JP4105253B2 - 自動車のスタータの遮断を制御する方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のエンジンが始動した後に、自動車のスタータを停止させる（切る）ための方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の運転者の制御により、スタータによる自動車のエンジンの始動を終了させるのが一般的なやり方である。このようにするため、運転者は、エンジンがエンジン本来の作動を示す音を発するようになると、点火キーを解放する。しかしながら、自動車およびその他の自動車エンジンは、より静粛となるように製造されており、このような静粛化の傾向により、運転者が始動動作を成功裏に完了したかどうかを確認できるようにすることは、次第に困難となっている。
従って、エンジンが始動してから点火キーを解放するまでに、スタータが再度駆動されることがよくある。これによって、スタータに極めて過大な力が加えられることがある。
【０００３】
エンジンが始動し、低速走行モードに達するまで充分に作動した後に、自動車のスタータを停止させる装置は多く知られている。
特にフランス国特許第2,626,417号明細書は、スタータの両端の電圧の波、すなわちスタータを流れる電流強度の周波数が所定のスレッショルド値以上となった時に、スタータを切る制御装置を開示している。電源からスタータに流れる電圧または電流の振幅の変動から成るこの波は、エンジン始動時の動作を示している。
この装置は、エンジンの連続的に生じる圧縮サイクルに対応するこれら波の周波数が、時間と共に高くなるという特徴を利用している。しかしながら、エンジンが正しく始動した直後にスタータを切ることはできない。
【０００４】
実際には、電源の信号の波の周波数の測定値を得ることは、信号を充分に長い時間のインターバル内で解析できることを前提としている。この結果、スレッショルド周波数に達すると、周波数のスレッショルド値よりも高い周波数を測定できる第１の時間インターバルの終了時までに、スタータを停止するための指令が遅れることとなる。
【０００５】
また、エンジンの有効作動速度は、多くのパラメータ、特にエンジン部品の摩耗状態、燃料噴射システム、および点火システムの特性によって決まり、また周辺温度によってさえも決まる。
ある場合には、スタータが早期に停止する危険を防止するため、その値を越えると、スタータを切るようになっているエンジン速度のスレッショルド値は、エンジンが自ら作動し始める有効エンジン速度よりも、一般に極めて高く設定されている。そのため、多くの場合、スタータは、作動に必要以上の時間がかかることとなっている。
【０００６】
フランス国特許第2,393,165号明細書も、電源の電圧波または電流波が消滅すると、スタータを切るようにしたスタータ用制御装置を開示している。この目的のため、電圧または電流信号は、２本の信号路に沿って搬送され、一方の信号路の信号は、遅延されるようになっている。
これら２本の信号路は、信号波が存在する限り、異なるレベルとなっている。信号波が消滅すると、２本の信号路は同じレベルとなり、装置はスタータを停止させる。しかし、この構造では、前記信号路のうちの第２の信号路における遅延時間に対応する遅延時間の後に、エンジンの自律的作動の感受に関連してスタータを停止させる命令が生じるようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、自動車のエンジンがエンジンの自律的作動をするスレッショルド値に達した後、自動車のスタータを停止でき、更にスタータが作動する時間を充分長い値となるよう、システマティックに短くできる方法および装置を提供するものである。
これにより、ユーザーにとっては、便利さおよび快適さが改善され、またフライホイール機能を省略することにより、スタータ自体を簡略化できる。
【０００８】
本発明の第１の特徴によれば、自動車のスタータの電源電圧、またはこのスタータを通って流れる電流強度のいずれかに対応する信号内の波を検出し、この波がなくなったときに、スタータを切るようになっている自動車のスタータの遮断を制御する方法は、前記波の周波数が高くなるにつれて時間幅が短くなるモニタ時間を新しい波ごとに発生し、最終モニタ時間において新しい波が検出されなくなるとスタータを切ることを特徴としている。
【０００９】
本発明の第２の特徴によれば、自動車のスタータの電源電圧、またはこのスタータを通って流れる電流強度のいずれかに対応する信号内の波を検出するための手段と、前記波がなくなったときに、スタータの遮断を指令するための手段とを備える、自動車のスタータの遮断を制御する装置は、前記波の周波数が高くなるにつれて時間幅が短くなるモニタ時間を新しい波ごとに発生するための手段を含み、最終モニタ時間において新しい波が検出されなくなると、スタータを切るための手段により、スタータを停止させるようになっていることを特徴としている。
【００１０】
本発明の好ましい特徴によれば、前記波を検出するための手段は、モニタ時間をゼロに戻すゼロ化パルスを、新しい波ごとに発生するための手段を含む。
【００１１】
この場合、好ましくは、前記信号の波を前記波と同じ時間幅を有する一定振幅の矩形信号に変換するための処理手段を含み、モニタ時間は、前記矩形信号の基本パルスの時間幅に応じて決まるようにされる。
【００１２】
また、本装置は、好ましくは、時間が電圧制御されるタイマを含み、このタイマの制御入力は、前記矩形信号の供給されるコンデンサの電圧によって制御され、かつゼロ化パルスごとに前記コンデンサを放電するための手段を更に含んでいる。
【００１３】
また本装置は、好ましくは、新しいゼロ化パルスごとにリセットされるカウンタを更に含み、モニタ時間の長さは、新しいパルスごとに前記カウンタの値に応じて決まるようにされる。
【００１４】
また好ましくは本装置は、新しい各ゼロ化パルスをカウンタが受信する際に、このカウンタの値に応じて決まる値にリセットされるダウンカウンタを更に含んでいる。
【００１５】
本発明の別の好ましい特徴によれば、アップカウンタおよびダウンカウンタは、クロックタイマからの共通信号によって制御され、ダウンカウンタがセットされる値は、アップカウンタの値よりも大きくなるように選択される。
【００１６】
好ましくは、ゼロ化パルスごとにカウンタがリセットされる前に、ダウンカウンタをリセットするようにする。
【００１７】
添付図面を参照し、単なる非限定的例として示した下記の本発明の好ましい実施例の詳細な説明を読めば、本発明の上記以外の特徴および利点がより明らかとなろう。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、自動車のエンジンのためのスタータＳへの電力の供給を制御するための装置を示す。スタータＳは、電源の正のターミナルＢ⁺とアースとの間に接続されたスタータ用電動モータＭを含む。ターミナルＢ⁺は自動車のバッテリーに接続されている。
【００１９】
制御装置は、電源の正ターミナルＢ⁺とスタータＳとの間に接続されたコンタクタ１を含む。このコンタクタ１は、リレーコイル２によって作動されるリレーである。リレーコイル２の一端は、電源ターミナルＢ⁺に接続されており、その他端は、まずＭＯＳＦＥＴ型の制御トランジスタ３のソースに接続され、第２にアースに接続されたコイル５に接続されている。
【００２０】
制御トランジスタ３のドレインは、電源ターミナルＢ⁺に接続されており、そのグリッドは、制御ユニット４の出力端に接続されて、制御トランジスタ３は、この出力端から電圧制御信号を受けるようになっている。制御トランジスタ３は、当然ながら他の適当なタイプの遮断器と置換できる。
【００２１】
図面に示した実施例では、制御ユニット４は、第１に、波すなわち電源ターミナルＢ⁺の電圧に発生する振幅変化に応じ、第２に、コンタクタ（本明細書では点火キーによって作動される点火スイッチであり、図１では符号６で示してある）の位置に応じて、前記制御信号を発生する。
【００２２】
次に、図２および図３（ａ）〜（ｅ）を参照して、制御ユニット４によって実行される信号処理機能について説明する。
【００２３】
エンジンの始動段階中において、制御ユニット４への入力電圧（すなわち電源ターミナルＢ⁺の電圧）は、図３（ａ）に示されるタイプとなっている。
エンジンが自ら（自律的に）作動しない限り、この電圧は、エンジン速度と共に周波数が高くなる波を示す。この波は、一端エンジンが自律的に始動し始めると消滅する。
【００２４】
図２から判るように、この信号は、ローパスフィルタ７によってフィルタ処理される。直流成分除去回路８では、一方向（直流）成分が除去され、こうして得られた信号は、図３（ｂ）に示すタイプとなり、この信号は、図３（ａ）に示す信号の濾波された交流成分である。
【００２５】
直流成分除去回路８の後には、矩形波発生回路９（図２参照）が続く。この矩形波発生回路９では、図３（ｂ）の交流信号は、図３（ｃ）に示すような矩形パルスから成る信号に変換される。このようにするため、矩形波発生回路９は、直流成分除去回路８からの出力信号における負パルスと同じ時間幅を有する一定振幅の正のパルスに変換する。
このように、矩形波発生回路９の出力端で得られた矩形パルス信号は、第１にはパルス発生器１０へ送られ、第２にはタイマ１１へ送られる。パルス発生器１０は、図３（ｃ）に示すような入力信号のパルスの立ち上がりエッジにて、図３（ｄ）に示される短いパルスを発生する。この短いパルスは、タイマ１１によって発生される時間を０にリセットする。
【００２６】
この時間が０にリセットされるごとに、発生される新しい時間Ｔｓｉの長さは、あるパルスから別のパルスに短くなるよう、矩形波発生回路９の出力端における矩形基本信号の長さに従って変えられる。この長さＴｓｉは、最終基本矩形信号の長さＴｃｉの２倍以上となるように選択される。
従って、制御ユニット４に入力される信号が波形を特徴とする限り、各時間の終了前に新しい波が発生するので、タイマは、この新しい波に対応するパルスによって０にリセットされる。
【００２７】
制御ユニット４は、入力信号内の波により、上記のように前記時間が維持される限り、制御トランジスタ３のオフを禁止するためのオフ禁止回路１２を更に含んでいる。制御トランジスタ３のグリッドにある制御電圧は、制御トランジスタ３が閉じることを命令するレベル（すなわち図３（ｅ）におけるレベル１）にあるので、リレーコイル２は短絡し、コンタクタ１は閉じる。
【００２８】
オフ禁止回路１２によって構成されるブロック回路は、図３（ｄ）のゼロ化パルスによっても、制御トランジスタ３をオフすることを禁止される。従って、タイマ１１がゼロに リセットされるときに、スタータが停止されることはない。
図３（ａ）に示した波が消えると、すなわちエンジンが正しく始動されるとすぐに、図３（ｄ）のゼロ化パルスもなくなり、タイミング動作は終了する。制御トランジスタ３のオフも禁止されなくなるので、図３（ｅ）に示した信号はゼロレベルとなる。従って、リレーコイル２は短絡されなくなり、コンタクタ１は開状態となり、スタータは切られる。
【００２９】
この装置を用いることにより、エンジンを始動してからスタータを切るまでの時間は短くなる。
【００３０】
次に、タイマ１１用の設計可能な回路の例を示す図４を参照する。
タイマ１１は、電圧制御された時間制御のための入力端１３ａを有する標準タイプのタイミング回路１３を有している。この入力端１３ａとアースとの間に、コンデンサＣが接続されている。コンデンサＣは、ダイオードＤおよび抵抗器Ｒを通る基本矩形パルス信号によって充電され、コンデンサＣの両端の充電電圧Ｕｃは、図示しないオプションの増幅器を介して、入力端１３ａへ送られる。ダイオードＤは、基本矩形パルス信号がなくなったときにコンデンサＣが放電するのを防止するためのものである。
【００３１】
ゼロ化信号は、コンデンサＣとアースとの間に接続されたトランジスタＴを制御する。この信号は、トランジスタＴを介してコンデンサＣを急速放電させる。
【００３２】
このように、タイミング回路１３は電圧Ｕｃの平均値に対応し、受信した最終矩形基本パルス信号の時間Ｔｃに応じた電圧によって制御される。これについては、図５（ｃ）に示されている。図５（ｃ）では、電圧Ｕｃが示されており、図５（ａ）および図５（ｂ）では、矩形パルス信号およびゼロ化パルスが示されている。図５（ｃ）では、電圧Ｕｃの平均値は仮想線で示されており、その振幅は２重の矢印で示されている。
【００３３】
図４は、タイミング回路１３の時間ベース入力端１３ｂ、およびその制御出力端１３ｃをも示しており、制御出力端は、タイミング動作が終了していない限り、制御トランジスタ３を閉じる制御電圧に、コンデンサＣ１によって維持される。タイミング動作が終了すると、タイミング回路１３はコンデンサＣ１を放電する。
【００３４】
次に、実施可能な別の実施例を示す、図６および図７（ａ）〜（ｅ）を参照する。
図２に示され、かつ図６にも示されている部品に、符号に１００を加えた符号で示してある。
【００３５】
入力信号は、電動モータのための電源ターミナルＢ⁺（図７（ａ）参照）から取り出した電圧である。この信号は、ローパスフィルタ１０７へ送られ、このローパスフィルタは、入力信号のうちの寄生成分を除去する。次の直流成分除去回路１０８では、フィルタ処理された信号の一方向成分を抑制し、図７（ｂ）に示された交流信号を発生する。
直流成分除去回路１０８からの出力信号は、低レベル検出器１２０へ送られ、この低レベル検出器１２０は、較正された時間および振幅の一連の短いパルスを発生する。図７（ｃ）に示したこのパルスは、アップカウンタ１２１へ送られ、このアップカウンタは、クロックタイマ１２２からのインクリメント信号も受信する。
各パルスは、スタータＳによって駆動されるエンジンにおける圧縮ストロークの終了を示している。
【００３６】
アップカウンタ１２１は、パルスごとにゼロに戻される。パルスによってその都度ゼロに戻される前に、アップカウンタの到達する値は、エンジンの２つの連続する圧縮ストロークの間の時間を示している。
【００３７】
低レベル検出器１２０によって発生されるパルスも、クロックタイマ１２２からのインクリメント信号と共にダウンカウンタ１２４へ送られ、このダウンカウンタは、新しいパルスごとにリセットされる。ダウンカウンタ１２４がリセットされる値は、アップカウンタ１２１によって測定される最終の２つのパルスの間の時間に応じて決まる。
【００３８】
この特定の実施例では、アップカウンタ１２１のカウントＴｃは、乗算器１２３へ送られ、乗算器は、このカウント数に１よりも大きい値ｋを乗算する。この乗算器１２３の出力端に生じる値は、ダウンカウンタ１２４へ送られる。
従って、このようにダウンカウンタ１２４によって実行されるカウントダウン動作によって決められるモニタ時間は、自動車のエンジンの圧縮サイクルよりも長くなる。
【００３９】
従って、エンジンが完全に始動する前に、図７（ａ）に示す入力信号内の波により連続して発生されるパルスにより、モニタ期間終了前に、ダウンカウンタ１２４がリセットされる。従って、制御トランジスタ３のオフは、図７（ｅ）に示すレベル１の信号を制御トランジスタ３に送るオフ禁止回路１１２により禁止される。
【００４０】
エンジンが完全に始動するとすぐに、スタータはトルクを伝達しなくなるので、図７（ａ）の信号内の波およびパルスは消える。よって、モニタ期間中にパルスがなくなることは、エンジンが正常に作動したことを意味する。
【００４１】
そのため、ダウンカウンタ１２４が値ゼロに達すると、それ以上、制御トランジスタ３のオフを禁止しないように、オフ禁止回路１１２が制御されるので、図７（ｅ）に示された信号はゼロレベルまで変化し、コンタクタ１は開放状態に切り替わる。
【００４２】
この装置は、エンジンの圧縮サイクルの時間よりも長いモニタ期間で作動するので、エンジンの回転速度のムラに起因するスタータの不正確な早期の停止を防止することができることは理解されると思う。
【００４３】
システムが適切に作動できるよう、ダウンカウンタ１２４は、アップカウンタ１２１がゼロに戻される前にリセットされる。このようにするために、アップカウンタ１２１のゼロ化入力端に遅延回路を接続してもよい。
別の変形例として、パルスの立ち上がりエッジを利用して、ダウンカウンタ１２４をリセットし、パルスの立ち下がりエッジを利用して、アップカウンタ１２１をゼロにすることも可能である。
【００４４】
システムを始動するには、少なくとも１つの圧縮ストローク中に、制御トランジスタ３のブロック回路を禁止するか、または、ダウンカウンタ１２４に１つの値を初期ローディングするかのいずれかが必要である。
【００４５】
別の実施例を考え付くことも可能である。前記実施例では、ダウンカウンタによって行われるカウントダウン動作を、カウント周波数よりも低い周波数で実行すれば、乗算器を省略してもよい。このようにするために、クロックタイマ１２２とダウンカウンタ１２４との間に、例えば双安定性フリップ／フロップを備えた分周回路を設けてもよい。
【００４６】
一般的に、制御ユニット４によって処理する信号を、スタータまたはバッテリーの両端で利用できる電圧信号の代わりに、スタータＳを通って流れる電流強度に対応する信号とすることもできる。
【００４７】
この電流強度信号は、基本的には、抵抗性（オーミック）特性を有する導電性素子における電圧降下を測定することによって得られる。この素子は、例えばコンタクタ１の電力接点、コンタクタ１とスタータＳをリンクするケーブル、スタータＳのアース復帰ケーブル、およびバッテリーとスタータとの間の電源ケーブルと直列に接続される。
【００４８】
別の変形例として、この電流強度を、上記導電性素子のうちの１つを貫通する測定コイル内で誘導される電圧の変動を測定することによって得るようにすることができる。
【００４９】
更に別の変形例として、図３（ｄ）または図７（ｃ）に示す信号内のパルスを、フィルタ処理された信号の交流成分がゼロとなる時を検出する検出器によって発生できる。この検出器は、低レベルまたは高レベル検出器の代わりとなる。
【００５０】
更に、スタータによるエンジンの駆動は、電源電圧または電流の微分（変化率）で示すことができる。スタータがエンジンを駆動している時の圧縮サイクル中は、電圧の微分は負となり、電流の微分は正となる。エンジンをスタータによって駆動する期間の開始時または終了時のいずれかにおいて、単安定性フリップ−フロップ回路により、信号をスタートすることが可能である。
【００５１】
後に理解できるように、上記作動を例とする一般的タイプの可変期間のタイミング動作により、スタータを停止させるような不適当または望ましくない命令が発せられる危険を生じることなく、できるだけ初期の時間でスタータを切ることができるようにしながら、スタータをエンジンの特性に合わせることが可能となる。
【００５２】
エンジンをスタータによって駆動している段階の終了時、すなわちエンジンが自ら回転し始めるようになった時の速度は、毎分３００〜４００回転の範囲であり、２つの連続するパルス間の時間は０.０７〜０.１秒である。
【００５３】
始動動作の開始時において、特に低温時エンジン始動時における速度は、毎分わずか約７０回転にしかならないことがある。この場合の連続するパルス間の時間は０.４３秒となる。
【００５４】
パルス間の時間が０.１秒に固定されていると、タイマが切り替えられる前にゼロ化信号が生じることはないので、エンジンの最初の回転前に、スタータを停止させる命令が与えられることとなる。
【００５５】
パルス間の時間が０.４３秒に固定されていると、低温時にエンジンを使用することが可能となるが、スタータを停止するための命令は極めて遅くなる。特に、エンジンが高温となっている時で、エンジンが毎分１０００〜１５００回転するような高速回転時で、毎分１２０００〜２００００回転のスタータピニオン速度となっている時でも、停止命令が働くことがある。この速度では、スタータは、特にノイズが大きく摩耗が加速される。更にフライホイールを設ける必要がある。
【００５６】
本発明によって提案されるタイミング動作を用いると、エンジンの停止は、エンジン自体の特性、特に気筒数、燃料噴射および点火特性、エンジンの摩耗またはチューニング状態、バッテリーの特性などとは無関係となる。
【００５７】
更に、本発明による構造は、完全に自律的となるという特徴を有し、自動車に取り付ける際に別の電気配線は不要となる。
【００５８】
本明細書に開示した一般的タイプの制御装置と、そのオルタネータを含むアセンブリは、従来のスタータシステムと交換可能なものである。
【００５９】
コンタクタ６内の電流は、通常の１０〜４０アンペアの代わりに、わずか数ミリアンペアと極めて小さくなっていることも理解できよう。この結果、本発明に係わるスタータは、制御方法の種々の変形例を考え付くことが可能であるような低電流制御手段と考えることができる。変形例としては、コードを入力したり、アクセルペダルによる制御などがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の１つの可能な実施例におけるスタータのための遮断制御装置の回路図である。
【図２】 図１に示された装置における制御ユニットの可能な一実施例を示す概略ブロック図である。
【図３】 （ａ）は、図２のローパスフィルタに入力される信号を示す図、（ｂ）は、図２の直流成分除去回路から出力される信号を示す図、（ｃ）は、図２の矩形波発生回路から出力される信号を示す図、（ｄ）は、図２のパルス発生器から出力される信号を示す図、（ｅ）は、図２のオフ禁止回路から出力される信号を示す図である。
【図４】 図２におけるタイマの一実施例を示す図である。
【図５】 （ａ）は、図４に示されたタイマに入力される矩形波発生回路からの信号を示す図、（ｂ）は、図４に示されたタイマに入力されるパルス発生器からの信号を示す図、（ｃ）は、図４に示されたタイマのコンデンサに充電される電圧を示す図である。
【図６】 本発明に係わる遮断制御装置における制御ユニットの別の実施例を示す、図２に類似した概略図である。
【図７】 （ａ）は、図６のローパスフィルタに入力される信号を示す図、（ｂ）は、図６の直流成分除去回路から出力される信号を示す図、（ｃ）は、図６の低レベル検出器から出力される信号を示す図、（ｄ）は、図６のダウンカウンタから出力される信号を示す図、（ｅ）は、図６のオフ禁止回路から出力される信号を示す図である。
【符号の説明】
Ｓ スタータ
Ｍ モータ
１ コンタクタ
２ リレーコイル
３ 制御トランジスタ
４ 制御ユニット
５ コイル
６ コンタクタ
７ ローパスフィルタ
８ 直流成分除去回路
９ 矩形波発生回路
１０ パルス発生器
１１ タイマ
１２ オフ禁止回路
１３ タイミング回路
１０７ ローパスフィルタ
１２０ 低レベル検出器
１２１ アップカウンタ
１２２ クロックタイマ
１２３ 乗算器
１２４ ダウンカウンタ

Claims (6)

1. 自動車のスタータ（Ｓ）の電源電圧、またはこのスタータを通って流れる電流強度のいずれかに対応する信号内の波を検出し、この波がなくなったときに、スタータを切るようになっている自動車のスタータ（Ｓ）の遮断を制御する方法であって、 前記波の周波数が高くなるにつれて時間幅が短くなるモニタ時間（Ｔｃ）を、新しい波ごとに発生し、最終モニタ時間（Ｔｃ）において新しい波が検出されなくなると、スタータ（Ｓ）を切ることを特徴とする、自動車のスタータ（Ｓ）の遮断を制御するための方法。
2. 自動車のスタータ（Ｓ）の電源電圧、またはこのスタータを通って流れる電流強度のいずれかに対応する信号内の波を検出するための手段と、前記波がなくなったときに、スタータの遮断を指令するための手段とを備える、自動車のスタータ（Ｓ）の遮断を制御する装置であって、
   この装置が、前記波の周波数が高くなるにつれて時間幅が短くなるモニタ時間（Ｔｃ）を新しい波ごとに発生するための手段を含み、最終モニタ時間（Ｔｃ）において新しい波が検出されなくなると、スタータ（Ｓ）を切るための手段によりスタータを停止させるようになっていることを特徴とする、自動車のスタータ（Ｓ）の遮断を制御するための装置。
3. 新しいゼロ化パルスごとにリセットされるアップカウンタ（１２１）を更に含み、モニタ時間の長さ（Ｔｃ）が、新しいパルスごとに前記アップカウンタ（１２１）の値に応じて決められるようにしたことを特徴とする、請求項２記載の装置。
4. 新しい各ゼロ化パルスをアップカウンタ（１２１）が受信する際に、このアップカウンタ（１２１）の値に応じて決まる値にリセットされるダウンカウンタ（１２４）を更に含むことを特徴とする、請求項３記載の装置。
5. アップカウンタ（１２１）およびダウンカウンタ（１２４）が、クロックタイマ（１２２）からの共通信号によって制御され、かつダウンカウンタ（１２４）がセットされる値は、アップカウンタ（１２１）の値よりも大きくなるように選択されていることを特徴とする、請求項４記載の装置。
6. ゼロ化パルスごとにアップカウンタ（１２１）がリセットされる前に、veダウンカウンタ（１２４）をリセットするようにしたことを特徴とする、請求項４記載の装置。

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