(57)【要約】      （修正有）【課題】特に電流値を増加させること無しに、圧縮行程を確実に乗り越えることができるようなエンジン発電機の始動装置を提供する。【解決手段】この実施形態にあっては、三相巻線２４を有すると共に、エンジンのクランク軸の回転に対して相対回転する発電部２と、発電部２から出力される交流を所定周波数の交流に変換して負荷に出力するインバータユニットと、インバータユニットから発電部２の三相巻線２４への通電を制御してクランク軸を回転させてエンジンを始動させる制御ユニット５０とを備え、制御ユニット５０は、ピストンが圧縮行程で停止する程度の第１電流をクランク軸が逆転するように通電する第１電流制御部５１と、第１電流より大きな第２電流をクランク軸が正転するように通電する第２電流制御部５２と、第２電流が通電された後、エンジンに供給される燃料を点火する点火制御部５３とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相巻線を有すると共に、エンジンのクランク軸の回転に対して相対回転する発電部と、前記発電部から出力される交流を所定周波数の交流に変換して負荷に出力するインバータユニットと、前記インバータユニットから前記発電部の三相巻線への通電を制御して前記クランク軸を回転させて前記エンジンを始動させる制御ユニットとを備えるエンジン発電機の始動装置において、前記制御ユニットが、
前記クランク軸に接続されるピストンが圧縮行程で停止する程度の第１電流を前記三相巻線に前記クランク軸が逆転するように通電する第１電流制御部と、
前記第１電流制御部によって前記三相巻線に第１電流が通電された後、所定時間後に前記第１電流より大きな第２電流を前記クランク軸が正転するように通電する第２電流制御部と、
前記第２電流制御部によって前記三相巻線に第２電流が通電された後、前記エンジンに供給される燃料を点火する点火制御部と
を備えることを特徴とするエンジン発電機の始動装置。
【請求項２】
前記第１電流が前記ピストンの圧縮行程の乗り越しに必要なトルクを生じさせる電流値よりも小さな値であり、
前記第２電流が前記ピストンの圧縮行程の乗り越しに必要なトルクを生じさせる電流値であることを特徴とする請求項１記載のエンジン発電機の始動装置。
【請求項３】
前記所定時間は、前記ピストンを前回以前のサイクルの圧縮行程まで逆転させるのに要する時間であることを特徴とする請求項１または２記載のエンジン発電機の始動装置。
【請求項４】
三相巻線を有すると共に、エンジンのクランク軸の回転に対して相対回転する発電部と、前記発電部から出力される交流を所定周波数の交流に変換して負荷に出力するインバータユニットとを備えると共に、前記インバータユニットから前記発電部の三相巻線への通電を制御して前記クランク軸を回転させて前記エンジンを始動させるエンジン発電機の始動方法において、
前記クランク軸に接続されるピストンが圧縮行程で停止する程度の第１電流を前記三相巻線に前記クランク軸が逆転するように通電し、
前記三相巻線に第１電流を通電した後、所定時間後に前記第１電流より大きな第２電流を前記クランク軸が正転するように通電し、
前記三相巻線に第２電流を通電した後、前記エンジンに供給される燃料を点火する、
ステップからなることを特徴とするエンジン発電機の始動方法。
【請求項５】
前記第１電流が前記ピストンの圧縮行程の乗り越しに必要なトルクを生じさせる電流値よりも小さな値であり、
前記第２電流が前記ピストンの圧縮行程の乗り越しに必要なトルクを生じさせる電流値であることを特徴とする請求項４記載のエンジン発電機の始動方法。
【請求項６】
前記所定時間は、前記ピストンを前回以前のサイクルの圧縮行程まで逆転させるのに要する時間であることを特徴とする請求項４または５記載のエンジン発電機の始動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はエンジン発電機の始動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンで駆動される発電部に巻回される巻線の出力に基づいて電力を発電するエンジン発電機、例えばインバータ発電機としては特許文献１記載の技術が知られている。特許文献１記載のエンジン発電機はスタータ・ジェネレータ・ドライバを備え、このスタータ・ジェネレータ・ドライバを介してエンジンの始動の制御が行われている。
【０００３】
上記特許文献１においては、エンジンのピストン位置が圧縮上死点位置以前にあるときには、圧縮上死点乗り越しのために必要な駆動トルクが得られるよう、スタータ・ジェネレータ・ドライバを介して出力巻線に供給するスタータ・ジェネレータ（以下単に「スタジェネ」ともいう）駆動用の初期電流値に既定値だけ増分設定することが行われている。このように電流値を増加させることにより、エンジンのピストン位置が圧縮上死点位置以前にあるときでも、エンジンを確実に始動させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２４１５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、圧縮上死点の乗り越しのためにスタジェネ駆動用の電流値を上昇させた場合、とりわけクランク軸角度を検出するセンサを設けない構成にあっては、大トルクが必要とされる最初の圧縮行程を乗り越えることができず、急激な電流値の上昇に伴いモータの回転制御が不能となる、いわゆる脱調現象が発生してしまうことがある。また、脱調現象が発生した場合、モータ電流が跳ね上がり、素子が破壊されてしまう虞がある。
【０００６】
従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、特に電流値を増加させることなしに圧縮行程を確実に乗り越えることができるようなエンジン発電機の始動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した課題を解決するために、この発明にあっては、三相巻線を有すると共に、エンジンのクランク軸の回転に対して相対回転する発電部と、前記発電部から出力される交流を所定周波数の交流に変換して負荷に出力するインバータユニットと、前記インバータユニットから前記発電部の三相巻線への通電を制御して前記クランク軸を回転させて前記エンジンを始動させる制御ユニットとを備えるエンジン発電機の始動装置において、前記制御ユニットが、前記クランク軸に接続されるピストンが圧縮行程で停止する程度の第１電流を前記三相巻線に前記クランク軸が逆転するように通電する第１電流制御部と、前記第１電流制御部によって前記三相巻線に第１電流が通電された後、所定時間後に前記第１電流より大きな第２電流を前記クランク軸が正転するように通電する第２電流制御部と、前記第２電流制御部によって前記三相巻線に第２電流が通電された後、前記エンジンに供給される燃料を点火する点火制御部とを備えるように構成した。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施形態に係るエンジン発電機の始動装置の全体構成を示す電気回路図である。
【図２】エンジン発電機の始動装置の要部構成を示す回路図である。
【図３】エンジン始動時の制御を示すフローチャートである。
【図４】エンジン始動時のクランク軸トルクの変化を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図１〜図４を参照してこの発明の実施形態について説明する。この発明の実施形態に係る始動装置は、ユーザが手動で持ち運び可能な重量及び寸法を有する可搬型ないし携帯型のエンジン発電機に搭載される始動装置である。
【００１０】
図１は、この発明の実施形態に係るエンジン発電機の始動装置（以下単に「始動装置」という）１００の全体構成を示す電気回路である。図１に示すように、始動装置１００は、エンジン１と、エンジン１により駆動される発電部２と、発電部２に電気的に接続されたインバータユニット３とを有する。
【００１１】
エンジン１は、例えばガソリンを燃料とする点火式の単気筒４ストロークの空冷エンジンであり、シリンダ内を往復動するピストンと、ピストンに同期して回転するクランク軸（出力軸）とを有する。エンジン１の動力は、クランク軸を介して発電部２に出力される。
【００１２】
発電部（発電機本体）２は、エンジン１により駆動されて交流電力を発電する多極オルタネータであり、クランク軸に連結されてクランク軸と一体に回転するロータと、ロータの周面に対向してロータと同心状に配置されたステータとを有する。ロータには永久磁石が設けられる。ステータには、１２０度毎の位相角で配置されたＵＶＷの巻線が設けられる。発電部２は、バッテリ５からの電力によりスタータモータとして駆動することができ、これによりリコイルスタータを用いずにエンジン１を始動することができる。
【００１３】
インバータユニット（インバータ回路）３は、発電部２より出力された三相交流を整流する電力変換回路３１と、電力変換回路３１から出力された直流を所定の単相交流に変換するインバータ３２と、電力変換回路３１およびインバータ３２を制御する制御ユニット５０とを備える。制御ユニット５０は、プロセッサ（ＣＰＵ）とメモリ（ＲＯＭ，ＲＡＭ）などの周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成されるマイクロコンピュータからなる。
【００１４】
電力変換回路３１は、ブリッジ回路として構成され、発電部２のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各巻線に対応して接続された３対（計６個）の半導体スイッチ素子３１１を有する。スイッチ素子３１１は、例えばＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等のトランジスタにより構成され、各スイッチ素子３１１にはそれぞれダイオード３１２（例えば寄生ダイオード）が並列に接続される。
【００１５】
スイッチ素子３１１のゲートは制御ユニット５０から出力される制御信号により駆動され、制御ユニット５０によりスイッチ素子３１１の開閉（オン／オフ）が制御される。例えば発電部２がジェネレータとして機能するとき、スイッチ素子３１１はオフされ、これにより三相交流がダイオード３１２を介して整流される。整流後の電流はキャパシタ３４で平滑された後、インバータ３２に入力される。電力変換回路３１は、発電部２がスタータモータとして機能するとき、バッテリ５から供給された直流をスイッチ素子３１１のオン／オフにより三相交流に変換して発電部２に出力する。
【００１６】
インバータ３２は、Ｈブリッジ回路として構成された２対（計４個）の半導体スイッチ素子３２１を有する。スイッチ素子３２１は、例えばＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等のトランジスタであり、各スイッチ素子３２１にはそれぞれダイオード３２２（例えば寄生ダイオード）が並列に接続される。スイッチ素子３２１のゲートは制御ユニット５０から出力される制御信号により駆動され、制御ユニット５０によりスイッチ素子３２１の開閉（オン／オフ）が制御されて、直流が単相交流に変換される。インバータ３２で生成された単相交流は、リアクトルやコンデンサを有するフィルタ回路３５を介して正弦波に変調されて負荷３６に出力される。
【００１７】
インバータユニット３には、給電回路４０を介してバッテリ５が電気的に接続される。給電回路４０は、コネクタ６を介してバッテリ５を電力変換回路３１とキャパシタ３４との間、すなわち電力変換回路３１のプラス側およびマイナス側の出力端子３１３，３１４に接続するように設けられる。より詳しくは、バッテリ５のプラス側端子は、ヒューズ４１、コンタクタ４２およびダイオード４３を介して電力変換回路３１のプラス側出力端子３１３に接続され、マイナス側端子はマイナス側出力端子３１４に接続される。
【００１８】
コンタクタ４２は、バッテリ５をインバータユニット３に電気的に接続（オン）または遮断（オフ）するためのスイッチを含み、コンタクタ駆動回路４４によりその作動（オン／オフ）が制御される。ヒューズ４１とコンタクタ４２との間には、バッテリスイッチ４５が接続され、バッテリスイッチ４５のオンにより制御ユニット５０に電力が供給される。これによりコンタクタ駆動回路４４がコンタクタ４２をオンする。バッテリスイッチ４５がオフされると、コンタクタ駆動回路４４はコンタクタ４２をオフする。すなわちコンタクタ４２は、バッテリスイッチ４５のオン／オフに連動してオン／オフする。
【００１９】
バッテリ５からの電力によりエンジン１を始動する場合、ユーザによりバッテリスイッチ４５がオン操作される。これによりコンタクタ４２がオンされ、バッテリ５の電力が電力変換回路３１に供給される。このとき、制御ユニット５０は、バッテリスイッチ４５がオンされたか否かを判定し、バッテリスイッチ４５がオンされたと判定すると、電力変換回路３１のスイッチ素子３１１のオン／オフを制御し、直流電力を交流電力に変換する。この交流電力は発電部２に供給され、これによりステータの巻線２４に回転磁界が発生し、発電部２のロータ２１が回転する。その結果、クランク軸が回転させられ、エンジン１のクランキングによる始動が可能となる。なお、コネクタ６には通信ラインが接続され、通信ラインを介してバッテリ５の内部温度や充電状態などの情報が制御ユニット５０に送信される。
【００２０】
図２は、この発明の実施形態に係るエンジン発電機の始動装置１００の要部構成を示す電気回路図である。発電部２は、三相巻線２４を有して構成されている。ステータに巻回される三相巻線２４は、Ｕ相の巻線２４ＵとＶ相の巻線２４ＶとＷ相の巻線２４Ｗとを有している。Ｕ、Ｖ、Ｗそれぞれの巻線は、周方向において１２０度間隔で配置されるＹ結線により構成されている。
【００２１】
各巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗの一端側の端子２４１〜２４３は、それぞれ図１の電力変換回路３１のスイッチ素子３１１およびダイオード３１２に接続される。各巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗの他端側の端子２４４〜２４６は、スイッチ回路２５に接続される。
【００２２】
スイッチ回路２５は、発電部２と電力変換回路３１との間に設けられ、インバータユニット３に実装される。より具体的には、スイッチ回路２５は、一端が端子２４４に接続され、他端が端子２４２に接続されたスイッチ２５１と、一端が端子２４５に接続され、他端が端子２４３に接続されたスイッチ２５２と、一端が端子２４６に接続され、他端が端子２４１に接続されたスイッチ２５３と、一端が端子２４４〜２４６にそれぞれ接続され、他端が中性点２５７を介して互いに接続されたスイッチ２５４〜２５６とを有する。各スイッチ２５１〜２５６は、例えばコイルの励磁および消磁により開閉（オン／オフ）するリレースイッチとして構成される。
【００２３】
スイッチ２５１〜２５６の開閉、すなわちコイルの励磁および消磁は、制御ユニット５０からの制御信号により行われる。スイッチ２５１〜２５３を第１スイッチ群、スイッチ２５４〜２５６を第２スイッチ群とするとき、制御ユニット５０は、第１スイッチ群のスイッチ２５１〜２５３を同時にオンかつ第２スイッチ群のスイッチ２５４〜２５６を同時にオフするように、あるいは第１スイッチ群のスイッチ２５１〜２５３を同時にオフかつ第２スイッチ群のスイッチ２５４〜２５６を同時にオンするように制御信号を出力する。
【００２４】
制御ユニット５０は、第１電流制御部５１と、第２電流制御部５２と、点火制御部５３とを有する。第１電流制御部５１は、クランク軸に接続されるピストンが圧縮行程（望ましくは圧縮上死点の直後）で停止する程度の第１電流（例えば５Ａ程度）を巻線２４にクランク軸が逆転するように通電する。すなわち、吸入行程、圧縮行程、爆発行程、排気行程を１サイクルとして有する４ストロークエンジンの始動において、前回のサイクルの圧縮行程終了時期（圧縮上死点）の直後となる回転角度までクランク軸を逆転させる。また、ピストンが圧縮上死点を乗り越えないよう、第１電流を圧縮行程、より具体的には圧縮上死点の乗り越しに必要なトルクを生じさせる電流値よりも小さな値に設定する。
【００２５】
第２電流制御部５２は、第１電流制御部によって巻線２４に第１電流が通電された後、所定時間後に第１電流より大きな第２電流（例えば２０Ａ程度）をクランク軸が正転するように通電する。具体的には、ピストンを前回以前の圧縮行程まで逆転させるのに要する時間の経過後、ピストンが圧縮上死点を乗り越えることができるよう、第２電流を圧縮行程、より具体的には圧縮上死点の乗り越しに必要なトルクを生じさせる電流値に制御する。
【００２６】
点火制御部５３は、シリンダの燃焼室内における点火を制御する。具体的には、巻線２４に第２電流が通電された後、エンジン１に供給される燃料を点火するように、点火制御部５３は点火プラグの点火タイミングを制御する。
【００２７】
また、発電部２をモータとして駆動させる際には、直流電圧を各巻線２４に通電させることにより、巻線２４に磁界が発生する。この発生した磁界により、発電部２のロータ２１が回転し、発電部２はスタータモータとして駆動することができる。
【００２８】
図３は、制御ユニット５０によって実行されるフローチャートである。図示のプログラムは所定時間（ｎ）、例えば１ｓｅｃごとに実行され、ユーザによってエンジンスタートのためのスイッチがオンされて開始する。
【００２９】
先ず、Ｓ１０において、エンジンスタートスイッチに応じて第１電流を、所定時間クランク軸を逆転させる方向に通電する（Ｓ：処理ステップ）。すなわち、クランク軸に接続されるピストン（図示せず）が圧縮行程（望ましくは圧縮上死点の直後）で停止する程度の第１電流を、三相巻線２４にクランク軸が逆転するように通電する。
【００３０】
次いでＳ１２に進み、所定時間経過したか否か判断する。すなわち、三相巻線２４に第１電流が通電された後、所定時間が経過したか否か判断する。Ｓ１２で肯定されるときは第１電流が通電された後に所定時間が経過したと判断されるので、Ｓ１４に進む。Ｓ１４では、第２電流をクランク軸が正転させる方向に通電する。
【００３１】
次いでＳ１６に進み、エンジン始動のためにシリンダの燃焼室内における燃料の点火制御が開始される。
【００３２】
図４に、エンジン始動時のクランク軸のトルク変化を示した図を示す。同図で「吸」、「圧」、「爆」、「排」は吸入、圧縮、爆発、排気行程の終期（終了時期。「圧」の場合は圧縮上死点）を示す。図示されるように、エンジン１を始動するときに要求されるトルクは、ピストンが圧縮上死点を越えるときに最大となる。その結果、要求トルクを満たせず、ピストンが逆転してしまう事象も生じ得る。
【００３３】
その点に鑑み、この実施形態においては、クランク軸が逆転する方向に電流を所定時間通電し、ピストンを前回のサイクルの圧縮行程、望ましくは圧縮上死点の直後まで後退させ、今回サイクルでの圧縮上死点までの助走期間を長くし、よって圧縮上死点を確実に乗り越えさせるようにした。
【００３４】
すなわち、ピストンの圧縮上死点の乗り越しに必要なトルクを生じさせる電流値よりも小さな、第１電流によってクランク軸を前回のサイクルの圧縮行程終了時期（圧縮上死点）の直後まで逆転させた後、ピストンの圧縮上死点の乗り越しに充分なトルクを生じさせる第２電流によりクランク軸を正転させるため、例えば同図にａで示す位置から正転させることで圧縮上死点までの助走距離を充分に長くして、ピストンが容易に圧縮上死点を乗り越えるようにすることができる。すなわち、例えば同図にｂで示す位置から正転させるような助走期間が少ない場合と比較して助走期間が存在している分それだけ圧縮上死点を確実に乗り越えることができる。
【００３５】
上記した如く、この実施形態にあっては、三相巻線２４を有すると共に、エンジン１のクランク軸の回転に対して相対回転する発電部２と、前記発電部２から出力される交流を所定周波数の交流に変換して負荷に出力するインバータユニット３と、前記インバータユニット３から前記発電部２の三相巻線２４への通電を制御して前記クランク軸を回転させて前記エンジン１を始動させる制御ユニット５０とを備えるエンジン発電機の始動装置において、前記制御ユニット５０が、前記クランク軸に接続されるピストンが圧縮行程、望ましくは圧縮上死点の直後で停止する程度の第１電流を前記三相巻線２４に前記クランク軸が逆転するように通電する第１電流制御部５１と、前記第１電流制御部５１によって前記三相巻線２４に第１電流が通電された後、所定時間後に前記第１電流より大きな第２電流を前記クランク軸が正転するように通電する第２電流制御部５２と、前記第２電流制御部５２によって前記三相巻線２４に第２電流が通電された後、前記エンジン１に供給される燃料を点火する点火制御部５３とを備えるように構成した。
【００３６】
すなわち、クランク軸が停止している位置から一旦クランク軸を逆転させることにより、圧縮上死点までの助走期間を長くし勢いをつけて圧縮行程を乗り越えるように構成したため、停止位置から正転のみで圧縮行程を乗り越える場合と比較して必要な電流量を少なくすることができる。従って、スタータモータの電流の増加や脱調を防ぎ、安定してエンジン１を始動することができる。
【００３７】
また、前記第１電流が前記ピストンの圧縮行程の乗り越しに必要なトルクを生じさせる電流値よりも小さな値であり、前記第２電流が前記ピストンの圧縮行程の乗り越しに必要なトルクを生じさせる電流値であるように構成したので、クランク軸を逆転させても前回の圧縮行程の圧縮上死点直後となる回転角度まで逆転して停止するとともに、クランク軸が正転する場合には確実に圧縮上死点直後となる回転角度まで回転する。従って、確実に圧縮行程を乗り越えることができる。
【００３８】
また、前記所定時間は、前記ピストンを前回以前のサイクルの圧縮行程まで逆転させるのに要する時間であるように構成したので、確実にクランク軸を前回の圧縮行程直後となる回転角度まで回転させることができる。
【００３９】
また、上記した如く、この実施形態にあっては、三相巻線を有すると共に、エンジンのクランク軸の回転に対して相対回転する発電部と、前記発電部から出力される交流を所定周波数の交流に変換して負荷に出力するインバータユニットとを備えると共に、前記インバータユニットから前記発電部の三相巻線への通電を制御して前記クランク軸を回転させて前記エンジンを始動させるエンジン発電機の始動方法において、前記クランク軸に接続されるピストンが圧縮行程で停止する程度の第１電流を前記三相巻線に前記クランク軸が逆転するように通電し、前記三相巻線に第１電流を通電した後、所定時間後に前記第１電流より大きな第２電流を前記クランク軸が正転するように通電し、前記三相巻線に第２電流を通電した後、前記エンジンに供給される燃料を点火するステップからなるように構成した。
【００４０】
すなわち、クランク軸が停止している位置から一旦クランク軸を逆転させることにより、圧縮上死点までの助走期間を長くし勢いをつけて圧縮行程を乗り越えるように構成したため、停止位置から正転のみで圧縮行程を乗り越える場合と比較してスタータモータの電流の増加や脱調を防ぎ、安定してエンジン１を始動することができる。
【００４１】
また、前記第１電流が前記ピストンの圧縮行程の乗り越しに必要なトルクを生じさせる電流値よりも小さな値であり、前記第２電流が前記ピストンの圧縮行程の乗り越しに必要なトルクを生じさせる電流値であるように構成したので、クランク軸を逆転させても前回の圧縮行程の圧縮上死点直後となる回転角度まで逆転して停止するとともに、クランク軸が正転する場合には確実に圧縮上死点の直後となる回転角度まで回転する。従って、確実に圧縮行程を乗り越えることができる。
【００４２】
また、前記所定時間は、前記ピストンを前回以前のサイクルの圧縮行程まで逆転させるのに要する時間であるように構成したので、確実にクランク軸を前回の圧縮行程直後となる回転角度まで回転させることができる。
【００４３】
なお、上記において、吸入行程、圧縮行程、爆発行程、及び排気行程の４行程が繰り返し行われる４ストロークエンジンを対象としたが、２ストロークエンジンを対象としても、本願と同様の作用効果を奏することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１  エンジン、２  発電部、３  インバータユニット、２４  巻線、２５  スイッチ回路、５０  制御ユニット、５１  第１電流制御部、５２  第２電流制御部、５３  点火制御部、１００  エンジン発電機の始動装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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