ES2271394T3

ES2271394T3 - Procedimiento y dispositivo para la activacion de dispositivos de arranque en motores de combustion interna.

Info

Publication number: ES2271394T3
Application number: ES03001699T
Authority: ES
Inventors: Karl-Otto Schmidt; Hartmut Wanner; Sven Ruof
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-05-17
Filing date: 2003-01-27
Publication date: 2007-04-16
Anticipated expiration: 2023-01-27
Also published as: DE50304631D1; DE10222162A1; EP1369569A2; EP1369569B1; EP1369569A3

Abstract

Procedimiento para la activación de un dispositivo de arranque (1) para motores de combustión interna, en el que el dispositivo de arranque (1) comprende un motor de arranque y un relé de inserción (3) y se generan señales de activación (71, 72) para el motor de arranque y el relé de inserción (3) después de que han sido llevadas a cabo las siguientes etapas del procedimiento: - la transmisión de un deseo de arranque (40) a un bloque de funciones de entrada (50), - el procesamiento de señales (54, 55) del bloque de funciones de entrada (50) en un bloque de procesamiento (60), que contiene un módulo de funciones de diagnosis (61), una función de seguridad (62) y un control de ejecución (66), y - la generación de señales de activación (71, 72) desacopladas unas de las otras por medio de un bloque de salida (70) con fases finales de potencia (69) que se pueden sincronizar.

Description

Procedimiento y dispositivo para la activación de dispositivos de arranque en motores de combustión interna.

Campo técnico

Los dispositivos de arranque para motores de combustión interna se pueden realizar tanto como dispositivos de arranque de accionamiento roscado por empuje como también como tales con tren de engranajes. En los dispositivos de arranque con trenes de engranajes, entre la carcasa polar y el cojinete de accionamiento está insertado un engranaje planetario o similar. El engranaje planetario sirve para transmitir el par motor del inducido del motor de arranque sobre el piñón de accionamiento de una manera esencialmente libre de fuerzas transversales. Los elementos de transmisión del tren de engranajes están constituidos por acero, mientras que la corona dentada del engranaje planetario puede estar constituida por una conexión de poliamida de alta calidad o por aleaciones de metal ligero. A través de esta solución se pueden conseguir ahorros de peso en los dispositivos de arranque de hasta 35 a 40% con respecto a los dispositivos de arranque convencionales.

Estado de la técnica

Los dispositivos de arranque para motores de combustión alterna comprenden la mayoría de las veces motores de excitación en serie de corriente continua, en los que el arrollamiento de excitación y el arrollamiento del inducido están conectados uno detrás del otro. El número de revoluciones del motor eléctrico de altas revoluciones se reduce a través de un engranaje planetario, que sirve como tren de engranajes, y se transmite al engranaje de engrane del dispositivo de arranque. El engranaje de engrane contiene esencialmente el piñón de accionamiento, es decir, una rueda dentada de embrague y desembrague, una marcha libre (sobrerrevolucionado), un elemento de inserción así como un muelle de engrane. En el módulo del dispositivo de arranque se combinan el movimiento de empuje del relé de inserción y los movimientos giratorios del motor de arranque eléctrico y se transmiten sobre el piñón de accionamiento.

El piñón de embrague y desembrague engrana en una corona dentada en el volante de impulsión del motor. Una multiplicación más elevada, que está entre 10:1 y 15:1, posibilita la superación de la resistencia giratoria elevada del motor de combustión interna. El dentado del piñón se fabrica, en general, con un perfil de evolventes que favorece la inserción, donde tanto los dientes individuales del piñón de accionamiento como también las ruedas dentadas, opuestas al piñón de accionamiento, de la corona dentada pueden estar biselados en el lado frontal.

Tan pronto como el motor de combustión internas arranque y se acelera más allá del número de revoluciones de arranque, el piñón debe salir de forma automática para la protección del dispositivo de arranque o bien debe anularse de forma automática la conexión entre el árbol del dispositivo de arranque y el volante de impulsión del motor. Esto se lleva a cabo, en general, por medio de una marcha libre y una mecánica de embrague y desembrague. La marcha libre provoca que, con el árbol del inducido en accionamiento, sea arrastrado el piñón y cuando el piñón de accionamiento marcha más rápidamente, es decir, cuando se ha producido el arranque del motor de combustión, se libera la conexión entre el piñón de accionamiento y el árbol del inducido. La marcha libre está dispuesta entre el motor de arranque y el piñón de accionamiento e impide que el árbol del inducido y, por lo tanto, el inducido del motor de arranque durante la marcha rápida (arranque del motor de combustión interna), se acelere a números de revoluciones inadmisiblemente altos. El deseo de arranque, es decir, la puesta en marcha precedente del motor de combustión interna, se transmite, en general, a través de una línea eléctrica desde la cerradura de encendido o desde un aparato de control hasta el relé de inserción. El relé de inserción sirve, en los dispositivos de arranque de tornillo de empuje, para activar la carrera de inserción del piñón de accionamiento en la corona dentada y para conmutar la corriente de arranque sobre el motor de arranque del dispositivo de arranque. El movimiento de carrera del relé de inserción se transmite a través de una palanca de inserción sobre el piñón de accionamiento que está alojado de forma desplazable en el árbol del inducido del motor de arranque. Una vez realizado el arranque del motor de combustión interna, el relé de inserción desconecta la corriente para el motor de arranque, a través de la retirada de la solicitud de arranque, y retira el piñón de accionamiento fuera de la corona dentada del disco de impulsión del motor.

La solución conocida a partir del estado de la técnica "Autoelektrik Autoelektronik", 3ª edición actualizada, Braunschweh, Wiesbaden, Vieweg 1998, ISBN 3-528-03872-1, páginas 194 - 197, agrupa la función "inserción del piñón de accionamiento" y la función "conmutación de la corriente del dispositivo de arranque" en un módulo, a saber, el telé de inserción. Por lo tanto, en el diseño de este módulo debe llegarse a compromisos con el fin de realizar ambas funciones. No se lleva a cabo, en general, una compensación de la temperatura en los motores de arranque empleados hasta ahora para motores de combustión interna, lo que sería, sin embargo, altamente deseable en el caso de intentos de arranque cortos que se llevan a cabo de forma consecutiva, durante los cuales no arranque el motor de combustión interna.

A través de la transmisión del deseo de arranque a través de una línea eléctrica desde la cerradura de encendido -aparte de la llave de la cerradura- no se pueden integrar funciones de seguridad en la interfaz del motor de arranque. Además, es un inconveniente el hecho de que en virtud de los elementos de acoplamiento mecánicos y sus interfaces, no existen grados de libertad con respecto al montaje y, por lo tanto, éste es muy poco flexible. En virtud de la activación directa del dispositivo de arranque a través de una línea eléctrica desde la cerradura de encendido, no existe hasta ahora un acoplamiento de bus o una función de diagnosis. Para el arranque de motores de combustión interna se necesitan diferentes intensidades de la corriente con el fin de garantizar la rotación del motor de combustión interna; especialmente en el caso del arranque en frío a bajas temperaturas exteriores y con una reserva de aceite lubricante viscoso. Los motores de combustión interna de varios cilindros y de encendido automático necesitan, en virtud de sus elevada relación de compresión s, un par motor más elevado, que se puede aplicar a través del dispositivo de arranque, comparado con los motores Otto de la misma cilindrada. La activación del dispositivo de arranque con intensidades considerables de la corriente necesita secciones transversales de la potencia grandes y elementos de conmutación potentes con aparatos de control intercalados. De esta manera se obtiene un gasto de adaptación elevado, que debe considerarse como un inconveniente, entre varios proveedores del sistema en virtud del incremento del número de las interfaces. En general, no existe una activación redundante del dispositivo de arranque, por éste se activa de una manera exclusiva a través de la línea eléctrica desde la cerradura de encendido. Si se emplean relés intercalados, existe, por una parte, un gasto considerable con respecto a la necesidad de cableado requerido y de espacio de montaje necesario adicionalmente.

El dispositivo de arranque conocido a partir del estado de la técnica no se puede emplear, además, en la red de a bordo de 42 V utilizada en el futuro, puesto que los relé empleados hasta ahora con contactos dobles no permiten desconectar con seguridad esta tensión elevada en combinación con corrientes altas, a no ser que se incrementen drásticamente los trayectos de las chispas. Para la separación segura de un contacto eléctrico, es necesaria una cierta distancia mínima, con el fin de garantizar una desconexión segura. En general, se aplica: cuanto mayor es la tensión a desconectar, tanto mayores son las distancias necesarias, lo que repercute de una manera negativa en el volumen de construcción.

Representación de la invención

La solución propuesta de acuerdo con la invención posibilita la activación del dispositivo de arranque de un motor de combustión interna a través de la programación de fases finales de potencia. A través de la sincronización de estas fases finales se puede ajustar casi cualquier valor de la corriente entre cero y el valor máximo de la corriente, lo que hace innecesarios, por una parte, arrollamientos adicionales, resistencia previas y elementos de conmutación y garantiza, por otra parte, una integración del dispositivo de arranque con la posibilidad de activación de acuerdo con la invención en una red de a bordo de 42 V futura. De una manera ventajosa, el bloque de salida de la activación comprende puentes semiconductores de potencia con elementos de conmutación de baja impedancia, como por ejemplo transistores de efecto de campo, transistores polares o IGBT. En los transistores de efecto de campo se lleva a cabo el control por medio de un efecto de cambio a través de la tensión de control. La caída de la tensión en el transistor de efecto de campo (FET) se ajusta por medio de la resistencia de paso efectiva. En el caso de los transistores bipolares se lleva a cabo la activación a través de la corriente de control, en estos componentes electrónicos se realiza la caída de la tensión a través de la transición PN.

En los IGBT (transistor bipolar de puerta aislada), que representan, por decirlo así, una combinación de un transistor de efecto de campo y un transistor bipolar, se lleva a cabo la activación a través de una tensión de control. En este caso, se trata en el IGBT de una integración monolítica que está constituida por un transistor de efecto de campo y un transistor bipolar. Los IGBT se fabrican como módulos, cuyos conmutadores individuales y derivaciones de fases pueden estar integrados hasta circuitos vibradores completos.

Como otros elementos de conmutación electrónicos se emplean, además MCT (Mos Controlled Thyristor), GCT (Gate Commutated Thyristor) o IGCT (Integrated Gate Commutated Rhyristor), representando estos últimos mencionados una combinación de un transistor MOSFET y un tiristor GTO. A través de una activación con una amplificación de desconexión de "1", este componente pasa durante la desconexión directamente desde el tiristor al estado de funcionamiento del transistor. Esto permite su funcionamiento sin prever una conexión adicional. El IGCT combina esencialmente el comportamiento de paso muy bueno de los tiristores con la capacidad de conmutación de los transistores bipolares.

A través de la utilización de semiconductores de potencia, como se han enumerado a modo de ejemplo anteriormente, se puede realizar de una manera muy sencilla una redundancia (en caso necesario) de los elementos de activación en comparación con una disposición de dos relés electromecánicos conectados en serie. Si se sustituyen los relés electromecánicos por semiconductores de potencia, se ofrecen, además, ventajas en el sentido de que se pueden excluir los inconvenientes de los contactos electromecánicos, como por ejemplo el comportamiento de rebote de los contactos durante los procesos de conmutación, el desgaste implicado con la combustión del contacto, las soldaduras por contacto y la corrosión por contacto.

La activación del dispositivo de arranque con la activación de acuerdo con la invención ofrece, además, la posibilidad de acoplar el dispositivo de arranque con un bus del sistema (Bus CAN) que ya está previsto en el automóvil, lo que no era posible con la activación empleada hasta ahora exclusivamente a través de la línea eléctrica. Con la activación de acuerdo con la invención del dispositivo de arranque se puede tener en cuenta de la misma manera la evolución de la temperatura en el dispositivo de arranque después de varios intentos de arranque sin éxito del motor de combustión interna, como la temperatura exterior que predomina en cada caso. Se pueden incorporar funciones de seguridad, como por ejemplo contra una duración demasiado larga de la activación del dispositivo de arranque y una aplicación demasiado larga de una tensión alta, que prolongan, en general, la duración de vida del dispositivo de arranque.

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De una manera ventajosa, el dispositivo de arranque activado con la activación de acuerdo con la invención se puede adaptar a través de modificaciones fáciles de realizar a nuevas aplicaciones, especialmente a través de programación libre de las fases finales de potencia para el empleo en la red de a bordo de 12 V, 24 V o 42 V de automóviles.

Se puede conseguir una reducción considerable del número de componentes mecánicos en comparación con los relés electromecánicos, puesto que se pueden suprimir los relés adicionales, los contactos, las resistencias previas y los arrollamientos. De esta manera se consiguen también cadenas de tolerancias menores y más cortas. Si existe ahora la posibilidad de realizar una diagnosis de los errores producidos, se puede realizar una diagnosis de las fases finales defectuosas, y de las capas de tensión falsas, de los estados inadecuados como por ejemplo una duración demasiado larga y demasiado corta de la activación y temperaturas demasiado altas. Estos estados producidos se pueden detectar dentro de un bloque de seguridad de los datos y se pueden leer posteriormente en los intervalos de mantenimiento correspondientes a través de una interfaz de diagnosis. De esta manera se puede conseguir una diagnosis más rápida de los errores.

La activación contiene de una manera preferida un bloque de funciones de entrada, que comprende una interfaz electrónica, que se puede proporcionar, por ejemplo, a través de un Bus CAN, una interfaz binaria en serie o también una interfaz de corriente, una señal diferencial o también a través de una entrada de la tensión. Un bloque de procesamiento que está dispuesto a continuación del bloque de funciones de entrada contiene de una manera preferida una unidad de control de la ejecución, una unidad de diagnosis para la determinación de los errores producidos de acontecimientos que se producen durante el tiempo de funcionamiento del dispositivo de arranque en el funcionamiento normal, una gestión de las funciones de seguridad para la protección del dispositivo de arranque frente a la carga así como una función de seguridad de los datos, en la que se pueden memorizar los acontecimientos que se producen durante el tiempo de funcionamiento.

A continuación del bloque de procesamiento se conecta de una manera ventajosa un bloque de salida, que contiene componentes semiconductores de potencia en forma de elementos de conmutación de baja impedancia, lo que ofrece también una posibilidad sencilla para la activación redundante del dispositivo de arranque.

Dibujo

Con la ayuda del dibujo se describe en detalle la invención a continuación.

En este caso:

La figura 1 muestra una sección longitudinal a través de un dispositivo de arranque con relé de inserción, sistema de engrane y un tren de engranajes.

La figura 2 muestra la activación hasta ahora del dispositivo de arranque a través de una línea eléctrica.

La figura 3 muestra la estructura básica de la activación de acuerdo con la invención con bloque de funciones de entrada, bloque de procesamiento y bloque de salida.

La figura 4 muestra el sistema de activación electrónico con bloques de funciones ejecutadas, y

La figura 5 muestra las curvas de las señales para las señales de activación del motor de arranque y del relé de inserción, registradas en cada caso como señales de bloques sobre el eje del tiempo.

La figura 6 muestra elementos semiconductores, que se pueden emplear dentro del bloque de salida de acuerdo con la figura 3 o la figura 4 dentro de las fases finales de potencia.

La figura 7 muestra posibilidades de configuración del dispositivo de evaluación de las interfaces.

Variantes de realización

La figura 1 muestra la sección longitudinal a través de un dispositivo de arranque con relé de inserción, sistema de engrane y tren de engranajes.

El dispositivo de arranque 1 representado en la figura 1 en la sección longitudinal comprende una carcasa 2, sobre la cual está dispuesto un relé de inserción 3. En el relé de inserción 3 está prevista una conexión eléctrica identificada con el signo de referencia 4. El relé de inserción 3 comprende, además, un eje de conmutación 5, en el que está alojado un inducido magnético 6. El inducido magnético 6 del relé de inserción 3 está rodeado por un arrollamiento magnético 8. El eje de conmutación 5 del relé de inserción 3 está impulsado por medio de un muelle de recuperación 10, el inducido magnético 5 lleva a cabo durante la activación un movimiento de carrera axial, designado con el signo de referencia 7, dentro de la carcasa del relé de inserción 3. El relé de inserción 3 comprende en su extremo, que está dirigido a la conexión eléctrica 4, un contacto de relé 9. El dibujo representado en la figura 1 representa el establecimiento del contacto en la posición de diente sobre diente. La carrera del relé designada con el signo de referencia 7 sirve como carrera residual para tensar un muelle de compresión de contacto.

A través del eje de conmutación 5 del relé de inserción 3 se puede activar una palanca de inserción 11 conmutada, por ejemplo, como palanca de horquilla. La palanca de inserción 11 está articulada en un punto de articulación 12 dentro de la carcasa 2 del dispositivo de arranque y actúa sobre un dispositivo de arranque 16 de una marcha libre 14, de tal forma que éste se desplaza en un árbol de inducido 13 en dirección axial en ambas direcciones. El árbol del inducido 13 del motor de arranque no representado en detalle del dispositivo de arranque 1 comprende la marcha libre 14 ya mencionada, que comprende en la representación de la sección longitudinal de acuerdo con la figura uno unos rodillos de marcha libre 15, que están rodeados por una zona de diámetro ampliado del dispositivo de arrastre 16. En el dispositivo de arrastre 16 de la marcha libre 14 está montado de forma articulada el punto de articulación inferior de la palanca de inserción 11. La marcha libre 14 comprende un piñón de accionamiento 18 que se puede mover en el árbol del inducido 13 con relación a éste y que colabora con una corona dentada 20 indicada aquí sólo de forma esquemática de un disco de impulsión del motor de combustión internas, que no se representa aquí tampoco en detalle. El árbol del inducido 3 del motor de arranque del dispositivo de arranque 1 está alojado en un cojinete de accionamiento
19.

El dispositivo de arranque representado en la figura 1 en parte en la sección longitudinal para la puesta en marcha de un motor de combustión interna comprende un tren de engranajes designado con el signo de referencia 21, que está configurado en la representación de acuerdo con la figura 1 como engranaje planetario. El dispositivo de arranque 1 puede estar configurado sin más también sin un tren de engranajes 21 de este tipo, que sirve esencialmente para un accionamiento libre de aplicación de fuerza transversal del árbol del inducido 13 del motor de arranque del dispositivo de arranque 1. En la variante de realización representada en la figura 1 en la sección longitudinal, el tren de engranajes 1 comprende varias ruedas planetarias 22 alojadas en la periferia de una rueda hueca, que están rodeadas por una rueda hueca 23 que forma una corona dentada.

Para el engrane es decisivo que los dispositivos de arrastre 16 de la marcha libre estén impulsados en su zona ampliada en el diámetro a través de un elemento de resorte 24, configurado por ejemplo como muelle en espiral, con relación a la corona dentada 20 en el disco de impulsión del motor de combustión interna.

La figura 2 muestra la activación hasta ahora del dispositivo de arranque de acuerdo con la representación de la figura 1 a través de una línea eléctrica.

A partir del esquema de conmutación de acuerdo con la figura 2 se puede reconocer que se aplica una señal de activación 30 a un conmutador magnético 31. El conmutador magnético 31 provoca a través de un elemento de conmutación indicado aquí a través de línea de trazos, el contacto de una primera pieza de contacto 32 con otra pieza de contacto 33, con lo que se aplica al motor de arranque del dispositivo de arranque 1 la tensión de un acumulador de energía no representado en la figura 2, por ejemplo de una batería de vehículo. La señal de entrada designada con el signo de referencia 53, que representa un valor de la temperatura, no se tiene en cuenta de entalle en la activación representada en la figura 2 del dispositivo de arranque 1 a través de una línea eléctrica y un conmutador magnético
31.

El conmutador magnético 31, que se activa a través de la señal de activación 30, provoca además del establecimiento del contacto entre las piezas de contacto 32 y 33, con lo que se aplica una corriente de arranque 1l dispositivo de arranque, una función de inserción 36 del relé de inserción, identificado con el signo de referencia 3, del dispositivo de arranque. En el modo de realización esquemático representado aquí de una activación hasta ahora de un dispositivo de arranque 1 no se tiene en cuenta, por una parte, la temperatura -ya sea la temperatura del motor de arranque del dispositivo de arranque 1, ya sea la temperatura exterior-, por otra parte, no se lleva a cabo ningún reacoplamiento en el sentido de qué temperatura presenta el motor de arranque o el relé de inserción del dispositivo de arranque 1 después de varios intentos de arranque sin éxito del motor de combustión interna, de manera que no se puede detectar su dinámica.

La figura 3 muestra la estructura básica de la activación del dispositivo de arranque propuesto de acuerdo con la invención con bloque de funciones de entrada, bloque de procesamiento y bloque de salida que contiene componentes de hardware.

A partir de la representación de acuerdo con la figura 3 se deduce que el deseo de arranque, simbolizado a través del rectángulo designado con el signo de referencia 40, se aplica sobre un bloque de funciones de entrada 50, Las señales de salida del bloque de funciones de entrada 50 se transmiten a un bloque de procesamiento 60, cuyas señales de salida se aplican de nuevo a un bloque de salida 70. El bloque de salida 70, que comprende los componentes semiconductores de potencia que se especifican en detalle a continuación, genera señales de salida 71 y 72, respectivamente, para una activación del motor de arranque del dispositivo de arranque 1 o bien para el relé de inserción 3 (ver la representación de acuerdo con la figura 1).

A partir de la representación de acuerdo con la figura 4 se puede deducir el sistema de activación electrónica con bloques funcionales implementados.

El sistema de activación electrónica comprende esencialmente el bloque de funciones de entrada 50 ya mencionado en la figura 4, el bloque de procesamiento 60 así como un bloque de salida 70 conectado a continuación del bloque de procesamiento 60.

Sobre el bloque de funciones de entrada 50 se aplica una señal de activación 30, una señal de tensión 34, así como una señal que representa un valor de la temperatura. En la señal de la temperatura designada con el signo de referencia 53 se puede tratar tanto de la temperatura exterior, a la que está expuesto el dispositivo de arranque 1 (ver la representación de acuerdo con la figura 1). No obstante, en la señal de la temperatura identificada con el signo de referencia 53 se puede tratar también de la temperatura, que presenta, por ejemplo, el interior del arrollamiento magnético de inserción del dispositivo de arranque 1 después de varios intentos de arranque sin éxito. Los intentos de arranque del motor de combustión interna están conectados, en virtud de la potencia aplicada, con una subida considerable de la temperatura dentro del dispositivo de arranque 1, que influye en una medida significativa sobre su comportamiento dinámico.

La información 34, que caracteriza el estado de carga de un acumulador de energía no representado en la figura 4 así como la información de la temperatura 53 ser alimentan al bloque de funciones de entrada 50 en un dispositivo de acondicionamiento de la señal 52. En el dispositivo de acondicionamiento de la señal 52 se pueden filtrar o bien amplificar las señales y se pueden acondicionar de una manera adecuada para el procesamiento posterior dentro del bloque de acondicionamiento 60 de la activación electrónica de un dispositivo de arranque. El bloque de funciones de entada 50 de acuerdo con la reproducción esquemática en la figura 4 comprende, además, un dispositivo de evaluación de las interfaces 51, al que se aplica la señal de activación 30, que representa un deseo de arranque. El dispositivo de evaluación de las interfaces 51 designado como módulo funcional representa, de acuerdo con la solución de acuerdo con la invención, una interfaz electrónica, que se puede crear como una interfaz de conexión con un bus de datos CAN o como una interfaz en serie. Además, el dispositivo de evaluación de las interfaces 51 puede estar configurado también como una entrada de tensión o bien como una entrada de corriente o también como una entrada para la recepción de una señal diferencia.

Las señales procesadas en el bloque de funciones de entrada 50, ya se obtenga a partir de la señal de activación 30, la información 34 sobre el estado de carga de un acumulador de energía o ya sea a partir de la señal de la temperatura 53, se aplican después del acondicionamiento correspondiente o bien de la evaluación de las interfaces como señales de salida 54 o bien 55 a un bloque de procesamiento 60. El bloque de procesamiento 60, por su parte, está dispuesto, por un lado, a continuación del bloque de funciones de entrada 50, pero, por otro lado, está conectado delante de un bloque de funciones de salida 70.

La señal de salida 55, que resulta a partir del dispositivo de evaluación de las interfaces 51 del bloque de funciones de entrada 50 se aplica a un control de ejecución 66 del bloque de procesamiento 60. El control de ejecución 66 genera señales de salida 67 y 68, respectivamente, que se aplican, desacopladas unas de las otras, a fases finales de potencia 69 del bloque de salida 70 de la activación electrónica.

La señal de salida 54, que procede desde el dispositivo de acondicionamiento de las señales 52 del bloque de funciones de entrada, se aplica a un módulo de funciones de diagnosis 61. Dentro del módulo de funciones de diagnosis 61 se detectan los errores producidos. Así, por ejemplo, dentro del módulo de funciones de diagnosis 61 se verifica la posición de la tensión con respecto a la señal 34 que caracteriza la tensión de la batería de un acumulador de energía. Además, por medio del módulo de funciones de diagnosis 61 se detectan señales generadas por una fase final de potencia 69 asociada al motor de arranque del dispositivo de arranque 1 y retornadas al módulo de funciones de diagnosis 61 y se diagnostican funciones erróneas de la fase final de potencia 69 asociada al motor de arranque del dispositivo de arranque 1 y al relé de inserción. El módulo de funciones de diagnosis 61 dentro del bloque de procesamiento 60 genera una señal de salida, que se transmite a una función de seguridad 62 subordinada al módulo de funciones de diagnosis 61. En función de las funciones erróneas detectadas dentro del módulo de funciones de diagnosis 61, por ejemplo con relación a una fase final errónea 69, se generan a través de la función de seguridad 62 señales de salida 63, que inciden en la ejecución dentro del control de ejecución 66, de manera que las señales de salida 67 y 68 pueden ser modificadas de una manera correspondiente para una fase final reconocida como errónea, y asociada al motor de arranque o al relé de inserción del dispositivo de arranque 1. Además, el control de ejecución 66 está conectado a través de una comunicación bidireccional de señales 65 con un seguro de los datos 64. A través del seguro de los datos 64 dentro del bloque de procesamiento 60 se pueden detectar y archivar los estados de funcionamiento individuales producidos dentro del control de ejecución 66 y también otros estados de funcionamiento. El bloque de seguridad de los datos 64 dentro del bloque de procesamiento 64 se puede leer, de tal manera que los estados desfavorables registrados y detectados, por ejemplo durante el modo de arranque, se pueden leer en el marco de una determinación de las causas de fallos y se pueden tener en cuenta en los arranques siguientes por el control de ejecución 66, por ejemplo en forma de señales de activación modificadas de las fases finales 69. La función de seguridad designada con el signo de referencia 62 se puede realizar con un gasto adicional comparativamente reducido y garantiza una supervisión de la temperatura así como una supervisión de la tensión, en función de las señales de entrada, que se alimentan a la función de seguridad 62 a través del módulo de funciones de diagnóstico 61. Al módulo de funciones de diagnóstico 61 se añade dentro del bloque de procesamiento 60 una función de control, puesto que a través del módulo de funciones de diagnosis 61 se pueden aplicar señales reacopladas por una o varias de las fases de potencia 69 así como se puede controlar la función de seguridad 62, subordinada jerárquicamente al módulo de funciones de diagnosis 61 por éste en el lado de entrada.

En función de las señales de salida 67 generadas en el control de ejecución 66 para una fase final de potencia 69 para un relé de inserción 3 o bien en función de la señal de salida generada por la fase final de potencia 69 para la activación del motor de arranque del dispositivo de arranque 1 se generan en las fases finales de potencia 69 unas señales de salida 71, 72 desacopladas una de la otra y ya desacopladas dentro del control de ejecución 66. Las fases finales de potencia 69 dentro del bloque de salida 70 de la activación electrónica para un dispositivo de arranque se configuran de una manera preferida como semiconductores de potencia con elementos de conmutación de baja impedancia. Como elementos de conmutación de baja impedancia se contemplan, por ejemplo, transistores de efecto de campo, transistores bipolares o IGBT.

La integración de semiconductores de potencia como fases finales de potencia 69 dentro del bloque de salida 60 de la activación electrónica ofrece la ventaja de que a través de su programación libre se puede influir más fácilmente sobre el comportamiento dinámico del dispositivo de arranque. Las fases finales de potencia 69, cada una de las cuales está asociada al relé de inserción 3 así como al motor de arranque del dispositivo de arranque 1, eliminan los inconvenientes que resultan a través de acoplamientos no deseados con respecto al diseño. Además, a través de la integración de la fase final de potencia 69 en forma de semipuentes en el bloque de salida 70 se puede conseguir una redundancia, que impide de una manera efectiva una activación no pretendida del dispositivo de arranque a través de un transistor de potencia defectuoso. Una realización de esta función de la redundancia con relés electromecánicos convencionales sería desproporcionadamente más costosa.

Los semiconductores de potencia empleados de una manera preferida como fase final de potencia 69 con elementos de conmutación de baja impedancia ofrecen, además, la ventaja de que a través de una sincronización adecuada de la fase final de potencia 69 se puede ajustar casi cualquier valor discrecional de la corriente entre cero y un valor máximo de la corriente, con lo que los dispositivos de arranque impulsados a través de la activación electrónica de acuerdo con la invención,. Incluido el relé de inserción 3, se pueden emplear a través de modificaciones muy sencillas también en redes de a bordo con tensión temporalmente mayor (por ejemplo, como ayuda de arranque con 42 V9. La fase final de potencia 69 puede comprender, por razones de redundancia, semipuentes de semiconductores de potencia. Además, a través de la activación electrónica propuesta de acuerdo con la invención se puede llevar a cabo una adaptación sencilla del sistema de los dispositivos de arranque ya existentes a nuevas aplicaciones a través de modificación sencilla del software. La solución propuesta de acuerdo con la invención a través del empleo de semipuentes de potencia evita el empleo de dos relés conectados electromecánicamente en serie así como, en general, los inconvenientes implicados con los conmutadores electromecánicos con respecto al rebote del contacto, la corrosión del contacto, el desgaste excesivo del contacto por fundición. Además, a través de las fases finales de potencia 69, que se configuran de una manera preferida como semiconductores de potencia con potencias de activación reducidas, se puede evitar un gasto adicional a través del relé de inserción 3, dado el caso el relé intercalado que debe colocarse delante. Con la activación electrónica propuesta de acuerdo con la invención de un dispositivo de arranque 1junto con el relé de inserción 3 se pueden excluir las repercusiones del motor de combustión interna sobre el relé de arranque a través del funcionamiento de engrane mecánico previsto en el dispositivo de arranque. El relé de inserción 3 está acoplado mecánicamente en el ramal de accionamiento del motor de arranque. Los movimientos oscilantes del piñón de accionamiento, que se producen durante la rotación del motor de combustión interna, se transmiten, en parte, sobre el inducido en el relé de inserción 3 y pueden ejercer una influencia, en parte, desfavorable sobre el proceso de desconexión, tal como por ejemplo a través de un rebote de los contactos.

La figura 5 muestra las curvas esquemáticas de dos señales de activación para el motor de arranque y el relé de inserción, representadas en cada caso como señales de bloques sobre el eje de tiempo.

En el diagrama superior de la representación de acuerdo con la figura 5, se reproduce la curva, identificada con el signo de referencia 80, de la señal de salida de la fase final de potencia 69 para el motor de arranque del dispositivo de arranque 1. Durante una fase de rotación 81, que dura por ejemplo durante un periodo de tiempo de algunos ms, se generan señales de la tensión en forma de bloque, presentando estas señales de la tensión una primera longitud de la señal 84. Después de la expiración de la fase de rotación 81 del piñón de accionamiento 18, éste se mueve dentro de una pista delantera o fase de rotación 82 siguiente a una posición periférica, en la que se puede llevar a cabo un engrane del piñón de accionamiento 18 en los espacios libres de los dientes de la corona dentada 20 (ver la representación de acuerdo con la figura 1) de un disco de impulsión del motor de combustión interna. Después de la expiración de la fase de pista previa/rotación del piñón de accionamiento 18 se lleva a cabo dentro de una fase de engrane 83 de una duración de algunos ms, el engrane del piñón de accionamiento 18 en los espacios libres de los dientes de la corona dentada 20 mencionada del disco de impulsión del motor de combustión interna. En la fase de engrane 83, durante la cual las señales se encuentran en una segunda longitud de la señal 95 similar a la segunda longitud de la señal 85 durante la fase de pista previa/fase de rotación, se conecta una fase de rotación 86 del motor de combustión interna. Durante esta fase de rotación, se aplica el accionamiento del motor de combustión interna que debe arrancar, desde el motor de arranque del dispositivo de arranque 1. Para evitar sobrecargas con respecto a una temperatura excesivamente alta, se puede limitar la fase de rotación 86 a una duración máxima 87, que está memorizada dentro de la función de seguridad representada en la figura 4, que está dispuesta a continuación de módulo de funciones de diagnosis 61. En el caso de que se exceda la duración máxima 87 de la fase de rotación, se puede intervenir a través de la función de seguridad 62 de una manera correspondiente en el control de ejecución 66, de manera que se influye de una manera correspondiente sobre las señales de salida 67 y 68 en las fases finales de potencia 69, que activan en motor de arranque del dispositivo de arranque 1 y el relé de inserción. Solamente después de la refrigeración en el caso de un exceso de la temperatura o después de la reducción o bien el incremento de la tensión 34 a un valor admisible, se interviene en dirección opuesta en el control de ejecución 66, de manera que se puede activar un nuevo arranque. La longitud de los tiempos de activación individuales se puede variar o adaptar de acuerdo con los datos existentes dentro del módulo de diagnosis 61 y del módulo de seguridad de los datos
64.

En el diagrama inferior reproducido en la figura 5 se representa la curva 90 de la señal de salid de la fase final de potencia 69 para el relé de inserción 3. Durante una fase inactiva 91 del relé de inserción 3, que se extiende en paralelo a la fase de rotación 81 del motor de arranque, este relé de inserción permanece totalmente pasivo. En el instante 92 se genera una señal de inserción, que corresponde a la señal de salida 71 de la fase final de potencia 69, que impulsa al relé de inserción 3. Durante la fase de inserción 94, esta señal de salida 71 se mantiene hasta el final de la fase de inserción 93, que se presenta a través del signo de referencia 93 en el eje del tiempo. Después de la terminación de la fase de inserción 94, están presentes señales de la tensión de forma rectangular, identificadas por medio del signo de referencia 95, tanto durante una duración que corresponde a la fase de engrane 83 en el relé de inserción 3, como también, además, durante la fase de rotación 86 del motor de combustión interna. Durante la fase de rotación 86, el motor de combustión interna no ha alcanzado todavía el número de revoluciones que hace necesario un desengrane del piñón de accionamiento 18 con la ayuda de la marcha libre 14 configurada como acoplamiento de adelantamiento sobre el árbol del inducido 13 del motor de arranque del dispositivo de arranque 1. Con la solución de acuerdo con la invención se excluyen las repercusiones mecánicas del motor de combustión interna sobre el relé de inserción 3, que pueden aparecer s través de la operación de engrane mecánico en la variante de realización representada en la figura 1 de acuerdo con el estado de la técnica.

Con la solución propuesta de acuerdo con la invención se puede conseguir especialmente a través de la implementación de la función de protección 62 dentro del bloque de procesamiento 60 que el motor de arranque del dispositivo de arranque 1 sea conservado frente a una activación demasiado larga. Además, las temperaturas inadmisiblemente altas pueden conducir a repercusiones sobre la dinámica del dispositivo de arranque. La temperatura del relé de inserción 3 del dispositivo de arranque 1 o bien una función errónea de las fases finales 69 asociadas a éste pueden ser reconocidas a través del módulo de funciones de diagnosis 61, que encaja a través de la función de seguridad 62 de una manera correspondiente en el control de ejecución 66 dentro del bloque de procesamiento 60.

La figura 6 muestra componentes semiconductores, que se pueden emplear dentro del bloque de salida de acuerdo con las figuras 3 y 4 dentro de las fases finales de potencia.

Las fases finales de potencia 69 (ver la representación de acuerdo con la figura 4) pueden contener, además de los transistores de efecto de campo 101, cuyo control se lleva a cabo por medio de "efecto de campo" a través de la tensión de control, y cuya caída de la tensión se da también a través de la resistencia efectiva al paso, también transistores bipolares 102. Los transistores bipolares 102 son activados a través de una corriente de control y se caracterizan por un buen comportamiento de paso. Con el signo de referencia 103 se representan en la figura 6 IGBT (integrated gate bipolar transistor), que representan una combinación de transistores de efecto de campo 101 y transistores bipolares 102. Los IGBT 103 son activados a través de una tensión de control. Estos componentes electrónicos se caracterizan especialmente por una activación casi libre de potencia, que se lleva a cabo casi sin corriente solamente a través de la tensión. Con el signo de referencia 104 se designan MCT (MOS Controlled Thyristor); mientras que con el signo de referencia 105 se designan componentes semiconductores, que representan una combinación de un transistor MOS-FET y un tiristor GTO. Este componente electrónico identificado con el signo de referencia 105 combina esencialmente el comportamiento de paso muy bueno de un tiristor con la capacidad de conmutación de los transistores bipolares 102.

A partir de la figura 7 se pueden deducir las posibilidades de configuración del dispositivo de evaluación de las interfaces 51 de acuerdo con la representación de la figura 4 dentro del bloque de funciones de entrada. El dispositivo de evaluación de las interfaces 51 en el bloque de funciones de entrada 50 puede convertir una señal de activación, que está presente como valor de la corriente, en una señal de salida 55 y puede estar configurado como una interfaz de la corriente/tensión 106. Además, el dispositivo de evaluación de las interfaces 51 puede convertir también una diferencia de la tensión \DeltaU, que se encuentra en el lado de entrada de éste, en una señal de salida 55, que corresponde a una tensión (ver el signo de referencia 107) en la figura 7. Además, también es posible configurar el dispositivo de evaluación de las interfaces 51 como dispositivo de evaluación de las interfaces de la tensión 108, de la misma manera que se puede realizar una configuración del dispositivo de evaluación de las interfaces 51 de acuerdo con la figura 4 en el bloque de funciones de entrada 50 por medio de una conversión de la tensión/bit, por ejemplo a través de la evaluación binaria en serie sobre un bus de datos CAN de señales dadas.

Lista de signos de referencia

1: Dispositivo de arranque

2: Carcasa

3: Relé de inserción/imán de inserción

4: Conexión eléctrica

5: Eje de conmutación

6: Inducido magnético

7: Carrera del inducido

8: Arrollamiento magnético

9: Contacto de relé

10: Muelle de recuperación

11: Palanca de inserción

12: Punto de articulación

13: Árbol del inducido

14: Marcha libre

15: Rodillos de marcha libre

16: Dispositivo de arrastre

17: Punto de articulación del casquillo de marcha libre

18: Piñón de accionamiento

19: Cojinete de accionamiento

20: Corona dentada

21: Tren de engranajes (engranaje planetario)

22: Rueda planetaria

23: Rueda hueca (corona dentada)

24: Muelle

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30: Señal de activación

31: Conmutador magnético

32: Primera pieza de contacto

33: Segunda pieza de contacto

34: Tensión de la batería

35: Corriente de activación del motor de arranque del dispositivo de arranque 1

36: Función de inserción del relé de inserción 3

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40: Deseo de arranque

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50: Bloque de funciones de entrada

51: Dispositivo de evaluación de las interfaces

52: Dispositivo de acondicionamiento de la señal

53: Señal de temperatura

54: Emisión del dispositivo de acondicionamiento de la señal

55: Emisión del dispositivo de evaluación de las interfaces de la señal

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60: Bloque de procesamiento

61: Módulo de la función de diagnosis

62: Función de seguridad

63: Señal de salida de la función de seguridad

64: Módulo de seguridad de los datos

65: Salida/entrada del módulo de seguridad de los datos

66: Control de ejecución

67: Señal de salida para la fase final de la potencia del relé de inserción 3

68: Señal de salida para la fase final de la potencia del motor de arranque del dispositivo de arranque 1

69: Fases finales de la potencia

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70: Bloque de salida

71: Señal de salida para el relé de inserción 3

72: Señal de salida para el motor de arranque del dispositivo de arranque 1

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80: Desarrollo de la señal de salida de la fase final de la potencia del motor de arranque

81: Fase de arranque

82: Fase de rodada delantera/torsión del piñón de accionamiento

83: Fase de engrane

84: Primera longitud de la señal

85: Segunda longitud de la señal

86: Fase de giro del motor de combustión interna

87: Duración máxima de la fase de giro

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90: Desarrollo de la señal de salida de la fase final de potencia del relé de inserción 3

91: Fase inactiva

92: Comienzo de la fase de inserción

93: Final de la fase de inserción

94: Fase de inserción

95: Señal de bloque

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101: FET

102: Transistor bipolar

103: IGBT

104: MCT

105: IGCT

106: Interfaz de la corriente/tensión

107: Interfaz \DeltaU/U

108: Interfaz U/U

109: Interfaz de la tensión/bit

Claims

1. Procedimiento para la activación de un dispositivo de arranque (1) para motores de combustión interna, en el que el dispositivo de arranque (1) comprende un motor de arranque y un relé de inserción (3) y se generan señales de activación (71, 72) para el motor de arranque y el relé de inserción (3) después de que han sido llevadas a cabo las siguientes etapas del procedimiento:

-: la transmisión de un deseo de arranque (40) a un bloque de funciones de entrada (50),

-: el procesamiento de señales (54, 55) del bloque de funciones de entrada (50) en un bloque de procesamiento (60), que contiene un módulo de funciones de diagnosis (61), una función de seguridad (62) y un control de ejecución (66), y

-: la generación de señales de activación (71, 72) desacopladas unas de las otras por medio de un bloque de salida (70) con fases finales de potencia (69) que se pueden sincronizar.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque dentro del bloque de funciones de entrada (50) se acoplan señales relevantes para la activación, a través de un dispositivo de evaluación de las interfaces (51), por medio de una interfaz electrónica que está realizada como bus de datos CAN o como interfaz binaria en
serie.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque la evaluación de las interfaces (51) se lleva a cabo a través de una interfaz electrónica configurada como entrada de la tensión o como entrada de la corriente.

4. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque al bloque de funciones de entrada (50) se alimenta como señal de entrada una señal de la temperatura (53).

5. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque la señal de la temperatura (53) representa la temperatura del imán de inserción del dispositivo de arranque (1).

6. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque la señal de la temperatura (53) representa la temperatura exterior.

7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque la señal de la temperatura (53) representa la temperatura de un motor de combustión interna (temperatura del agua de refrigeración o bien temperatura del aceite).

8. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque dentro del módulo de funciones de diagnosis (61) se detectan funciones erróneas de las fases finales de la potencia (69), el exceso de una temperatura admisible y la duración (87) de la fase de giro (86) del motor de combustión interna.

9. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque las funciones erróneas detectadas por medio del módulo de funciones de diagnosis (61) son archivadas de forma legible en un seguro de datos (64) del bloque de procesamiento (60).

10. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la función de seguridad (62) contra sobrecarga del motor de arranque del dispositivo de arranque (1) sigue jerárquicamente a l módulo de funciones de diagnosis (61).

11. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el control de ejecución (66) recibe señales (63) de la función de seguridad (62) y genera señales de salida (67, 68) para componentes semiconductores de potencia que forman las fases finales de la potencia (69).

12. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque dentro del bloque de salida (70), las señales de activación (71, 72) para la función de "inserción" (3) y la función de "conmutación de la corriente" para el motor de arranque del dispositivo de arranque (1) están presentes desacopladas unas de las otras.

13. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la señal de activación (72) para el motor de arranque del dispositivo de arranque (1), que se genera en el elemento semiconductor de potencia (69) que está asociado a éste, se emite en el dispositivo de arranque (1) como señal de activación (72) y al mismo tiempo se transmite al módulo de funciones de diagnosis (61).

14. Instalación para la realización del procedimiento de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores con un dispositivo de arranque (1) que presenta un imán de inserción (3), caracterizada porque al dispositivo de arranque (1) está asociado un sistema de activación electrónico, que comprende un bloque de funciones de entrada (50), un bloque de procesamiento (60) así como un bloque de salida (70), en el que el bloque de salida (70) comprende fases finales (69) que están realizadas como componentes semiconductores de potencia (69), que están configurados de tal manera que se pueden programar libremente y se pueden sincronizar libremente de una manera previamente seleccionada, estando previstos medios para la realización de las etapas de acuerdo con la reivindicación 1.

15. Instalación de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizada porque las fases finales de potencia (69) están realizadas como semiconductores de potencia con elementos de conmutación de baja impedancia.

16. Instalación de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizada porque los semiconductores de potencia (69) están configurados como transistores de efecto de campo.

17. Instalación de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizada porque los semiconductores de potencia (69) están realizados como transistores bipolares.

18. Instalación de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizada porque los semiconductores de potencia (69) están realizados como módulos IGBT.

19. Instalación de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizada porque los semiconductores de potencia (69) están realizados como módulos MCT (Mos Controlled Thyristor).

20. Instalación de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizada porque los semiconductores de potencia (69) están realizados como IGCT (Integrated Gate Commulated Thyristor).