CN101399460A - 发电控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的发电控制装置，通过减小发电负荷所产生的转矩变动，从而进行最低限的发电。根据从曲轴转角传感器(12)输入的间距信号，检测以引擎转速(Ne)和上止点为基准的曲轴转角。在充电期间存储单元(17)中，用引擎转速(Ne)的函数对应于在整个循环中摩擦力较小的行程，预先存储了多个长度的充电期间。充电期间判定单元(18)比较曲轴转角和充电期间，在判断为当前的曲轴转角为预定的充电期间时，将充电控制信号输入到“与”门(104)。由调整电压控制模块(102)所决定的占空比被设定在占空比设定单元(103)，在“与”门(104)开启时输入到开关电路(7)。
Description
技术领域
本发明涉及发电控制装置，特别涉及控制为仅在引擎的摩擦力小的预定区域将引擎发电机的输出电流提供给电池或负荷的发电控制装置。
背景技术
二轮摩托车或四轮汽车等，由引擎驱动的车辆具有由引擎驱动的发电机，用于提供车辆中的使用电力的电池由该发电机的输出电流而被充电。此外，一般，车载发电机兼用作引擎启动用电机。
已知，车载发电机所产生的发电量根据引擎的负荷而可变控制。例如在(日本)特表平3-504407号公报中，提出了一种电池充电方法，在电池电压达到规定电平时停止发电功能的交流发电机式电池充电方法中，在对引擎施以较重负荷的情况下，即使电池没有充电到规定电平，也使交流发电机的发电功能停止或者降低，从而防止了引擎的效率下降。
此外，在(日本)特开平3-212200号公报中，提出了一种控制装置，在根据电负荷状态、或适用于汽车时的汽车的运行状态来控制励磁线圈电流的装置中，在发生碰撞(knock)时控制发电机的励磁电流，或停止励磁电流。
[专利文献1](日本)特表平3-504407号公报
[专利文献2](日本)特开平3-212200号公报
在专利文献1或2中记载的以往的发电控制装置或者充电控制装置中，在负荷大时，可限制发电量来减轻引擎的负荷。另一方面，在四循环引擎中，根据各循环(行程)而摩擦力(引擎工作时，在引擎的功能上，与活塞移动的方向相反方向作用的力)不同，所以即使不考虑该摩擦力，仅用施加在引擎整体的负荷状态来控制发电量，也很难减轻行程之间的摩擦力不同所产生的转矩变动。
尤其是，在引擎在低转速区域运行的情况下，因整体的输出转矩小，所以即使限制了发电量，也存在因各行程之间的摩擦力的不同所产生的转矩变动而导致引擎旋转缺乏平滑性的情况。即，存在即使仅依赖于一般的负荷状态来控制发电量，也无法大幅地改善引擎旋转的平滑性的情况。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种发电控制装置，通过考虑了各行程的摩擦力来控制发电量，可以实现特别在低转速区域的转矩的平滑化。
为了达到上述目的，本发明的第一特征在于，用于由四循环引擎所驱动的发电机，所述发电控制装置包括：开关电路，控制发电机的输出电流；以及发电期间控制部件，使所述开关电路仅在引擎的四个循环(cycle)中的预先设定的发电期间工作，所述发电期间被设定在引擎的四个循环中从爆发循环到进气循环为止的期间中。
此外，本发明的第二特征在于，设定所述发电期间，使得根据引擎转速，引擎转速越低，越转移到爆发循环侧且被缩短。
此外，本发明的第三特征在于，所述发电期间仅在预先设定的空转转速和设定为高于空转转速的值的充电开始转速之间成为有效，在所述充电开始转速以上的引擎转速区域中，四个循环都使所述开关电路工作，全部循环中进行发电控制。
此外，本发明的第四特征在于，所述发电机连接到通过其输出电流而被充电的电池来使用，所述开关电路根据占空比而被驱动，所述占空比被决定为，使所述电池的端子电压收敛为规定的调整电压。
根据具有第一特征的本发明，仅在摩擦力小的爆发循环到进气循环为止之间设定的发电期间被发电，通过发电所产生的负荷被加到引擎自己的摩擦力上。因此，在与摩擦力大的其它循环之间实现了转矩的均衡化，吸气效率稳定。
根据具有第二特征的本发明，引擎转速越低的区域，发电期间越被缩短。尤其是，在摩擦力较小的爆发循环侧进行发电，所以可以将发电负荷的影响最小化的同时进行最低限的发电。此外，通过进行最低限的发电，还实现了燃费的改善。
根据具有第三特征的本发明，在从空转转速到充电开始转速之间、即在比较低转速的区域进行发电区间的限制，所以特别在转矩小的低转速区域通过全部循环进行发电的情况相比，可以抑制通过发电所产生的负荷的增大，所以在低转速区域中的引擎旋转稳定。
根据具有第四特征的本发明，在将发电电力提供给电池的系统中，可以以规定的调整电压为基准进行电池的充电控制。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的充电控制装置的系统结构图。
图2是表示本发明的一实施方式的引擎转速和充电期间之间的关系的图。
图3是发电机的输出特性图。
图4是表示FET驱动器的主要部分功能的方框图。
图5是表示曲轴转角传感器12和传感器磁铁11的位置关系的示意图。
图6是说明上止点检测单元14的作用的示意图。
标号说明
1 发电机、4 引擎、6 三相输出线圈、7 开关电路、8 电池、10 FET驱动器、12 曲轴转角传感器、13 机械角计数器、101 充电期间控制模块、102调整电压控制模块
具体实施方式
以下，参照附图，说明本发明的一个实施方式。图1是表示本发明的发电控制装置的一个实施方式的充电控制装置的系统结构的图。
在图1中，发电机1由内齿轮2和外定子3构成，内齿轮2连结到四循环引擎4的曲轴5的一端。外定子3具有三相输出线圈6，三相输出线圈6连接到开关电路7的输入侧。开关电路7的输出侧连接到电池8以及负荷9。开关电路7是由6个FET71、72、73、74、75、76构成的三相电桥电路。设置了FET驱动器10，作为改变开关电路7的FET71～76的通电相位来进行占空控制的输出控制装置。
在发电机1的内齿轮2中，设置了在圆周方向配置了规定数目的磁极的传感器磁铁(sensor magnet)11。相邻的磁极之间的极性互不相同。在传感器磁铁11的圆周面配置了曲轴转角传感器12。曲轴转角传感器12由多个磁电转换元件(霍尔元件)构成。在本实施方式中，传感器磁铁11的磁极为8个极，即以间隔45°的间隔而配置了磁极。而且，曲轴转角传感器12由以15°的间隔所配置的霍尔元件构成，各个霍尔元件依次以15°的间隔输出检测信号(以下，称为“间距(pitch)信号”)。该霍尔元件的检测信号被输入到FET驱动器10。
根据上述结构，FET驱动器10根据引擎转速，在四个循环中的预先决定的摩擦力小的区间进行开关控制，从而对电池8以及负荷9提供电流I。
首先，参照图2说明本实施方式的充电控制的概要。图2在横轴取曲轴转角α，纵轴取引擎转速Ne。如横轴所示，对应于曲轴转角传感器12的输出，以15°为间隔显示了刻度。该刻度的左端是压缩上止点(顶端位置)，若引擎4旋转，则将该顶端位置作为始点以180°为间隔依次重复爆发行程、排气行程、吸气行程、以及压缩行程。
而且，对应于该刻度而显示的充电期间即发电期间，根据引擎转速Ne而不同。根据引擎转速Ne，充电期间A、B、C、D被设定。充电期间A被设定为，从爆发行程的初期到排气行程的初期为止的范围(曲轴转角30°～210°)，充电期间B被设定为，从充电期间A稍微超过的范围(曲轴转角45°～240°)。充电期间C被设定为，从爆发行程的中间行程到排气行程的终端为止的范围(曲轴转角90°～360°)。此外，充电期间D被设定为，从爆发行程的中间行程到吸气行程的终端为止的范围(曲轴转角90°～540°)。即，在引擎转速Ne从预先设定的空转转速NeID到预先设定为高于空转转速NeID的值的通常充电开始转速NeCH为止的期间，在整个行程中，仅在将爆发行程作为始点的被限定的范围内进行充电。而且，在高于通常充电开始转速NeCH的引擎转速区域期间，引擎在整个行程中根据负荷状态或电池电压而被充电控制。
爆发行程是根据引擎的爆发而得到最大的转矩的区域，即使被施加了发电所产生的负荷，引擎旋转变得不稳定的顾虑少。另一方面，在压缩行程中，摩擦力大，转矩小，所以发电所产生的负荷对引擎旋转产生的影响大。在本实施方式中，在引擎转速Ne为通常充电开始转速NeCH以下时，在发电所产生的负荷的影响大的压缩行程中停止充电，仅在发电所产生的负荷的影响小的爆发行程以及吸气行程进行充电。
图3是表示发电机1的基本输出特性的图，横轴取引擎转速Ne，纵轴取输出电流I。在该图中，在引擎启动之后，在引擎转速Ne达到空转开始转速NeID的时刻开始充电。但是，这里的充电不是在整个行程进行充电的通常充电，是在关于图2进行说明的仅在规定的充电期间进行充电(称为“循环充电”)的充电。而且，在引擎转速Ne达到通常充电开始转速NeCH的时刻，结束循环充电，在引擎的整个行程基于负荷状态或电池电压来控制充电量。即，从空转转速NeID到通常充电开始转速NeCH为止的转速区域是循环充电区域，通常充电开始转速NeCH以上的转速区域是通常充电区域。
图4是表示FET驱动器10的主要部分功能的方框图。在图4中，FET驱动器10包括：充电期间控制模块101、调整电压控制模块102、占空比设定单元103以及“与”门104。
充电期间控制模块101包括：机械角计数器13、上止点检测单元14、曲轴转角检测单元15、引擎转速检测单元16、充电期间存储单元17以及充电期间判定单元18。
机械角计数器13包括：对以15°的间隔输入的间距信号进行计数的第1计数器131以及在每计数6个间距信号时计数值被增加1(+1)的第2计数器132。即，第2计数器132的计数值在每个机械角90°被增加。第2计数器132的初始值为“0”且最大值为“7”。因此，在机械角720°、即引擎4的四个循环周期循环计数值。
上止点检测单元14将第2计数器132的计数值为“0”的位置决定作为压缩上止点。但是，仅用第2计数器132的计数值，压缩上止点位置不清楚，因此在本例子中，根据与来自外部的信号的“与”(AND)来确定上止点。作为来自外部的信号，例如可使用通过燃料喷射控制来决定燃料喷射定时的FI信号。为了喷射燃料，FI信号在压缩上止点附近的规定范围被输出。因此，若在该FI信号的输出期间内，检测到第2计数器的计数值的增加，则该计数值的增加的定时被确定为压缩上止点。如果压缩上止点被确定，则将第2计数器132的计数值复位为“0”。
曲轴转角检测单元15根据来自机械角计数器13的第2计数器132的计数值和间距信号，检测将压缩上止点作为基准的曲轴转角。例如，在从被输入计数值“0”的时刻起输入三个间距信号，则曲轴转角为45°(0°+15°×3＝45°)，例如若从计数值“2”起输入四个间距信号，则曲轴转角为240°(90°×2+15°×4＝240°)。
引擎转速检测单元16监视间距信号的周期，并根据该周期来检测引擎的转速Ne。充电期间存储单元17预先存储所述充电期间A～E和引擎转速Ne之间的对应关系表。充电期间以15°的单位被设定。若被输入引擎转速Ne，则充电期间存储单元17将表示与其引擎转速Ne对应的充电期间的数据输入到充电期间判定单元18。充电期间判定单元18比较曲轴转角和充电期间，在曲轴转角为充电期间内的情况下，输出充电控制信号。
调整电压控制模块102包括：调整电压检测单元19、调整电压设定单元20、电压比较单元21、以及占空比增减单元22。在调整电压设定单元20中，预先存储调整电压设定值Vref。调整电压设定值Vref设为规定的电池电压值14.5V。调整电压检测单元19检测当前的电池电压Vb作为调整电压，并输入到电压比较单元21。在电压比较单元21中，进行调整电压设定值Vref和检测电压值Vb之间的大小比较，并将其结果输入到占空比增减单元22。
占空比增减单元22根据被输入的两个值(Vref、Vb)的大小，改变FET的占空比。即，输出占空比增减信号，该占空比增减信号在检测电压值Vb小于调整电压设定值Vref时，将占空比加大，在检测电压值Vb大于调整电压设定值Vref时，将占空比减小。另外，占空比的增减量可以是一定值，也可以根据相对于调整电压设定值Vref的检测电压值Vb的偏差的大小，在偏差大时将一次的占空比增减量增加，在偏差小时将一次的占空比增减量减小。占空比增减信号被输入到占空比设定单元103。占空比设定单元103将被增减的占空比和开关电路7的驱动指令输入到“与”门104。
另一方面，来自充电期间判定单元18的充电控制信号被输入到“与”门104作为门(gate)信号。因此，在充电控制信号为“接通(ON)”的期间，从占空比设定单元22输出的占空比和开关电路7的驱动指令被输入到开关电路7。开关电路7响应于从占空比设定单元103输出的驱动信号而被驱动，在FET71～76中，预定的FET按照规定的开关模式，在对应于所输入的占空比的相位的期间成为导通。而且，在该FET为导通的期间，在发电机1的三相输出线圈6中产生的电流被提供给电池8以及负荷9。
图5是表示曲轴转角传感器12和传感器磁铁11的位置关系的示意图。如图5所示，传感器磁铁11由环状的永久磁铁构成，被设定为以45°的间隔交替地配置N极(N)和S极(S)。曲轴转角传感器12由在传感器磁铁11的外周面对置地配置的三个霍尔元件12a、12b、12c构成。霍尔元件12a、12b、12c相互以15°的间隔配置，这些霍尔元件12a、12b、12c的输出经由“或”门25被输入到所述第1计数器131。即，根据传感器磁铁11和霍尔元件12a等之间的位置关系，被形成15°间隔的间距信号。
图6是用于说明上止点检测单元14的作用的示意图。在图6中，在每检测到6个间距信号(即每个机械角90°)时，所述第2计数器132的计数值在“0”～“7”的循环中循环。而且，对应于被输出FI信号期间的计数值被复位为“0”。
即，在图6的上段表示的复位前的假设的计数值，在与中段所示的FI信号取“与”的结果，被确定为如下段那样。其结果，计数值0～2被确定为爆发行程、计数值2～4被确定为排气行程、计数值4～6被确定为吸气行程、计数值6～8被确定为压缩行程。
开关电路7对FET71～76以规定的开关模式进行开关，将发电机1的发电电流变换为直流。为了在低引擎转速区域除了在充电期间A～D以外不进行充电，通过在充电时间A～D以外的时间段预先设定掩模(masking)模式，在掩模模式时将FET71～76全部截止，从而停止发电机1的输出。
另外，如上所述，因根据引擎的行程来改变充电电流，所以电池电压变动。因此，在调整电压检测单元19中，在各行程中多次读取电池电压，将其平均值检测作为电池电压(调整电压)。而且，对该平均值，可对应于充电期间A～E进行加权。即，在整个行程中仅在充电期间A～D进行充电的情况下，乘以小于1.0的系数，在整个行程(充电期间E)中进行充电的情况下，乘以系数1.0。
另外，在上止点检测单元14中，通过将每个机械角90°的、假设的计数值设定为与FI信号之间的“与”计算所确定的计数值，从而检测了上止点。但是，并不限定于此，也可以取每个机械角90°的引擎转速的平均值，将在整个行程中该平均值的差最大之处确定为计数值为“0”，即上止点。这适用于无法得到FI信号的附带化油器(carburetor)的引擎。
另外，在本实施方式中，对引擎的行程进行检测，将摩擦力小的预定的区域设为充电期间。但是，不仅是在摩擦力小的区域设定充电期间，也可以在考虑负荷状态而将充电期间设为可变。例如，对压缩行程前的预定区域中的曲轴转角速度进行检测，并根据其检测结果，在曲轴转角速度小于基准值的情况下，判断为负荷大，从而缩短充电期间。例如，即使根据引擎转速，充电期间被设定为D，但是在判断为负荷大的情况下，不将充电期间延长至吸气行程，设为至排气行程。即，将充电期间设为C。此外，即使根据引擎转速，充电期间被设定为C，但是在判断为负荷大的情况下，不将充电期间延长至结束排气行程的附近，设为至排气行程的初始范围。即，将充电期间设为A或B。
Claims (4)
1.一种发电控制装置，用于由四循环引擎所驱动的发电机，其特征在于，所述发电控制装置包括：
开关电路，控制发电机的输出电流；以及
发电期间控制部件，使所述开关电路仅在引擎的四个循环中的预先设定的发电期间工作，
所述发电期间被设定在引擎的四个循环中，从爆发循环到进气循环为止的期间中。
2.如权利要求1所述的发电控制装置，其特征在于，
设定所述发电期间，使得根据引擎转速，引擎转速越低，越转移到爆发循环侧且被缩短。
3.如权利要求1或2所述的发电控制装置，其特征在于，
所述发电期间仅在预先设定的空转转速和设定为高于空转转速的值的充电开始转速之间成为有效，
在所述充电开始转速以上的引擎转速区域中，四个循环的全部都使所述开关电路工作，全部循环中进行发电控制。
4.如权利要求1至3的任一项所述的发电控制装置，其特征在于，
所述发电机连接到通过其输出电流而被充电的电池来使用，
所述开关电路根据占空比而被驱动，所述占空比被决定为，使所述电池的端子电压收敛为规定的调整电压。
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