DE10021153A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zum Starten eines VerbrennungsmotorsInfo
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Abstract
Eine Vorrichtung hat zum Starten eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs wenigstens eine Fahrzeugbatterie (1; 2) DOLLAR A und einen mit der Fahrzeugbatterie verbundenen Starter (5), der mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors koppelbar ist, wobei im Verbindungsweg zwischen der Fahrzeugbatterie (1; 2) und dem Starter (5) eine Strombegrenzungsvorrichtung (9) angeordnet ist, mit der der von der Fahrzeugbatterie (1; 2) zum Starter (5) fließende Strom auf einen vorbestimmten Amplitudenwert begrenzbar ist.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum
Starten eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff von
Patentanspruch 1 und ein Verfahren zum Starten eines
Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff von Patentan
spruch 8.
Bei aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zum
Starten eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs,
wie sie beispielsweise in der EP 0 849 467 beschrieben
sind, ist die Lärmentwicklung während des Starts nicht
unerheblich. Dies ist unerwünscht.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, eine Vorrichtung zum Starten eines Verbren
nungsmotors und ein korrespondierendes Verfahren zur Ver
fügung zu stellen, das einen leiseren Start eines
Verbrennungsmotors ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum
Starten eines Verbrennungsmotors mit den Merkmalen von
Patentanspruch 1 und durch ein Verfahren zum Starten ei
nes Verbrennungsmotors mit den Merkmalen von Patentan
spruch 8.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der beim
Start entstehende Lärm reduziert werden kann, indem der
Startvorgang zeitlich kürzer gestaltet wird. Dadurch daß
bei einer Vorrichtung zum Starten eines Verbrennungs
motors im Verbindungsweg zwischen der mindestens einen
Fahrzeugbatterie und der als Starter dienenden Antriebs
einheit eine Strombegrenzungsvorrichtung vorgesehen ist,
die den zur Antriebseinheit fließenden Strom auf einen
vorbestimmten Amplitudenwert begrenzt, ist es möglich,
eine für eine erste Spannung ausgelegte Antriebseinheit
mit einer zweiten, höheren Spannung zu betreiben, ohne
daß die Antriebseinheit beschädigt wird. Durch das
Betreiben der Antriebseinheit mit einer höheren Spannung,
kann die erforderliche Startdrehzahl des Verbrennungsmo
tors wesentlich schneller erreicht werden. Hierdurch wird
der Startvorgang verkürzt, was insgesamt zu einer Vermin
derung der Lärmentstehung führt. Sie bietet weiterhin den
Vorteil, daß ein zuverlässiger Start auch bei schwierigen
Bedingungen, wie zum Beispiel in der kalten Jahreszeit,
ermöglicht wird.
Bei einer vorteilhaften Ausführung hat die Antriebsein
heit einen Elektromotor mit Permanentmagneten. Der vorbe
stimmte Amplitudenwert wird so eingestellt, daß keine re
levante Entmagnetisierung der Permanentmagnete auftritt.
Bevorzugt wird der Amplitudenwert auf 300 A bis 700 A, ins
besondere auf 500 A eingestellt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung hat die Vor
richtung zwei Fahrzeugbatterien, wobei die Ausgangsspan
nung der zweiten Fahrzeugbatterie höher als die der ersten
Fahrzeugbatterie ist. Dabei wird die Antriebseinheit,
die vorzugsweise für den Betrieb mit der ersten Fahrzeug
batterie ausgelegt ist, von der zweiten Fahrzeugbatterie
gespeist, wobei der Starter im Überlastbereich betrieben
wird.
Auch wenn die mit hoher Ausgangsspannung versehene Fahr
zeugbatterie witterungs- oder alterungsbedingt schwächer
wird, kann sie den Starter immer noch mit hinreichend E
nergie versorgen, um ein gutes Starten des Verbrennungs
motors zu gewährleisten. Für den Fall, daß die eine hohe
Ausgangsspannung liefernde zweite Fahrzeugbatterie voll
ständig leer ist, kann der Starter immer noch mit der
ersten Fahrzeugbatterie hinreichend betrieben, und so ein
Notstarten des Verbrennungsmotors gewährleistet werden.
Selbst wenn beide, d. h. sowohl die erste als auch die
zweite Fahrzeugbatterie defekt oder entladen sind, ist
ein Fremdstarten aus Fahrzeugbatterien mit unterschied
lichsten Ausgangsspannungen möglich. In diesem Zusammen
hang wird Bezug genommen auf die parallel anhängige Pa
tentanmeldung . . . (Unsere Akte: 25289), deren Inhalt
durch diese Bezugnahme in den Offenbarungsgehalt der vor
liegenden Anmeldung aufgenommen wird.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen definiert.
Ein Ausführungsbeispiel wird im Folgenden unter Hinweis
auf die Zeichnung näher beschrieben, die in schematischer
Darstellung ein erfindungsgemäßes Bordnetz eines Kraft
fahrzeugs zeigt.
Fig. 1 zeigt ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs mit einer
ersten Fahrzeugbatterie 1, die eine Spannung U1 zur Ver
fügung stellt und einer zweiten Fahrzeugbatterie 2, die
eine Spannung U2 zur Verfügung stellt. Die Spannung U1
ist niedriger als die Spannung U2. Bevorzugt beträgt die
Spannung U1 12 V und die Spannung U2 36 V.
Das Bordnetz hat weiterhin einen Generator 4 mit einem
Ausgang G1, an dem eine Gleichspannung U3 bereit steht.
Die Spannung U3 ist gleich oder etwas größer als die
Spannung U1 der ersten Fahrzeugbatterie 1 und beträgt be
vorzugt 14 V. Der Ausgang G1 ist sowohl mit der ersten
Fahrzeugbatterie 1 als auch mit allen Verbrauchern 20
verbunden, die eine Anschlußspannung U1 benötigen.
An der zweiten Fahrzeugbatterie 2 sind ein Starter 5, ei
ne elektrische Lenkung 6, eine Frontscheibenheizung 7, und
eventuell weitere, die höhere Spannung U2 benötigende
Verbraucher angeschlossen. Die Frontscheibenheizung 7 ist
über einen Frontscheibenheizungsschalter 13 ein- und aus
schaltbar.
Die erste Fahrzeugbatterie 1 ist über einen Notstart
schalter 10 und eine Notstartdiode 11 mit der zweiten
Fahrzeugbatterie 2 verbunden. Die Anode der Notstartdiode
11 ist zur ersten Fahrzeugbatterie 1 und die Kathode der
Notstartdiode 11 ist zur zweiten Fahrzeugbatterie 2 hin
orientiert, so daß bei geschlossenem Notstartschalter 10
ein Stromfluß nur von der ersten Fahrzeugbatterie 1 zur
zweiten Fahrzeugbatterie 2 hin erfolgen kann.
Die zweite Fahrzeugbatterie 2 ist über eine Fremdstartdi
ode 12 mit einem Fremdstartanschluß 8 verbunden. Die Ano
de der Fremdstartdiode 12 ist zum Fremdstartanschluß 8
und die Kathode der Fremdstartdiode 12 ist zur zweiten
Fahrzeugbatterie 2 hin orientiert, so daß bei Anschluß
einer Fremdstartspannungsquelle (nicht dargestellt) an
den Fremdstartanschluß 8 ein Stromfluß nur von der Fremd
spannungsquelle zur zweiten Fahrzeugbatterie 2 hin erfol
gen kann. Die Fremdspannungsquelle kann insbesondere eine
Spannung von U1 und U2 haben, also bevorzugt 12 V und 36 V
betragen.
Die erste Fahrzeugbatterie 1 bzw. der Generator 4 und die
zweite Fahrzeugbatterie 2 sind über einen DC/DC-Wandler 3
verbunden, der eine Spannung U3 des Generators von bevor
zugt 14 V in eine Spannung U4 von bevorzugt 42 V umsetzen
kann. Mit der Spannung U4 wird im Fahrbetrieb die zweite
Fahrzeugbatterie geladen und die Hochspannungsverbrau
cher, wie die elektrische Lenkung 6 und die Frontschei
benheizung 7 mit Spannung versorgt.
Der Starter 5 ist für den Betrieb mit der Spannung U1
ausgelegt und wird hier jedoch mit der gegenüber der
Spannung U1 höheren Spannung U2 versorgt, so daß der
Starter 5 im Überlastbetrieb betrieben wird. Zwischen dem
Starter 5 und der zweiten Fahrzeugbatterie 2 ist ein
Strombegrenzer 9 angeordnet, der dazu dient, den Starter
5 vor Beschädigungen, wie Durchbrennen seiner Wicklungen,
zu bewahren. Er begrenzt insbesondere den Stromfluß un
mittelbar nach Beginn des Startvorgangs bis sich nach dem
Aufbau einer Gegen-EMK der Stromfluß durch den Starter 5
von selbst reduziert.
Zu Beginn des Startvorgangs fließt durch den Starter 5
ein Kuzschlußstrom, der um so höher ist, je höher die an
liegende Spannung ist. Mit steigender Drehzahl des Star
ters 5 entsteht eine Gegen-EMK (EMK = Elektromotorische
Kraft), woraufhin der Amplitudenwert des Stroms zurück
geht. Mit dem Strombegrenzer 9 wird zum Schutz des Star
ters 5 der durch den Starter 5 fließende Strom auf einen
vorbestimmten Amplitudenwert begrenzt. Bevorzugt wird im
vorliegenden Ausführungsbeispiel der Amplitudenwert auf
300 A bis 700 A und insbesondere auf 500 A eingestellt. Der
Strombegrenzer 9 ist vorzugsweise als Halbleiterschalter
ausgeführt.
Die vorstehend dargestellte Bordnetzanordnung ermöglicht
es, den Starter 5 aus den verschiedensten Spannungsquel
len zu betreiben. Bei normalem Betrieb, also bei funkti
onstüchtiger zweiter Fahrzeugbatterie 2, wird der Starter
5 von der zweiten Fahrzeugbatterie 2 mit der hohen Span
nung U2 gespeist. Da der Starter 5 für einen Betrieb mit
der niedrigen Spannung U1 ausgelegt ist, gibt der Starter
5 beim normalen Startvorgang ein sehr kräftiges Drehmo
ment ab, um einen Verbrennungsmotor (nicht dargestellt)
zu starten. Bei diesem Startvorgang wird der im Überlast
bereich betriebene Starter 5 durch den Strombegrenzer 9
vor Beschädigungen durch Überstrom geschützt.
Für den Fall, daß die zweite Fahrzeugbatterie 2 leer ist,
kann ein Notstartvorgang über die erste Fahrzeugbatterie
1 durchgeführt werden, indem der Notstartschalter 10 ge
schlossen wird, worauf der Strom von der ersten Fahrzeug
batterie 1 über die Notstartdiode 11 zum Starter 5 geleitet
wird. Da der Starter 5 für den Betrieb mit der Span
nung U1 ausgelegt ist, kann ein Notstart problemlos aus
geführt werden.
Für den Fall, daß die erste Fahrzeugbatterie 1 und die
zweite Fahrzeugbatterie 2 leer sind, kann ein Fremdstart
über den Fremdstartanschluß 8 durchgeführt werden. Hierzu
kann am Fremdstartanschluß 8 jede beliebige Spannungs
quelle angeschlossen werden, die eine Spannung zwischen
U1 und U4 bereitstellt.
Die vorliegende Bordnetzanordnung ermöglicht das zuver
lässige Starten eines Verbrennungsmotors mit unterschied
lichsten Spannungsquellen. Es können zum Starten Span
nungsquellen höherer Spannung, wie U2 bis U4, und Span
nungsquellen niedrigerer Spannung, wie U1, gleichermaßen
verwendet werden. Weiterhin können beim vorliegenden
Bordnetz alle bisherigen Standards weiter verwendet wer
den.
Claims (9)
1. Vorrichtung zum Starten eines Verbrennungsmotors ei
nes Kraftfahrzeugs umfassend:
mindestens eine Fahrzeugbatterie (1; 2);
eine mit der mindestens einen Fahrzeugbatterie (1; 2) verbundene Antriebseinheit (5), die mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors zum Star ten des Verbrennungsmotors koppelbar ist;
dadurch gekennzeichnet,
daß im Verbindungsweg zwischen der mindestens einen Fahrzeugbatterie (1; 2) und der Antriebseinheit (5) eine Strombegrenzungsvorrichtung (9) angeordnet ist, mit der der während des Startvorgangs von der mindes tens einen Fahrzeugbatterie (1; 2) zur Antriebsein heit (5) fließende Strom auf einen vorbestimmten Amp litudenwert begrenzbar ist.
mindestens eine Fahrzeugbatterie (1; 2);
eine mit der mindestens einen Fahrzeugbatterie (1; 2) verbundene Antriebseinheit (5), die mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors zum Star ten des Verbrennungsmotors koppelbar ist;
dadurch gekennzeichnet,
daß im Verbindungsweg zwischen der mindestens einen Fahrzeugbatterie (1; 2) und der Antriebseinheit (5) eine Strombegrenzungsvorrichtung (9) angeordnet ist, mit der der während des Startvorgangs von der mindes tens einen Fahrzeugbatterie (1; 2) zur Antriebsein heit (5) fließende Strom auf einen vorbestimmten Amp litudenwert begrenzbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Antriebseinheit (5) ein Elektromotor ist, der
Permanentmagnete aufweist, und der vorbestimmte Amp
litudenwert derart bemessen ist, daß keine relevante
Entmagnetisierung der Permanentmagnete auftritt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der vorbestimmte Amplitudenwert in einem Bereich
von 300 bis 700 A liegt, insbesondere 500 A beträgt.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Kraftfahrzeug eine erste und eine zweite Fahrzeugbatterie (2, 1) aufweist, wobei die von der ersten Fahrzeugbatterie (2) an ihrem Ausgang be reitstellbare Spannung (U2) größer ist als die von der zweiten Fahrzeugbatterie (1) an ihrem Ausgang be reitstellbare Spannung (U1), und
die Antriebseinheit (5) elektrisch leitend mit der ersten Fahrzeugbatterie (2) verbunden ist.
daß das Kraftfahrzeug eine erste und eine zweite Fahrzeugbatterie (2, 1) aufweist, wobei die von der ersten Fahrzeugbatterie (2) an ihrem Ausgang be reitstellbare Spannung (U2) größer ist als die von der zweiten Fahrzeugbatterie (1) an ihrem Ausgang be reitstellbare Spannung (U1), und
die Antriebseinheit (5) elektrisch leitend mit der ersten Fahrzeugbatterie (2) verbunden ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Antriebseinheit (5) derart dimensioniert ist,
daß sie bei Versorgung mit der von der Fahrzeugbatte
rie 1; 2) bereitgestellten Spannung, mit der die An
triebseinheit (5) verbunden ist, im Überlastbereich
betrieben wird.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Antriebseinheit eine elektrischer Starter (5)
ist, der für Versorgung mit einer Spannung von 12 V
ausgelegt ist und die Fahrzeugbatterie, mit der der
Starter verbunden ist, eine 36 V-Batterie ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Strombegrenzungsvorrichtung (9) einen Halb
leiterschalter umfaßt.
8. Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors eines
Kraftfahrzeugs, folgende Schritte umfassend:
- a) Koppeln einer Antriebseinheit (5) mit der Kur belwelle des Verbrennungsmotors;
- b) Zuführen eines auf einen vorbestimmten Amplitu denwert begrenzten Stroms aus einer Fahrzeugbat terie (1; 2) zu der Antriebseinheit (5).
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichet,
daß die Antriebseinheit (5) bei Versorgung aus der
Fahrzeugbatterie (2) im Überlastbereich betrieben
wird.
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