专利名称：电机，起动装置和用于运行起动装置的方法
电机，起动装置和用于运行起动装置的方法现有技术
本发明涉及一种电机，尤其是用于起动内燃机的起动电机，具有换向器，带有碳刷 副的碳刷装置，具有正极侧的汇流条和负极侧的碳刷板。本发明此外涉及一种用于起动内 燃机的起动装置，尤其是用于机动车的内燃机的起动装置，其具有起动电机和起动器控制 机构，该起动器控制机构控制该起动电机。本发明涉及一种用于运行起动装置的方法，起动 装置用于起动内燃机尤其是在机动车中的内燃机的起动装置，其具有起动电机和起动器控 制机构。本发明也涉及一种计算机程序产品。
为了起动内燃机，已知有机械地换向的直流电机。在机动车中使用用于起动一停 止操作的电机要求电机的升高的功率，其导致增大的磨损或可以更快地达到可能破坏电机 的极限区域。
直流电机具有一个或多个碳刷装置，它们将电流经由换向器引导对偶电枢绕组 中。碳刷副由烧结材料制造，该烧结材料基本上具有筒成分和石墨成分。这种起动电机通 常被设计用于短时间的运行和在正常情况下用于30-60000个切换循环。为了也能够将起 动电机用于起动一停止的应用，按照最新的研发最好设置六个碳刷取代四个碳刷。
此外已知设置超载保护，其保证外部部件不会过热或烧毁。作为过载保护，申请人 例如已知的是使在起动电机中的碳刷绞合线或汇流条适当地变细。
DE10041822A1描述一种电动用于内燃机的具有起动电机的起动装置。为了实现一 种成本有利的并且可靠的过载保护，在起动电机的主电流回路中的至少一个部分，尤其是 碳刷的连接绞合线设计成熔断丝。该过载保护依赖于电流强度和持续时间中断起动电机的 主电路。
为了在具有高的旋转速度下达到高的寿命，此外已知将换向器设计成具有一个或 两个护板。
此外存在趋势，即提供尽可能小的具有闻的实际功率的起动电机。闻的功率要求 尽可能大的碳刷绞合线横截面。作为过载保护使碳刷绞合线有针对性地变细是与高的功率 输出的要求相抵触的。
此外已知具有两个不同地掺杂的半导体金属的电的热传感器(温度传感器)，其基 于塞贝克效应在有温度差下产生电压。
本发明的任务是改进开头所述类型的一种电机，一种起动装置，一种用于运行起 动装置的方法和一种计算机程序产品，使得用于起动内燃机的电机在增大的负载情况下， 尤其是由于起动一停止操作，具有高的寿命。
本发明的公开按照本发明该任务通过权利要求1，2，3和10的技术方案来解决。从属权利要求限定 本发明的优选的改进方案。
本发明的构思是，提供一种在电机中的过载保护，其中在电机里面或上面设计有 热传感器，尤其是在导电的元件处。热传感器可以在电机中布置在汇流条处，碳刷的绞合线 处或碳刷板处。热传感器也可以布置在电机的外壳处。但是这带来测量结果的不精确性。
该任务通过一种起动装置和一种用于运行起动装置的方法如此来解决，即起动电 机设计成具有热传感器并且该热传感器起动器控制机构作用连接。
在方法上，起动电机由起动器控制机构依赖于热传感器的测量值作为超负荷保护 来控制。优选地，直接地在电机中，最好在正极侧处，所谓的端子45处，或在正极侧的汇流 条处实现温度监控。在超负荷情况下，在绞合线烧断的情况下或者由于在起动电机内部的 过高的加热，电机被断开。由此避免起动电机处的内部和外部部件的可能的过热或烧毁。另 一个优点是，过载保护可重复地均匀地实施并且可以高精度地单独地调整。此外，电机通过 使用过载保护延长寿命，该过载保护本身不是立刻毁坏，因为过载保护可以多次地运行中 出现并且不是立刻使电机不运转。在例如通过碳刷处的绞合线温度在电机中的过载保险的 情况下，依据负荷点和依据负载方式的不同，可导致碳刷绞合线的相对较或较晚的熔断，因 为电机中其它的加热可能没有包含在内并且有时会在另外的部件处产生非常高的温度。这 例如可以通过有目的地重复加载而产生，例如由于起动一停止操作，这导致在起动电机的 内外部件之间的温度补偿。由此在电机的正极侧处在个别情况下出现非常高的温度，在个 别情况下不再满足对过载保护的具体的要求。设计一种没有熔断丝的过载保护具有优点， 即，在同时紧凑的小的结构类型的电机情况下，由于大的碳刷绞合线横截面而可以实现高 的功率。
为了将与起动器控制机构作用连接的热传感器作为过载保护来使用，优选在之前 或期间由起动器控制机构控制起动电机，借助于热传感器检查，是否起动电机可以在低于 一个极限温度下在一个温度窗口期中，尤其是低于150°C下运行或被运行，否则断开起动电 机。首先使起动一停止操作不起作用，从而仅仅还只能够进行发动机的“正常”起动。机动 车的内燃机由此不是在每个交通灯处被断开。但是，如果达到一个“临界”温度，这极少出 现，那么不再可能进行任何起动。起动装置此时才必须冷却。因此防止在起动电机处的部 件的烧毁/过热。
特别优选地设定两个极限温度，即一个用于冷起动的较高的第一极限温度和一个 用于机动车的起动一停止操作的较低的第二极限温度。热传感器探测电压电势差形式的温 度升高，其被传输到具有相应的电子评价机构的控制机构。该控制机构可以是起动器控制 机构，该控制机构也可以被嵌入另一个任意的控制机构中并且也可以例如集成到内燃机的 发动机控制机构中。优选地，在该控制机构中例如在起动器控制机构中确定一个温度窗口 期，起动电机可以在该温度窗口期中运行。因此例如可以规定，预先设定一个第一调整的极 限温度，如果超过这种极限温度，例如因为起动电机需要较长的起动时间，那么例如可以以 起动一停止操作的形式通过控制机构来阻止另外的起动，因为起动电机具有仍然过高的温 度。
在一个中间步骤中可以询问，是否起动电机的温度在此期间被降低，从而又可以 实施起动一停止操作。起动一停止操作的中断，因为由于过热不能够通过起动电机实施任 何起动，例如可以通过报警灯或借助于文字显示在显示器中为驾驶员示出。此外可以设置 第二极限温度，它与已知的熔断丝类似地起作用，从而起动电机在超过第二极限温度时立 刻被断开，以避免对电气部件的较大的损伤。由于电机在机动车的冷起动期间基本上包括 冷的部件，因此为冷起动设置一个较高的极限温度和为起动一停止操作确定一个较低的极 限温度，在该操作中由于内燃机的对流，电机也通过与内燃机的热连接被一起加热。
为了更有效地使用起动电机，优选依赖于确定电机的实际的温度改变确定电机的 正常运行时间。因此可以更好地匹配确定电机的实际功率并且解除固定不变的正常运行时 间，如其至今为止通常的那样。正常运行时间规定最大30秒的运行时间并且在此之后60 秒的强制停顿，以便减小过载。控制机构可以对极端的起动过程进行反应，极端的起动过程 已经达到低于30秒的负荷极限，和另一方面，如果还没有面临对起动电机的损伤，也可以 实现超过30秒的较长的控制时间。负载过程可以改变，因为起动电机的初始温度一般可以 在-25°C和130°C之间波动。
按照一种改进本发明的方法，在用于停止内燃机的一种起动一停止操作模式期 间，询问起动电机的温度并且如果起动电机的温度具有不允许的起动极限温度，则内燃机 的起动一停止模式被去激活。由此，如果例如电机已经位于高的温度水平上，尤其是大于 80°C，并且起动装置被认为是热态的，则防止电机进入不允许的运行区域中。因此，除了用 于起动一停止操作的已知的停止条件以外，按照本发明的方法在起动一停止操作模式中弓I 入另一个条件。
按照一种更优选的方法，在内燃机的一种起动一停止操作模式期间询问起动电机 的温度并且依赖于起动电机的温度由起动器控制机构实施内燃机的起动策略。依据起动一 停止操作模式的实现情况，起动器控制机构可以实施不同的起动策略。例如具有一种起动 策略，用于提高内燃机的可利用性，按照该起动策略已经被啮合到内燃机的惰性运转的齿 圈中。为此起动电机在内燃机惰性运转期间已经被通电流并且被带到一定的转速上。这种 起动有时可能导致起动电机比在所谓的冷起动下被更长时间地通电流。起动器控制机构因 此可以在不同的起动策略下依赖于驾驶员的愿望单独地反应。一种可能性是，现在将起动 电机的温度作为另外的决定标准用于一定的起动一停止策略。
为了能够更好地估计电机的温度，优选的是，将发动机温度与起动电机的温度相 比较并且据此将电温度的极限温度移动一个调节温度值。通过比较发动机温度，其已经通 过测量机油温度或水温度提供给发动机控制机构，可以更好地推断出起动电机的总温度， 因为起动电机被固定在内燃机的附近并且通过内燃机的一定的对流而具有大致上相同的 总温度。由此可以容易地确定，是否在起动过程期间涉及的是冷起动或是在热发动机上的 起动，该发动机已经具有例如高于80°C的较高的温度。如果起动电机已经具有较高的温度， 那么在起动时上可以更快地达到极限温度值。在这种情况下，调节温度值要向下修正。如 果起动电机较冷，因为存在冷起动，那么极限温度可以或者保持在被调整的调节温度值处 或者被向上移动。
为了产生用于新的装置结构或者在机动车的持续运行中的学习效果，按照另一种 优选的方法，将起动电机的温度超过的状态作为故障状态存储在存储器中，以便进行故障 诊断。因此，在有故障或者滥用的情况下存在一个精确的文献记载，其在机动车的售后服务 检测期间可以被读出并且被相应地评价，从而可以在将来避免临界温度状态。此外，控制机 构可以基于故障诊断进行相应地调整或再调节。
任务也通过一种计算机程序产品来解决，其可以用控制机构的尤其是起动器控制 机构的程序指令加载在一种程序存储器中，以便当程序在控制机构中被执行时实施上述方 法的所有步骤。计算机程序产品可以存储在一种半导体存储器中或另外的已知的存储器 中。这具有优点，即可以容易地实现单独的客户愿望或与起动器类型或机动车的内燃机的匹配并且必要时可以在持续的运行期间进行优化。硬件由此不必以高的成本进行修改。控 制机构可以或者是起动器控制机构或者是已知的、在机动车中存在的控制机构，例如发动 机控制机构。对起动电机的控制时间的昂贵的逻辑编程被取消，因为仅仅必须将至少一个 具有温度极限的特性曲线簇集成到控制机构中。
不言而喻，上面所述的和以下还要说明的特征不仅可以在各给出的组合中使用， 而且可以在另外的组合中使用。
附图简述以下参照附图详细说明本发明。附图中
图1显示了内燃机的起动装置的一个示意安装图，图2显示了起动装置的示意线路图，图3显示了热传感器的示意线路图，图4显示了电机的具有优选的测量区的一个局部和 图5优选的按照本发明的方法的流程图。
图1显示了用于起动内燃机2的起动装置I。起动装置I包括起动电机3和起动 器控制机构4。
起动器控制机构4集成到发动机控制机构9中并且借助于开关5，点火开关，来激 活。发动机控制机构9具有带有微计算机7和存储器8的控制单元6。
出于减少部件和出于效率的原因，如图1所示，优选将起动器控制机构4集成到发 动机控制机构9中。发动机控制机构9控制t控制内燃机2。发动机控制机构9获得内燃 机的传感器的值。在发动机控制机构9和内燃机2之间的控制和传感器线路负责在两个方 向上传递信息。起动电机3由蓄电池10经线路50和30供给电流。经由控制线路50和开 关5，点火开关，对起动器以及发动机控制机构9进行控制。
为了在起动起动电机3时降低蓄电池10的负载，起动电机3经由开关继电器来控 制，该开关继电器具有高欧姆的吸引线圈EW和保持线圈HW。起动电机3经由吸引线圈EW 被预先通上一个小的电流，因此开关12使线路30闭合并且起动电机3随后被施加最大电流。
在正极端，按照本发明，将热传感器13布置在一个引导电流的元件处。热传感器 13吸收电机3的温度。在电机外部设置热传感器13的电子评价机构14，该热传感器将测 量信号提供给发动机控制机构9中的起动器控制机构6。通过安装在电机3中的温度传感 器13，由此起动电机3可以在一个温度窗口期中并且不是如至今为止通常在一个时间窗口 期中那样被致动，以避免热损害。因此直接地依据起动电机3的实际温度来决定起动电机 3在不产生损坏下实际上可以运行多长时间。用于起动电机3的相应的开关策略存储在起 动器控制机构6中，该起动器控制机构以作为程序输入的温度极限值进行工作。起动电机 3由此起动内燃机2，即与内燃机2之间形成机械耦联15，例如以起动器小齿轮23的形式， 该起动器小齿轮被啮合到内燃机2的齿圈20中。机械耦联15也可以以任何已知的形式来 设计并且包括皮带在内。
图3示意地并且放大地显示了基于塞贝克效应(温差电效应)的热传感器13。两 个半导体金属在一个点处被连接起来并且由该以不同的方式掺杂的金属从电势差中导出温度差。
温度测量点24例如可以位于绞合线端子45处。从测量点24，两个金属A，B被 设计成一直延伸到一个比较位置处，该比较位置在由于塞贝克效应在温度改变时形成电势 差。借助于电势测量装置22，参见图3，该电势差用电子评价机构14评价并且以信号的形 式传递到起动器控制机构6。
图4以透视图显示了电动起动电机3的一个局部，包括正极侧的汇流条16和负极 侧的碳刷板17。在端子45处，电流线路经吸引线圈EW和直接的线路30相互连接起来。在 端子45处，绞合线46以电缆接头套管18与汇流条16连接。
Da由于绞合线46通过电加热最早达到临界温度，因为经由绞合线流动的是起动 器主电流，因此热传感器13被布置在具有测量点24的该线路上。如上所述，此外热传感器 13当然也可以位于另外的电气部件处或电机处。
图5显示了一种特别的方法过程的流程图，如其优选由起动器控制机构4中的一 个计算机程序产品实施的那样。在第一步骤SO中，驾驶员例如通过按压起动钮或旋转点火 钥匙发出要起动内燃机2的信号。为此例如一个信号传送到发动机控制机构9和起动器控 制机构4，以便激活具有起动内燃机3的起动电机3的起动装置I。出于简化的原因，点火 开关开关和起动一停止开关被组合成开关5。
在询问步骤Al中检查，是否起动电机3出于临界温度极限以下，在该临界温度极 限时起动电机3可以实施可靠的起动，从而在通电流期间不会出现内部或外部部件的高温 加热或燃烧。如果在驾驶员的起动愿望之前已经存在不允许的极限温度，那么该询问一直 进行，直到起动电机3被降低到位于临界温度极限以下的温度为此。在此之后该控制才转 入下一个步骤。
在步骤S2中，机械耦联装置15闭合，也就是说，起动器小齿轮23啮合到齿圈20 中，从而起动电机3与内燃机2机械地连接。
在步骤S3中，内燃机2借助于起动电机3被起动，其中，起动电机3首先经吸引线 圈EW和接着通过闭合开关12，也就是说，继电器吸合，使接触桥形接片闭合并且从端子30 至端子45的主电流被闭合，从而直接地经由线路30和端子45进行通电流，其中，开关继电 器11通过保持线圈HW使开关12保持闭合。按照本发明，在此情况下优选经由温度传感器 13询问例如在绞合线端子45处的温度并且检查允许的第一极限温度。如果极限温度被超 过，那么断开起动电机。由此借助于温度监控，在超载情况下调节出对起动器的有针对性的 切断。如果内燃机和起动装置处的温度小于40°C，则是在冷发动机上进行起动，因此起动 电机3在一个存储在控制机构中的第一上限温度之前可以被加载。在此情况下，起动电机 3内部加热更强烈，从而例如作为在绞合线45处的上限温度可以预先规定150°C的临界温 度。极限温度取决于起动电机的各相应的设计类型和起动电机-内燃机组合。
此外也具有在热态内燃机上的起动情况。在此情况下，起动电机通过内燃机的对 流具有大致相同的温度。因此临界温度可以大致被降低到150°C以下。
一旦内燃机2被起动，则在步骤S4中起动电机3通过打开开关12而被停止并且 耦联装置15分开在起动电机3和内燃机2之间的机械耦联。
在询问步骤A5中询问，是否存在起动一停止条件。如果不存在内燃机2的起动一 停止条件，那么起动一停止模式被去激活。该询问一直被重复，直到存在一个条件，尤其是 存在一个允许的温度极限。如果在行驶运行期间或在停止在交通灯处期间通过冷却又达到允许的温度，那么起动一停止模式又被激活。
在另一个询问步骤A6中询问，是否起动电机3的温度低于一个第二，确定的极限 温度。该第二极限温度也可以与内燃机2的温度相比较地进行评价。询问A6包括一个温 度窗口期，在该温度窗口期中确定，在哪个区域中允许起动电机3的起动一停止操作。
如果用起动电机3的热电偶13测量的温度高于用于起动一停止操作的确定的第 二极限温度，那么控制机构转到程序步骤S7，在该步骤中控制机构允许停止内燃机2并且 备选地在步骤Sll中驾驶员被通知起动电机温度被升高并且因此使起动一停止操作暂时 失效。
如果在确定的情况下起动电机3的温度低于被确定的第二极限温度，那么在步骤 S8中使内燃机2停止。
在询问A9中检查，是否存在用于起动内燃机2的起动条件。在确定的情况下，控 制机构又转到步骤S10，在该步骤中，按照一种灵活的起动策略，发动机控制机构9与内燃 机2和起动电机3或起动器控制机构4被控制，以便再次起动内燃机2。控制机构然后再次 转到步骤S2。全部附图仅仅示意地显示了非按照比例尺寸的图示。此外尤其是参见对于本 发明重要的绘出的图示。
权利要求
1.电机，尤其是用于起动内燃机⑵的起动电机(3)，具有换向器，带有碳刷副的碳刷装置，具有正极侧的汇流条(16)和负极侧的碳刷板(17)，其特征在于，在所述电机里面或上面设计有热传感器(13)，尤其是在导电的元件处。
2.用于起动内燃机(2)、尤其是机动车的内燃机的起动装置(I)，具有起动电机(3)和起动器控制机构(4)，所述起动器控制机构控制所述起动电机(3)，其特征在于，所述起动电机(3)设计成具有热传感器(13)并且所述热传感器(13)与所述起动器控制机构(4)作用连接。
3.用于运行起动装置(I)的方法，所述起动装置用于起动内燃机(2)，尤其是在机动车中的内燃机，所述起动装置具有起动电机(3)和起动器控制机构(4)，其特征在于，在所述起动电机(3)中的热传感器(13)与所述起动器控制机构(4)作用连接并且所述起动电机(3)由所述起动器控制机构(4)依赖于所述热传感器(13)的测量值来控制。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述起动电机(3)由所述起动器控制机构(4)控制并且此时借助于热传感器(13)检查，是否起动电机(3)在低于一个极限温度下在一个温度窗口期中，尤其是低于150°C下，被运行，否则所述起动电机(3)被断开，其中， 特别优选地确定两个极限温度，一个较高的极限温度用于冷起动和一个较低的极限温度用于起动一停止操作。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，依赖于所述起动电机的实际的温度改变所述起动电机(3)的正常运行时间。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的方法，其特征在于，在所述内燃机(2)的、用于停止所述内燃机(2)的起动一停止操作模式期间，询问所述起动电机(3)的温度并且如果所述起动电机(3)的温度具有不允许的起动极限温度则所述内燃机(2)的所述起动一停止模式被去激活。
7.根据权利要求3至6所述的方法，其特征在于，在所述内燃机(2)的一种起动一停止操作模式期间，询问所述起动电机(3)的温度并且所述内燃机(2)的起动策略依赖于所述起动电机(3)的温度由所述起动器控制机构(4)实施。
8.根据权利要求3至7所述的方法，其特征在于，将发动机温度与所述起动电机(3) 的温度相比较并且依赖于该比较将所述极限温度降低一个调节温度值。
9.根据权利要求3至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述起动电机(3)的温度超过的状态被作为故障状态存储在一个故障诊断存储器中。
10.计算机程序产品，其可以借助于控制机构(6)的程序指令加载在程序存储器(8) 中，以便当所述程序在所述控制机构(6)中被执行时，实施根据权利要求1至7中至少一项所述的方法。
全文摘要
本发明涉及一种电机，尤其是用于起动内燃机(2)的起动电机(3)，具有换向器，带有碳刷副的碳刷装置，具有正极侧的汇流条(16)和负极侧的碳刷板(17)。为了提供一种用于起动内燃机内燃机(2)的电机，其尤其是由于起动－停止操作而具有提高的负载和具有高的寿命，在电机里面或上面设计有热传感器(13)，尤其是在导电的元件处。
文档编号F02N11/10GK103004080SQ201180036974
公开日2013年3月27日 申请日期2011年7月13日 优先权日2010年7月29日
发明者M.拜耶, M.席克 申请人:罗伯特·博世有限公司