DE60018896T2

DE60018896T2 - Verfahren, insbesondere für kraftfahrzeug, zur sicherung des anlassens einer brennkraftmaschine und der versorgung einer elektrischen schaltung

Info

Publication number: DE60018896T2
Application number: DE60018896T
Authority: DE
Inventors: Daniel Richard
Original assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Current assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Priority date: 1999-08-09
Filing date: 2000-08-04
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2020-08-05
Also published as: US7165523B1; JP2003506627A; CN1230615C; FR2797472A1; WO2001011231A1; KR20010080017A; FR2797472B1; EP1119706A1; DE60018896D1; CN1320193A; ES2240150T3; EP1119706B1; JP4571360B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Systeme, insbesondere für Kraftfahrzeuge, die einerseits das Anlassen einer Brennkraftmaschine und andererseits das Laden einer elektrischen Schaltung herbeiführen.
Außerdem betrifft sie die Steuerung eines derartigen Systems.
Üblicherweise erfolgt bei Kraftfahrzeugen das Starten der Brennkraftmaschine durch einen Anlasser, während das Laden der Batterie und die Stromversorgung der Verbraucher durch einen Wechselstromgenerator herbeigeführt werden.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, diese beiden Funktionen mittels eines Wechselstromgenerators auszuführen, der sowohl als Generator wie auch als Elektromotor eingesetzt wird. Eine solche elektrische Maschine, die beide Funktionen gleichzeitig erfüllt, wird üblicherweise als Anlassergenerator bezeichnet.
Für eine Darstellung einer solchen Maschine kann vorteilhafterweise auf die Patentschrift FR 2 745 444 verwiesen werden.
Im allgemeinen ist diese Maschine an der Stelle des Wechselstromgenerators angeordnet. Im Elektromotor-Modus treibt sie die Riemenscheibe der Kurbelwelle über den Riemen an, der auch im Generatorbetrieb benutzt wird. Es ist dann von einem Anlassergenerator in getrennter Bauweise die Rede, im Unterschied zu Anlassergenerator-Maschinen, welche die Brennkraftmaschine direkt mittels eines Ritzels antreiben würden, das mit einem Zahnkranz in Eingriff kommt.
Die Anlassergeneratoren in getrennter Bauweise weisen im Elektromotor-Modus einige Nachteile auf.
So weist vor allem die Brennkraftmaschine unter bestimmten Extrembedingungen, insbesondere bei niedriger Temperatur, ein hohes Widerstandsmoment auf, das einen zufriedenstellenden Antrieb durch die Riemenscheibe verhindern kann.
Außerdem ermöglichen getrennte Anlassergeneratoren nicht in allen Fällen schnelle Anlaßvorgänge. Die Anlaßzeiten können relativ lange ausfallen, insbesondere wenn an der Brennkraftmaschine Einspritzprobleme bestehen oder wenn der Riemen rutscht usw.
Es ist jedoch wünschenswert, daß das Starten eines Fahrzeugs in relativ kurzen Zeiten stattfinden kann, insbesondere wenn der Bordrechner des Fahrzeugs für die Brennkraftmaschine einen Betrieb mit automatischem Abschalten und Neustarten der Brennkraftmaschine beim Anhalten des Fahrzeugs einsetzt (sogenannter "Stop & Go"-Betrieb nach der vom Fachmann herkömmlicherweise benutzten angelsächsischen Terminologie.
In der am 25.10.2000 veröffentlichten EP-A-1 046 811 und gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 6 sind ein Anlaß- und Ladesystem und eine Steuerung vorgeschlagen worden, mit denen sich diese Nachteile beseitigen lassen.
Diese Druckschrift betrifft im einzelnen ein System, insbesondere für Kraftfahrzeuge, das in der Lage ist, einerseits das Anlassen einer Brennkraftmaschine und andererseits das Laden einer elektrischen Schaltung herbeizuführen, umfassend eine elektrische Hauptmaschine, die in der Lage ist, einerseits als Generator und andererseits als Elektromotor zu arbeiten, wobei die besagte elektrische Maschine die Brennkraftmaschine mittels eines Riemens antreibt, wenn sie im Elektromotor-Modus arbeitet, wobei das System außerdem Regelungsmittel umfaßt, welche die elektrische Hauptmaschine steuern.
Das besagte System ist so gestaltet, daß es einen zusätzlichen Anlasser für die Brennkraftmaschine umfaßt, sowie Erfassungsmittel, um wenigstens eine Einschaltbedingung für die Aktivierung des besagten zusätzlichen Anlassers zu erfassen, wobei die Regelungsmittel nach einer besonderen Sequenz die elektrische Hauptmaschine und den Anlasser steuern, wenn die besagte Bedingung durch die besagten Erfassungsmittel erfaßt wird.
Das System umfaßt somit zusätzliche Anlaßmittel (den Anlasser), die, wenn eine ihre Aktivierung erfordernde Bedingung erfaßt wird, die elektrische Hauptmaschine nach einem Betrieb ergänzen, der mit dem Betrieb der besagten Maschine synchronisiert ist.
Es kann wünschenswert sein, die Anlaßzeit der Brennkraftmaschine noch weiter zu verkürzen.
Erfindungsgemäß ist das System der vorgenannten Art dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungsmittel Mittel umfassen, um ein Nichtanlassen nach Ablauf einer gegebenen Zeit zu erfassen, während der die elektrische Hauptmaschine im Elektromotor-Modus läuft.
Ein derartiges System wird außerdem vorteilhafterweise durch die verschiedenen nachfolgenden Merkmale, jeweils für sich genommen oder in allen ihren technisch möglichen Kombinationen, ergänzt:

– Die Regelungsmittel umfassen Mittel, um die Stromversorgung der elektrischen Hauptmaschine abzuschalten und anschließend den zusätzlichen Anlasser zu speisen, wenn die Brennkraftmaschine nach Ablauf der gegebenen Zeit nicht angelaufen ist.
– Die besagten Erfassungsmittel umfassen wenigstens einen Temperaturfühler sowie Mittel, um eine durch den besagten Temperaturfühler gemessene Temperatur mit einem besonderen unteren Schwellenwert zu vergleichen.
– Die Regelungsmittel umfassen Mittel, um, wenn eine Bedingung für die Aktivierung des zusätzlichen Anlassers erfaßt wird, den zusätzlichen Anlasser zu betätigen, so daß sein Ritzel an einem zusätzlichen Zahnkranz einspurt, um die Brennkraftmaschine anzutreiben, anschließend um die elektrische Hauptmaschine im Elektromotor-Modus zu steuern, wenn das Einspuren des Ritzels des Anlassers sichergestellt ist, und um den Anlasser abzuschalten und die elektrische Hauptmaschine im Generator-Modus zu steuern, wenn erfaßt wird, daß die Brennkraftmaschine angelaufen ist.
– Die Regelungsmittel umfassen Mittel, um den Betrieb der elektrischen Hauptmaschine im Elektromotor-Modus abzuschalten, wenn eine Bedingung für die Aktivierung des zusätzlichen Anlassers erfaßt wird.

Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung eines Systems, insbesondere für Kraftfahrzeuge, das in der Lage ist, einerseits das Anlassen einer Brennkraftmaschine und andererseits das Laden einer elektrischen Schaltung herbeizuführen, umfassend eine elektrische Hauptmaschine, die in der Lage ist, einerseits als Generator und andererseits als Elektromotor zu arbeiten, wobei die besagte elektrische Maschine die Brennkraftmaschine mittels eines Riemens antreibt, wenn sie im Elektromotor-Modus arbeitet, wobei das besagte System einen zusätzlichen Anlasser für die Brennkraftmaschine umfaßt, wobei wenigstens eine Einschaltbedingung für die Aktivierung des besagten zusätzlichen Anlassers erfaßt wird und wobei nach einer besonderen Sequenz die elektrische Hauptmaschine und der Anlasser gesteuert werden, wenn die besagte Bedingung erfaßt wird.
Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß, um eine Einschaltbedingung zu erfassen, ein Nichtanlassen nach Ablauf einer gegebenen Zeit erfaßt wird, während der die elektrische Hauptmaschine im Elektromotor-Modus läuft.
Ein derartiges Verfahren wird vorteilhafterweise durch die verschiedenen nachfolgenden Merkmale, jeweils für sich genommen oder in allen ihren technisch möglichen Kombinationen, ergänzt:

– Die Stromversorgung der elektrischen Hauptmaschine wird abgeschaltet, anschließend wird der zusätzliche Anlasser gespeist, wenn die Brennkraftmaschine nach Ablauf der gegebenen Zeit nicht angelaufen ist.
– Um eine Einschaltbedingung zu erfassen, wird wenigstens eine Temperatur gemessen, und es wird eine so gemessene Temperatur mit einem besonderen unteren Schwellenwert verglichen.
– Wenn eine Bedingung für die Aktivierung des zusätzlichen Anlassers erfaßt wird, wird der zusätzliche Anlasser betätigt, so daß sein Ritzel an einem zusätzlichen Zahnkranz einspurt, um die Brennkraftmaschine anzutreiben, anschließend wird die elektrische Hauptmaschine im Elektromotor-Modus gesteuert, wenn das Einspuren des Ritzels des Anlassers herbeigeführt ist, und der Anlasser wird abgeschaltet, und die elektrische Hauptmaschine wird im Generator-Modus gesteuert, wenn erfaßt wird, daß die Brennkraftmaschine gestartet ist.
– Der Betrieb der elektrischen Hauptmaschine im Generator-Modus wird abgeschaltet, wenn eine Bedingung für die Aktivierung des zusätzlichen Anlassers erfaßt wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, die lediglich zur Veranschaulichung dient und keinerlei einschränkende Wirkung hat und die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen zu lesen ist. Darin zeigen im einzelnen:
1 ein Schaltbild zur Veranschaulichung eines Systems nach einer ersten möglichen Ausführungsart der Erfindung;
die 2a und 2b Zeitdiagramme, in denen Beispiele von möglichen Stromversorgungssequenzen für den Anlassergenerator und den zusätzlichen Anlasser des Systems von 1 dargestellt worden sind.
Das in 1 veranschaulichte Anlaß- und Ladesystem besteht aus:

– einem gesonderten Anlassergenerator 1, dessen Welle in einer Riemenscheibe 2 endet, die mit einer Riemenscheibe 3 der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine über einen Riemen mit mehreren Rillen 4 verbunden ist; dieser Anlassergenerator ist an der Stelle eingebaut, an der sich üblicherweise der Wechselstromgenerator befindet;
– einem zusätzlichen Anlasser 5, dessen Ritzel an der Zahnung eines Zahnkranzes 6 einspuren kann, um die Welle der Brennkraftmaschine anzutreiben;
– einer Steuerungselektronik 7.
Die Steuerungselektronik 7 besteht aus:
– einer Tansistoren-Brückenschaltung 8, die einen reversiblen Leistungswandler bildet und die Steuerung im Anlasser-Modus und die Synchrongleichrichtung im Generator-Modus übernimmt;
– einem Regelungsmodul 9, das die verschiedenen Transistoren des Wandlers 8 steuert und die verschiedenen nachfolgenden Funktionen regelt:
– Leistung im Anlasser-Modus und im Generator-Modus,
– Regelung im Generator-Modus,
– Umschalten vom Anlasser-Modus zum Generator-Modus,
– Betriebsstrategie für Extrembedingungen,
– Synchronisierung der beiden Maschinen.

Das besagte Regelungsmodul 9 wird dazu mit der durch B bezeichneten Batteriespannung gespeist, an die es über einen Kontaktschalter 10 des Fahrzeugs angeschlossen ist.
Es empfängt eingangsseitig Informationen, mit denen es die Winkelposition des Läufers des Anlassergenerators 1 bestimmen kann, beispielsweise Informationen, die durch Sensoren 11 geliefert werden, wie etwa durch Hall-Sonden 11.
Ausgangsseitig speist es die Erregerwicklung des Anlassergenerators 1 sowie den Anlasser 5, und es erzeugt die an den Gates (A, B, C; A', B', C') der Transistoren der Brückenschaltung 8 eingespeisten Spannungen.
Die 2a und 2b veranschaulichen drei Speisesequenzen zur Stromversorgung des Anlassergenerators 1 und des Anlassers 5, die drei verschiedenen Betriebsfällen entsprechen. Diese drei Speisesequenzen sind mit I, II und III bezeichnet worden.
Die Sequenz I entspricht der Stromversorgung, die zur Anwendung kommt, wenn erfaßt wird, daß sich die Brennkraftmaschine und das Anlaßsystems in extremen Betriebsbedingungen befinden.
Die Erfassung extremer Bedingungen erfolgt beispielsweise mittels eines oder mehrerer Temperaturfühler (in 1 nicht dargestellt), die mit dem Regelungsmodul 9 verbunden sind, wobei letzteres einen Vergleich der gemessenen Temperaturen) mit einem oder mehreren gegebenen Schwellenwerten vornimmt. Der oder die Schwellenwerte sind beispielsweise von den Eigenschaften der Brennkraftmaschine abhängig.
Wenn diese extremen Betriebsbedingungen erfaßt werden, steuert das Regelungsmodul 9 dann den Anlassergenerator 1 und den Anlasser 5 nach der folgenden Sequenz.
In einer ersten Phase (Phase [1] in 2) wird der Anlasser 5 gespeist. Sein Antriebsritzel verschiebt sich und spurt am Zahnkranz 6 der Kraftübertragung der Brennkraftmaschine ein.
In einer zweiten Phase wird nach dem erfolgten Einspuren der Anlassergenerator im Elektromotor-Modus gesteuert (Phase (2]).
Wenn das Anlaufen der Brennkraftmaschine erfaßt wird, wird dann das Ausspuren des Antriebsritzels des Anlassers 5 herbeigeführt, während der Anlassergenerator 1 in den Generator-Modus umgeschaltet wird (Phase [3]).
Ohne extreme Betriebsbedingungen kann es vorkommen, daß der durch den Anlassergenerator 1 herbeigeführte Anlaßvorgang nicht schnell genug erfolgt.
Um diesen Mangel abzustellen, steuert das Regelungsmodul 9 die Stromversorgung des Anlassergenerators und des Anlassers 5 in folgender Weise (Sequenz II).
Wenn das Schließen des Schalters 10 einen Anlaßvorgang herbeiführt, speist das Modul 9 die Erregerwicklung des Anlassergenerators 1, so daß dieser im Elektromotor-Modus arbeitet, während der Anlasser 5 nicht beansprucht wird (Phase [1]).
Wenn die Brennkraftmaschine nach Ablauf einer Zeit T immer noch nicht angelaufen ist, wird die Stromversorgung des Anlassergenerators 1 unterbrochen, woraufhin der zusätzliche Anlasser 5 gespeist wird, so daß sich sein Antriebsritzel vorwärts bewegt und anschließend am Zahnkranz einspurt (Speisephase [2]).
Wenn das Einspuren erfolgt ist, wird der Anlassergenerator 1 erneut im Elektromotor-Modus gespeist (Speisephase [3]).
Wenn das Starten des Verbrennungsmotors erfaßt wird, wird das Antriebsritzel des Anlassers 5 ausgespurt, während der Anlassergenerator 1 im Generator-Modus gesteuert wird (Phase [4]).
Unter normalen Betriebsbedingungen, das heißt, wenn keine besondere Führungsgröße erfaßt worden ist (niedrige Temperatur, Überschreitung der Anlaßdauer ...), wird die Stromversorgung des Anlassergenerators 1 und des Anlassers 5 nach der Sequenz III geregelt.
Der Anlassergenerator 1 wird anfänglich im Elektromotor-Modus gesteuert (Phase [1]); wenn das Starten des Verbrennungsmotors erfaßt wird, erfolgt das Umschalten in den Generator-Modus (Phase [2]). Der Anlasser 5 wird seinerseits nicht aktiviert.
[Text zu den Fig.]
2a
Alterno-démarreur: Anlassergenerator
2b
Démarreur: Anlasser

Claims

System, insbesondere für Kraftfahrzeuge, das in der Lage ist, einerseits das Anlassen einer Brennkraftmaschine und andererseits das Laden einer elektrischen Schaltung herbeizuführen, umfassend eine elektrische Hauptmaschine, die in der Lage ist, einerseits als Generator und andererseits als Elektromotor zu arbeiten, wobei die besagte elektrische Hauptmaschine die Brennkraftmaschine mittels eines Riemens antreibt, wenn sie im Elektromotor-Modus arbeitet, wobei das System außerdem Regelungsmittel umfaßt, welche die elektrische Hauptmaschine und einen zusätzlichen Anlasser der Brennkraftmaschine steuern, sowie Erfassungsmittel, um wenigstens eine Einschaltbedingung für die Aktivierung des besagten zusätzlichen Anlassers zu erfassen, der mit einem Ritzel versehen ist, wobei die besagten Regelungsmittel nach einer besonderen Sequenz die elektrische Hauptmaschine und den zusätzlichen Anlasser steuern, wenn die besagte Bedingung durch die besagten Erfassungsmittel erfaßt wird, wobei die Erfassungsmittel Mittel umfassen, um ein Nichtanlassen nach Ablauf einer gegebenen Zeit zu erfassen, während der die elektrische Hauptmaschine im Elektromotor-Modus arbeitet.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungsmittel Mittel umfassen, um die Stromversorgung der elektrischen Hauptmaschine abzuschalten und anschließend den zusätzlichen Anlasser zu speisen, wenn die Brennkraftmaschine nach Ablauf der gegebenen Zeit nicht angelaufen ist.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die besagten Erfassungsmittel wenigstens einen Temperaturfühler sowie Mittel umfassen, um eine durch den besagten Temperaturfühler gemessene Temperatur mit einem besonderen unteren Schwellenwert zu vergleichen.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungsmittel Mittel umfassen, um, wenn eine Bedingung für die Aktivierung des zusätzlichen Anlassers erfaßt wird, den zusätzlichen Anlasser zu betätigen, so daß sein Ritzel an einem zusätzlichen Zahnkranz einspurt, um die Brennkraftmaschine anzutreiben, anschließend um die elektrische Hauptmaschine im Elektromotor-Modus zu steuern, wenn das Einspuren des Ritzels des zusätzlichen Anlassers sichergestellt ist, und um den Anlasser abzuschalten und die elektrische Hauptmaschine im Generator-Modus zu steuern, wenn erfaßt wird, daß die Brennkraftmaschine angelaufen ist.
System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungsmittel Mittel umfassen, um den Betrieb der elektrischen Hauptmaschine im Elektromotor-Modus abzuschalten, wenn eine Bedingung für die Aktivierung des zusätzlichen Anlassers erfaßt wird.
Verfahren zur Steuerung eines Systems, insbesondere für Kraftfahrzeuge, das in der Lage ist, einerseits das Anlassen einer Brennkraftmaschine und andererseits das Laden einer elektrischen Schaltung herbeizuführen, umfassend eine elektrische Hauptmaschine, die in der Lage ist, einerseits als Generator und andererseits als Elektromotor zu arbeiten, wobei die besagte elektrische Maschine die Brennkraftmaschine mittels eines Riemens antreibt, wenn sie im Elektromotor-Modus arbeitet, wobei das besagte System einen zusätzlichen Anlasser für die Brennkraftmaschine umfaßt, wobei wenigstens eine Einschaltbedingung für die Aktivierung des besagten zusätzlichen Anlassers erfaßt wird und wobei nach einer besonderen Sequenz die elektrische Hauptmaschine und der Anlasser gesteuert werden, wenn die besagte Bedingung erfaßt wird, wobei, um eine Einschaltbedingung zu erfassen, ein Nichtanlassen nach Ablauf einer gegebenen Zeit erfaßt wird, während der die elektrische Hauptmaschine im Elektromotor-Modus läuft.
Verfahren nach Anspruch 6,dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgung der elektrischen Hauptmaschine abgeschaltet wird, woraufhin der zusätzliche Anlasser gespeist wird, wenn die Brennkraftmaschine nach Ablauf der gegebenen Zeit nicht angelaufen ist.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß um eine Einschaltbedingung zu erfassen, wenigstens eine Temperatur gemessen wird und eine so gemessene Temperatur mit einem besonderen unteren Schwellenwert verglichen wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenn eine Bedingung für die Aktivierung des zusätzlichen Anlassers erfaßt wird, der zusätzliche Anlasser betätigt wird, so daß sein Ritzel an einem zusätzlichen Zahnkranz einspurt, um die Brennkraftmaschine anzutreiben, woraufhin die elektrische Hauptmaschine im Elektromotor-Modus gesteuert wird, wenn das Einspuren des Ritzels des Anlassers herbeigeführt ist, und der Anlasser abgeschaltet wird und die elektrische Hauptmaschine im Generator-Modus gesteuert wird, wenn erfaßt wird, daß die Brennkraftmaschine gestartet ist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrieb der elektrischen Hauptmaschine im Generator-Modus abgeschaltet wird, wenn eine Bedingung für die Aktivierung des zusätzlichen Anlassers erfaßt wird.