(57)【要約】【課題】ヒーター装置に耐用時間を越えて通電することができないという制限を克服して、ヒーター装置によるエンジンの予熱効果を向上させ、それによりエンジンの始動性を向上させることが可能なエンジン始動補助装置を得る。【解決手段】本開示に係るエンジン始動補助装置は、エンジンを予熱するヒーター装置と、前記ヒーター装置の状態を報知する第１報知手段と、前記ヒーター装置および前記第１報知手段を制御するコントローラと、を備え、前記コントローラは、予熱開始指令を受信すると、第１期間に亘って前記ヒーター装置へ通電するとともに、前記第１期間の後、第２期間に亘って前記ヒーター装置が余熱状態にあることを報知するように前記第１報知手段に指示することを特徴とする。【選択図】図２
2018003614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンを予熱するヒーター装置と、
前記ヒーター装置の状態を報知する第１報知手段と、
前記ヒーター装置および前記第１報知手段を制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、
予熱開始指令を受信すると、第１期間に亘って前記ヒーター装置へ通電するとともに、前記第１期間の後、第２期間に亘って前記ヒーター装置が余熱状態にあることを報知するように前記第１報知手段に指示する
ことを特徴とするエンジン始動補助装置。
【請求項２】
前記エンジンを始動するためのスタータ装置と、
前記ヒーター装置および前記スタータ装置に対して電力を供給可能なバッテリと、をさらに備え、
前記コントローラは、エンジン始動指令を受信すると、前記スタータ装置へ通電するように構成されるとともに、前記バッテリから前記ヒーター装置および前記スタータ装置へは同時に通電しないように構成される
ことを特徴とする請求項１に記載のエンジン始動補助装置。
【請求項３】
前記エンジンにより駆動する発電機をさらに備え、
前記コントローラは、前記スタータ装置への通電の後、前記エンジンの始動により前記発電機において発電電圧確立が検出された後に、第３期間に亘って断続的に前記ヒーター装置に通電することで前記エンジンを再び予熱する再予熱処理を実施するように構成されている
ことを特徴とする請求項２に記載のエンジン始動補助装置。
【請求項４】
前記コントローラは、前記エンジンの回転数がアイドリング回転数に到達する前に、前記ヒーター装置への断続的な通電を開始する
ことを特徴とする請求項３に記載のエンジン始動補助装置。
【請求項５】
前記コントローラは、前記第３期間の後、再予熱再開操作指令を受信することで、前記再予熱処理を再び実施するように構成されている
ことを特徴とする請求項３又は４に記載のエンジン始動補助装置。
【請求項６】
前記コントローラは、１回当たりの通電時間が、前記ヒーター装置の通電状態における耐用時間より短くなるように構成される
ことを特徴とする請求項３乃至５の何れか１項に記載のエンジン始動補助装置。
【請求項７】
所定のエンジン始動操作が行われると、前記コントローラに対して前記エンジン始動指令を送信するように構成された操作スイッチと、
前記エンジンの始動を促す旨を報知する第２報知手段と、をさらに備え、
前記コントローラは、前記第２期間の後、前記エンジンの始動を促す旨を報知するように前記第２報知手段に指示する
ことを特徴とする請求項２乃至６の何れか１項に記載のエンジン始動補助装置。
【請求項８】
前記コントローラは、前記エンジンの温度が所定の温度を下回った場合に、前記エンジンの始動を促す旨を報知することを停止するように前記第２報知手段に指示する
ことを特徴とする請求項７に記載のエンジン始動補助装置。
【請求項９】
所定のエンジン始動操作が行われると、前記コントローラに対して前記エンジン始動指令を送信するように構成された操作スイッチをさらに備え、
前記コントローラは、所定の条件を満たした場合には、前記エンジン始動指令を受信していなくても、前記スタータ装置へ通電するように構成される
ことを特徴とする請求項２乃至８の何れか１項に記載のエンジン始動補助装置。
【請求項１０】
前記操作スイッチは、所定の予熱開始操作が行われると、前記コントローラに対して前記予熱開始指令を送信するように構成される
ことを特徴とする請求項８又は９に記載のエンジン始動補助装置。
【請求項１１】
前記コントローラは、外気温に応じて前記第２期間の長さを調整する
ことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載のエンジン始動補助装置。
【請求項１２】
前記コントローラは、前記エンジンが所定の温度に予熱された時点を前記第２期間の終了時点とする
ことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載のエンジン始動補助装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、エンジン始動補助装置と関係し、より具体的には、エンジンを予熱することによるエンジンの始動補助および燃焼サイクルにおける燃焼補助を行うための装置と関係する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの始動補助装置としてエンジンの予熱を行う装置が設けられることがあり、当該始動補助装置を使用したエンジンの始動は、例えば、以下のように実行される。すなわち、エンジンのキースイッチに予熱位置を設け、寒冷時には、ユーザはエンジン始動に先立ってそのキースイッチを予熱位置に操作する。すると、当該始動補助装置は、燃焼室内に設けられたエア・ヒーター素子などのヒーター装置に通電し、燃焼室内の空気を加熱することで、燃料を充分に燃焼させられる温度にまで燃焼室内の空気温度を高める。その後、そのキースイッチを始動位置に転換してスタータ（始動電動機）を回転させる。
【０００３】
その際、ヒーター装置に通電する時間が短すぎると、エンジンの予熱が不充分となり、エンジン始動時にエンジンの失火によりエンジン始動に失敗する可能性がある。逆に、ヒーター装置に通電する時間が長すぎると、エンジンの始動完了までに時間がかかるため運転者が不便を感じる。そこで、以下の特許文献１および特許文献２は、エンジンの予熱の際にヒーター装置への通電時間を適切に制御することにより、エンジンの始動性と運転者の利便性を向上させるための技術を開示している。
【０００４】
特許文献１記載の発明では、冷却水温、外気温度、燃焼室温度のみならず、実際のエンジン始動時のクランキング時間をも考慮して、ヒーター装置の通電時間を調整することで、エンジンの始動性を向上させようとしている。具体的には、特許文献１記載の発明では、冷却水温から設定されたヒーター装置の通電時間を、エンジン停止からの経過時間と外気温とに基づいて補正し、基本通電時間として設定する。その上で、特許文献１記載の発明では、上記基本通電時間をエンジンのクランキング時間に基づいて学習補正し、最終的な通電時間を設定している。
【０００５】
特許文献２の発明では、エンジンの予熱が完了するまでの所定の待機時間が経過したところでスタータ回路に通電してクランキングする始動補助装置において、以下の始動制御を行う。まず、エンジンの始動完了を検知するまでエンジンの予熱とクランキングを再実行し、エンジンの始動完了が検知される毎に予熱完了までの待機時間を記憶し、所定数の待機時間が記憶されると、待機時間の時間分布に基づいてエンジン種別を判別する。その結果、特許文献２の発明では、判別したエンジン種別に応じて以降における予熱完了までの待機時間を設定することにより、エンジン種別にかかわらず確実にエンジンを始動することも可能にする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２９８０４８号公報
【特許文献２】特開平１０−０８９２０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ヒーター装置の焼損や破損を防止するため、ヒーター装置には、通電時における耐用時間を越えて電流を流し続けることはできないが、寒冷時においては耐用時間いっぱいまでヒーター装置に通電しても、エンジンの予熱時間が不充分となることもある。その場合、燃焼室内の空気温度が低すぎて失火によりエンジン始動に失敗することがある。また仮に、最初のクランキング時における燃焼室内の初爆は成功しても、後続の燃焼サイクルにおいて予熱されていない冷たい給気が送り込まれると、後続の燃焼サイクルにおいて失火してしまい、エンジン始動に失敗したり、燃焼室内で発生する未燃燃料によりエンジンから白煙が出たりすることもある。
【０００８】
しかしながら、特許文献１および特許文献２では、ヒーター装置に耐用時間を越えて通電することができないという制限を克服してエンジンの予熱によりエンジン始動性を向上させるための工夫は開示も示唆もされていない。そこで、上記問題点に鑑み、本発明に係る幾つかの実施形態では、ヒーター装置に耐用時間を越えて通電することができないという制限を克服して、ヒーター装置によるエンジンの予熱効果を向上させ、それによりエンジンの始動性を向上させることが可能なエンジン始動補助装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明の幾つかの実施形態に係るエンジン始動補助装置は、
エンジンを予熱するヒーター装置と、
前記ヒーター装置の状態を報知する第１報知手段と、
前記ヒーター装置および前記第１報知手段を制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、
予熱開始指令を受信すると、第１期間に亘って前記ヒーター装置へ通電するとともに、前記第１期間の後、第２期間に亘って前記ヒーター装置が余熱状態にあることを報知するように前記第１報知手段に指示することを特徴とする。
【００１０】
上記（１）の構成によれば、コントローラは、予熱開始指令を受信すると、第１期間に亘ってヒーター装置へ通電するとともに、第１期間の後、第２期間に亘ってヒーター装置が余熱状態にあることを第１報知手段によって報知する。従って、ヒーター装置の通電終了後、第１報知手段からの報知に応じて運転者が一定期間にわたってエンジン始動を待つようにすれば、ヒーター装置の余熱によってヒーター装置の通電終了後もエンジンの予熱が継続される。その結果、ヒーター装置への通電時間を延長せずにエンジンの予熱効果を向上させることができるので、ヒーター装置に耐用時間を越えて通電することができないという制限を克服して、エンジンの始動性を向上させることができる。
【００１１】
（２）例示的な一実施形態では、上記（１）の構成において、前記エンジンを始動するためのスタータ装置と、
前記ヒーター装置および前記スタータ装置に対して電力を供給可能なバッテリと、をさらに備え、
前記コントローラは、エンジン始動指令を受信すると、前記スタータ装置へ通電するように構成されるとともに、前記バッテリから前記ヒーター装置および前記スタータ装置へは同時に通電しないように構成されることを特徴とする。
【００１２】
ヒーター装置およびスタータ装置は、通電時に大電流が流れ、消費電力が大きい装置であるので、バッテリからヒーター装置およびスタータ装置の両方に同時に通電すると、バッテリが急激に放電して干上ってしまう。そこで、上記（２）の構成では、エンジン始動指令に応じてバッテリからスタータ装置へ通電する際には、バッテリからヒーター装置およびスタータ装置の両方に同時に通電しないように構成されている。その結果、上記（２）の構成によれば、バッテリの急激な放電によるバッテリ寿命の短縮、バッテリの劣化もしくはバッテリの損傷を防止することができる。
【００１３】
（３）例示的な一実施形態では、上記（２）の構成において、前記エンジンにより駆動する発電機をさらに備え、
前記コントローラは、前記スタータ装置への通電の後、前記エンジンの始動により前記発電機において発電電圧確立が検出された後に、第３期間に亘って断続的に前記ヒーター装置に通電することで前記エンジンを再び予熱する再予熱処理を実施するように構成されていることを特徴とする。
【００１４】
上記（３）の構成では、コントローラは、スタータ装置へ通電し、エンジンが始動した後に、発電機において発電電圧確立が検出されると、第３期間に亘って断続的にヒーター装置に通電する。これにより、上記（３）の構成では、スタータ装置によるエンジン始動後にエンジンを再び予熱する再予熱処理を行う。その結果、上記（３）の構成によれば、最初のクランキング時における燃焼室内の初爆の後に、後続の燃焼サイクルにおいて予熱されていない冷たい給気が送り込まれても、初爆後の燃焼サイクルにおいてエンジンの予熱を断続的に継続することができる。
【００１５】
従って、上記（３）の構成によれば、エンジン始動後の燃焼サイクルにおいても燃焼室内の空気温度を可燃限界温度以上に維持することができる。そのため、上記（３）の構成によれば、最初のクランキング時における燃焼室内の初爆を補助するだけでなく、初爆後の燃焼サイクルにおいて予熱されていない冷たい給気が送り込まれても、燃焼室内の空気温度低下による失火や未燃燃料の発生による白煙発生を防止することができる。
【００１６】
（４）例示的な一実施形態では、上記（３）の構成において、前記コントローラは、前記エンジンの回転数がアイドリング回転数に到達する前に、前記ヒーター装置への断続的な通電を開始することを特徴とする。
【００１７】
一般的に、エンジンは、最初のクランキング時における燃焼室内の初爆から始まって、エンジンの回転数がアイドリング回転数に到達するまでは燃焼サイクルを安定的に反復継続できる状態とはならない。そこで、上記（４）の構成では、コントローラは、エンジンの回転数がアイドリング回転数に到達する前に、上記（３）で述べたヒーター装置への断続的な通電を開始するようにしている。それにより、上記（４）の構成によれば、燃焼室内の初爆から始まって、エンジンの回転数がアイドリング回転数に到達するまでのエンジン始動途上においてエンジンを再び予熱する再予熱処理を実施することが可能となる。その結果、上記（４）の構成によれば、最初のクランキング時における燃焼室内の初爆を補助するだけでなく、初爆からアイドリング回転数に到達するまでのエンジン始動途上においてエンジン始動を効果的に補助することができる。
【００１８】
（５）例示的な一実施形態では、上記（３）または（４）の構成において、前記コントローラは、前記第３期間の後、再予熱再開操作指令を受信することで、前記再予熱処理を再び実施するように構成されていることを特徴とする。
【００１９】
エンジンの再予熱処理を第３期間にわたって実施した後、アイドリング状態のエンジン内において、冷たい外気により燃焼室の空気温度が徐々に低下してくると、燃焼室内に未燃燃料が発生し、エンジンから白煙が出る場合がある。そこで、上記（５）の構成によれば、コントローラは、第３期間の経過後、再予熱再開操作指令に応じて再予熱処理を再び実施するように構成される。従って、上記（５）の構成によれば、第３期間の経過後、アイドリング状態のエンジンにおいて燃焼室の空気温度が低下しても、再予熱再開操作指令に応じて再予熱処理を再開することで、燃焼室の空気温度低下を防止することができる。
【００２０】
（６）例示的な一実施形態では、上記（３）〜（５）の構成において、前記コントローラは、１回当たりの通電時間が、前記ヒーター装置の通電状態における耐用時間より短くなるように構成されることを特徴とする。
【００２１】
ヒーター装置は、電流を流すことによって発熱する熱電素子を含むので、通電状態における耐用時間を越えてヒーター装置に通電すると、ヒーター装置が故障したり熱電素子が焼損したりする。そこで、上記（６）の構成によれば、コントローラは、１回当たりの通電時間が、ヒーター装置の通電状態における耐用時間より短くなるように通電する。それにより、上記（６）の構成によれば、ヒーター装置によるエンジンの予熱効果を向上させ、エンジンの始動性を向上させると同時に、通電によるヒーター装置の損傷を防止し、ヒーター装置を長持ちさせることができる。
【００２２】
（７）例示的な一実施形態では、上記（２）〜（６）の構成において、所定のエンジン始動操作が行われると、前記コントローラに対して前記エンジン始動指令を送信するように構成された操作スイッチと、
前記エンジンの始動を促す旨を報知する第２報知手段と、をさらに備え、
前記コントローラは、前記第２期間の後、前記エンジンの始動を促す旨を報知するように前記第２報知手段に指示することを特徴とする。
【００２３】
上記（７）の構成によれば、コントローラは、ヒーター装置が余熱状態にあることを第１報知手段により運転者に報知する第２期間の経過後、エンジンの始動を促す旨を第２報知手段により報知する。その場合、例えば、ヒーター装置の余熱状態を示す第２期間の長さを適切に設定するようにすれば、ヒーター装置の余熱により燃焼室内が充分に暖気された後にコントローラが運転者にエンジンの始動を促す旨を報知することが可能となる。そうすることで、上記（７）の構成によれば、エンジンの予熱効果を向上させるのみならず、適切なタイミングで運転者にエンジン始動操作を行うように促すことによりエンジンの始動性をさらに高めることができる。
【００２４】
（８）例示的な一実施形態では、上記（７）の構成において、前記コントローラは、前記エンジンの温度が所定の温度を下回った場合に、前記エンジンの始動を促す旨を報知することを停止するように前記第２報知手段に指示することを特徴とする。
【００２５】
上記（７）の構成において、燃焼室内が充分に暖気された後に運転者にエンジンの始動を促す旨を一旦は報知しても、その後エンジン始動がされないまま時間が経過すると、外気により燃焼室内の温度が再び低下することもある。従って、エンジンの始動を促す旨を一旦は報知しても、そのような場合にまで、運転者にエンジン始動を促し続けるのは適切ではない。
【００２６】
そこで、上記（８）の構成によれば、コントローラは、エンジンの温度が所定の温度を下回った場合に、上記（７）の構成において第２報知手段により行ったエンジンの始動を促す旨の報知を停止するようにしている。そうすることで、上記（８）の構成によれば、運転者が不適切なタイミングでエンジン始動操作を行わないようにし、上記（１）〜（７）の構成により得られるエンジンの予熱効果の向上が損なわれないようにしている。
【００２７】
（９）例示的な一実施形態では、上記（２）〜（８）の構成において、所定のエンジン始動操作が行われると、前記コントローラに対して前記エンジン始動指令を送信するように構成された操作スイッチをさらに備え、
前記コントローラは、所定の条件を満たした場合には、前記エンジン始動指令を受信していなくても、前記スタータ装置へ通電するように構成されることを特徴とする。
【００２８】
上記（１）の構成において、例えば、ヒーター装置の余熱状態を示す第２期間の長さを適切に設定するようにすれば、第２期間の経過後にヒーター装置の余熱により燃焼室内が充分に暖気されているようにすることが可能である。そのような場合、エンジンは充分に予熱されているから、運転者によりエンジン始動操作が行われるのを待たずにエンジン始動を自動的に行っても失火する可能性は低く、予熱開始操作を行うのに続いてエンジン始動操作を別途行うのは煩雑であると運転者が感じる場合もある。
【００２９】
そこで、上記（９）の構成において、コントローラは、所定の条件を満たした場合には、エンジン始動指令を受信していなくても、スタータ装置へ通電する。例えば、上記（９）の構成において、コントローラは、第２期間の経過後にヒーター装置の余熱により燃焼室内が充分に暖気された場合に、所定の条件を満たしたと判定するようにしてもよい。その結果、上記（９）の構成によれば、運転者に余計な操作を要求することなく、適切なタイミングで自動的にエンジン始動を行うようにすることで、エンジンの始動性をさらに高めることができる。
【００３０】
（１０）例示的な一実施形態では、上記（８）または（９）の構成において、前記操作スイッチは、所定の予熱開始操作が行われると、前記コントローラに対して前記予熱開始指令を送信するように構成されることを特徴とする。
【００３１】
上記（１０）の構成では、運転者により所定の予熱開始操作が行われると、操作スイッチからコントローラに対して予熱開始指令が送信される。従って、例えば、操作スイッチから予熱開始指令を受信したコントローラは、タイマー制御などによりエンジンの予熱が完了するまで、ヒーター装置への通電動作を持続的に行うようにしてもよい。そうすることで、運転者がグローボタンを押し続けるなどしてエンジンの予熱完了まで予熱操作を続けなくても予熱完了までヒーター装置への通電動作を持続させることができる。その結果、上記（１０）の構成によれば、運転者によるエンジンの予熱操作を簡易化することが可能となる。
【００３２】
（１１）例示的な一実施形態では、上記（１）〜（１０）の構成において、前記コントローラは、外気温に応じて前記第２期間の長さを調整することを特徴とする。
【００３３】
外気温が低ければ外気温が高い時よりもエンジンの予熱に時間を要するから、エンジンの予熱時間は外気温に応じて調整するのが望ましい。そこで、上記（１１）の構成によれば、コントローラは、外気温に応じて第２期間の長さを調整することで、ヒーター装置の余熱によりエンジンを暖気する時間の長さを外気温に応じた適切な長さとするように運転者に促すことができる。
【００３４】
（１２）例示的な一実施形態では、上記（１）〜（１０）の構成において、前記コントローラは、前記エンジンが所定の温度に予熱された時点を前記第２期間の終了時点とすることを特徴とする。
【００３５】
上記（１２）の構成では、コントローラは、ヒーター装置の余熱によりエンジンが暖気されていることを報知する期間の終了時点をエンジンが所定の温度に予熱された時点までとしている。一例において、この所定の温度を燃焼室内における燃料の可燃限界温度よりも充分に高い温度に設定するならば、エンジンが上記温度に予熱されるまで、ヒーター装置が余熱状態にある旨の報知を継続することができる。その結果、上記（１２）の構成によれば、エンジンが充分に暖気され、燃焼サイクルが安定的に反復継続できるようになるまでエンジン始動操作を待つように運転者に促すことができる。
【発明の効果】
【００３６】
以上より、本発明に係る幾つかの実施形態によれば、ヒーター装置に耐用時間を越えて通電することができないという制限を克服して、ヒーター装置によるエンジンの予熱効果を向上させ、それによりエンジンの始動性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の幾つかの実施形態に係るエンジン始動補助装置の適用対象であるエンジンを含む動力システムの一部の構成を示す図である。
【図２】本発明の幾つかの実施形態に係るエンジン始動補助装置の回路構成を示す図である。
【図３】ヒーター装置への通電の前後におけるエンジン内部の温度変化を示す図である。
【図４】ヒーター装置によるエンジン内部の温度変化に応じた適切なエンジン始動タイミングについて説明する図である。
【図５】本発明の幾つかの実施形態に係るエンジン始動補助装置内においてコントローラが制御電流および制御電圧を制御するタイミングを説明する図である。
【図６】複数の異なる設定パラメータに基づいてエンジンの初期予熱処理および再予熱処理を行った際のエンジン内部の温度変化を示す図である。
【図７】再予熱処理の効果を実機試験結果により説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００３９】
以下、最初に、幾つかの実施形態に係るエンジン始動補助装置を説明するのに先立って、当該エンジン始動補助装置の適用対象であるエンジンを含む動力システムの一例について図１を参照して説明する。続いて、当該エンジン始動補助装置の構成について図２を参照しながら説明し、当該エンジン始動補助装置の動作原理とエンジンの予熱性能の改善効果について図３乃至図７を参照して説明する。
【００４０】
図１は、本発明の幾つかの実施形態に係るエンジン始動補助装置の適用対象として、舶用エンジンであるエンジン１００を動力源とする小型船舶の動力システムの一部を例示したものである。エンジン１００は、以下において後述するコントローラ２００およびバッテリ３００と共に小型船舶の機関室１内に設置されている。また、エンジン１００の予熱操作と始動操作を行うために運転者が使用する計器盤４００は、小型船舶の操舵室２に設置されている。計器盤４００は、小型船舶の操舵室において運転者が図１に示す動力システムを操作するために使用される。
【００４１】
図１に示す構成において、計器盤４００は予熱管理部４１０と操作スイッチ４２０と、を備えている。予熱管理部４１０および操作スイッチ４２０は、接続線Ｃ１およびＣ２を介してコントローラ２００とそれぞれ接続されている。予熱管理部４１０は、以下において後述する再予熱モード切替部４１１に加え、エンジンの予熱状態を運転者に報知する第１報知手段４１２ａおよび第２報知手段４１２ｂを備えている。一例においては、操作スイッチ４２０は、運転者がエンジン１００の予熱操作や始動操作を行うために操作するキースイッチであってもよい。運転者が操作スイッチ４２０を使用してエンジン１００の予熱操作や始動操作を行うと、当該操作がされた旨は接続線Ｃ２を介してコントローラに伝達される。
【００４２】
図１に示すように、エンジン１００は、エンジン１００をクランキングすることによりエンジン１００を始動するための電動機を含むスタータ装置１０１と、エンジン始動前にエンジン１００を予熱するためのヒーター装置１０２と、を備える。さらに、エンジン１００は、エンジン１００の回転エネルギーにより発電する発電機１０３を備える。また、図１に示すように、スタータ装置１０１、ヒーター装置１０２および発電機１０３は、スイッチング機構１１０を介してコントローラ２００およびバッテリ３００と電気的に接続されている。
【００４３】
図１に示す構成において、スイッチング機構１１０は、コントローラ２００から制御線Ｃ３を介して与えられた制御電流または制御電圧に基づいて、バッテリ３００および発電機１０３からスタータ装置１０１およびヒーター装置１０２への通電のオンオフを切り替える回路機構である。なお、スイッチング機構１１０は具体的な回路構造ではなく、説明を簡単にするために便宜上図示した抽象的な回路機構である。つまり、スイッチング機構１１０は、バッテリ３００および発電機１０３からスタータ装置１０１およびヒーター装置１０２への電流の流れがコントローラ２００からの制御に従ってオンオフ切替えされることを単に抽象的に表しているに過ぎない。従って、コントローラ２００からの制御に従ってバッテリ３００および発電機１０３からスタータ装置１０１およびヒーター装置１０２へ通電するための具体的な回路接続構成は、必ずしも図１に示すような回路接続構成とする必要はなく、図２を参照しながら具体的に後述する回路接続構成としてもよい。
【００４４】
次に、図２を参照しながら、本発明の幾つかの実施形態に係るエンジン始動補助装置１０の構成について説明する。図２に示すエンジン始動補助装置１０は、エンジン１００（図１）を予熱するヒーター装置１０２と、ヒーター装置１０２によるエンジン１００の予熱状況を報知する第１報知手段４１２ａと、エンジン１００の始動を促す旨を報知する第２報知手段４１２ｂと、を備えている。さらに、エンジン始動補助装置１０は、エンジン１００を始動するためのスタータ装置１０１と、ヒーター装置１０２およびスタータ装置１０１に対して電力を供給可能なバッテリ３００と、エンジン１００により駆動する発電機１０３と、を備えている。また、エンジン始動補助装置１０は、ヒーター装置１０２、スタータ装置１０１、第１報知手段４１２ａおよび第２報知手段４１２ｂを制御するコントローラ２００を備えている。
【００４５】
また、エンジン始動補助装置１０は、操作スイッチ４２０を備える。操作スイッチ４２０は、運転者により所定の予熱開始操作が行われると、コントローラ２００に対して予熱開始指令を送信するように構成されている。また、操作スイッチ４２０は、運転者により所定のエンジン始動操作が行われると、コントローラ２００に対してエンジン始動指令を送信するように構成されている。運転者が操作スイッチ４２０に対して上述した予熱開始操作およびエンジン始動操作を含む何らかの操作を行うと、操作内容が操作スイッチ４２０から接続線Ｃ２を介してコントローラ２００に伝達される。
【００４６】
例示的な一実施形態では、図２に示すように、キースイッチとして構成された操作スイッチ４２０は、オフ状態位置４２０ａ、予熱操作位置４２０ｂおよび始動操作位置４２０ｃを含む少なくとも３つの操作位置を有している。ここで、上述した予熱開始操作として、運転者が操作スイッチ４２０の操作位置をオフ状態位置４２０ａから予熱操作位置４２０ｂに切り替えると、操作スイッチ４２０からコントローラ２００に対して予熱開始指令が送信される。また、上述したエンジン始動操作として、運転者が操作スイッチ４２０の操作位置を予熱操作位置４２０ｂから始動操作位置４２０ｃに切り替えると、操作スイッチ４２０からコントローラ２００に対してエンジン始動指令が送信される。
【００４７】
また、エンジン始動補助装置１０は、図１に示す予熱管理部４１０の上に設けられた第１報知手段４１２ａと、第２報知手段４１２ｂと、を備えている。第１報知手段４１２ａは、ヒーター装置１０２によるエンジン１００の予熱状況を報知するように構成されている。一例においては、第１報知手段４１２ａは、ヒーター装置１０２によるエンジン１００の予熱状況を表す電圧や電流をコントローラ２００から与えられ、点灯や消灯によってエンジン１００の予熱状況を視覚的に表示するランプであってもよい。第２報知手段４１２ｂは、エンジン１００の始動を促す旨を運転者に報知するように構成されている。一例においては、第１報知手段４１２ｂは、エンジン１００の予熱が完了し、エンジン始動の準備ができた旨を表す電圧や電流をコントローラ２００から与えられると、点灯することによってエンジン始動の準備ができた旨を視覚的に表示するランプであってもよい。
【００４８】
また、図２に示す構成において、スタータ装置１０１のＢ端子１０１Ｂには、発電機１０３とバッテリ３００が接続されていると共に、リレースイッチ１１１を介してヒーター装置１０２が接続されている。さらに、スタータ装置１０１のＢ端子１０１Ｂは、リレースイッチ１１２を介してスタータ装置１０１のＳ端子１０１Ｓとも接続されている。また、図２に示すように、コントローラ２００が接続線Ｃ３２を介してリレースイッチ１１１をオンオフ切替することにより、発電機１０３およびバッテリ３００の少なくとも一方からヒーター装置１０２に流れる電流がオンオフ切替される。また、図２に示すように、コントローラ２００が接続線Ｃ３１を介してリレースイッチ１１２をオンオフ切替することにより、スタータ装置１０１のＢ端子１０１ＢとＳ端子１０１Ｓとの間の導通状態がオンオフ切替される。従って、図２に示すリレースイッチ１１１、リレースイッチ１１２および接続線Ｃ５１〜Ｃ５６は、図１に示すスイッチング機構１１０に相当する機能を実現している。
【００４９】
本発明の幾つかの実施形態では、図２に示すコントローラ２００は、以下の動作を実行する。コントローラ２００は、操作スイッチ４２０から予熱開始指令を受信すると、第１期間に亘ってヒーター装置１０２へ通電する。その際、第１期間の長さは、ヒーター装置１０２への１回当たりの通電時間に相当し、ヒーター装置１０２の通電状態における耐用時間より短くなるように設定されるのが好適である。何故なら、ヒーター装置１０２は、電流を流すことによって発熱する熱電素子を含むので、通電状態における耐用時間を越えてヒーター装置１０２に通電すると、ヒーター装置１０２が故障したり熱電素子が焼損したりするからである。こうすることで、ヒーター装置１０２への通電によるヒーター装置１０２の損傷を防止し、ヒーター装置１０２を長持ちさせることができる。
【００５０】
続いて、コントローラ２００は、第１期間の経過後、第２期間に亘ってヒーター装置１０２が余熱状態にあることを報知するように第１報知手段４１２ａに指示する。その際、ヒーター装置１０２への通電終了後、第１報知手段４１２ａからの報知に応じて運転者が第２期間にわたってエンジン始動を待つようにすれば、ヒーター装置１０２の余熱によってヒーター装置１０２の通電終了後もエンジン１００の予熱が継続される。その結果、ヒーター装置１０２への通電時間を延長せずにエンジン１００の予熱効果を向上させることができる。そのため、この実施形態によれば、ヒーター装置１０２に耐用時間を越えて通電することができないという制限を克服して、エンジン１００の始動性を向上させることができる。
【００５１】
例示的な一実施形態では、コントローラ２００は、エンジン１００が所定の温度に予熱された時点を第２期間の終了時点としてもよい。一例において、この所定の温度をエンジン１００の燃焼室内における燃料の可燃限界温度よりも充分に高い温度に設定するならば、エンジン１００が上記温度に予熱されるまで、ヒーター装置１０２が余熱状態にある旨の報知を継続することができる。その結果、エンジン１００が充分に暖気され、燃焼サイクルが安定的に反復継続できるようになるまでエンジン始動操作を待つように運転者に促すことができるようになる。
【００５２】
また、例示的な一実施形態では、コントローラ２００は、外気温に応じて前記第２期間の長さを調整するようにしてもよい。何故なら、外気温が低ければ外気温が高い時よりもエンジン１００の予熱に時間を要するから、エンジン１００の予熱時間は外気温に応じて調整するのが望ましいからである。従って、コントローラ２００は、外気温に応じて第２期間の長さを調整することで、ヒーター装置１０２の余熱によりエンジン１００を暖気する時間の長さを外気温に応じた適切な長さとするように運転者に促すことができる。
【００５３】
続いて、コントローラ２００は、第２期間の経過後、エンジン１００の始動を促す旨を運転者に報知するように第２報知手段４１２ｂに指示する。続いて、エンジン１００の始動を促す旨が第２報知手段４１２ｂにより運転者に報知されると、運転者は操作スイッチ４２０に対して所定のエンジン始動操作を行ってもよい。その結果、操作スイッチ４２０に対して所定のエンジン始動操作が行われると、操作スイッチ４２０から接続線Ｃ２を介してコントローラ２００にエンジン始動指令が送信される。コントローラ２００は、操作スイッチ４２０からエンジン始動指令を受信すると、スタータ装置１０１内の電動機への通電を開始する。これにより、スタータ装置１０１内の電動機が回転してエンジン１００をクランキングし、エンジン１００の始動が行われる。
【００５４】
このようにヒーター装置１０２の余熱によってヒーター装置１０２への通電終了後もエンジン１００の予熱が継続される様子を実験結果により具体的に例示すると図３に示すとおりとなる。図３（Ａ）では、ヒーター装置１０２に通電する第１期間をＴ１Ａに設定し、期間Ｔ１Ａにわたってヒーター装置１０２に通電した場合におけるエンジン１００内の各部の温度変化のグラフを示し、横軸は時間軸である。例えば、期間Ｔ１Ａにわたってヒーター装置１０２に通電した場合に、ヒーター装置１０２が備える熱電素子の表面温度は、図３（Ａ）において実線で示す曲線ｇ３１のように変化する。また、期間Ｔ１Ａにわたってヒーター装置１０２に通電した場合に、エンジン１００の燃焼室の出口付近で計測した空気温度は、図３（Ａ）において点線で示す曲線ｇ３２のように変化する。また、エンジン１００に繋がる排気ダクトの先端付近で計測した空気温度は、図３（Ａ）において一点鎖線で示す曲線ｇ３３のように変化する。
【００５５】
図３（Ａ）の曲線グラフｇ３１を参照すると、ヒーター装置１０２に通電する期間Ｔ１Ａの終了時点（時刻ｔ１の少し前）でヒーター装置１０２の熱電素子の表面温度はピークに達し、その後はヒーター装置１０２に通電されないので、熱電素子の表面温度は低下している。しかしながら、ヒーター装置１０２への通電終了後も、ヒーター装置１０２の余熱により燃焼室内の予熱が継続されるので、燃焼室の出口付近で計測した空気温度は時刻ｔ３を少し過ぎた時点まで上昇し続けている。従って、期間Ｔ１Ａの終了時点（時刻ｔ１の少し前）から時刻ｔ３までを第２期間に設定し、第２期間の終了までエンジン始動を待つようにすれば、ヒーター装置１０２の余熱によってヒーター装置１０２への通電終了後もエンジン１００の予熱を継続することができる。その結果、ヒーター装置１０２への通電時間を延長せずにエンジン１００の予熱効果を向上させることができる。
【００５６】
図３（Ｂ）は、ヒーター装置１０２に通電する第１期間を図３（Ａ）に示す期間Ｔ１Ａよりも長い期間Ｔ１Ｂに設定している点を除いて、図３（Ａ）に示す実験結果と同様の実験条件の下でエンジン１００内の各部の温度変化を測定した結果である。図３（Ｂ）において、期間Ｔ１Ｂにわたってヒーター装置１０２に通電した場合に、ヒーター装置１０２が備える熱電素子の表面温度は、図３（Ｂ）において実線で示す曲線ｇ３４のように変化する。また、期間Ｔ１Ｂにわたってヒーター装置１０２に通電した場合に、エンジン１００の燃焼室の出口付近で計測した空気温度は、図３（Ｂ）において点線で示す曲線ｇ３５のように変化する。また、エンジン１００に繋がる排気ダクトの先端付近で計測した空気温度は、図３（Ｂ）において一点鎖線で示す曲線ｇ３６のように変化する。
【００５７】
図３（Ｂ）の曲線グラフｇ３４を参照すると、ヒーター装置１０２に通電する期間Ｔ１Ｂの終了時点（時刻ｔ１の少し後）でヒーター装置１０２の熱電素子の表面温度はピークに達し、その後はヒーター装置１０２に通電されないので、熱電素子の表面温度は低下している。しかしながら、ヒーター装置１０２への通電終了後も、ヒーター装置１０２の余熱により燃焼室内の予熱が継続されるので、燃焼室の出口付近で計測した空気温度は時刻ｔ４付近まで上昇し続けている。従って、期間Ｔ１Ｂの終了時点（時刻ｔ１の少し後）から時刻ｔ４までを第２期間に設定し、第２期間の終了までエンジン始動を待つようにすれば、ヒーター装置１０２の余熱によってヒーター装置１０２への通電終了後もエンジン１００の予熱を継続することができる。その結果、ヒーター装置１０２への通電時間を延長せずにエンジン１００の予熱効果を向上させることができる。
【００５８】
そこで、本発明の幾つかの実施形態では、図４に示すように、時刻ｔ１付近においてヒーター装置１０２への通電が終了した後も、ヒーター装置１０２の余熱によって燃焼室内の予熱が続いている時刻ｔ２’までエンジン１００の始動操作を待つように運転者に報知するようにしている。従って、当該報知に従って運転者が時刻ｔ２’までエンジン１００の始動操作を待つことで、外気温が低い寒冷時においても、ヒーター装置１０２への通電時間を延長せずにエンジン１００の予熱効果を向上させ、エンジン始動時の失火の可能性を低減させることができる。
【００５９】
これに対して、図４に示すように、従来は、時刻ｔ１付近においてヒーター装置１０２への通電が終了し、ヒーター装置１０２の熱電素子の表面温度がピークに達した直後にエンジン始動操作を促す表示ランプが点灯するようにしていた。その結果、外気温が低い寒冷時において、ヒーター装置１０２への通電終了直後にエンジン１００の始動操作がされると、エンジン１００の予熱を充分に行えず、エンジン１００の失火によりエンジン始動に失敗する可能性が高くなる。
【００６０】
例示的な一実施形態では、以上のようなコントローラ２００の制御動作は、エンジン始動補助装置１０について図２を参照しながら後述する以下のような回路構造と回路動作によって実現される。
【００６１】
図２に示すリレースイッチ１１１は、端子１１１ａ〜１１１ｃを備えている。リレースイッチ１１１においては、コントローラ２００から接続線Ｃ３２を介して端子１１１ｂに与える制御電圧または制御電流をオンオフ切替えすることにより、端子１１１ａと端子１１１ｂ間の導通状態がオンオフ切替される。従って、コントローラ２００は、操作スイッチ４２０から接続線Ｃ２を介して予熱開始指令を受信すると、接続線Ｃ３２を介してリレースイッチ１１１の端子１１１ｂに与える制御電圧または制御電流をオフ状態から第１期間にわたってオン状態に切り替える。その結果、リレースイッチ１１１においてオフ状態である端子１１１ａと端子１１１ｂ間の導通状態が第１期間にわたってオン状態となるので、バッテリ３００からリレースイッチ１１１を介してヒーター装置１０２に通電される。
【００６２】
続いて、第１期間が満了すると、コントローラ２００は、接続線Ｃ３２を介してリレースイッチ１１１の端子１１１ｂに与える制御電圧または制御電流をオン状態からオフ状態に切り替える。その結果、リレースイッチ１１１においてオン状態であった端子１１１ａと端子１１１ｂ間の導通状態がオフ状態となるので、バッテリ３００からヒーター装置１０２への通電が停止される。そして、コントローラ２００は、第１期間経過後にヒーター装置１０２への通電を停止すると、接続線Ｃ１を介して第１報知手段４１２ａに対して与える制御電流をオフ状態から第２期間にわたってオン状態に切り替える。その結果、表示ランプとして構成された第１報知手段４１２ａが消灯状態から点灯状態に切り替わり、ヒーター装置１０２が余熱状態にあることを運転者に知らせる。
【００６３】
その際、ヒーター装置１０２への通電終了後、第１報知手段４１２ａからの報知に応じて運転者が第２期間にわたってエンジン始動を待つようにすれば、ヒーター装置１０２の余熱によってヒーター装置１０２への通電終了後もエンジン１００の予熱が継続される。
【００６４】
ここで、再び図２を参照すると、第２期間が経過した後、コントローラ２００は、エンジン１００の始動を促す旨を運転者に報知するように第２報知手段４１２ｂに指示する。例えば、第２期間の経過後に、コントローラ２００は、接続線Ｃ１を介して第２報知手段４１２ｂに与える制御電流をオフ状態からオン状態に切り替えることにより、表示ランプとして構成された第２報知手段４１２ｂを消灯状態から点灯状態に切り替える。これにより、エンジン１００の予熱が完了し、エンジン１００を始動する準備ができた旨が運転者に知らされる。
【００６５】
続いて、エンジン１００の始動を促す旨が第２報知手段４１２ｂにより運転者に報知されると、運転者は操作スイッチ４２０に対して所定のエンジン始動操作を行ってもよい。その結果、操作スイッチ４２０に対して所定のエンジン始動操作が行われると、操作スイッチ４２０から接続線Ｃ２を介してコントローラ２００にエンジン始動指令が送信される。コントローラ２００は、操作スイッチ４２０からエンジン始動指令を受信すると、バッテリ３００からスタータ装置１０１内の電動機へ通電を開始することでエンジン１００の始動を行う。コントローラ２００は、図２を参照して後述する以下の回路動作によりバッテリ３００からスタータ装置１０１内の電動機への通電を開始する。
【００６６】
図２に示すスタータ装置１０１において、Ｂ端子１０１Ｂは、スタータ装置内の電動機によりエンジン１００をクランキングするための駆動電力が供給される端子である。また、スタータ装置１０１において、Ｓ端子１０１Ｓは、Ｂ端子１０１Ｂとスタータ装置１０１内の上記電動機との間の導通状態をオンオフ切替する電磁式スイッチ（図示せず）を電圧駆動するための端子である。具体的には、Ｓ端子１０１Ｓにバッテリ３００からの電圧がかかっていないときには、Ｂ端子１０１Ｂとスタータ装置１０１内の上記電動機との間は絶縁状態である。他方、バッテリ３００からＳ端子１０１Ｓに通電すると、Ｂ端子１０１Ｂとスタータ装置１０１内の上記電動機との間は導通状態となり、バッテリ３００からの駆動電力がスタータ装置１０１内の上記電動機へと供給開始される。
【００６７】
一方、リレースイッチ１１２は、端子１１２ａ〜１１２ｃを備えている。リレースイッチ１１２においては、コントローラ２００から接続線Ｃ３１を介して端子１１２ｂに与える制御電圧または制御電流をオンオフ切替えすることにより、端子１１２ａと端子１１２ｂ間の導通状態がオンオフ切替される。従って、コントローラ２００は、操作スイッチ４２０から接続線Ｃ２を介してエンジン始動指令を受信すると、接続線Ｃ３１を介してリレースイッチ１１２の端子１１２ｂに与える制御電圧または制御電流をオフ状態からオン状態に切り替える。すると、リレースイッチ１１２においてオフ状態である端子１１２ａと端子１１２ｂ間の導通状態がオン状態となる。その結果、スタータ装置１０１のＢ端子１０１ＢとＳ端子１０１Ｓが電気的に直結され、バッテリ３００からの電圧がＳ端子１０１Ｓに加わるので、バッテリ３００からＢ端子１０１Ｂを経由してスタータ装置１０１内の電動機に駆動電力が供給開始される。以上のようにして、コントローラ２００は、バッテリ３００からスタータ装置１０１内の電動機への通電を開始する。
【００６８】
また、例示的な一実施形態では、運転者により予熱開始操作が行われた後、操作スイッチ４２０から予熱開始指令を受信したコントローラ２００は、タイマー制御などによりエンジン１００の予熱が完了するまで、ヒーター装置１０２への通電動作を持続的に行うようにしてもよい。そうすることで、運転者がグローボタンを押し続けるなどしてエンジン１００の予熱完了まで予熱操作を続けなくても予熱完了までヒーター装置１０２への通電動作を持続させることができる。その結果、この実施形態によれば、運転者によるエンジンの予熱操作を簡易化することが可能となる。
【００６９】
また、例示的な一実施形態では、コントローラ２００は、所定の条件を満たした場合には、エンジン始動指令を受信していなくても、スタータ装置１０１内の電動機への通電を開始するようにしてもよい。このようにエンジン始動指令が無くても所定の条件が充足された時点でスタータ装置１０１内の電動機への通電を自動的に開始するようにすれば、以下の利点が得られる。
【００７０】
例えば、ヒーター装置１０２の余熱状態を示す第２期間の長さを適切に設定するようにすれば、第２期間の経過後にヒーター装置１０２の余熱により燃焼室内が充分に暖気されているようにすることが可能である。そのような場合、エンジン１００は充分に予熱されているから、運転者によりエンジン始動操作が行われるのを待たずにエンジン始動を自動的に行っても失火する可能性は低く、予熱開始操作を行うのに続いてエンジン始動操作を別途行うのは煩雑であると運転者が感じる場合もある。
【００７１】
そこで、上記実施形態では、コントローラ２００は、所定の条件を満たした場合には、エンジン始動指令を受信していなくても、スタータ装置１０１の電動機へと通電を開始する。例えば、コントローラ２００は、第２期間の経過後にヒーター装置１０２の余熱により燃焼室内が充分に暖気された場合に、所定の条件を満たしたと判定するようにしてもよい。その結果、上記実施形態によれば、運転者に余計な操作を要求することなく、適切なタイミングで自動的にエンジン始動を行うようにすることで、エンジン１００の始動性をさらに高めることができる。
【００７２】
ここで再び図２を参照すると、スタータ装置１０１のＢ端子１０１Ｂには、発電機１０３が接続されており、発電機１０３は、Ｂ端子１０１Ｂを介してバッテリ３００と電気的に接続されている。また、発電機１０３は、Ｂ端子１０１Ｂおよびリレースイッチ１１１を経由してヒーター装置１０２と電気的に接続可能に構成されている。ここで、発電機１０３はエンジン１００によって駆動され、一例において、発電機１０３は、エンジン１００のクランク軸の回転により駆動されるダイナモであってもよい。また、コントローラ２００は、接続線Ｃ４１を介して発電機１０３と接続されており、発電機１０３の端子電圧を表す信号が発電機１０３から接続線Ｃ４１を介してコントローラ２００に常時送信されるようになっている。これにより、コントローラ２００は、接続線Ｃ４１を介して発電機１０３の端子電圧を常時監視することができるようになっている。
【００７３】
従って、スタータ装置１０１内の電動機によりエンジン１００がクランキングされると、エンジン１００のクランク軸の回転により発電機１０３は駆動され、発電を開始する。つまり、エンジン始動指令を受信したコントローラ２００が、スタータ装置１０１内の電動機へ通電を開始し、エンジン１００の始動を行うと、その直後に、エンジン１００の回転により発電機１０３が発電を開始し、発電機１０３が出力する発電電圧のレベルが急速に立ち上がる。ここで、エンジン１００の始動後に発電機１０３により発電された電力は、回生電力としてバッテリ３００に充電されるようにしてもよい。また、エンジン１００の始動後に発電機１０３により発電された電力は、エンジン始動後にエンジン１００をさらに予熱するために、ヒーター装置１０２に供給されてもよい。
【００７４】
そこで、例示的な一実施形態では、コントローラ２００は、スタータ装置１０１への通電開始の後、エンジン１００の始動により発電機１０３において発電電圧確立が検出された後に、第３期間に亘って断続的に発電機１０３およびバッテリ３００の少なくとも一方からヒーター装置１０２に通電することでエンジン１００を再び予熱する再予熱処理を実施するようにしてもよい。その際、発電機１０３が出力する電力のうち、ヒーター装置１０２により消費しきれなかった余剰電力は、発電機１０３からバッテリ３００へと回生させることが可能である。
【００７５】
これにより、上記実施形態によれば、エンジン１００の最初のクランキング時における燃焼室内の初爆の後に、後続の燃焼サイクルにおいて予熱されていない冷たい給気が燃焼室内に送り込まれても、初爆後の燃焼サイクルにおいてエンジン１００の予熱を断続的に継続することができる。従って、上記実施形態によれば、エンジン始動後の燃焼サイクルにおいても燃焼室内の空気温度を可燃限界温度以上に維持することができる。そのため、上記実施形態によれば、最初のクランキング時における燃焼室内の初爆を補助するだけでなく、初爆後の燃焼サイクルにおいて予熱されていない冷たい給気が送り込まれても、燃焼室内の空気温度低下による失火や未燃燃料の発生による白煙発生を防止することができる。
【００７６】
次に、図２に示す回路構成において、第１報知手段４１２ａ、第２報知手段４１２ｂ、ヒーター装置１０２およびスタータ装置１０１への通電をオンオフ制御するための制御電流および制御電圧をコントローラ２００が変化させるタイミングについて図５を参照しながら説明する。
【００７７】
図５のタイミング・チャートを参照すると、ｇ５７は、バッテリ３００からリレースイッチ１１１を経由してヒーター装置１０２に流れる電流のレベル変化を表している。具体的には、図５に示す時刻ｔ５０において操作スイッチ４２０を使用して予熱開始操作が行われると、時刻ｔ５０から時刻ｔ５１までの第１期間Ｔ１においてヒーター装置１０２への通電が行われる。従って、この期間中は、ヒーター装置１０２に流れる電流（図５のｇ５７）がローレベルからハイレベルに変化している。また、図５に示すｇ５６は、コントローラ２００から第１報知手段４１２ａに与えられる制御電流の変化を表し、ヒーター装置１０２への通電中の第１期間Ｔ１においては、ローレベルからハイレベルに変化している。その結果、ヒーター装置１０２への通電中の第１期間Ｔ１においては、表示ランプとして構成された第１報知手段４１２ａは、消灯状態から点灯状態へと変化している。
【００７８】
続いて、図５に示す時刻ｔ５１においてヒーター装置１０２への通電が終了し第１期間Ｔ１が満了すると、ヒーター装置１０２に流れる電流（図５のｇ５７）がハイレベルからローレベルに変化する。そして、時刻ｔ５１から第２期間Ｔ２が始まり、第２期間Ｔ２は時刻ｔ５２まで継続する。第２期間Ｔ２においては、通電終了後のヒーター装置１０２の余熱によりエンジン１００の予熱が継続され、コントローラ２００から第１報知手段４１２ａに与えられる制御電流（図５のｇ５６）は短い周期でパルス状に変化する。その結果、第２期間Ｔ２においては、表示ランプとして構成された第１報知手段４１２ａは短い間隔で点滅を繰り返し、エンジン始動操作を待つように運転者に報知する。なお、図５のｇ５４に示すように、時刻ｔ５０において予熱開始操作がされると、エンジン１００の燃焼室内の給気温度は、第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２の両者にわたって（時刻ｔ５０から時刻ｔ５２まで）持続的な増加傾向を示す。
【００７９】
続いて、第２期間Ｔ２が満了すると、時刻ｔ５２において、コントローラ２００から第２報知手段４１２ｂに与えられる制御電流（図５のｇ５５）がオフ状態からオン状態へと変化する。その結果、第２期間Ｔ２においては、表示ランプとして構成された第２報知手段４１２ｂは、消灯状態から点灯状態へと変化し、運転者にエンジン始動操作を促す旨を報知する。続いて、時刻ｔ５３において運転者が操作スイッチ４２０を用いてエンジン始動操作を行うと、図５のｇ５２に示すように、バッテリ３００からスタータ装置１０１内に流れ込む電流がローレベルからハイレベルに変化する。また、時刻ｔ５３においてエンジン始動操作が行われると、図５のｇ５１に示すように、時刻ｔ５３まではゼロだったエンジン１００の回転数が、スタータ装置１０１によってクランキングされた際のクランキング回転数まで上昇する。
【００８０】
このように、図５に示す時刻ｔ５３以降において、スタータ装置１０１によりエンジン１００がクランキングされると、エンジン１００のクランク軸の回転により発電機１０３は駆動され、発電を開始する。つまり、図５に示す時刻ｔ５３において、エンジン１００の始動を開始すると、その直後に、エンジン１００の回転により発電機１０３が発電を開始し、発電機１０３が出力する発電電圧のレベルが急速に立ち上がる。その際、エンジン１００の始動後に発電機１０３により発電された電力は、エンジン始動後にエンジン１００をさらに予熱（再予熱処理）するために、ヒーター装置１０２に供給することができるようになる。
【００８１】
スタータ装置１０１によるエンジン１００のクランキングに続いて、時刻ｔ５４においてエンジン１００の燃焼室内で燃料の初爆が起きる。すると、図５のｇ５１に示すように、時刻ｔ５４から時刻ｔ５６までの間にエンジンの回転数がクランキング回転数から徐々に増加してゆき、時刻ｔ５６においてエンジン１００の回転数がアイドリング回転数に到達して安定し、燃焼室内が完爆の状態となる。また、時刻ｔ５４においてエンジン１００の燃焼室内で燃料の初爆が起きると、スタータ装置１０１によるクランキングは不要となるので、コントローラ２００は、スタータ装置１０１内の電動機への通電を終了する。その結果、図５のｇ５２に示すように、バッテリ３００からスタータ装置１０１内に流れ込む電流は時刻ｔ５４においてハイレベルからローレベルに変化する。
【００８２】
ところで、エンジン１００は、最初のクランキング時における燃焼室内の初爆から始まって、エンジン１００の回転数がアイドリング回転数に到達するまでは燃焼サイクルを安定的に反復継続できる状態とはならない。そこで、エンジン始動操作前にエンジン１００を予熱するだけでなく、燃焼室内の初爆から始まって、エンジン１００の回転数がアイドリング回転数に到達するまでのエンジン始動途上においてもエンジン１００を再び予熱（再予熱処理）するようにしてもよい。このような再予熱処理を行うことで、初爆からアイドリング回転数に到達するまでのエンジン始動途上においてもエンジン始動を効果的に補助することができる。
【００８３】
そこで、例示的な一実施形態では、コントローラ２００は、時刻ｔ５４から時刻ｔ５６までの期間中、エンジン１００の回転数がアイドリング回転数に到達する前に、発電機１０３およびバッテリ３００の少なくとも一方からヒーター装置１０２への断続的な通電を開始するようにしてもよい。図５に示す例においては、コントローラ２００は、エンジン１００の回転数がアイドリング回転数に到達する前の時点である時刻ｔ５５において、ヒーター装置１０２への断続的な通電を開始するようにしてもよい。その結果、エンジン１００の始動操作が行われた後に、エンジン１００を再び予熱するための再予熱処理が行われることとなる。その際、図５のｇ５３に示すように、発電機１０３およびバッテリ３００の少なくとも一方からヒーター装置１０２に加えられる電圧が時刻ｔ５５においてローレベルからハイレベルに変化している。
【００８４】
また、図５に示すように、コントローラ２００は、時刻ｔ５４においてスタータ装置１０１内の電動機への通電を停止し、時刻ｔ５５においてヒーター装置１０２への通電を開始する。つまり、コントローラ２００は、バッテリ３００および発電機１０３からヒーター装置１０２およびスタータ装置１０１へは同時に通電しないように構成されていることになる。何故なら、ヒーター装置１０２およびスタータ装置１０１は、通電時に大電流が流れ、消費電力が大きい装置であるので、バッテリ３００および発電機１０３からヒーター装置１０２およびスタータ装置１０１の両方に同時に通電すると、バッテリ３００が急激に放電して干上ってしまう。そこで、上記構成では、エンジン始動指令に応じてスタータ装置１０１へ通電する際には、ヒーター装置１０２およびスタータ装置１０１の両方に同時に通電しないように構成されている。その結果、上記構成によれば、バッテリ３００の急激な放電によるバッテリ寿命の短縮、バッテリ３００の劣化もしくはバッテリ３００の損傷を防止することができる。
【００８５】
なお、エンジン１００の回転数がアイドリング回転数に到達した時刻ｔ５６以降においても、発電機１０３からヒーター装置１０２への断続的な通電を図５に示す第３期間Ｔ３にわたって継続するようにしてもよい。こうすることにより、エンジン始動が完了した後においても、燃焼室内の給気温度低下により燃焼室内に未燃燃料が発生するのを防止することができるので、始動完了後のエンジン１００から白煙が発生するのを防止することができるようになる。図５に示すように、第３期間Ｔ３における再予熱処理は、ヒーター装置１０２への通電を時間幅τｐにわたって行うオン区間とヒーター装置１０２への通電を時間幅τｐにわたって中断するオフ区間を交互に設けることにより実施される。言い換えると、第３期間Ｔ３における再予熱処理は、ヒーター装置１０２への通電を周期τｐのサイクルで断続的に行うことにより実施される。これと並行して、ヒーター装置１０２に通電中である旨を表示ランプにより報知する第１報知手段４１２ａもまた、第３期間Ｔ３において、周期τｐのサイクルで断続的に点灯と消灯を繰り返す。
【００８６】
続いて、図５に示す時刻ｔ６２において第３期間Ｔ３が満了すると、再予熱処理は終了し、発電機１０３からヒーター装置１０２への断続的な通電は停止される。しかしながら、エンジン１００の再予熱処理を第３期間Ｔ３にわたって実施した後、アイドリング状態のエンジン１００内において、冷たい外気により燃焼室の空気温度が徐々に低下してくると、燃焼室内に未燃燃料が発生し、エンジンから白煙が出る場合がある。例えば、エンジン１００を動力源とする小型船舶において、エンジン始動に成功し、エンジン１００がアイドリング状態となった後に、当該小型船舶が操業を終えて帰港した場合を考える。その場合、港に係留されたままの小型船舶内においてエンジン１００がアイドリング状態を続けていると、海水温や外気温によって燃焼室の空気温度が徐々に低下し、エンジン１００から白煙が出てくることがある。
【００８７】
そこで、例示的な一実施形態では、コントローラ２００は、第３期間Ｔ３の経過後、図１および図２に示す予熱管理部４１０から接続線Ｃ１を介して再予熱再開操作指令を受信することで、上述した再予熱処理を再び実施するようにしてもよい。その結果、この実施形態によれば、第３期間Ｔ３の経過後、アイドリング状態のエンジン１００において燃焼室の空気温度が低下しても、再予熱再開操作指令に応じて再予熱処理を再開することで、燃焼室の空気温度低下を防止することができる。一例において、運転者は予熱管理部４１０の上に設けられた再予熱モード切替部４１１（図１および図２）を始動用位置４１１ａから帰港時位置４１１ｃに切り替えることにより、予熱管理部４１０からコントローラ２００に再予熱再開操作指令を送信するようにしてもよい。
【００８８】
以下、図１および図２に示す予熱管理部４１０に設けた再予熱モード切替部４１１の機能と上述した再予熱処理との関係について詳しく述べる。図５に示す時刻ｔ５５から第３期間Ｔ３の終了時点である時刻ｔ６２まで実施される再予熱処理は、エンジン１００の始動操作に続いて自動的に実行される再予熱処理であるため、始動時の再予熱モードで実施される。従って、エンジン１００の始動時には、始動時の再予熱モードで再予熱処理が実施されるように、再予熱モード切替部４１１は、始動時位置４１１ａに設定されていなくてはならない。
【００８９】
これに対して、第３期間Ｔ３の経過後に再予熱処理が一旦停止され、その後に、コントローラ２００が再予熱再開操作指令を受信することで実施される再予熱処理は帰港時の再予熱モードで実施される。従って、この場合には、再予熱モード切替部４１１を始動用位置４１１ａから帰港時位置４１１ｃに切り替えることにより、予熱管理部４１０からコントローラ２００に再予熱再開操作指令を送信するようにする。なお、再予熱モード切替部４１１の切り替えスイッチは、図１に示すように、始動用位置４１１ａからオフ状態位置４１１ｂを経由して帰港時位置４１１ｃに切り替えられるように構成されてもよい。その際、再予熱モード切替部４１１がオフ状態位置４１１ｂに切り替えられると、上述した再予熱処理は一旦停止される。これにより、始動時の再予熱モードを帰港時の再予熱モードに切り替える際には、再予熱処理を一旦停止してから帰港時の再予熱モードに基づいて再予熱処理を実施することが可能となる。
【００９０】
なお、図１〜図５に示す上記構成において、燃焼室内が充分に暖気された後に第２報知手段４１２ｂによりエンジン１００の始動を促す旨を一旦は報知しても、その後エンジン始動がされないまま時間が経過すると、外気により燃焼室内の温度が再び低下することもある。従って、第２報知手段４１２ｂによりエンジン１００の始動を促す旨を一旦は報知しても、そのような場合にまで、運転者にエンジン始動を促し続けるのは適切ではない。そこで、コントローラ２００は、エンジン１００の温度が所定の温度を下回った場合に、第２報知手段４１２ｂにより行ったエンジンの始動を促す旨の報知を停止するようにしてもよい。そうすることで、運転者が不適切なタイミングでエンジン始動操作を行わないようにし、図１〜図５に示す上記構成により得られるエンジンの予熱効果の向上が損なわれないようにすることができる。
【００９１】
次に、複数の異なる設定パラメータに基づいてエンジン１００の始動前の予熱処理および再予熱処理を行った際のエンジン１００内部の温度変化について図６の実験結果を参照しながら検討する。図６（Ａ）は、エンジン始動前の予熱（第１期間Ｔ１における予熱）を１５秒間にわたって行い、第３期間Ｔ３において実施される再予熱処理を２０秒サイクルで行った場合のエンジン１００内の各部の温度変化を示す。図６（Ｂ）は、エンジン始動前の予熱（第１期間Ｔ１における予熱）を２０秒間にわたって行い、第３期間Ｔ３において実施される再予熱処理を２０秒サイクルで行った場合のエンジン１００内の各部の温度変化を示す。図６（Ｃ）は、エンジン始動前の予熱（第１期間Ｔ１における予熱）を１５秒間にわたって行い、第３期間Ｔ３において実施される再予熱処理を３０秒サイクルで行った場合のエンジン１００内の各部の温度変化を示す。図６（Ｄ）は、エンジン始動前の予熱（第１期間Ｔ１における予熱）を２０秒間にわたって行い、第３期間Ｔ３において実施される再予熱処理を３０秒サイクルで行った場合のエンジン１００内の各部の温度変化を示す。
【００９２】
図６（Ａ）〜図６（Ｄ）を比較すると、エンジン始動前における予熱（第１期間Ｔ１における予熱）の時間を長くとると、ヒーター装置１０２における熱電素子のピーク時の表面温度は顕著に増加するが、燃焼室内の空気温度の変化に大きな差異は見られない。このことから、通電終了後のヒーター装置１０２の余熱を利用した予熱処理を充分に行えばヒーター装置１０２への通電時間を多少短くしても依然として充分なエンジン予熱効果が得られることを示唆している。また、図６（Ａ）〜図６（Ｄ）を比較すると、再予熱処理におけるヒーター装置１０２への通電サイクルを長くとると、燃焼室内の空気温度の変動幅が大きくなり、通電サイクルを短くとると、燃焼室内の空気温度の変動幅が小さくなる。従って、再予熱処理による燃焼室内の空気温度を安定化させるには再予熱処理におけるヒーター装置１０２への通電サイクルを短くとるべきである。その反面、ヒーター装置１０２への通電サイクルを短くしすぎると、電流の頻繁なオンオフによりヒーター装置１０２内の熱電素子の寿命が短くなる恐れがあるため、ヒーター装置１０２への通電サイクルは適切な長さとすべきである。
【００９３】
次に、図５に示す第３期間Ｔ３において再予熱処理を行った場合と行わなかった場合のエンジン１００の余熱効果の違いについて図７の実験結果を参照しながら説明する。図７において、横軸は時間を表し、縦軸は、エンジン１００に繋がる排気ダクトの先端部付近で計測された空気温度を表す。図７に示す曲線グラフｇ７１は、再予熱処理を実施する第３期間Ｔ３の長さを３分とし、ヒーター装置１０２への通電サイクルを１０秒周期とした場合の温度変化を示す。図７に示す曲線グラフｇ７２は、再予熱処理を実施する第３期間Ｔ３の長さを２分とし、ヒーター装置１０２への通電サイクルを１０秒周期とした場合の温度変化を示す。図７に示す曲線グラフｇ７３は、再予熱処理を実施する第３期間Ｔ３の長さを２分とし、ヒーター装置１０２への通電サイクルを１５秒周期とした場合の温度変化を示す。なお、図７の区間ｔ００は第１期間Ｔ１に相当し、区間ｔ００においては、エンジン１００の始動操作に先立つ予熱処理が行われている。
【００９４】
図７を参照すると、再予熱処理による燃焼室内の空気温度を安定化させるには再予熱処理におけるヒーター装置１０２への通電サイクルを短くとるべきであるのは図６を用いて上述したとおりである。また、図７を参照すると、再予熱処理を実施する第３期間Ｔ３を長くとった方が、燃焼室内の空気温度をより長期にわたって高く維持できることが実証されている。また、再予熱処理を全く行わなかった場合の燃焼室内の空気温度の変化を示す曲線グラフｇ７４を再予熱処理を行った場合に対応する曲線グラフｇ７１〜ｇ７３と比較すると、再予熱処理によりエンジン始動後の給気温度の低下が防止され、エンジン始動後もエンジン１００の予熱処理が効果的に継続されていることが見て取れる。
【００９５】
以上より、本発明に係る幾つかの実施形態によれば、ヒーター装置１０２に耐用時間を越えて通電することができないという制限を克服して、ヒーター装置１０２によるエンジン１００の予熱効果を向上させ、それによりエンジン１００の始動性を向上させることができる。
【符号の説明】
【００９６】
１  機関室
２  操舵室
１０  エンジン始動補助装置
１００  エンジン
１０１  スタータ装置
１０１Ｂ  Ｂ端子
１０１Ｓ  Ｓ端子
１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ，１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ  端子
１０２  ヒーター装置
１０３  発電機
１１０  スイッチング機構
１１１，１１２  リレースイッチ
２００  コントローラ
３００  バッテリ
４００  計器盤
４１０  予熱管理部
４１１  再予熱モード切替部
４１１ａ  始動時位置
４１１ｂ  オフ状態位置
４１１ｃ  帰港時位置
４１２ａ  第１報知手段
４１２ｂ  第２報知手段
４２０  操作スイッチ
４２０ａ  オフ状態位置
４２０ｂ  予熱操作位置
４２０ｃ  始動操作位置
【図１】
2018003614.tif 000003
【図２】
2018003614.tif 000004
【図３】
2018003614.tif 000005
【図４】
2018003614.tif 000006
【図５】
2018003614.tif 000007
【図６】
2018003614.tif 000008
【図７】
2018003614.tif 000009