JP4867922B2 - 電源制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電源制御装置に関し、特に、永久磁石同期式発電機と、同発電機に発生する電力により充電される二次電池などの蓄電手段とを備える電源装置に適用される電源制御装置に関する。

エンジンに駆動されて電機子及び永久磁石が相対回転することで交流電力を発生させる発電機（永久磁石同期式発電機）と、その発電機に発生する電力により充電される二次電池とを備える電源装置が周知である（例えば、特許文献１参照）。また、エンジンに駆動されて電機子及び電磁石が相対回転することで交流電力を発生させる発電機（電磁石同期式発電機）と、その発電機に発生する電力により充電される二次電池とを備える電源装置が周知である。
特開２００６−１４１１４３号公報

しかしながら、永久磁石同期式発電機を備える上記電源装置では、その永久磁石同期式発電機による出力電圧が電磁石同期発電機による出力電圧のように制御することができず、同発電機による二次電池の充電制御を実施することができない。

すなわち、電磁石同期発電機では、励磁電流の加減によって界磁を調整することにより、その出力電圧を制御することができる。そのため、電磁石同期式発電機を備える上記電源制御装置では、その電磁石同期式発電機の出力電圧を二次電池の電圧に対して調整することで、同発電機による二次電池の充電制御を実施することができる。これに対して、永久磁石同期式発電機では、永久磁石により界磁を発生させることから、その界磁の調整によりその出力電圧を制御することができない。

したがって、永久磁石同期式発電機を備える従来の電源装置では、その永久磁石同期式発電機による二次電池の充電を制御し、ひいては同発電機の発電に伴うエンジンの負荷を制御することにより、エンジンの燃費を向上させることができない。

本発明は上述の問題を解決するためになされたものであって、エンジンに駆動される永久磁石同期式発電機と、その発電機により充電される二次電池などの蓄電手段とを備える電源装置を制御することで、その電源装置の性能を維持しつつエンジンの燃費を高める電源制御装置を提供することを主たる目的とするものである。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。

第１の構成は、エンジンにより駆動されて電機子及び永久磁石が相対回転することで交流電力を発生させる発電機と、その発電機に発生する電力により充電される蓄電手段とを備え、発電機又は蓄電手段により電力を出力する電源装置に適用される。そして、蓄電手段の充電電圧が閾電圧以上である場合には、発電機から蓄電手段への電力供給経路を開成（遮断）させ、蓄電手段の充電電圧が閾電圧より低い場合には、上記電力供給経路を閉成（連通）させる。

ここで、発電機から蓄電手段への電力供給経路を開成させると、その発電に伴うエンジンの負荷が軽減される。また、蓄電手段の充電電圧が所定電圧（閾電圧）以上である場合、すなわち蓄電手段の充電状態が良好である場合には、同蓄電手段の充電を要せず、また同蓄電手段により電気負荷に対する電力供給が可能である。したがって、蓄電手段の充電電圧が閾電圧以上である場合に電力供給経路を開成させることで、電源装置の性能を維持しつつ、エンジンの負荷を軽減しその燃費を高めることができる。

上記蓄電手段としては、二次電池（第２の構成）やコンデンサを採用することができる。

第３の構成では、上述の如く発電機から蓄電手段への電力供給経路を開閉させるために、その電力経路にスイッチ部が設けられている。そして、スイッチ部をオフ状態にすることにより上記電力供給経路を開成させ、スイッチ部をオン状態にすることにより上記電力供給経路を閉成させる。

第４の構成では、蓄電手段からの給電又はスイッチ部を介しての発電機からの給電に伴い、上記制御手段による電力供給経路の開閉制御が実行される。かかる構成において、スイッチ部は常開式のスイッチ素子からなるため、エンジン始動時には蓄電手段からの給電に伴い上記開閉制御が実行される。ただし、この場合、蓄電手段の充電電圧が略０（０又は制御手段を構成するハードウェアの動作電圧未満）であれば、蓄電手段からの給電に伴う上記開閉制御の実行が不可能になり、電力供給経路が開成されたままとなる。この点、本発明では、エンジン始動時において発電機から直接給電され制御手段に代わってスイッチ部をオン状態とするスイッチオン回路を備えるため、エンジン始動時に制御手段による開閉制御が実行できなくても、電力供給経路を閉成させることができる。

なお、蓄電手段の充電電圧が略０である場合には、エンジン始動手段として人力式始動装置が用いられて、同始動装置によるエンジン始動が行われることが想定される。

第５の構成では、エンジンが人力によって駆動される人力式始動装置により始動可能である場合において、そのエンジンが人力式始動装置により始動される場合に、上述した電力供給経路の開閉制御を実施する。

エンジンを人力式始動装置によって始動させる場合は、その始動に起因して蓄電手段の充電電圧が変化しないことから、同蓄電手段の充電状態をその充電電圧から正確に判定することができる。これにより、電源装置の性能を確実に維持しつつ、エンジンの燃費を高めることができる。

第６の構成では、エンジンが人力式始動装置に加えて、蓄電手段から供給される電力により駆動される電動式始動装置により始動可能であるとき、エンジンが電動式始動装置により始動される場合に、エンジンが人力式始動装置により始動される場合の閾電圧と異なる閾電圧に基づいて、上述した電力供給経路の開閉制御を実施する。

人力式始動装置と電動式始動装置とでは駆動力の源がそれぞれ異なるため、この点を考慮して上述の如く閾電圧を異ならせるとよい。

例えば、エンジンを人力式始動装置により始動させる場合には、エンジンの負荷が大きくても同人力式始動装置を大きな力で駆動することにより、エンジンを始動させることができる。一方、エンジンを電動式始動装置により始動させる場合には、エンジンの負荷が同電動式始動装置の動力源に発生する駆動力よりも大きいときは、エンジンを始動させることができない。この点について考慮すると、エンジンを電動式始動装置により始動させる場合の閾電圧を、エンジンが人力式始動装置により始動される場合の閾電圧よりも低くするとよい（第７の構成）。これにより、エンジンを電動式始動装置により始動させる場合において、発電機による発電が抑制され、結果として同エンジンの負荷が軽減される。そのため、エンジンの電動式始動装置による始動性を高めることができる。

第８の構成では、エンジンの温度に応じて閾電圧を可変設定する。ここで、エンジンの負荷は同エンジンの温度により変化する。例えば、エンジンにおけるフリクションロスは同エンジンの温度が低下するほど大きくなる。そのため、エンジンの温度に応じて閾電圧を可変設定することにより、すなわちエンジンの負荷に応じて発電機による発電態様を変更することにより、エンジンの始動性を低下させることなく、エンジンの燃費を効果的に高めることができる。この場合、エンジンの温度は、例えばエンジンの冷却水温に基づいて算出することができる。

第９の構成では、エンジンの加減速状態を判定して、エンジンの減速状態が判定された場合には、蓄電手段の充電電圧に拘わらず、電力供給経路を閉成させる。

これにより、エンジンの減速状態における制動エネルギーを発電機によって蓄電手段に回生することができる。また、制動エネルギーを蓄電手段に回生することにより、エンジンの制動力の向上を図ることができる。

第１０の構成は、エンジンにより駆動されて電機子及び永久磁石が相対回転することで交流電力を発生させる発電機と、発電機に発生する電力により充電される蓄電手段とを備え、発電機又は蓄電手段により電力を出力する電力供給システムである。本発明では、特に、発電機から蓄電手段への電力供給経路を開閉する常開式のスイッチ部と、蓄電手段からの給電又はスイッチ部を介しての発電機からの給電を受けて、蓄電手段の充電電圧を検出し、検出された蓄電手段の充電電圧が閾電圧以上である場合には、発電機から蓄電手段への電力供給経路をスイッチ部により開成させ、検出された蓄電手段の充電電圧が閾電圧より低い場合には、電力供給経路をスイッチ部により閉成させる電源制御装置と、発電機から直接給電され、エンジンの始動時において電源制御装置に代わってスイッチ部をオン状態とするスイッチオン回路と、を備える。

なお、本発明の制御手段の各機能は、構成自体で機能が特定されるハードウェア資源、プログラムにより機能が特定されるハードウェア資源、又はそれらの組み合わせにより実現される。また、本発明は装置の発明として特定できるだけでなく、プログラムの発明としても、そのプログラムを記録した記録媒体の発明としても、方法の発明としても特定することができる。

以下、本発明を具体化した複数の実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
第１実施形態は、車両（例えば、二輪車）用のエンジンシステムとして本発明を具体化しており、その詳細な構成を以下に説明する。はじめに、図１に基づいてエンジンシステムの概略構成を説明する。エンジンシステムは、ガソリン機関１０と、車両の電気負荷に電力を供給する電源装置３０と、エンジンシステムの各部を制御する電子制御装置（以下「ＥＣＵ」という）４０とを備えている。

ガソリン機関１０の吸気通路１１の上流には、電子制御式のスロットルバルブ１２が設けられている。スロットルバルブ１２は、スロットルモータ１３により駆動されて、吸気通路１１の流路面積を変化させる。一方、吸気通路１１の下流には、燃料噴射弁１４及び吸気バルブ１５が設けられている。吸気バルブ１５が開弁すると、吸気通路１１と燃焼室１６とが連通し、燃料噴射弁１４から噴射された燃料と吸気通路１１の上流から吸入された吸気との混合気が燃焼室１６に流入する。そして、点火プラグ１７による火花放電で混合気が燃焼すると、その燃焼エネルギーがピストン１８を介してクランク軸１９の回転力に変換される。燃焼に供された混合気は、排気バルブ２０が開弁することにより、排気通路２１から排出される。

クランク軸１９には、キック式スタータ２２及び電動式スタータ２３が機械的に接続されている。人力式始動装置としてのキック式スタータ２２は、キックペダルや同ペダルに加わる動力をクランク軸１９に伝達する動力伝達機構などで構成されている。電動式始動装置としての電動式スタータ２３は、スタータモータやその動力をクランク軸１９に伝達する動力伝達機構などで構成されている。電動式スタータ２３にはスタータＳＷ２４が接続されており、このスタータＳＷ２４により電動式スタータ２３が操作される。

また、クランク軸１９には、電源装置３０の永久磁石同期式発電機（以下「ＡＣＧ」という）３１が機械的に接続されている。発電機としてのＡＣＧ３１は、永久磁石３２と電機子３３とを有しており、クランク軸１９に駆動されて電機子３３及び永久磁石３２が相対回転することにより、交流電力を発生させるようになっている。詳しくは、永久磁石３２はクランク軸１９に取り付けられたフライホイール３４の回転方向に配設されている。一方、電機子３３には発電用コイル３５が設けられ、この発電用コイル３５はクランク軸１９の回転に伴って形成される永久磁石３２による回転磁界の内側に配置されている。

ＡＣＧ３１には、スイッチ部としてのサイリスタ３６を介して、二次電池としてのバッテリ３７が接続されている。サイリスタ３６は、その順方向をＡＣＧ３１からバッテリ３７に向かう方向に向けて配設されている。ＡＣＧ３１に発生した交流電力は、サイリスタ３６により直流電力に変換され、バッテリ３７の充電に供される。

上記スロットルモータ１３、燃料噴射弁１４、点火プラグ１７、スタータＳＷ２４、サイリスタ３６のゲート、バッテリ３７は、ＥＣＵ４０に接続されている。ＥＣＵ４０は、ＣＰＵ、メモリ等を備えた周知のマイクロコンピュータを主体とする電子制ユニットである。メモリは、各種のプログラムやパラメータを記憶する。ＣＰＵは、メモリに記憶されたプログラムを実行することにより、都度のエンジン運転状態に応じてエンジンシステムの各種制御（スロットル開度制御、燃料噴射量制御、点火時期制御）を実施する。特に、本実施形態では、ＣＰＵはＡＣＧ３１によるバッテリ３７の充電制御を実施する。

次に、図２及び図３に基づいてＡＣＧ３１によるバッテリ３７の充電制御を説明する。図２は、ガソリン機関１０の始動時に実行される始動時充電制御プログラムの流れを示すフローチャートであり、図３は、ガソリン機関１０の通常運転時（始動時以外の運転時）に実行される通常運転時充電制御プログラムの流れを示すフローチャートである。これらのプログラムは、ＥＣＵ４０により所定周期（所定クランク角ごとに又は所定時間周期）で実行される。

（始動時における充電制御）
ＥＣＵ４０は、ガソリン機関１０の始動から所定時間が経過していない旨を判定すると、図２に示す始動時充電制御プログラムを実行する。このプログラムによると、ＡＣＧ３１によるバッテリ３７の充電制御が同バッテリ３７の電圧（以下「バッテリ電圧」という）に基づいて実施される。具体的には、バッテリ電圧が閾電圧（ガソリン機関１０の始動方法毎に設定された所定電圧）と比較され、その比較結果に応じてＡＣＧ３１によるバッテリ３７の充電が許可又は禁止される。ここで、ガソリン機関１０がキック式スタータ２２に始動された場合に用いられる第２閾電圧は、ガソリン機関１０が電動式スタータ２３により始動された場合に用いられる第１閾電圧よりも高く設定されている。

図２に示すステップＳ１０では、ＥＣＵ４０は始動方法を判別する。具体的には、ＥＣＵ４０は、例えばスタータＳＷ２４が操作されたか否かを判定する。詳しくは、スタータＳＷ２４が操作された場合には、ガソリン機関１０が電動式スタータ２３により始動された旨を判定し、スタータＳＷ２４が操作されていない場合には、ガソリン機関１０がキック式スタータ２２により始動された旨を判定する。そして、ＥＣＵ４０は、ガソリン機関１０が電動式スタータ２３により始動された旨を判定するとステップＳ１１の処理に進み、ガソリン機関１０がキック式スタータ２２により始動された旨を判定するとステップＳ１２の処理に進む。

ステップＳ１１では、ＥＣＵ４０は、バッテリ電圧を検出し、そのバッテリ電圧が第１閾電圧以上か否かを判定する。そして、ＥＣＵ４０は、バッテリ電圧が第１閾電圧よりも低い旨を判定するとステップＳ１３の処理に進み、バッテリ電圧が第１閾電圧以上である旨を判定するとステップＳ１４の処理に進む。一方、ステップＳ１２では、ＥＣＵ４０は、バッテリ電圧を検出し、そのバッテリ電圧が第２閾電圧以上か否かを判定する。そして、ＥＣＵ４０は、バッテリ電圧が第２閾電圧より低い旨を判定するとステップＳ１３の処理に進み、バッテリ電圧が第２閾電圧以上である旨を判定するとステップＳ１４の処理に進む。

ステップＳ１３では、ＥＣＵ４０は、ＡＣＧ３１からバッテリ３７への電力供給経路を閉成する。詳しくは、サイリスタ３６をオン状態にする。一方、ステップＳ１４では、ＥＣＵ４０は、ＡＣＧ３１からバッテリ３７への電力供給経路を開成する。詳しくは、ＥＣＵ４０はサイリスタ３６をオフ状態にする。そして、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１３又はステップＳ１４の処理を実行した後に、今回の始動時充電制御プログラムの処理を終了する。

（通常運転時における充電制御）
ＥＣＵ４０は、ガソリン機関１０の始動から所定時間が経過した旨を判定すると、図３に示す通常運転時充電制御プログラムを実行する。このプログラムによると、ＡＣＧ３１によるバッテリ３７の充電制御がガソリン機関１０の運転状態（定速／加速／減速）に応じて実施される。すなわち、ガソリン機関１０の定速運転時又は加速運転時には、ＡＣＧ３１によるバッテリ３７の充電がそのバッテリ電圧に基づいて許可又は禁止され、ガソリン機関１０の減速運転時には、ＡＣＧ３１によるバッテリ３７の充電が常時許可される。

図３に示すステップＳ２０では、ＥＣＵ４０は、ガソリン機関１０の運転状態（定速／加速／減速）を判定する。詳しくは、ＥＣＵ４０は、ガソリン機関１０の回転速度について時間当たりの変化量を算出し、その変化量に基づいて運転状態を判定する。なお、加速度センサを設けて、同センサの検出信号に基づいて運転状態を判定するようにしてもよい。

ステップＳ２０においてガソリン機関１０が定速運転中又は加速運転中である旨を判定すると、ＥＣＵ４０は、ステップＳ２１において、バッテリ電圧を取得し、そのバッテリ電圧が第３閾電圧以上か否かを判定する。そして、ＥＣＵ４０は、そのバッテリ電圧が第３閾電圧以上である旨を判定するとステップＳ２２の処理に進み、そのバッテリ電圧が第３閾電圧よりも低い旨を判定するとステップＳ２３の処理に進む。一方、ステップＳ２０においてガソリン機関１０が減速運転中である旨を判定すると、ＥＣＵ４０はステップＳ２３の処理に進む。

ステップＳ２２では、ＥＣＵ４０は、ＡＣＧ３１からバッテリ３７への電力供給経路を開成する。詳しくは、ＥＣＵ４０はサイリスタ３６をオフ状態にする。一方、ステップＳ２３では、ＥＣＵ４０は、ＡＣＧ３１からバッテリ３７への電力供給経路を閉成する。詳しくは、ＥＣＵ４０はサイリスタ３６をオン状態にする。そして、ＥＣＵ４０は、ステップＳ２２又はステップＳ２３の処理を実行した後に、今回の通常運転時充電制御プログラムの処理を終了する。

次に、図４〜６に基づいて、エンジンシステムの作動を説明する。図４は電動式スタータ２３による始動時の作動を示すタイミングチャートであり、図５はキック式スタータ２２による始動時の作動を示すタイミングチャートであり、図６は定速運転時、加速運転時、減速運転時の作動を示すタイミングチャートである。図４及び図５において、（ａ）は電動式スタータ２３のオン・オフを示し、（ｂ）はガソリン機関１０の回転速度を示し、（ｃ）はバッテリ電圧を示し、（ｄ）はサイリスタ３６のオン・オフを示す。図６において、（ａ）はガソリン機関１０の回転速度の回転速度を示し、（ｂ）はバッテリ電圧を示し、（ｃ）はサイリスタ３６のオン・オフを示す。また、図６では全期間においてバッテリ電圧が第３閾電圧Ｖth3以上になっていることを想定している。

（電動式スタータによる始動時の作動）
図４に示すタイミングｔ1において、スタータＳＷ２４がオンされると、電動式スタータ２３の駆動力によりガソリン機関１０が作動する（図４（ａ），（ｂ）参照）。このとき、バッテリ３７から電動式スタータ２３に電力が供給されることから、バッテリ電圧が一時的に低下する（図４（ｃ）参照）。このタイミングｔ1から所定時間が経過するタイミングｔ4までの期間には、ＥＣＵ４０において始動時充電制御プログラムが実行される。

タイミングｔ1〜ｔ2では、バッテリ電圧が第１閾電圧Ｖth1（例えば１０Ｖ）よりも低くなっている。そのため、ＥＣＵ４０の制御によりサイリスタ３６がオン状態になっている（図４（ｄ）参照）。このとき、ＡＣＧ３１からバッテリ３７への電力供給がなされるものの電動式スタータ２３により電力が消費されることから、バッテリ電圧が上昇することはない。

タイミングｔ2において初爆が発生すると、それ以降エンジン回転速度はアイドリング
回転速度（例えば１５００rpm）まで上昇する。この間、ＡＣＧ３１に発生する電力によ
りバッテリ３７が充電され、バッテリ電圧は徐々に高くなる。タイミングｔ3において、
バッテリ電圧が第１閾電圧Ｖth1に達すると、ＥＣＵ４０の制御によりサイリスタ３６が
オフされ、ＡＣＧ３１からバッテリ３７への電力供給が停止される。これにより、タイミングｔ3以降しばらくはバッテリ電圧が上昇するものの、その後、同バッテリ電圧は徐々
に低下する。

タイミングｔ1から所定時間が経過すると、ＥＣＵ４０において始動時充電制御プログ
ラムに替えて、通常時充電制御プログラムが実行される。すなわち、第１閾電圧Ｖth1よ
り高い第３閾電圧Ｖth3（例えば１３Ｖ）に基づく充電制御が実施される。その結果、Ｅ
ＣＵ４０の制御によりサイリスタ３６がオンされ、ＡＣＧ３１からバッテリ３７への電力供給が再開される。これにより、タイミングｔ1から所定時間が経過するタイミングｔ4以降しばらくはバッテリ電圧が低下するものの、その後、同バッテリ電圧は徐々に上昇する。

タイミングｔ5において、バッテリ電圧が第３閾電圧Ｖth3まで上昇すると、ＥＣＵ４０の制御によりサイリスタ３６がオフされ、ＡＣＧ３１からバッテリ３７への電力供給が停止される。これにより、タイミングｔ5以降しばらくはバッテリ電圧が上昇するものの、その後、同バッテリ電圧は徐々に低下する。

タイミングｔ6において、バッテリ電圧が第３閾電圧Ｖth3まで低下すると、ＥＣＵ４０の制御によりサイリスタ３６がオンされ、ＡＣＧ３１からバッテリ３７への電力供給が再開される。これにより、タイミングｔ6以降しばらくはバッテリ電圧が低下するものの、その後、同バッテリ電圧は徐々に上昇する。以降、同様にして、バッテリ電圧が概ね第３閾電圧Ｖth3に制御される。

（キック式スタータによる始動時の作動）
図５に示すタイミングｔ10において、キック式スタータ２２のキックペダルが踏み込まれると、キック式スタータ２２の駆動力によりガソリン機関１０が作動する（図５（ｂ）参照）。なお、キック式スタータ２２による始動時には、その始動に起因してバッテリ電圧が変化することはない（図５（ｃ）参照）。

キック式スタータ２２による始動時には、第２閾電圧（例えば１１Ｖ）に基づく充電制御が実施される。すなわち、タイミングｔ11においてバッテリ電圧が第２閾電圧に達すると、ＥＣＵ４０に制御によりサイリスタ３６がオフされ、ＡＣＧ３１からバッテリ３７への電力供給が停止される。これにより、タイミングｔ11以降しばらくはバッテリ電圧が上昇するものの、その後、同バッテリ電圧は徐々に低下する。タイミングｔ10から所定時間が経過したタイミングｔ12以降のガソリン機関１０の作動は、上述した図４のｔ4以降のガソリン機関１０の作動と実質的に同一である。

（定速運転時、加速運転時、減速運転時の作動）
図６に示すタイミングｔ20〜ｔ21の期間では、ガソリン機関１０は、エンジン回転速度が上昇する加速運転されており、タイミングｔ21〜ｔ22の期間では、エンジン回転速度が殆ど変化しない定速運転されている（図６（ａ）参照）。また、上述したようにバッテリ電圧は第３閾電圧（例えば１３Ｖ）以上になっていることから（図６（ｂ）参照）、両期間では、ＥＣＵ４０の制御によりサイリスタ３６がオフされ（図６（ｃ）参照）、ＡＣＧ３１からバッテリ３７への電力供給が停止される。

一方、タイミングｔ22〜ｔ23の期間では、ガソリン機関１０は、エンジン回転速度が低下する減速運転されている（図６（ａ）参照）。減速運転時には、バッテリ電圧に拘わらずサイリスタ３６がオンされる（図６（ｃ）参照）。これにより、ＡＣＧ３１からバッテリ３７に電力が供給される。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

ＡＣＧ３１からバッテリ３７への電力供給経路にサイリスタ３６を設けて、同電力供給経路を開成可能とした。この構成によると、サイリスタ３６により上記電力供給経路を開成することにより、発電用コイル３５と永久磁石３２との間に作用する電磁力を抑制し、発電に伴うガソリン機関１０の負荷を軽減することができる。

また、ガソリン機関１０の始動時、定速運転時、及び加速運転時において、バッテリ電圧が閾電圧（第１閾電圧、第２閾電圧、又は第３閾電圧）以上である場合には、ＡＣＧ３１からバッテリ３７への電力供給経路を開成することでＡＣＧ３１によるバッテリ３７の充電を禁止し、バッテリ電圧が閾電圧より低い場合には、同電力供給経路を閉成することでＡＣＧ３１によるバッテリ３７の充電を許可するようにした。ここで、バッテリ電圧が閾電圧以上である場合、すなわちバッテリ３７の充電状態が良好である場合には、バッテリ３７の充電を要せず、バッテリ３７により電気負荷に対する電力供給が可能である。したがって、バッテリ電圧が閾電圧以上である場合にＡＣＧ３１によるバッテリ３７の充電を禁止することで、電源装置３０の性能を維持しつつ、ガソリン機関１０の負荷を軽減しその燃費を高めることができる。

また、ガソリン機関１０の減速運転時において、バッテリ電圧に拘わらずＡＣＧ３１からバッテリ３７への電力供給経路を閉成するようにした。これにより、ＡＣＧＣ３１によるバッテリ３７の充電がガソリン機関１０の減速運転時である限り常時許可されるため、減速運転時の制動エネルギーをバッテリ３７に回生することができる。

また、第１〜第３閾電圧をそれぞれ異ならせた。これにより、ガソリン機関１０の運転状態に応じてＡＣＧ３１によるバッテリ３７の充電を制御することができる。

特に、第１閾電圧を第２閾電圧よりも低くした。ここで、ガソリン機関１０をキック式スタータ２２により始動させる場合には、ガソリン機関１０の負荷が大きくても同キック式スタータ２２を大きな力で駆動する（キックペダルを大きな力で勢いよく踏み込む）ことにより、ガソリン機関１０を始動させることができる。一方、ガソリン機関１０を電動式スタータ２３により始動させる場合には、ガソリン機関１０の負荷が同電動式スタータ２３の動力源に発生する駆動力よりも大きい（ガソリン機関１０の負荷がスタータモータの駆動力よりも大きい）ときは、ガソリン機関１０を始動させることができない。

この点、上述の如く第１閾電圧を第２閾電圧よりも低くすれば、ガソリン機関１０を電動式スタータ２３により始動させる場合において、ＡＣＧ３１による発電が抑制され、同ガソリン機関１０の負荷が軽減される。これにより、ガソリン機関１０の電動式スタータ２３による始動性を高めることができる。なお、第１閾電圧を０Ｖに設定することにより、ガソリン機関１０を電動式スタータ２３により始動させる場合においてＡＣＧ３１による発電を禁止することも可能である。

（第２実施形態）
第２実施形態は、バッテリレスの車両（特に、二輪車）用エンジンシステムとして本発明を具体化している。

まず、本実施形態によるエンジンシステムの構成について図７を参照しつつ説明する。なお、第１実施形態の構成要素と実質的に同一の構成要素には同一の符号を付して、それらの説明を省略する。

本実施形態によるエンジンシステムは、電動式スタータを備えておらず、クランク軸１９にはキック式スタータ２２のみが機械的に接続されている。電源装置５０は、第１実施形態の電源装置３０と同様に、ＡＣＧ３１及びサイリスタ３６を備えて構成されている。ただし、ＡＣＧ３１には、第１実施形態のバッテリ３７（図１参照）に代えて、蓄電手段としてのコンデンサ５１がサイリスタ３６を介して接続されている。電源装置５０の出力端には、図示しない電源ラインを介してＥＣＵ４０が接続されている。すなわち、車体電気負荷には、ＥＣＵ４０が含まれている。ＥＣＵ４０は、ＡＣＧ３１又はコンデンサ５１からの給電を受けて、サイリスタ３６のオン／オフ制御を実施する。

ここで、サイリスタ３６は常開式のスイッチ素子であり、ガソリン機関１０の始動時にはコンデンサ５１からの給電に伴いＥＣＵ４０によりサイリスタ３６のオン／オフ制御が実施される。ところが、コンデンサは、概してバッテリよりも蓄電可能なエネルギー量が小さく、またバッテリよりも放電による充電電圧の低下が大きい。特に、二輪車用の電源装置では、電源装置の低コスト化及び小型化の観点から、体格の小さなコンデンサ、すなわち蓄電可能なエネルギー量の小さなコンデンサが採用される。そのため、ガソリン機関１０の始動時（始動直前及び始動直後）には、コンデンサ５１の充電電圧が略０（０又はＥＣＵ４０の動作電圧未満）になっていることが考えられる。

そこで、本実施形態では、ＥＣＵ４０とサイリスタ３６との間に、ＡＣＧ３１からの給電を直接受けてサイリスタ３６をオン・オフさせるサイリスタ開閉回路５２が設けられている。サイリスタ開閉回路５２は、ＥＣＵ４０からサイリスタ３６をオフ状態とする制御信号が入力された場合には、サイリスタ３６をオフ状態とする開閉信号を出力し、その他の場合、すなわちＥＣＵ４０からサイリスタ３６をオン状態とする制御信号が入力された場合及びＥＣＵ４０から適正な制御信号が入力されない場合には、サイリスタ３６をオン状態とする開閉信号を出力する。なお、図７には、電源回路５０に設けられたサイリスタ開閉回路５２を例示したが、サイリスタ開閉回路５２は、ＥＣＵ４０に設けられてもよいし、電源回路５０及びＥＣＵ４０とは別のハードウェアとして構成されてもよい。

次に、ガソリン機関１０の始動時におけるサイリスタ開閉回路５２の作動について説明する。以下の説明では、ガソリン機関１０の始動直前において、コンデンサ５１の充電電圧が略０になっていることを想定している。

ガソリン機関１０の始動前においては、コンデンサ５１の充電電圧が略０になっているため、ＥＣＵ４０は作動していない。キック式スタータ２２を操作すると、クランク軸１９が回転し、ＡＣＧ３１に交流電力が発生する。この電力はサイリスタ開閉回路５２に供給される。サイリスタ開閉回路５２では、この給電を受けて、サイリスタ３６をオン状態とする開閉信号が出力される。これにより、サイリスタ３６がオン状態となって、ＡＣＧ３１からサイリスタ３６を介してＥＣＵ４０へ電力が供給される。その後、ＡＣＧ３１からＥＣＵ４０への給電電圧がＥＣＵ４０の動作電圧以上となると、ＥＣＵ４０が作動を開始する。これにより、エンジンシステムの各部がＥＣＵ４０により制御されて、ガソリン機関１０が始動される。

次に、ガソリン機関１０の通常運転時におけるコンデンサ５１の充電制御について図８を参照しつつ説明する。図８は、ガソリン機関１０の通常運転時に適用される充電制御プログラムの流れを示すフローチャートである。このプログラムは、ガソリン機関１０の始動から所定時間が経過した後に、ＥＣＵ４０により所定周期（所定クランク角ごとに又は所定時間周期）で実行される。

以下に説明する充電制御は、コンデンサ５１の充電電圧ＶＣに基づいてサイリスタ３６を制御する点で、バッテリ３７のバッテリ電圧ＶＢに基づいてサイリスタ３６を制御する第１実施形態の充電制御（図３参照）と異なる。

図８に示すステップＳ３０では、ＥＣＵ４０は、図３に示すステップＳ２０と同様にして、ガソリン機関１０の運転状態（定速／加速／減速）を判定する。

ステップＳ３０においてガソリン機関１０が定速運転中又は加速運転中である旨を判定すると、ＥＣＵ４０はコンデンサ５１の充電電圧ＶＣを取得し、その充電電圧ＶＣが第４閾電圧Ｖth４以上か否かを判定する。そして、ＥＣＵ４０は、その充電電圧ＶＣが第４閾電圧Ｖth４以上である旨を判定するとステップＳ３２の処理に進み、その充電電圧ＶＣが第４閾電圧Ｖth４よりも低い旨を判定するとステップＳ３３の処理に進む。一方、ステップＳ３０においてガソリン機関１０が減速運転中である旨を判定すると、ＥＣＵ４０はステップＳ３３の処理に進む。

ステップＳ３２では、ＥＣＵ４０は、サイリスタ開閉回路５２に対しサイリスタ３６をオン状態とする制御信号を出力する。これにより、ＡＣＧ３１からコンデンサ５１への電力供給経路が開成される。一方、ステップＳ３３では、ＥＣＵ４０は、サイリスタ開閉回路５２に対しサイリスタ３６をオフ状態とする制御信号を出力する。これにより、ＡＣＧ３１からコンデンサ５１への電力供給経路が閉成される。そして、ＥＣＵ４０は、ステップＳ３２又はステップＳ３３の処理を実行した後に、今回の通常運転時充電制御プログラムの処理を終了する。

以上詳述した本実施形態によれば、バッテリレスの車両用エンジンシステムにおいても、第１実施形態と同様に、電源回路５０の性能を維持しつつ、ガソリン機関１０の燃費を高めることができ、また減速運転時の制動エネルギーをバッテリ３７に回生することができる。

また、ＡＣＧ３１からの給電を直接受けて、ガソリン機関１０の始動時においてＥＣＵ４０に代わってサイリスタ３６をオン状態とするサイリスタ開閉回路５２を電源装置５０に設けた。これにより、ガソリン機関１０の始動時にコンデンサ５１の充電電圧が略０になっていたとしても、キック式スタータ２２によってガソリン機関１０を始動させることができる。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されてもよい。

上記実施形態では、予め設定された閾電圧に基づいて電源装置３０の充電制御を実施した。しかしながら、閾電圧を可変設定するようにしてもよい。

例えば、閾電圧はガソリン機関１０の温度に応じて可変設定してもよい。この場合、ガソリン機関１０の温度は、例えばガソリン機関１０の冷却水温を検出する水温センサの検出信号から算出するとよい。ガソリン機関１０の負荷は同ガソリン機関１０の温度により変化する。例えば、ガソリン機関１０におけるフリクションロスは、同ガソリン機関１０の温度が低いほど大きくなっている。そのため、上述の如くガソリン機関１０の温度に応じて閾電圧を可変設定することにより、すなわちガソリン機関１０の負荷に応じてＡＣＧ３１による発電態様を変更することにより、ガソリン機関１０の始動性を低下させることなく、ガソリン機関１０の燃費を効果的に高めることができる。

また、上記実施形態では、ガソリン機関１０の定速運転時、加速運転時、及び減速運転時におけるＡＣＧ３１による蓄電手段（バッテリ３７、コンデンサ５１）の充電制御を説明した。しかしながら、ガソリン機関１０のアイドル運転時、暖機運転時その他の運転状態に対応する閾電圧を設定し、各運転状態において対応する閾電圧に基づいて上述した充電制御を実施してもよい。例えば、アイドル運転時や暖機運転時では、ガソリン機関１０の作動が相対的に不安定になることから、同機関１０の負荷を小さくすることが望ましい。したがって、アイドル運転時や暖機運転時に対応する閾電圧は、上記第３閾電圧よりも低くすることが考えられる。

また、上記実施形態では、ＡＣＧ３１による蓄電手段（バッテリ３７、コンデンサ５１）の充電を、ガソリン機関１０の減速運転時において常時許可した。しかしながら、ガソリン機関１０の減速運転時に対応する閾電圧を設定し、同減速運転時において対応する閾電圧に基づいて上述した充電制御を実行してもよい。

また、上記実施形態では、ガソリン機関１０の加速運転時及び定速運転時において、蓄電手段（バッテリ３７、コンデンサ５１）の充電電圧に応じて蓄電手段の充電を許可又は禁止した。しかしながら、加速運転時においては、蓄電手段の充電電圧に拘わらず、発電機（ＡＣＧ３１）から蓄電手段（バッテリ３７、コンデンサ５１）への電力供給経路を開成して、蓄電手段の充電を禁止してもよい。この場合、ガソリン機関１０の加速運転時における同機関１０のＡＣＧ３１による負荷を軽減することができる。これにより、車両の加速時におけるドライバビリティの向上を図ることができる。

また、上記第１実施形態では、第１閾電圧を第２閾電圧よりも低くした。しかしながら、第１閾電圧を第２閾電圧よりも高くしてもよい。例えば、ガソリン機関１０を電動式スタータ２３により始動させると、その始動後のバッテリ電圧がＥＣＵ４０の動作電圧以下になることが考えられる。この場合、ガソリン機関１０を始動させることができたとしても、同ガソリン機関１０が正常に作動しないことが考えられる。この点について考慮すると、上述の如く第１閾電圧を第２閾電圧よりも高く設定することにより、ガソリン機関１０を電動式スタータ２３により始動させる場合においてＡＣＧ３１による発電を促すことが考えられる。

また、上記第１実施形態では、第１閾電圧〜第３閾電圧をそれぞれ異ならせたが、これらの任意の組み合わせを同一電圧としてもよい。また、定速運転時及び加速運転時の充電制御を同一の第３閾電圧に基づいて実施したが、両運転状態における閾電圧をそれぞれ異ならせてもよい。また、第１閾電圧〜第３閾電圧にそれぞれヒステリシスを設けてもよい。

また、上記第１実施形態では、スイッチ部としてのサイリスタ３６によりＡＣＧ３１からバッテリ３７への電力供給経路を開閉した。しかしながら、このようなスイッチ部はトランジスタでもよいし、複数の素子（トランジスタ、サイリスタなど）からなる回路で構成してもよい。

また、上記第１実施形態では、ガソリン機関１０の始動から所定時間が経過するまでは始動時充電制御を実施し、ガソリン機関１０の始動から所定時間が経過した後は通常運転時充電制御を実施した。すなわち、ガソリン機関１０の始動からの経過時間に基づいて同機関１０の運転状態が始動時か否かを判定した。しかしながら、ガソリン機関１０の回転速度に基づいて同機関１０の運転状態が始動時か否かを判定してもよい。

また、上記実施形態では、キック式スタータ２２及び電動式スタータ２３を備えるエンジンシステムについて説明したが、本発明は、キック式スタータ２２のみを備えるエンジンシステムにも、電動式スタータ２３のみを備えるエンジンシステムにも適用可能である。また、本発明は、車両用以外のエンジンシステムに適用してもよいし、ガソリン機関以外のエンジン（例えば、ディーゼル機関）を主体とするエンジンシステムに適用してもよい。

第１実施形態によるエンジンシステムの構成を示す図。 始動時充電制御プログラムの流れを示すフローチャート。 通常運転時充電制御プログラムの流れを示すフローチャート。 電動式スタータによる始動時の作動を示すタイミングチャート。 キック式スタータによる始動時の作動を示すタイミングチャート。 定速運転時、加速運転時、減速運転時の作動を示すタイミングチャート。 第２実施形態によるエンジンシステムの構成を示す図。 通常運転時充電制御プログラムの流れを示すフローチャート。

符号の説明

１０…ガソリン機関（エンジン）、１１…吸気通路、１２…スロットルバルブ、１３…スロットルモータ、１４…燃料噴射弁、１５…吸気バルブ、１６…燃焼室、１７…点火プラグ、１９…クランク軸、２０…排気バルブ、２１…排気通路、２２…キック式スタータ（人力式始動装置）、２３…電動式スタータ（電動式始動装置）、２４…スタータＳＷ、３０，５０…電源装置、３１…ＡＣＧ（発電機）、３２…永久磁石、３３…電機子、３５…発電用コイル、３６…サイリスタ（スイッチ部）、３７…バッテリ（二次電池、蓄電手段）、４０…ＥＣＵ（電圧検出手段、制御手段、設定手段）、５１…コンデンサ（蓄電手段）、５２…サイリスタ開閉回路（スイッチオン回路）。

Claims (12)

1. エンジンにより駆動されて電機子及び永久磁石が相対回転することで交流電力を発生させる発電機と、前記発電機に発生する電力により充電される蓄電手段とを備え、前記発電機又は前記蓄電手段により電力を出力する電源装置に適用され、
   前記エンジンは、人力によって駆動される人力式始動装置と、前記蓄電手段から供給される電力により駆動される電動式始動装置とにより始動可能であり、
   前記蓄電手段の充電電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記電圧検出手段により検出された前記蓄電手段の充電電圧が閾電圧以上である場合には、前記発電機から前記蓄電手段への電力供給経路を開成させ、前記電圧検出手段により検出された前記蓄電手段の充電電圧が前記閾電圧より低い場合には、前記電力供給経路を閉成させる制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記エンジンが前記電動式始動装置により始動される場合に、前記エンジンが前記人力式始動装置により始動される場合の閾電圧と異なる閾電圧に基づいて、前記電力供給経路の開閉制御を実施することを特徴とする電源制御装置。
2. 前記エンジンが前記電動式始動装置により始動される際の閾電圧が、前記エンジンが前記人力式始動装置により始動される際の閾電圧よりも低い請求項１に記載の電源制御装置。
3. 前記電源装置は前記蓄電手段として二次電池を備え、
   前記制御手段は、前記二次電池の充電電圧に基づいて前記電力供給経路の開閉を制御する請求項１又は２に記載の電源制御装置。
4. 前記電源装置は、前記電力供給経路に設けられ同電力供給経路を開閉するスイッチ部を備え、
   前記制御手段は、前記スイッチ部をオフ状態にすることにより前記電力供給経路を開成させ、前記スイッチ部をオン状態にすることにより前記電力供給経路を閉成させる請求項１から３のいずれか一項に記載の電源制御装置。
5. 前記エンジンの温度に応じて前記閾電圧を可変設定する設定手段を更に備える請求項１から４のいずれか一項に記載の電源制御装置。
6. 前記エンジンの加減速状態を判定する判定手段を備え、
   前記制御手段は、前記判定手段により前記エンジンの減速状態が判定された場合には、前記蓄電手段の充電電圧に拘わらず、前記電力供給経路を閉成させる請求項１から５のいずれか一項に記載の電源制御装置。
7. エンジンにより駆動されて電機子及び永久磁石が相対回転することで交流電力を発生させる発電機と、前記発電機に発生する電力により充電される蓄電手段とを備え、前記発電機又は前記蓄電手段により電力を出力する電源装置に適用され、
   前記蓄電手段の充電電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記電圧検出手段により検出された前記蓄電手段の充電電圧が閾電圧以上である場合には、前記発電機から前記蓄電手段への電力供給経路を開成させ、前記電圧検出手段により検出された前記蓄電手段の充電電圧が前記閾電圧より低い場合には、前記電力供給経路を閉成させる制御手段と、
   前記エンジンの温度に応じて前記閾電圧を可変設定する設定手段と、
   を備えることを特徴とする電源制御装置。
8. 前記エンジンの加減速状態を判定する判定手段を備え、
   前記制御手段は、前記判定手段により前記エンジンの減速状態が判定された場合には、前記蓄電手段の充電電圧に拘わらず、前記電力供給経路を閉成させる請求項７に記載の電源制御装置。
9. エンジンにより駆動されて電機子及び永久磁石が相対回転することで交流電力を発生させる発電機と、前記発電機に発生する電力により充電される蓄電手段とを備え、前記発電機又は前記蓄電手段により電力を出力する電源装置に適用され、
   前記蓄電手段の充電電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記電圧検出手段により検出された前記蓄電手段の充電電圧が閾電圧以上である場合には、前記発電機から前記蓄電手段への電力供給経路を開成させ、前記電圧検出手段により検出された前記蓄電手段の充電電圧が前記閾電圧より低い場合には、前記電力供給経路を閉成させる制御手段と、
   前記エンジンの加減速状態を判定する判定手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記判定手段により前記エンジンの減速状態が判定された場合には、前記蓄電手段の充電電圧に拘わらず、前記電力供給経路を閉成させることを特徴とする電源制御装置。
10. 前記電源装置は、前記電力供給経路に設けられ同電力供給経路を開閉するスイッチ部を備え、
    前記制御手段は、前記スイッチ部をオフ状態にすることにより前記電力供給経路を開成させ、前記スイッチ部をオン状態にすることにより前記電力供給経路を閉成させる請求項７から９のいずれか一項に記載の電源制御装置。
11. 前記蓄電手段からの給電又は前記スイッチ部を介しての前記発電機からの給電を受け、その給電に伴い前記制御手段による前記電力供給経路の開閉制御を実行する電源制御装置であり、
    前記電源装置は前記蓄電手段としてコンデンサを備え、
    前記スイッチ部は、前記制御手段によりオン／オフ状態が切り替えられる常開式のスイッチ素子からなり、
    前記発電機から直接給電され、前記エンジンの始動時において前記制御手段に代わって前記スイッチ部をオン状態とするスイッチオン回路を備える請求項１０に記載の電源制御装置。
12. 前記電源装置は前記蓄電手段として二次電池を備え、
    前記制御手段は、前記二次電池の充電電圧に基づいて前記電力供給経路の開閉を制御する請求項７から１０のいずれか一項に記載の電源制御装置。

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