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Querverweis auf verwandtes Dokument
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung
JP 2014-115602 , die am 04. Juni 2014 eingereicht wurde und deren Offenbarung durch Bezugnahme hierin mit eingebunden ist.
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Hintergrund der Erfindung
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1. Technisches Gebiet
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Die Offenbarung betrifft im Allgemeinen eine Maschinenstartvorrichtung, die mit einem Anlaufstromreduzierer ausgestattet ist, um einen Anlaufstrom zu reduzieren, der von einem elektrischen Motor aufgenommen wird, wenn er erregt wird.
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2. Technischer Hintergrund
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Wenn beim Starten einer Maschine ein zu großer Anlaufstrom durch einen elektrischen Motor eines Maschinenanlassers fließt, führt dies gewöhnlich zu einem großen Abfall einer Anschlussspannung einer Speicherbatterie, was bewirken kann, dass elektronische Steuereinheiten (ECUs), die in einem Fahrzeug angebracht sind, zurückgesetzt werden, oder Betätigungen der Solenoidstellglieder instabil werden. Um den Anlaufstrom zu verringern, der durch den elektrischen Motor fließt, lehrt die Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung
JP2009-224315 ein ICR-(Anlaufstromreduzier)-Relais mit einem eingebauten Widerstand in einer Leistungszufuhrleitung, die zu dem elektrischen Motor führt, zu installieren.
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Maschinenanlasser zur Verwendung im Leerlaufstoppsystem (ebenso automatische Maschinenstopp/Neustartsysteme genannt) von Automobilen sollen eine minimierte Zeitdauer erfordern, um die Maschine neu zu starten (diese wird ebenso als eine Maschinenneustartzeit nachstehend bezeichnet), um den Komfort eines Fahrers oder Passagiers sicher zu stellen. Die Verkürzung der Maschinenneustartzeit kann durch Zunahme der Geschwindigkeit, bei der die Maschine angekurbelt wird, erreicht werden. Um dieses gemeinsam mit einer Sicherstellung einer Startfähigkeit der Maschine bei niedrigen Temperaturen zu erreichen, bei der die mechanische Reibung der Maschine üblicherweise hoch ist, ist es notwendig, einen elektrischen Motor mit großer Abmessung und hoher Leistung in dem Maschinenanlasser zu verwenden.
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Die Erhöhung der Geschwindigkeit, bei der die Maschine angekurbelt wird, ohne den elektrischen Motor mit großer Abmessung und hoher Leistung zu verwenden, kann durch ein Umschalten von Betriebskennlinien eines elektrischen Motors, der in dem Maschinenanlasser verbaut ist, zwischen einem hohen Geschwindigkeitsmodus und einem hohen Drehmomentmodus erzielt werden. Beispielsweise offenbart die Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung
JP 2004-197719 eine Technik zur Verwendung eines elektrischen Motors, der mit einer Feldspule ausgestattet ist, die aus einer Reihenschlusswicklung und einer Nebenschlusswicklung gebildet wird und einen Feldstrom, der durch die Nebenschlusswicklung fließt, durch eine ECU steuert, um zwischen dem hohen Geschwindigkeitsmodus und dem hohen Drehmomentmodus umzuschalten.
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Wenn sich jedoch der Maschinenanlasser in dem hohen Geschwindigkeitsmodus befindet, um die Maschine zu starten, ist das Drehmoment, das durch den Maschinenanlasser abgegeben wird, üblicherweise niedrig, was zu einem großen Anstieg eines Stroms führt, der durch den elektrischen Motor fließt, wenn der Kolben der Maschine den oberen Totpunkt zum ersten Mal passiert. Dieser Strom, der in 3 dargestellt ist, kann den Wert eines Anlaufstroms, der durch das ICR-Relais verringert wird, überschreiten, wodurch der Nachteil ermöglicht wird, dass der Pegel des Anlaufstroms nicht unter einem zulässigen Pegel gehalten wird.
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Kurzfassung der Erfindung
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Es ist daher eine Aufgabe, einen verbesserten Aufbau einer Maschinenanlassvorrichtung zu schaffen, der dazu ausgelegt ist, eine Zeitdauer, die zum Starten einer Maschine erforderlich ist, zu verringern und den Pegel des Anlaufstroms, der durch einen elektrischen Motor fließt, unter einem gewünschten Pegel zu halten.
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Gemäß einem Aspekt der Offenbarung wird eine Maschinenstartvorrichtung für eine Maschine vorgeschlagen, die aufweist: (a) einen Anlasser, der dazu dient, eine Maschine unter Verwendung eines Drehmoments, das durch einen elektrischen Motor erzeugt wird, zu starten; (b) einen Anlaufstromreduzierer, der dazu dient, einen Anlaufstrom, der durch den elektrischen Motor fließt, wenn dieser erregt wird, zu reduzieren; und (c) einen Anlassermodusschalter, der dazu dient, eine Anlasserkennlinie, die eine Ausgangsleistungskennlinie des Anlassers ist, kontinuierlich oder wahlweise zumindest zwischen einem Modus mit niedrigem Drehmoment/hoher Geschwindigkeit und einem Modus mit hohem Drehmoment/niedriger Geschwindigkeit zu ändern. Der Anlassermodusschalter versetzt zumindest zu einer Zeit, zu der ein Kolben einer Maschine einen oberen Totpunkt zum ersten Mal durchläuft und eine Maschinenreibung gerade maximiert worden ist nachdem der Anlasser betätigt wird, um die Maschine anzukurbeln, den Anlasser in den Modus mit hohem Drehmoment/niedriger Geschwindigkeit.
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Der Ausdruck „wenn ein Kolben der Maschine einen oberen Totpunkt zum ersten Mal durchläuft” bedeutet eine Übergangsdauer der Zeit während eines Kompressionstakts des Kolbens in der Maschine, indem der Kolben den oberen Totpunkt durchläuft. Der Ausdruck „wenn die Maschinenreibung gerade maximiert worden ist” bedeutet jenen Moment, wenn der Kolben während des Kompressionstakts der Maschine den oberen Totpunkt erreicht hat.
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Das Problem, dass ein zu großer Anlaufstrom durch den elektrischen Motor des Anlassers fließt, wenn die Maschine gestartet wird, führt zu einem Abfall der Spannung an einer Batterie und kann durch Verwendung des Anlaufstromreduzierers vermindert werden. Wenn jedoch ein Anlasser vom Typ mit niedrigem Drehmoment/hoher Geschwindigkeit verwendet wird, um eine erforderliche Zeitdauer zum Starten der Maschine zu verkürzen, kann ein zu niedriger Grad des Drehmoments bewirken, dass ein Wert des Stroms, der durch den elektrischen Motor des Anlassers fließt, höher ist, wenn der Kolben den oberen Totpunkt durchläuft, als ein Wert des Anlaufstroms, der durch den Anlaufstromreduzierer verringert wird. Daher werden die maximalen Wirkungen, die durch den vorgeschlagenen Anlaufstromreduzierer zu erwarten sind, nicht erlangt, was zu einem Risiko führt, dass aus einem Abfall der Spannung der Batterie Defekte auftreten, wie das Zurücksetzen von ECUS oder eine Instabilität im Betrieb der Solenoide, die in dem Fahrzeug installiert sind.
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Um das oben genannte Problem zu vermindern, dient die Maschinenstarvorrichtung dazu, den Anlasser in den Modus mit hohem Drehmoment/niedriger Geschwindigkeit zu versetzen, das heißt, den Anlasser bei einer niedrigen Geschwindigkeit zu drehen, um einen hohen Grad des Drehmoments zumindest zu der Zeit zu erzeugen, wenn der Kolben der Maschine den oberen Totpunkt durchläuft, und die Maschinenreibung gerade zum ersten Mal maximiert worden ist nachdem der Anlasser betätig wird. Dies führt zu einer Abnahme des Werts des Stroms, der durch den elektrischen Motor des Anlassers in dem Moment fließt, wenn die Maschinenreibung maximiert wird.
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Die Abnahme des Werts des Stroms der durch den elektrischen Motor fließt, wenn der Kolben den oberen Totpunkt während des Kompressionstakts durchläuft, mit anderen Worten, wenn die Maschinenreibung maximiert wird, führt zu einer Abnahme der elektrischen Leistung, die beim Starten der Maschine verbraucht wird, und zu einer verbesserten Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die vorliegende Erfindung wird aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung und aus den begleitenden Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung besser verständlich, allerdings sollten diese nicht als Einschränkung der Erfindung auf bestimmte Ausführungsformen, sondern lediglich zum Zweck der Erklärung verstanden werden.
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 ein Teil einer Längsschnittansicht, die eine Maschinenstartvorrichtung gemäß der erste Ausführungsform darstellt;
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2 ein wellenförmiges Diagramm, das Abweichungen des Motorstroms und der Maschinengeschwindigkeit verdeutlicht, wenn eine Maschine bei der ersten Ausführungsform gestartet wird;
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3 ein wellenförmiges Diagramm, das Abweichungen des Motorstroms und einer Maschinengeschwindigkeit verdeutlicht, wenn eine Maschine unter Verwendung eines herkömmlichen Anlassers mit niedrigem Drehmoment/hoher Geschwindigkeit gestartet wird.
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Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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In Bezug auf die Zeichnungen, in denen sich gleiche Ziffern auf gleiche Teile in verschiedenen Ansichten beziehen, ist insbesondere in 1 eine Maschinenstartvorrichtung gemäß einer Ausführungsform gezeigt. Die Maschinenstartvorrichtung umfasst einen Maschinenanlasser 1, einen Controller 4, einen Anlaufstromreduzierer 5 und einen Anlasserkennlinienselektor (dieser wird ebenso nachstehend ausführlich beschrieben). Der Controller 4 wird durch eine elektronische Steuereinheit ECU realisiert und dient zum Steuern eines Betriebs des Maschinenanlassers 1 durch Anlasserrelais 2 und 3. Der Anlaufstromreduzierer 5 ist an einer Startschaltung des Anlassers 1 installiert. Der Anlasserkennlinienselektor ist dazu ausgelegt, Ausgangsleistungskennlinien des Anlassers 1 (diese werden ebenso nachstehend als Anlasserkennlinien bezeichnet) kontinuierlich oder zumindest zwischen zwei Modi zu ändern.
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Der Anlasser 1 wird aus einem elektrischen Motor 6, einer Ausgangswelle 8, einem Kitzel 10 und einer elektromagnetischen Solenoidvorrichtung 11, die später ausführlich beschrieben wird, gebildet. Der elektrische Motor 6 dient dazu, ein Drehmoment zu erzeugen, wenn er erregt wird. Das Drehmoment wird durch einen variablen Geschwindigkeitsreduzierer 7 auf die Ausgangswelle 8 übertragen, die später ausführlich beschrieben wird. Das Ritzel 10 gibt das Drehmoment, das durch den Motor 6 erzeugt wird, auf einen Zahnkranz 9 ab, der an eine Maschine 200, wie eine Verbrennungsmaschine, gekoppelt ist.
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Der Motor 6 wird durch einen Bürsten-DC-Motor realisiert, der ein Feldsystem, einen Anker 15 und Bürsten 16 umfasst. Das Feldsystem wird aus einem Joch 12 und Permanentmagneten 13 gebildet, die an einem inneren Umfang des Jochs 12 angeordnet sind. Der Anker 15 weist einen Kommutator 14 auf, der an einer Achse desselben angeordnet ist. Die Bürsten 16 bewegen sich auf dem äußeren Umfang des Kommutators 14 fort, wobei sie mit der Drehung des Ankers 15 entlanggleiten. Das Feldsystem kann anderenfalls aus einer Feldwicklung anstelle der Permanentmagnete 13 gebildet werden.
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Die Ausgangswelle 8 ist durch den variablen Geschwindigkeitsreduzierer 7 koaxial zu einer Ankerwelle 15a des Motors 6 angeordnet. Die Ausgangswelle 8 weist ein Ende auf, das von dem Motor 6 weiter entfernt ist, und durch ein Anlassergehäuse 18 durch ein Lager 17 an diesem Ende gehalten.
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Das Ritzel 10 greift durch Kerbverzahnungen direkt in einen äußeren Umfang eines inneren Rohrs 19a ein. Das innere Rohr 19a ist ein Teil einer Kupplung 19. Das Ritzel 10 wird durch eine Ritzelfeder 20 zu einer Oberseite des inneren Rohrs 19a beaufschlagt (d. h., eine Richtung nach links aus Sicht von 1), und steht mit einem Ritzelstopper 21 in Kontakt.
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Die Kupplung 19 greift durch eine Steilgewinde-Kerbverzahnung an dem äußeren Umfang der Ausgangswelle 8 ein und dient als eine Freilaufkupplung, die das Drehmoment, das durch den Motor 6 erzeugt wird, auf das Ritzel 10 überträgt und die Übertragung des Drehmoments von dem Ritzel 10 auf die Ausgangswelle 8 blockiert bzw. unterbricht, wenn das Ritzel 10 durch die Maschine 200 gedreht wird.
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Die elektromagnetische Solenoidvorrichtung 11 ist mit einem Solenoid SL1 und einem Solenoid SL2 ausgestattet. Der Solenoid SL1 dient dazu, einen Tauchkolben 22 zu bewegen, um das Ritzel 10 und die Kupplung 19 durch einen Versatzhebel 23 zusammenzuschieben. Der Solenoid SL2 dient dazu, einen Tauchkolben 24 zu bewegen, um Hauptkontakte (diese werden später ausführlich beschrieben) zu öffnen oder zu schließen.
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Die Hauptkontakte umfassen ein Paar von fixierten Kontakten und einen beweglichen Kontakt. Die fixierten Kontakte sind durch zwei Anschlussbolzen 26 und 27 mit einem Leistungszufuhrpfad verbunden, durch den die elektrische Leistung von einer Batterie 25 an den Motor 6 zugeführt wird. Der bewegliche Kontakt wird durch die Bewegung des Tauchkolbens 24 bewegt, um die fixierten Kontakte elektrisch zu schließen oder zu öffnen.
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Die Anschlussbolzen 26 und 27 sind an einer Harzabdeckung 28 gesichert, die das hintere Ende (d. h., das rechte Ende in 1) der elektromagnetischen Solenoidvorrichtung 11 abdeckt. Der Anschlussbolzen 26 ist durch ein Batteriekabel 29 mit einem positiven Anschluss der Batterie 25 verbunden. Der Anschlussbolzen 27 ist durch eine Motorzuleitung 30 mit einer positiven Bürste 16 verbunden.
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Der Anlaufstromreduzierer 5 wird aus einem Widerstand und einem elektromagnetischen Relais gebildet. Der Widerstand ist in der Leistungszufuhrfahrt für die Batterie 6 angeordnet, das heißt, in dem Batteriekabel 29. Das elektromagnetische Relais weist Relaiskontakte auf, die in dem Batteriekabel 29 parallel geschaltet zu dem Widerstand angeordnet sind. Das elektromagnetische Relais dient dazu, einen Elektromagnet, der darin installiert ist, zu erregen oder entregen, um die Relaiskontakte zu schließen oder zu öffnen. Wenn die Relaiskontakte geöffnet sind, ist der Anschlussbolzen 26 durch den Widerstand mit der Batterie 25 verbunden. Wenn anderenfalls die Relaiskontakte geschlossen sind, überbrückt der Anschlussbolzen 26 den Widerstand und ist direkt mit der Batterie 25 verbunden. Das elektromagnetische Relais umfasst eine Relaisspule, die als der Elektromagnet dient, wenn sie elektrisch erregt wird. Wenn insbesondere das Anlasserrelais eingeschaltet ist, wird Leistung von der Batterie 25 an der Relaisspule zugeführt.
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Nach einem Ablaufen einer gegebenen Zeitdauer, die auf das Einschalten des Anlasserrelais 3 folgt, wird die Relaisspule entregt. Die Zeitdauer zwischen dem Einschalten des Anlasserrelais 3 und der Entregung der Relaisspule wird beispielsweise durch einen Timer eingestellt. Die Relaiskontakte sind von einem normal geschlossenen Typ. Wenn insbesondere die Relaisspule erregt ist, um den Elektromagnet zu schaffen, sind die Relaiskontakte geöffnet, sodass die Batterie 25 durch den Widerstand mit dem Anschlussbolzen 26 verbunden ist. Wenn die Zufuhr der Leistung zu der Relaisspule unterbrochen ist, verschwindet die magnetische Anziehung, die durch den Elektromagnet erzeugt wird, sodass die Relaiskontakte geschlossen werden.
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Das Umschalten der Anlasserkennlinien wird nachstehend beschrieben werden.
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Der Anlasserkennlinienselektor ist mit dem variablen Geschwindigkeitsreduzierer 7 und einem Geschwindigkeitsreduzierungsbetriebsschalter 31 ausgestattet, der als ein Anlassermodusschalter dient, um den Betrieb des variablen Geschwindigkeitsreduzierers 7 (d. h., des Anlassers 1) zwischen einem Verlangsamungsmodus und einem Nicht-Verlangsamungsmodus zu ändern.
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Der variable Geschwindigkeitsreduzierer 7 wird beispielsweise aus einem bekannten Planetengetriebe-Geschwindigkeitsreduzierer gebildet. Der Geschwindigkeitsreduzierungsbetriebsschalter 31 ist dazu ausgelegt, zwischen dem Verlangsamungsmodus, bei dem ein Hohlrad (nicht dargestellt) des Planetengetriebe-Geschwindigkeitsreduzierers von einer Drehung abgehalten wird, und dem Nicht-Verlangsamungsmodus, bei welchem dem Hohlrad des Planetengetriebe-Geschwindigkeitsreduzierers ermöglicht wird, sich zu drehen, umzuschalten. Der Geschwindigkeitsreduzierungsbetriebsschalter 31 umfasst beispielsweise ein elektrisch angetriebenes Stellglied (nicht dargestellt), um den Betrieb des variablen Geschwindigkeitsreduzierers 7 zwischen dem Verlangsamungsmodus und dem Nicht-Verlangsamungsmodus zu ändern.
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In dem Verlangsamungsmodus wird das Hohlrad des variablen Geschwindigkeitsreduzierers 7, wie obenstehend beschrieben ist, durch das elektrisch angetriebene Stellglied von einer Drehung abgehalten, so dass der variable Geschwindigkeitsreduzierer 7 als ein typischer Geschwindigkeitsreduzierer dient, um die Geschwindigkeit der Drehung des Motors 6, die von dem Motor 6 in diesen eingegeben wird, zu reduzieren, und sie auf die Ausgangswelle 8 zu übertragen.
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In dem Nicht-Verlangsamungsmodus wird das Abhalten des Hohlrads vom Drehen freigesetzt, um dem Hohlrad das Drehen zu ermöglichen. Der variable Geschwindigkeitsreduzierer 7 dient daher nicht als Geschwindigkeitsreduzierer. Insbesondere wenn sich der Motor 6 dreht, drehen sich Zahnräder (d. h., das Hohlrad, Planetenräder und ein Sonnenrad) des variablen Geschwindigkeitsreduzierers 7 gemeinsam, so dass die Geschwindigkeit der Drehung des Motors 6 nicht reduziert wird, das heißt sie wird so wie sie ist direkt auf die Ausgangswelle 8 übertragen.
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Wie aus der obenstehenden Diskussion hervorgeht, umfassen die Ausgangsleistungskennlinien (d. h., die Anlasserkennlinien) des Anlassers 1 eine Kennlinie mit hohem Drehmoment/niedriger Geschwindigkeit, wie sie in dem Verlangsamungsmodus eingerichtet ist, und eine Kennlinie mit niedrigem Drehmoment/hoher Geschwindigkeit, wie sie in den Nicht-Verlangsamungsmodus eingerichtet ist.
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Der Betrieb des Anlassers 1 wird nachstehend beschrieben.
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Ein Beispiel, bei dem die Maschine 200 erneut gestartet wird, nachdem die Maschine 200 in einem Leerlaufstoppmodus gestoppt wurde, wird nun beschrieben.
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Wenn eine Neustartanfrage erfolgt, um die Maschine 200 erneut zu starten, schaltet die ECU 4 zunächst das Anlasserrelais 2 ein und danach schaltet sie das Anlasserrelais 3 ein.
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Wenn das Anlasserrelais 2 eingeschaltet wird, um den Solenoid SL1 zu erregen, bewegt sich der Tauchkolben 22, um das Ritzel 10 und die Kupplung 19 durch den Versatzhebel 23 gemeinsam von dem Motor 6 wegzuschieben (d. h., die linke Richtung in 1). Wenn die Zähne des Ritzels 10 außerhalb einer Position stehen, in der sie mit den Zähnen des Zahnkranzes 9 eingreifen können, wird bewirkt, dass die Endoberfläche der Zähne des Ritzels 10 auf diejenige des Zahnkranzes 9 auftrifft.
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Wenn danach das Anlasserrelais 3 durch die ECU 4 eingeschaltet wird, um den Solenoid SL2 zu erregen, wird bewirkt, dass der Tauchkolben 24 bewegt wird, um den beweglichen Kontakt in Anlage mit den fixierten Kontakten zu bringen, um die Hauptkontakte zu schließen. Wenn zudem das Anlasserrelais 3 eingeschaltet ist, ist das elektromagnetische Relais des Anlaufstromreduzierers 5 geöffnet, so dass die elektrische Leistung von der Batterie 25 durch den Widerstand an dem Motor 6 zugeführt wird, wodurch der Anlaufstrom, der durch den Motor 6 fließt, reduziert wird. Der Motor 6 dreht sich hierdurch mit einer niedrigen Geschwindigkeit ohne einem schnellen Geschwindigkeitsanstieg zu unterliegen. Das Drehmoment, das durch den Motor 6 erzeugt wird, wird durch den variablen Geschwindigkeitsreduzierer 7 auf die Ausgangswelle 8 übertragen und danach durch die Kupplung 19 auf das Ritzel 10 übertragen, so dass sich das Ritzel 10 dreht. Wenn sich das Ritzel 10 bis zu einer Position dreht, in der es mit dem Zahnkranz 9 eingreifen kann, wird bewirkt, dass die Zähne des Ritzels 10 mit denjenigen des Zahnkranzes 9 eingreifen.
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Nach einem Ablaufen einer eingestellten Zeitdauer, die auf das Einschalten des Anlasserrelais 3 folgt, wird das elektromagnetische Relais des Anlaufstromreduzierers 5 geschlossen, wie obenstehend beschrieben ist. Dies bewirkt einen Überbrückungspfad, der die Enden des Widerstands des Anlaufstromreduzierers 5 in dem Leistungszufuhrpfad kurzschließt, was dazu dient, dass die volle Spannung, die an der Batterie 25 erlangt wird, an dem Motor 6 angelegt wird. Der Motor 6 dreht sich danach mit hoher Geschwindigkeit, so dass das Drehmoment, das durch den Motor 6 erzeugt wird, von dem Ritzel 10 auf den Zahnkranz 9 übertragen wird, um die Maschine 200 anzukurbeln.
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Nach dem Beginn einer Betätigung des Anlassers 1 wird der variable Geschwindigkeitsreduzierer 7, zumindest bis der Kolben 250 der Maschine 200 den oberen Totpunkt das erste Mal während dem Kompressionstakt des Kolbens 250 durchläuft, in den Verlangsamungsmodus versetzt. Nachdem der Kolben 250 der Maschine 200 den oberen Totpunkt zum ersten Mal durchlaufen hat, wird der variable Geschwindigkeitsreduzierer 7 in den Nicht-Verlangsamungsmodus umgeschaltet. Insbesondere weisen die Anlasserkennlinien, die durch den variablen Geschwindigkeitsreduzierer 7 eingerichtet werden, wie in 2 zu sehen ist, die Kennlinie mit hohem Drehmoment/niedriger Geschwindigkeit auf, zumindest wenn der Kolben 250 der Maschine 200 den oberen Totpunkt während des Kompressionstakts des Kolbens 250 zum ersten Mal durchläuft, nachdem begonnen wurde, den Anlasser 1 zu betätigen, und danach weisen sie, wenn die Maschine 200 angekurbelt wird, die Kennlinie mit niedrigem Drehmoment/hoher Geschwindigkeit auf, nachdem der Kolben 250 der Maschine 200 zum ersten Mal den oberen Totpunkt durchlaufen hat.
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Die Zeit, zu der die Anlasserkennlinien von der Kennlinie mit hohem Drehmoment/niedriger Geschwindigkeit auf die Kennlinie mit niedrigem Drehmoment/hoher Geschwindigkeit umgeschaltet werden sollten (diese wird nachstehend ebenso als eine Umschaltzeit bezeichnet), das heißt der Betrieb des Anlassers 1 sollte durch den Anlassermodusschalter (d. h., eine Kombination des variablen Geschwindigkeitsreduzierers 7 und des Geschwindigkeitsreduzierungsbetriebsschalters 31) von dem Modus mit hohem Drehmoment/niedriger Geschwindigkeit (d. h., dem Verlangsamungsmodus) auf die Kennlinie mit niedrigem Drehmoment/hoher Geschwindigkeit (d. h., der Nicht-Verlangsamungsmodus) geändert werden, wird beispielsweise durch eine Zeitschaltung 32 eingestellt, wie in 1 gezeigt ist. Insbesondere wird das Zeitintervall zwischen dem Beginn der Erregung des Solenoids SL1 und dem Durchlaufen des oberen Totpunktes von dem Kolben 250 der Maschine 200, nachdem der Anlasser 1 betätigt wird, vorab gemessen und danach in der Zeitschaltung 32 eingestellt. Die Zeitschaltung 32 beginnt die Zeit in Reaktion auf ein Einschaltsignal zu zählen, das von der ECU 4 an das Anlasserrelais 2 ausgegeben wird, wodurch eine Erregung des Solenoids SL1 begonnen wird. Wenn die Zeit, die durch die Zeitschaltung 32 gezählt wird, eine vorab gewählte Zeit t, wie in 2 gezeigt ist, durchlaufen hat, beginnt die Zeitschaltung 32, das elektrisch angetriebene Stellglied des Geschwindigkeitsreduzierungsbetätigungsschalters 31 einzuschalten, um den Betriebsmodus des variablen Geschwindigkeitsreduzierers 7 auf den Nicht-Verlangsamungsmodus umzuschalten.
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Die Umschaltzeit, zu der die Anlasserkennlinien von der Kennlinie mit hohem Drehmoment/niedriger Geschwindigkeit auf die Kennlinie mit niedrigem Drehmoment/hoher Geschwindigkeit umgeschaltet werden sollten, ist, wie umstehend beschrieben ist, in der Zeitschaltung 32 auf einen fixierten Wert eingestellt, allerdings kann diese kontinuierlich oder intermittierend als seine Funktion eines gegebenen Parameters geändert werden. Beispielsweise kann die Umschaltzeit kontinuierlich oder intermittierend als eine Funktion eines Betrags der Ladung in der Batterie 25, wie einem Ladungszustand (SOC) der Batterie 25, geändert werden. Insbesondere wird die Umschaltzeit bei einer Zunahme des Betrags der Ladung in der Batterie 25 verringert. Dies liegt daran, dass, wenn der Betrag der Ladung in der Batterie 25 groß ist, bewirkt wird, dass der Wert des Anlaufstroms ansteigt, jedoch die Spannung an der Batterie 25 hoch genug ist, die Stabilität des Betriebs der elektrischen Vorrichtungen, die obenstehend beschrieben sind, wie ECUS oder Solenoide, die in dem Fahrzeug installiert sind, sicherzustellen. Wenn zum Beispiel die Menge der Ladung in der Batterie 25 klein ist, ist die Umschaltzeit auf 120 ms eingestellt. Wenn hingegen die Menge der Ladung in der Batterie 25 groß ist, ist die Umschaltzeit auf 90 ms eingestellt. Die Menge der Ladung in der Batterie 25 kann durch einen Stromsensor 300 gemessen werden, der in 1 gezeigt ist. Andernfalls kann die Umschaltzeit kontinuierlich oder intermittierend mit einem Anstieg der Temperatur des Kühlmittels der Maschine 200 geändert werden. Dies dient dazu, die Reaktionsgeschwindigkeit zu verbessern, in welcher der Anlasser 1 die Maschine 200 erneut startet, nachdem die Maschine 200 aufgewärmt ist. Wenn beispielsweise die Temperatur des Kühlmittels niedrig ist, das heißt die Maschine 200 befindet sich in einem kalten Zustand, wird die Umschaltzeit auf 250 ms eingestellt. Wenn sich hingegen die Maschine 200 in einem aufgewärmten Zustand befindet, wird die Umschaltzeit auf 150 ms eingestellt. Wenn sich anderenfalls die Maschine 200 in dem kalten Zustand befindet, kann die Umschaltzeit auf eine Zeit eingestellt werden, zu welcher der Kolben 250 den oberen Totpunkt ein zweites Mal durchlauft. Mit anderen Worten wird der Betriebsmodus des variablen Geschwindigkeitsreduzierers 7 in dem Verlangsamungsmodus gehalten, bis der Kolben 250 den oberen Totpunkt ein zweites Mal durchläuft, nachdem begonnen wurde, den Anlasser 1 zu betätigen, mit dem Ziel, die verbrauchte Menge der elektrischen Leistung in der Maschinenstartvorrichtung zu verringern und die Stabilität beim Starten der Maschine 200 sicherzustellen, da die mechanische Reibung in der Maschine 200 (d. h., die Maschinenreibung) bei kalten Bedingungen hoch ist. Die Temperatur des Kühlmittels der Maschine 200 kann durch einen Kühlmitteltemperatursensor 400 gemessen werden, der in 1 dargestellt ist.
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Die Maschinenstartvorrichtung der ersten Ausführungsform bietet die folgenden Vorteile.
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Wenn die Hauptkontakte durch den Solenoid SL2 geschlossen werden, dient die Maschinenstartvorrichtung dazu, den Anlaufstrom zu reduzieren, der durch den Anlaufstromreduzierer 5 in den Motor 6 fließt. Hierdurch wird ein ungewünschter Abfall der Spannung an der Batterie 25 verhindert, wodurch das Zurücksetzen der ECUs, die in dem Fahrzeug installiert sind, oder eine Instabilität des Betriebs der Solenoide verhindert wird.
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Zumindest zu einer Zeit, zu welcher der Kolben 250 der Maschine 200 während des Kompressionstakts des Kolbens 250 den oberen Totpunkt zum ersten Mal durchläuft, nachdem begonnen wurde, den Anlasser 1 zu betätigen, und die Maschinenreibung gerade maximiert worden ist, werden die Anlasserkennlinien derart ausgewählt, dass sie die Kennlinie mit hohem Drehmoment/niedriger Geschwindigkeit aufweisen, mit anderen Worten wird der Anlasser 1 in den Modus mit hohem Drehmoment/niedriger Geschwindigkeit versetzt, wodurch der Wert des Stroms, der durch den Motor 6 zu der Zeit fließt, wenn der Kolben 250 den oberen Totpunkt erreicht, das heißt die Maschinenreibung maximiert wird, verringert wird. Wie in 2 verdeutlicht ist, bewirkt dies, dass der Wert des Stroms in dem Motor 6 dann, wenn der Kolben 250 den oberen Totpunkt zum ersten Mal durchläuft, kleiner als der Wert des Anlaufstroms ist, der durch den Anlaufstromreduzierer 5 verringert wird, wodurch die Stabilität des Betriebs der Maschinenstartvorrichtung verbessert wird und die elektrische Leistung, die beim Starten der Maschine 200 verbraucht wird, verringert wird, um die Kraftstoffeffizienz in dem Fahrzeug zu verbessern. Der Moment, in dem der Kolben 250 den oberen Totpunkt durchlauft, kann als ein Moment bestimmt werden, zu dem der Wert des Stroms, der durch den Motor 6 fließt, maximiert wird. Zumindest zu einer solchen Zeit versetzt die ECU 4 den Betrieb des variablen Geschwindigkeitsreduzierers 7 in den Verlangsamungsmodus.
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Nachdem der Kolben 250 der Maschine den oberen Druckpunkt zum ersten Mal durchlaufen hat nachdem begonnen wurde, den Anlasser 1 zu betätigen, werden die Anlasserkennlinien umgeschaltet, so dass sie die Kennlinie mit niedrigem Drehmoment/hoher Geschwindigkeit aufweisen, wodurch die Geschwindigkeit erhöht wird, mit der die Maschine 200 angekurbelt wird, um die erforderliche Zeit zum Starten der Maschine 200 verkürzt wird. Insbesondere in dem Fall, bei dem das Fahrzeug mit dem Leerlauf-Stoppsystem ausgestattet ist, dient die Maschinenstartvorrichtung dazu, ein Zeitintervall zwischen einem Einschalten des Anlassers 1 (d. h., dem Beginn der Erregung des Solenoids SL1) und einem Neustart der Maschine 200 zu verringern, wodurch dem Fahrer oder Passagier in dem Fahrzeug ein sanftes Fortbewegen vermittelt wird.
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Die Verwendung der Zeitschaltung 32 zum Umschalten des Betriebs des variablen Geschwindigkeitsreduzierers 7 zwischen dem Verlangsamungsmodus und dem Nicht-Verlangsamungsmodus vereinfacht die Leichtigkeit, mit der die Zeit gesteuert wird, zu der die Anlasserkennlinien von der Kennlinie mit hohem Drehmoment/niedriger Geschwindigkeit auch die Kennlinie mit niedrigem Drehmoment/hoher Geschwindigkeit umgeschaltet werden sollte, und ebenso wird die Genauigkeit der Bestimmung einer solchen Zeit verbessert.
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Die Verwendung des Bürsten-DC-Motors in dem Anlasser 1 verwirklicht die Maschinenstartvorrichtung zu niedrigen Kosten im Vergleich dazu, wenn ein AC-Motor verwendet wird, der einen Inverter zum Stoppen eines großen elektrischen Stroms erfordert.
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Nachstehend wird die Maschinenstartvorrichtung der zweiten Ausführungsform beschrieben. Dieselben Bezugsziffern, die in der ersten Ausführungsform eingesetzt wurden, beziehen sich auf dieselben Teile, und ausführliche Beschreibungen derselben werden hier ausgelassen.
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Der Anlasser 1 dieser Ausführungsform ist mit einer Mehrzahl von variablen Geschwindigkeitsreduzierern 7, die in Reihenschaltung miteinander verbunden sind, und einer Mehrzahl von Geschwindigkeitsreduzierungsbetätigungsschaltern 31, von denen jeweils einer für die variablen Geschwindigkeitsreduzierer 7 bereitgestellt ist, ausgestattet. Jeder der variablen Geschwindigkeitsreduzierer 7 dient wie in der ersten Ausführungsform, in einem Ausgewählten aus dem Verlangsamungsmodus und dem Nicht-Verlangsamungsmodus. Jeder der Geschwindigkeitsreduzierungsbetätigungsschalter 31 dient dazu, den Betrieb eines Entsprechenden der variablen Geschwindigkeitsreduzierer 7 zwischen dem Verlangsamungsmodus und dem Nicht-Verlangsamungsmodus umzuschalten. Die ECU 4 steuert jeweils den Betrieb der Geschwindigkeitsreduzierungsbetätigungsschalter 31, um den Betrieb des Anlassers 1 (d. h., die Anlasserkennlinien) aus wenigstens drei Modi umzuschalten.
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Als ein Beispiel betreibt die ECU 4 den Anlasser 1 in einem Modus mit höchstem Drehmoment/niedrigster Geschwindigkeit zu einer Zeit, zu welcher der Kolben 250 der Maschine 200 den oberen Totpunkt zum ersten Mal durchlauft nachdem der Anlasser 1 betätigt wurde, in einem Modus mit mittlerem Drehmoment/mittlerer Geschwindigkeit während eines Zeitintervalls bis der Kolben 250 den oberen Totpunkt zum ersten Mal erreicht nachdem begonnen wurde, den Anlasser 1 zu betätigen, und in einen Modus mit niedrigstem Drehmoment/höchster Geschwindigkeit, wenn die Maschine 200 angekurbelt wird nachdem der Kolben 250 den oberen Totpunkt durchlaufen hat. Der Modus mit höchstem Drehmoment/niedrigster Geschwindigkeit ist ein Betriebsmodus des Anlassers 1, der einen höchstmöglichen Grad des Drehmoments an dem Ritzel 10 ausgibt und das Ritzel 10 mit einer möglichst niedrigen Geschwindigkeit dreht.
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Der Modus mit höchstem Drehmoment/niedrigster Geschwindigkeit des Anlassers 1 dient dazu, die Geschwindigkeit zu verringern, bei der das Ritzel 10 durch den Motor 6 gedreht wird und danach mit dem Zahnkranz 9 eingreift, wodurch die Zuverlässigkeit beim Erlangen des Eingriffs zwischen dem Ritzel 10 und dem Zahnkranz 9 hergestellt wird. Allerdings führt ein zu hohes Drehmoment dann, wenn der Motor 6 beginnt getätigt zu werden, zu einem Anstieg der mechanischen Reibung zwischen den Endoberflächen des Ritzels 10 und des Zahnkranzes 9, wenn das Ritzel 10 mit dem Zahnkranz 9 eingreift, was zu einer Abnahme der Haltbarkeit des Anlassers 1 führt. Um diesen Nachteil zu vermindern, kaum die Maschinenstartvorrichtung dieser Ausführungsform dazu ausgelegt sein, den Anlasser 1 derart anzutreiben, dass ein mittlerer Grad des Drehmoments während eines Zeitintervalls abgegeben wird bis der Kolben 250 das erste Mal den oberen Totpunkt nach dem Beginn des Anlassers 1 erreicht, mit anderen Worten, einen Grad des Drehmoments, der zum Erlangen des Eingreifens zwischen dem Ritzel 10 und dem Zahnkranz 9 im Hinblick auf die Haltbarkeit des Anlassers 1 und einer Zuverlässigkeit beim Ankurbeln der Maschine 200 angemessen ist. Der mittlere Grad des Drehmoments ist derart eingestellt, dass er niedriger als der Grad des Drehmoments ist, der durch den Anlasser 1 erzeugt wird, wenn der Kolben 250 den oberen Totpunkt in der Maschine 200 durchläuft. Die oben genannte Steuerung des Anlassers 1 minimiert die mechanische Reibung zwischen den Endoberflächen des Ritzels 10 und des Zahnkranzes 9, wenn diese miteinander ineinander greifen, um die Haltbarkeit des Anlassers 1 sicherzustellen und die Stabilität beim Einrichten des Eingriffs zwischen dem Ritzel 10 und dem Zahnkranz 9 mit der Hilfe einer verringerten Geschwindigkeit des Ritzels 10 zu verbessern.
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Modifikationen
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Obwohl die vorliegende Erfindung im Rahmen der bevorzugten Ausführungsformen beschrieben worden ist, um ein besseres Verständnis derselben zu vereinfachen, sollte berücksichtigt werden, dass die Erfindung auf verschiedene Weisen ausgeführt werden kann, ohne von dem Prinzip der Erfindung abzuweichen.
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Anstelle der Verwendung der Zeitschaltung 32 zum Umschalten des Betriebsmodus des variablen Geschwindigkeitsreduzierers 7 kann die ECU 4 dazu ausgelegt sein, eine Zeitfunktion aufzuweisen, um die Zeit zu bestimmen, zu welcher der Betrieb des variablen Geschwindigkeitsreduzierers 7 von dem Verlangsamungsmodus auf den Nicht-Verlangsamungsmodus geändert werden sollte. Die Zeitschaltung 32, die in der ersten Ausführungsform verwendet wird, zählt die Zeit t, die ein Intervall zwischen dem Beginn der Erregung des Solenoids SL1 und einem Zeitpunkt ist, zu dem die Anlasserkennlinien geändert werden sollten. Mit anderen Worten beginnt die Zeitschaltung 32 den Betrieb in Reaktion auf das Einschaltsignal zum Erregen des Anlasserrelais 2, allerdings kann sie dazu ausgelegt sein, den Betrieb in Reaktion auf das Einschaltsignal zu beginnen, das von der ECU 4 an das Anlasserrelais 3 ausgegeben wird, um den Solenoid SL2 zu erregen. Wenn mit anderen Worten die Zeitschaltung 32 ein Zählen einer gegebenen Zeitdauer ab dem Beginn der Erregung des Solenoids SL2 beendet hat, kann die Zeitschaltung 32 das elektrisch angetriebene Stellglied des Geschwindigkeitsreduzierungsbetätigungsschalters 31 einschalten.
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Die Maschinenstartvorrichtung der ersten Ausführungsform dient dazu, den Betrieb des Anlassers 1 (d. h., den variablen Geschwindigkeitsreduzierer 7) von dem Verlangsamungsmodus (d. h. Kennlinie mit hohem Drehmoment/niedriger Geschwindigkeit) auf den Nicht-Verlangsamungsmodus (d. h., Kennlinie mit niedrigem Drehmoment/hoher Geschwindigkeit) umzuschalten. Die Maschinenstartvorrichtung der zweiten Ausführungsform dient dazu, den Betrieb des Anlassers 1 innerhalb wenigstens drei Modi zwischen der Kennlinie mit hohem Drehmoment/niedriger Geschwindigkeit und der Kennlinie mit niedrigem Drehmoment/hoher Geschwindigkeit umzuschalten. Die Maschinenstartvorrichtung kann jedoch dazu ausgelegt sein, den Betrieb (die Anlasserkennlinien) des Anlassers 1 in einer stufenlosen Weise kontinuierlich zu ändern.
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Der Anlasser 1 in der oben genannten Ausführungsform dient dazu, das Ritzel 10 zu dem Zahnkranz 9 zu bewegen, allerdings kann er anderenfalls als ein permanent eingreifender Anlasser ausgelegt sein, bei dem das Ritzel 10 in einen konstanten Eingriff mit dem Zahnkranz 9 versetzt ist, oder als ein riemenangetriebener Anlasser.
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Die elektromagnetische Solenoidvorrichtung 1, die in der oben genannten Ausführungsform verwendet wird, ist von einem Tandemsolenoidtyp, der mit dem Solenoid SL1 zum Verschieben des Ritzels 10 und dem Solenoid SL2 zum Schließen oder Öffnen der Hauptkontakte ausgestattet ist, allerdings kann sie anderenfalls dazu ausgelegt sein, diese zwei Betätigungen unter Verwendung eines einzelnen Solenoids durchzuführen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2014-115602 [0001]
- JP 2009-224315 [0003]
- JP 2004-197719 [0005]
