JP4577393B2 - 車両用発電制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用発電機の出力電圧を制御する車両用発電制御装置に関する。

始動直後のエンジン回転が不安定な状態において、発電による急激なトルク負荷増大を防止する手法として、これまで様々なアイデアが提案されている。例えば、発電抑制中の電気負荷増大時に発生する大きな発電電圧低下によりエンジンがストールしてしまうことを防ぐために、所定電圧以下では発電抑制を解除するという機能をエンジン始動時にはマスクし、始動直後の徐励制御が完了したことを検出することで始動の完了と判断して速やかにそのマスクを解除し、その後の電圧低下によるエンジンストールを防止することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、近年では、車両ＥＣＵとの連携によるきめ細かな発電制御を行うことを目的に、車両ＥＣＵと通信を行って発電を制御する車両システムが知られている。この車両システムにおいては、調整電圧値を通信信号に応じて変更する他、励磁電流の導通率を制限する従来の制御方法の代わりに、直接励磁電流を制限するような制御も行われている。
特開２００６−２７１０９６号公報（第４−１１頁、図１−４）

ところで、上述した従来の車両システムでは、エンジン始動時に調整電圧をバッテリの解放電圧値より低い値に設定することで発電を停止させたり、励磁電流を小さい値に設定して発電を抑制する場合がある。従来のエンジン始動の完了判定方法では、調整電圧を下げて発電抑制すると、エンジン始動時には既に出力端子電圧が調整電圧以上になってしまっているので、エンジン始動完了と判断してしまい、実際にはまだエンジン回転が不安定なうちにマスクを解除してしまう。また、励磁電流を小さい値に制限して発電抑制すると、この制限により徐励制御が途中で中断されてしまうので、エンジン始動完了の判定ができず、実際にはエンジンが始動完了して十分安定しているにもかかわらずその発電抑制指示が解除されてエンジン始動完了の判断がなされるまで発電抑制解除機能がマスクされたままになり、大きな電気負荷が投入されると車両用発電機の発電電圧が落ち込んでエンジンがストールしてしまうおそれがあるという問題があった。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、エンジン始動直後は車両用発電機の駆動トルクの急増による、また、エンジン始動完了後は電圧の落ち込みによるエンジンストールの発生を防止することができる車両用発電制御装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の車両用発電制御装置は、内燃機関により駆動される車両用発電機の励磁巻線への通電を断続制御して車両用発電機の出力電圧を設定値に制御する車両用発電制御装置であって、発電抑制信号に応じて車両用発電機の発電量を抑制する発電抑制手段と、車両用発電機の発電電圧が所定値以下になったときに発電抑制手段による発電抑制を解除する発電抑制解除手段と、内燃機関の始動を検出する始動検出手段と、始動検出手段によって始動が検出されてから所定時間を計測する時間計測手段と、時間計測手段によって所定時間の経過が計測されるまで発電抑制解除手段による発電抑制の解除を禁止する発電抑制解除禁止手段とを備えている。

内燃機関（エンジン）の始動を検出してから所定時間経過した後に発電抑制解除機能が有効になるため、内燃機関の回転が不安定な始動時に発電抑制解除機能が働くことはなく、始動時における内燃機関のストールを防止することができる。また、始動を検出してから所定時間だけ発電抑制解除機能が働くことを禁止（マスク）することができるため、この禁止状態を確実に終わらせることができ、大きな電気負荷投入時に発電電圧が大きく落ち込んで内燃機関がストールする事態を回避することができる。

また、上述した発電抑制解除手段によって発電抑制を解除する所定値は、外部から入力される信号で指示される発電制御電圧値の下限値より低く、内燃機関を制御する制御装置が動作可能な最低電圧より高い電圧値に設定されていることが望ましい。これにより、外部からの通信によりどんな発電制御電圧値に設定されても必要以上に発電抑制を解除してしまうことを防止することができる。また、内燃機関の制御装置が動作可能な状態を維持しつつ的確に発電抑制を解除して、確実に内燃機関のストールを防止することができる。

また、上述した発電抑制手段は、車両用発電機の励磁電流の導通率を発電抑制信号に応じた値に制限することにより発電量を抑制している。これにより、徐励制御（負荷応答制御）により励磁電流の導通率が増加して制限値に達してしまい徐励制御が途中で中断された場合であっても、確実に内燃機関の始動完了を判断することができる。

また、上述した発電抑制解除手段は、発電抑制手段による発電抑制の程度が軽い場合にのみ発電抑制の解除を禁止することが望ましい。発電抑制手段が車両用発電機の励磁電流の導通率を発電抑制信号に応じた値に制限して発電量を抑制するような場合に、内燃機関が既に暖まっているときの再始動時などの軽い発電抑制しか行っていないようなときは実質的に発電抑制を解除する必要がないので、このような場合のみ発電抑制の解除を禁止するようにすれば、必要以上に発電抑制を解除してしまうことを防止することができる。

また、上述した発電抑制手段は、車両用発電機の励磁電流の導通率を所定の速度で増加するように制限して発電量を抑制することが望ましい。このような発電抑制を行った場合に、従来は車両用発電機の発電能力やそのときの電気負荷量により始動完了を判定するまでの時間が変化したのに対し、本発明では常に一定時間で始動完了を判断することができるので、的確に始動完了を判断することができる。

また、上述した発電抑制手段は、車両用発電機の励磁電流値を発電抑制信号に応じた値に制限して発電量を抑制している。これにより、徐励制御（負荷応答制御）により励磁電流の導通率が増加して制限値に達してしまい徐励制御が途中で中断された場合であっても、確実に内燃機関の始動完了を判断することができる。

また、上述した発電抑制解除手段は、発電抑制手段による発電抑制の程度が軽い場合にのみ発電抑制の解除を禁止することが望ましい。発電制御手段が車両用発電機の励磁電流値を発電抑制信号に応じた値に制限して発電量を抑制するような場合に、内燃機関が既に暖まっているときの再始動時などの軽い発電抑制しか行っていないようなときは実質的に発電抑制を解除する必要がないので、このような場合のみ発電抑制の解除を禁止するようにすれば、必要以上に抑制を解除してしまうことを防止することができる。

以下、本発明を適用した一実施形態の車両用発電制御装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明を適用した一実施形態の車両用発電制御装置の構成を示す図であり、あわせてこの車両用発電制御装置と車両用発電機やバッテリ、ＥＣＵとの接続状態が示されている。

図１において、車両用発電制御装置１は、車両用発電機２の出力端子（Ｂ端子）の電圧が設定された調整電圧（例えば１４Ｖ）になるように制御するためのものである。また、車両用発電制御装置１は、Ｂ端子以外に、通信端子（Ｃ端子）とグランド端子（Ｅ端子）を有している。Ｂ端子は、所定の充電線を介してバッテリ４や各種の電気負荷（図示せず）に接続されている。Ｃ端子は、エンジン（内燃機関）を制御する外部制御装置としてのＥＣＵ（電子制御装置）３に接続されている。Ｅ端子は、車両用発電機２のフレームに接続されている。なお、図１では、車両用発電制御装置１は、車両用発電機２と並行して図示したが、実際には車両用発電機２に内蔵されている。

車両用発電機２は、エンジンにより駆動されるものであり、固定子に含まれる３相の固定子巻線２１と、回転子に含まれる励磁巻線２２と、固定子巻線２１の３相出力を全波整流するために設けられた整流回路２３とを含んで構成されている。この車両用発電機２の出力電圧の制御は、励磁巻線２２に対する通電を車両用発電制御装置１によって適宜断続制御することにより行われる。

次に、車両用発電制御装置１の詳細構成および動作について説明する。車両用発電制御装置１は、励磁電流制御用トランジスタ１５をオン／オフ制御することでＥＣＵ３から送られてくる通信信号に応じて車両用発電機２の出力電圧が調整電圧になるように励磁電流を調節したり、発電を抑制したりする。

図１に示すように、車両用発電制御装置１は、発電制御回路１１、発電抑制解除回路１２、始動完了判定回路１３、チャージポンプ回路１４、励磁電流制御用トランジスタ１５、環流ダイオード１６、電源回路１７、アンド回路１８を備えている。

励磁電流制御用トランジスタ１５は、励磁巻線２２に直列に接続されており、オン状態のときに励磁巻線２２に励磁電流が流れる。環流ダイオード１６は、励磁巻線２２に並列に接続されており、励磁電流制御用トランジスタ１５がオフ状態のときに励磁電流を環流させる。

発電制御回路１１は、発電電圧制御回路１１１、発電抑制回路１１２、通信インタフェース回路（通信Ｉ／Ｆ）１１３、アンド回路１１４、オア回路１１５を含んで構成されている。上述した発電抑制回路１１２が発電抑制手段に、発電抑制解除回路１２が発電抑制解除手段に、回転数検出回路１３１が始動検出手段に、時間計測回路１３２が時間計測手段に、アンド回路１８が発電抑制解除禁止手段に、ＥＣＵ３がエンジンを制御する制御装置にそれぞれ対応する。

通信インタフェース回路１１３は、ＥＣＵ３から送られてくる信号を受信すると、車両用発電制御装置１の各回路の駆動用電圧を発生する電源回路１７に起動信号を出力するとともに、受信した信号を解読し、発電電圧制御回路１１１へ発電制御電圧値を、発電抑制回路１１２へ発電抑制値をそれぞれ入力する。

発電電圧制御回路１１１は、車両用発電機２の出力電圧（発電電圧）を監視し、この出力電圧が通信インタフェース回路１１３から入力された発電制御電圧値と等しくなるように励磁電流制御用トランジスタ１５のオン／オフを制御するハイ／ロー信号（発電電圧制御信号）を出力する。一例として、本実施形態の発電電圧制御信号は一定の周期でハイレベルとローレベルを繰り返し、ハイレベルの割合を調整することで励磁電流制御用トランジスタ１５の導通率を変化させて励磁電流を調整し、発電制御電圧値に一致するように発電電圧を制御している。なお、発電制御回路１１と励磁電流制御用トランジスタ１５の間に挿入されたチャージポンプ回路１４は、発電制御回路１１の出力電圧を、励磁電流制御用トランジスタ１５がスイッチングできる電圧に昇圧する。

発電抑制回路１１２は、通信インタフェース回路１１３から入力された発電抑制値に応じて発電量を抑制するために、発電電圧制御回路１１１から出力される発電電圧制御信号と同じタイミングで同じ周期の発電抑制信号を出力する。例えば、励磁電流制御用トランジスタ１５の導通率を２０％オンデューティー以下に制限する場合、発電抑制回路１１２は、同周期の発電電圧制御信号のハイレベルの割合が２０％の発振信号を出力する。この発電抑制信号は、オア回路１１５を介して発電電圧制御信号とともにアンド回路１１４の入力端子に入力され、これにより、発電抑制信号のハイレベルの割合が２０％のときは発電電圧制御信号のハイレベルの割合が２０％以上であっても、アンド回路１１４の出力端子からは２０％オンデューティーの信号が出力される。よって、励磁電流制御用トランジスタ１５の導通率が２０％オンデューティー以下に制限される。

なお、発電抑制回路１１２は、発電抑制信号のオンデューティーを所定の速度で増加するようにして発電抑制を行うように、すなわち徐励制御（負荷応答制御）を行うようにしてもよい。

発電抑制解除回路１２は、車両用発電機２の出力電圧を監視し、この出力電圧が所定電圧以下に下がると発電抑制解除信号としてハイレベルの信号を出力する。具体的には、発電抑制解除回路１２は、抵抗１２１、１２２からなる分圧回路と電圧比較器１２３とを備えており、車両用発電機２の出力電圧を分圧回路で分圧した電圧が所定の基準電圧Ｖref 以下になったときに電圧比較器１２３の出力がハイレベルになる。なお、基準電圧Ｖref は、外部（ＥＣＵ３）から入力される信号で指示される発電制御電圧値の下限値より低く、エンジンを制御するＥＣＵ３が動作可能な最低電圧より高い電圧値に相当する値（上記分圧回路の分圧比を乗じた値）に設定されている。

これにより、ＥＣＵ３からの通信によりどんな発電制御電圧値に設定されても必要以上に発電抑制を解除してしまうことを防止することができる。また、ＥＣＵ３が動作可能な状態を維持しつつ的確に発電抑制を解除することができる。

始動完了判定回路１３は、回転数検出回路１３１と時間計測回路１３２とを備えている。回転数検出回路１３１は、車両用発電機２の一相出力の周波数を検出し、検出した周波数が所定値以上になるとハイレベルの始動検出信号を出力する。回転数検出回路１３１によって、エンジンの始動を検出している。時間計測回路１３２は、回転数検出回路１３１から出力される信号のローレベルからハイレベルへの変化（ハイレベルの始動検出信号の出力開始タイミング）を検出すると、それ以後のハイレベルの継続時間の計測を開始し、ハイレベルの状態を維持しつつ所定時間が経過すると、ハイレベルの始動完了判定信号を出力する。その後、時間計測回路１３２は、回転数検出回路１３１の出力がローレベルになると、直ちに始動完了判定信号をローレベルに切り替える。

発電抑制解除信号と始動完了判定信号はともにアンド回路１８の入力端子に入力され、その出力信号は発電抑制信号とともにオア回路１１５の入力端子に入力される。始動完了判定信号がローレベルの間は、発電抑制解除信号がハイレベルになっても、アンド回路１８は、ローレベルの信号を出力し続けて、発電抑制解除回路１２による発電抑制の解除動作をマスクする。始動完了判定後、つまり始動完了判定信号がハイレベルになると、発電抑制解除回路１２から出力される発電抑制解除信号に応じて、発電抑制回路１１２から出力される発電抑制信号がマスクされるので発電抑制が解除されるようになる。発電抑制が解除されると、発電電圧制御回路１１１から出力される発電電圧制御信号に応じて発電制御が行われるようになる。

図２は、本実施形態の車両用発電制御装置１の各部の動作タイミングを示す図である。図２に示すように、回転数検出回路１３１から出力される始動検出信号がハイレベルに変化してから所定時間が経過するまでは時間計測回路１３２の出力信号（始動完了判定信号）はハイレベルにならない。したがって、それ以前に発電抑制解除回路１２から出力される発電抑制解除信号がハイレベルになっても発電抑制解除動作は有効にならずマスクされる。

このように、本実施形態の車両用発電制御装置１では、エンジンの始動を検出してから所定時間経過した後に発電抑制解除機能が有効になるため、エンジンの回転が不安定な始動時に発電抑制解除機能が働くことはなく、始動時における発電トルク（駆動トルク）急増によるエンジンのストールを防止することができる。また、始動を検出してから所定時間だけ発電抑制解除機能が働くことを禁止（マスク）することができるため、この禁止状態を確実に終わらせることができ、大きな電気負荷投入時に発電電圧が大きく落ち込んでエンジンがストールする事態を回避することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、発電抑制回路１１２による励磁電流の導通率の制限値が所定値以下の場合のみ、発電抑制解除回路１２による発電抑制の解除をマスク（禁止）するようにしてもよい。ここで、導通率の制限値とは、発電電圧制御回路１１１から出力される発電電圧制御信号のオンデューティーを発電抑制回路１１２によって制限する場合の制限値、すなわち、オンデューティーを減少させる値（例えば、発電電圧制御回路１１１から出力される発電電圧制御信号のオンデューティーと発電抑制回路１１２から出力される発電抑制信号のオンデューティーの差を示す値）を指している。すなわち、発電抑制の程度が軽い場合には、発電抑制解除回路１２の出力をマスクしてもよい。

発電抑制回路１１２が車両用発電機２の励磁電流の導通率を発電抑制信号に応じた値に制限して発電量を抑制するような場合に、エンジンが既に暖まっているときの再始動時などの軽い発電抑制しか行っていないようなときは実質的に発電抑制を解除する必要がないので、励磁電流の導通率の制限値が所定値以下の場合のみ発電抑制の解除を禁止するようにすれば、必要以上に発電抑制を解除してしまうことを防止することができる。

また、上述した実施形態では、発電抑制回路１１２によって励磁電流の導通率を制限することにより発電抑制を行ったが、励磁電流値を発電抑制信号に応じた値に制限して発電量を抑制するようにしてもよい。また、この場合にも、発電抑制の程度が軽い場合、すなわち、発電抑制回路１１２による励磁電流の制限値が所定値以下の場合のみ発電抑制解除回路１２による発電抑制の解除をマスク（禁止）するようにしてもよい。

一実施形態の車両用発電制御装置の構成を示す図である。 本実施形態の車両用発電制御装置の各部の動作タイミングを示す図である。

符号の説明

１ 車両用発電制御装置
２ 車両用発電機
３ ＥＣＵ（電子制御装置）
４ バッテリ
１１ 発電制御回路
１２ 発電抑制解除回路
１３ 始動完了判定回路
１４ チャージポンプ回路
１５ 励磁電流制御用トランジスタ
１６ 環流ダイオード
１７ 電源回路
１８、１１４ アンド回路
２１ 固定子巻線
２２ 励磁巻線
２３ 整流回路
１１１ 発電電圧制御回路
１１２ 発電抑制回路
１１３ 通信インタフェース回路（通信Ｉ／Ｆ）
１１５ オア回路

Claims (4)

1. 内燃機関により駆動される車両用発電機の励磁巻線への通電を断続制御して前記車両用発電機の出力電圧を設定値に制御する車両用発電制御装置において、
   発電抑制信号に応じて前記車両用発電機の発電量を抑制する発電抑制手段と、
   前記車両用発電機の発電電圧が所定値以下になったときに前記発電抑制手段による発電抑制を解除する発電抑制解除手段と、
   前記内燃機関の始動を検出する始動検出手段と、
   前記始動検出手段によって始動が検出されてから所定時間を計測する時間計測手段と、
   前記時間計測手段によって前記所定時間の経過が計測されるまで前記発電抑制解除手段による発電抑制の解除を禁止する発電抑制解除禁止手段と、を備え、
   前記発電抑制手段は、前記車両用発電機の励磁電流の導通率を発電抑制信号に応じた値に制限することにより発電量を抑制し、
   前記発電抑制解除手段は、前記発電抑制手段による発電抑制の程度が軽い場合にのみ発電抑制の解除を禁止することを特徴とする車両用発電制御装置。
2. 内燃機関により駆動される車両用発電機の励磁巻線への通電を断続制御して前記車両用発電機の出力電圧を設定値に制御する車両用発電制御装置において、
   発電抑制信号に応じて前記車両用発電機の発電量を抑制する発電抑制手段と、
   前記車両用発電機の発電電圧が所定値以下になったときに前記発電抑制手段による発電抑制を解除する発電抑制解除手段と、
   前記内燃機関の始動を検出する始動検出手段と、
   前記始動検出手段によって始動が検出されてから所定時間を計測する時間計測手段と、
   前記時間計測手段によって前記所定時間の経過が計測されるまで前記発電抑制解除手段による発電抑制の解除を禁止する発電抑制解除禁止手段と、を備え、
   前記発電抑制手段は、前記車両用発電機の励磁電流値を発電抑制信号に応じた値に制限して発電量を抑制し、
   前記発電抑制解除手段は、前記発電抑制手段による発電抑制の程度が軽い場合にのみ発電抑制の解除を禁止することを特徴とする車両用発電制御装置。
3. 請求項１または２において、
   前記発電抑制解除手段によって発電抑制を解除する前記所定値は、外部から入力される信号で指示される発電制御電圧値の下限値より低く、前記内燃機関を制御する制御装置が動作可能な最低電圧より高い電圧値に設定されていることを特徴とする車両用発電制御装置。
4. 請求項１において、
   前記発電抑制手段は、前記車両用発電機の励磁電流の導通率を所定の速度で増加するように制限して発電量を抑制することを特徴とする車両用発電制御装置。

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