JP5747544B2 - 内燃機関の電力供給装置 - Google Patents

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本発明は、メインスイッチがなく、エレクトリックスタート装置を搭載する燃料噴射式の小型船外機等に用いられて好適な内燃機関の電力供給装置に関する。
自動車や自動二輪車等の車両はメインスイッチを備えており、エンジンの運転停止後にメインスイッチをオフにすることで、バッテリからエンジン制御ユニット(以下、ECUと記す)への暗電流を遮断することができる。例えば特許文献1には、メインスイッチを備えた車両の電力供給装置が開示されている。特許文献1には、バッテリリレーとスタータリレーとを備え、キック始動時にバッテリリレーを開成してバッテリをエンジン負荷から切断するとともに、スタータリレーを切り換えてバッテリを発電機から切断(発電器をエンジン負荷に接続)する構成が開示されている。また、スタータモータ始動時には、バッテリリレーを閉成してバッテリをエンジン負荷に接続するとともに、スタータリレーを切り換えてバッテリを発電機に接続(発電機をエンジン負荷から切断)する構成が開示されている。ここでも、一般的な車両と同様に、メインスイッチをオフにすることで、バッテリをECUから遮断している。
一方、小型船外機においては、メインスイッチを備えない廉価機種もある。このようにメインスイッチを備えない小型船外機でも、バッテリ及びスタータモータを備えたエレクトリックスタート装置を搭載するものがある。この場合、エンジンの始動はスタータスイッチ又はリコイルスタータのいずれかの操作により行う。そして、エンジンストップスイッチを備えているので、エンジンの停止操作が可能となっている。
ここで、気化器式の場合、スクイズポンプを手動操作して船体の燃料タンクから船外機のキャブレタまで燃料を供給するので、電動式の燃料ポンプは不要である。また、インジェクタも持たないので、エンジン負荷としてはCDIユニット等の点火制御装置を備えるだけであり、電源としてバッテリを使用しない。しかしながら、燃料噴射式の場合、燃料ポンプやインジェクタの駆動制御のためにECUの電源としてバッテリが必要である。そのため、メインスイッチを備えない場合、エンジンの運転停止時にバッテリからECUへ暗電流が流れて、バッテリ上がりのおそれがある。
特開2002−98032号公報
メインスイッチがなく、エレクトリックスタート装置を搭載する燃料噴射式の小型船外機においても、エンジンの運転停止時にバッテリからECUへの暗電流を遮断する必要がある。この場合に、図10に示すように、バッテリとECUとの電気的接続を完全に断ち、バッテリにはスタータ系回路とバッテリ充電用のチャージコイルとを接続する一方、ECUにはチャージコイルとは電気的に独立した電力供給用コイル(以下、ECUチャージコイルと称する)を接続する構成が考えられる。なお、エキサイタコイルはエンジン点火用の電気を供給するコイルである。
しかしながら、このようにチャージコイルとECUチャージコイル(燃料ポンプやインジェクタ等のエンジン負荷へも電力を供給する)とを分ける構成では、発電機が大型化してしまい、小型船外機には不向きである。バッテリ充電用のチャージコイルは発電電流に高い特性が要求されるが、図11に示すように、発電電流の最大値を高くすることを優先させると、発電電流の立ち上がりが遅くなる。そのため、エレクトリックスタート時のクランキング回転数が低く、始動に必要な電力を確保できない。エンジンの低回転数域での発電電流が小さくなり、極低回転数域では発電しない特性となってしまう。このようなチャージコイル特性であっても、エンジンの始動時にバッテリからECUへ電力供給すれば、発電電流の立ち上がり前の電流不足を補うことができるが、暗電流の遮断のためにECUとバッテリとの電気的接続を断つと、バッテリからECUへの電力供給は不可能となる。そこで、チャージコイルとは特性の異なるECUチャージコイルが別途必要となる。ECUは燃料ポンプやインジェクタ等のエンジン負荷を駆動制御するため、エンジンの低回転数域でも所定の電力を発生できる特性のECUチャージコイルが必要となる。エンジンの低回転数域での発電量を増加させるためにはコイルの巻数を増やす必要があり、そのためECUチャージコイルが大型化してしまい、小型船外機には不向きである。
本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであり、バッテリとECUとを電気的に接続しつつ、バッテリからエンジン制御ユニットへの暗電流を遮断できるようにすることを目的とする。
本発明の内燃機関の電力供給装置は、オルタネータと、前記オルタネータに接続するバッテリと、前記バッテリで駆動されるスタータモータと、前記オルタネータと前記バッテリとの接続間から分岐して接続するエンジン制御ユニットと、前記エンジン制御ユニットに接続するエンジン負荷とを備えた内燃機関の電力供給装置であって、前記バッテリと前記エンジン制御ユニットとの接続間に配置され、内燃機関の運転停止時に前記バッテリから前記エンジン制御ユニットへの電力供給を遮断する遮断手段と、前記バッテリから前記スタータモータへの電力供給のオン、オフを切り替えるスタータ回路と、前記スタータ回路と前記エンジン制御ユニットとの接続間に配置された第2のダイオードとを備え、前記スタータ回路は、前記バッテリ側から、スタートスイッチ、変速機のニュートラル状態を検出するニュートラルスイッチ、スタータリレーの順で直列接続した構成とされ、前記第2のダイオードは、前記スタータ回路側にアノードを、前記エンジン制御ユニット側にカソードを接続し、前記スタートスイッチと前記ニュートラルスイッチとの間に前記第2のダイオードのアノードを接続することを特徴とする。
また、本発明の内燃機関の電力供給装置の他の特徴とするところは、前記遮断手段は、前記オルタネータと前記バッテリとの接続間であって前記エンジン制御ユニットへの分岐点より前記バッテリ側に配置されている点にある。
また、本発明の内燃機関の電力供給装置の他の特徴とするところは、前記遮断手段は、前記エンジン制御ユニットにより開閉制御されるバッテリリレーである点にある。前記バッテリリレーは常開で、前記バッテリの電圧が閾値を超えると、前記エンジン制御ユニットにより制御されて閉成する。
また、本発明の内燃機関の電力供給装置の他の特徴とするところは、前記遮断手段は、前記バッテリ側にカソードを、前記エンジン制御ユニット側にアノードを接続した第1のダイオードである点にある。
また、本発明の内燃機関の電力供給装置の他の特徴とするところは、前記オルタネータと前記バッテリとの接続間であって前記エンジン制御ユニットへの分岐点より前記オルタネータ側にレクチファイア及びレギュレータが配置されている点にある。
本発明によれば、内燃機関の運転停止時にバッテリからエンジン制御ユニットへの電力供給を遮断する遮断手段を備えるので、バッテリとECUとを電気的に接続しつつ、バッテリからエンジン制御ユニットへの暗電流を遮断することができ、バッテリ上がりを防止することができる。
第1の実施形態に係る内燃機関の電力供給装置の構成を示す回路図である。 本発明の内燃機関の電力供給装置を搭載する船外機の例を示す側面図である。 船外機のエンジンまわりを示す平面図である。 船外機のエンジンまわりを示す右側面図である。 第1の実施形態に係る内燃機関の電力供給装置のエレクトリックスタート時の動作を示すフローチャートである。 第1の実施形態に係る内燃機関の電力供給装置のマニュアルスタート時の動作を示すフローチャートである。 第2の実施形態に係る内燃機関の電力供給装置の構成を示す回路図である。 第2の実施形態に係る内燃機関の電力供給装置のエレクトリックスタート時の動作を示すフローチャートである。 第3の実施形態に係る内燃機関の電力供給装置の構成を示す回路図である。 バッテリにはチャージコイルを接続し、ECUにはチャージコイルとは電気的に独立したECUチャージコイルを接続する構成を示す図である。 チャージコイル及びECUチャージコイルにおけるエンジン回転数と発生電流との関係を示す特性図である。
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
(第1の実施形態)
まず、図2を参照して、本発明の内燃機関の電力供給装置を搭載する船外機の例を説明する。必要に応じて船外機の前方を矢印Frにより、後方を矢印Rrにより示す。なお、船外機の前方とは、船外機を船体に取り付けた状態で、船体が前方に進む方向である。
図2に示すように、船外機は、不図示の船体のトランサムボードにクランプブラケット101を介して、直立状態に取り付けられる。船外機の上方でエンジンカバー102の内部には、内燃機関であるエンジン103及びその下方のオイルパン104が収容される。エンジン103は例えば水冷式4サイクル多気筒エンジンであってよく、その内部にクランクシャフトが実質的に垂直に配置された所謂、バーティカル(縦)型のエンジンである。
エンジンカバー102の下部にはドライブシャフトハウジング105が設置される。ドライブシャフトハウジング105内にはドライブシャフト106が略垂直に配置され、その上端部がクランクシャフトの下端部に連結される。ドライブシャフト106はドライブシャフトハウジング105内で下方に延出し、ドライブシャフトハウジング105の下部に設けられたギヤケース107内のベベルギヤ108及びプロペラシャフト109に連係する。これにより、ドライブシャフト106の回転がプロペラシャフト109に伝達されて、プロペラ110を駆動する。
エンジン103の前部には、ステアリングハンドル111が前方に向かって延設される。操船者がステアリングハンドル111を水平方向に旋回させることで、船外機の操舵角が変更され、船体の進行方向を変えることができる。ステアリングハンドル111の先端には、エンジン出力調整用のスロットルグリップ112が設けられる。
クランプブラケット101は、チルト軸113を回動中心にして船外機を回動可能に支持する。したがって、クランプブラケット101をトランサムボードに固定した状態では、チルト軸113を回動中心にして、船外機を矢印方向に回転させて水中から引き揚げる、いわゆるチルトアップ操作を行うことができる。
図1は、第1の実施形態に係る内燃機関の電力供給装置の構成を示す回路図である。オルタネータ1は、レクチファイア及びレギュレータ2を介してバッテリ3の+端子に接続する。レクチファイアは直流への整流を行い、レギュレータは電圧調整を行う。
レクチファイア及びレギュレータ2とバッテリ3との接続間の分岐点Aには、ECU4のDC電源端子4aが接続する。そして、ECU4の電源出力端子4bには、DC−CDI(Capacitor Discharge Ignition)、燃料ポンプ、インジェクタ、ISC(Idle Speed Control)バルブ、各種センサ類といったエンジン負荷5が接続する。本実施形態では、点火制御装置として直流電流で駆動するDC−CDIを用いているので、エキサイタコイルは不要である。また、ECU4には、インジケータランプ又はブザー等の通知装置6が接続する。
また、レクチファイア及びレギュレータ2とバッテリ3との接続間で分岐点Aよりバッテリ3側にある分岐点Bには、スタータモータ7が接続する。そして、スタータモータ7と並列に、バッテリ3からスタータモータ7への電力供給のオン、オフを切り替えるスタータ回路8が接続する。スタータ回路8は、分岐点B側から、スタートスイッチ9、変速機のニュートラル状態を検出するニュートラルスイッチ10、スタータリレー11の順で直列接続したものである。スタートスイッチ9は常開で、操船者によるオン操作があったときに閉成する。ニュートラルスイッチ10は常開で、変速機のニュートラル状態で閉成する。スタータリレー11は常開で、そのコイルへの通電により閉成する。
ここで、オルタネータ1とバッテリ3との接続間で分岐点Aと分岐点Bとの間に、即ちバッテリ3とECU4のDC電源端子4aとの接続間にバッテリリレー12が配置される。バッテリリレー12は常開で、エンジン103の始動後にバッテリ3の電圧に応じてECU4により開閉制御される。より詳しくは、ECU4にはトランジスタ13が内蔵されており、エンジン103の始動後においてバッテリ3の電圧が閾値を超えると、ベース/エミッタ間が導通して、コイルに通電してバッテリリレー12を閉成する。エンジン103の運転停止時はバッテリリレー12が開成しているので、バッテリ3からECU4への電力供給が遮断される。
また、スタータ回路8とECU4のDC電源端子4aとが接続するとともに、その接続間にダイオード14が配置される。より詳しくは、スタートスイッチ9とニュートラルスイッチ10との接続間の分岐点Cと、ECU4のDC電源端子4aとの接続間に、アノードをスタータ回路8側に、カソードをECU4側に接続するかたちでダイオード14が配置される。
図3は船外機のエンジン103まわりを示す平面図、図4は右側面図である。これら図3、図4を参照して、図1に示した主な構成要素の配置構成例を説明する。図4に示すように、クランクシャフト116の上端側にはフライホイールマグネット117が固定されている。また、エンジン103の上部においてクランクシャフト116の周りに、フライホイールマグネット117に内包されるかたちでチャージコイル118が固定されている。これらフライホイールマグネット117及びチャージコイル118を含んでオルタネータ1が構成され、フライホイールマグネット117の回転によりチャージコイル交流が発電される。また、図示は省略するが、フライホイールマグネット117を内包するフライホイールマグネットカバーが取り付けられており、フライホイールマグネットカバーにリコイルスタータが取り付けられている。リコイルスタータは、スタータグリップ119(図2を参照)が引っ張られることにより、フライホイールマグネット117を回転させ、クランクシャフト116を回転させることによりエンジン103を始動させる。
エンジン103の前部において、ブラケット120を介してスタータモータ7が装着されている。また、エンジン103の前部からはスタータモータ7の下部側方においてバッテリケーブル121が延出し、船体側に設置されているバッテリ3に接続する。
エンジン103の右側部において、ホルダ122によりECU4が保持されている。また、ECU4の後方にはレクチファイア及びレギュレータ2が配設されている。
以下では、第1の実施形態に係る内燃機関の電力供給装置の動作について説明する。まず、図5のフローチャートを参照して、エレクトリックスタート時の動作について説明する。変速機がニュートラル状態にあるとき、即ちニュートラルスイッチ10が閉成しているときに(ステップS1)、操船者がスタートスイッチ9のオン操作を行うと、スタートスイッチ9が閉成する(ステップS2)。したがって、バッテリ3から、分岐点Bを経由し、スタートスイッチ9、ニュートラルスイッチ10を介してスタータリレー11のコイルに通電する。これにより、スタータリレー11の可動接点が移動して両固定接点間が電気的に接続し(ステップS3)、バッテリ3からの電力供給によりスタータモータ7が駆動する(ステップS4)。
また、スタートスイッチ9が閉成すると、バッテリ3から、分岐点B、分岐点Cを経由し、ダイオード14を介してECU4に電力が供給される(ステップS5)。ECU4は、バッテリ3からの電力供給を受けて、電源出力をエンジン負荷5に印加してエンジン103を始動する(ステップS6)。一般的に小型船外機に搭載されるスタータモータには小型の低出力モータが採用されるため、エレクトリックスタート時のクランキング回転数は400rpm程度と、マニュアルスタート時のクランキング回転数よりも低い。そのため、クランキング時のオルタネータ1の発電電力では、エンジン103の始動に必要な電力を確保できないことがある。そこで、エレクトリックスタート時にはバッテリ3からECU4に電力供給してエンジン103を始動させることにしている。
その後、操船者がスタートスイッチ9のオフ操作、即ちオン操作の解除を行うと、スタートスイッチ9が開成する(ステップS7)。したがって、バッテリ3からECU4への電力供給が遮断されるが、オルタネータ1の発電電力が分岐点Aを経由してECU4に供給される(ステップS8)。ECU4は、オルタネータ1からの電源供給を受けて、電源出力をエンジン負荷5に印加する。
次に、図6のフローチャートを参照して、マニュアルスタート時の動作について説明する。なお、マニュアルスタート時には、操船者がスタートスイッチ9のオン操作を行わないので、スタートスイッチ9が開成している。また、変速機がニュートラル状態でないと手動始動はできないようになっており、ニュートラルスイッチ10は閉成している。操船者の手動始動操作によりリコイルスタータ等によってクランクシャフトを回転させると(ステップS11)、オルタネータ1の発電電力が分岐点Aを経由してECU4に供給される(ステップS12)。ECU4は、オルタネータ1からの電力供給を受けて、電源出力をエンジン負荷5に印加してエンジン103を始動する(ステップS13)。マニュアルスタート時のクランキング回転数は700rpm程度と高いので、クランキング時のオルタネータ1の発電電力でエンジン103を始動させることにしている。
以上のようにしてエンジン103の始動が完了して通常運転状態になると、ECU4は、オルタネータ1からの電源供給を受けて、電源出力をエンジン負荷5に印加する。この場合に、ダイオード14があるので、オルタネータ1の発電電力はスタート回路8側には供給されない。したがって、通常運転時に変速機がニュートラル状態となったとき(ニュートラルスイッチ10が閉成したとき)でも、スタータリレー11のコイルに通電してスタータモータ7が駆動するといった不都合はない。
通常運転時には、ECU4により、バッテリ3の電圧に応じてバッテリリレー12が開閉制御される。即ち、バッテリ3の電圧が閾値を超えると、ECU4のトランジスタ13のベース/エミッタ間が導通して、バッテリリレー12のコイルに通電する。これにより、バッテリリレー12の可動接点が移動して両固定接点間が電気的に接続し、オルタネータ1の発電電力がバッテリ3に供給されてバッテリ3を充電する。
ただし、通常運転時でも、バッテリ3の電圧が閾値以下となった場合はバッテリリレー12を開成して、バッテリ3の充電を行わない。これは、バッテリ3の電圧が極端に低いと、オルタネータ1の発電電力がバッテリ3の充電にとられてしまい、その結果、エンジン負荷5への電源出力量が低下することを回避するためである。このようにバッテリ3の電圧が低く、バッテリ3が充電されない状態となったときは、その旨を操船者に知らせるために、インジケータランプを点灯、点滅等させたり、ブザー吹音等の警報音を出力したりする。
なお、通常運転時に操船者がストップスイッチ15のオン操作を行うと、ECU4が点火、燃料噴射を停止し、エンジン103の運転が停止する。
以上説明したように、メインスイッチがなく、エレクトリックスタート装置を搭載する燃料噴射式の小型船外機において、エンジン103の運転停止時にバッテリ3からECU4への電力供給を遮断するバッテリリレー12を備えるので、バッテリ3からECU4への暗電流を遮断することができ、バッテリ上がりを防止することができる。
また、バッテリ3とECU4との電気的接続を完全に断つのではなく、バッテリ3とECU4とを電気的に接続する構成としているので、ECUチャージコイルを別途設ける必要がなく、船外機の大型化を避けることができる。
(第2の実施形態)
図7は、第2の実施形態に係る内燃機関の電力供給装置の構成を示す回路図である。なお、第1の実施形態の構成要素と同じものには同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。第2の実施形態では、スタータ回路8とECU4のDC電源端子4aとの接続及びダイオード14を廃止している。
第1の実施形態では、ECU4への電力供給源は、エレクトリックスタート時にはバッテリ3、通常運転時及びマニュアルスタート時にはオルタネータ1となっている。ただし、スタータモータ7としてクランキング数の高い高出力型スタータモータを用いる場合は、エレクトリックスタート時にもECU4への電力供給源をオルタネータ1としてかまわない。第2の実施形態では、スタータ回路8とECU4のDC電源端子4aとの接続及びダイオード14を廃止して、エレクトリックスタート時におけるECU4への電力供給源をオルタネータ1としたものである。
以下では、図8のフローチャートを参照して、第2の実施形態に係る内燃機関の電力供給装置のエンジン103の始動時、特にエレクトリックスタート時の動作について説明する。第1の実施形態と同様、変速機がニュートラル状態にあるとき、即ちニュートラルスイッチ10が閉成しているときに(ステップS21)、操船者がスタートスイッチ9のオン操作を行うと、スタートスイッチ9が閉成する(ステップS22)。したがって、バッテリ3から、分岐点Bを経由し、スタートスイッチ9、ニュートラルスイッチ10を介してスタータリレー11のコイルに通電する。これにより、スタータリレー11の可動接点が移動して両固定接点間が電気的に接続し(ステップS23)、バッテリ3からの電力供給によりスタータモータ7が駆動する(ステップS24)。
また、オルタネータ1の発電電力が分岐点Aを経由してECU4に供給される(ステップS25)。ECU4は、オルタネータ1からの電力供給を受けて、電源出力をエンジン負荷5に印加してエンジン103を始動する(ステップS26)。
なお、マニュアルスタート時及び通常運転時の動作は第1の実施形態と同様であり、ここではその詳細な説明は省略する。
(第3の実施形態)
図9は、第3の実施形態に係る内燃機関の電力供給装置の構成を示す回路図である。なお、第1の実施形態の構成要素と同じものには同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。第3の実施形態では、オルタネータ1とバッテリ3との接続間で分岐点Aと分岐点Bとの間に、即ちバッテリ3とECU4のDC電源端子4aとの接続間に、バッテリリレー12に替えてダイオード16を配置している。ダイオード16は、カソードをバッテリ3側に、アノードをECU4側に接続するかたちで配置される。
第3の実施形態でも、メインスイッチがなく、エレクトリックスタート装置を搭載する燃料噴射式の小型船外機において、バッテリ3からECU4への電力供給を遮断するダイオード16を備えるので、バッテリ3からECU4への暗電流を遮断することができ、バッテリ上がりを防止することができる。
第1の実施形態では、通常運転時にバッテリ3の電圧が閾値以下となった場合は、バッテリリレー12を開成してバッテリ3の充電を行わないようにしたが、バッテリ3の電圧が低いときにもバッテリ3の充電を許容してもかまわない。第3の実施形態では、バッテリリレー12に替えてダイオード16を配置して、通常運転時にバッテリ3の電圧が低くなってもバッテリ3の充電を継続するようにしている。
なお、第3の実施形態の場合にも、第2の実施形態で説明したようにスタータ回路8とECU4のDC電源端子4aとの接続及びダイオード14を廃止して、エレクトリックスタート時におけるECU4への電力供給源をオルタネータ1としたものである。
以上、本発明を種々の実施形態と共に説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。
1:オルタネータ、2:レクチファイア及びレギュレータ、3:バッテリ、4:ECU、5:エンジン負荷、6:通知装置、7:スタータモータ、8:スタータ回路、9:スタートスイッチ、10:ニュートラルスイッチ、11:スタータリレー、12:バッテリリレー、13:トランジスタ、14:ダイオード、15:ストップスイッチ、16:ダイオード

Claims (6)

  1. オルタネータと、
    前記オルタネータに接続するバッテリと、
    前記バッテリで駆動されるスタータモータと、
    前記オルタネータと前記バッテリとの接続間から分岐して接続するエンジン制御ユニットと、
    前記エンジン制御ユニットに接続するエンジン負荷とを備えた内燃機関の電力供給装置であって、
    前記バッテリと前記エンジン制御ユニットとの接続間に配置され、内燃機関の運転停止時に前記バッテリから前記エンジン制御ユニットへの電力供給を遮断する遮断手段と、
    前記バッテリから前記スタータモータへの電力供給のオン、オフを切り替えるスタータ回路と、
    前記スタータ回路と前記エンジン制御ユニットとの接続間に配置された第2のダイオードとを備え、
    前記スタータ回路は、前記バッテリ側から、スタートスイッチ、変速機のニュートラル状態を検出するニュートラルスイッチ、スタータリレーの順で直列接続した構成とされ、
    前記第2のダイオードは、前記スタータ回路側にアノードを、前記エンジン制御ユニット側にカソードを接続し、
    前記スタートスイッチと前記ニュートラルスイッチとの間に前記第2のダイオードのアノードを接続することを特徴とする内燃機関の電力供給装置。
  2. 前記遮断手段は、前記オルタネータと前記バッテリとの接続間であって前記エンジン制御ユニットへの分岐点より前記バッテリ側に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の電力供給装置。
  3. 前記遮断手段は、前記エンジン制御ユニットにより開閉制御されるバッテリリレーであることを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の電力供給装置。
  4. 前記バッテリリレーは常開で、前記バッテリの電圧が閾値を超えると、前記エンジン制御ユニットにより制御されて閉成することを特徴とする請求項3に記載の内燃機関の電力供給装置。
  5. 前記遮断手段は、前記バッテリ側にカソードを、前記エンジン制御ユニット側にアノードを接続した第1のダイオードであることを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の電力供給装置。
  6. 前記オルタネータと前記バッテリとの接続間であって前記エンジン制御ユニットへの分岐点より前記オルタネータ側にレクチファイア及びレギュレータが配置されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の内燃機関の電力供給装置。
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