始動システム入門

極めて重要な点火の瞬間から、車両内の機械部品のシンフォニーが調和します。文字通りにも象徴的にも、動きを開始する責任は、最初の火花を点火する車両の始動システムにあります。始動システムは、停止した車両から活力にあふれた車両へのスムーズな移行を調整する極めて重要な要素として機能するため、このシステムを完全に理解することは自動車のエンジニアにとって極めて重要です。

車両の始動システムの役割と重要性

基本的な目的: エンジンにおける、初期システムの役割は、バッテリーからの電気エネルギーを最も基本的なレベルで機械エネルギーに変換することです。これはエンジンの機能の始まりであり、車両を前進させるその後の燃焼プロセスへの道を開きます。

意義: 車両の自律運転は始動システムによって保証されます。信頼できる始動システムがなければ、運転者はエンジンを始動するために外部ソースや代替方法を探さざるを得なくなり、自動車の使用に伴う自律性と利便性が大幅に制限されます。バッテリーに蓄えられた電気エネルギーとエンジンの機械的プロセスを組み合わせることで、車両の電気的領域と機械的領域の間の橋渡しとして機能します。効果的に動作する始動システムは、シームレスなエンジン点火を保証し、最初の回転から燃費を向上させ、エンジン部品の摩耗を軽減します。

始動システムの主な部品

図1 : 始動モジュールの主な部品

バッテリー: バッテリーは、スタータモータに必要な電流を供給する主要な電気エネルギー源です。バッテリーは非常に重要な役割を果たしており、特に極寒などの厳しい条件下でもエンジンを始動できる十分な容量が必要です。

スタータモータ: 始動システムの中心に存在します。スタータモータと呼ばれる高トルク、短時間作動の電気モータは、エンジンのクランクシャフトを回転させ、エンジンが独立して動作できるようになるまでエンジンのサイクルを開始する役割を果たします。スタータモータが小さなピニオンギアをエンジンのフライホイールにある大きなリングギアに連結すると、噛み合います。

スタータソレノイド (またはスタータリレー): ソレノイドは強力なスイッチとして機能し、スタータモータのピニオンギアをフライホイールに噛み合わせ、モータをバッテリーに接続して、スタータモータに大電流を流すことができます。二重機能により、ソレノイドはモータがフライホイールと噛み合っているときのみ作動するようにし、損傷の可能性を回避します。

点火スイッチ: 始動システムと運転者間のインタフェースとして機能します。点火スイッチを「スタート」の位置に回すとスタータソレノイドが作動し、スタータモータに電力が供給されます。

ニュートラルセーフティスイッチ (オートマチックトランスミッション用) またはクラッチ安全スイッチ (マニュアルトランスミッション用): 車両は、クラッチが踏まれているとき (マニュアルトランスミッションの場合)、または「ニュートラル」または「パーキング」にあるとき (オートマチックトランスミッションの場合) にのみ始動できます。この安全対策により、車両は停止したままとなり、点火時に突然前方または後方に動くことを防止します。

基本的に、始動システムは自動車の動作を制御する守護者として機能します。すべての旅は、効率的で信頼性が高く安全な点火から始まり、電気部品と機械部品の同期されたバランスによって成り立っています。技術の進歩と車両の高度化に伴い、始動システムの複雑さも同様に進み、継続的な理解と革新が必要になります。

一般的な始動システムの動作

従来の始動システムの機能により、わずか数秒で機械的イベントと電気的イベントの驚くべき同期が実現します。このプロセスを知らない人にとって、エンジンの始動は、キーを回すかボタンを押すだけで、すぐに簡単に実行できるように見えるかもしれません。しかし、このシンプルさの下には一連の複雑な作業が隠れています。

エンジン始動時の操作手順

点火スイッチの起動: 運転者が点火ンスイッチを「スタート」の位置にすると、プロセスが開始されます。点火回路を介して電気信号を送信します。

安全チェック: エンジンが始動する前に、車両は安全な作動状態にあり、クラッチ安全スイッチ (マニュアルの場合) やニュートラル安全スイッチ (オートマチックトランスミッションの場合) などの安全インターロックによって確保されます。

スタータソレノイドの作動: スタータソレノイドは、スタータモータの高電流要件を管理できる強力なリレーであり、点火スイッチの信号によって作動します。

駆動機構の展開: 同時に、ソレノイドが駆動機構を作動させ、スタータモータのピニオンギアを動かしてエンジンのフライホイールのリングギアと連動させます。この機械的な噛み合いにより、スタータモータのトルクがエンジンに伝達され、確保されます。

スタータモータの起動: ソレノイドは、ギアが噛み合った状態でスタータモータをバッテリーに接続し、必要な電流を引き出すことができるようになります。エンジンを始動すると、スタータモータが回転し始めます。

エンジン点火: エンジンは始動時に空気と燃料の混合物を吸い込みます。混合気が圧縮されると、点火システムがスパークプラグを作動させ、混合気が点火されます。エンジンが単独で動作を開始します。

断接: エンジンが自力で作動したら、運転者は点火スイッチを「スタート」位置から放します。これが起こると、初期回路が中断され、ソレノイドの電力が失われ、結果としてピニオンギアがフライホイールから外れ、スタータモータがバッテリーから切り離されます。

始動システムのトラブルシューティングとメンテナンス

信頼できるエンジン始動を確保することは、自動車の旅の基盤です。しかしながら、機械システムと電気システムの両方において、時間の経過とともに摩耗、劣化、故障は避けられません。有能な自動車エンジニアまたは技術者は、潜在的な問題を理解し、迅速かつ効率的な修理のための診断方法に関する専門知識を持っている必要があります。

始動システムに関する一般的な問題

クランクキングしない、始動しない: エンジンが始動せず、音も聞こえない場合は、バッテリーの消耗、点火スイッチの故障、スタータモータの故障など、さまざまな問題が考えられます。

クランキングする、始動しない: エンジンが始動しない場合は、燃料供給に関連する問題や点火システム内の問題など、始動システム以外の潜在的な問題がある可能性があります。

断続的なクランキング: エンジンが断続的に回転する原因としては、スタータソレノイドなどの部品の摩耗、電気接続の不良、バッテリーの劣化などが考えられます。

ギシと削るような音: 通常、これはピニオンギアがフライホイールと正しく噛み合わない場合に発生します。潜在的な原因としては、ソレノイドの故障、またはピニオンギアの摩耗が考えられます。

スタータモータの頻繁な過熱: クランキング時間が長くなると、エンジンの他の部分に根本的な問題があり、正常な始動を妨げている可能性があります。

ソレノイドのクリック音はするが始動しない: クリック音が聞こえればソレノイドが正常に動作していることが確認できますが、エンジンが回転しない場合はスタータモータが故障している可能性があります。

診断技術と修理

バッテリーテスト: 始動システムを詳しく調べる前に、バッテリーが良好な状態であることを確認することが重要です。バッテリー電圧を測定するには、マルチメータが最適です。通常、12.6Vは十分に充電されたバッテリーの電圧を示します。

電圧降下テスト: このテストにより、電気接続の不良が特定されます。マルチメータのリード線をケーブル端とバッテリー端子に接続することで、クランキング中の電圧降下を推定できます。接続不良は高い数値で示されます。

図2 : 始動システムの代表的な電圧降下

スタータドローテスト: クランキング中、スタータモータによって消費される電流量は、スタータドローテストによって推定されます。スタータモータの故障の兆候として、過剰な電流の消費が考えられます。測定された電流を製造元の仕様と比較します。

ソレノイドアクティベーションテスト: 点火スイッチをバイパスし、ソレノイドに直接電圧を印加することで、動作を確認できます。作動すると、ソレノイドはカチッという音を発し、スタータモータに電力を伝達します。

物理的検査: 緩んだ接続、損傷した部品、腐食した端子などの問題は、目視チェックによって明らかになることがあります。

交換と修理: 故障したスタータモータまたはソレノイドを修理するには、交換が必要です。ただし、問題を解決するには、接続部の清掃と固定、またはスタータモータ内のブラシなどの摩耗した部品の交換も必要になる場合があります。

要約すると、始動システムは堅牢であるにもかかわらず、摩耗や故障の影響を受けないわけではありません。体系的な診断アプローチを採用し、システムを包括的に把握することで、車両の信頼性と問題の迅速な解決が保証されます。数多くの一般的な始動の問題を防ぐには、定期的なバッテリー検査や端子のクリーニングなどの一貫した予防保全を効果的に使用できます。

始動システムの進歩

始動システムの進歩は、急速に進化する自動車業界における利便性、効率性、持続可能性に向けた業界の取り組みを反映しています。車両のユーザーエクスペリエンスを向上させ、環境への影響を軽減することを目的として、数多くの革新的な始動技術が開発されてきました。

スタートストップシステム

定義と目的: 信号待ちなどで車両が停止しているときに自動的にエンジンを停止し、発進準備ができたら自動的に再始動するスタートストップシステムを採用しています。特に市街地走行時の燃料消費量と排出量の削減に主に焦点を当てています。

動作: スタートストップシステムはエンジン制御ユニット (ECU) によって管理され、いくつかの重要なセンサに依存します。車両の状態（停止中または移動中）は速度センサによって検出されます。ブレーキペダルとクラッチペダルのセンサは、車両の停止または発進の意図を伝えます。現代のシステムには、従来の機械的連結に代わる電子的な「フライ・バイ・ワイヤ」スロットル制御が組み込まれています。この適応により、エンジンの再始動を制御する際に、応答時間が短縮され、精度が向上します。さらに、システムはバッテリーの充電状態をモニタして、再起動に十分な電力が確保されるようにします。パフォーマンスと快適性を向上させるために、冷たい時のエンジン始動時など、特定の条件下ではシステムの始動が遅れる場合があります。

利点: スタートストップシステムは、アイドリング時のエンジンの摩耗を最小限に抑え、都市部での騒音公害を軽減するとともに、明らかな燃料節約と排出量の削減を実現します。

統合スタータジェネレータ (ISG)

コンセプト: オルタネータと始動モータの機能は、ISGによって1つのユニットに結合されます。マイルドハイブリッド車では、これらは重要な役割を果たします。

機能性: エンジンのクランクシャフトに直接リンクされた統合スタータジェネレータ (ISG) は、従来のスタータよりもほぼ無音で、大幅に速くエンジンを始動できます。さらに、ISGは減速時やブレーキ時にエネルギーを回生し、車両のバッテリー内に蓄えることができます。MHEV (マイルドハイブリッド電気自動車) 自動車の標準的な電気システムレベルの図を見てみましょう。

図3 : MHEV電気システムレベル図

3相インバータは、右側にある48Vバスに接続されたスタータジェネレータを駆動します。ICEエンジンが始動するたびに、スタータジェネレータはモータとして動作し、48Vバスから電力を供給します。ICEエンジンが動作しているとき、スタータジェネレータは48Vバスに電力をフィードバックします。ISGと48Vバッテリー (図3参照) は共同でDC/DCコンバータに入力を供給します。このコンバータは12Vシステムに電力を供給すると同時に12Vバッテリーを充電します。

システムに48Vバッテリーがない場合、ISGを起動するには、最初にDC/DCコンバータで12V電圧を48Vに上げる必要があります。この昇圧された電圧は、インバータドライバに電力を供給するために使用されます。

利点: 特に、渋滞する交通状況では、統合スタータジェネレータ (ISG) により、始動と停止の操作がより迅速かつスムーズになり、燃料効率が向上し、車両のパフォーマンスが向上します。

リモートおよびプッシュボタンスタートテクノロジー

リモートスタート: 通常、このテクノロジーにより、キーフォブを使用して、運転者は自宅やオフィスから快適に車両を始動できます。運転者が車に乗る前に車を暖めたり冷やしたりすることは、特に悪天候の場合には有利です。ボディ制御モジュール (BCM) は、エンジン制御ユニット (ECU) と連携して、この機能の基本的な動作を管理します。車両は、リモートレシーバを介してキーフォブからの固有の信号を検出すると、その信号の有効性を認証します。BCMは確認後、エンジン始動シーケンスを開始するコマンドをECUに送信します。このプロセスをシームレスに実行することで、車両のドアがロックされたままになり、リモートスタート操作中のセキュリティが確保されます。これらはすべて、ドアロックセンサによって可能になります。

プッシュボタンスタート: プッシュボタンスタートにより、キーフォブが指定された距離内にある場合、ドライバーはボタンを押すだけで車両を始動することができ、従来のキー点火システムに代わることになります。この機能により、車両オペレータの利便性が向上し、最新のユーザーエクスペリエンスが実現します。エンジン制御ユニット (ECU) とボディ制御モジュール (BCM) が連携して、このテクノロジーの背後にあるこの機能を実現します。キーフォブの個別信号の継続的なスキャンは、システムに組み込まれた近接センサによって実行されます。要求された範囲内でフォブが検出されると、BCMによって信号の信頼性が検証されます。BCMはECUと通信し、ボタンが押されて検証されるとエンジンの始動シーケンスを開始します。この相互作用により、ユーザーフレンドリーな操作と車両のセキュリティが保証され、許可されたキーフォブが近くで検出された場合にのみエンジンが始動します。

セキュリティと利便性: 両方のシステムには高度なセキュリティ対策が組み込まれており、キーフォブが存在しない限り車両を運転することはできません。さらに、ユーザーにとっての利便性をさらに高めるために、これらのシステムのいくつかには、離れると自動的にロックされるなどの機能が含まれています。

要約すると、技術の進歩をユーザーの要件に合わせるために、始動システムの進歩は自動車市場の努力を示すものです。これらの進歩により、エンドユーザーにとって運転がよりスムーズで楽しくなり、車両の効率と性能が向上するだけでなく、全体的な運転体験も向上します。テクノロジーの着実な進歩により、車両始動システムの分野でさらなる画期的なイノベーションが生まれることを期待しています。