorrichtung (13) zu bewirken.

2. Steuerkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandswert des ersten Widerstandes (18) höher als der des zweiten Widerstandes (19) ist.

5. Steuerkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung einen Relaiskontakt (15, 14·) aufweist und daß der in der Relaiswicklung (14) fließende Strom durch den Spannungsvergleicher (15) gesteuert wird.

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