JP4670656B2 - 車両の電力供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の電力供給装置に関するものである。

例えば自動二輪車では、エンジン始動に際し、バッテリから給電により電子制御装置等が起動され、その起動に伴いエンジンの運転が開始される。エンジンの運転開始後は、エンジンの回転により発電機が発電を開始し、発電機で発生した電力が電子制御装置等に供給される。また、発電機の電力がバッテリに適宜供給されてバッテリ充電が行われる。

かかる場合、バッテリ電圧が十分に高いと、上記のとおりバッテリからの給電によりエンジンが始動されるが、バッテリ電圧が低いと、バッテリからの給電ではエンジン始動できない。そのため、バッテリ電圧が低い場合には、キック操作等によりエンジンに初期回転が付与され、更にそのエンジン回転により発電機の発電が開始された後、電子制御装置等が起動される。ただし、バッテリ電圧が低い場合には発電機の電力がバッテリに供給されることで電子制御装置の起動が遅れ、エンジンの始動性が低下するといった不都合が生じる。

そこで、例えば特許文献１では、発電機からバッテリに電力を供給する経路の途中にリレースイッチを設け、そのリレースイッチを常開とするとともにバッテリ充電時に電子制御装置により閉状態とするようにしている。エンジン始動時には、リレースイッチによって発電機とバッテリとの間の経路が遮断されるため、発電機からバッテリへの電力供給が行われない。これにより、電子制御装置などに対して発電機から確実に電力が供給され、エンジンの始動性低下が抑制されるようになっている。

また、上記特許文献１の装置では、バッテリと電子制御装置とがイグニッションスイッチを通じて接続されており、更にそれらバッテリと電子制御装置とを接続する経路の途中に発電機が接続されている。かかる構成では、低バッテリ電圧時において、イグニッションスイッチが閉じられることでバッテリに対して電流が流入するおそれがあり、それを回避するために逆流防止ダイオードが設置されている。

しかしながら、ダイオードは順方向電圧を有するため、経路の途中に流入防止用のダイオードが設けられると電圧降下が生じる。すると、エンジン始動を行う際、発電機又はバッテリからの給電により電子制御装置などに印加される電圧がその電圧降下の分だけ低下する。このため、エンジン始動に際し、電子制御装置などへの電力の供給を効率よく行うことができず、エンジンの始動性が低下する。
特開２０００−２９０６１９号公報（図３等）

本発明は、エンジンの始動に際し、エンジン始動に必要な電力の供給を効率良く行い、ひいてはエンジンの始動性低下を抑制することができる車両の電力供給装置を提供することを主たる目的とするものである。

請求項１に記載の発明では、エンジンの回転に伴い発電する発電機とエンジン運転に要する電気負荷（電子制御装置等）とを第１経路により接続するとともに、第１経路と車載バッテリとを第２経路により接続する。そして、第１経路及び第２経路をそれぞれイグニッションスイッチにより開閉するようにした。また、前記第２経路には前記イグニッションスイッチに直列に接続された常開式リレーが設けられており、前記常開式リレーは、前記イグニッションスイッチが閉状態にある場合に該イグニッションスイッチを介して前記バッテリから印加電圧が印加され、前記印加電圧があらかじめ定められた規定値以上であることを条件として閉状態となるようにした。

上記構成では、バッテリの電圧が規定値以上であれば常開式リレーが閉状態とされるため、エンジン始動に際してイグニッションスイッチが閉じられることに伴い、第２経路を介してバッテリから電気負荷に電力供給が行われる。これにより、電気負荷が動作してエンジンの運転が開始される。一方で、バッテリの電圧が規定値より低ければ、常開式リレーが閉状態にならず（開状態のままとなり）、第２経路が遮断されている。したがって、バッテリからの電力供給に代えて、発電機からの電力供給により電気負荷が動作してエンジンの運転が開始される。この場合、バッテリは発電機から切り離されているため、発電機からバッテリに電力供給が行われることはなく、エンジン始動が優先的に行われる。また本構成では、常開式リレーによって第２経路（バッテリと、発電機や電気負荷とを接続する経路）を断続する構成であるため、従来構成のように逆流防止用のダイオードが不要となり、ダイオードの電圧降下により電力の供給効率が低下するといった不都合が生じない。以上により、エンジンの始動に際しエンジン始動に必要な電力の供給を効率良く行い、ひいてはエンジンの始動性低下を抑制することができる。
具体的には、請求項２に記載の発明のように、前記常開式リレーは、前記イグニッションスイッチを介して前記バッテリと直列に接続され、該バッテリからの電圧が前記印加電圧として印加されるソレノイドと、前記第２経路において前記イグニッションスイッチと前記第１経路との間に設けられ、前記印加電圧が前記規定値以上であることを条件として閉状態となる常開式スイッチ手段とを有している、といった構成を採用することができる。

請求項３に記載の発明では、発電機とバッテリとを接続する充電経路の途中に常開式の充電用スイッチ手段を設け、発電機の発電状態に応じて充電用スイッチ手段を閉状態とする。例えば、エンジン回転速度が所定回転速度以上であり、発電機で発生する電力量が大きい場合に、充電用スイッチ手段を閉状態としてバッテリ充電を行わせる。これにより、バッテリ電圧の低下時においてバッテリ充電を好適に行わせることができる。

請求項４に記載の発明では、制御装置は、バッテリからの電圧が第１所定電圧未満であることを条件として充電用スイッチを閉状態にするとともに、バッテリからの電圧が第２所定電圧を超えることを条件として充電用スイッチを開状態にする。制御装置によって充電用スイッチ手段の開閉制御を実施することにより、バッテリ充電に関する制御を適正に行うことができる。

請求項５に記載の発明では、充電用スイッチ手段が閉状態とされている場合に、開放手段によって、第２経路に設けた常開式リレーが開放される。つまり、充電用スイッチ手段が閉状態とされる場合には、バッテリと、発電機や電気負荷とが、第２経路と充電経路との２経路で導通される。この場合、開放手段により常開式リレーが開放されることで第２経路が遮断され、電気経路を１経路、すなわち充電用スイッチ手段が設けられた充電経路のみとすることができる。

以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態は、自動二輪車用のエンジン制御システムへの適用例を説明することとしており、図１に本システムの概要を示す。

図１において、エンジン１０には吸気管１１と排気管１２とが接続され、吸気管１１には燃料噴射弁１３が設けられている。燃料タンク１４内にはインタンク式の燃料ポンプ１５が設けられ、燃料タンク１４内の燃料は燃料ポンプ１５によって汲み上げられるとともに、所定の燃圧に加圧されて燃料噴射弁１３に供給される。また、エンジン１０のシリンダヘッドには点火プラグ１６が設けられており、点火装置１７を通じて点火プラグ１６に高電圧が印加されることにより当該点火プラグ１６の対向電極間に放電火花が発生し、エンジン燃焼室内に吸入された燃料が燃焼に供される。

ＥＣＵ（電子制御ユニット）３０は、エンジン１０の各種制御を実施するための中枢部をなすものであり、このＥＣＵ３０にはエンジン回転速度やエンジン負荷等を検出するためのセンサから各種検出信号が逐次入力される。そして、ＥＣＵ３０は、前記検出信号に基づいてエンジン運転状態を把握するとともにその運転状態に基づいて燃料噴射弁１３、燃料ポンプ１５、点火装置１７の駆動を制御する。

図２に本システムの電気系の構成を示す。図２において、交流発電機２０は、エンジン１０のクランク軸（図示略）に駆動力が付与されることで交流の電力を発電するものであり、具体的には単相マグネト発電機にて構成されている。交流発電機２０で発電される電力によってエンジン１０や車両の運転が行われる。具体的には、ヘッドライトやリアライト等の点灯装置２１が駆動される。また、交流発電機２０の電力はレギュレータ２２によって例えば１４Ｖの直流電圧に調整された後、イグニッションスイッチ２３を介した経路を通電して、ＥＣＵ３０や燃料ポンプ１５などに供給される。なお本実施の形態では、ＥＣＵ３０や燃料ポンプ１５が「エンジン運転に要する電気負荷」に相当する。

イグニッションスイッチ２３は２つのスイッチ片（以下、ＩＧスイッチ片という）２３ａ，２３ｂによって構成されており、交流発電機２０とＥＣＵ３０などとを接続する経路（第１経路）にＩＧスイッチ片２３ａが設けられ、その経路（第１経路）とバッテリ２４とを接続する経路（第２経路）にＩＧスイッチ片２３ｂが設けられている。

ＥＣＵ３０には、レギュレータ２２から供給される電力が電源端子Ｔ１を介して取り込まれる。ＥＣＵ３０において、電源端子Ｔ１には、ダイオード３１を介して蓄電手段としてのコンデンサ３２が接続されており、コンデンサ３２において高電位となる端子側（すなわちダイオード３１のカソード側）は電源ＩＣ３３に接続されている。電源ＩＣ３３は、電源電圧ＶＣＣ（例えば５Ｖ）を生成するための電源回路を構成している。電源ＩＣ３３の出力側にはコンデンサ３４が接続されている。

マイコン３５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭよりなる周知の演算装置を構成するものであり、電源電圧ＶＣＣの供給を受けて動作し、都度のエンジン運転状態等に基づいて燃料噴射弁１３、燃料ポンプ１５、点火装置１７の駆動を最適に制御する。図２には、制御対象として燃料ポンプ１５を示しており、マイコン３５から出力されるポンプ駆動信号によりトランジスタ３６がＯＮされることで、燃料ポンプ１５に対しての通電が行われる。すなわち、トランジスタ３６により燃料ポンプ１５の駆動回路が構成されている。

この場合、通電により燃料ポンプ１５が駆動され、燃料タンク１４内の燃料が燃料配管を通じて汲み上げられるとともに所定の燃圧に加圧され、燃料噴射弁１３に供給される。そして、この状態で燃料噴射弁１３がＯＮ（通電）されると、その燃料噴射弁１３から燃料噴射が行われる。

また、バッテリ２４には、バッテリ電圧を検出するためのバッテリ電圧検出器３７が設けられており、そのバッテリ電圧検出器３７の検出信号がマイコン３５に取り込まれるようになっている。

図２の構成において、ＩＧスイッチ片２３ｂが設けられている経路（第２経路）にはＩＧスイッチ片２３ｂよりＥＣＵ３０側にリレー４１が設けられている。リレー４１は、ＩＧスイッチ片２３ｂに直列に接続された常開式のスイッチ片４１ａと、同じくＩＧスイッチ片２３ｂに直列にかつスイッチ片４１ａに並列に接続されたソレノイド４１ｂを有しており、ソレノイド４１ｂが励磁されることによりスイッチ片４１ａが閉状態とされる、すなわちリレー４１がＯＮされる。このとき、イグニッションスイッチ２３がＯＮ（閉）されると、バッテリ電圧がソレノイド４１ｂに印加される。その際、バッテリ電圧（ソレノイド印加電圧）が所定のリレーＯＮ電圧以上であれば、リレー４１がＯＮされる。リレーＯＮ電圧は例えば６〜８Ｖ程度である。

ＩＧスイッチ片２３ｂが設けられている経路におけるＩＧスイッチ片２３ｂよりバッテリ２４側と、ＩＧスイッチ片２３ａが設けられている経路におけるＩＧスイッチ片２３ａよりレギュレータ２２側とを接続する経路（充電経路）には常開式のリレー４２が設けられている。リレー４２は、常開式のスイッチ片４２ａとソレノイド４２ｂを有しており、マイコン３５によってソレノイド４２が励磁されることによりスイッチ片４２ａが閉状態とされる、すなわちリレー４２がＯＮされる。

ソレノイド４１ｂの電流出力側の端子とグランドとの間には常閉式のリレー４３が設けられている。リレー４３は、常閉式のスイッチ片４３ａとソレノイド４３ｂを有しており、マイコン３５によってソレノイド４３ｂが励磁されることによりスイッチ片４３ａが閉状態とされる、すなわちリレー４３がＯＮされる。以下の説明では便宜上、リレー４１を「第１リレー４１」、リレー４２を「第２リレー４２」、リレー４３を「第３リレー４３」とも言う。

ここで、第１リレー４１はバッテリ電圧に応じてＯＮ／ＯＦＦし、その第１リレー４１のＯＮ／ＯＦＦによりＥＣＵ３０などへの通電経路が切り替えられる。まず、バッテリ電圧がリレーＯＮ電圧以上である場合、イグニッションスイッチ２３がＯＮされると、バッテリ電圧がソレノイド４１ｂに印加されることにより第１リレー４１がＯＮされる。このため、第１リレー４１を介してバッテリ２４からＥＣＵ３０などに電力の供給が行われる。そして、マイコン３５の起動や初期化処理が終了した後、マイコン３５から出力されるポンプ駆動信号により燃料ポンプ１５が駆動される。その後、運転者によりキック操作が行われると、エンジン１０に初期回転が付加され、さらにマイコン３５により燃料噴射弁１３の駆動制御などが行われてエンジン１０の運転が開始される。

一方、バッテリ電圧がリレーＯＮ電圧より低い場合、イグニッションスイッチ２３のＯＮにより、バッテリ電圧がソレノイド４１ｂに印加されても第１リレー４１がＯＮされないため、バッテリ２４からＥＣＵ３０などに電力の供給が行われない。そして、エンジン１０のキック始動に伴って交流発電機２０により発電が開始されると、交流発電機２０からＥＣＵ３０などへの電力供給が行われる。このとき、第１リレー４１がＯＮされていないためバッテリ２４には電力が供給されず、交流発電機２０からＥＣＵ３０などに確実に電力の供給が行われる。そして、電源電圧ＶＣＣがマイコン３５の起動電圧に達するとマイコン３５の起動や初期化処理が行われる。それらの処理終了後、マイコン３５から出力されるポンプ駆動信号により燃料ポンプ１５が始動し、燃料噴射弁１３の駆動制御が行われてエンジン１０の運転が開始される。

上記のように、エンジン１０が始動された後、エンジン１０の運転中はその回転により交流発電機２０から発電される電力が十分に大きくなる。このため、交流発電機２０からの電力によってバッテリ２４の充電が行われる。このバッテリ充電時には、マイコン３５によって第２リレー４２がＯＮに操作され、それにより第２リレー４２を通じてバッテリ充電が行われる。また、このバッテリ充電時には、マイコン３５によって第３リレー４３がＯＮに操作され、それにより第１リレー４１がＯＦＦされる。以下、バッテリ充電時のマイコン３５の処理を図３により説明する。

図３において、まずステップＳ１０１では、エンジン始動完了後であるか否かを判定し、続くステップＳ１０２では、交流発電機２０によるバッテリ充電の実行条件が成立しているか否かを判定する。このとき、エンジン回転速度が所定回転速度（例えば４０００ｒｐｍ）以上であれば、発電量が十分に大きく、バッテリ充電の実行条件が成立しているとする。ステップＳ１０１，Ｓ１０２のいずれかがＮＯ判定の場合はそのまま本処理を終了し、ステップＳ１０１，Ｓ１０２が共にＹＥＳ判定の場合はステップＳ１０３に進む。

ステップＳ１０３では、第２リレー４２がＯＦＦ（スイッチ片４２ａ開）でありかつ第３リレー４３がＯＦＦ（スイッチ片４３ａ閉）であるか否かを判定し、ＹＥＳ判定の場合は、ステップＳ１０４に進み、バッテリ２４の充電が必要であるか否かを判定する。このとき、バッテリ電圧検出器３７の検出信号によりバッテリ電圧を検知し、そのバッテリ電圧が所定電圧未満であるか否かを判定する。ＹＥＳ判定の場合は、ステップＳ１０５に進み、第２リレー４２をＯＮ（スイッチ片４２ａ閉）とするとともに、第３リレー４３をＯＮ（スイッチ片４３ａ開）とする。

ここで、第２リレー４２を通じてバッテリ充電が行われる場合、第３リレー４３がＯＮされることで第１リレー４１がＯＦＦされる。これにより、交流発電機２０からバッテリ２４への給電経路が１つの経路（第２リレー４２を介して導通される経路）に統合される。

ステップＳ１０６では、バッテリ電圧に基づいてバッテリ２４の充電が完了したか否かを判定する。ステップＳ１０３でＮＯ判定の場合は、既にバッテリ２４の充電が開始されている場合のため、ステップＳ１０６に進み、同様の判定を行う。ステップＳ１０６でＹＥＳ判定の場合は、ステップＳ１０７に進み、第２リレー４２をＯＦＦ（スイッチ片４２ａ開）とするとともに第３リレー４３をＯＦＦ（スイッチ片４３ａ閉）として、バッテリ２４の充電を終了する。また、ステップＳ１０４，Ｓ１０６でＮＯ判定の場合は、そのまま本処理を終了する。

従来構成の場合には、低バッテリ電圧時における逆流防止のためにバッテリ２４とＥＣＵ３０などとの間の経路にダイオードが設けられていたため、ダイオードによる電圧降下が生じていた。これに対し本システムでは、低バッテリ電圧時に第１リレー４１によりバッテリ２４とＥＣＵなどとの間の経路が遮断されるため、ダイオードが不要となり電圧降下が生じない。このため、ＥＣＵ３０などへの電力の供給を効率良く行うことができる。

以上詳述した本実施の形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

交流発電機２０とＥＣＵ３０などとを接続する経路（第１経路）と、バッテリ２４とを接続する経路（第２経路）に常開式の第１リレー４１を設け、バッテリ電圧に応じて第１リレー４１を閉状態とするようにしたため、エンジン始動に際してバッテリ電圧が低い場合に、交流発電機２０からＥＣＵ３０などへの給電を優先して行わせることができる。このため、交流発電機２０からＥＣＵ３０に確実に電力を供給することができる。また、バッテリ２４から通じる電気経路に逆流防止用のダイオードを設置する必要がないため、ダイオードの電圧降下による電力供給効率の低下が回避できる。以上により、エンジン１０の始動に際し、エンジン始動に必要な電力の供給を効率よく行い、ひいてはエンジン１０の始動性低下を抑制することができる。

交流発電機２０とバッテリ２４とを接続する経路（充電経路）に常開式の第２リレー４２を設け、ＥＣＵ３０により第２リレー４２を閉状態とするようにしたため、交流発電機２０の発電量やバッテリ電圧に応じて第２リレー４２を閉状態としてバッテリ２４の充電を行うことができる。

ＥＣＵ３０により第３リレー４３をＯＮすることで第１リレー４１をＯＦＦするようにしたため、第２リレー４２を閉状態としている場合に、交流発電機２０からバッテリ２４に電力の供給を行う経路を第２リレー４２を介した経路（充電経路）に統合することができる。

なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施しても良い。

上記実施の形態では、３つのリレー４１，４２，４３を設けたが、これを図４や図５のように変更する。図４では、第３リレー４３を省略し、第１リレー４１と第２リレー４２とを設けている。図４において、バッテリ電圧がリレーＯＮ電圧以上の場合は、イグニッションスイッチ２３のＯＮに伴い第１リレー４１がＯＮされる。これにより、バッテリ２４からＥＣＵなどに電力が供給される。これに対し、バッテリ電圧がリレーＯＮ電圧未満の場合は、イグニッションスイッチ２３がＯＮされても第１リレー４１がＯＮされない。また、第２リレー４２もＯＦＦのまま保持されている。したがって、交流発電機２０とバッテリ２４とは切り離された状態となっており、交流発電機２０からＥＣＵ３０などに電力が供給される際、バッテリ２４には電力が供給されない。そして、エンジン始動完了後にマイコン３５によって第２リレー４２がＯＮされると、交流発電機２０によりバッテリ２４の充電が行われる。故に、図４の構成であっても、エンジン始動に際してバッテリ電圧が低い場合に、交流発電機２０からＥＣＵ３０などへの給電を優先して行わせることができる。

図５では、第２リレー４２と第３リレー４３を省略し、第１リレー４１のみを設けている。図５において、バッテリ電圧がリレーＯＮ電圧以上の場合は、イグニッションスイッチ２３のＯＮに伴い第１リレー４１がＯＮされる。これにより、バッテリ２４からＥＣＵ３０などに電力が供給される。これに対し、バッテリ電圧がリレーＯＮ電圧未満の場合は、イグニッションスイッチ２３がＯＮされても第１リレー４１がＯＮされない。したがって、交流発電機２０とバッテリ２４とは切り離された状態となっており、交流発電機２０からＥＣＵなどに電力が供給される際、バッテリ２４には電力が供給されない。故に、図５の構成であっても、エンジン始動に際してバッテリ電圧が低い場合に、交流発電機２０からＥＣＵ３０などへの給電を優先して行わせることができる。

上記実施の形態では、ＥＣＵ３０によって燃料ポンプ１５への電力供給が制御される構成としたが、これを変更し、ＥＣＵ３０に無関係に燃料ポンプ１５への電力供給が行われる構成としても良い。例えば、燃料ポンプ１５のハイサイドをイグニッションスイッチ２３に接続するとともに、ローサイドを接地する。

本実施の形態におけるエンジン制御システムの概略を示す構成図である。 本システムの電気系の構成を示す図である。 バッテリ充電処理を示すフローチャートである。 別の形態におけるエンジン制御システムの電気系の構成を示す図である。 別の形態におけるエンジン制御システムの電気系の構成を示す図である。

符号の説明

１０…エンジン、１５…燃料ポンプ、２０…交流発電機、２３…イグニッションスイッチ、２４…バッテリ、３０…ＥＣＵ、３７…バッテリ電圧検出器、４１…スイッチ手段としての第１リレー、４２…充電用スイッチ手段としての第２リレー、４３…開放手段としての第３リレー。

Claims (5)

1. エンジンの回転に伴い発電する発電機とエンジン運転に要する電気負荷とを第１経路により接続するとともに、前記第１経路と車載バッテリとを第２経路により接続し、前記第１経路及び前記第２経路をそれぞれイグニッションスイッチにより開閉するようにした車両の電力供給装置において、
   前記第２経路には前記イグニッションスイッチに直列に接続された常開式リレーが設けられており、
   前記常開式リレーは、前記イグニッションスイッチが閉状態にある場合に該イグニッションスイッチを介して前記バッテリから印加電圧が印加され、前記印加電圧があらかじめ定められた規定値以上であることを条件として閉状態となることを特徴とする車両の電力供給装置。
2. 前記常開式リレーは、
   前記イグニッションスイッチを介して前記バッテリと直列に接続され、該バッテリからの電圧が前記印加電圧として印加されるソレノイドと、
   前記第２経路において前記イグニッションスイッチと前記第１経路との間に設けられ、前記印加電圧が前記規定値以上であることを条件として閉状態となる常開式スイッチ手段と、
   を有していることを特徴とする請求項１に記載の車両の電力供給装置。
3. 前記発電機と前記バッテリとを接続する充電経路の途中に常開式の充電用スイッチ手段を設け、前記エンジンの回転速度が所定回転速度以上であることを条件として前記充電用スイッチ手段を閉状態とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両の電力供給装置。
4. 前記エンジンの運転を制御するための制御装置を備え、前記制御装置は、前記バッテリからの電圧が第１所定電圧未満であることを条件として前記充電用スイッチを閉状態にするとともに、前記バッテリからの電圧が第２所定電圧を超えることを条件として前記充電用スイッチを開状態にすることを特徴とする請求項３に記載の車両の電力供給装置。
5. 前記充電用スイッチ手段が閉状態とされる場合に、前記第２経路に設けた前記常開式リレーを開放させる開放手段を備えたことを特徴とする請求項３又は４に記載の車両の電力供給装置。
   

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