CN103362717A - 汽车起动器装置、开关继电器插头、起动停止***和汽车起动方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车起动器装置（1，2，3），具有：电机（30）；啮合装置（20），其被设立用于将能通过电机（30）转动的小齿轮（32）啮合到内燃机（50）的齿环（51）中；开关装置（10），其被设立用于切换开关接触件（31）以起动电机（30），其中啮合装置（20）和开关装置（10）在输入侧分别能被施加电压信号用于操作；以及定时开关模块（15），其被设立用于在为开关装置（10）提供电压信号之后通过开关装置（10）时间延迟地切换所述开关接触件（31）。

Description

汽车起动器装置、开关继电器插头、起动停止***和汽车起动方法

技术领域

本发明涉及汽车起动器装置、开关继电器插头、起动停止***和用于起动汽车的相应方法。

现有技术

用于内燃机的起动器（起动装置）可以基本上是具有前置的行星齿轮传动机构或正齿轮传动机构以及换挡装置的电机，所述换挡装置使由电机驱动的起动器小齿轮啮合（einspuren）在内燃机的曲轴处的齿环中。用于啮合所需要的力可以通过啮合继电器或推入继电器（所谓的磁性开关）产生，其衔铁经由杠杆与啮合单元（具有空转的起动器小齿轮）连接。

如果起动器回路例如经由点火锁被闭合，则继电器衔铁经由吸引绕组被吸引并且经由换挡装置将小齿轮推入到齿环中。如果小齿轮充分远地处于齿环中，则啮合继电器的继电器衔铁附加地接通接触桥并且从而闭合电机的回路。啮合继电器的衔铁由此开始转动并且小齿轮经由陡螺纹行驶到其最终位置。从而，内燃机可以被旋转并且最终启动。一旦内燃机启动，则空转负责电机的脱耦，但是小齿轮仍处于齿环中。如果点火锁回路被中断，则接触桥中断发动机回路并且电机减速停转。同时，继电器衔铁通过卸压的继电器衔铁复位弹簧移动到其静止位置并且将小齿轮从齿环推回到其初始位置。

在常规的车辆情况下，内燃机的啮合和随后的起动一般是无问题的。但是尤其是在所谓的起动停止***情况下，常规的起动器不适用。

由于经常的起动过程，起动停止***中的相应设备的磨损明显提高。与起动过程相关联的杂音此外被感觉为是干扰性的。尤其是在这种***中可能发生起动愿望，而内燃机仍减速停转（所谓的“Change of Mind（改变主意）”）。在该情况下，起动器小齿轮必须尽可能快速地被再次啮合到仍在转动的齿环中，以便能够实现快速的重新起动。这引起附加的机械磨损和杂音。常规的起动装置对于COM起动不适用。

用于起动停止***的起动器装置因此需要结构上和/或控制技术上的额外耗费并且相应地是昂贵的。

因此存在对用于起动汽车、尤其是具有起动停止***的汽车的改善的可能性的需求。

发明内容

根据本发明建议具有独立权利要求的特征的汽车起动器装置、开关继电器插头和起动停止***以及用于起动汽车的相应方法。有利的扩展方案是从属权利要求和随后的说明书的主题。

尤其是适用于起动停止***的本发明汽车起动器装置具有分开的啮合装置和开关装置。啮合装置用于将小齿轮啮合到齿环中，开关装置用于闭合电机的回路中的接触桥以开动该电机。例如可以分别为啮合装置和开关装置设置继电器。

用于啮合所设置的啮合继电器和/或用于闭合接触桥所设置的开关继电器在此可以被构造为所谓的活动线圈继电器并且优选地具有两个继电器绕组。双线圈继电器的两个继电器绕组、即吸引绕组和保持绕组优选地不同时长地被通电。吸引绕组被设置用于吸引继电器衔铁并且一般被构造为非常低欧姆的。对吸引绕组的持久通电将会引起热问题并且可能损坏相应的继电器。保持绕组与吸引绕组不同地是较高欧姆的，但是也仅生成较小的磁场强。因此，保持绕组单独地将会不足以吸引继电器衔铁。但是所述保持绕组可以持久地保持通电。

在这种啮合继电器和/或开关继电器情况下，吸引绕组和保持绕组可以在输入侧或电压侧可切换地与共同的电压源、一般为车辆电池连接。在输出侧，保持绕组一般接地。因此，只要在输入侧施加相应的电压信号，则该保持绕组连续地由电流流经。

如参考图1的啮合继电器更详细地阐述的，吸引绕组可以在输出侧例如连接到电机的衔铁回路上。在对电机通电时——其中对电机通电有利地相对于对啮合继电器通电时间偏移地进行，在电机的输入侧（和从而在吸引绕组的输出侧）施加与在吸引绕组的输入侧相同的电势。通过吸引绕组的电流因此停顿。啮合继电器的磁场因此仅仅仍经由保持绕组维持。如所阐述的，该保持绕组可以持久地保持通电。

可以在相应的起动器装置中在双重实施中设置相应的双线圈继电器，其中继电器之一被用于啮合（也即用作啮合继电器），而第二继电器被用于起动电机（也即用作开关继电器）。

小齿轮的啮合和电机的切换优选时间偏移地、优选偏移了5ms和100ms之间的时间地进行。为了保证这一点，可以时间偏移地操控啮合装置和切换装置、例如所阐述的继电器。为了在无控制技术上的额外耗费的情况下能够实现这一点，本发明建议，将定时开关模块（电子组件）装入到开关装置的绕组回路中，该开关装置能够实现与啮合装置相比时间延迟地对开关装置的操控。定时开关模块在开关继电器情况下引起，至少吸引绕组以一定时间延迟地才被通电并且从而以与啮合相应的时间延迟闭合电动机回路。

本发明在此提供特殊的优点：例如在控制设备中不需要耗费的时间流程控制来操控啮合装置和切换装置。更确切地，对于啮合装置和开关装置提供电压形式的共同的输入信号就足够了。基于所阐述的定时开关模块，切换装置始终以在啮合装置之后的所定义的时间延迟来进行切换。因此本发明可以特别有利地也在现有的汽车起动器装置中被实现，尤其是作为拆除或扩建解决方案。

如果开关装置被构造为开关继电器，可以优选地在开关继电器插头中集成相应的定时开关模块，使得继电器装置本身不必被改变。更确切地说，可以使用传统的开关继电器。

对相应的继电器装置的操控局限于给两个继电器提供输入侧的电压信号。该电压信号可以同时被发给两个继电器。不需要时间延迟的、耗费的操控。

本发明同样所设置的方法以相同的方式从所阐述的优点获利。

本发明的其他优点和扩展方案从说明书和附图中得出。

不言而喻，前面所述的和下面还要阐述的特征可以不仅以分别所说明的组合、而且以其他组合或单独地被使用，而不脱离本发明的范围。

本发明根据实施例在附图中示意性地示出并且下面参照附图详尽地来描述。

附图说明

图1以示意图示出根据本发明的一种实施方式的汽车起动器装置

图2以示意图示出根据本发明的另一实施方式的汽车起动器装置

图3以示意图示出根据本发明的第三实施方式的汽车起动器装置

图4A和4B以示意图示出根据本发明的优选实施方式的定时开关模块

图5以示意图示出根据本发明的一种实施方式的汽车起动器装置的模块化结构

图6以示意流程图的形式示出根据本发明的一种实施方式的方法

图7示出根据本发明的一种实施方式通过开关继电器的吸引绕组和保持绕组的电流变化曲线。

具体实施方式

在图中，相同的或作用相同的元件用相同的附图标记说明。出于清楚性原因放弃重复的阐述。

在图1中示意性地示出根据现有技术的汽车起动器装置并且总体上用1表示。

汽车起动器装置尤其是具有作为开关装置的开关继电器10、作为啮合装置的啮合继电器20、电机30、控制设备40和内燃机50。啮合继电器20和开关继电器10被设立用于时间偏移地操作，其中首先操作啮合继电器20。

控制设备40由电池45经由端子40c馈电并且尤其是可以经由其输出端40a-b提供电池电势作为电压信号。

啮合继电器20具有低欧姆的吸引绕组21和高欧姆的保持绕组22。吸引绕组21和保持绕组22在第一端部21a或22a处与控制设备40的输出端40b连接并且由此可被施加电压信号。

保持绕组22的第二端部22b接地。从而，如果在第一端部22a施加相应的电压信号，则电流始终流经保持绕组22。吸引绕组21利用第二端部21b连接到电机30的输入端30a上。如果在吸引绕组21的第一端部21a处施加电压信号，则电流可以首先经由电机30的输入端30a、电机中的相应的衔铁绕组和其输出端30b流向地。

如果电机30通过闭合下面所阐述的开关接触件31通电，则此外在电机30的输入端30a处—和从而在吸收绕组21的第二端部21b处—施加与在吸收绕组的第一端部21a处相同的电势。通过吸收绕组21的电流停顿。

经由例如借助于轴33的转动，可以通过电机30转动小齿轮32。小齿轮32可以通过操作设备29通过啮合继电器20被啮合到内燃机50的曲轴的齿环51中并且这些如前所述旋转。这是充分已知的。

开关继电器10被设立用于切换电机30的开关接触件31。为此可以借助于开关继电器10的操作设备19移动接触桥31c，使得所述接触桥闭合在接触端子31a和31b之间的接触件。如果开关接触件31闭合，则电流可以从电池45经由电机30的输入端子30a和相应的地侧端子30b流出。由此电机30被置于运动中。

开关继电器10通过对吸引绕组11和保持绕组12通电***控。由此，吸引绕组和保持绕组11、12的第一端部11a、12a与控制设备的输出端40a经由控制信号线路13连接。控制设备40经由输出端40a提供电压信号。吸引线圈11的第二端部经由定时开关模块15与地连接。该定时开关模块15自动地工作。因此，也可以经由控制装置40给两个继电器、也即啮合继电器20和开关继电器10同时施加信号，而不会得出在通过继电器引起的开关过程的时间协调方面的问题。保持绕组12的第二端部12b连接到端子14、例如地上。

如果在吸引绕组和保持绕组11、12的11a、12a的第一端部处施加电压信号，则电流经由保持绕组12流向端子14。但是该电流不足以吸引开关继电器的继电器衔铁并且从而经由操作设备19对开关接触件20进行切换。

当通过定时开关模块15所限定的时间流逝时，吸引绕组11才被通电。接下来对吸引绕组11的通电引起吸引操作装置19，由此接触桥31c闭合在接触端子31a和31b之间的接触件。电机30由此被起动。

定时开关模块15可以在输出侧也（如利用所示的线路14’所表明的）与电机30的输入端30a、而不是与地或端子14连接。由此可以限制电流流经吸引绕组11的时间。一旦电机30运行，则吸引绕组的第二端部11b处于与第一端部11a相同的电势，使得电流流动停顿。

但是在整个时间期间，电流连续地在保持绕组的第一端部12a和第二端部12b之间流动并且经由端子14、这里为地流出。由于保持绕组12的高欧姆性，该电流可以在长时间上被维持。

因此由于定时开关模块15得出相应的延迟，所述延迟可以通过适当地选择这种定时开关模块15被调整。控制设备40因此与具有继电器的常规解决方案相比不必被改变。该控制设备不必拥有分开的开关装置来时间延迟地切换继电器10和20，更确切地可以经由输出端40a和40b同时地输出电压信号。这显著地简化了相应的装置。

尽管在图1中定时开关模块在吸引绕组的接地侧被装入，但是也可以在电压侧被装入到线路13中。

在图2中示意性示出了根据本发明的另一实施方式的汽车起动器装置并且整体上用2表示。汽车起动器装置2具有不同地连接的开关继电器10。控制设备40的经由输出端40a提供的电压被输送给吸引绕组和保持绕组11、12的两个第一端子11a和12a。相应的电压在线路13处被提供。在线路13和吸引绕组11的第一端部11a之间设置定时开关模块15。该定时开关模块15——这里例如以具有所属的RC环节的高侧晶体管的形式来构造——引起：当在线路13处施加电压时，这里也相对于保持绕组12时间延迟地给吸引绕组11通电。

在图3中示出根据本发明的特别优选的实施方式的可替换的汽车起动器装置3，以便表明，啮合继电器20和开关继电器10仅仅必须经由相应的控制设备40的共同的输出端40d连接。如所阐述的，由于定时开关模块15自动地发生开关继电器10的时间延迟的切换。

图4A和4B示出定时开关模块15的实施方式，所述定时开关模块可以在本发明的特别优选的实施方式中被使用。在图4A中所示的定时开关模块15在此具有串行的RC环节151作为时间环节。作为开关元件设置晶体管152。定时开关模块15以其端子15a和15b在输入侧连接在开关装置、优选地开关继电器10的吸引绕组之前。这对应于所谓的高侧装置。端子15c与地连接。RC环节151以已知的方式工作，其中当在端子15a处施加电压时首先对电容器151b充电。如果电容器足够地被充电，则晶体管152和从而在端子15a和15b之间的电流路径被接通。可以经由电阻151a和153调整延迟时间和充电电压。

在图4B中示出定时开关模块15’，其以特殊的方式适用于在图1中示出的汽车起动器装置1中使用。定时开关模块15’是特别成本低的，因为这里可以使用所谓的低侧晶体管152’，该低侧晶体管可以成本低地来制造。这里也经由相应的电阻对RC环节151’的电容器进行充电。如果充电量足够高，则借助于晶体管152’和从而在端子15a’和15b’之间的电流路径被接通。

在图5中示出根据本发明的特别优选的实施方式的模块化装置并且总体地用200表示。装置200包括综合在组件110和150中的部件。组件110被构造为开关继电器组件，组件150被构造为开关继电器插头。

组件110和150被包含在相应的外壳中。在继电器外壳110中布置的元件之前已被阐述。开关接触件31经由——例如作为插接连接和/或焊接点所构造的——接触件110a和110b可包含到相应的汽车起动器装置中。以相应的方式设置插接连接110c、110d和110e，它们可以被用于对开关继电器10通电。

如所阐述的，在此情况下使用继电器插头150。该继电器插头具有相应的输出端150c、150d和150e，它们可以与继电器外壳110的输入端110c、110d和110e连接。开关继电器插头150的输入端150a与已经阐述的线路13连接。在输入端150a和输出端150e之间构造连贯的连接。在输入端150a和输出端150c之间设置具有输入端15a和输出端15b的已经多次阐述的定时开关模块15。定时开关模块15可以经由输出端15c与地端子连接，所述输出端15c设置在开关继电器插头150的输入端150b和输出端150d之间。经由定时开关模块15完成输出端150c的时间延迟的接线，该接线在适当的连接情况下能够实现开关继电器10的吸引绕组11的相应延迟的通电。

在图6中以流程图的形式示出根据本发明的特别优选的实施方式的方法并且总体上用60表示。该方法从接收起动请求61a开始。起动请求61a引起如之前多次阐述的给端子（例如线路13）施加相应的起动信号61b。

该起动信号通过非时间延迟地切换啮合继电器20在步骤62中引起将相应的小齿轮32啮合到所阐述的内燃机50的齿环51中。

以之前所阐述的时间延迟，在步骤63中通过开关继电器10来切换电机30的开关接触件31。这引起，通过电机使小齿轮32转动并且经由齿环51使内燃机50起动。这对应于步骤64。在步骤65中结束起动请求并且中断信号61b。

图7如之前所阐述的那样示出通过开关继电器的吸引绕组和保持绕组的电流变化曲线。用71说明通过吸引绕组的电流变化曲线，用72说明通过保持绕组的电流变化曲线。电流变化曲线在时间t上以电压值U的形式说明。在时刻t₁，输出电压信号61b，该电压信号引起，相应的电流82直接通过开关继电器15的保持绕组流动。但是，由于开关继电器10的吸引绕组12中的定时开关模块15，不直接对吸引绕组11进行通电。这以一定的时间延迟t₂才实现。吸引绕组一直保持通电，直至在时刻t₃基于适当的布线、例如将吸引绕组11的第二端部11b连接到电机30的输入端30a上来使电流停顿。

Claims (14)

1.汽车起动器装置（1，2，3），具有：电机（30）；啮合装置（20），其被设立用于将能通过电机（30）转动的小齿轮（32）啮合到内燃机（50）的齿环（51）中；开关装置（10），其被设立用于切换开关接触件（31）以起动电机（30），其中啮合装置（20）和开关装置（10）在输入侧分别能被施加电压信号；以及定时开关模块（15），其被设立用于在为开关装置（10）提供电压信号之后通过开关装置（10）时间延迟地切换所述开关接触件（31）。

2.根据权利要求1所述的汽车起动器装置（1，2，3），其中至少所述开关装置（10）被构造为具有吸引绕组（11）和保持绕组（12）的继电器，其中定时开关模块（15）至少布置在吸引绕组（11）的回路中。

3.根据权利要求2所述的汽车起动器装置（1，2，3），其中定时开关模块（15）在输入侧至少连接在吸引绕组（11）之前和/或在输出侧至少连接在吸引绕组（11）之后。

4.根据权利要求2或3所述的汽车起动器装置（1，2，3），其中吸引绕组（11）和保持绕组在输入侧或在输出侧连接。

5.根据权利要求2、3或4所述的汽车起动器装置（1，2，3），其中定时开关模块（15）仅布置在吸引绕组（11）的回路中。

6.根据权利要求2至5之一所述的汽车起动器装置（1，2，3），其中吸引绕组（11）在输出侧与开关接触件（31）的电机侧端子（31b）连接。

7.根据前述权利要求之一所述的汽车起动器装置（1，2，3），其中啮合装置（20）和开关装置（10）在输入侧连接，使得它们能被施加相同的电压信号。

8.根据前述权利要求之一所述的汽车起动器装置（1，2，3），其中定时开关模块（15）具有时间环节（151）和能经由该时间环节操控的开关元件（152）。

9.根据权利要求8所述的汽车起动器装置（1，2，3），其中时间环节（151）被构造为RC环节和/或开关元件（152）被构造为高侧或低侧晶体管。

10.根据前述权利要求之一所述的汽车起动器装置（1，2，3），其中定时开关模块（15）集成在包含开关装置（10）的外壳（110）的端子插头（150）中，所述端子插头将所述外壳（110）与控制信号线路（13）耦合。

11.根据前述权利要求之一所述的汽车起动器装置（1，2，3），其中定时开关模块（15）被设立用于提供5ms至100ms的时间延迟。

12.用于根据前述权利要求之一所述的汽车起动器装置（1，2，3）的开关继电器插头（150），具有信号输入端（150a）、第一信号输出端（150c）、第二信号输出端（150e）和定时开关模块（15），其中信号输入端（150c）直接与第二信号输出端（150e）连接并且经由定时开关模块（15）与第一信号输出端（150c）连接。

13.具有根据前述权利要求之一所述的汽车起动器装置（1，2，3）的起动停止***，所述起动停止***被设立用于在起动请求的情况下同时在输入侧给啮合装置（20）和开关装置（10）施加电压信号。

14.用于起动汽车的方法（71），其中使用根据权利要求1至11之一所述的、尤其是在根据权利要求13的起动停止***中的汽车起动器装置（1，2，3），所述方法包括：在起动请求（61a）情况下同时给啮合装置（20）和开关装置（10）施加（61）电压信号（61b），由此由于通过定时开关模块（15）的时间延迟首先通过啮合装置（20）将能通过电机（30）转动的小齿轮（32）啮合（72）到内燃机（50）的齿环（51）中并且接着利用开关装置（10）闭合（73）电机（30）的开关接触件（31），使得通过电机使小齿轮（32）转动并且起动（74）内燃机（50）。

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