JP4108920B2 - 内燃機関の始動装置のための電流測定モジュール - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、スタータモータのスタータ電流を測定する測定装置を有する内燃機関の始動装置のための電流測定モジュールに関する。
【０００２】
従来技術
内燃機関は単独では始動しないので、これを始動装置を用いてスタートしなければならないことは周知である。このために通常は、いわゆるソレノイドスイッチ（Einrueckrelais）として構成されたスタータリレーを介して電圧源に接続されたスタータモータが投入され、同時にスタータモータのピニオンが回転開始のために内燃機関のはずみ車のスプロケットと係合される。スタータリレーのスイッチオンに対してはこのリレーを外部のスイッチ、例えば車両の点火スイッチまたはスタートスイッチを介して駆動することが知られている。内燃機関が自己運転に達した後はスタータモータをオフにし、ノイズの発生および損耗を防止しなければならない。点火スイッチないしスタートスイッチのトリガによる手動のスタート遮断が周知である。車両の快適性向上を達成するために、内燃機関の自動的なスタート遮断を行う解決手段が知られている。内燃機関の自己運転を検出するためにスタータ電流の評価を行うことができる。この場合スタータ電流の特性が内燃機関の自己運転に依存して変化することが利用される。内燃機関が自己運転回転数に達すると、すなわち内燃機関が固有の回転トルクを発生させると、スタータモータはその回転数においていわば追い越され、フリーホイールクラッチを介して内燃機関から分離される。この時点からスタータモータは自身の加速度モーメントのみを用いなければならず、これによりスタータ電流はスタータモータの無負荷電流まで低下する。スタータモータの無負荷電流が得られると、内燃機関の自己運転が信号化される。
【０００３】
一般的な電気技術から、電流の導通する導体は電流に比例する磁界によって包囲されることが周知である。
【０００４】
発明の利点
本発明の請求項１記載の特徴を有する電流測定モジュールにより、簡単にスタータ電流の評価を行うことのできる利点が得られる。スタータ電流の導通する導体を少なくとも部分的に把持する軟鉄コアが設けられており、この軟鉄コアは磁界センサを支承しており、この磁界センサによって駆動される電子回路により、スタータモータの遮断電流、特に無負荷電流の到達時にスタータモータを遮断する制御信号が発生されるように構成されている。これにより簡単にスタータ電流をスタータモータへの直接介入なしに評価できる。例えば始動装置全体の構造的な変更は必要ない。なぜなら本発明の電流測定モジュールは簡単に既存の始動装置に適合可能だからである。さらに始動装置の既存の電気的な接続線路への変更も必要ない。
【０００５】
本発明の有利な実施形態は従属請求項に記載された特徴から得られる。
【０００６】
図面
本発明を以下に実施例により付属の図に即して詳細に説明する。
【０００７】
実施例の説明
図１には内燃機関のスタータモータのスタータ電流Ｉの特性が時間ｔに関して示されている。スタータモータのスイッチオンによりスタータ電流Ｉは最大値（始動電流）まで上昇し、続いてリップル特性領域１０へ移行する。スタータ電流Ｉのリップル特性は始動フェーズ中に交番変化する内燃機関の圧縮フェーズおよび膨張フェーズから生じる。内燃機関の自己運転に達するとスタータ電流Ｉは無負荷電流Ｉ_０へ移行する。Ｉ_Ａで遮断電流が示されており、この電流はリップル特性領域１０の下方に存在する。遮断電流Ｉ_Ａが下方超過された後、内燃機関が自己運転状態にありスタータモータの遮断が行われることが保証される。
【０００８】
図２には、電流Ｉが導通する導体１２が磁界Ｂを発生することが示されている。この場合磁界Ｂは電流Ｉに比例する。
【０００９】
図３のａ〜ｃには電流測定モジュール１４が示されており、このモジュールを用いて磁界Ｂを検出することによりスタータ電流Ｉが測定される。電流測定モジュール１４は正面図（図３のａ）、側面図（図３のｂ）、および平面図（図３のｃ）により示されている。電流測定モジュール１４は鞘状の軟鉄コア１６を有している。軟鉄コア１６は有利には円形の軸方向での貫通孔１８を有しており、この開口部の直径は軟鉄コア１６内を案内される電気導体１２（図３では図示されていない）の直径よりも大きい。このため電気導体１２と軟鉄コア１６との間には同軸の空隙が残る。この空隙内に磁界センサ２０が配置されているが、ここでは番号しか示されていない。磁界センサ２０は例えばホールセンサまたはいわゆるフィールドプレートとすることができる。磁界センサ２０の機能は一般に周知であり、本発明の明細書の範囲ではこれについて詳細には立ち入らない。磁界センサ２０は電気的な端子コンタクトを有しており、この端子コンタクトに磁界センサに対して作用する磁界Ｂに依存して信号電圧が印加される。この場合信号電圧は磁界Ｂに比例する。
【００１０】
軟鉄コア１６は非磁性かつ非導電性の材料、例えばプラスティックから成るベースプレート２２上に配置されている。軟鉄コア１６をベースプレート２２上に配置するために、軟鉄コア１６は例えばベースプレート２２を形成するプラスティックと一体成形され、これによりベースプレート２２の他に同時に相応の保持領域２４、および軟鉄コア１６のカバー２６が得られる。ベースプレート２２内へ同時に磁界センサ２０から送出される信号電圧を評価するための電子回路を組み込むことができる。
【００１１】
図４のａには側面図で、図示されない車両の内燃機関の始動装置２８が示されている。始動装置２８はスタータモータ３０およびソレノイドスイッチとして構成されたスタータリレー３２を有している。スタータリレー３２により一方ではスタータモータ３０が車両の車両バッテリに接続され、他方ではスタータモータのピニオンが内燃機関と係合される。スタータリレー３２はコンタクトスペース３４を有しており、このコンタクトスペース内でコンタクトブリッジが２つのコンタクトボルト３６、３８を相互に接続している。コンタクトボルト３６は図示されない電気的接続線路を介して車両バッテリの正極に接続されている。コンタクトボルト３８は一方では電流測定モジュール１４を収容し、他方ではケーブルシュー４０を収容できるように延在している。ケーブルシュー４０は有利にはストランドとして構成された電気線路４２を介してスタータモータ３０から突出する端子４４に接続されている。電流測定モジュール１４は軟鉄コア１６とともにコンタクトボルト３８を介して押し付けられている。電流測定モジュール１４およびケーブルシュー４０をコンタクトボルト３８上へ配置する際には固定手段４６、例えばねじ山付きナットを用いてロックされる。
【００１２】
電流測定モジュール１４のベースプレート２２の大きさは始動装置２８の構造的な条件に適合するように調整されており、いずれの場合にも設けられている電流測定モジュール１４の収容のための組み込みスペースを利用でき、始動装置２８の構造的な変更を必要としない。電流測定モジュール１４のベースプレート２２は（図３のｃに平面図で示されているように）軟鉄コア１６の軸方向の延長部分ａよりも大きいエッジ長さｌを有する。これによりエッジ長さｌと軸方向での延長部分ａとの差から得られる領域ｂ内にケーブルシュー４０を配置できる。
【００１３】
電流測定モジュール１４の図示の装置により、スタータモータ３０がスイッチオンされるとスタータ電流Ｉはコンタクトボルト３６、スタータリレー３２のコンタクトブリッジ、コンタクトボルト３８、ケーブルシュー４０、ストランド４２、および端子４４を介してスタータモータ３０へ流れる。この電気的な接続路には軟鉄コア１６が巻き付けられており、このコアはコンタクトボルト３８を部分的に包囲している。図２と同様にコンタクトボルト３８は電気導体１２を形成しており、この電気導体はスタータ電流Ｉに比例する磁界によって包囲されている。磁界センサ１６で検出された磁界Ｂに相応に制御信号は図４のａには詳細に示されていない線路を介して制御電子回路４８に供給される。この制御電子回路は例えばベースプレート２２内に組み込むことができる。この制御信号は磁界センサ１６によって測定される磁界Ｂに比例しており、この磁界はさらにスタータ電流Ｉに比例する。図１に即して説明したスタータ電流Ｉの遮断限界に相応して遮断電流Ｉ_Ａの下方超過が検出される。値Ｉ_Ａが下方超過されると、制御電子回路４８にスタータモータ３０を遮断する制御信号が供給される。この制御信号はスタータリレー３２と制御電圧とを接続しているスイッチング手段の開放に作用し、これによりスタータリレー３２のコンタクトブリッジがコンタクトボルト３６、３８を分離させる。
【００１４】
全体では大きな構造コストなしに簡単に構成された電流測定モジュールを用いて、内燃機関が自己運転に達した場合に始動装置２８、特にスタータモータ３０の自動的な遮断が可能となる。電流測定モジュール１４を配置するために、始動装置２８の設計および始動装置２８の車両への取り付けを変更する必要はなく、大規模ライン製造のコスト上の利点が維持される。場合により軟鉄コア１６の軸方向での延長部分ａだけ延長されたコンタクトボルト３８を挿入することができる。車両内の始動装置２８への電気的接続線路も同様に必ずしも変更しなくてよい。制御電子回路４８から始動装置２８の遮断装置へのただ１つの付加的な接続線路が必要なだけである。図示の装置によればさらに、電流測定モジュール１４は一方ではすでに動作している車両においても簡単にシステムアップすることができる。また電流測定モジュール１４の交換も必要な場合に同様に問題なく行うことができ、その際に始動装置２８全体を取り外す必要はない。電流測定モジュール１４の簡単かつ汎用的な構造により、このモジュールは複数の異なるタイプの始動装置２８で使用可能であり、種々の電流測定モジュール１４の相応する準備ないし前処理は必要ない。コンタクトボルト例えばコンタクトボルト３８の寸法は使用されている全ての始動装置２８においてほぼ等しく、この場合にも電流測定モジュール１４、特に軟鉄コア１６の貫通孔１８を種々の始動装置２８へ適合させる必要はない。
【００１５】
図４のｂ、ｃには電流測定モジュール１４をコンタクトボルト３８に配置する際のさらに異なる図が示されている。例えば図４のｂの正面図には制御電子回路４８を収容するベースプレート２２をスタータリレー３２のリレーカバーとスタータモータ３０の間の空いている組み込みスペースに組み込み可能であることが示されている。それ以外では同じ部材には同じ参照番号が付されているので、ここでは説明しない。
【００１６】
図５には、電流測定モジュール１４を始動装置２８に配置する別の実施例が示されている。前述の図、特に図４のａと同様の部材には同じ参照番号が付されているので、ここでは説明しない。
【００１７】
ここに示されている実施形態では、電流測定モジュール１４がスタータモータ３０のケーシング５０、特に整流子キャップ５２に配置されている。これにより電流測定モジュール１４がスタータモータ３０の電気端子４４の近傍に配置された状態が得られる。電気端子４４は電流レール５４から形成されており、この電流レールはスタータモータ１２の極管の内部から突出している。電流レール５４へは電気的接続線路（ストランド）４２がケーブルシュー４０に固定に導電接続されており、例えば溶接されている。図５に示された電流測定モジュール１４の装置により、取り付け時に軟鉄コア１６はスタータモータ３０から突出する電流レール５４を介して押しずらされ、後に電流レール５４と接続線路４２の間の導電接続が形成される。
【００１８】
軟鉄コア１６は制御電子回路４８を備えたベースプレートからいわば軸方向に突出しており、電流レール５４を把持している。電流レール５４と軟鉄コア１６との間には図示されない磁界センサ２０が配置されている。電流レール５４は図２において１２で示されている電気導体を形成している。図５に示された実施例によれば軟鉄コア１６はリング状には形成されておらず、ベースプレート２２から楕円形に延在している。磁界Ｂの検出およびこれによるスタータ電流Ｉの検出に対してこの装置は影響を有さない。制御電子回路４８を備えたベースプレート２２と整流子キャップ５２との固定は例えば適切な係止接続部、差込接続部、またはねじ接続部を介して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 スタータモータのスタータ電流の特性が示されている。
【図２】 電流を導通させる導体を包囲する磁界が概略的に示されている。
【図３】 電流測定モジュールの概略的な正面図である。
【図４】 始動装置における電流測定モジュールの１つの構成形態が示されている。
【図５】 始動装置における電流測定モジュールの別の構成形態が示されている。

Claims (9)

1. スタータモータ（３０）のスタータ電流を測定する電流測定モジュール（１４）を有しており、該電流測定モジュールは磁界センサ（２０）を有しており、
   該磁界センサ（２０）によって駆動される制御電子回路（４８）を有しており、該制御電子回路はスタータ電流（Ｉ）が遮断電流（Ｉ_Ａ）に達した時にスタータモータ（３０）を遮断する制御信号を発生する、
   内燃機関のための始動装置において、
   電流測定モジュール（１４）は軟鉄コア（１６）を有しており、該軟鉄コアはスタータ電流（Ｉ）が導通する導体（１２）を少なくとも部分的に把持しており、
   軟鉄コア（１６）は貫通孔（１８）を有しており、該貫通孔はスタータ電流の導通する導体（３８）よりも大きく、軟鉄コア（１６）と導体（３８）との間に同軸のリング状空隙が残り、該リング状空隙内に磁界センサ（２０）が配置されており、
   電流が導通する導体（１２）はスタータ装置（２８）のスタータリレー（３２）のコンタクトボルト（３８）により形成されている、
   ことを特徴とする内燃機関のための始動装置。
2. スタータモータ（３０）のスタータ電流を測定する電流測定モジュール（１４）を有しており、該電流測定モジュールは磁界センサ（２０）を有しており、
   該磁界センサ（２０）によって駆動される制御電子回路（４８）を有しており、該制御電子回路はスタータ電流（Ｉ）が遮断電流（Ｉ_Ａ）に達した時にスタータモータ（３０）を遮断する制御信号を発生する、
   内燃機関のための始動装置において、
   電流測定モジュール（１４）は軟鉄コア（１６）を有しており、該軟鉄コアはスタータ電流（Ｉ）が導通する導体（１２）を少なくとも部分的に把持しており、
   軟鉄コア（１６）は貫通孔（１８）を有しており、該貫通孔はスタータ電流の導通する導体（３８）よりも大きく、軟鉄コア（１６）と導体（３８）との間に同軸のリング状空隙が残り、該リング状空隙内に磁界センサ（２０）が配置されており、
   電流が導通する導体（１２）はスタータモータ（３０）の電気端子（４４）により形成されている、
   ことを特徴とする内燃機関のための始動装置。
3. 電流測定モジュール（１４）は固定手段（４６）を用いてロックされており、該固定手段は同時にスタータリレー（３２）のコンタクトボルト（３８）とスタータモータ（３０）の電気端子（４４）との間の導電接続部を締め付けている、請求項１記載の始動装置。
4. 電流測定モジュール（１４）はスタータモータ（３０）のケーシング（５０）に配置されている、請求項２記載の始動装置。
5. 電流測定モジュール（１４）はスタータモータ（３０）のケーシング（５０）の整流子キャップ（５２）に配置されている、請求項４記載の始動装置。
6. 電流測定モジュール（１４）はベースプレート（２２）の個所でケーシング（５０）の整流子キャップ（５２）上に支承されており、軟鉄コア（１６）はベースプレート（２２）からスタータモータの回転軸線に沿って延在しかつ電気端子（４４）を形成する電流レールを把持しており、該電流レールはスタータモータ（３０）から突出している、請求項５記載の始動装置。
7. 軟鉄コア（１６）はベースプレート（２２）上に配置されており、該ベースプレートにともに制御電子回路（４８）が組み込まれている、請求項１から６までのいずれか１項記載の始動装置。
8. 軟鉄コア（１６）を収容するベースプレート（２２）が保持領域（２４）を構成しており、ベースプレート（２２）、保持領域（２４）および軟鉄コア（１６）のカバー（２６）はプラスティック射出成形部材から成る、請求項１から７までのいずれか１項記載の始動装置。
9. スタータ電流（Ｉ）が無負荷電流（Ｉ _０ ）に達した時にスタータモー タを遮断する制御信号を形成する、請求項１から８までのいずれか１項記載の始動装置。

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