JP2016033345A - エンジン始動装置 - Google Patents

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誠 小川
雄祐 北本
Yusuke Kitamoto
雄祐 北本
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Abstract

【課題】車両の燃費を悪化させることなく、電気二重層キャパシタを利用してエンジンを確実に始動することができるエンジン始動装置を提供する。
【解決手段】オルタネータ３から電力を供給される鉛バッテリ４及び電気二重層キャパシタ５と、電気二重層キャパシタ５へ供給される電力を変換するＤＣ／ＤＣコンバータ１２と、電気二重層キャパシタ５を電源とするスタータ６とを備えたエンジン始動装置において、ＥＣＵ１４は、車両の制動時であってディーゼルエンジン２に燃料が供給されないときは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２によりオルタネータ３から電気二重層キャパシタ５へ供給される電力を昇圧して、電気二重層キャパシタ５を充電する制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明はエンジン始動装置に関し、更に詳しくは、車両の燃費を悪化させることなく、電気二重層キャパシタを利用してエンジンを確実に始動するエンジン始動装置に関する。
従来より、車両におけるエンジン始動用の直流モータ（以下、「スタータ」という。）は、鉛バッテリを電力の供給源としている。しかし、鉛バッテリの充電状態によっては、スタータを駆動する分の消費電力が残存しているにもかかわらず、エンジン始動時の大電流による電圧降下などの影響により、エンジンを始動することができない場合がある。
そのような問題を解決するため、短時間で大電力の充放電を行うことができる電気二重層キャパシタを用いたエンジン始動専用の蓄電器が開発されている。この蓄電器への給電は、発電機（オルタネータ）又は鉛バッテリから、電力変換器であるＤＣ／ＤＣコンバータを介して行われる（例えば、特許文献１を参照）。
しかしながら、上記の蓄電器では、ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて電力の変換損失が生じるため、蓄電器に直接に充電する場合よりもオルタネータの負荷が大きくなって燃料消費量が増加して、車両の燃費が悪化するという問題がある。
特開平９−２４７８５６号公報
本発明の目的は、車両の燃費を悪化させることなく、電気二重層キャパシタを利用してエンジンを確実に始動することができるエンジン始動装置を提供することにある。
上記の目的を達成する本発明のエンジン始動装置は、車両に搭載されたエンジンを駆動源とするオルタネータと、前記オルタネータから電力を供給される鉛バッテリ及び電気二重層キャパシタと、前記電気二重層キャパシタへ供給される電力を変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、該電気二重層キャパシタを電源とするスタータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御手段とを備えたエンジン始動装置において、前記制御手段は、前記車両の制動時であって前記エンジンに燃料が供給されないときは、前記ＤＣ／ＤＣコンバータにより前記オルタネータから前記電気二重層キャパシタへ供給される電力を昇圧して、該電気二重層キャパシタを充電する制御を行うことを特徴とするものである。
本発明のエンジン始動装置によれば、本来は車両の制動エネルギー損失として失われていたエネルギーを利用して、オルタネータが発電した電力でスタータの電源である電気二重層キャパシタを充電するようにしたので、ＤＣ／ＤＣコンバータにおける電力変換損失に伴う燃料消費が発生しなくなるため、車両の燃費を悪化させることなく、電気二重層キャパシタを利用してエンジンを確実に始動することができる。
本発明の第１の実施形態からなるエンジン始動装置の構成図である。 本発明の第２の実施形態からなるエンジン始動装置の構成図である。
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態からなるエンジン始動装置を示す。
このエンジン始動装置１Ａは、車両に搭載されたディーゼルエンジン２を始動するものであり、オルタネータ３と、そのオルタネータ３が発電した電力により充電される鉛バッテリ４及び電気二重層キャパシタ５と、その電気二重層キャパシタ５を電源とするスタータ６とを備えている。
オルタネータ３は、ディーゼルエンジン１を駆動源とする発電機であり、車両の運転時において電装部品７へ電力を供給するとともに、消耗した鉛バッテリ４及び電気二重層キャパシタ５を充電する。ディーゼルエンジン２は、気筒８内の圧縮空気にインジェクタ９から燃料を噴射して燃焼・膨張させることでクランク軸１０を回転させ、Ｖベルト１１を介してオルタネータ３を回転駆動する。
鉛バッテリ４は、ディーゼルエンジン２の停止時に電装部品７へ電力を供給する。また、鉛バッテリ４と並列接続された電気二重層キャパシタ５は、鉛バッテリー４に比べて容量は小さいが、短時間で大電力の充放電が可能であるという特性を有している。
これらの鉛バッテリ４と電気二重層キャパシタ５との間には、電力変換器であるＤＣ／ＤＣコンバータ１２が接続されている。このＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、スイッチがオンになるとオルタネータ３が発電した電力を昇圧して、電気二重層キャパシタ５に供給する機能を有している。
上述したインジェクタ９及びＤＣ／ＤＣコンバータ１２、並びに車両の走行状態を検知するセンサ１３（例えば、車速センサやアクセル開度センサなど）は、制御手段であるＥＣＵ１４に信号線（一点鎖線で示す）を通じて接続されている。
このようなエンジン始動装置１Ａにおいて、ＥＣＵ１４は、センサ１３の検出値により車両が制動時であると判定し、かつディーゼルエンジン２にインジェクタ９から燃料が供給されないときは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２のスイッチをオンにすることで、オルタネータ３が発電した電力を昇圧して電気二重層キャパシタ５を充電する制御を行う。つまり、制動時における車両の運動エネルギーや位置エネルギーを、オルタネータ３によって電気エネルギー（回生電力）に変換して、電気二重層キャパシタ５に高電圧で蓄電する制動回生を行うようにする。
このように、本来は車両の制動エネルギー損失として失われていたエネルギーを利用して、オルタネータ３が発電した電力でスタータ６の電源である電気二重層キャパシタ５を充電するようにしたので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２における電力変換損失に伴う燃料消費が発生しなくなるため、車両の燃費を悪化させることなく、電気二重層キャパシタ５を利用してディーゼルエンジン２を確実に始動することができるのである。
図２は、本発明の第２の実施形態からなるエンジン始動装置を示す。
このエンジン始動装置１Ｂは、第１の実施形態に係るエンジン始動装置１ＡにおけるＤＣ／ＤＣコンバータ１２の代わりに双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１５を用いるとともに、電気二重層キャパシタ５の蓄電量を検出する蓄電量検出手段である電圧計１６を設置したものである。
双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１５は、イン（ＩＮ）が電気二重層キャパシタ５に、アウト（ＯＵＴ）がオルタネータ３側に、それぞれ接続するように設置される。この双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１５は、スイッチをイン側に入れると、ＯＵＴからＩＮへの電力を昇圧する一方で、スイッチをアウト側に入れると、ＩＮからＯＵＴへの電力を降圧する機能を有している。
ＥＣＵ１４は、実験等により予め作成されたマップデータに基づいて、電圧計１６の測定値から電気二重層キャパシタ５の蓄電量を求める。また、ディーゼルエンジン２のクランク軸１０には、ＥＣＵ１４に接続する回転センサ１７が取り付けられている。
このようなエンジン始動装置１Ｂにおいて、ＥＣＵ１４は、センサ１３の検出値により車両が制動時であると判定し、かつディーゼルエンジン２にインジェクタ９から燃料が供給されないときは、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１５のスイッチをイン側に入れることで、オルタネータ３が発電した電力を昇圧して電気二重層キャパシタ５を充電する制御を行う。
その一方で、ＥＣＵ１４は、回転センサ１７からの信号によりディーゼルエンジン２が停止時であると判定し、かつディーゼルエンジン２にインジェクタ９から燃料が供給されておらず、電圧計１６の測定値から求めた電気二重層キャパシタ５の蓄電量が予め設定されたしきい値超である場合には、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１５のスイッチをアウト側に入れることで、電気二重層キャパシタ５に充電されている電力を降圧して鉛バッテリ４に供給して充電する制御を行う。
電気二重層キャパシタ５の蓄電量に係るしきい値には、スタータ６の起動に必要な電力を発生させるのに最低限必要となる蓄電量を用いることが好ましい。具体的には、電気二重層キャパシタ５の最大蓄電量の６０〜８０％の値が例示される。
このように、本来は車両の制動エネルギー損失として失われていたエネルギーを利用して、オルタネータ３が発電した電力でスタータ６の電源である電気二重層キャパシタ５を充電する一方で、電気二重層キャパシタ５に充電された電力の余剰分で鉛バッテリ４を充電するようにしたので、車両の燃費を悪化させることなく、電気二重層キャパシタ５を利用してディーゼルエンジン２を確実に始動することができるとともに、回生電力を有効に利用することができるのである。
本発明のエンジン始動装置１Ａ、１Ｂは、ディーゼルエンジン２の始動に限るものではなく、ガソリンエンジンの始動にも用いることができる。
１Ａ、１Ｂ エンジン始動装置
２ ディーゼルエンジン
３ オルタネータ
４ 鉛バッテリ
５ 電気二重層キャパシタ
６ スタータ
１２ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１４ ＥＣＵ
１５ 双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ
１６ 電圧計

Claims (2)

  1. 車両に搭載されたエンジンを駆動源とするオルタネータと、前記オルタネータから電力を供給される鉛バッテリ及び電気二重層キャパシタと、前記電気二重層キャパシタへ供給される電力を変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、該電気二重層キャパシタを電源とするスタータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御手段とを備えたエンジン始動装置において、
    前記制御手段は、前記車両の制動時であって前記エンジンに燃料が供給されないときは、前記ＤＣ／ＤＣコンバータにより前記オルタネータから前記電気二重層キャパシタへ供給される電力を昇圧して、該電気二重層キャパシタを充電する制御を行うことを特徴とするエンジン始動装置。
  2. 前記ＤＣ／ＤＣコンバータとして双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを用いるとともに、前記電気二重層キャパシタの蓄電量を検出する蓄電量検出手段を設け、
    前記制御手段は、前記エンジンの停止時であって該エンジンに燃料が供給されず、かつ前記蓄電量検出手段が検出した蓄電量が予め設定されたしきい値超である場合には、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータにより前記電気二重層キャパシタに充電されている電力を降圧して、前記鉛バッテリを充電する制御を行う請求項１に記載のエンジン始動装置。
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