JP2679271B2 - エンジン始動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、バッテリ駆動のエンジン始動装置に関す
る。

［従来の技術］ 実開昭58−31765号公報は、永久磁石型の界磁極をも
つスタータモータと、この界磁極に巻装された巻線と、
エンジン始動時においてスタータモータの温度が低い場
合に上記巻線に通電して界磁極を励磁する温度スイッチ
とを備えるエンジン始動装置を開示している。上記通電
により、永久磁石型の界磁極の磁束密度が温度により変
動する不具合が補償される。

一方、自動車用などのような比較的大型の内燃機関を
始動するエンジン始動装置には、ほとんど直流直巻型あ
るいは直流複巻型のスタータモータが用いられている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記した従来の直流直巻型のスタータ
モータでは、エンジン負荷が所定の一定値の場合に（通
常は低温時のエンジン負荷に合わせて）、最適の起動特
性となるように各部が設計されているが、エンジン負荷
が変動した場合には直流直巻型のモータの一般特性とし
て起動特性が大きく変動する。すなわち、低温時のエン
ジン負荷に合わせてスタータモータのトルク特性を設定
しており、エンジン温度が上昇してオイル粘度が低下す
るとエンジン負荷が軽くなり過ぎ、低温用のトルク設定
では高温用のトルク設定のものに対しエンジン回転数が
減少するなどの不具合があった。

また一方、上記した直流直巻型のスタータモータは、
その直巻特性によりエンジン始動後の無負荷運転状態に
おいて高回転数となるため、回転子の耐遠心力を強化し
たり、機械的制動装置を設けて回転子の過度な回転上昇
を防止したりする必要があった。

上記した二つの問題は、直巻コイルを有している直流
複巻型のスタータモータにおいても、同様に存在する。

本発明は上記した各問題に鑑みなされたものであり、
本発明はエンジン負荷の変動に対して安定した起動特性
を有するエンジン始動装置を提供することをその解決す
べき課題としており、また、本発明はエンジン始動後に
おける回転数の過昇に対する制動性に優れたエンジン始
動装置を提供することをその解決すべき課題としてい
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明のエンジン始動装置は、直巻コイルと制御用の
分巻コイルとを有する直流複巻型のスタータモータと、
エンジン負荷を検出し、大、中、小の３段階の範囲に判
別するエンジン負荷検出手段と、大負荷の場合は和動方
向に、小負荷の場合は差動方向に通電し、中負荷の場合
は前記分巻コイルへの通電を遮断するモータ制御部とを
具備することを特徴としている。

ここで、和動方向とは、分巻コイル及び直巻コイルの
磁界が同方向となる通電方向をさし、差動方向とは、上
記両磁界が逆方向となる通電方向を言う。

［作用］ 本発明において、モータ制御部は、エンジン負荷検出
手段が検出したエンジン負荷の大小により、エンジン負
荷が重過ぎる場合には和動方向に分巻コイルに通電し、
エンジン負荷が軽過ぎる場合には差動方向に分巻コイル
に通電し、エンジン負荷が正常範囲にある場合には分巻
コイルに通電しない。和動方向への通電によりトルクは
増加し、差動方向への通電によりトルクは減少し、結果
としてエンジンの始動特性はエンジン負荷変動に関らず
一定となる。

本発明の好適な態様において、モータ制御部は、エン
ジン始動後のスタータモータの制動時に分巻コイルに和
動方向に通電して発電制御を行って、スタータモータの
回転数の過昇を防止する。

［実施例］ 本発明の一実施例を第１図を用いて説明する。

このエンジン始動装置は、直巻コイル1d及び分巻コイ
ル1sをもつ直流複巻型のスタータモータ１と、本発明で
いうエンジン負荷検出手段を構成する温度センサ２と、
スタータモータ１のアーマチュア電流を断続するマグネ
ットスイッチ３と、分巻コイル1sを駆動するモータ制御
部４とからなる。

スタータモータ１のアーマチュアコイル（図示せず）
の一端は直巻コイル1dを介してアースされ、上記アーマ
チュアコイルの他端はマグネットスイッチ３の主接点3a
を介してバッテリ５の正極に接続されている。マグネッ
トスイッチ３のコイルは互いに直列に接続された保持コ
イル3bと吸引コイル3cからなり、保持コイル3bの独立端
はアースされ、吸引コイル3cの独立端はアーマチュアコ
イルと主接点3aとの接続点８に接続され、保持コイル3b
及び吸引コイル3cの共通端はキースイッチ６のST端に接
続されている。キースイッチ６のIG端はモータ制御部４
の高位電源端に接続されており、キースイッチ６の可動
側接点はバッテリ５の正極に接続されている。

一方、モータ制御部４の一入力端にはエンジン回転数
を検出するタコメータ７が接続されており、モータ制御
部４の他の入力端にはエンジン温度を検出する温度セン
サ２が接続されている。また、モータ制御部４の更なる
他の入力端は接続点８に接続されており、モータ制御部
４の一対の出力端には分巻コイル1sの両端が接続されて
いる。

このエンジン始動装置の動作を説明する。

キースイッチ６を回動してST端をバッテリ５に接続す
ると、保持コイル3b、吸引コイル3cに通電され、保持コ
イル3b及び吸引コイル3cによる磁気付勢力の和により主
接点3aが閉じ、アーマチュアコイル及び直巻コイル1dに
通電される。主接点3aが閉じると主接点3aが吸引コイル
3cを短絡するが、主接点3aの閉止状態は保持コイル3bの
磁気付勢力により充分保持される。

主接点3aが閉止されるとスタータモータ１にバッテリ
電圧が供給されてスタータモータ１が起動し、スタータ
モータ１の回転軸に連結されたエンジン（図示せず）が
駆動される。エンジン始動後、キースイッチ６を開くこ
とによりスタータモータ１への通電が停止される。

次に、モータ制御部４の動作を第２図及び第３図のフ
ローチャートを用いて説明する。

キースイッチ６をST端に投入するとルーチンがスター
トし、スタータモータ１に内蔵されたピニオンギヤの噛
合性を向上させるため、主接点3aが閉じるまで分巻コイ
ル1sに和動方向の通電を行ない（S10）、マグネットス
イッチ３の主接点3aが閉じたかどうかを接続点８の電位
変化により調べる（S12）。主接点3aが閉じていなけれ
ばS10にリターンし、主接点3aが閉じていれば、温度セ
ンサ２で検出したエンジン温度が高温側しきい値t1（t1
＝たとえば80℃）以上かどうかを調べ（S14）、t1以上
であれば分巻コイル1sに差動通電し（S22）、t1より低
ければS16に進む。S16では、エンジン温度が低温側しき
い値t2（t2＝たとえば−10℃）以下かどうかを調べ（S1
6）、t2以下であれば分巻コイル1sに和動通電し（S1
8）、t2より高ければ分巻コイル1sに通電しない（S2
0）。

次に、クランキング状態かどうかを調べる（S26）。
クランキング状態は、タコメータ７で検出したエンジン
回転数が50〜500rpmの範囲である状態をさす。クランキ
ング状態であればS14にリターンし、クランキング状態
を脱していればロック状態かどうかを調べる（S28）。
ロック状態かどうかは、タコメータ７で検出したエンジ
ン回転数が50rpm以下かどうかで調べる。また起動直後
の過度的な低速回転状態が後のS28でロック状態と誤判
断されるのを防止するために一定時間内の回転変数の平
均値を採用している。

ロック状態でなければ正常にエンジンが始動されたも
のとして（すなわち、エンジン回転数が500rpm以上であ
るとして）、分巻コイル1sに和動通電する（S30）。な
おここで、分巻コイル1sに和動通電するのは、スタータ
の無負荷回転数を低下させて回転数過昇によるスタータ
モータ１のコンミテータの破壊等を防止するためであ
る。

次に、主接点3aが閉じているかどうかを調べ（S3
2）、主接点3aが閉じていればS30にリターンし、主接点
3aが閉じていれば一定時間待機した（S34）後、分巻コ
イル1sへの通電を停止して（S36）、ルーチンを終了す
る。S34にて一定時間待機するのは、スタータモータ１
への発電制御を充分に行ってその減速を良好に実施する
ためである。

S28にてロック状態を検出すれば、一定時間待機した
（S38）後、再度ロック状態かどうかを確認し（S40）、
ロック状態から解除されていればS30に進み、依然とし
てロック状態であれば警報信号を外部に出力して（S4
2）、S36に進む。

なお、エンジン温度の代りに外気温を検出してもよ
い。クランキング状態（すなわちエンジン着火前の始動
回転状態）、及び、エンジンのロック（すなわちエンジ
ンの回転障害）は、タコメータ７の使用以外に例えば接
続点８の電位変化などでも電気的に検出することができ
る。

上記説明したようにこの実施例では、エンジン負荷の
大小をエンジン温度で検出している。すなわち、エンジ
ン温度が高い場合にはオイル粘度が低いのでエンジン負
荷が軽く、エンジン温度が低い場合にはオイル粘度が高
いのでエンジン負荷が重く、エンジン温度が所定の設定
範囲であればオイル粘度が正常でエンジン負荷が適性で
あるとする。このようにすることにより、エンジン始動
時におけるエンジン負荷を簡便に推定することができ
る。

また本実施例では、分巻コイル1sへの通電によるスタ
ータモータ１のトルク特性を、エンジン温度が所定の設
定範囲である場合のエンジン負荷に合わせて設計してい
る。このようにすれば、高温時と低温時において分巻コ
イル1sへの電流の通電方向を変更するだけでよく、分巻
コイル1sへの通電電流の絶対値を３種類設定せずとも、
通電／遮断の制御と通電方向の切替制御とにより３種類
のトルク特性を得ることができる。なお、良く知られて
いるように、上記通電電流の絶対値の制御は、複雑な回
路構成を必要とする。

更に、エンジン始動後、主接点3aを開いた状態から一
定時間だけ分巻コイル1sに和動方向に通電する代りとし
て、スタータモータ１の回転中だけ分巻コイルに和動通
電してもよい。スタータモータ１回転を検出する手段と
しては、電磁ピックアップやホール素子等を用いること
ができる。

また更に、この実施例では、マグネットスイッチ３の
保持コイル3b、吸引コイル3cに通電した後、主接点3aが
閉じるまで、分巻コイル1sに和動通電しているので、主
接点3aが閉じた瞬間の起動ショック及び起動電流が小さ
い利点がある。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明は、エンジン負荷の大、
中、小により、分巻コイルに和動通電、通電せず、差動
通電を切替えているので、単純な制御によりエンジン負
荷の変動に対応して起動トルク特性を補償することがで
きる。

また、本発明の好適態様によれば更に、エンジン始動
後のスタータモータの制御時に分巻コイルに和動方向に
通電して発電制動を行っているので、スタータモータの
回転数の過昇を防止することができ、スタータモータの
信頼性を高めその小形軽量化を図ることがきる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図である。 第２図及び第３図は第１図におけるモータ制御部９の動
作を示すフローチャートである。 １……スタータモータ 1d……直巻コイル 1s……分巻コイル ２……温度センサ（エンジン負荷検出手段） ４……モータ制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−228769（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−28880（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−67371（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−139583（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭51−10310（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直巻コイルと制御用の分巻コイルとを有す
   る直流複巻型のスタータモータと、 エンジン負荷を検出し、大、中、小の３段階の範囲に判
   別するエンジン負荷検出手段と、 大負荷の場合は和動方向に、小負荷の場合は差動方向に
   通電し、中負荷の場合は前記分巻コイルへの通電を遮断
   するモータ制御部と、 を具備することを特徴とするエンジン始動装置。
2. 【請求項２】請求項１記載のエンジン始動装置におい
   て、 前記スタータモータの制動時に前記分巻コイルに和動方
   向に通電して発電制動を行うモータ制御部を具備するこ
   とを特徴とするエンジン始動装置。