TWI552921B - 跨坐型車輛之啟動兼發電系統 - Google Patents

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TWI552921B
TWI552921B TW103141839A TW103141839A TWI552921B TW I552921 B TWI552921 B TW I552921B TW 103141839 A TW103141839 A TW 103141839A TW 103141839 A TW103141839 A TW 103141839A TW I552921 B TWI552921 B TW I552921B
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福田詩郎
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Description

跨坐型車輛之啟動兼發電系統
本發明係關於一種跨坐型車輛之啟動兼發電系統。
於機車等跨坐型車輛中，為了車輛之輕量化及以引擎之高效率安靜地啟動，使用具有啟動馬達之功能的發電機(以下稱為啟動兼發電機)。於此種啟動兼發電機中，當作為啟動馬達發揮功能時必需產生較大之轉矩之能力，故而存在當作為發電機發揮功能時發電能力過剩之情況。
於日本專利第4761370號公報中所記載之機車用電動發電機之控制裝置中，具有三相繞組之ACG(Alternating Current Generator，交流發電機)啟動器連接於反相器電路。反相器電路經由電動線而連接於功能切換繼電器，並且經由發電線而連接於功能切換繼電器。發電線包含DC(direct current，直流)-DC轉換器。功能切換繼電器將電動線或發電線中之一者設為連接狀態，並且將另一者設為非連接狀態。藉此，電池經由電動線或發電線中之一者而連接於反相器電路。
於ACG啟動器作為發電機發揮功能之情形時，電池經由發電線而連接於反相器電路。另一方面，於ACG啟動器作為電動機(馬達)發揮功能之情形時，電池經由電動線而連接於反相器電路。藉此，於發電時，藉由DC-DC轉換器抑制過剩之發電。
本發明之目的在於提供一種可抑制電池之剩餘容量之降低的跨坐型車輛之啟動兼發電系統。
該目的係藉由技術方案1之啟動兼發電系統而達成。
本發明係基於如下發現，即，於上述控制裝置中，即便在斷開主開關之情形時，由於連接於反相器電路或DC-DC轉換器之電解電容器，亦會形成漏電流路徑。因此，由於漏電流之產生，電池之剩餘容量降低。
(1)依據本發明之一態樣之跨坐型車輛之啟動兼發電系統包含：引擎；啟動兼發電機，其具有使引擎之曲柄軸旋轉之功能、及藉由曲柄軸之旋轉產生電力之功能；電池；反相器電路，其連接於啟動兼發電機；第1路徑，其用以自電池向反相器電路供給電力；第2路徑，其用以自反相器電路向電池供給電力；DC-DC轉換器，其設置於第2路徑，且調整自反相器電路供給至電池之電壓；第1切換部，其設置於第1路徑，且被切換為電池電性連接於反相器電路之連接狀態、及電池自反相器電路電性切斷之非連接狀態；第2切換部，其設置於第2路徑，且被切換為電池電性連接於反相器電路之連接狀態、及電池自反相器電路電性切斷之非連接狀態；及負載，其電性連接於第2路徑。
於該啟動兼發電系統中，藉由將第1切換部維持於連接狀態且將第2切換部維持於非連接狀態，而使電池經由第1路徑而電性連接於反相器電路，從而對啟動兼發電機供給電力。藉此，曲柄軸藉由啟動兼發電機而旋轉。
於引擎完爆後，將第1切換部維持於非連接狀態且將第2切換部維持於連接狀態，藉此，電池經由第2路徑而電性連接於反相器電路，從而將藉由啟動兼發電機產生之電力供給至電池。所謂完爆係指引擎轉變為如下狀態，即，不需要啟動兼發電之驅動力而僅藉由混合 氣體之燃燒來穩定地驅動曲柄軸。於此情形時，藉由DC-DC轉換器來調整自反相器電路供給至電池之電壓。因此，可一面抑制由弱磁場控制導致的啟動兼發電機之相電流之增大，一面精確地調整供給至電池之電壓。於此情形時，可減少由相電流導致之銅損，而提高啟動兼發電機之發電效率。藉此，可減少燃料消耗量。
又，由於第1切換部及第2切換部分別單獨地設置於第1路徑及第2路徑，故而可獨立地將第1切換部及第2切換部切換為連接狀態及非連接狀態。於此情形時，在引擎停止時，可將第1切換部及第2切換部兩者維持於非連接狀態。藉此，可防止漏電流路徑之形成，從而可抑制由漏電流之產生導致的電池之剩餘容量之降低。
又，於將電池與反相器電路之間之電力之供給路徑自第1路徑切換為第2路徑時，可將第1切換部及第2切換部兩者暫時維持於連接狀態。於此情形時，由於未產生電池與反相器電路被電性切斷之期間，故而可防止電壓之暫時上升。因此，無須藉由例如短路刹車(短路制動)來抑制電壓之上升，而可防止啟動兼發電機使曲柄軸之旋轉變動。
又，由於負載電性連接於第2路徑，故而可將藉由啟動兼發電機產生之電力持續地供給至負載。藉此，即便於產生拋載(電池脫落)之情形時、或於車輛之行駛過程中駕駛者將主開關斷開之情形時，亦不會產生急劇之電壓上升。因此，可防止反相器電路及DC-DC轉換器之損傷。
(2)亦可為，啟動兼發電系統更包含由駕駛者操作之主開關，DC-DC轉換器係連接於反相器電路與第2切換部之間，並且於主開關斷開之狀態下，將第1切換部及第2切換部兩者維持於非連接狀態。
於此情形時，在主開關斷開之狀態下，電池與反相器電路及DC-DC轉換器電性切斷。藉此，防止漏電流之產生，從而抑制電池之剩 餘容量之降低。
(3)亦可為，啟動兼發電系統更包含控制第1切換部及第2切換部之切換控制部，並且切換控制部以如下方式控制第1切換部及第2切換部，即，自將引擎啟動之第1時間點至滿足預先規定之第1條件之第2時間點為止，將第1切換部維持於連接狀態並且將第2切換部維持於非連接狀態；自第2時間點至滿足預先規定之第2條件之第3時間點為止，將第1切換部及第2切換部兩者維持於連接狀態；自第3時間點起，將第1切換部維持於非連接狀態並且將第2切換部維持於連接狀態。
於此情形時，自第1時間點至第2時間點之前，電池經由第1路徑而電性連接於反相器電路。於該狀態下，藉由啟動兼發電機使曲柄軸旋轉。繼而，自第2時間點至第3時間點之前，暫時將第1切換部及第2切換部兩者維持於連接狀態。其後，自第3時間點起，電池經由第2路徑而電性連接於反相器電路。於該狀態下，將藉由啟動兼發電機產生之電力供給至電池。
如此般，於將電池與反相器電路之間之電力之供給路徑自第1路徑切換為第2路徑時，由於將第1切換部及第2切換部兩者暫時維持於連接狀態，故而電池與反相器電路不會電性切斷。藉此，無須藉由短路刹車來抑制電壓之上升，而可防止啟動兼發電機使曲柄軸之旋轉變動。
(4)亦可為，啟動兼發電系統更包含檢測曲柄軸之旋轉速度之旋轉速度檢測部，並且第1條件係指由旋轉速度檢測部檢測出之旋轉速度達到預先規定之值。
於此情形時，若曲柄軸之旋轉速度達到預先規定之值，則將第2切換部切換為連接狀態。藉此，可於引擎之動作穩定之時間點，切換電力之供給路徑。
(5)亦可為，第2條件係指自第2時間點起已經過預先規定之時間。
於此情形時，在切換電力之供給路徑時，以預先規定之時間將第1切換部及第2切換部兩者維持於連接狀態。藉此，可在不進行短路刹車之情況下以簡單之控制來防止電壓上升。
(6)亦可為，啟動兼發電系統更包含轉換器控制部，該轉換器控制部係自第3時間點起，以啟動兼發動機中之銅損變小之方式調整DC-DC轉換器之占空比。
於此情形時，能夠以高效率穩定地調整自反相器電路供給至電池之電壓。
(7)亦可為，負載係於DC-DC轉換器與第2切換部之間連接於第2路徑。
於此情形時，即便在藉由啟動兼發電機產生電力之狀態下將第2切換部切換為非連接狀態，亦可將所產生之電力持續地供給至負載。因此，不會產生急劇之電壓上升。因此，可防止反相器電路及DC-DC轉換器之損傷。
(8)亦可為，負載與引擎之動作無關。
於此情形時，若於藉由啟動兼發電機產生電力之狀態下將第2切換部切換為非連接狀態，則一面對負載持續地供給電力一面使引擎之動作停止。藉此，可一面防止引擎之不穩定之動作，一面防止由急劇之電壓上升導致之反相器電路及DC-DC轉換器之損傷。
1‧‧‧車體
2‧‧‧前叉
3‧‧‧前輪
4‧‧‧把手
4a‧‧‧刹車桿
5‧‧‧座部
6‧‧‧ECU
7‧‧‧電池
8‧‧‧後輪
10‧‧‧引擎
11‧‧‧活塞
20‧‧‧啟動兼發電機
30‧‧‧CPU
31‧‧‧主接通檢測部
32‧‧‧啟動判定部
33‧‧‧繼電器控制部
34‧‧‧反相器控制部
35‧‧‧轉換器控制部
36、37‧‧‧負載群控制部
61‧‧‧反相器電路
62‧‧‧DC-DC轉換器
63、64‧‧‧負載群驅動電路
65‧‧‧繼電器驅動電路
100‧‧‧機車
C1‧‧‧電解電容器
CS‧‧‧曲柄軸
EU‧‧‧引擎單元
G1、G2‧‧‧負載群
H1‧‧‧保險絲
H2‧‧‧保險絲
H3‧‧‧保險絲
HL‧‧‧頭燈
IN1、IN2‧‧‧輸入端子
L‧‧‧電感器
L1‧‧‧電動線
L2‧‧‧發電線
Lc‧‧‧共用線
N1、N2、N3‧‧‧節點
N4‧‧‧節點
Na‧‧‧節點
Nb‧‧‧節點
Nc‧‧‧節點
Nd‧‧‧節點
ND‧‧‧節點
Q1~Q6‧‧‧開關元件
Q11、Q12‧‧‧開關元件
R1‧‧‧啟動繼電器
R2‧‧‧充電繼電器
SE1‧‧‧旋轉速度檢測部
SE2‧‧‧電流檢測部
SW1‧‧‧主開關
SW2‧‧‧啟動開關
SW3‧‧‧刹車開關
T1、T2‧‧‧繼電器線圈
TH1‧‧‧閾值
TH2‧‧‧上限值
TM‧‧‧固定時間
U、V、W‧‧‧定子線圈
Vb‧‧‧電池電壓
Vi‧‧‧反相器電壓
圖1係表示本發明之一實施形態之機車之概略構成的模式性側視圖。
圖2係表示機車之電氣系統之電路圖。
圖3係用以對藉由CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)實 現之功能進行說明之方塊圖。
圖4係表示反相器電路及DC-DC轉換器之電路圖。
圖5係用以對啟動繼電器及充電繼電器之切換進行說明之圖。
圖6係表示反相器電壓之變化之圖。
圖7係引擎啟動處理之流程圖。
圖8係引擎啟動處理之流程圖。
以下，一面參照圖式，一面對具有本發明之實施形態之啟動兼發電系統之機車進行說明。本實施形態之機車係跨坐型車輛之一例。
(1)機車
圖1係表示本發明之一實施形態之機車之概略構成的模式性側視圖。於圖1之機車100中，前叉2可向左右方向晃動地設置於車體1之前部。於前叉2之上端安裝有把手4，於前叉2之下端可旋轉地安裝有前輪3。於把手4安裝有刹車桿4a。於車體1之前端部設置有頭燈HL。於把手4之下方設置有主開關SW1。藉由未圖示之主鍵，切換主開關SW1之接通斷開。
於車體1之大致中央上部設置有座部5。於座部5之下方配置有ECU(Engine Control Unit，引擎控制裝置)6及電池7。又，於其等之下方設置有引擎單元EU。引擎單元EU包含引擎10及下述啟動兼發電機20(圖2)。於引擎10設置有旋轉速度檢測部SE1。藉由旋轉速度檢測部SE1，檢測引擎10之旋轉速度(圖2之曲柄軸CS之旋轉速度)。於車體1之後端下部可旋轉地安裝有後輪8。利用由引擎10產生之動力而旋轉驅動後輪8。
(2)電氣系統
圖2係表示機車100之電氣系統之電路圖。如圖2所示，機車100包含啟動兼發電機20。啟動兼發電機20包含U相、V相及W相之定子 線圈U、V、W，並具有作為使引擎10之曲柄軸CS旋轉的三相同步電動機(啟動馬達)的功能，並且具有作為藉由引擎10之曲柄軸CS之旋轉產生電力的三相同步發電機的功能。
ECU6包含反相器電路61、DC-DC轉換器62、負載群驅動電路63、64、繼電器驅動電路65及CPU(中央運算處理裝置)30。除其等以外，ECU6亦包含ROM(read only memory，唯讀記憶體)及RAM(random access memory，隨機存取記憶體)等記憶部。
反相器電路61連接於啟動兼發電機20之定子線圈U、V、W。又，反相器電路61經由共用線Lc而連接於節點ND。節點ND經由電動線L1而連接於電池7之正端子，並且經由發電線L2而連接於電池7之正端子。電池7之負端子係連接於接地線。
電動線L1包含啟動繼電器R1。發電線L2包含DC-DC轉換器62、充電繼電器R2及保險絲H1。DC-DC轉換器62係連接於節點ND與節點Na之間，充電繼電器R2係連接於節點Na與節點Nb之間。保險絲H1係連接於節點Nb與電池7之正端子之間。於共用線Lc與接地線之間連接有電解電容器C1。於共用線Lc設置有電流檢測部SE2。藉由電流檢測部SE2，檢測於電池7與反相器電路61之間流通之電流之值。
於啟動兼發電機20作為啟動馬達發揮功能之情形時，電池7之電力經由電動線L1而被供給至反相器電路61。另一方面，於啟動兼發電機20作為發電機發揮功能之情形時，藉由啟動兼發電機20產生之電力自反相器電路61經由發電線L2而被供給至電池7及下述負載群G1、G2。於發電線L2中，可藉由DC-DC轉換器62調整自反相器電路61供給至電池7之電壓。
負載群G1經由保險絲H2而連接於發電線L2之節點Na。負載群G1包含與引擎10之動作無關之各種負載。例如，負載群G1包含頭燈HL(圖1)等。ECU6之負載群驅動電路63驅動負載群G1所包含之各負 載。
於發電線L2之節點Nb與節點Nc之間連接有主開關SW1。於節點Nc與節點Nd之間連接有保險絲H3，於節點Nd連接有負載群G2。負載群G2包含與引擎10之動作有關之各種負載。例如，負載群G2包含噴射器及火星塞等。ECU6之負載群驅動電路64驅動負載群G2所包含之各負載。
ECU6之繼電器驅動電路65經由繼電器線圈T1而連接於節點Nc，並且經由繼電器線圈T2而連接於節點Nc。繼電器驅動電路65藉由控制對繼電器線圈T1、T2之通電，而切換啟動繼電器R1及充電繼電器R2之接通斷開。於對繼電器線圈T1通電之情形時，啟動繼電器R1接通，於不對繼電器線圈T1通電之情形時，啟動繼電器R1斷開。同樣地，於對繼電器線圈T2通電之情形時，充電繼電器R2接通，於不對繼電器線圈T2通電之情形時，充電繼電器R2斷開。
CPU30具有輸入端子IN1、IN2。輸入端子IN1連接於節點Nd。輸入端子IN2經由啟動開關SW2及刹車開關SW3而連接於節點Nc。啟動開關SW2係設置於圖1之把手4，且藉由駕駛者之操作而接通。又，由駕駛者操作圖1之刹車桿4a，藉此接通刹車開關SW3。
圖3係用以對藉由CPU30實現之功能進行說明之方塊圖。如圖3所示，CPU30實現主接通檢測部31、啟動判定部32、繼電器控制部33、反相器控制部34、轉換器控制部35及負載群控制部36、37之功能。
主接通檢測部31檢測出圖2之主開關SW1已接通。具體而言，若圖2之主開關SW1接通，則將電池7之電壓賦予至輸入端子IN1。藉此，輸入端子IN1之電壓上升。圖3之主接通檢測部31基於輸入端子IN1之電壓，檢測出主開關SW1已接通。
藉由將圖2之主開關SW1接通，而自電池7向ECU6進行供電。藉此，CPU30、負載群驅動電路63、64及繼電器驅動電路65分別成為可 動作之狀態。
於主開關SW1接通之狀態下，若將刹車開關SW3接通、並且將啟動開關SW2接通，則啟動引擎10。圖3之啟動判定部32判定主開關SW1接通之狀態下之啟動開關SW2及刹車開關SW3之接通斷開。具體而言，於圖2之主開關SW1接通之狀態下，若將啟動開關SW2及刹車開關SW3接通，則電池7之電壓被賦予至輸入端子IN2。啟動判定部32基於輸入端子IN2之電壓，判定啟動開關SW2及刹車開關SW3之接通斷開。
圖3之繼電器控制部33基於旋轉速度檢測部SE1之檢測結果及主接通檢測部31之檢測結果，控制繼電器驅動電路65。反相器控制部34基於啟動判定部32之判定結果而控制反相器電路61。轉換器控制部35基於旋轉速度檢測部SE1及電流檢測部SE2之檢測結果，控制DC-DC轉換器62。負載群控制部36、37分別控制負載群驅動電路63、64。於下文對繼電器驅動電路65、反相器電路61及DC-DC轉換器62之控制進行說明。
(3)反相器電路及DC-DC轉換器
圖4係表示反相器電路61及DC-DC轉換器62之電路圖。如圖4所示，反相器電路61包含開關元件Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6。開關元件Q1~Q6之各者例如為FET(field effect transistor，場效電晶體)。
於共用線Lc與節點N1、N2、N3之間分別連接有開關元件Q1、Q3、Q5。於節點N1、N2、N3與接地線之間分別連接有開關元件Q2、Q4、Q6。於節點N1、N2、N3連接有定子線圈U、V、W之一端。
藉由圖3之反相器控制部34，控制圖4之開關元件Q1~Q6之接通斷開。於引擎10啟動時，以啟動兼發電機20作為三相同步電動機發揮功能之方式控制開關元件Q1~Q6之接通斷開。於引擎10完爆後，以 啟動兼發電機20作為三相同步發電機發揮功能之方式控制開關元件Q1~Q6之接通斷開。此處，所謂完爆係指引擎10轉變為如下狀態，即，不需要藉由啟動兼發電機20之驅動力而僅藉由混合氣體之燃燒來穩定地驅動曲柄軸CS。
又，於引擎10完爆後，藉由磁場控制而控制啟動兼發電機20之發電電力。此處，所謂磁場控制係指藉由使開關元件Q1~Q6之導通期間之相位以各相之感應電壓之相位為基準而變化，從而控制啟動兼發電機20之發電電力。具體而言，藉由磁場控制，使開關元件Q1、Q2之接通斷開之切換時序、開關元件Q3、Q4之接通斷開之切換時序及開關元件Q5、Q6之切換時序分別以U相、V相及W相之感應電壓之相位為基準而前移或延遲。藉此，控制啟動兼發電機20之發電電力。
於本例中，於引擎10完爆後，使開關元件Q1~Q6之接通斷開之切換時序之相位分別前移，藉此降低發電電力。以下，將用以使此種發電電力降低之磁場控制稱為弱磁場控制。又，將於弱磁場控制時流通之相電流稱為弱磁場電流。受弱磁場控制之發電電力之降低量越大，弱磁場電流越大。
DC-DC轉換器62包含開關元件Q11、Q12及電感器L。於本例中，開關元件Q11、Q12之各者係FET。開關元件Q11係連接於節點ND與節點N4之間，電感器L係連接於節點N4與節點Na之間。又，開關元件Q12係連接於節點N4與接地線之間。
藉由圖3之轉換器控制部35，控制圖4之開關元件Q11、Q12之接通斷開。開關元件Q11、Q12之接通斷開係週期性地切換。於開關元件Q11接通之期間，將開關元件Q12斷開；於開關元件Q12接通之期間，將開關元件Q11斷開。將開關元件Q12之接通期間相對於1週期之比率稱為DC-DC轉換器62之占空比。
(4)繼電器之切換
對啟動繼電器R1及充電繼電器R2之切換進行說明。圖5係用以對啟動繼電器R1及充電繼電器R2之切換進行說明之圖。於圖5之上段，表示引擎10之旋轉速度之變化及自電池7流至反相器電路61之電流(以下稱為驅動電流)之變化。橫軸表示時間，縱軸表示引擎10之旋轉速度及驅動電流。實線表示引擎10之旋轉速度之變化，單點鏈線表示驅動電流之變化。於曲柄軸CS(圖2)正向旋轉之情形時，以正值表示引擎10之旋轉速度；於曲柄軸CS反向旋轉之情形時，以負值表示引擎10之旋轉速度。於以下之說明中，將曲柄軸CS之正向旋轉之方向之轉矩稱為正向旋轉轉矩，將曲柄軸CS之反向旋轉之方向之轉矩稱為反向旋轉轉矩。
於藉由啟動兼發電機20驅動曲柄軸CS之情形時，驅動電流成為正值。於此情形時，自電池7向啟動兼發電機20供給電流。另一方面，於僅藉由引擎10內之混合氣體之燃燒驅動曲柄軸CS之情形時，驅動電流成為負值。於此情形時，藉由啟動兼發電機20產生電力。
於圖5之下段，以向上之箭頭表示活塞11(圖2)到達至壓縮上死點之時序，並且表示啟動繼電器R1及充電繼電器R2之接通斷開、以及DC-DC轉換器62之占空比之變化。
於圖5之例中，於引擎10啟動時，曲柄軸CS於固定之角度範圍內反向旋轉後正向旋轉。於此情形時，即便活塞11在即將到達至壓縮上死點之前停止，亦於藉由曲柄軸CS之反向旋轉而使活塞11移動之後，使曲柄軸CS開始正向旋轉。因此，於開始曲柄軸CS之正向旋轉後、且活塞11到達至最初之壓縮上死點之前，能提高曲柄軸CS之旋轉速度。因此，活塞11易於到達至最初之壓縮上死點，故而引擎10之啟動性提高。
於圖5中，於較時間點t1靠前之期間，主開關SW1斷開(圖2)。如上所述，於主開關SW1斷開之狀態下，不對ECU6進行供電。因此， 亦不藉由圖2之繼電器驅動電路65對繼電器線圈T1、T2進行通電，而將電動線L1之啟動繼電器R1及發電線L2之充電繼電器R2分別維持為斷開。
若於時間點t1將主開關SW1接通，則電動線L1之啟動繼電器R1被接通。於時間點t2，在刹車開關SW3接通之狀態下啟動開關SW2被接通。藉此，以藉由啟動兼發電機20使曲柄軸CS開始反向旋轉之方式，控制反相器電路61(圖2)。於此情形時，驅動電流於急劇上升後，緩慢地降低。其後，活塞11接近壓縮上死點，藉此引擎10之燃燒室內之壓力升高。因此，曲柄軸CS之旋轉負載變大，而驅動電流急劇上升。
於活塞11即將到達至壓縮上死點之前，將自啟動兼發電機20賦予至曲柄軸CS之轉矩自反向旋轉轉矩切換為正向旋轉轉矩。於本例中，於時間點t3，若驅動電流超過預先規定之閾值，則將自啟動兼發電機20賦予至曲柄軸CS之轉矩自反向旋轉轉矩切換為正向旋轉轉矩。於自時間點t3至時間點t4之前之期間，曲柄軸CS藉由慣性而反向旋轉。自時間點t4起，曲柄軸CS正向旋轉。
於曲柄軸CS之正向旋轉開始後，每當活塞11到達至壓縮上死點時，驅動電流暫時變大。於時間點t5，在活塞11到達至壓縮上死點時對燃燒室內之混合氣體進行點火，而藉由混合氣體之燃燒來驅動曲柄軸CS。於此情形時，曲柄軸CS之旋轉速度於瞬間上升後緩慢地下降。又，驅動電流於瞬間降低至負值後緩慢地上升。以下，將曲柄軸CS之正向旋轉開始後初次燃燒混合氣體之情況稱為初爆。
其後，每當活塞11到達至壓縮上死點時，曲柄軸CS之旋轉速度藉由混合氣體之燃燒而上升。藉此，曲柄軸CS之旋轉速度階段性地升高。又，每當混合氣體燃燒時，驅動電流降低。於時間點t6，曲柄軸CS之旋轉速度超過預先規定之閾值TH1。閾值TH1相當於發生引擎 10之完爆的曲柄軸CS之旋轉速度。
於時間點t6，將發電線L2之充電繼電器R2接通。於自時間點t6經過預先規定之時間TM後之時間點t7，將電動線L1之啟動繼電器R1斷開。DC-DC轉換器62於時間點t5之前不作動。於此情形時，圖4之開關元件Q11、Q12分別維持為斷開。於時間點t5，DC-DC轉換器62作動，而於自時間點t5至時間點t7之前之期間，DC-DC轉換器62之占空比維持為0或接近0之值。於開關元件Q11、Q12之驅動器(未圖示)為自舉式之情形時，由於無法將DC-DC轉換器62之占空比完全維持為0，故而將占空比維持為接近0之值。
自時間點t7起，使DC-DC轉換器62之占空比隨著引擎10之旋轉速度之上升而上升，並以啟動兼發電機20之銅損成為最小之方式調整占空比。於占空比達到可調整之上限值TH2後，即便引擎10之旋轉速度上升，DC-DC轉換器62之占空比亦維持為上限值TH2。
若於引擎10停止時將主開關SW1斷開，則使繼電器驅動電路65(圖2)停止對繼電器線圈T2之通電。因此，發電線L2之充電繼電器R2斷開。又，將電動線L1之啟動繼電器R1維持為斷開。
如此般，於自曲柄軸CS藉由啟動兼發電機20驅動之時間點t2至時間點t6之前之期間，將電動線L1之啟動繼電器R1維持為接通，將發電線L2之充電繼電器R2維持為斷開。藉此，自電池7經由電動線L1而向反相器電路61供給電力。
於發生引擎10之完爆之時間點t6之後，將發電線L2之充電繼電器R2維持為接通。藉此，自反相器電路61經由發電線L2而向電池7供給電力。於此情形時，可藉由發電線L2之DC-DC轉換器62將自反相器電路61供給至電池7之電壓調整為較低。藉此，可對電池7及負載群G1、G2所包含之各種負載穩定地供給精確之電壓。
又，於時間點t6將發電線L2之充電繼電器R2接通後，在經過固 定時間TM後之時間點t7將電動線L1之啟動繼電器R1斷開。於此情形時，不產生反相器電路61與電池7被電性切斷之期間，故而可防止啟動兼發電機20之電壓之暫時上升。因此，無須藉由例如短路刹車(短路制動)來抑制電壓之上升，而可防止啟動兼發電機20使曲柄軸CS之旋轉變動。
又，若於時間點t7將電動線L1之啟動繼電器R1斷開，則使DC-DC轉換器62之占空比隨著引擎10之旋轉速度之上升而上升，並以啟動兼發電機20之銅損成為最小之方式調整占空比。於此情形時，由於僅經由發電線L2而對電池7供給電壓，故而可一面抑制啟動兼發電機20中之銅損，一面準確地調整供給至電池7及各種負載之電壓。
再者，於自動進行怠速停止之車輛等中，在不使主開關SW1斷開之情況下，使引擎10停止。於此情形時，亦可基於引擎10之旋轉速度，進行怠速停止時之啟動繼電器R1及充電繼電器R2之切換。例如，將低於圖5之閾值TH1之值規定為用以判定引擎10之停止之閾值(以下稱為停止用閾值)。若於引擎10完爆後引擎10之旋轉速度變得低於停止用閾值，則判定引擎10停止，而將充電繼電器R2斷開。
於引擎10之旋轉速度變得低於停止用閾值之時間點，亦可將充電繼電器R2斷開並且將啟動繼電器R1接通。於此情形時，可與自時間點t2之引擎10之啟動同樣地，迅速進行怠速停止後之引擎10之再啟動。
(5)反相器電路61之反相器電壓之調整
以下，將圖4之節點ND之電壓稱為反相器電壓Vi。又，將電池7之正端子之電壓稱為電池電壓Vb。圖6係表示反相器電壓之變化之圖。於圖6中，橫軸表示引擎10之旋轉速度，縱軸表示電壓。於圖6中，以單點鏈線表示啟動兼發電機20中之感應電壓(有效值)。
如上所述，於引擎10之旋轉開始時，啟動繼電器R1接通。藉 此，節點ND連接於電池7之正端子。因此，於圖6之例中，於引擎10之旋轉速度達到P1之前，電池7之電壓V1被施加至節點ND，而反相器電壓Vi成為V1。於此情形時，電池電壓Vb亦為V1。旋轉速度P1高於發生初爆之圖5之時間點t5時的旋轉速度P1a。DC-DC轉換器62係於引擎10之旋轉速度達到旋轉速度P1a時作動。於此情形時，DC-DC轉換器62之占空比維持為0或接近0之值。
啟動兼發電機20中之感應電壓隨著引擎10之旋轉速度增加而線性上升。若引擎10之旋轉速度達到P1，則感應電壓達到V1。於引擎10之旋轉速度達到P1後至達到P2前，反相器電壓Vi伴隨著感應電壓之上升而上升。旋轉速度P2相當於發生完爆之圖5之時間點t6時的旋轉速度。由於啟動繼電器R1已接通，故而電池電壓Vb與反相器電壓Vi一併上升。於引擎10之旋轉速度達到P1後且達到P2前，反相器電壓Vi達到V2。電壓V2係適於電池7之充電之電壓。
若引擎10之旋轉速度達到P2而發生完爆，則充電繼電器R2接通。於引擎10之旋轉速度達到P2後至成為P3前之期間，啟動繼電器R1及充電繼電器R2接通。旋轉速度P3相當於發生完爆後經過固定時間TM後之圖5之時間點t7時的旋轉速度。於引擎10之旋轉速度處於P2以上且P3以下之範圍內之情形時(圖5之自時間點t6至時間點t7之前之期間)，藉由弱磁場控制，使反相器電壓Vi如二點鏈線所示般維持為V2。於此範圍內，DC-DC轉換器62之占空比亦維持為0或接近0之值。
若於時間點t7旋轉速度達到P3，則啟動繼電器R1斷開。於引擎10之旋轉速度處於P3以上且P4以下之範圍內之情形時，以啟動兼發電機20中之銅損成為最小之方式，調整DC-DC轉換器62之占空比。例如，將表示引擎10之旋轉速度與占空比之關係之圖(以下稱為旋轉速度-占空比圖)預先記憶於記憶部。旋轉速度-占空比圖係以啟動兼發電 機20中之銅損成為最小之方式設定。圖3之轉換器控制部35根據旋轉速度-占空比圖，取得與由旋轉速度檢測部SE1檢測出之旋轉速度對應之占空比，且根據該占空比來控制DC-DC轉換器62。
旋轉速度P4相當於DC-DC轉換器62之占空比達到上限值TH2之旋轉速度。於引擎10之旋轉速度處於P3以上且P4以下之範圍內之情形時，藉由DC-DC轉換器62降壓後所得之電壓成為電池電壓Vb。以該電池電壓Vb成為V2之方式，進行弱磁場控制。
於引擎10之旋轉速度高於P4之情形時，將DC-DC轉換器62之占空比維持為圖5之上限值TH2。因此，藉由DC-DC轉換器62，使電池電壓Vb與反相器電壓Vi之比維持於固定，且藉由弱磁場控制，將電池電壓Vb維持為V2。
以此方式，藉由弱磁場控制來調整電池電壓Vb並且藉由DC-DC轉換器62之降壓動作來調整電池電壓Vb與反相器電壓Vi之比，藉此，可一面減少由弱磁場電流導致之銅損，一面精確地調整電池電壓Vb。藉此，提高啟動兼發電機20之發電效率。
(6)引擎啟動處理
於引擎10啟動時，圖3之CPU30基於預先記憶於記憶部之控制程式，進行引擎啟動處理。圖7及圖8係引擎啟動處理之流程圖。引擎啟動處理係藉由將例如圖2之主開關SW1接通而開始。於自動進行怠速停止之車輛中，亦可於怠速停止後之再啟動時進行圖7之引擎啟動處理。
如圖7所示，若主接通檢測部31檢測出主開關SW1已接通(步驟S1)，則繼電器控制部23以將啟動繼電器R1接通之方式控制繼電器驅動電路65(步驟S2)。繼而，啟動判定部32判定於刹車開關SW3接通之狀態下啟動開關SW2是否接通(步驟S3)。於啟動開關SW2及刹車開關SW3未接通之情形時、或於刹車開關SW3未接通而啟動開關SW2接通 之情形時，啟動判定部32重複步驟S3之處理。
於在刹車開關SW3接通之狀態下啟動開關SW2接通之情形時，以藉由啟動兼發電機20驅動曲柄軸CS之方式，由反相器控制部34控制反相器電路61(步驟S4)。具體而言，如上所述，藉由使曲柄軸CS反向旋轉，從而，燃燒室內之壓力升高，驅動電流上升。基於藉由電流檢測部SE2之檢測結果，將自啟動兼發電機20賦予至曲柄軸CS之轉矩自反向旋轉轉矩切換為正向旋轉轉矩。其後，進行包括排氣、吸氣及壓縮的引擎10之動作。
繼而，轉換器控制部35判定是否已發生引擎10之初爆(步驟S5)。具體而言，若由旋轉速度檢測部SE1檢測出之引擎10之旋轉速度達到預先規定之值，則判定已發生初爆。亦可基於由電流檢測部SE2檢測出之驅動電流代替引擎10之旋轉速度，進行是否已發生初爆之判定。例如，亦可於驅動電流變得小於預先規定之值(例如0)之情形時，判定已發生初爆。
於未發生初爆之情形時，轉換器控制部35重複步驟S5之處理。於已發生初爆之情形時，轉換器控制部35使DC-DC轉換器62作動(步驟S6)。於此情形時，將DC-DC轉換器62之占空比維持為0或接近0之值。
繼而，繼電器控制部33基於旋轉速度檢測部SE1之檢測結果，判定引擎10之旋轉速度是否已達到預先規定之閾值TH1(圖5)(步驟S7)。於引擎10之旋轉速度低於閾值TH1之情形時，繼電器控制部33重複步驟S7之處理。於引擎10之旋轉速度達到閾值TH1之情形時，繼電器控制部33以將充電繼電器R2接通之方式，控制繼電器驅動電路65(步驟S8)。
繼而，如圖8所示，繼電器控制部33判定自步驟S7中將充電繼電器R2接通後是否經過了預先規定之時間TM(圖5)(步驟S9)。於未經過 時間TM之情形時，繼電器控制部33重複步驟S9之處理。於經過了時間TM之情形時，繼電器控制部33以將啟動繼電器R1斷開之方式，控制繼電器驅動電路65(步驟S10)。
繼而，以啟動兼發電機20之銅損成為最小之方式，由轉換器控制部35控制DC-DC轉換器62之占空比(步驟S11)。藉此，結束引擎啟動處理。
其後，以電池電壓成為電壓V2之方式，由反相器控制部34控制反相器電路61，並且由轉換器控制部35控制DC-DC轉換器62。藉此，對電池7及各種負載穩定地供給精確之電壓。
(7)效果
於上述實施形態之機車100中，在引擎10啟動時，電池7經由電動線L1而電性連接於反相器電路61。於引擎10完爆後，在藉由啟動兼發電機20產生電力之狀態下，電池7經由包含DC-DC轉換器62之發電線L2而電性連接於反相器電路61。
於此情形時，藉由DC-DC轉換器62對於引擎10完爆後自反相器電路61供給至電池7及各種負載之電壓進行調整。藉此，可一面抑制弱磁場電流之增大，一面精確地調整電池電壓。因此，可使藉由啟動兼發電機20之發電效率提高。
又，於本實施形態中，可分別獨立地切換電動線L1之啟動繼電器R1及發電線L2之充電繼電器R2之接通斷開。因此，於引擎10停止時，將啟動繼電器R1及充電繼電器R2兩者維持為斷開。藉此，防止漏電流路徑之形成，從而防止由漏電流之產生導致的電池7之剩餘容量之降低。
又，於將反相器電路61與電池7之間之電力之供給路徑自電動線L1切換為發電線L2時，將電動線L1之啟動繼電器R1及發電線L2之充電繼電器R2兩者暫時接通。於此情形時，由於未產生反相器電路61 與電池7被電性切斷之期間，故而可防止啟動兼發電機20之電壓之暫時上升。因此，無須藉由例如短路刹車(短路制動)來抑制電壓上升，而可防止啟動兼發電機20使曲柄軸CS之旋轉變動。
又，於本實施形態中，將負載群G1、G2連接於發電線L2。藉此，可將由啟動兼發電機20產生之電力持續地供給至負載群G1、G2。因此，即便於產生拋載(電池脫落)之情形時、或於機車100之行駛過程中駕駛者將主開關SW1斷開之情形時，亦不會產生急劇之電壓上升。因此，可防止反相器電路61及DC-DC轉換器62之損傷。
又，將與引擎10之動作無關之負載群G1連接於DC-DC轉換器62與充電繼電器R2之間，將與引擎10之動作有關之負載群G2連接於充電繼電器R2與電池7之間。於此情形時，若於藉由啟動兼發電機20產生電力之狀態下將充電繼電器R2斷開，則一面對負載群G1持續地供給電力，一面停止對負載群G2供給電力。藉此，防止引擎10之不穩定之動作，並且藉由對負載群G1供給電力而防止急劇之電壓上升。
(8)其他實施形態
(8-1)
於上述實施形態中，在將反相器電路61與電池7之間之電力之供給路徑自電動線L1切換為發電線L2時，將啟動繼電器R1及充電繼電器R2兩者暫時接通，但本發明並不限於此。於已防止啟動兼發電機20中之電壓上升之情形、或啟動兼發電機20中之電壓上升之影響較輕微之情形時，亦可與將充電繼電器R2接通同時地將啟動繼電器R1斷開。
(8-2)
於上述實施形態中，若曲柄軸CS之旋轉速度超過預先規定之閾值TH1則將發電線L2之充電繼電器R2接通，但亦能夠以其他時序將充電繼電器R2接通。例如，亦可於驅動電流低於固定值(例如0)之時間 點，將充電繼電器R2接通，或者亦可於發生引擎10之初爆後且經過固定時間後之時間點，將充電繼電器R2接通。
(8-3)
於上述實施形態中，在將發電線L2之充電繼電器R2接通後且經過固定時間後之時間點，將電動線L1之啟動繼電器R1斷開，但亦能夠以其他時序將啟動繼電器R1斷開。例如，亦可於引擎10之旋轉速度達到高於圖5之閾值TH1之固定之值的時間點，將啟動繼電器R1斷開，或者亦可如上所述般與將充電繼電器R2接通同時地將啟動繼電器R1斷開。
(8-4)
於上述實施形態中，係將發電線L2之充電繼電器R2接通並且將電動線L1之啟動繼電器R1斷開後，使DC-DC轉換器62之占空比上升，但本發明並不限於此。於可精確地調整電池電壓之情形或由電池電壓之偏差產生之影響較輕微之情形時，亦能夠以其他時序使DC-DC轉換器62之占空比上升。例如，亦可使DC-DC轉換器62之占空比與將充電繼電器R2接通同時地上升，或者亦可於將啟動繼電器R1斷開後且經過固定時間之後，使DC-DC轉換器62之占空比上升。
(8-5)
上述實施形態係將本發明應用於機車之例，但並不限於此，亦可將本發明應用於三輪機車或ATV(All Terrain Vehicle，越野車)等其他跨坐型車輛。
(9)技術方案之各構成要素與實施形態之各要素之對應
以下，對技術方案之各構成要素與實施形態之各要素之對應之例進行說明，但本發明並不限定於下述之例。
於上述實施形態中，機車100係跨坐型車輛之例，引擎10係引擎之例，啟動兼發電機20係啟動兼發電機之例，電池7係電池之例，反 相器電路61係反相器電路之例，電動線L1係第1路徑之例，發電線L2係第2路徑之例，DC-DC轉換器62係DC-DC轉換器之例，啟動繼電器R1係第1切換部之例，充電繼電器R2係第2切換部之例，負載群G1係負載之例。
又，主開關SW1係主開關之例，CPU30係切換控制部及轉換器控制部之例，時間點t2係第1時間點之例，時間點t6係第2時間點之例，時間點t7係第3時間點之例，旋轉速度檢測部SE1係旋轉速度檢測部之例。
亦可使用具有技術方案中所記載之構成或功能之其他各種要素作為技術方案之各構成要素。
[產業上之可利用性]
本發明可有效地利用於各種跨坐型車輛。
6‧‧‧ECU
7‧‧‧電池
10‧‧‧引擎
11‧‧‧活塞
20‧‧‧啟動兼發電機
30‧‧‧CPU
61‧‧‧反相器電路
62‧‧‧DC-DC轉換器
63、64‧‧‧負載群驅動電路
65‧‧‧繼電器驅動電路
C1‧‧‧電解電容器
CS‧‧‧曲柄軸
G1、G2‧‧‧負載群
H1‧‧‧保險絲
H2‧‧‧保險絲
H3‧‧‧保險絲
IN1、IN2‧‧‧輸入端子
L1‧‧‧電動線
L2‧‧‧發電線
Lc‧‧‧共用線
Na‧‧‧節點
Nb‧‧‧節點
Nc‧‧‧節點
Nd‧‧‧節點
ND‧‧‧節點
R1‧‧‧啟動繼電器
R2‧‧‧充電繼電器
SE1‧‧‧旋轉速度檢測部
SE2‧‧‧電流檢測部
SW1‧‧‧主開關
SW2‧‧‧啟動開關
SW3‧‧‧刹車開關
T1、T2‧‧‧繼電器線圈
U、V、W‧‧‧定子線圈

Claims (7)

  1. 一種跨坐型車輛之啟動兼發電系統，其包含：引擎；啟動兼發電機，其具有使上述引擎之曲柄軸旋轉之功能、及藉由上述曲柄軸之旋轉產生電力之功能；電池；反相器電路，其連接於上述啟動兼發電機；電動用路徑，其用以自上述電池向上述反相器電路供給電力；發電用路徑，其用以自上述反相器電路向上述電池供給電力；DC-DC轉換器，其設置於上述發電用路徑，且調整自上述反相器電路供給至上述電池之電壓；電動用切換部，其設置於上述電動用路徑，且被切換為上述電池電性連接於上述反相器電路之連接狀態、及上述電池自上述反相器電路電性切斷之非連接狀態；發電用切換部，其設置於上述發電用路徑，且被切換為上述電池電性連接於上述反相器電路之連接狀態、及上述電池自上述反相器電路電性切斷之連接狀態；負載，其電性連接於上述發電用路徑；及由駕駛者操作之主開關；且上述DC-DC轉換器係連接於上述反相器電路與上述發電用切換部之間，上述負載係連接於上述DC-DC轉換器與上述發電用切換部之間， 於上述主開關斷開之狀態下，將上述電動用切換部及上述發電用切換部兩者維持於上述非連接狀態。
  2. 如請求項1之跨坐型車輛之啟動兼發電系統，其更包含控制上述電動用切換部及上述發電用切換部之切換控制部，並且上述切換控制部以如下方式控制上述電動用切換部及上述發電用切換部，即，自將上述引擎啟動之第1時間點至滿足預先規定之第1條件之第2時間點為止，將上述電動用切換部維持於上述連接狀態並且將上述發電用切換部維持於上述非連接狀態；自上述第2時間點至滿足預先規定之第2條件之第3時間點為止，將上述電動用切換部及上述發電用切換部兩者維持於上述連接狀態；自上述第3時間點起，將上述電動用切換部維持於上述非連接狀態並且將上述發電用切換部維持於上述連接狀態。
  3. 如請求項2之跨坐型車輛之啟動兼發電系統，其更包含檢測上述曲柄軸之旋轉速度之旋轉速度檢測部，並且上述第1條件係指由上述旋轉速度檢測部檢測出之旋轉速度達到預先規定之值。
  4. 如請求項2之跨坐型車輛之啟動兼發電系統，其中上述第2條件係指自上述第2時間點起已經過預先規定之時間。
  5. 如請求項2之跨坐型車輛之啟動兼發電系統，其更包含轉換器控制部，該轉換器控制部係自上述第3時間點起，以上述啟動兼發動機中之銅損變小之方式調整上述DC-DC轉換器之占空比。
  6. 如請求項1之跨坐型車輛之啟動兼發電系統，其中上述負載係於上述DC-DC轉換器與上述發電用切換部之間連接於上述發電用路徑。
  7. 如請求項6之跨坐型車輛之啟動兼發電系統，其中上述負載與上述引擎之動作無關。
TW103141839A 2014-04-08 2014-12-02 跨坐型車輛之啟動兼發電系統 TWI552921B (zh)

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