JP2003524114A - スタータ - Google Patents

スタータ

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JP2003524114A
JP2003524114A JP2001561912A JP2001561912A JP2003524114A JP 2003524114 A JP2003524114 A JP 2003524114A JP 2001561912 A JP2001561912 A JP 2001561912A JP 2001561912 A JP2001561912 A JP 2001561912A JP 2003524114 A JP2003524114 A JP 2003524114A
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ケレ ゲルハルト
アーナー ペーター
アッカーマン マンフレート
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N15/00—Other power-operated starting apparatus; Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from groups F02N5/00 - F02N13/00
    • F02N15/02—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof
    • F02N15/04—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof the gearing including disengaging toothed gears
    • F02N15/06—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof the gearing including disengaging toothed gears the toothed gears being moved by axial displacement

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  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Vehicle Engines Or Engines For Specific Uses (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 本発明は、伝動装置（ＧＴ）を有している、内燃機関（ＶＭ）のためのスタータ（Ｓ）に関している。本発明では、前記伝動装置（ＧＴ）は、少なくとも１つの第１の変速比（ｉ１）と、該第１の変速比（ｉ１）よりも低い第２の変速比（ｉ２）とを有しており、少なくとも始動過程の第１のスタートフェーズの期間中に前記第１の変速比（ｉ１）が使用され、少なくとも予め定められた周辺温度を上回った時点から、前記第１のスタートフェーズに時間的に後続する第２のスタートフェーズの期間中に第２の変速比（ｉ２）が使用されるように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、請求項１の上位概念による内燃機関のためのスタータに関する。
【０００２】 従来技術 冒頭に述べたような形式のスタータは、公知である。この種のスタータの伝動
装置は、例えば単線シフト型伝動装置によって形成されていてもよく、これは噛
み合いリレーを押し出し移動させスタータの電気モータの回転運動を適切な形式
でピニオンに伝達している。
【０００３】 内燃機関の始動に用いられる電気モータは、直流、交流、三相交流などのモー
タである。特にスタータモータとして適しているのは、直流−直巻モータである
。なぜならこれは回転始めの抵抗に打ち勝ち駆動機構の加速のために要される高
い始動トルクを提供できるからである。
【０００４】 主にスタータの回転トルクは、ピニオンとリムを介して内燃機関のクランク軸
のフライホイールに伝達される。しかしながら個別のケースにおいては、Ｖベル
トや歯車ベルト、チェーン、ギヤ、あるいはクランク軸への直結方式などの選択
も可能である。ピニオン式スタータは、スタータピニオンとエンジンフライホイ
ールのリムとの間のギヤ比を低い回転数のもとでも伝達トルクが大きくなるよう
に選定できる。
【０００５】 専ら用いられるスタータのタイプに係わらずに始動過程期間中の有害物質排出
値は、比較的高いものである。なぜなら内燃機関のアイドリング回転数を大幅に
下回る内燃機関の始動経過は、最適なものではないからである。
【０００６】 このような問題を解決するために既に次のようなことが公知である。すなわち
内燃機関を始動過程の際に、内燃機関のアイドリング回転数に近い回転数まで引
き上げることである。これに対して必要になるスタートトルクと回転数は、高い
スタータ出力によってしか達成できない。なぜならその特性曲線は、始動過程開
始時の高いスタートトルクも引き上げ稼働を支援するための高い回転数もカバー
しなければならないからである。このようなスタートトルクや回転数を得るよう
にするために既に提案されていることは、２つの従来型のスタータを、高い回転
トルクと高い回転数をカバーできるように重畳させることである。この手法の欠
点は、２つのスタータ（一方はカウンタシャフト付きで他方はカウンタシャフト
なし）によるハードウエアコストの高さと、搭載電源網における２つの短絡電流
の重畳を避けるための付加的な制御コストである。
【０００７】 発明の利点 伝動装置が少なくとも第１の変速比と、これよりも低い第２の変速比を有し、
少なくとも始動過程の第１のスタートフェーズ中は第１の変速比を使用し、少な
くとも所定の周辺温度を上回った時点から、第１のスタートフェーズに時間的に
後続する第２のスタートフェーズ中は第２の変速比を使用することによって、燃
料がシリンダ内へ噴射されて点火される前に、内燃機関を唯１つのスタータだけ
でそのアイドリング回転数に近い回転数まで引き上げることが可能となる。
【０００８】 それにより、実際にはアイドル回転数よりも低い回転数での燃焼は行われない
ために、本発明によるスタータは、始動過程の際に発生する有害物質の排出が著
しく抑えられ、しかもそれにかかるコストも、２つのスタータが使用される解決
手段に比べて少なくてすむ。
【０００９】 予め定められる所定の周辺温度よりも極端に低い周囲温度の場合、例えば−１
０度以下などの場合には、いずれにせよ有利には、スタータを第１の変速比のみ
で駆動する。なぜなら全体的にみて著しく高い駆動トルクが必要だからである。
【００１０】 しかしながら予め定められる所定の周辺温度を上回るケースも考えられ、その
ような場合には第２の変速比が使用される。
【００１１】 始動過程の間に変速比が切替えられる本発明による解決手段は、著しく低いス
タート出力で十分事足りる。なぜなら出力の適合化が始動過程経過中の変速比の
変更によって行われるからである。
【００１２】 有利には、第２のスタートフェーズが始動過程の開始時点で開始される。この
ケースでは第１の圧縮行程が高い開始変速比に基づいて良好な加速と高いトルク
をもたらす。それにより、始動過程の開始の際の比較的高い負荷モーメント（こ
れはガス供給モーメントと内燃機関の付加的な損失モーメントによって生じる）
を克服できる。この場合比較的高い慣性モーメントによって付加的な平滑作用が
生じる。
【００１３】 低い変速比の用いられる第２のスタートフェーズが、第１のスタートフェーズ
に直接続く場合には、この低い変速比への変更の際に、縮小される慣性全体に基
づいて、低減された変速比に応じて高まる定常的クランク軸回転数へのクランク
軸の速やかな継続的加速が達成される。
【００１４】 低い変速比への変更の際には、スタータ回転質量体の制動によってまず回転ト
ルクスラストが生じる。それに基づいて縮小した全慣性は、引き続き前述した、
低減された変速比に相応して高まる定常的クランク軸回転数までのクランク軸の
さらなる速やかな加速を引き起こす。
【００１５】 総じてこのような形態で１００％の駆動引き上げ支援が達成される。クランク
軸に伝達される駆動トルクは、伝動装置変速比の設定に応じて、従来のスタータ
よりも遙かに高い回転数、例えば２倍以上の回転数となる。低い変速比での駆動
に比べて圧縮フェーズ中の回転数の落ち込みが大幅に縮小される。それにより、
本発明によるスタータは、幅広い開始温度範囲で使用でき、頻繁に生じる開始温
度範囲内で非常に高いスタート動特性が達成される。
【００１６】 第１の変速比から第２の変速比への入換えは、有利には開ループもしくは閉ル
ープで制御される。
【００１７】 この関係においては、第１の変速比から第２の変速比への変更が、内燃機関の
固有の特性に依存して時間制御で行われることも考えられる。
【００１８】 さらに第１の変速比から第２の変速比への変更が回転数に依存して行われても
よい。
【００１９】 このケースでは、特に有利には、第１の変速比から第２の変速比への変更が、
次のような回転数のもとで行われる。すなわちクランク軸における回転トルクが
、第１の変速比でも第２の変速比でもほぼ同じ大きさになるような回転数のもと
で行われる。
【００２０】 第１の変速比から第２の変速比への変更は、伝動装置に伝達される回転トルク
が負の値になる場合に、すなわち伝動装置において内燃機関からの駆動トルクが
スタータに伝達される場合に、行われてもよい。このような制御は自動制御であ
る。
【００２１】 第１の変速比から第２の変速比への変更は、例えば遊星歯車装置によって行わ
れてもよい。このケースでは、遊星歯車の駆動入力側がサンギヤにあり駆動出力
側は遊星支持体にある。遊星歯車装置の内歯歯車は、第１の変速比のもとでは固
定され、第２の変速比のもとではクラッチを介してサンギヤ側に接続され得る。
内歯歯車と遊星支持体の間のクラッチ接続または遊星支持体とサンギヤの間のク
ラッチ接続は、第２の変速比の際にも考えられる。
【００２２】 さらに本発明によるスタータは、スタータ発電機の形態でも提供し得る。これ
は内燃機関の作動中にクランク軸に接続され続け、車載電源網にエネルギーを給
電する。
【００２３】 内燃機関がスタートする前に始動過程が中断されたケースでは、その中断の時
点でそれがどっちみち利用される限り、自動的に第１の変速比への切換が行われ
るようにしてもよい。
【００２４】 図面 図面には本発明の実施例が示されており、これらは以下の明細書で詳細に説明
する。この場合、 図１は、本発明の実施例を簡単なブロック回路図で表したものであり、 図２は、クランク軸に伝達される回転トルクと、クランク軸回転数、及び第１の
変速比が数値９で、第２の変速比が数値３である場合の出力の経過を示した図で
あり、 図３は、始動過程の際に現れる回転数の経過を、時間に依存して示した図であり
、この場合第１の変速比＝９が専ら使用されているケースと、第２の変速比＝３
が専ら使用されているケース、および本発明による第１の変速比から第２の変速
比への変更が行われているケースが示されている。
【００２５】 実施例の説明 図１に概略的に示されている本発明による実施例のブロック回路図ではスター
タが符号Ｓで示されており、所属の伝動装置は、符号ＧＴで示されている。スタ
ータ電気モータの出力軸は、応力結合的に伝動装置ＧＴと接続可能であり、この
伝動装置自体は、内燃機関ＶＭと例えば伝動装置ＧＴの噛合装置を介して接続可
能である。
【００２６】 伝動装置ＧＴは、制御入力側ＳＴを有しており、この入力側には、第１の変速
比ｉ１から第２の変速比ｉ２への変更並びに第２の変速比ｉ２から第１の変速比
ｉ１への変更をトリガする制御信号が印加可能である。この場合は、２つの変速
比よりも多い変速比が設けられていてもよい。
【００２７】 スタータＳは、唯一の電気的な機器を有しており、前述したような第１の変速
比ｉ１から第２の変速比ｉ２への変更が、時間制御されて、および／または回転
数に依存して、あるいはそれ以外の別の方式で適切に開ループないし閉ループ制
御されて行われる。
【００２８】 公知のスタータに比べて排出ガス特性の改善がみられないにもかかわらず、所
定の周辺温度を下回る場合には第１の変速比のみが使用され得る。これは極端に
周辺温度が低い場合には、特に高い駆動トルクが生成されなければならないから
である。このようなケースでは、制御入力側ＳＴに印加される制御信号が付加的
に周辺温度に依存する。
【００２９】 しかしながら１つの変速比だけが利用される作動モードは、本発明においても
含まれるべき特別なケースを表すものである。
【００３０】 比較的高い第１の変速比ｉ１は有利には、冷間時始動限界温度に関して最適化
される。比較的低い第２の変速比ｉ2は、有利には比較的高いクランク軸回転数
のもとでの発電機変速比と始動時の引き上げ支援、ないしは内燃機関ＶＭのアイ
ドリング回転数の領域付近の回転数までの引き上げに対して最適化される。この
場合の最適化は、有利には、摂氏２０度以上の周辺温度に対して行われる。
【００３１】 図２には、クランク軸の回転トルクが左側の縦軸１１にＮｍでプロットされて
おり、また右側の縦軸１２には出力がＷでプロットされており、さらに横軸１０
にはクランク軸の回転数が１／ｍｉｎでプロットされている。
【００３２】 この図２には、第１の変速比ｉ１が数値９で、第２の変速比ｉ２が数値３であ
る場合での、クランク軸に対して伝達される回転トルクとクランク軸回転数およ
び出力の経過が示されている。
【００３３】 図２に示されているケースでは、第１の変速比ｉ１から第２の変速比ｉ２への
変更が回転数に依存して、次のような回転数のもとで行われている。すなわち第
１の変速比ｉ１によって得られる回転トルクが、このクランク軸回転数のもとで
第２の変速比ｉ２によって得られる回転トルクと等しいかもしくはそれを上回る
ような回転数のもとで行われている。
【００３４】 図２に示されているケースの場合では、第１の変速比ｉ１＝９から第２の変速
比ｉ２＝３への変更が、毎分約２１５回転のクランク軸回転数のもとで行われて
いる。
【００３５】 同じように図２に示されている出力特性曲線Ｐｉ１とＰｉ２から読みとれるこ
とは、毎分２００回転と５００回転の間の回転数領域における出力がほぼ倍にな
っていることである。
【００３６】 図３には、縦軸１３に回転数が１／ｍｉｎでプロットされ、横軸１４には時間
が秒単位でプロットされている。
【００３７】 図３には、始動過程の際に生じる回転数経過が時間に依存して示されており、
この場合、第１の変速比ｉ１＝９の専らの使用と第２の変速比ｉ２＝３の専らの
使用、および本発明による第１の変速比から前述した第２の変速比への変更（ｉ １ /ｉ２＝９／３）が行われている場合が示されている。
【００３８】 図２に示されている特性曲線経過は、内燃機関ＶＭが６つのシリンダを有して
いるＶ６エンジンの始動過程に当てはまり、この場合はそれぞれ３つのシリンダ
が直列に並び、この２列のシリンダグループが相互にＶ字状に配置されている。
さらに図２に示した特性曲線は、周辺温度が摂氏２０度の場合にあてはまる。
【００３９】 特性曲線経過からは、選択された始動条件に対して第１の変速比ｉ１＝９が専
ら使用されているケースにおいては、１つの平均的な動特性と毎分約２８０回転
の限定的な定常回転数が達成されていることが読みとれる。
【００４０】 それに対して第２の変速比ｉ２＝３が専ら使用されているケースにおいては、
毎分約４００回転の高い定常回転数が達成されている。この変速比ｉ２のもとで
はいずれにせよ適度な始動加速が得られる。
【００４１】 さらに第１の圧縮行程の領域における始動過程（これは約０．１８秒のところ
でおこる）は非常に不確かである。なぜならこの時点の回転数はまだ毎分約６０
回転程度にしかならないからである。やや高めの機関側引きずりトルクを備えた
内燃機関ＶＭでは、このような状況のもとではもはや始動不能か少なくとも始動
がもはや不確実となる。
【００４２】 ｉ１/ｉ２＝９／３の特性曲線は、本発明によるスタータを用いた始動過程を
示すものである。
【００４３】 この図から明らかなことは、第１のスタートフェーズの間に第１の変速比ｉ１ ＝９から第２の変速比ｉ２＝３への変更によって、総合的にみて最大の始動動特
性が達成されることである。すなわち始動トルクも定常的な回転数もそれぞれ最
適となる。
【００４４】 本発明は、２つの変速比を有している伝動装置での例に基づいて説明してきた
が、しかしながらこれは変速比の数を２つに限定することを意味しているもので
はない。つまり内燃機関ＶＭの構成に応じて伝動装置の変速比の数は２より多く
てもかまわない。
【００４５】 変速比の間の変更ないし切換は、さらに別の周辺環境条件やエンジンパラメー
タに依存して行われてもよい。その際にはいずれにせよ既存の変速比が必ずしも
全て使用されなくてもよい。
【００４６】 特にスタータＳがスタータ発電機のケースでは、発電機モードに対して固有の
変速比が設定されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例を簡単なブロック回路図で表したものである。
【図２】 クランク軸に伝達される回転トルクと、クランク軸回転数、及び第１の変速比が
数値９で、第２の変速比が数値３である場合の出力の経過を示した図である。
【図３】 始動過程の際に現れる回転数の経過を、時間に依存して示した図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ， ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，Ｓ Ｌ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 マンフレート アッカーマン ドイツ連邦共和国 オッペンヴァイラー ミッテルガッセ ３

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 伝動装置（ＧＴ）を有している、内燃機関（ＶＭ）のための
    スタータ（Ｓ）において、 前記伝動装置（ＧＴ）は、少なくとも１つの第１の変速比（ｉ１）と、該第１
    の変速比（ｉ１）よりも低い第２の変速比（ｉ２）とを有しており、 少なくとも始動過程の第１のスタートフェーズの期間中に前記第１の変速比（
    ｉ１）が使用され、少なくとも予め定められた周辺温度を上回った時点から、前
    記第１のスタートフェーズに時間的に後続する第２のスタートフェーズの期間中
    に第２の変速比（ｉ２）が使用されるように構成されていることを特徴とするス
    タータ。
  2. 【請求項２】 前記第１のスタートフェーズは、始動過程の開始とともに始
    まる、請求項１記載のスタータ。
  3. 【請求項３】 前記第２のスタートフェーズは、第１のスタートフェーズに
    続けられる、請求項１または２記載のスタータ。
  4. 【請求項４】 前記第１の変速比（ｉ１）から第２の変速比（ｉ２）への変
    更は、開ループ制御かまたは閉ループ制御されて行われる、請求項１から３いず
    れか１項記載のスタータ。
  5. 【請求項５】 前記第１の変速比（ｉ１）から第２の変速比（ｉ２）への変
    更は、時間制御によって行われる、請求項１から４いずれか１項記載のスタータ
    。
  6. 【請求項６】 前記第１の変速比（ｉ１）から第２の変速比（ｉ２）への変
    更は、回転数に依存して行われる、請求項１から５いずれか１項記載のスタータ
    。
  7. 【請求項７】 前記第１の変速比（ｉ１）から第２の変速比（ｉ２）への変
    更は、第１の変速比（ｉ１）と第２の変速比（ｉ２）に対するクランク軸におけ
    る回転トルクが少なくともほぼ同じ大きさであるような回転数のもとで行われる
    、請求項１から６いずれか１項記載のスタータ。
  8. 【請求項８】 前記第１の変速比（ｉ１）から第２の変速比（ｉ２）への変
    更は、伝動装置（ＧＴ）に伝達された回転トルクが負の値となった後で行われる
    、請求項１から７いずれか１項記載のスタータ。
  9. 【請求項９】 前記第１の変速比（ｉ１）から第２の変速比（ｉ２）への変
    更は、遊星歯車装置を介して行われる、請求項１から８いずれか１項記載のスタ
    ータ。
  10. 【請求項１０】 遊星歯車装置の駆動入力側がサンギヤにあり駆動出力側は
    遊星支持体にある、請求項１から９いずれか１項記載のスタータ。
  11. 【請求項１１】 前記遊星歯車装置の内歯歯車は、第１の変速比（ｉ１）の
    もとでは固定され、前記遊星歯車装置の内歯歯車は第２の変速比（ｉ２）のもと
    では、クラッチを介してサンギヤに接続される請求項１から１０いずれか１項記
    載のスタータ。
  12. 【請求項１２】 前記スタータは、スタータ発電機である、請求項１から１
    １いずれか１項記載のスタータ。
  13. 【請求項１３】 始動過程の中断の際には、その時点においてそれが既に使
    用されるべきものである限り第１の変速比（ｉ１）への切換が自動的に行われる
    、請求項１から１２いずれか１項記載のスタータ。
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