JP2011523761A - 内燃機関のスタータのための噛合わせリレー - Google Patents

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Abstract

本発明はスタータピニオンがリレーコイル(11)の通電によって軸方向にシフト可能になると同時に緩慢な回転のもとで内燃機関のリングギアに噛み合い可能になり、これによってスターターモータ(31)がフルパワーで始動過程の終了時点まで駆動される。前記噛み合わせリレー(10)は切り替え接点(20)を備え、該切り替え接点(20)は噛み合わせ過程の第1段階においてスターターモータを抵抗素子(26)を介して緩慢に回転させ、噛み合わせ過程の最終段階ではスターターモータを給電部に直結させる内燃機関のスタータのための噛み合わせリレー(10)に関している。ここでは前記抵抗素子(26)が電磁的に十分に中性のコイルとして2つの相互に並列に延在する2つの導体路(27a,27b)を伴って前記リレー(10)の長手軸線(x)を中心に取り囲むように配設され、前記2つの導体路の端部は相互に接続される。

Description

本発明は請求項1の上位概念による、内燃機関のスタータのための噛合わせリレーに関している。
この種の噛み合わせリレーは通常は吸引コイルと保持コイルを有している。ドイツ連邦共和国特許出願公開第10 2004 032 373号明細書によれば、ここではまず2つのコイル(ソレノイド)への通電によって、スタータのピニオンが軸方向にシフト(押し出)され、それと同時にスターターモータによる緩慢な回転が内燃機関のリングギアに伝達される。その後の吸引過程の終了時にはリレーアーマチュアが切り替えコンタクトを操作し、それによって吸引コイルが遮断され、スターターモータが電流供給部に直結される。
この場合に欠点となるのは、スタータピニオンの噛み合わせの際の噛み合わせリレーの動特性がリレーの保持コイルによる影響を受けることである。このことはスタータピニオンにおいて次のような噛み合わせ問題を引き起こしかねない。すなわち事前噛み合わせが過度に速い場合にはピニオンの回転が少なすぎ、事前噛み合わせが過度に遅い場合にはピニオンの回転が多すぎる問題である。このようなことは機関のリングギアとの間で歯対歯の当接位置を引き起こしてしまう。そのような状態でスターターモータの全トルクがかけられてしまうと、ピニオンは相応に大きなノイズと摩耗を伴ってリングギアに噛み合ってしまう。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第198 14 504号明細書からは、スタータピニオンが動特性の最適化されたリレーコイルによって事前噛み合わせされ、同時にリレーのブレーク接点を介してスターターモータが穏やかな始動のための抵抗を介して給電部に接続される、噛み合わせリレーが公知である。ここではピニオンとリングギアの噛み合わせの後で、リレーの切り替え接点を介して抵抗が遮断され、スターターモータが給電部に直結される。この公知手段の抵抗は、曲折状に巻回された抵抗線からなっている。この抵抗線の接続端部は切り替え接点方向に配向され、リレーコイルを外から取り囲むように設けられている。このような抵抗の配置構成によってこの抵抗は同時に誘導コイルのような作用も及ぼす。しかしながらこの作用は噛み合わせリレーの磁気的動特性に対しては不所望な影響を及ぼす。
本発明による解決手段は、噛み合わせリレーの動特性ができるだけスターターモータのバイアス抵抗の影響を受けないように構成すると同時に噛み合わせリレーにおける集積化も図ることを目標としている。
発明の開示
請求項1の特徴部分に記載されている本発明による噛み合わせリレーは次のような利点を有している。スタータピニオン抵抗素子の電磁的にみて十分に中性の特性によって、スタータピニオンの噛み合わせ時間を、リレーコイルの相応の設計仕様だけで定めることないしは制御することができ、もう一方では、噛み合わせ過程におけるスターターモータの滑らかな始動が専ら抵抗素子の設計仕様によって行うことができることである。これによってこの2つの構成素子間の相互調整はもはや不要となる。さらにこの本発明によるリレーコイルの支持体における抵抗素子の実用的な配置構成によって、当該リレーの外形寸法のさらなる拡大も避けられる。
内燃機関のスタータのための噛み合わせリレーの縦断図 図1の噛み合わせリレーを備えたスタータ装置のブロック回路図 抵抗素子の第1実施例を示した図 図1のコイル支持体の拡大された縦断面図 成形材料の充填された図4の変化実施例を示した図 図3による射出成形された抵抗素子を備えたカバーを示した図 抵抗素子を備えた図5のカバーの変化実施例を示した図 カバーに事前に取り付けられた図2による抵抗素子を示した図 抵抗素子の第2実施例を示した図 抵抗素子の第3実施例を示した図 絶縁性被覆内にある抵抗素子の第4実施例を示した図 U字形状に曲げられた導体路を備えた抵抗素子を示した図 始動過程の際の噛み合わせリレー内を流れる磁束を表した図
さらに従属請求項に記載の特徴によって、請求項1に記載されている本発明の別の有利な構成と改善例も明らかになる。
それにより最も簡単なケースによれば、相互に平行に延在している2つの導体路とそのつながっている方の端部(以下では終端接続部とも称する)が、相応に巻回され曲折された抵抗線で形成される。その他にも抵抗素子の製造に対して有利にはむき出しの抵抗線が用いられ、その相互に並行に延在する導体路が互いに間隔を空けてリレーコイルのコイル支持体に固定されている。この可及的に短い端子接続部を有する抵抗素子の最適な空間配置は、切り替え接点に向いた側のコイル支持体の端面への配置構成によって得られる。余分なスペースの必要性を避けるために、この抵抗素子は、リレーコイルの端部領域内でコイル支持体端面側の開放された環状チャンバーに同心的に配設されている。その場合有利には、リレーの長手軸線を取り囲むように配設された前記抵抗素子の2つの導体路が相互に並列して同心的に延在し、かつ前記環状チャンバーの底部において軸方向に突出した凸起部によって相互に離間され、前記環状チャンバーに充填される充填材ないし成形材に埋め込まれ、及び/又はカバーによって封止される。
それに対しては代替的に前記抵抗素子は予め取り付けられた状態で噛み合わせリレー内に集積されていてもよい。この目的のために、本発明の別の有利な構成例によれば、前記抵抗素子が有利にはプラスチック材料の少なくとも複数のプラスチック区分を伴って射出成形されたカバーの下方に固定される。このカバーは予め製造された構成部材としてコイル支持体の環状チャンバーにはめ込まれ、導体路自由端部を収容する貫通孔部を有している。この場合事前取付けのために、抵抗素子の2つのむき出しの導体路がカバーの裏側で相互に並列にかつ同心的に延在するように配設され、前記カバーに成形されている軸方向に突出した凸起部によって相互に離間されている。前述した抵抗素子の実施形態によれば、相互に並列に延在する2つの導体路は、有利には当該リレーの長手軸線を中心に特に均一な曲率で次のような角度αの範囲、すなわちα>180°、有利にはα<360°の範囲に亘って配設されている。
抵抗素子のサイズは、何よりもまずスターターモータに依存している。そのため抵抗素子の2つの導体路は、リレーの長手軸線を取り囲む2つ以上の完全な巻線として配設されていなければならない。このケースに対しては最も簡単な形態によれば、2つの導体路が角度α<360°の範囲で軸方向に折り曲げられた導体路自由端部の領域において導体路1つ分以上、有利には少なくとも導体路2つ分だけ軸方向にずらされたオフセット部まで曲げられてもよい。コイル支持体端面の配置構成において有利には、2つの導体路が角度α>360°の範囲に亘って複数の巻線で相互に間隔を空けてらせん状に延在している。さらに省スペースの代替例によれば、2つの相互に並列に延在する導体路がリレーの長手軸線を中心に角度α>180°の範囲に亘って巻線状に延在し、絶縁性スリーブ内に固定されるかないしは射出成形され、有利には軸方向でコイル支持体の内側にはめ込まれる。
実施例
図1には自動車における内燃機関のスタータ装置のための符号10の付された噛み合わせリレーの構造が示されている。この噛み合わせリレー10は、プラスチックから形成されたコイル支持体12上にリレーコイル11を有しており、コイル支持体12はマグネットコア13に固定されている。リレーコイル11は金属性のケーシング14内に挿入されており、該ケーシングの上方の開口端部にマグネットコア13が収容されている。前記ケーシング14底部の開口部内ではリレーのアーマチュア15が軸方向でガイドされており、このアーマチュアがリレーコイル11内へ進入する。アーマチュア15の中心にある孔部に軸棒16が固定されており、該タペットのヘッド側端部が図には示されていないスタータピニオンのレリーズフォークを収容するいわゆるパドル17を有している。マグネットコア13の貫通孔部内では、切換ロッド18が絶縁性スリーブ19を介してガイドされており、この切換ロッド18の先端部と、前記タペット16の端部は間隔を空けて向き合っている。前記切換ロッド18の後端部には切り替え接点20として作用するコンタクトブリッジが軸方向にシフト可能に収容されており、このコンタクトブリッジは、一方では、マグネットコア13裏側の絶縁プレート上にある図には示されていないブレーク接点と協働し、他方では、ケーシング14の上方の開口端部にあるケーシング縁部14aによってマグネットコア13に固定されたスイッチカバー21に固定されている2つの対抗接点20aと向き合っている。この2つの対抗接点20aは接続端子30,45としてスイッチカバー21にネジ止めされている。アーマチュア15の軸方向の収容部15aにはアーマチュア戻しバネ23が設けられており、このアーマチュア戻しバネ23は公知の形式で接点戻しバネ24並びに接点押し込みバネ25と協働している。これらの3つのバネは図1に示されているような静止状態をもたらすべくバイアスされている。
スタータピニオン、内燃機関のリングギアへのスタータピニオンの噛み合いのもとでスターターモータが抵抗素子26を介して僅かに回転する。この抵抗素子26は、噛み合わせリレー10内に集積化されており、当該実施例では、マグネットコア13下方のコイル支持体12の切り替え接点に向いた側の端面に固定されている。
図2には、噛み合わせリレー10を備えたスタータ装置の回路図が示されている。スターターモータ31は噛み合わせリレー10の接続端子30,45を介して噛み合わせリレー10の切り替え接点20により、給電部としての車両バッテリ32の正電極に直接的に接続される。さらにこの車両用バッテリ32の正電極は始動スイッチ33にも接続されており、該始動スイッチ33には始動用リレー34が後置接続されている。この始動用リレー34の切り替え接点34aを介して車両用バッテリ32の正電極は噛み合わせリレー10に接続される。噛み合わせリレー10内では、この正電極は一方ではアースに接続されたリレーコイル11に接続され、他方ではブレーク接点20bを介して抵抗素子26に接続され、さらにそこから接続端子45を介してスターターモータ31に接続している。アーマチュア孔部の終端領域における噛み合わせリレー10の切換ロッド18を介してブレーク接点20bが切り替え接点のコンタクトブリッジ20によって開かれ、対抗接点20aは閉成される。それにより抵抗素子26が遮断され、スターターモータ31は噛み合わせリレーの端部から給電部に直結される。
図3には、電磁的にみて十分に中性のコイルとしての抵抗素子26の第1実施例が示されている。このコイルは相互に並列して延在する2つの導体路27a,27bからなっており、これらの導体路は噛み合わせリレー10の長手軸線xを取り囲むように設けられている。これらの導体路の端部は、終端接続部27cによって相互に直列に接続されている。前記抵抗素子26の2つの導体路27a,27b並びにそれらの終端接続部27cは、連続的に相応に曲げられた抵抗線からなっており、この抵抗線は当該実施例では、2mmの直径と約1.5Ωの抵抗Rを有している。この銅−ニッケル合金から形成された抵抗線は、噛み合わせリレー10の軸方向に折曲げられた2つの導体路自由端部27dを有している。この2つの相互に並列に延在する2つの導体路27a,27bは、ここでは均一なカーブを有しており、噛み合わせリレー10の長手軸線xを中心に約350°の角度αの範囲に亘って設けられている。
図4では図3の抵抗素子26が、縦断面図として拡大して示されているコイル支持体12の上方の端面側において、当該コイル支持体12の、端面側が開口するように成形された環状チャンバー35にはめ込まれている。同心的にかつ相互に並列に延在する2つの導体路27a,27bは、相互に間隔を空けて環状チャンバー35に固定されており、この場合それらは環状チャンバー35の底部において軸方向に突出した凸起部35aによって相互に離間されている。環状チャンバー35は、プラスチックカバー36によって封止され、アーマチュア15の収容に用いられる真鍮性スリーブ37によって固定されている。抵抗素子26の接続端部27dは、コイル支持体12の軸方向縁部38を貫通して引き出されている。前記抵抗素子26は、むき出しの抵抗線から形成されているので、その2つの導体路27a,27bは、プラスチックカバー36に代えて、例えば図4Aに示されているように、環状チャンバー35に充填される充填材料ないし成形材料28内に埋込まれるようにしてもよい。場合によってはこの抵抗素子26を最初にまず充填材ないし成形材に埋込んでおいて、その過程の後で環状チャンバー35をカバー36によって遮蔽するようにしてもよい。
図5の斜視図にはプラスチックカバー36aが示されており、このカバーの下方には図3の抵抗素子26が固定されている。ここではプラスチック材料39で射出成形されている。このプラスチック材料39は、プラスチックカバー36aの保持具のための複数の切欠き40を有している。導体路自由端部27dは、プラスチックカバー36aの軸方向縁部38を貫通する孔部を通って引き出されている。
図6には、図5のプラスチックカバー36aの代替的な実施形態が上方に展開する斜視図で示されている。ここでは図3の抵抗素子26がプラスチックカバー36aの下方側で、相互に均等に離間された複数のプラスチック区分39aに埋込まれている。
図7には、プラスチックカバー36aと抵抗素子26からなる、事前取付けされる構成ユニットが描写されている。そこでは抵抗素子26の2つの露出された導体路27a,27bがプラスチックカバー36aの裏側で同心的にかつ相互に並列に延在して、当該がバーに成形された軸方向に突出する凸起部35aによって相互に離間されている。ここではさらに抵抗素子26の導体路27a,27bの2つの自由端部27dがプラスチックカバー36aの軸方向縁部38内の貫通孔部42を通って外部に引き出されている。このようにして事前取付けされた抵抗素子26が引き続き図6に示されているようにプラスチック区分39aによって固定されるか、または図5に示されているように当該プラスチック材料39内にほぼ完全に埋込まれることによって固定される。これにより、最終的には図1に示されているようにコイル支持体の環状チャンバー35a内へはめ込み可能となる。
図8には抵抗素子のさらなる実施形態が示されている。このさらなる実施形態には符号26aが付されている。ここでは同心的にかつ相互に並列して延在する2つの導体路27a,27bが、ほぼ2つの完全な巻回部として噛み合わせリレー10の長手軸線xを中心に均等な曲率で配置されている。第1の巻回部の端部では、2つの導体路27a,27bがその軸方向に折曲げられた自由端部27dの領域において導体路1つ分の太さ以上軸方向にずらされたオフセット部27eまで曲げられている。ここでのこのオフセット部27eは導体路の太さの約1.5倍分であり、この数値は露出された導体路27a,27bの2つの巻回部の間で十分な間隔を確保するためのものである。2つの導体路27a,27bの終端接続部27cは当該オフセット部27eの下方に位置している。この抵抗素子26aは、図4によるコイル支持体12の相応に深さのある環状チャンバー35内にはめ込まれるか、若しくは図5や図6の実施例のように、プラスチックカバ36aの下方側でプラスチック材料29ないし39a内に固定される。
図9には、符号26bの付された抵抗素子26のさらなる実施形態が示されている。そこには同心的にかつ相互に並列に延在する2つの導体路27a,27bがほぼ2つの完全な巻回部で螺旋状に相互に間隔を置いて配設されている。そのような抵抗素子26bは簡単な形式で図1の抵抗支持体12の上方の端面側に設けられている。この場合図9に示されているように、導体路27a,27bの均等な曲率はここでは必ずしも必要ではない。
図10には抵抗素子に対するさらに別の実施形態26cが斜視図で示されている。ここでは2つの相互に並列に延在する導体路27a,27bが軸方向で互いに間隔を空けて1つ以上の巻回部を伴って(α>360°)噛み合わせリレー10の長手軸線xを中心に螺旋状に絶縁性スリーブ43内に射出成形されている。そのため当該の抵抗素子26cは絶縁性スリーブ43内では波線でしか表わしておらず、軸方向に折り曲げられた自由端部27dのみが絶縁性材料からなる絶縁性スリーブ43の上方の端面側から引き出されている。この実施形態においては絶縁性スリーブ43の寸法が次のように選択される。すなわち図1のコイル支持体12の内部側に軸方向ではめ込み可能となるように選定される。
図11には抵抗素子のさらに別の実施形態26dが示されており、ここでは2つの同心的でかつ相互に並列に延在する2つの導体路27a,27bが、矩形状の断面を有する連続的な抵抗線から3つまたは4つの巻回部形式で形成されている。この抵抗素子26dは、2つの直角の折曲げによってU字形状に構成されている。この場合2つの露出された導体路27a,27bは、相互に間隔を空けている。この抵抗素子26dは、図1によるコイル支持体12上方の端面側の相応の切欠きに載置可能である。
図12には、図2による回路装置を用いて実施された始動過程中の図1による噛み合わせリレー10の磁束Φが時間線図で表わされている。時点t1では、始動スイッチ33が閉じられ始動用リレー34を介して噛み合わせリレー10のリレーコイル11が通電される。これによって生成された磁束ΦRWにより、噛み合わせリレー10のアーマチュア15が、最終的に時点t2において噛み合わせリレー10の切り替え接点20が操作されるまで吸引される。これにより、ブレーク接点20bが開かれ、対抗接点20aは閉じられる。この時点までは調量された電流が噛み合わせリレー10のブレーク接点20bと、それに直列に接続された抵抗素子26を介してスターターモータ31まで流れる。それによりスターターモータ31はスタータピニオンの事前噛み合わせのもとでスタータピニオンが内燃機関のリングギアに穏やかに噛み合うまで僅かに回転される。時点t3では抵抗素子26が遮断され、スターターモータ31には内燃機関のクランキングのために車両用バッテリ32の全電圧が切り替え接点20の対抗接点20aを介して印加される。時点t4において内燃機関が高回転で動き出した後では始動スイッチ33が再び開かれ、これによって始動過程が終了する。
図3,図8,図9,図10,図11による抵抗素子26の様々な実施例から明らかなことは、それぞれ相互に並列に延在している導体路27a,27bとその接続端部27dがその終端接続部27cまでは同じ長さではないことである。その結果として2つの導体路27a,27bにおける給電電流によって形成される抵抗素子26の磁界が完全には解消されない。それによって残留磁束ΔΦが残るが、しかしながらこの残留磁束は本発明による抵抗素子26の構成によって従来技法によるものよりも著しく少なくなる。この残留磁束はブレーク接点20bが開放されるまではリレーコイル11の磁束ΦRWに重畳する。図12によれば、抵抗素子26内の電流通流方向に応じて磁束ΦRWにおける+−ΔΦ分のわずかな減衰ないし増加が生じている。
本発明は、前述の実施例に限定されるものではない。なぜなら抵抗素子26の配置構成に関しては多くの代替案が可能だからである。そのため前述の円形もしくはU字形状の抵抗素子の形態に代えて、卵形、多角形、もしくは不均等な構成の形態が用いられてもよい。また本発明による折り曲げられた抵抗線の代わりに2つの並列に延在する導体路27a,27bが別個に製造された終端接続部27cを備えた単独の導体路として抵抗素子26に直列に接続されてもよい。その場合にはそれぞれの負荷に応じて様々な公知の材料が抵抗素子26に適用可能である。噛み合わせリレー10のコイル支持体12への抵抗素子26の固定によって抵抗線のエナメル絶縁は不要となる。さらに抵抗素子26の2つの導体路27a,27b間の凸起部の形成は、抵抗線の断線耐力及び振動耐力の向上にもつながり、さらにコイル支持体12の環状チャンバー35a内への抵抗素子26のはめ込みの際に導体路27a,27bをチャンバー内に引き留め、それによってさらなる取付けステップに対する確実な位置付けが可能となる。図4による環状チャンバー35a内の凸起部35aないしは図5によるプラスチックカバー36の凸起部41の代わりに、抵抗素子26を別個の離間クリップを用いてチャンバー35内ないしはプラスチックカバー36aに事前取付けしてもよい。

Claims (12)

  1. 内燃機関のスタータのための噛み合わせリレー(10)であって、
    スタータピニオンがリレーコイル(11)の通電によってまず軸方向でシフト可能になると同時に緩慢な回転のもとで内燃機関のリングギアに噛み合い可能になり、これによってスターターモータ(31)がフルパワーで始動過程の終了時点まで駆動され、
    前記噛み合わせリレー(10)は切り替え接点(20)を備えており、該切り替え接点(20)は噛み合わせ過程の第1段階においてはスターターモータを抵抗素子(26)を介して緩慢に回転させ、噛み合わせ過程の最終段階ではスターターモータを給電部に直結させている、噛み合わせリレーにおいて、
    前記抵抗素子(26)が電磁的に十分に中性のコイルとして2つの相互に並列に延在する2つの導体路(27a,27b)を伴って前記リレー(10)の長手軸線(x)を中心に取り囲むように配設されており、さらに、
    前記2つの導体路(27a,27b)の端部が相互に接続されていることを特徴とする噛み合わせリレー。
  2. 前記2つの導体路(27a,27b)とその終端接続部(27c)が、連続的に相応に曲げられた抵抗線からなっている、請求項1記載の噛み合わせリレー。
  3. 有利には露出した抵抗線からなる複数の導体路(27a,27b)が、相互に間隔を空けてリレーコイル(11)のコイル支持体(12)に固定されている、請求項2記載の噛み合わせリレー。
  4. 抵抗素子(26)が、切り替え接点(20)に向いた側のコイル支持体(12)の端面に固定されている、請求項3記載の噛み合わせリレー。
  5. 前記抵抗素子(26)は、リレーコイル(11)内部でコイル支持体(12)端面側の開放された環状チャンバー(35)に同心的に配設されている、請求項4記載の噛み合わせリレー。
  6. 前記抵抗素子(26)の2つの導体路(27a,27b)は、相互に並列して同心的に延在し、かつ前記環状チャンバー(35)底部の軸方向に突出した突起部(35a)によって相互に離間され、前記環状チャンバー(35)に充填される充填材料(28)に埋め込まれ、及び/又はカバー(36)によって封止される、請求項5記載の噛み合わせリレー。
  7. 前記抵抗素子(26)は、有利にはプラスチック材料(39)の少なくとも複数のプラスチック性区分(39a)を伴って射出成形されたカバー(36a)の下方に固定され、前記カバー(36a)は、コイル支持体(12)の環状チャンバー(35)にはめ込まれ、さらに導体路自由端部(27d)を収容する貫通孔部(42)を有している、請求項5記載の噛み合わせリレー。
  8. 前記抵抗素子(26)の露出した2つの導体路(27a,27b)が前記カバー(36a)の裏側で相互に並列にかつ同心的に延在するように配設され、前記カバーに成形されている軸方向に突出した凸起部(41)によって相互に離間されている、請求項7記載の噛み合わせリレー。
  9. 相互に並列に延在する2つの導体路(27a,27b)は、リレー(10)の長手軸線(x)を中心に均一な曲率で次のような角度αの範囲、すなわちα>180°、有利にはα<360°の範囲に亘って配設されている、請求項1から8いずれか1項記載の噛み合わせリレー。
  10. 前記2つの導体路(27a,27b)は射出成形された絶縁性スリーブ(43)内でリレー(10)の長手軸線(x)を中心に角度α>360°の範囲に亘って巻線状に延在し、前記絶縁性スリーブは有利には軸方向でコイル支持体(12)の内側にはめ込まれる、請求応1から9いずれか1項記載の噛み合わせリレー。
  11. 2つの導体路(27a,27b)が角度α>360°の範囲の中で軸方向に折り曲げられた導体路自由端部(27d)領域において導体路1つ分以上、有利には導体路1.5個分だけ軸方向にずらされたオフセット部(27e)まで曲げられている、請求項1から9いずれか1項記載の噛み合わせリレー。
  12. 前記2つの導体路(27a,27b)は、角度α>360°の範囲に亘って複数の巻回部において相互に間隔を空けて螺旋状に延在している、請求項1から9いずれか1項記載の噛み合わせリレー。
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