CN104662286B - 发动机起动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明获得可以排除无用的脚蹬操作，进行可靠并且高效的发动机起动的发动机起动装置。该发动机起动装置包括：构成发动机的曲柄轴(11)；与该曲柄轴的旋转同步旋转的发电机(2)；对火花塞(12)提供高电压的点火线圈(5)；为了使所述发动机起动而使曲柄轴(11)旋转的转动曲柄装置；进行对火花塞(12)施加的电压的导通、截止控制的开关装置(63)；控制所述开关装置的CPU(64)，还包括相对于点火线圈(5)与发电机(2)并联连接的蓄电电容器(62)，CPU(64)检测蓄电电容器(62)和点火线圈(5)之间的监视电压，并且仅在所述监视电压为规定电压以上时，使所述开关装置成为导通状态。

Description

发动机起动装置
技术领域
本发明涉及安装在两轮机动车等车辆上的发动机的起动装置，特别涉及在具有起动机或基于脚蹬操作的转动曲柄(cranking)装置的起动装置中，能够进行高效的发动机起动的发动机起动装置。
背景技术
在两轮机动车中电池耗尽的情况下，不能从电池提供发动机起动点火所需要的电源。已知在这时，踏下脚蹬踏板，使曲柄(crank)轴旋转而通过转动曲柄装置进行发电，通过将该电源提供给点火系统，使点火系统工作而进行发动机起动的脚蹬起动系统。在发动机起动时，在消耗的电力中，点火线圈和点火电容器中消耗的电力较大。
因此，在脚蹬起动系统中，在蹬力弱的用户进行了脚蹬操作的情况下，发动机的转动曲柄速度低，在不能达到发动机的正常爆发的情况下，由于发电产生的电荷每次被放电，所以虽然脚蹬了很多次，但起动点火所需要的电荷仍不足，产生发动机不能起动的现象。
因此，例如专利文献1所示的那样，公开了一种发动机起动装置，在脚蹬起动时，在接通点火开关前进行脚蹬操作，将电荷存储在起动用电容器中，之后，通过接通点火开关后再次进行脚蹬操作，在一次脚蹬操作使发动机起动。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2007－120377号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，按照上述的技术，在基于脚蹬操作的转动曲柄之前是否预先在起动用电容器中存储电荷依赖于驾驶员的点火开关操作。因此，需要驾驶员十分熟悉使用方法。而且，在尽管判断为通过一次脚蹬操作可以使发动机起动，但实际上转动曲柄速度低而不能起动的情况、或者相反，尽管通过一次脚蹬操作已可以使发动机起动，但判断为转动曲柄速度低而进行预先在起动用电容器中存储电荷的操作的情况等，成为进行原本不需要的操作，希望更有效的发动机起动方法。
本发明是鉴于上述情况而提出的，目的是提供可以排除不必要的脚蹬操作，进行可靠并且高效的发动机起动的发动机起动装置。
用于解决课题的手段
为了达到上述目的，本发明的技术方案1提供发动机起动装置，包括：构成发动机的曲柄轴(11)；与该曲柄轴(11)的旋转同步旋转的发电机(2)；利用来自该发电机(2)的电力溅射火花的火花塞(12)；对该火花塞(12)提供高电压的点火线圈(5)；为了使所述发动机起动而使所述曲柄轴(11)旋转的转动曲柄装置；进行对所述火花塞(12)施加的电压的导通、截止控制的开关装置(晶体管63)；以及控制所述开关装置的CPU(64)，其特征在于，
所述发动机起动装置还包括：相对于所述点火线圈(5)与所述发电机(2)并联连接的蓄电电容器(62)，
所述CPU(64)检测所述蓄电电容器(62)和所述点火线圈(5)之间的监视电压，并且仅在所述监视电压为规定电压以上时，使所述开关装置(63)成为导通状态。
技术方案2提供发动机起动装置，包括：构成发动机的曲柄轴(11)；与该曲柄轴(11)的旋转同步旋转的发电机(2)；利用来自该发电机(2)的电力溅射火花的火花塞(12)；对该火花塞(12)提供高电压的点火线圈(5)；为了使所述发动机起动而使所述曲柄轴(11)旋转的转动曲柄装置；进行对所述火花塞(12)施加的电压的导通、截止控制的开关装置(可控硅72)；以及控制所述开关装置的CPU(64)，其特征在于，
所述发动机起动装置还包括：
相对于所述点火线圈(5)与所述发电机(2)并联连接的蓄电电容器(62)；以及
在所述蓄电电容器(62)上连接点火高电压产生电路(69)，并且连接在所述点火高电压产生电路(69)和所述点火线圈(5)之间的点火电容器(70)，
所述CPU(64)检测所述点火电容器(70)和所述开关装置(可控硅72)之间的监视电压，并且仅在所述监视电压为规定电压以上时，使所述开关装置(可控硅72)成为导通状态。
技术方案3的特征是，在技术方案1或2所述的发动机起动装置中，在所述蓄电电容器(62)和所述发电机(2)之间，配置用于截断从所述蓄电电容器(62)侧至所述发电机(2)侧的电流的二极管(61)。
技术方案4的特征是，在技术方案3所述的发动机起动装置中，还包括将由所述发电机(2)发电的电力进行蓄电的电池(4)，所述电池(4)被配置在比所述二极管(61)更上游侧。
技术方案5的特征是，在技术方案1至4的任意一项所述的发动机起动装置中，在所述CPU(64)的上游侧，配置用于将来自所述发电机(2)的电力提供给CPU(64)的CPU电源(66)，在所述CPU(64)和所述CPU电源(66)之间，配置用于使至CPU(64)的电压稳定的CPU电源电容器(67)，所述蓄电电容器(62)被配置在比所述CPU电源(66)更上游侧。
技术方案6的特征是，在技术方案4或5所述的发动机起动装置中，所述转动曲柄装置由通过从所述电池(4)提供的电力旋转的起动机、和将所述起动机的旋转力传递给所述曲柄轴(11)的传递装置构成。
技术方案7的特征是，在技术方案1至6的任意一项所述的发动机起动装置中，所述转动曲柄装置由脚蹬踏板和将该脚蹬踏板的旋转力传递给所述曲柄轴(11)的传递装置构成。
技术方案8的特征是，在技术方案1至7的任意一项所述的发动机起动装置中，所述发动机被安装在车辆上，转动曲柄装置由驱动轮、在旋转该驱动轮时将其旋转力传递给所述曲柄轴(11)的传递装置构成。
发明效果
按照本发明，即使在通过转动曲柄装置曲柄轴(11)旋转并且没有达到火花塞(12)的点火的情况下，也不消耗该电力而将其蓄电在蓄电电容器(62)中，所以通过仅在已蓄电了起动所需要的电能的情况下的点火定时进行起动处理，可以容易地进行发动机起动。
特别是，按照技术方案1的电路结构，作为进行对火花塞(12)施加的电压的导通、截止控制的开关装置可以利用晶体管(63)，通过由CPU(64)检测蓄电电容器(62)和点火线圈(5)之间的监视电压，可以成为全晶体管式的发动机起动装置。
而且，按照技术方案2的电路结构，作为进行对火花塞(12)施加的电压的导通、截止控制的开关装置可以利用可控硅(72)，在蓄电电容器(62)上连接点火高电压产生电路(69)，具有连接在点火高电压产生电路(69)和点火线圈(5)之间的点火电容器(70)，通过由CPU(64)检测点火电容器(70)和开关装置之间的监视电压，可以成为CDI式的发动机起动装置。
通过配置CPU电源(66)和CPU电源电容器(67)，可以对CPU(64)提供稳定的电力，并且由于与该CPU电源电容器(67)不同地、在比所述CPU电源(66)更上游配置蓄电电容器(62)，可以高效地将对点火线圈(5)施加的电力进行蓄电。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的发动机起动装置(全晶体管式)的主要部分的结构的方框图。
图2是表示本发明的一实施方式的发动机起动装置(CDI式)的主要部分的结构的方框图。
图3是表示本发明的发动机起动装置的发动机的起动步骤的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图说明在两轮机动车等车辆上安装的本发明的发动机起动装置。
在发动机起动装置具有的点火装置中，大致分为通过点火晶体管截断点火线圈的初级线圈的通电，使初级线圈产生电流变化的全晶体管式、以及使电容器中蓄积的电荷与点火期间匹配而放电至初级线圈的CDI式。首先，在图1表示适用了本发明的全晶体管式的发动机起动装置。
发动机起动装置具有以下部件而构成：发动机(内燃机)1；与发动机(内燃机)1的曲柄轴11连结，与曲柄轴11的旋转同步旋转的交流发电机2；对交流发电机2产生的交流电压进行半波整流，输出直流电压的调节器3；被供给从调节器3输出的直流电压的电池4；对安装在发动机1的气缸10的上端部的火花塞12供给高电压的点火线圈5；以及控制对点火线圈5的施加电压的全晶体管式(感应放电型)的点火单元6。
在发动机1的曲柄轴11上，连结由未图示的脚蹬踏板或者起动机等、和将脚蹬踏板的蹬力或者起动机等的旋转力传递至曲柄轴11的传递装置所构成的转动曲柄装置。转动曲柄装置构成为通过由脚蹬踏板的蹬力或起动机的驱动使曲柄轴11旋转，使气缸10内的活塞13滑动，能够使发动机起动。而且，起动机构成为通过从电池4供给的电力旋转。
在发动机1被安装在两轮机动车上的情况下，转动曲柄装置由例如作为后轮的驱动轮、以及在使该驱动轮旋转时将其旋转力传递到曲柄轴11的传递装置构成。
在气缸10的上端部安装的火花塞12通过利用对点火线圈5施加的电压，在气缸10内进行火花放电，使汽油和空气的混合气体点火燃烧。
调节器3将交流发电机2产生的交流电压进行半波整流，输出直流电压。调节器3输出的直流电压被供给用于车辆的大灯9的点亮，同时对电池4充电，作为12伏特～15伏特的直流电压施加到点火单元6以及点火线圈5。
点火线圈5由连接到电池4的正极侧的被施加直流电压的初级线圈51、以及连接到火花塞12的正极侧的产生与初级线圈中的电流变化相应的电压的次级线圈52构成。
由后述的点火单元6控制对初级线圈51的供电以及其截断。在次级线圈52中，被供给与初级线圈51的电流变化相应产生的高电压。
点火单元6由以下部件构成：从电池4侧向点火线圈5的方向为正方向那样连接的二极管61；一端连接到二极管61的阴极侧，另一端接地的作为火花塞电源的蓄积电容器62；进行初级线圈51中流过的电流的导通、截止控制的晶体管(开关装置)63；控制晶体管(开关装置)63的导通定时的CPU64；经由电源线65对CPU64提供直流电压的CPU电源66；用于使至CPU64的电压稳定的CPU电源电容器67；以及连接在二极管61的阴极侧以及蓄积电容器62和CPU之间的电压检测线68。
蓄积电容器62在通过脚蹬踏板的蹬力或者起动机的旋转力使转动曲柄装置动作时，将由于曲柄轴11的旋转而在交流发电机2中产生的电荷蓄电。
CPU电源66为了将来自交流发电机2的电力提供给CPU64，被配置在CPU64的上游侧(交流发电机2侧)。蓄电电容器62被配置在比CPU电源66更上游侧。电池4被配置在比二极管61更上游侧。
CPU电源电容器67被连接在电源线65和接地之间，将对CPU64提供的电源电压保持一定。而且，晶体管(开关装置)63的集电极与初级线圈51连接，晶体管32的发射极接地。
CPU64经由电压检测线68检测蓄电电容器62和初级线圈51之间的监视电压，并且仅在监视电压为预先设定的规定电压以上时，对晶体管(开关装置)63的栅极施加脉冲而使其成为导通状态，从初级线圈51至晶体管63的集电极－发射极之间流过电流，在次级线圈52中产生高电压，火花塞12点火。
二极管61用于使得从蓄电电容器62侧至交流发电机2侧不流过电流。
接着，参照图2说明在使发动机起动用的电容器中蓄积的电荷与点火期间匹配而对初级线圈放电的CDI式中适用本发明的发动机起动装置。在图2中，对于采用与图1相同的结构的部分，附加相同标号而省略说明。
此外，发动机起动装置也可以不具有将交流发电机2的产生电力充电的电池4，而仅通过与转动曲柄装置连结的脚蹬踏板的脚蹬操作进行发动机起动。
在调节器3和点火线圈5之间，连接有将交流发电机2产生的交流电压进行半波整流所获得的直流电压变换为高电压的点火高电压产生电路69、和将电荷蓄电的点火电容器70。点火高电压产生电路69构成为包括将输入的电压升压至300V左右后输出的转换器。
在初级线圈51和接地之间，连接有通过由CPU64控制的触发电路71，通过对栅极施加脉冲电压而导通的可控硅72。
CPU64经由电压检测线68检测对点火线圈5的初级线圈51施加的点火电容器70的施加电压作为监视电压，同时在监视电压为预先设定的规定电压以上时，对触发电路71进行对可控硅(开关装置)72的栅极输出触发脉冲的控制。通过来自触发电路71的触发脉冲，可控硅(开关装置)72成为导通(起弧)状态，点火电容器70中蓄积的电荷与点火期间匹配而对初级线圈51放电，在次级线圈52中产生高电压，火花塞12点火。
而且，可控硅72在点火电容器70中蓄积的电荷与点火期间匹配而对初级线圈51流过电流后，点火电容器70的放电完成，电荷为0时，可控硅72中流过的电流值为0，所以在该定时自然消弧。
接着，参照图3的流程图说明在图1以及图2中说明的发动机起动装置的动作。
已知交流发电机2在通过脚蹬踏板的蹬力或者起动机的旋转力而发电的情况下，发电的电能的大部分被点火线圈5消耗。在由于CPU64的点火信号，作为开关装置的晶体管63(可控硅72)成为导通状态，点火线圈5通电，但点火线圈5刚流过用于点火的大电流时，蓄电电容器62(点火电容器70)的电源电压降低，产生点火单元6停止而不能点火的状况。
按照上述的发动机起动装置，首先，通过脚蹬踏板的蹬力或者起动机的旋转力使转动曲柄装置动作而使曲柄轴11旋转(步骤81)。
通过与曲柄轴11连结的交流发电机2的转子的旋转，交流发电机2发电(步骤82)。
将交流发电机2发电的电力蓄电在蓄电电容器62中(步骤83)。
CPU64经由电压检测线68检测蓄电电容器62的电压(蓄电状态)，判断是否为规定电压以上(步骤84)。
在电压值不足规定电压的情况下，反复步骤81至步骤83。即，在蓄电电容器62中没有点火所需要的电压(电能)时，不进行至点火线圈5的通电而保存能量，在每次进行脚蹬踏板的脚蹬操作时蓄电电容器62的电压上升。
在电压值为规定电压以上的情况下，CPU64动作，通过对晶体管(开关装置)63的栅极输出脉冲信号，使其成为导通状态(步骤85)。即，CPU64在可以通过电压检测线68确认了蓄电电容器62的电压上升到点火线圈5中的点火所需要的电压的状态下，在点火定时到来时使晶体管(开关装置)63成为导通状态，进行点火线圈5的点火。
通过在点火线圈5的初级线圈51中流过电流，对次级线圈52施加高电压，执行火花塞12的点火处理(步骤86)。
由于点火单元6内的CPU64自身的耗电少，而且能够以低电压驱动，所以脚蹬一次就能够长时间通过CPU电源电容器67的电能连续动作。
在图2的CDI式的发动机起动装置的情况下，在步骤83中，交流发电机2发电的电力被蓄电在蓄电电容器62中，通过点火高电压产生电路69输出与蓄电电压相应的高电压，蓄电在点火电容器70中。然后，在步骤84中，CPU64经由电压检测线68检测点火电容器70的电压(蓄电状态)，判断是否为规定电压以上。然后，在电压值为规定电压以上的情况下，通过CPU64动作，对可控硅(开关装置)72的栅极输出触发脉冲而使其成为导通状态(步骤85)。
按照上述的发动机起动装置，即使是不能强烈踏下脚蹬踏板(蹬力弱)的人，只要数次蹬踏，也能够在蓄积电容器62(图1)或点火电容器70(图2)中蓄积发动机起动所需要的电能。因此，由于能够可靠地对点火线圈5的初级线圈51提供高电压，所以可以对火花塞12提供较大的点火能量，能够可靠地进行发动机的起动。
而且，在不适合脚蹬起动的小型的交流发电机(AGC)中，也能够可靠地进行脚蹬起动，因此还有可以实现AGC的小型化以及轻量化的优点。
标号说明
1…发动机，2…交流发电机，3…调节器，4…电池，5…点火线圈，6…点火单元，10…气缸，11…曲柄轴，12…火花塞，51…初级线圈，52…次级线圈61…二极管，62…蓄电电容器，63…晶体管(开关装置)，64…CPU，65…电源线，66…CPU电源，67…CPU电源电容器，68…电压检测线，69…点火高电压产生电路，70…点火电容器，71…触发电路，72…可控硅(开关装置)。

Claims (5)

1.一种发动机起动装置，包括：与发动机的曲柄轴(11)的旋转同步旋转的发电机(2)；利用来自该发电机(2)的电力溅射火花的火花塞(12)；对该火花塞(12)提供高电压的点火线圈(5)；为了使所述发动机起动而使所述曲柄轴(11)旋转的转动曲柄装置；进行对所述火花塞(12)施加的电压的导通、截止控制的开关装置(63)；以及控制所述开关装置的CPU(64)，其特征在于，
所述发动机起动装置还包括：
将所述发电机(2)的输出向所述点火线圈(5)的方向流动，同时使得从蓄电电容器(62)侧至所述发电机(2)侧不流过电流的二极管(61)；
相对于所述点火线圈(5)与所述发电机(2)并联连接的蓄电电容器(62)；
根据所述发电机(2)的输出，将电力提供给所述CPU的电源线(65)的CPU电源(66)；以及
一端与所述CPU的电源线连接，另一端接地的CPU电源电容器(67)，
所述点火线圈的初级侧和CPU电源(66)与所述蓄电电容器的一端一起连接到所述二极管(61)的阴极，
所述CPU(64)检测所述蓄电电容器(62)和所述点火线圈(5)之间的监视电压，并且仅在所述监视电压为规定电压以上时，使所述开关装置(63)成为导通状态。
2.如权利要求1所述的发动机起动装置，
所述发动机起动装置还包括将由所述发电机(2)发电的电力进行蓄电的电池(4)，所述电池(4)被连接到所述二极管(61)的阳极侧。
3.如权利要求2所述的发动机起动装置，
所述转动曲柄装置由通过从所述电池(4)提供的电力旋转的起动机、和将所述起动机的旋转力传递给所述曲柄轴(11)的传递装置构成。
4.如权利要求1或2所述的发动机起动装置，
所述转动曲柄装置由脚蹬踏板和将该脚蹬踏板的旋转力传递给所述曲柄轴(11)的传递装置构成。
5.如权利要求1或2所述的发动机起动装置，
所述发动机被安装在车辆上，转动曲柄装置由驱动轮、在旋转该驱动轮时将其旋转力传递给所述曲柄轴(11)的传递装置构成。
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