JP2006034007A - 車輌用発電機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 車輌に搭載され、ベルト伝動機構によりエンジンの駆動力が伝達されて発電する発電機に関して、ベルト等の構成を変える必要がなく、発電機周辺におけるベルトの騒音を低減すること。
【解決手段】 ベルト伝動機構のベルトが共振状態か否かを判定する判定し、共振状態と判定された場合に、発電機の出力電流が予め定めた出力電流となるように発電機を制御する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ガソリンエンジン車、ディーゼルエンジン車等の車輌に搭載される発電機の制御技術に関し、特に、エンジンからの駆動力を発電機に伝達するベルトの騒音防止技術に関する。

車輌の走行性能を改善するために、エンジンの駆動トルクは増大化される傾向にある。このような駆動トルクの増大はエンジンの爆発工程に起因する回転変動を助長する。この回転変動はエンジンの駆動力を補機類に伝達するベルト伝動機構のベルトの張力変動を招き、ベルトのばたつきによる騒音の要因となる。ここで、ベルトの張力変動の周波数が、ベルトが巻き回されるプーリ間の距離やベルトの単位長当たりの質量等により定まる固有振動数に近づくと、共振を生じてベルトのばたつきによる騒音が一層顕著になる。補機類の中でも、とりわけ発電機の周辺のベルトは騒音を生じやすい。これは、車輌に搭載される電子機器の高出力化や増加により、その電力負荷の増大に対応して発電機の回転子の慣性力が増加していることもその一因である。

このような発電機周辺におけるベルトの騒音を低減するために、例えば、特許文献１には発電機に周辺のベルトを複数のベルトから構成し、各ベルトのベルト長を異なるものとして各ベルトの固有振動数を異なるように設計することが提案されている。

特開２００２−２１３５４７号公報

しかし、エンジンルーム内のスペースは狭小化される傾向にあり、ベルトの構成等による構造的な対処方法には限界がある。

従って、本発明の目的は、ベルト等の構成を変える必要がなく、発電機周辺におけるベルトの騒音を低減することにある。

本発明によれば、ベルト伝動機構を介してエンジンの駆動力が伝達されて発電する車輌用発電機の制御装置において、前記ベルト伝動機構のベルトが共振状態か否かを判定する判定手段と、前記判定手段により前記共振状態と判定された場合に、前記発電機の出力電流が予め定めた出力電流となるように前記発電機を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする車輌用発電機の制御装置が提供される。

本発明によれば、前記ベルトが共振状態と判定された場合に前記発電機の出力電流が予め定めた出力電流となるように制御される。ここで、前記発電機の出力電流を制御することにより、当該発電機で消費されるトルクを調整でき、前記ベルトの張力を調整できる。そして、前記ベルトの固有振動数は当該ベルトの張力により変化するため、前記発電機の出力電流を制御することで前記ベルトの固有振動数を変化させることができ、これにより前記ベルトの共振を回避できる。その結果、前記発電機周辺におけるベルトの騒音を低減できる。また、前記発電機の出力電流を制御するだけであるので、ベルト等の構成を変える必要がない。

従って、本発明によれば、ベルト等の構成を変える必要がなく、発電機周辺におけるベルトの騒音を低減することができる。

本発明においては、更に、前記エンジンの運転状態の情報を取得する取得手段を備え、前記判定手段は、前記取得手段により取得された前記運転状態の情報に基づいて、前記共振状態か否かを判定することもできる。エンジンの運転状態に基づいて共振状態か否かを判定することで、実際に前記ベルトが共振状態にあるか否かを検出する必要がなく、より簡易に発電機周辺におけるベルトの騒音を低減することができる。

また、本発明において、前記判定手段は、前記取得手段により取得された前記運転状態の情報が、少なくとも前記エンジンが加速状態であることを示す場合に前記共振状態と判定してもよい。エンジンの駆動トルクが大きく、回転変動が生じ易い加速時においてベルトの共振を回避し、発電機周辺におけるベルトの騒音をより効果的に低減することができる。

また、本発明において、前記判定手段は、前記取得手段により取得された前記運転状態の情報が、前記エンジンが加速状態であり、かつ、前記エンジンが所定範囲の回転数で駆動している状態であることを示す場合に前記共振状態と判定することもできる。エンジンの駆動トルクが大きく、回転変動が生じ易い加速時においてベルトの共振を回避すると共に、エンジンの回転数が所定範囲の場合に前記共振状態と判定することにより、前記発電機の出力応答遅れに伴う前記ベルトの共振を回避でき、発電機周辺におけるベルトの騒音をより効果的に低減することができる。

以上述べた通り、本発明によれば、ベルト等の構成を変える必要がなく、発電機周辺におけるベルトの騒音を低減することができる。

＜装置の構成＞
図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る制御装置により制御される発電機１への動力伝達機構を示す模式図である。発電機１はガソリンエンジン車或いはディーゼルエンジン車といった車輌に搭載される発電機であって、ベルト伝動機構２を介して不図示のエンジンの駆動力が伝達されて発電する。ベルト伝動機構２は、車輌に搭載される公知のベルト伝動機構を採用でき、本実施形態の場合、発電機２の回転軸に取り付けられたプーリ２ａと、不図示のエンジンのクランク軸に取り付けられるクランクプーリ２ｂと、複数のＩＤプーリ２ｃ及び２ｄと、これらの各プーリに巻きまわされたポリＶベルト等の無端のベルト２ｅと、ベルト２ｅの張力を調整するテンショナー２ｆとを備える。そして、エンジンのクランク軸の回転に伴ってベルト２ｅが走行し、これによりプーリ２ａが回転して発電機１が発電することになる。

図１（ｂ）は本発明の一実施形態に係る制御装置Ａのブロック図である。ＣＰＵ１１は制御装置Ａ全体の制御を司り、特に後述する処理を実行する。ＥＥＰＲＯＭ１２は、後述する処理のプログラムやベルト２ｅが共振状態か否かを判定するためのデータといった固定的なプログラム、データを記憶する。ＲＡＭ１３はＣＰＵ１１のワークエリアとして機能し、可変データを記憶する。本実施形態では、ＥＥＰＲＯＭ１２及びＲＡＭ１３を例示しているが、上記プログラムやデータ等を記憶する手段としてはこれに限られず種々の記憶手段を採用できる。

インターフェース（Ｉ／Ｆ）１４は、車輌に搭載されたエンジン制御装置３とＣＰＵ１１との間でのデータ通信の中継を行う。エンジン制御装置３は発電機１に駆動力を与えるエンジンの制御装置３であり、制御装置Ａはインターフェース１４を介してエンジン制御装置３からエンジンの運転状態に関する情報を取得する。つまり、本実施形態の場合、ＣＰＵ１１とインターフェース１４とがエンジンの運転状態の情報を取得する取得手段として機能する。本実施形態では、エンジンの運転状態の情報として、エンジンの回転数と燃料の噴射量とを採用する。燃料の噴射量の情報は、エンジンの運転状態がアクセル全開時の加速状態にあるか否かを判定するために用いる。なお、本実施形態では、エンジン制御装置３からエンジンの運転状態の情報を取得しているが、エンジンの回転数を検出するセンサや、アクセルの開度を検出するセンサといった、エンジンの運転状態を検出する検出手段を制御装置Ａに設けてもよく、このような検出手段もエンジンの運転状態の情報を取得する取得手段の概念に含まれる。

電流制御回路１５は、発電機１の出力電流を制御し、ＣＰＵ１１と共に出力電流の制御手段として機能する。電流制御回路１５はＣＰＵ１１の指示に応じて発電機１の出力電流を制御する公知の回路で足り、例えば、発電機１のフィールドコイルに流れる電流の通電、遮断を切り替える、ＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子に対して、ＯＮ-ＯＦＦのパルス信号をそのデューティー比を変更可能に供給する回路である。発電機１にはバッテリー４と負荷５とが並列に接続されており、バッテリー４の充電や負荷５に対する電力の供給を行う。負荷５はヘッドランプやエアコンといった電力の供給により駆動する補機である。

＜騒音低減原理＞
次に、本実施形態におけるベルト２ｅのばたつきによる騒音の低減原理について説明する。図１（ａ）に示すようなベルト伝動機構によりエンジンの駆動力を発電機１に伝達する場合、ベルト２ｅの張力Ｔとその固有振動数ｆとは、次式の関係にある。

Ｔ＝Ｋ×Ｓ²×Ｍ×ｆ²
ここで、Ｋは定数、Ｓは発電機１のプーリとこれに隣接するプーリとの軸間距離（図１（ａ）の場合、プーリ２ａとプーリ２ｄとの軸間距離となる）、Ｍはベルト２ｅの単位長当たりの質量である。

つまり、ベルト２ｅの張力Ｔが変化すれば固有振動数ｆも変化することになる。従って、発電機１の出力電流を制御することにより、発電機１で消費されるトルクを調整し、ベルト２ｅの動的な張力を調整することで、固有振動数ｆを変化させ、ベルト２ｅの共振状態を回避できることになる。その結果、発電機１周辺におけるベルト２ｅの騒音を低減できる。また、発電機１の出力電流を制御するだけであるので、ベルト等の構成を変える必要がない。

図２は、図１（ａ）と同様の動力伝達機構を備える、ある車輌の発電機周辺の騒音を測定した試験結果を示す図である。この車輌ではアクセル全開加速時で、エンジン回転数が２０００ｒｐｍ近傍の時にベルトの共振が見られ、騒音が増大した。そこで、アクセル全開加速時で、エンジン回転数が２０００ｒｐｍ近傍の時に、発電機の出力電流を５Ａ、１５Ａ、１８Ａ、２８．５Ａ及び６３．５Ａに制御した。図２は、各出力電流における、騒音の音圧レベルと周波数帯との関係を示したものである。いずれの出力電流の場合も、３０００Ｈｚ近傍で音圧レベルのピークを迎えているが、出力電流が５Ａ→１５Ａ→１８Ａと増加するにつれて音圧レベルが下がり、１８Ａ→２８．５Ａ→６３．５Ａと増加するにつれて再び音圧レベルが上がっていることが分かる。つまり、この車輌の場合では、ベルトが共振状態となる時に発電機の出力電流を１８Ａに制御すれば共振状態が回避され、騒音を低減できることが分かる。

そして、本実施形態では、ベルトの共振状態を生じる際のエンジンの運転状態と、その共振状態を回避できる発電機の出力電流と、を、制御装置Ａが搭載される車輌について予め試験を行って求めておき、これをＥＥＰＲＯＭ１２に記憶しておく。そして、車輌が実際に走行する際に、ＥＥＰＲＯＭ１２に記憶した情報に基づいて発電機の出力電流を制御する。なお、このようにベルトの共振状態を生じる際のエンジンの運転状態と、その共振状態を回避できる発電機の出力電流と、を予め試験を行って求めておかず、例えば、ベルトの共振状態を検出するセンサ（騒音計等）を設置し、その検出結果に基づいて発電機の出力電流を増減して共振状態を回避するという実施形態も採用できる。尤も、本実施形態のように予め試験を行ってベルトの共振状態を生じる際のエンジンの運転状態と、その共振状態を回避できる発電機の出力電流と、を、制御装置Ａが搭載される車輌について予め試験を行って求めておく方が、その車輌に応じて、簡易かつ確実に共振状態を回避でき、また、コストも低減できるという利点がある。

＜制御例＞
以下、制御装置Ａによる発電機１の出力電流の制御例について説明する。図３（ａ）はＣＰＵ１１が実行する、発電機１の出力電流の制御処理を示すフローチャートである。Ｓ１ではエンジン制御装置３からエンジンの運転状態の情報を取得する。本実施形態の場合、上述した通り、エンジンの回転数と燃料の噴射量とを取得する。Ｓ２では取得したエンジンの運転状態の情報に基づいてベルト２ｅが共振状態か否かを判定する処理を行う。詳細は後述する。Ｓ３ではＳ２の判定の結果が共振状態であればＳ４へ進み、非共振状態であればＳ５へ進む。Ｓ４ではＥＥＰＲＯＭ１２に記憶されている、ベルト２ｅの共振状態を回避できる発電機１の予め定めた出力電流を読み出して、発電機１の出力電流が当該出力電流となるように電流制御回路１５へ指示を出す（共振回避制御）。これにより、ベルト２ｅの共振状態が回避できる。一方、Ｓ５ではベルト２ｅの共振状態が生じていないので、通常の制御を行う。以上により一単位の処理が終了する。

図３（ｂ）はＳ２の共振状態判定処理を示すフローチャートである。Ｓ１１ではエンジンがアクセル全開時の加速状態にあるか否かを判定する。この判定は、エンジン制御装置３から取得した燃料の噴射量と、ＥＥＰＲＯＭ１２に記憶されている、ベルト２ｅの共振状態を生じる際のエンジンの運転状態の情報とに基づいて行う。本実施形態の場合、ＥＥＰＲＯＭ１２に記憶されているエンジンの運転状態の情報には、ベルト２ｅの共振状態を生じる際の燃料の噴射量の情報が含まれ、これとエンジン制御装置３から取得した燃料の噴射量とが比較されて判定されることになる。該当する場合はＳ１２へ進み、そうでない場合はＳ１４へ進む。

Ｓ１２ではエンジン制御装置３から取得したエンジンの回転数が、所定の範囲の回転数か否かを判定する。この所定の範囲は、ＥＥＰＲＯＭ１２に記憶されている、ベルト２ｅの共振状態を生じる際のエンジンの運転状態の情報に含まれる。該当する場合はＳ１３へ進み、そうでない場合はＳ１４へ進む。Ｓ１３では共振状態の判定結果として、共振状態であることを設定し、Ｓ１４では非共振状態であることを設定する。以上により一単位の処理が終了する。

このようにして本実施形態ではベルト２ｅの共振状態を回避し、そのばたつきによる騒音を低減できる。なお、本実施形態では、ベルト２ｅが共振状態か否かを判定する基準としてアクセル全開時の加速（燃料の噴射量）と、エンジン回転数とを挙げたが、これに限られず、上述したような試験の結果により、ベルト２ｅが共振状態か否かを判定する基準となるエンジンの運転状態を適宜設定することができる。

尤も、エンジンが加速状態にある場合には、エンジンの駆動トルクが大きく、回転変動が生じ易いため、ベルト２ｅのばたつき、共振を生じやすい。従って、少なくともエンジンが加速状態であることを条件として、上記の共振回避制御を行うことが望ましく、これにより発電機周辺におけるベルトの騒音をより効果的に低減することができる。

また、上述した共振状態判定処理のＳ１２では、エンジンの回転数が所定値の場合ではなく、所定の範囲に含まれる場合に共振状態と判定した。これは、発電機１の出力応答遅れに伴うベルト２ｅの共振を回避し、発電機１周辺におけるベルトの騒音をより効果的に低減するものである。詳細には、例えば、図２を参照して説明した通り、試験においては、ベルトが共振状態となるエンジンの回転数が２０００ｒｐｍであった場合、実際に発電機１を制御する場合もエンジンの回転数が２０００ｒｐｍの時に上記の共振回避制御を行えばよいとも考えられる。しかし、発電機１の出力応答遅れが懸念されることや、実際の車輌の走行時は試験の時と環境が異なるため、多少の余裕を見た方がより確実にベルト２ｅの共振状態を回避できる。そこで、上述した共振状態判定処理のＳ１２では、エンジンの回転数が所定の範囲に含まれる場合に共振状態と判定している。その範囲としては、例えば、試験において上記の通りエンジンの回転数が２０００ｒｐｍの時に共振状態となった場合、１８００ｒｐｍ〜２２００ｒｐｍ程度に設定することができる。

（ａ）は、本発明の一実施形態に係る制御装置により制御される発電機１への動力伝達機構を示す図、（ｂ）は本発明の一実施形態に係る制御装置Ａのブロック図である。 図１（ａ）と同様の動力伝達機構を備える、ある車輌の発電機周辺の騒音を測定した試験結果を示す図である。 （ａ）はＣＰＵ１１が実行する、発電機１の出力電流の制御処理を示すフローチャート、（ｂ）は共振状態判定処理を示すフローチャートである。

符号の説明

Ａ 制御装置
１ 発電機
２ ベルト伝動機構
２ｅ ベルト
１５ 電流制御回路

Claims (4)

1. ベルト伝動機構を介してエンジンの駆動力が伝達されて発電する車輌用発電機の制御装置において、
   前記ベルト伝動機構のベルトが共振状態か否かを判定する判定手段と、
   前記判定手段により前記共振状態と判定された場合に、前記発電機の出力電流が予め定めた出力電流となるように前記発電機を制御する制御手段と、
   を備えたことを特徴とする車輌用発電機の制御装置。
2. 更に、
   前記エンジンの運転状態の情報を取得する取得手段を備え、
   前記判定手段は、
   前記取得手段により取得された前記運転状態の情報に基づいて、前記共振状態か否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の車輌用発電機の制御装置。
3. 前記判定手段は、前記取得手段により取得された前記運転状態の情報が、少なくとも前記エンジンが加速状態であることを示す場合に前記共振状態と判定することを特徴とする請求項１に記載の車輌用発電機の制御装置。
4. 前記判定手段は、前記取得手段により取得された前記運転状態の情報が、前記エンジンが加速状態であり、かつ、前記エンジンが所定範囲の回転数で駆動している状態であることを示す場合に前記共振状態と判定することを特徴とする請求項１に記載の車輌用発電機の制御装置。

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