JP4996007B2 - 内燃機関に対する電動スタータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の上位概念に記載の内燃機関に対する電動スタータから出発している。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、相応のセンサによってアーマチャ電流または炭素ブラシの温度の測定によって電動スタータ（または簡単にスタータとも表す）の熱的な負荷を求めることが公知である。しかし公知の装置は、比較的煩雑であるという欠点を有している。というのは付加的なセンサが必要とされるからである。例えば、温度測定のために適当な温度センサが必要とされる。これは、実質的に炭素ブラシの温度を捕捉検出することができるようにするには、その近傍になければならない。電流測定のための公知の方法は同じく測定素子、例えば測定線路における分路または無接触測定の場合には例えばホールセンサを必要とする。両方の方法ともセンサ、配線並びにその組み込みに対してコストがかかりしかもこのために電動スタータに対する信頼性を付加的に脅かすことになる。更に、ＤＥ２７００９８２Ｃ２号から、始動モータに対する回路が公知であるが、この回路は、始動モータに供給される電流の時間的な電流変化または電圧変化を評価する。時間的な変化が前以て決められたしきい値を下回ると、このことは内燃機関の自立回転と解釈されかつ始動モータは遮断される。というのは、内燃機関の自立回転の際には、電圧変化は始動期間より僅かであるからである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、冒頭に述べた形式のスタータにおいて、付加的なハードウェアを組み込む必要がないものを提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この課題は発明によれば、請求項１の特徴部分に記載の構成を有する電動スタータによって解決される。このように構成された本発明の電動スタータは、公知技術に比して、センサ、配線、コントロール手段などの様な付加的なハードウェアの組み込みが必要ないという利点を有している。というのはこれらの機能は、制御回路に既に存在している構成部品によって実現されているからである。電圧リップルの測定から、例えばシミュレーションまたは経験的な測定によって、例えば炭素ブラシにおける局所的な温度ピーク、または電動スタータの負荷を大したコストをかけずに推定することができることは特別有利であると認められる。寒い冬の夜の後の長い「始動」の場合または船の積み込みの際の機関支援のない始動機による走行の際（タンクが空なので）のような所定の作動状態において、始動機の過負荷が生じる可能性があり、これにより結果的に損傷または破損が生じることになる。本発明の対象によりこのことは有利にも回避される。
【０００５】
【発明の実施の形態】
従属請求項に記載の構成によって、請求項１に記載の電動スタータの有利な形態および改良が可能である。
【０００６】
主電流を遮断することによって内燃機関に対する力接続を直ちに中断し、従って電動スタータにこれ以上加熱が生じないようにすることは特別有利である。冷却された後漸く、電動スタータを損傷されることなく再び利用することができる。
【０００７】
相応の比較スタータの既存のデータから、電動スタータのアーマチャ電流を間接的に求めることができることも有利であると思われる。アーマチャ電流を突き止めることは時として必要である。というのは、この値を用いて電動スタータの炭素ブラシの温度を突き止めることができるからである。高いアーマチャ電流は当然ながら、電動スタータ並びにブラシ火花の加熱に基づいて相応に高い温度を生ぜしめ、一方アーマチャ電流が低い場合には温度は比較的低い。
【０００８】
電圧リップルの測定された値をコントロールの目的で相応の出力側にて取り出すことができることも別の利点と見なされる。これにより、サービスの目的で、あり得るエラー発生源の発見が容易になる。それから、自動車の次回の保守点検作業の際にエラーを読み出すことができることになる。
【０００９】
制御回路が小さなマイクロコンピュータを備えているのは普通なので、電動スタータに対する制御プログラムとしての相応の補足的なソフトウェアプログラムによって既存の制御回路を有利にも拡張することができる。制御回路の信頼性が改善されることも有利である。というのは、付加的な構成部品は必要でないので、エラー発生の危険も生じる可能性がないからである。更に、制御プログラムの簡単な修正によって、いずれの型式の電動スタータでも簡単に整合させることができる。
【００１０】
周囲温度を考慮することによって、電動スタータに対する限界負荷を相応に整合することができることは別の利点と認められる。すなわち周囲温度が高い場合、限界値は相応に低減することができる。というのはその場合、既に比較的早い段階で損傷が生じる可能性があるからである。
【００１１】
【実施例】
次に本発明を図示の実施例につき図面を用いて詳細に説明する。
【００１２】
図１のブロック線図には、クラッチ９を備えた電動スタータ１が示されている。図示しなかった、クラッチの被駆動軸はピニオン３を介して、該ピニオン３が内燃機関６のスタートフェーズの期間にリングギア４の歯に噛み合い、ひいては内燃機関６のクランク軸が設定されている回転運動に変換されるように配置されている。電動スタータ１に、電気的に作動される噛み合いリレー（Einspurrelais）２が取り付けられている。このリレーを用いてスタート過程の際に電動スタータ１と内燃機関６との間の力接続が保証される。電気的にこの噛み合いリレー２はその制御入力側を介して制御回路５（ＥＳＣ）の出力側に接続されている。制御回路５には機関制御装置８の制御出力側が接続されている。制御回路５の別の入力側には限界値発生器１０および測定入力側が接続されている。測定入力側はバッテリー７と噛み合いリレー２の１つの接続端子との間で端子３０（Kl.30）に接続されている。更に、制御回路５はエラーメモリ１９並びに保護装置２０に接続されている。図１から、これらすべての素子がバッテリーのマイナス極に対するマイナス接続を有していることも分かる。
【００１３】
択一的に、個別の装置１０，１９，２０が制御回路５と一緒にケーシングに組み込むことができるようになっている。
【００１４】
次に図２に基づいて、保護装置２０を備えた制御回路５の機能について詳細に説明する。予め、制御回路５は普通、電動スタータ１のスタートの前に噛み合いリレー２を、回転運動が始まる前にピニオン３がまずリングギア４の中に押し出されるように制御するエレメントも含んでいることを指摘しておく。すなわち、内燃機関６のリングギアの電動スタータ１のピニオンが噛み合わされた後、噛み合いリレー２はスタータ電流をスイッチオンし、その結果スタータモータは回転し始めかつ上述したピニオン３およびリングギア４を介して内燃機関６のクランク軸を駆動する。リングギア４に、内燃機関６は摩擦および個々のシリンダでのピストンの圧縮に基づいて一定ではないが、ほぼ周期的な制動モーメントを発生する。スタータ電流Ｉ（スタータの主電流）は供給すべきトルクに依存している。電動スタータが周期的な回転モーメントに基づいて周期的な電流をバッテリー７から取り出すことによって、端子３０に周期的な電圧の落ち込みが生じる。これは、例えばアナログ・デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）が端子３０における電圧をデジタル化しかつ制御回路５に存在している計算チップに供給することによって制御回路５において測定される。噛み合いリレー２ないし内燃機関６のスタート過程全体を制御するために、制御回路５における計算機チップを制御するためのプログラムは既に公知であり、従って詳しく説明する必要はない。新規でありかつ発明力があると認められるのは、制御回路５が別のプログラムルーチンを含んでいることである。すなわち、端子３０で同時に測定される、電圧のリップルを更に処理して、スタータの型式に依存してリップルの周期持続時間ないし周波数を計算して、これらを電圧値と結びつけてそこから電動スタータを流れる電流経過が得られるようにするルーチンである。それからこの電流経過から、電動スタータにおける種々の点、殊に炭素ブラシにおける加熱状態が計算される。計算のためのパラメータは例えば経験により実施された比較測定からのものである。これらはその前に、比較（参照）スタータにおいて電動スタータ１またはその炭素ブラシの加熱状態に対して求められたものである。これらの計算された値は保護装置２０に供給される。これはこれらの値を限界値発生器１０の相応の値と比較する。この限界値を上回るもしくは下回ると、有利には電動スタータ１に対するスタータ電流は制限または遮断される。
【００１５】
この過程は原理的に、図２にフローチャートの形においてもう一度詳しく示されている。ここで、別のプログラムルーチンが形成されている。
【００１６】
上述したように、端子３０（KL.30）でＡ／Ｄ変換器１９においてバッテリー電圧のリップルが測定される。制御回路５は、その時点の変換器値から取り出される最後の変換器値の平均値から位置（ステップ）１２において差分値を形成する。位置１３において、零通過点間の時間が検出されかつそこから位置１４においてスタータ回転数が計算される。Ａ／Ｄ変換器１９のデジタル化された電圧値およびスタータ回転数から、電動スタータ１の型式を考慮して、スタータ電流Ｉが計算される（位置１５）。更に、位置１６において、存在しているデータから、電動スタータ１の加熱状態が、個々の温度に対して記憶されていた値との比較によって、周囲温度を考慮して計算される、位置１７において、保護装置２０によって例えば許容限界温度を上回ると、スタート過程の中断が行われて、電動スタータ１が可能性のある損傷から保護されるようにする。
【００１７】
勿論、Ａ／Ｄ変換器に代わって、電圧のリップルに対する別の公知の測定方法を使用することもできる。
【００１８】
補足的になお指摘しておくが、制御回路はエラーメモリ１９を有しているが、それには前以て決められた限界値を上回ったという保護装置のエラーメッセージが記憶されている。これらエラーメッセージは例えば日付、時計時間、電動スタータ１の温度などが長期にわたって記憶されて、例えば次回に行われることになっているサービスの際にこれらエラーメッセージが読み出されかつ必要に応じてをその原因を調査することができるようにしている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 スタータ電流回路全体のブロック線図である。
【図２】 本発明による付加的なルーチンプログラムを備えたスタータ電流を保護する手法のフローチャート図である。
【符号の説明】
Ｉ スタータ電流、 １ 電動スタータ、 ２ 噛み合いリレー、 ３ ピニオン、 ４ リングギア、 ５ 制御回路、 ７ バッテリー、 ８ 機関制御装置、 １０ 限界値発生器、 １９ エラーメモリ、 ２０ 保護装置

Claims (5)

1. 内燃機関（６）のスタート過程の間に電動スタータ（１）と内燃機関（６）との間の力接続を作用する、内燃機関（６）に対する伝動装置（９）と、バッテリー（７）と、スタータ電圧またはスタータ電流を検出し、かつスタータ電流（Ｉ）を制御するための制御回路（５）と、限界値発生器（１０）と、保護装置（２０）とを備えた、内燃機関（６）に対する電動式のスタータにおいて、
   前記制御回路（５）は更に、電動スタータ（１）の主回路の電圧リップルから、電動スタータ（１）の加熱状態を導出し、前記加熱状態と、前記限界値発生器（１０）によって前以て決められた、電動スタータ（１）の加熱状態の限界値とを比較し、該限界値を上回る場合に信号を送出し、前記保護装置（２０）は、前記信号の発生の際に内燃機関（６）に対する力接続を制限するように構成されている形式のものにおいて、
   前記制御回路（５）は、電動スタータ（１）の炭素ブラシの温度を求めるように構成されており、これによって、電動スタータ（１）の少なくとも１つの点における加熱状態が前記電圧リップルから求められる、
   ことを特徴とする内燃機関に対する電動スタータ。
2. 前記保護装置（２０）は、電動スタータ（１）に対する主電流（Ｉ）を遮断するように構成されている
   請求項１記載の内燃機関に対する電動スタータ。
3. 前記制御回路（５）は、電動スタータ（１）のアーマチャ電流（Ｉ）を求めるように構成されている
   請求項１または２記載の内燃機関に対する電動スタータ。
4. 前記制御回路（５）は、電動スタータ（１）の電圧リップル、温度即ち加熱状態を突き止めるためまたはこれらを評価するための制御プログラムを有している
   請求項１から３までのいずれか１項記載の内燃機関に対する電動スタータ。
5. 前記制御回路（５）は、周囲温度を検出するための温度センサ（１８）に接続されており、かつ
   前記制御回路（５）は、周囲温度を考慮して限界値を求めるように構成されている
   請求項１から４までのいずれか１項記載の内燃機関に対する電動スタータ。

Images