(57)【要約】  本発明は、車両内に配置される内燃機関（１０）を始動するための装置および方法に関する。そのために、前記内燃機関（１０）を少なくとも一時的に駆動するように構成された、電気機械（２４，２４’）と、電気エネルギを貯蔵するように構成された、第１の貯蔵ユニット（２８，２８’，５０）とが備えられる。ほかにも、前記電気機械（２４，２４’）を前記第１の貯蔵ユニット（２８，２８’，５０）に接続できるようにするために利用される、調整ユニット（２６，２６’）が備えられ、その際に前記調整ユニット（２６，２６’）は、少なくとも一つの規定された内燃機関運転状態、および／または少なくとも一つの規定された車両運転状態を検出して、少なくとも前記内燃機関運転状態の検出結果、および／または前記車両運転状態の検出結果に従属して、前記内燃機関（１０）を駆動する際に前記電気機械（２４，２４’）により前記第１の貯蔵ユニット（２８，２８’，５０）から取り出される電力を決定づけるある一つの電気量を調整するように、または前記取り出される電力自体を調整するように、構成されている。
2014517188.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両内に配置される内燃機関（１０）を始動するための装置であって、
前記内燃機関（１０）を少なくとも一時的に駆動するように構成された、電気機械（２４，２４'）と、
電気エネルギを貯蔵するように構成された、第１の貯蔵ユニット（２８，２８’，５０）と、
前記電気機械（２４，２４’）を前記第１の貯蔵ユニット（２８，２８’，５０）に接続できるように利用される、調整ユニット（２６，２６’）と
を有しており、
前記調整ユニット（２６，２６’）は、少なくとも一つの規定された内燃機関運転状態、および／または少なくとも一つの規定された車両運転状態を検出して、少なくとも前記内燃機関運転状態の検出結果、および／または前記車両運転状態の検出結果に応じて、前記内燃機関（１０）を駆動する際に前記電気機械（２４，２４’）により前記第１の貯蔵ユニット（２８，２８’，５０）から取り出される電力を決定する電気量を調整するように、または前記取り出される電力自体を調整するように構成されている、装置。
【請求項２】
前記調整ユニット（２６，２６’）が、前記電気機械（２４，２４’）により前記第１の貯蔵ユニット（２８，２８’，５０）から取り出される電流を制限するように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記電気機械（２４，２４’）が複数の固定子巻線（８０）を有し、前記調整ユニット（２６，２６’）が、個々の固定子巻線（８０）を対象として電流を制限するように構成されていることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記調整ユニット（２６，２６’）が、少なくとも一部の機能部分にて、ステップダウントランスの機能性を実現するように構成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記電気機械（２４，２４’）が複数の固定子巻線（８０）を有し、前記ステップダウントランスの機能性を実現するために必要なストレージ・インダクタとして、前記各固定子巻線（８０）の内の少なくとも一つが使用されることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記調整ユニット（２６，２６’）がさらに、前記電気量または前記取り出される電力自体を、前記内燃機関（１０）の一つの特性量に応じて調整するように構成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
起動可能なブリッジングユニット（４６，４６’）が備えられ、その起動時には前記電気機械（２４，２４’）が前記調整ユニット（２６，２６’）をバイパスして前記第１の貯蔵ユニット（２８，２８’，５０）または第２の貯蔵ユニット（３４，３４’）に直結されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記電気機械（２４，２４’）が複数の固定子巻線（８０）を有し、前記調整ユニット（２６，２６’）が、前記各固定子巻線（８０）のそれぞれを対象として、複数の直列に接続される第１および第２の半導体素子（６８，７０）を有し、さらに直列回路（７２）にセンタータップ（７４）が備えられ、これに前記各固定子巻線（８０）がつなげられていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
少なくとも一つの平滑化フィルタ（８１）が備えられることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記調整ユニット（２６，２６’）がさらに、前記電気機械（２４，２４’）に印加される電圧を制限するように構成されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
車両内に配置される内燃機関（１０）を少なくとも一時的に駆動するように構成された、電気機械（２４，２４’）と、電気エネルギを貯蔵するように構成された、第１の貯蔵ユニット（２８，２８’，５０）と、前記電気機械（２４，２４’）を前記第１の貯蔵ユニット（２８，２８’，５０）に接続できるように利用される、調整ユニット（２６，２６’）とを備え、前記内燃機関（１０）を始動する方法であって、前記調整ユニット（２６，２６’）にて、次の各工程：
‐ 少なくとも一つの規定された内燃機関運転状態、および／または少なくとも一つの規定された車両運転状態を検出する工程、および、
‐ 前記内燃機関（１０）を駆動する際に前記電気機械（２４，２４’）により前記第１の貯蔵ユニット（２８，２８’，５０）から取り出される電力を決定する電気量、または前記取り出される電力自体を、少なくとも前記内燃機関運転状況の検出結果、および／または前記車両運転状態の検出結果に応じて調整する工程
が進行する、方法。
【請求項１２】
プログラムコードを有するデータキャリヤが備えられたコンピュータプログラム製品であって、前記プログラムコードが、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置の内部で進行するときに、請求項１１に記載の方法を実行するように、前記プログラムコードが構成されている、コンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両内に配置される内燃機関を始動するための装置および方法に関する。内燃機関を始動するために、内燃機関を少なくとも一時的に駆動するよう構成された電気機械と、電気エネルギを貯蔵するように構成された第１の貯蔵ユニットとが備えられている。
【背景技術】
【０００２】
今日の自動車製造においては、構造を異にする様々な内燃機関が採用されている。内燃機関の構造を区別する特徴の一つが、点火方式である。すなわち内燃機関には自己着火式（ディーゼル内燃機関）と火花点火式とがあるが、最も普及している火花点火内燃機関は、ガソリン内燃機関である。構造を区別するもう一つの特徴が、気筒数である。自動車製造においては、気筒数が３、４、６、８または１２である内燃機関が主に採用されている。
【０００３】
これまでは、内燃機関のタイプ別に、独自のスタータモータとそれに付属する独自のエネルギ供給装置が開発もしくは構想されてきたが、これらのコンポーネントは両方とも、点火方式と気筒数とに応じて、独自の設計が行われてきた。これには次のような理由がある。内燃機関は、タイプが異なると、始動工程の間にスタータモータが消費する理想的な電力に対する要求、および／または始動工程の間にスタータモータを通り流れる理想的な電流に対する要求も、それぞれ異なることになる。それに加えてさらに、この理想的な電力および理想的な電流は、内燃機関タイプを問わず、内燃機関の運転温度に応じて変化するという事情がある。冷間始動時のスタータモータの消費電力も、温間始動時とは異なっている。
【０００４】
さらにもう一つの次のような観点もある。すなわち、所謂エンジン・オート・スタート／ストップ・システムを装備した車両においても、またハイブリッド車両においても、従来型の車両に対して始動挙動を修正することが要求される。エンジン・オート・スタート／ストップ・システムにより、車両が停止状態にあるときには、内燃機関が切られるようになっている。ハイブリッド車両においては、その推進のために、内燃機関も、また電気機械も備えられている。修正後の始動挙動と関連して、これらの新型車両により可能になる、もしくは要求される運転戦略も刷新され、その結果、始動工程の間のスタータモータによる消費電力に対する要求や始動工程の間の快適性に対する要求も変更されることになる。
【０００５】
従来型の車両においては、運転者が車両に乗り込んだ後、走行を開始する際に初めて行う内燃機関の初回始動、すなわち初始動に合わせて、スタータモータとその付属エネルギ供給装置が設計されている。この初回始動時には、内燃機関に、最短時間内にある一定の規定された大きなトルクを提供することが要求されることはない。
【０００６】
エンジン・オート・スタート／ストップ・システム搭載車の場合は、上述の初回始動のほかにも、内燃機関の再始動、および場合によっては追加始動を実行しなければならない。再始動時にも、また追加始動時にも、その当初に内燃機関は、車両の駆動輪に動力伝達が行われるようには接続されておらず、その寸前の状態にある。再始動および追加始動は、車両に組み付けられている制御ユニットにより誘発される。内燃機関の再始動を実行する必要性が検出されるのは、車両が静止状態にあるときに発進信号が発生される場合であるが、この車両静止状態においては、車両が停止しており、かつ内燃機関は停止しているか、またはカットオフ回転数とゼロの間のエンジン回転数で回転している。内燃機関の追加始動を実行する必要性が検出されるが、車両が運動状態にあるときにトルク要求が出される場合であるが、この車両運動状態においては、車両が走行しており、かつ内燃機関は停止しているか、またはカットオフ回転数とゼロの間のエンジン回転数で回転している。車両静止状態においても、また車両運動状態においても、内燃機関が停止する（エンジン回転数はゼロ）か、または減衰しながら内燃機関回転運動を行う（エンジン回転数は、カットオフ回転数とゼロの間）ことが目指される。車両静止状態においては、車両速度の値が好適にはゼロでなければならない。しかしほかにも、それほど高くはない速度で、例えば３ｋｍ／ｈで、または２０ｋｍ／ｈで車両が前進しているときに、再始動を実行することができるエンジン・オート・スタート／ストップ・システムも考えられる。従って、ある一定の条件付きの車両運動状態において発進信号が発生された場合に、再始動を実行する必要性が検出されるようにすることもできるが、この場合は、車両の速度が、例えば３ｋｍ／ｈまたは２０ｋｍ／ｈである、ある一つの閾値を下回っているときに、この条件付きの車両運転状態が存在していることになる。この車両運動状態においては、車両速度がゼロ以外の任意の値をとることになるが、これは２０ｋｍ／ｈを大幅に上回る、例えば５０ｋｍ／ｈまたは７０ｋｍ／ｈ、あるいはこれらをさらに大幅に上回る値であると好適である。発進信号は、車両の発進が目前に迫っていることを表すものであるが、この発進は、車両静止状態から開始されなければならない。これは、好ましくは運転者により開始される発進でなければならない。発進信号として考慮の対象となるのは、ここでは例えば運転者によるクラッチペダルの操作を表す信号である。しかしその代わりにこの発進は、自動化された発進、即ち運転者に関係なく開始される発進であってもかまわない。エンジントルク要求は、現下の車両運動状態において、運転者に従属して、または運転者とは関係なく、内燃機関により設定されなければならないトルクを表したものである。運転者に従属して設定されなければならないトルクは、例えば運転者によるアクセルペダルの操作に基づいて発生される。従ってこの場合は、エンジントルク要求がアクセルペダル操作を表す量であるとよい。運転者とは関係のないエンジントルク要求は、例えば、内燃機関とブレーキへの制御介入を通じて車両の前後運動を制御する前後運動制御システムにより発生されるものであるとよいが、この前後運動制御システムは、例えばアダプティブ・クルーズ・コントロール・システムであるとよい。カットオフ回転数は、例えばクラッチ操作に起因して、内燃機関が切り離されたときに、即ち内燃機関と駆動輪間の動力伝達が行われる接続状態が途切れたときに、またはその直後に生じる内燃機関のエンジン回転数である。このカットオフ回転数は、最初の瞬間はアイドル回転数と等しくなるとよいが、しかし運転条件によりアイドル回転数を一時的に上回ってもかまわない。
【０００７】
内燃機関の再始動および追加始動は、初始動とは区別される。例えば信号での再始動時には、内燃機関により最短時間内に大きなトルクが提供されなければならず、内燃機関は初始動時よりも急速に始動されるようになっている。車両運動状態における内燃機関の追加始動時には、内燃機関により最短時間内に車両運動状態と相関関係にあるトルクが提供されなければならず、所望される駆動回転数へ内燃機関を極めて急速に「レーシング」させることが要求される（反射始動）。
【０００８】
ハイブリッド車両においては、初回始動以外にも、内燃機関の追加始動を実行しなければならない。これについては、エンジン・オート・スタート／ストップ・システム搭載車に関して行った上記の説明が相応に準用される。
【０００９】
このような新しい運転戦略（追加始動および／または再始動）では、その結果もたらされる始動挙動の修正とあいまって、それぞれの内燃機関に合わせてチューニングされるスタータモータとあわせ、それに付属する、従来型車両において採用されていたコンポーネントと比べて一段とパワフルなエネルギ供給装置が要求される。従って、従来型車両において採用されていたコンポーネントを、これらの新型車両においても無造作に導入するというわけにはいかないようになっている。
【００１０】
さらにもう一つの次のような観点からも、修正が加えられ、またそれにより刷新されたスタータモータの導入が求められている。すなわち、例えばマイクロハイブリッド車両またはマイルドハイブリッド車両において導入されるような、斬新な駆動アーキテクチャにより、スタータモータにとっては新しい動作電圧が規定されることになる。これらの駆動コンセプトにおいては、スタータモータへの給電が別個の車載バッテリ電源網を介して行われるようになっているが、その電圧は、１２Ｖ超から６０Ｖまでの範囲内に位置するとよいが、３００Ｖを上回ってもかまわない。いずれにせよこの電圧は、一般には１２Ｖである従来型の車載バッテリ電源網の電圧を上回ることになる。
【００１１】
斬新なスタータモータの開発を必要するさらにもう一つの観点が、従来型の鉛蓄電池と比べて、非常に高い短絡電流をもたらしかねない、電気エネルギ貯蔵装置が導入される点である。例として所謂スーパーコンデンサに言及するが、それだと最大で１５００Ａオーダーの短絡電流がもたらされることがある。
【００１２】
これまでと同じやり方だと、上述のそれぞれの観点、すなわち点火方式、気筒数に配慮した上で、始動工程の間にスタータモータが消費する理想的な電力に対して、および／または始動工程の間にスタータモータを通り流れる理想的な電流に対して、みながみな、それぞれ独自の要求を課すことになる、内燃機関の運転温度、新しい運転戦略、新しい駆動アーキテクチャ、さらには新しい電気エネルギ貯蔵装置についても配慮するとなると、個別に設計されるスタータモータおよび付属エネルギ供給装置は、多数にわたることになる。その結果、これらの観点の内の複数、特に新しい運転戦略、新しい駆動アーキテクチャ、および新しい電気エネルギ貯蔵装置の各観点が応用される車両においては、内燃機関の運転温度にそれぞれ配慮した上で、そのような車両に、個々の観点に関して独自化された多数の始動システム（スタータモータおよび車載バッテリ電源網）を装備することが要求されるようなことになりかねない。それに当該し得る車両の一例が、ハイブリッド車両である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従って本発明の課題は、内燃機関の始動の間にスタータモータが消費する理想的な電力に対して、および／または内燃機関の始動の間にスタータモータを通り流れる理想的な電流に対して、いずれも独自の要求を課すことになる、複数の観点が応用される車両において、独自化された多数のスタータモータもしくは始動システムの代わりに、一つの単独のスタータモータもしくは一つの単独の始動システムだけで済ませられるようにするために、冒頭に記した種類の装置および方法をさらに改良発展させることにあり、特に、既存の利用可能な安価な直流スタータモータを導入できるようにする。全体として、安価で取扱いが容易な、取付け空間をあまり必要としない装置ならびにそれに対応する方法を提供するものとする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この課題は、冒頭に記した種類の装置において、次の手段、すなわち、電気機械を第１の貯蔵ユニットに接続できるようにするために利用される一つの調整ユニットを有している装置により解決されるが、そこではこの調整ユニットが、少なくとも一つの規定された内燃機関運転状態、および／または少なくとも一つの規定された車両運転状態を検出して、少なくともこの内燃機関運転状態の検出結果、および／または車両運転状態の検出結果に従属して、内燃機関を駆動する際に電気機械により第１の貯蔵ユニットから取り出される電力を決定づけるある一つの電気量を調整するように構成されている。
【００１５】
この課題はさらに、冒頭に記した種類の方法において、電気機械を第１の貯蔵ユニットに接続できるようにするために利用される一つの調整ユニットにおいて、次の各工程：
‐ 少なくとも一つの規定された内燃機関運転状態、および／または少なくとも一つの規定された車両運転状態を検出する工程、および、
‐ 内燃機関の駆動時に電気機械により第１の貯蔵ユニットから取り出される電力を決定づけるある一つの電気量、または取り出される電力自体を、少なくともこの内燃機関運転状態の検出結果、および／または車両運転状態の検出結果に従属して調整する工程
が進行するようになっている方法によっても解決される。
【００１６】
本発明に従った装置および本発明に従った方法は、次の考え方に依拠したものである。すなわち、回路構成上、電気機械と第１の貯蔵ユニットとの間に、一つの調整ユニットが挿入される。この調整ユニットを利用して、内燃機関を駆動する際に電気機械により第１の貯蔵ユニットから取り出される電力を決定づけるある一つの電気量、または取り出される電力自体を調整できるようにする。それにより、内燃機関の始動の間にスタータモータが消費する理想的な電力に対して、いずれもそれ自体として独自の要求を課すことになる、複数の観点が応用される車両において、取り出される、またそれにより消費される電力を、直接または間接的に調整する可能性が、それも、いずれも最新の時点で有効となっている観点、もしくはそれぞれ配慮されなければならない観点に基づいて調整する可能性が、与えられることになる。それにより、取り出される電力をそれぞれの観点に従属して調整することが可能となり、従って、それぞれの観点に随伴している始動時の要求項目に対する適合化も実現されることになる。それにより、単独のスタータモータにより、もしくは単独の始動システムにより、それぞれが異なる形で応用される様々な観点、もしくは車両別に配慮が求められる様々な観点により定義される、もしくは予め基準として設定される、取り出される電力、ひいては内燃機関の始動に対する全ての要求事項を満足することが可能となる。この調整ユニットにより、第１の貯蔵ユニットから取り出される、またそれにより電気機械により消費される電力、もしくは、この電力を決定づける電気量を調整したり、能動的に変化させたりすることが可能となる。取り出される電力もしくは電気量の調整が、少なくとも内燃機関運転状態および／または車両運転状態に従属して行われることにより、少なくとも冷間始動時と温間始動時とでは異なる所与の状況に対する適応化とならび、それぞれの新しい運転戦略の様々な所与の状況に対する適応化が可能となる。これは、電気機械の開発もしくは構想段階において次の手順を踏むことにより実現される。すなわち前段階として、内燃機関運転状態または車両運転状態、またはこれら両種類の状態を組み合わせたものが、どのような状態にあるときに、電気機械が消費する電力が最大値となるかを算出する。それから、この電力に合わせて電気機械を設計する。その後には、電力のこの最大値が出現しない内燃機関運転状態または車両運転状態またはこれら両種類の状態の組み合わせを対象として、調整ユニットを利用して、電気機械により第１の貯蔵ユニットから取り出される電力を調整することができる。
【００１７】
この調整ユニットは、第１の貯蔵ユニットから取り出される、またそれにより電気機械により消費される電力を調整もしくは制限できるようにするために利用される、一種の前置スイッチングシステムである。
【００１８】
上述の適応化を可能とするためには、この調整ユニットが、少なくとも一つの検出ユニットと一つの動作制御ユニットとを有していると好適である。この検出ユニットは、少なくとも一つの規定された内燃機関運転状態、および／または少なくとも一つの規定された車両運転状態を検出するように構成されている。動作制御ユニットは、この内燃機関運転状態の検出結果、および／または車両運転状態の検出結果に従属して、取り出される電力、または取り出される電力を決定づけるような電気量を調整するように構成されている。
【００１９】
この調整ユニットの内部で、それ以外の関連性のある様々な量および／またはパラメータが検出されるか、または少なくともその演算処理が行われるようにした場合は、取り出される電力を、さらに別の観点に対して、もしくはこれらの観点により予め基準として設定される様々な要求項目に対して、例えば点火方式に対して、気筒数に対して、採用されることになる駆動アーキテクチャの種類に対して、または使用される電気エネルギ貯蔵装置の種類に対して、適応化することが可能となる。
【００２０】
従って上述の課題は、完全に解決されることになる。
従ってこの調整ユニットは必然的に、電気機械により第１の貯蔵ユニットから取り出される電流を制限するように構成されることになる。従ってこの電流が、取り出される電力を決定づける、調整されなければならない電気量となる。この調整ユニットは、その機能性に関して、一種の調整式もしくは可制御式のインピーダンスに相当している。それにより、取り出される電流を、簡単かつ精確に調整することが可能となるが、取り出される電力についても、それと同じことが言える。従って電気機械は、この電気機械を通り流れる最大限可能な電流に合わせて設計できるようになっているが、その場合は、この電流が出現しない内燃機関運転状態または車両運転状態または両種類の状態を組み合わせたものについては、電気機械を通り流れる電流が、相応により低い値に制限されることになる。
【００２１】
この電気機械は、複数の固定子巻線を有しており、このため前記各対策のさらにもう一つの構成形態においては、調整ユニットが、個々の固定子巻線を対象として電流を制限するように構成されている。この対策には、電気機械により取り出される電力もしくは電気機械を通り流れる電流を非常に精密に調整可能であるという長所がある。
【００２２】
本発明のさらにもう一つの構成形態においては、調整ユニットが、少なくともその一部の機能部分においては、一種のステップダウントランスの機能性を実現するように構成されている。そのためにこの調整ユニットは、出力部に当該するその機能部分の入力側に、一つのスイッチング素子、特に一つのＭＯＳＦＥＴトランジタと、一つのフリーホイーリングダイオードとを有しているが、その際にはこのフリーホイーリングダイオードの代わりに、さらにもう一つのトランジタが導入されてもかまわない。ステップダウントランスの機能性を実現するために必要なストレージ・インダクタとして、電気機械が有している複数個の固定子巻線の内の少なくとも一つが使用されると好適である。調整ユニットに内蔵される各コンポーネント、ここでは一つのスイッチング素子と一つのフリーホイーリングダイオード、または二つのスイッチング素子のいずれかであるが、これらを、電気機械のこの固定子巻線と組み合わせることによって、古典的なステップダウントランスとは対照的に、平滑化コンデンサを一つも有していない、改良型のステップダウントランスが成立することになる。ステップダウントランスは、構造が極めてシンプルで頑丈な、作動信頼性に非常に優れた変圧器である。ステップダウントランスは、その出力側に提供される電圧値が、その入力側に供給される電圧値を下回ることを特色とする。出力側に提供される電圧値は、このスイッチング素子のオンオフ制御を通じて決定されるようになっている。
【００２３】
電気機械が推進目的で車両に導入されたものである場合は、推進時にこの電気機械を通り非常に大きなアンペア数の電流が流れることがある。この理由から、ステップダウントランスの機能性を実現するために必要なインダクタについても、寸法諸元を相応に大型化することが要求される。それに対応する適切なインダクタのインダクタンス値は、数μＨオーダー、好適には５μＨから６μＨまでの範囲内、またはいわんやそれ以上の値となる。インダクタンス値が６μＨを上回るストレージ・インダクタには、ステップダウントランスを動作させるためのクロック周波数を低減することが可能となり、それによりそれぞれのスイッチング素子におけるスイッチング損失を小さくすることができるという長所がある。そのようなインダクタには、大型であるだけでなく、高価であるという短所がある。これについては、今では本発明の発明者により、電気機械の内部にいずれにせよ存在している複数の固定子巻線の内の少なくとも一つを、ストレージ・インダクタとして、すなわちステップダウントランスの機能性を実現するために、導入可能であることが突き止められている。それにより独自の、追加装備が求められる大型で高価なインダクタを放棄できるようになるが、これは、コストダウンにつながる上に、所要取付け空間も低減されることになる。この電気機械はピニオンスタータモータであると好適であり、ステップダウントランスの機能性を実現するためには、その電機子コイルが使用されることになる。このピニオンスタータモータは、永久磁石型直流モータとして構成されていると好適である。これは、電子整流式の直流モータであると好適である。
【００２４】
調整ユニットに内蔵されるコンポーネントを電気機械のコンポーネントと組み合わせることによって、上述の電気量または取り出される電力の自己調整を行うことができるステップダウントランスが成立することになる。換言すれば、調整ユニットにより、これが電気機械と協働することによって、上述の電気量または電力の自己調整が可能となる。この改良型ステップダウントランスは、空間的に切り離されているコンポーネントである、調整ユニットに内蔵される第１のコンポーネント（スイッチング素子および／またはフリーホイーリングダイオード）と、電気機械に内蔵される第２のコンポーネント（固定子巻線）とから成っている。
【００２５】
本発明のさらにもう一つの構成形態においては、調整ユニットがさらに、ある一つの内燃機関特性量に従属して、電気量または取り出される電力を調整するように構成されている。この特性量は、内燃機関の始動挙動、特に始動工程の間の内燃機関の経時挙動を特性化した量であると好適である。これは、内燃機関の始動挙動に従属して、始動工程の間に第１の貯蔵ユニットの電気機械から取り出される電力もしくはその際に電気機械を通り流れる電流が、調整もしくは制限されることを意味している。電気機械のそれぞれの固定子巻線を通り流れる電流に関して、始動工程中に内燃機関の初回の圧縮行程を最後まで完了できるような十分に高い値を、突入電流ピークに続く電流ピークが有しているように、この調整もしくは制限が行われると有利であるが、なぜならば、そうでない場合は、エンジンがかからなくなるからである。従ってこの特性量は、上述の電流ピークを特性化した量、好適には上述の電流ピークと相関関係にある電流値、および／またはそれに付属する時間値である。
【００２６】
あるいはその代わりに、またはそれに補足して、この特性量は、この時間内にはエンジンがかからなければならないとされる、守らなければならない始動時間であってもかまわない。そのために、内燃機関を駆動する際には、第１の貯蔵ユニットから取り出されなければならない電力、ひいては内燃機関の駆動に必要な電力、もしくは電気機械を通り流れる電流が、この始動時間から算出されて、調整もしくは制限されるようになっている。あるいはその代わりに、もしくはそれに補足して、この特性量は、始動工程の際に電気機械が克服しなければならない内燃機関のトルクであってもかまわない。そのために、このトルクに従属して、電気機械により加えられることになる電力に関する値、ひいては始動工程の間に電気機械を通り流れる電流に関する値が算出されるようになっている。
【００２７】
内燃機関を駆動する際に、電気機械により第１の貯蔵ユニットから取り出されなければならない電力に関する値、または電気機械を通り流れる電流に関する値を算出するために、どの量を前提として用いるかに関係なく、要求される電力もしくは要求される電流への調整もしくは制限を行うために、調整ユニットの内部に存在している各半導体素子のオンオフ制御に利用されるデューティ比に関する値が、この量に従属して算出されるようになっている。
この特性量は、適用の枠内で先立って算出されて、調整ユニットの内部に記憶もしくは保存されている量であると好適である。この電気量または取り出される電力自体の調整にあたっては、第１の貯蔵ユニットの充電状態を表している量に配慮できるようにすると有利であり、またその場合は、この量が第１の貯蔵ユニットに印加される電圧であると好適である。
【００２８】
本発明のさらにもう一つの構成形態においては、起動可能なブリッジングユニットが備えられているが、その起動時に、電気機械は調整ユニットをバイパスして第１の貯蔵ユニットまたは第２の貯蔵ユニットに直結されている。この対策には、次に挙げる長所がある。例えば冷間始動時には、特に周囲温度が非常に低いときに始動が実行される場合は、始動工程の間に電気機械を通り極端に高い電流が流れることになる。このときに、電気機械が調整ユニットを介して第１の貯蔵ユニットに接続されている状態に回路構成が維持されたままであると、調整ユニットの制限機能により、内燃機関の始動に必要な極端に高い電流への調整が不可能になる事態を来すことがある。今では、ブリッジングユニットを起動させることにより、この回路構成が解消されて、電気機械が第１の貯蔵ユニットまたはさらにもう一つの第２の貯蔵ユニット、好適には車載１２Ｖバッテリ電源網内に配置されている鉛蓄電池に直結されることによって、調整ユニットの制限機能性が効力を発することがなくなるために、この極端に高い電流を実現することが可能となる。特定の状況におけける初回始動時にも、これと同様の手順が要求されるようにするとよい。
【００２９】
既に説明したように、電気機械は複数の固定子巻線を有している。調整ユニットは、これらの固定子巻線のそれぞれを対象として、直列に接続される第１および第２の半導体素子を複数有していると有利であるが、その場合はこの直列回路に、一つのセンタータップが備えられ、これにそれぞれの固定子巻線がつなげられることになる。電気機械が三つの固定子巻線を有する場合は、調整ユニットが、その最小コンフィギュレーションにおいて、六つの半導体素子を利用できることになる。三つの第１の半導体素子と、三つの第２の半導体素子が全てトランジスタである、好適にはＭＯＳＦＥＴトランジスタである場合は、調整ユニットには所謂Ｂ６ブリッジが含まれることになり、三つの固定子巻線には、このＢ６ブリッジを介して電流が供給されることになる。そのために調整ユニットは、一つの固定子巻線を対象として直列に接続されている第１および第２のトランジスタのオンオフ制御を、予め定められたオンオフ制御パターンに従って相補的に実行するように、構成されている。この調整ユニットは、これらの固定子巻線のそれぞを対象として、直列回路を少なくとも二つずつ、好適には直列回路を少なくとも四つずつ、内蔵していると有利であるが、その場合は個々の直列回路が互いに並列接続されることになる。それにより、要求される高電流を実現できるようにしている。
【００３０】
本発明のさらにもう一つの構成形態においては、少なくとも一つの平滑化フィルタが備えられている。この平滑化フィルタは、調整ユニットに内蔵されて、例えばＬＣモジュールとして実施されると好適である。一つの平滑化フィルタを導入することにより、調整ユニットは、出力部に当該するその機能部分においては、古典的なステップダウントランスの回路図に相当するものとなっている。この平滑化フィルタは、万一電圧ピークが出現した場合は、これを減衰することによって、調整ユニットの出力側に印加される電圧を平滑化するという機能を担っている。それにより、外部出力損失およびステップダウントランスの入力側の電圧のノイズを回避することができる。さらに平滑化フィルタを導入することにより、ピニオンスタータモータの各ブラシの摩耗が低減される。
【００３１】
本発明のさらにもう一つの構成形態においては、調整ユニットがさらに、電気機械に印加される電圧を制限するように構成されている。この対策には、次に挙げる長所がある。すなわち車両は、これに新しい駆動アーキテクチャが装備される場合は、従来型の車載バッテリ電源網電圧を上回る電圧を有する、別個の車載バッテリ電源網を自由に利用できることになる。このときには、この別個の車載バッテリ電源網電圧から出発して、従来型の車載バッテリ電源網の電圧値に相当する１２Ｖの電圧を発生することができる。従って、１２Ｖ車載バッテリ電源網に合わせて設計されている電気機械に、この別個の車載バッテリ電源網から電気エネルギを供給する可能性が存在することになる。
【００３２】
当然ながら、上記で指摘した特徴、および下記でさらに詳しく説明する特徴は、本発明の範囲を逸脱することなく、提示されているそれぞれの組み合わせにおいてだけではなく、それ以外の組み合わせにおいても、または単独でも使用できるものである。
図面には本発明の実施例が幾つか示されているが、以下ではこれらについて詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明を説明するための、車両ドライブトレインの一機能部分を示す概略図である。
【図２】本発明が適用される様々な車載バッテリ電源網アーキテクチャを、三つの部分図で示す図である。
【図３】始動工程の間に電気機械を通り流れる様々な電流の電流特性を示す図である。
【図４】古典的なステップダウントランスの回路図である。
【図５】ステップダウントランスの機能性を実現するために調整ユニットの内部に導入される回路の回路図である。
【図６】調整ユニットの構造を示す概略図である。
【図７】調整ユニットの根底にある制御コンセプトを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１には、車両内に配置される内燃機関１０が示されている。この内燃機関１０は、図示されないそれぞれの駆動輪を駆動するために、２マス・フライホイール１２と断続クラッチ１４とを介して、変速機１６に動力伝達が行われるように接続されるようになっている。内燃機関１０にはほかにも、例えばクーラントポンプ１８、エアコン・コンプレッサ２０、発電機２２などの様々なユニットが、動力が伝達されるように接続されて、内燃機関１０により駆動されるようになっている。この車両は、その構造から、従来型の車両に当該する。ハイブリッド車両、特にパラレルハイブリッドとして実施される車両においては、推進のために、内燃機関１０のほかにも、さらにそれに追加して、相応に設計された電気機械が備えられることになる。
【００３５】
内燃機関１０を始動するために、調整ユニット２６を介して第１の貯蔵ユニット２８に接続可能な電気機械２４が備えられている。この第１の貯蔵ユニット２８は、電気機械２４に給電するために備えられている第１の車載バッテリ電源網３０の部材である。
【００３６】
この第１の貯蔵ユニット２８は、スーパーコンデンサであるか、またはリチウムイオン蓄電池であるとよい。
この車両は、基本車載バッテリ電源網とも呼ばれる、第２の従来型の車載バッテリ電源網３２を有している。この第２の車載バッテリ電源網３２は、例えば従来型の鉛蓄電池として実施された第２の貯蔵ユニット３４を有している。第１の電装品３６は、この第２の貯蔵ユニット３４から電気エネルギの供給を受けるようになっている。この第２の貯蔵ユニット３４からは、さらにそれに加えて、第１の供給ライン３８を介して、調整ユニット２６のこの回路構成上の機能部分の動作のために必要な供給電圧が提供されるようになっている。発電機２２は、第１の貯蔵ユニット２８および第２の貯蔵ユニット３４の充電に利用されるが、そこでは第２の貯蔵ユニット３４が、相応に設計された直流変圧器４０を介して、この発電機２２に接続されている。
【００３７】
内燃機関１０の動作制御のために、各種センサ４４から、それに必要な様々な量もしくはデータの供給を受けるエンジン制御ユニット４２が備えられている。このエンジン制御ユニット４２はさらに、調整ユニット２６にも接続されており、それによりこの調整ユニット２６に、その動作に必要な様々なデータまたは量を供給できるようにしている。それに補足して、またはその代わりに、これらのセンサ４４自体によっても、種々のデータまたは量が提供されるようにしてもよい。
【００３８】
調整ユニット２８は、少なくとも一つの規定された内燃機関運転状態、および／または少なくとも一つの規定された車両運転状態を検出するように構成されている。続いてこの状態の検出結果に従属して、内燃機関１０の始動工程の間に、電気機械２４により第１の貯蔵ユニット２８から取り出される電力を決定づけるある一つの電気量が調整されるようになっている。電気機械２４を通り流れる電流が制御されるようにすると好適である。あるいはその代わりに、第１の貯蔵ユニット２８から取り出される電力自体が調整されるようにしてもよい。
【００３９】
オプションとして、起動可能なブリッジングユニット４６が備えられてもかまわないが、これは、図１においては破線により示唆されている。このブリッジングユニット４６の図１に示される配置方式においては、ブリッジングユニット４６が起動される結果、電気機械２４には、第１の貯蔵ユニット２８と調整ユニット２６とから成る経路ではなく、第２の貯蔵ユニット３４から成る経路を介して、内燃機関１０の駆動のために必要な電気エネルギが供給されることになる。ブリッジングユニット４６の起動は、具体的には、例えばリチウムイオン蓄電池として実施されている第１の貯蔵ユニット２８においては、非常に低い周囲温度で内燃機関１０の冷間始動が行われなければならない場合に、要求されるようにするとよい。これは、そのような蓄電池においては、冷間時に内部抵抗が増大し、それに伴い蓄電池から放出可能な出力が減少するためである。初回始動時にも、ブリッジングユニット４６の起動が要求されるようにするとよい。第２の貯蔵ユニット３４から提供されなければならない電圧が１２Ｖであるのに対して、第１の貯蔵ユニット２８からは、２０Ｖから５０Ｖまでのオーダーの電圧が提供されなければならない。
【００４０】
図１に示される概略図は、車載バッテリ電源網アーキテクチャ、もしくは車載バッテリ電源網のトポロジーに対して、何ら限定効果を有するものではない。この後さらに詳しく説明する部分図２ａ、２ｂおよび２ｃには、調整ユニット２６が導入される、異なる車載バッテリ電源網アーキテクチャが示されている。
【００４１】
部分図２ａには、従来型の車載バッテリ電源網４８（標準車載バッテリ電源網）が示されるが、これは、機能性に関して、図１に示される第２の車載バッテリ電源網３２に当該する。この従来型の車載バッテリ電源網４８は、１２Ｖ電源Ｕ１を提供するための貯蔵ユニット５０を有しているが、これは、本発明に言うところの第１の貯蔵ユニットである。この従来型の車載バッテリ電源網４８は、ほかにもさらに第１の電装品３６’と第２の電装品５２とを有している。この貯蔵ユニット４０には、発電機２２’から充電することができるが、この発電機２２’は、１２Ｖ発電機である。電気機械２４’は、調整ユニット２６’を介して、第１の貯蔵ユニット５０に接続されている。周囲温度が低いときに実施されなければならない冷間始動の際には、および／または初回始動のケースでは、ブリッジングユニット４６’を利用して、電気機械２４’は貯蔵ユニット５０に直結されるようになっている。始動工程の間に電気機械２４’を通り流れなければならない、要求される、またそれ故に調整されなければならない電流に従属して、調整ユニット２６’は相応に動作制御されるようになっている。オプションとして、調整ユニット２６’のこの動作制御に際しては、さらにそれに追加して、車載バッテリ電源網の最小電圧に配慮されるようにするとよい。この調整ユニット２６’を利用して、電気機械２４’を通り流れる電流を制限することができるために、そうでない場合は始動工程の間の車載バッテリ電源網電圧の電圧急落を回避するために、電気機械２４’への給電用として備えられることになるであろう、さらにもう一つの貯蔵ユニット５４の導入を見合わせることができる。従来型の（エンジン・オート・スタート／ストップ・システムのない）車両については、従来型の車載バッテリ電源網４９を導入することができる。
【００４２】
部分図２ｂには、直流変圧器４０’を介して、第１の車載バッテリ電源網３０’、所謂別個の追加始動用車載バッテリ電源網に接続されている、第２の従来型の車載バッテリ電源網３２’（基本車載バッテリ電源網）が示されている。両方の車載バッテリ電源網は、この直流変圧器４０’により切り離されている。そのような拡張型車載バッテリ電源網アーキテクチャは、例えば、内燃機関の追加始動または再始動が実施されなければならないエンジン・オート・スタート／ストップ・システムを搭載した車両において導入されるものである。この車載バッテリ電源網アーキテクチャは、内燃機関の再始動が実施されなければならないハイブリッド車両においても導入可能である。第１の車載バッテリ電源網３０’は、１２Ｖ電圧Ｕ１を提供するための第１の貯蔵ユニット２８’と、第３の電装品５６とを有している。この第１の貯蔵ユニット２８’には、調整ユニット２６’を介して電気機械２４’が接続されている。このケースにおいてもブリッジングユニット４６’が備えられているが、これを利用して、部分図２ａに関する説明に準じて、電気機械２４’を第１の貯蔵ユニット２８’に直結できるようになっている。第２の車載バッテリ電源網３２’は、発電機２２’と、第２の貯蔵ユニット３４’と、第１の電装品３６’とを有している。要求される、またそれ故に調整されなければならない電流に従属して、調整ユニット２６’が相応に動作制御されることによって、この電流が流れて、内燃機関に関して予め設定された回転数特性がもたらされるようにしている。オプションとして、この調整ユニット２６’の動作制御に際しては、さらにそれに追加して、車載バッテリ電源網の最小電圧に配慮されるようにするとよい。この調整ユニット２６’に関するそれ以上の説明については、上述の部分図２ａの説明を借用されたい。第１の貯蔵ユニット２８’および第２の貯蔵ユニット３４’は、発電機２２’を介して充電できるようになっている。
【００４３】
部分図２ｃに示される車載バッテリ電源網アーキテクチャは、図１に示される車載バッテリ電源網アーキテクチャに準じたものとなっている。第２の従来型の車載バッテリ電源網３２’は、直流変圧器４０’を介して、第１の車載バッテリ電源網３０’に連結されている。この第１の車載バッテリ電源網３０’は、所謂追加始動用車載バッテリ電源網である。第２の車載バッテリ電源網３２’は、第２の貯蔵ユニット３４’と第１の電装品３６’とを有している。電気機械２４’は、調整ユニット２６’を介して、第１の車載バッテリ電源網３０’に含まれる第１の貯蔵ユニット２８’に接続されている。第１の車載バッテリ電源網３０’は、ほかにもさらに発電機２２’と第３の電装品５６’とを有している。電気機械２４’は、ブリッジングユニット２２’を利用して、第２の貯蔵ユニット３４’に直結できるようになっている。第２の貯蔵ユニット３４’は、好適にも鉛蓄電池として構成されており、それにより、周囲温度が低いときに実施されなければならない冷間始動の際には、および／または初回始動のケースでは、電気機械２４’に、調整ユニット２６’をバイパスして、第２の貯蔵ユニット３４’から電気エネルギを供給できるようにしている。部分図２ｃに示される車載バッテリ電源網アーキテクチャは、例えばマイルドハイブリッド車両として構成された車両において導入できるものである。調整ユニット２６’を導入することにより、第２の車載バッテリ電源網３２’内で提供される１２Ｖ車載バッテリ電源網電圧よりも格段と高い電圧、好適には２０Ｖと６０Ｖの間の電圧を有している第１の貯蔵ユニット２６’からも、電気機械２４’に給電可能とすることを実現している。この車載バッテリ電源網アーキテクチャにより、１２Ｖ供給電圧用に設計されている電気機械、所謂１２Ｖスタータを、１２Ｖを上回る供給電圧を利用して動作させることが可能となる。
【００４４】
この場を借りて付言するが、図１および２においては、ブリッジングユニット４６ならびに４６’がいずれも破線で示されている。これは、ブリッジングユニットが必ずしも備えられなければならないものではないことを示唆するものである。使用される各コンポーネント、特に貯蔵ユニット２８ならびに２８’が相応に構成される場合は、ブリッジングユニトの導入を放棄することができる。
【００４５】
図３には、始動工程の間に電気機械を通り流れる様々な電流の電流特性曲線が示されている。符号５８で示される第１の電流特性曲線は、本発明に従った調整ユニットが装備されない車載バッテリ電源網においてもたらされるような電流特性を示したものである。最初に最大短絡電流Ｉｍａｘに達する初期ピーク６０が見られた後は、実質的に周期的な、内燃機関の各気筒内の圧縮行程に対応した交流が出現している。これに対して、符号６２および６４で示される第２および第３の電流特性曲線は、本発明に従った調整ユニットが装備された車載バッテリ電源網においてもたらされるような電流特性を示したものである。この調整ユニットを導入することにより、電気機械を通り流れる、様々な、パラメータ化が可能な電流を調整することが可能となる。図示の例においては、電流特性曲線６２により、冷間始動の差際に調整されるような電流が示される。それとは逆に電流特性曲線６４は、温間始動の際に調整されるような電流を表している。第２の電流特性曲線６２および第３の電流特性曲線６３と、第１の電流特性曲線５８とを比較すると明らかであるように、本発明に従った調整ユニットを導入することにより、初期ピーク６０’および６０”が低減される。それにより車載バッテリ電源網電圧の急落が回避されると同時に、電気機械もしくはスタータモータの寿命が増大される。電気機械のブラシも、それほど激しい摩耗を受けることなく、その摩耗量は最小限に低減される。車載バッテリ電源網電圧の急落が回避される、または低減されることによって、例えばサスペンションシステムなどの電装品をさらに追加して始動用車載バッテリ電源網に組み込むことが可能となる。ほかにも、車載バッテリ電源網電圧を安定化させるための対策も放棄することができる。この場合は調整ユニットが、内燃機関の始動のために電気機械に提供してやらなければならない、要求される電力に従属して、内燃機関の始動にとり理想的な、電気機械を通り流れる電流を、能動的に調整もしくは制御するように構成されることになる。この理想的な電流は、それぞれの初期ピーク６０’または６０”に続いて、内燃機関のコンプレッションに対応した交流特性を示すようになっている。この理想的な電流の算出に際しては、内燃機関の始動工程の間に、電気機械の回転数特性に対して課せられている、様々な要求項目に配慮されるようにするとよい。その例としては、温間始動、冷間始動、所謂反射始動、または第１の貯蔵ユニットの異なる充電状態における内燃機関の始動を挙げられる。
【００４６】
図４には、入力電圧Ｕ＿ｉｎを出力電圧Ｕ＿Ｏｕｔに、出力電圧の大きさが入力電圧の大きさよりも小さくなるように変換するために利用される、古典的なステップダウントランス６６の回路図が示される。このステップダウントランスは、直列に接続される第１のスイッチング素子６８と第２のスイッチング素子７０とを有している。この直列回路７２は、センタータップ７４を有している。このセンタータップ７４には、ストレージ・インダクタ７６と平滑化コンデンサ７８とが接続されている。図４に示されるそれぞれの特性Ｓ＿ＨｉｇｈおよびＳ＿ＬｏｗおよびＩ＿ＨｉｇｈおよびＩ＿Ｌｏｗから読み取ることができるように、両方のスイッチング素子６８および７０は相補的にオンオフ制御もしくはクロック制御されるようになっている。このステップダウントランスを、おおよそ２５ｋＨｚオーダーのクロック周波数で動作させると有利であることが判明している。スイッチング素子６８および７０は両方とも、トランジスタとして、特にＭＳＦＥＴトランジスタとして実施されると好適である。
【００４７】
図４に示される、ステップダウントランスに平滑化コンデンサ７８が備えられている図は、何ら限定効果を有するものではない。とりもなおさず出力電圧のリップルに余りにも過大な要求が一切課せられない場合には、この平滑化コンデンサを放棄することも可能である。ほかにも、この図に示される二つのスイッチング素子は、何ら限定効果を有するものではない。第２のスイッチング素子７０を、フリーホイーリングダイオードで置き換えることも考えられる。ここでさらに言及しておくが、入力電圧Ｕ＿Ｉｎ、出力電圧Ｕ＿Ｏｕｔ、および電圧Ｕ＿ＴＳはみな、地電位を基準としたものである。
【００４８】
図５には、本発明に従った調整ユニットの一部の機能部分が示されている。電気機械２４、正確に言うとスタータモータは、複数の固定子巻線を有している。これは、三つの固定子巻線を有する電気機械であると好適であるが、図４には、これらの固定子巻線の内の一つが、符号８０を付して示されている。図５に記載される電圧Ｕ＿ＥＭＫは、電気機械の軸８２の回転運動に基づき生じる、固定子巻線８０に関する起電力である。
【００４９】
図５に示される調整ユニットの機能部分８４は、固定子巻線８０を通り流れる電流を提供する、そのために固定子巻線８０に接続されている、調整ユニットの出力部の機能部分である。この調整ユニットは、電気機械の個々の固定子巻線を対象として、電流を調整もしくは制限するように構成されている。機能部分８４は、第１のスイッチング素子６８と第２のスイッチング素子７０とを有しているが、これらはセンタータップ７４とともに一つの直列回路７２を形成している。このセンタータップ７４には、固定子巻線８０がつなげられている。図５に示される機能部分８４は、ステップダウントランスの機能性を実現するように構成されている。ステップダウントランスの機能性を実現するために必要なストレージ・インダクタとして、固定子巻線８０が使用されるようになっている。電気機械のその他の固定子巻線についても、これと同じことが言える。
【００５０】
両方のスイッチング素子６８、７０および固定子巻線８０を結合することにより生じる回路は、改良型のステップダウントランスである。図５に破線の描画により示唆されるように、オプションとして、とりもなおさず電気機械２４の各ブラシの過剰な摩耗を回避するために、出力電圧Ｕ＿ＶＧの平滑化が必要である場合は、平滑化フィルタ８１が備えられるようにするとよい。この平滑化フィルタ８１を導入することによって、第１のスイッチング素子６８、第２のスイッチング素子７０、ならびに、平滑化フィルタ８１の部材であるコイルおよびコンデンサの各コンポーネントから成る、古典的なステップダウントランスが得られることになる。古典的な（平滑化フィルタ８１が備えられた）ステップダウントランスであるのか、それとも改良型のステップダウントランスであるかに関係なく、第１の貯蔵ユニット２８、２８’、または５０により提供される電圧は、それよりも低い値に変換されることになる。電圧Ｕ＿ＶＧは、調整ユニットのこの機能部分８４により提供される電圧を表したものである。
【００５１】
図６からは、調整ユニット２６の構造を見て取ることができる。図６においては、括弧内の小文字でそれぞれの端子が示されているが、図１に示されるラインにも、それぞれ対応する、これと同じ小文字で示されている端子が備えられている。図６に示される、調整ユニットの出力部に当該する機能部分８４に関して言うと、これは、電気機械の一つの固定子巻線を対象として図示されたものである。
【００５２】
調整ユニット２６は、値が５Ｖである第１の供給電圧を提供するために利用される、第１の電圧供給ユニット８６を有している。さらに調整ユニット２６は、１０Ｖと１３Ｖの間に位置する第２の供給電圧を提供するための、第２の電圧供給ユニット８８を有している。符号９０によりバスユニットが示されるが、端子（ｄ）および（ｅ）を介して供給されるデータは、このバスユニットを利用して制御ユニット９２に供給される。この制御ユニット９２には、ほかにもさらに電流センサ９８により検出される電流値が供給されるようになっている。この電流値は、端子（ｃ）につなげられている固定子巻線を通り流れる電流を表している。この電流値に配慮することにより、この固定子巻線を通り流れる電流を、前もって設定されたある一つの目標値に制御することができる。図６に示される出力側の配列の代案として、この電流センサ９８は、入力側に配置されたものであってもかまわないが、この場合はいずれにせよ検出された電流値の換算が必要となる。
【００５３】
制御ユニット９２は、検出ユニット９４と、評価ユニット９６とを有している。この検出ユニット９４により、少なくとも一つの規定された内燃機関運転状態、および／または少なくとも一つの規定された車両運転状態が検出される。動作制御ユニット９６は、内燃機関運転状態の検出結果および／または車両運転状態の検出結果に従属して、内燃機関１０を始動する際に電気機械２４により第１の貯蔵ユニット２８、２８’または５０から取り出される電力自体を、またはこの電力を決定づけるある一つの量を調整するように構成されている。
【００５４】
この内燃機関運転状態および／または車両運転状態に従属して、第１の貯蔵ユニットから取り出される電力、またはこの電力を決定づけるある一つの量、正確に言うとそれぞれの固定子巻線を通り流れる電流を、冷間始動および温間始動時の様々な所与の状況、ならびにその時々の新しい運転戦略の様々な所与の状況に対して、適応させることが可能となる。実行されなければならないのが温間始動であるのか、それとも冷間始動であるのかは、内燃機関の温度に基づき判定することができる。内燃機関の温度を表す量は、端子（ｄ）を介して供給される。実行されなければならないのが再始動であるのか、それとも追加始動であるのかは、次のようにして検出される。実行されなければならないのが再始動であるのは、車両が静止状態にあるときに、発進信号が発生された場合であるが、この車両静止状態においては、車両が停止しており、かつ内燃機関は停止しているか、またはカットオフ回転数とゼロの間のエンジン回転数で回転している。実行されなければならないのが追加始動であるのは、車両が運動状態にあるときにトルク要求が出された場合であるが、この車両運動状態においては、車両が走行しており、かつ内燃機関は停止しているか、またはカットオフ回転数とゼロの間のエンジン回転数で回転している。従って端子（ｄ）を介して供給されるのは、次に挙げる量、および／または信号、および／またはデータ、すなわち、エンジン回転数を表す量、車両速度を表す量、発進信号、およびトルク要求である。端子（ｄ）を介して供給される量および／または信号および／またはデータは、エンジン制御ユニット４２に由来する。例えば車両速度を表す量に目を向けた場合は、次のような手順も考えられる。この量を、端子（ｄ）から、すなわちエンジン制御ユニット４２から供給する代わりに、相応のセンサにより検出される、これに対応する量が、端子（ｅ）を介して供給されるようにしてもよい。あるいはその代わりにさらに、ホイールスピードセンサを利用して算出された、それぞれの車輪回転数を表す量を、端子（ｅ）を介して供給することも考えられるが、その場合は、車両速度を表す信号の算出が制御ユニット９２内で行われることになる。端子（ｅ）を介して供給されるさらにもう一つの量は、第１の貯蔵ユニットの充電状態を表す量である。
【００５５】
供給されるこれらの量、信号、またはデータのほかにも、制御ユニット９２内では、電力または電流を算出する際に、ある一つの特性量に配慮するようになっている。これは、内燃機関の始動挙動を特性化した量である。この特性量は、冒頭で言及した電流ピークと相関関係にある電流値、および／またはそれに付属する時間値であるとよい。あるいはその代わりに、またはそれに補足して、この特性量は、この時間内にはエンジンがかからなければならないとされる、守らなければならない始動時間であってもかまわない。ほかにもこの特性量は、始動工程の際に電気機械が克服しなければならない内燃機関のトルクであってもかまわない。この特性量とならび、調整ユニットの内部には、電力または電流を算出する際に配慮しなければならない、さらに別の量および／またはデータが、保存されるようにするとよい。これは、内燃機関の気筒数、および／または点火方式に関するデータ、および／または第１の貯蔵ユニットの構成方式に関するデータであるとよい。
【００５６】
内燃機関を駆動する際に、電気機械により第１の貯蔵ユニットから取り出されることになる電力に関する値、または、その際に電気機械を通り流れる電流に関する値を算出するために、上記で説明した量の内、最終的にはどの量から出発するかに関係なく、この量に従属して、デューティ比に関する様々な値が算出されるようになっており、第１のスイッチング素子６８および第２のスイッチング素子７０のオンオフ制御は、これらの量を使用して行われるようになっている。第１のスイッチング素子６８も、また第２のスイッチング素子７０も、いずれも半導体素子として実施されている。デューティ比を表すこれらの量は、評価ユニット９６内で算出されて、続いてドライバーユニット１００に供給される。その後このドライバーユニット１００において、第１および第２のスイッチンング素子６８、７０のオンオフ制御用のドライバー信号が算出される。
【００５７】
図６に示される図から読み取ることができるように、始動工程の間にそれぞれの固定子巻線を通り流れる電流にとり必要なアンペア数を実現できるようにするために、複数の直列回路７２、７２’、７２”および７２”’が並列に接続されている。
【００５８】
第１の構成形態においては、調整ユニット２６に、電圧供給ユニット８６および８８も、また各ユニット９０、９２および１００も、それぞれ一つずつ内蔵されなければならない。その場合は、これらのユニット９０、９２および１００により、調整ユニット２６の回路技術上の機能部分が形成されることになる。この構成形態においては、これらのユニット９０、９２および１００を利用して、電気機械の固定子巻線全体を対象として、それぞれの固定子巻線を通り流れる電流が算出される。代替構成形態においては、調整ユニット２６が、固定子巻線のそれぞれに対して個別に割り当てられるユニット９０、９２および１００を一つずつ有していなければならない。
【００５９】
以下では、この調整ユニット２６の根底にある制御コンセプトについて、図７に基づき説明するが、この制御コンセプトは、制御ユニット９２の内部に、好適には評価ユニット９６の内部に保存されるものである。これは、始動工程の間に電気機械のそれぞれの固定子巻線を通り流れなければならない電流に関する目標値ＩＳＯＬＬと、（図７には示されていない）電流センサ９８を使用して検出される、電流に関する実際値ＩＩＳＴとから出発して、制御偏差ＩＥＲＲＯＲを算出する、電流制御コンセプトである。この制御偏差ＩＥＲＲＯＲは、第１の比例積分調節器１０２を使用して、制御電圧ＵＣＴＲＬに変換される。この制御電圧ＵＣＴＲＬは、のこぎり波発振器１０４を使用して算出されるのこぎり波形信号ＵＳＡＷＴＯＯＴＨを使用して、デューティ比を表す量に変換される。第１の算出ユニット１０６において、第１のスイッチング素子６８に関するデューティ比を表す第１の量が算出される。第２の算出ユニット１０８において、第２のスイッチング素子７０に関するデューティ比を表す第２の量が算出される。その際にこの第１および第２の量は、第１および第２のスイッチング素子６８および７０のオンオフ制御が逆に行われるように、算出されるようになっている。第１および第２の量はドライバーユニット１００に供給され、そこで続いて第１および第２のスイッチング素子ないしは半導体素子６８、７０のオンオフ制御用のドライバー信号が算出される。
【００６０】
それに補足して、目標値ＩＳＯＬＬに関して、目標値還元算が行われるようにするとよいが、これは、破線で示される目標値還元算ユニット１１０により示唆されている。この目標値還元算により、制御偏差ＩＥＲＲＯＲを算出する際、ひいては設定されなければならないデューティ比を最終的に算出する際には、第１の貯蔵ユニットの充電状態に配慮されるようにしている。この目標値還元算では、電圧の実際値ＵＩＳＴと電圧の最大値ＵＭＡＸとの間に存在する電圧偏差を表す偏差量が算出される。電圧の実際値ＵＩＳＴは、例えば図７には示されていないシャント抵抗を利用して算出される。電圧の最大値ＵＭＡＸは、第１の貯蔵ユニット２８により提供される電圧に相当する、車載バッテリ電源網電圧を表している。このようにして算出された電圧偏差は、制限ユニット１１２において一旦制限された後、続いて第２の比例積分調節器１１４において電流補正値に変換される。
【００６１】
図７においては、第１および第２のスイッチング素子６８、７０が制御対象系１１６の部材として描かれている。図７からは、この制御対象系１１６に属するさらに別のコンポーネントを読み取ることができる。これらのコンポーネントは、第１の貯蔵ユニット２８、第１の車載バッテリ電源網３０、および電気機械２４の所与の状況を再現するものであり、このため離散的に構成されるコンポーネントではない。これらのコンポーネントは、詳細には、第１の貯蔵ユニット２８の内部抵抗１１８、第１の車載バッテリ電源網３０のライン抵抗１２０、第１の車載バッテリ電源網３０のラインインダクタ１２２、電気機械２４の一つの固定子巻線の巻線抵抗１２４、電気機械２４のこの固定子巻線の巻線インダクタ１２６、ブラシ接触電圧を表す電圧源１２８、およびこの固定子巻線に印加される電圧を表す電圧源１３０である。図７においては、図を見易くするために、平滑化フィルタの図示を断念している。この平滑化フィルタは、センタータップ７４”’とライン抵抗１２０との間に挿入されるとよいかもしれない。
【００６２】
調整ユニットは、車載バッテリ電源網電圧が２０Ｖと５０Ｖの間に位置する第１の車載バッテリ電源網を利用した内燃機関の再始動および／または追加始動が可能であるように構成されると好適であるが、その場合は始動工程において、アンペア数が５００Ａに制限された電流が、約０．５ｓの時間にわたり、個々の固定子巻線を通り流れることができるようにすべきである。
【００６３】
本発明に従った調整ユニットの導入には、次に挙げる長所がある。
‐ スタータモータと車載バッテリ電源網とから成る単独のスタータシステムを利用して、内燃機関の様々な運転温度（冷間始動、温間始動）において、内燃機関がこの時間内には始動されなければならないという、理想的でしかも急速な始動時間が常に実現される。
‐ 様々な運転戦略（再始動および／または追加始動）、様々な点火コンセプト、様々な気筒数の内燃機関、様々な駆動アーキテクチャ（例えばマイクロハイブリッド車両またはマイルドハイブリッド車両）、様々なエネルギ貯蔵装置（例えばスーパーコンデンサ）、または内燃機関の運転温度に従属した様々な始動シナリオのために、一つの標準化スタータモータを使用することができる。
‐ 能動的な電流制限により、スタータモータの炭素ブラシの酸化が低減され、それによりその寿命が増大される。
‐ 追加始動用車載バッテリ電源網内ないしはスタータ用車載バッテリ電源網内の、始動工程の間の有意な不足電圧が回避される。それにより、一方ではさらにもう一つの電装品を、追加始動用車載バッテリ電源網に追加して組み込むことが可能となる。他方では、追加始動用車載バッテリ電源網への、車載バッテリ電源網を安定化させる直流変圧器の追加、または貯蔵装置の追加を放棄することができる。
【００６４】
上記で、電流が電気機械を通り流れることを話題にした箇所について、これは、電流が電気機械の複数ある固定子巻線の内少なくとも一つを通り流れることであると解釈できるものである。
【符号の説明】
【００６５】
１０  内燃機関
１２  ２マス・フライホイール
１４  断続クラッチ
１６  変速機
１８  クーラントポンプ
２０  エアコン・コンプレッサ
２２  発電機
２４  電気機械
２６  調整ユニット
２８  第１貯蔵ユニット
３０  第１車載バッテリ電源網
３２  第２車載バッテリ電源網
３４  第２貯蔵ユニット
３６  第１電装品
３８  第１供給ライン
４０  直流変圧器
４２  エンジン制御ユニット
４４  センサ
４６  起動可能なブリッジングユニット
４８  従来型の車載バッテリ電源網
５０  貯蔵ユニット
５２  第２電装品
５４  さらにもう一つの貯蔵ユニット
５６  第３電装品
５８  第１電流特性曲線
６０  初期ピーク
６２  第２電流特性曲線
６４  第３電流特性曲線
６６  古典的なステップダウントランス
６８  第１スイッチング素子
７０  第２スイッチング素子
７２  直列回路
７４  センタータップ
７６  ストレージ・インダクタ
７８  平滑化コンデンサ
８０  固定子巻線
８１  平滑化フィルタ
８２  軸
８４  調整ユニットの機能部分
８６  第１電圧供給ユニット
８８  第２電圧供給ユニット
９０  バスユニット
９２  制御ユニット
９４  検出ユニット
９６  評価ユニット
９８  電流センサ
１００  ドライバーユニット
１０２  第１比例積分調節器
１０４  のこぎり波発振器
１０６  第１算出ユニット
１０８  第２算出ユニット
１１０  目標値還元算ユニット
１１２  制限ユニット
１１４  第２比例積分調節器
１１６  制御対象系
１１８  内部抵抗
１２０  ライン抵抗
１２２  ラインインダクタ
１２４  巻線抵抗
１２６  巻線インダクタ
１２８  電圧源
１３０  電圧源
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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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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【国際調査報告】
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