WO2020065784A1

WO2020065784A1 - エンジン用制御装置

Info

Publication number: WO2020065784A1
Application number: PCT/JP2018/035771
Authority: WO
Inventors: 智昭関田
Original assignee: マーレエレクトリックドライブズジャパン株式会社
Priority date: 2018-09-26
Filing date: 2018-09-26
Publication date: 2020-04-02

Abstract

エンジンにより駆動される交流発電機の出力電圧を、エンジンの動作時に駆動することが必須な負荷を含む直流負荷の電源電圧として用いる直流電圧に変換する機能を有する外部電源を電源として制御動作を行うエンジン用制御装置が提供される。外部電源の正極側出力端子が接続される外部電源接続端子と、外部電源の出力により充電される蓄電要素の正極端子が接続される蓄電要素接続端子と、蓄電要素接続端子側から外部電源接続端子に向かう方向を順方向として外部電源接続端子と蓄電要素接続端子との間に接続された整流素子と、外部電源接続端子と蓄電要素接続端子との間に接続されて、オン状態にあるときに外部電源接続端子から蓄電要素接続端子側に通電することを許容するノーマルオフのスイッチング要素とを備えた。

Description

エンジン用制御装置

　本発明は、自動車、自動二輪車、全地型車両（All Terrain Vehicle)、雪上車、船外機等の乗り物を駆動するエンジンを制御するエンジン用制御装置に関するものである。

　各種の乗り物を駆動するエンジンを制御するエンジン用制御装置は、エンジンにより駆動される交流発電機の出力電圧を直流電圧に変換する機能を有する外部電源を電源として、エンジンを動作させるために駆動することが必須の負荷である必須負荷を制御するための各種の制御動作を行うように構成される。

　本明細書では、エンジンを動作させるために駆動することが必須な負荷を必須負荷と呼び、必須負荷以外の負荷を一般負荷と呼ぶ。必須負荷は、例えば、エンジンを点火する点火装置や、エンジンに燃料を供給するインジェクタや、インジェクタに燃料を供給する燃料ポンプなどである。一般負荷には、ヘッドランプや各種の指示灯などのランプ負荷やヒータなど、ユーザが必要に応じて駆動する負荷等が含まれる。

　通常エンジン用制御装置に電源電圧を与える外部電源は、特許文献１に示されているように、エンジンにより駆動される交流発電機と、該発電機の交流出力電圧を一定の直流電圧に変換するレギュレータとにより構成される。

特開２００３－１９３９０４号公報

　エンジン用制御装置に電源電圧を与える外部電源が、エンジンにより駆動される交流発電機と、該交流発電機の交流出力電圧を一定の直流電圧に変換するレギュレータとにより構成される場合には、外部電源の出力によりバッテリを充電する際にバッテリが過放電状態にあると、エンジンの始動操作を行った際に発電機の出力の大部分がバッテリを充電するために用いられるため、エンジンを動作させるために駆動することが必須な負荷を正常に駆動することができず、エンジンを始動させることができないという問題があった。

　本発明の目的は、人力により操作される始動装置を備えたエンジンを動作させるために駆動することが必須の負荷である必須負荷を制御対象とし、エンジンにより駆動される交流発電機の出力電圧を必須負荷の電源電圧として適した直流電圧に変換する機能を有する外部電源を電源として制御動作を行うエンジン用制御装置において、外部電源の出力により充電される蓄電要素が過放電状態にある場合でも、エンジンの始動を支障なく行わせることができるようにすることにある。

　本発明は、人力により操作される始動装置を備えたエンジンを動作させるために駆動することが必須の負荷である必須負荷を制御対象とし、エンジンにより駆動される交流発電機の出力電圧を必須負荷を含む直流負荷の電源電圧として用いる直流電圧に変換する機能を有する外部電源を電源として制御動作を行うエンジン用制御装置を対象とする。

　本発明が対象とするエンジン用制御装置は、前記必須負荷を制御するマイクロコンピュータと、外部電源の正極側出力端子が接続される外部電源接続端子と、外部電源の出力電圧により充電される蓄電要素の正極端子が接続される蓄電要素接続端子と、蓄電要素接続端子側から外部電源接続端子に向かう方向を順方向とした状態で外部電源接続端子と蓄電要素接続端子との間に接続された整流素子と、外部電源接続端子と蓄電要素接続端子との間に接続されて、オン状態にあるときに外部電源接続端子から蓄電要素接続端子側への通電を許容するノーマルオフのスイッチング要素とを備えている。

　なお上記外部電源接続端子は、外部電源を電気的に接続し得る部材であればよく、その形態の如何は問わない。例えば、外部電源接続端子は、本発明が対象とするエンジン用制御装置のケースに取り付けられた端子金具やコネクタの形態をとるものでもよく、当該ケースから外部に引き出されたリード線の形態をとるものでもよく、当該リード線の芯線の外端部に取り付けられた端子金具やコネクタなどであってもよい。同様に、蓄電要素接続端子は、蓄電要素の正極端子を電気的に接続し得る部材であればよく、その形態の如何は問わない。

　上記のように構成すると、エンジンの始動時に蓄電要素が過放電状態にあるときに、スイッチング要素をオフ状態にしておくことにより、外部電源側から蓄電要素に充電電流が流れるのを阻止することができるため、蓄電要素が過放電状態にある場合でも、人力により操作される始動装置によりエンジンのクランキングを行わせた際に発電機が発生する電力のすべてを必須負荷に供給して、エンジンの始動を支障なく行わせることができる。また蓄電要素が十分に充電されているときには、蓄電要素側からも必須負荷に電力を供給することができるため、必須負荷に十分な電力を供給してエンジンの始動を確実に行わせることができる。エンジンが始動した後は、スイッチング要素をオン状態にすることにより、外部電源から蓄電要素に充電電流を供給することができるため、過放電状態にある蓄電要素を充電することができる。

　本発明の一態様では、マイクロコンピュータが、外部電源接続端子を通して入力される直流電圧を監視して監視している電圧が設定されたスイッチオン判定電圧を超えているときに前記スイッチング要素をオン状態にし、監視している電圧が前記スイッチオン判定電圧よりも低く設定されたスイッチオフ判定電圧より低いときに前記スイッチング要素をオフ状態にするように前記スイッチング要素を制御する。

　上記スイッチオン判定電圧は、外部電源から外部電源接続端子に供給される電圧がとり得る電圧値のうち、必須負荷の駆動を妨げることなくスイッチング要素を通して蓄電要素に充電電流を供給することが可能になる電圧値の最低値以上に設定され、スイッチオフ判定電圧は、スイッチング要素のハンチングを防止するために必要な大きさに設定されたヒステリシス電圧分だけ前記スイッチオン判定電圧よりも低い電圧に設定されることが好ましい。

　上記スイッチング要素は、ドレイン・ソース間に形成された寄生ダイオードのアノードを前記蓄電要素接続端子側に向けた状態でドレイン・ソース間回路が前記外部電源接続端子と前記蓄電要素接続端子との間に接続されたＭＯＳＦＥＴにより構成することができる。この場合、ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードが前記整流素子を構成する。ＭＯＳＦＥＴはＮチャンネル型のものでもよく，Ｐチャンネル型のものでもよい。

　上記スイッチング要素は、電磁スイッチにより構成することもできる。電磁スイッチは、リレーや電磁接触器など、電磁的に（電磁石を利用して）操作されるスイッチであれば、如何なるものでもよい。

　上記スイッチング要素はまた、通電方向を前記外部電源接続端子側から前記蓄電要素接続端子に向かう方向に向けた状態で設けられた単方向性の半導体スイッチ素子からなっていてもよい。この場合半導体スイッチ素子としては、バイポーラトランジスタや絶縁ゲート形トランジスタ等、オンオフ制御が可能な任意の半導体スイッチ素子を用いることができる。

　上記必須負荷は例えば、エンジンに燃料を供給するインジェクタと、インジェクタに燃料を供給する燃料ポンプと、エンジンを点火する点火装置とを含む。

　上記の各態様において、蓄電要素は、充電が可能なバッテリからなっていてもよく、キャパシタからなっていてもよい。また蓄電要素は、充電が可能なバッテリと、該バッテリに対して並列に接続されたキャパシタとの双方からなっていてもよい。

　本発明は、４サイクルエンジンを制御するエンジン用制御装置及び２サイクルエンジンを制御するエンジン用制御装置のいずれにも適用することができる。

　本発明によれば、外部電源の正極側出力端子が接続される外部電源接続端子と外部電源の出力電圧により充電される蓄電要素の正極端子が接続される蓄電要素接続端子との間に、蓄電要素接続端子側から外部電源接続端子に向かう方向を順方向とした整流素子が接続されているので、蓄電要素が過放電状態にある場合でも、人力で操作される始動装置によりエンジンのクランキングを行わせた際に外部電源が発生する出力のすべてを、必須負荷に供給して、エンジンの始動を確実に行わせることができる。またエンジンが始動した後、外部電源の出力電圧が十分に高くなったときにスイッチング要素をオン状態にすることにより、外部電源から蓄電要素に充電電流を供給することができるため、蓄電要素の充電を支障なく行なわせることができる。

図１は、本発明に係るエンジン用制御装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。図２は、スイッチ制御手段を構成するためにマイクロコンピュータに実行させる処理のアルゴリズムの一例を示したフローチャートである。図３は、図１の実施形態で用いることができるスイッチング要素の種々の構成例を整流素子と共に示した回路図である。

　以下図面を参照して、本発明に係るエンジン用制御装置の一実施形態について詳細に説明する。図１は、本実施形態の全体的な構成を示したもので、同図において１は制御対象であるエンジン、２は本発明が対象とするエンジン用制御装置（ＥＣＵ）である。エンジン用制御装置２は、マイクロプロセッサＭＰＵと、ＲＯＭ及びＲＡＭからなる記憶装置とを有するマイクロコンピュータ３の他に、エンジンを点火する点火装置の一部を構成する回路の構成要素や、エンジンに燃料を供給する燃料噴射装置の一部を構成する回路の構成要素等を備えて、これらをケース内に収めた構造を有している。

　エンジンを制御するために必要な情報を検出するため、エンジンのクランク軸の回転角度位置が設定された位置に達したときにパルス信号を発生するパルサＳ１、エンジンの吸入空気量を調節するスロットルバルブの位置を検出するスロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）Ｓ２、エンジンの吸入空気の温度を検出する吸気温度センサ（ＡＴＳ）Ｓ３、エンジンの吸気管内の圧力を検出する圧力センサ（ＡＰＳ）Ｓ４、及びエンジンの冷却水温度を検出する冷却水温度センサ（ＷＴＳ）Ｓ５が設けられ、これらのセンサの出力が、ＥＣＵ２のケース２００に設けられたセンサ出力入力端子ｔ1～ｔ5を通してマイクロコンピュータ３のポートＰ１ないしＰ５に入力されている。

　また図１において、４はエンジン１の吸気管内や燃焼室内等の燃料噴射空間に燃料を噴射するインジェクタ、５は燃料タンクからインジェクタ４に燃料を供給する電動の燃料ポンプである。ＥＣＵ２内には、燃料ポンプ５を駆動するポンプ駆動回路６と、インジェクタ４を駆動するインジェクタ駆動回路７とが設けられていて、ポンプ駆動回路６及びインジェクタ駆動回路７がそれぞれＥＣＵ２のケースに設けられたポンプ接続端子ｔ6及びインジェクタ接続端子ｔ7を通して燃料ポンプ５及びインジェクタ４に接続され、これらの駆動回路により燃料ポンプ５及びインジェクタ４が駆動される。

　ポンプ駆動回路６は、マイクロコンピュータ３のポートＰ９から与えられる駆動指令に応じて燃料ポンプ５を駆動する。インジェクタ駆動回路７は、所定の燃料噴射タイミングでマイクロコンピュータ３のポートＰ８から噴射指令信号が与えられたときにインジェクタ４のバルブを所定の時間の間だけ開いて、インジェクタ４に燃料噴射動作を行わせる。燃料ポンプ５からインジェクタ４に与えられる燃料の圧力は圧力調整器により一定に保たれているため、燃料の噴射量は、インジェクタ４のバルブを開く時間により管理される。

　本実施形態では、インジェクタ４と、燃料ポンプ５と、ポンプ駆動回路６と、インジェクタ駆動回路７とにより、エンジン１に燃料を供給する燃料噴射装置が構成されている。

　図１において、８はエンジンの気筒に取り付けられた点火プラグ、９は一端が接地された一次コイルと二次コイルとを有して、エンジンの点火時期に二次コイルから点火プラグ８に高電圧を印加する点火コイルである。ＥＣＵ２内には、点火コイル９の一次電流を制御する一次電流制御回路１０が設けられていて、この一次電流制御回路１０と点火コイル９と点火プラグ８とによりエンジンを点火する点火装置が構成されている。

　本実施形態では、燃料噴射装置と点火装置とが、エンジンを動作させるために駆動することが必須な電気負荷である必須負荷を構成しており、これらの負荷以外の電気負荷が一般負荷１１として設けられている。一般負荷１１はランプ負荷やヒータなど、ユーザが必要に応じて駆動する負荷である。

　本発明が対象とするエンジン用制御装置（ＥＣＵ）２に与える電源電圧を得るため、エンジン１により駆動される三相交流発電機１２と、この発電機の３相の全出力を直流出力に変換して第１の直流電圧Ｖ１を出力する第１のレギュレータ１３とを備えた外部電源が設けられている。

　第１のレギュレータ１３は、三相交流発電機１２が出力する三相交流電圧を全波整流する整流回路と、この整流回路の出力電圧を一定値以下に制限する制御を行う制御回路とを備えていて、発電機１２が出力する三相交流電圧を、ＥＣＵ２の電源電圧として用いる第１の直流電圧Ｖ１に変換する。本実施形態では、この第１の直流電圧Ｖ１が、必須負荷及び一般負荷を含む直流負荷に与える電源電圧（必須負荷及び一般負荷を含む直流負荷のそれぞれの電源端子に印加する電圧）としても用いられる。

　本実施形態では、外部電源の負極側出力端子（第１のレギュレータ１３の負極側出力端子）が接地され、外部電源の正極側出力端子（非接地側出力端子）が、図示しないキーにより操作される第１のキースイッチＳＷ１を通して、ＥＣＵ２のケース２００に設けられた外部電源接続端子ｔ8 に接続されている。また第１のレギュレータ１３の出力端子間には、図示しないキーにより操作される第１のキースイッチＳＷ１を介して平滑用コンデンサＣ１が接続されている。

　本実施形態ではまた、ＥＣＵ２のケース２００に蓄電要素接続端子ｔ9 が設けられ、上記外部電源の出力電圧により充電される蓄電要素２０の正極端子が蓄電要素接続端子ｔ9に直接またはスイッチを介して接続されている。図示の例では、負極端子が接地されるとともに、正極端子が図示しないキーにより第１のキースイッチＳＷ１と連動して操作される第２のキースイッチＳＷ２を通して蓄電要素接続端子ｔ9 に接続されたバッテリＢｔと、負極端子が接地されるとともに、蓄電要素接続端子ｔ9 に正極端子が接続されたキャパシタＣ２とが蓄電要素２０として設けられている。

　ＥＣＵ２内には，外部電源接続端子ｔ8 を通して入力される第１の直流電圧Ｖ１をマイクロコンピュータ３の電源電圧として用いる第２の直流電圧Ｖ２に変換する第２のレギュレータ１４が設けられ、この第２のレギュレータから得られる第２の直流電圧Ｖ２がマイクロコンピュータ３の電源端子Ａ，Ｅ間に印加されている。

　第２のレギュレータ１４は、例えば第１の直流電圧Ｖ１により一方向に充電されるコンデンサと、このコンデンサの両端の電圧を一定値以下に制限する制御を行う制御回路とを備えていて、第１の直流電圧Ｖ１をマイクロコンピュータ３の電源電圧として用いるのに適した第２の直流電圧Ｖ２（通常はＶ２＜Ｖ１）に変換する。

　第１の直流電圧Ｖ１の電圧値は、蓄電要素２０を充電するために適した値に設定され、第２の直流電圧Ｖ２の電圧値は、マイクロコンピュータ３の定格電源電圧（例えば５Ｖ）に設定される。蓄電要素２０の両端の電圧の定格値が１２Ｖの場合、第１の直流電圧Ｖ１は例えば１４Ｖに設定される。

　ＥＣＵ２内に設けられた一次電流制御回路１０は、第１のレギュレータ１３から与えられる第１の直流電圧Ｖ1を昇圧する昇圧回路１５と、昇圧回路１５の正極側出力端子に一端が接続された点火用コンデンサＣｉと、点火用コンデンサＣｉの他端にカソードが接続され、アノードが点火コイル９の一次コイルの非接地側端子に接続されたダイオードＤ１と、点火用コンデンサＣｉの一端にアノードが接続され、カソードが接地されるとともに、ゲートがマイクロコンピュータのポートＰ７に接続されたサイリスタＴｈと、点火用コンデンサＣｉの他端にアノードが接続され、カソードが接地されたダイオードＤ２とにより構成されていて、一次電流制御回路１０と点火コイル９と点火プラグ８とにより、コンデンサ放電式の点火装置が構成されている。

　昇圧回路１１は、例えば、一次コイル及び二次コイルを有して一次コイルに第１の直流電圧Ｖ１が印加された昇圧トランスと、この昇圧トランスの一次電流をオンオフするスイッチング素子とを備えていて、マイクロコンピュータ３のポートＰ６から与えられるパルス信号に応じてスイッチング素子をオンオフさせて昇圧トランスの一次電流を断続させることにより、第１の直流電圧Ｖ１を高い電圧まで昇圧する。

　図示の点火装置においては、昇圧回路１５－点火用コンデンサＣｉ－ダイオードＤ２－昇圧回路１５の閉回路により点火用コンデンサＣｉを充電する充電回路が構成され、この充電回路により、点火用コンデンサＣｉが図示の極性に充電される。またコンデンサＣｉ－サイリスタＴｈ－点火コイル９の一次コイル－ダイオードＤ１－コンデンサＣｉの閉回路によりコンデンサ放電回路が構成され、マイクロコンピュータ３のポートＰ７からサイリスタＴｈのゲートに点火信号が与えられて該サイリスタがオン状態にされたときに、点火用コンデンサＣｉに蓄積された電荷が、点火コイル９の一次コイルを通して放電させられる。この放電により点火コイル９の一次コイルに高い電圧が誘起し、この電圧が点火コイル９の一次、二次間の昇圧比により更に昇圧されるため、点火コイル９の二次コイルに点火用の高電圧Ｖｈが誘起する。この高電圧は点火プラグ８に印加されるため、点火プラグ８の放電間隙で火花放電が生じてエンジンが点火される。

　本実施形態では、ＥＣＵ２内に、蓄電要素接続端子ｔ9 側から外部電源接続端子ｔ8 に向かう方向を順方向とした状態で外部電源接続端子ｔ8 と蓄電要素接続端子ｔ9 との間に接続された整流素子と、外部電源接続端子ｔ8 と蓄電要素接続端子ｔ9 との間に接続されて、外部電源から蓄電要素への通電が許容される状態になったときにオン状態にされるノーマルオフのスイッチング要素１６とが設けられる。図示の例では、ドレイン・ソース間に形成された寄生ダイオードＤp のアノードを蓄電要素接続端子ｔ9 側に向けた状態で外部電源接続端子ｔ8 と蓄電要素接続端子ｔ9 との間にドレイン・ソース間回路が接続されたＭＯＳＦＥＴ　Ｆ１が設けられて、このＭＯＳＦＥＴにより上記スイッチング要素１６が構成され、ＭＯＳＦＥＴ　Ｆ１の寄生ダイオードＤp が、前記整流素子を構成している。このように構成すると、外部電源接続端子ｔ8 と蓄電要素接続端子ｔ9 との間に接続する整流素子とスイッチング要素１６とを一部品で構成することができるため、ＥＣＵ２の構成が複雑になるのを防ぐことができる。図示の例では、ＭＯＳＦＥＴ　Ｆ１として、Ｎチャンネル型のＭＯＳＦＥＴが用いられている。

　スイッチング要素１６を構成するＭＯＳＦＥＴ　Ｆ１のドレインＤは、外部電源接続端子ｔ8 と図示しないキーにより操作される第１のキースイッチＳＷ１とを通して第１のレギュレータ１３の正極側出力端子に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ　Ｆ１のソースＳは、負極端子が接地されたキャパシタＣ２の正極端子に蓄電要素接続端子ｔ9 を通して接続されるとともに、蓄電要素接続端子ｔ9 と、第１のキースイッチＳＷ１を操作するキーにより第１のキース位置ＳＷ１と連動して操作される第２のキースイッチＳＷ２とを通して、負極端子が接地されたバッテリＢｔの正極端子に接続されている。

　スイッチング要素１６を構成するＭＯＳＦＥＴ　Ｆ１のゲートＧは、マイクロコンピュータ３のポートＰ１１に接続されていて、マイクロコンピュータからＭＯＳＦＥＴ　Ｆ１のゲートに駆動信号が与えられている間ＭＯＳＦＥＴ　Ｆ１がオン状態になって、該ＭＯＳＦＥＴ　Ｆ１が、外部電源接続端子ｔ8 側から蓄電要素接続端子ｔ9 側に向かう電流及び蓄電要素接続端子ｔ9 側から外部電源接続端子ｔ8 側に向かう電流の双方の通電を許容する。

　マイクロコンピュータからＭＯＳＦＥＴ　Ｆ１のゲートに与えられていた駆動信号が除去されるとＭＯＳＦＥＴ　Ｆ１はオフ状態になるが、ＭＯＳＦＥＴのドレイン・ソース間には、アノードがＭＯＳＦＥＴのソース側に向いた寄生ダイオードＤｐが形成されているため、ＭＯＳＦＥＴ　Ｆ１がオフになっている状態でも、蓄電要素２０の正極端子から第１のレギュレータ１３の正極端子側に向かう電流の通電は許容される。

　本実施形態では、スイッチング要素１６がオン状態にあるときに、第１のレギュレータ１３が出力する第１の直流電圧Ｖ１（外部電源の出力電圧）により、蓄電要素２０を構成しているキャパシタＣ２が充電される。またスイッチング要素１６がオン状態にあり、かつ第２のキースイッチＳＷ２がオン状態にあるときに、第１の直流電圧Ｖ１により、キャパシタＣ２とともに蓄電要素２０を構成しているバッテリＢｔが充電される。

　本実施形態では、蓄電要素２０の出力電圧が、第２のキースイッチＳＷ２と、スタータスイッチＳＷ３とを介してスタータモータＳｔに印加され、第２のキースイッチＳＷ２が閉じられている状態でスタータスイッチＳＷ３が閉じられたときに、バッテリＢｔの両端の電圧がスタータモータＳｔに印加されて該スタータモータが駆動される。

　スタータスイッチＳＷ３は、第１のキースイッチＳＷ１及び第２のキースイッチＳＷ２が閉じられた後、エンジンを始動するために短時間の間だけ閉じられるスイッチである。スタータスイッチＳＷ３は、キースイッチＳＷ１及びＳＷ２を操作するキーにより操作されるものでもよく、キースイッチＳＷ１及びＳＷ２とは別個に操作されるスイッチであってもよい。

　一般負荷１１は、その非接地側の（正極側の）電源端子がマイクロコンピュータ３により制御される電磁接触器１７を通して蓄電要素接続端子ｔ9 に接続されるとともに、その接地側の（負極側の）電源端子が接地電位部に接続されていて、キャパシタＣ２の両端の電圧が電磁接触器１７を通して一般負荷１１に印加されるとともに、バッテリＢｔの出力電圧が第２のキースイッチＳＷ２と電磁接触器１７とを通して一般負荷１１に印加されるようになっている。

　マイクロコンピュータ３は、外部電源接続端子ｔ8 に供給されている直流電圧Ｖ1 をポートＰ10に入力することにより、直流電圧Ｖ1 を監視して、監視している直流電圧Ｖ1 が設定されたスイッチオン判定電圧を超えているときにスイッチング要素１６をオン状態にし、監視している直流電圧Ｖｐが前記スイッチオン判定電圧よりも低く設定されたスイッチオフ判定電圧より低いときにスイッチング要素１６をオフ状態にするようにスイッチング要素１６を制御する。

　更に詳細に説明すると、マイクロコンピュータ３は、蓄電要素２０から蓄電要素接続端子ｔ9 と整流素子Ｄp とを通して外部電源接続端子ｔ8 に直流電圧が供給されることにより、外部電源接続端子ｔ8 に供給されている直流電圧Ｖ1 が設定されたスイッチオン判定電圧よりも高くなっているとき、及び蓄電要素２０から蓄電要素接続端子ｔ9 と整流素子Ｄp とを通して外部電源接続端子ｔ8 に供給される電圧はスイッチオン判定電圧よりも低いが、外部電源から外部電源接続端子ｔ8 に供給されている直流電圧Ｖ1 が前記スイッチオン判定電圧よりも高くなっているときにスイッチング要素１６をオン状態にし、外部電源接続端子ｔ8 に供給されている電圧がスイッチング要素１６のチャタリングを防ぐために必要なヒステリシス電圧分だけ前記スイッチオン判定電圧よりも低い電圧に設定されたスイッチオフ判定電圧よりも低くなったときに、スイッチング要素１６をオフ状態にするように、外部電源接続端子ｔ8 に与えられている直流電圧に応じてスイッチング要素１６を制御するスイッチ制御手段を構成するようにプログラムされている。

　上記スイッチ制御手段を構成するためにマイクロコンピュータに実行させる処理のアルゴリズムを示すフローチャートを図２に示した。図２に示した処理は、所定時間毎に起動して実行される処理である。図２に示したフローチャートにおいては、外部電源接続端子ｔ8 に印加される直流電圧をＶｐとしている。本実施形態ではＶｐ＝Ｖ１である。

　図２に示した処理が起動すると、先ずステップＳ０１で外部電源接続端子ｔ8 に供給されている直流電圧Ｖｐが設定されたスイッチオン判定電圧《Vp_Sw_On_D》よりも低いか高いかを判定し、この判定の結果、直流電圧Ｖｐがスイッチオン判定電圧《Vp_Sw_On_D》よりも高いと判定されたときにステップＳ０２に移行してスイッチング要素１６を構成するＭＯＳＦＥＴ　Ｆ１をオン状態にした後この処理を終了する。またステップＳ０１で、外部電源接続端子ｔ8 に供給されている直流電圧Ｖｐが、スイッチオン判定電圧《Vp_Sw_On_D》よりも低いと判定されたときにはステップＳ０３に移行して、直流電圧Ｖｐが、スイッチオン判定電圧《Vp_Sw_On_D》よりもスイッチング要素のチャタリングを防止するために設定されたヒステリシス電圧《Vp_Sw_Hys_D 》だけ低く設定されたスイッチオフ判定電圧《Vp_Sw_On_D》－《Vp_Sw_Hys_D 》よりも高いか低いかを判定する。その結果、直流電圧がスイッチオフ判定電圧《Vp_Sw_On_D》－《Vp_Sw_Hys_D 》よりも低いと判定されたときにステップＳ０４に移行してスイッチング要素１６をオフ状態にした後この処理を終了する。またステップＳ０３で直流電圧がスイッチオフ判定電圧《Vp_Sw_On_D》－《Vp_Sw_Hys_D 》よりも高いと判定されたときには、以後何もしないでこの処理を終了する。

　上記のように、本実施形態のエンジン用制御装置は、人力により操作される始動装置を備えたエンジンを動作させるために駆動することが必須の負荷である必須負荷を制御対象として、エンジンにより駆動される交流発電機の出力電圧を必須負荷の電源電圧として用いる直流電圧に変換する機能を有する外部電源を電源として制御動作を行うエンジン用制御装置であって、必須負荷を制御するマイクロコンピュータ３と、外部電源の正極側出力端子が接続される外部電源接続端子ｔ8 と、外部電源の出力電圧により充電される蓄電要素２０の正極端子が接続される蓄電要素接続端子ｔ9 と、外部電源から外部電源接続端子ｔ8を通して入力される直流電圧をマイクロコンピュータ３の電源電圧として用いる電圧に変換してマイクロコンピュータ３の電源端子に与えるレギュレータ１４と、蓄電要素接続端子ｔ9 側から外部電源接続端子ｔ8 に向かう方向を順方向とした状態で外部電源接続端子ｔ8 と蓄電要素接続端子ｔ9 との間に接続された整流素子Ｄpと、外部電源接続端子t8 と蓄電要素接続端子ｔ9 との間に接続されて、外部電源から蓄電要素２０への通電が許容される状態にあるときにオン状態にされるノーマルオフのスイッチング要素とを備えている。

　本実施形態では、マイクロコンピュータが、外部電源接続端子ｔ8 に供給されている直流電圧Ｖｐを監視して、監視している直流電圧が設定されたスイッチオン判定電圧を超えているときにスイッチング要素１６をオン状態にし、監視している直流電圧Ｖp が前記スイッチオン判定電圧よりも低く設定されたスイッチオフ判定電圧より低いときにスイッチング要素１６をオフ状態にするようにスイッチング要素１６を制御する。

　また上記の実施形態では、ドレイン・ソース間に形成された寄生ダイオードのアノードを蓄電要素接続端子ｔ9 側に向けた状態でドレイン・ソース間回路が外部電源接続端子ｔ8 と蓄電要素接続端子ｔ9 との間に接続されたＭＯＳＦＥＴ　Ｆ１によりスイッチング要素１６が構成され、このＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードＤp が前記整流素子を構成している。

　一般負荷１１は、正極側電源端子１１ａと接地電位部に接続された負極側電源端子１１ｂと有していて、その正極側電源端子１１ａが、マイクロコンピュータにより制御される電磁接触器１７を通してＥＣＵ２の蓄電要素接続端子ｔ9 に接続されている。電磁接触器１７は、外部電源接続端子ｔ8 に与えられる直流電圧の電圧値が、必須負荷の駆動を妨げることなく蓄電要素２０及び一般負荷１１に電流を供給することが許容される電圧値に達している状態で一般負荷を駆動することが必要とされたときにオン状態にされるように、マイクロコンピュータにより制御される。

　上記のように、外部電源の正極側出力端子が接続される外部電源接続端子ｔ8 と外部電源の出力電圧により充電される蓄電要素の正極端子が接続される蓄電要素接続端子ｔ9 との間に、蓄電要素接続端子ｔ9 側から外部電源接続端子ｔ8 に向かう方向を順方向とした整流素子Ｄp を接続しておくと、蓄電要素が劣化していたり、過放電状態にあったりしている場合でも、人力で操作される始動装置によりエンジンのクランキングを行わせた際に外部電源が発生する出力のすべてをレギュレータ１１及び必須負荷に供給することができるため、エンジンの始動を確実に行わせることができる。またエンジンが始動した後、外部電源の出力電圧が十分に高くなって、必須負荷の駆動を妨げることなく、外部電源接続端子側から蓄電要素接続端子側に通電を行うことが許容される状態になったときには、スイッチング要素をオン状態にして、外部電源から外部電源接続端子ｔ8 とスイッチング要素１６と蓄電要素接続端子ｔ9 とを通して蓄電要素２０に充電電流を供給することができるため、蓄電要素の充電を支障なく行うことができる。

　また上記のよう整流素子Ｄp を接続しておくと、蓄電要素がある程度過放電状態にある場合でも、即ち蓄電要素の電圧が必須負荷を駆動する電圧（例えば１２Ｖ）以下であっても、マイコンの電源電圧（５Ｖ）以上であればキースイッチをオンにした際に直ちに（発電機が所定の電圧を発生する前に）マイクロコンピュータを起動できるため、始動操作初期に入ってくる各種信号を認識して制御を早期に開始することで、人力により始動する場合に始動性を向上させることができる。また蓄電要素が劣化していたり、過放電状態にあったりしていない場合には、マイクロコンピュータの起動後直ちにスイッチング要素をオン状態にして、寄生ダイオードＤp による電圧降下の影響を受けることなく、蓄電要素から必須負荷に電流を供給することができる。

　上記の実施形態では、スイッチング要素１６をＮチャンネル型のＭＯＳＦＥＴにより構成したが、スイッチング要素１６を構成するＭＯＳＦＥＴは、そのドレイン・ソース間に形成されている寄生ダイオードＤｐのアノードを蓄電要素接続端子ｔ9 側に向けた状態で設けられていればよく、Ｐチャンネル型のＭＯＳＦＥＴによりスイッチング要素１６を構成することもできる。Ｐチャンネル型のＭＯＳＦＥＴによりスイッチング要素１６を構成する場合には、ＭＯＳＦＥＴのソースをＥＣＵ２の外部電源接続端子ｔ8 に接続し、ドレインをＥＣＵ２の蓄電要素接続端子ｔ9 に接続する。

　上記の例では、スイッチング要素１６をＭＯＳＦＥＴにより構成したが、スイッチング要素１６は、例えば、マイクロコンピュータ３によりオンオフ制御される電磁スイッチにより構成することもできる。スイッチング要素１６を構成するために用いる電磁スイッチは、リレーや電磁接触器など、電磁的に（電磁石を利用して）操作されるスイッチであれば、如何なるものでもよい。

　スイッチング要素１６はまた、通電方向を外部電源接続端子ｔ8 側から蓄電要素接続端子ｔ9 に向かう方向に向けた状態で設けられた単方向性の半導体スイッチ素子からなっていてもよい。この場合半導体スイッチ素子としては、バイポーラトランジスタや絶縁ゲート形トランジスタ等、オンオフ制御が可能な任意の半導体スイッチ素子を用いることができる。

　図３を参照すると、外部電源接続端子ｔ8 と蓄電要素接続端子t９との間に接続されるスイッチング要素１６の種々の構成例が、外部電源接続端子ｔ8 と蓄電要素接続端子t９との間に接続される整流素子Ｄ３とともに示されている。図３（Ａ）に示された例では、アノードが外部電源接続端子ｔ8 に接続され、カソードが蓄電要素接続端子ｔ9 に接続されるサイリスタＴh1 によりスイッチング要素１６が構成され，整流素子Ｄ３が、サイリスタＴh1 のアノードカソード間に逆並列に接続されている。

　また図３（Ｂ）に示された例では、リレーの常開接点Ｒｙａによりスイッチング要素１６が構成され、外部電源接続端子ｔ8 と蓄電要素接続端子t９との間に接続される整流素子Ｄ３が、常開接点Ｒyaの両端に並列に接続されている。

　また図３（Ｃ）に示された例では、コレクタが外部電源接続端子ｔ8 に接続され、エミッタが蓄電要素接続端子ｔ9 に接続されるＮＰＮトランジスタＴＲによりスイッチング要素１６が構成され、外部電源接続端子ｔ8 と蓄電要素接続端子t９との間に接続される整流素子Ｄ３が、そのアノードをトランジスタＴＲのエミッタ側に向けた状態でトランジスタＴＲのコレクタエミッタ間に接続されている。

　上記の実施形態のように蓄電要素２０の両端に、電動始動装置の駆動源を構成するスタータモータＳｔをスタータスイッチＳＷ３を介して接続しておくと、スタータスイッチＳＷ３を閉じることにより、エンジンを始動することができるため、エンジンの始動を容易にすることができるが、本発明においてスタータモータを設けることは必須ではない。

　上記の実施形態では、バッテリＢｔと該バッテリに並列に接続されたキャパシタＣ２とにより蓄電要素２０を構成したが、蓄電要素はバッテリのみにより構成してもよく、キャパシタのみにより構成してもよい。

　また上記の実施形態では、一次電流制御回路１０と点火コイル９と点火プラグ８とにより、コンデンサ放電式の点火装置を構成したが、電流遮断式など、他の方式による点火装置を構成するように一次電流制御回路を構成してもよい。

　なお上記の実施形態において、一般負荷１１への通電を制御する電磁接触器は、大電流のオンオフが可能な他の適宜のスイッチ素子で置き換えることもできる。

　図１に示した実施形態のように、スイッチング要素１６をＭＯＳＦＥＴ　Ｆ1 により構成してそのドレイン・ソース間に形成された寄生ダイオードＤp を整流素子として用いる場合に、寄生ダイオードだけでは電流容量が不足するおそれがある場合には、ＭＯＳＦＥＴＦ１のドレイン・ソース間に、順方向が寄生ダイオードと同方向の外付けのダイオードを並列に接続することを妨げない。

　また上記の実施形態では、発電コイルを１系統のみとしているが、発電コイルを第１系統と第２系統との２系統に分けて、追加された第２系統の発電コイルに一般負荷のうちの特定の一般負荷（例えばヘッドランプ）又は全ての一般負荷を接続し、その余の負荷（必必須負荷、蓄電要素及び特定の一般負荷以外の一般負荷、又は必須負荷及び蓄電要素）を上記の実施形態に倣って第１系統の発電コイルに接続する構成としてもよい。なお発電コイルを２系統に分ける構成自体は、例えば特開平８－５１７３１等に見られるように公知である。

　この場合、上記の実施形態と同様、第１系統の発電コイルの出力により充電される蓄電要素が過放電状態にある場合でも、エンジンの始動を支障なく行わせることができる。さらに、第１系統の発電コイルを低回転時から所定の出力が得られるような仕様にしてエンジンの始動性を高め、第２系統の発電コイルを高回転時に適切な出力が得られるような仕様として接続された特定又は全ての一般負荷に十分な電力を供給することができるようになる。

　１　エンジン
　２　内燃機関用制御装置（ＥＣＵ）
　３　マイクロコンピュータ
　４　インジェクタ
　５　燃料ポンプ
　６　ポンプ駆動回路
　７　インジェクタ駆動回路
　８　点火プラグ
　９　点火コイル
　１０　点火コイルの一次電流を制御する一次電流制御回路
　１１　一般負荷
　１２　三相交流発電機
　１３　第１のレギュレータ
　１４　第２のレギュレータ
　１５　昇圧回路
　１６　スイッチング要素
　１７　電磁接触器
　２０　蓄電要素
　２００　ＥＣＵ２のケース
　Ｆ１　ＭＯＳＦＥＴ
　Ｃｉ　点火用コンデンサ
　Ｔｈ　サイリスタ
　Ｄ１　ダイオード
　Ｄ２　ダイオード
　Ｄ３　整流素子
　Ｄｐ　ＭＯＳＦＥＴ　Ｆ１の寄生ダイオード（整流素子）
　ＳＷ１　第１のキースイッチ
　ＳＷ２　第１のキースイッチと連動する第２のキースイッチ
　ＳＷ３　スタータスイッチ
　Ｔh1 サイリスタ
　ＴＲ　トランジスタ
　Ｒya リレーの常開接点（ノーマルオフ接点）
　Ｓｔ　スタータモータ
　Ｂｔ　バッテリ
　Ｃ２　キャパシタ
　ｔ8 　外部電源接続端子
　ｔ9　蓄電要素接続端子

Claims

　人力により操作される始動装置を備えたエンジンを動作させるために駆動することが必須の負荷である必須負荷を制御対象とし、前記エンジンにより駆動される交流発電機の出力電圧を前記必須負荷を含む直流負荷の電源電圧として用いる直流電圧に変換する機能を有する外部電源を電源として制御動作を行うエンジン用制御装置であって、
　前記必須負荷を制御するマイクロコンピュータと、
　前記外部電源の正極側出力端子が接続される外部電源接続端子と、
　前記外部電源の出力電圧により充電される蓄電要素の正極端子が接続される蓄電要素接続端子と、
　前記蓄電要素接続端子側から前記外部電源接続端子に向かう方向を順方向とした状態で前記外部電源接続端子と前記蓄電要素接続端子との間に接続された整流素子と、
　前記外部電源接続端子と前記蓄電要素接続端子との間に接続されて、オン状態にあるときに前記外部電源接続端子から前記蓄電要素接続端子側への通電を許容するノーマルオフのスイッチング要素と、
　を備えていることを特徴とするエンジン用制御装置。
　前記マイクロコンピュータは、前記外部電源接続端子に供給されている直流電圧を監視して、監視している直流電圧が設定されたスイッチオン判定電圧を超えているときに前記スイッチング要素をオン状態にし、監視している直流電圧が前記スイッチオン判定電圧よりも低く設定されたスイッチオフ判定電圧より低いときに前記スイッチング要素をオフ状態にするように前記スイッチング要素を制御することを特徴とする請求項１に記載のエンジン用制御装置。
　前記スイッチオン判定電圧は、前記外部電源から前記外部電源接続端子に供給される電圧がとり得る電圧値のうち、前記必須負荷の駆動を妨げることなく前記スイッチング要素を通して前記蓄電要素に充電電流を供給することが可能になる電圧値の最低値以上に設定され、前記スイッチオフ判定電圧は、前記スイッチング要素のハンチングを防止するために必要な大きさに設定されたヒステリシス電圧分だけ前記スイッチオン判定電圧よりも低い電圧に設定されていることを特徴とする請求項２に記載のエンジン用制御装置。
　前記スイッチング要素は、ドレイン・ソース間に形成された寄生ダイオードのアノードを前記蓄電要素接続端子側に向けた状態でドレイン・ソース間回路が前記外部電源接続端子と前記蓄電要素接続端子との間に接続されたＭＯＳＦＥＴからなり、
　前記ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードが前記整流素子を構成している請求項１，２又は３に記載のエンジン用制御装置。
　前記スイッチング要素は、電磁スイッチからなっている請求項１，２，３又は４に記載のエンジン用制御装置。
　前記スイッチング要素は、通電方向を前記外部電源接続端子側から前記蓄電要素接続端子に向かう方向に向けた状態で設けられた単方向性の半導体スイッチ素子からなっている請求項１，２，３又は４に記載のエンジン用制御装置。