JP2004360478A

JP2004360478A - Starter device

Info

Publication number: JP2004360478A
Application number: JP2003156451A
Authority: JP
Inventors: Motoi Hisamoto; 基久本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-06-02
Filing date: 2003-06-02
Publication date: 2004-12-24
Anticipated expiration: 2023-06-02
Also published as: JP4025242B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a starter device capable of relieving an impact force produced by collision between a pinion gear and a ring gear while maintaining the advantages of a starter device of auxiliary rotating type. <P>SOLUTION: This starter device is formed so that an attraction coil 46 and a holding coil 47 forming the energizing coil 41 of a main relay 4 are wound on a common core generating a magnetic force for shifting the pinion gear in the same winding direction and the flow of a current into the holding coil 47 is interrupted until the main relay 4 is turned on after an auxiliary relay 3 is turned on. The device comprises an energization control means 51 allowing the current to flow into the holding coil 47 when the auxiliary relay 3 is turned off. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン始動時に使用されるスタータ装置に係り、特にはピニオンギヤとリングギヤ間で生じる衝撃を緩和するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、大型のディーゼルエンジン等を搭載した自動車においては、エンジン始動時の負荷が大きいので、ピニオンギヤを比較的緩やかな速度で回転させてリングギヤに噛合させ、両ギヤが完全に噛合した後にスタータモータにメイントルクを発生させてエンジン始動を行うようにした、いわゆる補助回転式のスタータ装置が使用されている。
【０００３】
図５はこのような従来の補助回転式のスタータ装置の一例を示す構成図である。同図において、符号１は電源となるバッテリ、２キースイッチ、３はキースイッチ２の操作に応じてオン／オフ動作する補助リレー、４は補助リレー３のオン／オフ動作に伴ってオン／オフ動作するメインリレー、５は図示しないピニオンギヤを回転させるスタータモータである。
【０００４】
そして、補助リレー３は、キースイッチ２に接続された励磁コイル３１と、この励磁コイル３１への通電の有無により動作する可動接点３２と、この可動接点３２が離接する固定接点３３，３４とを備えている。
【０００５】
また、メインリレー４は、励磁コイル４１と、この励磁コイル４１への通電の有無により動作する可動接点４２と、この可動接点４２が離接する固定接点４３，４４とを備えている。可動接点４２は、図示しないがリンク機構を介してピニオンギヤと機械的に連結されており、ピニオンギヤがリングギヤに完全に噛み合ったときに始めてオンするように構成されている。
【０００６】
上記の励磁コイル４１は、メインリレー４の可動接点４２のオン／オフ動作の機能とともに、ピニオンギヤをリングギヤに向けてシフトさせる機能を兼用するもので、吸引コイル４６と保持コイル４７とを有する。そして、両コイル４６，４７の一端同士を接続した接続中点は補助リレー接続端子４８および補助リレー３を介してメインリレー４の入力側の固定接点４３に接続され、また、吸引コイル４６の他方端はメインリレー４の出力側の固定接点４４に接続され、さらに保持コイル４７の他方端は接地されている。
【０００７】
しかも、図６に示すように、吸引コイル４６と保持コイル４７とは、ピニオンギヤをシフトさせるための図示しない共通のコアに対して同じ巻数でかつ同じ巻方向に巻回されており、これによってキースイッチ２のオフ動作に伴ってメインリレー４が自動的にオフになるようにしている。この点については後で詳述する。
【０００８】
次に、上記構成を備えたスタータ装置の動作について、ここでは、理解を容易にするために、便宜上、動作順に第１〜第３の各ステップに区分して説明する。なお、以降の説明において、第１ステップはキースイッチ２を閉じてからピニオンギヤがリングギヤに噛合するまでの動作、第２ステップはピニオンギヤがリングギヤに完全に噛合してからエンジンが始動されるまでの動作、第３ステップはエンジン始動が完了してキースイッチ２を開いた後の動作にそれぞれ対応している。
【０００９】
（１）第１ステップ
キースイッチ２を閉じるとバッテリ１から補助リレー３の励磁コイル３１に電力が供給されて可動接点３２が閉じる。可動接点３２が閉じると、バッテリ１からの電力は、メインリレー４の入力側の固定接点４３から補助リレー３、および補助リレー接続端子４８を介して励磁コイル４１に供給される。そして、吸引コイル４６から出力側の固定接点４４を経てスタータモータ５に電力が供給されるとともに、保持コイル４７にも電力が供給される。
【００１０】
このように、吸引コイル４６と保持コイル４７に共に電力が供給されることで、ピニオンギヤがリングギヤに向けてシフトされてリングギヤに衝突する。また、スタータモータ５に電力が供給されることでピニオンギヤが回転する。この場合、吸引コイル４６および保持コイル４７の各抵抗値は、スタータモータ５のフィールドコイルの抵抗値に比べて十分大きな値をもつように予め設定されているので、この段階でスタータモータ５に流れる電流は比較的小さい。そのため、ピニオンギヤは比較的緩やかな速度で回転する。そして、ピニオンギヤが歯一枚分だけ回転したときにリングギヤとの衝突状態が解消されて両ギヤが完全に噛み合う。
【００１１】
（２）第２ステップ
ピニオンギヤがリングギヤに完全に噛み合うと、励磁コイル４１の磁力および図示しないリンク機構の作用によってメインリレー４の可動接点４２が閉じる。可動接点４２が閉じると、バッテリ１からの電力がメインリレー４を介してスタータモータ５に直接供給されるようになるため、スタータモータ５にメイントルクが発生して全力回転する。その結果、エンジンが始動されることになる。
【００１２】
また、メインリレー４の可動接点４２が閉じると（このき補助リレー３もオンしている）、吸引コイル４６の両端間の電位差が無くなるので、吸引コイル４６には殆ど電流が流れず保持コイル４７にだけ電流が流れる。そして、この保持コイル４７の通電によって可動接点４２の閉状態が保持される。
【００１３】
（３）第３ステップ
エンジン始動が完了した後、キースイッチ２を開くと、これに伴って補助リレー３の可動接点３２が開くので、保持コイル４１への通電が一瞬なくなるが、このとき、メインリレー４の可動接点４２は閉状態にあるため、出力側の固定接点４４および吸引コイル４６を介して保持コイル４７に電力が供給される。
【００１４】
しかもその際、図６に示したように、吸引コイル４６と保持コイル４７とは、ピニオンギヤをシフトさせるための共通のコアに対して同じ巻数でかつ同じ巻方向に巻回されており、しかも、補助リレー３の可動接点３２が開いたときには両コイル４６，４７には同じ大きさの電流（図６中、破線矢印で示す）が流れるため、両コイル４６，４７によって発生する磁界の向きが逆になって磁界が互いに打ち消される。その結果、メインリレー４の可動接点４２を閉状態に保持できなくなって可動接点４２が開く。可動接点４２が開くと、スタータモータ５への電力供給が遮断されてスタータモータ５が停止する。
【００１５】
なお、従来技術として、補助回転式のスタータ装置についての改善提案がなれたものがあるが（特許文献１参照）、この従来のものは、ピニオンギヤがリングギヤに完全に噛合した後にメイントルクを発生した際に両ギヤ間で生じる衝撃を緩和するための技術であって、ピニオンギヤがリングギヤに完全に噛合する前の段階においてピニオンギヤがリングギヤに衝突して生じる衝撃を緩和しようとするための技術ではない。
【００１６】
【特許文献１】
特開平２００１−３４９２６９号公報（第１−８頁、図１）
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図５および図６に示した従来構成のスタータ装置は、ピニオンギヤがリングギヤに対して完全に噛み合うまではスタータモータ５を全力回転させないため、ピニオンギヤやリングギヤの損傷を防止できるいう利点を備えている。しかしながら、従来装置は、次の点で未だ改良の余地がある。
【００１８】
すなわち、従来のスタータ装置は、前述の第３ステップにおいて、エンジン始動が完了した後、キースイッチ２を開いて補助リレー３がオフしたときには、吸引コイル４６と保持コイル４７によって発生する磁界の向きが逆になって磁界が互いに打ち消される。その結果、メインリレー４の可動接点４２が開いてスタータモータ５の回転を自動的に停止させることができる。
【００１９】
ところが、励磁コイル４１を図６に示した構成にしておくと、前述の第１ステップにおいて、キースイッチ２の操作に伴って補助リレー３の可動接点３２が閉じたときには、吸引コイル４６と保持コイル４７には同じ向きの電流（図６中、実線矢印で示す）が流れるために、両コイル４６，４７によって発生する磁界の向きが同じになって、両磁界が互いに強め合う状態になる。
【００２０】
そのため、ピニオンギヤがリングギヤに向けて大きな磁力で吸引されてしまい、ピニオンギヤがリングギヤに衝突する際の衝撃を緩和するが難しい。そして、ピニオンギヤがリングギヤの側面に大きな力で頻繁に衝突すると、両ギヤの衝突面に返りが出るなどの表面荒れが生じ、リングギヤにピニオンギヤが円滑に噛み合わなくなる。そして、両ギヤが噛み合わない状態で始動操作が繰り返されると、メインリレー４の励磁コイル４１を焼損させる恐れがある。
【００２１】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、補助回転式の利点をそのまま維持しつつ、ピニオンギヤとリングギヤ間の衝突で生じる衝撃力を緩和できるようにしたスタータ装置を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するために、キースイッチ操作によって補助リレーがオンしたのに伴う励磁コイルへの通電によってピニオンギヤをリングギヤに向けてシフトさせ、両ギヤが噛み合ったときにメインリレーがオンしてスタータモータにメイントルクを発生させる補助回転式のスタータ装置において、次の構成を採用している。
【００２３】
すなわち、第１の発明に係るスタータ装置は、励磁コイルを構成する吸引コイルと保持コイルとは互いに同じ巻方向に巻回されており、かつ、補助リレーがオンしてからメインリレーがオンするまでの間は上記保持コイルへの通電を遮断するとともに、上記補助リレーのオフに応じて保持コイルへの通電を許容する通電制御手段を備えていることを特徴としている。
【００２４】
これにより、吸引コイルと保持コイルの役割分担が明確に区別され、吸引コイルはピニオンギヤとメインリレーの可動接点の吸引作用のみを、保持コイルはメインリレーの可動接点の閉状態の保持作用のみを行う。このため、吸引コイルによってピニオンギヤをリングギヤに向けてシフトさせる際の磁力調整が容易になり、ピニオンギヤがリングギヤに衝突する際の衝撃力が緩和される。
【００２５】
また、第２の発明に係るスタータ装置は、励磁コイルを構成する吸引コイルと保持コイルとは互いに相反する巻方向に巻回されており、かつ、上記保持コイルのアース側には直列に上記キースイッチ操作に応じてオン／オフする半導体スイッチング素子が接続されていることを特徴としている。
【００２６】
これにより、ピニオンギヤをシフトする際、吸引コイルで生じる磁力が保持コイルで生じる磁力によって一部打ち消されるので、ピニオンギヤをリングギヤに向けて比較的小さな磁力によって吸引することができる。このため、ピニオンギヤがリングギヤに衝突する際の衝撃力が緩和される。
【００２７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る補助回転式のスタータ装置を示す構成図、図２はこの実施の形態１においてメインリレーを構成する励磁コイルの部分を取り出して示す結線図である。
なお、図５に示した従来技術と対応する構成部分には同一の符号を付している。
【００２８】
この実施の形態１におけるスタータ装置の特徴は、補助リレー３の可動接点３２が閉じてからメインリレー４の可動接点４２が閉じるまでの期間は保持コイル４７への通電を遮断するとともに、補助リレー３２の可動接点が開くのに応じて保持コイル４７への通電を許容する通電制御手段５１を備えていることである。
【００２９】
この場合の通電制御手段５１は、保持コイル４７のアース側に直列に接続された半導体スイッチング素子５２と、マイクロコンピュータなどで構成された制御器５３とを有する。半導体スイッチング素子５２は、本例ではＭＯＳトランジスタにより構成されているが、その他にバイポラトランジスタなどを適用することもできる。また、制御器５３は、キースイッチ２のオン／オフおよびメインリレー４のオン／オフに伴う電圧変化を検出し、これに応じて半導体スイッチング素子５２のオン／オフ制御を行うように構成されている。
【００３０】
なお、この実施の形態１において、図２に示すように、メインリレー４の励磁コイル４１を構成する吸引コイル４６と保持コイル４７とは、図６に示した従来技術の場合と同様に、ピニオンギヤをシフトさせるための図示しない共通のコアに対して同じ巻数でかつ同じ巻方向に巻回されている。また、その他の構成については、図５に示した従来の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
【００３１】
次に、この実施の形態１におけるスタータ装置の動作について説明する。
（１）第１ステップ
キースイッチ２を閉じるとバッテリ１から補助リレー３の励磁コイル３１に電力が供給されて可動接点３２が閉じる。その際、バッテリ１の電圧が通電制御手段５１を構成する制御器５３に加わるため、この電圧変化に応じて制御器５３はスイッチング素子５２をオフにする。
【００３２】
上記のようにして補助リレー３の可動接点３２が閉じると、メインリレー４の入力側の固定接点４３から補助リレー３、および補助リレー接続端子４８を介して励磁コイル４１に電力が供給される。その際、スイッチング素子５２は既にオフになっているので、図２中の実線矢印で示すように、保持コイル４７には電流が流れず、吸引コイル４６から出力側の固定接点４４を経てスタータモータ５に電力が供給される。
【００３３】
このように、保持コイル４７には電流が流れず、吸引コイル４６にのみ電流が流れるため、従来に比べてピニオンギヤをリングギヤに向けてシフトさせる際の磁力が従来よりも弱くなり、ピニオンギヤがリングギヤに衝突する際の衝撃力が緩和される。その結果、ピニオンギヤとリングギヤの側面の表面荒れを防止することができる。そして、スタータモータ５に電力が供給されることでピニオンギヤが歯一枚分だけ回転したときにリングギヤとの衝突状態が解消されて両ギヤが完全に噛み合う。
【００３４】
（２）第２ステップ
ピニオンギヤがリングギヤに完全に噛み合うと、吸引コイル４６による磁力および図示しないリンク機構の作用によってメインリレー４の可動接点４２が閉じる。可動接点４２が閉じると、バッテリ１からメインリレー４を介してスタータモータ５に直接に電力が供給されるようになるため、スタータモータ５にメイントルクが発生して全力回転する。その結果、エンジンが始動されることになる。
【００３５】
また、メインリレー４の可動接点４２が閉じると、吸引コイル４６の両端間の電位差が殆ど無くなり、補助リレー接続端子４８の電圧が上昇するため、この電圧変化に応じて制御器５３は半導体スイッチング素子５２に対してＰＷＭ制御を開始する。
【００３６】
図５に示した従来のスタータ装置では、メインリレー２の可動接点が閉じてスタータモータ５にメイントルクを発生させる状態になっているとき、吸引コイル４６には電流が流れていないが、保持コイル４７には可動接点を閉状態に保持するのに必要となる電流値以上の電流が流れているために、その分、スタータモータ５に対する電力供給が少なくなり、十分なエンジン始動を行えないことがある。
【００３７】
これに対して、この実施の形態１では、メインリレー４の可動接点４２が閉じてスタータモータ５にメイントルクを発生させる状態になっているときに制御器５３が半導体スイッチング素子５２をＰＷＭ制御するので、保持コイル４７に対して可動接点４２を閉状態に保持するのに必要最低限の電流を流すことができる。したがって、その分、スタータモータ５に対してエンジン始動に必要な十分な電力供給を行うことができる。
【００３８】
（３）第３ステップ
エンジン始動が完了した後、キースイッチ２を開くと、これに伴って補助リレー３の可動接点３が開くが、その際メインリレー４の可動接点４２は閉状態にある。しかも、キースイッチ２を開くとバッテリ１の電圧が制御器５３に加わらなくなるため、これに応じて制御器５３はスイッチング素子５２をオンにする。これにより、バッテリ１からの電力はメインリレー４の出力側の固定接点４４、吸引コイル４６を介して保持コイル４７に供給されるようになる。
【００３９】
その結果、図５に示した従来の場合と同様に、吸引コイル４６と保持コイル４７には同じ大きさの電流（図２中、破線矢印で示す）が流れるために、両コイル４６，４７によって発生する磁界の向きが逆になって磁界が互いに打ち消される。その結果、メインリレー４の可動接点４２が開き、スタータモータ５への電力供給が遮断されてスタータモータ５が停止する。
【００４０】
以上のように、この実施の形態１では、キースイッチ２を閉じてからピニオンギヤがリングギヤに完全に噛合するまでの第１ステップでは、吸引コイル４６への通電のみによってピニオンギヤをシフトするための磁力を得るので、従来に比べてピニオンギヤがリングギヤに衝突する際の衝撃力が緩和される。また、ピニオンギヤがリングギヤに完全に噛合した後、エンジンが始動されるまでの第２ステップでは、制御器５３による半導体スイッチング素子５２のＰＷＭ制御によって保持コイル４７に流れる電流がメインリレー４をオン状態を保持するのに必要最低限の値に抑えられるので、エンジン始動に必要な十分な電力をスタータモータ５に対して供給することができる。
【００４１】
実施の形態２．
図３は本発明の実施の形態２に係る補助回転式のスタータ装置を示す構成図、図４はこの実施の形態２においてメインリレーを構成する励磁コイルの部分を取り出して示す結線図である。なお、図５に示した従来技術と対応する構成部分には同一の符号を付している。
【００４２】
この実施の形態２の特徴は、メインリレー４の励磁コイル４１を構成する吸引コイル４６と保持コイル４７とは、ピニオンギヤをシフトさせるための図示しない共通のコアに対して互いに相反する巻方向に巻回されており（たとえば、吸引コイル４６が右巻なら保持コイル４７は左巻）、かつ、吸引コイル４６の巻数と保持コイル４７の巻数とが互いに異なるように（本例では吸引コイル４６の巻数が保持コイル４７の巻数よりも幾分多くなるように）設定されている。
【００４３】
さらに、この実施の形態２では、保持コイル４７のアース側には直列にキースイッチ２の操作に応じてオン／オフする半導体スイッチング素子５５が接続されている。すなわち、この半導体スイッチング素子５５は、キースイッチ２が開かれるのに応じてメインリレー４の可動接点４２を強制的に開くためのものであって、本例ではＭＯＳトランジスタにより構成されているが、その他にバイポラトランジスタなどを適用することもできる。
【００４４】
なお、その他の構成は図５に示した従来の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
【００４５】
次に、この実施の形態２におけるスタータ装置の動作について説明する。
（１）第１ステップ
キースイッチ２を閉じるとバッテリ１から補助リレー３の励磁コイル３１に電力が供給されて可動接点３２が閉じる。その際、バッテリ１からの電圧がスイッチング素子５５のゲートに加わるため、これに応じてスイッチング素子５５がオンになる。
【００４６】
上記のように補助リレー３の可動接点３２が閉じると、メインリレー４の入力側の固定接点４３から補助リレー３、および補助リレー接続端子４８を介して励磁コイル１に電力が供給される。その際、スイッチング素子５５は既にオンになっているので、吸引コイル４６から出力側の固定接点４４を経てスタータモータ５に電力が供給されるとともに、保持コイル４７にも電力が供給されることになる。
【００４７】
ここで、補助リレー３の可動接点３２が閉じたときには吸引コイル４６と保持コイル４７には同じ向きの電流（図４中、実線矢印で示す）が流れるが、吸引コイル４６と保持コイル４７とは互いに相反する巻方向に巻回されているので、両コイル４６，４７によって発生する磁界の向きが逆になる。しかも、その際、両コイル４６，４７の巻数が異なるので、吸引コイル４６で生じる磁力が保持コイル４７で生じる磁力によって一部打ち消されて弱められることになる。その結果、ピニオンギヤはリングギヤに向けて比較的小さな磁力によって吸引されるようになり、ピニオンギヤがリングギヤに衝突する際の衝撃力が緩和される。そして、スタータモータ５によりピニオンギヤが歯一枚分だけ回転したときにリングギヤとの衝突状態が解消されて両ギヤが完全に噛み合う。
【００４８】
（２）第２ステップ
この第２ステップにおける動作は、従来の場合と全く同じである。すなわち、ピニオンギヤがリングギヤに完全に噛み合うと、主として吸引コイル４６による磁力および図示しないリンク機構の作用によってメインリレー４の可動接点４２が閉じる。可動接点４２が閉じると、バッテリ１からメインリレー４を介してスタータモータ５に直接に電力が供給されるようになるため、スタータモータ５にメイントルクが発生して全力回転する。その結果、エンジンが始動されることになる。
【００４９】
また、メインリレー４の可動接点４２が閉じると（このき補助リレー３もオンしている）、吸引コイル４６の両端間の電位差が無くなるので、吸引コイル４６には殆ど電流が流れず保持コイル４７にだけ電流が流れる。そして、この保持コイル４７への通電によって可動接点４２の閉状態が保持される。
【００５０】
（３）第３ステップ
エンジン始動が完了した後、キースイッチ２を開くと、これに伴って補助リレー３の可動接点３２が開くのと同時に、半導体スイッチング素子５５もオフになる。このため、吸引コイル４６および保持コイル４７への通電が強制的に停止される。その結果、メインリレー４の可動接点４２が開いてスタータモータ２への電力供給が遮断されてスタータモータ５が停止する。
【００５１】
すなわち、この実施の形態２において、半導体スイッチング素子５５を設けていない場合には、キースイッチ２を開いても、吸引コイル４６および保持コイル４７に流れる電流（図４中、破線矢印で示す）によって生じる磁界の向きが同じになるのでメインリレー４の可動接点４２が閉じたままの状態になってスタータモータ５への通電が継続されるという不具合を生じる。これに対して、この実施の形態２のようにキースイッチ２が開くの伴って半導体スイッチング素子５５がオフするようにしておくと、メインリレー４の励磁コイル４１への通電が強制的に停止されるために、メインリレー４の可動接点４２が確実に開いてスタータモータ５への電力供給が遮断される。
【００５２】
以上のように、この実施の形態２では、吸引コイル４６と保持コイル４７とをピニオンギヤをシフトさせるための図示しない共通のコアに対して互いに相反する巻方向に巻回しているため、キースイッチ２を閉じてからピニオンギヤがリングギヤに完全に噛合するまでの第１ステップでは、吸引コイル４６で生じる磁力が保持コイル４７で生じる磁力によって一部打ち消されて弱められる。その結果、従来に比べてピニオンギヤがリングギヤに衝突する際の衝撃力が緩和される。また、実施の形態１の場合のような制御器５３は不要であるため、全体構成を簡素化することができる。
【００５３】
なお、この実施の形態２のように、ピニオンギヤの吸引力を調整するには吸引コイル４６と保持コイル４７の巻数を異ならせておく方が都合がよいが、巻数が同じでも各コイル４６，４７に流れる電流の大きさが異なれば磁力も異なってくるため、吸引コイル４６による吸引力を弱めることができる。
【００５４】
なお、本発明は、上記の実施の形態１，２に示した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜に変更して実施することができるのは勿論である。
【００５５】
【発明の効果】
第１の発明に係るスタータ装置によれば、吸引コイルと保持コイルの役割分担が明確に区別され、吸引コイルはピニオンギヤとメインリレーの可動接点の吸引作用を受け持ち、保持コイルはメインリレーの可動接点の閉状態の保持作用のみを受け持つ。
そして、キースイッチを閉じてからピニオンギヤがリングギヤに完全に噛合するまでの間は、吸引コイルへの通電のみによってピニオンギヤをシフトするための磁力を得るので、従来に比べてピニオンギヤがリングギヤに衝突する際の衝撃力が緩和される。
【００５６】
また、第２の発明に係るスタータ装置によれば、キースイッチを閉じてからピニオンギヤがリングギヤに完全に噛合するまでの間は、吸引コイルで生じる磁力が保持コイルで生じる磁力によって一部打ち消されて弱められるので、従来に比べてピニオンギヤがリングギヤに衝突する際の衝撃力が緩和される。
また、半導体スイッチング素子をオン／オフ制御するための制御器は不要であるため、全体構成を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る補助回転式のスタータ装置を示す構成図である。
【図２】この実施の形態１においてメインリレーを構成する励磁コイルの部分を取り出して示す結線図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る補助回転式のスタータ装置を示す構成図である。
【図４】この実施の形態２においてメインリレーを構成する励磁コイルの部分を取り出して示す結線図である。
【図５】従来技術に係る補助回転式のスタータ装置を示す構成図である。
【図６】従来技術においてメインリレーを構成する励磁コイルの部分を取り出して示す結線図である。
【符号の説明】
１バッテリ、２キースイッチ、３補助リレー、４メインリレー、５スタータモータ、４１励磁コイル、４６吸引コイル、４７保持コイル、５１通電制御手段、５２半導体スイッチング素子、５３制御器、５５半導体スイッチング素子。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a starter device used when starting an engine, and more particularly to a technique for reducing an impact generated between a pinion gear and a ring gear.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a vehicle equipped with a large diesel engine, etc., the load at the time of engine start is large. A so-called auxiliary rotation type starter device is used in which an engine is started by generating a main torque.
[0003]
FIG. 5 is a configuration diagram showing an example of such a conventional auxiliary rotation type starter device. In the figure, reference numeral 1 denotes a battery serving as a power supply, 2 key switches, 3 auxiliary relays that are turned on / off in response to operation of a key switch 2, 4 on / off associated with the on / off operation of the auxiliary relay 3. The main relay 5 that operates is a starter motor that rotates a pinion gear (not shown).
[0004]
The auxiliary relay 3 includes an excitation coil 31 connected to the key switch 2, a movable contact 32 that operates depending on whether or not the excitation coil 31 is energized, and fixed contacts 33 and 34 to and from which the movable contact 32 is separated. Have.
[0005]
Further, the main relay 4 includes an exciting coil 41, a movable contact 42 that operates depending on whether or not power is supplied to the exciting coil 41, and fixed contacts 43 and 44 to and from which the movable contact 42 is separated. The movable contact 42 is mechanically connected to a pinion gear via a link mechanism (not shown), and is configured to turn on only when the pinion gear completely meshes with the ring gear.
[0006]
The exciting coil 41 has a function of shifting the pinion gear toward the ring gear as well as a function of turning on and off the movable contact 42 of the main relay 4, and has a suction coil 46 and a holding coil 47. The midpoint between the two ends of the coils 46 and 47 is connected to the fixed contact 43 on the input side of the main relay 4 via the auxiliary relay connection terminal 48 and the auxiliary relay 3. One end is connected to a fixed contact 44 on the output side of the main relay 4, and the other end of the holding coil 47 is grounded.
[0007]
Further, as shown in FIG. 6, the attracting coil 46 and the holding coil 47 are wound with the same number of turns and in the same winding direction around a common core (not shown) for shifting the pinion gear. The main relay 4 is automatically turned off when the switch 2 is turned off. This will be described in detail later.
[0008]
Next, the operation of the starter device having the above-described configuration will be described by dividing the operation into the first to third steps in order of operation for the sake of simplicity. In the following description, the first step is an operation from closing the key switch 2 until the pinion gear meshes with the ring gear, and the second step is an operation from when the pinion gear completely meshes with the ring gear until the engine is started. The third step corresponds to the operation after the key switch 2 is opened after the engine start is completed.
[0009]
(1) When the first step key switch 2 is closed, electric power is supplied from the battery 1 to the exciting coil 31 of the auxiliary relay 3 and the movable contact 32 is closed. When the movable contact 32 is closed, the electric power from the battery 1 is supplied from the fixed contact 43 on the input side of the main relay 4 to the excitation coil 41 via the auxiliary relay 3 and the auxiliary relay connection terminal 48. Then, power is supplied from the suction coil 46 to the starter motor 5 via the fixed contact 44 on the output side, and power is also supplied to the holding coil 47.
[0010]
In this way, when power is supplied to both the suction coil 46 and the holding coil 47, the pinion gear is shifted toward the ring gear and collides with the ring gear. In addition, when power is supplied to the starter motor 5, the pinion gear rotates. In this case, since the respective resistance values of the suction coil 46 and the holding coil 47 are set in advance so as to have a sufficiently large value as compared with the resistance value of the field coil of the starter motor 5, the current flows to the starter motor 5 at this stage. The current is relatively small. Therefore, the pinion gear rotates at a relatively slow speed. When the pinion gear rotates by one tooth, the collision state with the ring gear is eliminated, and the two gears are completely meshed.
[0011]
(2) When the second step pinion gear completely meshes with the ring gear, the movable contact 42 of the main relay 4 is closed by the magnetic force of the exciting coil 41 and the action of a link mechanism (not shown). When the movable contact 42 is closed, the electric power from the battery 1 is directly supplied to the starter motor 5 via the main relay 4, so that the starter motor 5 generates the main torque and rotates at full power. As a result, the engine will be started.
[0012]
When the movable contact 42 of the main relay 4 is closed (the auxiliary relay 3 is also turned on), there is no potential difference between both ends of the suction coil 46, so that almost no current flows through the suction coil 46 and the holding coil 47 Current flows only through The closed state of the movable contact 42 is maintained by the energization of the holding coil 47.
[0013]
(3) Third Step When the key switch 2 is opened after the start of the engine is completed, the movable contact 32 of the auxiliary relay 3 is opened, and the energization of the holding coil 41 is momentarily stopped. Since the movable contact 42 of the relay 4 is in a closed state, power is supplied to the holding coil 47 via the output-side fixed contact 44 and the suction coil 46.
[0014]
Moreover, at this time, as shown in FIG. 6, the attracting coil 46 and the holding coil 47 are wound with the same number of turns and in the same winding direction around a common core for shifting the pinion gear. When the movable contact 32 of the auxiliary relay 3 is opened, a current of the same magnitude (indicated by a dashed arrow in FIG. 6) flows through the coils 46 and 47, and thus the directions of the magnetic fields generated by the coils 46 and 47 are reversed. And the magnetic fields cancel each other out. As a result, the movable contact 42 of the main relay 4 cannot be held in the closed state, and the movable contact 42 opens. When the movable contact 42 opens, the power supply to the starter motor 5 is cut off and the starter motor 5 stops.
[0015]
As a prior art, there is a proposal for improvement of an auxiliary rotary starter device (see Patent Document 1). However, in this conventional device, a main torque is generated after a pinion gear completely meshes with a ring gear. This is a technique for reducing the shock generated between the two gears, and is not a technique for reducing the shock generated when the pinion gear collides with the ring gear before the pinion gear completely meshes with the ring gear.
[0016]
[Patent Document 1]
JP-A-2001-349269 (pages 1-8, FIG. 1)
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
Meanwhile, the conventional starter device shown in FIGS. 5 and 6 has an advantage that the starter motor 5 is not rotated at full force until the pinion gear is completely meshed with the ring gear, so that damage to the pinion gear and the ring gear can be prevented. I have. However, the conventional device still has room for improvement in the following points.
[0018]
That is, in the conventional starter device, in the above-described third step, when the key switch 2 is opened and the auxiliary relay 3 is turned off after the engine has been started, the direction of the magnetic field generated by the suction coil 46 and the holding coil 47 is changed. Conversely, the magnetic fields cancel each other out. As a result, the movable contact 42 of the main relay 4 opens, and the rotation of the starter motor 5 can be automatically stopped.
[0019]
However, if the exciting coil 41 is configured as shown in FIG. 6, when the movable contact 32 of the auxiliary relay 3 is closed with the operation of the key switch 2 in the first step described above, the attracting coil 46 and the holding coil Since currents in the same direction (indicated by solid arrows in FIG. 6) flow through 47, the directions of the magnetic fields generated by both coils 46 and 47 become the same, and the two magnetic fields strengthen each other.
[0020]
Therefore, the pinion gear is attracted to the ring gear by a large magnetic force, and it is difficult to reduce the impact when the pinion gear collides with the ring gear. When the pinion gear frequently collides with the side surface of the ring gear with a large force, surface roughening such as a return on the collision surface of the two gears occurs, and the pinion gear does not smoothly mesh with the ring gear. If the starting operation is repeated in a state where the two gears do not mesh with each other, the excitation coil 41 of the main relay 4 may be burned.
[0021]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and provides a starter device capable of reducing an impact force generated by a collision between a pinion gear and a ring gear while maintaining the advantage of an auxiliary rotary type as it is. With the goal.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention shifts the pinion gear toward the ring gear by energizing the exciting coil when the auxiliary relay is turned on by operating the key switch, and when the both gears mesh, the main relay is turned on. The following configuration is employed in an auxiliary rotation type starter device that is turned on to generate a main torque in a starter motor.
[0023]
That is, in the starter device according to the first aspect of the invention, the attraction coil and the holding coil that constitute the excitation coil are wound in the same winding direction, and from when the auxiliary relay is turned on until the main relay is turned on. In the meantime, the power supply device is characterized in that it includes an energization control means for interrupting the energization to the holding coil and allowing the energization to the holding coil in response to the turning off of the auxiliary relay.
[0024]
Thereby, the roles of the attraction coil and the holding coil are clearly distinguished, and the attraction coil performs only the attraction operation of the pinion gear and the movable contact of the main relay, and the attraction coil performs only the maintaining operation of the movable contact of the main relay in the closed state. . Therefore, it is easy to adjust the magnetic force when the pinion gear is shifted toward the ring gear by the suction coil, and the impact force when the pinion gear collides with the ring gear is reduced.
[0025]
Further, in the starter device according to the second invention, the attracting coil and the holding coil constituting the exciting coil are wound in mutually opposite winding directions, and the key is connected in series to the earth side of the holding coil. A semiconductor switching element which is turned on / off in response to a switch operation is connected.
[0026]
Thus, when shifting the pinion gear, the magnetic force generated by the attracting coil is partially canceled by the magnetic force generated by the holding coil, so that the pinion gear can be attracted toward the ring gear by a relatively small magnetic force. Therefore, the impact force when the pinion gear collides with the ring gear is reduced.
[0027]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a configuration diagram showing an auxiliary rotary starter device according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a connection diagram showing a portion of an exciting coil constituting a main relay in Embodiment 1 of the present invention.
Note that the same reference numerals are given to components corresponding to those in the conventional technique shown in FIG.
[0028]
The feature of the starter device according to the first embodiment is that the power supply to the holding coil 47 is cut off during the period from when the movable contact 32 of the auxiliary relay 3 is closed to when the movable contact 42 of the main relay 4 is closed. Is provided with an energization control means 51 that allows energization of the holding coil 47 in response to opening of the movable contact.
[0029]
The energization control means 51 in this case has a semiconductor switching element 52 connected in series to the ground side of the holding coil 47, and a controller 53 constituted by a microcomputer or the like. Although the semiconductor switching element 52 is constituted by a MOS transistor in this example, a bipolar transistor or the like can also be applied. Further, the controller 53 is configured to detect a voltage change accompanying the ON / OFF of the key switch 2 and the ON / OFF of the main relay 4, and to perform the ON / OFF control of the semiconductor switching element 52 in response thereto. I have.
[0030]
In the first embodiment, as shown in FIG. 2, the attracting coil 46 and the holding coil 47 forming the exciting coil 41 of the main relay 4 are provided with a pinion gear as in the case of the prior art shown in FIG. Are wound with the same number of turns and in the same winding direction around a common core (not shown) for shifting. The other configuration is the same as that of the conventional case shown in FIG. 5, and a detailed description is omitted here.
[0031]
Next, the operation of the starter device according to the first embodiment will be described.
(1) When the first step key switch 2 is closed, electric power is supplied from the battery 1 to the exciting coil 31 of the auxiliary relay 3 and the movable contact 32 is closed. At this time, since the voltage of the battery 1 is applied to the controller 53 constituting the power supply control means 51, the controller 53 turns off the switching element 52 according to this voltage change.
[0032]
When the movable contact 32 of the auxiliary relay 3 is closed as described above, power is supplied from the fixed contact 43 on the input side of the main relay 4 to the excitation coil 41 via the auxiliary relay 3 and the auxiliary relay connection terminal 48. At this time, since the switching element 52 has already been turned off, no current flows through the holding coil 47 as shown by the solid line arrow in FIG. 5 is supplied with power.
[0033]
As described above, since current does not flow through the holding coil 47 and current flows only through the attraction coil 46, the magnetic force when shifting the pinion gear toward the ring gear is weaker than before, and the pinion gear The impact force at the time of collision is reduced. As a result, surface roughness of the side surfaces of the pinion gear and the ring gear can be prevented. When power is supplied to the starter motor 5, when the pinion gear rotates by one tooth, the collision state with the ring gear is eliminated, and both gears are completely meshed.
[0034]
(2) When the second step pinion gear completely meshes with the ring gear, the movable contact 42 of the main relay 4 is closed by the magnetic force of the attraction coil 46 and the action of a link mechanism (not shown). When the movable contact 42 is closed, electric power is supplied directly from the battery 1 to the starter motor 5 via the main relay 4, so that the starter motor 5 generates main torque and rotates at full power. As a result, the engine will be started.
[0035]
Further, when the movable contact 42 of the main relay 4 is closed, the potential difference between both ends of the attraction coil 46 almost disappears, and the voltage of the auxiliary relay connection terminal 48 rises. The PWM control for 52 is started.
[0036]
In the conventional starter device shown in FIG. 5, when the movable contact of the main relay 2 is closed to generate the main torque in the starter motor 5, no current flows through the suction coil 46, but the holding coil Since a current greater than the current value required to hold the movable contact in the closed state flows through 47, the power supply to the starter motor 5 is reduced by that amount, and it may not be possible to start the engine sufficiently. is there.
[0037]
On the other hand, in the first embodiment, the controller 53 performs the PWM control of the semiconductor switching element 52 when the movable contact 42 of the main relay 4 is closed and the starter motor 5 is in a state of generating the main torque. Therefore, it is possible to supply a minimum necessary current to the holding coil 47 to hold the movable contact 42 in the closed state. Therefore, sufficient electric power required for starting the engine can be supplied to the starter motor 5 accordingly.
[0038]
(3) Third Step When the key switch 2 is opened after the start of the engine is completed, the movable contact 3 of the auxiliary relay 3 is opened, and at this time, the movable contact 42 of the main relay 4 is in a closed state. Moreover, when the key switch 2 is opened, the voltage of the battery 1 is not applied to the controller 53, and accordingly, the controller 53 turns on the switching element 52. Thus, the electric power from the battery 1 is supplied to the holding coil 47 via the fixed contact 44 on the output side of the main relay 4 and the suction coil 46.
[0039]
As a result, similarly to the conventional case shown in FIG. 5, a current having the same magnitude (indicated by a dashed arrow in FIG. 2) flows through the attraction coil 46 and the holding coil 47. The directions of the generated magnetic fields are reversed, and the magnetic fields cancel each other. As a result, the movable contact 42 of the main relay 4 opens, the power supply to the starter motor 5 is cut off, and the starter motor 5 stops.
[0040]
As described above, in the first embodiment, in the first step after the key switch 2 is closed until the pinion gear completely meshes with the ring gear, the magnetic force for shifting the pinion gear only by energizing the attraction coil 46 is used. Therefore, the impact force when the pinion gear collides with the ring gear is reduced as compared with the related art. In a second step after the pinion gear completely meshes with the ring gear until the engine is started, the current flowing through the holding coil 47 by the PWM control of the semiconductor switching element 52 by the controller 53 turns the main relay 4 on. Since the value is kept to the minimum value required for holding, it is possible to supply sufficient electric power necessary for starting the engine to the starter motor 5.
[0041]
Embodiment 2 FIG.
FIG. 3 is a configuration diagram showing an auxiliary rotary starter device according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a connection diagram showing a portion of an excitation coil constituting a main relay in the second embodiment. Note that the same reference numerals are given to components corresponding to those in the conventional technique shown in FIG.
[0042]
The feature of the second embodiment is that the attracting coil 46 and the holding coil 47 constituting the exciting coil 41 of the main relay 4 are wound in mutually opposite winding directions around a common core (not shown) for shifting the pinion gear. (For example, if the suction coil 46 is right-handed, the holding coil 47 is left-handed), and the number of turns of the suction coil 46 is different from the number of turns of the holding coil 47 (in this example, the number of turns of the suction coil 46 is Is somewhat larger than the number of turns of the holding coil 47).
[0043]
Further, in the second embodiment, a semiconductor switching element 55 that is turned on / off according to the operation of the key switch 2 is connected in series to the ground side of the holding coil 47. That is, the semiconductor switching element 55 is for forcibly opening the movable contact 42 of the main relay 4 in response to the opening of the key switch 2, and is constituted by a MOS transistor in this example. In addition, a bipolar transistor or the like can be applied.
[0044]
The other configuration is the same as that of the conventional case shown in FIG. 5, so that the detailed description is omitted here.
[0045]
Next, the operation of the starter device according to the second embodiment will be described.
(1) When the first step key switch 2 is closed, electric power is supplied from the battery 1 to the exciting coil 31 of the auxiliary relay 3 and the movable contact 32 is closed. At this time, since the voltage from the battery 1 is applied to the gate of the switching element 55, the switching element 55 is turned on accordingly.
[0046]
When the movable contact 32 of the auxiliary relay 3 is closed as described above, power is supplied from the fixed contact 43 on the input side of the main relay 4 to the exciting coil 1 via the auxiliary relay 3 and the auxiliary relay connection terminal 48. At this time, since the switching element 55 is already turned on, power is supplied from the suction coil 46 to the starter motor 5 via the fixed contact 44 on the output side, and power is also supplied to the holding coil 47. Become.
[0047]
Here, when the movable contact 32 of the auxiliary relay 3 is closed, a current of the same direction (shown by a solid arrow in FIG. 4) flows through the suction coil 46 and the holding coil 47. Since the coils are wound in mutually opposite winding directions, the directions of the magnetic fields generated by the coils 46 and 47 are reversed. In addition, at this time, since the number of turns of the coils 46 and 47 is different, the magnetic force generated by the attraction coil 46 is partially canceled out by the magnetic force generated by the holding coil 47 and is weakened. As a result, the pinion gear is attracted toward the ring gear by a relatively small magnetic force, and the impact force when the pinion gear collides with the ring gear is reduced. When the starter motor 5 rotates the pinion gear by one tooth, the collision state with the ring gear is eliminated, and the two gears are completely meshed.
[0048]
(2) Second Step The operation in this second step is exactly the same as in the conventional case. That is, when the pinion gear completely meshes with the ring gear, the movable contact 42 of the main relay 4 is closed mainly by the magnetic force of the attraction coil 46 and the action of a link mechanism (not shown). When the movable contact 42 is closed, electric power is supplied directly from the battery 1 to the starter motor 5 via the main relay 4, so that the starter motor 5 generates main torque and rotates at full power. As a result, the engine will be started.
[0049]
When the movable contact 42 of the main relay 4 is closed (the auxiliary relay 3 is also turned on), there is no potential difference between both ends of the suction coil 46, so that almost no current flows through the suction coil 46 and the holding coil 47 Current flows only through Then, the closed state of the movable contact 42 is maintained by energizing the holding coil 47.
[0050]
(3) Third Step When the key switch 2 is opened after the start of the engine is completed, the movable contact 32 of the auxiliary relay 3 is opened at the same time, and the semiconductor switching element 55 is also turned off. Therefore, the energization of the suction coil 46 and the holding coil 47 is forcibly stopped. As a result, the movable contact 42 of the main relay 4 opens, the power supply to the starter motor 2 is cut off, and the starter motor 5 stops.
[0051]
That is, in the second embodiment, when the semiconductor switching element 55 is not provided, even if the key switch 2 is opened, the current flowing through the suction coil 46 and the holding coil 47 (indicated by a broken arrow in FIG. 4). Since the directions of the generated magnetic fields become the same, there occurs a problem that the movable contact 42 of the main relay 4 remains closed and the energization to the starter motor 5 is continued. On the other hand, if the semiconductor switching element 55 is turned off with the opening of the key switch 2 as in the second embodiment, the energization to the exciting coil 41 of the main relay 4 is forcibly stopped. Therefore, the movable contact 42 of the main relay 4 is reliably opened, and the power supply to the starter motor 5 is cut off.
[0052]
As described above, in the second embodiment, the attraction coil 46 and the holding coil 47 are wound in mutually opposite winding directions around a common core (not shown) for shifting the pinion gear. In the first step from when the gear is closed to when the pinion gear completely meshes with the ring gear, the magnetic force generated by the attraction coil 46 is partially canceled by the magnetic force generated by the holding coil 47 and weakened. As a result, the impact force when the pinion gear collides with the ring gear is reduced as compared with the related art. Further, since the controller 53 as in the case of the first embodiment is not required, the overall configuration can be simplified.
[0053]
In order to adjust the attraction force of the pinion gear as in the second embodiment, it is more convenient to make the number of turns of the attraction coil 46 and that of the holding coil 47 different. If the magnitude of the current flowing through the coil differs, the magnetic force also differs, so that the attractive force of the attractive coil 46 can be reduced.
[0054]
It should be noted that the present invention is not limited to the configurations shown in the first and second embodiments, and it is needless to say that the present invention can be appropriately modified and implemented without departing from the gist of the present invention. .
[0055]
【The invention's effect】
According to the starter device of the first aspect, the roles of the attraction coil and the holding coil are clearly distinguished, and the attraction coil performs the attraction action of the pinion gear and the movable contact of the main relay. It is responsible only for the holding action of the closed state.
Then, during the period from when the key switch is closed until the pinion gear completely meshes with the ring gear, a magnetic force for shifting the pinion gear is obtained only by energizing the suction coil. Impact force is reduced.
[0056]
Further, according to the starter device according to the second aspect of the invention, the magnetic force generated by the attraction coil is partially canceled by the magnetic force generated by the holding coil from the time the key switch is closed until the pinion gear completely meshes with the ring gear. Since it is weakened, the impact force when the pinion gear collides with the ring gear is reduced as compared with the related art.
Further, since a controller for controlling on / off of the semiconductor switching element is not required, the overall configuration can be simplified.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an auxiliary rotating starter device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a connection diagram showing a portion of an exciting coil constituting a main relay in the first embodiment.
FIG. 3 is a configuration diagram showing an auxiliary rotating starter device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a connection diagram showing a part of an exciting coil constituting a main relay in the second embodiment.
FIG. 5 is a configuration diagram showing an auxiliary rotating starter device according to a conventional technique.
FIG. 6 is a connection diagram showing a portion of an exciting coil constituting a main relay in the related art.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 battery, 2 key switch, 3 auxiliary relay, 4 main relay, 5 starter motor, 41 excitation coil, 46 suction coil, 47 holding coil, 51 energization control means, 52 semiconductor switching element, 53 controller, 55 semiconductor switching element.

Claims

Auxiliary rotation that shifts the pinion gear toward the ring gear by energizing the excitation coil when the auxiliary relay is turned on by operating the key switch, and when both gears are engaged, the main relay turns on and the starter motor generates main torque. In a starter device of the type
The attracting coil and the holding coil that constitute the exciting coil are wound in the same winding direction, and the energization of the holding coil is performed until the main relay is turned on after the auxiliary relay is turned on. A starter device comprising: an energization control unit that shuts off and allows energization of the holding coil in response to turning off of the auxiliary relay.

The energization control means includes a semiconductor switching element connected in series to the ground side of the holding coil, and a controller for performing on / off control of the semiconductor switching element. 2. The starter device according to claim 1, wherein the semiconductor switching element is PWM-controlled during a period from when the auxiliary relay is turned off.

Auxiliary rotation that shifts the pinion gear toward the ring gear by energizing the excitation coil when the auxiliary relay is turned on by operating the key switch, and when both gears are engaged, the main relay turns on and the starter motor generates main torque. In a starter device of the type
The semiconductor coil which turns on / off according to the key switch operation in series with the attracting coil and the holding coil constituting the exciting coil are wound in mutually opposite winding directions, and is serially connected to the earth side of the holding coil. A starter device, wherein elements are connected.

The starter device according to claim 3, wherein the number of turns of the suction coil and the number of turns of the holding coil are different from each other.