JPH11190266A - 電気機器の制御のための装置及び方法 - Google Patents

電気機器の制御のための装置及び方法

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JPH11190266A
JPH11190266A JP10289485A JP28948598A JPH11190266A JP H11190266 A JPH11190266 A JP H11190266A JP 10289485 A JP10289485 A JP 10289485A JP 28948598 A JP28948598 A JP 28948598A JP H11190266 A JPH11190266 A JP H11190266A
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electronic
switch
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クラマー クラウス
Wolfgang Seils
ザイルス ヴォルフガング
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シュテックライン ヘニング
Jan Freitag
フライターク ヤン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 頻繁な操作及び/又は長い作動によって高ま
る摩耗に対しても効果を発揮しかつ総合的に高い寿命を
達成できる装置を、製造コストも車両重量も高めること
なく提供すること。 【解決手段】 電源と電気的スタータとの間の接続の中
に電子制御装置を配設し、該制御装置を介して電気的ス
タータに対する電圧及び/又は電流及び/又はスイッチオ
ン時間が制御可能であるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電源と電気的スタ
ータとの間の電気的な接続を形成するためのスイッチン
グ手段を有し、前記電気的なスタータはスイッチング手
段の操作のもとで噛み合わせ可能な伝動装置を介して内
燃機関のクランク軸に結合可能である、例えば内燃機関
の始動のための電気的スタータなどの電気機器の制御の
ための装置及びその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車の内燃機関は、スタータ装置を用
いて始動させなければならないことは周知である。なぜ
なら内燃機関は単独では始動できないからである。この
目的のために、通常は電気的に駆動されるスタータモー
タが設けられている。このスタータモータは、いわゆる
噛み合わせリレーとして構成されたスタータリレーを介
して電源に接続される。同時に作用接続の形成のため
に、スタータモータのピニオンが、通常は内燃機関のフ
ライホイールに設けられた歯車リムに係合させられる。
内燃機関が自力回転し始めた直後ではこのスタータモー
タは摩耗の増加と雑音の増大を防ぐために切り離されな
ければならない。
【０００３】作用接続の形成、つまりはほぼ定格回転数
でのスタータピニオンの噛み合わせと、スタータモータ
へのその定格電圧の印加は、比較的大きなトルク衝撃や
歯車リムとスタータモータの摩耗増加の継続につなが
る。特にトラックにおける始動の際には、例えば配送な
どのように短い走行区間の繰り返しが圧倒的に多い中で
は平均して始動過程の頻度が高いために、公知のスター
タではこのような高いレベルの要求を十分に満足させる
ことができない。
【０００４】車両後部に配設された内燃機関を有する乗
り合いバスの始動装置の場合は、ドライバにとって始動
過程を音響的な知覚により確認することができず、スタ
ータと歯車リムの効果的な保護に配慮する付加的な予防
策が不可欠である。この目的のために通常はいわゆる電
子的なスタータ遮断リレーが用いられる。このリレーに
よって始動装置が多岐にわたって損傷から保護される。
内燃機関の始動が完了した後では、スタータの遅滞のな
い遮断が配慮される。さらに電子的なスタータ遮断リレ
ーは、既に作動しているか又はまだ惰性で回っている内
燃機関のもとでの始動を回避させる。まだ惰性で回って
いる内燃機関の場合又は誤った始動の場合には、通常は
タイマ回路がトリガされる。これは早すぎる時点でのさ
らなる始動の試みを回避させる。
【０００５】この種のスタータ遮断リレーはドライバに
起因したミスによる損傷は防げるが、頻繁な操作及び/
又は長い作動によって高まる摩耗に対しては効果がな
い。ししかしながら総合的により高い寿命を達成するた
めには、あるいは操作頻度が平均以上の高い要求を充足
させるためには、公知の始動装置では電気的なスタータ
及び/又は内燃機関との作用接続部の拡大が不可欠であ
る。しかしながらこのことは製造コストも車両重量も高
めることになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、前述
したような従来装置の欠点に鑑みこれを解消すべく改善
を行うことである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記課題は本発明によ
り、電源と電気的スタータとの間の接続の中に電子制御
装置が配設されており、該制御装置を介して電気的スタ
ータに対する電圧及び/又は電流及び/又はスイッチオン
時間が制御可能であるように構成されて解決される。
【０００８】また前記課題は本発明により、電源と電気
的スタータとの間の接続の中に配設される電子制御装置
を用いて、電気的スタータの電流及び/又は電圧及び/又
はスイッチオン時間の段階毎の制御によって２つの段階
での操作を行うようにして解決される。
【０００９】請求項１及び請求項２４の特徴部分に記載
の本発明によって得られる利点は、低い回転数と低いモ
ータトルクによるソフトな予備噛み合わせと、それに続
くスタータモータのないしはピニオンと噛み合う内燃機
関のドライブトレーンのギヤの摩耗を介して全体的に内
燃機関のスタータモータの負担が著しく軽減されること
である。電源と電気的スタータの間の接続の中に設けら
れる制御装置の適切な制御によって、電気的スタータの
２段階の制御が実現され、さらにそれに伴って内燃機関
の始動過程が有利に展開される。この目的のために有利
には電子制御装置が電源と電気的スタータとの間に設け
られる。この制御装置は、電気的スタータに対する電圧
及び/又は電流の制御を行う。始動過程の２段階の電子
的制御によって、スタータ噛み合わせ過程が次のように
制御される。すなわちスタータピニオンの予備噛み合わ
せとそれに続く噛み合わせの際の摩耗が著しく低減され
るように制御される。
【００１０】第１段階ではスタータモータが僅かな回転
トルクで駆動され、ピニオンが僅かな速度で有利には内
燃機関のフライホイールに設けられた歯車リムに押し当
てられる。このスタータモータの低い回転数は歯車間隙
の探知を容易にし、緩慢なピニオンのシフトがピニオン
と歯車リムの当接の際の摩耗を低減させる。第２段階で
は、噛み合わせリレーに定格電圧を印加する。それによ
りピニオンは完全に歯車リムに係合する。メインブリッ
ジが接続した後で初めてスタータは完全なトルクで回転
する。スタータの“ガリガリ”音は、それによって効果
的に回避される。
【００１１】有利な実施形態では、電子制御装置、いわ
ゆる集積化された電子リレー、中央制御ユニット（ＣＰ
Ｕ）を有し、これはそのプログラミング中の僅かな適合
化によって多数の異なる始動をそれぞれ最適に制御し得
る。有利には電子制御装置はさらに少なくとも２つの電
子的パワースイッチ、例えばパワートランジスタ又はパ
ワーＭＯＳＦＥＴなどを有する。これらはＣＰＵの非常
に僅かな制御電圧ないし制御電流でもって高い電力を確
実に切換える。少なくとも２つの電子的パワースイッチ
の直列接続によってさらに、エラー機能発生の際の電気
的スタータの損傷や不所望な始動の危険性を確実に回避
できる冗長性が得られる。
【００１２】さらに有利には、少なくとも２つの電子的
パワースイッチが制御のためのそれぞれ１つのチャージ
ポンプを有し、並びにそれぞれ保護エレクトロニクスを
介して過熱及び/又は誤った極性付けに対する保護が補
償される。さらに前記電子的パワースイッチの各々は、
診断出力側を有しており、この出力側を用いて目下の切
換状態の絶え間ない監視と、２段階の始動過程の正確な
始動制御がＣＰＵを用いて可能となる。さらに別の有利
な実施形態では、集積化された電子リレー（ＩＥＲ）が
付加的な監視機能部と制御入力側を備えている。これら
は例えば供給電圧の監視やスタータモータで生じている
温度、電子的パワースイッチのオーバーロード状態など
を監視する。
【００１３】電気的スタータの操作のためのスイッチン
グ手段は、例えばドライバからマニュアル操作可能な始
動スイッチあるいは電子的に操作可能な始動スイッチで
あってもよい。これらは有利にはエンジン電子制御装置
に制御されてもよい。
【００１４】それにより内燃機関が自力回転状態に達し
た場合に自動的に終了することができる。これにより可
及的に短い投入時間と、スタータモータへの可及的に少
ない負担が達成される。
【００１５】特に有利には前述した二段階のスタータ制
御のもとで始動経過が純粋に電子制御のみによって行わ
れる。使用される電気的スタータは、それによって十分
慣用的に構成でき、さらなる電子的及び/又は機械的な
付加的構成素子は何も必要としない。さらに有利にはス
タータリレーが予備噛み合わせフェーズに続く保持フェ
ーズにおいてクロック制御される。なぜならそれによっ
て熱的負荷が低減されるからである。電子的パワースイ
ッチは、制御/保護エレクトロニクスと診断機能を備え
たいわゆるパワーＭＯＳＦＥＴとして実施されてもよ
い。これにより非常にパワフルでコンパクトな構成部が
形成される。しかしながら相応に高い回路コストをかけ
れば、ＭＯＳＦＥＴやその他のトランジスタを備えた別
個の構成部も可能となる。
【００１６】有利には本発明による回路接続構成では、
パワースイッチの１つの組み込みのもとで不所望な始動
と安全性の限界を超える状況が回避される。有利には付
加的な機能、例えば温度センサを介したスタータ温度の
監視や、指導時間の制限、並びに出力段の検査及び/又
は無効接続の識別が実現できる。この無効接続のもとで
はスタータピニオンが例えば汚れのために、第１の段階
で停滞し、噛み合わせが不完全となる。この場合始動の
試みは中断されなければならない。なぜなら噛み合わせ
リレーの巻線の熱的負荷が過度に高まるからである。
【００１７】第１の電子的パワースイッチは有利にはい
わゆるセンス出力側を備えている。これは電流に比例し
た出力信号を送出する。スタータリレーのメインブリッ
ジの接続の際には、バイアス抵抗を通る電流が低減され
なければならない。このことはこのセンス出力側を介し
て良好に識別可能である。この電流低減が監視時間（例
えば２００ｍｓｅｃ）の経過後に検出ないしはＣＰＵに
よって認識されなかった場合には、無効接続が識別さ
れ、始動が中断される。前述の出力段が短絡されている
場合には、その出力段を遮断すべき場合でもこの出力段
の端子における電圧が測定される。スタータはこの場合
回転されるが噛み合わせは生じない。集積化されたＣＰ
Ｕの代わりに別個の経過制御が行われてもよい。しかし
ながらこのことは比較的コストをかけた有利な付加機能
に含まれる。
【００１８】本発明による２段階の始動制御において
は、さらに有利には、ソフトな予備噛み合わせによる、
騒音の著しい低減が可能となる。さらに歯車リムの寿命
も高められる。スタータは比較的簡単な構造でもよい。
なぜなら熱的負荷が全体的に僅かだからである。それに
より寿命がさらに高まる。なぜなら確実な過熱防止が温
度の監視と始動時間の制限によって行われるからであ
る。
【００１９】本発明のさらに別の有利な実施例は従属請
求項に記載される。
【００２０】
【発明の実施の形態】次に本発明を図面に基づき詳細に
説明する。
【００２１】図１には、自動車の内燃機関の電気的なス
タータの二段階式制御のための装置の基本回路図が示さ
れている。この装置は、電気的なエネルギ源と、正極５
及び負極６を備えたスタータバッテリ４と、電気的スタ
ータモータ８と、主要な電気的接続線路と、始動過程の
二段階制御の実現に必要とされるさらなる構成部材とを
含んでいる。スタータモータ８は、わかりやすくするた
めと見易くするために、自動車のドライブトレーンにお
ける噛み合わせのために必要な構成要素と共に簡略的に
示している。なぜなら公知のシステムに対してここでは
何ら変更を加えないからである。それどころか本発明に
よる装置は、それ自体になんら変更の必要性のない公知
のスタータモータの制御にも適したものである。さらに
図１では中央制御装置（以下では単にＩＥＲ“integrie
rtes elektronisches Relais(集積化された電子リレ
ー)”とも称す）に符号２が付されている。
【００２２】ＩＥＲ２は複数の入力側（この端子はスタ
ータバッテリ４からの電圧供給のためのものである）と
複数の制御された出力側を有している。スタータバッテ
リ４からの定格電圧（通常は１２Ｖか２４Ｖ）での電圧
供給に対しては端子３０と端子３１が設けられている。
前記端子３０とスタータバッテリ４の正極５は線路で接
続されており、また前記端子３１とアース端子１２ない
しはスタータバッテリ４の負極６も線路で接続されてい
る。さらなる入力側として端子５０ｅが設けられてお
り、この端子は始動スイッチ２４を介して電源４に接続
可能である。またこれらの代わりにリレー制御を行うこ
とも可能である。この場合はさらに離れた個所に配置さ
れるスイッチによって、始動スイッチ２４のスイッチン
グを実施するリレーコイルが印加される。この他にも電
子制御で始動の開始を実現することも可能であり、この
場合は例えばエンジン電子制御装置からの信号が介在的
に用いられる。
【００２３】ＩＥＲ２はさらに制御出力側としての端子
４５ｒを有している。この端子４５ｒは、介在接続され
たバイアス抵抗３４を介してスタータモータ８のメイン
端子と線路で接続されている。このメイン端子は以下で
は端子４５と称する。第２の制御出力側としての端子５
０ｆは、接続線路を介してスタータリレー３６への接続
を担う。このスタータリレー３６は、リレーコイル３８
と、該リレーコイル３８によって制御可能なスイッチ
（以下ではメインブリッジ３７と称する）とを有してい
る。ＩＥＲ２の端子５０ｆは、リレーコイル３８に接続
されている。他の端子は、線路を介して自動車のアース
１２（これはスタータバッテリ４の負極に接続されてい
る）に接続される。
【００２４】次に図１に概略的に示された回路図に基づ
いて以下では二段階の始動過程を説明する。この場合は
既に点火がスイッチオンされたものとする。なぜならＩ
ＥＲ２の端子３０からスタータバッテリ４の正極５への
接続並びに端子３１からアース１２への接続及びスター
タバッテリ４の負極６への接続が形成されているからで
ある。ドライバによる始動スイッチ２４の操作によって
端子５０ｅはスタータバッテリ４の完全な定格電圧を受
け取る。この電圧Ｕ50eは、ＩＥＲ２において処理され
る。この場合短時間の遅れを伴ってまず端子４５ｒか
ら、出力電圧Ｕ45 rが送出される。この出力電圧は、大
きさの点でスタータバッテリ４の定格電圧に相応し、ス
タータモータ８を第１の段階においてソフトに始動させ
る。
【００２５】スタータモータ８の端子４５にはスタータ
バッテリ４の完全な定格電圧は到来しない。なぜなら端
子４５ｒから端子４５までの線路中に設けられたバイア
ス抵抗３４を介して車両搭載電源からの定格電圧の一部
がなくなるからである。それによりスタータモータ８
は、まずゆっくりと始動する。回転開始の際のスタータ
モータ８の慣性を克服するための期間の経過後では、Ｉ
ＥＲ２の端子５０ｆに制御電圧Ｕ50fが印加され、この
制御電圧はスタータリレー３６のリレーコイル３８に通
流される。スタータピニオンは予備噛み合わせされ、こ
れはメインブリッジ３７の閉成に結び付く。リレー３６
のメインブリッジ３７の閉成と同時に、スタータバッテ
リ４の正極５からスタータモータ８の端子４５への直結
接続が形成される。スタータモータ８のアース端子１０
は、常にアース１２への接続を有する。それによりスタ
ータモータ８のメインブリッジ３７が閉成されている場
合には完全な定格電圧が搭載電源から受け取られ、それ
に応じて第２の段階で内燃機関が比較的高い回転数で回
転させられる。これは機関が自力回転状態に達するまで
行われる。
【００２６】図２に複数示されている線図には、ＩＥＲ
２の端子５０ｅ，５０ｆ，４５ｒにおける電圧及び電流
の基本的な定性的経過が始動機関Ｔstartに亘ってプロ
ットされている。これらのダイヤグラムの全てに対する
横軸には時間がプロットされている。また縦軸最上段の
ダイヤグラムには電圧Ｕ50eがプロットされ、縦軸中央
段のダイヤグラムには電圧Ｕ45rがプロットされてい
る。縦軸下方段には電流ｉ50fがプロットされており、
これはスタータリレー３８の巻線を流れる電流である。
この場合端子３０は、正極５と電気的に接続され、端子
３１はアース１２ないしスタータバッテリ４の負極６に
接続される。始動機関０からｔ5までは、複数のフェー
ズに分けらており、これらは以下でこの図に基づいて説
明する。
【００２７】ドライバによって始動スイッチ２４が操作
された場合には、端子５０ｅに電圧Ｕ50eが印加され
る。この場合この電圧Ｕ50eは、スタータバッテリ４か
らの搭載電圧に相応していてもよいしあるいはそれより
少なくてもよい。図２の最上段のダイヤグラムからも明
らかなように、この電圧Ｕ50eは時点０から始動過程の
機関全体に亘って、つまり時点ｔ5まで一定の高さで維
持される。時間制御によって端子４５ｒの電圧Ｕ
45rは、予め設定可能な所定の初期化期間ＴInitだけ遅
延されて投入される。この電圧Ｕ45rは通常は電圧Ｕ30
に従った絶対値に相応する。端子４５ｒの出力側と端子
５０ｆの出力側の制御は、それによって相前後して行わ
れる。この場合期間ＴInitはまず第１に、スイッチオン
過程による電圧ピークの制御不能状態を避けるために用
いられる。
【００２８】時点ｔ0〜ｔ1間での間は搭載電源網は抵抗
３４を通ってしか負荷されていない。このバイアス抵抗
３４は、バッテリ電流を定めている。端子４５に印加さ
れる、バイアス抵抗３４を介して端子４５ｒに印加され
た電圧Ｕ45rに比べて低減された電圧は、スタータモー
タ８において回転トルクを形成し、アーマチュアを回転
させ始める。バイアス抵抗３４の介在接続によって結果
的に低減したアーマチュア回転数は、後からの完全な噛
み合わせ負担を軽減させる。しかしながらアーマチュア
慣性モーメントのために本来の予備噛み合わせはやや遅
れて行われる。詳細には時点ｔ1である。スタータモー
タ８におけるリレー接極子の中断時点でバッテリ電圧は
ＩＥＲ２の電子スイッチによって端子５０ｆに導通接続
される。この場合に流れる電流はスタータリレー３６と
スタータバッテリ４の電圧に依存する。時点ｔ0〜ｔ1の
間の持続時間、つまりスタータモータ８のアーマチュア
の回転運動の開始から予備噛み合わせまでの間の持続時
間は、バイアス抵抗３４の大きさに依存する。その値も
所定のスタータモータ８に有利な回転数に依存してい
る。
【００２９】時点ｔ2からは、端子５０ｆの（予備噛み
合わせ）電流はクロック制御により平均値ＩVSPに低減
する。これは図２中の下段のダイヤグラムに示されてい
る。重畳された交流電流成分は、有利には次にように選
定される。すなわち結果的に生じた磁力がアーマチュア
の運動経過に悪影響を与えないように選定される。この
ことは電流クロックの周期期間が最大でも機械的アーマ
チュア時間定数（＜１０ｍｓ）の１/５である場合に満
たされるものとして有効である。電流振幅ＩVSPと時点
ｔ2〜ｔ3の持続時間は、スタータモータ８の選択された
設計仕様に依存する。その際スタータピニオンは時点ｔ
3でいずれにせよ歯車リムに当接し接続ばね（存在する
場合）が既に軽くバイアス負荷される。
【００３０】この予備噛み合わせフェーズ（ｔ2〜ｔ3）
の経過後は、噛み合わせ制御（ｔ3〜ｔ4）が行われ、端
子５０ｆが端子３０からの定格電圧Ｕ50fによって負荷
されるまでの期間によって設定される。端子５０ｆに印
加された電圧Ｕ50fは、リレー３６の切換を行い、それ
に伴って完全なバッテリ電圧がスタータモータ８の端子
４５に印加される。予備噛み合わせ終了時点で典型的に
バイアス負荷されたスタータの接続ばねは、完全に負荷
され、メインブリッジの閉成が到来する。リレー３６中
の閉成されたメインブリッジ３７では電流Ｉ45rが低減
する。このことがＡＭｉ合わせフェーズ（ｔ3〜ｔ4）期
間中に生じなかった場合には、無効接続が発生してお
り、この場合は始動自体がＩＥＲ２中の相応に設けられ
た論理回路によって中断される。
【００３１】メインブリッジ３７の閉成の後では、つま
り時点ｔ4からは、リレー３６がさらに保持電流Ｉ
50fNennを供給する。スタータモータ８はここで完全な
トルクで回転する。端子５０ｅは、端子５０ｆに対して
導通制御され続ける。いずれにせよ保持電流の設定は、
スタータモータの巻線への熱的負荷を低減するためにク
ロック制御によって平均値Ｉ50fNennに対して行われ
る。これは図２中の波形の波形線図Ｉ50fNennによって
明らかである。
【００３２】個々の時間間隔（ｔn…ｔn+1；n=0…4）は
相互に依存することなく設定可能であり、また任意の正
の値にすることができる。時点ｔ0〜ｔ1の期間中、搭載
電源網はバイアス抵抗３４を通ってのみスタータモータ
８のピニオン回転に対して負荷される。それによりこの
バイアス抵抗３４の値は、バッテリ電流を定める。始動
前の無負荷状態のバッテリ電圧の測定と共に、すなわち
初期化期間ＴInit中に、搭載電源網抵抗の検出が可能で
ある。スタータのさらなる経過中（時点ｔ4以降）の端
子３０のバッテリ電圧の測定からスタータメイン電流の
値が得られる。これはスタータモータ８の内部温度負荷
に対する尺度として利用可能である。過熱モデル、すな
わち電流通流とこの電流通流の持続時間との間の関係を
介して、スタータの温度監視が実現可能である。
【００３３】図３には集積化された電子リレーＩＥＲ２
における始動過程中の機能経過を示すためのブロック回
路が示されている。この場合同じ構成要素には図１及び
図２と同じ符号が付されており、それらの説明の繰り返
しはここでは省く。端子５０ｅへの電圧Ｕ50eの印加開
始と共に時間制御回路５２がスタートする。この制御回
路は初期化期間ＴInitの経過後に時点ｔ0から二段階の
始動過程を制御する。噛み合わせ制御回路６４は、相応
の経過を制御する。以下では電子的パワースイッチの一
般的な適用概念に対しては出力段の慣用的概念を適用す
る。そのため出力段の概念のもとでは一般的に電子的パ
ワースイッチのあらゆる形態が含まれるものとする。
【００３４】噛み合わせ制御回路６４からは第１の出力
段５６に向けて矢印が示されており、この出力段５６は
時点ｔ1から導通接続され、これは端子４５ｒの電圧Ｕ
45rの印加となる。それによりスタータバッテリ４から
端子３０に印加されたバッテリ電圧ＵBatは端子４５ｒ
まで導通する。噛み合わせ制御回路６４は、さらに時点
ｔ2〜ｔ3の期間中に第２の出力段５８の相応の制御によ
って電流振幅ＩVSPのクロック制御を行う。
【００３５】時点ｔ3からは噛み合わせ制御回路は第２
の出力段５８の導通接続を行う。これによりバッテリ電
圧ＵBat＝Ｕ50fが端子５０ｆに印加される。この印加さ
れた電圧Ｕ50fはピニオンの予備噛み合わせとリレー３
６の切換に用いられ、その結果スタータモータ８の端子
４５には完全なバッテリ電圧ＵBatが印加される。これ
により完全な噛み合わせが行われ、定格回転数で駆動さ
れる。リレー３６内のメインブリッジ３７の閉成のもと
では電流Ｉ45rが低減されるはずである。これは無効接
続識別回路６２によって測定される。第１の出力段５６
は、これに対していわゆるセンス出力側５７を備えてお
り、この出力側は電流に比例した出力信号Ｉsenseを送
出する。所定の監視期間（例えば２００ｍｓｅｃ）の経
過後にこのような電流低下が無効接続識回路によって検
出されなかった場合には、いわゆる無効接続が識別さ
れ、中断信号７０が信号発生器５４に送出される。
【００３６】無効接続は、スタータピニオンが例えば汚
れのために第１の段階において張り付き、メイン電流が
投入されなかった場合に発生する。そのようなケースは
ドライバないしはＩＥＲ２によって識別される必要があ
り、始動の試みが中断されなければならない。さもない
と接続リレー巻線の熱的負荷が著しく増加する恐れがあ
るからである。信号発生器５４は、始動の中断と第１の
出力段５６および第２の出力段５８の開放を行う。
【００３７】センス出力側５７を備えていない簡単な実
施形態の場合では、第１の出力段５６が監視期間（例え
ば２００ｍｓｅｃ）の経過後に基本的に遮断される。こ
の期間内にメインブリッジ３７は接続されなければなら
ない。このケースでは端子４５ｒがバイアス抵抗３４を
介して第２の出力段５８の供給のための入力側として機
能する。この第２の出力段５８は、既に前述したような
方法で出力側５０ｆを制御する。無効接続の発生した場
合には、メインブリッジ３７が閉成されず、それによっ
て第２の出力段５８の供給が遮断される。出力側５０ｆ
は、電圧ロスのまま保持され、始動の試みは自動的に中
断される。
【００３８】第１の出力段５６が短絡している場合に
は、非導通接続状態においても端子４５ｒの電圧Ｕ45r
は測定されなければならない。スタータモータ８はこの
場合回転はするが予備噛み合わせは生じない。そのため
安全性に係わるようなエラーは生じない。第２の出力段
５８が短絡している場合には、この第２の出力段５８の
非導通接続状態のもとでも第１の出力段５６の導通接続
の際に端子５０ｆの電圧Ｕ50fが測定可能である。第１
の出力段５６は、この場合スタータの予備噛み合わせた
完了する前に直ちに遮断される。前記２つの場合では始
動が行われず、ドライバには、エラーの発生が知らされ
る。２つの出力段５６及び５８からなる直列回路によっ
て、次にような冗長性が保証される。すなわちパワース
イッチとして機能する２つの出力段５６,５８のうちの
１つの短絡の際に、不都合な始動の回避と安全性を脅か
す状況の回避に結び付くような冗長性が保証される。
【００３９】さらに前記出力段の５６,５８の各々から
は過負荷保護回路６６に対して接続線路が設けられてお
り、この過負荷保護回路６６は出力段５６の過負荷及び
/又は出力段５８の過負荷の際に中断信号７０を信号発
生器５４に送出する。それによりこの保護回路も始動中
断の配慮が可能である。その上さらに出力段検査回路６
０が設けられており、この出力段検査回路も中断信号７
０を信号発生器５４に送出可能である。
【００４０】最後に前記回路構成は、温度センサ６８に
よって完全となる。このセンサは信号発生器５４との接
続形成のための出力側６５を備えており、この温度セン
サも中断信号７０を送出可能である。始動前の無負荷状
態でのバッテリ電圧ＵBatの測定によって、搭載電源網
の抵抗の検出が実施可能である。始動過程のさらなる経
過中の端子３０におけるバッテリ電圧ＵBatの測定によ
って、スタータメイン電流に対する値が得られる。この
値は、スタータの内部温度負荷に対する尺度として利用
可能である。従ってスタータ機構の加熱モデルを介して
温度センサなしの温度監視がスタータ内外で可能とな
る。信号発生器５４は最終的に時間制御回路５２に対す
る接続線路を有している。これは過度に長い始動過程の
際に中断信号７０を送出可能である。
【００４１】図４には、本発明による機能にとって必要
で有利な周辺回路を備えたＩＥＲ２の有利な実施例が示
されている。ここでも同じ構成要素には図１〜図３の場
合と同じ符号が付されており、それらの説明の繰り返し
も省く。ＩＥＲ２は、中央計算ユニットを有している。
これは以下ではＣＰＵ７２と称する。このＣＰＵ７２に
は、全ての周辺装置（例えば図３参照）の信号が収集さ
れ、出力段５６,５８がそれらの信号に応じて相応に制
御される。この機能を図中でもわかりやすくするため
に、図４では全ての制御線路が細い実線で表されてい
る。高い電流の印加される出力段５６,５８の入出力
路、つまり接続リレー３６ないしスタータモータ８に対
する電気的接続路は太い実線で表されている。
【００４２】ＩＥＲ２は、パワースイッチとして作用す
るハイレベルパワースイッチ技術の出力段５６,５８を
含んでいる。これらの構成要素は、制御機能（チャージ
ポンプ）と保護電子素子（温度、極性付け）、診断機能
（状態出力側、電流センサ）を備えたパワーＭＯＳＦＥ
Ｔを含んでいる。同様にＭＯＳＦＥＴ又はその他の相応
の高価なトランジスタを備えた別個の構造も可能であ
る。ＩＥＲ２の制御部は、ＲＯＭ及びＲＡＭ、ワッチド
ック，ＡＤ変換器を備えたマイクロコントローラによっ
て行われる。また始動過程のみに対する別個のシーケン
ス制御も可能である。監視に対する付加的機能は、コス
トをかけることによってのみ集積化可能である。
【００４３】以下では自動車における障害に対して不感
で問題のない機能を得るためのＣＰＵ７２の回路構成の
例を説明する。それに対してまず電圧変動が生じた際
に、ＣＰＵ７２の誤った機能がトリガされないようにす
るために、スタータバッテリ４から供給される給電電圧
のバッファが必要となる。この理由から端子３０からＣ
ＰＵ７２への直接的な接続が設けられるのではなく、保
護回路８４が介在接続される。この保護回路８４はＩＥ
Ｒ２の端子３０に対する接続線路と、安定化およびバッ
ファのための出力側７９を有している。この出力側は、
ＣＰＵに、一定でかつ重畳交流電流成分の影響のない直
流電圧を供給する。それと同時に保護回路８４は、ＥＭ
Ｉ保護、すなわち電磁障害ないし高周波障害ビームから
の保護のために用いられる。
【００４４】さらに保護回路８４から電圧制御器７６へ
の接続線路が設けられている。これは保護回路８４から
安定した２４Ｖの電圧を供給する。ＣＰＵ７２には比較
的低い電圧（電圧供給７８）が供給可能である。これは
例えばＲＡＭ記憶ユニットの永続的な“リフレッシュ”
のために必要とされる。
【００４５】始動スイッチ２４からの信号が供給される
ＩＥＲ２の端子５０ｅの制御入力側は、入力側７４と接
続されている。この入力側は、受け取った信号に依存し
てパワーオン信号７５をＣＰＵ７２に供給する。図４で
はさらに診断回路８８が設けられている。この診断回路
８８を用いてＣＰＵ７２の正常な機能が監視されるか及
び/又は誤機能の際の定性的エラー通知が提供される。
既に前述した温度センサ６８は、ＣＰＵ７２に対して別
個の接続線路を有しており、スタータモータ８及び/又
はスタータリレー３６に過熱の恐れがある時には、中断
信号７０を始動過程中断のために供給する。
【００４６】端子３０は、保護回路８４に対する制御線
路（細い実線で示されている）の他に第１の出力段５６
の入力に対する接続線路（太い実線で示されている）を
有している。第１の出力段５６の出力側は端子４５ｒ
と、第２の出力段５８の入力側に接続されている。第２
の出力段５８の出力側は、介在接続された誤った極性付
け保護ダイオード９０を介して端子５０ｆに接続され
（太い実線）、さらにスタータリレー３６のリレーコイ
ル３８の制御のために必要な電圧Ｕ50fを供給する。誤
った極性付け保護ダイオード９０は、端子５０ｆへの接
続線路中の通流方向で用いられる。さらにこの誤った極
性付け保護ダイオード９０のｎ出力側からｎ出力側へ
の、すなわち遮断方向でアース１２ないし端子３１に接
続されるフリーホイールダイオード９２が示されてい
る。このフリーホイールダイオード９２は、自動車の供
給電圧における交流電流成分の短絡と、リレーコイル３
８遮断の際のピーク電圧によるＣＰＵ７２の損傷からの
保護に配慮するものである。端子５０ｆ出力側からは
（細い実線の）制御線路がＣＰＵ７２に対して設けられ
ている。これによりＩＥＲ２の各入出力線路の目下の状
態が監視される。
【００４７】最後に２つの出力段５６,５８の制御と監
視のためのＣＰＵ７２の接続線路が認められる。第１及
び第２の出力段５６,５８の制御のための２つの入力側
の他に、第１の出力段５６のセンス出力側５７と第２の
出力段５８の状態出力側５９が設けられており、これは
誤機能の際に始動中止のための中断信号７０を供給可能
である。
【図面の簡単な説明】
【図１】二段階式のスタータ制御のための装置の基本回
路図である。
【図２】始動時間と電圧ないし電流との関係を３つの定
性的経過線図で示した図である。
【図３】始動過程を説明するためのブロック回路図であ
る。
【図４】二段階式のスタータ制御回路の内部接続構成を
表す１つの実施形態を示した図である。
【符号の説明】
２ 中央制御装置（ＩＥＲ） ４ スタータバッテリ ５ 正極 ６ 負極 ８ スタータモータ １０ アース端子 ３４ バイアス抵抗 ３６ スタータリレー ３７ メインブリッジ ３８ リレーコイル ４５ メイン端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴォルフガング ザイルス ドイツ連邦共和国 ルートヴィヒスブルク ネッカーヴァイヒンガー シュトラーセ 44 (72)発明者 ヘニング シュテックライン ドイツ連邦共和国 エバーディンゲン ハ ーグシュトラーセ ８ (72)発明者 ヤン フライターク ドイツ連邦共和国 ビーレフェルト オス トシュトラーセ 21

Claims (29)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電気機器、例えば内燃機関の始動のため
    の電気的スタータの制御のための装置であって、 電源と電気的スタータとの間の電気的な接続を形成する
    ためのスイッチング手段を有し、前記電気的なスタータ
    はスイッチング手段の操作のもとで噛み合わせ可能な伝
    動装置を介して内燃機関のクランク軸に結合可能である
    形式のものにおいて、 電源（４）と電気的スタータとの間の接続の中に電子制
    御装置が配設されており、該制御装置を介して電気的ス
    タータに対する電圧及び/又は電流及び/又はスイッチオ
    ン時間が制御可能であるように構成されていることを特
    徴とする装置。
  2. 【請求項２】 前記電子制御装置は、集積化された電子
    リレー（ＩＥＲ；２）である、請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記集積化された電子リレー（２）は、
    電気的スタータ（８）の二段階の制御に機能し得る、請
    求項２記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記集積化された電子リレー（２）は、
    中央制御ユニット（ＣＰＵ；７２）を有している、請求
    項３記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記集積化された電子リレー（２）は、
    少なくとも２つの電子的パワースイッチ（５６,５８）
    を有しており、該電子的パワースイッチは時間的なパラ
    メータに依存して相互に制御可能である、請求項４記載
    の装置。
  6. 【請求項６】 前記少なくとも２つの電子的パワースイ
    ッチ（５６，５８）は、直列に接続されている、請求項
    ５記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記少なくとも２つの電子的パワースイ
    ッチ（５６，５８）は、それぞれ１つのパワートランジ
    スタを有している、請求項６記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記少なくとも２つの電子的パワースイ
    ッチ（５６，５８）は、それぞれ１つのパワーＭＯＳＦ
    ＥＴを有している、請求項６記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記少なくとも２つの電子的パワースイ
    ッチ（５６，５８）は、それぞれ１つの制御用チャージ
    ポンプを有している、請求項８記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記少なくとも２つの電子的パワース
    イッチ（５６，５８）は、過熱及び/又は誤った極性付
    けに対する保護のためにそれぞれ１つの保護エレクトロ
    ニクスを有している、請求項９記載の装置。
  11. 【請求項１１】 前記少なくとも２つの電子的パワース
    イッチ（５６，５８）は、それぞれ１つの診断出力側を
    有している、請求項１０記載の装置。
  12. 【請求項１２】 前記第１の電子的パワースイッチ（５
    ６）は、センス出力側（５７）を有し、該出力側は前記
    電子パワースイッチ（５６）を通流する電流に比例した
    出力信号を供給可能である、請求項１１記載の装置。
  13. 【請求項１３】 前記集積化された電子リレー（２）
    は、スタータバッテリ（４）による電圧供給のための少
    なくとも２つの端子（３０,３１）と、少なくとも１つ
    の制御入力側（５０ｅ）並びに少なくとも２つの制御出
    力側（４５ｒ、５０ｆ）を有している、請求項２〜１２
    いずれか１項記載の装置。
  14. 【請求項１４】 前記第１の電子的パワースイッチ（５
    ６）は、第１の制御出力側（４５ｒ）に結合され、前記
    第２の電子的パワースイッチ（５８）は、第２の制御出
    力側（５０ｆ）に結合されている、請求項１３記載の装
    置。
  15. 【請求項１５】 前記第１の電子的パワースイッチ（５
    ６）の導通接続の際に第１の制御出力側（４５ｒ）に電
    圧（Ｕ45r)が印加可能である、請求項１３記載の装置。
  16. 【請求項１６】 前記第２の電子的パワースイッチ（５
    ８）の導通接続の際に第２の制御出力側（５０ｆ）に電
    圧（Ｕ50f)が印加可能である、請求項１３記載の装置。
  17. 【請求項１７】 前記第１の電子的パワースイッチ（５
    ６）は、バイアス抵抗（３４）を介してスタータモータ
    （８）のメイン端子（端子４５）に結合可能であり、該
    スタータモータ（８）にはその定格電流よりも少ない電
    流が供給可能である、請求項１６記載の装置。
  18. 【請求項１８】 前記第２の電子的パワースイッチ（５
    ８）は、スタータリレー（３６）のリレー巻線（３８）
    に電圧（Ｕ50f）を印加可能である、請求項１６記載の
    装置。
  19. 【請求項１９】 前記スイッチング手段はマニュアル操
    作可能な始動スイッチ（２４）である、請求項１〜１８
    いずれか１項記載の装置。
  20. 【請求項２０】 前記スイッチング手段は、電子的に操
    作可能な始動スイッチ（２４）である、請求項１〜１８
    いずれか１項記載の装置。
  21. 【請求項２１】 前記始動スイッチ（２４）は、エンジ
    ン電子制御装置によって制御可能である、請求項２０記
    載の装置。
  22. 【請求項２２】 制御電流（ＩVSP）が電気的スタータ
    の時間制御回路（５２）によって制御可能である、請求
    項２１記載の装置。
  23. 【請求項２３】 前記時間制御回路（５２）は、電気的
    スタータの操作時間に依存して制御電流（Ｉ50fNenn）
    を制御可能である、請求項２１記載の装置。
  24. 【請求項２４】 電気機器、例えば内燃機関の始動のた
    めの電気的スタータの制御のための方法であって、 電源と電気的スタータとの間の電気的な接続を形成する
    ためのスイッチング手段を有し、前記電気的なスタータ
    はスイッチング手段の操作のもとで噛み合わせ可能な伝
    動装置を介して内燃機関のクランク軸に結合可能である
    形式のものにおいて、 電源（４）と電気的スタータとの間の接続の中に配設さ
    れる電子制御装置を用いて、電気的スタータの電流及び
    /又は電圧及び/又はスイッチオン時間の段階毎の制御に
    よって２つの段階での操作を行うことを特徴とする方
    法。
  25. 【請求項２５】 第１の段階において、スタータピニオ
    ンを噛み合わせ、第２の段階においてスタータモータを
    完全に回転させる、請求項２４記載の方法。
  26. 【請求項２６】 前記集積化された電子リレー（２）に
    よって、始動スイッチ（２４）の操作の際に電気的スタ
    ータにまず該電気的スタータの定格電圧よりも少ない電
    圧を該スタータのピニオンが噛み合うまで印加する、請
    求項２０記載の方法。
  27. 【請求項２７】 前記電気的スタータの噛み合わせ過程
    の期間中に該電気的スタータを僅かなトルクで作動さ
    せ、噛み合わせの完了した後で該電気的スタータにより
    その定格トルクでもって内燃機関を回転させる、請求項
    ２６記載の方法。
  28. 【請求項２８】 前記時間制御回路（５２）により、前
    記電気的スタータの操作時間に依存して電圧を制御す
    る、請求項２７記載の方法。
  29. 【請求項２９】 前記電気的スタータにおいて測定され
    た温度に依存して最大限可能な始動時間を低減する、請
    求項２８記載の方法。
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