JP4057093B2 - 内燃機関の発電装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，内燃機関の発電装置に関し，特に内燃機関により駆動される発電機と，発電機から電気的エネルギーを供給される負荷と，発電機の出力電圧を励磁電流の調節によって制御し，かつ制御機構を有する電圧制御器とを備えると共に，制御機構に設定可能な情報を供給可能であって，発電機の駆動中に発生する騒音の発生を減少させるために，情報に基づいて発電機の調節が行われる内燃機関の発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば自動車の電気的負荷に給電するために，現在，三相交流発電機が一般的に広く使用されている。この発電機は，交流電圧及び交流電流を発生させ，この交流電流が，発電機に接続されている整流装置内で整流された後，負荷に給電するため，およびバッテリを充電するために使用されている。また，発電機の出力電圧は，発電機の回転数に非常に依存しているため，発電機の励磁電流を調節する電圧制御器を用いることによって，電圧の制御が行われている。そして，この制御は，励磁電流をトランジスタによって連続的にオン・オフ切り替えすることによって行われるのが一般的である。
【０００３】
また，発電機の制御又は発電機の駆動は，最適な方法で種々の要因に関係しているので，例えばドイツ連邦共和国公開公報ＤＥ−ＯＳ３７２９７２２に開示されている発電装置においては，発電機，オンボードシステム又は制御器などの複数の要因が検出され，さらに特別な評価回路装置によって評価された後，特別な要請に適合可能な発電機の制御が行われるように構成されている。この場合，特に発電機の回転数は，騒音の発生に関して，最適な範囲内で移動するように設定することが好ましい。その結果，所定の回転数において可能な騒音ピークが，障害として作用することを防止することができる。また，発電装置の磁気的騒音を減少させるため，上記公報により開示されている発電装置においては，所定の駆動条件の下では，内燃機関と発電機との間の電気的中間駆動に作用して，この伝達比を調節し，騒音が大きい発電機の回転数領域を排除することが提案されている。このような方法は，内燃機関又は発電機が，これらを介して駆動される内燃機関の軸と発電機との間に，制御可能な中間駆動機構が存在する場合に限り実施可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，一般的な内燃機関の発電装置には，上述したような中間駆動機構は備えられてはいない。従って，すでに使用されている内燃機関の発電装置に，中間駆動装置を取り付けることは困難である場合が多い。また，これから例えば自動車に取り付けられる内燃機関の発電装置に，中間駆動装置を備える場合であっても，その発電装置の構成を変更しなければならないと共に，中間駆動装置を備えることによって該発電装置の生産コストを上昇させてしまうことがある。さらに，中間駆動装置を備えずに，例えば発電機の配置の変更により騒音の発生を減少させる場合には，例えば自動車の設計上，困難な場合が多い。
【０００５】
本発明は，従来の内燃機関の発電装置が有する，上記のような問題点に鑑みて成されたものであり，電圧制御器に備えられている制御機構によって，励磁電流を発電機の騒音の発生が減少するように調整することにより，機械的な装置の設計変更や装置の配置の変更等を伴うことがなく，かつ生産コストの上昇を招くことなく，発電機の騒音の発生を減少させることが可能な，新規かつ改良された内燃機関の発電装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る内燃機関の発電装置は，内燃機関と発電機との間に備えられる中間駆動機構の存在とは無関係に，発電装置が機能するという特徴を有している。かかる特徴は，電圧制御器が，励磁電流を磁気的な騒音の問題となる回転数領域で，その磁気的騒音が減少するように調整することによって達成される。また，この調整は，好ましい方法によって一括して行うことができ，この場合には，公知のように，最も高い騒音の発生が生じる所定の回転数領域において，発生する騒音を測定することなく，励磁電流の削減が行われる構成となっている。本発明を実施するための好ましい実施の形態においては，実際に発生する磁気的な騒音を専用のセンサによって測定し，その騒音が設定可能な限界値を上回った場合にのみ，励磁電流の削減が行われる構成となっている。
【０００７】
また，他の好ましい実施の形態においては，電圧制御器又は電圧制御器の構成部分とすることができ，あるいは別の回路として形成された評価回路内で，種々の情報の論理結合が行われ，例えば発電機電流，励磁電流，発電機又は周囲の選択可能な箇所の温度，内燃機関又は発電機の回転数，および発電機の記録されている振動などが論理結合によって評価されて，騒音を減少させるための励磁電流の削減を選別する条件が形成される。そして，評価回路がマイクロプロセッサとして形成されている場合には，そのメモリは，発電機の形式と，発電機の使用時の励磁電流と，磁気的騒音を所望に減少させることができる励磁電流とをプログラムする構成となっている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に，添付図面を参照しながら，本発明にかかる内燃機関の発電装置の実施の一形態について詳細に説明する。図１には，オンボードシステム１１に給電する三相交流発電機１０が，概略的に図示されている。この三相交流発電機１０の出力電圧ＵＢ＋の制御は，電圧制御器１２によって行われる。三相交流発電機１０及び電圧制御器１２に設けられている接続端子は，それぞれＤ−，ＤＦ，Ｄ＋で示されている。三相交流発電機１０は，さらに端子Ｂ＋を有し，この端子Ｂ＋を介して，整流された発電機電流ＩＧがオンボードシステム１１へ流れる。なお，端子Ｂ＋での電圧は，ＵＢ＋で示されている。
【０００９】
また，三相交流発電機１０は，ステータ（固定子）巻線１３ａ，１３ｂ，１３ｃの他に，さらに励磁巻線１４を有し，この励磁巻線１４を通じて励磁電流ＩＥが流れる構成となっている。さらに，三相交流発電機１０の部分構成は，通常，三相交流発電機１０の出力電流ＩＧの整流と，場合によっては励磁電流ＩＥの整流にも用いられるブリッジ整流器とから構成されている。
【００１０】
また，図１中には，オンボードシステム１１の中で，幾つかの重要な構成部材のみ，例えば充電コントロールランプ１５と端子ＫＬ．１５のみが図示されており，端子ＫＬ．１５は，イグニションスイッチ１６と接続されている。また，バッテリ１９は，三相交流発電機１０の接続端子Ｂ＋とアース間に配置されている。さらに，負荷１８は，スイッチ１７を介してバッテリ１９と接続されている。さらにまた，スタータ２０は，スイッチ２１を介してイグニションスイッチ１６の端子ＫＬ．１５と接続されている。
【００１１】
また，同図中の電圧制御器１２については，重要な構成要素として次のものが示されている。すなわち，並列に接続された保護ダイオード２３，フリーホイール（一方向）ダイオード２４，およびスイッチングトランジスタ２２の作動を司る制御機構２５を有するスイッチング素子，例えばスイッチングトランジスタ２２が図示されている。このスイッチングトランジスタ２２のスイッチング区間の開閉によって，端子Ｄ＋と端子ＤＦとの間に配置された励磁巻線１４を流れる励磁電流ＩＥが制御される。さらに，三相交流発電機１０の回転数または負荷１８に従って，スイッチングトランジスタ２２のスイッチングによって生じるパルスのデューティー比が変化する。そして，このような励磁電流ＩＥの調節によって，三相交流発電機１０の端子Ｂ＋から出力される出力電圧ＵＢ＋が，設定可能な値に制御される。
【００１２】
また，電圧制御器１２の制御機構２５によっては，対応するセンサを用いて検出された，または直接，内燃機関制御装置に基づいた他の情報が，制御機構２５に供給される場合がある。これらの情報は，例えば三相交流発電機１０の電流ＩＧ，励磁電流ＩＥ，三相交流発電機１０または電圧制御器１２の設定可能な構成部材の温度Ｔ，周囲温度，三相交流発電機１０の回転数ｎＧまたは内燃機関の回転数ｎ，三相交流発電機１０の振動に関する情報，または三相交流発電機１０の固体音響を測定する１つまたは２つ以上のセンサからの出力信号である。これらの信号は，一括して電流Ｉまたは電圧Ｕとして示されている。
【００１３】
制御機構２５へ供給される情報またはデータから作動信号Ａが形成され，この作動信号は，時には励磁電流ＩＥの減少をもたらすことがある。また，制御機構２５は，例えばマイクロプロセッサとして形成されているので，励磁電流ＩＥを減少させるために，マイクロプロセッサのメモリに記録されている三相交流発電機１０の形式と，三相交流発電機１０の使用に関するプログラミングを利用することもできる。そして，どのような原理に基づいて，磁気的騒音を減少させるための励磁電流ＩＥの減少が行われるかということは，必要な条件に適合させることができる。この可能な方法の幾つかの例を，以下で詳細に説明する。
【００１４】
三相交流発電機１０の磁気的騒音は，通常三相交流発電機１０の電流ＩＧまたは励磁電流ＩＥに関係する。特に，比較的大きな回転数範囲において，冷たい三相交流発電機１０の磁気的騒音は，煩わしく感じられる。なお，三相交流発電機１０の温度が設定可能な所定の温度以下にある場合に，三相交流発電機１０が冷たいと定義することとし，これは特に外気温が低い時の運転開始後の場合である。また，例えば約２０００〜３０００回転の三相交流発電機１０の回転数の狭い回転数範囲における騒音ピークは，三相交流発電機１０が駆動して暖まった場合にも発生することがある。原則的に磁気的騒音は，発電機の形式に関係する。
【００１５】
また，三相交流発電機１０の磁気的騒音は，機械的振動によってもたらされることがある。まず，機械的振動を生じさせる系であるロータ（回転子）及びステータが，機械的振動をエンドシールド（Ｌａｇｅｒｓｃｈｉｌｄｅ）に伝達する。そして，このエンドシールドと，場合によっては揺動アーム及びホルダ（固定部材）を介して結合された内燃機関部分とが，いわゆるラウドスピーカメンブレン（スピーカのコーン）のような作用をして，三相交流発電機１０の磁気的騒音を増幅する。これら磁気的騒音又は機械的振動は，運転手または乗客にとって不快なものである。ところで，機械的振動は，ロータの幾何学的配置，エアギャップまたはエンドシールドとステータとの間の結合，三相交流発電機１０，ホルダおよび内燃機関間の結合を変更することによって，減少させることができる。しかし，このような変更は，すべて発電機構造の原則的な構造変更と結び付いており，従って即座に実施することはできない。従って，本実施の形態によれば，発電機，例えば三相交流発電機１０の望ましくない磁気的騒音を，励磁電流ＩＥを適宜減少させることによって排除することが提案されている。これは，励磁電流ＩＥ又は励磁電流ＩＥによってもたらされる起磁力が，機械的振動を起こす系における機械的振動の発生を調整することによって可能になる。従って，励磁電流ＩＥの減少によって機械的振動の発生と，それに伴ない磁気的騒音も減少させることができる。この場合には，それぞれの三相交流発電機１０の利用に応じて，発電機電流ＩＧも減少される。
【００１６】
励磁電流ＩＥの減少によって，磁気的騒音を減少させることが可能な方法としては，次の方法が実施されることが提案される。
（１） 三相交流発電機１０の回転数が，比較的大きい範囲に渡って広がる設定可能な回転数範囲において，三相交流発電機１０が冷たい場合には，原則的に励磁電流ＩＥが減少される。三相交流発電機１０が冷たいという条件は，三相交流発電機１０の選択可能な箇所の温度が，基準温度と比較されることによって決定され，三相交流発電機１０が冷たいという仮定は，三相交流発電機１０の温度が基準温度よりも低い場合に成立する。また，三相交流発電機１０が冷たいという決定は，内燃機関を始動にした後の設定可能な期間の間は，冷たい三相交流発電機１０とみなすことによっても行うことができる。さらに，励磁電流ＩＥをどの程度減少させるかということは，個別に決定することができる。
【００１７】
（２） 磁気的騒音は，１つまたは２つ以上の小さい回転数範囲において励磁電流ＩＥの減少によって減少され，この場合に回転数範囲というのは，騒音のピークが発生する三相交流発電機１０の回転数と考えることができる。このような回転数範囲は，通常発電機の形式に依存し，従って特殊な発電機について騒音ピークが予測される回転数範囲を決定することができる。三相交流発電機１０の回転数が，この回転数範囲の領域内にある場合には，励磁電流ＩＥは減少される。
【００１８】
（３） 磁気的騒音の検出は，直接またはセンサ，例えば固体音響センサを介して間接的に行われる。この場合には，固体音響センサの出力信号が，評価装置として構成されている制御機構２５へ供給される。制御装置（評価装置）２５は，求められた固体音響と，最大許容される騒音レベルに一致する限界値と比較する。そして，測定された固体音響が最大値に達した場合には，励磁電流ＩＥをこの値が再び下回るまでの間，減少させる構成となっている。
【００１９】
（４） 励磁電流ＩＥの減少による磁気的騒音の減少は，制御機構２５内で種々のパラメータの論理結合が形成されて，論理結合が所定の条件を満たすとすぐに，励磁電流ＩＥの減少を導入する駆動信号が出力されることによっても，行うことができる。種々のパラメータの論理結合は，たとえば電流（発電機電流ＩＧまたは励磁電流ＩＥ），温度（発電機温度，制御器温度，周囲温度），回転数（発電機回転数，クランク軸回転数）あるいは振動振幅とすることができ，その場合に振動振幅は適当なセンサを用いて検出することができる。
【００２０】
（５） 磁気的騒音を減少させる他の方法は，制御機構２５又は制御器がマイクロプロセッサとして構成されており，それが発電機の形式，発電機のホルダ，発電機が使用されるエンジンなどの情報に関して，プログラム可能であることにある。そして，これらの情報は，制御器のメモリに記録することができる。このような制御器によって，磁気的騒音を減少させるための励磁電流ＩＥの減少が，供給される他の情報とは関係なく行うことができると共に，逆に上記（１）〜（４）で説明した方法の１つまたは２つ以上の組合わせも選択可能であるので，励磁電流ＩＥの低減の条件及び電流ＩＧの低減の強さを簡単な方法で変更することができる。
【００２１】
また，他の実施の形態においては，励磁電流ＩＧの低減は，電圧制御器１２の構成部材ではない，付加的な制御機構を用いて行うことができる。この制御機構は，独立した制御機構として発電機に設けることができ，またはエンジンの制御装置の構成部材として形成することもできる。
【００２２】
以上，本発明の好適な実施の一形態について，添付図面を参照しながら説明したが，本発明はかかる構成に限定されるものではない。特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇において，当業者であれば，各種変更例及び修正例に相当し得るものであり，それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明によれば，制御機構は，励磁電流を特に選択可能な発電機の回転数範囲内で，発電機の騒音の発生が減少するように調整するため，当該装置の機械的な設計変更や当該装置の配置変更などを必要とすることなく，発電機の騒音の発生を減少させることできる。また，励磁電流は，騒音のピークが予測される実質的に小さい回転数範囲で減少されるため，効果的に騒音を減少させることができると共に，発電機の電気的エネルギーの出力に影響を与えることがない。さらに，発電機の駆動開始直後や発電機の冷たいことが検出された時にも，励磁電流が減少する構成であるため，騒音ピークが予測される回転数範囲だけではなく，包括的に騒音の発生を減少させることができる。さらにまた，励磁電流の調整を，種々の要因を記録及び検出可能なマイクロプロセッサにより行うことで，各種騒音の発生の要因に応じた調整を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を適用可能な内燃機関の発電装置を説明するための概略的な説明図である。
【符号の説明】
１０ 三相交流発電機
１１ オンボードシステム
１２ 電圧制御器
１４ 励磁巻線
１８ 負荷
２５ 制御機構
ＩＥ 励磁電流

Claims (8)

1. 内燃機関により駆動される発電機と，前記発電機により電気的エネルギーを供給される負荷と，前記発電機の出力電圧を励磁電流の調節によって制御し，かつ制御機構を有する電圧制御器とを備え，
   前記制御機構に設定可能な情報を伝達可能であって，前記発電機の駆動中に発生する騒音の発生を減少させるために，前記情報に基づいて前記発電機の調節が行われる内燃機関の発電装置において，
   前記騒音は前記発電機の磁力的騒音であり、
   前記制御機構は，前記励磁電流を，前記発電機の選択可能な所定の回転数範囲内で，前記発電機の前記磁気的騒音の発生が減少するように調整することを特徴とする，内燃機関の発電装置。
2. 前記励磁電流は，１つ又は２つ以上の実質的に小さい回転数範囲で減少され，前記回転数範囲は，その中で少なくとも１つの前記騒音のピークが予測される範囲であることを特徴とする，請求項１に記載の内燃機関の発電装置。
3. 前記発電機が冷たいことが検出された場合には，前記励磁電流は，実質的に大きい前記回転数範囲で減少するように調整されることを特徴とする，請求項１に記載の内燃機関の発電装置。
4. 前記発電機が冷たいということの検出は，前記発電機の設定可能な箇所の温度を測定して，限界値と比較し，測定された前記温度が前記限界値を上回らない限り，前記発電機が冷たいという判断が成されることにより行われることを特徴とする，請求項３に記載の内燃機関の発電装置。
5. 前記発電機の駆動開始直後に開始される選択可能な期間の間は，前記発電機が冷たいとみなされることを特徴とする，請求項３に記載の内燃機関の発電装置。
6. 磁気的な前記騒音は，直接，またはセンサ，特に固体音響センサにより検出され，前記励磁電流の減少は，設定可能な最大の前記騒音のピークを上回らないように行われることを特徴とする，請求項１，２，３，４又は５のいずれかに記載の内燃機関の発電装置。
7. 前記励磁電流の減少は，種々の要因，特に電流と，温度と，回転数と，振動振幅との評価と，論理結合とにより，実質的に大きな前記騒音が予測される条件において，前記励磁電流を削減する駆動信号が発生されることにより行われることを特徴とする，請求項１，２，３，４，５又は６のいずれかに記載の内燃機関の発電装置。
8. 前記励磁電流の削減を行わせる制御機構は，前記発電機の形式，発電機の取り付け手段，前記内燃機関などに関しての情報をプログラム可能なマイクロプロセッサであって，このマイクロプロセッサにより，前記励磁電流の削減は，プログラム可能な前記情報に従って行われることを特徴とする，請求項１，２，３，４，５，６又は７のいずれかに記載の内燃機関の発電装置。

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