JP5016093B2 - エンジン始動装置および短絡スイッチ - Google Patents

Description

この発明は、エンジンをスタータモータにて始動させるエンジン始動装置および短絡スイッチに関するものである。

エンジンを始動する場合、スタータスイッチのコイルに通電を行い、スタータスイッチの固定接点を閉路することにより、車両用電源よりスタータモータへ電力を供給しスタータモータに回転トルクを発生させ、噛合されたピニオンギヤとリングギヤを介しスタータモータの回転力をエンジンクランク軸へ伝えエンジンを始動させる。この時、スタータスイッチの閉路時にはまだスタータモータは静止状態であり、逆起電圧が発生していないため、極めて小さいスタータ内部抵抗により数百〜千数百アンペアの突入電流が流れる。
その時、車両用電源は内部の固有抵抗により端子電圧が低下する電圧降下を発生する。

このため、エンジンの始動時に於いて、スタータモータ起動時の電流による車両用電源の電圧降下により、車両の他の電気機器、例えばステレオ、ナビゲーションシステム、エアコン等の使用時に瞬断を引き起こす問題があった。この瞬断は、通常のエンジンの始動では特に問題にはならないが、アイドリングストップ機能の搭載された車両等では、アイドリングストップ後の再始動を行う際に瞬断が発生し、運転手及び同乗者に不快感を与えることが懸念される。
これに対し、スタータモータの起動時に流れる突入電流を抑制するための抵抗体を内蔵した電磁スイッチを有するスタータが公知である（特許文献１参照）。

この特許文献１に示される電磁スイッチは、抵抗体が接点カバーの内部で磁性プレートと補助接点との間に形成される空間に配設され、抵抗体の両端が端子ボルトに接合されている。また、抵抗体は、接点カバーの内周面に対し所定距離だけギャップを有して配設され、樹脂製の接点カバーが熱軟化温度に達する前に溶断するように設定されている。
即ち、この特許文献１には、電磁スイッチの外径を大きくすることなく、抵抗体の発生する熱が電磁コイルに与える直接的な影響を少なくできるようにしたスタータ用電磁スイッチが開示されている。

特開２００９−２２４３１５号公報（図及びその説明）

ところが、上記の公知技術（特許文献１）においては、接点カバー自体は抵抗体の発熱による熱的損傷を受け難くなるものの、接点カバー内部に配設される端子ボルトの固定接点及び可動接点部に対しては所定距離のギャップを有しておらず、当該部分は熱的損傷を受けやすくなる懸念がある。
温度上昇を低減させるには、接点の熱容量を大きくするか、あるいは接点カバー内部の空間を大きくとる必要があるが、いずれも電磁スイッチの大型化・重量増となる。

この発明は、上記事情に基づいてなされたものであって、その目的は、スタータモータを起動させる際の突入電流を抑制するための抵抗体を備えた短絡スイッチにおいて、抵抗体の発生する熱が短絡スイッチの接点端子に与える影響を少なくすることができ、必要以上に大型化することのない短絡スイッチを備えたエンジン始動装置を提供することにある。

この発明に係るエンジン始動装置は、電源から電力供給を受けエンジンを始動させるスタータモータ、このスタータモータと前記電源との間に直列接続されたスタータ用電磁スイッチ、およびこのスタータ用電磁スイッチに直列接続された抵抗体を短絡するスイッチ部を有する短絡スイッチを備えたエンジン始動装置であって、前記抵抗体が前記短絡スイッチの外筐の外側に配設され、前記抵抗体の発熱部が絶縁材料で形成された１または２以上の抵抗体カバーで覆われており、前記抵抗体カバーは前記短絡スイッチの外筐と別体で且つ前記短絡スイッチの外筐の外部に配設され、前記抵抗体に通電された時に、前記抵抗体カバーの内部に配設されている前記抵抗体の非通電部において前記抵抗体カバーと前記抵抗体とが保持されているものである。

この発明のエンジン始動装置によれば、スタータモータを始動させる際に通電する電流を抑制するための抵抗体を有する短絡スイッチにおいて、抵抗体が短絡スイッチの外筐の外側に配設されているため、抵抗体の発生する熱が短絡スイッチの接点に直接与える影響を少なくすることができ、発生した熱は一旦外気に晒されることで冷却され、その後短絡スイッチの接点端子を介して接点に熱伝導するため間接的にも熱影響を少なくすることができる。
さらに、前記抵抗体の発熱部が絶縁材料で形成された１または２以上の抵抗体カバーで覆われているため、短絡スイッチ外部の他部品への影響も少なくすることができる。
また、前記抵抗体カバーは前記短絡スイッチの外筐と別体で且つ前記短絡スイッチの外筐の外部に配設されているため、抵抗体の周辺環境や車両の使用環境によって、十分な絶縁が必要な場合には、前記短絡スイッチの外筐は共用し、前記抵抗体カバーのみの変更で対応することができる。
さらにまた、前記抵抗体カバーの内部に配設されている前記抵抗体の非通電部において前記抵抗体カバーと前記抵抗体とが保持されているため、当該部分は通電による発熱を抑制でき、前記抵抗体カバーへの熱影響を低減できる。

この発明の実施の形態１を示す図で、短絡スイッチの一例を端子カバー側から見た図である。 この発明の実施の形態１を示す図で、短絡スイッチの一例の側面図である。 この発明の実施の形態１を示す図で、図１のＡ―Ａ線に沿った抵抗体アセンブリの一例の要部縦断面図である。 この発明の実施の形態１を示す図で、図１のＢ―Ｂ線に沿った抵抗体アセンブリの一例の要部縦断面図である。 この発明の実施の形態１を示す図で、図２のＣ―Ｃ線に沿った抵抗体アセンブリの一例の要部横断面図である。 この発明の実施の形態１を示す図で、エンジン始動装置の回路図の一例を示す接続図である。

実施の形態１．
以下この発明の実施の形態１を図１〜図６により説明する。
図１は、この発明の実施の形態１による短絡スイッチを端子カバー側から見た図、図２は、この発明の実施の形態１による短絡スイッチの側面図、図３は、図１のＡ―Ａ線に沿った抵抗体アセンブリの要部縦断面図、図４は、図１のＢ―Ｂ線に沿った抵抗体アセンブリの要部縦断面図、図５は、図２のＣ―Ｃ線に沿った抵抗体アセンブリの要部横断面図、図６は、この発明の実施の形態１によるエンジン始動装置の回路図である。
図６において、エンジン始動装置１は、エンジン（図示せず）を始動するスタータモータ２と、このスタータモータ２に電力を供給する電源であるバッテリ３と、スタータモータ２を始動させるバッテリ３に接続された始動スイッチ４と、スタータ用電磁スイッチ５と、このスタータ用電磁スイッチ５の接点端子５ｇ、５ｈを介してスタータモータ２に接続される固定接点５ｅ、５ｆと、この固定接点５ｅ、５ｆに直列に接続される電流抑制抵抗体アセンブリ６０と、この抵抗体アセンブリ６０をエンジン始動要求が発生したときに
短絡可能に設けられた短絡スイッチ７と、この短絡スイッチ７の駆動コイル７ｂに通電させるために始動指令を送る制御回路８等により構成されている。

スタータ用電磁スイッチ５は、スタータモータ２とバッテリ３との間に直列に接続された固定接点５ｅ、５ｆと、可動接点５ｉを駆動するための駆動コイル５ｂと、可動接点５ｉを固定接点５ｅ、５ｆに接触した位置に保持する保持コイル５ｃと、可動接点５ｉに固定されたプランジャ５ｄとを備えている。プランジャ５ｄは可動接点５ｉの閉成方向の動作に伴う移動動作により、スタータモータ２の出力軸をエンジン（図示省略）側に連結機構（図示省略）を介して連結する機能を有するものである。保持コイル５Ｃは、始動スイッチ４と接地端子ＧＮＤとの間に接続されている。

短絡スイッチ７は、図６に示す様にスタータ用電磁スイッチ５のスイッチ部５ａとスタータモータ２との間が電気的及び機械的に接続されるような電流リード線等のスイッチ間電気的機械的接続導体１１により接続された電磁スイッチ７ａと、この電磁スイッチ７ａの可動接点７ｉを駆動するための駆動コイル７ｂと、電磁スイッチ７ａの可動接点７ｉに固定されたプランジャ７ｄと、電磁スイッチ７ａの端子７ｇ、７ｈを介してスタータモータ２に接続される固定接点７ｅ、７ｆと、接点端子７ｇ、７ｈ間に接続されて電磁スイッチ７ａと並列に接続された電圧降下抑制手段である抵抗体アセンブリ６０とを備える。短絡スイッチ駆動コイル７ｂは、制御回路８とＧＮＤ（接地電位部）との間に接続されている。
短絡スイッチ７の外筐Ａは、結合ボルト７Ｄにより互いに着脱可能に接合された第１の外筐７Ｂと第２の外筐７Ｃとで構成される。
第１の外筐７Ｂ内には、可動接点７ｉと、固定接点７ｅ、７ｆと、接点端子７ｇ、７ｈの内端部とが内蔵されている。接点端子７ｇ、７ｈの各々の前記内端部と反対側の端部である外端部は、何れも第１の外筐７Ｂの、第２の外筐７Ｃとは反対の側に露出して、互いに離間して平行をなして延在し、各々の前記露出した端部は雄ねじ７ｇｍｓ、７ｈｍｓが形成され、当該雄ねじ７ｇｍｓ、７ｈｍｓにはナット７ｇｆｍｓ、７ｈｆｍｓが螺合されている。接点端子７ｇ、７ｈは、結合ボルト７Ｄからも離間している。
第２の外筐７Ｃ内には、駆動コイル７ｂと、プランジャ７ｄとが内蔵されている。

電圧降下抑制手段である抵抗体アセンブリ６０は、図１及び図２に示す様に、第１の外筐７Ｂの、第２の外筐７Ｃとは反対の側の外側に配設され、構成部品である抵抗体６がその一端を接点端子７ｇの前記外端部に、他端を接点端子７ｈの前記外端部に締結部材（実施例１ではナット７ｇｆｍｓ、７ｈｆｍｓ）により締結されており、抵抗体６はその非締結部分において締結に用いる冶具等が干渉しない程度のクリアランスを接点端子７ｇ、７ｈの各前記外端部との間に設けて、抵抗体カバー６１、６２により囲われる空間に配設されている。

抵抗体６は、接点端子７ｇに締結された一端６ａと、接点端子７ｈに締結された他端６ｂとを結ぶ長手方向の通電領域６ｃにおいて、接点端子７ｇ及び７ｈの双方から最も離れた箇所６０４（通電領域６ｃの中央部）にて抵抗体６の断面積が最小となるように狭小部６ｄが構成されている。本実施例では、抵抗体６の図示点線領域断面６０１の断面を最大とし、図示点線領域６０２、６０３と徐々に断面積を小さくし、断面前記箇所６０４（通電領域６ｃの中央部）にて断面積が最小となるように、計４段階で断面積を変化させている。換言すれば、前記一端６ａから前記箇所６０４（通電領域６ｃの中央部）（狭小部６ｄ）に至る間において段階的に抵抗体６の断面積を小さくしてある。同様に、前記他端６ｂから前記箇所６０４（通電領域６ｃの中央部）（狭小部６ｄ）に至る間において段階的に抵抗体６の断面積を小さくしてある。
さらに、抵抗体６はカバー６１、６２が熱軟化温度に達する前に前記箇所６０４にて溶断するように設定されている。
なお、抵抗体６の一端６ａに穿設された端子挿通孔６ａ１が接点端子７ｇに、抵抗体６の他端６ｂに穿設された端子挿通孔６ｂ１が接点端子７ｈに、それぞれ嵌め込まれ、ナット７ｇｆｍｓ、７ｈｆｍｓ（図１、２参照）により締結されることにより、抵抗体６は接点端子７ｇ、７ｈ間に、短絡スイッチ７の外筐Ａの外側で接続される。

対をなす抵抗体カバー６１、６２は、図３乃至図４に示す様に、抵抗体６を挟持し締結部材６３（例えば、リベット材）により締結される。抵抗体６における当該締結部材６３による締結部分は、接点端子７ｇに締結された一端と、接点端子７ｈに締結された他端を結ぶ長手方向において、その長手と分岐された箇所６１１に構成されており、当該部分６１１は、抵抗体６に通電が成された際に非通電経路となるように構成されている。
さらに、抵抗カバー６１、６２は、各々が噛合するように配設されていることでラビリンス構造を構成している（本実施例では、カバー６１が外側になるように配設されている）。
また、抵抗体カバー６１、６２は、樹脂等の絶縁材料により構成されている。

次に、この発明の実施の形態１によるエンジン始動装置の動作について図６に従い説明する。

先ず、エンジン始動の第１ステップとして、エンジン始動要求により始動スイッチ４が閉路されると、バッテリ３から始動スイッチ４を経由してスタータ用電磁スイッチ５の駆動コイル５ｂ、さらに抵抗体６を介して、スタータモータ２に電流が供給され始める。

続いて第２ステップとして、駆動コイル５ｂに通電されたことにより、スタータ用電磁スイッチ５のプランジャ５ｄが駆動され、可動接点５ｉが固定接点５ｅ，５ｆ側に移動して当接しスタータ用電磁スイッチ５が閉路される。ここで保持コイル５ｃは始動スイッチ４を介してバッテリ３に接続されており、始動スイッチ４の閉路によって通電されることにより、スタータ用電磁スイッチ５の閉路が維持される。
これにより、スタータモータ２に回転トルクを発生させ、プランジャ５ｄの前記駆動に伴って噛合わされたピニオンギヤがエンジンのクランクシャフトに設けられたリングギヤ側へ移動を開始させる(図示省略)。スタータ用電磁スイッチ５が閉路されると、駆動コイル５ｂを流れる電流がほぼ消滅し、バッテリ３から閉路されたスタータ用電磁スイッチ５の固定接点５ｅ，５ｆ間、及び抵抗体６を流れる電流となる。これにより、モータ２に通電される電流値はバッテリ３の全電圧時の電流値より抑制される。

続いて、第３ステップとして、始動スイッチ４が閉路され、スタータ用電磁スイッチ５へ通電が開始された時点から制御回路８内の遅延回路が動作し、所定の遅延時間の経過後にその接点８ａを閉じる。その結果、短絡スイッチ７の駆動コイル７ｂに通電され、抵抗体６に並列接続されている電磁スイッチ７ａが閉路される。この電磁スイッチ７ａの閉路により抵抗体６が短絡される。これにより、バッテリ３の全電圧がスタータモータ２へ印加され、通常のスタータ電流が供給されることとなり、スタータモータ４の回転力をエンジンクランク軸へ伝え、エンジンの始動を開始させる。

本実施例のエンジン始動装置１は、スタータ用電磁スイッチ５の接点が閉じた後、抵抗体６により抑制された電流がスタータモータ２に通電されるため、スタータモータ２の起動時の突入電流を抑制することができるので、電気機器等が瞬断を引き起こすことを防止することができる。

抵抗体６は、短絡スイッチ７の外筐７Ａの内部ではなく外部に配置されているので、抵抗体６への通電時に発生する熱が、短絡スイッチ７の外筐７Ａの内部に配置している固定接点７ｅ、７ｆ、可動接点７ｉに直接影響を及ぼすことがない。さらに発熱が一旦外気に晒されることで冷却され、その後接点端子に熱伝導するため間接的にも熱影響を少なくすることができる。
さらに、前記抵抗体の発熱部が絶縁材料で形成された１または２以上の抵抗体カバーで覆われているため、短絡スイッチ外部の他部品への熱影響も少なくすることができる。
また、前記抵抗体カバーは前記短絡スイッチの外筐と別体で且つ前記短絡スイッチの外筐の外部に配設されているため、抵抗体の周辺環境や車両の使用環境によって、十分な絶縁が必要な場合には、前記短絡スイッチの外筐は共用し、前記抵抗体カバーのみの変更で対応することができる。

抵抗体６に抵抗体カバー６１、６２が保持されている箇所６１１は、図５に示す様に、通電経路とならない非通電部である。そのため、当該部分は通電による発熱を抑制でき、締結部材６３及び抵抗体カバー６１、６２への熱影響を低減できる。

抵抗体カバー６１、６２は、抵抗体６を挟持し締結部材６３により締結されているため、必要な締結力を得るために溶接やロウ付け等を行わなくてもよく、抵抗体カバー６１、６２への熱影響を防止することができる。

また、抵抗体６は抵抗体カバー６１、６２により囲われる空間６２１（断熱層）に配設されている。この空間６２１は空気層が充填されているため、抵抗体６への通電時に発熱した場合、カバー６１、６２が熱影響を受けることを抑制することができる。
さらに、抵抗体６はその通電経路のうち、短絡スイッチ７の接点端子７ｇ、７ｈから最も遠い箇所６０４の断面積が最小となるように構成されている。これにより、抵抗体６への通電時の発熱が、接点端子７ｇ、７ｈへ及ぼす影響を抑制することができる。

抵抗体６はカバー６１、６２が熱軟化温度に達する前に、前記断面積が最小の箇所６０４にて溶断するように設定されているため、カバー６１、６２が熱的損傷を受ける前に抵抗体６が溶断する。このため、カバー６１、６２の肉厚を必要最小限に留めることでカバーの大きさをコンパクトにすることができる。

抵抗カバー６１、６２は、各々が噛合して固定されラビリンス構造を構成している。これにより、カバー６１、６２内部に空隙ｇからの水分等の進入を防止でき、進入した場合においても排出できることで抵抗体６の腐食を防止し、耐久性を向上できる。

なお、この発明の短絡スイッチ７は上記においてノーマルオープン型（常開接点）での動作説明としているが、ノーマルクローズ型（常閉接点）でも同様の効果を得ることができる。
この場合は、エンジン始動要求によりスタータ用電磁スイッチ５が閉路される前に、制御回路８からの通電指令を受けた短絡スイッチ７の電磁スイッチ７ａがまず開路しておくことで、エンジン始動時の突入電流は抵抗体６で抑制される。以後の動作は上記のノーマルオープン型（常開接点）の場合と同様に、始動スイッチ４が閉路され、スタータ用電磁スイッチ５へ通電が開始された時点から所定の遅延時間の経過後に短絡スイッチ７の電磁スイッチ部７ａの閉路により抵抗体６が短絡される。また、アイドリングストップ後のエンジン再始動時には、制御回路８からの始動指令を受けたスタータ用電磁スイッチ５と短絡スイッチ７が、上記のような動作を行う。

また、本実施の形態１においては、短絡スイッチ７はスタータ用電磁スイッチ５とスタータモータ２との間に接続されるとしているが、短絡スイッチ７をバッテリ３とスタータ用電磁スイッチ５との間に接続しても、同様の効果が得られる。

さらには、実施の形態１においては、短絡スイッチ７の開閉を制御する制御回路８は短絡スイッチ７の外部で構成しているが、短絡スイッチ７に内蔵可能な制御回路等によっても同様の効果が得られる。

以上述べたように、この発明の実施の形態１によるエンジン始動装置によれば、先ず電源であるバッテリ３とスタータモータ２との間に設置された抵抗体６に通電して、低電流でスタータモータ２の始動を開始し、所定の遅延時間経過後に短絡スイッチ７にて電流抑制抵抗６を短絡させることにより、エンジンの始動開始時の電源の電圧低下が抑制され、バッテリ端子電圧の低下に起因する「瞬断」の発生を防止することができる。
また、抵抗体の発生する熱が短絡スイッチ７の接点端子に与える影響を少なくすることができ、必要以上に大型化することのない短絡スイッチを備えたエンジン始動装置を提供する。

図１〜図６の各図中、同一符合は同一部分を示す。

１ エンジン始動装置、
２ スタータモータ、
３ バッテリ、
４ 始動スイッチ、
５ スタータ用電磁スイッチ、
６ 抵抗体、
６１ 抵抗体カバー、
６２ 抵抗体カバー、
６３ 締結部材、
６１１ 非通電部、
６２１ 断熱層、
７ 短絡スイッチ、
７Ａ 短絡スイッチの外筐、
８ 制御回路。

Claims (14)

1. 電源から電力供給を受けエンジンを始動させるスタータモータ、このスタータモータと前記電源との間に直列接続されたスタータ用電磁スイッチ、およびこのスタータ用電磁スイッチに直列接続された抵抗体を短絡するスイッチ部を有する短絡スイッチを備えたエンジン始動装置であって、
   前記抵抗体が前記短絡スイッチの外筐の外側に配設され、
   前記抵抗体の発熱部が絶縁材料で形成された１または２以上の抵抗体カバーで覆われており、
   前記抵抗体カバーは前記短絡スイッチの外筐と別体で且つ前記短絡スイッチの外筐の外部に配設され、
   前記抵抗体に通電された時に、前記抵抗体カバーの内部に配設されている前記抵抗体の非通電部において前記抵抗体カバーと前記抵抗体とが保持されている
   ことを特徴とするエンジン始動装置。
2. 前記抵抗体と前記抵抗体カバーとが、締結部材により保持されていることを特徴とする請求項１に記載のエンジン始動装置。
3. 前記抵抗体に通電された時は、前記抵抗体カバーが熱軟化温度に達する前に前記抵抗体が溶断するように設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンジン始動装置。
4. 前記抵抗体が、前記短絡スイッチの接点端子に接続された一端と、他の接点端子に接続された他端とから最も離れた箇所で、断面積が最小となるように設定されていることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一に記載のエンジン始動装置。
5. 前記抵抗体が、前記抵抗体カバーに断熱層を介して配設されていることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか一に記載のエンジン始動装置。
6. 前記断熱層が空気層であることを特徴とする請求項５に記載のエンジン始動装置。
7. ２以上の前記抵抗体カバーが、各々ラビリンス構造を有するように配設されていることを特徴とする請求項６に記載のエンジン始動装置。
8. 電源から電力供給を受けエンジンを始動させるスタータモータと前記電源との間に直列接続されたスタータ用電磁スイッチに直列接続された抵抗体を短絡するスイッチ部を有するエンジン始動装置の短絡スイッチであって、
   前記抵抗体が前記短絡スイッチの外筐の外側に配設され、
   前記抵抗体の発熱部が絶縁材料で形成された１または２以上の抵抗体カバーで覆われており、
   前記抵抗体カバーは前記短絡スイッチの外筐と別体で且つ前記短絡スイッチの外筐の外部に配設され、
   前記抵抗体に通電された時に、前記抵抗体カバーの内部に配設されている前記抵抗体の非通電部において前記抵抗体カバーと前記抵抗体とが保持されている
   ことを特徴とするエンジン始動装置の短絡スイッチ。
9. 前記抵抗体と前記抵抗体カバーとが、締結部材により保持されていることを特徴とする請求項８に記載のエンジン始動装置の短絡スイッチ。
10. 前記抵抗体に通電された時は、前記抵抗体カバーが熱軟化温度に達する前に前記抵抗体が溶断するように設定されていることを特徴とする請求項８または請求項９に記載のエンジン始動装置の短絡スイッチ。
11. 前記抵抗体が、前記短絡スイッチの接点端子に接続された一端と、他の接点端子に接続された他端とから最も離れた箇所で、断面積が最小となるように設定されていることを特徴とする請求項８〜請求項１０の何れか一に記載のエンジン始動装置の短絡スイッチ。
12. 前記抵抗体が、前記抵抗体カバーに断熱層を介して配設されていることを特徴とする請求項８〜請求項１１の何れか一に記載のエンジン始動装置の短絡スイッチ。
13. 前記断熱層が空気層であることを特徴とする請求項１２に記載のエンジン始動装置の短絡スイッチ。
14. ２以上の前記抵抗体カバーが、各々ラビリンス構造を有するように配設されていることを特徴とする請求項１３に記載のエンジン始動装置の短絡スイッチ。

Images