JP2015102048A - エンジンの発電電力制御装置及び方法 - Google Patents

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晴行 白井
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Abstract

【課題】エンジンの始動を確実に実施できると共に、始動完了を迅速に実現できること。【解決手段】クランクシャフト15の回転により駆動されて発電する発電機18からの発電電力を、エンジンコントロールユニット16及びバッテリ14を含む電気機器へ給電するエンジンの発電電力制御装置20であって、バッテリ14におけるバッテリ電圧の正常、異常を判定するバッテリ電圧判定部21と、エンジンが始動状態にあるか否かを判定するエンジン始動判定部22と、エンジン10が始動状態にあり且つバッテリ電圧が正常であるときに発電電力の電気機器への給電を禁止し、エンジンが始動状態にないまたはバッテリ電圧が異常であるときに発電電力の電気機器への給電を許可する給電判定部23と、を有するものである。【選択図】 図1

Description

本発明はエンジンの発電電力制御装置及び方法に係り、特に、エンジン始動時の発電電力を制御するエンジンの発電電力制御装置及び方法に関する。
特許文献1には、エンジンの始動(起動)時に、発電電流制御手段の整流部から出力される発電電流を零乃至微小電流値に設定し、発電機に作用する負荷トルクを減少させてクランクシャフトの回転を容易化し、スタータモータによるエンジンの始動性を向上させる技術が開示されている。
また、特許文献2には、エンジン始動時にバッテリ電圧を計測し、このバッテリ電圧が設定値よりも低いときに発電機(SSD)とバッテリとを遮断し、発電機からの発電電力をエンジン点火系へ給電することで、キック始動によりエンジンを安定して始動させる技術が開示されている。
更に、特許文献3には、バッテリが過放電状態にあっても、エンジン始動時に発電機(ACG)からの発電電力を、バッテリではなく駆動系装置群へ給電して、エンジンのキック始動を確実化する技術が開示されている。
特開2009−24657号公報 特開2001−82299号公報 特開2005−248827号公報
ところが、特許文献1に記載の技術では、エンジンが始動回転数域を超えるまでは、整流部から出力される発電電流が零乃至微小電流値であるため、バッテリが未装着な場合やバッテリ電圧が極端に低い場合には、キック始動を行ったときにもエンジンコントロールユニットを動作させることができず、従ってエンジンを始動させることができない。
また、特許文献2及び3に記載の技術では、エンジン始動時にバッテリ電圧が設定値以上または過放電状態でないときには、エンジン始動中に発電された発電電力がバッテリへ給電されるので、発電に伴うメカニカルロスが増大してクランクシャフトが回転し難くなり、エンジンの始動性が低下してしまう。
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、エンジンの始動を確実に実施できると共に、始動完了を迅速に実現できるエンジンの発電電力制御装置及び方法を提供することにある。
本発明に係るエンジンの発電電力制御装置は、クランクシャフトの回転により駆動されて発電する発電機からの発電電力を、エンジンコントロールユニット及びバッテリを含む電気機器へ給電するエンジンの発電電力制御装置であって、前記バッテリにおけるバッテリ電圧の正常、異常を判定するバッテリ電圧判定手段と、前記エンジンが始動状態にあるか否かを判定するエンジン始動判定手段と、前記バッテリ電圧判定手段及び前記エンジン始動判定手段の判定結果を取り込み、前記エンジンが始動状態にあり且つ前記バッテリ電圧が正常であるときに前記発電電力の前記電気機器への給電を禁止し、前記エンジンが始動状態にないまたは前記バッテリ電圧が異常であるときに前記発電電力の前記電気機器への給電を許可する給電判定手段と、を有することを特徴とするものである。
また、本発明に係るエンジンの発電電力制御方法は、クランクシャフトの回転により駆動されて発電する発電機からの発電電力を、エンジンコントロールユニット及びバッテリを含む電気機器へ給電するエンジンの発電電力制御方法であって、前記エンジンが始動状態にあり且つ前記バッテリにおけるバッテリ電圧が正常であるときに前記発電電力の前記電気機器への給電を禁止し、前記エンジンが始動状態にないまたは前記バッテリ電圧が異常であるときに前記発電電力の前記電気機器への給電を許可することを特徴とするものである。
本発明によれば、エンジンが始動状態にあり且つバッテリ電圧が正常であるときに発電電力の電気機器への給電を禁止するので、このとき発電機の発電に伴うメカニカルロスが抑制されて、発電機に連結されたクランクシャフトの回転負荷が減少し、このクランクシャフトの回転が容易になってエンジンの始動完了を迅速に実現できる。また、バッテリ電圧が異常である場合には、エンジンが始動状態にあるときに発電電力をエンジンコントロールユニットへ給電するので、このエンジンコントロールユニットによってエンジンを確実に始動させることができる。
本発明に係るエンジンの発電電力制御装置における一実施形態を示すブロック図。 図1のバッテリ電圧判定部が実行する、バッテリ電圧の正常、異常の判定手順を示すフローチャート。 図1の給電判定部が実行する、電気機器への給電の許可、禁止を判定する手順を示すフローチャート。
以下、本発明を実施するための実施形態を図面に基づき説明する。
図1は、本発明に係るエンジンの発電電力制御装置における一実施形態を示すブロック図である。この実施形態の自動二輪車のエンジン10は、イグニッションスイッチ11が投入された状態で、スタータモータ12またはキックレバー13を用いることで始動される。
つまり、スタータモータ12を用いる始動(モータ始動)では、バッテリ14からの給電によりスタータモータ12が起動してエンジン10のクランクシャフト15を回転させる間に、エンジンコントロールユニット(ECU)16が図示しない点火プラグを点火させて混合気を燃焼させ、図示しないピストンを往復運動させることでクランクシャフト15を回転運動させ、エンジン10を始動させる。
また、キックレバー13を用いる始動(キック始動)では、運転者がキックレバー13をキック操作してエンジン10のクランクシャフト15を回転させる間に、エンジンコントロールユニット16が点火プラグを点火させて混合気を燃焼させ、ピストンを往復運動させることでクランクシャフト15を回転運動させて、エンジン10を始動させる。
上述のモータ始動の場合には、バッテリ14に蓄電された蓄電電力は、イグニッションスイッチ11を経てエンジンコントロールユニット16へ給電されてこのエンジンコントロールユニット16の駆動電圧V0が確保されると共に、スタータモータ12へ給電される。また、上述のキック始動の場合には、後述の如く発電機18にて発電されレクチファイア19にて整流された発電電力またはバッテリ14の蓄電電力が、イグニッションスイッチ11を経てエンジンコントロールユニット16へ給電されて、エンジンコントロールユニット16の駆動電圧V0が確保される。
エンジンコントロールユニット16は、エンジン10の始動を含む運転中に、クランク角センサ17からのクランク角信号及びエンジン回転数信号や、図示しないスロットルバルブの開度信号、エンジン10の温度信号などを取り込んでエンジン10の運転状態を把握し、この運転状態に応じて点火プラグの点火制御等を実行して、エンジン10を制御する。
前記クランクシャフト15には発電機18が連結されている。この発電機18は、エンジン10の始動を含む運転中に、クランクシャフト15の回転により駆動されて発電する。この発電機18の発電電力(交流電力)は、電気機器の一つであるレクチファイア19により整流されて直流電力に変換され、他の電気機器としてのエンジンコントロールユニット16、バッテリ14及びヘッドライト(不図示)などへ給電され、更にバッテリ14に蓄電される。
本実施形態のエンジンコントロールユニット16は、発電機18からの発電電力の電気機器への給電を制御する発電電力制御装置20を構成するバッテリ電圧判定手段としてのバッテリ電圧判定部21と、エンジン始動判定手段としてのエンジン始動判定部22と、給電判定手段としての給電判定部23とを有する。
バッテリ電圧判定部21は、バッテリ14に蓄電された蓄電電力の電圧(バッテリ電圧)が所定電圧以上であって正常であるか、所定電圧未満であって異常であるかを判定する。ここで、上記所定電圧は、例えばエンジンコントロールユニット16の駆動電圧V0である。また、バッテリ電圧判定部21は、バッテリ14が自動二輪車に未装着である場合には、バッテリ電圧が異常であると判定する。
バッテリ電圧判定部21は、上述のバッテリ電圧の正常、異常の判定をイグニッションスイッチ11の投入(ON)時に実行し、クランクシャフト15の回転時には実行しない。つまり、バッテリ電圧判定部21は、図2に示すように、イグニッションスイッチ11が投入されたときに(S1)、エンジンコントロールユニット16に駆動電圧V0が印加されているか否かを判断する(S2)。エンジンコントロールユニット16に駆動電圧V0が印加されていないとき、バッテリ電圧判定部21は、バッテリ14のバッテリ電圧が極端に低いかまたはバッテリ14が未装着であってバッテリ電圧が異常であると判定し、バッテリ電圧正常フラグOFFを出力する(S3)。尚、ステップS2及びS3の動作は、エンジンコントロールユニット16の内部電源を用いて実行される。
また、バッテリ電圧判定部21は、ステップS2の判断において、エンジンコントロールユニット16に駆動電圧V0が印加されていると判断したときには、次にクランクシャフト15が回転しているか否かを判断し(S4)、クランクシャフト15が回転していないときにバッテリ電圧正常フラグONを出力する(S5)。バッテリ電圧判定部21は、ステップS4においてクランクシャフト15が回転していると判断したときには、バッテリ電圧の正常、異常の判定を実行しない。バッテリ電圧判定部21は、上述のバッテリ電圧の正常、異常の判定をエンジン10の始動開始(後述のエンジン回転数:Arpm)まで繰り返す。尚、バッテリ電圧判定部21はステップS4の判断を、クランク角センサ17からのクランク角信号に基づいて行う。
図1に示すエンジン始動判定部22は、エンジン10が始動状態であるか否か、つまりエンジン回転数がArpm〜Brpmの始動状態(例えばアイドリング運転状態)にあるか否かを判定する。このバッテリ電圧判定部21は、エンジン10が始動を開始したか否か(即ちエンジン回転数がArpmに至ったか否か)の判定と、エンジン10が始動を完了したか否か(即ちエンジン回転数がBrpmに至ったか否か)の判定を、クランク角センサ17からの出力であるエンジン回転数信号に基づいて実行する。
給電判定部23は、バッテリ電圧判定部21及びエンジン始動判定部22の判定結果を取り込んで、発電機18からの発電電力のレクチファイア19を含む電気機器への給電を許可または禁止する。つまり、給電判定部23は、エンジン10が始動状態(エンジン回転数:A〜Brpm)にあり且つバッテリ14のバッテリ電圧が正常であるときに、発電機18からの発電電力のレクチファイア19を含む電気機器への給電を禁止し、発電機18の発電に伴うメカニカルロスを抑制して、クランクシャフト15の回転負荷を減少させる。
また、給電判定部23は、エンジン10が始動状態にないまたはバッテリ14のバッテリ電圧が異常であるときに、発電機18からの発電電力のレクチファイア19を含む電気機器への給電を許可して、発電機18からの発電電力をレクチファイア19を経てエンジンコントロールユニット16へ給電し、このエンジンコントロールユニット16の動作によりエンジン10を始動させる。
給電判定部23の上述の機能を、図3を用いて詳説する。即ち、給電判定部23は、スタータモータ12によるモータ始動またはキックレバー13によるキック始動が開始されて、エンジン10のクランクシャフト15が回転したとき(S11)、エンジン始動判定部22の判定結果から、現在のエンジン回転数が始動回転数域(A〜Brpm)にあるか否かを判断する(S12)。現在のエンジン回転数が始動回転数域を超えている場合には、給電判定部23は、給電停止フラグOFFを出力して(S13)、発電機18の発電電力がレクチファイア19、エンジンコントロールユニット16及びバッテリ14を含む電気機器へ給電されることを許可する。
給電判定部23は、ステップS12において、現在のエンジン回転数が始動回転数域(A〜Brpm)にあると判断したときに、バッテリ電圧判定部21の判定結果から、バッテリ電圧正常フラグONが出力されているか否かを判断し(S14)、バッテリ電圧正常フラグOFFが出力されて、バッテリ14のバッテリ電圧が極端に低いまたはバッテリ14が未装着であるときに給電停止フラグOFFを出力して(S15)、発電機18の発電電力がレクチファイア19、エンジンコントロールユニット16及びバッテリ14を含む電気機器へ給電されることを許可する。
給電判定部23は、ステップS14において、バッテリ電圧正常フラグONが出力され、バッテリ14のバッテリ電圧が正常であると判断したときに、給電停止フラグONを出力して(S16)、バッテリ18からの発電電力がレクチファイア19、エンジンコントロールユニット16及びバッテリ14を含む電気機器へ給電されることを禁止する。
給電判定部23の判定手順ステップS13及びS15において給電停止フラグOFFが出力されたときには、レクチファイア19は、発電機18からの発電電力(交流電力)を直流電力に整流して出力し、この直流電力によりエンジンコントロールユニット16が駆動し、このエンジンコントロールユニット16がクランク角センサ17からのエンジン回転数信号に基づきエンジン10を回転制御する。このときに、余剰電力がバッテリ14に蓄電される。
また、給電判定部23の判定基準ステップS16において給電停止フラグONが出力されたときには、レクチファイア19は、発電機18からの発電電力を入力する入力回路を開放して、発電機18からの発電電力をレクチファイア19、エンジンコントロールユニット16及びバッテリ14を含む電気機器へ給電させず、発電機18の発電に伴うメカニカルロスを抑制させて、クランクシャフト15の回転負荷を減少させる。このとき、スタータモータ12及びエンジンコントロールユニット16には、バッテリ14からの蓄電電力が給電され、スタータモータ12がクランクシャフト15を回転させる間に、エンジンコントロールユニット16がクランク角センサ17からのエンジン回転数信号に基づきエンジン10を回転制御する。
以上のように構成されたことから、本実施形態によれば、次の効果(1)〜(3)を奏する。
(1)図1に示すように、エンジン10が始動状態(エンジン回転数:A〜Brpm)にあり且つバッテリ14のバッテリ電圧が正常であるときに、発電機18による発電電力の電気機器(レクチファイア19、エンジンコントロールユニット16、バッテリ14等)への給電を禁止するので、このとき発電機18の発電に伴うメカニカルロスを抑制できる。このため、発電機18に連結されたクランクシャフト15の回転負荷が減少し、このクランクシャフト15の回転が容易になり且つ安定して、エンジンの始動完了を迅速に実現できる。
(2)バッテリ14のバッテリ電圧が異常(つまり、バッテリ電圧がエンジンコントロールユニット16の駆動電圧V0未満またはバッテリ14が未装着)である場合には、エンジン10がキック始動による始動状態(エンジン回転数:A〜Brpm)にあるときに、発電機18による発電電力をエンジンコントロールユニット16へ給電する。このため、このエンジンコントロールユニット16の動作によってエンジン10を確実に始動させることができる。
(3)エンジン10が始動状態(エンジン回転数:A〜Brpm)を超えて回転しているときにも、発電機18による発電電力をエンジンコントロールユニット16を含む電気機器へ給電するので、このエンジンコントロールユニット16の動作によりエンジン10を、クランク角センサ17にて検出されるエンジン回転数に応じて回転制御させることができると共に、余剰電力をバッテリ14に蓄電できる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。
例えば、エンジンコントロールユニット16のエンジン始動判定部22は、エンジン10が始動に至ったか否かの判定を、クランク角センサ17からのエンジン回転数信号に基づいて実行したが、クランクシャフト15に連結されてこのクランクシャフト15により駆動される発電機18からの発電電力の値に基づいて実行してもよい。
10 エンジン
11 イグニッションスイッチ
14 バッテリ(電気機器)
15 クランクシャフト
16 エンジンコントロールユニット(電気機器)
17 クランク角センサ
18 発電機
19 レクチファイア(電気機器)
20 発電電力制御装置
21 バッテリ電圧判定部(バッテリ電圧判定手段)
22 エンジン始動判定部(エンジン始動判定手段)
23 給電判定部(給電判定手段)
A 始動開始時のエンジン回転数
B 始動完了時のエンジン回転数
V0 駆動電圧

Claims (8)

  1. クランクシャフトの回転により駆動されて発電する発電機からの発電電力を、エンジンコントロールユニット及びバッテリを含む電気機器へ給電するエンジンの発電電力制御装置であって、
    前記バッテリにおけるバッテリ電圧の正常、異常を判定するバッテリ電圧判定手段と、
    前記エンジンが始動状態にあるか否かを判定するエンジン始動判定手段と、
    前記バッテリ電圧判定手段及び前記エンジン始動判定手段の判定結果を取り込み、前記エンジンが始動状態にあり且つ前記バッテリ電圧が正常であるときに前記発電電力の前記電気機器への給電を禁止し、前記エンジンが始動状態にないまたは前記バッテリ電圧が異常であるときに前記発電電力の前記電気機器への給電を許可する給電判定手段と、を有することを特徴とするエンジンの発電電力制御装置。
  2. 前記バッテリ電圧判定手段は、バッテリ電圧の正常、異常の判定を、エンジン始動前のイグニッションスイッチ投入時に実行することを特徴とする請求項1に記載のエンジンの発電電力制御装置。
  3. 前記バッテリ電圧判定手段は、バッテリ電圧の正常、異常の判定を、エンジンコントロールユニットの駆動電圧に基づいて実行することを特徴とする請求項1または2に記載のエンジンの発電電力制御装置。
  4. 前記バッテリ電圧判定手段は、バッテリが未装着である状態をバッテリ電圧の異常として判定することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のエンジンの発電電力制御装置。
  5. 前記エンジン始動判定手段は、エンジンが始動を開始したか否かの判定を、クランクシャフトの回転を検出するクランク角センサからの出力に基づいて実行することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のエンジンの発電電力制御装置。
  6. 前記エンジン始動判定手段は、エンジンが始動を開始したか否かの判定を、発電機からの発電電圧に基づいて実行することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のエンジンの発電電力制御装置。
  7. 前記エンジン始動判定手段は、エンジンの始動が終了したか否かの判定を、エンジン回転数に基づいて実行することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のエンジンの発電電力制御装置。
  8. クランクシャフトの回転により駆動されて発電する発電機からの発電電力を、エンジンコントロールユニット及びバッテリを含む電気機器へ給電するエンジンの発電電力制御方法であって、
    前記エンジンが始動状態にあり且つ前記バッテリにおけるバッテリ電圧が正常であるときに前記発電電力の前記電気機器への給電を禁止し、前記エンジンが始動状態にないまたは前記バッテリ電圧が異常であるときに前記発電電力の前記電気機器への給電を許可することを特徴とするエンジンの発電電力制御方法。
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