JP4090439B2 - 車両用始動装置 - Google Patents
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Description
予め設定されたエンジンの停止条件が成立すると自動的にエンジンを停止し、予め設定されたエンジンの始動条件が成立すると自動的にエンジンの始動を行うアイドルストップ車両が提案されている。
このアイドルストップ車両では、エンジンの始動条件(=スタータ作動条件)が成立すると、コンピュータを搭載した制御装置(以下、ECU)がスタータ制御回路の始動用スイッチ素子をONさせることでマグネットスイッチ励磁コイルをONし、マグネットスイッチ常開接点を閉じさせて、スタータを作動させるものである(例えば、特許文献1参照)。
スタータの作動時、特にスタータ作動開始直後は、スタータにおいて大電力が消費される。この結果、車両に搭載されるバッテリ電圧が大きく降下する。特に、バッテリが弱っていると、スタータ作動時には電圧降下量が大きくなる。
ここで、定格電圧が12Vのバッテリを搭載する車両で考えてみた場合、電圧降下によりバッテリ電圧が2〜3Vに降下してもスタータは作動してエンジンの始動を行うことができる。
このように、スタータのマグネットスイッチをECUによって制御する場合は、スタータの作動電圧だけでなく、ECUの作動電圧を確保する必要がある。
そこで、バッテリを高容量化する試みがなされているが、重量の増加、コストの増加、搭載スペースの確保が困難である等の不具合を招いてしまう。
請求項1の手段を採用する車両用始動装置は、ECUにより始動用スイッチ素子がONされると、マグネットスイッチ励磁コイルの第1励磁コイルがONして、マグネットスイッチ常開接点が閉じてスタータが作動する。一方、マグネットスイッチ常開接点が閉じたことにより、第2励磁コイルがONする。第2励磁コイルは、一旦ONされると、第2励磁コイルの磁力でマグネットスイッチ常開接点を閉じた状態に保つ。
スタータの作動により、バッテリ電圧が大きく降下し、ECUの作動電圧を下回ると、ECUによる第1励磁コイルの制御が不能になる。
しかるに、マグネットスイッチ励磁コイルの第2励磁コイルが、マグネットスイッチ常開接点を閉じた状態に保つため、スタータの作動が継続する。
スタータの作動を停止する際は、ECUが第2励磁コイル停止手段を作動させて第2励磁コイルをOFFさせることで、第2励磁コイルがマグネットスイッチ常開接点を閉じた状態に保つ作用が無くなるため、マグネットスイッチ励磁コイルの通電を停止することが可能になる。
このように、請求項1の手段を採用することにより、スタータの作動によってバッテリ電圧がECUの作動電圧より下がった場合であっても、スタータによるエンジン始動を継続できる。
請求項2の手段を採用する車両用始動装置の第2励磁コイル停止手段は、バッテリから電力の供給を受けると磁力を発生する停止用励磁コイルと、この停止用励磁コイルが発生する磁力によって開かれる停止用常閉接点と、停止用励磁コイルを通電させる停止用スイッチ素子とを備え、所定の運転停止条件が成立すると、停止用スイッチ素子をONさせて、停止用励磁コイルを通電して第2励磁コイルの通電を停止させるものである。
このように、第2励磁コイルは、常閉の停止用常閉接点が開くことによってOFFできるものであるため、バッテリ電圧の降下の影響を受けずに第2励磁コイルのON状態を継続できる。
また、停止用励磁コイルと停止用常閉接点は、小容量のリレーで構成できるため、低電圧(例えば、1〜2V)で停止用常閉接点を開くことができる。このため、バッテリ電圧の降下の影響を受けずに第2励磁コイルのON状態を停止させることができる。
請求項3の手段を採用する車両用始動装置の停止用スイッチ素子は、始動用スイッチ素子に比較して、素子容量が小さいものである。
始動用スイッチ素子は、大電流が流れるマグネットスイッチ励磁コイルの第1励磁コイルをON−OFFさせる必要があり、大きな通電容量を持つ必要がある。しかし、停止用スイッチ素子は、流れる電流の少ない停止用励磁コイルをON−OFFするものであるため、素子容量を小さくできる。
請求項4の手段を採用する車両用始動装置のECUは、スタータを停止させる際、第1励磁コイルが通電状態の場合、停止用スイッチ素子をONさせて、停止用励磁コイルを通電して停止用常閉接点を開かせた状態で、始動用スイッチ素子をOFFさせて、マグネットスイッチ励磁コイルの通電を停止してスタータを停止させるものである。
このように、マグネットスイッチ常開接点より先に停止用常閉接点を開かせることにより、停止用常閉接点の信頼性を高めることができる。
請求項5の手段を採用する車両用始動装置のECUは、スタータを停止させる際、第1励磁コイルが通電停止状態の場合、始動用スイッチ素子をONさせた後に、停止用スイッチ素子をONさせて、停止用励磁コイルを通電して停止用常閉接点を開かせた状態で、始動用スイッチ素子をOFFさせて、マグネットスイッチ励磁コイルの通電を停止してスタータを停止させるものである。
このように、マグネットスイッチ常開接点より先に停止用常閉接点を開かせることにより、停止用常閉接点の信頼性を高めることができる。
請求項6の手段を採用する車両用始動装置は、始動用スイッチ素子を短絡させる手動始動手段を設けたものである。
このように設けたことにより、スタータの作動時におけるバッテリ電圧の電圧降下量が大きく、ECUの作動電圧を下回ってECUによるスタータの作動の継続ができない場合でも、始動用スイッチ素子を手動で短絡させることによって、スタータを継続的に作動させることができる。
手動用励磁コイルおよび手動用常開接点は、小容量のリレーで構成できるため、低電圧(例えば、1〜2V)で手動用常開接点を閉じて始動用スイッチ素子を短絡させることができる。このため、バッテリ電圧の降下の影響を受けずに始動用スイッチ素子を短絡できる。
マグネットスイッチ励磁コイルは、始動用スイッチ素子によってON−OFF切替される第1励磁コイル、およびマグネットスイッチ常開接点が閉じられることにより通電される第2励磁コイルを備え、スタータ制御回路は、第2励磁コイルをOFFさせる第2励磁コイル停止手段を備える。
さらに、手動始動手段は、電力の供給を受けると磁力を発生する手動用励磁コイルと、始動用スイッチ素子と並列に接続され、手動用励磁コイルが発生する磁力によって閉じられる手動用常開接点と、車両乗員によって操作され、手動用励磁コイルを通電させる手動スイッチとを備える。
まず、図1を参照して車両用始動装置の概略を説明する。
(車両用始動装置の構成)
車両用始動装置は、エンジンの始動を行うスタータ1と、このスタータ1の通電状態を切り替えるマグネットスイッチ2と、このマグネットスイッチ2をON−OFF切替するスタータ制御回路3と、このスタータ制御回路3を制御するECUとからなる。
マグネットスイッチ励磁コイル5は、車両に搭載されるバッテリ4から電力の供給を受けると磁力を発生する電磁石である。
マグネットスイッチ常開接点6は、マグネットスイッチ励磁コイル5が発生する磁力によって閉じられて、バッテリ4の電力をスタータ1へ供給する接点式のスイッチである。
ECUは、バッテリ4の電力で作動するものであり、電源回路は、バッテリ4から供給される例えば12Vの電力を、ECUの作動に必要な例えば6Vの電力に変換し、ECUの各部に供給するDC/DC変換器であり、バッテリ電圧が4〜5V以下に低下してしまうと、ECUにおいて正しい作動が不能になる可能性がある。
なお、車両の運転状態、エンジンの運転状態、走行状態等を検出する各種センサからのセンサ信号は、A/D変換器でデジタル変換された後に、ECUに内蔵されたマイクロコンピュータに入力されるようになっている。
アイドルストップ制御手段は、一定の条件が成立した場合にエンジンを自動的に停止させる機能を持った自動停止手段と、自動停止の後に一定の条件が成立した場合にエンジンを自動的に始動させる機能を持った自動始動手段とを備える。
(1)車速が0km/hである。
(2)エンジンがアイドル運転中である。
(3)クラッチが接続されている。
この(1)〜(3)の要件が満たされた時には、車両が停車中であり、エンジン停止可能と見なし、エンジンの点火系と燃料噴射系の作動を中断してエンジンを停止させるとともに、エンジン停止フラグを立てる。
エンジン始動条件が成立すると、ECUは、点火系と燃料噴射系の作動を再開するとともに、スタータ1を作動させてエンジン始動を行い、その後の発進に備える。なお、エンジンが完爆してエンジン回転数が所定回転以上に上昇すると、エンジン停止フラグが取り消される。
スタータ作動制御手段は、乗員の手動操作により、スタータスイッチをONした際、および上述したエンジンの自動始動手段がスタータ1を作動させる指示を発生した際に、マグネットスイッチ励磁コイル5を通電させるものである。
スタータ制御回路3は、ECUとは別にスタータ1に搭載される、あるいはスタータ1の近傍に搭載されるものであり、マグネットスイッチ励磁コイル5のON−OFF状態を切り替える始動用スイッチ素子7を備える。この始動用スイッチ素子7は、ECUの指示信号によりON−OFFされる半導体スイッチ素子であり、ECUの指示信号によって始動用スイッチ素子7がONされるとバッテリ4の電力がマグネットスイッチ励磁コイル5に与えられる。
所定のスタータ作動条件の一例としては、(a1)乗員がスタータスイッチを手動でONしている状態であり、その場合における所定のスタータ停止条件は、(a2)スタータスイッチがON状態からOFFに戻された状態である。
また、所定のスタータ作動条件の他の一例としては、(b1)上述したエンジンの自動始動手段がスタータ1を作動させる指示を発生した際であり、その場合における所定のスタータ停止条件は、(b2)エンジンの完爆が検出された場合、あるいは乗員の手動操作によりイグニッションスイッチがOFFされた場合である。
スタータ1の作動時、特にスタータ作動開始直後は、図3下段のグラフAに示すように、スタータ1において大電力が消費される。この結果、車両に搭載されるバッテリ電圧(電源電圧)が大きく降下する。特に、バッテリ4が弱っていると、スタータ作動時には電圧降下量が大きくなる。
ここで、定格電圧が12Vのバッテリ4を搭載する車両の場合、電圧降下によりバッテリ電圧が2〜3Vに降下してもスタータ1は作動してエンジンの始動を行うことができる。
マグネットスイッチ励磁コイル5は、始動用スイッチ素子7によってON−OFF切替される第1励磁コイル11と、マグネットスイッチ常開接点6が閉じられることにより通電される第2励磁コイル12とを備える。
第1励磁コイル11は、始動用スイッチ素子7がONすることにより、バッテリ4に接続されて、マグネットスイッチ常開接点6を閉じるのに必要な磁力を発生するコイルである。
第2励磁コイル12は、マグネットスイッチ常開接点6が閉じた後において、バッテリ4に接続されてマグネットスイッチ常開接点6を閉じた状態に保つことのできる磁力を発生するコイルである。
そこで、スタータ制御回路3は、第2励磁コイル12の通電を停止させる第2励磁コイル停止手段を設けている。
この停止用スイッチ素子15は、ECUの指示信号によりON−OFF制御されるものであり、ECUは所定の運転停止条件が成立すると、停止用スイッチ素子15をONさせて、停止用励磁コイル13を通電して、常閉の停止用常閉接点14を開くことによって第2励磁コイル12の通電を停止させる。
このように、第2励磁コイル12は、常閉の停止用常閉接点14を開くことによってOFFできるものであるため、バッテリ電圧の降下の影響を受けずに第2励磁コイル12のON状態を継続できる。
また、停止用励磁コイル13と停止用常閉接点14は、小容量のリレーで構成できるため、低電圧(例えば、1〜2V)で停止用常閉接点14を開くことができる。このため、バッテリ電圧の降下の影響を受けずに第2励磁コイル12のON状態を停止させることができる。
ECUおよびスタータ制御回路3によるスタータ1の制御を図2のフローチャートを参照して説明する。
ステップS1:所定のスタータ作動条件が成立すると、始動信号(図4の上から一段目のタイムチャートの始動信号C1参照)を出力する。
ステップS2:始動信号が出力されると、始動用スイッチ素子7がONされる。
ステップS3:始動用スイッチ素子7のONにより、第1励磁コイル11の通電が開始され、マグネットスイッチ常開接点6が閉じられる。
ステップS4:第2励磁コイル12の通電が開始される。
ステップS5:上記ステップS3においてマグネットスイッチ常開接点6が閉じられたことにより、スタータ1の通電が開始される。
ステップS6:エンジン始動完了を検出すると(所定のスタータ停止条件の成立)、始動信号(図4の上から一段目のタイムチャートの始動信号C1参照)の出力を停止する。 ステップS7:エンジン始動完了が検出されると、停止用スイッチ素子15をONする。
ステップS8:すると、停止用常閉接点14が開かれる。
ステップS9:すると、第2励磁コイル12の通電が停止され、マグネットスイッチ常開接点6は、第1励磁コイル11の発生する磁力によってのみ、閉じられた状態になる。 ステップS10:次に、始動用スイッチ素子7をOFFする。
ステップS11:すると、第1励磁コイル11の通電が停止される。
ステップS12:すると、マグネットスイッチ常開接点6が開かれる。
この結果、スタータ1の通電が停止される。なお、マグネットスイッチ常開接点6が開かれた後に、停止用スイッチ素子15がOFFされ、停止用常閉接点14が閉じられて、初期状態に戻される。
所定のスタータ作動条件が成立すると、所定のスタータ停止条件が成立するまでの間、ECUは始動信号を発生する(図4の上から一段目の始動信号C1参照)。
すると、上述したように、始動用スイッチ素子7がONされて、第1励磁コイル11の通電が開始され、マグネットスイッチ常開接点6が閉じられて(図4の上から二段目のマグネットスイッチC2参照)、スタータ1の通電が開始される。
ここで、定格電圧が12Vのバッテリ4を搭載する車両の場合、電圧降下によりバッテリ電圧が2〜3Vに降下してもスタータ1は作動してエンジンの始動を行うことができる。
即ち、始動途中であっても、バッテリ電圧の電圧低下により、始動用スイッチ素子7がOFFする可能性がある(図4の上から三段目の始動用スイッチ素子信号C3参照)。
そして、完爆するなどして、所定のスタータ停止条件が成立すると、(1)停止用スイッチ素子15をONして、停止用常閉接点14を開いて、第2励磁コイル12の通電を停止した状態で、(2)始動用スイッチ素子7をOFFして、第1励磁コイル11の通電を停止して、マグネットスイッチ常開接点6を開いて、スタータ1の通電を停止する。
本実施例の車両用始動装置は、上述したように、スタータ1の作動により、バッテリ電圧が大きく降下し、ECUの作動電圧を下回り、始動用スイッチ素子7の制御が不能になっても、第2励磁コイル12が、マグネットスイッチ常開接点6を閉じた状態に保つため、スタータ1の作動を継続することができる。
この実施例2のECUは、実施例1と同様、バッテリ4からの電力の供給を受けて作動するものである。
この実施例2のマグネットスイッチ励磁コイル5は、始動用スイッチ素子7によってON−OFF制御されるコイルのみである。
ECUは、実施例1で示したように、所定のスタータ作動条件が成立すると、所定のスタータ停止条件が成立するまでの間(始動信号を発生する間)、始動用スイッチ素子7をONし、マグネットスイッチ励磁コイル5を通電してスタータ1を作動させるものである。
手動用励磁コイル31および手動用常開接点32は、小容量のリレーで構成できるため、低電圧(例えば、1〜2V)で手動用常開接点32を閉じて始動用スイッチ素子7を短絡させることができる。このため、バッテリ4から電力の供給を受ける場合では、バッテリ電圧の降下の影響を受けずに始動用スイッチ素子7を短絡できる。
本実施例の車両用始動装置は、上述したように、始動用スイッチ素子7を短絡させる手動始動手段(手動用励磁コイル31、手動用常開接点32、手動スイッチ33)を設けたものである。このため、スタータ1の作動時におけるバッテリ電圧の電圧降下量が大きく、ECUの作動電圧を下回ってスタータ制御回路3によるスタータ1の作動の継続ができない場合でも、始動用スイッチ素子7を手動で短絡させることによって、スタータ1を継続的に作動させることができる。
2 マグネットスイッチ
3 スタータ制御回路
4 バッテリ
5 マグネットスイッチ励磁コイル
6 マグネットスイッチ常開接点
7 始動用スイッチ素子
11 第1励磁コイル
12 第2励磁コイル
13 停止用励磁コイル
14 停止用常閉接点
15 停止用スイッチ素子
31 手動用励磁コイル
32 手動用常開接点
33 手動スイッチ
Claims (6)
- (a)車両に搭載されるバッテリから電力の供給を受けると磁力を発生するマグネットスイッチ励磁コイルを備えるとともに、このマグネットスイッチ励磁コイルが発生する磁力によって閉じられるマグネットスイッチ常開接点を備えるマグネットスイッチと、
(b)前記マグネットスイッチ常開接点が閉じられることにより前記バッテリから電力の供給を受けてエンジンの始動を行うスタータと、
(c)前記バッテリの電力を前記マグネットスイッチ励磁コイルに与えるための始動用スイッチ素子を備えたスタータ制御回路と、
(d)前記バッテリの電力で作動し、所定のスタータ作動条件が成立すると、所定のスタータ停止条件が成立するまでの間、前記始動用スイッチ素子をオンさせるコンピュータを搭載した制御装置と、
を具備する車両用始動装置において、
前記マグネットスイッチ励磁コイルは、
前記始動用スイッチ素子によってオンオフ切替される第1励磁コイル、および前記マグネットスイッチ常開接点が閉じられることにより通電される第2励磁コイルを備え、
前記スタータ制御回路は、前記第2励磁コイルをオフさせる第2励磁コイル停止手段を備えることを特徴とする車両用始動装置。 - 請求項1に記載の車両用始動装置において、
前記第2励磁コイル停止手段は、
前記バッテリから電力の供給を受けると磁力を発生する停止用励磁コイルと、
この停止用励磁コイルが発生する磁力によって開かれる停止用常閉接点と、
前記停止用励磁コイルを通電させる停止用スイッチ素子とを備え、
所定の運転停止条件が成立すると、前記停止用スイッチ素子をオンさせて、前記停止用励磁コイルを通電して前記第2励磁コイルの通電を停止させることを特徴とする車両用始動装置。 - 請求項2に記載の車両用始動装置において、
前記停止用スイッチ素子は、前記始動用スイッチ素子に比較して、素子容量が小さいことを特徴とする車両用始動装置。 - 請求項2または請求項3に記載の車両用始動装置において、
前記制御装置は、前記スタータを停止させる際、前記第1励磁コイルが通電状態の場合、前記停止用スイッチ素子をオンさせて、前記停止用励磁コイルを通電して前記停止用常閉接点を開かせた状態で、前記始動用スイッチ素子をオフさせて、前記マグネットスイッチ励磁コイルの通電を停止して前記スタータを停止させることを特徴とする車両用始動装置。 - 請求項2または請求項3に記載の車両用始動装置において、
前記制御装置は、前記スタータを停止させる際、前記第1励磁コイルが通電停止状態の場合、始動用スイッチ素子をオンさせた後に、前記停止用スイッチ素子をオンさせて、前記停止用励磁コイルを通電して前記停止用常閉接点を開かせた状態で、前記始動用スイッチ素子をオフさせて、前記マグネットスイッチ励磁コイルの通電を停止して前記スタータを停止させることを特徴とする車両用始動装置。 - (a)車両に搭載されるバッテリから電力の供給を受けると磁力を発生するマグネットスイッチ励磁コイルを備えるとともに、このマグネットスイッチ励磁コイルが発生する磁力によって閉じられるマグネットスイッチ常開接点を備えるマグネットスイッチと、
(b)前記マグネットスイッチ常開接点が閉じられることにより前記バッテリから電力の供給を受けてエンジンの始動を行うスタータと、
(c)前記バッテリの電力を前記マグネットスイッチ励磁コイルに与えるための始動用スイッチ素子を備えたスタータ制御回路と、
(d)前記バッテリの電力で作動し、所定のスタータ作動条件が成立すると、所定のスタータ停止条件が成立するまでの間、前記始動用スイッチ素子をオンさせるコンピュータを搭載した制御装置と、
(e)車両乗員によって操作され、前記始動用スイッチ素子を短絡させる手動始動手段とを具備し、
前記手動始動手段は、
電力の供給を受けると磁力を発生する手動用励磁コイルと、
前記始動用スイッチ素子と並列に接続され、前記手動用励磁コイルが発生する磁力によって閉じられる手動用常開接点と、
車両乗員によって操作され、前記手動用励磁コイルを通電させる手動スイッチと、
を備えることを特徴とする車両用始動装置。
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