JP4799641B2 - エンジン始動装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンをスタータモータにて始動させるエンジン始動装置に関するものである。

エンジンを始動する場合、スタータスイッチのコイルに通電を行い、スタータスイッチの内部接点を閉じることにより車両用電源よりスタータモータへ電力を供給し、スタータモータに回転トルクを発生させ、噛合わされたピニオンギヤとリングギヤを介しスタータモータの回転力をエンジンクランク軸へ伝えエンジンを始動させる。このときスタータスイッチ閉時には、まだスタータモータは静止状態であり逆起電圧が発生していないため、極めて小さいスタータ内部抵抗により数百〜千数百アンペアの突入電流が流れる。この電流により、車両用電源は内部の固有抵抗で端子電圧が低下し、電圧降下が発生する。

このため、エンジンの始動において、スタータモータ起動時の電流による車両用電源の電圧降下により、車両の他の電気機器、例えばステレオ、ナビゲーションシステム、エアコン等の使用時に瞬断を引き起こす問題があった。この瞬断は通常のエンジンの始動では特に問題にはならないが、アイドリングストップ機能の搭載された車両等では、アイドリングストップ後の再始動を行う際に瞬断が発生し、運転手及び同乗者に不快感を与える状況となっていた。そこで、この瞬断を回避するため予備電源を備えたり、あるいは昇圧用ＤＣ／ＤＣコンバータを搭載したりして、車両用電源の電圧の低下を防ぐ対策が採られている。

さらに、特許文献１に示される従来のエンジン始動装置では、直巻コイルと分巻コイルとを有するモータと、このモータの電機子と直列に接続された始動抵抗、及び分巻コイルの界磁電流を制御する制御用素子等を備え、エンジン始動時に始動抵抗を介してモータに通電される。その結果、モータへの起動電流（突入電流）が低減して、バッテリの電圧降下が２Ｖ以下に抑制される。また、高トルク型モータを採用しているので、モータの起動電流が小さくても、最初の上死点乗り越しに必要なトルクを確保できる。更に、最初の上死点乗り越した後は、分巻コイルの界磁電流を制御して高回転特性を得ることで、エンジンの始動に必要なクランキング回転数を確保できる。これにより、エンジン始動時に２Ｖを超える電圧低下を発生させることがなく、瞬断のないエンジンの始動を可能としている。

また、特許文献２に示される従来の内燃機関始動装置では、スタータは、直流電動機が複巻電動機であり、分巻コイルと直列に接続されたキャパシタ、およびキャパシタを充電する第１通電方向とキャパシタから分巻コイルへ放電する第２通電方向とを切り替えるＨ型制御装置を備える。そして、直流電動機の始動時に第１通電方向に通電され、直流電動機の始動時にＨ型制御装置により第１通電方向から第２通電方向へ通電方向が切り替えられる。これにより、直流電動機の始動に伴う主電源の電圧降下を補償して、スタータの必要トルクを確保することができる。これにより、主電源の容量を大きくすることもなく、主電源の電圧を昇圧手段により昇圧することもなく、直流電動機の始動に伴う主電源の電圧降下を補償し、瞬断のないスタータを実現している。

特開２００４−３０８６４５号公報 特開２００５−１０５８６１号公報

しかしながら、特許文献１に示されるエンジン始動装置においては、始動時に電圧降下を抑制するため始動抵抗を接続し、始動抵抗を短絡するスイッチの制御装置が必要であり、始動時の電圧降下を２Ｖ以下に抑制するように監視、制御することを行っており、この制御のため制御装置やプログラムの作成が必要であり、エンジン始動回路も複雑になるといった問題があった。

また、特許文献２に示される内燃機関始動装置においては、始動時に電圧降下を抑制するため、予めキャパシタに充電しておき、始動時に充電電力を放電させて、主電源の電圧低下を補償する方法を採っているため、補助電源として必要な電力を蓄えられる大容量のキャパシタや、制御素子によりキャパシタの充放電を切り替えるため通電方向を切り替える手段であるＨ型制御装置の追加が必要となり始動回路や制御が複雑になるという問題があった。また、頻繁に始動停止を繰り返す必要のある運転環境では、充分充電が行われないまま放電を行う必要性に迫られ、性能を充分に発揮できない可能性があるといった問題があった。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、回路構成が簡素で、制御装置や補助電源を必要とせず、車載の電気機器の瞬断を発生させずにエンジンを始動させる安定性、信頼性に優れたエンジン始動装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明のエンジン始動装置は、スタータスイッチで構成される始動回路の作動により、電源から電力を供給してスタータモータを駆動させるエンジン始動装置において、抵抗体と、抵抗体と並列に接続され、駆動コイルにより閉路する短絡スイッチとで構成される短絡回路が、電源とスタータモータとの間に挿入されていて、短絡スイッチの駆動コイルの一端がスタータスイッチと短絡スイッチとの間に接続され、駆動コイルの他端が接地されているものである。

本発明によれば、エンジン始動時、まず電源とスタータモータとの間に設置された抵抗体に通電し、低電流で始動を開始し、所定の遅延時間後、自動的に短絡スイッチにて、この抵抗体を短絡させることより、始動開始時の電圧低下を抑制し、車載の電気機器に瞬断を与えないエンジン始動を可能とするといった顕著な効果を奏するものである。

実施の形態におけるエンジン始動装置の回路構成を示す図である。 実施の形態におけるエンジン始動装置の他の回路構成を示す図である。 実施の形態におけるエンジン始動装置のさらに他の回路構成を示す図である。 通常のエンジン始動装置の回路構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態に係るエンジン始動装置について図１〜図３に基づいて説明する。

図１において、エンジン始動装置１は、エンジン（図示せず）を始動するスタータモータ２と、このスタータモータ２に電力を供給する電源３であるバッテリ３と、スタータモータ２を始動させるバッテリ３に接続された始動スイッチ４と、スタータモータ２とバッテリ３との間に直列に接続されたスタータスイッチ５ａおよびと短絡スイッチ６ａ、短絡スイッチ６ａの端子Ａ，Ｂ間に短絡スイッチ６ａと並列に接続された抵抗体７と、端子Ａと接地端子Ｃとの間に接続され、短絡スイッチ６ａを閉路させる短絡スイッチ６ａの駆動コイル６ｂ（短絡スイッチ６ａとその駆動コイル６ｂで構成される回路を短絡回路と称する）と、始動スイッチ４と短絡スイッチ６ａのスタータスイッチ５ａ側の端子Ｄとの間に接続され、スタータスイッチ５ａを閉路させるスタータスイッチ５ａの駆動コイル５ｂと、始動スイッチ４と接地端子Ｃとの間に接続され、スタータスイッチ５ａの閉路を保持するスタータスイッチ５ａの保持コイル５ｃ（スタータスイッチ５ａとその駆動コイル５ｂ及び保持コイル５ｃで構成される回路を始動回路と称する）とにより構成されている。

図４に、エンジン始動時における電圧低下を抑制する対策を講じていない通常のエンジン始動装置について説明する。エンジン始動要求により、始動スイッチ４が閉路され、バッテリ３から始動スイッチ４を経由してスタータスイッチ５ａの駆動コイル５ｂにより、スタータスイッチ５ａが閉路され、スタータモータ２に電流が供給され、スタータモータ２の回転が開始される。スタータモータ２の始動に伴い大電流が流れるためバッテリ３の電圧が低下し、ナビゲーションシステム等の電気機器の瞬断が発生する可能性がある。特にアイドリングストップ機能の搭載された車両等では、アイドリングストップ後の再始動を行う際に瞬断が発生する。

次に、実施の形態におけるエンジン始動装置の動作について、図１を参照して説明する。
まず、エンジン始動の第１ステップとして、エンジン始動要求により、始動スイッチ４が閉路され、バッテリ３から始動スイッチ４を経由してスタータスイッチ５ａの駆動コイル５ｂと保持コイル５ｃに通電され、さらに抵抗体７を通ってスタータモータ２に電流Ａが供給され、スタータモータ２の回転が開始される。続いて、第２ステップとして、駆動コイル５ｂと保持コイル５ｃに通電されたことにより、スタータスイッチ５ａのプランジャが駆動され、スタータスイッチ５ａが閉路される。ここで保持コイル５ｃは、始動スイッチ４、バッテリ３と接地端子Ｃに接続されており、通電されることにより、スタータスイッチ５ａの閉路が維持される。これにより、スタータモータ２に回転トルクを発生させ、噛合わされたピニオンギヤがエンジンのクランクシャフトに設けられたリングギヤ側へ移動を開始させる。スタータスイッチ５ａが閉路されると、駆動コイル５ｂを流れる電流Ｉａがほぼ消滅し、バッテリ３から閉路されたスタータスイッチ５ａ、抵抗体７を流れる電流Ｉｂとなる。ここで保持コイル５ｃは、始動スイッチ４、バッテリ３と接地端子Ｃに接続されており、通電されることにより、スタータスイッチ５ａの閉路が維持される。さらに、第３ステップとして、電流Ｉａに続いて電流Ｉｂにより、抵抗体７に並行に接続されている短絡スイッチ６ａの駆動コイル６ｂに通電されることにより短絡スイッチ６ａが閉路され、短絡により抵抗体７に流れる電流Ｉｂがほぼ消滅し、スタータモータ２へ通常のスタータ電流が供給され、スタータモータ２の回転力をエンジンクランク軸へ伝え、エンジンの始動を開始させる。

遅延時間は、スタータスイッチ５ａが閉路し、抵抗体７を介してスタータモータ２へ電流が流れ、スタータモータ２が回転を開始してから所定の回転数に達するまでの時間で決まり、また、その所定の回転数は電圧低下をいくらまで許容するかによって決まる。すなわち目標とする電源の電圧低下量を大きく設定してもよければ遅延時間を大きくしてもよく、電圧低下量を小さく設定してもよければ遅延時間は小さくしてもよい。許容される電源電圧の低下量は車載の電気機器を瞬断させない範囲内である必要がある。遅延時間と抵抗体の抵抗値はバッテリの内部抵抗、スタータモータ仕様（内部抵抗）、配線抵抗と対象エンジンにより設定される。

なお、ここでは、最初の始動時に運転者が入れるイグニッションキーと、アイドリングストップ後のエンジン始動要求が発生したときの再始動時に制御装置（ＥＣＵ）が制御するスイッチの並列回路を簡略化し、一つの始動スイッチで表している。

このような実施の形態の構成によれば、第１ステップでは、回路上に駆動コイル５ｂと抵抗体７及び各配線抵抗が存在し、第２ステップでは、抵抗体７と各配線抵抗、第３ステップでは各配線抵抗が存在することになり、３段階で電気抵抗が減少していくこととなる。さらに、第３ステップ以前に電流Ｉａ及び電流Ｉｂによりスタータモータ２が回転を開始することによりスタータの逆起電圧が増加し電流が抑制されるため、特に高価な制御装置やＤＣ／ＤＣコンバータ等を使用しなくとも電源の電圧降下を抑制できることになる。

このように、実施の形態におけるエンジン始動装置では、スタータモータ始動時、まず、電源とスタータモータとの間に設置された抵抗体に通電し、所定の遅延時間後、自動的に短絡スイッチにて、この抵抗体を短絡させることより、初期電流を低減させ電圧低下を抑制し、車載の電気機器に瞬断を与えないエンジン始動を可能とするといった顕著な効果を奏するものである。

なお、本発明の実施の形態によるエンジン始動装置を示す図１の回路図では、駆動コイル６ｂの電流を端子Ａから供給することにより、短絡スイッチ６ａを閉路し、抵抗体７を短絡させたが、図２のエンジン始動装置の回路図に示すように短絡スイッチ６ａの駆動コイル６ｂの電流を端子Ｂから通電してもよい。この場合、駆動コイル６ｂにかかる電圧は、スタータスイッチ５ａが動作開始した直後は低く、スタータモータ２の回転が上昇し、誘起電圧により端子Ｂの電圧が上昇してから短絡スイッチ６ａが作動するため、短絡スイッチ６ａの閉路にさらなる動作時間の遅れが発生し、スタータモータ２の回転を助長し電源の電圧降下抑制に有利となる。

また、図３に示すエンジン始動装置の回路図では、スタータスイッチ５ａからなる始動回路５がスタータモータ２側に、抵抗体７を短絡させる短絡回路６がバッテリ３側に設置されているが、図１に示す実施の形態のように短絡回路６がスタータモータ２側に設置された場合と同様の効果を奏する。さらに、この配置とした場合、始動回路５とスタータモータ２の接続は、図４に示す従来装置と同一となり、生産設備の標準化が図れると共に、従来装置の接続を外すことなく、後付けで短絡回路６を接続することが可能となる。

また、図において、同一符号は、同一または相当部分を示す。

１ エンジン始動装置
２ スタータモータ
３ バッテリ
４ 始動スイッチ
５ 始動回路
５ａ スタータスイッチ
５ｂ 駆動コイル
６ 短絡回路
６ａ 短絡スイッチ
６ｂ 駆動コイル
７ 抵抗体

Claims (1)

1. スタータスイッチで構成される始動回路の作動により、電源から電力を供給してスタータモータを駆動させるエンジン始動装置において、
   抵抗体と、前記抵抗体と並列に接続され、駆動コイルにより閉路する短絡スイッチとで構成される短絡回路を備え、前記スタータスイッチと前記短絡スイッチとが直列に接続されるとともに、前記電源と前記スタータモータとの間に挿入されていて、前記短絡スイッチの駆動コイルの一端が前記スタータスイッチよりも前記スタータモータ側に接続され、前記駆動コイルの他端が接地されていることを特徴とするエンジン始動装置。