(57)【要約】  本発明は、自動車の内燃機関（１５）に用いられるスタート装置（１０）であって、制御ユニット（１９）と、スタータリレー（１２）と、スタータピニオン（１３）と、スタータモータ（１１）とが設けられており、スタータリレー（１２）が、各スタート・ストップ過程においてストップ段階（第１の段階）ではスタータピニオンを内燃機関のリングギヤ（１４）に噛み込ませ、スタート段階（第２の段階）では内燃機関がスタータモータによって始動される形式のものに関する。内燃機関の停止と共に後続のスタート過程のためにスタータピニオン（１３）をできるだけ騒音少なく噛み込ませかつこの場所にスタート時まで保持することができるようにするために、スタート過程の第１の段階においてスタータリレー（１２）のアーマチュア（２８）を、減じられた力によって、まだ開いている切換コンタクト（１８）を有する位置にまで前進させ、かつ第２の段階の開始と共にアーマチュア（２８）がスタータモータのための切換コンタクト（１８）を全力で閉じることが提案される。
2009500550.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車に用いられるスタート装置（１０）であって、制御ユニット（１９）と、内燃機関（１５）のリングギヤ（１４）にスタータピニオン（１３）を噛み込ませるためのスタータリレー（１２）と、スタータピニオン（１３）を駆動するスタータモータ（１１）とが設けられており、スタータリレー（１２）が、リレー巻き線（１６）と、スタータモータ（１１）の主電流を切り換える切換コンタクト（１８）とを有しており、それぞれスタート・ストップ過程においてストップ段階の間は第１の段階（Ｓａ１）でスタータピニオン（１３）がリングギヤ（１４）に噛み込まれ、スタート段階の間は第２の段階（Ｓａ２）で内燃機関（１５）がスタータモータ（１１）によって始動されるようになっている形式のものにおいて、第１の段階（Ｓａ１）でスタータピニオン（１３）の予噛み込みと共にスタータリレー（１２）のアーマチュア（２８）が、減じられた力によって、まだ開かれている切換コンタクト（１８）を有する位置（Ｓ２）にまで前進させられ、しかも該アーマチュア（２８）は、第２の段階（Ｓａ２）の開始と共に切換コンタクト（１８）が全力で閉じられるまで前記位置（Ｓ２）に保持されるようになっていることを特徴とする、自動車に用いられるスタート装置。
【請求項２】
制御ユニット（１９）が、第１の段階（Ｓａ１）ではリレー巻き線（１６）内の電流（Ｉｒ）を、切換エレメント（Ｔｒ１）を介して初期値から保持電流にまで、有利には段付けして減少させ、第２の段階（Ｓａ２）ではリレー巻き線（１６）内の電流（Ｉｒ）を、切換コンタクト（１８）の所要のコンタクト圧のために必要とされる値にまで増大させるようになっている、請求項１記載のスタート装置。
【請求項３】
アーマチュア（２８）の最初のストローク区分（Ｓａ１）での保持電流により生ぜしめられた磁力（Ｐｍ）が、プリロードもしくは予荷重をかけられたアーマチュア戻しばね（３５）のばね力よりも大きく、しかし最後のストローク区分（Ｓａ２）で有効となる、有利にはプリロードもしくは予荷重をかけられた別の戻しばね（３６，３８）のばね力よりは小さく形成されている、請求項２記載のスタート装置。
【請求項４】
前記別の戻しばね（３６，３８）のプリロード力もしくは予荷重力が、アーマチュア（２８）の最後のストローク区分（Ｓａ２）のためのスタータリレー（１２）の高められた通電と共にはじめて克服されるようになっている、請求項３記載のスタート装置。
【請求項５】
請求項１記載のスタート装置に用いられるスタータリレーにおいて、当該スタータリレー（１２）の磁気回路が、切換コンタクト（１８）の閉鎖前のアーマチュア（２８）のばね負荷されたストローク範囲（Ａ）で、アーマチュア（２８）の、アンペアターン（ΔＨ）に対してほぼ比例したストローク変化（ΔＳ）に合わせて設計されていることを特徴とするスタータリレー。
【請求項６】
アーマチュア（２８）が、該アーマチュアの後側のストローク区分（Ｓａ２）で小さな半径方向エアギャップを持って当該スタータリレー（１２）のマグネットコア（２６）に同心的に被さるようになっている、請求項５記載のスタータリレー。
【請求項７】
アーマチュア（２８）の、マグネットコア（２６）に面した端面が、軸方向に突出したつば（４１）を備えており、該つば（４１）が、アーマチュア（２８）の後側のストローク区分（Ｓａ２）でマグネットコア（２６）の前端部に被さるようになっている、請求項６記載のスタータリレー。
【請求項８】
請求項３記載のスタート装置に用いられるスタータリレーにおいて、当該スタータリレー（１２）のアーマチュア（２８）が、第１の段階の終了時に前記別の戻しばね（３８）に支持されるようになっていることを特徴とするスタータリレー。
【請求項９】
当該スタータリレー（１２）のコンタクト戻しばね（３６）が、切換ロッド（３０）を介してアーマチュア（２８）により操作され得る前記別の戻しばねを形成している、請求項８記載のスタータリレー。
【請求項１０】
切換コンタクト（１８）が、既にアーマチュア（２８）の最初のストローク区分（Ｓａ１）において閉鎖直前にまで前進させられて、該位置に、プリロードもしくは予荷重をかけられた前記別の戻しばね（３６）によってストップ段階の間保持されるようになっている、請求項８または９記載のスタータリレー。
【請求項１１】
当該スタータリレー（１２）のコンタクト押圧ばね（３６）が前記別の戻しばねを形成している、請求項１０記載のスタータリレー。
【請求項１２】
既に最初のストローク区分（Ｓａ１）で、切換コンタクト（１８）を支持する切換ロッド（３０）が、コンタクト押圧ばね（３６）に支持されるまで前進可能である、請求項１１記載のスタータリレー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の、自動車における内燃機関に用いられるスタート装置、つまり制御ユニットと、内燃機関のリングギヤにスタータピニオンを噛み込ませるためのスタータリレーと、スタータピニオンを駆動するスタータモータとが設けられており、スタータリレーが、リレー巻き線と、スタータモータの主電流を切り換える切換コンタクトとを有しており、それぞれスタート・ストップ過程においてストップ段階の間は第１の段階でスタータピニオンがリングギヤに噛み込まれ、スタート段階の間は第２の段階で内燃機関がスタータモータによって始動されるようになっている形式のスタート装置に関する。
【０００２】
さらに本発明は、このようなスタート装置に用いられる、請求項５の上位概念部に記載の形式のスタータリレーに関する。
【０００３】
背景技術
自動車の内燃機関は通常、スタータリレーを介してスタータモータによってスタートされる。この場合、スタータリレーはまずスタータモータのピニオンを内燃機関に設けられたリングギヤに噛み込ませ、最終的に切換コンタクトを用いてスタータモータを自動車のバッテリに接続して内燃機関を始動させる。さらに、自動車にアイドリングストップのための「スタート・ストップ自動装置」を装備させることも知られている。これにより、たとえば赤信号時における比較的長い停車時に内燃機関が自動的に遮断されることが達成される。再走行時には、内燃機関の自動的な再スタートが行われ、これにより走行を継続することができる。ストップ状態の検知は、たとえば駆動ホイールの回転数の検出および場合によってはセレクトレバー位置の検出により行われる。スタート状態の検知は、たとえばアクセルペダルの操作により行われ得る。
【０００４】
スタート・ストップ自動装置は、燃料節約ならびにストップ状態の間の環境汚染の低減の利点をもたらす。しかし不都合となるのは、いずれの新しいスタート過程の前にもまずスタータモータのピニオンの、内燃機関のフライホイールに設けられたリングギヤへの噛み込みが行われなければならないことである。このことには、ピニオンの噛み込み時ならびに高い回転加速によるスタート時におけるピニオンならびにリングギヤの一層大きな機械的な負荷が伴う。このことは、特にいわゆる歯と歯が衝突する非噛合い位置において云える。なぜならば、その場合、ピニオンはスタータモータの十分な回転加速によって内燃機関のリングギヤに噛み合わされるからである。さらに、いずれの再スタート時でも、時間遅延が生じる。なぜならば、ピニオンは内燃機関の実際の始動の前にまずリングギヤに噛み込まれなければならないからである。
【０００５】
さらに欧州特許出願公開第０８４８１５９号明細書に基づき、スタータピニオンを既に内燃機関のストップ状態の開始と共に噛み込み位置へもたらし、これによりその後にスタート状態の開始と共にスタータモータを遅延なく全力でスイッチオンすることが知られている。こうして、内燃機関を始動させるための時間を著しく短縮することができる。電子的な手段により、さらにスタータモータの接続電流もしくはスイッチオン電流を制限することができる。スタータリレーの噛合い過程はこの場合、全ての運転状態において機能確実性を保証するために、比較的高い動力性（Dynamik）を持って行われる。特にリレー巻き線は、上側の限界温度においても十分に高いアンペアターン（Durchflutung）および引込み力が保証されるように設計されている。したがって、一般にスタータリレーは過度に高いエネルギを用いて作動させられ、このような過度に高いエネルギは高められた騒音発生を招いてしまう。すなわち、内燃機関の停止状態においてピニオンを早めに噛み込ませることによっても、連結用リレー（ソレノイドスイッチ）が吸引されかつスタータピニオンが軸方向でリングギヤに衝突するか、または噛合い時に回転しながらリングギヤの歯面に衝突するやいなや、はっきりと聞き取れる衝突音（Klack-Geraeusch）が生ぜしめられる。このことは運転者にとって耳障りで不快である。しかし、穏やかで騒音の少ない噛み込みに関してスタータリレーに課せられた要求と、スタータモータをスイッチオンするための高いコンタクト圧を得ることに関してスタータリレーに課せられた要求とは、相反する性質のものであって、従来公知のスタータリレーによっては十分に対応しきれない。たしかに、作動部材もしくはアクチュエータによるスタータリレーの噛み込みと、スタータモータによる始動とを、スタート装置の２つの切換エレメントを介して互いに別個に独立して制御することも知られているが、しかしこのことは、スペースやコストの点で高められた手間を招いてしまう。
【０００６】
本解決手段を用いて、スタート・ストップ自動装置において、ストップ段階の開始と共に噛み込み過程時の騒音発生が著しく減じられ、かつスタート段階の開始と共にスタータモータのスイッチオンのためにリレーの切換コンタクトが十分なコンタクト圧を持って閉じられるようにスタータリレーを制御することが目標とされる。
【０００７】
発明の利点
請求項１の特徴部に記載の特徴を有する本発明によるスタート装置、つまり第１の段階でスタータピニオンの予噛み込みと共にスタータリレーのアーマチュアが、減じられた力によって、まだ開かれている切換コンタクトを有する位置にまで前進させられ、しかも該アーマチュアは、第２の段階の開始と共に切換コンタクトが全力で閉じられるまで前記位置に保持されるようになっていることを特徴とするスタート装置には、次のような利点がある。すなわち、スタータリレーの２段階式の操作により、まずストップ段階の開始と共にスタータピニオンの「予噛み込み」のためにスタータリレーは第１のストローク区分もしくは最初のストローク区分にわたって小さな動力性と、減衰した引込み力とを持ってスタータピニオンを、開かれた切換コンタクトにおいて内燃機関のリングギヤに、著しく減じられた騒音と共に噛み込ませることができる。次いで、スタート段階の開始と共にはじめてスタータリレーの切換コンタクトは最後のストローク区分で十分な動力性を持って閉じられ、ひいてはスタータモータが接続もしくはスイッチオンされる。これにより、さらに、スペースやコストの点で手間のかかる半導体スイッチを介してスタータリレーおよびスタータモータを別個に制御することが回避される。別の利点は、スタータピニオンの穏やかな連結により、機械的な部分における摩耗を著しく減少させることができることにある。
【０００８】
請求項２以下に記載の手段により、請求項１に記載の特徴の有利な構成および改良形が得られる。
【０００９】
すなわち、第１の段階において減じられたリレー動力性を得るためには、リレー巻き線の励磁電流が制御ユニットによって切換エレメントを介して初期値から主電流にまで、有利には段階付けされて減じられると簡単である。スタータピニオンは内燃機関のストップ段階の間、リングギヤに噛み込まされたままとなる。次いで、スタート段階の開始と共に、第２の段階におけるスタータリレーの励磁電流が、切換コンタクトの所要のコンタクト圧のために必要とされる値にまで高められる。
【００１０】
本発明の有利な改良形では、スタータリレーは、ストップ段階におけるスタータピニオンの噛み込み後にアーマチュアを保持するために、アーマチュアの最初のストローク区分における保持電流により生ぜしめられた磁力が、プリロードもしくは予荷重をかけられたアーマチュア戻しばねのばね力よりは大きく、しかしアーマチュアの最後のストローク区分において有効となる、有利にはプリロードもしくは予荷重をかけられた別の戻しばねのばね力よりは小さくなるように設計されている。この別の戻しばねのプリロード力もしくは予荷重力はこの場合、最後のストローク区分のためのスタータリレーの高められた通電と共にはじめてアーマチュアが当該別のばねのプリロード力もしくは予荷重力を克服し得るように調節されていると有利である。さらに、相応する過剰手間をかければ、スタート過程の第１の段階において内燃機関のリングギヤにスタータピニオンをねじ込むために制御ユニットの別の切換エレメントを介してスタータモータが直接に制御可能であることも有利になり得る。
【００１１】
自動車のストップ段階においてスタータピニオンをできるだけ穏やかにかつ騒音少なく内燃機関のリングギヤに噛み込ませることができるようにするために、スタータリレーの磁気回路は、切換コンタクトの閉鎖前のアーマチュアのばね負荷されたストローク範囲においてアーマチュアのストローク変化がアンペアターンに対してほぼ比例して進行するように設計されている。この目的のためには、スタータリレーのアーマチュアがその後側のストローク区分において小さな半径方向エアギャップを持ってリレーのマグネットコアに同心的に被さるように磁気回路の構造が形成されると有利である。この場合、アーマチュアの、マグネットコアに面した前側の端面が、軸方向に突出したつばを備えていると有利である。このつばはアーマチュアの後側のストローク区分においてマグネットコアの前端部に被さって係合する。
【００１２】
自動車のストップ段階の間、スタータピニオンを信頼性良く噛み込み位置に保持し、かつスタータリレーの切換コンタクトを、開かれた状態に保持することができるようにするために、本発明のさらに別の改良形では、スタータリレーのアーマチュアが、最初のストローク区分の終了時に前記別の戻しばねに支持され得ることが提案される。これにより、スタータリレーのためには、アーマチュアの第１のストローク区分の後で、プリロードをかけられた前記別の戻しばねへの到達時に、アーマチュアの第２のストローク区分のためのスタータリレーの完全な通電と共にはじめて克服される段階を有するばね特性が得られる。この場合、スタータリレーのコンタクト戻しばねが前記別の戻しばねにより形成されると有利である。この別の戻しばねは切換ロッドを介してアーマチュアによって操作される。
【００１３】
これに対して択一的には、内燃機関のできるだけ遅延のないスタートのために切換コンタクトを既にアーマチュアの第１のストローク区分において閉鎖直前にまで前進させ、そしてストップ段階の間、プリロードをかけられた前記別の戻しばねによってこの場所に保持することも可能である。この場合には、スタータリレーのコンタクト押圧ばねを別の戻しばねとして使用することができるので有利である。この場合、既に第１の段階において、切換コンタクトを支持する切換ロッドは、この切換ロッドがコンタクト押圧ばねに支持されるまで前進される。
【００１４】
図面
図１は、本発明の一般的な実施態様の形の内燃機関に用いられるスタート装置を示す概略図であり、
図２は、図１に示したスタート装置のスタータリレーの第１実施例を示す縦断面図であり、
図３は、図２に示したスタータリレーの種々のストローク−力特性線を示す線図であり、
図４は、スタートストップ過程のための重要な量を有する時間線図であり、
図５は、スタート装置を休止状態ａ）、噛み込み状態ｂ）およびスタート状態ｃ）で示す概略図であり、
図６は、スタータリレーの別の実施例を示す縦断面図であり、
図７は、図６に示したスタータリレーのストローク−力特性線を示す線図であり、
図８は、スタート装置を休止状態ａ）、噛み込み状態ｂ）およびスタート状態ｃ）で示す概略図である。
【００１５】
実施例の説明
図１には、自動車の内燃機関に用いられる、符号１０で示された本発明によるスタート装置が概略図で図示されている。このスタート装置１０は主としてスタータモータ１１と、スタータリレー１２と、内燃機関１５のリングリヤ１４に軸方向で噛み込ませるためのスタータピニオン１３と、制御ユニット１９とを有している。スタータリレー１２はリレー巻き線１６と、プランジャ１７と、スタータモータ１１のための主電流を切り換えるための切換コンタクト１８とを有している。制御ユニット１９はトランジスタＴｒ１を介してリレー巻き線１６に給電する。これとは別個に、スタータモータ１１は別のトランジスタＴｒ２によって端子Ｋｌ４５を介して制御ユニット１９から直接に制御される。両トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２は入力側では端子Ｂ＋を介して、自動車（図示しない）の搭載電圧の正極（＋極）もしくは自動車のバッテリの正極に接続されている。トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２の制御接続部は、互いに別個に独立してマイクロプロセッサμＰを介して制御される。このマイクロプロセッサμＰの入力側は制御バス２０を介してエンジン制御装置２１によって制御可能である。このエンジン制御装置２１は、イグニッションキー挿入口である点火ロック２２を介して動作可能となり、さらに入力バス２３を介して自動車の走行状態、たとえばクラッチ操作、ブレーキ操作、ギヤセレクトレバーの位置、エンジン回転数、ホイール回転数等のための種々の信号を検出する。さらに、制御ユニット１９のマイクロプロセッサμＰは温度センサＴに接続されており、この温度センサＴはスタート装置１０の温度を検出する。
【００１６】
スタート装置１０は自動車の走行運転時にエンジン制御装置２１によって制御され、この場合、たとえば自動車の前輪における回転数の検出による自動車のストップ段階の開始と共に、エンジン制御装置２１によって内燃機関が遮断される。これによって、まず制御バス２０を介して制御ユニット１９によって第１の段階において内燃機関１５のリングギヤ１４へのスタータピニオン１３の噛み込み過程がリリースされる。この場合、トランジスタＴｒ１を介してスタータリレー１２へ調量された励磁電流が与えられる。次いで、プランジャ１７を介して連結用のシフトレバー２４によってスタータピニオン１３が軸方向でリングギヤ１４への噛み込みのためにシフトされる。さらに、スタータモータ１１が制御ユニット１９によってトランジスタＴｒ２を介してモータ端子Ｋｌ４５を介して調量されて制御され、これにより、歯と歯が衝突する非噛合い位置においては、スタータピニオン１３が、リングギヤ１４に設けられた次の歯溝へ穏やかにねじ込まれる。スタータピニオン１３は次いで騒音少なく完全に内燃機関１５のリングギヤ１４に噛み込まれて、スタータリレー１２によってこの位置に保持される。切換コンタクト１８はこの場合、開放された位置に留まる。たとえばアクセルペダルの操作によって運転者のスタート意志がエンジン制御装置２１の相応する信号に基づいて制御ユニット１９において検知されるとはじめて、スタータリレー１２は第２の段階において内燃機関１５をスタートさせるためにトランジスタＴｒ１を介して、増幅された電流によって制御され、これにより切換コンタクト１８は全力で閉じられる。これによって、スタータモータ１１はスタータリレー１２の切換コンタクト１８を介してバッテリ（図示しない）の端子Ｂ＋へ切り換えられ、内燃機関１５は遅延なく全力で始動される。
【００１７】
図２には、第１実施例において、図１に示したスタータリレー１２の構造が縦断面図で図示されている。スタータリレー１２はリレー巻き線１６を有しており、このリレー巻き線１６はコイル枠体２５に装着されてマグネットコア２６に固定されている。リレー巻き線１６はこの場合、金属製のハウジング２７内に挿入されており、このハウジング２７の開いた前端部にマグネットコア２６が収容されている。ハウジング２７の底部では、開口内にスタータリレー１２のアーマチュア２８が軸方向で案内されている。このアーマチュア２８はリレー巻き線１６内に侵入する。アーマチュア２８に設けられた中心の孔内にはプランジャ１７が固定されている。このプランジャ１７のヘッド側の端部は連結用のシフトレバー２４（図１）を取り付けるための「パドル２９」を有している。マグネットコア２６に設けられた貫通開口内には、絶縁スリーブ３１によって切換ロッド３０が案内されており、この場合、切換ロッド３０の前端部は間隔ａを持ってプランジャ１７の端部に対峙している。切換ロッド３０の後端部には、コンタクトブリッジ１８ａが軸方向移動可能に取り付けられている。このコンタクトブリッジ１８ａはスイッチカバー３２に固定された２つの対応コンタクト１８ｂと協働する。コンタクトブリッジ１８ａはその図示の休止位置では、絶縁材料キャップ３３を介してマグネットコア２６に支持されている。したがって、コンタクトブリッジ１８ａと対応コンタクト１８ｂとは、ソレノイドスイッチもしくはスタータリレーの切換コンタクト１８を形成しており、この切換コンタクト１８はハウジング２７の端面に固定されたスイッチカバー３２によって取り囲まれている。
【００１８】
アーマチュア２８に設けられた軸方向の切欠き３４内には、アーマチュア戻しばね３５が配置されている。このアーマチュア戻しばね３５は一方では切欠き３４の底部に、他方ではリレーのマグネットコア２６にそれぞれ支持されている。さらに、公知の形式で、スイッチカバー３２にはコンタクト戻しばね３６が設けられている。このコンタクト戻しばね３６は、一方ではスイッチカバー３２の底部に、他方では切換ロッド３０の図面で見て右側の端部に取り付けられた支持板３７にそれぞれ支持されている。マグネットコア２６の図面で見て右側に設けられた軸方向の切欠き３９内には、コンタクト押圧ばね３８が設けられている。このコンタクト押圧ばね３８は、一方では絶縁材料キャップ３３を介してコンタクトブリッジ１８ａに、他方では切換ロッド３０に装着された絶縁スリーブ３１にそれぞれ支持されている。これら３つのばねは全てプリロードもしくは予荷重をかけられており、この場合、コンタクト押圧ばね３８よりも強力なプリロードもしくは予荷重をかけられたコンタクト戻しばね３６はコンタクト押圧ばね３８のプリロードもしくは予荷重に抗してコンタクトブリッジ１８ａを図示の休止位置へ押圧した状態に保持している。
【００１９】
自動車のストップ段階の開始と共にスタータピニオン１３をできるだけ騒音少なく内燃機関１５のリングギヤ１４に噛み込ませることができるようにするために、スタータリレー１２の磁気回路は構造的な手段によって、アーマチュアストロークＳの中間のストローク範囲において、リレー巻き線１６のアンペアターン（magnetisch. Durchflutung）の変化に対してほぼ比例して経過するストローク変化が得られるように設計されている。この目的のために、アーマチュア２８は最後のストロ―ク範囲Ｓｏで、小さな半径方向エアギャップを持ってマグネットコア２６に同心的に被さり、この場合、アーマチュア２８の、マグネットコア２６寄りの前側の端面が、軸方向に突出したつば４１を備えており、このつば４１はアーマチュア２８の最後のストローク範囲Ｓｏにわたって、マグネットコア２６の周面に設けられた凹部４２内に嵌合する。この凹部４２はアーマチュア２８のつば４１に向かい合って位置している。
【００２０】
図３には、機能形式を詳しく説明するためにスタータリレー１２の種々の特性線が示されている。この場合、アーマチュア２８のストロ―クＳとの関係で、一方では戻し力Ｐｒとしてのスタータリレー１２のばね特性線が、他方では種々のアンペアターンＨ０，Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３におけるスタータリレー１２の力特性線が描かれている。戻し力Ｐｒはこの場合、リレーの磁力とは逆方向に向けられている。
【００２１】
図２に示したアーマチュア２８の休止状態を起点として、まずアーマチュア戻しばね３５のプリロードもしくは予荷重が克服されなければならない。アーマチュア２８を軸方向に前進させることにより、まずアーマチュア戻しばね３５だけが位置Ｓ１にまで約６ｍｍだけ押し縮められ、この場合、ばね力はさしあたり僅かにかつ線状に増大する。この位置において、プランジャ１７が連結用のシフトレバー２４（図１）に作用して、少しだけ摩擦を伴ってスタータピニオン１３を前進摺動させる。この場合、プランジャ１７は、スタータピニオン１３が内燃機関１５のリングギヤ１４に噛み込むことができるようになるまでスタータピニオン１３を前進摺動させる。スタータリレー１２のアーマチュア２８はこのときに位置Ｓ２にまで移動する。この位置において、アーマチュア２８はプランジャ１７と切換ロッド３０との間の間隔ａを克服していて、切換ロッド３０を介して、プリロードもしくは予荷重をかけられたコンタクト戻しばね３６を押圧し、このときにコンタクト戻しばね３６はアーマチュア２８に対して別の戻しばねを形成する。次いで、力Ｐ１によってコンタクト戻しばね３６のプリロードもしくは予荷重も達成されると、引き続きアーマチュア運動を再開することができる。次いで、より急峻な力増大と共に、位置Ｓ２からコンタクトブリッジ１８ａが約２ｍｍだけ対応コンタクト１８ｂにまで送られ、このときにコンタクト戻しばね３６はさらに緊縮される。次いで、位置Ｓ３において切換コンタクト１８が閉じられ、これによりスタータモータ１１がスイッチオンされる。その後に、アーマチュア２８がマグネットコア２６に当接するまで、コンタクト押圧ばね３８が切換コンタクト１８の「焼損しろ（Abbrandreserve）」のために力Ｐ２によって引き続き緊縮される。
【００２２】
アーマチュアストロークＳに関するアーマチュアのアンペア回数もしくはアンペアターンの４つの力特性線はほぼ互いに平行に延びており、この場合、最大アンペアターンＨ３の特性線はリレー巻き線１６の相応する設計と、制御ユニット１９のトランジスタＴｒ１を経由する相応する電流とにより、当該最大アンペアターンＨ３の特性線が全アーマチュアストロークＳにわたってリレーのばね特性線Ｐｒよりもはっきりと上方に位置するように設定されている。アーマチュア２８に設けられた、マグネットコア２６の凹部４２に被さるつば４１を備えたスタータリレー１２の構成に基づき、ほぼ位置Ｓ１と位置Ｓ２との間に位置する中間のストローク範囲では、特性線Ｈ０〜Ｈ３のほぼ水平の曲線経過が得られる。これによって、アーマチュアのこのストローク範囲では、アーマチュア２８の、アンペアターンΔＨに対して比例したストローク変化を得ることが可能となる。これにより、いわゆる「予噛み込み」の第１の段階における励磁電流の相応する調量を用いて、アンペアターンを特性線Ｈ０にまで減少させることができ、この場合、スタータピニオン１３は位置Ｓ２までのアーマチュア２８の第１のストローク区分Ｓａ１において、騒音を最小限に抑えられてリングギヤ１４に噛み込まれる。さらに、プリロードもしくは予荷重をかけられたコンタクト戻しばね３８により、アーマチュア２８が自動車のストップ段階の間、開かれたスイッチコンタクト１８によって位置Ｓ２に保持されることが保証される。スタート信号の発生と共にはじめて制御ユニット１９を介してリレーのアンペアターンが特性線Ｈ３にまで持ち上げられ、次いでスイッチコンタクト１８が、第２の段階の開始と共にアーマチュア２８の第２のストローク区分Ｓａ２にわたって高い動力性および十分な力を持って、スタータモータ１１のスイッチオンのために閉じられる。
【００２３】
図４には、ストップ・スタート段階時における本発明によるスタート装置の種々の信号曲線が示されている。上側の時間軸ｔａには内燃機関のエンジン回転数ｎが描かれており、その下の時間軸ｔｂにはスタータピニオンを予噛み込みさせるための連結信号Ｓｅが描かれており、その下の時間軸ｔｃにはスタート信号Ｓｓｔが描かれており、その下の時間軸ｔｄにはスタータリレーのリレー巻き線における電流経過Ｉｒが描かれており、その下の時間軸ｔｅにはスタータピニオンをリングギヤにねじ込むためのスタータモータのためのねじ込み信号Ｓｄが描かれており、下側の時間軸ｔｆにはスタータモータにおけるモータ電流強度Ｉｍの経過が描かれている。
【００２４】
以下に、図１〜図３と関連して図４および図５につき、ストップ・スタート段階について詳しく説明する。図５には、スタート装置がその休止位置ａ）、噛み込み位置ｂ）およびスタート位置ｃ）において概略的に図示されている。
【００２５】
自動車が走行運転中に、たとえば信号機が赤信号である場合に信号設備の手前に停車されると、図１に示したエンジン制御装置２１はセンサを介して自動車の駆動輪の休止状態を検知する。さらにこのときにクラッチが操作されかつ内燃機関のアイドリング回転数ｎ０が検出されると、エンジン制御装置２１は時点ｔ０（図４）で内燃機関を遮断する。回転数信号は、たとえば１秒以内に回転数０にまで低下する。内燃機関が完全に停止すると、エンジン制御装置２１によって時点ｔ１におけるストップ回転数ｎｓｔの達成時に内燃機関１５のストップ段階が検知され、制御ユニット１９には制御バス２０を介して連結信号Ｓｅが印加される。この時点において、図５ａ）に示したようにスタータリレー１２はまだ休止位置に位置しており、スタータピニオン１３はまだシフトレバー２４を介して内燃機関１５のリングギヤ１４との噛合いを解除されている。その直後に、時点ｔ２においてトランジスタＴｒ１がマイクロプロセッサμＰによって制御され、この場合、リレー巻き線１６はまず比較的高いリレー電流Ｉｒで負荷され、これによりプリロードもしくは予荷重をかけられたアーマチュア戻しばね３５の戻し力に抗してアーマチュア質量が運動させられる。図３に太線で示した、スタータリレー１２の磁力Ｐｍの曲線はこの場合、さしあたりアンペアターン特性線Ｈ２に従う。スタータピニオン１３はこの場合、リレーアーマチュア２８によってプランジャ１７のアイドルストロークの後にシフトレバー２４を介してまずリングギヤ１４にまで送られる。次いで、時点ｔ３において、リレー電流Ｉｒは制御ユニット１９によってトランジスタＴｒ１を介して１段階だけ低下される。これにより、磁力Ｐｍも減じられ、この場合、磁力Ｐｍは図３に示したようにアンペアターン特性線Ｈ１にまで低下する。しかし、この磁力Ｐｍは相変わらずアーマチュア戻しばね３５の戻し力Ｐｒよりも著しく高いので、アーマチュア２８はさらに大きくリレー巻き線１６内へ引き込まれる。ほぼ同じ時間に、マイクロプロセッサμＰにより制御ユニット１９のトランジスタＴｒ２が制御され、この場合、このトランジスタＴｒ２の導電率は、スタータモータ１１にトランジスタＴｒ２を介して小さな電流強度Ｉｍが供給される程度に制御される。これにより、スタータピニオン１３は穏やかに回転させられて、直ちにシフトレバーを介して穏やかにリングギヤ１４に軸方向で噛み込まれる。時点ｔ４において、リレー電流Ｉｒはさらにもう１段階だけ低下される。これに相応して、スタータリレー１２の磁力Ｐｍはアンペアターン特性線Ｈ１からアンペアターン特性線Ｈ０へ低下する。この磁力によってアーマチュア２８は位置Ｓ２にまで引き込まれ、この位置でアーマチュア２８はプランジャ１７によって、コンタクト戻しばね３６のプリロードもしくは予荷重で負荷されている切換ロッド３０に支持される。内燃機関１５のストップ段階が継続される限りは、スタータリレー１２はこの位置に留まる。図５ｂ）には、スタート装置がこのいわゆる「予噛み込み位置」で示されている。切換コンタクト１８はこのとき、まだ開かれた状態にある。制御ユニット１９のトランジスタＴｒ２は再び遮断されており、スタータモータ１１は再び無��流状態となる。
【００２６】
信号設備が再び青信号に切り換わると、運転者はアクセルペダルを操作するだけでよく、これによって時点ｔ５においてエンジン制御装置２１によってスタート信号が制御ユニット１９へ送出される。マイクロプロセッサにより、トランジスタＴｒ１は、導電率が十分となるように制御され、スタータリレー１２のリレー巻き線１６は十分な励磁電流Ｉｒで負荷される。これにより、磁力Ｐｍは図３に示したようにアンペアターン特性線Ｈ０から特性線Ｈ３へ跳び上がり、このときにスタータリレー１２のアーマチュア戻しばね３５とコンタクト戻しばね３６とコンタクト押圧ばね３８との戻し力Ｐｒを著しく上回る。アーマチュア２８は十分な力で、マグネットコア２６に設けられたストッパにまで引き込まれる。これによって、第２のストローク区分Ｓａ２（図３）においてコンタクトブリッジ１８ａは切換ロッド３０を介して対応コンタクト１８ｂへ押圧され、最終的にコンタクト押圧ばね３８を介して所要のコンタクト圧が生ぜしめられる。次いで、スタータモータ１１はバッテリの正電位に接続されるので、スタータモータ１１は全力でスタータピニオン１３を介して内燃機関１５を始動させることができる。図５ｃ）には、スタート装置のこのようなスタート段階が示されており、この場合、連結用のシフトレバー２４を介してスタータピニオン１３はばね負荷された状態で噛み込み位置に保持される。時点ｔ６において、リレー電流Ｉｒを制御ユニット１９によってトランジスタＴｒ１を介して「保持電流Ｉｈ」にまで低下させることができる。なぜならば、スタータリレー１２のばね特性線Ｐｒよりも上に位置する磁力Ｐｍを発生させるためには、この保持電流Ｉｈで十分となるからである。次いで内燃機関１５が自己運転を開始するやいなや、アクセルペダルの操作によって回転数は著しく増大する。これによって、アイドリング回転数ｎ０が達成されると、時点ｔ７において制御ユニット１９を介してトランジスタＴｒ１が遮断される。リレーは無電流状態となり、ばね３５，３６，３８の戻し力によってアーマチュア２８は再び休止位置へ押し戻される。このときに切換コンタクト１８は開かれ、スタータピニオン１３は内燃機関１５のリングギヤ１４との噛合いから解離される。スタータモータ１１の電流はこのときに中断され、これによりスタータモータ１１は停止させられる。スタート装置はこれによって再び図５ａ）に示した休止位置をとり、そして、内燃機関１５が再びストップ段階のために停止させられて、前で説明した噛み込み・スタート過程が実施されるまでこの休止位置に留まる。
【００２７】
図２〜図５に示した第１実施例では、スタータリレー１２のコンタクト戻しばね３６がアーマチュア２８のための別の戻しばねとして使用される。この戻しばねはストップ段階においてスタータピニオン１３を噛み込み位置に保持する。この場合、スタータリレー１２の切換コンタクト１８はコンタクト戻しばね３６のプリロード力もしくは予荷重力に基づいてまだその休止位置において開かれた位置に留まっている。スタート段階の開始と共にはじめてスタータリレー１２の第２の段階で切換コンタクト１８は全力で閉じられる。この場合、リレー巻き線１６における電流は切換コンタクト１８の所要のコンタクト圧のために必要とされる値にまで高められる。
【００２８】
図６には、別の実施例においてスタータリレー１２が横断面図で示されている。このスタータリレー１２の構造は図２に示したスタータリレー１２の構造にほぼ相当しており、スタータリレー１２の各構成部分は図２の場合と同じ符号を備えている。第１実施例とは異なり、図６に示したスタータリレー１２では、アーマチュア２８のプランジャ１７と切換コンタクト１８の切換ロッド３０との間に、より小さな間隔ａが設けられている。さらに、図６に示した実施例では、コンタクト押圧ばね３８がリングディスク４０に支持されており、このリングディスク４０はリレーの休止状態においてマグネットコア２６の切欠き３９の底部に載着されていて、切換ロッド３０に軸方向移動可能に装着されている。切換ロッド３０の絶縁スリーブ３１はリングディスク４０の下方に間隔ｂを置いて終端している。すなわち、絶縁スリーブ３１の端部はリングディスク４０の下方に間隔ｂを置いて位置している。このような構造的な変更により、アーマチュアストロークｓにわたるスタータリレー１２のばね戻し力の変更が得られる。
【００２９】
次に、図７および図８につき、図６に示したリレーの作用形式について詳しく説明する。図７には、アーマチュア２８のストロークｓとの関係で、一方では戻し力Ｐｒとしてのスタータリレー１２のばね特性線が、他方では種々のアンペアターンＨ０〜Ｈ３におけるスタータリレーの力特性線が示されている。図８には、図５と同様に、スタート装置が休止位置ａ）、噛み込み位置ｂ）およびスタート位置ｃ）において概略的に図示されている。
【００３０】
図６および図８ａ）に示したアーマチュア２８の休止状態を起点として、まずアーマチュア戻しばね３５のプリロードもしくは予荷重が克服されなければならない。次いで、アーマチュアの軸方向の前進により、アーマチュア戻しばね３５は位置Ｓ１にまで約４ｍｍだけ押し縮められ、この場合、ばね力はさしあたり僅かにかつ線状に増大する。この位置では図１に示したように連結用のシフトレバー２４を介してスタータピニオン１３が前進させられ、そしてスタータモータ１１が軽度に通電されると、スタータピニオン１３は内燃機関１５のリングギヤ１４に噛み込まれる。このときに、スタータリレー１２のアーマチュア２８はまず図７に示した位置Ｓ１´にまで運動し、この位置Ｓ１´ではアーマチュア２８のプランジャ１７が切換ロッド３０に衝突する。この切換ロッド３０はコンタクト戻しばね３６のプリロード力もしくは予荷重力によってこの位置に力Ｐ１で保持される。この位置にまで、励磁電流は段階的に減じられ、この場合、アンペアターンは特性線Ｈ２から特性線Ｈ０にまで減じられる。アンペアターンＨ０により形成された磁力Ｐｍは第１実施例とは異なり、コンタクト戻しばね３６のプリロード力もしくは予荷重力よりも大きく形成されているので、アーマチュアは位置Ｓ１´を越えて位置Ｓ２にまで運動させられる。この位置において、切換ロッド３０の絶縁スリーブ３１はリングディスク４０に衝突する。このリングディスク４０には、プリロードをかけられたコンタクト押圧ばね３８が支持されている。位置Ｓ１´から位置Ｓ２までのアーマチュア２８のストロークにより、さらにコンタクトブリッジ１８ａは切換ロッド３０によって対応コンタクト１８ｂとの接触直前の位置にまで前進させられる。アンペアターンＨ０に基づき、磁力は、アーマチュア２８が自動車の全ストップ段階の間、この位置に保持される程度に小さくなる。
【００３１】
値Ｐ２を有するコンタクト押圧ばね３８のプリロード力もしくは予荷重力も克服されるとはじめてアーマチュア運動を再び続行させることができる。このことはスタート段階の開始と共に行われる。このスタート段階では、リレーのアンペアターンがリレー巻き線１６の十分な通電により特性線Ｈ３にまで増大させられる。これにより、位置Ｓ２からコンタクトブリッジ１８ａは、一層急峻な力増大と共に対応コンタクト１８ｂにまで送られ、最終的にはマグネットコア２６にアーマチュア２８が当接するまでコンタクト押圧ばね３８も所要のコンタクト圧のためにさらに緊縮される。
【００３２】
本実施例では、コンタクト押圧ばね３８がアーマチュア２８のために別の戻しばねを形成しており、この戻しばねによってスタート装置は、切換コンタクト１８が開かれた状態でスタータピニオン１３の噛み込み位置に保持される。この構成では切換コンタクト１８が既にストップ段階の間に閉鎖直前にまで持ち上げられるので、これによってスタート段階のためには、スタータモータ１１の十分な通電のための切換コンタクト１８の遅延のない閉鎖により、内燃機関のほぼ遅延のない始動が得られる。
【００３３】
本発明は前記実施例に限定されるものではない。なぜならば、スタート装置は種々様々に改良され得るからである。すなわち、たとえばいわゆる予噛合わせ時ならびに保持段階において、スタータリレー１２および／またはスタータモータ１１を所定のタイミングで制御することが可能である。この場合、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２は切換損失を制限するために有利には変更されたオンオフ比を用いてマイクロプロセッサμＰを介して制御される。さらに、こうして制御ユニット１９の温度センサＴを介してスタータリレー１２およびスタータモータ１１の電流を温度に関連して、その都度必要となる力に合わせて最適化することができる。さらに、図４に破線で示された延長された始動信号Ｓｄによってスタータモータ１１を、より長く制御し、これにより内燃機関１５のリングギヤ１４へのスタータピニオン１３の噛み込みの後に内燃機関１５を圧縮位置にまで引き続き回転させることも可能である。このことはエンジン回転数ｎの時間軸ｔａにも破線で示されている。これにより、内燃機関１５のスタート過程をさらに促進することができる。この場合、本発明にとって重要となるのは、スタータリレー１２の適当なばね設計と組み合わされた形での、制御ユニット１９を介したリレー電流の制御によるスタータリレー１２の動的特性であり、これによりリレーの引込み・切換過程は２つの段階に分割され、この場合、第１の段階では、内燃機関１５のリングギヤ１４へのソフトな予噛み込みのためのスタータピニオン１３の、騒音を最小限に抑えられた線状の連結が保証される。磁気回路の設計はこの場合、アンペアターンのために必要となるリレー電流ができるだけ小さく維持されるように行われる。さらに、リレーの保持位置において予噛み込みの時間に磁気回路の残留エアギャップが最小限に抑えられ、ひいては対応コンタクト１８ｂに対する切換ブリッジ１８ａのコンタクト間隔が最小限に抑えられ得る。段階２においてはじめて、リレーのアンペアターンが高められ、この場合、コンタクト戻しばね３６とコンタクト押圧ばね３８とが橋絡されて、切換コンタクト１８がスタータモータ１１のための主電流の接続のために閉じられる。
【００３４】
スタータリレー１２の第２の段階の開始と共に作動させられた別の戻しばね３８のためには、たしかに前記実施例においてはリレーの切換コンタクト１８のためのコンタクト戻しばねもしくはコンタクト押圧ばねが使用されるが、しかしこの別の戻しばねは別個の戻しばねとして、たとえばアーマチュア戻しばね３５に対して同心的に配置されてもよく、その場合、この戻しばねは第２の段階の開始と共にはじめてアーマチュア２８によって相応して大きな磁力で負荷されるようになる。この場合、リレーの種々のばねは如何なる場合でも、図３もしくは図７に示した段付けされたばね特性線Ｐｒが生じるように互いに調和されなければならない。この場合、スタータリレー１２の第２の段階の開始時にばね特性線の、多かれ少なかれ付与された段付けを実現することも可能である。
【００３５】
スタート装置の別の変化形では、スタータリレー１２のリレー巻き線１６をスタート過程の第２の段階で図４の時点ｔ５において制御リレーＳＲを介して、内燃機関１５のコールドスタートの場合と同様に直接にエンジン制御装置２１によってスイッチオンすることも可能である（図１に破線により示す）。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一般的な実施態様の形の内燃機関に用いられるスタート装置を示す概略図である。
【図２】図１に示したスタート装置のスタータリレーの第１実施例を示す縦断面図である。
【図３】図２に示したスタータリレーの種々のストローク−力特性線を示す線図である。
【図４】スタートストップ過程のための重要な量を有する時間線図である。
【図５】スタート装置を休止状態ａ）、噛み込み状態ｂ）およびスタート状態ｃ）で示す概略図である。
【図６】スタータリレーの別の実施例を示す縦断面図である。
【図７】図６に示したスタータリレーのストローク−力特性線を示す線図である。
【図８】スタート装置を休止状態ａ）、噛み込み状態ｂ）およびスタート状態ｃ）で示す概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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