JP5662870B2

JP5662870B2 - エンジン発電機の始動制御装置

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Publication number: JP5662870B2
Application number: JP2011110575A
Authority: JP
Inventors: 省二橋本; 木全　隆一; 隆一木全
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2011-05-17
Filing date: 2011-05-17
Publication date: 2015-02-04
Anticipated expiration: 2031-05-17
Also published as: US9086044B2; US20120291739A1; JP2012241562A

Description

この発明はエンジン発電機の始動制御装置に関する。

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モータを備え、そのスタータモータを駆動してエンジンを始動している。

特開２００４−２１８４６７号

特許文献１記載のエンジン発電機は、始動用のスタータモータを必要とする点で構成が複雑となる不都合がある。そこで発電用の巻線に通電してモータとして使用することでエンジンを始動することが考えられるが、エンジンのピストンが圧縮上死点位置以前にあるときは、上死点乗り越しに大きな駆動トルクを必要とするため、始動が困難な場合が生じる。

従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、発電用の巻線に通電してモータとして使用することでエンジンを始動すると共に、エンジンのピストンが圧縮上死点位置以前にあるときも確実に始動するようにしたエンジン発電機の始動制御装置を提供することにある。

上記した課題を解決するために、請求項１にあっては、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の始動制御装置において、バッテリと、前記バッテリの出力を昇圧する昇圧手段と、前記昇圧されたバッテリの出力を前記巻線にモータ駆動電流として通電して前記エンジンを始動するエンジン始動手段と、前記巻線に通電するとき、前記エンジンのピストンが上死点位置以前にあるか否か判定する始動時上死点位置判定手段とを備えると共に、前記エンジン始動手段は、前記巻線に前記モータ駆動電流を通電して前記エンジンを始動するとき、前記エンジンのピストンが前記上死点位置以前にあると判定されるとき、前記モータ駆動電流を前記ピストンが前記上死点位置から離間するにつれて増加するように設定される既定値だけ増加する如く構成した。

請求項２に係るエンジン発電機の始動制御装置にあっては、前記始動時上死点位置判定手段は、前記エンジンが停止されるときのピストン位置を検出して記憶する記憶手段を備え、前記記憶されたピストン位置に基づいて前記巻線に通電するとき、前記エンジンのピストンが前記上死点位置以前にあるか否か判定する如く構成した。

請求項３に係るエンジン発電機の始動制御装置にあっては、前記発電機が、前記エンジンで駆動される発電部に巻回される第１、第２、第３巻線と、前記第１、第２、第３巻線にそれぞれ接続されると共に、直流変換用と交流変換用のスイッチング素子を備え、前記直流変換用のスイッチング素子がオン・オフされるとき、前記第１、第２、第３巻線から出力される交流を直流に変換し、前記交流変換用のスイッチング素子が目標とする出力電圧波形の基準正弦波とキャリアを用いて生成されるＰＷＭ信号に基づいてオン・オフされるとき、前記変換された直流を目標周波数の交流に変換する第１、第２、第３インバータと、前記第１、第２、第３インバータの前記直流変換用と交流変換用のスイッチング素子のオン・オフを制御すると共に、相互に通信自在に接続され、前記第１インバータをマスタとして動作させる第１制御部と前記第２、第３インバータをスレーブとして動作させる第２、第３制御部と、前記第１、第２、第３インバータにそれぞれ接続されて前記交流の出力をＵ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかとして出力する端子群と前記端子群の中性端子とにそれぞれ直列接続される三相出力端子と、前記端子群に並列接続されると共に、前記中性端子に直列接続される単相出力端子と、前記三相出力端子と単相出力端子とを切り替える切替機構と、ユーザの操作自在に設けられる三相／単相切替スイッチとを備えると共に、前記第１、第２、第３制御部は、前記第１インバータの出力を基準として前記第２、第３インバータの出力が前記切替スイッチの出力に応じた三相交流あるいは単相交流となるように前記スイッチング素子のオン・オフを制御するように構成した。

請求項１に係るエンジン発電機の始動制御装置にあっては、バッテリの出力を昇圧して巻線にモータ駆動電流として通電してエンジンを始動すると共に、巻線に通電するとき、エンジンのピストンが上死点位置以前にあるか否か判定し、肯定されるとき、モータ駆動電流をピストンが上死点位置から離間するにつれて増加するように設定される既定値だけ増加する如く構成したので、始動用のスタータモータを不要として構成を簡易にできると共に、エンジンのピストンが圧縮上死点位置以前にあるときは駆動電流をピストンが上死点位置から離間するにつれて増加するように設定される既定値だけ増加することで上死点乗り越しに必要な駆動トルクを発生させることができ、エンジンを確実に始動させることができる。

即ち、単に駆動電流を増加させるのみでは、バッテリに貯留される電気エネルギを不要に消耗すると共に、いわゆる脱調が生じてエンジンの始動が困難となる恐れがあるが、上記したように構成することで、バッテリに貯留される電気エネルギの消費を必要最小限度にすることも可能となる。

請求項２に係るエンジン発電機の始動制御装置にあっては、エンジンが停止されるときのピストン位置を検出して記憶すると共に、記憶されたピストン位置に基づいて巻線に通電するとき、エンジンのピストンが上死点位置以前にあるか否か判定する如く構成したので、ピストン位置が上死点位置以前にあるか否かを簡易かつ精度良く判定することができる。

請求項３に係るエンジン発電機の始動制御装置にあっては、発電機が、エンジンで駆動される発電部に巻回される第１、第２、第３巻線にそれぞれ接続されると共に、直流変換用と交流変換用のスイッチング素子を備え、前記直流変換用のスイッチング素子がオン・オフされるとき、第１、第２、第３巻線から出力される交流を直流に変換し、交流変換用のスイッチング素子が目標とする出力電圧波形の基準正弦波とキャリアを用いて生成されるＰＷＭ信号に基づいてオン・オフされるとき、前記変換された直流を目標周波数の交流に変換する第１、第２、第３インバータと、それらのスイッチング素子のオン・オフを制御すると共に、相互に通信自在に接続され、前記第１インバータをマスタとして動作させる第１制御部と前記第２、第３インバータをスレーブとして動作させる第２、第３制御部と、前記第１、第２、第３インバータにそれぞれ接続されて交流の出力をＵ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかとして出力する端子群に接続される三相出力端子と単相出力端子と、三相出力端子と単相出力端子とを切り替える切替機構と、ユーザの操作自在に設けられる三相／単相切替スイッチとを備えると共に、第１、第２、第３制御部は、第１インバータの出力を基準として第２、第３インバータの出力が切替スイッチの出力に応じた三相交流あるいは単相交流となるようにスイッチング素子のオン・オフを制御するように構成したので、上記した効果に加え、ユーザなどによって操作可能な切替スイッチの出力に応じて所望の電圧の三相交流と単相交流を選択的かつ確実に出力することができる。

この発明の実施例に係るエンジン発電機（インバータ発電機）の始動制御装置を全体的に示すブロック図である。図１のエンジン発電機のエンジンのクランクケースの平面図である。図１のエンジン発電機のインバータ部の構成を詳細に示す回路図である。図１のエンジン発電機のインバータ部の動作を説明する説明図である。図１のエンジン発電機のフィルタ部の構成を詳細に示す回路図である。同様に図１のエンジン発電機のフィルタ部の構成を詳細に示す回路図である。図１のエンジン発電機のエンジン制御部の動作を示す説明図である。図７の動作による三相出力から単相出力への切替を示すタイム・チャートである。図７の動作による単相出力から三相出力への切替を示すタイム・チャートである。図１のエンジン制御部によるエンジンの始動・停止時、より具体的には停止時の制御を示すフロー・チャートである。図１のエンジン制御部によるエンジンの始動・停止時、より具体的には始動時の制御を示すフロー・チャートである。図１１のエンジンの始動時の制御で使用される電流値（デューティ比）を示す説明図である。

以下、添付図面に即してこの発明に係るエンジン発電機の始動制御装置を実施するための形態について説明する。

図１はこの発明の実施例に係るエンジン発電機の始動制御装置を全体的に示すブロック図である。

図１において符号１０はエンジン発電機を示す。エンジン発電機はインバータ発電機として構成されるので、以下エンジン発電機１０をインバータ発電機という。

インバータ発電機１０はエンジン（内燃機関）１２を備え、５ｋＷ（交流１００Ｖで５０Ａ）程度の定格出力を有する。エンジン１２はガソリンを燃料とする、吸入、圧縮、爆発、排気の４行程からなる火花点火式の空冷エンジンである。

エンジン１２の吸気管１２ａにはスロットルバルブ１２ｂとチョークバルブ１２ｃが配置される。スロットルバルブ１２ｂはステップ（スロットル）モータ１２ｄに接続される。またチョークバルブ１２ｃもチョークモータ（同様にステップモータからなる）１２ｅに接続される。

エンジン１２は１２Ｖ程度の容量を有するバッテリ１４を備え、ステップモータ１２ｄとチョークモータ１２ｅはバッテリ１４から通電されるとき、スロットルバルブ１２ｂとチョークバルブ１２ｃを駆動して開閉する。エンジン１２は発電部（「ＡＬＴ」と示す）１６を備える。

図２は図１に示すエンジン１２のクランクケース１２ｆの平面図である。

図示の如く、発電部１６はクランクケース１２ｆに固定されたステータ１６ａと、その回りに回転自在に配置される、フライホイールを兼用するロータ１６ｂからなる。

ステータ１６ａは３０個の突起を備え、そのうちの２７個には３組のＵ，Ｖ，Ｗ相からなる三相の出力巻線（メイン巻線）１８が巻回されると共に、３個には１組の同様にＵ，Ｖ，Ｗからなる三相の出力巻線（サブ巻線）２０が巻回される。３組の出力巻線１８は１８ａ，１８ｂ，１８ｃからなる。

ステータ１６ａの外側に配置されるロータ１６ｂの内部には、出力巻線１８，２０と対向するように複数対の永久磁石１６ｂ１が径方向に着磁された磁極を交互させて取着される。

発電部１６においては、ステータ１６ａの回りをロータ１６ｂの永久磁石が回転することにより、２７個の三相の出力巻線１８（より具体的には１８ａ，１８ｂ，１８ｃ）からＵ相、Ｖ相、Ｗ相からなる交流電力が出力（発電）されると共に、３個のサブ巻線２０からも同様に各相の交流電力が出力される。

図１に戻って説明を続けると、この実施例に係るインバータ発電機１０の始動制御装置は、大別すると、発電部１６に巻回された出力巻線１８と、インバータ部（「ＩＮＶ」と示す）２２と、フィルタ部（「Ｆｉｌｔｅｒ」と示す）２４と、出力部（「ＯＵＴ」と示す）２６と、エンジン制御部（「ＥＣＵ」と示す）２８と、制御パネル部（「ＣｏｎｔｒｏｌＰａｎｅｌ」と示す）３０を備える。ＥＣＵ（Electronic Control Unit）は電子制御ユニットを意味し、後述するようにＣＰＵを備える。このように、インバータ発電機１０は、エンジン１２で駆動される発電部１６に巻回される巻線（出力巻線）１８の出力に基づいて電力を発電するエンジン発電機として構成される。

図示の如く、この実施例に係るインバータ発電機１０において特徴的なことは、３組（３個）の単相インバータ発電機を並列に接続すると共に、その出力から三相交流と単相交流を選択的かつ確実に出力可能としたことにある。

即ち、インバータ発電機１０は、並列接続された、第１、第２、第３の出力巻線１８ａ，１８ｂ，１８ｃからなる３組の巻線と、第１、第２、第３インバータ（インバータ部あるいはインバータ発電機）２２ａ，２２ｂ，２２ｃからなる３組のインバータを備えたインバータ部２２と、第１、第２、第３フィルタ２４ａ，２４ｂ，２４ｃからなる３組のフィルタを備えたフィルタ部２４と、三相出力端子２６ｅと単相出力端子２６ｆとを備えた出力部２６と、エンジン１２の動作を制御するエンジン制御部２８と、１個の制御パネル部３０とを備える。

インバータ部２２などは具体的にはエンジン１２の適宜位置に設けられたケース内に収容されたプリントボード上に搭載された半導体チップなどから構成されると共に、制御パネル部３０はエンジン１２の適宜位置に設けられる半導体チップとそれに接続されるパネルから構成される。

それぞれ３組からなる、出力巻線１８とインバータ部２２とフィルタ部２４と出力部２６は、図示の如く、共通する添え字ａ，ｂ，ｃを付された組同士が対応して接続されるように構成される。

インバータ部２２を構成する第１、第２、第３のインバータ２２ａ，２２ｂ，２２ｃはそれぞれ、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）とＳＣＲ（サイリスタ）一体型のパワーモジュール２２ａ１，２２ｂ１，２２ｃ１と、３２ビットのＣＰＵ２２ａ２（第１制御部）、２２ｂ２（第２制御部）、２２ｃ２（第３制御部）と、発電出力の電圧と電流を検出する電圧・電流センサなどの各種のセンサ（図示せず）を備える。ＣＰＵ２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２は通信線２８ｄで相互に通信自在に接続される。

図３はインバータ部２２の構成を詳細に示す回路図である。以下、組ａを例にとって説明するが、各組の構成は基本的には同じであるので、組ａについての説明は組ｂ，ｃについても妥当する。

図３に示す如く、パワーモジュール２２ａ１は、３個のＳＣＲ（サイリスタ（直流変換用のスイッチング素子））とＤＩ（ダイオード）がブリッジ接続された混合ブリッジ回路２２ａ１１と、４個のＦＥＴ（電界効果トランジスタ（交流変換用のスイッチング素子））がＨブリッジ接続されたＨブリッジ回路２２ａ１２から構成される。

発電部１６に巻回された出力巻線１８ａのＵ相端子１８ａ１、Ｖ相端子１８ａ２、Ｗ相端子１８ａ３から出力（発電）された三相の交流電力は対応する第１インバータ２２ａに入力され、そのパワーモジュール２２ａ１の混合ブリッジ回路２２ａ１１においてＳＣＲとＤＩの中点に入力される。

混合ブリッジ回路２２ａ１１においてＳＣＲのゲートはドライバ回路（図示せず）を介してバッテリ１４に接続される。バッテリ１４からのドライバ回路を介しての通電（オン。導通（点弧））と通電停止（オフ（非導通））はＣＰＵ２２ａ２によって制御される。

即ち、ＣＰＵ２２ａ２は、電圧・電流センサなどの各種のセンサの出力に基づき、ＳＣＲのゲートを目標とする出力電圧に応じた導通角（点弧角）で導通（点弧）し、出力巻線１８ａから入力される交流を目標とする出力電圧の直流に変換する。

混合ブリッジ回路２２ａ１１からの直流出力はＦＥＴのＨブリッジ回路２２ａ１２に入力される。Ｈブリッジ回路２２ａ１２にあっては、ＦＥＴがバッテリ１４に接続されると共に、ＣＰＵ２２ａ２によってその通電（オン（導通））と通電停止（オフ（非導通））が制御されることで、入力された直流出力を所定周波数（例えば５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚの商用周波数）の交流に変換する。

図４は、Ｈブリッジ回路２２ａ１２の動作を説明する説明図である。

即ち、ＣＰＵ２２ａ２は、同図に示す如く、目標とする出力電圧波形の所定周波数（即ち、商用周波数５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚ）の基準正弦波（信号波。上部に実線で示す）を生成し、生成された基準正弦波を入力してコンパレータ（図示せず）でキャリア（例えば２０ｋＨｚの搬送波）と比較してＰＷＭ（Pulse Width Modulation。パルス幅変調）信号を生成し、生成されたＰＷＭ信号に基づいてＨブリッジ回路２２ａ１２のＦＥＴをオン・オフする。

図４において下部の破線が目標とする出力電圧波形を示す。尚、ＰＷＭ信号（ＰＷＭ波形）の周期Ｔ（ステップ）は実際には遥かに短いが、理解の便宜のため、同図では誇張して示す。

インバータ部２２はフィルタ部２４に接続される。

フィルタ部２４は高調波除去用のＬＣフィルタ（ローパスフィルタ）２４ａ１，２４ｂ１，２４ｃ１とノイズ除去用のノイズフィルタ２４ａ２，２４ｂ２，２４ｃ２を備え、インバータ部２２で変換された交流出力は、ＬＣフィルタ２４ａ１，２４ｂ１，２４ｃ１とノイズフィルタ２４ａ２，２４ｂ２，２４ｃ２に入力されて高調波やノイズが除去される。

図５にＬＣフィルタ２４ａ１の回路構成を、図６にノイズフィルタ２４ａ２の回路構成を示す。図示は省略するが、ＬＣフィルタ２４ｂ１，２４ｃ１とノイズフィルタ２４ｂ２，２４ｃ２の回路構成も同様である。

インバータ部２２は、フィルタ部２４を介して出力部２６に接続される。

図１に示す如く、出力部２６は、第１、第２、第３インバータ２２ａ，２２ｂ，２２ｃにそれぞれ接続されて交流の出力をＵ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかとして出力する端子群２６ａ，２６ｂ，２６ｃと前記端子群の中性端子２６ｄとにそれぞれ直列接続される三相出力端子２６ｅと、前記端子群に並列接続されると共に、前記中性端子に直列接続される単相出力端子２６ｆとを備える。

より具体的には、出力部２６は、第１インバータ２２ａに接続されて交流の出力をＵ相として出力するＵ相端子２６ａと、第２インバータ２２ｂに接続されて交流の出力をＶ相として出力するＶ相端子２６ｂと、第３インバータ２２ｃに接続されて交流の出力をＷ相として出力するＷ相端子２６ｃと、中性のＯ相端子（中性点）２６ｄとにそれぞれ直列接続される（４線の）三相出力端子２６ｅを備える。

さらに、出力部２６は、Ｕ相端子２６ａとＶ相端子２６ｂとＷ相端子２６ｃに並列接続されると共に、前記Ｏ相端子２６ｄに直列接続される（２線の）単相出力端子２６ｆと、三相出力端子２６ｅと単相出力端子２６ｆとを切り替える切替機構２６ｇとを備える。

三相出力端子２６ｅと単相出力端子２６ｆはコネクタ（図示せず）などを介して電気負荷３２に接続される。

エンジン制御部２８は３２ビットのＣＰＵ２８ｃを備えてエンジン１２の動作を制御すると共に、ＣＡＮ（Control Area Network）ＢＵＳ（バス）２８ａとＣＡＮＩ／Ｆ（Interface）２８ｂを通じてインバータ２２ａ，２２ｂ，２２ｃのＣＰＵ２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２（第１、第２、第３制御部）に通信自在に接続される。前記した出力巻線（サブ巻線）２０の出力は、これらＣＰＵ２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２，２８ｃに動作電源として供給される。

エンジン制御部２８はさらに、出力巻線１８ｃを発電機（ジェネレータ）としての動作に加えてエンジン１２の始動装置（スタータ）として動作させる、スタータ・ジェネレータ・ドライバ（ＳＴＧＤＲＶ）２８ｄを備える。即ち、この実施例においては出力巻線１８ａ，１８ｂ，１８ｃのいずれか（例えば出力巻線１８ｃ）に通電して発電部１６を電動機としても動作させるように構成される。

スタータ・ジェネレータ・ドライバ２８ｄは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８ｄ１を備える。ＤＣ／ＤＣコンバータ２８ｄ１は、後述するようにＣＰＵ２８ｃの指示に従い、バッテリ１４の出力を２００Ｖ程度に昇圧してスタータ・ジェネレータ・ドライバ（ＳＴＧＤＲＶ）２８ｄを介して出力巻線１８ｃに通電し、発電部１６のロータ１６ｂをステータ１６ａに対して回転させることでエンジン１２を始動する。

エンジン制御部２８はさらに、出力巻線１８ｃのＵ相端子に接続されてその出力からエンジン１２の回転数を検出する回転数検出回路２８ｅと、通信（ＣＯＭ）Ｉ／Ｆ２８ｆと、センサ（Ｓｅｎｓｏｒ）Ｉ／Ｆ２８ｇと、ディスプレイ（ＤＩＳＰ）Ｉ／Ｆ２８ｈと、ＳＷ（スイッチ）Ｉ／Ｆ２８ｉと、ステップモータ１２ｄを駆動するためのドライバ回路２８ｊと、チョークモータ１２ｅを駆動するためのドライバ回路２８ｋと、点火装置（図示せず）を駆動する点火ドライバ回路２８ｌを備える。

エンジン制御部２８はまたＴＤＣ検出回路２８ｍを備える。

即ち、発電部１６にはロータ１６ｂに取着された（円周方向に間隔をおいて複数個の突起を有する）ディスクとステータ１６ａに配置された磁気ピックアップからなるパルサ１６ｃが配置され、エンジン１２のピストンがＴＤＣ（上死点）にあるときに連続して２個のパルス信号（例えばＴＤＣとＡＴＤＣ１０度でそれぞれパルス信号）を出力すると共に、ＡＴＤＣ９０度とＢＤＣ（下死点）とＢＴＤＣ９０度にあるときにそれぞれ１個のパルス信号を出力する。

ＴＤＣ検出回路２８ｍは、パルサ１６ｃから出力信号を入力してエンジン１２のＴＤＣを含むピストン位置を検出する。またＣＰＵ２８ｃは、エンジン１２の停止後も記憶内容を保持する不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ（登録商標））２８ｃ１を備える。

ＣＰＵ２８ｃは、電気負荷３２に供給すべき交流出力に応じて算出される目標回転数となるようにスロットルバルブ１２ｂの開度を決定し、ドライバ回路２８ｊを介してステップモータ１２ｄに供給し、その動作を制御する。

制御パネル部３０は、エンジン１２と別体に設けられてユーザが持ち歩き可能なリモートコントロールボックス（図示せず）に無線（あるいは有線）を介して接続されるリモート（Ｒｅｍｏｔｅ）Ｉ／Ｆ３０ａと、ＬＥＤ３０ｂと、ＬＣＤ３０ｃと、ユーザによって操作自在な、インバータ発電機１０の運転（始動）・停止を指示するＫＥＹスイッチ（メインスイッチ）３０ｄと、インバータ発電機１０の出力の三相交流と単相交流の間の切替を指示する三相／単相の切替スイッチ３０ｅを備える。

制御パネル部３０とエンジン制御部２８は無線（あるいは有線）を介して通信自在に接続され、エンジン制御部２８は制御パネル部３０のＫＥＹスイッチ３０ｄと切替スイッチ３０ｅの出力をスイッチＩ／Ｆ２８ｉを介して入力し、ディスプレイＩ／Ｆ２８ｈを介して制御パネル部３０のＬＥＤ３０ｂとＬＣＤ３０ｃの点滅を制御する。

図７はエンジン制御部２８の動作を説明する説明図である。

この実施例に係るインバータ発電機においては前記したように所望の電圧の三相交流と単相交流を選択的に出力可能とすることから、この実施例にあってはインバータ部２２を３組の単相インバータ（第１、第２、第３インバータ）２２ａ，２２ｂ，２２ｃから構成すると共に、エンジン制御部２８のＣＰＵ２８ｃは、切替スイッチ３０ｅの出力に応じて出力部２６の切替機構２６ｇを動作させると共に、ＣＰＵ２２ａ、２２ｂ、２２ｃに通信し、ＣＰＵ２２ａ、２２ｂ、２２ｃで切替スイッチ３０ｅの出力に応じた三相出力端子あるいは単相出力端子を出力するようにした。

また、この実施例にあっては、インバータ部２２において３組の単相インバータ２２ａ，２２ｂ，２２ｃの一つ、例えば２２ａをマスタ、残りをスレーブとし、それら３組のＣＰＵ２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２は、三相交流を出力するとき、同図に示す如く、マスタ側のＵ相端子２６ａからの出力を基本としてスレーブ側の２６ｂ，２６ｃからのＶ相、Ｗ相出力が位相をそれぞれ１２０度ずつずらすようにインバータ部２２の動作を制御するようにした。

他方、単相交流への切替が指示されていると判断されるとき、ＣＰＵ２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２は、マスタ側のＵ相端子２６ａからの出力を基本としてスレーブ側の２６ｂ，２６ｃからのＶ相、Ｗ相出力が位相において一致するようにインバータ部２２の動作を制御して単相出力端子２６ｆから単相交流を出力することとする。

図８はこの実施例における三相から単相出力への切り替えを示す波形図、図９はその逆の場合の切り替えを示す波形図である。ユーザが制御パネル部３０の切替スイッチ３０ｅを操作することにより、図示の如く、所望の電圧の三相交流と単相交流が選択的に出力される。

図１０と図１１は、エンジン制御部２８のＣＰＵ２８ｃによるエンジンの始動・停止時の制御始動・停止時、より具体的には図１０は停止時、図１１は始動時の制御を示すフロー・チャートである。

図７から図９を参照して説明した特徴に加え、この実施例にあってエンジン制御部２８のＣＰＵ２８ｃはスタータ・ジェネレータ・ドライバ２８ｄを介してエンジン１２の始動を制御する始動制御装置としても動作するようにした。

図１０はエンジン制御部２８のＣＰＵ２８ｃのエンジン１２が始動された後、停止されるまでの間に行なう処理を示す。

以下説明すると、Ｓ１０においてエンジン１２が運転される間はパルサ１６ｃの出力信号からＴＤＣを検出し、Ｓ１２でエンジン１２が停止されるか否か判断し、否定されるときはＳ１０に戻る。

一方、Ｓ１２で肯定されるときはＳ１４に進み、パルサ１６ｃの出力信号からエンジン１２の停止時のピストン位置を検出（推定）して不揮発性メモリ２８ｃ１に記憶（格納する）。

即ち、前記した如く、パルサ１６ｃからはクランク角において９０度ごとにパルス信号が１個出力されると共に、ＴＤＣ位置ではパルス信号が２個連続して出力されることから、それから停止時のピストン位置を例えばＢＴＤＣ９０度とＴＤＣの間、ＡＴＤＣ９０度とＢＤＣの間などと検出（推定）することができる。Ｓ１４ではそのようにしてピストン位置を検出して不揮発性メモリ２８ｃ１に記憶する。

図１１は操作者によるＫＥＹスイッチ３０ｄのオンに応じてバッテリ１４からエンジン制御部２８のＣＰＵ２８ｃに電源が供給されて処理を開始する。

尚、この実施例においては上に述べた如く、ＣＰＵ２８ｃは、エンジン１２を始動するとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８ｄ１を動作させてバッテリ１４の出力を２００Ｖ程度に昇圧し、スタータ・ジェネレータ・ドライバ２８ｄを介して出力巻線１８ｃに通電し、発電部１６のロータ１６ｂをステータ１６ａに対して回転させることでエンジン１２を始動する。

図１１の処理にあってはＳ１００においてエンジン１２の前回停止時のピストン位置を不揮発性メモリ２８ｃ１から読み出し、Ｓ１０２に進み、検出されたピストン位置がＴＤＣ乗り越し前、より正確にはＴＤＣ以前（ＢＴＤＣ）からＢＤＣ以後の間にあるか否か判定する。

Ｓ１０２で否定されるときはＳ１０４に進み、スタジェネ駆動用初期電流値、即ち、スタータ・ジェネレータ・ドライバ２８ｄを介して出力巻線１８ｃに供給する初期電流値を通常設定とする一方、肯定されるときはＳ１０６に進み、その初期電流値に既定値だけ増分設定する。初期電流値はより具体的には図４に示すＰＷＭ制御のオン時間（デューティ比［％］）として設定される。

図１２（ａ）は初期電流値の通常設定値、同図（ｂ）は増分設定値を示す説明図である。

上記を説明すると、出力巻線１８に通電してモータとして使用することでエンジン１２を始動する場合、エンジン１２のピストンがＴＤＣ（圧縮上死点位置）以前にあるときは、上死点乗り越しに大きな駆動トルクを必要とするため、始動が困難な場合が生じる。

そこでこの実施例においてはエンジン１２の前回停止時のピストン位置からピストン位置がＴＤＣ（乗り越し）前か否か判断し、否定されるときは電流値を通常設定とする。図１２（ａ）に示す如く、通常設定値は３０［％］から開始し、エンジン回転数ＮＥが上昇するにつれて７０［％］まで増加するように設定される。

一方、肯定されるときは既定値だけ増分設定することとする。具体的には図１２（ｂ）に示す如く、既定値だけ増分設定する。より具体的には、クランク角がＴＤＣから離間するにつれて前記増分を増加、例えばクランク角９０度（ＢＴＤＣ１度付近からＢＴＤＣ９０度付近）にあるときは５［％］、クランク角１８０度（ＢＴＤＣ８９度付近からＢＤＣ付近）にあるときは１５［％］とする。

Ｓ１０６の処理においてはこの増分（即ち、既定値だけ増分設定された値）が通常設定に加算される。

次いでＳ１０８に進み、決定された設定値で駆動開始（通電開始）し、Ｓ１１０に進み、パルサ１６ｃの出力からエンジン１２のピストンがＴＤＣを乗り越したか否か判断し、否定されるときはＳ１０８に戻る一方、肯定されるときはＳ１１２に進み、通常設定値で駆動、即ち、増分の追加を停止する。

上記した如く、この実施例にあっては、エンジン１２で駆動される発電部１６に巻回される巻線（出力巻線）１８の出力に基づいて電力を発電するエンジン発電機（インバータ発電機）１０の始動制御装置において、バッテリ１４と、前記バッテリの出力を昇圧する昇圧手段（ＤＣ／ＤＣコンバータ）２８ｄ１と、前記昇圧されたバッテリの出力を前記巻線に（スタータ・ジェネレータ・ドライバ２８ｄを介して）モータ駆動電流として通電して前記エンジンを始動するエンジン始動手段（ＣＰＵ２８ｃ）と、前記巻線に通電するとき、前記エンジン１２のピストンが上死点（ＴＤＣ）位置以前にあるか否か判定する始動時上死点位置判定手段（Ｓ１０２）とを備えると共に、前記エンジン始動手段は、前記巻線に前記モータ駆動電流を通電して前記エンジンを始動するとき、前記エンジンのピストンが前記上死点位置以前にあると判定されるとき、前記モータ駆動電流を前記ピストンが前記上死点位置から離間するにつれて増加するように設定される既定値だけ増加する（Ｓ１０６）如く構成したので、始動用のスタータモータを不要として構成を簡易にできると共に、エンジン１２のピストンが圧縮上死点（ＴＤＣ）位置以前にあるときは駆動電流（より具体的にはＰＷＭ制御のデューティ比）をピストンが上死点位置から離間するにつれて増加するように設定される既定値だけ増加することで上死点乗り越しに必要な駆動トルクを発生させることができ、エンジン１２を確実に始動させることができる。

即ち、単に駆動電流を増加させるのみでは、バッテリ１４に貯留される電気エネルギを不要に消耗すると共に、いわゆる脱調が生じてエンジン１２の始動が困難となる恐れがあるが、上記したように構成することで、バッテリ１４に貯留される電気エネルギの消費を必要最小限度にすることも可能となる。

また、図１２（ｂ）に示す如く、モータ駆動電流をエンジン１２のピストンが上死点位置以前において上死点位置から離間するにつれて増加するように設定される既定値だけ増加する如く構成したので、上記した効果に加え、バッテリ１４に貯留される電気エネルギの消費を一層減少させることができる。

また、前記始動時上死点位置判定手段は、前記エンジン１２が停止されるときのピストン位置を検出して記憶する記憶手段（不揮発性メモリ２８ｃ１，Ｓ１２，Ｓ１４）を備え、前記記憶されたピストン位置に基づいて前記巻線に通電するとき、前記エンジン１２のピストンが前記上死点位置以前にあるか否か判定する如く構成したので、ピストン位置が上死点位置以前にあるか否かを簡易かつ精度良く判定することができる。

また、前記発電機が、前記エンジン１２で駆動される発電部１６に巻回される第１、第２、第３巻線（出力巻線１８ａ，１８ｂ，１８ｃ）と、前記第１、第２、第３巻線にそれぞれ接続されると共に、直流変換用と交流変換用のスイッチング素子（ＳＣＲ，ＦＥＴ）を備え、前記直流変換用のスイッチング素子がオン・オフされるとき、前記第１、第２、第３巻線から出力される交流を直流に変換し、前記交流変換用のスイッチング素子が目標とする出力電圧波形の基準正弦波とキャリアを用いて生成されるＰＷＭ信号に基づいてオン・オフされるとき、前記変換された直流を目標周波数の交流に変換する第１、第２、第３インバータ２２ａ，２２ｂ，２２ｃと、前記第１、第２、第３インバータの前記直流変換用と交流変換用のスイッチング素子のオン・オフを制御すると共に、相互に通信自在に接続され、前記第１インバータをマスタとして動作させる第１制御部（ＣＰＵ２２ａ２）と前記第２、第３インバータをスレーブとして動作させる第２、第３制御部（２２ｂ２，２２ｃ２）と、前記第１、第２、第３インバータにそれぞれ接続されて前記交流の出力をＵ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかとして出力する端子群２６ａ，２６ｂ，２６ｃと前記端子群の中性端子２６ｄとにそれぞれ直列接続される三相出力端子２６ｅと、前記端子群に並列接続されると共に、前記中性端子に直列接続される単相出力端子２６ｆと、前記三相出力端子と単相出力端子とを切り替える切替機構２６ｇと、ユーザの操作自在に設けられる三相／単相切替スイッチ３０ｅとを備えると共に、前記第１、第２、第３制御部は、前記第１インバータの出力を基準として前記第２、第３インバータの出力が前記切替スイッチの出力に応じた三相交流あるいは単相交流となるように前記スイッチング素子のオン・オフを制御するように構成したので、上記した効果に加え、ユーザなどによって操作可能な切替スイッチの出力に応じて所望の電圧の三相交流と単相交流を選択的かつ確実に出力することができる。

尚、上記においてエンジン発電機としてインバータ発電機を示したが、それに限られるものではなく、この発明は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発電機であれば、どのようなものであっても良い。

１０エンジン発電機（インバータ発電機）、１２エンジン（内燃機関）、１４バッテリ、１６発電部、１６ａステータ、１６ｂロータ、１６ｃパルサ、１８出力巻線（メイン巻線。巻線）、１８ａ第１巻線、１８ｂ第２巻線、１８ｃ第３巻線、２０出力巻線（サブ巻線）、２２インバータ部、２２ａ第１インバータ、２２ａ１パワーモジュール、２２ａ２ＣＰＵ（第１制御部）、２２ｂ第２インバータ、２２ｂ１パワーモジュール、２２ｂ２ＣＰＵ（第２制御部）、２２ｃ第３インバータ、２２ｃ１パワーモジュール、２２ｃ２ＣＰＵ（第３制御部）、２４フィルタ部（フィルタ）、２６出力部、２６ａＵ相端子、２６ｂＶ相端子、２６ｃＷ相端子、２６ｄＯ相端子、２６ｅ三相出力端子、２６ｆ単相出力端子、２６ｇ切替機構、２８エンジン制御部、２８ｃＣＰＵ、３０制御パネル部、３０ｄＫＥＹスイッチ、３０ｅ切替スイッチ、３２負荷（電気負荷）

Claims

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の始動制御装置において、バッテリと、前記バッテリの出力を昇圧する昇圧手段と、前記昇圧されたバッテリの出力を前記巻線にモータ駆動電流として通電して前記エンジンを始動するエンジン始動手段と、前記巻線に通電するとき、前記エンジンのピストンが上死点位置以前にあるか否か判定する始動時上死点位置判定手段とを備えると共に、前記エンジン始動手段は、前記巻線に前記モータ駆動電流を通電して前記エンジンを始動するとき、前記エンジンのピストンが前記上死点位置以前にあると判定されるとき、前記モータ駆動電流を前記ピストンが前記上死点位置から離間するにつれて増加するように設定される既定値だけ増加することを特徴とするエンジン発電機の始動制御装置。
前記始動時上死点位置判定手段は、前記エンジンが停止されるときのピストン位置を検出して記憶する記憶手段を備え、前記記憶されたピストン位置に基づいて前記巻線に通電するとき、前記エンジンのピストンが前記上死点位置以前にあるか否か判定す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制御装置。
前記発電機が、前記エンジンで駆動される発電部に巻回される第１、第２、第３巻線と、前記第１、第２、第３巻線にそれぞれ接続されると共に、直流変換用と交流変換用のスイッチング素子を備え、前記直流変換用のスイッチング素子がオン・オフされるとき、前記第１、第２、第３巻線から出力される交流を直流に変換し、前記交流変換用のスイッチング素子が目標とする出力電圧波形の基準正弦波とキャリアを用いて生成されるＰＷＭ信号に基づいてオン・オフされるとき、前記変換された直流を目標周波数の交流に変換する第１、第２、第３インバータと、前記第１、第２、第３インバータの前記直流変換用と交流変換用のスイッチング素子のオン・オフを制御すると共に、相互に通信自在に接続され、前記第１インバータをマスタとして動作させる第１制御部と前記第２、第３インバータをスレーブとして動作させる第２、第３制御部と、前記第１、第２、第３インバータにそれぞれ接続されて前記交流の出力をＵ相，Ｖ相、Ｗ相のいずれかとして出力する端子群と前記端子群の中性端子とにそれぞれ直列接続される三相出力端子と、前記端子群に並列接続されると共に、前記中性端子に直列接続される単相出力端子と、前記三相出力端子と単相出力端子とを切り替える切替機構と、ユーザの操作自在に設けられる三相／単相切替スイッチとを備えると共に、前記第１、第２、第３制御部は、前記第１インバータの出力を基準として前記第２、第３インバータの出力が前記切替スイッチの出力に応じた三相交流あるいは単相交流となるように前記スイッチング素子のオン・オフを制御するように構成した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制御装置。