JP2006288139A

JP2006288139A - 車載発電機の制御装置

Info

Publication number: JP2006288139A
Application number: JP2005107378A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Miyata; 敏行宮田; Katsunori Ueda; 克則上田
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2005-04-04
Filing date: 2005-04-04
Publication date: 2006-10-19

Abstract

【課題】電気負荷に応じた発電量を確保しながら、エンジンのハンチングを防ぐことができるようにする。
【解決手段】内燃機関１１により駆動される発電機１２と、発電機１２から給電を受けて間欠的に作動する第１の電気機器１５および継続的に作動する第２の電気機器１４と、第１および第２の電気機器１５，１４の各電気負荷量を検出する電気負荷量検出手段２１と、第１および第２の電気機器１５，１４の電気負荷量に応じて発電機１２による発電量を制御する発電量制御手段２２と、第１の電気機器１５の作動により電気負荷量が間欠的に変動した場合に、発電機１２による発電量の応答性を抑制する制御である応答性抑制制御を実行する応答性抑制手段２３と、第２の電気機器１４の作動により電気負荷量が増大した場合に、応答性抑制制御の実行を休止させるキャンセル手段２４とを備えて構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車載発電機の制御装置に関するものである。

従来より、自動車には、ヘッドランプ、フォグランプ、フラッシャランプ、電動ワイパなど、種々の電装品が搭載され、また、これらの車載電装品に対しては、オルタネータによって発電された電力が供給されるようになっている。
このオルタネータは、エンジンによって駆動されて発電を行なうものであって、そのデューティ比を変更することによって、発電量を変更することができるようになっている。つまり、デューティ比を増大させればエンジンへの負荷は増大するものの発電量を増大させることができ、一方、デューティ比を減少させれば発電量は減少するもののエンジンの動力負荷を小さくすることができるようになっている。

また、このオルタネータのデューティ制御は、車載電装品によって消費される電力量（即ち、電気負荷量）に応じて変更されるようになっている。
しかしながら、エンジンが低負荷運転中（例えば、アイドル運転中）に、車載電装品によって消費される電力が増大すると、オルタネータのデューティ比が増大することによりエンジンの負荷が増大する。

このため、オルタネータのデューティ比の増減に応じて、スロットルバルブの開度を変更したり、点火時期を変更することで、エンジン出力を調節する制御が実行されるようになっている。
なお、オルタネータのデューティ比に応じてエンジン出力を制御する技術の一例として、以下の特許文献１の技術が存在する。
特許３０４５３５３号公報

ところが、車載電装品によっては、ヘッドランプやフォグランプなどのように、継続的に作動するものばかりではなく、間欠的に作動するものもある。例えば、フラッシャランプは、間欠的に作動する車載電装品の１つであって、ドライバにより方向指示レバーが操作された場合、あるいは、ハザードスイッチがオンとなることによって明滅し、その電力消費量は間欠的に変動する。

他方、電動ワイパは、連続モードで作動させた場合、その電力消費量は原則的には一定であるが、間欠モードで作動させた場合には、間欠的に作動し、その電力消費量は間欠的に変動する。
つまり、ヘッドランプやフォグランプが点灯すると、電気負荷は増大するものの、原則的には変動しないため、上述のスロットルバルブによる吸気量制御や、点火時期制御などにより、エンジン出力を制御することで、必要な発電量を確保しながら、エンジンの回転安定性を確保することができる。

しかしながら、フラッシャランプが明滅する場合や、電動ワイパが間欠モードで作動する場合には、電気負荷が間欠的に変動し、この電気負荷の変動に応じてオルタネータのデューティ比が変化する。そして、このオルタネータのデューティ比変化に応じてスロットルバルブ開度を制御すると、ハンチングが生じたり、エンジン回転数の変化がオルタネータ・デューティ比の変化に追従できない事態、即ち、制御遅れが生じたりする事態を招く。

また、点火時期制御を実行した場合には、スロットルバルブによる吸気量制御に比べれば制御遅れは生じにくいものの、点火時期の進角量および遅角量にはおのずと限界がある。また、ノック発生を考慮すると、更にその進角量・遅角量は制限を受ける。また、過度に遅角させると燃費の悪化を招くという課題もある。
他方、上述の特許文献１のように、電気負荷が間欠的に変動した場合には、オルタネータのデューティ比を徐々に増大させ、エンジン回転数にハンチングが生じることを防ぐという手法も考えられるものの、この手法では、電気負荷が増大した場合であってもオルタネータによる発電量が増大するまでには時間がかかることになるため、電気負荷に対応した電力量を発電することができない事態、即ち、発電量不足という事態が生じる。

本発明はこのような課題に鑑み案出されたもので、電気負荷に応じた発電量を確保しながら、エンジンのハンチングを防ぐことができる、車載発電機の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の車載発電機の制御装置（請求項１）は、内燃機関により駆動される発電機と、該発電機から給電を受けて間欠的に作動する第１の電気機器と、該発電機から給電を受けて継続的に作動する第２の電気機器と、該第１および該第２の電気機器の電気負荷量を検出する電気負荷量検出手段と、該電気負荷量検出手段により検出された該電気負荷量に応じて該発電機による発電量を制御する発電量制御手段と、該第１の電気機器の作動により該電気負荷量が間欠的に変動した場合に、該発電機による発電量の応答性を抑制する制御である応答性抑制制御を実行する応答性抑制手段と、該第２の電気機器の作動により該電気負荷量が継続的に増大した場合に、該応答性抑制手段による該応答性抑制制御の実行を休止させるキャンセル手段とを備えることを特徴としている。

また、請求項２記載の本発明の車載発電機の制御装置は、請求項１記載の内容において、該応答性抑制手段は、該応答性抑制制御における該発電機による発電量の応答性を徐々に抑制することを特徴としている。
また、請求項３記載の本発明の車載発電機の制御装置は、請求項１または２記載の内容において、該キャンセル手段は、該第２の電気機器の作動により該電気負荷量が増大すると該応答性抑制制御の実行を即座に休止させることを特徴としている。
また、請求項４記載の本発明の車載発電機の制御装置は、請求項１〜３記載の内容において、該発電量制御手段は、該発電機の発電量を制限するクリップ値と、該電気負荷量が該クリップ値を越えた電気負荷となったとき該クリップ値を越えて所定量発電量を増加可能とする増量クリップ値とを備え、該応答性抑制制御は、該増量クリップ値を抑制させることを特徴としている。

本発明の車載発電機の制御装置によれば、電気負荷量が間欠的に変動した場合には発電機による発電量の応答性を抑制しつつ、さらに、電気負荷量が増大した場合には、発電量の応答性を抑制することをキャンセルできるので、電気負荷に応じた発電量を確保しながら、エンジンのハンチングを防ぐことができる。（請求項１）
また、電気負荷量が間欠的に変動した場合には、発電機による発電量の応答性を徐々に抑制するので、エンジンのハンチングを適切に防ぐことができる。（請求項２）
また、電気負荷量が増大した場合には、発電量の応答性を即座に高めることで、増大した電気負荷量に対応した発電量を瞬時に確保することができる。（請求項３）
また、電気負荷量が間欠的に変動した場合には、発電機による発電量の増量を抑制するので、エンジンのハンチングを防ぐことができる。（請求項４）

以下、図面により、本発明の一実施形態に係る車載発電機の制御装置について説明すると、図１はその全体構成を示す模式的なブロック図、図２はその作用を示すフローチャート、図３はその作用を示すタイムチャートである。
図１で示すように、車両１０には、エンジン１１、オルタネータ１２、バッテリ１３、ヘッドランプ（第２の電気機器）１４、フラッシャランプ（第１の電気機器）１５、ＥＣＵ１６が備えられている。

このうち、エンジン１１は、ガソリンエンジンであって、車両１０の駆動源となるものである。
また、オルタネータ１２は、エンジン１１によって駆動されて交流電力を発電する発電機である。なお、このオルタネータ１２には整流ユニット（図示略）が内蔵されており、オルタネータ１２によって発電された交流電力を直流電力に変換して出力できるようになっている。

また、このオルタネータ１２による発電量は、このオルタネータ１２のデューティ比を変更することによって変更できるようになっている。より具体的には、オルタネータ・デューティ比を増大させることによって発電量を増大させることができ、また、オルタネータ・デューティ比を減少させることによって発電量抑制することができるようになっている。なお、オルタネータ・デューティ比を増大させた場合にはエンジン１１の負荷が増大し、オルタネータ・デューティ比を減少させた場合には、エンジン１１の負荷が減少するようになっている。

バッテリ１３は、オルタネータ１２から出力された直流電力を放電可能に蓄える鉛電池である。
ヘッドランプ１４は、車両１０の前面に設けられ、車両１０の前方にヘッドライトを照射できるようになっている。また、このヘッドランプ１４は、図示しないヘッドランプスイッチがオン／オフされることによって、点灯／消灯するようになっている。

フラッシャランプ１５は、車両１０の左右前方および左右後方に設けられており、左側或いは右側のフラッシャランプ１５が明滅することによって、車両１０の進行方向を示すことができるようになっている。また、全てのフラッシャランプ１５が明滅することによって、車両１０に異常が生じていることを示したり車両１０が停車中であることを示したりすることができるようになっている。

より具体的には、ドライバにより方向指示器レバー（図示略）が操作される方向に応じて、左右どちらかのフラッシャランプ１５が明滅し、フラッシャランプ１５を方向指示器として用いることができ、一方、ドライバにより、ハザードスイッチ（図示略）がオンにされることにより、全てのフラッシャランプ１５が明滅し、フラッシャランプ１５をハザードランプとして用いることができるようになっている。

ＥＣＵ１６は、いずれも図示しない、インターフェース、ＣＰＵ、メモリ等を備えた電子制御ユニットであって、エンジン１１とオルタネータ１２とに対して専用ケーブルで接続されるとともに、ヘッドランプ１４およびフラッシャ１５に対してＣＡＮ（Controller Area Network）規格に基づいて接続されている。
また、このＥＣＵ１６には、電力消費量検出部（電気負荷量検出手段）２１、発電量制御部（発電量制御手段）２２、応答性抑制部（応答性抑制手段）２３、キャンセル部（キャンセル手段）２４およびエンジン制御部２５が、それぞれソフトウェアとして内蔵されている。

これらのうち、電力消費量検出部２１は、ヘッドランプ１４およびフラッシャランプ１５の各電力消費量（電気負荷量）を検出するものである。
また、発電量制御部２２は、電力消費量検出部２１によって検出されたヘッドランプ１４およびフラッシャランプ１５の電力消費量に応じてオルタネータ１２のデューティ比（フィールドコイル通電デューティ比；以下、「ＦＲデューティ比」という）を制御することによって、オルタネータ１２による発電量を制御するものである。

例えば、ヘッドランプ１４が点灯したことによって電力消費量が増大したことが電力消費量検出部２１によって検出されると、この発電量制御部２２によってＦＲデューティ比が増大され、このＦＲデューティ比の増大に伴ってオルタネータ１２によって発電される発電量が増大するようになっている。
応答性抑制部２３は、フラッシャランプ１５の作動により電力消費量が間欠的に変動した場合に、オルタネータ１２による発電量の応答性、即ち、ＦＲデューティ比の応答性を抑制する制御である「応答性抑制制御」を実行するものである。

この応答性抑制制御をもう少し具体的に説明すると、フラッシャランプ１５が作動することによって電力消費量が増大したことが電力消費量検出部２１によって検出されると、オルタネータ１２のＦＲデューティ比がこのフラッシャランプ１５の明滅により変動する電力消費量に対して追従するように発電量制御部２２により制御されるが、応答性抑制部２３は、ＦＲデューティ比が電力消費量に対して追従して変更されることを防ぐパラメータである「パワートランジスタ通電デューティ比（以下「Ｇ端子デューティ比」という）」を設定するようになっている。このＧ端子デューティ比は、ＦＲデューティ比の上限を抑制する、いわゆるクリップ値であって、このＧ端子デューティ比には、不感帯（増量クリップ値）を設定することができるようになっている。

例えば、Ｇ端子デューティ比が６０％で、Ｇ端子デューティ比不感帯の割合（以下、単に「Ｇ端子制御不感帯」という）が１０％であった場合、原則的にはＦＲデューティ比の上限が６０％でクリップされるが、Ｇ端子制御不感帯として設定された＋１０％（即ち、デューティ比７０％）までは、ＦＲデューティ比の上昇が許容されるようになっている。
そして、この応答性抑制部２３は、フラッシャランプ１５が明滅することによって電気負荷量が間欠的に変動したことが電力消費量検出部２１により検出されると、Ｇ端子制御不感帯を１〜３％（実質的には０％）にまで低下させ、ＦＲデューティ比の上限を厳密にクリップするようになっている。なお、ＦＲデューティや、Ｇ端子制御不感帯については、図３を用いて後述する。

キャンセル部２４は、ヘッドランプ１４の点灯により電力消費量が増大した場合に、応答性抑制部２３による応答性抑制制御の実行を休止させるものである。
もう少し具体的に説明すると、フラッシャランプ１５が明滅することにより、電気負荷量が間欠的に変動している場合には、上述したように、応答性抑制部２３により、Ｇ端子制御不感帯が低く設定され、厳密にＦＲデューティ比の上限がクリップされるようになっている。

このとき、さらにヘッドラップ１４が点灯すると、当然に電力消費量が増大する。なお、このヘッドランプ１４は、フラッシャランプ１５のように明滅しないので、その電力消費量は原則的に一定である。
このとき、キャンセル部２４は、応答性制御部２３による応答性抑制制御、即ち、Ｇ端子制御不感帯の低減制御（増加クリップ値の抑制）をキャンセルし、Ｇ端子制御不感帯を、応答性抑制制御部２３によって低減される前のＧ端子制御不感帯（約１０％）に復帰させるようになっている。したがって、ヘッドランプ１４が点灯することによって増大した電力消費量に対応した電力をオルタネータ１２によって即座に発電させることができるようになっている。

エンジン制御部２５は、発電量制御部２２によって設定されたＦＲデューティ比に応じて、エンジン１１のスロットルバルブ開度および点火時期を制御するものである。より具体的には、ＦＲデューティ比が増大した場合には、スロットル開度を増大させたり点火時期を進角させたりするようになっている。また、ＦＲデューティ比が減少した場合には、スロットル開度を減少させたり若しくは点火時期を遅角させたりするようになっている。

本発明の一実施形態に係る車載発電機の制御装置は上述のように構成されているので、以下のような作用および効果を奏する。なお、ここでは図２のフローチャートを用いて、図３のタイムチャートに示す状況を例にとって説明する。
図２のフローチャートに示すように、ステップＳ１１において、フラッシャランプ１５が明滅すると、このフラッシャランプ１５の明滅によりオルタネータ１２に対する電気負荷の変動が電力消費量検出部２１により検出される。（図３の「間欠電気負荷」参照）。

このとき、通常の制御であれば、発電量制御部２２が、電力消費量検出部２１によって検出されたフラッシャランプ１５の間欠的に変動する電力消費量に応じてオルタネータ１２のＦＲデューティ比を制御することで、オルタネータ１２による発電量を調節する（図３の符号Ａ₁参照）。このため、エンジン制御部２５も、負荷変化に応じてスロットルバルブ開度や点火時期を変更するため、ハンチングが生じる（図３の符号Ａ₂参照）。

しかしながら、ステップＳ１２において、応答性抑制部２３が、ＦＲデューティ比の応答性を抑制する制御である「応答性抑制制御」を実行し、約１０％に設定されていたＧ端子制御不感帯を約０％に徐々に変更するため（図３中符号Ａ₃参照）、ＦＲデューティ比の上限は、Ｇ端子デューティ比でクリップされる（図３中符号Ａ₄参照）。なお、フラッシャランプ１５のみが明滅している場合、Ｇ端子デューティ比は約６０％として設定されている。

その後、ステップＳ１３において、ヘッドランプ１４が点灯して電力消費量が増大したことが電力消費量検出部２１によって検出されると（ステップＳ１３のＹｅｓルート；図３の符号Ａ₅参照）、キャンセル部２４が、応答性抑制部２３による応答性抑制制御の実行を休止させる。つまり、フラッシャランプ１５が明滅することにより、電力消費量が間欠的に変動している場合には、応答性抑制部２３により、Ｇ端子制御不感帯が低く設定され、厳密にＦＲデューティ比の上限がクリップされているが、さらにヘッドラップ１４が点灯すると、電力消費量が増大が許容される。

このとき、ステップＳ１４において、キャンセル部２４は、応答性制御部２３によるＧ端子制御不感帯の低減制御をキャンセルし、約０％に設定されていたＧ端子制御不感帯を約１０％へ即座に復帰させる（図３の符号Ａ₆参照）。これにより、ＦＲデューティ比が約７０％にまで上昇することが許容され、ヘッドラップ１４が点灯することによって増大した電力消費量に対応した電力をオルタネータ１２によって即座に発電させることができる。

その後、ステップＳ１５において、応答性抑制部２３が、約６０％に設定されていたＧ端子デューティを約７０％に増大させ、そして、所定のディレイ時間（図３中符号ｔ₁参照）が経過した後に、ステップＳ１６において、キャンセル部２４が、約１０％に設定されていたＧ端子制御不感帯を再び約０％へ徐々に減少させることで、応答性制御部２３によるＧ端子制御不感帯の低減制御を再び有効とする。これにより、ＦＲデューティ比の変動を抑制することが可能となり、フラッシャ１５の明滅による変動する電力消費量とヘッドランプ１４の点灯による定常的な電力消費量とに応じた電力をオルタネータ１２に発電させながら、エンジン１１のハンチングを防ぐことができる。

その後、ステップＳ１７において、フラッシャランプ１５が消灯されると（図３の符号Ａ₈参照）、キャンセル部２４が、約０％に設定されていたＧ端子制御不感帯を再び約１０％へ徐々に復帰させ（図３中符号Ａ₉参照）、電力消費量に応じて、オルタネータ１２から適切な量の電力が発電されるようにする。
このように、本発明の一実施形態に係る車載発電機の制御装置によれば、電力消費量が間欠的に変動した場合には、オルタネータ１２による発電量の応答性を抑制しつつ、さらに、電力消費量が増大した場合には、オルタネータ１２による発電量の応答性抑制を休止できるので、電力消費量に応じた発電量を確保しながら、エンジン１１のハンチングを防ぐことができる。

また、電力消費量が間欠的に変動した場合には、オルタネータ１２による発電量の応答性を徐々に抑制するので、エンジン１１のハンチングをさらに適切に防ぐことができる。
また、電力消費量が増大した場合には、オルタネータ１２の発電量の応答性を即座に高めることで、増大した電力消費量に対応した発電量を瞬時に確保することができる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は係る実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

上述の実施形態においては、第１の電気機器がヘッドランプである場合について説明したが、このような構成に限るものではない。例えば、第１の電気機器が、カーオーディオ機器、車内ランプなど、種々の電装機器が該当し得る。
同様に、上述の実施形態においては、第２の電気機器がフラッシャランプである場合について説明したが、このような構成に限るものではない。例えば、第２の電気機器が間欠モードで作動する電動ワイパ等であってもよい。

また、上述の実施形態においては、エンジン１１がガソリンエンジンである場合を例にとって説明したが、このような構成に限るものではない。例えば、ディーゼルエンジンやガスタービンエンジンなど、種々のエンジンが適用できる。
また、上述の実施形態においては、ＥＣＵ１６がヘッドランプ１４およびフラッシャランプ１５に対してＣＡＮ規格にネットワーク化されている場合について説明したが、このような場合に限定するものではない。例えば、専用ハーネスによって相互接続してもよいし、ＣＡＮ規格以外の規格に基づきネットワーク化してもよい。

本発明の一実施形態に係る車載発電機の制御装置の全体構成を示す模式的なブロック図である。本発明の一実施形態に係る車載発電機の制御装置の作用を示すフローチャートである。本発明の一実施形態に係る車載発電機の制御装置の作用を示す模式的なタイムチャートである。

符号の説明

１１エンジン（内燃機関）
１２オルタネータ（発電機）
１４ヘッドランプ（第２の電気機器）
１５フラッシャランプ（第１の電気機器）
２１電力消費量検出部（電気負荷量検出手段）
２２発電量制御部（発電量制御手段）
２３応答性抑制部（応答性抑制手段）
２４キャンセル部（キャンセル手段）

Claims

内燃機関により駆動される発電機と、
該発電機から給電を受けて間欠的に作動する第１の電気機器と、
該発電機から給電を受けて継続的に作動する第２の電気機器と、
該第１および該第２の電気機器の電気負荷量を検出する電気負荷量検出手段と、
該電気負荷量検出手段により検出された該電気負荷量に応じて該発電機による発電量を制御する発電量制御手段と、
該第１の電気機器の作動により該電気負荷量が間欠的に変動した場合に、該発電機による発電量の応答性を抑制する制御である応答性抑制制御を実行する応答性抑制手段と、
該第２の電気機器の作動により該電気負荷量が増大した場合に、該応答性抑制手段による該応答性抑制制御の実行を休止させるキャンセル手段とを備える
ことを特徴とする、車載発電機の制御装置。
該応答性抑制手段は、該応答性抑制制御における該発電機による発電量の応答性を徐々に抑制する
ことを特徴とする、請求項１記載の車載発電機の制御装置。
該キャンセル手段は、該第２の電気機器の作動により該電気負荷量が増大すると該応答性抑制制御の実行を即座に休止させる
ことを特徴とする、請求項１または２記載の車載発電機の制御装置。
該発電量制御手段は、該発電機の発電量を制限するクリップ値と、該電気負荷量が該クリップ値を越えた電気負荷となったとき該クリップ値を越えて所定量発電量を増加可能とする増量クリップ値とを備え、
該応答性抑制制御は、該増量クリップ値を抑制させる
ことを特徴とする、請求項１〜３記載の車載発電機の制御装置。