JP2006094624A

JP2006094624A - 車両用発電機の発電制御装置

Info

Publication number: JP2006094624A
Application number: JP2004276354A
Authority: JP
Inventors: Hajime Fukuya; 肇福家; Mitsuru Nagase; 満永瀬; Masasuke Osato; 征祐大里; Kenji Takada; 健司高田
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 2004-09-24
Filing date: 2004-09-24
Publication date: 2006-04-06

Abstract

【課題】オルタネータ発電電圧を標準発電電圧(例えば１４.５Ｖ) から低発電電圧（例えば１２.８Ｖ）へ切り替えることによるオルタネータ駆動トルクの減少に起因した不快な振動を低減することのできる発電制御装置を提供すること。
【解決手段】オルタネータの発電電圧を標準発電電圧から低発電電圧へ切り替えるタイミングを減速燃料カットからの復帰に同期させる車両用発電機の発電制御装置
【効果】オルタネータの発電電圧を標準発電電圧から低発電電圧へ切り替えるタイミングを減速燃料カット復帰に同期させるため、減速燃料カットからの復帰で再開される燃料噴射により増加するエンジンの発生トルクと、オルタネータの発電電圧切替えによって減少するオルタネータの駆動トルクが相殺される。これにより、オルタネータの発電電圧切替えに起因するエンジン回転変動を低減することで、不快な振動を低減できるため運転性の向上を図ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等に搭載される車両用発電機の発電制御装置に関するものである。

近年の自動車においては、周知のとおり、燃費向上を目的として、エンジンの運転状態に応じて車両用発電機（以下オルタネータと称す）の発電量を制御（要求電力が多い時には発電電圧を高くし、要求電力が少ない時には発電電圧を低くするなど）することにより、充放電収支を確保しつつオルタネータの発電負荷低減を図っている。発電カットを実施する条件として、バッテリ電圧や冷却水温，吸気温，電気負荷状態が示されており、これらの条件が成立したときオルタネータの発電量を低減すべく発電電圧を低電圧側へ切替えている（例えば、特許文献１参照）。したがって、車両の走行状態(加速時や減速時など)に拘らずバッテリ電圧や冷却水温，吸気温，電気負荷状態等の発電カット実施条件が成立すればオルタネータの発電電圧の切替えが行われることになるので、例えば、車両停車状態（アイドル状態）で発電カット実施条件が成立した場合には、オルタネータの発電電圧が低電圧側へ切替わることで、オルタネータの駆動トルク減少により、エンジン回転変動が生じて不快な振動を発生する虞がある。

特開２００３−９５９５号公報参照

ところで、オルタネータの発電量を低減するために発電電圧を切替える時にはオルタネータの駆動トルクが変動、即ちエンジントルクの変動によってエンジン回転変動が生じることになる。このエンジン回転変動が車両の乗員にとって不快な振動となる。特に排気量の小さな軽自動車等においては、オルタネータのトルク変動に対するエンジントルクの変動が顕著に現れることになる。また、オルタネータの発電状態に応じて緻密に発電電圧を制御すべく電流センサなどを用いた発電制御装置についても知られている。

そこで、本発明は、このような問題に鑑みなされたものであり、その目的は、オルタネータの発電電圧を標準発電電圧から低発電電圧へ切替えるタイミングを減速時燃料カットからの復帰と同時にすることで、減速燃料カットからの復帰により燃料噴射が再開されることで増加するエンジントルクとオルタネータの発電電圧切替えにより軽減するエンジントルクを相殺することにより不快な振動を低減することのできる車両用発電機の発電制御装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、まず、請求項１に係る発明では、エンジンにより駆動される車両用発電機の発電電圧をエンジンの運転状態に応じて標準発電電圧と標準発電電圧よりも低い低発電電圧の２段階に可変制御する発電制御装置において、
発電機の発電電圧を標準発電電圧から低発電電圧へ切替えるタイミングは、少なくとも減速時燃料カットからの復帰タイミングに同期させることにより達成される。

またより好ましくは、発電機の発電電圧を標準発電電圧から低発電電圧へ切替えるタイミングは、前記エンジンの実回転数が予め設定した減速時燃料カットからの復帰回転数以下になった時とすることにより減速時燃料カットからの復帰タイミングに同期させること、
または、発電機の発電電圧を標準発電電圧から低発電電圧へ切替えるタイミングは、エンジンの実回転数がアイドル目標回転数よりも所定値だけ高いエンジン回転数以下になった時とすることにより減速時燃料カットからの復帰タイミングに同期させるようにしたものである。

以上の説明から分かるように、本発明の車両用発電機の発電制御装置によれば、オルタネータの発電電圧を標準発電電圧（例えば１４.５Ｖ）から低発電電圧(例えば１２.８Ｖ)へ切替えるタイミングを減速燃料カット復帰に同期させている。このため、減速燃料カットからの復帰により再開される燃料噴射によって増加するエンジンの発生トルクと、オルタネータの発電電圧切替え（例えば１４.５Ｖから１２.８Ｖ）によって減少するオルタネータの駆動トルクが相殺されることで、エンジン回転変動を低減することができる。したがって、オルタネータ発電電圧の切替えに起因する不快な振動を低減することができ、運転性の向上を図ることができる。

以下、本発明の実施例を図１から図７を用いて詳細に説明する。

まず、図７は本発明を適応したエンジンシステムの一例を示したものである。

エンジン１は、必要な空気をエアークリーナ２の入り口部３から取り入れ、該空気は吸気ダクト４を介してスロットルボディ５に取り付けられた空気流量を制御するスロットル弁６を経てサージタンク７に入る。該サージタンク７に流入した空気は、エンジン１の各シリンダに直通するインテークマニホールド８によって分配され、エンジン１の各シリンダ内に流入する。

一方、燃料タンク９内の燃料は、燃料ポンプ１０で吸引されるとともに、加圧されて燃料フィルタ１１を介してインテークマニホールド８に配設された燃料噴射弁１２に供給され、該燃料噴射弁１２はコントロールユニット１３からの噴射信号に基づいて前記燃料を噴射する。この時、燃料噴射弁１２に作用する燃料圧力は、プレッシャレギュレータ１４で調圧され、該プレッシャレギュレータ１４にはインテークマニホールド８の負圧が導入され、前記プレッシャレギュレータ１４で燃料圧力とインテークマニホールド８内の圧力差を常時一定に保持する働きをする。

また、燃料タンク９内で発生した燃料蒸気は、キャニスタパージバルブ１５を経由し、サージタンク７に導かれ、エンジン１に吸入されて燃焼される。前記スロットル弁６をバイパスした管路に装着されているＩＳＣバルブ１６は、コントロールユニット１３からの信号に基づき、スロットル弁６をバイパスする空気量を制御することで、アイドリング回転数を一定に保つように作動する。

エンジン１から排出される排気ガスは、触媒１７によって浄化され、マフラー１８で消音されて大気に放出される。前記コントロールユニット１３は、吸気温センサ１９でのインテークマニホールド８へ流入する空気の温度の検出、及び圧力センサ２０でのインテークマニホールド８へ流入する空気の圧力の検出に基づき吸入空気量を演算する。

さらに、コントロールユニット１３は、吸入空気量の演算結果、水温センサ２１からの検出結果、及び、酸素センサ２２での排気ガス中の酸素濃度の検出結果に基づき、最適燃料量を演算するとともに、燃料噴射弁１２を駆動して、エンジン１へ燃料を供給する。同様に点火時期についても、ノックセンサ２３での検出結果を考慮して、前記コントロールユニット１３の指令に基づき点火プラグ２４によって点火が行われる。

また、コントロールユニット１３は、エンジン１のアイドル時において、回転数の目標値と実際の回転数を比較し、その比較に基づいて設定される制御量を用いて前記実際の回転数を前記目標値に一致させるべくＩＳＣバルブ１６を通過する空気の量を調整するものであり、エンジン回転数のフィードバック制御の形態をとっている。さらに、該調整にあたっては、エンジン１によって駆動されるエンジン負荷体（例えばエアコン用のコンプレッサやヘッドライトなど）の作動状態を検出し、該検出のエンジン負荷体の作動状態に対応した前記制御量に基づいて定められる値を回転数補正情報として学習し、該学習した前記回転数補正情報を読み書き可能なメモリ（以下ＲＡＭと称す）に記憶させるとともに、ＲＡＭに記憶させた前記回転数補正情報によってＩＳＣバルブ１６を調整駆動してアイドル回転数を制御するものである。車両がアイドル状態から走行状態に移行した際には、アイドル時に学習した最新の前記回転数補正情報がＲＡＭに記憶されるとともに、ＩＳＣバルブ１６の開度が保持されることになる。このため、走行状態からアイドル状態に移行し、前記フィードバック制御が再開される際には、ＲＡＭに記憶されている前記回転数補正情報を用いて、前回のアイドル時に保持されていたＩＳＣバルブ１６の開度から空気量の調整が開始されることになる。

オルタネータ２５は、エンジン１により回転駆動され発電を行い各種負荷体を駆動するための電力を供給する。また、オルタネータ２５で発電された電力の余剰分はバッテリ
２６へ充電されるが、各種負荷体の要求電力がオルタネータによる発電量で不足する場合にはバツテリに蓄えた電力を放電して不足分を補っている。なお、オルタネータ２５はボルテージレギュレータを内蔵しており、オルタネータの発電電圧を設定値(例えば14.5Ｖ)以上にならないように電圧をコントロールしている。さらに、オルタネータ２５の入力端子（Ｃ端子）にはコントロールユニット１３からの発電電圧制御信号が入力され、該制御信号に応じてオルタネータの発電電圧を例えば１４.５Ｖと１２.８Ｖの２段階に切替えている。さらに詳しくは、コントロールユニット１３で演算された発電電圧制御信号がデューティ比１００％の場合、オルタネータ２５の発電電圧は１２.８Ｖに制御され、コントロールユニット１３で演算された発電電圧制御信号がデューティ比０％の場合、オルタネータ２５の発電電圧は１４.５Ｖに制御されることになる。

次に本発明の第１の実施例による発電電圧切替え処理について図１のフローチャートを用いて説明する。

図１に示す処理は、図７で示したコントロールユニット１３において、減速燃料カット開始からのオルタネータ発電電圧の制御に関するものであり、例えば１０ｍｓ周期で処理が行われるものでる。

まず、減速燃料カットが開始されると、コントロールユニット１３からオルタネータ
２５へ出力される発電電圧制御信号が０％となる（処理ステップＳ１０）。そして、処理ステップＳ１１にて、減速燃料カットからの復帰か否かを判定する。処理ステップＳ１１での判定結果が減速燃料カット（Ｎｏ）であれば、発電電圧制御信号は０％のままであり、即ち減速燃料カット中は発電電圧が例えば１４.５Ｖに保持されることになる。また、処理ステップＳ１１での判定結果が減速燃料カットから復帰（Ｙｅｓ）の場合には、処理ステップＳ１２へ進み、発電電圧制御信号が０％から１００％へ変化する。よって、オルタネータ２５の発電電圧が例えば１４.５Ｖから１２.８Ｖへ切替わることになる。

次に、第１の実施例による発電電圧切替えの動作を図２のタイミングチャートを用いて説明する。

まず、時刻ｔ₁ にて減速燃料カットが開始されると同時に、図７に示したコントロールユニット１３から出力されるオルタネータ２５の発電電圧制御信号が１００％から０％になることで、オルタネータ２５の発電電圧を例えば１２.８Ｖから１４.５Ｖに切替える。この後、時刻ｔ₁から時刻ｔ₂に示す期間の減速燃料カット中は、車輪の回転エネルギーを利用してオルタネータ２５を駆動してバッテリ２６への充電を図るため、オルタネータ
２５の発電電圧が１４.５Ｖに保持される。そして、時刻ｔ₂にて減速燃料カットからの復帰と同じタイミングでオルタネータ２５の発電電圧制御信号を０％から１００％に変化させて、オルタネータ２５の発電電圧を例えば１４.５Ｖから１２.８Ｖに切替える。この時刻ｔ₂ においては、減速燃料カットからの復帰により燃料噴射が再開されるために増加するエンジンの発生トルクと、オルタネータ２５の発電電圧切替え（１４.５Ｖから１２.８Ｖ）によって軽減されるオルタネータ２５の駆動トルクが相殺されることで、オルタネータ２５の発電電圧切替え（１４.５Ｖから１２.８Ｖ）に起因するエンジン回転変動を低減でき、不快な振動を低減することができる。

次に本発明の第２の実施例による発電電圧切替えの処理について図３のフローチャートを用いて説明する。

図３に示す処理は、図１と同様に図７で示したコントロールユニット１３において、減速燃料カット開始からのオルタネータ発電電圧の制御に関するものであり、例えば１０
ｍｓ周期で処理が行われるものである。

まず、減速燃料カットが開始されると、コントロールユニット１３からオルタネータ
２５へ出力される発電電圧制御信号が０％となる（処理ステップＳ２０）。次に、処理ステップＳ２１では、エンジン回転数ＮＥを読み込む。ここで、エンジン回転数ＮＥは、エンジン回転速度センサ（図示せず）などを用いて検出した信号をコントロールユニット
１３に取り込み信号処理して得られたエンジンの実際の回転速度を表すものである。次に、処理ステップＳ２２にて、減速燃料カット復帰回転数ＮＲを読み込む。減速燃料カット復帰回転数ＮＲは、例えばエンジン冷却水温をパラメータとして、コントロールユニット１３内の読み出し専用メモリ(以下ＲＯＭと称す)に予め記憶させているものである。つまり、処理ステップＳ２２では、エンジン冷却水温に応じて減速燃料カット復帰回転数ＮＲを補間計算などにより算出した値を読み込むことになる。そして、処理ステップＳ２３で、読み込んだエンジン回転数ＮＥと減速燃料カット復帰回転数ＮＲを比較して、減速燃料カットからの復帰か否かを判定する。処理ステップＳ２３での比較処理により、エンジン回転数ＮＥが減速燃料カット復帰回転数ＮＲよりも大きい（Ｎｏ）場合は、発電電圧制御信号は０％のままであり、オルタネータの発電電圧が例えば１４.５Ｖに保持されることになる。また、エンジン回転数ＮＥが減速燃料カット復帰回転数ＮＲ以下(Ｙｅｓ)の場合は、減速燃料カットから復帰を表すため、処理ステップＳ２４へ進み、発電電圧制御信号が０％から１００％へ変化する。よって、オルタネータ２５の発電電圧が例えば１４.５Ｖから１２.８Ｖへ切替わることになる。

次に、第２の実施例による発電電圧切替えの動作を図４のタイミングチャートを用いて説明する。

時刻ｔ₁から時刻ｔ₂までの減速燃料カット開始から減速燃料カット中の動作については、前述の第１の実施例と同様である。時刻ｔ₂ にて、コントロールユニット１３から出力されるオルタネータ２５の発電電圧制御信号が０％から１００％に変化することで、オルタネータ２５の発電電圧は例えば１４.５Ｖから１２.８Ｖに切替わる。この切替えタイミングは、エンジンの実回転数が予め設定した減速燃料カット復帰回転数ＮＲ以下となった時である。これにより第１の実施例と同様の効果を得ることができる。

次に本発明の第３の実施例による発電電圧切替え処理について図５のフローチャートを用いて説明する。

図５に示す処理は、第１実施例や第２実施例と同様に図７で示したコントロールユニット１３において、減速燃料カット開始からのオルタネータ発電電圧の制御に関するものであり、例えば１０ｍｓ周期で処理が行われるものである。

まず、減速燃料カットが開始されると、コントロールユニット１３からオルタネータ
２５へ出力される発電電圧制御信号が０％となる（処理ステップＳ３０）。次に、処理ステップＳ３１では、エンジン回転数ＮＥを読み込む。ここで、エンジン回転数ＮＥは、第２実施の説明で述べたように、エンジン回転速度センサ(図示せず)などを用いて検出した信号をコントロールユニット１３に取りこみ信号処理して得られたエンジンの実際の回転速度を表すものである。次に、処理ステップＳ３２にて、発電電圧切替え回転数ＡＬＴＮを読み込む。発電電圧切替え回転数ＡＬＴＮは、アイドル状態におけるエンジンの目標回転数であるアイドル目標回転数よりも所定値だけ高く設定した値であり、第２実施例で示した減速燃料カット復帰回転数ＮＲと同様に、例えばエンジン冷却水温をパラメータとして、コントロールユニット１３内のＲＯＭに予め記憶させているものである。つまり、処理ステップＳ３２では、エンジン冷却水温に応じて発電電圧切替え回転数ＡＬＴＮを補間計算などにより算出した値を読み込むことになる。そして、処理ステップＳ３３で、読み込んだエンジン回転数ＮＥと発電電圧切替え回転数ＡＬＴＮを比較して、エンジン回転数ＮＥが発電電圧切替え回転数ＡＬＴＮよりも大きい（Ｎｏ）場合は、発電電圧制御信号は０％のままであり、オルタネータの発電電圧が１４.５Ｖに保持されることになる。また、エンジン回転数ＮＥが発電電圧切替え回転数ＡＬＴＮ以下（Ｙｅｓ）の場合は、処理ステップＳ３４へ進み、発電電圧制御信号が０％から１００％へ変化する。よって、オルタネータ２５の発電電圧が例えば１４.５Ｖから１２.８Ｖへ切替わることになる。

次に、第３の実施例による発電電圧切替えの動作を図６のタイミングチャートを用いて説明する。

時刻ｔ₁から時刻ｔ₂までの減速燃料カット開始から減速燃料カット中の動作については、前述の第１実施例および第１実施例と同様である。時刻ｔ₂ にて、コントロールユニット１３から出力されるオルタネータ２５の発電電圧制御信号が０％から１００％に変化することで、オルタネータ２５の発電電圧は例えば１４.５Ｖから１２.８Ｖに切替わる。この切替えタイミングは、エンジンの実回転数がアイドル目標回転数よりも所定値だけ高く設定した回転数である発電電圧切替え回転数ＡＬＴＮ以下となった時である。ここで、発電電圧切替え回転数ＡＬＴＮを第２実施例で示した減速燃料カット復帰回転数ＮＲと等しくなるように予め設定しておくことで、減速燃料カット復帰と同期してオルタネータ２５の発電電圧を例えば１４.５Ｖから１２.８Ｖに切替えることができる。したがって、この第３実施例においても、第１実施例および第２実施例と同様の効果を得ることができる。

なお、本発明を適用するエンジンシステムにおいては、減速燃料カット復帰と同時にオルタネータの発電電圧を例えば１４.５Ｖから１２.８Ｖに切替えて以降、再度発電電圧を１２.８Ｖから１４.５Ｖへ切替えるタイミングは、基本的には次回の減速燃料カットの開始時（図２，図４，図６の時刻ｔ₁ に相当）としている。しかしながら、次回の減速燃料カット開始より前にバッテリ電圧が所定値以下となったり、エアコンやライトなどの電気負荷を投入した場合には、充放電収支を確保するために、減速燃料カットの開始タイミングでなくとも発電電圧を例えば１２.８Ｖから１４.５Ｖに切替えてバッテリへの充電を優先させて電気エネルギーの回生を図る。つまり、このような場合には減速燃料カット開始による発電電圧切替え（１２.８Ｖから１４.５Ｖ）は必ずしも発生しない場合が生じることになる。また、より最適な充放電収支を確保するために、発電電圧制御をより詳細な制御又は段落的制御とすることも有効である。

本発明の第１実施例の発電電圧切替え処理を示すフローチャート。本発明の第１実施例の発電電圧切替え動作を示すタイミングチャート。本発明の第２実施例の発電電圧切替え処理を示すフローチャート。本発明の第２実施例の発電電圧切替え動作を示すタイミングチャート。本発明の第３実施例の発電電圧切替え処理を示すフローチャート。本発明の第３実施例の発電電圧切替え動作を示すタイミングチャート。本発明の実施例を適用したエンジン制御システム全体の構成図。

符号の説明

１…エンジン、２…エアークリーナ、５…スロットルボディ、６…スロットル弁、７…サージタンク、８…インテークマニホールド、９…燃料タンク、１０…燃料ポンプ、１２…燃料噴射弁、１３…コントロールユニット、１４…プレッシャレギュレータ、１５…キャニスタパージバルブ、１６…ＩＳＣバルブ、１７…触媒、１８…マフラー、１９…吸気温センサ、２０…圧力センサ、２１…水温センサ、２２…酸素センサ、２３…ノックセンサ、２４…点火プラグ、２５…オルタネータ、２６…バッテリ。

Claims

エンジンにより駆動される車両用発電機の発電電圧をエンジンの運転状態に応じて標準発電電圧と標準発電電圧よりも低い低発電電圧の２段階に可変制御する車両用発電機の発電制御装置において、
前記発電機の発電電圧を標準発電電圧から低発電電圧へ切り替えるタイミングを、少なくとも減速時燃料カットからの復帰タイミングに同期させることを特徴とする車両用発電機の発電制御装置。
請求項１において、前記発電機の発電電圧を標準発電電圧から低発電電圧へ切り替えるタイミングは、エンジンの実回転数が予め設定した減速時燃料カットからの復帰回転数以下になったときに減速時燃料カットからの復帰タイミングとすることを特徴とする車両用発電機の発電制御装置。
請求項１において、前記発電機の発電電圧を標準発電電圧から低発電電圧へ切り替えるタイミングは、エンジンの実回転数がアイドル目標回転数よりも所定値だけ高いエンジン回転数以下になったときに減速時燃料カットからの復帰タイミングとすることを特徴とする車両用発電機の発電制御装置。