DE69923738T2

DE69923738T2 - Speisungsregelvorrichtung für elektrischen Anlassermotor für Verbrennungsmotor und Anlasser mit solcher Vorrichtung

Info

Publication number: DE69923738T2
Application number: DE69923738T
Authority: DE
Inventors: Gerard Vilou
Original assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Current assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Priority date: 1998-09-16
Filing date: 1999-09-14
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2019-09-15
Also published as: KR20000023172A; KR100753736B1; EP0987434B1; FR2783371A1; JP2000097137A; FR2783371B1; DE69923738D1; BR9904198A; EP0987434A1; US6456034B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Steuerung der Stromversorgung des Elektromotors eines Anlassers für Fahrzeuge, insbesondere für Kraftfahrzeuge.
Die Stromversorgung des Elektromotors eines Anlassers wird herkömmlicherweise durch einen elektromechanischen Leistungskontakt (Wicklungsrelais) gesteuert, der in Abhängigkeit vom jeweiligen Zustand des Kontaktschalters des Fahrzeugs entweder direkt oder über eine Regelungselektronik betätigt wird, die in den Anlasser integriert ist oder nicht.
Die Leistungskontakte der Kraftfahrzeuganlasser können jedoch die Ursache für übermäßige Spannungsabfälle an den Klemmen des Elektromotors des Anlassers sein. Für diese Spannungsabfälle kommen verschiedene Ursachen in Frage: Korrosion der Kontakte, Oxidation durch Lichtbögen, Kurzschluß durch Kupferstaubablagerungen, die durch Lichtbögen verursacht werden, Prellen beim Schließen, vorzeitiges Schließen der Kontakte, noch bevor das Ritzel ausreichend am Anlaßzahnkranz eingespurt ist, usw.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, dieses Problem zu lösen.
Dazu schlägt die Erfindung eine Vorrichtung zum Anlassen eines Motors, insbesondere eines Fahrzeugs, vor, die einen Elektromotor, eine Regelungseinheit, Leistungsschalter und eine Elektromagnetspule umfaßt, die es ermöglicht, die Verschiebung eines Einspurritzels zu steuern, dadurch gekennzeichnet, daß der besagte Motor und die besagte Spule unabhängig durch eine elektrische Parallelschaltung gespeist werden, wobei ein erster Schaltungsstrang in Reihenschaltung den besagten Motor, ein erstes steuerbares elektronisches Leistungsbauteil und die Stromversorgung umfaßt, während ein zweiter Schaltungsstrang in Reihenschaltung die besagte Spule, ein zweites steuerbares elektronisches Leistungsbauteil und die Stromversorgung umfaßt.
Diese Vorrichtung wird vorteilhafterweise durch die verschiedenen nachfolgenden Merkmale für sich genommen oder in allen ihren technisch möglichen Kombinationen ergänzt:

– Das erste steuerbare elektronische Leistungsbauteil ist ein Leistungstransistor.
– Dieses Bauteil wird durch eine Regelungseinheit gesteuert.
– Die Verschiebung des Ritzels des Anlassers wird durch einen Elektromagneten gesteuert, dessen Wicklung mit dem zweiten steuerbaren elektronischen Leistungsbauteil in Reihe geschaltet ist, das seinerseits durch die Regelungseinheit gesteuert wird und die Stromversorgung der besagten Wicklung steuert.
– Das zweite steuerbare elektronische Leistungsbauteil ist ein Leistungstransistor.
– Dieses Bauteil wird durch die Regelungseinheit gesteuert.
– Das zweite steuerbare elektronische Leistungsbauteil wird durch ein pulsweitenmoduliertes zyklisches Signal gesteuert.
– Die Regelungseinheit erhält eingangsseitig die Klemmenspannung der Wicklung und umfaßt Mittel, um die Stabilisierung dieser Spannung zu erfassen, sowie Mittel, um das Tastverhältnis des besagten pulsweitenmodulierten Signals zu verändern, wenn diese Stabilisierung erfaßt wird.
– Die Regelungseinheit umfaßt Mittel, um die Umschaltung des Leistungsbauteils, das die Stromversorgung des Elektromotors steuert, in den Durchlaßzustand zu veranlassen, wenn diese Spannungsstabilisierung erfaßt wird.
– Der (oder die) Leistungstransistor(en) ist (sind) vom MOSFET-Typ.

Außerdem betrifft die Erfindung auch einen Anlasser eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen Elektromotor, ein Ritzel, das dazu bestimmt ist, durch den besagten Motor angetrieben zu werden, Mittel, um das besagte Ritzel von einer Ruheposition zu einer Position zu verschieben, in der es an einem Anlaßzahnkranz des Verbrennungsmotors einspurt, eine Vorrichtung zur Steuerung der Stromversorgung seines Elektromotors, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dieser Vorrichtung um den vorgenannten Typ handelt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung. Diese Beschreibung dient nur zur Veranschaulichung und hat keine einschränkende Wirkung. Sie ist unter Bezugnahme auf die beigefügte einzige Figur zu lesen, bei der es sich um eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß einer möglichen Ausführungsart der Erfindung handelt.
In dieser Figur ist ein Motor M eines Anlassers D dargestellt worden.
Dieser Motor, M ist mit einem Leistungsschalter T2 zwischen der Masse und einer Speiseklemme B+ für den Anschluß an die Spannung der Fahrzeugbatterie geschaltet.
Der Schalter T2 besteht nicht aus einem elektromechanischen Kontakt, sondern aus einem Leistungstransistor, der durch eine Regelungseinheit 2 betätigt wird.
Bei dieser Regelungseinheit 2 handelt es sich beispielsweise um einen Mikrocontroller, von dem ein Eingang e1 mit der Spannungsklemme B+ über den Kontaktschalter des Fahrzeugs (Zündschlüsselschalter oder anderer Schalter, in der Figur durch die Bezugsnummer 1 bezeichnet) verbunden ist und von dem ein Ausgang S2 den Schalter T2 betätigt. Außerdem ist der Mikrocontroller 2 auch durch einen Speiseeingang e2 direkt mit der Klemme B+ verbunden.
Bei dem Leistungstransistor T2 handelt es sich zum Beispiel um einen MOSFET-Transistor, dessen Gate durch eine Spannung angesteuert wird, die durch den besagten Mikrocontroller 2 an seinem vorerwähnten Ausgang s2 erzeugt wird.
Die durch diesen Mikrocontroller 2 gebildete Regelungseinheit steuert außerdem die Stromversorgung der Wicklung B eines Elektromagneten, die ihrerseits die Verschiebung des Anlasserritzels steuert.
Dazu ist die Wicklung B zwischen der Masse und der Klemme B+ für den Anschluß an die Batteriespannung mit einem durch die Regelungseinheit 2 gesteuerten Leistungstransistor T1 geschaltet.
Bei dem Transistor T1 handelt es sich beispielsweise um einen MOSFET-Transistor, dessen Gate durch eine Spannung angesteuert wird, die durch die Regelungseinheit 2 an einem ihrer Ausgänge (in der Figur durch die Bezugsnummer 1 bezeichnet) erzeugt wird.
Diese Regelungseinheit 2 erhält außerdem an zwei Eingängen e3, e4 einerseits die Spannung an einem Punkt zwischen der Wicklung B und dem Schalter T1 und andererseits die Spannung an einem Punkt zwischen dem Motor M und dem Transistor T2.
Die Speisesequenz bei der Stromversorgung der Wicklung B und des Motors M stellt sich wie folgt dar.
Das Schließen des Kontaktschalters 1 schaltet den Mikrocontroller 2 in den Aktivierungszustand.
Dieser startet verschiedene Initialisierungsvorgänge, wie etwa die Überprüfung, ob der Anker des Motors M nicht läuft (keine induzierte Spannung an den Klemmen des Motors M), ob die Wicklung B nicht gespeist wird, oder etwa eine Kontrolle der Temperatur des Anlassers.
Nach der Durchführung dieser Vorgänge steuert der Mikrocontroller 2 den Transistor T1 an, so daß die Wicklung durch einen Strom mit Pulsweitenmodulation (PWM oder Pulse Width Modulation nach der allgemein verwendeten angelsächsischen Terminologie) gespeist wird. Dazu kann die PWM-Modulation selbst durch den Mikrocontroller 2 an der Steuerspannung des Gate des Transistors T1 erzeugt werden, wobei jedoch natürlich auch andere Ausführungsarten möglich sind (vor allem könnte die PWM-Modulation des Speisestroms der Wicklung B durch eine spezifische Schaltung erfolgen, die im Speisestromkreis der besagten Wicklung B angeordnet ist).
Die so am Transistor T1 durchgeführte Steuerung ermöglicht es, ein mit reduzierter Drehzahl erfolgendes Einspuren des Anlasserritzels am Anlaßzahnkranz des Verbrennungsmotors herbeizuführen.
Die am Eingang e3 erhaltene Spannung ermöglicht eine Überwachung der Entwicklung der Spannung an den Klemmen der Wicklung B. Solange sich der bewegliche Kern des durch die Wicklung B gesteuerten Elektromagneten bewegt, verändert sich die Spannung an den Klemmen der besagten Wicklung. Sie stabilisiert sich erst, wenn der Kern seinen Verstellweg beendet hat.
Wenn diese Stabilisierung durch den Mikrocontroller 2 erfaßt wird, geht die Spannung am Ausgang s2 zum oberen Zustand über, wobei sie den Leistungstransistor T2 durchschaltet, der den Elektromotor M speist.
Gleichzeitig verändert das Tastverhältnis der den Transistor T1 steuernden PWM-Spannung seinen Wert, so daß die Stromstärke des Speisestroms der Spule B zu einem Haltewert übergeht.
Dieser Wert wird ausreichend hoch gewählt, um den Elektromagneten geschlossen zu halten, aber auch ausreichend niedrig, um keine übermäßige Erhitzung der Wicklung B oder des Transistors T1 zu verursachen.
Als Variante kann der Transistor T1 nach einem vorbestimmten Spannungsverlauf in Abhängigkeit von der Zeit gespeist werden. Nach Ablauf dieser Zeit schaltet der Ausgang s2 in den oberen Zustand, wobei der Leistungstransistor T2 durchgeschaltet wird.
Am Ende des Anlaßvorgangs – das heißt, wenn der Zündschlüssel losgelassen wird oder wenn der Mikrocontroller 2 die automatische Beendigung des Anlaßvorgangs bewirkt – schaltet der Mikrocontroller 2 die Spannungen an den Ausgängen s1 und s2 in den unteren Zustand, um die Transistoren T1 und T2 zu sperren.
Eine derartige Steuerung der Stromversorgung des Elektromotors eines Anlassers weist zahlreiche Vorteile auf.
Sie führt zu einer statischen Umschaltung, bei der die bekannten Erscheinungen wie Kontaktoxidation, Verschleiß, Korrosion, Kontaktprellungen usw. vermieden werden.
Sie ermöglicht eine Reduzierung der Kosten, des Bauraumbedarfs und des Gewichts, insoweit das Anlaßschütz beim Schließen der Leistungskontakte keine Kraft mehr auszuüben hat.

Claims

Vorrichtung zum Anlassen (D) eines Motors, insbesondere eines Fahrzeugs, die einen Elektromotor (M), eine Regelungseinheit, Leistungsschalter (T_i) und eine Elektromagnetspule (B) umfaßt, die es ermöglicht, die Verschiebung eines Einspurritzels zu steuern, dadurch gekennzeichnet, daß der besagte Motor (M) und die besagte Spule (B) unabhängig durch eine elektrische Parallelschaltung gespeist werden, wobei ein erster Schaltungsstrang in Reihenschaltung den besagten Motor (M), ein erstes steuerbares elektronisches Leistungsbauteil (T2) und die Stromversorgung umfaßt, während ein zweiter Schaltungsstrang in Reihenschaltung die besagte Spule (B), ein zweites steuerbares elektronisches Leistungsbauteil (T1) und die Stromversorgung umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Bauteil (T2) ein Leistungstransistor ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite elektronische Leistungsbauteil (T1) ein Leistungstransistor ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Bauteil durch eine Regelungseinheit (2) gesteuert werden.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Leistungsbauteil (T1) durch ein pulsweitenmoduliertes zyklisches Signal gesteuert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungseinheit (2) eingangsseitig die Klemmenspannung der Wicklung (B) erhält und Mittel, um die Stabilisierung dieser Spannung zu erfassen, sowie Mittel umfaßt, um das Tastverhältnis des besagten pulsweitenmodulierten Signals zu verändern, wenn diese Stabilisierung erfaßt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungseinheit (2) Mittel umfaßt, um die Umschaltung des Leistungsbauteils (T2), das die Stromversorgung des Elektromotors steuert, in den Durchlaßzustand zu veranlassen, wenn diese Spannungsstabilisierung erfaßt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der (oder die) Leistungstransistor(en)(T1, T2) vom MOSFET-Typ ist (sind).
Anlasser eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen Elektromotor (M), ein Ritzel, das dazu bestimmt ist, durch den besagten Motor angetrieben zu werden, Mittel, um das besagte Ritzel von einer Ruheposition zu einer Position zu verschieben, in der es an einem Anlaßzahnkranz des Verbrennungsmotors einspurt, eine Vorrichtung zur Steuerung der Stromversorgung seines Elektromotors (M), dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dieser Vorrichtung um den Typ nach einem der vorangehenden Ansprüche handelt.