JP3985673B2 - エンジン始動装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流電動機を採用したエンジン始動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジン始動装置には、直巻の界磁巻線を有する直流電動機が多く用いられている（特許文献１参照）が、分巻の界磁巻線を有する直流電動機を採用することも可能である。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００- １２５５７９号公報 （第２頁、図３）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
直巻式の界磁巻線を有する直流電動機を採用したエンジン始動装置においては、通電開始時の大電流によりバッテリ電圧が低下しても、大きな始動トルクが得られる。
また、始動性を改善（クランキング音の低減、消費電流の低減、最大出力点でのエンジン駆動）させるために、エンジンの負荷変化に対応して直流電動機の特性を変えることが望まれるが、大電流を制御する必要があり、困難（大容量素子が必要なため）である。
一方、分巻式の界磁巻線を有する直流電動機を採用したエンジン始動装置では、通電開始時に電機子巻線に大電流が流れるのでバッテリ電圧が低下する。このため、界磁電流が低下し、大きな始動トルクが得られない。
【０００５】
本発明の第１の目的は、所定の始動条件の場合に大きな始動トルクが得られ、且つ、負荷変化に対応したクランキングが行える、分巻式の界磁巻線を持つ直流電動機を採用したエンジン始動装置の提供にある。
本発明の第２の目的は、広範囲の制御が可能な、直巻巻線と分巻巻線とを持つ複巻式の直流電動機を採用したエンジン始動装置の提供にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（請求項１について）
エンジン始動装置に用いる直流電動機は、回転軸に絶縁配置される複数の整流子片に電機子巻線を電気接続した電機子と、各整流子片に摺接して電機子巻線と電気接続を図る正極・負極ブラシと、分巻式の界磁巻線とを備える。
エンジンを始動する際に、この直流電動機に通電が成されると回転軸が回転してエンジンを駆動する。
【０００７】
このエンジン始動装置は、エンジンを始動する際の始動条件に応じて、各ブラシへの通電と界磁巻線への通電を共通のバッテリで行うか、別々のバッテリで行うかを選択可能な通電方法切り替え手段と、四個のパワートランジスタをブリッジに接続し出力端子を界磁巻線に接続してなり、界磁電流の電流量および電流方向が共に制御可能な界磁電流制御手段とを設けている。
【０００８】
通電方法切り替え手段は、両バッテリを合わせたバッテリの電気容量が少ない場合や、車両停車でエンジンを一時停止し車両発進操作でエンジンを再始動させる燃費向上モードの場合に各ブラシへの通電および界磁巻線への通電を別々のバッテリで行う様に選択する。
円滑な車両発進が要求される排ガス低減モード時のエンジン再始動時や、バッテリの電気容量が少ない場合に大きなエンジン駆動トルクが得られ、エンジンを確実に始動させることができる。
なお、両バッテリを合わせたバッテリの電気容量が多い場合や、通常のエンジン始動の場合には、共通のバッテリで通電を行って、バッテリの片減りや、各バッテリに充電される電気容量が不均一になることを防止する。
各ブラシへの通電および界磁巻線への通電を別々のバッテリで行う場合には、通電開始時の電機子電流によるバッテリ電圧低下の影響を回避でき、界磁巻線に適正な界磁電流を流すことができ、エンジンを始動する際の始動条件が厳しい場合に大きな始動トルクが得られる。
【０００９】
界磁電流制御手段は、四個のパワートランジスタをブリッジに接続し出力端子を界磁巻線に接続してなり、界磁電流の電流量および電流方向が制御可能である。
そして、クランキング時に、界磁電流の電流量および電流方向を界磁電流制御手段が制御することにより、エンジンの負荷変化に対応したクランキングが行え、始動時間短縮が図れる。
【００１０】
（請求項２について）
エンジンを始動する際に、界磁電流制御は、界磁巻線への通電を各ブラシへの通電より先に行う。
これにより、電機子への通電より先に界磁磁束を作っておくことができ、通電開始時の突入電流を低減することができ、ブラシ寿命の延長が図れる。
【００１１】
（請求項３について）
電機子を流れる電流を検出する電機子電流検出手段を設け、界磁電流制御手段は、電機子電流検出手段が検出した電機子電流に基づいて界磁巻線に流す界磁電流を制御（界磁電流の電流量と電流方向）する。
電機子電流の変化からエンジン負荷の状態を把握することができ、駆動トルクが必要なクランキング中の圧縮工程では界磁電流を多く流し、慣性で自走するクランキング中の排気工程では界磁電流を減らすか、電流方向を切り替えて逆制動をかけて慣性エネルギーを減衰させる。
【００１２】
エンジンの負荷変化に対応したクランキングを行うことにより、クランキング時の騒音を低下できるとともに、直流電動機の最大出力点でエンジン駆動が行える。
【００１５】
（請求項４について）
直巻巻線と分巻巻線とを有する複巻式の直流電動機をエンジン始動装置に用いている。 エンジンを始動する際に直流電動機に通電が成されると直流電動機の回転軸が回転してエンジンを駆動する。
【００１６】
このエンジン始動装置は、四個のパワーＭＯＳ−ＦＥＴをブリッジに接続し出力端子を分巻巻線に接続してなる分巻巻線通電手段に指示して、分巻巻線に流す電流の電流量と電流方向とを制御可能な電動機制御手段を設けている。
そして、電動機制御手段は、エンジンクランキング中、ピストンが上死点を越えているか否か、または、エンジンが圧縮工程か排気工程の何方かに有るかによって、分巻巻線に流す電流を制御し、界磁束を差動から和動まで連続的に変化可能にしている。
これにより、エンジンクランキング中に、直流電動機の性能を可変でき、エンジンの始動時間短縮が図れる。さらに、広範囲の制御が可能であり、広範囲のエンジン状態に対応可能である。
【００２１】
（請求項５について）
電動機制御手段は、イグニッションスイッチによる通常のエンジン始動と、発進信号の入力によりエンジン始動を行うエコラン始動との違いにより制御仕様を変える構成である。これにより、通常のエンジン始動およびエコラン始動に適したエンジン始動を行うことができる。
【００２２】
（請求項６について）
電動機制御手段は、エンジン停止信号が入力すると、直流電動機（電機子＆分巻巻線）へ通電を行うとともに、分巻巻線に流す電流の電流量を制御してエンジンを所定位置で止める。
【００２３】
これにより、エンジン停止時に、エンジンの空転時間が短縮できるとともに、所定の位置での停止が可能である。
なお、エンジンを所定位置で止めると、エンジンの停止位置によりピストンの圧縮／膨張工程が変化し、始動トルクが変化するといった現象が知られており、次回のエンジン始動を容易に行うことができる。
【００２４】
（請求項７について）
電機子に流れる電機子電流を検出する電機子電流検出手段を設け、電動機制御手段は、始動期間中に、所定値を越える電機子電流を所定時間検出した場合には、電機子巻線への通電および分巻巻線への通電を停止する。
【００２５】
直流電動機がロック等で故障して、大きな電機子電流が流れる場合には、直流電動機への通電を速やかに停止することができ、ヒューズの溶断を防止できるとともに、バッテリの保護が図れる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
（第１実施例）
本発明の第１実施例に係るエンジン始動装置Ａ（請求項１〜３に対応）を、図１および図２に基づいて説明する。
エンジン始動装置Ａは、図１に示す如く、分巻式の直流電動機１と、バッテリ分離用の分離リレー２と、界磁電流を制御する制御素子３と、ＥＣＵ４とを備える。
【００２９】
直流電動機１は、回転軸の外周に互いに絶縁配置される複数の整流子片に電機子巻線（何れも図示せず）を電気接続した電機子１０と、対向位置から各整流子片に摺接して電機子巻線と電気接続を図る正極ブラシ１１、負極ブラシ１２と、分巻した界磁巻線１３とを備える。
【００３０】
この直流電動機１の電機子１０への通電は、スタータリレー５０とマグネットスイッチ１４とにより成される。
スタータリレー５０は、電磁コイル５１と常開接点５２とを有する。
電磁コイル５１の一端は接地され、他端はＥＣＵ４のリレー駆動回路に接続されている。
【００３１】
５３はイグニッションスイッチであり、共通接点５４、ＯＮ端子５５、ＳＴ端子５６等を有する。共通接点５４は車載バッテリ６のプラス端子に電気接続されている。
また、常開接点５２の一方は車載バッテリ７のプラス端子に電気接続され、他方はマグネットスイッチ１４の電磁コイル１５の途中に電気接続されている。
【００３２】
マグネットスイッチ１４は、常開接点１６と電磁コイル１５とを有する。
常開接点１６の一方は、車載バッテリ７のプラス端子に電気接続され、他方は正極ブラシ１１および電磁コイル１５の一端に電気接続されている。なお、電磁コイル１５の他端は接地されている。
【００３３】
分離リレー２は、常閉接点２１と電磁コイル２２とを有する。
分離リレー２の常閉接点２１の一方は車載バッテリ６のプラス端子に電気接続され、他方は車載バッテリ７のプラス端子に電気接続されている。
電磁コイル２２の一端は車載バッテリ６のプラス端子に電気接続され、他端はＥＣＵ４のリレー駆動回路に接続されている。
【００３４】
制御素子３は、四個のパワートランジスタをブリッジに接続したものであり、一方側入力端子３１を車載バッテリ６のプラス端子に電気接続し、他方側入力端子３２を接地している。
また、一方側出力端子３３、他方側出力端子３４を、界磁巻線１３の一端、他端に電気接続している。
なお、４１は電機子巻線に流れる電機子電流を検出するための電流センサ（電機子電流検出手段）である。
【００３５】
ＥＣＵ４は、始動信号４０や接点信号に基づいて、分離リレー２のオン・オフ制御と、スタータリレー５０のオン・オフ制御と、界磁電流の制御とを行う。なお、界磁電流の制御は、制御素子３へデューティ信号を送出して行う。
また、イグニッションスイッチ５３の共通接点５４がどのポジションにあるかを接点信号でもってＥＣＵ４に知らせるために、ＳＴ端子５６およびＯＮ端子５５が信号線を介してＥＣＵ４に電気接続されている。
【００３６】
つぎに、エンジン始動装置Ａの作動を、図２に示すフローチャートに基づいて説明する。
ＥＣＵ４は、ステップｓ１で、イグニッションスイッチ５３の共通接点５４がＳＴ端子５６にあるか否かを接点信号に基づいて判別し、ＳＴ端子５６にある場合（ＹＥＳ）にはステップｓ３（例えば、バッテリ電圧１０Ｖを閾値）に進み、ＳＴ端子５６に無い場合（ＮＯ）には待機する。
【００３７】
なお、運転者がイグニッションスイッチ５３を廻して共通接点５４がＳＴ端子５６に接続される（始動操作を行う）と、ＳＴ端子５６にバッテリ電圧が印加され、接点信号がＥＣＵ４に送出される。
【００３８】
また、車両停止でエンジンを一時停止し、車両発進操作でエンジンを再始動させるエコランモード（燃費向上モード）においては、ステップｓ２で、始動信号４０の有無を判別し、始動信号４０が入力された場合（ＹＥＳ）にはステップｓ４に進み、入力が無い場合（ＮＯ）には待機する。
【００３９】
ステップｓ３において、ＥＣＵ４は、車載バッテリ６、７の両方を合わせた電気容量が少ないか否かを、車載バッテリ６、７を並列接続したバッテリ電圧（例えば、バッテリ電圧１０Ｖを閾値）に基づいて判別し、車載バッテリ６、７を並列接続したバッテリ電圧が低い場合（ＹＥＳ）にはステップｓ４に進み、正常の場合（ＮＯ）にはステップｓ５に進む。
【００４０】
エコランモードのエンジン再始動時、または車載バッテリ６、７を並列接続したバッテリ電圧が低い場合には、ステップｓ４において、ＥＣＵ４のリレー駆動回路が分離リレー２に通電を行って常閉接点２１を開成し、車載バッテリ６、７を分離する。
【００４１】
ステップｓ５において、先に界磁磁束を作っておくため、ＥＣＵ４の駆動回路は、最大デューティが得られるデューティ信号を制御素子３に出力する。
【００４２】
ステップｓ６において、ＥＣＵ４のリレー駆動回路が、スタータリレー５０の他端にバッテリ電圧を印加し、スタータリレー５０が作動して常開接点５２が閉成する。
【００４３】
ステップｓ７において、マグネットスイッチ１４の常開接点１６が閉成し、直流電動機１の電機子１０へ通電が開始される。
ステップｓ８において、図９の▲２▼分巻（スタータ電流波形）に示す様に、突入電流が流れてスタータが作動し、スタータがクランキングを開始する。
【００４４】
ステップｓ９において、ＥＣＵ４は、電流センサ４１により検出される電機子電流の変化から（図９の▲２▼分巻に示す、ピストンの最初の上死点から、次の上死点の間の変化）からエンジン負荷の状態を把握して制御素子３のデューティを調整し、界磁巻線１３に流れる界磁電流を下記の様に制御（電流量および電流方向）する。
【００４５】
・駆動トルクが必要なクランキング中の圧縮工程では、直流電動機１の最大出力点でエンジン駆動が成される様に界磁電流を調整する。
・慣性で自走するクランキング中の排気工程では界磁電流を減らすか、電流方向を切り替えて逆制動をかけ、慣性エネルギーを減衰させる。
【００４６】
ステップｓ１０で、エンジン回転数等に基づいて、エンジン始動が完了したか否かを判別し、エンジン始動が完了した場合（ＹＥＳ）にはステップｓ１１に進む。また、完了していない場合（ＮＯ）にはステップｓ９に戻って界磁電流の制御を継続する。
【００４７】
ステップｓ１１で、ＥＣＵ４は、制御素子３へのデューティ信号の送出を停止し、分離リレー２およびスタータリレー５０への通電を停止する。
これにより、車載バッテリ６、７が分離状態から並列接続に戻る（ステップｓ４を通過した場合）とともに、マグネットスイッチ１４の常開接点１６が開成する。
ステップｓ１２で、スタータが作動停止する。
【００４８】
本実施例のエンジン始動装置Ａは、以下の利点を有する。
［あ］直流電動機１の界磁巻線１３への通電を、電機子１０の電機子巻線への通電より、例えば０．２ｍｓ程度、先に行っている（図２のステップｓ４）。
これにより、先に界磁磁束を作っておくことができ、通電開始時の突入電流を低減することができ、車載バッテリ６、７の劣化を抑えることができるとともに、ブラシ１１、１２の寿命延長が可能である。更に、始動時間の短縮が図れる。
【００４９】
［い］ＥＣＵ４は、クランキング中、界磁巻線１３に流れる界磁電流の電流量と電流方向とを、下記の様に制御素子３により制御する構成である。
このため、エンジンの負荷変化に対応したクランキングを行うことができ、クランキング時の騒音を低下できる。
【００５０】
・駆動トルクが必要なクランキング中の圧縮工程では、最大出力が得られる最大出力点でエンジン駆動を行う。
・慣性で自走するクランキング中の排気工程では、界磁電流を減らすか、電流方向を切り替えて逆制動をかけ慣性エネルギーを減衰させる。
【００５１】
［う］バッテリ電圧が低い場合や、エコランモードの場合には、直流電動機１の電機子１０の電機子巻線への通電を車載バッテリ７から行い、界磁巻線１３への通電を車載バッテリ６から行う構成である。
このため、電源電圧の低下の影響を受け易い電気負荷６１を車載バッテリ６側に接続しておけば、バッテリの電気容量が少ない場合やエコラン時のエンジン始動で、電源電圧の低下の影響を受け難くすることができる。
【００５２】
［え］スタータリレー５０や分離リレー２をイグニッションスイッチ５３に直接接続せず、分離リレー２とスタータリレー５０とを、ＥＣＵ４の各リレー制御回路で通電制御する構成であるので以下に示す利点を有する。なお、各リレー制御回路のトランジスタの万一のオン故障に備えて、ＥＣＵ４の作動用電源は、イグニッションスイッチ５３をオフ位置にすると切れる構成であるのが好ましい。
【００５３】
・通常始動時において、バッテリ電圧が低下しているか否かの判別に要する時間を稼ぐことができる。
・分離リレー２の作動に要する時間を稼ぐことができる。
・電機子１０への通電前に界磁巻線１３に通電が行え、先に界磁磁束を作れる。
【００５４】
（参考例）
つぎに、本発明の参考例に係るエンジン始動装置Ｂを、図３および図４に基づいて説明する。
エンジン始動装置Ｂは、以下の点がエンジン始動装置Ａと異なる。
【００５５】
エンジン始動装置Ｂでは、制御素子３の代わりに、界磁巻線１３に流す界磁電流の電流量のみが制御可能なパワートランジスタ８を採用している。
【００５６】
本実施例のエンジン始動装置Ｂは、図４に示すフローチャートに示す様に作動する。なお、ステップＳ１〜Ｓ４、ステップＳ６〜Ｓ８、ステップＳ１０、Ｓ１２は、第１実施例の各ステップと同じであるので説明を省く。
【００５７】
ステップＳ５において、先に界磁磁束を作っておくため、ＥＣＵ４の駆動回路は、最大デューティが得られるデューティ信号をパワートランジスタ８に出力する。
【００５８】
ステップＳ９において、ＥＣＵ４は、電流センサ４１により検出される電機子電流の変化からエンジン負荷の状態を把握してパワートランジスタ８のデューティを調整し、界磁巻線１３に流れる界磁電流の電流量を下記の様に制御する。
【００５９】
・駆動トルクが必要なクランキング中の圧縮工程では、直流電動機１の最大出力点でエンジン駆動が成される様に界磁電流を調整する。
・慣性で自走するクランキング中の排気工程では界磁電流を減らして慣性エネルギーを減衰させる。
【００６０】
ステップＳ１１で、ＥＣＵ４は、パワートランジスタ８へのデューティ信号の送出を停止し、分離リレー２およびスタータリレー５０への通電を停止する。
【００６１】
本実施例のエンジン始動装置Ｂは、上記［あ］、［う］、［え］に準じた利点以外に、以下の利点を有する。
［お］ＥＣＵ４は、クランキング中、界磁巻線１３に流れる界磁電流の電流量を、下記の様にパワートランジスタ８により制御する構成である。
このため、エンジンの負荷変化に対応したクランキングを行うことができ、クランキング時の騒音を低下できる。
【００６２】
・駆動トルクが必要なクランキング中の圧縮工程では、最大出力が得られる最大出力点でエンジン駆動を行う。
・慣性で自走するクランキング中の排気工程では、界磁電流を減らして慣性エネルギーを減衰させる。
【００６３】
（第２実施例）
つぎに、本発明の第２実施例に係るエンジン始動装置Ｃ（請求項４、６に対応）を、図６〜図１０に基づいて説明する。
エンジン始動装置Ｃは、図６に示す如く、複巻式の直流電動機９と、分巻巻線９１に流す電流を制御する分巻巻線通電回路３０と、ＥＣＵ４とを備える。
【００６４】
直流電動機９は、回転軸の外周に互いに絶縁配置される複数の整流子片に電機子巻線（何れも図示せず）を電気接続した電機子９２と、対向位置から各整流子片に摺接する正極ブラシ９３および負極ブラシ９４と、直巻巻線９５と、分巻巻線９１とを備える。
【００６５】
この直流電動機９の電機子９２への通電は、スタータリレー５０とマグネットスイッチ１４とにより成される。
スタータリレー５０は、電磁コイル５１と常開接点５２とを有する。
電磁コイル５１の一端は接地され、他端はイグニッションスイッチ５３のＳＴ端子に接続されている。
【００６６】
５３はイグニッションスイッチであり、共通接点５４、ＯＮ端子５５、ＳＴ端子５６等を有する。共通接点５４は車載バッテリ７のプラス端子に電気接続されている。
また、常開接点５２の一方は車載バッテリ７のプラス端子に電気接続され、他方はマグネットスイッチ１４の電磁コイル１５に電気接続されている。
【００６７】
マグネットスイッチ１４は、常開接点１６と電磁コイル１５とを有する。
マグネットスイッチ１４の常開接点１６の一方は、車載バッテリ７のプラス端子に電気接続され、他方は直巻巻線９５の一端に接続されている。なお、電磁コイル１５の他端は接地されている。
また、分巻巻線通電回路３０の一方側入力端子３１は、車載バッテリ７のプラス端子に電気接続されている。
【００６８】
分巻巻線通電回路３０は、四個のパワーＭＯＳ- ＦＥＴをブリッジに接続したものであり、一方側入力端子３１を車載バッテリ７のプラス端子に電気接続し、他方側入力端子３２を接地している。
また、一方側出力端子３３、他方側出力端子３４を、分巻巻線９１の一端、他端に電気接続している。
【００６９】
ＥＣＵ４は、分巻巻線９１へ流す電流の制御等を行う。なお、分巻巻線９１へ流す電流の制御は、分巻巻線通電回路３０へデューティ信号を送出して行う。
【００７０】
つぎに、エンジン始動装置Ｃの作動を、図７および図８に示すフローチャートに基づいて説明する。
運転者がイグニッションスイッチ５３をＳＴ位置に回して、スタータ始動操作をすると、ステップｓｔ１で、始動信号が送出される。
【００７１】
スタータリレー５０の電磁コイル５１へ通電が開始されるので、常開接点５２が閉成し、電磁コイル１５へ通電が開始され、マグネットスイッチ１４の常開接点１６が閉成する（ステップｓｔ２）。
【００７２】
ＥＣＵ４は、分巻巻線通電回路３０へデューティ信号を送出する。
ステップｓｔ３において、エンジンが回転を開始した｛図９の▲３▼複巻（スタータ電流波形）に示す様に、ピストンの最初の上死点を乗り越える｝か否か判別し、エンジンが回転を開始した場合（ＹＥＳ）にはステップｓｔ４に進み、未だの場合（ＮＯ）には待機する。
【００７３】
最初の上死点を越えている場合には、ステップｓｔ４において、分巻巻線９１を流れる電流をＥＣＵ４が制御し、直流電動機９の回転が、継続可能なトルクを維持した状態で、直流電動機９の回転が最大となる様（図９の▲３▼複巻のＡ点に相当する箇所が、図１０の▲３▼複巻のＡ点の位置に相当する）に、分巻巻線９１に流れる界磁電流を低下させる。なお、直巻巻線９５による界磁束を打ち消すため、界磁電流の電流量以外に電流方向の反転も行う。
【００７４】
なお、本実施例は、他の実施例と異なり、圧縮工程、排気工程の度に界磁巻線の通電を切り替えるものではなく、最初の上死点を乗り越した後、分巻巻線９１に流れる界磁電流を低下させるものである。また、直巻巻線９５による界磁束を打ち消すため、界磁電流の電流量以外に電流方向の反転も行う。
【００７５】
なお、第１、２実施例と同様に、駆動トルクが必要なクランキング中の圧縮工程では、直流電動機１の最大出力点でエンジン駆動が成される様に界磁電流を調整し、慣性で自走するクランキング中の排気工程では界磁電流を減らすか、電流方向を切り替えて逆制動をかけ、慣性エネルギーを減衰させても良い。
【００７６】
ステップｓｔ５において、エンジンが始動したか否か判別し、エンジンが始動した場合（ＹＥＳ）にはステップｓｔ６に進み、未だの場合（ＮＯ）にはステップｓｔ４に戻って待機する。
【００７７】
エンジンが始動して自走する様になるとステップｓｔ６において、直流電動機９の回転にブレーキがかかる様に、分巻巻線９１に流れる界磁電流をＥＣＵ４が制御する。
【００７８】
ステップｓｔ７において、ＥＣＵ４が、スタータリレー５０の電磁コイル５１への通電を停止する。これにより、常開接点５２が開成し、電磁コイル１５への通電が遮断され、マグネットスイッチ１４の常開接点１６が開成し、直流電動機９への通電が停止する。
【００７９】
運転者がイグニッションスイッチ５３をオフ操作すると、ステップＳｔ１で、エンジン停止信号が送出される。
【００８０】
検出した、エンジン回転速度や回転速度変化が所定値であるか否かをステップＳｔ２で判別し、所定値である場合にはステップＳｔ３に進み、所定値でない場合には待機する。
【００８１】
エンジンが空転し始めると、ステップＳｔ３において、ＥＣＵ４がスタータリレー５０の電磁コイル５１へ通電を行って常開接点５２を閉成し、マグネットスイッチ１４の常開接点１６を閉成して、直流電動機９へ通電を行う。そして、分巻巻線９１に流す界磁電流をＥＣＵ４が制御して制動トルクを発生させる。
これにより、エンジンの空転時間が短縮できるとともに、所定の位置での停止が可能である。
【００８２】
ステップＳｔ４において、エンジンが停止したか否か判別し、エンジンが停止した場合（ＹＥＳ）にはステップＳｔ５に進み、未だの場合（ＮＯ）にはステップＳｔ３に戻って制動を継続する。
【００８３】
ステップＳｔ５において、ＥＣＵ４が、分巻巻線通電回路３０へのデューティ信号を停止して分巻巻線９１へ流す電流を遮断するとともに、スタータリレー５０の電磁コイル５１への通電を遮断して電機子９２への通電も遮断する。
【００８４】
本実施例のエンジン始動装置Ｃは、以下の利点を有する。
［か］エンジン始動装置Ｃは、分巻巻線９１に流す界磁電流の電流量と電流方向とが制御可能な分巻巻線通電回路３０を設け、界磁束を差動から和動までＥＣＵ４が制御する構成である。
このため、エンジン始動装置Ｃは、エンジンクランキング中に、直流電動機９の性能を可変でき、エンジンの始動時間短縮が図れる。更に、広範囲の制御が可能であり、広範囲のエンジン状態に対応可能である。
【００８５】
［き］エンジンが始動して、エンジンが自走する様になる（ステップｓｔ５でＹＥＳ）と、直流電動機９の回転にブレーキがかかる様に、分巻巻線９４に流れる界磁電流の電流方向と電流量とをＥＣＵ４が制御する（ステップｓｔ６）構成である。
このため、エンジン始動時において、始動装置の無駄な空転を防止することができる。
【００８６】
［く］エンジン停止時に直流電動機９へ通電を行い、分巻巻線９１に流れる界磁電流をＥＣＵ４が制御して制動トルクを発生させている（ステップＳｔ４）。
このため、エンジンの空転時間が短縮できるとともに、所定の位置での停止が可能である。
【００８７】
本発明は、上記実施例以外に、つぎの実施態様を含む。
ａ．車載バッテリ６、７は、起電力が同じであれば電気容量が異なっても良い。なお、異なる場合には、車載バッテリ７の方を大容量に設定するのが好ましい。
【００８８】
ｂ．イグニッションスイッチ５３の共通接点５４をＳＴ端子５６に切り替えた際（通常始動時）、または、始動信号４０が入力された場合（エコランモード時）において、マグネットスイッチ１４の常開接点１６が開成→閉成となるタイミングが遅く、その間に、バッテリ電圧の判定と、分離リレー２の常閉接点２１の開成と、界磁磁束の発生とが可能であれば、以下の様に変更しても良い。
【００８９】
図５（参考例に係るエンジン始動装置の変形例）に示す様に、イグニッションスイッチ５３のＳＴ端子５６をスタータリレー５０の電磁コイル５１の他端に接続する。
スタータリレー５０への通電を、通常始動時にはイグニッションスイッチ５３で行い、エコランモード時にはＥＣＵ４のリレー通電回路で行う。
【００９０】
ｃ．第２実施例に係るエンジン始動装置Ｃにおいて、電流センサ４１が所定値を越える電機子電流を所定時間検出した場合には、電機子巻線への通電を停止し、且つ、分巻巻線９１への通電を停止する様にしても良い（請求項７に対応）。
【００９１】
この構成を付加すると、直流電動機がロック等で故障して、大きな電機子電流が流れる場合において、直流電動機９への通電を速やかに停止することができ、ヒューズの溶断を防止できるとともに、バッテリの保護が図れる。
【００９２】
ｄ．第２実施例に係るエンジン始動装置Ｃにおいて、ＥＣＵ４は、イグニッションスイッチ５４による通常のエンジン始動と、発進信号の入力によりエンジン始動を行うエコラン始動との違いにより制御仕様を変える様にしても良い（請求項５に対応）。
これにより、通常のエンジン始動およびエコラン始動に適したエンジン始動を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例に係るエンジン始動装置の電気回路図である。
【図２】 そのエンジン始動装置の作動を示すフローチャートである。
【図３】 本発明の参考例に係るエンジン始動装置の電気回路図である。
【図４】 そのエンジン始動装置の作動を示すフローチャートである。
【図５】 参考例に係るエンジン始動装置の変形例に係る電気回路図である。
【図６】 本発明の第２実施例に係るエンジン始動装置の電気回路図である。
【図７】 そのエンジン始動装置の作動を示すフローチャートである。
【図８】 そのエンジン始動装置の作動を示すフローチャートである。
【図９】 本発明の第１、第２実施例、および参考例に係るエンジン始動装置のスタータ電流波形を示すグラフである。
【図１０】 本発明の第１、第２実施例、および参考例に係るエンジン始動装置のスタータ性能（図９に対応）を示すグラフである。
【符号の説明】
Ａ、Ｃ エンジン始動装置
１ 直流電動機
２ 分離リレー（通電方法切り替え手段）
３ 制御素子（界磁電流制御手段）
４ ＥＣＵ（界磁電流制御手段）
６、７ 車載バッテリ
８ パワートランジスタ（界磁電流制御手段）
９ 直流電動機
１０ 電機子
１１ 正極ブラシ
１２ 負極ブラシ
１３ 界磁巻線
３０ 分巻巻線通電回路（分巻巻線通電手段）
４１ 電流センサ（電機子電流検出手段）
５３ イグニッションスイッチ
９１ 分巻巻線
９５ 直巻巻線
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流電動機を採用したエンジン始動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジン始動装置には、直巻の界磁巻線を有する直流電動機が多く用いられている（特許文献１参照）が、分巻の界磁巻線を有する直流電動機を採用することも可能である。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００- １２５５７９号公報 （第２頁、図３）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
直巻式の界磁巻線を有する直流電動機を採用したエンジン始動装置においては、通電開始時の大電流によりバッテリ電圧が低下しても、大きな始動トルクが得られる。
また、始動性を改善（クランキング音の低減、消費電流の低減、最大出力点でのエンジン駆動）させるために、エンジンの負荷変化に対応して直流電動機の特性を変えることが望まれるが、大電流を制御する必要があり、困難（大容量素子が必要なため）である。
一方、分巻式の界磁巻線を有する直流電動機を採用したエンジン始動装置では、通電開始時に電機子巻線に大電流が流れるのでバッテリ電圧が低下する。このため、界磁電流が低下し、大きな始動トルクが得られない。
【０００５】
本発明の第１の目的は、所定の始動条件の場合に大きな始動トルクが得られ、且つ、負荷変化に対応したクランキングが行える、分巻式の界磁巻線を持つ直流電動機を採用したエンジン始動装置の提供にある。
本発明の第２の目的は、広範囲の制御が可能な、直巻巻線と分巻巻線とを持つ複巻式の直流電動機を採用したエンジン始動装置の提供にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（請求項１について）
エンジン始動装置に用いる直流電動機は、回転軸に絶縁配置される複数の整流子片に電機子巻線を電気接続した電機子と、各整流子片に摺接して電機子巻線と電気接続を図る正極・負極ブラシと、分巻式の界磁巻線とを備える。
エンジンを始動する際に、この直流電動機に通電が成されると回転軸が回転してエンジンを駆動する。
【０００７】
このエンジン始動装置は、エンジンを始動する際の始動条件に応じて、各ブラシへの通電と界磁巻線への通電を共通のバッテリで行うか、別々のバッテリで行うかを選択可能な通電方法切り替え手段と、四個のパワートランジスタをブリッジに接続し出力端子を界磁巻線に接続してなり、界磁電流の電流量および電流方向が共に制御可能な界磁電流制御手段とを設けている。
【０００８】
通電方法切り替え手段は、両バッテリを合わせたバッテリの電気容量が少ない場合や、車両停車でエンジンを一時停止し車両発進操作でエンジンを再始動させる燃費向上モードの場合に各ブラシへの通電および界磁巻線への通電を別々のバッテリで行う様に選択する。
円滑な車両発進が要求される排ガス低減モード時のエンジン再始動時や、バッテリの電気容量が少ない場合に大きなエンジン駆動トルクが得られ、エンジンを確実に始動させることができる。
なお、両バッテリを合わせたバッテリの電気容量が多い場合や、通常のエンジン始動の場合には、共通のバッテリで通電を行って、バッテリの片減りや、各バッテリに充電される電気容量が不均一になることを防止する。
各ブラシへの通電および界磁巻線への通電を別々のバッテリで行う場合には、通電開始時の電機子電流によるバッテリ電圧低下の影響を回避でき、界磁巻線に適正な界磁電流を流すことができ、エンジンを始動する際の始動条件が厳しい場合に大きな始動トルクが得られる。
【０００９】
界磁電流制御手段は、四個のパワートランジスタをブリッジに接続し出力端子を界磁巻線に接続してなり、界磁電流の電流量および電流方向が制御可能である。
そして、クランキング時に、界磁電流の電流量および電流方向を界磁電流制御手段が制御することにより、エンジンの負荷変化に対応したクランキングが行え、始動時間短縮が図れる。
【００１０】
（請求項２について）
エンジンを始動する際に、界磁電流制御は、界磁巻線への通電を各ブラシへの通電より先に行う。
これにより、電機子への通電より先に界磁磁束を作っておくことができ、通電開始時の突入電流を低減することができ、ブラシ寿命の延長が図れる。
【００１１】
（請求項３について）
電機子を流れる電流を検出する電機子電流検出手段を設け、界磁電流制御手段は、電機子電流検出手段が検出した電機子電流に基づいて界磁巻線に流す界磁電流を制御（界磁電流の電流量と電流方向）する。
電機子電流の変化からエンジン負荷の状態を把握することができ、駆動トルクが必要なクランキング中の圧縮工程では界磁電流を多く流し、慣性で自走するクランキング中の排気工程では界磁電流を減らすか、電流方向を切り替えて逆制動をかけて慣性エネルギーを減衰させる。
【００１２】
エンジンの負荷変化に対応したクランキングを行うことにより、クランキング時の騒音を低下できるとともに、直流電動機の最大出力点でエンジン駆動が行える。
【００１５】
（請求項４について）
直巻巻線と分巻巻線とを有する複巻式の直流電動機をエンジン始動装置に用いている。 エンジンを始動する際に直流電動機に通電が成されると直流電動機の回転軸が回転してエンジンを駆動する。
【００１６】
このエンジン始動装置は、四個のパワーＭＯＳ−ＦＥＴをブリッジに接続し出力端子を分巻巻線に接続してなる分巻巻線通電手段に指示して、分巻巻線に流す電流の電流量と電流方向とを制御可能な電動機制御手段を設けている。
そして、電動機制御手段は、エンジンクランキング中、ピストンが上死点を越えているか否か、または、エンジンが圧縮工程か排気工程の何方かに有るかによって、分巻巻線に流す電流を制御し、界磁束を差動から和動まで連続的に変化可能にしている。
これにより、エンジンクランキング中に、直流電動機の性能を可変でき、エンジンの始動時間短縮が図れる。さらに、広範囲の制御が可能であり、広範囲のエンジン状態に対応可能である。
【００２１】
（請求項５について）
電動機制御手段は、イグニッションスイッチによる通常のエンジン始動と、発進信号の入力によりエンジン始動を行うエコラン始動との違いにより制御仕様を変える構成である。これにより、通常のエンジン始動およびエコラン始動に適したエンジン始動を行うことができる。
【００２２】
（請求項６について）
電動機制御手段は、エンジン停止信号が入力すると、直流電動機（電機子＆分巻巻線）へ通電を行うとともに、分巻巻線に流す電流の電流量を制御してエンジンを所定位置で止める。
【００２３】
これにより、エンジン停止時に、エンジンの空転時間が短縮できるとともに、所定の位置での停止が可能である。
なお、エンジンを所定位置で止めると、エンジンの停止位置によりピストンの圧縮／膨張工程が変化し、始動トルクが変化するといった現象が知られており、次回のエンジン始動を容易に行うことができる。
【００２４】
（請求項７について）
電機子に流れる電機子電流を検出する電機子電流検出手段を設け、電動機制御手段は、始動期間中に、所定値を越える電機子電流を所定時間検出した場合には、電機子巻線への通電および分巻巻線への通電を停止する。
【００２５】
直流電動機がロック等で故障して、大きな電機子電流が流れる場合には、直流電動機への通電を速やかに停止することができ、ヒューズの溶断を防止できるとともに、バッテリの保護が図れる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
（第１実施例）
本発明の第１実施例に係るエンジン始動装置Ａ（請求項１〜３に対応）を、図１および図２に基づいて説明する。
エンジン始動装置Ａは、図１に示す如く、分巻式の直流電動機１と、バッテリ分離用の分離リレー２と、界磁電流を制御する制御素子３と、ＥＣＵ４とを備える。
【００２９】
直流電動機１は、回転軸の外周に互いに絶縁配置される複数の整流子片に電機子巻線（何れも図示せず）を電気接続した電機子１０と、対向位置から各整流子片に摺接して電機子巻線と電気接続を図る正極ブラシ１１、負極ブラシ１２と、分巻した界磁巻線１３とを備える。
【００３０】
この直流電動機１の電機子１０への通電は、スタータリレー５０とマグネットスイッチ１４とにより成される。
スタータリレー５０は、電磁コイル５１と常開接点５２とを有する。
電磁コイル５１の一端は接地され、他端はＥＣＵ４のリレー駆動回路に接続されている。
【００３１】
５３はイグニッションスイッチであり、共通接点５４、ＯＮ端子５５、ＳＴ端子５６等を有する。共通接点５４は車載バッテリ６のプラス端子に電気接続されている。
また、常開接点５２の一方は車載バッテリ７のプラス端子に電気接続され、他方はマグネットスイッチ１４の電磁コイル１５の途中に電気接続されている。
【００３２】
マグネットスイッチ１４は、常開接点１６と電磁コイル１５とを有する。
常開接点１６の一方は、車載バッテリ７のプラス端子に電気接続され、他方は正極ブラシ１１および電磁コイル１５の一端に電気接続されている。なお、電磁コイル１５の他端は接地されている。
【００３３】
分離リレー２は、常閉接点２１と電磁コイル２２とを有する。
分離リレー２の常閉接点２１の一方は車載バッテリ６のプラス端子に電気接続され、他方は車載バッテリ７のプラス端子に電気接続されている。
電磁コイル２２の一端は車載バッテリ６のプラス端子に電気接続され、他端はＥＣＵ４のリレー駆動回路に接続されている。
【００３４】
制御素子３は、四個のパワートランジスタをブリッジに接続したものであり、一方側入力端子３１を車載バッテリ６のプラス端子に電気接続し、他方側入力端子３２を接地している。
また、一方側出力端子３３、他方側出力端子３４を、界磁巻線１３の一端、他端に電気接続している。
なお、４１は電機子巻線に流れる電機子電流を検出するための電流センサ（電機子電流検出手段）である。
【００３５】
ＥＣＵ４は、始動信号４０や接点信号に基づいて、分離リレー２のオン・オフ制御と、スタータリレー５０のオン・オフ制御と、界磁電流の制御とを行う。なお、界磁電流の制御は、制御素子３へデューティ信号を送出して行う。
また、イグニッションスイッチ５３の共通接点５４がどのポジションにあるかを接点信号でもってＥＣＵ４に知らせるために、ＳＴ端子５６およびＯＮ端子５５が信号線を介してＥＣＵ４に電気接続されている。
【００３６】
つぎに、エンジン始動装置Ａの作動を、図２に示すフローチャートに基づいて説明する。
ＥＣＵ４は、ステップｓ１で、イグニッションスイッチ５３の共通接点５４がＳＴ端子５６にあるか否かを接点信号に基づいて判別し、ＳＴ端子５６にある場合（ＹＥＳ）にはステップｓ３（例えば、バッテリ電圧１０Ｖを閾値）に進み、ＳＴ端子５６に無い場合（ＮＯ）には待機する。
【００３７】
なお、運転者がイグニッションスイッチ５３を廻して共通接点５４がＳＴ端子５６に接続される（始動操作を行う）と、ＳＴ端子５６にバッテリ電圧が印加され、接点信号がＥＣＵ４に送出される。
【００３８】
また、車両停止でエンジンを一時停止し、車両発進操作でエンジンを再始動させるエコランモード（燃費向上モード）においては、ステップｓ２で、始動信号４０の有無を判別し、始動信号４０が入力された場合（ＹＥＳ）にはステップｓ４に進み、入力が無い場合（ＮＯ）には待機する。
【００３９】
ステップｓ３において、ＥＣＵ４は、車載バッテリ６、７の両方を合わせた電気容量が少ないか否かを、車載バッテリ６、７を並列接続したバッテリ電圧（例えば、バッテリ電圧１０Ｖを閾値）に基づいて判別し、車載バッテリ６、７を並列接続したバッテリ電圧が低い場合（ＹＥＳ）にはステップｓ４に進み、正常の場合（ＮＯ）にはステップｓ５に進む。
【００４０】
エコランモードのエンジン再始動時、または車載バッテリ６、７を並列接続したバッテリ電圧が低い場合には、ステップｓ４において、ＥＣＵ４のリレー駆動回路が分離リレー２に通電を行って常閉接点２１を開成し、車載バッテリ６、７を分離する。
【００４１】
ステップｓ５において、先に界磁磁束を作っておくため、ＥＣＵ４の駆動回路は、最大デューティが得られるデューティ信号を制御素子３に出力する。
【００４２】
ステップｓ６において、ＥＣＵ４のリレー駆動回路が、スタータリレー５０の他端にバッテリ電圧を印加し、スタータリレー５０が作動して常開接点５２が閉成する。
【００４３】
ステップｓ７において、マグネットスイッチ１４の常開接点１６が閉成し、直流電動機１の電機子１０へ通電が開始される。
ステップｓ８において、図９の▲２▼分巻（スタータ電流波形）に示す様に、突入電流が流れてスタータが作動し、スタータがクランキングを開始する。
【００４４】
ステップｓ９において、ＥＣＵ４は、電流センサ４１により検出される電機子電流の変化から（図９の▲２▼分巻に示す、ピストンの最初の上死点から、次の上死点の間の変化）からエンジン負荷の状態を把握して制御素子３のデューティを調整し、界磁巻線１３に流れる界磁電流を下記の様に制御（電流量および電流方向）する。
【００４５】
・駆動トルクが必要なクランキング中の圧縮工程では、直流電動機１の最大出力点でエンジン駆動が成される様に界磁電流を調整する。
・慣性で自走するクランキング中の排気工程では界磁電流を減らすか、電流方向を切り替えて逆制動をかけ、慣性エネルギーを減衰させる。
【００４６】
ステップｓ１０で、エンジン回転数等に基づいて、エンジン始動が完了したか否かを判別し、エンジン始動が完了した場合（ＹＥＳ）にはステップｓ１１に進む。また、完了していない場合（ＮＯ）にはステップｓ９に戻って界磁電流の制御を継続する。
【００４７】
ステップｓ１１で、ＥＣＵ４は、制御素子３へのデューティ信号の送出を停止し、分離リレー２およびスタータリレー５０への通電を停止する。
これにより、車載バッテリ６、７が分離状態から並列接続に戻る（ステップｓ４を通過した場合）とともに、マグネットスイッチ１４の常開接点１６が開成する。
ステップｓ１２で、スタータが作動停止する。
【００４８】
本実施例のエンジン始動装置Ａは、以下の利点を有する。
［あ］直流電動機１の界磁巻線１３への通電を、電機子１０の電機子巻線への通電より、例えば０．２ｍｓ程度、先に行っている（図２のステップｓ４）。
これにより、先に界磁磁束を作っておくことができ、通電開始時の突入電流を低減することができ、車載バッテリ６、７の劣化を抑えることができるとともに、ブラシ１１、１２の寿命延長が可能である。更に、始動時間の短縮が図れる。
【００４９】
［い］ＥＣＵ４は、クランキング中、界磁巻線１３に流れる界磁電流の電流量と電流方向とを、下記の様に制御素子３により制御する構成である。
このため、エンジンの負荷変化に対応したクランキングを行うことができ、クランキング時の騒音を低下できる。
【００５０】
・駆動トルクが必要なクランキング中の圧縮工程では、最大出力が得られる最大出力点でエンジン駆動を行う。
・慣性で自走するクランキング中の排気工程では、界磁電流を減らすか、電流方向を切り替えて逆制動をかけ慣性エネルギーを減衰させる。
【００５１】
［う］バッテリ電圧が低い場合や、エコランモードの場合には、直流電動機１の電機子１０の電機子巻線への通電を車載バッテリ７から行い、界磁巻線１３への通電を車載バッテリ６から行う構成である。
このため、電源電圧の低下の影響を受け易い電気負荷６１を車載バッテリ６側に接続しておけば、バッテリの電気容量が少ない場合やエコラン時のエンジン始動で、電源電圧の低下の影響を受け難くすることができる。
【００５２】
［え］スタータリレー５０や分離リレー２をイグニッションスイッチ５３に直接接続せず、分離リレー２とスタータリレー５０とを、ＥＣＵ４の各リレー制御回路で通電制御する構成であるので以下に示す利点を有する。なお、各リレー制御回路のトランジスタの万一のオン故障に備えて、ＥＣＵ４の作動用電源は、イグニッションスイッチ５３をオフ位置にすると切れる構成であるのが好ましい。
【００５３】
・通常始動時において、バッテリ電圧が低下しているか否かの判別に要する時間を稼ぐことができる。
・分離リレー２の作動に要する時間を稼ぐことができる。
・電機子１０への通電前に界磁巻線１３に通電が行え、先に界磁磁束を作れる。
【００５４】
（参考例）
つぎに、本発明の参考例に係るエンジン始動装置Ｂを、図３および図４に基づいて説明する。
エンジン始動装置Ｂは、以下の点がエンジン始動装置Ａと異なる。
【００５５】
エンジン始動装置Ｂでは、制御素子３の代わりに、界磁巻線１３に流す界磁電流の電流量のみが制御可能なパワートランジスタ８を採用している。
【００５６】
本実施例のエンジン始動装置Ｂは、図４に示すフローチャートに示す様に作動する。なお、ステップＳ１〜Ｓ４、ステップＳ６〜Ｓ８、ステップＳ１０、Ｓ１２は、第１実施例の各ステップと同じであるので説明を省く。
【００５７】
ステップＳ５において、先に界磁磁束を作っておくため、ＥＣＵ４の駆動回路は、最大デューティが得られるデューティ信号をパワートランジスタ８に出力する。
【００５８】
ステップＳ９において、ＥＣＵ４は、電流センサ４１により検出される電機子電流の変化からエンジン負荷の状態を把握してパワートランジスタ８のデューティを調整し、界磁巻線１３に流れる界磁電流の電流量を下記の様に制御する。
【００５９】
・駆動トルクが必要なクランキング中の圧縮工程では、直流電動機１の最大出力点でエンジン駆動が成される様に界磁電流を調整する。
・慣性で自走するクランキング中の排気工程では界磁電流を減らして慣性エネルギーを減衰させる。
【００６０】
ステップＳ１１で、ＥＣＵ４は、パワートランジスタ８へのデューティ信号の送出を停止し、分離リレー２およびスタータリレー５０への通電を停止する。
【００６１】
本実施例のエンジン始動装置Ｂは、上記［あ］、［う］、［え］に準じた利点以外に、以下の利点を有する。
［お］ＥＣＵ４は、クランキング中、界磁巻線１３に流れる界磁電流の電流量を、下記の様にパワートランジスタ８により制御する構成である。
このため、エンジンの負荷変化に対応したクランキングを行うことができ、クランキング時の騒音を低下できる。
【００６２】
・駆動トルクが必要なクランキング中の圧縮工程では、最大出力が得られる最大出力点でエンジン駆動を行う。
・慣性で自走するクランキング中の排気工程では、界磁電流を減らして慣性エネルギーを減衰させる。
【００６３】
（第２実施例）
つぎに、本発明の第２実施例に係るエンジン始動装置Ｃ（請求項４、６に対応）を、図６〜図１０に基づいて説明する。
エンジン始動装置Ｃは、図６に示す如く、複巻式の直流電動機９と、分巻巻線９１に流す電流を制御する分巻巻線通電回路３０と、ＥＣＵ４とを備える。
【００６４】
直流電動機９は、回転軸の外周に互いに絶縁配置される複数の整流子片に電機子巻線（何れも図示せず）を電気接続した電機子９２と、対向位置から各整流子片に摺接する正極ブラシ９３および負極ブラシ９４と、直巻巻線９５と、分巻巻線９１とを備える。
【００６５】
この直流電動機９の電機子９２への通電は、スタータリレー５０とマグネットスイッチ１４とにより成される。
スタータリレー５０は、電磁コイル５１と常開接点５２とを有する。
電磁コイル５１の一端は接地され、他端はイグニッションスイッチ５３のＳＴ端子に接続されている。
【００６６】
５３はイグニッションスイッチであり、共通接点５４、ＯＮ端子５５、ＳＴ端子５６等を有する。共通接点５４は車載バッテリ７のプラス端子に電気接続されている。
また、常開接点５２の一方は車載バッテリ７のプラス端子に電気接続され、他方はマグネットスイッチ１４の電磁コイル１５に電気接続されている。
【００６７】
マグネットスイッチ１４は、常開接点１６と電磁コイル１５とを有する。
マグネットスイッチ１４の常開接点１６の一方は、車載バッテリ７のプラス端子に電気接続され、他方は直巻巻線９５の一端に接続されている。なお、電磁コイル１５の他端は接地されている。
また、分巻巻線通電回路３０の一方側入力端子３１は、車載バッテリ７のプラス端子に電気接続されている。
【００６８】
分巻巻線通電回路３０は、四個のパワーＭＯＳ- ＦＥＴをブリッジに接続したものであり、一方側入力端子３１を車載バッテリ７のプラス端子に電気接続し、他方側入力端子３２を接地している。
また、一方側出力端子３３、他方側出力端子３４を、分巻巻線９１の一端、他端に電気接続している。
【００６９】
ＥＣＵ４は、分巻巻線９１へ流す電流の制御等を行う。なお、分巻巻線９１へ流す電流の制御は、分巻巻線通電回路３０へデューティ信号を送出して行う。
【００７０】
つぎに、エンジン始動装置Ｃの作動を、図７および図８に示すフローチャートに基づいて説明する。
運転者がイグニッションスイッチ５３をＳＴ位置に回して、スタータ始動操作をすると、ステップｓｔ１で、始動信号が送出される。
【００７１】
スタータリレー５０の電磁コイル５１へ通電が開始されるので、常開接点５２が閉成し、電磁コイル１５へ通電が開始され、マグネットスイッチ１４の常開接点１６が閉成する（ステップｓｔ２）。
【００７２】
ＥＣＵ４は、分巻巻線通電回路３０へデューティ信号を送出する。
ステップｓｔ３において、エンジンが回転を開始した｛図９の▲３▼複巻（スタータ電流波形）に示す様に、ピストンの最初の上死点を乗り越える｝か否か判別し、エンジンが回転を開始した場合（ＹＥＳ）にはステップｓｔ４に進み、未だの場合（ＮＯ）には待機する。
【００７３】
最初の上死点を越えている場合には、ステップｓｔ４において、分巻巻線９１を流れる電流をＥＣＵ４が制御し、直流電動機９の回転が、継続可能なトルクを維持した状態で、直流電動機９の回転が最大となる様（図９の▲３▼複巻のＡ点に相当する箇所が、図１０の▲３▼複巻のＡ点の位置に相当する）に、分巻巻線９１に流れる界磁電流を低下させる。なお、直巻巻線９５による界磁束を打ち消すため、界磁電流の電流量以外に電流方向の反転も行う。
【００７４】
なお、本実施例は、他の実施例と異なり、圧縮工程、排気工程の度に界磁巻線の通電を切り替えるものではなく、最初の上死点を乗り越した後、分巻巻線９１に流れる界磁電流を低下させるものである。また、直巻巻線９５による界磁束を打ち消すため、界磁電流の電流量以外に電流方向の反転も行う。
【００７５】
なお、第１、２実施例と同様に、駆動トルクが必要なクランキング中の圧縮工程では、直流電動機１の最大出力点でエンジン駆動が成される様に界磁電流を調整し、慣性で自走するクランキング中の排気工程では界磁電流を減らすか、電流方向を切り替えて逆制動をかけ、慣性エネルギーを減衰させても良い。
【００７６】
ステップｓｔ５において、エンジンが始動したか否か判別し、エンジンが始動した場合（ＹＥＳ）にはステップｓｔ６に進み、未だの場合（ＮＯ）にはステップｓｔ４に戻って待機する。
【００７７】
エンジンが始動して自走する様になるとステップｓｔ６において、直流電動機９の回転にブレーキがかかる様に、分巻巻線９１に流れる界磁電流をＥＣＵ４が制御する。
【００７８】
ステップｓｔ７において、ＥＣＵ４が、スタータリレー５０の電磁コイル５１への通電を停止する。これにより、常開接点５２が開成し、電磁コイル１５への通電が遮断され、マグネットスイッチ１４の常開接点１６が開成し、直流電動機９への通電が停止する。
【００７９】
運転者がイグニッションスイッチ５３をオフ操作すると、ステップＳｔ１で、エンジン停止信号が送出される。
【００８０】
検出した、エンジン回転速度や回転速度変化が所定値であるか否かをステップＳｔ２で判別し、所定値である場合にはステップＳｔ３に進み、所定値でない場合には待機する。
【００８１】
エンジンが空転し始めると、ステップＳｔ３において、ＥＣＵ４がスタータリレー５０の電磁コイル５１へ通電を行って常開接点５２を閉成し、マグネットスイッチ１４の常開接点１６を閉成して、直流電動機９へ通電を行う。そして、分巻巻線９１に流す界磁電流をＥＣＵ４が制御して制動トルクを発生させる。
これにより、エンジンの空転時間が短縮できるとともに、所定の位置での停止が可能である。
【００８２】
ステップＳｔ４において、エンジンが停止したか否か判別し、エンジンが停止した場合（ＹＥＳ）にはステップＳｔ５に進み、未だの場合（ＮＯ）にはステップＳｔ３に戻って制動を継続する。
【００８３】
ステップＳｔ５において、ＥＣＵ４が、分巻巻線通電回路３０へのデューティ信号を停止して分巻巻線９１へ流す電流を遮断するとともに、スタータリレー５０の電磁コイル５１への通電を遮断して電機子９２への通電も遮断する。
【００８４】
本実施例のエンジン始動装置Ｃは、以下の利点を有する。
［か］エンジン始動装置Ｃは、分巻巻線９１に流す界磁電流の電流量と電流方向とが制御可能な分巻巻線通電回路３０を設け、界磁束を差動から和動までＥＣＵ４が制御する構成である。
このため、エンジン始動装置Ｃは、エンジンクランキング中に、直流電動機９の性能を可変でき、エンジンの始動時間短縮が図れる。更に、広範囲の制御が可能であり、広範囲のエンジン状態に対応可能である。
【００８５】
［き］エンジンが始動して、エンジンが自走する様になる（ステップｓｔ５でＹＥＳ）と、直流電動機９の回転にブレーキがかかる様に、分巻巻線９４に流れる界磁電流の電流方向と電流量とをＥＣＵ４が制御する（ステップｓｔ６）構成である。
このため、エンジン始動時において、始動装置の無駄な空転を防止することができる。
【００８６】
［く］エンジン停止時に直流電動機９へ通電を行い、分巻巻線９１に流れる界磁電流をＥＣＵ４が制御して制動トルクを発生させている（ステップＳｔ４）。
このため、エンジンの空転時間が短縮できるとともに、所定の位置での停止が可能である。
【００８７】
本発明は、上記実施例以外に、つぎの実施態様を含む。
ａ．車載バッテリ６、７は、起電力が同じであれば電気容量が異なっても良い。なお、異なる場合には、車載バッテリ７の方を大容量に設定するのが好ましい。
【００８８】
ｂ．イグニッションスイッチ５３の共通接点５４をＳＴ端子５６に切り替えた際（通常始動時）、または、始動信号４０が入力された場合（エコランモード時）において、マグネットスイッチ１４の常開接点１６が開成→閉成となるタイミングが遅く、その間に、バッテリ電圧の判定と、分離リレー２の常閉接点２１の開成と、界磁磁束の発生とが可能であれば、以下の様に変更しても良い。
【００８９】
図５（参考例に係るエンジン始動装置の変形例）に示す様に、イグニッションスイッチ５３のＳＴ端子５６をスタータリレー５０の電磁コイル５１の他端に接続する。
スタータリレー５０への通電を、通常始動時にはイグニッションスイッチ５３で行い、エコランモード時にはＥＣＵ４のリレー通電回路で行う。
【００９０】
ｃ．第２実施例に係るエンジン始動装置Ｃにおいて、電流センサ４１が所定値を越える電機子電流を所定時間検出した場合には、電機子巻線への通電を停止し、且つ、分巻巻線９１への通電を停止する様にしても良い（請求項７に対応）。
【００９１】
この構成を付加すると、直流電動機がロック等で故障して、大きな電機子電流が流れる場合において、直流電動機９への通電を速やかに停止することができ、ヒューズの溶断を防止できるとともに、バッテリの保護が図れる。
【００９２】
ｄ．第２実施例に係るエンジン始動装置Ｃにおいて、ＥＣＵ４は、イグニッションスイッチ５４による通常のエンジン始動と、発進信号の入力によりエンジン始動を行うエコラン始動との違いにより制御仕様を変える様にしても良い（請求項５に対応）。
これにより、通常のエンジン始動およびエコラン始動に適したエンジン始動を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例に係るエンジン始動装置の電気回路図である。
【図２】 そのエンジン始動装置の作動を示すフローチャートである。
【図３】 本発明の参考例に係るエンジン始動装置の電気回路図である。
【図４】 そのエンジン始動装置の作動を示すフローチャートである。
【図５】 参考例に係るエンジン始動装置の変形例に係る電気回路図である。
【図６】 本発明の第２実施例に係るエンジン始動装置の電気回路図である。
【図７】 そのエンジン始動装置の作動を示すフローチャートである。
【図８】 そのエンジン始動装置の作動を示すフローチャートである。
【図９】 本発明の第１、第２実施例、および参考例に係るエンジン始動装置のスタータ電流波形を示すグラフである。
【図１０】 本発明の第１、第２実施例、および参考例に係るエンジン始動装置のスタータ性能（図９に対応）を示すグラフである。
【符号の説明】
Ａ、Ｃ エンジン始動装置
１ 直流電動機
２ 分離リレー（通電方法切り替え手段）
３ 制御素子（界磁電流制御手段）
４ ＥＣＵ（界磁電流制御手段）
６、７ 車載バッテリ
８ パワートランジスタ（界磁電流制御手段）
９ 直流電動機
１０ 電機子
１１ 正極ブラシ
１２ 負極ブラシ
１３ 界磁巻線
３０ 分巻巻線通電回路（分巻巻線通電手段）
４１ 電流センサ（電機子電流検出手段）
５３ イグニッションスイッチ
９１ 分巻巻線
９５ 直巻巻線
Claims (7)
- 回転軸に絶縁配置される複数の整流子片に電機子巻線を電気接続した電機子と、
各整流子片に摺接して前記電機子巻線と電気接続を図る正極・負極ブラシと、
分巻式の界磁巻線とを備える直流電動機を用い、
エンジンを始動する際に前記直流電動機に通電が成されると前記回転軸が回転してエンジンを駆動するエンジン始動装置であって、
エンジンを始動する際の始動条件に応じて、各ブラシへの通電と前記界磁巻線への通電を共通のバッテリで行うか、別々のバッテリで行うかを選択可能な通電方法切り替え手段と、
四個のパワートランジスタをブリッジに接続し出力端子を前記界磁巻線に接続してなり、界磁電流の電流量および電流方向が制御可能な界磁電流制御手段とを設け、
前記通電方法切り替え手段は、両バッテリを合わせたバッテリの電気容量が少ない場合や、車両停車でエンジンを一時停止し車両発進操作で前記エンジンを再始動させる燃費向上モードの場合に各ブラシへの通電および前記界磁巻線への通電を別々のバッテリで行う様に選択することを特徴とするエンジン始動装置。 - エンジンを始動する際に、前記界磁電流制御手段は、前記界磁巻線への通電を各ブラシへの通電より先に行うことを特徴とする請求項１に記載のエンジン始動装置。
- 前記電機子を流れる電流を検出する電機子電流検出手段を設け、
前記界磁電流制御手段は、前記電機子電流検出手段が検出した電機子電流に基づいて前記界磁巻線に流す界磁電流を制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンジン始動装置。 - 直巻巻線と分巻巻線とを有する複巻式の直流電動機を用い、
エンジンを始動する際に前記直流電動機に通電が成されると前記直流電動機の回転軸が回転してエンジンを駆動するエンジン始動装置であって、
四個のパワーＭＯＳ−ＦＥＴをブリッジに接続し出力端子を前記分巻巻線に接続してなる分巻巻線通電手段に指示して、前記分巻巻線に流す電流の電流量と電流方向を制御可能な電動機制御手段を設け、
該電動機制御手段は、エンジンクランキング中、ピストンが上死点を越えているか否か、または、前記エンジンが圧縮工程か排気工程の何方かに有るかによって、前記分巻巻線に流す電流を制御し、界磁束を差動から和動まで連続的に変化可能にしたことを特徴とするエンジン始動装置。 - 前記電動機制御手段は、イグニッションスイッチによる通常のエンジン始動と、発進信号の入力によりエンジン始動を行うエコラン始動との違いにより制御仕様を変えることを特徴とする請求項４に記載のエンジン始動装置。
- 前記電動機制御手段は、エンジン停止信号が入力すると、前記直流電動機へ通電を行うとともに、
前記分巻巻線に流す電流の電流量を制御して前記エンジンを所定位置で止めることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のエンジン始動装置。 - 前記電機子に流れる電機子電流を検出する電機子電流検出手段を設け、
前記電動機制御手段は、所定値を越える前記電機子電流を所定時間検出した場合には、電機子巻線への通電および前記分巻巻線への通電を停止することを特徴とする請求項４乃至請求項６の何れかに記載のエンジン始動装置。
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