DE69301545T2

DE69301545T2 - Anlassanordnung für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE69301545T2
Application number: DE69301545T
Authority: DE
Inventors: Giancarlo C O Ind Magne Fasola
Original assignee: Magneti Marelli SpA
Current assignee: Marelli Europe SpA
Priority date: 1992-03-24
Filing date: 1993-03-18
Publication date: 1996-07-18
Anticipated expiration: 2013-03-19
Also published as: ITTO920249A0; DE69301545D1; IT1263109B; EP0562456A1; US5325827A; ES2083788T3; ITTO920249A1; JPH0658232A; EP0562456B1

Description

Diese Erfindung betrifft ein Anlassersystem für einen Verbrennungsmotor, wobei das System aufweist:
eine Gleichspannungsquelle,
einen elektrischen Anlassermotor, um ein bewegbares Ritzel in Drehung zu versetzen,
eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung, die eine Zylinderspule und einen zugeordneten bewegbaren Kern aufweist, der bei einem Stromdurchgang durch die Zylinderspule bewirken kann:
eine Bewegung des Ritzels zu einer Arbeitsstellung, in der es mit einem Drehelement des Verbrennungsmotors für eine Drehung gekuppelt werden kann, und
die Zufuhr von Strom zum Elektromotor,
eine Fühlereinrichtung, um ein elektrisches Signal zu liefern, das
die Drehzahl der Welle des Verbrennungsmotors anzeigt, und eine Steuereinrichtung, um den Anschluß der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung an die Spannungsquelle zu steuern, wobei die Steuereinrichtung eine Vergleichereinrichtung aufweist, die so aufgebaut ist, um das von der Fühlereinrichtung gelieferte Signal mit einem vorgegebenen Schwellenwert zu vergleichen, der jener Drehzahl entspricht, bei der der Verbrennungsmotor von selbst weiterlaufen kann. Anlassersysteme für Verbrennungsmotoren, wie sie oben beschrieben wurden, sind beispielsweise in den früheren europäischen Patentanmeldungen EP-A-0,520.957 und 0,537.754 (Stand der Technik gemäß Artikel 54(3)EPC) beschrieben.
Gegenstand der Erfindung ist es, ein Anlassersystem, wie es oben erwähnt wurde, zu liefern, bei dem das Ritzel aus dem Drehelement des Verbrennungsmotors leichter und ruhiger ausgerastet wird, als dies bei Systemen gemäß dem Stand der Technik der Fall ist.
Erfindungsgemäß wird dieser Gegenstand mit Hilfe eines Anlassersysterns erreicht, wie es oben erwähnt wurde, wobei sein Hauptmerkmal darin liegt, daß die Steuereinrichtung aufgebaut ist:
um ein Signal, das die Winkelbeschleunigung der Welle des Verbrennungsmotors anzeigt, von jenem Signal herzuleiten, das von der Fühlereinrichtung geliefert wird, und
um die Stromzufuhr zur Zylinderspule der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung im Betrieb abzuschalten, sobald die Drehzahl der Motorwelle den Schwellenwert überschreitet und die Winkelbeschleunigung der Welle kleiner oder gleich Null ist.
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 die teilweise geschnittene Seitenansicht einer Anlassereinheit für einen Verbrennungsmotor gemäß dem Stand der Technik;
Fig.2 das Schaltbild, teilweise als Blockschaltbild, eines Anlassersystems gemäß der Erfindung; und
Fig.3 ein Diagramm, in dem beispielhaft die Kurve der Winkelgeschwindigkeit der Welle des Verbrennungsmotors als Funktion der Zeit t dargestellt ist, die auf der Abszisse aufgetragen wird.
Nunmehr wird auf Fig.1 Bezug genommen. Eine Anlasservorrichtung für einen Verbrennungsmotor von Kraftfahrzeugen weist ein Traggehäuse 1 auf, in dem ein elektrischer Antriebsmotor 2 und ein Elektromagnet 3 in bekannter Anordnung angebracht sind.
Beim gezeigten Aufbau ist auf der Welle des Elektromotors 2 eine Freilaufkupplung 4 befestigt. Eine Buchse 5 kann auf der Welle des Motors 2 zusammen mit der Kupplung 4 bewegt werden.
Ein Ritzel 6, das mit jener Seite der Kupplung 4 verbunden ist, die vom Motor 2 weggerichtet ist, kann längs eines Teils eines Endteils 2a der Welle des Elektromotors 2 bewegt werden. Im besonderen kann das Ritzel zwischen einer zurückgezogenen Ruhestellung, die in Fig.1 mit Vollinien dargestellt ist, und einer vorgeschobenen Arbeitsstellung bewegt werden, die strichliert dargestellt ist.
In seiner Arbeitsstellung kann das Ritzel 6 in die Zähne eines Schwungrads 7 des Verbrennungsmotors (nicht dargestellt) eingreifen.
Ein Schwinghebel, der mit der Bezugsziffer 8 versehen ist und sich um einen Drehpunkt 9 verschwenken kann, wirkt als Übertragungselement zwischen der Buchse 5 (die als Element für die Bewegung des Ritzels 6 dient) und dem Kern 10 des Elektromagneten 3.
Der Elektromagnet 3 weist eine Erregerwicklung oder Zylinderspule 11 auf, die von einer Spule 12 getragen wird. Der bewegbare Kern 10 ist in der Spule axial bewegbar.
Ein Ende des Kerns besitzt eine axiale Verlängerung 13, um die eine Platte 14 befestigt ist. Das Ende der Verlängerung 13 besitzt einen Fortsatz 15 mit einem Schlitz 16, durch den ein Ende 8b des Schwinghebels 8 verläuft.
Eine Schraubenfeder 17, die gegen Platte 14 wirkt, hält den Kern 10 in der gezeigten Stellung, in der er teilweise aus der Erregerwicklung oder der Zylinderspule 11 vorspringt.
Das Ende des Kerns 10 gegenüber der Verlängerung 13 besitzt eine kegelstumpfförmige Ausnehmung 18.
Ein fester Kern, der allgemein mit der Bezugsziffer 19 versehen ist, sitzt in jenem Ende der Spule 12 des Elektromagneten, das vom Hebel 8 weggerichtet ist. Der feste Kern besitzt einen Kanal 20, der zur Spule 12 und zum Kern 10 koaxial verläuft. Ein Ende des Kanals öffnet sich in die Mitte eines kegelstumpfförmigen Vorsprungs 21 des festen Kerns 19, wobei der Vorsprung der Ausnehmung 18 im bewegbaren Kern 10 gegenüberliegt und komplementär geformt ist.
Eine Stange 22, die im Kanal 20 axial bewegbar ist, besitzt ein Ende, das in einen Bereich 23 verläuft, der zwischen dem festen Kern 19 des Elektromagneten und einem im wesentlichen schalenförmigen Isolierkörper 24 bestimmt wird. Dieses Ende der Stange 22 trägt ein Kontaktelement (einen bewegbaren Kontakt) 25, der mit einem Paar von festen Kontakten 26 und 27 in Form von Schrauben zusammenwirken kann, die auf der Stimwand des Isolierelements 24 sitzen.
In der Ruhestellung hält eine Feder 28, die zwischen dem Isolierkörper 24 und dem Endkopf der Stange 22 liegt, die Stange 22 in der gezeigten Stellung, in der ihr anderes Ende zum bewegbaren Kern 10 verläuft und über den Vorsprung 21 des festen Kerns 19 vorspringt. In diesem Zustand ist der bewegbare Kontakt 25 von den festen Kontakten 26 und 27 getrennt.
Der bewegbare Kontakt und die zugeordneten festen Kontakte bilden zusammen einen elektrischen Schalter, der die Stromzufuhr zum Elektromotor 2 (auf bekannte Art) steuert.
Wenn der Zylinderspule 11 des Elektromagneten 3 ein Erregerstrom zugeführt wird, wird auf den Kern 10 eine Kraft ausgeübt, die ihn zum ortsfesten Kern 19 bewegt. Durch diese Bewegung wird auch das Ritzel 6 vom Schwinghebel 8 zum Zahnkranz 7 des Verbrennungsmotors bewegt. Wenn sich der bewegbare Kern 10 weiterbewegt, bringt er den bewegbaren Kontakt 25 mit den festen Kontakten 26 und 27 in Eingriff. Damit wird der Elektromotor 2 in Betrieb gesetzt.
Die oben im Zusammenhang mit Fig.1 beschriebene bekannte Anlassereinheit ist Teil eines Anlassersystems, dessen Blockschaltbild Fig.2 zeigt.
In dieser Zeichnung sind Teile und Bauelemente, die bereits im Zusammenhang mit Fig.1 beschrieben wurden, mit den gleichen Bezugsziffern versehen, wie sie oben verwendet wurden.
In Fig.2 ist die Batterie eines Kraftfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor (nicht dargestellt) mit der Bezugsziffer 30 versehen.
Bei der gezeigten Ausführungsform liegt der negative Pol der Batterie 30 an Masse, während ihr positiver Pol mit einem Verbindungspunkt 31 verbunden ist. Zwei Schaltkreiszweige, die mit den Bezugsziffern 32 und 33 versehen sind, gehen von diesem Verbindungspunkt aus.
Der Zweig 32 weist einen Handschalter 34 auf, der beispielsweise in einem herkömmlichen Zünd/Anlab-Schalter eingebaut sein kann, der mit einem Schlüssel betätigt wird.
In Serie mit dem Schalter 34 liegt ein gesteuerter Elektronikschalter 35, beispielsweise ein Transistor.
Die Wicklung oder Zylinderspule 11 des Elektromagneten 3 von Fig.1 liegt zwischen dem Elektronikschalter 35 und Masse.
Die festen Kontakte 26 und 27 von Fig.1 liegen in jenem Schaltkreiszweig, der in Fig.2 mit der Bezugsziffer 33 versehen ist. Der Elektromotor 2 ist gleichfalls im Schaltkreiszweig 33 zwischen dem festen Kontakt 26 und Masse angeordnet.
In Fig.2 ist ein Fühler allgemein mit der Bezugsziffer 36 versehen, der ein elektrisches Signal abgibt, das die Drehzahl (die Anzahl von Umdrehungen pro Minute) des Verbrennungsmotors angibt.
Der Fühler besitzt einen bekannten Aufbau, beispielsweise eines sogenannten phonischen Rads, wobei es sich beispielsweise um einen Fühler handeln kann, wie er allgemein dazu verwendet wird, um Daten, die die Drehzahl des Motors betreffen, zur Elektronikstufe zu liefern, die die Zündung und/oder die Kraftstoffeinspritzung des Verbrennungsmotors steuert.
Der Fühler 36 ist mit dem Eingang einer Schwellenwert-Vergleicherstufe 37 verbunden, die einen Hysterese besitzt und deren Ausgang mit dem Eingang einer Steuerlogikstufe 38 verbunden ist.
Der Ausgang des Fühlers 36 liegt weiters am Eingang einer parallel geschalteten Stufe 39. Im Betrieb liefert diese Stufe ein Signal, das die Winkelbeschleunigung der Welle des Verbrennungsmotors anzeigt, an einen Vergleicher 40.
Die Vergleicherstufe 37 speist die Steuerlogikstufe 38 mit einem Betriebssignal an, wenn die Drehzahl der Welle des Verbrennungsmotors einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, der jener Drehzahl entspricht, bei der der Verbrennungsmotor von selbst weiterlaufen kann.
Die Vergleicherstufe 40 steuert die Steuerlogikstufe 38 mit einem Betriebssignal an, wenn die Winkelbeschleunigung der Welle des Verbrennungsmotors kleiner oder gleich Null ist.
Das oben im Zusammenhang mit Fig.1 und 2 beschriebene Anlassersystem arbeitet wie folgt.
Um den Verbrennungsmotor anzulassen, wird der Schalter 34 geschlossen.
Die Vergleicherstufe 37 speist die Logikstufe 38 mit einem Signal an, das anzeigt, daß die Drehzahl der Welle des Verbrennungsmotors kleiner als jene Drehzahl ist, bei der der Motor von selbst weiterlaufen kann. Damit ermöglicht die Logikstufe 38 einen Stromfluß durch den Elektronikschalter 35. Der Strom fließt durch die Zylinderspule 11 des Elektromagneten 3, wobei das Ritzel 6 durch die Bewegung des zugeordneten bewegbaren Kerns 10 mit dem Zahnkranz 7 des Verbrennungsmotors in Eingriff gebracht wird. Weiters wird der bewegbare Kontakt 25 mit den festen Kontakten 26 und 27 in Eingriff gebracht, wodurch dem Elektromotor 2 Strom zugeführt werden kann.
Durch die Inbetriebsetzung des Motors 2 wird die Welle des Verbrennungsmotors über das Ritzel 6 in Drehung versetzt.
Sobald die Drehung der Welle des Verbrennungsmotors jene Drehzahl erreicht, bei der der Motor von selbst weiterlaufen kann, zeigt der Vergleicher 37 diesen Zustand der Steuerlogikstufe 38 an.
Fig.3 zeigt ein Beispiel einer Kurve der Geschwindigkeit ω des Verbrennungsmotors. In diesem Diagramm ist jene Drehzahl, bei der der Motor von selbst weiterlaufen kann, mit dem Bezugszeichen ω&sub0; versehen. Diese Drehzahl wird zu jenem Zeitpunkt erreicht, der in Fig.3 mit dem Bezugszeichen t&sub1; versehen ist.
Während des Anlaßvorgangs besitzt die Kurve der Winkelgeschwindigkeit der Welle des Verbrennungsmotors abwechselnd steigende und fallende Bereiche, die jeweils mit den Expansions- und Kompressionsphasen in den Zylindern übereinstimmen.
Wenn die Winkelgeschwindigkeit der Welle des Verbrennungsmotors einen Wert erreicht, so daß der Motor von selbst weiterlaufen kann, schaltet die Steuerlogikstufe 38 den Strom durch den Elektronikschalter 35 nicht sofort ab, sondern sie wartet, bis sie vom Vergleicher 40 jenes Signal empfängt, das anzeigt, daß die Winkelbeschleunigung der Welle kleiner oder gleich Null ist. Dies tritt beispielsweise zu einem nachfolgenden Zeitpunkt auf, der in Fig.3 mit dem Bezugszeichen t&sub2; versehen ist und mit einer Phase übereinstimmt, bei der die Winkelgeschwindigkeit der Welle sinkt.
Die Abschaltung der Zylinderspule 11 des Elektromagneten 3 und damit das Ausrasten des Ritzels 6 aus dem Schwungrad 7 (verursacht durch die Rückholfeder 17) erfolgt dann, wenn in der gegenseitigen Kupplung zwischen dem Ritzel und dem Schwungrad kleine Kräfte wirken. Das Ausrasten des Ritzels aus dem Schwungrad 7 erfolgt damit leicht und ruhig.
Obwohl im Zusammenhang mit Fig.2 eine Lösung mit einem grundsätzlich analogen Schaltkreis beschrieben wurde, können das Drehzahlsignal, der Vergleich des Signals mit einem Schwellenwert und der Vergleich der Winkelbeschleunigung der Motorwelle mit einem entsprechendem Schwellenwert auch mit digitalen Stufen und Verfahren, möglicherweise unter Verwendung eines Mikroprozessors, durchgeführt werden.

Claims

1. Anlassersystem für einen Verbrennungsmotor, wobei das System aufweist:

eine Gleichspannungsquelle (30),

einen elektrischen Anlassermotor (2), um ein bewegbares Ritzel (6) in Drehung zu versetzen,

eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung (3), die eine Zylinderspule (11) und einen zugeordneten bewegbaren Kern (10) aufweist, der bei einem Stromdurchgang durch die Zylinderspule (11) bewirken kann:

eine Bewegung des Ritzeis (6) zu einer Arbeitsstellung, in der es mit

einem Drehelement (7) des Verbrennungsmotors für eine Drehung gekuppelt werden kann, und die Zufuhr von Strom zum Elektromotor (2), eine Fühlereinrichtung (36), um ein elektrisches Signal zu liefern,

das die Drehzahl der Welle des Verbrennungsmotors anzeigt, und

eine Steuereinrichtung (35, 37-40), um den Anschluß der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung (3) an die Spannungsquelle (30) zu steuern, wobei die Steuereinrichtung (35, 37-40) eine Vergleichereinrichtung (37) aufweist, die so aufgebaut ist, um das von der Fühlereinrichtung (36) gelieferte Signal mit einem vorgegebenen Schwellenwert zu vergleichen, der jener Drehzahl entspricht, bei der der Verbrennungsmotor von selbst weiterlaufen kann,

wobei die Steuereinrichtung (35, 37-40) aufgebaut ist: um ein Signal, das die Winkelbeschleunigung der Welle des Verbrennungsmotors anzeigt, von jenem Signal herzuleiten, das von der Fühlereinrichtung (36) geliefert wird, und

um die Stromzufuhr zur Zylinderspule (11) der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung (3) im Betrieb abzuschalten, sobald die Drehzahl (ω) der Motorwelle den Schwellenwert (ω&sub0;) überschreitet und die Winkelbeschleunigung der Welle kleiner oder gleich Null ist.