(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンにより駆動される発電機と、
前記エンジンをクランキングさせるスタータモータと、
前記発電機およびバッテリから供給される電力に依存した駆動電圧で前記スタータモータを含む電気負荷を制御するコントローラとを具備し、
前記発電機は、エンジンのクランキング回転数では点火必要電圧を出力できないエキサイタコイルを含み、
前記コントローラは、
エンジンの点火コイルへ点火エネルギを供給するイグナイタと、
前記エキサイタコイルの給電ラインおよびバッテリの給電ラインを並列的に接続して得られる、前記エキサイタコイルの発電電圧と前記バッテリの電圧との高い側の電圧からなる駆動電圧を前記イグナイタの電源ラインへ供給する手段とを含むことを特徴とするエンジン発電システム。
【請求項２】
前記コントローラが、前記スタータモータ駆動時の駆動電圧低下を抑制する電圧低下抑制手段を具備したことを特徴とする請求項１に記載のエンジン発電システム。
【請求項３】
前記電圧低下抑制手段は、前記スタータモータへ供給する駆動電圧のデューティー比を可変制御することを特徴とする請求項２に記載のエンジン発電システム。
【請求項４】
前記電圧低下抑制手段は、前記スタータモータへ供給する駆動電圧のデューティー比を、スタータモータの始動時は小さく設定し、その後、時間経過にしたがって漸増させることを特徴とする請求項３に記載のエンジン発電システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンで発電機を回転させるエンジン発電システムおよびそのコントローラに係り、特に、エンジンをスタータモータで始動するエンジン発電システムおよびそのコントローラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のエンジン発電機では、その発電効率を向上させるために、イグナイタから点火コイルの一次側への給電を開始するオンタイミング、およびイグナイタからの給電を遮断して点火コイルの二次側へ高電圧を発生させるオフタイミングが、マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）により制御される。
【０００３】
ここで、マイクロコンピュータはエンジン回転角が所定角度に達したことをパルサコイルの出力信号に基づいて検知し、この時点から前記オンタイミングおよびオフタイミングをエンジン回転数等に基づいて演算し、さらに、オンタイミングからオフタイミングまでイグナイタを駆動させて点火コイルの一次側へ点火エネルギを供給する。
【０００４】
一方、エンジンをスタータモータで始動するエンジン発電機では、エンジン始動時にスタータモータを駆動すると、突入電流の発生等により消費電力が瞬間的に大きくなってバッテリ電圧が一時的に低下する。このため、前記マイクロコンピュータへの給電をバッテリから行う発電システムでは、エンジン始動時にマイクロコンピュータの動作が不安定になったり、あるいはマイクロコンピュータがリセットされてしまうことがある。
【０００５】
このような問題点を解決するために、従来のエンジン発電機では、発電機にメイン巻線とは別にエキサイタ巻線を設け、マイクロコンピュータへの給電をエキサイタ巻線から行うようにしていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記イグナイタの駆動時間はその電源電圧にも依存し、電源電圧が低いためにイグナイタの駆動時間すなわちオンタイミングとオフタイミングとの間隔が長くなると、ＣＰＵの演算可能時間が短くなってしまう。この結果、ＣＰＵは前記各タイミングを正確に演算できず、発電効率の向上が難しくなる。
【０００７】
一方、マイクロコンピュータへの給電をエキサイタ巻線から行えば、スタータモータによるエンジン始動時でもマイクロコンピュータの電源電圧は低下しない。しかしながら、エンジン始動時のクランキング回転数でもマイクロコンピュータの動作保障電圧を発生させるためには、エキサイタ巻線を大型化しなければならず、またエンジンの高回転時には過大な電圧が発生してしまう。
【０００８】
本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、小型で発電効率の高いエンジン発電システムおよびそのコントローラを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明は、以下のような手段を講じた点に特徴がある。
【００１０】
(1) 本発明のエンジン発電システムは、エンジンにより駆動される発電機と、エンジンをクランキングさせるスタータモータと、発電機およびバッテリから供給される電力に依存した駆動電圧で前記スタータモータを含む電気負荷を制御するコントローラとを具備し、前記コントローラはスタータモータ駆動時の駆動電圧低下を抑制する電圧低下抑制手段を含むことを特徴とする。
【００１１】
(2) 本発明のエンジン発電システムのコントローラは、エンジン発電機およびバッテリから供給される電力に依存した駆動電圧をエンジンのスタータモータへ供給し、スタータモータ駆動時の駆動電圧低下を抑制する電圧低下抑制手段を含むことを特徴とする。
【００１２】
上記した各特徴によれば、スタータモータを駆動させた際にバッテリの消費電力が増加してバッテリ電圧が低下しても、コントローラが電気負荷へ供給する駆動電圧は低下しない。この結果、コントローラが点火コイルへ印加する電圧を高く維持することができ、コントローラから点火コイルの一次側へ短時間で点火エネルギを供給することができる。したがって、コントローラのＣＰＵが点火タイミング等を演算するための時間を十分に確保することができ、発電効率の高いエンジン発電システムを実現できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態であるエンジン発電システムのブロック図であり、エンジン１により駆動される発電機２と、発電機２の出力電圧を降圧するトランス３と、トランス３から出力される発電電圧Ｖgeneおよびバッテリ５の出力電圧Ｖbattを供給されるコントローラ４と、コントローラ４により駆動される点火コイル６および点火プラブ７と、エンジン１をクランキングするスタータモータ８とを主要な構成とする。
【００１４】
前記コントローラ４は、トランス３から供給される発電電圧Ｖgeneを整流する整流回路４１と、前記点火コイル６の一時側へ点火エネルギを供給するイグナイタ４３およびその電源４４と、前記スタータモータ８へ駆動電流を供給するドライバ４５と、エンジン１の温度を検知する温度センサ４８と、エンジン１の回転角を検知するパルサコイル４９と、前記エンジン温度およびエンジン回転角に基づいて前記イグナイタ４３およびドライバ４５を制御するＣＰＵ４６およびその電源４７と、前記整流回路４１の出力電圧および出力電流を制限する制限回路４２とを主要な構成とする。
【００１５】
図２は、本実施形態におけるイグナイタ４３の駆動電圧（図１のＡ点電圧）とエンジン回転数Ｎｅとの関係を、従来技術と比較して示した図であり、図３は、本実施形態におけるイグナイタ４３のオン時間を、従来技術と比較して示した図である。
【００１６】
図１のエンジン発電システムにおいて、始動時にはエンジン１がスタータモータ８によりクランキングされるが、図２に示したように、スタータモータ８によるクランキング回転数Ｎｃは完爆後のエンジン回転数よりも低い。このため、従来は当該クランキング回転数Ｎｃでも発電機２が点火必要電圧Ｖmin を発生できるように、発電機２には比較的大型のエキサイタコイルが装備されていた。したがって、エンジンが高回転状態に達すると過大な電圧を発生してしまう。
【００１７】
これに対して、本実施形態の発電機２には、従来よりも小型のエキサイタコイルを装備したため、エンジンが高回転状態に達しても過大な電圧が発生することはないが、クランキング回転数Ｎｃでは発電電圧Ｖgeneが点火必要電圧Ｖmin を下回ってしまう。
【００１８】
しかしながら、本実施形態ではバッテリの給電ラインが整流回路４１を介して発電機の給電ラインと並列的に接続されているので、イグナイタ電源４４の電源ライン（図１のＡ点）には、発電電圧Ｖgeneおよびバッテリ電圧Ｖbattのうち高い側の電圧が供給されることになる。したがって、クランキング時に発電電圧Ｖgeneがバッテリ電圧Ｖbattを下回ると、イグナイタ電源４４の電源ラインには、ダイオードＤ２を介してバッテリ電圧Ｖbattが印加される。したがって、イグナイタ電源４４の電源ラインには、常にバッテリ電圧Ｖbatt以上の電圧が印加されることになる。
【００１９】
一方、エンジンが始動されてエンジン回転数Ｎｅが上昇すると、これに応答して整流回路４１の出力電圧Ｖgeneが上昇する。そして、整流回路４１の出力電圧Ｖgeneがバッテリ電圧Ｖbattを上回ると、イグナイタ電源４４の電源ラインには、今度はダイオードＤ１を介して発電電圧geneが印加されることになる。したがって、エンジン回転数が上昇するほどイグナイタ電源４４の電源ライン電圧も上昇するので、イグナイタ４３のオン時間を、エンジン回転数が高くなるほど短くできるようになる。
【００２０】
このように、本実施形態によれば、イグナイタ電源４４の電源ラインへは、エンジン回転数が低いクランキング期間はバッテリ電圧battが供給され、エンジン始動後は発電電圧Ｖgeneが供給されるので、エキサイタコイルを大型化することなく、イグナイタ電源４４へ所定の駆動電圧をエンジン回転数にかかわらず供給できるようになる。したがって、図３に示したように、エンジン回転数が低いクランキング期間でも点火コイルのオン時間を短くでき、ＣＰＵ４６が点火タイミング等を演算するための時間を十分に確保できるので、点火タイミングを正確に演算できるようになって発電効率が向上する。
【００２１】
次いで、本実施形態におけるスタータモータ８の駆動制御方法について説明する。本実施形態では、クランキング初期にスタータモータ８の消費電力を低減させるスタータ制御が実行される。
【００２２】
コントローラ４のドライバ４５はパワーＦＥＴ４５ａを含み、ＣＰＵ４６はパワーＦＥＴ４５ａのゲート電圧をＰＷＭ制御してスタータモータ８の消費電力を可変制御する。すなわち、前記ＣＰＵ４６は、図４に示したように、クランキング開始後の所定期間（本実施形態では、１秒間）はパワーＦＥＴ４５ａのゲートに印加するパスル信号のデューティー比を４０％から１００％へ漸増させる。
【００２３】
図５、６は、上記したスタータ制御によるスタータ電流Ｉm の変化およびＣＰＵ４６の電源ライン電圧（図１のＢ点）の変化を、従来技術とを比較して示した図である。
【００２４】
本実施形態によれば、クランキング初期はパワーＦＥＴ４５ａのゲートに印加されるパスル信号のデューティー比が小さくなるので、図５に示したように、スタータ電流Ｉm のピークを低く抑えることができる。したがって、図６に示したように、クランキング初期におけるＣＰＵ４６の駆動電圧をリセット電圧以上に保持できるようになる。
【００２５】
次いで、本実施形態によるスタータモータ８の焼損防止システムについて説明する。ドライバ４５のパワーＦＥＴ４５ａのソース／ドレイン電圧ＶSDと前記スタータ電流Ｉm とは、図７に示したように一義的な関係にあり、ソース／ドレイン電圧ＶSDはスタータ電流Ｉm を代表できる。
【００２６】
そこで、本実施形態ではパワーＦＥＴ４５ａのソース／ドレイン電圧ＶSDをＣＰＵ４６に常時監視させ、電圧ＶSDが過電流相当に達すると、パワーＦＥＴ４５ａを遮断してスタータモータ８の駆動を停止させている。
【００２７】
【発明の効果】
(1) 本発明によれば、スタータモータを駆動させた際にバッテリの消費電力が増加しても、コントローラのイグナイタから点火コイルの一次側へ供給される駆動電圧は低下しないので、スタータモータによるクランキング期間でもイグナイタのオン時間を短くできる。したがって、ＣＰＵが点火タイミング等を演算するための時間を十分に確保することができ、これを正確に演算できるので、発電効率の高いエンジン発電システムおよびそのコントローラを提供できる。
【００２８】
(2) 本発明によれば、クランキング期間はスタータモータの駆動電流を減じてバッテリの消費電力を減少させ、コントローラ内の電源電圧低下を抑えたので、コントローラに内蔵されたＣＰＵの駆動電圧を常にリセット電圧以上に保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるエンジン発電システムのブロック図である。
【図２】本発明によるエンジン回転数とイグナイタの電源電圧との関係を従来技術と比較して示した図である。
【図３】本発明によるエンジン回転数とイグナイタのオン時間との関係を従来技術と比較して示した図である。
【図４】本発明のスタータ制御を説明するための図である。
【図５】本発明によるスタータ電流の時間変化を従来技術と比較した図である。
【図６】本発明によるエンジン回転数とＣＰＵの電源電圧との関係を従来技術と比較して示した図である。
【図７】スタータ電流Ｉm をスイッチングするパワーＦＥＴのソース／ドレイン電圧ＶSDとスタータ電流Ｉm との関係を示した図である。
【符号の説明】
１…エンジン，２…発電機，３…トランス，４…コントローラ，５…バッテリ，６…点火コイル，７…点火プラブ，８…スタータモータ，４８…温度センサ，４９…パルサコイル
【図１】
0004618693.tif 000002
【図２】
0004618693.tif 000003
【図３】
0004618693.tif 000004
【図４】
0004618693.tif 000005
【図５】
0004618693.tif 000006
【図６】
0004618693.tif 000007
【図７】
0004618693.tif 000008