JP2009261084A - エンジンのアイドリング安定化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 エンジンがアイドリング状態であってもアイドル回転数を高めに設定することなく、出力電流を低減させることによりマグネトウ回転に必要なトルクを減少させ、エンジンの回転を安定化させることができ、したがって燃費の向上を図り、静音化を図ることができるエンジンのアイドリング安定化装置を提供する。
【解決手段】 発電制御装置には、エンジンがアイドリング状態のときの、発電機から出力される電流値が出力電流値として設定され、エンジンの回転数がアイドリング判定回転数以下となったときに、エンジンがアイドリング状態であることを検出し、アイドリング状態のときに、所定時間におけるエンジンの最大回転数及び最小回転数を検出し、最大回転数から最小回転数を差し引いて、回転数変動値を算出し、当該回転数変動値が所定値以上のときに、発電機から出力される電流値を、出力電流値より低い値である低出力電流値に制御する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、アイドリング時のエンジンの回転数を安定化させるためのエンジンのアイドリング安定化装置に関するものである。

自動二輪車のエンジンを用いた発電システムは、エンジンに備わる磁石式のフライホイールマグネトウを用いて、これを回転させることにより行われている。エンジンがアイドリング時、所定の低いエンジン回転数を維持するように設定されている。マグネトウを回転させるためには、所定量のトルクが必要である。エンジンの回転数が低下すると、エンジンから発生するトルクも低下し、マグネトウを安定して回転させることができないおそれがある。特に、自動二輪車等の小型エンジンでは、そのおそれが大きい。したがって、従来では、マグネトウを安定的に回転させるだけの十分なトルクを与えるために、アイドリング時のエンジン回転数を高めに設定している。一方、バッテリ電圧が所定値を超えると、レギュレータを用いて、バッテリとマグネトウを電気的に切断し、過剰な電力の供給を防止している。しかし、このような切断状態であっても、三相発電体をレギュレータ内部で短絡させて短絡電流を流し続けているため、エンジンの負荷としてはあまり変わっていない。

一方で、アイドリング時にバッテリの状態を検知してその状態に応じてエンジンの回転数を上昇させる車両用発電システム及びその制御方法が特許文献１に開示されている。このシステムは、アイドリング時にバッテリが放電状態の場合、エンジンの回転数を上昇させるように制御してバッテリ上がりを防止するものである。

しかしながら、上記従来技術にしても特許文献１に記載のシステムにしても、エンジンの回転数を高めてマグネトウによる発電電力を維持しようとしている。これにより、エンジンはアイドリング時に無駄な回転を要求され、燃費が悪くなる結果を招いている。特に、自動二輪車に用いられる小型エンジンの場合では、回転数を上昇させることは騒音の発生につながり、アイドリング時に通常走行時と同程度の音がエンジンから発生することは、好ましい状態とはいえない。

特開２００３−２６９２１６号公報

この発明は、上記従来技術を考慮したものであって、エンジンがアイドリング状態でのエンジンの回転を安定化するために、エンジン回転数を高めに設定することなく、出力電流を低減させることによりマグネトウ回転に必要なトルクを減少させ、低いエンジン回転数でのアイドリング時のエンジン回転を安定化させることができ、さらに燃費の向上を図り、静音化を図ることができるエンジンのアイドリング安定化装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１の発明では、車体に備わる電気的負荷となる電気機器と、エンジンに備わる磁石式三相発電体であるフライホイールマグネトウからなる発電機との間に配設される発電制御装置からなり、当該発電制御装置に、前記フライホイールマグネトウから出力される交流電流を直流電流に変換するための三相混合ブリッジ回路と、マイコンによる制御回路が備わるエンジンのアイドリング安定化装置であって、前記発電制御装置には、エンジンがアイドリング状態であることを示すアイドリング判定回転数が設定され、前記エンジンがアイドリング状態のときの、前記発電機から出力される電流値が出力電流値として設定され、前記発電制御装置には、前記エンジンの回転数を検出するためのエンジン回転数検出手段が備わり、当該エンジン回転数検出手段により、前記エンジンの回転数が前記アイドリング判定回転数以下となったときに、前記エンジンがアイドリング状態であることを検出し、前記アイドリング状態のときに、所定時間における前記エンジンの回転数変動値を算出し、当該回転数変動値が所定値以上のときに、前記発電機から出力される電流値を、前記出力電流値より低い値である低出力電流値に制御することを特徴とするエンジンのアイドリング安定化装置を提供する。

請求項２の発明では、前記回転数変動値は、前記エンジンの最大回転数から前記最小回転数を差し引いて算出されることを特徴としている。

請求項３の発明では、前記エンジン回転数検出手段は、前記発電機から発生する電圧を検出するマグネトウ発生電圧検出器であることを特徴としている。

請求項４の発明では、前記マイコンは、前記低出力電流値に制御後、前記所定時間より長い時間である待機時間を設けることを特徴としている。

請求項５の発明では、前記マイコンは、前記待機時間経過後、再び前記所定時間における前記エンジンの最大回転数及び最小回転数を検出し、前記回転数変動値を算出し、当該回転数変動値が所定値以上のときに、前記発電機から出力される電流値を、前記低出力電流値より低くし、前記アイドリング状態の間、再び待機時間を設け、その後に回転数変動値を算出し、出力される電流値の制御を繰返すことを特徴としている。

請求項１の発明によれば、エンジンがアイドリング状態であって、所定時間におけるエンジンの回転数変動値が所定値以上のときに、発電機から出力させる電流値を低減させるように制御する。このため、エンジンの回転が安定しているときはそのまま発電を続け、エンジンの回転が不安定となってきたら出力電流値を低減させるので、エンジンは低回転のまま、要求される電流値を出力することができる。このように、エンジンがアイドリング状態であってもアイドル回転数を高めに設定することなく、出力電流を低減させることによりマグネトウ回転に必要なトルクを減少させ、エンジンの回転数を低回転としてエンジンの回転を安定化させることができる。これにより、燃費の向上を図り、静音化を図ることができる。

請求項２の発明によれば、回転数変動値は、エンジンの最大回転数から最小回転数を差し引いて算出されるので、簡単かつ容易にエンジンの回転数変動値を検出することができ、エンジンがばたついてるなどの状態を検出することができる。

請求項３の発明によれば、エンジン回転数検出手段として、発電機から発生する電圧を検出するマグネトウ発生電圧検出器を用いるため、簡単な構成で確実にエンジンの回転数を検出することができる。

請求項４の発明によれば、マイコンは、低出力電流値に制御後、回転数変動値を算出するための時間である所定時間よりも長い待機時間を設ける。出力電流値を低減させた後にすぐにはエンジンの回転が安定化するとは限らないため、しばらくの間様子を見ることができる。これにより、その回転数における正確なエンジンの回転数変動値を算出することができる。

請求項５の発明によれば、出力電流を低減させた後も、待機時間後に回転数変動値を算出し、これが所定値を超えていないか判別し、超えていれば再び出力電流を低減させ、これが繰り返される。このため、最終的にエンジンが安定して回転できる出力電流値に収束させることができ、確実なエンジン回転の安定化を図ることができる。

図１はこの発明に係るエンジンのアイドリング安定化装置を用いたエンジンの安定化方法のフローチャート図である。

ステップＳ１：
エンジン稼働中、エンジンの回転数を検出し、この回転数が予め定めたアイドリング判定回転数以下であるかを判定する。アイドリング判定回転数とは、車体がアイドリング状態であることを示す指標となるエンジン回転数の値である。自動二輪車の場合、大体２０００ｒｐｍ以下である。したがって、エンジン回転数がアイドリング判定回転数以下である場合、車体はアイドリング状態と判定される。実際のエンジン回転数は、エンジンに備わる発電機からの出力電圧を検出して求めたり、あるいは、発電機に突起（例えば図４の３７）を設けてこの突起が検出されるピッチ間隔を基にして求めたりして、検出される。なお、このステップＳ１以前に、マイコンに出力電流値が設定され、このステップＳ１の時点では、この設定出力電流に制御されている。

ステップＳ２：
ステップＳ１でアイドリングと判定されたら、エンジンの回転数変動値を算出する。回転数変動値は、所定時間におけるエンジンの最大回転数から最小回転数を差し引いた値である。

ステップＳ３：
回転数変動値が所定値以上か否かを判定する。すなわち、エンジンの回転が安定か不安定化を判別する。この値が大きいと、エンジンの回転が不安定ということになる。逆に、この値が小さいと、エンジンは安定して回転していることになる。回転数変動値が所定値未満、すなわちエンジンの回転が安定している場合はステップＳ１に戻る。回転数変動値が所定値以上、すなわちエンジンの回転が不安定な場合はステップＳ４に進む。

ステップＳ４：
ステップＳ３で回転数変動値が所定値以上、すなわちエンジンの回転が不安定な場合、発電制御装置により出力電流を低い値に設定変更する。低出力電流値は、発電制御装置に設定されているアイドリング時の出力電流値より低い値である。なお、後述するように、ステップＳ５からステップＳ１に戻って、再びステップＳ４まできたときは、当該ステップＳ５で低い値に設定された電流値より、さらに低い電流値に設定変更する。

ステップＳ５：
ステップＳ４で低出力電流値としたことによるエンジンの回転への効果を待つ時間を設ける。すなわち、出力電流値を低くしてもすぐにはエンジンの回転がステップＳ３の所定値以下にならないことから、しばらくの間、様子を見る時間を設ける。この待機時間は、ステップＳ２で回転数変動値を算出する所定時間より長い時間である。この後、ステップＳ１に戻る。

ステップＳ６：
ステップＳ１でエンジン回転数がアイドリング判定回転数より高い回転数の場合、発電機による出力電流設定を初期値に戻し、アイドリング時の出力電流設定を解除する。

このように、エンジンの回転数が不安定のときに、出力すべき電流値を低減させるように制御するため、エンジンの回転が安定しているときはそのまま発電を続け、エンジンの回転が不安定となってきたら出力電流値を低減させるので、エンジンは低回転のまま、要求される電流値を出力することができる。このように、エンジンがアイドリング状態であってもアイドル回転数を高めに設定することなく、出力電流を低減させることによりマグネトウ回転に必要なトルクを減少させ、エンジンの回転を安定化させることができる。すなわち、エンジン回転変動を検出して発電制御装置による出力電流を制御することにより、アイドリング時のエンジン回転数安定化を実現できる。さらなる効果として、燃費の向上を図り、静音化を図ることができる。

ステップＳ５からステップＳ１に戻った後、エンジンが未だアイドリング状態であれば、ステップＳ２〜ステップＳ５を繰返す。その間、回転数変動値が所定値以上であれば、徐々に発電機から出力される電流値を減少させるので、最終的には、エンジンがばたつかず、最も安定して回転できる出力電流値に設定されることになる。

図２はこの発明に係るエンジンのアイドリング安定化方法を用いた場合のエンジン回転数及び出力電流値と、時間との関係を示すグラフ図である。

時間ａまでの間、車体は走行中である。時間ａにて、エンジンの回転数がアイドリング判定回転数以下になったため、車体がアイドリング状態に入ったと検出される（図１のステップＳ１）。所定時間Ｔａ（時間ａ〜時間ｂ）における、エンジンの最大回転数と最小回転数との差である回転数変動値ΔＮを算出する（図１のステップＳ２）。ΔＮが所定値未未満の場合は、エンジンがアイドリング状態であることを確認しながら再び所定時間Ｔａ（時間ｂ〜時間ｃ）における回転数変動値ΔＮを算出する。時間ｂ〜時間ｃにおけるΔＮも所定値未満であるので、再びアイドリング状態であることを確認しながら所定時間Ｔａ（時間ｃ〜時間ｄ）における回転数変動値ΔＮを算出する。

図では、この時間ｃ〜時間ｄにおけるエンジンの回転が不安定であるため、ΔＮが所定値以上となっている。したがって、時間ｄにおいて、出力電流値を低出力電流値に変更する（図１のステップＳ４）。ここから所定時間Ｔｂ（時間ｄ〜時間ｅ）の間、出力電流を低減させたことによる効果を見るためにエンジン回転の様子を見る（図１のステップＳ５）。この所定時間Ｔｂ経過後、再びアイドリング状態であることを確認しながら所定時間Ｔａ（時間ｅ〜時間ｆ）における回転数変動値ΔＮを算出する。ΔＮが所定値未満であれば、この動作が繰り返される（時間ｆ〜時間ｇ）。エンジンの回転数が上昇し、アイドリング判定回転数を超えたら（時間ｈ）、車体が走行中と判断し、出力電流値を初期出力電流値に戻す（図１のステップＳ６）。

図３はこの発明に係るエンジンのアイドリング安定化装置の概略図である。

車体に備わるエンジン（図４，５参照）には、磁石式三相発電体からなるフライホイールマグネトウ１が取付けられる。このフライホイールマグネトウ１は、エンジンのクランク軸８（図４参照）の回転によりロータ（図示省略）が回転し、ステータコイル１ａ〜１ｃで発電するものである。このフライホイールマグネトウ１は、発電制御装置２を介して、バッテリ３や電気機器４と接続される。マグネトウ１で発電された電力は、バッテリ３に充電されたり、ブレーキランプやウインカー等の電気機器４の電力として消費される。

発電制御装置２は、マイコン５と、電圧検出器６と、三相混合ブリッジ回路７で構成される。マイコン５は、上述したアイドリング判定回転数及び初期出力電流値が記憶され、エンジンがアイドリング状態に入ったことを認識し、このときの回転数変動値を算出し、エンジン回転が不安定な場合は出力電流値を低減させるように命令するものである。電圧検出器６は、マグネトウ１から発電された電圧を検出し、これを基にエンジンの回転数を検出するものである。この検出結果は、マイコン５に送られる。三相混合ブリッジ回路７は、マグネトウ１が発生する交流電流を直流電流に変換する回路である。この三相混合ブリッジ回路７は、ダイオード７ａとサイリスタ７ｂを直列接続し、三相混合ブリッジ接続したものである。

マイコン５は、サイリスタ７ｂのゲートに流す電流（信号）のタイミングを変更させることにより、マグネトウ１から出力する電流値を変えることができる。したがって、マイコン５により、マグネトウ１の出力電流値を適宜変更することができるので、図１に示すようなアイドリング安定化方法を実現できる。

図４はフライホイールマグネトウが取付けられたエンジンの一部概略断面図である。

マグネトウ１は、クランク軸８に取付けられる。クランク軸８は、一対のクランクウェブ９と、これらを接続するクランクピン１０で構成される。クランクピン１０には、コンロッド１１が接続され、これにピストン（図示省略）が取付けられる。これらは、クランクケース１２内に収容され、クランクケース１２は、左ケース１３と右ケース１４で構成される。左ケース１３と右ケース１４にはそれぞれ軸受け１５,１６が備わり、これがクランク軸８を回転自在に支持している。１７は遠心クラッチである。

クランク軸は、減速歯車１８、２１を介してメインクラッチ１９と接続される。メインクラッチ１９は、クラッチカバー２０で覆われる。メインクラッチ１９の軸心には、プッシュロッド２２が備わり、これがメイン軸２３に挿通される。メイン軸２３は、ドライブ軸２４とともに、変速機２５を構成する。２６は後述するチェーン２７と接続するためのスプロケットである。

図５はこの発明に係るエンジンのアイドリング安定化装置が適用される自動二輪車の概略図である。

自動二輪車２８は、前輪２９と、フロントフォーク３０と、ハンドル３１と、シート３２と、エンジン３３と、リヤアーム３４と、サイドスタンド３５と、後輪３６で構成される。後輪３６は、エンジン３３によりチェーン２７を介して駆動される。この発明に係るエンジンのアイドリング安定化装置を、このような、自動二輪車に用いられているようなエンジンに適用することにより、アイドリング時のエンジンの騒音化を防止して静音化を図ることができ、さらに燃費の向上も図ることができる。特に、自動二輪車に用いられている１２５ｃｃ〜２５０ｃｃ程度の小型エンジンにおいては、回転数を上昇させたときの騒音が激しいため、好ましく適用できる。

この発明に係るエンジンのアイドリング安定化装置を用いたエンジンの安定化方法のフローチャート図である。 この発明に係るエンジンのアイドリング安定化方法を用いた場合のエンジン回転数及び出力電流値と、時間との関係を示すグラフ図である。 この発明に係るエンジンのアイドリング安定化装置の概略図である。 フライホイールマグネトウが取付けられたエンジンの一部概略断面図である。 この発明に係るエンジンのアイドリング安定化装置が適用される自動二輪車の概略図である。

符号の説明

１：フライホイールマグネトウ、１ａ，１ｂ，１ｃ：ステータコイル、２：発電制御装置、３：バッテリ、４：電気機器、５：マイコン、６：電圧検出器、７：三相混合ブリッジ回路、７ａ：ダイオード、７ｂ：サイリスタ、８：クランク軸、９：クランクウェブ、１０：クランクピン、１１：コンロッド、１２：クランクケース、１３：左ケース、１４：右ケース、１５：軸受け、１６：軸受け、１７：遠心クラッチ、１８：減速歯車、１９：メインクラッチ、２０：クラッチカバー、２１：減速歯車、２２：プッシュロッド、２３：メイン軸、２４：ドライブ軸、２５：変速機、２６：スプロケット、２７：チェーン、２８：自動二輪車、２９：前輪、３０：フロントフォーク、３１：ハンドル、３２：シート、３３：エンジン、３４：リヤアーム、３５：サイドスタンド、３６：後輪、３７：突起

Claims (5)

1. 車体に備わる電気的負荷となる電気機器と、エンジンに備わる磁石式三相発電体であるフライホイールマグネトウからなる発電機との間に配設される発電制御装置からなり、
   当該発電制御装置に、前記フライホイールマグネトウから出力される交流電流を直流電流に変換するための三相混合ブリッジ回路と、マイコンによる制御回路が備わるエンジンのアイドリング安定化装置であって、
   前記発電制御装置には、エンジンがアイドリング状態であることを示すアイドリング判定回転数が設定され、前記エンジンがアイドリング状態のときの、前記発電機から出力される電流値が出力電流値として設定され、
   前記発電制御装置には、前記エンジンの回転数を検出するためのエンジン回転数検出手段が備わり、当該エンジン回転数検出手段により、前記エンジンの回転数が前記アイドリング判定回転数以下となったときに、前記エンジンがアイドリング状態であることを検出し、
   前記アイドリング状態のときに、所定時間における前記エンジンの回転数変動値を算出し、
   当該回転数変動値が所定値以上のときに、前記発電機から出力される電流値を、前記出力電流値より低い値である低出力電流値に制御することを特徴とするエンジンのアイドリング安定化装置。
2. 前記回転数変動値は、前記エンジンの最大回転数から前記最小回転数を差し引いて算出されることを特徴とする請求項１に記載のエンジンのアイドリング安定化装置。
3. 前記エンジン回転数検出手段は、前記発電機から発生する電圧を検出するマグネトウ発生電圧検出器であることを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンのアイドリング安定化装置。
4. 前記マイコンは、前記低出力電流値に制御後、前記所定時間より長い時間である待機時間を設けることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のエンジンのアイドリング安定化装置。
5. 前記マイコンは、前記待機時間経過後、再び前記所定時間における前記エンジンの最大回転数及び最小回転数を検出し、前記回転数変動値を算出し、当該回転数変動値が所定値以上のときに、前記発電機から出力される電流値を、前記低出力電流値より低くし、前記アイドリング状態の間、再び待機時間を設け、その後に回転数変動値を算出し、出力される電流値の制御を繰返すことを特徴とする請求項４に記載のエンジンのアイドリング安定化装置。

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