JP4068685B2 - 車両の内燃機関用のスタートないし駆動ユニット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の上位概念による、２つのスタートメソッドを有し始動装置を有する内燃機関用の車両の内燃機関用のスタートないし駆動ユニットに関する。その種の駆動ユニットは、公知である（ＤＥ３０４８９７２Ｃ１）。
【０００２】
【従来の技術】
新しい車両コンセプト（これは殊に環境保護及び燃費に関して最適化される）は、有利に次のように構築される、即ち、車両停止の際、例えば交通信号のところで、また、内燃機関により駆動モーメントが要求されないような動作フェーズにて内燃機関が止められるように当該のコンセプトは構築されている。その種の動作法では、スタートストップ（ＳＴＡＲＴ−ＳＴＯＰ）自動機構（ＳＳＡ）及びフライホイール作用利用形機構（ＳＣＨＷＵＮＧ−ＮＵＴＺ−ＡＵＴＯＭＡＴＩＫ）（ＳＮＡ）により実現できる。ＳＳＡ付き車両の場合、スタートの数は、従来車両の３００００と対照的に２０００００に増大し、そして、ＳＮＡ付きの車両の場合４０００００以上に増大する。惰性、慣性を最小化した従来型スタータ（始動装置）は特別手段によりＳＳＡ動作に対して整えられる。ここで、問題となるのはスタータピニオン及びリングギヤ（この中に当該ピニオンはスタート期間中結合される）を有する非潤滑の開放下ギア、伝動装置である。比較的高いスタート数に対しては、そのような解決策は有用でない。
【０００３】
冒頭に述べた従来技術の場合磨耗及び騒音の少ないパルス形スタート装置が提案される。ここで、所要のスタートエネルギは、フライホイール中に蓄積され、該フライホイールは、自由に回転可能にクランク軸上に支承されている。内燃機関のスタートのためモータ側のクラッチの閉成により機関は十分高い回転数に引き上げられる。
【０００４】
極度に低い温度のもとでの最初のスタートの場合フライホイールに対する受容し難い程の長い立ち上がり起動時間を来す。内燃機関の暖まった状態での繰り返しスタート、例えば交通信号のところで、又は、エンジンブレーキフェーズの終端にて、同様に受容し難い立ち上がり起動時間を来す（停止に至るまでのフライホイールの楕走が許容される場合には）。
【０００５】
同じ問題は、ＤＥ２９１７１３９Ａ１にて記載されたような構成型式の場合にも生じる。上記の公知のスタートないし駆動ユニットの場合クランク軸のフライホイールの回転質量は、投入、遮断可能であり、そして、内燃機関は、ブレーキングの際、又はエンジンブレーキの際、駆動系列の中断により、最小回転数を以て、例えばアイドリング回転数を以て更に作動し続け得る。交通信号等での短時間の停車の場合、駆動系列は、同様に中断されるが、ここで、内燃機関は、停止され、一方、回転質量は、更に回転し続け、次いで内燃機関の再スタートのため、当該駆動系列は、クラッチを介して再び連結される。ここで、回転質量回転数が過度に低下した場合、電動モータを使用して、回転質量を所定の回転数レベルに保持することも可能である。
【０００６】
総じて、旧来のスタータ（始動装置）又はパルススタータの使用の場合、連結可能なフライホイールを介してはスタートサイクルの高い所要数に対してスタート時間、わずかな騒音、磨耗、耐用寿命、電気容量に関して反復スタートに対する要求をごく部分的にしか充足し得ない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題とするところは従来技術の問題点を克服し、あらゆるスタートフェーズにおいて最適のスタートメソッドを選択する内燃機関用スタートないし駆動ユニットを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、特許請求の範囲１の特徴事項の構成要件により解決される。請求項１の有利な発展形態は、引用請求項及び図並びに実施例記載からも明らかである。
【０００９】
例えば、請求項２によれば外部条件は、内燃機関から直接取出し得る、それというのは内燃機関の温度は、その都度のスタート条件に対する最良の指標だからである。
【００１０】
請求項３の構成要件によれば始動フェーズにて、クランキング力（始動時回転力）の形成のため２つの機械を利用できるという利点が得られる。
【００１１】
請求項４の要件によっては、低い温度下でのコールドスタートを一層容易に実施できるようになる。
【００１２】
請求項５の構成要件によればＳＳＡ動作及びＳＮＡ動作において従来始動装置が損傷されないように保護されるという利点が得られる。
【００１３】
請求項７の構成要件によれば、有利には搭載電源が過負荷されないようになる。
【００１４】
また有利には請求項８によれば、スタータ／ゼネレータは電子的コミュテーション付きスタータ／ゼネレータ機械として構成されており、そして、クラッチと自動化変速機との間に配置されているのである、それというのは、前記スタータ／ゼネレータは、フライホイールの代替物として、能率的な電流発生器を成し得るからである。それにより、電池容量が節減される。更にスタータ／ゼネレータは、著しく少ない磨耗で動作する。
【００１５】
ここで、請求項９の構成要件によれば、中間歯車ないし副軸の使用も有利である、それというのはスタータ／ゼネレータを、より小型かつ軽量に構成できるからである。
【００１６】
請求項１０の構成要件によればゼネレータが転がる車両のエネルギによっても駆動可能であるという利点が得られる。而して、車両の運動エネルギを搭載電源への付加的給電のためにも使用し得る。
【００１７】
更に請求項１１の構成要件によれば電流発生に最も有利な変速段が自動的に投入されることにより自動化変速機の特性が完全に活用されるという利点が得られる。
【００１８】
【実施例】
本発明の３つの実施例及び従来技術の実施例が図示されており、以下詳述する。
【００１９】
図１中内燃機関２及び自動化変速機（ＡＳＧ）３を有する内燃機関２を示し、前記変速機は、入力シャフト４を有し、該入力シャフトはクラッチ５により内燃機関２から駆動的に切り離され得る。クラッチ５の操作及び変速段選択は速度及び回転数に依存して、電気的制御装置６により図示してないサーボを介して行われる。更にゼネレータ７が設けられており、該ゼネレータは、内燃機関２の同図では左側にあるベルトドライブ８を介して駆動される。従来のソレノイド形スタータ（Ｓｃｈｕｂｓｃｈｒａｕｂｔｒｉｅｂ）として構成されたスタータ９は、内燃機関２の他方の側に位置する。上記スタータは、必要な場合にはリングギヤ１０を介して内燃機関２をスタートする。制御装置６及びスタータ９の制御部は、図示されていない。リングギヤ１０の下方に回転質量（フライホイール）ディスクが設けられている。
【００２０】
図２に示す内燃機関１２用のスタートないし駆動ユニット１１は、同様に従来型スタータ１３を有する。ここで、参照番号１４は、電子的コミュテーション付きフライホイール作用利用形機構（ＳＲＭ）を示す。該機構（ＳＲＭ）１４は、スタータとしても、ゼネレータとしても動作し得る。フライホイール作用利用形機構として構成されたスタータ／ゼネレータ１４の制御を、制御装置１５が引き受ける。ここにおいて、本発明によれば、スタートないし駆動ユニット１１の動作法は、内燃機関の温度に依存して設定されている。たとえば、３０°〜４０°以下の内燃機関温度の場合、始動装置１３及びスタータ／ゼネレータ１４は、モータとして作動され、共に合わさってスタータ機能を生じさせる。４０°Ｃを越える比較的高い温度の場合、スタート機能は、磨耗のないスタータ／ゼネレータ１４によってのみ引き受けられる。自動化変速機１６は、スタート過程中クラッチの開放によりスタータ／ゼネレータ１４から切り離される。破線で示す制御線路１８を介して自動化変速機１６のそのつどの位置が制御装置１５に伝えられる。更に制御装置１５から、内燃機関１２における温度センサ１９まで破線が延びている。
【００２１】
図３は、従来型スタータ２３と、電子的コミュテーション付きフライホイール作用利用形機構として構成されたスタータ／ゼネレータ機械２４を有する内燃機関２２用のスタートないし駆動ユニット２１を示す。該スタータ／ゼネレータ機械２４はギヤ入力軸２５上に配置されている。即ち、スタータ／ゼネレータ機械２４は、図中クラッチ２６の右方に位置する。この機械２４も、それのロータと共に内燃機関２２のフライホイールをなす。温度センサは、参照番号２９で示されている。
【００２２】
３０°〜４０°以下の内燃機関温度の場合、従来型スタータ２３及びスタータ／ゼネレータ機械２４はモータとして作動され、そして、スタート機能を生じさせる。４０°Ｃを越える内燃機関温度の場合、スタート機能は、十分磨耗の少ないように動作するスタータ／ゼネレータ機械によってのみ引き受けられる。このことを可能にするため、クラッチ２６は、閉じていなければならず、そして、自動化変速機２７（ＡＳＧ）は、ニュートラル位置にしなければならない。ここでは制御装置は、参照番号２８で示されている。
【００２３】
図４に示す内燃機関３２のスタートないし駆動ユニット３１では、電子的コミュテーション付きフライホイール作用利用形機構として構成されたスタータ／ゼネレータ３３が、変速機または駆動系統に所属する副軸３４を介して、駆動系統に接続されている。ギヤ入力シャフトに対して同心的な配置構成も可能である。制御装置は３６で示され、温度センサは３９で示されている。スタータ／ゼネレータ機械３３は丁度図３のスタータ／ゼネレータ機械２４と同じように構成されている。
【００２４】
３０°〜４０°を下回る内燃機関温度の場合、従来型スタータ３７及びスタータ／ゼネレータ機械３３はモータとして作動され、そして、共に合わさってスタート機能を生じさせる。比較的高い内燃機関温度の場合、スタート機能は、十分磨耗の少ないように動作するスタータ／ゼネレータ機械によってのみ引き受けられる。前記の場合において、このことを可能にするため、クラッチ３８は、閉じていなければならず、そして、自動化変速機３５（ＡＳＧ）は、ニュートラル位置におかれなければならない。総じて見て、図２〜図４のスタートないし駆動ユニット１１、２１、３１に対して云えることは、３０°〜４０°Ｃを下回る内燃機関温度の場合におけるスタートに対して、フライホイール機械ＳＲＭは、モータ動作モードで、−２５°Ｃ〜−２８°Ｃのコールドスタート温度の場合における図１の従来型スタータの牽引モーメントのほぼ半分に対して設計されればよいのである。図２〜図４の実施例の従来型スタータ１３、２３、３７は、コールドスタートにおける他方の半分を引き受ける。そのようにして、従来型スタータの構成サイズのみならず、フライホイール機械ないし、スタータ／ゼネレータ機械の構成サイズも著しく低減できる。同じことが、制御装置１５、２８、３６におけるパワーエレクトロニクス回路に対しても成立つ。それというのは、フライホイールスタータ／ゼネレータにおいて完全なスタートモーメントのためコミュテーションしなければならない電流の半分の大きさの電流をコミュテーションしさえすればよいからである。さらに、従来型スタータを大きい減速比で設計し得る、即ち、主に−２５°Ｃ〜−２８°Ｃのコールドスタート温度に対して、設計し、そして、高回転動作モードを、電子コミュテーション付きスタータ／ゼネレータ２４、３３に委ね得る。つまり、従来型スタータの更なる小型化が図られる。図１の従来型スタータに比して、従来型スタータ１２、２３、３７の切換数は、明らかにそのつど各走行ごとのスタート（ここでは機関温度はなお３０°〜４０°を下回る）数のみに低減される。
【００２５】
図２に示すようなフライホイール機械は、著しく高い電流の場合におけるパワー半導体での高い電圧降下の故に、今日通常の１２Ｖ電池では形成され得ない。２４Ｖ搭載電源への移行が必要なこととなる。
【００２６】
図３及び図４の実施例では１２Ｖの手段がなお実現可能である。図４のスタータ／ゼネレータ機械は、中間歯車ないし副軸３４により、より小型かつ軽量に構成し得る。ここで、中間歯車ないし副軸の伝達比を２．５〜３にすることが可能である。勿論、ギヤの同期化には現在より比較的高い要求が課せられる。その理由は、変換されるスタータ／ゼネレータ機械２２の有効慣性モーメントが、図３に示された構成より高いからである。図３及び図４の構成型式の場合、スタータ／ゼネレータ機械２４ないし３３のフライホイールは、クラッチ過程中内燃機関２２ないし３２が息切れしないよう、十分な最小慣性モーメントを有しなければならない。
【００２７】
駆動系列内での切換え中の負荷衝撃及び同期化部への負荷は、切換過程中のゼネレータの減磁作用により低減され得る。アクティブな同期化も、同様に可能である。図２の実施例、態様の場合スタータ／ゼネレータのロータ慣性モーメントは完全に、図１の構成型式によるフライホイールのロータ慣性モーメントに代替し得る。
【００２８】
スタータ／ゼネレータ機械２４、３３は、それの構成サイズに基づきゼネレータ動作モードで、従来ゼネレータに比して、一層より高い電流を比較的良好な効率のもとで搭載電源内に供給し得る。従来の動作では、完全なフルのスタータ出力に対して設計されたフライホイール機械は、ゼネレータ動作モードでは中間クラスまでの小型の車両の場合、設計仕様が過度に大になってしまう。それにも拘わらず、スタートストップ動作法モード（ＳＳＡ）の場合、平衡のとられたチャージ収支を生じさせるには、フライホイール機械を比較的大きな電池と組み合わせて使用するしかない。それというのは、走行時間のほぼ１／３の間、電気的消費エネルギは、電池からまかなわなければならないからである。ＳＮＡ動作法の場合状態、事態は更に悪化する。それというのは、さらに、内燃機関が作動せずに生じる転がり状態の１／３を前提とすると、内燃機関は走行時間の２／３までしか停止できないからである。
【００２９】
図２の実施例の場合、設計から見ていずれにしろ、著しく強力なゼネレータが得られる。該ゼネレータのスタートストップ（ＳＳＡ）動作法への移行の場合、バランスのとれたチャージ収支を達成するためには、電気的負荷遮断機能及び一層大きな電池と併用するしかない。
【００３０】
図３及び図４の実施の場合上記問題点は、遥かに有利に対処克服され得る。ここで、フライホイールの慣性モーメントを呈するゼネレータは、転がっている、車両の運動エネルギにより駆動される。自動化変速機（ＡＳＧ）により転がり運転中開いた切換クラッチ状態のもとで、最も有利な変速段の自動的投入によりギヤ入力軸ないしゼネレータ軸の有利な回転数が生ぜしめられ、それにより良好なゼネレータ効率が達成可能である。
【００３１】
総じて、完全、フルのスタート出力に対する図３及び図４の手段の場合は、図２のフライホイール装置に比して、比較的軽量で、ボリュームがあり、而も、コスト上有利なスタート装置が得られ、該スタート装置は、幾らか拡大された電池と併さって良好なスタータ／ゼネレータ機能がまかなわれる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、従来技術の問題点を克服し、あらゆるスタートフェーズにおいて最適のスタートメソッドを選択する内燃機関用スタートないし駆動ユニットを実現できたという効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来技術の１実施例の概念図
【図２】 本発明の第１実施例の概念図。
【図３】 本発明の第３実施例の概念図。
【図４】 本発明の第３実施例の概念図。
【符号の説明】
１ スタートないし駆動ユニット
２ 内燃機関
３ 自動化変速機
４ 入力シャフト
５ クラッチ
６ 制御装置
７ ゼネレータ
８ ベルト駆動体
９ スタータ
１０ リングギヤ
１１ スタートないし駆動ユニット
１２ 内燃機関
１３ スタータ
１４ スタータ／ゼネレータ
１５ 制御装置
１６ 変速機
１７ クラッチ
１８ 制御線
１９ 温度センサ

Claims (9)

1. 車両の内燃機関（１２、２２、３２）用のスタートないし駆動ユニットであって、
   少なくとも２つのスタート法を実施できるように構成されており、始動装置を有し、
   該スタートないし駆動ユニット（１１，２１，３１）には、フライホイール作用利用形機構が設けられており、
   内燃機関（１２、２２、３２）の駆動軸と変速機（１６、２７、３５）との間にクラッチ（１７、２６、３８）が設けられており、
   スタートないし駆動ユニットと変速機に対する切換信号の受信及び出力のための電気的制御装置を有する当該スタートないし駆動ユニットにおいて、
   変速機（１６、２７、３５）は自動化変速機として構成されており、更に、始動装置は、スタータ／ゼネレータ（１４、２４、３３）と組み合わされた従来型スタータ（１３、２３、３７）から成り、また、スタートないし駆動ユニット（１１、２１、３１）の動作が、温度センサ（１９，２９，３９）により測定された内燃機関の温度に依存しており、ここで、設定に応じて、従来型スタータ又はスタータ／ゼネレータ（１４、２４、３３）又は両者が共に作動可能であるように構成されていることを特徴とする車両の内燃機関用のスタートないし駆動ユニット。
2. 内燃機関（１２、２２、２３）の暖まっていない状態の場合、従来型スタータ（１３、２３、３７）及びスタータ／ゼネレータ（１４、２４、３３）は共にスタータ機能を発揮するように構成されていることを特徴とする請求項１記載のスタートないし駆動ユニット。
3. ３０°〜４０°を越える内燃機関温度の場合、スタータ機能はスタータ／ゼネレータ（１４、２４、３３）によってのみ発揮され得るように構成されていることを特徴とする、請求項１または２記載のスタートないし駆動ユニット。
4. スタータ／ゼネレータ（１４）は、クラッチ（１７）と内燃機関（１２）との間に配置されていることを特徴とする請求項１から３までのうちいずれか１項記載のスタートないし駆動ユニット。
5. フライホイール作用利用形機構の設置されている場合、一時的な電気的負荷遮断が行われるように構成されていることを特徴とする請求項４記載のスタートないし駆動ユニット。
6. スタータ／ゼネレータは電子的コミュテーション付きスタータ／ゼネレータ機械（２４）として構成されており、そして、クラッチ（２６）と自動化変速機（２７）との間に配置されていることを特徴とする請求項１から３までのうちいずれか１項記載のスタートないし駆動ユニット。
7. スタータ／ゼネレータは電子的コミュテーション付きスタータ／ゼネレータ機械（２４）として構成されており、そして、クラッチ（２６）と自動化変速機（２７）との間に配置されており、また、中間歯車ないし副軸（３４）に接続されており、該中間歯車ないし副軸は、駆動系列中に自動化変速機（３５）の前に配置されていることを特徴とする請求項１から３までのうちいずれか１項記載のスタートないし駆動ユニット。
8. 電子的コミュテーション付きスタータ／ゼネレータ機器（２４、３３）のゼネレータは、内燃機関によって駆動されるのみならず、転がっている車両のエネルギによっても駆動されるように構成されていることを特徴とする、請求項６または７記載のスタートないし駆動ユニット。
9. 自動化変速機（２７、３５）は、次のように接続構成されている、即ち車両の転がりフェーズ期間中、ゼネレータの有利な効率に適する変速段が投入可能であることを特徴とする請求項６から８までのうちいずれか１項記載のスタートないし駆動ユニット。

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