CN102052223A - 发动机起动装置、电阻短路装置 - Google Patents

发动机起动装置、电阻短路装置 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于提供一种发动机起动装置、电阻短路装置。该发动机起动装置不产生车载电气设备的瞬时切断而使发动机起动，且结构简单，稳定性、可靠性优异。所述发动机起动装置使串联连接在电源(3)和从所述电源接受供电来使发动机起动的起动器电动机(2)之间的起动器开关(5)闭合，来驱动所述起动器电动机，包括：电阻(7)，该电阻(7)在所述电源和起动器电动机之间与所述起动器开关相互串联连接，限制流过起动器电动机的电流；以及短路开关(6)，该短路开关(6)与所述电阻并联连接，在起动器开关的闭合动作开始后，通过向驱动线圈通电而将所述电阻的两端短路，所述电阻由板状不锈钢材料构成。

Description

发动机起动装置、电阻短路装置
技术领域
本发明涉及以起动器电动机使发动机起动的发动机起动装置及用于发动机起动装置的电阻短路装置。
背景技术
在对发动机进行起动的情况下，对起动器开关的线圈进行通电使起动器开关的内部触点闭合，从而利用车用电源向起动器电动机进行供电，使起动器电动机产生旋转转矩，通过啮合的小齿轮和环状齿轮将起动器电动机的旋转力传向发动机曲柄轴，来使发动机起动。此时，在起动器开关闭合时，由于起动器电动机仍为静止状态，不产生反电动势，因此极小的起动器内阻会引起流过几百～一千几百安培的冲击电流。此时，车用电源因内部的固有电阻会产生使端电压下降的电压下降。
因此，在发动机起动时，会产生以下问题：即，起动器电动机进行起动时的电流所引起的车用电源的电压下降会导致在使用车载的其他电气设备例如立体声、导航***、空气调节器等的时候引起瞬间切断。该瞬间切断在通常的发动机起动时不会成为问题，但是对于装载有怠速熄火功能的车辆等，在怠速熄火后进行再起动时会发生瞬间切断，成为使驾驶员及同乘人员产生不舒服感的状况。因此，为了避免该瞬间切断而采用具有备用电源、或装载有升压用DC/DC变换器、或装载有使电压下降抑制单元短路的电磁开关来防止车用电源的电压下降的措施。
此处，下述专利文献1所示的现有的发动机起动装置中包括：电动机，该电动机具有串激线圈和并激线圈；起动电阻，该起动电阻与上述电动机的电枢串联连接；以及控制用元件等，该控制用元件控制并激线圈的励磁电流，在发动机启动时通过起动电阻向电动机通电。其结果是流向电动机的起动电流(冲击电流)降低，电池的电压下降被抑制到2V以下。另外，由于采用高转矩型电动机，因此即使电动机的起始电流较小，也能确保超过最开始的上死点所需要的转矩。而且，在超过最开始的上死点后，控制并激线圈的励磁电流来获得高旋转特性，因此能够确保使发动机起动所需的曲柄转速。由此，在发动机启动时可不产生超过2V的电压下降，因而能实现无瞬间切断的发动机起动。
另外，在下述专利文献2所示的现有的内燃机起动装置中，起动器的直流电动机是复激电动机，包括：电容器，该电容器与并激线圈串联连接；以及H型控制装置，该H型控制装置切换第一通电方向和第二通电方向，第一通电方向是对电容器进行充电的方向，第二通电方向是从电容器向并激线圈进行放电的方向。然后，在直流电动机起动时向第一通电方向通电，在直流电动机起动时利用H型控制装置将通电方向从第一通电方向切换至第二通电方向。由此，对伴随着直流电动机起动而产生的主电源的电压下降进行补偿，能够确保起动器所需要的转矩。由此，不需要增大主电源的容量，也不需要利用升压单元对主电源的电压进行升压，就能对伴随着直流电动机起动而产生的主电源的电压下降进行补偿，实现无瞬间切断的起动器。
而且，在下述专利文献3所示的现有的起动器中，包括内置有电压下降抑制单元并对其进行短路的电磁开关。由此，在将利用电压下降抑制单元进行了抑制的电流向电动机进行通电后，使电压下降抑制单元短路，来将主电源的全电压施加到电动机。由此，不需要增大主电源的容量，也不需要利用升压单元对主电源的电压进行升压，就能对伴随着直流电动机起动而产生的主电源的电压下降进行抑制，实现无瞬间切断的起动器。
现有技术文献
[专利文献]
专利文献1：日本国专利特开2004-308645号公报
专利文献2：日本国专利特开2005-105861号公报
专利文献3：日本国专利特开2009-167967号公报
发明内容
然而，在上述专利文献1所示的发动机起动装置中，在起动时为了抑制电压下降而与起动电阻相连接，因而需要对起动电阻进行短路的开关的控制装置，对起动时的电压下降进行监视、控制，使其抑制在2V以下，为了进行该控制，需要控制装置、编制程序，因而存在发动机起动电路也变复杂的问题。
另外，在上述专利文献2所示的内燃机起动装置中，在起动时为了抑制电压下降，采用以下方法：即，预先向电容器充电，在起动时放出充电功率，来对主电源的电压下降进行补偿，因此需要追加大电容的电容器、和H型控制装置，上述大电容的电容器作为辅助电源而储存需要的功率，上述H型控制装置是为了利用控制元件来切换电容器的充电、放电而切换通电方向的单元，因此产生起动电路、和控制变复杂的问题。另外，在需要频繁地重复起动、停止的运行环境中，在尚未进行充分充电的情况下就强制需要进行放电，因而可能存在无法充分发挥性能的问题。
而且，在上述专利文献3所示的起动器中，由于将电压下降抑制单元内置于电磁开关，因此在使用现有的电磁开关不能进行批量生产的情况下，可能会成为成本升高的因素。
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种发动机起动装置及电阻短路装置，上述发动机起动装置不需要控制装置、辅助电源，不改变现有的电磁开关，能不产生车载电气设备的瞬间切断就使发动机起动，且结构简单，稳定性、可靠性优异，上述电阻短路装置将用于发动机起动装置的电压下降抑制单元和对上述电压下降抑制单元进行短路的电路设置成一体。
本发明是一种发动机起动装置，该发动机起动装置使串联连接在电源和从上述电源接受供电来使发动机起动的起动器电动机之间的起动器开关闭合，来驱动上述起动器电动机，其特征在于，包括：电阻，该电阻在上述电源和起动器电动机之间与上述起动器开关相互串联连接，限制流过起动器电动机的电流；以及短路开关，该短路开关与上述电阻并联连接，在起动器开关的闭合动作开始后，通过向驱动线圈通电而将上述电阻的两端短路，上述电阻由板状不锈钢材料构成。
本发明中，能够提供一种发动机起动装置及电阻短路装置，上述发动机起动装置不需要复杂的控制装置、辅助电源，不改变现有的电磁开关，能不产生车载电气设备的瞬间切断就驱动使发动机起动的起动器电动机，且稳定性、可靠性优异，上述电阻短路装置将用于发动机起动装置的电压下降抑制单元和对上述电压下降抑制单元进行短路的电路设置成一体，且价格低廉。
附图说明
图1是本发明的实施方式1的发动机起动装置的电路结构图。
图2是示出图1的电阻短路装置的实际结构的一个例子的图。
图3是在图1的发动机起动装置中未设置有电阻短路装置的情况下的电路结构图。
图4是本发明的实施方式2的发动机起动装置的电路结构图。
图5是示出本发明的实施方式3的与图1、图4的电阻短路装置的实际结构不同的例子的图。
标号说明
1发动机起动装置(engine starter)
2起动器电动机(starter motor)
3电池(电源)
4起动开关(starting switch)
5起动器开关(starter swtich)
5a电磁开关
5b驱动线圈
5c保持线圈
5d动触点
5e第一静触点
5f第二静触点
5g插棒式铁心
6短路开关
6a，60电磁开关
6b驱动线圈
6d动触点
6e第一静触点
6f第二静触点
6g，6h外部电极
7，7a电阻
8控制部
61接线端子
67电阻短路装置
具体实施方式
以下，使用附图按照各实施方式来说明本发明的发动机起动装置及电阻短路装置。此外，在各实施方式中，相同或相当部分以相同标号示出，并省略重复说明。
实施方式1.
图1是本发明的实施方式1的发动机起动装置的电路结构图。在图1中，发动机起动装置1包括：起动器电动机2，该起动器电动机2对发动机(未图示)进行起动；电源即电池3，该电源即电池3向上述起动器电动机2供电；起动开关4，该起动开关4与使起动器电动机2起动的电池3相连接；起动器开关5和短路开关6，该起动器开关5和短路开关6在起动器电动机2和电池3之间相互串联连接；以及电阻7，该电阻7在短路开关6的外部电极6g、6h之间与短路开关6并联连接，由板状不锈钢材料构成。此外，67是包括短路开关6和电阻7的电阻短路装置。
起动器开关5包括电磁开关5a，该电磁开关5a利用动触点5d来将第一静触点5e和第二静触点5f之间进行连接、断开，上述第一静触点5e与电池3相连接，上述第二静触点5f与短路开关6及电阻7的各一端相连接，上述动触点5d由驱动线圈5b和保持线圈5c进行驱动，上述驱动线圈5b的一端通过驱动起动器电动机2时闭合的起动开关4与电池3相连接，其另一端与第二静触点5f一侧相连接，上述保持线圈5c的一端通过起动开关4与电池3相连接，其另一端接地。
短路开关6包括电磁开关6a，该电磁开关6a利用动触点6d来将第一静触点6e和第二静触点6f之间进行连接、断开，上述第一静触点6e与起动器开关5的第二静触点5f、驱动线圈5b的另一端、及电阻7的一端相连接，上述第二静触点6f与电阻7的另一端和起动器电动机2相连接，上述动触点6d由驱动线圈6b进行驱动，该驱动线圈6b的一端与第一静触点6e一侧相连接，另一端接地。
图2是示出图1的电阻短路装置67的实际结构的一个例子的图，(a)是沿(b)的b-b线的剖视图，(b)是从(a)的箭头a的方向来看的俯视图。短路开关6的电磁开关6a存放于接线端子61内，第一及第二静触点6e、6f具有露出在接线端子61外的各外部电极6g、6h，电阻7在接线端子61外连接在外部电极6g、6h间。
图3示出了在图1的发动机起动装置中未设置有电阻短路装置67的情况下的电路结构图，对该情况下的动作进行说明。根据发动机起动要求，起动开关4闭合，若电流从电池3经由起动开关4流向起动器开关5的驱动线圈5b，则动触点5d与第一及第二静触点5e、5f一侧相抵接，将第一及第二静触点5e、5f之间进行连接，起动器开关5闭合。由此，从电池3通过起动器开关5的第一静触点5e、动触点5d、及第二静触点5f向起动器电动机2提供电流，起动器电动机2开始旋转。由于伴随起动器电动机2的起动而流过大电流，因此电池3的电压下降，可能发生导航***等的电气设备的瞬时切断。特别是对于装载有怠速熄火功能的车辆等，在怠速熄火后进行再起动时发生瞬时切断。
接下来，说明图1的本发明的实施方式1的发动机起动装置的动作。首先，作为发动机起动的第一步骤，根据发动机起动要求，起动开关4闭合，从电池3经由起动开关4通过起动器开关5的驱动线圈5b、还通过电阻7将电流A提供给起动器电动机2，起动器电动机2开始旋转。
接下来，作为第二步骤，由于驱动线圈5b通电，因而起动器开关5的插棒式铁心5g被驱动，动触点5d向第一及第二静触点5e、5f一侧移动，与其相抵接，将起动器开关5闭合。此处，保持线圈5c通过起动开关4与电池3相连接，进行通电，从而维持起动器开关5闭合。由此，在起动器电动机2中产生旋转转矩，啮合的小齿轮开始向设置于发动机的曲轴的环状齿轮侧移动(省略图示)。若起动器开关5闭合，则流过驱动线圈5b的电流A大致消失，成为从电池3流过闭合的起动器开关5、电阻7的电流B。
然后，作为第三步骤，接着电流A之后利用电流B对与电阻7并联连接的短路开关6的驱动线圈6b进行通电，从而驱动动触点6d，使其向第一及第二静触点6e、6f一侧移动，与其相抵接，将短路开关6闭合，电阻7的两端间被短路，因电阻7的短路，流过电阻7的电流B大致消失，向起动器电动机2提供通常的起动器电流，将起动器电动机2的旋转力传至发动机曲柄轴，发动机开始起动。
从起动器开关4闭合起，到短路开关6闭合、电阻7的两端被短路为止的延迟时间是由以下时间决定的，即，从起动器开关5闭合，电流通过电阻7流向起动器电动机2，起动器电动机2开始旋转起，到到达预定的转速为止的时间，另外，该预定的转速由所允许的电压降所决定的。即，若可将作为目标的电池的电压下降量设定得较大，则可减小延迟时间，若可将电压下降量设定得较小，则可增大延迟时间。所允许的电池电压的下降量需要在不会使车载的电气设备瞬时切断的范围内。延迟时间和电阻的电阻值可以根据电池的内阻、起动器电动机规格(内阻)、布线电阻、及对象发动机进行设定。
此外，此处，对点火开关钥匙和由控制装置(ECU)控制的开关的并联电路进行简化，以一个起动开关4来表示，上述点火开关钥匙是在最开始起动时由驾驶员***的，上述由控制装置(ECU)控制的开关是在怠速熄火后发生发动机起动要求的情况下进行再起动时由控制装置(ECU)进行控制的。
然后，对图2的电阻短路装置67的结构进行说明。本发明的电阻短路装置67的电磁开关6a包括现有的电磁开关和板状不锈钢材料构成的电阻7。不锈钢材料的固有电阻值为铜的大约40倍，为钢材的大约7倍，与其他材料相比，能够以较小的体积获得抑制电压下降所需的电阻值。作为其他固有电阻值较大的材料，可以列举出镍铬或铁铬，但是不锈钢材料与其相比具有通用性，具有成本优势。另外，由于防锈性优异，即使在外部环境中使用的情况下，也不需要特别实施表面处理，因此从这方面考虑也具有成本优势。
另外，电阻7是与短路开关6分开的元器件，因此能够随后将电阻7从外部安装到短路开关6的外部电极6g、6h之间。根据该结构，能够将现有的电磁开关用作为短路开关，能够廉价制造具有作为电压下降抑制单元的电阻和短路电路的电磁开关(电阻短路装置67)。
根据上述实施方式，在第一步骤中，成为存在电池3的内部固有电阻、驱动线圈5b的电阻、电阻7、起动器电动机2的内阻、及各布线电阻的情况，在第二步骤中，成为存在电池3的内部固有电阻、电阻7、起动器电动机2的内阻、及各布线电阻的情况，在第三步骤中，成为存在电池3的内部固有电阻、起动器电动机2的内阻、及各布线电阻的情况，电阻分三个阶段逐渐减少。而且，由于在第三步骤之前，利用电流A及电流B使起动器电动机2开始旋转，从而起动器的反电动势增加，电流被抑制，因此，即使不特别使用昂贵的控制装置、DC/DC变换器等，也能不改变现有的电磁开关就能抑制电池的电压下降。
另外，在起动器电动机起动时，首先，沿设置于电池3和起动器电动机2之间的电阻7通电，在预定的延迟时间后，使短路开关6进行动作，将上述电阻7短路，从而降低起动器电动机起动时的电流，抑制电压下降，能获得不瞬时切断车载电气设备就能使发动机起动的显著效果。
实施方式2.
图4是本发明的实施方式2的发动机起动装置的电路结构图。在图4所示的发动机起动装置中，利用例如由ECU等构成的控制部8来对使得电阻短路装置67的电阻7短路的短路开关6的电磁开关60进行控制，从起动开关4提供驱动线圈6b的电流，但是与图1所示的发动机起动装置相同，能获得与从第一固定端子6e一侧提供驱动线圈6b的电流的情况相同的效果。
在图4的情况下，起动器开关5与图1采用相同的结构，但短路开关6采用以下结构：即，包括电磁开关60，该电磁开关60利用动触点6d将第一静触点6e和第二静触点6f之间进行连接、断开，上述第一静触点6e与起动器开关5的第二静触点5f、驱动线圈5b的另一端、及电阻7的一端相连接，上述第二静触点6f与电阻7的另一端和起动器电动机2相连接，上述动触点6d由驱动线圈6b进行驱动，上述驱动线圈6b的一端与控制部8的输出端子相连接，另一端接地，上述控制部8与电源3及起动开关4相连接，在从起动开关4闭合起经过预定时间后(预定延迟时间后)从输出端子提供来自电源3的功率。
在采用该电路结构的情况下，由于能够用控制部8对从起动开关4闭合起到短路开关6闭合、电阻7的两端被短路为止的延迟时间进行控制，因此能够不受起动器电动机规格等的影响来设定延迟时间。
实施方式3.
图5是示出本发明的实施方式3的与图1、图4的电阻短路装置67的实际结构不同的例子的图，(a)是沿(b)的b-b线的剖视图，(b)是从(a)的箭头a的方向来看的俯视图。在将作为目标的电池3的电压下降量设定得较小的情况下，需要增大电阻的电阻值。在这种情况下，如图5(a)明显示出的那样，通过增大电阻7a的全长，能够容易地增大电阻值。另外，在不需要将作为目标的电池的电压下降量设定得较小的情况下，能够减小电阻的电阻值。在这种情况下，如图5(b)明显示出的那样，通过增大电阻7a的宽度，能够容易地减小电阻值。或也可以增厚电阻的板厚。即，改变电阻7a的长度、宽度、厚度中的至少一个量就能设定电阻值。
在上述情况下，由于不改变现有的电磁开关而仅改变电阻7a，因此能够对本发明的电阻短路装置67进行批量生产。
在如上所述的本发明中，以容易获得且成本方面具有优势的板状不锈钢材料构成电压下降抑制单元即电阻，将电阻外置于现有的电磁开关的外部电极间。然后，由于在起动器电动机起动时，首先，沿连接在电池和起动器电动机之间的电阻通电，以低电流开始起动，在预定的延迟时间后，使短路开关进行动作，将上述电阻短路，从而抑制起动器电动机起动时的电压下降，能不瞬时切断车载电气设备就使发动机起动，且采用原样利用现有的电磁开关的结构，因此能廉价且容易地实现。

Claims (14)

1.一种发动机起动装置，
该发动机起动装置使串联连接在电源和从所述电源接受供电来使发动机起动的起动器电动机之间的起动器开关闭合，来驱动所述起动器电动机，其特征在于，包括：
电阻，该电阻在所述电源和起动器电动机之间与所述起动器开关相互串联连接，限制流过起动器电动机的电流；以及
短路开关，该短路开关与所述电阻并联连接，在起动器开关的闭合动作开始后，通过向驱动线圈通电而将所述电阻的两端短路，
所述电阻由板状不锈钢材料构成。
2.如权利要求1所述的发动机起动装置，其特征在于，
所述短路开关存放于接线端子内，且具有彼此之间相互连接、断开的一对第一及第二静触点分别露出在所述接线端子外的外部电极，所述电阻在接线端子外连接在所述外部电极间。
3.如权利要求1所述的发动机起动装置，其特征在于，
所述起动器开关包括电磁开关，该电磁开关利用动触点来连接、断开第一静触点和第二静触点之间，所述第一静触点与所述电源相连接，所述第二静触点与所述短路开关及所述电阻的各一端相连接，所述动触点由驱动线圈和保持线圈进行驱动，所述驱动线圈的一端通过驱动所述起动器电动机时闭合的起动开关与所述电源相连接，其另一端与所述第二静触点侧相连接，所述保持线圈的一端通过所述起动开关与所述电源相连接，其另一端接地，
所述短路开关包括电磁开关，该电磁开关利用动触点来连接、断开第一静触点和第二静触点之间，所述第一静触点与所述起动器开关的第二静触点、驱动线圈的另一端、及所述电阻的一端相连接，所述第二静触点与所述电阻的另一端和所述起动器电动机相连接，所述动触点由所述驱动线圈驱动，该驱动线圈的一端与所述第一静触点相连接，其另一端接地。
4.如权利要求1所述的发动机起动装置，其特征在于，
所述起动器开关包括电磁开关，该电磁开关利用动触点来连接、断开第一静触点和第二静触点之间，所述第一静触点与所述电源相连接，所述第二静触点与所述短路开关及所述电阻的各一端相连接，所述动触点由驱动线圈和保持线圈进行驱动，所述驱动线圈的一端通过驱动所述起动器电动机时闭合的起动开关与所述电源相连接，其另一端与所述第二静触点侧相连接，所述保持线圈的一端通过所述起动开关与所述电源相连接，其另一端接地，
所述短路开关包括电磁开关，该电磁开关利用动触点来连接、断开第一静触点和第二静触点之间，所述第一静触点与所述起动器开关的第二静触点、驱动线圈的另一端、及所述电阻的一端相连接，所述第二静触点与所述电阻的另一端和所述起动器电动机相连接，所述动触点由所述驱动线圈驱动，所述驱动线圈的一端与控制部的所述输出端子相连接，其另一端接地，所述控制部与所述电源及所述起动开关相连接，在从所述起动开关闭合起经过预定时间后从输出端子提供来自所述电源的功率。
5.如权利要求3所述的发动机起动装置，其特征在于，
所述短路开关的电磁开关存放于接线端子内，且具有所述第一及第二静触点分别露出在所述接线端子外的外部电极，所述电阻在接线端子外连接在所述外部电极间。
6.如权利要求4所述的发动机起动装置，其特征在于，
所述短路开关的电磁开关存放于接线端子内，且具有所述第一及第二静触点分别露出在所述接线端子外的外部电极，所述电阻在接线端子外连接在所述外部电极间。
7.如权利要求1所述的发动机起动装置，其特征在于，
至少改变所述电阻的长度、宽度、厚度中的一个量来设定电阻值。
8.如权利要求2所述的发动机起动装置，其特征在于，
至少改变所述电阻的长度、宽度、厚度中的一个量来设定电阻值。
9.如权利要求3所述的发动机起动装置，其特征在于，
至少改变所述电阻的长度、宽度、厚度中的一个量来设定电阻值。
10.如权利要求4所述的发动机起动装置，其特征在于，
至少改变所述电阻的长度、宽度、厚度中的一个量来设定电阻值。
11.如权利要求5所述的发动机起动装置，其特征在于，
至少改变所述电阻的长度、宽度、厚度中的一个量来设定电阻值。
12.如权利要求6所述的发动机起动装置，其特征在于，
至少改变所述电阻的长度、宽度、厚度中的一个量来设定电阻值。
13.一种电阻短路装置，其特征在于，
电磁开关存放于接线端子内，且具有利用所述电磁开关的动触点彼此之间相互连接、断开的一对第一及第二静触点分别露出在所述接线端子外的外部电极，电阻在接线端子外连接在所述外部电极间。
14.如权利要求13所述的电阻短路装置，其特征在于，
至少改变所述电阻的长度、宽度、厚度中的一个量来设定电阻值。
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