JP2013087763A - エンジン始動装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】モータのメイン接点を開閉する第一のソレノイドスイッチと、抵抗体を介してモータへ通電を行い、かつ抵抗体を短絡させるための接点を含んだ第二のソレノイドスイッチとが別体であり、かつモータの周方向に並列で配置されている。このような構成では、モータの中心軸に対して、異なる二つのソレノイドスイッチが配置されているため、エンジンへの搭載性において大きな寸法上の制約が発生する。
【解決手段】抵抗体を含んだ第一のソレノイドスイッチと第二のソレノイドスイッチとを、軸方向に直列に配置して一体的に、且つ一つの筐体内に構成することにより、エンジンへの搭載性を悪化させないエンジン始動装置を提供する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、エンジンの始動装置に関し、特には始動電動機の通電を2段階に分けて制御するもの。
環境対策及びエネルギー資源の節約のために、自動車を運転中にエンジンの一時停止が許容される所定条件が成立したときに、エンジンに供給する燃料を遮断することによりアイドリングを自動的にストップさせることが考えられており、既に一部の自動車において実施されている。
このアイドルストップに対応した自動車において、アイドルストップ後の再始動の度にエンジン始動装置を駆動させることが必要となる。このエンジン始動装置を駆動する際に、公知の従来のエンジン始動装置では、図3に示す様にモータ通電へのメイン接点を閉じる時に、バッテリからの突入電流と呼ばれる大電流が流れるため、バッテリ端子電圧が大きく低下し、オーディオやナビゲーションシステムや電動パワーステアリング等の電気機器の動作するために必要な最低電圧を下回ってしまい、いわゆる瞬間停止が起きることがある。
この瞬間停止防止を低減する技術として特許文献1の様に、モータ通電時の突入電流を制御するために、バッテリと始動電動機のメイン接点間に直列に抵抗体を配置し、まず抵抗体のみでモータに通電することにより前記突入電流を低減し、低減された電流によりモータが回転することによりモータの逆起電力が発生した後に前記抵抗体を短絡することにより、前記バッテリの全電圧をモータに印加する始動電動機が公知である。
特開2009−287459号公報
ところが特許文献1に示される従来の技術では、モータのメイン接点を開閉させる第一のソレノイドスイッチと、抵抗体を含んでかつ抵抗体を短絡させるための接点を含んだ第二のソレノイドスイッチとが別体であり、かつモータの周方向に並列で配置されている。このような構成では、モータの中心軸に対して、異なる二つのソレノイドスイッチが配置されているため、エンジンへの搭載性において大きな寸法上の制約が発生する。通常の始動電動機は、一つのモータに対し一つのソレノイドスイッチを有しており、エンジンへの搭載時に始動電動機の周囲に配置されている様々な装着部品との干渉を避けるために、ソレノイドスイッチをモータの中心軸に対して回転させることにより、前記装着部品との干渉を避けて解決できていた。
しかし従来技術の始動電動機では、モータ中心に対して二つの異なるソレノイドスイッチが並列に配置されるため、様々な装着部品との干渉を回避することが困難なケースが発生すると言う問題がある。
また従来の技術の様に、モータ回路に前記メイン接点と直列に前記抵抗体を接続すると、前記抵抗体を含んだ第二のソレノイドスイッチと前記メイン接点を開閉する第一のソレノイドスイッチとの間の配線は、前記抵抗体を短絡させた後に前記第一のソレノイドスイッチと第二のソレノイドスイッチを閉して前記バッテリの全電圧をモータに印加させてエンジンを始動する際のメイン電流回路の一部となるので、細い断面の配線を採用できない。従いエンジンへの搭載時の搭載性改善を目的に、前記第一のソレノイドスイッチと前記抵抗体を含んだ第二のソレノイドスイッチを直列に一体構成としようとした際に、前記第一のソレノイドスイッチと前記第二のソレノイドスイッチとを直列に接続する部材の断面を小さくできず、前記一体構成の弊害となっていた。
本発明の目的は、搭載性が良好なエンジンの始動装置を提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明の望ましい構成の一つは次の通りである。
本始動電動機は、モータの回転駆動力をエンジンのクランク軸のリングギヤに伝達するピニオンと、ピニオンをリングギヤに噛み込ますリンク棒と、リンク棒を駆動し、且つ抵抗体と、抵抗体を介してモータへ通電するサブ接点を含んだ第一のソレノイドスイッチと、前記サブ接点とは並列に接続されたモータへのフル通電のためのメイン接点を含んだ第二のソレノイドスイッチとを備え、前記第一のソレノイドスイッチと前記第二のソレノイドスイッチとを、軸方向に直列に配置して一体的に且つ一つの筐体内に構成したことである。
本発明では、モータの突入電流を制御することによりバッテリ電圧低下による電気機器の瞬間停止を防止する抵抗体と、抵抗体を介してモータへ通電する接点と、前記抵抗体を介さずにモータへフル通電するための接点を含んだ始動電動機装置において、エンジンへの搭載性を悪化させないエンジン始動装置を提供することにある。
本発明の一実施例を示す構成図。 第一の実施例の始動電動機の動作に関わる時間軸波形。 従来の始動電動機の動作に関わる時間軸波形。 第二の実施例の始動電動機動作に関わる時間軸波形。 従来技術で一体構成とした場合の構成図例1。 従来技術で一体構成とした場合の構成図例2。 第三の実施例を示す構成図。 第一の実施例のより具体的な構成図。 第四の実施例のより具体的な構成図。
以下、第一の実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
図1は、本発明の係わる装置の一例を示す説明図であり、始動電動機1は、ハーネス14にてバッテリ7に接続されており、通電によりモータ2の回転力を出力軸3を介してヘリカルスプイライン(図示せず)により係合された一方向クラッチ4に一体構成されたピニオン5と、ピニオン5をエンジンクランク軸(図示せず)のリングギヤ6に噛み合うように移送するためのリンク棒8と、抵抗体11を介してモータへの通電を行うサブ接点(10a、10b、10d)を備え、且つリンク棒8を駆動する役割とサブ接点を閉路とする役割を備えた可動鉄心10fとを備えた第一のソレノイドスイッチ10と、前記サブ接点(10a、10b、10d)とは並列に接続された、モータ2のメイン接点(12a、12b、12d)を備えた第二のソレノイドスイッチ12とにより構成される。
モータ2は、第二のソレノイドスイッチ12に構成された固定接点12bに電圧が印加されると、アーマチャ(図示せず)に設置された整流子2bにブラシ2aを介して通電されることにより回転力を発生させる周知のモータである。
ソレノイドアッシー9は、抵抗体11を備えた第一のソレノイドスイッチ10と第二のソレノイドスイッチ12とを、軸方向に直列に配置して一体的に且つ一つの筐体内に構成される。
ハーネス14とバッテリ7とリングギヤ6を除く上記構成部品は、始動電動機ハウジング(図示せず)に組み付けられ、かつボルト等により固定されている。
モータ2へのメイン接点を備えた第二のソノレノイドスイッチ12は、ソノレノイドコイル12cと固定接点12aと固定接点12bと可動接点12dとを備えた磁気回路部品(図示せず)により構成され、制御装置13より配線12e及び外部接続端子21及び第二のソレノイドコイルの一方の端12fを介したソレノイドコイル12cへの通電により磁気回路が構築され、可動接点12dの移動により接点が閉じる。ソレノイドコイル12cへの通電を停止すると、バネ(図示せず)力により可動接点12dが所定の位置に戻ることにより接点が開く。
モータ2への突入電流を低減するための抵抗体11を備えた第一のソレノイドスイッチ10は、ソノレノイドコイル10cと固定接点10aと固定接点10bと可動接点10dと抵抗体11と可動鉄心10fを備えた磁気回路部品(図示せず)により構成され、制御装置13より配線10e及び外部接続端子20及び第一のソレノイドコイルの一方の端10gを介したソレノイドコイル10cへの通電により磁気回路が構築され、可動接点10dの移動によりサブ接点が閉じる。ソレノイドコイル10cへの通電を停止すると、バネ(図示せず)力により可動接点10dが所定の位置に戻ることにより接点が開く。抵抗体11の片方の端11aは第二のソノレノイドスイッチ12の固定接点12aに接続され、もう片方の端11bは第一のソレノイドスイッチ10の固定接点10aに接続されている。配線11cは、第一のソノレノイドスイッチ10の固定接点10bと第二のソレノイドスイッチ12の固定接点12bに接続されている。
また上記ソレノイドコイル10cに通電されることにより、可動鉄心10fが固定鉄心(図示せず)側に吸引されることにより、リンク棒8がピニオン5をリングギヤ6に噛み込ませ、ソレノイドコイル10cへの通電を停止すると、バネ(図示せず)力により、前記可動鉄心10fが所定の位置に戻ることを利用し、リンク棒8を介してリングギヤ6に噛み込んだピニオン5を所定の位置に戻す。
制御装置13は、必要に応じてエンジンコントロールユニット(図示せず)と通信しながら、配線10eと配線12eを介してソレノイドアッシー9の外部接続端子20と外部接続端子21に結線され、また配線13aを介してバッテリ7からの電力をソレノイドアッシー9に供給する。制御装置13内には、一般的にリレー(図示せず)が内臓されており、このリレーの開閉により、ソレノイドアッシー9への通電を制御する。または制御装置13は、2つのリレーのみで構成されてもよく、各々のリレーはエンジンコントロールユニットなどの制御装置やリレードラーバー(図示せず)などにより、駆動されてもよい。
上記構成において、エンジンを再始動する際の始動電動機1の動作を、図2を用いて説明する。図2は、第一のソレノイドスイッチ10と第二のソレノイドスイッチ12のOn−Off状態と、バッテリ電圧、モータ電流を示した時間軸チャートである。
アイドルストップ後のエンジン再始動要求が発生すると制御装置13は、まずピニオン5をリングギヤ側に移送するために第一のソレノイドスイッチ10のソレノイドコイル10cへ通電することにより、可動鉄心10fが固定鉄心(図示せず)側に吸引されることによりリンク棒8を介してピニオン5がリングギヤ6に噛み込むか、または噛み込む様にリングギヤ6の端面に押し付けられる。またこの通電により発生する吸引力により可動接点10dが固定接点10a、10bに当接することによりサブ接点が閉路となり、バッテリ7から抵抗体11を介した電流がモータ2に通電される。この時の通電電流は抵抗体11を介しているため、モータ2には制限された電流が流れて、モータ2は低速回転することによりエンジンのクランキングが開始される。
次に、モータが低速回転を開始したある所定の時間が経過した後に、制御装置13は第二のソレノイドスイッチ12のソレノイドコイル12cへ通電する。この通電により発生する吸引力により可動接点12dが固定接点12a、12bに当接することによりメイン接点が閉路となり、バッテリ7から抵抗体11を介した電流とは並列に電流がモータ2に通電され、モータ2は全力でエンジンをクランキングする。
図2のV1とA1は第一のソレノイドスイッチを作動させた直後のバッテリの電圧と電流を示し、V2とA2は第二のソレノイドスイッチを作動させた直後のバッテリの電圧と電流を示す。図3は、抵抗体11を備えない従来の始動電動機を作動させた時の時間軸チャートであり、V11とA11はメイン接点が閉じた直後のバッテリの電圧と電流である。本発明の構成では、抵抗体11を介して制限させた電流でモータ2に通電を開始し、モータ2が回転して逆起電力が発生した後にメイン接点を閉じてモータ2に通電するため、V1とV2>>V11となることにより、バッテリの電圧低下を大幅に防止することができる。
またこの様に、ピニオン5がリングギヤ6に噛み込んだ時に、モータ2への電流を制限しているために、ピニオン5がリングギヤ6への噛み込み直後の衝突エネルギーが緩和されるため、静かなエンジン始動を提供することができるとともに、ピニオン5とリングギヤ6各々のギヤ磨耗やギヤ破損の低減が図れることにより、より長寿命なアイドルストップ車用の始動電動機を提供することができる。
本発明の第二の実施例について、アイドルストップ後のエンジンを再始動する際の始動電動機1の動作を、図4を用いて説明する。
第一のソレノイドスイッチ10に備えられた抵抗体11を、エンジンがある所定の時間内で始動可能な抵抗値に設定することにより、アイドルストップ後の再始動時に、第二のソレノイドスイッチ12を用いることなく、モータ2への通電接点として利用できる。
この際のメイン接点を備えた第二のソレノイドスイッチ12は、アイドルストップ後の再始動でなく、エンジンの最初の始動などエンジン負荷が大きい時に、抵抗体11を介さずにバッテリ7の電力を余すことなくモータ2へ供給する時に用いる。
この様な構成でエンジンを再始動する際には、図4に示すようなエンジン再始動中において、モータ2への電力供給中にモータ2への電力供給回路に変化が生じないために、図2に示した様にメイン接点を閉じた時に生じる二度目の電圧低下V2の発生はなく、より安定したバッテリ電圧を確保できる。
ここで従来技術である、モータ回路へのメイン接点に対し直列に抵抗体を接続する構成で、且つ抵抗体を含んだ第一のソレノイドスイッチとメイン接点を開閉する第二のソレノイドスイッチとを一体で構成した場合の構成例を、図5及び図6に示す。図中の記号の多くは図1の実施形態と同一であり一部説明を省略する。
図5及び図6に記載の配線17は、前記抵抗体11を短絡させた後に前記第一のソレノイドスイッチと第二のソレノイドスイッチを閉して前記バッテリの全電圧をモータに印加させてエンジンを始動する際のメイン電流回路の一部となるので細い断面の配線を採用できず、図5及び図6に記載の如く、一体構成したソレノイドアッシー9の外周部に結線するか、もしくは一体構成したソレノイドアッシー9内で結線することも可能であるが、一体構成したソレノイドアッシー9が大型化されるのは容易に想像でき、エンジンへの搭載性が悪化する。またソレノイドアッシー9の胴体部に、外部との接続端子(図5ではバッテリ7との接続、図6ではモータ2との接続)を設ける必要があり、ソレノイドアッシーが複雑で高価な構成となることが容易に想像できる。
本実施例によると、抵抗体11を含んだ第一のソレノイドスイッチ10は、モータ2のメイン接点を備えた第二のソレノイドスイッチ12と並列に接続されているために、第一のソレノイドスイッチ10と第二のソレノイドスイッチ12を並列に接続するための配線の役割を担う抵抗体の片方の端11a、抵抗体の片方の端11b、及び配線11cは、抵抗体11の一部となり得るために細い配線を使用でき、従い抵抗体11を含んだ第一のソレノイドスイッチ10とモータ2のメイン接点を備えた第二のソレノイドスイッチ12とを、複雑な構造とすること無く、一体構成とすることが可能となる。抵抗体の片方の端11a、抵抗体の片方の端11b、及び配線11cらの一例としては、断面積1平方mm程度の銅線であるのに対して、従来技術での配線17は、たとえば20平方mm程度の断面積を要した銅線を用いる必要があり、本発明の技術の有用性が伺える。図8は、本発明の第一の実施例の構造を、より具体的に示したものである。
本発明の第三の実施形態について、図7を用いて説明する。図中の符号1〜9及び11〜14は、図1の実施形態と同一であり一部説明を省略する。
本実施形態においては、制御装置13から配線16bを介して外部接続端子22に結線され、外部接続端子22に結線されたソレノイドコイルの片方の端16dを介してソレノイド16のソレノイドコイル16aへ通電することにより、ソレノイド16内に磁気回路(図示せず)が形成されることにより、可動鉄心16cが吸引されることにより、リンク棒8が駆動され、ピニオン5がリングギヤ6に噛み込ませ、ソレノイドコイル16aへの通電を停止すると、バネ(図示せず)力により、前記可動鉄心16cが所定の位置に戻ることを利用し、リンク棒8を介してリングギヤ6に噛み込んだピニオン5を所定の位置に戻す。
モータ2への突入電流を低減するための抵抗体11を備えた第一のソレノイドスイッチ15は、ソノレノイドコイル15cと固定接点15aと固定接点15bと可動接点15dと抵抗体11と備えた磁気回路部品(図示せず)により構成され、制御装置13より配線15e及び外部接続端子20及びソレノイドコイル15cの片方の端15jを介してソレノイドコイル15cへ通電することにより磁気回路が構築され、可動接点15dの移動によりサブ接点が閉じて制限された電流がモータ2へ通電される。ソレノイドコイル15cへの通電を停止すると、バネ(図示せず)力により可動接点15dが所定の位置に戻ることにより接点が開く。抵抗体11の片方の端15fは第二のソノレノイドスイッチ12の固定接点12aに接続され、もう片方の端15hは第一のソレノイドスイッチ15の固定接点15aに接続されている。配線15gは、第一のソノレノイドスイッチ15の固定接点15bと第二のソレノイドスイッチ12の固定接点12bに接続されている。
上記第三の実施形態の構成を用いることにより、エンジンを再始動する際には、抵抗体11を介して制限させた電流でモータ2に通電を開始し、モータ2が回転して逆起電力が発生した後にメイン接点(12a、12b、12d)を閉じてモータ2に通電するため、第一の実施形態で動作と同じく、バッテリの電圧低下を大幅に防止することができ、かつピニオン5のリングギヤ6への移送を行うソレノイド16と、抵抗体11を備えた第一のソレノイドスイッチ15と、モータ2へのメイン接点を備えた第二のソノレノイドスイッチ12とを、各々分離独立して駆動することができる。
本発明の第四の実施形態について、図9を用いて説明する。図中の記号の内、図1の実施形態と同一である部分については、一部説明を省略する。
本実施形態においては、第一のソレノイドスイッチ10のソレノイドコイル10cの片方の端10gは外部接続端子20に結線され、配線18、制御装置13、配線13a、及びハーネス14を介してバッテリ7に接続されている。第二のソレノイドスイッチ12のソレノイドコイル12cの片方の端12fは、外部接続端子20に結線され、もう片方の端12gは制御回路19及び配線19bを介して、アース接続されている。制御回路19は配線19aにて外部接続端子20に結線されており、第二のソレノイドスイッチ12のソレノイドコイル12cへの通電回路を開閉できる半導体素子(図示せず)またはリレースイッチ(図示せず)を備えており、配線19bを介してアース接続されている。制御装置13の指示によりリレー(図示せず)が駆動されることにより、外部接続端子20にバッテリ7からの電圧が印加され、バッテリ7から第一のソレノイドスイッチ10のソレノイドコイル10cに流れると同時に、制御回路19は配線19aを介して外部接続端子20の電圧上昇をトリガーとして、ある所定の時間経過後に第二のソレノイドスイッチ12のソレノイドコイル12cへの通電回路を閉路できる様に構成されている。またエンジン始動後に制御装置13がリレー(図示せず)の駆動を停止すると外部接続端子20の電圧がゼロに戻り、第一のソレノイドスイッチ10のソレノイドコイル10cへの通電が停止され、且つある所定の時間以降に、制御回路19は第二のソレノイドスイッチ12のソレノイドコイル12cへの通電回路を開路とする様に構成されている。
エンジンを始動する際は、制御装置13はリレー(図示せず)を駆動して外部接続端子20に電圧を印加し、まずピニオン5をリングギヤ側に移送するために第一のソレノイドスイッチ10のソレノイドコイル10cへ通電し、可動鉄心10fが固定鉄心(図示せず)側に吸引されることによりリンク棒8を介してピニオン5がリングギヤ6に噛み込むか、または噛み込む様にリングギヤ6の端面に押し付けられる。またこの通電により発生する吸引力により可動接点10dが固定接点10a、10bに当接することによりサブ接点が閉路となり、バッテリ7から抵抗体11を介した電流がモータ2に通電される。この時の通電電流は抵抗体11を介しているため、モータ2には制限された電流が流れて、モータ2は低速回転することによりエンジンのクランキングが開始される。また外部接続端子20の電圧上昇を配線19aを介して検出した制御回路19は、ある所定の時間が経過した後に第二のソレノイドスイッチ12のソレノイドコイル12cへの通電回路を閉路とすることにより、この通電により発生する吸引力により可動接点12dが固定接点12a、12bに当接することによりメイン接点が閉路となり、バッテリ7から抵抗体11を介した電流とは並列に電流がモータ2に通電され、モータ2は全力でエンジンをクランキングする。
第一の実施形態ではソレノイドアッシー9内の第一のソレノイドスイッチ10と第二のソレノイドスイッチ12を各々駆動するために、配線10eと配線12eの二本の配線で接続されていたが、上記構成とすることで制御装置13とソレノイドアッシー9間は、一本の配線18のみで結線される。一般的な自動車の始動電動機のソレノイドアッシーのソレノイドを駆動するための配線は1本のみであることから、自動車側の配線を変更する必要がなく、モータの突入電流を制御することによりバッテリ電圧低下による電気機器の瞬間停止を防止する抵抗体と、抵抗体を介してモータへ通電する接点と、前記抵抗体を介さずにモータへのフル通電するための接点を含んだ始動電動機装置を車両へ搭載可能となる。
なお上記第一の実施形態、第三の実施形態、及び第四の実施形態に基づく動作説明はアイドルストップ後のエンジンの再始動についての説明であるが、アイドルストップ後のエンジン再始動ではなく、Key−Swなどによるエンジンの初回始動時にも、エンジン再始動時と同じ動作となるために、より長寿命な始動電動機を提供できる。
1 始動電動機
2 モータ
3 出力軸
4 一方向クラッチ
5 ピニオン
6 リングギヤ
7 バッテリ
9 ソレノイドアッシー
10、15 第一のソレノイドスイッチ
12c、15c、16a ソレノイドコイル
13 制御装置
13a、15e、15g、16b、17、18、19a、19b 配線
14 ハーネス
15a、15b 固定接点
15d 可動接点
15f 抵抗体の片方の端
15j、16d ソレノイドコイルの片方の端
16 ソレノイド
16c 可動鉄心
19 制御回路
20、21、22 外部接続端子

Claims (7)

  1. 電動機と、
    前記電動機の回転駆動力をエンジンのクランク軸上のリングギヤに伝達するピニオンと、
    抵抗体と、バッテリから前記始動電動機のモータへの電力供給のオンオフ及び前記ピニオンを前記リングギヤの押し込み位置への移送を行う第一のソレノイドと、を有する第一の回路と、
    前記バッテリから前記始動電動機のモータへの電力供給のオンオフを行う第二のソレノイドを有し、前記第一の回路と並列に設けられた第二の回路と、
    前記第一のソレノイドと前記第二のソレノイドとを前記電動機の軸方向に直列的に収納する筐体とを備え、
    前記筐体を前記電動機と一体に構成し、
    前記エンジンの始動時に、前記第一のソレノイドにより前記始動電動機のモータへの電力供給のオンと前記リングギヤの噛み込み位置への移送とをした後に、前記第二のソレノイドにより前記始動電動機のモータへの電力供給のオンすることを特徴とするエンジン始動装置。
  2. 請求項1において、
    前記抵抗体を巻き回して、前記第一のソレノイドの一部を構成したことを特徴とするエンジン始動装置。
  3. 請求項1において、
    前記筐体の前記ピニオンの側には、前記第一のソレノイドが設けられ、
    前記筐体の他端側に、前記バッテリからの供給電力を前記第一の回路に入力するための入力端子と、前記第一の回路からの供給電力を前記電動機へ出力するための出力端子と、を有する端子部が設けられ、
    前記第一のソレノイドスイッチと前記端子部との間に前記第二のソレノイドスイッチが設けられたことを特徴とするエンジン始動装置。
  4. 請求項2において、
    前記第一のソレノイドスイッチと、前記第二のソレノイドスイッチとを、各々分離独立して制御することを特徴とするエンジン始動装置。
  5. 請求項4において、
    アイドルストップ後の再始動時の前記始動電動機のモータへの通電は、前記抵抗体を含んだ前記第一の回路のみを用いることを特徴とするエンジン始動装置。
  6. 請求項1において、
    一つの駆動指示信号により、前記第一のソレノイドにより前記始動電動機のモータへの電力供給のオンと前記リングギヤの噛み込み位置への移送とをし、ある所定の時間が経過した後に、前記第二のソレノイドにより前記始動電動機のモータへの電力供給のオンするとともに、
    前記駆動指示信号の停止により、前記リングギヤに移送された前記ピニオンが所定の位置に戻り、前記第一のソレノイドの駆動が停止され、且つ前記第二のソレノイドの駆動が停止されるよう構成されたことを特徴とするエンジン始動装置。
  7. 請求項6において、
    前記駆動指示信号が停止された場合、前記第一のソレノイドの駆動が停止されてから所定の時間が経過した後に、前記第二のソレノイドの駆動が停止されるよう構成されたことを特徴とするエンジン始動装置。
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