JP2009024668A - 車両用発電機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アイドル時に内燃機関が消費する燃料量を低減する。
【解決手段】エンジン１のアイドル時に、バッテリ１１から車両消費電流が供給可能な場合には、ＥＣＭ１３は、オルタネータ１０の目標発電電圧を通常の電圧である第１電圧より低く、且つ、車両消費電流が増加してもオルタネータ１０が発電しない第２電圧に設定する。オルタネータ１０の発電が必要となった場合には、ＥＣＭ１３は、吸入空気量の増加と点火時期の遅角とを行い、吸入空気量の増加が完了した後に、オルタネータ１０の目標発電電圧を第１電圧に設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関を動力とする車両に付設された車両用発電機の制御装置に関する。

内燃機関のアイドル回転数制御において、機関負荷が増加した場合の回転数低下に対処するため、予め点火時期をＭＢＴ（Minimum spark advance for Best Torque,同一消費燃料量で最大トルクが得られる最小進角）よりも遅角させて待機させておき、吸入空気量の補正で間に合わないような負荷変動（オルタネータの負荷増等）が生じた場合には、点火時期を進角させることによりエンジントルクを増加させて、エンジン回転数の低下を防止している（例えば、特許文献１）。
特開２００４−１００５３０号公報（第８頁、図４）

しかしながら、上記従来技術のように、点火時期をＭＢＴより遅角させて待機させておくと、その時に必要とされる燃料は、同じエンジン回転数で点火時期をＭＢＴとした場合に比べ多くなり、アイドル時の燃費性能が悪化するという問題点があった。

本発明は、上記問題点を解決するために、内燃機関により回転駆動されバッテリを充電するとともに車両消費電流を供給する車両用発電機の制御装置において、内燃機関の運転状態がアイドル状態であるか否かを判定するアイドル状態判定手段と、バッテリの状態が車両消費電流を供給可能な状態であるか否かを判定するバッテリ状態判定手段と、前記車両用発電機の目標発電電圧を設定する目標発電電圧設定手段と、を備え、前記目標発電電圧設定手段は、前記アイドル状態判定手段がアイドル状態であると判定し、且つ、前記バッテリ状態判定手段が車両消費電流を供給可能な状態であると判定した場合に、前記車両用発電機の目標発電電圧を通常の目標発電電圧である第１電圧より低く、且つ、車両消費電流が増加しても前記車両用発電機が発電しない第２電圧に設定し、前記車両用発電機の発電を開始する必要が生じた場合には、前記内燃機関の吸入空気量の増加指令を出力し、前記内燃機関の吸入空気量増加が完了した後に前記車両用発電機の目標発電電圧を第１電圧に設定することを要旨とする。

本発明によれば、内燃機関がアイドル状態であり、かつ車両消費電流をバッテリから供給可能な場合には、目標発電電圧を通常の第１電圧より低い第２電圧とすることで、車両用発電機を無発電状態とすることができ、さらに第２電圧を第１電圧より十分に低い電圧としておくことで、大きな電気負荷が入った時でも車両用発電機が突然発電を開始することを防止することが可能となるため、車両用発電機による機関負荷変動がないことを保障できる。次に、車両用発電機の発電を開始しなければならない状態を検知したら、吸入空気量の増加指令を出し、吸入空気量増加が完了した後に目標発電電圧を第１電圧に上げることにより、車両用発電機の発電開始に伴う負荷増に対して空気量増加により対応できるようになる。

上記のように、目標発電電圧を第２電圧としている時には、車両用発電機の負荷変動がないことを保障でき、車両用発電機の発電を開始する時には、空気量増加により車両用発電機の負荷増に対応できる為、目標発電電圧を第２電圧としている間は、従来よりアイドル点火時期を進角させることができ、燃費性能が向上するという効果がある。

次に図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明に係る車両発電機の制御装置を搭載した内燃機関車両の要部構成図である。図２は、本発明の動作を説明する制御フローチャートである。図３は、本発明の動作を説明するタイムチャートである。

図１において、内燃機関車両は、内燃機関であるエンジン１と、クランク軸２と、トランスミッション３と、車両用発電機であるオルターネータ１０と、バッテリ１１と、バッテリ１１の電圧電流を検出する電圧・電流センサ１２と、エンジン１を制御するとともに車両用発電機の制御装置であるエンジン制御モジュール（以下、ＥＣＭと略す）１３と、車体制御モジュール（以下、ＢＣＭと略す）２２と、電力分配モジュール（以下、ＰＤＭと略す）２４と、電気負荷装置３２，３３，３４とを備えている。

エンジン１には、吸入空気量を制御するスロットルバルブ４が設けられ、その開度は、ＥＣＭ１３により制御される。また、エンジン１の各気筒には、燃料を噴射するインジェクタ５と点火プラグ６が設けられ、スロットルバルブ４の開度、燃料噴射タイミング、燃料噴射量、点火時期は、それぞれＥＣＭ１３により制御される。

エンジン１のクランク軸２に設けられたクランクプーリ７と、オルタネータ１０の図示しない回転シャフトに設けたオルタネータプーリ８との間には、オルタネータ駆動ベルト９が掛け回されている。エンジン１の駆動力は、オルタネータ駆動ベルト９を介してオルタネータ１０を回転駆動し、発電可能となっている。

ここで、オルターネータ１０は、上位装置である電力分配モジュール２４から指定された目標発電電圧で発電可能な発電電圧可変型であるとともに、発電電圧を目標発電電圧に維持するための電圧レギュレータを内蔵しているものとする。

バッテリ１１は、オルタネータ１０の発電電流により充電されるとともに、車両に電流を供給する充放電可能な蓄電池である。

また、ＥＣＭ１３には、エアフローセンサ１４が検出した吸入空気量信号、車速センサ１５が検出した車速信号、アクセル開度センサ１６が検出したアクセルペダル操作量信号、エンジン回転センサ１７が検出したエンジン回転数信号、及びスロットル開度センサ１８が検出したスロットルバルブ４の開度信号がそれぞれ入力されている。ＥＣＭ１３は、これらの入力信号に基づいてエンジン１を制御するとともに、車両用発電機であるオルタネータ１０を制御する車両用発電機の制御装置である。

ＢＣＭ２２には、図示しないステアリングコラムの左右に設けられたコンビネーションスイッチ（ライトコントロール・コンビネーションスイッチ、ワイパーコントロール・コンビネーションスイッチ）１９、その他インストルメントパネルに設けられたリアウインドウデフォッガスイッチ等のスイッチ２０，２１が接続されている。

ＢＣＭ２２は、これらのスイッチ１９，２０，２１のオンオフ状態をコントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）２３を通じて、ＥＣＭ１３やＰＤＭ２４へ通知する。

ＰＤＭ２４は、内部に電気負荷のオンオフを制御するリレー２６，２７，２８と、リレー２６，２７，２７の各接点に直列に接続されたヒューズ２９，３０，３１と、これらリレー２６，２７，２８を制御するＣＰＵ２５とを備えている。ヒューズ２９，３０，３１にはそれぞれ電気負荷装置３２，３３，３４が接続されている。図１では、リレーとヒューズと電気負荷装置を３式のみ例示したが、実際の車両では、更に多数のリレーとヒューズと電気負荷装置とを備えている。

またＰＤＭ２４のＣＰＵ２５は、ＣＡＮ２３を介してＥＣＭ１３から指示されたオルタネータ１０の目標発電電圧を例えばＰＷＭ（パルス幅変調）信号に変換してオルタネータ１０へ出力する機能を備えている。

ＥＣＭ１３は、ＢＣＭ２２から通知されたスイッチ１９，２０，２１のオンオフ状態を用いて本発明のオルターネータ制御に利用する。

次に、図２の制御フローチャート、図３のタイムチャートを参照して、本発明における車両用発電機の制御装置であるＥＣＭ１３の動作を説明する。

まず最初に、ステップ（以下、ステップをＳと略す）１０において、ＥＣＭ１３は、車速センサ１５及びアクセル開度センサ１６の検出信号である機関状態信号を読み込む。次いで、Ｓ１２において、ＥＣＭ１３は、機関状態信号に基づいて、機関状態がアイドル状態であるか否かを判定する。アイドル状態とは、例えば、車速センサ１５が検出した車速が０ｋｍ／ｈ、かつ、アクセル開度センサ１６が検出したアクセルペダル操作量が０のときの機関状態である。

Ｓ１２の判定で、アイドルであれば、Ｓ１４へ進む。Ｓ１２の判定でアイドルでなければ、Ｓ１８へ進む。

Ｓ１４では、ＥＣＭ１３は、電圧・電流センサ１２からバッテリ１１の電圧Ｖｂを読み込む。次いでＳ１６で、ＥＣＭ１３は、バッテリ電圧Ｖｂが第１電圧Ｖ１より高いか否かを判定する。ここで、第１電圧Ｖ１は、通常時におけるオルタネータ１０の目標発電電圧であり、かつ、バッテリ電圧Ｖｂがこの値を超えていれば、エンジンの吸入空気量が増加するまで、バッテリ単独で車両の電気負荷に電流を供給可能な電圧である。

Ｓ１６の判定で、バッテリ電圧Ｖｂが第１電圧Ｖ１より高ければ、Ｓ２０へ進む。Ｓ１６の判定で、バッテリ電圧Ｖｂが第１電圧Ｖ１以下であれば、Ｓ１８へ進む。Ｓ１８ではＥＣＭ１３は、ＰＤＭ２４を介してオルタネータ１０の目標発電電圧Ｖｔを第１電圧Ｖ１に設定して、Ｓ１０へ戻る。これにより、アイドル状態でないとき、或いはアイドル状態であってもバッテリ１１の電圧が第１電圧Ｖ１以下であれば、オルタネータ１０の目標発電電圧を第１電圧として、必要に応じて発電することができる。

Ｓ２０では、ＥＣＭ１３は、ＰＤＭ２４を介してオルタネータ１０の目標発電電圧Ｖｔを第２電圧Ｖ２に設定する。この状態が図３のタイムチャートの時刻ｔ１の状態であり、この時点で、オルタネータ１０の発電は停止する。

さらに、特許文献１に記載されたような比較例では、アイドルと判定したときに、点火時期を遅角させて、オルタネータ負荷の増加に備えていたが、本発明によれば、時刻ｔ１を過ぎてもＥＣＭ１３は、点火時期を進角させて、例えばＭＢＴを維持し、アイドル時の燃費を低減することができる。

ここで、第２電圧Ｖ２は、第１電圧Ｖ１より低く、任意の電気負荷がオフ状態からオン状態へ状態切替があってもバッテリ電圧Ｖｂが第２電圧Ｖ２まで下がらず、オルタネータ１０の目標発電電圧Ｖｔが第２電圧に設定されていてもオルタネータが発電しない電圧である。この第２電圧Ｖ２は、バッテリ１１の容量及び短時間放電性能と、スタータモータを除く車両内の最大電流を消費する電気負荷により異なるので、実験またはシミュレーションにより値を求めることが好ましい。

次いでＳ２２で、ＥＣＭ１３は、再度、電圧・電流センサ１２からバッテリ１１の電圧Ｖｂを読み込み、バッテリ電圧Ｖｂが第１電圧Ｖ１より高いか否かを判定する。Ｓ２２の判定で、バッテリ電圧Ｖｂが第１電圧Ｖ１より高くなければ、オルタネータ１０に発電させるために、Ｓ３６へ進む。これにより、電気負荷増加がない場合でも、バッテリ容量の低下により、バッテリ電圧Ｖｂが第１電圧Ｖ１まで低下した場合には、オルタネータ１０の発電を開始でき、バッテリ上がり、バッテリの劣化を防止できるという効果がある。

Ｓ２２の判定で、バッテリ電圧Ｖｂが第１電圧Ｖ１より高ければ、Ｓ２４へ進む。
Ｓ２４では、ＥＣＭ１３は、電気負荷ＳＷであるコンビネーションスイッチ１９、スイッチ２０，２１の何れかがオフからオンへ切り替えられたか否かを判定する。Ｓ２４の判定がＮＯであれば、Ｓ３０へ進む。Ｓ２４の判定がＹＥＳであれば、Ｓ２６へ進む。

Ｓ２６では、ＥＣＭ１３は、この電気負荷ＳＷのオンにより増加するバッテリ電流により、バッテリ電圧の変化を予測し、バッテリ電圧予測値Ｖｃを以下の式（１）により算出する。

Ｖｃ＝Ｖｂ−ΔＩ×Ｒｂ …（１）
ここで、電気負荷ＳＷがオンされる直前のバッテリ電圧Ｖｂ、電気負荷ＳＷオンにより増加するバッテリの消費電流ΔＩ、バッテリの内部抵抗Ｒｂとする。ΔＩは、各スイッチ対応に、予めＥＣＭに消費電流値を記憶させておくものとする。また、バッテリの内部抵抗Ｒｂは、電圧・電流センサ１３が検出したバッテリ電圧及び電流により、ＥＣＭ１３が算出可能である。

次いでＳ２８で、ＥＣＭ１３は、バッテリ電圧予測値Ｖｃが第１電圧Ｖ１より低いか否かを判定する。Ｓ２８の判定で、バッテリ電圧予測値Ｖｃが第１電圧Ｖ１より低ければ、Ｓ３６へ進む。Ｓ２８の判定で、バッテリ電圧予測値Ｖｃが第１電圧Ｖ１以上であれば、バッテリ１１から電気負荷ＳＷオンされた負荷へ電流を供給してもオルタネータ１０に発電させる必要性が低いとして、目標発電電圧Ｖｔを第２電圧Ｖ２とした状態でＳ２２へ戻る。このように、バッテリ１１の放電電流のみで賄えるレベルの電気負荷増加の場合には、無発電状態を続けられるようになり燃費性能が向上するという効果がある。

Ｓ３０では、ＥＣＭ１３は、電圧・電流センサ１２からバッテリ１１の電圧Ｖｂを読み込む。次いでＳ３２で、ＥＣＭ１３は、バッテリ電圧Ｖｂの時間変化率（ΔＶｂ／Δｔ）を算出する。次いでＳ３４で、ＥＣＭ１３は、バッテリ電圧Ｖｂの時間変化率（ΔＶｂ／Δｔ）が所定値ＶＢｄ以下か否かを判定する。

Ｓ３４の判定で、バッテリ電圧Ｖｂの時間変化率（ΔＶｂ／Δｔ）が所定値ＶＢｄ（ＶＢｄは負の値）以下であれば、ＥＣＭ１３が認識できない電気負荷がオンされたと判断して、オルタネータ１０を発電させるために、Ｓ３６へ進む。これにより電気負荷ＳＷを持っていない不明負荷による消費電流増にも対応できる。

Ｓ３４の判定で、バッテリ電圧Ｖｂの時間変化率（ΔＶｂ／Δｔ）が所定値ＶＢｄを超えていれば、オルタネータ１０に発電させる必要性が低いとして、目標発電電圧Ｖｔを第２電圧Ｖ２とした状態でＳ２２へ戻る。

ここで、所定値ＶＢｄは、バッテリ１１の短時間放電能力及びＥＣＭ１３が認識できない電気負荷が消費する電流の大きさに依存するので、実験またはシミュレーションにより値を求めることが好ましい。

Ｓ３６では、ＥＣＭ１３は、エンジン１の吸入空気量を増加するために、スロットルバルブ４の開度を増加させる。次いでＳ３８で、ＥＣＭ１３は、点火時期を遅角させる。この状態が図３のタイムチャートの時刻ｔ２である。

次いでＳ４０で、ＥＣＭ１３は、吸入空気量の増加が完了したか否かを判定する。Ｓ４０の判定で、吸入空気量の増加が完了していなければ、Ｓ４０を繰り返して待機する。この吸入空気量の増加が完了したか否かの判定には、エアフローセンサ１４の信号を利用してもよいし、一定時間経過すれば、吸入空気量が増加したと判定してもよい。吸入空気量の増加が完了すれば、Ｓ４２へ進む。この吸入空気量の増加が完了した時点が図３のタイムチャートの時刻ｔ３である。

Ｓ４２では、ＥＣＭ１３は、ＰＤＭ２４を介してオルタネータ１０の目標発電電圧Ｖｔを第１電圧Ｖ１に設定して、オルタネータ１０の発電を開始させ、処理を終了する。

本発明に係る車両発電機の制御装置の実施例を搭載した内燃機関車両の要部構成図である。 本発明の動作を説明する制御フローチャートである。 本発明の動作を説明するタイムチャートである。

符号の説明

１ エンジン
２ クランク軸
３ トランスミッション
４ スロットルバルブ
５ インジェクタ
６ 点火プラグ
７ クランクプーリ
８ オルタネータプーリ
９ オルタネータ駆動ベルト
１０ オルタネータ
１１ バッテリ
１２ 電圧・電流センサ
１３ エンジン制御モジュール（ＥＣＭ）
１４ エアフローセンサ
１５ 車速センサ
１６ アクセル開度センサ
１７ エンジン回転センサ
１８ スロットル開度センサ
１９ コンビネーションスイッチ
２０ スイッチ
２１ スイッチ
２２ 車体制御モジュール（ＢＣＭ）
２３ コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）
２４ 電力分配モジュール（ＰＤＭ）
２５ ＰＤＭ−ＣＰＵ
２９，３０，３１ ヒューズ
３２，３３，３４ 電気負荷装置

Claims (4)

1. 内燃機関により回転駆動されバッテリを充電するとともに車両消費電流を供給する車両用発電機の制御装置において、
   内燃機関の運転状態がアイドル状態であるか否かを判定するアイドル状態判定手段と、
   バッテリの状態が車両消費電流を供給可能な状態であるか否かを判定するバッテリ状態判定手段と、
   前記車両用発電機の目標発電電圧を設定する目標発電電圧設定手段と、
   を備え、
   前記目標発電電圧設定手段は、前記アイドル状態判定手段がアイドル状態であると判定し、且つ、前記バッテリ状態判定手段が車両消費電流を供給可能な状態であると判定した場合に、前記車両用発電機の目標発電電圧を通常の目標発電電圧である第１電圧より低く、且つ、車両消費電流が増加しても前記車両用発電機が発電しない第２電圧に設定し、
   前記車両用発電機の発電を開始する必要が生じた場合には、前記内燃機関の吸入空気量の増加指令を出力し、前記内燃機関の吸入空気量増加が完了した後に前記車両用発電機の目標発電電圧を第１電圧に設定することを特徴とする車両用発電機の制御装置。
2. 前記バッテリに接続されたある電気負荷が通電開始する時に、増加するバッテリ電流とバッテリの内部抵抗との積に基づいて、前記電気負荷の通電開始後のバッテリ電圧を予測するバッテリ電圧予測手段を備え、
   該バッテリ電圧予測手段が予測したバッテリ電圧が前記第１電圧未満であれば、前記内燃機関の吸入空気量の増加指令を出力し、前記内燃機関の吸入空気量増加が完了した後に前記車両用発電機の発電を開始させ、
   前記バッテリ電圧予測手段が予測したバッテリ電圧が前記第１電圧以上であれば、前記内燃機関の制御装置に対する吸入空気量の増加指令及び前記車両用発電機の発電を行わないことを特徴とする請求項１に記載の車両用発電機の制御装置。
3. 前記バッテリ電圧の時間変化率を検出する電圧変化率検出手段を更に備え、
   該電圧変化率検出手段が検出したバッテリ電圧の時間変化率が所定値以下の場合に、前記目標発電電圧設定手段は、前記内燃機関の吸入空気量の増加指令を出力し、前記内燃機関の吸入空気量増加が完了した後に、前記車両用発電機の目標発電電圧を第１電圧に設定することを特徴とする請求項１に記載の車両用発電機の制御装置。
4. 前記バッテリの電圧が第１電圧まで低下した時には、前記内燃機関の吸入空気量の増加指令を出力し、前記内燃機関の吸入空気量増加が完了した後に、前記車両用発電機の発電を開始させることを特徴とする請求項１に記載の車両用発電機の制御装置。

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