EP1092867A2 - Elektrostarter für einen Verbrennungsmotor mit einer Schutzvorrichtung - Google Patents

Elektrostarter für einen Verbrennungsmotor mit einer Schutzvorrichtung Download PDF

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EP1092867A2
EP1092867A2 EP00120966A EP00120966A EP1092867A2 EP 1092867 A2 EP1092867 A2 EP 1092867A2 EP 00120966 A EP00120966 A EP 00120966A EP 00120966 A EP00120966 A EP 00120966A EP 1092867 A2 EP1092867 A2 EP 1092867A2
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electric starter
starter
control circuit
internal combustion
current
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Thomas Karamudas
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    • F02N2200/04—Parameters used for control of starting apparatus said parameters being related to the starter motor
    • F02N2200/045—Starter temperature or parameters related to it

Definitions

  • the invention is based on an electric starter for one Internal combustion engine according to the type of the main claim. It is known, for example by measuring the armature current or the temperature of the carbon brushes with corresponding Sensors the thermal load of the electric starter (or in short form called starter).
  • devices have the disadvantage that they are relative are complex because additional sensors are required.
  • Temperature sensor needed, which is close to the Carbon brushes must be located so that it is essentially their Temperature can detect.
  • the known methods for Current measurement also requires a measuring element for example a shunt in the measuring line or at contactless measurement, e.g. B. a Hall sensor.
  • the electric starter according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that the installation of additional hardware such as sensors, wiring, control, etc. are not necessary because these functions can be realized with those already existing in the control circuit components. It is considered to be particularly advantageous that the measurement of the voltage ripple, for example by simulation or empirical measurement, can be used to deduce local temperature peaks, for example on the carbon brushes, or the load on the electric starter without great effort. In certain operating situations like the long one Cranking "after a cold winter night or when driving with the starter without engine support when loading the ship (because the tank is empty) can overload the starter, which would result in damage or destruction. This is advantageously avoided by the subject matter of the invention.
  • the armature current of the electric starter can be determined indirectly.
  • the Determination of the armature current is often necessary because with With the help of this value the temperature of the carbon brushes of the Electric starter can be determined.
  • a high armature current naturally results from the heating of the electric starter and the brush fire a correspondingly high temperature, while at a low armature current the temperature is lower.
  • the limit load can be adapted accordingly for the electric starter. So z. B. at high ambient temperature the limit be reduced accordingly, since then a possible Damage can occur earlier.
  • FIG. 1 shows a block diagram with a General overview and Figure 2 shows a flow chart.
  • FIG. 1 shows an electric starter 1 with a gear 9, the output shaft, which is not was shown, is arranged via a pinion 3 so that the pinion 3 during the starting phase of the internal combustion engine 6 engages in the teeth of a ring gear 4 and thus the Crankshaft of the internal combustion engine 6 in the intended Offset rotary movement.
  • On the electric starter 1 is a electrically operated single-track relay 2 attached, with whose help in the starting process the adhesion between the Electric starter 1 and the internal combustion engine 6 guaranteed becomes.
  • the single-track relay 2 is electrical above its Control input with the output of a control circuit 5 (ESC) connected to which a control output of an engine control unit 8 is connected.
  • ESC control circuit 5
  • Control circuit 5 At further entrances to the Control circuit 5 is a limit switch 10 and a Measuring input connected to the terminal 30 of the Starter circuit between a battery 7 and one Connection on single-track relay 2 is connected. Furthermore is the control circuit 5 with a fault memory 19 and connected to a protective device 20. From FIG. 1 it also follows that all the devices mentioned are one Have a negative connection to the negative pole of the battery.
  • the individual devices 10, 19, 20 together with the control circuit 5 in one housing can be installed.
  • FIG Control circuit 5 The mode of operation of FIG Control circuit 5 with the protective device 20 closer explained. It should be noted in advance that usually the control circuit 5 already contains elements that Single-track relay 2 before starting the electric starter 1 in this way control that the pinion 3 first in the ring gear 4th is pushed before the rotation begins. After this Tracking the pinion of the electric starter 1 on the Gear ring 4 of the internal combustion engine 6 switches this Single-track relay the starter current, so that the starter motor turns and over the mentioned pinion 3 and ring gear 4 the Crankshaft of the internal combustion engine drives. On the ring gear 4 generates the internal combustion engine 6 due to the friction and Compression of the pistons in the individual cylinders is not constant, but largely periodic braking torque.
  • the Starter current I (main current of the starter) depends on on the torque to be applied.
  • AD converter analog-to-digital converter
  • control circuit 5 another program routine contains with which the measured simultaneously at terminal 30 Ripple of the voltage is processed further, that depending on the starter type, the period or the frequency of the ripple is calculated, this with the Voltage values is linked to derive the current flow through the electric starter. This then becomes heating at various points in the electric starter, especially on the carbon brushes.
  • the parameters for the calculations come, for example, from empirical carried out comparative measurements that previously on a Comparison starter for heating the electric starter 1 or whose carbon brushes have been determined.
  • This calculated Value is supplied to the protective device 20, the latter Value with a corresponding value of a limit transmitter 10 compares. When exceeding or falling below this The limit value is preferably the starter current for the Electric starter 1 limited or switched off.
  • the control circuit 5 forms the average of the last Converter values, which is subtracted from the current converter value, in position 12 a difference value.
  • the Time between the zero crossings recorded and from it in Position 14 calculates the starter speed. From the digitized voltage value of the AD converter 19 and Starter speed is determined taking into account the type of Electric starter 1 calculates the starter current I (position 15).
  • the existing Data on the heating of the electric starter 1 by comparison with the values stored for the individual temperatures and taking into account the ambient temperature calculated.
  • the Protection device 20 for example, when the permissible limit temperature an abort of the starting process, to protect the electric starter 1 from possible damage protect.
  • the Control circuit has a fault memory 19 in which now the error messages of the protective device after exceeding of the specified limit value are saved.
  • This Error messages are, for example, with date, time, Long term temperature of electric starter 1 etc. saved until, for example, the next due Service read out this error message and if necessary the cause can be researched.

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Abstract

Erfindungsgemäß wird ein Elektrostarter für einen Verbrennungsmotor vorgeschlagen, bei dem eine Steuerschaltung die Temperatur des Elektrostarters oder der Kohlenbürsten überwacht und gegebenenfalls den Hauptstrom begrenzt oder abschaltet. Die Temperatur wird indirekt über die Spannungswelligkeit im Hauptstromkreis zwischen der Batterie und dem Elektrostarter mittels eines Vergleichs bestimmt. Auftretende Fehler können als Meldung in einem Fehlerspeicher abgespeichert werden und gegebenenfalls beim nächsten Serviceintervall abgefragt und korrigiert werden. <IMAGE>

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Elektrostarter für einen Verbrennungsmotor nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist bekannt, zum Beispiel durch Messung des Ankerstromes oder der Temperatur der Kohlebürsten mit entsprechenden Sensoren die thermische Belastung des Elektrostarters (oder in Kurzform Starter genannt) zu ermitteln. Die bekannten Vorrichtungen haben jedoch den Nachteil, daß sie relativ aufwendig sind, da zusätzliche Sensoren benötigt werden. Zum Beispiel wird für die Temperaturmessung ein entsprechender Temperatursensor benötigt, der sich in der Nähe der Kohlebürsten befinden muß, damit er im Wesentlichen deren Temperatur erfassen kann. Die bekannten Verfahren zur Strommessung erfordern ebenfalls ein Meßglied, beispielsweise einen Shunt in der Meßleitung oder bei kontaktloser Messung, z. B. einen Hall-Sensor. Beide Verfahren erfordern Kosten für die Sensoren, Verkabelung sowie deren Einbau und sind ein zusätzliches Risiko für die Zuverlässigkeit des Elektrostarters. Weiter ist aus der DE 2700982 C2 eine Schaltung für elektrische Andrehmotoren bekannt, die die zeitliche Strom- oder Spannungsänderungen des Stromes auswertet, der dem Andrehmotor zugeführt wird. Unterschreitet die zeitliche Änderung einen vorgegebenen Schwellwert, wird dieses als Selbstlauf des Verbrennungsmotors interpretiert und der Andrehmotor abgeschaltet, da beim Selbstlauf des Verbrennungsmotors die Spannungsänderungen geringer sind als während des Anlassens.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Elektrostarter mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß der Einbau einer zusätzlichen Hardware wie Sensoren, Verdrahtung, Kontrollmöglichkeit, usw. nicht erforderlich sind, da diese Funktionen mit denen in der Steuerschaltung bereits vorhandenen Bauteilen realisierbar sind. Als besonders vorteilhaft wird angesehen, daß aus der Messung der Spannungwelligkeit, beispielsweise durch Simulation oder empirischer Messung, auf lokale Temperaturspitzen, beispielsweise an den Kohlebürsten, oder auf die Belastung des Elektrostarters ohne großen Aufwand geschlossen werden kann. In bestimmten Betriebssituationen wie beim langen
Figure 00020001
Kurbeln" nach einer kalten Winternacht oder beim Fahren mit dem Anlasser ohne Motorunterstützung bei der Schiffsverladung (weil der Tank leer ist), kann eine Überlastung des Anlassers erfolgen, die eine Schädigung oder Zerstörung zur Folge hätte. Durch den Erfindungsgegenstand wird dies vorteilhaft vermieden.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen angeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Elektrostarters möglich.
Besonders vorteilhaft ist, daß durch Abschalten des Hauptstromes der Kraftflusses zum Verbrennungsmotor sofort unterbrochen wird und somit keine weitere Erwärmung des Elektrostarters auftreten kann. Erst nach dem Abkühlen kann der Elektrostarter unbeschädigt wieder benutzt werden.
Günstig erscheint auch, daß aus den bereits vorhandenen Daten eines entsprechenden Vergleichsatarters der Ankerstrom des Elektrostarters indirekt ermittelt werden kann. Die Bestimmung des Ankerstromes ist oftmals notwendig, da mit Hilfe dieses Wertes die Temperatur der Kohlebürsten des Elektrostarters bestimmt werden kann. Ein hoher Ankerstrom ergibt naturgemäß aufgrund der Erwärmung des Elektrostarters sowie des Bürstenfeuers eine entsprechend hohe Temperatur, während bei einem niedrigen Ankerstrom die Temperatur niedriger ist.
Ein weiterer Vorteil wird auch darin gesehen, daß die gemessenen Werte der Spannungswelligkeit für Kontrollzwecke an einem entsprechenden Ausgang abgegriffen werden können. Dieses vereinfacht für Servicezwecke das Auffinden einer möglichen Fehlerquelle. Bei der nächsten Wartungsinspektion eines Kraftfahrzeugs könnten dann Fehler ausgelesen werden.
Da es üblich ist, die Steuerschaltung mit einem kleinen Mikrocomputerchip auszustatten, kann mit einem entsprechenden ergänzenden Softwareprogramm als Steuerprogramm für den Elektrostarter die bestehende Steuerschaltung vorteilhaft erweitert werden. Besonders vorteilhaft erscheint auch die Verbesserung der Zuverlässigkeit der Steuerschaltung, da wegen der nicht benötigten Bauteile auch kein Fehlerrisiko entstehen kann. Darüber hinaus kann durch einfache Modifikation des Steuerprogramms jeder Elektrostartertyp auf einfacher Weise angepaßt werden.
Als weiterer Vorteil wird angesehen, daß durch die Berücksichtigung der Umgebungstemperatur die Grenzbelastung für den Eelektrostarter entsprechend angepaßt werden kann. So kann z. B. bei hohen Umgebungstemperatur der Grenzwert entsprechend herabgesetzt werden, da dann eine mögliche Schädigung schon früher auftreten kann.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein Blockschaltbild mit einer Gesamtübersicht und Figur 2 zeigt ein Flußdiagramm.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Das Blockschaltbild der Figur 1 zeigt einen Elektrostarter 1 mit einem Getriebe 9, dessen Abtriebswelle, die nicht dargestellt wurde, über ein Ritzel 3 so angeordnet ist, daß das Ritzel 3 während der Startphase des Verbrennungsmotors 6 in die Zähne eines Zahnkranzes 4 greift und somit die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 6 in die vorgesehene Drehbewegung versetzt. An dem Elektrostarter 1 ist ein elektrisch betriebenes Einspurrelais 2 angebracht, mit dessen Hilfe beim Startvorgang der Kraftschluß zwischen dem Elektrostarter 1 und dem Verbrennungsmotor 6 gewährleistet wird. Elektrisch ist das Einspurrelais 2 über seinen Steuereingang mit dem Ausgang einer Steuerschaltung 5 (ESC) verbunden, an die ein Steuerausgang eines Motorsteuergerätes 8 angeschlossen ist. An weiteren Eingängen der Steuerschaltung 5 ist ein Grenzwertgeber 10 und ein Meßeingang geschaltet, der mit der Klemme 30 des Starterstromkreises zwischen einer Batterie 7 und einem Anschluß am Einspurrelais 2 angeschlossen ist. Des weiteren ist die Steuerschaltung 5 mit einem Fehlerspeicher 19 sowie mit einer Schutzvorrichtung 20 verbunden. Aus der Figur 1 ergibt sich auch, daß alle genannten Geräte eine Minusverbindung zum Minuspol der Batterie aufweisen.
Alternativ ist vorgesehen, daß die einzelnen Geräte 10,19,20 zusammen mit der Steuerschaltung 5 in einem Gehäuse einbaubar sind.
Anhand der Figur 2 wird nun die Funktionsweise der Steuerschaltung 5 mit der Schutzvorrichtung 20 näher erläutert. Vorweg sei darauf hingewiesen, daß üblicherweise die Steuerschaltung 5 bereits Elemente enthält, die das Einspurrelais 2 vor dem Start des Elektrostarters 1 derart steuern, daß das Ritzel 3 zunächst in den Zahnkranz 4 geschoben wird, bevor die Drehbewegung anfängt. Nach dem Einspuren des Ritzels des Elektrostarters 1 auf dem Zahnkranz 4 des Verbrennungsmotors 6 schaltet also das Einspurrelais den Starterstrom ein, so daß der Startermotor andreht und über die genannten Ritzel 3 und Zahnkranz 4 die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors antreibt. Am Zahnkranz 4 erzeugt der Verbrennungsmotor 6 aufgrund der Reibung und der Kompression der Kolben in den einzelnen Zylindern ein nicht konstantes, aber weitgehend periodisches Bremsmoment. Der Starterstrom I (Hauptstrom des Starters) hängt vom auf zubringenden Drehmoment ab. Dadurch, daß der Elektrostarter 1 aufgrund des periodischen Drehmomentes einen periodischen Strom aus der Batterie 7 zieht, kommt es an der Klemme 30 zu periodischen Spannungseinbrüchen, welche von der steuerschaltung 5 dadurch gemessen werden, daß beispielsweise ein Analog-Digital-Wandler (AD-Wandler) die Spannung an Klemme 30 digitalisiert und einem in der Steuerschaltung 5 vorhandenen Rechnerchip zuführt. Das Programm zur Steuerung des Rechnerchips in der Steuerschaltung 5, um das Einspurrelais 2 beziehungsweise den gesamten Startvorgang des Verbrennungsmotors 6 zu steuern, ist bereits bekannt und muß daher nicht näher erläutert werden. Als neu und erfinderisch wird angesehen, daß die Steuerschaltung 5 eine weitere Programmroutine enthält, mit der die an der Klemme 30 simultan gemessene Welligkeit der Spannung dahingehend weiterverarbeitet wird, daß in Abhängigkeit vom Startertyp die Periodendauer bzw. die Frequenz der Welligkeit errechnet wird, diese mit den Spannungswerten verknüpft wird, um daraus den Stromverlauf durch den Elektrostarter zu erhalten. Aus diesem wird dann die Erwärmung an verschiedenen Punkten im Elektrostarter, insbesondere an den Kohlebürsten, errechnet. Die Parameter für die Berechnungen stammen beispielsweise aus empirisch durchgeführten Vergleichsmessungen, die zuvor an einem Vergleichsstarter für die Erwärmung des Elektrostarters 1 oder dessen Kohlebürsten ermittelt wurden. Dieser errechnete Wert wird der Schutzvorrichtung 20 zugeführt, die diesen Wert mit einem entsprechenden Wert eines Grenzwertgebers 10 vergleicht. Beim Über- bzw. Unterschreiten dieses Grenzwertes wird vorzugsweise der Starterstrom für den Elektrostarter 1 begrenzt oder abgeschaltet.
Dieser Vorgang wurde prinzipiell noch einmal im Flußdiagramm der Figur 2, bei dem die weitere Programmroutine aufgebaut ist, näher erläutert.
Wie bereits oben erläutert, wird an der Klemme 30 an einem AD-Wandler 19 die Welligkeit der Batteriespannung gemessen. Die Steuerschaltung 5 bildet aus dem Mittelwert der letzten Wandlerwerte, der vom aktuellen Wandlerwert abgezogen wird, in Position 12 einen Differenzwert. In Position 13 wird die Zeit zwischen den Nulldurchgängen erfaßt und daraus in Position 14 die Starterdrehzahl errechnet. Aus dem digitalisierten Spannungswert des AD-Wandlers 19 und der Starterdrehzahl wird unter Berücksichtigung des Typs des Elektrostarters 1 der Starterstrom I berechnet (Position 15). Desweiteren wird in Position 16 aus den vorhandenen Daten die Erwärmung des Elektrostarters 1 durch Vergleich mit den für die einzelnen Temperaturen gespeicherten Werten und unter Berücksichtigung der Umgebungstemperatur berechnet. In Position 17 erfolgt durch die Schutzvorrichtung 20 beispielsweise bei Überschreiten der zulässigen Grenztemperatur ein Abbruch des Startvorganges, um den Elektrostarter 1 vor einem möglichen Schaden zu schützen.
Natürlich sind an Stelle des AD-Wandler auch andere bekannte Meßverfahren für die Welligkeit der Spannung verwendbar.
Ergänzend wird noch darauf hingewiesen, daß die Steuerschaltung einen Fehlerspeicher 19 aufweist, in dem nun die Fehlermeldungen der Schutzvorrichtung nach Überschreiten des vorgegebenen Grenzwertes gespeichert sind. Diese Fehlermeldungen werden beispielsweise mit Datum, Uhrzeit, Temperatur des Elektrostarters 1 usw. langfristig gespeichert, bis beispielsweise beim nächsten fälligen Service diese Fehlermeldung ausgelesen und gegebenenfalls nach der Ursache geforscht werden kann.

Claims (7)

  1. Elektrostarter für einen Verbrennungsmotor (6) mit einem Getriebe (9) zum Verbrennungsmotor (6), das während des Startvorganges des Verbrennungsmotors (6) den Kraftschluß zwischen dem Elektrostarter (1) und dem Verbrennungsmotor (6) bewirkt, mit einer Batterie (7), mit einer Steuerschaltung (5) für den Starterstrom (1) und zur Erfassung der Starterspannung oder des Starterstromes, mit einem Grenzwertgeber (10) und mit einer Schutzvorrichtung (20), dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (5) weiterhin ausgebildet ist, aus der Spannungswelligkeit im Hauptstromkreis des Elektrostarters (1) den Starterstrom (I), die Erwärmung und/oder die Belastung an wenigstens einem Punkt des Elektrostarters (1) zu bestimmen, daß der Grenzwertgeber (10) für die Vorgabe einer maximale Belastung des Elektrostarters (1) vorgesehen ist, daß ein Vergleicher vorgesehen ist, der aus den Werten der Belastung und dem vorgegebenen Grenzwert bei Über- oder bei Unterschreiten des Grenzwertes ein Signal abgibt, und daß die Schutzvorrichtung (20) ausgebildet ist, beim Auftreten des Signals den Kraftfluß zum Verbrennungsmotor (6) zu begrenzen.
  2. Elektrostarter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzvorrichtung (20) ausgebildet ist, den Hauptstrom (I) zum Elektrostarter (1) abzuschalten.
  3. Elektrostarter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (5) zur Bestimmung des Ankerstromes (I) des Elektrostarters (1) ausgebildet ist.
  4. Elektrostarter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (5) zur Bestimmung der Temperatur der Kohlebürsten des Elektrostarters (1) ausgebildet ist.
  5. Elektrostarter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelten Werte anzeigbar oder abgreifbar sind.
  6. Elektrostarter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (5) ein Steuerprogramm (20) zur Bestimmung oder Auswertung der Spannungswelligkeit, der Temperatur und/oder der Belastung des Elektrostarters (1) aufweist.
  7. Elektrostarter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (5) mit einem Temperatursensor (18) zur Erfassung der Umgebungstemperatur verbunden ist, und daß die Steuerschaltung (5) ausgebildet ist, die Ermittlung des Grenzwertes unter Berücksichtigung der Umgebungstemperatur durchzuführen.
EP00120966A 1999-10-15 2000-09-27 Elektrostarter für einen Verbrennungsmotor mit einer Schutzvorrichtung Expired - Lifetime EP1092867B1 (de)

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DE19949822A DE19949822A1 (de) 1999-10-15 1999-10-15 Elektrostarter für einen Verbrennungsmotor mit einer Schutzvorrichtung
DE19949822 1999-10-15

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