(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のクランク軸の回転力により発電された電力を充電するバッテリに対し、所望時点でのバッテリ電圧を算出するバッテリ電圧算出装置であって、
前記バッテリの電圧を所定間隔で検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段により所定期間に検出された複数の検出結果を平均した基準値に、前記クランク軸の３０℃Ａ毎に記憶させた前記基準値に対するバッテリ電圧のずれ量を、前記所望時点に対応する前記クランク軸の回転角度に基づき加減算して、前記所望時点でのバッテリ電圧を算出する電圧算出手段と、
を備えることを特徴とするバッテリ電圧算出装置。
【請求項２】
前記電圧算出手段は、前記検出結果及び前記回転角度に加え、前記クランク軸の回転速度に基づき前記所望時点でのバッテリ電圧を算出することを特徴とする請求項１に記載のバッテリ電圧算出装置。
【請求項３】
前記バッテリの電力を駆動源として作動する点火装置を備えた内燃機関に適用され、
前記電圧算出手段は、前記検出結果及び前記回転角度に加え、前記点火装置による点火時期の進遅角量に基づき前記所望時点でのバッテリ電圧を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載のバッテリ電圧算出装置。
【請求項４】
前記バッテリの電力を駆動源として作動する燃料噴射弁、及び前記燃料噴射弁の作動を制御するよう噴射指令信号を出力する噴射制御手段を備えた内燃機関に適用され、
前記電圧算出手段は、前記噴射指令信号の出力時点を前記所望時点として前記バッテリ電圧を算出し、
前記噴射制御手段は、
前記クランク軸の回転速度に基づき基本噴射時間を算出し、
前記噴射指令信号を出力してから実際に燃料噴射が開始するまでの無効噴射時間を、前記電圧算出手段により算出したバッテリ電圧に基づき算出し、
前記基本噴射時間に前記無効噴射時間を加算して得られた噴射時間となるよう前記噴射指令信号を出力することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のバッテリ電圧算出装置。
【請求項５】
前記エンジンは単気筒エンジンであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のバッテリ電圧算出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に備えられたバッテリの電圧を算出するバッテリ電圧算出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関に搭載されてバッテリを駆動源とする各種電動機器には、その時のバッテリ電圧に応じて電動機器に対する指令信号を可変設定するものがある。その代表例として、燃料噴射弁が有する電動アクチュエータの通電時間を指令することで燃料噴射量を制御する噴射指令信号が挙げられる。すなわち、噴射指令信号が入力されて電動アクチュエータに通電を開始してから実際に燃料噴射が開始されるまでの時間、つまり無効噴射時間は、その時のバッテリ電圧が大きいほど短くなる。したがって、実際に燃料を噴射させたい時間長さに無効噴射時間を加算した時間を噴射指令信号として燃料噴射弁に出力している。
【０００３】
このように、バッテリ電圧を取得することは指令信号を設定するのに必要であるため、従来では、所定時間毎にバッテリ電圧を検出して更新処理している。ちなみに、クランク軸の回転速度が３６００ｒｐｍである場合には１燃焼サイクルは５．５ｍｓである。よって、上記所定時間を１０ｍｓとした特許文献１記載の制御では、３６００ｒｐｍの時には燃焼サイクル２回に１回の割合でバッテリ電圧を検出していることとなる。
【特許文献１】特開昭６２−２４３９４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した各種電動機器を作動させるとバッテリ電圧は低下するが、点火装置や燃料噴射弁等のようにクランク軸の回転角度に応じて１燃焼サイクル毎に作動させる電動機器においては、その作動のタイミングでバッテリ電圧が落ち込むこととなる。したがって実際のバッテリ電圧には、１燃焼サイクル内において変動が生じている。
【０００５】
よって、所定時間毎にバッテリ電圧を検出する従来制御では、その所定時間を極めて短くしなければ正確なバッテリ電圧を検出しているとは言えない。よって、このようなバッテリ検出値に基づいた従来の制御では、電動機器を精度良く制御できていない。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、バッテリ電圧を検出する検出処理負担を大きくすることなく、正確なバッテリ電圧を取得可能なバッテリ電圧算出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】
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記載する。
【０００８】
請求項１記載の発明では、
内燃機関のクランク軸の回転力により発電された電力を充電するバッテリに対し、所望時点でのバッテリ電圧を算出するバッテリ電圧算出装置であって、
前記バッテリの電圧を所定間隔で検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段により所定期間に検出された複数の検出結果を平均した基準値に、前記クランク軸の３０℃Ａ毎に記憶させた前記基準値に対するバッテリ電圧のずれ量を、前記所望時点に対応する前記クランク軸の回転角度に基づき加減算して、前記所望時点でのバッテリ電圧を算出する電圧算出手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
そのため、１燃焼サイクル中に生じるバッテリ電圧の変動とクランク角度との関係を予め試験等により計測しておけば、所定間隔で検出したバッテリ電圧と所望時点におけるクランク角度とに基づき、前記計測した値を用いて所望時点でのバッテリ電圧を精度良く算出することができ、電圧検出の所定間隔を短くすることも必要としない。
【００１０】
ここで、バッテリ電力を駆動源として作動する各種電動機器のうち、例えば点火装置や燃料噴射装置では、クランク軸の回転速度に応じて点火時期や噴射時期を可変させている。よって、クランク回転速度に応じてバッテリ電圧の落込時期も変化する。この点を鑑み請求項２記載の発明では、前記電圧算出手段は、前記検出結果及び前記回転角度に加え、クランク回転速度に基づき前記所望時点でのバッテリ電圧を算出することを特徴とする。よって上述の如くクランク回転速度に応じて変化するバッテリ電圧落込時期の変化に応じて、所望時点でのバッテリ電圧を精度良く算出できる。
【００１１】
本発明者は、バッテリ電力を駆動源として作動する各種電動機器のうち、点火装置の作動による電圧落ち込みが最も大きいことに着目した。すなわち、請求項３記載の発明では、前記バッテリの電力を駆動源として作動する点火装置を備えた内燃機関に適用され、前記電圧算出手段は、前記検出結果及び前記回転角度に加え、前記点火装置による点火時期の進遅角量に基づき前記所望時点でのバッテリ電圧を算出することを特徴とする。よって、点火装置の作動時期に応じて変化するバッテリ電圧落込時期の変化に応じて、所望時点でのバッテリ電圧を精度良く算出できる。
【００１２】
請求項４記載の発明では、前記バッテリの電力を駆動源として作動する燃料噴射弁、及び前記燃料噴射弁の作動を制御するよう噴射指令信号を出力する噴射制御手段を備えた内燃機関に適用され、
前記電圧算出手段は、前記噴射指令信号の出力時点を前記所望時点として前記バッテリ電圧を算出し、
前記噴射制御手段は、
前記クランク軸の回転速度に基づき基本噴射時間を算出し、
前記噴射指令信号を出力してから実際に燃料噴射が開始するまでの無効噴射時間を、前記電圧算出手段により算出したバッテリ電圧に基づき算出し、
前記基本噴射時間に前記無効噴射時間を加算して得られた噴射時間となるよう前記噴射指令信号を出力することを特徴とする。
【００１３】
これによれば、電圧算出手段により上述の如く正確に算出されたバッテリ電圧に基づき無効噴射時間を算出するので、燃料噴射量を正確に制御できる。
【００１４】
ここで、単気筒エンジンの場合には、点火作動や噴射作動に伴い生じるバッテリ電圧の落込は、１燃焼サイクル期間中に１回のみ出現するため、バッテリ電圧の変動は大きくなる。これに対し複数気筒エンジンの場合には、他の気筒における点火作動や噴射作動による電圧落込が重畳することとなる。よって、１燃焼サイクル期間中に電圧落込が複数回出現するため電圧変動は平滑化されて小さくなる。したがって、電圧変動が大きく現れる単気筒エンジンに上記各発明を適用した請求項５記載の発明によれば、正確なバッテリ電圧を算出できるといった効果が好適に発揮される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
本実施形態に係るバッテリ電圧算出装置は、単気筒４サイクルエンジン（内燃機関）を走行駆動源とする自動二輪車両に搭載された発電装置及びバッテリを対象としており、図１の電気ブロック図に示す電子制御ユニット１０（以下「ＥＣＵ」と呼ぶ）により構成されている。ＥＣＵ１０は、周知の通りＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなる図示しないマイクロコンピュータを主体として構成されている。なお、当該ＥＣＵ１０は、発電装置による発電状態を制御（詳細は後述）する他に、以下に説明する如くエンジンの運転状態をも制御している。
【００１７】
すなわち、ＥＣＵ１０には、図示しないアクセルグリップの回動操作量を検出するアクセル操作量センサ１４の検出信号ＡＣＣ、図示しないクランク軸の回転角度を検出するクランク角センサ１５の検出信号ＮＥ、及び図示しない吸気管の圧力を検出する吸気圧センサ１６の検出信号Ｐａが入力されている。そして、ＥＣＵ１０は、これらの検出信号ＡＣＣ，ＮＥ，Ｐａ等に基づき、燃料噴射量、噴射時期、点火時期等を制御している。
【００１８】
具体的には、ＥＣＵ１０（噴射制御手段）は、燃料噴射弁（図示せず）の噴射孔を開閉させる電動アクチュエータ（ソレノイド１１）の作動を制御することで、燃料の噴射量及び噴射時期を制御している。また、吸気通路の開度を調整する電子スロットルバルブ（図示せず）の電動アクチュエータ（電動モータ１２）の作動を制御することで、燃焼室へ吸入される吸気量を制御している。ちなみに、電子スロットルバルブに替えて、アクセルワイヤにより機械的に作動するスロットルバルブを採用してもよい。
【００１９】
また、点火装置１３への通電を制御することで点火時期を制御している。本実施形態の点火装置１３では、コンデンサに蓄えた電力を点火コイルの一次側に流すＣＤＩ点火方式を採用しているが、点火コイルの一次側電流をトランジスタにより制御するトランジスタ点火方式であってもよい。また、ＣＤＩ点火方式において、コンデンサへの電力供給はバッテリ４０及び発電装置のいずれから行ってもよい。
【００２０】
発電装置は、交流発電機２０（以下、ＡＣＧ２０と呼ぶ）、レギュレータ３０及びバッテリ４０等を含む電装品から構成される。本実施形態に係るＡＣＧ２０は交流マグネット式であり、クランク軸とともに回転する永久磁石により構成されるロータ２１と、円筒状ロータ２１の内側に配置された単相の発電コイルにより構成されるステータ２２とを備えている。
【００２１】
電源ラインＬは、燃料噴射弁のソレノイド１１、電子スロットルバルブの電動モータ１２、点火装置１３等の電気負荷にＡＣＧ２０から電力を供給するためのラインであり、電源ラインＬの電圧は、レギュレータ３０に設けられた電圧監視回路３２（電圧検出手段）によりモニタされる。ＡＣＧ２０における発電量が過剰となり電源ラインＬの電圧が規定値よりも大きい値となると、電圧監視回路３２はサイリスタ３１をターンオンさせて、余剰電力をトランス５１の一次側コイル及びサイリスタ３１を介してグランド側に流す。これにより、トランス５１の２次側コイルに発生する電圧を調整してバッテリ４０への過充電防止を図っている。サイリスタ３１をターンオンさせた後、電源ラインＬの電圧が規定値以下になった時には、電圧監視回路３２はサイリスタ３１をターンオフさせる。
【００２２】
トランス５１の２次側コイルに発生した電力は、ダイオード５２を介してバッテリ４０のプラス側に供給され充電用の電力として用いられるとともに、電気負荷１１，１２，１３へ供給される。具体的には、バッテリ４０のプラス側は、ダイオード５３を介して電源ラインＬに接続されており（すなわち、電源ラインＬからバッテリ４０に直接電力は供給されない）、バッテリ４０の電力は、ダイオード５３を介して電気負荷１１，１２，１３に供給される。なお、電源ラインＬには、ダイオード５４が設けられ、バッテリ４０の電力がトランス５１の一次側コイル及びＡＣＧ２０に逆流することを防止している。
【００２３】
電圧監視回路３２は、電源ラインＬの電圧、つまりバッテリ４０の電圧（以下、「バッテリ電圧ＶＢ」と呼ぶ）をＥＣＵ１０に出力する。ＥＣＵ１０では、図２に示すバッテリ電圧読込処理を所定時間（例えば演算周期又はクランク角周期）毎に繰り返し実行する。すなわち、前回のバッテリ電圧読込から所定時間（例えば１０ｍｓ）が経過していると判定された場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）に、ステップＳ１１（電圧検出手段）において、電圧監視回路３２から出力されたバッテリ電圧ＶＢをＡ／Ｄ変換する読込処理を実行する。続くステップＳ１２では、Ａ／Ｄ変換されたバッテリ電圧ＶＢを、ＥＣＵ１０が有するＲＡＭ等の記憶手段に記憶更新する。
【００２４】
この記憶更新処理では、電圧監視回路３２にて検出された現時点でのバッテリ電圧Ｖ０（後述の図３（ｃ）参照）をそのまま記憶させるのではなく、後述するバッテリ電圧の変動がなまされるように、所定期間に検出された複数のバッテリ電圧の値Ｖ０を平均した値（基準値）をバッテリ電圧ＶＢとして記憶更新させることが望ましい。つまり、ここで記憶させるバッテリ電圧ＶＢは、１燃焼サイクル中に生じるバッテリ電圧変動の平均的な値である。
【００２５】
図３は、本発明者が行った試験において計測した値の変化を示すグラフであり、（ａ）は燃料噴射弁のソレノイド１１の電圧、（ｂ）は点火装置１３に備えられた点火コイルの一次側電圧、（ｃ）はバッテリ電圧、（ｄ）はクランク角センサ１５の出力電圧をそれぞれ示す。図３（ｃ）に示すように、バッテリ電圧は１燃焼サイクル（７２０℃Ａ）内において変動が生じている。特に、点火コイルの一次側に通電する期間ＳＰでは、バッテリ電圧は大きく落ち込んでいる。なお、通電期間ＳＰ以外の箇所におけるバッテリ電圧変動は、燃料噴射弁のソレノイド１１への通電や、クランク回転速度の変動に伴い生じていると思われる。
【００２６】
ところで、ＥＣＵ１０は、燃料噴射弁のソレノイド１１への通電時間を指令する噴射指令信号を出力することで燃料噴射量を制御している。そして、噴射指令信号が入力されてソレノイド１１に通電を開始してから実際に燃料噴射が開始されるまでの時間、つまり無効噴射時間ｔｖは、その時のバッテリ電圧ＶＢＣＲが大きいほど短くなる。したがって、実際に燃料を噴射させたい時間長さ（基本噴射時間ｔｑ）に無効噴射時間ｔｖを加算した時間を、燃料噴射時間ＴＡＵとして算出するとともに噴射指令信号として燃料噴射弁に出力している。
【００２７】
図４は、燃料噴射時間ＴＡＵを算出するためのＥＣＵ１０の処理手順であり、所定時間（例えば演算周期又はクランク角周期）毎に繰り返し実行される処理である。まず、ステップＳ２０では、吸気圧センサ１６から出力された検出信号ＰａをＡ／Ｄ変換する読込処理を実行する。続くステップＳ３０では、クランク角センサ１５から出力された検出信号ＮＥに基づき、クランク軸の回転速度（つまりエンジン回転速度）を算出する。
【００２８】
続くステップＳ４０では、ステップＳ２０にて読込処理された吸気圧の値、及びステップＳ３０にて算出したエンジン回転速度に基づき、吸入空気量を算出する。続くステップＳ５０では、ステップＳ３０にて算出したエンジン回転速度、及びステップＳ４０にて算出した吸入空気量に基づき、燃料噴射量の目標値を算出する。また、続くステップＳ６０では、前記エンジン回転速度及び吸入空気量に基づき燃料噴射時期の目標値を算出する。
【００２９】
ここで、クランク角センサ１５はクランク軸に取り付けられたロータ（図示せず）の歯がセンシング部を通過することで変化する起電力の波形（図３（ｄ）参照）を検出信号ＮＥとして出力しており、ＥＣＵ１０は、クランク角センサ１５から入力された前記波形に基づきパルス信号（クランク角信号）を生成する。本実施形態では、クランク軸が３６０℃Ａ回転する毎に１２個のパルスが生成されるよう、ロータの歯数が設定されている。つまり、クランク角信号中のパルスオン又はオフは３０℃Ａ毎に現れる。そして、１燃焼サイクル７２０℃Ａ中の複数のパルスオン又はオフに、クランク番号として０〜２３番の番号を付して管理している。
【００３０】
ステップＳ６０にて算出する燃料噴射時期の目標値も、クランク番号で表現するよう算出している。続くステップＳ７０（電圧算出手段）では、ステップＳ６０にて算出した噴射時期（クランク番号）に基づき、その噴射時期でのバッテリ電圧ＶＢＣＲの推測値を算出する。つまり、図３（ｃ）中の一点鎖線に示すバッテリ電圧ＶＢ（基準値）に対する、噴射時期における電圧値（図３（ｃ）中の実線に示す値）のずれ量Ｍを予めマップ等にて記憶しておく。そして、そのマップに記憶されたずれ量Ｍを基準値ＶＢから加減算することで、噴射時期におけるバッテリ電圧ＶＢＣＲの推測値を算出する。
【００３１】
図５（ａ）は、ステップＳ７０のサブルーチン処理の一例を示すフローチャートであり、先ず、ステップＳ７１において、図２のステップＳ１２にて更新したバッテリ電圧ＶＢを読み込む。続くステップＳ７２では、図４のステップＳ６０で算出したクランク番号（燃料噴射時期）がいずれであるかを判定し、ステップＳ７００〜Ｓ７２３において、該当するクランク番号に応じてバッテリ電圧ＶＢを補正して、噴射時期におけるバッテリ電圧ＶＢＣＲを算出する。この補正は、前述のずれ量Ｍを加減算する補正である。なお、ステップＳ７２及びＳ７００〜Ｓ７２３の処理をマップ表記すると、図５（ｂ）に示すマップとなる。
【００３２】
また、ステップＳ７０においてバッテリ電圧ＶＢＣＲを算出するにあたり、エンジン回転速度に応じてその補正量（ずれ量Ｍ）を可変設定している。例えば、図５（ｂ）に示すマップをエンジン回転速度毎に備えさせればよい。これは、エンジン回転速度に応じて点火時期や燃料噴射時期は変化するため、この変化に伴いバッテリ電圧の落ち込みが生じる時期も変化するためであり、このような落込時期の変化に応じてマップを設定している。
【００３３】
図４のステップＳ８０では、ステップＳ７０にて算出した噴射時期でのバッテリ電圧ＶＢＣＲに基づき前述した無効噴射時間ｔｖを算出する。続くステップＳ９０では、実際に燃料を噴射させたい時間長さ（基本噴射時間ｔｑ）をステップＳ５０にて算出した噴射量の目標値から算出し、その基本噴射時間ｔｑに無効噴射時間ｔｖを加算することで燃料噴射時間ＴＡＵを算出する。
【００３４】
以上により、本実施形態によれば、１０ｍｓ毎に取得されるバッテリ電圧値Ｖ０を平均化処理して更新される基準値ＶＢ（図３（ｃ）中の一点鎖線に示す値）に対し、目標噴射時期に応じて補正してバッテリ電圧ＶＢＣＲを算出するので、バッテリ電圧の変動を加味した噴射時期における正確な値（図３（ｃ）中の実線に示す値）を、バッテリ電圧ＶＢＣＲとして取得できる。そして、このような正確なバッテリ電圧ＶＢＣＲに基づき無効噴射時間ｔｖを算出するので、実際に燃料を噴射させたい時間長さｔｑが目標値となるよう、正確な燃料噴射時間ＴＡＵ（ＴＡＵ＝ｔｖ＋ｔｑ）を算出できる。よって、燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量を正確に制御できる。
【００３５】
また、本実施形態によれば、エンジン回転速度に応じて基準値ＶＢに対する補正量（ずれ量Ｍ）を可変させている。よって、エンジン回転速度に応じてバッテリ電圧の落込時期が変化することに追従して、バッテリ電圧ＶＢＣＲを正確に算出できる。
【００３６】
（他の実施形態）
上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。また、本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、各実施形態の特徴的構造をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。
【００３７】
・上記実施形態では、算出したバッテリ電圧ＶＢＣＲを無効噴射時間ｔｖの算出に用いているが、その他の様々な制御（例えば点火時期制御等）にも用いることができる。
【００３８】
・上記実施形態では、特許請求の範囲に記載の「所望時点」として燃料の噴射時期としているが、現時点を所望時点としてもよい。
【００３９】
・上記実施形態では、単気筒エンジンに搭載されたバッテリ４０の電圧を算出することに適用しているが、複数気筒エンジンのバッテリの電圧算出に適用してもよい。
【００４０】
・上記実施形態では、図２の処理において所定時間間隔（例えば１０ｍｓ）でバッテリ電圧ＶＢの読込処理を実行しているが、所定のクランク角度間隔（例えば７２０℃Ａ）でバッテリ電圧ＶＢの読込処理を実行してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態における充電システムを示す電気ブロック図。
【図２】図１のＥＣＵが行う、バッテリ電圧読込処理の手順を示すフローチャート。
【図３】バッテリ電圧の変動状態を示す試験結果。
【図４】図１のＥＣＵが行う、燃料噴射時間ＴＡＵを算出する処理手順を示すフローチャート。
【図５】（ａ）は、図４のサブルーチン処理の一例を示すフローチャート、（ｂ）は、図４の処理に用いるマップ。
【符号の説明】
【００４２】
１０…ＥＣＵ（噴射制御手段）、３２，Ｓ１１…電圧検出手段、Ｓ７０…電圧算出手段、４０…バッテリ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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