JP2000083329A - 内燃機関の電磁弁制御装置用エネルギ供給装置 - Google Patents

内燃機関の電磁弁制御装置用エネルギ供給装置

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 比較的僅かな費用で実現可能で電磁弁制御装
置を内燃機関の全回転数範囲にわたってかつ始動過程で
電磁弁制御装置に電気エネルギを充分かつ有効に供給す
る自動車の電磁弁制御装置用エネルギ供給装置を提供す
る。 【構成】 内燃機関の電磁弁制御装置用エネルギ供給装
置は、内燃機関に機械的に連結可能な発電機２、発電機
２に付属して陽極部分としての第１のダイオード装置３
及び陰極部分としての第２のダイオード装置４を含み、
かつ供給出力端８に接続される整流回路、及び電気エネ
ルギ蓄勢装置６を持っている。本発明により、電気エネ
ルギ蓄勢装置６が、第３のダイオード装置５の出力端に
接続され、エネルギ供給装置１が制御可能なＤＣ／ＤＣ
変換器７を持ち、このＤＣ／ＤＣ変換器７が一方では第
３のダイオード装置５に接続され、他方では供給出力端
８に接続されている。第３のダイオード装置の代わり
に、ＤＣ／ＤＣ変換器が電圧調整器及びダイオードに対
して並列に、第１のダイオード装置に接続されることも
できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、請求項１又は４の
上位概念に記載の自動車の内燃機関の電磁弁制御用エネ
ルギ供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】このようなエネルギ供給装置は、始動過
程を含む全回転数範囲にわたって、自動車の内燃機関の
電磁弁制御装置へ電気エネルギを供給するのに用いられ
る。電磁弁制御装置は、ほぼ固定した動作電圧を必要と
し、大きい電流を消費し、機関回転数に関係する数ＫＷ
の出力需要を持っている。自動車における電気エネルギ
発生のため、発電機及びエネルギ蓄勢装置例えば蓄電池
が使用される。しかし発電機の出力電圧及び出力は回転
数に関係している。一般に発電機及び蓄電池により準備
される出力及び電圧は、すべての回転数範囲において電
磁弁制御装置の要求を満たさないので、電磁弁制御装置
と発電機との間に蓄電池のほかに特別な供給回路を設け
るのがよい。
【０００３】自動車において電気エネルギの負荷に対し
て回転数に大幅に無関係な供給電圧を準備するため、２
つの発電機を持つ発電機装置が米国特許第５０９７１６
５号明細書から公知である。第１の発電機は低い第１の
出力電圧の発生に用いられ、第２の発電機は高い第２の
出力電圧を発生する。各発電機には電圧調整器が付属
し、発電機の界磁巻線の電流がこの電圧調整器により制
御される。機関が回転しかつ負荷が変動する場合、両方
の車内電源の電圧をほぼ一定に保つことができる。
【０００４】ドイツ連邦共和国特許出願公開第４２２５
５１５号明細書から、自動車における発電機電圧を高め
る装置が公知である。発電機の固定子巻線の出力導線が
アース電位にあるトランジスタにより切換え可能である
ことによって、必要な場合発電機出力電圧を短期間誘導
電圧パルスを介して高めることができる。
【０００５】欧州特許出願公告第０３９０３９８号明細
書は、蓄勢コンデンサを使用して蓄電池電圧を増幅する
ためＤＣ／ＤＣ変換器を含む内燃機関用始動装置を開示
している。この変換器は変圧器を含み、この変圧器の一
次コイルは一方では蓄電池の正極に接続され、他方では
クロツクパルス制御で制御されるトランジスタスイツチ
を介して接地されている。一次コイルと二次コイルの巻
数比は、１２Ｖの蓄電池電圧を１４Ｖに変換し、それに
より始動過程の始めにまずコンデンサを充電するよう
に、規定されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】比較的僅かな費用で実
現可能で電磁弁制御装置を内燃機関の全回転数範囲にわ
たってかつ始動過程で電磁弁制御装置に電気エネルギを
充分かつ有効に供給する自動車の電磁弁制御装置用エネ
ルギ供給装置を提供することが、技術的問題として本発
明の基礎になっている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、この問
題は請求項１又は４の特徴を持つエネルギ供給装置によ
って解決される。
【０００８】請求項１によるエネルギ供給装置では、陰
極部分として動作する第２のダイオード装置に陽極部分
として対向する第１のダイオード装置に対して並列に、
第３のダイオード装置が設けられ、電気エネルギ蓄勢装
置が第３のダイオード装置の出力端に接続されている。
エネルギ供給装置は制御可能なＤＣ／ＤＣ変換器を持
ち、このＤＣ／ＤＣ変換器が一方では第３のダイオード
装置に接続され、他方では電磁弁制御装置用の供給出力
端に接続されている。
【０００９】請求項４によるエネルギ供給装置では電気
エネルギ蓄勢装置が第１のダイオード装置の出力端に接
続され、エネルギ供給装置が制御可能なＤＣ／ＤＣ変換
器を持ち、このＤＣ／ＤＣ変換器が一方では第１のダイ
オード装置の出力端に接続され、他方では電磁弁制御装
置用の供給出力端に接続され、このＤＣ／ＤＣ変換器に
ダイオードが並列接続されている。ダイオード装置又は
ダイオードとして、例えばＭＯＳパワトランジスタ及び
他の半導体スイツチが使用可能である。
【００１０】こうして燃料を節約するエネルギ供給装置
が提供されて、電磁弁制御装置のために安定な直流電圧
供給を行う。ＤＣ／ＤＣ変換器の制御により、電磁弁制
御装置へ、発電機又はエネルギ蓄勢装置から電気エネル
ギを供給することができる。それにより発電機を駆動す
るための過剰出力を発生するために比例関係以上に多く
の燃料を必要とするか、発電機の回転数に関係する出力
特性を示す発電機のいわゆる貝殻状曲線が不利である機
関特性曲線範囲において、発電機によりできるだけ少な
い電気エネルギを発生し、１つ又は複数の蓄勢単位を含
むことが出きるエネルギ蓄勢装置から電磁弁制御装置へ
十分な供給を行うことが可能である。逆に、電気エネル
ギの発生に有利な機関特性曲線範囲において、即ち発電
機の有利な貝殻状曲線範囲において、発電機により過剰
出力を発生して、電磁弁制御装置への供給に加えて、１
つ又は複数の電気エネルギ蓄勢単位を充電することがで
きる。更に通常運転においても、このＤＣ／ＤＣ変換器
の切離しの際、機械における磁束を弱めて、渦電流損失
を少なくすることができる。しかしこのＤＣ／ＤＣ変換
器が接続されると、電磁弁制御装置への供給を行うこと
ができる。
【００１１】本発明の有利な展開は従属請求項に示され
ている。
【００１２】本発明の好ましい実施例が図面に示されて
おり、以下に説明される。
【００１３】
【実施例】図１に示すエネルギ供給装置１は、三相交流
発電機２を含み、この発電機の出力電圧は、第１及び第
２のダイオード装置３及び４を持つＢ６Ｕ構成のブリツ
ジ整流回路により整流される。
【００１４】従来の構造の電圧調整器１１は、第１のダ
イオード装置３の出力端における整流された発電機電圧
を４０Ｖに調整し、この電圧をエネルギ供給装置１の正
の出力端８へ供給し、第２のダイオード装置４はアース
へ通じている。エネルギ供給装置１の正出力端８とアー
ス端子との間には平滑コンデンサ９が接続され、このコ
ンデンサ９により脈動電流が処理され、三相発電機２の
交流電圧周波数の高調波が減衰せしめられるが、そうし
ない場合発電機の特に低い周波数の範囲でこれらの高調
波が有害と認められることになる。第１のダイオード装
置３に対して並列に、第１及び第２のダイオード装置３
及び４のダイオードより小さい電流に設計され従っても
っと小さい発電機電圧でも導通するダイオードを持つ第
３のダイオード装置５が接続されている。第３のダイオ
ード装置５の出力端は制御可能なＤＣ／ＤＣ変換器７の
一方の側に接続され、この変換器７の他方の側は正の出
力端８へ至る電圧調整器１１の導線に接続されている。
更に第３のダイオード装置５の出力端には、電気エネル
ギ蓄勢装置の一部を構成する蓄勢コンデンサ６が接続さ
れている。この蓄勢コンデンサ６には、保護ダイオード
１２を持つ１２Ｖの車内蓄電池１０が並列接続されてい
る。
【００１５】自動車の発進前に、同様に車内蓄電池１０
から給電される図示しない内燃機関の始動電動機の操作
より前に、平滑コンデンサ９がＤＣ／ＤＣ変換器７を介
して車内蓄電池１０からの電流により始動運転電圧に充
電され、必要な場合平滑コンデンサ９にできるだけ多く
のエネルギを蓄えるため、この始動電圧は機関の回転し
ている場合電磁弁操作装置の４０Ｖの運転電圧より上に
あってもよい。平滑コンデンサ９が始動運転電圧に達す
ると、始動電動機が操作され、同時に電磁弁制御装置が
平滑コンデンサ９からのエネルギにより短期間動作せし
められる。始動運転電圧への平滑コンデンサ９の充電及
び始動電動機の操作の時間的移動を介して、始動過程に
おいて車両蓄電池１０からの通電の減少が行われ、それ
により車両に使用される車内蓄電池１０の一層小さい全
体寸法が可能になる。
【００１６】一般に内燃機関のアイドリングでは、小さ
い発電機回転数のため、発電機において誘起される電圧
は、第１及び第２のダイオード装置３，４から成るブリ
ツジ整流回路を導通させるのにはまだ充分でない。しか
しそれより早く導通する第３のダイオード装置５を介し
て、既に若干のエネルギを発電機から取出すことができ
る。この場合電磁弁制御装置の給電は、ＤＣ／ＤＣ変換
器７により昇圧される電圧により、第３のダイオード装
置５又は蓄勢コンデンサ６又は車内蓄電池１０から行わ
れ、発電機電圧が両方のエネルギ蓄勢装置の電圧より高
くなると、ＤＣ／ＤＣ変換器７が発電機２から第３のダ
イオード装置５を介して電流を取る。その際ＤＣ／ＤＣ
変換器７は、蓄勢コンデンサ６又は車内蓄電池１０の電
圧に関係なく回転数又は電圧調整されて、正の出力端８
の電圧を例えば４０Ｖの所望の値に調整する。なお充分
高い発電機電圧では、第３のダイオード装置５を介して
発電機２から充電することができ、その際車内蓄電池１
０は保護ダイオード２９により過電圧から保護される。
【００１７】機関回転数の上昇の際、この回転数が特定
の動作回転数に達すると、発電機電圧は第１及び第２の
ダイオード装置３及び４のダイオードも導通させるのに
充分となる。遮断回転数に達した後ＤＣ／ＤＣ変換器７
を遮断できるので、電磁弁制御装置は、電圧調整器１１
のほかに第１及び第２のダイオード装置３及び４のみを
介して給電される。エネルギ供給装置の正の出力端８の
電圧又は機関回転数の関数としてＤＣ／ＤＣ変換器７を
制御することにより、制御されない電圧調整器に比較し
てＤＣ／ＤＣ変換器７の一層良好な動特性のため、電磁
弁制御装置用の正の出力端８における電圧変動の良好な
補償が、大きい回転数範囲にわたって行われる。
【００１８】重量を節約するため、三相交流発電機２の
寸法をできるだけ小さくするのが有利である。この場合
発電機２の出力が最も高い回転数の範囲で、回転数に応
じて直線的に増大する電磁弁制御装置の出力需要を満た
すのにもはや十分でないと、制御可能なＤＣ／ＤＣ変換
器７を介して付加的に電磁弁制御装置用の電流を車両蓄
電池１０又は蓄勢コンデンサ６から供給することがで
き、それによりエネルギ供給装置１の正の出力端８にお
ける電圧の低下が防止される。
【００１９】自動車にエネルギ供給装置１を使用する
と、制動を行う発電機２により蓄勢コンデンサ６を充電
することによってエネルギ供給装置が制動エネルギ回収
を行うことができる。その際蓄勢コンデンサ６は、例え
ばサイリスタのように制御可能な半導体弁を備えた第３
のダイオード装置５により充電される。ＤＣ／ＤＣ変換
器７の好ましい両方向構成により、電磁弁制御装置の正
の端子８用の供給回路からの充電も可能である。この場
合ダイオード１２は、ＭＯＳ同期整流器に有利に代える
ことができる。
【００２０】その場合蓄えられている制動エネルギは、
続いてＤＣ／ＤＣ変換器７を介して再び直接利用され
て、電磁弁制御装置のみに供給するか又は補助的に供給
することができる。蓄勢コンデンサ６からの制動エネル
ギを使用すると、発電機２はそれに応じて少なく負荷さ
れる。数ＫＷの範囲における電磁弁制御装置の大きい出
力需要のため、制動過程の終了後蓄勢コンデンサ６は比
較的早く放電され、それから短時間後に続く制動過程に
おいて既に充電可能である。エネルギのこの回収により
燃料を節約することができる。なぜならば、発電機は通
常動作では平均して僅かしか負荷されず、それに応じて
内燃機関に僅かな逆トルクしか生じないからである。
【００２１】ＤＣ／ＤＣ変換器を機関及び発電機の特性
曲線に応じて制約すると有利である。内燃機関が比較的
不利な効率で従って多い割合の燃料で動作する回転数範
囲では、蓄勢コンデンサ６又は車内蓄電池１０からのエ
ネルギが、正の端子８用の供給回路へ少なくとも補助的
に供給されるように、ＤＣ／ＤＣ変換器７が制御され
る。それにより、発電機の比較的少ない負荷のため、発
電機が内燃機関に生じる逆トルクを減少することができ
る。逆に蓄勢コンデンサ６は、内燃機関が良い効率従っ
て燃料にとって有利に動作する回転数範囲では、蓄勢コ
ンデンサ６が付加的なエネルギを正の端子８用の供給回
路へ供給せず、その代わりに蓄勢コンデンサ６が第３の
ダイオード装置５を介してＤＣ／ＤＣ変換器７に充電さ
れるように、ＤＣ／ＤＣ変換器７が制御される。こうし
て燃料に関して有利に発生されるエネルギが蓄えられ
て、後の時点に電磁弁制御装置へ供給されることができ
る。ＤＣ／ＤＣ変換器が両方向に構成されていると、上
述したようにこの変換器７を介して蓄勢コンデンサ６に
正の端子８用の供給回路から給電することも可能であ
る。
【００２２】発電機２の貝殻状出力曲線に応じて、エネ
ルギ発生のため発電機を負荷することも可能である。そ
のため発電機２が高い効率で電気エネルギを発生できる
回転数範囲で、電磁弁制御装置が消費するより多い電流
が発電機２から取出される。過剰エネルギは蓄勢コンデ
ンサ６に蓄えられる。その場合発電機２が低い効率を持
つ発電機の回転数範囲で、このエネルギに頼ることがで
きる。それに応じて少ない発電機２の負荷又は発電機の
停止により、内燃機関における発電機の逆トルクがそれ
に応じて減少する。
【００２３】図２に示す自動車の電磁弁制御装置用エネ
ルギ供給装置２０は三相交流発電機２１を含み、この発
電機の出力電圧は、Ｂ６Ｕ構成のブリツジ整流回路を形
成する第１及び第２のダイオード装置２２及び２３によ
り整流される。このブリツジ整流回路に対して並列に、
蓄勢コンデンサ２４及び保護ダイオード２９を持つ１２
Ｖ車内蓄電池２８が接続されている。エネルギ供給装置
２０の正の出力端２６の電圧は、制御可能なＤＣ／ＤＣ
変換器２５の一方の側により例えば４０Ｖに規定されて
いる。ＤＣ／ＤＣ変換器２５は他方の側で第１のダイオ
ード装置２２に接続されている。ＤＣ／ＤＣ変換器２５
に対して並列に、第１のダイオード装置２２から、正端
子２６への電流路に、制御されない電圧調整器３０及び
ダイオード２７がある。図１に示すエネルギ供給装置に
おけるように、変調された交流電圧の減衰のため、エネ
ルギ供給装置２０の正端子２６とアース端子との間に平
滑コンデンサ３１が設けられている。
【００２４】自動車の発進のため、エネルギ供給装置２
０を図１のエネルギ供給装置と同じように動作させるこ
とができる。従って電磁弁制御装置は、機関のアイドリ
ングの際、発電機電圧がダイオード装置２２及び２３の
ダイオードを導通させるのにまだ充分でないと、ＤＣ／
ＤＣ変換器２５により電磁弁制御装置の必要とする電圧
に変換される電気エネルギを、蓄勢コンデンサ２４又は
車内蓄電池２８から供給される。
【００２５】発電機電圧がダイオード装置２２及び２３
を導通させるのに充分であると、電磁弁制御装置は発電
機２１から直接給電されることができる。その際電磁弁
制御装置の出力需要が発電機出力を超過していると、エ
ネルギ供給装置２０の正端子２６における電圧の低下
が、蓄勢コンデンサ２４又は蓄電池２８から制御可能な
ＤＣ／ＤＣ変換器２５を介しての電気エネルギの供給に
より防止される。
【００２６】図１において説明してエネルギ供給装置に
おけるように、ＤＣ／ＤＣ変換器２５は、電圧調整器３
０が回転数又は電圧を調整されて、エネルギ供給装置２
０の正の出力端２６で所望の電圧を調整する際、この電
圧調整器３０に起因する電圧変動を補償するように作用
する図１のエネルギ供給装置と同じように、高い回転数
の際、電磁弁制御装置の必要とする出力が発電機２１の
出力を超過していると、制御可能なＤＣ／ＤＣ変換器２
５を介して、電流を正の端子２６用供給回路へ供給する
ことも可能である。図１について説明したように、蓄勢
コンデンサ２４に制動エネルギを蓄えるか、又は機関特
性曲線図又は貝殻状曲線に応じて蓄勢コンデンサを充電
することもできる。
【００２７】注意すべきことは、図１及び２に示す電磁
弁装置用エネルギ供給装置１又は２０では、発電機の故
障が電磁弁制御装置の故障をもたらしてはならないこと
である。なぜならば、電磁弁制御装置は、蓄電池１０，
２８又は蓄勢コンデンサ５，２４からも給電されること
ができるからである。両方の形式のエネルギ供給装置１
又は２０において蓄電池保護ダイオード１２又は２９の
機能をＤＣ／ＤＣ変換器７又は２５に統合することも可
能で、制動過程においてＤＣ／ＤＣ変換器により蓄勢コ
ンデンサ６又は２４のみならず蓄電池１０又は２８も充
電される。
【図面の簡単な説明】
【図１】自動車の電磁弁制御装置用エネルギ供給装置の
第１実施例の接続図である。
【図２】自動車の電磁弁制御装置用エネルギ供給装置の
第２実施例の接続図である。
【符号の説明】
１，２ エネルギ供給装置 ２，２１ 発電機 ３，４，５；２２，２３ ダイオード装置 ６，１０；２４，２８ 電気エネルギ蓄勢装
置 ７，２５ ＤＣ／ＤＣ変換器 ８，２６ 供給出力端 ２０ エネルギ供給装置 ２２，２７ ダイオード

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関の電磁弁制御装置用エネルギ供
    給装置であって、内燃機関に機械的に連結可能な発電機
    （２）、発電機（２）に付属して陽極部分としての第１
    のダイオード装置（３）及び陰極部分としての第２のダ
    イオード装置（４）を含みかつ供給出力端（８）に接続
    される整流回路、及び電気エネルギ蓄勢装置（６）を有
    するものにおいて、電気エネルギ蓄勢装置（６）が、第
    ２の陽極部分を形成しかつ第１のダイオード装置（３）
    に並列接続される第３のダイオード装置（５）の出力端
    に接続され、エネルギ供給装置（１）が制御可能なＤＣ
    ／ＤＣ変換器（７）を持ち、このＤＣ／ＤＣ変換器
    （７）が一方では第３のダイオード装置（５）に接続さ
    れ、他方では供給出力端（８）に接続されていることを
    特徴とする、エネルギ供給装置。
  2. 【請求項２】 第３のダイオード装置（５）のダイオー
    ドが、第１及び第２のダイオード装置（３，４）のダイ
    オードより小さい導通電圧で導通することを特徴とす
    る、請求項１に記載のエネルギ供給装置。
  3. 【請求項３】 第１のダイオード装置（３）の後ろに電
    圧調整器（１１）が接続されていることを特徴とする、
    請求項１に記載のエネルギ供給装置。
  4. 【請求項４】 内燃機関の電磁弁制御装置用エネルギ供
    給装置であって、内燃機関に機械的に連結可能な発電機
    （２１）、発電機（２１）に付属して陽極部分としての
    第１のダイオード装置（２２）及び陰極部分としての第
    ２のダイオード装置（２３）を含みかつ供給出力端（２
    ６）に接続される整流回路、及び電気エネルギ蓄勢装置
    （２４）を有するものにおいて、電気エネルギ蓄勢装置
    （２４）が、第１のダイオード装置（２２）の出力端に
    接続され、エネルギ供給装置（２０）がＤＣ／ＤＣ変換
    器（２５）を持ち、このＤＣ／ＤＣ変換器（２５）が一
    方では電気エネルギ蓄勢装置（２４）に対して並列に第
    １のダイオード装置（２２）の出力端に接続され、他方
    では供給出力端（２６）に接続され、ＤＣ／ＤＣ変換器
    （２５）にダイオード（２７）が並列に接続されている
    ことを特徴とする、エネルギ供給装置。
  5. 【請求項５】 ダイオード（２７）がその前に接続され
    る電圧調整器（３０）と共にＤＣ／ＤＣ変換器（２５）
    に並列接続されていることを特徴とする、請求項４に記
    載のエネルギ供給装置。
  6. 【請求項６】 エネルギ蓄勢装置が並列接続される蓄電
    池（１０，２８）及び蓄勢コンデンサ（６，２４）によ
    り形成されていることを特徴とする、請求項１〜５の１
    つに記載のエネルギ供給装置。
  7. 【請求項７】 蓄電池（１０，２８）の陽極が保護ダイ
    オード（１２，２９）により保護されていることを特徴
    とする、請求項６に記載のエネルギ供給装置。
  8. 【請求項８】 ＤＣ／ＤＣ変換器（７，２５）が両方向
    に動作可能であり、小さすぎる発電機出力を持つ動作段
    階では供給出力端へエネルギをエネルギ蓄勢装置から供
    給し、過剰な発電機出力を持つ動作段階ではエネルギを
    エネルギ蓄勢装置へ戻すことを特徴とする、請求項１〜
    ７の１つに記載のエネルギ供給装置。
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