JPS60175767A - エンジンの始動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、始動時等のエンスト防止を図ったエンジンの
始動装置に関する。

（従来技術） 従来のエンジンの始動装置としては、例えば「自動車工
学全書　１ｏ　電装品、車体装備品、エンジン部品（昭
和５５年１０月（株）山海堂発行）」２９〜４１頁に記
載されたものがある。この始動装置を第１図に基づき説
明すると、■はイグニッションスイッチを示し、エンジ
ン始動時該イグニッションスイッチ１が５ＴＡＲＴ位置
まで回動操作されると、バッテリ２がらスタータリレー
３の吸引コイル３ａと保持コイル３ｂに電流が流れ吸引
力が発生する。この吸引力によって、図示していないシ
フトレバ−を介してスタータモータ４のピニオンギヤが
押し出され、エンジンのフライホイール外内部に形成さ
れているリングギヤに噛合する。また、上記吸引力によ
りプランジャ３Ｃが図中右方向に移動してスタータリレ
ー３の主接点３ｄを閉じ、ハソテリ２からの電流をスタ
ークモータ４（直巻モータであり、４ａは直巻の界磁コ
イルを示す）に通電して、該スタータモータ４のトルク
をピニオンギヤからリングギヤに伝達し、エンジンを始
動させる。そして、運転者がエンジンの始動をエンジン
音等で確認した後、イグニッションスイッチ１から手を
離すと′、該イグニッションスイッチ１がＯＮ位置に戻
る。これにより、スタータリレー３の主接点３ｄが開い
てピニオンギヤがリングギヤから離脱するとともに、ス
タータモータ４への通電が遮断され該スタータモータ４
が停止する。

しかしながら、このような従来のエンジンの始動装置に
あっては、スタークモータのピニオンギヤを停止中のフ
ライホイール外周部のりングギャに噛合させてエンジン
を駆動する構成となっていたため、始動直後の空燃比の
不適正あるいは発進時のクラッチミートミス等によりエ
ンストに至る場合であってもエンジンが一旦停止した後
でなければ再始動することができず、運転性が損われる
という問題点があった。

すなわち、エンストに至る前に再始動を試みても、エン
ジン回転中は上記ピニオンギヤおよびリングギヤ同士を
噛合させることができない。

したがって、スタータモータの駆動力をエンジンに伝達
することができず、再始動は必然的にエンジン停止後に
限定される。

（発明の目的） そこで本発明は、エンジンの出力軸にブラシレスモーフ
を直結するとともに、エンジンのストール状態を検出し
、エンジンがストール状態にあるときにはエンジン回転
中に拘らずブラシレスモーフによりエンジンを自動的に
駆動することにより、始動時等のエンストを防止してエ
ンジンの運転性を向上させることを目的としている。

（発明の構成） 本発明によるエンジンの始動装置は、第２図にその全体
構成図を示すように、エンジンの始動操作を検出する始
動操作検出手段３６と、エンジンが自刃持続運転のでき
ないストール状態にあることを検出するストール状態検
出手段３１と、エンジンの出力軸に直結されたブラシレ
スモーフ２６と、始動操作が行われたときおよびエンジ
ンがストール状態にあるとき始動信号を出力し、始動操
作が停止されたときおよびストール状態を脱したとき該
始動信号の出力を停止する始動信号発生手段３５と、始
動信号が人力されるとエンジンを駆動するように前記ブ
ラシレスモーフへの通電を制御する通電制御手段３８と
、を備えており、エンジンがストール状態にあるときに
はフ゛ラシレスモークによりエンジンを自動的に駆動す
るものである。

（実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第３．４図は本発明の一実施例を示す図であり、本発明
を手動変速機を備えている車両に適用した例を示してい
る。まず、構成を説明すると、１１はエンジンのクラン
クシャフト（出力軸）であり、このクランクシャフト１
１にはボルト１２によって略円筒状の第１０−タ１３が
固定されている。第１０−タ１３の周壁部には、第１０
−タ１３の軸方向（クランクシャフト１１の軸線と同方
向）と略平行に所定間隔を有して歯状に突出した歯状部
１４が形成されており、この歯状部１４には環状に形成
された第２０−タ１５の歯状部１６が所定間隔を有して
噛合している。これら第１０−タ１３と第２０−タ１５
は、それらの歯状部１４．１６において連結部材として
のリング１７により連結されている。そして、第１０−
タ１３および第２０−タ１５は鉄環磁気抵抗の小さい磁
性体により形成されており、リング１７はステンレス等
の非磁性体により形成されている。したがって、第２０
−タ１５はリング１７により第１０−タ１３と磁気的に
絶縁されるとともに、リング１７および第１０−タ１３
とともに一体回転する。また、第１０−タ１３には、そ
の歯状部１４の内周部に環状の四部１８が形成されてお
り、この四部１８内には界磁巻線１９と、該界磁巻線１
９を固定するとともに第１０−タ１３と同じく磁性体か
らなる昇磁鉄心２０と、が第１０−タ１３に対して所定
間隔を隔てて配設されている。界磁鉄心２０は第１０−
タ１３の凹部１８に環状に配置され、エンジンのリヤプ
レート２１に図示していないボルトによって固定されて
いる。一方、界磁巻線１９は界磁鉄心２０上に環状に巻
回されており、通電時に第１０−タ１３諒第２０−タ１
５の各々の歯状部１４．１６に互いに異なる界磁極を誘
導させる。すなわら、界磁巻線１９に、例えば第１図中
紙面手前から後方に向かって所定電流が通電されると、
この電流により界磁巻線１９の周囲に磁束が発生する。

この磁束は磁性体である第１０−タ１３から第２０−タ
１５および界磁鉄心２０を経て周回しており、この周回
磁束により第１０−タと第２０−タ１５の各々の歯状部
１４．１６には、その回転方向に沿ってＮ極とＳ極とが
交互に誘導される。第１０−夕１３と第２０−タ１５の
歯状部１４．１６に対向する外周部には所定の空隙をも
って電機子鉄心２２が環状に配設されており、この電機
子鉄心２２はりャプレー）２１にボルト２３によって固
定されたブラケット２４に嵌合してその軸方向の位置が
設定されるとともに、図示していないボルトによって該
ブラケット２４に固定されている。また、電機子鉄心２
２はその円周方向（第１および第２０−タ１３．１５の
回転方向）の位置がブラケット２４と嵌合する図示して
いないキーによって設定されている。電機子鉄心２２は
磁性体である薄い鉄板を積層して形成されており、その
環状の内周部には電機子巻線２５を収納するスロットが
設けられている。電機子巻線２５はこのスロットにＲ相
、Ｓ相、Ｔ相からなるスター結線の三相巻線として巻回
されており、通電時に電機子鉄心２２に所定の磁極（詳
細は後述する）を誘導する。

上記第１０−タ１３、第２０−タ１５、リング１７、界
磁巻線１９、界磁鉄心２０、電機子鉄心２２および電機
子巻線２５は全体としてブラシレスモーフ（無整流子電
動機）２６を構成しており、このブラシレスモーフ２６
は第１０−タ１３、第２０−ク１５およびリング１７が
一体として回転し界磁巻線１９により第１０−タ１３お
よび第２０−タ１５の歯状部１４．１６に異磁極が交互
に誘導されるいわゆるブラシレス励磁方式の同期電動機
である。なお、このような電動機は、通常サイリスタモ
ータ（又はトランジスタモータ）とも称されており、い
わゆる直流電源→インバータ→同期機というように構成
されるものである。本実施例では、説明の便宜上これを
ブラシレスモーフと称する。

したがって、このブラシレスモーフ２６はブラシやコミ
ュテータ等はなく第１０−タ１３、第２０−タ１５およ
びリング１７から構成される回転界磁部２７が極めて簡
素な構造となっている。また、このブラシレスモーフ２
６はエンジンの駆動装置（すなわち、スタータモータ）
として作用するのみならず、バッテリや車両負荷に電気
を供給する発電装置であるオルタネータ（同期発電機）
としても作用する。なお、２８はクラッチであり す、このクラッチ２８のクラッチカバー２８２は図示し
ていないボルトにより第１０−タ１３に固定されている
。そして、このクラッチ２８を介してクランクシャフト
１１の回転力がメインドライブシャフト２９に伝達され
る。

第４図は、上記ブラシレスモーフ２６を用いたエンジン
の始動装置の制御回路を示す図である。第４図において
、３１はストール状態検出手段であり、ストール状態検
出手段３１は回転数センサ３２、水温センサ３３および
判別回路３４により構成されている。回転数センサ３２
は、例えばディストリビュータに内蔵されたクランク角
センサからなり、エンジンの回転数Ｎを検出している。

また、水温センサ３３はエンジンの冷却水の温度Ｔｗを
検出している。これら各センサ３２．３３からの信号は
判別回路３４に入力されており、判別回路３４は冷却水
温Ｔｗに応じてストール回転数Ｎｓｔを設定する（例え
ば、Ｎ　ｓｔ＝　５０Ｏｒ、ｐ−ｌｌ１）トともに、現
回転数Ｎをこのストール回転数Ｎｓｔと比較しＮ＜Ｎｓ
ｔであるときにはエンジ０ ンがストール状態にあると判別してスト−Ｊし信号Ｓｔ
を出力し、−万Ｎ＞Ｎｓｔ＋αであるときには該ストー
ル信号Ｓｔの出力を停止する。なお、冷却水温Ｔｗに応
じてストール回転数Ｎｓｔを変えているのは、エンジン
が暖機されるまでの間はファーストアイドル装置により
アイドル回転数が高めに維持されるからである。また、
ストール状態を脱したと判別する回転数としてＮｓｔに
αを上乗せしているのは、ストール状態の判別にヒステ
リシス特性をもたせ後述するブラシレスモータ２６への
通電制御を安定して行うためである。例えば、このよう
なヒステリシス特性がない場合、上記通電制御にハンチ
ングが発生するおそれがある。

ここで、ストール（Ｓｔａｌｌ　）とはいわゆるエンス
トのことであり、運転中にエンジンが停止することを意
味している。このようなストールの主原因は空燃比の不
適正にあり、例えば始動直後、暖機過程でのファースト
アイドル解除直後、加速開始時、発進時あるいは高負荷
走行１ 直後といった条件下で発生しやすい。したがって、エン
ジンがストール状態にあるとは、自刃持続運転ができな
い状態にあることをいい、上記のようにＮ＜Ｎｓｔなる
条件で判別される。

判別回路３４の出力は始動信号発生手段３５に入力され
ており、始動信号発生手段３５にはさらにイグニッショ
ンスイッチ（始動操作検出手段）３６を介してバッテリ
３７からの正電圧Ｖｃが供給される。イグニッションス
イッチ３６はエンジンの始動操作を検出しており、５Ｔ
ＡＲＴ位置まで回動操作されたとき、すなわち始動操作
が行われたときバッテリ電圧Ｖｃを始動信号発生手段３
５に供給する。なお、イグニッションスイッチ３６はＯ
Ｎ位置にあるときには、始動信号発生手段３５および後
述するレギュレータ回路に動作電源としてバッテリ電圧
Ｖｃを富時供給する。

そして、始動信号発生手段３５は始動操作が行われたと
きおよびストール信号Ｓｔが入力されたとき（エンジン
がストール状態にあるとき）、バッテリ電圧Ｖｃを通電
制御手段３Ｂに供給２ （始動信号Ｓｓを出力）し、始動操作が停止されたとき
およびストール信号Ｓｔの人力が停止されたとき（スト
ール状態を脱したとき）、該バッテリ電圧Ｖｃの供給を
停止（始動信号Ｓｓの出力を停止）する。この場合、始
動信号Ｓｓの出力は所定時間（例えば、５秒）以内に制
限される。これは、ガス欠等によりエンジンが始動不能
の状態であるにも拘らずブラシレスモータ２６への通電
が継続されてバッテリ上がり等の不具合が発生するのを
防止するためである。したがって、始動操作が停止され
てもエンジンがストール状態にあれば、上記所定時間を
限度として始動信号Ｓｓが出力される。

通電制御手段３８は始動信号Ｓｓが入力されるとエンジ
ンを駆動するようにブラシレスモータ２６への通電を制
御する回路であり、３個の角度センサ３９．４０．４１
、ドライバ回路４２および電流制御回路４３により構成
されている。角度センサ３９．４０．４１はブラシレス
モータ２６の回転界磁部２７の回転角度位置を検出して
おり、例えば近３ 接センサや光電スイ・ノチ等により構成され回転界磁部
２７が１８０°回転する毎に出力がＨまたはＬレベルと
なる角度信号Ｓｐ、、Ｓｐｚ、Ｓｐ３をそれぞれ出力す
る。これらの角度信号Ｓ　ｐｌ、Ｓｐｚ、Ｓｐ３は電気
角で互いに１２０°の間隔を有しており、２個がＨレベ
ルで１（ＩＩＩｆＪ＜Ｌレベルである状態、または１個
がＨレベルで２個がＬレベルである状態の何れかとなっ
ている。角度信号５ｌ）ｔ　、Ｓｐｚ　、Ｓｐｌはドラ
イバ回路４２に入力されており、ドライバ回路４２には
さらに始動信号Ｓｓが入力される。ドライバ回路４２は
６個の出力端子０．〜０６を有しており、始動信号Ｓｓ
が入力されると角度信号Ｓｐ、、Ｓｐｚ　、Ｓ　ｐ３に
基づいて６種類のロジック信号を発生させる。これらの
ロジック信号は回転界磁部２７の回転に応じてシ個がＨ
で他の４個がＬレベルとなる状態を１２０°毎に繰り返
すように変化している。そして、ドライバ回路４２はこ
れらのロジック信号を後述する電流制御回路４３のトラ
ンジスタを動作させるのに十分な値まで増４ 幅し、出力端子０１〜０６からドライブ信号Ｓｄ、〜Ｓ
ｄ６として電流制御回路４３に出力する。

電流制御回路４３はトランジスタＱｒ、　、、Ｑｒ２、
Ｑ　Ｓ　Ｈ、Ｑ　Ｓ　２　、Ｑ　ｔ　ｌ　、Ｑ　Ｌ　２
およびダイオードＤ１〜Ｄ６により構成されており、ド
ライブ信号３ｄ、〜Ｓｄ６が入力されると、トランジス
タＱ　ｒ　１、Ｑ　ｒ　２　、Ｑ　ｓ　＋　、Ｑ　ｓ　
ｚ　−、Ｑ　ｔ、　、Ｑｔ２をＯＮ１０　Ｆ　Ｆ制御し
てブラシレスモーフ２６をスタータモータとして作動さ
せるようにバッテリ３７から電機子巻線２５に電機子電
流を供給する。一方、ドライブ信号Ｓｄ、〜Ｓｄ６の入
力が停止されると、ダイオードＤ１〜Ｄ６により電機子
巻線２５に誘起した逆起電力を全波整流してバッテリ３
７に供給する。

すなわち、例えば、ドライブ信号Ｓｄ、Ｓｄ４がＨで他
の信号Ｓｄ２、Ｓｄｌ、Ｓｄ９、Ｓｄ６がＬレベルであ
るとき、トランジスタＱｒ、　、Ｑｔ２をＯＮとして電
機子巻線２５のＲ相とＴ相に図中矢印六方向の電機子電
流を流す。

また、回転界磁部２７が回転してドライブ信号Ｓ５ ｄ２、Ｓｄ′４がＨで他の信号Ｓｄ１、Ｓｄ３、Ｓｄ、
　、Ｓｄ６がＬレベルであるとき、トランジスタＱｓ　
ｌ　、Ｑ　ｔ２をＯＮとしてＳ相とＴ相に矢印Ｂ方向の
電機子電流を流す。以後同様に、回転界磁部２７の回転
に応じて電機子電流の通電方向を制御して電機子鉄心２
２に回転界磁部２７の回転方向と同一方向に回転する回
転磁界を誘導させ、ブラシレスモーフ２６をスタータモ
ータとして作動させる。

一方、ドライブ信号Ｓ　ｄ　ｌ−３ｄ　６の入力が停止
されたときには、上記通電制御を停止してブラシレスモ
ーフ２６をオルタネータとして作動させる。

前記始動信号Ｓｓはレギュレータ回路４４に入力されて
おり、レギュレータ回路４４はオルタネータの出力電圧
を一定に保つ一般的なレギュレータ回路として周知の回
路である。そして、レギュレータ回路４４は始動信号Ｓ
ｓの人力、非入力に応じてブラシレスモーフ２６の界磁
巻線１９への通電を制御している。すなわち、レギュレ
６ 一タ回路４４は始動信号ＳＳが入力されると、スタータ
モータとして作動するブラシレスモーフ２６の界磁電流
を制御してその回転駆動力を一定に保つ。また、始動信
号Ｓｓの非入力時には、オルタネータとして作動するブ
ラシレスモーフ２６の界磁電流を制御してその出力電圧
を一定に保つ。

次に作用を説明する。

一般に、エンジンがストール状態にあるとき外部から直
ちにエンジンを駆動すればエンストを避けることができ
る。従来は、このような瞬時の駆動力付与ができず、エ
ンストを容認していた。

そこで本実施例では、通常は発電機として回転させなが
らも外部から電機子電流を通電することにより直ちに電
動機として作動させることができるという同期電動機の
特性に着目して、特に耐久性にすぐれているブラシレス
励磁方式の同期電動機をエンストの出力軸に直結すると
ともに、バッテリからの直流電源による駆動が７ 可能である、いわゆるサイリスタモータとして該同期電
動機を使用することにより、エンジン回転中に拘らず上
記駆動力付与を瞬時に行いエンスト防止を図っている。

以下、このような駆動力付与を車両の操作状況に対応さ
せつつ説明する。

■　初期始動時（ストール状態なし） イグニッションスイッチ３６を５ＴＡＲＴ位置まで回動
操作すると、レギュレータ回路４４が界磁巻Ｉｊ１１９
への通電制御を開始してその周囲に磁束を発生させ、第
１、第２０−タ１３．１５の歯状部１４．１６（すなわ
ち、回転界磁部２７の内壁部）に交互にＮ極とＳ極を誘
導させる。

一方、このとき始動信号手段３５が始動信号ＳＳを出力
し、通電制御手段３８が電機子巻線２５に所定方向の電
機子電流を通電する。この電機子電流は電機子鉄心２２
に所定の磁極を誘導させて、回転界磁部２７の周壁部に
交互に誘導させている磁極との間に電磁力を発生させる
。

したがって、この電磁力により回転界磁部２７８ が回転を開始するとともに、クランクシャフト１１が回
転を開始する。回転昇磁部２７が回転すると、角度信号
Ｓｐ＋〜Ｓｐ３が該回転界磁部２７の半回転毎にＨある
いはＬレベルに順次反転する。これにより、通電制御回
路４３が電機子巻線２５への通電方向を順次切り換える
ことから、回転界磁部２７に継続して回転力が付与され
る。したがって、ブラシレスモーフ２６によりエンジン
が駆動される。そして、運転者がエンジンの始動をエン
ジン音等で確認した後、イグニッションスイッチ３６を
ＯＮ位置に戻すと始動信号Ｓｓの出力が停止される。

このため、ブラシレスモーフ２６はオルタネータとして
作動し、その出力電圧はレギュレータ回路４４により所
定電圧に保たれる。

■　初期始動時（ストール状態あり） 前記■でイグニッションスィッチ３６ヲＯＮ位置に戻し
た直後エンジンがストール状態に至ると、始動信号発生
手段３５が始動信号Ｓｓを出力する。これにより、通電
制御手段３８が９ 回転中のブラシレスモーフ２６を直ちにスタータモータ
として作動させ、エンジンに駆動力を付与する。したが
って、エンジンの回転数が引き上げられエンストを防止
することができる。このように、エンジン回転中である
にも拘らず瞬時にエンジンを駆動することができるため
、エンジンの運転性を格段と向上させることができる。

また、始動操作後はＮ＜Ｎｓｔなる条件が満足される限
り始動信号Ｓｓが出力されるため、イグニッションスイ
ッチ３６を５ＴＡＲＴ位置まで１度回動操作するのみで
始動の確認を自ら行うことなく該イグニッションスイッ
チ３６から手を離してもよいという極めて簡単な初期操
作のみでエンジを自動的に始動させることができる。

■　発進時 例えば、クラッチのミートミスによりエンジンがストー
ル状態に至ると、前記■と同様に始動信号Ｓｓが出力さ
れる。したがって、０ ブラシレスモーフ２６が瞬時にエンジンを駆動してエン
ストを防止する。この場合、ブラシレスモーフ２６は車
両を発進させるのに十分なトルクを有しており、クラッ
チを離脱させることなく車両をスムーズに発進させるこ
とが可能である。

■　走行時 車両走行中、例えば一時的な高負荷運転によりエンジン
がストール状態に至った場合であっても、前記■と同様
の作用によりエンストを防止することができる。

なお、上記■〜■において始動信号Ｓｓの出力時間は５
秒以内に制限される。したがって、ブラシレスモーフあ
の焼損や無駄な電力の消費あるいはバッテリ上がり等を
防止することができる。

以上の他に、本実施例ではブラシレスモーフ２６をスタ
ータモータとして使用しているため、従来のスタータモ
ータに比してその構造が簡単で耐久性が向上し長寿命で
あるという１ 利点がある。また、ブラシレスモーフ２６がクランクシ
ャフト１１に直結されギヤ等が不要であるため、始動時
の騒音を低くすることができる。

なお、本発明は手動変速機を備えている車両に限らず、
例えば自動変速機を備えている車両にも勿論適用するこ
とができる。

（効果） 本発明によれば、エンジンがストール状態にあるとき回
転中に拘らずブラシレスモーフによりエンジンを駆動す
ることができ、始動時等のエンストを防止してエンジン
の運転性を向上させることができる。

また、上記実施例にあっては、スタータモータの構造を
簡単なものとして耐久性を向上させ長寿命とすることが
できるとともに、始動時の騒音を低くすることができる
。さらに、ブラシレスモーフへの通電時間を制限してい
るため、該ブラシレスモーフの焼損やバッテリ上がりを
防止することができる。

２

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のエンジンの始動装置を示す概略構成図、
第２図は本発明の全体構成図、第３．４図は本発明の一
実施例を示す図であり、第３図はそのブラシレスモーフ
を車両に装着した状態を示す側面断面図、第４図はその
制御回路を示す図である。 １１−−−−一出力軸、 ２６−−−−−−ブラシレスモーフ、 ３１−−−〜−−ストール状態検出手段、３５−−−−
−一始動信号発生手段、 ３６−−−−−−始動操作検出手段、 ３Ｂ　−−−−−−通電制御手段。 ３ 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）エンジンの始動操作を検出する始動操作検出手段
   と、エンジンが自刃持続運転のできないストール状態に
   あることを検出するストール状態検出手段と、エンジン
   の出力軸に直結されたブラシレスモータと、始動操作が
   行われたときおよびエンジンがストール状態にあるとき
   始動信号を出力し、始動操作が停止されたときおよびス
   トール状態を脱したとき該始動信号の出力を停止する始
   動信号発生手段と、始動信号が入力されるとエンジンを
   駆動するように前記ブラシレスモータへの通電を制御す
   る通電制御手段と、を備えたことを特徴とするエンジン
   の始動装置。 １２）前記ストール状態検出手段がエンジンの回転数を
   検出するとともに、該回転数を所定基準値と比較してエ
   ンジンのストール状態を検出することを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のエンジンの始動装置。