JP2013516562A - 始動装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、内燃機関（１０）用の始動装置（２２）に関する。この始動装置（２２）は、駆動ピニオン（２４）用の電気駆動部（２８）を含んでいる。内燃機関（１０）のクランクシャフト（１２）上に歯車（１６）が支承されている。電気駆動部（２８）のドライブシャフト（２６）上の駆動ピニオン（２４）の噛合い状態は、スペーサー（４０）によって生起される、または、始動装置（２２）と歯車（１６）との間の間隔（５４）は低減されている。

Description

先行技術
内燃機関を始動させるために、駆動部が使用される。駆動部は、燃料供給部とは別個のエネルギー供給部によって給電される。多くの場合にはこのために、直流モーターが使用される。まずは直流モーターの駆動ピニオンが内燃機関のリングギヤに噛合い、これによって内燃機関が回転する。これは、ピニオンシフト原理によって行われる。始動過程の終了後にピニオンは、内燃機関のリングギヤから外れる。

自動車内のスタートストップシステムがますます広まっていることによって、始動システムに対する要求が拡大し、ひいては、これまで使用されてきたスターターの機能拡張への要求も拡大している。例えば、音響に対する厳しい要求が挙げられる。またこれと並んで、運転手が走行開始を望んでいるときにはいつでも再始動可能であることが必要とされる（マインドチェンジ機能）。殊に、内燃機関のコースティング走行時には、これまで使用されてきたスターターの従来の原理によってこれは不可能である。

噛合機構およびスターターの電気駆動部を適切に駆動制御することによってこれは、内燃機関のコースティング走行中にも、リングギヤに噛合うことができる。従って、上述した機能が実現される。

ＤＥ１９７２１３８６Ａ１号およびＥＰ０８４８１５９Ｂ１号から、内燃機関を始動させるための始動装置が公知である。ここに記載されているソリューションでは、始動装置はスターターモーターを含んでおり、このスターターモーターはスターターリレーを介して電圧源と接続可能であり、かつ回転開始のために内燃機関と噛合う。スターターリレーおよび／またはスターターモーターの駆動制御は、電子制御機器を介して行われる。これは、スターターリレーおよび／またはスターターモーターに割り当てられている半導体パワー出力段を次のように制御する。すなわち少なくとも、内燃機関のスタートストップモードにおいてスターターリレーが、内燃機関の停止状態において噛合状態を有しているように制御する。

ＤＥ１０２００７０２９３５３Ａ１号から、内燃機関に対して、永久的に噛合うスターターが公知である。スターターはインターナルギヤを含んでいる。このインターナルギヤは、電気モーターと接続されているピニオンと係合する。はずみ車は、オーバーランニングクラッチを含んでおり、このオーバーランニングクラッチは次のように構成されている。すなわち、内燃機関を始動させるために、電気モーターによって形成されたトルクがインターナルギヤからはずみ車へと伝達されるように構成されている。内燃機関のクランクシャフトを、機械の始動後に回転させるのに必要な慣性モーメントＭ１、はずみ車の慣性モーメントＭ２、インターナルギヤおよびはずみ車の結果として生じる慣性モーメントＭ３並びにサブスターターのインターナルギヤおよびはずみ車の結果として生じる慣性モーメントＭ４は次のように選択される。すなわち、インターナルギヤがはずみ車と係合している場合にのみ、内燃機関の始動が行われ、関係Ｍ１＜Ｍ２＜Ｍ４＜Ｍ３が満たされるように、選択される。これによって、クランクシャフトの回転の安定性が確実になる。

ＤＥ１０２００４０４４９３２Ａ１号は、エンジン始動装置に関連するものである。ピニオンおよびドライブシャフトの軸運動およびピニオンのチャッターが、ドライブシャフトに関して回転方向で阻止される。従って、ピニオンとドライブシャフトとの間のギヤシャフト接続部分の摩擦およびピニオンとインターナルギヤとの摩擦が回避される。これによって、エンジン始動時に生じる歯の係合ノイズが低減される。エンジン始動装置はドライブシャフトならびにレバー収容面を含んでいる。ここには、ベアリングの内側リングの軸終端面が当接する。さらに、このエンジン始動装置は、ドライブシャフトの終端部に形成されているねじ部分を含んでいる。その終端面がベアリングの内側リングの終端面のベアリング側でピニオンシャフト上に接するようにピニオンが構成されている。ピニオンは、ベアリングへ向かう方向において、ねじの引張力によって押しつけられている。これは、ねじ部分上に設けられている。ピニオン、ドライブシャフトおよびベアリングは次のように固定されている。すなわちレバー収容面およびベアリング側のピニオン終端面が、ベアリングの内側リングをクランプ結合するように固定されている。

発明の概要
本発明によって提案された解決方法は、マインドチェンジ機能を実現するためにスタータアクチュエータが継続的にリングギヤと噛合った状態に保たれる。ここでこのリングギヤは、オーバーランニングクラッチを介して、内燃機関のクランクシャフトと結合される、ないしはクランクシャフトから外される。本発明によって提案された解決方法の第１の実施形態では、リングギヤは、内燃機関のクランクシャフト上に支承されている。リングギヤはクランクシャフトに対して相対的に動くので、内燃機関が作動している間、リングギヤは静止している。これによって、始動装置の駆動ピニオンが継続的にリングギヤのギヤ歯と噛み合うように保たれ、これによって常に始動準備状態にあることができる。ここで、内燃機関が静止状態に到達して、駆動ピニオンがリングギヤに噛み合うまで待機する必要はない。

しかし、本発明のベースになるアイディアの上述した第１の実施形態は、自動車のドライブトレーンへの基本的な係合が必要であるという欠点を有する。従って、上述した第１の実施形態はまずは、部品数が少ない場合にのみ使用可能である。しかし今日、大量生産される始動装置は高度に規格化されているので、上述した整合、すなわち生産数が少ない場合のフルーホイール並びに噛み合い機構の削除は通常、コストの利点にはならず、強制的に製造コスト内に組み込まれる付加的なコストを意味する。市場に流通している、内燃機関用の従来のピニオンシフト式スターター装置を基礎として、本発明のベースとなるアイディアの実施形態において、これまで使用されてきた、市場に流通しているピニオンシフト式スターター装置、例えばＢＯＳＣＨ Ｒ−スターター、ＩＳＢＮ３−７７８２−２０２８４、Ｇｅｌｂｅ Ｒｅｉｈｅ Ｋｒａｆｔｆａｈｒｚｅｕｇｔｅｃｈｎｉｋ「Ｓｔａｒｔｅｒ ｕｎｄ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒｅｎ（２００２年、第７６〜第７９頁）」において、できるだけ僅かな変更を行うことが提案され、これによって、大量生産時のコスト上の利点が利用される。すなわち、これまで規格化されて実施されてきた噛合擬態の削除およびフリーホイール機能の削除は意図的に実行されない。

本発明によって提案されたソリューションの第２の実施形態では、規格化された始動装置が、フリーホイールおよび噛合機構を保ったまま次のように改善される。すなわち、始動装置の駆動ピニオンのピニオン静止位置がスペーサーによってずらされ、駆動ピニオンが継続的に、クランクシャフト上に配置されている内燃機関のリングギヤと噛み合うように改善される。

噛合い機構は、依然として噛合いリレーを含んでいる。しかしこの噛合いリレーは、変化した静止位置と低減された噛合い距離を含んでいる。これは、騒音増大の低減並びに接触衝突の低減を意味する。なぜなら、噛合い時の最高速度が低減されるからである。しかしリレー作用を、要求された仕様に応じて選択することができる。

これに対して択一的に、本発明のベースになっているアイディアの別の実施形態では、始動装置、殊に、電気駆動部のドライブシャフトによって配置されている駆動ピニオンが、内燃機関のリングギヤの近傍へシフトして配置される。これによって一方で、駆動ピニオンが継続的に内燃機関のリングギヤと噛合ったままにすることができ、他方で構造空間を小さくすることができる。このような解決策では、噛合い機構の自由走行距離が拡張される。これまで、噛合い機構に用いられてきたフォーク状レバーを除去し、噛合いリレーに別個の静止ストッパーを設けることも可能である。

本発明で提案された始動装置の第１の実施形態を示しており、ここではピニオン静止位置が設けられており、このピニオン静止位置はスペーサーを用いることによって、駆動ピニオンとリングギヤとの継続的な噛合いを可能にする フォーク状レバーの構成の詳細 本発明で提案された始動装置の別の実施形態を示しており、ここでは駆動ピニオンとリングギヤとの間の継続的な噛合いが、リングギヤへスターターの位置をシフトさせることによって実現されている

本発明に関する以降の記載においては、始動装置２２との関連において、標準的な始動装置が用いられている。これは市場に流通しているピニオンシフト式スターター装置であって、例えば頒布物、Ｂｏｓｃｈ Ｒ−Ｓｔａｒｔｅｒ、ＩＳＢＮ ３−７７８２−２０２８４、Ｇｅｌｂｅ Ｒｅｉｈｅ、Ｋｒａｆｔｆａｈｒｚｅｕｇｔｅｃｈｎｉｋ、「Ｓｔａｒｔｅｒ ｕｎｄ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒｅｎ（２００２年、第７６〜第７９頁）」に記載されている。

図１には、本発明に即して提案された始動装置の第１の実施形態が示されている。ここで駆動ピニオンは、内燃機関の歯車、殊に内燃機関のクランクシャフト上のリングギヤと永久的に噛合っている。

図１は、内燃機関１０が、クランクシャフト１２を有していることを示している。このクランクシャフト１２上には、単質量はずみ車または複質量はずみ車であるはずみ車１４の隣に、歯車、殊にリングギヤ１６が収容されている。この歯車１６とクランクシャフト１２との間の相対運動は、殊にリングギヤとして形成されている歯車１６が、フリーホイール１８上に収容されていることによって可能になる。ここで、殊にリングギヤ１６として形成されている歯車は、クランクシャフト１２とは別の回転速度で回転することができる。

図１から明らかであるように、歯車１６の歯２０は、始動装置２２の駆動ピニオン２４と噛み合っている。始動装置２２は、図１に示された、本発明で提案されている実施形態では、歯車１６と、第１の間隔４６を空けて配置されている。

図１に示された、本発明と相応に提案された始動装置２２は、標準的な始動装置、すなわちピニオンシフト式スターターであり、Ｂｏｓｃｈ Ｒ−Ｓｔａｒｔｅｒ、ＩＳＢＮ ３−７７８２−２０２８４、Ｇｅｌｂｅ Ｒｅｉｈｅ、Ｋｒａｆｔｆａｈｒｚｅｕｇｔｅｃｈｎｉｋ、「Ｓｔａｒｔｅｒ ｕｎｄ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒｅｎ（２００２年、第７６〜第７９頁、減速ギヤスターター Ｒ７０を参照）」であり、これは電気駆動部２８を有している。これは殊に直流駆動部として構成されている。電気駆動部２８はステーター５０とローター５２を含んでいる（図２を参照）。さらに、始動装置２２は噛合いリレー３０を含んでいる。これはフォーク状レバー３４に作用する。フォーク状レバー３４は、回転中心３８を中心に偏位可能である。噛合いリレー３０の進入走行距離ないしは退出走行距離に相応して、フォーク状レバー３４の操作時に、コネクティングロッド３２に沿って、フリーホイール３６に割り当てられている駆動ピニオン２４が軸方向にシフトされる。

図１に関連して示された、本発明に相応して提案されたソリューションの第１の実施形態から、フルーホイール１８において支承されているクランクシャフト１２上の歯車１６と、始動装置２２およびそのフリーホイール３６の駆動ピニオン２４との間の永久的な噛合いを実現するために、スペーサー４０が配置されていることが読み取れる。スペーサー４０は、本発明によって提案されているソリューションの図１に示されている実施形態ではスリーブ状に形成されており、第１の端面４２並びに第２の端面４４を有している。スリーブ状に形成されているスペーサー４０の第１の端面４２は電気駆動部２８の方を向いており、第２の端面４４は、フリーホイール３６の結合部を支えている。このフリーホイールは、駆動ピニオン２４に割り当てられている。スペーサー４０を設けることによって、駆動ピニオン２４と歯車１６とを常に噛合わせておくこと、すなわち噛合い状態に保つことができる。図１に示されている位置は、駆動ピニオン５４の静止状態を示している。この静止状態において駆動ピニオンは、歯車１６の歯２０と噛合っている。始動装置２２の噛合いリレー３０は、この第１の実施形態において、変化した静止位置および低減された進入距離を有している。これに関しては図１．１を参照されたい。リレー３０が走行するリレー距離は、Δｓ＝ｄ／１．７５ぶん短くされている。ここでｄは、スペーサー４０の長さを表している。フォーク状レバー３４の比、すなわちレバー距離は１．５７である。リレー３０はこれによって別の静止状態を有する。これはΔｓ＝ｄ／１．７５ぶんだけ移動している。

噛合い距離をΔｓぶんだけ短くすることによって、ノイズの増大の低減および接触衝突の低減が実現される。従って、ノイズレベルは、本発明によって提案されている始動装置２２の操作時に、その第１の実施形態において格段に低減される。噛合いリレー３０のコイルは、構造ブロック原理の枠内で比較的脆弱に形成されている。従って、電流受容が制限される。

図１に関連して説明してきた始動装置２２は次の特徴を有する。すなわち、始動装置、Ｂｏｓｃｈ Ｒ−Ｓｔａｒｔｅｒ、ＩＳＢＮ ３−７７８２−２０２８４、Ｇｅｌｂｅ Ｒｅｉｈｅ、Ｋｒａｆｔｆａｈｒｚｅｕｇｔｅｃｈｎｉｋ、「Ｓｔａｒｔｅｒ ｕｎｄ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒｅｎ（２００２年、第７６〜第７９頁）」、Ｖｏｒｇｅｌｅｇｅｓｔａｒｔｅｒ Ｒ７０に対して、僅かな変更要求だけが課せられる、という特徴を有する。歯車１６の歯２０と始動装置２２の駆動ピニオン２４との間の永久的な噛合いを実現するために必要なのは、スペーサー４０だけである。これによって、今日、標準的に使用されている始動装置によっても、マインドチェンジ機能が実現される。

図２には、内燃機関のクランクシャフト上の歯車１６と始動装置の駆動ピニオンとの間の永久的な噛合いを実現するための、択一的な実施形態が示されている。

図１に示されている実施形態との違いは、図２に示されている始動装置２２が、クランクシャフト１２上の歯車１６と、より短い第２の間隔５４で配置されている、ということである。従って、ドライブシャフト２６上のフリーホイール３６を含めた駆動ピニオン２４の軸位置が同じ場合には、標準的なスターター、すなわちピニオンシフト式スターター、Ｂｏｓｃｈ Ｒ−Ｓｔａｒｔｅｒ、ＩＳＢＮ ３−７７８２−２０２８４、Ｇｅｌｂｅ Ｒｅｉｈｅ、Ｋｒａｆｔｆａｈｒｚｅｕｇｔｅｃｈｎｉｋ、「Ｓｔａｒｔｅｒ ｕｎｄ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒｅｎ（２００２年、第７６〜第７９頁）」（ここでＶｏｒｇｅｌｅｇｅｓｔａｒｔｅｒ Ｒ７０を参照）と比較して、この始動装置２２は内燃機関１０の近傍にシフトされている。これによって容易に、歯車１６の歯２０と、ドライブシャフト２６の駆動ピニオン２４の歯との間の永久的な噛合いが実現される。本発明によって提案された、修正された標準スターター装置の、図２に示された第２の実施形態の噛合いリレー３０は（位置５６を参照）、より長い自由走行距離を有するように設計されている。回転中心３８を中心に動く、本発明によって提案されたソリューションの第２の実施形態に示されているフォーク状レバー３４（図２を参照）の代わりに、静止ストッパー５８も可能である。静止ストッパー５８は次のように配置されている。すなわち、これが、長くなったコネクティングロッド４８に対向するように、配置されている。図２に示されている静止ストッパー５８の代わりに、別個のストッパー６０を設けることもできる。噛合いリレー３０は、スイッチング機能を有している。スターター電流が完全に上昇すると、スターター電流をスイッチングする。標準的に使用されている噛合いリレー３０は、スターター電流をスイッチングするために新たな構造位置においてさらに実現されなければならない距離を有している。

殊にリングギヤとして形成されている歯車１６および駆動ピニオン２４のフリーホイール１８および３６によって、電気駆動部２８の回転方向においてのみ、トルクが伝達されることが保証される。このトルクは、内燃機関の静止状態において、内燃機関の始動に使用される。

２つの実施形態において、歯車１６と始動装置２２の駆動ピニオン２４との間の永久的な噛合いが保証されているので、駆動ピニオン２４が噛合いリレー３０によって、歯車１６の歯２０内に噛合う前に、内燃機関１０が静止状態になるまで待つ必要はない。噛合いリレー３０は、スターターモーターのスイッチングを担う。

Claims (8)

1. 駆動ピニオン（２４）用の電気駆動部（２８）を含んでおり、内燃機関（１０）のクランクシャフト（１２）上に歯車（１６）が支承されている、内燃機関（１０）用の始動装置（２２）において、
   前記電気駆動部（２８）のドライブシャフト（２６）上のスペーサー（４０）によって前記駆動ピニオン（２４）が噛合い状態にされている、または、前記始動装置（２２）が前記歯車（１６）に対してより短い間隔（５４）で配置されている、
   ことを特徴とする始動装置（２２）。
2. 前記スペーサー（４０）はスリーブ状に形成されている、請求項１記載の始動装置（２２）。
3. 前記ドライブシャフト（２６）上の前記スペーサー（４０）は、前記電気駆動部（２８）と、前記駆動ピニオン（２４）のフリーホイール（３６）との間に配置されている、請求項１記載の始動装置（２２）。
4. 標準的な始動装置と歯車（１６）との間の第１の間隔よりも短い第２の間隔（５４）で、前記歯車（１６）に対して配置されている、請求項２記載の始動装置（２２）。
5. 噛合いリレー（３０）は、拡張された自由走行距離（５６）並びに静止ストッパー（５８）を含んでいる、請求項１記載の始動装置（２２）。
6. 前記静止ストッパー（５８）は、延長されたコネクティングロッド（４８）に対向している、請求項５記載の始動装置（２２）。
7. 前記噛合いリレー（３０）は、回転中心（３８）を中心に偏位可能なフォーク状レバー（３４）に作用し、当該フォーク状レバーは前記駆動ピニオン（２４）および当該駆動ピニオン（２４）の、前記ドライブシャフト（２６）上にあるフリーホイール（３６）を軸方向に運動させ、かつ、スターター電流をスイッチングする、請求項１記載の始動装置（２２）。
8. 前記ドライブシャフト（２６）は複数スプライン軸、多角形の輪郭を有する軸である、または少なくとも１つのキーを有している、請求項１記載の始動装置（２２）。

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