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

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。

Images