JP4083268B2 - 内燃機関を始動するための始動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スタータリレー（挿入リレー）を介して電圧源に接続可能でありかつ内燃機関を運転させるように係合操作可能であるスタータモータを備えた、内燃機関、例えば車両の内燃機関を始動するための始動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように内燃機関は始動装置を用いて始動しなければならない。というのは、内燃機関は自ら運転を開始することはできないからである。このために通例、所謂挿入リレーとして構成されているスタータリレーを介して電圧源に接続されされるスタータモータが使用され、かつ同時にスタータモータのピニオンが内燃機関のはずみ車のリングギアとかみ合って運転が開始されるようになっている。スタータリレーを投入接続するために、このリレーを車両の点火スイッチまたはスタータスイッチを介して制御することが公知である。スタータリレーによって、内燃機関の運転開始に対して必要である比較的高いスタータ電流が比較的低い制御電流を用いて切り換えることができることが実現される。
【０００３】
更に、車両に所謂スタート・ストップ自動装置を装備することが公知である。これにより、比較的長い停止、例えば赤信号の際に、内燃機関を自動的に遮断することが実現される。車両の引き続く走行の際に、内燃機関の自動的な再スタートが行われて、走行を続行することができる。停止状態ないし始動状態の検出は、例えば駆動輪の回転数（停止状態に対して）ないしアクセルペダルの操作（始動状態に対して）を検出する適当なセンサを介して行うことができる。
【０００４】
このスタート・ストップ自動装置は、停止状態の期間の燃料節約ないし環境汚染の低減という利点を有している。しかし新しいスタート過程の都度内燃機関をスタータモータを介して新たに回転しなければならないという点で不都合である。この場合その都度スタータモータのピニオンの、内燃機関のはずみ車のリングギアへの係合が行われる。このことにピニオン並びにリングギアの大きな機械的な負荷が結び付いている。この負荷は一方において係合によって、他方においてスタート期間に生じる加速力（回転加速度）によって引き起こされるものである。更に、再スタートの都度、時間遅延が生じる。その理由は、ピニオンが新たにリングギアに係合されなければならないからである。
【０００５】
【発明が解決すべき課題】
従って本発明の課題は、このような欠点が回避された始動装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題は本発明によれば、請求項１の特徴部分に記載の構成によって解決される。
【０００７】
本発明の始動装置は、係合過程が始動過程に時間的に無関係であるという利点を有している。スタータリレーおよび／またはスタータモータの制御を、スタータリレーおよび／またはスタータモータに配属されている半導体電力出力段を、少なくとも内燃機関のスタート・ストップ作動の期間にスタータリレーが停止状態において内燃機関によってその係合位置を有しているように制御する電子制御装置を介して行われるようにしたことによって、有利にも、停止過程の期間に係合を実現し、その結果始動状態の始動時点に既にピニオンがその係合された状態にあるということが可能である。これにより、係合を一層入念な、摩耗の生じない係合に最適化することができる。というのは、後続の始動過程は直接切迫しておらず、その結果時間節約の他に、係合される部材の摩耗が最小化されるからである。始動過程は規則的に、スタータリレー（ピニオン）の、内燃機関（リングギア）への入念な係合が既に行われているとき漸く始められる。
【０００８】
本発明のその他の有利な実施例は、その他の請求項に記載されている。
【０００９】
【実施例】
次に本発明を図示の実施例につき図面を用いて詳細に説明する。
【００１０】
図１には、図示されていない内燃機関の始動のための始動装置１０がブロック図にて示されている。始動装置１０は、スタータモータ１２並びにスタータリレー（挿入リレー）１４を含んでいる。スタータモータ１２およびスタータリレー１４の構成および動作は一般に周知であるので、以下の説明の枠内ではこれらについて詳細に説明しないものとする。重要なのは、スタータリレー１４が図１では端子１６に接続されているスタートスイッチの操作によって通電し、その結果スタータモータ１２を給電電圧Ｕに接続する接点Ｋ_Ｂが閉成される前に、スタータモータ１２の図示されていないピニオンが同様に図示されていない、内燃機関のクランク軸に配設されているリングギアに係合していることである。
【００１１】
スタータリレー１４およびスタータモータ１２の制御は制御装置１８を介して行われる。この制御装置は端子１６とスタータリレー１４ないしスタータモータ１２との間に接続されている。
【００１２】
制御装置を用いて、半導体電力出力段２０および２２が制御される。半導体電力出力段２２はスタータリレー１４を端子２４に加えられている給電電圧Ｕに接続する。スタータリレー１４ばかりでなくスタータモータ１２用でもある給電電圧Ｕは車両において車載配電源網、即ち車載バッテリーないし発電機によって供給される。
【００１３】
半導体電力出力段２０および２２は、端子１６に接続されている、車両のスタートスイッチ、例えば点火スイッチを介して相応の接点ユニット２６がトリガされたときにだけ、端子２４および従って給電電圧Ｕに接続されるようになっている。接点ユニット２６は有利にも自己保持機能を持つように実現されているので、スタートスイッチの釈放後も、給電電圧Ｕは半導体電力出力段２０および２２に加えられている。接点ユニット２６と半導体電力出力段２０および２２との間の接続路に、非常時遮断スイッチ２８が配設されている。このスイッチを介して始動装置１０の、給電電圧Ｕからの分離を行うことができる。
【００１４】
半導体電力出力段２０ないし２２は、フリーホイールダイオード３０および３２に配属されている。これらダイオードは、スタータリレー１４ないしスタータモータ１２（誘導負荷）の遮断の際に発生するフリーホイール電流を引き受ける。
【００１５】
制御装置１８は、接続線路３４を介して半導体電力出力段２０ないし２２の制御接続端子に接続されている。
【００１６】
制御装置１８は、マイクロプロセッサ３６並びにここには単に略示されている、誤接続防止部３８，ブーストコンバータ（Hochsetzsteller）４０，電圧調整器４２，緩衝部４４，電圧制限部４６，制御ドライバ４８並びにチャージポンプ５０のような回路構成部分を含んでいる。更に、接点ユニット２６に接続されている遮断検出部５２並びに車両のバスシステム５６に接続されているトランシーバ（以下全体をバスシステム５６と称する）が設けられている。更に、温度検出部５８が設けられている。制御装置１８の個々の回路構成部分、例えば誤接続防止部３８は制御装置１８の内部作動に用いられものにすぎず、始動装置１０の本来の制御機能には必要でない。
【００１７】
図１に図示されている始動装置１０は次のように機能する：
まず、始動装置１０を有している車両が所謂スタート・ストップ作動にあることから出発する。即ち、車両の内燃機関はそれ自体既に始動しておりかつ車両の停止の際に自動的に遮断する。このために、内燃機関が遮断する前に、まず待機される遅延時間を前以て決めることができる。信号を例えばバスシステム５６に供給することができるセンサエレメントを介して、停止状態の期間に制御装置１８は内燃機関のクランク軸の停止状態を検出する。これに基づいて制御装置１８はスタータリレー１４を制御する半導体電力出力段２２に信号を供給するので、半導体電力出力段は閉成されかつスタータリレー１４を接点ユニット２６を介して給電電圧Ｕに接続する。接続端子６０を介して接点ユニット２６に、車両が全体としてスタート・ストップモードにあることが信号報知される。他方において、即ち、内燃機関の停止状態において、例えば車両の駐車状態において、接点ユニット２６は開放されており、その結果給電電圧Ｕとの接続は可能ではない。
【００１８】
半導体電力出力段２２はスタータリレー１４を、これがスタータモータ１２のピニオンを内燃機関のリングギアに係合するように制御し、一方接点Ｋ_Ｂの閉成は行われないので、スタータモータ１２は非作動状態に留まる。従って、最初、いつ停止状態が始動状態に移行するかは明らかでないままに、停止状態における係合が行われる。これにより、係合過程は時間的に厳しくない。というのは、係合に直接始動過程が続くようにはなっていないからである。従って係合は、最適な、即ちことに、入念かつ摩耗の生じない、ピニオンの、リングギアへの係合に最適化することができる。スタータリレー１４は停止状態全体の期間に係合された状態に留まるので、始動状態のトリガの際、即ち係合に結び付いている時間損失なしに、内燃機関の始動過程を開始することができる。このために、スタータモータ１２の制御は、制御装置１８が半導体電力出力段２０を制御し、かつこれによりスタータモータ１２の主電流に影響を及ぼすようにして行われる。
【００１９】
スタータモータ１２の、半導体電力出力段２０を介する制御によって、非常に有利なことに、スタータモータ１２の始動特性に制御装置１８によって影響を及ぼすようにすることができる。即ち、例えばスタータモータ１２の所謂ソフト始動を実現することができる。即ち、スタータモータは始動状態の開始とともにその回転数を上昇する特性曲線によって高める。これにより、スタータモータ１２のピニオンと内燃機関のリングギアとの間に依然としてある遊びが、スタータモータ１２がその最高トルクに達する前に、まず緩慢に補償されるようにすることができる。最高トルクは、半導体電力出力段２２が完全に導通制御され、かつ従って接点Ｋ_Ｂが閉成されることによって実現される。半導体電力出力段２０の制御はその時は遮断することができる。これにより、始動装置１０の機械的な部分における著しい摩耗の低減が実現される。というのは、最高トルクによる突然の始動によるピニオンとリングギアとの間の衝撃負荷が回避されるからである。更に、スタータモータ１２の始動短絡電流を制限することができるので、車両の車載電圧供給部の負荷が低減される。同時に、スタータモータ１２のソフト始動によって電機子回転加速度の制限が行われるので、スタータモータ１２の負荷は全体として同様に低減されることになる。従って全体として、始動装置１０の耐久時間は一層長くなる。
【００２０】
制御装置１８にスタータリレー１４および／またはスタータモータ１２のその時点の状態について情報提供するために、電流検出素子６２が設けられており、その結果この電流検出素子６２によって供給される情報の帰還結合を介して制御装置１８を介する始動過程の制御が可能になる。
【００２１】
内燃機関の自立回転、即ち内燃機関の始動は成功裡に終了し、制御装置１８自体によって例えば電圧および電流信号の評価によって検出することができ、または外部から例えばバスシステム５６を介して制御装置に供給することができる。制御装置はこれに基づいて半導体電力出力段２２を制御するので、半導体電力出力段２２は開放される。スタータリレー１４はこれに基づいて復旧するので、接点Ｋ_Ｂは開放されかつスタータモータ１２のピニオンはリングギアから係合解除される。従って、内燃機関の始動過程は自動的に中断される。ピニオンの、リングギアからの係合解除は、制御装置１８によって時間最適に行われる。これによりピニオンにおける付加的な機械的なフリーホイール装置の配設を省略することができる。この付加的な機械的なフリーホイール装置の省略によって、一方において重量が低減され、他方において係合の期間にスタータリレー１４によって加速すべき質量が僅かになるので、スタータリレー１４は相応の一層小さな進入力に対して電気的に設計することができる。というのは、係合ないし係合解除過程の期間には、機械的なフリーホイール装置をピニオンと一緒に動かす必要がないからである。
【００２２】
マイクロプロセッサ３６を備えた制御装置１８の構成によって、制御装置１８をインテリジェントに実現することができる。即ち、マイクロプロセッサ３６を用いて、内燃機関の始動期間、殊にスタータモータ１４の係合および／または係合解除期間の時間経過を記録しかつ評価することができる。これにより、始動装置１０の個々の構成要素に対する制御の自動整合が始動装置１０の寿命にわたって可能である。殊に、例えば半導体電力出力段２０および２２を制御する制御信号のパラメータ化を行うことができる。従って例えば、所定の構成要素の増大する摩耗を始動システムにおいてに考慮できるようにすることによって、制御特性を始動装置１０の寿命全体にわたって変化することができる。始動装置１０の個々の構成要素の制御を決定するパラメータのファイルは不揮発性の、作動中プログラミング可能なメモリ、例えばＥＥＰＲＯＭにおいて行うことができる。制御装置１８を車両のバスシステム５６に接続することによって、非常に有利にも、車両の別の構成エレメントとの情報および／または信号交換を行うことができる。例えば、内燃機関の停止ないし始動状態を信号報知するデータを受信することができる。更に、スタータモータ１２の係合解除を引き起こす内燃機関の自発回転に関する情報をこのように簡単な方法で得ることができる。更に、バスシステム５６を介して全体の始動装置１０の内部および／または外部診断を場合により生じる誤監視ないし誤検出について行うことができる。
【００２３】
図２には、始動装置１０の別のブロック回路図が示されている。図１と同じ部分には同じ参照番号が付されておりかつもう一度説明しない。従ってその機能に関しては図１の説明を参照されたい。
【００２４】
図１に図示の実施例とは異なって、ここではスタータリレー１４は双安定リレーとして実現されている。即ち、スタータリレー１４の接極子は２つの定義されている終位置に位置決め可能である。終位置は一方において係合位置によって予め定められかつ他方において係合解除位置に予め定められる。相応の制御によってスタータリレー１４の接極子はその位置を相応に変化することができる。これにより、スタータリレー１４が内燃機関の停止状態全体の期間に通電していなければならない、図１に図示の実施例とは異なって、単に制御パルスをスタータリレー１４に送出する必要があるだけであるという利点が生じる。この場合制御パルスによってスタータリレーはその位置を変化する。このために例えば、接極子運動を一方または他方の方向に付勢するために、スタータリレー１４の相応の切換を実現するブリッジ回路を設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の始動装置の第１の実施例のブロック回路図である。
【図２】本発明の始動装置の第２の実施例のブロック回路図である。
【符号の説明】
１０ 始動装置、 １２ スタータモータ、 １４ スタータリレー、 １８制御装置、 ２０，２２ 半導体電力出力段、 ２６ 接点ユニット、 ３６マイクロプロセッサ、 ５６ バスシステム

Claims (9)

1. スタータリレー（挿入リレー）を介して電圧源に接続可能でありかつ内燃機関を運転させるように係合操作可能であるスタータモータを備えた、内燃機関を始動するための始動装置において、
   前記スタータリレー（１４）および／または前記スタータモータ（１２）の制御は電子制御装置（１８）を介して行われ、該電子制御装置は前記スタータリレー（１４）および／または前記スタータモータ（１２）に配属されている半導体出力段（２０，２２）を、少なくとも内燃機関のスタート・ストップ作動において、前記スタータリレー（１４）が内燃機関の停止状態においてその係合位置を有するように制御する
   ことを特徴とする内燃機関を始動するための始動装置。
2. 前記スタータリレー（１４）は停止状態の期間には通電しており、その結果該スタータリレー（１４）がその係合位置に留まる
   請求項１記載の内燃機関を始動するための始動装置。
3. 前記スタータリレー（１４）は双安定形であり、この場合２つの切換位置は係合位置および係合解除位置によって決められる
   請求項１記載の内燃機関を始動するための始動装置。
4. 前記スタータモータ（１２）は前記制御装置（１８）を介して、上昇する回転数特性曲線を有するソフト始動が行われるように制御される
   請求項１から３までのいずれか１項記載の内燃機関を始動するための始動装置。
5. 前記制御装置（１８）を介して、前記スタータモータ（１２）の始動短絡電流が制限可能である
   請求項１から４までのいずれか１項記載の内燃機関を始動するための始動装置。
6. 前記制御装置（１８）を介して、内燃機関の自立走行の際に前記スタータリレー（１４）は電気的にその係合解除位置に移行される
   請求項１から５までのいずれか１項記載の内燃機関を始動するための始動装置。
7. 前記制御装置（１８）はマイクロプロセッサ（３６）を有しており、該マイクロプロセッサは全体の始動および停止過程を監視しかつ検出し、その結果前記始動装置（１０）のインテリジェント制御が実施可能である
   請求項１から６までのいずれか１項記載の内燃機関を始動するための始動装置。
8. 前記マイクロプロセッサ（３６）に、不揮発性の、作動中プログラミング可能なメモリが、前記始動装置（１０）の構成要素を該始動装置の作動持続時間にわたってパラメータ化するために配属されている
   請求項１から７までのいずれか１項記載の内燃機関を始動するための始動装置。
9. 前記制御装置（１８）はバスシステム（５６）を介して車両の別の装置に情報および／または信号交換のために接続されている
   請求項１から８までのいずれか１項記載の内燃機関を始動するための始動装置。

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