JP2011094555A - エンジン始動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電圧降下抑制手段を最も効果的に用いることができるエンジン始動装置を提供する。
【解決手段】スタータスイッチを閉じることにより電源からスタータスイッチと抵抗体を介してスタータモータに通電し、スタータスイッチが閉じてから遅延時間経過後に短絡スイッチを閉じて抵抗体を短絡するように構成され、前記抵抗体を介して前記スタータモータに通電しているときの電源の電圧降下と、前記抵抗体を前記短絡スイッチにより短絡して前記スタータモータに通電しているときの前記電源の電圧降下とが略同等となるようにした。
【選択図】図２

Description

この発明は、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。そのとき車両用電源は内部の固有抵抗により端子電圧が低下する電圧降下を発生する。

このため、エンジンの始動時に於いて、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ことが懸念される。そこで、この瞬断を回避するため予備電源を備えたり、または昇圧用ＤＣ／ＤＣコンバータを搭載したり、あるいは電圧降下抑制手段を短絡する電磁スイッチを搭載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。

特許文献１に示されている従来のスタータでは、電圧降下抑制手段としての抵抗体を内蔵しこれを短絡する電磁スイッチを備えており、電圧降下抑制手段により抑制された電流をモータに通電した後、電圧降下抑制手段を短絡して主電源の全電圧をモータへ印加する。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抑制し、瞬断のないスタータを実現している。

特開２００９−１６７９６７号公報

特許文献１に示された従来のスタータに於いては、電源電圧の低下を抑制する抵抗体の抵抗値が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が、その抵抗体の抵抗値は、目標とする電源の電圧低下量により決定され、バッテリの内部抵抗、スタータモータの仕様（内部抵抗）及び配線抵抗に左右され、最適な抵抗値とすることは困難であった。

この発明は、従来の装置に於ける前述の課題を解決するためになされたものであり、電圧降下抑制手段を最も効果的に用いることができるエンジン始動装置の提供を目的とするものである。

この発明によるエンジン始動装置は、
電源とスタータモータとの間に直列接続されたスタータスイッチと、前記スタータスイッチに直列接続された抵抗体と、前記抵抗体を短絡し得る短絡スイッチと、前記短絡スイッチの開閉を制御する制御回路とを備え、前記スタータスイッチを閉じることにより前記電源から前記スタータスイッチと前記抵抗体を介して前記スタータモータに通電し、前記スタータスイッチが閉じてから遅延時間経過後に前記短絡スイッチを閉じて前記抵抗体を短絡するように構成されたエンジン始動装置であって、
前記抵抗体を介して前記スタータモータに通電しているときの電源の電圧降下と、前記抵抗体を前記短絡スイッチにより短絡して前記スタータモータに通電しているときの前記電源の電圧降下とが略同等となるようにしたことを特徴とするものである。

この発明によるエンジン始動装置によれば、スタータスイッチを閉じることにより電源からスタータスイッチと抵抗体を介してスタータモータに通電し、スタータスイッチが閉じてから遅延時間経過後に短絡スイッチを閉じて抵抗体を短絡するように構成され、前記抵抗体を介して前記スタータモータに通電しているときの電源の電圧降下と、前記抵抗体を前記短絡スイッチにより短絡して前記スタータモータに通電しているときの前記電源の電圧降下とが略同等となるようにしたので、電源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が可能となると共に、前記抵抗体の抵抗値から得られる電圧降下の抑制効果を最大限に活用することができる。

この発明の実施の形態１によるエンジン始動装置の電気回路図である。 この発明の実施の形態１によるエンジン始動装置に於ける電流電圧波形を示すグラフである。 従来のエンジン始動装置の電気回路図である。 従来のエンジン始動装置に於ける電流電圧波形を示すグラフである。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるエンジン始動装置の電気回路図、図２は、この発明の実施の形態１によるエンジン始動装置に於ける電流電圧波形を示すグラフであり、縦軸は電源電圧であるバッテリの出力電圧、横軸は時間を示す。図１に於いて、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、始動装置５と、エンジン始動要求が発生したときに短絡回路６の駆動コイル６ｂに通電させる制御回路8とを備える。

始動装置５は、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と、スタータスイッチ５ａの可動接点を駆動するための駆動コイル５ｂと、スタータスイッチ５ａの可動接点を固定接点に接触した位置に保持する保持コイル５ｃと、スタータスイッチ５ａの可動接点に固定されたプランジャ５ｄとを備える。保持コイル５Ｃは、始動スイッチ４と接地端子Ｃとの間に接続されている。

短絡回路６は、始動装置５のスタータスイッチ５ａとスタータモータ２との間に接続された短絡スイッチ６ａと、この短絡スイッチ６ａを駆動するための駆動コイル６ｂと、短絡スイッチ６ａの端子Ａ、Ｂ間に両端子が接続されて短絡スイッチ６ａと並列に接続された電圧降下抑制手段である抵抗体７とを備える。短絡スイッチ駆動コイル６ｂは、制御回路8と接地端子Ｃとの間に接続されている。

以上のように構成されたこの発明の実施の形態１によるエンジン始動装置に於いて、次に動作を説明する。図１及び図２に於いて、先ず、エンジン始動の第１ステップとして、時点Ｔ１に於いてエンジン始動要求により始動スイッチ４が閉路されると、バッテリ３から始動スイッチ４、始動装置５に於けるスタータスイッチ５ａの駆動コイル５ｂ、及び抵抗体７を経由して、スタータモータ２に電流ＩＡが供給され始める。

続いて、第２ステップとして、駆動コイル５ｂ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５ｄが駆動され、時点Ｔ２に於いてスイッチ５ａが閉路される。又、これと同時に、バッテリ３から始動スイッチ４を介して保持コイル５ｃに通電され、プランジャ５ｄがその位置に保持される。その結果、スタータスイッチ５ａの閉路が維持される。

スタータスイッチ５ａが閉路されることにより、スタータモータ２は、バッテリ３から直流電力が供給されて回転トルクを発生し、スタータモータ２の回転子軸に一方向クラッチを介して結合されたピニオンギヤを、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させてリングギヤに噛合させる。

スタータスイッチ５ａが閉路されると、バッテリ３から駆動コイル５ｂに流れていた電流は、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、及び抵抗体７を流れる電流ＩＢとなる。

続いて、第３ステップとして、スタータスイッチ５ａが閉路された時点から所定の遅延時間の経過後である時点Ｔ３にて制御回路8が動作してその接点を閉じる。その結果、駆動コイル６ｂに通電され、抵抗体７に並列接続されている短絡スイッチ６ａが閉路される。この短絡スイッチ６ａの閉路により抵抗体７が短絡される。

短絡スイッチ６ａが閉路することにより、バッテリ３からスタータスイッチ５ａ、及び短絡スイッチ６ａを介してスタータモータ２へ通常のスタータ電流が供給される。このとき短絡スイッチ６ａが閉路され抵抗体７は短絡されているので、図２に示すようにスタータ電流は再び増加する。スタータモータ２は、供給された通常のスタータ電流により駆動され、その回転力を噛合したピニオンギヤとリングギヤを介してエンジンのクランク軸へ伝達してエンジンの始動を開始し、時点Ｔ４に於いてエンジンの始動を完了する。

ここで、スタータモータ2の誘起電圧Ｅは、スタータモータ２の回転数及びスタータモータ２の仕様に依存して発生する。今、バッテリ3の全電圧をＶ０、バッテリ3の内部固有抵抗をＲＢ、駆動コイル５ｂの抵抗をＲＰ、抵抗体７の抵抗値をＲＳＲ、スタータモータ２の内部抵抗をＲＳ、各配線抵抗をＲＷとし、スタータスイッチ５ａを作動させてから短絡スイッチ6を閉じるまでの遅延時間をｔ１とし、前記遅延時間経過後のスタータモータ２の回転による誘起電圧をＥ（ｔ１）とする。

前述の時点Ｔ１〜Ｔ２間の第１ステップでは、回路上にはバッテリ3の内部固有抵抗ＲＢ、駆動コイル５ｂの抵抗ＲＰ、抵抗体７の抵抗値ＲＳＲ、スタータモータ２の内部抵抗ＲＳ、及び各配線抵抗ＲＷが存在する。

一方、前述の時点Ｔ２〜Ｔ３間の第２ステップでは、回路上にはバッテリ3の内部固有抵抗ＲＢ、抵抗体７の抵抗値ＲＳＲ、スタータスイッチ５ａの内部抵抗ＲＳ及び各配線抵抗ＲＷが存在することになる。この時、スタータモータ２に流れる通電電流をＩＢとした場合、ＩＢ及びバッテリ3の電圧降下［ＩＢ×ＲＢ］は、次式（１）、（２）にて表される。

ＩＢ＝Ｖ０／（ＲＢ＋ＲＷ＋ＲＳ＋ＲＳＲ） 式（１）

ＩＢ×ＲＢ＝Ｖ０／（ＲＢ＋ＲＷ＋ＲＳ＋ＲＳＲ）×ＲＢ 式（２）

又、前述の時点Ｔ３での第３ステップでは、バッテリ3の内部固有抵抗ＲＢ、スタータモータ２の内部抵抗ＲＳ、各配線抵抗ＲＷが存在する。尚、第３ステップ以前にスタータモータ２に電流が流れており、これによってスタータモータ２が回転を開始することによるスタータモータ２の誘起電圧Ｅ（ｔ１）が発生している。この時、スタータモータ２に流れる電流をＩＢ１とした場合、ＩＢ１及びバッテリ3の電圧降下［ＩＢ１×ＲＢ］は、次式（３）、（４）により表される。

ＩＢ１＝（Ｖ０−Ｅ（ｔ１））／（ＲＢ＋ＲＷ＋ＲＳ） 式（３）

ＩＢ１×ＲＢ＝（Ｖ０−Ｅ（ｔ１））／（ＲＢ＋ＲＷ＋ＲＳ）×ＲＢ 式（４）

前述の時点Ｔ２〜Ｔ３間の第２ステップに於ける抵抗体７を介して通電される時のバッテリ3の電圧降下と、時点Ｔ３での第３ステップに於ける抵抗体7を短絡スイッチ６ａにより短絡して通電される時のバッテリ3の電圧降下とが、略同等となるための条件は、前述の式（２）、（４）が等しい場合である。

従って、式（２）と（４）とが等しいことを条件として得た次式（５）を満足する抵抗体７の抵抗値ＲＳＲ及びスタータモータ２の誘起電圧Ｅ（ｔ１）との関係が、エンジン始動装置に付加する電圧降下抑制手段としての抵抗体７の抵抗値を最適に用いることができる場合を示すこととなる。

ＲＳＲ／（ＲＢ＋ＲＷ＋ＲＳ＋ＲＳＲ）＝Ｅ（ｔ１）／Ｖ０ 式（５）

そこで、この発明の実施の形態１によるエンジン始動装置では、式（５）を満足させるように、抵抗体７の抵抗値と、始動スイッチ4を作動させてスタータスイッチ５ａが閉じてから短絡スイッチ6ａを閉じて抵抗体７を短絡させるまでの遅延時間とを設定するものである。具体的には、バッテリ３、スタータモータ２、及びそれらの間の配線等の設計仕様等に基づき、抵抗体７の抵抗値ＲＳＲと遅延時間ｔ１とを、前述の式（５）を満足する値に設定している。

その結果、図２に示すように、時点Ｔ２に於ける電圧降下の値と、時点Ｔ３直後の電圧降下の値とは、ほぼ等しくなる。

以上述べたように、この発明の実施の形態１によるエンジン始動装置によれば、スタータモータの起動時である時点Ｔ２に於いて、先ず電源であるバッテリ３とスタータモータ２との間に設置された抵抗体７に通電して低電流でスタータモータ２の始動を開始し、所定の遅延時間経過後に短絡スイッチ６ａにて抵抗体７を短絡させることより、エンジンの始動開始時の電源の電圧低下が抑制され、抵抗体７を介してスタータモータ２に通電されている時の電源電圧降下と、抵抗体７を短絡して通電される時の電圧降下が略同等となる。このため、車載の電気機器に瞬断を与えずにエンジンを始動させることが可能となり、しかも、抵抗体７の抵抗値をスタータ電流の限流のために最大限に活用できるといった顕著な効果を奏することができるものである。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２によるエンジン始動装置について説明する。この発明の実施の形態２によるエンジン始動装置では、回路構成は実施の形態１に於ける図１と同様であり、電源であるバッテリ３とスタータモータ２との間に直列接続されたスタータスイッチ５ａと、前記スタータスイッチ５ａに直列接続された抵抗体７と、前記抵抗体７を短絡し得る短絡スイッチ６ａと、前記短絡スイッチ６ａの開閉を制御する制御回路８とを備え、前記スタータスイッチ５ａを閉じることにより前記バッテリ３から前記スタータスイッチ５ａと前記抵抗体７を介して前記スタータモータ２に通電し、前記スタータスイッチ５ａが閉じてから遅延時間経過後に前記短絡スイッチ６ａを閉じて前記抵抗体７を短絡するように構成されたエンジン始動装置であって、
前記電源の全電圧をＶ０、前記電源の内部固有抵抗をＲＢ、前記抵抗体の抵抗値をＲＳＲ、前記スタータモータの内部抵抗をＲＳ、前記電源と前記スタータスイッチと前記抵抗体と前記スタータモータとを接続する配線の配線抵抗をＲＷとしたとき、下記の数式
ＲＢ／（ＲＷ＋ＲＳ＋ＲＳＲ）＜１／５
を満足するように、前記抵抗体の抵抗値ＲＳＲを設定したものである。

即ち、電源であるバッテリ3の電圧降下を２[Ｖ]以下に抑制する場合、バッテリ3の全電圧Ｖ０を１２［Ｖ］とすると前述の式（２）から次式（６）、（７）が導かれる。

１２／（ＲＢ＋ＲＷ＋ＲＳ＋ＲＳＲ）×ＲＢ＜２ 式（６）

ＲＢ／（ＲＷ＋ＲＳ＋ＲＳＲ）＜１／５ 式（７）

これにより、この発明の実施の形態２によるエンジン始動装置に於いて、モータ起動時、先ず、バッテリ３とスタータモータ２との間に設置された抵抗体７に通電し、低電流で始動を開始し、始動スイッチ４の起動後所定の遅延時間経過後に、短絡スイッチ６ａにて、この抵抗体７を短絡させることより、抵抗体７を介してスタータモータ２に通電されている時の電源電圧降下と、前記抵抗体７を短絡して通電される時の電圧降下が２［Ｖ］以下で略同等となり、前述のこの発明の実施の形態１によるエンジン始動装置による効果を奏することができる。

次に、この発明の実施の形態１及び実施の形態２によるエンジン始動装置の効果を明確に示すために、エンジン始動時に於ける電圧低下を抑制する対策を講じていない従来のエンジン始動装置について説明する。図３は、従来のエンジン始動装置の電気回路図、図４は、従来のエンジン始動装置に於ける電流電圧波形を示すグラフである。尚、図３及び図４に於いて、図１及び図２に於ける符号と同一符号は、夫々同一又は相当部分を示す。

図3及び図４に於いて、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に電流が供給されてスタータモータ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。

このように図３及び図４に示す従来のエンジン始動装置では、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。これに対して、この発明の実施の形態１及び実施の形態２によるエンジン始動装置によれば、前述したように、車載の電気機器に瞬断を与えずにエンジンを始動させることが可能となり、しかも、抵抗体７の抵抗値をスタータ電流の限流のために最大限に活用できるといった顕著な効果を奏することができるものである。

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 始動装置
５ａ スタータスイッチ
５ｂ 駆動コイル
５ｃ 保持コイル
５ｄ プランジャ
６ 短絡回路
６ａ 短絡スイッチ
６ｂ 駆動コイル
７ 抵抗体
８ 制御回路

Claims (3)

1. 電源とスタータモータとの間に直列接続されたスタータスイッチと、前記スタータスイッチに直列接続された抵抗体と、前記抵抗体を短絡し得る短絡スイッチと、前記短絡スイッチの開閉を制御する短絡スイッチとを備え、前記スタータスイッチを閉じることにより前記電源から前記スタータスイッチと前記抵抗体を介して前記スタータモータに通電し、前記スタータスイッチが閉じてから遅延時間経過後に前記短絡スイッチを閉じて前記抵抗体を短絡するように構成されたエンジン始動装置であって、
   前記抵抗体を介して前記スタータモータに通電しているときの電源の電圧降下と、前記抵抗体を前記短絡スイッチにより短絡して前記スタータモータに通電しているときの前記電源の電圧降下とが略同等となるようにしたことを特徴とするエンジン始動装置。
2. 前記電源の全電圧をＶ０、前記電源の内部固有抵抗をＲＢ、前記抵抗体の抵抗値をＲＳＲ、前記スタータスイッチの内部抵抗をＲＳ、前記電源と前記スタータスイッチと前記抵抗体と前記スタータモータとを接続する配線の配線抵抗をRWとし、遅延時間をt1とし、前記遅延時間ｔ１経過後の前記スタータモータの回転による誘起電圧をE(t1)としたとき、
   下記の数式
   ＲＳＲ／（ＲＢ＋ＲＷ＋ＲＳ＋ＲＳＲ）＝Ｅ（ｔ１）／Ｖ０
   を満足するように、前記抵抗体の抵抗値ＲＳＲと前記遅延時間ｔ１とを設定したことを特徴とする請求項１に記載のエンジン始動装置。
3. 前記電源の全電圧をＶ０、前記電源の内部固有抵抗をＲＢ、前記抵抗体の抵抗値をＲＳＲ、前記スタータスイッチの内部抵抗をＲＳ、前記電源と前記スタータスイッチと前記抵抗体と前記スタータモータとを接続する配線の配線抵抗をRWとしたとき、下記の数式
   ＲＢ／（ＲＷ＋ＲＳ＋ＲＳＲ）＜１／５
   を満足するように、前記抵抗体の抵抗値ＲＳＲを設定したことを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジン始動装置。

Images