JP2017002893A - エンジン駆動制御システム及び車両 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの駆動をアシストして燃費の向上を実現すること。
【解決手段】エンジン駆動制御システム（３）は、クランクシャフト（１０）を回転駆動すると共にクランクシャフトの回転から回生を行うスタータジェネレータ（２０）と、スタータジェネレータ（２０）に電力を供給するバッテリ（２２）と、スタータジェネレータ（２０）の駆動を制御するインバータ（２３）と、バッテリまたはスタータジェネレータ（２０）から充電すると共に、スタータジェネレータ（２０）に対して放電することが可能なコンデンサ（Ｃ）と、バッテリとキャパシタとの接続を並列又は直列に切替え可能な昇圧回路（３２）とを備える。昇圧回路は、エンジン始動時にバッテリとコンデンサ（Ｃ）とを並列接続にしてスタータジェネレータ（２０）を駆動し、エンジン始動後にバッテリとコンデンサ（Ｃ）とを直列接続にしてスタータジェネレータ（２０）を駆動する。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両のエンジン駆動制御システム及び車両に関し、特に、エンジンの駆動を
スタータジェネレータでアシストするエンジン駆動制御システム及び車両に関する。

従来、エンジンを駆動するモータとしての機能とエンジンの動力を用いて発電する機能とを兼ね備えたスタータジェネレータを用いてエンジンを始動するエンジン駆動制御システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のエンジン駆動制御システムでは、スタータジェネレータの駆動力により、エンジン始動に必要な回転数までエンジンが駆動される。そして、エンジンの回転数が所定の回転数まで高められたら、燃料噴射が開始されてエンジンが始動する。

特開２００７−２５５２７２号公報

しかしながら、特許文献１に記載のエンジン駆動制御システムにおいては、スタータジェネレータがエンジンの始動のみに対応できるように設計されている。このため、回生起電力により定格の低速回転数しかエンジンを回転させることができないという問題があった。このように、スタータジェネレータによるエンジンの回転駆動がエンジンを始動するまでに留まっており、更なるエンジンのアシストを実現するには至っていなかった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、エンジンの駆動をアシストして燃費の向上を実現することができるエンジン駆動制御システム及び車両を提供することを目的とする。

本発明のエンジン駆動制御システムは、エンジン始動時はクランクシャフトを回転駆動するモータとして機能し、エンジン始動後は前記クランクシャフトの回転から回生起電力を生成するジェネレータとして機能するスタータジェネレータと、前記スタータジェネレータに電力を供給するバッテリとを有し、前記スタータジェネレータと前記バッテリとの間に接続されるインバータと、前記バッテリまたはスタータジェネレータから充電すると共に、前記スタータジェネレータに対して放電することが可能なキャパシタと、前記バッテリと前記キャパシタとの接続を並列又は直列に切替え可能な昇圧回路とを備え、前記昇圧回路は、エンジン始動時に前記バッテリと前記キャパシタとを並列接続するように切替えて前記スタータジェネレータを駆動し、エンジン始動後の所定条件下において前記バッテリと前記キャパシタとを直列接続するように前記スイッチ手段を切替えて前記スタータジェネレータを駆動することを特徴とする。

この構成によれば、エンジン始動時は、バッテリとキャパシタが並列に接続された状態でスタータジェネレータが駆動される。このとき、スタータジェネレータには、バッテリの容量に応じた電力が供給される一方、キャパシタはバッテリからの電力によって充電される。そして、エンジン始動後は、バッテリとキャパシタが直列に接続された状態でスタータジェネレータが駆動される。このとき、スタータジェネレータには、バッテリの容量に加えてキャパシタに充電された電力が供給される。このため、エンジン始動後であってもスタータジェネレータを駆動してエンジン回転数を高めることができる。また、スタータジェネレータに供給される電圧が高められることで、回生起電力の高いスタータジェネレータを使用した場合であっても、回生起電力の生成を実現することができる。このように、バッテリとキャパシタとの接続を切替えることで、スタータジェネレータによるエンジンアシストを実現すると共に、スタータジェネレータからの回生起電力の生成を無駄なく行うことができる。この結果、燃費の向上を実現することができる。

また、本発明に係る上記エンジン駆動制御システムにおいて、前記昇圧回路は、乗員のスロットル加速操作が所定値を超えたときに前記バッテリと前記キャパシタとを直列接続するように切替えて前記スタータジェネレータを駆動することが好ましい。この構成によれば、急な加速操作があった場合にバッテリとキャパシタとが直列に接続されることで、供給電圧が高められた状態でスタータジェネレータを駆動させることができる。このため、スタータジェネレータによってエンジン駆動がアシストされ、乗員の要望に応じた加速感を得ることができる。

また、本発明に係る上記エンジン駆動制御システムにおいて、前記昇圧回路は、エンジン回転数が所定回転数を越えたら前記バッテリと前記キャパシタとを直列接続するように切替えることができる。この構成によれば、エンジンが高回転となる領域において、スタータジェネレータに回生起電力が発生した場合であっても、回生起電力の生成を実現することができる。

また、本発明に係る上記エンジン駆動制御システムにおいて、前記昇圧回路は、エンジン回転数が前記スタータジェネレータによるアシストが完了する所定回転数を越えたら前記バッテリと前記キャパシタとを直列接続するように切替えることができる。この構成によれば、スタータジェネレータによるアシストが完了し、エンジンのみで駆動力を発生するエンジン高回転領域において、スタータジェネレータに高い回生起電力が発生した場合であっても、回生起電力の生成を実現することができる。

また、本発明に係る車両は、上記エンジン駆動制御システムを備える車両であって、前記エンジン回転数が所定回転数以上になったら接続制御を開始する自動クラッチを備え、前記昇圧回路は、自動クラッチが接続制御中に前記バッテリと前記キャパシタとを直列接続するように切替えて前記スタータジェネレータを駆動することが好ましい。この構成によれば、車両において上記エンジン駆動制御システムにより得られる効果を享受することができる。また、高い駆動トルクを要する自動クラッチ接続後に、供給電圧が高められた状態でスタータジェネレータを駆動させることができる。このため、より的確なタイミングでエンジンアシストを実現することができる。また、自動クラッチ接続中にバッテリとキャパシタとが直列接続されることで、エンジンの高回転領域で回生起電力の生成を可能にする。さらに、加速時のエンジン駆動アシストが得られ、走行性能が向上する。

本発明のエンジン駆動制御システムによれば、エンジン始動の前後においてスタータジェネレータに対する供給電圧を変化させることにより、エンジンの駆動をアシストすると共に回生起電力を生成し、燃費の向上を実現することができる。

本実施の形態に係るエンジンの模式図である。 本実施の形態に係るエンジン駆動制御システムの機能ブロック図である。 本実施の形態に係るエンジン駆動制御システムの回路構成の一例を示す図である。 エンジン駆動制御システムにおける、エンジン始動時のエンジン回転数、燃料噴射量及び車速を示すグラフである。 本実施の形態に係るエンジン駆動制御の一例を示すフロー図である。 変形例に係るエンジン駆動制御システムの回路構成を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本実施の形態に係るエンジン駆動制御システムについて説明する。なお、本実施の形態に係るエンジン駆動制御システムは、以下に示す構成に限定されるものではなく、適宜変更が可能である。エンジン駆動制御システムは、どのような車両に適用されてもよく、例えば、自動二輪車、バギータイプの自動三輪車又は自動四輪車にも適用可能である。

先ず、図１を参照して、一般的なエンジンの概略構成について説明する。図１は、本実施の形態に係るエンジンの模式図である。図１に示すように、エンジン１は、例えば、直動式のＤＯＨＣ（Double OverHead Camshaft）エンジンである。エンジン１は、不図示のクランクケース内にクランクシャフト１０、シリンダ１１及びシリンダヘッド１２等を備えて構成される。シリンダ１１内には、ピストン１３が上下に往復可能に収容されている。クランクシャフト１０とピストン１３とはコンロッド１４によって連結されている。エンジン１では、ピストン１３が上下方向に往復運動することでクランクシャフト１０がコンロッド１４を介して回転される。

シリンダヘッド１２の内部空間は、燃焼室１５を構成している。また、シリンダヘッド１２には、吸気ポート及び排気ポートに対応して、吸気バルブ１６及び排気バルブ１７が設けられている。また、吸気バルブ１６及び排気バルブ１７に対応して、一対のカムシャフト１８が設けられている。クランクシャフト１０及び一対のカムシャフト１８には、不図示のカムチェーンが架け渡されている。クランクシャフト１０の回転は、カムチェーンを介して一対のカムシャフト１８に伝達される。

一対のカムシャフト１８が回転されることで、吸気バルブ１６及び排気バルブ１７は燃焼室１５に向けて往復動される。このようにして、吸気バルブ１６及び排気バルブ１７のそれぞれにおける開閉タイミングが調整される。また、燃焼室１５の上方には、点火装置１９の一部を構成するスパークプラグ１９ａが設けられている。点火装置１９は、スパークプラグ１９ａの他に、イグニッションコイル１９ｂ、ハイテンションコード１９ｃ、及びプラグキャップ１９ｄを含んで構成される。

イグニッションコイル１９ｂは、ハイテンションコード１９ｃを介してプラグキャップ１９ｄに接続され、プラグキャップ１９ｄは、スパークプラグ１９ａに取り付けられる。イグニッションコイル１９ｂは、図示しないバッテリから供給される電圧を例えば、数百倍に増幅する。イグニッションコイル１９ｂで増幅された高圧電流は、ハイテンションコード１９ｃを経由してスパークプラグ１９ａに供給される。これにより、スパークプラグ１９ａの先端で火花が発生する。点火装置１９では、ＥＣＵ２から出力される点火信号に基づいて所定のタイミングで点火することにより、燃焼室１５内の混合気を着火させる。

また、クランクシャフト１０は、クランクシャフト１０と同軸上に設けられたスタータジェネレータ２０に接続されている。スタータジェネレータ２０は、後述するインバータ２３（図２参照）を介してバッテリ２２（図２参照）に接続されている。スタータジェネレータ２０は、バッテリ２２からの電力供給を受けてクランクシャフト１０を回転駆動させる、所謂「力行」を行う。また、スタータジェネレータ２０は、エンジン１の駆動中、クランクシャフトの回転から回生起電力を生成し、電気エネルギーとして回収する、所謂「回生」を行う。

このように、スタータジェネレータ２０は、エンジン１を始動させるスタータモータとしての機能と、エンジン１の駆動によって発電するジェネレータとしての機能とを兼ね備えている。本実施の形態におけるスタータジェネレータ２０は、エンジン始動時やアシスト駆動時には、モータとして駆動力を与え、それ以外のモータ被駆動時には、回生（発電）する機能を有している。

エンジン１内の各種動作は、ＥＣＵ２によって制御される。ＥＣＵ２は、エンジン１内の各種処理を実行するプロセッサやメモリ等により構成されている。メモリは、用途に応じてＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶媒体で構成される。メモリには、エンジン１の各部を制御する制御プログラム等が記憶されている。ＥＣＵ２は、車両内に設けられた各種センサから車両の状態を判断し、点火装置１９の点火タイミングや、エンジン１始動時のスタータジェネレータ２０の駆動制御を実施する。

ところで、スタータジェネレータを用いた従来のエンジン駆動制御システムにおいては、スタータジェネレータの容量がエンジンの始動に必要なトルクのみが確保されているだけであった。このため、従来のスタータジェネレータでは、所定の回転数までしかエンジン回転数を上げることができず、エンジンアシストを適切に行うまでには至らなかった。
また、エンジン始動後、エンジンの高回転領域においては、スタータジェネレータの定格電圧を越える回生起電力が発生することがあるため、スタータジェネレータでは、適切な回生を行うことができないという問題があった。

そこで、本実施の形態に係るエンジン駆動制御システムでは、スタータジェネレータに対して電力を供給するバッテリとは別に、バッテリから充電可能であると共にスタータジェネレータに対して放電可能なキャパシタを備える構成とした。このシステムによれば、車両の状態（エンジン回転数やスロットル操作量等）に応じてバッテリとキャパシタとの接続方式を切替えることにより、バッテリの定格電圧に加えてキャパシタの電圧をスタータジェネレータに印加することができる。これにより、エンジン始動後であっても、スタータジェネレータによってエンジンを高回転領域まで回転駆動させることが可能になる。また、高回転領域においてスタータジェネレータに回生起電力が発生した場合であっても、適切に回生を行うことができる。

次に、図２を参照して、本実施の形態に係るエンジン駆動制御システムのシステム構成について説明する。図２は、本実施の形態に係るエンジン駆動制御システムの機能ブロック図である。

図２に示すように、エンジン駆動制御システム３は、ＥＣＵ２、燃料噴射装置２１、点火装置１９、バッテリ２２、インバータ２３、スタータジェネレータ２０、及びクランクシャフト１０を含んで構成される。エンジン駆動制御システム３は、単にエンジン１を始動するだけでなく、車両が停止したときにエンジン１（図１参照）を停止し、スロットル（不図示）の操作があった場合にスタータジェネレータ２０を駆動してエンジン１を再始動するように構成されている。

ＥＣＵ２は、本実施の形態に係るエンジン制御装置を構成する。ＥＣＵ２は、車速や吸気圧、エンジン回転数等、各種パラメータに応じて燃料噴射装置２１（燃料噴射量）や点火装置１９（点火タイミング）の制御を実施する。燃料噴射装置２１は、例えば、フューエルインジェクションで構成され、ＥＣＵ２からの指示を受けて最適な噴射量、噴射時間、タイミングで燃料を噴射する。点火装置１９は、上記したように、ＥＣＵ２からの指示を受けて最適なタイミングで点火する。

また、ＥＣＵ２は、スタータジェネレータ２０の駆動制御をする際の判定基準となるエンジン回転数の閾値を記憶する。ＥＣＵ２は、閾値に基づいて燃焼噴射及び点火制御を実施する。また、後述するインバータ２３は、上記閾値に基づいて昇圧回路３２を切替えたり、スタータジェネレータ２０の駆動を制御する。

上記したように、スタータジェネレータ２０には、インバータ２３を介してバッテリ２２が接続されている。バッテリ２２は、ＥＣＵ２、インバータ２３、及びスタータジェネレータ２０に電力を供給するだけでなく、スタータジェネレータ２０で発生した電力を蓄える役割も果たす。インバータ２３は、バッテリ２２からの電流を直流から交流に変換してスタータジェネレータ２０に供給する。また、インバータ２３は、スタータジェネレータ２０からの電流を交流から直流に変換してバッテリ２２に供給する。インバータ２３は、ＥＣＵ２の指示を受けて駆動制御される。

また、インバータ２３は、スタータジェネレータ２０の出力を制御するスイッチング回路３０、昇圧回路３２とを含んでいる。インバータ２３は、エンジン回転数等に応じてＥＣＵ２からの指示を受けてスタータジェネレータ２０の駆動を制御する。スイッチング回路３０、昇圧回路３２については後述する。スタータジェネレータ２０は、上記したように、エンジン１を始動するためのスタータモータとしての機能を有している。スタータジェネレータ２０は、インバータ２３からの指示を受けてクランクシャフト１０を回転駆動する。

ここで、図３を参照して、本実施の形態に係るエンジン駆動制御システムの回路構成について説明する。図３は、本実施の形態に係るエンジン駆動制御システムの回路構成の一例を示す図である。図３Ａはバッテリとキャパシタとが並列接続されたときの状態を示し、図３Ｂはバッテリとキャパシタとが直列接続されたときの状態を示している。なお、エンジン駆動制御システムの回路構成は、以下に示す構成に限定されず、適宜変更が可能である。

本実施の形態に係るエンジン駆動制御システム３では、車両の状態に応じてスタータジェネレータ２０に印加する電圧を変化させることができるように構成されている。スタータジェネレータ２０（図１又は図２参照）は、３相交流モータで構成される。図３に示すように、スタータジェネレータ２０が備える回路では、各相（３相）のコイルＬの一端を中性点において共通接続（スター結線）し、各コイルＬの他端をスイッチング回路３０に接続する。

スイッチング回路３０には、例えば、定格電圧が１２ＶのバッテリＢ（２２）が接続される。バッテリＢ（２２）には、スイッチ部２７を介してＥＣＵ２及び車両負荷２５が接続される。車両負荷２５は車両が有する電気的な負荷のことを指し、ここでは、車両に搭載される電装部品（ヘッドランプ、テールランプ、メータ等）である。

スイッチング回路３０は、各コイルＬに対してブリッジ接続される６つのスイッチ手段３１を備えている。スイッチ手段３１は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor）等で構成されるスイッチング素子とダイオードとを並列に接続して構成される。また、スイッチング回路３０は、スタータジェネレータ２０に印加する電圧を昇圧する昇圧回路３２に接続されている。昇圧回路３２は、スイッチング素子とダイオードとを並列に接続した３つのスイッチ手段Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３と、コンデンサＣ（キャパシタ）と、抵抗Ｒとを含んで構成される。コンデンサＣは、例えば、リチウムイオンキャパシタで構成され、バッテリＢ（２２）またはスタータジェネレータ２０から充電可能であると共にスタータジェネレータ２０に対して放電することができる。

スイッチ手段Ｓ１の一端とスイッチ手段Ｓ２の一端は、バッテリＢ（２２）のプラス側に接続されている。スイッチ手段Ｓ１の他端にはコンデンサＣの一端が接続され、スイッチ手段Ｓ２の他端にはコンデンサＣの他端が接続されている。コンデンサＣの他端は、スイッチ手段Ｓ３及び抵抗Ｒを介してバッテリＢ（２２）のマイナス側に接続されている。

このように構成されるエンジン駆動制御システム３においては、電源がオフの場合、スイッチ手段Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は、オフとなっている。図３Ａに示すように、例えば、エンジン始動時では、スイッチ手段Ｓ１、Ｓ３がオンとなり、スイッチ手段Ｓ２がオフに制御される。これにより、コンデンサＣとバッテリＢ（２２）とが並列に接続され、バッテリＢ（２２）の電圧（１２Ｖ）は、スイッチ手段Ｓ１を経由してスイッチング回路３０に印加される。このため、スタータジェネレータ２０を１２Ｖの電圧で駆動することができる。また、スイッチ手段Ｓ３がオンになっているため、コンデンサＣでは、抵抗Ｒを介してバッテリＢ（２２）から充電が行われる。なお、コンデンサＣに対する充電が不要である場合には、スイッチ手段Ｓ３をオフにすることも可能である。

そして、図３Ｂに示すように、例えば、スタータジェネレータ２０の出力を大きくしたい場合には、スイッチ手段Ｓ２がオンに制御され、スイッチ手段Ｓ１、Ｓ３がオフに制御される。これにより、コンデンサＣとバッテリＢ（２２）とが直列に接続される。このとき、スイッチング回路３０には、バッテリＢ（２２）の電圧（１２Ｖ）に加え、コンデンサＣに充電された電荷に応じた電圧（例えば、１２Ｖ）が印加される。このため、バッテリＢ（２２）の定格電圧より昇圧された電圧（例えば、２４Ｖ）でスタータジェネレータ２０を駆動させることができる。このように、本実施の形態では、コンデンサＣに充電された電荷を用いてスタータジェネレータ２０に対する印加電圧を昇圧することができる。

コンデンサＣに充電された電荷を用いることにより、スタータジェネレータ２０に対する印加電圧は、２４Ｖから徐々にバッテリＢ（２２）の定格電圧へと低下していく一方、スタータジェネレータ２０が高出力で駆動されることにより、エンジン回転数は高められる。エンジン回転数が高められ、例えば、車両が一定の走行状態にある場合、図３Ｂに示す回路と同様にスイッチ手段Ｓ２をオンにし、スイッチ手段Ｓ１、Ｓ３をオフにしておく。この場合、スタータジェネレータ２０では、クランクシャフト１０の回転から回生起電力が生成される。バッテリＢ（２２）は、スタータジェネレータ２０からコンデンサＣを介して充電される。このように、高回転領域においてスタータジェネレータ２０に回生起電力が発生した場合であっても、適切に回生を行うことができる。なお、バッテリＢ（２２）が満充電になると、余剰分の電荷がコンデンサＣに蓄積されることになる。

そして、例えばスロットル操作があり、再度加速する場合には、コンデンサＣとバッテリＢ（２２）とを直列接続することで、スタータジェネレータ２０に対する印加電圧が昇圧された状態でスタータジェネレータ２０を駆動することができる。これにより、加速時のエンジンアシストを行うことができる。一方、ブレーキ操作があり、車両が減速して停止し、アイドリング状態となった場合には、図３Ａに示すように、スイッチ手段Ｓ１、Ｓ３がオンにされ、スイッチ手段Ｓ２がオフにされる。この場合、スタータジェネレータ２０には、バッテリＢ（２２）の定格電圧である１２Ｖが印加される。アイドリング状態ではエンジン回転数が十分に低下されているため、スタータジェネレータ２０の回生起電力を気にすることなく回生を実施することができ、コンデンサＣ及びバッテリＢ（２２）の充電が可能になる。このように、車両の状態に応じてバッテリＢ（２２）とコンデンサＣとの接続を切替えることにより、加速時のエンジンアシストと回転エネルギーの回生とを実現することができる。

次に、図４を参照して、エンジンが停止した状態からエンジンが始動し、車両が走行可能なエンジン回転数に至るまでスタータジェネレータがエンジンアシストする様子について説明する。図４は、エンジン駆動制御システムにおける、エンジン始動時のエンジン回転数、燃料噴射量及び車速を示すグラフである。図４において、横軸は時間を示し、縦軸はエンジン回転数（クランクシャフトの回転数）、燃料噴射量、又は車速を示している。図４Ａは比較例に係るエンジン駆動制御システムにおけるエンジン回転数等を示すグラフであり、図４Ｂは本願のエンジン駆動制御システムにおけるエンジン回転数等を示すグラフである。また、グラフ中、エンジン回転数は実線で示し、燃料噴射量は一点鎖線で示し、車速は二点鎖線で示すものとする。なお、以下の説明においては、スタータジェネレータ２０を単にモータ２０と記す。

なお、図４においては、エンジンが完全に停止した状態からエンジンを始動させる場合について説明するが、これに限定されない。エンジン駆動制御システムは、例えば、エンジンがアイドリングストップした状態から再始動させるように構成してもよい。また、以下に示すエンジン駆動制御システムは、遠心クラッチ等の自動クラッチを備えた車両に適用されるものとする。この場合、エンジンが所定の回転数（例えば、３５００ｒｐｍ）になったら自動クラッチが接続状態となり、車両の発進が可能になる。

図４Ａに示すように、比較例においては、エンジン駆動制御が開始されると、モータ２０が駆動されることによりクランクシャフト１０が回転駆動され（図１参照）、エンジン回転数が徐々に高められる。モータ２０が駆動開始されてから時間Ｔ１後、エンジン回転数が所定回転数（例えば、１５００ｒｐｍ）を超えたところで燃料噴射及び点火制御が開始される一方、モータ２０による駆動はその後終了される。

エンジン回転数は、乗員がスロットルを開けることで徐々に高められる。そして、モータ２０が駆動開始されてから時間Ｔ２後、エンジン回転数が３５００ｒｐｍを超えたところで、自動クラッチが接続状態となり、車両の走行が開始される。車両の速度（車速）が上昇している間は、エンジン回転数及び燃料噴射量は上昇している。車速が所定の値（例えば、５０ｋｍ／ｈ）に達した後、一定の速度で走行を継続する場合は、エンジン回転数は一定の値に落ち着く。一方、燃料噴射量は、車速が５０ｋｍ／ｈに到達する手前でピーク（最大量）に達する。そして、車速が一定の値に落ち着いた後、燃料噴射量は徐々に低下していく。

比較例に対して本実施の形態では、図４Ｂに示すように、エンジン駆動制御が開始されると、モータ２０が駆動され、エンジン回転数が徐々に高められる。このとき、昇圧回路３２（図３参照）では、バッテリＢ（２２）とコンデンサＣとが並列接続されている。モータ２０によってエンジン回転数が徐々に高められ、モータ２０が駆動開始されてから時間Ｔ３後、エンジン回転数が、例えば、３４００ｒｐｍを超えたところで燃料噴射及び点火制御が開始される。エンジン回転数は、燃料噴射及び点火制御により徐々に高められる。そして、モータ２０が駆動開始されてから時間Ｔ４後、エンジン回転数が３５００ｒｐｍ（所定回転数）を超えたところで自動クラッチが接続状態となり、車両の走行が開始される。

このとき、昇圧回路３２では、バッテリＢ（２２）とコンデンサＣとが直列接続されるようにスイッチ手段Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３が切替えられる。これにより、高い駆動トルクを要する回転数領域で、供給電圧が高められた状態でスタータジェネレータ２０を駆動させることができる。このため、より的確なタイミングでエンジンアシストを実現することができる。また、エンジンアシストを高回転領域においてもエンジンアシストを行うことができ、加速時のエンジン駆動アシストが得られ、走行性能が向上する。さらに、高回転領域において、モータ２０に回生起電力が生じた場合であっても、適切に回生（回生起電力の生成）を行うことができる。

また、車両の速度（車速）が上昇している間は、エンジン回転数及び燃料噴射量は上昇している。エンジン回転数が、例えば４０００ｒｐｍ以上になったら、モータ２０の駆動が終了され、充電（回生）制御に移行する。これ以後は燃料噴射及び点火制御のみでエンジン回転数が高められる。そして、比較例と同様に、車速が所定の値（例えば、５０ｋｍ／ｈ）に達した後、一定の速度で走行を継続する場合は、エンジン回転数は一定の値に落ち着く。一方、燃料噴射量は、車速が５０ｋｍ／ｈに到達する手前でピーク（最大量）に達する。そして、車速が一定の値に落ち着いた後、燃料噴射量は徐々に低下していく。

このように、本実施の形態では、エンジン回転数に応じてモータ２０に対する印加電圧を調整し、車両が発進開始までの間、できる限りモータ２０の駆動時間を長くしている。比較例においては、エンジン回転数が１５００ｒｐｍを越えたところで燃料噴射等を開始しているのに対し、本実施の形態では、エンジン回転数が３４００ｒｐｍを越えたところで燃料噴射を開始している。すなわち、本実施の形態では、比較例における燃料噴射開始までの時間Ｔ１に比べて、燃料噴射開始までの時間Ｔ３が長くなっている。このため、車両発進までの燃料噴射量を少なくすることができ、燃費が向上される。

また、低回転領域においては、燃料噴射等でエンジン回転数を高めるより、モータ２０を駆動させた方がより早く車両発進に適したエンジン回転数まで高めることができる。よって、比較例における車両発進までの時間Ｔ２に比べ、本実施の形態における車両発進までの時間Ｔ４、すなわち、クラッチ接続までの時間を短縮することができる。

昇圧回路の切り替えをクラッチ接続制御開始の３４００ｒｐｍからクラッチ接続制御完了の３５００ｒｐｍまでのクラッチ接続制御中にすることにより、昇圧回路の切り替えタイミングがエンジンの始動、点火の開始、燃料噴射の開始及びクラッチの接続制御と重なり、昇圧回路の切り替えによるトルク変動が吸収され、ライダーに違和感を与えることなく昇圧できる効果がある。

次に、図５を参照して本実施の形態に係るエンジン駆動制御について説明する。図５は、本実施の形態に係るエンジン駆動制御の一例を示すフロー図である。なお、以下の説明において、スロットル開度変化率ΔＴｈとは、単位時間当たりのスロットル操作量を示している。スロットル開度変化率は、例えば、スロットル開度センサ（不図示）等の出力に基づいてＥＣＵ２が算出するものとする。また、ΔＴｈの比較対象となる所定値（Ｔｈ１）は、予めＥＣＵ２に記憶されているものとする。また、エンジン回転数Ｎは、クランク角センサ（不図示）等の出力に基づいてＥＣＵ２が算出するものとする。

図５に示すように、制御開始後は、エンジン始動時（ステップＳＴ１：Ｙｅｓ）であるとして、昇圧回路３２（図３参照）では、バッテリＢ（２２）とコンデンサＣとが並列接続されるようにスイッチ手段Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３が切替えられる（ステップＳＴ２）。これにより、バッテリＢ（２２）の定格電圧である１２Ｖでモータ２０を駆動することができる。次に、並列接続した後、もしくはすでにエンジン始動後の場合（ステップＳＴ１：Ｎｏ）、ＥＣＵ２（図１又は図２参照）によってスロットル開度変化率ΔＴｈが算出され、スロットル開度変化率ΔＴｈがＴｈ１より大きいかどうかが判断される（ステップＳＴ３）。

スロットル開度変化率ΔＴｈがＴｈ１より大きい場合（ステップＳＴ３：Ｙｅｓ）、急加速操作があったものとされ、昇圧回路３２では、バッテリＢ（２２）とコンデンサＣとが直列接続されるようにスイッチ手段Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３が切替えられる（ステップＳＴ４）。これにより、バッテリＢ（２２）の定格電圧にコンデンサＣの電圧を加えた２４Ｖでモータ２０を駆動することができる。

スロットル開度変化率ΔＴｈがＴｈ１より大きくない場合（ステップＳＴ３：Ｎｏ）、エンジン回転数Ｎが所定回転数（ここでは３４００ｒｐｍ）より大きいかどうかが判断される（ステップＳＴ５）。エンジン回転数Ｎが３４００ｒｐｍより大きい場合（ステップＳＴ５：Ｙｅｓ）、エンジン回転数Ｎが高回転領域にあるものとされ、昇圧回路３２では、バッテリＢ（２２）とコンデンサＣとが直列接続されるようにスイッチ手段Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３が切替えられる（ステップＳＴ４）。エンジン回転数Ｎが３４００ｒｐｍより小さい場合（ステップＳＴ５：Ｎｏ）、エンジン回転数Ｎが低回転領域にあるものとされ、ステップＳＴ２に戻る。以上により、昇圧された状態でモータ２０を駆動することができると共に、回生起電力の生成を行うことができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、エンジン始動時は、バッテリＢ（２２）とコンデンサＣが並列に接続された状態でスタータジェネレータ２０が駆動される。このとき、スタータジェネレータ２０には、バッテリＢ（２２）の容量に応じた電力が供給される一方、コンデンサＣはバッテリＢ（２２）からの電力によって充電される。そして、エンジン始動後は、バッテリＢ（２２）とコンデンサＣが直列に接続された状態でスタータジェネレータ２０が駆動される。このとき、スタータジェネレータ２０には、バッテリＢ（２２）の容量に加えてコンデンサＣに充電された電力が供給される。このため、エンジン始動後であってもスタータジェネレータ２０を駆動してエンジン回転数を高めることができる。また、スタータジェネレータ２０に供給される電圧が高められることで、回生起電力の高いスタータジェネレータ２０を使用した場合であっても、回生起電力の生成を実現することができる。このように、バッテリＢ（２２）とコンデンサＣとの接続を切替えることで、スタータジェネレータ２０によるエンジンアシストを実現すると共に、スタータジェネレータ２０からの回生起電力の生成を無駄なく行うことができる。この結果、燃費の向上を実現することができる。また、昇圧回路の切り替えタイミングを、エンジンの始動やクラッチ接続制御のタイミングに合わせたことで、昇圧回路の切り替えによるトルク変動が吸収され、ライダーに違和感を与えることなく昇圧できる効果がある。

また、本実施の形態では、インバータ２３が、乗員のスロットル加速操作が所定値を超えたときにバッテリＢ（２２）とコンデンサＣとを直列接続にしてスタータジェネレータ２０を駆動する。この場合、急な加速操作があった場合にバッテリＢ（２２）とコンデンサＣとが直列に接続されることで、供給電圧が高められた状態でスタータジェネレータ２０を駆動させることができる。このため、スタータジェネレータ２０によってエンジン駆動がアシストされ、乗員の要望に応じた加速感を得ることができる。

さらにインバータ２３は、エンジン回転数がスタータジェネレータ２０によるアシストが完了する所定回転数を越えたらバッテリＢ（２２）とコンデンサＣとを直列接続にすることができる。この場合、スタータジェネレータ２０によるアシストが完了する所定回転数よりも高回転領域において、スタータジェネレータ２０に回生起電力が発生した場合であっても、回生起電力の生成を実現することができる。

次に、図６を参照して、変形例に係るエンジン駆動制御システムについて説明する。図６は、変形例に係るエンジン駆動制御システムの回路構成を示す図である。図６では、昇圧回路とバッテリとの配置が異なる点で本実施の形態と相違する。なお、本実施の形態と同一の構成については同一の符号を付しており、説明を一部省略する。

図６に示すように、変形例に係るエンジン駆動制御システム４は、スイッチング回路４０とは別に昇圧回路４１及びバッテリＢ（２２）を含んで構成される。バッテリＢ（２２）のマイナス側はスイッチング回路４０に接続される一方、バッテリＢ（２２）のプラス側は昇圧回路４１を介してスイッチング回路４０に接続される。昇圧回路４１には、スイッチ部２７を介してＥＣＵ２及び車両負荷２５が接続される。

スイッチング回路４０は、スタータジェネレータ２０に対してブリッジ接続される６のスイッチ手段３１を備えている。昇圧回路４１は、スイッチング素子とダイオードとを並列に接続した３つのスイッチ手段Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３と、コンデンサＣ（キャパシタ）と、抵抗Ｒとを含んで構成される。スイッチ手段Ｓ１の一端とスイッチ手段Ｓ２の一端は、バッテリＢ（２２）のプラス側に接続されている。スイッチ手段Ｓ１の他端にはコンデンサＣの一端が接続され、スイッチ手段Ｓ２の他端にはコンデンサＣの他端が接続されている。コンデンサＣの他端には、スイッチ手段Ｓ３及び抵抗Ｒを介してバッテリＢ（２２）のマイナス側に接続されている。

このように構成されるエンジン駆動制御システム４においては、図６Ａに示すように、例えばエンジン始動時では、スイッチ手段Ｓ１、Ｓ３がオンに制御され、スイッチ手段Ｓ２がオフに制御される。これにより、コンデンサＣとバッテリＢとが並列に接続される。バッテリＢ（２２）の電圧（１２Ｖ）は、スイッチング回路４０を介してスタータジェネレータ２０に印加される。このため、スタータジェネレータ２０を１２Ｖの電圧で駆動することができる。また、スイッチ手段Ｓ３がオンになっているため、コンデンサＣでは、抵抗Ｒを介してバッテリＢ（２２）から充電が行われる。

そして、図６Ｂに示すように、例えば、スタータジェネレータ２０の出力を大きくしたい場合には、スイッチ手段Ｓ２がオンとなり、スイッチ手段Ｓ１、Ｓ３がオフに制御される。これにより、コンデンサＣとバッテリＢ（２２）とが直列に接続される。このとき、インバータ２３には、バッテリＢ（２２）の電圧（１２Ｖ）に加え、コンデンサＣに充電された電荷に応じた電圧（例えば、１２Ｖ）が印加される。このため、バッテリＢ（２２）の定格電圧より昇圧された電圧（例えば、２４Ｖ）でスタータジェネレータ２０を駆動させることができる。このように、変形例においても、コンデンサＣに充電された電荷を用いてスタータジェネレータ２０に対する印加電圧を昇圧することができる。

なお、本発明は上記各実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

例えば、上記各実施の形態において、スタータモータとジェネレータとが一体となったスタータジェネレータ２０でエンジン１を始動する構成としたが、この構成に限定されない。スタータモータとジェネレータとを別で設け、スタータモータでエンジン１を始動させてもよい。

また、上記各実施の形態において、スイッチ手段Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３をＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）で構成したが、この構成に限定されない。スイッチ手段Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は、バッテリＢ（２２）とコンデンサＣとの接続を切替えることができればどのように構成されてもよい。

また、上記各実施の形態において、昇圧回路３２、４１を切替える基準としてエンジン回転数を例えば、３４００ｒｐｍとしたが、クラッチ接続制御中であればこの構成に限定されない。昇圧回路３２の切替えタイミングは適宜変更が可能である。例えば、スタータジェネレータ２０によるエンジンアシストが完了するエンジン回転数や、アイドリング状態におけるエンジン回転数（例えば、１０００〜１５００ｒｐｍ）、自動クラッチが離脱状態となるエンジン回転数、又はスタータジェネレータ２０の回生起電力特性を考慮したエンジン回転数を切替えの基準としてもよい。なお、上記の場合であっても、スロットル開度変化率ΔＴｈが所定値を超えている場合には、スロットル開度変化率ΔＴｈが優先され、昇圧回路３２、４１では、バッテリＢ（２２）とコンデンサＣとの直列接続が維持される。

以上説明したように、本発明は、エンジンの駆動をアシストして燃費の向上を実現することができるという効果を有し、特に、エンジンの始動をスタータジェネレータでアシストするエンジン駆動制御システム及び車両に有用である。

１ エンジン
１０ クランクシャフト
２０ スタータジェネレータ
２３ インバータ
３ エンジン駆動制御システム
３２ 昇圧回路
Ｂ バッテリ（２２）
Ｃ コンデンサ（キャパシタ）
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３ スイッチ手段

Claims (5)

1. エンジン始動時はクランクシャフトを回転駆動するモータとして機能し、エンジン始動後は前記クランクシャフトの回転から回生起電力を生成するジェネレータとして機能するスタータジェネレータと、
   前記スタータジェネレータに電力を供給するバッテリと、
   前記スタータジェネレータと前記バッテリとの間に接続されるインバータと、
   前記バッテリまたは前記スタータジェネレータから充電すると共に、前記スタータジェネレータに対して放電することが可能なキャパシタとを有し、
   前記インバータは、バッテリと前記キャパシタとの接続を並列又は直列に切替え可能な昇圧回路とを備え、
   前記昇圧回路は、エンジン始動時に前記バッテリと前記キャパシタとを並列接続するように切替えて前記スタータジェネレータを駆動し、エンジン始動後の所定条件下において前記バッテリと前記キャパシタとを直列接続するように前記スイッチ手段を切替えて前記スタータジェネレータを駆動することを特徴とするエンジン駆動制御システム。
2. 前記昇圧回路は、乗員のスロットル加速操作が所定値を超えたときに前記バッテリと前記キャパシタとを直列接続するように切替えて前記スタータジェネレータを駆動することを特徴とする請求項１に記載のエンジン駆動制御システム。
3. 前記昇圧回路は、エンジン回転数が所定回転数を越えたら前記バッテリと前記キャパシタとを直列接続するように切替えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエンジン駆動制御システム。
4. 前記昇圧回路は、エンジン回転数が前記スタータジェネレータによるアシストが完了する所定回転数を越えたら前記バッテリと前記キャパシタとを直列接続するように切替えることを特徴とする請求項３に記載のエンジン駆動制御システム。
5. 請求項１又は請求項２に記載のエンジン駆動制御システムを備える車両であって、
   前記エンジン回転数が所定回転数以上になったら接続制御を開始する自動クラッチを備え、
   前記昇圧回路は、自動クラッチが接続制御中に前記バッテリと前記キャパシタとを直列接続するように切替えて前記スタータジェネレータを駆動することを特徴とする車両。

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