(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
切換部材が設けられており、該切換部材は、２つの歯車が噛合った状態になる前の第１の期間（４０）後、第２の期間（４１）中にリレー電流を所定の電流値まで下げるように構成されている、
２つの歯車を噛合った状態にさせる内燃機関始動装置の結合用リレーのための回路装置において、
前記切換部材は制御および調整装置（２）を有しており、該制御および調整装置（２）は第３の期間（４２）中、リレー電流（Ｉｒ）をまえもって定められた値まで高め、ここで該第３の期間（４２）は、一方の歯車が他方の歯車に到達したときに始まることを特徴とする、
結合用リレーのための回路装置。
【請求項２】
前記制御および調整装置（２）は、リレー電流を測定する電流センサ（３３）を有している、請求項１記載の回路装置。
【請求項３】
前記制御および調整装置（２）は、前記電流センサ（３３）のの測定信号に依存してリレー電流を調整する、請求項２記載の回路装置。
【請求項４】
前記結合用リレー（７）は、始動モータ（５１）のアーマチュア巻線および／またはフィールド巻線（２７，２９）と直列に接続されており、前記始動モータ（５１）は少なくとも前記の第２の期間および／または第３の期間（４２）中、低減された電力でリレー電流により作動される、請求項１〜３のいずれか１項記載の回路装置。
【請求項５】
前記制御および調整装置（２）は、少なくとも前記の第２および／または第３の期間（４１，４２）中、前記始動モータ（５１）を作動させるように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項記載の回路装置。
【請求項６】
前記制御および調整装置（２）から結合用リレー（７）へ供給される制御信号はパルス幅変調されている、請求項１〜５のいずれか１項記載の回路装置。
【請求項７】
前記のリレー電流の低減は、制御信号におけるオン／オフ比の変更により行われる、請求項６記載の制御および調整装置。
【請求項８】
噛合い機構が設けられており、該噛合い機構は少なくとも第２または第３の期間（４１，４２）中、前記の２つの歯車のうちの一方を相対的に低い速度で回転させる、請求項１〜３のいずれか１項記載の回路装置。
【請求項９】
前記制御および調整装置（２）は時限素子を有しており、該時限素子は、直前のスタート後所定の時間が経過する前は始動装置（１）の再スタートを阻止する、請求項１〜８のいずれか１項記載の回路装置。
【請求項１０】
前記制御および調整装置（２）は、結合用リレーの温度またはアーマチュア巻線の温度に依存してリレー電流を調整する、請求項１〜９のいずれか１項記載の回路装置。
【発明の詳細な説明】
従来の技術
本発明は、内燃機関の始動装置における２つの歯車を噛合させる結合用リレーのための回路装置に関する。
ドイツ連邦共和国特許出願DE 195 035 36により、補助リレーの駆動電流を制御する開ループ回路および／または閉ループ回路を有する結合用リレーのための回路装置が知られている。従来技術における補助リレーは、内燃機関の始動過程中に結合用リレーのリレーコイルを介して流れる電流を、イグニッションスタートスイッチないしは走行スイッチから分離するために用いられる。このことは、約８０〜１００Ａとすることのできる結合用リレーに必要な電流を補助リレーによってスイッチングすることにより行われる。この場合、補助リレーは、結合用リレー電流よりも小さい駆動電流を必要とし、これはこの構成によればイグニッションスタートスイッチまたはドライブスイッチを介してスイッチング可能である。
開ループ制御または閉ループ制御された電流によって、補助リレーをその構造サイズに関して小さくすることができる。
従来技術により公知の形態において欠点となるのは、補助リレーの駆動電流しか開ループ制御または閉ループ制御できないことである。結合用リレーの電流調整は行われない。したがって結合用リレーは内燃機関の始動過程中、常に一定の電流で動作し、この電流はいかなる場合でも結合用リレーが十分な磁気的力を発揮するように選定されている。
公知の構成の重大な欠点は、力と変位に関する双曲線状のリレー特性曲線に起因するものであり、つまり空隙が狭くなると、結合用リレー接極子が不必要に高く加速する。結合用リレー接極子はレバー機構により始動装置のドライビングピニオンを軸線方向に移動させるので、結果としてドライビングピニオンの加速も高まることになる。始動過程において、ドライビングピニオンが駆動すべき歯車に対し相対的に、個々の歯車の２つの歯が直接向き合うように設定されていると、両方の歯車を互いに係合させることができない。このとき、結合用リレーおよびレバー機構によってドライビングピニオンが非常に激しく加速されて駆動すべき歯車にぶるかると、両方の歯車が打ち当たったときにかなり強い力を補償しなければならない。このような強い力によって、歯車の歯が完全に損傷してしまうおそれがある。
さらに従来技術によれば、２つの歯車の歯がぶつかり合ったときに、一方の歯車を他方の歯車に対し相対的に旋回させる機構が公知である。このような機構は噛合い伝動機構として知られている。この場合の欠点は、結合用リレーによりレバー機構を介して歯車に対し相対的に動かされたドライビングピニオンが（既述のように）非常に激しく加速されることである。したがって、結合用リレーを介してドライビングピニオンへ伝達される強い力と、メッシュギアを介して引き起こされる旋回運動とが組み合わさって、歯車の磨耗がいっそうひどくなる。それというのも、両方の歯車部材が力と回転運動によって擦れ合うからである。その結果、歯と歯が衝突したときや噛み合うまでに遊転する際に生じる既知の「クランキング音」ないしは「遊転音」が生じる。
従来技術の別の構成によれば、始動装置のスタータモータがメッシュギアの役割を担っている。この構成によれば、ドライビングピニオンの歯が駆動すべき歯車にぶつかったときに始動装置のモータに対し、ドライビングピニオンが駆動すべき歯車よりも速く回転運動して噛合うように、定格電流が流される。結合用リレーによりドライビングピニオンに作用する力と高いモータ回転数とが組み合わさって、激しく磨耗するようになるし、あるいはそれどころか、歯車部材の上記の「クランキング音」によりそれが破損してしまう。ガソリン消費低減の流れに沿ってスタート・ストップ動作を行うように構成されており、したがって始動過程の回数が増えた車両であると、始動装置の寿命が短くなってしまう。
発明の利点
本発明は、２つの歯車を噛合った状態にさせる内燃機関始動装置の結合用リレーのための回路装置に関する。この場合、制御および調整装置が設けられており、この制御および調整装置は２つの歯車が噛合う前の第１の期間後、第２の期間中にリレー電流を所定の電流値まで下げる。
本発明による回路装置は以下の利点を有している。すなわち、上記のように制御および調整装置は２つの歯車が噛合う前の第１の第１の期間後、第２の期間中にリレー電流をまえもって定められた値まで下げるように構成されており、これによってリレー接極子に作用する磁気力が低減されて発生する。力と変位に関する双曲線状のリレー特性曲線により、リレー接極子とリレーコイルとの間の空隙が小さくなっていっても、それと同時にリレー電流も小さくなっていくことで、ドライビングピニオンの不必要に高い加速が回避される。
その結果、始動装置に関して、歯車の各エレメントがぶつかり合うときに生じる力が小さくなることにより磨耗が減少し、そのためスタータピニオンとリングギヤについて寿命を延ばせるようになる。そしてこのことで、この始動装置の可能な始動回転数を５〜１０倍の値まで高めることができる。
さらに本発明の回路装置によれば、駆動すべきリングギヤへドライビングピニオンが噛合うときのノイズも抑えられる。この場合、歯がぶつかり合うときに始動装置における始動モータが著しく下げられた回転数で回転し、その結果、両方の歯車におけるエレメントのいわゆる「クランキング音」ないしは「遊転音」が抑えられることで、ノイズの低減が実現される。
さらに別の利点として以下のことが挙げられる。すなわち、ドライビングピニオンが第２の期間中、あまり激しくは加速されず、その際、ドライビングピニオンが適切なピニオン運動制限機構たとえばロータ軸上に取り付けられたストッパリングに当接しても、ドライビングピニオンを「跳ね返す」ような激しい力が発生しない。つまり、両方の歯車の歯とギャップが向き合った位置において噛合い過程が確実に実行され、ピニオンがストッパリングにぶつかったときに生じる大きな力によってピニオンがその結合運動中に跳ね返されて、場合によっては駆動すべき歯車から噛合い解除されてしまうようなことがない。
本発明の１つの有利な実施形態によれば、制御および調整装置はただ１つの制御出力段によって、結合用リレーの電流も始動モータの電流も結合過程中、制御または調整し、ないしは開ループ制御または閉ループ制御する。この場合、リレー巻線は、巻数を少なくしながら同時に導体横断面積が大きくなるように構成されている。これにより、標準的なリレーの場合と同じ力と変位に関するリレー特性曲線が導出されるが、そのためにはリレー電流を１００Ａ〜１５０Ａのオーダの電流強度まで高める必要があり、その際、リレー電流自体は本発明による回路装置によって制御および調整される。
リレーはこの実施形態によれば、たとえば直巻モータであれば、フィールド巻線ないしはアーマチュア巻線と直列に接続されている。
始動過程においてリレー電流がロータの始動に必要なレベルに達すると、リレー電流は上記のリレー巻線とフィールド巻線ないしはアーマチュア巻線から成る直列接続回路を流れ、ロータは低い回転数で運動を始める。ドライビングピニオンがロータ軸上に自由回転しないように取り付けられていることにより、結合過程においてドライビングピニオンは駆動すべき歯車に対し相対的に回転し、これにより駆動すべき歯車における２つの歯の間のギャップに入ることができる。
本発明の別の有利な実施形態によれば、リレー電流も始動モータ電流も互いに別個に調整ないし制御することができ、その際、ピニオンの軸線方向運動と回転運動の時間的な分離も行うことができるし、力に関する分離も行うことができる。有利にはこのことは、ドライビングピニオンの結合ないしは噛合いのために軸線方向力を高めると同時に、ロータの駆動トルクを同時に低減することにより実現される。
従属請求項には本発明の有利な実施形態が示されている。
図面
次に、図面を参照しながら実施例に基づき本発明について詳細に説明する。
図１は、第１の実施例による回路装置と結線された内燃機関始動装置を示す図である。
図２は、ドライビングピニオンが辿った軸線方向変位と、モータ電流と、パルス幅変調されたリレー電圧とを、時間に依存して示すダイアグラムであり、個々のダイアグラムは図１による回路装置を有する始動装置が駆動されるときの様子を表している。
図３は、第２の実施例による回路装置と結線された内燃機関始動装置のブロック図である。
図４は、ドライビングピニオンが辿った軸線方向変位とモータ電流とリレー電流を、時間に依存して示すダイアグラムであり、個々のダイアグラムは図３による回路装置を有する始動装置が駆動されるときの様子を表している。
図５は、第３の実施例による回路装置と結線された内燃機関始動装置のブロック図である。
図６は、ドライビングピニオンが辿った軸線方向変位とモータ電流とリレー電流を、時間に依存して示すダイアグラムであり、個々のダイアグラムは図５による回路装置を有する始動装置が駆動されるときの様子を表している。
図７は、さらに別の実施例による回路装置と結線された内燃機関始動装置のブロック図である。
図８は、ドライビングピニオンが辿った軸線方向変位とモータ電流とリレー電流を、時間に依存して示すダイアグラムであり、個々のダイアグラムは図７による回路装置を有する始動装置が駆動されるときの様子を表している。
実施例
内燃機関の始動装置の第１および第２の実施例の場合、たとえば減速ギアを備えていないピニオンシフト式（押込式）スタータ（solenoid starter）が設けられている。つまり、駆動すべきリングギヤへのドライビングピニオンの噛合は、ピニオンシフト式スタータであれば軸線方向で行われる。その際、ドライビングピニオンは始動モータのロータ軸に変位可能に案内されていて、軸線方向の変位によって同時にロータ軸上でピニオンの回転運動も引き起こされる。たとえばこのことは機械的な噛合い伝動機構であれば、ロータ軸表面に付けられたヘリカルスプラインにより行われ、これに連行部材が係合している。この場合、ピニオンが軸線方向に移動することで、連行部材によりロータ軸上のドライビングピニオンが回転運動するようになる。なぜならば、自由回転しないようロータ軸上に取り付けられたピニオンの回転運動は、モータからダイレクトにきているからである。減速ギヤの設けられていないピニオンシフト式スタータとしたこの実施例の構成の場合、ドライビングピニオンはたしかにロータ軸上に変位可能に取り付けられているけれども、始動過程においてはロータ軸を介してダイレクトに駆動され、それによってピニオンは始動モータのロータと同じ回転数で回転することになる。
第３および第４の実施例の場合にもやはり、減速ギヤの設けられていないピニオンシフト式スタータを採用するが、この場合には機械的な噛合い伝動機構を省略することができる。つまり、ロータ軸上での結合過程中、ドライビングピニオンを回転運動させる必要がない。
さらに、最初に述べた実施形態の場合には直巻モータが設けられており、つまり始動モータの電機子巻線と界磁巻線が直列に接続されている。とはいえ、永久磁石励磁式のモータを用いた実施形態も当然ながら考えられる。また、ロータ軸とドライビングピニオンとの間に減速ギヤを取り付けることも考えられ、これはモータ回転数をピニオンを駆動する別の回転数へ適切なやり方で変換する。もちろん、始動装置に関するその他の実施形態も可能である。このように本発明による回路装置は、慣用のあらゆるスタータ形式に適用可能である。
図１に示されている始動装置１は、ここでは図示されていない複雑な始動過程制御装置の一部分である制御装置２と、内燃機関のスタータ３を有しており、ここでは内燃機関のうち駆動すべきリングギヤ６だけが描かれている。さらにこの図には、イグニッション始動スイッチまたは走行スイッチ（以下ではスタータスイッチ４と称する）と、ここでは図示されていない自動車のバッテリ５も描かれている。
スタータ３は、結合用リレー７、始動モータ５１、噛合い伝動機構５２、ならびにコンタクトブリッジ１０を有している。
結合用リレー７は、リレー接極子８、プルイン巻線９および保持巻線５３から成る。コンタクトブリッジ１０は結合用リレーによって操作可能である。結合用リレー７は、スタータ３のケーシング１２内にあるウェブ１１により保持されている。ウェブ１１とリング１３との間において、リレー接極子８上にリターンスプリング１４が設けられている。また、リレー接極子８の端部には連結レバー１５が取り付けられている。連結レバー１５は、ケーシング１２に取り付けられた軸受け１６において旋回運動するように支承されている。さらに連結レバー１５は、ガイドリング１７と接続されている。このガイドリング１７は、オーバーランニングクラッチ１９の一部分である延長部１８上に変位可能に支承されている。延長部１８の周囲面に噛合いスプリング２０が取り付けられている。オーバーランニングクラッチ１９にはドライビングピニオン２１が対応づけられている。オーバーランニングクラッチ１９は始動モータ５１の一部分であるロータ軸２２上で、ロータ軸長手方向に変位可能に取り付けられている。ロータ軸２２上にはストッパリング２３が取り付けられていて、オーバーランニングクラッチ１９の変位可能な範囲がロータ軸長手方向で制限されるものの、ドライビングピニオンとリングギヤ６との係合は可能であるように構成されている。
ロータ軸表面にはヘリカルスプライン２４が形成されていて、ここには図示されていないオーバーランニングクラッチ１９の連行部材が、このヘリカルスプラインに係合する。さらにロータ軸２２にはアーマチュア２５が取り付けられている。アーマチュア２５にはコミュテータ２６が付けられており、その上にはばね押圧力の加えられたカーボンブラシ５０が当接している。コミュテータ２６は周知のように、アーマチュア巻線２７と導電接続されている。空隙２８と称する間隔をおいて、アーマチュア２５に対しフィールド巻線２９が設けられており、これは磁極片３０の上に取り付けられている。
さらにスタータ３のケーシング１２内には軸受け３１が取り付けられていて、そこにおいてロータ軸２２は旋回可能であるが、実質的に軸線方向には変位しないように支承されている。
始動装置１のところに設けられている制御装置２はスタータ３と電気的に結線されていて、この制御装置は一方ではスタータスイッチ４と接続されており、他方ではプルイン巻線９および保持巻線５３の接点３２と導電接続されている。
図２において一番上のダイアグラムには、リレー電圧Ｕｒ１の定性的な経過特性が時間ｔに依存して描かれており、まん中のダイアグラムには、モータ電流Ｉｍ１の定性的な経過特性が時間に依存して描かれており、さらに一番下のダイアグラムには、ロータ軸２２上で軸線方向に動いたドライビングピニオン２１の変位ｓが時間に依存して描かれている。
図３には本発明による回路装置の第２の実施例が示されており、この場合（既述のように）スタータ３は第１の実施例と同じ形態で設けられているので、それらの構成部材については繰り返し説明せず、ここでは実施例１の回路装置とは異なる変形部分についてのみ触れることにする。
図３には始動装置１ａが示されており、これには制御装置２ａと、スタータ３と、スタータスイッチ４と、バッテリ端子３４と、電流センサ３３が含まれている。
制御装置２ａは図１の制御装置２のように結線されており、この制御装置は一方ではスタータスイッチ４と、他方ではリレー接点３２と導電接続されている。さらに電流センサ３３が設けられており、これは制御装置２ａとリレー接点３２との間に配置されている。電流センサ３３は、電気接続ライン３５を介して制御装置２ａのフィードバック入力側３６と接続されている。制御装置２ａは、ここでは２位置コントローラ３７として構成されている。
図４おいて一番上のダイアグラムにはリレー電流Ｉｒ２の定性的な経過特性が時間ｔに依存して示されており、まん中のダイアグラムにはモータ電流Ｉｍ２の定性的な経過特性が時間に依存して示されており、さらに一番下のダイアグラムには軸線方向におけるピニオンの変位ｓが時間ｔに依存して示されている。
図５には、スタータ３ｂと結線されている第３の実施例による始動装置１ｂが示されており、この場合、スタータ３ｂは変形された結合用リレー７ｂを有している。さらに図５によれば始動装置１ｂには、スタータスイッチ４と制御装置２ｂとバッテリ端子３４が設けられている。
この結合用リレー７ｂと図１による結合用リレー７との相違点は、プルイン巻線９ｂの巻数は減っているが、プルイン巻線９ｂの導体横断面は拡大されている点にある。したがって図１による結合用リレー７と同じ力をもたらすために、結合用リレー７ｂではいっそう多くの所要電流が生じることになる。所要電流はたとえば１００Ａ〜１５０Ａの範囲にある。制御装置２ｂについては図１による制御装置２と同じ機能になっているけれども、制御装置２ｂの構成部分でありここには描かれていない制御出力段は、より大きい電流向けに構成されている。
ここに描かれているスタータ３ｂの構成の場合には、図１に示されているような噛合いスプリング２０を省略できるように変形されている。このような変形は始動装置１ｂの機能から結果として生じたものであるが、この点についてはあとで触れることにする。
図６において一番上のダイアグラムにはリレー電流Ｉｒ３の定性的な経過特性が時間ｔに依存して描かれており、まん中のダイアグラムには変形されたスタータ３ｂのモータ電流Ｉｍ３に関する定性的な経過特性が時間に依存して示されており、さらに一番下のダイアグラムには、スタータ３ｂのドライビングピニオン２１が軸線方向に動いたときの変位ｓの経過特性が時間に依存して示されている。
図７には、本発明による始動装置１ｃの回路装置に関する第４の実施例が示されており、この始動装置にはバッテリ端子３４、スタータスイッチ４、制御装置２ｃおよびスタータ３ｃが含まれている。
スタータ３ｃが図１のスタータ３と異なっている点は、有利には図１による噛合いスプリング２０を省略できるように構成されていることである。さらにスタータ３ｃは付加的な端子３８を有しており、これは制御装置２ｃの第２の出力側３９と電気的に接続されている。この第２の出力側３９は、スタータモータ５１用の制御出力側である。
その他の点については、図１によるスタータ３の構成部材を参照されたい。
図８において一番上のダイアグラムにはリレー電流Ｉｒ４の定性的な経過特性が時間ｔに依存して示されており、まん中のダイアグラムにはモータ電流の定性的な経過特性Ｉｍ４が時間ｔに依存して示されており、さらに一番下のダイアグラムにはピニオンの軸線方向変位ｓが時間に依存して示されている。
次に、各実施例に基づきそれぞれ対応する動作について説明する。
図１に示されているスタータスイッチ４が内燃機関の所望の始動過程の結果として操作されると、スタータスイッチ４が閉じられてバッテリ電圧が制御装置２に加わる。制御装置２は、一定のクロック周波数によりパルス幅変調されたかたちで制御信号を供給する。１つのクロック周期内におけるクロック周期持続時間に対するスイッチングトランジスタのスイッチオン持続時間を表すパルス幅比Ｄは、図２の一番上のダイアグラムに表された第１の期間４０において「１」にセットされる。つまり、このスイッチオン持続時間はクロック周波数の周期持続時間と一致していることになる。パルス幅比Ｄ＝１であるこの第１の期間４０において、制御装置２の構成部分であるスイッチングトランジスタは全バッテリ電圧を結合用リレー７へ伝達するので、それに応じてリレー電流により通電状態の抵抗とインダクタンスが上昇する。結合用リレー７はこの期間４０においてすべてのリレー力を発揮し、このような力はたとえば空気外部温度が低いときにリレー接極子８を「引き離す」のに必要とされ、また、吸着摩擦や最初のばね力の克服にも必要とされる。
この期間４０において、リレー接極子８は図面において右へ移動し、つまり結合用リレー７のプルイン巻線９に引き入れられる。このことで連結レバー１５はその軸受け１６を中心にして時計回りに旋回運動させられ、それにより連結レバー１５はガイドリング１７に助けられてオーバーランニングクラッチ１９をドライビングピニオン２１とともに図面で左方向へ動かすことになる。このようにしてドライビングピニオン２１に関して、図２の一番下のダイアグラムに時間に依存して描かれているように、それが動いたときの変位ｓが生じる。
次に第２の期間４１が続き、その間、パルス幅比Ｄは１よりも小さい値に下げられ、その結果、リレー電流が第１の期間４０のときのリレー電流よりも小さい値に下げられる。
この期間４１において、リレー接極子８は以前よりも弱められた力で結合用リレー７のプルイン巻線９へ引き入れられ、それによりドライビングピニオン２１は速度を下げてリングギヤ６に近づくことになる。第２の期間４１の長さは、いかなる場合でもドライビングピニオン２１がリングギヤ６に到達するように選定する必要がある。この場合、結合用リレー７のリレー接極子８は、図１に破線で描かれておりコンタクトブリッジ１０と接続されているロッドを介して接続ブリッジ１０とつながる程度に深くプルイン巻線９の中に引き込まれ、その結果、バッテリ５とフィールド巻線２９との導電接続が形成される。これと同時に、コンタクトブリッジ１０を介して保持巻線５３がオンになり、プルイン巻線９が短絡される。
そしてコンタクトブリッジ１０を介して流れるモータ電流Ｉｍ１によりアーマチュア２５の回転運動が引き起こされ、それによってロータ軸２２およびドライビングピニオン２１を介してアーマチュア２５の回転運動がリングギヤ６へ伝達される。アーマチュア２５が回転運動を始めると同時に、第３の期間４２においてパルス幅比Ｄが制御装置２内で再び値Ｄ＝１にセットされる。これによって結合用リレー７は再び全力を出すことになり、そのことでドライビングピニオン２１とリングギヤ６とが確実に係合状態を保ったままになる。
噛合い過程中、ドライビングピニオン２１とリングギヤ６とを係合させることができないようなドライビングピニオン位置が生じた場合、たとえば歯車エレメントの２つの歯が互いにじかに向き合っている場合、左へ向かう結合レバー１５の運動により噛合いスプリング２０のばね力が克服され、噛合い伝動機構５２を介してドライビングピニオンが回転運動させられる。このことは、ここには図示されていない連行部材と共働してガイドリング１７を左へ動かすことによって行われる。この場合、連行部材はヘリカルスプライン２４と係合しており、その結果、ドライビングピニオン２１の回転運動が冒頭で述べたようにして行われ、このことでドライビングピニオン２１とリングギヤ６とが係合状態に入れるようになる。
内燃機関の始動過程がさしあたり終了すると、つまりスタータ３からリングギヤ６へトルクが伝達されなくなると、リングギヤ６からドライビングピニオン２１へトルクへの伝達が行われ、ドライビングピニオン２１は従来技術において知られているように、オーバーランニングクラッチ１９を介して再び噛合いが解除される。この場合、リングギヤ６からドライビングピニオン２１へのトルク伝達は、内燃機関の回転数が始動モータ５１の回転数よりも高いときに行われる。始動過程後、スタートプロセスのために旋回されたり動かされたりしたすべての機械的な部材は、再びその初期位置へ戻され、モータ電流およびリレー電流が遮断される。リレー電流はスタータスイッチ４を介して遮断され、その結果、結合用リレー７が「離反し」、その際にコンタクトブリッジ１０が開かれる。
図３に示されている回路装置の実施例は、スタータ３の機械的なコンポーネントに関しては図１に示したスタータ３と同じ動作シーケンスを有している。それゆえここでは、制御装置２ａの動作についてのみ説明する。
所望の始動過程のためにスタータスイッチ４が閉じられ、その結果、バッテリ（バッテリ３４として示す）と制御装置２ａとの間で導電接続が形成される。図１の制御装置２とは異なり、リレー電流Ｉｒ２はパルス幅変調されたリレー電圧によって変えられるのではなく、ここで使用されている従来技術において周知の２位置コントローラ３７によって変えられる。
２位置コントローラ３７によって、リレー電流Ｉｒ２を２つの値に設定することができる。有利には２位置コントローラ３７は、電気接続ライン３５を介してそのフィードバック入力側と接続された電流センサ３３を用いて、制御装置２ａによりまえもって設定された電流値を測定し、その実際値を電流Ｉｒ２の目標値に整合させることができる。
図４における一番上のダイアグラムには、リレー電流Ｉｒ２が描かれている。第１の期間４０における始動過程では、結合用リレー７へのバッテリ電圧印加後に抵抗とインダクタンスに依存して生じる電流値が生じる。その際、結合用リレー７はリレー接極子８の「引き離し」に必要な力を発揮する。
続く第２の期間では、２位置コントローラ３７によりリレー電流Ｉｒ２が低い方の値に下げられる。ドライビングピニオン２１がリングギヤ６と完全に噛合うと第３の期間が始まり、この期間では２位置コントローラ３７によりリレー電流Ｉｒ２が再び高い方の値に上げられる。同時に第３の期間が始まるとともにモータ電流Ｉｍ２がコンタクトブリッジ１０を介して投入され、その結果、内燃機関の本来の始動過程が実行されるようになる。
第１の実施例で述べたように歯と歯が向き合った位置にある場合、第１の実施例と同様に機械的なドライビングピニオンの回転が行われる。
始動過程が完了すると、周知のようにドライビングピニオン２１はリングギヤ６から噛合い解除され、その際、スタータ３におけるすべての機械的なコンポーネントはその初期位置に戻される。このとき、第１の実施例のところで説明したように、モータ電流とリレー電流は遮断される。
次に、図５を参照しながら第３の実施例の動作について説明する。
回路装置２に関する第３の実施例の場合には、変形されたスタータ３ｂが用いられる。
スタータ３ｂの変形によれば、結合用リレー７ｂのプルイン巻線９ｂが次のように変えられている。すなわち、図１による結合用リレー７の場合と同じ力−変位曲線が保証されるけれども、そのためにさらに大きなリレー電流Ｉｒ３の電流強度が必要とされるように構成されている。このことは既述のように、同時に導体横断面積を増やしながらプルイン巻線９ｂの巻数を低減することにより行われる。
既述の実施例のように、プルイン巻線９ｂは同様にフィールド巻線２９およびアーマチュア巻線２７と直列に接続されている。回路に従ってフィールド巻線２９とアーマチュア巻線２７を介して流れる電流消費が大きくなることで有利には、ドライビングピニオンがリングギヤ６と噛合う過程中、スタータ３ｂのアーマチュアは著しく低減された回転数で回転可能になる。このような有利な実施形態により、図１に示した噛合いスプリング２０を第３の実施例では省略可能であり、同様にヘリカルスプライン２４も省略でき、つまりは噛合い機構５２をなくすことができる。しかしここで保証しておかなければならないのは、ドライビングピニオン２１がロータ軸２２上でやはり軸線方向に変位可能なままであるが、適切な措置を講じて、アーマチュアの回転運動によりドライビングピニオン２１が強制的にいっしょに回転させられるようにすることである。
この実施例を実践において実現できるようにするために必要であるのは、制御装置２ｂにおける図示されていない制御出力段が強い耐電流特性を備えているように形成することである。
この第３の実施例の動作は先に述べたように、スタータスイッチ４が操作されると結合用リレー７ｂが周知のように操作され、その結果、ドライビングピニオン２１が軸線方向に運動するようにして行われる。歯と歯が向き合った位置でのドライビングピニオン２１とリングギヤ６と噛合いは、スタータ３ｂのアーマチュア２５が制御装置２ｂを介して供給されるリレー電流Ｉｒ３により期間４０と４１の間、低減された回転数で回転することによって可能となる。ドライビングピニオン２１がリングギヤ６と完全に係合した状態におかれ、その際にリレー接極子８がプルイン巻線９ｂの中に完全に引き込まれた後、コンタクトブリッジ１０が（破線で描かれた結合用リレー７への機械的連結を介して）閉じられる。このとき、コンタクトブリッジ１０を介して全バッテリ電圧がフィールド巻線２９とアーマチュア巻線２７へ印加され、その結果、モータ電流Ｉｍ３がその定格値まで上昇可能となる。
第３の期間中に「流れる」モータ定格電流によりドライビングピニオン２１は、ここには図示されていない内燃機関をリングギヤ６を介して始動回転させるのに必要とされる回転数で回転する。
始動過程が終了すると、ドライビングピニオン２１はオーバーランニングクラッチによって周知のように噛合い解除される。この場合、既述のように機械的なコンポーネントはその初期位置に戻され、リレー電流とモータ電流は遮断される。
図７に示した回路装置の第４の実施例と図１による第１の実施例との相違点は、制御装置２ｃが拡張されていること、スタータ３ｃが変形されていることである。
この場合、スタータ３ｃは、制御装置２ｃの付加的な出力側３９と接続されたコンタクトブリッジ１０へのバイパスを成す端子３８を有している。端子３８はコンタクトブリッジ１０の構成部分であり、したがって有利にはスタータ３ｃに付加的な端子は不要である。出力側３９は制御装置２ｃ内部で、結合用リレー７を制御する出力側とは分離された別の制御出力段と接続されている。
その結果として、始動装置１ｃの動作は有利には次のようになる。すなわち、スタータスイッチ４の閉成により結合用リレー７が給電され、それによりリングギヤ６へのドライビングピニオン２１の噛合い過程が開始されることになる。制御装置２ｃの付加的な制御出力段により、フィールド巻線２９とアーマチュア巻線２７に電流が給電される。制御装置２ｃの出力側３９における付加的な制御出力段を介して供給されるモータ電流Ｉｍ４により、回転数の低減されたアーマチュア２５の回転運動が引き起こされる。
図８には、モータ電流Ｉｍ４のこの種の電流経過特性が描かれている。この図に示されているように、第１の期間４０中、結合用リレー７は周知のように給電されるのに対し、スタータモータは遮断されたままである。結合用リレー７が低減された電力で駆動される第２の期間４１の間にはじめて、制御装置２ｃにより低いモータ電流Ｉｍ４が供給される。ドライビングピニオン２１がリングギヤ６と係合状態になった後、第３の期間４２の始めにコンタクトブリッジ１０の閉成によりモータ電流Ｉｍ４が高められ、その結果、アーマチュア２５は定格回転数で回転するようになり、その際、ロータ軸２２に取り付けられたドライビングピニオン２１によりリングギヤ６がロータ回転数で駆動される。
始動過程が完了すると、ドライビングピニオン２１は周知のようにリングギヤ６から噛合い解除され、さらにすべての機械的なコンポーネントはその初期位置に戻り、その際、リレー電流とモータ電流が遮断される。
ここで明らかなように第４の実施例による回路装置によれば、ドライビングピニオン２１の軸線方向運動および回転運動から時間的に分離されているだけでなく、力に関する分離も可能である。
これにより有利には、リングギヤ６へドライビングピニオン２１を結合させるための結合用リレー７により、高い軸線方向力をもたらすことができるし、これと同時に、モータ電流Ｉｍ４の低減によりアーマチュア２５の駆動トルクを下げることができる。そしてこのことで、ドライビングピニオン２１とリングギヤ６との磨耗を最小限に抑えることができるようになる。
以上要約すると、第１の実施例と第２の実施例とは電流供給に関する変形の点だけが異なっており、その際、第１の実施例ではリレー電圧がパルス幅変調され、第２の実施例ではリレー電流が２位置コントローラによって制御される。
第３および第４の実施例の場合、それぞれスタータの変形が行われている。これに加えて、制御装置２ｂと２ｃも互いに異なっている。制御装置２ｂは制御出力段の耐電流特性が高められている点で傑出している一方、この制御装置２ｂはスタータモータの電流給電のために付加的な制御出力段を有している。
ただしここで明確に述べておくと、第３および第３の実施例における制御装置は、パルス幅変調されたリレー電圧を供給するかまたは、２位置コントローラを介して制御可能な電流を供給する。第４の実施例については、両方の給電電流の変形形態の組み合わせも考えられる。
さらに、リレーおよび／またはモータ電流を状態に依存して閉ループ制御または開ループ制御する装置も考えられる。この種の状態量としてはたとえば、結合用リレーの温度やアーマチュア巻線の温度を挙げることができる。
これまでに挙げた４つの実施例に、ここでは示さなかった遅延回路を設けることもできる。この遅延回路によって、内燃機関の誤ったスタート動作後に始動装置をブロックすることが可能となり、その結果、以後の新たな始動過程の前には、ドライビングピニオン２１とリングギヤ６が回転運動状態にないことが保証される。
いずれにせよ本発明による回路装置は、ドライビングピニオン２１とリングギヤ６における磨耗を最小限に抑えるのに適したものであり、これにより始動装置の寿命が５〜１０倍延びるようになる。これと同時にこの回路装置によれば、ドライビングピニオン２１がリングギヤ６と噛合うときのノイズが低減される。なぜならば先に述べたような「クランキング音」が避けられるからである。
本発明による回路装置の１つの重要な利点は、スタータにおける機械的な変更を実質的に行わなくてもよいことである。
【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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