JP4239425B2 - エンジン始動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンを始動させるエンジン始動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、スタータに用いられる電磁スイッチは、キースイッチが投入されると、励磁コイルが通電されて磁力を発生し、その磁力によりプランジャを駆動してモータの接点を閉じている。しかし、キースイッチが投入された時に非常に大きな電流（突入電流）が励磁コイルに流れるので、プランジャの移動速度が必要以上に大きくなる。その結果、接点が閉じる時に衝突音が発生し、且つ接点の摩耗が大きくなるといった問題が生じる。
そこで、キースイッチが投入された時に流れる突入電流を抑えるために、励磁コイルと直列に制御素子を挿入し、この制御素子を介して励磁コイルを流れる電流を制限する技術が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、制御素子を用いる始動システムでは、制御素子の電圧降下によりスタータの出力が低下するという問題があった。また、冷寒時等でバッテリ能力が低下すると、モータへの通電によってバッテリ電圧が低下した時に、制御回路の作動電圧を維持できなくなることがある。この場合、制御回路がＯＦＦして接点が開いてしまうため、エンジン始動を継続できなくなる。
【０００４】
近年、エンジンの自動停止及び自動始動を行うエコランシステムの採用により、耐久性の向上及び始動音の低減が必要となり、低コストの制御素子を使用したエンジン始動装置が望まれている。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、スタータ電流を制御できる電流制御回路を有し、この電流制御回路に低容量の制御素子を使用することができ、且つバッテリ能力が低下している時でも確実にエンジンを始動できるエンジン始動装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（請求項１の手段）
本発明のエンジン始動装置は、アーマチャの高電位側または低電位側に直列に接続された制御素子を有し、この制御素子をＯＮしてアーマチャに通電する第１の通電回路と、アーマチャと直列に接続されたリレー接点を有し、このリレー接点をＯＮしてアーマチャに通電する第２の通電回路と、制御素子及びリレー接点の作動を制御する制御回路とを備えると共に、エンジンを始動させるシステムとして、乗員がキースイッチをＯＮしてエンジン始動を行う通常始動モードと、所定の始動条件が満たされた時にエンジンを自動始動させるエコラン始動モードとが設定され、制御回路は、通常始動モードとエコラン始動モードとに応じて、制御素子及びリレー接点の作動を制御している。
上記の構成によれば、第１の通電回路と第２の通電回路とを適宜切り替えてアーマチャに通電することができる。例えば、エンジン始動時に制御素子をＯＮしてアーマチャに通電し、その通電電流を制御することにより、突入電流を抑制できる。また、大電流を必要とする時は、リレー接点をＯＮしてアーマチャに通電し、制御素子の許容電流以下でエンジン始動が可能な場合は、制御素子をＯＮしてアーマチャに通電することにより、低容量の制御素子を使用することが可能である。
また、制御素子をアーマチャの高電位側、つまりバッテリとアーマチャとの間に接続する場合は、始動モータの構成を変更する必要がなく、従来の始動モータを使用することができる。一方、制御素子をアーマチャの低電位側、つまりアーマチャとアースとの間に接続する場合は、高電圧にも耐えることができる。
さらに、制御回路は、制御素子及びリレー接点の作動を制御する際に、通常始動モードに適した制御方法とエコラン始動モードに適した制御方法とを切り替えて実行することができる。
【０００９】
（請求項２の手段）
請求項１に記載したエンジン始動装置において、
制御回路は、エンジン始動時に制御素子をＯＮしてアーマチャに通電し、その通電電流を次第に増加させている。
この場合、通電開始時にアーマチャに大電流（突入電流）が流れることを防止でき、且つアーマチャの回転速度を緩やかに増大させることができる。
【００１０】
（請求項３の手段）
請求項１または２に記載したエンジン始動装置において、
制御回路は、制御素子を流れる電流が制御素子の許容電流を超えると、リレー接点をＯＮする。
この場合、制御素子の許容電流を低く抑えることができるので、低容量の制御素子を使用することができる。
【００１１】
（請求項４の手段）
請求項３に記載したエンジン始動装置において、
制御回路は、アーマチャに通電される通電電流に基づいてリレー接点をＯＮする時期を決定する。
これにより、制御素子を流れる電流が制御素子の許容電流を超えた時に、リレー接点をＯＮすることができる。
【００１２】
（請求項５の手段）
請求項１〜４に記載した何れかのエンジン始動装置において、
制御回路は、アーマチャへの通電を停止する時に、リレー接点をＯＦＦしてから電磁スイッチへの通電をＯＦＦする。
電磁スイッチが内部接点を有している場合、電磁スイッチより先にリレー接点をＯＦＦすることで、電磁スイッチの内部接点の寿命を延ばすことができる。
【００１４】
（請求項６の手段）
請求項１〜５に記載した何れかのエンジン始動装置において、
電磁スイッチは、アーマチャに通電するための内部接点を有していない。
第１の通電回路または第２の通電回路によってアーマチャへの通電を行うことができるので、電磁スイッチは、ピニオンを押し出すためだけに使用することができる。この場合、例えばエコラン始動モードの時に、アーマチャへの通電を停止するために電磁スイッチへの通電を停止する必要がないので、電磁スイッチを通電したままピニオンをリングギヤに噛み合わせた状態に保持させることが可能であり、エンジン始動を短時間で行うことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
図１はエンジン始動装置１の電気回路図である。
エンジン始動装置１は、電磁スイッチ２の駆動力によりピニオン３を押し出してエンジンのリングギヤ（図示しない）と噛み合わせ、始動モータの回転力をピニオン３からリングギヤに伝達してエンジンを始動させるもので、始動モータへの通電電流（アーマチャ電流）を制御するための制御素子４と、この制御素子４を短絡する短絡用リレー５、及び制御回路６を備えている。
【００１６】
電磁スイッチ２は、キースイッチ７の投入により通電されて磁力を発生するコイル８と、このコイル８に発生する磁力を受けて可動するプランジャ９と、このプランジャ９の移動に伴って開閉される内部接点１０等を具備している。
始動モータは、通電を受けてアーマチャ１１に回転力を発生させる極めて周知な直流モータである。
【００１７】
制御素子４は、図１に示す様に、バッテリ１２と電磁スイッチ２の一方の内部接点１０との間に接続され、制御回路６によりＰＷＭ制御される。
リレー５は、制御素子４と並列に接続されたリレー接点５ａと、このリレー接点５ａを駆動する励磁コイル５ｂとで形成される。
制御回路６は、キースイッチ７が投入されると、バッテリ１２から給電されて作動し、エンジン状態信号、アーマチャ電流、始動モード信号等に基づいて、制御素子４とリレー接点５ａ（励磁コイル５ｂ）の作動を制御する。
【００１８】
なお、エンジン状態信号は、例えばエンジン回転数である。
また、始動モード信号は、エンジンを始動させるシステムとして、乗員がキースイッチ７をＯＮしてエンジン始動を行う通常始動モードと、所定の始動条件が満たされた時（例えば乗員がブレーキペダルを離してアクセルペダルを踏み込むまでのペダル操作）にエンジンを自動始動させるエコラン始動モードとが設定されている場合に、通常始動モードを実行する通常始動モード信号と、エコラン始動モードを実行するエコラン始動モード信号である。
【００１９】
次に、エンジン始動装置１の作動を説明する。
大電流が要求される通常始動モードでは、キースイッチ７がスタート位置(ST)（図１参照）に投入されると、制御回路６が制御素子４をＰＷＭ制御して、アーマチャ電流を徐々に増加させる。その後、アーマチャ電流が制御素子４の許容電流を超えると、励磁コイル５ｂが通電されてリレー接点５ａがＯＮする。その結果、リレー接点５ａを通じて全電圧でアーマチャ１１に通電される。
エンジンが完爆してアーマチャ１１への通電を停止する時は、先ず励磁コイル５ｂへの通電を停止してリレー接点５ａをＯＦＦした後、制御素子４への通電をＯＦＦする。
【００２０】
何らかの理由により、電磁スイッチ２の内部接点１０が溶着した場合は、リレー接点５ａ及び制御素子４を共にＯＦＦして、電磁スイッチ２に内蔵されるコイル８の過熱を防止する。
制御素子４の許容電流以下でエンジンの始動が可能なエコラン始動モードでは、エンジンの始動が完了するまで制御素子４を介してアーマチャ電流を制御する。この場合、エンジンのクランキングトルクの変動にアーマチャ電流を追従させる様に制御する。
【００２１】
（本実施例の効果）
本実施例のエンジン始動装置１は、制御素子４をＯＮしてアーマチャ１１に通電する第１の通電回路と、リレー接点５ａをＯＮしてアーマチャ１１に通電する第２の通電回路とを有しているので、例えば、エンジン始動時には制御素子４をＯＮしてアーマチャ電流を徐々に増加させ、そのアーマチャ電流が制御素子４の許容電流を超えた時にリレー接点５ａをＯＮして制御素子４を短絡させることができる。この場合、通電開始時にアーマチャ１１に大電流（突入電流）が流れることを防止できるので、無駄な電流消費を抑制できる。
【００２２】
また、アーマチャ電流が制御素子４の許容電流を超えた時にリレー接点５ａに切り替えることができるので、低容量の制御素子４を使用することができる。この場合、制御素子４による電圧降下の影響を無視できるので、出力低下を抑えることができる。
更に、アーマチャ１１への通電を停止する時は、電磁スイッチ２より先にリレー接点５ａをＯＦＦすることで、電磁スイッチ２の内部接点１０が開く時にアーク電流の発生を防止できるので、内部接点１０の寿命を延ばすことが可能である。
【００２３】
エコラン始動モードの時は、制御素子４のみを制御して（リレー接点５ａ：ＯＦＦ）アーマチャ１１に通電することができるので、リレー接点５ａの使用回数を抑えることができ、リレー接点５ａの耐久性向上を図ることが可能である。
また、エコラン始動モードの時に、エンジンのクランキングトルクの変動にアーマチャ電流を追従させる様に制御素子４を制御することで、エンジン側の回転変動に合わせてアーマチャの回転を制御できるので、クランキング時の始動音を低減できる。
【００２４】
（第２実施例）
図２はエンジン始動装置１の電気回路図である。
本実施例のエンジン始動装置１は、図２に示す様に、制御素子４とリレー接点５ａをアーマチャ１１の低電位側（アーマチャ１１とアースとの間）に接続した一例である。
制御素子４とリレー接点５ａ（励磁コイル５ｂ）の制御方法は、第１実施例と同じであり、同様の効果を得ることができる。
また、制御素子４をアーマチャ１１の低電位側に接続したことにより、高電圧にも耐えることができる。
【００２５】
（第３実施例）
図３はエンジン始動装置１の電気回路図である。
本実施例のエンジン始動装置１は、図３に示す様に、電磁スイッチ２が内部接点１０（図１参照）を持たない場合の一例である。
本発明のエンジン始動装置１は、電磁スイッチ２が内部接点１０を有していなくても、第１の通電回路または第２の通電回路によってアーマチャ１１を通電することができるので、電磁スイッチ２は、ピニオン３を押し出すためだけに使用することができる。この場合、例えばエコラン始動モードの時に、電磁スイッチ２を通電したままピニオン３をリングギヤに噛み合わせた状態に保持させることが可能であり、エンジン始動を短時間で行うことができる効果を生じる。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンジン始動装置の電気回路図である（第１実施例）。
【図２】エンジン始動装置の電気回路図である（第２実施例）。
【図３】エンジン始動装置の電気回路図である（第３実施例）。
【符号の説明】
１ エンジン始動装置
２ 電磁スイッチ
３ ピニオン
４ 制御素子
５ａ リレー接点
６ 制御回路
７ キースイッチ
８ コイル（電磁スイッチ）
９ プランジャ（電磁スイッチ）
１０ 内部接点（電磁スイッチ）
１１ アーマチャ

Claims (6)

1. アーマチャに回転力を発生する始動モータと、
   軸方向に可動するピニオンと、
   内蔵するコイルが通電されて発生する磁力によりプランジャを駆動する電磁スイッチと、
   前記アーマチャの高電位側または低電位側に直列に接続された制御素子を有し、この制御素子をＯＮして前記アーマチャに通電する第１の通電回路と、
   前記アーマチャと直列に接続されたリレー接点を有し、このリレー接点をＯＮして前記アーマチャに通電する第２の通電回路と、
   前記制御素子及び前記リレー接点の作動を制御する制御回路とを備え、
   前記電磁スイッチの駆動力を利用し、前記ピニオンを押し出してエンジンのリングギヤに噛み合わせ、前記アーマチャの回転力を前記ピニオンから前記リングギヤに伝達してエンジンを始動させるエンジン始動装置であって、
   エンジンを始動させるシステムとして、乗員がキースイッチをＯＮしてエンジン始動を行う通常始動モードと、所定の始動条件が満たされた時にエンジンを自動始動させるエコラン始動モードとが設定され、
   前記制御回路は、前記通常始動モードとエコラン始動モードとに応じて、前記制御素子及び前記リレー接点の作動を制御していることを特徴とするエンジン始動装置。
2. 請求項１に記載したエンジン始動装置において、
   前記制御回路は、エンジン始動時に前記制御素子をＯＮして前記アーマチャに通電し、その通電電流を次第に増加させることを特徴とするエンジン始動装置。
3. 請求項１または２に記載したエンジン始動装置において、
   前記制御回路は、前記制御素子を流れる電流が前記制御素子の許容電流を超えると、前記リレー接点をＯＮすることを特徴とするエンジン始動装置。
4. 請求項３に記載したエンジン始動装置において、
   前記制御回路は、前記アーマチャに通電される通電電流に基づいて前記リレー接点をＯＮする時期を決定することを特徴とするエンジン始動装置。
5. 請求項１〜４に記載した何れかのエンジン始動装置において、
   前記制御回路は、前記アーマチャへの通電を停止する時に、前記リレー接点をＯＦＦしてから前記電磁スイッチへの通電をＯＦＦすることを特徴とするエンジン始動装置。
6. 請求項１〜５に記載した何れかのエンジン始動装置において、
   前記電磁スイッチは、前記アーマチャに通電するための内部接点を有していないことを特徴とするエンジン始動装置。

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