JP4509059B2 - 交流発電機の発電制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、交流発電機の発電制御装置に係り、特に制御手段の制御信号によって発電量を自由に変更することができる交流発電機を設けるとともに電気負荷の負荷電流値を検出する電流検出手段を設けて発電を制御するシステムにおいて交流発電機の異常を診断する交流発電機の発電制御装置に関する。

車両には、搭載したエンジンにより駆動されてバッテリを充電する交流発電機（ジェネレータ）を備え、制御手段（ＥＣＭ）の制御信号であるＥＣＭ制御信号により、少なくとも車両の走行状態又はエンジンの運転状態に応じて変化する外部入力信号値（デューティ信号）とバッテリ電圧値とにより交流発電機の界磁電流を制御してこの交流発電機の出力である発電量を制御する発電制御装置を設けたものがある。
この発電制御においては、制御手段のＥＣＭ制御信号にて発電量を自由に変更することができる交流発電機を使用し、制御手段のＥＣＭ制御信号にて発電量を下げて燃費を向上している。このため、交流発電機が故障した場合に、燃費が悪化するので、交流発電機の故障診断を実施している。
この交流発電機の故障診断においては、図７に示すように、ＥＣＭ制御信号からの所定の発電カット割合（％）により発電量を下げ、その時のバッテリ電圧値（ＶＢ）が降下することにより、交流発電機の故障を診断している。

従来、バッテリの充電制御に係わる車両用の交流発電機の異常判定方法には、制御信号の補正付加手段に補正量の限界値を設定し、補正量と限界値との比較により交流発電機の制御システムの異常を判定し、発電電圧指令値の補正量を監視し、交流発電機の故障診断を従来の内燃機関の診断に集約化させ、制御システムの異常を正確に判定するものがある。
また、車両用発電機の電圧制御装置には、発電機の出力電圧を外部からの制御信号に応じて複数の種類に調整するもので、入力部の電位が特定電位範囲内にあるとき発電機の出力電圧が特定の出力電圧になるように界磁電流を調整し、入力部の電位が特定電位範囲よりも高い側及び低い側のいずれにある場合にも発電機の出力電圧が特定の出力電圧以外になるように界磁電流を調整し、異常発生時に電気負荷に高電圧が印加されるのを防止するものがある。
特開平８−７９９８１号公報 特開平９−１９０８０号公報

ところが、従来、交流発電機の発電制御装置においては、図８に示すように、交流発電機の温度特性があるため、交流発電機自体の温度が冷機の場合と暖機の場合とで同じＥＣＭ制御信号からの発電カット割合（％）にしても、バッテリ電圧値（ＶＢ）の降下幅が、冷機と中暖機と暖機とで違う。また、図９に示すように、電気負荷を模擬している電流検出手段である電流センサからの負荷電流値でも、バッテリ電圧値（ＶＢ）の降下幅が電気負荷の有無（ＯＮ／ＯＦＦ）で違う。
このように、交流発電機には温度特性があることから、所定の発電カット割合で発電量を下げても、交流発電機が冷機の時ではバッテリ電圧が降下しない場合があり、交流発電機の故障診断を正確に実施することができないという不都合があった。

そこで、この発明の目的は、制御手段の制御信号によって発電量を自由に変更することができる交流発電機を設けるとともに電気負荷の負荷電流値を検出することができる電流検出手段を設けて発電を制御するシステムにおいて、交流発電機の異常診断を正確に実施することができる交流発電機の発電制御装置を提供することにある。

この発明は、車両に搭載したエンジンにより駆動されてバッテリを充電する交流発電機を設け、少なくとも前記車両の走行状態又は前記エンジンの運転状態に応じて変化する外部入力信号値とバッテリ電圧値とにより前記交流発電機の界磁電流を制御して前記交流発電機の出力を制御する制御手段を設けた交流発電機の発電制御装置において、前記車両の電気負荷で使用される負荷電流値を検出する電流検出手段を設け、前記制御手段は、前記交流発電機の暖機状態を推定する暖機状態推定部と、前記電流検出手段により検出された負荷電流値が負荷電流設定値よりも大きいときに前記暖機状態推定手段により推定された前記交流発電機の暖機状態に応じて設定された外部入力信号値を用いて前記交流発電機の界磁電流を制御する界磁電流制御部と、バッテリ電圧値と設定電圧値とを比較して前記交流発電機が故障しているか否かを判定する故障診断モード部とを備えていることを特徴とする。

この発明の交流発電機の発電制御装置は、交流発電機の暖機状態に応じて故障診断時に用いる入力パラメータの値を変更することにより、交流発電機の異常診断を正確に実施することができる。

この発明は、交流発電機の異常診断を正確に実施する目的を、負荷電流値が負荷電流設定値よりも大きいときに、推定された交流発電機の暖機状態に応じて設定された外部入力信号値を用いて交流発電機の界磁電流を制御するとともに、バッテリ電圧と設定電圧値とを比較して交流発電機の故障を判断して実現するものである。
以下、図面に基づいてこの発明の実施例を詳細且つ具体的に説明する。

図１〜図６は、この発明の実施例を示すものである。図６において、１は車載用のエンジン、２はバッテリ、３は発電制御装置である。この発電制御装置３は、交流発電機（ジェネレータ）４と制御手段（ＥＣＭ）５とを備えている。交流発電機４には、第一信号線６を介して制御手段５が接続しているとともに、第二信号線７を介してバッテリ２のプラス（＋）端子２Ａが接続している。
交流発電機４は、エンジン１により駆動されてバッテリ２を充電する。
制御手段５は、少なくとも車両の走行状態又はエンジン１の運転状態に応じて変化する外部入力信号値とバッテリ電圧値とにより交流発電機４の界磁電流を制御して交流発電機４の出力である発電量を制御する。このため、制御手段５は、交流発電機４に制御信号であるＥＣＭ制御信号を出力するとともに、このＥＣＭ制御信号からの所定の発電カット割合（ＤＴＹ）により交流発電機４の発電量を制御する。
第二信号線７の途中には、制御手段５に連絡した第三信号線８が接続している。また、バッテリ２のマイナス（−）端子２Ｂには、制御手段５に連絡した第四信号線９が接続している。これにより、制御手段７は、バッテリ電圧値を認識することができる。第四電線９の途中には、アース線１０が接続している。
エンジン１には、吸入空気の温度である吸気温度を検出する吸気温センサ１１と、冷却水温度である水温を検出する水温センサ１２とが取り付けられている。吸気温センサ１１は、第五信号線１３を介して制御手段５に接続している。水温センサ１２は、第六電線１４を介して制御手段５に接続している。
また、バッテリ２のプラス（＋）端子２Ａには、電気線１５を介して車両の電気負荷１６が接続している。この電気線１５の途中には、車両の電気負荷１６で使用される負荷電流値（Ａ）を検出する電流検出手段としての電流センサ１７が設けられている。この電流センサ１７は、第七信号線１８を介して制御手段５に接続している。
また、制御手段５には、車両の停止状態を検出可能な車速センサ１９と、エンジン１のアイドリング運転状態を検出可能なアイドルスイッチ２０とが連絡している。

この制御手段５は、図１に示すように、交流発電機４の故障診断の制御開始条件を、交流発電機４が発電制御中である条件と、車両が停止時である条件と、エンジン１がアイドリング時である条件と、水温が設定温度（８０℃）以上である条件と、負荷電流値が吸気温度で設定される負荷電流設定値（ｃｕｒｒｅｎｔ１）を超えた条件との全ての条件が成立したときとしている。
また、この制御手段５は、図５の目標発電カット割合テーブルに示すように、吸気温度に応じて目標発電カット割合（ｔａｒｇｅｔ１）（％）を設定する。

更に、図６に示すように、制御手段５は、交流発電機４の暖機状態を推定する暖機状態推定部５Ａと、電流センサ１７により検出された負荷電流値が負荷電流設定値（ｃｕｒｒｅｎｔ１）よりも大きいときに暖機状態推定手段５Ａにより推定された交流発電機４の暖機状態に応じて設定された外部入力信号値を用いて交流発電機４の界磁電流を制御する界磁電流制御部５Ｂと、バッテリ電圧値と設定電圧値（１３．５Ｖ）とを比較して交流発電機４が故障しているか否かを判定する故障診断モード部５Ｃと、そして、バッテリ電圧値を算出するバッテリ電圧算出部５Ｄとを備えている。
前記負荷電流設定値（ｃｕｒｒｅｎｔ１）は、図４の負荷電流テーブルに示すように、吸気温センサ１１により検出された吸気温度状態に応じて変化する値である。
また、暖機状態推定部５Ａは、吸気温センサ１１により検出された吸気温度から交流発電機４の暖機状態を推定する。
更に、故障診断モード部５Ｃは、設定時間（例えば、６０ｓｅｃ）内にバッテリ電圧値が設定電圧値未満にならない場合には、交流発電機４が故障であると判定する。
つまり、この実施例においては、交流発電機４の暖機状態に応じて故障診断時に用いる入力パラメータの値を変更する。

次に、この実施例の作用を、図１のフローチャート及び図２、図３のタイムチャートに基づいて説明する。
図１に示すように、制御手段５のプログラムがスタートすると（ステップＳ１）、先ず、交流発電機４の故障診断の制御開始条件が成立したかを判定するために、発電制御中か否かを判断し（ステップＳ２）、このステップＳ２がＮＯの場合には、この判断を継続し、このステップＳ２がＹＥＳの場合には、車両の停止時か否かを判断し（ステップＳ３）、このステップＳ３がＮＯの場合には、前記ステップＳ２に戻り、このステップＳ３がＹＥＳの場合には、エンジン１がアイドリング運転中か否かを判断し（ステップＳ４）、このステップＳ４がＮＯの場合には、前記ステップＳ２に戻り、このステップＳ４がＹＥＳの場合には、水温が設定水温（８０℃）を超えているか否かを判断し（ステップＳ５）、このステップＳ５がＮＯの場合には、前記ステップＳ２に戻り、このステップＳ５がＹＥＳの場合には、負荷電流値が負荷電流設定値（ｃｕｒｒｅｎｔ１）を超えているか否かを判断し（ステップＳ６）、このステップＳ６がＮＯの場合には、前記ステップＳ２に戻る。
このステップＳ６がＹＥＳの場合には、交流発電機４の故障診断条件が成立したと判定し、制御を開始する（ステップＳ７）（図２、図３の時間ｔ１で示す）。
このステップＳ７においては、ＥＣＭ制御信号からの発電カット割合（ＤＴＹ）を、零（０）から所定の振幅比（ｇａｉｎ（％））づつ徐々に、吸気温度で設定された目標発電カット割合（ｔａｒｇｅｔ１）まで高くする（図２、図３の時間ｔ１〜ｔ２で示す）。
そして、発電カット割合（ＤＴＹ）を目標発電カット割合（ｔａｒｇｅｔ１）の状態で所定時間（１０秒間）持続させ（図２、図３の時間ｔ２〜ｔ３で示す）、その後、ＥＣＭ制御信号からの発電カット割合（ＤＴＹ）を、目標発電カット割合（ｔａｒｇｅｔ１）と送り分（ｓｈｉｆｔ（％））とを加算した値まで、所定の振幅比（ｇａｉｎ（％））づつ徐々に高くする（図２、図３の時間ｔ３〜ｔ４で示す）。そして、この制御の繰り返しを実施する。
その後、この制御中において、バッテリ電圧値が設定電圧値（１３．５Ｖ）未満か否かを判断し（ステップＳ８）、このステップＳ８がＹＥＳの場合には、バッテリ電圧値が設定電圧値（１３．５Ｖ）未満であり（図２、図３の時間ｔ５で示す）、交流発電機４が正常であると判定する（ＯＫ判定）（ステップＳ９）。
一方、前記ステップＳ８がＮＯの場合には、バッテリ電圧値が設定電圧値（１３．５Ｖ）未満になっておらず、制御開始時（時間ｔ１）から設定時間（例えば、６０ｓｅｃ）経過したか否かを判断し（ステップＳ１０）、このステップＳ１０がＮＯの場合には、前記ステップＳ７に戻り、このステップＳ１０がＹＥＳの場合には、つまり、設定時間中に、さらに、ＥＣＭ制御信号からの発電カット割合（ＤＴＹ）を、前記目標発電カット割合（ｔａｒｇｅｔ１）に送り分（ｓｈｉｆｔ（％））を加算した値まで、所定の振幅比（ｇａｉｎ（％））づつ徐々に高くしても（図３の時間ｔ６〜ｔ７で示す）、バッテリ電圧値が設定電圧値未満にならなかった場合には（図３の時間ｔ８で示す）、交流発電機４が故障していると判定する（ＮＧ判定）（ステップＳ１１）。
そして、前記ステップＳ９及び前記ステップＳ１１の処理後は、プログラムをエンドとする（ステップＳ１２）。

即ち、この実施例においては、制御手段５からＥＣＭ制御信号を交流発電機４に送り、このＥＣＭ制御信号からの発電カット割合（％）に従って交流発電機４を発電制御するシステムにおいて、ＥＣＭ制御信号を送信したにもかかわらず、交流発電機４が発電カット制御を実施できない場合、つまり、バッテリ電圧（ＶＢ）が下がってこない場合に、交流発電機４の異常と判断する。この場合、図８に示すように、交流発電機４の温度特性があるため、交流発電機４自体の温度が冷機の場合と暖機の場合とで同じＥＣＭ制御信号からの発電カット割合（％）にしても、バッテリ電圧値（ＶＢ）の降下幅が違う特性があり、また、図９に示すように、電気負荷を模擬している電流検出手段である電流センサ１５からの負荷電流値でも、バッテリ電圧値（ＶＢ）の降下幅が違う特性がある。
そこで、この発明は、これら全ての特性を加味して交流発電機４の故障診断するものであり、交流発電機４の故障診断の制御開始条件に負荷電流値（Ａ）の条件を入れることにより、確実にバッテリ電圧（ＶＢ）の降下を図ることができ、また、負荷電流設定値を吸気温度のテーブルにすることにより、交流発電機４の温度特性に対応することができ、更に、吸気温度別の目標発電カット割合（％）を設定することにより、交流発電機４の温度特性に対応することができる。

以上、この発明の実施例について説明してきたが、上述の実施例の構成を請求項毎に当てはめて説明する。
先ず、請求項１に記載の発明において、制御手段５は、交流発電機４の暖機状態を推定する暖機状態推定部５Ａと、電流センサ１７により検出された負荷電流値が負荷電流設定値よりも大きいときに暖機状態推定手段５Ａにより推定された交流発電機４の暖機状態に応じて設定された外部入力信号値を用いて交流発電機４の界磁電流を制御する界磁電流制御部５Ｂと、バッテリ電圧値と設定電圧値とを比較して交流発電機４が故障しているか否かを判定する故障診断モード部５Ｃとを備えている。これにより、交流発電機４の暖機状態に応じて、故障診断時に用いる入力パラメータの値を変更し、正確な交流発電機４の故障診断を実施することができる。

次に、請求項２に記載の発明において、故障診断モード部５Ｃは、設定時間内にバッテリ電圧値が設定電圧値未満にならない場合には、交流発電機４が故障であると判定する。これにより、交流発電機４の故障判断に、バッテリ電圧値を判定値としているので、専用の測定装置を設ける必要がなく、構成が簡単で、廉価とすることができる。

更に、請求項３に記載の発明において、暖機状態推定部５Ａは、エンジン１に供給される吸入空気の温度から交流発電機４の暖機状態を推定する。これにより、交流発電機４の温度を直接測定することなく、交流発電機４の暖機状態を推定することができる。

また、請求項４に記載の発明において、前記負荷電流設定値は、エンジン１に供給される吸入空気の温度状態に応じて変化する値である。これにより、交流発電機４の故障診断に用いる入力パラメータの値の精度を高めることができる。

負荷電流値が負荷電流設定値よりも大きいときに、推定された交流発電機の暖機状態に応じて設定された外部入力信号値を用いて交流発電機の界磁電流を制御するとともに、バッテリ電圧と設定電圧値とを比較して交流発電機の故障を判断することを、他の制御にも適用することができる。

交流発電機の故障判定のフローチャートである。 交流発電機が正常のときのタイムチャートである。 交流発電機が異常のときのタイムチャートである。 吸気温度に応じた電流値（Ａ）を設定するテーブルの図である。 吸気温度に応じた目標発電カット割合（％）を設定するテーブルの図である。 交流発電機の発電制御装置のシステム構成図である。 発電カット時のバッテリ電圧（ＶＢ）の変化（暖機）を示す図である。 発電カット時のバッテリ電圧（ＶＢ）の変化（冷機、中暖機、暖機）を示す図である。 発電カット時のバッテリ電圧（ＶＢ）の変化（電気負荷の影響）を示す図である。

符号の説明

１ エンジン
２ バッテリ
３ 発電制御装置
４ 交流発電機
５ 制御手段
５Ａ 暖機状態推定部
５Ｂ 界磁電流制御部
５Ｃ 故障診断モード部
１１ 吸気温センサ
１２ 水温センサ
１６ 電気負荷
１７ 電流センサ
１９ 車速センサ
２０ アイドルスイッチ

Claims (4)

1. 車両に搭載したエンジンにより駆動されてバッテリを充電する交流発電機を設け、少なくとも前記車両の走行状態又は前記エンジンの運転状態に応じて変化する外部入力信号値とバッテリ電圧値とにより前記交流発電機の界磁電流を制御して前記交流発電機の出力を制御する制御手段を設けた交流発電機の発電制御装置において、前記車両の電気負荷で使用される負荷電流値を検出する電流検出手段を設け、前記制御手段は、前記交流発電機の暖機状態を推定する暖機状態推定部と、前記電流検出手段により検出された負荷電流値が負荷電流設定値よりも大きいときに前記暖機状態推定手段により推定された前記交流発電機の暖機状態に応じて設定された外部入力信号値を用いて前記交流発電機の界磁電流を制御する界磁電流制御部と、バッテリ電圧値と設定電圧値とを比較して前記交流発電機が故障しているか否かを判定する故障診断モード部とを備えていることを特徴とする交流発電機の発電制御装置。
2. 前記故障診断モード部は、設定時間内にバッテリ電圧値が前記設定電圧値未満にならない場合には、前記交流発電機が故障であると判定することを特徴とする請求項１に記載の交流発電機の発電制御装置。
3. 前記暖機状態推定部は、前記エンジンに供給される吸入空気の温度から前記交流発電機の暖機状態を推定することを特徴とする請求項１に記載の交流発電機の発電制御装置。
4. 前記負荷電流設定値は、前記エンジンに供給される吸入空気の温度状態に応じて変化する値であることを特徴とする請求項１に記載の交流発電機の発電制御装置。

Images