JP2005094967A - 車両用発電機の発電量制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 発電機の出力電圧を切換制御するものにおいて出力電圧を高くするときに生じる電磁音の増大を抑制することができる車両用発電機の発電量制御装置を提供する。
【解決手段】 車両の運転状態が非減速状態から減速状態に移行したときにエンジン回転数Ｎｅが所定回転数αより大きいときは、該エンジン回転数Ｎｅが所定回転数α以下に低下するまでの間、発電機の出力電流Ｉが所定電流値βを超えないように制御した後、出力電圧Ｖを第１電圧Ｖ１に制御する
【選択図】 図２

Description

本発明は、車両用電気負荷に電力を供給すると共にバッテリを充電する車両用発電機の発電量制御装置に関し、発電量を車両の運転状態に応じて制御する技術の分野に属する。

自動車等の車両には、エアコンやヘッドランプ等の電気負荷に電力を供給するバッテリと、上記電気負荷に電力を供給すると共にバッテリを充電する発電機とが備えられており、この種のバッテリの充電方法としては一定電圧で常時充電する方法が従来一般的である。しかし、このような充電方法によると、エンジン出力が車両の走行以外に発電機の駆動にも常時費やされて車両の加速性能が損なわれるため、所望の加速性能を得ようとするとエンジン出力を増大させねばならず、エンジンの燃費が低下するという問題がある。

これに対処するものとして、例えば特許文献１に、加速時には、発電機の駆動に費やされるエンジン出力を軽減するために発電機の発電量を減少させると共に、減速時には、車両の運動エネルギを発電機の駆動エネルギとして有効利用できるように発電機の発電量を増加させるものが開示されている。詳しくは、加速時には、発電機の出力電圧をバッテリ電圧付近に低下させてバッテリから電気負荷に電力を供給し（バッテリを放電させ）、減速時には、発電機の出力電圧をバッテリ電圧より高くして発電機から電気負荷及びバッテリに電力を供給（バッテリを充電）するものである。

特開昭５７−１９２７３９号公報

ところで、一般に発電機は、発電中、鉄心構成部材の振動等により電磁音を発生するが、この電磁音は出力電流が大きくなるほど大きくなることから、特許文献１に記載のような発電機の出力電圧の切換制御を行うと、発電機の出力電圧を低下させたときには発電機の出力電流が減少して電磁音が小さくなり、発電機の出力電圧を高くしたときには発電機の出力電流が増大して電磁音が大きくなる。

特に、出力電圧を高くしたときからしばらくの間は、バッテリが急速な充電状態となって、発電機の出力電流がその出力可能な最大電流に達するほど増大することがあり、その場合、電磁音が特に大きくなって乗員に不快感や違和感を与えることがある。

また、これは、発電機の回転数が高くなるほど（エンジン回転数が高くなるほど）出力可能な最大電流値が大きくなって顕著となる。

そこで、本発明は、発電機の出力電圧を切換制御するものにおいて出力電圧を高くするときに生じる電磁音の増大を抑制することができる車両用発電機の発電量制御装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、次のように構成したことを特徴とする。

まず、本願の請求項１に記載の発明（以下、第１発明という）は車両用電気負荷に電力を供給するバッテリと、エンジンに駆動されて上記電気負荷及びバッテリに電力を供給する発電機と、車両の運転状態を検出する運転状態検出手段と、上記発電機によるバッテリ充電制御のための出力電圧を、上記運転状態検出手段で車両の減速が検出されたときはバッテリへの充電を促進する第１電圧に制御し、車両の減速が検出されないときはバッテリへの充電を抑制する第２電圧に制御する発電量制御手段とが備えられた車両用発電機の発電量制御装置であって、エンジン回転数を検出するエンジン回転検出手段が備えられており、上記発電量制御手段は、運転状態検出手段で検出された車両の運転状態が非減速状態から減速状態に移行したときにエンジン回転検出手段で検出されたエンジン回転数が所定回転数より大きいときは、該エンジン回転数が所定回転数以下に低下するまでの間、発電機の出力電流が所定電流値を超えないように制御した後、出力電圧を第１電圧に制御することを特徴とする。

また、本願の請求項２に記載の発明（以下、第２発明という）は、第２発明において、所定回転数は、発電機の出力電圧が第１電圧に設定されているときのエンジン回転数に対する最大出力可能電流値の特性に基づいて、該最大出力可能電流値と所定電流値とが一致するときのエンジン回転数に設定されることを特徴とする。

また、本願の請求項３に記載の発明（以下、第３発明という）は、第１発明または第２発明において、発電機の温度に関連するパラメータ値を検出するパラメータ値検出手段が備えられており、所定回転数は、該パラメータ値検出手段で検出されたパラメータ値から認識される発電機温度が低いほど小さくされることを特徴とする。

次に、本発明の効果について説明する。

まず、第１発明によれば、車両の運転状態が非減速状態から減速状態に移行したときにエンジン回転数が所定回転数より大きいときは、該エンジン回転数が所定回転数以下に低下するまでの間、発電機の出力電流が所定電流値を超えないように制御された後、第１電圧に制御されるから、発電機の出力電流の急増が防止され、この結果、発電電圧切換による燃費向上効果をできるだけ維持しつつ、電磁音の増大を抑制して、乗員の不快感及び違和感を防止することができる。

また、第２発明によれば、所定回転数が、発電機の出力電圧が第１電圧に設定されているときのエンジン回転数に対する発電機の最大出力可能電流値の特性に基づいて、該最大出力可能電流値と所定電流値とが一致するときのエンジン回転数に設定されるから、エンジン回転数が所定回転数に低下したときに発電機の出力電圧を第１電圧に切り換えても、発電機の出力電流値が上記所定値を超えることがない。この結果、確実に、電磁音のレベルを所定のレベル以下に抑制することができる。すなわち、電磁音の増大を抑制して、乗員の不快感及び違和感を一層効果的に防止することができる。

そして、第３発明によれば、所定回転数は、パラメータ値検出手段で検出されたパラメータ値から認識される発電機温度が低いほど小さくされることとなる。つまり、一般に、発電機温度が低いほど発電機の電機子巻線の電気抵抗値が低下し、同じ回転数でも発電機の最大出力電流値は増加することから、発電機温度に応じて所定回転数を補正しない場合、発電機温度が低くなるほど電磁音が大きくなるが、この第３発明によれば、所定回転数を、発電機温度が低いほど小さくするから、発電機温度が変化した場合でも、所定電流値を一定に保って、発生する電磁音のレベルを一定に維持することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態に係る車両用発電機の発電量制御装置について説明する。

図１は、この最良の形態に係る車両用発電機の発電量制御装置１の構成を示している。該車両には、エアコン、ヘッドランプ、デフォッガ等の車両用電気負荷２に電力を供給するバッテリ３と、上記車両用電気負荷２に電力を供給すると共にバッテリ３を充電する発電機４とが備えられている。ここで、バッテリ３は自動車用に一般的に用いられる例えば定格１２Ｖの鉛蓄電池であり、発電機４はオルタネータ及び出力電圧及び電流調整用のレギュレータ等で構成されている。

また、この発電量制御装置１は、コントロールユニット１０を有し、発電機４の出力電流Ｉを検出する電流センサ１１からの信号、車速Ｓを検出する車速センサ１２からの信号、アクセルペダルの開度Ａを検出するアクセル開度センサ１３の信号、エンジン回転数Ｎｅを検出するエンジン回転センサ１４からの信号等を入力する。また、コントロールユニット１０は、これらの信号に基づいて発電機４の出力電圧Ｖ及び出力電流Ｉ、すなわち発電量を制御する信号ａを発電機４に出力する。

そして、コントロールユニット１０は、上記発電機４によるバッテリ充電制御のための出力電圧Ｖを、上記車速センサ１２及びアクセル開度センサ１３からの信号に基づいて車両の減速を検出したときは、バッテリ３の充電を促進する第１電圧Ｖ１に制御し、車両の減速が検出されないときはバッテリ３の充電を抑制する第２電圧Ｖ２に制御する。これは、加速時には、発電機４の駆動に費やされるエンジン出力を軽減するために発電機４の発電量を減少させると共に、減速時には、車両の運動エネルギを発電機４の駆動エネルギとして有効利用できるように発電機４の発電量を増加させることを目的としている。

ところで、背景技術で説明したように、一般に、発電機は、発電中、鉄心構成部材の振動等により電磁音を発生するが、上記のように、発電機の出力電圧の切換制御を行うと、発電機の出力電圧を高くしたときからしばらくの間は、バッテリが急速な充電状態となって、発電機の出力電流がその出力可能な最大電流に達するほど大きくなることがあり、このときに電磁音が大きくなって乗員に不快感や違和感を与えることがある。そして、これは、発電機の回転数が高いときに顕著となる。

そこで、コントロールユニット１０は、車両の運転状態が非減速状態から減速状態に移行したときにエンジン回転センサ１４で検出されたエンジン回転数Ｎｅが所定エンジン回転数αより大きいときは、該エンジン回転数Ｎｅが上記所定エンジン回転数α以下に低下するまでの間、発電機４の出力電流Ｉを所定電流値βを超えないように制御した後、出力電圧Ｖを第１電圧Ｖ１に制御する。

以下、このコントロールユニット１０による制御について図２のフローチャート等を用いて詳細に説明する。なお、このフローチャートによる制御は所定周期で繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１で、電流センサ１１、車速センサ１２、アクセル開度センサ１３、エンジン回転センサ１４からの信号を入力すると共に、ステップＳ２で、車両が減速状態にあるか否かを判定する。ここで、車両が減速状態にあるか否かは、上記車速センサ１２で検出された車速Ｓ及びアクセル開度センサ１３で検出されたアクセル開度Ａに基づいて判定され、車速Ｓが低下しかつアクセル開度Ａがゼロすなわちアクセルペダルが踏み込まれていないときに車両が減速状態と判定する。

そして、ステップＳ２の判定がＮＯのとき、すなわち車両が非減速状態のときは、ステップＳ３で、発電機４の出力電圧Ｖを第２電圧Ｖ２に制御し、その判定がＹＥＳのとき、すなわち車両が減速状態のときは、ステップＳ４で、所定エンジン回転数αを算出する。この所定エンジン回転数αの算出方法については後述する。

次いで、ステップＳ５では、エンジン回転数Ｎｅが上記所定回転数αより大きいか否かを判定し、ＹＥＳのとき、すなわちエンジン回転数Ｎｅが上記所定エンジン回転数αより大きいときは、ステップＳ６で、発電機４の出力電流を所定値βに制御する。一方、ステップＳ５の判定がＮＯのとき、すなわちエンジン回転数Ｎｅが上記所定エンジン回転数αより大きくないときは、ステップＳ７で、発電機４の出力電圧Ｖを第１電圧Ｖ１に制御する。すなわち、車両が減速状態に移行した場合において、エンジン回転数Ｎｅが所定エンジン回転数αより大きくないときは、発電機４の出力電圧Ｖが即座に第２電圧Ｖ２から第１電圧Ｖ１に切り換えられ、エンジン回転数Ｎｅが所定エンジン回転数αより大きいときは、エンジン回転数Ｎｅが所定エンジン回転数α以下となるまでの間、発電機４の出力電流Ｉが所定値βに制御された後、第１電圧Ｖ１に切り換えられることとなる。

ここで、上記発電機４の出力電流Ｉの所定値βは、電磁音による違和感を乗員に与える虞がない最大電流値、換言すれば、この値β以上の電流Ｉが流れると乗員に違和感を与える虞がある電流値である。なお、その値βは、実車評価等により求めればよい。

また、所定エンジン回転数αは、図３〜図６等に基づいて以下のように算出される。ここで、図３は、発電機１の出力電圧Ｖが第１電圧Ｖ１に設定されているときにおける、発電機回転数Ｎａに対する発電機４の最大出力可能電流値Ｉｍａｘの特性を示しており、まず、この特性に基づいて、発電機４の出力電流値Ｉが上記所定電流値βのときの発電機回転数Ｎａの値γ（以後、所定発電機回転数γという）を算出する。ここで、最大出力可能電流値Ｉｍａｘは、発電機４の温度Ｔにより変動することから、所定発電機回転数γも温度Ｔに応じた値を設定する。すなわち、発電機４の温度Ｔが低いときは、高いときよりも、発電機４の電機子巻線の抵抗値が小さくなり最大出力可能電流値Ｉｍａｘが大きくなることから、上記所定値βに対応する発電機回転数γは小さくなる。

次いで、上記所定発電機回転数γをプーリ比（発電機回転数Ｎａ／エンジン回転数Ｎｅ）で除算して上記所定発電機回転数γのときのエンジン回転数（所定エンジン回転数α）を算出する。このプーリ比は一定であり、発電機回転数Ｎａに対するエンジン回転数Ｎｅの特性は図４に示すようになる。

ここで、上記発電機４の温度Ｔは、本実施の形態においては、上記電流センサ１１で検出された電流値Ｉ及び出力電圧Ｖに基づいて算出される発電量を過去一定時間分積分した発電量Ｗｈを、図５に示すマップに照らして求められる。なお、その値Ｔは、過去一定時間内の発電量Ｗｈが大きいほど高くされる。また、発電機４の温度Ｔは、この発電量Ｗｈだけでなく、外気温の影響を受けるため、外気温に応じて補正される。すなわち、発電機温度Ｔは、過去一定時間内の発電量Ｗｈが同じ場合でも、外気温が高いときは、低いときよりも、高い値とされる。このようにすれば、温度センサを用いなくても精度よく発電機温度Ｔを推定することができる。

また、このように所定発電機回転数γが発電機温度Ｔに基づいて補正されることより、所定エンジン回転数αは、所定電流値βが一定とすると、図６に示すように、発電機温度Ｔが低くなるほど小さくなる。

次に、図７を用いて、本実施の形態に係る発電量制御装置１による作用及び効果を説明する。

まず、乗員がアクセルペダルを踏み込み、車両が非減速状態で走行中は、発電機４の出力電圧Ｖがバッテリ３の充電を抑制する第２電圧Ｖ２に制御され、バッテリ放電により電気負荷２に電力が供給される。この結果、発電機４の出力電流Ｉはゼロとなっている。

そして、乗員がアクセルペダルを開放しかつ車速が低下して車両が減速状態に移行したとき（時刻ｔ１）に、図７に示すようにエンジン回転数Ｎｅが所定エンジン回転数α以上であるときは、発電機４の出力電流値Ｉが所定値βを超えないように制御される。つまり、発電機４の出力電圧Ｖを第１電圧Ｖ１または第２電圧Ｖ２で一定に保つ定電圧制御から、発電機４の出力電流Ｉを所定電流値βに一定に保つ定電流制御に移行する。

そして、車両の減速に伴ってエンジン回転数Ｎｅが低下していくと（すなわち発電機回転数Ｎａが低下していくと）、これに伴って、発電機４の最大出力可能電流値Ｉｍａｘが一点鎖線アで示すように減少することとなる。そして、その最大出力可能電流値Ｉｍａｘが所定値βにまで低下したとき、すなわち、エンジン回転数Ｎｅが所定エンジン回転数αにまで低下したとき（時刻ｔ２）に、上記定電流制御から定電圧制御に移行して発電機４の出力電圧が第１電圧Ｖ１に移行されることとなる。

一方、従来は、時刻ｔ１の時点で発電機４の出力電圧Ｖをすぐに第２電圧Ｖ２から第１電圧Ｖ１に切り換えていたため、時刻ｔ１以後、バッテリ３が急速な充電状態となり、発電機４の出力電流値Ｉが上記最大出力電流Ｉｍａｘに達して電磁音が上記所定レベル以上に大きくなり、乗員に不快感や違和感を生じさせていたが、本実施の形態によれば、車両の運転状態が非減速状態から減速状態に移行したときにエンジン回転数Ｎｅが所定エンジン回転数αより大きいときは、該エンジン回転数Ｎｅが所定エンジン回転数αに低下するまでの間、発電機４の出力電流Ｉが所定電流値βを超えないように制御された後、発電機４の出力電圧Ｖが第１電圧Ｖ１に制御されるから、発電機４の出力電流Ｉの急増が防止される。つまり、発電機４の出力電圧切換制御による燃費向上効果を維持しつつ、電磁音の増大を抑制して、乗員の不快感及び違和感を防止することができる。

また、所定エンジン回転数αは、発電機１の出力電圧Ｖが第１電圧Ｖ１に設定されているときにおける、エンジン回転数Ｎｅに対する発電機４の最大出力可能電流値Ｉｍａｘの特性に基づいて、該最大出力可能電流値Ｉｍａｘと所定電流値βとが一致するエンジン回転数に設定されるから、該所定エンジン回転数αとなったときに、発電機４の出力電圧Ｖを第１電圧Ｖ１に切り換えても、発電機４の出力電流値Ｉが上記所定値βを超えることがなく、この結果、確実に、電磁音のレベルを所定のレベル以下に抑制することができる。すなわち、電磁音の増大を抑制して、乗員の不快感及び違和感を一層効果的に防止することができる。

そして、所定エンジン回転数αは、発電機温度Ｔが低いほど小さくされるから、発電機温度Ｔが変化した場合でも、所定電流値βが一定の値に保たれ、発生する電磁音のレベルを一定に維持することができる。

なお、バッテリ３があまり放電していない状態で本制御に移行した場合、エンジン回転数Ｎｅが所定エンジン回転数Ｎｅに低下する前に、発電機４の出力電流Ｉが点線イで示すように減少すると、発電機４の出力電圧Ｖは点線ウで示すように変化し、時刻ｔ２で第１電圧Ｖ１に階段状に上昇することとなるが、その場合でも、発電機４の出力電流Ｉは上記所定値β以下で、電磁音が所定レベル以上に増大するのが抑制される。

本発明は、車両用発電機の出力電圧を高い電圧と低い電圧とに切換制御する発電量制御装置に広く適用することができる。

本発明を実施するための最良の形態に係る車両用発電機の発電量制御装置の構成図である。 この最良の形態に係る発電量制御のフローチャートの一例である。 発電機回転数に対する発電機の最大出力可能電流の特性を示す図である。 発電機温度を推定するときに用いるマップである。 発電機回転数とエンジン回転数との関係を示す図である。 発電機温度に対する所定エンジン回転数の特性を示す図である。 この最良の形態に係る発電量制御の作用を説明するタイムチャートである。

符号の説明

１ 発電量制御装置
２ 車両用電気負荷
３ バッテリ
４ 発電機
１０ コントロールユニット（発電量制御手段、パラメータ値検出手段）
１１ 電流センサ
１２ 車速センサ（運転状態検出手段）
１３ アクセル開度センサ（運転状態検出手段）
１４ エンジン回転センサ（エンジン回転検出手段）

Claims (3)

1. 車両用電気負荷に電力を供給するバッテリと、エンジンに駆動されて上記電気負荷及びバッテリに電力を供給する発電機と、車両の運転状態を検出する運転状態検出手段と、上記発電機によるバッテリ充電制御のための出力電圧を、上記運転状態検出手段で車両の減速が検出されたときはバッテリへの充電を促進する第１電圧に制御し、車両の減速が検出されないときはバッテリへの充電を抑制する第２電圧に制御する発電量制御手段とが備えられた車両用発電機の発電量制御装置であって、エンジン回転数を検出するエンジン回転検出手段が備えられており、上記発電量制御手段は、運転状態検出手段で検出された車両の運転状態が非減速状態から減速状態に移行したときにエンジン回転検出手段で検出されたエンジン回転数が所定回転数より大きいときは、該エンジン回転数が所定回転数以下に低下するまでの間、発電機の出力電流が所定電流値を超えないように制御した後、出力電圧を第１電圧に制御することを特徴とする車両用発電機の発電量制御装置。
2. 所定回転数は、発電機の出力電圧が第１電圧に設定されているときのエンジン回転数に対する最大出力可能電流値の特性に基づいて、該最大出力可能電流値と所定電流値とが一致するときのエンジン回転数に設定されることを特徴とする請求項１に記載の車両用発電機の発電量制御装置。
3. 発電機の温度に関連するパラメータ値を検出するパラメータ値検出手段が備えられており、所定回転数は、該パラメータ値検出手段で検出されたパラメータ値から認識される発電機温度が低いほど小さくされることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用発電機の発電量制御装置。
   

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