JP3829684B2 - エンジン始動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁スイッチの励磁コイルに流れる電流及び始動モータに流れる電流を制御する電流制御手段を備えたエンジン始動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、スタータに具備される電磁スイッチは、始動スイッチがONされると、励磁コイルが通電されて磁力を発生し、その磁力によりプランジャを駆動してピニオンを押し出している。この時、プランジャの移動速度が大きいと、ピニオンがリングギヤに当接する時の衝撃力が大きくなるため、衝突音が大きくなると共に、繰り返し使用されることでギヤが摩耗すると言った問題があった。
これに対し、励磁コイルと直列に制御素子を挿入し、その制御素子を介して励磁コイルへ流れる電流を制限することにより、プランジャの移動速度を低減させる従来技術が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一方、始動モータの特性を制御するためにメイン電流（始動モータに流れる電流）を制御しようとする考えがある。しかし、始動モータのメイン電流は、励磁コイルに流れる電流と比較して遥かに大きいため、励磁コイルの電流を制御するための制御素子を使用して始動モータのメイン電流を制御することは極めて困難である。このため、励磁コイルの電流を制御する制御素子とは別に、新たにメイン電流を制御する制御素子を設け、それぞれ別々の制御回路で制御する必要が生じる。
【０００４】
上記の様に、励磁コイルの電流制御に加えて、新たに始動モータのメイン電流を制御しようとすれば、制御システムが複雑化し、大幅なコストアップを招くという問題が生じる。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、励磁コイルの電流制御と始動モータのメイン電流の制御とを統合して、制御システムの簡素化を実現できるエンジン始動装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（請求項１の発明）
本発明のエンジン始動装置は、バッテリとモータ接点及び励磁コイルとの間に制御素子を設け、この制御素子を介して励磁コイルに流れる電流（コイル電流と呼ぶ）と始動モータに流れる電流（メイン電流と呼ぶ）とを制御する電流制御手段を備え、この電流制御手段は、モータ接点が閉じる前と閉じた後とで制御素子に対する制御仕様を変更する。
【０００６】
この発明では、メイン電流を許容できる制御素子を使用することにより、コイル電流の制御とメイン電流の制御とを統合して共通の電流制御手段にて制御することができる。その結果、コイル電流の制御とメイン電流の制御とを共通の電流制御手段によって制御できるため、コイル電流の制御とメイン電流の制御とを別々の制御素子を使用して行う場合と比較して、制御システムを簡素化できる。
【０００７】
（請求項２の発明）
請求項１に記載したエンジン始動装置において、
電流制御手段は、励磁コイルへの通電開始後、プランジャの移動速度が遅くなる様に、制御素子を介して励磁コイルに流れる電流を所定値に制限し、モータ接点が閉じたことが検出されると同時に、励磁コイルへの電流制御を解除し、且つ始動モータに流れる突入電流を抑制できる様に、制御素子を介して始動モータに流れる電流を徐々に大きくする。
【０００８】
この構成によれば、コイル電流を所定値に制限することでプランジャの移動速度が遅くなるため、プランジャの移動に連動して押し出されるピニオンの移動速度を遅くできる。その結果、ピニオンがリングギヤに当たる時の衝撃力が緩和されて衝突音を低減でき、且つギヤの摩耗及び欠け等を抑制できる。
また、プランジャの移動速度が遅くなると、モータ接点に対する可動接点（プランジャに具備される接点）のバウンスを低減できるので、バウンスによって生じるアーク電流を抑制でき、接点同士の溶着を防止できる。
更に、モータ接点が閉じた後は、メイン電流を徐々に大きくすることにより、突入電流を防止できるので、ブラシの早期摩耗を抑制できる。
【０００９】
（請求項３の発明）
請求項２に記載したエンジン始動装置において、
電流制御手段は、制御素子をオンオフさせて出力電圧をＰＷＭ制御し、そのＰＷＭ制御の仕様を変更することにより、励磁コイルに対する電流制御と始動モータに対する電流制御とを切り替えている。
これにより、励磁コイルの端子間電圧、及び始動モータの端子間電圧をコントロールしてコイル電流及びメイン電流を制御することができる。
【００１０】
（請求項４の発明）
請求項２または３に記載したエンジン始動装置において、
電流制御手段は、励磁コイルに対する電流制御の開始時期をバッテリ電圧により決定する。
プランジャを駆動する時は、励磁コイルに対し最初に全電圧を印加するが、バッテリ電圧が高い時は、プランジャの動き出しのスピードが大きくなる。従って、バッテリ電圧に応じて全電圧を与える時間を変更することにより、適切にプランジャの移動速度を制御することが可能である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１はエンジン始動装置１の電気回路図である。
本実施例のエンジン始動装置１は、ピニオン飛び込み式スタータ（下述する）と、このスタータが具備する電磁スイッチ２のコイル電流と始動モータ３のメイン電流を制御する電流制御手段（後述する）とを備えている。
【００１２】
スタータは、励磁コイル４が発生する磁力によりプランジャ５を駆動してモータ接点６を閉じる電磁スイッチ２と、モータ接点６が閉じて通電されることにより回転力を発生する始動モータ３と、プランジャ５の動きに連動してピニオンを押し出す機構（図示しない）とを具備し、押し出されたピニオン（図示しない）をエンジンのリングギヤ（図示しない）と噛み合わせ、始動モータ３の回転力をピニオンからリングギヤに伝達してエンジンの始動を行う。なお、モータ接点６は、始動モータ３の通電回路に設けられ、プランジャ５に具備される可動接点７によって開閉される。
【００１３】
電流制御手段は、図１に示す様に、バッテリ８とモータ接点６及び励磁コイル４との間に設けられる制御素子９（スイッチング素子）と、この制御素子９を駆動する始動ＥＣＵ１０とで構成される。
制御素子９は、例えばトランジスタ等のスイッチング素子であり、始動モータ３に通電されるメイン電流を許容できる素子容量を有している。
始動ＥＣＵ１０は、IGキー１１がST端子１２に投入されるとバッテリ８から電力の供給を受けて起動し、制御素子９をON／OFF してバッテリ８の出力電圧をＰＷＭ制御する。
【００１４】
なお、本実施例のエンジン始動装置１は、例えば車両が交差点等で停止した場合に、一旦エンジンを停止させ、その後、所定の始動条件が整った時に、再びエンジンを自動始動させることができる。この場合、エンジンが停止している状態（但しIGキー１１がST端子１２に投入されている状態）で、始動ＥＣＵ１０に始動信号が入力されると、制御素子９を駆動してエンジン始動を行う。
【００１５】
次に、エンジン始動装置１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。
Step10…IGキー１１がST端子１２に投入される（または始動ＥＣＵ１０に始動信号が入力される）と、制御素子９を駆動して制御を開始する。
Step20…電磁スイッチ２のコイル電流を制御する。
具体的には、コイル電流の制御開始時期（つまり全電圧を印加する時間）をバッテリ電圧により決定し、プランジャ５の移動速度が遅くなる様に、コイル電流を所定値に抑えるために励磁コイル４の端子間電圧を制限する（図３参照）。
【００１６】
Step30…プランジャ５に具備された可動接点７が電磁スイッチ２のモータ接点６に当接してモータ接点６がONする。
Step40…始動モータ３のメイン電流（立ち上がりの電流）を制御する。
モータ接点６がONすると、励磁コイル４への通電は保持電流のみで良いため、制御素子９に対する制御仕様を変更することが可能である。ここでは、メイン電流の立ち上がりをゆっくりさせるために、始動モータ３の端子間電圧を徐々に大きくする（図３参照）。
【００１７】
なお、始動ＥＣＵ１０は、モータ接点６がONしたことを検出する接点投入検出手段（図示しない）からの信号を入力してコイル電流の制御からメイン電流の制御に切り替える。接点投入検出手段は、例えばモータ接点６より下流側の電流値、または電圧値を検出し、その検出値を電気信号として制御回路へ出力する。あるいは、電流値や電圧値以外に、エンジン回転数によってモータ接点６がONしたことを検出することも可能である。
【００１８】
Step50…始動モータ３のメイン電流（立ち上がり後の電流）を制御する。
ここでは、エンジン始動に最適なスピードが得られる様にメイン電流を制御する。
Step60…リングギヤと噛み合ったピニオンに始動モータ３の回転力が伝達されてエンジンを始動する。
Step70…エンジンの始動が確認された後、制御素子９をOFF してスタータへの通電を停止する。
【００１９】
（本実施例の効果）
上記のエンジン始動装置１は、メイン電流を許容できる制御素子９を用いることで、コイル電流の制御とメイン電流の制御とを１つの制御素子９を通じて行うことができる。その結果、制御素子９を駆動する始動ＥＣＵ１０を共有できるので、制御システムを簡素化して低コスト化を図ることができる。
【００２０】
コイル電流の制御では、バッテリ電圧に応じて制御開始時期を決定しているので、プランジャ５の動き出しのスピードを考慮して、適切にプランジャ５の移動速度を制御することが可能である。
制御開始後は、コイル電流を所定値に制限することでプランジャ５の移動速度が遅くなるため、プランジャ５の移動に連動して押し出されるピニオンの移動速度を遅くできる。その結果、ピニオンがリングギヤに当たる時の衝撃力が緩和されて衝突音を低減でき、且つギヤの摩耗及び欠け等を抑制できる。
【００２１】
また、プランジャ５の移動速度が遅くなると、プランジャ５に具備された可動接点７のバウンスを低減できるので、バウンスによって生じるアーク電流を抑制でき、モータ接点６と可動接点７との溶着を防止できる。
メイン電流の制御では、メイン電流の立ち上がりをゆっくり行うことにより、突入電流を防止できるので、ブラシに大電流が流れることがなく、ブラシの早期摩耗を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンジン始動装置の電気回路図である。
【図２】エンジン始動装置の作動手順を示すフローチャートである。
【図３】ＰＷＭ制御の一例を示すバッテリ電圧の波形図である。
【符号の説明】
１ エンジン始動装置
２ 電磁スイッチ
３ 始動モータ
４ 励磁コイル
５ プランジャ
６ モータ接点
８ バッテリ
９ 制御素子
１０ 始動ＥＣＵ（電流制御手段）

Claims (4)

1. 励磁コイルが発生する磁力によりプランジャを駆動してモータ接点を閉じる電磁スイッチと、
   前記モータ接点が閉じて通電されることにより回転力を発生する始動モータとを備え、
   前記プランジャの移動に連動して押し出されたピニオンをエンジンのリングギヤに噛み合わせ、前記始動モータの回転力を前記ピニオンから前記リングギヤに伝達してエンジン始動を行うエンジン始動装置であって、
   前記モータ接点が閉じたことを検出する接点投入検出手段と、
   バッテリと前記モータ接点及び前記励磁コイルとの間に制御素子を設け、この制御素子を介して前記励磁コイルに流れる電流と前記始動モータに流れる電流とを制御する電流制御手段とを有し、
   この電流制御手段は、前記モータ接点が閉じる前と閉じた後とで前記制御素子に対する制御仕様を変更することを特徴とするエンジン始動装置。
2. 請求項１に記載したエンジン始動装置において、
   前記電流制御手段は、前記励磁コイルへの通電開始後、前記プランジャの移動速度が遅くなる様に、前記制御素子を介して前記励磁コイルに流れる電流を所定値に制限し、前記モータ接点が閉じたことが検出されると同時に、前記励磁コイルへの電流制御を解除し、且つ前記始動モータに流れる突入電流を抑制できる様に、前記制御素子を介して前記始動モータに流れる電流を徐々に大きくすることを特徴とするエンジン始動装置。
3. 請求項２に記載したエンジン始動装置において、
   前記電流制御手段は、前記制御素子をオンオフさせて出力電圧をＰＷＭ制御し、そのＰＷＭ制御の仕様を変更することにより、前記励磁コイルに対する電流制御と前記始動モータに対する電流制御とを切り替えていることを特徴とするエンジン始動装置。
4. 請求項２または３に記載したエンジン始動装置において、
   前記電流制御手段は、前記励磁コイルに対する電流制御の開始時期をバッテリ電圧により決定することを特徴とするエンジン始動装置。

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