ES2197290T3 - Arrancador con deteccion electronica de la puesta en marcha del motor. - Google Patents

Abstract

EN EL ARRANQUE DE UNA MAQUINA DE COMBUSTION INTERNA, EL MOTOR DE ARRANQUE CONTINUA RECIBIENDO CORRIENTE (I) UN TIEMPO (10) DESPUES DEL ARRANQUE DE LA MAQUINA (AUMENTO DE R.P.M. N SUB,M . PARA INTERRUMPIR EL SUMINISTRO DE CORRIENTE AL MOTOR DE ARRANQUE INMEDIATAMENTE DESPUES DE ARRANCAR (14) LA MAQUINA DE COMBUSTION INTERNA, UN CONTROL ELECTRONICO (3) EVALUA LAS VARIACIONES DE LA CORRIENTE DE ARRANQUE (I), PROCEDENTES DE DIFERENTES PARES DE GIRO SOLICITADOS AL MOTOR DE ARRANQUE COMO RESULTADO DE LA COMPRESION Y DESCOMPRESION DE LA MAQUINA DE COMBUSTION INTERNA. LA AUSENCIA DE LAS VARIACIONES PERIODICAS JUNTO CON LA CAIDA DE LA CORRIENTE DE ARRANQUE (I) SE EVALUA COMO LA CONSECUCION DE LAS R.P.M. DE RALENTI DEL MOTOR, INTERRUMPIENDOSE EL PROCESO DE ARRANQUE. PARA FACILITAR EL DESMONTAJE, EL CONTROL ELECTRONICO (3) SE HA INSTALADO COMO UNIDAD INDEPENDIENTE QUE SE ACOPLA CON LAS TRES CONEXIONES DEL INTERRUPTOR MAGNETICO (BORNES 30, 45 Y 50 B). EL PUENTE DE INTENSIDAD (15) DEL INTERRUPTOR MAGNETICO (4) ACTUA COMO SHUNT PARA LA MEDICION DE LA CORRIENTE DE ARRANQUE. LA INVENCION ES ESPECIALMENTE ADECUADA PARA LA UTILIZACION EN AUTOMOVILES.

Description

Arrancador con detección electrónica de la puesta en marcha del motor.

La invención se refiere a un arrancador para un motor de combustión interna según el preámbulo de la reivindicación 1 y a un sistema electrónico de control para ello.

Al arrancar un motor de combustión interna, el proceso de arranque se produce habitualmente bajo la vigilancia de una persona humana, es decir el operador detecta un aumento del número de revoluciones del motor de combustión interna y termina el proceso de puesta en marcha. Esto tiene como consecuencia que el arrancador funciona innecesariamente hasta 1 segundo (bajo circunstancias también durante más tiempo). Por este motivo, el arrancador debe estar diseñado de forma más robusta que la necesaria para una guía óptima del proceso de puesta en marcha. Para acortar el proceso de puesta en marcha son conocidas ya por ello diversas propuestas. En una forma de realización se captan oscilaciones de tensión eléctrica entre los bornes 50 y 30 (en vehículos automóviles), a partir de ello se forman y cuentan impulsos rectangulares, produciéndose la desconexión tras un determinado número prefijado de impulsos. En otra forma de realización se coloca en el arrancador un sensor, que capta el número de revoluciones del arrancador y corta el proceso de arranque al alcanzarse un determinado número de revoluciones elevado prefijado. La primera forma de realización tiene una tasa relativamente alta de detecciones erróneas o fallos, en particular a temperaturas más altas, ya que pueden no producirse impulsos o producirse demasiados. La segunda forma de realización es comparativamente cara debido al empleo de un sensor.

A partir del documento DE 195 03 537 A1 se conoce además ya una disposición de conexión de dispositivos de puesta en marcha para motores de combustión interna, que tiene medios para la captación de la ondulación de la tensión eléctrica de la batería y/o de la intensidad de corriente eléctrica durante el proceso de puesta en marcha, cuya ondulación es provocada por la compresión y descompresión del motor de combustión interna. A continuación de estos medios está conectada una etapa de conexión, que desconecta el motor de arranque en caso de ausencia de la ondulación.

Constituye la tarea de la presente invención poner a disposición un arrancador para motores de combustión interna que tenga un sistema de detección de puesta en marcha que funcione con medios comparativamente sencillos y esté ampliamente libre de fallos.

Para el arrancador (motor eléctrico) descrito al principio, la tarea se resuelve con las propiedades caracterizantes de la reivindicación 1.

El arrancador conforme a la invención para un motor de combustión interna tiene un sistema electrónico de control, que valora la magnitud de la intensidad de corriente eléctrica del arrancador y al detectar una puesta en marcha del motor de combustión interna interrumpe el proceso de arranque, incluso cuando el operador siga manteniendo en sí el proceso de arranque, por ejemplo manteniendo una llave de encendido en la posición de puesta en marcha o apretando un botón de arranque. Conforme a la invención, el sistema electrónico de control obtiene la magnitud de la intensidad de corriente eléctrica del arrancador mediante toma de una caída de tensión eléctrica, que se produce en al menos un componente del interruptor magnético del arrancador. Fundamentalmente es ciertamente apropiada cualquier derivación, que esté situada en el circuito eléctrico del arrancador, para determinar la magnitud de la intensidad de corriente eléctrica del arrancador, pero la toma en un componente, atravesado por la intensidad de corriente eléctrica del arrancador, del interruptor magnético tiene la ventaja de que la toma puede producirse por un lado de forma económica en el interruptor magnético y por otro lado con caminos de conducción cortos inmediatamente en las proximidades del motor de arranque, con lo que se asegura una elevada seguridad de funcionamiento y una pequeña radiación perturbadora.

Preferentemente, la caída de tensión eléctrica en la entrada y la salida de la corriente eléctrica del arrancador es tomada en el interruptor magnético, produciéndose esto preferentemente en las conexiones roscadas del interruptor magnético (bornes 30 y 45).

A través del hecho de que las conexiones del sistema electrónico de control recurren a bornes (conexiones), existentes de forma estándar, del arrancador o respectivamente del interruptor magnético asociado, el sistema electrónico de control puede ser acoplado con posterioridad como unidad autónoma a los sistemas de arrancador ya conocidos. El sistema electrónico de control conforme a la invención puede fijarse por ejemplo al alojamiento de un arrancador, siendo llevadas las conexiones del sistema electrónico de control a los bornes del interruptor magnético. El cableado del arrancador permanece inalterado con la excepción de que la corriente de conexión del interruptor magnético no es conducida directamente a éste, sino al sistema electrónico de control. Como derivación para la medida de la intensidad de corriente eléctrica del arrancador sirve en esta disposición el puente de corriente eléctrica en el interruptor magnético.

Conforme a la invención, el arrancador tiene ventajosamente un sistema electrónico de control, que valora un proceso de arranque captando la intensidad de corriente eléctrica del arrancador, la cual es muy elevada al comenzar el proceso de arranque y decrece al aumentar la rotación del motor de combustión interna para a continuación a caer hasta la intensidad de corriente eléctrica de marcha al ralentí del arrancador al aumentar el número de revoluciones del motor de combustión interna. El sistema electrónico de control conforme a la invención aprovecha aquí una particularidad de la resistencia al giro del motor de combustión interna, a saber las oscilaciones que proceden de la compresión y descompresión del motor de combustión interna. El arrancador conforme a la invención es con ello apropiado en particular para motores de combustión interna, que al girar tienen una evolución oscilante del par de giro (par de giro recibido). Esto está particularmente desarrollado en motores de combustión interna de pistón alternativo. Con las oscilaciones de la resistencia al giro del motor de combustión interna, también el arrancador debe proporcionar un par de giro oscilante. A través de ello, el arrancador tiene una recepción de corriente eléctrica oscilante correspondiente, que es algo mayor para un proceso de compresión del motor de combustión interna que para un proceso de descompresión. Al girar el motor de combustión interna, se tienen correspondientemente oscilaciones periódicas en la evolución de la intensidad de corriente eléctrica del arrancador, que desaparecen tan pronto como el arrancador ya no hace girar el motor de combustión interna (consecución del número de revoluciones de marcha autónoma del motor de combustión interna o desacoplamiento del arrancador debido al aumento del número de revoluciones del motor de combustión interna). El sistema electrónico de control detecta entonces esta ausencia de las oscilaciones regulares de la intensidad de corriente eléctrica del arrancador, que proceden de las diferentes resistencias al giro del motor de combustión interna según la posición de su cigüeñal, e interrumpe correspondientemente el proceso de arranque. La interrupción del proceso de arranque puede incluir aquí aún una pequeña adición de tiempo de seguridad, por ejemplo de hasta 0,3 segundos, para asegurar que el proceso de puesta en marcha ha terminado.

De forma particularmente ventajosa puede detectarse también una disminución de la intensidad de corriente eléctrica del arrancador y puede terminarse el proceso de arranque cuando adicionalmente a la ausencia de las oscilaciones periódicas de la intensidad de corriente eléctrica también existe una disminución de la intensidad de corriente eléctrica del arrancador. Alternativa o adicionalmente puede detectarse también el valor de la intensidad de corriente eléctrica del arrancador y adicionalmente a la ausencia de las oscilaciones periódicas de la intensidad de corriente eléctrica del arrancador puede tenerse en cuenta que se llegue a un valor inferior a una intensidad de corriente eléctrica prefijada y/o que se alcance un valor de intensidad de corriente eléctrica más bajo del proceso de puesta en marcha presente como criterio para el final del proceso de puesta en marcha. La determinación de la intensidad de corriente eléctrica del arrancador se produce ventajosamente a través de un filtro, que filtra (alisa) oscilaciones muy cortas de intensidad de corriente eléctrica, para asegurar una detección segura de las oscilaciones de intensidad de corriente eléctrica, dependientes del momento de giro, o respectivamente de la evolución de la intensidad de corriente eléctrica (de la disminución de la intensidad de corriente eléctrica).

Alternativa o adicionalmente puede captarse también el número de revoluciones del motor de combustión interna, produciéndose la desconexión sólo cuando el número de revoluciones del motor de combustión interna está situado por encima de un valor prefijado, que se escoge en particular entre 200 y 800 revoluciones/minuto. Este valor puede depender también de otras variables, por ejemplo de la temperatura del motor de combustión interna.

Preferentemente, el operador del proceso de puesta en marcha mantiene para sí el control sobre el proceso de puesta en marcha, es decir puede interrumpir en cualquier momento el proceso de puesta en marcha, también durante las oscilaciones periódicas de la intensidad de corriente eléctrica del arrancador.

Alternativa o adicionalmente a la captación de las oscilaciones de la intensidad de corriente eléctrica del arrancador, el sistema electrónico de control puede captar durante el proceso de arranque una derivación temporal de la intensidad de corriente eléctrica del arrancador o respectivamente una disminución de la intensidad de corriente eléctrica del arrancador y, siempre que la derivación o respectivamente la disminución esté por debajo de un valor prefijado y también la propia intensidad de corriente eléctrica del arrancador haya quedado por debajo de un valor prefijado, interrumpir el proceso de arranque. La derivación o respectivamente la disminución de la intensidad de corriente eléctrica del arrancador se determina igualmente de forma ventajosa a través de un filtro, cuya constante temporal tiene preferentemente un valor tan alto que también son alisadas las oscilaciones de la intensidad de corriente eléctrica debidas a las oscilaciones del par de giro. A través de ello, la disminución de intensidad de corriente al ponerse en marcha el motor puede diferenciarse de forma segura de las breves disminuciones de intensidad de corriente eléctrica durante un proceso de descompresión.

Para asegurar que el motor y el arrancador tienen el número de revoluciones 0 al comenzar el proceso de arranque, se introduce ventajosamente en el sistema electrónico de control un bloqueo funcional, que sólo permite una repetición de la puesta en marcha tras un tiempo de espera de aproximadamente 0,5 hasta 4 segundos, en particular de aproximadamente 2 segundos tras un proceso de arranque interrumpido o tras una parada del motor de combustión interna. Ventajosamente, en el sistema electrónico de control se realiza en caso de una repetición de la puesta en marcha, por ejemplo dentro de un periodo de 30 segundos y en particular dentro de un periodo de 15 segundos, también un bloqueo funcional de algunos o de todos los procesos de conexión específicos del arranque anteriormente descritos, que deja fuera de servicio estas funciones, de forma que la duración del arranque es determinada bien sólo por el operador o bien sólo por algunas de las funciones anteriormente citadas. Ventajosamente, en caso de una puesta en marcha repetida de este tipo se pone fuera de servicio al menos la función que en la puesta en marcha previa ha llevado a una desconexión del proceso de puesta en marcha. A través de ello se consigue que no se repita una función errónea (terminación demasiado temprana del proceso de arranque por el sistema electrónico de control) en caso de un nuevo proceso de arranque, de forma que también en caso de un fallo en la detección del arranque del motor (fallo en la detección del número de revoluciones de marcha autónoma del motor de combustión interna) sea posible una puesta en marcha para un nuevo intento de puesta en marcha.

Con la invención es posible una puesta en marcha confortable más rápida y silenciosa y una elevación de la calidad del arrancador (funcionamiento prolongado). Preferentemente, el arrancador es equipado con un sistema electrónico de control autónomo, en particular con un sistema electrónico de control que está integrado junto a o dentro del propio arrancador. Como conforme a la invención los parámetros de vigilancia esenciales pueden tomarse directamente en el arrancador, a través de ello es posible una estructura particularmente económica. El arrancador conforme a la invención puede emplearse en principio para todos los motores Diesel y Otto.

Junto a la detección de la puesta en marcha, el arrancador puede tener además complementos habituales, tales como un acoplamiento controlado o una protección frente a sobrecargas térmicas. Debido a la menor carga del arrancador conforme a la invención (los procesos de arranque son interrumpidos en promedio varias décimas de segundo antes que en el caso de procesos de arranque controlados por un operador y el arrancador aumenta menos el número de revoluciones (hasta el número de revoluciones de marcha al ralentí)), el arrancador puede ser diseñado en lo relativo a sus características de resistencia de forma más ligera (más débil) que los arrancadores habituales, de forma que resultan aquí también ventajas de peso y coste.

Como el sistema electrónico de control para el proceso de puesta en marcha está diseñado como unidad autónoma, que puede ser por ejemplo montada con posterioridad y es retrocompatible, forma parte de la invención un sistema electrónico de control, como se ha descrito anteriormente y se describe a continuación.

La invención se describe a continuación más detalladamente con ayuda de dibujos.

Muestran

la figura 1 un arrancador, tal como está conectado en un vehículo automóvil;

la figura 2 una curva de intensidad de corriente frente a número de revoluciones del arrancador; y

la figura 3 una curva característica típica de un arrancador.

En la figura 3 se representan las curvas características generales de un motor de arranque 2 (un motor eléctrico), en que las curvas características están dibujadas bajo carga hasta la parada del motor de arranque. En lo que respecta al motor de arranque 2 (arrancador) se trata de una realización de 12 V y 1,8 kW. En el funcionamiento habitual del arrancador, el motor de arranque es hecho funcionar sólo sobre aproximadamente la mitad izquierda de su intervalo de curva característica, es decir hasta aproximadamente 500 a 700 A. El intervalo de trabajo 20 habitual del arrancador está situado entre 300 y 500 A, el intervalo de marcha al ralentí 10 está situado en torno a 100 A. Entremedias (aproximadamente 150 A hasta 300 A) está situado un intervalo 30, que si bien es cruzado en caso de funcionamiento del motor de arranque, esto sólo ocurre en un periodo de tiempo comparativamente corto, que el motor necesita para aumentar el número de revoluciones hasta el de la marcha al ralentí. Con la dependencia de la recepción de corriente respecto al par de giro M solicitado del motor de arranque y al intervalo 30 existen dos medios a disposición para detectar de forma segura el proceso de puesta en marcha de un motor de combustión interna: con el par de giro oscilante al girar el motor de combustión interna oscila igualmente también la intensidad de corriente eléctrica I y en la transición del motor de arranque desde su intervalo de trabajo 20 a su intervalo de marcha al ralentí 10 se produce en un periodo de tiempo relativamente corto una disminución clara de la intensidad de corriente eléctrica. En principio podría usarse, en vez de la intensidad de corriente eléctrica, también la tensión eléctrica U decreciente o también la potencia P proporcionada, pero la potencia P proporcionada es difícil de captar en cuanto a técnica de medida y al emplear la tensión eléctrica U se ha visto que debido a las influencias de otros equipos aparecen variaciones de tensión eléctrica, en particular también dependientes de la temperatura, que pueden impedir o simular incorrectamente una detección del comienzo de funcionamiento del motor de combustión interna.

Un motor de arranque 2 de este tipo con un sistema electrónico de vigilancia (sistema electrónico de control) 3 asociado y un interruptor magnético 4 forma un arrancador 1 para un motor de combustión interna (no representado), tal como el empleado por ejemplo en vehículos automóviles. Además se representan en la figura 1 también elementos típicos, tales como los empleados durante el funcionamiento del arrancador 1 o respectivamente del motor de combustión interna. Desde una batería 5, una línea conectada a tierra 6 está unida a un generador 7, que durante el funcionamiento del motor de combustión interna sirve para la alimentación habitual de corriente eléctrica (inclusive la carga de la batería 5). La línea positiva de la batería está conectada a una llave de arranque de encendido 8, desde el cual un borne 50 transporta tensión eléctrica (+) en caso de un accionamiento de la llave de arranque de encendido 8. El borne 50 está conectado a un borne 50a del sistema electrónico de vigilancia, cuyo elemento de conexión 9, al cerrarse la llave de arranque de encendido 8, está conectado desde el borne 50a en paso hasta un borne 50b. El borne 50b suministra tensión eléctrica al interruptor magnético 4 (un relé), de forma que éste conecta en paso entre sus bornes 30 y 45. La conexión en paso se produce mediante un puente de interruptor magnético 15, que conecta el borne 30 al borne 45. Desde el borne 30, que está conectado fijamente a la línea positiva de la batería 5, se cierra ahora el circuito eléctrico a través de una línea 11 hacia el motor de arranque 2, de forma que a través de la conexión a tierra del motor de arranque éste está conectado a la tensión eléctrica de la batería (dejando a un lado caídas de tensión eléctrica en las líneas o respectivamente en el puente de interruptor magnético 15). El motor de arranque 2 entra a través de ello en acoplamiento con el motor de combustión interna y aumenta el número de revoluciones conjuntamente con éste, en que, como se representa en la figura 2, durante el periodo de tiempo t disminuye la intensidad de corriente eléctrica I que fluye a través del motor de arranque 2 al aumentar el número de revoluciones n_{M} del motor de combustión interna. Midiendo la caída de tensión eléctrica en el puente de interruptor magnético 15 a través de los bornes 30 y 45, que están dispuestos inmediatamente en serie con el motor de arranque 2, el sistema electrónico de vigilancia 3 conoce el flujo de corriente eléctrica a través del motor de arranque 2. La caída de tensión eléctrica en el puente de interruptor magnético 15 puede ser tomada de forma muy económica, ya que en los bornes 30 y 45 existen conexiones roscadas. Las líneas del sistema electrónico de vigilancia 3 para la toma de la caída de tensión eléctrica pueden ser atornilladas fácilmente de forma conjunta con la línea positiva de la batería 5 al borne 30 o respectivamente con la línea 11 al borne 45. El sistema electrónico de vigilancia 3 puede ser sujetado con ello sin intervención en el arrancador 2 o en el interruptor magnético 4. Un sistema electrónico de vigilancia 3 de este tipo representa una unidad autónoma, que puede ser conectada a un sistema de puesta en marcha existente o separada nuevamente de éste, conservándose siempre la función del proceso de puesta en marcha. El flujo de corriente eléctrica a través del motor de arranque 2 tiene oscilaciones 12, que proceden de diferentes resistencias al giro (par de giro recibido) del motor de combustión interna, condicionadas por compresión (intensidad de corriente eléctrica elevada, par elevado) y descompresión siguiente (par bajo, intensidad de corriente eléctrica baja). Al mismo tiempo aparecen también oscilaciones 13, desplazadas 180º en fase, en el número de revoluciones del motor de combustión interna, ya que éste, para una resistencia al giro más baja (descompresión), aumenta más fácilmente el número de revoluciones y detrae menos potencia (par) del motor de arranque 2. Al producirse el comienzo de funcionamiento 14 del motor de combustión interna, el motor de arranque 2 se desacopla, de forma que éste alcanza en un periodo de tiempo corto su número de revoluciones de marcha al ralentí y su intensidad de corriente eléctrica de marcha al ralentí 10. Esto también es detectado por el sistema electrónico de vigilancia 3 mediante toma de la caída de tensión eléctrica en el puente de interruptor magnético 15, cuyo sistema valora la desaparición de las oscilaciones periódicas 12 junto con la caída de intensidad de corriente eléctrica en 14 (o el valor de la intensidad de corriente eléctrica bajo aquí existente) como comienzo de funcionamiento del motor de combustión interna e interrumpe a través del elemento de conexión 9 el flujo de corriente eléctrica entre los bornes 50a y 50b, de forma que también cuando la llave de arranque de encendido 8 está cerrada el interruptor magnético 4 es desexcitado y el flujo de corriente eléctrica entre los bornes 30 y 45 es interrumpido. A través de ello, el motor de arranque 2 es desconectado unos pocos milisegundos después de comenzar a funcionar el motor de combustión interna.

Claims (10)

1. Arrancador para un motor de combustión interna con un sistema electrónico de control (3), que valora un proceso de arranque mediante la captación de la magnitud de la intensidad de corriente eléctrica (I) del arrancador y al detectarse una puesta en marcha (14) del motor de combustión interna interrumpe el proceso de arranque, y con un interruptor magnético (4), a través del cual fluye la intensidad de corriente eléctrica (I) del arrancador, caracterizado porque el sistema electrónico de control (3) obtiene la magnitud de la intensidad de corriente eléctrica (I) del arrancador a través de una caída de tensión eléctrica en al menos un componente (15), atravesado por la intensidad de corriente eléctrica (I) del arrancador, del interruptor magnético (4).

2. Arrancador según la reivindicación 1, caracterizado por una toma de la caída de tensión eléctrica en la entrada (KL30) y en la salida (KL45) de la intensidad de corriente eléctrica (I) del arrancador en el interruptor magnético (4).

3. Arrancador según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque al menos una toma de la caída de tensión eléctrica, y preferentemente ambas tomas de la caída de tensión eléctrica, se producen a través de una conexión de borne, en particular una conexión roscada.

4. Arrancador según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el sistema electrónico de control (3) capta un retorno regular de aumentos y disminuciones (12) de la intensidad de corriente eléctrica (I) del arrancador, que proceden de pares de giro dependientes del ángulo de giro del motor de combustión interna, y porque la interrupción se produce en caso de una ausencia (en 14) del retorno regular de los aumentos y disminuciones de la intensidad de corriente eléctrica del arrancador.

5. Arrancador según la reivindicación 4, caracterizado porque el sistema electrónico de control (3) capta durante el proceso de arranque también una disminución (30) de la intensidad de corriente eléctrica (I) del arrancador e interrumpe el proceso de arranque sólo cuando también existe una disminución prefijada de la intensidad de corriente eléctrica del arrancador.

6. Arrancador según una de las reivindicaciones 1 hasta 4, caracterizado porque el sistema electrónico de control (3) capta durante el proceso de arranque una derivación temporal de la intensidad de corriente eléctrica del arrancador, e interrumpe el proceso de arranque por debajo de un valor negativo prefijado de la derivación para una intensidad de corriente eléctrica del arrancador por debajo de un valor prefijado de intensidad de corriente eléctrica del arrancador o respectivamente para una disminución temporal prefijada de la intensidad de corriente eléctrica del arrancador por debajo del valor prefijado de la intensidad de corriente eléctrica del arrancador.

7. Arrancador según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el sistema electrónico de control (3) capta durante el proceso de arranque también el número de revoluciones (n_{M}) del motor de combustión interna y la interrupción se produce sólo cuando el número de revoluciones (n_{M}) del motor de combustión interna está situado por encima de un valor prefijado.

8. Arrancador según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el sistema electrónico de control (3) está fuera de servicio dentro de un intervalo de tiempo predeterminado en caso de una repetición del proceso de arranque.

9. Arrancador según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el sistema electrónico de control (3) permite un proceso de arranque sólo una vez transcurrido un periodo de tiempo predeterminado tras un proceso de arranque precedente o tras una parada del motor de combustión interna.

10. Arrancador según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el sistema electrónico de control está conformado como una unidad autónoma, en particular en el arrancador.