DE69206572T2

DE69206572T2 - Anlassvorrichtung für einen Verbrennungsmotor.

Info

Publication number: DE69206572T2
Application number: DE69206572T
Authority: DE
Inventors: Filippis Pietro De; Giancarlo Fasola
Original assignee: Magneti Marelli SpA
Current assignee: Marelli Europe SpA
Priority date: 1991-10-15
Filing date: 1992-10-15
Publication date: 1996-05-15
Anticipated expiration: 2012-10-16
Also published as: ITTO910781A0; DE69206572D1; IT1249838B; ES2082321T3; ITTO910781A1; EP0537754A1; EP0537754B1

Description

Diese Erfindung betrifft eine Anlaßvorrichtung für einen Verbrennungsmotor. Im besonderen betrifft sie eine Vorrichtung, wie sie im Oberbegriff von Anspruch 1 festgelegt ist.
Eine derartige Anlaßvorrichtung ist beispielsweise in EP-A-0,373.777 beschrieben.
Eine derartige Vorrichtung weist eine Steuerstufe auf, die so eingestellt ist, um die Wicklung oder die Zylinderspule der elektromagnetischen Steuereinrichtung anfangs mit einem Gleichstrom und dann mit einem gepulsten Strom mit kleinem Mittelwert anzuspeisen. Die Umpolung des Gleichstroms in einen gepulsten Strom erfolgt beim Schließen des Schalters, der mit der Zylinderspule gesteuert wird, die damit die Stromversorgung für den Anlaßmotor festlegt.
Die Zeitspanne, die zwischen der Inbetriebsetzung der Anlaßvorrichtung und dem Umpolen des Stroms vergeht, ist im allgemeinen nicht konstant. Wenn der Schalter geschlossen wird, greift weiters das verschiebbare Ritzel nicht immer wirkungsvoll in den Zahnring oder das Schwungrad des Motors ein, da die Zähne des Ritzeis auf die Zähne des Zahnrings frontal auftreffen können. Wenn dies geschieht, bedeutet die Umpolung des Stroms in der Zylinderspule auf den gepulsten Strom mit kleinem Mittelwert eine Herabsetzung jener Kraft, mit der das Ritzel gegen den Zahnring gedrückt wird. Weiters erfolgt die Umpolung des Stroms gleichzeitig mit der Inbetriebsetzung des Anlaßmotors, der das Ritzel in Drehung versetzt.
Dadurch wird es für das Ritzel sehr schwer, in den Zahnring einzugreifen, wobei das Ritzel zum Zahnring rutschen und springen kann, wodurch beide Zahnreihen abgenutzt und verformt werden, wodurch es wiederum für das Ritzel schwieriger wird, in den Zahnring einzugreifen.
Gegenstand dieser Erfindung ist es, eine Anlaßvorrichtung zu liefern, die den oben erwähnten Nachteil überwindet.
Dieser Gegenstand wird erfindungsgemäß mit einer Anlaßvorrichtung erreicht, wie sie im Anspruch 1 beschrieben ist.
Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung erfolgt in der Wicklung oder der Zylinderspule keine Umpolung des Gleichstroms in einen gepulsten Strom, wenn der zugeordnete Schalter geschlossen ist, sondern dann, wenn einmal sichergestellt ist, daß sich der Zahnring des Motors tatsächlich zu drehen begonnen hat. Der Schwellwert für die Minimaldrehzahl, der im Anspruch 1 erwähnt ist, kann beispielsweise 30-40 UpM betragen.
Dadurch wird die Verkleinerung jener Kraft, die das Ritzel gegen den Zahnring drückt (wobei diese Verkleinerung vom Übergang des Gleichstroms in einen gepulsten Strom in der Zylinderspule herrührt), sicher nur auftreten, nachdem das Ritzel tatsächlich in den Zahnring eingegriffen hat und der Ring in Drehung versetzt wurde.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der ausführlichen Beschreibung eines nichteinschränkenden Beispiels und im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, in denen zeigt:
Fig.1 das Schaltbild einer Anlaßvorrichtung gemäß der Erfindung;
Fig.2 ein beispielhaftes Diagramm, in dem die an der Zylinderspule der elektromagnetischen Steuervorrichtung der Anlaßvorrichtung von Fig.1 liegende Spannung dargestellt ist; und
Fig.3 ein Diagramm, in dem ein anderes Beispiel jener Spannung, die an der Zylinderspule der elektromagnetischen Steuereinrichtung einer Anlaßvorrichtung gemäß der Erfindung liegt, als Funktion der Zeit t aufgetragen ist, die längs der Abszisse verläuft.
Im Zusammenhang mit Fig.1 ist die Batterie eines Kraftfahrzeuges, das von einem Verbrennungsmotor (nicht dargestellt) angetrieben wird, mit der Bezugsziffer 1 versehen. Bei der gezeigten Ausführungsform liegt der negative Pol der Batterie 1 an Masse, während der positive Pol mit einem Verzweigungspunkt 2 verbunden ist. Von diesem Verzweigungspunkt 2 gehen zwei Zweige 3 und 4 des Schaltkreises aus. Im Zweig 3 befindet sich ein Handschalter 5 der beispielsweise in einen herkömmlichen Zünd/Anlaß-Schlüsselschalter eingebaut sein kann.
Im Zweig 3 des Schaltkreises liegt ein gesteuerter Elektronikschalter 6, beispielsweise ein Transistor, mit dem Schalter 5 in Serie.
Eine Wicklung oder eine Zylinderspule 2 liegt zwischen dem Umschalter 6 und Masse.
Die Zylinderspule 20 ist herkömmlich aufgebaut, um einen normalerweise offenen Kontakt 11 im Zweig 4 des Schaltkreises zu steuern.
Im Zweig 4 des Schaltkreises liegt ein Gleichstrom-Anlaßmotor M zwischen dem Schalter 11 und Masse. Der Motor M dient dazu, um das Ritzel 12 in Drehung zu versetzen, wobei das Ritzel auf herkömmliche Art verschiebbar angeordnet ist, wobei es jedoch von der Welle des Motors in Drehung versetzt wird.
Die Zylinderspule 20 und der zugeordnete Schalter 11 bilden allgemein eine elektromagnetische Steuervorrichtung, die dann, wenn sie erregt wird, einen Stromfluß von der Batterie 1 zum Motor M ermöglicht und (auf herkömmliche Art) die Verschiebung des Ritzels 12 zu einer Arbeitsstellung verursacht, in der dieses drehend in ein drehbares Zahnelement (Schwungrad) 13 des Verbrennungsmotors eingreift und diesen dadurch anläßt.
Ein Fühler 14 liefert ein elektrisches Ausgangssignal, das die Drehzahl (UpM) des Verbrennungsmotors anzeigt. Bei diesem Fühler handelt es sich um einen herkömmlichen Fühler, wie er beispielsweise als phonisches Rad bekannt ist. Dieser Fühler kann beispielsweise jener Fühler sein, der oft dazu verwendet wird um eine Information über die Motordrehzahl an die Elektronikstufen zu liefern, die die Zündung und/oder die Kraftstoffeinspritzung des Verbrennungsmotors steuern, oder ein Fühler sein, der dem Schwungrad 13 des Motors zugeordnet ist.
Der Fühler 14 ist am Eingang mit einer Vergleicher/Takt-Stufe 15 verbunden, deren Ausgang am Eingang einer Steuerstufe 17 liegt, die den Elektronikschalter 6 steuert.
Wenn der Verbrennungsmotor stillsteht, liefert die Steuerstufe 17 ein Signal für den Schalter 6, so daß dieser Strom leiten kann. Wenn in diesem Zustand der Schalter 5 geschlossen wird (der Zeitpunkt t&sub0; in Fig.2 und 3), kann Strom durch den Zweig 3 des Schaltkreises und die Erregerwicklung oder die Zylinderspule 20 fließen. In dieser Phase läßt die Steuerstufe 17 durch den Schalter 6 und damit durch die Zylinderspule 20 einen Gleichstrom für ein vorgegebenes konstantes Zeitintervall fließen, das heißt bis zum Zeitpunkt ta von Fig.2 und 3. Dieser Gleichstrom kann entweder zeitlich konstant (Fig.2) oder veränderlich (Fig.3) sein, wie dies später erläutert wird.
Das Zeitintervall ta-t0 wird vorher aufgrund der Kennlinien der elektromagnetischen Steuervorrichtung für den Anlaßmotor und des Verbrennungsmotors festgelegt. Dieses Intervall muß zumindest gleich jener Zeit sein, die normalerweise erforderlich ist, um den Schalter 11 zu schließen, das Ritzel 12 mit dem Zahnring 13 in Eingriff zu bewegen und mit der Drehung der Welle des Verbrennungsmotors bis zu einer minimalen Schwellwert-Drehzahl (beispielsweise 30-40 UpM) zu beginnen. Der Stromfluß durch die Wicklung 20 verursacht eine Auslenkung eines bewegbaren Elements oder Kerns (nicht dargestellt) und eine damit verbundene Schließung des Kontakts 11, wodurch eine Verschiebung des Ritzels 12 hervorgerufen wird, um in das Schwungrad 13 einzugreifen. Nachdem der Kontakt 11 geschlossen ist, wird dem Motor M ein starker Strom zugeführt. Dadurch dreht der Motor das Ritzel 12, wodurch die Welle des Verbrennungsmotors in Drehung versetzt wird.
Wenn das Zeitintervall ta-t0 der Vergleicherstufe 15 abtastet, daß die Kurbelwellendrehzahl des Motors den Minimalschwellwert nicht überschritten hat, sperrt sie die Steuerstufe 17, die ihrerseits den Schalter 6 außer Betrieb setzt. Wenn dies auftritt, muß der Anlaßvorgang wiederholt werden.
Wenn im Zeitintervall ta-t0 die Kurbelwellendrehzahl des Motors den Minimalschwellwert durchlaufen hat, sendet die Vergleicherstufe 15 zur Steuerstufe 17 ein Signal, durch das diese Stufe den Schalter 6 im EIN/AUS-Betrieb steuert, wodurch ein gepulster Strom hervorgerufen wird, im besonderen ein pulsbreitenmodulierter Strom. Dieser gepulste Strom besitzt einen kleinen Mittelwert, so daß die entsprechende Magnetkraft, die von der Wicklung 20 erzeugt wird, ausreicht, um das Ritzel 12 mit dem Zahnring 13 im Eingriff und den Schalter 11 geschlossen zu halten.
Der gepulste Strom fließt durch den Schalter 6 höchstens für ein vorgegebenes und konstantes Zeitintervall tb-ta, das zum Zeitpunkt tb von Fig. 2 und 3 endet. Sobald in diesem zweiten Zeitintervall tb-ta die Motordrehzahl einen vorgegebenen Wert (beispielsweise 400 UpM) überschreitet, der gleich seiner minimalen Selbstlaufdrehzahl ist, sperrt die Stufe 15 die Steuerstufe 17, die ihrerseits schließlich den Schalter 6 sperrt.
Dadurch öffnet der Kontakt 11, der Motor M bleibt stehen und das Ritzel 12 rastet aus dem Schwungrad 13 auf herkömmliche Art aus. Der Verbrennungsmotor ist angelassen.
Wenn andererseits der Motor im Intervall tb-ta zum Zeitpunkt tb den vorgegebenen Wert nicht erreicht, sperrt die Vergleicherstufe 15 schließlich die Steuerstufe 17 und der Anlaßvorgang muß wiederholt werden.
Das Zeitintervall tb-ta ist festgelegt, wobei es vorher aufgrund der Kennlinien des Anlaßmotors M sowie des Verbrennungsmotors bestimmt wird. Dieses Intervall muß zumindest gleich jener Zeit sein, die normalerweise dazu benötigt wird, um die Drehzahl des Verbrennungsmotors vom Minimalschwellwert (30-40 UpM) auf die Selbstlaufdrehzahl anzuheben.
Wie bereits oben erwähnt, kann die Steuerstufe 17 so voreingestellt werden, daß sie an die Zylinderspule 20 eine Spannung legt, die über das Intervall ta-t0 (Fig. 2) einen konstanten Wert annimmt. Andererseits kann die Steuerstufe 17 so eingestellt werden, daß sie den Stromfluß durch den Elektronikschalter 6 so steuert, daß die Spannung zwischen dem Knotenpunkt 7 und Masse und damit die an der Zylinderspule 20 liegende Spannung im Zeitintervall ta-t0 anfangs einen niedrigen Wert V&sub1; annimmt, der nachher allmählich auf einen vorgegebenen Endwert V&sub2; ansteigt. Dies erfolgt im wesentlichen so, daß die Spannung zwischen dem Knotenpunkt 7 und Masse anfangs so ansteigt, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist:
- zum Zeitpunkt t&sub0; (Schließen des Schalters 5) liegt ie Spannung V auf einem Anfangswert V1 von beispielsweise 4-6 V, wobei sie für ein festes Zeitintervall Δt1 auf diesem Wert gehalten wird; dieses Zeitintervall wird aufgrund der Kennlinien der elektromagnetischen Steuervorrichtung 11, 20 vorgegeben und entspricht im wesentlichen jener Zeit, die die bewegbaren Elemente der Vorrichtung benötigen, um sich aus der Ruhestellung ausreichend zu bewegen, um alle Spielräume aufzunehmen und in das elastische Vorspannungselement oder -elemente einzugreifen, die dazu vorgesehen sind, um sicherzustellen, daß die bewegbaren Elemente in ihre Ruhestellung zurückkehren, wenn die Erregung der Zylinderspule 20 endet; das Zeitintervall Δt1 hängt damit von den Kennlinien der elektromagnetischen Steuervorrichtung ab, wobei es typisch in der Größenordnung von 10 ms liegt;
- ausgehend vom Zeitpunkt t&sub1; wird der Schalter 6 so gesteuert, daß die Spannung V allmählich vom Wert V&sub1; auf einen Endwert V&sub2; ansteigt, der zum Zeitpunkt t&sub2; erreicht wird; das Zeitintervall Δt2 zwischen t&sub2; und t&sub1; wird gleichfalls geeignet festgelegt, wobei es als Funktion der Kennlinien der verwendeten elektromagnetischen Steuervorrichtung festgelegt wird; dieses Zeitintervall, das typisch etwa 50 ms beträgt, wird so gewählt, daß die Spannung V so langsam als möglich ansteigt, wobei dies mit der absoluten Forderung kompatibel ist, daß der Kontakt 11 später in die geschlossene Stellung zurückgeführt werden kann; das allmähliche Anlegen der Spannung V ermöglicht es, die Auftreffgeschwindigkeit des Ritzels auf das Schwungrad der Wärmekraftmaschine herabzusetzen, d.h. jene Geschwindigkeit, mit der das bewegbare Element auf das feste Element des Elektromagneten trifft, sowie jene Geschwindigkeit, mit der der bewegliche Kontakt des Kontaktpaars 11 in den zugeordneten festen Kontakt eingreift, wodurch die Geräusche herabgesetzt werden.
Wie oben erwähnt, kann es sich beim Elektronikschalter 6 geeigneterweise um einen Transistor handeln.
Die Steuerstufe 17 von Fig. 1 kann leicht aus Steuerkreisen von herkömmlicher Art aufgebaut werden, die dazu dienen, um den Transistor im wesentlichen linear und in einem EIN/AUS-Betrieb zu betreiben.
Es ist zweckdienlich, aber nicht notwendig, daß die Anlaßvorrichtung, die oben im Zusammenhang mit Fig.1 beschrieben wurde, auch einen elektrischen Temperaturfühler 18 aufweist, der vorzugsweise in der Nähe der elektromagnetischen Steuervorrichtung 20, 11 angeordnet ist. In diesem Fall besitzt die Steuerstufe 17 einen weiteren Eingang, der mit diesem Fühler verbunden ist. Eine derartige Steuerstufe kann den Elektronikschalter 6 so steuern, um den Mittelwert des Stroms, der durch die Zylinderspule fließt, in Abhängigkeit von jener Temperatur zu verändern, die der Fühler 18 mißt. Wenn der Fühler 18 ein Ansteigen (Fallen) der Temperatur meldet, steuert die Stufe 17 den Elektronikschalter 6 so, daß dieser einen ansteigenden (fallenden) mittleren Stromwert für die Zylinderspule 20 liefert.
Mit diesem Aufbau kann jedes Ansteigen/Fallen des elektrischen Widerstands der Zylinderspule 20, das durch ein Ansteigen/Fallen der Temperatur auftritt, kompensiert werden.
Die Pulsbreitenmodulations-Steuerung des Elektronikschalters 6 im Zeitintervall tb-ta bedeutet, daß in der Erregerspule 20 weniger Leistung verloren geht. Bei dem gleichen verwendeten Kupfervolumen, das heißt bei den gleichen Gesamtabmessungen der Wicklung, kann diese Zylinderspule mit weniger Windungen hergestellt werden, von denen jede einen größeren Querschnitt besitzt. Das bedeutet, daß bei gleicher angelegter Spannung die Amperwindungen erhöht werden können, wodurch die Leistung der elektromagnetischen Steuervorrichtung erhöht wird.

Claims

1. Anlaßvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, wobei die Vorrichtung enthält:

eine Gleichspannungsquelle (1),

einen Anlaß-Elektromotor (M), der dazu dient, um ein verschiebbares Ritzel (12) in Drehung zu versetzen,

eine elektromagnetische Steuervorrichtung (20; 11), die zumindest eine Wicklung (20) aufweist, die beim Durchfluß eines Stroms dazu dient, um das Ritzel (12) zu veranlassen, sich zu einer Arbeitsstellung zu verschieben, in der das Ritzel (12) in ein drehbares Element (13) des Verbrennungsmotors eingreifen kann, und das Schließen eines Kontaktes (11) zu bewirken, der zwischen einem Anschluß (4) zwischen der Spannungsquelle (1) und dem Anlaßmotor (M) liegt; und

eine Steuerstufe (14-18), die dazu dient, um das Kuppeln des Elektromotors (M) und der Zylinderspule (20) der elektromagnetischen Steuervorrichtung (20; 11) mit der Spannungsquelle (1) zu steuern; wobei die Steuerstufe enthält:

einen elektrischen Fühler (14), der dazu dient, um elektrische Signale zu liefern, die die Drehzahl der Kurbelwelle (13) des Verbrennungsmotors anzeigen;

einen Schalter (6) der zwischen der Spannungsquelle (1) und der Zylinderspule (20) der elektromagnetischen Steuervorrichtung (20; 11) liegt, und

eine Überwachungsstufe (15), die mit dem Fühler (14) und dem Schalter (6) verbunden ist; wobei die Überwachungsstufe (15), wenn sie in Betrieb steht, dazu dient, um durch die Zylinderspule (20) in einem ersten Zeitintervall einen Gleichstrom und daraufhin in einem zweiten Zeitintervall einen gepulsten Strom fließen zu lassen;

dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerstufe (14-18) so voreingestellt wird, um:

- durch die Zylinderspule (20) in einem ersten festen Zeitintervall mit konstanter Dauer (ta-t0) einen Gleichstrom fließen zu lassen;

- nach dem ersten Zeitintervall (ta-t0) durch die Zylinderspule (20) einen gepulsten Strom fließen zu lassen, wenn im ersten Zeitintervall (ta-t0) die vom Fühler (14) gelieferten Signale anzeigen, daß die Drehzahl der Motorkurbelwelle (13) einen vorgegebenen Minimalschwellwert überschritten hat;

- den Stromfluß durch die zumindest eine Zylinderspule (20) am Ende des ersten Zeitintervalls (ta-t0) zu unterbrechen, wenn die Drehzahl der Kurbelwelle (13) den Minimalschwellwert in diesem Zeitintervall (ta-t0) nicht überschritten hat;

- den Stromfluß des gepulsten Stroms durch die Zylinderspule (20) in einem zweiten Zeitintervall (tb-ta) zu unterbrechen, sobald die Drehzahl der Kurbelwelle (13) einen vorgegebenen Wert erreicht, der größer als der Schwellwert ist, oder am Ende des zweiten Zeitintervalls (tb-ta) zu unterbrechen, wenn im zweiten Intervall (tbta) die Drehzahl der Kurbelwelle (13) den vorgegebenen Wert nicht überschreitet; wobei das erste (ta-t0) und zweite (tb-ta) Zeitintervall vorher aufgrund der Kennlinien des Verbrennungsmotors beziehungsweise der elektromagnetischen Steuervorrichtung für den Anlaßmotor (20; 11) sowie des Anlaßmotors (M) festgelegt werden.

2. Anlaßvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerstufe weiters einen Steuerkreis (17) aufweist, der dazu dient, um den durch die zumindest eine Zylinderspule (20) während des ersten Zeitintervalls (ta-t0) fließenden Strom zu verändern; wobei der Steuerkreis (17) so aufgebaut ist, um an die zumindest eine Windung (20) zu legen:

- in einem ersten Zeitintervall (Δt1) eine anfangs niedrige Spannung (V&sub1;);

- in einem zweiten vorgegebenen Zeitintervall (Δt2) eine Spannung, die von der niedrigen Spannung (V&sub1;) bis zu einer vorgegebenen Endspannung (V&sub2;) ansteigt, und nachher

- eine Spannung, die gleich der Endspannung (V&sub2;) ist.

3. Anlaßvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung weiters einen Temperaturfühler (18) aufweist, der vorzugsweise neben der elektromagnetischen Steuervorrichtung (20; 11) angeordnet ist, und daß der Steuerkreis (17) voreingestellt wird, um den Mittelwert des durch die Erregerwicklung (20) fließenden Stroms in Abhängigkeit von jener Temperatur zu ändern, die mit dem Temperaturfühler (18) gemessen wird, so daß der Mittelwert mit jedem Ansteigen/Fallen der Temperatur angehoben/abgesenkt wird.

4. Anlaßvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (6) einen Transistor aufweist, und daß der Steuerkreis (17) voreingestellt wird, um den Transistor im ersten vorgegebenen Zeitintervall (ta-t0) so zu steuern, daß der Transistor (6) im linearen Betrieb arbeitet.

5. Anlaßvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter einen Transistor (6) aufweist, und daß der Steuerkreis (17) voreingestellt wird, um den Transistor (6) im zweiten Zeitin tervall (tb-ta) in einem Impuisbetrieb mit einer Pulsbreitenmodulation zu steuern.