JP2007325361A - 交流発電機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発電量の増加要求に適切に対処しつつも内燃機関の回転速度の変動を抑制することのできる交流発電機の制御装置を提供する。
【解決手段】レギュレータ５０は、スイッチング素子５３のスイッチング制御によりオルタネータ４０の出力電圧を制御する。ＥＣＵ７０は、レギュレータ５０にスイッチング制御のデューティ値の上限値を与える。この上限値は、実際のデューティ値にオフセット値を加算することで算出される。オフセット値は、デューティ値が大きいほど、小さく設定される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の出力軸の回転に同期して回転する交流発電機の界磁電流を操作することで前記交流発電機の発電量を制御する交流発電機の制御装置に関する。

この種の交流発電機としては、界磁石を備えて構成されるループ回路をスイッチング素子により開閉することで、交流発電機の出力電圧を第１の調整電圧及び同第１の調整電圧よりも小さい第２の調整電圧のいずれかに制御するレギュレータを備えるものが周知である。この制御装置にあっては、通常、レギュレータの操作により第１の調整電圧及び第２の調整電圧のいずれかが選択されることで、出力電圧を選択された電圧とすべく界磁石を流れる電流（界磁電流）が調節され、ひいては発電機の電流量が制御される。

ここで、例えばヘッドランプ等の電気負荷が稼動されるときには、発電機の発電量を増加させる一方、スロットルバルブの開度を増加させることで、ガソリン機関の出力トルクを発電機の発電量に見合った出力トルクとする技術が知られている。

ただし、この場合、スロットルバルブの開度の増加に伴ってガソリン機関の燃焼室に吸入される空気が実際に増加するまでには応答遅れが生じる。このため、電気負荷の稼動に伴い発電量が増加すると、一時的にガソリン機関の出力トルクが発電量の増加を補償することができず、出力軸の回転速度が急激に落ち込むおそれがある。

そこで従来は、例えば下記特許文献１に見られるように、交流発電機の界磁電流の検出値に所定のオフセット値を加算した値を界磁電流の上限値とし、実際の界磁電流がこの上限値を超えないようにレギュレータを操作する制御装置も提案されている。この制御装置によれば、電気負荷の稼動に伴う発電機の発電量の急激な増加を抑制することができ、ひいてはガソリン機関の回転速度の急激な低下を抑制することができる。

ところで、上記制御装置においては、電気負荷の稼動によって要求される発電量の発電が可能となった後であっても、それ以前にバッテリから持ち出した電気エネルギをバッテリに充電すべく、発電量が増加される。そして、バッテリから持ち出された電気エネルギの充電が終了すると、交流発電機に要求される発電量が上記電気負荷の稼動によって要求される発電量まで低下する。このため、ガソリン機関の出力軸に加わる負荷トルクが急激に低下するため、出力軸の回転速度が上昇する。こうした現象は、特に上記オフセット値を大きく設定するときに顕著になる。更に、オフセット値を大きく設定する場合には、界磁電流の変動量も大きくなり、特に界磁電流が大きい領域においてはわずかな界磁電流の変化でもガソリン機関の回転変動が大きくなる。

これに対し、オフセット値を小さく設定すると、交流発電機の発電量の増加速度が小さくなるために、電気負荷の稼動によって要求される電気エネルギのうち交流発電機の発電によって補うことができないエネルギ量が増加する。このため、電気負荷の稼動に伴いバッテリから持ち出されるエネルギ量が増加し、バッテリの電圧が大きく低下する。
特許代３２５４２６２公報

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、発電量の増加要求に適切に対処しつつも内燃機関の回転速度の変動を抑制することのできる交流発電機の制御装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明は、前記交流発電機の発電量を増加させるべく界磁電流を増加させるに際し、前記界磁電流が大きいほどその変動を抑制する抑制手段を備えることを特徴とする。

界磁電流が大きい領域においては界磁電流が小さい領域と比較して、界磁電流の変化に伴うトルク変動が大きいものとなる。このため、界磁電流が大きい領域において界磁電流の変動量が大きいと、内燃機関の出力軸の回転変動が大きくなる。この点、上記構成によれば、界磁電流が大きい領域において界磁電流の変動を抑制することで内燃機関の出力軸の回転変動を抑制することができるとともに、それ以外の領域においてこうした制約を設けないことで、発電量の増加要求に適切に対処することもできる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記界磁電流よりも所定のオフセット値だけ大きい値を前記界磁電流の上限値として設定する上限値設定手段を更に備え、前記抑制手段は、前記界磁電流が大きいほど前記オフセット値を小さくすることを特徴とする。

上記構成では、界磁電流よりも所定のオフセット値だけ大きい値として上限値を設定することで、発電量の増加要求時、発電量の急増による内燃機関の回転変動を抑制することができる。更に、界磁電流が大きいほどオフセット値を小さくすることで、界磁電流が大きくなるほどその上昇速度を低減させることができる。このため、発電量の増加要求発生直後において発電機の発電量を補うためにバッテリの電気エネルギが持ち出された後、この持ち出された電気エネルギが発電により補償されることで発電機の発電量が減少するときであっても、その減少度合いが緩和され、ひいては、発電量の減少に伴う内燃機関の出力軸の回転速度の上昇を抑制することができる。更に、界磁電流が大きい領域においては、界磁電流の変化に対する発電機の負荷トルクの変化が大きいため、界磁電流の変化による内燃機関の回転変動が大きくなるのであるが、界磁電流の大きい領域において、オフセット値を小さくすることで、界磁電流の変動を抑制し、ひいては、内燃機関の出力軸の回転変動を抑制することができる。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記界磁電流の変化を緩和した緩界磁電流を算出する手段を更に備え、前記上限値設定手段は、前記緩界磁電流に前記オフセット値を加算することで前記上限値を算出することを特徴とする。

上記構成によれば、緩界磁電流を用いて上限値を設定するために、微小な時間スケールにおける界磁電流の変化の影響を好適に抑制して上限値を設定することができる。

請求項４記載の発明は、請求項２又は３記載の発明において、前記交流発電機は、前記界磁電流量を制御するスイッチング素子、及び前記交流発電機の出力電圧を調整電圧に制御すべく前記スイッチング素子のオン・オフ操作を行なうスイッチング回路を備えるレギュレータを備え、前記抑制手段は、前記界磁電流に基づき前記調整電圧を操作することで、前記抑制にかかる処理を行うことを特徴とする。

上記構成によれば、レギュレータを備えることで、当該制御装置が上記スイッチング素子を直接操作する場合と比較して、発電制御の信頼性を向上させることができる。すなわち、制御装置によるスイッチング操作の指令系統に異常が生じる場合であっても、レギュレータにより発電機の出力電圧が調整電圧に制御されるため、発電制御が極端に異常なものとなることを回避することができる。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記抑制手段は、前記スイッチング回路によるオン・オフ操作の周期に対するオン操作時間の比に基づき前記界磁電流を検出することを特徴とする。

上記構成では、オン・オフ操作の周期に対するオン時間の比、すなわちデューティに基づき界磁電流を検出するために、レギュレータに界磁電流の値を求める手段を備える必要がなく、レギュレータを簡易に構成することができる。

請求項６記載の発明は、請求項４又は５記載の発明において、前記レギュレータは、第１の調整電圧及び該第１の調整電圧よりも低い第２の調整電圧のいずれかに前記出力電圧を制御するものであり、前記抑制手段は、前記２つの調整電圧のいずれかの選択を２値の指令信号によって行うことで前記レギュレータを操作することを特徴とする。

上記構成によれば、レギュレータを、２つの調整電圧のいずれかに制御する構成とすることで、その構成を簡素化することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる交流発電機の制御装置をガソリン機関によって稼動する交流発電機の制御装置に適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に、上記ガソリン機関を含むエンジンシステムの全体構成を示す。

図示されるように、ガソリン機関１０の吸気通路１２の上流には、その流路面積を調節する電子制御式のスロットルバルブ１４が設けられている。スロットルバルブ１４は、モータ１６によって駆動される。そして、吸気通路１２の下流には、燃料噴射弁１８が設けられている。吸気通路１２と燃焼室２０とは、吸気バルブ２２の開弁によって連通される。これにより、燃料噴射弁１８から噴射された燃料と吸気通路１２の上流から吸入された吸気との混合気が、燃焼室２０に流入する。そして、点火プラグ２４による火花放電により混合気が燃焼すると、この燃焼エネルギが、ピストン２６を介してクランク軸２８の回転力に変換される。そして、燃焼に供された混合気は、排気バルブ３０が開弁することで、排気通路３２に排出される。

上記クランク軸２８は、交流発電機（オルタネータ４０）のステータコイル４２に機械的に連結されている。オルタネータ４０は、ステータコイル４２、整流回路４４、界磁石（ロータコイル４６）及びレギュレータ５０を備えて構成されている。レギュレータ５０は、ロータコイル４６を流れる電流（界磁電流）を操作することで、出力電圧を制御するものである。

詳しくは、ステータコイル４２は、整流回路４４と接続されており、整流回路４４の一方の端子はバッテリ端子Ｂと接続され、他方の端子はレギュレータ５０内のスイッチング回路５１と接続されている。そして、レギュレータ５０内には、ロータコイル４６側からバッテリ端子Ｂ側へと向かうフライホイールダイオード５２が接続されている。このフライホイールダイオード５２のアノード側はスイッチング素子５３を介して接地されている。こうした構成によれば、スイッチング回路５１によりスイッチング素子５３がオン・オフ操作されることで、界磁電流を制御することができる。

上記バッテリ端子Ｂには、バッテリ６０が接続されており、バッテリ６０には、スイッチング素子６２を介して、車載ヘッドランプやエアーコンディショナのブロア等の電気負荷６４が並列接続されている。

なお、図１に示すように、オルタネータ４０は、イグニッション端子ＩＧ及びローサイド端子Ｌを備えており、これら端子間にチャージランプ６６が接続されて且つ、イグニッション端子ＩＧ及びバッテリ６０間には、イグニッションスイッチ６８が接続されている。

電子制御装置（ＥＣＵ７０）は、各種センサの検出値を取り込み、これに基づき、モータ１６や燃料噴射弁１８、点火プラグ２４等のガソリン機関１０の各種アクチュエータを操作することで、ガソリン機関１０の出力を制御する。更に、ＥＣＵ７０は、オルタネータ４０を操作して、その発電量（発電電圧）を制御する。詳しくは、ＥＣＵ７０は、オルタネータ４０の出力端子ＦＲから出力されるスイッチング素子５３の操作状態（オン・オフ操作の周期に対するオン時間の比：デューティ）に関する信号に基づき界磁電流を検出する。そして、これに基づき、オルタネータ４０の入力端子Ｃに、調整電圧についての指示信号を出力する。

具体的には、図２（ａ）に示されるように、指令信号は２値信号である。そして、指令信号が論理「Ｌ」であるか論理「Ｈ」であるかに応じて、図２（ｂ）に一点鎖線にて示すように、調整電圧を２段階に調整する。すなわち、指令信号が論理「Ｌ」であるときには、第１の調整電圧Ｖａ１を選択するよう指示し、論理「Ｈ」であるときには、第２の調整電圧Ｖａ２を選択するよう指示する。これにより、レギュレータ５０では、第１の調整電圧Ｖａ１又は第２の調整電圧Ｖａ２のいずれかとなるように、オルタネータ４０の出力電圧を制御すべく、上記スイッチング素子５３をオン・オフ制御する（図２（ｃ））。

ところで、オルタネータ４０が所定の発電電流量を生成するために必要な負荷トルクとクランク軸２８の回転速度との間には、図３に示す関係がある。すなわち、回転速度が小さいほどクランク軸２８に加わる負荷トルクが大きくなり、しかも負荷トルクの上昇速度が大きくなる。このため、クランク軸２８の回転速度が上昇側に変動すると負荷トルクが減少し、回転速度が低下する側に変動すると負荷トルクが上昇する。このため、クランク軸２８の回転変動に伴う負荷トルクの変動は、回転変動を助長する側に働く。更に、回転速度が小さい領域にあっては、負荷トルクが大きく且つ回転速度の変動に対する負荷トルクの変動量も大きいものとなっている。このため、回転速度の小さい領域にあっては、特に負荷トルクの変動による回転速度の変動が問題となりやすい。図４に、アイドル回転速度制御時の問題点を示す。

図４（ａ１）は、負荷６４の稼動状態を示し、図４（ｂ１）は、スイッチング素子５３のデューティ値ｆｒｄｕｔｙを示し、図４（ｃ１）は、ガソリン機関１０の吸入空気量の推移を示し、図４（ｄ１）は、クランク軸２８の回転速度の推移を示す。

図示されるように、アイドル回転速度制御時において、先の図１に示したスイッチング素子６２がオン状態となることで負荷が稼動されると、負荷６４によって要求される電気エネルギを生成すべく、スイッチング素子５３のデューティ値ｆｒｄｕｔｙが上昇する。これにより、オルタネータ４０がクランク軸２８に加える負荷トルクが上昇するため、ＥＣＵ７０では、負荷トルクの上昇分を補償するようにスロットルバルブ１４を操作する。ただし、スロットルバルブ１４の開度の変化によって燃焼室２０に実際に流入する空気量が変化するまでには応答遅れが生じる。このため、負荷トルクの上昇に対してガソリン機関１０の出力トルクの上昇が遅れ、クランク軸２８の回転速度が落ち込む現象が生じる。

これに対し、オルタネータ４０による負荷トルクの急増を抑制すべく、図４（ａ２）〜図４（ｄ２）に示す処理をすることも考えられる。ちなみに、図４（ａ２）〜図４（ｄ２）は、図４（ａ１）〜図４（ｄ１）と対応しており、図４（ｃ２）において二点鎖線は、デューティ値ｆｒｄｕｔｙの平均値を、一点鎖線は、デューティ値ｆｒｄｕｔｙの上限値を示す。この処理では、デューティ値ｆｒｄｕｔｙが急増することを抑制すべく、その平均値にオフセット値Δを加算した値を上限値として設定する。ここで、平均値を用いて上限値を設定するのは、デューティ値ｆｒｄｕｔｙそのものは、図４（ｂ２）に実線にて示すように変動するからである。図示されるように、上限値を用いることで、負荷６４の稼動開始に伴う負荷トルクの上昇を抑制することができ、ひいては、クランク軸２８の回転速度の落ち込みを抑制することができる。

ただし、この場合、オルタネータ４０の発電量が負荷６４によって要求される電気エネルギを補償する値となった後にもデューティ値ｆｒｄｕｔｙが上昇する。これは、上限値を用いることで、負荷６４の稼動開始直後には負荷６４によって要求される電気エネルギに対してオルタネータ４０の発電量が不足するために、バッテリ６０の電気エネルギが消費されることによる。このため、オルタネータ４０の発電量が負荷６４によって要求される電気エネルギを補償する値となった後であっても、消費されたバッテリ６０の電気エネルギを補償するまでデューティ値ｆｒｄｕｔｙが上昇する。そして、上記消費された電気エネルギが補償されると、デューティ値ｆｒｄｕｔｙは、負荷６４によって要求される電気エネルギに応じた値に急減する。このため、これに応じてスロットルバルブ１４の開度を変更したとしても、燃焼室２０に吸入される空気量の変化の応答遅れのために、吸入空気量の低減が間に合わず、クランク軸２８の回転速度が吹き上がる現象が生じる。

また、上限値を設定する場合、図４（ｂ２）に示されるように、デューティ値ｆｒｄｕｔｙは、上限値以下で変動し得る。この変動は、負荷トルクの変動となるため、これによりガソリン機関１０のクランク軸２８の回転変動を生じさせる。特に、先の図３に示すように、デューティ値ｆｒｄｕｔｙが大きい領域にあっては、回転速度に対する負荷トルクの傾きが大きい。このため、負荷トルクのわずかな変動もクランク軸２８の大きな回転変動を生じさせやすい。このため、オフセット値Δの設定によっては、クランク軸２８の回転変動が大きくなる。

更に、負荷６４が稼動状態から非稼動状態となるときには、要求される発電量が急減するためデューティ値ｆｒｄｕｔｙは急減するものの、平均値は、デューティ値ｆｒｄｕｔｙの低下に追従しない。このため、上限値とデューティ値ｆｒｄｕｔｙとの間に大きな幅ができ、これによりデューティ値ｆｒｄｕｔｙが大きく変動し得るという問題が生じる。

そこで、本実施形態では、デューティ値ｆｒｄｕｔｙの変化を緩和したなまし値ｆｒｇｄｔｍｐにオフセット値ｔＦＲＯＦＳを加算することでデューティ値ｆｒｄｕｔｙの上限値ｆｒｇｄを設定するに際し、デューティ値ｆｒｄｕｔｙが大きいほど、オフセット値ｔＦＲＯＦＳを小さくし、且つなまし値ｆｒｇｄｔｍｐの算出におけるデューティ値ｆｒｄｕｔｙの変化の緩和度合いを大きくする。これにより、消費されたバッテリ６０の電気エネルギが補償された後のデューティ値ｆｒｄｕｔｙの急激な落ち込みを抑制する。

更に、スロットルバルブ１４の開度を、デューティ値ｆｒｄｕｔｙのなまし値ｆｒａに基づき補正するに際し、なまし値ｆｒａの算出に際してのデューティ値ｆｒｄｕｔｙの変化の緩和度合いを、デューティ値ｆｒｄｕｔｙが大きいほど小さくする。これにより、負荷トルクの変化が大きいときのガソリン機関１０の出力トルクの応答性を高める。また、上記緩和度合いを、デューティ値ｆｒｄｕｔｙの急減時に小さくする。これにより、デューティ値ｆｒｄｕｔｙの低下時の応答性を向上させる。以下、これらの処理について詳述する。

図５に、本実施形態にかかる発電制御の処理手順を示す。この処理は、ＥＣＵ７０により、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ１０において、上記出力端子ＦＲから取り込まれるデューティ値ｆｒｄｕｔｙに対するそのなまし値ｆｒｇｄｔｍｐの差が所定値αより大きいか否かを判断する。ここで、なまし値ｆｒｇｄｔｍｐは、なまし処理により出力端子ＦＲから取り込まれるデューティ値ｆｒｄｕｔｙの変動が緩和された値である。このステップＳ１０の処理は、オルタネータ４０の発電量が急激に減少することでガソリン機関１０の回転速度が急激に上昇するおそれが生じる状況を判断するためのものである。このため、所定値αは、ガソリン機関１０の回転速度が急激に変化し得る程度のオルタネータ４０の発電量の低下に基づき設定されている。

ステップＳ１０において肯定判断されるときには、ステップＳ１２において、なまし処理の平滑化係数ｓｍｆｒｇｄを「１」とする。これは、なまし値ｆｒｇｄｔｍｐがデューティ値ｆｒｄｕｔｙの上限値を定める際にも用いられることに鑑み、なまし処理を解除してなまし値ｆｒｇｄｔｍｐをデューティ値ｆｒｄｕｔｙそのものとするための処理である。これにより、負荷６４が稼動状態から停止状態への移行等により発電量が急激に低下したときに、なまし値ｆｒｇｄｔｍｐに応じて設定される上限値を低下させることができ、これにより、上限値とデューティ値ｆｒｄｕｔｙとの差を小さくすることができる。

これに対し、ステップＳ１０において否定判断されるときには、ステップＳ１４において、今回の平滑化係数ｓｍｆｒｇｄ［Ｉ］を下記の式によって設定する。

ｓｍｆｒｇｄ［Ｉ］
＝ｓｍｆｒｇｄ［Ｉ−１］×（１−ｋＳＭＳＭＦＲＧＤ）
＋ｔＳＭＦＲＧＤ×ｋＳＭＳＭＦＲＧＤ
ここで、目標平滑化係数ｔＳＭＦＲＧＤは、図６に示すように、デューティ値ｆｒｄｕｔｙに応じて可変設定される。すなわち、デューティ値ｆｒｄｕｔｙが大きいほど、目標平滑化係数ｔＳＭＦＲＧＤを小さい値とする。また、調節係数ｋＳＭＳＭＦＲＧＤは、前回のなまし値ｆｒｇｄｔｍｐ［Ｉ−１］と目標平滑化係数ｒＳＭＦＲＧＤとの加重平均処理をする際の重み係数であり、「０＜ｋＳＭＳＭＦＲＧＤ＜１」となっている。

ステップＳ１２、Ｓ１４のいずれかの処理が完了すると、ステップＳ１６において、今回のなまし値ｆｒｇｄｔｍｐ［Ｉ］を算出する。ここでは、下記の式のように、前回のなまし値ｆｒｇｄｔｍｐ［Ｉ−１］と、今回のデューティ値ｆｒｄｕｔｙとに重み付けして平均化する加重平均処理（なまし処理）を用いてなまし値ｆｒｇｄｔｍｐ［Ｉ］を算出する。
ｆｒｇｄｔｍｐ［Ｉ］＝
ｆｒｇｄｔｍｐ［Ｉ−１］×（１−ｓｍｆｒｇｄ）＋ｆｒｄｕｔｙ×ｓｍｆｒｇｄ
上記なまし値ｆｒｇｄｔｍｐは、ロータコイル４６を流れる界磁電流についてその変化を緩和した緩界磁電流を表現するパラメータとなっている。このなまし値ｆｒｇｄｔｍｐは、デューティ値ｆｒｄｕｔｙが大きいほど、その変化の緩和度合いが大きなものとなっている。これは、先の図６に示したように、デューティ値ｆｒｄｕｔｙが大きいほど目標平滑化係数ｔＳＭＦＲＧＤを小さな値としたことによる。

こうして今回のなまし値ｆｒｇｄｔｍｐ［Ｉ］が算出されると、ステップＳ１８において、これに基づき、上記デューティ値ｆｒｄｕｔｙの上限値ｆｒｇｄを算出する。ここでは、なまし値ｆｒｇｄｔｍｐにオフセット値ｔＦＲＯＦＳを加算した値を上限値ｆｒｇｄとする。オフセット値ｔＦＲＯＦＳは、図７に示すように、デューティ値ｆｒｄｕｔｙが大きいほど小さい値となる。

続くステップＳ２０においては、上記入力端子Ｃへと出力する指令信号ａｌｔｄｕｔｙを算出する。ここでは、指令信号ａｌｔｄｕｔｙは、「１００−ｆｒｇｄ」と設定する。この指令信号は、レギュレータ５０によるスイッチング素子５３のスイッチング制御におけるデューティ値ｆｒｄｕｔｙの上限値となる。換言すれば、レギュレータ５０によって制御される界磁電流の上限値となる。

なお、実際には、入力端子Ｃに出力される指令信号は、図示しない別のロジックから算出されるいくつかの値と、図５にて設定される値とのうちの最大値として設定される。ただし、アイドル回転速度制御時等にあっては、上記最大値は、図５によって算出される値となる傾向にある。

次に、アイドル回転速度制御時におけるオルタネータ４０の発電量の変化への対処手法を説明する。図８は、アイドル回転速度制御の処理手順を示す。この処理は、ＥＣＵ７０により、例えばアイドル回転速度制御の実行条件の成立期間において所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ３０において、スロットルバルブ１４の開度を操作するためのモータ１６に対する操作信号のデューティ値の基本値である基本デューティ値ｄｂｓｅを算出する。続いてステップＳ３２では、ガソリン機関１０の運転状態に基づき、上記基本デューティ値ｄｂｓｅの補正値を算出する。この補正値としては、クランク軸２８の実際の回転速度と目標とする回転速度との差に基づくフィードバック補正値を始め、周知の各種補正値がある。すなわち、エバポパージシステムの状態に応じた補正値や、排気通路３２の下流に設けられる触媒の暖機制御時の補正値、ダッシュポット制御の補正値、車両減速時の補正値、始動時の補正値、吸気による補正値、ガソリン機関１０の冷却水温による補正値、大気圧による補正値等である。

続くステップＳ３４では、クランク軸２８に加わる負荷に基づく補正値を算出する。ここでは、エアーコンディショナの作動状態に基づく補正値や、オルタネータ４０の発電量に基づく補正値、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）による補正値等がある。更に、ガソリン機関１０のクランク軸２８がオートマティックトランスミッション（ＡＴ）と連結されているときには、そのシフト状態による補正を含めてもよい。

ステップＳ３６においては、上記基本デューティ値ｄｂｓｅを、上記各種補正値によって補正することで、最終デューティ値を算出する。そして、ステップＳ３８では、最終デューティ値に応じた操作信号をモータ１６に出力することで、スロットルバルブ１４の開度を操作する。

上記ステップＳ３４においては、オルタネータ４０の発電量に基づく補正値も算出される。図９に、この補正値の算出についての詳細を示す。

この一連の処理では、まずステップＳ４０〜Ｓ４４において、アイドル回転速度制御が安定しているか否かを判断する。すなわち、ステップＳ４０では、クランク軸２８の目標回転速度の変化量が所定値β以下であるか否かを判断する。また、ステップＳ４２では、バッテリ６０の電圧の変化量が所定値γ以下であるか否かを判断する。続くステップＳ４４では、スイッチング素子５３のデューティ値ｆｒｄｕｔｙに対するなまし値ｆｒｇｄｔｍｐの差が所定値α以下であるか否かを判断する。この判断は、先の図５のステップＳ１０の処理の判断と対応する。

そして、ステップＳ４０〜４４の少なくとも１つでも否定判断されるときには、ステップＳ４６に移行し、オルタネータ４０の発電量を算出するためのデューティ値ｆｒｄｕｔｙのなまし処理用の平滑化係数ｓｍｆｒｃｕｒｓｍ［Ｉ］を「１」にする。これに対し、ステップＳ４０〜４４の全てにおいて肯定判断されるときには、上記平滑化係数ｓｍｆｒｃｕｒｓｍ［Ｉ］を下記の式によって算出する。

ｓｍｆｒｃｕｒｓｍ［Ｉ］＝
ｓｍｆｒｃｕｒｓｍ［Ｉ−１］×（１−ｋＳＭＳＭＦＲＣＵＲ）
＋ｔＳＭＦＲＣＵＲ×ｋＳＭＳＭＦＲＣＵＲ
ここで、目標平滑化係数ｔＳＭＦＲＣＵＲは、デューティ値ｆｒｄｕｔｙの関数であり、図１０に示されるように、デューティ値ｆｒｄｕｔｙが大きいほど大きい値とされる。また、調節係数ｋＳＭＳＭＦＲＣＵＲは、前回の平滑化係数ｓｍｆｒｃｕｒｓｍ［Ｉ−１］と、目標平滑化係数ｔＳＭＦＲＣＵＲとの加重平均処理をするための重み係数である。

上記ステップＳ４６、Ｓ４８の処理が完了すると、ステップＳ５０において、なまし値ｆｒａを下記の式のように、前回のなまし値ｆｒａ［Ｉ−１］とデューティ値ｆｒｄｕｔｙとの加重平均処理によって算出する。
ｆｒａ［Ｉ］＝
ｆｒａ［Ｉ−１］×（１−ｓｍｆｒｃｕｒｓｍ）＋ｆｒｄｕｔｙ×ｓｍｆｒｃｕｒｓｍ
上記なまし値ｆｒａは、デューティ値ｆｒｄｕｔｙが大きいほど、その変化の緩和度合いが小さいものとなっている。これは、先の図１０に示したように、デューティ値ｆｒｄｕｔｙが大きいほど目標平滑化係数ｔＳＭＦＲＣＵＲを大きい値としたことによる。

続くステップＳ５２においては、クランク軸２８の回転速度のなまし値ｎｅｆｒを算出する。ここで、なまし値ｎｅｆｒは、下記の式のように、回転速度ｎｅと目標回転速度ｎｅｔとの加重平均処理によって算出する。

ｎｅｆｒ＝ｋＮＥＦＲＣＯＥＦ×ｎｅ＋（１−ｋＮＥＦＲＣＯＥＦ）×ｎｅｔ
なお、「０＜ｋＮＥＦＲＣＯＥＦ＜１」である。

続くステップＳ５２においては、なまし値ｆｒａとなまし値ｎｅｆｒとに基づき、オルタネータ４０の発電電流量ｃｕｒａｌｔｓｍを算出する。発電電流量ｃｕｒａｌｔｓｍは、なまし値ｆｒａが大きいほど、また、なまし値ｎｅｆｒが大きいほど大きな値とされる。そして、ステップＳ５６においては、発電電流量ｃｕｒａｌｔｓｍの発電によってオルタネータ４０がクランク軸２８に加える負荷トルクを補償するように、スロットルバルブ１４の補正値ｄｆｒを算出する。なお、上記態様にて発電電流量を算出することで、デューティ値ｆｒｄｕｔｙと回転速度ｎｅとを用いる場合と比較して、補正値ｄｆｒの変化を抑制することができる。このため、スロットルバルブ１４の開度補正によってガソリン機関１０の吸入空気量を適切に補正することができる。これにより、上記デューティ値ｄｕｔｙと回転速度ｎｅとを用いる場合には、補正値ｄｆｒが急激に変化し得るため、スロットルバルブ１４の補正に対して燃焼室２０に実際に流入する吸気補正の遅れに起因して、吸入空気量にハンチングが生じるおそれがある。

図１１に、負荷６４の稼動開始に伴う上記制御による処理の態様を示す。なお、図１１（ａ）〜図１１（ｄ）は、先の図４（ａ２）〜図４（ｄ２）に対応している。

図示されるように、負荷６４が稼動することで、デューティ値ｆｒｄｕｔｙが増加するものの、その増加速度はデューティ値ｆｒｄｕｔｙが大きくなるほど小さくなる。これは、デューティ値ｆｒｄｕｔｙが大きいほど、なまし値ｆｒｇｄｔｍｐの算出に際してのデューティ値ｆｒｄｕｔｙの変化の緩和度合いを大きくしたことと、オフセット値ｔＦＲＯＦＳを小さくしたこととによる。これにより、オルタネータ４０の発電量が負荷６４の要求する電気エネルギ量に対応した値を超え、消費されたバッテリ６０の電気エネルギを補償した後であっても、デューティ値ｆｒｄｕｔｙの低下量が抑制される。このため、ガソリン機関１０の出力トルクが一時的に過剰となる程度が緩和され、ひいては回転速度の吹き上がりを好適に抑制することができる。

また、デューティ値ｆｒｄｕｔｙが大きいほどオフセット値ｔＦＲＯＦＳを小さくすることで、デューティ値ｆｒｄｕｔｙの変動を抑制することができる。図１２（ａ１）及び図１２（ｂ１）に、デューティ値ｆｒｄｕｔｙが大きい領域においてオフセット値ｔＦＲＯＦＳを小さくした場合を拡大して示し、図１２（ａ２）及び図１２（ｂ２）に、上記領域においてオフセット値ｔＦＲＯＦＳが大きい場合を示す。図示されるように、オフセット値ｔＦＲＯＦＳを小さくすることで、デューティ値ｆｒｄｕｔｙの変動が抑制され、ひいては、クランク軸２８の回転変動が抑制される。

しかも、デューティ値ｆｒｄｕｔｙが大きいほどスロットルバルブ１４の開度の補正値の算出に用いられるなまし値ｆｒａを大きくすることで、デューティ値ｆｒｄｕｔｙが大きい領域における負荷トルクの変動をガソリン機関１０の出力トルクが迅速に補償することができるため、クランク軸２８の回転変動が更に抑制される。

図１３に、負荷６４の稼動停止に伴う上記制御による処理の態様を示す。なお、図１３（ａ）〜図１３（ｄ）は、先の図４（ａ２）〜図４（ｄ２）に対応している。

図示されるように、電気負荷６４が稼動状態から停止状態に切り替ると、なまし値ｆｒｇｄｔｍｐがデューティ値ｆｒｄｕｔｙとされて急減することから、上限値も急減する。これにより、先の図４（ｂ２）に示した場合と比較して、電気負荷６４の停止後の上限値ｆｒｇｄとデューティ値ｆｒｄｕｔｙとの差が小さくなり、ひいては、デューティ値ｆｒｄｕｔｙの変動量を低減することができる。更に、電気負荷６４が停止状態に切り替るときには、先の図９のステップＳ４６に移行することから、スロットルバルブ１４の開度の補正値の算出に際して、電気負荷６４の稼動停止に伴う発電量の低下に迅速に対処することができる。このため、吸入空気量の減少速度を大きくすることができ、ひいては、クランク軸２８の吹き上がりを抑制することもできる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）デューティ値ｆｒｄｕｔｙが大きいほどオフセット値ｔＦＲＯＦＳを小さくした。これにより、デューティ値ｆｒｄｕｔｙが大きい領域におけるその変動を抑制し、ひいては、ガソリン機関１０のクランク軸２８の回転変動を抑制することができる。

（２）デューティ値ｆｒｄｕｔｙの変化を緩和したなまし値ｆｒｇｄｔｍｐを算出し、これにオフセット値ｔＦＲＯＦＳを加算した。これにより、微小な時間スケールにおけるデューティ値ｆｒｄｕｔｙの変化の影響を好適に抑制して上限値ｆｒｇｄを設定することができる。

（３）レギュレータ５０を備えることで、ＥＣＵ７０が上記スイッチング素子５３を直接操作する場合と比較して、発電制御の信頼性を向上させることができる。すなわち、ＥＣＵ７０によるスイッチング操作の指令系統に異常が生じる場合であっても、レギュレータ５０により発電機の出力電圧がいずれかの調整電圧に制御されるため、発電制御が極端に異常なものとなることを回避することができる。

（４）スイッチング素子５３のデューティ値ｆｒｄｕｔｙに基づき界磁電流を検出した。これにより、レギュレータ５０に界磁電流の値を求める手段を備える必要がなく、レギュレータ５０を簡易に構成することができる。

（５）レギュレータ５０を、第１の調整電圧Ｖａ１及び同第１の調整電圧Ｖａ１よりも低い第２の調整電圧Ｖａ２のいずれかに出力電圧を制御するものとし、２つの調整電圧のいずれかの選択を２値の指令信号によって行うことでレギュレータ５０を操作した。これのように、レギュレータ５０を２つの調整電圧のいずれかに制御する構成とすることで、その構成を簡素化することができる。

（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・デューティ値ｆｒｄｕｔｙの変化を緩和させる処理としては、加重平均処理に限らず、例えば移動平均処理等であってもよい。

・レギュレータ５０としては、２つの調整電圧のいずれかに制御するものに限らず、この調整電圧は、例えば３つの異なる調整電圧のいずれかに制御するものであってもよい。更に、調整電圧を連続的に可変なものであってもよい。

・上記実施形態では、オルタネータ４０のロータコイル４６の界磁電流としてデューティ値ｆｒｄｕｔｙを検出したが、レギュレータ５０がロータコイル４６に流れる界磁電流を検出する手段を備えるなら、ＥＣＵ７０によって界磁電流を直接取得することができる。また、レギュレータ５０が界磁電流の値を直接制御する機能を有するなら、ＥＣＵ７０からレギュレータ５０に界磁電流の上限値を直接与えてもよい。

・オルタネータ４０としては、レギュレータを備えるものにも限らず、例えばＥＣＵ７０がスイッチング素子５３を直接操作することで界磁電流を制御する構成であってもよい。この場合であっても、界磁電流が大きいほどその変動量を抑制するように制御することは、クランク軸２８の回転変動を抑制する上で有効である。

・先の図６に示した設定を行わなくても、上記実施形態の上記（１）〜(５)の効果を得ることはできる。

・内燃機関としては、ガソリン機関に限らず、ディーゼル機関であってもよい。この場合であっても、先の図５に例示した処理を行うことは、ディーゼル機関の出力軸の回転変動を抑制する上で有効である。

一実施形態にかかるエンジンシステムの全体構成を示す図。 同実施形態にかかるレギュレータによる出力電圧の制御態様を示すタイムチャート。 内燃機関の回転速度とオルタネータの負荷トルクの関係を示す図。 オルタネータの発電に伴う問題点を説明するためのタイムチャート。 上記実施形態にかかるオルタネータの発電制御の処理手順を示すフローチャート。 上記処理における目標平滑化係数ｔＳＭＦＲＧＤとデューティ値ｆｒｄｕｔｙとの関係を示す図。 上記処理におけるオフセット値ｔＦＲＯＦＳとデューティ値ｆｒｄｕｔｙとの関係を示す図。 上記実施形態にかかるアイドル回転速度制御の処理手順を示すフローチャート。 上記アイドル回転速度制御におけるオルタネータの発電に基づく補正値の算出にかかる処理の手順を示すフローチャート。 上記処理における目標平滑化係数ｔＳＭＦＲＣＵＲとデューティ値ｆｒｄｕｔｙとの関係を示す図。 電気負荷の稼動開始に伴う上記処理の態様を示すタイムチャート。 同タイムチャートの一部拡大図。 電気負荷の停止に伴う上記処理の態様を示すタイムチャート。

符号の説明

１０…ガソリン機関、４０…オルタネータ、５０…レギュレータ、５１…スイッチング回路、５３…スイッチング素子、７０…ＥＣＵ（制御装置の一実施形態）。

Claims (6)

1. 内燃機関の出力軸の回転に同期して回転する交流発電機の界磁電流を操作することで前記交流発電機の発電量を制御する交流発電機の制御装置において、
   前記交流発電機の発電量を増加させるべく界磁電流を増加させるに際し、前記界磁電流が大きいほどその変動を抑制する抑制手段を備えることを特徴とする交流発電機の制御装置。
2. 前記界磁電流よりも所定のオフセット値だけ大きい値を前記界磁電流の上限値として設定する上限値設定手段を更に備え、
   前記抑制手段は、前記界磁電流が大きいほど前記オフセット値を小さくすることを特徴とする請求項１記載の交流発電機の制御装置。
3. 前記界磁電流の変化を緩和した緩界磁電流を算出する手段を更に備え、
   前記上限値設定手段は、前記緩界磁電流に前記オフセット値を加算することで前記上限値を算出することを特徴とする請求項２記載の交流発電機の制御装置。
4. 前記交流発電機は、前記界磁電流量を制御するスイッチング素子、及び前記交流発電機の出力電圧を調整電圧に制御すべく前記スイッチング素子のオン・オフ操作を行なうスイッチング回路を備えるレギュレータを備え、
   前記抑制手段は、前記界磁電流に基づき前記調整電圧を操作することで、前記抑制にかかる処理を行うことを特徴とする請求項２又は３記載の交流発電機の制御装置。
5. 前記抑制手段は、前記スイッチング回路によるオン・オフ操作の周期に対するオン操作時間の比に基づき前記界磁電流を検出することを特徴とする請求項４記載の交流発電機の制御装置。
6. 前記レギュレータは、第１の調整電圧及び該第１の調整電圧よりも低い第２の調整電圧のいずれかに前記出力電圧を制御するものであり、
   前記抑制手段は、前記２つの調整電圧のいずれかの選択を２値の指令信号によって行うことで前記レギュレータを操作することを特徴とする請求項４又は５記載の交流発電機の制御装置。

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