CN1407715A

CN1407715A - 发动机发电机

Info

Publication number: CN1407715A
Application number: CN02141593A
Authority: CN
Inventors: 清水元寿; 中村政史
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2001-09-04
Filing date: 2002-09-03
Publication date: 2003-04-02
Anticipated expiration: 2022-09-03
Also published as: JP2003079194A; CN1299429C; TW534947B; US6740986B2; KR100718736B1; JP4072993B2; EP1289117A2; EP1289117A3; EP1289117B1; KR20030020842A; US20030042742A1

Abstract

防止由于过负荷而使发动机转数降低，维持在高输出状态下运转。由扼流圈控制部件108输出的扼流圈开度指示值，是指超越实际的扼流圈开度控制范围的范围；在输出电压设定部件20中储存的发电机的输出电压与上述开度指示值相对应，该值是为了应答开度指示值从补偿信号作成部件21中读出的。补偿信号作成部件21，根据输出的设定电压，将补偿信号供给脉冲信号调制器23。PWM信号被提供给逆变器3，逆变器的输出确定发电机的输出电压。输出电压设定部件20，当检测到与过负荷相对应的开度指示值时，输出相对于开度指示值小的值，降低发电机的输出。

Description

发动机发电机

本发明涉及发动机发电机，特别涉及通过灵活使用发动机的能力、能够在持有相对于大负荷尚有余力的状态下运转的、适用的发动机发电机。

近年来，为了使移动电源装置(例如，用发动机驱动的交流电发电机)的输出电压稳定，使用逆变器装置的情况越来越多。使用发动机发电机时，对于相对于发动机的目标转数的实际转数的偏差有关的电压，进行过比例、积分、微分(PID)演算。根据演算的结果，通过调节燃料的供给量，制成了控制发动机转数的调节器。例如，在本专利申请人的、备有调节器的发动机发电机中，提出了通过监视发电机的发电余力，对扼流圈进行控制，将该余力维持在适当值的状态，借以控制发动机转数的方案(特开平11-308896号公报)。

在使用发动机发电机时，认为要想发挥发动机的能力，就要将扼流圈的开度开到全开附近运转。在这种运转状况下，遇到负荷增大的场合，由于不能再把扼流圈相应地开到该开度以上，结果就进入过负荷，于是发动机的转数降低。由于发动机的转数降低，使发动机的输出降低，相对于负荷的驱动力更加降低。由于负荷驱动力降低，造成发动机失速。

为了回避这样的事态，虽然使扼流圈不处于全开是保持余力运转的必要手段，但是，如果这样做，就不能够在接近最大输出的状态下充分灵活运用发动机的能力。另外，一方面，在特定转数域态下，发动机具有容易造成过负荷的特性，另一方面，在过热状态下，也有容易造成过负荷的特性。

本发明的目的是提供，在大负荷的域态下，能够最大限度地灵活运用发动机的能力的发动机发电机。

为了达成上述目的，本发明的第1特征在于：备有扼流圈控制装置；为了将利用发动机驱动的发电机的输出电压收敛到预定的输出电压的目标值，控制发动机扼流圈的开度；在与上述扼流圈开度的控制范围的预定开度相对应的输出电压降低领域中，降低发电机的输出电压。

另外，本发明的第2特征在于：从上述扼流圈的控制装置输出的、为了控制扼流圈开度用的开度指示值，代表上述扼流圈开度的控制领域中的负荷；在上述输出电压的降低范围内，使对应于上述开度指示值的输出电压降低的结构。

另外，本发明的第3特征在于：备有扼流圈控制装置；为了将利用发动机驱动的发电机的输出电压收敛到预定的输出电压目标值，控制发动机扼流圈的开度；在将输出电压降低领域设定在超过上述扼流圈开度的控制范围的领域的同时，还要应答指示该输出电压降低领域的控制信号，降低发电机的输出电压。

另外，本发明的第4特征在于：上述输出电压的降低领域可以在上述扼流圈开度的控制范围内重复设定。

另外，本发明的第5特征在于：上述扼流圈控制装置，为了控制扼流圈开度输出的、作为控制信息的开度指示值，代表上述扼流圈开度的控制领域或者超越该控制领域的领域的负荷；在上述输出电压降低领域中，降低与上述开度指示值相对应的电压的结构。

采用上述第1～第5特征，在上述输出电压降低领域中，由于发电机的输出电压降低，使负荷减轻。特别是，采用第1特征，在扼流圈开度控制范围中设定输出电压降低领域。采用第3特征，在超越扼流圈开度控制范围的范围中设定输出电压降低领域，采用第2或第5特征，在输出电压降低领域中，当相对于代表负荷的扼流圈开度指示值的扼流圈开度增大时，控制加大输出电压的降低程度。另外，当采用第4特征时，由于在扼流圈开度控制范围和超越该控制范围的范围之间设定输出电压的降低领域，可以在两个范围之间作相关控制。

另外，本发明的第6特征在于：在预定的低转数领域中，上述输出电压的降低领域向代表上述扼流圈开度指示值的低负荷端推移。在第6特征中，扭矩经常会变小，在发动机的低转数领域等的情况下，容易减轻负荷。

除此以外，本发明的第7特征在于：当发动机处于过热状态时，上述输出电压的降低领域向代表上述扼流圈开度指示值的低负荷端推移。采用第7特征时，当发动机处于过热状态时，要在尚未达到过负荷之前，及早设法减轻负荷。

图1 是表示涉及本发明的一个实施形态的发动机转数控制部件的主要功能框图。

图2 是表示涉及本发明的一个实施形态的发动机发电机的结构框图

图3 是表示电压波形检测部件的一个示例的电路图。

图4 是表示发动机转数控制部件结构的框图。

图5 是表示燃料量控制部件的结构的框图。

图6 是表示在输出电压设定部件中的储存表格的一个示例图。

图7 是表示扼流圈开度(控制上的扼流圈开度)θTH和发电机的表观输出之间的关系图。

图8 是表示作为过负荷领域的判断基准之用的扼流圈开度(控制上的扼流圈开度)θTH的一个示例图。

图9 是表示扼流圈开度(控制上的扼流圈开度)θTH与发电机的表观输出之间的关系图。

图10 是表示在发动机过热时作为将基准扼流圈开度θTHOL向下调节用的控制功能的一个示例框图。

以下参照图纸对本发明的实施形态作详细说明。图2是表示涉及本发明的一个实施例的发动机发电机的结构的框图。发电机100具有用发动机E驱动的转子和定子(在任何图中均未绘出)。在定子上绕成三相输出线圈1和单相辅助线圈1a。在发动机上设有扼流圈TH和调节扼流圈TH的开度用的步进电动机M。

发电机100的转子具有多极的永久磁铁，转子由发动机E驱动，三相输出线圈1输出频率与发动机的转数相对应的交流电。由三相输出线圈1输出的交流电被输入到连接在直流电电源电路上的整流器2中，变换成直流电。从整流器2输出的直流电被输入到装在整流装置上的逆变器3中，在构成逆变器3的FET的电桥电路中，变换成规定频率的交流电。从逆变器3输出的交流电被输入到低通滤波器(L-C通路)4，该交流电中的低频部分(此处是商用频率)通过低通滤波器4，成为交流功率输出。

对于由发动机E、整流器2、逆变器3以及低通滤波器4构成的功率部件101进行控制用的控制部件102是按照如下所述的方式构成的。控制部件102具有进行整体处理用的32比特、32MHZ的中央运算处理器(CPU)5。CPU 5以晶体振荡器16的输出脉冲作为运作时钟。连接在恒压供电装置(控制电源)17上的控制部件102的控制电源对于上述辅助线圈1a进行恒压化处理，然后输出。

在CPU 5中为运算所必需的数据，由以下各检测部件进行检测。设有根据辅助线圈1a的交流电输出电压检测发动机的转数用的转数检测部件6。作为功率部件101的状态检测装置，设有检测整流器2的直流输出电压用的电压值检测部件7、检测逆变器3的输出电流用的电流值检测部件8、检测逆变器3的输出电压波形用的电压波形检测部件9、以及检测逆变器3的温度用的温度检测部件10。除此之外，还设有对逆变器3作过电流保护之用的峰流限制部件11。

整流器2是由用闸流晶体管(SCR)组成电桥的整流电路构成的。设有：控制整流器2的闸流晶体管的门信号用的SCR驱动器12、对于构成逆变器3的电桥电路各臂的FET进行控制用的整流控制电路之用的FET驱动器13、控制扼流圈TH用的步进电动机M进行控制用的电动机驱动器14、以及为了对于在各种显示上所用的LED进行通电用的LED驱动器15。CPU5，根据在各检测部件6、7、8、9、10等中检测到的数据，向各驱动器12、13、14、15输出指令信号。

在SCR驱动器12中，供给根据将电压值检测部件7检测到的直流电压控制到预定值而确定的闸流晶体管的导通角控制指令。为了使SCR驱动器12应答该指令，在变换器2中设定控制闸流晶体管的导通角。由于当负荷增大时由变换器2输出的电压会降低，所以要增大闸流晶体管的导通角，以便能够在负荷增大时将直流电压维持在预定值。闸流晶体管的导通角是代表发电机100相对于负荷的余力输出，如果控制发电机的转数，使该导通角维持在正常值，就能达到保持适当余力的输出。于是，发电机能够在保持适当余力的状态下输出，换言之，将导通角维持在正常值是通过发动机E的目标转数确定的。

CPU 5输出将转数检测部件6检测到的发电机转数控制到目标转数，向发动机驱动器14发送指令。电动机驱动器14应答CPU供给的指令，驱动供设定扼流圈开度用的步进电动机。通过这样做，当负荷增大时，发动机的转数增大，将变换器2上所设的闸流晶体管的导通角维持在正常值。

CPU 5备有输出规定频率(例如商业频率)的正弦波输出装置和将正弦波基准信号的脉冲波幅进行调节、输出PWM信号的脉冲波幅调节装置。CPU 5设有：根据由电压波形检测器9检测到的波形信号，确定用于去除由上述低通滤波器4中输出的波形中的畸变及移位成分，使其接近正弦波的、对于上述波形基准信号的补偿信号计算装置。

FET驱动器13具有，根据PWM信号，使逆变器3的FET作整流运作的控制电路，根据CPU 5供给的PWM信号，对于上述的FET进行整流。

CPU 5具有当电流检测部件8检测到的电流值在预定值以上、且持续到预定时间时，停止输出的断路功能。经温度检测部件10检测到的温度信息被输入到CPU 5之中，当该温度信息处于按照保护逆变器3的FET的观点出发而设定的基准温度时，CPU 5具有停止发电机100的输出的功能。

图3是表示电压波形检测部件9的一个示例的电路图。电压波形检测部件9是由分压电阻R1，R2及R3，R4和电容器C1构成的检测电路90和差动放大器91组成的。在检测电路90中输入的逆变器3的输出电压，在检测电路90中除去载波频率成分，形成与低通滤波器的输出波形相同的交流信号。该交流信号在差动放大器91中被放大，然后输入到CPU中，与上述正弦波标准信号比较，检测畸变或偏移。

图4 是表示发动机转数控制部件结构的框图。凡是与图2中的符号相同的都是相同的或者等同的部分。逆变器3的输出连接外部电负荷。电动机E的转数由构成变换器2的闸流晶体管的导通角进行控制。将电压检测部件7检测出的变换器2的输出电压值输入到比较器18中。比较器18将供给的电压值(实际输出电压)与基准电压(例如，180伏)比较，输出实际电压相对于基准电压的偏差。连接在闸流晶体管驱动电路上的SCR驱动器12，采用众所周知的适宜方法，控制构成变换器2的闸流晶体管的导通。燃料控制部件30，根据由SCR驱动器12向变换器2输出的驱动信号，判断闸流晶体管的导通角，向步进电动机M供给用来确定收敛该导通角预定值的脉冲数。

图5是表示燃料量控制部件30的结构的框图。闸流晶体管的导通角检测部件101，根据由SCR驱动器12向变换器2输出的驱动信号，检测闸流晶体管的导通角。按照预定周期连续检测导通角，然后算出该平均导通角。平均导通角也可以通过相对于预定次数(例如10次)的连续数据进行移动平均算出。

闸流晶体管导通角检测部件101将算出的平均导通角输入到偏差检测部件102，检测相对于目标导通角的偏差。也就是说，根据该偏差，判断发电机100是否是在输出处于余裕的状态下的运转状态。目标导通角，例如，是设定在80％。目标导通角一般和控制目标相同，但可以有一定的滞後。目标导通角也可以随发电机温度可变。例如，当发电机温度低时，目标导通角可以变小。因此，将发动机的转数控制在目标转数，使偏差检测部件102检测到的偏差为“0”时，发动机100就会维持在余裕状态。

目标转数更新部件103响应来自偏差检测部件102输入的偏差，输出转数调整量。目标转数存储部件104将来自目标转数更新部件103输入的目标转数调整量计入业已储存的目标转数中，形成新的目标转数。更新目标转数，使其不超越在最高、最低转数设定部件105中所设定的最高转数和最低转数的范围。这就是说，当在上述目标转数调整量中的加法计算结果，目标转数已经处于上述范围以外时，就将上述的最高转数或者最低转数作为新的目标转数。在规定最低转数时，由于在低转数时的闸流晶体管的导通角会使转数产生略微的变化反应。为了防止发生这种情况，就要在无负荷至轻负荷的状态下，维持良好的稳定性。

转数输出部件6，根据发电机100的转数，检测发动机的转数。控制量运算部件107，以来自转数检测部件6输入的实际转数和从目标转数储存部件104中读取的目标转数为基础，采用既知的适宜手法(例如，比例、积分、微分运算)，计算出实际转数相对于目标转数的偏差。扼流圈控制部件108响应控制量运算部件的运算结果，输出为驱动步进电动机M所需的脉冲数，步进电动机应因转动，使扼流圈的开度发生变化。

通过上述扼流圈的控制，使扼流圈TH处于接近全开的状态，由于扼流圈相对于大负荷不能够再增大开度，不能维持发动机的转数。于是，扼流圈控制通过对于扼流圈TH开度的调节，控制发动机的转数，使其处于可控的范围以内；反之，当扼流圈处于超越可控的范围时，扼流圈控制抑制逆变器3的输出电压，维持发动机的转数，使表观输出增大。

图1是为维持发动机转数的控制部件的主要部件功能的框图。扼流圈开度检测部件19，根据来自扼流圈控制部件108输出的、作为开度指示值的脉冲数，检测扼流圈开度θTH。在扼流圈开度检测部件19中，当扼流圈开度θTH的表观领域大于实际的全开开度时，就不能够检测全开开度以上的开度指示。具体地说，例如，当在上述目标转数储存部件104中存储大于目标转数的最高转数设定值时，当处于过负荷的场合，由扼流圈控制部件108就输出超过实际全开的扼流圈开度的开度指示值(例如，开度指示值115％)。

输出电压设定部件20，能够做成将与扼流圈开度θTH相对应的输出电压储存在表格(待后述)中的结构，根据输入的扼流圈开度θTH输出设定电压。输出设定电压被输入到补偿信号作成部件21中，发生供给逆变器3用的PWM信号的补偿信号。

由上述电压波形检测部件9检测到的电压波形信号，经过A/D变换，输入到补偿信号作成部件21中。电压波形信号，在补偿信号作成部件21中，与来自正弦波输出部件22输出的的正弦波基准信号(例如，商用功率频率)进行比较，形成正弦波补偿信号。

补偿信号作成部件21，根据来自输出电压设定部件20输入的输出设定电压，确定限制逆变器3的输出电压用的正弦波补偿信号。正弦波补偿信号被供给到正弦波补偿信号的脉冲波幅调节器23，脉冲波幅调节器23生成供给FET驱动器13的PWM信号。

图6 是表示在输出电压设定部件20中储存表格的一个示例图。由图可见，扼流圈开度θTH在达到100％全开以下的范围内，输出设定电压维持在额定值的100％。然后，当超过扼流圈开度θTH100％时，输出设定电压就因进入过负荷领域3而逐渐减低，当达到扼流圈开度θTH的115％时，就被设定在额定值的70％。由于逆变器3的输出电压被限制在超过扼流圈全开的超额领域，发动机负荷减低。其结果是，由于过负荷被消除，发动机转数不再降低，扼流圈TH处于全开状态，能够使发动机输出在接近最大的状态下继续运转。

图7 是表示在扼流圈开度检测部件19中检测到扼流圈开度(控制上的扼流圈开度)θTH与发电机的表观输出之间的关系图。由图可见，在扼流圈开度θTH在100％以下的领域中，控制上的扼流圈开度和实际的扼流圈开度互相对应，表观输出也伴随实际的扼流圈开度θTH的增大而大致按比例增大。伴随着扼流圈开度θTH接近扼流圈开度100％，输出增大的趋势虽然减缓，但是，在控制上的扼流圈开度θTH在100％以上的领域(实际的扼流圈开度为100％)中，由于输出电压减低，表观输出增大。

还有，当输出电压降低的范围并未达到扼流圈全开以上时，还可以在扼流圈的控制范围和超过扼流圈控制范围的过负荷范围以内跨越。由于是这样的情况，所以能够在扼流圈的可控正常负荷范围和扼流圈失控的过负荷范围之间作相关的滑动。

以上是扼流圈开度θTH已在100％，判断到已经处于过负荷，于是降低输出电压，借以回避发动机输出降低的办法。然而，常常是扼流圈开度θTH在100％，并未判断出是否是处于过负荷，为了判断是否过负荷，还可以将判断过负荷之用的扼流圈开度(以下称基准扼流圈开度)θTHOL根据发动机转数作相应的变动。

例如，就发动机来看，虽然在高转数域中的扭矩较大，在低转数域(2500～3000rpm)中的扭矩就小。由于在该低转数域中容易因过负荷产生失速，通过降低输出电压，使发动机输出升高，就能够防止失速。因此，对于这样的发动机，当发动机处于低转数域中时，将基准扼流圈开度θTHOL设小；当发动机处于高转数域中时，将基准扼流圈开度θTHOL设大。于是，就能够在上述转数检测部件6中检测发动机的转数。

图8是表示作为过负荷领域的判断基准之用的扼流圈开度(控制上的扼流圈开度)θTH随着发动机转数变化的一个示例图。在该图的示例中，当发动机转数在3000rpm时基准扼流圈开度θTHOL为70％。所以，当扼流圈开度θTH在70％以下时，通过扼流圈控制虽然能够控制发动机的输出，但是，当扼流圈开度θTH在70％以上的领域中时，就要依靠降低逆变器3的输出来防止发动机转数的降低。

另外，当发动机转数在3000rpm以上、5000rpm以下时，伴随着发动机转数的增大，基准扼流圈开度θTHOL就要发生从70％到100％的变化。所以，在发动机转数超越5000rpm的领域中，当扼流圈开度θTH达到100％的全开状态时，就要进行过负荷判断。

图9是表示：因应发动机转数，基准扼流圈开度θTHOL发生变化，控制上的扼流圈开度θTH与发电机的表观输出之间的关系图。由图可见，因应发动机转数，在设定的各种基准扼流圈开度θTHOL的领域中，控制上的扼流圈开度和实际上的扼流圈开度θTH相对应。因此，伴随着接近基准扼流圈开度θTHOL，表观输出的增大趋势变缓；而伴随着实际扼流圈开度θTH的增大，大致按比例增大。所以，当控制上的扼流圈开度超过基准扼流圈开度θTHOL的领域时，由于输出电压的减低，表观输出增大。

基准扼流圈开度θTHOL不受转数相应变化的限制，是个固定值，可以作任意设定。例如，将基准扼流圈开度θTHOL设定在100％以下的值时，由于要将扼流圈控制范围控制在100％以下，所以仍然能够在限制发动机承受的负荷的状态下使用。

除此以外，基准扼流圈开度θTHOL能够通过发动机E的温度向下调整。当发动机有过热迹象时，能够通过减轻负荷消除过热状态。发动机温度能够在上述温度检测部件10中检测。

图10 是表示在发动机过热时作为将基准扼流圈开度θTHOL向下调节用的控制功能的一个示例框图。凡是与图1，2中的符号相同的都是相同的或者同等的部分。为了对于在上述扼流圈开度检测部件19中检测到的扼流圈开度θTH作增大的补偿，实质上是将、基准扼流圈开度θTHOL向下调节。在温度检测部件10中检测到的发动机温度输入到过热判断部件24，经过与过热基准温度的比较，判断是否过热。当判断出已经过热时，将从补偿值储存部件25中读出的扼流圈开度补偿值输入到加法计算部件26。在加法计算部件26中，在扼流圈开度检测部件19中检测到的扼流圈开度θTH中进行计入扼流圈开度补偿值的计算。然后，由输出电压设定部件20读出与扼流圈开度θTH相对应的输出设定电压，输出到补偿信号作成部件21。其结果是，当判断出较比发动机尚未过热时的扼流圈开度θTH小时，即判断是过负荷，就降低输出电压。

在本实施形态中，虽然设想是控制汽油发动机的扼流圈，但是本发明对于燃气发动机的混合器中供给柴油燃料的供给装置、柴油发动机的供给燃料用的控制齿杆等与扼流圈相当的调整机构同样都能够实施，能够取得同样的效果，都是本发明的包含范围。

按照以上说明的解释，如果采用权利要求1～权利要求7中发明，在扼流圈开度控制范围以及/或者在超越该扼流圈开度控制范围中设定的输出电压降低领域中降低输出电压。其结果是，由于减轻负荷，不会发生发动机转数的降低，能够最大限度地灵活地运用发电机的输出，进行发电。

特别是，如果采用权利要求1的发明，由于能够在扼流圈开度的控制范围内设定减轻负荷的领域，在低运转域，再加上扭矩稍有不足的发动机特性的状态下都可以运转，能够防止由于过负荷而发生失速。

另外，如果采用权利要求3的发明，在超越扼流圈开度范围的过负荷领域中，通过减轻负荷，就能够在发动机最大转数的附近继续维持运转。

如果采用权利要求2以及权利要求5的发明，随着代表扼流圈开度指示值的负荷变大的变化，能够尽量减轻负荷。

如果采用权利要求4的发明，可以在扼流圈开度的控制范围、以及由于输出电压降低而使负荷减轻的范围之间的关系变得缓和，达到发动机转数的稳定控制。如果采用权利要求6，7，由于及早进行过负荷的判断，更进一步地提高过负荷控制的稳定性。

Claims

1.发动机发电机，其中备有：发动机，由该发动机驱动的电动机，以及为了将该发电机的输出电压收敛到预定目标值、控制上述发动机的扼流圈开度用的扼流圈控制装置。

在上述扼流圈开度的控制范围内，设定与预定开度相对应的输出电压降低领域。

在上述输出电压降低领域中，降低上述发电机的输出电压。

2.权利要求1中记载的发动机发电机，其结构是：

由上述扼流圈制装置输出的、为控制扼流圈开度用的开度指示值，代表在上述扼流圈开度的控制领域中的负荷，

在上述输出电压的降低范围内，使对应于上述开度指示值的输出电压降低的结构。

3.发动机发电机，其中备有：发动机，由该发动机驱动的电动机，以及按照根据将该发电机的输出电压收敛到预定的输出电压目标值所决定的控制信息、控制上述发动机的扼流圈开度的扼流圈控制装置，

将上述扼流圈开度的控制范围设定在超越输出电压降低领域的领域中。

在上述输出电压降低领域中，应答指示该领域的控制信息，降低上述发电机的输出电压。

4.权利要求3中记载的发动机发电机，上述输出电压的降低领域重复设定在上述扼流圈开度控制范围中。

5.权利要求3及4中记载的发动机发电机，从上述扼流圈控制装置中输出的、为控制扼流圈开度之用的控制信息的开度指示值，是代表在上述上述扼流圈开度的控制领域、以及在超越该控制领域的领域的负荷。

在上述输出电压降低领域中，将输出电压按照上述开度指示值作相应降低的结构。

6.权利要求2或及5中记载的发动机发电机，在预定的发动机低转数领域中，上述输出电压降低领域向代表上述扼流圈开度指示值的低负荷端推移。

7.权利要求2或及5中记载的发动机发电机，当发动机处于过热状态时，上述输出电压降低领域向代表上述扼流圈开度指示值的低负荷端推移。