JP2015042098A

JP2015042098A - 発電機の制御装置

Info

Publication number: JP2015042098A
Application number: JP2013172863A
Authority: JP
Inventors: 弘樹稲田; Hiroki Inada; 浩紀志賀; Hironori Shiga
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2013-08-23
Filing date: 2013-08-23
Publication date: 2015-03-02

Abstract

【課題】内燃機関の制御装置において、内燃機関の振動を抑制する制御（抑制制御）の実行中に発電トルクを内燃機関へ確実に伝達することにある。
【解決手段】内燃機関１に備えられた第１プーリ３と発電機５に備えられた第２プーリ７とに巻き掛けられて内燃機関１の駆動力を発電機５へ伝達する伝達ベルト９を備え、また、内燃機関１の燃焼期間中に発電機５の励磁電流を徐々に増加させる抑制制御部１４Ａを制御装置１４に備える。
【選択図】図４

Description

この発明は、発電機の制御装置に係り、特に内燃機関の駆動力により発電を行う発電機によって内燃機関の振動を抑制させる発電機の制御装置に関する。

一般的に、発電機は、内燃機関のクランクシャフトからの駆動力を得て、発電を行うものが知られている。
このような発電機の制御としては、例えば、以下の先行技術文献がある。

特開２００３−１７４７９７号公報

特許文献１に係る車両用発電機の制御装置は、内燃機関の回転変動によって生じる発電機の回転子の慣性トルクを低減させるように発電トルクを発生させるべく、励磁電流を制御するものであって、具体的には、内燃機関の回転数が高くなる期間に発電トルクが発生するように励磁電流を制御するものである。
この特許文献１に係る車両用発電機の制御装置では、発電機の回転子の慣性トルクを低減するように発電トルクを発生させるため、内燃機関は回転変動が低下して振動を抑制するとともに、内燃機関に備えられたプーリと発電機に備えられたプーリとに巻き掛けられた伝達ベルトの張力変動を低減している。

ところが、内燃機関の振動を抑制する制御（以下、「抑制制御」という）においては、励磁電流を制御して発電トルクを生じさせたとき、伝達ベルトがプーリに対して滑る場合がある。このように伝達ベルトの滑りが生じると、発電トルクが内燃機関に伝達されず、十分な抑制効果が得られないおそれがあった。

そこで、この発明は、抑制制御の実行中に発電トルクを内燃機関へ確実に伝達させることができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

この発明は、内燃機関に備えられた第１プーリと、発電機に備えられた第２プーリと、前記第１プーリと前記第２プーリとに巻き掛けられて前記内燃機関の駆動力を前記発電機へ伝達する伝達ベルトと、前記内燃機関の燃焼期間中に前記発電機の励磁電流を徐々に増加させる抑制制御部とを備えることを特徴とする。

この発明は、クランクシャフトの角速度が上昇する内燃機関の燃焼期間中に発電機の励磁電流を徐々に増加させ、クランクシャフトに逆トルクを生じさせて内燃機関の振動を抑制することができる。

図１は制御装置のメインフローチャートである。（実施例）図２は制御装置の抑制制御のフローチャートである。（実施例）図３は制御装置の抑制制御のタイミングチャートである。（実施例）図４は発電機の制御装置のシステム構成図である。（実施例）図５はバッテリの状態を示す図である。（実施例）

この発明は、抑制制御の実行中に発電トルクを内燃機関へ確実に伝達させる目的を、クランクシャフトの角速度が上昇する内燃機関の燃焼期間中に発電機の励磁電流を徐々に増加させて実現するものである。

図１〜図５は、この発明の実施例を示すものである。
図４に示すように、車両に搭載される内燃機関１は、複数の気筒用（♯１、♯２）を有し、駆動力を出力するクランクシャフト２を備えている。内燃機関１には、変速機が連結する。
クランクシャフト２の端部には、内燃機関１に備えられた第１プーリとしてのクランクプーリ３を取り付けている。
内燃機関１は、クランクシャフト２により駆動される補機として、ウォータポンプ４と発電機５（例えば、オルタネータ）とを備えている。ウォータポンプ４は、ポンププーリ６を備えている。発電機５は、発電機５に備えられた第２のプーリとしての発電機プーリ７を備えている。クランクプーリ３とポンププーリ６と発電機プーリ７とには、アイドラプーリ８を介して伝達ベルト９が捲き掛けられている。
内燃機関１の駆動力は、クランクシャフト２から伝達ベルト９を介してウォータポンプ４と発電機５とに伝達される。つまり、伝達ベルト９は、クランクプーリ３と発電機プーリ７とに巻き掛けられて内燃機関１の駆動力を発電機５へ伝達する。ウォータポンプ４は、内燃機関１の駆動力によりラジエータとの間で冷却水を循環させ、内燃機関１の冷却を行う。発電機５は、内燃機関１の駆動力により発電を行う。

発電機５は、出力線１０によりバッテリ１１の正極端子に接続している。このバッテリ１１は、接地線１２により負極端子を車両の車体に接地している。バッテリ１１は、リチウムイオン電池であり、発電機５の発電した電力を蓄電する。また、バッテリ１１は、出力線１０に接続された電装部品などの電気負荷１３に電力を供給する。
発電機５は、制御装置１４により発電量を制御される。
制御装置１４には、クランクシャフト２の回転角を検出するクランク角センサ１５と、カムシャフトの回転角を検出するカム角センサ１６と、接地線１２に介設されバッテリ１１の電圧・電流などのバッテリ状態を検出するバッテリセンサ１７と、変速機の変速制御及びロックアップ制御を行う変速制御装置１８とを接続している。
制御装置１４は、これらセンサ１５〜１７及び変速制御装置１８から入力するクランク角、カム角、バッテリ電圧、バッテリ電流、変速レンジ、ロックアップなどの情報に基づいて、発電機５の駆動を制御する。

制御装置１４は、抑制制御部１４Ａと記憶部１４Ｂとを備えている。
抑制制御部１４Ａは、図３に示すように、内燃機関１の燃焼期間中に発電機５の励磁電流を徐々に増加させ、内燃機関１の振動を抑制するように発電機５の駆動を制御する。
また、抑制制御部１４Ａは、図３に示すように、伝達ベルト９がプーリとしての発電機プーリ７に対して滑ることを防止するための、予備トルクＤ１と、この予備トルクＤ１の後に予備トルクＤ１よりも大きな抑制トルクＤ２とを生じさせるように、励磁電流を階段状、例えば２段階に制御（逆トルク）する。このように、これにより、発電機５の発電トルクが、予備トルクＤ１と抑制トルクＤ１との２段階で増加することから、急激なトルク変動による伝達ベルト９の滑りを防止することができる。発電機５の励磁電流は、デューティ比により設定される。この励磁電流のデューティ比は、記憶部１４Ｂにデューティ比マップデータとして記録される。
抑制制御部１４Ａの抑制制御により発電機５が駆動されて生じた電力は、バッテリ１１に蓄電される。
記憶部１４Ｂは、各制御のデータを記憶する。

バッテリ１１は、図５に示すように、充電可能な電気容量を充電容量とすると、使用可能な電力が残存容量であり、充電容量と残存容量との差が空き容量である。制御装置１４は、バッテリ１１の充電容量、残存容量、空き容量をバッテリ電圧によって管理している。
制御装置１４は、バッテリ電圧によって、バッテリ１１の残存容量の枯渇おそれを判定する設定値ＶＢｌｏｗ、充電容量の上限電圧を設定する設定値ＶＢ１及び設定値ＶＢ２を設定している。設定値ＶＢｌｏｗと設定値ＶＢ１と設定値ＶＢ２とは、ＶＢｌｏｗ＜ＶＢ１＜ＶＢ２の関係になっている。

発電機５の制御装置１４は、通常はバッテリ１１のバッテリ電圧が設定値ＶＢｌｏｗ未満になると、発電機５により発電を行い、発生した電力をバッテリ１１に蓄電する（通常制御）。制御装置１４は、変速機がロックアップ状態、且つバッテリ電圧が設定値ＶＢｌｏｗ超えの条件が成立すると、抑制制御部１４Ａにより内燃機関１の振動を抑制するように発電機５の駆動を制御する（抑制制御）。
制御装置１４は、通常制御に対して、抑制制御時に抑制制御部１４Ａによりクランク角を基準として発電機５の制御を行う。抑制制御部１４Ａは、変速機のロックアップ時において、内燃機関１の振動原因であるクランク角速度の変動を抑制するために、クランク角速度が速くなるタイミングに合わせて発電機５の回転子に励磁電流を流し、発電負荷を増やす。抑制制御部１４Ａによって増加された発電負荷は、伝達ベルト９を通じてクランクシャフト２に伝達されることで、図３に破線で示すように、クランクシャフト２の角速度（ａ）を適度に調整する。

図３の（ａ）は、クランクシャフト２の角速度を示している。内燃機関１が低速度の回転速度で運転すると、クランクシャフト２の角速度（ａ）は実線のように変動する。このとき、変速機がロックアップ状態になると、このクランクシャフト２の回転変動が車体に伝わり易くなる。そこで、制御装置１４は、ロックアップ中に内燃機関１の回転変動を抑制するために、各気筒♯のクランク角（ｃ）が０度から１８０度までの間で所定の期間（各気筒♯の燃焼期間）において発電機５を駆動制御して発電トルク（ｂ）を発生させる。
クランク角速度が速くなる期間（クランク角）は、予め制御装置１４内の記憶部１４Ｂに期間設定マップデータとして記録させておく。抑制制御部１４Ａは、クランク角センサ１５の検出値より算出されたクランク角を基準とし、エンジン回転数およびエンジン負荷と記憶手段１４Ｂに記憶した前述した期間設定マップとにより発電機５の励磁電流を流す出力期間（タイミング及び長さ）を決定する。

次に、この実施例に係る発電制御を、図１にメインフローチャートに沿って説明する。
図１に示すように、制御装置１４は、発電制御のプログラムがスタートすると（ステップＡ０１）、各センサ１５〜１７及び変速制御装置１８から出力される信号を取得する（ステップＡ０２）。具体的には、クランク角センサ１５、カム角センサ１６、バッテリセンサ１７の出力値を取得し、変速制御装装置１８からロックアップの状態情報を取得する。
制御装置１４は、変速制御装置１８からの情報に基づき、変速機がロックアップ中であるか否かを判断する（ステップＡ０３）。
このステップＡ０３がＹＥＳの場合は、バッテリセンサ１７からの出力値に基づき、バッテリ電圧（残存容量）が設定値ＶＢｌｏｗを超えているか否かを判断する（ステップＡ０４）。
制御装置１４は、バッテリ電圧がＶＢｌｏｗを超えて、ステップＡ０４がＹＥＳの場合には、バッテリ１１の残存容量が枯渇する心配が無いので、バッテリ１１の上限電圧（充電容量）を設定値ＶＢ２に設定し（ステップＡ０５）、抑制制御を実行し（ステップＡ０６）、信号の取得にリターンする（ステップＡ０７）。
設定値ＶＢ２は、抑制制御が停止中である場合に設定される上限電圧の設定値ＶＢ１よりも、高い値である。上限電圧が設定値ＶＢ２に設定されると、バッテリ１１では、バッテリ電圧が設定値ＶＢ２に達するまで充電が実行される。
すなわち、制御装置１４は、上限電圧を設定値ＶＢ１から設定値ＶＢ２へ引き上げることで、バッテリ１１の最大充電容量を増加させる。このように、抑制制御を実行するにあたり、バッテリ１１の最大充電容量を増加させることで、バッテリ１１が満充電状態となり、抑制制御が実行不能となることを防止できる。
一方、前記ステップＡ０３がＮＯ（変速機がロックアップ中でない）の場合、又は、前記ステップＡ０４がＮＯ（バッテリ電圧がＶＢｌｏｗ以下）の場合には、制御装置１４は、抑制制御が実行中であれば抑制制御を停止し（ステップＡ０８）、変速制御装置１８へ回転数を上昇させるように要求信号を出力し（ステップＡ０９）、バッテリ１１の上限電圧を設定値ＶＢ１に設定し（ステップＡ１０）、信号の取得にリターンする（ステップＡ０７）。なお、要求信号を受信した変速制御装置１８は、変速比を制御して回転数を上昇させる。

次いで、図１の前記ステップＡ０６における抑制制御を、図２のフローチャートに沿って説明する。
図２に示すように、制御装置１４の抑制制御のプログラムがスタートすると（ステップＢ０１）、制御装置１４は、内燃機関１の各気筒♯の工程を算出する（ステップＢ０２）。具体的には、カム角センサ１６の出力値に基づき、各気筒♯がどの工程中にあるのかを判定する。
次に、制御装置１４は、工程判別の結果に基づき、発電機５に励磁電流を出力する期間を設定する（ステップＢ０３）。具体的には、図３に示すように、工程判別（ステップＢ０２）によって算出された燃焼工程の期間であって、かつ期間設定マップを参照して求められたクランク角の期間を励磁電流の出力期間として設定する。なお、期間設定マップは、予め実験などによって、内燃機関１のエンジン回転数およびエンジン負荷に応じたクランク角の期間を求め、これらの情報を記憶部１４Ｂに保存したものである。
さらに、制御装置１４は、発電機５の励磁電流のデューティ比を設定する（ステップＢ０４）。このデューティ比は、デューティマップを参照して決定される。このデューティマップは、予め実験などによって、内燃機関１のエンジン回転数およびエンジン負荷とに応じた適切なデューティ比を求め、これらの情報を記憶部１４Ｂに保存したものである。
制御装置１４は、クランク角が設定された出力期間であるとき、所定のデューティ比で励磁電流を発電機５に出力し（ステップＢ０５）、図１のメインフローチャートにリターンする（ステップＢ０６）。

このように、発電機５の制御装置１４は、内燃機関１の燃焼期間中に発電機５の励磁電流を徐々に増加させる抑制制御部１４Ａを備える。
これにより、抑制制御部１４Ａは、クランクシャフト２の角速度が上昇する燃焼期間中に励磁電流を増加させて、クランクシャフト２に逆トルクを生じさせ、内燃機関１の振動を抑制することができる。
一方で、このように、燃焼期間中に逆トルクを生じさせると、振動を抑制する効果が顕著に発生する。
ところが、燃焼期間中に逆トルクを生じさせ場合、第２プーリとしての発電機プーリ７と伝達ベルト９との間に回転速度差が生じ、伝達ベルト９が発電機プーリ７に対して滑りを起こすことがある。
そこで、この実施例では、抑制制御部１４Ｂは、燃焼期間中に励磁電流を徐々に増加させるため、伝達ベルト９のスリップを防止することができる。
また、抑制制御部１４Ｂは、伝達ベルト９が発電機プーリ７に対して滑ることを防止するための予備トルクと、予備トルクの後に予備トルクより大きな抑制トルクとを生じさせるように、励磁電流を階段状に制御する。
すなわち、抑制制御部１４Ｂは、内燃機関１の燃焼期間中に励磁電流を徐々に増加させる。このとき、抑制制御部１４Ｂは、伝達ベルト９と発電機プーリ７との滑りを防止する一方、内燃機関１の振動を抑制するために十分な発電トルクが発生するように励磁電流を制御しなければならない。
しかしながら、例えば、励磁電流を２次曲線状に上昇させた場合、伝達ベルト９と発電機プーリ７との滑りを防止することはできるものの、十分な発電トルクを得難くなる。
そこで、この実施例においては、予備トルクと抑制トルクとを生じさせるように、励磁電流を階段状に制御する。この制御により、伝達ベルト９と発電機プーリ７との滑りの防止と十分な発電トルクを得ることとを確実に両立させることができる。

なお、この実施例においては、発電機の代わりに、モータジェネレータ（電動機）を使用することも可能である。内燃機関の燃焼行程では、通常の発電機と同様に発電負荷を発生させることで、クランクシャフトの角速度の上昇を低減し、内燃機関の圧縮工程においてモータジェネレータ（電動機）として作動させることで、内燃機関の圧縮工程におけるクランクシャフトの角速度を減少させることも可能である。

この発明に係る発電機の制御装置を、各種内燃機関に適用可能である。

１内燃機関
２クランクシャフト
３クランクプーリ（第１プーリ）
５発電機
７発電機プーリ（第２プーリ）
９伝達ベルト
１０出力線
１１バッテリ
１２接地線
１３電気負荷
１４制御装置
１４Ａ抑制制御部
１４Ｂ記憶部
１５クランク角センサ
１６カム角センサ
１７バッテリセンサ
１８変速制御装置

Claims

内燃機関に備えられた第１プーリと、発電機に備えられた第２プーリと、前記第１プーリと前記第２プーリとに巻き掛けられて前記内燃機関の駆動力を前記発電機へ伝達する伝達ベルトと、前記内燃機関の燃焼期間中に前記発電機の励磁電流を徐々に増加させる抑制制御部とを備えることを特徴とする発電機の制御装置。
前記抑制制御部は、前記伝達ベルトが前記プーリに対して滑ることを防止するための予備トルクと、前記予備トルクの後に前記予備トルクより大きな抑制トルクとを生じさせるように、前記励磁電流を階段状に制御することを特徴とする発電機の制御装置。