DE4142084C1 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brenn­ kraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Aus der EP-A 77 212 ist ein Starterschutzsystem für eine derartige Brennkraftmaschine bekannt. Bei diesem Starterschutzsystem ist der Starterstromkreis vom Überschreiten der Schaltfrequenz beim Starten des Motors an solange unterbrochen, bis das Frequenzsignal des Frequenzsignalgebers beim Auslaufen des Motors eine zweite, nahe Null liegende Schalt­ frequenz unterschreitet; dann wird der Star­ terstromkreis wieder geschlossen.

Dieses Starterschutzsystem stellt jedoch nicht bei sämtlichen möglichen Betriebszuständen des Motors einen zuverlässigen Schutz dar. Insbe­ sondere ist es möglich, daß nach einem ersten kurzen Betätigen des Starterschalters, ohne daß jedoch der Motor anläuft, der Starter durch erneutes Schließen des Starterschalters betätigt wird, obwohl der Motor sich noch nicht wieder im Stillstand befindet. Deswei­ teren kann der Starter in der Auslaufphase des Motors betätigt werden. Um die zuletzt genannte Gefahr möglichst klein zu halten, ist zwar vorgesehen, die zweite Schaltfrequenz des Frequenzrelais, bei dessen Unterschreiten der Starter erneut betätigt werden kann, bevorzugt nahe 0 anzusiedeln; solange die Schaltfrequenz größer als 0 ist, bleibt jedoch die Gefahr, daß in den auslaufenden Motor hineingestartet wird.

Das US-Patent 40 70 585 offenbart hingegen ein Starterschutzsystem, bei dem der Starterstrom­ kreis für ein erstes Zeitintervall unter­ brochen wird, wenn der Starterschalter geöffnet wird, wobei jedoch das Öffnen des Starterstromkreises erst nach einer minimalen Verzögerung in der Größenordnung von 20 bis 30 msec erfolgt. Darüberhinaus ist die Steuerung so ausgelegt, daß der Starterstromkreis für ein vorbestimmtes Zeitintervall (ca. 2 sec) geöffnet wird, wenn der Motor zum Stillstand gekommen ist.

Um die Betätigung des elektrischen Starters bei laufender Brennkraftmaschine zu verhin­ dern, ist es weiterhin bekannt, (Bosch Kraftfahrtechnisches Taschenbuch, 18. Aufl., Stuttgart 1976, S. 373 "Starterschutz") ein in dem Stromkreis für den Starter vorgesehenes Abschaltrelais über den Ladebeginn der Licht­ maschine zu steuern in der Weise, daß die Betätigung des Starters ausgeschlossen ist, sobald die Lichtmaschine lädt. Hierzu wird der Steuereingang des Abschaltrelais im allge­ meinen, je nachdem, ob eine Drehstrom­ lichtmaschine oder eine permanent-erregte Lichtmaschine vorgesehen ist, an deren Klemme "D+" bzw. "L" angeschlossen.

Die über den Ladebeginn der Lichtmaschine gesteuerten bekannten Starterschutzeinrich­ tungen arbeiten ebenfalls nicht immer zufrie­ denstellend zuverlässig. Immer wieder kommt es in der Praxis vor, daß in den laufenden Motor eingestartet wird. Als ein Grund hierfür ließ sich u. a. die Abhängigkeit der Ladebeginn- Drehzahl von einer Mehrzahl von Faktoren wie beispielsweise Temperatur, Batteriespannung, Erregerleistung, Lichtmaschinentoleranzen etc. ermitteln. Unter ungünstigen Bedingungen kann es vorkommen, daß, obwohl der Motor bereits läuft, die Lichtmaschine noch nicht lädt, so daß eine Betätigung des Starters möglich bleibt. Dies kann ebenfalls bei defekter Lichtmaschine bzw. defektem Regler der Fall sein. Schäden an Motor und/oder Starter sind die Folge. Desweiteren ist bei den bekannten Brennkraftmaschinen i.a. eine mehrfache Betätigung des Starters kurz nacheinander möglich, so daß u. U. der Starter bei seinem zweiten Betätigen in den noch nicht wieder zum Stillstand gekommenen Motor einschaltet. Auch dies kann Schäden an Starter und/oder Motor hervorrufen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Brennkraft­ maschine zu schaffen, bei der eine Betätigung des elektrischen Starters bei laufendem und auspendelndem Motor unter sämtlichen Betriebs­ bedingungen zuverlässig verhindert wird.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einer gattungsgemäßen Brenn­ kraftmaschine die Schaltungsanordnung zwei Zeitverzögerungsglieder umfaßt und das Abschaltrelais darüber hinaus dann auf "Öffnen des Starterstromkreises" steuert

• - für ein erstes Zeitintervall, wenn der Starterschalter geöffnet wird, und
• - für ein zweites Zeitintervall, wenn bei infolge sinkender Motordrehzahl abneh­ mender Frequenz des Frequenzsignals dieses die Schaltfrequenz des Frequenzrelais erreicht.

Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wird somit das Abschaltrelais primär in direkter Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine betätigt. Sobald das der Motordrehzahl proportionale Frequenzsignal die Schaltfrequenz überschreitet, steuert das Frequenzrelais der Schaltungsanordnung das Abschaltrelais in der Weise, daß dieses den Starterstromkreis unterbricht. Ob bei dieser Drehzahl die Lichtmaschine bereits lädt oder nicht, ist ohne Einfluß auf die Starterschutz­ einrichtung. Somit spielen weder Betriebsbe­ dingungen der Brennkraftmaschine eine Rolle, noch der Funktionszustand der Lichtmaschine und des Reglers. Auch die mit zunehmendem Al­ ter der Brennkraftmaschine auftretende Korro­ sion elektrischer Kontakte, welche ebenfalls zu einer Verschiebung der Ladebeginn-Drehzahl und somit zu einer Beeinträchtigung der Funk­ tion herkömmlicher Starterschutzschaltungen führen kann, ist bei Brennkraftmaschinen nach der Erfindung ohne Einfluß auf die Funktion der Starterschutzschaltung.

Indem ferner der Starterstromkreis über ein erstes Zeitverzögerungsglied der Schaltungs­ anordnung für ein vorgegebenes Zeitintervall auch dann unterbrochen wird, wenn der Starter­ schalter geöffnet, d. h. die Klemme "50" strom­ los gemacht wird, wird ausgeschlossen, daß nach nur kurzer Betätigung des Starter­ schalters, wodurch der Motor zwar angedreht wird, seine Startdrehzahl jedoch nicht erreicht, ein wiederholtes Betätigen des Starters möglich ist, solange der Motor nicht ausgependelt ist. Das entsprechende Zeit­ intervall wird je nach Motortyp so einge­ stellt, daß der Motor in jedem Falle zum Stillstand gekommen ist, bevor eine erneute Betätigung des Starters möglich ist. Als Größenordnung für das Zeitintervall des ersten Zeitverzögerungsgliedes ist etwa 8 Sekunden anzusehen.

Das im Rahmen der Erfindung vorgesehene zweite Zeitverzögerungsglied, welches nach Absinken der Frequenz des Frequenzsignals unter den Schaltpunkt des Frequenzrelais das Abschaltre­ lais für ein zweites Zeitintervall in der Stellung hält, in welcher der Starterstrom­ kreis unterbrochen ist, verhindert ein Einstarten des Starters in den auspendelnden Motor, insbesondere nach seinem Abschalten aus "normalem" Betrieb. Die Verzögerungszeit ist dabei so eingestellt, daß sie stets größer ist als die Auspendelzeit, d. h. der Zeitraum vom Unterschreiten der unteren Schaltfrequenz bis zum vollständigen Stillstand des Motors. Das zweite Zeitintervall ist somit insbesondere abhängig von der Schaltfrequenz des Frequenz­ relais, d. h. von der Motordrehzahl, bei wel­ cher das Frequenzrelais das Betätigen des Starters bei abnehmender Motordrehzahl wieder ermöglichen würde.

Die im Rahmen der Erfindung vorgesehene Star­ terschutzschaltung kann - anders als die be­ kannte Starterschutzschaltung - bei sämtlichen Brennkraftmaschinen eingesetzt werden, auch bei solchen, die mit einem Regler ausgerüstet sind, welcher die Ladekontrolleuchte bei La­ debeginn nur langsam erlöschen läßt. Zu einem bisher auftretenden Flattern des Abschaltre­ lais kann es auch bei den zuletztgenannten Brennkraftmaschinen nicht kommen, wenn sie nach der Erfindung konzipiert sind.

Ein Frequenzrelais, wie es nach der Erfindung in der Schaltungsanordnung zur Steuerung des Abschaltrelais verwendet wird, ist als solches bekannt und im Handel erhältlich; derartige Frequenzrelais können beispielsweise von der Rheintacho GmbH & Co. in 7800 Freiburg bezogen werden. Dabei ist der Frequenzsollwert, bei welchem das bekannte Frequenzrelais den Ar­ beitskreis schließt, einstellbar. Der Aufbau eines Frequenzrelais als solcher ist somit nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Die am Frequenzrelais eingestellte Schalt­ frequenz richtet sich dabei neben dem Typ der betreffenden Brennkraftmaschine nach dem, von einer möglichen Übersetzung abhängigen, Ver­ hältnis zwischen der Drehzahl der Brenn­ kraftmaschine und dem Frequenzsignal des Fre­ quenzsignalgebers. Letzteres ist insbesondere abhängig von der Art und Anordnung des Fre­ quenzsignalgebers. Im Falle der Verwendung ei­ ner Drehstromlichtmaschine ist das Frequenz­ relais eingangsseitig bevorzugt mit der Klemme "W" der Lichtmaschine verbunden. In diesem Falle bildet eine Phase des von der Licht­ maschine erzeugten Drehstromes das das Fre­ quenzrelais steuernde Frequenzsignal; die Lichtmaschine stellt dann den Frequenzsignal­ geber dar.

Es kann jedoch auch zweckmäßig sein, einen ge­ sonderten Frequenzsignalgeber an der Brenn­ kraftmaschine vorzusehen. Dabei kommt die Ver­ wendung der unterschiedlichsten im Stand der Technik bekannten Frequenzsignalgeber in Frage. Bevorzugt wird ein Hallgenerator oder ein induktiver Frequenzgeber als Frequenz­ signalgeber verwendet. Die Anordnung dieser Frequenzsignalgeber ist dabei bevorzugt am Starterzahnkranz. In diesem Falle ist die Fre­ quenz des Frequenzsignals identisch mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Er­ findung ist vorgesehen, daß das Frequenzrelais zwei unterschiedliche Schaltpunkte aufweist, je nachdem, in welcher Richtung sich die Fre­ quenz des Frequenzsignals ändert, d. h. ob die Frequenz bei ansteigender oder absinkender Motordrehzahl zu- oder abnimmt. Dabei ist die Schaltfrequenz bei zunehmender Frequenz des Frequenzsignals größer als die bei abnehmender Frequenz. Hierdurch wird erreicht, daß einer­ seits der Starterstromkreis nicht vorzeitig unterbrochen wird, d. h. nicht bevor die Brenn­ kraftmaschine sicher läuft, daß andererseits jedoch der Starter auch bei einem nach­ folgenden Absinken der Drehzahl der Brenn­ kraftmaschine auf sehr geringe Werte (< kleiner als Selbstlaufdrehzahl) gesperrt bleibt. Bei­ spielsweise kann vorgesehen sein, daß das Fre­ quenzrelais bei einem Anstieg der Frequenz über 300 Hz das Abschaltrelais in einer den Starterstromkreis unterbrechenden Weise betä­ tigt, wohingegen es bei einem Absinken der Frequenz des Frequenzsignals unter 10 Hz das Abschaltrelais in einer den Starterstromkreis schließenden Weise betätigt.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungs­ form der Erfindung ist vorgesehen, daß die Schaltungsanordnung mit dem Frequenzrelais und den beiden Zeitverzögerungsgliedern in SMD- Technik hergestellt und in ein Gehäuse schwin­ gungsfest eingegossen ist und daß das Gehäuse direkt an der Brennkraftmaschine angebaut ist. Durch die - als solches im Stand der Technik bekannte - Herstellung der Schaltungsanordnung mittels der SMD-Technik ergibt sich eine Schaltungsanordnung, welche hohen mechanischen und thermischen Belastungen standhält. Dies ist die Voraussetzung dafür, daß das die Schaltungsanordnung umfassende Gehäuse direkt an der Brennkraftmaschine angebaut werden kann. Ein derartiger direkter Anbau der Schal­ tungsanordnung an der Brennkraftmaschine ist insbesondere unter dem Gesichtspunkt einer Umrüstung herkömmlicher Brennkraftmaschinen zu solchen nach der Erfindung vorteilhaft. Denn in diesem Falle braucht lediglich das die Schaltungsanordnung umfassende Gehäuse an einer geeigneten Stelle am Motorblock angebaut zu werden; das Kabel, welches bei bekannten Brennkraftmaschinen das Abschaltrelais mit dem Regler verbunden hat, braucht lediglich in der Weise umgesteckt zu werden, daß es nunmehr das Abschaltrelais mit dem Ausgang der Steuerung verbindet. Wenn desweiteren die entsprechenden Eingänge der Steuerung mit dem Frequenzsignal­ geber, insbesondere der Klemme "W" der Licht­ maschine, der Klemme "50" des Starterschalters und der Spannungsquelle verbunden sind, ist daß Umrüstung abgeschlossen.

Grundsätzlich kann das Abschaltrelais beliebig ausgestaltet sein. Zweckmäßig ist es jedoch, ein gepoltes Relais vorzusehen, wobei die Schaltung des Abschaltrelais derart ist, daß der Starterstromkreis bei stromloser Steuer­ seite geschlossen und bei erregter Spule ge­ öffnet ist. Hierdurch wird sichergestellt, daß auch bei Ausfall der Steuerung ein Starten des Motors möglich ist.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer erfindungs­ gemäß Brennkraftmaschine mit Starterschutz und

Fig. 2 ein Diagramm zur Darstellung der Wir­ kungsweise der gemäß Fig. 1 vorgesehenen Schaltung.

Gemäß Fig. 1 ist mit der Brennkraftmaschine 1 eine Drehstromlichtmaschine 2 mechanisch ge­ koppelt. Zum Starten der Brennkraftmaschine 1 ist an dieser der elektrische Starter 3 vorge­ sehen. Die Starterbatterie 4 stellt die zum Starten erforderliche elektrische Energie be­ reit. In dem Starterstromkreis ist der Star­ terschalter 5 angeordnet, dessen Betätigung erforderlich ist, um den Starterstromkreis zu schließen.

Desweiteren ist in dem Starterstromkreis das Abschaltrelais 6 vorgesehen. Es schließt den Starterstromkreis so lange, wie an seinem Steuereingang 6a kein Potential anliegt. Das heißt, das Abschaltrelais unterbricht den Starterstromkreis, sobald an seinem Steuerein­ gang 6a ein ausreichend hohes Potential an­ liegt. Dabei ist die Steuerseite des Abschalt­ relais 6 mit dem Ausgang 7a der Schaltungsanordnung 7 verbunden. Der Arbeitseingang 7b der Steuerung 7 liegt am positiven Potential der Starterbat­ terie 4 an. Der Steuereingang 7c der Steuerung 7 ist mit der Klemme "W" der Lichtmaschine 2 und der Steuereingang 7d der Steuerung ist mit der Klemme "50" des Starterschalters 5 verbun­ den. Somit ist die Lichtmaschinendrehzahl, welche proportional zur Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 ist, gleich der Frequenz des Frequenzsignals, welches dem in der Schal­ tungsanordnung 7 vorgesehenen Frequenzrelais zugeführt wird.

Beim Stillstand der Brennkraftmaschine 1, be­ vor sie gestartet wird, ist die Arbeitsseite der Steuerung 7 unterbrochen, d. h. der Ar­ beitseingang 7b und der Arbeitsausgang 7a sind voneinander elektrisch getrennt. Somit ist der Steuereingang 6a des Abschaltrelais 6 po­ tentialfrei und die Arbeitsseite ist leitend, d. h. die Klemmen 6d und 6c sind leitend mit­ einander verbunden. Wird in dieser Situation der Starterschalter 5 betätigt, liegt positi­ ves Potential an der Klemme "50" des Starters 3 an, so daß dieser anläuft.

Fig. 2 veranschaulicht den Startvorgang als Verlauf des Frequenzsignals des Frequenzgebers über der Zeit. Durch den Starter 3 angetrieben läuft die Brennkraftmaschine 1 sowie die mit dieser gekoppelte Lichtmaschine 2 hoch; die Frequenz f der an der Klemme "W" der Lichtma­ schine 2 abgreifbaren Spannung nimmt somit ebenfalls zu. Überschreitet die Frequenz den am Frequenzrelais der Steuerung 7 eingestell­ ten oberen Schaltpunkt F₁, wird eine Verbin­ dung zwischen den Klemmen 7a und 7b der Ar­ beitsseite der Steuerung 7 hergestellt. Hier­ durch wird die Spule 6b des Abschaltrelais 6 erregt, und das Abschaltrelais 6 öffnet ar­ beitsseitig, so daß trotz weiterhin betätigtem Starterschalter 5 die Stromzufuhr zum Starter 3 unterbrochen ist. Dieser Schaltzustand wird allein über das Frequenzrelais rechterhalten, bis die Frequenz der an der Klemme "W" der Lichtmaschine 2 abgreifbaren Frequenz unter die untere Schaltfrequenz F2 des Frequenzrelais sinkt. Zu diesem Zeitpunkt wird das in der Schaltungsanordnung 7 vorge­ sehene zweite Zeitverzögerungsglied aktiviert, welches die leitende Verbindung zwischen den Klemmen 7b und 7a der Steuerung für das zweite Zeitintervall Δt2 weiter aufrechterhält. Während des Zeitintervalls Δt₂ ist somit die Spule 6b des Abschaltrelais 6 weiterhin er­ regt, und die Arbeitsseite des Abschaltrelais bleibt unterbrochen.

Unabhängig davon wird zu dem Zeitpunkt, an welchem der Starterschalter 5 geöffnet wird und somit die Klemme "50" des Starterschalters potentialfrei wird, das in der Schaltungs­ anordnung 7 vorgesehene erste Zeitver­ zögerungsglied aktiviert, welches ebenfalls eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Klemmen 7b und 7a der Schaltungsanordnung 7 herstellt und somit das Abschaltrelais 6 durch Erregung von dessen Spule 6b im Sinne eines Unterbrechens des Starterstromkreises steuert. Wie in dem unteren Diagramm der Fig. 2 dargestellt ist, wirkt sich das erste Zeit­ verzögerungsglied, welches den Starter für das Zeitintervall Δt₁ sperrt, insbesondere dann aus, wenn der Motor nicht angelaufen ist, d. h. die Frequenz des Frequenzsignals unterhalb der oberen Schaltfrequenz F₁ geblieben ist.

Claims (7)

1. Brennkraftmaschine (1) mit einem elektri­ schen Starter (3), einer Starterbatterie (4), einem zwischen die Starterbatterie und den Starter geschalteten Starterschal­ ter (5) und einem im Starterstromkreis vorgesehenen Abschaltrelais (6), welches bei laufender Brennkraftmaschine (1) den Starterstromkreis unterbricht, wobei zur Steuerung des Abschaltrelais (6) ein Frequenzsignalgeber, der ein zur Drehzahl der Brennkraftmaschine proportionales Frequenzsignal abgibt, und eine mit diesem verbundene, ein Frequenzrelais umfassende Schaltungsanordnung (7), welche das Abschaltrelais auf "Öffnen des Starterstromkreises" steuert, wenn das Frequenzsignal des Frequenzsignalgebers oberhalb der Schaltfrequenz des Frequenzrelais liegt, vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung (7) zwei Zeitverzögerungsglieder umfaßt und das Abschaltrelais darüber hinaus dann auf "Öffnen des Starterstromkreises" steuert

• - für ein erstes Zeitintervall (Δt₁), wenn der Starterschalter (5) geöffnet wird, und
• - für ein zweites Zeitintervall (Δt₂), wenn bei infolge sinkender Motordrehzahl abnehmender Frequenz des Frequenzsignals dieses die Schaltfrequenz des Frequenzrelais erreicht.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je nach Richtung der Änderung der Fre­ quenz des Frequenzsignals das Frequenz­ relais zwei unterschiedliche Schaltpunkte aufweist, wobei die Schaltfrequenz (F₁) bei zunehmender Frequenz des Frequenz­ signals größer ist als die Schaltfrequenz (F₂) bei abnehmender Frequenz des Frequenzsignals.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung in SMD-Technik herge­ stellt und in ein Gehäuse schwingungsfest vergossen ist, und daß das Gehäuse direkt an der Brennkraftmaschine angebaut ist.

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, mit einer von der Brennkraftmaschine (1) ange­ triebenen Drehstromlichtmaschine (2) dadurch gekennzeichnet, daß die Klemme "W" der Lichtmaschine als Frequenzsignalausgang mit der Schal­ tung (7) verbunden ist.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Frequenzsignalgeber ein Hallgene­ rator vorgesehen ist.

6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Frequenzsignalgeber ein gesonderter induktiver Frequenzgeber vorgesehen ist.

7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprü­ che 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzsignalgeber an einem drehenden Teil z. B. Scheibe, Zapfen, Starterzahnkranz der Brennkraftmaschine (1) vorgesehen ist.