專利名稱：起動繼電器的電路裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種如權利要求1的前序部分所述的用于繼電器的電路裝置。
眾所周知，汽車內采用起動繼電器作為內燃機的起動裝置。這種起動繼電器在接通大電流的同時，按比例提供小的控制電流。以轎車為例，所述大電流(指起動電流，它是由起動裝置起動內燃機所必需的)大約可高達1000安培。在起動過程中，流過起動繼電器的繼電器線圈的電流約為80-100安培。與起動電流值相比，這個電流相對較小，但是由于該電流直接經過一個起動開關(點火開關)或經過一個電子控制裝置，仍嫌其太大。為解決此問題，德國專利文獻DE 3737430C公開了配置有一個輔助繼電器的起動繼電器，它通過汽車的起動開關工作。這種方案的不足之處在于，不僅這個增加的輔助繼電器必須在汽車內占據額外的空間，而且它也作為一個增加的消耗裝置，具有較大的損耗功率。
帶有權利要求1所述特征的本發(fā)明的電路裝置具有如下優(yōu)越性它的輔助繼電器是經過優(yōu)化的，尤其是其結構尺寸縮小化，使其安裝空間變小。本發(fā)明的電路具有影響輔助繼電器的工作電流的控制和/或調節(jié)電路，它提供了這樣的可能性，即輔助繼電器的工作電流受到可選擇的判據的影響，在不同的運行狀態(tài)下，輔助繼電器的工作電流只吸收其實際需要的大小，從而明顯減小了在輔助繼電器上出現的損耗功率。而且在起動繼電器中的輔助繼電器盡可能集成化，從而具有緊湊的結構形式。
根據本發(fā)明的優(yōu)選設計方案，其控制電路包含一個受時序控制的控制或電流調節(jié)電路，它通過時鐘頻率和/或通過占空因數，使工作電流的大小隨著輔助繼電器的一定的工作狀態(tài)而變化。這樣做的優(yōu)點在于，使輔助繼電器的工作電流與改變了的運行條件相適配，例如運行溫度和/或輔助繼電器的銜鐵位置的改變。這種工作電流與輔助繼電器的運行狀態(tài)之間的優(yōu)化匹配降低了該輔助繼電器的功率損耗。特別是當工作電流減小時，輔助繼電器的銜鐵被吸持或者立即開始沿其運動軌跡運動。在不同的工作條件下，例如不同的溫度比的情況下，由于輔助繼電器工作電流的節(jié)拍是優(yōu)化受控的，因此可以對固定大小的工作電流平均值實現調節(jié)。為此可以考慮，在不同的溫度下，一方面輔助繼電器銜鐵的復原彈簧的特征曲線變化，另一方面輔助繼電器的磁化性能及其線圈的歐姆電阻發(fā)生變化，導致輔助繼電器的工作電流變化。一般輔助繼電器的線圈是根據所出現的最大工作電流來確定容量的。利用本發(fā)明的電路控制輔助繼電器的工作電流，使輔助繼電器運行在一個較小的和固定大小的脈動工作電流平均值上，通過選擇節(jié)拍頻率的電流額定值和/或計算節(jié)拍比，能夠適應各種不同的工作條件。于是從現在起，輔助繼電器的線圈可設計為在最高運行溫度下流過最大電流。
本發(fā)明的其他優(yōu)選方案體現在從屬權利要求所記載的技術特征中。
下面參照附圖進一步說明本發(fā)明的實施例。
附圖為

圖1是本發(fā)明電路裝置的方框示意圖；圖2是輔助繼電器工作電流的額定值和實際值曲線圖；圖3-圖6是輔助繼電器的脈動的工作電流的不同占空因數的信號波形圖；圖7和圖8表示本發(fā)明的第二個實施例。
圖1中用標號10表示的電路裝置是一個內燃機的起動裝置。電路裝置10包括一接通器件12，它可以是點火開關或起動開關，它與一個電子控制設備14相連接。電子控制設備14接有一個用于與控制設備14連接的輔助繼電器18的控制電路16。這個控制電路16又連接一個溫度探測電路20，該溫度探測電路還與位于輔助繼電器18附近的或裝在電機箱內的溫度傳感器(圖中未示出)相連接?？刂齐娐?6內包括一個起火密特觸發(fā)器作用的觸發(fā)級19，其起動參數值a)和b)是可調的，而且從控制設備14的輸出端可讀出輸出電流特性曲線。
控制設備14還包括其他實現汽車功能的必要的電路成分，由于與本發(fā)明無關，這里未示出。圖中未示出的輔助繼電器18的開關觸點與起動繼電器22的線圈相連接，由這些開關觸點實現對起動裝置24的電流回路的接通和斷開。
參照附圖的圖示，現在簡要描述一下電路裝置10的作用方式。當接通器件12工作時，輔助繼電器18的線圈接收來自電子控制設備14的電流。流過輔助繼電器18的線圈的電流也流向控制繼電器18的工作電流的控制電路16。與輔助繼電器18的開關觸點連接的起動繼電器22的繼電器線圈帶有工作電壓，于是起動繼電器22的起動使起動裝置24的主電流觸點閉合，它一般連接到某個電壓源，例如汽車上的汽車電池。流過起動裝置24的主電流觸點的起動電流比較大，最高約可達1000安培左右。輔助繼電器18的開關觸點與連接電壓源的起動繼電器22的繼電器線圈相連接，流過該開關觸點的開關電流約為80-100安培，而流過輔助繼電器18的線圈的工作電流I受到控制設備14的控制電路16的影響，約為40安培。
圖2中為說明圖1所示的工作電流I的控制過程，給出了該實施例中工作電流的額定值和實際值曲線。這里工作電流的額定值Isoll由控制電路16控制在時間點t2處下降到某一較低的值。由此可實現工作電流I實際的實測值(左側的簡化的再現曲線)的可調節(jié)性。根據電流特性曲線進行物理對比計算，要停止輔助繼電器18的銜鐵只需很小的磁通密度即可，相對而言，主要計算吸持住銜鐵所必要的電流。由于工作電流I大約下降了50％，因此損耗功率大約減小了25％，這是由于對于閉合的管路來說，維持必要的磁通密度只需很小的電流即可。這個很小的工作電流I流過線圈的線圈電阻，從而產生熱能損耗，這一功率損耗與時間點t2之前的大工作電流I相比是非常小的。
關于控制電路16的具體結構就不在這里詳細描述了，其中一部分控制在控制設備14內工作電流I的節(jié)拍，另一部分負責工作電流I的下降。除了觸發(fā)級19外，該控制電路還包含一個關于時間t2的時間級，用于將觸發(fā)級從較高的反應值a1和b1轉換成較低的反應值a2和b2，用于斷開(a1)和接通(b1)工作電流Iist。在本實施例中，工作電流I的額定值在t2為30ms時從25安培下降到12安培?？刂齐娐?6可采用眾所周知的多諧振蕩器、精密施密特觸發(fā)器或其他的適配的振蕩器電路，還有微處理器。直到電流下降的時間間隔t2是這樣確定的，即繼電器銜鐵在前一個時刻t1可靠地從其靜止位置升起。采用溫度探測電路20，工作電流Iist的臨界值隨著溫度的升高根據觸發(fā)級19的變化的反應值a和b而下降。此外，直到工作電流下降的時間間隔t2隨著溫度升高而變短。以此方式，使活動的繼電器銜鐵的取決于溫度的摩擦以及銜鐵復位彈簧的取決于溫度的彈力能夠得到補償。
圖3-圖6表示工作電流I的節(jié)拍頻率的信號曲線圖。信號特性曲線為精確的方波信號所構成，具有精確的占空因數和節(jié)拍頻率。關于方波信號的產生，控制電路16例如可以配置相關的函數發(fā)生器。在圖3中，信號曲線的節(jié)拍頻率為2KHz，具有30％的占空因數，這也就是說，在一個時間單元(周期)內，工作電流I在這個時間單元內的30％為接通狀態(tài)，其余的70％為斷開狀態(tài)。類似地，在圖4中信號曲線的占空因數為60％，圖5中信號曲線的占空因數為90％，圖6中信號曲線的占空因數為100％。相應于所選擇的占空因數產生一個沿工作電流I的曲線走向所包絡的面積和輸入所述線圈的能量。節(jié)拍越小，也就是說占空因數接通/斷開已選定，輸入線圈的能量也就越小，于是在該線圈內所產生的功率損耗越小。
隨著工作電流I的節(jié)拍的變化，占空因數根據輔助繼電器18的確定的運行參數而變化。例如，占空因數根據維持預定的工作電流強度這樣一個輔助繼電器18的運行參數變化。同時，通過減小占空因數實現工作電流I的下降以及改變溫度關系。
因此，在一個輔助繼電器18中，由控制電路16的觸發(fā)級19提供的工作電流I的占空因數在接通瞬間(大約30毫秒)為60％的節(jié)拍，同時在時間點t2(圖2)的占空因數轉變?yōu)?0％?？梢?，簡單地由觸發(fā)級19產生方波信號就能有效地減小輔助繼電器18的線圈的能量需求。通過控制電路16與溫度探測電路20的耦合，可以以簡單的方式使工作電流I的節(jié)拍與各個存在的工作條件相適配，如果處于冷卻狀態(tài)的繼電器，在合閘的瞬間，人們可以使具有60％節(jié)拍頻率的工作電流I在時刻t2時變?yōu)榫哂?0％節(jié)拍頻率。對于處于正常工作溫度的輔助繼電器18，合閘瞬間時的占空因數為90％，而在時刻t2時轉換成50％。對于已發(fā)熱的輔助繼電器18，合閘瞬間時的占空因數或節(jié)拍可達100％，而到時刻t2時轉換成60％。利用控制電路16和溫度探測電路20的作用，可以影響和調節(jié)從時刻t2起占空因數的轉換過程。例如對于冷卻態(tài)下的輔助繼電器18，時間點t2的時間長度為30毫秒，對于正常發(fā)熱的輔助繼電器18而言，時間點t2的時間長度為25毫秒，而對于已較熱的輔助繼電器18來說，時間點t2的時間長度為15毫秒。
顯然，在輔助繼電器18的吸持范圍和停止不動范圍之間，人們利用占空因數和該占空因數的轉換時間點能夠控制輔助繼電器18的操作，從而可以明顯地節(jié)約能源。
總之，盡管輔助繼電器18具有不同的運行狀態(tài)，尤其是不同的運行溫度，該繼電器的運行仍可由一個固定的工作電流平均值來調節(jié)。利用工作電流I的節(jié)拍頻率如前所述，我們能夠減少輔助繼電器18的功率損耗。
在不同的溫度比條件下利用固定的工作電流平均值提供了這樣的可能性可優(yōu)化輔助繼電器18的結構設計。這指的是，可提高輔助繼電器18的銜鐵的復位彈簧的彈力，其原因在于該繼電器已不再會工作在最惡劣的工作環(huán)境下，即不會在最高溫度時工作在最大電流I的極端情況。由于輔助繼電器18的銜鐵的彈力提高了，使開關觸點的振動趨向變小，于是延長了觸點的壽命。還有，由于提高了彈力，減小了振動趨向，可以將輔助繼電器18安裝在起動繼電器22的殼體內。此外，在起動繼電器22的開關過程期間，會產生可達5000-10000g大小的加速及碰撞到起動裝置上，然而由于輔助繼電器18的復位彈簧的彈力提高，可以很好地對上述力予以緩沖。
對于無需克服較大的彈簧力的情況下，可以減少輔助繼電器18的繞組匝數，原因在于總體上只需較小的能量需求去作功。這樣該繼電器的安裝空間可減小，需要時可將輔助繼電器18安裝在起動繼電器22內，從而實現高集成化。
起動器輔助繼電器的節(jié)拍頻率不僅可以由圖1和2所述的控制電路實現，也可以采用圖7和8的控制和調節(jié)電路來實現?？刂评^電器的工作電流從調節(jié)器17流過一個位于控制設備14’內的脈沖節(jié)拍級，產生節(jié)拍，根據某一預定的電流額定值Isoll調節(jié)由各節(jié)拍比構成的電流平均值，于是從輔助繼電器18按節(jié)拍讀出持續(xù)變化的工作電流的實際值Iist。當繼電器合閘后，電流額定值可隨時間出現下降，或者借助于另一個傳感器21根據輔助繼電器銜鐵的位置而下降。
根據附圖8所示，繼電器銜鐵初始動作之前，電流為額定電流IS1，在銜鐵活動期間，電流變?yōu)檩^小的額定電流IS2，當繼電器銜鐵完全接合時，電流再次下降變?yōu)楦〉念~定電流IS3。
線圈是如此設計的，例如在0℃條件下，電流調節(jié)到IS1，占空因數為60％，這對于繼電器銜鐵動作是足夠的(指同樣的繼電器銜鐵位置條件下的占空因數，并且IS2時取為40％，IS3時取20％)。在最高繞組溫度(例如+100℃)條件時，如果仍為上述已調節(jié)的繼電器電流的話，根據最大線圈電阻，在IS1時得到100％的占空因數，(IS2時為66％，IS3時為33％)。
本實施例中的繼電器的電流也基本上不受擾動作用的影響(例如溫度、電池電壓擾動等)，但是它與繼電器銜鐵的狀態(tài)(例如位置、速度)有關，并且根據磁動力需要量來調節(jié)。這個占空因數是由調節(jié)器自動地進行準確的調整的。
綜上所述，根據繼電器銜鐵動力需要量來調節(jié)繼電器電流的方案具有如下優(yōu)越之處-限熱作用，-在銜鐵沖擊時減小碰撞，減小觸點抖動，-具有高動作可靠性(高的銜鐵起動吸引力)，-提高了繼電器壽命。
權利要求
1.用于內燃機起動設備的起動繼電器的電路裝置，含有一個驅動起動繼電器的繼電器線圈的輔助繼電器，其特征在于，該電路裝置還具有影響和控制輔助繼電器(18)的工作電流(I)的控制電路和/或調節(jié)電路(16，16’)。
2.根據權利要求1所述的電路裝置，其特征在于，所述控制和/或調節(jié)電路(16，16’)包含一個脈動電流電路的節(jié)拍級。
3.根據前述權利要求之一所述的電路裝置，其特征在于，所述控制和/或調節(jié)電路(16，16’)具有一個使工作電流(I)節(jié)拍脈動的觸發(fā)級(19)，它具有確定的可調制的占空因數。
4.根據前述權利要求之一所述的電路裝置，其特征在于，工作電流(I)的占空因數可隨時間發(fā)生變化。
5.根據前述權利要求之一所述的電路裝置，其特征在于，所述脈動的工作電流(I)在到達某個設定的時間點(t2)之后減小。
6.根據權利要求5的電路裝置，其特征在于，當輔助繼電器(18)的銜鐵開始動作后所述脈動的工作電流(I)由其靜止位置和/或在到達其工作位置時變小。
7.根據前述權利要求之一所述的電路裝置，其特征在于，下降的工作電流(I)具有比未下降的工作電流(I)小的占空因數。
8.根據前述權利要求之一所述的電路裝置，其特征在于，占空因數的變化取決于輔助繼電器(18)和/或電動機的運行溫度。
9.根據權利要求5的電路裝置，其特征在于，使占空因數減小的時間點(t2)是隨輔助繼電器(18)和/或電動機的運行溫度的變化而變化的。
10.根據前述任一權利要求所述的電路裝置，其特征在于，脈動的工作電流(I)的占空因數隨著輔助繼電器(18)的銜鐵位置的變化而變化。
11.根據權利要求3的電路裝置，其特征在于，在最高允許工作溫度條件下，當脈動工作電流(I)的占空因數為100％時輔助繼電器(18)產生足夠的吸引力。
12.根據權利要求3的電路裝置，其特征在于，脈動的工作電流(I)由控制和/或調節(jié)電路(16，16’)控制從一個第一額定值(Isoll)經一定時間(t1，t2，t3)后調節(jié)到至少一個更低的額定值。
13.根據權利要求12的電路裝置，其特征在于，脈動的工作電流(I)的下降取決于分兩步實現的輔助繼電器(18)的接通時間(t1，t3)或其銜鐵位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于內燃機的起動裝置的起動繼電器的電路裝置,帶有一個驅動起動繼電器的線圈的輔助繼電器,還包括一個控制調節(jié)輔助繼電器(18)的工作電流(Ⅰ)的脈動的控制和/或調節(jié)電路(16),從而有效地降低繼電器的功率消耗。
文檔編號F02N11/08GK1172549SQ96191726
公開日1998年2月4日 申請日期1996年1月9日 優(yōu)先權日1995年2月3日
發(fā)明者S·舒斯特克, M·阿克曼, G·基斯滕 申請人:羅伯特-博希股份公司