JP2610855B2 - 内燃機関の起動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の属する技術分野］ この発明は、スタータモータの運転時間を確保する内
燃機関の起動装置に関する。

［従来の技術］ 例えば、内燃機関が熱ポンプ装置を駆動する動力源と
して使用されることがある。この内燃機関には起動装置
が備えられ、始動時にスタータ断続装置でスタータモー
タを内燃機関のクランク軸に接続しクランク軸を強制的
に回転させ、クランク軸の回転で得られる点火信号で点
火装置を駆動して内燃機関を起動させるとともに、この
内燃機関の回転速度をクランク軸の回転に応じて得られ
る電気信号に基づき機関回転速度検出手段で検出し、起
動回転速度に達するとスタータ断続装置でクランク軸と
スタータモータとを切り離すものがある。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、内燃機関の始動時のエネルギーの授受状態
は以下の通りである。内燃機関を停止状態からある回転
数まで駆動するためには、内燃機関の回転軸系の慣性マ
スと内燃機関に接続される負荷の慣性マスとの両方がそ
の回転数で回転するに必要な運動エネルギー相当分、回
転軸系の摩擦エネルギー相当分、及び負荷の消費エネル
ギー相当分をスタータモータから供給する必要がある。
また、内燃機関がその所定回転数に維持するには、回転
軸系の摩擦エネルギー相当分、及び負荷の消費エネルギ
ー相当分を継続して供給する必要がある。

一方、内燃機関は燃料の供給を受け、スタータモータ
により所定回転数以上に維持されると、燃料を断続安定
的に点火するようになり、自ら回転軸系の摩擦エネルギ
ー相当分、及び負荷の消費エネルギー相当分を発生さ
せ、スタータモータからのエネルギー供給を受けなくと
も安定的に所定回転数を維持するようになる。この自ら
の安定回転状態においては、逆にスタータモータを駆動
すらするようになる。

すなわち、一般的にスタータモータは駆動初期におい
て、大きな静止摩擦力に抗する駆動力を必要とし、且つ
運動エネルギー相当分の駆動動力を必要とされ、駆動初
期において大きな電流が供給される。また、一旦内燃機
関が自力回転するようになると、スタータモータに加わ
る負荷は減少し、電流量は減少する。

ところで、スタータモータが発するノイズの大きさ
は、電流量が大きい程大きいので、スタータモータによ
るクランキング初期に大きく、スタータモータ周りのコ
イル類にノイズに相当した不規則な起電力を発生させて
しまう。また、ノイズの大きさは内燃機関が自力回転状
態になると小さくなり、例えばパルサコイル等がある場
合、パルサコイルの発生信号に影響することがなくな
る。

前記したように、内燃機関が自ら安定的に所定回転数
を維持するようになる自力回転状態においては、逆にス
タータモータを駆動すらするようになる。この内燃機関
によりスタータモータが駆動される状態が内燃機関の運
転中ずっと継続するのは機能上意味がないだけでなく、
スタータモータの耐久性を低下させる悪影響があり、内
燃機関が始動後はスタータモータの切り離しが実施され
ことが必要である。

また、機関回転速度検出手段が、クランク軸の回転に
応じてコイルが出力する電気信号に基づき機関回転速度
を検出する場合には、スタータモータとコイルとが配置
スペース確保の問題等で近接して配置されることがある
と、始動時にスタータモータが発するノイズによって、
コイルが発する電気信号が乱され機関回転速度検出手段
が機関回転速度を正確に検出するとこができなくなる。
その結果、内燃機関が起動していないのにノイズによっ
て回転速度が起動回転速度になったようになり、スター
タ断続装置が作動しスタータモータを内燃機関から切り
離してスタータモータを停止する制御が行なわれ、内燃
機関を起動することができないことがある。

この発明は、以上のスタータモータの特性に鑑みなさ
れたものであり、内燃機関が自力回転するようになった
らスタータモータを切り離すようにし、スタータモータ
の耐久性を低下させないとともに、スタータモータのノ
イズによる内燃機関の回転速度の誤検出を防ぎ、内燃機
関を確実に起動することができる内燃機関の起動装置を
提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 前記課題を解決し、かつ目的を達成するために、この
発明は、内燃機関のクランク軸を強制的に回転させるス
タータモータと、このスタータモータとクランク軸とを
断続するスタータ断続装置と、前記クランク軸の回転に
より所定のタイミングで点火信号を出力するコイルと、
この点火信号を受け内燃機関を点火駆動する点火装置を
備え、始動時にスタータとクランク軸とを接続してクラ
ンク軸の回転により得られる前記点火信号で点火装置を
駆動して内燃機関を起動させるとともに、前記クランク
軸の回転に応じて出力されるコイルの電気信号に基づき
前記内燃機関の回転速度を機関回転速度検出手段で検出
し、前記機関回転速度検出手段により検出される内燃機
関の回転速度が、自力回転速度に達すると前記スタータ
断続装置で前記クランク軸と前記スタータモータを切り
離す内燃機関の起動装置において、前記機関回転速度検
出手段の回転速度の検出を、前記内燃機関の始動から内
燃機関が自力回転するのに必要な所定時間停止させる制
御手段を備えることを特徴としている。

このように、クランク軸の回転に応じてコイルの発生
する電気信号に基づき内燃機関の回転速度を検出する機
関回転速度検出手段を備え、この機関回転速度検出手段
により検出される内燃機関の回転速度が、起動回転速度
に達するとスタータ断続装置を断としている。

また、内燃機関が自ら発生する出力により安定的に回
転継続する自力回転に要する所要時間、機関回転速度検
出手段による内燃機関の回転速度の検出を停止してい
る。このため、ノイズの大きい始動から内燃機関が自ら
発生する出力により安定的に回転継続するまでの間は、
内燃機関の回転速度の検出を停止しているので、例えノ
イズ等によって誤信号が発生しても誤ってスタータ断続
装置を断とされることはない。

また、スタータ断続装置を断とされるのは、ノイズの
小さい安定回転状態であり、ノイズの大きい状態、即ち
安定回転状態にない状態において、スタータ断続装置を
断とされることがない。これにより、確実な内燃機関の
起動が可能となり、旦つスタータモータの切り離しが確
実に実施され、スタータモータの耐久性が損なわれるこ
とがなく、始動時において、スタータモータの所定運転
時間が確保される結果、内燃機関を確実に起動すること
ができる。

［発明の実施の形態］ 以下、この発明の一実施例を添付図面に基いて詳細に
説明する。

第１図はこの発明の基本構成図を示している。

図において、符号１は内燃機関、２は内燃機関１のク
ランク軸を強制的に回転させるスタータモータ、３は内
燃機関１の始動時にスタータモータ２を内燃機関１のク
ランク軸に接続し、内燃機関１が起動すると遮断するス
タータ断続装置である。スタータモータ２及びスタータ
断続装置３は制御手段４によって制御され、この制御手
段４は駆動手段５とタイマ手段６とから構成されてい
る。駆動手段５は起動操作手段７からの入力信号に基き
スタータ断続装置３を駆動してスタータモータ２と内燃
機関１のクランク軸とを接続し、スタータモータ２を駆
動させるようになっている。このスタータモータ２によ
って内燃機関１のクランク軸を強制的に回転させると、
パルサコイル８がこのクランク軸の回転に応じた所定の
タイミングで電気信号を出力し、点火装置９に入力して
内燃機関１を起動させる。

クランク軸の回転に応じて出力されるパルサコイル８
の出力電気信号を、機関回転速度検出手段10で受ける。
機関回転速度検出手段10は、この出力電気信号に基づき
機関回転速度を検出し、内燃機関１が所定の回転速度、
即ち自力回転速度に達するとスタータ断続装置３の作動
によりスタータモータ２を内燃機関１のクランク軸から
切り離し、スタータモータ２の駆動を停止するようにな
っている。この機関回転速度検出手段10はタイマ手段６
で設定された内燃機関１の始動から内燃機関１が自力回
転するのに必要な所定時間だけ、その検出作動を停止す
るようになっている。

このように構成されているから、内燃機関１を起動す
るとき起動操作手段７を操作すると、制御手段４の駆動
手段５を介してスタータ断続装置３が駆動され、スター
タモータ２と内燃機関１のクランク軸とを接続する。つ
いで、スタータモータ２を始動して内燃機関１のクラン
ク軸を強制的に回転させる。このとき、起動操作手段７
の出力によりタイマ手段６がセットされ、スタータモー
タ２の始動時から内燃機関１が内燃機関１が自力回転す
るのに必要な所定時間だけ、機関回転速度検出手段10は
回転速度の検出を停止する。このため、機関回転速度検
出手段10が回転速度の検出を停止している間中は、駆動
手段５によってスタータ断続装置３の駆動を停止するこ
とがないから、スタータモータ２を内燃機関へ接続した
ままでスタータモータ２が運転される。そして、タイマ
手段６で設定された時間が経過して内燃機関１が起動す
ると、駆動手段５を介してスタータ断続装置３の作動が
停止され、スタータモータ２が内燃機関１のクランク軸
から切り離される。

このように、パルサコイル８の発生する出力電気信号
に基づき内燃機関１の回転速度を検出する機関回転速度
検出手段10を備え、この機関回転速度検出手段10により
検出される内燃機関１の回転速度が、起動回転速度に達
するとスタータ断続装置３を断としている。

また、内燃機関１が自ら発生する出力により安定的に
回転継続する自力回転に要する所要時間、機関回転速度
検出手段10による内燃機関１の回転速度の検出を停止し
ている。このため、ノイズの大きい始動から内燃機関１
が自ら発生する出力により安定的に回転継続するまでの
間は、内燃機関１の回転速度の検出を停止しているの
で、例えノイズ等によって誤信号が発生しても誤ってス
タータ断続装置３を断とされることはない。

また、スタータ断続装置３を断とされるのは、ノイズ
の小さい安定回転状態である。ノイズの大きい状態、即
ち安定回転状態にない状態において、スタータ断続装置
３を断とされることがない。これにより、確実な内燃機
関１の起動が可能となり、且つスタータモータ２の切り
離しが確実に実施され、スタータモータ２の耐久性が損
なわれることがなく、始動時において、スタータモータ
２の所定運転時間が確保される結果、内燃機関１を確実
に起動することができる。

第２図乃至第６図はこの発明を内燃機関駆動熱ポンプ
装置に適用した実施例を示している。

第２図及び第３図において、符号11は水冷式の内燃機
関で、都市ガス、プロパンガス等のガス燃料によって駆
動され、この内燃機関11で駆動される圧縮機12はフロン
等の冷媒を圧縮して高温高圧のガスにする。圧縮機12の
吐出管13と吸入管14との間には四方弁15が配置され、こ
の四方弁15には配管16,17が接続され、この配管16には
ファン18を付設した冷媒系室外熱交換器19が接続され、
配管17にはファン20を付設した冷媒系室内熱交換器21が
接続されている。この冷媒系室外熱交換器19に接続され
た配管22と、冷媒系室内熱交換器21に接続された配管23
との間には、暖房用膨張ガス電磁弁24、冷房用膨張ガス
電磁弁25、逆止弁26,27、レシーバ28が設けられてい
る。

これにより、熱ポンプ装置が構成され、四方弁15を切
り換えて冷媒が実線矢印方向（以下、暖房方向という）
のように循環させると、冷媒系室外熱交換器19が蒸発器
として作用する一方、冷媒系室内熱交換器21が凝縮器と
して作用して暖房回路が形成される。

また、冷媒が破線矢印方向（以下、冷房方向という）
に循環するように四方弁15を切り換えると、前記とは逆
に冷媒系室外熱交換器19が凝縮器として作用する一方、
冷媒系室内熱交換器21が蒸発器として作用して冷房回路
となる。

前記内燃機関11の排気通路29には排気ガス熱交換器30
が配置され、この排気ガス熱交換器30は吸熱部31を備
え、さらに消音器32が接続されている。また内燃機関11
の吸気通路33にはバタフライ弁34、ガス電磁弁35,36が
設けられる。バタフライ弁34はステッピングモータ37で
開閉され、内燃機関11内に供給されるガスと空気の混合
ガスの量を調整し、内燃機関11の回転速度を可変可能と
なっている。

さらに、内燃機関11に設けられたジャケット38で内燃
機関11の熱を回収し、この冷却水はその後排気ガス熱交
換器30の吸熱部31において排気ガスからの熱を回収す
る。即ち、排気ガス熱交換器30の吸熱部31から延長する
配管39は途中で配管40,41に分岐され、一方の配管40に
は室外熱交換器42が接続され、また他方の配管41には室
内熱交換器43が接続されている。この配管41はさらに分
岐されて室内熱交換器43と並列に給湯タンク44を配置
し、冷却水を循環することによりこのタンク内の湯水を
加熱可能になっている。

前記室内熱交換器43は室内を暖房する場合に給湯タン
ク44とともに、この循環系に回収された熱をこの循環系
から必要に応じて取り出して利用するものであり、一方
室外熱交換器42はこの循環系に回収された熱量が過剰の
場合に、その過剰の熱量を外気に放出して熱的収支の均
等を取り、同時に内燃機関11の冷却水温を適温に維持す
るための、いわゆるラジエータとしても機能する。

なお、図中45は冷却水のリザーブタンンク、46,47,48
は冷却水系の各循環回路を開閉する水電磁弁、49,50は
これらの電磁弁等の制御を行なうコントローラ、運転モ
ード切り換えスイッチであり、この運転モードとして暖
房、暖房給湯、冷房、冷房給湯の４つの運転状態があ
る。

内燃機関11には第３図及び第４図に示すように、換気
ファン51、エアクリーナ52、スロットル開度を制御する
電子ガバナ53、点火装置54、スタータ断続装置55及びス
タータモータ56、機関回転速度検出手段57、異常検出手
段８及び内燃機関11を冷却水を循環させる冷却水ポンプ
59が設けられている。そして、スタータ断続装置55はス
タータモータ56に設けられた図示しないギヤと、クラン
ク軸に固定されたフライホイールのギヤとの断続を行な
うようになっている。この内燃機関11は第５図のフロー
チャート及び第６図のタイミングチャートに示されるよ
うにして起動される。

即ち、コンセントプラグを入れるとコントローラ49の
電源が入力され、リモコンスイッチの入力で室内ファン
20及び換気ファン51が駆動し（ステップａ）、これから
例えば１秒後にスロットル弁を一度全閉にして全開に
し、再度全閉にし初期開度の設定をする初期動作を行な
う（ステップｂ）。ついで、内燃機関11の回転速度がゼ
ロの場合には（ステップｃ）、例えば10秒後に冷媒系の
循環回路のガス電磁弁35,36を開くとともに、スタータ
断続装置55を作動させスタータモータ56と内燃機関11と
を接続し、かつ点火装置54の電源を入力する（ステップ
ｄ）。

このスタータ断続装置55の駆動から例えば１秒後、即
ちスタータモータ56と内燃機関11のクランク軸の接続が
完了する時間経過後に、スタータモータ56を駆動させる
（ステップｅ）。そして、スタータモータ56が正常回転
速度か否かの検出を行ない（ステップｆ）、正常回転速
度でない場合にはスタータモータ56の異常と判断され、
正常回転速度の場合には内燃機関11が起動するのに必要
な最少時間、例えば１秒間待つ（ステップｇ）。この所
定時間の経過後に、内燃機関11の回転速度の検出を行な
い（ステップｈ）、例えば900r.p.m以上でない場合に
は、スタータモータ56が７秒間の内に（ステップｉ）、
900r.p.mにならないと起動失敗か否かの判断を行ない
（ステップｊ）、起動失敗でない場合にはステップｃへ
ジャンプして、前記起動する動作を繰返す。

内燃機関11の回転数が900r.p.m以上になると、スター
タ断続装置55でスタータモータ56と内燃機関11のクラン
ク軸との接続を遮断し、ついでスタータモータ56の駆動
を停止する（ステップｋ）。この状態で内燃機関11の回
転速度の判断が行なわれ（ステップｌ）、例えば800r.
p.m以下になるとステップｊで起動失敗か否かの判断が
行なわれる。内燃機関11の回転速度が800r.p.m以上にな
ると、コントローラ49でスロットル開度を開き機関の調
速制御を行ない、さらに冷却ポンプ59、水電磁弁46,4
7、四方弁15、室外ファン18を駆動し（ステップｍ）、
この作動から例えば３秒間経過すると起動が完了し（ス
テップｎ）、コントローラ49で暖房、暖房給湯、冷房、
冷房給湯の運転が行なわれる。

このように、内燃機関11の起動時に、スタータモータ
56の始動でノイズが発生することがあっても、このとき
ステップｇにおいて内燃機関11が起動するのに必要な最
少時間、この実施例では１秒待ってステップｈで機関回
転速度が所定回転速度か否かの判断を行なう。従って、
スタータモータ56のノイズによって回転速度の検出が影
響され、内燃機関11が起動していないのにスタータ断続
装置55が作動してスタータモータ56を内燃機関11から切
り離す。このため、スタータモータ56を停止する誤動作
が防止され、内燃機関11の起動を確実に行なうことが可
能になる。

［発明の効果］ この発明は前記のように、機関回転速度検出手段の回
転速度の検出を、内燃機関の始動から内燃機関が自力回
転するのに必要な所定時間停止させる制御手段を備え、
クランク軸の回転に応じてコイルの発生する電気信号に
基づき内燃機関の回転速度を検出する機関回転速度検出
手段により検出される内燃機関の回転速度が、起動回転
速度に達するとスタータ断続装置を断とし、また内燃機
関が自ら発生する出力により安定的に回転継続する自力
回転に要する所要時間、機関回転速度検出手段による内
燃機関の回転速度の検出を停止し、ノイズの大きい始動
から内燃機関が自ら発生する出力により安定的に回転継
続するまでの間は、内燃機関の回転速度の検出を停止し
ているので、例えノイズ等によって誤信号が発生しても
誤ってスタータ断続装置を断とされることはない。

また、スタータ断続装置を断とされるのは、ノイズの
小さい安定回転状態であり、ノイズの大きい状態、即ち
安定回転状態にない状態において、スタータ断続装置を
断とされることがないから、確実な内燃機関の起動が可
能となり、旦つスタータモータの切り離しが確実に実施
され、スタータモータの耐久性が損なわれることがな
く、始動時において、スタータモータの所定運転時間が
確保される結果、内燃機関を確実に起動することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の内燃機関の起動装置の基本構成図、
第２図はこの発明を適用した内燃機関駆動熱ポンプ装置
の概略構成図、第３図はこの発明を適用した内燃機関駆
動熱ポンプ装置の正面図、第４図は第３図の左側面図、
第５図はこの内燃機関の始動動作を示すフローチャー
ト、第６図はそのタイミングチャートである。 1,11……内燃機関 2,56……スタータモータ 3,55……スタータ断続装置 ４……制御手段 ５……駆動手段 ６……タイマ手段 10……機関回転速度検出手段

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関のクランク軸を強制的に回転させ
   るスタータモータと、このスタータモータとクランク軸
   とを断続するスタータ断続装置と、前記クランク軸の回
   転により所定のタイミングで点火信号を出力するコイル
   と、この点火信号を受け内燃機関を点火駆動する点火装
   置を備え、始動時にスタータとクランク軸とを接続して
   クランク軸の回転により得られる前記点火信号で点火装
   置を駆動して内燃機関を起動させるとともに、前記クラ
   ンク軸の回転に応じて出力されるコイルの電気信号に基
   づき前記内燃機関の回転速度を機関回転速度検出手段で
   検出し、前記機関回転速度検出手段により検出される内
   燃機関の回転速度が、自力回転速度に達すると前記スタ
   ータ断続装置で前記クランク軸と前記スタータモータを
   切り離す内燃機関の起動装置において、前記機関回転速
   度検出手段の回転速度の検出を、前記内燃機関の始動か
   ら内燃機関が自力回転するのに必要な所定時間停止させ
   る制御手段を備えることを特徴とする内燃機関の起動装
   置。