(57)【要約】【課題】ベルトを駆動してエンジンを起動するエンジン起動装置において、ベルトに耐久範囲を超えた張力がかからないような工夫を施すことを目的とする【解決手段】エンジン１０の回転運動を伝えるベルト１６を駆動する直流型のスタータモータ３２の出力調整ができるように、鉛蓄電池２６から供給される入力電流と電圧を変化させうる回路を設置する。センサ３４によって検出したエンジン１０の回転状況によって、コントローラ３６が、回路に抵抗器３８を含めるべきか否かを判断し、第１リレー４０と第２リレー４２に適切な指令を出す。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの回転運動を伝達するベルトを駆動しエンジンを起動させるエンジン起動装置であって、
ベルトを駆動する直流型のスタータモータと、
エンジンの回転状況を検出するセンサと、
センサの検出結果に応じてスタータモータの出力を変化させる出力制御手段と
を備えていることを特徴とするエンジン起動装置。
【請求項２】
請求項１記載のエンジン起動装置であって、
センサはエンジン回転の位相を検出することを特徴とするエンジン起動装置。
【請求項３】
請求項１記載のエンジン起動装置であって、
センサはエンジン回転の角速度を検出することを特徴とするエンジン起動装置。
【請求項４】
請求項１記載のエンジン起動装置であって、
出力制御手段は、スタータモータの出力をベルトの耐久許容範囲かつエンジンの迅速な起動可能範囲に導くように、電磁型リレーを用いてスタータモータへの入力電流と電圧を変化させる手段であることを特徴とするエンジン起動装置。
【請求項５】
請求項１記載のエンジン起動装置であって、
出力制御手段は、スタータモータの出力をベルトの耐久許容範囲かつエンジンの迅速な起動可能範囲に導くように、トランジスタを用いてスタータモータへの入力電流と電圧を変化させる手段であることを特徴とするエンジン起動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ベルト駆動型エンジン起動装置、特に直流型のスタータモータ（エンジン起動モータ）を用いたエンジン起動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの起動は、一般に、スタータモータの回転動力をエンジンに伝えることによって行われる。スタータモータは、通常の場合、エンジンのクランクシャフト部分に設置され、直接またはギヤを介してクランクシャフトを駆動する。しかし、この手段には、回転エネルギーの伝達が容易になる利点がある反面、振動や騒音を生じやすい欠点もある。したがって、乗車中にエンジンを頻繁に再起動する必要があるアイドリングストップ機能を取り入れた自動車等においては、エンジンのクランクシャフトに掛け渡されたベルトを駆動するようにスタータモータを設置して静寂性を確保することがある。ただし、このように構成された装置では、エンジンの起動に必要なトルクはベルトの張力を通じて伝達されるため、特に起動初期にベルトに大きな負担がかかる点が問題となる。
【０００３】
この問題を解決する手段のひとつが、特許第３１２９２６８号に開示されている。すなわち、オートテンショナと、複数のプーリ（滑車）を組み合わせて用いることで、ベルトの張力を適切に保ち、ベルトの耐久性とエンジンの迅速な起動を両立させている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特許第３１２９２６８号に記載された手段では、オートテンショナ及び複数のプーリを用いるため、装置が大きくなってしまう問題があった。また、機械的に制御されているため、電気的な装置を用いた制御に比べ、張力の調整を緻密に行うことが難しいという問題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第１の発明のエンジン起動装置は、エンジンの回転運動を伝達するベルトを駆動しエンジンを起動させるエンジン起動装置であって、ベルトを駆動する直流型のスタータモータと、エンジンの回転状況を検出するセンサと、センサの検出結果に応じてスタータモータの出力を変化させる出力制御手段とを備えていることを特徴とする。
【０００６】
また、第２の発明は、第１の発明の特徴に加え、センサはエンジン回転の位相を検出することを特徴とする。
【０００７】
また、第３の発明は、第１の発明の特徴に加え、センサはエンジン回転の角速度を検出することを特徴とする。
【０００８】
また、第４の発明は、第１の発明の特徴に加え、出力制御手段は、スタータモータの出力をベルトの耐久許容範囲かつエンジンの迅速な起動可能範囲に導くように、電磁型リレーを用いてスタータモータへの入力電流と電圧を変化させる手段であることを特徴とする。
【０００９】
また、第５の発明は、第１の発明の特徴に加え、出力制御手段は、スタータモータの出力をベルトの耐久許容範囲かつエンジンの迅速な起動可能範囲に導くように、トランジスタを用いてスタータモータへの入力電流と電圧を変化させる手段であることを特徴とする。
【００１０】
なお、スタータモータの出力を制御する試みについては、特開昭６１−２００３７７の手段が知られている。ここでは、エンジンのクランクシャフトに直結して設置した発電機兼用のスタータモータを用いる構成の下で、エンジン起動を容易とすることを目的として、エンジン回転数に応じた最適な起動トルクを与えるよう調節する手段が記載されている。モータは交流モータであり、出力調整は多相交流の位相を調整することで行われている。これに対し、本発明は、ベルト駆動型のスタータモータを用いる構成の下で、エンジンを駆動するトルクを確保しつつベルトにかかる張力を抑制することを目的としている。また、スタータモータは直流電源を用いる直流モータであり、その制御手段も当然ながら異なっている。
【００１１】
また、実開平１−８８０７６には、エンジン温度に応じて最適なトルクをエンジンに与えるスタータ制御装置が記載されている。しかし、この制御装置で用いられている制御手段は、スタータモータの回転動力をギヤを介してクランクシャフトに伝達する際に、ギヤの組み合わせを切り替えてクランキング回転数を調節するものであり、本発明の手段とは異なっている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を、図面を用いて説明する。図中、同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００１３】
図１は、本発明の概要を示すブロック図であり、エンジン１０が自動車に搭載されている際の周辺機器との対応関係を表している。エンジン１０で生成された回転運動は、クランクシャフトから変速機（トランスミッション）１４に伝えられ、さらに図示していない駆動系に伝達される。同時に、回転運動は、クランクシャフトからベルト１６にも伝えられる。そしてこのベルト１６には、回転エネルギーを電気エネルギーに変換する交流発電機（オルタネータ）１８、エンジン１０の冷却を行う冷却水を循環させるウォータポンプ２０、そしてクラッチ２２ａを挟んで接続されたエアコンディショナ２２などが設置されている。また、テンショナ２４は、ベルト１６に適当な張力を与えて振動を抑制する役割を果たしている。
【００１４】
エンジン１０を最初に起動する際には、変速機１４に取り付けられた初期起動用スタータモータ２６が用いられる。初期起動用スタータモータ２６の回転は、クランクシャフトからエンジン１０に伝えられ、エンジン１０が起動される。エンジン１０が起動した後は、初期起動用スタータモータ２６は、リレー２８によって、電力供給源である鉛蓄電池（バッテリ）３０から切り離される。この鉛蓄電池３０には、前記交流発電機１８によって、電力が供給されている。
【００１５】
エンジン１０は、自動車が赤信号等で停止している場合や、電気エネルギーのみによって走行しているような場合に、運動を停止されることがある。そのあとで、エンジン１０の動力が必要となる場合には、エンジン１０を速やかに、かつ、滑らかに再起動することが望ましい。そこで、初期起動時とは異なり、スタータモータ３２を用いて、ベルト１６を駆動し、その回転運動をクランクシャフトからエンジン１０に伝えるベルト駆動型エンジン起動装置が設けられている。これにより、余計な振動や騒音を発生させることなく、エンジン１０の再起動が可能となる。
【００１６】
しかし、その一方で、スタータモータ３２を用いてエンジン１０を駆動すると、特に駆動開始直後にベルト１６に非常に大きな張力がかかる問題が生じる。これを解決するために、スタータモータ３２の出力を単純に減少させると、エンジン１０の再起動を迅速に行うのに必要なトルクを与えることができなくなってしまう。また、ベルト１６の幅を広くして耐久許容範囲を拡大するのでは、搭載スペース上の問題が発生してしまう。そこで、本発明では、このエンジン起動装置に、コントローラ３６を設置してスタータモータ３２の出力制御を行っている。なお、スタータモータ３２は、直流電源である鉛蓄電池３０が供給する電力を使いやすさを考え、直流モータを想定している。
【００１７】
ここで、エンジン起動装置について、図２のブロック図を用いて、詳細に説明する。エンジン１０は、鉛蓄電池３０の電気エネルギーが供給されるスタータモータ３２によって駆動される。後で示すように、この時のベルト１６の張力は、駆動開始直後に急激に最大となり、その後次第に小さくなる。また、その値は、エンジン１０のピストン位置にも依存する。そこで、エンジン１０の回転角速度または回転位相を検出するセンサ３４を設置し、検出情報をコントローラ３６に送信する。コントローラ３６は、この情報に基づいて、スタータモータ３２の出力をどのように変化させるべきか判定する。そして、出力を抑制すべしと判定した場合には、電磁式の第１リレー４０を接続し、第２リレー４２を切り離す指令を出し、回路中に抵抗器３８を挿入する。また、出力を増大させるべしと判定した場合には、第２リレー４２を接続する信号を発する。なお、当然ながら、電磁式リレー及び抵抗器を含む回路は、複数設けることで多段階の制御を行うことができる。
【００１８】
図３のフローチャートは、センサ３４がエンジン１０の回転角速度を検出する場合について、スタータモータ３２の出力制御過程を示したものである。はじめ、第１リレー４０と第２リレー４２は切り離された状態にあるが、エンジン１０の起動が開始されると、第１リレー４０が接続され、スタータモータ３２がベルトを起動しはじめる。この時には、電気エネルギーの一部が抵抗器３８によって消費されるため、スタータモータ３２の出力は抑制される。この状態は、センサ３４の検出するエンジンの回転角速度が適当な閾値未満である間継続される。回転角速度がこの閾値以上になり、その後、エンジンの回転角速度の時間変化量が減少したと認められる場合には、ベルト１６の張力が過大となる期間は終了したとみなされ、第２リレー４２が接続される。この結果、電流は抵抗器３８を介さない回路を通ってスタータモータ３２に流れ込み、回転出力が増大する。やがて、エンジンが起動を完了すると、第１リレー４０と第２リレー４２はともに切り離され、スタータモータ３２はその働きを終える。
【００１９】
スタータモータ３２の回転角速度と回転出力の関係を図４に示した。横軸はモータの回転をエンジンの回転角速度（単位；ｒｐｍ）で表したものであり、縦軸は出力されるトルク（単位；Ｎｍ）をクランクシャフトにおいて測定したものである。このトルクは、ベルト１６にかかる張力と比例する。破線で示した従来の例では、出力トルクは、回転角速度が０（ｒｐｍ）の時に１５０（Ｎｍ）弱であり、回転角速度が増大するにつれ単調減少し、回転角速度が１０００（ｒｐｍ）に近づくとほぼ０（Ｎｍ）になっている。これから、回転を始めた直後には、非常に大きなトルクが出力されることがわかる。一方、実線は、スタータモータ３２への入力電力を、図２の抵抗器３８を用いて抑制した場合の出力トルクを示している。図３の出力制御手段のフローチャートにおけるエンジン回転角速度の閾値を１６０（ｒｐｍ）としているので、回転角速度が０（ｒｐｍ）から１６０（ｒｐｍ）までの間は入力電力が抑制され、トルク出力が小さく抑えられている。その値は、回転角速度が０（ｒｐｍ）の時には９０（Ｎｍ）弱であり、回転角速度が１６０（ｒｐｍ）の時には５０（Ｎｍ）強になっている。そして、回転角速度が１６０（ｒｐｍ）を超えた時点で入力電力の制限が取り払われ、出力トルクは従来例と同じ９０（Ｎｍ）程度に増大する。したがって、全回転角速度を通じて、出力トルクは約９０（Ｎｍ）以下に保たれることになり、対応するベルト張力も抑えることが可能になる。なお、ここでは、閾値を１６０（ｒｐｍ）としたが、適切な閾値はスタータモータやエンジンの特性によって異なってくる。
【００２０】
図５には、エンジン起動装置を起動してからの、ベルト張力とエンジン回転角速度の時間変化の測定結果を示した。横軸は経過時間（単位；ｍｓ）であり、左縦軸はベルト張力（単位；Ｎ）、右縦軸は回転角速度（単位；ｒｐｍ）である。破線は、従来のベルト張力を初期から経過時間１６０（ｍｓ）程度までを模式的に示したものである。ベルト張力は、起動してから急激に増大し、経過時間３０（ｍｓ）頃に３５００（Ｎ）を超える最大値をとる。さらに、経過時間１２０（ｍｓ）頃に再び大きな値を示すが、この後の図示していない経過時間には急速に値を下げ、エンジン回転の位相に伴う振動を繰り返しながら減少する。一方、実線で示した本発明の出力制御手段を用いた場合には、ベルト張力は、経過時間２０（ｍｓ）付近で最大値１３００（Ｎ）弱であり、従来例の三分の一程度の値にまで減少していることがわかる。この後、ベルト張力は一旦減少した後、経過時間１４０（ｍｓ）付近で再び１２００（Ｎ）を超える値をとり、経過時間２００（ｍｓ）付近以降では、３００（Ｎ）から１１００（Ｎ）程度の範囲で振動しながら減衰している。対応する太実線で示した本発明の場合のエンジン回転角速度は、エンジン回転位相変化にともなう振動を含みつつ０（ｒｐｍ）から上昇し、経過時間５００（ｍｓ）付近では５５０（ｒｐｍ）程度にまで達している。この間、経過時間１９０（ｍｓ）付近で１６０（ｒｐｍ）を超えており、さらに経過時間２１０（ｍｓ）過ぎには増加が続きつつもその時間変化率は減少に転じている。これを受けて、図３のフローチャートで示したように、リレー４２が接続され、スタータモータ３２の出力が強化される。そして、先に示したように、ベルト張力は、従来例と同程度の範囲で振動するようになる。
【００２１】
次に、本発明の出力制御手段を他の方式で実現した例を図６に示す。この実施形態は、図２に示した発明とほぼ同様の構成をしているが、出力制御手段を、電磁式リレーではなく、トランジスタ４４を用いて実現している。トランジスタ４４の種類は、特に制限されないが、ここでは一例としてディプレッション形のＭＯＳ　ＦＥＴを用いた場合について説明する。この場合、コントローラ３６がトランジスタ４４のゲート電圧を変更することで、ドレイン電流量を変化させ、スタータモータ３２への入力電力も変化させることができる。ドレイン電流量はゲート電圧の変化に応じて無段階に変化するため、緻密な制御が可能となる。したがって、この場合には、図３のフローチャートよりも、細かな制御を行ってもよい。
【００２２】
以上に示した例においては、センサ３４はエンジン１０の回転角速度を検出するものとしてきたが、エンジン１０の回転状況が把握できる他の量を検出しても良い。例えば、クランクシャフト１２の回転角度等を測定しエンジン１０の回転位相を検出する手段を出力制御手段に組み込むことができる。図５に示したように、ベルト１６の張力は、エンジン１０の回転位相、すなわちエンジン１０のシリンダ位置によって大きく変わってくる。したがって、張力が大きくなる位相の時はスタータモータ３２の出力を抑制し、張力が小さくなる位相の時はスタータモータ３２の出力を増大させるような基準を設けることで、一層緻密な制御が可能となる。
【００２３】
なお、ここで行った説明は、自動車に搭載されたエンジン１０を前提として行ってきたが、当然ながら、ベルト駆動型のエンジン起動装置を搭載した動機一般に適用できる。
【００２４】
【発明の効果】
上で述べたように、本出願の第１の発明によれば、ベルト幅を広げて耐久性を高めることをせずとも、エンジンを速やかに起動できるエンジン起動装置を実現できる。結果として、装置全体の大きさが増大するのを防ぐこともできる。
【００２５】
本出願の第２と３の発明によれば、それぞれエンジンの回転位相回転とエンジンの回転角速度に基づいてきめ細かな出力制御を行うことが可能となる。
【００２６】
本出願の第４と５の発明によれば、スタータモータの出力を、それぞれ電磁式リレーとトランジスタを用いることで、容易に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】リレーを用いたエンジン起動装置の概要を表す回路図である。
【図３】エンジン起動装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】スタータモータの出力特性を示す図である。
【図５】エンジン回転角速度とベルト張力の時間変化を示す図である。
【図６】トランジスタを用いたエンジン起動装置の概要を表す回路図である。
【符号の説明】
１０　エンジン、１６　ベルト、３０　鉛蓄電池、３２　スタータモータ、３４　センサ、３６　コントローラ、４０　第１リレー、４２　第２リレー、４４
トランジスタ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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