JP2015013593A - 内燃機関の電力供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリが逆接された場合にスタータモータを駆動させないようにすることを目的とする。【解決手段】内燃機関の電力供給装置は、オルタネータ１と、オルタネータ１に接続するバッテリ３と、バッテリ３で駆動されるスタータモータ７と、オルタネータ１とバッテリ３との接続間から分岐して接続するＥＣＵ４と、ＥＣＵ４に接続するエンジン負荷５と、を備え、バッテリ３とＥＣＵ４との接続間に配置され、内燃機関の運転停止時にバッテリ３からＥＣＵ４への電力供給を遮断するバッテリリレー１２と、バッテリリレー１２とバッテリ３との間に配置されバッテリ３の逆接続時に溶断するヒューズ１４と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、メインスイッチがなく、エレクトリックスタート装置を搭載する燃料噴射式の小型船外機等に用いられて好適な内燃機関の電力供給装置に関する。

船外機には、バッテリとエンジン制御ユニットとを電気的に接続しつつ、バッテリからエンジン制御ユニットへの暗電流を遮断できるものが知られている。特許文献１に開示された内燃機関の電力供給装置では、オルタネータとバッテリとの接続間であってＥＣＵへの分岐点よりバッテリ側にＥＣＵにより開閉制御されるバッテリリレーが配置されている。特許文献１の内燃機関の電力供給装置によれば、エンジンの運転停止時にはバッテリリレーが開成されるために、バッテリからＥＣＵへの電力供給が遮断され暗電流を防止することができる。

特開２０１２−１６６６８４号公報

しかしながら、上述した特許文献１の電力供給装置では、オルタネータの発電電力がスタート回路側に供給されないようにダイオードを有している。ダイオードはＥＣＵの外側に位置することから例えばハーネス内に配置する必要があるため、電力供給装置の製造コストが高くなってしまう。また、上述した特許文献１の電力供給装置では、バッテリを逆接した場合、バッテリリレーがオフになっているため、スタータリレーに電流が流れスタータリレーがオンされることにより、スタータモータが逆転してしまいクランクシャフトが逆回転してしまう虞がある。

本発明は、上述したような問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリからエンジン制御ユニットへの暗電流を遮断できる電力供給装置において、バッテリが逆接された場合にスタータモータを駆動させないようにすることを目的とする。

本発明に係る内燃機関の電力供給装置は、オルタネータと、前記オルタネータに接続するバッテリと、前記バッテリで駆動されるスタータモータと、前記オルタネータと前記バッテリとの接続間から分岐して接続するエンジン制御ユニットと、前記エンジン制御ユニットに接続するエンジン負荷と、を備えた内燃機関の電力供給装置であって、前記バッテリと前記エンジン制御ユニットとの接続間に配置され、前記内燃機関の運転停止時に前記バッテリから前記エンジン制御ユニットへの電力供給を遮断する遮断手段と、前記遮断手段と前記バッテリとの間に配置され前記バッテリの逆接続時に溶断するヒューズと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、バッテリからエンジン制御ユニットへの暗電流が遮断される電力供給装置において、バッテリを逆接された場合にスタータモータを駆動させないようにすることができる。

内燃機関の電力供給装置の構成を示す回路図である。 内燃機関の電力供給装置を適用した船外機を示す側面図である。 船外機のエンジンまわりを示す平面図である。 船外機のエンジンまわりを示す右側面図である。 内燃機関の電力供給装置のエレクトリックスタート時の動作を示すフローチャートである。 内燃機関の電力供給装置のマニュアルスタート時の動作を示すフローチャートである。 バッテリを逆接した場合における内燃機関の電力供給装置のエレクトリックスタート時の動作を示すフローチャートである。 バッテリを逆接した場合における内燃機関の電力供給装置のマニュアルスタート時の動作を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
まず、図２を参照して、本発明の内燃機関の電力供給装置を搭載する船外機の例を説明する。必要に応じて船外機の前方を矢印Ｆｒにより、後方を矢印Ｒｒにより示す。なお、船外機の前方とは、船外機を船体に取り付けた状態で、船体が前方に進む方向である。

図２に示すように、船外機は、不図示の船体のトランサムボードにクランプブラケット１０１を介して、直立状態に取り付けられる。船外機の上方でエンジンカバー１０２の内部には、内燃機関であるエンジン１０３及びその下方のオイルパン１０４が収容される。エンジン１０３は例えば水冷式４サイクル多気筒エンジンであってよく、その内部にクランクシャフトが実質的に垂直に配置された所謂、バーティカル（縦）型のエンジンである。

エンジンカバー１０２の下部にはドライブシャフトハウジング１０５が設置される。ドライブシャフトハウジング１０５内にはドライブシャフト１０６が略垂直に配置され、その上端部がクランクシャフトの下端部に連結される。ドライブシャフト１０６はドライブシャフトハウジング１０５内で下方に延出し、ドライブシャフトハウジング１０５の下部に設けられたギヤケース１０７内のベベルギヤ１０８及びプロペラシャフト１０９に連係する。これにより、ドライブシャフト１０６の回転がプロペラシャフト１０９に伝達されて、プロペラ１１０を駆動する。

エンジン１０３の前部には、ステアリングハンドル１１１が前方に向かって延設される。操船者がステアリングハンドル１１１を水平方向に旋回させることで、船外機の操舵角が変更され、船体の進行方向を変えることができる。ステアリングハンドル１１１の先端には、エンジン出力調整用のスロットルグリップ１１２が設けられる。

クランプブラケット１０１は、チルト軸１１３を回動中心にして船外機を回動可能に支持する。したがって、クランプブラケット１０１をトランサムボードに固定した状態では、チルト軸１１３を回動中心にして、船外機を上方向に回転させて水中から引き揚げる、いわゆるチルトアップ操作を行うことができる。

図１は、本実施形態に係る内燃機関の電力供給装置の構成を示す回路図である。オルタネータ１は、レクチファイア及びレギュレータ２を介してバッテリ３のプラス端子に接続する。レクチファイアは直流への整流を行い、レギュレータは電圧調整を行う。

レクチファイア及びレギュレータ２とバッテリ３との接続間の分岐点Ａには、エンジン制御ユニットとしてのＥＣＵ４のＤＣ電源端子４ａが接続する。そして、ＥＣＵ４の電源出力端子４ｂには、ＤＣ−ＣＤＩ（Capacitor Discharge Ignition）、燃料ポンプ、インジェクタ、ＩＳＣ（Idle Speed Control）バルブ、各種センサ類といったエンジン負荷５が接続する。本実施形態では、点火制御装置として直流電流で駆動するＤＣ−ＣＤＩを用いている。ＥＣＵ４には、インジケータランプ又はブザー等の通知装置６が接続する。

レクチファイア及びレギュレータ２とバッテリ３との接続間で分岐点Ａよりバッテリ３側にある分岐点Ｂには、スタータモータ７が接続する。そして、スタータモータ７と並列に、バッテリ３からスタータモータ７への電力供給のオン、オフを切り替えるスタータ回路８が接続する。スタータ回路８は、分岐点Ｂ側から、スタートスイッチ９、変速機のニュートラル状態を検出するニュートラルスイッチ１０、スタータリレー１１の順で直列接続したものである。スタートスイッチ９は常開で、操船者によるオン操作があったときに閉成する。ニュートラルスイッチ１０は常開で、変速機のニュートラル状態で閉成する。スタータリレー１１は常開で、そのコイルへの通電により閉成する。

オルタネータ１とバッテリ３との接続間で分岐点Ａと分岐点Ｂとの間、即ちバッテリ３とＥＣＵ４のＤＣ電源端子４ａとの接続間にバッテリリレー１２が配置される。バッテリリレー１２は常開で、エンジン１０３の始動後にＥＣＵ４により閉成される。具体的には、ＥＣＵ４にはトランジスタ１３が内蔵されており、バッテリ３から電力が供給された後にベース／エミッタ間が導通して、コイルに通電することでバッテリリレー１２を閉成する。バッテリリレー１２が閉成している場合、バッテリ３からＥＣＵ４への電力の供給、オルタネータ１からバッテリ３への充電が行われる。一方、エンジン１０３の運転停止時においてバッテリリレー１２が開成している場合、バッテリ３からＥＣＵ４への電力供給が遮断される。バッテリリレー１２は、遮断手段の一例に対応する。

スタータ回路８のうちスタートスイッチ９とニュートラルスイッチ１０との接続間の分岐点Ｃにはバッテリリレー１２のコイルが接続される。したがって、スタートスイッチ９が閉成されることにより、バッテリ３からスタートスイッチ９、分岐点Ｃを経由して、バッテリリレー１２のコイルに導電され、バッテリリレー１２を閉成する。
バッテリリレー１２とバッテリ３との接続間であって、分岐点Ｂとバッテリ３との間にはヒューズ１４が配置されている。ヒューズ１４は大電流が流れると溶断され、バッテリ３が電力供給装置から電気的に切り離され、バッテリ３からスタータモータ７への電力供給が停止される。
ＥＣＵ４にはストップスイッチ１５が接続されている。ＥＣＵ４は、通常運転時に操船者によるストップスイッチ１５のオン操作に応じて、ＥＣＵ４が点火、燃料噴射を停止し、エンジン１０３の運転を停止する。

図３は、船外機のエンジン１０３まわりを示す平面図である。図４は、右側面図である。これら図３、図４を参照して、図１に示した主な構成要素の配置構成例を説明する。図４に示すように、クランクシャフト１１６の上端側にはフライホイールマグネト１１７が固定されている。また、エンジン１０３の上部においてクランクシャフト１１６の周りに、フライホイールマグネト１１７に内包されるようにチャージコイル１１８が固定されている。これらフライホイールマグネト１１７及びチャージコイル１１８を含んでオルタネータ１が構成され、フライホイールマグネト１１７の回転によりチャージコイル交流が発電される。また、図示は省略するが、フライホイールマグネト１１７を内包するフライホイールマグネトカバーが取り付けられており、フライホイールマグネトカバーにリコイルスタータが取り付けられている。リコイルスタータは、スタータグリップ１１９（図２を参照）が引っ張られることにより、フライホイールマグネト１１７を回転させ、クランクシャフト１１６を回転させることによりエンジン１０３を始動させる。

エンジン１０３の前部において、ブラケット１２０を介してスタータモータ７が装着されている。また、エンジン１０３の前部からはスタータモータ７の下部側方においてバッテリケーブル１２１が延出し、船体側に設置されているバッテリ３に接続する。
エンジン１０３の右側部において、ホルダ１２２によりＥＣＵ４が保持されている。また、ＥＣＵ４の後方にはレクチファイア及びレギュレータ２が配設されている。

以下では、本実施形態に係る内燃機関の電力供給装置の動作について説明する。まず、図５のフローチャートを参照して、バッテリ３が正常に接続されている場合におけるエレクトリックスタート時の動作について説明する。エンジン１０３の停止時には、バッテリリレー１２がオフであり、バッテリ３からＥＣＵ４への電力供給が遮断されている。
変速機がニュートラル状態にあるとき、即ちニュートラルスイッチ１０が閉成しているときに（ステップＳ１１）、操船者がスタートスイッチ９のオン操作を行うと、スタートスイッチ９が閉成する（ステップＳ１２）。

スタートスイッチ９が閉成すると、バッテリ３から分岐点Ｂ、分岐点Ｃを経由し、バッテリリレー１２のコイルに通電する。これにより、バッテリリレー１２の可動接点が移動して両固定接点間が電気的に接続する（ステップＳ１３）。
バッテリリレー１２の可動接点が移動して両固定接点間が電気的に接続することで、バッテリ３からバッテリリレー１２、分岐Ａを経由し、ＥＣＵ４に電力が供給される（ステップＳ１４）。ＥＣＵ４は、バッテリ３からの電力供給を受けることで、バッテリリレー１２のコイルに通電してバッテリリレー１２を閉成した状態に維持する（ステップＳ１５）。
なお、スタートスイッチ９が閉成したとき、バッテリ３から、分岐点Ｂを経由し、スタートスイッチ９、ニュートラルスイッチ１０を介してスタータリレー１１のコイルに通電する。これにより、スタータリレー１１の可動接点が移動して両固定接点間が電気的に接続し、バッテリ３からの電力供給によりスタータモータ７が駆動する。

また、ＥＣＵ４は、バッテリ３からの電力供給を受けることで、電源出力をエンジン負荷５に印加してエンジン１０３を始動させ、エンジン１０３が始動したか否かを判定する（ステップＳ１６）。一般的に小型船外機に搭載されるスタータモータには小型の低出力モータが採用されるため、エレクトリックスタート時のクランキング回転数は４００ｒｐｍ程度と、マニュアルスタート時のクランキング回転数よりも低い。そのため、クランキング時のオルタネータ１の発電電力では、エンジン１０３の始動に必要な電力を確保できないことがある。そこで、エレクトリックスタート時にはバッテリ３からＥＣＵ４に電力供給してエンジン１０３を始動させることにしている。エンジン１０３が始動した場合にはステップＳ１７に進み、エンジン１０３が始動していない場合にはステップＳ１１に戻る。

その後、操船者がスタートスイッチ９のオフ操作、即ちオン操作の解除を行うと、スタートスイッチ９が開成する（ステップＳ１７）。このとき、バッテリ３からスタータ回路８を介してバッテリリレー１２のコイルへの通電は遮断されるが、ＥＣＵ４がバッテリリレー１２のコイルに通電していることにより、バッテリリレー１２が閉成された状態を維持している。
エンジン１０３が始動された後、オルタネータ１の発電電力が分岐点Ａを経由してＥＣＵ４に供給され、ＥＣＵ４はオルタネータ１からの電源供給を受けて、電源出力をエンジン負荷５に印加し、船外機を通常運転する（ステップＳ１８）。また、バッテリリレー１２が閉成されているので、オルタネータ１の発電電力はバッテリ３に供給され、バッテリ３が充電される。

操船者がストップスイッチ１５のオン操作、すなわち運転停止の操作を行うと、ストップスイッチ１５が閉成する（ステップＳ１９）。ＥＣＵ４は、ストップスイッチ１５の閉成に応じて点火、燃料噴射を停止し、エンジン１０３の運転を停止する（ステップＳ２０）。その後、ＥＣＵ４は、バッテリリレー１２のコイルへの通電を停止することにより、バッテリリレー１２を開成する（ステップＳ２１）。

次に、図６のフローチャートを参照して、バッテリ３が正常に接続されている場合におけるマニュアルスタート時の動作について説明する。なお、マニュアルスタート時には、操船者がスタートスイッチ９のオン操作を行わないので、スタートスイッチ９が開成している。また、変速機がニュートラル状態でないと手動始動はできないようになっており、ニュートラルスイッチ１０は閉成している。
操船者の手動始動操作によりリコイルスタータ等によってクランクシャフトを回転させると（ステップＳ３１）、オルタネータ１の発電電力が分岐点Ａを経由してＥＣＵ４に供給される（ステップＳ３２）。ＥＣＵ４は、トランジスタ１３のベース／エミッタ間を導通させて、バッテリリレー１２のコイルに通電させることによりバッテリリレー１２を閉成した状態に維持する（ステップＳ３３）。

ＥＣＵ４は、オルタネータ１から電力供給を受けて、電源出力をエンジン負荷５に印加してエンジン１０３を始動させ、エンジン１０３が始動したか否かを判定する（ステップＳ３４）。なお、マニュアルスタート時のクランキング回転数は７００ｒｐｍ程度と高いので、クランキング時のオルタネータ１の発電電力でエンジン１０３を始動させることができる。
エンジン１０３を始動させた後の処理は、図５のフローチャートと同様であり、図５のステップ番号と同一番号を付して説明を省略する。

このように本実施形態ではバッテリ３とＥＣＵ４との間に遮断手段としてのバッテリリレー１２を配置しエンジン１０３の運転停止時にバッテリ３からＥＣＵ４への電力供給を遮断する。したがって、エンジン１０３の運転停止時において、バッテリ３からＥＣＵ４に暗電流が流れることによるバッテリ３上がりを防止することができる。

次に、図７のフローチャートを参照して、バッテリ３が逆接されている場合におけるエレクトリックスタート時の動作について説明する。バッテリ３が逆接されている場合とは、バッテリ３のプラス端子をエンジンＧＮＤに接続されることをいう。なお、エンジン１０３の停止時には、バッテリリレー１２がオフであり、バッテリ３からＥＣＵ４への電力供給が遮断されている。なお、図７のフローチャートの処理のうち、図５と同様の処理には図５のステップ番号と同一番号を付している。
変速機がニュートラル状態にあるとき、即ちニュートラルスイッチ１０が閉成しているときに（ステップＳ１１）、操船者がスタートスイッチ９のオン操作を行うと、スタートスイッチ９が閉成する（ステップＳ１２）。

スタートスイッチ９が閉成すると、バッテリ３から分岐点Ｂ、分岐点Ｃを経由し、バッテリリレー１２のコイルに通電する。これにより、バッテリリレー１２の可動接点が移動して両固定接点間が電気的に接続する（ステップＳ１３）。
バッテリリレー１２の可動接点が移動して両固定接点間が電気的に接続することで、バッテリ３からエンジンＧＮＤ、レクチファイア及びレギュレータ２、バッテリリレー１２を経由し、ヒューズ１４に大電流が流れる。ヒューズ１４に大電流が流れることにより溶断されバッテリ３が電気的に切り離される（ステップＳ４１）。したがって、バッテリが逆接された場合であってもスタータモータ７が駆動されることがなくクランクシャフトが逆回転することを防止することができる。

次に、図８のフローチャートを参照して、バッテリ３が逆接されている場合におけるマニュアルスタート時の動作について説明する。
操船者の手動始動操作によりリコイルスタータ等によってクランクシャフトを回転させると（ステップＳ３１）、オルタネータ１の発電電力が分岐点Ａを経由してＥＣＵ４に供給される（ステップＳ３２）。ＥＣＵ４は、トランジスタ１３のベース／エミッタ間を導通させて、バッテリリレー１２のコイルに通電させることによりバッテリリレー１２を閉成した状態に維持する（ステップＳ３３）。

バッテリリレー１２の可動接点が移動して両固定接点間が電気的に接続することで、バッテリ３からエンジンＧＮＤ、レクチファイア及びレギュレータ２、バッテリリレー１２を経由し、ヒューズ１４に大電流が流れる。ヒューズ１４に大電流が流れることにより溶断されバッテリ３が切り離される（ステップＳ５１）。
ただし、ＥＣＵ４は、バッテリ３が切り離されたとしても、オルタネータ１から電力供給を受けるため、電源出力をエンジン負荷５に印加してエンジン１０３を始動させることができる。したがって、ＥＣＵ４は、エンジン１０３が始動したか否かを判定する（ステップＳ３４）。
エンジン１０３を始動させた後の処理は、図５のフローチャートと同様であり、図５のステップ番号と同一番号を付して説明を省略する。

このように本実施形態では、運転停止時にバッテリ３からＥＣＵ４への電力供給を遮断することができる電源供給装置において、バッテリ３が逆接された場合であってもスタータモータ７が駆動されることがなくクランクシャフトが逆回転することを防止することができる。また、運転停止時にバッテリ３からＥＣＵ４への電力供給を遮断させる場合に、ダイオードを用いる必要がないので、電源供給装置の製造コストを低減させることができる。

以上、本発明を種々の実施形態と共に説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能であり、上述した実施形態を適時組み合わせてもよい。
例えば、上述した実施形態では、リコイルスタータ等を備えず、マニュアルスタートができない電源供給装置にも適用することができる。

１：オルタネータ、２：レクチファイア及びレギュレータ、３：バッテリ、４：ＥＣＵ、５：エンジン負荷、６：通知装置、７：スタータモータ、８：スタータ回路、９：スタートスイッチ、１０：ニュートラルスイッチ、１１：スタータリレー、１２：バッテリリレー、１３：トランジスタ、１４：ヒューズ、１５：ストップスイッチ

Claims (2)

1. オルタネータと、
   前記オルタネータに接続するバッテリと、
   前記バッテリで駆動されるスタータモータと、
   前記オルタネータと前記バッテリとの接続間から分岐して接続するエンジン制御ユニットと、
   前記エンジン制御ユニットに接続するエンジン負荷と、を備えた内燃機関の電力供給装置であって、
   前記バッテリと前記エンジン制御ユニットとの接続間に配置され、前記内燃機関の運転停止時に前記バッテリから前記エンジン制御ユニットへの電力供給を遮断する遮断手段と、
   前記遮断手段と前記バッテリとの間に配置され前記バッテリの逆接続時に溶断するヒューズと、を有することを特徴とする内燃機関の電力供給装置。
2. 前記内燃機関を始動させるスタートスイッチを有し、
   前記スタートスイッチの操作に応じて前記バッテリから前記遮断手段に電力が供給されることにより前記遮断手段が導通され、前記オルタネータと前記バッテリとが導通すると共に、
   前記スタートスイッチの操作に応じて前記バッテリから前記スタータモータに電力が供給されることにより前記スタータモータが駆動することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の電力供給装置。

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