JP2011521141A - 内燃機関用のスタータ - Google Patents

Abstract

本発明は、内燃機関用のスタータ（１０）であって、スタータモータ（１２）が設けられており、該スタータモータがピニオン（２２）を介して内燃機関に接続可能であり、該ピニオン（２２）を内燃機関のリングギヤ（２６）に噛合わせ且つスタータモータ（１２）を直流電圧源（３０，３１）に接続するための装置が設けられている形式のものに関する。前記作業過程を分離するために、前記装置は内燃機関の始動時におけるピニオン（２２）の噛合用と、スタータモータ（１２）の接続用の、別個の手段、特に別個のリレー（５７，６４；６０）を有している。これにより、モータ電流の接続時の接点系に対する噛合原動力の逆作用が防止される。

Description

背景技術
本発明は、独立請求項の上位概念に記載の形式の、内燃機関用のスタータから出発する。このようなスタータは、例えばBoschのKraftfahrtechnisches Taschenbuch、第２５版、第９８６頁にピニオンシフト式スタータとしての構成で説明されており、このピニオンシフト式スタータは、いわゆるソレノイドスイッチを介して制御される。このソレノイドスイッチは、接続機能、即ち、スタータモータのピニオンの、内燃機関のリングギヤへの噛合い及びスタータモータの主電流の切換えを引き受ける。ピニオンがリングギヤに噛み合った場合は２つの可能な経過が区別され得る。つまり、約２０％〜３０％の接続では、ピニオンの歯がリングギヤの歯溝に当たるのに対して、約７０％〜８０％の接続では、噛合時にピニオンの歯がリングギヤの歯に当たるので、噛合は、噛合スプリングによって支援されねばならない。この公知のスタータ構成形式は、単一のソレノイドスイッチしか必要としないので比較的廉価に製作可能であるが、他方ではモータ巻線を電圧源に接続する切換接点における高いモータ電流の切換動作のために、極めて困難な作動条件が生じる。特に、バッテリの部分放電及び噛合部材の機械的摩耗の増大においては、スタータ主電流の接続時の原動力が、切換動作に際して生じるアークによって接点が溶着する程度にまで低下する恐れがある。他方では、ピニオンがモータリングギヤに直接に噛み合う場合は、スタータの構成形式に応じて歯と歯溝の出発位置において切換動作の原動力と、これに起因する接点摩耗とが場合によっては大きくなる。

特に高出力のスタータにおける接続動作の改善のためには、いわゆるスライディングギヤスタータにおいてモータ電流を２段階で接続することが前掲の文献箇所から更に公知であり、この場合、第１段階においてスタータのピニオンがモータのリングギヤに向かって運動されると同時に、スタータモータのアーマチュアに低下された電流が供給され、これにより、アーマチュアと、このアーマチュアと一緒にピニオンとが噛合時に回転し、このようにして噛合動作を容易にする。この場合、噛合機構にはトリップレバーが設けられており、このトリップレバーはピニオンの噛合動作の終了時に初めてリレーの別の切換接点と、この切換接点を介してモータの主電流回路とを閉じる。これにより、噛合動作及びモータの主電流の切換を２つの分離された作業工程で行うことができるが、但しソレノイドスイッチの構成は、機械的及び電気的観点で見ると比較的手間がかかり且つ故障しやすい。

本発明の開示
独立請求項に記載の構成を有する本発明によるスタータは、ピニオンの噛合とモータ電流の切換の作業過程が、このための別個の手段の使用により、特に別個のリレーの使用により完全に分離され、しかも、リレーの構成形式は各作業段階に最適に適合可能であるという利点を有している。しかし、全ての又は個別の切換手段に関して、比較的大きな電流の接続に適した半導体構成素子、有利にはトランジスタ又はＧＴＯ（Gate Turn Off）−サイリスタを使用することもできる。これにより特に、内燃機関の始動時の高いモータ主電流のための接続機能を噛合動作から完全に分離することによって、リレーの接点系に対する噛合い原動力の逆作用を防ぐことが可能になる。この場合、接点閉鎖速度は噛合状態とは無関係である。

特に有利には、スタータモータの主電流回路に設けられた接続リレーが、噛合リレー自体によって噛合運動の終了時又は終了直前に作動され、この場合、スタータモータは電圧源に直接に接続される。このようにして、付加的に小さな手間をかけることによって、ピニオンの噛合運動と、この噛合運動終了時のスタータ主電流の接続動作との正確な協働が得られる。有利には、このために噛合リレーには保持コイルと別個のプルインコイルとが装備されており、これらの保持コイルとプルインコイルとは、一緒に接続リレーの作動用の切換接点を作動させる。保持コイル及びプルインコイルは有利には同じリレーコアに装着されており、この場合、選択的に同一方向又は逆方向で接続される。同一方向で回路接続した場合は、比較的少ない巻回数及び／又は比較的小さな励起電流によって所要の総アンペア回数が達成される一方で、逆方向の流れの場合は、切換動作を緩和するために比較的小さなアンペア回数を有するコイルが使用可能である。この場合、保持コイル及びプルインコイルの巻回数と励起電流とは、有利には保持コイルが大きな巻回数と十分な励起電流とで以って噛合リレーの接続動作を生ぜしめるのに対して、プルインコイルは著しく少ない巻回数を備えているが、噛合時にアーマチュアを容易に回転させるために十分な、より高い励起電流を通すように選択されている。

特に簡単且つ廉価な回路構成は、スタータモータの１段階式の通電によって得られる。この場合、噛合リレーのプルインコイルは前抵抗としてスタータモータの直列巻線と共に直列に位置しており、噛合リレーの両コイルは一緒に１つの常時開接点を接続し、この常時開接点を介して接続リレーのコイルが通電されて、スタータモータが噛合リレーの引込み運動終了時に最大モータ電流を供給される。このような装置は、公知の形式で噛合スプリングを必要としており、この噛合スプリングはヘリカルスプラインに関連して、特にピニオンとリングギヤの「歯対歯」の位置において、モータの主電流が衝撃的に接続される前に噛合動作を支援する。

特に慎重な噛合動作は、基本的に公知のスタータモータの２段階式の通電によって達成される。この場合、第１の接続段階において、スタータアーマチュアのための制限された回転電流が、噛合リレーの常時閉接点とプルインコイルとを介して流れる。次いで第２の段階においてリレーアーマチュアの引込み運動の終了時又は終了直前に、噛合リレーの常時開接点を介して別個の接続リレーが通電され且つ最大モータ電流がスタータモータに供給される。この場合、分離された両リレーは、それぞれ異なる要求に対応して最適に設計され得る。

直列巻線を備えたピニオンシフト式スタータの原理図である。 従来の構成における１段通電式のスタータの回路図である。 本発明による構成における１段通電式のスタータの回路図である。 本発明による構成における２段通電式のスタータの第１の回路図である。 本発明による構成における２段通電式のスタータの第２の回路図である。 噛合リレー及び接続リレーを備えた本発明によるスタータの空間配置及び回路接続の原理図である。 噛合リレーの通電用の付加的な前制御リレーを備えた、図６に示したスタータの空間配置及び回路接続の原理図である。

発明の実施形態
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面につき詳しく説明する。

図１には、本発明によるスタータ１０の機械的な構成が、内燃機関用のピニオンシフト式スタータとしての構成で概略的に示されている。スタータ１０はスタータモータ１２を有しており、このスタータモータ１２の出力軸１４は、ドライバシャフト１８に設けられた対応するねじ山付きナットと協働するヘリカルスプライン１６を有している。択一的に、出力軸１４は介在する遊星歯車伝動装置（図示せず）を介して駆動される。ドライバシャフト１８は、クラッチシェル２０のアウタリングに固着結合されており、クラッチシェル２０のインナリングはピニオン２２を支持している。このピニオン２２とオーバランニングクラッチ２０とは、出力軸１４に沿ってストッパ２４まで軸方向でシフト可能に支承されている。この場合、ピニオン２２は内燃機関（図示せず）のリングギヤ２６に噛み合わされる。前記軸方向シフトは、後の図面に詳細に示したリレーユニット２８によって行われ、このリレーユニット２８は変向レバー２９と噛合スプリング３２とを介してオーバランニングクラッチ２０に作用する。前記リレーユニットの電圧源３４としてバッテリが使用され、このバッテリのマイナス極３１はアースに接続しており、プラス極３０は一方では直接に且つ他方ではイグニッションスイッチ３６を介して、リレーユニット２８に接続されている。リレーユニット２８を介して直列巻線３８に電力が供給され、この直列巻線３８は、モータのブラシ４０，４２並びにコレクタ４４を介してアースに接続されている。スタータモータ１２のアーマチュアは符号４６で、ステータは符号４８で示されている。

図２には、従来の構成における１段通電式のスタータの回路図が示されている。この場合、電圧源のプラス極３０は、一方ではイグニッションスイッチ３６及び接続端子５０を介して且つ他方では直接にソレノイドスイッチ４９に接続されている。このソレノイドスイッチ４９は、保持コイル５２とプルインコイル５４とを有しており、これらの保持コイル５２とプルインコイル５４とは同じ巻回方向を有しており、同一コアに巻き付けられており、且つ両方共巻線端部で以て接続端子５０に接続されている。保持コイル５２の他方の巻線端部はマイナス極３１及びアースに接触しており、これに対応してプルインコイル５４の他方の端部はスタータモータ１２の直列巻線３８とアーマチュア４６とを介してマイナス極３１及びアースに接続されている。保持コイル５２とプルインコイル５４とは一緒にソレノイドスイッチ４９の常時開接点５６を作動させ、リレーアーマチュアが完全に又はほぼ完全に引き込まれ且つピニオン２２がリングギヤ２６に噛み合わされると直ちに、常時開接点５６を介してスタータモータ１２が直接にプラス極３０に接続される。

保持コイル５２及びプルインコイル５４は、この公知の装置では一緒に、内燃機関に設けられたリングギヤ２６へのピニオン２２の噛合作業と同時に、ステータモータ１２のための主電流の接続機能を引き受けている。この場合、ピニオン２２の１本の歯がリングギヤ２６の１つの歯溝にぶつかると、噛合のためには小さな力しか必要でなく、接点５６の切換時の原動力は比較的大きい。他方において、噛合時にピニオン２２の１本の歯がリングギヤ２６の１本の歯にぶつかると、噛合時に付加的に図１に示した噛合スプリング３２を緊張させる必要があり、常時開接点５６を作動させるためには僅かなエネルギしか供与されないので、接点５６の切換時の原動力は極めて小さい。これにより、比較的長時間滞留するアーク及び溶着箇所が生ぜしめられる恐れがあり、これらのアーク及び溶着箇所は少なくとも長期的にスタータの機能を損なうものである。

図３には、上で述べた欠点が取り除かれる本発明による構成の１段通電式のスタータの回路図が示されている。この回路ユニットは、噛合リレー５７及びこの噛合リレー５７の直流電圧源３０，３１に対する接続部を備えた構成に関しては基本的に図２に示した回路ユニットに対応しているが、但しこのユニットでは、常時開接点５６は高いモータ電流のための切換機能ではなく、単に接続リレー６０のコイル５８に通電するための切換機能だけを引き受けているに過ぎない。この場合、接続リレー６０はその常時開接点６２を介してモータ電流を切り換える。このユニットも１段式で作動し、この場合、ピニオン２２は図２に示したユニットの場合と同様にやはりリングギヤ２６に噛み合わされ、モータ電流は、ピニオン２２の噛合運動の終了時又は終了直前に最大に接続される。但し図２に示したユニットとは違い、噛合リレー５７にはピニオン２２の噛合作業に加えて付加的に、僅かに負荷された接点５６の作動しか要求されず、モータ電流の本来の接続動作は接続リレー６０によって行われるので、噛合機能と切換機能とは完全に分離されており、噛合動作が接続リレー６０の接点系にフィードバック作用を及ぼすことはない。

図４には、スタータモータ１２に２段式で通電するための回路ユニットが示されている。この場合、図３に示した１段式で通電するための噛合リレー５７の位置は、常時閉接点６６及び常時開接点６８を備えた噛合リレー６４が占めている。前記接点６６，６８の固定端子は、それぞれ前制御リレー７０を介してプラス極３０に並列接続可能であり、この場合、リレー巻線は一方の端部で以て直流電圧源のマイナス極３１とアースとに接続されており且つ他方の端部で以て接続端子５０及びイグニッションスイッチ３６を介してプラス極３０に接続されている。噛合リレー６４の保持コイル５２もやはり、前制御リレー７０を介して直流電圧源のプラス極３０とマイナス極３１とに接続される。

この構成では、噛合リレー６４の両コイル５２，５４は逆方向の巻回方向を有しており、この場合、保持コイル５２はプルインコイル５４よりも著しく多い巻回数を有しており且つプルインコイル５４の逆向きのアンペア回数にもかかわらず、ピニオン２２の噛合動作を単独で行うために、十分に大きな電流で励起される。この場合、プルインコイル５４は噛合運動の動力を有利に緩和すると同時に、スタータモータ１２を僅かに回転させて噛合動作を容易にする若しくは可能にするために、十分に高い励起電流をスタータモータ１２の直列巻線３８に供給する。このユニットでは、噛合動作を支援するための噛合スプリングを付加的に使用することができる。

スタータモータ１２の通電は、やはり噛合リレー６４の機能とは無関係に、接続リレー６０によって引き受けられる。このためには、接続リレー６０のコイル５８が、噛合リレー６４の切換運動の終了時又は終了付近において、噛合リレー６４の常時開接点６８が閉鎖され且つ常時閉接点６６が開放されることにより通電され、これにより接続リレー６０はその常時開接点６２を介して、噛合動作による妨害無しでスタータモータ１２に予め規定された作業電流を供給する。常時閉接点６６の開放により、噛合リレー６４のプルインコイル５４は無通電状態となり、噛合リレー６４の保持コイル５２はイグニッションスイッチ３６が開放されるまで励起され続け、これにより始動動作の継続を保証する。

前制御リレー７０の使用は、図４に示した回路ユニットの作動形式に関して必ずしも必要ではなく、噛合リレー６４は図３に示した回路ユニットと同様に、イグニッションスイッチを介して直接に通電されてもよい。他方では、モータ電流はプルインコイル５４を介した第１の通電段階では最大２００Ａのオーダ範囲内にあり、これにより、少なくとも高出力のスタータモータのためには、通電の第１段階でイグニッションスイッチ３６を迂回するための前制御リレー７０を使用することが有利である。

図５には、図４に示した回路ユニットの変化態様が示されており、上で説明した構成とは異なり、接続リレー６０のコイル５８用の励起電流は、前制御リレ−７０を介して流れるのではなく、電圧源のプラス極３０に通じる線路から直接に取り出される。但しこのことは、噛合リレー６４と接続リレー６０との間に付加的な接続が必要とされるという欠点を有してはいるが、他方では電流の高さが噛合リレー６４を介して低下され、前制御リレー７０は少なくとも比較的小さなモータ構成においては、むしろ省くことができる。図５に示した回路ユニットのその他の機能は全て、図４に示した回路ユニットの機能に等しいので、再度説明はしない。

図６及び図７の説明のためには、図３〜図５において付加的な接続ポイントが符号５０ｉ，５０ｋ，５０ｍ及び５０ｎで示されている。この場合、接続ポイント５０ｉは前制御リレー７０のリレーコンタクトの固定端子に位置しており、接続ポイント５０ｋは接続リレー６０のコイル接続部に位置しており、接続ポイント５０ｍは噛合リレー５７若しくは６４の常時開接点の一方の接続部に位置しており且つ接続ポイント５０ｎは噛合リレー５７若しくは６４の常時開接点の他方の接続部に位置している。これらの符号は図６及び図７の解釈を容易にするものであり、この場合、実地では一般にダブルコンタクトとして構成されるか、又はコンタクトプレートを備えて構成される切換接点も、やはり概略的に図示されている。

図６には、図３に示した１段式の通電を伴う本発明によるスタータの構造が示されている。この場合、スタータモータ１２と、噛合リレー５７と、接続リレー６０とは１つの構成ユニット７２を形成しており、両リレー５７，６０又はこれらのリレー５７，６０の内の一方が、スタータモータ１２のケーシングに不動に組み込まれているか、若しくは該ケーシングに取外し可能に結合されている。噛合リレー５７、接続リレー６０及びスタータモータ１２の内部構成は、各接続ポイントにより象徴的に表されている。つまり、噛合リレー５７がそのスタート信号をイグニッションスイッチ３６から外部の接続部を介して受け取ると、これにより常時開接点５６が閉じられて、接続ポイント５０ｍと５０ｎとがリレーを励起するために互いに接続される。

接続リレー６０において、プラス極３０は常時開接点６２を介してリレーの接続ポイント４５に接続され、この接続ポイント４５は外部でスタータモータ１２に接続され且つこのスタータモータ１２の直列巻線３８を介してマイナス極３１若しくはアースに接続される。

図７には、図４又は図５に示した２段式で通電される本発明によるスタータの空間配置が示されている。この場合、前制御リレー７０と、噛合リレー６４と、接続リレー６０と、スタータモータ１２とは１つの構成ユニット７４を形成している。リレー７０，６４，６０は、やはり選択的に個別に又は一緒にスタータモータ１２のケーシングに組み込まれているか、又は該ケーシングに取外し可能に結合されている。接続ポイント及び接点は図４及び図５に対応して図示されており、これらの図４と図５とは、単に噛合リレー６４の常時開接点６８の電力供給だけが相違しているに過ぎない。この場合、噛合リレー６４の接続部５０ｎは、選択的に前制御リレー７０の接続ポイント５０ｉに接続されているか、又は電圧源のプラス極３０に直接に接続されている。

１０ スタータ、 １２ スタータモータ、 １４ 出力軸、 １６ ヘリカルスプライン、 １８ ドライバシャフト、 ２０ クラッチシェル、オーバランニングクラッチ、 ２２ ピニオン、 ２４ ストッパ、 ２６ リングギヤ、 ２８ リレーユニット、 ２９ 変向レバー、 ３０ プラス極、 ３１ マイナス極、 ３２ 噛合スプリング、 ３４ 電圧源、 ３６ イグニッションスイッチ、 ３８ 直列巻線、 ４０ ブラシ、 ４４ コレクタ、 ４６ アーマチュア、 ４８ ステータ、 ４９ ソレノイドスイッチ、 ５０ 接続端子、 ５２ 保持コイル、 ５４ プルインコイル、 ５６，６２，６８ 常時開接点、 ５７，６４ 噛合リレー、 ５８ コイル、 ６０ 接続リレー、 ６６ 常時閉接点、 ７０ 前制御リレー、 ７２，７４ 構成ユニット

Claims (15)

1. 内燃機関用のスタータであって、スタータモータ（１２）が設けられており、該スタータモータがピニオン（２２）を介して内燃機関に接続可能であり、該ピニオン（２２）を内燃機関のリングギヤ（２６）に噛合わせ且つスタータモータ（１２）を直流電圧源（３０，３１）に接続するための装置が設けられている形式のものにおいて、
   該装置が、内燃機関の始動時におけるピニオン（２２）の噛合用と、スタータモータ（１２）の接続用の、別個の手段（５７，６４；６０）を有していることを特徴とする、内燃機関用のスタータ。
2. 前記装置が、ピニオン（２２）の噛合用と、スタータモータ（１２）の接続用の、別個のリレー（５７，６４；６０）を有している、請求項１記載のスタータ。
3. 噛合リレー（５７，６４）によって、該噛合リレーの接続運動の終了時又は終了直前に、スタータモータ（１２）の主電流回路に設けられた切換リレー（６０）が作動され、スタータモータが電圧源（３０，３１）に直接に接続される、請求項１又は２記載のスタータ。
4. 噛合リレー（５７，６４）が、保持コイル（５２）及びプルインコイル（５４）を有しており、これらの保持コイル及びプルインコイルが一緒に切換リレー（６０）を作動させるための切換接点（５６；６６；６８）を作動させる、請求項１から３までのいずれか１項記載のスタータ。
5. 噛合リレー（５７）が、切換リレー（６０）を作動させ且つスタータモータ（１２）に１段階式で通電するための常時開接点（５６）を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載のスタータ。
6. 噛合リレー（６４）が、スタータモータ（１２）に２段階式で通電するための常時閉接点（６６）と常時開接点（６８）とを有しており、第１段階では制限されたモータ電流が、噛合リレー（６４）の常時閉接点（６６）とプルインコイル（５４）とを介して流れ、第２段階では噛合運動の終了時又は終了直前に、最大モータ電流が噛合リレー（６４）の閉じられた常時開接点（６８）により作動可能な切換リレー（６０）を介して流れる、請求項１から４までのいずれか１項記載のスタータ。
7. 第１の接続段階において、制限されたモータ電流が噛合リレー（６４）の常時閉接点（６６）とプルインコイル（５４）、並びにスタータモータ（１２）の直列巻線（３８）を介して流れる、請求項６記載のスタータ。
8. 切換リレー（６０）によって、スタータモータ（１２）の直列巻線（３８）とアーマチュア（４６）とが電圧源（３０，３１）に直接に接続される、請求項１から７までのいずれか１項記載のスタータ。
9. 前記装置が接続手段（５７，６４；６０）として半導体スイッチを有している、請求項１から８までのいずれか１項記載のスタータ。
10. 噛合リレー（６４）の手前に前制御リレー（７０）が接続されている、請求項１から９までのいずれか１項記載のスタータ。
11. 切換リレー（６０）のコイル（５８）が、前制御リレー（７０）及び噛合リレー（６４）の各常時開接点を介して電圧源（３０，３１）に接続可能である、請求項１０記載のスタータ。
12. 切換リレー（６０）のコイル（５８）が、噛合リレー（６４）の常時開接点を介して電圧源（３０，３１）に直接に接続可能である、請求項１０記載のスタータ。
13. 噛合リレー（６４）の保持コイル（５２）とプルインコイル（５４）とが互いに逆向きの巻回方向を有しており、保持コイル（５２）は噛合リレー（６４）を切り換えるためのアンペア回数を供給し、プルインコイル（５４）は接続動作を緩和する、請求項１から１２までのいずれか１項記載のスタータ。
14. 前制御リレー（７０）及び／又は噛合リレー（５７，６４）及び／又は切換リレー（６０）が、スタータモータ（１２）と一緒に１構成ユニット（７２，７４）を形成している、請求項１から１３までのいずれか１項記載のスタータ。
15. 前制御リレー（７０）及び／又は噛合リレー（５７，６４）及び／又は切換リレー（６０）が、スタータモータ（１２）に取外し可能に接続可能である、請求項１４記載のスタータ。

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