ITTO940917A1 - Dispositivo per il controllo elettronico di un motorino d'avviamento - Google Patents

Abstract

Circuito elettronico (4) per il controllo dell'innesto e dell'alimentazione di un motorino di avviamento (1) atto a consentire la fase di avviamento per un periodo di tempo massimo predeterminato e per disinnestare il motorino (1) all'avvenuto avviamento del motore a combustione interna, rilevato tramite un segnale (14) indicativo della velocità di rotazione del motorino (1) generato mediante una spira (9, 9a) provvista nel rotore (11) del motorino (1).(Figura 1).

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Dispositivo per il controllo elettronico di un motorino d 'avviamento "

DESCRIZIONE

La presente invenzione fa riferimento in generale ai motori elettrici, comunemente denominati motorini d'avviamento, impiegati per l’avviamento di motori a combustione interna e più specificamente fa riferimento ai dispositivi di controllo di tali motori elettrici.

Come è noto è ampiamente diffuso l'uso di motorini d'avviamento elettrici per effettuare l'avviamento di motori termici, in particolare motori a combustione interna. Nel caso dei motori a combustione interna degli autoveicoli tale sistema d'avviamento è diventato ormai di fatto uno standard.

Per effettuare l'avviamento di un motore a combustione interna tramite un motorino elettrico d'avviamento i due motori vengono accoppiati mediante ruote dentate. Sull'albero del motorino di avviamento è calettata una ruota dentata, comunemente denominata pignone, mentre sull'albero del motore a combustione interna è calettata una ruota dentata, denominata corona, avente un diametro decisamente superiore al diametro del pignone.

Alimentando il motorino di avviamento questo, tramite il pignone e la corona che ingranano tra loro, pone in movimento l'albero del motore a combustione interna permettendone l'avviamento. E’ evidente tuttavìa che pignone e corona non possono essere permanentemente in presa tra loro. Infatti, se così fosse, il motore a combustione interna, una volta avviato, trascinerebbe in rotazione a velocità elevata il motorino di avviamento determinando sicuramente il danneggiamento delle due ruote dentate e/o del motorino d'avviamento. A tale scopo il motorino d'avviamento viene quindi provvisto di un elettromagnete destinato a provocare l'innesto del pignone con la corona, in modo che i rispettivi denti ingranino, solamente durante la fase di avviamento.

Tale sistema anche se collaudato ed universalmente adottato nel settore autoveicolistico non è tuttavia privo di inconvenienti. Il sistema di avviamento secondo la tecnica nota infatti non prevede alcun controllo per l'innesto e l'alimentazione del motorino di avviamento per cui esso si trova ad essere soggetto ad elevate sollecitazioni. Tali sollecitazioni si verificano ad esempio nel caso in cui l’utente del veicolo, nel comandare la fase di avviamento, mantenga chiuso il contatto di avviamento per un periodo di tempo superiore al necessario determinando quindi il trascinamento del motorino di avviamento, ad elevata velocità, da parte del motore a combustione interna ormai avviato.

Lo scopo della presente invenzione è quello di realizzare un dispositivo di controllo per un motorino d’avviamento che permetta di risolvere in modo soddisfacente i problemi sopra indicati.

Secondo la presente invenzione, tale scopo viene raggiunto grazie ad un dispositivo di avviamento avente le caratteristiche indicate nelle rivendicazioni che seguono la presente descrizione.

Ulteriori vantaggi e caratteristiche della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente dettagliata descrizione, effettuata con l’ausilio degli annessi disegni, forniti a titolo di esempio non limitativo, in cui:

la figura 1 è una rappresentazione schematica a blocchi di una forma di attuazione del dispositivo di avviamento secondo la presente invenzione, la figura 2 è una rappresentazione circuitale schematica di un componente del dispositivo secondo l 'invenzione,

la figura 3 è una rappresentazione schematica di un ulteriore componente del dispositivo secondo l 'invenzione,

la figura 4 è una rappresentazione schematica di un dettaglio del componente di figura 3,

la figura 5 è una vista in sezione, presa lungo la linea V-V, del componente di figura 4,

la figura 6 è una forma di attuazione alternativa del componente di figura 4, e

la figura 7 è una vista assiale del componente di figura 6.

In figura 1 è rappresentata una forma di attuazione, al momento considerata preferenziale, di un dispositivo di avviamento secondo l'invenzione. Il dispositivo comprende naturalmente un motorino di avviamento 1 a corrente continua ed un elettromagnete 2 di comando del motorino 1, funzionante da interruttore e da attuatore di un sottogruppo di innesto. L'alimentazione dell'elettromagnete 2 del motorino 1 è controllata da un interruttore 25 a comando elettrico, ad esempio un relè od un MOSFET di potenza.

Allo scopo di ricavare un segnale elettrico dal rotore del motorino 1, con frequenza proporzionale alla sua velocità di rotazione, il sistema comprende un rilevatore 3 associato al motorino 1. Al controllo dell’interruttore 25 è preposto un circuito elettronico di controllo 4 il quale è attivato da un interruttore manuale di comando 5, azionabile da un utente. L'alimentazione del motorino 1 è data da una sorgente di corrente continua 6, ad esempio un accumulatore al piombo-acido (la tradizionale batteria).

Il circuito di controllo 4 è suddiviso in sezioni che verranno ora descritte in dettaglio con riferimento alla figura 2. Con 5 è indicato l'interruttore di comando (la chiave di accensione) azionabile dall'utente. Ad un'estremità del circuito 4 è invece rappresentato un terminale di ingresso 14 per il segnale proveniente dal rilevatore 3.

Tale segnale passa dapprima attraverso un filtro passabanda 15 e successivamente attraverso un circuito squadratore con isteresi 16. I successivi stadi del circuito comprendono un multivibratore monostabile 17, un integratore 18, un circuito di soglia con isteresi 20, 33 ed un temporizzatore 19, 31, 32.

Verrà ora descritto il funzionamento del dispositivo. L'utente dà un segnale di comando per l'avviamento del motore a combustione interna tramite l'interruttore manuale 5 che, in una posizione AW , collega il polo positivo della batteria 6 al circuito 4 fornendo così tensione a due linee 26 e 27. Inizialmente il relè 25 è dìseccitato. Quando il circuito 4 viene alimentato l'ingresso non invertente di un comparatore 32 viene portato ad una tensione determinata da un partitore di tensione 30 mentre la tensione all'ingresso invertente sale più lentamente attraverso un condensatore 19 e la resistenza del relè 25 verso la tensione di batterìa presente sulla linea 27.

In tal modo un transistore 23 viene subito portato in conduzione eccitando in questo modo il relè 25 che collega la batteria 6 ad un terminale di uscita 50. Attraverso tale terminale di uscita 50 viene alimentato l’elettromagnete 2. In questa configurazione il circuito 4 è collegato al terminale positivo della batteria 6 attraverso il terminale 50 ed un diodo di autoalimentazione 28. Un diodo 22 di scarico per il condensatore 19 rimane interdetto. La sequenza appena descritta costituisce l'azionamento del motorino d’avviamento 1.

Quando il transistore 23 conduce un diodo di autoritenuta 21 rimane interdetto per cui il condensatore 19 si carica verso la tensione presente sulla lìnea 26, determinata da un diodo zener Z, con una costante di tempo data da un resistore 31 e dalla capacità del condensatore 19. Quando la tensione sul condensatore 19 raggiunge il valore della tensione di soglia determinata dal partitore 30, (nel caso specìfico dopo circa 15 secondi) il comparatore 32 porta alla tensione dì massa la base del transistore 23 che conseguentemente si interdice e diseccìta il relè 25. Il collettore del transistore 23 si porta alla tensione di batteria 27 ed il diodo di autoritenuta 21 inizia a condurre caricando il condensatore 19 verso la tensione di batteria con una costante di tempo data dal condensatore 19 e dalla resistenza del relè 25. Ciò fa sì che il transistore 23 rimanga interdetto nel breve periodo di tempo necessario all'apertura dei contatti del relè 25.

In questo modo l'uscita del comparatore 32 rimane sicuramente bassa, il transistore 23 interdetto ed il relè 25 diseccitato. Dopo un certo ritardo quindi i contatti del relè 25 si aprono togliendo l’alimentazione all'elettromagnete 2, e quindi al motorino d'avviamento 1, ed al circuito 4. Il condensatore di temporizzazione 19 si scarica velocemente attraverso il diodo 22, il terminale 50 e l'elettromagnete 2 del motorino 1. Questa seconda fase determina invece lo spegnimento del motorino d'avviamento 1 dopo un tempo massimo prefissato. Ciò serve ad evitare il funzionamento del motorino 1 per un periodo di tempo eccessivo che potrebbe condurre a surriscaldamento dello stesso e/o ad una scarica eccessiva della batteria 6.

La misura della velocità del motorino 1 viene effettuata tramite il rilievo della tensione in un punto dell’avvolgimento del rotore 11. In un normale motorino d'avviamento la tensione in qualsiasi punto dell'avvolgimento varia in modo sostanzialmente sinusoidale e compie due cicli interi per ogni singolo giro del rotore. Si ha quindi un segnale di tensione sinusoidale con frequenza doppia di quella di rotazione del motorino.

L'invenzione sfrutta questa tensione alternata per rilevare la velocità di rotazione del motorino 1. Per convenienza si preleva la tensione in un punto sul collettore 13, cioè associata ad una lamella del collettore 13. Per portare all'esterno del motorino 1 il segnale serve un contatto elettrico dinamico che collega la lamella ad un terminale fissato su, ma isolato da, una zona esterna del motorino 1 (ad esempio il supporto posteriore).

Durante il funzionamento del motorino di avviamento 1 il circuito 4 riceve quindi un segnale di tensione prelevato da una lamella 13a, del collettore 13 del motorino 1, connessa elettricamente ad almeno una 9, 9a delle spire del rotore 11 del motorino di avviamento 1. Si vedano al riguardo le figure 3 a 5. La connessione viene realizzata tramite un contatto dinamico di cui una parte è collegata elettricamente alla lamella 13a, del collettore 13, a sua volta elettricamente connessa ad almeno una spira 9, 9a (ed isolata da massa e dalle altre spire), e ruota insieme al rotore 11, ed un'altra parte è fissata (ma isolata elettricamente) al corpo 12 del motorino d’avviamento 1. Naturalmente è possibile l'impiego di più spire 9, 9a per rilevare tale segnale di tensione sinusoidale.

In una forma di attuazione il contatto dinamico è costituito da una spazzola 7, caricata da una molla, che striscia su un anello conduttivo 8 forzato su un anello isolante 10 su un diametro esterno del collettore 13 del motorino di avviamento I e collegato ad almeno una spira 9, 9a del rotore II tramite la lamella 13a del collettore 13 (figura 4). Nelle figure 6 e 7 è rappresentata un'altra forma di attuazione in cui l'anello 8 è ricavato in modo da essere integrale con il collettore 13, ed è connesso elettricamente con una delle sue lamelle 13a ed è isolato elettricamente da tutte le altre lamelle. In una resina isolante, che forma il collettore 13, sono costampate non solo le lamelle ma anche l'anello conduttivo 8.

Il segnale di tensione prelevato varia in modo sinusoidale ad una frequenza doppia rispetto alla frequenza del rotore 11 tra i due valori di tensione sulle spazzole dì commutazione: quello minimo corrisponde, a meno delle cadute di tensione, al valore dì tensione della spazzola negativa (prossimo a zero), quello massimo è la tensione massima rilevabile sulla spazzola positiva.

Nel circuito elettronico 4 tale segnale viene condizionato nel seguente modo. Il filtro passabanda 15 elimina le componenti in continua e ad alta frequenza (dìsturbì/rumore) del segnale. Lo stadio 16 converte la forma d'onda sinusoidale del segnale in un'onda quadra che, attraverso lo stadio 17, viene trasformata in una serie di impulsi di durata fissa e di frequenza uguale alla frequenza del segnale dì ingresso. L’integratore 18 converte tali impulsi in una tensione continua avente un valore che cresce al crescere della frequenza del segnale. L'uscita dell'integratore 18 è collegata all'ingresso invertente di un comparatore 33 in modo tale per cui quando la tensione sale al di sopra di un livello di soglia stabilito da un partitore di tensione 20 all'ingresso non invertente, il comparatore 33 porta a zero la tensione sulla base del transistore di comando 23. In questo modo si inizia la sequenza di spegnimento del motorino 1 descritta in precedenza.

La porzione di circuito appena descritta ha quindi lo scopo di effettuare la fase di spegnimento del motorino 1 di avviamento ad un valore di velocità del rotore 11 prestabilita corrispondente all'avvenuto avviamento del motore a combustione interna.

Tuttavia, dopo l’inizio del ciclo di avviamento l'utente può diseccitare il motorino di avviamento 1 indipendentemente dal comando di diseccitazione generato dal circuito elettronico 4.Tramite l'interruttore manuale 5, in una posizione STOP, l'utente collega a massa la base del transistore 23 iniziando manualmente la fase di spegnimento. Durante la marcia normale invece l'interruttore 5 si trova in un’ulteriore posizione MAR in cui il circuito 4 non è alimentato.

Naturalmente, fermo restando il principio dell'invenzione, i particolari di realizzazione e le forme di attuazione potranno essere ampiamente variate rispetto a guanto descritto ed illustrato, senza per questo uscire dall'ambito della presente invenzione .

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di avviamento per un motore termico comprendente : un motore elettrico (1), suscettibile di essere accoppiato temporaneamente in rotazione a detto motore termico, atto a determinare, quando alimentato, l'avviamento di detto motore termico, mezzi attuatori (2), atti ad accoppiare in rotazione, quando alimentati, detto motore elettrico (1) a detto motore termico, un accumulatore elettrico (6) suscettibile di alimentare detto motore elettrico (1) e detti mezzi attuatori (2), mezzi interruttori (25), interposti tra detto accumulatore elettrico (6), e detto motore elettrico (1) e detti mezzi attuatori (2) atti a controllare l'alimentazione di detto motore elettrico (1) e di detti mezzi attuatori (2), - mezzi di comando (5), azionabili da un utente, atti a comandare detti mezzi interruttori (25), e mezzi di controllo (4), operativamente connessi a detti mezzi di comando (5) ed a detti mezzi interruttori (25), detti mezzi di controllo (4) essendo configurati per: rilevare un segnale indicativo della velocità di rotazione di detto motore elettrico (1), interrompere l'alimentazione di detto motore elettrico (1) e di detti mezzi attuatori (2) al verificarsi del primo, in ordine temporale, dei seguenti due eventi: superamento di un valore di soglia predeterminato da parte di detta velocità di rotazione di detto motore elettrico (1), superamento di un periodo di tempo di durata predeterminata, di alimentazione di detto motore elettrico (1) e di detti mezzi attuatori (2) caratterizzato dal fatto che comprende mezzi sensori (3), associati a detto motore elettrico (1), atti a generare detto segnale indicativo della velocità di rotazione di detto motore elettrico (1).
2. 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi sensori (3) comprendono almeno una spira (9, 9a) , in materiale conduttivo, provvista in un rotore (11) di detto motore elettrico (1), atta a generare detto segnale indicativo della velocità di rotazione di detto motore elettrico (1), detto segnale essendo un segnale periodico.
3. 3. Dispositivo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detta almeno una spira (9, 9a) è una delle spire di avvolgimento di detto rotore (11) .
4. 4. Dispositivo secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detta almeno una spira (9, 9a.) è conformata in modo tale per cui detto segnale periodico indicativo della velocità di rotazione di detto motore elettrico (1) ha forma d'onda sostanzialmente sinusoidale.
5. 5. Dispositivo secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che una prima estremità di detta almeno una spira (9, 9a) è collegata, mediante un contatto strisciante (7, 8, 10) a detti mezzi di controllo (4).
6. 6. Dispositivo secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detto contatto strisciante comprende un anello (8), in materiale elettricamente conduttivo, provvisto su detto rotore (11), connesso elettricamente ad una lamella (13a) di un collettore (13) di detto rotore (11), alla quale è elettricamente collegata detta almeno una spira (9, 9a), elettricamente isolata (10) da altre lamelle di detto collettore, ed una spazzola (7), provvista in una porzione statorica di detto motore elettrico (1), atta a cooperare con detto anello (8) mediante un contatto elettrico strisciante, e collegata a detti mezzi di controllo (4).
7. 7. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 6, caratterizzato dal fatto che comprende mezzi temporizzatori (19, 30, 31, 32) suscettibili di essere attivati all'alimentazione di detto motore elettrico (1) e di detti mezzi attuatori (2) ed atti a comandare detti mezzi interruttori (25), in modo da disattivare detto motore elettrico (1) e detti mezzi attuatori (2) dopo detto periodo di tempo di durata predeterminata.
8. 8. Dispositivo secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di controllo (4) comprendono mezzi convertitori (15, 16, 17, 18) atti a convertire detto segnale rilevato da detti mezzi sensori (3) in una tensione indicativa della velocità di rotazione di detto rotore (11), e mezzi di confronto (20, 33) atti a comandare detti mezzi interruttori (25), in modo da disattivare detto motore elettrico (1) e detti mezzi attuatori (2), nel caso in cui detta tensione indicativa della velocità di rotazione superi un predeterminato valore di soglia.
9. 9. Dispositivo secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detti mezzi convertitori comprendono : un filtro passa-banda (15), un circuito squadratore con isteresi (16), un circuito multivibratore monostabile (17), un circuito integratore (18).
10. 10. Dispositivo secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detto circuito multivibratore monostabile (17) è configurato in modo da generare in uscita un impulso, avente forma d'onda predeterminata, di durata costante al ricevimento di un impulso in ingresso, da parte di detto circuito squadratore con isteresi (16).
11. 11. Dispositivo secondo la rivendicazione 9 o la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che detto filtro passa-banda (15) e detto circuito squadratore con isteresi (16) sono configurati in modo da trasformare detto segnale periodico con forma d'onda sostanzialmente sinusoidale, indicativo della velocità di rotazione di detto motore elettrico (1), in un segnale ad impulsi.
12. 12. Dispositivo secondo la rivendicazione 10 o la rivendicazione 11, caratterizzato da fatto che detto circuito integratore (18) è atto ad integrare detti impulsi generati da detto circuito multivibratore monostabile (17) in vista di generare in uscita detta tensione indicativa della velocità di rotazione di detto motore elettrico (1). Il tutto sostanzialmente come descritto ed illustrato e per gli scopi specificati.