JP2001115936A - 内燃機関に対する電動スタータ - Google Patents

内燃機関に対する電動スタータ

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 センサのような付加的な部品を組み込む必要
のない、内燃機関６用電動スタータ。 【解決手段】 スタータ電圧／電流Ｉを検出する制御回
路５が、電動スタータの主電流回路の電圧波動性から、
電動スタータのある点のスタータ電流、加熱、負荷を突
き止め、限界値発生器１０が電動スタータの最大負荷を
前以て決め、負荷の値と限界値とから信号を送出する比
較器が設けられ、保護装置２０が該信号発生の際に内燃
機関に対する力接続を制限する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、請求項１の上位概
念に記載の内燃機関に対する電動スタータから出発して
いる。
【０００２】
【従来の技術】例えば、相応のセンサによってアーマチ
ャ電流または炭素ブラシの温度の測定によって電動スタ
ータ（または簡単にスタータとも表す）の熱的な負荷を
求めることが公知である。しかし公知の装置は、比較的
煩雑であるという欠点を有している。というのは付加的
なセンサが必要とされるからである。例えば、温度測定
のために適当な温度センサが必要とされる。これは、実
質的に炭素ブラシの温度を捕捉検出することができるよ
うにするには、その近傍になければならない。電流測定
のための公知の方法は同じく測定素子、例えば測定線路
における分路または無接触測定の場合には例えばホール
センサを必要とする。両方の方法ともセンサ、配線並び
にその組み込みに対してコストがかかりしかもこのため
に電動スタータに対する信頼性を付加的に脅かすことに
なる。更に、ＤＥ２７００９８２Ｃ２号から、始動モー
タに対する回路が公知であるが、この回路は、始動モー
タに供給される電流の時間的な電流変化または電圧変化
を評価する。時間的な変化が前以て決められたしきい値
を下回ると、このことは内燃機関の自立回転と解釈され
かつ始動モータは遮断される。というのは、内燃機関の
自立回転の際には、電圧変化は始動期間より僅かである
からである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
に述べた形式のスタータにおいて、付加的なハードウェ
アを組み込む必要がないものを提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段および発明の効果】この課
題は発明によれば、請求項１の特徴部分に記載の構成を
有する電動スタータによって解決される。このように構
成された本発明の電動スタータは、公知技術に比して、
センサ、配線、コントロール手段などの様な付加的なハ
ードウェアの組み込みが必要ないという利点を有してい
る。というのはこれらの機能は、制御回路に既に存在し
ている構成部品によって実現されているからである。電
圧波動性の測定から、例えばシミュレーションまたは経
験的な測定によって、例えば炭素ブラシにおける局所的
な温度ピーク、または電動スタータの負荷を大したコス
トをかけずに推定することができることは特別有利であ
ると認められる。寒い冬の夜の後の長い「始動」の場合
または船の積み込みの際の機関支援のない始動機による
走行の際（タンクが空なので）のような所定の作動状態
において、始動機の過負荷が生じる可能性があり、これ
により結果的に損傷または破損が生じることになる。本
発明の対象によりこのことは有利にも回避される。
【０００５】
【発明の実施の形態】従属請求項に記載の構成によっ
て、請求項１に記載の電動スタータの有利な形態および
改良が可能である。
【０００６】主電流を遮断することによって内燃機関に
対する力接続を直ちに中断し、従って電動スタータにこ
れ以上加熱が生じないようにすることは特別有利であ
る。冷却された後漸く、電動スタータを損傷されること
なく再び利用することができる。
【０００７】相応の比較スタータの既存のデータから、
電動スタータのアーマチャ電流を間接的に求めることが
できることも有利であると思われる。アーマチャ電流を
突き止めることは時として必要である。というのは、こ
の値を用いて電動スタータの炭素ブラシの温度を突き止
めることができるからである。高いアーマチャ電流は当
然ながら、電動スタータ並びにブラシ火花の加熱に基づ
いて相応に高い温度を生ぜしめ、一方アーマチャ電流が
低い場合には温度は比較的低い。
【０００８】電圧波動性の測定された値をコントロール
の目的で相応の出力側にて取り出すことができることも
別の利点と見なされる。これにより、サービスの目的
で、あり得るエラー発生源の発見が容易になる。それか
ら、自動車の次回の保守点検作業の際にエラーを読み出
すことができることになる。
【０００９】制御回路が小さなマイクロコンピュータを
備えているのは普通なので、電動スタータに対する制御
プログラムとしての相応の補足的なソフトウェアプログ
ラムによって既存の制御回路を有利にも拡張することが
できる。制御回路の信頼性が改善されることも有利であ
る。というのは、付加的な構成部品は必要でないので、
エラー発生の危険も生じる可能性がないからである。更
に、制御プログラムの簡単な修正によって、いずれの型
式の電動スタータでも簡単に整合させることができる。
【００１０】周囲温度を考慮することによって、電動ス
タータに対する限界負荷を相応に整合することができる
ことは別の利点と認められる。すなわち周囲温度が高い
場合、限界値は相応に低減することができる。というの
はその場合、既に比較的早い段階で損傷が生じる可能性
があるからである。
【００１１】
【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。
【００１２】図１のブロック線図には、クラッチ９を備
えた電動スタータ１が示されている。図示しなかった、
クラッチの被駆動軸はピニオン３を介して、該ピニオン
３が内燃機関６のスタートフェーズの期間にリングギア
４の歯に噛み合い、ひいては内燃機関６のクランク軸が
設定されている回転運動に変換されるように配置されて
いる。電動スタータ１に、電気的に作動される噛み合い
リレー（Einspurrelais）２が取り付けられている。こ
のリレーを用いてスタート過程の際に電動スタータ１と
内燃機関６との間の力接続が保証される。電気的にこの
噛み合いリレー２はその制御入力側を介して制御回路５
（ＥＳＣ）の出力側に接続されている。制御回路５には
機関制御装置８の制御出力側が接続されている。制御回
路５の別の入力側には限界値発生器１０および測定入力
側が接続されている。測定入力側はバッテリー７と噛み
合いリレー２の１つの接続端子との間で端子３０（Kl.3
0）に接続されている。更に、制御回路５はエラーメモ
リ１９並びに保護装置２０に接続されている。図１か
ら、これらすべての素子がバッテリーのマイナス極に対
するマイナス接続を有していることも分かる。
【００１３】択一的に、個別の装置１０，１９，２０が
制御回路５と一緒にケーシングに組み込むことができる
ようになっている。
【００１４】次に図２に基づいて、保護装置２０を備え
た制御回路５の機能について詳細に説明する。予め、制
御回路５は普通、電動スタータ１のスタートの前に噛み
合いリレー２を、回転運動が始まる前にピニオン３がま
ずリングギア４の中に押し出されるように制御するエレ
メントも含んでいることを指摘しておく。すなわち、内
燃機関６のリングギアの電動スタータ１のピニオンが噛
み合わされた後、噛み合いリレー２はスタータ電流をス
イッチオンし、その結果スタータモータは回転し始めか
つ上述したピニオン３およびリングギア４を介して内燃
機関６のクランク軸を駆動する。リングギア４に、内燃
機関６は摩擦および個々のシリンダでのピストンの圧縮
に基づいて一定ではないが、ほぼ周期的な制動モーメン
トを発生する。スタータ電流Ｉ（スタータの主電流）は
供給すべきトルクに依存している。電動スタータが周期
的な回転モーメントに基づいて周期的な電流をバッテリ
ー７から取り出すことによって、端子３０に周期的な電
圧の落ち込みが生じる。これは、例えばアナログ・デジ
タル変換器（Ａ／Ｄ変換器）が端子３０における電圧を
デジタル化しかつ制御回路５に存在している計算チップ
に供給することによって制御回路５において測定され
る。噛み合いリレー２ないし内燃機関６のスタート過程
全体を制御するために、制御回路５における計算機チッ
プを制御するためのプログラムは既に公知であり、従っ
て詳しく説明する必要はない。新規でありかつ発明力が
あると認められるのは、制御回路５が別のプログラムル
ーチンを含んでいることである。すなわち、端子３０で
同時に測定される、電圧の波動性を更に処理して、スタ
ータの型式に依存して波動性の周期持続時間ないし周波
数を計算して、これらを電圧値と結びつけてそこから電
動スタータを流れる電流経過が得られるようにするルー
チンである。それからこの電流経過から、電動スタータ
における種々の点、殊に炭素ブラシにおける加熱状態が
計算される。計算のためのパラメータは例えば経験によ
り実施された比較測定からのものである。これらはその
前に、比較（参照）スタータにおいて電動スタータ１ま
たはその炭素ブラシの加熱状態に対して求められたもの
である。これらの計算された値は保護装置２０に供給さ
れる。これはこれらの値を限界値発生器１０の相応の値
と比較する。この限界値を上回るもしくは下回ると、有
利には電動スタータ１に対するスタータ電流は制限また
は遮断される。
【００１５】この過程は原理的に、図２にフローチャー
トの形においてもう一度詳しく示されている。ここで、
別のプログラムルーチンが形成されている。
【００１６】上述したように、端子３０（KL.30）でＡ
／Ｄ変換器１９においてバッテリー電圧の波動性が測定
される。制御回路５は、その時点の変換器値から取り出
される最後の変換器値の平均値から位置（ステップ）１
２において差分値を形成する。位置１３において、零通
過点間の時間が検出されかつそこから位置１４において
スタータ回転数が計算される。Ａ／Ｄ変換器１９のデジ
タル化された電圧値およびスタータ回転数から、電動ス
タータ１の型式を考慮して、スタータ電流Ｉが計算され
る（位置１５）。更に、位置１６において、存在してい
るデータから、電動スタータ１の加熱状態が、個々の温
度に対して記憶されていた値との比較によって、周囲温
度を考慮して計算される、位置１７において、保護装置
２０によって例えば許容限界温度を上回ると、スタート
過程の中断が行われて、電動スタータ１が可能性のある
損傷から保護されるようにする。
【００１７】勿論、Ａ／Ｄ変換器に代わって、電圧の波
動性に対する別の公知の測定方法を使用することもでき
る。
【００１８】補足的になお指摘しておくが、制御回路は
エラーメモリ１９を有しているが、それには前以て決め
られた限界値を上回ったという保護装置のエラーメッセ
ージが記憶されている。これらエラーメッセージは例え
ば日付、時計時間、電動スタータ１の温度などが長期に
わたって記憶されて、例えば次回に行われることになっ
ているサービスの際にこれらエラーメッセージが読み出
されかつ必要に応じてをその原因を調査することができ
るようにしている。
【図面の簡単な説明】
【図１】スタータ電流回路全体のブロック線図である。
【図２】本発明による付加的なルーチンプログラムを備
えたスタータ電流を保護する手法のフローチャート図で
ある。
【符号の説明】
Ｉ スタータ電流、 １ 電動スタータ、 ２ 噛み合
いリレー、 ３ ピニオン、 ４ リングギア、 ５
制御回路、 ７ バッテリー、 ８ 機関制御装置、
１０ 限界値発生器、 １９ エラーメモリ、 ２０
保護装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トーマス カラムダス ドイツ連邦共和国 コルンヴェストハイム ミュールヴェーク 17 (72)発明者 マルクス ローゼンベルガー ドイツ連邦共和国 ゼルスハイム ヴィル ヘルム−ハウフ−シュトラーセ 21／１

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関（６）のスタート過程の間に電
    動スタータ（１）と内燃機関（６）との間の力接続を作
    用する、内燃機関（６）に対する伝動装置（９）と、バ
    ッテリー（７）と、スタータ電流（Ｉ）に対するおよび
    スタータ電圧またはスタータ電流を検出するための制御
    回路（５）と、限界値発生器（１０）と、保護装置（２
    ０）とを備えた、内燃機関（６）に対する電動式のスタ
    ータにおいて、前記制御回路（５）は更に、電動スター
    タ（１）の主電流回路の電圧波動性から、電動スタータ
    （１）の少なくとも１つの点におけるスタータ電流
    （Ｉ）、加熱状態および／または負荷を突き止めるよう
    に構成されており、かつ前記限界値発生器（１０）は電
    動スタータ（１）の最大負荷を前以て決めるために設け
    られており、かつ負荷の値と前以て決められた限界値と
    から該限界値を上回るまたは下回る際に信号を送出する
    比較器が設けられており、かつ前記保護装置は、前記信
    号の発生の際に内燃機関（６）に対する力接続を制限す
    るように構成されていることを特徴とする内燃機関に対
    する電動スタータ。
  2. 【請求項２】 前記保護装置（２０）は、電動スタータ
    （１）に対する主電流（Ｉ）を遮断するように構成され
    ている請求項１記載の内燃機関に対する電動スタータ。
  3. 【請求項３】 前記制御回路（５）は、電動スタータ
    （１）のアーマチャ電流（Ｉ）の求めるように構成され
    ている請求項１または２記載の内燃機関に対する電動ス
    タータ。
  4. 【請求項４】 前記制御回路（５）は、電動スタータ
    （１）の炭素ブラシの温度を突き止めるように構成され
    ている請求項１から３までのいずれか１項記載の内燃機
    関に対する電動スタータ。
  5. 【請求項５】 求められた値は指示可能または取り出し
    可能である請求項３または４記載の内燃機関に対する電
    動スタータ。
  6. 【請求項６】 前記制御回路（５）は、電動スタータ
    （１）の電圧波動性、温度および／または負荷を突き止
    めるためまたはこれらを評価するための制御プログラム
    （２０）を有している請求項１から５までのいずれか１
    項記載の内燃機関に対する電動スタータ。
  7. 【請求項７】 前記制御回路（５）は、周囲温度を検出
    するための温度センサ（１８）に接続されており、かつ
    前記制御回路（５）は、周囲温度を考慮して限界値を求
    めるように構成されている請求項１から６までのいずれ
    か１項記載の内燃機関に対する電動スタータ。
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