JP4175677B2 - 自動車のスタータ用コンタクタを制御する方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のスタータ用のコンタクタを制御するための方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車のスタータには、電子回路によって駆動されるコイルを有する電力コンタクタの制御により電力が送られていた。
【０００３】
このコンタクタの役割は、第１に、静止位置からフライホイールの下に設けられた歯車と噛合する位置へ、被動シャフトに沿ってスタータピニオンを変位させるようリニアアクチュエータを作動させることであり、第２に、スタータピニオンを回転させるように働くスタータの電動モータに電力を供給するように電力リレーの接点を作動させることにある。
【０００４】
自動車用スタータの構造の一例については、例えば米国特許第5,345,901号が参考になる。
【０００５】
一般に、制御用電子回路は、コンタクタのコイルを通過する電流を制御するトランジスタ型のスイッチを含んでいる。この制御は、オンオフ式、またはフランス国特許第2,679,717号に提案されているように漸次作動式とすることができる。
【０００６】
当初は、スタータピニオンを駆動して、歯車に噛合させ、エンジンを始動させるのに必要な機械力を発生するのに適した強力な電流によって、始動状態でコイルに電力が供給される。
【０００７】
コンタクタが始動巻線と保持巻線の２つの巻線を有する場合には、その後、電力の供給は、上記期間の終了時に、電力コンタクタを閉位置に保持するのに充分な、より低いレベルの電流まで変化する。
【０００８】
始動状態では大電流となっているため、コンタクタのコイル（１つまたはそれ以上の巻線を有するかどうかとは無関係に）および制御用トランジスタは、かなりの量の熱を発生する。
【０００９】
この作動モードは、通常は、極めて短時間（１０分の数秒の長さ）であるので、熱交換に起因する上記部品の破損が防止される。
【００１０】
それにもかかわらず、電源スイッチが正しく作動しない場合、自動車のキーが始動位置に保持されている限り、始動モードが続くこととなる。
【００１１】
このような時間は、自動車の運転者が適当と考える時間によって決定され、実際には数十秒となることがある。この時間は、コンタクタのトランジスタまたはコイルが破損するのに充分な長さである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
電源スイッチは、機械的理由の他に、接点表面に非導電性の物質、例えばほこり、絶縁粒子、霜、酸化物等が付着する等の種々の理由により、電源スイッチが閉じないことがある。
【００１３】
従って、本発明の課題は、コンタクタが作動しないために、始動状態の作動が過度に長くなる場合に、コンタクタのトランジスタまたはコイルが破損するのを防止できるようにする制御方法および装置を提案することにある。
【００１４】
米国特許第4,345,554号は、所定の時間の終了時にモータが始動しない時に、スタータへの給電を切る、スタータ用の制御電子回路を既に開示している。しかし、このような回路によっても、このタイプの制御は完全に満足できるものとは言えない。すなわち、このような制御により、電源の接点が閉じられているときに、スタータへの給電が切られることとなるからである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、電力の供給を開始してから所定の遅延時間の後も、まだ電源の接点が開状態となっている場合に、巻線への始動用電力の供給を、遮断するようになっている。
【００１６】
本発明は、少なくとも１つの巻線と、閉状態の際にスタータに給電するように働く電力接点とを有する自動車用のコンタクタを制御するための方法および装置において、電力接点の開閉状態を検出するための手段と、始動用の給電を開始した時から所定の遅延時間の終了時に、電力接点がまだ開状態となっている場合に、巻線への始動用の電力の供給を、遮断するようになっており、電力接点の開閉状態を検出する手段が、平滑化手段を備えており、過渡時の好ましくない効果が除去されるようになっていることを特徴とする、自動車のスタータのためのコンタクタを制御する方法および装置を提供するものである。
【００１７】
本装置は、その特徴事項として、または技術的に可能な組み合わせとしての特徴事項をも含んでいる。
【００１８】
本装置は、特に自動車のキーが閉じられている時に始動用制御信号を発生するための手段と、巻線への給電電流を調節するための調節要素と、始動用制御信号を受信し、前記調節要素を制御するための制御手段と、始動用制御信号が印加される遅延手段と、始動用の給電を遮断する手段と、第１に、遅延手段からの出力信号、第２に、電力接点の開閉状態を検出するための手段からの出力信号を入力信号として受ける判別手段とを備え、前記判別手段が、遅延時間の終了時に電力接点が開状態となっていることを調節要素を制御するための制御手段に知らせる出力信号を発生するようになっている。
【００１９】
判別手段は、遅延手段からの出力信号を受ける一方の入力端と、電力接点の開閉状態を検出するための手段からの出力信号に対応する信号を受ける別の入力端を有する論理ゲートを含み、前記論理ゲートからの出力端が、調節要素を制御するための前記制御手段の出力端にダイオードによって接続されている。
【００２０】
論理ゲートは、ＮＡＮＤゲートである。
【００２１】
論理ゲートの第２入力端は、主に抵抗性である手段を介して、電源ターミナルに接続され、他端は、アースに接続されたスイッチの一端にも接続されており、このスイッチは、電力接点の開閉状態を検出するための手段からの出力信号によって制御される。
【００２２】
電力接点の開閉状態を検出するための手段は、スタータのターミナルの両端の電圧を測定するか、または、スタータまたはエンジンの回転速度を測定するようになっている。
【００２３】
検出手段は、ツェナーダイオードを備え、ダイオードのカソード電圧がスイッチを制御する信号となっており、前記ダイオードのカソードは、電力接点とスタータとの間の点に接続され、アノードはアースに接続されている。
【００２４】
検出手段は、過剰電圧の場合に前記ダイオードを通って流れる電流を制限するための、抵抗性の手段を更に含んでいる。
【００２５】
次の説明から、本発明の上記以外の特徴および利点が明らかとなろう。この説明は、単に説明のためのものであり、非限定的なものである。この説明は、添付図面を参照しながら行うものである。
【発明の実施の形態】
【００２６】
電源ターミナルＢ+とスタータＤとの間に、接点１が介在されている。
【００２７】
この接点は、電源ターミナルＢ+とアースとの間に接続された巻線２により制御される。巻線２への電力の供給は、巻線２とアースとの間に介在されたスイッチ３によって制御される。
【００２８】
ここに説明する実施例では、スイッチ３は、ＭＯＳＦＥＴタイプのトランジスタであり、そのドレインは巻線２に接続され、そのソースはアースに接続されている。
【００２９】
トランジスタ３のゲート電圧は、後に説明する電子回路４によって制御される。
【００３０】
電子回路４は制御ユニット５を含み、このユニットは、トランジスタ３のゲート電圧を制御し、スタータの種々の作動段階（給電を開始する段階、接点を閉じた状態に保持する段階、エンジンが一旦始動すると、スタータを自動的に停止させる段階等）の間における巻線２へ電力を供給するシーケンスを制御するようになっている。このユニット５は、スタータを熱から保護したり、エンジンが一旦始動した後にスタータが再び始動しないように保護するその他の種々の機能も果たしている。
【００３１】
制御ユニット５は、スタータＤの作動に関する種々の情報を受け、自動車のキー６の制御により、自動車のバッテリー電圧に保持された電源ラインＬにも接続されている。
【００３２】
前記制御ユニット５からの出力信号ａは、トランジスタ３を切り、トランジスタ３のゲートへ印加される電圧を発生するように作動する制御手段７へ加えられる。この制御手段７は、例えばトランジスタ３がスイッチとして作動したり、または順次または徐々に給電されるようにトランジスタ３を制御する。
【００３３】
一例を挙げれば、信号ａは、トランジスタ３がオフ状態にあることに対応するレベル１とトランジスタ３をオフに切り換えるレベル０とを有する図２（ａ）に示すようなタイプの二進信号としてもよい。自動車のキーが作動されると、この信号ａはレベル１に切り換わる。
【００３４】
この信号ａは、遅延ユニット８にも印加される。
【００３５】
遅延ユニット８によって出力される信号ｅは、信号ａに対して時間Ｔｃだけ遅延される（図２（ｂ））。この信号は、接点１の開状態または閉状態を示す二進信号である信号ｆ（図２（ｃ））と同時に、判別ユニット９へ印加される。
【００３６】
スタータＤのターミナルの間の電圧の測定、またはターミナルを流れる電流の測定に応じて、電力接点１の開閉状態を検出するユニット１０により、信号ｆが発生される。
【００３７】
変形例として、この信号ｆを、スタータを構成する電動モータまたはエンジンの速度の検出に応じて発生させてもよい。図面に示した実施例では、図２（ｃ）の実線は、信号ａによって示された始動命令信号の直後に電力接点１が閉じた時の信号ｆに対応する二進信号を示し、一方、点線は、遅延期間中に電力接点が閉じられない場合の信号ｆを示す。
【００３８】
ユニット１０は、例えば接点のバウンド、または電動モータからのスイッチングの干渉に起因して生じ得る電力接点内の過渡ブレーク作用により、電子的な保護が適当でない時に始動されるのを防止するよう、その入力信号を平滑化するための回路を含むのがよい。
【００３９】
ユニット９によって出力される信号ｇは、図２（ｄ）に示すタイプの信号であり、ユニット８からの遅延時間の終了時に電力接点１が閉じていない時、すなわち信号ｆが０で信号ｅがレベル１に変化している場合には、値１となる。
【００４０】
この信号ｇは、トランジスタ３をオフにするための手段７へ信号ａと共に送られる。前記手段７によって発生される信号ｂ（図２（ｅ））は、信号ａがレベル１で信号ｇがレベル０となっている場合に、トランジスタ３をオンに切り換える。
【００４１】
これと対照的に、信号ｇがレベル１となるとすぐに、すなわち遅延時間の終了後、接点１が開放状態となったことが検出されると、信号ｂはレベル０に切り換わり、トランジスタ３はオフ（回路開放状態）に切り換わる。
【００４２】
遅延時間の長さＴｃは、スタータのピニオンが作動位置に移動されるのに充分長くなり、かつ電力接点１が閉じない場合に、トランジスタ３または巻線２に不可逆的な破壊が生じないよう、充分短くなるように選択される。実際には、０.５秒（ｓ）から１０ｓの範囲内の値が適当である。
【００４３】
次に図３を参照する。図３には、図１の装置の種々の手段が、より詳細に示されている。但し、図１及び図３から明らかなように、図１ではトランジスタ３がＰＭＯＳであるのに対し、図３のとトランジスタ３はＮＭＯＳである点が相違している。トランジスタのゲートを制御するための制御手段７は、抵抗器Ｒ1によって構成されている。
【００４４】
遅延ユニット８は、標準的なタイマー回路によって構成されており、この回路はレベル１の信号を受けてからの所定の時間が終了した時に、レベル１に切り換わる。
【００４５】
判別ユニット９は、ＮＡＮＤゲート１１を含み、このゲートの第１入力端ｅ₁は遅延ユニット８の出力端に接続され、ゲートの第２入力端ｅ₂はバイポーラスイッチングトランジスタＴのコレクタに接続されている。このコレクタには、バッテリー電圧となっている電源ターミナルに接続された抵抗器Ｒ₂が負荷となっている。
【００４６】
トランジスタＴのエミッタは、アースに接続されている。
ＮＡＮＤゲート１１の出力端ｓは、この出力端ｓからゲートへの導通を阻止するダイオード１２を介して、トランジスタ３のゲートに接続されている。
【００４７】
トランジスタＴのベースに正の信号がない場合（信号ｆはレベル０である）、トランジスタＴは導通状態でなく、ＮＡＮＤゲートの第２入力端はレベル１となっている。
【００４８】
遅延時間終了時に信号ｅがレベル１に切り換わると、論理ゲート１１からの出力信号はレベル０となる。次にトランジスタ３のゲートは、０に近い電圧となる。トランジスタ３および巻線２を通過する始動電流は無視できる値にまで低下するので、熱の作用による恐れがなくなる状況が保証される。
【００４９】
ゲート１１の入力端におけるｅおよびｆが上記以外のすべての状態となっている場合、前記ゲート１１からの出力の信号ｇはレベル１となる。
【００５０】
かかる状況下では、ダイオード１２はユニット５によって行われる制御への影響を阻止するように働く。次にトランジスタのゲート上の電圧は、制御ユニット５によって出力される信号ａのレベルによって直接制御される。
【００５１】
図３に示すユニット１０は、電動モータの正極ターミナルにおける電圧を較正し、かつ平滑化するように働く。このユニットは、ツェナーダイオード１３を含み、ツェナーダイオードのアノードはアースに接続され、そのカソードは、抵抗器Ｒ₃を介してトランジスタＴのベースに接続されている。
【００５２】
ダイオード１３のカソードは、抵抗器Ｒ₄を介してコンデンサ１４の一端にも接続されており、コンデンサ１４の他端は、アースに接続されている。コンデンサ１４と抵抗器Ｒ₄の間の共通点は、ダイオード１５を介して接点１とスタータＤとの間の点に接続されている。
【００５３】
接点１が閉じると、ユニット１０から出力される信号ｆはダイオード１３のツェナー電圧にあり、自己インダクタンス効果を受けるスタータＤのターミナルの間の電圧は、前記ツェナーダイオード１３によって制限される。
【００５４】
抵抗器Ｒ₄は、電圧が過剰となった場合にダイオード１３を流れる電流を制御する。コンデンサ１４は、過渡時のブレークおよび妨害のような好ましくない効果を除くものである。ダイオード１５は、かかる過渡時のブレーク時にスタータＤを通ってコンデンサ１４が早期に放電するのを防止するように働く。
【００５５】
接点１が開放状態の時入力電圧は０であるので、前記ユニット１０によって出力される信号ｆはレベル０である。
【００５６】
これまで説明した装置は、種々の利点ももたらすものである。トランジスタ３および巻線２にかかる熱応力は減少するので、本装置は、スタータを制御する電子回路のコストを低減する。このことは、スタータを制御するための電子回路を設置することが容易となることも意味している。
制御上の信頼性も改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置の可能な実施例を示すブロック図である。
【図２】（ａ）は、図１の装置のための可能な制御シーケンスを示し、（ｂ）は、図１の装置のための可能な制御シーケンスを示し、（ｃ）は、図１の装置のための可能な制御シーケンスを示し、（ｄ）は、図１の装置のための可能な制御シーケンスを示し、（ｅ）は、図１の装置のための可能な制御シーケンスを示す。
【図３】本発明の装置の別の可能な実施例を示す、図１に類似したブロック図である。
【符号の説明】
Ｄ ターミナル
１ 接点
２ 巻線
３ スイッチ
４ 電子回路
５ 制御ユニット
８ 遅延ユニット
９ 判別ユニット
１０ 検出ユニット
１３ ツェナーダイオード
１４ コンデンサ

Claims (6)

1. 少なくとも１つの巻線（２）と、閉状態の際にスタータに給電するように働く電力接点（１）とを有する自動車用のコンタクタを制御するための装置において、電力接点（１）の開閉状態を検出するための手段（１０）と、始動用の給電を開始した時から所定の遅延時間の終了時に、電力接点（１）がまだ開状態となっている場合に、巻線（２）への始動用の電力の供給を遮断するための手段（８）（９）を含んでおり、電力接点（１）の開閉状態を検出する手段（１０）は、平滑化手段（１４）を備えており、
   自動車のキー（６）が閉じられている時に始動用制御信号を発生するための手段（５）と、巻線（２）への給電電流を調節するための調節要素（３）と、始動用制御信号を受信し、前記調節要素（３）を制御するための制御手段（７）と、始動用制御信号が印加される遅延手段（８）と、始動用の給電を遮断する手段と、第１に遅延手段（８）からの出力信号、第２に電力接点（１）の開閉状態を検出するための手段（１０）からの出力信号を入力信号として受ける判別手段とを備え、前記判別手段（９）が、遅延時間の終了時に電力接点（１）が開放状態となっていることを調節要素を制御するための制御手段（７）に知らせる出力信号を発生するようになっており、
   判別手段（９）が、遅延手段（８）からの出力信号を受ける一方の入力端と電力接点の開閉状態を検出するための手段（１０）からの出力信号に対応する信号を受ける別の入力端を有する論理ゲート（１１）を含み、前記論理ゲート（１１）からの出力端が、調節要素（３）を制御するための前記制御手段（７）の出力端にダイオード（１２）によって接続されていることを特徴とする、自動車のスタータのためのコンタクタを制御する装置。
2. 論理ゲート（１１）が、ＮＡＮＤゲートであることを特徴とする、請求項１記載の装置。
3. 論理ゲート（１１）の第２入力端が、抵抗性である手段（Ｒ2）を介して電源ターミナルに接続され、他端が、アースに接続されたスイッチ（Ｔ）の一端にも接続されており、かつこのスイッチは、電力接点の開閉状態を検出するための手段（１０）からの出力信号によって制御されるようになっていることを特徴とする、請求項２記載の装置。
4. 電力接点の開閉状態を検出するための手段（１０）は、スタータ（Ｄ）のターミナルの両端の電圧を測定するか、または、スタータ（Ｄ）またはエンジンの回転速度を測定するようになっていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の装置。
5. 検出手段が、ツェナーダイオード（１３）を備え、ダイオードのカソード電圧が、スイッチを制御する信号となっており、前記ダイオードのカソードが、電力接点（１）とスタータ（Ｄ）との間の点に接続され、同じくアノードが、アースに接続されていることを特徴とする、請求項３または４に記載の装置。
6. 検出手段が過剰電圧の場合に、前記ダイオード（１３）を通って流れる電流を制限するための、抵抗性の手段（Ｒ₄）を更に含むことを特徴とする、請求項５記載の装置。

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