JP4816098B2 - 車両の発電制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、本発明は、車両に搭載される発電制御装置、特に、エンジンの回転力を受けて駆動するオルタネータの発電量を制御する発電制御装置に関する。

従来、車両には各種の電装品が搭載され、エンジン自体も点火系、燃料系その他各部で電力を消費する。このためエンジンは電源であるバッテリを充電するためクランクシャフトの回転力を利用して駆動できるオルタネータを備える。このオルタネータは電圧レギュレータを備え、これは過充電判定電圧と発電電圧を比較し、発電電圧が過充電判定電圧を上回るとオルタネータの界磁電流をカットし、下回ると界磁電流を流して発電を継続させるという可動を繰り返すように構成されえている。

このため、放電量が多いとバッテリの端子電圧が降下して発電電圧が低下し、逆に放電量が少ないと発電電圧が上昇することとなる。このような、電圧レギュレータには発電量を規制する電子制御手段が付設されることが多く、この電子制御手段は、適時に電流カット指令を出して、発電負荷を押さえ、燃費の悪化やエンジン回転の安定化を図っている。

このような発電制御を行なう従来の装置としては、例えば特許文献１，２が挙げられる。特許文献１では、オルタネータの発電量を電流センサによって検出し、その発電量をカットし規制し、特許文献２では、電流センサを使用しないで発電カットを行う技術が開示されている。

特開２００３−９５９５ 特開平６−１１３５９９号公報

特許文献１では、オルタネータの発電量を電流センサによって検出し、その値を用いて発電量をカットする制御を行っているが、このようなセンサの追加はコストアップを招いてしまう。特許文献２においては、電流センサを使用しないで発電カットを行っているが、第１の所定時間以上の加速の後の定常走行時に低発電状態であれば発電カット制御を行うものではないため発電カットの条件が成立する領域が狭く十分な燃費向上効果が得られない。
本発明は、低コストを図りつつも発電カットの成立領域の拡大を図れ、十分な燃費向上効果を得られる車両の発電制御装置を提供することを、その目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る車両の発電制御装置は、バッテリと電気負荷に接続されていて内燃機関によって駆動されて発電するオルタネータと、内燃機関の運転状態に応じてオルタネータの発電作動を制御する制御手段とを備えた車両の発電制御装置において、内燃機関の始動後経過時間を計測する始動後経過時間検出手段と、オルタネータの発電量相当信号を検出する検出手段を備え、制御手段は、始動後経過時間検出手段で計測される始動後経過時間が経過所定時間以上で且つ検出手段で検出される発電量相当信号に基づいて所定の低発電状態と判断されるときに、オルタネータによる発電を最低状態にする最低発電制御を行うことを特徴としている。

本発明における車両の発電制御装置において、制御手段は、最低発電制御が第１の所定時間続くと一旦この最低発電制御を中止し、第１の所定時間より短い第２の所定時間後に、始動後経過時間が経過所定時間以上で且つ所定の低発電状態を満たす場合に、最低発電制御を再開することを特徴としている。

本発明における車両の発電制御装置において、アクセルの操作状態を検出するアクセル状態検出手段と、車速を検出する車速検出手段を備え、制御手段は、始動後経過時間が経過所定時間以上で且つ所定の低発電状態と判断される状態であり、アクセル状態検出手段で検出されるアクセル操作状態が踏込状態にあり且つ車速検出手段で検出される車速が所定車速以上のときに最低発電制御を行うことを特徴としている。

本発明における車両の発電制御装置において、バッテリの電圧を検出するバッテリ電圧検出手段を備え、制御手段は、最低発電制御中においてバッテリ電圧検出手段で検出されるバッテリ電圧が所定値以下の時間が電圧低下所定時間以上の場合に、最低発電制御を中止することを特徴としている。

本発明における車両の発電制御装置において、内燃機関の制御に用いる温度検出手段を備え、制御手段は、温度検出手段で検出される温度情報が予め設定された所定範囲外の時は、最低発電制御を禁止することを特徴としている。

本発明によれば、オルタネータの発電量相当信号に基づいてオルタネータによる発電を最低状態にする最低発電制御を行うので、従来のようにセンサを用いなくてもよく構成が簡便となり低コストを図ることができる。また、機関始動後所定時間は最低発電制御を行わないので、機関始動後はバッテリを充電することができ、最低発電領域の拡大が容易になり、燃費を向上できる。

本発明によれば、アクセル状態検出手段で検出されるアクセル操作状態が踏込状態にあり且つ車速検出手段で検出される車速が所定車速以上のときに最低発電制御を行うので、元々発電量が少ない減速時や停車時は最低発電が行われないが、定常走行状態のみならず加速状態まで最低発電制御の領域を拡大できるので、効果的に燃費を向上できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図１において符号１は車両発電制御装置を示す。この車両発電制御装置１は、バッテリ１３と後述する電気負荷となる電装品に接続されていて内燃機関としてのエンジンＥによって駆動されて発電するオルタネータ１１と、エンジンＥの運転状態に応じてオルタネータ１１の発電作動を制御する制御手段２０とを備えている。

エンジンＥは、その吸気路１をエアクリーナ２、吸気管３、サージタンク４、吸気分岐管５等により構成されている。吸気管５にはスロットル弁６と、これを迂回するバイパス路Ｒ１を開閉するソレノイド弁７が設けられ、このソレノイド弁７の動作によってアイドル回転数が制御される。スロットル弁７には図示しないアクセルペダルが連結されていて、アクセルペダルの踏込み状態に応じてその開度が調整される。スロットル弁６の近傍には、アクセルの操作状態を検出して出力するアクセル状態検出手段としてのスロットル開度センサ８及びアイドル情報を出力するアイドルスイッチ９が設けられている。

オルタネータ１１は、エンジンＥのクランクシャフトにベルト１２を介して接続されていて、エンジンＥが始動してクランクシャフトが回転することで発電するように機能する。オルタネータ１１の出力端子はバッテリ１３の端子１３ａに接続され、図示しない端子はアースされている。バッテリ１１の端子１３ｂもアースされている。

オルタネータ１１の基本構成は、電圧レギュレータ、整流回路、界磁コイル、開閉器などを備えた周知のものであり、制御手段２０に対して発電量相当信号となるデューティ信号（以下、「ＦＲ−Ｄｕｔｙ」と記す）を出力するとともに、制御手段２０から発電の禁止信号あるいはカット信号が送られる端子を備えている。

図２に示すように、制御手段２０は、図示しない演算部、メモリなどを備えた周知のコンピュータで構成されていて、オルタネータ１１及びバッテリ１３と電気配線によって接続されている。制御手段２０とバッテリ１３の端子１３ａとは、バッテリ１３の電圧を検出するバッテリ電圧検出手段２２を介して接続されている。制御手段２０には、ＦＲ−Ｄｕｔｙを検出する検出手段２１が設けられている。この検出手段２１は、制御手段２０と個別に設ける形態でもよい。

制御手段２０には、アクセル開度センサ８、アイドルスイッチ９と共に、イグニッションスイッチ２３、クランキングスイッチ２４、車両に搭載されるエアコンのオン／オフを行うエアコンスイッチ２５、エンジン冷却系の水温を検出する水温センサ２６、エンジンＥの回転数を検出するエンジン回転センサ２７、エンジンＥの始動後経過時間を計測する始動後経過時間検出手段としてのタイマ３３が電気配線を介して接続されている。

制御手段２０には、温度検出手段としての外気温センサ２８、車速を検出する車速検出手段としての車速センサ２９、電装品となる図示しないヘッドライトをオン／オフするヘッドライトスイッチ３０、図示しないパワーウンンドを作動させるパワーウインドスイッチ３１、図示しないワイパーを作動させるワイパースイッチ３２が、図示しない通信線を介して接続されている。外気温センサ２８は、図示しないエアコンの動作を制御するのに用いるもので既存のセンサである。

制御手段２０の図示しないメモリには、発電制御プログラムが記憶されていると共に、このプログラムで用いる各種設定値が予め記憶されている。各種設定値としては、経過所定時間Ｔ１、カット後の第１の所定時間Ｔ２及び第２の所定時間Ｔ３、所定の低発電状態を判断するための所定の発電量ＦＲ−Ｄｕｔｙ１、所定車速Ｖｓ１、所定のバッテリ電圧Ｖｂ１、電圧低下所定時間Ｔ４、温度範囲情報となる下限温度ＡＴ１と上限温度ＡＴ２が設定されている。

制御手段２０では、オルタネータ１１側での発電要求をFR-Dutyから判断し、発電が必要な場合には、発電レギュレータを制御してバッテリ１１に充電を行うように制御する。しかし、発電要求に応じてオルタネータ１１を駆動すると、車両の運転状態によってはエンストなどが発生することがある。特に、車両に搭載される電装品は、エンジン排気量に関係なく多くなる傾向になるため、これに伴いオルタネータ１１の容量も大きくなっているので、排気量の小さい車両において無条件で発電を許可するとエンジン出力がオルタネータ１１に食われてしまいエンストの原因となる。そこで発電しない領域を制御手段２０で判断して実行することでエンストなどを回避することが従来から行われているが、発電カットする時間が長くなるとバッテリ１３の放電深度が深くなり、劣化が激しくなるとともに、満充電までに時間を要してしまい、電装品の動作に不具合が発生することが懸念される。

そこで、本形態においては、発電カット制御するものにおいて、より詳細に車両の状態をセンシングして、発電カットをしなくても良い領域を特定して、その領域においては発電カット制御を行わないようにしている。

以下、制御手段２０による発電制御プログラムについて、図６以降のフローチャートに沿って説明する。
図６において、ステップＡ１においてイグニッションキー２３及びクランキングスイッチ２４からの信号が検出されてエンジン始動が確認されると、ステップＡ２でオルタネータ１１による発電を実行してバッテリ１３に充電を開始し、ステップＡ３でタイマ３３による計測が開始される。ステップＡ４では、始動後経過時間となる計測時間Ｔが経過所定時間Ｔ１以上あるか否かが判断され、経過所定時間Ｔ１に満たない場合には発電を継続する。ステップＡ４において計測時間Ｔが経過所定時間Ｔ１であるとステップＡ５に進みＦＲ−Ｄｕｔｙと所定の発電量ＦＲ−Ｄｕｔｙ１とから発電要求状態が判断される。ここで、ＦＲ−ＤｕｔｙがＦＲ−Ｄｕｔｙ１を超えていなければ、オルタネータ１１に対する発電要求は低いものと判断し、ステップＡ６においては発電カットを実行し、ＦＲ−ＤｕｔｙがＦＲ−Ｄｕｔｙ１を超えている場合にはオルタネータ１１に対する発電要求が高いものとして発電カットは実行しないでオルタネータ１１による発電を継続する。すなわち、図３に示すように、ＦＲ−ＤｕｔｙがＦＲ−Ｄｕｔｙ１を超えるまでは発電カット制御を成立状態とし、ＦＲ−ＤｕｔｙがＦＲ−Ｄｕｔｙ１を超えると発電カット制御を不成立とする。

このように、オルタネータ１１の発電量相当信号ＦＲ−Ｄｕｔｙに基づいてオルタネータ１１による発電を切断する発電カット制御を行うので、従来のように電流センサを用いなくてもよく、制御系の構成が簡便となり低コストを図ることができる。また、機関始動後の所定時間Ｔ１は発電カット制御を行わないので、機関始動後はバッテリ１３を充電することができ、発電カット領域の拡大が容易になり、燃費の向上を図ることができる。

図７、図８を用いて制御手段２０による別な制御形態を説明する。
この形態は、図６の制御形態にさらに別の判定条件を追加したものであり、発電カット制御が第１の所定時間Ｔ１続くと一旦この発電カット制御を中止し、第１の所定時間Ｔ１より短い第２の所定時間Ｔ２後に、始動後経過時間Ｔが経過所定時間Ｔ１以上で且つ所定の低発電状態を満たす場合、すなわちＦＲ−Ｄｕｔｙ＞ＦＲ−Ｄｕｔｙ１の場合に、発電カット制御を再開するものである。図７，図８は１つのフローチャートであるが、便宜的なステップＡ１〜Ａ８を図７に、ステップＡ９〜Ａ１５を図８にそれぞれ示すものとする。

すなわち、図７においてステップＡ１からＡ６は図６と同様であるので説明は省略する。図７のステップＡ７では、発電カット時間Ｔｃがタイマ３３で計測され、ステップＡ８において、第１の所定時間Ｔ１と比較される。ここで、発電カット時間Ｔｃが第１の所定時間Ｔ１に満たない場合は発電カット制御を継続し、発電カット時間Ｔｃが第１の所定時間Ｔ１になると図８のステップＡ９に進み、発電カット制御を中止する。

発電カット制御が中止されると、ステップＡ１０で発電カット停止時間Ｔｓがタイマ３３で測定され、発電カット停止時間ＴｓがステップＡ１１で第２の所定時間Ｔ２を越えると、ステップＡ１２からＡ１４において、ステップＡ３からＡ５と同様の内容を計測判断する。つまり、ステップＡ１４においてＦＲ−ＤｕｔｙがＦＲ−Ｄｕｔｙ１を超えていなければ、オルタネータ１１に対する発電要求は低いものと判断し、ステップＡ１５において発電カット制御を再開し、ＦＲ−ＤｕｔｙがＦＲ−Ｄｕｔｙ１を超えている場合にはオルタネータ１１に対する発電要求が高いものとして発電カット制御は中止された状態となる。

つまり、図７、図８に示すように、発電カット制御の成立時間が第１の所定時間Ｔ２続くと一旦この発電カット制御を中止し、第２の所定時間Ｔ３後に、始動後経過時間Ｔが経過所定時間Ｔ１以上で且つ所定の低発電状態を満たす場合に、発電カット制御を再開するので、発電カット制御が長時間継続するのを防止でき、過放電を防止しながら発電カット制御の再開までの期間を効率よく向上することができる。

図９を用いて制御手段２０による別な制御形態を説明する。
この制御は、始動後経過時間Ｔが経過所定時間Ｔ１以上で且つ所定の低発電状態と判断される状態であり、アクセル開度センサ８で検出されるアクセル操作状態が踏込状態にあり且つ車速センサ２９で検出される車速Ｖｓが所定車速Ｖｓ１以上のときに発電カット制御を行うことを特徴としている。

図９に示すフローチャートにおいて、ステップＢ１からステップＢ５までは、図６のステップＡ１からＡ５と同一の内容であるので説明は省略する。図９において、ステップＢ６ではアクセル開度センサ８で検出されるアクセル操作情報Ｖｓを取り込み、ステップＢ７においてアクセル開度が踏込状態か否かが判断される。ここではアクセルペダルを踏み込まれていてアクセル開度センサ８から開度信号が入力されると踏込状態と判断しステップＢ８に進む。ステップＢ８では車速センサ２９からの車速情報Ｖｓを取り込み、ステップＢ９において取り込んだ車速情報Ｖｓと所定車速Ｖｓ１とを比較する。ここで、車速情報Ｖｓが所定車速Ｖｓ１に満たない場合には、オルタネータ１１による発電を実行し、車速情報Ｖｓが所定車速Ｖｓ１以上の場合には、ステップＢ１０に進んで発電カット制御を実行する。

このように始動後経過時間Ｔが経過所定時間Ｔ１以上で且つ所定の低発電状態と判断される状態であり、アクセル開度センサ８で検出されるアクセル操作状態が踏込状態にあり且つ車速センサ２９で検出される車速Ｖｓが所定車速Ｖｓ１以上のときに発電カット制御を行うことで、定常走行状態のみならず加速状態まで発電カット制御の領域を拡大できるので、効果的に燃費を向上できる。

図１０を用いて制御手段２０による別な制御形態を説明する。
この制御は、図６に示す発電制御によって発電カット制御が実行されている最中に、バッテリ電圧検出手段２２で検出されるバッテリ電圧Ｖｂが所定値Ｖｂ１以下の時間が所定時間Ｔ４以上の場合に、発電カット制御を中止することを特徴としている。図１０のステップＣ１からステップＣ６までは、図６のステップＡ１からステップＡ６と同一内容であるので、その説明は省略する。

図１０のステップＣ７では、バッテリ電圧検出手段２２からのバッテリ電圧Ｖｂを取込み、ステップＣ８においてバッテリ電圧Ｖｂと所定値Ｖｂ１とを比較する。そして、バッテリ電圧Ｖｂが所定値Ｖｂ１以下でなければ発電カット制御を継続して行い、バッテリ電圧Ｖｂが所定値Ｖｂ１以下の場合、ステップＣ９に進んで所定値以下時間ＴＶｂを計測する。そして、ステップＣ１０において、所定値以下時間ＴＶｂが電圧低下所定時間Ｔ４に満たない場合は発電カット制御し、所定値以下時間ＴＶｂが電圧低下所定時間Ｔ４以上の場合にはステップＣ１１において発電カット制御を停止する。

つまり、図４に示すように、発電カット制御が成立している状態であってもバッテリ電圧Ｖｂが所定値Ｖｂ１以下となる状態で、発電カット制御を継続あるいは実行すると、バッテリ１３の放電深度が深くなって劣化の助長になるが、バッテリ電圧Ｖｂが所定値Ｖｂ１所定値以下の場合には発電カット制御を中止するので、バッテリが劣化状態にある場合に発電カット制御が行われてバッテリの劣化が助長されることを確実に防止できる。また、バッテリ電圧Ｖｂの情報はノイズなどにより瞬間的に低下することが想定されるので、フィルタとして電圧低下所定時間Ｔ４を設定し、所定値以下時間ＴＶｂがこの時間Ｔ４を超える場合に発電カット制御を中止して発電するようにしたので、不用意な発電カット制御の中止を防止でき、発電カット領域を拡大することができる。

図１１を用いて制御手段２０による別な制御形態を説明する。
この制御は、外気温センサ２８で検出される温度情報ＡＴが予め設定された所定範囲ＡＴ１＜ＡＴ＜ＡＴ２以外の時は、発電カット制御を禁止することを特徴としている。すなわち、図１０において、ステップＤ１からステップＤ５までは、図６のステップＡ１〜Ａ５と同一内容なので説明は省略する。

ステップＤ６では、温度情報ＡＴを取込み、ステップＤ７においてその温度情報ＡＴが所定範囲ＡＴ１＜ＡＴ＜ＡＴ２内にあるか否かが判断される。ここで温度情報ＡＴが所定範囲ＡＴ１＜ＡＴ＜ＡＴ２内にある場合には、バッテリ１３の温度が適温にあるものとみなし、ステップＤ８に進んで発電カット制御を実行する。温度情報ＡＴが所定範囲ＡＴ１＜ＡＴ＜ＡＴ２外にある場合には、バッテリ１３の温度が低温あるいは高温になるものとして発電カット制御は実行しない（禁止）でステップＤ２に戻って発電を継続させる。

このように、外気温センサで検出される温度情報ＡＴが予め設定された所定範囲ＡＴ１＜ＡＴ＜ＡＴ２外の時は、発電カット制御を禁止するので、バッテリ温度を検出するセンサを用いることなくバッテリ温度を推定でき、構成の簡素化を測りながら低コスト化を実現できる。また、所定温度範囲ＡＴ１＜ＡＴ＜ＡＴ２外の時に発電カット制御を行わないので、バッテリ１３への充電が適正にできない低外気温時や高外気温時に発電カットを禁止してバッテリ１３を保護することができ、バッテリ１３の耐久性を向上することができる。

図１１に示す制御では、温度検知手段として外気温センサ２８を用いたが、例えば水温センサ２６あるいは吸気路１内の吸気空気を検出する周知の吸気温度センサあるいは、その他の車両雰囲気温度を検出する手段を代替して用いても良い。

発電カット制御の禁止条件としては、上述のものに限定されるものではなく、エアコンスイッチがオン状態の場合やアイドルスイッチ９がオフの場合、水温センサ２６や外気温センサ２８からの信号がオフで、温度情報が検出できない場合、エンジン回転数センサ２７により検出されるエンジン回転数Ｎｅがエンジンの最高回転数よりも低い場合、あるいはバッテリ電圧Ｖｄがエンジン始動時に所定値Ｖｂ１よりも低い場合、ヘッドライトスイッチ３０、パワーウインドスイッチ３１及びワイパースイッチ３２がオンしている場合が挙げられる。これらの条件時に、発電カット制御を実行すると、電圧不足による電装品の動作不良やエンジン始動の不具合、電圧低下によるバッテリ１３の放電深度が深くなり、劣化の原因や充電時間の増大を招くことになるので、発電カット制御を実行しないので好ましい。

暖房性能向上のためにＰＣＴヒータ等の電気ヒータを使用する車両においては、この電気ヒータが作動する低水温領域で発電カットを禁止してバッテリの過放電を防止するのが好ましい。

図６〜図１１において例示した各制御は必ずしも単独で採用されるものではなく、各制御を適宜組み合わせて採用することは勿論可能であることは言うまでもない。各実施形態では、最低発電制御として発電カット制御を行うことを例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、バッテリ１３の電圧を所定の最低発電状態に保持する制御形態としても良いことは言うまでもない。

本発明の一実施形態である車両の発電制御装置の概略構成を示す図である。 発電制御装置の構成を示すブロック図である。 オルタネータの発電量相当信号と発電カット制御の有無の関係を示す線図である。 バッテリ電圧と発電カット制御の実施の有無の関係を示す線図である。 オルタネータの発電量相当信号と発電カット制御の有無の関係を示すタイミングチャートでする。 制御手段による第１の制御形態のフローチャートである。 制御手段による第２の制御形態のフローチャートである。 図７の接続端子につながるフローチャートである。 制御手段による第３の制御形態のフローチャートである。 制御手段による第４の制御形態のフローチャートである。 制御手段による第５の制御形態のフローチャートである。

符号の説明

８ アクセル状態検出手段
１１ オルタネータ
１３ バッテリ
２０ 制御手段
２１ 検出手段
２２ バッテリ電圧検出手段
２５，３０，３１，３２ 電気負荷
２６,２８ 温度検出手段
２９ 車速検出手段、
３３ 始動後経過時間検出手段
Ｅ 内燃機関
ＡＴ 温度情報
ＡＴ１ 下限温度
ＡＴ２ 上限温度
Ｔ 始動後経過時間
Ｔ１ 経過所定時間
Ｔ２ 第１の所定時間
Ｔ３ 第２の所定時間後
Ｔ４ 電圧低下所定時間
Ｖｄ バッテリ電圧
Ｖｄ１ 所定値
Ｖｓ 車速
Ｖｓ１ 所定車速

Claims (1)

1. バッテリと電気負荷に接続されていて内燃機関によって駆動されて発電するオルタネータと、上記内燃機関の運転状態に応じて上記オルタネータの発電作動を制御する制御手段とを備えた車両の発電制御装置において、
   上記内燃機関の始動後経過時間を計測する始動後経過時間検出手段と、
   上記オルタネータの発電量相当信号を検出する検出手段と、
   アクセルの操作状態を検出するアクセル状態検出手段と、
   車速を検出する車速検出手段を備え、
   上記制御手段は、上記始動後経過時間検出手段で計測される始動後経過時間が経過所定時間以上で且つ上記検出手段で検出される発電量相当信号に基づいて所定の低発電状態と判断される状態であり、上記アクセル状態検出手段で検出されるアクセル操作状態が踏込状態にあり且つ上記車速検出手段で検出される車速が所定車速以上のときに上記オルタネータによる発電を最低状態にする最低発電制御を行うことを特徴とする車両の発電制御装置。

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