JPH11503862A - 始動用リレーの回路装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、始動用リレーのリレーコイルを作動する補助リレーを有する、内燃機関のスタータの始動用リレーの回路装置に関する。補助リレー（１８）の作動電流（Ｉ）を制御する、例えば、クロック化された制御及び／又は調整回路（１６）が、その損失電力を低減するために設けられていることが提案されている。

Description

【発明の詳細な説明】 始動用リレーの回路装置 本発明は、請求項１の上位概念に記載の始動用リレーの回路装置に関する。 従来技術 自動車で、内燃機関のスタータの始動用リレーを使用することが公知である。 この始動用リレーは、高電流を、比較的低い制御電流でスイッチングするために 使われる。高電流（スタータを用いて内燃機関を始動するのに必要なスタータ電 流）は、例えば、自家用自動車では、約１０００Ａにもなる。それに対して、始 動過程中、始動用リレーのリレーコイルを流れる電流は、例えば、約８０〜１０ ０Ａである。この電流は、スタータ電流に比べると比較的小さな電流であるが、 始動スイッチ（点火キー）を介して直接スイッチングしたり、又は、電子制御装 置を介してスイッチングするのには大きすぎる。このために、特に、ドイツ連邦 共和国特許明細書第３７３７４３０号から、始動用リレーに、自動車のスタータ スイッチを用いて操作することができる補助リレーを配属することが公知である 。この場合の欠点は、付加的な補助リレーのために、自動車内に付加的な設置ス ペースを設ける必要がある点のみならず、この補助リレーが、相応の大きな損失 電力の付加的な負荷となる点である。 発明の効果 請求の範囲第１項に記載の各要件を有している回路装置により、補助リレーを 最適化することができ、即ち、殊に、補助リレーの大きさを小さくすることがで き、その結果、使用される組み込みスペースを同様に小さくすることができると いう効果が得られる。補助リレーの作動電流を制御する制御及び／又は調整回路 を設けることによって、有利には、補助リレーの作動電流を、選択できる各基準 に依存して制御して、この作動電流が、補助リレーの各作動状態に対して、実際 に必要な大きさにしかならないようにし、その結果、補助リレーに生じる損失電 力をできる限り強く低減することができる。そうすることによって、補助リレー を始動用リレー内に統合することができ、その結果、コンパクトな構成ユニット にすることができる。 本発明の有利な実施例では、制御回路がクロック制御される制御乃至電流調整 回路を有しているようにされ、その際、クロックパルス周波数及び／又はオンオ フ比を介して、作動電流の高さを、補助リレーの所定の作動状態に依存して決め ることができる。こうすることによって、有利には、補助リレーの作動電流を、 変化した作動条件、例えば、作動温度、及び／又は補助リレーの接極子位置に適 合させることができる。このようにして、作動電流を補助リレーの作動状態に最 適に適合させることにより、補助リレーの損失電力を低減することができる。こ のことは、殊に、補助リレーの接極子が吸引されてから、乃至、補助リレーが運 動経路に沿って丁度運動開始してから、作動電流を低下することにより達成され る。更に、有利には、補助リレーの作動電流を最適な、制御されたクロックパル スによって、種々の作動条件、例えば、種々の温度状態の元で、一定の大きな作 動電流平均値に調整することができる。その際、考慮すべきことは、種々異なる 温度で、一方では、補助リレーの接極子用の戻しばねの特性曲線、他方では、補 助リレーの磁化特性並びにコイルの直流抵抗分が変化し、その結果、補助リレー の作動電流も変化する。補助リレーのコイルは、一般に、発生する最大作動電流 に応じて回路定数が選定されている。しかし、補助リレーの作動電流の、本発明 による制御によって、補助リレーを、比較的小さな、一定大きさでクロック制御 される作動電流平均値で作動することができ、その結果、クロックパルス周波数 の電流目標値及び／又はクロックパルスのオンオフ比の選択を介して、種々異な る各作動条件を考慮することができる。そうすることによって、コイルを、最も 高い作動温度の元で最大電流になるようにするすることができる。 本発明の別の有利な各実施例は、各従属請求項に挙げた、その他の各要件から 得られる。 図面 本発明について、以下、図示の実施例を用いて詳細に説明する。その際： 図１は、本発明の回路装置のブロック接続図を略示した図であり、 図２は、補助リレーの作動電流の目標及び実際値の経過特性の図であり、 図３〜図６は、補助リレーのクロック制御された作動電流の種々のオンオフ比の 幾つかの信号経過特性を示す図であり、 図７及び８は、本発明の第２の実施例を示す図である。 実施例の説明 図１には、全部が１０で示された、内燃機関のスタータ用の回路装置が示され ている。回路装置１０は、スイッチオン素子１２、例えば、点火キー又はスター トスイッチを有しており、このスイッチオン素子は、電子制御装置１４と接続さ れている。電子制御装置１４は、制御装置１４と接続された補助リレー１８用の 制御回路１６を有している。制御回路１６には、更に、温度検出回路２０が配属 されており、この温度検出回路は、ここには図示していない、補助リレー１８の 近傍、又は、エンジンルーム内に配設されている各温度センサと接続されている 。制御回路１６は、シュミットトリガとして作動するトリガ段１９を有しており 、このトリガ段の各応答値ａ）及びｂ）は変わることができて、制御装置１４の 出力側での電流経過特性を検出する。 制御装置１４は、更に、自動車の機能にとって不可欠な、ここでは重要でない 回路部分を有している。補助リレー１８の、ここには図示していない各スイッチ ングコンタクトは、始動用リレー２２の各巻線と接続されており、その、同様に 図示していない各スイッチングコンタクトによって、スタータ２４の主電流回路 がスイッチオン、オフされる。 略図を用いて、回路装置１０の作動形式について少し説明する。スイッチオン 素子の作動時に、補助リレー１８のコイルは、電子制御装置１４を介して通電さ れる。補助リレー１８のコイルの通電は、説明したように、補助リレー１８の作 動電流用の制御回路１６を介して行われる。補助リレー１８のスイッチングコン タクトにより、始動用リレー２２のリレーコイルは、作動電圧に接続され、その 結果、始動用リレー２２の接極子は、スタータ２４の主電流コンタクトを閉じて 、このコンタクトを電圧源（自動車では、一般に、自動車バッテリ）に接続する 。この際、スタータ２４の主電流コンタクトを介して、比較的高い始動電流が流 れ、その電流は、約１０００Ａの大きさになることがある。始動用リレー２２の リレーコイルを電圧源と接続する補助リレー１８の各スイッチングコンタクトを 介して、約８０〜１００Ａの高さのスイッチング電流が流れる。補助リレー１８ のコイルを介して、制御装置１４の制御回路１６によって制御される４０Ａ以下 の作動電流Ｉが流れる。 図２には、図１の作動電流Ｉの制御用の実施例での作動電流の目標値と実際値 が示されている。この際、作動電流の目標値Ｉ_sollは、時点ｔ２で、制御回路１ ６によって、比較的低い値に低減される。こうすることによって、左側の図に略 示した、作動電流Ｉ_istの実際値が調整されるようになる。これにより、物理的 な事情について考慮することができ、つまり、補助リレー１８の接極子の保持の ため、接極子を吸引するのに必要な磁束密度よりも僅かな磁束密度で十分である 。約５０％だけ作動電流を低減することによって、損失電力を、約２５％に低減 でき、と言うのは、磁気回路が閉じられた場合、必要な磁束密度のために比較的 僅かな電流で十分であるからである。この比較的僅かな作動電流Ｉは、コイルの コイル抵抗分を通って流れ、従って、比較的高い作動電流Ｉに比較して僅かな損 失電力を、熱エネルギの形で、時点ｔ２の前で発生する。 一方では、制御装置１４で作動電流Ｉをクロック制御し、他方では、作動電流 Ｉを低減する制御回路１６の具体的な構成は、ここでは、詳細に説明しない。し かし、その構成は、トリガ段１９の他に、更に、時点 ｔ２で、トリガ段を、作動電流Ｉ_istのスイッチオフ（ａ１）及びスイッチオン （ｂ１）用の比較的高い各応動値ａ１及びｂ１から比較的低い各応動値ａ２及び ｂ２に切り換えるための、もう１つの時間段を有している。実施例では、作動電 流Ｉの目標値は、ｔ２〜３０ｍｓ後、２５Ａから１２Ａに低減される。制御回路 １６には、一般的に公知のマルチバイブレータ、精密シュミットトリガ又は他の 適切な発振器回路、有利には、マイクロプロセッサも使用される。電流低下に至 る迄の時間間隔ｔ２は、リレー接極子が、確実に、比較的早い時点ｔ１で、その 休止位置から離されるように設定される。温度検出回路２０を介して、作動電流 Ｉ_istの各限界値を、トリガ段１９の各可変応動値ａ及びｂを介して、温度上昇 に連れて低減させることができる。従って、更に、時間間隔ｔ２を、作動電流の 低下に至る迄、温度上昇に連れて短くすることもできる。このようにして、可動 リレー接極子の温度依存の摩擦作用、並びに、場合によっては、接極子戻しばね の温度依存のばね力を補償することができる。 図３〜６には、作動電流Ｉのクロック制御用の信号経過特性が示されている。 信号経過特性は、ここでは、精確なオンオフ比、つまり、クロックパルス周波数 の精確な各矩形波信号によって示すことができる。各矩形波信号の準備のために 、制御回路１６は、例えば、相応に構成された関数発生器を有することができる 。図３には、例えば、２ｋＨｚのクロックパルス周波数の場合に、３０％のオン オフ比の信号経過特性が示されており、即ち、時間単位（周期）に関して、作動 電流は、この時間単位の３０％スイッチオンされ、残りの７０％の間スイッチオ フされる。相応して、図４では、６０％のオンオフ比の信号経過特性が示されて おり、図５には、９０％のオンオフ比の信号経過特性が示されており、図６には 、１００％のオンオフ比の信号経過特性が示されている。選択されたオンオフ比 に応じて、作動電流Ｉの特性曲線によって囲まれた面積部分が生じ、従って、公 知のように、コイルに供給されるエネルギが生じる。クロックパルス、即ち、オ ン／オフ比が小さく選定されればされる程、供給されるエネルギは小さくなり、 従って、コイル内に生じる損失電力は小さくなる。 従って、作動電流Ｉのクロック制御を用いて、オンオフ比を、補助リレー１８ の所定の作動パラメータに依存して変えることもできる。つまり、例えば、オン オフ比を、補助リレー１８の作動温度に依存して変えて、所定の作動電流強度を 維持するようにすることができる。それと同時に、作動電流Ｉの低下は、オンオ フ比を小さくすることによって実施し、並びに、温度に依存して変えることがで きる。 つまり、制御回路１６のトリガ段１９によって、単に例として選んだ、補助リ レー１８での作動電流Ｉの オンオフ比では、スイッチオンの瞬間に約３０ｍｓｅｃの間、６０％のクロック パルスが加えられ、時点ｔ２（図２）では、オンオフ比は、３０％に切り換えら れる。従って、トリガ段１９の矩形波信号を単に発生することによって、補助コ イル１８のコイルのエネルギ需要量を極めて低減することができる。制御回路１ ６を温度検出回路２０と結合することによって、作動電流Ｉのクロック制御を、 簡単に、その都度生じている作動条件に適合させることができる。そこで、例え ば、有利には、低温度リレーの場合、スイッチオンの瞬間に、６０％のクロック パルスの作動電流Ｉにし、時点ｔ２で、３０％のクロックパルスにするとよい。 通常作動温度の補助リレー１８では、オンオフ比は、スイッチオンの瞬間には９ ０％であり、時点ｔ２では、５０％に切り換えることができる。例えば、温度の 高い補助リレー１８では、スイッチオンの瞬間に、１００％のクロックパルスで あることがあり、時点ｔ２では、６０％のクロックパルスで切り換えられる。更 に、制御回路１６及び温度検出回路２０を用いて、この時点ｔ２は、オンオフ比 を切り換えるために制御することができる。例えば、低温度リレー１８の場合、 時点ｔ２を３０ｍｓｅｃにすることができ、通常の高さの温度にされる補助リレ ー１８の場合、時点ｔ２を、２５ｍｓｅｃにすることができ、温度が高くなる補 助リレー１８の場合には、時点ｔ２を１５ｍｓｅｃに することができる。 また、オンオフ比及びオンオフ比の切り換え時点によって、補助リレー１８の 吸引領域と保持領域との間で、補助リレー１８を制御することができ、それによ り、エネルギを極めて節約することができる。 全体として見ると、従って、補助リレー１８の作動は、種々の作動状態にも拘 わらず、例えば、種々異なる作動温度にも拘わらず、一定作動電流平均値に調整 することができる。作動電流Ｉのクロック制御によって、更に、既述のように、 補助リレー１８の損失電力を低減することができる。 種々の温度状況での一定作動電流平均値によって、補助リレー１８の構成形態 への影響を取り除くことができる。一方では、補助リレー１８の接極子用の戻し ばねのばね力を高めることができ、と言うのは、補助リレー１８は、極めて不都 合な作動状態でも、即ち、極めて高い温度で最大作動電流Ｉとなるようにする必 要は最早ないからである。補助リレー１８の接極子用のばね力を高めることによ って、スイッチングコンタクトのチャッタリング傾向を低減することができ、そ の結果、こうすることによって、各コンタクトの寿命を高めることができる。別 の利点は、ばね力を、このようにして高めることによって、それによって、チャ ッタリング傾向を減少することによって、補助リレー１８を始動用リレー２２の ケーシング内に組み込むこ とがてきるようになる。従って、始動用リレー２２の各スイッチング過程の間発 生する加速度、乃至、５０００〜１００００ｇ迄の領域にある始動装置への衝撃 を、補助リレー１８の比較的強いばね力によって、一層改善して食い止めること ができるようになる。 更に、比較的大きなばね力を克服する必要はない場合には、補助リレー１８の コイル巻線を低減することもできる。と言うのは、全体として、機能にとっては 、比較的小さなエネルギ量しか必要としないからである。これにより生じる比較 的僅かな組み込みスペースによって、同様に、補助リレー１８を始動用リレー２ ２内に一層改善して統合することができる。 スタータ補助リレーのクロック制御は、図１及び２を用いて説明した制御回路 を用いてしかできないのではなく、図７及び８の制御及び調整回路を用いても実 施することができる。そこでは、制御リレーの作動電流は、調整器１７によって 、クロック制御段を介して、クロックパルスの比で調整される電流平均値を、所 定目標値Ｉ_sollに調整するようにクロック制御される。そのために、補助リレー １８から、クロック制御によって安定して変化する、作動電流Ｉ_istの実際値が 検出される。目標値の低下は、時間に依存してリレーのスイッチオン後に行うか 、又は、別のセンサ２１を用いて、補助リレーの接極子の位置に依存して行うこ とができる。 添付図面（図８）によると、リレー接極子の運動開始の前では目標電流Ｉｓ１ に調整し、接極子が動く際には、比較的小さな目標電流Ｉｓ２に調整し、リレー の接極子が完全に合っている場合には、もう一度比較的小さな目標電流Ｉｓ３に 調整するようにされる。 巻線は、例えば、０Ｃ及びＩｓ１に調整された場合に、リレー接極子の運動の ためには、確実に、６０％のオンオフ比で十分である（同じリレー接極子位置で 、Ｉｓ２が例えば４０％の場合のオンオフ比、Ｉｓ３が例えば２０％の場合のオ ンオフ比）ように構成されている。その際、最大巻線温度（例えば、＋１００Ｃ ）では、上述のように調整されたリレー電流の際に、比較的高い巻線抵抗に基づ いて、Ｉｓ１の場合に１００％のオンオフ比が生じる（Ｉｓ２の場合に６６％， Ｉｓ３の場合に３３％）。 また、リレー電流は、基本的には、各障害量（例えば、温度、バッテリ電圧、 等）に依存しないが、しかし、リレー接極子（例えば、位置、速度）の状態に依 存し、磁力の必要性により調整される。この際、オンオフ比は、調整器によって 自動的に精確に調整される。 全体としては、リレー接極子−磁力の必要性に依存してリレー電流を調整する ことによって、殊に以下の各利点が得られる。即ち： −熱の負荷の軽減 −接極子のチャッタリングの衝撃の縮小、チャッタリングの減少 −機能の確実度の向上（比較的高い接極子の吸引力） −リレーの寿命の延長

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９６年７月９日 【補正内容】 請求の範囲 １． 始動用リレーのリレーコイルを作動する補助リレーを有する、内燃機関の スタータの始動用リレーの回路装置において、スイッチオン状態で、補助リレー （１８）のコイル内の作動電流（Ｉ）の大きさを温度に依存して制御する制御及 び／又は調整回路（１６，１６‘）が設けられていて、前記作動電流は、前記補 助リレー（１８）の作動温度及び／又はスタータ（２４）に依存して変えること ができるようにしたことを特徴とする回路装置。 ８． オンオフ比の変化は、補助リレー（１８）及び／又はエンジンの作動温度 に依存して、温度が上昇した際に作動電流が低減されるように行われる請求項１ 〜７迄の何れか１記載の回路装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ゲルト キルステン ドイツ連邦共和国 70806 コルンヴェス トハイム イーストライ−シュトラーセ 34

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 始動用リレーのリレーコイルを作動する補助リレーを有する、内燃機関の スタータの始動用リレーの回路装置において、補助リレー（１８）の作動電流（ Ｉ）を制御する制御及び／又は調整回路（１６，１６‘）が設けられていること を特徴とする回路装置。 ２． 制御制御及び／又は調整回路（１６，１６‘）は、クロック制御された電 流回路用のクロック制御段を有している請求項１記載の回路装置。 ３． 制御及び／又は調整回路（１６，１６‘）は、制御可能な所定のオンオフ 比の、作動電流（Ｉ）のクロック制御用のトリガ段（１９）を有している請求項 １又は２記載の回路装置。 ４． 作動電流（Ｉ）のオンオフ比は、時間に亘って変えられる請求項１〜３迄 の何れか１記載の回路装置。 ５． クロック制御された作動電流（Ｉ）は、選択することができる時点（ｔ２ ）に達した後、低減される請求項１〜４迄の何れか１記載の回路装置。 ６． クロック制御された作動電流（Ｉ）は、補助リレー（１８）の接極子の運 動開始後、休止位置から、及び／又は作動位置に達した場合に低減される請求項 ５記載の回路装置。 ７． 低減された作動電流（Ｉ）は、低減されていない作動電流（Ｉ）よりも小 さなオンオフ比を有している請求項１〜６迄の何れか１記載の回路装置。 ８． オンオフ比の変化は、補助リレー（１８）及び／又はエンジンの作動温度 に依存して行われる請求項１〜７迄の何れか１記載の回路装置。 ９． オンオフ比の低減の時点（ｔ２）は、補助リレー（１８）及び／又はエン ジンの作動温度に依存して変えることができる請求項５記載の回路装置。 １０． クロック制御された作動電流（Ｉ）のオンオフ比は、補助リレー（１８ ）の接極子位置に依存して変えることができる請求項１〜１０迄の何れか１記載 の回路装置。 １１． 補助リレー（１８）は、最大許容作動温度の場合、所要の接極子力を、 クロック制御された作動電流（Ｉ）の１００％のオンオフ比で発生する請求項３ 記載の回路装置。 １２． クロック制御された作動電流（Ｉ）は、制御及び／又は調整回路（１６ ，１６‘）を介して、第１の目標値（Ｉ_soll）によって、時間（ｔ１，ｔ２，ｔ ３）後、比較的低い、少なくとも１つの別の目標値に調整される請求項３記載の 回路装置。 １３． クロック制御された作動電流（Ｉ）の低減は、スイッチオン時間（ｔ１ ，ｔ３）、又は、補助リレー（１８）の接極子位置に依存して２段階で行わ れる請求項１２記載の回路装置。