JPWO2014050182A1 - エンジン始動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無駄なキック操作を排除して確実且つ効率的なエンジン始動を行うことができるエンジン始動装置を得る。【解決手段】エンジンを構成するクランク軸１１と、該クランク軸の回転に同期して回転する発電機２と、点火プラグ１２に高電圧を供給するイグニッションコイル５と、前記エンジンを始動させるためにクランク軸１１を回転させるクランキング手段と、点火プラグ１２に印加する電圧のオン・オフ制御を行うスイッチング手段（トランジスタ６３）と、前記スイッチング手段を制御するＣＰＵ６４を備えたエンジン始動装置において、イグニッションコイル５に対して発電機２と並列接続された蓄電コンデンサ６２を備え、ＣＰＵ６４は、蓄電コンデンサ６２とイグニッションコイル５間のモニタ電圧を検知するとともに、前記モニタ電圧が所定電圧以上になった時のみ、前記スイッチング手段を導通状態にする。

Description

本発明は、自動二輪車等の車両に搭載されたエンジンの始動装置に関し、特に、セルモータやキック操作によるクランキング手段を有する始動装置において、効率良いエンジン始動が可能なエンジン始動装置に関する。

自動二輪車でバッテリが上がってしまった場合、エンジンの始動点火に必要な電源がバッテリから供給できない。このような時、キックぺダルを踏み降ろしてクランク軸を回転させるクランキング手段により発電を行い、その電源を点火システムに供給することで点火システムを稼働させてエンジン始動を行うキック始動システムが知られている。エンジン始動に際しては、消費される電力のうち、点火コイルや点火コンデンサで消費されるものが大きい。
そのため、キック始動システムにおいては、キック力の弱いユーザがキック操作した場合、エンジンのクランキング速度が低く、エンジンの正常な爆発に至らない場合、発電による電荷が毎回放電されるため、何回キックしても始動点火に必要な電荷が不足し、エンジンが始動できないという現象が生じていた。

そこで、例えば特許文献１に示されるように、キック始動時において、イグニッションスイッチを入れる前にキック操作をして始動用コンデンサに電荷を貯め、その後、イグニッションスイッチを入れてから再度キック操作を行うことにより、一回のキック操作でエンジンを始動させるというエンジン始動装置が開示されている。

特開２００７−１２０３７７号公報

しかしながら上述の技術によれば、キック操作によるクランキングの前に予め始動用コンデンサに電荷を貯めるか否かが運転者のイグニッションスイッチ操作に委ねられている。そのため、運転者が使い方を十分に熟知する必要があった。更には、一回のキック操作でエンジン始動できると判断したにもかかわらず、実際はクランキング速度が低くて始動出来なかった場合や、逆に一回のキック操作でエンジン始動できたにも関わらず、クランキング速度が低いと判断して予め始動用コンデンサに電荷を貯める操作をしてしまった場合等、本来は必要のない操作をすることになり、より効率的なエンジン始動の仕方が望まれていた。

本発明は上記事情に鑑みて提案されたもので、無駄なキック操作を排除して確実且つ効率的なエンジン始動を行うことができるエンジン始動装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため請求項１は、エンジンを構成するクランク軸（１１）と、該クランク軸（１１）の回転に同期して回転する発電機（２）と、該発電機（２）からの電力を利用して火花を飛ばす点火プラグ（１２）と、該点火プラグ（１２）に高電圧を供給するイグニッションコイル（５）と、前記エンジンを始動させるために前記クランク軸（１１）を回転させるクランキング手段と、前記点火プラグ（１２）に印加する電圧のオン・オフ制御を行うスイッチング手段（トランジスタ６３）と、前記スイッチング手段を制御するＣＰＵ（６４）を備えたエンジン始動装置において、
前記イグニッションコイル（５）に対して前記発電機（２）と並列接続された蓄電コンデンサ（６２）を備え、
前記ＣＰＵ（６４）は、前記蓄電コンデンサ（６２）と前記イグニッションコイル（５）間のモニタ電圧を検知するとともに、前記モニタ電圧が所定電圧以上になった時のみ、前記スイッチング手段（トランジスタ６３）を導通状態にすることを特徴としている。

請求項２は、エンジンを構成するクランク軸（１１）と、該クランク軸（１１）の回転に同期して回転する発電機（２）と、該発電機（２）からの電力を利用して火花を飛ばす点火プラグ（１２）と、該点火プラグ（１２）に高電圧を供給するイグニッションコイル（５）と、前記エンジンを始動させるために前記クランク軸（１１）を回転させるクランキング手段と、前記点火プラグ（１２）に印加する電圧のオン・オフ制御を行うスイッチング手段（サイリスタ７２）と、前記スイッチング手段を制御するＣＰＵ（６４）を備えたエンジン始動装置において、
前記イグニッションコイル（５）に対して前記発電機（２）と並列接続された蓄電コンデンサ（６２）と、
前記蓄電コンデンサ（６２）に点火高電圧発生回路（６９）を接続するとともに、前記点火高電圧発生回路（６９）と前記イグニッションコイル（５）との間に接続された点火コンデンサ（７０）を備え、
前記ＣＰＵ（６４）は、前記点火コンデンサ（７０）と前記スイッチング手段（サイリスタ７２）間のモニタ電圧を検知するとともに、前記モニタ電圧が所定電圧以上になった時のみ、前記スイッチング手段（サイリスタ７２）を導通状態にすることを特徴としている。

請求項３は、請求項１又は請求項２のエンジン始動装置において、前記蓄電コンデンサ（６２）と前記発電機（２）との間に、前記蓄電コンデンサ（６２）側から前記発電機（２）側への電流を遮断するダイオード（６１）を配置することを特徴としている。

請求項４は、請求項３のエンジン始動装置において、前記発電機（２）により発電される電力を蓄電するバッテリ（４）を備え、前記バッテリ（４）は、前記ダイオード（６１）よりも上流側に配置されることを特徴としている。

請求項５は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のエンジン始動装置において、前記ＣＰＵ（６４）の上流側に、前記発電機（２）からの電力をＣＰＵ（６４）に供給するためのＣＰＵ電源（６６）を配置し、前記ＣＰＵ（６４）と前記ＣＰＵ電源（６６）との間に、ＣＰＵ（６４）への電圧を安定化させるためのＣＰＵ電源コンデンサ（６７）を配置し、前記蓄電コンデンサ（６２）は、前記ＣＰＵ電源（６６）の更に上流側に配置させたことを特徴としている。

請求項６は、請求項４又は請求項５のエンジン始動装置において、前記クランキング手段は、前記バッテリ（４）から供給される電力によって回転するセルモータと、前記セルモータの回転力を前記クランク軸（１１）に伝達する伝達装置から成ることを特徴としている。

請求項７は、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のエンジン始動装置において、前記クランキング手段は、キックペダルと、該キックペダルの回転力を前記クランク軸（１１）に伝達する伝達装置から成ることを特徴としている。

請求項８は、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のエンジン始動装置において、前記エンジンは車両に搭載されるものであって、クランキング手段は、駆動輪と、該駆動輪を回した際にその回転力を前記クランク軸（１１）に伝達する伝達装置から成ることを特徴としている。

本発明によれば、クランキング手段によりクランク軸（１１）が回転し点火プラグ（１２）の点火に至らなかった場合でも、その電力を消費することなく蓄電コンデンサ（６２）に蓄電されるので、始動に必要な電気エネルギーが蓄電された場合の点火タイミングにのみ始動処理を行うことで、エンジン始動を行い易くすることができる。

特に、請求項１の回路構成によれば、点火プラグ（１２）に印加する電圧のオン・オフ制御を行うスイッチング手段としてトランジスタ（６３）を利用でき、ＣＰＵ（６４）により蓄電コンデンサ（６２）とイグニッションコイル（５）間のモニタ電圧を検知することで、フルトランジスタ式のエンジン始動装置とすることができる。

また、請求項２の回路構成によれば、点火プラグ（１２）に印加する電圧のオン・オフ制御を行うスイッチング手段としてサイリスタ（７２）を利用でき、蓄電コンデンサ（６２）に点火高電圧発生回路（６９）を接続するとともに、点火高電圧発生回路（６９）とイグニッションコイル（５）との間に接続された点火コンデンサ（７０）を備え、ＣＰＵ（６４）により点火コンデンサ（７０）とスイッチング手段間のモニタ電圧を検知することで、ＣＤＩ式のエンジン始動装置とすることができる。

ＣＰＵ電源（６６）とＣＰＵ電源コンデンサ（６７）を配置することで、ＣＰＵ（６４）に安定した電力を供給できるとともに、このＣＰＵ電源コンデンサ（６７）とは別に、前記ＣＰＵ電源（６６）よりも上流に蓄電コンデンサ（６２）を配置したので、イグニッションコイル（５）に印加する電力を効率良く蓄電することができる。

本発明の一実施形態に係るエンジン始動装置（フルトランジスタ式）の主要部の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係るエンジン始動装置（ＣＤＩ式）の主要部の構成を示すブロック図である。 本発明のエンジン始動装置によるエンジンの始動手順を示すフローチャートである。

以下、自動二輪車等の車両に搭載される本発明のエンジン始動装置について、図面を参照しながら説明する。
エンジン始動装置が備える点火装置には、点火コイルの一次コイルへの通電を点火トランジスタにより遮断して一次コイルに電流変化を生じさせるフルトランジスタ式と、コンデンサに蓄積された電荷を点火時期に合わせて一次コイルへ放電するＣＤＩ式とに大別される。先ず、本発明を適用したフルトランジスタ式のエンジン始動装置について図１に示す。

エンジン始動装置は、エンジン（内燃機関）１と、エンジン（内燃機関）１のクランク軸１１と連結され、クランク軸１１の回転に同期して回転する交流発電機２と、交流発電機２が発生する交流電圧を半波整流して直流電圧を出力するレギュレータ３と、レギュレータ３から出力される直流電圧が供給されるバッテリ４と、エンジン１のシリンダ１０の上端部に装着された点火プラグ１２に高電圧を供給するイグニッションコイル５と、イグニッションコイル５への印加電圧を制御するフルトランジスタ式（誘電放電型）の点火ユニット６を備えて構成されている。

エンジン１のクランク軸１１には、図示しないキックペダル又はスタータモータ等と、キックペダルの踏力又はセルモータ等の回転力をクランク軸１１に伝達する伝達装置から成るクランキング手段が連結されている。クランキング手段は、キックペダルの踏力やスタータモータの駆動によりクランク軸１１を回転させることで、シリンダ１０内のピストン１３を摺動させてエンジン始動が可能なように構成されている。なお、セルモータは、バッテリ４から供給される電力によって回転するように構成されている。
エンジン１が自動二輪車に搭載される場合、クランキング手段は、例えば後輪である駆動輪と、この駆動輪を回した際にその回転力をクランク軸１１に伝達する伝達装置から構成される。

シリンダ１０の上端部に装着された点火プラグ１２は、イグニッションコイル５に印加される電圧を利用してシリンダ１０内で火花放電が行われることで、ガソリンと空気の混合ガスが点火し燃焼する。

レギュレータ３は、交流発電機２が発生する交流電圧を半波整流して直流電圧を出力する。レギュレータ３が出力する直流電圧は、車両のヘッドライト９の点灯用に供給されるとともにバッテリ４に充電され、１２ボルト〜１５ボルトの直流電圧として点火ユニット６及びイグニッションコイル５に印加される。

イグニッションコイル５は、バッテリ４のプラス側に接続されて直流電圧が印加される一次コイル５１と、点火プラグ１２のプラス側に接続され一次コイルでの電流変化に応じた電圧を発生する二次コイル５２から構成されている。
一次コイル５１への給電およびその遮断は、後述する点火ユニット６で制御される。２次コイル５２には、一次コイル５１の電流変化に応じて発生した高電圧が供給される。

点火ユニット６は、バッテリ４側からイグニッションコイル５の方向が順方向となるよう接続されたダイオード６１と、ダイオード６１のカソード側に一方を接続し、他方が接地された点火プラグ電源となる蓄積コンデンサ６２と、一次コイル５１に流れる電流のオン・オフ制御を行うトランジスタ（スイッチング手段）６３と、トランジスタ（スイッチング手段）６３の導通タイミングを制御するＣＰＵ６４と、ＣＰＵ６４に電源ライン６５を介して直流電圧を供給するＣＰＵ電源６６と、ＣＰＵ６４への電圧を安定化させるためのＣＰＵ電源コンデンサ６７と、ダイオード６１のカソード側及び蓄積コンデンサ６２とＣＰＵ間に接続した電圧検出ライン６８から構成されている。

蓄積コンデンサ６２は、キックペダルの踏力又はセルモータの回転力によりクランキング手段を動作させた際に、クランク軸１１の回転により交流発電機２に発生した電荷を蓄電するものである。

ＣＰＵ電源６６は、交流発電機２からの電力をＣＰＵ６４に供給するため、ＣＰＵ６４の上流側（交流発電機２側）に配置されている。蓄電コンデンサ６２は、ＣＰＵ電源６６の更に上流側に配置されている。バッテリ４は、ダイオード６１よりも上流側に配置されている。

ＣＰＵ電源コンデンサ６７は、電源ライン６５と接地間に接続され、ＣＰＵ６４に供給される電源電圧を一定に保持する。また、トランジスタ（スイッチング手段）６３のコレクタが一次コイル５１に接続され、トランジスタ３２のエミッタが接地されている。

ＣＰＵ６４は、蓄電コンデンサ６２と一次コイル５１間のモニタ電圧について電圧検出ライン６８を介して検知するとともに、モニタ電圧が予め設定された所定電圧以上になった時のみ、トランジスタ（スイッチング手段）６３のゲートにパルスが印加してオン状態となり、一次コイル５１からトランジスタ６３のコレクタ−エミッタ間に電流が流れ、二次コイル５２に高電圧が発生し点火プラグ１２が点火する。
ダイオード６１は、蓄電コンデンサ６２側から交流発電機２側へ電流が流れないようにするためのものである。

次に、エンジン始動用のコンデンサに蓄積された電荷を点火時期に合わせて一次コイルへ放電するＣＤＩ式に本発明を適用したエンジン始動装置について、図２を参照しながら説明する。図２において、図１と同じ構成を採る部分については、同一符号を付して説明を省略する。
また、エンジン始動装置は、交流発電機２による発生電力を充電するバッテリ４を備えることなく、クランキング手段に連結されたキックペダルのキック操作でのみエンジン始動を行うようにしてもよい。

レギュレータ３とイグニッションコイル５の間には、交流発電機２が発生する交流電圧を半波整流して得た直流電圧を高電圧に変換する点火高電圧発生回路６９と、電荷を蓄電する点火コンデンサ７０が接続されている。点火高電圧発生回路６９は、入力される電圧を３００Ｖ程度まで昇圧して出力するコンバータを備えて構成される。
一次コイル５１と接地間には、ＣＰＵ６４で制御されるトリガ回路７１により、ゲートにパルス電圧が印加されることで導通するサイリスタ７２が接続されている。

ＣＰＵ６４は、イグニッションコイル５の一次コイル５１へ印加される点火コンデンサ７０の印加電圧をモニタ電圧として電圧検出ライン６８を介して検知するとともに、モニタ電圧が予め設定された所定電圧以上になった時に、トリガ回路７１に対してサイリスタ（スイッチング手段）７２のゲートにトリガパルスが出力する制御が行われる。トリガ回路７１からのトリガパルスでサイリスタ（スイッチング手段）７２が導通（点弧）状態となり、点火コンデンサ７０に蓄積された電荷が点火時期に合わせて一次コイル５１へ放電し、二次コイル５２に高電圧が発生し点火プラグ１２が点火する。

なお、サイリスタ７２は、点火コンデンサ７０に蓄積された電荷が点火時期に合わせて一次コイル５１へ電流が流れた後、点火コンデンサ７０の放電が完了して電荷が０になるとサイリスタ７２に流れる電流値が０になるため、このタイミングで自然消弧する。

次に、図１及び図２で説明したエンジン始動装置の動作について、図３のフローチャートを参照しながら説明する。
キックペダルの踏力又はセルモータの回転力により交流発電機２が発電する場合、発電した電気エネルギーの大部分は、イグニッションコイル５で消費されることが知られている。ＣＰＵ６４による点火信号によりスイッチング手段としてのトランジスタ６３（サイリスタ７２）が導通状態となってイグニッションコイル５が通電するが、イグニッションコイル５に点火のための大電流が流れた途端、蓄電コンデンサ６２（点火コンデンサ７０）の電源電圧が低下し点火ユニット６が停止して点火できない状況が生じる。

上述したエンジン始動装置によれば、先ず、キックペダルの踏力又はセルモータの回転力によりクランキング手段を動作させてクランク軸１１を回転させる（ステップ８１）。
クランク軸１１に連結している交流発電機２の回転子の回転により交流発電機２が発電する（ステップ８２）。

交流発電機２が発電する電力を蓄電コンデンサ６２に蓄電する（ステップ８３）。
蓄電コンデンサ６２による電圧（蓄電状態）をＣＰＵ６４が電圧検出線６８を介して検知し、規定電圧以上であるかどうかについて判断する（ステップ８４）。

電圧値が規定電圧未満の場合、ステップ８１乃至ステップ８３を繰り返す。すなわち、蓄電コンデンサ６２に点火に必要な電圧（電気エネルギー）が無い時には、イグニッションコイル５への通電を行うことなくエネルギーを温存し、キックペダルのキック操作を行う毎に蓄電コンデンサ６２の電圧が上昇する。

電圧値が規定電圧以上の場合、ＣＰＵ６４が作動してトランジスタ（スイッチング手段）６３のゲートにパルス信号を出力することで導通状態にする（ステップ８５）。すなわち、ＣＰＵ６４は、電圧検出線６８で蓄電コンデンサ６２の電圧が、イグニッションコイル５での点火に必要な電圧に上昇していることを確認できた状態で、点火タイミングが来たらトランジスタ（スイッチング手段）６３をオン状態にしてイグニッションコイル５による点火が行われる。

イグニッションコイル５の一次コイル５１に電流が流れることで、二次コイル５２に高電圧が印加し、点火プラグ１２による点火処理が実行される（ステップ８６）。
点火ユニット６内のＣＰＵ６４自体の消費電力は少なく、また低電圧で駆動可能なので、一度キックしたら長時間ＣＰＵ電源コンデンサ６７の電気エネルギーで連続動作が可能になる。

図２のＣＤＩ式のエンジン始動装置の場合は、ステップ８３において、交流発電機２が発電する電力が蓄電コンデンサ６２に蓄電され、点火高電圧発生回路６９で蓄電電圧に応じた高電圧が出力され点火コンデンサ７０に蓄電される。そして、ステップ８４において、点火コンデンサ７０による電圧（蓄電状態）をＣＰＵ６４が電圧検出線６８を介して検知し、規定電圧以上であるかどうかについて判断する。そして、電圧値が規定電圧以上の場合、ＣＰＵ６４が作動してサイリスタ（スイッチング手段）７２のゲートにトリガパルスを出力することで導通状態にする（ステップ８５）。

上述したエンジン始動装置によれば、キックペダルを強く踏み降ろせない（踏力が弱い）人でも、数回キックすれば、蓄積コンデンサ６２（図１）や点火コンデンサ７０（図２）にエンジン始動に必要な電気エネルギーを蓄えることが可能となる。そのため、点火コイル５の一次コイル５１に確実に高電圧を供給することができるので、点火プラグ１２へ大きな点火エネルギーを供給でき、エンジンの始動を確実に行うことが可能となる。
また、キック始動に不向きな小型の交流発電機（ＡＧＣ）においても、確実なキック始動が可能になるため、ＡＧＣの小型化及び軽量化を図ることができるという利点もある。

１…エンジン、 ２…交流発電機、 ３…レギュレータ、 ４…バッテリ、 ５…イグニッションコイル、 ６…点火ユニット、 １０…シリンダ、 １１…クランク軸、 １２…点火プラグ、 ５１…一次コイル、 ５２…二次コイル ６１…ダイオード、 ６２…蓄電コンデンサ、 ６３…トランジスタ（スイッチング手段）、 ６４…ＣＰＵ、 ６５…電源ライン、 ６６…ＣＰＵ電源、 ６７…ＣＰＵ電源コンデンサ、 ６８…電圧検出ライン、 ６９…点火高電圧発生回路、 ７０…点火コンデンサ、 ７１…トリガ回路、 ７２…サイリスタ（スイッチング手段）。

Claims (8)

1. エンジンを構成するクランク軸（１１）と、該クランク軸（１１）の回転に同期して回転する発電機（２）と、該発電機（２）からの電力を利用して火花を飛ばす点火プラグ（１２）と、該点火プラグ（１２）に高電圧を供給するイグニッションコイル（５）と、前記エンジンを始動させるために前記クランク軸（１１）を回転させるクランキング手段と、前記点火プラグ（１２）に印加する電圧のオン・オフ制御を行うスイッチング手段（６３）と、前記スイッチング手段を制御するＣＰＵ（６４）を備えたエンジン始動装置において、
   前記イグニッションコイル（５）に対して前記発電機（２）と並列接続された蓄電コンデンサ（６２）を備え、
   前記ＣＰＵ（６４）は、前記蓄電コンデンサ（６２）と前記イグニッションコイル（５）間のモニタ電圧を検知するとともに、前記モニタ電圧が所定電圧以上になった時のみ、前記スイッチング手段（６３）を導通状態にする
   ことを特徴としたエンジン始動装置。
2. エンジンを構成するクランク軸（１１）と、該クランク軸（１１）の回転に同期して回転する発電機（２）と、該発電機（２）からの電力を利用して火花を飛ばす点火プラグ（１２）と、該点火プラグ（１２）に高電圧を供給するイグニッションコイル（５）と、前記エンジンを始動させるために前記クランク軸（１１）を回転させるクランキング手段と、前記点火プラグ（１２）に印加する電圧のオン・オフ制御を行うスイッチング手段（７２）と、前記スイッチング手段を制御するＣＰＵ（６４）を備えたエンジン始動装置において、
   前記イグニッションコイル（５）に対して前記発電機（２）と並列接続された蓄電コンデンサ（６２）と、
   前記蓄電コンデンサ（６２）に点火高電圧発生回路（６９）を接続するとともに、前記点火高電圧発生回路（６９）と前記イグニッションコイル（５）との間に接続された点火コンデンサ（７０）を備え、
   前記ＣＰＵ（６４）は、前記点火コンデンサ（７０）と前記スイッチング手段（７２）間のモニタ電圧を検知するとともに、前記モニタ電圧が所定電圧以上になった時のみ、前記スイッチング手段（７２）を導通状態にする
   ことを特徴としたエンジン始動装置。
3. 前記蓄電コンデンサ（６２）と前記発電機（２）との間に、前記蓄電コンデンサ（６２）側から前記発電機（２）側への電流を遮断するダイオード（６１）を配置する請求項１又は請求項２に記載のエンジン始動装置。
4. 前記発電機（２）により発電される電力を蓄電するバッテリ（４）を備え、前記バッテリ（４）は、前記ダイオード（６１）よりも上流側に配置される請求項３に記載のエンジン始動装置。
5. 前記ＣＰＵ（６４）の上流側に、前記発電機（２）からの電力をＣＰＵ（６４）に供給するためのＣＰＵ電源（６６）を配置し、
   前記ＣＰＵ（６４）と前記ＣＰＵ電源（６６）との間に、ＣＰＵ（６４）への電圧を安定化させるためのＣＰＵ電源コンデンサ（６７）を配置し、
   前記蓄電コンデンサ（６２）は、前記ＣＰＵ電源（６６）の更に上流側に配置させた
   請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のエンジン始動装置。
6. 前記クランキング手段は、前記バッテリ（４）から供給される電力によって回転するセルモータと、前記セルモータの回転力を前記クランク軸（１１）に伝達する伝達装置から成る請求項４又は請求項５に記載のエンジン始動装置。
7. 前記クランキング手段は、キックペダルと、該キックペダルの回転力を前記クランク軸（１１）に伝達する伝達装置から成る請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のエンジン始動装置。
8. 前記エンジンは車両に搭載されるものであって、クランキング手段は、駆動輪と、該駆動輪を回した際にその回転力を前記クランク軸（１１）に伝達する伝達装置から成る請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のエンジン始動装置。

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