JP2011501046A - 内燃機関の始動装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、内燃機関の始動装置（１０）であって、駆動ユニット（１２；１３）を有する電気的な機械（１１）を備えており、該電気的な機械（１１）はアーマチュア軸（１６）を介して整流子（１８）と機械的な作用結合をしている、内燃機関の始動装置に関し、保護エレメント（１９）が、整流子（１８）の作動領域に対して分離作用がもたらされているように、前記駆動ユニット、特にステータ（１２）及び／又はアーマチュア（１３）の領域に配置されているようになっている。さらに、本発明は適切なスタート・ストップシステム及び適切な内燃機関に関する。

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載した特徴を有する内燃機関の始動装置、及び請求項１０の上位概念部に記載した特徴を有するスタート・ストップシステム、及び請求項１１の上位概念部に記載した特徴を有する内燃機関に関する。

背景技術
冒頭で述べた形式の内燃機関のための始動装置が、ＤＥ２９７０４２９９Ｕ１において公知になっている。この明細書に開示されている内燃機関のための始動装置は、極ケーシング内に配置された駆動軸を備えた始動モータを有しており、駆動軸は中間部材（Ｖｏｒｇｅｌｅｇｅ）を介して被駆動軸と作用結合している。被駆動軸はフリーホイールと始動ピニオンとを備えた噛合い式伝動装置（Ｅｉｎｓｐｕｒｇｅｔｒｉｅｂｅ）の部材である。始動ピニオンは被駆動軸に軸線方向に摺動可能に配置されており、軸線方向の摺動により内燃機関の始動伝動装置のリンクギヤと係合可能である。

始動モータの駆動軸は、アーマチュアと、カーボンブラシ及び電流供給部を備えた整流子とを有する。駆動軸の整流子側の端部は整流子支承部において支承されていて、駆動軸はボルトを備えた、相対する側において被駆動軸の軸線孔内に収容されている。駆動軸は遊星歯車伝動装置を介して被駆動軸を駆動する。この目的のために被駆動軸は外歯列を有している。外歯列は、固定型の内歯車とも噛合い係合している遊星歯車を駆動する。遊星歯車はピンに支承されていて、ピンは被駆動軸の端部側のフランジに圧入されている。端部側のフランジは始動モータ寄りに位置する。被駆動軸はフランジの後方において中間支承部の支承孔において支承されていて、被駆動軸の他の端部はケーシングの支承個所において支承されている。ケーシングは極ケーシングを閉鎖し、締付ボルト（Ｚｕｇａｎｋｅｒ）により極ケーシングに押し合わされている。とりわけこのような配置においては、整流子の領域からアーマチュア及び後続の構成部分の領域への粒子搬入が生じている。

本発明の開示
これに対して、請求項１に記載の特徴を備えた本発明に係る内燃機関の始動装置は、ステータ及び／又はアーマチュア及び後続の構成部材、特に伝動装置が保護エレメントに基づいて粒子搬入に対して保護されている、という利点を提供する。粒子、例えば塵、カーボンダスト及び任意の媒体が、電気機械、特に始動モータの整流子に由来することがあるか又は始動装置の外部の環境に由来することもある。前記構成部材、特に伝動装置は構造上粒子搬入に対して敏感に反応するので、保護エレメントにより伝動装置及び隣り合った機械構成部品の高められた寿命を獲得することができる。保護エレメントは、駆動ユニット、特にステータ及び／又はアーマチュアの領域に配置されており、前記構成部品に関して、整流子の作業領域に対する分離作用がもたらされている。この技術的な解決手段により、保護エレメントの位置決め、及び保護エレメントの位置決めによりもたらされる保護エレメントの幾何学的な構造に基づき、場合によっては設けられている構成部材の変更に関して少ない手間と相俟って、つまり少ない手間で製造可能かつ取付け可能な簡単なシール手段の使用を可能にする。

このことにより、有害粒子に対する機械的構成部品のカプセル化又は有害粒子の分離も結果としてもたらされる。カプセル化も分離も、結果として、粒子に対する遮蔽をもたらすのでの、伝動装置に存在する潤滑剤の寿命及び品質を高めることができる。さらに粒子が構成部材から遠ざけられることにより、特に軸受、ブッシュ及び伝動装置構成部品における材料磨耗は減じられる。とりわけ保護エレメントのジオメトリの適合に基づき、比較的有利な空気流をもたらすことできる。このことはまた感熱性の構成部材の良好な冷却に繋がる。始動装置は、磨耗及び／又は機能及び／又は汚染の程度に対する電子的な監視システムにより監視される限りは、適切な通信、場合によってはメインテナンス勧告の形の通信は、内燃機関の明らかに高い走行距離数においてようやく行われる。

有利な改良形が、従属請求項の特徴部から明らかになる。

本発明の有利な構成において、保護エレメントは保護リングとして、特にＩ字形、Ｌ字形又はＵ字形のプロフィル若しくは断面をもって構成されているようになっている。所望の機能形式及び構造上の実状に応じて、適切な保護エレメントを使用することができる。Ｉ字形の構成によって、例えば簡単な分離エレメントを実現することができ、Ｌ字形の保護エレメントは分離エレメントとして効果を発揮することができる。さらに、保護エレメントのＵ字形の構成は有害粒子のための収容容器として働く。

本発明の別の有利な構成において、保護エレメントがアーマチュアバンデージ（Ａｎｋｅｒｂａｎｄａｇｅ）の高さにおいてケーシングに配置されているようになっている。保護エレメントは、アーマチュアバンデージの外周面に対して残されているエアギャップが可能な限り小さく保持されていて、改良された冷却効果を意図して現存の空気流れは変更されており、粒子及び媒体の機構領域内への搬入が減じられているように半径方向において適合されている。

本発明のさらに別の有利な構成において、保護エレメントはアーマチュアの端部領域の高さにおいて永久磁石及び／又はケーシングに配置されているようになっている。保護エレメントは、保護エレエレメントの内側の外周面とアーマチュアとの間のエアギャップが、可能な限り小さく設計されているか若しくは永久磁石のセグメント間のスペースが閉鎖されているように適合されていてかつ位置決めされている。

本発明のさらに別の有利な構成において、保護エレメントがアーマチュアバンデージに、特にアーマチュアバンデージの外周に配置されているようになっている。保護エレメントは、極ケーシングの外周に対して残っているエアギャップが可能な限り小さく保持されていて、改良された冷却効果を意図して現存の空気流れは変更されており、粒子及び媒体の機構領域内への搬入が減じられているように半径方向において適合されている。

本発明のさらに別の有利な構成によれば、保護エレメントは永久磁石の間隙に配置されているようになっている。間隙は閉鎖されており、アーマチュアの外周面と磁石パッケージとの間のエアギャップは減じられている。

本発明のさらに別の有利な構成によれば、保護エレメントはアーマチュアバンデージの端面の領域及びケーシングに配置されている。保護エレメントは、アーマチュアバンデージと保護エレメントとの間のエアギャップが軸線方向の配向において減じられており、アーマチュアバンデージと整流子との間のエアギャップが半径方向の配向において減じられているように位置決めされている。特に６つのカーボンブラシホルダのために、既に設けられている導体レール（Ｓｔｒｏｍｓｃｈｉｎｅ）を、保護エレメントとして使用することができる。

本発明のさらに別の有利な構成において、保護エレメントには付加輪郭が備え付けられていて、特にアーマチュアの端部領域の高さにおいて永久磁石及び／又はケーシングに配置されているようになっている。この構成においては、ラビリンス構造又は容器も与えられている。この構成における構造的な措置に基づいて環流する媒体を集めることができ、場合によってはメインテナンスにおいて除去することができる。

本発明のさらに別の有利な構成において、付加輪郭を備えた保護エレメントはケーシング開口の領域に配置されているようになっている。この構成において、保護エレメントはケーシング、特に極ケーシングの一部分と共に、集められた粒子を搬出するためにケーシングの出口へ通じる端部を備えたラビリンス構造を形成する。

頻繁に行われる始動過程に起因して、備え付けられている伝動装置の安定性及び寿命に対する要求が高まっているので、本発明に係る始動装置を備えたスタート・ストップシステムの構成も有利である。システムは、車両が停止した場合に内燃機関を常に自動的に止め、車両運転者によって、例えばギヤが噛み合わされかつ／又はブレーキペダルが弛緩されるやいなや、内燃機関は遅滞なく新たに始動する。

さらに、内燃機関に本発明に係る始動装置若しくは前記スタート・ストップシステムが備え付けられていることは有利である。その理由は、これにより一方ではさらに確実な構成部品が内燃機関を始動することができ、他方では市内走行運転において相当の燃料量を節約することができるからである。

遊星歯車伝動装置と、断面図で示した電気的な始動機械と、接続リレーとを備えた始動装置を示した図である。 環状の及びケーシングに固定されている保護エレメントを備えた本発明に係る始動装置の一実施の形態の詳細図である。 環状の及び磁石パッケージに配置されている保護エレメントを備えた本発明に係る始動装置の別の実施の形態の詳細図である。 環状の及びアーマチュアバンデージに固定された保護エレメントを備えた本発明に係る始動装置のさらに別の実施の形態の詳細図である。 環状の及び磁石パッケージの間隙に配置された保護エレメントを備えた本発明に係る始動装置のさらに別の実施の形態の詳細図である。 ケーシングに固定された、環状の及びアーマチュアバンデージの端面を覆う保護エレメントを備えた本発明に係る始動装置のさらに別の実施の形態の詳細図である。 磁石パッケージに配置され、環状の及び容器を形成する保護エレメントを備えた本発明に係る始動装置のさらに別の実施の形態の詳細図である。 ケーシングに固定された、環状の及びスペーサとして作用する保護エレメントを備えた本発明に係る始動装置のさらに別の実施の形態の詳細図である。

以下に、本発明及び他の請求項の特徴に基づく有利な構成を、図面に示した実施の形態に基づき詳細に説明するが、本発明の限定はなされない。本発明は、むしろ請求項の範囲内において可能である全ての改良形、変化形及び同様の構成を有する。

発明の実施の形態
図１には内燃機関の始動装置１０が示されている。このような始動装置は有利には自動車において使用され、スタータ、特に押込み式ねじスプラインスタータと称呼される。主要構成部品には、ステータ１２及びアーマチュア１３或いはロータを有する駆動ユニットを備えた電気機械１１（始動機械とも称呼される）と、伝動装置１４、特に遊星歯車伝動装置と、接続リレー（Ｅｉｎｒｕｅｃｋｒｅｌａｉｓ）１５、特にマグネチックスイッチとが挙げられる。電気機械１１はアーマチュア軸１６を介して駆動装置１４と機械的な作用結合をしている。伝動装置１４は、アーマチュア軸１６に隣り合う分離部材１７、特にカバープレート又はカバーディスクにより電気機械１１から分離されている。伝動装置側に相対する側において、アーマチュア軸１６には整流子１８が設けられている。本実施の形態においては、保護エレメント１９が駆動ユニット、特にステータ１２及び／又はアーマチュア１３の配置領域及び作業領域において、整流子１８の配置領域及び作業領域に対して分離作用がもたらされているように配置されていることが重要である。保護エレメント１９は、図１によればマーキング欄２０によって囲まれている領域に設けられている。したがって、前記技術的な解決手段によって、伝動装置１４と他の構成部材とが粒子搬入又は媒体搬入から保護されている配置が提供されている。

内燃機関の始動過程時に、電気機械１１はマグネチックスイッチにより歯車伝動装置を介して内燃機関に短時間で接続される。電気モータ１１及び始動過程に必要なトルクの一般的に高い回転数に基づき、大きな変換比、特に約１３：１の変換比が必要である。所望の変換比は、始動機に設けられているピニオン、特にスタータピニオン、及び配設されているフライホイールの、スタータピニオンに対して比較的大きなピニオンにより達成される。スタータピニオンはアーマチュア軸１６において軸線方向に無段階に摺動可能であり、マグネチックスイッチ又は電磁石によりフライホイールの歯列と係合する。次いで電気モータ１１は、マグネチックスイッチ或いは押入れ磁石（Ｅｉｎｓｃｈｉｅｂｅｍａｇｎｅｔｅｎ）の部分であるコンタクトスイッチの閉鎖により入力される。スタータピニオンはフリーホイールを備えている。フリーホイールは、始動された内燃機関が依然として噛み合っているスタータピニオンを介して電気モータ１１を、極めて高い回転数によって駆動し、これにより損壊又は破壊することを防ぐ。このようなスタータは一般的に電気機械として直列モータ又は永久励磁モータを有している。

電気機械１１は本発明においては、電気機械１１の内側の部品を規定するアーマチュア１３と、電気機械１１の外側の部品を規定するステータ１２とを有するインナーロータである。アーマチュア１３のコイル、特にアーマチュア巻線は、整流子１８或いは整流器を介して制御される。整流子１８は、アーマチュア１３と共に回転する円筒体に向かって押し付けられる２つの固定式のカーボンブラシを介して、アーマチュア１３の巻線に対して間接的な線路接続を形成する。円筒体の表面は互いに絶縁されているセグメントに区分されている。直流電気機械において一般的であるように、アーマチュア１３は、整流子１８に備え付けられているセグメントの半分の巻線を有する。各巻線の端部は互いに相対する２つのセグメントに結合されている。トルク及び電流に対する特別な要求のために、セグメント及び配設されているカーボンブラシの間の横断面は特に広幅である。４つのカーボンブラシの場合、２つの巻線が同時に効果的であってよい。

図２によれば、リング形の保護エレメント１９と、皿形のアーマチュアバンデージ２１と共に形成された、マーキング欄２０の内側におけるシール或いはカプセル化の第１の実施の形態の詳細が拡大されている。本実施の形態においては、保護エレメント１９は組付け構成部材（Ａｎｂａｕｋｏｍｐｏｎｅｎｔｅｎ）として、ケーシング２２、特に極ケーシングに配置されている。この配置は、保護エレメント１９がアーマチュアバンデージ２１の軸線方向高さに固定されていることによりもたらされる。ケーシング２２における保護エレメント１９の固定は、例えば接合プロセス、特に圧入若しくはプレス嵌め、収縮嵌め、深絞り、溶接、超音波溶接、接着等により実施することができる。保護エレメント１９はベースセグメント１９．１を有している。ベースセグメント１９．１にはアーマチュアバンデージ２１のための貫通部が設けられており、アーマチュアバンデージ２１の外側の環状外周面と保護エレメント１９の内側の環状外周面との間に、駆動ユニット、特にステータ１２及びアーマチュア１３と整流子１８との配置領域及び作業領域を分離する実施の形態がもたらされている。

図３には、マーキング欄２０の内側のシール或いはカプセル化の別の実施の形態が拡大されて示されている。保護エレメント１９はステータ１２の永久磁石及びケーシング２２に直接配置されている。磁石若しくはケーシングにおける保護エレメント１９の固定は、図２に従い実施される接合プロセスに基づき行うことができる。保護エレメント１９は同様にベースセグメント１９．１を有している。ベースセグメント１９．１にはアーマチュア１３自体のための貫通部が設けられており、その結果、アーマチュア１３の外側の環状外周面と保護エレメント１９の内側の環状外周面との間における、駆動ユニット及び整流子１８の２つの領域の分離が行われる。

図４にも、マーキング欄２０の内側のシール或いはカプセル化のさらに別の実施の形態が拡大されて示されている。保護エレメント１９は組付け構成部材としてアーマチュアバンデージ２１に直接配置されている。この配置は、保護エレメント１９がアーマチュアバンデージ２１の軸線方向の高さにおいて固定されていることにより行われる。アーマチュアバンデージ２１における保護エレメント１９の固定は、特に圧入若しくはプレス嵌め、収縮嵌め、深絞り、溶接、超音波溶接、接着等により実施することができる。本実施の形態において、図４のベースセグメント１９．１にも、アーマチュアバンデージ２１のための貫通部が設けられていて、その結果、保護エレメント１９の外側の環状外周面と、ケーシング２２の内側の環状外周面との間に、残留ギャップを残したままで領域分割がもたらされている。

図５には、マーキング欄２０の内側のシール或いはカプセル化のさらに別の実施の形態が拡大されて示されている。保護エレメント１９は、本実施の形態によれば、ステータ１２の永久磁石の間隙に配置されていて、かつケーシング２２に配置されている。磁石若しくはケーシング２２における保護エレメント１９の固定は、図２に関して記載した接合プロセスに基づき行うことができる。保護エレメント１９はベースセグメント１９．１を有してもいる。ベースセグメント１９．１にはアーマチュア１３のための貫通部と、付加的には磁石エレメントのための切欠きとが設けられているので、アーマチュア１３の外側の環状外周面と保護エレメント１９の内側の環状外周面との間において、領域分離が有効になる。

図６には、マーキング欄２０の内側のシール或いはカプセル化のさらに別の実施の形態が拡大されて示されている。保護エレメント１９の外側の環状外周面はケーシング２２に固定されていて、かつ、アーマチュアバンデージ２１の端面に配置されている。ケーシング２２における保護エレメント１９の固定は、図２に関して記載した接合プロセスに基づき行うことができる。保護エレメント１９として、設けられている導体レールを二重の機能の意味において使用することができる。保護エレメント１９のベースセグメント１９．１にも、とりわけ整流子１８のために設けられている貫通部が設けられていて、その結果、整流子１８の外側の環状外周面と、保護エレメント１９の内側の環状外周面との間に、残留ギャップを残したままで領域分離がもたらされている。他の残留ギャップがアーマチュア１３寄りの、保護エレメント１９の表面と、アーマチュアバンデージ２１の表面との間に与えられている。したがって、全体として整流子１８に対して機械構成部材のラビリンス状のカプセル化を達成することができる。図２〜６に示した実施の形態において、保護エレメント１９のシール作用或いはカプセル化作用に基づき、空気流の阻止がもたらされる。

図７には、マーキング欄２０の内側のシール或いはカプセル化のさらに別の実施の形態が拡大されて示されている。保護エレメント１９はステータの永久磁石及びケーシング２２に直接配置されている。磁石若しくはケーシング２２における保護エレメント１９の固定は、図２に関して記載した接合プロセスに基づき行うことができる。保護エレメント１９はベースセグメント１９．１の他に角度セグメント１９．２を有している。角度セグメント１９．２と相俟ってアーマチュア１３のための貫通部が設けられていて、その結果、アーマチュア１３の外側の環状外周面と、保護エレメント１９の内側の環状外周面との間にシールがもたらされる。さらに角度セグメント１９．２の環状のジオメトリは容器を形成する。容器によって粒子を一種の分離器に収容することができる。他の保護エレメント１９との組合せが、特に媒体及び粒子を効果的に収集するように空気流を制御するために可能である。

図８には、マーキング欄２０の内側のシール或いはカプセル化のさらに別の実施の形態が拡大されて示されている。保護エレメント１９はケーシング２２の壁部に配置されている。ケーシング２２の壁部における保護エレメント１９の固定は、前記接合プロセスに従って行うことができる。保護エレメント１９はベースセグメント１９．１に対して補完的に付加セグメント１９．３を有する。付加セグメント１９．３はケーシング２２の少なくとも１つの壁部開口２２．１の高さに位置づけられていて、その結果、付加セグメント１９．３とケーシング壁部との間にラビリンス状の粒子分離器がもたらされている。

要約すれば、付加的に配置された構成部材、特に保護エレメント又は保護リングにより、ステータ１２若しくはアーマチュア１３と整流子１８との間の境界領域において、あらゆる種の粒子及び／又は媒体が伝動装置１４、特に遊星歯車伝動装置及び後続の機械構成部品内に運び込まれるということを防ぐ。これにより前記構成部品の寿命は高まる。本実施の形態において、整流子１８の配置領域及び作業領域と、ステータ１２、アーマチュア１３、永久磁石、伝動装置１４等の配置領域及び作業領域との間に存在するエアギャップ及び移行部の縮小化又は排除に焦点が置かれる。

始動装置１０の種々異なる構成部材における保護エレメント１９の固定は、スナップ接続、接着結合、溶融、圧着、クランピング、溶接結合、加硫又は射出成形工程等に基づき製造することができる。付加的には、保護エレメント１９の適切な長さにより、アーマチュア１３若しくは整流子１８に対しての粒子搬入を減じることができる。一般的に、保護エレメント１９は真っ直ぐに、又は湾曲して、又は組み合わされたジオメトリを持って構成されていてよい。ファン車に類似のジオメトリ、波形又はスリットを入れられた形状を備えた保護エレメント１９の実施の形態、又は上記バリエーションの任意の組合せを、空気流及び／又は構成部材冷却を制御するために設けることもできる。

さらに保護エレメント１９或いはアーマチュア１３、アーマチュアバンデージ２１又は整流子１８に、付加的なシールリップを配置することができる。保護エレメント１９とアーマチュア１３、アーマチュアバンデージ２１又は整流子１８といった、ペア状に対応配置されている構成部品も、シールリップに関連する構成部品も、互いにこすれるような状態を得るように形成されていてもよい。材料として、ワンコンポーネント材料、特に鋼又はプラスチックと、マルチコンポーネントとが考慮される。特に空気流を、媒体と粒子とが分離されてかつ／又は搬出されるように制御するために、前述の実施の形態を互いに組み合せることが可能でもある。上記構造的な手段に基づき、始動装置において使用される伝動装置の安定性及び寿命に関して高い要求が考慮される。このことは特にスタート・ストップシステムにおいて有利である。

Claims (11)

1. 内燃機関の始動装置（１０）であって、駆動ユニット（１２；１３）を有する電気的な機械（１１）を備えており、該電気的な機械（１１）はアーマチュア軸（１６）を介して整流子（１８）と機械的な作用結合をしている、内燃機関の始動装置において、
   保護エレメント（１９）が、整流子（１８）の作動領域に対して分離作用がもたらされているように、前記駆動ユニット、特にステータ（１２）及び／又はアーマチュア（１３）の領域に配置されていることを特徴とする、内燃機関の始動装置。
2. 保護エレメント（１９）は、特にＩ字形、Ｌ字形又はＵ字形の断面を備えた保護リングとして構成されていることを特徴とする、請求項１記載の始動装置。
3. 保護エレメント（１９）はアーマチュアバンデージ（２１）の高さにおいてケーシング（２２）に配置されていることを特徴とする、請求項１又は２記載の始動装置。
4. 保護エレメント（１９）はアーマチュア（１３）の端部領域の高さにおいて、永久磁石及び／又はケーシング（２２）に配置されていることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一項記載の始動装置。
5. 保護エレメント（１９）はアーマチュアバンデージ（２１）、特にアーマチュアバンデージ（２１）の周面に配置されていることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一項記載の始動装置。
6. 保護エレメント（１９）は前記永久磁石の間隙に配置されていることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一項記載の始動装置。
7. 保護エレメント（１９）はアーマチュアバンデージ（２１）の端面の領域に配置されていて、かつ、ケーシング（２２）に配置されていることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか一項記載の始動装置。
8. 保護エレメント（１９）に付加輪郭、特に角度セグメント（１９．２）が設けられており、保護エレメント（１９）は、特にアーマチュア（１３）の端部領域の高さにおいて前記永久磁石及び／又はケーシング（２２）に配置されていることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか一項記載の始動装置。
9. 付加輪郭、特に付加セグメント（１９．３）を備えた保護エレメント（１９）は、ケーシング開口（２２．１）の領域に配置されていることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか一項記載の始動装置。
10. 請求項１から９までのいずれか一項記載の始動装置（１０）を備えていることを特徴とするスタート・ストップシステム。
11. 請求項１から９までのいずれか一項記載の始動装置（１０）若しくは請求項１０記載のスタート・ストップシステムを備えていることを特徴とする内燃機関。

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