ES2288643T3 - Dispositivo para mejorar el funcionamiento de arranque-parada de un vehiculo. - Google Patents

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ES2288643T3 ES04002194T ES04002194T ES2288643T3 ES 2288643 T3 ES2288643 T3 ES 2288643T3 ES 04002194 T ES04002194 T ES 04002194T ES 04002194 T ES04002194 T ES 04002194T ES 2288643 T3 ES2288643 T3 ES 2288643T3
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Abstract

Dispositivo para mejorar el funcionamiento de arranque-parada de un vehículo, que presenta un devanado excitador asociado al generador de arranque del vehículo y conectado a la red interna del vehículo así como un aparato de control de arranque, mediante cuyas señales de control se influye en la corriente de excitación que fluye a través del devanado excitador, caracterizado porque el aparato de control de arranque (3) genera las señales de control (s) que influyen en la corriente de excitación que fluye a través del devanado excitador (1), en dependencia de las señales de salida de un transmisor de número de revoluciones (4) que registra el número de revoluciones de generador y/o de un transmisor de momentos de arranque (5), y porque se dispone de medios (6, S1, 2; 9, 1) que permiten durante un breve espacio de tiempo una mayor potencia de excitación estacionaria y una generación de corriente de excitación temporalmente más rápida.

Description

Dispositivo para mejorar el funcionamiento de arranque-parada de un vehículo.
La invención se refiere a un dispositivo para mejorar el funcionamiento de arranque-parada de un vehículo.
Estado de la técnica
Con el fin de reducir el consumo de combustible, mejorar la potencia eléctrica de la red interna y mejorar el funcionamiento de arranque-parada de un vehículo, en los últimos años se han desarrollado sistemas que presentan un generador de arrancador integrado sobre el eje de cigüeñal, así como sistemas que, en lugar de un generador de arrancador usual, presentan un generador de arranque que funciona por correa. En el caso de estos sistemas conocidos se presenta durante el funcionamiento de arranque en caso de funcionamiento de arranque-parada, en especial cuando la tensión de red interna disponible es de 12 V, en comparación con un sistema de arranque convencional, un momento de inercia relativamente pequeño sobre el eje de cigüeñal. Asimismo se obtiene, en el caso de un diseño con corriente minimizada del generador de arrancador que funciona por correa o del generador de arrancador integrado, en comparación con un sistema de arranque convencional partiendo del número de revoluciones cero, un momento de arranque máximo relativamente pequeño.
Estos efectos conducen a una fuerte dependencia de las características de arranque de la posición de penduleo del motor de combustión interna, que se expresa en diferentes amplitudes y energías de los momentos a superar hasta la primera compresión completa. En especial si se dispone de una dinamo de polos intercalados, desarrollada originalmente sólo para un funcionamiento de generador, la excitación eléctrica se alimenta a través de anillos colectores con un diseño de corriente minimizada, usándose una constante de tiempo relativamente grande que, por ejemplo, es de aproximadamente 100 ms. En el caso de un devanado excitador caliente, por ejemplo en un margen de 180ºC, tanto la constante de tiempo como el valor estacionario claramente disminuido de la corriente de excitación, que fluye a través del devanado excitador, constituyen un problema para la dinámica de arranque en funcionamiento de arranque-parada.
Del documento DE 197 21 386 A1 se conoce un dispositivo de arranque para arrancar un motor de combustión interna. Este dispositivo de arranque conocido presenta un motor de arranque, que a través de un relé de arranque puede unirse a una fuente de tensión y puede engranarse con el motor de combustión interna para el arranque. La activación del relé de arranque y/o del motor de arranque se realiza a través de un aparato de control electrónico. Este controla etapas de potencia de semiconductor asociadas al relé de arranque y/o al motor de arranque, de tal modo que al menos en un funcionamiento de arranque-parada el relé de arranque presenta en el estado de parada del motor de combustión interna su posición de engrane, es decir, el piñón del motor de arranque engrana con la corona dentada del motor de combustión interna. Por medio de esto se consigue, aparte de un ahorro de tiempo al arrancar en el modo de funcionamiento de arranque-parada, un engrane limpio y sin desgaste.
Del documento DE 101 19 852 A1 se conocen un procedimiento y un dispositivo para la pre-excitación de generador retardada al arrancar un motor de combustión interna, en el que la corriente de excitación del generador sólo se conecta libremente retardada. Esta conexión libre retardada depende por ejemplo del momento o del número de revoluciones. Produce que el momento de frenado del generador se reduzca con respecto a procedimientos y dispositivos usuales, con los que en caso de arranque se impide un frenado del motor de combustión interna.
Del documento DE 199 00 282 A1 se conoce un mecanismo para aumentar la potencia de máquinas de campo giratorio conmutadas electrónicamente, con ayuda de devanados conectados en anillo y mayores números de madejas, en el que mediante una activación apropiada de los puentes de convertidor asociados se produce un reglaje óptimo tanto en el funcionamiento tanto del motor como del generador. De este modo es posible usar las máquinas de campo giratorio como generadores de arranque en un vehículo.
Ventajas de la invención
Un dispositivo con las particularidades de la reivindicación 1 presenta, con respecto al estado de la técnica, la ventaja de que la dinámica de arranque exigida se consigue sin un aumento de la máquina eléctrica y/o de las corrientes fásicas en el generador. Y además de esto de materializa conforme a la reivindicación 1 un dispositivo excitador que permite, en un breve espacio de tiempo, una mayor potencia de excitación estacionaria y una estructura de corriente de excitación temporalmente más rápida. La regulación de forma limitadora o la conmutación a la menor potencia de excitación estacionaria se produce en dependencia del número de revoluciones del generador.
Conforme a una primera forma de ejecución el devanado excitador está unido, a través de un interruptor, a la tensión de red interna o a una fuente de tensión, que pone a disposición una tensión auxiliar mayor en comparación con la tensión de red interna. En el caso de esta forma de ejecución el devanado excitador está dimensionado de forma similar a las aplicaciones conocidas de sólo generador. Tiene un número de espiras relativamente grande. Fluye una corriente de excitación relativamente menor. La ventaja de esta forma de ejecución es una pequeña corriente de generador en el caso de funcionamiento de generador y en la segunda fase del proceso de arranque, es decir, en los momentos relevantes para el diseño de las escobillas. La mayor tensión necesaria en la primera fase del proceso de arranque se pone a disposición, ya sea mediante un aumento de tensión limitado en el tiempo de la tensión de red interna regular por medio de un regulador en aumento o con el uso de un acumulador eléctrico, que puede acoplarse en un breve espacio de tiempo, con una tensión mayor.
Conforme a una segunda forma de ejecución se pone a disposición mediante un regulador de tensión la corriente de excitación que fluye a través del devanado excitador. El devanado excitador está ejecutado en esta forma de ejecución, en comparación con aplicaciones conocidas de sólo generador, claramente más bajo en ohmios. Tiene un menor número de espiras. Fluye una mayor corriente de excitación estacionaria. La excitación se aumenta rápidamente con el uso del regulador de tensión con la tensión de red interna regular y se regula de forma limitadora dependiendo del número de revoluciones de arranque. La ventaja de esta forma de ejecución consiste en que no es necesario un aumento de tensión más allá de la tensión de red interna regular. La elevada dinámica necesaria al conectar la corriente de excitación y la mayor potencia de excitación estacionaria, necesaria para momentos de arranque elevados en el caso de devanado excitador caliente, se hacen posible en el caso de esta forma de ejecución mediante el diseño bajo en ohmios del devanado excitador. La adaptación a la necesaria excitación de generador se realiza mediante un regulador de generador adaptado de forma correspondiente. Para el control del arranque puede usarse la etapa final del regulador de generador adaptado con una activación, en dependencia del número de revoluciones del generador y/o del tiempo de arranque.
Una ventaja de las dos formas de ejecución antes citadas es la materialización de elevados momentos de arranque mediante la creación de una potencia de excitación aumentada en un breve espacio de tiempo, en donde al mismo tiempo se aumenta la dinámica de la estructura de momentos.
Características adicionales de la invención se deducen de su explicación a modo de ejemplo con base en el dibujo.
Dibujo
La figura 1 muestra un esquema de conexiones de un primer ejemplo de ejecución para un dispositivo conforme a la invención. La figura 2 muestra un esquema de conexiones de un segundo ejemplo de ejecución para un dispositivo conforme a la invención.
La figura 3 muestra un primer diagrama para visualizar el modo de funcionamiento de la invención. La figura 4 muestra un segundo diagrama para visualizar el modo de funcionamiento de la invención.
Descripción
La figura 1 muestra un esquema de conexiones de un primer ejemplo de ejecución para un dispositivo conforme a la invención. El dispositivo representado, por medio del cual se consigue un funcionamiento de arranque-parada de un vehículo, mejorado con relación al estado de la técnica, presenta un devanado excitador 1 asociado al generador de arranque del vehículo. La corriente de excitación que fluye a través del devanado excitador 1 se alimenta al devando excitador a través de un interruptor S1 y se desvía - según la posición de interruptor - ya sea mediante una conexión de tensión de red interna o mediante una fuente de tensión 6. La tensión de red interna es de 12 V. La fuente de tensión 6 es o bien un regulador en aumento, en el que la tensión de red interna de 12 V se transforma en una tensión mayor, o un acumulador eléctrico que se carga a una mayor tensión. La tensión mayor es de por ejemplo 100 V.
El control o la conmutación del interruptor S1 se realiza mediante una señal de control s, que se pone a disposición mediante un aparato de arranque-parada 3. El aparato de arranque-parada 3 activa asimismo también el regulador en aumento 6.
El aparato de control de arranque 3 genera las citadas señales de control en dependencia de las señales de salida de un transmisor de número de revoluciones 4, que pone a disposición un número de revoluciones corresponiente al número de revoluciones del generador de vehículo, y/o de un transmisor de tiempo de arranque 5, que pone a disposición una señal de tiempo de arranque. La señal de tiempo de arranque se dispara por ejemplo mediante el aparato de control de motor y contiene informaciones sobre el inicio del arranque y la duración del arranque.
En funcionamiento normal del vehículo y también en la fase de parada del funcionamiento de arranque-parada el interruptor S1 se encuentra en su posición inferior, de tal modo que el suministro de energía del devanado excitador se produce desde la red
interna.
Si en funcionamiento de arranque-parada se produce en la fase de parada, con el fin de iniciar un proceso de arranque, un accionamiento del pedal de acelerador del vehículo, el aparato de control de arranque 3 genera una señal de control s, que produce una conmutación del interruptor S1 a su posición de conexión superior. Esto tiene como consecuencia que la mayor tensión puesta a disposición por el regulador en aumento 6 o el acumulador eléctrico 6 está unida al devanado excitador 1. Esto se corresponde con el inicio de un funcionamiento de sobre-excitación, que se mantiene por ejemplo durante un periodo de tiempo de entre unos 60 ms y unos 200 ms.
El devanado excitador 1 está dimensionado, en el caso de este ejemplo de ejecución, de forma similar a las aplicaciones conocidas de sólo generador. Presenta un número de espiras relativamente elevado, por ejemplo 370 espiras. En funcionamiento normal del vehículo fluye sólo una corriente de excitación relativamente pequeña.
Mediante la conmutación del interruptor S1 de su posición de conexión inferior a la superior se lleva acabo un aumento de tensión, durante un breve espacio de tiempo, más allá de la tensión de red interna regular de 12 V. La magnitud, la duración y la característica de la mayor potencia de excitación dependen con ello del número de revoluciones de generador medido, es decir, de la señal de salida del transmisor de número de revoluciones 4, y/o de las señales de tiempo de arranque enviadas por el transmisor de tiempo de arranque 5.
En la primera fase de un proceso de arranque, en la que se presenta una gran necesidad de momento de arranque, mediante la puesta a disposición de una mayor potencia de excitación estacionaria se alcanza una estructura temporalmente más rápida de la corriente de excitación.
El momento de la conmutación inversa a la menor potencia de excitación estacionaria se produce en dependencia del número de revoluciones de generador, como se visualiza todavía más adelante con relación a las figuras 3 y 4. Asimismo se tiene en cuenta, con relación al momento de la conmutación inversa a la menor potencia de excitación estacionaria, que por motivos térmicos y de carga de corriente la mayor corriente de excitación sólo debe fluir durante el menor tiempo posible.
La ventaja de este diseño relativamente más bajo en ohmios del devanado excitador consiste en que, en el caso de funcionamiento de generador y en la segunda fase del proceso de arranque, es decir en los momentos relevantes para el diseño de escobillas, sólo fluye una corriente de excitación relativamente pequeña.
El aparato de control de arranque 3 tiene en cuenta asimismo de forma ventajosa, al generar las señales de control s, las señales de salida de un transmisor de temperatura de devanado 8 y/o de un transmisor de corriente de excitación 7, que puede materializarse por ejemplo como se ha representado en la figura 1. Teniendo en cuenta la corriente de excitación medida o apreciada y/o la temperatura de devanado medida o apreciada puede regularse, hasta un determinado grado, la influencia de la temperatura y de la tensión en la corriente de excitación.
El interruptor S1 está ejecutado como interruptor electrónico. Mediante este interruptor se conmuta de vuelta, después de alcanzar un número de revoluciones prefijado del generador, en especial tiendo en cuenta adicionalmente criterios temporales, del funcionamiento de sobre-excitación a una alimentación desde la tensión de red interna regular.
En lugar de un regulador en aumento puede usarse también, como ya se ha citado anteriormente, un acumulador eléctrico diseñado con una mayor tensión en comparación con la tensión de red interna. En este caso está prefijada una mínima regulación limitadora del nivel de tensión a través de la constante de tiempo de descarga disponible en cada caso. Una aceleración de la regulación limitadora puede realizarse, en caso necesario, mediante el uso de resistencias de descarga preconectadas.
La figura 2 muestra un esquema de conexiones de un segundo ejemplo de ejecución para un dispositivo conforme a la invención. El dispositivo representado, por medio del cual se consigue un funcionamiento de arranque-parada de un vehículo mejorado con relación al estado de la técnica, presenta un devanado excitador 1 asociado al generador de arranque del vehículo. La corriente de excitación que fluye a través de este devanado excitador 1 se pone a disposición del devanado de excitación mediante un regulador de tensión PWM 9. Al regulador de tensión PWM 9 se alimenta una señal de control generada por un aparato de control de arranque 3. Asimismo el regulador de tensión PWM 9 está unido a una conexión de tensión de red interna de 12 V y a la masa del vehículo 0 V. La conexión de tensión de red interna 2 de 12 V está unida asimismo al aparato de control de arranque 3.
El aparato de control de arranque 3 genera las citadas señales de control s en dependencia de las señales de salida de un transmisor de número de revoluciones 4, que pone a disposición una señal de número de revoluciones correspondiente al número de revoluciones del generador del vehículo, y/o de un transmisor de tiempo de arranque 5 que pone a disposición una señal de tiempo de arranque. La señal de tiempo de arranque se activa por ejemplo mediante el aparato de control de motor y contiene informaciones sobre el inicio del arranque y la duración del arranque.
El aparato de control de arranque 3 tiene en cuenta también de forma ventajosa, al generar las señales de control s, las señales de salida de un transmisor de temperatura de devanado 8 y/o de un transmisor de corriente de excitación 7. Teniendo en cuenta la corriente de excitación medida o apreciada y/o la temperatura de devanado medida o apreciada puede regularse, hasta un determinado grado, la influencia de la temperatura y de la tensión en la corriente de excitación.
En funcionamiento normal del vehículo y también en la fase de parada del funcionamiento de arranque-parada la alimentación de energía del devanado excitador 1 se realiza de forma conocida desde la red interna.
Si en funcionamiento de arranque-parada se produce en la fase de parada, con el fin de iniciar un proceso de arranque, un accionamiento del pedal de acelerador del vehículo, el aparato de control de arranque 3 genera una señal de control s, a causa de la cual el regulador de tensión PWM aumenta rápidamente la excitación con la tensión de red interna regular de 12 V y, de este modo, regula de forma limitadora la tensión en dependencia del número de revoluciones de arranque.
El devanado excitador 1 está dimensionado, en el caso de este ejemplo de ejecución, claramente más bajo en ohmios que en las aplicaciones conocidas de sólo generador. Presenta un número de espiras relativamente reducido, por ejemplo 210 espiras. En funcionamiento normal fluye una corriente de excitación relativamente grande.
La ventaja de este ejemplo de ejecución consiste en que no es necesario un aumento de tensión más allá de la tensión de red interna regular. La elevada dinámica necesaria al principio de la fase de arranque y la mayor potencia de excitación estacionaria, necesaria para momentos de arranque elevados en el caso de devanado excitador caliente, se alcanzan en el caso de este ejemplo de ejecución mediante el diseño bajo en ohmios del devanado excitador, que presenta un número de revoluciones reducido. La adaptación a la necesaria excitación de generador se realiza mediante una relación de contacto del regulador de generador adaptada de forma correspondiente. Para el control del arranque puede usarse la etapa final del regulador de generador adaptado con una activación, en dependencia del número de revoluciones del generador y/o del tiempo de arranque.
En el caso del dispositivo mostrado en la figura 2 se han sustituido en consecuencia la fuente de tensión 6, prevista en el dispositivo conforme a la figura 1, y el interruptor S1 por un regulador de tensión PWM 9. Debido a que en el dispositivo mostrado en la figura 2 sólo es necesario activar por debajo de una tensión de 12 V, a causa del diseño bajo en ohmios del devanado excitador 1 es necesario aumentar la potencia máxima de forma correspondiente, a causa del diseño bajo en ohmios del devanado excitador 1, con el 100% de relación de contacto. Puede materializarse de forma económica un dispositivo conforme a la figura 2.
La señal de número de revoluciones del generador enviada por el transmisor de número de revoluciones 4 puede ser, en el caso de los dos dispositivos descritos anteriormente, un valor medio de número de revoluciones obtenido mediante una sencilla valoración. El tiempo de arranque puede usarse en el sentido de un valor de vigilancia térmica. Puede usarse un valor estimativo para la temperatura del devanado excitador en el sentido de una compensación de la influencia de temperatura para ajustar una potencia de excitación deseada.
Los dos ejemplos de ejecución anteriormente descritos tienen la ventaja de una materialización de elevados momentos de arranque mediante la puesta a disposición de una potencia de excitación aumentada durante un breve espacio de tiempo, en donde se aumenta al mismo tiempo la dinámica de la estructura de momentos.
A continuación se describe, con base en las figuras 3 y 4, cómo se tiene en cuenta el número de revoluciones del generador a la hora de generar las señales de control s mediante el aparato de control de arranque 3.
La figura 3 muestra a modo de ejemplo el comportamiento giratorio de un motor Otto de 4 cilindros, con la utilización de un generador de arranque por correa y partiendo de una posición de penduleo del motor desfavorable. La curva k1 muestra el desarrollo del número de revoluciones del generador n a lo largo del tiempo t, la curva k2 el desarrollo del valor medio de número de revoluciones a lo largo del tiempo t y la curva k3 el desarrollo del valor medio de la tensión de excitación Ue a lo largo del tiempo t. Es característico del diagrama mostrado que la primera compresión completa se supere con un número de revoluciones en el margen de 0. La configuración dependiente del tiempo y del número de revoluciones del valor medio de número de revoluciones se materializa de forma sencilla a través de una constante de tiempo rectificadora de 0,5 s. La tensión de excitación Ue se ajusta de la forma siguiente:
-
Para valores medios de número de revoluciones, que sean inferiores a 300 revoluciones por minuto, la tensión de excitación se corresponde con la tensión de excitación máxima de 12 V.
-
Para valores medios de número de revoluciones, que sean superiores a 300 revoluciones por minuto, se produce una regulación limitadora de la tensión de excitación desde la tensión de excitación máxima a una tensión de excitación de 9 V, en el sentido de una función e dependiente del número de revoluciones.
En la figura 3 puede verse asimismo que el aumento del número de revoluciones se produce lentamente y como consecuencia de ello la regulación limitadora de la tensión de excitación no se produce hasta pasados unos 0,8 segundos.
La figura 4 muestra a modo de ejemplo el comportamiento giratorio del mismo motor Otto de 4 cilindros, en el caso de usarse un generador de arranque por correa y partiendo de una posición de penduleo favorable del motor. La curva k1 muestra el desarrollo del número de revoluciones del generador n a lo largo del tiempo t, la curva k2 el desarrollo del valor medio de número de revoluciones a lo largo del tiempo t y la curva k3 el desarrollo del valor medio de la tensión de excitación Ue a lo largo del tiempo t. Es característico del diagrama mostrado que la primera compresión completa se supere con un número de revoluciones que es bastante mayor que el número de revoluciones correspondiente en la figura 3. El desarrollo de giro completo se hace más dinámico con relación a la figura 3 y permite una regulación limitadora de la tensión de excitación, que comienza en un momento anterior. En el ejemplo de ejecución mostrado comienza la regulación limitadora de la tensión de excitación transcurridos ya unos 0,5 segundos. En la figura 4 puede verse asimismo que el aumento del número de revoluciones se produce más rápidamente que en la figura 3.
De una comparación entre las figuras 3 y 4 se deduce que se ha llevado a cabo una adaptación de los momentos de arranque al desarrollo del arranque.

Claims (10)

1. Dispositivo para mejorar el funcionamiento de arranque-parada de un vehículo, que presenta un devanado excitador asociado al generador de arranque del vehículo y conectado a la red interna del vehículo así como un aparato de control de arranque, mediante cuyas señales de control se influye en la corriente de excitación que fluye a través del devanado excitador, caracterizado porque el aparato de control de arranque (3) genera las señales de control (s) que influyen en la corriente de excitación que fluye a través del devanado excitador (1), en dependencia de las señales de salida de un transmisor de número de revoluciones (4) que registra el número de revoluciones de generador y/o de un transmisor de momentos de arranque (5), y porque se dispone de medios (6, S1, 2; 9, 1) que permiten durante un breve espacio de tiempo una mayor potencia de excitación estacionaria y una generación de corriente de excitación temporalmente más rápida.
2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios comprenden una fuente de tensión (6), que pone a disposición una tensión auxiliar, que es mayor que la tensión de red interna y presentan un interruptor (S 1), que tiene una primera entrada unida a la salida de la fuente de tensión (6) y una segunda entrada unida a una conexión de tensión de red interna (2), y porque a la entrada de control del interruptor (S1) están asociadas las señales de control (s) generadas por el aparato de control de arranque (3).
3. Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado porque la fuente de tensión (6) es un regulador en aumento (6).
4. Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado porque la fuente de tensión (6) es un acumulador eléctrico.
5. Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado porque los medios (6, S1, 2; 9, 1) presentan un regulador de tensión (9), cuya salida está unida al devanado excitador (1), y porque las señales de con-
trol (s) generadas por el aparato de control de arranque (3) se alimentan al regulador de tensión (9).
6. Dispositivo según la reivindicación 5, caracterizado porque el regulador de tensión (9) está unido a una conexión de tensión de red interna (2).
7. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el transmisor de número de revoluciones (4) pone a disposición un valor medio de número de revoluciones.
8. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque presenta un transmisor de temperatura de devanado (8), que está previsto para medir o apreciar la temperatura del devanado excitador (1) y presenta una salida unida al aparato de control de arranque (3).
9. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque presenta un transmisor de corriente de excitación (7), que está previsto para medir o apreciar la corriente de excitación que fluye a través del devanado excitador (1) y presenta una salida unida al aparato de control de arranque (3).
10. Dispositivo según la reivindicación 8 ó 9, caracterizado porque el aparato de control de arranque (3) genera las señales de control (s) en dependencia de las señales de salida del transmisor de temperatura de devanado (8) y/o del transmisor de corriente de excitación (7).
ES04002194T 2003-04-14 2004-02-02 Dispositivo para mejorar el funcionamiento de arranque-parada de un vehiculo. Expired - Lifetime ES2288643T3 (es)

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DE2003117090 DE10317090A1 (de) 2003-04-14 2003-04-14 Vorrichtung zur Verbesserung des Start-Stopp-Betriebes eines Fahrzeugs

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