図面 (/)

この項目の情報は公開日時点(2001年9月4日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (6)

課題・解決手段

本発明は、内燃機関スタータシステム並びにこの種のエンジン始動させる方法に関する。特に本発明は、次のものを有するスタータシステムに関する:電気的なスタータ(4);充電後にスタータの始動に用いられる電気的な短時間蓄積装置(8)、特にコンデンサ蓄積装置;直接または間接的な温度検出手段;始動プロセス前に1つまたは複数の負荷給電するために、短時間蓄積装置に蓄積されているエネルギの一部分を取り出させる制御装置であって、その場合に前記部分の大きさが温度に関係し、かつ特に温度が低い場合には温度が高い場合よりも小さい。

概要

背景

概要

本発明は、内燃機関スタータシステム並びにこの種のエンジン始動させる方法に関する。特に本発明は、次のものを有するスタータシステムに関する:電気的なスタータ(4);充電後にスタータの始動に用いられる電気的な短時間蓄積装置(8)、特にコンデンサ蓄積装置;直接または間接的な温度検出手段;始動プロセス前に1つまたは複数の負荷給電するために、短時間蓄積装置に蓄積されているエネルギの一部分を取り出させる制御装置であって、その場合に前記部分の大きさが温度に関係し、かつ特に温度が低い場合には温度が高い場合よりも小さい。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

電気的なスタータ(4)と;充電後にスタータ(4)の給電に用いられる、電気的な短時間蓄積装置(8)、特にコンデンサ蓄積装置と;直接または間接的な温度検出手段と;始動プロセスの前に1つまたは複数の負荷(1)に供給するために、短時間蓄積装置に蓄積されているエネルギの一部分の取出しを、その取り出し量が温度に関係し、特に温度が低い場合には温度が高い場合よりも小さく行わせる制御装置(13)と;を有する内燃機関(1)のためのスタータシステム

請求項2

負荷(11)が、電気的なヒータ、特に触媒ヒータである請求項1に記載のスタータシステム。

請求項3

電気的なスタータ(4)と;充電後にスタータ(4)の給電に用いられる、電気的な短時間蓄積装置(8)、特にコンデンサ蓄積装置と;電気的な長時間蓄積装置(10)と;始動の際に短時間蓄積装置(8)と長時間蓄積装置(10)から同時にエネルギを取り出すことを可能にし、その場合に長時間蓄積装置(10)と短時間蓄積装置(8)のいずれか又は双方から取り出されるエネルギまたはその一部を制御可能であるカップリング回路(7c)と;を有する、内燃機関(1)のためのスタータシステム。

請求項4

長時間蓄積装置(10)からは、短時間蓄積装置(8)の出力を最大に放出させた上で始動に必要とされる量の出力だけが取り出される請求項3に記載のスタータシステム。

請求項5

短時間蓄積装置(8)からは、長時間蓄積装置(10)の出力を最大に放出させた上で始動に必要とされる量の出力のみが取り出される請求項3に記載のスタータシステム。

請求項6

長時間蓄積装置(10)からは、最適な適合において、最大可能な出力またはその所定の一部が取り出される請求項3から5のいずれか1項に記載のスタータシステム。

請求項7

短時間蓄積装置(8)は、長時間蓄積装置(10)とは異なる、特により高い電圧水準で作動し、カップリング回路(7c)が変換器を有する請求項3から6のいずれか1項に記載のスタータシステム。

請求項8

スタータが、直流電圧中間回路(7b)を有するインバータ(7)から給電され、短時間蓄積装置(8)が直流電圧中間回路(7b)内に設けられている請求項1から7のいずれか1項に記載のスタータシステム。

請求項9

次のステップを有する:長時間蓄積装置(10)からエネルギを取り出すことによって、短時間蓄積装置(8)を充電し;内燃機関(1)を始動させるために必要なエネルギ量を求め;始動指令に基づいて、蓄積されていエネルギの、始動に必要とされない部分を取り出して、そのエネルギを1つまたは複数の負荷(11)に供給し;短時間蓄積装置(8)に残留しているエネルギ成分を使用して、内燃機関(1)を始動させる;内燃機関(1)を始動させる方法。

請求項10

次のステップを有する:長時間蓄積装置(10)からゆっくりとエネルギを取り出すことによって、短時間蓄積装置(8)を充電し;短時間蓄積装置(8)と長時間蓄積装置(10)から同時にエネルギを取り出すことによって、内燃機関(1)を始動させ、その場合に長時間蓄積装置(10)および/または短時間蓄積装置(8)から取り出されるエネルギ成分を制御可能である;内燃機関(1)を始動させる方法。

0001

本発明は、内燃機関用スタータシステム並びに内燃機関始動させる方法に
関する。

0002

コンデンサを用いて内燃機関を始動させることができる、ということが知られ
ている。その場合に始動に必要なエネルギは、(12ボルトまたは24ボルトを
有する)車両電気系統からステップアップする直流電圧直流電圧変換器(いわ
ゆるステップアップコンバータ)によってより高い電圧水準にされて、1つまた
は複数のコンデンサに蓄積される。この種のスタータシステムは、たとえばSU
1265388A1(MOSC AUTOMECH)並びにEP0390398
A1(ISUZU)から知られている。比較的簡単なシステムの場合には、コン
デンサ蓄積装置車両バッテリと同じ電圧水準にあり、従ってここではステップ
アップコンバータは介在しない。その例が、DE4135025A1(MAGN
ETI MARELLI)並びにUS−PS5041776(ISUZU)から
得られる。上述したすべてのシステムにおいて、バッテリ始動プロセスの間ス
タータモータから分離されており、従って始動は完全にコンデンサ蓄積装置に蓄
積されているエネルギによって行われる。

0003

番目に挙げた種類の簡単なシステム(ステップアップコンバータなし)の場
合には、さらにJP02175350A(ISUZU)とJP02175351
A(ISUZU)において、バッテリと予め充電されたコンデンサが始動の際に
並列に接続され、それによって2つのエネルギ蓄積装置が始動プロセスに寄与す
ることが提案されている。

0004

EP0403051A1(ISUZU)からはさらに、始動エネルギを蓄積す
るために用いられるコンデンサを、所定の可変電圧レベルまでしか充電せず、
その電圧レベルはそれぞれ存在する、エンジン冷却手段の温度に関係することが
知られている。

0005

コンデンサを始動エネルギの蓄積装置として使用することに関する、上述の提
案の他に、他の使用のために、たとえば電気的なヒータによって必要とされるエ
ネルギのための蓄積装置として使用する提案もある。すなわち、EP05330
37B1(MAGNETI MARELLI)は、電気的な触媒ヒータを、そし
てEP0420379B1は、ディーゼルエンジンのための電気的なグロー装置
を開示しており、その場合に加熱エネルギはそれぞれコンデンサ蓄積装置内に準
備される。

0006

そして、WO93/11003(BOSCH)とEP0688698A2(B
MW他)からは、それぞれ共通に充電されるが、始動の際には分離されるスター
タバッテリと車両電気系統バッテリとを有する車両電源システムが知られている
。最後に挙げた公報においては、2つのバッテリは、充電プロセスを制御する制
ユニットを介して接続されている。

0007

コンデンサ蓄積装置を有する公知のスタータシステムは、特に非常に寒い場合
でも、より確実な始動を保証し、−それ自体始動の際の短時間充電にはあまり適
してない−従来の車両バッテリをより小さく設計することを可能にしている。

0008

本発明は、たとえばコンデンサ蓄積装置のような、短時間蓄積装置を有する改
良されたスタータシステムを提供することを目的としている。それに応じた始動
させるための方法を準備することも、本発明に属している。

0009

本発明の第1の視点によれば、内燃機関のためのスタータシステムは次のもの
を有する。

0010

電気的なスタータ

0011

充電後にスタータの給電に用いられる、電気的短時間蓄積装置、特にコンデン
サ蓄積装置、

0012

直接または間接的な温度検出手段、

0013

始動プロセス前に、1つまたは複数の負荷に供給するために、短時間蓄積装置
に蓄積されているエネルギの一部を取り出す制御装置。その制御装置は、取り出
されるエネルギ成分の大きさを温度に関係させ、温度が低い場合には高い場合よ
りも小さくする(請求項1)。

0014

本発明のこの第1の視点は、次の認識に基づいている:内燃機関の温度が低い
場合、特に−20℃のように厳しい凍結が起こる場合に、始動に必要とされる電
気的エネルギは、温度が高い場合、たとえば駆動中の温度の場合よりもずっと大
きい。これは主として、冷たいときに大きくなるオイル粘性によって内燃機関
がスタータ回転に拮抗作用させる抵抗がずっと大きくなることに原因がある。ス
タータシステムは、実際に生じる最も低い温度でも動作するように設計されなけ
ればならない。すなわち、コンデンサの容量は、一般的に生じている比較的高い
温度に対しては、著しく過大に設計されている。これは特に、コンデンサ蓄積装
置が始動に必要な全エネルギを蓄えなければならない実施形態に該当する。しか
し、始動エネルギの一部が長時間蓄積装置から取り出されて、一部のみが短時間
蓄積装置によって蓄積される実施形態にも、その程度は少し弱められるが、当て
はまる。多くの場合に生じる比較的高い温度においては、始動の場合に必要とさ
れるよりも多いエネルギでコンデンサに負担をかけないようにするために、上述
のEP0403051A1(ISUZU)は、温度の上昇に伴って少なくなるエ
ネルギ量を蓄積することを提案している。

0015

それに対して本発明(第1の視点)は他の方法を採っている。というのは、短
時間蓄積装置の温度に依存する蓄積も、最も低い温度のために寸法設計しなけれ
ばならず、従って過大寸法であることに他ならないからである。短時間蓄積装置
容量の中の温度が比較的高い場合いには必要とされない成分を(スタータとは異
なる)他の負荷に役立つようにすることができ、それによってそれらの負荷に好
ましくは内燃機関の始動前にすでに短時間高い出力を供給できることが明らかに
された。たとえば駆動温度のように、高い温度においては、始動前にこれらの付
加的な負荷のために比較的高いエネルギおよび出力値を使用することができる。
内燃機関の温度が減少するにつれて、この量も低下する。というのは、始動プロ
セスのためにより大きいエネルギ成分を確保しておかなければならないからであ
る。コンデンサ蓄積装置の寸法設計によっては、発生する最も低い温度において
は付加的な負荷のためのエネルギが残らない。この比較的稀な場合においては、
それらの給電は、内燃機関によって駆動されるジェネレータがエネルギを供給す
る場合には、たとえば始動直後の時間にずらすことができる。

0016

「短時間蓄積装置」というのは、好ましくは、蓄積されている最大エネルギ
大部分(たとえば97%)を損傷なしで60秒以内、好ましくは30秒以内、そ
して特に好ましくは15秒以内に取り出すことのできる、電気的なエネルギの各
蓄積装置のことである。コンデンサの他に、そのために高い出力取出しのための
化学的なエネルギ蓄積装置、たとえばいわゆるアルカリ二次システム、たとえば
アルカリ性ニッケルカドミウムシステムまたはニッケル/鉄システムがあっ
て、それらはたとえば焼結電極または繊維構造電極を有することができる。それ
に対して「長時間蓄積装置」というのは、完全に充電した後に蓄積されている全
エネルギを10分よりも大きい時間をかけないと取り出すことのできない蓄積装
置である。

0017

好ましくは負荷は、電気的なヒータ、好ましくは触媒ヒータである(請求項2
)。将来の厳しい排ガス規定を満たすためには多分、オットーエンジンにおいて
は内燃機関の始動前にすでに排ガス触媒を電気的に加熱することが必要となるで
あろう。それによって、最初の点火の際にすでに触媒はその駆動温度にあって、
それによって効果的に作動することが達成される。他の場合には過大寸法の短時
間蓄積装置が、内燃機関の温度が低過ぎない場合に、本発明は触媒加熱エネルギ
のための一時蓄積装置として用いられることにより、実際に構造的付加コスト
なしで、触媒の迅速な予備加熱を可能にしている。従来の長時間バッテリ(代表
的に30分よりも長い最小放電時間を有する)から給電する場合とは異なり、短
時間蓄積装置は、バッテリからわずかな出力を取り出しながら、あるいは比較的
早期の走行サイクルにおいては車両電気系統からゆっくりと充電されながら、触
媒を加熱するために衝撃的に放電される(請求項2)。従来の鉛−酸−蓄電池
比べて、加熱が高い電気的な出力で、従って極めて高速に、たとえば1秒または
数秒以内に行われる。たとえば窓ガラスヒータなど、他のヒータにも、好ましく
は始動前に高い出力を供給することができる。

0018

本発明の第2の視点は、次のものを備えたスタータシステムに関する。

0019

電気的なスタータ、

0020

充電後にスタータの給電に用いられる、電気的な短時間蓄積装置、特にコンデ
ンサ蓄積装置、

0021

電気的な長時間蓄積装置、

0022

始動の際に短時間蓄積装置と長時間蓄積装置から同時にエネルギを取り出すこ
とを可能にするカップリング装置。そのカップリング装置は、長時間蓄積装置お
よび/または短時間蓄積装置から取り出されるエネルギおよび/または出力の成
分を制御可能である(請求項3)。

0023

この第2の視点の基礎となる考えは、短時間蓄積装置を、温度が低い場合でも
内燃機関を単独で始動させることができるほど大きい寸法に設計せず、むしろ短
時間蓄積装置と長時間蓄積装置(たとえば従来の硫酸鉛蓄電池)から同時にエ
ネルギを取り出すことである。バッテリとコンデンサ蓄積装置の簡単な並列接続
は、上述したように、日本の公開公報02175350A(ISUZU)および
02175351A(ISUZU)から知られている。しかしこの場合にはスタ
ータシステムはまったく単純なスタータシステムである。それに対して開発のず
っと進んだ公知のシステムは、バッテリからコンデンサへのステップアップコン
バータを有し、それが始動の際には両方の蓄積装置を分離しておく(冒頭で挙げ
たSU1265388A1(MOSKAUTOMECHを参照))。ステップ
アップコンバータは、コンデンサ蓄積装置を長時間蓄積装置に比較して高められ
た電圧水準に充電するために用いられる。

0024

(第2の視点の)本発明は、2つのエネルギ蓄積装置間のアクティブに制御可
能なカップリングを短時間蓄積装置の充電の際に(だけ)行うのではなく、始動
プロセスの間は放電の際にも行うことによって、異なる方法を採っている。2つ
のエネルギ蓄積装置が関与することによって、短時間蓄積装置の寸法設計を小さ
いものにすると同時に相対的な出力取出しを、2つの異なる蓄積装置タイプの、
特に異なる特性に適合させることができる。「アクティブに制御可能な」という
のは、長時間蓄積装置および/または短時間蓄積装置をオンオフできること(だ
け)ではなく、始動の際に長時間蓄積装置および/または短時間蓄積装置から取
り出されるエネルギおよび/または出力の成分を連続的に調節できることを意味
している。

0025

その場合に好ましくは長時間蓄積装置からは、短時間蓄積装置を完全に利用し
尽くした上で始動に必要とされる出力のみが取り出される(請求項4)。上述し
たように、始動に必要な出力は特に、内燃機関の温度に著しく依存する。従って
長時間蓄積装置から取り出される出力の大きさは、その時の温度値の測定に基づ
いて既知温度依存関数を用いて制御することができる。この構成によって、長
時間蓄積装置の最少の短時間負荷がもたらされる。

0026

他の好ましい構成においては、短時間蓄積装置からは、長時間蓄積装置を完全
に利用し尽くした上で始動に必要とされる量の出力のみが取り出される(請求項
5)。それによってそれぞれの温度において、短時間蓄積装置に蓄積されている
エネルギの最大可能な成分を始動のためとは異なる他の目的に利用することがで
き、特に始動前に、請求項2との関連において述べたヒータのような他の負荷に
給電することができる(特に触媒ヒータ)。

0027

好ましくは長時間蓄積装置からは、最大可能な出力が取り出される(請求項6
)。それは、カップリング回路が長時間蓄積装置に最適な適合で負荷を与えるこ
とによって、すなわちカップリング回路の実効内部抵抗が長時間蓄積装置の内部
抵抗にほぼ等しいことによって得られる。この適合の際に、長時間蓄積装置とカ
プリング回路との間の抵抗が考慮される(その抵抗をカップリング回路の入力
抵抗または長時間蓄積装置の内部抵抗に上乗せすることによって)。この構成は
、長時間蓄積装置には全出力の比較的大きな割合を割り当て、それによって短時
間蓄積装置を比較的小さい寸法に設計することを可能にする。この構成の変形例
においては、長時間蓄積装置からは最大可能な出力の所定の一部分のみが、たと
えば50から100%の範囲の部分、好ましくは65から100%、好ましくは
75から100%、そして特に好ましくは最大可能な出力の90から100%が
取り出される。

0028

好ましくは短時間蓄積装置は、長時間蓄積装置とは異なる、特により高い電圧
水準で作動する(請求項7)。その場合に好ましくはカップリング回路は変換器
、たとえば電流を一方の電圧水準から他方の電圧水準にすることができる、ステ
ップアップコンバータを有する。種々の電圧水準は、好ましくは2つの異なる蓄
装置タイプの異なる技術的特性に適合させることができる。すなわち、コンデ
ンサ蓄積装置は特に、比較的高い電圧水準において(たとえば300ボルトにお
いて)その最大のエネルギ蓄積装置密度に達し、蓄電池バッテリは、それぞれ使
用するバッテリタイプ並びに直列に接続されているセルの数に応じて、通常は、
特に低電圧車両電気系統の電圧に相当する、比較的低い電圧を供給する(たとえ
ば12ボルトまたは24ボルト)。カップリング回路は、たとえばインクシ
ポンプ回路を基礎とするステップアップコンバータである。この種のものは、
たとえばインダクタンスと電気的なスイッチとの直列回路から構成され、スイッ
チが閉成されている場合には、長時間蓄積装置からの電流が貫流する。これら2
つの要素間により高い電圧水準にある短時間蓄積装置への分岐が設けられており
、その分岐に逆流を防止するダイオードが設けられている。スイッチの開放によ
って、誘導により(原理的に任意の高さの)電圧ピークが発生し、それが電流を
短期間高い電圧水準へ流し、従ってステップアップする。スイッチのスイッチン
周波数を増大または減少させることによって、ステップアップされる電流量
それに応じて増大ないし減少させることができる。

0029

好ましくはスタータは、直流電圧中間回路を有するインバータによって給電さ
れ、その場合に短時間エネルギ蓄積装置は直流電圧中間回路の電圧水準にある(
請求項8)。直流電圧中間回路インバータは、たとえば一定に維持されている中
間回路直流電圧から、電子的なスイッチ(たとえば電界効果トランジスタまたは
IGBT’s)によって幅を変えたパルスを取り出し、そのパルスがジェネレー
タのインダクタンスによって平均されて所望の電圧のほぼ平滑化された直流電流
または所望の周波数、振幅および位相交流電流となる。従ってスタータが多相
交流機械(回転磁界機械とも称する)として形成されていると、特に効果的であ
る。多相交流機械というのは、整流子機械とは異なり、特に整流子を持たない機
械であって、その中ではたとえばステータが磁場を発生させ、その磁場が360
°回転して、ロータ連動させる。スタータは特に、たとえば短絡ロータを有す
非同期機械として、あるいはたとえば明白な磁極を有するロータを備えた同期
機械として形成することができる。非同期機械における短絡ロータは、たとえば
軸方向に短絡バーを有するカゴ型ロータとすることができる。非同期機械の他の
構成においては、ロータは巻線を有し、その巻線をたとえばスリップリングを介
して外部で短絡させることができる。同期機械におけるロータの明白な磁極は、
たとえば永久磁石によって、あるいはたとえばスリップリングを介して励磁電流
を供給することのできる、電磁石によって実現される。スタータは、間接的に、
たとえばピニオンカウンターシャフトなどを介して内燃機関軸と結合すること
ができる。しかし好ましくはスタータの一部、特にロータがエンジン軸上に直接
取り付けられて、好ましくは相対回動しないようにそのエンジン軸と結合され、
あるいは結合可能である。ロータは、たとえばトランスミッションへ通じる軸上
に取り付けることができ、あるいは内燃機関の他の側でそこで行き止まりになっ
て終わっている軸端部上に取り付けることができる。スタータの他の部分、特に
ステータは、回転できない部分、たとえばエンジンハウジングまたはトランス
ションハウジングと相対回動しないように結合され、あるいは結合することが
できる。

0030

インバータ制御される多相交流機械は、スタータ機能の他に好ましくは1つま
たは複数の付加機能、たとえば車両電気系統給電のためのジェネレータ、付加的
車両ブレーキとしての、付加的な車両駆動モータ、および/または、内燃機関
において作業方法非連続性に基づいて発生する回転むらをアクティブに平滑化
する装置の機能を有する。モータ駆動からジェネレータ駆動への切換え制御は、
適当なインバータ駆動により磁場をそれに応じて切換え制御することによって行
われる。

0031

本発明はまた、内燃機関を始動させる方法に関する。本発明に基づく方法の特
徴、構成並びに利点に関しては、請求項9と10並びにスタータシステムとその
構成および実施形態についての上述と後述の説明を参照することができる。

0032

次に、実施形態並びに添付の概略的な図面を用いて、本発明を詳細に説明する
。図面において、

0033

図1は、負荷のために取り出し可能な相対的なエネルギを、温度の関数として
示すグラフであり(第1の視点);

0034

図2は、短時間蓄積装置と長時間蓄積装置から供給される出力成分を、温度の
関数として示すグラフであり(第2の視点);

0035

図3は、スタータシステムの最も重要な機能ユニットを概略的に示すものであ
り(第1と第2の視点);

0036

図4は、始動させる方法のフローチャートであり(第1の視点);

0037

図5は、始動させる他の方法のフローチャートである(第2の視点)。

0038

図1は、本発明の第1の視点の実施形態におけるエネルギ状況を説明するもの
である。コンデンサ内に蓄積されてるエネルギの、負荷のために分岐される成分
eVが、内燃機関の温度の関数として記載されている。成分eVは、負荷のため
に分岐されるエネルギ量EVとコンデンサ内に蓄積されている全エネルギEto
talの量の比として定義されている。一方の極値、すなわち発生する最も低い
温度Tminにおいては、負荷エネルギ成分eVはゼロに等しい。始動させるた
めには、蓄積されている全エネルギが必要とされ、すなわち始動エネルギ成分e
Start/kaltは、1に等しい。発生する最も高い温度Tmax、たとえ
ば内燃機関の駆動温度においては、始動のためには蓄積されているエネルギの一
部しか必要とされず、すなわち始動エネルギ成分eStart/warmは、1
よりずっと低い。残留しているエネルギ量は、ここでは始動前の負荷に供給する
ために用いることができ、すなわち負荷エネルギ成分eV/warmは、1とe
Start/warmの差に等しい。図1は、TminとTmaxの間のすべて
の値についてeVを概略的に示している。温度の上昇に伴って、内燃機関がスタ
ータに拮抗させる抵抗が減少し、かつ始動回転数が減少するので、図示の依存性
は、恒常的かつ上昇するだけの(あるいは一定の)関数である。

0039

図2は、本発明の第2の視点に基づく実施形態における、出力状況を説明する
ものである。ここには、始動の際に(所定のトルクのために)必要とされる全出
力が、温度の関数として記載されている。上述の構成と同様に、全出力は生じる
最も低い温度Tminにおいて最大であり、最も高い温度Tmaxまで温度が上
昇するにつれて減少する。破線で示すのは、短時間蓄積装置からの最大の出力取
出しであって、その最大の出力取出しは温度に依存しない。従って図では水平の
直線である。本発明の第2の視点においては、短時間蓄積装置とバッテリは始動
の際に協働するので、最大の短時間蓄積装置出力は、生じる最低温度Tminに
おける最大の全出力よりも低く、従って一種ベースを形成する。バッテリから
は、全出力カーブがこのベースを越える(斜線で示す)温度領域においてのみ、
エネルギが取り出される。これが、図2にたとえばTminの上方の温度につい
て図示されている。平均の温度においては全出力のカーブはベースを下回る。す
なわち、交点より高い温度においては、始動は短時間蓄積装置だけから行われ、
ここではバッテリは寄与しない。(図示されない)他の時点で、最大の短時間蓄
積装置出力がTmaxにおいても必要な全出力を下回ることがあるので、その場
合にはバッテリの寄与が必要である。他の(図示されない)実施形態においては
、最大の短時間貯蔵装置出力がすべての時点でTmaxにおける必要な全出力よ
りも低いので、すべての時点で始動にはバッテリが寄与する。

0040

スタータシステムは、図3に示すように(自動車、たとえば乗用車用)、内燃
機関1を有し、その内燃機関は駆動軸(たとえば内燃機関1のクランク軸)、ク
ラッチ3およびドライブトレーンの他の部分(図示せず)を介してトルクを車両
駆動輪へ出力する。ここで興味をひくスタータ機能においては、クラッチ3は
開放している。駆動軸2上にはスタータとして用いられる電気的機械4、ここで
非同期多相交流機械が取り付けられている。電気機械は、直接駆動軸2上に取
り付けられてその駆動軸と相対回動しないように結合されたロータ5並びに、た
とえば内燃機関1のハウジングに支持されたステータ6を有する。スタータ4(
並びに以下で詳細に説明する、スタータの給電並びにエネルギ供給するための装
置)は、内燃機関1を好ましくは直接(すなわちフライホィール機能などなしで
)始動できる寸法に設計されており、かつ好ましくはスタータ4と内燃機関1と
の間に増速または減速手段も配置されていないので、両者は恒久的に一緒に回転
することができる。ステータ6の(図示されていない)巻線は、インバータ7に
よって実際に自由に調節可能な振幅、位相並びに周波数の電流と電圧を供給され
る。インバータは、たとえば直流電圧−中間回路インバータであって、ほぼ一定
の中間回路直流電圧から電子的なスイッチによって、たとえば、幅を変えたパル
スを取り出して、そのパルスが電気的機械4のインダクタンスにより平均されて
所望の周波数、振幅並びに位相のほぼサイン形状の電流となる。インバータは、
大体において機械側の直流電圧−交流電圧コンバータ7a、中間回路7b並び
に車両電気系統側の直流電圧変換器7cから構成されている。短時間蓄積装置8
、たとえばコンデンサ蓄積装置は、電気的に見て中間回路7b内に設けられてい
る。&変換器7cは、車両電気系統9と長時間蓄積装置、ここでは車両電気系統
バッテリ10と結合されている。車両電気系統9とバッテリ10は、低い電圧水
準、たとえば12または24ボルトに接続されている。それに対して中間回路7
bは、好ましくは48から350ボルトの範囲の、高められた電圧に接続されて
いる。電気的機械4は、電気的なエネルギを必要とする始動プロセス後には、ジ
ェネレータとして機能すること、すなわち電気的エネルギを供給することができ
る。

0041

従って変換器7cは双方向変換器として形成されており、それによって一方で
始動プロセスなしいその準備のための電気的なエネルギを車両電気系統バッテリ
10から中間回路7bへ移動させることができ、他方でジェネレータ駆動の場合
には中間回路7bからエネルギを低電圧側へ移動させて、それによって車両電気
系統9の負荷に給電し、かつ車両電気系統バッテリ10を充電することができる
。コンバータ7aは、モータ駆動において中間回路7bの直流電圧を交流電圧に
変換し、ジェネレータ駆動においては電気的な機械4から供給されるエネルギを
整流後に中間回路7bへ供給する。コンデンサ蓄積装置8は、電圧パルスを高い
パルス周波数(好ましくは20kHzから100kHzの範囲)のために必要な
急峻性で供給することができる。このコンデンサ蓄積装置はさらに、必要に応じ
てバッテリ10と協働して、始動に必要なエネルギを蓄積するエネルギ蓄積装置
として用いられる。他の(図示されていない)実施形態においては、急峻なパル
スを準備するために、特に高速に充電可能な別体のコンデンサ蓄積装置が設けら
れており、それはわずかな容量しか使用しない。コンデンサ蓄積装置8の充電は
、たとえばジェネレータ駆動においてはコンバータ7aを介して電気的機械4に
よって、あるいは車両が停止している場合にはバッテリ10から変換器7cを介
して行うことができる。高出力負荷11、たとえば電気的な触媒加熱装置は、負
荷制御装置12を介して中間回路7bと電気的に接続されている。

0042

高出力負荷11の給電は、好ましくは高い電圧水準で、たとえば中間回路7b
の電圧水準で行われる。その場合には、負荷制御装置12は変換器としてではな
く、電流制御装置としてのみ用いられる。他の実施形態においては、負荷制御
置はさらに、より高い電圧またはより低い電圧への変換器としての機能を有する
。上位に配置されている制御装置13は、インバータ7の特にコンバータ7aお
よび変換器7cと負荷制御装置12を制御する。コンバータ7aには、スタータ
4へ供給すべき多相交流電流の振幅、位相および周波数を設定する。変換器7c
には、電流の大きさ、流れ方向並びに電圧ステップアップないしステップダウン
の大きさを設定する。そして負荷制御装置12は、中間回路7bからどの大きさ
の電流を取り出すべきか、そして必要に応じてその際にそのくらいの電圧差を克
服すべきかが、設定される。制御装置13は、たとえば内燃機関1の冷却剤温度
に関する情報を供給する温度センサ14から入力信号を受信する。制御装置はさ
らに、(図示されていない)回転角度センサから入力信号を受信し、その入力信
号に基づいて駆動軸2の現在の回転数を求めることができる。さらに、制御装置
は、たとえば内燃機関1の絞り弁の位置、点火時点などに関する、他の一連の情
報を得ることができる。

0043

次に、本発明の第1の視点に基づく、図3のスタータシステムの機能を、図4
に示すフローチャートを用いて説明する。ステップS1において、コンデンサ蓄
積装置8が充電される。充電は、たとえば中間回路電圧目標値によって設定さ
れる、固定の予め設定された値に行われる。可能性に応じてコンデンサ蓄積装置
8の充電は、内燃機関が回転している場合にすでに、その際にジェネレータとし
て機能している電気的機械4から行われる。しかし車両の停止状態が比較的長い
場合には、コンデンサ蓄積装置8は徐々に放電するので、その場合には全部また
は部分的に、車両電気系統バッテリ10からエネルギを取り出すことによって充
電しなければならない。ステップS2において、制御装置13は温度センサ14
から供給される測定情報を用いて、内燃機関の現在の温度を求める。ステップS
3においては、制御装置13は、たとえば格納されているマップを用いて、先行
するステップで求められた温度において予測的に求められた始動のために必要と
されるエネルギ量を求める。求められた必要なエネルギ量とコンデンサ蓄積装置
に蓄積されているエネルギ量の既知の値に基づいて、制御装置はステップS4に
おいて、コンデンサ蓄積装置8に蓄積されているエネルギの、現在の温度におい
て始動のために必要とされない部分を求める。ステップS5においては、制御装
置13は、たとえばイグニッションキーの操作によって内燃機関を始動させる指
令が与えられたかを問い合わせる。始動させない場合には、制御装置13はステ
ップS2からS5を繰り返し実行する。それに対して始動指令が与えられた場合
には、次のステップS6へ進む。((図示されていない)他の実施形態において
は、プログラム受動的待機状態にある。そこでは始動指令を得た後に初めて
、ステップS2とS4に基づく行動を実施する)。ステップS6において制御装
置13は、高出力負荷11、ここでは触媒ヒータに、エネルギの必要とされない
部分によって短時間極めて高い出力が供給されるようにする。それによって触媒
は即座に、たとえば駆動温度になって、それによって最初の点火の際にすでに有
害排ガスの物質的変換の用意が完了する。そして、ステップS7においては、内
燃機関1はコンデンサ蓄積装置8に残留しているエネルギ部分を使用して、始動
される。

0044

図5に示すフローチャートは、本発明の第2の視点に基づく、図3の始動シス
テムの機能方法の変形例を説明するものである。ステップS11、S12および
S13に関しては、ステップS1、S2およびS3の上述した説明を参照するこ
とができ、それらのステップはここでも内容全体について該当する。ステップS
14では、ステップS13の結果並びにコンデンサ蓄積装置8に蓄積されている
エネルギ量の既知の値に基づいて、車両電気系統バッテリ10の現在の温度にお
いて始動プロセスのためにコンデンサ蓄積装置から取り出さなければならないエ
ネルギ成分が求められる。ステップS15では、ステップS5についての上述し
た説明と同様に、始動指令が与えられているか、が問い合わされる。(この実施
形態においても、始動指令問合せは、ステップS12、S13およびS14を実
施する前に行うことができる。)そしてステップS16において、制御装置13
は、ステップS14で求めた成分に従って、コンデンサ蓄積装置8からと、必要
に応じて車両電気系統バッテリ10からエネルギを取り出して、内燃機関1を始
動させる。他の(図示されていない)実施形態においては、ステップS14とS
16は、始動プロセスの進行においてしばしば繰り返し実施されて、それによっ
て始動プロセスの進行中に取り出すべきエネルギ成分の時間的な遅延が存在した
場合にはその遅延も考慮される。この種の時間依存性は、たとえばコンデンサ蓄
積装置8が充電プロセスの進行中に放電し、その放電プロセスの最後近くであと
わずかなエネルギしか供給することができず、それにより車両電気系統バッテリ
10から取り出すべき成分が増大することによって、生じる場合がある。従って
厳密に考えると、この実施形態においてはステップS14において、存在する温
度において、かつ始動プロセスの進行中の該当する時点で車両電気系統バッテリ
10から取り出さなければならない出力成分が求められる。その後ステップS1
6では、ステップS14で求められた出力成分に従ってコンデンサおよびバッテ
リからしかるべき出力取り出しが行われる。

0045

従って要約すると、本発明は、始動に必要なエネルギ量の温度依存性を、短時
間貯蔵装置の充電の際に考慮するのではなく、放電および/または始動プロセス
の際に考慮するという考えに基づいている。これは特に、短時間蓄積装置が電圧
的に予め定められた水準に、たとえばスタータの給電に用いられるインバータの
中間回路の水準にあらねばならない、スタータシステムにとって効果的である。

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • 日産自動車株式会社の「 車両用フロアカーペットの開口部構造」が 公開されました。( 2020/12/17)

    【課題・解決手段】フロアカーペット(F2)の電源装置(6)を覆う部分に、開口(11)と、該開口(11)を開閉可能な蓋部(12)とが形成されている車両用フロアカーペットの開口部構造である。開口(11)は... 詳細

  • 本田技研工業株式会社の「 車両及び駆動ユニット」が 公開されました。( 2020/12/17)

    【課題】車体組立て時などにユニット側接続部を保護することができる車両、及び駆動ユニットを提供する。【解決手段】車両1は、ユニットルーム20と、ユニットルーム20に配置される電動機制御装置25と、を備え... 詳細

  • 本田技研工業株式会社の「 燃料電池システム」が 公開されました。( 2020/12/17)

    【課題】補機ケースの内部を良好に換気できる燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池システム10は、発電セル18を水平方向に複数積層した積層体20を収納するスタックケース22と、燃料電池用補機2... 詳細

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ