DE4135025A1 - System zum anlassen einer brennkraftmaschine fuer kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Anlassen einer Brennkraftmaschine für Kraftfahrzeuge.

Insbesondere betrifft die Erfindung ein Anlassersystem, bestehend aus: einer Akkumulatorenbatterie, und einem elektrischen Anlassermotor, der in seinem Betrieb die Brennkraftmaschine dreht.

Bei gegenwärtig verwendeten Systemen dieser Art muß der Elek­ tromotor für seinen Betrieb mit einem elektrischen Strom einer Größenordnung von Hunderten von Ampere über Zeitperioden unterschiedlicher Dauer, beispielsweise zwischen einer und dreißig Sekunden, versorgt werden. Bei herkömmlichen Anlas­ sersystemen wird dieser Strom gewöhnlich von einer Akkumu­ latorenbatterie, im allgemeinen eine Bleisäurebatterie, zuge­ führt, die auch die zum Betrieb der elektrischen Teile in dem Fahrzeug erforderliche elektrische Energie speichern und zu­ führen soll. Die üblicherweise verwendeten Batterien sind ziemlich sperrig und schwer. Überdies müssen die Verbindungs­ drähte zwischen einer derartigen Batterie und einem elektri­ schen Anlassermotor geeignete Querschnitte aufweisen und sind daher schwer und teuer.

Die Leistung herkömmlicher Akkumulatorenbatterien ist von ihren Betriebstemperaturen äußerst abhängig.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein System zum Anlassen einer Brennkraftmaschine zur Verfügung zu stellen, dessen elektrische Leistung allgemein verbessert ist und bei dem die voranstehend beschriebene Problematik herkömmlicher Systeme vermieden wurde.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe von einem Anlassersystem der voranstehend erläuterten Art gelöst, dessen Hauptmerkmal darin besteht, daß es besteht aus:

einer kapazitiven Vorrichtung mit hoher statischer Kapazität, welche unmittelbar in der Nähe des elektrischen Anlassermotors angeordnet ist und ausreichend elektrische Energie zur Zufuhr an den Elektromotor während des Anlassens der Brennkraft­ maschine speichert, und
Verbindungsvorrichtungen, welche in einem ersten Zustand die kapazitive Vorrichtung mit der Batterie verbinden, um eine Wiederaufladung der kapazitiven Vorrichtung zu ermöglichen, und in einem zweiten Zustand die kapazitive Vorrichtung mit dem Elektromotor verbinden, um die Übertragung von elektri­ scher Energie von der kapazitiven Vorrichtung an den elek­ trischen Startermotor zu ermöglichen.

Seit kurzer Zeit gibt es elektrische Kondensatoren mit weitaus höheren Kapazitäten als herkömmliche Kondensatoren. Diese Kon­ densatoren, die als Molekular- oder Doppelschichtkondensatoren oder sogar als Superkondensatoren bekannt sind, können äußerst große Mengen elektrischer Energie oder Ladung speichern und lassen sich in sehr kurzen Zeitperioden laden und entladen, d. h. mit sehr viel höheren spezifischen Leistungen als sie bei herkömmlichen elektrochemischen Akkumulatoren möglich waren.

Die Kapazitäten derartiger Superkondensatoren bleiben sogar nach einer sehr großen Anzahl von Lade- und Entladezyklen (mehr als 10⁴) fast unverändert und bleiben von ihren Be­ triebstemperaturen größtenteils unbeeinflußt, welche innerhalb breitgefaßter Grenzen, beispielsweise zwischen -40°C und +70°C, schwanken können.

Die Verwendung derartiger Kondensatoren, zum Beispiel der Art mit aktiviertem Kohlenstoff und einem wäßrigen Elektrolyt, welche ökologisch akzeptable Stoffe sind, in einer erfindungs­ gemäßen Anordnung in der unmittelbaren Nähe des elektrischen Anlassermotors, ermöglicht die Verwendung von Verbindungs­ drähten mit kleinen Querschnitten für den Anschluß an die Batterie. Das Gewicht und die Kosten des Systems werden daher verringert und seine Leistung verbessert, da sich die Verluste in den Verbindungskabeln verringern.

In dem erfindungsgemäßen System kann die Batterie des Kraft­ fahrzeuges kleiner sein als es bei herkömmlichen Systemen erforderlich war, da sie nur zur Energiezufuhr an Stromab­ nehmergeräte mit langsamer Entladung geeignet sein muß. Da die Batterie weniger Belastung als bei herkömmlichen Systemen aus­ gesetzt ist, läßt sich eine Lebensdauer gleich der des gesam­ ten Kraftfahrzeuges erreichen.

Bei einem erfindungsgemäßen System kann die Batterie bei­ spielsweise ein Bleiakkumulator der Gas-Rekombinations-Art zur entfernten Anordnung von der Brennkraftmaschine sein. Tatsäch­ lich ist diese Art von Batterie sehr empfindlich gegenüber den hohen Temperaturen, die sich im Motorraum entwickeln können. Batterien dieser Art jedoch sind praktischer, da sie weniger Elektroden haben, ihre inneren und äußeren Rheophoren weniger wiegen und sie sich über längere Perioden im entladenen Zu­ stand befinden können, ohne Schaden zu nehmen.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines in der beigefügten Zeichnung dargestellten, bevorzugten, nicht-einschränkenden Ausführungsbeispiels. Es zeigen

Fig. 1 eine schematisches elektrisches Schaltbild einer Anlasseranlage gemäß der Erfindung, und

Fig. 2 und 3 eine Vorder- und eine Seitenansicht eines elektrischen Anlassermotors mit beigefügter Kondensatorenbatterie für eine erfindungsgemäße Anlage.

Gemäß Fig. 1 besteht eine erfindungsgemäßes Anlasseranlage aus einer Akkumulatorenbatterie 1, die, wie voranstehend ausge­ führt, beispielsweise eine Bleibatterie der Gas-Rekombina­ tions-Art sein kann. Ein elektrischer Generator 2, der von der Brennkraftmaschine angetrieben wird, ist auf herkömmliche Art und Weise mit der Batterie 1 zu deren Wiederaufladung verbun­ den.

Eine Anlassereinheit, allgemein mit 3 bezeichnet, schließt einen Gleichstrom-Elektromotor 4, eine Batterie aus Super­ kondensatoren 5 und einen elektromagnetisch betätigbaren Doppelschalter 6 ein. Eine strukturelle Ausführungsform der Anlassereinheit 3 ist in den Fig. 2 und 3 dargestellt.

In der beispielshaft dargestellten Ausführungsform besteht der elektromagnetisch betätigbare Doppelkontaktschalter 6 aus einer Erregerspule 7, welche an Masse liegt und an ihrem ande­ ren Ende über einen manuellen Schalter 8 mit der Batterie 1 verbindbar ist, wobei dieser Schalter 8 zum Beispiel durch den Zündungs- und Anlasserschalter des Kraftfahrzeuges betrieben werden kann. Die Magnetspule 7 steuert die Stellungen zweier Kontakte 9 und 11, die wie in Fig. 1 dargestellt angeordnet sind, und in ihrem geschlossenen Zustand die aus Kondensatoren 5 bestehende Batterie mit dem elektrischen Anlassermotor 4 verbinden können. In seinem geschlossen Zustand schließt der Kontakt 9 weiterhin eine Brücke aus einem Widerstand 10 zwischen der aus Kondensatoren 5 bestehenden Batterie und der Akkumulatorenbatterie 1 kurz.

Sind die Kontakte 9 und 11 offen, ist der Elektromotor 4 so­ wohl von der aus Kondensatoren 5 bestehenden Batterie als auch von der Akkumulatorenbatterie 1 abgetrennt, während die aus Kondensatoren 5 bestehende Batterie über den Widerstand 10 mit der Akkumulatorenbatterie 1 verbunden ist. In diesem Zustand lassen sich die Kondensatoren nach Bedarf laden.

Um die Brennkraftmaschine anzulassen, wird der Schalter 8 geschlossen, wodurch die Steuer-Spule 7 erregt wird, und die Kontakte 9 und 11 schließen. Die aus Kondensatoren 5 beste­ hende Batterie entlädt sich dann rasch in den elektrischen Anlassermotor 4, um diesen zu aktivieren.

Elektrische Drähte mit kleinen Durchmessern reichen zur Ver­ bindung der Anlassereinheit 3 mit der Akkumulatorenbatterie 1 aus, da sie nur Ströme mit sehr geringen Stärken führen sollen.

Die Anlasserkondensatoren 5 lassen sich bequem in einem Behäl­ ter anordnen, der mit dem Gehäuse des elektrischen Anlasser­ motors 4 verbunden ist, bzw. das Gehäuse des Elektromotors 4 kann so ausgebildet sein, daß es auch die Kondensatoren auf­ nimmt.

Um beispielsweise eine Anlasseranlage zur Verfügung zu stel­ len, die bei einer Spannung von ca. 9 V 10 Sekunden lang 200 A zuführt, müssen ca. 18 Kilojoule Energie zugeführt werden. Die Energie, die in einem Kondensator gespeichert werden kann, beträgt 0,5 CV², wobei C die Kapazität ist und V die Spannung über dem Kondensator. Da die Spannung V über dem Kondensator exponentiell als Funktion der Entladungsperiode abnimmt, läßt sich errechnen, daß eine Kapazität von ca. 600 F erforderlich ist, um 18 Kilojoule Energie bereitzustellen. Diese Kapazität läßt sich mit Kondensatoren der Art, die aus aktiviertem Koh­ lenstoff und einem wäßrigen Elektrolyt bestehen, mit normalen Spannungen von ca. 0,9 V erzielen. Es ist beispielsweise eine Reihe dreizehn derartiger Kondensatoren, jeder mit 7800 F, erforderlich. Es ist möglich, eine derartige aus Kondensa­ toren bestehende Batterie so auszubilden, daß sie einen Raum von ca. 0,3 dm³ einnimmt und ein Gewicht von 0,6 kg hat.

Die Akkumulatorenbatterie 1 der erfindungsgemäßen Anlasser­ anlage soll die Energiereserve für die Stromabnehmer mit langsamer Entladung bilden und die aus Superkondensatoren bestehende Batterie im geladenen Zustand halten. Sie kann daher aus einer Reihe von sechs Bleiakkumulatoren mit ca. 20 Ah bestehen, und so gefertigt sein, daß sie nur ca. 6 kg wiegt, was daher ca. 50% des Gewichtes einer gegenwärtig zum Anlassen eines Kraftfahrzeuges verwendeten Batterie beträgt. Ist die Batterie eine der Art mit Gas-Rekombination mit einem unbeweglichen Elektrolyt, dann kann das Volumen der Batterie ungefähr die Hälfte des Volumens einer normalen Batterie betragen.

Ein derartig erfindungsgemäß ausgebildetes System spart Kupfer (Verbindungskabel) in einer Menge von ca. 1 kg und mehr, wenn die Batterie des Kraftfahrzeuges außerhalb des Motorraumes angeordnet ist.

Die Gesamtkosten des Systems können angesichts der verringer­ ten Kosten für Akkumulatorenbatterie und Verbindungskabel weniger betragen.

Natürlich lassen sich unter Beibehaltung des Prinzipes der Erfindung ihre Ausführungsformen und baulichen Einzelheiten bezüglich der hierin beschriebenen und lediglich als nicht­ einschränkendes Beispiel dargestellten in großem Umfang variieren, ohne daß hierbei vom Umfang der vorliegenden Erfindung abgegangen wird.

Claims (5)

1. System zum Anlassen einer Brennkraftmaschine für Kraftfahrzeuge, bestehend aus:
einer Akkumulatorenbatterie (1), und
einem elektrischen Anlassermotor (4), der in seinem Betrieb die Brennkraftmaschine dreht, dadurch gekennzeichnet, daß es folgendes aufweist:
eine kapazitive Vorrichtung (5) mit hoher Kapazität, wel­ che in unmittelbarer Nähe des Elektromotors (4) angeord­ net ist und ausreichend elektrische Energie speichert, um den Elektromotor (4) während des Anlassens der Brenn­ kraftmaschine zu speisen, und
Verbindungsvorrichtungen (10, 9, 11), welche in einem ersten Zustand die kapazitive Vorrichtung (5) mit der Batterie (1) verbinden, um eine Wiederaufladung der kapazitiven Vorrichtung zu ermöglichen, und in einem zweiten Zustand die kapazitive Vorrichtung (5) mit dem Elektromotor (4) verbinden, um eine Übertragung elektri­ scher Energie von der kapazitiven Vorrichtung (5) zum Elektromotor (4) zu ermöglichen.

2. Anlassersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kapazitive Vorrichtung (5) eine Vielzahl von Molekular- oder Doppelschichtkondensatoren (5) umfaßt.

3. Anlassersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren (5) von der Art sind, die aktivier­ ten Kohlenstoff und ein wäßriges Elektrolyt aufweist.

4. Anlassersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Batterie (1) eine Bleibatterie der Gas- Rekombinations-Art ist.

5. Anlassersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die kapazitive Vorrichtung in einem Behälter in der Nähe oder innerhalb des Gehäuses des elektrischen Anlassermotors (4) angeordnet ist.